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" Assemblage d'électrodes."
La présente invention se rapporte à des assemblages d'électrodes tels que ceux qui sont utilisés dans des condensa- teurs électrolytiques, des redresseurs, des parafoudres et ap- pareils similaires, assemblages comportant notamment des pièces d'épaisseur destinées à séparer les électrodes ou les plaques conductrices de ces appareils.
L'objet de l'invention est un assemblage d'électrodes comportant un support poreux en matière isolante recouverte d'au moins une couche métallique déposée par pulvérisation, caracté- risé par le fait que des couches métalliques sont déposées par pulvérisation sur les faces opposées de la matière isolante, cha- que couche de dépôt constituant une électrode séparée et isolée de l'autre couche par lendit support.
Dans une forme d'exécution avantageuse, le support est composé de filaments ou de fibres de verre présentant certaines
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caractéristiques définies, et qui sont, soit tissés en une pièce d'étoffe, soit, de préférence, enchevêtrés par tressage. Il a déjà été proposé d'employer de la laine de verre ou un tissu composé de fibres grossières ayant un diamètre d'au moins 0.0254 mm. Les pièces d'épaisseur en laine de verre ordinaire ne donnent pas des résultat satisfaisants dans leur application aux conden- sateurs électrblytiques pour différentes raisons : exemple les fibres relativement grossières perforent la pellicule de matière diélectrique recouvrant les anodes des condensateurs et il en résulte des pertes élevées ainsi qu'un fonctionnement inef- ficace.
Le demandeur a trouvé que ces inconvénients peuvent être éliminés par l'utilisation de filaments ou de fibres ayant des diamètres ne dépassant pas 0,0127 mm, la préférence étant donnée à une étoffe de verre soit tissée, soit tressée, constituée par des filaments dont le diamètre est d'environ 0,005 mm ou infé- rieur. Ces fibres sont extrêmement flexibles et présentent des caractéristiques semblables à celles de la soie, de sorte qu'el- les ne détériorent pas les pellicules de matière diélectrique des électrodes avec lesquelles elles sont en contact.
Grâce à la finesse des filaments, leur surface exté- rieure dans une étoffe de verre est extraordinairement accrue en comparaison de la surface des filaments qui composent une étoffe de verre en matière plus grossière, étoffe telle que la laine de verre ordinaire. Cet accroissement de la surface de verre expo- sée à l'électrolyte, permet d'obtenir une matière chimiquement plus réactive par rapport à l'électrolyte et, du même coup, plus sensible à l'effet de la chaleur. C'est pour cette raison qu'en vue d'obtenir les meilleurs résultats, il est préférable d'uti- liser une étoffe de verre composée de filaments fins qui résis- tent aux températures élevées et qui ne contiennent pas de sub-
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stances capables de souiller l'électrolyte.
Il a été trouvé que @ des filaments constitués par des verres à haut point de fusion, par exemple du verre composé d'oxydes de silicium avec des oxy- des de bore, de magnésium et d'aluminium, conviennent parfaite- ment au point de vue résistance à la chaleur. En outre, le verre doit être autant que possible exempt de substances telles que le fer et le cuivre qui seraient préjudiciables au condensateur, étant entendu qu'aucune matière n'est rigoureusement inerte ou indifférente à une action électrolytique de longue durée. C'est pourquoi l'on utilisera de préférence des étoffes de verre dont les filaments sont pratiquement exempts de cuivre et de fer et dont le verre à haut point de fusion, se compose principalement d'oxydes de solicium, de bore, de magnésium et d'aluminium.
Le verre présente de préférence une composition telle que, même sous la forme de filaments très fins, son point de fusion est de 300 ou au-dessus. Un verre de cette composition résiste sans aucun inconvénient apparent aux températures de fonctionnement les plus élevées que l'on rencontre couramment dans les condensateurs électrolytiques, c'est-à-dire des températures d'environ 150 , Des étoffes de ce genre, en particulier lorsque les filaments sont traités sous la forme d'un feutrage mince ou d'un tressage, don- nent d'enellents résultats en tant que pièces d'épaisseur pour condensateurs électrolytiques, et,en raison de la flexibilité jointe à la robustesse de ce filament de verre très fin, ces pièces d'épaisseur peuvent être facilement incorporées dans des condensateurs à électrolyte du type humide ou du type sec.
Comme on l'a précisé plus haut, il est possible d'uti- .liser spit des étoffes de verre tissées, soit des étoffes de verre tressées ou feutrées dans des condensateurs du type humide ou du type sec. Toutefois, il est préférable de recourir à des
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étoffes tressées ou des nattes de verre parce que l'étoffe tres- sée présente pratiquement une épaisseur et une porosité unifor- mes dans toutes ses surfaces élémentaires, tandis que les étoffes tissées ont nécessairement une porosité plus grande dans les vi- des entre fils de trame que dans les régions occupées par les trames. En outre, aux croisements des fils il y a de petites sur- faces où la porosité est fortement réduite et l'épaisseur accrue.
En raison de la porosité et de l'épaisseur uniformes des étoffes de verre nattées, les plaques d'électrodes des condensateurs peu- vent être très rapprochées et localisées avec précision les unes par rapport aux autres.et en particulier dans les condensateurs du type sec, la surface entière des plaques peut être utilisée plus efficacement que dans les condensateurs comportant des piè- ces d'épaisseur tissées ou composées de brins ou torons de verre ou d'autres matières telles que de la gaze de coton.
Pour obtenir des filaments de verre fins, on étire le verre à l'état visqueux en fibres ou filaments de petits diamè- tres en leur insufflant un jet de vapeur ou de gaz sous pression.
Dans le cas de nattes de verre, celles-ci sont fabriquées par le procédé Fourdrinier et les filaments élémentaires ont ordinaire- ment une longueur approximative de 25 à 30 cm. En ce qui concerne la fabrication d'étoffes tissées en filaments de verre, on re- cueille les filaments fins et on les transforme par filage en fils résistants ; ils peuvent alors être tissés en articles tex- tiles, les filaments étant continus et longs parfois de plusieurs mètres dans le cas d'étoffes tissées. Comme on n'a pas besoin de filaments de grande longueur dans la préparation des nattes de verre, leur étirage des fibres peut être poussé jusqu'à un plus petit diamètre, s'ils sont destinés à des nattes, que celui des filaments préparés pour des opérations de tissage.
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Au cours de la fabrication d'étoffes de verre, on uti- lise parfois un lubrifiant ou un empois pour faciliter la mani-' pulation des filaments. A cet effet, il est recommandable de la- ver les étoffes tissées ou les nattes avant de les incorporer dans les condensateurs. Ce lavage peut être effectué de préfé- rence dans une solution diluée de borax, suivi d'un rinçage à 1' eau distillée et d'un nouveau lavage dans une solution chaude d'acide borique, suivi finalement d'un rinçage à l'eau distillée pour enlever toutes les traces d'acide. Après ce traitement, si on le désire, les étoffes tissées ou les nattes peuvent subir un traitement pour accroître leur robustesse et leur résistance à l'action de l'électrolyte par application d'une matière d'apprêt qui ne soit pas préjudiciable au condensateur, quand celuici est sous tension.
On peut employer, par exemple, des verres solu- bles ou des substances telles que du latex, des laques, des ré- sines synthétiques à base de phénol et de formol ou des vernis ou encore des produits de condensation du type urée et formal- déhyde. Il ne faut utiliser que juste assez de matière d'apprêt ou d'empois pour empêcher le glissement mutuel des filaments et pour augmenter un peu la rigidité et la'robustesse du matériau.
Des nattes en fibres de verre ou des étoffes tissées, constituées de filaments de verre dont la composition et le trai- tement sont ceux que l'on a décrits plus haut, peuvent être ap- pliquées comme pièces d'épaisseur dans des appareils électriques de différents types.
Les condensateurs électrolytiques comportant des piè- ces d'espacement de ce genre ont des propriétés très satisfaisan- tes en ce sens que l'angle de perte et la baisse de résistivité sont fortement réduits, la longévité et l'aptitude au service de ces condensateurs étant remarquablement améliorées comparative- ment aux condensateurs avec pièces d'espacement de types connus.
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En particulier, les condensateurs électrolytiques comportant des pièces d'épaisseur conformes à l'invention sont beaucoup plus aptes à supporter les crêtes de tension que les condensateurs antérieurs.
Au dessin annexé qui représente de manière schématique diverses applications de l'objet de l'invention) la fig. 1 se rapporte à un condensateur de type sec ou à pâte comportant une pièce d'espacement'
La fig. 2 montre un condensateur du type humide;
La fig. 3 illustre une variante de condensateur du type à pâte comportant un assemblage d'une électrode et d'une piè- ce d'épaisseur
La fig. 4 est une vue en plan de l'assemblage électro- de-pièce d'épaisseur du condensateur visible à la fig. 3,
La fig. 5 est une coupe par V-V de la fig. 4.
On voit sur la fig. 1 l'application de la pièce d' épaisseur à un condensateur du type sec comprenant des électro- des plates 10 et 11, séparées par des nattes de verre.12 et 14 constituant les pièces d'épaisseur qui empêchent un contact acci- dentel des électrodes et qui retiennent l'électrolyte entre cel- les-ci. Les connexions,reliant les plaques d'électrodes ou les feuilles 10 et 11 à un circuit extérieur, peuvent être consti- tuées par des barrettes 15 et 16 fixées par rivetage, soudure,ou de toute autre manière appropriée,sur les feuilles d'électrodes.
Tout cet assemblage plan peut être roulé sous la forme cylindri- que eomme indiquée en 17 et peut être imprégné d'un électrolyte convenable soit avant soit après l'enroulement suivant des métho- des bien connues des hommes de métier.
Suivant le service auquel le condensateur est destiné, l'une ou les deux feuilles d'électrodes 10 et 11 peuvent être faites en aluminium ou en toute autre matière malléable sous
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forme de pellicules et peut être recouverte d'une pellicule de substance isolante. On peut utiliser différentes espèces d'élec- trolytes visqueux ou pâteux en corrélation avec le condensateur envisagé ; toutefois, il est préférable d'utiliser l'électrolyte pâteux décrit dans le brevet américain n 2. 095.966 aux noms du demandeur et de Léona Marsh. L'électrolyte en question qui con- tient un produit de condensation partielle du type urée et for- maldéhyde, permet d'obtenir un condensateur à grand rendement et ne donne pas lieu à une réaction nuisible avec la matière consti- tutive de la pièce d'épaisseur.
Les pièces d'épaisseur sont de préférence du type des nattes ou des étoffes mentionnées plus haut. Des résultats très satisfaisants peuvent être obtenus en utilisant des nattes de verre sous forme de fibres longues d'environ 25 à 30 cm et ayant des diamètres élémentaires de 0,005 mm eu moins encore, l'épais- seur de la natte étant comprise entre 0,051 et 0,127 mm environ.
Avant d'introduire la natte dans le condensateur, on la lave comme indiqué plus haut, puis on l'apprête, de préférence à 1' aide d'une matière d'apprêt qui est un produit de condensation d'urée et formaldéhyde, si l'on envisage d'utiliser un électro- lyte à l'urée formaldéhyde; dans le condensateur.
Comme on le voit sur la fig. 2, la nouvelle feuille d'épaisseur peut s'adapter aux condensateurs du type humide. Un tel condensateur peut comporter, par exemple, un récipent 20 en aluminium ou autre métal qui a pour rôle de retenir l'électrolyte liquide 21 et constitue également la cathode du condensateur.
Une anode 22 faite en aluminium ou en un autre métal étiré en pellicule et pourvu d'une couche de matière diélectrique, peut être supportée à l'intérieur du récipient par une borne ou une baguette 23 traversant une tubulure attenante 24, qui présente une dépression en 25 pour comprimer radialement une virole de
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caoutchouc 26 contre la baguette et réaliser ainsi un scellement de la tubulure étanche au passage de fluides. La partie supérieu- re du récipient peut être fermée au moyen d'un couvercle 27 pour- vu intérieurement d'ouvertures d'aération 28 afin de permettre 1' échappement des gaz qui peuvent prendre naissance pendant le fonctionnement du condensateur.
Afin d'éviter un contact accidentel entre l'anode et la cathode formée par le récipient, on utilise une pièce d'épais- seur 29 consistant en un morceau d'étoffe de verre, de préférence du type tressé ou feutré, enroulé sous une forme cylindrique, pro- pre à garnir l'intérieur du récipient en s'appliquant intimement contre ses parois internes. L'étoffe de verre constituant la pièce d'épaisseur; évite effectivement un court-circuit entre l'anode et le récipent cathodique, tout en permettant une libre circulation de l'électrolyte et le passage des ions à travers elle. Afin de conférer à la pièce d'épaisseur une solidité et une raideur suffisantes pour qu'elle se maintienne en position correcte dans le récipient, il est avantageux d'imprégner cette pièce d'épaisseur à l'aide d'une des diverses substances d'apprêt et d'empois citées plus haut.
Une matière d'apprêt particulière- . ment indiquée dans ce but, consiste en une résine synthétique à base de phénol et de formol ou en un vernis qui peut être ap- pluée par pulvérisation ou par immersion de la pièce d'épais- seur dans une solution étendue, après quoi le matériau est durci par cuisson.
Des pièces d'espacement, étables selon l'invention, peuvent non seulement servir à séparer les électrodes en feuille de condensateurs électrolytiques, mais encore à séparer des élec- trodes dont les surfaces sont recouvertes de métal pulvérisé,
Le mode de construction décrit plus haut s'applique particulièrement à des électrodes à surface traitée par pulvéri-
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sation, car on peut préparer un assemblage complet d'une élec- trode et d'une pièce d'épaisseur en pulvérisant une couche de métal sur une face du matériau isolant pour former l'anode du condensateur et en pulvérisant une couche conductrice sur l'autre face du matériau pour constituer ainsi la cathode du condensateur.
Si l'objet de l'invention doit servir de support combiné d'élec- trodes et de pièce d'épaisseur, il est préférable d'utiliser une étoffe de verre nattée ayant une épaisseur d'au moins un dixième de mm. Ces étoffes peuvent être aspergées de métal fondu sur les deux faces, sans qu'il se produise un contact électrique entre les couches des faces opposées.
Lors de leur introduction dans des condensateurs, de tels assemblages d'une électrode et d'une pièce d'épaisseur peuvent être facilement imprégnés de l'é.lec- trolyte; ils contribuent à l'obtention de condensateurs de pro- priétés extrêmement favorables en raison de ce que les plaques d'électrodes sont rapprochées quoiqu'étant effectivement séparées par une pièce d'épaisseur de grande rigidité diélectrique.et du fait que les électrodes proprement dites ont une surface effecti- ve égale à plusieurs fois leurs surfaces planes mesurables direc- tement.
Les fig. 3, 4 et 5 représentent un condensateur du type sec comportant un tel assemblage d'une électrode et d'une pièce d'épaisseur. En référence à la fig. 3, on voit que le condensa- teur dans son aspect général peut être semblable à celui que re- présente la fig. 1 et peut consister en un assemblage 35 d'une électrode et d'une feuille d'épaisseur qui est enroulé sur lui- même, la feuille d'épaisseur 36 étant en verre non traité par pulvérisation, de manière à prendre la forme cylindrique comme indiqué en 37. L'assemblage 35 de l'électrode et de la pièce d' épaisseur est illustré plus en détail aux fig. 4 et 5 ; ilpeut comporter une bande 38 d'étoffe en verre tressée recouverte sur
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ses faes opposées de couches métalliques 39 et 40 déposées par pulvérisation.
A volonté, les faces opposées de l'étoffe peuvent être recouvertes simultanément de métal pulvérisé au moyen de deux pistolets pulvérisateurs. De préférence) les deux couches se com- posent de particules finement divisées d'aluminium adhérant les unes aux autres ainsi qu'à la base de support, de manière à for- mer des couches conductrices continues sur toutes leurs surfaces.
Toutefois, on peut utiliser d'autres matières formant des pelli- cules ou.si l'on désire, la cathode d'un condensateur devant fonctionner en courant continu n'a pas besoin d'être en un métal formant une pellicule, elle peut être en cuivre ou en un autre métalne formant pas de pellicules. Si le condensateur doit fonc- tionner en courant alternatif, les deux électrodes doivent être en un métal formant une pellicule et recouvertes toutes deux d' un film diélectrique.
Les surfaces 39 et 40 recouvertes par pulvérisation sont pourvues de bornes 41,42 pour la connexion des plaques d' électrodes au circuit extérieur. On remarque que les bornes sont disposées aux extrémités opposées de la bande 38 et que les surfaces pulvérisées 39 et 40 sont légèrement décalées entre elles. Cette construction est recommandée en vue d'éliminer la possibilité de courts-circuits se produisant entre les bornes des surfaces ou aux extrémités'conductrices.
En outre il est alors possible de souder les bornes aux surfaces recouvertes par pulvérisation, comme cela est indiqué schématiquement en 43 et 44, et si on le veut, de munir les parties terminales des surfaces.obtenues par pulvérisation, de bandelettes conductrices 45 et 46 en opérant une fusion de masse plus compacte des particules sur le trajet de ces bandelettes.
On opère la formation d'un assemblage d'une électrode et d'une pièce d'épaisseur en immergeant celui-ci dans un élec-
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trolyte ordinaire capable de former un film, tel qu'une solution de borax' ou d'acide borique. Si les deux plaques doivent être pourvues de pellicules diélectriques, comme c'est le cas dans un condensateur destiné à fonctionner en courant alternatif, les deux bornes sont connectées aux pôles positifs d'une source de force électro-motrice et les deux surfaces recouvertes par pul- vérisation sont soumises à une électrolyse en tant qu'anodes, jusqu'à ce que le courant de pertes soit réduit à la valeur dé- sirée pour la tension de formation prescrite. Si le condensateur doit être utilisé en courant continu, il suffit qu'une seule électrode soit pourvue d'une pellicule diélectrique.
Pour la préparation d'une électrode destinée à ce genre de courant, une seule borne, par exemple la borne 41 pour la surface pulvérisée 39, sera connectée à la source de force électro-motrice et,de la sorte, la pellicule diélectrique ne sera formée que sur les surfaces des particules constituant la surface pulvérisée 39.
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Les pièces d'épaisseur en étoffe de verre tissé ou tressé, faisant partie de l'invention, peuvent avantageusement être utilisées dans des condensateurs du type électrostatique.
De tels condensateurs peuvent être fabriqués par exemple sous les formes illustrées à l'aide des fig. 1, 3, 4 et 5 du dessin.
Dans de tels condensateurs.il n'est toutefois pas nécessaire d' employer des électrodes recouvertes d'un film ou un électrolyte capable de maintenir une pellicule. Les électrodes ou les pla- ques peuvent être séparées seulement par le verre ou en varian- te, si on le désire, l'étoffe de verre peut être imprégnée d'une matière isolante, par exemple avec de l'huile de transformateur, ,possédant une grande rigidité diélectrique.
Une étoffe de verre tissé ou tressé faite de fila- ments de diamètre extrêmement fin, précisé plus haut, est très flexible et peut être pliée sans rompre suivant des rayons de
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l'ordre de 6,5 mm ou moins encore. Une étoffe de verre recouver- te d'aluminium pulvérisé conserve sa flexibilité dans une mesure suffisante pour être facilement manipulable et prendre toutes formes convenables permettant de l'incorporer dans des condensa- teurs à électrolyte de différents types. En raison des caracté- ristiques stables de l'étoffe de verre, de son indifférence chi- mique, de sa résistance aux températures élevées, de sa grande rigidité diélectrique, de sa flexibilité et de sa robustesse mé- canique, les pièces d'épasseur fabriquées selon l'invention sont supérieures en tous points à celles que l'on connaît jusqu'à ce jour.
L'assemblage décrit peut être utilisé non seulement comme moyen de séparation, mais encore à la fois comme séparateur et comme support pour les surfaces en métal pulvérisé constituant les électrodes d'appareils électrolytiques. En raison des avan- tages et des propriétés remarquables des séparateurs de verre, les condensateurs comportant de tels séparateurs ont une très grande longévité, de faibles pertes, un petit angle de pertes et de faibles pertes de résistance ; ilsfonctionnent avec un ren- dement élevé pendant de plus longues périodes que ceux des types antérieurs.
REVENDICATIONS.
1. Assemblage d'électrodes comportant un support po- reux en matière isolante recouverte d'au moins une couche métal- lique déposée par pulvérisation, caractérisé par le fait que des couches métalliques sont déposées par pulvérisation sur les fa- ces opposées de la matière isolante, chaque couche de dépôt con- stituant une électrode séparée et isolée de l'autre couche par le-dit support.