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Tube à décharge ionique à cathode liquide et à amorceur capacitif
L'invention concerne un tube à .décharge ionique à cathode liquide et à amorceur capacitif. Un amorceur capacitif consiste en un conducteur séparé de la cathode liquide par une couche de matière isolante. L'amorçage est entamé par le fait que sous l'effet de la haute tension appliquée au conducteur, un arc jaillit entre la surface cathodique et l'isolateur. Parfois, à la hauteur de la surface de mercure, le conducteur n'est pas en contact direct avec la matière isolante; c'est ainsi que le conducteur peut être logé dans une gaine en matière isolante remplie de gaz rare porté à une pression de quelques mm. de mercure. Les amorceurs capacitifs sont parfois nommés amorceurs par étincelles.
Les tubes à cathode liquide sont connus pour leur longue durée de vie et pour leur grande possibilité de surcharge instantanée. Contrairement à la cathode à incandescence, la cathode liquide n'est pas endommagée par des courants de forte intensité.
La durée et la grandeur de la surcharge admissible sont déterminées par la condition qu'aucune partie du tube ne peut être portée à une température préjudiciable. Pour un type de tube déterminé, on mentionne bien souvent la surcharge admissible pendant un certain temps, par exemple 100% pendant 30 sec., 50% pendant 5 minutes. Lorsque la surcharge est plus longue, le tube se d4tériore par suite de la température trop élevée de l'une ou de l'autre de ses parties.
En pratique, les tubes sont fréquemment protégés par des automatiques ou par des fusibles qui ne mettent le tube hors circuit que lorsque l'intensité du courant dépasse plusieurs fois l'intensité normale, de manière à permettre les pointes de charge. Les surcharges précitées, mentionnées à titre d'exemple, prouvent qu'il est toujours possible de surcharger de fa- çon préjudiciable un tube en admettant pour l'intensité de courant une valeur qui, tout en dépassant notablement l'intensité normale, soit néanmoins inférieure à celle qui provoque la mise hors circuit automatique du tube.
Il est difficile de réaliser un automatique qui coupe le tube pour des surcharges aussi différentes. La durée et la grandeur de la surcharge du tube dépendent en outre de la tempéra-
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Cul mi environ). Le refus de l' amorce1J't' peut être ''?xpli C111 dp la manière suivante : à une température et .3 une -nre--ion tron <'levées, la charge de la source. de tension pf-ut tr fv2cul'e par une décharge par effluve entre un point. arbitraire (couvert ou non de matière isolante) de l'amorceur et la cathode au
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lieu de l'être par l'éti-ncell- due l'amorceur. La decharFe Y18r effluve ne permet pas d'amorcer la décharge dans le tube à moins
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de travailler à une tension ahoè1irtue anormal arpent élevée.
Donc, lorsque l'amorceur refuse, il n'est pas possible
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de charger le tube, de sorte que celui-ci ne peut être 2ffr'ct,é par la surcharge. De même pour Eutant qu'ils soient ?0ant.p au tube, les appareils utilisas, tels que les transformateurs
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et les appareils consommateurs, ne peuvent être surGf1prr;s.
Le tube conforme 1-linventicii est dimcnsicimé comme: suit . Gn detersine d'abord la température de 1 cathode et In pression à laquelle l'amorceur d,tincr-llps du type À. utiliser refuse. d l'aide des quantités de chaleur T1r(,vis:ible oui scron',; développées -pleine charge on calcule les dimensiors donner à la cathode et aux autres parties du tube pour que la tempéra-
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turf de la cathode dépasse celle laquelle 1-IFmarc(:-ur refuse et pour laquelle aucune autre partie du tube n'atteint une température inadmissible.
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C'est la capacité thermique du tube qui détr1"11ine si de brèves surcharges peuvent être absorb86s. Eh particulier, il y a lieu de veiller à ce que la cathode ne chauffe pas plus lentement que le reste du tube, car dans ce cas des parties déterminées du tube pourraient atteindre une température inadmissible avant que l'amorceur ne refuse.
Le but poursuivi peut être atteint non seulement par un dimensionnement approprié du tube nais aussi par une forme de construction telle aue la paroi comporte des moyens d'obtenir l'effet de l' invention. On peut au-si combiner les deux possibilités.
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En général., dans le tube usuel à cathode liouide, à pleine charge et même à très forte surcharge, la cathode est trop froide et la pression dans le tube trop basse pour que l'amorceur refuse. Un moyen particulièrement simple pour faire refuser l'amorceur à une surcharge inadmissible consiste à en- tourer le compartiment - cathodique d'une matière calorifuge.
Dans ce cas, la cathode ne refroidit pas aussi vite et la pres- sion de la vapeur augmente.
Il est particulièrement avantageux de prévoir, dans un tube conforme à l'invention, des moyens de faciliter l'échange de la chaleur entre le compartiment anodique et le compartiment cathodique. En général, l'anode développe toujours une quantité de chaleur plusieurs fois plus grande que celle développée par la cathode. Lorsque cette chaleur est évacuée vers la cathode li- quide, pour une charge déterminée, la température de la cathode et la pression dans le tube sont plus élevées que si cet échange ne se produisait pas.
Dans les tubes à refroidissement forcé, le contact thermique entre le compartiment anodique et le compartiment catho- dique peut être établi de façon très simple en disposant les con- duites réfrigérantes autour du tube de manière que le fluide ré- frigérant refroidisse d'abord l'anode et baigne ensuite le compar- timent cathodique. Gn peut aussi plonger le tube entier, ou du moins le compartiment anodique et le compartiment cathodique, dans un bain liquide refroidi naturellement ou artificiellement.
Le bain liquide provoque un échange de chaleur entre l'anode et la cathode, de sorte que la température de la cathode augmente.
Dans les tubes conformes à l'invention, il est aussi particulièrement avantageux d'utiliser une anode liquide, car le fort échauffement de l'anode provoque une distillation du li- quide de l'électrode vers la cathode. Dans ce cas, la pression au- dessus de la cathode est plus élevée que celle qui correspond à la température de la cathode, de sorte que l'amorceur refuse plus vite.
Un moyen très simple pour atteindre, dans les tubes à anode et à cathode liquides, le but poursuivi par l'invention con- siste à utiliser une cathode plusieurs fois plus petite que l'ano- de. Ceci provoque une augmentation de la température de la cathode et de la pression de la vapeur.
L'invention est applicable aussi à des tubes à deux élec- trodes liquides, dont chacune comporte un amorceur capacitif.
Ces tubes peuvent servir tout aussi bien à la transmission d'un courant alternatif redressé alternativement dans l'un ou dans l'autre sens qu'au réglage du courant alternatif fourni à un appareil consommateur.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig. 1 montre une coupe verticale d'un tube conforme à l'invention,dont le compartiment cathodique est entouréd'une matière calorifuge.
La fig. 2 montre une coupe verticale d'un tube dont la cathode est plusieurs fois plus petite que l'anode et dans le- quel l'air de refroidissement réchauffé par l'anode lèche le com- partiment cathodique.
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Sur lafig.l, la. paroi du tube est indiquée par 1, la cathode (du mercure) par 2, et l'anode (un bloc de graphite), par 3. Les conducteurs d'alimentation de l'anode et de la cathode sont indiqués respectivement par 4 et 5. L'amorceur capacitif consiste en une boule de verre 6, àparoi très mince, plongée dans la cathode et partiellement remplie de mercure. Un fil 7 con- duit à la borne 8 de l'amorceur. Le compartiment cathodique est entouré de matière calcrifuge 9, de sorte qu'à pleine charge du tube, le. température de la cathode et la tension de la cathode atteignent une valeur telle que l'amorceur ne refuse tout juste pas. Lorsqu'on majore encore la cha.rge du tube, l'amorceur ne sera plus à même de provoquer l'amorçage du tube, de sorte que celui-ci ne pourra être endommagé par une température trop élevée.
Sur la fig.2, les organes correspondants à ceux de la fig.l sont indiqués par les mêmes chiffres de référence. Les conducteurs d'alimentation de la cathode et de '' 'anode consi stnt en des lames de cuivre 4 et 5, disposées perpendiculairement l'une à l'autre, de sorte qu'il est impossible de monter erronnément le tube dans sa douille. Le compartiment anodique et le compartiment cathodique communiquent par un canal assez étroit 10, qui ren- ferme un réservoir 11 ; a pour but de capter le mercure s'écoulant de l'une des électrodes. Lors de l'utilisation du tube, les bornes 12 et 13 sont reliées à une source de trè s faible ten- sion.
Le mercure contenu dans le réservoir 11 établitune liaison électrique entre les bornes 12 et 13 et est ensuite évaporé par chauffage électrique. De ce fait, le réservoir 11 ne débor- dera pas, de sorte que le mercure débordant de l'une des électro- des ne pourra donc provoquer de court-circuitentre les deux élec- trodes. Le compartiment anodioue et le compartiment cathodique sont entourés d'une enveloppe 14 dans laquelle on souffle l'air de réfrigération. Du côté de l'anode on a prévu une bride de raccordement 15 pour la conduite d'air de réfrigération et du côté de la cathode, un petit diffuseur 16 pour l'évacuation de l'air de réfrigération.
Comme le montre nettement le dessin, contrairement à ce qui se pass dans les tubes usuels, la cathode est beaucoup plus petite que l'anode. Rien que la cathodedégage moins de chaleur que l'anode dans le cas d'une charge normale du tube, la cathode sera donc portée à une température déjà éle- vée. Lorsque l'anode dégage une très grande quantité de cha- leur l'air de refroidissement sera fortement échauffé par l'anode et cédera plus de chaleur à la cathode dont la température est plus basse.
Pour le dimensionnement du tube, il y a lieu de veil- ler tout particulièrement à ce que le canal de communication 10 soit aussi étroit que possible et au'il ne puisse se produire dans le tube un retour du courant, de sorte que la température des électrodes à laquelle l'amorceur devient inactif doit être choisie de manière que la température du tube 10 n'ait pas encore dépassé une valeur admissible.