Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention concerne un four électrique à
haute fréquence.
On connait 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 inté-.
rieure, 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
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même matériau réfractaire tel que la silice, ce qui permet
d'atteindre au maximum une température de fonctionnement de
l'ordre de 1600. Lorsqu'on désire réaliser un four fonction-
nant 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 apparait 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 dis-
position 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 apparait 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 inté-
rieure et le fond de la rainure sont trop importants et ilen résulte une oxydation de l'induit au cours de la montée en
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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 super-
posés 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 subsis-
tant entre les surfaces en contact desdits éléments superposés,
caractérisé par le fait que ladite paroi tubulaire intérleure
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
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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 élec-
trique haute fréquence non représenté.
L'induit 31 est disposé à liintérieur 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
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.
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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 36i
- 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 du tube 40
et le fond de la rainure.
Les plaques 34 et 3S 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
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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 cetteenceinte 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 thermiquement 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, représenté 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 quel'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 ga~ 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
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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 crée 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 50kHz de manière qu'aucun courant ne soit
induit dans les pièces 48 et 49 en feutre de graphite. De
même, aucun coura~nt n'est crée 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 zone du tube 38 en regard de l'induit 31.
Cette élévation de température provoque une dilatation 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 cylin-
driques 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
~.,
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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 suffisam-
ment grandes pour provoquer des entrées d'air dans l'enceinte
et entralner 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 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 chauffage, c'est-à-dire dans le
volume intérieur du tube 38, au niveau de l'induit 31 une
température supérieure à 2200C.
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Le four décrit ci-dessus peut être appliqué au travail
du verre et en particulier à l'élaboration des fibres optiques.
Il peut être utllisé notamment pour chauffer localement un tube
de verre de 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 supérieure 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.
