<Desc/Clms Page number 1>
MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
EMI1.1
BREE V E T .D' I N V E N T T 0 N sous le bénéfice de la Convention Internationale du
20 Mars 1883
La Société Anonyme dite : "ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES DE CHARLEROI " demeurant à
EMI1.2
BRUXELLES, 33,, rue du Congrès (Belgi-que) "CONVERTISSEUR DE COURANT A VAPEUR DE MERCURE ET A CUVE METALLIQUE
DE GRANDE PUISSANCE " ayant fait l'objet d'une demande de brevet déposée en FRANCE, le
19 Juillet 1945, non encore accordée à ce jour.
@
Dans certaines installations de conversion de courant alternatif en courant continu, destinées par exemple à l'alimenta- tion d'installations d'électrolyse avec un débit de courant redres-' se de l'ordre de plusieurs dizaines de milliers d'ampères, on peut
EMI1.3
penser à utiliser des convettiss.euts de courant à vapeur à mercure à forte puissance unitaire. La puissance totale à fournir peut être
EMI1.4
ainsi assurée par quelques,convertisseur& polyanodîques à grand nombre d'anodes.
La conception et la construction de tels convertisseurs. présente diverses difficultés. Si on utilise une cathode normale centrale analogue à celle employée su les convertisseurs de moyenne puissance, la position relative des anodes et de la cathode est telle que la valeur de la chute de tension dans l'arc augmente de façon sensible et qu'elle n'est plus compatible avec un rendement économique du convertiss'eur.
Pour diminuer la distance qui.sépare les anodes de la cathode, on peut prévoir une cathode annulaire de grand diamètre placée de façon que sa position relative par rapport à l'anode permet de raccourcir le trajet de l'arc, tout en gardant une sécurité de fonctionnement suffisante contre le risque d'allumage en retour.
D'autre part, le fonctionnement des gros convertisseurs polyanodiques peut être contrarié par une zone de forte pression de vapeur de mercure se développant aux abords de la cathode, surpression qui sous certaines conditions, entrafne la suppression de l'effet soupape du convertisseur.
<Desc/Clms Page number 2>
Cette forte pression de vapeur de mercure est influencée par l'intensité de la réfrigération des parois du convertisseur d'une part, et d'autre part par la distance qui sépare ces parois de la zone cathodique à forte pression. Dans les convertisseurs à cuve métallique de très grande puissance, la distance entre ces deux éléments peut être telle que la réfrigération des parois peut être sans effet sur cette zone cathodique à forte pression de vapeur de mercure; il n'est plus possible en agissant sur la réfrigération des parois uniquement de diminuer la pression de la vapeur de mercure aux abords immédiats de la cathode.
On a déjà proposé, dans le cas de cathodes annulaires, de disposer un réfrigérant tubulaire traversant l'intérieur de la cuve du convertisseur depuis l'espace compris au centre de la cathode annulaire jusqu'au couvercle porte-anodes. Cette dispositlon, si elle permet ùne réfrigération efficace de la zone cathodique à forte pression de vapeur de mercure, présente par contre de grosses difficultés de réalisation, celle notamment d'un joint étanche au vide, à la cathode ou au couvercle porteanodes, capable de compenser les différences de dilatation entre le faisceau tubulaire et le reste de la cuve métallique du convertisseur.
Les solutions proposées jusqu'à présent n'ont donné aucune solution réellement pratique au problème du convertisseur de courant à vapeur de mercure pour très grandes puissances.
La présente invention se rapporte à une nouvelle disposition de convertisseur de courant à vapeur de mercure, à cuve métallique, pour très grandes puissances, caractériséen ce que, à une conception particulièrement apte à diminuer la valeur de la chute de tension dans l'arc et à empêcher la formation d'une région cathodique à forte pression de vapeur de mercure, susceptible de supprimer l'effet soupape du convertisseur, elle allie une facilité et une simplicité de construction qui n'exigent aucun dispositif spécial de montage ou d'exécution.
A cet effet, on dispose au bas de la cuve métallique du convertisseur, une cathode annulaire de grand diamètre à faible volume de mercure et ne présentant qu'un seul joint d'étanchéité avec la cuve, et à l'intérieur de cette cuve, un réfrigérant central, constitué en tout ou en partie par un faisceau tubulaire, librement suspendu au couvercle porte-anodes du convertisseur et parcouru par un fluide de réfrigération, en l'occurence de l'air soufflé.
La cathode annulaire est caractérisée en ce que sa section utile est limitée de son coté-extérieur par un anneau unique ou multiple en matière isolante et réfractaire, comme le quartz par exemple, d'une façon analogue à celle utilisée pour les cathodes centrales ordinaires.
Elle est en outre caractérisée en ce que sa portion centrale est recouverte par une cuvette en matière isolante et réfractaire comme le quartz, posée sur sa face concave, et limitant ainsi vers le centre de la cathode la section utile de celle-ci et le domaine d'expansion de la tache cathodique.
L'ensemble des anneaux et de la cuvette délimitant la région active de la cathode annulaire est posé sur un fond de cathode en métal de grand diamètre et de construction courante, comme pour les cathodes centrales. L'expansion du mercure vers le centre de la cathode est limitée par un noyau ou une couronne en métal rapporté sur le fond métallique de la cathodo.
La cathode ainsi constituée pant "être raccordée au bas de la cuva métallique du convertisseur par un seul joint d'étanchéité qui n'exige pas de précautions spéciales, telles que celles que demande un double joint d'une cathode annulaire normale.
<Desc/Clms Page number 3>
En effet, aucune mesure n'est à prendre pour assurer l'étanchéité simultanée de deux'joints plats concentriques se trouvant ou non dans un même plan ; en outre, aucune disposition de joint élastique n'est à prévoir comme dans le cas du réfrigérant central traversant l'ensemble de la cuve du convertisseur depuis le fond de ' cathode, à l'intérieur de la cathode annulaire, jusqu'au couvercle porte-anodes.
Une construction de cathode centrale normale peut donc être appliquée à une cathode annulaire de grand diamètre de ce type, avec l'avantage particulièrement intéressant de la diminution de la longueur de l'arc, permettant ainsi d'obtenir dans une cuve de grandes dimensions une chute de tension dans l'arc comprise entre des valeurs admissibles, pratiquement indépendante des dise usions générales du convertisseur et uniquement fonction de la position relative de la cathode; par rapport à l'anode.
Le dessin ci-annexé représente schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, une demi-vue en coupe d'une réalisation de convertisseur de courant à vapeur de mercure à très grande puissance, suivant l'invention. Tout détail non indispensable à la compréhension de l'Invention a été, supprimé.
La cuve métallique C du, convertiss.eur, portant à sa partie supérieure le couvercle porte-anodes P et à sa partie inférieure la cathode K, est pourvue d'un moyen de réfrigération m réparti sur la périphérie de sa paroi latérale et de son fond conique. Un fluide réfrigérant parcourt ce moyen de réfrigération(ailettes, tubes ronds ou aplatis,...) et est dirigé par la gaîne G, la source d'énergie motrice se trouvant placée au bas du convertisseur, ou dans une installation séparée, sous la forme par exemple d'un ventilateur.
La cathode K est formée d'une tôle P constituant le fond de cathode qui peut être réfrigéré par un moyen convenable, par exemple des ailettes, et qui porte à sa partie centrale un noyau n destiné à limiter vers son centre le domaine d'expansion du men- cure.
Le domaine d'expansion de la tache cathodique est limité vers l'extérieur, par exemple, par un anneau en quartz a de forme analogue à celle des anneaux extérieurs' des cathodes centrales ordinaires. Vers le centre de la cathode, ce domaine est limité par une cuvette en quartz a' posée du côté de sa face concave et .recouvrant le noyau central en métal n .
La cuvette a' empêche donc la tache cathodique de se fixer sur la partie centrale métallique de la cathode et permet le libre: retour à la cathode des gouttelettes de mercure liquide qui viennent se condenser sur sa face convexe.
L'ensemble de la cathode ainsi constitué est fixé au bas, de la cuve C du convertisseur par un joint normal de cathode cen- trale 1, par exemple à anneau intermédiaire.
La position relative de la cathode et de l'anode peut être identique à celle d'un convertisseur à cathode centrale à faible chute de tension dans l'arc, de façon à ce que la chute de tension dans l'arc du convertisseur à cathode annulaire reste du même ordre de grandeur, malgré le plus grand nombre d'anodes réunies dans une même cuve, par suite malgré la plus: grande puissance unitaire du convertisseur.
Le dispositif de réfrigération centrale, librement suspendu au couvercle porte-anodes du convertisseur et disposé à l'intérieur de la cuve métallique de celui-ci, est constitué par un faisceau tubulaire plongeant jusqu'aux abords immédiats de la cathode et parcouru par de l'air soufflé.
Ce dispositif peut être caractérisé en ce que l'entrée et la sortie du fluide de refroidissement se font dans des régions voisines du couvercle porte-anodes du convertisseur, régions séparées par un cloisonnement faisant orties;de gaine d'air.
<Desc/Clms Page number 4>
Il est en outre caractérisé par le fait que tous les circuits tubulaires de réfrigération traversant l'intérieur de la cuve du convertisseur sont parcourus en parallèle par le fluide de refroidissement; celui-ci est rais en mouvement par une seule source d'énergie, par exemple 'un ventilateur.
Le dispositif de réfrigération suivant l'invention peut plus particulièrement être caractérisé en ce que le faisceau des tubes remontant de la zone cathodique à forte pression de vapeur de mercure jusqu'au couvercle porte-anodes peut être remplacé par un seul ou plusieurs conduits centraux circulaires ou annulaires, ceux-ci débouchant dans le couvercle porte-anodes dans une région voisine de l'entrée du faisceau tubulaire.
Dans le cas encore plus particulier où un seul conduit circulaire central est prévu pour la sortie du fluide de réfrigération, la source d'énergie motrice destinée à mettre ce fluide en mouvement, par exemple un ventilateur, peut être placée à l'intérieur même de ce conduit central.
Dans l'exemple représenté sur le dessin annexé, afin de diminuer la distance qui sépare la région à forte pression de vapeur de mercure du moyen de réfrigération m placé sur la. périphérie de la paroi latérale et du fond conique de la cuve C du convertisseur, on a disposé,dans l'esprit de l'invention, un faisceau tubu- laire T librement suspendu au couvercle porte-anodes P et plongeant dans la région cathodique à forte pression de vapeur de mercure.
Cefaisceau tubulaire débouche dans un conduit circulaire unique de retour R qui est également suspendu au couvercle porteanodes P et qui contient le ventilateur V destiné à mettre en mouvement l'air de réfrigération. Un corps profilé cylindrique c amène l'air aux pales du ventilateur. Le faisceau tubulaire Test traversé par l'air mis en mouvement de cette façon; depuis les entrèes c jusqu'aux sorties s des tubes parcourus en parallèle. Les entrées e des tubes et la sortie du conduit central de retour d'air R sont situées dans des régions voisines du couvercle porte-anodes et sont séparées par une gaîne dtair
On conçoit que de cette façon, l'action de la réfrigération peut être amenée de manlère directe à l'intérieur de la zone cathodique à forte pression de vapeur de mercure.
Le dispositif suivant l'invention peut encore être carac- térisé en ce que les tubes constituant le faisceau tubulaire peuvent! être incurvés vers la région à forte pression de vapeur de mercure afin d'accroître l'influence de la réfrigération du faisceau tubulaire sur celle-ci.
Il peut de plus être caractérisé en ce que le faisceau tubulaire de réfrigération peut être rais en série avec le moyen de réfrigération normal agissant sur les parois du convertisseur, l'air étant mis en mouvement par une source commune d'énergie, par exemple un ventilateur qui peut être celui prévu 8' l'intérieur du conduit central de retour d'air du réfrigérant. Dans ce cas, la réfrigération par air soufflé de la paroi latérale du convertisseur se fait de façon que l'air circule de la cathode vers le couvercle porteanodes.
Dans le cas contraire, où la mise en série des deux moyens de réfrigération n'est pas effectuée, la circulation dans le faisceau tubulaire est assurée par le ventilateur placé dans le conduit central de retour d'air du faisceau tubulaire. La ventilation des parois du convertisseur se fait alors par un ventilateur séparé, soufflant l'air de refroidissement soit de la cathode vers le couvercle porte-anodes, doit en sens inverse.
Le dispositif de réfrigération de la zone cathodique à forte pression de vapeur de mercure(déjà proposé pour les convertisseurs de courant à vapeur de mercure à cathode centrale par le brevet -belge' , déposé le 14. Mai 1946 @ pour"Convertisseur de courant à vapeur de mercure à refroidissement par air") allié à la simplicité de réalisation de la cathode annulaire présente par rapport aux dispositions adoptées jusqu'à présent le double avantage d'une réfrigération efficace et d'une construction facile, permettant la construction de convertisseurs de courant à vapeur de mercure de très grande puissance, à refroidissement par air.