Brevet FR2277317A1 — publié le 19760130

La présente invention concerne un procédé pour égaliser la température de la surface de travail de cylindres d'échange de chaleur creux de manière à établir une température superficielle uniforme sur toute la longueur axiale de la surface afin que la température soit la même aux deux extrémités de la surface de travail. Le procédé convenant aussi bien pour des cylindres de refroidissement que pour des cylindres de chauffage, on ne le décrira dans la suite qu'en référence à des cylindres de refroidissement. Lors de la fabrication de produits stratifiés, par exemple des produits se composant de papier revêtu de matière plastique, le papier est habituellement revêtu de matière plastique à une température élevée, par exemple de 3150C, et on fait coller la matière plastique sur le papier en la laminant à froid entre un cylindre de refroidissement comprenant une enveloppe intérieure et une enveloppe extérieure et un cylindre d'appui la couche de matière plastique étant en contact avec la surface de refroidissement du cylindre. L'ordre de grandeur de la température du produit stratifié est par exemple de 500C. A cet égard, il est très important d'obtenir un refroidissement rapide et uniforme et en outre d'obtenir que la température de surface du cylindre soit aussi uniforme que possible sur toute sa longueur et également aux deux extrémités du cylindre. On connait différents modes de réalisation de cylindres de refroidissement utilisés dans de telles applications d'extrusion, par exemple suivant le brevet suédois nO 313732. Les figures 1 et 2 représentent dans leur principe un mode de réalisation très simplifié à l'aide duquel il est relativement facile d'obtenir une différence de température aux deux extrémités de la surface du cylindre, par exemple T2 - T1 = 20C. Néanmoins il est grandement nécessaire d'éliminer totalement cette différence de température de manière que T2 = T1. Des avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un cylindre de refroidissement la figure 2 est une vue en bout du cylindre de la figure 1 la figure 3 est une coupe longitudinale de détail de la section de refroidissement d'un cylindre de refroidissement muni de nervures de canalisation du fluide de refroidissement la figure 4 représente sous une forme simplifiée la section de refroidissement et les nervures hélicoTdales de guidage présentant un angle de pas variable la figure 5 représente de façon simplifiée un carter de refroidissement comportant une surface intérieure conique la figure 6 représente d'une manière simplifiée un carter de refroidissement dans iequel la surface intérieure de l'enveloppe extérieure a été revêtue d'une matière présentant une conductivité thermique différente de celle de l'enve- lope extérieure. Sur les figures, on a désigné par 1 l'enveloppe extérieure des cylindres, par 2 l'enveloppe intérieure, par 3 et 4 les parties terminales constituées par des tôles massives ou des rayons dans lesquelles l'arbre 5 est monté à rotation à l'aide des moyeux 6 et 7. La référence 8 désigne l'intervalle formé par les enveloppes pour le fluide de refroidissement. La référence 9 désigne des canaux tubulaires canalisant le fluide de refroidissement vers et à partir du volume 8. Le fluide de refroidissement arrive et sort respectivement par les canaux d'entrée et de sortie 10 et 11 dans l'arbre. La référence 12 désigne des nervures hélicoidales de guidage présentant un pas constant. On a désigné par 13 des nervures similaires de guidage présentant un pas variable.On a désigné par 14 un revêtement prévu sur la surface intérieure de l'enveloppe extérieure et par 15 le fluide de refroidissement passant dans la section de refroidissement. En référence à la figure 1, la surface de travail 1 du cylindre est refroidie par le fluide s'écoulant entre les enveloppes 1 et 2. Inévitablement la température T2 dans la partie terminale 4, c'est-à-dire à la sortie du fluide de refroidissement, est supérieure à la température T1 existant à l'extrémité d'entrée de la partie terminale 3. Cela est vrai à condition que la conduction thermique soit uniforme sur toute la longueur de l'enveloppe. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en égalisant les différences entre T2 et T1 par modification de la conduction thermique au travers de ltenveloppe extérieure sur toute la longueur axiale du cylindre. Une telle modification de conduction thermique peut être effectuée par l'un des moyens suivants 1. La vitesse d'écoulement du fluide de refroidissement peut être progressivement accélérée en direction de la sortie. 2. La turbulence du fluide de refroidissement peut être progressivement accélérée en direction de la sortie. 3. La conduction thermique peut être augmentée par agrandissement des surfaces de refroidissement. 4. Le coefficient de conductivité thermique peut être modifié a) en réduisant l'épaisseur de paroi de l'enveloppe en direction du coté de sortie, b) en revêtant l'intérieur de l'enveloppe extérieure d'une couche présentant un meilleur coefficient de conductivité thermique que celui de l'enveloppe extérieure. 5. En modifiant la direction d'écoulement du fluide de refroidissement par rapport à la direction de rotation du cylindre. On peut également envisager une combinaison de ces moyens pour améliorer encore l'effet de modification de conduction thermique. On va maintenant décrire de façon plus détaillée les différents procédés correspondant aux points 1 à 5. 1 et 2 : en augmentant la vitesse ou la turbulence de l'écou- lement de fluide de refroidissement dans les cylindres conformément à la figure 1, il est possible d'augmenter la conduction thermique mais cette dernière croit uniformément, en valeur absolue, sur toute la longueur du cylindre. Fais en augmentant la conduction thermique au travers de l'enveloppe et progressivement sur la longueur du cylindre, il est possible d'obtenir une température extérieure uniforme sur la surface du cvlindre, ctest-à-dire que T2=T1.Ce résultat peut être obtenu en réalisant les nervures de guidage indiquées sur la figure 4, c'està-dire que les natures de guidage 13 sont disposées avec un pas progressivement décroissant afin que la section de passage du fluide de refroidissement diminue en direction de l'orifice de sortie et que la vitesse de l'écoulement turbulent augmente. 2 et 3 : la turbulence de l'écoulement de fluide de refroidissement est progressivement augmentée en direction de la sortie en pourvoyant les nervures de guidage de moyens appropriés, par exemple de plis, de nervures, de saillies ou d'autres obstacles, de trous et de parties similaires. Un moyen approprié consiste également à recouvrir les surfaces de la section de refroidissement d'une matière présentant une surface rugueuse. Outre l'augmentation de la turbulence, on obtient ainsi une plus grande surface de refroidissement. il est également approprié que cette matière ait une qualité anti-rouille et on peut ainsi effectuer le placage au chrome, la galvanisation, le placage à l'argent ou à l'or desdites surfaces. Lorsqu'on peut négliger la protection contre la rouille, on peut simplement sabler les surfaces, si l'enveloppe est par exemple formée d'une plaque comportant une surface lisse. Cela peut être aisément réalisé d'une manière connue de sorte cu'on ne l'a pas mis en évidence sur les dessins. 4 : On peut modifier la conduction thermique au travers de la paroi de l'enveloppe de la façon suivante a) en donnant un profil conique à la surface intérieure de l'en- veloppe extérieure afin que l'épaisseur de l'enveloppe diminue en direction du côté de sortie conformément à la figure 5. b) on revêt l'intérieur de l'enveloppe extérieure d'une couche conique 14 correspondant à la figure 6, ladite couche présentant un meilleur coefficient de conductivité thermique que l'enveloppe extérieure 1. La conduction thermique augmente progressivement en direction de la sortie. Il est ainsi possible également de maintenir le diamètre extérieur des nervures de guidage 12 à une valeur uniforme sur toute la longueur du cylindre. 5 : en donnant aux nervures de guidage un pas à droite ou à gauche et en faisant tourner le cylindre dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens contraire, on a trouvé qu'il était possible de modifier la conduction thermique dans le sens croissant ou dans le sens décroissant. Cela dépend de l'application du principe de l'écoulement à contre-courant au processus d'échange de chaleur entre le fluide de refroidissement et l'intérieur de l'enveloppe. On a déjà mentionné dans l'introduction que les procédés décrits se rapportent à des cylindres de refroidissement. Les conditions concernant des cylindres de chauffage sont tout à fait analogues et il est évident que ce domaine d'application rentre également dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour éliminer les différences de température sur la surface de travail de cylindres de chauffage et de refroidissement à double enveloppe comportant une zone de chauffage ou de refroidissement placée entre des enveloppes cylindriques extérieure et intérieure en augmentant l'échange de chaleur dans les cylindres de pression où le fluide de refroidissement ou de chauffage est canalisé vers et à partir des cylindres par l'intermédiaire de moyens d'entrée et de sortie prévus à chaque extrémité d'une structure, par exemple d'un arbre creux comportant des moyeux supportant des enveloppes et les nervures hélicordales de guidage étant disposées dans la zone de refroidissement ou de chauffage afin de canaliser le fluide de chauffage ou de refroidissement, caractérisé en ce que l'échange de chaleur entre le fluide de refroidissement ou de chauffage 15 et la surface de travail de l'enveloppe extérieurel est amélioré successivement sur toute la longueur de l'enveloppe depuis l'entrée du fluide de refroidissement ou de chauffage se trouvant dans la zone de refroidissement ou de chauffage 8 jusqu'à sa sortie en donnant aux nervures de guidage 13 un pas décroissant depuis l'entrée du fluide dans la zone de refroidissement ou de chauffage 8 jusqu'à sa sortie afin que la zone de passage du fluide 15 dans la zone en question diminue successivement de l'entrée vers la sortie, l'enveloppe intérieure 2 et ses moyens de support 3, 4, 5, 6, 7 étant agencés de manière que l'échange de chaleur entre le fluide 15 et les parties internes du cylindre, notamment l'envelonpe intérieure 2, soit insignifiant. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi de l'enveloppe extérieure 1 diminue progressivement de l'entrée vers la sortie de la zone de refroidissement ou de chauffage (8). 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'échange de chaleur est amélioré en revêtant la surface intérieure de l'enveloppe extérieure 1 d'une couche conique 14 présentant un plus fort coefficient de conductivité thermique que l'enveloppe extérieure. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'échange ae chaleur est encore amélioré en créant sur l'intérieur de l'enveloppe extérieure 1 et sur la couche conique 14 une surface très inégale afin d'augmenter la surface de refroidissement. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'échange de chaleur est encore amélioré en donnant au fluide de refroidissement ou de chauffage 15 pendant qu'il s'écoule autour de l'enveloppe intérieure 2 un sens de rotation par rapport à la direction de rotation du cylindre qui est agencé de manière à obtenir une amélioration de la conduction thermique entre le fluide de refroidissement ou de chauffage et l'intérieur de l'enveloppe extérieure.