Brevet FR2616897A1 — publié le 19881223

La présente invention concerne une paroi radiante, notamnment pour échangeurs de chaleur, fours du type à moufle et similaires. Elle se prête à être utilisée dans de nombreux domaines d'application et surtout chaque fois que l'on doit exécuter des traitements qui ont lieu à travers un échange thermique. On peut donc l'utiliser dans des fours o l'énergie thermique est produite à travers la combustion de combustibles solides, liquides ou gazeux, pour l'exécution de procédés de "cuisson" de certaines matières, comme par exemple les matières céramiques et, parmi celles-ci, notamment les dalles. Une autre utilisation envisagée se réfère aux échangeurs de chaleur o l'énergie thermique est transférée d'un moyen à un autre, par exemple pour effectuer la récupération. On peut également trouver une application particulièrement intéressante de cette paroi dans les fours pour la cuisson de dalles céramiques du type dans lequel l'énergie thermique est transmise aux dalles à cuire pour la plupart par irradiation. L'emploi des brûleurs dénommés "radiants" n'a pas permis d'obtenir de résultats satisfaisants; en effet la quantité d'énergie thermique qui peut être-transmise par irradiation est limitée. En outre il y a toujours la présence, de manière remarquable, de l'échange thermique paf convection, dû au contact direct du fluide chaud qui cède de la chaleur au produit. D'autre part, le système à moufle traditionnel dans lequel la réalisation de l'échange thermique par irradiation grace aux parois est rendu possible par la conductibilité thermique propre à la matière dont les parois sont formées, donne lieu à des rendements faibles et cause des problèmes pour maintenir une configuration géométrique stable et correcte des parois, surtout si celles-ci sont planes et horizontales, en présence des sollicitations induites par les hautes températures qui ne permettent pas l'emploi de structures légères fabriquées avec des matières ayant une conductibilité thermique élevée. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients et les défauts mentionnés ci-dessus. Un autre but de l'invention est de créer une paroi radiante obtenue en utilisant des matières à faible conductibilité thermique, laquelle soit globalement -en état de donner lieu à des coefficients élevés d'échange thermique de grandeur égale ou même supérieure à celle qu'on peut atteindre avec des parois caractérisées par une conductibilité thermique élevée. Un autre but encore de l'invention consiste à réussir à obtenir le réglage du flux d'énergie thermique à travers la paroi, essentiellement indépendamment des conditions du niveau thermique. Ces buts et d'autres encore sont atteints par la présente invention qui se réfère à une paroi radiante, notamment pour échangeurs, fours du type à moufle et similaire, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de corps rotatifs qui forment globalement deux parois qui séparent deux milieux contenant des moyens entre lesquels un échange d'énergie thermique a lieu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui suit d'une forme d'exécution préférée mais non exclusive de l'invention, donnée à simple titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre une portion d'une coupe schématique longitudinale exécutée selon un plan médian vertical d'un four pour la cuisson de dalles céramiques fabriqué conformément à la présente invention; - la figure 2 montre une portion d'une coupe schématique longitudinale exécutée selon un plan médian vertical d'un four pour la cuisson de dalles céramiques conformément à une deuxième forme d'exécution de la présente invention; les figures 3, 3a, 4, 5 et 6 montrent des détails de coupes analogues à celles représentées sur les figures 1 et 2 et se référant à un égal nombre de formes différentes d'exécution de l'invention. En se référant auxdites figures, on a globalement indiqué en i un four pour la cuisson de dalles céramiques 2, lequel comporte un système de transport se composant d'un transporteur à rouleaux 3 formé d'une pluralité de rouleaux moteurs 4 disposés côte à côte -4 et à axes parallèles de manière à former un plan de transport. Les dalles 2 à l'intérieur du four 1 sont pourvues d'un mouvement global de transport, dont la direction et le sens sont indiqués par la flèche 5. De l'énergie thermique est transmise irradiation entre les parois 6 et les dalles 2. Les parois 6 se composent d'une pluralité de corps rotatifs formés de rouleaux cylindriques 11 & axes parallèles, disposés côte à côte l'un par rapport à l'autre et consécutivement en contact réciproque, -5- lesquels sont mis en rotation autour de leurs axes respectifs. Le sens de rotation d'un rouleau quelconque 11 est contraire à celui des rouleaux 11 adjacents avec lesquels il est en contact. Les rouleaux sont fabriqués en utilisant une matière réfractaire, par exemple un matériau céramique ou un métal, sont de préférence creux et ils présentent des surfaces cylindriques extérieures caractérisées par des coefficients élevés d'émission et d'absorption d'énergie thermique. Les rouleaux 11 reçoivent leurs mouvements à travers des transmissions mécaniques usuelles disposées à l'extérieur du four et non représentées sur les figures annexées. La disposition des rouleaux 11, disposés l'un après l'autre en contact réciproque, assure une bonne isolation entre la chambre- laboratoire 10 et les chambres 8 et 9 dans lesquelles il y a la circulation des fumées chaudes produites par les brleurs 7. En tout cas la disposition des rouleaux 11 permet d'obtenir une séparation contrôlée des fluides entre la chambre-laboratoire 10 et les chambres 8 et 9. En effet, si un certain échange ou passage de fluides était nécessaire entre la chambre-laboratoire 10 et les chambres 8 et 9, il serait suffisant de prévoir une paroi 6c formée par de rouleaux llc égaux les uns aux autres, lesquels ne seraient plus en contact réciproque l'un après l'autre mais disposés à des distances prédéterminées, en adoptant la solution représentée à titre d'exemple sur la figure 4. Dans ce cas la circulation contrôlée des fluides entre les chambres 8 - 6 - et 9 et la chambre-laboratoire 10 pourrait être obtenue an agissant sur le niveau de pression statique des différents milieux. Ceci permet également de réaliser, dans certaines limites entre les chambres 8 et 9 et la chambre-laboratoire 10, un écoulement de fluides dans le sens tant concordant que discordant par rapport & celui du flux thermique principal. Par effet du mouvement de rotation qui leur est imprimé, les rouleaux 11 des parois radiantes 6 se trouvent à être périodiquement exposés, avec leurs surfaces extérieures, à des milieux différents formés par les chambres 8 ou 9 et par la chambre-laboratoire 10. Pendant l'exposition dans les chambres 8 et 9, qui ont un niveau thermique plus élevé, chaque rouleau individuel 11, à travers sa surface, absorbe de l'énergie thermique qu'il cède en cours de rotation, quand il vient se trouver avec sa surface dans la chambre-laboratoire 10. L'énergie thermique est cédée aux moyens contenus dans la chambre-laboratoire 10 et, dans ce cas, aux dalles céramiques 2, à un niveau thermique plus bas, surtout sous forme d'énergie radiante. En effet la disposition des rouleaux 11, placés côte à côte l'un après l'autre en contact réciproque, permet de maintenir les chambres 8 et 9, dans lesquelles il y a la circulation des fumées chaudes et des produits de la combustion des brûleurs 7, séparées de la chambre-laboratoire 10. Le fait que les rouleaux 11, à axes horizontaux, soient maintenus en rotation élimine le risque 7- d'inflexion permanente des rouleaux par effaissement visqueux sous l'action statique de leur propre poids et donc de la paroi qu'ils forment, et permet de créer des parois radiantes horizontales bien plus légères et étendues en direction transversale par rapport à la direction d'avance des dalles le long du four, que les parois qui pourraient être réalisées avec des structures "statiques", le niveau thermique et les coefficients d'échange thermique atteints étant égaux. En outre la possibilité de varier la vitesse de rotation des rouleaux 11 qui forment la paroi radiante 6 permet de régler le flux d'énergie thermique échangé à travers la paroi, les autres conditions, surtout en ce qui concerne les "niveaux thermiques", restant inchangées. Par conséquent, si l'on agit sur la vitesse de rotation des rouleaux 11 de la paroi 6, caractérisée par un coefficient d'échange thermique très élevé, on peut déterminer et contrôler de manière suffisamment précise la quantité d'énergie thermique qui est transférée du milieu à niveau thermique plus élevé au - milieu à niveau thermique plus bas et dans ce cas aux corps contenus dans celui-ci, ou bien tant aux dalles 2 que viceversa. Ceci signifie également que dans certaines limites la quantité d'énergie transférée dans l'unité de temps peut être maintenue essentiellement constante avec le temps même en présence de variations du niveau thermique des chambres 8 et 9 en agissant tout simplement sur la vitesse de rotation des rouleaux 11. -Au lieu de la disposition des rouleaux 11 formant la paroi 6 selon la forme d'exécution illustrée sur la figure 1, on peut prévoir la disposition représentée sur la figure 2. Dans celle-ci la paroi radiante, indiquée globalement en 6a, est formée d'une première pluralité de rouleaux de support lla à axes parallèles et disposés côte à côte à une distance prédéterminée les uns des autres, et d'une deuxième pluralité de rouleaux entraînés 12a, chacun desquels prend appui, avec contact, sur un couple formé de deux rouleaux de support lla adjacents. Les rouleaux 12a qui sont seulement en appui sont entraînés en rotation par frottement par les rouleaux moteurs lia placés au-dessous et sur lesquels ils reposent. Bien que la structure qui vient d'être décrite soit équivalente à la paroi radiante 6 de la première forme d'exécution, elle présente par rapport à celle-ci des avantages importants. En effet également dans ce cas la paroi radiante 6a se compose d'un ensemble de rouleaux lla et 12a à axes parallèles disposés l'un après l'autre en contact réciproque de sorte que le sens de rotation d'un rouleau quelconque soit contraire au sens de rotation du rouleau ou des rouleaux adjacents avec lesquels il est en contact. Toutefois, dans le cas de la paroi 6a il y a une augmentation de la surface d'échange thermique, l'extension de la paroi radiante étant égale, et la création d'une étanchéité supérieure et donc une plus grande isolation des fluides entre les chambres 8 et 9 et la chambre-laboratoire 10; en outre, le système de mise en mouvement des rouleaux est simplifié, étant-donné que seulement les rouleaux de support lla sont des rouleaux moteurs, alors que les rouleaux 12a sont entraînés en rotation par frottement, ce qui élimine la possibilité d'endommagements graves de la paroi, causés par d'éventuels corps étrangers de petites dimensions qui pourraient accidentellement venir se trouver entre deux rouleaux en contact réciproque. Si par hasard l'introduction de corps solides étrangers entre les rouleaux devait se produire, le déplacement des rouleaux réciproquement en contact ne serait pas empêché du fait que les rouleaux 12a sont libres par rapport aux rouleaux de support lla. D'autre part la présence d'un corps solide de grandes dimensions, par exemple une dalle, sur les rouleaux 12a ne causerait aucun inconvénient, étant donné qu'il serait entraîné par frottement à cause du fait qu'il prend appui sur les rouleaux eux-mêmes qui sont tous pourvus du même sens de rotation, En outre la paroi apparaît globalement moins rigide et donc sans' doute plus résistante aux contraintes dues aux sautes thermiques. Une autre forme d'exécution, représentée en deux variantes sur les figures 3 et 3a, montre une paroi radiante 6b qui se compose de rouleaux creux 12b supportés à leur intérieur par d'autres rouleaux d'appui et d'entraînement 13. Chaque rouleau d'appui - 10 - est caractérisé par un diamètre extérieur bien inférieur au diamètre intérieur du rouleau creux correspondant dans lequel il est inséré. Les rouleaux d'appui 13 sont disposés à des distances prédéterminées réciproques les uns par rapport aux autres et ils sont à axes parallèles de sorte que les rouleaux creux 12b sont placés l'un après l'autre et réciproquement en contact. D'autres formes d'exécution, représentées sur les figures 5 et 6, prévoient des parois radiantes 6d et 6e formées de rouleaux pourvus de profils en forme, lld et lle, faisant fonction de dentures et susceptibles de s'épouser réciproquement. Ces dispositions particulières d'accouplement entre les rouleaux prévoient l'obtention de différentes situations étanches aux fluides, et donc de parois radiantes qui créent différentes conditions de séparation entre les milieux qu'elles séparent. Dans toutes les formes d'exécution représentées l'échange thermique est relativement indépendant de la conductibilité thermique spécifique des matériaux employés pour la réalisation de la paroi, alors qu'il dépend du coefficient d'absorption et d'émission des surfaces des corps rotatifs (rouleaux) qui composent la paroi. En vue d'augmenter l'efficience de l'échange thermique on prévoit la possibilité de "traiter" les surfaces des rouleaux, par exemple au moyen de revêtements capables de leur donner des coefficients d'absorption et d'émission les plus proches possibles - 11 - de ceux du corps noir. Ces caractéristiques peuvent être limitées à une seule couche mince superficielle des rouleaux. Ceci rend convenables des solutions telles que celles envisagées schématiquement sur les figures 3 et 3a, dans lesquelles la fonction d'échange est confiée complètement aux rouleaux creux 12b, tandis que celle de support est confiée aux rouleaux d'appui 13. Evidemment de nombreuses modifications de caractère pratique pourront être apportées aux détails de construction de l'invention sans que l'on sorte pour autant de son cadre de protection tel qu'il est défini dans les revendications qui suivent. - 12 - R E V E N D I C A T IONS 1. Paroi radiante, notamment pour échangeurs, fours du type & moufle et similaires, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de corps rotatifs (11, l1c, lla et 12a, 12b, lld, le) qui créent globalement une paroi échange d'énergie thermique. 2. Paroi selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits corps (11, llc, lla et 12a, llb, lld, le) sont disposés côte à côte les uns par rapport aux autres et sont mis en rotation autour d'axes disposés parallèlement à la paroi elle-même. 3. Paroi selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits corps (11, Ilc, lia et 12a, llb, lld, le) se composent de rouleaux ou similaires à axes parallèles lesquels sont disposés côte à côte en contact réciproque les uns après les autres; étant prévu que le sens de rotation d'un rouleau quelconque soit contraire au sens de rotation du rouleau ou des rouleaux adjacents avec lesquels il est en contact; étant également prévu que la vitesse de rotation des rouleaux puisse être variée. 4. Paroi selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits rouleaux comportent une première pluralité de rouleaux de support (lia) à axes parallèles équidistants, disposés consécutivement à des distances prédéterminées les uns des autres et une deuxième pluralité de rouleaux (12a), chacun desquels - 13 - est simplement en appui avec contact sur un couple formé par deux desdits rouleaux de support adjacents (11a) et entraîné en rotation par ceux-ci par frottement. 5. Paroi selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits rouleaux (12b) sont creux et sont supportés à leur intérieur par d'autres rouleaux d'appui et d'entraînement (13), à raison d'au moins un rouleau d'appui (13) par chaque rouleau creux (12); le diamètre extérieur de chaque rouleau d'appui (13) étant plus petit que le diamètre intérieur du respectif rouleau creux (12b) dans lequel il est inséré; lesdits rouleaux d'appui (13) étant disposés à des distances réciproques prédéterminées les uns par rapport aux autres, de sorte que deux rouleaux creux (12b) consécutifs quelconques se trouvent disposés réciproquement côte à côte avec contact. 6. Paroi selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits corps comportent des rouleaux à axes réciproquement parallèles (11c) disposés consécutivement côte à côte, & de courtes distances les uns par rapport aux autres. 7. Paroi selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits corps (11, 11c, lla et 12a, 12b, lad, lie), produits en utilisant une matière réfractaire, par exemple un matériau céramique ou un métal, ont des surfaces extérieures pourvues de coefficients d'absorption et d'émission élevés. 8. Paroi selon la revendication 3, caractérisée en - 14 - ce que lesdits rouleaux (1 s'épouser réciproquement.