Brevet FR3087002A1 — publié le 20200410

DESCRIPTIF L'invention est relative à un dispositif de four de fusion transportable destiné au souffleur de verre , alimenté par une énergie électrique pouvant se brancher sur un réseau domestique, doté de deux fonctions : - la première de fusion de la matière première aux fins que le verrier cueille la boule de verre selon ses besoins (fonction première d'un four à fusion), la seconde fonction étant de réchauffer l'objet encours de réalisation en vue de maintenir le verre en température pour qu'il continue sa transformation ou permette l'apport d'autres éléments verriers additionnels, caractérisé par deux espaces superposés l'un sur l'autre constituant une chambre de chauffe du four d'un seul tenant. État des sachant : En l'état des connaissances des fours verriers, il convient de distinguer plusieurs domaines technologiques : - celui des appareils de fusion de verre compacts, - celui de l'alimentation électrique, qui est la technologie que nous avons retenue pour répondre à un usage à l'intérieur des bâtiments, mais qui contraint considérablement la problématique de chauffe en raison de la puissance limitée (notamment dans le cas d'alimentation sur réseau domestique - celui de la double fonctionnalité du four de fusion avec la fonction de maintien en température des pièces de verre (cette dernière fonction étant appelée « glory » dans le vocabulaire professionnel en usage). a) Relatif aux appareils de fusion de verre compacts : deux types d'appareils sont connus, ceux à usage de four verrier à capacité de plus ou moins 20 kg alimentés par gaz (cf. fabricant « Wetdog » ou « Mobile Glassblowing Studio » par exemples), d'autre destinés à être placés en laboratoires de recherche et dont la capacité est très faible (inférieure à lkg de verre traité) faisant appel à l'énergie électrique (cf. brevets US4139341A..., cf. aussi les produits de fabricants : « Na rbertherm », « Fischer Scientific » ) . En matière de fours verriers transportables : - des fours alimentés par gaz sont structurés par des éléments réfractaires à forte inertie thermique (briques, béton) qui contraignent les temps de mise en chauffe et défavorisent ainsi le caractère nomade pour lequel ils sont destinés (mise en chauffe la veille pour un usage le lendemain). - Par ailleurs les technologies d'alimentation électriques ne sont pas retenues en ce que la conception générale de ces appareils nécessiterait une alimentation électrique triphasée 2 non accessible pour un usage itinérant, en raison de la puissance électrique nécessaire à la mise en température des réfractaires. - Enfin les caractéristiques techniques des réfractaires de type briques ou béton sont autant de limites dimensionnelles et pondérales qui handicape un dispositif 5 transportable. Sur la technologie afférente aux appareils de fusion de verre utilisés en laboratoire, ces derniers ont une capacité très restreinte pour un usage non productif (essais de laboratoire), tandis que leur caractère compact est plus déterminé par cette faible capacité que par la nécessité de compacité. Cette technologie est totalement incompatible à une production 10 d'objets. S'il s'agissait d'employer cette technologie à l'effet de production, le caractère compact serait immédiatement remis en cause tandis que la problématique de puissance électrique serait posée au même titre que les fours verriers connus du domaine public. Si bien qu'aucun dispositif et aucune technologie connue ne permet de répondre aux problèmes de compacité d'un four verrier de capacité de travail variant entre "A et une 15 journée. b) Concernant les technologies d'alimentation énergétique des fours verriers, aucun dispositif ne permet un usage nomade en ce que toutes les technologies connues sont lourdes (par exemple, ils sont tous isolés par des techniques de réfractaires conventionnels (briques, 20 béton...). Les deux technologies connues et mises en oeuvre sur les fours verriers sont : - La première technologie d'alimentation par ordre d'appareils diffusés, et de loin (plus de 90% des appareils au monde) celle alimentée par du gaz comburent (exemple des fours « Wetdog » pour les fours stationnaires, « Mobile Glassblowing Studio » pour les fours transportables). Ces fours sont appelés à fonctionner 24 heures sur 24 heures et 7 jours 25 sur 7 en raison du temps nécessaire à leur mise en service et en température, et des délais incombant à leur arrêt, ce qui les rend inapte à pouvoir être utilisé lors d'une manifestation (non seulement en raison d'une conception mécanique qui empêche leur déplacement, mais surtout du fait de l'inertie du principe), - La seconde technologie connue est électrique et repose sur des résistances en carbure de 30 silicium ou molybdène. Elle a d'abord été diffusée sur le continent américain et touche principalement des fours de grande capacité (200kg). Les éléments chauffants sont en carbure de silicium, en raison qu'il s'agit d'assurer une mise en température d'une masse de verre importante (inertie de chauffe) alors que par ailleurs l'emploi de briques réfractaires impose une puissance énergétique à même de chauffer ces dernières. 35 L'emploi d'éléments chauffants en carbure de silicium (imposé par cette inertie thermique) présente un risque important de vétusté du fait que cette technologie est très fragile à l'usage. Les industriels mettant en oeuvre ces technologies insistent sur le fait que toute projection (fer, verre, et autres composants ...) sur ces résistances provoque un phénomène physique qui casse l'élément chauffant. S'agissant d'une utilisation dans un 40 four de verre en fusion qui est destiné à être utilisé de façon permanente, le verre en 3 fusion dégage des gaz et de la vapeur qui viennent attaquer le carbure de silicium, de telle façon que ces fours industriels couteux sont vite vétustes. Enfin cette technologie impose une régulation électrique très complexe et très couteuse qui vient impacter le cout d'acquisition de ce type de matériel. Aussi le critère d'amoindrissement du cout de 5 fonctionnement réalisé par l'usage d'une énergie électrique moins couteuse que le gaz est considérablement amoindri, tandis que la vétusté de l'appareil obère une méfiance parmi les éventuels investisseurs. Ces technologies sont utilisées en basse tension électrique, ce qui nécessite l'ajout de transformateurs électriques dont les dimensions importantes empêchent la fonction de transportabilité. 10 Concernant une alimentation de fours verriers à usage nomade faisant appel à une alimentation sur réseau électrique domestique, le présent déposant a déjà investigué cette solution pour plusieurs autres fours verriers électriques dans d'autres domaines d'usage : demande de brevet n° 1500878 publiée sous le n° 3035396 fours de réchauffe de perle de 15 verre, demande de brevet n°1600771 publiée sous le n° 3051184 fours de « fusing » en thermoformage, demande n°1601621 publiée sous le n°3058717 relatif un dispositif de four verrier petite dimension multi-usage de perle de verre, demande de brevet n°1700925 concerne un dispositif de fours verriers de réchauffe d'objets en hauteur. Ces brevets se caractérisent en ce que nous étions jusqu'à présent parvenus à solutionner une alimentation 20 par réseau électrique domestique sur des appareils de dimension et de poids compacts jusqu'à une température maximale de 1000°C, alors que nous devions parvenir à des solutions satisfaisantes à 1300°C à l'objet de la présente invention. c) Relatif aux fours verriers disposant d'une double fonction de fusion et de « Rion/ », aucun 25 dispositif n'est connu, en ce que chaque fonction est contrainte par des températures différentes qui agissent dans la même chambre de chauffe alors qu'il s'agit de les circonscrire dans ce même espace à : 1200°C pour la fusion du verre, 1300°C pour la fonction de maintien en température de la pièce en fabrication (pour la fonction « glory », au-dessus de cette température, la pièce transformée se déforme par l'action de liquéfaction du verre). 30 Eu égard à l'état de la connaissance, aucune technologie connue de four à fusion de verre destiné au soufflage d'objets ne permet de répondre au cahier des charges fonctionnel que nous nous sommes fixés sur les fours transportables de : - Rester contenu sur le plan dimensionnel et pondéral de telle façon que la technologie 35 soit compatible à une manutention et un usage en déplacement, - Pouvoir s'alimenter par électricité sur un réseau domestique (16A), Assurer des mises en température rapide et de la même façon un arrêt rapide aux fins de satisfaire à un usage nomade, - Disposer d'une double fonction fusion et « glory ». 40 4 Dans le domaine des fours professionnels stationnaires, les aléas découlant des dispositifs électriques en carbure de silicium ou molybdène affectent cette technologie sans que ces mêmes appareils aient une double fonction fusion et « glory ». 5 Description du brevet : L'invention est relative à un dispositif de four de fusion transportable destiné au souffleur de verre, alimenté par une énergie électrique pouvant se brancher sur un réseau domestique, doté de deux fonctions : 10 - la première de fusion de la matière première aux fins que le verrier cueille la boule de verre selon ses besoins (fonction première d'un four à fusion), - la seconde fonction étant de réchauffer l'objet encours de réalisation en vue de maintenir le verre en température pour qu'il continue sa transformation ou permette l'apport d'autres éléments verriers additionnels, 15 caractérisé par deux espaces superposés l'un sur l'autre constituant une chambre de chauffe du four d'un seul tenant: - Le premier espace positionné en bas de la chambre constituant l'espace de fusion (a) du verre, recevant un creuset et des résistances électriques (e), - Le second (b) positionné sur l'espace de fusion de verre, constituant à la fois la zone 20 d'accès au cueillage du verre en fusion et l'espace « glory» destiné au maintien en température de la pièce de verre encours de réalisation, le dit second espace (b) disposant également d'une porte d'accès (c) de l'extérieur vers l'intérieur du four et de résistances électriques (n), En jonction des deux espaces haut (b) et bas (a) dans l'enceinte du four, un couvercle (d) 25 ouvert à l'endroit du cueillage dans le creuset (f) destiné à protéger les résistances (e) de l'espace bas (a), - Deux asservissements (g et h) dédiés à chacun des espaces de fusion (a) et de « glory » (b). 30 Le premier espace (a) se caractérise en ce qu'il est constitué à la fois d'un creuset (f) autour duquel viennent se positionner : - des résistances électriques (e) placées au plus près du creuset (f), tant sous la sole (i) du creuset que sur ses parties périphériques (j), - le tout (creuset et résistances) étant entouré sur ses parties basses et périphériques de 35 réfractaires en fibre minérale et microporeuse (k). Le second espace (b) est constitué d'une chambre ouverte (I) en partie basse sur le dessus du creuset (f), caractérisée en ce qu'elle est constituée : - d'une voute (m) qui reçoit une porte d'accès (c) articulée placée au-devant du four, 40 s'actionnant latéralement pour dégager l'accès sur tout le périmètre d'ouverture, 5 - de résistances électriques (n) placées sous la voute sur le dessus de la chambre et/ou sur ses côtés, aux fins de maintenir à la température l'objet encours de réalisation et participer aussi au chauffage du produit contenu dans le creuset (f), - de réfractaires en fibre minérale et microporeuse (o) positionnés à tout endroit du 5 périmètre et de la voute du second espace. Relatif aux résistances électriques (n) du second espace (b), celles-ci sont insérées à l'intérieur de tubes céramiques, aux fins de protéger l'utilisateur de tout risque d'électrocution. Il est important de rappeler que le verre en température est conducteur électrique, c'est pourquoi les 10 résistances électriques (n) en partie haute subissent ce traitement. Plus particulièrement à la jonction des espaces haut (b) et bas (a) dans l'enceinte du four, le couvercle (d) est constitué en plaque céramique disposé entre ces deux espaces. Ledit couvercle dispose d'une ouverture à l'endroit du cueillage dans le creuset (f) alors qu'il est parfaitement 15 clos dans sa périphérie, de telle façon qu'hormis l'espace de cueillage les parties hautes (b)et basses (a) du four sont cloisonnées. Ce cloisonnement est nécessaire pour séparer les températures à l'intérieur du four selon les modes opératoires, tandis qu'il protège également les résistances électriques de l'espace bas(e) contre tout risque de projection de verre en fusion lors de la phase de cueillage de verre. 20 La liaison entre les deux espaces (a et b) s'exerce par l'intermédiaire d'une charnière ou de vérins (p) placée soit derrière le dispositif, soit encore sur un de ces côtés latéraux, de façon à donner facilement accès au creuset dans ses phases de remplissage ou de nettoyage. 25 Relatif aux conditions de chauffage du four électrique, de façon à produire des températures distinctes entre les parties basse (a) et haute (b) du four, nous distinguons un procédé de chauffage géré par les asservissements (g et h) selon trois modes opératoires de programmation le premier dit de fusion s'exerce au démarrage de la chauffe ; qui consiste à libérer le 30 maximum de puissance électrique sur le périmètre du creuset (f), ainsi que sous la voute du second espace (b) qui participe à la fusion du verre, pour que la fusion du granulat de verre soit obtenue le plus rapidement possible sans que la température du verre en fusion ne dépasse 1200° Celsius, tandis que l'espace haut (b) atteint une limite de 1300° Celsius, 35 - un second dit de stabilisation en température du verre fusionné en partie basse (a) du four qui consiste à réguler la puissance électrique à l'obtention d'une température de 1200° Celsius dans l'espace bas (a) et 1300°Celsius dans l'espace haut (b), - un troisième mode dit de surchauffe, consistant à apporter la puissance nécessaire dans l'espace haut (b) de la chambre aux fins de compenser les pertes thermiques résultants 6 de l'ouverture de la porte d'accès (c) pour maintenir en température la pièce en traitement sans dépasser 1300° Celsius. Pour parvenir à l'obtention de températures adéquates à ces traitements et aux fins de maintenir une alimentation électrique compatible à un réseau d'alimentation domestique, le dispositif reçoit : une enveloppe constituée de réfractaires en fibre minérale et microporeuse (k et o) sur tout le périmètre intérieur de la chambre de chauffe (a et b), qui présente une caractéristique physique de faible inertie thermique et permet une montée en 10 température rapide du four. Ce type d'isolant permet également de réduire la charge pondérale et dimensionnelle du dispositif lui assurant ainsi des capacités de manutention et de transport aisées, - des résistance électriques (e et n) dont la puissance est compatible à une alimentation au réseau domestique. 15 Les asservissements des deux espaces (g et h) se caractérisent chacun par une technologie de régulation continue doté d'au moins une sonde de température qui déclenche la mise en chauffe des résistances électriques jusqu'à obtention des températures idoines, soit : - pour l'espace bas (a) de fusion, le maintien en température à 1200° Celsius, 20 - pour l'espaces haut (b) de « glory », le maintien en température à 1300° Celsius. Si bien que les asservissements (g et h) assurent le maintien instantané et automatique de la température cible dans les deux espaces (a et b) et dans toutes les phases opératoires du four, notamment lorsque la porte d'accès (c) est ouverte pour soit cueillir le verre en fusion ou encore 25 maintenir la pièce encours de fabrication en température. 30 Figures : 1 : Vue du dispositif en perspective (a et b) avec charnière de liaison (p) 2 : Vue en coupe du dispositif avec séparation des espaces bas (a) et haut (b), faisant apparaitre 35 les composants : isolations (k et o), résistances (e et n), porte d'accès (c), creuset (f) et ses parties périphériques (j), sôle (i), couvercle(d), chambre ouverte (I), voute (m), asservissements (g et h). 7 Glossaire : a) premier espace du four dit espace de fusion, b) second espace du four, d'accès au cueillage et de maintien en température de la pièce en 5 fabrication, dit « glory », c) porte d'accès, d) couvercle entre les deux espaces, e) résistances électriques en partie basse, f) creuset, 10 g) asservissement espace bas, h) asservissement espace haut, I) sôle, j) parties périphériques du creuset, k) fibre minérale microporeuse du premier espace 15 I) chambre ouverte du second espace, m) voute, n) résistances électriques du second espace, o) fibre minérale microporeuse du second espace, ID) charnière ou vérins de liaison des espaces haut et bas, REVENDICATIONS1. Dispositif de four de fusion transportable destiné au souffleur de verre, alimenté par une 265 énergie électrique pouvant se brancher sur un réseau domestique, doté de deux fonctions : - la première de fusion de la matière première aux fins que le verrier cueille la boule de verre selon ses besoins, - la seconde fonction étant de réchauffer l'objet encours de réalisation en vue de 270 maintenir le verre en température pour qu'il continue sa transformation ou permette l'apport d'autres éléments verriers additionnels, caractérisé par deux espaces superposés l'un sur l'autre constituant une chambre de chauffe du four d'un seul tenant, doté de : Un premier espace positionné en bas de la chambre constituant l'espace de fusion (a) du 275 verre, recevant un creuset et des résistances électriques (e), Un second (b) positionné sur l'espace de fusion de verre, constituant à la fois la zone d'accès au cueillage du verre en fusion et l'espace « glory» destiné au maintien en température de la pièce de verre encours de réalisation, le dit second espace (b) disposant également d'une porte d'accès (c) de l'extérieur vers l'intérieur du four et de 280 résistances électriques (n), En jonction des deux espaces haut (b) et bas (a) dans l'enceinte du four, un couvercle (d) ouvert à l'endroit du cueillage dans le creuset (f) destiné à protéger les résistances (e) de l'espace bas (a), Deux asservissements (g et h) dédiés à chacun des espaces de fusion (a) et de « glory » 285 (b). 2. Dispositif de four selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier espace (a) est constitué à la fois d'un creuset (f) autour duquel viennent se positionner : des résistances électriques (e) placées au plus près du creuset (f), tant sous la sole (i) du 290 creuset que sur ses parties périphériques (j), le tout : creuset et résistances, étant entouré sur ses parties basses et périphériques de réfractaires en fibre minérale et microporeuse (k). 3. Dispositif de four selon la revendication 1, caractérisé en ce que second espace (b) est 295 constitué d'une chambre ouverte (I) en partie basse sur le dessus du creuset (f). 4. Dispositif de four selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre ouverte (I) est constituée : d'une voute (m) qui reçoit une porte d'accès (c) articulée placée au-devant du four, 300 s'actionnant latéralement pour dégager l'accès sur tout le périmètre d'ouverture, 10 20 de résistances électriques (n) placées sous la voute sur le dessus de la chambre et/ou sur ses côtés, aux fins de maintenir à la température l'objet encours de réalisation et participer aussi au chauffage du produit contenu dans le creuset (f), de réfractaires en fibre minérale et microporeuse (o) positionnés à tout endroit du 305 périmètre et de la voute du second espace. 5. Dispositif de four selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle (d) constitué en céramique dispose d'une ouverture à l'endroit du cueillage dans le creuset (f) alors qu'il est parfaitement clos dans sa périphérie, de telle façon qu'hormis l'espace 310 de cueillage les parties hautes (b)et basses (a) du four sont cloisonnées.. 6. Dispositif de four selon la revendication 1, caractérisé en ce que les asservissements (g et h) des deux espaces (a et b) se caractérisent chacun par un dispositif de régulation continue doté d'au moins une sonde de température qui déclenche la mise en chauffe 315 des résistances électriques jusqu'à obtention des températures idoines, soit : pour l'espace bas (a) de fusion, le maintien en température à 1200° Celsius, pour l'espaces haut (b) de « glory », le maintien en température à 1300° Celsius. 7. Dispositif de four selon la revendication 4, caractérisé en ce que les résistances 320 électriques (n) sont insérées à l'intérieur de tubes céramiques, ce ci aux fins de protéger de tout risque d'électrocution. 8. Procédé de chauffage d'un dispositif de four selon quelconque des revendications 1 à 7 géré par les asservissements (g et h), caractérisé par trois modes opératoires de 325 programmation : le premier dit de fusion s'exerce au démarrage de la chauffe ; qui consiste à libérer le maximum de puissance électrique sur le périmètre du creuset (f) , ainsi que sous la voute du second espace (b) qui participe à la fusion du verre, pour que la fusion du granulat de verre soit obtenue le plus rapidement possible sans que la température du 330 verre en fusion ne dépasse 1200° Celsius, tandis que l'espace haut (b) atteint une limite de 1300° Celsius, un second dit de stabilisation en température du verre fusionné en partie basse (a) du four qui consiste à réguler la puissance électrique à l'obtention d'une température de 1200° Celsius dans l'espace bas (a) et 1300°Celsius dans l'espace haut (b), 335 un troisième mode dit de surchauffe, consistant à apporter la puissance nécessaire dans l'espace haut (b) de la chambre aux fins de compenser les pertes thermiques résultants de l'ouverture de la porte d'accès (c) pour maintenir en température la pièce en traitement sans dépasser 1300° Celsius.