Brevet FR2006667A1 — publié le 19700102

La présente invention se rapporte à un dispositif perfectionné à résistance électrique et plus particulièreE.en.t à des dispositifs à résistance électrique comportant des filaments contenant une 'atière réfractaire et conçus de manière à être 5 utilisés à des températures élevées. Des filanents métalliques ; nt été utilisés pendant longtemps connie élénents chauffants dans des dispositifs tels que des grille-pain, des radiateurs domestiques, etc. Be tels éléments chauffants à filaments sont toutefois impropres à une utilisait) tion à des températures dépassant $CVQ°C étant donné que les éléments à fil résistant sont oxydés à de telles températures. On utilise généralement un élément chauffant non métallique pour température supérieure, sous forme de tige ou de bande, fait couramment en une matière réfractaire conductrice de 1'électricité * 15 telle que du carbure de silicium. On peut utiliser des éléments non métalliques à des températures allant de 1100°C à 1200°C et, dans de telles conditions, ces cléments sont propres à être utilisés comité allumeurs de différents combustibles tel que du gaz naturel ou mazout. Les éléments chauffants non métalliques 10 nront pas été adoptés dans le commerce pour être utilisés comme allumeurs dans des appareils tels que des sécheurs à combustibles gazeux à cause des variations entre les résistances des éléments séparés et à cause du prit de revient relativement élevé des éléments non métalliques. 25 L'invention a en conséquence pour but : - de fournir un élément à résistance électrique qui soit propre à être utilisé à des températures de l'ordre de 1200°C et dont la résistance peut être-commandée"facilemenu comme dans un élément chauffant à filament. 30 - de fournir un dispositif à résistance électrique pouvant être utilisé comme allumeur pour combustible gazeux et liquide. les buts et avantages précédents de l'invention sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un élément à résistance comportant .u «oins un filament conducteur de; l'électricité 35 et résistant? à 1 'oicydation qui est porté par un corps non. conducteur qui présente des surfaces contenant une matière réfractaire résistant à des hautes températures et à 1'"oxydation. - D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en 4-0 regard des dessins- annexés et donnant à titre explicatif, mais BAD original 69 12439 _2- 2006667 nullement limitatif des formes de réalisation conformes à 1'invention.. Sur ces dessins : la figure 1 est une vue de profil d'un exemple d'élément 5 à résistance selon l'invention} la figure 2 est une coupe d'un filament électrique conducteur utilisé selon l'invention à une échelle plus grande que celle de lu figure précédente. la figure j st une vue de profil d'un autre type de dis-10 positif à résistanc-s réalisé conformément t. l'invention, avec arrachement d'une partie pour contrer l'intérieur du dispositif} et la figure 4 est une coupe-du dispositif à résistance de la figure 5, suivent la ligne 4-2f-} La figure 1, à laquelle on va se référer maintenant, re-15 présente un sodé d'exécution de l'invention qui comprend un corps isolant 11, non conducteur, sur lequel est enroulé, eh. hélice un filament résistant 12 qui est relié électriquement à ses deux extrémités à des bandes de connexion 15 connectées à une source appropriée de courant électrique, non représentée 20 Le corps isolant 11 représenté sur la figure 1 a.une forme cylindrique circulaire bien que des sections de formes différentes comme, par exemple, des sections rectangulaire ou triangulaires, puissent être utilisées selon l'invention» -?,uand on utilise un corps isolant d'une section rectangulaire ou triangulaire, il est 25 nettement' préférable d'employer un corps isolant à angles arrondis de façon à éviter de soumettre le filaient résistant à des contraintes mécaniques excessives eu de le rompre. Le corps isolant 11 est fait de préférence en alumine, bien qu'on puisse utiliser avec tout autant de succès d'autres matières réfractaires, telles 50 que la nullité, l'oxyde de béryllium, l'oxyde de magnésium et le. stéatâte.Les ..principales conditions imposées eu corps isolant sont qu'il soit électriquement isolant qu'il résiste à des températures élevées et à l'oxydation à des températures élevées et qu'il réagisse pratiquement pas avec le filament résistant. >5 le filament 12 présente une surface 14 contenant une ca- tière réfractaire qui résiste à 1'oxydation et à une température élevée, -in référence à la figure 2, la surface 14 est constituée par un revêtement réfractaire 15 par-dessus une partie centrale 40 ou âme 1;: en tungstène, en carbone ou en graphite. Dans le rode d'exécution de l'invention représenté par la figure 2>. la partie bad original 12439 2006667 centrale ou âme 16 et le revêtement réfractaire 15 sent électriquement conducteurs, bien qu'il entre dans le cadre de l'invention de disposer un revêtement non conducteur par-dessus une âme électriquement conductrice. Il entre égalôr/ent dans le cadre de l'invention de constituer le filament 12 entièrement en une matière réfractaire conductrice de 1'électricité. La composition de matière réfractaire utilisée pour former la surface lé- sur le filament 12 doit résister - une oxydation à des températures de l'ordre de 1100°C -1400°C et, de préférence, elle doit résister à des chocs thermiques et à l'érosion par des flammes, ^uand elle est utilisée comme ingrédient du filament, la matière r'fractaire doit avoir/^coefficient de résistivité en fonction de la température positif, puisqu'il serait indésirable que la température du filament diminue lorsque la température augmente* Il est préférable que la résistavité électrique du filament soit comprise entre 2 ji/tcrn et 3 _fL cm. .Quand elle est utilisée comme revct&ment protecteur sur le filament, la composition de matière réfractaire doit avoir les mêmes propriétés de résistance aux chocs thermiques, à l'oxydation, à l'érosion par des flammes et à de hautes températures que celles qui sont exigées quand le filament est composé entièrement par \mo matière réfractaire. En outre, toutefois, il est souhaitable eue les coefficients de dilatation thermique de la matière réfractaire et de la matière formant l'âme soit relativement voisines l'une de l'autre ■ our éviter toute séparation par rupture, du revêtement de l'âme par suite des différences entre les dilatations et contractions de l'âme et du revêtement. Une matière réfractaire préférée"pour être utilisée gelon l'invention est le carbure de silicium. Le carbure de silicium résiste à des chocs thermiques, à l'érosion par des flammes et à l'oxydation dans la gamme de températures d.ms laquelle des --lé-ments- réalisés selon l'invention sont destinés à fonctionner. En outre, le carbure de silicium présente un coefficient de dilatation thermique de l'ordre de 5,1 x 10~° dans une ^amme de températures comprise entre 23°G et 1000°C, ce coefficient de dilatation thermique étant comparable d'une manière très favorable aux coefficients de.dilatation de deux matières préférées pour l'âme , à savoir le tungstène et le carbone- qui présente respec-tivement des coefficients de dilatation thermique de 4,oxl0 et 3,5 " 10 mesurés, dans la même gamme, de température. En bad original 69 12439 -n- 2006667 outre, le carbure de silicium présente des caractéristiques électriques qui le rend propre à être utilisé comme filament résistant ou corne revêtement électriquement conducteur par-dessus une âme eh tungstène, en carbone ou en .^aphite. 5 Dans 1 ?; mode d'exécution de l'invention représenté. par la figure 1, le fila:'.eut résistant 12 comprend une âme en tungstène ayant un diar.l-tre de 12 microns et entourée d'un revêtement de carbure do siliciu" continu d'une épaisseur de l'ordre de 50 microns. l'épaisseur du revêtement sur le filament est une question 10 de choix, étant donné qu'il suffit de réaliser une surface continue résistant à l'oxydation sur le filaient. Dans le mode d'exécution de l'invention représenté sur la figure 1, le revêtement est nettement rlus épais que l'âme étant donné qu'on souhaite que ce revêtement protecteur se comporte aussi en conducteur. Il est 15 préférable que le diamètre total du filament soit de l'ordre de 100 microns, pour que le filament soit relativement flexible de façon à faciliter son enroulage. Toutefois, des filaments de dimensions plus grandes ou plus cassants peuvent être utilisés dans un autre mode d'exécution de l'invention, ainsi qu'il sera ex-20 posé ci-apres en r'férence à la figure 3. La surface résistant 1■1'oxydation et à des températures élevées est produite sur le filament par n'importe quel procédé parmi plusieurs précédés bien, connus tels que par exemple, ceux de projection, de pulvérisation à la flamme, de dépôt par plasma 25 ou de dé;_"Ôt pyrolytique.Des procédés typiques pour produire un revêtement réfractaire sur un filament.sont décrits par exemple dans le brevet, des Etats-Unis d'Amérique n° 2.97&.35G-' -Des exemples de procédés pour, fabriquer des filaments réfractaire s. sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3.294,880. 30 Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, l'épaisseur du revêtement n'est pas critique, du fait qu'il suffit qu'il soit réalisé sur la surface du filament un revêtement réfractaire continu et pratiquement imperméable pour empêcher une attaque de. l'âme- par l'oxygène. Un procédé typique pour produire un revêtement de car-35 bure de. silicium sur un filament est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nG 2.97-•358 précité. Dans la fabrication du mode d'exécution de l'invention représenté par la figure 1, le. filament 12 est enroulé suivant une hélice autour du corps isolant 11. Pendant l'opération d 1 en-40 roulage la résistance du dispositif est contrôlée périodiquement bad ORIGINAL 69 12439 2006667 —5 et on peut faire varier le pas d'enroulement rjour utiliser une longueur de filament plus ou moins grande selon que 11 on souhaite avoir une résistance plus ou coins grande. Les figure? 5 et 4 illustrent un autre code d.1 exécution 5 de l'invention dans lequel une série de fi lardent s à résistance 21 comportant des surfaces réfractaires 26 résistant à 1 *oxydation et à des températures élev-.ss sont contés à l'intérieur d'un tube isolant 22» Les filaments peuvent être constitués entièrement par une matière réfractaire conductrice de l'électricité, 10 ou "bien il peuvent être constitués par une âme conductrice 27 recouverte par un revêtement réfractaire 28 continu. La ^ongueur des filaments dépend de la résistance voulue, étant donné qu'il est évident qu'une augmentation du nombr^Ûe et/ou de la longueur des filaments produit une augmentation de la 15 résistance du dispositif. Les extrémités des filaments 21 s'étendent au-delà des extrémités du tube 22 pour établir une connexion électrique avec une source de courant électrique. Dans le mode d'exécution de l'invention représenté par la figure 3> les connexions électriques sont réalisés 20 au moyen de tubes 23 en acier inoxydable dont le diamètre intérieur est un peu supérieur au dismètre extérieur du tube 22 entourant les extrémités prolongées des filaments 21, et chacun respectivement line partie de chaque extrémité du tube 22. Les tubes 23 sont fixés au tube 22 par des coyens appropriés comme, 25 par exemple un ciment ou liant réfractaire, par vissage ou sertissage.Un contact électrique entre les filaments 21 et le tube 23 est réalisé en sertissant la partie 24 de. chaque tube 23 autour des extrémités prolongées des filaments '21 de façon à former une connexion électrique avec ceux-ci. Des connexions électriques ap~ 30 propriées ( non représentées) sont fixées aux tubes en acier inoxydable de connexion. Ce mode d'ejcécution de l'invention eat particulièrement utile quand les filaments résistants sont fragiles ou quand ils sont d'une natirce telle qu'ils ne se prêtent pas facilement 35 à une installation autour drun corps isolant, par exemple cornue dans le dispositif de la figure 1. Les filaments sont aontcs dans le corps isolant et il est inutile de les courber ou de-leur faire subir un autre formage. Lors de l'utilisation de l'élément- selon l'invention en 40 allumeur, on le place de façon à ce qu'il soit exposé à un courant BAD ORIGINAL 69 12439 2006667 y- —iode matière c.om'busti'ble telle que du gaz naturel, du mazout, ou un combustible analogue, et on fait passer le courant électrique dans les filaments résistants. Le passage drun courant dans les filaments provoque une augmentation de la température 5 de l'élément par suite du chauffage par résistance des filaments à une température supérieure à la température d'inflammation du conibustibl^feîTÎl se produit une combustion. Dans l'installation ou positionnement de l'élément, il est préférable que-les parties du dispositif qui portent les connexions électri-10 ques soient à l'extérieur de la zone de combustion, Dans des allumeurs, normalement un détecteur de température ou pyromètre se trouve très près de l'àllumeur et réagit à sa température en déterminant si cet allumeur est en état de marche, avant d'introduire le combustible dans la zone de 15 combustion, ^uand il est utilisé en allumeur, le dispositif de l'invention se prôte à une combinaison avec un élément détecteur de température approprié, tel. qu'un thermistor, grâce au montage de l'élément détecteur de température dans le corps isolant» Une telle combinaison avec un type d'allumeur différent / 20 est décrite d-.ns le brevet français n° 1.557*518. et dans le brevet belge n° 712.865. Bien que le carbure de silicium soit la matière réfractaire préférée pour constituer une surface résistant à l'oxydation sur les filaments résistants, il est à signaler que 25 a'autres- matières réfractaires, telles que,.par exemple, l'alumine, le disiliciur-e de. molybdène et l'oxyde de magné-' sium sont propres' à être utilisées sélon'1'invention. De telles matières résistant à la température et à l'oxydation à des températures de 1,1GQ°"C-1.4-Q00C auxquelles le 30 dispositif selon l'invention est destiné à fonctionner. On peut produire de-s revêtements en ces matières sur des âmes électriquement conductrices appropriées comme, par exemple, en carbone, en graphite, en tungstène en alliage dgfoickel et de chrome ou d'autres matières' analogues par pulvérisation à 35 la flamnc-, par projection à basse énergie et par des procédés analogues énumérés précédé ment pour le carbure de silicium. Les dispositifs réalisés conformément à l'invention peuvent prendre n'importe quelle forme ou configuration compatible avec l'utilisation de filaments/résistants et de corps isolant, et la confi-40- guration particulière du dispositif dépend de l'application à laquelle il est destiné. Il va de soi que la présente invention a été décrite à titre illustratif mais nullement limitatif et qu'il pourra lui ttvc apporté diverses variantes sans sortir de son cadre. . * &AD ORIGINAL 69 12439 2006667 HB7EKEÏSÂTI0SS 1 - Dispositif à résistance, propre à être utilisé comme allumeur pour combustible gazeux ou liquide, ..caractérisé en ce qu'il comprend au moins un filament électriquement conducteur vui est xerté par un corps non conducteur résistant àl-'oxy-5 dation à des températures élevées et dos moyens de contact électrique poux1 brancher le filament dans un circuit éltctriouô-, ce filament conducteur ayant une surface contenant une matière réfractaire qui résiste à l'oxydation à des températures élevées. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce 10 que le filament est enroulé en hélice autour du corps non conducteur; 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé on ce qu'une péric- de filaments conducteurs sont disposés à l'intérieur du corps ■ non conducteur. 15 4- - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps non conducteur est constitué par de l'alumine, de la mullito, do l'oxyde de béryllium ou de la stéat ite. 5 - Dispositif selon la.revendication 1, caractérisé en ce que le filament conducteur comprend une âme en une matière 20 électrique conductrice- et un revêtement extérieur recouvrant l'âme et comprend une matière réfractaire qui résiste à 1'oxydation à des températures comprises entre 1.100°C et 1.4-OG°C. 6 - Dispositif selon la revendication 5? caractérisé en ce que l'âme est constituée par du tungstène , du carbone, 25 du graphite ou un alliage de nickel et de chrome, et en ce que le revêtement comprend une matière réfractaire qui ost du carbure de silicium, do l'alumine, de l'oxyde de magnésium ou du disiliciure de molybdène. 7 - Dispositif selon la revendication caractérisé en ce' 30 que le filament est constitué par une .âme en tungstène, et par un revêtement en carbure de silicium recouvrant l'âme. 8 -Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filament est constitué.essentiellement par une matière réfractaire électriquement conductrice ayant un coefficient de 35 résistivitv on fonction de la température positif, et résistant à l'oxydation à des températures élevées. ... 9 -Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le filament est constitué essentiellement par. du carbure de silicium. - BAP ORIGINAL 69 12439 2006667 ' -8- 10 - Dispositif selon la revendicat ion-2, caractérisé en ce que l'âme du filanent -est en tungstène, carbone ou graphite recouverte d'un revôtonent continu de carbure de siliciun, et le corps non conducteur ost on alur-ine. 5 11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le filr-.orrc o?t constitué essentiellement par du carbure de silicium. 12 - Dispositif; scion la revendication 3", caractérisé en ce que l'âne du fil^ioat est en tungstène ,■ -carbone ou. graphite, 10 et lo corps non conducteur est én'aluaine. 13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les f ila::ents78onstitués essentiellement par du carbure de silicium. 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