Brevet FR2495385A1 — publié le 19820604

La présente invention est relative à des appareils électriques dans lesquels un courant électrique passe entre des conducteurs en cuivre et en titane, en particulier dans un milieu corrosif. Il est bien connu que le cuivre a une bonne conductivité pour le courant électrique mais qu'il est fortement corrodé par certains milieux, par exemple par du chlore présentant une certaine teneur d'humidité et par des chlorures oxydants acides, qui peuvent se trouver dans et autour de certains appareils utilisant une énergie électrique, par exemple des cellules électrolytiques. Il est également connu que le titane présente une bonne résistance à la corrosion par le chlore et d'autres milieux mais qu'il a une résistivité électrique beaucoup plus grande et, de ce fait, une conductivité beaucoup plus petite que celles du cuivre. Pour bénéficier à la fois de la conductivité électrique du cuivre et de la résistance du titane à la corrosion, on doit les combiner de manière à conserver une bonne conductivité électrique et une faible résistance de contact métal-métal. Ceci soulève des pro blèmes Comme des opérations traditionnelles de soudage ou de brasage ne sont pas satisfaisantes pour fixer le titane au cuivre (ou à d'autres métaux très conducteurs, comme l'aluminium ou l'argent), on a essayé d'utiliser des fixations mécaniques, par exemple par boulonnage, rivetage, ou pinçage, ou encore des procédés plus complexes, tels qu'un gainage par explosion ou une coextrusion. Tous ces procédés présentent toutefois des désavantages.Des liaisons mécaniques, même si elles sont propres et bien ajustées, sont vulnérables à des infiltrations par des milieux corrosifs et créent une résistance électrique anormalement élevée, spêcialemert lorsqu'on doit fixer ensemble des surfaces relativement grandes de tôles, de plaques, de barres ou d'autres produits métalliques, ces grandes surfaces étant sujettes à un gauchissement ou à une autre déformation. Des liaisons faites par gainage ou extrusion sont conteuses, parfois tout à fait prohibitiveS, et elles excluent un remplacement, un réglage de position, ou un remontage et un réassemblage de l'appareil en cause. Il existe donc une nécessité de pouvoir disposer. d'un moyen pratique pour connecter électriquement des pièces constitutives d'appareil en cuivre et en titane, destinées à une utilisation industrielle dans des milieux corrosifs, en particulier des pièces admettant la conduction de courants élevés, par exemple de 300 A et plus, depuis des conducteurs d'énergie électrique, par exemple des barres omnibus en cuivre, vers des pièces constitutives en titane, par exemple des électrodes ou des barres de support, associées à des cellules électrolytiques, telles que celles fonctionnant avec des électrolytes de chlorure aqueux. Suivant la présente invention, on utilise un connecteur fileté en cuivre, qui est amené à se fixer par vissage au conducteur en titane et est en contact électrique avec le conducteur en cuivre. Le conducteur en cuivre compcrte avantageusement une partie formant ergot, qui fait saillie depuis la pièce constitutive en titane et est conformée pour s'adapter fermement cantre le conducteur en cuivre qui peut être un transporteur d'énergie, tel qu une barre omnibus, de manière à assurer un bon contact métal-métal, Pour entretenir un bon contact entre l'ergot et le transporteur d'énergie, et également pour aider a leur mise en p3ace, l'ergot est avantageusement encoché de manière à s'adapter sur une saillie de forme correspondante prévue sur la barre omnibus ou autre conducteur. Le connecteur en cuivre comporte de préférence un filet extérieur et est vissé dans une cavité taraudée dans le conducteur en titane, mais inversement la connexion filetée suivant l'invention peut titre faite grace à une saillie ou partie extrême filetée prévue sur un conducteur en titane et à une calotte ou un chapeau taraudé en cuivre. L'un des avantages de l'invention est que les parties filetées du connecteur et de la cavité créent une plus grande surface de contact superficiel par unité de longueur que si l'on utilise des cavités cylindriques et des pièces rapportées d'un même diamètre mais non filetées. Le système suivant l'invention permet d'obtenir de plus faibles densités de courant à la jonction entre le cuivre et le titane. Pour obtenir la surface de contact la plus élevée et assurer un contact continu métal sur métal, le pas de vis devrait avantageusement etre d'un type ne dépassant pas le pas de vis national gros (National Coarse). On devrait utiliser des pas de vis droits (d'un diamètre uniforme) plutôt que des pas de vis coniques de manière que le connecteur puisse etre ajusté tout en entretenant un contact continu. Le conducteur en titane peut être constitué par du titane pur ou commercialement pur, par exemple du type à 99% de titane ou plus, avec jusqu'à 15o d'impu- retés tolérable, ou bien il peut s'agir d'un alliage à haute teneur de titane, contenant environ 90% de titane ou plus. Le cuivre du connecteur est de préférence d'une qualité à haute conductivité. Les conducteurs en titane et en cuivre peuvent Etre de n 'importe quelle forme désirée quelconque, par exemple sous forme de barres, de tiges, de plaques, de pièces coulées, de traverses, de supports et de dispositifs de suspension. Les connexions suivant l'invention peuvent s'utiliser avantageusement, en particulier, dans des cellules électrolytiques, par exemple des cellules dé placage électrolytique utilisant des paniers en titane, ou des cellules de récupération électrolytique utilisant des anodes en titane, où la connexion se fait entre une barre omnibus en cuivre et une barre transversale en titane ou un support d'anode, l'invention englobant également les cellules électrolytiques réalisées de la sorte. Une forme de réalisation particulière de l'invention sera décrite de façon plus détaillée ci-après, à titre d'exemple seulement, avec référence aux dessins non limitatif annexés. La Figure 1 est une vue en plan d'une cellule électrolytique réalisée en utilisant l'invention. La Figure 2 est une vue en coupe verticale agrandie, prise suivant les lignes II-II, de l'une des barres omnibus et de l'une des traverses. La cellule électrolytique 14 représentée par la Figure 1 comprend un récipient résistant à la corrosion 12, contenant un électrolyte 13, par exemple une solution aqueuse de chlorure de nickel, dans leouel sont immergées des anodes en titane enrobées 16 et des ca des en acier inoxydable 18, suspendues depuis les traverses 10 et 17. Chaque traverse 10 pôur anode est en titane et s'étend au-dessus d'une barre omnibus en cuivre 11, latérale aux anodes, en étant supportée par cette barre, celle-di présentant une saillie 26 en "lame de couteau", l'autre extrémité de chaque barre tras- versale 10 étant soutenue par un support isolé 15.De façon similaire, les traverses 17 pour cathodes enrobées sont supportées chacune par la barre omnibus 20 latérale aux cathodes et par un support isolé 19. Les barres omnibus 11 et 20 sont connectées par des conducteurs en cuivre lia et 20a aux piles positif et négatif d'une source de courant continu 21. Du chlore gazeux se dégage à l'anode lorsqu'on fait passer du courant pour l'élue trolyse. Comme illustré par la Figure 2, un connecteur fileté en cuivre 22 est vissé dans une cavité 23 taraudée de façon correspondante dans la barre omnibus 10, la partie avant (dans le sens du vissage) du connecteur 22 ayant sa surface de filet 22a en contact avec la surface de filet 23a de la cavité 23. On utilise une graisse conductrice de l'électricité sur les pas de vis pour rendre optimale la conduction entre les deux métaux. Il n'est pas nécessaire que l'extrémité avant (moitié supérieure) du connecteur soit en contact avec le fond de la paroi de la cavité. L'ergot 24 du connecteur 22 s'étend hors de la cavité 23 et présente une fente en forme de V 25 à son extrémité s'étendant vers l'arriere, les faces 25a et 25b de cette cavité formant l'angle de celle-ci. Un élément de contact 26 est prévu en saillie sur la barre omnibus 11, les faces 26a et 26b de cet élément formant un angle leur permettant de s'appuyer contre les faces 25a et 25b de l'encoche 25, bien qu'une correspondance tout à fait précise ne soit pas nécessaire. En pratique, le pas de vis prévu sur le cDn- necteur 22 est avantageusement un pas de vis national gros (Major) d'un diamètre de 1,9 cm et il est en contact avec le pas de vis de la cavité 23 sur une longueur de connecteur de 2,54 cm. L'angle de l'encoche en V 25 est d'environ 60 . Le Tableau suivant montre les avantages de l'utilisation de connecteurs suivant la présente invention, en ce qui concerne les faibles températures de contact de la barre omnibus et la faible résistance de contact électrique (comme illustré par la chute de tension entre la barre omnibus et la traverse en titane). comparativement à celles obtenues lorsque la traverse en titane repose directement sur la barre omnibus en cuivre.On a utilisé des connecteurs en cuivre d'une longueur de 2,54 cm et de deux diamètres différents, le courant étant de 300 à 350 A. TABLEAU Résistance de Température de contact contact, 0C chute de ten sion (mV) Pas de vis de 1,27 cm 45 - 90 60 Pas de vis de 1,9 cm 7 - 20 50 Contact direct 750 140 REVENDICATIONS 1. Appareil électrolytique, comprenant une connexion électrique pour le passage d'un courant élec trique entre des condu cteu en cu ivr etdes conducteurs en titan e, ca- ractérisé en ce que cette connexion comprend un connecteur fileté en cuivre (22) coopérant par I'intermédidire d'un pas de vis avec le conducteur en titane (10) pourvu d'un pas de vis correspondant, ce connecteur (22) étant en contact électrique avec le conducteur en cuivre (11). 2. Appareil suivant la revendication 1, carac-. térisé en ce que le connecteur en cuivre (22) est une pièce rapportée comportant un pas de vis externe (22a) s'engageant dans un pas de vis interne (23a) d'une cavité (23) prévue dans le conducteur en titane (10). 3. Appareil suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le connecteur fileté en cuivre (22) comporte un ergot (24) présentant une encoche en forme de V (25) faisant face vers l'extérieur, le conducteur en cuivre présentant une saillie de forme correspondante (26). -4. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conducteur en titane (10) forme une anode ou une barre de support d'anode d'une cellule électrolytique.