Brevet FR2962296A1 — publié le 20120106

L'invention concerne une canne chauffante comprenant une enveloppe dans laquelle au moins une résistance électrique chauffante est montée, ainsi qu'un procédé de réalisation d'une telle canne chauffante. De telles cannes sont employées pour chauffer des solides ou des fluides dans le domaine industriel. Elles trouvent notamment leur application dans les centrales nucléaires productrices d'électricité, où elles sont employées pour chauffer des pressuriseurs d'eau borée dans le circuit primaire du réacteur. Ces cannes doivent répondre à des cahiers de charge sévères en termes de durée de vie, de tenue à la pression et à la température. En outre, elles doivent pouvoir dissiper une grande puissance thermique dans un volume limité, comme par exemple dans la cuve d'un pressuriseur de circuit primaire, et donc présenter un taux d'émission thermique important, généralement supérieur à 16 W/cm2. Ces cannes présentent une enveloppe métallique cylindrique vulgairement appelée blindage, des fils chauffants montés dans ladite enveloppe et un isolant interne pour assurer la conduction thermique et l'isolation électrique entre lesdits fils chauffants et ladite enveloppe. Selon une réalisation industrielle, les cannes chauffantes électriques peuvent être équipées d'un isolant interne de type « magnésie électro fondue » (MgO). En outre, il existe des cannes chauffantes qui sont réalisées en enfilant des fils chauffants rectilignes dans un barillet d'un isolant interne à base d'un matériau comprimé, de sorte que lesdits fils chauffants sont disposés en cage d'écureuil dans lesdites cannes. L'invention vise à perfectionner l'art antérieur en proposant notamment des cannes chauffantes présentant à la fois une grande durée de vie et une faible sensibilité aux contraintes mécaniques. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose une canne chauffante comprenant une enveloppe dans laquelle au moins une résistance électrique 2 chauffante est montée, un isolant interne étant disposé dans l'enveloppe pour assurer la conduction thermique et l'isolation électrique entre ladite résistance et ladite enveloppe, la résistance étant formée d'au moins un fil chauffant qui présente une géométrie hélicoïdale et en ce que l'isolant interne est à base de nitrure de bore. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de réalisation d'une telle canne chauffante, ledit procédé prévoyant de : disposer au moins une résistance électrique chauffante formée d'au moins un fil chauffant présentant une géométrie hélicoïdale dans une enveloppe ; disposer un isolant interne à base de nitrure de bore dans ladite enveloppe ; compacter l'ensemble. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente de façon schématique une canne chauffante selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente un agrandissement de la zone Il de la figure 1. En relation avec ces figures, on décrit ci-dessous une canne chauffante comprenant une enveloppe 1 qui peut être métallique et présenter une forme cylindrique. Cette enveloppe 1 se termine par une extrémité 2 qui est fixée à l'enveloppe 1 par soudage ou brasage. En outre, l'enveloppe 1 est fixée par soudage ou brasage sur la tête d'un connecteur 3 électrique étanche qui assure le passage d'un courant électrique entre l'intérieur et l'extérieur de la canne chauffante. En relation avec la figure 1, une pièce 10 peut être fixée par soudage ou brasage et de manière étanche sur le connecteur 3 de la canne chauffante, afin de permettre la fixation étanche de ladite canne sur son réceptacle. 30 L'enveloppe 1, l'extrémité 2, le connecteur 3 et les soudures ou brasures de fixation des ces éléments entre eux sont conçus et contrôlés afin de résister sans dommage aux contraintes de l'équipement réceptacle sur lequel la canne chauffante est installée, notamment en termes de pression, de température, de corrosion ou encore de rayonnement. Au moins une résistance électrique chauffante 4 est montée dans l'enveloppe 1. La résistance 4 est formée d'au moins un fil chauffant qui présente une géométrie hélicoïdale. En relation avec la figure 2, la géométrie hélicoïdale du fil chauffant est définie par un diamètre d d'enroulement et par un pas de spire p. Cette géométrie est particulièrement avantageuse pour une canne chauffante destinée à être soumise à des cycles de température alternés. En outre, le fil chauffant peut être réalisé en nickel/chrome, afin de résister aux températures élevées et de ne pas modifier sa puissance dissipée lors des variations de température. Un isolant interne 5 est disposé dans l'enveloppe 1 pour assurer la conduction thermique et l'isolation électrique entre la résistance 4 et ladite enveloppe. L'isolant interne 5 est à base de nitrure de bore, matériau présentant en particulier un coefficient important de conduction thermique, afin de pouvoir soumettre le fil chauffant de la résistance 4 à des températures moins élevées et ainsi augmenter la durée de vie et/ou le taux d'émission thermique dudit fils chauffant. Selon une réalisation, la canne chauffante est réalisée en disposant au moins une résistance électrique chauffante 4 formée d'au moins un fil chauffant présentant une géométrie hélicoïdale dans l'enveloppe 1, puis en disposant un isolant interne 5 à base de nitrure de bore dans ladite enveloppe. En particulier, le procédé de réalisation peut prévoir de disposer l'isolant interne 5 dans l'enveloppe 1 en versant ledit isolant dans ladite enveloppe maintenue 4 verticalement. Toutefois, compte tenu du caractère collant du nitrure de bore, l'isolant interne 5 peut se présenter sous la forme de pastilles de nitrure de bore préalablement comprimées. Une fois qu'au moins une résistance 4 et un isolant interne 5 tels que décrits ci-dessus ont été disposés dans l'enveloppe 1, le procédé de réalisation prévoit de compacter l'ensemble formé par ladite enveloppe, ladite résistance et ledit isolant interne afin d'obtenir une canne chauffante. Ce compactage peut être réalisé par rétreint, laminage ou étirage de l'enveloppe 1. En outre, pour simplifier le procédé de réalisation de la canne chauffante et pour diminuer davantage la sensibilité de ladite canne aux contraintes mécaniques, le fil chauffant de la résistance 4 peut être emmanché en hélicoïde autour d'un insert isolant 6 avant d'être disposé dans l'enveloppe 1, de sorte que l'hélicoïde dudit fil chauffant s'étende autour dudit insert dans la canne chauffante. Selon une réalisation, l'insert isolant 6 peut être réalisé à base d'un matériau isolant qui est différent de celui de l'isolant interne 5. Par exemple, l'insert isolant 6 peut être réalisé à base de céramique ou de magnésie. En outre, pour simplifier le procédé de réalisation de la canne chauffante, la géométrie du fil chauffant de la résistance 4 est judicieusement choisie. En particulier, lorsque le fil chauffant n'est pas maintenu en son centre par un insert isolant qui lui sert de support, il doit présenter un gros diamètre et une géométrie hélicoïdale avec un petit diamètre d d'enroulement et un grand pas de spire p. Ainsi, la forme des fils chauffants et leur disposition dans l'enveloppe 1 sont choisies afin que lesdits fils puissent supporter les contraintes dues aux dilatations thermiques et aux contraintes mécaniques auxquelles la canne est soumise pendant le procédé de réalisation, puis pendant son fonctionnement in situ. Pour améliorer le taux d'émission thermique de la canne chauffante, le nombre de résistances chauffantes 4 et leur disposition dans l'enveloppe 1 de ladite canne chauffante sont judicieusement choisis. 5 En relation avec la figure 1, deux résistances 4 sont montées dans l'enveloppe 1 en étant connectées électriquement en série. Pour ce faire, un fil non chauffant 7a en matériau conducteur est raccordé à chacune des extrémités des résistances 4 destinées à être disposées en regard de l'extrémité 2 lors de la disposition desdites résistances dans l'enveloppe 1, afin de coupler électriquement les fils chauffants desdites résistances. Selon une réalisation non représentée, plusieurs résistances 4 peuvent être montées dans l'enveloppe en étant connectées électriquement en parallèle à 15 chacune des extrémités d'un fil non chauffant 7a. En outre, sur la figure 1, chaque fil chauffant est raccordé électriquement au connecteur 3 au moyen d'un fil non chauffant 7b en matériau conducteur et saillant de l'enveloppe 1, ces fils non chauffants 7b permettant le transport d'un 20 courant électrique entre le connecteur 3 et les fils chauffants. En particulier, les fils non chauffants 7b s'étendent au moins partiellement à l'intérieur du connecteur 3, de sorte à former avec ledit connecteur une partie non chauffante de la canne chauffante. En outre, les fils non chauffants 7b 25 peuvent être raccordés à un conducteur de connexion 8 ou à une borne 9 de raccordement électrique. REVENDICATIONS1. Canne chauffante comprenant une enveloppe (1) dans laquelle au moins une résistance électrique chauffante (4) est montée, un isolant interne (5) étant disposé dans l'enveloppe (1) pour assurer la conduction thermique et l'isolation électrique entre ladite résistance et ladite enveloppe, ladite canne chauffante étant caractérisée en ce que la résistance (4) est formée d'au moins un fil chauffant qui présente une géométrie hélicoïdale et en ce que l'isolant interne (5) est à base de nitrure de bore. 2. Canne chauffante selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'isolant interne (5) se présente sous la forme de pastilles de nitrure de bore préalablement comprimées. 3. Canne chauffante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un insert isolant (6) autour duquel l'hélicoïde du fil chauffant s'étend. 4. Canne chauffante selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'insert isolant (6) est réalisé à base d'un matériau qui est différent de celui de l'isolant interne (5). 5. Canne chauffante selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que l'insert isolant (6) est à réalisé à base de céramique ou de magnésie. 6. Canne chauffante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que deux résistances (4) sont montées dans l'enveloppe (1) en étant connectées électriquement en série. 30 7. Canne chauffante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le fil chauffant d'une résistance (4) est raccordé électriquement à un connecteur (3) saillant de l'enveloppe (1) au moyen d'un fil non chauffant (7b).257 8. Procédé de réalisation d'une canne chauffante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ledit procédé prévoyant de : disposer au moins une résistance électrique chauffante (4) formée d'au 5 moins un fil chauffant présentant une géométrie hélicoïdale dans une enveloppe (1) ; - disposer un isolant interne (5) à base de nitrure de bore dans ladite enveloppe ; - compacter l'ensemble. 10 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le fil chauffant de la résistance (4) est emmanché en hélicoïde autour d'un insert isolant (6) avant d'être disposé dans l'enveloppe (1).