Brevet FR2186801A1 — publié le 19740111

Certains ferrites, matériaux magnétiques constitués de divers oxydes métalliques ferriques et de liants cramiques fabriqués à haute température selon la technique du frittage, présentent des propriétés de conduction de courant électrique à température élevé et se comportent pratiquement, à ces températures, comme des thermistances à coefficient de température négatif et ce pour des tempdratures pouvant atteindre 10000C et plus. Ces propriétés particulières que nous avons mises en ti- dence, entraient jusqu'à présent dans le cadre de phénomènes parasites et nuisibles pour les fabricants de ferrites, jusqu'à ce jour. Ceux-ci luttaient au contraire contre ces pertes électri- ques de ces matériaux et n'hésitaient pas à annoncer momie dans leurs notices que ces phénomènes devraient progressivement disparaître en fonction de l'évolution des techniques de fabrication. De plus, les ferrites ne furent jamais jusqu'à ce jour conçus pour des utilisations en lments chauffants générateurs de chaleur. Il va sans dire que pour un matériau ferrite, le phénomène de résistance électrique est très nuisible dans son utilisation classique. Cette conductibilité électrique du matériau produit nécessairement des pertes de courant de Foucault pour les utilisations habituelles du matériau ferrite c'est-à-dire, augmenta- tion du couplage électro-magnétique des self-inductances en courant alternatif. Tel ferrite 2002 par exemple, ne fut jamais envisage par ses constructeurs comme pouvant devenir un élément générateur de chaleur selon l'invention et dont la température peut entre rendue telle, par passage du courant électrique, que le ferrite peut passer au rouge vif rayonnant sans se détruire tout en supportant indéfiniment de nombreux cycles de température. C'est en raison des propriétés de résistance électrique haute température, et plus particulièrement des propriétés de résistance à coefficient de température négatif du matériau ferrite choisi que nous obtenons les résultats décrits ci-dessus. Selon les types de ferrites utilisés en générateur de chaleur les comportements thermiques sont différents. Certains types avantageusement sélectionnés pour la présente invention (2002, 3001, ferroxcubes divers, etc00.0.) sont plus particuli- rement en mesure de constituer des éléments générateurs de cha leur pouvant atteindre de hautes températures et utilisés en tant que "charge" pour le courant électrique si on les munit, ce-ko le prévoit l'invention, de certaines électrodes haute température nécessaires à leur alimentation en énergie électrique. Par exemple, tel tore de ferrite du commerce (prévu et conçu par son constructeur pour réaliser des couplages magnéti- ques toroïdaux à haute fréquence, c'est-à-dire jamais envisagé comme pouvant devenir, par exemple l'élément générateur de chaleur d'un fer à souder électrique) est muni de deux électrodes pouvant supporter des températures élevées, servant à ltalisenta- tion en énergie électrique de l'élément chauffant, pour réaliser selon l'invention un nouvel élément chauffant générateur de chaleur.Les deux électrodes précitées tant mécaniquement mainte- nues sur le matériau ferrite ouXet indissolublement liées par construction au dit-matériau. La température de ce nouvel élément chauffant ainsi réali sé pourra largement dépasser les 1000 C si, bien str, les conditions environnementales sont respectées. Le ferrite rayonnera sans destruction une très grande quantité de calories sans se détruire tout en restant capable de pouvoir suivre d'innombrables cycles thermiques. Les éléments en matériau ferrite utilisés selon l'inven- tion, vci.nt leur résistance électrique s'abaisser considérablement et de par ce fait momie, la tension qui apparaît à leurs bornes diminue en fonction de la température, si on prend soin de disposer en série dans l'alimentation électrique (qui peut Outre en courant continu ou en courant alternatif) une résistance qui permet d'obtenir une régulation de température par diminution de la tension aux bornes de l'élément chauffant, lequel se met en régime de puissance constante en fonction de la température dans une plage dépendant de l'intensité nominale déterminée par la résistance série. Ce phénomène d'abaissement de la résistance électrique est -analogue au comportement des résistances à coefficient de température négatif classiques utilisées pour des températures relativement basses comparativement aux températures que peuvent atteindre les matériaux ferrites fonctionnant salon l'invention. Dans le cas de fonctionnement selon l'invention le phénomène d' augmentation de la conductibilité s'accroît considérablement aux températures élevées. Il devient donc possible d'utiliser, grace à la présente invention, en éléments générateurs de chaleur pour températures moyenne et élevée, certains ferrites, éventuellement métallisés et/ou assujettis et/ou intimement liés à des électrodes d'alimentation capables de supporter de hautes températures, si, comme le préconise la présente invention, ces matériaux ferrites ont été fabriqués à haute température par la technique du frittage ou par tout autre technique. La présente invention concerne aussi et tout particulièrement les moyens environnementaux nécessaires au bon fonctionnement de ces nouveaux éléments générateurs de chaleur dans les applications qui en découlent (applications nouvelles, qui, rappelons-le, sont des applications très différentes des utilisations habituelles de ces matériaux, dont les constructeurs s'é- vertuaient jusqu'à présent à faire diminuer et si possible éliminer les paramètres de conductibilité électrique qui sont ici utilisés en priorité dans les réalisations selon le présent brevet d'invention). Il entrerait d'ailleurs, dans la présente invention tout matériau ferrite fabriqué à ltavenir avec orientation pour ltob- tention des paramètres utilisés plus particulièrement par la présente invention et/ou pour des buts semblables d'utilisation. La présente invention concerne aussi, en dehors de lappli- cation nouvelle de certains matériaux ferrites à des fins de génération de chaleur, les applications de ces nouveaux éléments chauffants dans leur reversibilité, c'est-à-dire dans des buts de contrôle et/ou asservissement par l'effet de thermistance haute température des nouveaux éléments chauffants selon l'invention. L' invention concerne de plus les moyens environnementaux à haute température nécessaires au bon fonctionnement des élé- ment s générateurs de chaleur dans des températures pouvant dépasser 10000C, ctest-à-dire connexions, liaisons, isolations thermiques et/ou électriques et moyens mécaniques associés. La figure 1 donnée à titre d'exemple non limitatif est une représentation en coupe dwéléments cylindriques suivant ltaxe de symétrie a/a1. Cette figure représente l'élément ferrite 1 (sélectionné selon l'invention en raison de ses propriétés de conductibilité électrique à haute température) en tant que l'élément générateur de chaleur. Il est percé par construction (pseudo-tore) d'un trou 2. Il est muni de plus de deux électrodes 3 et 4 percées respectivement 5 et 6. Ces électrodes haute température ayant pour but d'amener le courant électrique au niveau du ferrite. L'ensemble ferrite/électrodes est isolé par deux plaques de matériau isolant haute température 7 et 8 (mica ou céramique par exemple). Le tout étant englobé entre deux disques pleins 9 et 10 dont le rôle est de radier les calories. Ces disques pleins sont avantageusement réalisés en métaux bons conducteurs de la chaleur (cuivre par exemple). La figure 2 donnée à titre d'exemple non limitatif reprd- sente un ferrite tubulaire il représenté en coupe suivant ltave de symétrie b/b1. Ce ferrite, nouveau élément générateur de chaleur, est alimenté coaxialement gracie aux électrodes haute température 12 et 13, en courant électrique, Lut élément 14 servant à la fois d'évacuateur de chaleur et de volant thermique pour 11 ensemble. Cet élément 14 est isolé électriquement de l'électrode 13 par un élément 15 isolant thermique haute température (céramique, mica, stéatite, ou analogues). Toutes les applications de ces éI.nts chauffants, fer à souder électrique, fer à repasser, cuisiniere électrique, plaque chauffante, radiateur, chauffage des liquides, des gaz, des pattes, soudage ou/et découpage de matériaux plastiques, chauffage des habitations, etc, etc..... avec les formes adéquates compatibles aux applications envisagées entreraient dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Nouveaux éléments générateurs de chaleur réalisés à 11 aide de certains matériaux magnétiques à température voisine de l'ambiance (ferrites) en dessus et en dessous du point de curie, qui présentent des propriétés de conductibilité électrique à haute température. 2. Nouveaux éléments générateurs de chaleur selon revendication 1 munis d T électrodes haute température imbriquées et/ou intimement liées et/ou assujetties mécaniquement au matériau ferrite. 3. Nouveaux éléments générateurs de chaleur selon revendications 1,2 réalisés à laide de matériaux ferrites nouveaux créés avec majoration des paramètres utilisés dans la présente invention et/ou pour des buts semblables d'utilisation. 4. Nouveaux éléments générateurs de chaleur selon revendications 1,2,3 concernant l'utilisation de ces éléments insérés dans tous types de circuits électriques en tant que charge productrice de calories à des fins dtexploitation et d'utilisation en tant que source de chaleur. 5. Nouveaux éléments générateurs de chaleur selon revendications 1,2,3,4 utilisés dans des buts de génération avec si xsultanément contrôle et/ou asservissement par l'effet thermistance à haute température, phénomène réversible utilisable à des fins de commande par démagnétisation de l'élément ferrite utilisé en tant que charge génératrice de chaleur et/ou thermistance haute température de contrôle. 6. Nouveaux éléments générateurs de chaleur selon revendications 1,2,3,4,5 caractérisés par des associations de connexions, liaisons, isolations thermiques et/ou électriques et mécaniques supportant des températures très élevées. 7. Nouveaux éléments générateurs de chaleur selon revendications 1,2,3,4,5,6 utilisés dans toutes leurs applications comme fer à souder électrique, fer à repasser électrique, plaque chauffante, radiateur électrique, cuisinière électrique, chauffage des liquides, des gaz, des pâtes, soudage et/ou découpage des matériaux plastiques, chauffage des habitations, etc..0. 8. Nouveaux éléments générateurs de chaleur selon revendications 1,2,3,4,5,6,7 constitués de matériaux environnementaux et de ferrites percés ou non et pouvant prendre toutes formes géométriques pour chacun des constituants (électrodes, matériaux, évacuateurs de calories).