WO2020025492A1 - Four de verrerie pourvu de fibres optiques - Google Patents

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WO2020025492A1
WO2020025492A1 PCT/EP2019/070232 EP2019070232W WO2020025492A1 WO 2020025492 A1 WO2020025492 A1 WO 2020025492A1 EP 2019070232 W EP2019070232 W EP 2019070232W WO 2020025492 A1 WO2020025492 A1 WO 2020025492A1
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WO
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insulating layer
oven according
waveguide
refractory
face
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/070232
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Mickaël BOINET
Isabelle Cabodi
Olivier Citti
Vincent Gleize
Jean-Gaël VUILLERMET
Original Assignee
Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen
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Publication date
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    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
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    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27D21/00—Arrangements of monitoring devices; Arrangements of safety devices
    • F27D21/0014—Devices for monitoring temperature
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G—PHYSICS
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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0003—Monitoring the temperature or a characteristic of the charge and using it as a controlling value

Definitions

  • the present invention relates to a glass furnace provided with at least one waveguide, preferably an optical fiber.
  • thermocouples By reading temperatures at different locations in a glass furnace, you can check their status, in particular to detect hot spots corresponding to thermal bridges. This reading is carried out conventionally by means of thermo coup les. However, the implementation of thermocouples is long and does not allow continuous monitoring of the entire structure, the number of measurements being limited.
  • temperatures are measured by infrared thermography, but this is only possible in places visually accessible by an infrared camera, which notably excludes the isolated parts of the blocks and the bottom of the oven.
  • An object of the invention is to respond, at least partially, to this need.
  • this object is achieved by means of a glass furnace comprising:
  • a refractory part defining a hot face in contact or intended to be in contact with molten glass or with a gaseous environment in contact with molten glass, and a cold face separated from said hot face
  • a temperature measuring device comprising:
  • a waveguide comprising a measurement part comprising at least one temperature measurement sensor configured to send a response signal in response to the injection of an interrogation signal into the waveguide;
  • an interrogator connected to an input of the waveguide and configured to inject the interrogation signal into said input, receive said response signal returned by the sensor in response to the injection of said signal interrogation, analyze the response signal received and send a message based on said analysis.
  • the measurement part is in contact with said cold face and, preferably, extends against the cold face.
  • the measuring part can also be partially or completely incorporated within the refractory part.
  • a waveguide is a particularly effective and practical means.
  • several sensors can be incorporated into the same waveguide and several waveguides can be connected to the same interrogator. It is thus possible to easily build a network of measurement points. This network can be kept in place so as to allow a continuous reading of measurements.
  • the waveguide is an optical fiber, preferably glass or sapphire;
  • the senor is a Bragg grating
  • the waveguide has a diameter of less than 200 micrometers
  • the refractory part is an assembly of refractory blocks, in particular a side wall or a bottom of a glass melting tank;
  • the measurement part of the waveguide comprises several said sensors, preferably more than five, more than eight, more than ten, preferably more than twenty sensors;
  • the sensors are arranged at regular intervals along the waveguide;
  • the interrogator is configured to determine, as a function of the analysis of the response signal, a level of wear of the refractory part and / or a temperature of the hot face and / or a change in the temperature of the hot face;
  • the waveguide does not penetrate inside the refractory part
  • the measurement part of the waveguide extends sandwiched between said cold face and a thermally insulating layer, or within said thermally insulating layer;
  • the thermally insulating layer consists of at least two elementary insulating layers; at least the measuring part of the waveguide extends in sandwich between two successive elementary insulating layers of said insulating layer;
  • the measurement part of the waveguide extends within one of the elementary insulating layers of said insulating layer;
  • the cold face is opposite, and preferably substantially parallel, to the hot face;
  • the waveguide has the general shape of a fiber, the measuring part of which is preferably substantially straight;
  • the measuring portion of the waveguide extends, at least partially, or even completely, parallel to the hot face and / or to the cold face;
  • the measurement part is sandwiched between said cold face and a thermally insulating layer
  • the interrogator and / or the measuring part are housed in a housing provided on the cold face or on the insulating layer or on an elementary insulating layer, in particular in the form of a groove or "groove", or through the part refractory, the insulating layer or the elementary insulating layer, preferably in the form of a tubular hole, straight or not, through or blind;
  • the interrogator and / or the measuring part are fixed to the refractory part and / or, where appropriate, to the insulating layer, by at least one fixing point, said fixing point having a length, along the part measuring, preferably greater than 1 mm, greater than 3 mm and / or preferably less than 5 cm, preferably less than 3 cm, 2 cm, 1 cm, or 0.5 cm;
  • the oven comprises a sheet made up of a set of parts for measuring said waveguides extending along a curved or planar surface, preferably planar, preferably along a plane parallel to the hot face and / or to the face cold;
  • said measurement parts of the sheet extend parallel to each other and / or intersect;
  • the measuring parts of said ply do not intersect and extend, preferably parallel to each other, being spaced apart from each other by a distance greater than 1 cm, greater than 5 cm, greater than 10 cm, greater than 20 cm, and / or less than 100 cm, less than 80 cm, or less than 50 cm;
  • sensors are arranged on each measurement part; preferably, at more than 50%, preferably more than 80%, preferably more than 90%, preferably 100% of the crossings between measurement parts, each measurement part has a sensor;
  • the number of measurement parts crossing at a crossing point is greater than 2, even greater than 3 or greater than 5;
  • the oven comprises at least first and second said layers which preferably extend parallel to one another;
  • the distance between the first and second layers is greater than 1 cm, greater than 3 cm, greater than 5 cm, and / or less than 10 cm;
  • said measuring portions of the first ply extend parallel to each other;
  • said measurement portions of the second ply extend parallel to each other, preferably in a direction different from the direction of the measurement portions of the first ply, the angle between said directions preferably being greater than 45 °, 60 °, 80 ° and / or less than 120 °, preferably less than 100 °; when the first and second plies are observed in a direction normal to at least one of said first and second plies, said measurement portions of the first ply cross said measurement portions of the second ply and, preferably, more than 50%, preferably more than 80%, preferably more than 90%, preferably 100% of the crossings, each measurement part has a sensor;
  • the web sensors are distributed in a pattern, preferably in a regular pattern, preferably to form a mesh of square or rectangular meshes;
  • the sheet extends under the floor or between two elementary insulating layers of the floor;
  • the oven comprises several said sensors, in contact or not, superimposed along a direction perpendicular to the hot face;
  • each end of the waveguide is connected to a respective interrogator
  • the invention also relates to a process for reading measurements relating to a refractory part of a glass furnace according to the invention, said process comprising the following steps:
  • vs. analysis of the response signal so as to determine information dependent on said response signal, and in particular relating to a temperature of the refractory portion in the region of the sensor.
  • FIG. 1 schematically shows the side wall of a preferred embodiment of an oven according to the invention, shown in perspective;
  • FIG. 4 illustrates an arrangement of optical fibers on a side wall of an oven according to the invention.
  • refractory part means an element of the furnace made of a refractory material.
  • a refractory part can be a block, but also an assembly of blocks, for example a side wall of a tank, or a bottom, in particular formed by casting.
  • a refractory part is conventionally made of a molten material or of a sintered material.
  • an insulating layer covers the cold face of the refractory part to limit heat exchange.
  • the "thickness" of a refractory part of a glass furnace is its dimension measured in a direction perpendicular to its hot face.
  • the thickness is measured in a substantially horizontal direction directed towards the molten glass bath.
  • the thickness is measured in a vertical direction.
  • the "hot side” is the side of a refractory part that is exposed to an oven space containing molten glass or intended to contain molten glass.
  • the hot face may be in contact, or intended to be in contact with molten glass and / or with the gaseous environment which extends above the molten glass.
  • the hot face is thus the face of the refractory part which is subjected or is intended to be subjected to the highest temperatures. All of the hot faces of the blocks of the side wall of the glass melting vessel can also, by extension, be qualified as "hot face”.
  • the upper surface of the sole can also be described as a “hot face”.
  • the "depth” is measured perpendicular to the hot side, towards the inside of the refractory part.
  • the adjective “warm” is used for clarity. Before the oven is in service, the “hot” side is the side which is intended to be subjected to the highest temperatures after putting into service.
  • a “cold face” is a surface of the refractory part which is not exposed to a space of the furnace containing molten glass or intended to contain molten glass, that is to say which is isolated from this space by material of the refractory part.
  • the cold side opposite the hot side is the side which is furthest from said space.
  • the cold face opposite the hot face is the face which, in service, is subjected or which is intended to be subjected to the lowest temperatures.
  • the cold side can be parallel to the hot side.
  • waveguide means any means, different from the refractory part, to guide an electromagnetic wave, and in particular a wave in the frequencies of the visible.
  • a measurement part "extends" in a layer (insulating layer, elementary insulating layer, refractory part of the oven enclosure) or between two layers when it extends substantially completely in said layer or between said two layers.
  • the enclosure of a glass furnace comprises a refractory part and an insulating layer 18 attached to the cold face of the refractory part and intended to limit the heat exchanges by conduction between the inside and the outside of the oven. .
  • the refractory part therefore constitutes the first layer of the enclosure, from inside the oven. It can constitute the wall of the tank or the bottom.
  • each block is conventionally made up of an assembly of blocks. These blocks generally have the form of refractory tiles to constitute the sole. Any refractory block used in conventional glass furnaces, possibly in the form of slabs, can be used. In particular, each block can be made of a molten material.
  • the refractory part, and in particular a block can be made of a material made up, for more than 90% of its mass, of one or more oxides chosen from the group consisting of Zr0 2 , AI2O3, S1O2, CA Ch, Y2O3 , and CeCh.
  • This material preferably contains more than 90% of Zr0 2 , AI 2 O 3 and S1O 2 .
  • this material is an AZS (that is to say a product, preferably molten, whose majority constituents by mass are AI 2 O 3 , Zr0 2 and S1O 2 ) and has more than 15% of Zr0 2 , preferably between 26 and 95% of ZrCh.
  • composition is typically, for a total of more than 90%, preferably more than 95%: 26 to 40% Zr0 2 ; 40 to 60% AI 2 O 3 ; 5 to 35% S1O 2 .
  • the glassy phase represents approximately 5 to 50%, preferably between 10 and 40%.
  • this vitreous phase is a silicate phase whose mass proportion of Na 2 0 is less than 20%, preferably less than 10% and / or whose mass proportion of AbCh is less than 30%.
  • the oxides represent more than 90%, preferably more than 95%, preferably more than 98% of the mass of the refractory block.
  • the refractory part is preferably made of a material resistant to temperatures above 500 ° C, or even 600 ° C, even l000 ° C, even l400 ° C.
  • the glass furnace according to the invention comprises a refractory furnace part in the form of an assembly of refractory blocks 10, a waveguide, in this case an optical fiber 12, and a first interrogator 14i.
  • the assembly of refractory blocks can be a side wall of a glass furnace tank, but the invention is not limited to such a side wall.
  • Figure 1 shows a side wall with four vertical planes.
  • the shape of the side wall is not limiting.
  • it consists of refractory blocks of generally rectangular parallelepiped shape and defines a hot face 16 c and a cold face 16 f , opposite the hot face 16 c .
  • the thermally insulating layer 18, not shown in FIG. 1, is arranged against the cold face of the refractory part, preferably of the side wall or of the sole.
  • the insulating layer can surround the side wall of the glass melting tank of the oven or extend under the entire surface of the cold face of the hearth.
  • the thickness of the insulating layer 18 is greater than 10 cm, preferably greater than 20 cm, preferably greater than 30 cm.
  • the insulating layer 18 can be in one piece, in particular when the refractory part is a sole.
  • it can be constituted by a layer of concrete which extends under the slabs constituting the sole.
  • it can thus have a sealing function.
  • the insulating layer can be an assembly of several insulating blocks or, preferably, of several elementary insulating layers, which, themselves, can be assemblies of blocks.
  • FIG. 5 represents for example an assembly of several elementary insulating layers 18i, 18 2 adjacent.
  • An “insulating layer” may consist of a single layer or of several “elementary insulating layers”.
  • the insulating layer 18 may consist of a layer of a single material. Preferably, the insulating elementary layer 18 then has a thermal conductivity less than 1.3 W. m 1 ! 1 , or even less than 1.0 W.m'.K 1 . In one embodiment, the insulating layer 18 consists of a silico-aluminous refractory material, in particular a clay product.
  • the insulating layer 18 can be made of several different materials. In particular, it can be constituted by a juxtaposition of several elementary insulating layers 18i, 18 2 made of different materials.
  • the last elementary insulating layer that is to say the outermost layer relative to the interior of the furnace, has a thermal conductivity of less than 1.3 W. m '.K 1 , or even less than 1.0 Wm fK 1 . All common insulating materials can be used.
  • the elementary insulating layer (s) located in the immediate vicinity of the cold face may consist of a material made up, for more than 90% of its mass, of one or more oxides chosen from the group consisting of Zr0 2 , AI2O3, S1O2, Cr 2 03, Y2O3, and CeCh. This material preferably contains more than 90% of Zr0 2 + AI2O3 + Si0 2 .
  • At least one elementary insulating layer is made of a silico-aluminous refractory material, in particular a clay product.
  • this material is generally in the form of refractory concrete, in particular based on AZS grains, in particular AZS electrofused grains.
  • the elementary insulating layer (s) made of this material provide a sealing function with respect to the molten glass.
  • At least one of the elementary insulating layers may consist of a silico-aluminous refractory material, in particular a clay product.
  • the optical fiber 12 is preferably made of glass or sapphire.
  • a sapphire fiber optic is well suited for high temperature regions.
  • the optical fiber preferably has a diameter of less than 200 ⁇ m, preferably less than 150 ⁇ m.
  • its presence does not substantially affect the effectiveness of the insulating layer 18.
  • the optical fiber 12 extends between a proximal end 12 r and a distal end l 2d.
  • the proximal end 12 r or “inlet” of the optical fiber 12, is connected to the first interrogator 14i.
  • the distal end l 2d can be free or be connected to a second interrogator l4 2 .
  • the measurement part is the part which carries the sensors intended to read the temperatures.
  • the rest of the optical fiber is used for the transmission of the signals, in particular between the interrogator (s) and the measurement part.
  • the measuring part 20 is fixed to the refractory part by one or more fixing points 21, preferably made of refractory cement, each fixing point having a length, along the optical fiber, preferably less than 5 cm, at 3 cm, 2 cm, 1 cm, or 0.5 cm.
  • the measurement part 20 is not rectilinear between two fixing points, at ambient temperature.
  • the length of optical fiber between two successive fixing points is greater than 1.05 times, preferably greater than 1.1 times and / or preferably less than 1.5 times, preferably less than 1.4 times , preferably less than 1.3 times the distance between said fixing points.
  • the optical fiber can thus adapt to dimensional variations of the refractory part on which it is fixed.
  • the measurement part 20 comprises one, preferably several sensors 22i, the index "i" designating a number identifying the sensor.
  • the distance between two sensors 22; successive, along the optical fiber 12, can be constant or variable. It is preferably less than 50 cm, 30 cm, 20 cm, 10 cm, 5 cm, or even less than 3 cm, or 1 cm. The accuracy of the information provided by the interrogator is improved.
  • a sensor preferably each sensor, is a local modification of the structure of the optical fiber, which reflects at least part of the signal it receives from the interrogator.
  • the optical fiber comprises several sensors, which each reflect a part of the interrogation signal I and allow another part to pass so that it can reach the other sensor or sensors arranged downstream.
  • Each operational sensor thus responds to the interrogation signal, which makes it possible, with a single optical fiber, to obtain information coming from different regions of the refractory part.
  • the interrogator may use the difference between the time at which the interrogation signal was issued and the time at which the response signal was received.
  • each sensor can also reflect only part of the frequency spectrum (frequencies l in FIG. 3a) of the interrogation signal I injected by the interrogator 14 (in FIGS. 3a, 3b and 3c, " P "denotes the strength of the signals).
  • the only analysis of the frequencies of the received signals thus allows to determine the origin of the response signals.
  • each sensor 22i has thus returned a frequency spectrum centered on a frequency l, which is specific to it. The interrogator can therefore deduce that the peak centered on the frequency l, comes from the sensor 22i.
  • the senor is configured to return a modified response signal as a function of temperature.
  • a sensor 22i preferably each sensor 22i, is a Bragg grating.
  • Bragg grating optical fibers are known in applications other than glass furnaces.
  • each Bragg grating 22 In response to an interrogation signal I injected by the interrogator 14 through the proximal end of the optical fiber, each Bragg grating 22; returns a response signal Ri which is specific to it.
  • a Bragg grating can therefore serve as a means of detecting the occurrence of a situation in which the Bragg grating is subjected to a temperature exceeding a threshold value, that is to say causing its destruction.
  • a plurality of Bragg gratings of an optical fiber oriented to move away from the hot face of a refractory part therefore makes it possible to measure, in stages, the wear of this refractory part.
  • a Bragg grating also has the advantage of sending a response signal which depends on the temperature to which it is subjected. More precisely, each Bragg grating acts as an optical reflector at a specific wavelength. The heating of the Bragg grating however causes a modification of this wavelength. Of course, the wavelengths specific to the different Bragg gratings are determined so as to avoid any ambiguity on the Bragg gratings at the origin of a response signal. After having identified this original Bragg grating, the interrogator can determine the modification of the wavelength, or in a way equivalent the modification of the frequency, to determine the temperature of the Bragg grating of origin or an evolution of this temperature.
  • FIG. 3 c illustrates the particular, preferred case, in which the sensors are Bragg gratings.
  • the sensors In response to the interrogation signal, they can return response signals centered on the frequencies l, at ambient temperature (FIG. 2b) and on frequencies l, offset from the frequencies l ,, respectively, the offset being a function of the temperature of the sensor 22i.
  • the peaks centered on the frequencies l are in dashed lines and the peaks centered on the frequencies l, ’are in solid lines.
  • Bragg grating optical fiber has proven to be particularly effective.
  • Such an optical fiber is indeed compact, can incorporate several Bragg gratings, and therefore serve for the measurement of temperatures in different places, is not influenced by the electromagnetic environment and, being conventionally made up of a glass, does not come do not contaminate the molten glass bath if destroyed.
  • a Bragg grating can therefore be used as a means of measuring local temperature or the evolution of this temperature.
  • the measuring part of the optical fiber can extend substantially parallel to the hot face.
  • the measurement part of the optical fiber may in particular extend in the direction of the height of the tank, preferably substantially vertically, more preferably along substantially the entire height of the tank, as in Figure 1.
  • an array of optical fibers is available, preferably in the form of one or more sets of fibers, the measurement parts of which are parallel (FIGS. 1 and 4), for example in the form of two sets 32 and 34, the measurement parts of which are oriented at right angles, as shown in FIG. 4.
  • the density of sensors is greater than 3, preferably greater than 10, preferably greater than 50, preferably greater than 100 sensors per m 2 of hot surface of the refractory part.
  • the network of optical fibers extends all around the side wall of the tank, preferably in a regular manner, so that the Bragg gratings of said optical fibers are distributed, preferably in a substantially homogeneous manner.
  • the measuring portions of the optical fibers extend in the form of one or more layers, in particular planes.
  • the sensors are arranged, on each optical fiber, at the intersections between the optical fibers.
  • the sensor network is thus redundant.
  • Redundancy advantageously makes it possible to verify the correct functioning of the superimposed sensors, by comparing the measurements that they provide.
  • Optical fibers can be arranged at different depths, in particular in the form of overlapping layers of optical fibers.
  • the depth is conventionally measured from the hot face, perpendicular to the hot face.
  • the number of superposed layers is not limiting and the density of layers can be greater than 1, or even greater than 2 layers per 10 cm of thickness (measured according to the direction of the depth) of the refractory part.
  • the measuring part extends at least in part, preferably completely outside the refractory part, and preferably against its cold face. It can in particular be sandwiched between the side wall of the tank and the thermally insulating layer 18, bearing on the cold face of the side wall ( Figures 2c and 2d).
  • a recess 23 (FIG. 2c), preferably a groove, formed on the cold face of the side wall or on the hot face of the insulating layer 18 or on one of the grade faces of an insulating layer.
  • elementary preferably so as not to protrude from it.
  • the measurement part 20 can also pass through the insulating layer 18 (FIG. 2e).
  • the measurement part extends in sandwich between two successive elementary insulating layers of said insulating layer 18, as shown in FIG. 5.
  • This embodiment is particularly advantageous for increasing the service life of the measurement part , while allowing reliable measurements.
  • the measurement part may in particular extend within the insulating layer or within a single elementary insulating layer, that is to say exclusively in this layer.
  • the measurement part 20 extends at least in part, preferably completely inside the refractory part. This embodiment is well suited when the refractory part is a block, for example a side block of the oven bowl.
  • the refractory part or the insulating layer 18 or an elementary insulating layer is formed around the measuring part.
  • the heat resistance of the optical fiber is however limited. This process is therefore well suited when the refractory part or the insulating layer 18 or the elementary insulating layer is produced by sintering, and in particular by sintering at low temperature, typically at bearing temperatures below 1200 ° C.
  • Such a method can in particular include the following steps:
  • Such a method advantageously allows close contact between the measurement part and the refractory part or the insulating layer 18 or said elementary insulating layer, which allows good heat exchange.
  • the optical fiber is inserted, after manufacture of the refractory part or of the insulating layer 18 or of the elementary insulating layer, in a housing formed in said refractory part or said insulating layer 18 or said elementary insulating layer, respectively.
  • the housing is preferably an elongated hole, straight or not, blind or through, preferably having a diameter interior substantially identical to that of optical fiber, but slightly higher to allow the introduction of optical fiber.
  • the housing preferably blind, does not pass, depending on the thickness, the refractory piece or said insulating layer 18 or said elementary insulating layer. After introduction into the housing, the distal end 12 d therefore does not leave said refractory portion or said insulating layer 18 or said elementary insulating layer.
  • the housing crosses the refractory part, between two faces, preferably between two lateral faces (opposite faces of adjacent blocks when the refractory part is a block) or between the upper face and the lower face of the refractory part.
  • the housing can also pass through the insulating layer 18 or said elementary insulating layer, between their two large faces.
  • the difference between the outside diameter of the housing and the diameter of the optical fiber is less than 20%, preferably less than 10% of the diameter of the optical fiber.
  • the accommodation can be arranged according to a process comprising the following steps:
  • step b ’ a bath of molten material can be poured into the mold, to produce a molten product.
  • the wire can extend through the mold so as to form, after being extracted from the refractory part, the insulating layer or the elementary insulating layer produced, a blind hole or a through hole.
  • the wire may for example be made of molybdenum.
  • it is covered with a non-stick coating, which facilitates its extraction from the refractory part or from the insulating layer or the elementary insulating layer, respectively.
  • the refractory part when the refractory part is made of a molten material, it shrinks during its cooling, which facilitates the possible detachment of the wire.
  • the wire can also be “sacrificial”, that is to say in a material which can be destroyed after manufacture of the refractory part or of the insulating layer or of the elementary insulating layer in which it has been placed, for example mechanically or by chemical attack.
  • Each interrogator conventionally comprises a transmitter / receiver 26 and a control module 28 (FIG. 1).
  • the transceiver 26 is adapted to transmit, at the input of the optical fiber 12, an interrogation signal I, for example a light signal, and to receive the response signal (s) Ri received from the sensor (s) 22i.
  • an interrogation signal I for example a light signal
  • the control module 28 conventionally comprises a processor and a memory into which a computer program is loaded. With this computer program, the processor can control the emission of the interrogation signal and analyze the signals received in order to identify the signals from the sensors that have responded.
  • the computer program makes it possible, when the sensors are Bragg gratings, to measure a frequency offset resulting from the local temperature of a Bragg gratings, consequently to evaluate a temperature and / or an evolution of 'a temperature compared to previous measurements, then send a message M containing information on this evaluation.
  • This message can be sent to a central computer and / or be presented to an operator, for example on a screen and / or by activation of a light and / or by the emission of an audible signal.
  • Each interrogator is preferably placed at a distance from the hot face of the refractory part, more preferably at a distance from the cold face of the refractory part. It can in particular be arranged between the cold face of the refractory part and the hot face of the insulating layer 18, in contact with the cold face of the refractory part.
  • each interrogator is outside of the insulating layer 18, that is to say on the side of the cold face of the insulating layer which is opposite to the hot face of the insulating layer.
  • the interrogator is thus well protected from high temperatures.
  • first and second interrogators 14i and 14 2 are arranged at the entry and the exit of each fiber, that is to say at their proximal 12 r and distal 12 d d ends, respectively.
  • first and second interrogators 14i and 14 2 of the first fiber have been shown in FIGS. 1 and 4.
  • the second interrogator therefore receives the parts of the interrogation signal I injected by the first interrogator and which have not been reflected by the various sensors of the optical fiber. For example, if the optical fiber has only three sensors and if the interrogation signal and the response signals are those of FIGS. 3a and 3b, the second interrogator receives the signal shown in FIG. 3d.
  • the two interrogators therefore have a signal making it possible to identify the sensors having responded and therefore to evaluate the temperature or the temperature evolution for each sensor.
  • the second interrogator can also send an interrogation signal.
  • the first interrogator no longer receives any information from the sensors downstream of the cut , that is to say located between the cut and the second interrogator.
  • the second interrogator can then interrogate these downstream sensors, by injecting an interrogation signal and analyzing the signal returned by these downstream sensors.
  • the first interrogator can continue to interrogate the upstream sensors, by injecting an interrogation signal and analyzing the signal returned by these upstream sensors. The destruction of a sensor therefore has a limited effect on the functioning of the optical fiber.
  • the presence of two interrogators advantageously makes it possible, in the event of a break in the optical fiber, to obtain information relating to the sensors on each side of the break zone. It therefore improves the robustness of the device.
  • the invention provides a solution for accurately, real-time evaluation of a large number of temperatures in a glass furnace.
  • the invention is not limited to the embodiments described and shown, provided for illustrative purposes only.
  • the invention is not limited to an optical fiber as a waveguide.
  • Optical fiber glass is preferred because it excludes the risk of contamination of the molten glass.
  • Other waveguides could however be considered.
  • the waveguide has the shape of a fiber preferably having a diameter less than 200 micrometers.
  • the number of waveguides for a refractory part or an insulating layer or an elementary insulating layer, the number of waveguides connected to an interrogator and the shape of the refractory part, the insulating layer or said elementary insulating layers does not are not limiting. Several waveguides can be connected to the same interrogator.
  • the hot side of the block is not necessarily entirely in contact with the molten glass bath. It may not even be in contact with the molten glass, but only be exposed to the gaseous environment above this bath.
  • the invention is not limited to the bottom of the glass furnace either.
  • the refractory part could be for example a feeder, a piece of superstructure (nose piece, vault block, ...), a forming piece (lip, ...) or a throat block.

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Abstract

- une partie réfractaire définissant une face chaude (16 c ) en contact ou destinée à être en contact avec du verre en fusion ou avec un environnement gazeux en contact avec du verre en fusion, et une face froide (16 f ) écartée de ladite face chaude, et - un dispositif de mesure de températures comportant : - un guide d'ondes (12) comportant une partie de mesure (20) comportant au moins un capteur (22;) de mesure de température configuré pour envoyer un signal de réponse en réponse à l'injection d'un signal d'interrogation dans le guide d'ondes; et - un interrogateur (14) connecté à une entrée du guide d'ondes et configuré pour injecter le signal d'interrogation dans ladite entrée, recevoir ledit signal de réponse (Ri) renvoyé par le capteur en réponse à l'injection dudit signal d'interrogation, analyser le signal de réponse reçus et émettre un message en fonction de ladite analyse, four dans lequel la partie de mesure (20) s'étend en sandwich entre ladite face froide et une couche isolante thermiquement (18), ou à travers ladite couche isolante thermiquement (18).

Description

FOUR DE VERRERIE POURVU DE FIBRES OPTIQUES
Domaine technique
La présente invention concerne un four de verrerie pourvu d’au moins un guide d’ondes, de préférence une fibre optique.
Etat de la technique
Le relevé des températures à différents emplacements d’un four de verrerie permet d’en contrôler l’état, en particulier pour détecter des points chauds correspondant à des ponts thermiques. Ce relevé s’effectue classiquement au moyen de thermo coup les. Cependant, la mise en œuvre de thermocouples est longue et ne permet pas un suivi continu de l’ensemble d’une structure, le nombre de mesures étant limité.
Alternativement, les températures sont mesurées par thermographie infrarouge, mais ceci n’est possible qu’aux endroits accessibles visuellement par une caméra infrarouge, ce qui exclut notamment les parties isolées des blocs et la sole du four.
Il existe donc un besoin pour une solution facilitant le relevé de mesures de températures en de nombreux points d’une structure et permettant un suivi continu et précis de leurs évolutions.
Un but de l’invention est de répondre, au moins partiellement, à ce besoin.
Résumé de l’invention
Selon l’invention, on atteint ce but au moyen d’un four de verrerie comportant :
- une partie réfractaire définissant une face chaude en contact ou destinée à être en contact avec du verre en fusion ou avec un environnement gazeux en contact avec du verre en fusion, et une face froide écartée de ladite face chaude, et
- un dispositif de mesure de températures comportant :
- un guide d’ondes comportant une partie de mesure comportant au moins un capteur de mesure de température configuré pour envoyer un signal de réponse en réponse à l’injection d’un signal d’interrogation dans le guide d’ondes ; et
- un interrogateur connecté à une entrée du guide d’ondes et configuré pour injecter le signal d’interrogation dans ladite entrée, recevoir ledit signal de réponse renvoyé par le capteur en réponse à l’injection dudit signal d’interrogation, analyser le signal de réponse reçu et émettre un message en fonction de ladite analyse.
Dans un mode de réalisation préféré, la partie de mesure est en contact avec ladite face froide et, de préférence, s’étend contre la face froide.
La partie de mesure peut être également partiellement ou complètement incorporée au sein de la partie réfractaire.
Comme on le verra plus en détail dans la suite de la description, un guide d’ondes est un moyen particulièrement efficace et pratique. Notamment, plusieurs capteurs peuvent être incorporés dans un même guide d’ondes et plusieurs guides d’ondes peuvent être connectés à un même interrogateur. Il est ainsi possible de construire facilement un réseau de points de mesures. Ce réseau peut être maintenu en place de manière à autoriser un relevé continu de mesures.
Un four selon l’invention peut encore comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
le guide d’ondes est une fibre optique, de préférence en verre ou en saphir ;
le capteur est un réseau de Bragg ;
le guide d’ondes présente un diamètre inférieur à 200 micromètres ;
la partie réfractaire est un assemblage de blocs réfractaires, en particulier une paroi latérale ou une sole d’une cuve de fusion de verre ;
la partie de mesure du guide d’ondes comporte plusieurs dits capteurs, de préférence plus de cinq, plus de huit, plus de dix, de préférence plus de vingt capteurs ;
les capteurs sont disposés à intervalle régulier le long du guide d’ondes ;
l’interrogateur est configuré pour déterminer, en fonction de l’analyse du signal de réponse, un niveau d’usure de la partie réfractaire et/ou une température de la face chaude et/ou une évolution de la température de la face chaude ;
le guide d’ondes ne pénètre pas à l’intérieur de la partie réfractaire ;
au moins la partie de mesure du guide d’ondes s’étend en sandwich entre ladite face froide et une couche isolante thermiquement, ou au sein de ladite couche isolante thermiquement ;
la couche isolante thermiquement est constituée d’au moins deux couches isolantes élémentaires ; au moins la partie de mesure du guide d’ondes s’étend en sandwich entre deux couches isolantes élémentaires successives de ladite couche isolante ;
au moins la partie de mesure du guide d’ondes s’étend au sein d’une des couches isolantes élémentaires de ladite couche isolante ;
la face froide est opposée, et de préférence sensiblement parallèle, à la face chaude ; le guide d’ondes présente la forme générale d’une fibre, dont la partie de mesure est de préférence sensiblement rectiligne ;
la partie de mesure du guide d’ondes s’étend, au moins partiellement, voire complètement, parallèlement à la face chaude et/ou à la face froide ;
la partie de mesure s’étend en sandwich entre ladite face froide et une couche isolante thermiquement ;
l’interrogateur et/ou la partie de mesure sont logés dans un logement ménagé sur la face froide ou sur la couche isolante ou sur une couche isolante élémentaire, notamment sous la forme d’une rainure ou « gorge », ou à travers la partie réfractaire, la couche isolante ou la couche isolante élémentaire, de préférence sous la forme d’un trou tubulaire, rectiligne ou non, traversant ou borgne ;
l’interrogateur et/ou la partie de mesure sont fixés sur la partie réfractaire et/ou, le cas échéant, sur la couche isolante, par au moins un point de fixation, ledit point de fixation ayant une longueur, le long de la partie de mesure, de préférence supérieure à 1 mm, supérieure à 3 mm et/ou de préférence inférieure à 5 cm, de préférence inférieure à 3 cm, à 2 cm, à 1 cm, ou à 0,5 cm ;
le four comporte une nappe constituée d’un ensemble de parties de mesure de dits guides d’ondes s’étendant suivant une surface courbe ou plane, de préférence plane, de préférence suivant un plan parallèle à la face chaude et/ou à la face froide ;
lesdites parties de mesure de la nappe s’étendent parallèlement les unes aux autres et/ou se croisent ;
les parties de mesure de ladite nappe ne se croisent pas et s’étendent, de préférence parallèlement les unes aux autres, en étant écartées les unes des autres d’une distance supérieure à 1 cm, supérieure à 5 cm, supérieure à 10 cm, supérieure à 20 cm, et/ou inférieure à 100 cm, inférieure à 80 cm, ou inférieure à 50 cm ;
à au moins une partie des croisements entre des parties de mesure, des capteurs sont disposés sur chaque partie de mesure ; de préférence, à plus de 50%, de préférence plus de 80%, de préférence plus de 90%, de préférence 100% des croisements entre des parties de mesure, chaque partie de mesure présente un capteur ;
aux dits croisements, toutes les parties de mesure sont en contact les unes avec les autres ;
le nombre de parties de mesure se croisant en un point de croisement est supérieur à 2, voire supérieur à 3 ou supérieur à 5 ;
le four comporte au moins des première et deuxième dites nappes qui s’étendent de préférence parallèlement l’une à l’autre ;
la distance entre les première est deuxième nappes est supérieure à 1 cm, supérieure à 3 cm, supérieure à 5 cm, et/ou inférieure à 10 cm ;
lesdites parties de mesure de la première nappe s’étendent parallèlement les unes aux autres ;
lesdites parties de mesure de la deuxième nappe s’étendent parallèlement les unes aux autres, de préférence selon une direction différente de la direction des parties de mesure de la première nappe, l’angle entre lesdites directions étant de préférence supérieur à 45°, à 60°, à 80° et/ou inférieur à 120°, de préférence inférieur à 100° ; lorsque les première et deuxième nappes sont observées suivant une direction normale à au moins une desdites première et deuxième nappes, lesdites parties de mesure de la première nappe croisent lesdites parties de mesure de la deuxième nappe et, de préférence, à plus de 50%, de préférence plus de 80%, de préférence plus de 90%, de préférence 100% des croisements, chaque partie de mesure présente un capteur ;
les capteurs de la nappe sont répartis suivant un motif, de préférence suivant un motif régulier, de préférence pour former un maillage de mailles carrées ou rectangulaires ; la nappe s’étend sous la sole ou entre deux couches isolantes élémentaires de la sole ; le four comporte plusieurs dits capteurs, en contact ou non, superposés le long d’une direction perpendiculaire à la face chaude ;
chaque extrémité du guide d’ondes est connectée à un interrogateur respectif
L’invention concerne aussi un procédé de relevé de mesures relatives à une partie réfractaire d’un four de verrerie selon l’invention, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
a. fabrication d’un four de verrerie selon l’invention ; b. commande de l’interrogateur de manière qu’il injecte un signal d’interrogation dans l’entrée du guide d’ondes et reçoive un signal de réponse par le capteur ;
c. analyse du signal de réponse de manière à déterminer une information dépendant dudit signal de réponse, et en particulier relative à une température de la partie réfractaire dans la région du capteur.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l’examen du dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 représente schématiquement la paroi latérale d’un mode de réalisation préféré d’un four selon l’invention, représentée en perspective ;
- la figure 2 (2a-2e) et la figure 5 représentent des coupes transversales (figures 2a et
2b, figure 5) et des vues de dessus de détails de la paroi latérale de la figure 1, la couche isolante étant représentée ;
- la figure 3 (3a-3d) illustre différents signaux utilisés dans un dispositif selon l’invention ;
- la figure 4 illustre un agencement de fibres optiques sur une paroi latérale d’un four selon l’invention.
Dans les différentes figures, des références identiques sont utilisées pour désigner des organes identiques ou analogues.
Définitions
Par « partie réfractaire », on entend un élément du four en un matériau réfractaire. Une partie réfractaire peut être un bloc, mais aussi un assemblage de blocs, par exemple une paroi latérale d’une cuve, ou une sole, notamment formée par coulage. Une partie réfractaire est classiquement en un matériau fondu ou en un matériau fritté. Classiquement, une couche isolante recouvre la face froide de la partie réfractaire pour limiter les échanges thermiques.
Classiquement, « l’épaisseur » d’une partie réfractaire d’un four de verrerie est sa dimension mesurée selon une direction perpendiculaire à sa face chaude. Par exemple, pour un bloc latéral de cuve en contact avec du verre en fusion, l’épaisseur est mesurée suivant une direction sensiblement horizontale dirigée vers le bain de verre en fusion. Pour une sole, l’épaisseur est mesurée suivant une direction verticale.
La « face chaude » est la face d’une partie réfractaire qui est exposée à un espace du four contenant du verre en fusion ou destiné à contenir du verre en fusion. La face chaude peut être en contact, ou destinée à être en contact avec du verre en fusion et/ou avec l’environnement gazeux qui s’étend au-dessus du verre en fusion. La face chaude est ainsi la face de la partie réfractaire qui est soumise ou est destinée à être soumise aux températures les plus élevées. L’ensemble des faces chaudes des blocs de la paroi latérale de la cuve de fusion de verre peut également, par extension, être qualifiée de « face chaude ». La surface supérieure de la sole peut aussi être qualifiée de « face chaude ».
Sauf indication contraire, la « profondeur » est mesurée perpendiculairement à la face chaude, vers l’intérieur de la partie réfractaire.
L’adjectif « chaud » est utilisé à des fins de clarté. Avant que le four ne soit en service, la face « chaude » est la face qui est destinée à être soumise aux températures les plus élevées après la mise en service.
Une « face froide » est une surface de la partie réfractaire qui n’est pas exposée à un espace du four contenant du verre en fusion ou destinée à contenir du verre en fusion, c'est-à-dire qui est isolé de cet espace par de la matière de la partie réfractaire. La face froide opposée à la face chaude est la face qui est la plus éloignée dudit espace. Classiquement, la face froide opposée à la face chaude est la face qui, en service, est soumise ou qui est destinée à être soumise aux températures les plus faibles. La face froide peut être parallèle à la face chaude.
Par « guide d’ondes », on entend tout moyen, différent de la partie réfractaire, pour guider une onde électromagnétique, et notamment une onde dans les fréquences du visible.
Une partie de mesure « s’étend » dans une couche (couche isolante, couche isolante élémentaire, partie réfractaire de l’enceinte du four) ou entre deux couches lorsqu’elle s’étend sensiblement complètement dans ladite couche ou entre lesdites deux couches.
Pour évaluer si deux parties de mesure se croisent, on observe de préférence ces parties de mesure perpendiculairement à la face chaude. « Comporter », « présenter » ou « comprendre » doivent être interprétés de manière large, non limitative.
Description détaillée
De manière générale, l’enceinte d’un four de verrerie comporte une partie réfractaire et une couche isolante 18 accolée à la face froide de la partie réfractaire et destinée à limiter les échanges thermiques par conduction entre l’intérieur et l’extérieur du four.
La partie réfractaire constitue donc la première couche de l’enceinte, à partir de l’intérieur du four. Elle peut constituer la paroi de la cuve ou la sole.
Elle est classiquement constituée d’un assemblage de blocs. Ces blocs présentent généralement la forme de dalles réfractaires pour constituer la sole. Tout bloc réfractaire utilisé dans les fours de verrerie conventionnels, éventuellement sous la forme de dalle, peut être utilisé. En particulier, chaque bloc peut être en un matériau fondu.
La partie réfractaire, et en particulier un bloc, peut être constituée en un matériau constitué, pour plus de 90% de sa masse, d’un ou plusieurs oxydes choisis dans le groupe constitué par Zr02, AI2O3, S1O2, CA Ch, Y2O3, et CeCh. Ce matériau comporte de préférence plus de 90% de Zr02, AI2O3 et S1O2. Dans un mode de réalisation, ce matériau est un AZS (c'est-à- dire un produit, de préférence fondu, dont les constituants majoritaires en masse sont AI2O3, Zr02 et S1O2) et présente plus de 15% de Zr02, de préférence entre 26 et 95% de ZrCh. Sa composition est typiquement, pour un total de plus de 90%, de préférence plus de 95% : 26 à 40% Zr02 ; 40 à 60% AI2O3 ; 5 à 35% S1O2. La phase vitreuse représente environ 5 à 50%, de préférence entre 10 et 40%. De préférence, cette phase vitreuse est une phase silicatée dont la proportion massique de Na20 est inférieure à 20% de préférence inférieure à 10% et/ou dont la proportion massique d’AbCh est inférieure à 30%.
Tous les pourcentages sont classiquement en masse sur la base des oxydes. De préférence, les oxydes représentent plus de 90%, de préférence plus de 95%, de préférence plus de 98% de la masse du bloc réfractaire.
La partie réfractaire est de préférence en un matériau résistant à des températures supérieures à 500°C, voire 600°C, voire l000°C, voire l400°C.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le four de verrerie selon l’invention comporte une partie réfractaire de four sous la forme d’un assemblage de blocs réfractaires 10, un guide d’ondes, en l’occurrence une fibre optique 12, et un premier interrogateur 14i. L’assemblage de blocs réfractaires peut être une paroi latérale d’une cuve de four de verrerie, mais l’invention n’est pas limitée à une telle paroi latérale. La figure 1 représente une paroi latérale à quatre pans plans verticaux.
La forme de la paroi latérale n’est pas limitative.
Dans le mode de réalisation représenté, elle est constituée de blocs réfractaires de forme générale parallélépipédique rectangle et définit une face chaude l6c et une face froide l6f, opposée à la face chaude l6c.
La couche isolante thermiquement 18, non représentée sur la figure 1, est disposée contre la face froide de la partie réfractaire, de préférence de la paroi latérale ou de la sole. En particulier, la couche isolante peut ceinturer la paroi latérale de la cuve de fusion de verre du four ou s’étendre sous toute la surface de la face froide de la sole.
De préférence, l’épaisseur de la couche isolante 18 est supérieure à 10 cm, de préférence supérieure à 20 cm, de préférence supérieure à 30 cm.
La couche isolante 18 peut être monobloc, en particulier lorsque la partie réfractaire est une sole. En particulier, elle peut être constituée par une couche de béton qui s’étend sous des dalles constituant la sole. Avantageusement, elle peut ainsi avoir une fonction d’étanchéité.
Alternativement, la couche isolante peut être un assemblage de plusieurs blocs isolants ou, de préférence, de plusieurs couches isolantes élémentaires, qui, elles-mêmes, peuvent être des assemblages de blocs.
La figure 5 représente par exemple un assemblage de plusieurs couches isolantes élémentaires 18i, 182 adjacentes.
Par souci de clarté, on distingue, dans la présente description, une « couche isolante élémentaire » et une « couche isolante ». Une « couche isolante » peut être constituée d’une seule couche ou de plusieurs « couches isolantes élémentaires ».
La couche isolante 18 peut être constituée d’une couche en un unique matériau. De préférence, la couche élémentaire isolante 18 présente alors une conductivité thermique inférieure à 1,3 W. m 1! 1, voire inférieure à 1,0 W.m’.K 1. Dans un mode de réalisation, la couche isolante 18 est constituée d’un matériau réfractaire silico-alumineux, notamment un produit argileux.
La couche isolante 18 peut être constituée en plusieurs matériaux différents. En particulier, elle peut être constituée par une juxtaposition de plusieurs couches isolantes élémentaires 18i, l82 en des matériaux différents.
De préférence, la dernière couche élémentaire isolante, c'est-à-dire la couche la plus externe par rapport à l’intérieur du four, présente une conductivité thermique inférieure à 1,3 W. m '.K 1, voire inférieure à 1,0 W.m fK 1. Tous les matériaux isolants usuels peuvent être utilisés. La ou les couche(s) isolante(s) élémentaire(s) situées à proximité immédiate de la face froide peuvent être constituées d’un matériau constitué, pour plus de 90% de sa masse, d’un ou plusieurs oxydes choisis dans le groupe constitué par Zr02, AI2O3, S1O2, Cr203, Y2O3, et CeCh. Ce matériau comporte de préférence plus de 90% de Zr02 + AI2O3 + Si02.
Dans un mode de réalisation, au moins une couche isolante élémentaire est constituée d’un matériau réfractaire silico-alumineux, notamment un produit argileux. Lorsque la partie réfractaire est la sole, ce matériau se présente généralement sous la forme d’un béton réfractaire, notamment à base de grains AZS, en particulier de grains AZS électrofondus. La ou les couche(s) isolante(s) élémentaire(s) constituée(s) de ce matériau assurent une fonction d’étanchéité vis-à-vis du verre en fusion.
Au moins une des couches isolantes élémentaires peut être constituée d’un matériau réfractaire silico-alumineux, notamment un produit argileux.
Fibre optique et capteurs
La fibre optique 12 est de préférence en verre ou en saphir. Une fibre optique en saphir est bien adaptée aux régions à haute température.
La fibre optique présente de préférence un diamètre inférieur à 200 pm, de préférence inférieur à 150 pm. Avantageusement, sa présence n’affecte pas substantiellement l’efficacité de la couche isolante 18.
La fibre optique 12 s’étend entre une extrémité proximale 12r et une extrémité distale l 2d. L’extrémité proximale 12r, ou « entrée » de la fibre optique 12, est connectée au premier interrogateur 14i. L’extrémité distale l 2d peut être libre ou être connectée à un deuxième interrogateur l42.
Une partie de la fibre optique 12, dite « partie de mesure » 20, s’étend dans la partie réfractaire ou, de préférence, en contact avec une surface de la partie réfractaire, de préférence contre la face froide 16f. La partie de mesure est la partie qui porte les capteurs prévus pour relever les températures. Le reste de la fibre optique sert à la transmission des signaux, en particulier entre le ou les interrogateurs et la partie de mesure.
La partie de mesure 20 est fixée sur la partie réfractaire par un ou plusieurs points de fixation 21, de préférence en ciment réfractaire, chaque point de fixation ayant une longueur, le long de la fibre optique, de préférence inférieure à 5 cm, à 3 cm, à 2 cm, à 1 cm, ou à 0,5 cm.
Dans un mode de réalisation, la partie de mesure 20 n’est pas rectiligne entre deux points de fixation, à température ambiante. De préférence, la longueur de fibre optique entre deux points de fixation successifs est supérieure à 1,05 fois, de préférence supérieure à 1,1 fois et/ou de préférence inférieure à 1,5 fois, de préférence inférieure à 1,4 fois, de préférence inférieure à 1,3 fois la distance entre lesdits points de fixation. Avantageusement, la fibre optique peut ainsi s’adapter à des variations dimensionnelles de la partie réfractaire sur laquelle elle est fixée.
La partie de mesure 20 comporte un, de préférence plusieurs capteurs 22i, l’indice « i » désignant un numéro identifiant le capteur. La distance entre deux capteurs 22; successifs, le long de la fibre optique 12, peut être constante ou variable. Elle est de préférence inférieure à 50 cm, 30 cm, 20 cm, 10 cm, 5 cm, voire inférieure à 3 cm, ou 1 cm. La précision de l’information fournie par l’interrogateur en est améliorée.
De préférence, un capteur, de préférence chaque capteur est une modification locale de la structure de la fibre optique, qui réfléchit au moins une partie du signal qu’elle reçoit de l’interrogateur.
Dans un mode de réalisation, la fibre optique comporte plusieurs capteurs, qui réfléchissent chacun une partie du signal d’interrogation I et laissent passer une autre partie pour qu’elle puisse atteindre le ou les autres capteurs disposés en aval. Chaque capteur opérationnel répond ainsi au signal d’interrogation, ce qui permet, avec une seule fibre optique, d’obtenir des informations en provenance de différentes régions de la partie réfractaire. Pour déterminer l’origine d’un signal de réponse, l’interrogateur peut utiliser la différence entre l’instant auquel le signal d’interrogation a été émis et l’instant auquel le signal de réponse a été reçu.
Comme illustré sur la figure 3, chaque capteur peut également réfléchir une partie seulement du spectre de fréquences (fréquences l sur la figure 3a) du signal d’interrogation I injecté par l’interrogateur 14 (sur les figures 3a, 3b et 3c, « P » désigne la puissance des signaux). La seule analyse des fréquences des signaux reçus permet ainsi de déterminer l’origine des signaux de réponse. Sur la figure 3b, chaque capteur 22i a ainsi renvoyé un spectre de fréquences centré sur une fréquence l, qui lui est spécifique. L’interrogateur peut donc déduire que le pic centré sur la fréquence l, provient du capteur 22i.
De préférence, le capteur est configuré pour renvoyer un signal de réponse modifié en fonction de la température.
Un capteur 22i, préférence chaque capteur 22i, est un réseau de Bragg.
Les fibres optiques à réseaux de Bragg sont connues dans d’autres applications que les fours de verrerie.
En réponse à un signal d’interrogation I injecté par l’interrogateur 14 par l’extrémité proximale de la fibre optique, chaque réseau de Bragg 22; renvoie un signal de réponse Ri qui lui est spécifique. Avantageusement, un réseau de Bragg peut donc servir de moyen de détection de l’occurrence d’une situation dans laquelle le réseau de Bragg est soumis à une température dépassant une valeur de seuil, c'est-à-dire provoquant sa destruction. Une pluralité de réseaux de Bragg d’une fibre optique orientée pour s’écarter de la face chaude d’une partie réfractaire permet donc de mesurer, par palier, l’usure de cette partie réfractaire.
Un réseau de Bragg présente en outre l’avantage d’envoyer un signal de réponse qui dépend de la température à laquelle il est soumis. Plus précisément, chaque réseau de Bragg agit comme un réflecteur optique à une longueur d’onde qui lui est spécifique. L’échauffement du réseau de Bragg provoque cependant une modification de cette longueur d’onde. Bien entendu, les longueurs d’ondes spécifiques aux différents réseaux de Bragg sont déterminées de manière à éviter toute ambiguïté sur le réseau de Bragg à l’origine d’un signal de réponse. Après avoir identifié ce réseau de Bragg d’origine, l’interrogateur peut déterminer la modification de la longueur d’onde, ou de manière équivalente la modification de la fréquence, pour déterminer la température du réseau de Bragg d’origine ou une évolution de cette température.
La figure 3 c illustre le cas particulier, préféré, dans lequel les capteurs sont des réseaux de Bragg. En réponse au signal d’interrogation, ils peuvent renvoyer des signaux de réponse centrés sur les fréquences l, à température ambiante (figure 2b) et sur des fréquences l,’ décalées par rapport aux fréquences l,, respectivement, le décalage étant fonction de la température du capteur 22i. Sur la figure 3c, les pics centrés sur les fréquences l, sont en traits interrompus et les pics centrés sur les fréquences l,’ sont en traits pleins.
L’utilisation d’une fibre optique à réseaux de Bragg s’est avérée particulièrement efficace. Une telle fibre optique est en effet peu encombrante, peut incorporer plusieurs réseaux de Bragg, et donc servir à la mesure de températures en différents endroits, n’est pas influencée par l’environnement électromagnétique et, étant classiquement constituée en un verre, ne vient pas contaminer le bain de verre en fusion en cas de destruction.
Un réseau de Bragg peut donc servir comme moyen de mesure de la température locale ou de l’évolution de cette température.
Agencement des suides d’ondes
La partie de mesure de la fibre optique peut s’étendre sensiblement parallèlement à la face chaude. Lorsque la partie réfractaire est la paroi latérale de la cuve, la partie de mesure de la fibre optique peut en particulier s’étendre selon la direction de la hauteur de la cuve, de préférence sensiblement verticalement, de préférence encore selon sensiblement toute la hauteur de la cuve, comme sur la figure 1.
De préférence, on dispose d’un réseau de fibres optiques, de préférence sous la forme d’un ou plusieurs ensembles de fibres dont les parties de mesure sont parallèles (figures 1 et 4), par exemple sous la forme de deux ensembles 32 et 34 dont les parties de mesure sont orientées à angle droit, comme représenté sur la figure 4.
Dans un souci de clarté, seule une fibre 12 a été illustrée en détail sur la figure 1.
De préférence, la densité de capteurs est supérieure à 3, de préférence supérieure à 10, de préférence supérieure à 50, de préférence supérieure à 100 capteurs par m2 de face chaude de la partie réfractaire. Dans un mode de réalisation, le réseau de fibres optiques s’étend tout autour de la paroi latérale de la cuve, de préférence de manière régulière, afin que les réseaux de Bragg desdites fibres optiques soit répartis, de préférence de manière sensiblement homogène.
De préférence, les parties de mesure des fibres optiques s’étendent sous la forme d’une ou plusieurs nappes, en particulier planes.
Dans un mode de réalisation, les capteurs sont disposés, sur chaque fibre optique, aux croisements entre les fibres optiques. Le réseau de capteurs est ainsi redondant.
La redondance permet avantageusement de vérifier le bon fonctionnement des capteurs superposés, en comparant les mesures qu’ils fournissent.
Des fibres optiques peuvent être disposées à différentes profondeurs, en particulier sous la forme de nappes de fibres optiques superposées. La profondeur est classiquement mesurée à partir de la face chaude, perpendiculairement à la face chaude.
Le nombre de nappes superposées n’est pas limitatif et la densité de nappes peut être supérieure à 1, voire supérieure à 2 nappes par 10 cm d’épaisseur (mesurée selon la direction de la profondeur) de la partie réfractaire.
Dans un mode de réalisation préféré, la partie de mesure s’étend au moins en partie, de préférence complètement à l’extérieur de la partie réfractaire, et, de préférence, contre sa face froide. Elle peut être en particulier prise en sandwich entre la paroi latérale de la cuve et la couche isolante thermiquement 18, en appui sur la face froide de la paroi latérale (figures 2c et 2d).
De préférence, elle est logée dans un renfoncement 23 (figure 2c), de préférence une rainure, ménagé sur la face froide de la paroi latérale ou sur la face chaude de la couche isolante 18 ou sur une des grade faces d’une couche isolante élémentaire, de préférence de manière à ne pas en faire saillie.
La partie de mesure 20 peut également traverser la couche isolante 18 (figure 2e).
Dans un mode de réalisation préféré, elle s’étend en sandwich entre deux couches isolantes élémentaires successives de ladite couche isolante 18, comme représenté sur la figure 5. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour accroître la durée de vie de la partie de mesure, tout en permettant des mesures fiables. La partie de mesure peut notamment s’étendre au sein de la couche isolante ou au sein d’une seule couche isolante élémentaire, c'est-à-dire exclusivement dans cette couche.
Dans un mode de réalisation, la partie de mesure 20 s’étend au moins en partie, de préférence complètement à l’intérieur de la partie réfractaire. Ce mode de réalisation est bien adapté lorsque la partie réfractaire est un bloc, par exemple un bloc latéral de la cuve du four.
Différentes techniques peuvent être utilisées pour incorporer la partie de mesure dans la partie réfractaire.
Dans un mode de réalisation, la partie réfractaire ou la couche isolante 18 ou une couche isolante élémentaire est constituée autour de la partie de mesure. La résistance à la chaleur de la fibre optique est cependant limitée. Ce procédé est donc bien adapté lorsque la partie réfractaire ou la couche isolante 18 ou la couche isolante élémentaire est fabriquée par frittage, et en particulier par frittage à basse température, typiquement à des températures de palier inférieures à l200°C. Un tel procédé peut en particulier comporter les étapes suivantes :
a) disposition de la fibre optique de manière qu’une partie de mesure s’étende à l’intérieur d’un moule ;
b) préparation d’une charge de départ et introduction de ladite charge de départ dans le moule, de manière qu’elle noie ladite partie de mesure, et optionnellement compression de la charge de départ, de manière à obtenir une préforme ;
c) frittage de la préforme à une température de préférence comprise entre 400°C et l200°C.
Un tel procédé permet avantageusement un contact étroit entre la partie de mesure et la partie réfractaire ou la couche isolante 18 ou ladite couche isolante élémentaire, ce qui permet un bon échange thermique.
Dans un mode de réalisation, la fibre optique est insérée, après fabrication de la partie réfractaire ou de la couche isolante 18 ou de la couche isolante élémentaire, dans un logement ménagé dans ladite partie réfractaire ou ladite couche isolante 18 ou ladite couche isolante élémentaire, respectivement. Le logement est de préférence un trou allongé, rectiligne ou non, borgne ou traversant, présentant de préférence un diamètre intérieur sensiblement identique à celui de la fibre optique, mais légèrement supérieur afin d’autoriser l’introduction de la fibre optique.
Dans un mode de réalisation, le logement, de préférence borgne, ne traverse pas, selon l’épaisseur, la pièce réfractaire ou ladite couche isolante 18 ou ladite couche isolante élémentaire. Après introduction dans le logement, l’extrémité distale l2d ne sort donc pas de ladite partie réfractaire ou de ladite couche isolante 18 ou de ladite couche isolante élémentaire.
Dans un autre mode de réalisation, le logement traverse la partie réfractaire, entre deux faces, de préférence entre deux faces latérales (faces en regard de blocs adjacents lorsque la partie réfractaire est un bloc) ou entre la face supérieure et la face inférieure de la partie réfractaire.
Le logement peut également traverser la couche isolante 18 ou ladite couche isolante élémentaire, entre leurs deux grandes faces.
De préférence, la différence entre le diamètre extérieur du logement et le diamètre de la fibre optique est inférieur à 20%, de préférence inférieur à 10% du diamètre de la fibre optique.
Le logement peut être ménagé suivant un procédé comportant les étapes suivantes :
a') disposition d’un fil à l’intérieur d’un moule ;
b’) formation de la partie réfractaire dans le moule ;
c') extraction du fil, ce qui laisse apparaître un logement.
En particulier, à l’étape b’), un bain de matière en fusion peut être coulé dans le moule, pour fabriquer un produit fondu.
Le fil peut s’étendre à travers le moule de manière à former, après avoir été extrait de la partie réfractaire, de la couche isolante ou de la couche isolante élémentaire fabriquée, un trou borgne ou un trou traversant.
Le fil peut être par exemple en molybdène. De préférence, il est couvert d’un revêtement antiadhésif, qui facilite son extraction hors de la partie réfractaire ou de la couche isolante ou de la couche isolante élémentaire, respectivement.
Avantageusement, lorsque la partie réfractaire est en un matériau fondu, elle se rétracte lors de son refroidissement, ce qui facilite le décollement éventuel du fil. Le fil peut être également « sacrificiel », c’est-à-dire en un matériau qui peut être détruit après fabrication de la partie réfractaire ou de la couche isolante ou de la couche isolante élémentaire dans laquelle il a été disposé, par exemple mécaniquement ou par attaque chimique.
Interrogateur
Chaque interrogateur comporte classiquement un émetteur/récepteur 26 et un module de commande 28 (figure 1).
L’émetteur-récepteur 26 est adapté pour émettre, en entrée de la fibre optique 12, un signal d’interrogation I, par exemple un signal lumineux, et pour recevoir le ou les signaux de réponse Ri reçus du ou des capteurs 22i.
Le module de commande 28 comporte classiquement un processeur et une mémoire dans laquelle est chargé un programme d’ordinateur. Grâce à ce programme d’ordinateur, le processeur peut commander l’émission du signal d’interrogation et analyser les signaux reçus afin d’identifier les signaux des capteurs qui ont répondu.
De préférence, le programme d’ordinateur permet, lorsque les capteurs sont des réseaux de Bragg, de mesurer un décalage de fréquence résultant de la température locale d’un réseau de Bragg, en conséquence d’évaluer une température et/ou une évolution d’une température par rapport à des mesures précédentes, puis d’émettre un message M contenant une information sur cette évaluation. Ce message peut être envoyé à un ordinateur central et/ou être présenté à un opérateur, par exemple sur un écran et/ou par activation d’une lumière et/ou par l’émission d’un signal sonore.
Chaque interrogateur est de préférence disposé à distance de la face chaude de la partie réfractaire, de préférence encore à distance de la face froide de la partie réfractaire. Il peut être en particulier disposé entre la face froide de la partie réfractaire et la face chaude de la couche isolante 18, en contact avec la face froide de la partie réfractaire.
Dans un mode de réalisation, chaque interrogateur est à l’extérieur de la couche isolante 18, c’est-à-dire du côté de la face froide de la couche isolante qui est opposée à la face chaude de la couche isolante. Avantageusement, l’interrogateur est ainsi bien protégé des températures élevées. De préférence, des premier et deuxième interrogateurs 14i et l42 sont disposés à l’entrée et à la sortie de chaque fibre, c'est-à-dire à leurs extrémités proximale 12r et distale l2d, respectivement. Dans un souci de clarté, seuls les premier et deuxième interrogateurs 14i et l42 de la première fibre ont été représentés sur les figures 1 et 4.
Le deuxième interrogateur reçoit donc les parties du signal d’interrogation I injecté par le premier interrogateur et qui n’ont pas été réfléchies par les différents capteurs de la fibre optique. Par exemple, si la fibre optique ne comporte que trois capteurs et si le signal d’interrogation et les signaux de réponse sont ceux des figures 3a et 3b, le deuxième interrogateur reçoit le signal représenté sur la figure 3d.
Les deux interrogateurs disposent donc d’un signal permettant d’identifier les capteurs ayant répondu et donc d’évaluer la température ou l’évolution de la température pour chaque capteur.
Le deuxième interrogateur peut également envoyer un signal d’interrogation. En particulier, si la fibre optique est endommagée de sorte que le signal provenant du premier interrogateur ne peut atteindre le deuxième interrogateur, par exemple parce que la fibre a été coupée, le premier interrogateur ne reçoit plus aucune information des capteurs en aval de la coupure, c'est-à-dire situés entre la coupure et le deuxième interrogateur. Le deuxième interrogateur peut alors interroger ces capteurs en aval, en injectant un signal d’interrogation et en analysant le signal renvoyé par ces capteurs en aval. Le premier interrogateur peut continuer à interroger les capteurs en amont, en injectant un signal d’interrogation et en analysant le signal renvoyé par ces capteurs en amont. La destruction d’un capteur a donc un effet limité sur le fonctionnement de la fibre optique.
La présence de deux interrogateurs permet avantageusement, en cas de rupture de la fibre optique, d’obtenir des informations relatives aux capteurs de chaque côté de la zone de rupture. Elle améliore donc la robustesse du dispositif.
Comme cela apparaît clairement à présent, l’invention fournit une solution permettant d’évaluer, de manière précise et en temps réel, un grand nombre de températures dans un four de verrerie.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés, fournis à des fins illustratives seulement. En particulier, l’invention n’est pas limitée à une fibre optique comme guide d’ondes. Une fibre optique en verre est préférée, car elle exclut le risque de contamination du verre en fusion. D’autres guides d’ondes pourraient cependant être envisagés. De préférence, le guide d’ondes présente la forme d’une fibre présentant de préférence un diamètre inférieur à 200 micromètres.
Toutes les caractéristiques applicables à une fibre optique et décrites dans la présente description sont applicables à un autre type de guide d’ondes.
Le nombre de guides d’ondes pour une partie réfractaire ou une couche isolante ou une couche isolante élémentaire, le nombre de guides d’ondes connectés à un interrogateur et la forme de la partie réfractaire, de la couche isolante ou desdites couches isolantes élémentaires ne sont pas limitatifs. Plusieurs guides d’ondes peuvent être connectés à un même interrogateur.
La face chaude du bloc n’est pas nécessairement entièrement en contact avec le bain de verre en fusion. Elle peut même ne pas être en contact avec le verre en fusion, mais être seulement exposée à l’environnement gazeux au-dessus de ce bain.
L’invention n’est pas non plus limitée à la seule cuve du four de verrerie. La partie réfractaire pourrait être par exemple un feeder, une pièce de superstructure (pièce à nez, bloc de voûte, ...), une pièce de formage (lip, ...) ou un bloc de gorge.

Claims

REVENDICATIONS
1. Four de verrerie comportant :
- une partie réfractaire définissant une face chaude (l6c) en contact ou destinée à être en contact avec du verre en fusion ou avec un environnement gazeux en contact avec du verre en fusion, et une face froide (l6f) écartée de ladite face chaude, et
- un dispositif de mesure de températures comportant :
- un guide d’ondes (12) comportant une partie de mesure (20) comportant au moins un capteur (22;) de mesure de température configuré pour envoyer un signal de réponse en réponse à l’injection d’un signal d’interrogation dans le guide d’ondes ; et
- un interrogateur (14) connecté à une entrée du guide d’ondes et configuré pour injecter le signal d’interrogation (I) dans ladite entrée, recevoir ledit signal de réponse (Ri) renvoyé par le capteur en réponse à l’injection dudit signal d’interrogation, analyser le signal de réponse reçu et émettre un message en fonction de ladite analyse ;
four dans lequel la partie de mesure (20) s’étend en sandwich entre ladite face froide et une couche isolante thermiquement (18), ou à travers ladite couche isolante thermiquement (18).
2. Four selon la revendication 1, dans lequel la partie de mesure (20) est logée dans un logement ménagé sur la face froide et/ou dans un logement ménagé sur ou dans la couche isolante thermiquement (18) en contact avec la face froide.
3. Four selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche isolante thermiquement (18) comporte deux couches isolantes élémentaires (18i, 182) entre lesquelles, ou au sein d’une desquelles la partie de mesure (20) s’étend.
4. Four selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie de mesure (20) est fixée sur la partie réfractaire et/ou sur la couche isolante thermiquement (18), par au moins un point de fixation (21), ledit point de fixation ayant une longueur, le long de la partie de mesure, inférieure à 5 cm.
5. Four selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel la longueur de fibre optique entre deux points de fixation successifs est supérieure à 1,05 fois la distance entre lesdits points de fixation.
6. Four selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le guide d’ondes est une fibre optique et le capteur est un réseau de Bragg.
7. Four selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel le guide d’ondes présente un diamètre inférieur à 200 micromètres.
8. Four selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie réfractaire est une paroi latérale d’une cuve de fusion de verre ou une sole ou un feeder ou une pièce de superstructure ou une pièce de formage ou un bloc de gorge.
9. Four selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une nappe constituée d’un ensemble de parties de mesure de dits guides d’ondes et s’étendant suivant une surface parallèle à la face chaude et/ou à la face froide.
10. Four selon la revendication immédiatement précédente, comportant une cuve de fusion de verre comportant une paroi latérale et une sole, et dans lequel la nappe ceinture la paroi latérale de la cuve et/ou dans lequel la nappe s’étend dans une couche de béton s’étendant sous la sole.
11. Four selon l’une quelconque des deux revendications immédiatement précédentes, dans lequel la densité de capteurs dans ladite nappe est supérieure à 3 capteurs par m2 de face chaude de la partie réfractaire.
12. Four selon l’une quelconque des trois revendications immédiatement précédentes, comportant des première et deuxième dites nappes qui s’étendent parallèlement l’une à l’autre, la distance entre les première et deuxième nappes étant supérieure à 1 cm, lesdites parties de mesure de la première nappe croisant lesdites parties de mesure de la deuxième nappe lorsque lesdites première et deuxième nappes sont observées suivant une direction normale à au moins une desdites première et deuxième nappes, un capteur étant disposé, dans la première nappe et/ou la deuxième nappe, à plus de 50% des croisements.
13. Four selon l’une quelconque des quatre revendications immédiatement précédentes, dans lequel, à chaque croisement entre des parties de mesure, des capteurs sont disposés sur chaque partie de mesure.
14. Four selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant plusieurs dits capteurs, en contact ou non, superposés le long d’une direction perpendiculaire à la face chaude.
15. Four selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque extrémité du guide d’ondes est connectée à un interrogateur respectif.
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