Brevet FR2601542A1 — publié le 19880115

- 1 ELEMENT CHAUFFANT A TRES HAUTE TEMPERATURE La présente invention concerne un élément chauffant à très haute température. Les traitnments thermiques à température voisine de 2 000 C sont de plus en plus utilisés. Les fours et leurs éléments chauffants sont à base de matériaux ou céramiques qui, à l'aide d'un préchauffage, deviennent conducteurs de l'électricité, constituant donc après cet amorçage la partie résistive indispensable au chauffage par effet Joule. De tels éléments chauffants sont, par exemple, décrits dans la demande de brevet EN 75 11335 déposée au nom du Commissariat à 10 l'Energie Atomique le Il avril 1975. Les températures de préchauffage nécessaires à l'amorçage de ce phénomène sont de l'ordre de I 2000 C. L'alumine 3 (11 A1203, Na20) permet une température d'amorçage bien plus faible voisine de 200 C. Cette alumine 8 comporte ainsi des ions Na+ plus mobiles dont la pré15 sence contribue à l'abaissement de la température d'amorçage et confère à l'alumine des propriétés électriques intéressantes. En effet, une température d'amorçage voisine de 200 C peut être facilement atteinte par des moyens classiques de chauffage par exemple par courant d'air chaud ou à l'aide d'un résistor disposé à l'intérieur de l'élément 20 chauffant en céramique. Mais un élément chauffant en alumine 3 perd des ions Na avec le temps et l'augmentation de la température. De ce fait, ces propriétés électriques se dégradent, la puissance électrique et la température de fonctionnement diminuent de manière incompatible avec un usage normal. La présente invention a pour objet un moyen pour maintenir constantes les propriétés électriques de l'alumine 8. Plus précisément l'invention a pour objet un élément chauffant caractérisé en ce qu'il est constitué d'un prisme en alumine dans lequel est ménagé au moins un logement contenant au moins un sel de sodium. De préférence 30 le prisme présente une section droite circulaire; les sels de sodium utilisables peuvent être choisis dans le groupe des aluminates, phosphates, borates, carbonates. De prgférence, on choisit le carbonate de sodium (CO3Na2). Grâce à ce moyen, les propriétés de l'alumine S sont conservées dans la totalité de la masse et le matériau est alors par35 faitement adapté au chauffage à des températures voisines de 2 000 C. Selon une première variante, l'élément chauffant est fabriqué dans un barreau en alumine 3 comportanten ses extrémités deux 260 1 542 - 2 trous borgnes longitudinaux. Selon une deuxième variante, l'élément chauffant est fabriqué à l'aide d'un tube en alumine S. Selon une troisième variante, l'élément chauffant est fabri5 qué à l'aide d'un tube en alumine 8 comportant au moins un bouchon d'un ciment en alumine B placé à l'intérieur du tube. Selon un mode de réalisation préférentiel, les amenées de courant électrique aux extrémités de l'élément chauffant sont constituées par deux ouvertures longitudinales dans lesquelles sont placés 10 des ressorts conducteurs solidaires de parties rigides; les ensembles ressort - partie rigide étant fixé dans les ouvertures par un ciment d'alumine S. Cette structure protège de la corrosion la partie chaude de l'électrode et permet d'éviter la rupture par dilatation différentielle de l'élément chauffant et des arrivées de courant. De toute façon l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée à titre non limitatif. Cette description se réfère aux deux figures annexées sur lesquelles on a représenté:-sur la figure 1, un élément chauffant réalisé à l'aide d'un barreau en alumine R, - sur la figure 2 un élément chauffant réalisé à l'aide d'un tube en alumine S. Sur la figure 1, on voit un barreau 1 en alumine comportant deux trous borgnes 3, 5 carottés en ses extrémités dans son axe longitudinal à l'aide de forets diamantés ainsi que deux amenées de 25 courant 7, 9 munies de deux ressorts métalliques 11, 13. Les deux ressorts métalliques 11, 13, solidaires de la partie rigide des amenées de courant 7, 9, évitent la rupture de l'élément chauffant à température voisine de 2 000 C par dilatation différentielle. Apres remplissage partiel d'au moins un trou borgne 3 et/ 30 ou 5 par un sel de sodium (de préférence du carbonate de sodium) pour constituer une. réserve 15 et/ou 17, les ensembles formés par les ressorta 11, 13 et les. amenées de courant 7, 9 sont maintenus par des scellements 19, 21 en alumine 8 dans les trous borgnes 3, 5'de telle sorte que les ressorts 11, 13 ne soient pas en contact avec le sel de 35 sodium. Sur la figure 2, l'élément chauffant est constitué d'un tube 1' en alumine 6 dont le diamètre interne permet de recevoir à -3 chacune de ses extrémités un ensemble ressort - partie rigide de l'amenée de courant 7', 9', 11' et 13'. Un premier bouchon 23 est formé avec un ciment d'alumine S dans le tube 1'. Une quantité de sel de sodium 15' (de préférence du carbonate de sodium) est alors introduite dans le tube au contact du bouchon 23. Un deuxième bouchon 25 en alumine 5 est réalisé pour délimiter le volume de la réserve de sel de sodium 15'. Plusieurs autres bouchons et remplissages de sel de sodium successifs peuvent encore être réalisés si nécessaire. Les ensembles 10 formés par les ressorts Il', 13' et les amenées de courant 7', 9' sont ensuite placés et maintenus dans le tube 1' à l'aide des scellements 19' et 21' à base de ciment en alumine 8, Lorsque l'élément chauffant est formé d'un tube 1' en alumine 8, une quantité de sel de sodium (de préférence du carbonate de 15 sodium) est disposée dans le tube l' dont les extrémités sont obturées par les ensembles ressorts Il', 13' et amenées de courant 7', 9' scellés à l'aide d'un ciment en alumine P. Le scellement doit empêcher un contact entre les extrémités libres des ressorts 1', 13' avec le sel de sodium. L'élément chauffant selon l'invention présente une température d'amorçage voisine de 200 C. Cette température peut être atteinte à l'aide d'un courant d'air chaud. On peut aussi prévoir la présence d'un résistor comme représenté en 27 sur la figure 1. Le résistor 27 est placé et scellé dans le barreau 1 préalablement et convenablement 25 usiné à cet effet. Bien évidemment le tube 1' pourrait lui aussi comporter un tel résistor. L'élément chauffant réalisé selon l'invention permet d'obtenir des températures de 2 000C, A titre d'exemple, on a réalisé un élément chauffant présentant les caractéristiques suivantes: 30. longueur: 200 millimètres tension d'alimentation: 220 volts intensité: 25 ampères température de l'élément chauffant: 1700 C. La durée de vie de cet élément chauffant dépasse 20 000 35 heures. -4 REVENDICATIONS 1. Elément chauffant à très haute température caractérisé en ce qu'il es t constitué d'un prisme (1) en alumine e dans lequel est ménagé au moins un logement (15) contenant au moins un' sel de sodium. 2. Elément chauffant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sel de sodium est du carbonate de sodium. 3. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications I ou 2, caractérisé en ce qu'il est fabriqué à l'aide d'un 10 barreau (1) en alumine 8 comportant en ses extrémités deux trous borgnes longitudinaux (3, 5). 4. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est fabriqué à l'aide d'un tube (1') en alumine 3. 5. Elément chauffant selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bouchon (23) d'un ciment en alumine 8 placé à l'intérieur du tube (1'). 6. Elément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les amenées de courant électrique 20 aux extrémités dudit élément chauffant sont constituées par deux ouvertures longitudinales (3, 5) dans lesquelles sont placés des ressorts conducteurs (11, 13) solidaires des parties rigides (7, 9) les ensembles ressort - partie rigide étant fixés dans les ouvertures par un ciment (19, 21) en alumine e.