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Ronald Job ELSOME- JONES PERFECTIONNEMENTS AUX RECTIFICATEURS ELECTRIQUES A SURFACES SECHES POUR COURANT ALTERNATIF.
L'invention se rapporte à des rectificateurs électriques à surfaces sèches pour courants alternatifs.
On a trouvé que les couples asymétriques d'éléments, jusqu'ici proposés comme rectificateurs, ont une durée considérablement réduite en raison de l'action destructive électro-chimique qui se produit entre les électrodes de ces couples. La présente invention a principalement pour but d'éviter cette action destructive entre les faces juxtaposées de l'anode et de la cathode, obtenant ainsi un rectificateur présentant des caractéristiques rectificatrices uniformes pendant une période d'emploi considérablement prolongée.
Le but de l'invention est aussi de prévoir un rectificateur à surfaces séches qui puisse être obtenu à un prix de revient réduit, tout en présentant
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pour les courants des propriétés conductrices pratiquement unidirectionnelles, de manière à offrir une perte minimum aux courants alternatifs et une résistance faible au courant continu. Le rectificateur construit suivant cette invention doit être aussi suffisamment robuste pour résister à une forte surcharge.
Le rectificateur à surfaces sèches pour courants alternatifs, décrit ici, comprend un couple asymétrique d'éléments pourvu d'une couche intermédiaire relativement inerte de dérivés métalliques séparant physiquement les faces juxtaposées des électrodes du couple. La couche intermédiaire est composée de dérivés qui sont normalement non conducteurs, et elle est de préférence d'une épaisseur telle (par exemple 0,13 mm.) qu'aucune chute de potentiel appréciable n'a lieu entre les faces des électrodes actives pendant la rectification. De préférence cette couche est formée d'un composé d'oxygènes d'un ou plusieurs métaux ordinairement désignés comme -émetteurs d'électrons" et inertes vis-à-vis des métaux de l'anode et de la cathode du couple.
On a trouvé qu'avec de tels composée) des densités de courant plus hautes sont obtenues, et il en résulte donc un bénéfice à la rectification et une amélioration des efficacités électriques du couple.
Les métaux dits "énetteurs d'électrons" sont de préférence tels qu'ils n'offrent aucune radio-activité aux conditions normales, mais qu'ils ont des propriétés émettrices d'électrons accrues ou renforcées pour des températures élevées. De tels métaux convenables sont le baryum, le thorium et l'uranium, de préférence sous la forme d'oxydes, bien qu'une rectification entretenue puisse être obtenue avec une couche formée d'autres substances métalliques, comme par exemple les oxydes de lithium ou de cobalt.
Des métaux appropriés quelconques peuvent être utilisés pour les électrodes du couple, bien qu'avantageusement l'anode consiste d'un mélange d'alu- minium avec lequel on a incorporé une faible proportion de manganèse afin d'obtenir un composé ouvrable et autant que possible libre d'oxydation. La cathode est formée d'un composé pâteux comprenant du sulfite de cuivre. D'autres matières telles que du cuivre, du plomb, des alliages de plomb et d'étain, du nickel et du cuivre nickelé, peuvent former l'anode, mais ne rivalisent pas favorablement pour les conditions cnducttices asymétriques avec l'alliage anodique préféré, quand elles sont assemblées dans le couple.
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La composition cathodique préférée consiste en une pâte renfermant du sulfure, du sélénium, du sulfite de manganèse, du sulfite d'antimoine, et du sul- fite de cuivre, laquelle pâte peut être appliquée sur une plaque de laiton, bien que cette plaque, en laiton, en cuivre, ou un alliage de plomb, puisse être placée vis-à-vis d'un composé comprimé de sulfite caprique ou d'iodide cuivreux encore pourvu de propriétés conductrices du courant, pratiçuement asymétriques, quand elle est associée avec les autres éléments spécifiés du couple.
Le dérivé métallique intermédiaire, relativement inerte, est convea- blement appliqué à la face active de l'anode sous forme de peinture. Par exemple,. si la couche est composée de baryum ou de thorium, la face de l'anode peut être recouverte d'une solution de nitrate pour être ensuite soumise à la chaleur. Par ce moyen le nitrate est évaporé et la couche voulue d'oxyde reste. De préférence dans la formation de la couche non conductrice ci-dessus décrite, on doit prendre des précautions pour éviter toute action chimique sur la surface de l'anode.
Dans le cas de l'uranium, la couche est mieux appliquée au moyen d'une évaporation d'acétate résultant de la transformation de cette couche en oxyde re- quis pour séparer physiquement les faces adjacentes de l'anode et de la cathode.
Les éléments du couple, ou d'une série de couples assemblés, sont ré- unis sous une pression adéquat pour maintenir un contact intime entre les faces adjacentes, mais non sous une pression excessive qui pourrait diminuer les avan- tages résultant de la couche intermédiaire non conductrice.
Un rectificateur construit conformément à l'invention est représenté à titre d'exemple sur les dessins ci-joints. Sur ceux-ci, la figure 1 est une vue de l'appareil suivant une section longitudinale ; lafigure 2 est une vue d'extrémité en élévation; la figure 3 est une vue en plan ; etla figure 4 est une vue détaillée et agrandie montrant la manière suivant laquelle les couples d'éléments du rectificateur sont assemblés entre des plaques de refroidissement.
La forme de réalisation représentée comprend un assemblage de huit couples d'éléments et est arrangée pour rectifier des ondes électriques entières.
Evidemment, si une puissance fournie plus élévée est requise, un. plus grand nom- bre de couples peuvent âtre assemblés afin de réaliser le rectificateur voulu, et cet assemblage peut être tel que l'on obtienne seulement la rectification d'une
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demi-onde.
Considérant maintenant les dessins, le rectificateur est supporté par une paire de supports 1 et 2 placés à chaque extrémité de l'appareil et extérieurement aux plaques 3 et 4, lesquelles sont généralement de forme rectangulaire, ainsi qu'il est montré clairement fig.2. Entre ces plaques 3 et 4 se trouvent assemblés les couples d'éléments.
Une série de quatre tiges.. de liaison relient les plaques 3 et 4. Deux de ces tiges sont placées dans un plan vertical et présentent des extrémités 5 et 6 qui dépassent les supports 1 et 2. Les deux autres tiges, numérotées 7 et 8, se trouvent dans un plan transversal, et les quatre tiges sont disposées symétriquement autour des plaques 3 et 4, de manière à laisser un espace intérieur suffisant pour le logement des couples d'éléments.
Les ouvertures, prévues dans la plaque 3 pour recevoir les quatre tiges de liaison, sont taraudées, et ces tiges sont fixées à la plaque'au moyen d'écrous de blocage indiqués en 9. Les ouvertures prévues dans la plaque 4 sont telles qu'elles permettent à cette plaque de glisser le long des quatre tiges et d' être ajustées au moyen des écrous 10.
Entre les plaques 3 et 4 chaque tige 5,6,7,8 porte un tube ou manchon 11 de matière isolante, ces tiges servant à maintenir en place les couples d'éléments du rectificateur tandis que les manchons empêchent le court-circuit entre les couples adjacents ou entre les éléments voisins des couples.
On doit observer que dans le genre de construction représente, aucune tige centrale n'est utilisée et que par suite des électrodes non perforées peuvent être employées, avec les avantages qui en résultent aux points de vue de l'efficacité de rectification et de la puissance fournie par les éléments individuels.
Un contact de surface uniforme peut être atteint au moyen des dispositifs de fixation comprenant les quatre tiges 5,6,7,8, disposées périphériquement autour des couples d'éléments assemblés.
Les couples d'éléments sont disposés par paires entre des plaques de refroidissement qui sont au nombre de cinq pour le rectificateur à huit couples d'éléments représenté au dessin. La plaque centrale 12 porte une borne 13 qui cet la borne positive de sortie pour le courant continu. Les plaques intermédiaires
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14 et 15 portent respectivement des bornes 16 et 17 auxquelles les conducteurs d'amenée du courant alternatif sont connectés. Les plaques d'extrémités 18 et 19 sont continuellement négatives et sont connectées au bâti, la borne négative pour courant continu étant indiquée en 20 sur la plaque 18.
Les couples d'éléments sont disposés symétriquement de part et d'autre de la plaque centrale 12, une paire de couples étant disposées entre les plaques adjacentes. En 22 sont représentées les plaques ou disques en laiton sur lesquels le composé, ou pâte cathodique, est pressé ou scellé, les cathodes étant représentées en 23 tandis que les anodes sont indiquées en 24 (fig.4). Des rondelles d'espacement 25 et 26 sont interposées entre les plaques d'extrémité 3 et 4 et les plaques de refroidissement 18 et 19, leur but étant d'assurer, autant que possible, une application uniforme de la pression sur la surface entière de chaque électrode individuelle.
Les huit couples, avec leurs plaques de refroidissement 12,14,15,18 et 19, sont assemblés sur la plaque d'extrémité 3 dans l'espace compris entre les quatre tiges de liaison, avant que la plaque d'extrémité 4 ne soit mise en place puis ajustée afin d'exercer la pression nécessaire sur les couples au moyen des écrous d'ajustement 10.
Les parties des plaques de refroidissement où se fait la radiation de la chaleur sont perforées ou encochées de manière à laisser passer les manchons dso lants 11 des quatre tiges de liaison et, ainsi qu'il peut être vu plus clairement sur la figure 2, les bornes sont placées sur des prolongements des dites plaques afin que les connexions puissent se faire plus facilement.
Le réglage de la pression à laquelle les couples d'éléments sont soum est simplement obtenu au moyen des écrous 10, bien qu'il soit évident que si on le désire un écrou unique de réglage peut être prévu en reliant par un pont les écrous 5,6,7,8 et en prévoyant une tige centrale de butée filetée qui s'appuye sur la plaque d'extrémité 4. La rotation de la tige de butée règle alors la position de la plaque de manière à faire varier la pression sur les couples assemblés.
Les dessins des figures 1,2 et 3 sont tracés approximativement à la même échelle,les anodes 24 étant des disques non perforés par exemple de 20 mms,de diamètre et formés de l'alliage de magnésium et d'aluminium décrit dans le brevet Anglais No.360.960. Les cathodes 23 sont constituées par une'pâte comprimée aussi
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obtenue en concordance avec le brevet ci-dessus mentionné, ces cathodes étant scellées aux plaques de laiton 22 qui sont de dimensions périphériques semblables aux disques anodiques, mais d'épaisseur de par exemple'0,8 mm.
L'assemblage des huit couples d'éléments, montrés au dessin, fournit une énergie d'environ 6 watts sous un voltage d'arrivée n'excèdant pas 10 volts.
Si une énergie de départ plus grande est requise, une série de rectificateure analogues à celui montré peuvent être reliés en parallèle, tandis que pour des voltages d'arrivée plus élevés, un rectificateur utilisant un plus grand nombre de couples est préféré afin d'empêcher une production de chaleur préjudiciable par suite de la rectification.
Les couches intermédiaires, représentées par les lignes 27, peuvent consister en une peinture renfermant quelques-unes des substances émettrices d'électrons précédemment appliquées aux surfaces anodiques, mélangées à une solution volatile éliminée ensuite par la chaleur. De cette manière les couches restent comme un dépôt sur la surface anodique active, et on doit noter que si les substances employées pour la couche intermédiaire sont normalement non conductrices, elles présentent, quand elles sont interposées entre les éléments du couple étabii suivait la présente invention, des propriétés conductrices pratiquement asymétriques permettant au courant de passer dans une direction tout en éliminant.les courants en et sens inverse.
Sous ce rapport on peut établir que dans certaines limites l'épaisseur de la couche intervient peu, une rectification efficace ayant été obtenue avec des couches allant jusqu'à 2 mms 5 d'épaisseur, bien que pour obtenir les condition voulues pour l'élimination autant que possible d'une chute de potentiel appréciable entre les faces actives des couples, des couches d'environ 0,4 mm d'épaisseur soient) préférables. Dans ce cas, quand cas couches sont formées de substances mentionnées ici, elles maintiennent leurs caractéristiques sous l'effet de la chaleur due à la rectification, et elle empêchent toute action électro-chimique destructive entre les faces juxtaposées des couples individuels d'électrodes.
Dans la pratique de l'invention, on a trouvé désirable, dans le but de réduire autant que ppssible la chute de potentiel à travers les cathodes individuelles, de donner à celles-ci l'épaisseur maximum, et des pâtes cathodiques convenables, constituées comme ci-dessus décrites, peuvent être appliquées sous forme
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de peinture ou d'émulsions sur un disque de support formé d'un bon conducteur, tel que par exemple un alliage de plomb et d'étain. On a aussi trouvé que la peinture adhère d'une manière satisfaisante à cet alliage, La surface des disques peut être rugueuse ou autrement préparée de manière à assurer une adhérence suffisante à la pâte cathodique.
Celle-ci peut être diluée ou émulsionnée avec de l'eau ou au moyen de quelques liquides volatils, tel que l'alcool, avant son application, et une série de couches peuvent être appliquées sur le disque support afin qu'un recouvrement uniforme soit obtenu, l'élément diluant ou émulsionnant étant évaporé après chaque couche.
Par'l'arrangement décrit, à la suite de l'accroissement des forces mécaniques et de l'élasticité des cathodes, les plaques de laiton 22 peuvent être omises, bien que par suite de leur bonne capacité, conductive de la chaleur, leur maintien soit préférable et offre une élimination rapide de réchauffement produit par la rectification.
Les cathodes modifiées sont assemblées dans les couples d'éléments, ainsi qu'il a été précédemment décrit, de préférence après un traitement préliminaire avec leurs anodes recouvertes, et cela dans une presse afin de niveler leur surface et d'obtenir un contact continu entre les faces adjacentes coopérantes. Un- tel traitement préliminaire doit s'effectuer pendant que le couple d'éléments est soumis au courant, la pression étant réalisée après qu'une puissance fournie étalon a été obtenue, cette puissance étalon servant à indiquer que la totalité des surfaces juxtaposées sont dans un contact effectif intime.
Un avantage résultant des rectificaturs à surfaces sèches établis suivant la présente invention, réside dans le fait que la rectification a lieu aussitôt que les couples d'éléments assemblés sont soumis à un courant initial, et de plus l'efficacité électrique, pour autant que cela peut être déterminé, est pratiquement non influencée par des variations se produisant dans la température de fonctionnement.
REVENDICATIONS.
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