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La présente invention est relative à des pro- cédés et appareils pour séparer des liquides volatiles d'une autre matière par chauffage diélectrique de la ma- tière de manière à provoquer.l'évaporation du liquide de celle-ci. L'invention a' particulièrement trait à l'éli- mination de l'eau de matières poreuses ou absorbantes.
L'invention sera décrite'dans le présent mé- moire dans une forme d'exécution convenant particulière- ment pour le séchage de "gâteaux" de fil de rayonne, mais il est évident que l'invention convient aussi pour le sé- chage d'autres matières, telles que des matières texti- les, du bois, du caoutchouc-mousse et analogues, du pa- pier et des matières en pulpe, ainsi que pour la cuisson d'articles, tels que des noyaux de fonderie.
Le séchage de-matières par chauffage diélec- trique implique la réduction de la teneur en eau de la matière en créant de la chaleur dans celle-ci, cette cha- leur étant produite en soumettant la matière à un champ électrique de fréquence élevée maintenu entre une paire d'électrodes espacées l'une de l'autre. Pour que ce champ à haute fréquence puisse être efficace pour le but visé, il est nécessaire en pratique d'appliquer aux élec- trodes un'potentiel suffisamment élevé pour que puissent se former des arcs et une rupture diélectrique des zones d'air entourant les électrodes. La présence d'eau sous la forme de brouillard ou sous forme de gouttelettes sur toute surface conductrice adjacente augmente fortement la possibilité de formation d'arcs et de décharges élec- triques destructives.
Ainsi, un problème important con- siste à éliminer rapidement et efficacement l'humidité vaporisée par le chauffage à haute fréquence, de façon à
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empêcher une condensation sur les deux électrodes ou sur d'autres parties de l'appareil. A cette fin, il était d'usage de fournir de la chaleur sensible aux électrodes et de chasser un volume considérable d'air sur les élec- trodes, de façon à réduire le point de rosée jusqu'à une valeur inférieure à la température des surfaces de conden- sation; Cependant, un tel procédé est peu économique, car il implique une perte importante de chaleur, tandis que l'air chargé d'humidité doit être évacué par emploi de conduites.étendues et par la mise en oeuvre de venti- lateurs d'évacuation.
Par temps froid, des quantités dtair égales à la quantité d'air évacuée doivent être pré-chauffées. Le soufflage d'aire sur la matière en cour; de séchage, spécialement dans le cas de gâteaux de rayon- ne, présente également l'inconvénient de p@@@oir donner lieu à un séchage non uniforme et, par consequent, à une contraction et à une dilatation inégales du fil ou fila- ment dans le gâteau, en sorte que lorsque celui-ci est teint, des contrastes peuvent apparaître dans différentes parties. En fait, toutes les difficultés susénoncées du soufflage d'air préchauffé sur la matière à sécher sont accrues dans les cas où la matière à sécher présente une teneur relativement grande en eau, comme dans le cas des gâteaux de rayonne.
De plus, il est nécessaire de prévoir un tamis immédiatement au-dessus des gâteaux de rayonne, transportant le courant à haute fréquence et même si de faibles condensations se forment sur ce tamis, il pourrait non seulement se former des arcs, mais également un trans- fert, dans les gouttelettes d'humidité, de quantités mi- croscopiques mais préjudiciables, de sels métalliques du tamis à la rayonne.
Selon une particularité importante de la pré-
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sente invention, toutes ces difficultés ont été évitées, en recouvrant l'espace où le produit est traité diélectri- quement d'une enveloppe ou chapeau. Dans le cas où il se sépare de la vapeur d'eau du produit, cette vapeur s'élè- vera jusqu'à la partie supérieure du chapeau, étant donné qu'à une température et une pression données cette vapeur a une densité sensiblement inférieure à celle de l'air;
dès lors, une sortie pour la vapeur dégagée, est,-de prêtés rence, prévue à la partie supérieure du chapeau et, en un endroit quelconque, dans cette 'sortie ou'en liaison avec celle-ci, un dispositif est prévu pour condenser la va- peur à la vitesse à laquelle elle,'se dégage du produit en traitement et le condensât résultant est évacué de l'es- pace se trouvaht dans le chapeau.
Il est cependant à no- ter que ce dispositif de condensation ne doit pas héces- sairement se trouver physiquement à 1,'extérieur du cha- peau, ni y être relié par une sortie de vapeur ; effet, ce dispositif pourrait être monté dans l'espace prévu à l'intérieur du chapeau lui-même, si des moyens sont pré- vus pour absorber le liquide condensé et l'évacuer, sans lui permettre de s'égoutter ou de s'écouler dans la ré- gion des électrodes.
Au surplus, conformément à l'invention, de préférence en vue d'empêcher la condensation de vapeur d'eau -sur les parois du chapeau ou d'autres parties, de¯ la chaleur sensible est fournie à 1'-espace prévu dans le chapeau ou aux parois de celui-ci, mais cette chaleur doit seulement être suffisante pour compenser les pertes de chaleur à partir des parois du chapeau.
Ceci peut se fait re en préchauffant l'enveloppe par des serpentins à cir- culation de vapeur ou d'autres dispositifs de chauffage à une température juste supérieure à 212 F,' Cet apport de chaleur sensible peut être poursuivi pendant le trai-
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tement et aura pour effet de surchauffer la vapeur déga- gée par le produit en traitement, mais ce surchauffage res- tera faible aux endroits où la vapeur atteint le disposi- tif de condensation. nlors que l'eau est, comme on le sait, un piè- tre diélectrique à l'état liquide, on n'apprécie générale- ment pas que l'eau, quand elle est uniquement à l'état de vapeur, a des propriétés diélectriques voisines de celles de l'air se.
. En conséquence, dans le procédé décrit plus haut, l'atmosphère contenua dans le chapeau et contenant de l'air et de la vapeur d'eau maintenue à une température supérieure à sa température de condensation non seulement supprime le problème de la condensation de gouttelettes en tous points où une telle condensation est indésirable, mais rend également possible un champ de chauffage diélectrique très efficace.
On comprend que, dans le cadre de la présente invention, le dispositif de condensation prévu dans la sor- tie de vapeur du chapeau constitue, en fait, un dispositif pour évacuer constamment la vapeur d'eau dégagée par le pro duit en cours de dessiccation, sans évacuer un courant d'air. Ainsi, le maintien d'un courant continu d'air en- voyé dans le chepeau, pour en chasser la vapeur, est évité.
Ceci évite non seulement les fortes pertes de chaleur né- cessaires jusqu'ici pour préchauffer cet air, mais égale- ment les courants d'air sur le produit en cours de dessic- cation, qui tendaient jusqu'ici à produira le séchage non uniforme indésirable mentionné plus haut;
Il peut être signalé que, dans le cas où l'in- vention est appliquée au problème consistant à chasser d'un produit en traitement des vapeurs qui ont une densité supérieure à celle de 1'air, dans les conditions de tempéra- ture et de pression en présence, la sortie pour la vapeur
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dégagée peut, de préférence, se trouver en un endroit re- lativement peu élevé dans le chapeau plutôt que dans la partie supérieure de celui-ci.
Cependant, il est à noter que le dispositif de condensation ou la sortie de vapeur en liaison avec celui-ci ne doit pas nécessairement se trouver à un niveau déterminé en fonction de la densité re, lative de la vapeur par rapport à celle de l'air, étant donné que, dans le dispositif de condensation, la vapeur sera ordinairement condensée avec une rapidité suffisante pour tendre à abaisser la pression à l'endroit du conden- seur dans une mesure suffisante pour que la vapeur soit amenée à pénétrer dans le dispositif de condensation à me- sure qu'elle est dégagée par la matière en cours de dessic cation.
Une autre particularité de l'invention consiste à conférer au chapeau tel que décrit plus haut, une forme générale arquée ou circulaire, de façon qu'il puisse con- tenir un transporteur pour transporter une série continue d'articles ou produits à chauffer sur un trajet arqué ou circulaire à une extrémité duquel les articles ou produits en question sont évacués à l'état traité ou séché. Dans ce cas, le chemin parcouru pour le transporteur peut être flanqué, de chaque côté, par des éléctrodes de chauffage diélectrique de forme' arquée disposées coaxialement audit trajet, une électrode étant, de préférence, disposée du côté intérieur et l'autre du côté extérieur dudit trajet.
Un tel agencement arqué ou circulaire permet non seulement un travail efficace et continu, mais permet aussi de dispo- ser la source de courant à fréquence élevée, tel qu'un oscillateur électrique, concentriquement au trajet en ques- tion, en sorte que l'oscillateur peut être également dispo- sé concentriquement.
Lorsque l'invention est appliquée au séchage de
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gâteaux de rayonne présentant un trou (Il passage central
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vide, ce trou constitue eu f;:.i t:, lO1.::1ç.i,. le .:)'>C8':'1) passe entre les électrodes, unnoy-u d' =.ir. =y .r:t UD0 constante Ci.ic;l.eC'r7.OLle de 1, en .5m.te cn'2 JE' ji;.-jj;1¯ià,,= partie du. champ électrique évite ce trou et est ebligé da circuler d'une électrode à l'attre dans des directionns essentiellement
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mais non unifonemmt circonf6r'eYr::. 211'25 dE.n3 ces parties du tte2u, étnt donné que ? cor¯st rr u diélectrique de 12 matière du gâteau est beauceup plus élevée, par exemple
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vi3ine de 4- ou 5, :au 18U 0rête ¯µ1;
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curremment et unü'orné:ant jusqu'au c12::.é,l'G qui serpit dési- rable pour obtenir un procuit uniforme. Toutefois, confor- mément à un autre aspect de la présente invention, cette difficulté peut être évitée en prévoyant dans le trou ou
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pGss+,e du gfteéu une électrG<>.e in:E,:r:
!é(iif.ir8 affectant, par exemple, la forme d'un cylindre métallique, ce cylindre pouvant être suspendu en position fixe ou être amené à tourner avec le gâteau et son support. Lorsqu'une telle électrode intermédiaire est disposée dans le trou du Sâ-
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teau, le "noyau d'air!! est, <.n ±,oit) ;?'I.p;:-"-'7iQré en grande partie supprimé, de tell,::, sorte que 1.- champ électrique ou la majeure partie de celui-ci suivra des trajets directs
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allant d'une des électrodes 1"jt'}r'12c::, ' tr=.FPrh un c8té du gâteau dans une direction généralement perpendiculaire
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eux fibres de celui-ci, et ';.r 12:
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manière beaucoup plus complète que dans toutes les prati- ques connues antérieurement.
Divers autres objets, particularités et avantage? plus spécifiques de l'invention ressortiront de la descrip- tion suivante, dans laquelle il est fait référence aux des sins ci-annexés, qui illustrent, à titre d'exemples, cer- taines formes d'exécution préférées de l'invention.
Dans ces dessins : - la figure 1 est une coupe verticale quelque peu schématique illustrant une forme simple d'appareil pour la mise en oeuvre de l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective de la forme d'appareil permettant la mise en oeuvre de l'inven- tion en faisant circuler les pièces à traiter sur un trajet sensiblement circulaire, disposé coaxialement à un oscil- lateur entouré par ledit trajet; - la figure 3 est une coupe verticale sensible- ment suivant la ligne 3-3 de la figure 2, cette vue mon- trant certaines parties de l'appareil en élévation ou en coupe verticale; - la figure 4 est une coupe horizontale partiel. le, en dessous des parties formant couvercle de l'appareil suivant la figure 2 ;
- la figure 5 est une coupe verticale illustrant un dispositif de support de gâteaux de rayonne, qui peut être utilisé dans la combinaison selon la figure 1 ou la figure 2, ce dispositif comportant un cylindre métallique monté dans le trou ou passage central du gâteau de rayonne, dans le but expliqué plus haut; - la figure 6 est une vue en plan du dispositif représenté à la figure 5, et - la figure 7 est un schéma montrant approxima- tivement la forme du champ électrique qui se présentera
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avec les agencements illustrés aux figures 5 et 6.
On se référera d'abord à la figure 1, qui illus- tre de manière quelque peu schématique et sous forme sim- plifiée, les particularités fondamentales de l'invention.
Dans cette figure, la notation de référence 10 désigne un article ou produit à sécher ou à chauffer, tel qu'un gâ- teau de fil de rayonne, reposant sur un support isolé rota- tif 11, dans une position intermédiaire entre une paire d'électrodes 12 et 13, qui sont connectées, comme indiqué, à une source de courant à haute fréquence S, de manière à établir un champ électrique 14 s'étendant entre les élec- trodes et à travers le produit à chauffer. Le support 11 peut être porté par un arbre approprié 15 s'étendant à tra- ,vers un palier 16 et agencé pour être mis en rotation par un pignon 17, cette rotation permettant de soumettre chacum des diverses sections transversales du gâteau 10 sensible- ment à la même quantité de chaleur dans le champ électri- que 14.
Les parties de l'appareil de la figure 1, décri- tes jusqu'ici, sont bien connues dans la technique.
Comme le montre également la figure 1, l'espace entourant les électrodes 12,13 et le produit en cours de dessiccation est entouré d'une chambre ou enveloppe 18, qui forme un chapeau recouvrant les électrodes et s'éten- dant vers le bas jusqu'au niveau le plus bas du produit ou plus bas=encore. Si on le désire, cette chambre peut com- porter une pièce inférieure 19, qui ne doit toutefois pas être étanche à l'air. Les parois de la chambre 18 sont, de préférence, en une matière thermiquement isolante ap- prôpriée'ou sont recouvertes ou garnies d'une telle matiè- re, tout comme dans le cas de l'autre forme d'exécution de l'invention décrite plus loin, en référence à la figure 2.
En divers points des parois ou au voisinage des parois de la 18, des moyens de chauffage appropriés, tels
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que des tuyaux 20 à circulation de vapeur, sont montés.
.La vitesse de circulation de l'agent de chauffage dans ces tuyaux est, de préférence, réglée de façon à maintenir le,9 parois de la chambre et les gaz se trouvant dans la cham- bre à une température au moins juste supérieure à 212 F dans le cas où de la vapeur d'eau est chassée du produit
10. Dans le cas où un autre fluide est évaporé du pro- duit, les parois de la chambre doivent similairement être chauffées à une température juste supérieure au point de vaporisation dudit fluide.
A la partie supérieure ou au voisinage de la partie supérieure de la chambre, de préférence le long d'un côté de celle-ci, une ouverture de sortie de vapeur
21 est prévue et une chambre de condensation 22 se trouve en un endroit approprié pour recevoir les vapeurs venant de la sortie 21. La condensation peut être effectuée, en faisant usage de conduits 23 parcourus par un fluide réfri-, gérant, ces conduits étant disposés de façon que le con- densat résultant s'égoutte sur le fond de la chambre de con, densation et soit évacué par un conduit 24.
La circulation du fluide réfrigérant dans les conduits 23 est, de préfé- rence, réglée par des vannes de contrôle manuelles ou au- trement, ainsi que par des essais, de façon à provoquer la condensation de la vapeur dans cette chambre sensible- ment à là même vitesse que celle àlaquelle la vapeur se
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,/:".:. - . ::.' 'if dégage du produit 10. Le rendemetn résultant est constitué par un liquide chaud, dont la chaleur peut être économi- quement utilisée dans l'installation, soit pour le chauf- fage de locaux, soit pour le chauffage nécessaire à l'exécu tion du chauffage.
Lorsque le produit 10 se chauffe jusqu'au point de vaporisation ou jusqu'à une température supérieure au point de vaporisation du liquide à chasser dudit produit,,
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la vapeur obtenue se dirige, comme l'indiquent les flèches (figure 1), tout au moins dans le cas om il s'agit de va- peur d'eau, vers la partie supérieure de la chambre, en dé- plaçant vers le bas l'air initialement contenu dans la chambre. Par ailleurs, cette vapeur est aspirée par la sortie 21 dans la chambre de condensation 22, par suite de l'aspiration exercée par la diminution de la tension de vapeur due à la condensation dans la chambre 22.
La cham- bre de condensation 22, la sortie 21 et la partie supérieu- re de la chambre 18 sont, de préférence, agencées de façon que, comme le montre, par exemple, le dessin, la chambre dq condensation soit remplie, en marche normale de l'appareil, par de la vapeur sensiblement à l'exclusion d'air et l'ac- tion de condensation est exécutée, comme indiqué plus haut, à une vitesse préférablement juste suffisante pour stabi- liser sensiblement la quantité de vapeur contenue dans les parties supérieures de la chambre 18,
de façon que la cham- bre de condensation ne contienne pas de quantité substan- tielle d'air et en même temps de façon que le volume de vapeur dans la chambre 18 ne devienne pas suffisamment grand pour provoquer le déplacement de vapeur vers le bas par rapport au fond de la chambre ou dans une mesure sub- stantielle à travers des ouvertures autres que la sortie 21.
Ainsi, avec l'agencement représenté, le produit peut être chauffé diélectriquement sans soufflage ou pas- sage de courants d'air sur le produit pour évacuer les vapeurs, ces dernières étant, par contre, évacuées de la région du produit de séchage, de manière sensiblement in- dépendante de courants d'air et, en fait, sous l'action du vide partiel créé dans la chambre de condensation. En con- séquence, un séchage non uniforme du produit, sous l'effet de courants d'air, est évité, de même qu'est aussi évitée
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la nécessité de préchauffer des courants d'air. Au surplus, une partie considérable de la chaleur de la vapeur déga- gée peut être récupérée en utilisant le condensat chaud à d'autres fins.
Des conduits d'air et des dispositifs de soufflage, ainsi que les divers dispositifs de production de courants d'air sont également évités.
Dans la forme d'exécution plus élaborée de l'in vention montrée aux figures 2 à 4 inclusivement, une série d'articles ou produits à sécher, tels que les gâteaux de rayonne 10, sont portés par un dispositif transporteur 25 sur un trajet sensiblement circulaire allant de l'entrée 26 d'une chambre sensiblement circulaire 27 à la sortie 28 de celle-ci. Un opérateur se trouvant près de l'entrée 26 peut successivement placer les articles à sécher sur le transporteur 25, de façon que ceux-ci passent dans la cham bre circulaire 27, en suivant un trajet sensiblement cir- culaire, les articles séchés dans la chambre sortant de celle-ci par la sortie 28, après quoi ils peuvent être enle- vés du transporteur.
Le transporteur peut être constitué par un dis- positif analogue à une chaîne comportant des maillons, dont certains sont constitués par de petits éléments espa- cés 29 analogues à des plateformes. Des broches rotatives 30 peuvent s'étendre vers le haut sur les éléments 29, cha, cune de ces broches étant agencée pour porter un support isolant rotatif 31, comme le support 11 décrit plus haut en référence à la figure 1, ce support étant agencé de ma- nière à supporter rotativement les ggteaux de rayonne. Le transporteur à chaîne peut être entraîné par une roue à chaîne 32, qui est à son tour entraînée par un moteur et un embrayage représentés schématiquement en 33.
Aux en- droits où la chaîne transporteuse entre dans la chambre 27 et quitte celle-ci, la chaîne quitte le. trajet circulai-
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re autour de la chambre et suit des trajectoires rectili- gnes à l'extérieur de la chambre comme montré à la figure 4. Aux endroits d'entrée et de sortie de la chaîne trans- porteuse, des poulies folles 34 peuvent être prévues pour guider convenablement la chaîne.
A l'extrémité inférieure de chacune des broches arbres 30, des pignons 35 peuvent être montés, ces pi- gnons étant agencés pour être mis en rotation de manière régulière ou intermittente, par engrènement avec un élément approprié 36 analogue une roue à chaîne de position fixe.
Comme le révèlent les figures 2 à 4, l'espace . formant la chambre 27, dans laquelle le transporteur fait passer le produit à sécher, peut comporter une enveloppe ou chapeau sensiblement annulaire, dont les parois en matière isolante sont recouvertes de tôle métallique ou d'une autre matière conductrice appropriée pour empêcher le rayonnement à haute fréquence à partir de la chambre. Uhe section ver- ticale d'une partie de l'enveloppe figure du côté gauche de la figure 3. En constatera la similitude de cette enve- loppe avec celle de la figure 1.
Les électrodes qui sont connectées à une source appropriée de courant à haute fré- quence sont désignées par les notations de référence 38 et 39, ces électrodes étant, de préférence, disposées vertica- lement et concentriquement à la chambre 27, l'électrode 38 s'étendant le long du côté extérieur du trajet du produit en cours de traitement et l'électrode 39 s'étendant coaxia- lement à l'électrode 38 le long du côté intérieur du trajet en question.
Comme indiqué à la figure 2, l'espace central de la chambre 27 peut être occupé par un oscillateur élec- trique 0, dont les bornes de sortie sont respectivement con. nectées aux électrodes 38 et 39. Cet oscillateur peut. être de construction connue appropriée.
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Comme on le voit le mieux aux figures 2 et 3, une chambre de condensation 40 de forme annulaire s'étend autour du bord extérieur et supérieur de la chambre 27, Une ouverture de sortie annulaire 41 mettant la chambre 27 en communication avec la chambre de condensation 40 commenant des tuyaux à circulation d'un fluide réfrigérant. On com- prendra que la fonction de la chambre de condensation 40 et de l'ouverture de sortie 41 est comparable à celle de la chambre 22 et de l'ouverture de sortie 21 de la figure 1. Des tuyaux 42 servant à évacuer le condensat de la chambre 40 peuvent être prévus en des endroits appropriés.
Sur les parois ou dans la partie inférieure de la chambre annulaire 27 sont prévus des serpentins de chauffage 43, qui ont même fonction que le dispositif de chauffage 20 montré à la figure 1.
Bien que, pour.la clarté de l'illustration, l'appareil montré à la figure 2 soit représenté dans une position sensiblement horizontale, cet appareil peut, si on le désire, être monté de manière à être incliné quelque peu vers le haut à son extrémité de gauche (lorsqu'on con- sidère-la figure 2), de façon à assurer que toute la va- peur dégagée par le produit en cours de dessiccation soit sensiblement évacué par la sortie annulaire 41, par l'ac- tion du condenseur, au lieu de s'échapper par l'entrée 26 ou par la sortie 28.
Les figures 5.et 6 représentent une forme d'exé- cution d'un dispositif de support de gâteaux de rayonne, qui peut être utilisé avec l'appareil montré à la figure 1 ou avec celui montré à la figure 2. Dans ce dispositif de support, un gâteau de rayonne 110 représenté en coupe ver- ticale repose sur une plateforme ou un support rotatif 11 comprenant un disque isolant approprié 112 porté par des .- montants isolants 113, qui sont portés à leur tour par u
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disque 114. Le disque 114 peut être supporté par un arbre 115 agencé,pour tourner à vitesse constante, de manière intermittante ou à des vitesses progressivement modifiées, par l'intermédiaire d'un engrenage approprié, tel que celui représenté schématiquement en 116.
Deux élec- trodes 117 et 118 sont montées sur des supports appropriée (non représentés) de part et d'autre du gâteau 110, ces électrodes étant connectées à une source S de courant à haute fréquence, par exemple à une source de courant de 100. 000 cycles par seconde ou, de préférence, davantage, dans la gamme d'environ 1 à 50 mégacycles, la tension pou- vant varier, par exemple, entre 3000 et 25.000 volts.
A l'intérieur du gâteau 110, c'est-à-dire dans le trou ou passage central 121 de celui-ci est prévue une électrode intermédiaire en forme de cylindre métallique 120. Dans la forme d'exécution représentée, ce cylindre est supporté et mis en rotation par le disque 112, mais on comprendra qu'il peut être supporté autrement et de manié-* re non rotative, si on le désire. Ce cylindre doit être d'une longueur au moins sensiblement égale à la dimension verticale du trou 21 du gâteau et d'un diamètre suffisant pour remplir la majeure partie du trou en question, mais avec un jeu suffisant pour faciliter l'enlèvement du gâteau et pour permettre à de l'air de circuler autour du gâteau et du cylindre.
Ce cylindre ne doit présenter que des pa- rois très minces, par exemple d'une épaisseur de quelques millimètres, bien que, aux points de vue fonction et soli- dité, il puisse avoir une épaisseur de paroi de 1/16è de pouce et être, de préférence, en cuivre ou en un autre mé- tal bon conducteur et préférablement non ferreux.
Le disque isolant rotatif 112 présente, de préfé rence, une série circulaire de trous ou évents 122, pour permettre à l'air de s'élever à travers ces trous et à tra-
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vers l'espace entourant le cylindre 120 et aussi entre le cylindre et les surfaces intérieures du gâteau, de façon à faciliter un séchage plus rapide de ce gâteau.
Avec l'agencement illustré aux figures 5 et 6, les diverses parties du champ électrique entre les électro. des 117 et 118 occupant des positions telles que celles indiquées de manière générale par les lignes en traits in- terrompus à la figure 7. On voit que le champ suit des tra jets s'étendant transversalement aux côtés du gâteau les plus proches des électrodes et. par conséquent, perpendi- culairement aux brins des fibres du fil dans ces régions, ceci étant dû au fait que le champ de chaque électrode 117, 118 s'étend à partir de celles-ci suivant des trajets sen- siblement directs vers l'électrode intermédiaire cylindri- que 120.
En l'absence de l'électrode intermédiaire cylin- drique 120, les diverses parties du champ entre les électro des latérales tendront à suivre des trajets circonféren- tiels. En d'autres termes, le champ aura pour effet d'évi- ter le noyau d'air central 121 du gâteau et suivra. des tra- jets ayant la constante diélectrique plus élevée et plus ou moins circonférentiellement, mais sans traverser toutes les régions et sans soumettre les régions inférieures du gâteau à des effets de chauffage aussi intenses que les ré- gions intermédiaires ou extérieures.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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The present invention relates to methods and apparatus for separating volatile liquids from other material by dielectric heating of the material so as to cause the liquid to evaporate therefrom. The invention particularly relates to the removal of water from porous or absorbent materials.
The invention will be described herein in one embodiment particularly suitable for drying "cakes" of rayon yarn, but it is obvious that the invention is also suitable for drying of rayon yarn. other materials, such as textiles, wood, foam rubber and the like, paper and pulp materials, as well as for baking articles, such as foundry cores.
The drying of materials by dielectric heating involves reducing the water content of the material by creating heat therein, this heat being produced by subjecting the material to a high frequency electric field maintained between a pair of electrodes spaced apart from each other. In order for this high-frequency field to be effective for its intended purpose, it is necessary in practice to apply to the electrodes a sufficiently high potential so that arcs and dielectric breakdown of the air zones surrounding the electrodes can form. electrodes. The presence of water in the form of mist or in the form of droplets on any adjacent conductive surface greatly increases the possibility of arcing and destructive electric discharges.
Thus, an important problem is to quickly and efficiently remove the moisture vaporized by the high frequency heating, so as to
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prevent condensation on both electrodes or on other parts of the device. To this end, it was customary to supply sensible heat to the electrodes and to expel a considerable volume of air from the electrodes, so as to reduce the dew point to a value below the temperature of the electrodes. condensing surfaces; However, such a process is uneconomical, since it involves a great loss of heat, while the air laden with humidity must be removed by the use of extensive conduits and by the use of exhaust fans.
In cold weather, amounts of air equal to the amount of exhaust air should be preheated. The air blowing on the material in court; drying process, especially in the case of rayon cakes, also suffers from the disadvantage of giving rise to uneven drying and, therefore, unequal contraction and expansion of the yarn or yarn. in the cake, so that when it is dyed, contrasts may appear in different parts. In fact, all of the above difficulties of blowing preheated air onto the material to be dried are increased in cases where the material to be dried has a relatively high water content, as in the case of rayon cakes.
In addition, it is necessary to provide a sieve immediately above the rayon cakes, carrying the high frequency current and even if small condensations form on this sieve, not only arcs could form, but also a trans - fert, in the droplets of humidity, of microscopic but detrimental quantities of metallic salts of the rayon sieve.
According to an important feature of the pre-
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According to the invention, all these difficulties have been avoided by covering the space where the product is dielectrically treated with a casing or cap. In the event that it separates from the water vapor of the product, this vapor will rise to the upper part of the cap, given that at a given temperature and pressure this vapor has a substantially lower density. to that of air;
therefore, an outlet for the released steam is provided at the upper part of the cap and, in any place in this 'outlet or' in connection with it, a device is provided for condensing the vapor at the rate at which it escapes from the product being processed and the resulting condensate is removed from the space in the cap.
It should be noted, however, that this condensing device need not necessarily be physically located outside the cap, nor be connected thereto by a steam outlet; Indeed, this device could be mounted in the space provided inside the cap itself, if means are provided for absorbing the condensed liquid and discharging it, without allowing it to drip or drain. flow into the area of the electrodes.
Furthermore, in accordance with the invention, preferably with a view to preventing condensation of water vapor on the walls of the cap or other parts, sensible heat is supplied to the space provided in the. hat or walls thereof, but this heat need only be sufficient to compensate for heat loss from the sides of the hat.
This can be done by preheating the casing by steam circulating coils or other heaters to a temperature just above 212 F. This sensible heat input can be continued during processing.
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and will have the effect of superheating the steam given off by the product being treated, but this superheating will remain low at the places where the steam reaches the condensing device. nWhile water is, as we know, a dielectric peter in the liquid state, it is generally not appreciated that water, when it is only in the state of vapor, has properties dielectrics close to those of the air.
. Accordingly, in the process described above, the atmosphere contained in the cap and containing air and water vapor maintained at a temperature above its condensing temperature not only eliminates the problem of droplet condensation. at all points where such condensation is undesirable, but also makes a very efficient dielectric heating field possible.
It will be understood that, in the context of the present invention, the condensation device provided in the steam outlet of the cap constitutes, in fact, a device for constantly removing the water vapor given off by the product during drying. , without evacuating a draft. Thus, the maintenance of a continuous current of air sent into the head to expel the vapor therefrom is avoided.
This not only avoids the large heat losses heretofore necessary to preheat this air, but also the air currents over the product being dried, which heretofore tended to produce uneven drying. undesirable mentioned above;
It may be pointed out that, in the case where the invention is applied to the problem of expelling from a treatment product vapors which have a density greater than that of air, under the conditions of temperature and of pressure present, the outlet for steam
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Clearance may preferably be at a relatively low location in the bonnet rather than at the top thereof.
However, it should be noted that the condensing device or the vapor outlet associated therewith need not necessarily be at a level determined as a function of the relative density of the vapor to that of the vapor. air, since in the condensing device the vapor will ordinarily be condensed with sufficient rapidity to tend to lower the pressure at the condenser to a sufficient extent for the vapor to be caused to enter the device of condensation as it is released by the material being dried.
Another feature of the invention consists in giving the cap as described above a generally arcuate or circular shape, so that it can contain a conveyor for transporting a continuous series of articles or products to be heated on a. arcuate or circular path at one end of which the articles or products in question are discharged in the treated or dried state. In this case, the path traveled for the conveyor may be flanked, on each side, by arcuate shaped dielectric heating electrodes arranged coaxially with said path, one electrode being preferably arranged on the inner side and the other on the side. exterior of said path.
Such an arcuate or circular arrangement not only allows efficient and continuous work, but also allows the high frequency current source, such as an electric oscillator, to be arranged concentrically to the path in question, so that the oscillator can also be arranged concentrically.
When the invention is applied to the drying of
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rayon cakes with a hole (central passage
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empty, this hole constitutes eu f;:. i t :, lO1.::1ç.i ,. le.:) '> C8': '1) passes between the electrodes, unnoy-u d' = .ir. = y .r: t UD0 constant Ci.ic; l.eC'r7.OLle of 1, in .5m.te cn'2 JE 'ji; .- jj; 1¯ià ,, = part of. electric field avoids this hole and is forced to flow from electrode to land in essentially directions
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but not uniformly circumference:. 211'25 dE.n3 these parts of the head2u, given that? cor¯st rr u dielectric of 12 cake material is much higher, for example
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currently and unü'orné: ant until c12 ::. é, the G which tightens desirable to obtain a uniform product. However, in accordance with another aspect of the present invention, this difficulty can be avoided by providing in the hole or
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pGss +, e du gfteéu an electrG <>. e in: E,: r:
! é (iif.ir8 affecting, for example, the shape of a metal cylinder, this cylinder being able to be suspended in a fixed position or to be made to rotate with the cake and its support. When such an intermediate electrode is placed in the hole due to-
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teau, the "air core !! is, <.n ±, oit);? 'Ip;: -" -' 7iQré largely removed, from tell, ::, so that 1.- electric field or the most of it will follow direct routes
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going from one of the electrodes 1 "jt '} r'12c ::,' tr = .FPrh one side of the cake in a generally perpendicular direction
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much more completely than in all previously known practices.
Various other items, features and benefits? more specific to the invention will emerge from the following description, in which reference is made to the accompanying drawings, which illustrate, by way of example, certain preferred embodiments of the invention.
In these drawings: - Figure 1 is a somewhat schematic vertical section illustrating a simple form of apparatus for implementing the invention; FIG. 2 is a perspective view of the form of apparatus allowing the implementation of the invention by making the parts to be treated circulate on a substantially circular path, arranged coaxially with an oscillator surrounded by said path. ; FIG. 3 is a vertical section taken substantially on line 3-3 of FIG. 2, this view showing certain parts of the apparatus in elevation or in vertical section; - Figure 4 is a partial horizontal section. the, below the parts forming the cover of the apparatus according to FIG. 2;
- Figure 5 is a vertical section illustrating a rayon cake support device, which can be used in the combination according to Figure 1 or Figure 2, this device comprising a metal cylinder mounted in the hole or central passage of the cake radiates, for the purpose explained above; - Figure 6 is a plan view of the device shown in Figure 5, and - Figure 7 is a diagram showing approximately the shape of the electric field which will occur
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with the arrangements illustrated in Figures 5 and 6.
Reference will firstly be made to FIG. 1, which illustrates in a somewhat schematic manner and in simplified form, the fundamental features of the invention.
In this figure, reference numeral 10 denotes an article or product to be dried or heated, such as a cake of rayon yarn, resting on a rotating insulated support 11, in a position intermediate between a pair of electrodes 12 and 13, which are connected, as indicated, to a high frequency current source S, so as to establish an electric field 14 extending between the electrodes and through the material to be heated. The support 11 may be carried by a suitable shaft 15 extending through a bearing 16 and arranged to be rotated by a pinion 17, this rotation allowing each of the various cross sections of the cake 10 to be subjected substantially. to the same amount of heat in the electric field 14.
The parts of the apparatus of Figure 1, described heretofore, are well known in the art.
As also shown in Figure 1, the space surrounding the electrodes 12,13 and the product being dried is surrounded by a chamber or envelope 18, which forms a cap covering the electrodes and extending downward. down to the lowest product level or below = again. If desired, this chamber can include a lower part 19, which must not, however, be airtight. The walls of chamber 18 are preferably of a suitable thermally insulating material or are covered or lined with such material, as in the case of the other embodiment of the invention. described later, with reference to Figure 2.
At various points on the walls or in the vicinity of the walls of the 18, suitable heating means, such
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that pipes 20 with steam circulation, are fitted.
The rate of circulation of the heating medium in these pipes is preferably controlled so as to maintain the walls of the chamber and the gases in the chamber at a temperature at least just above 212. F in the case where water vapor is expelled from the product
10. In the event that another fluid is evaporated from the product, the walls of the chamber should similarly be heated to a temperature just above the point of vaporization of said fluid.
At or near the top of the chamber, preferably along one side thereof, a steam outlet opening
21 is provided and a condensation chamber 22 is located in a suitable place to receive the vapors coming from the outlet 21. The condensation can be carried out, by making use of conduits 23 through which a cooling fluid passes, these conduits being arranged so that the resulting condensate drains onto the bottom of the condensation chamber and is discharged through a duct 24.
The circulation of the refrigerant fluid in the conduits 23 is, preferably, regulated by manual control valves or otherwise, as well as by tests, so as to cause condensation of the vapor in this chamber substantially at the same speed as that at which the steam is
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, /: ".:. -. ::. ' Product 10 is released. The resulting yield is constituted by a hot liquid, the heat of which can be used economically in the installation, either for space heating or for the heating necessary for the execution. heating.
When the product 10 heats up to the point of vaporization or to a temperature above the point of vaporization of the liquid to be expelled from said product,
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the vapor obtained goes, as indicated by the arrows (figure 1), at least in the case of water vapor, towards the upper part of the chamber, moving towards the low the air initially contained in the chamber. Furthermore, this vapor is sucked through the outlet 21 into the condensation chamber 22, as a result of the suction exerted by the decrease in the vapor pressure due to the condensation in the chamber 22.
The condensation chamber 22, the outlet 21 and the upper part of the chamber 18 are preferably arranged so that, as shown, for example, in the drawing, the condensation chamber is filled, in operation. normal operation of the apparatus, by steam substantially to the exclusion of air and the condensing action is carried out, as indicated above, at a rate preferably just sufficient to substantially stabilize the quantity of steam contained. in the upper parts of room 18,
so that the condensation chamber does not contain a substantial amount of air and at the same time so that the volume of steam in chamber 18 does not become large enough to cause steam to move downward through from the bottom of the chamber or to a substantial extent through openings other than the outlet 21.
Thus, with the arrangement shown, the product can be dielectrically heated without blowing or passing air currents over the product to remove the vapors, the latter being, on the other hand, discharged from the region of the drying product, substantially independent of air currents and, in fact, under the action of the partial vacuum created in the condensation chamber. As a result, uneven drying of the product under the effect of drafts is avoided, as is also avoided.
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the need to preheat drafts. Furthermore, a considerable part of the heat of the evolved steam can be recovered by using the hot condensate for other purposes.
Air ducts and blowing devices, as well as the various devices for producing air currents are also avoided.
In the more elaborate embodiment of the invention shown in Figures 2 to 4 inclusive, a series of items or products to be dried, such as rayon cakes 10, are carried by a conveyor device 25 along a substantially path. circular going from the inlet 26 of a substantially circular chamber 27 to the outlet 28 thereof. An operator near the entrance 26 can successively place the articles to be dried on the conveyor 25, so that the latter pass through the circular chamber 27, following a substantially circular path, the articles dried in the dryer. chamber exiting from it through exit 28, after which they can be removed from the conveyor.
The conveyor may be constituted by a device similar to a chain comprising links, some of which are constituted by small spaced elements 29 similar to platforms. Rotary pins 30 may extend upwardly on the elements 29, each of these pins being arranged to carry a rotatable insulating support 31, like the support 11 described above with reference to FIG. 1, this support being arranged so as to rotatably support the rayon cakes. The chain conveyor can be driven by a chain wheel 32, which in turn is driven by a motor and clutch shown schematically at 33.
At the places where the conveyor chain enters and leaves the chamber 27, the chain leaves the. route circulated
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re around the chamber and follows straight paths outside the chamber as shown in figure 4. At the entry and exit points of the conveyor chain, idler pulleys 34 may be provided to guide suitably the chain.
At the lower end of each of the shaft pins 30, pinions 35 may be mounted, these pinions being arranged to be rotated regularly or intermittently, by meshing with a suitable element 36 similar to a position chain wheel. fixed.
As Figures 2-4 reveal, space. forming the chamber 27, in which the conveyor passes the product to be dried, may comprise a substantially annular envelope or cap, the walls of which are made of insulating material and are covered with metal sheet or other suitable conductive material to prevent high radiation. frequency from the bedroom. A vertical section of a part of the casing is shown on the left side of figure 3. You will notice the similarity of this casing with that of figure 1.
The electrodes which are connected to a suitable source of high frequency current are designated by reference notations 38 and 39, these electrodes preferably being disposed vertically and concentrically to the chamber 27, the electrode 38 s. extending along the outer side of the path of the product being processed and the electrode 39 extending coaxially with the electrode 38 along the inner side of the path in question.
As shown in FIG. 2, the central space of chamber 27 can be occupied by an electric oscillator 0, the output terminals of which are respectively con. nected to electrodes 38 and 39. This oscillator can. be of suitable known construction.
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As best seen in Figures 2 and 3, an annular-shaped condensation chamber 40 extends around the outer and upper edge of chamber 27, an annular outlet opening 41 placing chamber 27 in communication with the chamber. condensation 40 originating from pipes circulating a refrigerant fluid. It will be understood that the function of the condensation chamber 40 and of the outlet opening 41 is comparable to that of the chamber 22 and of the outlet opening 21 of FIG. 1. Pipes 42 serving to evacuate the condensate of the chamber 40 can be provided in suitable places.
On the walls or in the lower part of the annular chamber 27 are provided heating coils 43, which have the same function as the heating device 20 shown in Figure 1.
Although for clarity of illustration the apparatus shown in Figure 2 is shown in a substantially horizontal position, this apparatus may, if desired, be mounted so as to be tilted somewhat upward at its left end (when considering FIG. 2), so as to ensure that all the vapor released by the product during drying is substantially evacuated through the annular outlet 41, by the action condenser, instead of escaping through inlet 26 or outlet 28.
Figures 5 and 6 show an embodiment of a rayon cake support device, which can be used with the apparatus shown in Figure 1 or with that shown in Figure 2. In this device support, a rayon cake 110 shown in vertical section rests on a rotating platform or support 11 comprising a suitable insulating disc 112 carried by insulating uprights 113, which are in turn carried by a
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disc 114. The disc 114 may be supported by a shaft 115 arranged to rotate at constant speed, intermittently or at gradually modified speeds, by means of a suitable gear, such as that shown schematically at 116.
Two electrodes 117 and 118 are mounted on suitable supports (not shown) on either side of the cake 110, these electrodes being connected to a source S of high frequency current, for example to a current source of 100. 000 cycles per second, or preferably more, in the range of about 1 to 50 megacycles, the voltage varying, for example, between 3000 and 25,000 volts.
Inside the cake 110, that is to say in the central hole or passage 121 thereof, there is provided an intermediate electrode in the form of a metal cylinder 120. In the embodiment shown, this cylinder is supported. and rotated by disc 112, but it will be understood that it can be supported in other ways and in a non-rotating manner, if desired. This cylinder must be of a length at least substantially equal to the vertical dimension of the hole 21 in the cake and of a diameter sufficient to fill the major part of the hole in question, but with sufficient clearance to facilitate the removal of the cake and to allow air to circulate around the cake and the cylinder.
This cylinder should only have very thin walls, for example a few millimeters thick, although in function and strength it may have a wall thickness of 1 / 16th of an inch and preferably be copper or some other good conductive and preferably non-ferrous metal.
The rotating insulating disc 112 preferably has a circular series of holes or vents 122, to allow air to rise through these holes and through them.
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towards the space surrounding the cylinder 120 and also between the cylinder and the interior surfaces of the cake, so as to facilitate faster drying of this cake.
With the arrangement illustrated in Figures 5 and 6, the various parts of the electric field between the electro. of the 117 and 118 occupying positions such as those indicated generally by the dashed lines in FIG. 7. It can be seen that the field follows paths extending transversely to the sides of the cake closest to the electrodes and . therefore, perpendicular to the strands of the fibers of the yarn in these regions, this being due to the fact that the field of each electrode 117, 118 extends therefrom in substantially direct paths towards the electrode cylindrical intermediate 120.
In the absence of the cylindrical intermediate electrode 120, the various parts of the field between the side electrodes will tend to follow circumferential paths. In other words, the field will bypass the central air core 121 of the cake and follow. paths having the higher dielectric constant and more or less circumferentially, but without crossing all the regions and without subjecting the lower regions of the cake to heating effects as intense as the intermediate or outer regions.
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