Brevet FR2542858A1 — publié le 19840921

L'invention concerne un appareil pour le séchage d'une bande en mouvement, et plus particulièrement des radiateurs de chauffage disposés dans la direction trans- versale de la bande en mouvement et pouvant être comman- dés individuellement pour établir un profil d'humidité régulier. Comme décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique No 395 864, déposée le 6 juillet 1982 au nom de Kenneth Ostrow et collaborateurs, sous le titre "CROSS DIRECTION WEB DRYER", dans un procédé de production de papier o une feuille de papier avançant en continu est produite, il est connu que le séchage, qui est norma- lement effectué à l'aide de tambours cylindriques à vapeur d'eau, est inégal d'un bord à l'autre de la feuille En d'autres termes, des stries se forment Il en résulte une qualité de sortie inégale La demande précitée décrit les avantages d'une correction efficace des variations de la teneur en humidité en travers d'une bande de papier ainsi qu'un dispositif de commande atteignant efficacement cet objectif Le dispositif de commande travaille plus particulièrement sur des modules sécheurs individuels d'un sécheur de bande transversal L'invention a trait à l'unité de séchage proprement dite Des unités de séchage ou sécheurs transversaux ont été décrits dans l'art anté- rieur, par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 293 770 Dans ce cas, quatre brûleurs allongés sont placés en travers d'une bande en mouvement, et chaque brûleur comporte un robinet de commande individuel, manoeuvré à la main, ce qui permet de tenter, à l'aide des brûleurs, d'éliminer les stries sèches ou mouillées se formant en travers de la bande L'utilisation d'éléments chauffants à infrarouges pour le séchage des textiles et des papiers, etc, par exemple par l'utilisation d'une surface rayonnante en quartz fondu, a été suggérée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 864 546 Dans ce cas, les éléments chauffants peuvent également pivoter sur des axes respectifs s'étendant transversalement à la direction du mouvement de la bande afin d'empêcher toute surchauffe; autrement dit, ils pivotent vers le haut lorsque la bande s'arrête. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 499 232 décrit un sécheur comportant des unités chauffantes amovibles Chaque unité chauffante comporte un élément chauffant dont le fond présente une plaque en quartz fondu adjacente à la bande en mouvement en cours de séchage Les modules chauffants ou caisses chauffantes présentent un jeu de montage suffisant pour permettre à de l'air de s'écouler et d'atteindre la bande en mouvement afin d'accroître l'effet de séchage. La firme Research, Inc, de Minneapolis, Minnesota, E.U A, fabrique un radiateur chauffant à haute densité pour lampestubulaires à quartz à filament de tungstène. Une fenêtre transparente en quartz renferme les lampes afin d'empêcher la pièce ou la matière en cours de refroi- dissement d'être refroidie par convection par l'air de refroidissement de l'élément chauffant. Pour produire un dispositif sécheur efficace, les conditions ambiantes, par exemple dans une machine de production de papier, sont évidemment très sévères. Ainsi, on souhaite qu'un sécheur puisse être aisément installé sur la largeur d'une bande de papier en mouvement relativement large, par exemple, pour fournir un nombre élevé de modules sécheurs à haute intensité et grand rendement, à un faible coût, et l'on souhaite également disposer d'un appareil général de séchage d'entretien aisé et peu sujet aux défaillances La défaillance d'un tel appareil est évidemment très grave dans le cadre d'une machine de papeterie, car elle peut nécessiter l'ar- rêt de l'ensemble du procédé. L'invention a donc pour objet un appareil perfectionné destiné à régler le profil d'humidité d'une bande en mouvement. L'objet indiqué ci-dessus est réalisé par un appareil qui comprend un élément structurel allongé de longueur au moins égale à la dimension transversale de la bande et formant le support structurel principal de l'appareil de séchage Des moyens de support reçoivent plusieurs modules sécheurs disposés côte à côte et les supportent de façon qu'ils puissent être remplacés et qu'ils occupent des positions transversales à la bande pour faire sécher cettè dernière Les moyens de support sont fixés en porte-à-faux à l'élément de structure. L'appareil comporte également des moyens fixes dé support portant l'élément de structure par ses deux extrémités, en lui permettant de tourner, et comprenant des moyens permettant de faire tourner les modules sécheurs pour les amener à proximité de la bande et pour les écarter de la bande. regard des limitatifs l'appareil L'invention sera décrite plus en détail en dessins annexés à titre d'exemples nullement et sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective de selon l'invention, montrant son installation dans une machine de papeterie; la figure 2 est une à échelle agrandie et avec coupe de la figure 1; la figure 3 est une la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une 4-4 de la figure 2; la figure 5 est une vue partielle de dessus partielle, d'un détail coupe partielle suivant coupe suivant la ligne vue de dessus d'un module chauffant, suivant la ligne 5-5 de la figure 4; la figure 6 est une coupe partielle suivant la ligne 6-6 de la figure 4; la figure 7 est une vue partielle en pers- pective d'une variante de l'appareil selon l'invention; et la figure 8 est une coupe partielle, analogue à la figure 4, de la variante de l'invention. La figure 1 représente l'appareil 10 de séchage selon l'invention qui est disposé transversalement ou en travers d'une bande de papier en mouvement 11 dont la direction du mouvement est indiquée par une flèche 12. Dans la position représentée, les unités de séchage logées à l'intérieur de l'appareil sont très proches de la bande 11 en mouvement, c'est-à-dire à moins de 2,5 cm de cette bande Les traits mixtes 13 illustrent l'appareil après qu'il a été éloigné de la bande, par rotation, pour retirer rapidement la source de chaleur dans le cas d'une rupture de la bande et pour empêcher la détérioration des éléments chauffants individuels. Comme décrit dans la demande N O 395 864 précitée, le sécheur comporte plusieurs modules chauffants à commande individuelle qui sont disposés cÈte-à côte en travers du papier afin que des zones ou tranches individuelles du papier soient séchées suivant des critères particuliers. L'appareil 10 comprend plusieurs unités 16 a à 16 g de séchage, comportant chacune quatre modules chauffants ou sécheurs Le nombre d'unités 16 peut évidemment varier suivant la largeur de la bande et le chiffre indiqué n'est donné qu'à titre illustratif Chacun des capots des unités 16 a à 16 g comporte des verrous 29 a, 29 b permettant un accès aisé aux modules sécheurs. A chaque extrémité de l'appareil de séchage se trouvent des moyens 17 a et 17 b de support qui sont montés sur des supports verticaux fixes 18 a et 18 b, respective- ment Un dispositif d'entraînement hydraulique, indiqué en 19, est incorporé dans chaque support extrême 17 a et 17 b Lorsque les dispositifs d'entraînement hydraulique sont actionnés, ils font tourner la partie de l'appareil de séchage au-dessus du papier, comme indiqué en 13 en traits mixtes, de façon à l'éloigner du papier et à la ramener ensuite à proximité du papier Cette rotation se produit autour d'un élément allongé de structure de grand diamètre se présentant sous la forme d'un conduit circulaire représenté en traits mixtes en 21 Un élément de forme carrée ou autre élément équivalent pourrait évidemment être utilisé L'ensemble de'l'appareil basculant est monté en porte-à-faux sur cet élément de structure qui sert de support principal de structure pour l'appareil de séchage Ainsi, les extrémités de l'élément tourillon- nent dans des paliers disposés dans les pièces d'extrémité 17 a et 17 b. Chaque actionneur hydraulique 19 comprend un vérin 22 qui est relié au support d'extrémité par une articulation 23 L'extrémité 24 de l'actionneur est arti- culée sur la partie centrale 13 de l'appareil de séchage. Une extrémité 26 illustre le piston en position d'exten- sion. Outre qu'il sert de support principal de structure de l'appareil de séchage, l'élément creux 21 assume la fonction de conduit pour le câblage électrique à l'intérieur de l'appareil. De l'air de refroidissement est fourni par une soufflante 27 reliée par un conduit 28 à l'un des panneaux d'extrémité En pratique réelle, l'un ou l'autre des panneaux d'extrémité peut être convenablement utilisé pour l'introduction d'air dans les unités de séchage 16 a à 16 g Ces unités disposées côte à côte forment une structure fermée qui se présente sous la forme d'une cham- bre à air principale continue 30 (voir figure 4). La figure 2 représente avec arrachement par- tiel le carter ou capot 20 de l'unité 16 g et l'un des modules chauffants individuels 31, ainsi qu'une partie d'un autre module Ces derniers sont supportés par la structure pivotante et ils peuvent être remplacés pour faciliter les réparations L'actionneur hydraulique 19 est articulé en 24 sur une paroi extrême 41 de la partie centrale La même structure est présente à l'extrémité opposée 17 a. Les modules 31 sont entrainés et commandés individuellement, comme décrit plus en détail dans la demande N' 395 864 précitée, par des paires de conducteurs 32, 33, etc sortant d'ouvertures 34 ménagées dans l'élé- ment 21 de structure et aboutissant au module chauffant lui-même Ces conducteurs sont de dimensions relative- ment importantes, car la puissance généralement émise par un module chauffant individuel est de 24 kilowatts sous 480 volts Par conséquent, ainsi qu'il apparaît, l'élé- ment 21, en plus de sa fonction de support structurel, A 2858 porte et refroidit (par l'intermédiaire de l'ouverture 34) les conducteurs électriques alimentant en énergie les modules sécheurs. Pour isoler de la chaleur les supports extrêmes 17 a et 17 b, la partie centrale pivotante comporte égale- ment, à chaque extrémité, une plaque 42 en matière isolante. Etant donné que la partie centrale de l'appa- reil de séchage est pivotante, deux paliers sont prévus en 36 a et 36 b dans les sections extrêmes 17 a et 17 b Un palier est représenté en détail sur la figure 3 qui montre un support fixe de palier -conportant une paroi 37 faisant partie du support d'extrémité 17 b et portant des blocs 38 de montage sur lesquels un chapeau 39 de palier est fixé Le palier lui-même est en laiton fritté, c'est-à- is dire qu'il s'agit d'un coussinet de tourillon classique. La figure 4 est une coupe de l'ensemble de l'unité de séchage qui permet de mieux voir comment l'appareil est effectivement fixé en porte-à-faux sur l'élément principal 21 de structure La fixation permet en outreoun montage amovible des modules sécheurs 31 dis- posés côte à côte En particulier, des parties 43 et 44 de support en forme d'ailes sont soudées à l'élément 21 duquel elles partent La partie inférieure 44 comporte un rebord 46 sur lequel repose une extrémité d'un module chauffant 31 Un rebord opposé 47 est supporté par des consoles espacées 48, représentées en traits pointillés et avec arrachement partiel, qui sont fixées à la console 43 en forme d'aile Celles-ci sont espacées, par exemple à raison d'une console pour quatre unités 16 Les rebords 46 et 47 délimitent entre eux un espace ouvert destiné à recevoir les éléments chauffants 51 à lampes à quartz que chaque unité 37 de séchage contient en plusieurs exem- plaires, de façon que ces éléments chauffants puissent agir sur le papier passant immédiatement au-dessous d'eux. Les axes des éléments chauffants 51 à lampes à quartz du module chauffant 31 coïncident avec la direction 12 (figure 1) de la bande en mouvement Les lampes sont ali- mentées en énergie par l'intermédiaire des conducteurs 32 et de bornes 52 et 53 qui sont connectées aux éléments chauffants 51 Un troisième conducteur 35 assure une connexion de masse de sécurité. Le haut de chaque module sécheur est constitué d'une plaque emboutie 54 qui présente un certain nombre de trous 55 (voir figure 2) permettant l'admission d'air dans une chambre 56 de distribution L'air est évidemment fourni par la soufflante en passant par la chambre à air principale 30 Le fond de la chambre distributrice 56 est formé d'une dalle ou plaque céramique à fentes 57 mieux représentée sur la figure 5 Le nombre des fentes est approximativement égal à celui des éléments chauffants à lampes à quartz La plaque céramique fendue 57 est supportée à l'intérieur du châssis du module sécheur par des blocs céramiques 59 et 61 de calage Ces deux blocs de céramique et la plaque proprement dite peuvent être réalisés en des matériaux tels que l'alumine. De plus, de l'air est capté par des écopes 49 et 50 (voir figure 2) qui dirigent l'air,comme indiqué par la flèchevers les deux extrémités des éléments chauf- fants à quartz 51 Les extrémités des lampes 51 peuvent être maintenues à une température inférieure à celle du corps, car elles constituent le point le plus faible de ces lampes Les écopes assurent un écoulement d'air convenable. Le fond de chaque module chauffant 31 est fermé par une plaque 60 de quartz qui est en fait divisée en deux parties 60 a et 60 b, ainsi qu'on peut mieux le voir sur la figure 6, une fente 65 apparaissant au milieu de la plaque 60, parallèlement aux éléments chauffants 51. De plus, étant donné que la plaque 60 n'est maintenue qu'à ses extrémités à l'aide de pièces 62 et 63 d'extré- mités de forme en U, comme montré sur la figure 4, des fentes 66 sont formées entre les plaques de modules chauffants adjacents Les fentes 61 et 66 permettent à l'air de refroidissement de s'échapper vers l'espace compris entre la feuille 11 et la plaque 60 et de sortir ensuite, comme indiqué par des flèches sur la figure 4, à l'avant et à l'arrière des modules 31. Comme illustré partiellement sur la figure 4, un revêtement optique 64 peut être appliqué sur l'une ou l'autre des faces de la plaque 60 de quartz afin d'éliminer ou de réduire la quantité de lumière visible, ceci au bénéfice des ouvriers travaillant à proximité et qui risquent autrement d'être gênés ou ennuyés par cette lumière Bien qu'une seule fente médiane 61 de la plaque soit représentée, suivant l'application, on peut utiliser davantage de fentes, de largeur plus ou moins grande, pour établir un écoulement et une contrepression d'air appropriés. La forme de réalisation décrite ci-dessus présente plusieurs avantages Elle permet l'échappement de l'air de refroidissement des lampes à quartz et elle utilise en même temps cet air d'échappement pour fournir de l'air relativement froid entre la bande en mouvement et le module chauffant En d'autres termes, de l'air relativement froid est introduit entre le papier et le module chauffant car, comme illustré sur la figure 6, la circulation d'air élimine, par un balayage continu, 1 ' air humide de la surface de la bande 11 qui est en cours de séchage, en passant par les fentes 61 de la plaque de quartz et par les fentes latérales 66 Le fait que la bande soit maintenue écartée des éléments chauffants chauds constitue également un facteur de sécurité, car le risque d'incendie est ainsi réduit La plaque de verre empêche la bande de papier ou autre matière de frapper contre les éléments chauffants qui, suivant leur type, peuvent ne pas avoir une résistance mécanique élevée. Enfin, une pression de reflux est fournie à la chambre distributrice 56 pour assurer une distribution uniforme de l'air vers tous les modules 31. Suivant l'application, par exemple lorsqu'il n'est pas nécessaire de masquer les éléments chauffants, la plaque de verre peut être totalement supprimée pour permettre à l'air de s'écouler librement des lampes à quartz vers la feuille de papier. La figure 6 est une coupe du module chauffant dont la plaque supérieure emboutie 54 à trous permet l'introduction d'air dans la chambre distributrice 56, l'air étant ensuite égalisé par cette chambre et s'écou- lant de façon égale par toutes les fentes 58 de la plaque chauffante 57 en céramique Plusieurs tubes ou lampes chauffantes à quartz 51 sont représentés et sont quelque peu décalés des fentes 58 de manière à ne pas recevoir directement un écoulement d'air De plus, ce décalage empêche la transmission directe de l'énergie rayonnante par les fentes vers la chambre distributrice 56 Cet air assure également le refroidissement des enveloppes des éléments chauffants proprement dits qui, du fait qu'ils sont en quartz, n'absorbent pas beaucoup d'énergie rayonnante, mais une quantité suffisante pour, nécessiter cependant un refroidissement. Les figures 7 et 8 représentent une variante des éléments chauffants qui sont à présent désignés par la référence numérique 51 ' Comme décrit pour la figure 4, les écopes à air 49 et 50 sont utilisées pour diriger en particulier de l'air de refroidissement vers les ex- trémités des éléments chauffants En raison des tempéra- tures élevées qui sont présentes, il est apparu que le refroidissement de ces parties des éléments chauffants était critique Comme montré sur la figure 4, les éléments chauffants sont coiffés d'enceintes du type caissons que le fabricant construit de façon normalisée. Cependant, comme montré sur la figure 7, il est possible, à présent, de retirer ces enceintes en ne laissant que les extrémités aplaties et pincées 67 des éléments chauffants Ces extrémités sont alors main- tenues par des pinces 68 Les conducteurs électriques 69, protégés par des tubes isolants 71, partent également de chaque extrémité. L'air s'écoule, par exemple, à partir d'une écope à air, comme indiqué par la flèche 72 Il semble qu'un effet du type Venturi accélère l'écoulement ou le volume d'air en raisant de l'étranglement provoqué par la partie cylindrique du tube 51 ' par rapport à la partie aplatie et pincée 67 Par conséquent, la partie extrême critique de l'élément chauffant fait l'objet d'un refroi- dissement plus efficace Ceci est également vrai, comme mentionné précédemment, du fait qu'en l'absence de coiffes d'extrémité normales, les extrémités 67 sont à présent à peu près totalement exposées à l'air de refroidissement. Il convient de noter que les pinces 68 ne couvrent qu'une petite partie de la surface des extrémités 67, ce qui améliore le refroidissement. Une autre modification présentée par la forme de réalisation montrée sur les figures 7 et 8 est que, ainsi qu'on peut mieux le voir sur la figure 8, la plaque isolante 57 de l'élément chauffant de là figure 6 est modifiée de façon que les fentes 58 soient éliminées afin que l'on obtienne une cloison pleine 57 ' Par consé- quent, cette cloison oblige la totalité de l'air s'écou- lant de la chambre 30 (voir la figure 4 qui s'étend sur toute la largeur de la structure fermée) à passer, par l'intermédiaire des écopes à air 49 et 50, d'abord sur les extrémités 67 des éléments chauffants 51 ', puis sur les éléments eux-mêmes. Ensuite, comme décrit précédemment, il est évident que la plaque protectrice 60 en quartz présentant les fentes 65 et 66 (voir figure 6) permet à l'air de refroidissement de s'échapper dans l'espace compris entre le papier 11-et la plaque 60. Etant donné que la plaque 57 ' est à présent pleine, la chambre distributrice 56 montrée sur les figures 4 et 6 peut être supprimée; en variante, la plaque 54 peut être pleine, sans présenter de trous 55. En résumé, l'appareil de séchage est de structure très simple en raison de l'utilisation d'un élément structurel 21 qui supporte en porte-à-faux la partie restante de l'appareil de séchage De plus, en ouvrant simplement l'un des capots 20 et en retirant les connexions électriques, on peut remplacer rapidement tout module sécheur individuel 31 Etant donné que les 1 1 lampes individuelles de chauffage au quartz sont maintenues à chaque extrémité par des pinces, elles peuvent être - aisément démontées lorsque le module chauffant est retiré du châssis Enfin, la circulation d'air à travers les modules chauffants et, à cet effet, à travers la partie restante de l'appareil de séchage sert à équilibrer les températures, à empêcher l'apparition de points chauds et, d'une manière générale, à prolonger la durée de vie de tous les éléments. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil de séchage d'une bande ( 11) en - mouvement, caractérisé en ce qu'il comporte un élément allongé ( 21) de structure dont la longueur est au moins égale à la dimension transversale de la bande et qui porte plusieurs modules chauffants ( 31) disposés côte à côte et destinés à sécher la bande, une chambre à air ( 30) étant reliée à tous les modules chauffants, des moyens de refroidissement par circulation d'air forcée étant destinés à fournir de l'air de refroidissement à la chambre à air, chaque module ( 16) de séchage compre- nant plusieurs éléments chauffants allongés parallèles et espacés ( 51) qui sont proches de la bande et qui comprennent une cloison pleine ( 60) portée par le module de séchage, entre les éléments chauffants et la bande, sensiblement transparente à la chaleur de rayonnement des éléments chauffants, cette cloison présentant au moins une fente étroite ( 65) parallèle aux éléments chauffants afin de permettre le passage de l'air de la chambre à air vers l'espace compris entre la bande et la cloison. 2 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la cloison porte un revêtement filtrant ( 64) arrêtant le rayonnement visible. 3 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la cloison n'est maintenue que par ses extrémités afin de former une fente supplémentaire ( 66) permettant l'écoulement de l'air entre des modules chauffants adjacents; - 4 Appareil selon la revendication 1, caract 6- risé en ce que chaque élément chauffant ( 51 ') présente deux extrémités ( 67) reliées à une alimentation en éner- gie électrique, et chaque module comprend des écopes à air ( 49, 50) destinées à fournir pratiquement la tota- lité de l'air de refroidissement aux deux extrémités des éléments chauffants et à ces éléments. Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en ce que les extrémités sont pincées et produisent, avec des parties cylindriques adjacentes des éléments chauffants, un effet de Venturi résultant de la réalisa- tion desdites parties cylindriques.