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Appareil électrique à décharges dans une vapeur.
La présente invention se rapporte à un appareil électrique à décharges dans une vapeur, et plus particulièrement à un ensemble d'anodes et d'écran pour un tel appareil.
Dans le fonctionnement des appareils à décharges, il a été trouvé que si des écrans sont prévus entre l'anode et la surface active de la cathode afin que l'anode soit protégée optiquement de la surface active de la cathode, on obtient normalement une réduction des amorçages en retour. Toutefois cet écran augmente parfois la tension nécessaire pour établir l'arc conducteur entre l'anode et la cathode, de sorte qu'il est désirable de prévoir des passages appropriés grâce auxquels au moins une petite quantité de vapeur de mercure passera au
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voisinage de l'anode.
Certaines expériences ont démontré que le rendement en condensation de la surface de condensation refroidie., pour condenser la vapeur de mercure, est notablement améliorée,, si la surface de condensation est baignée par le plasma de l'arc dans le redresseur.
L'ensemble de l'anode et de l'écran conforme à l'in- vention a pour objet d'assurer le bénéfice de ces conditions de fonctionnement ainsi que d'autres.
L'anode a une forme dite aérodynamique ayant une partie de base pratiquement cylindrique et des côtés inclinés conver- geant vers une pointe de section droite inférieure à celle de la base. L'anode est pratiquement enfermée par un écran dont la forme correspond à peu près à celle de l'anode, l'extrémité de cet écran à proximité de l'anode étant pratique- ment fermée pour empêcher que le jet de vapeur cathodique forte- ment ionisée ne pénètre dans l'espace anodique, mais étant pourvue d'ouvertures protégées appropriées pour admettre une quantité suffisante de vapeur pour faciliter l'établissement de l'arc conducteur entre la cathode et l'anode.
L'écran est pourvu de passages pour l'arc dans ses parties latérales de sorte que les côtés de l'anode deviennent la face active de l'anode, de sorte que l'arc partant du côté de l'anode passe contre les parois latérales de l'appareil, et le plasma de l'arc baigne la surface de condensation, amélio- rant son rendement de condensation. L'écran convergeant as- sure également un espace élargi pour faciliter l'écoulement du jet cathodique fortement ionisé vers la surface de conden- sation.
La présente invention a pour objet de réaliser un redresseur dans lequel l'anode a une forme convenable pour @
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former une grande surface active, et est pourvue d'un écran approprié pour exclure une majeure partie de la vapeur forte- ment ionisée émanant de la cathode, et de forme telle que le plasma de l'arc balayera les surfaces de condensation, et amé- liorera les caractéristiques de fonctionnement du redresseur.
D'autres objets et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue en coupe et en élévation d'un dispositif à décharges électriques conforme à l'invention, et
La figure 2 est une vue semblable d'une construction préférée conforme à l'invention.
L'appareil électrique conforme à l'invention comprend un carter ou enveloppe appropriée, représenté à la figure sous la forme d'un récipient métallique 1. Au fond du récep- tacle 1 se trouve une masse appropriée 2 de matière de cathode vaporisabl. et recondensable, telle que du mercure, ou un amalgame de mercure. Afin de restreindre la zone active de la cathode 3 àune portion prédéterminée de la cathode 2, un écran approprié 4 usuellement une bague de quartz est accrochée par un dispositif approprié 5 au fond du réceptacle de la cathode.
Afin d'amorcer la tâche cathodique, une électrode d'activation ou l'allumage 6 est disposée en contact avec la surface active 3 de la cathode 2. Une connexion d'amenée de courant appropriée 7 traverse la paroi du réceptacle 1 au moyen d' un manchon isolant 8.
Avec la cathode 2 coopère une anode 10, de préférence en graphite, suspendue à une tige d'anode appropriée 11, qui est maintenue isolée par rapport au réceptacle 1 au moyen d'un manchon isolant 12.
Afin de ménager une grande surface active effective,
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l'anode 10 est pourvue d'une base pratiquement cylindrique 13 et d'une pointe 14 de section droite décroissante, c'est-à-dire de for- me pratiquement tronconique, convergeant en direction de le. cathode 2.
Tout au moins la. partie de la. tige 11 qui est en contact avec l'anode 10 est formée d'une matière conductrice qui n'est pas dissoute par le carbone chaud.
Un écran 15 composa de préférence de graphite est suspendu, d'une manière isolée pa.r rapport à l'anode 10 et au réceptacle 1 au moyen de boulons isolasappropriés 16. L'é- cran 15 a une forme s'adaptant pratiquement à celle de l'anode
10, et est placé aussi près de cette anode que cela est mécanique- ment possible.
La partie convergente de l'écran entourant la. pointe 14 de l'anode 10 forme une chambre de vapeur conique 17 à travers laquelle le jet de vapeur fortement ionisée de la cathode 2 peut passer, en allant de la cathode à la. surface de conden- sation, avec une augmentation minimum de la pression de vapeur.
Les parties latérales de l'écran sont pourvues de passages appropriés 18 pour l'arc. Les passages 18 sont de préférence constituespar des trous percesdans le côt,' de l'écran de graphite 15 et sont de dimensions et d'emplacement tels qu'aucune partie de l'anode n'est exposée optiquement à la surface active 3de la cathode, par les passages d'arc 18. Comme les passages d'arc 18 sont pratiquement latéraux par rapport à la face active de l'anode 10, l'arc conducteur passant entre la cathode 3 et l'anode 10 balaye les surfaces de condensation, de sorte que cette surface de condensation baigne dans le plasma de l'arc, ce qui augmente grandement son efficacité.
La partie 19 de l'écran 15, à proximité de la cathode 3, est pratiquement fermée, mais, afin d'admettre une quantité suffisa.nte de vapeur cathodique pour permettre un rallusage @
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facile de l'air conducteur, une ouverture appropriée 20, est ménagée à l'extrémité 19 de l'écran 15, et un déflecteur appro- prié 21 est prévu à une certaine distance de l'ouverture 20, afin qu'aucune partie de l'anode 10 ne soit exposée optiquement à la. zone active 3 de la cathode, par 1'intermédiaire du passage de vapeur 20.
Dans le fonctionement des redresseurs, il a été trouvé que les parties directement en contact avec le courant de l'arc travaillent à une température de l'ordre de 1000 C, et comme le fer, de nombreux alliages de fer et d'autres métaux ont la. propriété de se dissoudre dans le carbone à cette température, des difficultés considérables ont été rencontrées dans la. réunion convenable des diverses parties en graphite formant l'écran de l'anode.
Parmi les métaux de base, le cuivre et le nickel ont la propriété de résister au pouvoir dissolvant du carbone chaud.
Le cuivre est indésirable dans les portions du redresseur ayant une forte teneur en mercure, telle que la région traversée par le jet de vapeur de la cathode, et, par conséquent, on a utilisé des vis 26 en nickel pour fixer le déflecteur 21 aux extrémités 19 de l'écran.
Toutefois, le nickel a la particularité d'avoir des particules arrachées par l'arc, de sorte que, non seulement la fixation est rendue incertaine, mais dans certaines applica- tions ayant un facteur de charge élevé, le nickel ainsi protégé contamine les électrodes d'amorçage et gêne le fonctionne- ment normal de l'appareil. Il est donc préférable d'utiliser une construction n'ayant aucune partie métallique exposée au courant du gaz, comme on le voit à la variante représentée à la figure 2.
Dans la. construction préférée, les passages pour la vapeur dans l'extrémité 19 de l'écran 13 sont construits dans
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la matière de l'écran intacte. Il est préférable de construire les passages en perçant un trou 30 puis en usinant ou en décou- pant pour former une base élargie 31, puis en perçant plusieurs trous 32 décalés par rapport au trou 30, les dimensions des trous 32 et la profondeur du décalage étant telles au'aucune partie de l'anode 10 ne soit directement exposée à la. zone active 3 de la cathode, par les ouvertures 30,31, 32.
La partie extrême fermée 19 de l'écran 15 est de préfé- rence de telle taille par rapport à la zone active de la catho- de 3 et à la pente du côté conique de l'écran 15, que le jet de vapeur fortement ionisée ne vienne pas frapper sur les ouver- tures 18, mais balaie la surface de condensation, à travers l'es- pace élargi 17, sans augmenter notablement la pression de vapeur en un point quelconque de l'appareil.
L'espace conique 17 forme également un espace pour l'arc de section droite constante dans la direction de la cathode, ce qui permet à l'arc de passer sans être resserré ou bourré.
Si on le désire, une connexion appropriée 22 peut être raccordée à l'écran 15 et conduite à travers la paroi du récep- ta.cle, au moyen d'un manchon isolant 23.
De préférence, des dispositifs de refroidissement par liquide, comme des serpentins de refroidissement 24, sont prévus pour la surface de condensation ou toute autre partie de l'appa- reil que l'on désire refroidir. Afin d'améliorer l'aspect de l'appareil, une chemise ou enveloppe appropriée 25 est appliquée pour recouvrir les serpentins de refroidissement 24 ou toute autre surface irrégulière de l'appareil.
Bien qu'on ait décrit et représenté à titre d'exemple, une forme de réalisation particulière de l'invention, il est bien évident que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir pour cela des limites de l'invention.