Brevet FR2077963A1 — publié le 19711105

secteur technique de l'invention est celui des fours et du traitement thermique des métaux. Les bobines de tôle que lton dispose en piles sous un couvercle de four à cloche so t écartées les unes des autres par des séparateurs souvent aussi nommés covecteurs. Ces convecteurs soet destinés à permettre ure cnrculavior de l'atmospnère sous u tel couvercle et entre les tranches de bobines voisines, améliorant ainsi le transfert de la chaleur aux tranches. Tou-efois, certaines regio.ls de ces tranches ne sont pas atteintes avec facilité par un tel échange. Dans certaines formes d'exécution l'écoulement des gaz est favorisé aux entrées et sorties des coísvecteurs mais l'échange thermique dans les régions moyennes reste défavorable. Dans d'autres formes d'exécution, l'échange thermique dans les régions moyennes des tranches est bon mais l'écou- lement gazeux aux entrées et sorties est défavorisé. De plus, certains agencements occasionnent des troubles par blocage aérodynamique darus l'écoulement à l'intérieur de la cheminéecentrale formée par les bobines empilées. Enfin, la plupart des séparateurs connus, ayant à subir des charges importantes, sont d'une construction lourde voire même compliquée. L'invention se rapporte à de tels séparateurs et a pour but de leur conférer de façon combinée des qualités améliorées en ce qui concerne l'écoulement interne des gaz, les échanges thermiques ainsi que leur répartition, l'écoulement des gaz à leur sortie même et dais 1 espace qui suit et enfin une construction économique, ainsi qu'une manipulation commode. A cet effet, l'invention comprend dans un tel séparateur une construction comportant des barreaux régulièrement répartis en couronne avec création entre barreaux connexes de canaux 'allure convergente pourvus e des emplacements prédéterminés d'élargissements et de rétreints , canaux dont la partie terminale favorise en outre un écoulement radial soumis à une déviation axiale, le tout en vue d'obtenir, le long d'une telle veine, la répartition optimale des pertes de charge, dans une répartition correspondante des taux d'échange thermique. Dans de tels canaux, en des emplacements prédéterminés, les élargissements et rétreints sont formés par des changements brusques de la section et l'oc y prévoit des obstacles aéro dynamique dot l'importance est choisie au préalable. Dans- une forme d'exécution particulière sur le plan de l'allègement de la construction, de la résistance mécanique et de la commodité 'de manutention, les barreaux sont constitués en alternance par des barreaux longs dont la longueur est égale à la largeur de-couronne, puis des barreaux courts ont la tete reste a distance de la région centrale de ladite couronne. De tels barreaux sont assemblés par un réseau de membrures circulaires constituées par des barres convenablement courbées et noyées dans des encochesouis gorges. La section de ces membrures est variée d'une membrure à une autre car elles plvst constituer les obstacles aérodynamiques précités. I1 y a avantage à répartir ces membrures en deux nappes apparaissant de part et d'autre de l'épaisseur des bar reaux,af inde donner à l'assemblage une résistance améliorée. I1 est avantageux également de prévoir une membrure d'épaisseur accrue au voisinage des extrémités internes des barreaux courts. De même, les membrures périphériques et centrales sont avantageusement placées avec des sections accrues au voisinage de la face supérieure du séparateur afin dé leur conférer un rôle de déflecteur et de guide, notamment dans la cheminée centrale de retour de l'atmosphère en recirculation. La présence d'un tel déflecteur formant aussi un guide favorise la régularité de l'écoulement dansine telle cheminée en y évitant-tout bl-ocage aérodynamique. Les têtes des barreaux longs, dans la région interne, comportent un profilage destiné à assurer l'écoulement radial des veines gazeuses à la sortie des séparateurs, avant leur entrée dans la cheminée. -Au surplus, la présence des ces membrures renforcées marginales, notamment dans la région centrale, leur permet de Jouer'un riole d'organes de prise pour l'outillage de manutention. Dans une autre forme d'exécution faisant utilisation de barreaux identiques, disposés symétriquement dé façon eroisée selon deux couches superposées, on donne auxdits barreaux une découpe comprise entre deux lignes circulaires ayant des centre décalés transversalement et longitudinalement et la superposition est telle que les extrémités centrales de deux barreaux superposés se raccordent sous un angle raible. Un certain décalage de ces extrémités d'une couche à l'autre permet d'y conjuguer une membrure formant déflecteur et guide. Cette membrure peut être formée d'un profilé pouvant constituer aussi un accrochage pour des organes de manutention. Par ces moyens, on obtient ainsi une construction légère, aisée à manipuler, d'un haut rendement sur le plan thermique et sur le plan aérodynamique. La description qui va suivre en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 est un schéma qui rappeïle la disposition des séparateurs dans un empilage de bobines sous le couvercle intérieur d'un four à cloche. La figure 2 montre de façon partielle en plan une prefière forme d'exécution d un séparateur de charges conforme à l'invention. Les figures ) et 4 montrent respectivement des coupes par les lignes III-III et IV-IV de la figure 2. La figure 5 montre de façon partielle avec arrachements l'organisation de la région centrale d'un séparateur à barreaux courbes croisés. La figure 6 montre une coupe sur la ligne VI-VI de la figure 5. La figure 7 montre un plan de découpe des barreaux de la figure 5. Les figures 8 à 10 montrent des détails de variantes, dans les mêmes conditions que la figure 6. Comme on le voit sur la figure 1, sous le couvercle C d'un four à cloche sont empilées des bobines de tôle B, le tout supporté par une plaque de charge P et chaque bobine est séparée de sa voisine par un convecteur ou séparateur S. La cheminée centrale formée par les bobines et les convecteurs sert de canalisation de retour de l'atmosphère, cette dernière étant recyclée de façon ascendante entre périphérie des bobines et couvercle. Les gaz sont distribués à l'admission dans les convecteurs et sont utilisés au chauffage des tranches desdites bobines,avecdes taux d'échange thermique ayant la répartition voulue pour les bobines enroulées à spires serrées. La construction montrée sur la figure 2 comprend dans un tel convecteur une série de barreaux longs 1 régulièrement disposés en alternance avec des barreaux courts 2 d'une seconde série. Sur le plan longitudinal, entre les barreaux courts et longs apparaissent des canaux 3 qui dans leur ensemble sont convergents. La tranche interne 4 d?s arreaux courts fait na- tre néanmoins au droit de son/ - une risque divergence au niveau voulu dans un tel canal 3 et la partie de sortie 5 qui apparat alors entre deux barreaux longs après cette divergence offre à nouveau une convergence limitée à un canal 6 de sortie intérieurs de section sensiblement constante, laquelle est aménagée entre la région dorsale 7 rectiligne d'un barreau long et la face en regard 8 biseautée à cet effet d'un barreau long adjacent. Sur le plan de la circulation longitudinale des gaz d'atmosphère, ceux-ci rencontrent tout d'abord des entrées cDnvergentes de canaux 3 qui favorisent un écoulement rapide et sans perte de charge, Jusqu'à la région divergente apparaissant brusquement au droit des tranches 4, cette région établissant un obstacle aérodynamique qui favorise la naissance des turbulences, lesquelles améliorent l'échange thermique t l'emplacement précisément souhaité, c'est-à-dire environ au tiers intérieur de la tranche d'une bobine. A cette région de turbulence succède à nouveau le canal convergent 5, puis les sorties purement radiales 6. Le maintien de ces barreaux est assuré par des ensembles de membrures annulaires supérieures 9 et inférieures 10 régulièrement disposées en alternance dans des encoches correspondantes 11 et 12 des faces supérieures et inférieures des barreaux 1 et 2. Les assemblages y sont réalisés au moyen de soudures Une de ces membrures 9a voisine des extrémités des barreaux courts présente une section accrue vis-à-vis des autres, pour créer un obstacle aérodynamique agissant transversalement,renforçant l'action des extrémités des barreaux courts. En outre aux deux extrémités des barreaux longs et aux extrémités externes des barreaux courts sont aménagés des becs 13 sous lesquels sont rapporté par soudure des membrures externes 14 et internes 15,apparaissant au voisinage de la face supérieure du convecteur èt de section suffisante. Ces membrures sont constituées très simplement par des profilés à section circulaire de sorte que pour les membrures 14 et 15 qui ont une section un peu plus grosse, il est possible ae leur faire Jouer le rôle ae guide et de déflecteur ainsi que ceiui d'organes de prise pour les moyens de nanutentiorl. ba présence de ces membrures 9 et 10 en alternance est créatrice ae barrages aérodynamiques qui incitent les veines faneuses à lécher la face en reard de l'une des bd nets de tôle puis la face de a bobine en regard, leur faJsant suivre ainsi une sorte de traJet onauìé, comme on le voit sur les figures et 4. A l'arrière de chaque membrure nait une zone turbulente qui augmente l'échange thermique par amélioration de la convection. La membrure 15 interne sert de guide par sa région intérieure 'pour l'écoulement gazeux provenant des parties haute de la cheminée centrale précitée. La région externe d'ive telle membrure Joue le role déflecteur de sortie en incurvant vers le bas la veine gazeuse. La partie basse de la membrure externe 14 sert de guide collecteur pour les gaz ascendants de la région périphérique de la bobine, créant ainsi une incitation à la pénétration dans le convecteur. La construction ainsi réalisée est légère, extrême ment résistante, facile à manipuler et permet à un degré élevé l'atteinte directe des tranches des bobines par les gaz d'atmosphère dans des conditions favorables à la fois sur le plan de l'écoulement et sur le plan de l'échange. Dans la région centrale, de plus, les écoulements calmes et purement radiaux des veines gazeuses contribuent à éviter les blocages aérodynamiques dans la cheminée centrale, préservant ainsi l'activité de la circulation et le rendement énergétique des moyens de ventilation. Dans un mode constructif connu à barreaux croisés, symétriquement disposés en deux couronnes superposées, on obtient aussi des canaux longitudinalement convergents entre les faces én regard de barreaux d'une même couche avec des espaces de divergence en direction axiale. Une telle construction, du fait de l'inclinaison mutuelle et individuelle des barreaux, ne permet 'tait pas néanmoins un écoulement central parfaitement radial. Toujours dans le même but d'améliorer l'écoulement convenable en conservant la simplicité constructive d'un tel convecteur, on peut y prévoit comme montré sur la figure 5 des barreaux 16 courbes, limités entre deux arcs de cercle 17 et 18 de m eme rayon mais de centres décalés également de part et d'autre d'un axe médian dans une plaque,ce qui permet un découpage sans chute des séries desdits barreaux (figure 7).A l'aide de ces barreaux courbes, on obtient toujours Longitudinalement des canaux convergents dans leur ensemble dans le sens de la circulation des gaz, mais les raccordements internes- l9-se font en superposition, de manière symétrique et avec un angle aussi faible raton le veut, de sorte que les sorties 20 ont une disposition radiale et symétri- que par rapport è un-rayon.Un léger décalage est ménagé entre les extrémités -des barreaux d une couche et les extrémités homologues des barreaux de la couche adjacente, ce qui permet d'y superposer un déflecteur formant guide 21, déflecteur annulaire conformé de manière-torique ou constitué d'un anneau plan-22 associé à une membrure 23 rapportée intérieure sous-jacente susceptible de jouer le même rôle que la membrure 15 précitée, décrite en regard de la figure v 3.(figure 8).* La figure 9 montre un tel anneau plan 23a posé sur les parties dépassantes des barreaux - courbes 16 de la couche inférieu re..La figure 8 par contre montre un tel anneau 21a, mince, posé dans des encoches aménagées aux extrémités des barreaux plans 16 de la couche supérieure, le ra-ceordement central se faisant alors en superposition exacte. La figure 10' montre un déflecteur 21a- associé aux barreaux dans les mêmes conditions que pour la figure 8, anneau mince intérieurement profilé par cambrage de bordure. Toutes ces dispositions ont pour but de préserver la section de sortie des gaz à l'intérieur du convecteur. Le guidage obtenu dans la cheminée eentrale pour l'écou- lement qui s y produit, à l'abri de toute rencontre de jets non redressés sortant des divers canaux d'un convecteur,le débit sortant dudit convecteur étant -stri-ctement radial mais dévié dans le sens de cet -coulement, est la source d'un flux régulier, calme et exempt de tout blocage aérodynamique qui pourrait survenir sous l'effet de la naissance d'un phénomène de Vortex dans ladite cheminée, avec étranglement concomitant de la section de passage dudit four. Dans la- forme d'exécution qui apparatt sur cette figure 5, on constate que chaque canal qui, longitudinalement, offre une convergence d'ensemble entre deux barreaux voisins d'une'même couche, présente sur son parcours deux-régions 24 et 25 d'élargissement axial, puis une zone centrale élargie dans le débouché 20, lesquelles zones constituent de brusques changements de section dans le sens axial, créatrices de turbulences localisées et donc d'une répartition correspondante des pertes de charge auxdits emplacements avec amélioration corrélative des taux d'échange thermique. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, on-peut apporter des modifications aux formes d'exécution qui viennent d'être décrites. - REVENDICATIONS 1. Convecteur de séparation de bobines à spires serrées empilées, formé de barreaux régulièrement répartis sur une couronne > ménageant entre eux des canaux qui présentent une convergence d'ensemble dans le sens de l'écoulement des gaz, caractérisé par le fait que lesdits canaux offrent,en au moins un emplacement prédéterminé, une zone génératrice. de pertes de charge, en conjugaison, du coté de la sortie interne, à des éléments de canaux radiaux,auxquels sont adjoints des moyens de déflection et des moyens de guidage axiaux. 2. Convecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la zone génératrice de pertes de charge est une zone de divergences et de rétreints brusques, disposés transversalement par rapport au sens de llécoulement. 3. Convecteur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la zone génératrice de pertes de charge comporte dans son voisinage des obstacles aérodynamiques. 4. Convecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qutil est constitué par des barreaux radiaux -------------- longs, d'un longueur égale à la largeur de la couronne alternant avec des barreaux courts ayant une extrémité à distance de la bordure interne de la couronne, barreaux solidarisés entre eux par des membrures annulaires. 5. Convecteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les membrures sont disposées au fond d'encoches aménagées dans les barreaux. 6. Convecteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les encoches des membrures annulaires successives apparaissent en alternance sur une face et sur la face opposée d convecteur. 7. Convecteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'une des membrures annulaires intermédiaires au moins est d'une section telle tutelle constitue un obstacle aérodynamique au voisinage des extrémités intérieures des barreaux courts. 8. Convecteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les membrures annulaires interne et externe constituent à la fois des guides et déflecteurs de l'écoulement gazeux en meme temps que des organes de prise pour des moyens de manutention. 9. Convecteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé par le fait que l'une des faces latérales des barreaux longs est biseautée pour créer, a' ltextrémité interne, en regard de la face opposée du barreau long adjacent, une section de sortie radiale. 10. Convecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est formé de barreaux courbes à bordures en forme d'arcs de cercles égaux ayant des centres décalés, barreaux identiques associés en deux couches à courbures symétriques par rapport à des axes radiaux et disposés avec des raccordements internes à recouvrements faisant subsister des débouchés radiaux, un décalage radial centrifuge des barreaux de la couche supérieure permettant la pose sur les extrémités dépassantes des barreaux de la couche inférieure d'un anneau constituant à la fois une membrure, un guide et un déflecteur. 11. Convecteur selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'avec ou sans décalage, les barreaux de la couche supérieure encochés sont associés avec un anneau plan lui-même associé éventuellement à une membrure interne sous-Jacente formant à la fois guide, déflecteur et prise pour des organes de manutention. 12. Convecteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'anneau plan relativement mince offre une bordure rabattue par un profilage.