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"INSTALLATION DE CHARGE SIMULTANEE ET DANS LE MEME TEMPS D'ACCUMULATEURS ELECTRIQUES,A DES ETATS DE DECHARGE MEME DIFFERENTS".
Le présent brevet a pour objet une installation de charge simultanée et dans le même temps d'accumulateurs électriques, à des états de décharge même différents,assurant une augmenta- tion de rendement et un accroissement de longévité des batteries d'accumulateurs par un équipement d'une conduite simplifiée et d'un coût d'installation moins élevé,.
L'installation considérée dont il est question ci-dessus vise la charge simultanée et pendant le même temps o'est à dire pendant la même durée,d'un très grand nombre d'éléments ou de groupes d'éléments d'accumulateurs électriques -de même ou de capacité dif- férente- pouvant se trouver en des états de charge différents,et destinés à être utilisés,par exemple,pour la traction électrique de véhicules.
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Dans le cas de la traction électrique,le problème envisagé est,en ordre principal relatif à la charge sibultenéed'un grand nombre de batteries d'accumulateurs ou de groupes de batteries d'accumulateurs de même type, qui au moment de la charge sont à des états ou degrés de charge même différents.
Il convient de réemmagasiner dans chacune des batteries ou groupes debatteries d'accumulateurs,exactement la quantité d'élec- tricité qu'ils ont débitée. Ce réemmagasinement doit tenir compte du rendement électro-chimique de l'opération ; il est de l'ordre de 95%.
Lors de la charge des batteries ou groupes de batteries d'ac- cumulateurs au plomb, la tension monte progressivement depuis 2 V. environ jusque 2,65 V. environ par élément d;accumulateurs.
Lorsque, aux bornes d'un élément d'accoumulateur,la tension atteint 3,4 V. environ, il y a dégagement gazeux aux électrodes sous forme d'hydrogène et d'xygène. Les bulles gazeuses qui prennent nais- sance au sein même des plaques d'accumulateurs,se fraient un che- min à l'intérieur de la matière pour venir crever à la surface de l'électrolyte. Il résulte de ce processus une détérioration des ma- tières actives des plaques. Toute réduction du dégagement gazeux entraine une augmentation de la longévité de la batterie d'accu- mulateur.
Il convient donc de ne pas donner de surcharge , la batterie en vue de limiter le plus possible le dégagement gazeux.
Lorsqu'il s'agit d'un grand nombre de batteries ou de groupes de batteries d'accumulateurs inégalement déchargé,la char- ge en srie n'est pas à retenir ; outre qu'elle conduirait des ten- sions dangereuses,elle amènerait des dégagements gazeux prohibitifs pour les batteries les moins déchargées à, moins de déoonnecter les diverses batteries qui ont atteint leur degré de charge suffisant.
Cette façon de procéder exige une surveillance constante de chacune des batteries ou groupes de batteries d'accumulateurs et des manipulations compliquées,voir même dangereuses. C'est pour cette
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raison qu'en pratique on dispose chaque batterie ou groupe de batteries d'accumulateurs en parallèle,voir schéma fig.I.en u- tilisant une résistance de réglage sur chacune des batteries ou groupes de batteries d'accumulateurs.
Dans le dessin schématique représenté à la fig.I,la.lb.. représentent les batteries en charge sur les barres 5 et 6 avec en série sur chaque bat'terie ou groupe de batteries, des résistances de réglage 2a,2b...2e des ampèremètres 3a3b...3e des appareils de contrôle de fin de charge 4a,4b...4e. En 7 et 8 figurent les'bornes d'alimentation par le courant de charge dont 12 figure la source. 11 représente un voltmètre.
Le but des résistances telles que 2a,2b...2e est d'adapter chacune des batteries ou groupes de batteries d'accumulateurs Ia,Ib...Ie au régime de charge qui lui convient. Ce régime de charge est contrôlé par les ampèremètres 3a,3b...3e en série avec les résistances de réglage. Dans cette disposition,il y a autant d'ampèremètres que de résistances.
En vue de rendre automatique l'opération de charge et d'évi- ter les suroharges,on peut intercaler également dans le circuit de ohaque batterie ou groupes de batteries d'accumulateurs un in- terrupteur fin de charge, par exemple, du genre'Pohler,et représen- té par 4a,4b...4e dans le schéma considéré.
D'une façon générale,pour charger des batteries d'accumula- teurs,on utilise:
I ) Une source d'énergie,soit: à courant continu(dynamo) à courant puisant(redresseur dépourvu de filtre).
2 ) Des connexions conductrices entre les sources d'énergie et les batteries.
3 ) Des résistances régulatrices de l'intensité du courant absorbé par chacune des batteries ou groupes de batteries.
4 ) Des appareils de contrôle insérés dans le circuit de chacu- ne des batteries ou groupes de batter,ies.
5 ) Une main d'oeuvre pour l'adaptation des intensités des courants de charge aux différents états électriques de chacune des batteries ou groupes debattteries.Cette com- binaison se retrouve actuellement, dans des garages ou sta- tions de charge spécialement affectées @ 12 eharge des véhicules électriques et qui comportent une série d'armoi- res renfermant chacune les appareils décrits ci-dessus,cha- que armoire desservant un véhicule,c'est à dire qu'il y
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a autant d'arcioires que de groupes de oatteries à charger.
L'installation de charge faisant l'objet du présent brevet Envisage unr' u.ed.i.fication dans l'emploi du moyen connu rappela ci-dessus, en quelque sorte '''1f'1 .1; i;:: en oeuvre du moyen extraor- dina.irement simplifiée dans sa réalisation et doutant nlus re- marquable que les avantages et les résultats industriels que l'on obtient et qui eeront exposa dans ce qui suit,sont des plus importants.
Ainsi l'installation de charge envisagée courra se caractéri- ser par:
I) La mise en parallèle des batteries ou groupes de b at- teries d'accumulateurs,directement aux bornes des bar-
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res d'alimentation,sans interof'iation des cc:stanees régulatrices et d'instruments de contrôle dans chaque batterie ou groupe de batteries.
2) Le contrôle de la charge des batteries ou groupes de batteries (l'accumulateurs l'aide d'un ou deux ins- truments fixes.
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3) Le rla. àe la charge simul';211pe d.e les batte- ries ou de tous les groupes de batteries d'a.ccumu- lateurs qui s'effectue pendant le même temps ,D8Ut être fait soitla main soit rendu automatique.
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4) Un meilleur rendement de l'opération de char,,e rsul- tant de la suppression (1E': eûtes les rSi2',é'nCes r4- gula trices en évitant l'effet Joui<# correspondent et apportant simplification importante de l'instal- lation,entrainant en outre une diminution des frais de surveillance.
5) L'utilisation @ courant pour la charge des
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batteries ou groupes de batteries d'accumula"ùt':ur3; son effet étant de diminuer le dégagement gazeux et d'augmenter la longévité des batteries d'accumulateurs.
L'installation de charge suivant le présent brevet est re-
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présenté sch8matiquement 2. la f ig.2.E11e se présente donc plus économique,tent pu peint de vue exploitation qu'au pOin1/de vue établissement et qu'au point de vue entretien des batteries d'accumulateurs.
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Dans cette fig.3, IOaJ1QQ....etc représf-,iitent les batteries ou groupes de batteries et 9 l'unique apnareil de mesure,les autres chiffres de référence restant les mêmes que dans le cesde la fig. I.
La théorie mathématique des phénomènes et l'expérience,montrent que la charge d'accumulateurs de même ou de différente capacité,et
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principalement d'accumulateurs de même capacité,qui se trouvent à des degrés de décharge différents,branche en parallèle airec- tement aux bornes du générateur,se chargent parfaitement et auto- matiquement proportionnellement à leur état respectif de décharge,
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sans l'intervention des rézistances régulatrioes.
Le diagramme représenté à la fig.3,indique comment,dans une des nombreuses expériences réalisées,la tension mesurée par le voltmètre Vet développée par la source, a été modifiée par paliers successifs de hauteur arbitraire, en fonction du temps; elle mon-
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tre en outre,voir le diagramme représenté à la fig.4,oomme4l'in- tensité du courant absorbé par la batterie a varié en fonotion du temps. L'intensité du courant, au début d'un palier,est supérieure à oelle de la fin,et ce* en raison de la variation de la force élec- tro-motriae de l'élément qui augmente progressivement pendant la charge.
La variation de la tension est quelconque; il suffit qu'aux bornes d'un élément d'accumulateurs au plomb elle varie depuis 2 Volts environ au début de la charge, jusque 2,65 Volts environ en fin de charge. Pour les batteries d'accumulateurs au plomb,la tension de fin de charge est de 30% environ supérieure à la tension initiale.
Si n éléments sont en série,il est évident que la tension totale est égale à la tension par éléments multipliée par n.
Le diagramme de la figure 4,donne ,pour trois éléments d'ac- cumulateurs de même ty.pe,mais inégalement déchargés, le courant de charge absorbé en fonction du temps, les éléments étant mis en parallèle.
Dans l'exemple ci-après:
L'accumulateur I avait débité avant la oharge : 170 A.H.
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11 II Il fi n n il 100 11 11 III Il Il n Il u fp 11
Quoique la tension appliquée aux bornes des barres ait augmenté par palier de hauteur quelconque, l'intensité du courant de charge s'établit respectivement pour chaque élément,automatique-
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ment suivant son degré de charge et de décharge,de manièreà ce que tous les éléments I- II - III soient chargés égalment et automatiquement au bout du même temps,soit huit heures dans l'ex- périence réalisée.
En effet, les surfaces des diagrammes 1,2,3, comprises en- tre l'axe des temps et les courbes,représentent respective- ment les ampères heure absorbés qui sont : 216 - 127 - et 93 A.H.
On constate Que le rapport de 216
170 est égal,aux erreurs d'expérience près, au rapport de 127
100 et de 93. D'autre part, la densité initiale de l'électrolyte qui
70 était respectivement de 17 - 20,5- 26,5 degrés Beaumé,est, ' à la fin de charge,passée à 30 - 30,5 - 30,5 degrés Beauté.
En oonclusion : les éléments I - II - III -inégalement chargés au début de la charge, ont pris une charge proportion- nelle leur état de décharge.Cette proportion est conservée durant tout le cours de la charge,et la charge a demandé pour les trois éléments le même tempes,soit huit heures, ce temps est donné titre exemplatif.
Dès lors,le contrôle individuel du courant de charge de chacune des batteries ou groupes de batteries n'est plus néces- saire. Le courant total de charge peut 'être contrôlé par un seul appareil de mesure.
Cependant,la tension aux bornes de la génératrice ou, ce qui revient au même, aux barres d'alimentation,doit varier d'environ 30% du commencement à la fin du temps de charge lors- qu'il s'agit d'accumulateurs au plomb .
Le contrôle du courant total et de la tension s'effectue le plus simplement par deux appareils, ampèremètre et voltmètre in- gérés à demeure dans le circuit de charge .Les manoeuvres qui résultent du contrôle de la charge de toutes les batteries peu- vent être exécutées manuellement ou automatiquement*
Pour effectuer automatiquement et correctement la charge si- multanée d'un nombre d'accumulateurs donné,il convient de tenir comp- /
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te de trois points:
I) Au début de la charge,l'état électrique et chimique des plaques des accumulateurs accepte une grande intensité du cou- rant de charge, sans inconvénient sur la longévité des batteries.,
2) A la fin de la charge, le courant doit être réduit à une valeur beaucoup plus faible que le courant initial.
Cette valeur qui dépend du type de batterie, est une donnée du constructeur d'ac- oumulateurs.
3) Le courant total de charge débité par le générateur ne peut excéder la limite supportée par la machine. Il faut donc, pour que ce dernier desideratum soit réalisé, que la tension développée par cette génératrice,fonction de l'intensité, soit telle que l'intensité de régime ne soit pas dépassée.
Des exemples de réalisation d'un appareillage automatique pour la charge de batteries ou de groupes de batteries conformément au présent brevet sont représentés schématiquement aux fig.5 et fig.6.
Dans la fig. 5 il est fait usage du courant continu produit par une génératrice pour la charge des batteries ou groupes de batteries.
Dans la fig.6 il est fait usage d'un courant pulsant obtenu par un redresseur dépourvu de filtres.
En reportant à la fig.5 les batteries d'accumulateurs ou groupes de batteries à charges sont représentés par A1, A2 ....An les barres d'alimentation par 5- et -6 ,les bornes par 1 et 8 l'ampèremètre par à et le voltmetre par 11.
La génératrice à oourant oontinu est représentée par 12a et par 7a et 8a raccor- dées aux bornes ? et 8, les barres d'alimentation 5 et 6.18 re- présente l'enroulement d'excitation de la génératrice I2a et 22 représente le rhéostat d' excitation dela génératrice 12a, oommandé par une roue 24 entrainée par la vis 23 calée sur un arbre de oom- mande 22 mû soit à la main par le volant =6, soit par le rotor 21 d'un servo-moteur shunt 19 dont 20 représente l'enroulement d'exci-
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tation.
En 26 figure le disjoncteur automatique destiné ',,, protéger la génératrice courant continu 12a en limitant le courant maxi- mum débité. 13 représente un appareil en l'espèce un Wattmetre comportant un enroulement en série 15 traversa par la totalité du courant,et un enroulement 16 Voltmétrique branch aux bornes de la source de courant. L'enroulement Voltmétriaque 16 .mobile possède une aiguille 17 qui en se déplaçant indique la puissance fournie par la source d'énergie électrique 12a en même temps qu'elle influence des contacts 27,28,29 alimentant les bobiner magné- tiques 32 et 33.
Les bobines 32 et 33 sont destinées à a in en sens inverse l'une par rapport à, l'autre sur une armature 34 selidaire d'un inverseur qui portera le même chiffre de référence,dont les déplacements en résultant ferment alors,par les plots 35 ou les plots 36m le circuit du courant alimentant le rotor 21 du servo-moteur 30,déterminant ainsi la rotation dans un sens ou dans l'autre et ainsi placer ou supprimer des résistances densle rhéostat 22.
Si, au début de la mise en charge des batteries A1,A2....An l'intensité du courant est trop grande p ar suite de ce que la tension V développée par la génératrice 12a est trop élevée$ l'aiguille 17 dévie au maximum vers la droite,par exemple. En passant,elle touche et ferme le contact 27 qui excite la bobine ma- gnétique 32 qui attire vers elle l'armature 34 de l'inverseur.
L'inverseur 34 initialement au repos comme représenta ';, la f ig.5 occupe alors la nosition suivant 35. Le servo-moteur 20 alimenté en courant continu,tourne alors dans un sens tel que le rhéostat 33 augmente la résistance insérée dans le circuit d'excitation 18 de la machine 12a .L' intensité du courant d'excitation de la génératrice 12a diminue et la tension baisse. La puissance électri- que fournie par la génératrice diminue,il en est de même de la déviation de l'aiguille 17,le contact 27 est relaché et l'arma- ture 34 n'étant plus attirée reprend sa position initiale voir fig.5.
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Le servo-moteur 19 n'étant plus alimenté s'arrête,et le rhéostat 22 a inséré dans le circuit une résistance telle que le courant d'excitation 18 a la valeur qui convient pour que la charge limite de la génératrice 12a ne soit pas dépassée. La tension a une valeur déterminée et les aooumulateurs se char,gent. L'intensité du courant débité en fonction du temps voir fig.4,diminue et la déviation de l'aiguille 11' diminue également. Lorsqu'elle touche le contact 28, si l'interrupteur 31 est fermé, un courant cir- cule dans la bobine magnétique 33 qui attire vers elle 34. L'inver- seur 34 se trouve alors placé dans la position 36 et 21 tourne dans le sens inverse du sens précédent, de sorte que le courant d'exoitation de la génératrice 12a augmente.
Le courant débité par la génératrice 12a augmente; de même,la déviation de l'aiguille a aug- menté et le contact 28 étant interrompu l'armature ou l'inverseur 34 reprend la position de la fig.5,interrompant ainsi l'alimentation du servo-moteur.19 qui s'arrête, le rhéostat 22 demeurant dans la position acquise.
A nouveau,l'intensité du courant débité par la génératrice et absorbé par les batteries,diminue avec le temps, de sorte que le contact 28 fonotionne à nouveau et les phénomènes se répètent.
Ainsi donc, se trouve obtenue automatiquement,par palier de potentiels successifs,la charge des batteries d'accumulateurs A1,A2, An .
Toutefois, quand la tension aux bornes des batteries est de 2,4 Volts environ par élément,il s'agit alors,ainsi que l'indiquent les constructeurs de batteries d'accumulateurs au plomb, de réduire l'intensité du courant de charge. Pour effectuer automati- quement cette réduction,une bobine 30 est dérivée aux bornes des barres. Lorsque la tension atteint 2,4 Volts environ par élément la bobine 30 est suffisamment excitée pour relever magnétiquement l'interrupteur 31 qui met hors service le contact 38. La charge des batteries A1,A2...An ae poursuivant,l'intensité du courant absor- bé diminue; finalement,l'aiguille touche le contact 29. A cet ins-
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tant,l'intensité du courant de charge est beaucoup plus petite.
29 fonctionne de manière analogue à, 28 et maintient l'intensité du courant à la valeur requise pour effectuer la fin de la charge.
La position des divers contacte 27,28,29 est réglable le long de la trajectoire de l'extrémité de l'aiguille 17,de maniere à fonctionner lorsque, suivant l'indication des constructeurs de batteries, et du générateur,et suivant le temps au bout duquel la charge doit être terminée,les intensités maxima moyennes.- et finales sont atteintes. L'appareil 13 qui dans le cas présent, assure l'automaticité du procédé est un wattmètre.
En variante, on peut placer les divers contacts 27-28-29 sur 1'ampèremètre 9¯ conditionnécet effet. Le Wattmètre 13 est alors supprimé,si on le désire.
Dans le cas de la fig.6,ou on utilise comme courant de charge du courant pulsant obtenu par un redresseur dépourvu de filtre,l'appareillage décrit ci-dessus reste le même. On bran- chera aux bornes ? et 8 les bornes 7b et 8b du redresseur 12b dépourvu de filtres alimenté par le transformateur 12c. Dans ce cas,le servo-moteur 20 doit commander une manette glissent sur des plots de contact connectés l'enroulement secondaire ou à l'en- roulement primaire dutransformateur 12c qui alimente le fedresseur ±±, ou encore,commander un régulateur d'induction 37 inséré dans le primaire d.u transformateur 12c comme représenté dans la fig.6.
La figure 6 est suffisamment explicative par elle-même . Entre les bornes 7 et 8 de l'installation du poste de chargement se trou- ve dérivé par les bornes 7b et 8b le redresseur 12b ou,pa.r les bornes 7a-8a le générateur !2a suivant le cas.
Il est également possible voir le schéma de la fig.7,mais de façon bea coup moins économique,d'adapter l'intensité du courant total de charge de toutes les batteries ou groupes de batteries à la valeur qui convient,en utilisant une peule résistance réglable 38 manuellement ou automatiquement,résistance qui serait placée en série dans le circuit d'alimentation des barre 5 ett 6.
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LI de 1 charge en courant p'l.Üs:.nt .J c..re<-1%#szs réside dans les considérations suivante-:;. L'expérience et la ''ll^02'1.8..:Cil txaen'ii .,¯^ le '::g2.!S'e..,f.'X),t i;;2e:x d \J;;)lc.. de la nature du courant de charge qui circule les ¯14..ients, eL 10. ligure 10 montre clai- rement le u: p::., :ulenü gazeux J.I'.:1E' ê..,iO 'iJ0 t ü('..' 7.c: .' C'CCt'..:'1?.i' .2ua'S chargée exactetuent de la ;., êuh':' lc,c:lli..:C'C:!?'f1 courent continu et en cou- rant redr'.'):3 : 5 ou puisent.
Parmi les nombreux ?":..C'j effectues,ceux i"8p,- :'8:'1t.,s par les diagra:#i ;e* représentas 8.U.X Lià. 8,5,IQ ont été effectués de la
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manière suivante.
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D[,:ils le cas du couro.wG conti:nu,c-a....,e o-cus le cas du courant puisent, l'intensité ..l'' 8.1.11'3 (.1..1. CC'J:C.:11' 2. (il "Ic.intE;ll8 ccnstsnte et 8g;t'.le 1. 3 ..117.rï pensent 6 :1. e'.1J."> (' s, È 3 2.,.1)':'1"es JE'11G..¯l'i: I ii à 1/3 et c, l,5 O:.11p,,-re pendrnt I5 It:isîuteS (fig.9).
La c..iff8rCnlCe u.p potentiel u.:.x bornes de la batterie a aug- ttlent(.' elle '28'!; partie, au ci.r-'.bu .f' In. charge ,de 3 Volts aviron, et enfin t charge, elle arrive 1.. 2,65 Volts envi-
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rcn C011;;e l'indique le di8b;2'4.taïAe de la figure 8.
Les di8.2:;ram ,lG:3 de le, figure 10 Montrant 1.0.1.16 le dégagement gazeux e:-. courant continu( cc) est supérieur au dDt';age.l1eüt gazeux en courant puisent (cep) et qu'il co:n"lence f se produire lorsque 1a tcjision aux birnes o'-e le. jatterie es"; de 3,4 1ï. environ* II en résulte que aeux batteries identique8o2rgées,1Iune evec du courant continu 801..13 une i'10.:'18it8 I, et l'autre avez du courC'.;1." redresse sons une intensité ...o;crfl:: ià.<;ntique 1., I, se comportent différci'Bnt point de vue dégagement gazeux, et :le ce fait, c.u point de vue ::.le lr longévité dans batteries.
La batte- rie chargée sous courant ;>>ulse.ni a une vi.e plus longue que celle charge 3ous oour'.;:;; continu. ces conditions, le procédé de charge . c¯it prc.''e...'nt 4¯ait ctr utilisa avec une source de courant puisant ou courant redressa; obtenu par. un transforu8.teur et un redresseur de ni 1 i-ta-oorte quel type, en vue d' a\1meTl.ter le 7.cnéirit;a des batteries.
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De ulus,l'{':xp 7.0110C contre que It ±"01'.,;( j.u oo'-rrnt redresse en fonction du tc;..ips,n'e ù ; <: - d'importance ,et Que sa a : ;- j ?J 1 influence 2.S:Í. t (jr:n 1-; 3:::,") ia",Pf1't'i l.i.'.
Les procèdes de c:r:;e ludiques prodc .'ú(':11, C'"J1t rpplicc- -')le3,L¯j1 CJ.l)8 le ;# . ,; ;., ;i , ..% .. i-1 ;; 1 1 c i; p " :< 1 ' ;.i c e's 1'" r zI 1 ' ;< .1 #: >,. ; , .. 5= ;1, 1> 1 c n é:::"X ecot:lj,12tf;:11'")a t..: ;;J.C,.l,J, ....:..,..1,. ',<i: CtCCu.l':.1;:.tc':1"'S 'Gj'pe e.'..CS-a.J.Âlv Pour ceb derniers,la CL1F,'S'tica;'1 de tô 'e< ¯0,,1(;;1:, gazeux ne jOlIe plus et III sT<:J"iC't?.C:1 de tension entre le: C("j1LÚf.:llCfdL:'!1i; < 1" l."' 5.1 delà ch8.re atteint 60;" environ. Seules 8,:sistcni; le ',1 ei110\21:' >()1,J.e- ment 'ner¯¯;a'iqLte de i'un,.';:.7.layion,7.a 8iDp1i0it de l'ist211rtion et 1:T. W.C:LL1'G' o-u "';'l'ê1G de la Cle'¯r(:B,$01' ,',17dXl¯1G'..COlt::l1' 0\1 8.\)- tO;:1ati quemen t.
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