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" Système de chauffage ayant un rendement thermique et un équilibre élevés et appareil pour sa réalisation ".
Les plus importants problèmes dans le séchage et la cuisson des matières ayant .un faible coefficient de con- ductibilité thermique (par exemple les matières céramiques) dans les séchoirs et les fours tunnel, tant à flamme qu'électriques, sont :
I) La réalisation, dans le sens longitudinal du four ou du séchoir, c'est-à-dire dans le sens du mouvement de la matière, d'un diagramme de température pratiquement égal en tous les points de la section transversale ,corres- pondant au diagramme envisagé et déterminé suivant les conditions techniques des diverses phases de la cuisson et des transformations correspondantes (évaporation 1 de
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l'eau hygroscopique, dissociation de la molécule d'argile, grésification, etc..)
2) La réalisation , dans les diverses sections trans- versales,
de températures correspondantes, pratiquement égales dans toute la matière que l'on cuit.
3) La réalisation de ce diagramme de chauffage de façon à réduire le temps de séjour de la matière dans le four au minimum nécessaire pour l'absorption de la chaleur, de façon à faire pénétrer dans l'épaisseur de la matière, la température nécessitée par les conditions techniques y relatives.
L'objet de l'invention est décrit ci-dessous en se référant aux dessins annexés montrant un exemple de réalisa- tion Sur ces dessins:
La figure 1 est la coupe d'un four tunnel du type classique .
La figure 2 est un diagramme,
La figure 3 est un schéma,
Les figures 4 à 15 représentent diverses formes de réalisation de l'invention.
Dans le cas de la cuisson d'une matière céramique ar- gileuse, par exemple, avec un diagramme bien conçu, jusqu'à environ 110 , la courbe ne doit pas être rapide, afin d'é- viter la formation de fissures et fractures de la matière, produites par la réduction trop brusque de l'humidité rési- duelle (non absorbée et eau hygroscopique). Puis la courbe peut remonter plus rapidement, pour avoir ensuite une incli- naison moins forte, entre 550 et 700 C (zone de tempéra- ture dans laquelle la molécule argileuse se dissocie et perd l'eau de combinaison pour arriver enfin plus rapide- ment à une température de 900 C où le retrait reprend brus- quement jusqu'à environ 950 C, nécessitant un troisième ralentissement .
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Etant donné l'inertie thermique de la propagation de la chaleur, si, comme cela arrive par exemple dans les sé - choirs normaux ou fours électriques tunnel, les éléments chauffants sont disposés latéralement et si les produits à sécher ou à cuire sont disposés sur des chariots tra- versant le four, comme l'indique la figure 1, les diagram- mes de température enregistrés aux points 1, 2,3, 4 de la section AA et BB seront très différents entre eux, comme l'indiquent les points 1 et 4 de la figure 2, sur laquelle on a représenté les temps en abscisse et les températures en ordonnées.
En fait, dans ces fours, la hauteur de la couche de produits à cuire ou à s"chandoit dépasser quelque peu la largeur, sans cela les chariots absorberaient et transporteraient en dehors du séchoir ou du four, une quantité trop grande de chaleur par rapport à la chaleur transmise aux produits, occasionnant un prix de revient du traitement excessif .
Il est évident que les produits , au point 4, seront moins séchés ou cuits, au point 1-: , plus séchés ou cuits, et les produits sortiront du four, les uns plus froids et les autres plus chauds par rapport à la moyenne .La figure 2 montre clairement que, dans les fours tunnel ordinaires, il n'est pas possible d'obtenir que le diagramme soit rapide, lorsqu'il doit l'être, et soit plus incliné, lorsquil doit l'être, en tous les points de la charge dans la même zone, On voit, par exemple, au contraire, que la courbe 4 s'incline moins rapidement avant d'atteindre 550 C, pour remonter plus rapidement à 670 , tandis que la courbe 1 ramante encore rapidement à 580 , alors qu'elle devrait âtre entrée dans la phase de faible inclinaison et reste faiblement inclinée au-dessus de 700 ,
alors qu'on n'en a plus besoin. Il en résulte que la matière située au point 1 perd l'eau de coin- binaison trop rapidement au début, tandis que la matière
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se trouvant au point 4 perd l'eau de combinaison trop brusquement, vers la fin, occasionnant un risque de fracture dans les deux cas. Il en est de même pour la zone avant 110 C, c'est-à-dire dans la zone de per- te de l'eau hygroscopique et imbibée de la matière non parfaitement séchée .
Cette mauvaise distribution de la température a, d'autre part, le défaut suivant : pour que la température minima nécessaire puisse être attein- te dans la matière, soit au début, soit ensuite, on doit utiliser des temps de séjour dans le four bien supérieurs au temps strictement nécessaire, notamment des temps propor- tinnels au plus grand parcours que la chaleur doit effec- tuer (dans les zones inférieures) pour pénétrer à l'inté- rieur de la matière .
Ces caractéristiques négatives sont encore sensible- ment aggravées du fait de la masse de casiers ou de supports que ce système de charge nécessite.
La présente invention a pour objet un système de séchage ou de cuisson destiné à supprimer ces inconvé- nients en appliquant dans le même temps le séchage et la cuisson à des couches basses et un système de chauf- fage que l'on pourrait appeler "en sandwich", ceci étant réalisé non seulement sur les côtés, mais aussi en-dessus et en-dessous de la couche inférieure de produits, en chauffant la sole et en faisant progresser les produits cran par cran et non continuellement, contrairement à ce qui se produit dans les fours tunnel ou séchoirs usuels.
En considérant la propagation de la chaleur dans une couche de matériaux ayant une mauvaise conductibilité, au lieu d'avoir un chauffage uniforme des matériaux (figure 3) on n'aura qu'un chauffage à la limite à laquelle l'épais- seur devient infinitésimale (ds), car dans ces corps, la vitesse de propagation ne peut pas être considérée comme
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étant pratiquement infinie, comme dans les corps bons conducteurs ayant une faible épaisseur . Il est évident que le chauffage d'une couche mauvaise conductrice se rapprochera de cette limite idéale d'autant plus que la distance entre les points plus froids du corps et la source de chaleur sera plus petite et d'autant plus que l'épaisseur sera plus petite.
On obtient ainsi d'une meil- leure façon le chauffage du corps dans une couche basse et des deux côtés; dans ce cas l'épaisseur que la chaleur doit traverser est réduite à 1/2 s, On a ainsi à la limite (Figure 3) : lim (To-Ti) = dt = 0 pour 1/2 tendant vers zéro.
D'autre part, le corps à chauffer dans la couche inférieure , pour la réalisation de cet équilibre thermi- que, doit être disposé horizontalement car les déséquilibres dus à la convexion, dans ce cas, tendent également à la limite nulle . Ce système de chauffage, appliqué à l'invention, peut être appelé , et sera appelé ci-dessous, chauffage "en sandwich".
Dans les fours à circulation, les organes de transport restant toujours dans le séchoir ou dans le four, c'est-à- dire ne sortant pas du four avec les produits, ne figurent dans le bilan thermique que pour la petite quantité de chaleur absorbée au commencement de la mise en marche, en dehors de la faible quantité de chaleur dispersée par conduction, et rayonnement ; est ainsi possible de réaliser une cuisson économique même pour des couches de produits basses, comme dans le cas préconisé dans la présente invention . C'est pour cette raison que le chauffage "en sandwich" ne peut être réalisé économique- ment que dans le transport lent qui fait ainsi partie intégrante du procédé de l'invention.
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Comme l'expérience le prouve, pour ces séchoirs et fours, les diagrammes extérieurs de chauffage de la figu- re 2 se rapprochent entre eux d'autant plus parfaitement que le four ou le séchoir est plus bas et d'autant plus que la chaleur de convexion de bas en haut est compensée par le chauffage de la sole et d'autant plus enfin que la masse des supports, châssis et autres, employés pour supporter les produits, est plus petite . L'augmentation de rendement que l'on obtient avec ce système de cuisson apparaît intuitivement si l'on considère par exemple le cas de la cuisson des plaques, carreaux, et produits simi- laires.
Bans les fours à circulation et à faible hauteur de couche, suivant cette invention, on peut cuire ces ob- jets de manière que le mécanisme de transport cran par cran fasse circuler les paniers entiers contenant les pla- ques ou carreaux (figures 16, 17, 18).
Le rayonnement thermique reste uniforme par suite du réglage automatique indépendant en bas et en haut et par suite de l'étendue horizontale de la masse à cuire par rapport à son épaisseur Verticale; on peut ainsi ob- tenir un pourcentage de charge utile par rapport à la charge brute (totale) très élevé, tout en réalisant une distribution de température uniforme, pratiquement impossi- ble à atteindre dans les fours tunnel communs . Il y a des cas dans lesquels l'équilibre thermique dans le sens vertical peut être suffisamment élevé, même si le chauf- fage est effectué sur une seule partie de la couche à sé- cher ou à cuire, notamment, uniquement par le bas ou uniquement par le haut.
Ceci arrive par exemple lorsque la couche est très mince ou bien si elle est constituée par des matériaux ayant une bonne conductibilité thermique . Dans ce cas,
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le séchage ou la cuisson "en sandwich" peut être rempla- cé, suivant cette invention, par le séchage ou la cuisson par chauffage unilatéral, toujours combiné cependant par le mouvement cran par cran des matériaux. Le rappro- chement des diagrammes des températures extrêmes, obtenu suivant la présente invention , permet de régler la forme du diagramme -réglage obtenu par l'emploi de la subdivi- sion indiquée de la zone de chauffage en segments longitu- dinaux indépendants- d'une façon bien plus parfaite car les différences de température excessives dans la même sec- tion transversale et dans la masse passive en jeu ne sont pas préjudiciables.
Pour la même raison, il est possible de réduire considérablement le temps de séjour et par suite la lon- gueur du four en "chelonnant" le diagramme dans le sens longitudinal , tandis que ceci n'est pas possible dans les fours tunnel usuels, pour lesquels l'équilibre thermique est amélioré par l'augmentation de la durée du passage et par suite par le temps de séjour dans le four.
Dans certains cas, il est nécessaire de soumettre les produits, dans la zone de température supérieure (zone de cuisson E) à une action réductrice, comme par exemple dans le cas de la porcelaine . Dans ce cas, on introduit une petite quantité de gaz réducteur (gaz d'éclairage., gaz pauvre, etc..) que l'on fpit.pénétrer par le bas et sortir par le bas. Ce dispositif 6 (figure 13) doit être réalisé de telle sorte que le gaz réducteur se déplace en sens contraire à celui des produits, en vue d'obtenir, avec un minimum de gaz, un maximum de réduc- tion.
La nouveauté du système et des appareils de séchage et de cuisson, suivant la présente invention, ne consiste pas seulement dans le sé'chage ou la cuisson "en sandwich" dans une couche basse ou une seule couche dans des fours @
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tunnel, avec mécanisme de transport cran par cran, mais pour mieux réaliser l'équilibre thermique vers lequel on tend dans ces appareils, suivant l'invention, on applique quelques dispositifs , non réalisés jusqu'ici dans les séchoirs et fours tunnel, et qui font l'objet de la de- mande de brevet italien n 12uU4, déposé à Milan le 23.8.1947 et n 12.827 , déposé le 9.9.1947 au nom de Gian Giacomo Drago.
Un de ces dispositifs (figures 8, 9 et 10) consiste à disposer les éléments chauffants infé- rieurs 7 ( rampes à flambe, résistances électriques, etc..) entre la cavité 8 :Et dans la sole et 1'organe transporteur 9, ouvert vers le haut, de façon à pouvoir compléter l'iso- lement thermique vers le bas (où se trouvent les organes délicats des mécanismes moteurs) les têtes ou les bornes 10 sortant vers le bas, suivant les figures 8, 9 et 10 et étant reliés à la source thermique ou électri- que par des connexions souples, contacts à friction ou autre système de façon à permettre le mouvement alterna- tif de l'organe transporteur, lequel est)caractérisé par le fait qu'il porte avec lui les éléments chauffants dans son cycle cinématique,
dont 1011 représente (figures 4 et 7) le graphique du mouvement d'un cran . Les liaisons 11 des éléments chauffants de la partie fixe de la sole sont constituées par des joints ou des bornes normaux.
Un autre perfectionnement (figùres 5,6 et 7) consiste à appliquer des éléments chauffants inférieurs 7, dont les têtes 10' font saillie sur les flancs du four ou du séchoir, de façon que, tant dans le chauffage électrique que dans le chauffage par rampes, la liaison entre les éléments chauffants et les sources d'énergie respectives puisse être réalisée commodément et permettre les répara- tions ou remplacements pendant la marche ; même temps, ces éléments restant en dehors de tout contact tant avec
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la sole qu'avec l'organe transporteur 3.
Ce but est réalisé, suivant l'invention en prévoyant sur l'organe mobile du transporteur 9, une cavité transversale supérieure 8, de forme et de dimensions telles que l'élé- ment chauffant est hors de contact avec l'organe mobile pendant son cycle sinématique 10" . Le mouvement cran par cran peut être réalisé suivant des lignes multiples, parallèles, figures 5 et 8, où les éléments chauffants 7 sont montés, pour chaque ligne, comme indiqué ci- dessus, c'est-à-dire, caractérisés par le fait qu'ils sont disposés (montés ou contenus) entre la cavité ouverte vers le haut 8 de la sole et les organes transporteurs.
La fig. représente les positions relatives (a-b-c-d) des éléments chauffants 7 par rapport à la cavité supérieure 8 de l'organe transporteur mobile 9 pendant son cycle de mouvement, suivant le graphique 10" des fig. 1 , 10 et 4.
On peut, si on le désire, recouvrir ces loge- ments de minces lames de protection 12 en matière ayant une bonne conductibilité (lames d'acier inoxydable , lamel- les de carborundum etc..) .Le système de montage des éléments chauffants n'exclut pas la possibilité de mon- ter les éléments chauffants 9 également sur les flancs verticaux du four, en combinaison ou non avec les élé- ments horizontaux .
La réalisation des diagrammes longi- tudinaux établis à l'avance et l'uniformité de tempéra- ture dans les diverses sections, avec la distribution des éléments chauffants ci-dessus, est beaucoup facilitée par la possibilité de réglage automatique de la tempé- rature par les segments longitudinaux permettant ainsi de rendre indépendants les éléments chauffants de la voûte et ceux de la sole, réalisent ainsi un réglage multiple et efficace 'de-chaque zone.
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Ledit organe mobile du transporteur 9 devient ainsi (dans un type de construction représenté sur les fig. à la fois 5,-10) le logement ou support des résistan- ces ou du dispositif de chauffage , l'élément transpor- teur de la matière et les parois correspondantes de l'aire du four . Ces caractéristiques , faisant l'objet de la présente invention , permettent de résoudre intégrale- ment le problème du chauffage de la sole dans les fours continus à aire mobile . Longitudinalement, le fond est divisé en plusieurs sections (fig. 14 ) dont F est la partie centrale contenant les éléments chauffants, à leur tour divisés en plusieurs éléments indépendants, afin de réaliser plusieurs étages successifs de tempéra- ture, et F et G sont les tunnels de récupération (pré- chauffage et refroidissement).
Ce qui précède, au sujet des caractéristiques des fours à mouvement cran par cran et de la cuisson sur. couche basse, donnent l'avantage d'assurer l'uniformité de température des produits et un diagramme longitudinal de chauffage souple et réglable automatiquement, s'appli- que également au diagramme de refroidissement des pro- duits, Dans les fours continus, du type connu, le diagram- me de refroidissement est déterminé, en général, de façon entièrement empirique et résulte de l'échange thermique naturel entre le tunnel et les produits en mouvement et jusqu'ici on n'a pas pu régler automatiquement la forme de ce diagramme ni disposer des organes permettant le réglage automatique .
Suivant l'invention, on dispose dans la zone de refroidissement, en-dessus et en-dessous des produits en couche basse, des éléments refroidissants et l'on peut ainsi régler efficacement , suivant un programme souple, le diagramme de refroidissement, étant donné que les consi- dérations qui ont été faites au sujet de la fig.3 s'ap- @
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pli quant également au refroidissement, à l'exception du sens du mouvement thermique .
Les éléments disposés en-d.essus des produits peuvent être constitués par des tubes ayant une section adéqua- te, dans lesquels circule un fluide, disposés transver- salement en groupes horizontaux, sous la voûte du four, sortant latéralement et raccordés à l'extrémité des tubes collecteurs d'arrivée et de sortie. Les élé- ments refroidissants de la sole, s'ils doivent être prévus, sont également constitués par des corps tubulai- res disposés horizontalement, en saillie, sur les côtés du four tout en restant en même temps hors de contact avec l'organe transporteur mobile.
Ceci est réalisé (comme pour les éléments chauf- fants) en prévoyant l'organe transporteur muni d'une cavité transversale supérieure de formes et de dimensions telles que l'élément refroidissant ne vient pas en contact avec l'organe mobile pendant son cycle cinématique.
Les organes refroidissants peuvent être connectés entre eux en parallèle ou en série , par groupes ou disposés individuellement, contigus ou à une cartaine distance les uns des autres.
Avec cette disposition des éléments refroidissants, la réalisation du diagramme longitudinal prévu et l'uniformité de la température dans les diverses sec- tions sont très facilitées, tout en permettant de divi- ser l'ensemble de ces éléments en segments longitudinaux ainsi que de rendre indépendants les éléments de la sole et ceux de la voûte; ceci assure un réglage effica- ce de chaque zone, obtenu, de façon adéquate,en dosant l'arrivée du fluide dans les tubes, au moyen de registres à lumière variable, commandés par un système de commande pyrométrique de la température ou autre système équiva- lent.
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Les fig. 11 et 12 représentent une forme de réali- sation de la présente invention. Sur ces figures,
12 indique les groupes d'éléments tubulaires refroi- dissants de la voûte,
13 , les éléments tubulaires de refroidissement, auxiliaires, de la sole ,
14, les collecteurs d'arrivée et de sortie,
8' les cavités transversales supérieures de l'organe transporteur,
9' l'organe transporteur.
Le détail 15, sur la fig. 14, représente la disposi- tion dans une installation, de groupes séparés d'éléments refroidissants, raccordés aux collecteurs 14.
Le fluide qui sort peut être utilisé soit indirecte- ment, soit directement sur les produits, pour préchauffer les produits dans le tunnel de préchauffage ou être utili- sé de toute autre façon, Lorsque le fluide chaud, provenant de la zone de refroidissement, est utilisé pour le préchauffage du four, les organes de préchauffage pourront être construits de façon analogue à ceux qui ont été décrits pour le refroidissement, et l'on a dans les deux cas des systèmes d'échangeurs thermiques, ne diffèrent entre eux que par le sens de la circulation de la chaleur,, Dans les installations d'une importance limitée, on peut accélérer le refroidissement des pro- duits vers la sortie, en construisant le four avec une fausse voûte 16, fig. 13, dont la partie intérieure 17 est en tole .
On fait passer le fluide dans la fausse voûte 16 et de là il descend la zone centrale, puis la zone G de préchauffage, pour être ensuite évacué et, s'il est encore chaud, utilisé à d'autres objets,Cette fausse voûte peut également être construite en labyrin- the, afin d'allonger le parcours du fluide du refroidisse- ment ou de préchauffage.
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Les avantages des séchoirs ou des fours conçus suivant l'invention, ne sont pas limités à l'uniformité de la distribution de la température Ils sont égale- ment caractérisés par un indice thermique élevé (le ren- dement thermique eet le rapport entre la chaleur absorbée par le produit à la température de séchage ou de cuisson et la chaleur effectivement consommée).
Avec la récupération idéale, cette chaleur devrait être nulle si l'on n'a pas de réactions endothermiques; le rendement dans ce cas, devrait donc être infini, ce qui montre le défaut de correction de cette expression dans le cas actuel. Pour cette raison, on utilise ici l'expression "indice thermique" pour désigner le rapport indiqué, c'est-à-dire la faible consommation de chaleur de chauffage par unité de poids de produit. Le chauffage en couche basse et le transport cran par cran des produits, combinés, permettent un degré d'exploitation de la chaleur très élevé que l'on n'a pu atteindre jusqu'ici même approximativement. Les expériences faites sur des fours expérimentaux construits de façon édéqua- te, même pour des productions élevées, ont montré par exemple un indice thermique supérieur à 100 %.
Alors que les meilleurs fours continus, construits jusqu'ici ne dépassaient pas, pour les mêmes produits, un indice thermi- que de 80 %. Il faut remarquer enfin que le système indi- qué dans la présente invention est égalemant applicable à des combinaisons "séchoir-four" à tunnel unique, et par suite à un seul transporteur cran par cran et d'autre part, le chauffage des séchoirs, soit indépendants, soit combinés au four, peut être réalisé avantageusement,avec des résistances électriques et avec des rampes, ou même avec des lampes à rayons infra-rouges, que l'on place dans les cavités transversales de la sole à avance cran par cran, et qui sont mécaniquement indépendants de la @
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sole;
on n'a pas.besoin d'intercaler des grilles, plane mobiles continus, bandes car, par suite du rayonnement libre simultané, du¯bas et du haut, en sandwich, on améliore la capacité thermique des lampes infra-rouges.
Pour réduire l'espace nécessaire, les fours et séchoirs conçus suivant l'invention peuvent être multiples,avec des conduits disposés l'un au-dessus de l'autre, en réalisant le mouvement des produits avec un seul mécanisme à.avance-' cran par cran, disposé par exemple sous la pile de fours , suivant la figure 15.
Dans ce cas, le mécanisme d'avance cran par cran, est constitué par un système de cage, porté par une poudre inférieure 17 en 18, construit de telle sorte que les montants 19 comportent des traverses 20 passant par les fenêtres 4 formées dans les flancs du four. Chaque conduit 22 est desservi par un système de traverses 20, portant chacune la barre de support 2 3 destinée à action- ner cran par cran l'organe transporteur qui supporte les produits à cuire,, Les divers conduits devront être parfaitement isolés pour supprimer les pertes de cha- leur vers le haut.
REVENDICATIONS
1. Système continu de séchage et de cuisson de corps mauvais conducteur de la,chaleur, avec diagramme longi- tudinal des températures pratiquement égal en tout point des sections transversales du séchoir ou du four, et ayant un indice thermique élevé, caractérisé par l'em- ploi réuni de la charge en couche basse, du mouvement cran par cran et de l'échange de chaleur tant avec la voûte qu'avec la sole (échange de chaleur en sandwich).
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