Brevet FR2224962A1 — publié le 19741031

L'invention est relative à un corps chauffant tubulaire, chauffé électriquement, pour des températures dépassant 6O00C comportant une enveloppe métallique et un conducteur chauffant enrobé dans une masse isolante de matière céramique, ainsi qu'à un procédé pour la fabrication d'un tel corps chauffant. Les corps chauffants tubulaires usuels comportent une enveloppe métallique extérieure, d'un diamètre extérieur d'environ 6 mm et davantage, qui contient, dans un enrobage isolant de matière céramique, un conducteur chauffant réalisé sous la forme d'une hélice en un matériau métallique résistif. Dans la plupart des domaines d'application, ce mode de construction du corps chauffant tubulaire est très avantageux. Mais il existe des cas d'utilisation dans lesquels ce-mode de construction usuel ntest pas utilisable ou ne l'est que difficilement. En particulier lorsqu'on utilise ges corps chauffants tubulaires à de très hautes températures et qu'il est nécessaire de transmettre la chaleur à travers des plaques isolantes par conduction calorifique, on se heurte à des difficultés. Lorsque par exemple on considère les particularités de la matière dite verre céramique, un verre partiellement céramisé très réfractaire qui est utilisé comme revêtement continu de foyers, l'ex- périence conduit aux observations suivantes. Le verre céramique présente une mauvaise conductibilité thermique et ainsi une grande résistance de transmission calorifique Il tend à varier de structure en cas de surchauffe et est sensible aux dépassements très localisés de la température admissible. Un autre inconvénient réside dans la conductibilité électrique du verre à sa température d'utilisation.On ne peut donc mettre en oeuvre des puissances et des durées de chauffage raisonnables quelconques que lorsque la température de l'élément chauffant,disposé en dessous de la plaque, est poussée à sa valeur maximale admissible et que le chauffage est aussi régulier que possible. Ce n'est que dans ce cas que l'on peut recueillir une quantité de chaleur suffisante à travers la plaque de verre céramique. Une autre condition est que la plaque doit être alimentée avec la tension normale du réseau de distribution et qu'en raison d'un risque éventuel de bris de verre céramique, ainsi qu'en raison de la conductibilité du verre, il faut prévoir une isolation supplémentaire et un raccordement à un conducteur de protection. Ce grand nombre de conditions entraîne toutefois des incompati bilités partielles et il n'était pas possible jusqu'à présent de les satisfaire simultanément. Le brevet français nO 1.062.626 décrit un corps chauffant tubulaire dont on déforme par pressage le conducteur chauffant en forme d'hélice, en exerçant une pression sur l'enveloppe extérieure du corps chauffant tubulaire. Il est possible certes de réaliser, de cette manière, une surface d'application relativement plane pour la transmission par conduction thermique, mais l'ensemble du corps chauffant subit une extension relativement importante et il faut réserver une distance de sécurité relativement grande entre le conducteur chauffant et l'enveloppe. Ce corps chauffant, lui non plus, ne peut satisfaire entièrement aux conditions énumérées ci-dessus. L'invention a donc pour but de réaliser un corps chauffant du genre décrit au préambule qui puisse présenter des dimensions nettement plus faibles que les dimensions habituelles et con vienne en particulier pour les hautes températures. Ce problème est résolu,conformément à l'invention, par le fait que le conducteur chauffant est constitué par un fil métallique massif non hélicoldal. Dans ces conditions, on peut réaliser l'ensemble du conducteur chauffant sous une forme beaucoup plus mince. La transmission calorifique entre le conducteur chauffant et l'enveloppe est considérablement supérieure à ce qu'elle est avec le mode de construction connu à conducteur chauffant en forme dthélice. L'ensemble de la surface extérieure du conducteur chauffant peut céder de la chaleur, à travers la masse isolante, directement à l'enveloppe extérieure. Dans le cas d'un conducteur chauffant en forme d'hélice au contraire, seule la partie de la surface extérieure du conducteur chauffant, qui se trouvait sur le pourtour extérieur de l'hélice, pouvait transmettre directement de la chaleur. Dans la partie centrale, il se produisait une amélioration de chaleur quignon seulement augmentait d'une manière inadmissible la température du "tube" intérieur de ma tière isolante, mais augmentait aussi la température du conducteur chauffant.Dans le cas où il se produit des transformations et des phénomènes de fusion dans ce tube de matière isolante qui ne peut évacuer sa chaleur vers l'extérieur, il peut se produire des phénomènes explosifs qui sont déclenchés par le fait que la résistance, dans le métal fondu, diminue brusquement. Toutes ces difficultés sont éliminées dans le corps chauffant conforme à l'invention, de sorte que la différence entre la température maximale admissible et la température le long de l'enveloppe extérieure est très faible. Dans ces conditions le-corps chauffant tubulaire peut être utilisé sans danger à des températures très élevées. La condition que le conducteur chauffant soit aussi rapproché que possible de la charge thermique d'utilisation, par exemple la plaque de verre céramique, est satisfaite de manière idéale, bien que toutes les autres conditions se-trouvent rempli; Lorsque le transfert de chaleur doit se faire par conduction thermique, l'essentiel est surtout d'amener très près de l'objet chauffé le centre de gravité de la surface du conducteur chauffant. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la section droite du conducteur chauffant peut être déformée par action mécanique sur l'enveloppe. Il est alors particulièrement avantageux-que l'enveloppe présente une forme de section comportant au moins un méplat latéral et que le conducteur chauffant soit adapté d cette forme de section. Grâce à cette disposition, on peut obtenir une transmission calorifique particulièrement bonne pour autant qu'il s'agisse de conduction thermique par contact. D'une manière surprenante, on a mis en évidence qu'il est possible, en agissant sur l'en- veloppe, de déformer aussi le conducteur chauffant massif avec la masse isolante interposée. Dans ces conditions il est possible de conserver une faible valeur pour l'épaisseur de la couche de matière isolante qui entoure le conducteur chauffant. Autrement, en cas de déformation de ltenveloppe, la distance radiale au conducteur chauffant varierait très fortement et il faudrait, pour assurer encore une épaisseur de couche suffisante de la masse isolante même à l'emplacement où la distance radiale est minimale, donner à celle-ci dans l'ensemble une très forte épaisseur. Grâce à la disposition adoptée, le centre de gravité superficiel du conducteur chauffant se trouve encore plus rapproché de l'objet à chauffer. Selon l'invention, il est prévu en outre un procédé pour la fabrication d'un corps chauffant tubulaire du genre décrit ci-dessus, dans lequel procédé des conducteurs chauffants mas- sniff, de section essentiellement circulaire, sont amenés, par action mécanique sur l'enveloppe, à prendre avec la masse isolante interposée une forme de section droite comportant un méplat. Il est surprenant que la forme de la section d'un conducteur chauffant massif puisse être déformée de cette manière, bien que la masse isolante interposée ne constitue qu'un produit en vrac comprimé.La forme de la section du Conducteur ch-auffant ne correspondra évidemment pas exactement à la forme de section, provoquée par déformation extérieure, de l'envelop- pe, mais sten rapprochera, de sorte que les effets avantageux escomptés, à savoir la réalisation d'un corps chauffant d'une épaisseur très inférieure à la normale avec une faible distance moyenne entre le conducteur chauffant et l'enveloppe, se-pro- duiront. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description ci-après d'un de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, effectuée en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe transversale fortement agrandie d'un corps chauffant tubulaire - la figure 2 est une coupe transversale, analogue à la figure 1, d'un corps chauffant déformé, et - la figure 3 est une coupe longitudinale d'une extrémité de raccordement d'un corps chauffant tubulaire Le corps chauffant tubulaire 11, représenté sur la figure 1, comporte une enveloppe 12, réalisée de manière usuelle en acier inoxydable, qui ala forme d'un tube-de section circulaire. A l'intérieur de celui-ci, un conducteur chauffant 14 est enrobé dans une masse isolante 13.Le conducteur chauffant 14 a la forme dtun fil métallique rond, qui est dirigé suivant la direction de l'axe longitudinal du corps chauffant tubulaire, c'est-à-dire n'est pas enroulé hélicoidalement comme c'est le cas dans les corps chauffants usuels.La masse isolante 13 est constituée par une matière céramique en vrac usuelle, par exemple de l'oxyde de magnésium qui est introduit dans le tube selon un procédé usuel. Comme c'est le cas d'habitude avec des corps chauffants normaux, cette matière subit également,après avoir été introduite dans le tube, une compression préalable. Ce corps chauffant tubulaire peut être réalisé sous des dimensions plus faibIes qu'à l'ordinaire. Il est possible ainsi, par exemple, de donner au diamètre extérieur de l'enveloppe 12 une valeur inférieure à 3 mm. Dans les corps chauffants tubu laires, le filament hélicoïdal seul a déjà ce diamètre, de sorte qu'il est difficilement possible de réaliser des corps chauffants tubulaires usuels avec un diamètre inférieur à 5 mm. Pour de nombreuses applications, rien que la possibilité de pouvoir fabriquer des corps chauffants tubulaires très fins presente déjà un gros avantage. Ces corps chauffants, en raison de leur évacuation de chaleur excellente et régulière, mentionnée ci-dessus, peuvent être utilisés même à de très hautes températures, la matière constituant le conducteur chauffant nté- tant pas soumise à des sollicitations thermiques très intenses. Un fonctionnement à une température de 800 à 900t stobtient sans difficultés. Dans le cas où on utilise le corps chauffant sous cette forme, il est judicieux, dans certains cas, d'exercer une action mécanique régulière, sur tout le pourtour du corps chauffant, par exemple par laminage ou pressage, pour obtenir une compression supplémentaire de la masse isolante 13. Le diamètre du conducteur chauffant 14 dépend naturellement de la matière, ainsi que des dimensions et de la consommation de puissance du corps chauffant tubulaire. Il est toutefois relativement faible. Sur la figure 2 est représenté un corps chauffant tubulaire 11' qui peut être réalisé à partir du corps chauffant tubulaire de la figure 1. En agissant mécaniquement sur l'enveloppe 12, par exemple par pressage dans un moule en forme de gouttière, le corps chauffant tubulaire 11' a été amené à la forme approximative d'un triangle se rapprochant d'un demi-cercle. L'enveloppe présente ainsi un long côté qui est plan et peut être appelé méplat 15. Les deux petits côtés du triangle peuvent être relativement arrondis. Grâce à la déformation qui s'effectue alors que la masse isolante 13, préalablement comprimée et éventuellement soumise à une compression intermédiaire,est interposée,la forme de la section du conducteur chauffant 14t est également modifiée.Le fil métallique massif dont est constitué le conducteur chauffant est amené, sous la forte pression mécanique. exercée extérieurement, à une forme de section qui correspond à celle de l'enveloppe. Evidemment la forme de la section du conducteur chauffant ne correspondra pas à celle de l'enveloppe, au sens strict d'une similitude géométrique, mais du côté du méplat il se formera également un méplat relativement important. On obtient ainsi que la distance entre la surface extérieure du conducteur chauffant 14' et la surface intérieure de llenvelop- pe 12', c'est-à-dire l'épaisseur de la couche d'isolant 13S, demeure relativement constante. Dans ces conditions, il est possible, malgré le fort méplat 15, de donner des dimensions relativement faibles au corps chauffant tubulaire. La figure 2 montre en outre une seconde section du corps chauffant tubulaire 11'. Le corps chauffant tubulaire est disposé en spirales et est placé en dessous d'une plaque 16 de verre céramique, de telle manière que le méplat 15 s'applique contre la face inférieure de la plaque de verre céramique 16 pour assurer une meilleure conduction thermique. A cet effet, le corps chauffant tubulaire est poussé vers le haut par des éléments de soutien et par des éléments élastiques, non représentés ici. On peut voir que la distance du conducteur chauffant 14' à la surface à chauffer est plus faible que la normale et qu'il est possible, avec le corps chauffant tubulaire conforme à-l'invention, de recouvrir presque la totalité de la surface de chauffage avec le corps chauffant tubulaire.Dans le verre céramique, du fait notamment de la mauvaise conductibilité thermique de celui-ci, toute conduction transversale est quasi impossible. Pour transmettre toutefois suffisamment de chaleur à travers la plaque, il faut mettre en jeu un trajet de transmission calorifique aussi court que possible. On voit qu'il est possible de rapprocher le conducteur chauffant jusqu'à environ 1 mm de la surface à chauffer, l'épaisseur de la couche d'isolation 13' qui peut en plus être fortement comprimée,-ne devant présenter que la valeur minimale qui suffit encore pour assurer l'isolement électrique. Halgré cela un isolement électrique absolu se trouve réalisé et, en raccordant l'enveloppe 12' à un conducteur de protection on peut encore obtenir une sécurité supplémentaire contre tout contact accidentel. Sur la figure 3 est représentée une extrémité d'un corps chauffant tubulaire 11'. Du fait que le conducteur chauffant 14' est relativement fin, il est protégé contre toute sollicitation mécanique, par exemple lors de son raccordement. Sur l'enveloppe 12' est par conséquent enfilée une partie rétrécie 17, adaptée à la forme de l'enveloppe 12', d'un manchon 18, qui est fixé par exemple par soudage, par brasage ou par emmanchement à la presse. Le manchon 18 présente, dans sa partie 19 située du côté du raccordement, un diamètre supérieur i celui du corps chauffant tubulaire 11'. A l'intérieur du manchon, le conducteur chauffant 14' est relié à un conducteur de liaison 20 qui présente un diamètre supérieur à celui du conducteur chauffant 14' et est moins sensible aux sollicitations mécaniques. Le manchon 18 est rempli, intérieurement, d'une masse isolante 21 et est fermé par un organe de fermeture d' extrémité isolante 22. Grâce au plus grand diamètre de la partie 19 du manchon, on obtient aussi en même temps une sécurité satisfaisante contre les décharges électriques entre le conducteur 20 et le manchon 18 raccordé au conducteur de protection par l'intermédiaire de l'enveloppe 12'. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Corps chauffant tubulaire, chauffé électriquement, pour des températures dépassant 6000C comportant une enveloppe métallique et un conducteur chauffant enrobé dans une masse isolante de matière céramique, caractérisé en ce que le conducteur chauffant (14,14') est constitué par un fil métallique massif non hélicoïdal 2. Corps chauffant tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section droite du conducteur chauffant (14') est déformée par action mécanique sur l'enveloppe (12'). 3. Corps chauffant tubulaire selon la revendication.2, caractérisé en ce que l'enveloppe (12') présente une forme de section comportant au moins un méplat latéral (15) et que le conducteur chauffant (14') est adapté à cette forme de section. 4. Corps chauffant tubulaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la forme de la section droite est essentiellement triangulaire ou semi-circulaire. 5. Corps chauffant tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, -caractérisé en ce que le diamètre extérieur du corps chauffant tubulaire est inférieur à 3 mm. 6. Corps chauffant tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'aux extrémités de raccordement du-corps chauffant tubulaire (11,11') est disposé un conducteur de raccordement épais (20). 7. Corps chauffant tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'aux extrémités de raccordement est prévu sur l'enveloppe (12,12') un manchon (18) de diamètre essentiellement plus grand. 8. Corps chauffant tubulaire selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que, pour assurer un chauffage superficiel en dessous d'une plaque de verre céramique (16), il est enroulé serré, avec ses méplats (15) dirigés d'un côté et en formant une surface essentiellement plane. 9. Procédé pour la fabrication d'un corps chauffant tubulaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le conducteur chauffant massif (14), essentiellement de section circulaire, est déformé par action-mécanique sur l'enveloppe (12), avec interposition de la masse isolante (13), jusqu'à atteindre une section comportant un méplat.