Brevet FR2775065A1 — publié le 19990820

La présente invention concerne le domaine de la fabrication et du traitement de matériaux en feuille, tels que papiers ou films ou produits textiles, ou encore produits en feuille métalliques, et elle se rapporte, plus particulièrement, à un dispositif destiné au traitement thermique de ce genre de matériaux, par exemple en vue de leur séchage, ce traitement étant effectué sur le matériau en feuille défilant en continu, sous la forme d'une bande ininterrompue de plus ou moins grande largeur. Il peut s'agir ici, en particulier, de la fabrication de papier couché. A l'heure actuelle, dans le domaine de la papeterie et plus particulièrement en séchage de couche, après la dépose d'une couche par une machine appropriée, il convient d'éliminer le plus rapidement possible l'eau contenue dans le papier, par une opération de séchage. A cet effet il est habituel d'installer, juste après la machine de dépose de couche, un appareil émetteur de rayonnement infrarouge, de type électrique ou à gaz, pour atteindre un certain niveau de l'humidité qui permet le contact du papier avec un cylindre de détour, avant de faire entrer le papier dans une hotte de séchage, ceci du moins dans les installations actuellement les plus rapides. Cette configuration connue nécessite des puissances de rayonnement infrarouge importantes car, compte tenu des vitesses des machines, il faut des densités de rayonnement élevées pour faire pénétrer en très peu de temps une quantité d'énergie importante dans la feuille, afin d'obtenir une montée en température importante. Ensuite, il convient de poursuivre l'apport calorique pour mettre la feuille en évaporation, et enfin évacuer l'eau évaporée. Pour ces dernières opérations, la technique la plus courante consiste à utiliser une hotte à coussin d'air que le papier traverse sans aucun contact mécanique, la feuille étant suspendue entre les deux flux d'air, l'un inférieur et l'autre supérieur. Afin d'effectuer un transfert thermique, l'air soufflé pour former lesdits flux est chauffé, et l'action de ces mêmes flux d'air permet d'évacuer l'eau qui s'évapore. La hotte à coussin d'air conjugue ainsi un effet thermique et un effet de transfert de masse permettant d'évacuer l'eau extraite de la feuille par l'effet thermique. Le principal inconvénient de telles hottes, utilisées dans le domaine de la papeterie, est leur faible capacité de transfert thermique. Or, plus les machines à papier fonctionnent à vitesse élevée, plus la quantité d'eau à évaporer augmente, et plus la taille des hottes utilisées devient importante, celles-ci tendant ainsi à être de plus en plus longues. Toutefois, à partir d'une certaine limite, la taille des hottes utilisées influe sur la stabilité et la maniabilité de la feuille qui les parcourt. En particulier, la feuille devient difficilement contrôlable, car la distance entre deux points qui peuvent la guider s'élargit jusqu'à devenir critique. Il en résulte un risque de casse accru de la feuille, risque qui est rendu d'autant plus important que l'on augmente les vitesses de la feuille et des flux d'air. De plus, les tentatives d'augmentation du transfert thermique par accroissement des températures et des vitesses des flux d'air conduisent à un chauffage excessif de la feuille, lequel peut avoir pour conséquence une destruction de la feuille ou, du moins, d'une partie de celle-ci. La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, en fournissant un dispositif qui, pour un encombrement en longueur fortement réduit, améliore notablement le rendement thermique et évite les risques de casse ou de destruction de la feuille traitée. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif pour le traitement thermique de matériaux en feuille défilant en continu, qui comprend au moins un module émetteur de rayonnement infrarouge, incorporé dans la partie amont d'un ensemble de soufflage et d'aspiration d'air, traversé longitudinalement par le matériau en feuille. Ainsi, l'invention propose d'intégrer des émetteurs de rayonnement infrarouge dans un dispositif du genre hotte à coussin d'air servant à l'évacuation de l'eau contenue dans une feuille, notamment de papier. En conséquence, après une montée en température de la feuille assurée par des équipements classiques au gaz ou à l'électricité (situés en amont du dispositif de l'invention), le transfert thermique sera fait par le rayonnement infrarouge dirigé sur la feuille, et non plus par des flux d'air chauffé. L'air soufflé et aspiré, notamment en aval du module émetteur de rayonnement infrarouge, n'aura plus comme fonctions essentielles que d'effectuer le transfert de masse, c'est-à- dire l'évacuation de l'eau mise en évaporation par l'apport énergétique du rayonnement infrarouge, et aussi d'assurer la sustentation de la feuille en défilement. Un tel dispositif peut donc fonctionner avec des températures d'air faibles, de l'ordre de 110 à 130 C. Avantageusement, le dispositif comporte des moyens qui reprennent l'air de refroidissement des émetteurs infrarouges du module précité et qui injectent ensuite cet air dans les caissons de chauffage d'air, sans apport d'énergie externe pour chauffer l'air. On notera aussi qu'un pré-chauffage de l'air neuf, dirigé vers le module émetteur de rayonnement infrarouge pour assurer son refroidissement, est réalisable au moyen d'un échangeur thermique traversé aussi par l'air extrait, contenant l'eau ou autre produit évaporé à évacuer. Grace à ces dispositions, le rendement thermique du dispositif (rendement de l'opération de transfert de chaleur de la source vers la feuille) est excellent. L'invention permet ainsi d'utiliser des émetteurs infrarouges de type électrique, avec un rendement qui est d'environ 80%, alors que les systèmes infrarouges actuels ne dépassent pas 30 ou 40% tandis que le rendement d'un 5 transfert par flux d'air est d'environ 70%. En conséquence directe de cet excellent rendement, l'invention permet de réduire de deux à quatre fois la longueur du dispositif, par rapport à une hotte classique, en permettant par exemple un passage d'une longueur de 9 mètres à une longueur de 3 mètres, ce qui donne des longueurs de feuilles libres réduites, très favorables aux machines rapides. Grâce à ce raccourcissement important, le dispositif objet de l'invention peut aussi être inséré sans difficulté dans des installations existantes. L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence à l'unique figure du dessin annexé, qui représente de façon très schématique, en coupe longitudinale, un dispositif conforme à la présente invention. Le dispositif représenté au dessin assure le traitement thermique, notamment le séchage, d'un matériau en feuille désigné par le repère 1, qui défile en continu dans le sens indiqué par la flèche F, soit de droite à gauche par référence à la figure. Le matériau en feuille 1 traverse ainsi longitudinalement un ensemble de soufflage et d'aspiration d'air, désigné globalement par le repère 2. Avant d'atteindre cet ensemble 2, le matériau en feuille 1 passe par un équipement de montée en température non représenté, situé en amont dudit ensemble 2 et ne faisant pas l'objet de la présente invention. L'ensemble 2 comprend une partie supérieure 3, surmontant le matériau en feuille 1 à traiter, et une partie inférieure 4, située au-dessous de la trajectoire 2 de ce matériau en feuille 1. Ces deux parties 3 et 4 en forme de caissons comportent, répartis sur leur longueur, des organes respectivement désignés par 5 et 6, qui assurent le soufflage et l'aspiration d'air, comme suggéré par les petites flèches f, de manière notamment à assurer la sustentation du matériau en feuille 1, dans sa traversée de l'ensemble 2. Selon l'invention, un module de rayonnement infrarouge 7 est incorporé dans la partie amont de l'ensemble 2 de soufflage et d'aspiration d'air. Le module 7 comprend ici, du côté de la partie supérieure 3 de l'ensemble 2, des émetteurs infrarouges 8 de type électrique. Ce module 7 est complété, du côté de la partie inférieure 4 de l'ensemble 2, par un réflecteur 9 situé en regard des émetteurs infrarouges 8. Le module de rayonnement infrarouge 7 comporte, pour le refroidissement de ses émetteurs infrarouges 8, une alimentation en air neuf 10 en provenance de l'extérieur. A sa sortie du module 7, l'air de refroidissement réchauffé est injecté, par des conduits de guidage appropriés 11, dans le caisson de soufflage d'air que constitue la partie supérieure 3 de l'ensemble 2, et cet air est aussi amené par un conduit 12 dans le caisson constitué par la partie inférieure 4. L'air neuf, provenant de l'extérieur, parcourt un échangeur thermique 13 avant de parvenir à l'alimentation en air 10 du module 7. L'échangeur 13 est aussi parcouru par l'air extrait, provenant directement de la partie supérieure 3 de l'ensemble 2, et indirectement (par un conduit 14) de la partie inférieure 4, cet air étant dirigé ensuite vers une évacuation. En cours de fonctionnement, le module de rayonnement infrarouge 7 assure le transfert thermique sur le matériau en feuille 1, à son entrée dans l'ensemble 2. L'air de refroidissement des émetteurs infrarouges 8, s'échappant du module 7, pénètre dans les caissons des parties 3 et 4. A partir de ces caissons, formant zones de mélange, l'air est dirigé vers le matériau en feuille 1 et repris par les organes 5, 6 de soufflage et d'aspiration, de manière à assurer d'une part la sustentation du matériau en feuille 1, et d'autre part le transfert de masse, c'est-à-dire l'entraînement de l'eau mise en évaporation, sur ledit matériau en feuille 1, par l'apport énergétique du rayonnement infrarouge issu du module 7. L'air chaud extrait, contenant l'eau évaporée, traverse l'échangeur 13 qui réalise un préchauffage de l'air neuf dirigé vers le module de rayonnement infrarouge 7. L'évacuation de l'air extrait assure aussi l'extraction de l'eau évaporée, et le matériau en feuille 1 sort de l'ensemble 2 en étant séché. Le dispositif, précédemment décrit, s'applique notamment aux domaines du papier, des films synthétiques et des produits textiles, en cours de fabrication ou de traitement. Ce dispositif peut aussi s'appliquer au traitement de produits en feuille métalliques, par exemple pour le séchage d'enduits déposés sur de tels produits métalliques. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif pour le traitement thermique de matériaux en feuille défilant en continu, qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour le traitement thermique de matériaux en feuille, tels que papiers ou films ou produits textiles, ou encore produits en feuille métalliques, défilant en continu, notamment en vue de leur séchage, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module de rayonnement infrarouge (7), incorporé dans la partie amont d'un ensemble (2) de soufflage et10 d'aspiration d'air, traversé longitudinalement par le matériau en feuille (1). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de rayonnement infrarouge (7) comporte des émetteurs infrarouges (8) de type électrique. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (11,12) qui reprennent l'air de refroidissement des émetteurs infrarouges (8) du module (7) précité et qui injectent ensuite cet air dans les caissons de soufflage d'air (3,4), sans apport d'énergie externe pour chauffer l'air. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un préchauffage de l'air neuf, dirigé vers le module émetteur de25 rayonnement infrarouge (7) pour assurer son refroidissement, est réalisé au moyen d'un échangeur thermique (13) traversé aussi par l'air extrait, contenant l'eau ou autre produit évaporé à évacuer.