Brevet FR2968221A1 — publié le 20120608

BUSE POUR DISPOSITIF DE TREMPE L'invention concerne un dispositif pour le refroidissement de feuilles de verre par des jets d'air émis par des buses. La rapidité avec laquelle un verre est refroidi joue sur ses propriétés mécanique et notamment son comportement aux chocs et sa dureté de surface. On peut laisser le verre se refroidir lentement, généralement dans une étenderie. Dans ce cas, le verre final est découpable mais quand il se brise, il se transforme en grand morceaux aux tranches coupantes, ce qui est parfois jugé non satisfaisant sur le plan de la sécurité. Pour donner au verre des propriétés chocs améliorées (fracture en petits morceaux non coupants), on peut le semi-durcir, le durcir ou le tremper, ce qui peut être obtenu par un refroidissement plus rapide. Ce refroidissement accéléré du verre est habituellement réalisé par soufflage d'air froid sur le verre chaud par l'intermédiaire de buses. De nombreux types de buses ont déjà été décrits. Notamment, les W000/23387, W099/12855, W02006/076215, US3881907 enseignent des buses en forme de tuyaux placés horizontalement sous les feuilles en défilement et dont la longueur (à l'horizontale) correspond à la largeur des feuilles à refroidir. Les buses sont percées de trous ou comprennent une fente pour l'éjection de l'air vers le verre. La buse est donc ici un tuyau horizontal fermé à un bout et disposé transversalement par rapport à la direction de défilement du verre. Le US3393062 enseigne des buses en forme de tubes finissant en cône dont la section s'élargie dans le sens d'écoulement du flux d'air. Les US2948990, US4519829 et US4578102 enseignent des buses en forme de tubes finissant en cône dont la section diminue dans le sens d'écoulement du flux d'air. Le US5562750 enseigne des buses en forme de cône dont la section s'élargie dans le sens d'écoulement du flux d'air, la buse finissant par une grille. La buse selon l'invention procure un fort échange thermique lors du refroidissement de feuilles de verre. Ceci permet d'augmenter l'effet de renforcement sur le verre et/ou de diminuer la puissance des ventilateurs servant à véhiculer l'air au travers des buses. L'augmentation de l'effet de renforcement se traduit par une augmentation du nombre de morceau de verre par unité de surface dans un test de rupture, par exemple selon la norme ECE R43. Le coefficient d'échange procuré par la buse est non seulement bon par rapport au point de la surface de verre directement vis-à-vis de l'orifice d'éjection de l'air par la buse, mais aussi autour de ce point à une certaine distance notamment jusqu'à 30 cm. La buse est destinée à équiper un dispositif de refroidissement de feuilles de verre par soufflage d'air plus froid que le verre. Le refroidissement procure un durcissement de la surface (le terme durcissement recouvrant le semi-durcissement et la trempe). Pour ce refroidissement, l'air commence à être soufflé alors que le verre est à une température d'au moins 580 et généralement au moins 610°C. Au début du soufflage, le verre est généralement à une température comprise entre 610 et 650 °C. L'air émis par la buse est généralement de l'air à la température ambiante ou légèrement chauffé du fait qu'il est entraîné par un ventilateur légèrement chauffé (la température de l'air soufflé est généralement entre 0 et 60°C, voire plus chaud selon les conditions de travail). L'invention concerne également un dispositif comprenant une multiplicité de buses selon l'invention. Ces buses sont fixées à au moins un caisson alimenté en air. Les buses reçoivent l'air de refroidissement du caisson. Au moins un ventilateur force l'air à circuler du caisson vers les buses. L'invention concerne en premier lieu un dispositif de refroidissement de feuilles de verre par jets d'air émis par au moins une buse en forme de tuyau, comprenant un caisson alimentant en air ladite buse caractérisé en ce que le flux d'air éjecté par l'orifice d'éjection de la buse passe successivement par une partie conique dont la section interne diminue dans le sens du flux puis par une partie cylindrique comprenant l'orifice d'éjection dont la section interne correspond à la plus petite section interne du cône et à la section interne de l'orifice d'éjection. La buse selon l'invention a la forme d'un tuyau en au moins deux parties. Elle comprend une partie conique dont le diamètre interne diminue dans le sens du flux d'air, suivie d'une partie cylindrique dont le diamètre interne correspond au plus petit diamètre interne du cône auquel elle est rattachée. Il s'agit d'un tuyau, c'est-à-dire une canalisation comprenant une enveloppe externe et une enveloppe interne séparées par une paroi dont l'épaisseur est généralement comprise entre 0,5 et 5 mm, plus généralement entre 0,5 et 2 mm. L'enveloppe externe a généralement la même forme générale que l'enveloppe interne du tuyau tout en étant bien entendu plus grande en raison de l'épaisseur de la paroi. Plusieurs buses sont associées dans un dispositif de soufflage pour souffler dans sensiblement la même direction. Le fait que les buses aient la forme de tuyaux implique qu'elles soient séparées les unes des autres par de l'espace libre. Généralement, il n'y a aucune pièce de liaison reliant une buse à une autre, en dehors bien entendu du caisson sur lequel les buses sont fixées de leur côté opposé à l'orifice d'éjection du gaz. Notamment, la buse peut être fixée au caisson par le grand diamètre de leur partie conique (grande base du cône). La buse peut aussi comprendre une partie tubulaire entre le caisson d'alimentation en gaz et la grande base de leur partie conique. Généralement, cette partie tubulaire présente une section interne qui n'est jamais inférieure à la section interne de la partie conique au niveau de la grande base du cône. Le fait que les buses soient bien détachées les unes des autres procure les avantages suivants : - l'air soufflé s'évacue facilement, - en cas de casse d'une feuille de verre, les morceaux tombent dans ces espaces libres sans interrompre de défilement des feuilles suivantes. L'invention concerne essentiellement les buses en forme de tuyau de longueur généralement supérieure à 50 mm et de préférence supérieure à 100 mm. Généralement, la longueur de la buse est inférieure à 300 mm. Les longueurs venant d'être données concernent la longueur totale de la buse, du caisson d'alimentation en gaz de refroidissement jusqu'à l'orifice d'éjection dudit gaz. La partie cylindrique de la buse comprenant l'orifice d'éjection du gaz est de préférence de longueur supérieure à 4 fois le diamètre de l'orifice d'éjection du gaz et de manière encore préférée supérieure à 8 fois de diamètre de l'orifice d'éjection. Généralement, la partie cylindrique de la buse est de longueur inférieure à 20 fois le diamètre de l'orifice d'éjection. Le diamètre de l'orifice d'éjection est généralement supérieur à 4 mm. L'orifice d'éjection est généralement de diamètre inférieur à 20 mm. De préférence, le diamètre de l'orifice d'éjection est compris entre 6 et 15 mm et plus généralement entre 8 et 12 mm. La partie conique peut occuper le reste de la longueur de la buse par rapport à la partie cylindrique. Cette partie conique est généralement de longueur supérieure à 10 mm. Elle est généralement de longueur inférieure à 270 mm. Généralement, le rapport du grand diamètre de la partie conique sur le petit diamètre de la partie conique est supérieur à 1,2. Généralement, le rapport du grand diamètre de la partie conique sur le petit diamètre de la partie conique est inférieur à 4. Généralement, le grand diamètre de la partie conique est inférieur ou égal à 40 mm. Généralement, le demi-angle au sommet de la partie conique va de 7° à 35° et plus généralement de 10° à 25°. La buse peut aussi comprendre une partie tubulaire supplémentaire entre le caisson d'alimentation en gaz et la grande base de la partie conique. Généralement, cette partie tubulaire présente une section interne qui n'est jamais inférieure à la section interne de la partie conique au niveau de la grande base du cône. Les valeurs de diamètre données plus haut sont des diamètres équivalents (diamètre du cercle de même surface) pour le cas ou le tuyau n'aurait pas partout une section circulaire. Cependant, généralement, le tuyau (buse) est de section circulaire sur toute sa longueur. Les feuilles de verre peuvent notamment être refroidies au défilé par l'air soufflé par les buses selon l'invention. Notamment, les feuilles de verre peuvent défiler à la vitesse de 100 à 600 mm par seconde. Généralement, l'orifice d'éjection de l'air est à une distance du verre correspondant à 0,5 à 10 fois le diamètre dudit orifice d'éjection. L'invention concerne aussi un procédé de préparation d'une feuille de verre comprenant le chauffage de ladite feuille puis son refroidissement par le dispositif selon l'invention. Notamment le refroidissement procure un durcissement, notamment lorsqu'il est une trempe. La feuille de verre peut défiler pendant l'émission d'air. La figure 1 représente différentes buses selon l'invention. Ces buses consistent en un tuyau comprenant une partie conique 1 suivie d'une partie cylindrique 2. L'air est évacué vers le verre par l'orifice d'éjection 3. La buse est fixée sur un caisson 4. Dans le cas de la buse de la figure la), la buse est fixée sur le caisson 4 au niveau de la grande base de sa partie conique. Dans le cas de la buse de la figure lb), une partie cylindrique (ou tubulaire) supplémentaire 5 précède la partie conique sur le chemin de l'air. Le diamètre interne de cette partie cylindrique supplémentaire 5 correspond au diamètre interne de la grande base du cône de la partie conique (il en est donc de même des sections internes). On à représenté pour la buse de la figure lb) ce que l'on entend par longueur 20 de la partie cylindrique et par longueur 21 de la partie conique ainsi que par demi-angle au sommet alpha de la partie conique, lequel va généralement de 7° à 35° et plus généralement de 10° à 25°. Dans le cas de la buse de la figure 1c), une partie tubulaire non linéaire 6 précède la partie conique sur le chemin de l'air. La section interne de cette partie tubulaire correspond à la section interne de la grande base du cône de la partie conique. Les flèches dans le caisson 4 représentent la circulation de l'air de refroidissement. La figure 2 représente le dispositif utilisé pour mesurer l'efficacité de la buse selon l'invention, notamment dans le cadre des exemples 1 à 3. Trois buses 10 sont alimentées en air à la température ambiante par le même caisson 11. L'air est soufflé sur une plaque métallique 12 chauffée et équipée d'un capteur fluxmétrique 14 occupant un orifice 13 ménagé dans la plaque 12. Le capteur fluxmétrique 14 vient à fleur de la plaque 12. Ce dispositif permet d'estimer le coefficient d'échange thermique entre l'air soufflé et la plaque. Les dispositifs représentés aux figures 1 et 2 ne sont pas nécessairement à l'échelle. EXEMPLES 1 à 3 On compare trois buses de formes différentes dans leur efficacité à refroidir une surface. Ces buses avaient la forme suivante : 1. buse selon l'invention combinant, dans l'ordre de passage du gaz de refroidissement (dans le sens : du caisson d'alimentation en air vers l'orifice d'éjection), un cône de longueur 110 mm et de diamètre interne de sortie 10 mm et de diamètre interne d'entrée 22 mm, suivi d'un cylindre de longueur 110 mm et de diamètre interne 10 mm ; 2. buse selon l'art antérieur ; buse droite constituée d'un cylindre de diamètre interne 10 mm et de longueur 220 mm (exemple comparatif) ; 3. buse selon l'art antérieur ; buse conique constituée d'un cône de longueur 220 mm dont le diamètre de l'orifice de sortie fait 10 mm et le diamètre d'entrée de l'air fait 22 mm (exemple comparatif) ; Pour chaque essai, on a monté une vingtaine de buses de même forme perpendiculairement sur une plaque fermant un caisson alimenté en air par un ventilateur. Les buses formaient des lignes et étaient distantes entre elles et dans une ligne, de 40 mm (d'axe à axe). Les lignes étaient distantes entre elles de 60 mm et disposées de sorte que les buses forment des quinconces. La pression d'air dans le caisson était de 2500 mm de colonne d'eau (mmCE). L'air était soufflé perpendiculairement sur une plaque en acier munie d'un capteur fluxmétrique thermique. Le capteur fluxmétrique était monté à fleure de la plaque (ne venant pas en saillie de la plaque). On a ensuite déplacé la plaque (et donc le capteur fluxmétrique également) dans une direction transversale par rapport à la direction du flux d'air pour mesurer l'efficacité du refroidissement en fonction de la distance par rapport à l'axe de soufflage. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 1. Ils sont donnés pour des distances de 0, de 8 et de 16 mm à partir du centre de l'ensemble des buses. Les valeurs sont des valeurs de coefficient d'échange thermique en W/m2K (flux thermique / différence entre la température de l'air et la température de la surface de la plaque). Ex N° Forme des buses 0 mm 8 mm 16 mm 1 Buse droite+conique 775 700 830 2 Buse droite 750 650 740 (comp) 3 Buse conique 650 600 720 (comp) EXEMPLES 4 et 5 On a équipé six caissons de trempe de 160 buses sur chaque caisson. Trois caissons formaient un premier groupe pour souffler sur la face supérieure des feuilles et trois caissons formaient un second groupe pour souffler sur la face inférieure des feuilles. Les feuilles étaient entrainées horizontalement pour passer entre les deux groupes de caissons par un lit de rouleaux. On a comparé les deux formes de buses suivantes dans deux essais séparés : a) exemple 4 : buse selon l'invention combinant (dans l'ordre de passage du gaz de refroidissement) un cône de hauteur 20 mm et de diamètre de sortie 10 mm et de diamètre d'entrée 16 mm, suivi d'un cylindre de longueur 110 mm et de diamètre 10 mm ; en amont du cône se trouvait un cylindre de diamètre 16 mm et de longueur 90 mm ; b) exemple 5 : buse selon l'art antérieur ; buse droite constituée d'un cylindre de diamètre interne 10 mm et de longueur 220 mm (exemple comparatif) ; Les buses étaient disposées en quinconces. La pression d'air dans les caissons était de 2700 mm de colonne d'eau (mmCE). Les feuilles de verre étaient de dimension 50 x 50 cm, avec une épaisseur de 3,15 mm. Elles arrivaient entre les caissons supérieurs et inférieurs à 630°C et à la vitesse de 230 mm par seconde. La zone de refroidissement occupée par les caissons était de 1 m à l'horizontale. L'orifice d'éjection de l'air des buses était à 20 mm du verre. Après la trempe, on effectue un test de fragmentation sur les feuilles trempées selon la norme ECE R43. Pour avoir le même nombre de fragments, on peut gagner 60/0 en vitesse de rotation dans le cas des buses selon l'invention. Cela fait gagner 250/0 d'énergie électrique. Si l'on choisit de garder la même vitesse de ventilateur, on observe environ 600/0 de fragments en plus dans le cas des buses selon l'invention en test de rupture. REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement de feuilles de verre par jets d'air émis par au moins une buse en forme de tuyau, comprenant un caisson alimentant en air ladite buse caractérisé en ce que le flux d'air éjecté par l'orifice d'éjection de la buse passe successivement par une partie conique dont la section interne diminue dans le sens du flux puis par une partie cylindrique comprenant l'orifice d'éjection dont la section interne correspond à la plus petite section interne du cône et à la section interne de l'orifice d'éjection. 2. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que la partie cylindrique de la buse est de longueur supérieure à 4 fois le diamètre de l'orifice d'éjection. 3. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que la partie cylindrique de la buse est de longueur supérieure à 8 fois le diamètre de l'orifice d'éjection. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie cylindrique de la buse est de longueur inférieure à 20 fois le diamètre de l'orifice d'éjection. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le diamètre de l'orifice d'éjection est supérieur à 4 mm et inférieur à 20 mm. 6. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que le diamètre de l'orifice d'éjection est compris entre 6 et 15 mm 7. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que la partie conique est de longueur supérieure à 10 mm. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie conique est de longueur inférieure à 270 mm. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le demi-angle au sommet de la partie conique va de 7° à 35°. 10. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que le demi-angle au sommet de la partie conique va de 10° à 25°. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une multiplicité de ladite buse. 12. Procédé de préparation d'une feuille de verre comprenant le chauffage de ladite feuille puis son refroidissement par émission d'air par le dispositif de l'une des revendications précédentes. 13. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le refroidissement procure un durcissement. 14. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce le refroidissement est une trempe. 15. Procédé selon l'une des revendications précédentes de procédé, caractérisé en ce que la feuille défile pendant l'émission d'air.