WO2014128376A1 - Dispositif de fibrage de materiaux thermoplastiques - Google Patents

Dispositif de fibrage de materiaux thermoplastiques Download PDF

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WO2014128376A1
WO2014128376A1 PCT/FR2014/050185 FR2014050185W WO2014128376A1 WO 2014128376 A1 WO2014128376 A1 WO 2014128376A1 FR 2014050185 W FR2014050185 W FR 2014050185W WO 2014128376 A1 WO2014128376 A1 WO 2014128376A1
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annular
ring
assembly
inductor
band
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PCT/FR2014/050185
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English (en)
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Guillaume Lecomte
Original Assignee
Efd Induction Sa
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/04—Manufacture of glass fibres or filaments by using centrifugal force, e.g. spinning through radial orifices; Construction of the spinner cups therefor
    • C03B37/048—Means for attenuating the spun fibres, e.g. blowers for spinner cups

Definitions

  • the present application relates to a fiber-drawing device, which makes it possible to form fibers from thermoplastic materials in the viscous state, and in particular glass fibers. It relates in particular to a device suitable for the industrial production of glass wool intended, for example, to enter the composition of thermal and / or acoustic insulation products.
  • Fibers are known in which a stream of molten glass is introduced into a centrifuge rotating at high speed and pierced at its periphery with a large number of orifices through which the glass is projected in the form of filaments under the effect of the centrifugal force. At the outlet of the centrifuge, these filaments are subjected to the action of an annular gaseous drawing stream, which thins them and transforms them into fibers. Examples of fiberizing devices are described in the documents US2981974, WO2006 / 061545, EP0173618 and EP0519797. The known fiberizing devices, however, have various disadvantages.
  • an embodiment provides a device for fiberizing thermoplastic materials such as glass, comprising: a centrifuge comprising a peripheral annular band pierced with a plurality of orifices; and an annular inductor assembly cooled coaxial with the strip, adapted to develop currents induced in the strip, this assembly incorporating a coaxial blow-molding ring adapted to generate a gas flow around the outer periphery of the strip, in which the entire surface of the assembly facing the strip is made of an electrically conductive material and contributes to the development of induced currents in the strip when the inductor assembly is powered, this device having no annular burner above the annular strip peripheral and having no annular inductor below the peripheral annular band.
  • the assembly comprises at least two first metal tubular rings, each first ring being adapted to contain a cooling liquid, and the blower ring comprises at least one second tubular ring adapted to contain a blowing gas.
  • At least one of the first rings is disposed inwardly of the annular assembly relative to the second ring, and at least one other of the first rings is disposed outwardly of the annular assembly relative to the second ring.
  • the centrifuge is adapted to rotate along a substantially vertical axis, common to the peripheral band and to the assembly.
  • the assembly is located above the peripheral band.
  • the inductor assembly is single-turn, and the blowing ring is made of an electrically conductive material and is élec ⁇ triply secured to the induction coil.
  • the inductor assembly comprises two turns, and comprises an annular electrically insulating element between the two turns.
  • the blower ring is made of an electrically conductive material and is electrically integral with one of the two induction turns.
  • the electrically insulating annular element is a ceramic annular band.
  • the blowing ring is made of an electrically insulating material, the electrically insulating element and the blowing ring being merged.
  • the generator is further configured for, in a second mode of operation, applying to the inductor assembly an alternating power supply current of frequency between 4000 and 20000 Hz.
  • Figure 1 is a sectional view showing an example of a fiberizing device
  • Figure 2 is a sectional view showing an example of an embodiment of a fiberizing device
  • Figure 3 is an enlarged partial sectional view showing an alternative embodiment of the fiberizing device of Figure 2;
  • Figure 4 is an enlarged partial sectional view illustrating the thermal behavior of the fiberizing device of Figure 3;
  • Figure 5 is an enlarged partial sectional view showing another alternative embodiment of the fiberizing device of Figure 2.
  • FIG. 6 is an enlarged partial sectional view showing another alternative embodiment of the fiberizing device of FIG. 2.
  • the fiberizing devices described in the present application comprise a centrifuge intended, in operation, to rotate about an approximately vertical axis.
  • the terms “up”, “down”, “above”, “below”, “upper” and “lower” are defined with respect to a vertical axis when the centrifuge is in the operating position. as shown in Figures 1 to 6.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an example of a fibering device for thermoplastic materials 100.
  • the device 100 comprises a centrifuge 101 comprising a peripheral wall or band 103, for example made of stainless steel, pierced with a plurality of orifices 105.
  • the annular band ends, on the side of its lower edge, by an annular cuff 104 extending inwardly of the centrifuge.
  • the centrifuge 101 is mounted on a shaft 107 of substantially vertical axis 109, adapted to ensure its driving in rotation at high speed, for example at a high speed. speed between 1000 and 3000 revolutions per minute.
  • the axis 109 coincides substantially with the axis of symmetry of the annular band 103.
  • the shaft 107 is hollow and is connected at its upper end to means (not shown) for supplying molten glass 111, and at its lower end, a basket 113 arranged to collect the molten glass flowing in the shaft 107.
  • the basket 113 is disposed within the centrifuge 101, as shown in Figure 1 , and is fixed to the shaft 107 so as to be rotated with the centrifuge 101 and the shaft 107.
  • the basket 113 comprises an annular peripheral wall 115 having substantially the same axis as the annular band 103 and the shaft 107
  • the peripheral wall 115 of the basket 113 is pierced with a plurality of orifices 117, which may have dimensions greater than those of the orifices 105 formed in the strip 103.
  • the orifices 117 may have an included diameter between about 1.5 e t 3 mm, and the orifices 105 may have a diameter of between about 0.5 and 1 mm.
  • a stream of molten glass 111 flows inside the shaft 107 and spreads in the basket 113. Under the effect of the rotation, the molten glass is projected onto the annular wall 115 of the basket 113, and passes by the orifices 117 formed in the wall 115. The molten glass is then projected onto the peripheral wall 103 of the centrifuge, in the form of relatively bulky filaments 119. A pool of molten glass 120 is formed against the peripheral strip 103 of the centrifuge, and supplies the plurality of orifices
  • the fiberizing device 100 of FIG. 1 also comprises an annular gas burner 123, or combustion chamber, generating, around the periphery of the annular band 103, an annular gas stream 125 of very high temperature, for example order from 1300 to 1600 ° C, and high speed, for example at least 50 m / s.
  • the gas stream 125 runs along the periphery of the annular band 103.
  • This stream serves to heat the annular band 103 to a sufficiently high temperature (for example of the order of 1000 ° C.) so that the molten glass does not crystallize in the orifices. 105 and has, at the level of the orifices 105, a texture and a viscosity suitable for obtaining a fiber drawing of good quality.
  • the gas stream 125 also serves to stretch and thin the fibers 121 from the orifices 105, and to drive them to a receiving device (not shown), for example a receiving mat.
  • the fiberizing device 100 further comprises an annular inductor 127 disposed below the annular band 103, and adapted to provide induction heating of the lower portion of the annular band 103.
  • the inductor 127 ensures balancing thermal of the annular band 103, that is to say, to ensure that the band 103 has a substantially uniform temperature over its entire height, which is important for obtaining a good quality fiber drawing.
  • the annular inductor 127 has substantially the same axis as the annular band 103, but has an internal diameter greater than the external diameter of the band 103, so as to leave a free space for the passage of the fibers 121 between the band 103 and the inductor 127, as shown in Figure 1.
  • a disadvantage of the fiberizing device of Figure 1 lies in the presence of the burner 123. Indeed, the burner 123 is a complex system that requires a supply of fuel gas and has a large footprint. In addition, the energy efficiency of the burner 123 is relatively low. In addition, the burner 123 generates combustion gases (forming the annular gas stream 125), which may pose problems and require capture systems and possibly reprocessing.
  • the space left free for the passage of fibers between the strip 103 and the inductor 127 is provided relatively narrow (in top view), which poses another problem. Indeed, this makes it necessary to provide a gas stream 125 having a sufficiently high speed to deflect the fibers coming from the centrifuge 101 from an approximately horizontal trajectory to an approximately vertical trajectory, before they pass in front of the inductor 127. This can cause problems in the fiber reception area. To avoid these problems, and, more generally, to channel the fibers and control their arrival on the conveyor belt, it may be necessary to provide fans and / or blowers, not shown, which increases the complexity, size and the power consumption of the fiberizing device.
  • the speed, the temperature and the conformation of the gas stream 125 are partly conditioned by the fact that the stream 125 must allow to effectively heat the annular band 103 of the centrifuge.
  • the device 100 suffers from a lack of flexibility as to the possibility of choosing the power, the temperature and the conformation of the gaseous drawing current of the fibers, which may require the provision of additional fans and / or blowers to ensure a part of the fiber stretching function and controlled fiber drive to the receiving zone.
  • An object of the claimed embodiments is to provide a fiberizing device that overcomes all or some of the disadvantages of the device of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a sectional view showing an exemplary embodiment of a fibering device for thermoplastic materials 200.
  • the device of FIG. 2 comprises many elements that are common to the device of FIG. 1.
  • the assembly comprising the centrifuge 101, the basket 113 and the rotation shaft 107, as well as the operation of this assembly, are similar or identical in the devices of FIGS. 1 and 2.
  • a difference between the device of FIG. 2 and the device of FIG. FIG. 1 is that the device of FIG. 2 does not have an annular burner above the peripheral strip 103 of the centrifuge, nor does it comprise an annular inductor below the strip 103.
  • the device 200 comprises an annular assembly 201, situated above the band 103, or at least above the annular area of exit of the fibers 121 through the orifices 105 of the band 103.
  • the annular assembly 201 integrates the functions of inductor and blower. It comprises, in this example, two metal tubular rings 203a and 203b mechanically secured by a ring or annular blowing chamber 205 with metal walls, so as to form a single induction coil. The respective axes of these various elements coincide with the axis of rotation 109 of the centrifuge.
  • the induction coil is adapted, when traversed by an electric current, to develop currents induced in the peripheral annular band 103 of the centrifuge, so as to inductively heat the strip 103.
  • the blowing ring 205 is adapted to generate a flow of air or another gas around the outer periphery of the annular band 103 of the centrifuge.
  • Each tubular ring 203a, 203b is cooled, for example by circulating water, which makes it possible to avoid deterioration due to the joule heating and because of the high thermal radiation emitted by the annular band 103 of the centrifuge.
  • a cooling circuit not shown, is provided to circulate a coolant, for example water, in the tubular rings 203a, 203b.
  • the blast ring 205 may comprise one or more coaxial tubular rings adapted to receive gas (for example air) under pressure via one or more gas supply ducts (not shown), and to release this gas via a or a plurality of apertures (holes, slits, nozzles, etc.) directed to generate an annular gas stream 207 around the periphery of the centrifuge.
  • the blower ring 205 comprises a single tubular ring 205a.
  • this tubular ring 205a is made of copper, like the rings 203a and 203b.
  • the annulus 203a of the inductor is soldered over its entire outer periphery to a wall of the annulus 205a of the blower crown turned towards the inside of the annular assembly 201, and the ring 203b of the inductor is soldered over its entire inner periphery to an opposite wall of the ring 205a, turned towards the outside of the annular assembly 201.
  • the annular assembly 201, or inductor / blower assembly forms and a conductive coil with three coaxial annular compartments formed respectively by the tubes 203a, 205a and 203b.
  • the annular assembly formed by the tubular rings 203a, 205a and 203b comprises an open zone (not shown) for connecting a generator adapted to circulate an electric current in the coil.
  • an electric current is supplied to the inductor, and this current flows not only in the walls compartments 203a and 203b, but also in the walls of the compartment 205a, so that the blowing tube 205a contributes to the development of currents induced in the strip 103.
  • This provides an efficient and homogeneous heating of the strip 103.
  • the compartment 205a also ensures the distribution of an annular gas stream around the periphery of the centrifuge. Owing to their arrangement on either side of the blast ring 205, the cooled compartments 203a and 203b not only ensure their own cooling but also that of the ring 205.
  • FIG. 3 is an enlarged partial sectional view showing an alternative embodiment of the fiberizing device of FIG. 2.
  • the fiberizing device 300 of FIG. 3 differs from the device of FIG. 2 essentially in the structure of the annular inductor assembly. / blower provided to perform the heating functions of the peripheral strip 103 of the centrifuge 101 and stretching and driving the fibers at the exit of the centrifuge.
  • the other elements of the device of FIG. 3 are, in this example, similar or identical to those of the device of FIG. 2. For the sake of simplification, only the right half of the device 300 has been shown in FIG. elements common to the devices of Figures 2 and 3 have not been shown in Figure 3.
  • the device 300 comprises an annular inductor / blower assembly 301.
  • the assembly 301 comprises three cooled tubular metal rings 303a, 303b and 303c, and a metal-wall blown ring 305. These various elements have a common axis and are joined mechanically and electrically to form a single induction coil.
  • the annular assembly 301 is disposed substantially of the same way that the annular assembly 201 of Figure 2 relative to the peripheral strip 103 of the centrifuge.
  • the blowing ring 305 comprises, in this example, a single metal tubular ring 305a electrically connected in parallel with the rings 303a, 303b and 303c.
  • the tubular ring 303a is brazed to a wall of the tubular ring 305a facing the inside of the annular assembly 301
  • the tubular ring 303b is brazed to a wall of the ring 305a turned to the outside of the annular assembly 301
  • the tubular ring 303c is brazed to a wall of the ring 303b facing outwardly of the annular assembly.
  • the surface of the annular assembly 301 facing the strip 103 in the example of FIG. 3 is larger than the surface of the annular assembly 201 facing the strip 103 in the example of Figure 2, which increases the efficiency and homogeneity of the heating of the strip 103 relative to the example of Figure 2.
  • FIG. 4 is an enlarged partial sectional view illustrating the thermal behavior of the fiberizing device 300 of FIG. 3. More particularly, FIG. 4 illustrates the temperature gradients in the centrifuge 101 when the device 300 is in operation; that is to say when a reserve of molten glass (not visible in FIG. 4) is formed against the peripheral annular band 103 of the centrifuge, and that the inductor / blower assembly 301 is traversed by an electric current.
  • hatches illustrating temperatures have been represented on the centrifuge 101 and more particularly on the peripheral strip 103 of the centrifuge. Hatch spacing is representative of the temperature. The closer the hatches are, the higher the temperature, and vice versa.
  • the hottest zone of the centrifuge is at the level of the peripheral band 103.
  • the strip 103 has an approximately uniform temperature over its entire height.
  • FIG. 5 is an enlarged partial sectional view showing another alternative embodiment of the fiberizing device of FIG. 2.
  • the fiberizing device 500 of FIG. 5 differs from the device of FIGS. 2 and 3 essentially in the structure of the assembly.
  • annular inductor / blower provided to perform the heating functions of the peripheral strip 103 of the centrifuge 101 and drawing and driving the fibers at the exit of the centrifuge.
  • the device 500 comprises an annular inductor / blower assembly 501.
  • the assembly 301 comprises three cooled tubular metal rings 503a, 503b and 503c, and a blowing ring 505 with metal walls. These various elements have a common axis and are joined mechanically and electrically so as to form a winding of two induction turns.
  • the annular assembly 501 is disposed substantially in the same manner as the annular assembly 201 of Figure 2 relative to the peripheral strip 103 of the centrifuge.
  • the blowing ring 505 comprises a single metal tubular ring 505a. Ring 503a and blow ring 505a form a first induction coil.
  • This first turn is connected in series with a second induction coil formed by the rings 503b and 503c connected in parallel.
  • the electric currents flowing in the first induction coil also circulate in the walls of the blowing ring 505a, so that the ring 505a contributes to the heating of the strip 103.
  • the 503a ring is brazed to a wall of the ring 505a turned inwardly of the assembly 501
  • the ring 503b is located on the side of an opposite wall of the ring 505a facing the outside of the assembly 501
  • an electrically insulating annular element 507 for example a ceramic ring
  • the annular ring 503c is, in this example, soldered to a wall of the annular ring 503b facing outwardly of the annular assembly 501.
  • the assembly 501 further comprises a metal plate 509, for example made of copper, coated with the surface of the insulating member 507 facing the annular band 103, so that the entire surface of the annular assembly 501 facing the band 103 is electrically conductive and connected to the induction turns.
  • the plate 509 is brazed to one face of the ring 505a turned towards the annular band 103.
  • the plate 509 makes it possible both to support the insulating element 507 of the assembly 501, and to protect this element against the thermal radiation emitted by the strip 103.
  • the plate 509 and / or the insulating member 507 may comprise, in the same way as the tubular ring 505a, openings for allowing the emission of an annular gas stream around the centrifuge.
  • FIG. 6 is an enlarged partial sectional view showing another alternative embodiment of the fiberizing device of FIG. 2.
  • the fiberizing device 600 of FIG. 6 differs from the device of FIGS. 2, 3 and 5 essentially by the structure of FIG. annular inductor / blower assembly provided to perform the heating functions of the peripheral strip 103 of the centrifuge 101 and stretching and driving of the fibers at the exit of the centrifuge.
  • the device 600 comprises an annular inductor / blower 601.
  • the assembly 601 comprises three cooled tubular metal rings 603a, 603b and 603c, and a blower ring 605 electrically non-conductive walls. These various elements have a common axis and are mechanically secured to form a one-piece assembly.
  • the annular metal tubes 603a, 603b and 603c are electrically and mechanically joined so as to form a winding with two induction turns.
  • the annular assembly 601 is disposed substantially in the same manner as the annular assembly 201 of Figure 2 relative to the peripheral strip 103 of the centrifuge.
  • the ring 603a forms a first turn of the inductor, and is connected in series to a second turn, formed by the rings 603b and 603c connected in parallel.
  • the blowing ring 605 comprises, in this example, a single tubular ring 605a made of an electrically insulating material, for example ceramic, nested between the first and second induction turns.
  • the ring 603a is attached to a wall of the ring 605a facing the inside of the annular assembly 601
  • the ring 603b is attached to an opposite wall of the ring 605a, turned 605a ring thus serves as electrical insulation between the two induction coils.
  • the annular ring 603c is, in this example, soldered to a wall of the annular ring 603b facing outwardly of the annular assembly 601.
  • the assembly 601 further comprises a metal plate 609, for example made of copper, brazed to the tubular ring 603a and coating the surface of the tubular ring 605a facing the annular band 103.
  • the entire surface of the annular assembly 601 facing the band 103 is electrically conductive ⁇ and connected to the winding inductor.
  • the plate 609 makes it possible both to support the blowing ring 605a and to protect it against the thermal radiation emitted by the strip 103.
  • the plate 609 may comprise openings in the same way as the tubular ring 605a, to allow the emission of an annular gas stream around the centrifuge.
  • the annular assembly providing the functions of induction heating and blowing, or inductor / blower assembly is monoblock, that is, that is to say that no free space is provided between the cooled tubular rings of the inductor and the blowing ring.
  • the assemblies 201, 301, 501 and 601 of FIGS. 2 to 6 are inductive assemblies incorporating a blowing ring. The provision of such a one-piece assembly makes it possible to simplify the fiberizing device and to limit its bulk.
  • the entire surface of the annular inductor / blower assembly facing the annular band 103 is made of an electrically conductive material, for example copper, and is electrically connected to the induction turns. This characteristic is found in particular in the examples of Figures 2 to 6. It follows that the entire surface of the inductor / blower assembly facing the annular band 103 contributes to the development of currents induced in the band 103, which increases the efficiency and homogeneity of the heating of the band 103.
  • the blowing ring is preferably nested in a non-peripheral portion of the inductor assembly, that is to say that at least a portion of the blower ring is located between the inner edge and the outer edge of the annular inductor, as shown in particular in the examples of Figures 2 to 6.
  • This allows in particular to take advantage of the cooling of the inductor to effectively cool the blower ring.
  • the described embodiments are however not limited to this particular case.
  • at least one annular ring of the blower ring is disposed in a peripheral portion (internal or external) of the annular inductor assembly and is in contact only with a only cooled tube of the inductor.
  • the inductor assembly is single-turn
  • the blower ring comprises one or more tubular metal rings electrically conductive, the ring or rings of the blower ring being connected in parallel with the cooled tubes of the inductor, and therefore integral part of the induction coil.
  • a part of the electric current supplying the inductor then flows in the blower ring, which thus contributes to the development of currents induced in the annular band 103 of the centrifuge. This allows to increase the efficiency and homogeneity of the heating of the strip 103.
  • An advantage of this embodiment is that the annular inductor unit / blower is then ⁇ particu larly simple and inexpensive to produce.
  • the embodiment of the inductor / blower assembly may consist essentially of fixing between them, for example by solder or by any other fixing means, several annular metal tubes to form an annular turn with several hollow compartments.
  • the inductor / blower assembly can be machined from metal plates that can be shaped and fixed together, for example by solder.
  • an advantage of the embodiments of FIGS. 2 to 6 is that the pipe and the drive of the fibers towards the receiving area are ⁇ simpli fied with respect to the device of Figure 1.
  • FIGS. 2 to 6 make it possible to produce fibers of more varied types than the device of FIG. 1, insofar as the dimensions of the fibers are generally largely conditioned by the characteristics of the annular gaseous stream. surrounding the centrifuge outlet.
  • the conformation of the annular gas stream can be controlled by adjusting the dimensions and orientations of the openings formed in the blower ring.
  • FIGS. 2 to 6 Another advantage of the embodiments of FIGS. 2 to 6 lies in their low energy consumption compared with the device of FIG. 1. This energetic gain results in particular from the absence of the burner 123, and the fact that the heating inductor of FIG. the annular band 103 may be arranged closer to the band 103 than the inductor 127 of the device of FIG. 1, which gives it a better efficiency.
  • the embodiments described are not limited to inductors with one or two turns. Those skilled in the art will be able to provide other configurations including modes of configurations in which the inductor has a number of turns greater than two. The skilled person will then adapt the shape and layout of the whole inductor / blower to ensure efficient and homogeneous heating of the peripheral strip 103 of the centrifuge.
  • an induction coil comprises a plurality of tubular rings connected in parallel, these rings are mechanically and electrically secured, for example by solder, all over their periphery.
  • the claimed embodiments are not limited to this particular case. It may for example be provided that tubular metal rings of the same induction coil are connected in parallel at the power supply generator, but are separated by a free space along all or part of their periphery. However, it is preferably provided that the tubular blowing ring is attached to at least one cooled ring of the inductor all along its periphery.
  • blower ring comprises a single tubular ring
  • the claimed embodiments are not limited to this particular case. It is possible to provide an inductor / blower assembly of the type described in the present application, in which the blower ring comprises several rings. coaxial tubular blowing, nested in the turns of the inductor.
  • the embodiments described are compatible with the usual control modes of industrial heating inductors.
  • the current ALIMEN ⁇ tation of one annular inductor may be an alternating current amplitude of between 1000 and 6000 amperes, and a frequency between 4000 and 20000 Hz.
  • Other forms of current supply of the inductor may however be provided.
  • the inductor with a low-frequency current, for example with a frequency of between 400 and 1200 Hz, so as to promote the heating of the remote zones and in particular of the annular lapel lower 104 of the centrifuge.

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Abstract

L'invention concerne une dispositif (200) de fibrage de matériaux thermoplastiques tels que le verre, comprenant : un centrifugeur (101) comportant une bande annulaire périphérique (103) percée d'une pluralité d'orifices (105); et un ensemble inducteur annulaire refroidi (201) coaxial à ladite bande (103), adapté à développer des courants induits dans ladite bande (103), cet ensemble incorporant une couronne de soufflage (205) coaxiale à ladite bande (103), adaptée à générer un flux gazeux (207) autour de la périphérie extérieure de ladite bande (103), dans lequel toute la surface dudit ensemble (201) tournée vers ladite bande (103) est en un matériau électriquement conducteur et contribue au développement de courants induits dans ladite bande (103) lorsque l'ensemble inducteur est alimenté. Ce dispositif (200; 300; 500; 600) ne comportant pas de brûleur annulaire au-dessus de la bande annulaire périphérique (103) et ne comportant pas d'inducteur annulaire en dessous de la bande annulaire périphérique (103).

Description

DISPOSITIF DE FIBRAGE DE MATERIAUX THERMOPLASTIQUES
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR13/50969 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.
Domaine
La présente demande concerne un dispositif de fibrage, qui permet de former des fibres à partir de matériaux thermoplastiques à l'état visqueux, et en particulier des fibres de verre. Elle concerne notamment un dispositif adapté à la production industrielle de laine de verre destinée, par exemple, à entrer dans la composition de produits d'isolation thermique et/ou acoustique.
Exposé de 1 ' art antérieur
On connaît des dispositifs de fibrage dans lesquels un filet de verre fondu est introduit dans un centrifugeur tournant à grande vitesse et percé à sa périphérie d'un grand nombre d'orifices par lesquels le verre est projeté sous forme de filaments sous l'effet de la force centrifuge. A la sortie du centrifugeur, ces filaments sont soumis à l'action d'un courant gazeux annulaire d'étirage, qui les amincit et les transforme en fibres. Des exemples de dispositifs de fibrage sont décrits dans les documents US2981974, WO2006/061545, EP0173618 et EP0519797. Les dispositifs de fibrage connus présentent toutefois divers inconvénients .
Résumé
Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif de fibrage de matériaux thermoplastiques tels que le verre, comprenant : un centrifugeur comportant une bande annulaire périphérique percée d'une pluralité d'orifices ; et un ensemble inducteur annulaire refroidi coaxial à la bande, adapté à développer des courants induits dans la bande, cet ensemble incorporant une couronne de soufflage coaxiale à la bande, adaptée à générer un flux gazeux autour de la périphérie extérieure de la bande, dans lequel toute la surface de l'ensemble tournée vers la bande est en un matériau électriquement conducteur et contribue au développement de courants induits dans la bande lorsque l'ensemble inducteur est alimenté, ce dispositif ne comportant pas de brûleur annulaire au-dessus de la bande annulaire périphérique et ne comportant pas d'inducteur annulaire en dessous de la bande annulaire périphérique .
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'ensemble comprend au moins deux premiers anneaux tubulaires métalliques, chaque premier anneau étant adapté à contenir un liquide de refroidissement, et la couronne de soufflage comprend au moins un deuxième anneau tubulaire adapté à contenir un gaz de soufflage.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins l'un des premiers anneaux est disposé vers l'intérieur de l'ensemble annulaire par rapport au deuxième anneau, et au moins un autre des premiers anneaux est disposé vers l'extérieur de l'ensemble annulaire par rapport au deuxième anneau.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le centrifugeur est adapté à tourner selon un axe sensiblement vertical, commun à la bande périphérique et à l'ensemble.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'ensemble est situé au-dessus de la bande périphérique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'ensemble inducteur est mono-spire, et la couronne de soufflage est en un matériau électriquement conducteur et est élec¬ triquement solidaire de la spire d'induction.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'ensemble inducteur comprend deux spires, et comporte un élément annulaire électriquement isolant entre les deux spires.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couronne de soufflage est en un matériau électriquement conducteur et est électriquement solidaire de l'une des deux spires d'induction.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'élément annulaire électriquement isolant est une bande annulaire en céramique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couronne de soufflage est en un matériau électriquement isolant, l'élément électriquement isolant et la couronne de soufflage étant confondus.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif de fibrage comporte un générateur configuré pour, dans un premier mode de fonctionnement, appliquer à l'ensemble inducteur un courant alternatif d'alimentation de fréquence comprise entre 400 et 1200 Hz.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le générateur est en outre configuré pour, dans un deuxième mode de fonctionnement, appliquer à l'ensemble inducteur un courant alternatif d'alimentation de fréquence comprise entre 4000 et 20000 Hz.
Brève description des dessins
Ces caractéristiques et leurs avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 est une vue en coupe représentant un exemple d'un dispositif de fibrage ; la figure 2 est une vue en coupe représentant un exemple d'un mode de réalisation d'un dispositif de fibrage ;
la figure 3 est une vue en coupe partielle agrandie représentant une variante de réalisation du dispositif de fibrage de la figure 2 ;
la figure 4 est une vue en coupe partielle agrandie illustrant le comportement thermique du dispositif de fibrage de la figure 3 ;
la figure 5 est une vue en coupe partielle agrandie représentant une autre variante de réalisation du dispositif de fibrage de la figure 2 ; et
la figure 6 est une vue en coupe partielle agrandie représentant une autre variante de réalisation du dispositif de fibrage de la figure 2.
Description détaillée
Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures.
Les dispositifs de fibrage décrits dans la présente demande comportent un centrifugeur destiné, en fonctionnement, à tourner autour d'un axe approximativement vertical. Dans la suite de la présente description, on définit les termes "haut", "bas", "dessus", "dessous", "supérieur" et "inférieur" par rapport à un axe vertical lorsque le centrifugeur est en position de fonctionnement, tel que représenté sur les figures 1 à 6.
La figure 1 est une vue en coupe représentant un exemple d'un dispositif de fibrage de matériaux thermoplastiques 100. Le dispositif 100 comprend un centrifugeur 101 comportant une paroi ou bande annulaire périphérique 103, par exemple en inox, percée d'une pluralité d'orifices 105. Dans l'exemple représenté, la bande annulaire se termine, du côté de son bord inférieur, par un revers annulaire 104 s 'étendant vers l'intérieur du centrifugeur. Le centrifugeur 101 est monté sur un arbre 107 d'axe sensiblement vertical 109, adapté à assurer son entraînement en rotation à haute vitesse, par exemple à une vitesse comprise entre 1000 et 3000 tours par minute. Dans cet exemple, l'axe 109 coïncide sensiblement avec l'axe de symétrie de la bande annulaire 103. L'arbre 107 est creux et est relié, à son extrémité supérieure, à des moyens (non représentés) d'alimentation en verre fondu 111, et, à son extrémité inférieure, à un panier 113 disposé de façon à recueillir le verre fondu s 'écoulant dans l'arbre 107. Le panier 113 est disposé à l'intérieur du centrifugeur 101, comme cela apparaît sur la figure 1, et est fixé sur l'arbre 107 de façon à être entraîné en rotation avec le centrifugeur 101 et l'arbre 107. Le panier 113 comprend une paroi périphérique annulaire 115 ayant sensiblement le même axe que la bande annulaire 103 et l'arbre 107. La paroi périphérique 115 du panier 113 est percée d'une pluralité d'orifices 117, qui peuvent avoir des dimensions supérieures à celles des orifices 105 formés dans la bande 103. A titre d'exemple, les orifices 117 peuvent avoir un diamètre compris entre environ 1,5 et 3 mm, et les orifices 105 peuvent avoir un diamètre compris entre environ 0,5 et 1 mm.
Lorsque le dispositif de fibrage 100 est en fonctionnement, le centrifugeur 101, l'arbre 107 et le panier
113 sont entraînés en rotation autour de l'axe 109, par exemple au moyen d'un moteur, non représenté. Un filet de verre fondu 111 s'écoule à l'intérieur de l'arbre 107 et se répand dans le panier 113. Sous l'effet de la rotation, le verre fondu est projeté sur la paroi annulaire 115 du panier 113, et passe par les orifices 117 formés dans la paroi 115. Le verre fondu est alors projeté sur la paroi périphérique 103 du centrifugeur, sous la forme de filaments 119 relativement volumineux. Une réserve de verre fondu 120 se forme contre la bande périphérique 103 du centrifugeur, et vient alimenter la pluralité d'orifices
105 formés dans la bande 103. Du verre fondu passe par les orifices 105 du centrifugeur, et forme, du côté de la bande 103 dirigé vers l'extérieur du centrifugeur, des cônes d'écoulement se prolongeant en fibres 121. Le dispositif de fibrage 100 de la figure 1 comprend en outre un brûleur à gaz annulaire 123, ou chambre de combustion, générant, autour de la périphérie de la bande annulaire 103, un courant gazeux annulaire 125 de température très élevée, par exemple de l'ordre de 1300 à 1600°C, et de vitesse élevée, par exemple d'au moins 50 m/s. Le courant gazeux 125 longe la périphérie de la bande annulaire 103. Ce courant sert à chauffer la bande annulaire 103 à une température suffisamment élevée (par exemple de l'ordre de 1000 °C) pour que le verre fondu ne cristallise pas dans les orifices 105 et ait, au niveau des orifices 105, une texture et une viscosité adaptée à l'obtention d'un fibrage de bonne qualité. Le courant gazeux 125 sert aussi à étirer et amincir les fibres 121 issues des orifices 105, et à les entraîner vers un dispositif de réception (non représenté), par exemple un tapis de réception.
Le dispositif de fibrage 100 comprend en outre un inducteur annulaire 127 disposé en dessous de la bande annulaire 103, et adapté à assurer un chauffage par induction de la partie inférieure de la bande annulaire 103. L'inducteur 127 permet d'assurer l'équilibrage thermique de la bande annulaire 103, c'est-à-dire de faire en sorte que la bande 103 ait une température sensiblement homogène sur toute sa hauteur, ce qui est important pour obtenir un fibrage de bonne qualité. L'inducteur annulaire 127 a sensiblement le même axe que la bande annulaire 103, mais présente un diamètre interne supérieur au diamètre externe de la bande 103, de façon à laisser un espace libre pour le passage des fibres 121 entre la bande 103 et l'inducteur 127, comme cela apparaît sur la figure 1.
Un inconvénient du dispositif de fibrage de la figure 1 réside dans la présence du brûleur 123. En effet, le brûleur 123 est un système complexe qui nécessite une alimentation en gaz combustible et présente un encombrement important. De plus, le rendement énergétique du brûleur 123 est relativement faible. En outre, le brûleur 123 génère des gaz de combustion (formant le courant gazeux annulaire 125) , qui peuvent poser problème et nécessiter des systèmes de captation et éventuellement de retraitement.
D'autres inconvénients sont liés à la disposition de l'inducteur 127 et à son encombrement. En particulier, la nécessité de laisser un espace libre pour le passage des fibres entre la bande annulaire 103 et l'inducteur 127, oblige à éloigner l'inducteur 127 de la région de la bande 103 à chauffer, ce qui diminue son rendement énergétique.
Pour limiter autant que possible les pertes énergétiques, l'espace laissé libre pour le passage des fibres entre la bande 103 et l'inducteur 127 est prévu relativement étroit (en vue de dessus), ce qui pose un autre problème. En effet, ceci oblige à prévoir un courant gazeux 125 ayant une vitesse suffisamment élevée pour dévier les fibres issues du centrifugeur 101 d'une trajectoire approximativement horizontale vers une trajectoire approximativement verticale, avant qu'elles ne passent devant l'inducteur 127. Ceci peut entraîner des problèmes dans la zone de réception des fibres. Pour éviter ces problèmes, et, plus généralement, pour canaliser les fibres et contrôler leur arrivée sur le tapis de réception, il peut être nécessaire de prévoir des ventilateurs et/ou souffleurs, non représenté, ce qui augmente la complexité, l'encombrement et la consommation électrique du dispositif de fibrage.
Par ailleurs, dans le dispositif de fibrage de la figure 1, indépendamment des problématiques liées à la présence de l'inducteur 127 en dessous de la bande annulaire 103, la vitesse, la température et la conformation du courant gazeux 125 sont en partie conditionnées par le fait que le courant 125 doit permettre de chauffer efficacement la bande annulaire 103 du centrifugeur. Ainsi, le dispositif 100 souffre d'un manque de flexibilité quant à la possibilité de choisir la puissance, la température et la conformation du courant gazeux d'étirage des fibres, ce qui peut obliger à prévoir des ventilateurs et/ou souffleurs complémentaires pour assurer une partie de la fonction d'étirage des fibres et d'entraînement contrôlé des fibres vers la zone de réception.
Un objet des modes de réalisation revendiqués est de prévoir un dispositif de fibrage palliant tout ou partie des inconvénients du dispositif de la figure 1.
La figure 2 est une vue en coupe représentant un exemple de réalisation d'un dispositif de fibrage de matériaux thermoplastiques 200. Le dispositif de la figure 2 comprend de nombreux éléments communs avec le dispositif de la figure 1. En particulier, l'ensemble comportant le centrifugeur 101, le panier 113 et l'arbre de rotation 107, ainsi que le fonctionnement de cet ensemble, sont similaires ou identiques dans les dispositifs des figures 1 et 2. Une différence entre le dispositif de la figure 2 et le dispositif de la figure 1 est que le dispositif de la figure 2 ne comporte pas de brûleur annulaire au-dessus de la bande périphérique 103 du centrifugeur, et qu'il ne comporte pas non plus d'inducteur annulaire en dessous de la bande 103.
Pour assurer les fonctions de chauffage de la bande périphérique 103, et d'étirage des fibres à la sortie du centrifugeur, le dispositif 200 comprend un ensemble annulaire 201, situé au-dessus de la bande 103, ou au moins au-dessus de la zone annulaire de sortie des fibres 121 par les orifices 105 de la bande 103. L'ensemble annulaire 201 intègre les fonctions d'inducteur et de soufflante. Il comprend, dans cet exemple, deux anneaux tubulaires métalliques 203a et 203b solidarisés mécaniquement par une couronne ou chambre annulaire de soufflage 205 à parois métalliques, de façon à former une unique spire d'induction. Les axes respectifs de ces divers éléments sont confondus avec l'axe de rotation 109 du centrifugeur. La spire d'induction est adaptée, lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique, à développer des courants induits dans la bande annulaire périphérique 103 du centrifugeur, de façon à chauffer par induction la bande 103. La couronne de soufflage 205 est adaptée à générer un flux d'air ou d'un autre gaz autour de la périphérie extérieure de la bande annulaire 103 du centrifugeur .
Chaque anneau tubulaire 203a, 203b est refroidi, par exemple par circulation d'eau, ce qui permet d'éviter des dégradations du fait de 1 ' échauffement par effet joule et du fait du rayonnement thermique important émis par la bande annulaire 103 du centrifugeur . Un circuit de refroidissement, non représenté, est prévu pour faire circuler un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau, dans les anneaux tubulaires 203a, 203b.
La couronne de soufflage 205 peut comprendre un ou plusieurs anneaux tubulaires coaxiaux adaptés à recevoir du gaz (par exemple de l'air) sous pression via un ou plusieurs conduits d'alimentation en gaz (non représentés), et à libérer ce gaz via une ou plusieurs ouvertures (trous, fentes, buses, etc.) dirigées de façon à générer un courant gazeux annulaire 207 autour de la périphérie du centrifugeur. Dans l'exemple de la figure 2, la couronne de soufflage 205 comporte un unique anneau tubulaire 205a. De préférence, cet anneau tubulaire 205a est en cuivre, comme les anneaux 203a et 203b.
Dans l'exemple de la figure 2, l'anneau 203a de 1 ' inducteur est brasé sur toute sa périphérie extérieure à une paroi de l'anneau 205a de la couronne de soufflage tournée vers l'intérieur de l'ensemble annulaire 201, et l'anneau 203b de l'inducteur est brasé sur toute sa périphérie intérieure à une paroi opposée de l'anneau 205a, tournée vers l'extérieur de l'ensemble annulaire 201. L'ensemble annulaire 201, ou ensemble inducteur/souffleur, forme ainsi une spire conductrice à trois compartiments annulaires coaxiaux, formés respectivement par les tubes 203a, 205a et 203b. L'ensemble annulaire formé par les anneaux tubulaires 203a, 205a et 203b comporte une zone ouverte (non représentée) permettant de connecter un générateur adapté à faire circuler un courant électrique dans la spire.
En fonctionnement, un courant électrique est fourni à l'inducteur, et ce courant circule non seulement dans les parois des compartiments 203a et 203b, mais aussi dans les parois du compartiment 205a, de sorte que le tube de soufflage 205a contribue au développement de courants induits dans la bande 103. Ceci permet d'obtenir un chauffage efficace et homogène de la bande 103. Le compartiment 205a assure en outre la distribution d'un courant gazeux annulaire autour de la périphérie du centrifugeur . Du fait de leur disposition de part et d'autre de la couronne de soufflage 205 les compartiments refroidis 203a et 203b assurent non seulement leur propre refroidissement mais aussi celui de la couronne 205.
La figure 3 est une vue en coupe partielle agrandie représentant une variante de réalisation du dispositif de fibrage de la figure 2. Le dispositif de fibrage 300 de la figure 3 diffère du dispositif de la figure 2 essentiellement par la structure de l'ensemble annulaire inducteur/souffleur prévu pour assurer les fonctions de chauffage de la bande périphérique 103 du centrifugeur 101 et d'étirage et d'entraînement des fibres à la sortie du centrifugeur. Les autres éléments du dispositif de la figure 3 sont, dans cet exemple, similaires ou identiques à ceux du dispositif de la figure 2. Par souci simplification, seule la moitié droite du dispositif 300 a été représentée sur la figure 3. De plus, certains éléments communs aux dispositifs des figures 2 et 3 n'ont pas été représentés en figure 3.
Pour assurer les fonctions de chauffage de la bande périphérique 103 du centrifugeur, et d'étirage des fibres à la sortie du centrifugeur, le dispositif 300 comprend un ensemble annulaire inducteur/souffleur 301. Au lieu des deux anneaux métalliques tubulaires 203a, 203b et de la couronne de soufflage 205 du dispositif de la figure 2, l'ensemble 301 comporte trois anneaux métalliques tubulaires refroidis 303a, 303b et 303c, et une couronne de soufflage 305 à parois métalliques. Ces divers éléments ont un axe commun et sont solidarisés mécaniquement et électriquement de façon à former une unique spire d'induction. L'ensemble annulaire 301 est disposé sensiblement de la même façon que l'ensemble annulaire 201 de la figure 2 par rapport à la bande périphérique 103 du centrifugeur. La couronne de soufflage 305 comporte, dans cet exemple, un unique anneau tubulaire métallique 305a connecté électriquement en parallèle des anneaux 303a, 303b et 303c. Dans l'exemple représenté, l'anneau tubulaire 303a est brasé à une paroi de l'anneau tubulaire 305a tournée vers l'intérieur de l'ensemble annulaire 301, l'anneau tubulaire 303b est brasé à une paroi de l'anneau 305a tournée vers l'extérieur de l'ensemble annulaire 301, et l'anneau tubulaire 303c est brasé à une paroi de l'anneau 303b tournée vers l'extérieur de l'ensemble annulaire.
Ainsi, comme cela apparaît sur les figures 2 et 3, la surface de l'ensemble annulaire 301 tournée vers la bande 103 dans l'exemple de la figure 3 est plus importante que la surface de l'ensemble annulaire 201 tournée vers la bande 103 dans l'exemple de la figure 2, ce qui permet d'augmenter l'efficacité et l'homogénéité du chauffage de la bande 103 par rapport à 1 ' exemple de la figure 2.
La figure 4 est une vue en coupe partielle agrandie illustrant le comportement thermique du dispositif de fibrage 300 de la figure 3. Plus particulièrement, la figure 4 illustre les gradients de température dans le centrifugeur 101 lorsque le dispositif 300 est en fonctionnement, c'est-à-dire lorsqu'une réserve de verre fondu (non visible sur la figure 4) est formée contre la bande annulaire périphérique 103 du centrifugeur, et que l'ensemble inducteur/souffleur 301 est parcouru par un courant électrique. Sur la figure 4, des hachures illustrant des températures ont été représentées sur le centrifugeur 101 et plus particulièrement sur la bande périphérique 103 du centrifugeur. L'espacement des hachures est représentatif de la température. Plus les hachures sont serrées plus la température est élevée, et inversement. Comme cela apparaît sur la figure, la zone la plus chaude du centrifugeur se trouve au niveau de la bande périphérique 103. De plus, on peut voir sur la figure que la bande 103 a une température approximativement homogène sur toute sa hauteur.
La figure 5 est une vue en coupe partielle agrandie représentant une autre variante de réalisation du dispositif de fibrage de la figure 2. Le dispositif de fibrage 500 de la figure 5 diffère du dispositif des figures 2 et 3 essentiellement par la structure de l'ensemble annulaire inducteur/souffleur prévu pour assurer les fonctions de chauffage de la bande périphérique 103 du centrifugeur 101 et d'étirage et d'entraînement des fibres à la sortie du centrifugeur. Pour assurer les fonctions de chauffage de la bande 103, et d'étirage des fibres à la sortie du centrifugeur, le dispositif 500 comprend un ensemble annulaire inducteur/souffleur 501. Au lieu des deux anneaux métalliques tubulaires 203a, 203b et de la couronne de soufflage 205 du dispositif de la figure 2, l'ensemble 301 comporte trois anneaux métalliques tubulaires refroidis 503a, 503b et 503c, et une couronne de soufflage 505 à parois métalliques. Ces divers éléments ont un axe commun et sont solidarisés mécaniquement et électriquement de façon à former un enroulement de deux spires d'induction. L'ensemble annulaire 501 est disposé sensiblement de la même façon que l'ensemble annulaire 201 de la figure 2 par rapport à la bande périphérique 103 du centrifugeur. La couronne de soufflage 505 comporte, dans cet exemple, un unique anneau tubulaire métallique 505a. L'anneau 503a et l'anneau de soufflage 505a forment une première spire d'induction. Cette première spire est connectée en série avec une deuxième spire d'induction formée par les anneaux 503b et 503c connectés en parallèle. En fonctionnement, les courants électriques circulant dans la première spire d'induction circulent aussi dans les parois de l'anneau de soufflage 505a, de sorte que l'anneau 505a contribue au chauffage de la bande 103. Dans l'exemple représenté, l'anneau 503a est brasé à une paroi de l'anneau 505a tournée vers l'intérieur de l'ensemble 501, l'anneau 503b est situé du côté d'une paroi opposée de l'anneau 505a tournée vers l'extérieur de l'ensemble 501, et un élément annulaire électriquement isolant 507, par exemple un anneau en céramique, fait interface entre l'anneau 505a et l'anneau 503b. L'anneau annulaire 503c est, dans cet exemple, brasé à une paroi de l'anneau 503b tournée vers l'extérieur de l'ensemble annulaire 501. L'ensemble 501 comprend en outre une plaque métallique 509, par exemple en cuivre, revêtant la surface de l'élément isolant 507 tournée vers la bande annulaire 103, de sorte que toute la surface de l'ensemble annulaire 501 tournée vers la bande 103 est électriquement conductrice et connectée aux spires d'induction. Dans cet exemple, la plaque 509 est brasée à une face de l'anneau 505a tournée vers la bande annulaire 103. La plaque 509 permet à la fois de supporter l'élément isolant 507 de l'ensemble 501, et de protéger cet élément contre les rayonnements thermiques émis par la bande 103. La plaque 509 et/ou l'élément isolant 507 peuvent comprendre, au même titre que l'anneau tubulaire 505a, des ouvertures pour permettre l'émission d'un courant gazeux annulaire autour du centrifugeur.
La figure 6 est une vue en coupe partielle agrandie représentant une autre variante de réalisation du dispositif de fibrage de la figure 2. Le dispositif de fibrage 600 de la figure 6 diffère du dispositif des figures 2, 3 et 5 essentiellement par la structure de l'ensemble annulaire inducteur/souffleur prévu pour assurer les fonctions de chauffage de la bande périphérique 103 du centrifugeur 101 et d'étirage et d'entraînement des fibres à la sortie du centrifugeur. Pour assurer les fonctions de chauffage de la bande 103, et d'étirage des fibres à la sortie du centrifugeur, le dispositif 600 comprend un ensemble annulaire inducteur/souffleur 601. Au lieu des deux anneaux métalliques tubulaires 203a, 203b et de la couronne de soufflage métallique 205 du dispositif de la figure 2, l'ensemble 601 comporte trois anneaux métalliques tubulaires refroidis 603a, 603b et 603c, et une couronne de soufflage 605 à parois électriquement non conductrices. Ces divers éléments ont un axe commun et sont solidarisés mécaniquement de façon à former un ensemble monobloc. Les tubes annulaires métalliques 603a, 603b et 603c sont solidarisés électriquement et mécaniquement de façon à former un enroulement à deux spires d'induction. L'ensemble annulaire 601 est disposé sensiblement de la même façon que l'ensemble annulaire 201 de la figure 2 par rapport à la bande périphérique 103 du centrifugeur. L'anneau 603a forme une première spire de l'inducteur, et est connecté en série à une deuxième spire, formée par les anneaux 603b et 603c connectés en parallèle. La couronne de soufflage 605 comporte, dans cet exemple, un unique anneau tubulaire 605a en un matériau électriquement isolant, par exemple en céramique, imbriqué entre les première et deuxième spires d'induction. Dans l'exemple représenté, l'anneau 603a est accolé à une paroi de l'anneau 605a tournée vers l'intérieur de l'ensemble annulaire 601, et l'anneau 603b est accolé à une paroi opposée de l'anneau 605a, tournée vers l'extérieur de l'ensemble 601. L'anneau 605a sert ainsi d'isolant électrique entre les deux spires d'induction. L'anneau annulaire 603c est, dans cet exemple, brasé à une paroi de l'anneau 603b tournée vers l'extérieur de l'ensemble annulaire 601. L'ensemble 601 comprend en outre une plaque métallique 609, par exemple en cuivre, brasée à l'anneau tubulaire 603a et revêtant la surface de l'anneau tubulaire 605a tournée vers la bande annulaire 103. Ainsi, toute la surface de l'ensemble annulaire 601 tournée vers la bande 103 est électri¬ quement conductrice et connectée à l'enroulement inducteur. La plaque 609 permet à la fois de supporter l'anneau de soufflage 605a et de le protéger contre les rayonnements thermiques émis par la bande 103. La plaque 609 peut comprendre des ouvertures au même titre que l'anneau tubulaire 605a, pour permettre l'émission d'un courant gazeux annulaire autour du centrifugeur.
Dans un mode de réalisation préféré, qui correspond notamment aux exemples des figures 2 à 6, l'ensemble annulaire assurant les fonctions de chauffage par induction et de soufflage, ou ensemble inducteur/souffleur, est monobloc, c'est- à-dire qu'aucun espace libre n'est prévu entre les anneaux tubulaires refroidis de l'inducteur et la couronne de soufflage. En d'autres termes, les ensembles 201, 301, 501 et 601 des figures 2 à 6 sont des ensembles inducteurs incorporant une couronne de soufflage. La prévision d'un tel ensemble monobloc permet de simplifier le dispositif de fibrage et de limiter son encombrement .
De plus, dans un mode de réalisation préféré, toute la surface de l'ensemble annulaire inducteur/souffleur tournée vers la bande annulaire 103 est en un matériau électriquement conducteur, par exemple le cuivre, et est électriquement connectée aux spires d'induction. Cette caractéristique se retrouve notamment dans les exemples des figures 2 à 6. Il en résulte que toute la surface de l'ensemble inducteur/souffleur tournée vers la bande annulaire 103 contribue au développement de courants induits dans la bande 103, ce qui augmente l'efficacité et l'homogénéité du chauffage de la bande 103.
Par ailleurs, la couronne de soufflage est de préférence imbriquée dans une partie non périphérique de l'ensemble inducteur, c'est-à-dire qu'au moins une portion de la couronne de soufflage est située entre le bord intérieur et le bord extérieur de l'inducteur annulaire, comme cela apparaît notamment dans les exemples des figures 2 à 6. Ceci permet notamment de profiter du refroidissement de l'inducteur pour refroidir efficacement la couronne de soufflage. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. A titre de variante (non représentée) , on peut prévoir qu'au moins un anneau annulaire de la couronne de soufflage soit disposé dans une partie périphérique (interne ou externe) de l'ensemble inducteur annulaire et ne soit en contact qu'avec un seul tube refroidi de l'inducteur.
Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, correspondant notamment aux exemples des figures 2, 3 et 4, l'ensemble inducteur est mono-spire, et la couronne de soufflage comprend un ou plusieurs anneaux tubulaires métalliques électriquement conducteurs, le ou les anneaux de la couronne de soufflage étant connectés en parallèle des tubes refroidis de l'inducteur, et faisant donc intégralement partie de la spire d'induction. En fonctionnement, une partie du courant électrique alimentant l'inducteur circule alors dans la couronne de soufflage, qui contribue ainsi au développement de courants induits dans la bande annulaire 103 du centrifugeur. Ceci permet d'augmenter l'efficacité et l'homogénéité du chauffage de la bande 103. Un avantage de ce mode de réalisation est que l'ensemble annulaire inducteur/souffleur est alors particu¬ lièrement simple et peu coûteux à réaliser. A titre d'exemple, la réalisation de l'ensemble inducteur/souffleur peut consister essentiellement à fixer entre eux, par exemple par brasure ou par tout autre moyen de fixation, plusieurs tubes métalliques annulaires pour former une spire annulaire à plusieurs compartiments creux. A titre de variante, l'ensemble inducteur/souffleur peut être usiné à partir de plaques métalliques que l'on peut conformer et fixer entre elles, par exemple par brasure.
Dans les modes de réalisation et variantes décrits en relation avec les figures 2 à 6, par rapport à la structure de la figure 1, le brûleur 123 et l'inducteur 127 sont remplacés par un ensemble annulaire unique, plus compact, disposé au- dessus de la zone de sortie de fibres du centrifugeur. Ainsi, aucun élément ne vient gêner le passage des fibres entre la sortie du centrifugeur et le dispositif de réception des fibres, comme cela apparaît notamment sur la figure 2.
De plus, dans les modes de réalisation des figures 2 à 6, les fonctions de chauffage de la bande annulaire 103 et d'étirage des fibres au moyen d'un courant gazeux sont entièrement dissociées. Ceci donne une grande flexibilité quant au choix de la vitesse, de la conformation, et de la température des courants annulaires d'étirage des fibres.
De façon plus générale, un avantage des modes de réalisation des figures 2 à 6 est que la canalisation et l'entraînement des fibres vers la zone de réception sont simpli¬ fiés par rapport au dispositif de la figure 1.
De plus, les modes de réalisation des figures 2 à 6 permettent de produire des fibres de types plus variés que le dispositif de la figure 1, dans la mesure où les dimensions des fibres sont généralement en grande partie conditionnées par les caractéristiques du courant annulaire gazeux entourant la sortie du centrifugeur .
Dans les modes de réalisation décrits, la conformation du courant gazeux annulaire peut être contrôlée en ajustant les dimensions et les orientations des ouvertures formées dans la couronne de soufflage. De plus, on peut prévoir plusieurs anneaux concentriques de courant gazeux ayant des propriétés différentes autour de la périphérie du centrifugeur . Des déflecteurs peuvent aussi être ajoutés à la sortie de la couronne de soufflage pour orienter le ou les courants gazeux.
Un autre avantage des modes de réalisation des figures 2 à 6 réside dans leur faible consommation énergétique par rapport au dispositif de la figure 1. Ce gain énergétique résulte notamment de l'absence du brûleur 123, et du fait que l'inducteur de chauffage de la bande annulaire 103 peut être disposé plus proche de la bande 103 que l'inducteur 127 du dispositif de la figure 1, ce qui lui confère un meilleur rendement .
Un autre avantage des modes de réalisation des figures
2 à 6 réside dans l'absence d'émission de gaz de combustion.
Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art.
En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à des inducteurs à une ou deux spires. L'homme de l'art saura prévoir d'autres configurations et notamment des modes des configurations dans lesquels l'inducteur comporte un nombre de spires supérieur à deux. L'homme de l'art saura alors adapter la forme et la disposition de l'ensemble inducteur/souffleur pour assurer un chauffage efficace et homogène de la bande périphérique 103 du centrifugeur .
Par ailleurs, dans les exemples décrits en relation avec les figures 2 à 6, on a représenté uniquement des cas où, lorsqu'une spire d'induction comporte plusieurs anneaux tubulaires connectés en parallèle, ces anneaux sont solidarisés mécaniquement et électriquement, par exemple par brasure, sur toute leur périphérie. Les modes de réalisation revendiqués ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. On pourra par exemple prévoir que des anneaux métalliques tubulaires d'une même spire d'induction soient connectés en parallèle au niveau du générateur d'alimentation électrique, mais soient séparés par un espace libre le long de tout ou partie de leur périphérie. On prévoit toutefois de préférence que l'anneau tubulaire de soufflage soit accolé à au moins un anneau refroidi de l'inducteur tout au long de sa périphérie. A titre d'illus¬ tration de ce qui précède, on peut prévoir dans l'exemple de la figure 2, de dissocier mécaniquement l'anneau 203b de l'anneau 205a, et de laisser un espacement entre la paroi périphérique externe de l'anneau 205a et la paroi périphérique interne de l'anneau 203b (les anneaux 205a et 203b étant connectés en parallèle au niveau du générateur) . De même, on peut prévoir, dans l'exemple de la figure 5, de dissocier mécaniquement l'anneau 503b de l'anneau 503c, et de laisser un espacement entre la paroi périphérique externe de l'anneau 503b et la paroi périphérique interne de l'anneau 503c (les anneaux 503b et 503c étant connectés en parallèle au niveau du générateur) .
Par ailleurs, bien que l'on ait représenté sur les figures 2 à 6 uniquement des exemples de réalisation dans lesquels la couronne de soufflage comprend un unique anneau tubulaire, les modes de réalisation revendiqués ne se limitent pas à ce cas particulier. On pourra prévoir un ensemble inducteur/souffleur du type décrit dans la présente demande, dans lequel la couronne de soufflage comporte plusieurs anneaux tubulaires de soufflage coaxiaux, imbriqués dans les spires de 1 ' inducteur.
Par ailleurs, bien que cela n'ait pas été représenté sur les figures, on pourra prévoir, en fonction de l'environnement électromagnétique du dispositif de fibrage, de placer un concentrateur magnétique, par exemple en ferrite, du côté des faces de l'ensemble inducteur/souffleur non tournées vers la bande annulaire 103, de façon à concentrer les champs électromagnétiques émis par l'inducteur en direction de la bande 103.
En outre, les modes de réalisation décrits sont compatibles avec les modes de commande usuels des inducteurs de chauffage industriels. A titre d'exemple, le courant d'alimen¬ tation de 1 ' inducteur annulaire peut être un courant alternatif d'amplitude comprise entre 1000 et 6000 ampères, et de fréquence comprise entre 4000 et 20000 Hz. D'autres formes de courant d'alimentation de l'inducteur pourront toutefois être prévues. A titre d'exemple, on peut prévoir de faire varier la fréquence du courant circulant dans l'inducteur en cours d'utilisation, de façon à améliorer l'homogénéité du chauffage. On peut par exemple prévoir, dans certaines phases de fonctionnement, d'alimenter l'inducteur avec un courant basse fréquence, par exemple de fréquence comprise entre 400 et 1200 Hz, de façon à favoriser le chauffage des zones éloignées et en particulier du revers annulaire inférieur 104 du centrifugeur .

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (200 ; 300 ; 500 ; 600) de fibrage de matériaux thermoplastiques tels que le verre, comprenant :
un centrifugeur (101) comportant une bande annulaire périphérique (103) percée d'une pluralité d'orifices (105) ; et un ensemble inducteur annulaire refroidi (201 ; 301 ;
501 ; 601) coaxial à ladite bande (103), adapté à développer des courants induits dans ladite bande (103) , cet ensemble incorporant une couronne de soufflage (205 ; 305 ; 505 ; 605) coaxiale à ladite bande (103) , adaptée à générer un flux gazeux (207) autour de la périphérie extérieure de ladite bande (103), dans lequel toute la surface dudit ensemble (201 ; 301 ; 501 ; 601) tournée vers ladite bande (103) est en un matériau électriquement conducteur et contribue au développement de courants induits dans ladite bande (103) lorsque l'ensemble inducteur est alimenté, ce dispositif (200 ; 300 ; 500 ; 600) ne comportant pas de brûleur annulaire au-dessus de la bande annulaire périphérique (103) et ne comportant pas d'inducteur annulaire en dessous de la bande annulaire périphérique (103) .
2. Dispositif (200 ; 300 ; 500 ; 600) selon la revendication 1, dans lequel ledit ensemble (201 ; 301 ; 501 ;
601) comprend au moins deux premiers anneaux tubulaires métalliques (203a, 203b ; 303a, 303b, 303c ; 503a, 503b, 503c ; 603a, 603b, 603c) , chaque premier anneau étant adapté à contenir un liquide de refroidissement, et la couronne de soufflage comprend au moins un deuxième anneau tubulaire (205a ; 305a ; 505a ; 605a) adapté à contenir un gaz de soufflage.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel au moins l'un des premiers anneaux (203a ; 303a ; 503a ; 603a) est disposé vers l'intérieur de l'ensemble annulaire par rapport audit au moins un deuxième anneau (205a ; 305a ; 505a ; 605a), et au moins un autre des premiers anneaux (203b ; 303b, 303c ; 503b, 503c ; 603b, 603c) est disposé vers l'extérieur de l'ensemble annulaire par rapport audit au moins un deuxième anneau .
4. Dispositif (200 ; 300 ; 500 ; 600) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le centrifugeur (101) est adapté à tourner selon un axe (109) sensiblement vertical, commun à la bande périphérique (103) et audit ensemble (201 ; 301 ; 501 ; 601) .
5. Dispositif (200 ; 300 ; 500 ; 600) selon la revendication 4, dans lequel ledit ensemble (201 ; 301 ; 501 ; 601) est situé au-dessus de la bande périphérique (103) .
6. Dispositif (200 ; 300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit ensemble inducteur
(201 ; 301) est mono-spire, et dans lequel la couronne de soufflage (205) est en un matériau électriquement conducteur et est électriquement solidaire de la spire d'induction.
7. Dispositif (500 ; 600) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit ensemble inducteur
(501 ; 601) comprend deux spires, ledit ensemble comportant un élément annulaire électriquement isolant (507 ; 605a) entre les deux spires.
8. Dispositif (500) selon la revendication 7, dans lequel la couronne de soufflage (505) est en un matériau électriquement conducteur et est électriquement solidaire de l'une des deux spires d'induction.
9. Dispositif (500) selon la revendication 8, dans lequel ledit élément annulaire électriquement isolant (507) est une bande annulaire en céramique.
10. Dispositif (600) selon la revendication 7, dans lequel la couronne de soufflage (605) est en un matériau électriquement isolant, ledit élément électriquement isolant et la couronne de soufflage étant confondus.
11. Dispositif (200 ; 300 ; 500 ; 600) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comportant un générateur configuré pour, dans un premier mode de fonctionnement, appliquer à l'ensemble inducteur un courant alternatif d'alimentation de fréquence comprise entre 400 et 1200 Hz.
12. Dispositif (200 ; 300 ; 500 ; 600) selon la revendication 11 dans lequel ledit générateur est en outre configuré pour, dans un deuxième mode de fonctionnement, appliquer à l'ensemble inducteur un courant alternatif d'alimen- tation de fréquence comprise entre 4000 et 20000 Hz.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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