FR2461424A1 - Element poreux de chauffage electrique en carbure de silicium fibreux, son procede de fabrication, et dispositif de transmission de chaleur contenant un tel element - Google Patents

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Abstract

ELEMENT POREUX DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE EN CARBURE DE SILICIUM, SON OBTENTION ET SA MISE EN OEUVRE DANS UN DISPOSITIF DE TRANSMISSION DE CHALEUR. LE DISPOSITIF COMPREND UN CIRCUIT 11 DANS LEQUEL UN FLUIDE EST MIS EN CIRCULATION PAR UNE POMPE 15 DE FACON A TRAVERSER UN ORGANE COMPORTANT UN ELEMENT DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE 14 POREUX, PERMEABLE A CE FLUIDE, AINSI QU'UN APPAREIL 23 DE REGULATION DESTINE A DECELER LA TEMPERATURE DU DISPOSITIF ET A REGULER LA TEMPERATURE DE L'ELEMENT 14 EN FONCTION DE CELLE DU FLUIDE. L'ELEMENT DE CHAUFFAGE PRESENTE, A UNE TEMPERATURE PARTICULIERE DE FONCTIONNEMENT, UNE RESISTIVITE ELECTRIQUE DETERMINEE AU PREALABLE. APPLICATION: CHAUFFAGE D'UN APPAREIL (MOULE, FILIERE, EXTRUDEUSE, CALANDRE) DE TRAVAIL A CHAUD D'UNE MATIERE PLASTIQUE.

Description

La présente invention concerne un dispositif de transmission de chaleur
et, plus particulièrement mais non
exclusivement, un tel dispositif destiné à commander ou régu-
ler la température d'un moule, d'une calandre ou d'une extru-
deuse. L'invention comprend également un élément poreux de chauffage électrique destiné à un dispositif de transmission
de chaleur.
Selon un premier aspect, la présente invention pro-
pose un dispositif de transmission de chaleur comprenant un circuit convenant pour contenir un fluide, un élément de chauffage électrique, poreux, perméable au fluide, en série avec au moins une partie du circuit de façon à chauffer le fluide, un organe destiné à faire circuler le fluide dans l'élément de chauffage et autour du circuit, et une surface faisant partie. du circuit, destinée à se laisser traverser par
la chaleur dégagée du fluide pour en transmettre la chaleur.
Dans un second aspect, l'invention propose un élé-
ment de chauffage électrique, poreux, perméable au fluide et comportant du carbure de silicium fibreux et conducteur de
l'électricité.
De préférence, l'élément de chauffage électrique
poreux présente un taux de vides compris entre 50 et 98%.
Dans une première application du premier aspect de l'invention, la surface de transmission de chaleur constitue une partie d'un instrument ou appareil de travail à chaud tel qu'un moule, une filière, une calandre ou une extrudeuse, et le fluide est ou comprend une huile de transmission de chaleur. Avantageusement, le dispositif comprend des organes destinés à déceler la température de l'instrument ou appareil de travail à chaud et à commander ou régler la température de
l'élément poreux de chauffage électrique et donc du fluide.
Le dispositif peut comporter au moins un organe destiné à déceler la température de l'huile afin de commander ou réguler la température de l'élément poreux de chauffage et
donc du fluide.
Des exemples d'éléments poreux de chauffage électri-
que sont décrits dans les brevets britanniques N0 1 466 240
et N0 1 503 644, ainsi que dans la demande de brevet britan-
nique N' 21 702/77, auxquels on pourra se référer.
Il est fréquemment nécessaire de chauffer électri- quement un fluide, qui est un gaz ou un liquide, et d'utiliser un dispositif de circulation du fluide en circuit fermé afin
de transmettre cette chaleur à d'autres fluides ou à une ins-
tallation dans un dispositif d'échange thermique. Un exemple particulier consiste en l'utilisation d'un liquide chauffé
(par exemple une huile ou de l'eau) afin de commander et régu-
ler la température de moules, de filières, d'extrudeuses et de
calandres utilisés dans l'industrie des matières plastiques.
Des modèles existants de tels appareils de commande et de régu-
lation de la température comportent des éléments électriques
à immerger, du type blindé; la chaleur engendrée dans ces élé-
ments est transmise par conduction à travers la paroi métal-
lique du blindage ou du gainage au liquide entourant cette
paroi et qui passe devant l'élément pendant son écoulement.
Il existe une limite du coefficient de transmission de cha-
leur que l'on peut utiliser avec ce type d'élément si l'on doit éviter une décomposition de l'huile, le coefficient devant par exemple correspondre à 1-10 watts/cm de surface de l'élément. Ce facteur exerce par conséquent un effet sur
la dimension et le poids du dispositif de chauffage, notam-
ment pour des puissances nominales élevées. En outre, la réponse de tels appareils est relativement lente puisqu'il existe une limite de la quantité de chaleur pouvant être transmise au liquide en un bref intervalle de temps. Cela peut exercer une influence déterminante sur les temps des cycles de production lorsqu'on utilise de tels appareils pour chauffer des moules et des filières en vue de produire en
série des composants identiques.
L'invention surmonte dans une large mesure ces limi-
tations en enlevant l'élément métallique blindé et en le remplaçant par un élément de chauffage électrique, poreux et perméable au fluide, et en faisant circuler le fluide dans la masse de l'élément poreux de chauffage au lieu de le faire circuler seulement sur sa surface externe. On peut atteindre des puissances volumiques de 1 kW/cm de matière de l'élément de chauffage, ce qui conduit non seulement à une diminution de la dimension et du poids de l'appareil de chauffage pour
un service donné, mais aussi à une diminution du temps de ré-
ponde telle que le dispositif peut réagir de façon virtulle-
ment instantanée à une demande de grande augmentation échelon-
née de la chaleur engendrée et transmise au fluide en circula-
tion. Un élément convenable peut comporter du carbone ou du carbure de silicium poreux, présentent un taux de vides de 50 à 98% et une masse volumique apparente de 50 à 750 kg/m, les éléments individuels de chauffage consistant en de fines fibres dont le diamètre se situe entre 3 et 150 microns. Un
organe du type distributeur/barrière thermique peut être uti-
lisé de concert avec l'élément de chauffage pour produire un
écoulement uniforme du fluide (voir le brevet britannique pré-
cité N0 1 466 240).
Il peut s'avérer souhaitable de maintenir une vitesse
d'écoulement du fluide à travers l'élément qui limite ltélé-
vation de la température dans l'élément à une valeur non supé-
rieure à environ 500C, mais cela n'est pas essentiel et des élévations de la température de 2 à 300C sont possibles avec une épaisseur de paroi de l'élément de 2 à 10 mm. L'élément
de chauffage peut présenter une résistivité électrique déter-
minée au préalable à une température particulière, et il peut
convenir pour fonctionner à la tension du secteur sans nécessi-
ter de transformateur.
Le dispositif comprend une pompe de circulation, un
ensemble comportant au moins un élément de chauffage, des robi-
nets ou valves et de la tuyauterie, l'huile passant successive-
ment à travers l'élément et le moule, la filière, l'extrudeuse ou la calandre à chauffer, ainsi qu'un appareil ou dispositif
de commande. De tels appareillages ont été conçus et ont fonc-
tionné à des puissances nominales de 1 à 15 kW pour la forme géométrique précitée et avec un temps de réponse de quelques secondes. On peut concevoir et dessiner des appareillages très compacts et, dans le cas des appareillages à grande puissance,
la faible dimension diminue considérablement le prix de cons-
truction en comparaison des dispositifs classiques de trans-
mission de chaleur.
L'invention sera maintenant décrite plus en détail,
à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des des-
sins annexés sur lesquels la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de transmission de chaleur, destiné à chauffer un moule; la figure 2 est une vue en perspective, à plus grande échelle, du moule utilisé dans le dispositif de la figure 1; la figure 3 est une vue latérale, en coupe médiane et à plus grande échelle, d'un appareillage de chauffage électrique destiné à être utilisé dans le dispositif de la figure 1; la figure 4 est une vue latérale, en coupe médiane et à grande échelle, d'un autre appareillage de chauffage électrique; la figure 4a montre une coupe fragmentaire selon la ligne Va-Va de la figure V; la figure 5 représente graphiquement l'évolution de la température (en ordonnées, OC) en fonction du temps (en abscisses,en heures) pour l'appareillage de la figure 4; la courbe D concerne l'huile entrant dans le moule, la courbe E lhuile sortant du moule et F montre la température du moule; et la figure 6 est une représentation schématique d'un
appareil de dépôt de vapeur avec activation par un plasma.
En se référant à la figure 1, on voit que le dis-
positif de transmission de chaleur comprend essentiellement un moule-10 (par exemple, un moule à injection), relié par une t461424 tubulure 11 à un organe 13 de refroidissement et à un organe 14 poreux de chauffage électrique. Une huile de transmission de chaleur, comme "Iranscal N" de British Petroleum (BP) est
disposée dans la tubulure Il de façon à être mise en circula-
tion dans le dispositif par une pompe 15. Un thermocouple
d'entrée 20 et un thermocouple de sortie 21 sont disposés au-
tour du moule 10 afin de déceler la température de l'huile contenue dans la tubulure 11, et un appareil 23 de commande et régulation de la température du moule détecte la température du
moule 10 et règle le fonctionnement de ltorgane 13 de refroi-
dissement et de l'organe 14 de chauffage afin de maintenir le
moule 10 à une température souhaitée. Une branche 25 de déri-
vation, comportant un robinet 26 de décharge, est reliée à
la tubulure 11 en parallèle avec le moule 10.
Comme on le voit plus en détail sur la figure 2 à laquelle on va maintenant se référer, le moule 10 comporte deux moitiés iQa et lOb, respectivement, des conduits d'huile 18 montés en série avec la tubulure 11 pour faire circuler l'huile dans le moule 10, ainsi qu'un tube lia destiné à
relier entre eux les conduits d'huile 18 des moitiés iQa et lob.
- En se référant à la figure 3, on voit que l'organe poreux 14 de chauffage électrique a, en coupe transversale, une forme généralement circulaire et comprend un élément 30 de chauffage, en carbure de silicium ou carbone fibreux, poreux, perméable au fluide, de forme cylindrique creuse. L'élément
comporte à ses extrémités supérieure et inférieure des élec-
trodes 31 et 32 en cuivre doré. L'électrode inférieure 32 est raccordée à un capuchon d'extrémité 34 en laiton, lequel est raccordé à un tube 33 en acier brasé sur une tige 35 en cuivre
reliée par une connexion 36, du type à serrer, à une alimenta-
tion électrique (non représentée). Deux disques métalliques 38 de refroidissement sont disposés autour de la tige 35 et sont maintenus par une rondelle 40 de retenue "Starlock" disposée au-dessus du disque supérieur 38 de refroidissement, trois
rondelles 41 "Schnorr", disposées entre les disques 38, main-
t461424 tenant une force de compression sur un tampon 42 placé de façon à porter sur un collet 43, formant épaulement, d'une matière d'isolement électrique. Une pièce 45 échelonnée, formée d'une matière d'isolement électrique comme du polyamide "Tufnol", est logée dans un évidement 46 d'une enveloppe 37 et supporte une bague torique 48 d'étanchéité disposée autour de la tige 35,
le collet 43 poussant contre la bague 48 une entretoise supé-
rieure 49, annulaire et plane, en la même matière que la pièce 45.
L'enveloppe 37, qui est reliée à l'électrode supé-
rieure 31, comporte une chambre interne 52 raccordée à la tubu-
lure 11, et des orifices d'admission 53 (dont deux seulement sont représentés) et qui relient la chambre interne 52 à un
espace 54 entre la surface interne de l'élément 30 de chauf-
fage et la surface externe du tube 33, l'alésage de ce tube 33 étant relié à l'espace 54 par un orifice supérieur 55 et
un orifice inférieur 56, le tube 33 jouant le rôle de distri-
buteur thermique.
L'enveloppe 37 comporte une partie tubulaire 58 pré-
sentant une bride externe 59 serrée sur une bride externe 62 d'une enveloppe tubulaire interne 63 dans laquelle l'élément de chauffage est monté, une bague torique 65 étant placée dans un évidement annulaire 66, et une cosse 60 de mise à la
terre étant fixée à la bride 62.
Un isolant thermique, comme "Kaowool", est disposé comme garniture 70 entre l'enveloppe interne 63 et une enveloppe externe 71, la tubulure 11 traversant la partie inférieure de l'enveloppe 71 et la garniture 70 jusqu'à l'extrémité inférieure
de l'enveloppe interne 63, et un tube 73 de purge d'air traver-
sant la partie supérieure de l'enveloppe externe 71 et la garni-
ture 70 pour parvenir à l'enveloppe-interne 63.
Lorsque le moule 10 est utilisé pour former des objets (non représentés) en une matière plastique, ce moule 10 est maintenu à une température voulue de fonctionnement par l'huile mise en circulation par la pompe 15 dans ce moule 10. L'appareil t461424 23 de régulation de la température détecte la température du moule 10 et ajuste de façon appropriée le débit d'un milieu de refroidissement (par exemple de l'eau) dans l'organe 13 de refroidissement ainsi que la valeur du courant alimentant l'organe poreux 14 de chauffage électrique pour régler la température de l'huile et maintenir ainsi le moule 10 à
la température requise pour son fonctionnement. Les thermo-
couples 20,21 permettent une surveillance supplémentaire de la température de l'huile et peuvent actionner l'organe 14
de chauffage en cas d'une différence prédéterminée de tempé-
rature.
Un élément plus compact de chauffage peut être uti-
lisé pour augmenter la vitesse de l'huile dans les éléments, comme représenté sur la figure 4 à laquelle on va maintenant se référer. Cette figure 4 montre un organe 14a de chauffage électrique comportant un élément 80 de chauffage en carbure de silicium, fibreux, poreux, perméable au fluide, de forme cylindrique creuse ayant de façon typique environ 45 mm de diamètre extérieur, 35 mm de diamètre intérieur et 10 mm de longueur. Des électrodes annulaires 81 et 82, en cuivre doré, sont disposées aux extrémités respectives de l'élément de chauffage, et chaque électrode 81,82 est supportée sur un bossage 83,84 d'un disque annulaire respectif 85 ou 86 d'appui en acier inoxydable. Le disque 85 est supporté par
un bossage 87 d'une pièce annulaire 88 d'isolement élec-
trique en polyamide "Tufnol", et le disque 86 est de même
supporté par un bossage 89 d'une pièce annulaire 90 d'isole-
ment en polyamide "Tufnol". De minces garnitures (non repré-
sentées) en une matière déformable comme du graphite, du cuivre ou de l'aluminium, peuvent être disposées entre les
extrémités de l'élément 80 et les électrodes 81 et 82.
Une tige 96 de distribution, en acier inoxydable, traverse et supporte les pièces 88,90 d'isolement et présente une bride circulaire 97. La pièce 90 d'isolement est maintenue contre une face de la bride 97 par l'action d'un ressort de : 24 1 4t4 compression 98 qui, à une de ses extrémités, s'appuie sur un bossage 110 d'un capuchon 99. Le bossage 110 se situe autour d'une extrémité de la tige 96, et le capuchon 99 est fixé à la tige 96 par une vis 111. L'autre extrémité du ressort 98 s'appuie contre la pièce 88 d'isolement pour presser étroite- ment ensemble les pièces 88,90 d'isolement, les électrodes 81,82 et la pièce 90 d'isolement. Un trou axial 112 s'étend, dans la tige 96, à partir de deux groupes axialement espacés de quatre orifices 113,114 de sortie, respectivement, disposés radialement et équidistants (quatre orifices seulement étant représentés), ce trou axial 112 étant dirigé vers l'autre
extrémité de la tige 96.
De l'autre côté de la bride 97, la tige 96 est
filetée en 115 et elle est vissée dans un trou taraudé corres-
pondant 116 ménagé dans un manchon cylindrique creux 117 en polyamide "Tufnol" de façon à venir contre un épaulement 119, et elle est maintenue fermement dans le trou taraudé 116 par un écrou de blocage 121 en acier inoxydable. Le manchon 117 est fileté sur sa surface externe pour se visser dans un trou taraudé correspondant 123 partant d'un côté d'un élément de montage 125 en acier inoxydable, et ce manchon 117 vient contre un épaulement 126 contre lequel le manchon 117 est fermement maintenu par un écrou de blocage 128. Un trou cylindrique 130 de diamètre relativement faible, ménagé au centre axial de l'épaulement 119 et de l'élément 125 de montage, conduit à un trou taraudé 132 réalisé de l'autre côté de l'élément 125 de montage et qui loge un manchon 134 de raccordement de tubes
du type à compression, destiné à relier la tubulure 11 à l'élé-
ment 125 de montage. L'élément 125 est solidaire d'une bride circulaire 137 maintenue par plusieurs boulons 138 (dont deux seulement sont représentés) sur une bride annulaire 140 d'une enveloppe cylindrique creuse 142, une garniture annulaire 144 en cuivre mou constituant un joint d'étanchéité entre les brides 137,140. Deux électrodes 146,147, respectivement, sont montées dans des trous respectifs 148,149 de la bride 137 et sont soudées à cette bride 137 pour assurer une jonction étanche à la pression. Chaque électrode 146,147 assure une alimentation
électrique étanche à la pression, à partir des câbles électri-
ques respectifs d'alimentation 150,151, jusqu'à des connexions électriques respectives 152,153 en cuivre tressé, se terminant chacune sur une cosse respective 155,156 en cuivre fixée, comme
représenté sur la figure 4a, sur un épaulement 157 de l'élec-
trode respective 81 ou 82. De telles électrodes convenables 146,147, peuvent être obtenues par exemple chez VG Electronics Limited, Hastings, Sussex (Grande-Bretagne) ou chez Ferranti
Limited, Hollinwood, Lancashire (Grande-Bretagne) ou chez-
Friedrichsfeld GmbH, Mannheim (République fédérale d'Allemagne); (Agents pour le Royaume Uni: Bush Beach Engineering Limited,
Cheadle, Cheshire, Grande-Bretagne).
Une plaque 160 d'extrémité ferme l'enveloppe 142 et
comporte un trou taraudé 162 pour un raccord 164 de thermo-
couple, un trou axial taraudé 166 pour un autre raccord 164 de tubes du type à compression, destiné à relier l'intérieur de l'enveloppe 142 à la tubulure 111, un trou taraudé 168 pour une vanne 169 de décharge de pression hydraulique, et un petit trou taraudé 171 pour une vanne 172 automatique de décharge d'air. Un isolant thermique 174 (par exemple "Kaowool") entoure l'organe 14a de chauffage mais, pour la clarté, cette garniture n'est montrée que partiellement distribuée autour de
cet organe.
En service, lorsque l'organe 14a de chauffage remplace l'organe 14 de chauffage dans le dispositif de transmission de chaleur de la figure 1, de l'huile s'écoule dans la tubulure 11 (par exemple à un débit d'environ 2,5 1 par minute) et entre dans le trou axial 112 de la tige 96 de distribution pour en
sortir par les trous de sortie 113,114 à l'intérieur de l'élé-
ment 80 de chauffage. Après sa traversée de l'élément 80 de chauffage, l'huile sort dans l'enveloppe 142 qu'elle quitte par le raccord 134 pour entrer à nouveau dans la tubulure 11 et circuler dans le moule 10. Lorsque les câbles 150,151 sont reliés à une alimentation en courant alternatif de 240 volts
(non représentée), l'élément 80 de chauffage dégage de la cha-
leur qui chauffe l'huile à une température voulue (par exemple -3000C). L'appareil 23 de réglage de la température décèle la température du moule 10 et relie la source d'électricité à l'élément 80 de chauffage, ou coupe cette liaison, selon les désirs afin de régler la température de l'huile traversant l'organe 14a de chauffage et de maintenir ainsi le moule 10 à la température requise pour son fonctionnement. En raison de la rapidité de la réponse de l'élément 80 de chauffage lorsque la source d'électricité est reliée à cet élément, on obtient un réglage étroit de la température du moule 10, dont un exemple est graphiquement représenté sur la figure 5 qui, dans le cas d'un élément de chauffage 80 en carbure de silicium, réglé à 3,5 kW à 231,50C, montre un graphique de la température (0C, en ordonnées) en fonction du temps (heures, en abscisses) pour: - l'huile pénétrant dans le moule 10 (courbe D); - l'huile sortant du moule 10 (courbe E); et
- montrant la température du moule 10 (courbe F).
L'amplitude de l'énergie consommée dépend notamment de la densité de l'élément 80 et elle se situe typiquement entre
1 et 15 kW.
La succession de courtes lignes verticales concernant la température de l'huile entrant dans le moule lorsqu'un état de température permanente est atteint, indique la réponse rapide de l'élément 80 de chauffage lorsque l'alimentation électrique est de façon répétitive assurée et coupée afin de maintenir le moule 10 à la température requise pour son fonctionnement et
qui, dans le cas illustré sur la figure 5, est de 2250C.
L'élément de chauffage en carbure de silicium poreux peut être obtenu à partir d'un élément de chauffage électrique en carbone poreux réalisé, par exemple comme décrit dans les brevets précités, et revêtu de carbure de silicium commodément appliqué par un procédé de dép8t d'une vapeur avec activation par un plasma. Des exemples d'un tel procédé sont décrits dans le brevet français N 2 392 508 et dans l'article "Preparation of Ceramic Films by Plasma Activated Vapour Deposition (PAVD)" /Préparation de pellicules d'une matière céramique par dépôt d'une vapeur avec activation par un plasma7 de K.R. Linger, Proceedings of Conference on "Ion Plating and Allied Techniques" /Travaux sur la Conférence sur le placage à l'aide d'ions et les techniques apparentées7, pages 223-229, juin 1977, ouvrage publié par CEP Consultants Limited, Edinburgh et auquel on pourra se référer. Dans un tel procédé de dépôt, un plasma sert de milieu pour réaliser une réaction chimique et le dépôt d'un revêtement sur un substrat et le procédé utilise
la décomposition d'un gaz dans un plasma électriquement provo-
qué. Les techniques apparentées sont décrites dans l'article "Codeposition of Glassy Silica and Germania inside a Tube by Plasma Activated CVD" /Dépôt simultané de silice et d'oxyde de germanium vitreux à l'intérieur d'un tube par le dépôt d'un revêtement à partir d'une vapeur avec activation par un plasma7 de D. Kuppers et al, Journal of the Electrochemical Society,
volume 123, N 7, pages 1079-1082, juillet 1976.
La figure 6,à laquelle on se réfère maintenant, mon-
tre une forme d'appareil pour la mise en oeuvre du procédé de
revêtement à partir d'une vapeur avec activation par un plasma.
Sur la figure 6, un élément poreux de chauffage électrique 200
est horizontalement supporté par un tube d'alumine 201 à l'in-
térieur de la région centrale le long de l'alésage d'un tube de silice cylindrique 202 présentant des extrémités élargies 204,205. Le tube d'alumine 201 s'étend axialement à l'intérieur du tube 202 à partir d'un capuchon d'extrémité 203 qui ferme l'extrémité élargie 204. Un tube de sortie 206, partant de l'extrémité 204, est relié par l'intermédiaire d'une soupape spéciale 208, du type à vide, à une pompe à vide 209. L'autre extrémité élargie 205 est fermée par un capuchon d'extrémité dtentrée 210 comportant un tube 212 d'alimentation, relié a un manomètre à mercure 214, et une entrée 216 reliée à un collecteur 218 alimenté par des tubes 220, 222 et 224
d'alimentation en gaz commandés chacun par un robinet respec-
tif 221, 223 ou 225. Un récipient 226 en silice, de forme an-
nulaire, peut se déplacer le long de l'extérieur du tube 202
et lion voit qu'il entoure la région centrale de ce tube 202.
Le récipient 226 supporte un élément 228 d'induction de sus- ceptibilité en graphite électriquement isolé, et une pompe à vide 232 fait dans ce récipient 226 un vide allant jusqu'à une pression absolue d'environ 1 à 10 mm de mercure (133 à 1333 Pa) par l'intermédiaire d'une soupape à vide 230. Le récipient 226 est lui-même entouré d'un serpentin hélicoïdal 234 en cuivre à refroidissement par eau, comportant huit spires et qui est relié à un générateur 238 destiné à engendrer une haute fréquence se situant entre 10 et 10 Hertz. L'élément de chauffage 200, le capuchon d'extrémité 203 et l'extrémité
agrandie 204 sont respectivement mis à la terre en 240,241,242.
Le générateur 238 est également mis à la terre en 246. S dési-
gne l'échappement de sortie des pompes à vide.
En service, la pompe à vide 209 fait dans le tube 202 un vide allant jusqu'à environ 1,33 Pa, et le tube 220
d'alimentation emplit ensuite le tube 202 avec de l'argon jus-
qutà une pression à l'intérieur de ce tube 202 comprise entre 0,1 et 100 mm de mercure (13,3 à 13,3 x 103 Pa). Le générateur 238 fonctionne typiquement à 1-4 kV et 4 X 10 Hz, et une gaine
de plasma se forme autour de l'élément de chauffage 200 cepen-
dans que l'élément 228 est chauffé par induction électrique et chauffe l'élément 200 de chauffage. Au bout d'environ 15 à 30
minutes, lorsque l'élément de chauffage 200 a atteint un équi-
libre thermique et que sa surface a été nettoyée par le bombar-
dement des ions provenant de l'argon gazeux ionisé, le ou-les gaz choisis pour la réaction est ou sont introduits par les tubes d'alimentation appropriés 222 et/ou 224 dans le tube 221, et la pression régnant à l'intérieur du tube 202 est maintenue entre 13,3 et 13,3 x 103 Pa par réglage du robinet approprié 223,225 et utilisation de la soupape 208 et de la pompe à vide 209. L'élément de chauffage 200 reçoit alors un revêtement t461424 provenant du ou des gaz de réaction et dont l'épaisseur est proportionnelle au temps écoulé. Par exemple, un revêtement de 1 à 5 microns peut être déposé en 24 heures environ. Les robinets 221,223 et 225 sont ensuite fermés, le générateur 238 est arrêté cependant que la pompe 209 continue à faire le vide dans le tube 202 pour permettre à l'élément de chauffage 200 de refroidir sous vide (par exemple à une pression de 1,33 Pa),
après quoi l'élément de chauffage 200 est retiré du tube 202.
Puis le carbone fibreux est enlevé par oxydation à l'air à
une température supérieure à 3000C pour qu'il reste une struc-
ture de tube fibreux de carbure de silicium. Un traitement thermique convenable rendra ensuite électriquement conducteur
le carbure de silicium. Le revêtement de l'élément de chauf-
fage en carbone fibreux peut être réalisé dans l'appareil de la figure 6, lorsqu'on utilise un mélange silane/éthylène comme gaz de réaction pour déposer un revêtement de carbure de silicium sur le substrat en carbone fibreux. Une phosphine gazeuse peut être utilisée avec le mélange silane/éthylène,
si on le désire, comme dope pour contribuer à rendre le revê-
tement de carbure de silicium électriquement conducteur après le traitement thermique par dépôt simultané de phosphore dans
le revêtement de carbure de silicium. D'autres dopes convena-
bles peuvent être du bore ou de l'arsenic. Le traitement ther-
mique associé pour le carbure de silicium est normalement réa-
lisé à 12000C-1900'C et il peut servir à obtenir une résisti-
vité particulière du carbure de silicium à une température
choisie. L'utilisation d'une phosphine gazeuse comme dope per-
met de réduire à 8000C-10000C la température du traitement
thermique nécessaire pour obtenir une résistivité particulière.
Voici un exemple de la production d'un tel élément de chauffage en carbure de silicium par le procédé de dépôt d'une vapeur avec activation par un plasma: - 216614t4
Exemple 1 Elément de chauffage carbonisé à partir du précurseur à toute température
convenable (65 'C-1000'C) Longueur de l'élément de chauffage 120 mm Diamètre externe de l'élément de chauffage 44 mm Diamètre interne de l'élément de chauffage 35 mm Condition de l'écoulement des gaz Typique Gamme Mélange de 60% de silane/40% d'éthylène 40 ml/min 10-200 ml/min Argon 260 ml/min 100-500 ml/min Mélange argon avec 2% de phosphine 10-20 ml/min 5-50 ml/min Pression des gaz mis en réaction 133-266 Pa 13,3-1333 Pa L'élément de chauffage est placé dans le tube 202 de la figure 6, et l'on fait ensuite dans ce tube 202 un vide
d'environ 1,33 Pa. De l'argon est admis par le tube 220 d'ali-
mentation jusqu'à une pression absolue d'environ 133 Pa dans le tube 202. Le générateur 238 est ensuite mis en service et, au bout d'une heure environ, le mélange silane/éthylène destiné au dépôt de carbure de silicium est introduit dans le tube. 202 par le tube d'alimentation 222, et le mélange phosphine/argon est introduit dans le tube 202 par le tube d'alimentation 224, la pression absolue régnant dans le tube 202 étant maintenue à environ 133 Pa. Après un intervalle de temps convenable (par exemple 48 heures) et qui dépend de l'épaisseur du revêtement de carbure de silicium requis (on dépose typiquement 0,3 g par heure), les robinets 221,223 et 225 sont fermés, le tube 202 est mis sous un vide d'environ 1, 33 Pa et le générateur 238 est arrêté pour permettre le refroidissement sous vide de l'élément de chauffage revêtu. L'élément de chauffage est ensuite retiré du tube 202 et découpé en des longueurs appropriées pour convenir à l'application visée et qui sont ensuite chauffées à l'air à environ 9000C durant 4 heures environ pour enlever par oxydation le carbone poreux présent à l'origine dans l'élément de chauffage. Ce traitement thermique de chaque élément de chauffage en modifie également la structure du revêtement de carbure de silicium
afin de rendre ce carbure électriquement conducteur et d'obte-
nir une résistivité électrique requise en fonction du temps à cette température. Il est possible que le dépôt du carbure de silicium ne soit pas uniforme sur toute la longueur de
l'élément de chauffage et il peut s'avérer nécessaire d'ajus-
ter, d'une section d'élément de chauffage à l'autre,-la tempé-
rature du traitement thermique afin d'obtenir la résistance
électrique requise. La meilleure façon d'effectuer cet ajus-
tement consiste à appliquer un procédé par étapes selon lequel on réduit la résistance par étapes jusqu'à la valeur voulue en augmentant progressivement la température du traitement
thermique.
Après ce traitement thermique, des éléments de
chauffage de 10 mm et de 30 mm de longueur ont eu les proprié-
tés électriques suivantes pour une épaisseur du revêtement de carbure de silicium comprise entre 3 et 6 microns et un diamètre intérieur des tubes de carbure de 10 à 20 microns Résistance électrique (ohms) 1,36 à 2300C pour 10 mm de longueur Energie nominale (i) 3,4 kW à 68 V (alternatif) pour un élément de 10 mm de longueur (ii) 14,1 kW à 240 V (alternatif) pour un élément de 30 mm de longueur. Un choix convenable de la température du traitement thermique et de son temps d'application permet de produire des éléments de chauffage en carbure de silicium ayant une
résistivité électrique requise.
Bien que le revêtement du carbone poreux ait été
décrit à propos du procédé de dépôt d'une vapeur avec activa-
tion par un plasma, il va de soi que l'on peut appliquer d'au-
très procédés appropriés de revêtement.
Les éléments poreux de chauffage électrique peuvent présenter d'autres formes ou d'autres dimensions que celles
décrites ci-dessus.
Il va de soi que l'invention présentée dans les aspects décrits ci-dessus peut servir à d'autres applications, par exemple lorsque le fluide de transmission de chaleur est
ou comprend un gaz.
En outre, les éléments poreux de chauffage électri-
que décrits ci-dessus peuvent servir, dans d'autres applica-
tions, à chauffer un fluide.
On voit donc que l'invention comprend un élément de
chauffage électrique, poreux et perméable à du fluide, com-
prenant des tubes en carbure de silicium fibreux conducteur
de l'électricité.
Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven-
tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées au
dispositif de transmission de chaleur, à l'élément de chauffa-
ge et à son procédé de réalisation, décrits et représentés.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Elément de chauffage électrique, poreux, perméa-
ble à du fluide, cet élément (80) étant caractérisé en ce qu'il comprend des tubes en carbure de silicium fibreux électriquement conducteurs.
2. Elément de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des tubes fibreux individuels
présentant un alésage d'environ 10 à 20 microns et une épais-
seur de paroi comprise entre 3 et 6 microns.
3. Procédé pour fabriquer un élément de chauffage électrique poreux, perméable à du fluide, selon l'une des
revendications 1 et 2, ce procédé étant caractérisé en ce
qu'on forme un précurseur en carbone poreux et fibreux, on applique à ce précurseur un revêtement comprenant du carbure de silicium et un dope pour contribuer à rendre le revêtement électriquement conducteur, et l'on soumet le précurseur ainsi revêtu à un chauffage dans un environnement contenant de l'oxygène, à une température permettant d'enlever le carbone
fibreux par oxydation de ce carbone et d'effectuer une modi-
fication de la structure du revêtement afin de rendre ce revê-
tement électriquement conducteur.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le revêtement est produit par la décomposition, dans un plasma induit électriquement, d'un mélange comprenant un
gaz générateur du revêtement et un gaz contenant le dope.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gaz générateur du revêtement comprend un silane
et de l'éthylène, et en ce que le gaz contenant le dope com-
prend une phosphine et de l'argon.
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température de chauffage se situe entre 8000C et
10000C.
7. Elément de chauffage électrique, poreux, perméable
à du fluide, caractérisé en ce qu'il a été produit par le pro-
cédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6.
8. Application de l'élément poreux de chauffage élec-
trique selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 7 à un
dispositif de transmission de chaleur, comprenant un circuit destiné à contenir un fluide, un organe destiné à chauffer le fluide dans le circuit, et une surface faisant partie de ce circuit et destinée à être traversée par la chaleur dégagée par le fluide, application caractérisée en ce que l'organe de chauffage est ou comprend un élément (30,80) de chauffage électrique, en une matière poreuse perméable à du fluide,
monté en série avec au moins une partie du circuit (11).
9. Application selon la revendication 8, caractérisée en ce que la surface du circuit (11) destinée à la transmission
de la chaleur fait partie d'un instrument ou appareil (10) des-
tiné à travailler à chaud une matière plastique.
10. Application selon la revendication 9, caracté-
risée en ce que le dispositif de transmission de chaleur com-
porte un organe (13) destiné à refroidir le fluide et un appa-
reil (23) destiné à déceler la température de l'instrument (10) et à réguler l'organe (13) de refroidissement et l'élément de
chauffage (30,80) afin de réguler la température du fluide.
11. Application selon la revendication 3, caracté-
risée en ce que le dispositif de transmission de chaleur compor-
te des instruments (20,21) destinés à déceler la température du liquide qui entre dans l'instrument ou appareil (10) et qui en
sort, de façon à réguler la température de l'élément de chauf-
fage (30,80).
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