Brevet FR2272205A1 — publié le 19751219

La présente invention se rapporte à des perfectionnements apportés aux disposftifs de traitement thermique pour fils de fibres synthétiques tels que, par exemple, les machines d'étirage ou de pré-torsion, ou encore d'étirage et de pré-torsion, etco IV invention concerne plus particulièrement un dispositif de traitement thermique dans lequel on utilise une petite quantité d'un milieu thermique liquide qui est contenue au fond d'un récipient scellé étanche au vide, de forme allongée et à axe vertical, pour chauffer une paroi échangeuse de chaleur qui constitue une partie dudit récipient au moyen de la vapeur saturée dudit milieu thermique liquide, vapeur qui se dégage lorsqu'on chauffe ce liquide, au moyen d'un élément chauffant immerge, la chaleur contenue dans cette vapeur de milieu thermique étant ainsi transmise aux fils qu'on fait passer sur la surface externe de la paroi échangeuse-de chaleur pour leur faire subir le traitement thermique Les circonstances d'utilisation de ce type de~dispositif de traitement thermique font qu'il est souhaitable que le dispositif soit capable de résister à uneuDilisation prolongée et de continuer à fonctionner même en cours de réparation En outre, compte tenu de la fonction du dispositif, il est avantageux que la température soit répartie uniformément sur toute- la longueur de la surface de la paroi échangeuse de chaleur, et il est également souhaitable que la quantité de milieu thermique liquide soit ramenée au minimum, ceci afin de réduire les risaues pouvant éventuellement résulter d'accid-ents tels qu'un incendie du- batiment abritant l'installation. l'invention a pour but de réaliser un nouveau dispositif de traitement thermique: a) dans lequel un élément chauffant échauffe un milieu thermique liquide étalé en une couche mince, en vue d'agrandir la surface effective de transmission de la chaleur dégagée par cet élément chauffant afin d'accroftre la vitesse de vaporisation du milieu thermique liquide et d'éviter que ce milieu ne soit détérioré par la chaleur ;; b) dans lequel la temnérnture puisse être maintenue uniformement en tous points de la longueur d'un récipient étanche de forme allon gée et à axe vertical pendant une période prolongée c) dans lequel, lorsgu'il y a lieu d'extraire une impureté gazeuse qu récipient fermé, cette extraction puisse être exécutée facilerent, même pendant l'utiliFation de ce dispositif pour ltexé- cution d'un traitpinent thermique d) qui n'exige qu'une quantité de milieu thermique liquide inférieure à celle qui est nécessaire dans les cs où l'on utilise des dispositifs de chauffage classique du type comprenant un élément chauffant entièrener.t immergé dans un milieu thermique liquide. Suivant une caractéristique de l'iJjvention, la construction la mieux appropriée pour atteindre les buts visés par l'invention est constituée par un dispositif de traitement thermique pour fils de fibres synthétiques et qui comprend > un récipient scellé, de forme allongée et à axe vertical, dont une partie forme une paroi échangeuse de chaleur ; un élément chauffant électrique revêtu d'une matière poreuse, résistante à la chaleur et possédant une porosité qui donne naissance à un réseau capillaire dans lequel on peut faire circuler le milieu thermique liquide considéré,cet élément chauffant étant logé dans la moitié inférieure du volume intérieur du récipient, et sa moitié inférieure étant immergée dans le milieu thermique liquide contenu dsns ce récipient ; un déflecteur de guidage du liquide de retour qui relie la surface interne de ladite paroi échangeuse de chaleur à la partie de l'élément chauffant électrique située audessus du niveau du milieu thermique liquide ; et un séparateur qui est en communication avec la partie supérieure dudit récipient et dont le fond est en communication par un tube de retour avec le volume intérieur du récipient et débouche juste au-dessus de l'élément chauffant contenu dans le récipient scellé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparai- tront dans la description qui va suivre d'une forme de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif et représentée sur les dessins annexés Sur ces dessins La figure 1 est une vue avant d'un dispositif de traitement thermique pour fils de fibres synthétiques suivant l'invention La figure 2 est une coupe longitudinale prise suivant la ligne II-II de la figure 1 ;; La figure 3 est une coupe transversale prise suivant la ligue III-III de la figure 2 la figure 4 est une coupe transversale prise suivant la ligne IV-IV de la figure 2 la figure 5 est une coupe à plus grande échelle d'une partie des éléments représentés sur la figure 2 La figure 6 est une coupe analogue à celle de la figure 5, mais reprtsentant une variante de réalisation La figure 7 4Ft une coupe partielle lonzitudinale d4dY2e wS de la variante, qui correspond à une partie représentée sur la figure 2 ;; ta figure 8 est une coupe transversale analogue à la figure 4, mais représentant des éléments de la variante La figure 9 est une coupe longitudinale psrtielle correspondant à la figure 7, mais représentant des éléments d'une deuxième varitnteO Sur les filqures -1 à 5, qui représentent une forme préférée de réalisation de l'invention, la référence 1 désigne un récipient fermé de forme allongée ou tube à axe vertical dont le volume in- térieur forme une chambre de vapeur de milieu thermique qui renferme un élément chauffant électrique 2, replié un U ; la surface exter-ne de cet élément chauffant est reveAtile d'une matière poreuse 28 résistante à la chaleur et dont les pores forment un réseau capillaire dans lequel peut circuler le milieu thermique liquide utilisé la partie inférieure de l'élément chauffant 2 est immergée dans une petite quantité de milieu thermique liquide 9, qui est elle-même contenue dans le tube 1 et plus précisément au fond de ce tube, tandis que la partie restante de l'élément chauffant 2, qui représente la majeure partie de cet élément, est exposée au contact de la vapeur de milieu thermique dans la chambre de vapeur. Sur la surface externe de la paroi échangeuse 4 de chaleur du tube 1, sont formées des rainures 5 de grande longueur, orientées verticalement, tandis que la face interne de cette paroi porte des déflecteurs de guidage de retour inclinés 6, dont l'extrémité supérieure est appuyée contre la paroi échangeuse de chaleur 4, tandis que leur extrémité inférieure se termine à proximité de la surface externe de la partie de l'élément chauffant électrique 2,qui émerge au-dessus du niveau du milieu thermique liquide 3 Une source dténergie électrique est connectée à ltélément -chauffant électrique 2 pour élever 19 température de ce dernier, de sorte que le milieu thermique liquide 3, qui se présente alors sous la forme d'une mince couche contenue dans la matière poreuse 28 qui recouvre la surface externe de l'élément-chauffant 2,est ainsi chauffé et vaporisé. La vapeur saturée du milieu thermique remplit alors le volume intérieur du tube I et chauffe uniformément la paroi échangeuse de chaleur 4 sur toute sa longueur. Les fils 7 qui défilent le long des rainures 5 sont traités par la chaleur contenue dans la vapeur saturée Ensuite, la vapeur se refroidit et se condense en gouttes qui constituent le milieu thermique liql de retour et qui adhèrent à la surface interne de la paroi 4 et reviennent à l'élément chauffant électrique 2,en s'écoulant le long de la surface inclinée des déflecteurs de retour 6.Le milieu thermique liquide de retour renvoyé à l'élément chauffant électrique 2 est réchauffé par cet élément et à nouveau vaporisé, de sorte que la vapeur de milieu thermique remplit le volume intérieur du tube 1. Le mode de fonctionnement qu'on vient de décrire est illustré par la figure 5. Sur cette figure, la référence 8 désigne les gouttes de milieu thermique liquide de retour qui se forment sur la surface interne de la paroi échangeuse de chaleur 4, et la référence 9 désigne une mince couche de milieu thermique liquide de retour, formée par la réunion des gouttes 8 sur la surface du déflecteur 6 et qui 8'détend jusqu'à a surface de l'élément chauffant 2e C'est sous cette forme de couche mince que le milieu thermique liquide est chauffé par l'élément chauffant électrique 2.Plus precisement, la couche de milieu thermique liquide 10 qui couvre la surface de l'élément chauffant 2 sous la-forme d'une mince pellicule est chauffée directement par conduction par l'élément chauffant puisqu'elle est en contact avec cet élément, de sorte que le milieu thermique liquide se vaporise instantanément.Dans le dispositif suivant l'invention, le rendement du chauffage est donc très supérieur à celui qu'on peut obtenir dans le cas où on chauffe un milieu thermique liquide en immergeant entièrement un élément chauffant dans la masse de liquide, c'est-i-dire dans le cas où le milieu thermique liquide est chauffé par conduction et convection. GrRce à cette particularité, il n'est pas nécessaire de surchauffer fortement l'élément chauffant 2 et on évite de cette façon la dégradation du milieu thermique liquide par craquage thermique. Un séparateur il est en communication avec la partie supérieure du tube 1 par un petit tube 12 et la partie inférieure du séparateur 11 est en communication avec la partie centrale du tube 1 par un petit tube de retour 13 dont l'extrémité inférieure 14 est située juste au-dessus de l'élément chauffant 2.Etant donné que le séparateur 11 est séparé du tube 1 et que la matière isolante thermique utilisée pour calorifuger le dispositif de traitement thermique, et qui est représentée symboliquement par le cadre 24 tracé en traits mixtes (un tiret et deux points), est plus mince autour du séparateur il qu'autour du tube 1, la température du séparateur il est inférieure à celle du tube 1 et, par conséquent, la vapeur de milieu thermique qui est contenue dans le séparateur 11. se condense et sa pression s'abaisse, de sorte que la vapeur contenue dans la partie supérieure du tube I est continuellement aspîréeparleséparateur 11. La vapeur aspirée par le sénarateur traverse un étrsnglement 92 formé dans le petit tube 12, et dans lequel la vitesse du courant de vapeur croit, tandis que sa pression diminue Cette chute de pression est mise à profit pour entraîneur, sous forme de vapeur ou de gaz, les impuretés qui pourraient -tendre à rester dans la partie supérieure du tube 1 vers le séparateur 11, de sorte qu'on évite ainsi que la température ne décroisse dans la partie supérieure du tube 1. Ainsi qu'on l'a décrit plus haut, la vapeur contenue dans le tube 1 est continuellement aspirée dans le séparateur 11, de sorte que la vitesse d'élévation de la vapeur saturée dans le tube 1 est beaucoup plus grande que si la vapeur n'était pas aspirée par le séparateur llo De ce fait, et même si lton augmente la vitesse de défilement des fils 7, ce qui acerolt la consommation de chaleur, la vapeur saturée peut chauffer instantanément la paroi échangeuse 4 pour remplacer la chaleur consommée et maintenir la température de la paroi échangeuse 4 à un niveau constant. D'un autre côte, le milieu thermique liquide qui a été condensé et liquéfié dans le séparateur 11 revient au volume lntérieur du tube 1 par un petit tube de retour 13. Le milieu thermique liquide qui est introduit par ce petit tube dans le tube t tombe goutte à goutte sur la partie supérieure de l'élément chauffant 2 et,en s'écoulant sur la surface de cet dément chauffant sous la forme d'une couche mince, il se réunit au milieu thermique liquide de retour, qui est guidé par les déflecteurs 6 décrits plus haut, et il est chauffé par l'élément chauffant 2 Ce liquide est donc à nouveau transformé en une vapeur qui remplit le volume intérieur du tube I Au contraire, les impuretés gazeuses, contenues en faible quantité dans le séparateur 11, restent en partie dans ce séparateur. La :jeure partie du reste des impuretés gazeuses est composée de matières à bas point d'ébullition pt qui ne se liquéfient donc que difficilenent. Ce autres impuretés restent donc à 11 état gazeux dans le sparateur t1 Lorsqu'on a utilisé le disposltif de traiterlent thermique sui vant l'invention pendant une période prolongée et qu'il s'est accumulé dans le séparateur 11 une quantité-d'impuretés gazeuses telle que ce séparateur ne peut plus en contenir davantage, la partie supérieure du tube 1 renferme également des impuretés gazeuses. Par conséquent, la température qui règne dans la partie supérieure du tube 1 est inférieure à celle qui règne dans le reste du tube, Afin d7éliminer leirrégularité de rèpartftion de la temperature qui se manifeste dans le tube 1 et qui est due aux effets décrits plus haut, on peut adopter les solutions décrites ci-aprèsO l'une de ces solutions consiste à faire communiquer une extrémité d'un tube de purge 29 avec la partie supérieure du séparateur 11, tandis que l'autre extrémité de ce tube est scellée, comme indiqué en 30 Lorsqu'il s'est accumulé une quantité excessive d'impuretés gazeuses dans le séparateur 11, on ouvre la partie scellée 30 pour rejeter les impuretés gazeuses à l'extérieur et on referme le tube de purge 29. Une autre solution consiste à prévoir un réservoir 16, dans lequel on a fait le vide et qui est relié par un tube d'extraction 15 à la partie supérieure du séparateur il pour aspirer les impuretés gazeuses, et au milieu de la longueur duquel est intercalée une woupape à pointeau 17. Le pointeau 18 de cette soupape 17 est relié à un bouton de commande 19, au moyen duquel on peut ouvrir et fermer la soupape, même pendant le fonctionnement du dispositif, lorsque ce dernier est utilisé pour chauffer des fils 7.En outre, le pointeau 18 est raccordé à la surface interne du boitier 20 de la soupape 17 par un soufflet 21, pour isoler le volume intérieur du séparateur 11 de l'atmosphère par un joint parfaitement étanche. Si l'on ouvre la soupape 17, alors que le volume intérieur du séparateur 11 est rempli entièrement d'impureté gazeuse, cette impureté contenue dans le séparateur 11 est extraitede ce réservoir et recueillie dans le réservoir de vide 16 en raison de la dépression règnant dans ce dernier0 Ensuite, on ferme la soupape 17 et on peut continuer à utiliser le dispositif de traitement thermique jusqu'à ce que le séparateur Il soit à nouveau entièrement rempli d'impureté gazeuse0 L'impureté gazeuse recueillie dans le réservoir 16 se refroidit et se liquéfie partiellement lorsqu'elle est maintenue dans ce réservoir pendant un temps prolongé, de sorte selle s'accumule au fond du réservoir sous la forme d'une impureté liquide 22.Pendant ce temps, la pression inférieure du réservoir 16 décroît en raison du refroidissement et de la liquéfaction de l'impureté gazeuse, si bien que, lorsque le volume intérieur du parateur 11 est à nouveau entièrement rempli d'impureté gazeuse, on eut à nouveau extraire cette dernière en répétant les opérations mentionnées plus haut. Lorsque ces opérations ont été répétées un certain nombre de fois et que le vide du réservoir 16 s'est dégradé au point de rendre l'extraction impossible, on coupe la partie terminale inférieure d'un tube scellé 23 raccordéau fond du réservoir de vide 16, pour aspirer l'impureté liquide 22 et l'impureté gazeuse au moyen d'une pompe à vide et rejeter ce liquide et ce gaz à l'extérieur.Après avoir rétabli un vide poussé à l'intérieur du réservoir 16, on scelle l'extrémité inférieure du tube 23 pour fermer le réservoir 16. Ensuite, le dispositif de traitement thermique peut être utilisé de la mtme façon, en répétant les manipulations de la soupape à *'pointeau 16 et de son bouton 19, comme décrit plus haut, Jusqu'à ce que le vide du réservoir 16 soit å nouveau dégradé0 Il convient de remarquer que lton peut intensifier le refroidissement du réser voir 16 en mettant une partie de la paroi de ce réservoir en contact avec l'atmosphère, c'est-à-dire avec le milieu situé à l'extérieur du calorifuge 240 En outre, le dispositif suivant l'invention peut etre équipé d'un interrupteur 25 sensible à la pression, complété par un souf flet 26 et-un tube 27 de transmission de la pression, ltensemble formant un dispositif de commande de type connu, utilisé pour com mander l'alimentation de l'élément chauffant électrique 2 et pour maintenir par ce moyen la température de la vapeur de milieu ther mique contenue dans le récipient 1 à un niveau constant en mainte nant sa pression à un niveau constant. Pour introduire un milieu thermique liquide dans le dispositif de traitement thermique suivant l'invention, on injecte le milieu thermique liquide dens le tube 1, après avoir établi un vide poussé dans ce tube ainsi que dans le séparateur, le réservoir et les petits tubes qui forment son équipement complémentaire, puis on scelle le récipient l. Au moment de la mise en marche, la pression de vapeur du milieu thermique contenue dans le tube X est donc très basse, puisque la température régnant dans ce tube est égale à la température de l'atmosphère ambiante dans laquelle le tube est placé et il en résulte que l'on peut facilement vaporiser le milieu thermique liquide en ne lui apportant qu'une petite quantité de chaleur au moyen de ltélcment chauffant 2. Par ailleurs, étant donné que le milieu thermique de retour, qui s'est condensé en entrant en contact avec la surface interne de la paroi du tube I, est ren voyé sous la forme d'un film mince à la partie de ltélément chauf fant 2 qui émerge au-dessus du milieu thermique liquide, ainsi qu'on l'a décrit plus haut, le milieu thermique de retour peut se vaporiser avant de s'accumuler à nouveau au fond du tube 1, de sorte que la quantité de milieu thermique liquide emmagasinée au fond du tube 1 peut être extrêmement petite. En dehors de la première forme de réalisation qu'on vient de décrire ci-dessus, l'invention peut également être réalisée dans une variante représentée sur les figures 6 à 8, sur lesquelles les éléments qui assurent la même fonction que les éléments corres pondantede la première forme de réalisation sont désignés par les mêmes numéros de référence que sur les figures 1 à 50 La différence séparant cette variante de la première forme de réalisation consiste en ce que la surface externe de la paroi échangeuse de chaleur 4 est plate, c'est-à-dire non rainurée, en ce que les déflecteurs 6 de guidage du liquide de retour sont faits d'une matière résistante à- la chaleur et poreuse,identique à celle qui recouvre la surface externe de l'élément chauffant 2, en ce que le séparateur 11 est monté de façon à faire légèrement saillie au-dessus du niveau de l'extrémité supérieure du tube t, et en ce qu'une bosse 31 est formée dans la paroi supérieure du séparateur Il et que l'extrémité supérieure du tuyau dtextraction 15 est logée dans cette bosse. La figure 9 montre une autre variante, qui diffère de la construction représentée sur la figure 7 en ce que le séparateur 11 est juxtaposé à la partie supérieure du récipient 1, de manière que les parois supérieures du récipient et du séparateur se trouvent dans un même plan, cette variante étant par ailleurs analogue aux formes de réalisation décrites plus haut. Il va de soi que de nombreuses modifications de détails peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E 7 E N D I C Â I O N 3 1.- Dispositif de traitement thermique pour fils de fibres synthétiques comprenant un récipient scellé de forme allongée et à axe vertical, dont une paroi latérale constitue une paroi échangeuse de chaleur, la surface externe de cette paroi formant la surface chauffante sur laquelle on fruit passer les fils à traiter, et le volume intérieur du récipient formant une chambre de vapeur de milieu thermique, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend :: A) un élément chauffant électrique dont la surface externe est revetue dtune matière résistante à la chaleur et présentant une porosité propre à donner naissance à un réseau capillaire dans lequel peut circuler un milieu thermique liquide donné, la partie inférieurede cet élément chauffant étant immergée dans le milieu thermique liquide qui est contenu dans le fond dudit récipient, tandis que la majeure partie de l'élément chauffant émerge de ce liquide, à l'intérieur de la chambre de vapeur du milieu thermique; B) un déflecteur de guidage du milieu thermique liquide de retour,qui relie la surface interne de la paroi échangeuse de chaleur à la partie de l'élément chaufffant électrique qui émerge du liquide dans la chambre de vapeur de milieu thermique ;; O) un séparateur communiquant avec la partie supérieure du récipient scellé ;et D) un tube de retour dont l'extrémité supérieure communique avec le séparateur et dont l'extrémité inférieure débouche dans le récipient scellé, juste au-dessus de l'élément chauffant électrique0 2o Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce quVil comprend un tube de purge, dont une extrémité est scellée et dont l'autre extrémité communique avec le séparateur, 3.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le séparateur communique avec un réservoir de vide par l'inter médiaire d'une soupape à pointeau 40- Dispositif suivant la revendication 1, caracté7risé en ce que le séparateur est aluni a un réservoir de vide par l'intermé- diaire dVune soupape à pointeau qui comprend un bottier, un poin teau relié à un bouton, un siège de pointeau formé sur la surface interne d'une partie du boîtier, et un soufflet interDosé entre le pointeau et le boîtier. 5. Dispositif suivant la revendication 1, caractéris on ce que le séparateur conr.aunique par l'intermédiaire d'une soupape à pointeau avec un réservoir de vide , auquel est relié un tube scellé. 6.- Dispositif suivant la revendication 1, caracteris en ce que le séparateur communique avec la partie supérieure du récipient scellé par l'interxlédiaire d'un orifice étranglés 70- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface externe de la paroi échangeuse d chaleur du récipient scellé est- creusé de rainures longitudinales, dans lesquelles on fait défiler les fils à traiter, 8.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface externe de la paroi échangeuse de chaleur du récipient scellé est lisse, 9. Dispositif suivant la revendication 1, caracterisé en ce que le déflecteur de guidage du milieu thermique liquide de retour est fait d'une matière résistante à la chaleur et d'une porosité propre à donner naissance à un réseau capillaire dans lequel peut circuler un milieu thermique liquide donné. 10. Dispositif suivant la revendication 1, caractzrisé en ce que le séparateur est fixé au récipient scellé dans une position telle qu'il fasse saillie au-dessus du niveau de l'extrémité supérieure du récipient scellé, 110- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le séparateur est fixé au récipient scellé dans une position telle qu'il soit juxtaposé- à la partie extrême supérieure de ce récipient. 12. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi terminale supérieure du séparateur présente une bosse qui fait saillie vers le haut.