Installation électrique de chauffage à haute température. L'objet de l'invention est une installation électrique de chauffage à haute température au moyen de courants secondaires induits dans un court-circuit par un enroulement pri maire alimenté .de courants alternatifs ;.i haute fréquence.
Diverses formes de fours dans lesquels le chauffage est obtenu par des courants in duits de cette manière ont déjà été proposées. Parmi ces fours il y en a dans lequel un récipient dont l'air a été évacué est pourvu d'un bouclier tubulaire en graphite ou car bone, à l'intérieur duquel est placé un en roulement en graphite traversé par un cou rant alternatif: Un creuset ou autre objet < i chauffer est placé dans ce tube de graphite, hors de contact de l'enroulement, et la cha leur rayonnée de l'enroulement transmise au creuset.
Avec cet arrangement la chaleur engendrée par le passage du courant à tra vers l'enroulement est transmise en toutes directions et n'est pas nécessairement concen trée sur l'objet à chauffer et en outre 1e_ bou clier tubulaire, tout en retenant une partie de la chaleur et élevant par là considérable- ment la température sert, d'autre part, à dis siper la chaleur par rayonnement à un degré tel qu'il est impossible d'obtenir des tempé ratures vraiment très élevées.
Dans une autre forme de four à induc tion, l'enroulement secondaire .comprend un creuset métallique annulaire et son contenu, monté dans une auge annulaire en matière isolante réfractaire, disposée concentrique ment à l'intérieur d'un enroulement primaire à noyau de fer, semblable à un enroulement de transformateur, et alimenté de courants alternatifs, le tout étant renfermé dans une chambre dans laquelle on a fait le vide.
Avec cet arrangement, bien qu'il soit possible d'ob tenir une quantité de chaleur suffisante pour fondre aisément des quantités de fer, d'acier etc., relativement grandes, il est cependant tout à fait impossible d'obtenir des tempéra tures très élevées, à cause des grandes pertes dues à la chaleur absorbée et rayonnée par les masses de métal relativement grandes constituant le noyau de fer et les enroule ments secondaires et primaire et à la distance relativement grande entre ces derniers.
Dans un autre four à induction connu, la, substance à chauffer, constituant le secon daire du dispositif à induction, est placé dans un récipient dans lequel a été fait le vide et sur le pourtour duquel a été enroulé l'en roulement primaire alimenté de courants de haute fréquence.
Avec cette construction, malgré les hautes températures obtenues par l'emploi de courants de haute fréquence, le récipient-enveloppe limite l'accouplement in ductif et; les températures atteintes et dans certains cas il devient lui-même si chaud qu'il exige un refroidissement artificiel extérieur créant une limitation supplémentaire de la température obtenable. De plus, avec tous les fours à induction connus, il est impossible d'obtenir une transformation efficace de l'é nergie électrique en chaleur, parce qu'on ne pourrait y obtenir qu'un accouplement induc tif relativement lâche entre le primaire et le secondaire,
d'abord à cause du grand espace existant entre ces derniers et ensuite Ù, cause de la, proximité de masses en matière absor bant et dissipant de la chaleur. Par suite, les températures susceptibles d'être obtenues avec des courants de haute fréquence ont été limitées strictement jusqu'ici par le rappro chement de couplage inductif réalisable, alors qu'en sus la température, à laquelle le pri maire est amené par rayonnement de chaleur du secondaire, a, à son tour, limité à la fois le rapprochement du couplage qui peut être employé et la fréquence ainsi que le voltage de l'énergie électrique .qu'on peut faire tra verser au primaire ensuite de la décharge thermionique,
des courants court-circuités s'établissant entre les divers tours du pri maire lorsque ce dernier à atteint une cer taine température. Il n'a en effet pas été possible de produire avec les fours à. induc tion connus des températures pratiquement supérieures à 1500 C.
Suivant l'invention, le secondaire et le primaire alimenté de courants de haute fré quence sont disposés de façon à constituer un corps de -chauffage et à ce que l'accouple ment entre eux soit très serré afin d'obtenir un chauffage intense du secondaire. Le pri- maire peut consister en un simple fil héli coïdal à spires rapprochées et la substance à, chauffer peut être contenue dans ou être por tée par un corps conducteur de l'électricité formant le secondaire placé à l'intérieur du- dit fil hélicoïdal.
L'ensemble du primaire et du secondaire peut être disposé dans nu ré cipient à vide, ce récipient pouvant être assez grand pour que ses parois soient situées à une distance telle du primaire qu'elles se trouvent an delà du champ effectif du rayon nement de chaleur dudit primaire. De nette manière le récipient-enveloppe reste froid et cela pratiquement en tous temps, de sorte qu'il n'est jamais nécessaire de le refroidir artificiellement, vu qu'il est relativement simple d'y maintenir le vide, puisqu'aucun gaz ne peut diffuser à travers une substance telle que du verre à l'état froid. Lorsque le récipient est en verre, il est possible de suivre le fonctionnement de l'installation -de chauf fage.
Avec l'installation suivant l'invention, les courants secondaires sont d'une amplitude telle que tle la poudre d'uranium, de vana dium, de titane, de tungstène, de zirzonium et d'autres métaux rares et de leurs alliages peut être frittée et fondue en masses homo gènes cohérentes, généralement non poreuses, avec une faible dépense d'énergie.
Les métaux peuvent aussi être produits directement au moyen de leurs composés par réactions chimiques.
L'installation de chauffage peut aussi être employée pour expulser les gaz des mé taux et effectuer des réactions à température élevée. Il semble qu'antérieurement aucun traitement calorifique n'a, permis d'arriver à un dépôt métallique homogène, cohérent, de ces métaux rares et de leurs alliages.
Au dessin annexé, donné à titre d'exemple: Fig. 1 est un diagramme partiellement en coupe d'une forme d'exécution de l'installa tion de chauffage avec creuset permettant de l'alimenter par un courant électrique de haute fréquence convenable; Fig. 2 montre à, échelle agrandie le corps de chauffage représenté à la fig. 7.; Fig. 3 est une vue semblable d'une va riante;
Fig. 4 est une coupe transversale suivant les lignes IV-IV de la fig. 1, et Fi;. 5 est un diagramme, partiellement en coupe, d'une variante de détail.
Dans ces figures, 1 est le récipient-enve- loppe qui peut avoir la forme d'une poire et est établi de préférence en verre ou autre substance transparente. Ce récipient est pourvu d'un tube 2 qui peut être relié à 1111 dispositif pour produire un vide élevé, tel que, par exemple, une pompe de diffusion. L'ex trémité inférieure du récipient 1 est munie d'une ouverture 3 disposée pour recevoir un obturateur 4 y adapté d'une manière jointive et y retenu par de la cire, lors du fonctionne ment de l'installation.
Des fils métalliques 5 et 6 sont scellés dans l'obturateur 4 et ont leurs extrémités reliées à l'enroulement primaire 7 logé axiale- ment à l'intérieur du récipient J., ledit en roulement comprenant un fil métallique héli coïdal à spires rapprochées. Un support 8 en métal ou autre matière, indépendant des fils métalliques 5 et 6 et de l'enroulement 7, est aussi scellé .dans l'obturateur 4 et un creuset 9 est renfermé entièrement à l'intérieur de l'enroulement primaire 7 et s'en trouve à un très faible écartement. La substance<B>10</B> à chauffer est placée dans le creuset.
Le réci pient 1 est de forme et dimensions telles que ses parois se trouvent à une distance de l'en roulement 7 telle que les rayonnements de chaleur de ce dernier n'atteignent pas lesdites parois en quantités appréciables, lorsque le vide est maintenu dans 1. Il est à remarquer que les seules matières à l'intérieur du réci pient sont l'enroulement 7, le creuset 9 et son contenu et les supports.
Un moyen quelconque peut être employé pour fournir les courants de haute fréquence nécessaires. Le dispositif suivant est avan tageux. Un interrupteur 11 est formé par un récipient scellé 12, dans lequel on a fait le vide et clans le fond duquel est scellée une électrode en métal 13 reliée au fil 5 par le conducteur 14. Un second récipient 15 est placé au fond de l'interrupteur, l'espace 16 entre les deux récipients étant rempli de mer cure. Une électrode 17 est adaptée au fond du récipient 15 et un conducteur 1.8 la relie au conducteur 6. Un tube de verre 19 ou un autre isolant entoure la partie du fil mé tallique 18 qui n'est pas immergée dans le mercure 20 du récipient 15.
Cette construction assure une large sur face entre les deux corps de mercure 16 et 20 pour la décharge de l'étincelle et est effi cace pour la production .de courants de haute fréquence.
L'enroulement inducteur 7 en série avec une capacité 22 est relié en parallèle avec le circuit 5, 6, ledit circuit étant fermé par l'enroulement secondaire 23 d'un traDsfor- mateur 24 relié à une source convenable de courant alternatif de, par exemple, 110 volts et (10 périodes. Une source de courant con tinu peut être prévue dans le circuit avec des moyens 26, par exemple un interrupteur, pour permettre d'insérer ladite source de cou rant .dans le circuit ou de la mettre hors- circuit.
Au lieu du creuset pour tenir la subs tance 10 .à chauffer, comme on le voit aux fig. 1, 2 et 5, on peut utiliser un disque 27 comme montré à la fig. 3, ledit disque étant adapté au support 8. La substance 10 sous forme de disque ou de boule est placée sur ledit disque 27 et un autre disque 28 peut être placé par dessus si on le désire, mais cela n'est pas essentiel.
L'installation représentée à la fig: 5 est semblable à celle de la fig. 1 avec cette dif férence toutefois que les conducteurs d'ali mentation 5 et 6 de l'enroulement 7 sont fixés d'une façon permanente dans une extré inité du récipient, tandis que le creuset 9 est fixé à l'obturateur 4, adapté d'une manière amovible dans l'autre extrémité du récipient.
Voici comment on peut employer l'instal lation, par exemple pour fritter du tungs tène métallique.
De la poudre de tungstène, qui peut être obtenue de diverses manières, est comprimée dans un moule convenable à la forme désiré et l'aggloméré ainsi obtenu est placé soit dans le creuset 9, soit sur le disque 27 porté par l'obturateur 4 et placé dans le réci pient 1. L'obturateur est scellé solidement en place et on fait le vide dans le récipient 1 par le tube 2. On ferme l'interrupteur 26 pour obliger le courant continu à circuler à travers l'enroulement 9 pour clialiffer le creuset 9 ou le disque 27 par rayonnement.
Ceci provoque l'expulsion de tous gaz ren fermés dans la substance, de sorte qu'ils pourront être aspirés par le tube 2. L'inter rupteur 26 est ensuite ouvert pour couper le courant continu et le circuit du courant alter natif à haute fréquence est fermé sur le transformateur 23, 24. Du courant à haute fréquence circule à travers l'interrupteur 11 et l'enroulement primaire 7. De cette ma nière des courants de voltage et de fréquence relativement élevés sont fournis à l'enroule ment primaire 7. Des courants de 7000 volts et de 1.00,000 périodes ont été employés avec succès.
Les pulsations rapides de courant dans l'enroulement primaire 7 produisent par in duction lin chauffage intime du creuset 9 oit des disques 27 et 28 et de la substance 10, c ctte dernière et le creuset 9 ou les disques 27 ci; 28 formant le secondaire du circuit. Au bout de peu de temps, généralement après quelques minutes, le métal pulvérulent très réfractaire est fritté et forme un bouton mé tallique homogène, cohérent, de tungstène métallique qui peut être enlevé et être tra vaillé de toute manière.
Le chauffage est très rapide et intense, toute l'énergie du courant -de haute fréquence étant pratiquement concentrée sur la subs tance à, chauffer.
Bien que les courants de haute fréquence soient employés clans l'enroulement 7, dont les spires individuelles sons, très rapprochées l'une de l'autre, on ne constate aucune dé- charge électrique entre les spires adjacentes. L'énergie électrique circulant dans l'enroule ment est transformée d'une manière tellement complète en énergie calorifique dans le secon daire que l'enroulement primaire atteint rare ment, si jamais, une température supérieure a.11 rouge.
En prévoyant un récipient relativement grand, généralement en verre, tout chauffage indésirable dit récipient est évité de sorte qu'il reste toujours froid.
Puisque le réci pient reste froid, oit peut y maintenir le vide d'une manière relativement simple, puis qu'aucun gaz ne petit diffuser à travers du verre froid. Dans une installation de ce genre, la sul i,ance traitée sera ù une, tem pérature beaucoup plus élevée que l'enroule ment;
ît, travers lequel circule le courant pri maire, contraircnient à ce qui eut lieu dans des fours antérieur, dans lesquels la tein- péra.ture (le l'enroulement chauffeur ou dit récipient dans lequel fut exécuté le chaul.'- fage limitaient 1a1 température de la subs- tance chauffée.
L'installation convient à (les fins très variées. Elle petit, être. utilisée pour fritter oit fondre des métaux pour le traitement ca lorifique (les mét-iux en vue d'en éliminer les gaz, pour séparer clcs gaz des métaux en vue d'analyses chimiques, pour la production d'alliages pour lesquels des précautions doi vent être prises pour en éviter la souillure par des .impuretés, et pour effectuer des réac tions à haute température.
Le récipient renfermant le corps de chauf fage n'a pas besoin d'être nécessairement en verre, muais petit être établi en toute matière réfractaire convenable, de caractère métalli que oix non-niétallique, et l'enroulement 7 et le creuset 10 oie le disque 2 7 peuvent être supportés autrement que de la manière mon trée.
On a, décrit le chauffage préalable (le hi, substance par courant continu, mais il est évident que ce chauffage pourrait aussi être obtenu par du courant alternatif de basse fréquence circulant à travers l'enroulement 7 ou du courant alternatif circulant à travers un enroulement entourant le récipient 1 ou tout autre dispositif de chauffage préalable.