Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02319031 2000-07-21
WO 99/39549 PCT/FR99/00188
VIS TRANSPORTEUSE CHAUFFANTE
La présente invention concerne un dispositif de
transfert et de traitement thermique de solides divisés
tels que des matériaux pulvérulents.
Les dispositifs de transfert et de traitement
thermique couramment utilisés dans l'industrie comprennent
un organe de transfert et un moyen chauffant de traitement
thermique.
Dans un premier type de dispositif, l'organe de
transfert est une enveloppe tubulaire vibrante recevant les
solides divisés. Le traitement thermique est alors assuré
par chauffage de l'enveloppe tubulaire. De tels dispositifs
sont de mise en oeuvre délicate et sont relativement
coûteux.
On connaît un deuxième type de dispositif dans
lequel l'organe de transfert est une hélice montée pour
tourner autour d'un axe longitudinal dans une enveloppe
tubulaire. Le moyen chauffant est constitué soit par
l'enveloppe (alors formée d'une double enveloppe pour faire
circuler un fluide caloporteur, ou équipée extérieurement
de résistances chauffantes), soit par un tube, autour
duquel s'enroule l'hélice, ledit tube étant parcouru par un
fluide porté à une température élevée. De tels dispositifs
sont plus simples à mettre en oeuvre que les dispositifs
précédemment cités. Toutefois, dans ces derniers disposi-
tifs, seuls les solides se trouvant à proximité de l'enve-
loppe chauffante ou du tube chauffant sont soumis à un flux
thermique ef f icace . On s'est en outre aperçu dans le cas
d'un tube chauffant que, le tube n'assurant aucune fonction
de transfert ou de brassage des solides divisés, les
solides divisés se trouvant à proximité du tube ne sont pas
renouvelés. Il en résulte que le chauffage des solides
divisés est incomplet, irrégulier et peu efficace. Afin de
chauffer les particules se trouvant en une position
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éloignée du tube, il est alors nécessaire d'augmenter la
température du tube, ce qui risque de faire gratiner les
particules proches du tube par suite d'un échauffement trop
important de celles-ci, de sorte que l'écoulement est
perturbé et les coûts de maintenance sont augmentés (des
nettoyages fréquents sont en effet indispensables pour
décoller les particules qui adhèrent au tube), ou de
chauffer en plus l'enveloppe tubulaire, ce qui augmente
encore le coût de l'installation.
on connaît enfin des hélices à double enveloppe,
présentant un passage interne dans lequel on fait passer un
fluide thermique. Ce type de structure présente toutefois
de nombreux inconvénients : outre le coût de fabrication
élevé et la complexité du montage pour préserver l'étan-
chéité lors de la rotation de l'hélice, l'inertie thermique
est très élevée, ce qui interdit un changement rapide de
régime thermique. Ceci peut s'avérer très important pour la
sécurité dans le cas où une réaction dangereuse survient,
obligeant à arrêter au plus vite le chauffage des produits
transférés.
Le but de l'invention est de remédier aux incon-
vénients précités en concevant un dispositif plus perfor-
mant.
En vue de la réalisation de ce but, on prévoit,
selon l'invention, un dispositif de transfert et de
traitement thermique de solides divisés, comprenant au
moins un organe de transfert ayant un axe longitudinal et
une partie hélicoïdale, monté pour tourner autour de son
axe longitudinal dans une enveloppe tubulaire et relié à un
arbre de sortie d'un moteur d'entraînement en rotation, au
moins la partie hélicoïdale de l'organe de transfert étant
formée dans sa masse d'un matériau électriquement conduc-
teur, et l'organe de transfert comprenant des moyens de
connexion à une source d'alimentation en énergie électrique
pour constituer lui-même le moyen chauffant.
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Ainsi, le moyen chauffant est constitué par
l'organe de transfert au contact duquel les solides divisés
sont pour la plupart amenés pendant leur transfert. La
totalité ou la quasi-totalité des solides divisés va donc
s'échauffer directement au contact du moyen chauffant, et
ce sans stationner contre la surface d'échauffement. Le
chauffage des solides divisés est ainsi réalisé de manière
uniforme et les problèmes de gratinage sont pratiquement
supprimés. De plus, la structure du dispositif est simple,
de sorte que son coût de fabrication demeure peu élevé.
Selon un premier mode de réalisation, la partie
hélicoïdale de l'organe de transfert comprend un ruban plat
enroulé en hélice.
Selon un deuxième mode de réalisation, la partie
hélicoïdale est formée d'une hélice s'enroulant autour d'un
arbre, l'arbre étant alors en matériau isolant ou formé au
moins sur sa surface extérieure d'un matériau électrique-
ment conducteur.
De préférence, le matériau électriquement conduc-
teur est un métal tel que l'acier inoxydable.
Avantageusement, l'enveloppe tubulaire est
constituée d'un matériau isolant électriquement. Grâce à
cette mesure, les risques de courts-circuits entre l'organe
de transfert et l'enveloppe tubulaire sont éliminés, de
même que les risques d'électrocution de personnes par
contact avec l'enveloppe tubulaire. La sécurité du disposi-
tif est ainsi renforcée.
De préférence, l'enveloppe tubulaire est recou-
verte au moins partiellement d'une garniture interne de
frottement en matériau isolant pour former un appui pour la
partie hélicoïdale. Ainsi, la garniture de frottement
soutient la partie hélicoïdale de manière à empêcher que la
partie hélicoïdale fléchisse lors du transfert des pro-
duits. En outre, la garniture de frottement isole électri-
quement la partie hélicoïdale de l'enveloppe tubulaire, qui
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peut alors être en matériau conducteur. Les risques de
courts-circuits sont alors limités.
Avantageusement encore, le dispositif comprend un
joint d'accouplement en matériau électriquement isolant
reliant l'organe de transfert à l'arbre de sortie du
moteur. Le moteur est de la sorte isolé de l'organe de
transfert. La sécurité du dispositif est ainsi encore
améliorée.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in-
vention ressortiront plus clairement à la lecture de la
description qui suit de modes de réalisation particuliers
non limitatifs de l'invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi
lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle en perspecti-
ve, du côté du moteur d'entraînement, d'un dispositif de
transfert et de traitement thermique selon un premier mode
de réalisation,
- la figure 2 est une vue analogue à la figure 1,
d'un côté opposé au moteur, de l'organe de transfert du
dispositif selon le premier mode de réalisation,
- la figure 3 est une vue partielle en perspec-
tive avec écorché d'un dispositif de transfert et de
traitement thermique selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 4 est une vue partielle en coupe
transversale d'une variante du deuxième mode de réalisa-
tion,
- la figure 5 est une vue en perspective de
l'organe de transfert d'un dispositif selon un troisième
mode de réalisation,
- la figure 6 est une vue en coupe transversale
d'une variante du troisième mode de réalisation.
En référence aux figures 1 et 2, le dispositif de
transfert et de traitement thermique selon l'invention
comprend une enveloppe tubulaire 1, ouverte supérieurement,
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comportant, à ses extrémités respectives, un conduit
d'entrée et un conduit de sortie du produit à transférer
(non représentés ici). L'enveloppe tubulaire 1 est ici
réalisée en un matériau isolant électriquement tel qu'une
5 matière plastique. Bien que l'on ait représenté l'enveloppe
tubulaire 1 agencée avec un ciel ouvert, l'enveloppe
tubulaire 1 pourra également être agencée sous la forme
d'un cylindre complet (ciel fermé).
Un organe de transfert généralement désigné en 2
est monté dans l'enveloppe tubulaire 1 pour tourner autour
de son axe longitudinal 3.
L'organe de transfert 2 a une partie de forme
hélicoïdale 4 formée d'un ruban plat, ici de section
rectangulaire, enroulé autour d'un arbre 5 et maintenu
espacé de celui-ci par des entretoises 6 réparties le long
de l'arbre 5.
Selon une caractéristique du premier mode de
réalisation de l'invention, la partie hélicoïdale 4 est
réalisée dans sa masse en un matériau électriquement
conducteur, par exemple de l'acier inoxydable.
L'arbre 5 est ici en matériau isolant et est
monté pour pivoter dans l'enveloppe tubulaire 1 par
l'intermédiaire de deux portions d'extrémités 7 et 8
réalisées en matériau électriquement conducteur et reçues
dans des paliers non visibles sur les figures 1 et 2. La
partie hélicoïdale 4 est électriquement reliée aux portions
d'extrémités 7 et 8 par des plateaux 9 en matériau conduc-
teur solidaires des portions d'extrémités 7 et 8.
La portion d'extrémité 7 est associée à un
tambour 10 en matériau électriquement conducteur sur lequel
frottent des charbons 11 d'amenée du courant électrique
reliés par des fils conducteurs à une source d'alimentation
en énergie électrique (non représentée). La portion
d'extrémité 8 est elle-même associée à un tambour, non
représenté, en matériau électriquement conducteur sur
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lequel viennent frotter des charbons d'évacuation du
courant électrique. On comprend que l'arbre 5 étant en
matériau isolant électriquement, le courant électrique est
obligé de parcourir la partie hélicoïdale 4. On pourrait
également prévoir que l'arbre 5 soit réalisé en matériau
électriquement conducteur mais soit isolé des portions
d'extrémités 7 et 8 et de la partie hélicoïdale 4.
La source d'alimentation sera dimensionnée
notamment en fonction des caractéristiques dimensionnelles
et de résistance électrique de l'organe de transfert.
Avantageusement, la tension délivrée, en continu ou en
alternatif, sera inférieure à 100 volts pour des raisons de
sécurité. Les moyens de connexion à la source d'alimenta-
tion pourraient être, aux lieu et place des charbons, des
bagues conductrices, ou des balais conducteurs frottant sur
la surface extérieure des tambours, ou bien encore un
raccord de connexion tournant monté sur l'une des extrémi-
tés de l'organe de transfert 2.
Le tambour 10 est relié à un moteur d'entraîne-
ment en rotation 12 par l'intermédiaire d'un joint d'accou-
plement 13. Le joint d'accouplement 13 est de préférence
réalisé en matériau isolant. Le joint d'accouplement 13
peut ainsi assurer, outre une fonction d'isolation du
moteur de l'organe de transfert, une fonction de rattrapage
des défauts d'alignement entre l'arbre de sortie et
l'extrémité de l'organe de transfert et/ou une fonction
d'amortissement élastique.
On notera que le tambour 10 et l'ensemble d'ac-
couplement au moteur se trouve logé dans un compartiment
isolé de l'enveloppe tubulaire 1. La sécurité du dispositif
est ainsi optimale.
En fonctionnement, l'organe de transfert 2 est
entraîné en rotation par le moteur 12. Un courant électri-
que, amené de la source d'alimentation par l'intermédiaire
des charbons 11, du tambour 10, de la portion d'extrémité
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7 et du plateau 9, est conduit jusqu'à la partie hélicoï-
dale 4 de l'organe de transfert 2 qu'il parcourt, provo-
quant ainsi son échauffement par effet Joule.
Les solides divisés à traiter sont introduits
dans l'enveloppe tubulaire 1 par le conduit d'entrée (ici
du côté du moteur) et sont entraînés par la partie hélicoï-
dale 4 vers le conduit de sortie (à l'extrémité opposée).
Simultanément, les solides divisés sont échauffés tout au
long de leur transfert au contact direct de la surface
externe de la partie hélicoïdale 4. Du fait de la rotation
de la partie hélicoïdale 4 et des mouvements induits des
solides divisés, les solides divisés seront pour la plupart
amenés au contact de la partie hélicoïdale chauffée pendant
leur transfert. Le chauffage des solides divisés est ainsi
très efficace et uniforme pour la totalité ou la quasi-
totalité des solides divisés.
On va maintenant décrire un deuxième et un
troisième modes de réalisation du dispositif de transfert
et de traitement thermique conforme à l'invention.
Les éléments identiques ou analogues à ceux
décrits précédemment porteront dans la suite de la descrip-
tion les mêmes références numériques.
A la figure 3, on peut voir un dispositif selon
un deuxième mode de réalisation.
Le dispositif selon le deuxième mode de réalisa-
tion est identique au dispositif du premier mode de
réalisation précédemment décrit, sauf en ce qui concerne la
partie hélicoïdale 4 qui est ici autoporteuse (aucun
arbre de support n'est prévu). La structure de l'organe de
transfert est alors particulièrement simple et est plus
particulièrement adaptée pour des transferts sur des
distances réduites.
Pour des longueurs de transfert plus importantes,
on pourra prévoir, comme dans la variante de la figure 4,
de recouvrir au moins partiellement la surface interne de
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l'enveloppe tubulaire 1 d'une garniture de frottement 14
sur laquelle la partie hélicoïdale 4 pourra venir frotter
lors de son fonctionnement. De préférence, la garniture de
frottement 14 sera disposée en regard de la partie médiane
de la partie hélicoïdale qui est la zone de la partie
hélicoïdale présentant la flèche la plus importante en cas
de fléchissement. La garniture de frottement 14 est
avantageusement réalisée en un matériau isolant tel que du
polytétrafluoroéthylène, ce qui permet d'une part d'isoler
électriquement la partie hélicoïdale 4 de l'enveloppe
tubulaire 1 qui peut alors être réalisée en un matériau
conducteur, et d'autre part d'avoir une garniture de
frottement ayant un faible coefficient de friction. Le
matériau utilisé pourra également être une céramique ou du
mica. Avantageusement, et afin de limiter l'usure occa-
sionnée par les frottements sur la garniture de frottement,
le ruban plat formant la partie hélicoïdale 4 aura une
section arrondie, ne présentant pas d'angle vif, comme une
section ovale.
Sur la figure 5, l'organe de transfert 2 du
dispositif selon un troisième mode de réalisation, comprend
un arbre tubulaire 5 ayant comme axe longitudinal l'axe 3.
Une hélice 4 du type vis d'Archimède s'enroule autour de
l'arbre tubulaire 5.
L'arbre tubulaire 5 et l'hélice 4 sont en l'es-
pèce réalisés en une seule pièce de matériau électriquement
conducteur, ici de l'acier inoxydable. L'hélice 4 peut
également être rapportée sur l'arbre 5.
L'organe de transfert 2 est destiné, comme
précédemment, à être monté tournant dans une enveloppe
tubulaire, de préférence en matériau électriquement
isolant, par l'intermédiaire de paliers recevant les
extrémités de l'arbre tubulaire 5, et à être raccordé par
des moyens collecteurs, tels que des tambours sur lequels
frottent des charbons, associés à une source d'alimentation
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électrique.
La section transversale de l'arbre tubulaire 5
est déterminée de manière à être inférieure à celle de la
section transversale, en l'espèce rectangulaire, de
l'hélice 4 de manière que le courant amené à une extrémité
de l'arbre 5 passe préférentiellement dans toute la masse
de l'hélice 4. Tout autre moyen permettant d'augmenter la
résistance de l'arbre par rapport à celle de l'hélice
pourra bien entendu être employé.
En variante, tel que représenté à la figure 6, on
pourra utiliser deux organes de transfert 2 disposés côte
à côte dans une enveloppe tubulaire 1 commune délimitant
des auges. Il est ainsi possible d'augmenter considérable-
ment les surfaces d'échange pour une même longueur de
transfert. Les organes de transfert 2 sont ici espacés l'un
de l'autre mais pourront en variante être imbriqués. Les
arbres 5 sont ici représentés pleins mais pourront bien
entendu être tubulaires. Les organes de transfert 2 sont
électriquement reliés l'un à l'autre de manière que le
courant électrique circule le long de ces deux organes.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux
modes de réalisation décrits et on peut y apporter des
variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'inven-
tion tel que défini par les revendications.
En particulier, une garniture de frottement
pourra être prévue dans tous les modes de réalisation
décrits ci-dessus, cette garniture s'étendant sur tout ou
partie de l'enveloppe tubulaire.
