Brevet FR2925675A1 — publié le 20090626

CANNE PYROMETRIQUE ORIENTABLE L'invention concerne une canne pyrométrique orientable. Une canne pyrométrique est un outil qui sert à mesurer des températures en traversant l'épaisseur d'un matériau réfractaire entourant une enceinte, tel qu'un four, dont la température interne est précisément à mesurer. io La présente invention concerne le domaine des mesures en milieu hostile, en particulier à hautes températures, mises en oeuvre dans les fours de traitements thermiques, certains réacteurs chimiques à très haute température et, par extension, dans tous les équipements thermiques utilisant 15 des matériaux réfractaires à haute température. De tels équipements thermiques comprennent un revêtement intérieur en matériau réfractaire, formé par exemple par un assemblage de briques, afin d'assurer le confinement de la température nécessaire à la bonne 20 réalisation du procédé de cuisson. La connaissance de la température à l'intérieur de ces enceintes est une donnée importante, tant pour la conduite du procédé lui-même que pour éviter la surchauffe du réfractaire. La mesure de la température est assurée en général par des 25 cannes pyrométriques qui percent cette épaisseur de matériau réfractaire à travers une réservation, cavité pratiquée dans ce matériau, pour atteindre le coeur de la charge à traiter. D'autres technologies plus sophistiquées, comme la visée optique, sont également utilisées, mais de façon moins fréquente, du fait des coûts de mise en oeuvre élevés. 30 Actuellement, les cannes pyrométriques sont constituées extérieurement d'une tête de raccordement et d'un tube protecteur rigide pour l'élément sensible de détection, constitué de manière habituelle par un thermocouple chemisé ou emperlé dans une gaine. Dans ce dernier cas, le 35 matériau assurant la protection du thermocouple par enchâssement est fractionné en petits morceaux cylindriques appelés perles. Ces cannes pyrométriques connues sont fixées au matériau réfractaire par un dispositif rigide, de type bride ou raccord. Le tube protecteur 40 situé sous la fixation traverse l'épaisseur de réfractaire à travers la réservation qui y est faite. Les cannes pyrométriques réalisées selon cet état de l'art permettent de surveiller de façon adéquate la température dans la majorité des équipements thermiques traditionnels. 45 Cependant, les cannes actuelles peuvent se rompre : lors de la mise en chauffe, les réfractaires bougent à cause de la dilatation thermique, et les mouvements des réfractaires peuvent entraîner l'obturation au moins partielle de la réservation, provoquant ainsi la rupture des gaines de protection des cannes pyrométriques, et un arrêt de la mesure. II s'agit en particulier de fours 50 sous atmosphère contrôlée, ou réacteurs chimiques étanches, fonctionnant à 15 20 hautes températures, par exemple sensiblement supérieures à 1200°C. Ainsi, certains fours de frittage fonctionnent au-delà de 1600°C. La fixation de la canne pyrométrique par une bride étanche est alors incompatible avec les déplacements internes subis par les réfractaires, les réservations devenant de s moins en moins larges. Des ruptures de mesures en cascade se produisent alors. Il existe bien des cannes pyrométriques en thermocouple chemisé, qui ne sont pas enrobées dans un protecteur métallique ou céramique, 10 nécessairement rigides. Dans ces conditions, elles présentent une certaine souplesse, mais restent totalement inadaptées aux mesures délicates, à haute température et/ou en atmosphère agressive (gaz réducteurs ou oxydants) et leur durée de vie est alors limitée. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif d'assemblage permettant de supprimer ce défaut des cannes pyrométriques, en particulier lors de mesures en milieu hostile, par exemple de hautes températures etlou en atmosphère agressive, sans diminuer leur durée de vie. Pour ce faire, l'invention propose d'allier la robustesse d'une canne pyrométrique classique et la souplesse d'un thermocouple simplement chemisé en prévoyant un ajout déformable compatible avec le tube protecteur rigide. 25 Plus précisément, l'invention a pour objet une canne pyrométrique de mesure de température en milieu hostile dans un équipement thermique en matériau réfractaire, comportant un tube protecteur externe rigide et une fixation du tube à l'équipement thermique, dans laquelle au moins un élément présentant une capacité à la déformation selon au moins un degré de 30 liberté angulaire est rapporté par solidarisation au tube protecteur en couplage avec la fixation de la canne pyrométrique. Cette disposition permet à la canne de s'adapter angulairement en fonction de la place disponible suite à la déformation du matériau réfractaire 35 dans la réservation. La déformation de cette réservation est ainsi compensée et absorbée sans dommage. L'utilisation de deux éléments de part et d'autre de la fixation a comme avantage de garder le caractère rectiligne de l'élément sensible interne, le thermocouple. 40 Selon des modes de réalisation particuliers : - l'élément rapporté est un soufflet, ce soufflet pouvant être ajouté autour du tube de protection ou remplacer une partie du tube ; 45 - un soufflet est disposé de part et d'autre de la fixation ; - l'élément rapporté est constitué d'un manchon solidarisé en ses portions extrêmes autour du tube protecteur et équipé d'au moins un soufflet ; - le manchon est équipé de deux soufflets et d'une portion centrale entre ces soufflets, la portion centrale étant solidarisée directement à la fixation de la canne et les soufflets étant disposés de part et d'autre de la fixation ; - l'élément rapporté est de forme cylindrique à section circulaire, oblongue et/ou plate ; -l'élément rapporté comporte une lame ressort, une gaine 10 agrafée, une tresse souple et/ou une rotule ; -l'élément rapporté est en matériau métallique, en téflon et/ou en silicone ; 15 -la solidarisation entre les pièces est réalisée par soudure, collage et/ou fusion. Un autre avantage des soufflets est de rendre la canne pyrométrique étanche au niveau de la réservation et ainsi, de la rendre 20 compatible avec une atmosphère intérieure contrôlée dans le four : le soufflet réalise alors une barrière d'étanchéité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture qui suit d'exemples de réalisation détaillés, en référence aux figures 25 qui représentent, respectivement : - la figure 1, une vue schématique en coupe partielle d'une canne pyrométrique selon l'état de la technique ; -la figure 2, une vue schématique d'une canne pyrométrique 30 selon l'état de la technique insérée dans un équipement thermique, sans déformation des briques réfractaires. - la figure 3, une vue schématique d'une canne pyrométrique selon l'état de la technique, insérée dans un équipement thermique, avec déformation des briques réfractaires ; 35 -la figure 4, un schéma d'une canne pyrométrique selon un exemple de réalisation de la présente invention équipée d'un soufflet -la figure 5, une vue schématique d'un exemple de réalisation d'une canne pyrométrique selon l'invention, insérée dans un équipement thermique, avec déformation des réfractaires ; et 40 -la figure 6, une vue en coupe d'autre exemple de réalisation d'une canne pyrométrique selon l'invention comportant un manchon à deux soufflets. La figure 1 illustre une vue schématique en coupe partielle d'une 45 canne pyrométrique 1 selon l'art antérieur comportant deux parties principales : le capteur composé d'un thermocouple 4, chemisé ou emperlé par le tube protecteur 3 d'axe X'X, et la tête 2. Entre les deux parties de tube et de tête, un mécanisme de fixation 5 sur un équipement thermique est constitué d'un raccord 5a ou d'une bride 5b. Ces deux moyens de fixation, illustrés partiellement sur la 5o figure, sont à compléter par symétrie axiale, mais il est bien entendu que5 l'utilisation de l'un exclut l'autre. Les tubes protecteurs 3 sont fixes et rigides, sans degré de liberté par rapport au mécanisme de fixation 5. Sur la figure 2, la canne pyrométrique 1 de l'art antérieur est insérée via la réservation 10 dans un équipement thermique 11, qui est par exemple un four. La canne pyrométrique 1 est fixée sur l'équipement thermique 11 par le mécanisme de fixation 5b à bride. Les parois de cet équipement thermique 11 comportent en général un matériau réfractaire 12 composé de briques 13 et recouvert à l'extérieur d'une enveloppe métallique 14. Sur cette ro figure, le matériau réfractaire entourant la réservation 10 n'est pas déformé par la chaleur, la situation étant alors qualifiée de �normale�. Le chauffage à haute température du four peut induire, comme illustré par la figure 3, un déplacement des briques réfractaires 13. Dans ce cas, le mouvement de ces briques réfractaires entraîne la rupture 18 du protecteur 3 15 de la canne pyrométrique 1. Cette situation est dite �anormale�. Un exemple de réalisation d'une canne pyrométrique 40 selon l'invention est illustré en figure 4. Sur cette figure, un soufflet métallique 42 d'assouplissement est monté sur le tube protecteur 3, entre le mécanisme de 20 fixation 5, ici une bride 5b, et le protecteur 3. Ce soufflet 42 est soudé en 401 au protecteur 3 et en 403 à la bride de fixation 5b. Ce soufflet alloue au protecteur 3 un degré de liberté angulaire conique 44 au capteur 1 dans un angle solide Q. Avec ce degré de liberté 44, le capteur 1 prend l'angle pour éviter la rupture lorsque les déplacements latéraux des briques réfractaires provoquent une 25 poussée latérale sur le capteur 1. La figure 5 représente une vue schématique de l'exemple de canne pyrométrique 40 selon l'invention, insérée dans un équipement thermique, en situation "anormale", lorsque les réfractaires ont bougé, exerçant une 30 déformation de la réservation 13', donc une poussée sur le capteur 1. Le degré de liberté apporté par le soufflet 42, permet au capteur 1 de prendre l'angle pour s'adapter à la nouvelle configuration de la réservation 13', donc pour éviter une rupture. 35 La figure 6 représente une réalisation d'une canne pyrométrique 6 selon l'invention, munie d'un dispositif tubulaire d'assouplissement angulaire, sous forme de manchon 60. Ce manchon comporte deux soufflets 60b et 60d entre ses extrémités, 60a et 60e, et une portion tubulaire centrale 60c traversant la bride 5b. Ces deux soufflets 60b et 60d sont donc disposés de part et d'autre 40 de la bride de fixation 5b. Le dispositif 50 est solidarisé au protecteur 3 par ses extrémités 60a et 60d à l'aide de soudures 601 et 602. II est également solidarisé à la bride 5b, par des soudures 603 et 604 entre la bride et la portion centrale 60c du dispositif 50. 45 Le dispositif 50 à double soufflet permet à la canne 60 d'acquérir trois degrés de liberté : radial (flèche F,. ), axial (flèche Fa) et latéral (flèche Fi), ceci en plus du degré de liberté angulaire conique 44 du capteur 1. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits 50 et représentés. II est par exemple possible de remplacer le soufflet métallique par tout élément mécanique apportant un ou plusieurs degrés de liberté angulaire, par exemple une lame ressort, une gaine agrafée, une tresse souple, une rotule, ou un manchon. Le matériau est un matériau souple ou semi-rigide, en alliage métallique, en kevlar ou tout autre matériau résistant adapté aux conditions d'usage. Une autre variante serait de positionner ce dispositif à un autre endroit qu'à proximité de la fixation, afin de résoudre un cas particulier localisé en cet autre endroit. lo 20 REVENDICATIONS 1. Canne pyrométrique de mesures de température en milieu hostile dans un équipement thermique (11) en matériau réfractaire (13), comportant un tube protecteur externe (3) rigide et une fixation (5, 5a, 5b) du tube (3) à l'équipement thermique (11), caractérisée en ce qu'au moins un élément (42, 60) présentant une capacité à la déformation selon au moins un lo degré de liberté angulaire (44, F,. , Fa , F,) est rapporté par solidarisation (401, 403, 601 à 604) au tube protecteur (3) en couplage avec la fixation (5, 5a, 5b) de la canne pyrométrique (6, 40). 2. Canne pyrométrique selon la revendication 1, dans laquelle ts l'élément rapporté est un soufflet (42), ce soufflet pouvant être ajouté autour du tube de protection (3) ou remplacer une partie du tube. 3. Canne pyrométrique selon la revendication 2, dans laquelle un soufflet est disposé de part et d'autre de la fixation. 4. Canne pyrométrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'élément rapporté est constitué d'un manchon (60) solidarisé en ses portions extrêmes (60a, 60e) autour du tube protecteur (3) et équipé d'au moins un soufflet (60b, 60d). 25 5. Canne pyrométrique selon revendication 4, dans laquelle le manchon (60) est équipé de deux soufflets (60b, 60d) et d'une portion centrale (60c) entre ces soufflets, la portion centrale (60c) étant solidarisée directement à la fixation (5) de la canne (6) et les soufflets (60b, 60d) étant disposés de part et 30 d'autre de la fixation (5). 6. Canne pyrométrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'élément rapporté (42, 60) est de forme cylindrique à section circulaire, oblongue et/ou plate. 7. Canne pyrométrique selon la revendication 1, dans laquelle l'élément rapporté comporte une lame ressort, une gaine agrafée, une tresse souple et/ou une rotule. 8. Canne pyrométrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'élément rapporté est en matériau métallique et/ou en kevlar. 9. Canne pyrométrique selon l'une quelconque des 45 revendications précédentes, dans laquelle la solidarisation entre les pièces est réalisée par soudure (401, 403, 601 à 604), collage et/ou fusion. 35 40 50