Brevet FR2806155A1 — publié le 20010914

Tambour à échange thermique amélioré, notamment pour refroidissement produits en feuille. Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un tambour à échangeur thermique, notamment pour refroidissement produits en feuille, comprenant - une virole exterieure métallique montée coaxialement sur une virole intérieure métallique pour délimiter un espace annulaire de faible épaisseur, - un arbre rotatif creux servant de support au tambour et d'organe d'amenée liquide de refroidissement, - deux flasques d'extrémités agencés aux extrémités opposées des viroles pour former un premier compartiment d'admission du liquide de refroidissement, un deuxième compartiment d'évacuation, - une pluralité de canaux élémentaires s'étendant dans la direction longitudinale à l'intérieur de l'espace annulaire, - et des moyens pour faire circuler le liquide de refroidissement dans un sens prédéterminé à l'intérieur des canaux. Etat de la technique Les tambours cylindriques de refroidissement sont utilisés pour refroidir rapidement un produit fabrique à température élevée sous forme de feuille, notamment des films en matière thermoplastique en provenance d'une extrudeuse et d'une filière. La répartition uniforme de la température, la régularité et la rapidité de l'effet de refroidissement sur la surface de la feuille constituent des paramètres essentiels pour une qualité d'homogénéité requise. La réalisation d'un tambour pour le refroidissement de produits en feuille s'effectue généralement à partir d'un matériau à base d'acier au carbone, lequel bénéficie d'un coefficient de conductibilité thermique efficace. Pour obtenir un aspect lisse de la surface extérieure, il est classique de revêtir la surface extérieure apparente tambour avec une couche mince de chrome poli dont l'épaisseur peut varier entre 0 et 0,15 p. Une détérioration de la surface polie de la couche superficielle chrome en cas de mauvaise manipulation ou de chocs mécaniques, impose la réparation immédiate de la surface du tambour dont la durée peut varier entre 3 à 5 semaines. De plus il est nécessaire que la virole extérieure possède une épaisseur de l'ordre de 15 mm. document FR-A-2685458 décrit un tambour de refroidissement ayant canaux longitudinaux entre la virole extérieure et la virole intérieure, et des canaux radiaux ménagés dans les flasques d'extrémités et en liaison avec les canaux longitudinaux. Les canaux radiaux constituent des moyens diviseurs du flux primaire, et de régulation du débit secondaire dans les canaux longitudinaux. Un agencement impose un montage étanche et précis des flasques pour correspondance des canaux, ce qui complique la fabrication du tambour. Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à réaliser un tambour de refroidissement ayant coefficient d'échange thermique optimum, bénéficiant d'une tenue mécanique fiable autorisant un entretien aisé de la surface extérieure. dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que - le matériau métallique des viroles du tambour est en acier inoxydable, - les canaux élémentaires sont usinés dans la paroi cylindrique interne de la virole extérieure pour constituer des nervures réparties angulairement à intervalles réguliers dans la direction longitudinale, chaque nervure ayant une première base attachée à la paroi de la virole extérieure, et une deuxième base opposee, prenant appui par emmanchement sur la virole intérieure. Chaque nervure présente une section sensiblement trapézoïdale, la premiere base étant plus courte que la deuxième base. Selon une variante la section des nervures peut être rectangulaire, en faisant un angle droit ou légerement arrondi avec la paroi latérale interne de la virole extérieure. Selon un mode de realisation préférentiel, la virole intérieure est soudée rigidement sur une embase creuse de l'arbre rotatif par des entretoises confinant lesdits compartiments d'admission et d'évacuation du liquide de refroidissement. L'arbre rotatif creux est doté d'un tube allongé interne soudé sur l'embase et en communication avec le premier compartiment d'admission par un orifice d'entrée et un conduit annulaire en liaison avec le deuxième compartiment d'évacuation un orifice de sortie. Des trappes de visites sont ménagées dans les flasques d'extrémités pour l'accès au premier compartiment et au deuxième compartiment. Les extrémités opposées de la virole intérieure comportent des tubulures à trous calibrés, et des ouvertures respectivement en liaison avec le premier compartiment d'admission, et le deuxième compartiment d'évacuation. L'épaisseur de toile de la virole extérieure est choisie entre 8 et 10 mm, ce qui permet d'obtenir un très coefficient d'échange thermique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les flasques d'extrémité peuvent etre soudés de manière étanche aux extrémités adjacentes des viroles, ou coopérer avec une couronne amovible permettant l'accès à l'espace annulaire pour le contrôle visuel de l'intérieur des canaux longitudinaux. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement la description va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est vue en coupe axiale d'un tambour de refroidissement selon l'invention; les figures 2 et 3 montrent des vues partielles à échelles agrandies de là figure représentant des détails de réalisation du montage des viroles; les figures 4-6 sont des vues en coupe selon les lignes 4 -5 et 6-6 des figures 2 et 3; la figure 7 montre une vue en coupe d'une variante d'usinage nervures de virole extérieure. Description d'un mode de réalisation préférentiel référence aux figures 1 à 6, un tambour 10 pour le refroidissement de produits feuille, par exemple des feuilles de matière plastique, papier ou d'aluminium, comporte une virole intérieure 12 métallique, une virole extérieure 14 métallique, deux flasques d'extrémités 16, 18, et un arbre creux 20 tubulaire pour l'alimentation l'évacuation du liquide de refroidissement. viroles 12, 14 cylindriques sont coaxiales, et délimitent un espace 22 annulaire de faible épaisseur renfermant une pluralité de canaux 24 longitudinaux pour la circulation du liquide, par exemple de l'eau. La virole intérieure est soudée rigidement sur l'arbre 20 rotatif au moyen d'entretoises 26, 28 constituées par deux disques parallèles et espacés axialement sur l'embase 30 de l'arbre Entre les deux flasques d'extrémités 16, 18 et les entretoises se trouvent un premier compartiment 32 d'admission, et un deuxième compartiment 34 d'évacuation du liquide de refroidissement. A l'intérieur de l'arbre 20 rotatif s'étend coaxialement un tube allongé de diamètre inférieur à celui de l'arbre 20, de manière à délimiter un conduit 38 annulaire en communication avec le deuxième compartiment 34 d'évacuation à travers un orifice de sortie 40. L'extrémité du tube 36 est fixée à étancheité par un collet 41 sur l'embase 30 creuse de manière à envoyer le liquide de refroidissement vers le premier compartiment 32 d'admission à travers un orifice d'entree 42. La circulation du liquide refroidissement dans le tambour 10 s'effectue sous pression, par exemple l'ordre de 6 bars, dans le sens de la flèche F indiquée sur la figure 1. Le liquide parcourt d'abord l'embase 30 en provenance du tube 36, le premier compartiment d'admission, les canaux 24 longitudinaux dans l'espace 22 périphérique annulaire, le deuxième compartiment 34 d'évacuation, et le conduit 38 entre l'arbre 20 et tube 36 interne. Les flasques d'extrémites 16, 18 peuvent être soit soudés de manière étanche aux extrémités 44 viroles 12, 14 (figure 2), soit comporter une couronne 46 amovible permettant l'accès à l'espace 22 pour le contrôle visuel de l'intérieur des canaux longitudinaux 24 (figure 3). Une vis 47 solidarise dans ce cas la couronne 46 au flasque 18 avec interposition de joints 45 d'étanchéité. Des trappes de visite 50 (figure 1) sont ménagées dans les flasques 16, 18 d'extrémités, respectivement pour l'accès au premier compartiment d'admission 32, et au deuxième compartiment 34 d'évacuation. Le tambour 10 est réalisé avantageusement en acier inoxydable, et les canaux longitudinaux 24 dans l'espace 22 annulaire sont usinés dans la paroi cylindrique interne de la virole 14 extérieure, de manière à constituer une pluralité de nervures 52 réparties angulairement à intervalles réguliers dans la direction longitudinale. Les nervures 52 présentent chacune une section sensiblement trapézoïdale, dont la première petite base est attachée après usinage à la paroi interne de la virole 14 extérieure. La deuxième grande base de l'ensemble des nervures 52 prend premiere petite base est attachée après usinage à la paroi interne de la virole 14 extérieure. La deuxième grande base de l'ensemble des nervures 52 prend appui sur la surface latérale cylindrique de la virole intérieure 12 lors de l'opération de frettage. La présence des nervures 52 procure une tenue uniforme de la virole 14 extérieure sur la virole intérieure 12, qui confère une rigidité mécanique élevée au tambour 10. L'opération de frettage après emmanchement des deux viroles 12, 14 est classique, et consiste à chauffer la virole 14 extérieure, et à refroidir la virole intérieure 12, en provoquant un montage étanche entre les différents canaux 24 l'espace 22. La virole 14 extérieure est réalisée par centrifugation ou laminage circulaire permettant d'obtenir la disparition des soudures, et des tensions mécaniques internes. La circulation du liquide de refroidissement dans les différents canaux longitudinaux 24 l'espace 22 annulaire s'effectue à travers des tubulures 54 à trous calibres, et des ouvertures 58 disposées aux extrémités opposées de la virole intérieure 12, et respectivement en communication avec le premier compartiment 32 d'admission, et le deuxième compartiment 34 d'évacuation. Le sens circulation du liquide de refroidissement peut être le même dans la totalité canaux 24 de l'espace 22, par exemple dirigé vers la droite sur la figure 1. II peut également être inversé dans les canaux 22 adjacents successifs par des flux alternes aller et retour. Des moyens de guidage appropriés sont prévus à cet effet aux extrémités des canaux 24 pour imposer le sens de circulation du liquide. Le débit du liquide de refroidissement dans les différents canaux longitudinaux est parfaitement contrôlé, ce qui permet d'obtenir une répartition régulière de la température du tambour dans le sens transversal et longitudinal. II en résulte un coefficient d'échange thermique optimum entre le liquide et la surface de la virole extérieure 24 en acier inoxydable. Tout risque de perturbation thermique au niveau du contact du tambour avec le produit en feuille est ainsi évité. L'épaisseur de toile de la virole extérieure 24 est choisie entre 8 et 10 mm, alors que dans le cas d'un tambour classique en acier au carbone revêtu de chrome, l'épaisseur est l'ordre 14 mm à 16mm. démontage des trappes 48, 50 et de la couronne 46 permet d'accéder facilement aux compartiments 32, 34 et à l'espace 22 en vue d'un nettoyage ou contrôle visuel du circuit de refroidissement. référence à la figure 7, les nervures 52 usinées de la virole extérieure 14 présentent chacune une section rectangulaire faisant un angle droit ou légerement arrondi avec la paroi de ladite virole. D'autres formes de nervures, par eXemple pyramidales, sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Selon les applications, la surface de la virole extérieure 14 sur laquelle produit vient en contact, peut avoir des génératrices non rectilignes et des profils ondulés ou quelconques dans la direction longitudinale. II est clair que le tambour 10 selon l'invention pourrait être utilisé pour des applications de chauffage de produits. Dans ce cas, le liquide sous pression circulant à l'intérieur des canaux 24 serait porté à une température prédéterminée. Revendications 1. Tambour à échangeur thermique, notamment pour le refroidissement de produits feuille, comprenant - une virole extérieure (14) métallique montée coaxialement sur une virole intérieure 2) métallique pour délimiter un espace (22) annulaire de faible épaisseur, - un arbre rotatif (20) creux servant de support au tambour (10) et d'organe d'amenée liquide de refroidissement, - deux flasques d'extrémités (16, 18) agencés aux extrémités opposées des viroles (14, pour former un premier compartiment (32) d'admission du liquide de refroidissement, et un deuxième compartiment (34) d'évacuation - une pluralité de canaux (24) élémentaires s'étendant dans la direction longitudinale à l'intérieur de l'espace (22) annulaire, - et des moyens pour faire circuler le liquide de refroidissement dans un sens prédéterminé à l'intérieur des canaux (24), caractérisé en ce que - le matériau métallique des viroles (12, 14) du tambour (1 est en acier inoxydable, - les canaux (24) élémentaires sont usinés dans la paroi cylindrique interne de la virole (14) extérieure pour constituer des nervures (52) réparties angulairement à intervalles réguliers dans la direction longitudinale, chaque nervure (52) ayant une première base attachée à la paroi de la virole (14) extérieure, et une deuxième base opposée, prenant appui par emmanchement sur la virole intérieure (12). 2. Tambour à échangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque nervure (52) présente une section sensiblement trapézoïdale, la première base étant plus courte que la deuxième base. 3. Tambour à échangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque nervure (52) présente une section rectangulaire faisant un angle droit ou legèrement arrondi avec la paroi latérale interne de la virole extérieure (14). Tambour selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la virole intérieure (12) est soudée rigidement sur une embase (30) creuse de l'arbre (20) rotatif par des entretoises (26, 28) confinant lesdits compartiments 34) d'admission et d'évacuation du liquide de refroidissement. Tambour à échangeur thermique selon la revendication 4, caractérisé en que l'arbre rotatif (20) creux est doté d'un tube (36) allongé interne soudé sur l'embase (30) et en communication avec le premier compartiment d'admission (32) un orifice d'entrée (42), et d'un conduit (38) annulaire en liaison avec le deuxième compartiment d'évacuation (34) par un orifice de sortie (40). Tambour à échangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des trappes de visites (48, 50) sont ménagées dans les flasques d'extrémités (16, 18) pour l'accès au premier compartiment (32) et au deuxième compartiment (34). Tambour à échangeur thermique selon la revendication 6, caractérisé en ce que au moins un flasque d'extrémité (16) est soudé de manière étanche aux extrémités adjacentes des viroles (12, 14). 8. Tambour à echangeur thermique selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en que au moins un flasque d'extrémité (18) coopère avec une couronne (46) amovible permettant l'accès à l'espace (22) annulaire pour le contrôle visuel l'intérieur des canaux longitudinaux (24). 9. Tambour a echangeur thermique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en que les extrémités opposées de la virole interieure (12) comportent des tubulures (54) à trous calibrés, et des ouvertures (58) respectivement en liaison avec le premier compartiment d'admission (32), et le deuxième compartiment d'évacuation (34). 10. Tambour à échangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de toile de la virole extérieure (24) est choisie entre 8 et 10