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" Perfectionnements apportés aux arcs électriques, notamment à ceux pour ]'éclairage ou la projection ".
L'invention est relative aux arcs électriques; et elle concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, parmi lesdits arcs, ceux pour l'éclairage ou la projection.
Les arcs électrique jusqu'ici utilisés pour l'é- clairage et la projeotion se classent en trois catégories:
1 Les arcs ordinaires, à électrodes en charbon presque pur, à flamme peu lumineuse, dont le cratère posi- tif sert de source lumineuse.
2 Les arcs à flamme à électrodes imprégnées de matières minérales, où la flarnme émet une quantité de lu- mière considérable et est utilisée comme source lumineuse.
3 Les arcs à haute intensité dont l'électrode po- sitive contient une mèche comprenant des matières spécia- les, souvent du fluorure de cérium. Aux faibles densités de courant,ces électrodes donnent un régime d'arc à flamme,
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mais aux fortes densitén (supérieure à 0,70 ampères par mm pour lesélectrodes de dimensions usuelles) il y a tendance à la sortie d'une flamme positive cherchant à repousser la flamme négative, et corrélative d'un gain important en éclat du cratère : sont les phénomènes connus sous le nom d'effet Beck, Malheureusement, ce régime d'arc est peu sta- ble et difficile à maintenir ;
on l'utilise dans certaines lampes à arc en le stabilisant par des procédés accessoires, dont les principaux consistent à incliner le charbon négatif sur l'axe du charbon positif, et à faire tourner sur lui... même ce même charbon positif.
La présente invention a pour but, surtout, de ren- dre lesdits arcs plus lumineux, plues stables, d'y créer le régime à haut éclat à des densités de courant moindres et d'y stabiliser des régimes à densités de courant plus éle- vées,
Elle consiste, principalement, à déterminer, dans la région de l'arc, un courant de matière gazeuse d'une na- ture quelconque.
Elle consiste, mise à part cette disposition prin- cipale, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après, notanment en une disposition supplémentai-¯ re, -- exclusivement relative, celle-ci, aux arcs à courant continu dans le sqeels des charbons se trouvent à proximité d'une pièce en matériau conducteur de l'électricité, consis- tant, ladite disposition, à porter la susdite pièce conctuc- à un potentiel tel que des arcs ne puissent éclater en tre les susdits charbons et la susdite pièce conductrice.
Elle vise plus particulièrement un certain mode d'application (celui où on l'applique aux arcs pour l'éclai- rage ou la projection), ainsi que certains modes de réalisa- tion (ceux qui seront indiqués ci-après), desdites disposi- tions ; et elle vise plus particulièrement encore, et ce à
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titre de produits industriels nouveaux, les arcs du genre en question comportant application de ces mêmes dispositions, les éléments et outils spéciaux propres, soit à leur établie- sement,soit à la transformation d'installations d'arcs déjà existants en d'autres répondant à l'invention, ainsi que les appareils, notamment les projecteurs, comportant de sembla- bles arcs.
Et elle pourra de toute façon, être bien comprise à l'aide du 'complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés,lesquels complément et dessins sont . bien entendu,, donnés surtout à titre d'indication,
Les fig, 1 et 2 de ces dessins montrent la physio- nomie de l'arc électrique respectivement dans le cas des lampes ordinaires et dans le cas des lampes connues, telles que celles de Sperry et Beck,
La fig, 3 montre la physionomie d'un arc compor- tant application de tout au moins partie des moyens faisant l'objet de l'invention.
La fig, 4 montre, en perspective cavalière schéma- tique avec parties arrachées, une installation d'arc établie suivant un mode de réalisation de l'invention.
Les fig. 5 et 6 montrent, respectivement en coupe suivant 5-5 fig. 6 et de face,une installation d'arc éta- blie suivant un autre mode de réalisation de l'invention.
Les fig. 7, 8, 9 et 10 montrent, en perspective, des électrodes établies conformément à certaines disposi- tions de l'invention,
La fig, 11 montre, en coupe schématique, un pro- jecteur comportant application de certaines dispositions de l'invention.
La fig, 12 montre, en coupe schématique, une ins- tallation d'arc comportant application de certaines des dis- positions de l'invention, La fig, 13, enfin, est un diagramme comparatif
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du régime ordinaire d'un arc et de son régime lorsque lui est fait application de l'invention.
On sait, d'une part,; qu'un arc ordinaire, sous une densité de courant assez forte, prend l'aspect caracté- @ ristique de la fig. 1, la flamme négative venant) lécher le cratère positif, et que, d'autre part, dans les lampes du genre de la lampe Sperry et de la lampe Beck (fig. 2), on a une flamme positive à émission intense (représentée en ha- chures).
Selon l'invention, et plus particulièrement selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réalisation de sesdiverses parties auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, à supposer que l'on veuille donner lieu à un arc électrique, on sty prend comme suitou de façon analogue.
On donne lieu, de n'importe quelle manière en soi connue, à un arc électrique entre deux électrodes, par exem- ple et dans le cas de courant continu, entre deux charbons, l'un positif a, ltautre négatif b, supportés respectivement par des porte-charbons c et d quelconques, par exemple et si on le juge utile, comportant des dispositifs (non représen- tés sur les dessins) pour assurer l'avance et la rotation desdits charbons, et on détermine, dans la région de l'arc, un cou- rant de matière gazeuse d'une nature quelconque,
On donne auditcourant de matière gazeuse une di- rection quelconque;
par exemple, avantageusement, et ainsi que représenté sur les dessins, on le produit parallèlement à l'anode et dirigé vers la cathode, selon la"direction in- diquée fig. 3 par les flèches, Dans le cas de charbons pour arcs à haute intensité, la flamme positive est alors rabat- tue vers le charbon négatif et prend une forme telle que cel- le de la partie hachurée de la fig. 3.
On donne lieu au courant de matière gazeuse,,soit
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par soufflage, soit par aspiration, ladite aspiration pou- vant, par exemple, dans le cas d'un arc en récipient clos tel que le boisseau.!. d'un projecteur (fig, 11), s'obtenir en utilisant une dépression provoquée en un point quelconque de l'enceintes, par un Moyen quelconque, (par exemple par l'appareil de ventilation f du projecteur) , un tuyau g, dont une extrémité communique avec une source extérieure de gaz, amenant ledit gaz vers l'arc,
On assure un débit de matière gazeuse variable dans chaque cas selon la nature de l'arc, des électrodes et de la matière gazeuse soufflée elle-même, Dans le cas des arcs à haute intensité, on assure un débit tel que la flamme posi- tive paraisse comme aspirée hors du cratère par le jet de gaz,
si le débit est trop faible,on constate que cet effet ne se produitpas, s'ilest trop fort , le courant gazeux peut aller jusqu'à éteindre l'arc, Il est très aisé de dé- terminer expérimentalement dans chaque cas le débit gazeux qui convient le mieux et assure une flamme positive bien formée\} non vacillante et silencieuse.
Ce débit optimum dé- pend évidemment.du mode de soufflage employé, Dans le cas de charbons de 13 mm de diamètre pour 115 ampères, le soufflage étant réalisé par trois petites tuyères d'une section totale de 10 mm2 où se détend de l'air comprimé initialement à deux atmosphères, qui naturellement produit un effet d'en- traînement considérable sur l'air extérieur, on a trouvé qu'il fallait dépenser environ six litres d'air comprimé à la minute, On peut évaluer, d'une façon générale, entre 5 et 1,000 litres par minute la quantité de gaz dont il faut as- surer la circulation autour de l'arc dans le cas d'arcs à haute intensité du modèle courant.
On constitue la matière gazeuse: soit par un gaz proprement dit, inerte, oxydant ou réducteur tel que: azote, oxygène, air, acide carbonique, hydrogène, acétylène* gaz industriels (gaz à l'eau., gaz d'é- @
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clairage, gaz de pétrole, gaz d'huile divers, gaz naturels provenant des puits de pétroles) etc., ou mélanges en pro- portion quelconque de tout au moins deux des susdits gaz,. soit par les produits gazeux de la vaporisation, de la volatilisation, de la sublimation ou de la décomposition de matières soit liquides (telles que : alcool, essence de pétrole, tous carburants, etc. ou mélanges en proportion quelconque de tout au moins deux des susdits liquides), soit solides(tellesque:
métaux, enduits métalliques), la gazéi- fication des susdites matières étant obtenue de n'importe quelle manière appropriée, par exemple par chauffage.
On a recours, pour amener la matière gazeusejus- que dans la région de l'arc, à des canalisations appropriées que l'on fait communiquer, soit et ainsi que représenté fig. 4, 5 et 6,avec un système de tuyères que l'on constitue,par exemple, ou bien par une seule tuyère, ou bien par des petites tuyères sépa- rées h (fig. 4) disposées régulièrement ou non autour du charbon positif a, ou bien par une tuyère annulaire unique i, ou bien encore de toute autre manière appropriée, soit avecdes canaux longitudinaux ménagés dans une desélectrodes, canaux que l'on constitue,par exemple, ou bien en entourant le charbon a d'un tube métallique 1 (fig.
7) aplati suivant certaines de ses génératrices, déterminant ainsi des conduits k, ou bien en ménageant dans le charbon a lui-même, aux environs de sa périphérie (fig. 8) ou bien, au contraire, le long de sa mèche (fig. 9) ou bien et dans le cas où l'on désirerait utiliser des ch@rbons comportant une écorce mince, dans sa mèche elle-même (fig. 10), des cavités longitudinales 1, ou bien encore de toute autre manière ap- propriée.
Dans certains cas, et lorsque la matière gazeuse que l'on désirera souffler sera constituée par des produits de vaporisation, de volatilisation, de sublimation ou de dé-
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composition de matières, on pourra disposer ces dernières, en quantité suffisante pour que la gazéification puisse produi- re un effet de soufflage, soit autour de l'électrode (de préférence dans un tube annulaire entourant le charbon et à peu près fermé à son extrémité la plus éloignée de l'arc) , soit dans les canaux mêmes présentés par les électrodes du genre de celles représentées sur les fig, 7, 8, 8 et 10, la chaleur développée soit par l'arc, soit par effet Joule dans le charbon lui-même., servant à produire la gazéification dé- sirée, On pourra,
par exemple et dans le cas où la matière gazeuse que l'on désirera souffler sera un produit de vapori- sation de liquide, amener ce liquide dans un tube m (fig.11) entourant l'électrode, la vapeur produite s'échappant avec force dans la direction désirée.
En suite de quoi,et dans tous les cas venant d'être envisagés, on obtient un arc présentant un régime pour lequel la flamme positive sort suivant l'axe de l'a- node et vient vers la cathode qu'elle peut coiffer complè- tement,si l'arc n'est pas trop long, On constate que le voltage croît énormément quand on augmente l'intensité de courant, ce qui, comme on le sait, réalise la stabilité électrique de l'arc et permet de le faire subsister avec une résistance en série d'autant plus faible, Ces phénomè- nes ressortent clairement du diagramme de la fig, 13 qui reproduit la relation existant entre le voltage aux bornes de l'arc (en ordonnée) et l'intensité observée (en abcisse) avec des charbons de 14 mm pour le positif et 11 mm pour le négatif, pour arc à haute intensité,
et pour une longueur d'arc constante. La courbe C se rapporte à l'arc habituel, la courbe D se rapporte au régime d'arc créé par soufflage de gaz.. la pente très accentuée de cette courbe est une des caractéristiques de ce régime d'arc, et exprime comme on sait la stabilité de cet arc.
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En même temps, l'arc présente aussi une sorte de stabilité physique caractérisée par sa résistance plus grande aux courants d'air, vibrations, champs magnétiques perturbateurs,qui n'arrivent que très difficilement à la couper. Si le soufflage du gaz est bien établi et si le courant est coupé pendant un instant très court pour une cause quelconque, l'arc se rallume de lui-même sans qu'il soit besoin de toucher aux charbons. On peut également le faire subsister avec une intensité très faible, ou sous une longueur très grande, On a ainsi produit des arcs de la cm sous 150 volts. On a pu passer d'un arc de 4 cm sous 150 amp. à un arc de 4 cm. et 8 amp. seulement.
Au point de vue optique, toute la flamme positive ainsi extraite du cratère a un éclat considérable et le cratère lui-même pré- sente un éclat voisin de celui du cratère d'une lampe Sperry par exemple, avec le double avantage que sous l'in- fluence du soufflage de gaz le régime à haut éclat de l'in- vention se produit à une densité de courant plus faible que celle employée dans le régime à haut éclat de la lampe sperry et que sous une densité de courant plus élevée le soufflage de gaz stabilise des régimes d'arc que la lampe Sperry ne pourrait pas réaliser.
Pour assurer au courant de matière gazeuse une bonne symétrie axiale (qu'il y a, en général, intérêt à réaliser) et pour ohtenir, avec une consommation de gaz aussi faible que possible, le régime d'arc désiré, on aura, selon l'invention, avantageusement recours, dans le cas où la matière gazeuse est amenée autour du charbon par des tuyères .indépendantes de ce dernier, à un tube n propre à canaliser le courant de matière gazeuse, tube de diamètre suffisant pour qu'il entoure le charbon et les tuyères et se prolongeant au besoin jusqu'au niveau de lare ou un peu au delà. Le tube n pourra être établi soit en matière réfractaire, soit en tonte autre matière conductrice ou non @
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conductrice.
Dans le cas des arcs à haute intensité, il est pratique d'adopter un tube métallique creux refroidi inté- rieurement par une circulation très intense de gaz ou de li- qui de , ou encore un simple tube de charbon, ce tube de char- bon est porté au rouge et brûle lentement: on peut ralentir et même empêcher sa combustion en le recouvrant d'un enduit protecteur et en particulier d'une mince couche de métal peu oxydable, ou encore en le refroidissant extérieurement par un jet de gaz approprié. On peut aussi employer un tube en métal réfractaire non refroidi comme le tungstène ou le mo lybdène, maisce moyen n'est pas pratique si l'arc éclate dans l'air.
Ces tubes protecteurs ont un effet accessoire im- portant dans le cas où l'on souffle un gaz inerte ou réduc- teur, car ils empêchent presque absolument l'air extérieur de venir oxyder la surface de l'électrode.
On sait que dans les lampes telles que les lampes
Sperry et Beck, on regarde comme indispensable d'éviter l'o- xydation à l'air de l'extrémité de l'électrode pour obtenir une bonne tenue de l'arc. Avec lesarcs caractéristiques de l'invention, il est inutile de prendre des précautions spé- ciales à ce sujet, Si l'on souffle sur l'arc un gaz inerte ou réducteur, ce gaz joue évidemment un rôle protecteur con- tre l'oxydation.
Il y a d'ailleurs lieu de noter que l'on aura., dans certains cas,, avantageusement recours à la disposition, en elle-même connue,consistant à entourer tout au moins le charbon positif a d'un tube o en quartz, en métal mince (assez mince pour pouvoir être refroidi par le courant de gaz) ou en toute autre matière propre à empêcher son oxydation.
Si l'on n'a pas recours à un tel tube , et plus particulière- ment dans le cas où l'on souffle de l'air ou un gaz oxydant , l'électrode brûle et s'amincit en forme de tronc de cône. Si l'on veut avoir un cratère de diamètre donné, il suffit a-
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lors d'employer un charbon de diamètre supérieur dans une proportion appropriée, ce qui n'offre d'ailleurs, mis à part le prix de revient du charbon, que des avantages au point de vue de l'amenée du courant à l'électrode.
Et, ou bien on se contente de procéder ainsi qu'il vient d'être dit, ou bien et mieux, et dans le cas drarcs à courant continu, dans lesquels les charbons se trouvent à proximité d'une pièce en matériau conducteur de l'élec- tricité, on a recours à des dispositions telles que la suivante et qui peuvent, le cas échéant, être utilisées isolément.
Selon ladite disposition, on agence de façon telle les connexions électriques de l'ensemble que la sus- dite pièce conductrice se trouve portée à un potentiel lui- . même tel que des arcs ne puissent éclater entre les susdits charbons et la susdite pièce conductrice, ce que l'on peut réaliser, entre autres manières avantageuses: soit, et ainsi que représenté fig. 4, en reliant la pièce conductrice (on a supposé ici que ladite pièce est le tube n canalisant le courant de matière gazeuse) au charbon négatif b par un conducteur comportant une résistance électrique g assez élevée, par exemple de-l'or- dre de 80 ohms.
Les gaz ionisés entre le tube net le char- bon positif a peuvent alors laisser passer dans le circuit qu'ils constituent avec le charbon négatif bet la résis- tance q, un léger courant d'une fraction d'ampère,; courant assez faible pour que le tube n soit juste à peu près au même potentiel que le charbon négatif b, les électrons émis par ce dernier n'ont plus alors aucune tendance à se diriger sur le tube; soit, et ainsi que représenté fig. 5 en reliant la pièee conductrice (ici encore le tube n) à un point quel- conque du circuit de l'arc, par exemple au charbon positif a au besoin à travers une source d'électricité accessoire
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et en réglant par une résistance r un arc très peu intense qu'on laisse éclater entre le charbon négatif b et le tube n.
Le soufflage de gaz empêche d'ailleurs, s'il est bien ré- glé, un tel arc de se fermer.
Comme il va de soi et comme il ressort d'ailleurs déjà de ce qui précède , l'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus par- ticulièrement été décrites; elle en embrasse., au contraire, toutesles variantes.