Brevet FR2586094A1 — publié le 19870213

L'invention concerne un dispositif de eontrtle de 11 écoulement d'un produit granuleux en particulier dans un échangeur thermique, l'échangeur comportant des éléments d'échange formant des canaux verticaux d'écoulement maintenus en permanence pratiquement pleins de produit granuleux qui y est traité indirectement, le dispositif de contr6le étant disposé à la partie inférieure de l'échangeur. Le pré chauffage de produits devant intervenir dans des procedés thermiques de transformation ou de fusion a été rendu nécessaire afin d'augmenter le rendement thermique des installations et également leurs cadences de production. C'est ainsi que le brevet XR-A- 2.489.295 décrit un préchauffeur de produits pulvérulents pour l'alimentation d'un four de fusion de verre. Il est constitué dtune enceinte parallélépipédique dans laquelle des tubes sont maintenus entre des plaques supérieure et inférieure. Les produits à préchauffer traversent les tubes dont les parois externes sont léchées par les gaz de récupération du four0 Des trémies supérieure et inférieure en tronc de pyramide permettent d'améliorer l'écoulement sur la totalite de la hauteur du préchauffeur.Les tubes étant pratiquement pleins en permanence, on obtient un chauffage déterminé du produit. Une vanne prévue à la partie inférieure de la trémie permet de séparer le courant de produits pulvérulents en deux parties : une allant au four et l'autre mélangée aux produits froids et recyclée. La vitesse de passage des produits dans les tubes et par conséquent leur préchauffage est contr3lable par la vitesse d'extraction des produits accumulés dans la trémie inférieure, qui demeure pleine et ne présente pas d'espace libre entre la sortie des tubes et la surface des produits accumulés. Ce mode d'extraction ne permet pas un écoulement uniforme des produits dans les canaux, ceux qui sont proches des parois s'écoulant moins rapidement par suite du frottement contre les parois de la trémie des produits préchauffés qui y sont accumulés. Un tel dispositif ne peut entre utilisé pour le préchauffage de produits exigeant une température précise et homogène pendant une durée limitée, par suite des risques de transformation indésirable, telle que, par exemple, pour un matériau thermoplastique, le ramollissement des produits granuleux. Aussi l'invention propose un dispositif permettant par un contrôle actif du temps de passage des produits dans la zone d'échange de mattriser de façon précise la température des produits en n'importe quel point de l'échangeur. Le dispositif permet corrélativement le contrble du débit des produits. te dispositif, selon l'invention est remarquable en ce qu'il comporte une grille de sortie à la sortie des canaux dtécoulement et une grille de contrôle, les deux grilles présentant des ouvertures approximativement de mEme forme, section et pas, l'une des grilles étant susceptible de se déplaeer d'ue mouvement alternatif devant l'autre grille, de manibre que les parties pleines de la grille susceptible de se déplacer restent continuellement devant les ouvertures de l'autre grille; les deux grilles étant séparées par une distance e au plus égale à une valeur fonction de la largeur t des parties pleines de la grille susceptible de se déplacer, de la largeur 1 des ouvertures de l'autre grille, du déplacement x de la grille susceptible de se déplacer et de l'angle de talus9 du produit granuleux traité, valeur donnée par la relation Les explications et figures données ci-apres à titre d'exemple permettront de comprendre comment peut titre réalisée l'invention. La figure 1 représente une coupe schématique d'un échangeur thermique comportant le dispositif de eontrtle selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle et détaillée de la partie II de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2. La figure 4 est une vue partielle selon IV-IV de la figure 3-. La figure 5 est une vue en perspective du dispositif selon l'invention, lors du montage ou du démontage dans eet échangeur thermique. La figure 6 est une vue en coupe à grande échelle d'une portion du dispositif. Selon l'exemple d'application décrit ei-après, le dispositif selon l'invention est appliqué à un préchauffeur, représenté schématiquement figure 1, qui est constitué d'une enveloppe 1 quadrangulaire dans laquelle sont maintenus des éléments de chauffage formés de panneaux rectangulaires 2, (figure 2) verticaux, espacés les uns des autres pour former des canaux 3 entre lesquels les produits granuleux ou pulvérulents s'écoulent par gravité. Bes plans des panneaux sont perpendiculaires au plan de la figure.Ces panneaux sont, de manière connue, formés par deux plaques métalliques espacées, réunies par leurs bords supérieur et inférieur0 Les bords latéraux sont soudés dans des ouvertures correspondantes de plaques de distribution qui forment au moins une partie des parois opposées du pré chauffeur et devant lesquelles sont prévues une botte de distribution 4 et un collecteur 5 du fluide d'échange thermique destiné à chauffer, indirectement par échange avec les parois des plaques, les produits qui s'écoulent dans les canaux 3. Le fluide d'échange thermique peut être constitué par les gaz chauds de récupération provenant du four, ou par un gaz chaud de provenance quelconque. Les canaux 3 formés entre les panneaux présentent sur toute leur hauteur une section approximativement rectangulaire. l'ensemble des panneaux se présente, vu de dessus et de dessous, sous l'aspect d'une surface percée d'ouvertures rectangulaires formant une grille par laquelle les produits à traiter entrent et sortent des éléments de chauffage du préchauffeur. Ces éléments constituent un échangeur thermique à plaques à courant croisé. Selon une forme de réalisation connue, non représentée, les éléments d'échange sont constitués de tubes d'axes verticaux, parallèles, alignéss fixés par leurs bords supérieur et inférieur dans des orifices prévus dans des plaques supérieure et inférieure. le fluide d'échange traverse le faisceau de tubes perpendiculairement. Ces éléments forment un échangeur thermique à tubes à flux croisé. les éléments d'échange, plaques ou tubes échangeurs peuvent Entre remplacés par des éléments électro-thermiques ou autres. Le préchauffeur porte, à sa partie inférieure, une trémie 6 qui emmagasine les produits préchauffés en vue de leur chargement dans un four ou un autre appareil de transformation. le dispositif de contrôle, selon l'invention, représenté globalement sous la référence Il, est disposé immédiatement à la sortie des canaux de la partie échangeuse dans laquelle se fait le chauffage. I1 est à remarquer que le niveau des produits préchauffés dans la trémie n'atteint ni ne dépasse à aucun moment le niveau inférieur du dispositif de contrôle. le dispositif de contrôle de l'écoulement des produits dans ltéchangeur est essentiellement constitué d'une grille de sortie 7 disposée à la sortie des canaux d'écoulement 3 et d'une grille de contrôle 8. les grilles de sortie et de contrôle sont munies d'ouvertures 9, 10 approximativement de mEme forme, section et pas. L'une des grilles est susceptible de se déplacer d'un mouvement alternatif de manière que les parties pleines de la grille susceptible de se déplacer restent continuellement devant les ouvertures de l'autre grille. Selon une forme de réalisation non représentée, la grille de sortie est constituée par les bords inférieurs des panneaux 2. La grille de contrôle présente J ans ce cas un nombre d'ouvertures rectangulaires égal au nombre de canaux du préchauffeur utilisé. Selon la forme de réalisation préférée représentée figures 2 à 4, la grille de sortie 7 est constituée d'un ensemble de corps approximativement prismatiques il fixés parallèlement sur un cadre 12 qe manière à définir entre eux des ouvertures 13 de section trapézoSdale dont la grande base englobe les ouvertures d'au moins deux canaux d'écoulement 3 sroisins. La petite base correspond approximativement à la largeur des ouvertures 10 prévues dans la grille de contrôle 8 formée d'un cadre 14 sur lequel des profilés en U 15, sont fixés parallèlement entre eux et parallèlement aux corps prismatiques 11. La grille de contrôle 8 est entraSnée d'un mouvement de vae-t-vient approximativement rectiligne par une bielle 16 montée sur un excentrique 17 entratnée par un motoréducteur 18. l'amplitude du mouvement est définie de manière que les bords des ouvertures 10 de la grille de contré 8 soient au plus tangents aux bords des ouvertures 9 de la grille de sortie 7, de manière que les parties pleines de la grille 8 restent continuellement devant les ouvertures 9 de la grille 7. Selon une forme de réalisation non représentée, la grille entratnée est montée sur des galets coopérant avec des rails fixés directement ou indirectement à la paroi intérieure du préchauffeur. Selon la forme de réalisation préférée repré sensée, la grille de contrôle 8 est mobile par rapport à la grille de sortie 7 à laquelle elle est suspendue par deux paires de biellettes 19, 20 prévues sur deux de ses côtés opposés. La grille de contrtle 8 (figure 6) est espacée de la grille de sortie 7 d'une distance e au moins égale à la dimension des grains du produit et au plus à une valeur fonction de la largeur L des parties pleines 15 de la grille de contrôle 8 qui est mobile, de la largeur des ouvertures de la grille de sortie 7, du déplacement x de la grille de contrôle 8 et de l'angle de talus 9 du produit granuleux. La valeur e doit donc répondre à la relation t I1 est à remarquer que le produit granuleux ne s'écoule jamais directement des cahaux 3 à la trémie 6 par colncidenoe des ouvertures des deux grilles, mais par éboulement des bords des talus formés en permanence sur chacune des parties pleines de la grille 8. La grille de contrôle est positionnée de manière qu'au repos les biellettes 19 et 20 sont verticales et que les parties pleines 15 de la grille soient centrées par rapport aux ouvertures 9 de la grille de sortie 7, ou que les bords des parties pleines soient à une distance des bords des ouvertures 9 au moins égale à la distance correspondant à la partie inclinée du talus et égale à e, cotg 9 étant la distance séparant les grilles et l'angle de talus du produit. La grille de sortie 7 porte répartis unifor mément sur ses cotés auxquels sont fixés les supports 21, 22 de biellettes, des patins 23, 24, 25 susceptibles de coopérer avec des rails 26, 27 supportés par l'enveloppe métallique 1 du préchauffeur0 la grille de sortie 7, fixe, présente à une de ses extrémités des poignées 28 permettant l'introduction ou l'extraction, de dessous de la partie échangeuse, de l'ensemble de grilles du dispositif de contrôle, après que la grille mobile ait été désolidarisée du motoréducteur. La figure 5 montre en perspective l'ensemble de grilles en cours d'introduction ou d'extraction du réceptacle du préchauffeur. De manière connue, le préchauffeur comporte une isolation thermique qui est démontable au moins au niveau du tiroir formé par l'ensemble de grilles. Le réglage du débit du produit peut entre obtenu en réglant : - l'espacement entre les deux grilles; - la fréquence du mouvement de va-et-vient de la grille; - l'amplitude du déplacement de la grille permettant l'écoulement plus ou moins important des bords des talus formés sur celle-ci. Dans exemple de réalisation représenté figure 1, l'espacement et l'amplitude sont déterminés par construction, seule la fréquence du mouvement permet une modification du débit et indirectement de la température de préchauffage. Le motoréducteur 18 est commandé par des moyens 30, électriques ou électroniques, reliés à un senseur 31 de niveau et/ou de température prévu sur la paroi -de la trémie e La commande de débit permet un contrôle précis de la température des produits passant dans les canaux et autorise par conséquent tout traitement thermique à chauffage indirect de produits particulièrement sensible à la température, tel que par exemple, des granulés de matières thermoplastiques pour lesquels un dépassement du temps de chauffage à une température donnée aurait de graves inconvénients par suite du ramollissement de la prise en masse du produit ou de la coloration etc, On peut également envisager le traitement thermique de produits dont les qualités optiques sont sujettes, par chauffage au-dessus d'une certaine température ou au-delà d'un certain temps à des modifications irréversibles. Par suite de l'espace libre existant au-dessous du dispositif de contrôle, contrairement au dispositif de l'art antérieur et d'un sas de mise sous pression à la partie supérieure du dispositif, il est possible de traiter des produits humides, la vapeur d'eau pouvant Entre facilement évacuée par l'adJonction d'une canalisation d'aspiration. Selon l'exemple de réalisation représenté, prévu pour le préchauffage d'un produit organique cristallisé, le corps du préchauffeur a une section rectangulaire de 0,50 x 0,65 mètre, les ouvertures des grilles de sortie et de contrôle ont approximativement 11 mm de largeur, les grilles sont espacées de 3 mm. Le déplacement de la grille de contrôle est de 10 mm. La vitesse du motoréducteur est variable entre 20 et 200 t/mn. Le débit, pour un produit approximativement de 1 de densité est de 11 ordre de 700 kg/h pour une vitesse de 60 t/mn à une température de préchauffage de 9ooC. Selon d'autres exemples d'application, l'échangeur thermique peut être prévu pour le refroidissement d'un produit granuleux, le fluide échange passant dans les éléments d'échange pouvant avoir une température égale ou inférieure à la température ambiante. te dispositif permettant le contrtle de l'écoulement d'un produit granuleux passant dans des canaux disposés en amont, il est compréhensible que le produit s'écoulera en aval de manière sensiblement homogène dans l'espace situé au-dessous. le dispositif peut par conséquent être utilisé pour obtenir un poudrage homogène d'une surface se déplaçant sous le dispositif, le produit granuleux pouvant être préalablement traité thermiquement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrtle de l'écoulement d'un produit granuleux en particulier dans un échangeur thermique comportant des éléments d'échange formant des canaux verticaux d'écoulement maintenus en permanence pratiquement plein de produit, le dispositif de contrôle, disposé à la partie inférieure de l'échangeur, est caractérisé en ce qu'il comporte une grille de sortie (7) à la sortie des canaux d'écoulement (3) et une grille de contrôle (8), les deux grilles présentant des ouvertures (9, 10) approximativement de m8me forme, section et pas; l'une des grilles (8) étant susceptible de se déplacer d'un mouvement alternatif devant l'autre grille (7), de manière que les parties pleines (15) de la grille susceptible de se déplacer (8) restent continuellement devant les ouvertures (9) de l'autre grille (7), la grille de contrôle (8) étant espacée de la grille de sortie (7) d'une distance e au moins égale à la dimension des grains du produit et au plus à une valeur fonction de la largeur L des parties pleines (15) de la grille de contrôle (8) qui est mobile, de la largeur 1 des ouvertures de la grille de sortie (7), du déplacement x de la grille de contrôle (8) et de l'angle de talus 9 du produit granuleux traité,valeur donnée par la relation s 2.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille de sortie (7) est formée par les extrémités des éléments d'échange (2). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille de sortie (7) est constituée de corps prismatiques (11) définissant entre eux des ouvertures (13) de section trapézotdale dont la grande base englobe les ouvertures d'au moins deux canaux d'écoulement (3) voisins. 4. Dispositif selon la revendication 3, disposé à la sortie des éléments d'échange d'un échangeur thermique, caractérisé en ce que la grille de contrSle (8) est suspendue par des biellettes (19, 20) à la grille de sortie (7), la grille de sortie (7) étant maintenue de manière amovible dans l'échangeur thermique 5. Dispositif selon la revendication 2, disposé à la sortie des éléments d'échange d'un échangeur ther mique, caractérisé en ce que la grille de contrôle (8) porte des galets coopérant avec des rails supportés par l'enveloppe métallique de l'échangeur thermique. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la grille de contrôle (8) est actionnée par un motoréducteur (18) par l'intermédiaire d'un ensemble excentrique bielle (16-17). 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la grille de contre (8) et la grille de sortie (7) forment un ensemble amovible, la grille fixe comportant des patins (23, 24, 25) coopérant avec des rails (26, 27) supportés par l'enveloppe métallique (i) de ltéchangeur thermique