FR2818447A1 - Raccord electrique refroidi notamment pour courants forts et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
Ce raccord électrique comporte un faisceau de lames longitudinales (4), disposées parallèlement les unes aux autres, et au moins une boîte de refroidissement associée à une première extrémité du faisceau de lames (4) et comportant une entrée (13) et une sortie (13) pour un fluide caloporteur circulant dans cette boîte. Cette dernière est formée d'un empilement (5a, 5b) de plaques assemblées par brasage, lesquelles se composent des lames longitudinales (4) et d'entretoises (3) disposées alternativement, et sont découpées d'ajours (14, 15) disposés pour communiquer les uns avec les autres et former avec deux couvercles de fermeture (2) disposés à chaque extrémité de l'empilement (5a, 5b) une chambre étanche de circulation du fluide caloporteur.
Description
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L'invention se rapporte aux matériels électriques pour courants forts, et elle concerne plus particulièrement un raccord électrique refroidi, apte à rattraper, au montage, un éventuel décalage de l'un au moins des éléments à raccorder électriquement, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel raccord électrique.
Lorsque de fortes intensités de courant, de l'ordre de plusieurs milliers d'ampères, sont employées, ce qui est fréquent par exemple dans le domaine de l'électrochimie ou des fours à arcs, il est connu d'utiliser des raccords électriques comportant un faisceau de lames longitudinales et parallèles entre elles, et deux boîtes de refroidissement associées chacune à l'une des deux extrémités de ce faisceau. On trouvera dans le document FR-2 748 800 un exemple de réalisation d'une boîte de refroidissement. Ce document ne prévoit pas d'utiliser une telle boîte en conjonction avec un faisceau de lames.
L'une des faces de chaque boîte est destinée à s'appliquer sur l'un des éléments à raccorder. Aussi, le faisceau de lames, qui relie électriquement les boîtes de refroidissement entre elles, confère en outre au raccord électrique une certaine flexibilité permettant de légèrement déplacer dans une direction perpendiculaire aux lames, ou de légèrement pivoter, l'une des boîtes par rapport à l'autre.
Les lames du faisceau sont rapportées sur les boîtes, qui assurent notamment leur refroidissement. A cet effet, une extrémité de ce faisceau est soudée sur une face d'une boîte de refroidissement soit par le plat de la première ou de la dernière lame de ce faisceau, soit par l'un des bords d'extrémité de ces lames. Dans le deuxième cas, les lames s'étendent sensiblement à angle droit à partir d'une face de la boîte de refroidissement, à laquelle elles sont donc toutes directement associées. Pour parvenir à ce résultat, il faut donc utiliser un soudage de type TIG, coûteux. En contrepartie, le refroidissement des lames est amélioré.
C'est toutefois la capacité de refroidissement de ces lames qui, à l'heure actuelle, limite l'intensité du courant pouvant traverser ces raccords électriques sans les détério-
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rer. En effet, lorsque l'intensité du courant qui traverse les lames s'échauffant par effet joule est trop élevée, la capacité de refroidissement des boîtes est insuffisante pour maintenir ces lames à une température inférieure à la température de ramollissement, voire de fusion, du matériau qui constitue celles-ci.
Or, l'on souhaite augmenter la capacité, en termes d'intensité maximale admissible, de tels raccords électriques.
L'invention a donc pour but d'améliorer le refroidissement des lames constitutives de ces raccords.
A cet effet l'invention a pour objet un raccord électrique refroidi, comportant un faisceau de lames longitudinales, disposées parallèlement les unes aux autres, et au moins une boîte de refroidissement associée à une première extrémité du faisceau de lames et comportant une chambre étanche de circulation d'un fluide caloporteur, une entrée et une sortie en communication avec la chambre, caractérisé en ce que la boîte de refroidissement est formée d'un empilement de plaques assemblées par brasage, lesquelles comprennent les lames longitudinales et sont découpées d'ajours communiquant les uns avec les autres pour former la chambre étanche.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses de ce raccord électrique : les plaques comprennent des entretoises qui séparent chacune deux lames successives ;
- la chambre étanche est fermée par deux couvercles de fermeture disposés aux deux extrémités de l'empilement ; - une partie au moins des ajours a globalement la forme de fentes, les fentes d'une même plaque étant parallèles entre elles et croisant celles d'une plaque adjacente ; le raccord comporte au moins une pluralité d'ajours qui sont percés dans des plaques adjacentes et sont disposés dans le prolongement les uns des autres de manière à délimiter conjointement une colonne creuse formant un répartiteur/collecteur connecté à une entrée/sortie de la boîte de refroidissement ;
- la boîte de refroidissement comporte deux alésages d'entrée/sortie percés chacun dans l'un de ses deux côtés
- la chambre étanche est fermée par deux couvercles de fermeture disposés aux deux extrémités de l'empilement ; - une partie au moins des ajours a globalement la forme de fentes, les fentes d'une même plaque étant parallèles entre elles et croisant celles d'une plaque adjacente ; le raccord comporte au moins une pluralité d'ajours qui sont percés dans des plaques adjacentes et sont disposés dans le prolongement les uns des autres de manière à délimiter conjointement une colonne creuse formant un répartiteur/collecteur connecté à une entrée/sortie de la boîte de refroidissement ;
- la boîte de refroidissement comporte deux alésages d'entrée/sortie percés chacun dans l'un de ses deux côtés
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latéraux opposés, chaque alésage d'entrée/sortie étant muni d'un raccord hydraulique ; la partie intermédiaire du faisceau de lames comporte une zone d'élasticité comprenant deux portions cintrées, consécutives et dont les concavités respectives sont tournées vers deux directions opposées ; le raccord comporte une deuxième boîte de refroidissement située à une deuxième extrémité du faisceau de lames ; - entre les première et deuxième boîtes de refroidissement, chaque lame est pleine, c'est-à-dire dépourvue d'ajour ; - les lames, les entretoises et les couvercles de fermeture sont réalisés en aluminium ou en alliage d'alumi- nium ; - au moins une partie des plaques comporte une couche centrale et deux couches de surface séparées par cette couche centrale, les couches de surface étant réalisées en matériau de brasure.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un raccord électrique tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que sur au moins un premier couvercle de fermeture, on empile alternativement des lames longitudinales découpées d'ajours et disposées parallèlement entre elles, et des plaques ajourées formant entretoises, puis au moins un deuxième couvercle de fermeture, les plats des plaques formant entretoises et/ou des lames et/ou des couvercles de fermeture étant revêtues d'un matériau de brasure, et en ce que, dans un four de brasage, on brase sous vide l'empilement ainsi réalisé pour l'assembler en une seule opération.
Selon une caractéristique avantageuse de ce procédé, on dispose entre les lames, des entretoises additionnelles, et on retire ces entretoises additionnelles à l'issue du brasage au four de l'empilement.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue éclatée et en perspective
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d'un raccord électrique conforme à l'invention, en cours de réalisation ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une portion d'extrémité d'une grille constitutive du raccord électrique de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective représentant le raccord électrique de la figure 1 lorsqu'il est achevé ; et - la figure 4 est une vue partielle, en perspective, d'un assemblage de trois pièces ayant été artificiellement extrait du raccord électrique des figures 1 et 3.
Le raccord électrique représenté à la figure 1 est en cours de réalisation. Désigné par la référence générale 1, il est formé de deux empilements parallèles de plaques, parmi lesquelles on compte des couvercles de fermeture 2, au nombre de quatre dans l'exemple représenté, et, disposés alternativement, des grilles 3 formant entretoises et des lames longitudinales 4 parallèles entre elles, lesquelles sont communes aux deux empilements si bien qu'elles relient ceux-ci entre eux.
Ces deux empilements, référencés l'un 5a et l'autre Sb, sont placés respectivement à l'une et à l'autre extrémités des lames longitudinales 4, et sont chacun destinés à former une boîte de refroidissement. A cet effet, la frange périphérique de chaque grille 3 délimite un cadre 6 à l'intérieur duquel sont découpés des ajours. D'autres ajours, destinés à communiquer avec ceux des grilles 3 adjacentes, sont également découpés dans chaque lame 4, à l'intérieur de deux cadres 6 situés chacun à l'une des deux extrémités de celle-ci. Les couvercles de fermeture 2, chacun disposés à l'une des quatre extrémités des empilements 5a et 5b, et les cadres 6 reposant les uns sur les autres sont destinés à être associés pour former conjointement l'enveloppe des boîtes de refroidissement.
Dans leurs deux dimensions principales, les grilles 3 présentent une structure uniforme. Par souci de clarté, seule une portion d'extrémité d'une telle grille 3 est donc représentée, en coupe transversale, à la figure 2. Ainsi qu'on peut le voir sur cette dernière, les deux faces principales
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de chaque grille 3 sont toutes deux revêtues d'une couche 7 constituée d'un matériau de brasure qui, dans l'exemple représenté, est un alliage d'aluminium A14004. Toujours dans cet exemple, l'âme 8 de chacune des grilles 3 et les lames 4 sont respectivement réalisées en des alliages d'aluminium A13003 et Al1050. La structure des couvercles de fermeture 2 est assez similaire à celle des grilles 3. Toutefois, seule une de leurs faces principales est revêtue d'une couche 7 en matériau de brasure.
Une fois que les empilements Sa et 5b représentés à la figure 1 sont réalisés, l'ensemble est brasé sous vide, dans un four de brasage, en une seule opération. Avantageusement, des entretoises additionnelles, non représentées, sont placées entre les empilements Sa et 5b avant l'opération de brasage, puis retirées ensuite. Ces entretoises additionnelles ont pour but d'éviter que les portions intermédiaires des lames 4 se ramollissant dans le four ne viennent, sous l'action de leur propre poids, en contact les unes avec les autres.
A l'issue de l'opération de brasage, le couvercle de fermeture 2, les grilles 3 et les lames 4 sont assemblés. Il reste alors certaines étapes à réaliser avant de parvenir au raccord électrique 1 illustré à la figure 3. Dans la première d'entre elles, on cintre la portion médiane des lames 4 de manière à former une zone d'élasticité 9 comportant deux courbures 10 et 11 consécutives, dont les concavités respectives sont tournées vers deux directions opposées.
Ensuite, deux alésages non visibles, pour l'entrée et la sortie d'un fluide caloporteur de refroidissement, sont percés dans chacun des empilements Sa et 5b, qui forment alors respectivement une boîte de refroidissement 12a et une boîte de refroidissement 12b. Les deux alésages d'une même boîte 12a ou 12b sont ménagés chacun dans l'un des deux côtés latéraux de celle-ci. Chacun de ces alésages est pourvu d'un raccord hydraulique 13, et le raccord électrique 1 est achevé.
Comme on peut le voir à la figure 4 qui représente un assemblage d'une grille 3 et de deux portions d'extrémité de deux lames 4, les ajours se composent de fentes 14 et d'ouvertures triangulaires 15. Les fentes 14 de la grille 3
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sont parallèles entre elles, et croisent les fentes 14, également parallèle entre elles, des lames 4. Les ajours triangulaires 15 sont disposés latéralement, dans le prolongement les uns des autres de manière à délimiter conjointement deux colonnes creuses 17 formant chacune un répartiteur/collecteur, dans lequel débouche l'un des alésages d'entrée/sortie. En fonctionnement, le fluide caloporteur présent dans la boîte de refroidissement 12a ou 12b considérée se déplace de l'une vers l'autre des colonnes creuses 16 en empruntant les passages en chicane définis par le réseau de fentes 14 en communication les unes avec les autres. Cette structure permet d'obtenir un échange de chaleur performant entre le fluide caloporteur et la boîte de refroidissement 12a ou 12b.
Les éléments, non représentés, à raccorder électriquement, qui peuvent par exemple être une barre de connexion d'une part, et un composant de puissance à l'entrée d'un circuit d'alimentation d'autre part, sont serrés chacun sur l'une des deux boîtes de refroidissement 12a et 12b reliés électriquement par les lames 4. A cet effet, ils s'appliquent sur l'un des deux couvercles de fermeture (2). Les boîtes 12a et 12b refroidissent donc les lames 4, mais également les éléments raccordés.
Les essais qui ont été effectués ont démontré que les boîtes 12a et 12b offrent un meilleur refroidissement des lames 4 que les dispositifs antérieurs.
Les lames 4, qui s'étendent parallèlement les unes aux autres et à distance les unes des autres, confèrent une certaine élasticité au raccord électrique 1. Cette élasticité, qui est améliorée par la présence de la zone d'élasticité 9, autorise un léger déplacement dans une direction sensiblement perpendiculaire aux lames 4, ou une légère rotation, d'une extrémité du raccord électrique 1 par rapport à l'autre, ce qui permet de rattraper au montage des écarts dimensionnels de construction.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit précédemment.
En particulier, le raccord électrique peut comporter non pas deux mais une seule boîte de refroidissement 12a ou 12b,
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située à l'une de ses deux extrémités.
On peut également modifier la forme et le nombre des ajours sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (13)
1. Raccord électrique refroidi, comportant un faisceau de lames longitudinales (4), disposées parallèlement les unes aux autres, et au moins une boîte de refroidissement (12a, 12b) associée à une première extrémité du faisceau de lames (4) et comportant une chambre étanche de circulation d'un fluide caloporteur, une entrée (13) et une sortie (13) en communication avec la chambre, caractérisé en ce que la boîte de refroidissement (12a, 12b) est formée d'un empilement (5a, 5b) de plaques assemblées par brasage, lesquelles comprennent les lames longitudinales (4) et sont découpées d'ajours (14, 15) communiquant les uns avec les autres pour former la chambre étanche.
2. Raccord électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques comprennent des entretoises (3) qui séparent chacune deux lames (4) successives.
3. Raccord électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre étanche est fermée par deux couvercles de fermeture (2) disposés aux deux extrémités de
l'empilement (5a, 5b).
4. Raccord électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une partie au moins des ajours a globalement la forme de fentes (14), les fentes (14) d'une même plaque (3, 4) étant parallèles entre elles et croisant celles d'une plaque (3,4) adjacente.
5. Raccord électrique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pluralité d'ajours (15) qui sont percés dans des plaques (3,4) adjacentes et sont disposés dans le prolongement les uns des autres de manière à délimiter conjointement une colonne creuse (16) formant un répartiteur/collecteur connecté à une entrée/sortie (13) de la boîte de refroidissement (12a, 12b).
6. Raccord électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boîte de refroidissement (12a, 12b) comporte deux alésages d'entrée/sortie percés chacun dans l'un de ses deux côtés latéraux
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opposés, chaque alésage d'entrée/sortie étant muni d'un raccord hydraulique (13).
7. Raccord électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie intermédiaire du faisceau de lames (4) comporte une zone d'élasticité (9) comprenant deux portions cintrées (10, 11), consécutives et dont les concavités respectives sont tournées vers deux directions opposées.
8. Raccord électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième boîte de refroidissement (12a, 12b) située à une deuxième extrémité du faisceau de lames (4).
9. Raccord électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que, entre les première et deuxième boîtes de refroidissement (12a, 12b), chaque lame (4) est pleine.
10. Raccord électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lames (4), les entretoises (3) et les couvercles de fermeture (2) sont réalisés en aluminium ou en alliage d'aluminium.
11. Raccord électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie des plaques (3,4) comporte une couche centrale (8) et deux couches de surface (7) séparées par cette couche centrale (8), les couches de surface (7) étant réalisées en matériau de brasure.
12. Procédé de fabrication d'un raccord électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, sur au moins un premier couvercle de fermeture (2), on empile alternativement des lames longitudinales (4) découpées d'ajours (14,15) et disposées parallèlement entre elles, et des plaques ajourées (3) formant entretoises, puis au moins un deuxième couvercle de fermeture (2), les plats des plaques formant entretoises (3) et/ou des lames (4) et/ou des couvercles de fermeture (2) étant revêtues d'un matériau de brasure, et en ce que, dans un four de brasage, on brase sous vide l'empilement (5a, 5b) ainsi réalisé pour l'assembler en une seule opération.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce
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qu'on dispose entre les lames (4), des entretoises additionnelles, et en ce qu'on retire ces entretoises additionnelles à l'issue du brasage au four de l'empilement (5a, 5b).
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| WO2013043263A1 (fr) * | 2011-09-06 | 2013-03-28 | Vacuum Process Engineering, Inc. | Échangeur de chaleur produit à partir d'éléments laminaires |
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2000
- 2000-12-18 FR FR0016523A patent/FR2818447B1/fr not_active Expired - Fee Related
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