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BREVET D'INVENTION PERFECTIONNEMENTS AU CHAUFFAGE DE BAINS DE MATIERES,
PAR PASSAGE DE COURANT ELECTRIQUE.
La présente invention concerne le chauffage des bains de matières, en particulier le chauffage des bains de verre, au moyen de courant électrique traversant la masse de ces bains et y développant la chaleur par effet Joule. D'une manière générale, les températures obtenues avec ce mode de chauffage aux différents points du bain sont conditionnées par la quanti- té de chaleur libérée en chacun de ces points, c'est à dire par la répartition des lignes de courant ou, ce qui revient au même, par la forme et la distribution des surfaces équipotentielles dans la masse.
Il est donc important que l'on puisse agir facilement sur ces surfaces ou, en d'autres termes, sur la densité des lignes
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de courant en chaque point du bain. Dans ce but, il a déjà été proposé de modifier la section offerte par le bain au passage du courant, en y immergeant des pièces réfractaires; mais l'usa. ge de ces pièces comporte de nombreux inconvénients. Il a également été prévu d'agir sur les électrodes qui amènent le courant dans le verre, c'est-à-dire de modifier celles-ci, soit dans leur forme, soit dans leur emplacement par rapport au bain, mais ce moyen entraine également des sujétions.
La présente invention a pour objet un procédé permettant de régler l'énergie libérée dans le bain de matière sans chan- ger la forme du four ni celle des électrodes, ni l'emplacement de celles-ci.
Ce procédé consiste à agir sur les lignes de courant, en immergeant dans le bain des corps qui ont, aux températures d'emploi, une conductibilité électrique plus grande que la matière du bain. De préférence, on choisit des corps ayant une conductibilité électrique beaucoup plus grande que celle de la matière du bain. C'est ainsi que, dans le cas du verre, on peut faire usage de corps en graphite.
Grâce à la grande conductibilité des corps immergés, dans le bain, il ne peut s'établir que de faibles différences de potentiel entre deux points quelconques de l'un des corps. Il s'ensuit que les lignes de courant sont modifiées de telle manière que la surface des corps en question constitue des sur- faces équipotentielles dans la nouvelle distribution du courant.
En outre, le passage du courant dans l'ensemble du bain est facilité par la substitution, à une partie de la matière du bain, d'un corps ayant une résistance ohmique bien inférieure.
L'invention permet donc d'agir, tant sur la distribution du courant que sur sa valeur proprement dite, c'est-à-dire sur la puissance libérée entre des électrodes déterminées.
Le procédé objet de l'invention permet en particulier dans le cas du chauffage par courants polyphasés d'agir sur la répartition de l'énergie entre les différentes phases.
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L'invention est décrite ci-après en référence à certains de ses modes de réalisation illustrés dans les dessins ci-jointe, donnés uniquement à titre d'exemples et sur lesquels!
La fig.l est une vue schématique en coupe verticale longi- tudinale d'un four comportant application de l'invention;
Les figs. 2,3 et 4 sont des vues en coupe horizontale au- dessus du niveau du verre, correspondant à d'autres formes de réalisation;
La fig.5 est une vue en coupe verticale longitudinale d' un four comportant application de l'invention, avec des électro- des alimentées par du courant triphasée
La fig.6 est une vue en coupe transversale correspondant à la fig.6sensiblement par VI-VI de cette figure;
La fig.7 est une vue en perspective correspondant aux fige. 5 et 6;
Les figs. 8,9,10 et 11 sont des vues en coupe verticale longitudinale d'un four établi suivant l'invention, pour l'ali- mentation par du courant triphasé, montrant différentes varian- tes de la disposition des électrodes et conducteurs.
La fig.1 représente, en coupe longitudinale, un four à bassin 1, dans lequel le courant est amené dans le bain 2 par les électrodes 3. En vue de concentrer le passage du courant dans les parties voisines de la surface du bain par exemple, on a immergé des barres de graphite 4 dans les couches super- ficielles du bain et entre les électrodes.
Il est à remarquer que si l'on donne à ces barres une forme telle que les lignes de courant 5 se resserrent à leur voisinage, il est possible d'obtenir avec ces barres, non seu- lement une concentration des lignes dans la zone de surface du bain, mais en outre, dans cette z8ne elle-même, une concentra- tion des lignes dans le voisinage de chaque barre 4. Ce resser- rement des lignes a pour effet de concentrer la production de chaleur dans les zones de verre qui entourent les barres 4, et
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d'y développer des températures supérieures à ce que l'on ob- tiendrait si l'énergie était libérée d'une manière uniforme entre les électrodes 3. La présence des barres conductrices 4 diminue, en outre, la résistance offerte par l'ensemble du bain entre les deux électrodes.
Il en résulte que, sans modi- fier la forme des électrodes, ni leur distance mutuelle, on obtient, à tension égale, une dissipation totale d'énergie plus grande.
Dans la disposition que la fig.2 montre en plan, on a placé les corps auxiliaires conducteurs 4 dans la zône médiane seulement, afin que les lignes de courant soient écartées des parois du four et que celles-ci soient par suite moins chauf- fées.
Dans la disposition suivant la fig.3, les barres auxili- aires sont elles-mêmes reliées entre elles, par exemple à l'ex- térieur du four, par un conducteur 7. On obtient ainsi un ré- sultat sensiblement analogue à celui que l'on obtiendrait en employant un corps conducteur qui occuperait tout l'espace compris entre les deux barres 4, tout en ne nécessitant que deux corps d'étendue relativement faible. De toute façon on met en court-circuit complètement ou partiellement toute la zone du bain comprise entre les barres auxiliaires.
En dispo- sant convenablement ces barres l'une par rapport à l'a.utre et par rapport aux électrodes on obtient, outre ce dernier résul- tat, une grande diminution de la résistance offerte par le bain dans son ensemble et par suite, pour une même tension, une augmentation considérable de l'énergie dissipée dans le bain. On renforce également l'énergie dissipée au voisinage des électrodes 3 elles-mêmes, ce qui est avantageux, notamment dans le cas où ces électrodes jouent le rôle de concentrateur de l'énergie dissipée dans le verre-
D'après la vue en plan donnée par la fig.4, les barres auxiliaires sont shuntées, par l'extérieur du four, comme dans
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la fig.3.
Elles sont utilisées pour soustraire au passage du courant le verre de la partie intermédiaire 8, qui comprend un passage rétréci. On évite ainsi l'élévation de température qui, sans la présence des barres 4, serait produite par le passage du courant dans la partie rétrécie.
Les figs. 5 à 11 se rapportent à l'application du procédé objet de l'invention au chauffage de bains de matières, en parti. culier de bains de verre par des courants polyphasés. Dans l'uti' lisation de ces courants il faut, comme on le sait, réaliser une répartition déterminée entre les quantités d'énergie développées par chaque phase, et en général on recherche l'équilibrage de ces quantités d'énergie (dans la suite de la description on désignera ces quantités d'énergie par le mot "charges").
D'une manière générale les opérations thermiques à réaliser imposent aux électrodes certaines conditions pour leur emplace- ment, leur forme, leurs dimensions et l'intensité du courant qu'elles doivent amener dans le bain.
O'est ainsi que dans les fours à bassin pour la fabrication continue du verre, la matière subit au cours de son acheminement d'une extrémité à l'autre du bassin une série de traitements successifs tels que fusion, affinage, refroidissement, pour chacun desquels doivent être réalisées des conditions bien déter minées, à la fois pour le degré de température et pour la durée du traitement. Comme cette répartition de l'énergie électrique dans le bain dépend entre autres facteurs de la position des électrodes, l'emplacement de celles-ci dans le bain est par conséquent dans une certaine mesure déterminé.
D'autre part, il est des cas où le chauffage à température élevée est réalisé et localisé dans la zone du bain qui est au contact ou au voisina- ge des électrodes, par le fait que l'on donne à celles-ci une forme et des dimensions telles que la densité des lignes de courant qui y aboutissent est, dans cette zone, plus élevée qu'ailleurs. Dans ce cas, on'est conduit à donner au bain,pour la zone voisine des électrodes parcourue par le courant, une
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résistance ohmique déterminée et à faire passer dans cette zone un courant d'intensité déterminée.
Lors de l'emploi de courants polyphasés il est donc impor- tant de pouvoir réaliser à la fois l'équilibrage des phases et les conditions imposées aux électrodes pour l'opération ther- mique envisagée.
Le plus souvent les conditions imposées aux électrodes produisent un déséquilibrage entre les phases.
L'invention remédie à ces difficultés en permettant de réaliser d'une manière aisée toute répartition voulue de la charge entre les phases, tout en laissant aux électrodes l'em- placement et la disposition que l'on veut leur donner, et en réalisant dans la zone du bain qui est à leur voisinage immé- diat le degré de température élevé que l'on désire.
Conformément à l'invention, le ou les corps immergés dans le bain et ayant, à la température d'utilisation, une conducti- bilité électrique supérieure à celle du bain, se trouvent dans des conditions d'emplacement, de dimensions ou de dispositions relatives telles que la résistance ohmique du bain, pour le passage du courant entre les deux électrodes qui correspondent à la phase dont on veut augmenter la charge par rapport à celle des autres phases, se trouve diminuée par rapport à la résis- tance ohmique du bain pour les électrodes qui correspondent à ces autres phases.
Dans les formes d'exécution représentées sur les figs. 6 à 11, le four 1, par exemple du type à bassin, comporte des élec- trodes 9,10,11, destinées à assurer le chauffage du bain de matière 2 (par exemple de verre) par passage du courant au travers de la masse. Chaque électrode est reliée à une phase d'une source de courants triphasés.
Dans ces formes d'exécution les électrodes 9,10,11 sont disposées sensiblement horizontalement, transversalement au four, et à peu près au même niveau. Comme indiqué ci-dessus cette disposition des électrodes peut être imposée par le
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traitement thermique à réaliser. Il peut en être également de même pour les formes et sections des électrodes.
Cette disposition présente la particularité que la résis- tance du bain entre les électrodes extrêmes 9 et 11 est plus grande que la résistance du bain entre l'électrode centrale 10 et chacune des électrodes 9 et 11. Il en résulte que générale- ment, et notamment s'il s'agit d'électrodes identiques comme dimensions, la puissance se répartit inégalement entre les trois électrodes, étant donné que la charge correspondant à la phase 9-11 est moins élevée que pour les autres phases.
Conformément à l'invention on introduit dans le bain des pièces 4 qui ont, à la température du bain, une conductibilité supérieure à celle de ce dernier, et qui sont disposées de telle manière que la résistance ohmique du bain entre les électrodes 9 et 11 soit diminuée par rapport à la résistance du bain pour les groupes d'électrodes 9-10 et 10-11. A cet effet, dans l'exemple, les éléments 4 sont respectivement placés dans le voisinage des électrodes 9 et 11 et sont connectés entre eux, par exemple à l'extérieur, par un conducteur 7, de manière à shunter la partie du bain comprise entre les éléments.
Dans la forme d'exécution représentée figures 6 à 7, les éléments 4 sont disposés chacun sensiblement dans le plan ver- tical passant par l'électrode extrême correspondante, et comme déjà indiqué, ils sont connectés l'un à l'autre, par exemple par une barre conductrice 7 disposée à l'extérieur du four.
Comme on le voit, le passage du courant entre les électrodes 9 et 11 s'effectue à la fois par le bain de verre et par le shunt 7. Il est donc facilité par rapport au cas où, en l'absence des éléments 4, il devrait obligatoirement s'effectuer par le bain de verre. La présence du shunt facilite également le passage du courant entre les électrodes 9 et 10 et 10 et 11, mais dans une mesure beaucoup plus faible que pour les électrodes 9 et
11. En tout cas on a le moyen d'augmenter la charge entre les électrodes 9 et 11 par rapport à celle des électrodes 9-10 et
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des électrodes 10-11. L'influence des éléments immergés et du shunt dépend de nombreux facteurs. En premier lieu elle dépend de la résistance du bain dans la zone entre électrodes et éléments, c'est-à-dire de la distance des éléments aux électro- des.
En outre intervient également la résistance plus localisée offerte au passage du courant par la zone qui entoure immédia- tement chaque élément 4 et qui est d'autant plus grande que la surface effective de contact de ces éléments avec le bain est plus faible. De même l'action des éléments est conditionnée par la résistance du shunt qui les relie. On peut agir sur cette résistance par exemple en intercalant dans le conducteur 7 des résistances ohmiques ordinaires, ou des enroulements mettant en jeu la self-induction.
On pourra donc agir sur ces différents facteurs (distance des éléments aux électrodes, surface effective de contact des éléments avec le bain, aménagement du shunt 7) pour amener à la valeur exacte que l'on désire la répartition de la charge entre les trois électrodes.
La disposition donnée aux éléments 4 dans les fige. 5 à 7, présente l'intérêt particulier de créer des zones chaudes verti- oales aux deux extrémités de la zone occupée par les électrodes, grâce au passage du courant entre chacune des électrodes extrê- mes et chacun des éléments 4 situés à son aplomb.
Dans les dispositions représentées sur les figs. 8 à 11, les éléments conducteurs 4 sont situés sensiblement dans le même plan que les électrodes.
Dans la disposition représentée sur la fig.8, chaque élé- ment conducteur est situé entre l'électrode extrême voisine et l'électrode centrale, l'un des éléments 4 étant placé dans la zone voisine de l'électrode 9 dans l'intervalle séparant les électrodes 9 et 10, et l'autre élément 4 étant lui-même placé dans la z8ne voisine de l'électrode 11 dans l'intervalle sépa-
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rant les électrodes 10 et 11. On diminue ainsi la résistance du bain entre les électrodes extrêmes 9 et 11. On diminue également, mais dans une moindre proportion, la résistance du bain entre les électrodes extrêmes 9 et 11 et l'électrode centrale 10. On a donc ainsi le moyen d'équilibrer les charges entre les trois phases.
Par ailleurs cette disposition présente la particularité que chacune des résistances entre électrodes est diminuée de sorte que, avec une même tension d'alimentation, on accroît la puissance dépensée.
Dans la disposition représentée fig.9, chaque élément 4 est également situé dans la z8ne voisine d'une électrode extrême 9-11, mais est placé à l'extérieur de l'espace compris entre l'électrode centrale et l'électrode extrême correspondante. On diminue ainsi la résistance du bain entre les électrodes extrê- mes 9 et 11. Par contre on influe pratiquement peu sur la résis- tance du bain entre les électrodes extrêmes et l'électrode cen- trale, de sorte qu'il est particulièrement aisé dans ce cas d'augmenter la charge dans la phase 9-11 par rapport aux charges des deux autres phases.
Cette disposition, qui modifie assez peu la résistance du bain entre l'électrode centrale et les électrodes extrêmes, peut être avantageuse lorsque par l'utili- sation des éléments 4 on désire, à tension égale, augmenter le moins possible la puissance mise en jeu.
Dans la disposition représentée fig.l0, l'un des éléments 4 est situé dans la région voisine de l'électrode 9, dans l'in- tervalle compris entre cette électrode et l'électrode centrale.
L'autre élément 4, lui-même situé dans la région voisine de l'électrode 11, est placé en dehors de l'intervalle compris entre cette électrode et l'électrode centrale. On diminue ainsi la résistance du bain entre les électrodes extrêmes mais en influant différemment sur la résistance du bain d'une part entre l'électrode centrale et l'électrode 9 et, d'autre part, entre l'électrode centrale et l'électrode 11.
La diminution de
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résistance du bain pour les électrodes 10-11 est en effet pra- tiquement faible tandis qu'elle est plus forte pour les élec- trodes 9-10. Cette influence dissymétrique du dispositif repré- senté sur la fig.10 peut être avantageusement mise à profit dans certains cas, par exemple dans le cas où les électrodes 9 et 11 ne sont pas symétriques par rapport à l'électrode cen- trale, soit que leurs distances à celle-ci ne soient pas égales ou qu'elles n'aient pas les mêmes dimensions l'une que l'autre.
Il est possible alors, par l'utilisation d'un dispositif tel que représenté à la fig.10, de réaliser ou de rétablir un équi- libre entre les phases, par exemple entre la phase 9-10 et la phase 9-11.
Dans la variante représentée figure 11, l'un des éléments 4 est dédoublé en deux pièces 4-4a situées de part et d'autre de l'électrode d'extrémité 11. Cette disposition a l'avantage de donner lieu, pour les lignes de courant issues de l'électro- de 11, à une répartition plus uniforme puisque le courant qui passe par le shunt a deux voies de passage au lieu d'une.
Les formes d'exécution représentées sur les figures 8 à 11 permettent, comme indiqué ci-dessus au sujet du dispositif des figures 5 à 7, de donner aux charges la répartition exacte que l'on désire en agissant sur des facteurs tels que: distance des éléments aux électrodes, positions des éléments par rapport aux électrodes, surface effective de contact des éléments avec le bain, aménagement du shunt 7.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce qui est décrit et représenté, mais peut donner lieu à des variantes.
Ainsi, notamment, les corps immergés peuvent Atre verticaux, présenter toute forme ou disposition voulue, être en toute matière conductrice appropriée. Les éléments conducteurs immer- gés en vue de réaliser la répartition des charges que l'on dési- re, peuvent affecter toute forme voulue et, en particulier,être constitués chacun par une pluralité d'éléments connectés entre
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eux extérieurement ou intérieurement. Egalement il doit être compris que l'invention s'applique à l'alimentation par des courants polyphasés quelconques, c'est-à-dire à un nombre d'élec- trodes qui peut être différent de celui envisagé ci-dessus et pour des dispositions d'électrodes différentes de celles repré- sentées dans les dessins.
REVENDICATIONS