Brevet FR2879850A1 — publié le 20060623

La présente invention concerne les circuits électriques de puissance placés dans des conditions de haute température ou de corrosion élevée et concerne en particulier un dispositif de transport de courant haute intensité. Traditionnellement, les circuits électriques de puissance sont réalisés en matériaux résistant à la corrosion et/ou à la température tels que l'acier inoxydable, ceci au détriment de la conduction électrique. En effet, les métaux ayant une forte conductivité comme le cuivre ou l'aluminium se dégradent fortement au dessus de 300 C ou en milieu corrosif et ne sont donc pas utilisés pour cette raison. Malheureusement, les métaux ou leurs alliages qui résistent à la corrosion et/ou aux températures élevées présentent une conductivité électrique beaucoup moins élevée. Ainsi, la conductivité de l'acier inoxydable est 20 fois moins élevée que celle du cuivre. Pour d'autres métaux, les prix sont prohibitifs. Ainsi, le nickel est beaucoup plus cher et présente une conductivité 4 fois moins élevée que le cuivre. L'emploi de matériaux résistant à la corrosion et/ou aux températures élevées conduit généralement à des circuits très lourds et très coûteux. Par exemple, un conducteur transportant 1000 A pèse environ 10 Kg par mètre s'il est en cuivre avec une section de 100 mm x 10 mm et environ 150 Kg par mètre s'il est en acier inoxydable pour avec une section de 100 mm x 150 mm. En outre, lorsque la température est élevée, la plupart de ces matériaux voient leur conductivité baisser (de 30% à 50%). Il faut donc prévoir des sections encore plus importantes pour compenser la baisse de conductivité. De nombreux systèmes nécessitent des circuits électriques capables de conduire le courant dans ces conditions particulières comme par exemple l'électrolyse chimique, le traitement thermique et les piles à combustibles. Par conséquent, le but de l'invention est de fournir un dispositif de transport de courant dont l'intensité dépasse 1000 A qui, tout en n'étant pas sensible à la corrosion due à des températures élevées ou une atmosphère corrosive, ne nécessite pas d'utiliser une barre présentant une section trop importante. L'objet de l'invention est donc un dispositif de transport de courant électrique haute intensité soumis à une température supérieure à 600 C ou placé dans des conditions de corrosion élevée, constitué principalement d'une barre conductrice en métal ayant une résistivité inférieure à 5.10-8ç'2 m. La barre conductrice est enfermée dans une gaine de protection constituée d'un métal résistant à la corrosion tel que de l'acier inoxydable. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels: la figure 1 représente en coupe un dispositif de transport de courant haute intensité selon la présente invention dont une partie est située dans une zone corrosive, la figure 2 représente partiellement en coupe un dispositif de transport de courant haute intensité selon la présente invention entièrement situé dans une zone corrosive, et la figure 3 représente des dispositifs de transport de courant haute intensité secondaires en dérivation sur un dispositif de transport de courant haute intensité principal illustré sur les figures 1 et 2. Un dispositif de transport de courant électrique haute intensité est généralement constitué d'une barre 10 cylindrique représentée en coupe sur la figure 1. Le dispositif selon l'invention se trouve partiellement dans une zone corrosive alors qu'une partie se trouve dans une zone extérieure non corrosive. La zone corrosive peut être une zone où la température est élevée, par exemple supérieure à 600 C ou une zone soumise à des conditions de corrosion élevée telle qu'une atmosphère de chlore ou un liquide corrosif tel que de la soude ou un acide. Dans une telle zone corrosive, une barre de cuivre utilisée en général pour transporter le courant électrique du fait que le cuivre a une conductivité élevée, s'oxyde très rapidement et la conductivité électrique de la barre diminue d'autant. On peut utiliser une barre en acier inoxydable. Mais dans ce cas, il faut une section de barre très importante comparée à la section de la barre de cuivre utilisée pour le même courant du fait que la conductivité de l'acier inoxydable est peu importante, environ 20 fois moins élevée que celle du cuivre. C'est pourquoi le dispositif 10 selon l'invention est une barre en deux parties. Il comprend une âme qui est une barre de cuivre 12 placée dans une gaine de protection 14 en acier inoxydable ou autre métal ou alliage inoxydable lorsqu'il est placé dans une zone corrosive telle qu'une atmosphère à une température de 600 C ou supérieure, séparée de la zone extérieure par une cloison 15. Il y a plusieurs façons de réaliser le dispositif 10 selon l'invention. Une première façon consiste à emmancher la barre de cuivre dans la gaine en acier inoxydable avec le moins de jeu possible. Ensuite, la gaine est étirée fortement de manière à diminuer son diamètre. De la sorte, la gaine est sertie sur l'âme en cuivre faisant disparaître tout interstice entre l'âme et la gaine. On peut aussi pratiquer un colaminage qui consiste à écraser la gaine sur la barre et donc supprimer tous les interstices entre l'âme et la gaine. Une autre méthode consiste à faire le vide entre l'âme et la gaine ou à y mettre une atmosphère sans oxygène telle qu'un gaz neutre comme l'argon. Tout d'abord, l'extrémité de la barre 12 est placée dans un évidement d'une plaque de connexion 16 destinée à réaliser la connexion électrique avec un élément d'un système utilisant un courant électrique de haute intensité. Un tel système peut être un dispositif d'électrolyse où il est habituel de transporter du courant dont l'intensité dépasse 1000 A. La plaque de connexion 16 est généralement fixée à l'élément du système établissant le liaison électrique (non montré) à l'aide de plusieurs vis 18. La plaque de cuivre 12 est emmanchée partiellement dans l'évidement de la plaque 16. De la sorte, on peut effectuer une soudure 20 à l'extrémité de l'évidement, généralement en alliage cuivre-aluminium qui permet une liaison électrique entre la barre de cuivre 12 et la plaque de connexion 16. L'étape suivante consiste à effectuer des soudures d'étanchéité et, simultanément, à faire le vide ou à injecter un gaz neutre tel que l'argon entre la barre de cuivre 12 et la gaine 14, par exemple à l'aide d'un ou plusieurs trous percés dans la gaine et qui sont ensuite obturés. Un cordon de soudure 22 est effectué à l'extrémité de l'évidement dans la plaque 16 à la suite de la soudure de liaison électrique 20. Un cordon de soudure 24 est effectué à l'entrée de la barre 12 dans l'évidement de la plaque 16 et un autre cordon 26 est effectué à l'extrémité de la gaine 14 en contact avec la paroi 15. Dans le cas où le dispositif de transport de courant se trouve entièrement situé dans une zone corrosive, l'agencement se présente de la façon illustrée sur la figure 2. La barre de cuivre 32 entourée de sa gaine en acier inoxydable 34 est placée entre deux plaques de connexion 36 et 36' établissant la liaison électrique entre deux éléments du système. Bien que non montrées sur la figure, une soudure de liaison électrique et une soudure d'étanchéité sont effectuées à chaque extrémité de la barre 32 dans les évidements respectifs des plaques de connexion 36 et 26' de la même façon que précédemment en référence à la figure 1. De même, un gaz inerte est injecté entre l'âme 32 et la gaine 34 et des cordons de soudure 44 et 44' sont effectués aux extrémités de la gaine en contact respectivement avec les plaques de connexion. Les principes de l'invention peuvent également être mis en oeuvre lorsque un dispositif de transport de courant principal est connecté à plusieurs dispositifs de transport de courant secondaires comme illustré sur la figure 3. Dans ce cas, la barre principale en cuivre 50 est soudée aux barres secondaires 52, 54 et 56 respectivement par des soudures 58, 60 et 62. Ces soudures généralement en alliage cuivre-aluminium assurent la liaison électrique et la cohésion mécanique entre la barre principale et les barres secondaires. Comme précédemment, une gaine 64 entoure la barre 50 et une plaque d'extrémité 66 est fixée à la gaine par un cordon de soudure d'étanchéité 68. Les gaines des barres secondaires telles que la gaine 70 entourant la barre 52 sont raccordées à la gaine 64 de la barre principale par des cônes, ce qui facilite la liaison à la gaine principale effectuée par des cordons de soudure assurant l'étanchéité tels que le cordon de soudure 72 reliant la gaine 70 à la gaine principale. Comme précédemment, un gaz neutre tel que l'argon est injecté entre la barre et sa gaine, et ce gaz emplit également l'espace entre chaque cône formé par la gaine et la barre secondaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transport de courant électrique haute intensité soumis à une température supérieure à 600 C ou placé dans des conditions de corrosion élevée, constitué principalement d'une barre conductrice en métal (12) ayant une 5 résistivité inférieure à 5.10_$ Q m. ; caractérisé en ce que ladite barre conductrice est enfermée dans une gaine de protection (14) constituée d'un métal résistant à la corrosion tel que de l'acier inoxydable. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite barre conductrice (12) est séparée de ladite gaine de protection (14) par du vide ou une atmosphère sans oxygène. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ladite atmosphère sans oxygène est composée d'un gaz neutre tel que l'argon. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la barre conductrice est utilisée pour le transport du courant électrique dans un système utilisant un courant électrique tel qu'un dispositif d'électrolyse, ladite barre étant connectée à un élément du système par une plaque de connexion (16) et la liaison électrique entre ladite barre et ladite plaque de connexion étant réalisée par une soudure d'un alliage de cuivre-aluminium (20). 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel un cordon de soudure d'étanchéité (22) est effectué entre l'extrémité de ladite barre conductrice (12) et ladite plaque de connexion (16). 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel un cordon de soudure d'étanchéité (24) est effectué au contact entre ladite gaine de protection (14) et ladite plaque de connexion (16). 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite gaine de protection (14) est en contact direct sans interstices avec ladite barre conductrice (12) de manière à ce que celle-ci ne puisse pas être corrodée. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel on effectue un colaminage de ladite gaine de protection (14) et de ladite barre conductrice (12). 9. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite barre conductrice (50) est une barre principale connectée à plusieurs barres secondaires (52, 54, 56), chacune desdites barres secondaires étant entourée par une gaine (70) connectée à la gaine (64) de ladite barre principale par un cordon de soudure (72). 10. Dispositif selon l'une des revendications 45 précédentes, utilisé pour transporter du courant électrique dont l'intensité est d'au moins 1000 A.