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Electrode pour condensateurs électrolytiques à haute tension comportant un électrolyte liquide.
La présente invention est relative à une élec- trode pour condensateurs électrolytiques à électrolyte li- quide plus particulièrement destinés aux tensions élevées, à savoir à des tensions dépassant 350 volts, cette électrode étant constituée par un fond muni d'appendices perpendiculaire.
Comme on le sait, les condensateurs électrolytiques usuels sont construits de telle façon que le réservoir de l'électrolyte, établi en matière conductrice, constitue lui- même la cathode.
On cherche actuellement à loger une capacité aussi
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grande que possible dans un espace déterminé du réservoir de l'électrolyte et, pour cette raison, on s'efforce à donner à l'anode disposée à l'intérieur de ce réservoir une superfi- cie aussi grande que possible, car cette superficie, qui porte la couche d'arrêt en oxyde servant de diélectrique, détermine la capacité du condensateur. Jusqu'ici on a déjà proposé di- verses constructions pour l'anode, par exemple une feuille d'aluminium enroulée en forme de spirale et percée de trous en plusieurs points pour livrer libre passage à l'électrolyte.
De plus, on a proposé de fabriquer une électrode ayant en coupe la forme d'une étoile en pliant en étoile une plaque d'une matière susceptible de former la couche d'arrêt.
Ces modes de construction n'ont pas la rigidité mécanique désirable, ce qui peut avoir pour conséquence que des parties individuelles de la tôle d'anode viennent en contact les unes avec les autres de telle sorte que la couche d'oxyde sensible soit détériorée.
D'autre part, on connaît aussi des constructions . stables dans lesquelles l'anode est constituée par une pièce rigide d'aluminium solide ayant, par exemple, en coupe la forme d'une étoile, mais dans ces constructions l'espace in- térieur entre les parties est utilisé d'une façon très in- complète.
La présente invention a pour but d'éviter tous ces inconvénients; elle consiste essentiellement à constituer l'électrode par une pièce de fond avec des appendices perpen- diculaires qui lui sont reliés rigidement et présentent la forme de bagues ou couronnes cylindriques coaxiales. Ce mode de construction permet de loger une grande capacité dans un 'petit espace et assure en même temps la stabilité de la forme.
L'électrode est très rigide, et, du fait que les @
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bagues et le fond sont réalisés en une seule pièce, ces différentes parties n'ont pas à être supportées et fixées séparément, de sorte que sa construction et sa fixation s'ef- fectuent d'une manière très simple et peu coûteuse.
Une électrode ainsi constituée offre notamment de grands avantages non seulement au point de vue de sa rigidi- té et de sa fixation, mais aussi eu égard au fait qu'elle convient à la fabrication en série à bon marché. En effet, il est possible de fabriquer en une seule opération une électrode munie des bagues concentriques précitées à l'aide du procédé à froid consistant à presser ou refouler le métal à travers une fente étroite. En outre, la construction de l'électrode permet de loger une grande capacité par unité d'espace.
Suivant un mode de réalisation convenable de l'in- vention,on établit l'électrode de telle façon que les bagues soient disposées sur le fond à des distances uniformes les unes des autres.
De plus, la nouvelle anode en combinaison avec une électrode analogue antagoniste permet de construire un condensateur dans lequel, contrairement à ce qui a lieu dans les modes de construction connus, la distance entre l'anode et la cathode est égale partout. En effet, ces constructions connues présentent l'inconvénient d'un trajet différent à travers le liquide entre des points différents de l'anode et de la cathode, ce qui nuit à la résistance en série du sys- tème complet.
Cette influence ressort clairement de l'exemple suivant, qui se rapporte à un condensateur comportant une anode en forme d'étoile logée dans une boite cylindrique.
La distance entre l'anode et la cathode n'étant @
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pas égale partout, on a monté des résistances différentes en amont des capacités partielles constituant la capacité complète. Dans le cas d'une construction défectueuse, ces résistances peuvent recevoir une valeur assez grande. Pour un électrolyte qu'on fait fonctionner à 500 volts/50 C, la résistance spécifique à 20 C est d'environ 10. 000 # /cm, et pour un électrolyte fonctionnant à 550 volts/50 C la ré- sistance spécifique est de 15. 000 à 20.000 # /cm3 à 20 C.
Lorsque, par exemple, la "capacité partielle" de 6 F d'un condensateur ayant une capacité de 18 F, qui est débitée par une superficie d'environ 100 cmê, est à une distance de 2 cm de la cathode (ce qui arrivera souvent dans les conden- sateurs à électrolyte liquide de construction usuelle) la résistance qui précède le 6 F est de 15. 000 x 2/100 = 300 # pour une résistance spécifique de 15.000 #/cm3, Cela revient à une résistance de perte énorme parce que, comme on le sait, l'impédance de 6 F à 100 cycles est de 260 #.
On a calculé ci-après un cas théorique où l'on a supposé que la capacité totale du condensateur est de 18 F et dans lequel les distances entre l'anode et la ca- thode pour les capacités partielles montées en parallèle sont telles qu'elles soient précédées par les résistances indiquées.
Condensateur électrolytique théorique.
Capacités partielles avec leurs résistances respectives.
2 F 100 # 4 F 200 # 6 F 400 # 6 F 800 #
Comme on peut le calculer facilement, ce système se comporte à une fréquence de:
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50 ¯ comme un condensateur de 16,8 F pour une résistance 50r, -7 comme condensateur 16..8 en série de 131 # 100 ¯ comme un condensateur de 13,0 F pour une résistance 100,, ¯7commue condensateur 13,0 en série de 103 # 500 ¯ comme un condensateur de 7,7 F pour une résistance en série de 68 A
Il en résulte que, par suite de la forte résistance en série inégale, 5 des 18 F se sont déjà perdus à 100 #.
Pour les fréquences supérieures, cet effet est encore plus accentué. Un autre phénomène provoqué par la distance inéga- le entre la cathode et l'anode est la grande dépendance sous laquelle se trouvent la capacité et la résistance en série par rapport à la température par suite des grandes variations de la résistance spécifique de l'électrolyte en fonction de la température. Cela ne s'applique pas, il est vrai, aux électrolytes aqueux, mais ces derniers n'entrent guère en ligne de compte pour des tensions élevées.
Dans ce cas, on utilisera, de préférence, un électrolyte dans une solution de glycérine qui offre divers avantages vis-à-vis de l'élec- trolyte aqueux.Cette dépendance de la résistance spécifique de l'électrolyte par rapport à la température est telle qu'à environ 45 C, par exemple, la résistance spécifique est le quart de ce qu'elle est à 20 C. Pour cette raison, le conden- sateur précité a été aussi calculé à 45 C, toutes les résis- tances en série étant donc réduites au quart.
On obtient alors :
EMI5.1
2 p F S5A 50 174 4 F 25A 50A en parallèle 50 P 17.,4,4 F36 Sl est identique à100,-.;, 17., Où,/ F34,ÇX 6,,.u F 100A 500 1., 24A 6,z- F 200A ce qui montre clairement la grande dépendance de la résistance en série et de la capacité par rapport à la température.
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Dans un condensateur électrolytique, il importe donc beaucoup de rendre aussi uniforme et faible que possible la résistance en série de chaque particule de l'électrode formée par rapport à l'électrode antagoniste.
On a déjà proposé de réaliser des condensateurs électrolytiques secs dans lesquels les électrodes sont cons- tituées par deux bandes séparées par un tissu susceptible d'absorber l'électrolyte pâteux. Toutefois, ces condensateurs présentent, vis-à-vis des condensateurs à électrolyte liquide, l'inconvénient que, en cas de percement éventuel, la pellicule d'oxyde ne se rétablit pas automatiquement, de sorte que le court-circuit est maintenu entre les électrodes.
De plus, on connaît déjà un condensateur électrolyti- que comportant une anode en forme de méandre qui est entourée par un bâti de telle manière que la distance entre l'anode et le bâti qui sert d'électrode antagoniste, soit uniforme.
Toutefois, cette construction est lâche et, par suite, peu stable. On peut remédier à cet inconvénient en prévoyant un nombre considérable de points d'attache et d'appui, mais la construction devient alors compliquée et coûteuse, parce qu'elle ne se prête pas à la fabrication en série.
L'électrode objet de l'invention ne présente pas cet inconvénient d'une construction compliquée, instable et dispendieuse. Dans cette électrode, par suite de la faible distance uniforme des bagues ou couronnes, en chaque point l'anode et la cathode ont une résistance uniforme aussi faible que possible, ce qui favorise grandement le fonctionnement du condensateur conforme à l'invention (on obtient le même effet lorsqu'on place les couronnes sur le fond des électrodes de telle façon qu'elles alternent les unes avec les autres @
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lorsqu'on a emboîté les électrodes l'une dans l'autre).
Les électrodes sont centrées au moyen d'une barre en céramique qui passe par la forure centrale des deux élec- trodes.
De préférence, seule l'anode reçoit la forme confor- me à l'invention. Dans le but de réduire la résistance en sé- rie, on munit alors les couronnes cylindriques d'un grand nombre de traits de scie radiaux.
Si l'on fait fonctionner le condensateur avec une seule électrode établie conformément à l'invention et sous une tension assez faible, de l'ordre de grandeur de 350 volts, la résistance en série joue un rôle moins important par suite de l'électrolyte qui, en vue de la résistance spécifique, est opérée à 500 volts ou même davantage, de sorte que, avec la construction selon l'invention, une électrode (par exemple l'anode) suffit, à moins qu'on ne prenne les mesures précitées (traits de scie), à réduire le plus possible la résistance en série dans un condensateur de ce genre.
La description qui va suivre, en regard des des- sins annexés, donnés à titre d'exemple, fera bien comprendre comment la présente invention peut être réalisée.
La Fig. 1 représente'en coupe axiale un condensateur électrolytique établi suivant un mode de réalisation de l'in- vention.
La Fig..2 montre de la même manière une variante d'exécution.
L'électrode positive est disposée de manière à être isolée du bâti, elle est munie d'une couche d'arrêt en oxyde et est généralement faite en aluminium, parce que cette ma- tière est capable de former la couche d'arrêt et convient bien pour le procédé de travail à froid précité. Elle est
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constituée par un plateau circulaire 1 d'où partent une série de couronnes cylindriques coaxiales la . Afin d'augmenter la surface active de l'électrode, on peut encore la décaper.
Au moyen de l'axe central conducteur 2 et du joint d'étan- chéité en caoutchouc 3, l'électrode 1 est fixée sur le fond isolant 4 qui est fait, par exemple, en une matière moulée à base de résine artificielle et est muni de l'appendice file- té 5 destiné à la fixer à un pied. La fixation de l'électrode 1 s'effectue, en outre, par sertissage du rebord 6 de l'axe 2 en-dessous duquel est serrée la borne de raccordement 7.
Pour la fermeture, une plaque de caoutchouc 8 est disposée dans la forure de l'électrode 1, de telle manière que l'électrolyte ne puisse pas atteindre la limite électrode 1 - tige de support 2, ce qui évite la corrosion à cet endroit et empêche en même temps l'électrolyte de s'échapper vers l'extérieur le long de l'axe 2. Si ce dernier est fait en une matière incapable de former une pellicule d'oxyde, cette bague d'étanchéité est nécessaire aussi pour éviter des court- circuits entre l'électrode négative et l'électrode positive à travers l'électrolyte.
Dans la forure centrale de la pièce 9 qui, de même que l'électrode 1, est munie de couronnes cylindri- ques coaxiales 9a et fait office d'électrode antagoniste, s'engage la tige de céramique 10 dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur de la bague intérieure de l'électrode 1. L'ensemble est emboîté de telle façon que la distance des extrémités 11 des couronnes au fond des cavités 12 soit sensiblement égale à l'intervalle 13 qui sépare deux couronnes successives la, 9a.
Sur la tige 10 est disposée la bague d'étanchéité en caoutchouc 14 qui empêche l'électro- @
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lyte de grimper le long de cette tige et de s'échapper de l'espace annulaire 15 et qui sert en même temps de pièce d'écartement entre les électrodes 1 et 9.
Sur les électrodes emboîtées les unes dans les autres, on place un bottier cylindrique 16 qui est partiel- lement rempli d'un électrolyte et fixé au fond 4 par le sertissage 17 avec interposition du joint de caoutchouc 3.
Afin que l'électrolyte passe, à partir du réservoir 18 du bottier, entre les électrodes, le fond 9 de l'électrode est percé d'ouvertures telles que les forures cylindriques 19.
Le bottier 16 est muni du d8me 20 qui remplit une double fonction. D'une part, il sert à fixer une soupape constituée par une bague de caoutchouc 21 qui ferme un ou plusieurs trous 22 ménagés dans le pourtour du d8me, et d'autre part il offre l'avantage que la soupape se trouve aussi haut que possible au-dessus du niveau de l'électrolyte, ce qui évite que le gaz qui s'échappe par la soupape n'entraîne des gout- tes du liquide.
Afin d'éviter complètement l'échappement de ces gouttes, qui a un effet de corrosion fâcheux sur les objets avoisinant le condensateur, on place sur le bottier 16 un couvercle 23 qu'on fixe, par laminage, au boîtier et à l'électrode supérieure. A cet effet, l'électrode 9 est munie d'une rainure dans laquelle s'engagent les parties restreintes du boîtier 16 et du couvercle 23. Ce dernier est rempli de sciure ou autre matière 24,absorbant le liquide de façon que l'ouverture 25 ne laisse-échapper que les gaz.
Dans le mode de construction qui vient d'être dé- crit, la cathode et l'anode sont réalisées sous forme de fonds munis d'appendices annulaires.
Toutefois, il est aussi possible de donner à l'ano- de seule la forme selon l'invention et d'utiliser le récipient @
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lui-même comme cathode.
Cette variante de construction est montrée sur la Fig. 2 où les parties correspondant à celles de la Fig.l sont indiquées par les mêmes chiffres de référence.
Afin de réduire la résistance en série, les cou- ronnes la sont munies d'un grand nombre de traits de scie radiaux (environ 10 à 15) dont les plans passent par l'axe de l'anode. Il est à remarquer que, si la largeur de trait de scie est inférieure à l'épaisseur de la bague, l'anode a une superficie plus grande, de sorte que la capacité.de l'électrode conforme à l'invention n'est pas réduite et la résistance en série conserve néanmoins une valeur favorable.
Les modes d'exécution précités de l'invention ne sont donnés qu'à titre d'exemple et sont susceptibles de nombreuses modifications ou variantes sans sortir pour cela de l'esprit de l'invention.