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pour" Résistance électrique de chauffage pour la production de hautes températures "
L'invention est relative à une résistance électrique de chauffage pour la production de hautes températures.
Conformément à l'invention, une résistance électrique appropriée pour la production de hautes températures et l'émission de grandes quantités de chaleur est enfermée hermétiquement dans une enveloppe établie en une matière céramique très réfractaire,cuite hermétiquement ou à l'abri des gaz.On évite par ce moyen que la résistance ne brûle lorsqu'elle est fortement chauffée,ce qui permet d'obtenir de hautes températures dépassant 140000.sans que la résistance soit endommagée.La résistance électrique peut consister en du carbone pratiquement pur, auquel,suivant un autre projet,on peut également ajouter des oxydes métalliques.
Plusieurs modes de réalisation de l'objet de l'invention sont montrés,à titre d'exemples, dans les dessins.
Fig.I montre une coupe longitudinale d'une résistance de chauffage établie selon l'invention;
Fig.2 est une coupe transversale prise par une résistance
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selon la Fig. 1.
Fig. 3 montre, partie en coupe et partie en vue perspective, ' une autre forme d'exécution d'une résistance de chauffage.
Fig. 3a montre en coupe un autre mode de réalisation d'une ré- sistance de chauffage.
Fig. 4 montre une autre variante de réalisation d'une résistan- ce de chauffage.
Fig. 5 montre un mode de réalisation de lames en charbon.
Fig. 6 et 7 montrent divers modes de réalisation de détails
Fig. 8 montre, partie en coupe, une gaine ou enveloppe pourvue de rainures.
Fig. 9 est une vue en perspective d'une enveloppe légèrement modifiée.
La résistance de chauffage selon la Fig. 1 se compose d'une enveloppe 1 en matière céramique et d'un corps 2 formant la résis- tance. L'enveloppe 1 est établie en une matière céramique très ré- fractaire ; on emploie à cet effet un oxyde très réfractaire, comme par exemple de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de béryllium, de l'oxyde de thorium, de l'oxyde de magnésium, de l'oxyde de zirconium etc,. Le choix de la matière se fait suivant la limite de tempéra- ture désirée. L'oxyde d'aluminium peut être employé jusqu'à des températures de 1600 C. et l'oxyde de béryllium, jusqu'à des tem- pératures de 2000 C.
Dans la fabrication effectuée selon un des procédés, on ajoute à la matière fondamentale, par exemple, comme il est dit ci-dessus, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de béryllium, de l'oxyde de thorium ou autre oxyde équivalent, un gèle et un liant agglutinant.
Comme gèle, on emploie ici un hydrate de la matière fondamentale, tandis qu'on peut employer comme liant agglutinant ou adhérent,une colle organique telle que de la glucose. Dans ce cas, les tubes à fabriquer sont étirés comme dans la fabrication de la pâte à por- celaine. D'après un autre genre de fabrication, on ajoute un acide à la matière fondamentale et on fait bouillir. La barbotine obtenue est coulée, dans ce cas, dans des moules poreux.
La résistance 2 se compose soit d'un carbone pur , soit d'un
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mélange de carbone et d'oxydes métalliques. Comme oxydes métalliques, on peut employer par exemple de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de thorium, de l'oxyde de béryllium, de l'oxyde de magnésium ou un mélange de ces oxydes.
La disposition de la résistance 2 dans la gaine ou enveloppel s'effectue de tellesorte,que, lorsque la résistance est usée, celle- ci peut être facilement échangée, en sorte que le renouvellement de celle-ci peut se faire sans de 'grands frais.
L'échange de la résistance peut s'effectuer, dans le mode de réalisation représenté à la Fig. 1, par ce fait, qu'on commence par enlever de la matière connue, la boite à garniture et qu'on retire ensuite le contact 3 en même temps que la pièce en charbon 5 qui va être décrite plus loin. Dans ce cas, ou bien la résistance est enlevée en même temps que le reste, ou bien elle repoee alors à nu dans l'enveloppe et peut ainsi être enlevée et ( ou) renouvelée.Par ce môyen, on a la facilité de chan ger éventuellement la résistance sans avoir à retirer du four la gaine ou l'enveloppe.
Dans le mode de réalisation qui est représenté à la Fig. 1, l'âme en charbon est enroulée en hélice. La fabrication s'effectue de-telle sorte qu'on découpe en hélice d'une manière appropriée un tube. de charbon. Cette construution offre cet avantage que le bâton de charbon peut céder légèrement dans le sens longitudinal, et qu'en outre, sa longueur effective se trouve considérablement augmentée, sans que l'espace occupé par l'âme de charbon soit plus grande.En modifiant le pas des spires ou enroulements, on peut faire varier la longueur de la résistance électrique. Les deux extrémités de l'âme de charbon sont reliées aux contacts 3 et 4 qui sont vissés dans une pièce en charbon 5. Cette pièce en charbon 5 compote une partie en forme de cône 6, elle est enfoncée dans le tube 2.
Le tube présente à cet endroit une forme conique correspondante qui permet de le relier fermement à la pièce d'assemblage 5. Les contacts d'ar- rivée da courant 3 et 4 sont établis, comme cela va être décrit d'une façon plus détaillée ci-après, sous la forme de petits tubes et sont en communication avec l'intérieur du tube 2, au moyen d'un trou 7 prévu dans les pièces 5,6. M
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Sur chacune des extrémités de la gaine ou enveloppe 1, sont emmanchées des boites à garniture 8,9 que traversent les petits tubes 3,4 et qui sont assemblés de manière à enfermer d'une façon parfaitement hermétique la gaine ou enveloppe, des moyens de réalisation connus pouvant être employés dans ce cas.
Il suffit ici d'appliquer par préférence la boite à garniture sur le tube lisse, comme cela est représenté dans le mode de réalisation selon la Fig. 1, pour obtenir une herméticité suffisante. Pour les pièces portantes, on emploie de préférence, du bronze alors que pour les pièces assurant l'herméticité, on emploie du plomb ou des alliages. On peut par exemple, employer aussi d'autres matières,comme du caoutchouc.
Ces boites à garniture sont entourées d'une enveloppe 10 de manière à laisser entre cette enveloppe et la boite à garniture un espace 11 . Cet espace communique au moyen des tubes 12 et 13 avec une canalisation d'arrivée et de départ d'eau, ce qui fait que cet espace peut être constamment refroidi au moyen d'eau .
Comme il est dit ci-dessu les contacts d'arrivée de courant 3 et 4 sont établis sous la forme de petits tubes.
On peut, au moyen de ces petits tubes 3 et 4 faire le vide dans la gaine ou enveloppe par ce fait que l'air est aspiré ici à travers les petits tubes en question. Les tubes sont bouchés dans ce cas, après établissement du vide résultat qui peut être obtenu, soit en comprimant fortement le petit tube, soit en le soudant,ou encore en appliquant un chapeau de caoutchouc.
Pour obtenir le vide, le point de chauffage peut égalementêtre échauffé sur sa longueur d'incandescence ultérieure, ce qui fait que les gaz enfermés dans le bâton, sont expulsés dans une mesure considérable.
Pour empêcher n'importe comment, une nouvelle pénétration de l'air dans la gaine, ce qui pourrait se traduire par la destruction de l'âme de charbon, la gaine ou enveloppe 1 est remplie, par les petits tubes 3,4, d'un gaz inerte. On choisit à cet effet un gaz qui soit bon conducteur de chaleur, comme par exemple l'hélium,bien qu'on puisse employer aussi d'autres gaz ou leuréquivalent.
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Ce gaz inerte est, après qu'on a fait le vide, refoulé dans la gaine ou enveloppe à travers le tube 6. D'après un autre projet, la gaine 1 peut égal'ement- être parcourue constamment par un gaz inerte, ce qui offre cet avantage que des pertes éventuelles de gaz inerte peuvent toujours être compensées, le gaz inerte est ici mis sous pression.
Si on veut éviter d'introduire le gaz inerte par le tube 3 ou le tube 4, on peut également procéder de telle sorte qu'on introduit, dans la résistance de chauffage une capsule poreuse remplie d'un agent fournissant un gaz inerte. Comme agent de ce genre, dans le cas où on désire que la gaine ou enveloppe soit remplie d'azote, on emploie du nitrite de zirconium ou du nitrite d'aluminium; ou leur équivalent. Au chauffage, il se forme alos des gaz à base d'azote qui s'échappent à travers la capsule poreuse et remplissent la résistance de chauffage dans laquelle on a fait le vide et qui est fermée hermétiquement, en sorte que l'intérieur de ladite gaine se trouve sous la pression d'un gaz inerte qui s'oppose à la pénétration de l'air. Par ce moyen, il est également possible d'utilisel le pouvoir d'absorption du charbon pour remplir la résistance d'un gaz inerte.
On amène ainsi du charbon porté à l'incandescence et introduit dans le vide dans une atmosphère du gaz correspondantque l'on aura plus tard comme atmosphère conductrice. Si le char- .bon ainsi traité est introduit dans une résistance de chauffage, .les gaz absorbés se dégageront au début du chauffage pour remplir ensuite les cavités de la résistance.
Le diamètre du tube de charbon peut être choisi ici de telle façon que le charbon,vienne directement en contact avec la paroi intérieure de la gaine ou enveloppe, ce qui active la conductibilité du charbon.'Pour augmenter la puissance de rayonnement du' corps chauffant, celui-ci est, dans le mode de réalisation, rendu rugueux sur sa périphérie de manière que son pouvoir de rayonnement égale celui d'un corps mat sombre.
Cette construction va encore être décrite d'une façon détaillée ci-après.
Dans le mode de réalisation,-selon la Fig. 3, il est prévit,
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dans l'enveloppe en matière céramique 14, un bâton de charbon,15 qui est plein. On applique sur les extrémités de ce bâton de charbon 15 des épanouissements en forme de piston 16, de manière que ceux-ci soient reliés d'une manière conductible avec le bâton de charbon 15 tout en pouvant coulisser sur celui-ci . Dans cet épanouissement en forme de piston 16, on visse une tige de nickel au chrome 17 qui sert de contact d'arrivée. L'ouverture supérieure de l'enveloppe 14 est bouchée au moyen d'un ciment réfractaire 18, interrompu par un petit tube capillaire 19. Ce petit tube capillaire 19 sert à aspirer l'air de la gaine ou enveloppe et se compose de verre ou de porcelaine.
Le bouchon de ciment 18 est rendu hermétique par un émail 20. Su.r le tube 14 est disposée une pièce intermédiaire 21 qui maintient, concurremment avec une pièce intermédiaire 22, un chapeau 23 emmanché par dessus l'extrémité de l'enveloppe . La position de ces organes est assurée par un écrou 24 qui est vissé sur le contact 17. Au cours de la fabricion on assemble la résistance et on fond l'émail ou glacure, de telleeorte qu'il n'y a plus que le petit tube capi-laire qui mène à l'intérieur. On évacue ensuite à l'aide d'une pompe le contenu de l'enveloppe et après cette évacuation, le petit tube capillaire se ferme par fusion immédiatement au-dessus de l'émail au moyen d'une flamme darèante ou pointillante vive.
Le chapeau 23 se compose, de préférence, d'une matière bonne conductrice de chaleur, comme par exemple du verre, du laiton, et autre métal analogue. Il est prévu des nervures 25 pour maintenir ainsi un refroidissement plus intense de cette extrémité. A la place des cotes ounervurs de refroidissement, on peut naturellement prévoir aussi, comme décrit en regard de la Fig. 1, un dispositif de refroidissement par eau.
La cavité entre le bâton de charbon 15 et la gaine ou enveloppe est remplie, dans le but de maintenir une meilleure transmission de chaleur, d'une poudre d'oxyde non réductible, par exemple de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de béryllium, de l'oxyde de zirconium, le l'oxyde,de thorium, de l'oxyde de chrome, de l'oxyde de magnésium, ou autre oxyde analogue
Dans le moyen de réalisation représenté à la Fig. 3a, l'enve-
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loppe ou gaine en matière céramique 1 est pourvue, à son extrémité,. de .surfaces 40 égrisées ou meulées de façon à être parfaitement lisses. Avec ces surfaces lisses coopèrent également les surfaces 'lisses d'un bouchon obturateur 41, ce qui permet d'obtenir une.oc- clusion parfaitement hermétique.
Ce bouchon de fermeture 41 est maintenu, après qu'on a fait le vide dans l'enveloppe 1, d'une façon parfaitement ferme dans l'enveloppe, grâce à la pression de l'air extérieur, ce qui permet d'obtenir une fermeture hermétique, sans avoir à recourir à des moyens spéciaux.
A travers le bouchon de fermeture 41 passent les contacts con- ducteurs,3 et 4 qui, dans le mode de réalisation selon la Fig. 1, sont établis sous la forme de petits tubes et peuvent servir à l'é- vacuation de la gaine ou enveloppe 1. Ces contacts d'arrivée peuvent' être reliés à la résistance de charbon 2, de la manière qui est re- présentée à la Fig. 1.
Les contacts d'arrivée sont ici enfoncés d'une façon parfaite- ment hermétique dans des bouchons obturateurs. Le vide se fait dans l'enveloppe 1 de préférence en chauffant celle-ci. Les extrémités de la gaine ou enveloppe 1 peuvent être refroidies, si on le désire,, lors du chauffage.
Dans ce mode de réalisation, on peut changer la résistance 2 d'une façon particulièrement simple. Dans ce but,, on laisse pénétrer de l'air dans l'enveloppe 1. Les bouchons de fermeture 41 peuvent alors être enlevés facilement, ce qui permet de changer la résis- tance 2 .
Le mode de réalisation représenté à la Fig. 4 se distingue des autres modes de réalisation, par ce fait-,qu'une des extrémités de l'enveloppe en matière céramique 1 est complètement fermée'et que seule l'autre extrémité présente une ouverture qui est fermée par la boite'à garniture 27. Cette boite à garniture peut être éta- blie d'une manière usuelle . Le corps chauffant 2 est également disposé sous forme de spires ou enroulements en hélice et est relié à une enveloppe 28 reliée à son tout avec le contact d'arrivée 29.
- Dans ce corps de résistance 2 guidé sous forme d'enroulements en hélice ou spires, se trouve un corps de résistance 30 qui peut être -établi.sous forme de bâton etest relié avec l'autre contactd'arri-
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vée 31 . Entre le manchon 28 et le bâton 30, est disposé un manchon isolant qui empêche ces deux pièces de venir en contact l'une avec l'autre. Un des contacts d'arrivée de courant ou les deux contacts peuvent également être établis sous la forme de tube pour permettre l'évacuation du manchon et ( ou) l'arrivée de gaz inertes.
Fig. 5 montre une forme de réalisation du bâton de charbon.
Dans ce mode de réalisation, les spires du bâton de charbon en hélice sont établies sous forme de serpentins, ce qui augmente encore davantage la longueur du corps de résistance, sans exiger plus de place.
Les Fig. 6 et 7 montrent d'autres modes de réalisation des boites à garniture, telles qu'on peut les employer pour fermer l'enveloppe ou gaine en matière céramique.
Le mode de réalisation représenté à la Fig. 7 se dîstinguedu mode d réalisation des boites à garniture selon les Fig. 1 et 6, en particulier par la constitution des extrémités qui sont élargies par rapport à la partie centrale . L'extrémité de l'enveloppe en matière céramique est pourvue d'une bride 35, qui assure un meilleur support pour la boite à garniture.
La Fig. 8 montre une construction plus complète de l'enveloppe représentée à la Fig. 1 dans laquelle le pouvoir de rayonnement de chaleur de l'enveloppe se trouve augmenté.
L'accroissement du pouvoir do rayonnement peut être obtenu du fait qu'onpeint l'enveloppe en noir et qu'on rend celle-ci rugueuse. Dans les Fig. 1,8 et 9, les enveloppes sont représentées comme étant rugueuses, car cela permet de mieux les représenter.
Toutefois, au point de vue pratique, la peinture en noir de la gaine ou enveloppe est préférée. Grâce à cette coloration en noir, on parvient à chauffer le bâtmn de chauffage à de hautes températures et à lui permettre de rayonner plus de lumière et plus de chaleur qu'un corps peint de la manière habituelle, attendu que le pouvoit d'absorption d'un corps noir est égal à 1 et que, par ce moyen,tous les rayons sont absorbés et émis par lui, alors qu'il n'en laisse passer ou réfléchir aucun. L'oxyde d'aluminium a, par contre un coefficient d'absorption de 0,11 à 0,3 suivant la nature de la surface donc, si on établit le tube en oxyde d'aluminium, il n'est émis
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que de 0,11 à 0,3 % de la chaleur, tandis que le reste demeure ac- cumulé à l'intérieur.
Par contre, si on peint en noir un tube éta- bli en oxyde d'aluminium, l'absorption et en même temps aussi l'é- mission se trouvent portées jusqu'à 0,8 ou 0,9. Dans la teinture de la gaine ou enveloppe, on ajoute à la matière céramique des substances, des oxydes de préférence,en quantité telle qu'elles donnent à la cuisson à cette matière, une coloration mate, sombre, ou un noircissement. Ces agents sont, par exemple, l'oxyde de chro- me, l'oxyde de cobalt, l'oxyde de titane,l'oxyde d'urane, etc. Ces oxydes peuvent être ajoutés, soit'séparément, soit en mélange avec la matière céramique. Un mélange de ce'genre se compose alors par exemple de : 98% de A12O31 2% d'oxyde de chrome.
Un autre mélange peut être composé de la fagon suivante: 98% d'oxyde d'aluminium, *0,5% d'oxyde de chrome, +0,5% d'oxyde de cobalt, . 0,5% d'oxyde de titane, +0,5% d'oxyde d'urane.
Il n'est pas toujours nécessaire que les oxydes colorants. soient ajoutés à la matière céramique avant la formation des gaines ou enveloppes,mais au contraire ces dernières peuvent tout d'abord être établies en matière très réfractaire et soumises à une cuisson préalable; après quoi, on revêt ces enveloppes cuites préalable- ment d'une mince couche d'oxyde colorant et on en achève la cuisson.
Ce procédé convient particulièrement dans les cas ou l'enveloppe ne doit être poircie partiellernent, comme il va être décrit plus loin.
Au lieu de colorer la gaine ou enveloppe, celle-ci peut être également rapprochée de la puissance de rayonnement d'un corps noir, du fait qu'on munit la surface de l'enveloppe de rugosités régulières ou irrégulières. On obttent, par exemple, une rugosité régulière en formant, comme on le voit à la Fig. 8, des rainures ou striures sur la surface. Les faces latérales 36 et 37 de ces rainures sont disposées les unes par rapport aux autres sous un angle de 90 au maximum. La profondeur des rainures est, de préfé- rence, de 0,1 à 0,5 m/m. Lesrainures peuvent s'étendre axialement radiodement Vou sous forme d'hélice, autour de l'enveloppe extérieure du tube .
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Au lieu d'employer des rainures régulières, on peut aussi employer des surfaces de rugosités irrégulières, comme on peut en obtenir, par exemple, avec une soufflerie à jet de sable. La rugosité peut être donnée simultanément en formant des rainures et en utilisant la soufflerie à jet de sable.
Pour obtenir alors un rayonnement aussi favorable que possible, on ne noircit ou rend rugueuse que la partie de l'enveloppe qui est soumise directement à l'incandescence. C'est ainsi, par exemple, que, comme le montre la figure 9, seule une partie 38 de l'enveloppe est rendue rugueuse ou peinte en couleur sombre, de manière que le rayonnement de chaleur soit le plus fort à l'endroit qui fait face aux produits à chauffer.
Pour augmenter la puissance de rayonnement, on peut adopter aussi bien le noircissement que le procédé consistant à donner de la rugosité.