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La présente invention concerne le refroidissement
d'une bande métallique circulant dans une section de
refroidissement d'une ligne de traitement thermique en
continu, telle qu'une ligne de recuit ou de revêtement
métallique ou organique.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
Sur les lignes de traitement thermique en continu
du type précité, le refroidissement des bandes
métalliques est réalisé dans une section de
refroidissement par soufflage d'un gaz, en général un
mélange d'azote et d'hydrogène, à travers un ou plusieurs
caissons de refroidissement, équipés de perçages ou de
tubes de soufflage associés.
Le souci constant des concepteurs des sections de
refroidissement est à la fois de refroidir de façon aussi
homogène que possible la bande circulant dans ladite
section, et d'éviter d'induire des instabilités et/ou
vibrations au niveau de la bande en circulation.
Le document EP-A-1 655 383 illustre un tel
dispositif de refroidissement, dans lequel une bande
circule entre deux caissons de refroidissement équipés de
tubes de soufflage inclinés, selon une inclinaison qui
est dirigée à la fois vers l'amont et/ou l'aval de la
bande en circulation, et vers les bords de celle-ci. Lors
de son passage dans la section de refroidissement, la
bande est ainsi refroidie sur ses deux faces grâce au
soufflage du mélange gazeux concerné à une température
inférieure à celle de la bande. La pression nécessaire au
soufflage est assurée par un ou deux ventilateurs
associés. Le mélange gazeux chauffé par l'échange
thermique avec la bande est refroidi dans un échangeur,
en général un échangeur à eau, pour être par la suite
transféré jusqu'au système de refroidissement via le ou
les ventilateurs, en étant recirculé vers les caissons de
refroidissement.
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On sait que le transfert thermique est dépendant
de la distance de soufflage entre la bande et les
orifices de sortie du mélange gazeux, et aussi de la
géométrie du soufflage et de la vitesse de soufflage. Il
est bien connu que le transfert thermique est d'autant
plus efficace que la distance de soufflage est petite
et/ou que la vitesse de soufflage est élevée. Cependant,
on se heurte à une limite pratique dans l'augmentation de
la vitesse de soufflage et dans la diminution de la
distance entre la bande et le système de soufflage, car,
à partir d'un certain seuil, on relève l'apparition de
vibrations et/ou d'oscillations de la bande qui peuvent
provoquer un contact entre la bande et le système de
soufflage, et créer des marques incompatibles avec la
qualité de surface recherchée, voire détériorer plus
gravement la bande.
En variante du soufflage de mélange gazeux, on a
également utilisé l'eau comme fluide de refroidissement,
comme cela est illustré dans le document EP-A-0 343 103
dans lequel le refroidissement rapide de la bande
s'effectue au moyen de gicleurs à brouillard eau/air, ou
en variante dans le document FR-A-2 796 965 dans lequel
on utilise des gicleurs à eau/azote. On retrouve le même
enseignement dans les documents US-A-6 054 095, US-A-
5 902 543, US-A-4 934 445 et JP-A-02 170925.
L'utilisation de l'eau comme fluide de
refroidissement est intéressante dans la mesure où le
transfert de chaleur requiert des vitesses de sortie
moindres pour le fluide de refroidissement, puisqu'il est
basé sur un échange de chaleur par évaporation de l'eau
dans l'air ou l'azote, mais cette utilisation présente
deux inconvénients importants. Le premier inconvénient
est que le transfert de chaleur est limité par la
température de saturation de l'eau dans les gaz
incondensables air ou azote, et le second est que l'acier
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à haute température subit inévitablement une oxydation
lorsqu'il est refroidi par un brouillard eau/air ou
eau/azote, ce qui nécessite par la suite un traitement
spécial de décapage qui peut s'avérer coûteux, et parfois
même impossible à exécuter dans certaines lignes comme
celles de galvanisation.
L'arrière-plan technologique est également
illustré par les documents US-A-4 399 658, US-A-
3 728 869 et DE-A-44 29203.
Il existe donc un besoin d'un procédé de
refroidissement plus performant, capable d'augmenter
significativement la vitesse de refroidissement d'une
bande métallique en défilement, sans pour autant mettre
la bande en vibration et/ou en oscillation, ni provoquer
une oxydation de ladite bande.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention a pour but de concevoir un procédé et
une installation de refroidissement permettant de
refroidir une bande métallique en défilement, avec une
vitesse de refroidissement élevée, sans générer de
vibrations et/ou d'oscillations, tout en évitant la
nécessité d'un décapage ou d'un traitement de surface
spécial à la suite du refroidissement qui serait la
conséquence d'une oxydation plus ou moins importante de
la surface de la bande.
DEFINITION GENERALE DE L'INVENTION
Le problème technique précité est résolu
conformément à l'invention grâce à un procédé de
refroidissement d'une bande métallique circulant dans une
section de refroidissement d'une ligne de traitement
thermique en continu, consistant à projeter dans la
section de refroidissement, sur la surface de la bande à
refroidir, un médium frigorigène capable de refroidir la
bande sans oxyder ladite bande, ledit procédé étant
remarquable en ce que le médium frigorigène est
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majoritairement composé d'un corps à changement de phase
dont le passage en phase gazeuse s'effectue à une
température qui est à la fois inférieure à la température
de la bande à refroidir et proche de la température du
milieu extérieur ambiant, de sorte que l'échange
d'énergie est réalisé dans le cadre d'un processus
endothermique avec un changement de phase dudit corps à
changement de phase et qu'ensuite ledit médium
frigorigène peut être recondensé à une pression proche de
la pression atmosphérique.
Grâce à l'utilisation d'un processus
endothermique avec un changement de phase, on parvient à
réaliser un important transfert d'énergie qui ne dépend
que faiblement de la vitesse de soufflage, ce qui permet
d'éviter les risques précités de mise en vibrations et/ou
d'oscillations de la bande métallique refroidie. En fait,
le transfert d'énergie dépend naturellement du type de
médias frigorigènes utilisés, mais surtout de la quantité
soufflée, et donc évaporée ou sublimée par suite du
changement de phase qui s'opère au voisinage de la
surface de la bande. De plus, on supprime les
inconvénients précités des techniques antérieures
utilisant l'eau comme fluide de refroidissement.
Conformément à un mode d'exécution particulier du
procédé de l'invention, le médium frigorigène est sous
forme solide, en particulier sous forme de paillettes,
présentant un point triple qui est supérieur à la
température du milieu extérieur ambiant, le processus
endothermique s'effectuant avec une sublimation dudit
médium frigorigène au niveau de la surface de la bande à
refroidir.
Conformément à un autre mode d'exécution du
procédé de l'invention, le médium frigorigène est un
fluide, en particulier sous forme de fines gouttelettes,
présentant une température normale d'ébullition qui est
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supérieure à la température du milieu extérieur ambiant,
le processus endothermique s'effectuant avec une
évaporation dudit médium frigorigène au niveau de la
surface de la bande à refroidir.
5 Dans la pratique, l'utilisation d'un fluide
frigorigène apparaît préférable non seulement en termes
de performance, mais aussi pour la plus grande facilité
de réalisation et de pilotage de l'installation associée.
Avantageusement, le solide frigorigène sublimé ou
le fluide frigorigène évaporé est récupéré en aval de la
section de refroidissement pour être recirculé, en ayant
subi un processus de condensation et de séparation à
l'issue duquel une fraction d'incondensables est isolée,
ladite fraction étant contrôlée pour ajuster la
température de condensation du solide ou du fluide
frigorigène en vue de minimiser la consommation
d'énergie.
En cas d'utilisation d'un fluide frigorigène, il
est préféré que ledit fluide comporte au moins 80 %
volume par volume de fluide à changement de phase.
Avantageusement alors, le fluide à changement de
phase est du pentane. Ce pourra être du pentane à l'état
pur, ou en variante un mélange pentane/hexane à 80/20 de
pourcentage molaire.
De préférence encore, l'atmosphère régnant dans
la section de refroidissement est isolée du milieu
extérieur ambiant, en particulier au niveau de l'entrée
et de la sortie de la bande à refroidir, de façon à
permettre un contrôle permanent du médium frigorigène
lors du processus endothermique. Ceci est important non
seulement pour des questions d'ordre économique, mais
aussi pour des questions de sécurité dans la mesure où
certains fluides susceptibles d'être utilisés peuvent
être inflammables à haute température et donc ne doivent
pas être mélangés à l'oxygène de l'air.
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Avantageusement enfin, le débit masse de médium
frigorigène projeté sur la surface de la bande est
contrôlé pour rester inférieur à une limite prédéterminée
faisant en sorte que la totalité du médium frigorigène
soit concerné par le changement de phase.
L'invention concerne également une installation
destinée à la mise en oeuvre d'un procédé présentant l'une
au moins des caractéristiques précitées.
Conformément à l'invention, l'installation
comporte :
- une section de refroidissement comportant un
caisson de refroidissement traversé de façon étanche par
la bande à refroidir, ledit caisson étant équipé
intérieurement de buses agencées pour projeter sur les
deux faces de ladite bande un média
frigorigène majoritairement composé d'un corps à
changement de phase dont le passage en phase gazeuse
s'effectue à une température qui est à la fois inférieure
à la température de la bande à refroidir et proche de la
température du milieu extérieur ambiant ;
- un condenseur connecté en aval du caisson de
refroidissement par l'intermédiaire d'un su presseur,
permettant de recondenser le médium frigorigène à une
pression proche de la pression atmosphérique ;
- un ballon formant réservoir/séparateur connecté
en aval du condenseur ; et
- une pompe de recirculation connectée en aval du
ballon réservoir/séparateur par l'intermédiaire d'une
vanne de sécurité, et connectée en amont du caisson de
refroidissement.
On pourra prévoir que les buses du caisson de
refroidissement sont agencées avec une segmentation, de
façon à pouvoir suivre une pente de refroidissement
prédéterminée en fonction de la vitesse de défilement de
la bande.
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On pourra également prévoir que le caisson de
refroidissement comporte une section amont exempte de
buses et une section aval équipée de buses, par référence
au sens de circulation de la bande, ladite section amont
étant équipée d'un capteur de mesure de la température de
la bande entrant dans ledit caisson.
Conformément à une autre caractéristique
avantageuse, le caisson de refroidissement est équipé, au
niveau de l'entrée et de la sortie de la bande, de sas de
traversée étanches.
Il est par ailleurs intéressant de prévoir que
l'installation comporte des capteurs de mesure de la
température de la bande en amont de l'entrée et en aval
de la sortie du caisson de refroidissement, lesdits
capteurs servant à réguler le débit de la pompe de
recirculation en fonction de la vitesse de défilement de
ladite bande, laquelle vitesse de défilement est mesurée
par un capteur associé extérieur audit caisson de
refroidissement.
Avantageusement encore, le ballon
réservoir/séparateur est équipé intérieurement d'un
serpentin frigorifique fonctionnant à une température qui
est inférieure à la température de condensation du médium
frigorigène utilisé, afin de compléter dans ledit ballon
les processus de condensation et de séparation de la
phase liquide du médium frigorigène et des gaz
incondensables. En particulier, le ballon
réservoir/séparateur est équipé d'une purge permettant
d'extraire les gaz incondensables.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de
la description qui va suivre, concernant un mode de
réalisation particulier, en référence au dessin annexé
qui illustre une installation de mise en oeuvre du
procédé.
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BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence à la figure unique du
dessin annexé, qui illustre schématiquement une
installation de mise en oeuvre du procédé de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERE DE
L'INVENTION
La figure unique illustre schématiquement une
installation notée 100 de mise en oeuvre du procédé de
refroidissement conforme à l'invention. Une bande
métallique notée 1 circule dans une section de
refroidissement notée 4 d'une ligne de traitement
thermique en continu, qui pourrait être une ligne de
recuit ou de revêtement métallique ou organique.
Conformément à l'arrière-plan technologique, la
ligne de passage de la bande 1 est fixée par un rouleau
de renvoi inférieur 2 et un rouleau de renvoi supérieur
3, de part et d'autre de la section de refroidissement 4,
le sens de circulation de la bande 1 étant schématisé par
des flèches 50.
La section de refroidissement 4 comporte un
caisson de refroidissement 5 qui est traversé par la
bande à refroidir 1. Le caisson de refroidissement 5 est
fermé, et la traversée de la bande s'effectue de façon
étanche au niveau de sas d'entrée et de sortie 8 ,9 qui
sont représentés ici schématiquement. Il pourra s'agir de
systèmes à volets coopérant ou non avec des rouleaux
d'appui, ainsi que cela est bien connu dans le domaine
des lignes de traitement en continu. Grâce aux sas
d'entrée et de sortie 8, 9, on est assuré que
l'atmosphère régnant dans la section de refroidissement 4
est isolée du milieu extérieur ambiant, en particulier au
niveau de l'entrée et de la sortie de la bande à
refroidir, de façon à permettre un contrôle permanent du
médium frigorigène lors du refroidissement de ladite
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bande.
Le caisson de refroidissement 5 est équipé
intérieurement de rampes de projection 6 agencées de part
et d'autre du plan de passage de la bande, chaque rampe
étant elle-même pourvue d'une pluralité de buses de
pulvérisation 7 permettant de projeter dans la section de
refroidissement 4, sur la surface de la bande 1 à
refroidir, un médium frigorigène particulier capable de
refroidir la bande sans oxyder ladite bande (à la
différence de l'eau souvent utilisée dans les techniques
antérieures).
Il est en effet prévu, conformément à une
caractéristique essentielle de l'invention, de projeter
sur la bande un médium frigorigène majoritairement
composé d'un corps à changement de phase dont le passage
en phase gazeuse s'effectue à une température qui est à
la fois inférieure à la température de la bande à
refroidir et proche du milieu extérieur ambiant, de sorte
que l'échange d'énergie est réalisé dans le cadre d'un
processus endothermique avec un changement de phase dudit
corps à changement de phase, et qu'ensuite ledit médium
frigorigène peut être recondensé à une pression proche de
la pression atmosphérique.
Le fait que le refroidissement soit provoqué par
le changement de phase d'au moins un composant du médium
frigorigène fait que l'on ne dépend que faiblement de la
vitesse de soufflage, ce qui est avantageux pour la
stabilité de défilement de la bande car on réduit le
risque de voir apparaître des vibrations et/ou des
oscillations de ladite bande. De plus, on supprime les
inconvénients des techniques antérieures utilisant l'eau
comme fluide de refroidissement (oxydation de la bande et
nécessité de prévoir un traitement ultérieur de
décapage).
Dans un premier mode d'exécution, le médium
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frigorigène est sous forme solide, en particulier sous
forme de paillettes, présentant un point triple qui est
supérieur à la température du milieu extérieur ambiant,
le processus endothermique s'effectuant avec une
5 sublimation dudit médium frigorigène au niveau de la
surface de la bande à refroidir. On pourra par exemple
utiliser du 002.
Cependant, si l'on prend justement l'exemple du
CO2 qui se sublime à la pression atmosphérique à -78 C,
10 dans le cas où l'atmosphère est entièrement constituée de
CO2 dans la section de refroidissement, ou à des
températures inférieures dans le cas où le CO2 est à une
pression partielle inférieure à la pression
atmosphérique, on aura en général besoin d'un taux de
compression élevé pour organiser la recirculation du
médium frigorigène, ce qui peut s'avérer peu avantageux
au niveau de la consommation énergétique.
C'est pour cela que l'on préférera souvent un
autre mode d'exécution du procédé, dans lequel le médium
frigorigène est un fluide, en particulier sous forme de
fines gouttelettes, présentant une température normale
d'ébullition qui est supérieure à la température du
milieu extérieur ambiant, le processus endothermique
s'effectuant avec une évaporation dudit médium
frigorigène au niveau de la surface de la bande à
refroidir.
D'une façon générale, il sera intéressant de
prévoir que le solide frigorigène sublimé ou le fluide
frigorigène évaporé est récupéré en aval de la section de
refroidissement 4 pour être recirculé, en ayant subi un
processus de condensation et de séparation à l'issue
duquel une fraction d'incondensables est isolée, ladite
fraction étant contrôlée pour ajuster la température de
condensation du solide ou du fluide frigorigène en vue de
minimiser la consommation d'énergie.
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Conformément à une caractéristique avantageuse,
on utilise un fluide frigorigène qui comporte au moins 80
volume par volume de fluide à changement de phase.
Parmi les différents hydrocarbures envisageables,
l'utilisation du pentane comme fluide ou composant de
fluide à changement de phase, apparaît à ce titre
particulièrement intéressante.
On pourra utiliser du pentane à l'état pur, en
particulier du pentane liquide qui s'évapore à 35 C sous
sa propre tension de vapeur, donc à pression ambiante.
Il pourra en variante s'agir d'un mélange
comportant majoritairement du pentane, avec de préférence
au moins 80% volume par volume de pentane.
On pourrait envisager des mélanges tels que des
mélanges de pentane et d'azote, mais, avec de tels
mélanges, la consommation en énergie du système global
resterait quelque peu pénalisante du fait de
l'évaporation du pentane dans un gaz incondensable qui
limite la chaleur latente de vaporisation en fonction de
la pression partielle du pentane dans l'azote.
Au contraire, un mélange pentane/hexane à 80/20
de pourcentage molaire apparaît beaucoup plus
intéressant. Un tel mélange commence à s'évaporer à
partir de 39,5 C, pour être complètement à l'état gazeux
à 43 C.
On aura compris que le pentane présente un
intérêt tout particulier du fait de sa température
normale d'ébullition de l'ordre de 35 C, car il suffit
d'organiser l'échange thermique dans un échangeur bien
dimensionné avec un fluide extérieur (air ou eau) pour le
condenser.
En variante, on pourra aussi envisager d'utiliser
de l'heptane ou un mélange pentane/heptane.
Plus généralement, le débit masse de médium
frigorigène projeté sur la surface de la bande sera de
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préférence contrôlé pour rester inférieur à une limite
prédéterminée faisant en sorte que la totalité du médium
frigorigène soit concernée par le changement de phase.
Afin d'obtenir une répartition homogène du fluide
frigorigène à évaporer au niveau de la surface de la
bande, et de s'assurer que tout le fluide frigorigène
s'est évaporé, on utilisera en particulier des buses de
pulvérisation telles que les buses 7, agencées pour
pulvériser le fluide en fines gouttelettes sur la
totalité de la surface de la bande en vue d'un transfert
thermique homogène, avec un débit massique peu important
et une régulation particulièrement simple de la quantité
de chaleur à absorber. Il sera alors intéressant de
prévoir alors que la quantité de chaleur à échanger soit
contrôlée par le débit masse de fluide pulvérisé.
Ce qui précède vaut évidemment pour le cas d'un
médium frigorigène sous forme solide, pour lequel il
convient de s'assurer que la totalité du médium
frigorigène s'est sublimée par suite de sa pulvérisation
par exemple en paillettes sur la totalité de la surface
de la bande.
Dans la pratique, dans le cas d'un fluide
frigorigène, on utilisera de préférence des buses de
pulvérisation à cônes plats. Les gouttelettes impactant
les deux faces de la bande subissent alors instantanément
un changement de phase qui induit une importante
absorption d'énergie.
Le débit masse injecté de fluide frigorigène qui
s'évapore dépend bien entendu du nombre de buses de
pulvérisation utilisées et du débit massique de chacune
de celles-ci. La distribution géométrique des buses de
pulvérisation dépend de leur angle d'action, lequel est
choisi pour que les gouttelettes impactent la totalité de
la surface de refroidissement. On pourra à ce titre se
référer au document EP-A-1 655 383 qui contient un
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enseignement précieux sur l'inclinaison des tubes de
projection, étant entendu que ce document antérieur ne
concerne que le refroidissement par soufflage d'un
mélange gazeux traditionnel tel qu'un mélange d'azote et
d'hydrogène. On pourra également prévoir que les buses de
pulvérisation soient agencées avec une segmentation, de
façon à pouvoir suivre une pente de refroidissement
prédéterminée en fonction de la vitesse de défilement de
la bande.
Si l'on revient maintenant à la figure unique du
dessin annexé, on constate que l'installation 100
comporte également un condenseur 13 connecté en aval du
caisson de refroidissement 5 par l'intermédiaire d'un
surpresseur 10, via des canalisations respectives 11 et
12, ce qui permet de recondenser le médium frigorigène à
une pression proche de la pression atmosphérique. La
canalisation 12 contenant essentiellement une phase
vapeur se prolonge par un tronçon 12' dans le condenseur
13, lequel est réalisé ici sous la forme d'un échangeur
classique utilisant un circuit d'échange 14 traversé par
de l'eau ou de l'air. La canalisation de sortie 15 du
condenseur 13 aboutit à un ballon 16 qui forme réservoir
et séparateur. Il y a en effet une phase liquide et des
incondensables qui arrivent ensemble dans ce ballon 16,
ces deux phases se séparant en une réserve liquide RL
surmontée d'une fraction d'incondensables gazeux IG.
En sortie du ballon formant réservoir/séparateur
16, on trouve une canalisation 19 menant à une vanne de
sécurité 20, puis une canalisation 21 arrivant à une
pompe de recirculation 22 qui est connectée en amont du
caisson de refroidissement 5 par une canalisation 23.
Ainsi, après évaporation du fluide à changement
de phase pulvérisé dans la section de refroidissement,
celui-ci est condensé dans le condenseur externe 13, et
on contrôle, en aval dudit condenseur, les incondensables
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présents dans le fluide frigorigène, qui sont typiquement
de l'azote et éventuellement des traces d'hydrogène.
Il est à noter que le caisson de refroidissement
illustré ici comporte une section amont 5.1 exempte de
5 buses 7, et une section aval 5.2 qui est équipée de buses
7, par référence au sens de circulation 50 de la bande 1.
La section amont 5.1 est équipée d'un capteur 34 qui sert
à mesurer la température de la bande 1 entrant dans ledit
caisson. Du fait de l'absence de buses, on peut ainsi
s'assurer, par une mesure optique de la température de la
bande, que la totalité du médium frigorigène s'est bien
transformée en gaz. Toute gouttelette n'ayant pas subi la
transformation de phase s'écoulera dans cette section et
sera évaporée, ou sublimée lorsqu'il s'agit de
paillettes.
L'installation comporte également des capteurs
32, 33 de mesure de la température de la bande 1,
respectivement en amont de l'entrée et en aval de la
sortie du caisson de refroidissement 5. Ces capteurs 32,
33 servent à réguler le débit de la pompe de
recirculation 22 en fonction de la vitesse de défilement
de ladite bande, laquelle vitesse de défilement est
mesurée par un capteur associé 31 extérieur au caisson de
refroidissement 5.
On a illustré schématiquement une unité centrale
de pilotage 30 qui reçoit des informations données par le
capteur de vitesse 31 et les capteurs de température 32,
33, 34, ces informations étant transmises par un réseau
filaire illustré en trait mixte. Cette unité de pilotage
30 permet d'envoyer des instructions de fonctionnement
très précises à l'organe de commande 35 de la pompe de
recirculation 22.
On constate également sur la figure que le ballon
réservoir/séparateur 16 est équipé intérieurement d'un
serpentin frigorifique 17, utilisant son propre fluide
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frigorigène, lequel fonctionne naturellement à une
température qui est inférieure à la température de
condensation du médium frigorigène à changement de phase
utilisé pour le refroidissement de la bande. Ce serpentin
5 frigorifique 17 permet de compléter dans le ballon 16 les
processus de condensation et de séparation de la phase
liquide du médium frigorigène et des gaz incondensables.
Le contrôle des incondensables dans le fluide frigorigène
est important, car il permet d'ajuster la température de
10 condensation : en effet, moins la teneur en
incondensables est élevée, moins la température de
condensation du fluide à changement de phase est élevée.
On pourra en outre prévoir une purge 18 en partie
haute du ballon 16 afin d'extraire les gaz
15 incondensables. Ceci permet d'éviter que les
incondensables s'accumulent au fur et à mesure du
fonctionnement de l'installation, ce qui affecterait à la
longue le rendement de celle-ci. Le serpentin
frigorifique 17 fonctionnera typiquement à une
température de 15K pour garantir une condensation plus
poussée du fluide frigorigène à changement de phase et
obtenir la séparation désirée. On est alors assuré que
les incondensables accumulés au niveau de la section de
refroidissement sont bien séparés du fluide frigorigène
de travail, et que tout le fluide à pomper jusqu'aux
buses de pulvérisation 7 est bien à l'état liquide.
La vanne de sécurité 20 permet quant à elle
l'arrêt de circulation du médium frigorigène en cas
d'urgence, comme l'infiltration massive d'air, ou un
dysfonctionnement d'un des éléments du circuit, un arrêt
de défilement de la bande, etc... Le fluide frigorigène
liquide est pompé par la pompe de recirculation 22 pour
être envoyé directement aux buses de pulvérisation 7 afin
de reprendre le cycle.
Ainsi que cela a été dit plus haut, le débit de
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la pompe de recirculation 22 est régulé par un automate
(l'unité 30) qui utilise comme données d'entrée les
températures de la bande en entrée et en sortie de
l'enceinte de refroidissement, ainsi que la vitesse de
circulation de la bande. Ces données permettent de
contrôler efficacement le système, car la quantité de
chaleur devant être extraite de la bande est
naturellement fonction de la vitesse de défilement de
celle-ci et de la consigne de la température de sortie de
la bande, et aussi des écarts de température entre
l'entrée et la sortie de l'enceinte de refroidissement.
Cette quantité de chaleur conditionne ainsi le débit de
la pompe, et donc la quantité de fluide frigorigène
pulvérisé sur la bande.
Les sas d'étanchéité 8, 9 équipant le caisson de
refroidissement 5 sont particulièrement importants
lorsque l'on utilise du pentane, comme cela a été
préconisé plus haut, non seulement pour des questions
d'économie (cela serait vrai avec tout type de fluide de
refroidissement), mais surtout pour des raisons de
sécurité. En effet, le pentane, comme d'autres fluides
analogues envisageables, sont inflammables à haute
température (309 C pour le pentane), et ne doivent donc
pas être mélangés à l'oxygène de l'air. La composition en
pentane dans le caisson sera donc mesurée en permanence
et contrôlée pour être toujours largement au-dessus de la
limite supérieure d'inflammabilité dans l'air. A ce
titre, il sera intéressant de maintenir le caisson de
refroidissement en légère surpression. On pourra
d'ailleurs prévoir une sonde supplémentaire pour
surveiller le pourcentage d'oxygène dans l'atmosphère du
caisson de refroidissement.
Par ailleurs, pour optimiser la consommation
d'énergie du surpresseur 10, le travail de ce dernier est
régulé par la température du fluide frigorigène dans
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l'échangeur que constitue le condenseur 13. A pression
supérieure à la pression atmosphérique, la température de
saturation des gaz augmente. Pour le pentane par exemple,
à une pression de 1,15 bar, la température de saturation
augmente jusqu'à 40 C. Suivant la température du fluide
frigorigène dans l'échangeur, le fluide de
refroidissement va être comprimé de façon à ce que
l'écart de températures entre le pentane et l'eau ou
l'air de refroidissement, à la sortie de l'échangeur,
soit adéquat et que le fluide frigorigène à changement de
phase puisse être complètement condensé en sortie. La
température de l'eau ou de l'air de refroidissement doit
être typiquement contrôlée de 3 à 5 K en dessous de la
température normale d'ébullition du fluide frigorigène
qui, dans le cas du pentane, est à 35 C, ce qui entraîne
que le pentane, après évaporation, peut être transféré au
condenseur 13 par un simple surpresseur 10, avec une
consommation énergétique du système minimale
comparativement à un compresseur.
On est ainsi parvenu à mettre en oeuvre un
refroidissement particulièrement efficace, avec un
transfert d'énergie rapide ne dépendant que faiblement
des vitesses de soufflage, tout en évitant des risques
d'oxydation induisant la nécessité d'un décapage
ultérieur.
La mise en oeuvre d'un tel processus endothermique
avec un changement de phase dans le cadre du
refroidissement d'une bande métallique en circulation
représente ainsi un progrès notable par rapport aux
techniques traditionnelles de refroidissement utilisant
un mélange gazeux tel qu'un mélange d'azote et
d'hydrogène, ou surtout qu'un brouillard eau/air ou
eau/azote, cas dans lequel on ne peut éviter une
oxydation de la bande, et de ce fait la nécessité de
prévoir un traitement ultérieur de décapage.
CA 02694804 2010-02-25
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En outre, grâce au choix judicieux du corps à
changement de phase, surtout s'il s'agit d'un fluide
frigorigène dont la température normale d'ébullition est
légèrement supérieure à la température du milieu ambiant,
on parvient à optimiser la consommation en énergie du
système global.
L'invention n'est pas limitée au mode de
réalisation qui vient d'être décrit, mais englobe au
contraire toute variante reprenant, avec des moyens
équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées
plus haut.
