Brevet FR2301147A1 — publié le 19760910

La présente invention concerne des résistances chauffantes métalliques en feuilles pour fours à haute cempérature sous vide ou sous atmosphere contr3îée. Dans les fours à hautes te ratures pouvant dépasser 1800 C sous vide ou sous atmosphère contralée à paros froides, l'ensemble résistances chauffantes et dispositifs d'isolation tllermique est enfermé dans une enveloppe étanche maintenue à la température ambiante par un fluide en circulation sur son enveloppe extérieure C'est ce fluide qui évacue les calories dissipées dans le four. L'énergie dissipée par les résistances chauffantes disposées centralement est transmise au premier écran thermique. En fonction de ses caractéristiques propres, celut-cl absorbe une partie de cette énergie et réfléchit le reste. L'énergie adsorbée élève la température propre de l'écran qui transmet à son tour l'énergie vers le suivant et ainsi de suite jusqu'au dernier. A ce niveau, l'énergie est transmise à l'enveloppe qui la transmet au fluide de refroidissement. A l'équilibre, c'est-à-dire à partir du moment où chacun des éléments a atteint sa température d'équi- libre et où, par consequent, toute l'énergie dissipée se transmet, il résulte un flux thermique constant qui représente les pertes thermiques radiées du système. En considérant, pour simplifier, que le four fonctionne sous un vide très poussé, c'est-à-dire qu'il n'existe pas de convection dans le mode de transmission de calories, les échanges thermiques s'effectuent seulement par conduction suivant la formule de Fourier et par rayonnement suivant la formule de Sue fan Boltzmann. Par conséquent, les pertes par conduction varient linéairement en fonction de l'écart de température, alors que les pertes par rayonnement sont proportionnelles à Ia puissance quatrième des des températures suivant T4-T2. Ainsi, aux nautes températures, les pertes par conduction peuvent être considérées comme négligeables vis-à-vis des pertes par rayon nement. Les pertes devront donc être compensées par un apport d'énergie équivalent pour maintenir le système à sa température d'équilibre. Ce sont donc les résistances chauffantes qui devront dissiper cette énergie et la transmettre vers la paroi froide essentiellement par rayonnement Seules les surfaces latérales extérieures, dirigées vers la paroi froide des résistances chauffantes, sont capables de transmettre cette énergie, les surfaces latérales intérieures desdites résistances rayonnant sur elles-mêmes dans des conditions telles que T14 - T24 = 0 puisque T1 - T2 ne peuvent échanger de la chaleur avec la paroi froide. Dans ce type de four et compte tenu des remarques ci-dessus, si l'on veut utiliser le four aussi près que possible de la température maximale d'utilisation des résistances chauffantes, il est donc nécessaire d'utiliser des résistances chauffantes dont les surfaces latérales radiantes soient aussi grandes que possible par rapport à la surface latérale totale du volume qu'elles délimitent. Ainsi, dans le cas où les résistances délimitent un cylindre ouvert à ses deux extrémités, il est souhaitable d'augmenter la hauteur du cylindre et d'en diminuer le diamètre. En outre, la charge en puissance par unité de surface radiante conditionne la température de la surface dans un système isotherme, suivant la formule T4 = W #. # W = Rt étant l'énergie électrique dissipée,Cw et # étant constants, T est bien fonction de W. Comme il est important que l'énergie électrique dissipée soit répartie de façon uniforme, il est donc notamment souhaitable que la densité de courant traversant en tout point les résistances soit également uniforme de façon à éviter les surchauffes. On a déjà proposé des résistances pour four à vide ou à atmosphère controlée qui permettent de résoudre en partie les problèmes posés par ce type de four. Ces résistances se présentent sous forme d'une feuille de faible épaisseur découpée sous forme de grecque de façon à délimiter des bandes de largeur constante. Une telle résistance est représentée en plan sur la figure 1 ci-après annexée Sur cette figure, on voit que la résistance L est constituée d'une bande continue 2 en forme de grecque découpée dans une feuille 3 représentée en pointillé, présentant une largeur et une section constantes et délimitant des fentes 4 ou intervalles de faible valeur, située générale ment entre 5 et 10 mm, étant donné les basses tensions d'alimentation utilisées En 5 et 6, l'on a représenté deux trajets possibles que peuvent suivre les lignés de courant.Le trajet 5 est le plus court et le trajet 6 est de longueur moyenne. il apparat toutefois que la najorité des lignes de courant empruntent en pratique le trajet 5 le plus court, ce qui crée dans les zones 7, 7a et 7b des surchauffes provoquant rapidement une détérioration irréversible de la résistance. En outre, la découpe correcte d'une telle resistance est une opération longue et délicate qui provoque, de plus, une formation importante de chutes de découpe. L'invention permet de remédier à ces inconvénients Elle concerne en effet une resistance chauffante en feuille pour four à vide ou à atmosphère contrôlée, caractérisée en ce qu'elle est constituée de plusieurs bandes de section constante, de grande largeur, par rapport à leur épaisseur, dlsposées parallèlement et côte à côté et reliées deux par deux pour former une grecque au moyen de traverses de section également constante au moins égale à la section desdites bandes, mais dont l'épaisseur est comprise entre environ deux et quatre fois l'épaisseur desdites bandes. Ainsi, conformément à l'invention, les résistances présentent des zones 7, 7a er 7b renforcées, de section plus importante, qui ne sont plus la cause de surchauffes. Selon un mode préféré, la section des traverses est identique à la section des bandes. Dans ce cas, de préférence, la largeur des traverses est environ 2,5 fois plus petite que la largeur des bandes, alors que l'épaisseur des traverses est égale à environ 2,3 fois l l'épais- seur des bandes. En outre, les traverses sont reliées aux landes par tout moyen permettant au courant électrique de passer convenablement, par exemple, au moyen de rivets ou par soudage. De préférence, l'intervalle libre situé entre deux bandes situées côté à côte est compris entre environ 5 et 10 mm. Il apparaît ainsi que la réalisation de résistances selon l'invention est beaucoup plus aisée que la réalisation de résistances selon l'art antérieur qui nécessitait la découpe dans une seule feuille de grandes dimensions d'une bande de largeur constante En outre la fabrication da résistances conformes a l'invention permet d'utiliser la presque totalité des matériaux de départ en minimisant par conséquent la formation de chutes qui était trLs importante lors de la fabrication de résistances à partir d'une seule feuille de métal. Cet avantage est très important compte tenu du prix élevé des matériaux de départ qui doivent résister à des températures très élevées pouvant etre supérieures à 1800 C. En effet, les métaux constitutifs de ces résistances sont des métaux ou alliages métalliques comportant, par exemple, du molybdène, du tantale, du niobium et du tungstène. Les résistances conformes à l'invention peuvent etre assemblées de façon convenable en un circuit électrique pouvant etre alimenté en courant monophasé ou polyphasé. Plus particulièrement, l'invention vise également un circuit de résistances pour four à vide ou à atmosphère contr5lée alimenté en courant monophasé, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins deux résistances selon l'invention, lesdites résistances étant reliées convenablement entre elles au moyen d'une bande de section et de largeur identiques aux bandes constitutives desdites résistances. L'invention vise également un circuit de résistances pour four à vide ou à atmosphère contrôlée alimenté en courant triphasé caractérisé en ce qu'il est constitué de trois résistances selon l'invention, lesdites résistances étant convenablement reliées entre elles au moyen d'une bande de section identique aux bandes constitutives desdites résistances, mais dont la largeur est f fois plus petite- que la largeur desdites bandes F.n effet, dans 9e cas de l'alimentation en courant triphasé, la bande réalisant la connexion des trois résistances du circuit triphasé est assimilable à un montage triangle dont les branches d'alimentation sont en étoile.Le circuit complet est donc assimilable à un montage étoile dont le neutre est un neutre triangle. Etant donné qu'il est souhaitable que l'énergie électrique dissipée suivant W = RI soit repartie de manière uniforme et compte tenu de ce que la densité de courant doit entre sensiblement identique tout le long du circuit - soit : Le la largeur des bandes de l'étoile d'épaisseur e, parcourues par un courant I et s leur section, et - soit : LT la largeur de la bande de meme épaisseur e, de section s' et de largeur LT réalisant la connexion des trois bandes de l'étoile et formant le triangle. Dans le triangle, on a un courant I' Si les densités de courant sont les mêmes dans l'étoile et le triangle, on a I' I#3 I/S = = , soit S = S'#3 S' S' d'où LT = Le et Le x e = LT x e x #3 #3 Dans ce cas, la largeur de la bande de cranexion est donc de préférence #3 fois plus petite que la largeur de la bande de l'étoile. Les circuits de résistances selon l'invention peuvent être de forme quelconque et délimiter par exemple un cylindre ou un parallélépipède. L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples ci-dessous de réalisation donnée à titre illustratif nullement limitatif, référence sera faite au dessin annexé sur lequel - la figure 1 mentionnée ci-dessus est une vue en plan d'une résistance selon l'art antérieur - la figure 2 est une vue en perspective d'un circuit cylindrique de résistances selon l'invention alimenté en courant monophasé. - la figure 3 est une vue développée plane du circuit de la figure 2 - la figure 4 est une vue en perspective d'un circuit cylindrique de résistances selon l'invention alimenté en courant triphasé ; - la figure 5 est une vue développée plane du circuit de la figure 4 - la figure 6 est une vue en perspective d'un circuit parallélépipédique à section carrée d'un circuit de résistances selon i invention alimenté en courant triphasé. Sur les figures 2 et 3, on voit que le circuit de résistances 8, alimenté en courant monophasé, est constitué de deux réseaux de résistances en forme de grecque 9 et 9a. Chaque réseau est constitué de bandes 10 et 10a, de section constante de grande largeur par rapport à leur épaisseur, dlsposées parallèlement et côte à côte et reliées deux-par deux pour former une grecque au moyen des traverses 11 et 12, de section également constante, environ 2,5 fois moins large que les bandes, mais dont l'épaisseur est environ 2,5 fois l'épaisseur des bandes. Les traverses 11 et 12 sont fixées aux bandes 10 et 10a au moyen des rivets 13 et 14. Les réseaux 9 et 9a sont reliés entre eux par une bande 15 identique aux bandes 10 et 10a. Les amenées et sorties de courant steffectuent au moyen des conducteurs 16 et 17. Le circuit 8 de résistances est fixé dans le four au moyen de plusieurs dispositifs 18 formés de pièces d'alumine 19 en forme de poulies à gorge maintenues par un tirant 20, et des entretoises 21 en forme de tubes également en alumine. La fixation des résistances sur les poulies 19 s'effectue à l'aide d'un fil 22 réalisé en un métal ou alliage métallique identique à celui constitutif du tirant 20 et du circuit 8 de résistances. Sur les figures 4 et S, on voit que le circuit 23 de résistances est formé de trois réseaux de résistances 24, 25, 26 en forme de grecque, constitués de bandes 27 et de traverses 28 rivetées auxdites bandes, les trois réseaux étant ralliés entre eux au moyen de la bande 29 d'épaisseur identique à l'épaisseur des bandes 27, mais dont la largeur est #3 fois plus petite Les trois arrivées de courant s'effectuent par les conducteurs 30, 3 et 32. Sur la figure 6, on a représenté une variante du circuit représenté sur les figures 4 et 5. Sur cette figure, le circuit 33 est également alimenté en triphasé au moyen des conducteurs 34, 35 et 36. Toutefois, le circuit 33 disposé horizontalement dans un four a la forme dsun parallélépipède rectangle de section carre, dont les parois latérales 37 et 38 et le plafond 39 sont seuls chauffés. R E V E N D I C A T I O N S 1. Résistance chauffante en feuille pour four à vide ou à atmosphère contrôlée, caractérisée en ce qu'elle est constituée de plusieurs bandes de section constante, de grande largeur par rapport a leur épaisseur, disposées parallèlement et cate à côte et reliées deux par deux pour former une grecque au moyen de traverses de section également constante au moins égale à la section desdites bandes mais dont l'épaisseur est comprise entre environ 2 et 4 fois l'épaisseur desdites bandes. 2. Résistance selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites traverses sont reliées auxdites bandes au moyen de rivets. 3. Résistance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la section des traverses est sensiblement égale à la section des bandes. 4. Résistance selon la revendication 3, caractériséen ce que la largeur des traverses est environ 2 > 5 fois plus petite que la largeur des bandes et ltépaisseur des traverses est égale à environ 2,5 fois l'épaisseur des bandes. 5. Résistance selon l'une quelconque des revendicatioas précédentes, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en un métal ou alliage métallique pouvant comporter un métal choisi parmi le molybdène, le tantale, le niobium et le tungstène. 6. Circuit de résistance pour four a vide ou à atmosphère contrôlée alimenté en courant mono ou polyphasé, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une résistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Circuit de résistance pour four à vide ou å atmosphère contrôlée, alimenté en courant monophasé, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins deux résistances selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, lesdites résistances étant reliées convenablement entre elles au moyen d'une bande de section et de largeur identiques aux bandes constitutives desdites résistances. 8. Circuit de résistance pour four à vide on à atmosphère contrôlée, alimenté en courant triphasé, caractérisé en ce qu'il est constitué de trois résistances selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, lesdites résistances étant convenablement reliées entre elles au moyen d'une bande de section identique aux bandes constitutives desdites résistances mais dont la largeur est #3 fois plus petite que la largeur des dites bandes. 9. Circuit de résistance selon l'une quelconque des reven dictions 7 et 8, caractérisé en ce qu'il est de forme cylindrique ou parallélépipédique.