Brevet FR2408867A1 — publié le 19790608

La présente invention se rapporte à un circuit de régulation, de commande et de mesure pour des températures élevées et comportant un élément de commutation qui est exposé à ces températures. Dans le domaine de la technique de la chaleur, il est souhaitable de pouvoir mesurer, commander et régler par des moyens simples et peu onéreux ries températures comprises entre 500 et 1000 C. Dans des fours électriques garnis d'un revêtement accumulateur de chaleur, la température de ce revêtement doit être maintenue constante, par exemple, entre 800 et 9500C. A cet effet,on utilise actuellement des dispositifs de régulation basés sur la dilatation d'un solide ayant de préférence la forme d'une tige, ou d'un liquide. Les éléments de commutation de ces régulateurs sont prévus pour des températures comprises entre 350 et 5009C, ce qui oblige de les placer à une certaine distance du revêtement accumulateur de chaleur Cette contrainte complique la réalisation technique et augmente le prix de ces régulateurs. La présente invention a pour objet de créer un élément de commutation qui résiste a des températures très élevées et qui, de ce fait, peut être placé près de la source de chaleur permettant ainsi d'obtenir une forme de réalisation d'un prix raisonnable et d'un fonctionnement très str. Le circuit de régulation, de commande et de mesure suivant l'invention est caractérisé en ce que l'élément de commutation est un électrolyte solide dont la variation de la conductivité en fonction de la température est utilisée pour mesurer, commander ou régler la température. Les avantages obtenus par l'invention résident notamment dans la suppression d'éléments de commutation encombrants utilisés habituellement, et ainsi les contraintes de construction sont éliminées ce qui réduit les difficultés techniques Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description'detaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. -'4 La fig. 1 est le schéma électrique d'un circuit de commande pour un four électrique. La fig. 2 représente des diagrammes illustrant les variations, en fonction de la température, de la résistance spécifique des électrolytes solides utilisés. Comme il ressort du schéma de la fig. 1, un électrolyte solide 1 est placé directement à l'intérieur d'un four 2 (revêtement accumulateur). L'électrolyte solide 1 est branché en série avec un pont redresseur 3 dont la sortie en courant continu est raccordée à un relais 4 qui comporte un contact de commutation 5. Le pont redresseur 3 et l'électrolyte solide 1 sont alimentés par une tension alternative de 220 V. Le circuit d'alimentation du four 2, également en 220 V, contient le contact de commutation 5. Dans la position initiale de ce circuit de régulation le contact 5 du relais 4 est fermé pour permettre le chauffage du four 2. Lors de l'augmentation de la température à l'inte- rieur de ce four, la résistance specifiquew de l'électrolyte solide 1 se modifie comme illustré par les diagrammes de la fig. 2. La résistance diminue progressivement et lorsque le courant continu appliqué au relais 4 atteint une valeur déterminée ce relais 4 est excité et ouvre le contact 5 qui coupe l'alimentation du four 2.La température du four s'abaisse ensuite progressivement en faisant augmenter, de façon correspondante, la résistance 4 de l'électrolyte solide 1. Dès que le courant continu, émanant du pont redresseur 3, devient inférieur à un certain seuil, le relais 4 n'est plus excité et ferme le contact 5 qui établit de nouveau le circuit de chauffage du four 2. L'élément de commutation est constitué, de préférence, par des conducteurs ioniques ou par des semi-conducteurs électroniques, dont la conductivité peut être modifiée par des additifs appropriés. L'un de ces groupes d'additifs est constitué par des oxydes métalliques dopés à haute teneur tels que, par exemple, Zr02, TiO2, A1203 et analogues. Dans ces oxydes sont alors emmagasinés des oxydes métalliques à faible teneur tels quel jar exemple, Mg 0, Ca 0, Na20 et analogues. La proportion des oxydes emmagasinés permet d'obtenir un nombre correspondant de lacunes d'oxygène qui déterminent la conductivité. I1 est également possible d'utiliser comme additifs des sels ou des mélanges salins qui, à l'intérieur d'une gamme de températures comprise entre 500 et 10000C, subissent une transformation réversible accompagnée d'une variation de la conductivité Ces conducteurs ioniques ne sont pas chargés et déchargés périodiquement lorsqu'ils sont alimentés par une tension alternative (22C- I). Les corps en céramique peuvent être réalisés au moyen d'un procédé d'agglomération par frittage à la presse. La diffusion à l'intérieur d'oxydes à faible teneur a pour point de départ var exemple, la décomposition du carbonate MC03 > MO + C02 M = Ca, Mg atc. Les températures de diffusion les plus favorables pour les carbonates alcalino-terreux se situent à environ 16000C. Lorsqu'il s'agit de carbonates alcalins, on doit tenir compte de la sublimatiorl des oxydes, la gamme des températures pouvant être supportée se situant, dans le cas présent, entre 100 et 1200 C. Les diagrammes de la fig. 2 illustrent les variations ohniques en fonction de la température de certains corps a électrolyte solide. Dans le cas considérE-, il s'agit de corps d'une section transversale comprise entre environ 0,6 et 1,Ocm2 et d'une longueur comprise entre environ 1,5 et 3,0 cm. Les corps en céramique comportent sur deux de leurs faces opposées des contacts métalliques. La courbe 1 se rapporte à un corps en ZrO2 pur, la courbe 2 à un corps en Zr02 contenant 2,8 % de CaO et la courbe 3 à un corps en ZrO2 additionné de 5,6 % de CaO. I1 ressort de ces diagrammes que ces corps peuvent être utilisés pour des températures comprises entre 500 et 10000C. R E Y E N D I C A T I O N S 1 - Circuit de régulation, de commande et de mesure pour des températures élevées et comportant un élément de commutation qui est exposé à ces températures, caractérisé en ce ce que l'élément de commutation est un électrolyte solide 1 dont la variation de la conductivité en fonction de la tempéra- ture est utilisée pour mesurer, commander ou régler la température. 2 - Elément de commutation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrolyte solide ainsi que le circuit de régulation, de commande et de mesure comportant cet élément sont alimentés par un courant alternatif. 3 - Elément de commutation suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme électrolyte solide des oxydes métalliques dopés et à haute teneur à l'état pur ou additionnés d'oxydes métalliques de faible teneur.