CH620289A5 - - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un four électrique à haute fréquence.
On connaît un four électrique comportant:
— un induit tubulaire disposé verticalement, réalisé en un matériau oxydable à haute température;
— une enceinte dans laquelle est disposé l'induit tubulaire, les parois de cette enceinte étant formées d'éléments superposés comportant une plaque inférieure horizontale, une paroi tubulaire extérieure et une paroi tubulaire intérieure, ces parois tubulaires étant sensiblement coaxiales et posées verticalement sur la plaque inférieure, ledit induit étant disposé coaxialement entre ces parois tubulaires, et une plaque supérieure posée horizontalement sur la paroi tubulaire extérieure, les plaques inférieure et supérieure étant munies chacune d'une ouverture pour introduire des objets à chauffer dans le volume intérieur de ladite paroi tubulaire intérieure;
— un enroulement inducteur disposé autour de la paroi tubulaire extérieure et des moyens pour faire passer dans cet enroulement un courant électrique haute fréquence, et
— des moyens pour faire pénétrer un gaz neutre dans ladite enceinte avec une pression suffisante pour que les gaz contenus dans cette enceinte puissent s'échapper par des espaces subsistant entre les surfaces en contact desdits éléments superposés.
Dans ce four, les espaces subsistant entre les éléments superposés doivent être de faible section pour éviter des entrées d'air dans l'enceinte pendant le fonctionnement. Pour cela, la plaque supérieure repose en pratique non seulement sur la paroi tubulaire extérieure, mais aussi sur la paroi tubulaire intérieure.
En général, les parois tubulaires extérieure et intérieure ainsi que la plaque supérieure sont réalisées en un même matériau réfractaire tel que la silice, ce qui permet d'atteindre au maximum une température de fonctionnement de l'ordre de 1600°C. Lorsqu'on désire réaliser un four fonctionnant à une température plus élevée, on réalise la paroi tubulaire intérieure en zircone ou en thorine par exemple. Etant donné leurs prix élevés, ces matériaux ne sont utilisés que pour la paroi intérieure, la paroi extérieure en silice étant protégée contre le rayonnement de l'induit par interposition d'un tube d'isolement thermique. Mais la zircone et la thorine ont un coefficient de dilatation relativement élevé et, au cours de la montée en température du four, il apparaît que la plaque supérieure posée sur la paroi intérieure se soulève par suite de la dilatation de cette paroi. Il en résulte alors entre la plaque supérieure et la paroi tubulaire extérieure un espace important provoquant des entrées d'air et par conséquent la détérioration rapide de l'induit qui est réalisé en un matériau oxydable tel que le graphite ou le tungstène.
Pour pallier cet inconvénient, on a proposé une disposition dans laquelle la partie supérieure de la paroi tubulaire intérieure s'engage dans une rainure ménagée dans la plaque supérieure, un intervalle axial étant prévu à la température ambiante entre l'extrémité du tube intérieur et le fond de la rainure, cet intervalle étant de dimension suffisante pour compenser la différence de dilatation entre la silice et la zircone. Mais il apparaît alors qu'il faut prévoir aussi un jeu radial entre l'extrémité de la paroi et la rainure pour tenir compte de la dilatation radiale de la paroi tubulaire intérieure. Dans ces conditions, les espaces radiaux et axiaux qu'il faut prévoir à la température ambiante entre la paroi intérieure et le fond de la rainure sont trop importants et il en
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résulte une oxydation de l'induit au cours de la montée en température du four.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de réaliser un four à haute fréquence capable de fonctionner à une température plus élevée.
La présente invention a pour objet un four à haute fréquence comprenant:
— un induit tubulaire disposé verticalement, réalisé en un matériau oxydable à haute température;
— une enceinte dans laquelle est disposé l'induit tubulaire, les parois de cette enceinte étant formées d'éléments superposés comportant une plaque inférieure horizontale, une paroi tubulaire extérieure et une paroi tubulaire intérieure, ces parois tubulaires étant sensiblement coaxiales et posées verticalement sur la plaque inférieure, ledit induit étant disposé coaxialement entre ces parois tubulaires et une plaque supérieure posée horizontalement sur la paroi tubulaire extérieure, les plaques inférieure et supérieure étant munies chacune d'une ouverture pour introduire des objets à chauffer dans le volume intérieur de ladite paroi tubulaire intérieure;
— un enroulement inducteur disposé autour de la paroi tubulaire extérieure et des moyens pour faire passer dans cet enroulement un courant électrique haute fréquence, et
— des moyens pour faire pénétrer un gaz neutre dans ladite enceinte avec une pression suffisante pour que les gaz contenus dans cette enceinte puissent s'échapper par des espaces subsistant entre les surfaces en contact desdits éléments superposés, caractérisé par le fait que ladite paroi tubulaire intérieure est formée
— d'un premier tube vertical constitué d'un premier matériau réfractaire et posé sur la plaque inférieure entre l'induit et les objets à chauffer,
— d'une rondelle posée horizontalement sur l'extrémité supérieure du premier tube, et
— d'un deuxième tube vertical posé sur la rondelle et dont l'extrémité supérieure s'engage dans une rainure ménagée dans la plaque supérieure de manière qu'un intervalle subsiste entre l'extrémité supérieure du deuxième tube et le fond de la rainure, le deuxième tube, la plaque supérieure et la paroi tubulaire extérieure étant constitués d'un deuxième matériau réfractaire dont le coefficient de dilatation est inférieur à celui du premier matériau réfractaire, la température maximale de fonctionnement du premier matériau réfractaire étant supérieure à celle du deuxième matériau réfractaire.
L'invention est décrite ci-dessous, à titre illustratif mais nullement limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel la figure unique représente un mode de réalisation du four selon l'invention.
Sur cette figure, un induit tubulaire 31 en graphite ou en tungstène est disposé verticalement. Sa surface cylindrique extérieure est entourée par un enroulement conducteur électrique 32 constitué d'un tube de cuivre dont les deux extrémités peuvent être connectées aux deux bornes d'un générateur électrique haute fréquence non représenté.
L'induit 31 est disposé à l'intérieur d'une enceinte 33 dont les parois sont formées d'éléments superposés. Ces parois comprennent une plaque inférieure horizontale constituée d'une plaque de silice 34 sur laquelle est posée une plaque de protection 35 constituée d'un matériau réfractaire dont la température maximale de fonctionnement est supérieure à celle de la silice. Ce matériau peut être par exemple l'alumine ou la zircone. Sur les bords de la plaque 34 est posée verticalement une paroi tubulaire extérieure 36 constituée d'un tube de silice disposé entre l'enroulement 32 et l'induit 31. Une plaque supérieure horizontale 37 en silice est posée sur l'extrémité supérieure de la paroi 36. Enfin l'enceinte 33 comporte une paroi tubulaire intérieure traversant le volume intérieur de l'induit 31 et s'étendant de la plaque 35 à la plaque 37, cette paroi intérieure, la paroi 36 et l'induit 31 étant sensiblement coaxiaux.
Selon une disposition de l'invention, la paroi tubulaire intérieure comprend les éléments suivants :
— un tube vertical 38 en zircone ou en thorine posé sur la plaque 35, traversant le volume intérieur de l'induit 31, l'extrémité supérieure du tube 38 étant située à un niveau inférieur à celui de la paroi tubulaire 36;
— une rondelle 39 en alumine ou en zircone, posée horizontalement sur l'extrémité supérieure du tube 38, et
— un autre tube vertical 40 posé sur la rondelle 39. Le tube 40 est réalisé en silice ou en un matériau réfractaire ayant un coefficient de dilatation voisin de celui de la silice. L'extrémité supérieure du tube 40 s'engage dans une rainure circulaire 41 ménagée dans la plaque 37, de manière qu'un intervalle 42 subsiste entre l'extrémité supérieure du tube 40 et le fond de la rainure.
Les plaques 34 et 35, d'une part, et la plaque 37, d'autre part, comportent respectivement deux ouvertures centrales 43 et 44 qui permettent d'introduire des objets à chauffer dans le volume intérieur du tube 38.
L'induit 31 est maintenu à l'intérieur de l'enceinte 33 par un support isolant posé sur la plaque 35. Ce support de forme tubulaire est réalisé de préférence avec le même matériau que l'induit et comporte alors plusieurs parties séparées les unes des autres. Dans le dispositif représenté, ce support est formé de trois parties dont deux (45 et 46) sont visibles sur la figure, les parties 45 et 46 étant espacées d'un intervalle 47.
A l'intérieur de l'enceinte 33 est disposé du feutre de graphite, notamment entre l'induit 31 et les éléments en silice de cette enceinte en regard de l'induit, c'est-à-dire la paroi 36, la plaque 37 et le tube 40. C'est ainsi qu'un tube cylindrique 48 en feutre de graphite est disposé entre l'induit 31 et la paroi 36 et qu'une rondelle 49 en feutre de graphite est posée horizontalement sur le tube 48 un peu en dessous de la rondelle 39 pour isoler thermique-ment l'induit 31 de la partie supérieure de l'enceinte 33. Il est possible aussi de disposer du feutre de graphite sous l'induit 31 autour du support 45-46.
Enfin les plaques inférieures 34 et 35 sont munies d'au moins une percée 50 afin de pouvoir introduire un gaz neutre dans l'enceinte 33. Ces plaques peuvent comporter, par exemple, deux percées symétriques par rapport à l'axe du four pour rendre plus homogène la circulation du gaz dans l'enceinte. La percée 50, représentée en traits interrompus sur la figure, débouche dans l'intervalle 47 entre les parties 45 et 46 du support de l'induit 31.
Le four décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante :
On fait pénétrer dans l'enceinte 33, par l'ouverture 50, un gaz neutre tel que l'argon ou l'azote, avec une pression suffisante pour qu'il en résulte dans l'enceinte une légère surpression, compte tenu des fuites de gaz à travers les espaces subsistant entre les surfaces en contact des éléments superposés, par exemple en 51 entre le tube 36 et la plaque 37. Au début, le gaz de l'enceinte est constitué d'un mélange d'air et d'argon, par exemple; mais, au bout d'un temps assez court, ce mélange est chassé et l'enceinte 33 contient une très forte proportion d'argon qui sort à faible débit à travers les espaces précités. L'entrée de gaz neutre par le bas de l'enceinte est préférable à l'entrée par le haut, car elle permet une élimination plus rapide de l'air contenu dans l'enceinte.
On connecte ensuite les extrémités de l'enroulement inducteur 32 aux bornes du générateur électrique haute fréquence et on fait circuler de l'eau dans le conducteur tubulaire 32 pour le refroidir. Le champ électrique créé par le courant circulant dans le conducteur 32 produit un courant électrique important dans l'induit 31 qui ne s'oxyde pas grâce à la présence de l'argon. La fréquence du courant inducteur est choisie entre 10 et 50 kHz de manière qu'aucun courant ne soit induit dans les pièces 48 et 49 en feutre de graphite. De même, aucun courant n'est créé dans le support de l'induit 31 grâce à l'existence des intervalles tels que 47 ménagés entre les parties de ce support.
Sous l'effet de l'énergie calorifique dégagée par l'induit 31, la température du tube 38 s'élève rapidement, notamment dans la
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zone du tube 38 en regard de l'induit 31. Cette élévation de température provoque une dilaration axiale du tube 38 beaucoup plus importante que celle de la paroi 36 en silice; sous l'effet de cette dilatation, le tube 40 est poussé vers le haut et pénètre plus profondément dans la rainure 41. Bien entendu, la longueur de l'intervalle 42 à la température ambiante a été choisie pour qu'à la température de fonctionnement du four, l'extrémité supérieure du tube 40 ne vienne pas porter sur le fond de la rainure 41. On évite ainsi le soulèvement de la plaque supérieure 37. Le jeu entre les surfaces cylindriques supérieures du tube 40 et la surface intérieure de la rainure 41 peut être choisi très faible au départ, pour éviter toute fuite exagérée de gaz. En effet, le tube 40 et la plaque 37 sont réalisés en un même matériau, la silice par exemple, dont le coefficient de dilatation est beaucoup plus faible que celui de la zircone ou de la thorine. Le tube 40 et la plaque 37 se dilatent relativement peu et dans les mêmes proportions. Le jeu dont il a été question plus haut reste faible à haute température et, de plus, la partie supérieure du tube 40 ne risque pas de se coincer dans la rainure 41 au cours de l'élévation de température du four.
Par conséquent, les espaces subsistant entre les surfaces en contact des éléments superposés de l'enceinte ne présentent à aucun moment, ni à la température ambiante ni aux températures de fonctionnement, des sections de passage suffisamment grandes pour provoquer des entrées d'air dans l'enceinte et entraîner la détérioration des pièces oxydables telles que l'induit 31, le support 45-46, le tube 48 et la rondelle 49.
Le tube 48 en feutre de graphite est un isolant thermique permettant de résister à des températures plus élevées que le tube 5 d'isolement thermique en alumine qui était prévu entre l'induit et la paroi extérieure du four dans le dispositif selon l'art antérieur cité. La rondelle 49 empêche toute perte de chaleur vers l'extrémité supérieure du four. Les pièces en feutre de graphite telles que 48 et 49 sont protégées de l'oxydation à haute température par la présence du gaz neutre dans l'enceinte 33.
Les températures maximales de fonctionnement de la zircone ou de la thorine constituant le tube 38 sont nettement plus élevées que celle de la silice. Il est donc possible d'obtenir dans la zone de 15 chauffage, c'est-à-dire dans le volume intérieur du tube 38, au niveau de l'induit 31, une température supérieure à 2200° C.
Le four décrit ci-dessus peut être appliqué au travail du verre et en particulier à l'élaboration des fibres optiques. Il peut être utilisé notamment pour chauffer localement un tube de verre de 20 longueur supérieure à la hauteur du four, pour effectuer un dépôt en phase vapeur par exemple. Dans ce cas, le diamètre intérieur du tube 40 est de préférence supérieur à celui du tube 38, pour éviter que le diamètre extérieur du tube de verre à chauffer ne soit limité par le diamètre de l'ouverture 44 de la plaque supérieure 37.
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1 feuille dessins
Claims (9)
1. Four électrique à haute fréquence comprenant :
— un induit tubulaire disposé verticalement, réalisé en un matériau oxydable à haute température;
— une enceinte dans laquelle est disposé l'induit tubulaire, les parois de cette enceinte étant formées d'éléments superposés comportant une plaque inférieure horizontale, une paroi tubulaire extérieure et une paroi tubulaire intérieure, ces parois tubulaires étant sensiblement coaxiales et posées verticalement sur la plaque inférieure, ledit induit étant disposé coaxialement entre ces parois tubulaires, et une plaque supérieure posée horizontalement sur la paroi tubulaire extérieure, les plaques inférieure et supérieure étant munies chacune d'une ouverture pour introduire des objets à chauffer dans le volume intérieur de ladite paroi tubulaire intérieure;
— un enroulement inducteur disposé autour de la paroi tubulaire extérieure et des moyens pour faire passer dans cet enroulement un courant électrique haute fréquence, et
— des moyens pour faire pénétrer un gaz neutre dans ladite enceinte avec une pression suffisante pour que les gaz contenus dans cette enceinte puissent s'échapper par des espaces subsistant entre les surfaces en contact desdits éléments superposés, caractérisé par le fait que ladite paroi tubulaire intérieure est formée
— d'un premier tube (38) vertical constitué d'un premier matériau réfractaire et posé sur la plaque inférieure (34-35) entre l'induit (31) et les objets à chauffer,
— d'une rondelle (39) posée horizontalement sur l'extrémité supérieure du premier tube (38), et
— d'un deuxième tube (40) vertical posé sur la rondelle (39) et dont l'extrémité supérieure s'engage dans une rainure (41) ménagée dans la plaque supérieure (37) de manière qu'un intervalle (42) subsiste entre l'extrémité supérieure du deuxième tube et le fond de la rainure, le deuxième tube (40), la plaque supérieure (37) et la paroi tubulaire extérieure (36) étant constitués d'un deuxième matériau réfractaire dont le coefficient de dilatation est inférieur à celui du premier matériau réfractaire, la température maximale de fonctionnement du premier matériau réfractaire étant supérieure à celle du deuxième matériau réfractaire.
2. Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte du feutre de graphite (48-49) disposé dans ladite enceinte (33) entre ledit induit (31), d'une part, et les éléments (36-37-40) de cette enceinte constitués dudit deuxième matériau réfractaire, d'autre part.
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REVENDICATIONS
3. Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le diamètre intérieur du deuxième tube (40) est supérieur au diamètre intérieur du premier tube (38).
4. Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la plaque inférieure (34-35) comporte au moins une percée (50) pour introduire le gaz neutre dans ladite enceinte.
5. Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un support (45-46) posé sur la plaque inférieure (34-35) pour soutenir ledit induit (31), ce support étant réalisé avec le même matériau que l'induit et comprenant plusieurs parties (45-46) séparées l'une de l'autre de manière à empêcher la circulation d'un courant induit dans ce support lorsqu'un courant électrique haute fréquence passe dans l'enroulement inducteur (32).
6. Four selon la revendication I, caractérisé par le fait que la plaque inférieure est formée d'une plaque (34) dudit deuxième matériau réfractaire, sur laquelle est posée une plaque (35) de protection constituée d'un matériau réfractaire dont la température maximale de fonctionnement est supérieure à celle du second matériau réfractaire.
7. Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier matériau réfractaire est choisi dans le groupe formé par la zircone et la thorine.
8. Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le second matériau réfractaire est la silice.
9. Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit matériau oxydable à haute température est choisi dans le groupe formé par le graphite et le tungstène.
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