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PROCEDE ET DISPOSITIFS DE PROTECTION DES FOURS CONTRE .LES DEPERDITIONS
DE CHALEUR.
La présente invention a pour objet une amélioration de la construc- tion des fours, en vue de les protéger contre les déperditions de chaleur d'une manière plus efficace et plus économique que par les méthodes jusqu'ici usuel- leso
Dès que la tempéràture d'une surface dépasse l'ordre de 300 C, les déperditions de chaleur par rayonnement tendent à excéder les déperditions par convection. A 1.400 C les pertes de calories par la surface libre d'un bain de laitier comprennent 92 % de pertes par rayonnement et 8 % de pertes par con- vection. A 2.000 C, les pertes par rayonnement représentent 95 % des pertes totales.
Le principe de l'invention est d'utiliser les propriétés des surfa- ces réfléchissantes pour éviter ou réduire-au minimum les pertes par rayonne- ment. On donnera, à ces surfaces les formes exigées par les lois de l'optique pour réfléchir directement les rayons incidents sur les corps à chauffer ou leurs enceintes, en évitant autant que possible les réflexions multiples sur la surface réfléchissante; ces surfaces auront donc, le plus souvent, une for- me cylindrique ou sphérique, ou présenteront une combinaison de ces deux for- mes, la source de'chaleur étant placée suivant l'axe du cylindre ou au centre de la sphère.
Partout où cela est possible, on substituera, d'une façon permanen- ou temporaire, de telles surfaces réfléchissantes aux masses de matières ré- fractaires et isolantes habituellement utilisées.
Deux points importants sont à noter : le pouvoir réfléchissant d'une surface ne dépend que du poli et de la nature de la matière employée et non de son épaisseur-. D'autre part, la surface réfléchissante peut être maintenue froide sans modifier sensiblement le régime des appareils qu'elle protège.
Ce refroidissement peut se faire par action sur sa face externe : ventilation, mouillage, arrosage, ou circulation de liquide dans une chemise. On peut éga- lement munir la surface réfléchissante d'une contre-face externe ayant un pou- voir émissif maximum et assurer ainsi, tout ou partie du refroidissement né- cessaire.
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Une première application de l'invention consiste à disposer au des- sus des fours des couvercles ou des voûtes à surface intérieure polie et ré- fléchissante et refroidie de toute façon appropriée. Ces voûtes ou couvercles peuvent être permanents ou amovibles. Le cas échéant, ils peuvent être placés assez loin de la masse même- du four, à la condition d'agir alors comme réflec- teurs,c'est-à-dire, d'être conformés de façon à renvoyer vers la surface ra- diante, la totalité ou la plus grande partie des radiations émises par cette dernière.
Des dispositions analogues peuvent être utilisées pour constituer une enceinte ou des portions d'enceinte autour du four.
L'invention permet ainsi d'améliorer considérablement le rendement thermique des fours; de plus, elle permet de construire des fours d'un type nouveau caractérisés par une inertie thermique très réduite. En effet, si l'on remplace la plus grande partie des masses réfractaires par des surfaces réflé- chissantes convenablement disposées, l'échauffement nécessaire se réduit à ce qui est suffisant pour porter le creuset, lui-même, et son contenu à la tempé- rature voulue. Il est, alors, possible d'obtenir le chauffage en un temps très court et avec une dépense de chaleur résuite.
On va décrire à titre d'exemple non limitatif, différentes appli- cations de l'invention.
1 - Voûtes ou couvercles réfléchissante.
On prendra le cas d'un four à aluminium représenté schématiquement sur la fig. 1 en coupe longitudinale suivant la ligne I- I de la fig. 2, tan- dis que la fig. 2 représente une coupe transversale suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La masse du four 1 est surmontée par un couvercle en yoûte plate composé d'éléments individuellement amovibles par relevage 2, 3, 4, tournant vers l'iontérieur du four une surface polie réfléchissante. La forme générale de ce couvercle est celle d'une portion de cylindre dont l'axe parallèle à l'axe longitudinal de la cuve du four est situé au sein de la masse à fondre.
Les différents éléments du couvercle peuvent être soulevés et remis en place sans que l'on ait à toucher aux barres d'amenée du courant 5, 6, ni aux sup- ports d'électrodes 7. Les éléments 2, 3, 4 sont en creux et refroidis inté- rieurement par une circulation d'eau 8.
2 Enceinte réfléchissante.
La fig.3 montre en coupe transversale un exemple de four entouré par une enceinte réfléchissante. On a pris le cas d'un four électrique à l'in- térieur duquel la chaleur est dégagée dans les résistances 9. Le four propre- ment dit comprend une sole réfractaire 10 et un moufle cylindrique 11 en maçon- nerie d'épaisseur réduite. Autour de l'enceinte ainsi formée sont disposées des surfaces réfléchissantes qui renvoient vers l'enceinte l'a plus grande par- tie des radiations que celle-ci rayonne extérieurement. Ces surfaces compren- nent une plaque polie 13 à circulation d'eau supportant, en même temps que la sole 10 avec son moufle 11, un contre-moufle 12 poli sur sa face intérieure et également pourvu d'une circulation d'eau. Le four sera fermé en façade par exemple par une porte non représentée, également à circulation d'eau.
3 Four rotatif.
La fig. 4 représente schématiquement une application de l'invention au four rotatif. La surface réfléchissante est ici composée d'une enveloppe de métal 14, polie intérieurement, portée par le corps 15 du four lui-même; elle a même axe que le four et tourne avec lui. Le refroidissement peut être assuré, par exemple, par arrosage de la surface extérieure de l'enveloppe 14.
On pourrait, également, utiliser des surfaces réfléchissantes im- mobiles formant tunnel autour du four et permettant ainsi la visite du four sans démontage de la garniture réfléchissante, qui, dans ce cas, est montée à une distance assez grande du corps même du four.
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4 - Four à inertie thermique réduite.
La fig. 5 représente schématiquement un four de ce genre, le creu- set 16 chauffé par les résistances électriques 17, repose sur une sole 18 ré- duite, par exemple, au support du creuset ; creuset est placé verticalement dans l'axe d'une enveloppe cylindrique réfléchissante 19; celle-ci est fermée à sa partie inférieure par une calotte sphérique 20 à surface interne réflé- chissante et à sa partie supérieure par un couvercle 21, également en forme de calotte sphérique à surface intérieure réfléchissante.
La fig. 6 représente un autre exemple dans lequel il s'agit de- chauffer au gaz le creuset 17. Celui-ci est placé au centre d'une enveloppe sphérique 22, intérieurement réfléchissante. Le gaz combustible est amené par la conduite 23. Les gaz brûlés s'échappent par la conduite 24.
Ces exemples font comprendre la portée de l'invention qui pourra être mise en oeuvre par tous moyens appropriés.
Comme surfaces réfléchissantes,on utilisera,de préférence, des lames métalliques polies. Les aciers inoxydables et les métaux chromés sûper- ficiellement sont, particulièrement intéressants en raison de leur grand pou- voir réflecteur. Comme les surfaces réfléchissantes seront généralement main- tenues à des températures peu élevées, elles seront d'un entretien facile.
Dans certains cas, il y aura intérêt à utiliser, comme surfaces polies, des feuilles métalliques extra-minces telles que le papier d'aluminium où le clin- quant de cuivre de peu de valeur ou tous autres métaux en feuilles minces. On réalise ainsi'des enveloppes peu coûteuses et faciles à remplacer.
Les feuilles souples, dans ce cas, peuvent être appliquées sur un cintre de forme appropriée constituant l'enceinte. Le refroidissement est, alors, assuré par la masse du cintre refroidie de toute fagon appropriée.
Les feuilles peuvent aussi être mises en forme sur un gabarit distinct du four et utilisées ensuite directement pour constituer l'enceinte; si la résistance propre de cette surface est insuffisante, on la renforce par une carcasse ser- vant simplement de support pour les feuilles. Dans ce cas, il y aurait inté- rêt à noircir les feuilles extérieurement pour augmenter leur pouvoir émissif de refroidissement, et à les éloigner suffisamment du creuset pour donner à leur surface émettrice un développement permettant d'assurer par convection et rayonnement un refroidissement spontané, ou un refroidissement partiel qu'il suffira de compléter par une simple ventilation.
La fig. 7 représente un exemple de four à enceinte réfléchissante constituée au moyen de feuilles de papier d'aluminium à poli très élevé.
25 est un support en métal refroidi intérieurement par une circula- tion d'eaù. Il supporte une carcasse sphérique en fils métalliques 26 et pré- sente, lui-même, une face réfléchissante en forme de calotte sphérique conca- ve 27, constituée par des feuilles minces appliquées sur cette concavité et fixées par collage par exemple. Pour constituer le reste de la sphère réflé- chissante, on utilise des feuilles souples un peu plus fortes, matricées sé- parément sur un gabarit et maintenues en place sur la carcasse au moyen de trois ceintures élastiques 27, 28, 29. Un couvercle 30 analogue au support 25 et garni comme lui d'une feuille mince réfléchissante assure la fermeture de l'enceinte.
Avec des feuilles plus résistantes, on peut, le cas échéant, suppri- mer la carcasse métallique et constituer l'enceinte directement au moyen de feuilles convenablement assemblées.
La fig. 8 représente un mode de réalisation de l'invention particu- lièrement avantageux, et caractérisé par le fait que la source de chauffage est extérieure à l'enceinte réfléchissante; ses radiations sont dirigées à l'aide de dispositifs optiques appropriés : miroirs ou lentilles, vers le la- boratoire ou le creuset à chauffer, lequel est enfermé dans une enceinte à pa- roi interne réfléchissante, percée d'orifices pour le passage des faisceaux calorifiques. La source de chaleur, une lampe à arc 31 par exemple, est pla- cée au foyer d'un miroir 32 qui fait converger le rayonnement de la lampe sur le creuset 33. Ce dernier repose sur un support approprié au centre de l'en-
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ceinte réfléchissante sphérique 34. Il pénètre dans cette enceinte à travers la fenêtre 35.
En 36 est un écran mobile de réglage qui règle la température de chauffage en interceptant une fraction plus ou moins grande du faisceau.
La fenêtre 35 peut être obturée par une matière transparente appropriée, par exemple en silice fondue, ce qui permet de surveiller l'atmosphère du four et le cas échéant, de travailler dans le vide.
La température de chauffe dépend, bien entendu, aussi, de la tempé- rature de la source rayonnante. Pour atteindre des températures très élevées, on pourra utiliser des lampes spéciales à très grand éclat et à foyer lumineux à très haute température, comme certaines lampes à vapeur de mercure sous pres- sion ou encore des sources à incandescence par le gaz. Eventuellement, on pour- ra utiliser la lumière solaire. Ce dispositif qui limite le volume chauffé à celui du creuset lui-même (ou du laboratoire) permet de réaliser des fours à haute température avec des sources relativement peu puissantes.
REVENDICATIONS.
1 - Dispositif de protection des fours contre les déperditions de chaleur caractérisé en ce que les masses réfractaires usuellement employées pour empêcher les pertes de chaleur sont remplacées en tout ou partie par une enveloppe à surface réfléchissante qui renvoie vers l'intérieur du four la chaleur rayonnée, soit par l'enceinte du four, soit par le contenu du four.
2 Dispositif suivant 1 caractérisé en ce que la surface externe de l'enveloppe réfléchissante est artificiellement refroidie par ventilation, arrosage, circulation d'eau ou analogue.
3 - Dispositif suivant 1 et éventuellement 2 caractérisé en ce que la surface externe de l'enveloppe intérieurement réfléchissante a un pouvoir émissif élevé.
4 - Dispositif suivant 1, caractérisé en ce que la surface réflé- chissante de l'enveloppe est constituée au moyen de lames ou feuilles de métal poli.
5 - Dispositif suivant 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que l'enve- loppe intérieurement réfléchissante est un couvercle cylindrique reposant sur les murs en maçonnerie du four.
6 - Dispositif suivant 1, 2,3 et 4 caractérisé en ce que l'envelop- pe intérieurement réfléchissante entoure entièrement l'enceinte du four ou en- core le creuset ou laboratoire dans lequel les matières sont chauffées.
7 - Dispositif suivant 1, 2, 3 et 6 caractérisé en ce que l'envelop- pe intérieurement réfléchissante est une surface entièrement fermée, sphérique par exemple et de faible épaisseur à l'intérieur de laquelle est placée la source de chaleur et le creuset ou récipient contenant la matière à chauffer, ce qui permet de réaliser un four de faible inertie thermique.
8 - Dispositif suivant 7 caractérisé en ce que l'enveloppe réflé- chissante est formée de feuilles de papier métallique collées ou fixées sur un cintre ou sur une carcasse appropriée.
9 - Dispositif suivant 7 caractérisé en ce que l'enveloppe réflé- chissante est formée de lames métalliques suffisamment résistantes pour être matricées à la forme voulue et qui sont ensuite assemblées-les unes aux autres pour former l'enceinte du four sans carcasse de support.
10 - Dispositif suivant 1, 2, 3 et 6 caractérisé en ce que les sources de chaleur sont extérieures à l'enveloppe réfléchissante et que leur rayonnement est recueilli et concentré par des moyens optiques sur la matière à chauffer placée à l'intérieur de cette enveloppe.
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