Brevet FR2307202A1 — publié le 19761105

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité séparant deux enceintes oW règnent des ambiances différentes, entre lesquelles circule en continu des matériaux en traitement, et notamment un tel dispositif permettant le transfert continu de matériaux de nature et de forme diverses, sans altération de leurs qualités et sans que les ambiances des enceintes se polluent mutuellement. Dans l'état actuel de la technique, on est obligé d'avoir recours à des traitements discontinus, appliqués les uns après les autres, faute de disposer d'orifices caractérisés par une bonne étanchéité et un contact modelé sur le matériau à traiter car les appareils de traitement en continu, par exemple utilisés pour des bandes de matières textiles, n'atteignent l'étanchéité souhaitée qu'en assurant un contact permanent sur la bande à l'aide de rouleaux. Ce contact et le frottement qui peut l'accompagner sont une source de détérioration ou d'altération de la matière -traitée ; celle-ci peut, de plus, mal supporter les eiforts qui sont développés, et qui sont inhérents à ces dispositifs. Le but de l'invention est précisément de concilier l'étan chitéet-l'absence de contact mécanique entre la matière. à véhicu ler et les matériaux de structure de l'orifice. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif d'étanchéité entre deux enceintes, parcouru en continu par des tir'at-ériaux, est constitué par un canal réunissant les deux enceintes, la section de ce canal étant légèrement supérieure à la sec tion dés-matériaux transférés, le dit canal étant pourvu, entre les deux enceintes, d'une chambre de répartition de fluide dans laquelle débouche un fluide d'étanchéité à une pression supérieure à la pression-la plats élevée des enceintes. D'autres caractéristiques apparattront au cours de la description de réaiisationB particuíières données ci-après avec les figures qui représentent schématiquement -La bWg. 1 deux coupes longitudinale et transversale d'un dispositif selon l'invention, le Pige 2, une vue cavalière du dispositif, La Fig. 3, une coupe transversale du dispositif avec un régulateur de pression, la Fig. 4, une coupe du dispositif utilisant deux régulateurs de pression, La Fig. 5, une coupe d'un dispositif multiple, La Fig. 6, une coupe d'un dispositif simplifié, et Les Pig. 7 et 8 deux coupes longitudinale et transversale d'un dispositif à section variable. la Pig. I schématise un dispositif selon l'invention appliqué à une enceinte de traitement de produits en bandes. On voit en A (coupe b b'), et partiellement en B, deux enceintes soumises à des ambiances A et B caractérisées chacunes par la nature d'un gaz, sa pression et sa température. Ces enceintes sont limitées d'une manière étanche par des parois 11, l'atmosphère étant supposée être du côté gauche de la figure. Le produit en bande 12 se déplace à l'intérieur d'un canal 13 (représenté en coupe a a') reliant l'atmosphère à l'enceinte A, puis à l'enceinte B. Les gaz d'ambiance A et B sont introduits dans ces enceintes à la pression PA et PB respectivement par des orifices d'admission 14, 15 et de sortie 16, 17.Le dispositif proprement dit est constitué par le canal 13 de section semblable à celle du produit 12 à traiter ; les dimensions de ce canal sont légèrement supérieures à celles du produit d'une valeur correspondant au jeu e entre parois et produit, afin que ce dernier puisse se déplacer sans contrainte (Voir Fig. 2). Un fluide ou un gaz G, neutre vis-à-vis de chaque ambiance, injecté à l'intérieur du canal 19 par un ou plusieurs orifices 18 à une pression P supérieure à la pression de l'ambiance la plus élevée, débouche dans une chambre de répartition 20, 21 de volume approprié. Ce gaz a deux fonctions D'abord il positionne convenablement le produit de façon à éviter ou limiter selon les cas son contact avec les parois, notamment au droit des orifices, la pression en aval de ceux-ci devant être suffisante pour assurer cette fonction. Insuite il s'oppose par effet de barrage à la pollution mutuelle des deux ambiances que le dispositif sépare. Le débit de gaz G se fractionne en deux parties (voir flèches), l'une allant vers l'ceinte A, l'autre vers l'enceinte B. La valeur de la surpression du gaz de barrage ainsi que la position de l'injection et les dimensions du canal déterminent la valeur du débit injecté et sa répartition vers chaque enceinte. En effet, chaque section de fuite est une fente de longueur l (dans le sens de l'écoulement) de largeur L et de hauteur e, comme le montre la figure 2. La longueur 1 est notée 7 ou 1B, comptée à partir du plan d'alimentation en gaz de barrage et désignant respectivement les distances séparant de ce plan les enceintes A et B dans le sens des écoulements. Si P est la pression de G à l'injection dans le plan d'alimentation, PA et PB les pressions des enceintes A et B, en admettant en outre que le produit est centré dans le canal, les fractions volumétriques Qt et QB du débit de G valent respectivement dans les conditions N.T.P., lorsqu'il s'agit d'un écoulement laminaire (cas le plue fréquent) QA = 1 x Le x P - PA x To 12 12 1A Po T QB = 1 Le P - PB x To n z z 12 1B Po T étant la viscosité dynamique du gaz de barrage Po étant la pression atmosphérique normale To étant la température normale absolue (273 K) T étant la température absolue de l'enceinte. Le débit total du gaz de barrage est la somme Q = QA + QB On voit donc que pour limiter la pollution des ambiances s et B par le gaz G de barrage on peut agir - soit sur les caractéristiques géométriques du dispositif en adoptant d'une part 1 aussi grand que possible dans la limite de l'encombrement tolérable, et d'autre part e aussi petit que possible, dans la limite des possibilités technologiques; - soit sur la surpression d'alimentation qu'il faut réduire au maximum comme le montre le diagramme des pressions en dessous de la fig. 1. La valeur doit rester cependant compatible avec un positionnement correct du produit. Une faible surpression d'alimentation, si elle a l'avantage, comme il vient d'être indiqué, d'être moins polluante, peut entratner un pilotage délicat de l'appareil, surtout Si la pression de l'ambiance de traitement à laquelle elle se réfère est fluctuante. Selon une caractéristique de l'invention, on régule la pression d'alimentation du gaz G de telle façon que la surpression ci-dessus définie soit constante quelle que soit la valeur de la pression de l'ambiance. Plus le régulateur de pression sera performant, plus la surpression pourra être choisie faible. Le principe d'un tel régulateur est indiqué sur le schéma de la figure 3. Celui-ci est constitué par une enceinte 22 recevant, d'une part, par une canalisation 23, le gaz d'ambiance A à la pression PA, d'autre part, par une canalisation 24, le gaz G a une pression supérieure à celle à laquelle il doit être utilisé. Un diaphragme mobile 25 sépare l'enceinte en deux volumes étanches l'un par rapport à l'autre. Un clapet 26 commandé par le déplacement du diaphragme mobile 25 met en communication le volume inférieur de l'enceinte avec la canalisation 24 d'arrivée du gaz G. Une troisième canalisation 27 met en communication ce volume inférieur avec l'arrivée 18 des gaz dans la chambre 21. On voit que le régulateur compare à tout moment la pression FA prise en référence à la pression du gaz de barrage G, et délivre à l'enceinte de traitement ce gaz G à une valeur P telle que P = FA + LS P la surpression 8 P est affichée à la valeur désirée par un réglage préalable du régulateur. On réduit ainsi la pollution de A en choisissant une va leur faible de A P , par exemple quelques millibars. La contre- partie de cet avantage est que la fuite de A vers l'ambiance adjacente est moins bien contrecarrée. Notamment, il s'opère une diffusion de A à contre-courant de G d'autant plus forte que le gaz de barrage a une action cinétique plus faible. Bien que l'ordre de grandeur de cette diffusion soit assez faible, elle peut être excessive dans certains cas, compte tenu par exemple de la nature de l'ambiance (toxicité, agressivité chimique, etc...). la variante illustrée Fig. 4 constitue un palliatif à cet inconvénient en évitant la pollution mutuelle de deux ambiances adjacentes A et B. Un circuit d'alimentation haute pression 30 reçoit le gaz de barrage G qui se répartit une première fois en deux débits à partir d'une chambre 31, en direction de l'enceinte A, l'autre en direction de l'enceinte B, par l'intermédiaire des chambres de récupération 32 et 33 respectivement. Chacun de ces débits est lui-m8me fractionné en deux ; la plus faible part allant dans l'enceinte où elle se mélange à l'ambiance A ou B, la plus forte étant récupérée à l'extérieur de l'appareil pour y subir éventuellement un traitement, après avoir transité dans les chambres 32 et 33 et les canalisations 34 et 35 qui aboutissent aux régulateurs de pression 36 et 37 et déterminent une faible surpression constante dans les chambres 32 et 33, par rapport aux enceintes A et B.Ainsi, comme il a été indiqué plus haut, les débits QA et Qg polluent faiblement les ambiances de traitement Â et B, mais les faibles quantités des constituants des ambiances A et B qui pourraient s'échapper des enceintes correspondantes par le dispositif d'étanchéité sont évacués par les circuits 34 et 35, l'action cinétique du gaz de barrage entre les gorges 31 et 32 d'une part, 31 et 33 d'autre part, ne permettant pratiquement aucune fuite des constituants de A ou de B. L'avantage supplémentaire de cette disposition est d'améliorer le positionnement du produit à traiter. En effet, la pression d ' injection régnant dans la chambre 31 peut avoir une valeur élevée à fort effet porteur, cette valeur tétant limitée que par l'installation extérieure alimentant le réseau haute pression et par des considérations de consommation de gaz G. Un autre intérêt de cette disposition est qu'elle peut éviter de polluer les ambiances A et B par le fluide de barrage. Il suffit alors, gracie au régulateur, que les chambres 32 et 33 soient en dépression de la valeur #P par rapport aux pressions pA et pB. Les fuites de A et B sont collectées par les canalisations 34 et 35 mais les forts gradients de pression qui subsistent entre 31 et 32 d'une part, 31 et 33 d'autre part, continuent à s'opposer à la rencontre de A et B à travers le dispositif. Les résultats suivants ont été obtenus dans une réalisation où la largeur L était de un mètre et où les longueurs de fuite entre les gorges 31, 32 et 33 et entre la gorge 32 et l'enceinte A et la gorge 33 et l'enceinte B étaient respectivement de 0,50 mètre. Les résultats ont été les mêmes avec un gaz G azote ou air. les pressions sont des pressions absolues en bar, l'effort porteur F est exprimé en daN, la hauteur e en millimètres, tandis que le débitD polluant chaque enceinte,et la consommation totale C de gaz G sont exprimés en mètres cubes par heure : (T, P, N) IPA PA T PB | p 0 F e D 15 1 2 0,02 2500 ol 2 2 1 La Figure 5 représente une autre variante dans laquelle le positionnement dans le canal, de la matière à traiter est amélioré par la disposition d'une succession de zones d'injection et de reprise.On voit le canal 13 formé dans les parois 11 du dispositif, contenant trois chambres de répartition 311, 312, 313 alimentées en gaz de barrage G à haute pression par les canalisations 301, 302, 303 en parallèle. Entre ces chambres de répartition d'une part et, d'autre part, les enceintes A et B, sont intercalées des chambres de récupération 321, 322 et 331, 332 en communication par les canalisations 341, 342 et 351, 352 avec les régulateurs 36 et 37 reliés aux enceintes A et B. Avec ce dispositif, le matériau à traiter peut dtre positionné correctement dans le canal 13, tout en limitant la consommation du gaz de barrage G. Enfin, selon encore une autre variante, si l'une des ambiances ne craint pas de recevoir un fort débit de gaz de barrage (ce peut être le cas de l'ambiance extérieure) on peut adopter la disposition dissymétrique de la Fig. 6 où une seule chambre de récupération 32 ne limite la fuite de G que vers la seule ambiance B. Dans tout ce qui précède, on a suggéré que le matériau à traiter se présentait sous la forme d'un ruban d'épaisseur sensiblement uniforme. Lorsqu'il n'en est pas ainsi, on utilise le dispositif suivant à section variable, qui s'adapte automatiquement à l'épaisseur variable du ruban. la Fig. 7 représente ce dispositif selon une coupe par un plan de symétrie aa parallèle à la direction de l'écoulement du gaz G. La Fig. 8 est une coupe perpendiculaire à la précédente par un plan bb confondu avec le plan contenant l'axe des trous d'alimentation. UnF*esu 41 de forme parallélépipédique, par exemple, est solidaire d'un piston cylindrique 42 coulissant dans un cylindre 43 recevant le gaz G. Celui-ci arrive dans le canal 13 âce aux orifices 45 et 46, et s'échappe par les deux extrémités A et B. Les garnitures coulissantes 49 et 50 assurent les étanchéités du piston et du plateau. Les forces de pression agissant sur la face inférieure du plateau 41 équilibrent celles qui sont appliquées sur la face supérieure du piston 42 par la pression du gaz et par un ressort progressif 47. Il en résulte une position d'équilibre du plateau caractérisé par la cote h. La bande de produit à traiter 48 transite dans ce canal, et on peut ainsi calibrer au plus juste la valeur h au béné fice de 11 étanchéité d'ensemble du dispositif, en ajustant mutuellement les valeurs des pressions dans le cylindre 43, et en aval des orifices 45 et 46 ainsi que la force de rappel du ressort 47. Dans une variante, la pression du gaz dans les orifices d'admission 45 et 46 est asservie à l'épaisseur du ruban au moyen d'un détecteur (non représenté) sensible aux variations d'épaisseur du ruban qui défile. La section du canal est ainsi adaptée en permanence à celle du produit à traiter. On peut, de cette manière, faire transiter des produits dont la section varie progressivement, ou brutalement, et résoudre notamment le problème du passage des jonctions superposées telles que les coutures de deux bandes de tissu successives. Quand la pression du gaz dans l'orifice 45, à la suite dtun réglage de la cote h à une valeur trop élevée, devient trop faible pour assurer un guidage correct, on supprime la communication entre les canalisations 45 et 46, de manière à rendre indépendante la pression du gaz sur le piston 42 qui pourra être très faible, et la pression dans la canalisation 46 et le canal 13 qui sera maintenue à un niveau satisfaisant. Les applications de ce dispositif sont très nombreuses et peuvent concerner tout ce qui se rapporte au traitement et à la fabrication des matériaux en bande ou même qui se présentent en éléments séparés mais qui sont susceptibles d'être réunis par une bande support. On peut d'abord citer les machines se rapportant au traitement des fils naturels ou synthétiques, ou des textiles en bande continue ou en pièces cousues. Il y a également le domaine des fils et cibles électriques avec la constitution de leur revêtement isolant par des opérations de cuisson en atmosphère contrôlée. Ou encore le traitement des toles en bande ou en plaques, des fils métalliques et également la fabrication des semiconducteurs, et d'une manière générale chaque fois que dans un processus industriel on a à résoudre le problème de l'introduction continue ou d'introductions répétées de matériaux dans une enceinte, telle qu'un four, à atmosphère contrôlée. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité séparant deux enceintes, et parcouru en continu par des matériaux transférés d'une enceinte à l'autre dans un canal, dispositif caractérisé en ce qu'il est constitué par un canal réunissant les deux enceintes, la section de ce canal était légèrement supérieure à celle des matériaux transférés, ledit canal 6tant pourvu entre les deux enceintes d'une chambre de répartition de fluide dans laquelle débouche un fluide d'étanchéité à une pression supérieure à la pression la plus élevée des enceintes. 2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, carac térisé en ce que la pression d'alimentation en fluide d'étanchéité est asservie à la pression régnant dans une des enceintes au moyen d'un régulateur. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal est pourvu en outre d'au moins une chambre de récupération située entre une enceinte et la chambre de répartition, la dite chambre de récupération étant en communication avec un circuit de récupération dont la pression est inférieure à la pression de l'enceinte adjacente, la dite pression du circuit de récupération étant asservie, au moyen d'un régulateur différentiel de pression,à la pression de l'enceinte adjacente. 4. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le canal est pourvu d'une pluralité de chambres de répartition, alimentées en parallèle en fluide d'étanchéité, des chambres de récupération étant disposées entre chacune des dites chambres de répartition, et entre une enceinte et la chambre de répartition adjacente, les dites chambres de récupération étant en communication avec un circuit de récupération dont la pression est asservie au moyen d'un régulateur différentiel de pression, à la pression d'une enceinte adjacente. 5. Dispositif d'étanchéité selon la revendication i, carac térieê en ce qu'une des enceintes est l'atmosphère. 6.Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1, carac térisd en ce que le canal réunissant les deux enceintes est partiellement constitué par une partie mobile reliée à un piston, la dite partie mobile et le dit piston étant pourvu de moyens de coulisse ment étanches dans un logement, le dit piston étant soumis à l'action de la pression d'un fluide et à la pression d'un moyen élastique. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pression agissant sur le piston est commandée par un détecteur d'épaisseur de matériau.