FR3096134A1 - Dispositif de mesure des hautes températures adapté à un environnement corrosif métallique et oxyde à l’état liquide - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de mesure de température pour la mesure de hautes températures dans un milieu corrosif, par exemple un bain constitué d’un mélange d’alliages métalliques et d’oxydes fondus à haute température, ledit dispositif comprenant :- un premier fil métallique ;- un deuxième fil métallique ;les premier et deuxième fils métalliques étant réunis en leurs premières extrémités par une première jonction adaptée pour être disposée dans le milieu dont la température est à mesurer ; les deuxièmes extrémités des premier et deuxième fils métalliques étant reliés à des moyens de mesure de la tension entre lesdits fils ; et- une gaine extérieure destinée à être en contact avec le milieu corrosif à mesurer et disposée autour de la première jonction et autour de tout ou partie des premier et deuxième fils métalliques, ladite gaine extérieure étant en nitrure de bore. Figure pour l’abrégé : Fig. 2
Description
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un dispositif de mesure de la température. Plus particulièrement, elle concerne un dispositif de mesure de température adapté pour mesurer des hautes températures dans un milieu corrosif, et plus particulièrement pour mesurer la température d’un bain corrosif constitué d’un mélange liquide ou semi-liquide d’alliages métalliques et d’oxydes fondus à haute température.
Etat de la technique
Dans le domaine nucléaire, ou plus largement dans d’autres domaines industriels, des procédés mettent en œuvre des produits corrosifs à l’état liquide ou semi-liquide et des hautes températures. Une mesure de la température au cours du procédé est généralement requise, voire indispensable dans certains domaines.
Comme exemples de produits corrosifs, certains alliages métalliques ou certains oxydes peuvent être extrêmement corrosifs vis-à-vis des solides les environnant, notamment s’ils sont surchauffés de 200 à 300°C par rapport à leur température de fusion ou de liquidus. Cela peut être le cas pour de l’acier surchauffé (typiquement à 1800°C).
Dans le domaine nucléaire et plus précisément de la sûreté nucléaire, un exemple de produit hautement corrosif est le « corium » surchauffé ou non. Le corium ou « cœur fondu » est un mélange d’alliages métalliques et d’oxydes fondus issu de la fusion à très haute température (pouvant atteindre 2300°C ou 2500°C voire 3000°C) du combustible nucléaire dans le cœur d’un réacteur nucléaire. La fusion du cœur peut survenir en cas d’accidents graves, comme cela a été le cas récemment à Fukushima-Daiichi (Japon). Lorsqu’on étudie les phénomènes pouvant survenir lors d’un accident grave de réacteur nucléaire, on étudie notamment le corium. Les études d’accidents graves nécessitent une connaissance de la température du corium, par conséquent au sein même du milieu hautement corrosif et extrêmement chaud. En outre, en cas d’accident grave dans un réacteur nucléaire, une instrumentation in-situ pourrait s’avérer profitable pour suivre l’évolution de la température et la progression du corium. Or les dispositifs de mesure de température classiques ne tiennent pas dans un tel environnement aussi agressif.
Afin de pouvoir mesurer la température du corium, et plus généralement d’un liquide (ou bain) constitué d’un mélange d’alliages métalliques et d’oxydes fondus à haute température, les solutions suivantes peuvent actuellement être mises en œuvre.
Une première solution est d’utiliser un dispositif de mesure sans contact, typiquement un pyromètre optique, c'est-à-dire de mettre en œuvre une méthode de mesure non-intrusive de la température du bain basée sur le rayonnement dudit bain. Un inconvénient d’une telle méthode est qu’on détecte seulement la température de surface du bain et qu’on ne mesure pas la température au sein du bain. En outre, cela nécessite de connaitre des propriétés spécifiques du métal et/ou de l’oxyde liquide, de leurs évolutions en fonction des conditions (de température notamment), comme l’émissivité. Enfin, le trajet optique entre la surface du bain et la tête de détection du pyromètre est rarement dégagé et peut être perturbé par des gaz, des particules dans des conditions d’accidents graves … C’est pourquoi les mesures par pyrométrie peuvent être accompagnées d’un système de balayage à air apte à nettoyer les optiques et à dégager le trajet optique quand cela est techniquement possible. A défaut, a fortiori dans les environnements corrosifs, la température mesurée par un pyromètre est souvent entachée d’erreurs difficiles à quantifier.
Une deuxième solution est d’utiliser un dispositif de mesure plongeant dans le bain, de type thermocouple connu. Cela permet d’obtenir une mesure intrusive, mais le dispositif utilisé est sacrifié dès lors qu’il est contact avec l’environnement corrosif et extrêmement chaud. Cela nécessite de disposer d’un nouveau dispositif à chaque mesure, ce qui entraîne un coût important, d’autant que les thermocouples mettent en œuvre des métaux nobles comme le platine, le rhodium et/ou le rhénium. Un autre inconvénient important est que le dispositif doit pouvoir délivrer une mesure de température fiable avant qu’il ne soit hors service, et qu’il n’est pas évident de garantir que la mesure délivrée est effectivement fiable. En outre, une telle solution permet seulement une mesure ponctuelle et ne permet pas de disposer d’une mesure en continu dans le temps.
D’autres solutions ont été développées pour tenter de répondre à ce besoin, et notamment pour renforcer un thermocouple.
Avant de décrire ces solutions, on rappelle ce qu’est un thermocouple en référence à la figure 1 qui schématise un thermocouple de l’état de la technique.
Le principe de mesure d’un thermocouple est basé sur l’effet Seebeck, qui se traduit par une différence de potentiel entre deux fils de métaux différents, lorsqu'ils sont soumis à une différence de température, et plus précisément sur les propriétés de certains alliages métalliques d’avoir des électrons libres de circuler de l’endroit le plus chaud vers l’endroit le plus froid. Cet effet permet de convertir une mesure de température en mesure électrique et inversement. Un thermocouple permet, en choisissant des alliages adaptés pour constituer les fils, des mesures précises, justes et reproductibles de la température dans des milieux non agressifs.
Un thermocouple 1 est un dispositif de mesure de la température constitué de deux fils métalliques différents (un premier fil 2 et un deuxième fil 3) réunis à leurs premières extrémités 2a, 3a par une première jonction JC qui peut être nommée « soudure chaude » ou « jonction chaude ». La jonction chaude est disposée dans le milieu dont on souhaite mesurer la température, désignée T1.
Les deux fils métalliques du thermocouple comportent également chacun une deuxième extrémité 2b, 3b reliée chacune à un voltmètre 7 par une deuxième jonction JF qui peut être nommée « jonction froide », « soudure froide » ou encore « jonction de référence » qui est à une température de référence, désignée T0.
Le signal de tension est mesuré par un appareil de type voltmètre ou convertisseur (conversion du signal en mV directement en température °C) entre les deuxièmes extrémités 2b, 3b des fils métalliques. La variation de tension entre les deux fils métalliques est proportionnelle à la variation de température entre la jonction chaude qui est à la température T1 et les deuxièmes extrémités des fils métalliques qui sont à la température de référence T0. En connaissant la température de référence T0 de la jonction froide et la tension entre les deuxièmes extrémités des fils métalliques, il est possible de déduire la température T1 de la jonction chaude.
La jonction froide JF et le voltmètre ou convertisseur 7 peuvent être reliés par un troisième fil métallique et un quatrième fil métallique formant un câble de compensation 4. Le câble de compensation est par exemple en cuivre, et il est généralement de nature différente des premier et second fils. En effet, la fonction du câble de compensation est essentiellement de conduire le courant (il n’a pas de fonction thermocouple). Il n’est donc pas nécessaire de prendre des fils onéreux comme le sont généralement les fils de thermocouple. Ceci est notamment intéressant lorsque la distance entre la jonction froide et le voltmètre ou le convertisseur est importante, cela permet d’économiser de la longueur de fils de thermocouple.
Les fils métalliques sont généralement isolés par un isolant 5, par exemple une poudre d’oxyde isolant électrique qui peut être contenue dans une enveloppe de protection métallique 6.
La partie du thermocouple en contact avec le milieu à mesurer comprend a minima la jonction chaude. La jonction chaude (ainsi que tout ou partie des fils métalliques) peut être comprise dans l’enveloppe de protection métallique 6 pour éviter un contact direct et une dégradation voire la destruction de la jonction chaude et/ou des fils métalliques. Si une telle protection peut s’avérer suffisante pour certains domaines de température et certains milieux, elle n’est généralement pas suffisante au-delà d’une température de 1500-1700°C. En outre, une telle protection est généralement adaptée soit pour des liquides oxydes, soit pour des liquides métalliques mais pas pour des mélanges de liquides métalliques et oxydes, comme illustré par les deux exemples de thermocouple renforcés présentés ci-après.
La demande de brevet FR2590980 vise à disposer d’un thermocouple qui soit à la fois stable à très haute température (la température visée est d’au moins 1100°C ou 1200°C) et résistant mécaniquement en atmosphère corrosive. Pour cela, elle divulgue un thermocouple comprenant deux fils métalliques (1, 2) de natures différentes. Les deux fils sont réunis à une extrémité pour former une jonction, les deux fils étant noyés dans un isolant minéral réfractaire (6), le tout étant enveloppé d'une gaine métallique de protection (3) qui est de même nature chimique que l’un des fils métalliques de manière à éviter une modification des composants du thermocouple à haute température. L’isolant peut être en magnésie, alumine ou silice. Si l’un des fils est en platine et l’autre en platine-rhodium, la gaine métallique est en platine ou en platine-rhodium qui sont résistants aux agents corrosifs. Si l’un des fils est en nickel-chrome-silicium et l’autre en nickel-silicium-magnésium, la gaine métallique peut être en l’un des deux alliages. Dans ce cas, pour assurer une meilleure résistance à la corrosion, une couche externe supplémentaire (4) est ajoutée, en un métal dont le coefficient de dilatation est adapté à celui de la gaine métallique, et dont les propriétés mécaniques sont adaptées pour résister à l'atmosphère corrosive, par exemple de l’inconel.
Il est indiqué que le thermocouple peut résister à des températures supérieures à 1200°C tout en résistant à la corrosion. Cependant, le platine fond à partir de 1770°C et les caractéristiques thermiques du platine rhodium dans l’air se dégradent à partir de 1700°C. Quant à l’inconel, sa température de fusion est de l’ordre de 1300°C. Le thermocouple de la demande de brevet FR2590980 n’est donc pas adapté pour résister à des températures supérieures à 1700°C en milieu corrosif. En outre, il n’est pas adapté pour résister à un mélange de liquides métalliques et oxydes.
La demande de brevet WO2008105966 vise à disposer d’un thermocouple pour des températures élevées et dans des environnements hostiles. Il divulgue un thermocouple qui comprend deux fils conducteurs dissemblables (12,14) chacun avec des températures de fusion élevées, par exemple l’un au molybdène dopé et l’autre au niobium à 1% de zirconium. Les deux fils sont réunis à une extrémité pour former une jonction (26). Chaque fil est introduit au sein d’un isolant (16, 22) via un passage (18, 20). Chaque isolant est typiquement du dioxyde de hafnium. Une cavité (23, 24) est formée dans chaque isolant pour accueillir la jonction. Une gaine métallique (28) entoure les isolants et forme l’enveloppe du thermocouple. Il peut y avoir un autre isolant (30) en alumine pour combler les espaces entre les isolants et la gaine métallique. Les isolants ne doivent pas réagir avec les fils ou la gaine métallique. La gaine est de préférence en niobium à 1% de zirconium comme un de fils.
La température visée par cette demande de brevet est entre 1100°C et 1700°C, soit en dessous de la température visée par l’invention. En outre, par environnement hostile, la demande de brevet WO2008105966 vise les flux de neutrons, et non les milieux corrosifs. Ceci étant dit, il est expliqué que le thermocouple est testé dans un four à 1200°C pendant 4000 heures, mais pas sous flux de neutrons, et en tout cas pas dans un bain corrosif.
L’invention vise à surmonter les inconvénients précités de l’art antérieur.
Plus précisément, l’invention vise à disposer d’un dispositif de mesure de la température qui puisse mesurer la température dans le temps au sein d’un milieu corrosif, tel un bain mixte d’alliages métalliques et d’oxydes à l’état liquide ou semi-liquide et à haute température, typiquement à des températures comprises supérieures à 1500°C, ou comprises entre 1500°C et 2300°C, voire comprises entre 1500°C et 2500°C.
L’invention concerne un dispositif de mesure de température pour la mesure de hautes températures dans un milieu corrosif, par exemple un bain constitué d’un mélange d’alliages métalliques et d’oxydes fondus à haute température, ledit dispositif comprenant :
- un premier fil métallique ;
- un deuxième fil métallique ;
les premier et deuxième fils métalliques étant réunis en leurs premières extrémités par une première jonction adaptée pour être disposée dans le milieu dont la température est à mesurer, les deuxièmes extrémités des premier et deuxième fils métalliques étant reliés à des moyens de mesure de la tension entre lesdits fils ; et
- une gaine extérieure destinée à être en contact avec le milieu corrosif à mesurer et disposée autour de la première jonction et autour de tout ou partie des premier et deuxième fils métalliques, ladite gaine extérieure étant en nitrure de bore.
- un premier fil métallique ;
- un deuxième fil métallique ;
les premier et deuxième fils métalliques étant réunis en leurs premières extrémités par une première jonction adaptée pour être disposée dans le milieu dont la température est à mesurer, les deuxièmes extrémités des premier et deuxième fils métalliques étant reliés à des moyens de mesure de la tension entre lesdits fils ; et
- une gaine extérieure destinée à être en contact avec le milieu corrosif à mesurer et disposée autour de la première jonction et autour de tout ou partie des premier et deuxième fils métalliques, ladite gaine extérieure étant en nitrure de bore.
Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième fils métalliques sont reliés à une deuxième jonction au niveau de leurs deuxièmes extrémités, ladite deuxième jonction étant adaptée pour être à une température de référence, la partie du dispositif s’étendant entre la première jonction et la deuxième jonction formant une première portion.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un connecteur et un premier câble de compensation reliant la deuxième jonction audit connecteur, la partie du dispositif s’étendant entre la deuxième jonction et le connecteur formant une deuxième portion.
Selon un mode de réalisation particulier, le premier câble de compensation est en un matériau différent des premier et second fils métalliques, par exemple en cuivre.
Selon un mode de réalisation, le premier fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 5 % de rhénium et le deuxième fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 26 % de rhénium.
Selon un autre mode de réalisation, le premier fil métallique est en tungstène et le deuxième fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 26 % de rhénium.
Selon un autre mode de réalisation, le premier fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 3 % de rhénium et le deuxième fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 25 % de rhénium.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un isolant apte à isoler entre eux les premier et deuxième fils métalliques.
Selon un mode de réalisation particulier, l’isolant est sous forme de poudre d’oxyde, par exemple une poudre de dioxyde d’hafnium.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une première enveloppe de protection métallique apte à entourer les premier et deuxième fils métalliques et la première jonction et étant disposée tout ou partie dans la gaine extérieure.
Selon un mode de réalisation particulier, la première enveloppe de protection métallique contient l’isolant.
Selon un mode de réalisation particulier, la première enveloppe de protection métallique est en molybdène.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une deuxième enveloppe de protection métallique disposée autour du premier câble de compensation et s’étendant le long de la deuxième portion.
Selon un mode de réalisation particulier, la deuxième enveloppe de protection métallique est en inconel.
Selon un mode de réalisation, la gaine extérieure s’étend jusqu’au connecteur.
Selon un mode de réalisation, la gaine extérieure est disposée autour de la deuxième enveloppe de protection métallique.
Sauf indication contraire, les modes de réalisation peuvent être combinés entre eux.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif, faite en regard des figures annexées parmi lesquelles
Description détaillée de l’invention
La figure 1 a été décrite plus avant et ne sera pas reprise ici.
La figure 2 représente un exemple de dispositif de mesure de la température selon l’invention.
Le dispositif 10 de mesure de la température comprend un premier fil métallique 20 et un deuxième fil métallique 30 réunis à leurs premières extrémités 20a, 30a par une première jonction ou jonction chaude J1. La jonction chaude J1 est destinée à être disposée dans le milieu dont on souhaite mesurer la température. Sa température est désignée T1.
Les premier et deuxième fils métalliques sont constitués de métaux différents choisis de manière à permettre l’effet Seebeck. Ils peuvent former un thermocouple de type C (ou W5) dans lequel le premier fil métallique est en tungstène-rhénium (5 %) et le deuxième fil métallique est en tungstène-rhénium (26 %). Alternativement, ils peuvent former un thermocouple de type G (ou W) dans lequel le premier fil métallique est en tungstène et le deuxième fil métallique est en tungstène-rhénium (26 %). Encore alternativement, ils peuvent former un thermocouple de type D (ou W3) dans lequel le premier fil métallique est en tungstène-rhénium (3 %) et le deuxième fil métallique est en tungstène-rhénium (25 %).
Les premier et deuxième fils métalliques comportent également chacun une deuxième extrémité 20b, 30b reliée chacune à une deuxième jonction ou jonction froide J2 qui est à une température de référence, désignée T2.
La jonction froide J2 est reliée à un connecteur 70 par un premier câble de compensation 40.
Le connecteur 70 est relié à un voltmètre ou un convertisseur 110. Un convertisseur est adapté pour convertir une tension directement en température.
Le premier câble de compensation 40 est par exemple en cuivre. Il est de préférence de nature différente des premier et second fils métalliques. En effet, la fonction du câble de compensation est essentiellement de conduire le courant et il n’est donc pas nécessaire de prendre des fils onéreux comme le sont généralement les premier et second fils métalliques. Cela permet d’économiser sur la longueur des premier et second fils métalliques.
La portion s’étendant entre la première jonction J1 et la deuxième jonction J2 peut être désignée par « première portion » 11 dans la suite de la présente description. De même, la portion s’étendant entre la deuxième jonction J2 et le connecteur 70 peut être désignée par « deuxième portion » 12.
Le signal de tension entre les premier et second fils métalliques 20, 30 est mesuré par un voltmètre ou convertisseur 110. La variation de tension entre lesdits fils métalliques est reliée par une fonction polynômiale connue à la variation de température entre la jonction chaude J1 qui est à la température T1 et les deuxièmes extrémités desdits fils métalliques qui sont au niveau de la jonction froide J2 à une température de référence T2. En connaissant la température de référence T2 de la jonction froide et la tension entre lesdits fils métalliques, il est possible de déduire la température T1 de la jonction chaude et donc du milieu à mesurer.
Les premier et deuxième fils métalliques sont généralement isolés entre eux par un isolant 50 dans la première portion du dispositif. L’isolant 50 est de préférence lui-même entouré par une première enveloppe de protection métallique 60. L’isolant est généralement sous forme de poudre oxyde contenue dans la première enveloppe de protection. L’isolant peut être une poudre de dioxyde d’hafnium.
Dans l’exemple représenté, la première enveloppe métallique s’étend depuis la première jonction J1 jusqu’à la deuxième jonction J2, c'est-à-dire le long de la première portion 11.
Le dispositif représenté comprend en outre une deuxième enveloppe de protection métallique 80 qui est disposée autour du premier câble de compensation 40 et qui s’étend entre la deuxième jonction J2 et le connecteur 70, c'est-à-dire le long de la deuxième portion 12.
La deuxième enveloppe de protection métallique 80 peut être en un matériau différent et moins onéreux que la première enveloppe de protection métallique 60. Par exemple, la première enveloppe disposée au plus près du milieu à mesurer peut être en un métal plus résistant à la température que la deuxième enveloppe. La première enveloppe peut être en un métal réfractaire, par exemple du molybdène. La deuxième enveloppe peut être en inconel, plus largement en un métal apte à résister à une atmosphère corrosive.
Comme indiqué plus avant, dans l’exemple illustré, le connecteur 70 est relié à un voltmètre ou connecteur 110 pour délivrer (et éventuellement enregistrer) la température mesurée, et ce par un second câble de compensation 90 qui peut également être en cuivre.
Le dispositif de mesure de température selon l’invention comprend en outre une gaine extérieure 100 destinée à être en contact avec le milieu à mesurer et destiné à protéger ledit dispositif. Une première extrémité de la gaine extérieure 100 est fermée et contient la première jonction J1 et tout ou partie de la première portion 11. Une seconde extrémité de la gaine extérieure peut comprendre un moyen d’ouverture/fermeture de manière à pouvoir accueillir tout ou partie des autres éléments du dispositif.
Selon l’invention, la gaine extérieure 100 est en nitrure de bore.
Dans l’exemple représenté, la gaine extérieure 100 entoure également la deuxième portion 12 jusqu’à être en contact avec le connecteur 70. Alternativement, elle peut s’étendre uniquement jusqu’à la deuxième jonction J2, ou entre la première jonction J1 et la deuxième jonction J2, ou encore entre la deuxième jonction J2 et le connecteur 70. Alternativement, la gaine extérieure peut également s’étendre au-delà du connecteur 70.
La figure 3 représente en détail un exemple de gaine extérieure 100 d’un dispositif de mesure de la température. Elle comprend un tube 101 en nitrure de bore et un système de solidarisation également en nitrure de bore 102, 103, 104 du tube 101 avec le connecteur 70. Le système de solidarisation comprend un écrou 104 apte à être solidarisé avec le connecteur 70 au niveau d’une première extrémité dudit écrou. En outre, l’écrou est apte à coopérer avec un bouchon 102 via un tube de guidage 103 au niveau d’une seconde extrémité dudit écrou. Le bouchon 102 est également apte à coopérer avec le tube 101 par un système de type baïonnette. Ainsi le tube 101 peut être aisément solidarisé et désolidarisé avec le bouchon 102 et donc avec le connecteur 70. Lorsqu’il est désolidarisé, il est ouvert de manière à accueillir un thermocouple tel que décrit précédemment. Lorsqu’il est solidarisé, il est fermé pour contenir de manière étanche les éléments sensibles d’un thermocouple. En cas de détérioration ou de contamination de la gaine extérieure 100, il est ainsi possible de la remplacer aisément sans avoir à changer tout le dispositif de mesure de température en préservant les composants les plus chers.
D’autres moyens pour solidariser et désolidariser le connecteur avec la gaine extérieure, ou pour ouvrir et fermer la gaine extérieure, peuvent être envisagés.
Une telle gaine extérieure amovible peut être adaptée à l’exemple de dispositif de mesure de température illustré ou aux variantes de dispositifs de mesure de la température présentés précédemment. Elle peut notamment être adaptée à un thermocouple du type connu de manière à protéger ce dernier.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation entrant dans la portée des revendications.
Un dispositif de mesure de température selon l’invention a été qualifié dans un bain mixte d’alliages métalliques et d’oxydes, et plus précisément dans une installation spécifique dédiée aux études sur les accidents graves de réacteurs nucléaires. L’installation est présentée en figure 4.
L’installation 200 est un dispositif de chauffage à très haute température par induction électromagnétique permettant d’atteindre des températures jusqu’à 2500°C en quelques minutes sous tout type d’atmosphère, réductrice, neutre ou oxydante. Elle permet notamment de porter à cette température un mélange d’alliages métalliques et d’oxydes pour former un bain corrosif liquide ou semi-liquide disposé dans un creuset 300 et dans lequel un dispositif 10 selon l’invention peut être introduit.
L’installation comprend une enceinte 210 et un système de déplacement 220 qui permet d’éloigner ou de rapprocher le dispositif de mesure de température 10 à qualifier. Le système de déplacement comprend une première partie 221 à l’extérieur de l’enceinte et une seconde partie 222 à l’intérieur de l’enceinte qui est connectée à la première partie par une jonction étanche 223 et qui peut être connectée avec le dispositif de mesure. La première partie 221 peut être actionnée pour déplacer la seconde partie 222 et ainsi déplacer le dispositif de mesure 10.
Par exemple, le dispositif de mesure de température à qualifier est initialement éloigné du bain par le système de déplacement jusqu’à ce que la température de liquidus du mélange soit atteinte et le mélange liquide corrosif stabilisé et homogène de manière à avoir un régime thermique établi, puis il est amené par ledit système de déplacement au-dessus du bain mixte puis est introduit dans ledit bain.
Les températures mesurées avec le dispositif de mesure de température ont été étalonnées au préalable sur des points caractéristiques comme la température de fusion de l’acier inoxydable 304L en couplant la mesure de température par le dispositif et une mesure optique. Afin de vérifier l’absence d’effet par le champ électromagnétique sur le dispositif de mesure de température, le chauffage par induction est coupé ponctuellement : aucun effet du champ électromagnétique sur le dispositif n’a été constaté.
Plus précisément, pour former le bain corrosif, un mélange homogène de poudre d’acier inoxydable 304L (Fe, Ni, Cr) et de poudre de zircone et d’alumine (ZrO2-Al2O3) a été réalisé dans un mortier. L’ensemble du mélange oxyde-métal a été mis dans un creuset 300, puis ce dernier a été placé dans l’enceinte 210 de l’installation 200. Le dispositif de l’invention 10 a été mis à l’intérieur de l’enceinte 210 de l’installation 200 en connexion avec le système de déplacement 220. Après tirage au vide d’une demi-heure, une surpression de 0,5 bar sous atmosphère neutre (Argon) a été employée. Une montée progressive en température a été ensuite appliquée en augmentant par palier la puissance du générateur d’induction. Lorsque la température de liquidus théorique à 2100°C (état liquide) du mélange acier inoxydable 304L-zircone alumine- a été atteinte et qu’un régime établi a été obtenu, le dispositif de l’invention 10 a été plongé dans le bain corrosif oxyde et métallique pendant 20 minutes, fournissant une mesure de température fiable et continu sans endommager ledit dispositif de mesure.
Les résultats sont présentés en figure 5 en trait continu, en comparaison avec une mesure obtenue par un pyromètre en pointillés. On voit qu’on peut ainsi mesurer une température au moins supérieure à 2100°C.
Le même dispositif de l’invention 10 a été ensuite qualifié à plus grande échelle (50 kg) et avec du corium prototypique -c’est-à-dire avec du combustible nucléaire- et de l’acier inoxydables sur une autre installation simulant des conditions accidents graves à 2000°C, avec des résultats similaires.
Le dispositif de mesure de température selon l’invention peut ainsi être utilisé pour mesurer des hautes températures dans un milieu corrosif, et plus particulièrement pour mesurer la température d’un bain corrosif constitué d’un mélange liquide ou semi-liquide d’alliages métalliques et d’oxydes fondus à haute température.
Le dispositif de mesure de température selon l’invention peut s’appliquer au domaine nucléaire, notamment mais pas exclusivement à l’étude des accidents graves, mais également à d’autres domaines industriels mettant en œuvre des bains fondus à très haute température et potentiellement corrosifs, tels que la sidérurgie, la métallurgie, la verrerie …
Claims (14)
- Dispositif de mesure de température pour la mesure de hautes températures dans un milieu corrosif, par exemple un bain constitué d’un mélange d’alliages métalliques et d’oxydes fondus à haute température, ledit dispositif comprenant :
- un premier fil métallique (20) ;
- un deuxième fil métallique (30) ;
les premier et deuxième fils métalliques étant réunis en leurs premières extrémités (20a, 30a) par une première jonction (J1) adaptée pour être disposée dans le milieu dont la température (T1) est à mesurer, les deuxièmes extrémités (20b, 30b) des premier et deuxième fils métalliques étant reliés à des moyens de mesure de la tension entre lesdits fils ; et
- une gaine extérieure (100) destinée à être en contact avec le milieu corrosif à mesurer et disposée autour de la première jonction (J1) et autour de tout ou partie des premier et deuxième fils métalliques (20, 30), ladite gaine extérieure étant en nitrure de bore. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les premier et deuxième fils métalliques (20, 30) sont reliés à une deuxième jonction (J2) au niveau de leurs deuxièmes extrémités (20b, 30b), ladite deuxième jonction étant adaptée pour être à une température de référence (T2), la partie du dispositif s’étendant entre la première jonction (J1) et la deuxième jonction (J2) formant une première portion (11).
- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu’il comprend en outre un connecteur (70) et un premier câble de compensation (40) reliant la deuxième jonction (J2) audit connecteur, la partie du dispositif s’étendant entre la deuxième jonction (J2) et le connecteur (70) formant une deuxième portion (12).
- Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le premier câble de compensation (40) est en un matériau différent des premier et second fils métalliques (20, 30), par exemple en cuivre.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le premier fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 5 % de rhénium et le deuxième fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 26 % de rhénium, ou en ce que le premier fil métallique est en tungstène et le deuxième fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 26 % de rhénium, ou en ce que le premier fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 3 % de rhénium et le deuxième fil métallique est un alliage tungstène-rhénium avec 25 % de rhénium.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend en outre un isolant (50) apte à isoler entre eux les premier et deuxième fils métalliques (20, 30).
- Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que l’isolant (50) est sous forme de poudre d’oxyde, par exemple une poudre de dioxyde d’hafnium.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend en outre une première enveloppe de protection métallique (60) apte à entourer les premier et deuxième fils métalliques (20, 30) et la première jonction (J1) et étant disposée tout ou partie dans la gaine extérieure (100).
- Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que la première enveloppe de protection métallique (60) contient l’isolant (50).
- Dispositif selon la revendication 8 ou la revendication 9 caractérisé en ce que la première enveloppe de protection métallique (60) est en molybdène.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 10 caractérisé en ce qu’il comprend en outre une deuxième enveloppe de protection métallique (80) disposée autour du premier câble de compensation (40) et s’étendant le long de la deuxième portion (12).
- Dispositif selon la revendication 11 caractérisé en ce que la deuxième enveloppe de protection métallique (80) est en inconel.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 3 caractérisé en ce que la gaine extérieure (100) s’étend jusqu’au connecteur (70).
- Dispositif selon la revendication 13 en combinaison avec l’une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que la gaine extérieure (100) est disposée autour de la deuxième enveloppe de protection métallique (80).
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