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Mémoire descriptif à l'appui de la demande de brevet pour:
EMI1.1
"ELEMENT DE CHAUFFAGE POUR FOURS A HAUTE TEMPERATURE % En ce qui concerne les éléments de chauffage pour fours à haute température de 1.300 à 1.700 0 et au-dessus, il faut que le conducteur de chauffage proprement dit soit en métal ayant un point:' de fusion élevée ou constitué par un alliage ou par du carbone très fortement concrété (graphite).
Pour empêcher télé-. ment de chauffage de brûler, on a introduit une atmosphère de protection dans le four lui-même, ou bien on y a fait le vide: Toutefois ,comme ces'mesures restreignent l'utilisation de fours de ce genre et rendent leur service inoommode,on en est venu récemment à entourer chaque élément de chauffage lui-même au moyen d'une couche protectrice imperméable aux gaz et cons- tituée par exenple par un tube en porcelaine, sillimanite ou
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par d'autres matières céramiques contenant un ou plusieurs sili- cates, telles que des matières à base de talc, ou encore par des oxydes très fortement concrètes de l'aluminium ou de magnésium.
Les extrémités du tube de protection contenant le conducteur de chauffage sont fermées hermétiquement et presque toujours refroidi par de l'eau.
Le montage de ces conducteurs de chauffage à l'intérieur des fours est fait de telle sorte que des extrémités du conducteur de chauffage traversent les parois du four,de façon que, lorsqu'il s'agit par exemple de conducteurs de chauffage rectilignes, les branchements électriques et les raccords pour l'eau de refroidis- sement sortent sur la face antérieure et sur la face postérieure du four.
Or on a constaté que les types connus jusqu'ici de conduc- teurs de chauffage de ce genre possédant une enveloppe de proteo- tion en matière oéramique donnent lieu à. une série de diffioul- tés en ce qui concerne la construction des obturateurs d'extrémi- té, ainsi que le refroidissement, ces difficultés étanten partie de nature constructive et de nature technique touchant les ma- tières d'usinage, et en partie telles qu'elles compromettaient sé- rieusement l'économie du conducteur de chauffage en service.
La présente invention permet de supprimer ces difficultés par l'introduction d'un organe modérateur de chaleur et elle con- oerne des modes, de réalisation déterminée et favorables de ces modérateurs de chaleur pour les résistanoes de chauffage dans les tubes de p rotection en matière céramique,
On' expliquera en détail le prinoipe de l'invention en se référant à trois exemples de réalisation représentés dans les fig.I à 3.
La fig. I est une vue schématique du m ode actuel de réalisa- tion des éléments de chauffage en question. 1 est le noyau conducteur constitué par un conducteur ayant un point d'ébulli tion élevé, tel que du molybdène, qui s'échauffe sous l'action du courant électrique jusqu'à des températures de 1.700 0 et davan- tage; 2 est n'enveloppe protectrice en matière oéramique, qui
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transmet la chaleur à, l'extérieur par rayonnement ou oonduo.- tion oalorique, sans permettre à des gaz nuisibles,en particulier ;
à l'oxygène, d'arriver de l'extérieur jusqu'au métal du noyau, de aorte que ce métal est ainsi protégé de l'oxydation.' ! désigne le chapeau de fermeture du barreau de chauffage.. ohapeau qui est fixé par fusion ou par soudure à ses extrémités,par coulée de verre ou* de métal,sur l'extrémité, métallisée à la surface le cas échéant, du tube en matière oéramique 'Il faut que le chapeau de protection soit refroidi d'une façon intense par une enveloppe ou chemise réfrigérante à eau ± appliquée .par dessus,pour que -l'obturateur d'extrémité ne se détache pas sous Inaction de la haute température,ce quiferait disparaître le branchement élec- trique ou l'obturation hermétique.
Le montage d'une telle résis... ta me de chauffage dans le four a lieu généralement de façon que ' le chapeau 3 et la ohemise réfrigérante à eau 4 soient à l'ex- térieur des parois du four
Or le dispositif décrit a de nombreux inconvénients, L'obturation n'est, nullement sûre et elle exige un refroidissement intense par de l'eau, la moindre diminution de l'arrivée de l'eau peut entraîner facilement des destructions de l'obturateur d'ex- r trémité. La grande enveloppe de refroidissement à eau montée aux extrémités rend le remplacement de la résistance de chauffage plus difficile et tout remplacement pendant la marche absolument impossible.
Toutefois le principal inconvénient de la résistance décrire, c'est le fait que son rendement économique est relative- ment mauvais. Une grande partie des énergies de chauffage est dissipée inutilement par le refroidissement par de l'eau et perdue ; l'action des obturateurs d'extrémité refroidie se prolon- ge loin à l'intérieur du four dans le sens de l'axe du conducteur de chauffage.Or, le constructeur de four doit s'efforcer de donner la plus petite longueur possible au trajet sur lequel la température de l'eau de refroidissement atteint complètement la température du barreau de chauffage;
- L'invention apporte la solution de ce problème par le monta- ge d'un modérateur de chaleur entre le chapeau de fermeture et
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le conducteur de chauffage en matière céramique,
La fig. 2 est une coupe d'un conducteur de chauffage muni du modérateur de chaleur qui fait l'objet de l'invention .
1 désigne encore la résistance de chauffage proprement dite, par exemple une résistance en molybdène et 2 le tube de protection en matière céramique; A chacune des deux extrémités du conducteur de chauffage, on fait,par exemple au tour,par décolletage, un te- non 5 de diamètre déterminé d, plus petit que le diamètre du conducteur de chauffage; Dé son coté ce tenon est relié, à l'au- tre extrémité, au moyen de la pièce intermédiaire au chapeau en métal 7 de l'obturateur d'extrémité. Le cas échéant le char- peau ? peut être rendu élastique, pour compenser les différenoes de dilatation,par emboutissage de creusures ou de rainures con- centriques, ou bien il peut être refroidi par de l'eau au moyen d'une pièce rapportée.
Le courant électrique arrive par exemple au moyen d'une bague de contact .µ¯ sertie. On donne avantageuse- ment au modérateur de chaleur 5 une longueur(désignée par 1 dans la figure ) égale à l'épaisseur de l'enveloppe du four,de sorte que l'on peut amorcer le chauffage de l'élément de chauffage e dans le four de fagon que le modétareur de chaleur de trouve moyen précisément à l'intérieur du trajet/à, travers l'enveloppe du four.
Comme le rapport entre la longueur du modérateur de chaleur et son diamètre ne dépend,pour une intensité donnée du courant de chauffage, et pour une température donnée du four, que du rapport conductibilité calorique résistance électr. spécif. il est directement possible d'indiquer le diamètre d du modérateur de chaleur d'après sa longueur optima ainsi déterminée. La majeure partie de la différence de températu- re entre le milieu et l'extrémité du barreau de chauffage tombe alors sur le modérateur de chaleur;
La fig.3 représente les oonditions existantes, en particulier à l'extrémité du barreau.
L'ordonnée est la températureT et l'ab- soisse, le lieu ,déterminé à, partir de l'extrémité du barreau,en allant vers l'intérieur du four; Sous le diagramme on a indiqué sohématiquement la disposition du barreau de chauffage par rapport
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à l'enveloppe du four, pour expliquer l'axe local du diagramme,
Avec l'ancienne disposition sans modérateur de chaleur,la tempéra- ture varie suivant la courbe I, tandis que la courbe II indique des variations de la température ! locale avec le modérateur de chaleur qui fait l'objet de l'invention;
On voit qu'avec le nouveau dispositif la température tombe d'abord sur la face frontale du chapeau de fermeture, de la valeur Tl sans modérateur de chaleur à la valeur Ta aveo le modérateur de chaleur,ce qui va de pair avec une augmentation de l'élévation de température loca- le; Alors qu'avec l'ancienne disposition la température au point
A diffère encore fortement de la valeur Tmax, cette valeur de la température est presque atteinte avec la nouvelle disposition.
Comme la température T2 qui règne sur le chapeau de fermeture de la résistance de chauffage dans le diagramme de la fig;3 avec l'utilisation du modérateur,est bien inférieure à la température sans modérateur,on peut déjà obtenir le résultat voulu avec un débit d'eau relativement moindre par seconde,les températures entre l'arrivée et l'écoulement de l'eau n'étant que d'environ
20 à 30 ..Il suffit maintenant par exemple d'un simple refroi dissement frontal du chapeau de fermeture suivant la fig. 2,
Quant à l'éohauffementdu chapeau par le rayonnement du conducteur
1 de chauffage 1 ou des parties chaudes du modérateur 5, on peut l'empêcher facilement au moyen d'un écran à rayonnement, comme celui qui est indiqué par exemple en 9.
Comme l'obturateur d'extrémité peut être facilement main- tenu refroidi lorsque lion utilise le modérateur de chaleur -qui fait l'objet de l'invention, et comme on peut donner aux che- mises de refroidissement à eau des dimensions assez petites pour que leur diamètre nait pas besoin de dépasser celui du barreau de chauffage proprement,,dit.le remplacement d'éléments de chauf- fage détériorés ou brûlés peut être effectué rapidement et par des moyens simples,même pendant le fonctionnement du four, lors- que l'on utilise des éléments de chauffage conformes à l'in- vent 1 on';
I convient fréquemment de faire le modérateur de chaleur /
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conforme à l'invention,non pas en matière identique à celle de l'élément de chauffage lui-même,mais en une autre matière, un choix approprié de la conductibilité thermique et de la conductibilité,électrique permettant d'augmenter le diamètre d du modérateur,sa longueur 1 restant la même que précédemment et son effet restant également le même,ce qui peut présenter des avantages pour certains types de conducteur de chauffage.
Dans la fig. 4,1 est encore le conducteur de chauffage et 2 le tube de protection en matière oéramique. Le modérateur de cha- leur 10 est fait en une matière ou un alliage autre que celle ou celui du conducteur de chauffage 1 proprement dit, et il est relié à celui-ci en 1 Il faut que ce joint soit fait avec des soins particuliers,parce qu'il est toujours maintenu à, une haute température pendant le fonctionnement et qu'il faut éviter les résistances de transition,sans quoi réchauffement supplémentai- re du point de contact provoquerait la fusion ou la volatilisa- tion de ce point: On a constaté qu'il est avantageux de faire ces points de transition en adaptant le modérateur 10 par ooulée dans le vide ou dans une atmosphère inerte;
Pour assurer un ac- crochement mécanique des deux métaux à relier entre eux,on fait en sorte que la ligne limite entre les deux métaux,au lieu d'être perpendiculaire à l'axe du modérateur,soit conique, comme cela est indiqué en 6 dans la fig.2, ou en forme d'assemblage à queue d'aronde symétrique dans le sens de l'axe,comme cela est iridiqué en 11 dans la fig.4,' L'autre extrémité du modérateur est soudée ou brassée en 12 sur le'métal du chapeau de fermeture 13.
Pour empêcher autant que possible tout échauffement,par rayonnement, du joint 14 entre le chapeau et la matière cérami- que le modérateur de chaleur 10 du type représenté dans la fig.4 est recouvert, à, sa surface, d'une mince couche de matière ayant un mauvais pouvoir rayonnant la chaleur, c'est à dire qu'il est par exemple argenté ou doré.
Comme la température peut déjà être maintenue relativement basse aux extrémités de modérateur 12, par suite de la présence
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de ce modérateur,on peut aussi remplacer le refroidissement au moyen d'eau courante par un simple refroidissement à, air par convection,' A-cet effet on fixe au chapeau 13, vers l'exté- rieur, un radiateur calorique de type connu constitué par exem- ple par des rondelles enfilées sur un barreau central,ces ron- delles étant en matière bonne conductrice de la chaleur, par exemple en cuivre ou an aluminium.
Un autre mode de réalisation de ce refroidissement au moyen d'un radiateur est représenté dans la fig. 5, dans laquelle plusieurs bandes de tôle 17 sont soudées ou brasées, sur le chapeau extérieur de façon que l'air chaud qui monte puisse passer de bas en haut entre ces bandes, dans les intervalles ainsi formés.
Il est avantageux, dans bien des cas,de faire en sorte que la température.varie le long du modérateur de façon que la température qui règne à l'endroit où le modérateur se raccorde au conducteur de chauffage proprement dit soit déjà complètement égale à la température que le conducteur de chauffage possède en son milieu. Dans ce cas,suivant une autre caractéristique de 11 invention, celles des parties de modérateur qui sont les plus rapprochées de l'élément de chauffage sont portées à une tempé- rature supérieure à la température maxima du conducteur de chauf- fage lui-même.
Comme le modérateur est traversé par du oourant, ce résultat peut être obtenu directement par un affaiblissement approprié du diamètre du modérateur, c'est à dire dans ce cas, du diamètre des parties voisines du conducteur de chauffage. On peut par exemple, comme le montre la fig.6,donner une forme côni- que au modérateur.
Pour ne pas réduire la durée de barreau par cette disposition,on peut prendre,pour faire celle des par- ties du modérateur dont'la température dépasse celle du conduc- teur de chauffage lui-même , un métal ayant,par rapport au métal du conducteur de chauffage lui-même ,une courbe de pression de vapeur plus basse,en fonction de la température,et un point de fusion élevé, Par exemple,si le conducteur de chauffage est en molybdène,on peut faire en tungstène la partie du modérateur qui est la plus fortement chauffée, comme le montre par e.xanple la fig. 7.
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La décomposition de la partie la plus fortement obauffée ne sera pas plus rapide, dans ce cas, paroe que la vitesse de volatilisation du tungstène est moins grande ; aucontraire, elle sera même plus lente que celle du conducteur de chauffage en molybdène, de sorte que la durée de l'ensemble de l'élément de chauffage ne sera pas réduite,malgré la température supérieu- re d'une partie du modérateur.
L'utilisation du modérateur de chaleur qui fait l'objet de l'invention et son application auxoonducteurs de chauffage, permettent donc d'augmenter',sensiblement le rendement économique et la sûreté de fonctionnement de ces conducteurs, ainsi que de changer rapidement les éléments de chauffage dana le four.
En outre ,suivant l'invention,le modérateur de chaleur peut servir aussi à compenser les différences de dilatation entre le conducteur de chauffage en métal et l'enveloppe en matière oéra- mique ou l'obturateur d'extrémité maintenu refroidi et hermé- tique, ce modérateur étant fait de façon à être plastique ou à pouvoir se déformer élastiquement.
Les fig.8 et 9 sont des vues de modérateurs de chaleurs conformes à l'invention 'et de ce type,]: est encore le conducteur de chauffage proprement dit,qui est entouré par une enveloppe 2 en matière céramique.Le modérateur de chaleur 18 est rattache en 20 par un tenon,de préférence par scellement dans le vide ou dans une atmosphère inerte: L'autre extrémité du modérateur ther- mique est reliée au chapeau d'obturation 19 en 21 par soudure ou brasure. Suivant l'invention on donne au modérateur de chaleur 18 une forme telle qu'il puisse se déformer faoilement,d'une fa- çon élastique ou plastique, lorsque le barreau de chauffage 1 se dilate, par exemple,comme cela est indiqué dans la fig. 8, une forme ondulée dans un sens et dans l'autre.
On peut d'ailleurs utiliser aussi d'autres formes souples et donner par exemple au modérateur la forme d'une hélice. Oes formes du modérateur de chaleur ent encore l'avantage que l'on peut loger,sur une longueur w relativement petite, un modérateur plus long qu'un modérateur rectiligne; Ceci est particulièrement important parce qu'ilfaut,
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comme on l'a dit plus haut, que le modérateur se trouve à l'in- térieur du trajet w sur lequel l'élément de chauffage traversé la paroi du four:
Or, avec le modérateur qui fait l'objet de l'invention, on ne dépend pas, en ce qui concerne la longueur ef. fioaoe du modérateur contrairement à ce qui est le cas pour le modérateur rectiligne, de l'épaisseur mentionnée de la paroi du four,de sorte que l'on peut donner un diamètre plus grand au barreau du modérateur de chaleur,pour une même conductibilité thermique et électrique de la matière de ce modérateur,ce qui est parfois utile pour des raisons d'ordre mécanique.
La fig;9 est une vue d'un autre mode de réalisation d'un modérateur de chaleur d'un type souple servant également, en plus de son effet de modération de la chaleur, d'organe de compansation pour les 'efforts produits par les différences de dilatation. I ,est encore le conducteur de chauffage proprement dit et ! le .tube de protection en matière céramique. Le modérateur de chaleur 22 , est constitué par plusieurs barreaux à quatre pans disposés sui- vant un arc de cercle et légèrement cintrés vers l'extérieur en leur milieu. La fig;IO est une coupe transversale passant par le milieu du modérateur de chaleur 22 ainsi obtenu, Dans cet- te figure on a représenté à titre d'exemple quatre barreaux à quatre pans.
Le modérateur 22 de la fig.9 est relié au chapeau de branchement 23 au moyen d'un bouchon intérieur 24 sur lequel les différents barreaux sont soudés extérieurement:
Il convient, dans certains cas, de monter encore dans l'en- semble, à titre d'organe supplémentaire,un bouchon d'étanchéité en matière dont.la limite d'étirage est moindre,ce bouchon se trouvant aux points de fixation aux extrémités du modérateur, comme cela est indiqué en 25 et 26 dans la fig;9, ou encore à d'autres endroits du modérateur, où règne précisément une température favorable pour l'effet d' étanchéité du bouchon.
Lorsque ces bouchons d'étanohéité sont montés aux extrémités du modérateur,ils augmentent la sûreté du contact thermique et élec- trique entre les extrémités du modérateur et le conducteur de
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chauffage ou les chapeaux de branchement. On peut d'ailleurs les utiliser avantageusement aussi à d'autres endroits où la température est favorable pour assurer l'effet d'étanchéité et où ils servent d'organes de fermeture hermétique, parce que le bouchon d'étanchéité se presse sur la matière céramique par son bord extérieur,lorsqu'il s'échauffe sans la faire éclater à, cause de sa faible limite d'étirage, Au lieu d'un seul bouchon d' étanchéité de ce genre on peut aussi en monter plusieurs en série,
en les faisant de préférence en matières différentes,par exemple en cuivre aux endroits les plus chauds,et en argent aux endroits les moins chauds.
Bien qu'un assemblage ferme se produise entre le bouchon de fermeture en cuivre et la matière céramique contenant du silica- te, sur la surface limite 37, par réaction chimique, la faible limite d'étirage de cette matière n'empêche pas la transmission, au modérateur de chaleur souple servant d'élément compensateur de tension, des efforts axiaux produits par la différence de di- latation entre le conducteur de chauffage et le tube de proteo- tion en matière céramique. Comme le modérateur de chaleur est lui- même souple, le chapeau de fermeture n'a plus besoin de l'être et l'on n'a plus besoin de le faire par exemple en tôle mince dans laquelle on pratique des cannelures ou des creusures.
Au oontraire,on peut maintenant utiliser un chapeau robuste et rigide et lui donner des dimensions permettant d'éviter toute dé- formation de ce chapeau ou la diffusion de gaz,comme celles qui sont possibles lorsqu'on utilise une matière de peu d'épaisseur.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Descriptive memorandum in support of the patent application for:
EMI1.1
"HEATING ELEMENT FOR HIGH TEMPERATURE OVENS% With regard to heating elements for high temperature ovens from 1,300 to 1,700 0 and above, the actual heating conductor must be made of metal with a point: ' of high melting or constituted by an alloy or by very strongly concreted carbon (graphite).
To prevent tele-. heating to burn, a protective atmosphere has been introduced into the furnace itself, or else a vacuum has been evacuated: However, as these measures restrict the use of furnaces of this kind and render their service inconvenient, recently it has come to surround each heating element itself by means of a protective layer impermeable to gases and constituted for example by a tube of porcelain, sillimanite or
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by other ceramic materials containing one or more silicates, such as talc-based materials, or by very strongly concrete oxides of aluminum or magnesium.
The ends of the protective tube containing the heating conductor are sealed and almost always cooled with water.
The mounting of these heating conductors inside the furnaces is made in such a way that the ends of the heating conductor pass through the walls of the furnace, so that, in the case of, for example, rectilinear heating conductors, the ends of the heating conductor pass through the walls of the furnace. The electrical connections and the cooling water connections are on the front and rear of the oven.
However, it has been found that the hitherto known types of heating conductors of this type having a protective covering of ceramic material give rise to this. a series of difficulties with regard to the construction of the end shutters, as well as the cooling, these difficulties being partly of a constructive nature and of a technical nature affecting the machining materials, and partly such as They seriously compromised the economy of the heating conductor in service.
The present invention makes it possible to overcome these difficulties by the introduction of a heat moderating member and it relates to specific and favorable embodiments of these heat moderators for the heating resistors in the material protection tubes. ceramic,
The principle of the invention will be explained in detail with reference to three exemplary embodiments shown in FIGS. I to 3.
Fig. I is a schematic view of the current embodiment of the heating elements in question. 1 is the conductive core consisting of a conductor having a high boiling point, such as molybdenum, which heats up under the action of electric current to temperatures of 1,700 0 and higher; 2 is a protective ceramic material, which
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transmits heat to, outside by radiation or oonduo.- oaloric, without allowing harmful gases, in particular;
to oxygen, to reach from the outside to the metal of the core, so that this metal is thus protected from oxidation. ' ! designates the closing cap of the heating bar .. o cap which is fixed by fusion or by welding at its ends, by pouring glass or * metal, on the end, metallized on the surface where appropriate, of the material tube oeramic 'The protective cap must be intensely cooled by a cooling jacket or jacket with water ± applied above, so that the end plug does not come off under the inaction of the high temperature, this would eliminate the electrical connection or the hermetic sealing.
The installation of such a heating resis ... ta me in the furnace is generally carried out so that the cap 3 and the cooling water jacket 4 are outside the walls of the furnace.
However, the device described has many drawbacks. The shutter is by no means safe and it requires intense cooling by water, the slightest reduction in the arrival of water can easily lead to destruction of the shutter. end. The large water cooling jacket mounted at the ends makes replacement of the heating resistor more difficult and any replacement during operation absolutely impossible.
However, the main drawback of the describe resistor is the fact that its economic performance is relatively poor. A large part of the heating energy is unnecessarily dissipated by cooling with water and wasted; the action of the cooled end plugs extends far inside the furnace in the direction of the axis of the heating conductor. However, the furnace builder should endeavor to keep the length as short as possible. path on which the temperature of the cooling water completely reaches the temperature of the heating rod;
- The invention provides a solution to this problem by fitting a heat moderator between the closure cap and
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the ceramic heating conductor,
Fig. 2 is a sectional view of a heating conductor provided with the heat moderator which is the subject of the invention.
1 also denotes the actual heating resistor, for example a molybdenum resistor and 2 the protective ceramic tube; At each of the two ends of the heating conductor, is made, for example by turning, by bar turning, a te- non of determined diameter d, smaller than the diameter of the heating conductor; On its side this tenon is connected, at the other end, by means of the intermediate piece to the metal cap 7 of the end shutter. If so, the body? can be made elastic, to compensate for differences in expansion, by stamping recesses or concentric grooves, or it can be cooled by water by means of an insert.
The electric current arrives for example by means of a crimped contact ring .µ¯. The heat moderator 5 is advantageously given a length (denoted by 1 in the figure) equal to the thickness of the furnace shell, so that the heating of the heating element e can be started in. the oven so that the heat modulator finds its way precisely inside the path / through, through the oven casing.
As the ratio between the length of the heat moderator and its diameter depends, for a given intensity of the heating current, and for a given temperature of the oven, only on the caloric conductivity resistance electr. specif. it is directly possible to indicate the diameter d of the heat moderator from its optimum length thus determined. The major part of the temperature difference between the middle and the end of the heating bar then falls on the heat moderator;
Fig. 3 represents the existing conditions, in particular at the end of the bar.
The ordinate is the temperature T and the abbreviation, the locus, determined from the end of the bar, going towards the interior of the oven; Below the diagram, the arrangement of the heating rod in relation to
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to the furnace casing, to explain the local axis of the diagram,
With the old arrangement without heat moderator, the temperature varies according to curve I, while curve II indicates variations in temperature! local with the heat moderator which is the subject of the invention;
We see that with the new device the temperature first falls on the front face of the closing cap, from the value Tl without heat moderator to the value Ta with the heat moderator, which goes hand in hand with an increase in local temperature rise; While with the old arrangement the temperature in point
A still differs greatly from the Tmax value, this temperature value is almost reached with the new arrangement.
As the temperature T2 which prevails on the closing cap of the heating resistor in the diagram of fig; 3 with the use of the moderator, is much lower than the temperature without moderator, we can already obtain the desired result with a flow rate of relatively less water per second, the temperatures between the inlet and the flow of water being only about
20 to 30 .. It is now sufficient for example a simple frontal cooling of the closing cap according to FIG. 2,
As for the heating of the hat by radiation from the conductor
Heating 1 or the hot parts of the moderator 5, this can be easily prevented by means of a radiation shield, such as that indicated for example at 9.
Since the end plug can be easily kept cool when using the heat moderator -which is the object of the invention, and since the water cooling jackets can be made small enough to accommodate them. that their diameter need not exceed that of the heating rod itself, the replacement of damaged or burnt heating elements can be carried out quickly and by simple means, even during operation of the furnace, when heating elements according to the invention are used;
I frequently need to do the heat moderator /
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according to the invention, not of material identical to that of the heating element itself, but of another material, an appropriate choice of thermal conductivity and electrical conductivity making it possible to increase the diameter d of the moderator, its length 1 remaining the same as above and its effect also remaining the same, which may have advantages for certain types of heating conductor.
In fig. 4,1 is still the heating conductor and 2 the protective ceramic tube. The heat moderator 10 is made of a material or an alloy other than that or that of the heating conductor 1 itself, and it is connected to the latter at 1. This seal must be made with particular care, because it is always maintained at a high temperature during operation and it is necessary to avoid the transition resistances, otherwise the additional heating of the contact point would cause the melting or volatilization of this point: We have found that it is advantageous to make these transition points by adapting moderator 10 by flow in a vacuum or in an inert atmosphere;
To ensure a mechanical connection of the two metals to be connected to each other, we make sure that the boundary line between the two metals, instead of being perpendicular to the axis of the moderator, is conical, as indicated in 6 in fig. 2, or in the form of a dovetail joint symmetrical in the direction of the axis, as is iridicated at 11 in fig. 4, 'The other end of the moderator is welded or stirred in 12 on the metal of the closing cap 13.
In order to prevent as far as possible any heating by radiation of the seal 14 between the bonnet and the ceramic material, the heat moderator 10 of the type shown in FIG. 4 is covered on its surface with a thin layer of material having poor heat radiating power, ie it is for example silver or gold.
As the temperature can already be kept relatively low at the ends of moderator 12, due to the presence
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of this moderator, it is also possible to replace the cooling by means of running water by a simple cooling with air by convection, 'For this purpose a caloric radiator of known type is attached to the cap 13 towards the outside. constituted for example by washers threaded onto a central bar, these washers being made of a material which is a good conductor of heat, for example copper or aluminum.
Another embodiment of this cooling by means of a radiator is shown in fig. 5, in which several strips of sheet 17 are welded or brazed, on the outer cap so that the rising hot air can pass from the bottom up between these strips, in the gaps thus formed.
It is advantageous in many cases to have the temperature vary along the moderator so that the temperature at the point where the moderator connects to the heating conductor proper is already completely equal to the temperature. temperature that the heating conductor has in its middle. In this case, according to a further feature of the invention, those of the moderator parts which are closest to the heating element are brought to a temperature above the maximum temperature of the heating conductor itself.
As the moderator is crossed by the current, this result can be obtained directly by an appropriate weakening of the diameter of the moderator, that is to say in this case, of the diameter of the neighboring parts of the heating conductor. For example, as shown in fig. 6, we can give a conical shape to the moderator.
In order not to reduce the duration of the bar by this arrangement, it is possible to take, in order to make that of the parts of the moderator whose temperature exceeds that of the heating conductor itself, a metal having, with respect to the metal of the heating conductor itself, a lower vapor pressure curve, as a function of temperature, and a high melting point, For example, if the heating conductor is molybdenum, tungsten can be made the moderator part which is the most strongly heated, as shown by e.xanple in fig. 7.
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The decomposition of the most heavily obauffated part will not be faster, in this case, because the rate of volatilization of the tungsten is slower; on the contrary, it will be even slower than that of the molybdenum heating conductor, so that the duration of the entire heating element will not be reduced, despite the higher temperature of a part of the moderator.
The use of the heat moderator which is the object of the invention and its application to heating conductors, therefore make it possible to substantially increase the economic efficiency and the operating reliability of these conductors, as well as to rapidly change the elements. heating in the oven.
In addition, according to the invention, the heat moderator can also serve to compensate for the differences in expansion between the metal heating conductor and the ceramic material casing or the end plug kept cool and hermetic. , this moderator being made so as to be plastic or to be able to deform elastically.
FIGS. 8 and 9 are views of heat moderators according to the invention 'and of this type,]: is still the actual heating conductor, which is surrounded by a casing 2 of ceramic material. The heat moderator 18 is attached at 20 by a tenon, preferably by sealing in a vacuum or in an inert atmosphere: The other end of the thermal moderator is connected to the end cap 19 at 21 by welding or soldering. According to the invention, the heat moderator 18 is given a shape such that it can easily deform, in an elastic or plastic manner, when the heating bar 1 expands, for example, as indicated in fig. 8, a wavy shape in one direction and the other.
Moreover, other flexible shapes can also be used and the moderator may be given the shape of a helix, for example. These forms of the heat moderator still have the advantage that one can accommodate, over a relatively small length w, a longer moderator than a rectilinear moderator; This is particularly important because it is necessary,
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as we said above, that the moderator is inside the path w on which the heating element passes through the wall of the furnace:
However, with the moderator which is the subject of the invention, there is no dependence, as regards the length ef. fioaoe of the moderator contrary to what is the case for the rectilinear moderator, of the mentioned thickness of the wall of the furnace, so that one can give a larger diameter to the bar of the heat moderator, for the same thermal conductivity and electrical material of this moderator, which is sometimes useful for mechanical reasons.
Fig; 9 is a view of another embodiment of a heat moderator of a flexible type also serving, in addition to its heat moderating effect, as a compensating member for the forces produced by the heat. differences in expansion. I, is still the actual heating conductor and! the ceramic protection tube. The heat moderator 22 consists of several four-sided bars arranged in an arc of a circle and slightly curved outward in their middle. FIG. 10 is a cross section passing through the middle of the heat moderator 22 thus obtained, in this figure there is shown by way of example four bars with four sides.
The moderator 22 of fig. 9 is connected to the connection cap 23 by means of an internal plug 24 on which the various bars are welded on the outside:
In certain cases, it is advisable to still fit in the assembly, as an additional component, a sealing plug made of material with a lower stretch limit, this plug being located at the fixing points at the ends. ends of the moderator, as indicated at 25 and 26 in FIG. 9, or else at other places of the moderator, where a favorable temperature prevails for the sealing effect of the stopper.
When these etanoheity plugs are mounted at the ends of the moderator, they increase the safety of thermal and electrical contact between the ends of the moderator and the conductor.
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heater or branch caps. They can moreover be used advantageously also in other places where the temperature is favorable to ensure the sealing effect and where they serve as hermetic closure members, because the sealing plug presses on the material. ceramic by its outer edge, when it heats up without causing it to burst due to its low stretch limit, Instead of a single sealing plug of this kind, several can also be mounted in series,
by making them preferably of different materials, for example copper in the hottest places, and silver in the cooler places.
Although a firm bond occurs between the copper closure plug and the ceramic material containing silica, on the boundary surface 37 by chemical reaction, the low stretch limit of this material does not prevent transmission. , with the flexible heat moderator serving as tension compensating element, of the axial forces produced by the difference in expansion between the heating conductor and the protective ceramic tube. As the heat moderator is itself flexible, the closing cap no longer needs to be and it no longer needs to be done for example in thin sheet in which we practice grooves or hollows. .
On the contrary, we can now use a robust and rigid cap and give it dimensions allowing to avoid any deformation of this cap or the diffusion of gas, like those which are possible when using a material of little thickness. .
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