Procédé de fabrication d'un ruban électrique chauffant, ruban électrique chauffant obtenu par ce procédé et installation pour la mise en aeuvre de ce procédé La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un ruban électrique chauffant, le ruban électrique chauffant obtenu par ce procédé et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Les rubans électriques chauffants sont bien con nus ; ils étaient jusqu'à présent formés principale ment d'éléments chauffants sous forme de fils métal liques fins.
Pour former un tel ruban, on disposait ces fils métalliques en zigzag transversalement dans une bande de support ou on pouvait aussi les faire passer longitudinalement plusieurs fois d'une extrémité à l'autre de la bande.
Cette disposition présente des difficultés parti culières du fait que le fil métallique fin employé possède une forte résistance électrique et que, si l'on veut développer un wattage suffisant par centimètre carré, on ne peut obtenir que des rubans relativement courts.
D'autre part, l'emploi de fils métalliques aussi fins rend l'élément chauffant très fragile, de sorte qu'il peut très facilement brûler, qu'il ne peut être soumis qu'à de très faibles surcharges et que le fil fin tend aussi à produire un chauffage irrégulier.
Le procédé selon la présente invention permet d'obtenir un ruban électrique chauffant qui ne pré sente pas les inconvénients susmentionnés.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on entraîne dans le sens de sa longueur un élément métallique de chauffage par résistance en forme de bande, et on applique sur cet élément, pendant qu'il est en mouvement, au moins une enveloppe en matière isolante de l'électricité. Le ruban électrique chauffant ainsi obtenu four nit un dégagement de chaleur pratiquement uniforme par centimètre carré de ruban. D'autre part, le ruban électrique chauffant ainsi obtenu peut présenter une longueur pratiquement illimitée sans qu'il en résulte une diminution quelconque de son efficacité ou de l'uniformité de ses caractéristiques de dégagement de chaleur.
Ce ruban électrique chauffant est extrême ment solide, capable de résister à des surcharges considérables et n'a pas tendance à brûler comme c'est le cas pour les rubans chauffants contenant des résistances, en fils métalliques fins. Il présente des caractéristiques calorifiques améliorées tout en ayant un prix de revient avantageux.
Enfin, ce ruban électrique chauffant est suscep tible d'être utilisé dans des endroits humides sans aucun danger de rétrécissement du ruban ou de mise à la terre accidentelle lorsqu'il est au contact d'un tuyau ou d'un organe similaire autour duquel il peut être enroulé ou avec lequel il peut être associé de quelque autre façon.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, plusieurs formes d'exécution du ruban électrique chauffant que comprend l'invention.
La fig. 1 est une vue partielle schématique mon trant la manière dont un ruban électrique chauffant peut être appliqué à un tuyau.
La fig. 2 montre, partiellement en coupe, une extrémité d'un ruban comprenant une borne reliée à l'élément chauffant et une enveloppe entourant cet élément.
La fig. 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la fig. 2. La fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 2, montrant la connexion de la borne à l'élé ment chauffant.
La fig. 5 est une vue partielle d'une variante dans laquelle l'élément chauffant est recouvert d'une enve loppe dont la couche extérieure est constituée par un tissu imprégné.
La fig. 6 est une vue analogue à la fig. 2 mais montrant une forme d'exécution dans laquelle la gaine du ruban consiste en une unique couche de tissu imprégné.
La fig. 7 est une vue montrant un ruban chauf fant comportant un fil de retour à l'intérieur de la gaine du ruban de façon que les deux connexions à l'élément chauffant du ruban puissent se faire à une seule de ses extrémités.
La fig. 8 est une vue en perspective du ruban de la fig. 7.
La fig. 9 est une vue en perspective montrant de façon schématique une installation destinée à produire automatiquement et de manière continue un ruban chauffant qui peut soit présenter une longueur illi mitée, soit être découpé en tronçons multiples de longueur déterminée.
La fig. 10 est une vue en perspective d'un ruban chauffant comportant un unique revêtement de matière plastique résistant aux hautes températures.
La fig. 11 est une vue en perspective analogue à.la fig. 9 montrant la manière dont peut être pro duite la forme d'exécution de la fig. 10, et la fig. 12 est une vue partielle montrant en coupe un ruban chauffant comprenant une gaine en matière textile renforcée par des fils métalliques.
En se référant plus en détail au dessin, la fig. 1 représente un tuyau 10 autour duquel est enroulé en spirale un ruban chauffant 12. Ce ruban reçoit du courant électrique et dégage une certaine quantité de chaleur de façon à maintenir le tuyau à une tem pérature déterminée à l'avance qui peut être néces saire par exemple pour certaines opérations chimi ques ou pour dégeler le tuyau s'il est gelé, ou encore pour préserver le tuyau du gel. Cette utilisation des rubans chauffants est d'ailleurs bien connue.
La construction du ruban chauffant représenté à la fig. 1 est illustrée dans les fig. 2, 3 et 4.
Tout d'abord, la partie du ruban constituant l'élément chauffant proprement dit se présente sous la forme d'une bande 14, par opposition aux fils métalliques relativement fins qui ont été employés jusqu'à présent dans les rubans chauffants de ce genre.
La confection de l'élément chauffant sous la forme d'une bande présente un certain nombre d'avantages en ce sens qu'elle permet de fabriquer le ruban dans une longueur beaucoup plus grande que jusqu'à présent et qu'elle permet d'autre part au ruban de s'adapter facilement à différents voltages ; cela permet également d'obtenir un ruban extrême ment solide, capable de résister à des surcharges considérables, et n'ayant qu'une tendance minime à brûler, ce qui constituait le défaut caractéristique des rubans construits de façon usuelle.
D'autre part, l'emploi d'une bande comme élé ment chauffant permet d'obtenir un dégagement de chaleur pratiquement uniforme sur toute la longueur et la largeur du ruban, de sorte que le tuyau ou tout autre organe avec lequel le ruban chauffant est asso cié peut être chauffé de façon uniforme en évitant les surchauffes locales qui peuvent être la cause d'ennuis et peuvent aussi en elles-mêmes faire brûler le ruban ou l'endommager.
La bande 14 est munie à chaque extrémité d'une borne 16 qui peut être fixée à la bande par des rivets 18. On peut utiliser n'importe quelle sorte de borne pour relier correctement la bande à une source d'énergie électrique.
Il est indispensable que la bande chauffante soit isolée et, à cet effet, on entoure cette bande d'une enveloppe 20 qui peut être constituée en fibres de verre ou de quartz résistant aux hautes températures et qui peut se présenter sous la forme d'une bande roulée, tricotée, tressée ou tissée, enroulée autour de la bande chauffante ou consister en une gaine tubulaire tricotée, tressée ou tissée.
Une gaine trico tée ou tressée a l'avantage de pouvoir s'élargir quel que peu si on la comprime par ses deux bouts, ce qui permet de l'enfiler plus facilement sur la bande chauffante, ou de tirer cette bande à travers la gaine, après quoi la gaine épouse étroitement la forme de la bande. Dans tous les cas, la gaine 20 constitue une couche isolante de l'électricité autour de l'élément chauffant, couche capable de résister aux tempéra tures auxquelles le ruban chauffant est appelé à fonc tionner.
Dans certains cas, il suffit de disposer une iso lation électrique autour de l'élément chauffant, mais dans bien d'autres cas il est préférable que le ruban chauffant comprenne en plus un revêtement extérieur imperméable à l'eau de façon qu'on puisse l'utiliser avec des tuyaux ou d'autres organes similaires qui peuvent être humides ou qui peuvent être placés dans des endroits où pour d'autres raisons il y a de l'humidité.
Dans le ruban chauffant des fig. 2, 3 et 4, on réalise ces conditions en, disposant à l'extérieur de la couche isolante de l'électricité 20 une couche de matière résistant à la chaleur 22, qui peut être cons tituée par un caoutchouc au silicone ou une matière plastique susceptible de résister aux températures auxquelles le ruban doit travailler, par exemple jus qu'à 260,1 C, cette matière étant en outre flexible.
Cette matière imperméable peut prendre la forme d'une gaine rapportée, comme dans les fig. 2, 3 et 4 ; elle peut aussi se présenter sous forme d'un manchon ou d'un tube flexible tissé ou tricoté et imprégné d'une substance imperméabilisante.
Cette forme d'exécution est illustrée dans la fig. 5, dans laquelle la gaine extérieure 22a est entièrement imprégnée d'une substance 24 flexible, imperméable à l'eau et résistant aux températures d'utilisation. Il est possible dans bien des cas d'interrompre la ou les enveloppes entourant la bande chauffante aux abords des extrémités du ruban et de fermer ces extrémités au moyen d'une pièce de tissu cousue à l'enveloppe ;
il est aussi possible de mouler autour des extrémités de la ou des enveloppes, de la bande chauffante et de la borne, un capuchon 26 qui sert à fermer les extrémités de l'enveloppe et à maintenir ladite enveloppe en place sur la bande chauffante, ce qui facilite les manipulations du ruban et empêche l'enveloppe de glisser le long de l'élément chauffant du ruban. La matière qui compose le capuchon moulé 26 n'a pas besoin d'être flexible, bien qu'elle puisse consister en un caoutchouc au silicone, mais elle doit être de nature à résister aux températures d'utilisation du ruban et à résister aux chocs et à l'abrasion.
La fig. 6 montre comment l'élément chauffant 30 qui est muni d'une borne 32 peut être enfermé dans une simple gaine 34 imprégnée d'une substance 36 flexible, résistant à la chaleur, imperméable à l'eau et isolant de l'électricité, telle qu'un caoutchouc nu silicone ou une autre substance similaire.
La gaine représentée dans la variante de la fig. 6 peut consister en un tube tressé, tricoté, ou tissé, imprégné comme mentionné ci-dessus ; elle peut aussi consister en un tube tissé ou tricoté, qui est recouvert d'une matière plastique résistant aux hautes tempé ratures. Les tubes de cette sorte sont de préférence aplatis au moment de la fabrication pour faciliter l'introduction de l'élément métallique chauffant.
On a trouvé également que la gaine de fibres de verre ou de quartz peut être formée directement autour de l'élément métallique chauffant par un des procédés connus employés pour tisser, tresser ou tricoter des gaines sur les fils métalliques ou éléments similaires. Dans ce cas les limitations de longueur du ruban chauffant, qui sont inévitables lorsque l'élé ment chauffant est introduit dans une gaine préparée à l'avance, n'existent plus et le ruban chauffant peut être fabriqué sans aucune difficulté d'une manière continue sur des longueurs de plusieurs centaines de mètres, la largeur étant de 8 cm par exemple.
Dans ce cas le revêtement ou l'imprégnation de la gaine peut être effectué soit en même temps que l'opéra tion consistant à placer la gaine autour de l'élément chauffant, soit dans une opération subséquente ; les deux méthodes d'imprégnation et de revêtement don nent d'excellents résultats.
Il y a d'autre part ici la possibilité d'utiliser l'élément chauffant lui-même pour effectuer tout traitement thermique auquel doit être soumis le revêtement ou la substance impré- gnante, ce qui permet de se passer de fours de séchage ou de vulcanisation ou d'appareils analogues et d'éviter les difficultés que présente le traitement thermique de finissage de rubans extrêmement longs.
Dans certains cas il peut être souhaitable d'avoir les deux connexions de l'élément chauffant disposées à la même extrémité du ruban et un tel agencement est représenté schématiquement dans les fig. 7 et 8.
Dans ces figures, l'élément chauffant 40 est muni d'une borne 42 à l'une de ses extrémités, tandis qu'à l'autre extrémité de l'élément est placé un fil métal lique de retour 44 qui revient en arrière à l'intérieur de la gaine ou dans un compartiment spécial faisant partie de ladite gaine, jusqu'à l'extrémité qui com porte la borne 42, et là ce fil de retour est connecté à une autre borne 46.
Avec l'agencement selon les fig. 7 et 8 il devient extrêmement simple de munir le ruban chauffant d'un prolongement portant une fiche de prise de courant, de sorte que le ruban chauffant peut être très facilement branché sur une source de courant électrique.
La fig. 9 représente schématiquement une instal lation destinée à produire automatiquement un ruban chauffant de longueur indéterminée. Dans. cette figure, la bande métallique chauffante 50 est extraite d'un rouleau au moyen d'une paire de cylindres d'ali mentation 52. Ces cylindres d'alimentation peuvent être munis d'un compteur 54 qui peut être utilisé pour commander automatiquement un couteau 56 destiné à couper la bande métallique à la longueur voulue. On peut aussi procéder au découpage de la bande métallique après que celle-ci a été revêtue de sa gaine.
Après avoir passé le poste de découpage 56, la bande passe à travers un poste de tressage 58 où un revêtement textile 60 lui est appliqué sous la forme d'une gaine tressée ou similaire. L'élément chauffant désormais revêtu passe ensuite dans un poste de revêtement ou d'imprégnation 62 où il est muni d'un revêtement imperméable à l'eau, comme il a été mentionné plus haut.
Ce revêtement peut être obtenu par aspersion ou immersion, ou encore il peut être appliqué au moyen de brosses ou de toute autre façon appropriée.
Ce revêtement 64 peut être ensuite séché en passant le ruban dans un poste de séchage 66 qui comporte des moyens quelconques susceptibles d'appliquer de la chaleur au revêtement de façon qu'il fasse prise et se stabilise définitivement. En opérant comme il vient d'être décrit, l'élément chauf fant en forme de bande peut être traité de manière continue et le produit final peut être coupé à la lon gueur désirée, aprés quoi les bornes peuvent être ajustées aux extrémités du ruban chauffant et l'article est ainsi prêt à l'usage.
Dans certains cas il est possible de supprimer l'enveloppe tressée. Ceci peut être le cas lorsque l'élément chauffant n'est pas soumis à une forte abrasion ou lorsque la température d'utilisation de l'élément chauffant est relativement peu élevée.
Dans un cas pareil, l'élément chauffant 70 en forme de bande (fig. 10 et 11) peut être tiré d'un rouleau et passer directement dans un poste de revêtement 72 où il est revêtu d'une couche 74 qui sera ensuite séchée dans un poste de séchage 76. Dans bien des cas, il est avantageux d'avoir une enveloppe tressée, mais l'élément chauffant peut aussi être revêtu uni quement d'une couche protectrice 74.
Le ruban chauffant de la fig. 10 est précisément obtenu en appliquant directement une couche de revêtement sur l'élément chauffant et la fig. 11 repré sente schématiquement une installation destinée à effectuer le revêtement direct de l'élément chauffant.
Le revêtement du ruban chauffant représenté dans la fig. 10 peut être constitué en une matière plastique résistant aux hautes températures, telle qu'un caoutchouc au silicone et une telle matière forme à elle seule un revêtement adéquat de l'élé ment chauffant pour les cas où la température de l'élément chauffant demeure relativement peu élevée lors de son utilisation, par exemple au-dessous de 2600 C ;
toutefois la matière de revêtement peut être additionnée de particules ou de brins de verre, de quartz ou d'amiante résistant aux hautes tempé ratures, ou de matières synthétiques présentant de telles propriétés. Ces particules sont destinées à accroître la résistance du revêtement à l'abrasion et à l'usure sans en diminuer les propriétés imperméa- bilisantes.
La variante de la fig. 12 comporte un élément chauffant en forme de bande 80 qui est muni d'un revêtement textile 82 d'une nature spéciale en ce sens que les fils individuels 84 qui composent le revê tement sont eux-mêmes renforcés individuellement par des fils métalliques 86.
Ces fils métalliques de renforcement sont très minces, généralement de quel ques millimètres d'épaisseur, de sorte qu'ils sont extrêmement flexibles, qu'ils résistent à la corrosion et aux températures élevées. Les fils métalliques 86 peuvent être avantageusement faits en acier inoxy dable ou en un des alliages connus sous les dénomi- nations Inconel , Nichrome , ou Kanthal (marques déposées).
En ce qui concerne la partie fibreuse des fils 84 on peut utiliser des fibres résistant aux hautes tem pératures telles que celles d'amiante, de quartz ou de matière synthétique. Le renforcement interne des fils 84 par des fils métalliques 86 présente l'avantage de permettre de faire fonctionner l'élément chauffant à des températures très élevées, bien au-dessus de 540o C et même jusqu'à 11000 C et au-dessus, sans que le revêtement fibreux se désagrège.
La plupart des fibres résistant aux températures élevées que l'on utilise tendent à s'émietter aux températures extrê mement élevées et, si elles ne sont pas renforcées, la couche isolante autour de l'élément chauffant se détériore facilement.
On a trouvé, toutefois, que les fils métalliques de renforcement lient ensemble les fibres isolantes de sorte qu'elles ne peuvent plus tom ber en miettes et se déplacer de leur position nor male ; ainsi le revêtement est pratiquement lié à l'élé ment chauffant. En même temps, le revêtement offre une isolation adéquate autour des fils métalliques 86, de sorte que ces derniers ne touchent pas l'élément chauffant, ce qui pourrait donner naissance à des étincelles ou troubler les caractéristiques d'uniformité de chauffage de l'élément chauffant.
L'agencement selon la fig. 12 n'est généralement employé qu'avec un seul revêtement fibreux renforcé de fils métalliques disposés autour de l'élément chauf fant, mais il est aussi possible de combiner ce revê tement avec l'un quelconque des autres revêtements décrits et représentés.
II ne convient pas d'ordinaire d'utiliser le revêtement renforcé par des fils métalli ques avec des matières plastiques connues jusqu'à présent pour obtenir un produit imperméable à l'eau, car les limitations de température imposées par ces matières plastiques rendent superflu l'emploi du revê tement renforcé de fils métalliques.
On pourrait tou tefois prévoir un revêtement isolant de matière textile autour de l'élément chauffant avec un revêtement fibreux renforcé par des fils métalliques à l'extérieur du premier ; dans un tel cas le revêtement renforcé métalliquement servirait de support aux deux couches isolantes.
Dans toutes les variantes décrites ci-dessus, l'avantage réside dans l'obtention d'un ruban chauf fant extrêmement solide et robuste, caractérisé par un dégagement de chaleur pratiquement uniforme sur toute .sa surface, par le fait qu'il est imperméable à l'eau et qu'on peut le fabriquer de façon simple et directement en grandes longueurs et en fortes lar geurs sans rencontrer les difficultés qui sont inévita bles lorsqu'on construit des rubans chauffants du même genre, comme on l'a fait jusqu'à présent, au moyen de fils de résistance relativement fins.