Brevet FR2137094A1 — publié le 19721229

La présente invention, due aux travaux de N. ESCHARD, GOUTEÂJGEÂ et SÂRRÂlIR des Laboratoires d'Electronique et de Physique Appliquée (LEP), a trait à la régulation de faibles pressions de gaz absorbables par un matériau solide. On sait, par exemple, que le titane ou le zirconium sont capables d'absorber de manière réversible des volumes importants d'hydrogkne, et que la pression partielle de ce gaz dans l'atmosphère au contact de ce matériau dépend alors de la température de ce dernier. aussi divers dispositifs ont-ils été réalisés pour réguler la pression de l'hydrogène dans un tube à vide par l'intermédiaire de la température d'une certaine quantité de titane présente dans ce tube. C'est sur le courant électrique parcourant une résistance chauffante que l'on agit en définitive. Pour la miss en oeuvre de ce principe éprouvé il y a évidemment lieu de rechercher, outre la simplicité de construction et d'utilisation du dispositif, une grande surface d'échanges gazeux (qui entratne une capacité d'absorption élevée et des réactions rapides), un bon contact thermique entre la résistance chauffante et le matériau absorbant et une inertie thermique aussi faible que possible. Certaines de ces exigences apparaissent contradictoires, faible inertie thermique et grande surface d'échange par exemple. Les solutions actuellement adoptées sont de plusieurs types. Bulles utilisent, comme indiqué ci-dessus, un filament (résistance chauffante) et une certaine quantité de métal absorbant. Celui-ci peut entre - soit fondu sur le filament chauffant (il n'a alors qu'une faible capacité d'absorption de gaz) - soit roulé sous forme de feuilles autour du filament (il en résulte une inertie thermique qui apparat d'autant plus élevée que le couplage est médiocre) - soit maintenu sous forme de poudre noyant le filament dans une enceinte métallique (même défaut que précédemment) - soit enfin évaporé sur les parois internes d'une enceinte entourant le filament. Cette dernière solution donne la plus grande rapidité de réglage de la pression, mais présente, à capacité d'absorption donnée, un volume très important. La présente invention a pour principal objet un régulateur de faibles pressions gazeuses palliant les inconvénients ci-dessus. Ce régulateur de la pression dans une enceinte d'un gaz susceptible d'être absorbé ou libéré par un matériau solide, le sens de ces échanges dépendant de la température, régulateur comportant une masse de ce matériau placée dans cette enceinte, une structure formant résistance électrique en relation thermique avec cette masse, et des moyens pour faire parcourir cette résistance par un courant électrique d'intensité réglable, est essentiellement caractérisé en ce que ladite masse est constituée de poudre frittée autour de cette structure. se se référant aux figures echématiquès 1 à 4 ci-jointes, on va décrire ci-après un exemple, donné à titre non limitatif, de réalisation d'un régulateur de faibles pressions gazeuses, objet de l'invention. Les dispositions qui seront décrites à propos de cet exemple devront être considérées comme faisant partie de l'invention, étant entendu que toutes dispositions équivalentes pourront aussi bien Titre utilisées sans sortir du cadre de celle-ci. Beuls ont été représentés sur les figures les élément nécessaires à la compréhension de l'intention, les éléments correspondants de ces figures portant des nombres de référence identiques. Les ri. 1 et 2 représentent le filament utilisé colle résistance chauffante, en coupes respectivement par un plan passant par son axe, et par un plan perpendiculaire à ce dernier. La Fig. 3 représente le nê2e filament noyé dans la poidre de titane frittée utilisée comme matériau actif, cette poudre étant supposée transparente pour la clarté du dessin. La Fig. 4 représente une coupe diamétrale du moule destiné ai frittage de cette poudre. Dans l'exemple décrit, il s'agissait de maintenir dans un tube scellé la pression d'hydrogène ou dtun isotope de celui-ci, à une valeur prédéterminée, malgré la consommation de gaz lors du fonctionnement de ce tube. On voit sur les rig. I et 2 le filament 1 en molybdène. Sa longueur est de 10 n, son diamètre de 0,3 mm. il est couvert d'un départ d'alumine d'épaisseur 50 y . Il a été bobiné sur un mandrin de diamètre 1,7 mm au pas de 0,6 mm, les extrémités ayant été ressorties dans l'axe. On voit sur la Fig. 3 l'élément actif 2, formé de poudre de titane, de grosseur de grains allant de 40 à 80 , agglomérée par simple chauffage sous vide à 8500 C pendant 1/2 heure. Le cylindre compact ainsi obtenu a un diamètre de 6 mm et une longueur de 10 mm. On voit sur la Fig. 4 le moule servant à la réalisation de l'élément 2. Il est en alumine grillée à l'air après usinage. Il se compose d'un corps cylindrique 3 maintenant le filament 1 dans son axe et d'un chapeau 4 permettant le démoulage. Les extrémités rectilignes du filament 1 traversent les orifices 5 et 6 pendant le frittage. Le stabilisateur ainsi élaboré est fixé par les extrémités du filament 1 dans le tube non encore scellé auquel il est destiné, et les connexions électriques de ces extrémités sont réalisées. Il-est alors dégazé sous vide par un chauffage à 6000 C, ce chauffage étant obtenu en faisant parcourir le filament 1 par un courant électrique convenable. Eout en maintenant cette température constante on introduit dans le tube la quantité de gaz à faire absorber. Puis on coupe l'alimentation électrique du filament 1. Le stabilisateur absorbe alors l'hydrogène en se refroidissant. Gracie à la porosité de l'ensemble toute la masse de titane est active ; il en résulte une grande capacité d'absorption pour un volume minimal. Quant au couplage thermique il est excellent puisqu'il se fait par contact direct. Les dimensions indiquées pour l'élément actif 2 correspondent à une absorption possible de 250 cm3 d'hydrogène dans les conditions normales de température et de pression. Elles sont évidemment adaptables aux besoins. D'autre part, le principe de la fabrication permet d'adapter les caractéristiques électriques du filament aux sources disponibles. Le métal constitutif étant choisi, la longueur et le diamètre déterminent la résistance électrique. En outre la pression d'équilibre est atteinte sans rebondissements, ce qui facilite l'utilisation d'un tel élément dans une boucle de régulation automatique de pression. Du point de vue mécanique le filament 1, de 0,3 u de diamètre, peut assurer la fixation. Dans le cas de filaments de section plus faible il est possible de mouler le stabilisateur sur un manchon tubulaire de céramique, assurant la fixation. L'exemple qui vient d'être décrit répond aux spécifications techniques suivantes - pression rariable de 0,07 à 70 pascals - puissance dissipée dans le stabilisateur de 0,5 à 3,5 watts. - temps de réponse à des variations de courant de chauffage inférieurs à une minute - résistance å des vibrations sinusoldales de 50 g de 55 Hz à 2000 Hz et de + 6 n d'amplitude crête à crête de 10 Hz à 55 Hz. Le stabilisateur selon la présente invention peut être utilisé dans les tubes à gaz, pour réguler la raleur de la pression d'hydrogène (ou d'un isotope de celui-ci) à une valeur déterminée. Il peut notamment litre dans des thyratrons à gaz, tubes générateurs de neutrons... il est cependant à noter qu'il est possible de réguler une pression par absorption progressive de gaz au lieu de libération progressive comme dams l'exemple décrit. REVEND i CÂTION s 1 ) Régulateur de la pression dans une enceinte d'un gaz susceptible d'3tre absorbé ou libéré par un matériau solide, le sens de ces échanges dépendant de la température, comportant une masse dudit matériau placée dans ladite enceinte, une structure formant résistance électrique en relation thermique -aveo ladite masse, et des moyens pour faire parcourir ladite résistance par un courant électrique d'intensité réglable, caraetéris en ce que ladite masse est constituée de poudre frittée autour de ladite structure. 26) Régulateur selon la revendication 1 dans lequel ledit gas dont la pression est régulée est de l'hydrogène, ou l'un de ses isotopes 30) Régulateur selon la revendication 1 dans lequel ledit matériau solide est du titane 4.) Régulateur-elon la revendication 1 dans lequel ledit matériau solide est du zirconium 5.) Régulateur selon la revendication 1 dans lequel les grains constituant ladite poudre ont des dimensions inférieures au cinquième de millimètre 60) Régulateur selon la revendication 1 dans lequel le frittage de ladite poudre est obtenu par chauffage dans un moule comportant des moyens de maintien notamment de ladite structure formant résistance électrique 79) Régulateur selon la revendication 6 dans lequel lesdits moyens de maintien de ladite structure sont constitués de trous percés dans le fond et le couvercle du moule, et apte à laisser passer les extrémités de ladite structure 8 ) Régulateur selon la revendication 1 dans lequel ladite structure formant résistance électrique sert de support mécanique 90) Régulateur selon la revendication 1 dans lequel le support mécanique est une traversée électriquement isolante, dont chacune des extrémités lui est extérieure? 100)Tubes à gaz comportant utilisation du régulateur faisant l'objet des revendications 1 à 9.