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Coupe-circuits électriques.
Dates du dépôt des demandes en Grande-Bretagne:
La présente invention a trait à des coupe-circuits électriques dans lesquels l'élément fusible ordinaire est remplacé par une colonne de mercure ayant une section relativement faible et contenue dans un corps tubulaire en matière isolante. Lorsque la colonne de mercure est soumise à l'action d'un courant électrique présentant un ampérage anormal, la colonne est rompue, probablement par suite d'une vaporisation due à un effet thermique, et une partie du mercure est expulsée hors du tube, provoquant ainsi la rupture du circuit électrique à travers la colonne.
L'objet de la présente invention réside dans l'établissement de divers modes de réalisation perfectionnés et simplifiés de coupe-circuits du genre précité, lesquels deviennent efficaces, donnent toute confiance au cours de leur fonctionnement et comportent un dispositif simple et positif pour rétablir la continuité dans la colonne de mercure.
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Un coupe-circuit électrique réalisé conformément à la pré- sente invention comprend un tube isolant, en matière réfractaire, de préférence, des organes métalliques aux deux bouts du tube pour assurer le contact entre les extrémités d'une colonne de mercure contenue dans le tube précité et le circuit électrique extérieur qui doit être contrôlé par le coupe-circuit dont il s'agit, une chambre de trop-plein pour recevoir tout le mercure qui est chassé du tube après la rupture de la colonne de mercure à l'intérieur de ce tube, et un dispositif pour ramener à l'intérieur du tube la quantité de mercure ainsi chassée, et ce afin de rétablir la continuité du circuit électrique à travers la colonne de mercure.
Divers modes de réalisation de l'invention sont représentés, à titre d'exemples, sur les dessins ci-annexés, dans lesquels:
Les fig. 1 à 6 sont des coupes longitudinales des divers modes de réalisation de coupe-circuits établis conformément à la présente invention;
La fig.7 est une coupe transversale du coupe-circuit représenté sur la fig.l, coupe qui est faite suivant la ligne A-A de cette figure.
Les mêmes chiffres de référence désignent, sur les diverses figures des dessins, les mêmes organes.
En se reportant d'abord aux fig, 1 et 7, on voit que le coupe-circuit représenté comprend un tube isolant 1, en verre ou en matière céramique, par exemple ; tube est scellé, à son extrémité inférieure, dans un godet métallique 2, qui comporte une petite chambre 3 destinée à recevoir du mercure; cette chambre communique avec l'orifice 4 du tube qui, au moment de l'emploi pratique de l'appareil, est également rempli de mercure..
Sur la fig.l, cet orifice est représenté en étant légèrement élargi vers chacune de ses extrémités, tandis que sa partie centrale présente un section uniforme.
A l'extrémité supérieure du tube 1, se trouve un second
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godet métallique 5 dans lequel le tube est scellé d'une manière étanche à l'air, mais, dans ce cas, le godet est percé d'un passage grand ouvert 6 ayant une plus grande section que l'orifice du tube 1, cet orifice et le passage 6 étant, de préférence, concentriques et le passage précité formant chambre de trop-plein pour recevoir le mercure expulsé de l'orifice du tube 1.
Afin d'empêcher le mercure expulsé de retourner à l'intérieur de l'orifice du tube 1 sous l'action de la pesanteur, et ce dans le cas où ce coupe-circuit doit rester vertical, l'extrémité inférieure du godet 5 est pourvue d'une embase 7 présentant la section d'un tronc de c8ne dont le sommet est dirigé vers le haut, le passage 8 pour l'échappement du mercure provenant de l'orifice du tube 1 comprenant le sommet de ce cône.
Dans les godets 2 et 5, sont fixés des broches appropriées de contact, des fiches ou des organes analogues, tels que ceux qui sont représentés en 9 ; organes font saillie latéralement par rapport aux godets précités et servent à relier le coupe- circuit au circuit électrique extérieur.
Afin de ramener à l'intérieur de l'orifice 4 le mercure qui a été expulsé dans la chambre de trop plein 6, un piston 10, actionné à la main, est installé dans cette chambre 6 ; ce piston, est ménagée une uavité conique 11 pour s'emboîter exacte- ment sur l'embase conique 7 de la chambre 6, de telle sorte que, lorsque le piston est poussé complètement à l'intérieur du coupe-circuit, le vide existant dans la chambre de trop-plein se trouve entièrement rempli et le mercure expulsé est ainsi obligé de retourner à l'intérieur du tube 1.
A moins que le piston 10 ne vienne s'emboîter dans la chambre 6 avec une précision plus grande que cela n'est possible dans les conditions d'une réalisation commerciale, une certaine quantité de mercure force un passage entre le piston et la paroi de la chambre, lorsque ce mercure se trouve sous pression. A une courte distance au-dessus du sommet 8 du cône 7, sommet par
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lequel peut passer le mercure, une gorge annulaire 12 est pratiquée dans la paroi de la chambre 6; cette gorge, qui est recouverte par le piston lorsque ce dernier se déplace vers le bas à l'intérieur du coupe-circuit, agit comme une poche de mercure, d'où ce dernier est ramené dans la chambre de trop-plein par le premier déplacement vers le haut du piston.
Ce piston 10 peut être établi en un métal approprié ou en une substance non métallique, telle que la "bakelite", et est pourvu d'un prolongement ou tige 13 qui fait saillie à travers un orifice ménagé dans un capuchon ou bouchon amovible 14 du corps isolant 15, lequel entoure le piston et qui est coulé tout autour des éléments actifs du coupe-circuit.
La capacité de la chambre de trop-plein 6 et la quantité dont le piston 10 peut se déplacer vers le haut à l'intérieur de la chambre, aussi bien que la section transversale de la gorge annulaire 12 formant la poche pour recevoir le mercure, doivent être déterminées avec le plus grand soin suivant les différents ampérages des courants utilisés.
Dans le mode de réalisation de coupe-circuits pour ampérages plus importants, la partie supérieure de l'orifice de la chambre de trop-plein 6 est élargie, en 16 par exemple, afin de retenir toute quantité supplémentaire de mercure qui peut arriver au- dessus du piston et de la ramener à la partie inférieure de la chambre lorsque le piston est soulevé. Entre l'extrémité élargie 16 de la chambre 6 et l'extrémité inférieure du bouchon amovible de fermeture 14, il existe un espace 17 formant prolongement de la, chambre de trop-plein 6 et dans lequel fait saillie un manchon concentrique 18 fixé dans le capuchon 14. Ce manchon est disposé de façon à faire dévier toute particule de mercure qui peut s'infiltrer au-dessus de l'extrémité évasée 16 de la chambre 6 et à la ramener à l'intérieur de la chambre précitée.
Dans le cas où les coupe-circuits sont traversés par des courants à voltages élevés, un souffleur magnétique d'étincelles
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peut être utilisé pour empêcher toute formation d'un arc continu après la rupture de la colonne de mercure.
La fig. 7 montre que le carter moulé 15 est pourvu de nervures 19 à rayonnement de chaleur et d'une poignée appropriée
20.
L'orifice 4 du tube 1 et la chambre 3 à l'intérieur du godet inférieur 2 peuvent être aisément remplis de mercure en intro- duisant une quantité suffisante de ce mercure dans la chambre 6 .du godet supérieur 5 sous le piston 10 et en soulevant et en abaissant alternativement ce dernier, ce qui amène à faire la constatation suivante, à savoir que tout l'air emprisonné dans les espaces précités est rapidement déplacé par les opérations qui viennent d'être indiquées, parce qu'il est possible d'exercer sur le mercure une pression considérable.
Cependant, en ce qui concerne la réalisation du coupe-circuit dont il s'agit, on peut préférer relier la chambre supérieure 6 à une pompe à vide appropriée, et ce par un robinet à deux voies, lequel, dans une position, établit la communication entre la chambre et la pompe et, dans l'autre position, établit la communication entre la chambre et un bac à mercure. Ainsi qu'on le comprendra aisément, la pompe fonctionne d'abord pour chasser l'air de l'intérieur du coupe-circuit et on laisse ensuite le mercure s'écouler dans ce dernier pour remplir l'espace d'où l'air vient d'être chassé, et ce par des manoeuvres appropriées du robinet à deux voies précité.
Lorsqu'il est prêt à fonctionner, le coupe-circuit contient du mercure dans la chambre 3, l'orifice 4 et jusqu'au niveau du sommet du passage 8 dans le cône 7, une petite bulle de mercure étant laissée dans la gorge annulaire ménagée autour de ce passage, si on le désire, afin d'être assuré que l'orifice 4 est toujours complètement rempli chaque fois que la continuité de la colonne de mercure est rétablie en abaissant le piston 10.
Le fonctionnement du coupe-circuit est le suivant:
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Lorsque se produit une rupture de la colonne de mercure, rupture qui est due à un surchauffage par suite du passage d'un courant ayant un ampérage supérieur à celui pour lequel est prévu le coupe-circuit, les extrémités adjacentes de la colonne sont éloignées l'une de l'autre, la partie supérieure ou une partie de cette dernière étant chassée à l'extérieur du tube 1 en traversant le passage 8 pour se rendre dans la chambre de trop- plein 6. Le piston 10 se trouve alors déplacé vers l'extérieur de l'appareil, ce qui découvre la poche annulaire 12 du mercure et permet à toute particule de mercure contenue dans cette poche de retourner dans la chambre de trop-plein 6.
La liaison électrique existant entre les broches ou fiches 9 est ainsi coupée et le circuit électrique dans lequel est monté le coupe- circuit, est alors interrompu.
Lorsque l'on désire ramener en action le coupe-circuit, le piston 10 est repoussé à la main à l'intérieur de l'appareil, ce qui fait ainsi écouler le mercure de la chambre de trop-plein 6 à l'intérieur de l'orifice 4 du tube et reforme la colonne de mercure.
On comprend aisément que les parties métalliques qui sont' en contact avec le mercure sont constituées en un métal ou un alliage 'qui ne s'amalgame pas sous l'action du mercure, du duralumin, par exemple.
Une variante de réalisation du coupe-circuit représentée sur la fig.2 diffère de celle représentée sur la fig.l uniquement par le fait que le tube 1 est plus petit et a un orifice 4 présentant une section uniforme et que le godet inférieur 2 supporte, par son bord supérieur, un organe métallique 2a pourvu d'un raccord central 2b qui fait saillie vers le bas et dont l'orifice 2c communique avec l'orifice 4 du tube 1. Les autres parties du coupe-circuit correspondant à celles représentées sur la fig.l sont désignées par des chiffres de référence analogues.
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Le fonctionnement de ce genre de coupe-circuit est presque le même que celui représenté sur la fig.l, mais, en ce cas, une petite quantité d'air peut rester emprisonnée au-dessus du mercure dans le godet 2 tout autour du raccord 2b qui s'étend vers le bas pour pénétrer dans le mercure et assurer, avec ce dernier, une bonne liaison électrique.
Au moment de la rupture de la colonne de mercure, la partie inférieure de cette dernière est obligée de se déplacer légèrement vers le bas en raison de la compressibilité de l'air dans la chambre 2, ce qui assure une rupture rapide, et, aussitôt que cesse de s'exercer cette pression qui détermine la dépression précitée de la partie inférieure de la colonne de mercure, c'est-à-dire lorsque la partie supérieure de cette colonne a été poussée à l'extérieur de l'orifice 4, l'air comprimé oblige à nouveau la partie inférieure de la colonne à monter à l'intérieur de l'orifice 4.
Cette disposition facilite la remise rapide du coupe-circuit dans l'état de fonctionnement.
Sur les fig.3 et 4, sont représentés des coupe-circuits dont le piston est monté latéralement par rapport à la chambre de trop-plein proprement dite.
En se reportant à la fig.3, la disposition générale comprenant le godet inférieur 2, le tube 1 et le godet supérieur 5 est analogue à celle représentée sur les fig.l et 2, mais le godet supérieur 5 est modifié en raison du fait qu'il est fermé à son extrémité supérieure 5a et que son embase conique 7 à orifice central 8 est constituée sous forme d'un organe séparé.
Dans ce cas, toute particule de mercure qui est expulsée dans la chambre supérieure ou de trop-plein 6 peut s'écouler à l'extérieur de cette dernière en suivant un canal latéral 21 incliné vers le bas et communiquant avec une chambre supplé- mentaire 22 dans laquelle est disposé un piston 23 en matière isolante. L'extrémité inférieure du canal 21 débouche dans une gorge annulaire 21a ménagée dans la paroi de la chambre 6
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autour de l'extrémité inférieure du cône 7.
La chambre supplémentaire 22 est formée dans le bloc isolant 15 au moment où ce dernier est coulé autour des organes du coupe-circuit, et ce en utilisant un noyau affectant une forme appropriée; cette chambre 22 communique, à son extrémité inférieure, par un canal 24 à section tronconique, avec un orifice 25 traversant axialement un raccord 26 vissé dans la paroi du godet inférieur 2, de telle façon que l'orifice 25 débouche dans la chambre 3 qui reçoit du mercure et qui est ménagée dans le godet précité.
Sur l'extrémité inférieure du piston 23, est monté un prolongement tronconique 27 affectant une forme correspondant à celle du canal 24 et destiné à remplir ce canal lorsque le piston 23 est repoussé complètement à l'intérieur de l'appareil, position dans laquelle une gorge annulaire 28 pratiquée sur. la périphérie du piston se trouve en face de l'orifice d'échap- pement du canal 21 provenant de la chambre 6.
Comme dans les cas précédents, l'extrémité supérieure de la chambre 22 du piston est fermée par un bouchon 14 que traverse la tige 13 du piston et dans laquelle est fixé un manchon central 18 pour faire dévier les particules de mercure qui s'écoulent vers le haut, la partie supérieure de la chambre 22 étant évasée vers l'extérieur en 22a par exemple.
Au cours du fonctionnement, le piston 23 est repoussé complètement à l'intérieur de l'appareil et l'orifice 4 du tube 1 est entièrement rempli de mercure. Lorsque se produit une rupture de la colonne de mercure, la partie supérieure de cette colonne est expulsée à l'extérieur de l'orifice 4 et traverse l'orifice 8 pour se rendre dans la chambre 6, d'où elle s'écoule par le canal 21 dans la gorge 28 du piston. En même temps, la partie inférieure de la colonne s'abaisse et a pour effet de soulever le piston 23 dans la chambre 22.
Lorsque l'on désire rétablir le coupe-circuit, le piston
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23 est soulevé suffisamment pour permettre au mercure emprisonné dans la gorge 28 de s'écouler vers le bas dans la chambre 22 à moins que le piston n'ait déjà été déplacé de cette quantité suffisante au cours de l'opération de disjonction, après quoi ce piston est repoussé vers le bas pour obliger le mercure à s'écouler de la chambre 22 à travers les canaux 24 et 25 et la chambre 3 et à revenir à l'intérieur de l'orifice du tube 1.
La fig. 4 représente une variante de réalisation du coupe- circuit décrit précédemment, variante qui convient plus spéciale- ment à l'établissement de coupe-circuits pour ampérages élevés ; dans ce cas, les godets métalliques supérieur 2 et inférieur 5 et le tube 1 avec son orifice 4 sont disposés sensiblement suivant la manière représentée et décrite en se reportant à la fig.3.
Cependant, dans ce mode de réalisation, l'échappement conique du tube est remplacé par un organe annulaire 7a percé d'un passage central 8a affectant quelque peu la forme d'un venturi et établissant la communication entre l'orifice relativement large 4 du tube 1 et la chambre de trop-plein 6. En outre, le canal latéral de décharge provenant de cette chambre est constitué, dans ce cas, par un tube 29 en matière isolante débouchant dans la chambre supplémentaire 22 exactement au-dessus de la partie supérieure du piston 23 installé dans cette chambre, et ce lorsque ce piston occupe la position dans laquelle il est complètement repoussé à l'intérieur de l'appareil.
L'extrémité supérieure de la chambre 22 est évasée vers l'extérieur en 22a et est fermée par le bouchon ou couvercle 14, auquel est fixé le manchon de déviation 18 et qui est percé d'un orifice pour le passage de la tige 13 du piston 23. Cependant, l'extrémité inférieure de la chambre 22 comporte une embase 30 à section conique dont le sommet se trouve à la partie supérieure et dans lequel débouche un étroit conduit 31 ménagé dans le corps isolant 15 et communiquant, à son extrémité inférieure, avec un secônd conduit étroit 32; ce dernier est
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perpendiculaire au conduit 31 et est ménagé, en partie, dans le corps 15, et, en partie, dans la paroi du godet 2 et débouche-dans la chambre intérieure 3 de ce godet.
Suivant la description indiquée au sujet du piston 10 représenté sur la fig.l, l'extrémité inférieure du piston 23, lequel est constitué entièrement en une matière isolante, présente une cavité conique 33 afin de s'emboîter sur l'embase 30 de la chambre 22.
Le fonctionnement du coupe-circuit qui vient d'être décrit se comprend aisément sans nécessiter une description complémentaire.
En se reportant maintenant à la fig. 5, on voit que le mode général de réalisation du coupe-circuit représenté est comparable à celui de la fig.l, la seule différence-essentielle résidant dans le remplacement du piston 10 de la fig.l, par un diaphragme flexible 34.
Une modification dans l'établissement du coupe-circuit, modification qui résulte de la différence qui vient d'être indiquée, réside dans la suppression de la chambre cylindrique de trop-plein 6 de la fig.l et dans son remplacement par une chambre de trop-plein 6a dont la base est constituée par un diaphragme métallique creux 35 pourvu d'un raccord central conique 36 dont le sommet se trouve à la partie supérieure, le- dit diaphragme étant fixé au godet supérieur 5 par l'extrémité inférieure filetée du raccord précité.
Dans ce raccord 36, est ménagé un orifice axial 37 qui constitue comme le prolongement du conduit 37a pratiqué dans le godet 5 à la partie supérieure de l'orifice 4 du tube 1.
Le diaphragme flexible 34 est repoussé vers le haut en son centre pour former une dépression conique 38 destinée à s'emboîter sur le raccord 36 et est fixé à un bouton de contact 39 en matière isolante, bouton qui traverse un orifice ménagé dans le capuchon ou/bouchon 14, lequel est vissé dans le corps isolant 15 du coupe-circuit pour assujettir dans la position
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qu'il occupe le diaphragme 34.
Au cours du fonctionnement du coupe-circuit, le mercure expulsé de l'orifice 4 du tube 1 au moment de la rupture de la colonne de mercure, s'écoule par les conduits 37a et 37 dans la chambre de trop-plein 6a, dans laquelle il se rassemble autour du raccord 36.
Pour rétablir le coupe-circuit, le bouton de contact 39 est poussé vers le bas pour obliger le diaphragme flexible à ramener à l'intérieur de l'orifice 4 du tube 1 le mercure qui se trouve dans la chambre 6a.
La fig. 6 représente encore un autre mode de réalisation qui est absolument analogue à celui représenté sur la fig.l, mais qui en diffère par la forme du piston utilisé.
La tige 13 du piston est fixée dans un raccord supérieur 40 sur un corps creux sphérique 41 en caoutchouc, corps qui est pourvu d'un raccord inférieur 42 constituant le piston proprement dit et moulé en y ménageant une cavité 11 pour s'emboîter sur le c8ne 7 de l'embase du godet supérieur 5.
Le piston 42 et le corps sphérique 41 s'emboîtent étroitement contre les parois de la chambre de trop-plein 6, une poche annulaire 43 pour recevoir le mercure étant ménagée au point de jonction du raccord du piston 42 avec le corps 41.
Au cours du fonctionnement du coupe-circuit représenté sur la fig.6, le mercure expulsé hors de l'orifice 4 du tube 1 déplace vers le haut le piston et se rassemble autour du cône 7.
En repoussant vers le bas, au moyen de la tige 13, le piston afin de rétablir le coupe-circuit, le corps sphérique 41 est quel- que peu aplati de façon que sa paroi extérieure se trouve en contact étroit avec la paroi de la chambre 6 et évite toute fuite de mercure vers le haut au-dessus de la poche 43. Le mercure, qui s'est rassemblé autour du cône 7, est alors ramené à l'intérieur de l'orifice 4 du tube 1 pour rétablir la continuité du circuit électrique entre les godets 2 et 5 et, par suite, entre les fiches 9 engagées dans les godets précités.
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Il y a lieu de noter que, sur tous les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, le coupe-circuit est rendu aussi étanche à l'air que cela est possible dans la pratique de façon qu'il n'existe aucune possibilité de perte de mercure.
REVENDICATIONS.
1.- Coupe-circuit électrique comportant des contacts métalliques reliés électriquement par une colonne de mercure contenue dans l'orifice d'un tube en matière isolante et une chambre de trop-plein dans laquelle le mercure est expulsé hors de l'orifice précité au moment de la rupture de la colonne de mercure, rupture due au passage d'un courant d'un ampérage trop élevé, caractérisé par le fait que la chambre précitée est limitée, suivant une direction,
par une paroi mobile qui est susceptible de se déplacer dans un sens déterminé pour augmenter le volume de la chambre lorsque le mercure est expulsé dans cette dernière et qui peut être déplacée en sens contraire pour réduire le volume de cette chambre afin de ramener le mercure à l'intérieur de l'orifice du tube précité et de rétablir ainsi la continuité du circuit électrique à travers la colonne de mercure.