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PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS ELECTRIQUES A ELECTROLYTE IMMOBILISE.-
La présente invention est relative aux dispositifs qui utilisent un électrolyte immobilisé, par exemple des condensateurs, des redresseurs, des coupe-circuits. L'objet de l'invention est d'améliorer la stabilité et la rapi- dité d'action de tels appareils, de manière qu'ils conservent toutes leurs pos- sibilités d'action et les caractéristiques voulues, même après de longues pério- des de repos.
Jusqu'ici, les dispositifs électrolytiques sont à base d'un film d'oxyde ou analogue formant isolant et qui recouvre au moins une des élec-
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-trodes. Ce film est sujet à se détériorer lorsque le dispositif ne fonctionne pas pendant longtemps, ou encore lorsqu'on l'expose à des températures un peu supérieures à la température ambiante. En fait, les condensateurs accouplés avec des moteurs électriques et qui ne fonctionnent, pour ainsi dire, que lors des démarrages, peuvent être soumis à des températures élevées pendant de longues périodes de repos. Dans ces conditions, la capacité et le facteur de puissance de ces dispositifs sont exposés aux plus grands risques de détérioration.
D'autre part, on doit éviter que l'électrolyte grimpe le long des électrodes, qu'il s'évapore ou subisse une décomposition qui provoquerait la formation de gaz nuisibles. Tous ces inconvénients se rencontrent à quelque degré dans les condensateurs connus, dont ils ont entravé le développement industriel.
D'une façon générale, les appareils électrolytiques connus peu- vent être répartis en deux grandes classes. Les uns sont du type "humide", c'est- à-dire que l'électrolyte en est constitué par des solutions salines aqueuses re- lativemert diluées. La seconde classe est du type "sec" et peut comporter deux catégories d'appareils. Dans certains l'électrolyte est un sel hydraté avec juste assez peu de liquide pour obtenir une pâte ou un milieu très visqueux. D'autres comportent un électrolyte complètement solide.
Parfois l'éleotrolyte est un sel anhydre; dans d'autres cas, on a jugé indispensable de lui adjoindre une petite quantité d'eau. Dans les condensateurs du type sec ou plus exactement à électro- lyte immobilisé, on utilise une quantité relativement petite d'électrolyte dispo- sée entre les électrodes qui sont des plaques, et cet électrolyte est pâteux.
Certaines formes de condensateurs secs emploient un électrolyte visqueux tel que la glycérine qui confère à cet électrolyte la haute viscosité et le caractère hygroscpique jugé nécessaire.
Dans la fabrication d'un condensateur de type sec, puisque les températures peuvent s'élever jusqu'à. 100 C., l'association d'eau avec un élec- trolyte se heurte à des difficultés pour maintenir la composition exacte. Or, toute variation de celle-ci entraîne une variation des caractéristiques et dans la résistance intérieure. L'association d'un sel avec de faibles quantités d'un liquide donnant une pâte, apporte des caractéristiques est notamment une résis- tance qui se modifie au cours de la fabrication et de l'emploi du condensateur.
Tout changement de composition entraîne aussi une modification du taux des pertes ou du facteur de puissance de l'appareil. En associant un sel et un liquide pour
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obtenir un électrlyte convenant à des condensateurs électrolytiques, on a esti- mé nécessaire jusqu'ici de les choisir de façon que leur mélange soit une solu- tion limpide à toute temnérature suffisamment basse pour permettre l'imprégna- tion. c'est-à-dire en général au maximum de 100 à 120 C.. Pour s'affranchir de cette condition, on a également utilisé un électrolyte en pâte épaisse que l'on étable sur une mousseline ou sur un diaphragme analogue avant de faire l'assem- blage du condensateur; mais cette opération est coûteuse et n'est guère adaptée à une production intensive.
De plus, elle donne des condensateurs de fabrication difficile et peu constante.
Conformément à l'invention, on évite toutes ces difficultés en choiesissant des électrolytes des types indiqués plus loin. Leur résistance élec- trique est pratiquement constante pour une large étendue de compositions variées.
De plus, ces mélanges d'électrolytes possèdent de telles caractéristiques qu'on peut en imprégner les condensateurs secs à des températures bien Inférieures à celles pour laquelle ces mélanges pourraient se décomposer ou se mddifier chimi- quement, même si le liquide en résultant n'est pas limpide. Puisqu'on s'affran- chit des limitations mentionnées plus haut, on s'affranohit aussi dans certains cas de toute matière auxiliaire liquide ou visqueuse, et les condensateurs ainsi construits constituent des produits d'ordre toute à fait nouveau.
Suivant une première variante de l'invention, l'électrolyte est composé par un mélange de deux ou plusieurs substances différentes dont au moins un sel. De préférence on mélange au moins deux sels à des températures qui, en général, ne dépassent pas 120 C.. Au cours du refroidissement, chacun d'eux empêche la cristallisation de l'autre. Ceux qui conviennent à l'exécution du procédé sont solides à la température ambiante ; mais une fois associés, ils donnent des liquides denses ou des solides plastiques ou pâteux à la température ambiante. A un certain point de vue, ces mélanges sont analogues aux alliages eutectiques entre deux métaux ou davantage, car on en choisit les proportions au voisinage de la composition "cryohydratique".
Les électrolytes décrits ci-dessous consistent donc en deux ou plusieurs substapces dont un sel, chacune de ces substapces étant solide lorsqu' elle est isolée à la température ambiante. L'électrolyte en résultant est au contraire liquide ou pâteux une température plus basse que le point de fusion de son constituant le plus fusible. Dans ce qui suit, on désignera ces mélanges sous le nom de cryohydratiques.
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Sur la planche jointe, les fig.l et 2 représentent un conden- sateur du type décrit ici, les fig. 3, 4 et 6 concernent des variantes dans la construction, et la Fig.5 montre un dispositif particulier de bornes pour la prise da courant.
L'un des ingrédients de l'éleotrolyte cryo-hydratique conforme à l'invention est constitué par un ou plusieurs sels solubles dans l'eau d'un acide organique, par exemple un sel ammoniacal. On peut utiliser notamment des sels des acides formique, acétique, propionique, butyrique, lactique, citrique, oxalique, carbonique, linoléique, tartrique ou salicylique, Comme second consti- tuant de l'électrolyte cryohydratique, on peut employer un grand nombre de subs- tances telles que des sels alcalins, des sels ammoniacaux ou des sels d'autres métaux tels que le plomb, le zinc, le calcium, ou encore les acides comme l'acide molybdique, ou enfin des matières organiques qui n'ont pas le caractère salin, par exemple un glucide tel que le dextrose.
En se reportant au dessin, le condensateur de la Fig.Z comporte des armatures ou électrodes 1 et 2 en métal convenable, comme l'aluminium, le tantale, le magnésium. Généralement, on utilise des feuilles d'aluminium dont l'épaisseur est d'environ 0,025 à 0,075 mm. Entre ces feuilles, on dispose un diaphragme poreux 3 imprégné d'un mélange électrolytique au cours de la fabri- cation du condensateur. Ce diaphragme peut être une mousseline, du papier poreux, etc.. Sur le dessin, on a représenté deux diaphragmes 3 et 3h, le condensateur des fig.l et 2 étant du type à enroulement, le diaphragme doit être par consé- quent présent, dans tous les cas, entre les spires consécutives des armatures enroulées.
Les diaphragmes 3 et 3' qui sont de préférence en mousseline, doivent être pratiquement exempts de chlorures et peuvent avoir une épaisseur comprise entre les limites 0,06 et 0,14 mm., bien que ces épaisseurs ne soient pas impératives. Si le diaphragme est en tissue, on en peut largement modifier la texture. Le nombre des fils de là mousseline peut être par exemple de 40 x 44.
Comme on le voit en 4 sur la Fig.3, on peut utiliser un diaphragme en papier dont la porosité soit analogue à celle du papier buvard. L'épaisseur de ce papier peut être comprise entre les limites 0,018 et 0,025 mm. On peut perforer ce diaphragme au moyen de trous.représentés en 5 sur la Fig.4. On a observé que du papier dont les trous ont 1 mm. de diamètre et espacés de 1 à 2 mm. convient
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bien. Au surplus, le diaphragme n'est pas une caractéristique indispensable de l'invention; bien que son emploi soit préférable on peut le supprimer ; que la composition électrolytique soit étalée sur les électrodes.
Avant d'assembler les électrodes, il vaut mieux les revêtir d'une couche d'oxyde, obtenue par oxydation électrolytique en conformité des procédés bien connus* Les électrodes employées de préférence sont constituées par des longueurs indéfinies d'une feuille métallique mince, comme on le voit sur la
Fig.2; mais on peut également utiliser des plaques planes représentées en 6 et 7 sur les figés et 4. Ces plaques peuvent aussi être striées ou de toute autre for- me (non représentée) sans altérer les caractères essentiels de l'invention.
Un électrolyte convenant bien à l'emploi pour cette oxydation électrolytique préalable peut être préparé en dissolvant 80 gr. d'acide borique et 2 gr. de borax dans un litre d'eau distillée. On peut d'ailleurs modifier considérablement cette composition, sans affecter sensiblement les résultats.
Le traitement d'oxydation peut être entièrement effectué dans un récipient, ou encore la matière de l'électrode, lorsqu'elle est constituée par de longues ban- des de feuilles métalliques, peut traverser successivement une série de bains électrolytiques dans des récipients différents, la concentration dans chaque bain étant supérieure à celle du bain précédent, et cette progression se poursuivant depuis le premier jusqu'au dernier. De préférence, on chauffe ltélectrolyte pen- dant cette oxydation à une température qui est normalement de 90 à 96 C.. La tension à laquelle est soumis le bain pour ce dépôt électrolytique doi être, si possible, la même que celle sous laquelle opérera le condensateur, ou bien lui être supérieure de 10%,.
Lorsque les condensateurs sont destinés à fonctionner sur courant alternatif, l'oxydation électrolytique peut être exécutée sous cou- rant continu ou sous courant alternatif. On utilise de préférence le courant con- tinu sous une tension égale ou légèrement supérieure à la tension maxima du cou- rant alternatif auquel le condensateur sera soumis. Ainsi, une feuille d'alumi- nium destinée à fonctionner sous 110 volts courant alternatif, peut être oxydée par traitement sous courant continu, cette feuille servant d'anode, etune. ten- sion de 160 volts étant appliquée entre l'anode et la cathode.
La vitesse de passage de la feuille dans ltélestrolyte et l'in- tensité du courant dépendent évidemment des conditions opératoires. D'habitude, une feuille dont le traitement oxydant est terminé ne doit pas laisser passer plus d'un dixième d'ampère par décimètre carré sous 160 volts courant continu,
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lorsqu'on l'immerge dans un électrolyte d'oxydation tel que celui indiqué ci-des- sus et à une température de 95 C. Une fois que la feuille a été oxydée, on peut la sécher et la stocker dans un local sec, en attendant son emploi.
Les condensateurs sont assemblés conformément à la pratique bien connue, par exemple par enroulement (voir fig.2) ou par superposition (Fig.3, 4 et 6). On doit correctement disposer le diaphragme et les feuilles oxydées. Il faut oxyder les deux armatures dans les condensateurs destinés au courant alternatif.
Dans le cas du courant continu, il suffit qu'une seule des armatures (l'anode) soit oxydée préalablement à l'emploi. La cathode peut ne pas l'être ; peut la constituer avec n'importe quel métal sans action chimique sur l'électrolyte. On effectue les connexions électriques aux armatures respectives conformément à la pratique bien connue, par exemple en repliant une extrémité de la feuille, comme on le voit en 8 sur la Fig.S, ou bien en attachant la feuille électrode aux bornes 9 et 10 qui sont enfin connectées par rivetage ou par soudure aux bornes extérieu- res de l'appareil.
Quand on a terminé l'imprégnation du condensateur assemblé au moyen de l'électrolyte cryohydratique décrit plus loin, les condensateurs sont enfermés dans des récipients convenables 11 et y restent scellé% Si le récipient est en métal, le condensateur doit en être correctement isolé. On applique un scellement plastique approprié et on connecte les bornes intérieures 9 et 10 aux bornes externes 12 et 13 au moyen d'un procédé connu, l'isolement de ces bornes étant assuré par des rondelles isolantes 14 et 15. On peut pratiquer un évent 16 bouché de façon veavessble amovible si c'est nécessaire.
L'électrolyta cryohydratique préféré pour le montage de ces condensateurs comporte de l'acétate et du borate d'ammoniaque, On peut le préparer comme suit. On met en suspension 1 partie en poids d'acide borique dans 1,77 par- tie d'acide acétique cristallisable. On fait passer du gaz ammoniac dans le mélange ce qui provoque une élévation de température. On refroidit éventuellement le pro- duit de manière à ne pas dépasser 100 à 110 C. au cours de la préparation. Le passage du gaz ammoniac dans la solution acide provoque une agitation violente et la formation de borate et d'acétate d'ammoniaque. On arrête la réaction quand la solution est presque neutre ou très légèrement acide ( pH compris entre 6,8 et 7).
Le mélange qui en résulte est,un liquide trouble à 100 C. Il se transforme.en une masse crémeuse à la température ambiante. Dans certains cas, dépendant de la va-
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-leur du pH en fin de réaction, il y a une petite quantité de liquide qui surnage après repos ; sa présence n'est pas gênante. Si on le désire, on peut l'enlever de façon à garder seulement la matière de consistance colloïdale que l'on neutralise complètement par l'ammoniaque, jusqu'à pH 7.
On peut préparer l'électrolyte d'autres manières: par exemple, on peut combiner séparément les acides acétique et borique avec l'ammoniaque, et mélanger ensuite les deux sels. Dans certains cas, on peut ajouter de l'eau à l'acide acétique et réaliser la composition chimique par l'ammoniaque dis- soute pour réagir sur les acides. Les procédés suivant lesquels on introduit de l'eau dans le produit final doivent être complétés par l'élimination de cette eau.
Celle-ci n'est en effet pas nuisible à la conservation des électro- des du condensateur, mais elle provoque le grimpage de l'électrolyte le long des armatures et jusque dans le trou d'évent; finalement elle peut amorcer la destruction de la boites
Le mélange correctement préparé est caractérisé par un taux d'é- vaporation inférieur à 5% lorsqu'on chauffe pendant six heures à 100 C.Bans un récipient d'aluminium ouvert à l'air. Ce mélange ne doit pas avoir tendance à grimper sur les parois de ce récipient d'aluminium. Les autres caractéristi- ques mesurées sur ce produit sont les suivantes :résistance normale à 90 C.
1.000 cycles :de 20 à 35 ohms par cm3; densité à 25 par rapport à l'eau à
EMI7.1
<tb> 15'5 <SEP> .................... <SEP> 1,3 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> viscosité <SEP> à <SEP> 100 C......... <SEP> 177 <SEP> secondes <SEP> Saybolt <SEP> , <SEP>
<tb>
<tb> " <SEP> à <SEP> 25 C........5.000 <SEP> " <SEP> "
<tb>
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<tb> indice <SEP> de <SEP> réfraction <SEP> à <SEP> 40 <SEP> C.......1.437.
<tb>
Tandis que la résistance donnée ci-dessus caractérise la com- position préférée, les changements dans les taux respectifs d'acide acétique, de borate d'ammoniaque et d'acétate d'ammonium représentant différentes va- leurs pH, n'apportent aucun changement marqué dans la résistivité de l'élec- trolyte. On a obtenu en effet des résistances du même ordre que la valeur pH soit égale à 4,5 ou à 7,2.
De plus, bien que le rapport de la quantité d'acide borique celle d'acide acétique avant neutralisation par l'ammoniaque puisse être modi- fié entre 1/1 et 1/3,2, la résistance est pratiquement la même, se trouvant entre 20 et 35 ohms par cm3 à 90 . Cette circonstance permet d'employer un électrolyte dont la consistance peut être comprise entre celle d'une pâte
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claire et celle d'une masse plastique assez dure. Cette dernière peut d'ail- leurs être préférable dans certains types de condensateurs électrolytiques.
Les condensateurs montés comme on le voitig,1 et 2, sont im- prég@@s du mélange préparé, comme décrit ci-dessus, en les immergeant pendant un temps convenable et à une température également convenable. On peut utili- ser des températures élevées (100 C. par exemple) pour des mélanges électro- lytiques les plus visqueux. Dans ce cas, trois heures suffisent généralement bien que ce temps ne soit pas impérativement nécessaire. Après imprégnation, les condensateurs sont soumis à un traitement thermique en les mettant sous tension électrique. Ce traitement abaisse le facteur de puissance qui, im- médiatement après l'imprégnation peut atteindre environ 10%, et le ramène au-dessous de 6%.
La tension appliquée à l'appareil pendant le traitement peut être la même que celle sous laquelle le transformateur va opérer ou bien lui être supérieure, La durée de ce travail est d'au moins une heure environ. Dans le cas de condensateurs fabriqués pour courant alternatif, le mode de tension appliqué doit être intermittent, par exemple deux secondes sous tension et huit secondes sous repos.
Une fois que le condensateur terminé a été imprégné et mûri, on le dispose dans une botte 11 (fig.l), en aluminium ou tout autre métal convenable, ou encore fabriquée avec une matière isolante telle que l'ébo- nite, la fibre, une résine synthétique, etc...
On donnera encore d'autres exemples de mélanges salins for- mant électrolytes cryohydratiques et susceptibles d'emploi suivant l'inven- tion. Toutes les proportions sont données en poids.
EMI8.1
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Exemple <SEP> 2.- <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque <SEP> .*..*este <SEP> 75 <SEP> parties
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<tb> orthophosphate <SEP> disodique <SEP> ....,25
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<tb> Cette <SEP> matière <SEP> constitue <SEP> une <SEP> pâte <SEP> claire <SEP> à <SEP> 25 <SEP> C.
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Exemeple <SEP> 3 <SEP> - <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque <SEP> 80 <SEP> parties
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<tb>
<tb> oxalate <SEP> d'ammoniaque <SEP> ......... <SEP> 20 <SEP> "
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<tb> Cette <SEP> matière <SEP> est <SEP> un <SEP> liquide <SEP> trouble <SEP> de <SEP> consistance <SEP> pâteuse <SEP> à <SEP> 75 C., <SEP> et <SEP> une
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<tb> pâte <SEP> visqueuse <SEP> à <SEP> 25 C.
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Exempled4- <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque <SEP> .......... <SEP> 75 <SEP> parties
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<tb> sel <SEP> de <SEP> Rochelle <SEP> .......... <SEP> 25
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<tb> Ce <SEP> liquide <SEP> est <SEP> trouble <SEP> à <SEP> 25 C.
<tb>
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EMI9.1
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Exemple <SEP> 5.- <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque <SEP> ......... <SEP> 80 <SEP> parties
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<tb> Citrate <SEP> d'ammoniaque <SEP> .......... <SEP> 20 <SEP> "
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<tb> Ce <SEP> mélange <SEP> est <SEP> un <SEP> liquide <SEP> trouble, <SEP> sirupeux, <SEP> à <SEP> 25 <SEP> c..
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<tb>
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Exemple <SEP> 6.- <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque <SEP> .................... <SEP> 75 <SEP> parties
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<tb> perborate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> ...................... <SEP> 25 <SEP> "
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<tb> Ce <SEP> mélange <SEP> constitue <SEP> un <SEP> sirop <SEP> clair <SEP> et <SEP> limpide <SEP> à <SEP> 25 <SEP> C.;
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<tb> Exemple <SEP> 7. <SEP> - <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque <SEP> .................... <SEP> 85 <SEP> parties
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<tb> bichromate <SEP> de <SEP> potasse <SEP> ............... <SEP> 15 <SEP> "
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<tb> Ce <SEP> mélange <SEP> est <SEP> pâteux <SEP> à <SEP> 25 C.
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Exemple <SEP> 8.- <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque <SEP> .................... <SEP> 75 <SEP> parties
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<tb> tétraborate <SEP> de <SEP> potassium................ <SEP> 25 <SEP> "
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<tb> Cette <SEP> matière <SEP> possède, <SEP> à <SEP> 25 , <SEP> la <SEP> consistance <SEP> d'une <SEP> graisse.
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Exemple <SEP> 9. <SEP> - <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque.................... <SEP> 80 <SEP> parties
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<tb> carbonate <SEP> d'ammoniaque <SEP> 20 <SEP> "
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<tb> Ce <SEP> mélange <SEP> est <SEP> une <SEP> solution <SEP> limpide <SEP> à <SEP> 100 <SEP> C. <SEP> et <SEP> une <SEP> pâte <SEP> visqueuse <SEP> à <SEP> 25 <SEP> C..
<tb>
<tb>
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Exemple¯¯10. <SEP> - <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque <SEP> 70 <SEP> parties
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<tb> lactate <SEP> de <SEP> chaux <SEP> ........................ <SEP> 30 <SEP> "
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<tb> Ce <SEP> mélange <SEP> est <SEP> sirupeux <SEP> à <SEP> 25 C.
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Exemple <SEP> 11.- <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque <SEP> 80 <SEP> parties
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<tb> acide <SEP> molybdique <SEP> 20 <SEP> "
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<tb> Ce <SEP> mélange <SEP> est <SEP> une <SEP> pâte <SEP> incolore <SEP> et <SEP> sirupeuse <SEP> à <SEP> 25 C..
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Exemple <SEP> 12.- <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque <SEP> 1 <SEP> partie
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<tb> acétate <SEP> d'aluminium <SEP> 1 <SEP> "
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<tb>
<tb> phosphate <SEP> trisodique <SEP> 1 <SEP> "
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<tb> Ce <SEP> mélange <SEP> est <SEP> pâteux, <SEP> mou <SEP> à <SEP> 25 <SEP> C..
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Exemple <SEP> 13.- <SEP> acétate <SEP> de <SEP> soude <SEP> 2 <SEP> parties
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<tb>
<tb> orthophosphate <SEP> disodique............... <SEP> 1 <SEP> "
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb> Ce <SEP> mélange <SEP> constitue <SEP> une <SEP> pâte <SEP> molle <SEP> à <SEP> 25 C.
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Exemple <SEP> 14. <SEP> - <SEP> formiate <SEP> d'ammoniaque <SEP> ................... <SEP> 75 <SEP> parties
<tb>
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<tb> salycilate <SEP> d'ammoniaque <SEP> 25 <SEP> "
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<tb> Ce <SEP> mélange <SEP> reste <SEP> pâteux <SEP> à <SEP> 25 C.
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Exemple <SEP> 15. <SEP> - <SEP> acétate <SEP> d'ammoniaque <SEP> 80 <SEP> parties
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<tb> dextrose <SEP> ................................ <SEP> 20 <SEP> "
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<tb> Cette <SEP> matière <SEP> possède <SEP> à <SEP> 25 <SEP> la <SEP> consistance <SEP> d'une <SEP> pâte <SEP> grasse.
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<tb>
Des <SEP> condensateurs <SEP> fabriqués <SEP> au <SEP> moyen <SEP> des <SEP> imprégnants <SEP> décrits
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ci-dessus peuvent être stockés à la température ordinaire ou à la température plus élevée, sans rien perdre de leurs caractéristiques électriques favora- bles. Les condensateurs imprégnés avec ces mélanges sont caractérisés par un facteur de puissance inférieur à 'le et une capacité moyenne d'environ 1 micro- farard pour 50 centimètres carrés de feuille métallique active. On peut obte- nir des facteurs de puissance de l'ordre de 3%.
On indiquera ci-dessous un tableau mentionnant les variations du facteur de puissance et de la capacité avec la température :
EMI10.1
<tb> Température <SEP> Facteur <SEP> de <SEP> puissance <SEP> Capacité
<tb> (.c.) <SEP> 5 <SEP> (microfarads)
<tb>
<tb> 75 <SEP> 5,3 <SEP> 94,5
<tb>
<tb> 25 <SEP> 4,3 <SEP> 88,9
<tb>
<tb> ö <SEP> 4,2 <SEP> 86,1
<tb>
<tb> -35 <SEP> 3,8 <SEP> 75,1
<tb>
Les condensateurs fabriqués suivant l'invention sont aussi bien adaptés à l'emploi sur des circuits à courant continu. Dans de telles appli cations, les pertes observées sont égales ou tout au moins du même ordre de grandeur que le facteur de puissance.
Les condensateurs conformes à l'inven- tion et imprégnés d'un mélange d'acétate et de borate d'ammoniaque, tels que décrits ci-dessus, possèdent les caractéristiques suivantes, quand on les es- saie à 50 volts courant continu avec lequel on superpose un courant alternatif de 5 volts à 25 :
EMI10.2
<tb> Capacité <SEP> 10 <SEP> microfarads
<tb>
<tb> Facteur <SEP> de <SEP> puissance <SEP> .................. <SEP> 4%
<tb>
<tb> Pertes <SEP> en <SEP> milli-ampères <SEP> ............... <SEP> 0,03
<tb>
<tb> Surface <SEP> de <SEP> feuilles <SEP> actives <SEP> rapportée <SEP> à
<tb> 1 <SEP> microfarad <SEP> .......................... <SEP> 1,8
<tb>
Après trois cents heures de fonctionnement sous courant continu à 60 0:
, ces condensateurs possèdent les caractéristiques auivantes y
EMI10.3
<tb> Capacité <SEP> ............... <SEP> 9 <SEP> microfarads
<tb>
<tb> Facteur <SEP> de <SEP> puissance <SEP> .............. <SEP> 4%
<tb>
<tb> Pertes <SEP> en <SEP> milli-ampères <SEP> .................0
<tb>
On a décrit plus particulièrement la fabrication de condensa- teurs destinés à fonctionner sous 100 volts, mais l'expérience a montré qu'on peut obtenir de même façon des condensateurs destinés à travailler à des air-
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-cuits à 250 volts en utilisant les données de l'invention.
Dans ce cas, le facteur de puissance est inférieur à 5%,.'la perte est de 0,007 milliampère par miorofarad à 25 C. lorsqu'on fait supporter à ces appareils un courant conti nu de 250 volts superposé à un courant alternatif de 25 volts.
On peut réaliser de façon différente les électrolytes convenant à ces mêmes appareils, ainsi qu'on.le verra par les nouveaux exemples suivants.
On peut en effet réaliser des électrolytes pâteux par d'autres moyens, tout en leur conservant une viscosité suffisante et une bonne résis- tance à la dessication au cours du magasinage ou de l'emploi.
On a déjà décrit des électrolytes fonctionnant avec des électro- des en tantale, l'électrolyte ayant la consistance d'une gelée et composé de silicate de soude et d'acide sulfurique. Mais cet électrolyte ne convient pas à des condensateurs dont les armatures sont en aluminium recouvert d'une pel- licule d'oxyde.
Avec l'aluminium, la Société demanderesse utilise un électrolyte renfermant un silicate alcalin modifié par un acide, mais avec des modalités différentes de l'emploi connu de ces silicates avec l'acide sulfurique qui est un acide fort.
On utilise en effet un acide faible, comme les acides borique, tartrique, oxalique; de plus, on emploie un excès de cet acide.
On peut par exemple utiliser un silicate alcalin tel que le silicate de soude dans lequel la proportion d'oxyde de sodium à la silice est de 1 à 3,36 environ. On traite ce produit au moyen de l'acide faible choisi, de préférence l'acide borique. Il est meilleur de diluer d'abord le silicate avec de l'eau. Pour un silicate dont la densité est 1,41, on mélange 100 gram- mes d'eau et 70,5 grammes de silicate, ce qui correspond à des volumes égaux des deux constituants. On ajoute alors au produit dilué une faible quantité d'acide borique, par exemple 5 d'acide dissous dans 100 gr. d'eau, ce qui représente une solution sensiblement saturée.
On incorpore cette solution à celle du silicate et, en agitant, l'acide borique neutralise l'aleali libre du silicate, provoque la décomposition de ce sel en formant de la silice géla- tineuse ; le mélange résultant possède le caractère d'une gelée. On ajoute en- core 25 gr. d'acide borique solide finement divisé que l'én répartit de façon uniforme dans le gel, au moyen d'une agitation convenable. Le produit obtenu peut être étalé directement sur les diaphragmes qui séparent les armatures
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du condensateur, fig.2; ou plus simplement il peut être étalé directement sur le métal de ces électrodes, sans qu'il y ait aucun diaphragme. Si l'on emploie un diaphragme, celui-ci peut être en tissu à mailles lâches, tel que de la mousse- line, comme on le voit en 3 et 3' sur la fig.2.
Le mélange possède une telle con- sistance qu'il peut être étalé sur les armatures à la température ambiante, ce qui est un avantage important. On a schématisé cet emploi, avec des armatures planes, dans la Fig.6;on y voit une armature 17 revêtue du gel silicique, et une armature 18, non revêtue. Dans d'autres modèles, les électrodes 1 et 2 (fig.2 sont en forme de ruban, ce qui permet de les enrouler, comme on l'a indiqué, Dans chaque cas, les électrodes sont de préférence préalablement oxydées par électro- lyse, ainsi qu'on l'a dit plus haut.
Au lieu d'acide borique solide, on peut employer d'autres ma- tières solides, de préférence finement divisées, pourvu qu'elles puissent four- nir des ions et assurer la conductibilité et la capacité requises pour le con- densateur terminé. On peut aussi substituer à l'acide borique divisé une matière cristalline insoluble telle que le bioxyde de titane, Dans certains cas, on peut également incorporer un acide gras à fonction alcoolique, par exemple l'aci- de alpha hydroxy-isobutrique. Ce dernier peut être incorporé en petites quantités soit par exemple 1% et même moins, uniquement pour accroître l'ionisation. On peut enfin l'épaissir au moyen d'une charge telle que l'argile.
On a encore pu réaliser d'autre façon des condensateurs qui possèdent une efficacité et une constance meilleure. On peut par exemple utiliser comme électrolyte, entre les armatures d'un condensateur électrolytique, un acide organique pratiquement anhydre tel que l'acide acétique cristallisable, L'acide organique peut être employé seul ou en présence d'un agent épaissant, un pro- duit cellulosique par exemple. On peut aussi utiliser un acide organique concen- tré associé avec une substance qui abaisse la résistance, le borate d'ammoniaque ou autre sel convenable par exemple. On peut employer différents .'acides organi- ques équivalents appartenant aux séries aliphatique ou cyclique.
On a trouvé d'ailleurs que,si on utilise un acide organique, seul ou associé avec un produit épaississant ou un produit qui en modifie la résistance, il est possible d'incorporer une petite proportion d'eau qui peut atteindre environ 15 %.en poids de celui de l'acide entrant dans la compp@@tion.
Grâce à ce perfectionnement, les condensateurs ainsi fabriqués se mettent plus
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rapidement en équilibre au cours du travail spontané de maturation accompa- gaant la formation de la couche d'oxyde sur l'électrode en aluminium. Avec un tel électrolyte et dans le cas où cette couche aurait été désagrégée ou détruite pour une raison quelconque, cette couche se restaure d'elle-même.
On suppose que cette propriété tient à l'action d'un électrolyte aqueux qui oxyde plus facilement les armatures du condensateur. Cela est particulière- ment exact lorsqu'on adjoint à l'acide un sel tel que le borate d'ammoniaque car ce sel, de même que beaucoup d'autres, est plus soluble dans les acides aqueux que dans les acides anhydres. La présence du sel en solution abaisse également la résistivité de l'acide et, par conséquent, accroît l'efficacité du condensateur traité avec une telle composition.
Dans le condensateur représenté fig.2, les armatures ou élec- trodes 1 et 2 sont en métal convenable tel que l'aluminium, le magnésium ou le tantale. On emploie en général des feuilles d'aluminium dont l'épaisseur est de 0,075 mm.. On a représenté en 3 et 3' un diaphragme poreux qui peut être en mousseline, du papier buvard, comme ci=dessus et qu'on a imprégné d'acide au cours de la fabrication de condensateur. La figure montre deux diaphragmes 3 et 3'; le condensateur étant du type à enroulement, le diaphrag- me est également enroulé en bande indéfinie séparant les armatures.
Les diaphragmes (en mousseline par exemple) doivent être exempts de chlorure et peuvent avoir une épaisseur comprise entre environ 0,06 et 0,14 mm. Toutefois cette épaisseur n'est pas indispensable. Si on utilise la mousseline, il est commode qu'elle ait, comme nombre de fils, 40x44, Si on utilise un papier buvard spongieux comme diaphragme, il est facile d'em- ployer un buvard ordinaire représenté en 4 sur la Fig.3. Cette épaisseur est, de préférence, comprise entre 0,016 et 0,025 mm.. Ce diaphragme peut être perforé de trous, comme indiqué plus haut. Il n'est d'ailleurs pas Indispen- sable d'employer un diaphragme, la composition électrolytique pouvant être simplement étalée sur les électrodes (Fig.6)-, le diaphragme est cependant préférable.
Il est également bien meilleur de traiter les électrodes préa- lablement à leur enroulement ou à leur superposition, de manière à les re- couvrir d'une couche d'oxyde produite par exemple par électrolyse, Si on em- ploie des électrodes planes superposées 3 et 4, on peut les prendre plates
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ou striées ou de toute autre forme convenable.
Le montage du condensateur est effectué comme décrit plus haut, par enroulement ou par superposition, en intercalant les diaphrames entre les feuilles métalliques, à la manière représentée.
Dans le cas où l'on utilise l'acide acétique comme électrolyte, on peut lui ajouter jusqu'à environ 15% de son poids d'eau, mais il est pré- férable de se tenir autour de 10%. On peut employer d'autres acides organi- ques tels que les acides propionique, acrylique, butyrique ; ou encore des phénoles tels que le phénol ordinaire, le crésol, etc..;u enfin des acides à fonction alcoolique, par exemple l'acide lactique, l'acide hydroxyacryli- que, l'acide crotonique, l'acide dihydro-xypropionique ou les homologues su- périeurs de l'acide lactique.
On a aussi employé d'autres acides : l'acide butyrique, l'acide diéthylacétique, l'acide isoamylacétique, l'acide isobutylacétique, etc,., Dans tous les cas, chacun de ces acides est caractérisé par une solubilité non négligeable dans l'eau. La résistance électrique du mélange acide doit être inférieure à 106 ohms par cm3. Il est probable que cet acide fonctionne comme électrolyte, bien que la théorie de son emploi n'ait pas été complète- ment établie. Les autres particularités mentionnées pour la nature du dia- phragme, l'emploi d'électrodes en aluminium, etc.. ne sont pas non plus li- mitatives de l'invention.
La présence d'eau est surtout avantageuse quand on ajoute un sel à l'acide organique; en effet, la solubilité du sel augmente rapidement avec la quantité d'eau. Pour le borate d'ammoniaque, à 25 C. la solubilité est d'environ 1% dans l'acide acétique anhydre, tandis qu'elle atteint 7,5% environ pour l'acide renfermant 15% de son poids d'eau.
Pour utiliser l'électrolyte, on imprègne le condensateur tout monté pendant environ une heure dans le mélange acide. Au cours de cette imprégnation, ce mélange peut être chauffé au-dessus de la température am- biante et aller même jusqu'à. 100 c.. Après une heure d'immersion, le con- densateur imprégné est soumis, pendant une heure environ, à une tension in- termittente continue sans le sortir du liquide. Ce traitement a pour effet de détruire tous les défauts qui existeraient éventuellement dans la couche d'oxyde à la surface du métal. On peut exécuter cette mise sous tension à
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toute température comprise entre la température ordinaire et 100 c. environ, de préférence vers 60 à 70 c.
Il est préférable d'utiliser le courant continu et, dans le cas d'un courant alternatif sous 110 volts, on peut effectuer le mûrissement du condensateur sous courant continu à 160 volts. Il convient d'ailleurs d'inverser les ples de temps à autre, par exemple toutes les vingt secondes.
Le condensateur imprégné est refroidi à la température ordinaire si l'imprégnation a été effectuée à une température plus élevée. On le scelle alors dans une boite Il et on y installe les connexions, comme indiqué plus haut. On peut également isoler le condensateur de sa boite au moyen d'un iso- lant tel qu'une cire qui fonde entre 75 et 100 C. L'isolement du condensateur d'avec sa boite peut être réalisé par une première couche de cire à point de fusion situé entre 75 et 1000 C. environ, et inattaquable par l'acide ; peut ensuite appliquer une seconde couche isolante, par exemple un asphalte à point de fusion élevé. Là encore, il peut être utile de placer un évent 16 dans le couvercle.
Un condensateur ainsi préparé possède à la fois une grande ca- pacité, un faible facteur de puissance et même en cas de repos prolongé, il se détériore moins facilement que les condensateurs dans lesquels on n@emploie pas d'eau. Ils sont également de meilleures propriétés de restauration sponta- née lorsqu'ils ont été soumis à des tensions supérieures à celles pour lesquel- les ils sont établis, tensions qui pourraient altérer ou détruire l'oxyde iso- lant qui recouvre les armatures.
EMI15.1
-: RE SUbiE t-
1- Appareils comportant un diélectrique immobilisé, à destina- tion de condensateurs, redresseurs, disjoncteurs, etc...,caractérisés par leurs facultés de longue conservation à toute température Inférieure à 100 C. envi- ron, et par leurs facultés de restauration rapide et spontanée.
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