Appareil échangeur de chaleur Le présent brevet se rapporte à un appareil échangeur de chaleur employé dans le traitement d'une feuille de verre, comprenant des parois réfrac taires en une matière ayant un pouvoir d'émission ou d'absorption d'au moins 50 % de celui d'un corps noir.
Cet appareil échangeur de chaleur peut être uti lisé pour refroidir aussi bien que pour chauffer. Quand un ruban, une feuille ou une matière ayant une autre forme doit être refroidi d'une façon con trôlée, il est tout à fait important que l'appareil échangeur de chaleur constitue un absorbeur de cha leur aussi uniforme et parfait que possible car, autre ment, le taux de refroidissement ne peut pas être contrôlé de façon convenable ou ne peut être utilisé avec l'efficacité maximum respectivement.
Puisque le pouvoir émissif d'un corps chaud rela tivement à la zone qui l'entoure est le même que sa capacité d'absorption quand il est plus froid que la zone qui l'entoure, le terme pouvoir émissif tel qu'il est utilisé dans la description couvre à la fois la capacité d'émission et la capacité d'absorption.
L'appareil suivant l'invention est caractérisé par le fait que les parois présentent des surfaces lisses et sont disposées en un ordre successif l'une par rapport à l'autre de sorte que deux parois succes sives délimitent entre elles un angle pour former une série de cavités adjacentes formant des angles de sommet aigu, une source de chaleur ou de refroi dissement étant prévue à proximité immédiate des parois, l'angle de sommet des cavités étant choisi de sorte que, par une réflexion intérieure, le pouvoir total d'émission ou d'absorption des cavités est sen siblement égal à l'unité.
La matière formant les cavités est choisie parmi celles ayant un pouvoir émissif d'au moins 50 % de celui d'un corps noir, car des taux de pouvoir émissif moindre ne permettraient pas d'approcher après multiples réflexions les caractéristiques d'un corps noir. Les parois formant les cavités peuvent être faites de matière réfractaire ou de métal sui vant leur utilisation.
Une composition de silice et d'argile est particulèrement efficace comme élément radiant, bien que la silice pure et des compositions contenant aussi peu que 50 % de silice et 50 % d'argile soient efficaces. Pour l'absorption d'un rayonnement, on a utilisé avec succès des aciers étirés à froid pour le refroidissement des feuilles de verre étirées. Cependant, d'autres matières réfrac taires peuvent être utilisées suivant les températures du milieu ambiant, considéré dans l'opération d'échange de chaleur.
Le terme réfraclaire utilisé ici comprend aussi toutes matières résistant à des chaleurs à haute tem pérature, y compris les matières siliceuses et les métaux tels que l'acier.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, des formes d'exécution de l'objet de l'invention, ainsi que des variantes de construction.
La fig. 1 est un diagramme schématique de rayons montrant comment est déterminée la géo métrie d'une cavité angulaire.
La fig. 2 est un diagramme montrant comment varie le pouvoir émissif d'une cavité (porté en ordon nées) avec le pouvoir émissif de la matière réfrac taire (porté en abscisses) utilisée pour former la structure réfractaire, l'énergie radiante étant émise sans réflexion, avec une réflexion, deux réflexions, trois réflexions, quatre réflexions, avant d'atteindre la zone visée. Ce diagramme est également vrai pour l'absorption d'énergie radiante venant frapper la cavité et émanant de la zone visée.
La fig. 3 est un diagramme qui montre la varia tion du pouvoir émissif ou du pouvoir d'absorption d'une cavité angulaire (porté en ordonnées) en fonc tion du rapport de la profondeur de la cavité à la largeur de son ouverture (porté en abscisses).
La fig. 4 est une vue en bout d'un échangeur de chaleur utilisé comme élément de chauffage dans un four, des fragments des échangeurs de chaleur voisins étant aussi représentés.
La fig. 5 est une vue similaire à la fig. 4 d'une variante de construction d'un élément de chauffage. La fig. 6 est une vue partielle prise à 90 de la fig. 5, correspondant à celle-ci, et montrant comment les éléments de chauffage individuels sont groupés. La fig. 7 est une vue schématique d'un four dit horizontal utilisant des éléments de chauffage et dans lequel les jeux d'éléments de chauffage sont disposés suivant des plans horizontaux écartés l'un de l'autre.
La fig. 8 est une vue schématique d'un four dit vertical dans lequel les feuilles de verre ou de glace sont supportées verticalement par des pinces pour subir un traitement thermique, les éléments de chauf fage radiants étant disposés sur les parois opposées du four de chauffage.
La fig. 9 est une vue schématique d'une machine d'étirage d'une feuille de glace ou de verre utilisant des échangeurs de chaleur par radiation ou des absorbeurs d'énergie présentant approximativement les caractéristiques d'un corps noir.
La fig. 10 est une vue latérale d'une des séries d'échangeurs de chaleur radiante ou absorbant de l'énergie en direction de la flèche x indiquée à la fig. 9.
Les trois premières figures du dessin expliquent l'influence des facteurs grâce auxquels une cavité faisant partie d'un appareil échangeur de chaleur con forme à l'invention se comporte étroitement comme un ensemble de corps noir.
La fig. 1 montre les deux moitiés de l'angle d'une cavité angulaire formée entre deux parois à surface lisse. ROP désigne une ligne correspondant à une cible, telle que la surface d'une feuille de verre à chauffer par un dispositif de chauffage radiant ou à refroidir par un dispositif absorbant jouant le rôle de corps noir, et représente une surface coupée par l'angle solide d'une radiation de corps noir émanant de la cavité. L désigne la profondeur de la cavité angulaire.
W désigne la demi-largeur de la cavité ou la demi-largeur de la base d'un triangle isocèle formé en reliant les extrémités espa cées des deux parois latérales formant la cavité ; d désigne la distance entre la base du triangle iso cèle et la surface qui sert de cible. Si l'émission ou l'absorption par le plan de la cible ROP doit avoir un maximum constant, relativement insensible aux variations de la matière de la cavité, alors la cavité formée par les parois à surface lisse doit avoir un pouvoir émissif égal à celui d'un corps noir ou à l'unité.
Parce que la plupart des matières ont un pouvoir émissif inférieur à 1, il est nécessaire de construire la cavité en lui donnant une forme telle qu'on puisse utiliser tout le rayonnement réfléchi afin d'augmenter le rayonnement émis.
Dans le cas présent, la radiation émise par le point A de la cavité sur le point P du plan de la cible se compose de la radiation émise directement par le point A, de celle émise d'un point B et réflé chie au point A, de celle émise d'un point C et réfléchie aux points B et A vers le point P, etc. Si le pouvoir émissif de la matière utilisée pour les parois de la cavité est d'au moins 50 %, la combi naison de l'énergie émise et de l'énergie réfléchie s'approche asymptotiquement de l'unité.
La fig. 2 qui donne une comparaison du pouvoir émissif de la cavité en fonction du pouvoir émissif de la matière utilisée pour réaliser la cavité montre comment le pouvoir émissif d'un corps s'approche de l'unité quand on utilise des réflexions multiples. Pour une paroi droite, le pouvoir émissif est égal au pouvoir émissif de la matière choisie. Quand le nombre de réflexions internes s'accroît avant que l'énergie soit rayonnée de la cavité, le pouvoir émis- sif de la cavité s'approche de l'unité très rapidement, même avec des matières ayant un pouvoir émissif relativement bas.
Lorsqu'on désire une efficacité de 98 %, la fig. 2 montre qu'avec une matière ayant un pouvoir émis- sif de 50 %, pour la réaliser il faut former une cavité angulaire donnant au moins quatre réflexions internes. Avec une matière ayant un pouvoir émissif de 70 %, il suffit de deux réflexions internes pour parvenir à un pouvoir émissif de la cavité égal à 98 %.
La fig. 3 montre comment le pouvoir émissif d'une cavité s'accroit avec le rapport entre sa pro fondeur et la largeur de son ouverture. Cette figure montre que plus l'angle de la cavité est petit, plus celle-ci s'approche des caractéristiques d'un corps noir.
La fig. 1 montre que comme le point A com porte un grand nombre de composantes réfléchies qui renforcent le rayon venant du point A de la cavité et qui va au point P de la surface de cible, ce point A prend des caractéristiques voisines de celles d'un corps noir radiant par rapport au point P du plan de la cible. Le rayon représenté partant du point A vers le point P est un rayon extrême dans l'angle solide du rayonnement sensiblement égal à celui d'un corps noir qui émane de la cavité. Ce rayon comporte le nombre le plus petit possible de composantes réfléchies.
Ainsi, si l'on obtient un rayonnement analogue à celui d'un corps noir pour le rayon allant du point A au point P, alors il en résulte que le point A donne l'émission d'un corps noir pour n'importe quel autre point du plan de cible ROP.
Il s'ensuit que tout autre point de la cavité donne une émission maximum sur le plan de cible ROP. Par conséquent, la cavité joue le rôle d'un corps noir émetteur vis-à-vis du plan de cible. De façon analogue, si l'on désire utiliser l'appareil échangeur de chaleur dans des buts de refroidissement, le rayon nement émis par le plan de cible ROP est absorbé et la cavité se comporte comme un corps noir absorbeur.
En déterminant l'angle dièdre de la cavité pour une distance donnée du plan de cible, il est d'abord nécessaire de déterminer le nombre des composantes réfléchies requises pour augmenter le pouvoir émissif de la cavité pour qu'il se rapproche de l'unité. Ceci dépend du pouvoir émissif de la matière utilisée.
Sur la fig. 2, le pouvoir émissif de la cavité a été porté en fonction du pouvoir émissif de la matière réfractaire pour un nombre variable de com posantes réfléchies renfermant des rayons émis direc tement. A titre d'exemple, si la cavité est établie à partir d'une matière réfractaire ayant un pouvoir émissif de 0,80 et avec un angle tel qu'il se produise au moins deux composantes réfléchies, alors le pou voir émissif est au moins de 0,992.
Connaissant le nombre des rayons composants réfléchis désirés, l'angle de la cavité requis pour donner ce nombre de réflexions peut être déterminé. En se reportant à nouveau à la fig. 1, l'angle a qui est l'angle d'émission directe de la radiation allant du point A au point P peut être déterminé par l'équation
EMI0003.0011
formule dans laquelle W est la demi-largeur de la base de la cavité, h est la demi-largeur du plan de cible, d est la distance entre la cible et la base de la cavité et x est le demi-angle d'ouverture de la cavité.
De façon analogue, l'angle b du rayon émis par le point B et qui vient s'ajouter à l'émission du point A pour une première réflexion, est donné par la formule
EMI0003.0014
et c l'angle du rayon émis par le point C qui aug mente le pouvoir émissif du point A par une réflexion de second ordre est donné par la formule
EMI0003.0016
A partir de ces équations, l'angle d'ouverture de la cavité peut être déterminé pour toute matière réfractaire ayant un pouvoir émissif donné afin qu'un nombre suffisant de rayons réfléchis soit obtenu pour amener le pouvoir émissif de la cavité à une valeur sensiblement égale à l'unité. 98 % ou 99 % suffi sent dans la pratique.
Les dimensions de la cavité peuvent être obtenues par la relation
EMI0003.0018
W désignant la moitié de la largeur de la base de la cavité et L la profondeur de cette cavité. Sur la fig. 3, les courbes représentées corres pondent à une distance de 30,48 cm entre la base de la cavité et le plan de cible, ce plan de cible étant 1,2 fois plus large que la base de la cavité. Les courbes sont aussi valables pour une cavité plus éloignée de la cible que 30,48 cm. La surface de cible a été choisie plus large que la base de la cavité de façon que, lorsque les cavités sont placées côte à côte, leurs champs respectifs de corps noirs se che vauchent en donnant un champ uniforme.
Les fig. 4 à 8 montrent la construction d'éléments de chauffage individuels et leur disposition dans des fours variés pour chauffer des feuilles de verre.
Ces éléments d'échanges de chaleur présentent une structure réfractaire creuse désignée générale ment par la référence 10 qui est formée d'une matière ayant un pouvoir émissif d'au moins 50 %. Les élé ments peuvent être construits par coulée d'une bar botine formée d'un mélange de silice et d'argile de façon à assurer des surfaces lisses à ces éléments.
Une façon typique de procéder pour obtenir par coulée de barbotine des éléments réfractaires de 30,48 cm de long,<B>15,23</B> cm de large, 7,93 cm de haut avec des rainures de 4,4 cm de large et 4,4 cm de profondeur formés par des parois ayant une épaisseur de 3,17 mm; comporte le mélange de 81,645 kg de silice fondue broyée passant au tamis à mailles de 0,230 mm avec 54,430 kg d'argile ordi naire, en ajoutant ce mélange solide à une solution contenant 3000 cc de Na2p4O; dans 24,494 kg d'eau distillée pour former une barbotine.
La barbotine est versée dans un moule en plâtre de Paris dont les parois intérieures ont la forme désirée pour les parois extérieures de la pièce réfractaire. La barbotine se solidifie dans la partie adjacente du moule en plâtre de Paris à une vitesse correspondant à une épaisseur de 3,17 mm toutes les 10 minutes. Après 10 minutes, l'excès de barbotine est enlevé et la barbotine soli difiée est laissée à sécher à l'air pendant environ 10 minutes. Le moule est ensuite écarté de la bar botine et la barbotine est cuite à une température de 1179 C pendant 72 heures.
Il faut avoir soin de limiter la température de cuisson, car la silice fondue prend une forme très dilatée lorsqu'elle est cuite à des températures sensi blement plus élevées. Il faut aussi que la silice fon due utilisée soit d'un grain assez fin pour permettre l'obtention de surfaces lisses.
Chaque élément réfractaire 10 est conçu pour présenter une série de parois 12 à surface lisse s'éten dant longitudinalement le long d'axes parallèles lon gitudinalement à la pièce 10 et clans des plans orien tés obliquement l'un vis-à-vis de l'autre, où leurs surfaces extérieures lisses 14 forment des cavités 16 à section en V qui s'étendent côte à côte sur la longueur de l'élément 10.
Des parois additionnelles 18, 20 et 22 sont fixées aux parois 12 les plus extérieures des cavités 16 latérales de façon à former une chambre évidée 24 avec les surfaces intérieures 26 des parois 12. Les parois 18 et 22 de chaque élément réfrac taire sont disposées pour s'étendre en ligne suivant des plans parallèles normaux aux plans suivant les quels est disposée la paroi 20. Les parois 18 et 22 présentent un évidement près des coins qu'elles for ment avec la paroi 20. Une partie de chaque évide ment forme une rainure 28 s'étendant longitudinale ment à l'élément réfractaire 10 le long de chaque paroi 18 et 22. Un étrier 30 ayant une base 32 fixée à la structure du four se termine par des pinces 34 qui sont insérées dans les rainures 28 pour fixer l'élément réfractaire 10 à la structure du four.
Les éléments réfractaires 10 sont disposés en ensembles alignés longitudinalement et transversale ment côte à côte de façon que le groupe de ces élé ments réfractaires 10 présente des lignes continues de cavités 16 disposées côte à côte. Ceci est obtenu en faisant buter l'une contre l'autre la paroi 22 d'un élément réfractaire 10 contre la paroi 18 d'un élé ment voisin.
Les fig. 5 et 6 montrent une variante de construc tion des éléments réfractaires 10, ayant pour but d'assurer que les éléments 10 de chaque jeu soient convenablement alignés en direction longitudinale. Ce résultat est obtenu en enfilant des tiges 36 dans les rainures 28 et en raccourcissant suffisamment les parois 20 et les parties évidées des parois 18 et 22 pour recevoir des flasques 38 ajourés suspendus à des plaques 40 fixées à la structure du four. Les ouvertures des flasques 38 sont placées en aligne ment avec les rainures 28 lorsque les éléments réfrac taires 10 sont convenablement placés.
C'est pour quoi les tiges 36 passent dans les rainures 28 et dans les ouvertures alignées des flasques ajourés 38 afin d'assurer un alignement convenable des éléments réfractaires 10 et de leurs cavités 16 en forme de V.
Lorsque les cavités 16 sont utilisées comme corps noirs radiants, une source de chaleur est requise pour coopérer avec chaque élément réfractaire 10. Cette source peut être constituée par le passage de fluides chauffés, tels que des gaz de combustion, dans la chambre 24 évidée des éléments réfractaires 10. Etant donné que les parois 12 de l'élément réfrac taire 10 sont minces, de préférence d'un ordre de grandeur de 3,17 mm à environ 6,34 mm d'épaisseur, le niveau d'énergie radiante du rayonnement émis par les cavités 16 répond rapidement à la capacité thermique des gaz chauds passant à travers les cham bres évidées 24.
Un autre moyen de chauffage peut être un élé ment chauffant 42 à résistance électrique supporté dans chaque cavité angulaire 16 et s'étendant dans la direction longitudinale de celle-ci. Cependant, lors qu'on utilise ce dernier type de source de chauffage, il convient de prendre soin que l'élément chauffant 42 soit bien placé aussi profondément que possible dans sa cavité 16 et qu'il couvre un maximum d'en viron 10 % de la section transversale de l'ouverture de ladite cavité. Si ces précautions ne sont pas prises, l'élément chauffant par résistance électrique fait per dre à la cavité ses caractéristiques de corps noir.
Sur la fig. 7, les éléments réfractaires 10 sont utilisés dans un four du type tunnel horizontal ou arche 44 ayant un toit ou une voûte 46, un plan cher 48 et des parois 50. Des rouleaux transporteurs 52 sont montés entre les parois 50 de façon à pou voir tourner et sont entraînés de façon classique par un dispositif moteur d'entraînement, par exemple avec chaînes et roues à chaîne (non représentés). Les feuilles de verre, ou des supports pour ces feuil les, sont entraînés dans le four-tunnel lorsque les rouleaux 52 tournent.
Un jeu d'éléments réfractaires 10 est fixé au toit 46 et un autre jeu de ces éléments 10 est fixé au plancher 48 du four 44. Des dispositifs de con trôle 54 thermosensibles traversent les parois 50 et convergent sur des zones des surfaces d'émission des éléments réfractaires<B>10</B> pour vérifier et contrôler la chaleur utile des éléments de chauffage 42 à résis tance électrique montés dans l'angle de chaque ca vité 16.
Les éléments de résistance électrique sont reliés entre eux pour former des circuits résistants couplés à des fils d'amenée 56 dont chacun est relié à une source de tension (non représentée) différente par l'intermédiaire d'un circuit de contrôle répondant à la lecture donnée par le dispositif de contrôle 54 ther mosensible. On dispose autant de circuits de contrôle qu'il est nécessaire le long du toit et du plancher pour contrôler le diagramme de chaleur radiante à la fois dans le sens de la longueur et dans le sens transversal du passage du verre à travers le four.
Dans le four horizontal 44, un écran 58 en forme de treillage à mailles ouvertes est supporté au-dessus du jeu inférieur d'éléments chauffants afin de retenir les débris de verre et de les empêcher de venir en contact avec les éléments de chauffage 42 à résis tance électrique disposés sous le transporteur. S'il n'en était pas ainsi, les fils de résistance pourraient être grillés par suite de la présence des débris de verre sur ces fils.
Un four vertical 60 dans lequel les éléments réfractaires 10 sont portés par des parois 62 verti cales est représenté sur la fig. 8. Dans cette forme d'exécution de l'appareil objet de la présente inven tion, des feuilles de verre G sont saisies par des morailles 64 portées par des chariots 66. Ces der niers sont transportés à travers le four 60 au moyen de rouleaux convoyeurs 68 entraînés par des moyens classiques (non représentés). On fait circuler des gaz très chauds dans les chambres évidées 24 pour consti tuer une source de chaleur radiante pour les cavi tés 16.
Il est bien compris que l'une ou l'autre source de chaleur décrite peut être utilisée dans l'un quel conque des fours représentés. De même, dans cha que cas des résistances électriques peuvent être logées dans les chambres évidées 24 pour servir de source de chaleur convenable aux cavités 16. Quoique les appareils des fig. 7 et 8 soient parti culièrement utiles pour le chauffage de feuilles de verre dans les traitements d'égalisation tels que ceux requis pour le recuit, la trempe ou l'obtention d'un revêtement, les éléments réfractaires 10 sont égale ment convenables pour être utilisés dans des arches pour bomber des feuilles de verre ou de glace.
Quand on bombe des feuilles de verre par paires avant de les laminer pour former des pare-brise en verre de sécurité stratifié, seule la surface supérieure d'un assemblage de pare-brise est exposée aux éléments de chauffage radiants et des masses de métal sont dis posées sous des portions sélectionnées de l'assem blage pour absorber la chaleur de ces portions qui doivent rester relativement plates. En conséquence, les éléments chauffants sont placés seulement au-des sus du trajet de déplacement des assemblages de feuilles de verre. Les éléments réfractaires 10 peu vent en conséquence être disposés seulement sur l'un ou l'autre côté du parcours des feuilles de verre ou sur les deux côtés de ce parcours.
Pour réaliser un chauffage uniforme d'une feuille de verre, on a fait l'expérience suivante. Un four de 0,609 m de long, 0,457 m de haut et 0,406 m de large a d'abord été réalisé en parois réfractaires plei nes comportant des éléments de canaux réfractaires de 0,038 m de profondeur et de 0,038 m de largeur ayant une section rectangulaire et séparés l'un de l'autre de 0,038 m en s'étendant longitudinalement dans le four, côte à côte le long des parois opposées du four. Des spires de chauffage de 0,012 m de diamètre étaient disposées dans les canaux sur toute leur longueur. Après trois heures de chauffage con tinu, la température de la surface radiante des parois pleines variait entre 648,880 C pour les spires chauf fantes et 598,890 C entre ces spires.
Une feuille de verre à la température ambiante ayant pour dimensions 25,4 X 30,2 cm et 6,3 mm d'épaisseur, fut suspendue suivant un plan vertical au milieu du four. L'introduction de la feuille de verre refroidit le four. Un courant suffisant fut fourni aux spires de chauffage pour que leur tem pérature remonte à 648,880 C. Après 45 minutes, durée pendant laquelle la température du four resta stable, la température de surface de la feuille de verre atteignit une valeur variant entre 593,33 C et 607,22 C.
La même expérience fut faite après avoir enlevé les parois réfractaires pleines en leur substituant des sections moulées d'une composition en silice-argile ayant des parois lisses formant des cavités angulaires de 4,44 cm de large et de 4,44 cm de profondeur s'étendant côte à côte le long des parois du four en remplacement des parois pleines. Des spires de chauf fage de 12,7 mm de diamètre furent installées dans les cavités et chauffées à 648,88 C. La température de surface des cavités variait de 646,120 C dans leur angle jusqu'à 640,59 C dans la partie la plus large de leur ouverture, après une heure de chauffage seulement.
Une feuille de verre aussi identique que possible en longueur, largeur, épaisseur et composition chi mique à la feuille chauffée par le four muni de parois réfractaires pleines fut placée au milieu du four chauffé muni d'éléments d'échange de chaleur du genre décrit ci-dessus. La feuille de verre atteignit une température de surface qui variait entre 646,12 C et 647,50 C. Cette gamme de tempéra ture fut atteinte après environ 15 minutes en par tant de la température ambiante (environ 240 C).
On utilisait une source de courant de 10 kilo watts pour chauffer les spires ou bobines dans les deux expériences décrites ci-dessus. En d'autres ter mes, la même puissance était disponible à l'entrée des deux types de construction de four.
D'après les résultats de ces expériences, le temps de réponse du four vide était réduit de 3 heures à 1 heure pour chauffer le four jusque dans des condi tions d'équilibre stable avec des spires chauffantes portées à 648,88 C, et ce temps était ramené de 45 minutes à 15 minutes pour chauffer la feuille de verre jusqu'à son point d'équilibre.
En outre, le gradient de température du dispositif de chauffage était réduit de 50o C à 8,3o C et la sur face du verre montait d'une gamme de températures comprise entre 47,21, C et 55,5o C au-dessous de la température des spires, dans une gamme de tempé ratures comprise entre 5,5 C et 8,3 C au-dessous de la température des spires en utilisant des échan geurs de chaleur du genre décrit ci-dessus au lieu des éléments réfractaires pleins de la technique anté rieure.
Comme il a été dit précédemment, certaines for mes d'exécution de l'appareil peuvent être construites pour constituer des absorbeurs de chaleur radiante. Une telle forme d'exécution est par exemple utilisée dans la fabrication de feuilles de verre ou de verre à vitres.
Dans la fabrication de feuilles de verre étiré, le verre est tiré généralement vers le haut sous la forme d'un ruban continu à partir de la surface d'un bain de verre en fusion. Le verre passe au cours de son trajet ascendant entre divers dispositifs de refroidisse ment. Les dispositifs classiques de refroidissement utilisés sont habituellement construits en matière ré fractaire, telle qu'un métal, habituellement sous la forme d'une pluralité de tubes connectés, tubes rec tangulaires ou carrés destinés au passage d'un fluide de refroidissement tel que l'eau et qui présentent au verre une surface plane continue.
La chaleur très forte à laquelle sont exposés ces dispositifs classiques de refroidissement provoque la formation sur leur surface de calamine ou d'écailles distribuées de façon non uniforme, ce qui diminue leur efficacité pour absorber la chaleur. La formation d'écailles ou- de calamine dans des dispositifs de refroidissement pose un problème particulièrement sérieux après une cer taine durée d'utilisation. Ces dispositifs de refroidis sement réfléchissent aussi de la chaleur qui revient sur le verre visqueux, ce qui réduit encore leur effi- cacité pour absorber la chaleur.
La combinaison des deux effets précités est une source de difficultés pour maintenir des dimensions ou une épaisseur unifor mes de la feuille et cela réduit matériellement la vitesse de tirage en sorte qu'on produit une quantité moindre de verre. Des tentatives variées ont été faites pour accrôi- tre la vitesse de tirage en augmentant la dimension des dispositifs de refroidissement. Cependant, il est évident que la formation de calamine et la réflexion en retour de la chaleur sur le verre laissent subsister le même problème.
C'est pourquoi des tentatives ont été faites pour contrôler l'épaisseur de la feuille en faisant varier les propriétés absorbantes des dispo sitifs de refroidissement, par exemple en plaçant des matelas d'une matière résistant à la chaleur, tels que de la transite ou de l'amiante, le long de la surface des dispositifs de refroidissement situés en face du verre. Cela exige une surveillance constante de la feuille et un changement de position constant des différents matelas, et en outre cela peut faire tomber la calamine des dispositifs de refroidissement dans le bain de verre en fusion qui se trouve ainsi contaminé.
Le changement de la position des matelas s'ajoute ainsi au problème d'un calaminage non uni forme et peut érafler ou marquer les dispositifs de refroidissement en diminuant ainsi leur vie utile.
Une forme d'exécution de l'appareil selon l'in vention a été utilisée pour procurer un transfert de chaleur maximum de la feuille de verre jusqu'au dispositif absorbeur de chaleur par unité de surface absorbante, pour procurer une surface absorbante de chaleur uniforme donnant une épaisseur plus uni forme à la feuille et pour maintenir une vitesse de tirage constante au-dessus du four en marche, indé pendante d'un revêtement inégal ainsi que du cala- minage ou des éraflures du dispositif absorbeur de chaleur.
Cet appareil échangeur de chaleur comporte une série d'éléments creux connectés et juxtaposés, mon tés l'un à côté de l'autre et interconnectés de préfé rence en série par leurs extrémités de façon qu'un fluide de refroidissement tel que de l'eau puisse cir culer à travers ces éléments. Chaque élément présente des parois à surface lisse s'étendant le long d'axes parallèles et dans des plans orientés obliquement l'un par rapport à l'autre et se terminant en formant un angle aigu avec chaque paroi adjacente. Les parois juxtaposées des éléments adjacents forment des cavi tés angulaires d'une largeur et d'une profondeur prédéterminées et s'étendent côte à côte.
L'assem blage présente une surface de cavités adjacentes â section en V présentant des angles aigus faisant face au ruban de verre qui s'élève. L'angle de chaque cavité est tel que toute énergie radiante qui pénètre à partir d'angles solides prédéterminés est absorbée à plus de 98 % même si le pouvoir d'absorption de la matière des dispositifs absorbeurs de chaleur est aussi bas que 50 %. Si l'on se reporte maintenant à la fig. 9, celle-ci montre une feuille de verre 100 qui est tirée d'un bain 102 de verre en fusion formé dans un four dont l'ensemble est désigné par 104.
Une barre d'étirage 106 s'étendant transversalement au four 104 est immergée dans le bain 102: La feuille de verre 100 dans son état visqueux forme une base ou ménisque<B>107</B> avec la surface du bain 102 et elle est tirée du bain 102 à travers la chambre d'étirage 108 du four 104 au moyen de rouleaux d'étirage 110 d'une machine à étirer classique dési gnée par la référence générale 112. La chambre d'étirage 108 est limitée par le bain 102, des blocs 114 en forme de L de type classique, des dispositifs de refroidissement 116 à eau et ventilateur, des parois d'extrémité 118 et des cuvettes de retenue 120.
Les dispositifs de refroidissement<B>116</B> à ventilateur sont disposés chacun entre les blocs 114 en forme de L et la base de la structure de la machine à étirer 112, et ils s'étendent sensiblement jusqu'aux parois d'extré mité 118 de la chambre d'étirage 108. La base de la machine à étirer 112 est sensiblement fermée au moyen des cuvettes 120 ayant une forme générale de U. Ces cuvettes forment des refroidisseurs et occu pent une position telle qu'elles peuvent retenir le verre brisé qui peut tomber de la machine en empê chant ainsi toute entrée de fragments de verre dans le bain 102. Ces cuvettes de retenue 120 s'étendent aussi sensiblement jusqu'aux parois d'extrémité 118 de la chambre d'étirage 108 et sont construites pour le passage de fluide de refroidissement tel que de l'eau.
L'un des bords de chaque cuvette de retenue 120 est disposé sensiblement parallèle à la feuille 100 et écarté de celle-ci.
Les absorbeurs de chaleur 122 (voir aussi fig. 10) sont prévus pour absorber une quantité maxi mum d'énergie radiante provenant de chaque surface unitaire de la feuille 100. Ces absorbeurs de chaleur 122 sont écartés au-dessus de la surface du bain 102 et sont disposés sur les côtés opposés de la feuille 100 en s'étendant sensiblement sur la largeur de la feuille, transversalement à la chambre d'étirage 108.
Comme le montre le dessin, chaque absorbeur de chaleur 122 est formé d'éléments creux 124 con nectés et juxtaposés, ayant une section de parallélo gramme et des parois 126-128 à surface lisse qui font face à la surface du ruban de verre 100. Les parois 126-128 de chaque élément s'étendant le long d'axes parallèles dans des plans orientés obliquement l'un par rapport à l'autre et se terminant pour former un angle aigu, comme on le voit en 130. Les parois juxtaposées 126-128 des éléments adjacents 124 for ment des cavités 132 qui s'étendent côte à côte, chaque cavité présentant un angle aigu 134. La sec tion transversale des éléments 124 peut différer de celle représentée du moment que les cavités 132 sont telles que décrites.
Les éléments 124 sont connectés en série à leurs extrémités pour le passage d'un fluide de refroidis sement à travers ces éléments, de l'eau par exemple, et, pour assurer les connexions en série et le pas sage de liquide de refroidissement, il est prévu des collecteurs 136. Des conduits 138 adaptés pour être reliés à une source de fluide de refroidissement et à une cuve ou puisard (non représentés) sont reliés aux collecteurs 136 pour l'entrée et la sortie du fluide de refroidissement des éléments 124. Une semelle 140 est fixée à l'élément inférieur creux 124 en série avec celui-ci, cette semelle étant formée comme on le voit de plusieurs éléments rectangulaires creux 142 placés côte à côte.
Cette semelle offre une sur face plate au ruban de verre ascendant et une sur face plate à une partie du bain 102 en le condition nant au voisinage de la base de la feuille. Comme représenté, l'épaisseur de la semelle 140 en allant de la feuille 100 vers le bloc en forme de L est plus grande que celle des éléments 124.
Les expériences suivantes ont été effectuées avec une machine à étirer pour comparer l'effet des absor- beurs de chaleur radiante décrits ci-dessus avec des dispositifs de refroidissement conformes aux ensei gnements de la technique antérieure de l'étirage de verre en feuilles.
Une machine à étirer produisait un ruban de verre (épaisseur de 3,17 mm) à une vitesse d'étirage donnée en utilisant des dispositifs classiques de re froidissement à surface plane d'une hauteur prédé terminée, disposés dans un four ayant la construc tion représentée sur la fig. 9. En accroissant la hau teur des dispositifs de refroidissement à surface plane du type classique d'environ 30<B>%,</B> toutes autres con ditions restant identiques, on augmentait la vitesse d'étirage de la machine pour la même épaisseur de verre d'environ 16 %.
En utilisant des absorbeurs de chaleur ayant approximativement la même hau teur que le dispositif de refroidissement classique à surface plane déjà mentionné, sans semelle 140, toutes autres conditions restant encore constantes, il en résultait un accroissement de 17 % de la vitesse d'étirage pour la machine produisant un ruban de même largeur et de même épaisseur. En utilisant des absorbeurs de chaleur avec des semelles 140 ayant une dimension horizontale égale à 1,5 fois la dimension horizontale d'un élément 124, toutes autres conditions restant constantes, on obtenait un accrois sement de 6 % de la vitesse d'étirage pour la ma chine à étirer produisant un ruban de même largeur et de même épaisseur.
Cela représente un accroisse ment de 24 % de la vitesse obtenue en utilisant des dispositifs de refroidissement à surface plane du type classique, toutes autres conditions restant constantes, en produisant une feuille de même largeur et de même épaisseur.