Brevet FR2464233A1 — publié le 19810306

La présente invention concerne de façon générale les fours ayant un avant- corps chauffé électriquement et plus précisément un ensemble de chauffage du canal d'un avant-corps, ayant des jeux d'électrodes pour chacune des zones séparées de réglage de température dans le four. L'invention concerne plus précisément le réglage d'un tel avant-corps, par un circuit recevant une tension triphasée, trois zones étant réglées chacune indépendamment en fonction de sa conductivité et de la température, à proximité des extrémités de sortie de chacune des trois zones, si bien que la souplesse obtenue est bien supérieure à celle dont on a disposé jusqu'a présent dans les avant- corps chauffés électriquement. Selon l'invention, deux électrodes au moins sont placées au centre d'un nombre correspondant de zones formées dans l'avant-corps, et des électrodes communes placées en- tre les zones sont à un potentiel électrique commun, ces électrodes communes étant placées entre les électrodes centrales et d'autres étant placées aux extrémités de l'avant-corps. Le circuit de commande est destiné à trans- mettre de l'énergie électrique alternative monophasée à des tensions variables aux électrodes de chacunes des zones, à partir d'une alimentation alternative triphasée classique. Un transformateur est utilisé pour chacune des zones, les secondaires des transformateurs étant couplés aux électro- des placées au centre des zones et aux électrodes communes qui se trouvent en amont et en aval des zones afin qu'un circuit parallèle soit formé pour les électrodes dans cha- cune des zones. Le courant circule de l'électrode centrale aux deux électrodes communes, par l'intermédiaire du verre fondu dans chacune des zones, puis dans le secondaire du transformateur. Des transformateurs de courant sont associés à la boucle aval du circuit parallèle et une tension est détectée au secondaire de chacun des transformateurs si bien qu'une commande peut recevoir ces signaux de sortie et peut calculer un rapport I/V destiné à être comparé à une valeur préréglée du rapport courant/tension si bien qu'une simple opération de comparaison peut être utilisée pour la commutation par tout ou rien des primaires des transformateurs, séparément pour chaque zone, en fonction des résultats de la comparaison. Un dispositif de détec- tion du niveau de verre est placé à l'extrémité amont de l'avant-corps, et la commande est destinée à être préréglée afin qu'elle assure la compensation des variations de l'épaisseur du verre, et l'effet de ces variations et l'effet de ces variations sur la résistance du verre à la circulation du courant électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexe sur lequel la figure unique est un schéma illustrant la mise en oeuvre de l'in- vention dans le cas d'un canal d'avant-corps représenté en perspective, indiquant l'orientation des différentes électrodes dans les trois zones de l'avant-corps. Sur la figure, le verre s'écoule de gauche à droite comme indiqué par la flèche, et une réserve de verre fondu, par exemple une cuve contenant du verre ou un four (non représenté), est placée en amont du canal 10, celuici étant divisé en trois zones de chauffage ou de réglage A, B et C, entre la source de verre fondu et un distributeur de verre appelé "feeder" à l'extrémité aval. Les zones délimitées dans l'avant-corps sont de préférence maintenues à des températures différentes, et une cloison 12 peut être placée entre les zones A, B et C afin qu'elle assure un isolement et permette le maintien des différences de tempé- ratures dans le verre 14 s'écoulant dans le canal 10. Le verre 14 est de préférence maintenu à une même hauteur dans le canal 10 et cette hauteur est contrôlée par une sonde 16 de platine, destinée à se déplacer verticalement sous la commande d'un circuit classique associé de commande, avec maintien du niveau constant du verre qui est habituel- lement aussi enregistré. Ce système assure une détection périodique de la hauteur du verre, par un procédé électrique. De tels dispositifs de détection du niveau de verre sont bien connus des hommes du métier et sont utilisés pour le réglage de la quantité de la composition déversée dans la cuve ou le four en amont du canal 10 de l'avant-corps. Ainsi, le niveau 14 du verre est de préférence maintenu à une hauteur prédéterminée mais toute variation est dé- tectée par le dispositif 18 et transmise par la ligne 20, aux divers organes de commande Ca, Cb et Cc décrits dans la suite. Il faut noter que les signaux de réaction cor- respondant au niveau du verre, transmis à ces organes de commande Ca, Cb et Cc par la ligne 10, peuvent être modi- fiés individuellement par un potentiomètre extérieur réglé manuellement, associé à chaque organe de commande comme indiqué par les références 22a, 22b et 22c respectivement. Ainsi, la compensation de niveau peut être choisie pour chacune des zones. Le canal de l'avant-corps est chauffé par des électrodes 23, 24, 25, 26, 27, 28 et 29 distantes longitu- dinalement. Chacune des électrodes est disposée horizon- talement, en direction transversale par rapport au canal, jusqu'en un point proche de la paroi latérale opposée du canal 10, la première extrémité de chaque électrode étant montée dans la paroi latérale du canal 10 de manière que des fils 23a à 29a inclus associés à chacune des électrodes permettent la connexion à un circuit de commande assurant l'alimentation des électrodes et le chauffage du verre com- pris entre les électrodes par effet Joule. Ces électrodes sont immergées dans le verre fondu et l'électricité cir- cule de l'électrode centrale 24, 26 et 28 de chaque zone vers l'amont et vers l'aval, vers quatre électrodes res- tantes"communes" 23, 25, 27 et 29, ces électrodes communes étant maintenues à un même potentiel et pouvant être mises à la masse afin que le système soit isolé comme indiqué par la référence 30 sur la figure. Un courant alternatif monophasé est transmis aux électrodes de chacune des zones A, B et C par les se- condaires de trois transformateurs Ta, Tb et Tc qui ont des primaires destinés à être alimentés de façon sélective et réglable par les organes de commande Ca, Cb et Cc res- -pectivement. L'avant-corps peut comporter des dispositifs de refroidissement individuel sous forme de refroidissement par circulation forcée d'air dans la région supérieure (non représentée) et les électrodes et le circuit associé de commande précités sont destinés à chauffer le verre qui se trouve dans le canal de l'avant-corps afin que la conductivité du verre dans chacune des zones-garde une valeur prédéterminée (la conductivité étant l'inverse de la résistivité). Le verre fondu a pour caractéristique de présenter une conductance qui varie avec la température et la viscosité si bien que le réglage de la conductance du verre assure le réglage de sa température et plus pré- cisément le réglage de sa viscosité, même d'une manière qui compense les variations accidentelles de composition. La conductivité du verre fondu dans chacune des zones A, B et C est mesurée dans la moitié aval de chaque zone et plus précisément par un ampèremètre A alimenté par un transformateur de courant associé aux électrodes 25, 27 et 29, en aval de chacune des zones. La tension au secondaire de chacun des trois transformateurs Ta, Tb et Tc est mesurée par un voltmètre, comme indiqué sur la fi- gure, si bien que les mesures d'intensité et de tension peuvent être transmises aux organes correspondants de commande Ca, Cb et Cc afin que les résultats puissent être divisés électriquement l'un par l'autre et donnent un rap- port ou quotient instantané de l'intensité par la tension, ce rapport étant une mesure directe de la conductance instantanée du verre fondu dans la moitié aval de chacune des zones A, B et C. Ces organes de commande Ca, Cb et Cc ont des dispositifs de préréglage d'un rapport voulu de l'intensité à la tension dans chacune des. zones A, B et C, correspondant à une température voulue pour le verre, comme indiqué par des flèches sur la figure. Chacun des organes de commande Ca, Cb et Cc comporte un circuit classique de déclenchement à thyristor triode à blocage inverse, et est destiné à mettre les transformateurs Ta, Tb et Tc res- pectivement en circuit ou hors circuit suivant le résultat de la comparaison effectuée entre le rapport préréglé et la valeur électrique instantanée du quotient réel de l'in- tensité et de la tension, comme décrit précédemment. Par exemple, lors de la distribution du verre dans un canal d'essai du type décrit précédemment, la zone A est maintenue à une température de 1204'C par préréglage de l'organe Ca de commande pour un rapport I/V de 1, 362 A/V (siemens) et par application d'une tension (par le secon- daire du transformateur Ta) au. circuit parallèle formé par les électrodes amont et aval 23 et 25, à une valeur de V. Dans la zone B, la température du verre est mainte- nue à 11490C par utilisation de la même tension de 160 V au secondaire du transformateur Tb et par préréglage du rapport de l'intensité à la tension pour l'organe de com- mande Cb à 1,303 siemens. Enfin, la zone adjacente au feeder lui-même est maintenue à une température de 10930C, la tension appliquée étant de 110 V au secondaire du transfor- mateur Tc, le rapport préréglé de l'intensité à la tension étant de 1,613 siemens. L'intensité du courant mesurée dans la boucle aval de chacune des paires d'électrodes associées aux trois zones A, B et C est déterminée et est égale à 197,5 A à l'ampèremètre A associé à l'organe Ca de commande, à 189 A à l'ampèremètre A associé à l'organe de commande Cb, et à 159 A à l'ampèremètre A associé à l'organe Cc de com- mande. Ainsi, la tension du réseau triphasé 32, transmise aux différents organes de commande Ca, Cb et Cc comme représenté, est divisée en parties inégales par les trans- formateurs Ta, Tb et Tc. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la tension "maximale" appliquée au secondaire de chacun des transformateurs peut varier entre environ V et une valeur beaucoup plus faible, de l'ordre de V et même encore plus faible au secondaire du transfor- mateur Tc (55 à 110 V). L'opération est obtenue par uti- lisation de prises de tension variable., comme représenté. Les prises inférieures sont utilisées afin que le coeffi- cient d'utilisation des thyristors ne soit pas trop faible et que le facteur de puissance ne soit pas trop faible non plus. Il faut noter que la hauteur de verre à l'extré- mité amont du canal de l'avant-corps est maintenue à en- viron 15 cm pendant l'expérience précitée. Un niveau cons- tant du verre doit être maintenu à plus ou moins 0,5 mm près à peu près, et l'organe de réglage de niveau de verre précité, disponible dans le commerce, peut habituellement donner ce résultat. Cependant, et pour montrer comment un changement du niveau du verre peut avoir une influence sur la conductance, lorsque le niveau tombe de 1 mm, à la suite de problèmes de chargement de l'avant-corps par exemple, la conductance déterminée électriquement à une valeur de 2,33 siemens diminue à la suite de cette réduc- tion du niveau du verre et de la section du verre d'envi- ron 0,015 siemens, correspondant à une variation de tempé- rature de 2,80C environ. Ainsi, les potentiomètres 22a, 22b et 22c de la ligne 20 du dispositif de détection du niveau du verre, reliés aux organes de commande Ca, Cb et Cc sont destinés à supprimer cette réduction apparente de tempéra- ture et à permettre aux organes de commande de fonctionner malgré les petites variations du niveau du verre dans le canal de l'avant-corps. Les réglages réels utilisés peuvent être déterminés empiriquement pour une installation parti- culière. Il faut aussi noter que les électrodes d'une zone particulière peuvent être équidistantes les unes des autres mais que les électrodes de la zone adjacente sont habituellement séparées par une distance différente les unes des autres et en outre que l'espacement réel des électrodes n'est pas toujours le même dans une zone parti- culière de l'avant-corps. Dans l'exemple indiqué précédem- ment par exemple, la distance séparant l'électrode 24 des électrodes communes associées 23 et 25 est de 1,11 m. Ce- pendant, dans la zone B, la distance séparant l'électrode centrale 26 des électrodes communes 25 et 27 est de 1,02 m. Dans la même installation cependant, l'électrode centrale 28 de la zone C n'est pas centrée entre les électrodes com- munes 27 et 29 mais se trouve à une distance de 0,71 m de l'électrode amont 27 et de 0,66 m de l'électrode aval 29 afin que la plus faible longueur soit prise en compte. Cet- te configuration entre bien dans les possibilités de fonc- tionnement des organes de commande décrits précédemment, et il faut noter que la distance particulière séparant les électrodes centrales 24, 26 et 28 n'est pas nécessairement la même vers l'amont et vers l'aval, par rapport aux élec- trodes communes correspondantes, dans les circuits dérivés parallèles associés aux électrodes centrales. En conclusion et à titre de résumé, le circuit précité de commande d'électrodesa une grande souplesse pour le chauffage électrique du verre fondu dans un avant- corps, avec plusieurs zones ayant des températures dif- férentes voulues. Seuls une tension et un courant alterna- tifssont appliqués aux électrodes placées dans le verre car les transformateurs Ta, Tb et Tc jouent le rôle de trans- formateurs d'isolement qui annulent les tensions continues parasites dues aux imprécisions de synchronisation des organes de commande Ca, Cb et Cc à thyristors. L'électrolyse du verre par un courant continu est ainsi éliminée, de même que les détériorations correspondantes provoquées aux élec- trodes. Un organe de commande à thyristors qui donne satis- faction et qui est disponible dans le commerce est du type no 401 de Robican, 100 Sagamore Hill Road, Plum Industrial Park, Pittsburg, Pennsylvanie 15239. L'utilisation d'un or- gane de commande classique à thyristors et l'opération simple de calcul électronique (rapport intensité/tension) et l'opération de comparaison (rapport préréglé et quotient calculé) constituent un progrès important pour le réglage des avant-corps contenant du verre fondu. Le circuit de réaction du dispositif de réglage de niveau de verre est particulièrement utile dans les avant-corps afin que les changements de conductance du verre de ce type soient com- pensés. REVENDICATIONS 1. Ensemble de chauffage électrique de l'avant- corps d'un four de verre, dans lequel du verre fondu s é-. coule d'une cuve à un bassin distributeur évacuant le verre, par l'intermédiaire d'un canal, ledit ensemble de chauffage étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois élec- trodes (24, 26, 28) placées au centre d'une première, d'une seconde et d'une troisième zone (A, B, C) de l'avant-corps, le verre des zones étant maintenu à des températures dé- terminées, au moins quatre électrodes communes (23, 25, 27, 29) placées à un potentiel électrique commun, deux (25, 27) des quatre électrodes communes étant placées entre les trois électrodes (24, 26, 28) et les deux autres électrodes communes (23, 29) étant disposées en amont et en aval de la première et de la troisième électrode (24, 28), un cir- cuit de commande (Ca, Cb,Cc) destiné à transmettre de l'énergie alternative monophasée aux trois électrodes à des potentiels qui peuvent varier les uns par rapport aux autres, à partir d'une source (32) d'énergie électrique - alternativetriphasée, le circuit de commande comprenant un transformateur (Ta, Tb, Tc) pour chacune des trois élec- trodes, chaque transformateur ayant un secondaire monté en série avec l'une des trois électrodes (24, 26, 28) et en parallèle avec deux des électrodes communes afin que du courant puisse circuler de l'une des trois électrodes vers deux des électrodes communes par l'intermédiaire du verre fondu puis dans le secondaire, chaque transformateur ayant un primaire alimenté par l'une des trois phases de la source triphasée, le circuit de commande comprenant en outre au moins un dispositif de détection d'intensité du courant, transmettant des signaux de sortie qui dépendent de l'intensité du courant dans le circuit parallèle, le circuit de commande comprenant aussi au moins trois dis- positifs de mesure d'un potentiel électrique, destinés à former des signaux de sortie proportionnels à la tension du secondaire, le circuit de commande comprenant en outre des organes de commande ayant des dispositifs destinés à prérégler un rapport voulu de l'intensité à la tension pour chaque secondaire, et un dispositif de comparaison du quo- tient réel du signal de sortie représentant l'intensité pour chacun des trois circuits parallèles et de la tension du secondaire correspondant, au rapport préréglé, les or- ganes de commande commutant les primaires des transforma- teurs par tout ou rien, individuellement, à chaque cycle alternatif, lorsque la comparaison indique que le quotient réel est inférieur ou supérieur au rapport préréglé pour chaque zone de l'avant-corps. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (16, 18) de détection du niveau du verre fondu, destiné à transmettre un signal d'entrée aux organes de commande (Ca, Cb, Cc) ce signal d'entrée variant avec l'augmentation et la réduc- tion du niveau du verre par rapport à un niveau de travail ou prédéterminé pour lequel des rapports préréglés de l'intensité à la tension sont calculés, et un dispositif associé aux organes de commande et destiné à régler les rapports mesurés afin qu'ils soient réduits lorsque le niveau détecté du verre augmente et qu'ils soient accrus lorsque le niveau détecté du verre diminue par rapport au niveau prédéterminé. 3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux électrodes communes (25, 27) placées entre les trois électrodes centrées (24, 26, 28) dans les trois zones séparées de l'avant-corps, sont placées aux limites des zones, et le dispositif de détection de l'intensité du courant, dans chaque secondaire, comporte un transforma- teur de courant destiné à mesurer l'intensité du courant à l'extrémité aval seulement d'une zone associée, entre l'électrode centrale d'une zone et l'électrode commune pla- cée en aval de cette zone. 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que les secondaires des transformateurs (Ta, Tb, Tc) comportent chacun une prise de tension variable permettant la variation de la tension transmise aux électrodes dans chaque zone de l'avant-corps, indépendamment les unes des autres. 5. Ensemble selon la revendication 4, caracté- risé en ce qu'il comprend un dispositif (16, 18) de détec- tion du niveau du verre fondu, capable de transmettre un signal aux organes de commande (Ca, Cb, Cc) ce signal va- riant avec l'augmentation et la réduction du niveau du verre par rapport à un niveau prédéterminé de travail pour lequel les rapports préréglés de l'intensité à la tension sont calculés, et un dispositif associé aux organes de com- mande et destiné à régler ces rapports mesurés afin qu'ils soient diminués lorsque le niveau détecté du verre a aug- menté et qu'ils soient accrus lorsque le niveau détecté du verre a diminué par rapport au niveau prédéterminé. 6. Ensemble de chauffage électrique de l'avant- corps d'un four de verre, dans lequel du verre fondu s'é- coule d'une cuve à un bassin distributeur qui évacue le verre, par l'intermédiaire d'un canal, ledit ensemble étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux électrodes (24, 26) placées au centre de deux zones adjacentes (A, B) dans l'avant-corps, le verre de ces zones étant maintenu à des températures séparées, au moins trois électrodes communes (23, 25, 27) placées à un potentiel électrique commun, l'une (25) des électrodes communes étant placée entre les deux électrodes et deux électrodes communes étant placéesen amont et en aval des électrodes centrales res- pectivement, un circuit de commande (Ca, Cb) destiné à transmettre de l'énergie électrique alternative monophasée aux électrodes centrales (24, 26) à des potentiels qui peuvent varier les uns par rapport aux autres et qui pro- viennent d'une source (32) d'énergie électrique alterna- tive multiphasée, le circuit de commande (Ca, Cb) comprenant un transformateur (Ta, Tb) pour chaque électrode centrale, chaque transformateur ayant un secondaire alimenté par l'une des électrodes centrales et monté dans un circuit parallèle avec deux des électrodes communes afin qu'un courant puisse circuler de l'une des électrodes centrales il dans le verre fondu et vers deux électrodes communes puis dans le secondaire, chaque transformateur ayant un pri- maire alimenté par l'une des trois phases de la source (32) d'énergie alternative, le circuit de commande com- prenant en outre au moins deux dispositifs de détection de l'intensité du courant électrique, transmettant des signaux de sortie qui dépendent de l'intensité du courant du circuit parallèle, le circuit de commande comprenant en outre au moins deux dispositifs de mesure du potentiel électrique destinés à transmettre des signaux de sortie proportionnels à la tension du secondaire, le circuit de commande ayant des organes de commande comprenant des dis- positifs destinés à prérégler un rapport voulu de l'inten- sité du courant des électrodes à la tension de-chaque se- condaire, et un dispositif de comparaison du quotient réel du signal de sortie représentant l'intensité, pour chacun des deux circuits parallèles, et de la tension correspon- - dante du secondaire avec le rapport préréglé, les organes de commande commutant chacun des primaires par tout ou rien, individuellement, à chaque cycle du courant alternatif, lorsque la comparaison montre que le quotient est inférieur ou supérieur au rapport préréglé pour chacune des zones de l'avant-corps.