Brevet FR2518353A1 — publié le 19830617

La présente invention concerne un appareil de décharge d'arcs électriques et, particulièrement, un appareil permettant l'exploitation industrielle de processus chimiques. Selon l'invention, un appareil de décharge d'arcs électriques comprend une alimentation électrique comportant un trans- formateur polyphasé, un moyen de stabilisation d'arc et deux ponts redresseurs, ou plus, chaque pont offrant une paire de sorties de. puissance, une première paire d'électrodes, une première électrode de la paire d'électrodes étant électriquement connectée à une sortie de puissance d'une première paire choisie de sortiesde puissance, et l'autre électrode de la première paire étant électriquement connectée à l'autre sortie de puissance de ladite première paire choisie de sortiesde puissance, et une deuxième paire d'électrodes, une première électrode de ladite deuxième paire étant électriquement connectée à une sortie de puissance d'une deuxième paire choisie de sorties de puissance différente de ladite première paire choisie de sortiesde puissance, et l'autre électrode de ladite deuxième paire étant élec- triquement connectée à l'autre sortie de puissance de ladite deuxième paire choisie de sorties. En raison du très court temps de réponse demandé à une alimentation électrique pour que soit assuré un fonctionnement stable d'un arc, on a cru que chaque arc devait avoir sa propre alimentation électrique associée à un moyen distinct de stabilisation d'arc, puisqu'un seul moyen de stabilisation ne serait pas en mesure de répondre aux charges dynamiques plus grandes ne pouvant Atre prédites de deux arcs ou plus, spécialement s'il était demandé une possibilité d'amorçages et d'extinctions indépendants des arcs respectifs. L'invention propose un moyen permettant de n'utiliser qu'une seule alimentation électrique et un seul moyen de stabilisation pour plusieurs arcs, et elle autorise un amorçage séparé des arcs sans faire appel à des alimentations électriques annexes à des instants choisis par l'opérateur. En substance, l'alimentation électrique comprend un transformateur pouvant Etre connecté à une source d'électricité du secteur alternatif et qui est un transformateur polyphasé Le trans- formateur doit pouvoir produire à sa sortie les caractéristiques voulues de tension et de courant nécessaires aux arcs après redres- sement. De façon typique, la sortie destinée aux arcs peut avoir une tension allant jusqu'à 100 kilovolts et 100 000 ampères et, selon le but particulier visé, la sortie doit avoir une tension comprise dans l'intervalle de 1 kilovolt d 110 kilovolts et une. intensité comprise dans l'intervalle de 100 ampères à 10 000 ampères. Puisque le signal de sortie polyphasé du transformateur est un courant alternatif, il est nécessaire de prévoir un pont redresseur pour produire du courant continu en sortie Chaque pont fournit du courant par une paire de sorties, Selon l'invention" l'alimentation électrique comporte un moyen de stabilisation de l'arc, et cesalimentations électriques comprennent celles qui ont une commande par bobinage série et celles qui présentent une commande par bobinage de saturation. Selon une autre possibilité, le moyen de stabilisation -et les ponts redresseurs peuvent etre combinés en ponts de redresseurs commandés au silicium (thyristors), avec lesquels il peut être souhaitable d'utiliser une inductance supplémentaire pour assurer la stabilité de l'arc à long terme. Chaque paire de sorties de puissance fournit une dif- férence de potentiel électrique à une paire d'électrodes entre les- quelles on souhaite produire un arc L'appareil selon l'invention comporte au moins deux semblables paires d'électrodes afin de produire deux arcs Une électrode de la première paire est électriquement connectée à une sortie de puissance d'une paire choisie de sorties, et l'autre électrode est connectée à l'autre sortie de puissance de la paire choisie de sorties. De la mgme façon, la deuxième paire d'électrodes est connectée à la deuxième paire choisie de sorties de puissance Chaque paire supplémentaire d'électrodes est connectée à une paire supplé- nentaire indépendante de sorties de puissance, si bien que chaque arc possède effectivement ses sorties de puissance indépendantes, lesquelles sont toutefois toutes alimentées par une unique alimen- tation électrique. Les électrodes peuvent présenter toute forme souhaitable et, si cela est souhaité, elles peuvent être construites de façon que l'arc puisse ètre soufflé, c'est-à-dire transformé en un plasma dans un courantde gaz approprié passant entre les électrodes d'une paire, Les électrodes d'une paire peuvent être tubulaires et montées en ligne Si cela est souhaité, les électrodes peuvent être dotées d'un moyen de refroidissement convenable, comme un moyen prévoyant l'écoulement d'une eau de refroidissement, ainsi que d'un moyen permettant de produire un champ électrique afin de faire tourner la racine de l'arc pour minimiser l'érosion localisée de l'électrode. L'appareil de l'invention se révèle particulièrement utile pour produire une paire d'arcs électriques destinés à chauffer des courants gazeux dans des réactions chimiques telles que l'oxy- dation en phase vapeur d'un halogénure métallique par exemple en vue de la production d'un oxyde métallique Un exemple d'utilisation typique est le chauffage d'un courant d'oxygène en vue de l'oxydation du tétrachlorure de titane dans la production de pigments de dioxyde de titane. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur le dessin annexé unique, qui est un schéma type montrant les constituants utilisés dans l'appareil. Sur la figure unique, sont schématiquement représentées une première paire d'électrodes 1, 2 et une deuxième paire d'élec- trodes 3, 4 Les électrodes 1, 2 sont respectivement connectées à une paire de sorties 5, 6 d'un pont redresseur 7 Les électrodes 3, 4 sont respectivement connectées à une paire de sorties 8, 9 d'un deuxième pont redresseur 10 Des bobines d'arrêt 11, 12 sont res- pectivement connectées entre l'électrode 2 et la sortie 6 et entre l'électrode 3 et la sortie 8 Des voltmètres 13 et 14 sont disposés de façon à mesurer la différence de tension existant entre les sorties de chaque paire, et des ampèremètres 15 et 16 sont prévus pour enregistrer l'intensité du courant. Les ponts redresseurs 7 et 10 sont alimentés en courant électrique par un unique transformateur 17 à commande par bobinage saturable qui est connecté à une alimentation triphasée 18 du secteur par l'intermédiaire d'un appareil de commutation 19. Chaque paire d'électrodes est dotée d'un bobinage de champ 20, 21 Le bobinage de champ 21 est alimenté en courant élec- trique par l'intermédiaire d'un pont redresseur 22 via un transduc- teur de champ 23 alimenté par l'alimentation 18 Le voltmètre 24 et l'ampèremètre 25 sont également connectés dans le circuit de la bobine de champ. L'autre bobine de champ 20 est connectée à une paire de sorties 26, 27 d'une paire couplée de ponts redresseurs 28, 29 qui sont respectivement alimentés en courant par des transducteurs , 31 connectés à l'alimentation 18 Le voltmètre 32 et l'ampèremètre 33 sont, de la même façon,incorporés au circuit De manière tout aussi appropriée, un unique transducteur peut etre utilisé à la place des deux transducteurs 30 et 31 représentés. Selon un exemple, les électrodes sont creuses et asso- ciées à un moyen permettant d'injecter un gaz-dans les électrodes creuses afin de produire des arcs modifiés par soufflage La paire d'électrodes 1, 2 possède une anode ayant un trou de diamètre 9,5 mm, et la paire d'électrodes 3, 4 possède une anode ayant un trou de diamètre 15,5 mm. L'arc destiné àa se former entre les électrodes 3 et 4 est amorcé par application d'ut courant d'oxygène comportant de l'hélium sous une tension suffisante pour l'amorçage de l'arc. L'autre arc est amorcé de manière identique, et le débit d'oxygène s'accroit jusqu'à 18,8 m 3 normaux par heure pour un courant qui s'accroit jusqu'à 100 ampères sous une tension d'environ 350 volts. L'hélium n'est utilisé que pour l'amorçage des arcs. La première tension d'arc est augmentée jusqu'à environ 585 volts avec un courant de 100 ampères et un débit d'oxygène de 21,5 m normaux par heure. Les arcs sont maintenus dans ces conditions pendant presque 8 heures. Cet exemple montre clairement que l'appareil selon l'invention peut Etre utilisé pour maintenir des arcs entre des paires d'électrodes dissemblables sous des conditions différentes d'alimen- tation électrique à partir d'une même source Naturellement, des -paires d'électrodes identiques peuvent être utilisées facilement dans des conditions identiques d'alimentation électrique. Selon un autre exemple, le transformateur 17 à bobinage saturable est remplacé par un unique transformateur à bobinage série. Le premier arc est amorcé avec un courant d'oxygène de 50 m 3 normaux par heure, et le deuxième arc est amorcé avec un courant d'oxygène fixé à 45 m 3 normaux par heure Après l'amorçage, on augmente le débit d'oxygène des deux unités jusqu'à 170 m normaux par heure pour obtenir une tension d'arc de 1350 volts On fait fonctionner l'arc pendant plus de 20 heures sans aucune diminution apparente de sa stabilité, par comparaison avec le dispositif comportant un seul arc par alimentation électrique. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'ima- giner, à partir des appareils dont la description vient-d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1 Appareil de décharge d'arcs électriques qui comprend une alimentation électrique ( 18) et des électrodes ( 1, 2; 3, 4), caractérisé en ce que l'alimentation électrique comprend un transfor- mateur polyphasé ( 17), un moyen ( 11, 12) de stabilisation d'arc et deux ponts redresseurs ( 7; 10) ou plus, chaque pont offrant une paire de sorties de puissance ( 5, 6; 8, 9), lesdites électrodes comprenant une première paire ( 1, 2) d'électrodes, l'une ( 1) des électrodes de -la première paire étant électriquement connectée à une sortie de puissance ( 5) d'une première paire choisie-de sorties de puissance et l'autre électrode ( 2) de ladite première paire étant électriquement connectée a l'autre sortie de puissance ( 6) de ladite première paire choisie de sorties de puissance, et une deuxième paire ( 3, 4) d'électrodes, une première électrode ( 3) de ladite deuxième paire étant électriquement connectée à une sortie de puissance ( 8) d'une deuxième paire choisie de sorties de puissance différente de ladite première paire choisie de sorties de puissance et l'autre électrode ( 4) de ladite deuxième paire étant électriquement connectée à l'autre sortie de puissance ( 9) de ladite deuxième paire choisie de sorties 2, Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit transformateur fournit à chaque paire de sorties un courant électrique allant jusqu'à 100 kilovolts et jusqu'à 100 000 ampères. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit transformateur fournit à chaque paire de sorties un courant électrique de 1 kilovolt a 10 kilovolts et de 100 ampères à 10 000 ampères - 4 Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite alimentation électrique est du type possédant une commande par bobinage série - Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite alimentation électrique est du type possédant une commande par bobinage saturable. 6 Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyen de stabilisation et les ponts redresseurs sont combinés sous forme de ponts de redresseurs commandés au silicium (thyristors). 7 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque électrode d'une paire est de forme tubulaire, les électrodes étant montées en ligne. 8 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites électrodes sont dotées d'un moyen de refroidissement. 9 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdites électrodes sont dotées d'un moyen permettant de produire un champ électrique afin de faire tourner la racine de l'arc autour de ladite électrode pendant son utilisation.