Brevet FR2030325A1 — publié le 19701113

L'invention concerne une cartouche chauffante électrique comporte tant une gaine fermée à une extrémité, pour le chauffage de solides ou li- quides. On connait de telles cartouchess constituées par un conducteur chauffant enroulé sur un mandrin rectiligne disposé dans un tube de céramique percé d'un certain nombre de trous0 Ces cartouches sont de construction simple et économique, mais le coefficient de transfert de chaleur entre le conducteur de chauffage et la gaine extérieure est relativement mauvais, de sorte que ces cartouches ntont pas un bon rendement, et ne permettent pas d'atteindre des températures élevées. Pour éviter cet inconvénient, on a proposé d'enrober le conducteur de chauffage dans une matière isolante pulvérulente, telle que la magnésieS qui, après introduction dans la gaine, est compactée afin d'augmenter sa conductivité thermique. De telles cartouches ne présentent pas de difficultés de fabrication lorsque les fils de connexion du conducteur de chauffage sortent aux deux extrémités de la cartouche, mais il en va autrement pour les cartouches comportant une extrémité dans lesquelles ces fils de connexions sortent à une autre extrémité, l'autre extrémité étant fermée.Dans ce cas, il faut remplir la cartouche de matière pulvérulente au moyen d'un tube pénétrant entre le mandrin du conducteur et la gaine, ce qui oblige à maintenir une distance radiale relativement grande entre ces deux éléments et la transmission de la chaleur entre le conducteur et la gaine s'en trouve diminuée. En outre, la fermeture de la gaine après remplissage et compact tage du produit pulvérulent présente certaines difficultés, car il faut éviter que des corps étrangers pénètrent dans la masse isolante au moment du soudage ou brasage de la gaine. Enfin il est impossible d'opérer le compattage du produit pulvérulent dans la partie de la gaine proche de l'extrémité de fermeture, ce qui est une cause supplémentaire de diminution du transfert de chaleur. La cartouche chauffante selon l'invention ne présente pas ces inconvénients ; en particulier la distance entre le conducteur de chauffage et la gaine extérieure y est aussi faible que possible, et le compactage de la masse isolante est satisfaisant sur toute la longueur de la cartouche1 A cet effet, selon 14invention, l'extrémité inférieure du mandrin sur lequel est enroulé le conducteur de chauffage, et le fond de la gaine exté rieur sont conformés de façon que le mandrin se centre de luiwmeme dans la gaine. Par exemple, l'extrémité inférieure du mandrin est en forme de corne saillant, et le fond de la gaine extérieure forme un oene rentrant. Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention, la gaine est fermée par une douille ou un bouchon en céramique à travers lequel passent les fils de connexion, ce qui permet de pousser la douille ou bouchon vers Pinté- rieur lors du compactage de la masse isolante, et assure ainsi un compact tage uniforme sur toute la longueur de la cartouche. Une cartouche ainsi constituée ne nécessite pas de tube pour son remplissage, de sorte que la distance entre le conducteur de chauffage et la gaine peut être très petite, et que par conséquent la chute de température entre le conducteur de chauffage et la gaine est faible, ce qui permet d'optez nir des températures de fonctionnement très élevées, sans nuire à la durée de vie de la cartouche. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cartouche com porte, au-dessus du mandrin centré sur le fond de la gaine, d'autres mandrins centrés au moyen de plaques intermédiaires introduites entre les mandrins adjacents. Cette disposition permet de réaliser des cartouches de longueurs quelconques, ce qui serait à peu près possible autrement, à cause de la difficulté d'obtenir un alignement rectiligne correct d'un mandrin unique de grande longueur, alignement qui est cependant indispensable en raison de la faible distance entre le mandrin et la gaine. Les plaques de centrage sont de préférence rectangulaires et comw portent deux trous pour le passage des fils de connexion, la distance entre ces trous étant égale à l'écartement de ces fils à la sortie du mandrin. Les figures ciZannexées représentent, a titre d'exemples, des formes possibles de réalisation de cartouches chauffantes selon l'invention. La figure 1 est une vue en coupé longitudinale d'une cartouche selon l'invention. La figure 2 représente le mandrin de cette cartouche, avec le conducteur chauffant. La figure 3 représente une cartouche à deux mandrins. La figure 4 représente une plaque de centrage à trous circulaires, et la figure 5 une plaque analogue à trous oblongs. La figure 6 représente le schéma de connexion électrique des éléments chauffants de la cartouche selon la figure 3. La cartouche selon la figure 1 comporte essentiellement un mandrin 4, par exemple en céramiqueS sur lequel est enroulé un conducteur chauffant 3, et disposé dans l'axe d'une gaine tubulaire 1 fermée à une extrémité par un fond 2. Entre le mandrin 4 et la gaine 1 est introduite une masse isolante 5, constituée de préférence par une poudre d'oxyde métal lique à grains fins, telle que de la magnésie ou matière analogue, et qui enrobe le mandrin. Selon l'invention, l'extrémité intérieure du mandrin 4 a la forme d'un cne saillant, tandis que le fond 2 de la cartouche a la forme d'un conte rentrant. Grtce à cette disposition, le mandrin se centre de lui-mtme, lors de son introduction dans la gaine, ce qui évite l'emploi de tout dispositif auxiliaire et permet de maintenir une très faible distance entre le conducZ teur de chauffage et la gaine. Pour la sortie du conducteur de chauffage 3, le mandrin coni-cte par exemple deux canaux longitudinaux 8 et 9, dont I tun 8 débouche, par une fente transversale 10, à Pextrémité iaaférieure dii mandrin. Le conducteur passe donc par ce canal 8 jusqutau bas du mandrin, puis il est enroulé sur ce derniers et ressort à la partie supérieure par une fente 9 transversale communiquant avec l'autre canal 8. La fermeture de la partie supérieure de la cartouche est assurée par une douille ou un bouchon 12 en céramique ou matière analogues que trao versent les extrémités du conducteur de chauffage. ll y a lieu de noter qutaprès introduction du mandrin, celuiwci est maintenu centré à son extrémité supérieure par le dispositif de remplissage. Après ce remplissage, et un premier compact age du matériau pulvérulent, on met en place le bouchon 12, et on procède à un second compactage, Pour réaliser des cartouches chauffantes de plus grande longueur, on peut, comme le montre la figure 3, disposer d'autres mandrins 4a sur le mandrin 4 centré dans le fond de la gaine. A cet effet on introduit, entre le mandrin du bas et celui qui est immédiatement au-dessus, une plaque de cenW trage 18 en une matière isolante et résistant à la chaleur, par exemple de la céramique.Cette plaque est de préférence rectangulaire et comporte deux trous 16, 17 dont l'écartement est égal à celui des canaux 8, 9 des mandrins 4 et 4a. Dans les canaux 8, 9, on fait passer des fils 13 connectés respectivement, en 14 et 15, au conducteur de chauffage 3 du mandrin 4. Le conducteur de chauffage 3a du deuxième mandrin 4a est connecté en 19 et 20 à ces fils 13. A la fin de ces opérations de montage la masse isolante 5, précédemment introduite, est soumise à un compactage, puis le bouchon 12 est introduit dans la cartouche. Une telle cartouche peut titre réalisée sans difficulté avec trois mandrins ou davantage, et assure un centrage impeccable des mandrins gracie d'une part aux fils de connexion qui traversent lesdits mandrins et les plaques de centrage, et d'autre part au centrage du mandrin inférieur sur le fond de la cartouche. La forme rectangulaire des plaques de centrage présente l'avant tage que ladite plaque ne porte sur la gaine cylindrique que par ses coins. La surface de contact de ladite plaque avec la gaine est donc très petite, de sorte que, même à haute température, ces plaques ne transmettent pas seno siblement plus de chaleur que la poudre réfractaire ellewm8me. Comme le montre la figure 5, la plaque de centrage 18 peut comporter des trous oblongs 16, 17, ce qui permet d'y faire passer plusieurs fils de raccordement en parallèle, ou bien des conducteurs de fils de conw nexion en forme de bandes ou profilés, permettant le passage de courants d'intensité élevée. Comme le montre la figure 6, les conducteurs de chauffage 3 et 3a des différents mandrins 4 et 4a sont de préférence connectés en paral lèle, mais toute autre disposition de groupement pourrait etre adoptée0 Le conducteur de chauffage 3 ou 3a peut etre constitué de deux enroulements disposés sur les mandrins 4 ou 4a qui comportent alors trois sorties, permettant de réaliser différentes combinaisons de circuits. Bien entendu la forme des plaques de centrage n2 est pas limitée à celle représentée, mais elle peut titre quelconque, par exemple en étoile. REVENDICATIONS 1 " Cartouche chauffante éléctrique constituée par au moins un conducteur chauffant enroulé sur un mandrin disposé dans une gafile fermée à une extrémité, caractérisée en ce que Extrémité inférieure du mandrin et le fond de la gaine sont conformés de façon que le mandrin se centre de lui m8xr.e dans la gaine. 2 cl Cartouche de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il comporte d'autres mandrins disposés au-dessus du mandrin inféZ rieur, css mandrins supplémentaires étant centrés par rapport à la gaine au moyen de plaques disposées entre deux mandrins adjacents et munies de trous pour le passage du conducteur. 3 " Cartouche selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité inférieure du mandrin a la forme d'un cône saillant et le fond de la gaine a la forme d'un cône rentrant. 4 - Cartouche selon les revendications 1 et 3, caractérisée en ce que le mandrin comporte au moins un canal longitudinal dans lequel passe le conducteur de chauffage, l'un desdits canaux longitudinaux communiquant avec par une fente radiale débouchant sur l'extrémité conique du mandrin. 5 - Cartouche selon la revendication 4, caractérisée en ce que la gafhe de la cartouche est fermée par une douille ou balchon en céramique, à travers lequel passent les fils de connexion du conducteur de chauffage. 6 - Cartouche selon la revendication 2 caractérisée en ce que les plaques de centrage ont une forme rectangulaire, de façon à porter par leurs coins sur la paroi intérieure de la gafhe. 7 - Cartouche selon les revendications 2 et 6, caractérisée en ce que les différents mandrins portant les conducteurs de chauffage sont reliés par des fils de connexion passant à travers les mandrins et les plaques de centrage. 8 - Cartouche selon la revendication 7 caractérisée en ce que les trous de passage sont oblongs. 9 - Cartouche selon la revendication 7 caractérisée en ce que les conducteurs de chauffage forment deux enroulements débouchant des mandrins par trois sorties, en vue de permettre de réaliser différentes combinaisons de circuits