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PERFECTIONNEMENTS A LA FUSION ET AU CONDITIONNEMENT DU VERRE PAR EFFET JOULE.
La présente invention est relative à la fusion et au conditionnement du verre dans des fours, en particulier des fours dits à bassin, dans lesquels le chauffage du verre est réalisé, totalement ou partiellement en faisant passer un courant élec- trique à travers la masse de verre.'
Elle a pour but surtout de réaliser un mode de chauffage de ce genre permettant d'obtenir à l'aide de l'énergie dévelop- pée au sein même du verre, un verre de très bonne qualité, c'est- à-dire parfaitement affiné et homogène, ce résultat étant, en outre, acquis avec une consommation d'énergie inférieure à celle
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constatée dans les tentatives faites antérieurement pour obte- nir par la fusion électrique un verre bien affiné.
Elle a pour but également de conditionner certains autres facteurs de l'élaboration du verre, notamment la distribution de la température du verre en différents points du four ou bassin, ou des courants qui tendent à s'établir entre différentes parties de ce four ou bassin.
L'élaboration d'un verre de haute qualité nécessite que la masse de verre passe à un moment donné de sa fabrication par un degré élevé de température; d'autre part il convient, tant pour la qualité même du verre produit que pour réduire la consom- mation d'énergie, que le verre ne soit porté à cette température élevée que pendant une durée de temps juste suffisante pour amener la masse de verre au degré de fluidité voulu pour son affinage.
Dans le procédé antérieur, le chauffage par effet Joule a été réalisé de façon à porter à une température sensiblement uniforme toute la masse de verre située entre des électrodes placées en dehors du courant de verre s'écoulant depuis l'en- droit d'enfournement jusqu'au compartiment d'utilisation.
De ce fait, avec ce . procédé ., on ne peut que difficile- ment, d'une part donner au verre un degré de température suf4 fisamment élevé, et d'autre part lui communiquer ce degré de température pendant une durée qui ne dépasse pas celle qui convient.
Conformément à l'invention, le passage du courant dans le verre est assuré de telle manière que la chaleur produite par ce courant, au lieu d'être engendrée pratiquement d'une manière uniforme dans l'ensemble de la masse de verre, est au contraire concentrée dans certaines zone ou zones délimitées cette ou par rapport à l'ensemble de cette masse.'/ces'sones peuvent re- cevoir toute forme désirée et on peut leur faire occuper dans la masse de verre tout emplacement voulu,
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Conformément à une autre caractéristique de l'invention, une ou des zones telles que définies au paragraphe précédent est, ou sont disposées de telle sorte qu'au cours de son mouvement de dé- placement depuis l'enfournement des matières premières jusqu'au compartiment d'utilisation,
tout le verre soit amené à traverser cette ou ces zones et à y séjourner le temps nécessaire.
De cette façon on pourra obtenir un verre de qualité en portant le verre au moment voulu de son élaboration et pendant le temps nécessaire,à un degré de température beaucoup plus élevé que dans les procédés connus et cela pour une même quantité d' énergie totale libérée par le courant. En outre, en raison de la rapidité avec laquelle ce verre de qualité s'élabore, il est pos- sible de l'obtenir avec une dépense d'énergie qui est, dans son ensemble, moindre que celle des procédés antérieurs.
Suivant un mode préféré de réalisation de l'invention, on a recours pour réaliser le chauffage à une ou des électrodes pla- cées dans le courant de verre circulant entre l'enfournement et le compartiment de travail.
Suivant une autre caractéristique de ce mode de réalisation, la surface de contact avec le verre d'une ou plusieurs de ces électrodes est choisie de valeur suffisamment faible par rapport à la section du courant de verre entre les électrodes, pour que la densité des lignes de courant électrique dans le verre soit plus forte dans la zone voisine de cette ou ces électrodes que dans la partie comprise entre cette ou ces électrodes et d'autres électrodes.
De-cette façon l'énergie libérée par unité de volume du du verre ', et par suite la température de celui-ci,sera plus grande dans la zone qui entoure cette ou ces électrodes que dans les parties qui en sont plus éloignéeso On constitue ainsi pour la partie du bain qui se trouve au voisinage de la ou des dites électrodes une zone chaude répondant à l'invention.
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Le mode de réalisation d'une zone chaude qui vient d'être indiqué est particulièrement avantageux, car il permet de ré- gler facilement le degré de concentration de chaleur et par suite le degré de température dans cette zone en donnant à la surface de contact de la ou des électrodes avec le verre la valeur suffisamment faible qui convient.
On observera qu'une zone chaude comme ci-dessus est en relation directe avec la ou les dites électrodes et il est donc facile de donner à cette zone la forme et l'emplacement dans le bain que l'on désire ; il suffira en effet pour cela d'employer une ou des électrodes de forme voulue et de les placer à l'endroit du bain où l'on désire produire une zone chaude.
La position d'une telle zone chaude est ainsi pratique- ment indépendante de la forme générale du four ou bassin et l'on pourra de toute façon s'arranger de manière que toute la masse de verre en cours d'élaboration traverse pareille zone dans son écoulement depuis l'enfournement jusqu'à la sortie du four.
Egalement, la distribution de la température du verre aux différents points du four ou bassin peut être aisément réglée par un choix judicieux des emplacements et le condition- nement des électrodes, dont on pourra du reste changer à volon- té la position et les caractéristiques, notamment aussi facile- ment, sinon plus que si l'on opérait avec des brûleurs à gaz ou à huile mobiles au dessus du bain.
En outre, les dites électrodes procurent un moyen simple pour contrôler ou prévenir certains courants qui. tendent à s' établir,en particulier entre le compartiment de travail, ou même d'affinage,et le compartiment de fusion, en créant grâce à elles, aux limites de ces compartiments, soit des obstacles mécaniques, soit des mouvements du verre qui s'opposent plus ou moins complètement à la propagation des dits courants de
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compartiment à compartiment; elles peuvent servir également à engendrer dans le verre des courants de convexion propres à l' homogéniser.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ap- paraîtront plus clairement au cours de la description qui suit de divers agencements et formes de réalisation donnés à 'titre d'exemples, non limitatifs, et illustrés schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels :
La fig.I est une vue en plan d'un four à bassin comportant application de l'invention;
La fig. 2 est une élévation en coupe suivant Il-II de la fig. I.
'La fig.3 est une vue en plan d'un four à bassin compor- tant plusieurs électrodes disposées conformément à l'invention.
La fig.4 est une élévation en coupe suivant IV - IV de la f ig. 3.
La fig. 5 est une élévation partielle en coupe d'une va- riante dans laquelle l'une des électrodes est constituée de plusieurs éléments disposés horizontalement.
La fig. 6 est une vue analogue dans laquelle les diffé- rents éléments de l'électrode sont disposés verticalement.
La fig.7 est une élévation partielle en coupe d'une autre variante dans laquelle les différentes électrodes sont dispo- sées les unes au-dessus des autres,
La fig.8 est une vue analogue d'un four comportant trois- électrodes reliées chacune à l'une des phases d'un courant triphasé.
La fig.9 est une élévation en coupe longitudinale d'un four comportant deux compartiments séparés par les électrodes elles-mêmes.
La fig.IO est une vue partielle analogue à la fig.9 d' une variante.
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La est la vue en plan correspondante.
La fig.12 représente en coupe transversale une autre forme d'exécution dans laquelle les électrodes sont disposées verti- calement,
La fig.13 est une élévation partielle en coupe suivant l' axe du bassin montrant une électrode surmontée d'une pièce for- mant barrage.
La fig.14 est une vue partielle en plan et en coupe d'un four comportant des électrodes protégées sur une partie de leur longueur par une gaine réfractaire.
Dans les figs.. I et 2 les parois de la cuve sont figurées en I, le verre en 2, les électrodes en 3. Celles-ci sont ici au nombre de deux; elles affectent la forme de barres cylindriques disposées transversalement au four et sont situées entre l'ori- fice d'enfournement 4 des matières premières et l'orifice de prélèvement du verre fini 5, de telle façon que toutes les par- ticules à fondre ou à élaborer passent dans une zone voisine de ces électrodes.
Les lignes suivies par le courant électrique sont figurées en 6.
Suivait l'invention, une ou chacune des électrodes peut re- revoir un diamètre tel que sa surface en contact avec le verre soit relativement petite par rapport à la section du courant de verre dansla partie du bassin comprise entre les deux élec- trodes, c'est-à-dire dans le cas de la figure représentée par rapport a lu section transversale du bassin en 7.
Par exemple, on u obtenu de bons résultats avec deux élec- trodes cylindriques ayant chacune une surface latérale égale au tiers de la section transversale du bassin en 7.
Il en résulte dans les zones voisines des électrodes,indi- quées par les traits pointillés 8, une concentration des lignes de courant, par suite le verre est porté à une plus haute ter:- pérature que dans la partie comprise entre ces zones. Dans les
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zones 8 elles-mêmes, la température est d'autant plus forte que le point considéré est plus proche de la surface de l'électrode et que cette surface est',-Plus réduite par rapport à la section transversale du bain entre les électrodes.
Un avantage particulier de la disposition réside dans le fait que pour une tension donnée, appliquée aux électrodes, l' intensité du courant n'est plus déterminée uniquement ou principa- lement par la résistance totale de la masse de verre comprise entre les zones qui entourent les électrodes, c'est-à-dire, en fait,par la distance qui sépare les électrodes. Dans le dispo- sitif suivant l'invention, cette intensité est au contraire liée, pour une grande partie, à la valeur de la surface des électrodes, la résistance offerte au passage du courant électrique au voi- sinage des électrodes étant d'autant plus grande que cette sur- face est plus petite.
On pourra donc, sans changer la distance qui sépare les électrodes, régler par la valeur de la surface des électrodes la résistance offerte par le four au passage du courant et adap- ter ainsi le four à toute tension industrielle donnée à priori, et produire dans le four, sans modifier cette tension, l'énergie que l'on,désire.
Le diamètre des électrodes sera d'autant plus petit que, pour une puissance donnée, la tension sera plus grande . En don- nant aux deux électrodes des diamètres de valeurs différentes, on a le moyen de répartir cette puissance d'une manière inégale entre les zones du verre qui avoisinent ces électrodes, ce qui, dans certains cas, peut être utile, par exemple si les électrodes sont situées dans des régions du four dans lesquelles les traite- ments à effectuer sur le verre sont différents,et demandent des températures différentes.
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Lrs figs. 3 et lE se rapportent à un four présentant un grand nombre d'électrodes 3, cylindriques èt horizontales,aux- quelles on a donné un diamètre suffisamment faible pour que les lignes de courant qui vont des unes aux autres soient plus res- serrées .au voisinage des électrodes que dans les parties du verre situées entre celles-ci,, 'Ces électrodes déterminent dans le verre adjacent des zones plus chaudes. Les électrodes étant réparties tout le long du trajetsuivi par le verre le long de l'axe longitudinal, on établit ainsi des zones qui s'étendent transversalement au four et qui, alternativement sont très chaudesou moins chaude s.
On remarquera que grâce à la disposition prévue par l'in- vention on peut obtenir une répartition de la chaleur qui rap- pelle, tout au moins en plan, celle que l'on réalise au'moyen de brûleurs dans les fours à bassin du type usuel pour la fabri- cation du verre de qualité. Dans ces fours, en effet, la flamme qui va d'un brûleur; à l'autre détermine dans le verre, à l' aplomb du parcours de ces flamme , des zones qui sont plus chaudes que les deux zones adjacentes situées hors du trajet de la flamme.
Dans le mode de réalisation représenté aux figs. 3 et 4 les électrodes sont placées près de la surface. Cette disposi- tion est avantageuse par le fait que les zones chaudes sont ainsi pl cées sur le trajet des éléments du bain qui sont les plus légers, c'est-à-dire le verre non élaboré, et qu'elles peu-- vent ainsi agir directement d'une manière très efficace sur ces matières; mais il est entendu que certaines des électrodes peu- vent être placées en profondeur, ce qui a l'avantage d'augmenter leur efficacité au point de vue des courants de convexion., qui peuventêtre avantageusement utilisés, par exemple pour le bras- sage du verre.
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Mais on peut aussi se servir de ces courants pour étendre l'action de la zone chaude. En particulier-, si l'on a en vue de faire agir les zones chaudes sur le verre de surface, il n'est pas indispensable de placer les électrodes à fleur même du ni- veau du bain, c'est-à-dire de supprimer toute possibilité de passage du verre au-dessus des électrodes. Il suffit que le verre qui est entré en contact avec l'électrode elle-même et le plus qui s'est/fortement chauffé puisse monter jusqu'à la surface du bain sans se refroidir notablement, c'est-à-dire puisse monter rapidement.
Par son contact avec le verre de surface il échauffe celui-ci. de phénomène est favorisé par certaines formes données à la section de l'électrode telles que la présence de flancs ver- ticaux très lisses, ainsi évidemment que par une profondeur rela- tivement faible de la couche de verre située au-dessus de l'élec- trode.
Dans le four représenté aux figs.3 et 4, les électrodes sont disposées transversalement au four. Cette disposition faci- lite l'obtention de zones chaudes qui s'étendent elles-mêmes transversalement au four et sont,par suite,aptes à agir sur la 'totalité du verre qui s'écoule à la surface du bain en se diri- geant de l'enfournement vers le compartiment d'utilisation.
Les électrodes lorsqu'elles sont placées'au voisinage de la surface peuvent être surmontées d'une pièce en matière réfrac- taire faisant saillie hors de la surface du bain de verre et formant ainsi barrage comme le montre la fig.13, dans laquelle l'électrode est désignée par 3 et la pièce réfractaire par 18.
On peut réaliser des zones chaudes ayant 'la même disposi- tion transversale'favorable, au moyen d'électrodes qui sont, par contre, disposées individuellement suivant le sens longitudinal du four. Il suffit, dans ce cas, de placer côte à côte un nombre suffisant de ces électrodes pour que les zones chaudes: de cha- cune d'elles se rejoignent et forment dans leur ensemble une
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zone suffisamment chaude allant d'un bord à l'autre du four.
Les figs. 5 et 6 sont relatives.à une forme de réalisa- tion d'une électrode caractérisée en ce que celle-ci, au lieu de se composer d'un seul élément, se compose de plusieurs éléments, de préférence parallèles, placés à proximité les uns des autres, ces éléments étant réunis au même potentiel, de manière à consti- tuer à proprement parler une seule électrode, L'avantage de cette électrode composite est que par rapport à une électrode unique de même surface, elle intéresse une plus grande partie du bain de verre.
Un autre avantage de ce type d'électrode est qu'elle se compose d'éléments qui peuvent être remplacés individuellement, sans avoir à interrompre complètement l'alimentation en courant de l'électrode elle-même, le four continuant à être alimenté avec les éléments de l'électrode qui sont restés en place.
Les différents éléments de l'électrode peuvent s'étendre soit dans un plan horizontal, fig.5,soit dans un plan vertical, fig. 6,.
En principe on peut se contenter de réunir ces éléments au même pôle de la source électrique.
Néanmoins, le trajet entre chacun de ces éléments 9 et la ou les autres électrodes telle que l'électrode 10 peut être dif- férent d'un élément à l'autre, ce qui entraîne un certain désé- quilibre entre les éléments. On peut y remédier facilement en créant un léger dévoltage dans l'alimentation d'un ou plusieurs des éléments.
On peut, également, disposer dans un même plan vertical des électrodes horizontales reliées chacune à un pôle différent de la source de telle sorte que le courant circule directement dans ce plan, d'une électrode à l'autre. Dans ce cas, qui est représenté schématiquement par la figo7,on voit que la section offerte au passage du courant entre les électrodes 11 est très
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grande puisqu'elle n'est limitée que par la section horizontale du bassin lui-même, de sorte que la concentration de chaleur autour de l'électrode est facile à réaliser sans qu'il soit néces- saire de diminuer de beaucoup le diamètre de celle-ci.
La fig. 8 se rapporte à un four alimenté en courant triphasé ; à cet effet, il présente trois électrodes 12 disposées par exem- ple suivant un même plan horizontal, en l'espèce un plan voisin de la surface du bain. Par suite de l'inégalité de longueur du'. des .
parcours entre les électrodes extrêmes et parcours entre l' électrode intermédiaire et ces dernières, il y aurait un désé- quilibre entre les trois phases., si l'on se contentait d'employer trois électrodes identiques .'On'peut rétablir l'équilibre entre les phases en donnant à l'électrode centrale 12 une surface de contact avec le verre plus faible que pour les autres, de manière à augmenter la ré- sistance du circuit qui aboutit à cette électrode centrale.
Une zone plus chaude sera a'insi créée au voisinage'de cette élec- trode qui peut être utilisée pour satisfaire aux buts de l'inven- tion. Il s'en suit qu'une alimentation triphasée est non seule- ment possible, mais avantageuse dans le système de l'invention.
Dans le dispositif représenté à la fig.8 on a supposé que les électrodes avaient la même longueur et par suite, il a suffi d' employer pour l'électrode médiane une électrode de plus faible diamètre que pour les autres,
La fig.9 est relative 'à un four dans lequel les électrodes du type superposé, telles qu'elles sont représentées aux figs. 6 et 7, sont utilisées dans un but particulier: celui de s'opposer à l'établissement de courants de verre horizontaux entre un com- partiment et l'autre du bassin.
On sait, en effet, que par suite des différences de tempé- rature qui règnent entre le compartiment de ,travail,ou même le compartiment d'affinage, et le compartiment de fusion, des cou- rants d'origine thermique s'établissent entre ces différents com-
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compartiments. Ces courants ont l'inconvénient de mélanger du verre déjà affiné à du verre qui ne l'est pas'et inversement.
Ils portent, en outre, préjudice: soit au chauffage, en ce qui concerne le compartiment de fusion, soit au refroidissement du verre, en ce qui concerne le compartiment de travail.
Pour s'opposer à ces courants, il est d'usage, dans les fours connus, de disposer des barrages matériels en réfractaires, entre les différents compartiments. ( Ce remède à l'inconvénient de créer des parois additionnelles dans le bain lui-même et par suite d'introduire des influences peu favorables pour l'homogé- néité et la pureté du verre).
Selon la présente invention, on fait obstacle à la propaga- tion des courants d'un compartiment à l'autre en disposant trans- versalement au four et à la limite qui sépare les deux comparti- ments, un barrage constitué par des électrodes 13, de préférence horizontales, disposées les unes au-dessus des autres, de manière à former une grille verticale. Les électrodes sont utilisées pour amener le courant dans le verre: soit d'un élément à l'autre, soit pour faire passer un courant -de l'ensemble des électrodes super- posées à une autre électrode 14 ou 15 dite auxiliaire. Dans l'un et l'autre cas, si l'on s'arrange pour que l'énergie développée par le courant soit concentrée autour des électrodes 13, on pour- ra réaliser une sorte de grille verticale chaude qui donnera nais- sance à des courants ascendants intenses.
Les courants horizon- taux qui tendent donc à s'établir d'un compartiment à un autre sont déviés verticalement par cet effet thermique et ne peuvent s'établir, ou du moins sont fortement réduits.
Dans cette disposition, l'effet des courants ascendants, c'est-à-dire l'interruption des courants horizontaux est facilité par le fait que l'ensemble des électrodes constitue lui-même un obstacle matériel qui réduit les sections de passage du four dans le sens horizontal; mais la présence de cet obstacle n'est pas un inconvénient comme l'est l'obstacle constitué à la manière habituel-
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le par'des éléments réfractaires généralement refroidis.
Dans -certains cas, on trouvera quelques avantages à associer les obstacles du type connu au mur thermique constitué suivant l'invention. Les figs.IO et Il donnent un exemple d'une telle réalisation. Le mur thermique 16 est disposé dans un resserre- ment de la cuve, entre les deux compartiments à isoler.'
On peut, dans certains cas, se contenter d'avoir entre les deux compartiments une seule électrode horizontale,'placée trans- versalement au bassin.
Dans ce cas, on placera l'électrode de préférence au voisi- nage du fond de la cuve, de manière à ce qu'elle intervienne par sa présence en tant qu'obstacle matériel pour arrêter le courant qui tend à s'établir dans le fond de la cuve, d'une zone à l' autre, et qu'en outre elle soit placée dans une position qui est fàvorable à la formation des courants ascendants.
On remarquera que l'obstacle ainsi créé par des électrodes immergées dans le verre, présente l'avantage que'son efficacité peut être réglée par l'intensité du courant qu'on y établit.Il est des circonstances où l'on désire donner libre cours aux cou- rants d'échange entre les compartiments de.fusion et ceux de re- pos; un tel objectif sera atteint sans changer la disposition du barrage, mais simplement en interrompant le passage du courant dans les électrodes.
Dans les différents modes de réalisation que l'on vient de décrire on a représenté des électrodes du type horizontal qui passent au travers des parois. Il a été dit que l'invention était réalisable au moyen d'électrodes horizontales disposées suivant l'axe longitudinal. Il doit être compris également que les élec- trodes peuvent être verticales comme le montre la fig.12.
Les électrodes ou certaines d'entre elles peuvent égale- ment être protégées sur une certaine longueur par une chemise réfractaire 17, comme lé montre la fig. 14 qui est une vue
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partielle en plan du bassin.,
D'une manière générale, les électrodes sont utilisées en raison de la zone chaude développée dans le verre qui les en- toure et leur position est, par suite, fonction de celle que l'on veut donner à cette zone chaude dans le bain.
Elles peuvent donc prendre toute position voulue'o
L'invention, dans son ensemble, est particulièrement appli. cable aux fours à bassin dans lesquels tout le chauffage du ve: e est réalisé au.moyen du courant électrique apporté dans le veri par des électrodes répondant à l'invention ; mais il va de soi@ l'invention est applicable également aux fours dans lesquels d' autres moyens de chauffage sont utilisés.
C'est ainsi qu'on peut, conjointement au chauffage électrique, employer un chauffage au gaz. On peut, dans d'autres cas, réaliser le chauffage du four à la manière ordinaire, par desflammes, et utiliser un dispositif à électrodes immergées pour réaliser un obstacle perfectionné aux mouvements du verre d'un compartiment à l'autre. On pourra, également, tout en restant dans l'esprit de l'invention, réaliser le chauffage du bassin au moyen d'électrides répondant à l'invention, associées à des électrodes du type cornu, c'est-à-dire à grande surface, et ne donnant pas lieu, dans la zone qui entoure l'électrode, à une concentration de chaleur qui est une caractéristique de la présente invention.
Une disposition avantageuse consistera par exemple à combiner avec des zones chaudes réalisées dans la masse du verre, notam-
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1'10nt un vui>3imr<igo zin na CJl.1r:f'¯l(0, uol on la présente invention, pur passage de courant électrique dans cette masse, des moyens de chauffage disposés au-dessus du bain' et à l'aplomb des zones chaudes ci-dessus.
Ces moyens additionnels peuvent être, par exemple, une flamme de brûleurs gaz ou des résistors électriques formant une nappe au-dessus du bain ; peut constituer ainsi des zones localisées
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où le verre de surface est chauffé d'une manière intense.
Il est également prévu, selon l'invention, qu'on peut ac- d'une croître la concentration de chaleur dans le voisinage l'élec- trode en superposant au courant qui pénètre dans cette électrode pour passer'dans le verre un courant qui traverse l'électrode de bout en bout et chauffe celle-ci à la manière d'une résistance or- dinaire, ou résistor.
Dans le cas où l'on constitue au moyen d'une ou d'électrodes un obstacle ou une grille verticale à barreaux horizontaux pour s'opposer aux échanges de courants horizontaux, on pourra utili- ser cet obstacle ou grille soit comme il est défini plus haut, soit en faisant passer conjointement dans les barreaux un courant à la manière de résistors, soit encore en n'utilisant que cette dernière possibilité des électrodes.
L'invention, dans tout son ensemble, est réalisable avec des électrodes de toute matière appropriée ( graphite, métal,etc.).
La matière utilisée pourra d'ailleurs ne pas être semblable tout le long du four, mais pourra être différente selon que l'é- lectrode traverse le compartiment de fusion, le compartiment d'af- finage,'ou le compartiment de repos.
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REVENDICATIONS.
Résumé L - Procédé pour la fusion ou le conditionnement du verre Revendications 1,2,3 et 13. ans les fours, en particulier à bassin, chauffés totalement ou partiellement par effet Joule, caractérisé par le fait qu'une ou plusieurs des électrodes par lesquelles le courant électrique est introduit dans le verre sont placées dans le courant de verre qui circule entre le compartiment où l'on enfourne les matières à fondre et le compartiment où la matière fondue est extraite.
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