Redresseur à arc de mercure. L'invention se rapporte à un redresseur à arc de mercure et en particulier à un re dresseur de -ce genre à . cuve métallique, qui peut avoir de petites dimensions et un rende ment et une capacité élevés Jusqu'à présent, les redresseurs à arc de mercure à cuve métallique sont pourvus d'une grande chambre condensation centrale en tourée d'une chambre à anode, et une cathode en mercure, logée usuellement centralement, coopère avec une pluralité d'anodes.
Lorsque de forts courants sont redressés au moyen de ces appareils connus, une grande quantité de vapeurs de mercure est .dégagée de la cathode et doit nécessairement être condensée, afin de maintenir la pression de vapeur :dans le re dresseur à une valeur appropriée.
Pour pourvoir à la surface de condensa tion nécessaire, les chambres -de condensation centrales sont établies avec de grandes dimen sions, en suite de quoi les anodes viennent se trouver à une grande distance de la cathode et la longueur -des arcs redresseurs se trouve par conséquent augmentée.
Cette construction adonné lieu à des cu ves d'énorme grandeur dans lesquelles la chute d'arc est -de l'ordre de grandeur de 20 ou 40 volts, avec une perte d'énergie corres pondante considérable. Comme cette énergie se présente le plus souvent sous forme de chaleur dans un vide sensiblement complet, les parties de travail sont nécessairement portées à une température élevée.
L'application d'un effet de refroidisse ment suffisant pour réduire ces températures élevées à une valeur de toute sécurité pour le travail implique encore d'autres pertes.
Apparemment, cette forme de construc tion est le résultat d'une idée fausse sur la nature du dégagement des vapeurs à partir @de la cathode. On sait depuis longtemps que la quantité de vapeur qui passe de la cathode aux anodes exerce une influence sensible sur les caractéristiques de fonctionnement du re dresseur.
Jusqu'à présent, on croyait que les vapeurs de mercure partant de la cathode agissaient très semblablement à la façon d'un jet et s'é coulaient sensiblement en une ligne droite. Par conséquent, on croyait que la chambre de condensation centrale en communication -di recte avec la cathode était la meilleure mé thode pour éliminer l'écoulement de vapeurs dans les espaces .anodiques. Toutefois, il était à présumer qu'une certaine quantité de va peurs de mercure s'écoulait -dans les espaces anodiques.
Pour empêcher l'influence délétère de ces vapeurs, il est devenu -de coutume d'en tourer les anodes d'écrans plus ou moins join tifs et de pourvoir les écrans .d'une ou -de plu sieurs grilles. L'effet désionisant de ces grilles, conjointement avec les longueurs d'arc nécessairement grandes coopéraient de fa çon à produire de grandes chutes d'arc et par suite :des pertes correspondantes, comme expli qué plus haut.
Or, on a trouvé que, contrairement à la conception usuelle, les vapeurs de mercure, au lieu de s'écouler sous forme de jet, se dévelop pent en un véritable faisceau -de directions immédiatement après leur dégagement de la cathode ou si un garde-arc est employé, im médiatement au delà de la terminaison de ce dernier, .de sorte qu'elles se comportent comme tout autre gaz à pression élevée -clé- chargé -dans un espace à basse pression et prennent ainsi toutes directions.
Pour tenir compte de la nature signalée (le l'écoulement des vapeurs de mercure à par tir de la cathode, et au lieu,d'essayer -de con finer les vapeurs de mercure à un espace condenseur central et -de les tenir -à l'écart d'une grande aire anodique, on peut grouper, dans le redresseur suivant l'invention, les anodes d'une manière serrée tant les unes par .rapport aux autres que par rapport à la cathode, des moyens pouvant être prévus pour que les vapeurs soient tenues à l'écart -de cette aire relativement petite, tout en leur permettant de passer librement .dans le reste de la cuve de l'appareil.
Les anodes peuvent être placées aussi près les unes des autres que cela est possible au point -de vue mécanique, et elles sont avanta geusement enfermées dans un écran commun ayant des ouvertures adjacentes aux faces d' anode pour le passage des arcs, grâce à quoi on peut éliminer les écrans et grilles de délimitation usuelles et laissent les arcs sen siblement non confinés, tout en réduisant sen siblement la longueur d'arc. L'arc court, sen siblement non entravé réduit la chute d'arc de 40 volts du redresseur habituel à environ 12 volts.
Toutefois, on a trouvé qu'il .entrait encore suffisamment de vapeurs de mercure dans la chambre anodique pour avoir une influence nuisible sur la stabilité du fonctionnement. Pour empêcher les vapeurs se dégageant de la cathode d'entrer dans l'espace anodique, il convient de prévoir une source auxiliaire de vapeurs de mercure, à partir de laquelle des vapeurs -de mercure en quantité suffisante et à pression suffisante sont conduites à la chambre anodique pour agir à l'encontre de l'écoulement de vapeurs à partir de la ca thode.
Ce courant,de vapeurs auxiliaire empê che les vapeurs fortement ionisées provenant de la cathode de venir en contact direct avec les anodes et réduit sensiblement la probabi lité d'amorçage en retour dans le redresseur.
On a. trouvé qu'il y a -des accumulations de gaz non condensés en divers endroits dans le redresseur et que ces accumulations dépen dent du courant de vapeurs de mercure depuis la cathode aux surfaces de condensation. Ap paremment, lorsque les vapeurs -de mercure s'écoulent dans une poche fermée, :dont les pa rois sont des surfaces de condensation, le gaz étranger est entraîné par elles -et retenu .dans la poche par le courant continu de vapeurs. Toute instabilité de fonctionnement permet alors à ce gaz étranger .de s'écouler de ladite poche provoquant des difficultés.
Il est très probable -que sous une charge constante, au quel cas il ne devrait pas exister d'instabilité de fonctionnement, il y a alors cependant une instabilité de fonctionnement inhérente intro duite dans le système par la présence du gaz étranger lui-même. L'accumulation de gaz étranger continuera jusqu'à ce qu'elle soit suffisante pour avoir un effet prononcé sur le courant de vapeur de mercure, auquel moment les vapeurs de mercure sont empêchées d'at teindre tant soit peu les surfaces -de conden sation.
Les vapeurs sont, par conséquent, dé viées et il en résulte que le gaz étranger ac cumulé peut s'échapper de ladite poche et peut, particulièrement si cet échappement se fait dans le voisinage des anodes, provoquer un amorçage en retour dans le redesseur.
Comme il est apparent qu'il y a. toujours à compter avec des gaz étrangers, ce problème devient très important et il peut constituer une grande source difficultés dans les re dresseurs.
Dans le redresseur suivant la présente invention, il est possible .d'éliminer cette source de perturbations, attendu que le cou rant de vapeurs auxiliaire peut être fourni à partir d'une portion du redresseur de laquelle les impuretés et gaz étrangers sont exclus. Le courant -de vapeurs auxiliaire empêche les ;raz provenant d'autres parties du redresseur d'entrer dans la chambre anodique, tandis que le courant de vapeurs autour des anodes pro- (luit une action de pompage pour enlever tout gaz engendré au anodes et pour l'emmener à la chambre de condensation à partir de la quelle il peut le plus facilement être pompé par des moyens établis à cet effet.
En employant des anodes disposées en groupes, conjointement avec de courtes lon gueurs d'arc, le redresseur de la construction signalée sera de dimensions beaucoup plus petites que des redresseurs à capacité simi laire établis suivant les données habituelles.
De plus, par la réduction de la longueur d'arc et par l'élimination des écrans limita- teurs et des grilles de commande, rendues possibles par l'emploi du jet .de vapeurs auxiliaire, la perte d'énergie dans les arcs a été sensiblement réduite, de sorte que le ren dement du redresseur a été sensiblement aug menté. La réduction -des pertes d'énergie' im plique nécéssairement la. disposition d'unesur- face de refroidissement plus petite, d'où ré- sulte que le redresseur devient encore plus pe tit et présente encore un rendement plus élevé.
Généralement parlé, l'invention consiste par conséquent en un redresseur à arc -de mer cure qui comporte un bain de mercure auxi liaire autre que celui formant la cathode et des moyens pour produire un courant de va peurs de mercure à partir dudit premier bain de mercure pour agir à l'encontre du cou rant .de vapeurs provenant de la cathode.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution .de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale d'un pre mier exemple; La fig. 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1, montrant la disposition des parties du redresseur à l'intérieur -de celui-ci; La fig. 3 est une coupe verticale d'un deuxième exemple; La fig. 4 est une coupe verticale d'un troisième exemple, et La, fig. 5 est une coupe partielle suivant la ligne V'-V de la fig. 4.
Le redresseur représenté aux fig. 1 et 2 comporte une cuve métallique refroidie à l'eau, 1, de construction sensiblement cylin drique, comportant une plaque cathodique isolée 2 fixée à ladite cuve, la plaque catho dique portant un bain de mercure annulaire 5 formant cathode et un bain de mercure cen tral auxiliaire 6 alimenté à. partir du bainca-, thodique par un conduit 7, mais mis à l'a-, bri de l'arc de redressement, de façon à être distinct et séparé -de la cathode 5.
Plusieurs anodes 10 sont placées dans la. cuve 1 aussi près les unes des autres. qu'il. convient au point de vue mécanique et sont entourées par un écran commun 12 de gran deur suffisante pour enfermer l'espace ano dique. L'écran 12 est pourvu, @à sa partie in férieure et à, proximité des faces d'anodes, d'ouvertures 14 pour les arcs de redresse ment.
Il est caractéristique pour les dispositifs électriques à. vapeurs qu'aux endroits où des objets à grandes différences de potentiel sont séparés par -de très, courtes distances, le, gradient de potentiel est tel qu'il y a peu de probabilité d'une rupture, et comme les, écrans saut sensiblement au potentiel cathodi que, il est désirable que les écrans s'étendent jusqu'à proximité immédiate des corps des anodes. Pour cette raison, des cloisons ou pro longements 16 sont prévues sur l'écran prin cipal 12, ces cloisons s'étendant, entre les, anodes 10 pour établir le court espacement, désiré.
La chambre anodique est pourvue d'un plafond 18 ayant sa portion centrale renfon cée dans un but décrit plus loin. Un écran de, base 20 est prévu pour protéger la portion de la plaque cathodique 2 qui n'est pas couverte par le bain cathodique 5. Cet écran -de base, 2,0, en combinaison avec l'écran cylindrique 12 et l'écran 18, délimitent les compartiments ou espaces à anodes pour établir la chambre, anodique 22., laissant libres seulement les ou vertures radiales 14 pour les arcs de redresse ment.
Toutefois, comme ces ouvertures ra-, diales 14 sont à proximité des surfaces d'a-, nodes, la portion principale des arcs de re dressement se trouvera à l'extérieur de la chambre anodique 2.2 et ne sera sensiblement pas confinée.
Une chambre de condensation 25 entoure la. chambre anodique et occupe le reste -de la cuve 1, cette chambre 25 étant directement, ouverte aux vapeurs provenant de la cathode 5 et étant pourvue d'un ou de plusieurs re froidisseurs annulaires 26.
Le bain de mercure auxiliaire 6 est pourvu d'un organe de chauffage 30 d'un type quelconque convenable pour produire, des vapeurs de mercure. Immédiatement au- dessus de ce bain auxiliaire se trouve un con duit ou cheminée 3:1 disposée pour conduire les vapeurs de mercure à la chambre anodi que 22, près du plafond 18 de cette dernière,, plafond qui est renfoncé, comme on l'a déjà fait remarquer, de façon à présenter une forme sensiblement conique à proximité de la cheminée 31.
Cette partie renfoncée conique agit comme une sorte de distributeur diri- géant les vapeurs de mercure, montant dans la cheminée 31, vers les anodes 10, de façon que le courant -de vapeurs auxiliaire passe autour des anodes et effectue une action de balayage sur les surfaces de celles-ci, dans la. direction des passages d'arc radiaux, de sorte que la direction du courant de vapeurs auxiliaire dans les passages d'arc radiaux est de sens opposé à la. direction du courant de vapeurs provenant de la cathode.
Ledit contre-courant de vapeurs empê che efficacement les vapeurs cathodiques for tement ionisées d'entrer dans les espaces anodiques 22 et est très avantageux pour éli miner par effet de balayage, cette ionisation rémanente qui autrement pourrait persister pendant la période de transition des caracté ristiques .de conductivité aux caractéristiques. d'isolation dans. un chemin à arc quelconque donné.
Il sert aussi encore à un autre but, en ce sens que le courant de vapeurs agit simi- lairement à une pompe à vapeurs pour enle-, ver tout gaz étranger engendré dans le voi sinage des anodes 10, de façon à réduire sen-. siblement le danger de la formation d'une tache cathodique sur celles-ci.
En plus de l'action de pompage des va peurs auxiliaires, le contre-courant de vapeurs. dans la. chambre anodique produit un état -de vapeurs constant dans le voisinage des. ano des, contrairement au courant de gaz turbu-, lent qu'on suppose exister dans les redres-, leurs, antérieurs -de ce genre.
Ceci résulte du fait que les vapeurs sont produites d'une ma-, nière constante et parce quë, en raison de la forme de la cheminée 33 et de l'écran coopé-, rant 18, les vapeurs auxiliaires cheminent en lignes d'écoulement, tandis que dans. des ap pareils connus les vapeurs étaient dégagées principalement dans le voisinage -de la, ou des, taches de cathode avec des tourbillons et re mous qui en résultent.
La tache de cathode sur une cathode an nulaire paraît s'opposer à son éloignement de l'électrode d'amorçage, ce qui donne lieu à l'établissement de longueurs d'arc inégales à partir des, -diverses anodes et -de pertes d'arc inégales, si une électrode d'amorçage unique est employée.
Le redresseur représenté est pourvu de plusieurs électrodes -d'amorçage et d'entretien 35 espacées de telle façon qu'une tache catho dique soit toujours maintenue à. proximité de chacune des anodes ou .de chaque groupe d'a nodes, de sorte que les arcs seront approxi mativement tous de la. même longueur. Des, écrans radiaux 36 sont prévus pour diviser la chambre de condensation 25 en une pluralité de compartiments -correspondant au nombre d'électrodes d'amorçage prévues de sorte que, les ares de l'une quelconque des électrodes d'amorçage seront séparés des arcs des autres électrodes d'amorçage. Il est avantageux d'éta blir les écrans .36 sous forme de prolonge-, menu des cloisons radiales 16 prévues sur.
l'écran d'anode 12, comme indiqué<B>à</B> la fi-. I..
Dans, la variante représentée à. la fig. 3, le, bain cathodique annulaire 5 est séparé du bain de mercure auxiliaire 6 au moyen d'un anneau ou cylindre de quartz 38 et l'écran de, base 20 a été organisé de façon à. mieux coo-, pérer avec la, cathode annulaire plus petite. , En raison de l'absence de surfaces de re froidissement autour du bain de mercure auxiliaire, le mercure de celui-ci se trouve normalement à environ la même température que le mercure formant la.
cathode, de sorte que seulement une quantité de chaleur rela tivement petite est nécessaire, dans l'organe de chauffage 30, pour produire suffisamment de vapeurs auxiliaires pour contrecarrer la tendance des vapeurs cathodiques à entrer, dans la chambre anodique.
Dans la. variante suivant les fig. 4 et 5,, les anodes 10 sont groupées latéralement: à, proximité des. côtés d'une cuve sensiblement rectangulaire, les anodes .de chaque groupe latéral étant pourvues d'un écran commun 40, pour former des chambres anodiques aux cô tés de la cuve, et une chambre de refroidisse ment située centralement et s'étendant longi ; tudinalement. Les anodes coopèrent avec une, cathode habiuelle 42 prévue au centre de la; cuve.
Chacune ries chambres anodiques est pour vue d'un bain de mercure auxiliaire 45 sur monté -dune cheminée 46 .disposée pour ame-. ner les vapeurs. auxiliaires aux espaces ano-, Biques.
La. quantité de vapeurs ionisées dégagées. de la, cathode pendant le, fonctionnement est directement dépendante -du courant d'arc. Par, conséquent, la pression -de vapeurs dans le re-. dresseur augmente avec la. charge. La pres sion de vapeurs augmentée tend à forcer les vapeurs ionisées dans les espaces anodiques,, -de sorte qu'il est .désirable de pouvoir faire, varier la. pression de vapeurs auxiliaires pour, contrecarrer la. pression augmentée des va peurs provenant de la cathode.
Cela peut être réalisé en faisant varier l'admission d'énergie aux organes de chauffage 30 en dépendance des variations de charge. Si du courant con tinu est employé pour les organes de cha.uf- fage, ils peuvent être reliés en série avec le côté -de -débit du redresseur, ou si du courant alternatif est employé pour les organes de chauffage. la. même adaptation aux conditions de charge peut être assurée en faisant arriver, le courant par des transformateurs de courant aux conduites d'alimentation du redresseur.
En faisant varier la capacité des organes -de, chauffage en dépendance des -conditions, de charge, la. quantité la plus favorable de va peurs auxiliaires pourra être fournie en tout temps.