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"Four de chauffage par convection à écoulement dynamique"
La présente invention se rapporte aux installations de chauffage comportant un four et utilisant des brûleurs à combustion, et olle concerne plus par- ticulièrement un four de chauffage par convection à écoulement dynamique,,.
On utilise dans de nombroux procèdes induetriels et dans de nombreuses techniques do fabrication dos installations do chauffage du type à four comprenant une enceinte et un distributeur de chaleur.
Parmi les centaines d'application possibles, on ci- tora le pré-chauffage, le séchage, la cuisson, les
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traitenents de- revenu, la vulcanisation, etc.Presque dans tous les cas il est souhaitable de réduire au n4liràu; la duraa de séjour des articles dans le four, aussi bien pour augmonter le débit do production que pour réduire les frais do chauffage par article pro-
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duit* L durée de B6jeur necessaire pour un article particulier dans un four donné varie bien entendu
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gr'jidcscnt selon les caractéristiques de l'article.'., la nature de l'opération de chauffage, la dimension du four, etc.
Cependant, un facteur fondamental pour toutes les op6rntions de chauffage et qui permet de modi-
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fier notablencnt la durée de séjour nécessaire <..6t la vitesse de transmission de chaleur entre l'atmosphère du four et l'article traité. Cutt- vitesse est à son tour fonction de la température du four, de l'effica- cit du contact et de l'échange do chaleur entre les gaz chauds et les surfaces des articles, l'intensité de la chaleur rayonnante et, dans le cas du séchage, de la vitesse de l'éloignement de la vapeur des surfaces des articles.
De tous ces facteurs, la chaleur rayonnante
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est fréquC1'lMent le plus indésirable car on risque d'end¯Tunager ou de détériorer les articles, par exemple faire pâlir leur teinte, brûler les articles, provoquer des explosions de vapeur etc. Les températures
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sont ±" qU"1 nt limitées en raison du potentiel limit6 des sources de chaleur connues et aussi par suite des risques d'endonr-agement des articles par la cha- leur, Il est donc en général très important et souvent
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très recommandé d'élever au maximum la vitesse de contact entre les gaz chauds du four et les surfaces des articles et d'augmenter au maximun possible l'élimination de la vapeur quand il s'agit d'un séchage, d'élever au maximum la transmission de chaleur et do rédui-
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re ;
.u mini-,,u,. la <ur3c, de néf¯1j' d'J1.U le four.
Quand on chauffe des articles nynnt dos surfaces extrêmement variées par exemple des poches fermées aux extrémités, un chauffage uniforme devient un problème difficile à résoudre. Si l'on dcit simplement sécher des surfaces de ce genre, le problème est encore plus ardu car les vapeurs du solvant ou l'humidité évaporée sont saturées amis lui poches stagnantes et empêchent toute nouvelle évaporation efficace de la surface. En conséquence, la vitense dynamique d'échan- ge des gaz chauds sur les surfaces des articles devient le facteur le plus important si l'on veut obtenir dos conditions optimales de transmission de chaleur et de séchage.
Cependant, dans les fours ordinaires, le potentiel de transmission de chaleur par convection n'est que très faible et ne présente que très peu d'écoulement dynamique orienté avec précision.
Le principal but de l'invention est de fournir un four d'une construction nouvelle qui utilise une source de chaleur de combustion capable de réduire la durée de séjour des articles dans le four à une petite fraction de la durée nécessaire pour une opération équivalente dans des appareils connus, et ceci
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grftco à un agencement remarquable qui pernet de diri-
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gel' les gaz chauds dans des conditions nouvelles pour obtenir une transnission de chaleur optimale.
La fuit, au cours de tous les essais qui ont été faits avec l'appareil selon l'invention pendant plusieurs mois, on 2 réussi à réduire la durée de séjour clans le four d'au Moins 90 % et souvent encore plus par rapport à la durée dans les appareils connus.
L'invention vise également à réaliser un four à écoulement dynamique de gaz chauds,, utilisant un effet venturi en vue de réduire d'une façon consi- drable la durée de séjour nécessaire pour le chauffagel la cuisson ou la vulcanisation d'articles, grâce à une augmentation importante du contact réel avec les gaz chauds, de l'écoulement de ce gaz et de l'échange du chaleur avec toutes les surfaces des articles.
L'invention a encore pour objet un four perfectionne permettant de réduire consid6rablement la durée de séjour nécessaire pour les opérations de séchage, grâce à une très forte augmentation du taux d'élimination de vapeur du pourtour des surfaces des articles, même lorsqu'il s'agit de poches dont les extrémités sont fermées, en vue d'empocher la saturation de vapeur stagnante, empêchant le séchage.
L'invention a encore pour but du réaliser un four de chauffage par convection ayant un rendement élevé et permettant une vitesse très accrue de lu - transmission de chaleur aux articles, sans faire ap- pel à la chaleur rayonnante, de sorte que mailla dos
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matières combustibles ou colories pouvent être chauffées rapidement et en toute sécurité sans risquer de les endom@ager ou de les détériorer.
D' autres buts et avantages de l'invLntion ressortiront de la descripticn qui va en être faite en se référant aux dessins annexas sur lesquels :
La figure 1 est une vue de coté d'un nouveau four avec ses accessoires selon l'invention ;
La figure 2 est une coupe par'la ligne II-II de la figure 1 ;
La figure 3 est une coupe par la ligne IIIIII de la figure 2 ;
La figure 4 est une coupa horizontale observée par en dessusclos sous-ensembles de brûleurs de conbustion par la ligne IV-IV de la figure 2 ;
La figure 5 est une coupe par la ligne V-V de la figure 6 ;
La figure 6 est une vue en bout à plus grande échelle et en coupe de l'un des sous-ensombles de brûleurs qui apparaissent sur la figure 2 ;
et
La figure 7 est une coupe à plus grande échel- le de l'un des déflecteurs de réglage représenté sur la figure 2.
L'ensemble complet du four est désigné par la référence 10 et conprend une enceinte 12 supportée sur un bâti 14 et coopérant avec un sous-ensemble do ventilateur dynamique 16 et un sous-ensemble de filtration 18 qui sont tous deux montés sur le bâti 14 au-dessus de l'enceinte 12.
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Plus pT',ciQ,:r;cmt l'enceinte comprend une voûte ou pir<1 supérieure 20, don panneaux latéraux 22 et 22" ct tint- sc1(: centrale sec. D3r¯a l'jspacc lénaer.trt les bords latéraux allonges de la sole 26 et les p"...""J1"CiUX latéraux 22 pt 22", on a installé deux sau:-crac:: bl:s suspendus do brûleurs 30 et 30', qui seront décrits in détail ci-après. L'#:nccinto et le T:ÚC :1...'118::0 qu'elle contient sont supportés par le bâti qui comprend une su'rie de pc'utrcs transversales horisontales parallôlus, espacées 34 se trouvant sur le d'.;BJUG et supportées à leurs extrémités opposées par des celennes verticales espacées 36 et 36' qui chevauchent le four. Une série de poutres inférieures 39
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relient les .xtrWitGs inférieures des colonnes 36 et 36'.
Un transporteur 80 d'un type qui convient pour les articles particuliers que l'on doit traiter dans le four est installe sur la sole 26. Aussi bien
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ce trsprtuur que la sole 26 sont supportés par des poutres transversales 35, ellce-mtines supportées sur des colonncs 37 fixées sur des poutres 39 du bâti général.
A l'intérieur de l'enceinte 12 est formé un
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r0vtr.J.nt en entière céramique, par exemple en briques réfractaires, qui couvre les parois latérales 42 et 42', ainsi que la voûte 40 du four.
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Evcntul.:l1r¯nent les cxtrunités de l'enceinte peuvent également être fermées par des panneaux convenables et ces panneaux peuvent être revêtus avec la
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matière céramique réfractaire. En variante, cas ex-
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trémités peuvent rester ouvertes ni le four doit être utilis dans le cadre d'un traiterent continu.
L'enceinte 12 est de forme ailorv..6e et so di. vise en une chambre de four intérieur 50 et une chambre extérieure de pression 52. La chambre de pression s'étend le long des parois latérales de la chambre du four et sur le dessus de cotte dernière dans le sans
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longitudinal du four.Li, séparation outre la chtU"1'bro de pression et la chambre intérieure est assurée par une structure qui comprend des bandes 54 de support
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périphérique et vertical, profilées 3enaiblú1!lCnt en U, une série de déflecteurs spéciaux; h;;=1<r..;àu>, ae forue allonges et espacés les uns den autres 56, it une s6ria de conduits allonges, horizontaux, aapnc6s, parallèles, 58 munis d' ol'i±1oc±1 et iiiterpon4o entre lus déflecteurs adjacents.
Dans la forme, de réalisation représentée, tous ces éléments s'étendent le long des deux côtés de la chambre du four et sur le dessus de cette derni- ère afin de réaliser un chauffage dynamique par convection de trais directions à la fois, conne on va l'ex-
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pliquer par la suite.
Plus prucisenent, les bandes de support 54 remontent le long dos pirois duo la chambre du four et sur le dessus de cette dernière, en des peints espaces dans le sens longitudinal du four, de sorte que lcs chicanes, qui sont des éléments creux en talcs 56, puissent former de± ajutages alloues.
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Les extrônités inférieures des bandes de support 54
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sont fixées à la noie du four par des cornières d'en-
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trctoisenent 55 qui s'étendent le long du four et qui sont renforcées t leurs ,111Glcs supérieurs par la fixation à deux cornières dlcntrtt0isl.!1e:
nt 57 qui s'éten-
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dent sur toute la longueur du fr,ur, Les déflecteurs
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sont supportas sur les bandes (figure 7) par dois pai-
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rois el 1 .que.rr(;s 60 dirigées cn senc opposes sur chaque bande pour chaque déflecteur, el tei:1QoÍt(;j'ent par coulisscr:er:t avec deux brides opposLre:, 56a et 55b d'un soul tenant avec les portios restantes de:; duficctourat Or. peut bien entendu Y;iodific,r très gr.'1nd,enent la struc-
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ture décrite.
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Les parcis allonges opposées 56e et 56d des rl<Jilecteurc convergent l'une vers l'autre et en dircctir-n .3c, la clirmibru du four. Nonnalcnont 0013 parois ont à< # 1rJ:>6cUr; égales 11'1ie pourraient avoir des largeurs difi'<?r1#ntcc de façon à définir un ajutage d'une forme particulière entre les ol''!acnts voisins, cow:e i1, est !1ontr{, pour les déflecteurs 5" dans les c1IlglcD de la chn; .bro de four.
Du fait dE 1u convergence des deux parois =:11c>r:'cs der d(jr1úctours 56, les enpaoes l.vrys l.mt1'1. lec rlvflûctcurs v0isinr divergent vers la chambredu four partir d'une irorrgc ûtn1.ng16o 5C' afin de de" finir un ajutage allon<g4 dont le but rassortira par la nuit!...t Un conduit à orificos 58 n'6 tend le lonv de ohaqu'-- espace d'ajutage, ontre lea defluctcurs adjacents.
Les orifices 59 den conduits n0nt csj>,icôs de distances
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chosiùs qui peuvent être de plusieurs c,a;*.trs ctz dizaines ae centimètres d xs le t>,::t1 de la lenteur du conduit. Les diamètres cce crisiot s j;<-u1'L<zt varier o antre environ 1,6 et ,8 r.u-. scl..-:1 In l'rc:.1:.d(': du ventiliteur associé, la dimension du four, in vitesse du jet, le volu!:1t: désira du jet et dliutree facteurs.
Unc 4 L.tr4 :vt: u des conduite est en cov u:nGa tion d' 4Ceuic.i.erit à travers des bagues : ç3 avec wi collecteur connun 70 forrié sur une çxtr..jrit de l' Cl1serable. Les extr:,r.it0s Oprt'sJcs des conduits sont 1'v"ri,es par des obturateurs internes ,u par dec calottce exturicures. De préférence, on peut 1'.'111.'0 tourner ces conduits autour de leurs axes ànms les bagues 58 in de donner aux orifices de sortie une orientation particulière en confornite avec la natura et la dimension des articles chauffés, conne on l'expliquera en détail par la suite.
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Le collecteur 70 est alimente cn air aonpi,1- mé par le ventilateur 16 dont le fonctionnement est' assure par un moteur électrique 17 et qui aspire l'air
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à travers un sous-ensemble de filtrage 18 cQmp'}rtU1t de préférence deux trajets parallèles de filtration 18' et 18" et refoulant l'air dune un conduit 71 qui aboutit au: collecteur 70.
Les jets d'air provenant des orifices 59 et
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suivant les ajutugos allongés mônagas entre les déflec- tours aspirent les gaz chauds de la chambre du pres- sion par une action venturi. Les gaz chauds arrivent dans la chancre de pression à partir des blocs de brû-
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leurs z04 ut 104' faisant partie des sous-ensembles 30.et 30'.
Chaque bloc de brûleurs comprend un collec-
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teur allonge 90 Alirmnt: en un uelange combustible sous pression, par exemple un mélange de gaz naturel
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t 1"iir, par une cntrài convenable 92 qui aonnuniquc 'NCC un tlÓl:1...'lI"cur classique (non représente)* Le collt;ct-tir est suspendu par deux uquorres 94 et 96. Un couvercle 90'est fixe sur le collecteur 90 par des boulons convenables 91, avec interposition d'un j.oint
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93 pour ('MpCchcr la fuite dos gp.z du collecteur. Ce couvercle amovible permet d'enlever ur bloc brûleur tout entier pour le réparer et/ou le remplacer dans chaque groupe de brûleurs.
Un groupe de brûleurs 104 est fixé par des boulons sur le dessous des équerres 94 et 96, Chaque groupe tel que 104 ccnprend plusieurs
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brûleurs individuels adjacents et en coopérition mu- tuelle 106, s'étendant en série pratiquement sur toute la longueur du four.
Tous ces brûleurs sont montés
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sur une plaque CO!'lr1UnC allongée de support 108 rap- portée par des boulons 110 aux équerres 94 et 96, Cha-
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que brûleur comprend un corps netallique creux 112 ayant un orifice d'entrée 114 (figure 4) qui traverse un bossage 112' sur l'arrière et qui est ouvert sur l'avant et est recouvert d'une mince couche de feutre
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c:r=,ique poreux 116 maintenue dans des conditions etanches'sur l'avant ouvert du corps à l'aide d'un tanis 118.
Le Plonge combustible gazeux est refoule de façon sensiblement uniforme vers l'extérieur à
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travers la coucher de feutra céramique poreux et brûle sur la surface extérieure de ce feutre. Eventuellement, une chicane distributrice (non représentée) peut également être incorporée dans le corps du brûleur pour améliorer la distribution des gaz provenait do l'ori-
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fice i'14 sur toute la surfict. de la zonc. do combustions, Les équerres 94 ct 96 supportent des parois profilées en U en matiére c6r!ù;
iquc 98, 98', 100 ct 100' qui sont dirigées périphériquenont vers le haut (figures 2, 4 et 6) et qui définissant un passée allongé de sortie 102 pour diriger les gaz chauds (figure 2) qui sont déchargés vers le haut dans les cêtés opposés de la chanbre de pression 52. Dans l'extrémité inférieure du passage 102 est monté un bloc de brûleur 104.
De préférence, on n'utilise les brûleurs que
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le long des extréit6s inférieures des p-rois lut4ra- les allongées de la chanbre de pression En servies,
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on a trouvé qu'il est assez important de disposer dtun moyen supplémentaire de propulsion et de direction d'air chaud pour le distribuer sur la partie supérieure de
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la chambre de pression à proxinité de la voûte du frurs On obtient ce résultat au ?:oyen de deux conduite al- ' longés 8upplrH:
ntair(Js b9 ct 69' qui s'étendent sur toute la longueur de la ch1liibre de pression U-dCG5US des passages de sortie 102 et en provenance des brûleurs et qui ont plusieurs orifices orientés en dia- gonale vers le haut et vers l'intérieur nfin de pro-
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pulser les gaz chauds vers le haut, conne 1 nontrcnt
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les flèches sur la figure 2. Une extrémité des conduits est obturée alors que les autres extrémités sont nont6es à rotation ct en communication avec le collecteur 70, conne c'était déjà le cas ds conduits 58.
Pendant le fonctionnement etc.. l'appareil, le moteur 17 entraîne continuellement le ventilateur 16 pour aspirer l'air à travers l'ensemble filtrant 18 vers lc conduit 71 et le collecteur 70. L'air sous pression s'écoule air.si dans les conduits allongés 58 sur toute la longueur du four et il sort par les ori- fices espacés 59 en des jets très rapides.. Ces jets sont envoyés à travers les zones étranglées 50' des ajuta- ges allongés entre les déflecteurs 5C-. On amène initi- alenent les conduits 58 dans une position do rotation chosie de sorte que les jets de grande vitesse peuvent être diriges contre les surfaces variables des arti- cles qui sont chauffés dans la chambre de four 50.
En même temps, on fait fonctionner en conti- nu les brûleurs 104 en introduisant le mélange gazeux conbustible par l'entrée 92 dans les collecteurs et ensuite à travers les divers orifices 114 jusqu'aux brûleurs individuels adjacents 106, la conbustion ne se produisant qu'à la surface extérieure de l'ensenble formé par ln couche en feutre céramique et le tamis.
La pression appliquée aux onsemble des brûleurs peut varier entre de larges linites selon la construction des brûleurs, dans des conditions permettant d'obtenir une température de sortie allant de quelques centaines de degrés à un maximun d'environ 1480 C. La température
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choisie dépend de la nature des articles à chnuffer, dela dimension du four, de la nature de l'opération
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particulière de chauffage cu de Dch '\Ge, etc. Les gaz d.. combustion chauds des brûleurs sciit projetas vers le haut ct pénètrent dans 1,. ch'1.:::èr<.' de ;r,":i.cn 52. Une partic des gaz est propulse vers li 1,aut par les jets d'air co:,Dri:-,és provenant deR conduits 69 et 69' en vue d'une répartition relativement uniforme.
Les gaz chauds remplissant la chambre de pr0:'sil.'1l sont aspirs continuellement à une assez grande vitesse dans la chambre de four par l'effet vcnturi provoque par les jets d'air à pression élevée des conduits 58 qui sortent à travers les zones étranglées 50' des
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ajutages. Les gaz chauds ct le n010ugc rd'1tivcnout froid d'air de propulsion, lors de leur admission dans la chambre du four, développent une action de chauffa-
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ge par convection à ôooulcriont dynamique, à grande vitesse, à une tenpérature rclativcaent úlcv60 sur les surfaces des articles dans la chambre de four 50.
Des essais poussés ont montré qu'avec la nouvelle construction selon l'invention, la transmis-
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sion de chaleur est accrue de norrbrcusos foip par rapport aux constructions classiques oit l'air ost relativement stagnant. En fait, cette n.u[5r.1cntatioll de la transmission de chaleur est tellement grande que des essais soigneusenent mon6s ont peri.:i3 de cons- tater une réduction de la durée de séjour de 90 % et même plus par rapport aux'nomes usuelles.
De plus, on obtient un excellent échange de chaleur sur des ar-
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tiolvs -iy-nt des forrcs irr8;u2irc:, rené dans dos poches ferries, car les gaz dyr;râiquc:s ch=,uls sont envoyés vers les zones de ce genre e:i; n'cumulent contivuc:ll...: due façon à créer un bon contact entre la uurt-:e et le C,z et un .ch')l.(J;(. ccntinuel de chaleur. l.l.. :chacc: : st aussi très ar 'licr et on l'obtient plus i(l(.,-.cnt et plus CO!1plr"t(:nent ;r ice ' l'cxcellcncu du C(;lltac et à 1;à ré;ulé#i t de l' úohnnge pour < ;>4>taher 1" maturation et In situation des vapeurs.
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On ccnçoit que l'orientation particulière
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des 'bral( ur:; peut ettre I1cr!ifi(J0 selon le type ut la de la Chf1I,brc de pression.
De mx.e, les détails di construction de? 3 Doyens diviseurs cons.titu6s d'elo- :::cnt;à déflecteurs et de jeta ri' ,dl' peuvent v:ri.:r selon le type particulier du four, les articles à traiter, t@te <.;n dedans des concepts généraux de
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l'invention. Par exemple, les déflecteurs et les con-
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duits p-..uvc nt ctrt. orientas vert io 111 ûI'len1i et non pas corne il ti été ""'('p!'s('nt6. De - trle , les ajutage, d'entrée vers li chru.1brc de four à partir de la cha.ci:bre d pression peuvent être des ajutages courts
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et non pas allonges.
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Des essais ont montre que :::lf1C si l'on injecte de 1 ' ?iI' froid dans l'appareil pour le rclangor
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avec les gaz chauds de combustion, on peut naintenir
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dans la chanbrc do four 50 une tef1pJratv quelconque
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dans l'intervalle de 66 à 65C C, sans aucune difficul-
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té.. De nt1n::.c, avec la convection dynamique obtenue, on peut anencr le four a la teupérature de fonctionne-
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nient à peu près instantanément, ot le refroidiunenent sera lui aussi quasi instantané.