Brevet FR2785602A1 — publié le 20000512

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux fours de fusion et d'affinage du verre. Elle vise plus particulièrement un dispositif de contrôle du refroidissement du verre dans de tels fours afin d'en améliorer le fonctionnement. On sait que les fours de fusion de verre assurent la fusion du mélange vitrifiable, son affinage, son conditionnement en température et sa distribution vers les équipements de formage, par exemple de verre plat ou de verre creux. Afin de bien faire comprendre le domaine d'application de la présente invention, on se réfère en premier lieu à la figure 1 des dessins annexés qui représente en perspective, avec arrachement partiel, un exemple de réalisation non limitatif d'un four de fusion de verre de type connu. Un tel four est traditionnellement composé d'au moins deux enceintes 1 et 3 réunies à l'aide d'un canal 2, généralement appelé corset. L'enceinte 1 réalise la fusion et l'affinage du verre et l'enceinte 3, appelée généralement avant bassin ou bassin de travail assure le conditionnement du verre en température avant son transfert par un canal 4 vers des équipements de formage situés en aval. Chaque enceinte composant le four est constituée d'une cuve 5 en matériaux réfractaires destinée à recevoir le verre fondu 6, de parois latérales 7 et d'une voûte 8. Le mélange vitrifiable est introduit dans ce four à l'aide de moyens d'enfournement représentés schématiquement en 9 sur cette figure 1, ces moyens étant implantés sur l'une au moins des parois 7 du four. Sur la figure 1, on a représenté de façon schématique et désigné par la référence 10 les équipements de combustion composés des alimentations en carburant et en comburant ainsi que des évacuations de fumée. Le verre situé dans l'avant bassin 3 est conditionné en température par refroidissement. Dans ce but, on utilise généralement l'action d'air soufflé dans cet avant bassin. Ainsi, dans l'exemple illustré par la figure 1, cet air de refroidissement est produit à l'aide d'un ventilateur 11 alimentant des gaines de soufflage 12 qui débouchent en 13 dans l'une au moins des parois de t'avant bassin. L'air de refroidissement, après avoir refroidi le verre, s'échappe de l'avant bassin 3 au travers d'ouvertures 14 pratiquées sur la voûte de cet avant bassin ou par l'intermédiaire d'ouvertures pratiquées sur l'une au moins des faces des parois de cet avant bassin. L'alimentation eVou l'échappement de l'air de refroidissement de l'avant bassin est ajusté manuellement ou régulé à partir d'une consigne de température ou de pression. Pour certains types de four, ou certains types de verre, le refroidissement du verre commence dès la fin de la zone d'affinage 1, par soufflage d'air froid, par exemple par les alimentations en carburant et comburant ou par les évacuations de fumées 10. L'injection de l'air de refroidissement dans l'avant bassin 3 créé une pression positive dans cette enceinte. La pression dans l'enceinte d'affinage 1 est voisine de 0. La pression dans l'avant bassin 3 est donc généralement plus élevée que celle régnant dans l'enceinte 1 où s'effectuent la fusion et l'affinage du verre, ce qui créé une circulation d'air de l'avant bassin 3 vers l'enceinte de fusion/affinage 1. Cette circulation s'effectue malgré la présence d'un obstacle dénommé mur d'ombre 15. Ce mur d'ombre 15 est généralement situé audessus du niveau du verre, ce qui laisse une section de fuite représentant toute la largeur du corset 2. La pénétration, dans la zone de fusion/affinage 1 d'un flux d'air provenant de l'avant bassin 3 se traduit par un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels on peut citer notamment : -la diminution du rendement thermique de la combustion liée au réchauffage de cet air parasite ; -la perturbation du réglage de la combustion, I'air provenant de l'avant bassin 3 constituant un apport d'oxygène qui n'est pas pris en compte par les paramètres de combustion ; -le mauvais contrôle de la combustion qui augmente les rejets de polluants dans les fumées ; -I'impossibilité d'optimiser les équipements de récupération de chaleur qui sont perturbés par un débit incontrôlé d'air parasite. La solution actuellement mise en oeuvre pour limiter ces inconvénients consiste généralement à installer des murs d'ombre tels que 15 le plus étanche possible, c'est-à-dire avec une section de fuite entre les deux enceintes 1 et 3 du four la plus faible possible. II ne s'agit là que d'un palliatif qui ne donne pas toute satisfaction. La présente invention s'est donc fixé pour objectif de réduire, voir de supprimer, le débit d'air de refroidissement dans l'avant bassin 3 du four et ainsi de réduire ou de supprimer l'ensemble des inconvénients mentionnés cidessus. La solution apportée par l'invention à ce problème technique consiste à réaliser le refroidissement du verre par l'intermédiaire de refroidisseurs qui sont implantés directement dans le four, dans la zone de ce dernier où le verre doit tre refroidi afin de contrôler ses caractéristiques physiques, et dont l'action s'effectue par absorption du rayonnement émis par le verre ou par les parois du four. Selon l'invention, ces refroidisseurs peuvent tre implantés dans la zone de fusion, dans la zone d'affinage, dans l'avant bassin du four ou dans le canal ou corset assurant la liaison de la zone de fusion/affinage avec l'avant bassin. Ils peuvent tre implantés soit dans la voûte du four, soit dans les parois de celui-ci, soit directement dans le bain de verre à refroidir. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les : -la figure 1 représente ainsi qu'on l'a décrit ci-dessus, un exemple de construction d'un four de fusion de verre selon la technique connue ; -les figures 2a à 2d sont des vues schématiques illustrant un exemple de réalisation d'un refroidisseur pouvant tre mis en oeuvre dans le dispositif objet de la présente invention et, -la figure 3 est une vue similaire à la figure 1, en perspective avec arrachement partiel, d'un four de verrerie comportant les perfectionnements objet de l'invention. On se réfère tout d'abord aux figures 2a à 2d qui illustrent des exemples de réalisation non limitatif d'un type de refroidisseur pouvant tre utilisé par l'invention. Comme on le voit sur la figure 2a, ce refroidisseur est constitué d'un corps 16, par exemple en acier ou en tout autre matériau résistant, qui est introduit dans le four et qui est monté sur un système de support et de réglage de position 17 situé à l'extérieur du four (non visible sur les figures 2a-2d). On a schématisé par des flèches, t'arrivée et le retour du fluide caloporteur assurant le refroidissement du corps 16. Le système de support 17 est conçu de façon à déplacer le corps du refroidisseur 16 selon un mouvement de translation alternative, selon un mouvement de rotation ou selon une combinaison de ces deux mouvements, afin de permettre l'introduction dans le four du corps du refroidisseur ainsi que le réglage de la pénétration de ce dernier dans l'enceinte du four afin d'ajuster l'importance du refroidissement. Le corps du refroidisseur 16 peut se présenter sous des formes ou dimensions variables, en fonction de l'effet recherché ou des possibilités d'implantation dans le four, notamment dans la voûte ou les parois de ce dernier. Les figures 2a à 2d représentent des exemples de réalisation non limitatif de différentes formes possibles de corps 16 de refroidisseurs. Le choix de la forme du corps du refroidisseur permet de contrôler la surface sur laquelle s'exerce son action, c'est-à-dire par exemple sur chaque zone de la surface du bain de verre, en déterminant la position et l'importance de ladite surface, ce qui permet de réaliser un contrôle plus précis de la température de chacune de ces zones. Les refroidisseurs permettent ainsi de réaliser le contrôle des courants de convection à l'intérieur du bain de verre qui est beaucoup plus facile à obtenir que cela était possible avec les solutions antérieures de refroidissement par air du verre. Selon l'invention, le corps du refroidisseur peut tre constitué par une épingle refroidie, un serpentin ou une boîte de forme quelconque, la forme de ce corps déterminant la position et l'importance de la surface sur laquelle s'exerce son action. Le corps 16 du refroidisseur est parcouru, ainsi qu'on l'a mentionné cidessus, par un fluide caloporteur permettant de maintenir ledit corps à des niveaux de température compatibles avec sa tenue mécanique, ce fluide permettant en outre de maintenir la température de la surface du corps 16 à une valeur qui lui permet de rayonner dans l'ambiance du four (rayonnement négatif ou absorption du rayonnement du verre ou des parois du four). Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, 1'action du refroidisseur mis en oeuvre selon l'invention permet le conditionnement en température du verre dans la zone considérée ainsi que la création de courants de convection dans le verre correspondant aux résultats recherchés. En outre, le contrôle de la température du bain dans ses différentes zones permet d'assurer le contrôle de ces courants de convection, donc de la qualité de l'affinage du verre, cet effet pouvant tre obtenu tant dans l'avant bassin que dans l'enceinte de fusionlaffinage. L'action des refroidisseurs peut s'exercer soit directement sur le bain de verre à refroidir, soit sur la voûte du four, soit sur les parois de ce dernier afin de réduire le rayonnement que lesdites parois ou ladite voûte émettent sur le verre, le corps du refroidisseur pouvant tre plongé directement dans le bain de verre à refroidir ou intégré dans l'une des parois ou dans la voûte du four. On a représenté sur la figure 3, à titre d'exemple non limitatif, un mode de mise en oeuvre de ce type de refroidisseur dans un four de verrerie du mme type que celui illustré par la figure 1 et décrit ci-dessus. Dans cet exemple, le corps de chaque refroidisseur est introduit dans le four au travers d'une ouverture pratiquée dans l'une des parois de celui-ci. II est également possible, sans sortir du cadre de la présente invention, d'introduire ce type de refroidisseur dans le four par l'intermédiaires d'ouvertures pratiquées dans la voûte de ce dernier. On réalise une étanchéité entre le corps du refroidisseur et la paroi (ou la voûte) du four de manière à permettre un ajustement de la pénétration du corps du refroidisseur à l'intérieur du four. Cette étanchéité peut tre obtenue par tout moyen approprié par exemple par un bourrage de matériaux fibreux. La modulation de la pénétration du corps de refroidisseur dans le four permet d'ajuster la surface de ce corps exposée au rayonnement du bain de verre ou des parois du four et donc d'ajuster l'effet du refroidisseur. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 3, des refroidisseurs 18 ont été implantés dans une paroi du four, dans l'avant bassin 3 de ce dernier, d'autres refroidisseurs 19 ont été implantés dans le canal 2, des refroidisseurs 20 sont implantés en aval du mur d'ombre 15 et des refroidisseurs 21 ont été implantés dans le bassin de fusion/affinage 1. Bien entendu, il ne s'agit là que d'exemples non limitatifs d'implantations des refroidisseurs dans un four de verre, l'invention concernant un refroidisseur qui peut tre implanté en différents endroits, seul ou en association avec d'autres refroidisseurs de formes identiques ou de formes différentes. On notera que la forme et les dimensions des refroidisseurs 19 ou 20 implantés dans le canal 2 peuvent tre choisies de manière à assurer une séparation entre les atmosphères des enceintes de l'avant bassin 3 et du bassin de fusion/affinage 1. On peut également implanter des refroidisseurs dans la voûte des différentes parties du four. Ainsi, la figure 3 représente de façon schématique, un refroidisseur 22 intégré dans la voûte de l'avant bassin 3. Ainsi qu'on le comprend, le refroidissement du verre dans le four peut tre obtenu entièrement grâce à des refroidisseurs, notamment du type décrit ci-dessus, ce qui supprime totalement l'air de refroidissement utilisé de façon classique à ce jour, ou bien, selon une variante de la présente invention, ce refroidissement peut tre obtenu par une combinaison de refroidisseurs et d'air de refroidissement. Dans ce cas, le débit d'air de refroidissement est considérablement réduit, ce qui diminue les perturbations qu'il apporte. Les avantages essentiels apportés par l'invention sont les : réduction ou suppression de la quantité d'air de refroidissement introduit dans le four, donc meilleur contrôle de la combustion, de l'excès d'air et des rejets de polluants, -amélioration du rendement thermique de l'installation (suppression de l'énergie dépensée à réchauffer l'air de refroidissement provenant de l'avant bassin 3 et admis dans l'enceinte de fusion/affinage 1), -optimisation du fonctionnement des récupérateurs de chaleur ou des régénérateurs par la suppression de l'air parasite. -contrôle du refroidissement du verre par la détermination de la pénétration du corps du refroidisseur dans le four, -contrôle du refroidissement de l'avant bassin, du canal ou du four et du point d'application de ce refroidissement par la mise en place d'un corps de refroidisseur dont la forme est adaptée à l'objectif défini, -optimisation du dimensionnement des superstructures du four en supprimant le volume nécessaire pour l'expansion de l'air de refroidissement, récupération de l'énergie perdue dans l'air de refroidissement grâce à des échangeurs de chaleur implantés sur le circuit du fluide caloporteur. II demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits ettou mentionnés ci-dessus mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1-Dispositif de contrôle du refroidissement du verre dans des fours de fusion et d'affinage du verre caractérisé en ce que le refroidissement est assuré à I'aide de refroidisseurs (18,19,20,21) qui sont implantés directement dans les enceintes du four, dans la zone de ce dernier où le verre doit tre refroidi afin de contrôler ses caractéristiques physiques, l'action de refroidissement étant assurée par absorption du rayonnement émis par le verre ou par les parois et la voûte du four. 2-Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits refroidisseurs sont implantés dans la voûte du four. 3-Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits refroidisseurs sont implantés dans au moins l'une des parois du four. 4-Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits refroidisseurs sont implantés directement dans le bain de verre à refroidir. 5-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits refroidisseurs peuvent tre implantés dans l'avant bassin (3) du four et dans le bassin de fusion/affinage (1). 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs refroidisseurs implantés dans le canal (2) reliant ledit avant bassin (3) audit bassin de fusion/affinage (1), afin d'assurer une séparation entre les atmosphères desdits bassins (1,3). 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de refroidissement additionnel par air. 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chacun desdits refroidisseurs comporte un corps (16) parcouru par un fluide caloporteur, monté sur un système de support et de réglage de position (17) permettant la mise en place desdits refroidisseurs dans le four, au travers d'une ouverture pratiquée dans ce dernier, ce système étant en outre conçu de façon à régler la pénétration dans le four desdits refroidisseurs et la surface de refroidissement à l'intérieur du four. 9-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la forme du corps du refroidisseur est choisie de manière à contrôler les courants de convection dans le verre, ce contrôle étant obtenu par le moyen desdits refroidisseurs. 10-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la forme du corps du refroidisseur est choisie de manière à déterminer la position et l'importance de la surface sur laquelle s'effectue son action. 11-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le corps du refroidisseur est constitué par une épingle refroidie. 12-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le corps du refroidisseur est constitué par un serpentin. 13-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le corps du refroidisseur est constitué par une boîte.