Brevet FR2671393A1 — publié le 19920710

Dispositif pour mesurer et réguler la pression de gaz régnant dans une enceinte de four. La présente invention concerne un dispositif pour mesurer et réguler la pression de gaz régnant dans une enceinte de four. Les gaz ou l'air s'échappant des fours, en parti- culier des fours industriels tels que les fours à sole mobile ou les fours à chambre pour la cuisson de produits céramiques, sont généralement évacués par une cheminée menant à l'extérieur Les différences de pression s'éta- blissant dans l'enceinte du four ainsi que la poussée ther- mique facilitent l'évacuation des gaz Ceci peut donner lieu, dans l'enceinte du four, à des variations indésira- bles de la pression de gaz Afin de régler, dans l'enceinte du four, une pression de gaz constante, nécessaire au pro- cédé technologique, il est connu de mesurer la pression de gaz instantanée régnant dans l'enceinte du four, au moyen d'un appareil de mesure et, en cas d'écarts, par rapport à une valeur de consigne donnée, dus à une surpression ou à une dépression régnant dans l'enceinte du four, d'activer un clapet de réglage placé dans la cheminée ou dans le circuit des gaz d'évacuation, lequel clapet s'ouvre plus largement dans le cas o est mesurée une surpression et se ferme, éventuellement jusqu'à fermeture complète de la section transversale de la cheminée, dans le cas d'une pression trop basse. Le clapet de réglage connu a, pour principal inconvénient, d'être soumis à une usure considérable, surtout en raison des sollicitations thermiques très importantes, parfois extrêmes, par exemple dans la cuisson de produits céramiques Il s'ensuit que le clapet de régulation n'a qu'une courte durée de vie et qu'après une certaine usure, il ne fonctionne plus que de manière limitée ou plus du tout Il faut alors le changer. L'invention a donc pour but d'offrir une possibi- lité de mesurer et de régler la pression de gaz régnant dans une enceinte de four, afin d'obtenir, si possible sans usure, une régulation fiable du courant de gaz évacué/d'air évacué. La présente invention repose sur la découverte selon laquelle ce but peut être atteint, de manière étonna- ment simple et fiable, sans moyens de fermeture mécaniques, par une toute autre voie, à savoir à l'aide d'air froid envoyé de manière forcée dans le courant des gaz d'évacua- tion L'idée de base de l'invention réside donc dans le fait de régler la quantité de gaz/d'air évacuée par l'inter- médiaire d'un courant d'air de barrage, relativement plus froid Si l'on insuffle, par exemple, perpendiculairement à la direction de l'écoulement des gaz évacués, de Pair froid, dans la cheminée, il se forme une sorte de "barrière d'air" qui retient l'air d'évacuation plus chaud Si la quantité de courant d'air froid est réduite, éventuellement jusqu'à zéro, une quantité plus importante de gaz d'évacua- tion peut, à nouveau, s'échapper par la cheminée, à travers le'barrage d'air" Mais l'effet décrit précédemment peut s'obtenir non seulement par une régulation de la quantité d'air froid envoyé, mais aussi par sa température ou son sens d'écoulement Il a été constaté que I' l'effet de barrage" de l'air froid alimenté est d'autant plus important que la différence de température entre l'air froid et le courant de gaz évacué est grande ou inversement: plus la différence de température entre l'air froid et les gaz évacués est petite, plus la quantité d'air évacuée qui peut s'échapper à travers la cheminée, par le "point de-barrage", est importante. La direction de l'écoulement de l'air froid ali- menté permet aussi de régler le courant de gaz évacué Si l'air froid est envoyé perpendiculairement à la direction d'écoulement des gaz évacués ou, dans un cas extrême, dans le sens opposé au sens d'écoulement des gaz évacués, les gaz d'évacuation n'ont pratiquement plus aucune possibilité de s'échapper par la cheminée Ce blocage du courant de gaz d'évacuation a encore pour effet d'augmenter simultané- ment la pression dans l'enceinte du four Si le gaz de refroidissement s'écoule sous un angle inférieur à 9 Q 0, mais dans le sens d'écoulement des gaz d'évacuation, il y a, certes, toujours un effet de barrage, mais moins important que dans les cas précités La régulation de la quantité d'air froid alimenté, de sa température ou de sa direction d'écoulement s'effectue au moyen de l'appareil de mesure cité Si celui-ci constate un écart par rapport à la valeur de consigne donnée, il délivre un signal correspondant à la source d'air comprimé, au chauffage de l'air froid ou aux organes de positionnement des organes d'alimentation d'air, cette régulation pouvant s'effectuer en continu ou non. Dans ce cas, le terme de "régulation" comprend aussi une "commande". Dans sa forme de réalisation la plus générale, le dispositif pour la mesure et la régulation de la pression de gaz régnant dans une enceinte de four est caractérisé par le fait qu'il comporte un appareil de mesure servant à enregis- trer la pression de gaz régnant dans l'enceinte de four et qui, en cas d'écarts par rapport à une valeur de consigne donnée, délivre un signal à un organe d'alimentation d'air froid, situé à l'extérieur de l'enceinte de four, dans le conduit d'évacuation des gaz, par lequel la quantité d'air froid, sa température et/ou la position de l'organe d'ali- mentation peuvent être modifiées de manière que la pression de gaz régnant dans l'enceinte de four soit ramenée à la valeur de consigne, par l'intermédiaire du courant d'air de barrage envoyé dans le conduit d'évacuation des gaz. En ce qui concerne la conception de l'organe d'alimentation, l'invention propose différentes variantes de réalisation: L'une des possibilités consiste à prévoir une ou plusieurs buses ou fentes situées dans la région de la paroi du conduit d'évacuation des gaz et qui peuvent être raccordées à une source d'air comprimé Les buses/fentes peuvent être, dans ce cas, directement placées dans la paroi, par exemple en forme d'anneau; mais il est possible, aussi, de les concevoir, par exemple, comme faisant partie inté- grante d'une gaine d'alimentation d'air en forme d'anneau, ce qui réduit la complexité de l'installation. Dans ce cas, une ou plusieurs gaines d'alimentation d'air sont placées, côté paroi ou dans le conduit d'évacua- tion des gaz/cheminée et l'air sort par des trous/fentes des gaines d'alimentation. De préférence les buses/fentes sont juxtaposées dans un plan, de préférence horizontal et, dans le cas o il est prévu deux gaines d'alimentation d'air, elles sont dirigées à peu près en sens contraire Ceci permet d'envoyer l'air perpendiculairement au courant des gaz d'évacuation, à partir de deux surfaces de paroi opposées de la cheminée. Les gaines d'alimentation elles-mêmes sont, de préférence, disposées de manière à pouvoir tourner le long de leur axe médian longitudinal Ceci permet de faire varier la direction de sortie de l'air et, ce, de manière qu'il s'écoule dans le sens opposé au sens d'écoulement des gaz d'évacuation, perpendiculairement à ce courant, mais aussi dans le même sens Suivant la direction d'écoulement de l'air froid, le courant d'air de barrage s'en trouve renforcé ou affaibli Pour faire varier la position des gaines d'alimentation d'air, l'Homme de l'Art dispose de nombreuses possibilités de construction C'est pourquoi il n'est proposé, à titre d'exemple, qu'un mécanisme de réglage (une transmission) activé par l'appareil de mesure Dans ce cas les gaines d'alimentation d'air peuvent ressortir, côté extrémité, à travers la paroi de la cheminée et, côté exté- rieur, être accouplées avec le mécanisme, ce qui fait que celui-ci n'est pas soumis au courant d'air chaud. De la même manière il est possible de raccorder, par exemple à l'extrémité opposée -, la source d'air comprimé aux gaines d'alimentation d'air Cette source est constituée, dans le cas le plus simple, par un ventilateur. Le réglage du ventilateur et, donc, la quantité d'air froid, peut être directement assuré par l'appareil de mesure ou par son unité de réglage, en fonction des valeurs de pression enregistrées dans l'enceinte du four; mais il est possible aussi de faire fonctionner le ventilateur à une capacité constante et de placer, entre le ventilateur et les orifices de sortie d'air, à l'extérieur du circuit d'évacuation des gaz, un clapet de régulation qui fait varier la section transversale et donc la quantité d'air alimenté Ce clapet de régulation peut, à nouveau, être directement réglé par des signaux correspondants de l'appareil de mesure. Dans le cas le plus simple, le ventilateur aspire l'air ambiant et l'envoie au besoin dans le circuit d'évacuation des gaz, par les organes d'alimentation Mais, comme il a été dit précédemment, une régulation de l'effet de fermeture du courant d'air de barrage peut aussi s'obtenir par l'intermédiaire de la température de l'air froid alimen- té Selon une forme de réalisation avantageuse de l'inven- tion, il est donc prévu de faire en sorte que le ventilateur et/ou les organes d'alimentation puissent être chauffés Le chauffage peut, à son tour, être réglé par lfappareil de me- sure cité et ce, en fonction des pressions de gaz régnant et mesurées dans chaque cas, dans l'enceinte du four Il est possible, aussi, d'envoyer de l'air plus froid sortant du four. Il est bien entendu qu'un ou plusieurs dispositifs du type précité peuvent être montés dans le conduit d'éva- cuation des gaz et/ou dans la cheminée d'un four L'Homme de l'Art peut choisir leur disposition et leur conception concrète suivant l'application respective Mais dans chaque cas, il ne faut pas oublier qu'une régulation du courant des gaz évacués et donc une action sur la pression de gaz régnant dans l'enceinte du four ne peut être réalisée que si de l'air plus froid oppose une résistance au courant des gaz d'évacuation. Il résulte de ce qui précède que, dans le disposi- tif décrit, il est totalement renoncé à des organes mécani- ques de fermeture Ce dispositif fonctionne exclusivement avec de l'air Il ne se pose donc pas de problèmes d'usure comme dans l'état de la technique La régulation par l'air est beaucoup plus précise que la régulation mécanique Le dispositif décrit peut être monté, sans problèmes, sur des fours existants. Il est particulièrement avantageux de recourir à ce dispositif dans les cas o les températures du four et donc les températures des gaz d'évacuation sont élevées. Sont principalement visés, à cet égard, les fours indus- triels Le domaine d'application s'étend aux fours discon- tinus tels que les fours à sole mobile ou les fours à chambre ainsi qu'aux fours continus tels que les fours- tunnel ou similaires Dans ce dernier groupe; il est connu, par exemple, de séparer différentes zones du four par des cloisons étanches afin de permettre la sélection d'at- mosphères et de pressions différentes dans les diverses zones du four Dans ce cas, il sera prévu, suivant les différentes zones du four, des dispositifs du type précité dans les conduits d'évacuation des gaz respectifs Enfin, ce dispositif a pour grand avantage de refroidir (de manière définie) les gaz évacués chauds, pendant le fonctionnement, avec un courant d'air de barrage plus froid. Un exemple de réalisation de l'invention est dé- crit ci-après plus en détail La Figure unique représente, de manière très schématisée, un four à sole mobile pour la cuisson de produits céramiques, dont la cheminée est équi- pée d'un dispositif suivant l'invention. La référence 10 désigne un four à sole mobile qui se présente sous une forme de construction usuelle et n'est donc pas décrit en détail On y voit un wagon 12 sur lequel repose le produit céramique 14 à cuire Dans la voûte 16 du four il est dessiné deux ouvertures 18 a, b d'évacuation des gaz qui débouchent, chacune, dans un conduit d'évacuation a, 20 b correspondant, ces deux conduits convergeant dans une cheminée 22 qui s'étend verticalement vers le haut. Les gaz évacués de l'enceinte de four 24 s'échap- pent donc normalement par les ouvertures de gaz d'évacuation 18 a, b, les conduits d'évacuation des gaz 20 a, b et la cheminée 22, dans l'atmosphère ambiante. Comme le montre la Figure la cheminée 22 est tra- versée, directement devant ses deux parois 22 a, b opposées, par des gaines 28 a, b qui sont montées tournantes dans la région des parois de cheminée 22 c, d perpendiculaires à celles-ci et débouchent, dans la région située derrière la paroi 22 c, dans une gaine 30 commune. Dans la région située à l'intérieur de la cheminée 22, les gaines 28 a, 28 b présentent des ouvertures (buses) 32 situées l'une derrière l'autre axialement, dont la fonc- tion est décrite ci-après, plus en détail. A l'extrémité libre de la gaine 30 il est monté un ventilateur 34 qui envoie de l'air frais dans la gaine 30 et les gaines 28 a, b Cet air frais peut ensuite sortir par les buses 32 dans l'espace intérieur de la cheminée 22. Ceci sera aussi décrit plus en détail ci-après. La Figure montre encore qu'entre la paroi arrière 22 c de la cheminée 22 et la zone de raccordement des gaines 28 a, 28 b à la gaine 30, il est prévu des accouplements 36 a, b Ceux-ci servent à guider tournante la région des gaines 28 a, b entre les accouplements 36 a, b et les extrémités libres des gaines 28 a, b A cet effet, les extrémités li- bres des gaines 28 a, b, dépassant de la paroi avant 22 d de la cheminée 22, sont raccordées à une tringlerie 40 qui est accouplée, à son tour, avec un mécanisme de réglage 42 réversible Par l'intermédiaire du mécanisme de réglage 42 et de la tringlerie 40, il est possible de faire tourner les gaines 28 a, 28 b et donc la position des buses 32. A l'extérieur du four, il est prévu, en outre, un appareil de mesure 44 qui mesure la pression de gaz régnant dans l'en- ceinte du four 24, par une conduite 46 L'appareil de mesure comporte aussi une unité de régulation qui, dans le cas d'un écart entre la pression de gaz mesurée et une valeur de consigne donnée, délivre un signal au mécanisme de réglage 42 qui déplace la tringlerie 40 en conséquence, ce qui fait va- rier l'orientation des buses 32 Ceci fait varier, en même temps, la direction de l'écoulement de l'air froid envoyé par le ventilateur 34 S'il faut, par exemple, empêcher to- talement l'évacuation des gaz, le signal délivré par l'appa- reil de mesure 44 au mécanisme de réglage 42 entraînera l'orientation, l'une vers l'autre, des buses 32 Il se forme ainsi un courant d'air de barrage pratiquement sur toute la section transversale de la cheminée 22 et les gaz évacués ne peuvent ainsi franchir ce point. Cette position reste maintenue jusqu'à ce que la pression de gaz régnant dans l'enceinte de four 24 atteigne à nouveau la valeur de consigne donnée S'il s'établit ensuite une sur- pression dans l'enceinte de four 24, ceci est indiqué dans l'appareil de mesure 44 qui délivre alors un signal corres- pondant au mécanisme de réglage 42, afin de faire pivoter les buses 32, par l'intermédiaire de la tringlerie 40, dans la direction de l'extrémité ouverte de la cheminée 22, sous un angle déterminé, ce qui réduit l'effet de barrage du courant d'air et permet, en même temps, aux gaz évacués de s'échap- per à nouveau vers l'extérieur, à travers la cheminée 22. A l'inverse, il est possible d'obtenir à nouveau, un blo- cage complet du courant d'évacuation des gaz, par replacement des buses 32, à un instant donné. La figure montre que, le long de la gaine 30, il est prévu un organe de réglage 48 sous la forme d'un clapet de réglage. Celui-ci est aussi directement relié à l'appareil de mesure 44 ou à son unité de régulation En variante à la possibilité de régulation par le mécanisme de réglage 42 ou en complément de celle-ci, il est possible en cas d'écarts de la pression de gaz mesurée par rapport à la valeur de consigne, de faire varier aussi l'organe de réglage 48 et donc la quantité d'air envoyée par le ventilateur 34 Il est évident que si la pres- sion de l'air froid envoyé baisse, l'effet de blocage du dis- positif suivant l'invention diminue, ce qui permet à une plus grande quantité de gaz d'être évacuée ou, si la pression de l'air froid augmente, l'effet de blocage augmente aussi et une moins grande quantité de gaz peut être évacuée. Le dispositif décrit permet de régler pratiquement à vo- lonté, la quantité du courant de gaz évacués et ce, de manière à corriger les moindres écarts par rapport à la valeur de con- signe, en faisant varier le débit des gaz évacués, par modi- fication de la direction d'écoulement de l'air froid ou de la quantité d'air froid. Les gaz/l'air évacués sont en même temps refroidis. L'unité de régulation intégrée à l'appareil de mesure 44 est constituée, de préférence, par un processeur et fonctionne de manière entièrement automatique. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour mesurer et réguler la pression de gaz régnant dans une enceinte de four ( 24), caractérisé en ce qu'il comporte un appareil de mesure ( 44) pour l'enregistre- ment de la pression de gaz régnant dans l'enceinte de four ( 24), qui, en cas d'écarts par rapport à une valeur de consi- gne donnée, délivre un signal à un organe d'alimentation ( 28 a, 28 b, 32) d'air froid, situé à l'extérieur de l'enceinte de four ( 24), dans le conduit d'évacuation des gaz ( 20 a, b, 22), par lequel la quantité d'air froid, sa température et/ou la position de l'organe d'alimentation ( 28 a, 28 b, 32) peuvent être modifiées de manière que la pression de gaz régnant dans l'enceinte de four ( 24) soit ramenée à la valeur de consigne, au moyen du courant d'air de barrage envoyé dans le conduit d'évacuation des gaz ( 22 a, 22 b, 22). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'alimentation ( 28 a, 28 b, 32) comporte au moins une buse/fente située dans la région de la paroi du conduit d'évacuation des gaz ( 22 a, 22 b, 22) qui peut être raccordée à une source d'air comprimé ( 34). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe d'alimentation ( 28 a, 28 b) est constitué d'au moins une gaine d'alimentation d'air comportant des buses/fentes de sortie d'air ( 32). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs gaines d'alimentation d'air ( 28 a, b), espacées les unes des autres dans le conduit d'évacuation des gaz ( 22). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les organes d'alimentation ( 28 a, b, 32) sont placés dans une direction perpendiculaire au cou- rant des gaz évacués. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les organes d'alimentation ( 28 a, il 28 b, 32) sont orientables séparément ou ensemble. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les gaines d'alimentation d'air ( 28 a, b) peuvent tourner autour de leur axe longitudinal. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les gaines d'arrivée d'air ( 28 a, b) peuvent tourner au moyen d'un mécanisme ( 42, 40) activé par l'appareil de mesu- re ( 44). 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la source d'air comprimé ( 34) est constituée par un ventilateur. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la source d'air comprimé ( 34) est conçue de manière à aspirer de l'air frais de l'atmos- phère ambiante et à l'envoyer à l'organe/aux organes d'ali- mentation ( 28 a, b, 32). 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendciations 1 à 10, caractérisé ence que la source d'air comprimé ( 34) et/ou les organes d'alimentation ( 28 a, b, 32) peuvent être chauffés. 12 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est prévu un clapet de ré- glage d'air ( 48), entre la source d'air comprimé ( 34) et les orifices de sortie d'air ( 32) des organes d'alimentation ( 28 a, b).