[0001] Le domaine technique de l'invention est celui des dispositifs permettant de contrôler
la fusion d'un matériau en grains et en particulier d'un matériau énergétique, tel
un explosif.
[0002] Il est connu de disposer un tel matériau dans une enceinte qui est chauffée par exemple
par la circulation d'un liquide thermostaté dans ses parois.
[0003] Lorsque le matériau est fondu, on l'évacue par gravité au travers d'une vanne disposée
en partie basse de l'enceinte, par exemple pour charger un corps de munition.
[0004] Cependant, un tel dispositif présente l'inconvénient, d'une part de consommer une
grande quantité d'énergie, et d'autre part de conduire au maintien d'une quantité
importante d'un matériau énergétique à l'état fondu dans l'enceinte, ce qui est préjudiciable
à la sécurité des opérations.
[0005] Par ailleurs, le fonctionnement d'un tel dispositif est discontinu, les étapes de
fusion alternant avec les étapes de coulée. De plus il existe un gradient de température
entre la périphérie du chargement (au contact des parois thermostatées) et le coeur
du chargement (éloigné des parois). Il en résulte un risque d'obtenir un chargement
fondu non homogène.
[0006] Il est aussi connu d'utiliser des résistances électriques sous forme de canes qui
sont introduites dans le matériau à fusionner. Cependant, une telle solution consomme
également beaucoup d'énergie et elle risque de créer des points chauds localisés qui
sont dangereux lorsque l'on procède à la fusion d'un matériau énergétique.
[0007] L'invention a pour but de pallier de tels inconvénients en proposant un dispositif
pouvant assurer une fusion continue et progressive d'un matériau en grains tout en
limitant la consommation d'énergie.
[0008] L'invention permet également d'assurer la fusion d'un matériau énergétique tout en
limitant les risques d'auto-inflammation et en réduisant la masse de matériau à maintenir
à l'état fusionné.
[0009] Ainsi, l'invention a pour objet un dispositif pour assurer la fusion contrôlée d'un
matériau fusionable en grains et en particulier d'un matériau énergétique, dispositif
comportant une enceinte reliée à sa partie inférieure à une chambre thermostatée recevant
le matériau fondu, dispositif caractérisé en ce que l'enceinte est séparée de la chambre
thermostatée par au moins une grille formée d'éléments chauffants, des moyens étant
prévus pour empêcher le passage des grains du matériau à travers la grille.
[0010] D'une façon préférée, les éléments chauffants de la grille sont des éléments creux
à l'intérieur desquels circule un fluide caloporteur porté à une température supérieure
à la température de fusion du matériau.
[0011] Les éléments pourront être des tubes parallèles entre eux.
[0012] La chambre thermostatée pourra être maintenue en température par des caissons de
chauffe recouvrant les parois de la chambre.
[0013] D'une façon préférée, la partie inférieure de l'enceinte sera également chauffée
par des caissons.
[0014] Les tubes pourront ainsi être reliés à chacune de leurs extrémités à un caisson de
liaison qui est lui-même relié aux caissons de chauffe de la chambre thermostatée,
le même fluide caloporteur circulant dans les caissons et les tubes.
[0015] Selon un mode particulier de réalisation, les tubes ont une section triangulaire,
un sommet du triangle étant dirigé vers l'enceinte et la base du triangle opposée
audit sommet étant dirigée vers la chambre thermostatée.
[0016] Les moyens permettant d'empêcher le passage des grains à travers la grille pourront
comprendre des ressorts à spires non jointives qui seront mis en place dans les fentes
séparant les tubes, les spires des ressorts déterminant des passages de dimensions
globales inférieures à celle des grains.
[0017] Les moyens permettant d'empêcher le passage des grains à travers la grille pourront
comprendre un dimensionnement des fentes séparant les tubes de dimensions globales
inférieures à celle des grains.
[0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un
mode particulier de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés
et dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif selon un mode de réalisation
de l'invention, coupe réalisée suivant le plan dont la trace AA est repérée à la figure
2,
- la figure 2 est une demi vue en coupe longitudinale de ce dispositif, demi-coupe réalisée
suivant le plan dont la trace BB est repérée à la figure 1,
- la figure 3 est une demi vue de dessus du dispositif, demi vue suivant la flèche C
de la figure 1,
- la figure 4 est une vue agrandie du détail D repéré à la figure 1.
[0019] Le dispositif 1 assurant la fusion contrôlée d'un matériau 2 comporte une enceinte
3 en tôle d'acier qui est reliée à sa partie inférieure à une chambre 4 thermostatée
destinée à recevoir le matériau fondu.
[0020] L'enceinte 3 est globalement parallélépipédique et ouverte à sa partie supérieure.
La chambre 4 est maintenue à la température souhaitée (supérieure ou égale à la température
de fusion du matériau 2) par des caissons 5 qui recouvrent les parois de la chambre
4. Ces caissons sont creux et il y circule un fluide caloporteur qui est chauffé par
une chaudière (non représentée). Les caissons 5 seront reliés à la chaudière par une
conduite 15 (figure 2).
[0021] Les caissons de chauffe 5 comportent une partie supérieure 5a qui s'étend jusqu'à
couvrir la partie inférieure de l'enceinte 3.
[0022] La chambre 4 se prolonge par une tubulure 10 elle aussi thermostatée et qui est obturée
par un couvercle amovible 11. Ce couvercle est retiré lorsque l'on utilise le dispositif
et que la tubulure 10 se trouve positionnée au-dessus d'une cuve de coulée (non représentée).
[0023] Le couvercle 11 est remis en place sur la tubulure 10 après utilisation du dispositif.
Il est fixé à la tubulure 10 par des moyens de liaison non représentés. Le couvercle
11 permet de récupérer les quelques gouttes du matériau qui pourraient s'écouler de
la tubulure 10.
[0024] Toute la partie basse du dispositif (chambre 4 et tubulure 10) est donc chauffée
à une température supérieure à la température de fusion du matériau 2. On évite ainsi
une condensation du matériau fondu sur une paroi froide.
[0025] L'enceinte 3 est séparée de la chambre thermostatée 4 par une grille 6 qui est ici
formée par des tubes 7 parallèles entre eux (ici neuf tubes).
[0026] Les tubes 7 ne sont pas jointifs et il subsiste entre chaque tube une fente longitudinale
8.
[0027] La largeur de cette fente 8 pourra être choisie inférieure à la plus grande dimension
d'un grain du matériau 2. Ainsi la grille 6 empêchera à elle seule le passage des
grains du matériau 2 de l'enceinte 3 à la chambre 4.
[0028] D'une façon préférée, la largeur de la fente pourra être quelconque mais on prévoira
des moyens complémentaires permettant d'empêcher le passage des grains au travers
de la grille 6. Ces moyens seront constitués par exemple par des éléments 14 disposés
dans les fentes longitudinales 8 (voir figures 1 et 4). Ces éléments 14 sont ici des
ressorts à spires non jointives. Chaque ressort 14 aura une longueur égale à la longueur
de la fente 8 dans laquelle il se positionne.
[0029] Les ressorts sont choisis de telle sorte que leurs spires déterminent des passages
de dimensions globales inférieures à celle des grains.
[0030] Le fait de prévoir de tels moyens pour empêcher le passage des grains permet d'adapter
facilement le dispositif selon l'invention a différentes granulométries de matériau
2. Sans toucher à la grille 6, il suffit ainsi de changer les éléments 14 pour adapter
le dispositif à un matériau de granulométrie différente.Les tubes 7 de la grille constituent
des éléments chauffants. Les tubes sont reliés à chacune de leurs extrémités à un
caisson de liaison 9 qui est lui-même relié aux caissons de chauffe 5.
[0031] Le fluide caloporteur qui circule dans les caissons 5, 5a circule donc aussi dans
les caissons 9 et à l'intérieur des tubes 7. Comme cela est plus particulièrement
visible sur la figure 4, les tubes 7 ont une section triangulaire. Un sommet 7a du
triangle est dirigé vers l'enceinte 3 et la base 7b du triangle qui est opposée audit
sommet 7a est orientée vers la chambre thermostatée 4.
[0032] Une telle disposition crée des entonnoirs 13 qui dirigent le matériau fondu vers
les fentes longitudinales 8. Cette forme en triangle permet par ailleurs d'augmenter
la surface de chauffe des tubes 7 ce qui accroît le rendement thermique du dispositif.
[0033] On voit sur la figure 4 (et également sur la figure 1) que les éléments cylindriques
(ou ressorts) 14 sont disposés dans les entonnoirs 13 séparant les tubes 7. Les ressorts
14 permettent également de ralentir le passage des grains jusqu'à leur fusion complète.
Ils réduisent en effet la surface de fuite des fentes 8 qui se limite alors au jeu
entre les spires des ressorts 14.
[0034] On est ainsi assuré que seul le matériau 2 complètement fondu passera dans la chambre
thermostatée 4. Il n'y aura donc pas de passage de grains partiellement fondus.
[0035] Par ailleurs les ressorts 14 constituent des moyens additionnels permettant d'améliorer
les performances de fusion du dispositif.
[0036] En effet, on a pu constater que lorsqu'on mettait en oeuvre des tubes 7 triangulaires
et délimitant des fentes 8 de dimensions réduites (de l'ordre de 1 à 3 millimètres),
il se formait un dépôt d'explosif sur le sommet 7a des triangles. Ce dépôt constitue
une couche isolante thermique qui finit par ralentir le transfert thermique des tubes
7 vers les grains de matériau, donc la fusion du matériau explosif.
[0037] Il y a alors un risque d'encrassement ou de bouchage partiel de la grille 6 formée
par les tubes 7.
[0038] Avec le dispositif selon l'invention, il devient possible de laisser entre les tubes
7 un espace bien plus large que la dimension moyenne des grains d'explosif. Ces derniers
seront retenus par les ressorts 14 qui sont en contact avec les deux tubes 7 adjacents.
On pourra ainsi avoir une largeur de fente 8 de l'ordre de huit à douze millimètres
alors que les ressorts auront des spires délimitant des espaces de l'ordre de 1 à
2 millimètres.
[0039] Ces ressorts 14 réalisés en métal conduisent très bien la chaleur provenant des tubes
7 et ils la communiquent aux grains d'explosif qui sont fondus très rapidement à leur
contact. Il n'y a plus alors de dépôt de matériau explosif sur les tubes et le transfert
thermique est optimal.
[0040] Pour mettre en oeuvre le dispositif, on commence par porter à la température souhaitée
les différents caissons 5,5a,9 ainsi que la grille 6.
[0041] Le matériau à fusionner 2 est mis en place à l'état granulaire dans l'enceinte 3.
Ce matériau ne se trouve chauffé qu'au niveau de la partie basse de l'enceinte 3,
là où se trouvent les parties hautes 5a des caissons 5. Les grains du matériau qui
sont au contact de la grille 6 vont fondre et le matériau va passer à l'état liquide
et par gravité au travers de la grille 6, par les interstices aménagés par les ressorts
14. La fusion du matériau est ainsi très progressive.
[0042] Une couche de matériau granulaire fondue est remplacée au contact de la grille 6
par une nouvelle couche de matériau à fondre. Le rendement thermique est optimal car
la chauffe n'est assurée que là où elle est nécessaire : dans la chambre 4 et au niveau
de la grille 6 ainsi que de la partie inférieure de l'enceinte 3 (chambre 4 et tubulure
10). On a vu que la chauffe de la partie inférieure de l'enceinte 3 (en aval de la
grille) permettait d'éviter une condensation du matériau fondu sur une paroi froide
après sa traversée de la grille 6.
[0043] Par ailleurs, la forme triangulaire des tubes 7 augmente les surfaces de contact
avec le matériau et améliore donc le transfert thermique.
[0044] Il n'y a pas à l'intérieur de l'enceinte 3 de masse de matériau fondu importante.
Ceci améliore la sécurité du dispositif lorsqu'il est mis en oeuvre pour faire fondre
un matériau énergétique, par exemple un explosif comme le trinitrotoluène afin de
charger des corps de munition.
[0045] Diverses variantes sont possibles sans sortir du cadre de l'invention.
[0046] On pourra par exemple remplacer la grille 6 formée de barreaux parallèles par une
grille formée par une tubulure unique enroulée en spirale.
1. Dispositif (1) pour assurer la fusion contrôlée d'un matériau fusionable (2) en grains
et en particulier d'un matériau énergétique, dispositif comportant une enceinte (3)
reliée à sa partie inférieure à une chambre thermostatée (4) recevant le matériau
fondu, dispositif caractérisé en ce que l'enceinte (3) est séparée de la chambre thermostatée (4) par au moins une grille
(6) formée d'éléments chauffants, des moyens (14) étant prévus pour empêcher le passage
des grains du matériau (2) à travers la grille (6).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments chauffants de la grille (6) sont des éléments creux à l'intérieur desquels
circule un fluide caloporteur porté à une température supérieure à la température
de fusion du matériau (2).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments sont des tubes (7) parallèles entre eux.
4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chambre thermostatée (4) est maintenue en température par des caissons (5) de
chauffe recouvrant les parois de la chambre (4).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie inférieure de l'enceinte (3) est également chauffée par des caissons (5a).
6. Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les tubes (7) sont reliés à chacune de leurs extrémités à un caisson de liaison (9)
qui est lui-même relié aux caissons de chauffe (5) de la chambre thermostatée (4),
le même fluide caloporteur circulant dans les caissons (5,9) et les tubes (7).
7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les tubes (7) ont une section triangulaire, un sommet (7a) du triangle étant dirigé
vers l'enceinte (3) et la base (7b) du triangle opposée audit sommet (7a) étant dirigée
vers la chambre thermostatée (4).
8. Dispositif selon une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les moyens permettant d'empêcher le passage des grains à travers la grille (6) comprennent
des ressorts (14) à spires non jointives qui sont mis en place dans les fentes (8)
séparant les tubes (7), les spires des ressorts (14) déterminant des passages de dimensions
globales inférieures à celle des grains.
9. Dispositif selon une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que les moyens permettant d'empêcher le passage des grains à travers la grille (6) comprennent
un dimensionnement des fentes (8) séparant les tubes (7) de dimensions globales inférieures
à celle des grains.