Redresseur à vapeur de mercure à refroidissement par air soufflé L'invention a pour objet un redresseur à vapeur de mercure à refroidissement par air soufflé.
Les redresseurs monoanodiques dégagent, sur tout dans la région de la cathode, une quantité de chaleur assez considérable qu'il est indispensable d'évacuer.
On a déjà pensé à refroidir ces redresseurs au moyen d'une circulation d'eau. Toutefois, il n'est pas toujours possible de disposer d'eau en quantité suf fisante, et l'on a également envisagé de combiner une circulation d'eau en circuit fermé, et un échangeur de chaleur eau-air constitué principalement par un radiateur et un ventilateur.
Certains constructeurs ont réalisé des appareils munis d'ailettes augmentant la surface des chambres sur laquelle l'air de refroidissement est soufflé direc tement. Toutefois, il a été constaté que la tempéra ture optima de la paroi d'un redresseur est com prise entre 45 et 550 C et il en résulte de grandes dif ficultés d'évacuation de calories dans les pays chauds, aussitôt que la température ambiante atteint 35 à 40o C.
La conséquence de ces difficultés est la nécessité de déclasser le redresseur, et de l'utiliser pour une intensité nominale plus faible que si le moyen de re froidissement était uniquement constitué par de l'eau.
Dans le cas des redresseurs à vapeur de mercure qui sont des appareils ayant une capacité de redres sement très élevée par rapport à leur volume, et par conséquent par rapport à leurs surfaces extérieures munies d'ailettes, le déclassement est dans le rapport de 3 à 1. Pour assurer le même service, il faut donc trois fois plus de tubes redresseurs, et le nombre des ventilateurs ainsi que celui des dispositifs annexes (circuits d'excitation) devient excessif.
D'autre part, dans les redresseurs à vapeur de mercure, il y a lieu de refroidir la cathode où se dégage le plus de chaleur, mais de maintenir une zone relativement plus chaude au sommet des redresseurs pour éviter en particulier qu'il ne s'y forme des con densations de mercure. Avec un refroidissement par eau ou par air, on n'est pas maître de la différence de température entre les diverses zones des redres seurs.
Les solutions adoptées jusqu'ici, .consistant à introduire dans le redresseur des écrans thermiques autour et au-dessus de l'anode, donnaient des incon vénients, et ne résolvaient pas d'une façon satisfai sante le réglage des différences de température entre la cathode et l'anode.
L'invention a pour objet un redresseur à vapeur de mercure à refroidissement par air soufflé remé diant aux inconvénients qui ont été cités précédem ment. De plus, l'invention permet de ne pas déclas ser les redresseurs, c'est-à-dire de les utiliser pour une intensité nominale normale.
Selon l'invention, le redresseur, qui comporte, d'une part une enveloppe étanche renfermant une cathode de mercure à la partie inférieure et une anode vers la partie supérieure, et, d'autre part, des moyens de soufflage d'air, est caractérisé par le fait que ladite enveloppe étanche est logée dans une enceinte s'éten dant depuis sa partie inférieure sur au moins une partie de sa hauteur,
ladite enceinte n'étant que par tiellement remplie par un liquide volatil jusqu'à un niveau au moins égal à celui du mercure de la ca thode.
Le dessin annexe représente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution du redresseur à vapeur de mercure faisant l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe verticale axiale de la première forme d'exécution par son axe, d'un redresseur monoanodique selon l'invention.
La fig. 2 est une coupe suivant II-II, fig. 1.
La fig. 3 est une coupe verticale d'une variante de réalisation. La fig. 4 est une coupe verticale schématique d'une autre variante de réalisation. La forme de réalisation représentée à la fig. 1 concerne un redresseur à vapeur de mercure du type connu sous le nom de ignitron , ayant une enve loppe étanche 1 contenant une anode 2 en graphite, une cathode 3 de mercure, une grille 4, et des électro des auxiliaires 27.
La tige 5 de l'anode 2 est isolée du corps du tube par un manchon 6 en verre scellé, ou tout au tre isolateur.
L'enveloppe 1 est logée dans une enceinte étan che 7 s'étendant autour de l'enveloppe 1 et formant ainsi une cavité 30 à partir de la base de l'enveloppe 1, où se trouve la cathode 3.
Dans le cas de la forme de réalisation représen tée sur la fig. 1, l'enceinte 7 monte jusqu'à la partie supérieure de l'enveloppe 1.
Comme on le voit plus spécialement sur la fig. 2, la paroi extérieure 28 de l'enceinte étanche 7 forme des ailettes 29 qui sont refroidies par de l'air soufflé qui circule dans le sens des flèches 8.
Pour favoriser le refroidissement, l'enceinte 7 est placée dans un canal 9 ou circule l'air soufflé.
A l'intérieur de l'enceinte 7 est prévue une cloi son laissant un passage 11 à la partie inférieure et un passage 12 à la partie supérieure.
De préférence, la paroi extérieure de l'enceinte 7 constituant les ailettes 29 ne descend pas jusqu'à la partie inférieure du redresseur, cette dernière étant simplement entourée par une portion cylindrique 13.
L'enceinte 7 reçoit un liquide volatil 14 jusqu'à un niveau 15 au moins égal au niveau du mercure de la cathode 3.
Le liquide utilisé peut être simplement de l'eau. Toutefois il est préférable d'utiliser un liquide plus volatil tel que par exemple du trichlorotrifluoroéthane plus connu commercialement sous le nom de Fréon (marque déposée). Ce liquide bout à 47o C sous la pression atmosphérique. Il est chimiquement neutre et est de plus un bon isolant électrique.
On peut cependant envisager l'emploi d'autres produits tels que des produits fluorés ne contenant de préférence pas d'hydrogène.
D'une façon générale, on peut utiliser n'importe quel liquide connu dans l'industrie du refroidissement. Au moment de la construction de l'appareil, le remplissage en liquide peut se faire sous la pres sion atmosphérique par l'intermédiaire d'un petit tube 16 situé à la partie supérieure de l'enceinte 7. L'en ceinte étant remplie jusqu'au niveau 15 nécessaire, il suffit de la chauffer aux environs de 45,1 C pour que le Fréon soit prêt à bouillir. Sa vapeur chasse l'air, et le tube de remplissage 16 est scellé par exem ple au moyen d'une pince à souder.
Le redresseur qui vient d'être décrit fonctionne dans les conditions suivantes.
Pendant la marche du redresseur, la température de la cathode 3 s'élève, et le liquide volatil qui en toure cette cathode émet de la vapeur en quantité importante. Cette vapeur s'élève le long de la paroi de l'enveloppe 1 du redresseur et à l'extérieur de celle-ci, elle maintient par conséquent une tempéra ture suffisante dans la région supérieure du redres seur, et évite la condensation du mercure vaporisé.
La vapeur passe ensuite par le passage 12 et ar rive au contact de la paroi extérieure de l'enceinte 7. La vapeur se condense alors et ruisselle contre la paroi 28 refroidie par l'air soufflé, jusqu'à arriver à la base des ailettes. Le liquide ainsi condensé retourne au contact de la paroi entourant la cathode en em pruntant le passage 11.
Le redresseur qui vient d'être décrit est énergi quement refroidi dans la zone cathodique, le refroi- dissement étant moins important dans la zone ano dique, ce qui est favorable au fonctionnement même du redresseur. En outre, on peut ajuster les condi tions de fonctionnement en agissant simplement sur le niveau 15 du liquide, c'est-à-dire sur la quantité de liquide vaporisable introduite dans l'enceinte.
La fig. 3 représente une variante de réalisation comprenant une enveloppe étanche 1 renfermant à la base une cathode de mercure 3, et vers la partie su périeure une anode de graphite 2.
L'enveloppe 1 est entourée par une enceinte étan che 17, en formant une cavité 31 remplie de liquide volatil jusqu'à un niveau 18.
Dans le cas de la fig. 3, la vapeur pénètre sui vant la flèche 19 à l'intérieur d'un radiateur 20, dont l'extérieur est soumis à un soufflage d'air, le li quide condensé redescend dans la cavité 31 par une canalisation 21.
Enfin la fig. 4 représente une dernière forme de réalisation.
Dans celle-ci le redresseur comprend plusieurs tubes disposés dans une même enceinte de refroidis sement 32, en formant une cavité 23 contenant un liquide volatil jusqu'à un niveau 24. L'enceinte 32 est réunie à un radiateur analogue à celui qui est re présenté sur la fig. 3, d'une part par une canalisation 25 de vapeur, et d'autre part par une canalisation 26 pour le liquide redescendant par gravité.
Comme pour les fig. 1 à 3, le radiateur est re froidi par un courant d'air soufflé.
Blown air cooled mercury vapor rectifier The invention relates to a blown air cooled mercury vapor rectifier.
Monoanode rectifiers give off, above all in the region of the cathode, a fairly considerable quantity of heat which it is essential to remove.
It has already been thought to cool these rectifiers by means of water circulation. However, it is not always possible to have water in sufficient quantity, and it has also been envisaged to combine a circulation of water in a closed circuit, and a water-air heat exchanger consisting mainly of a radiator. and a fan.
Some manufacturers have produced devices fitted with fins which increase the surface area of the chambers onto which the cooling air is blown directly. However, it has been found that the optimum temperature of the wall of a rectifier is between 45 and 550 C and this results in great difficulties in the removal of calories in hot countries, as soon as the ambient temperature reaches. 35 to 40o C.
The consequence of these difficulties is the need to derate the rectifier, and to use it for a lower nominal current than if the cooling means consisted solely of water.
In the case of mercury vapor rectifiers which are devices having a very high rectification capacity in relation to their volume, and consequently in relation to their outer surfaces provided with fins, the derating is in the ratio of 3 to 1. To ensure the same service, three times as many rectifier tubes are therefore required, and the number of fans as well as that of ancillary devices (excitation circuits) becomes excessive.
On the other hand, in mercury vapor rectifiers, it is necessary to cool the cathode where the most heat is given off, but to maintain a relatively hotter zone at the top of the rectifiers to avoid in particular that it sinks. 'forms concentrations of mercury in it. With water or air cooling, we are not in control of the temperature difference between the various rectifier zones.
The solutions adopted so far, consisting in introducing heat shields around and above the anode into the rectifier, gave rise to drawbacks, and did not satisfactorily resolve the adjustment of the temperature differences between the anode. cathode and anode.
The subject of the invention is a blown-air cooling mercury vapor rectifier overcoming the drawbacks which have been mentioned above. In addition, the invention makes it possible not to derate the rectifiers, that is to say to use them for a normal nominal current.
According to the invention, the rectifier, which comprises, on the one hand, a sealed casing containing a mercury cathode at the lower part and an anode towards the upper part, and, on the other hand, air blowing means, is characterized in that said sealed envelope is housed in an enclosure extending from its lower part over at least part of its height,
said enclosure being only partially filled with a volatile liquid to a level at least equal to that of the mercury in the electrode.
The accompanying drawing shows, by way of example, three embodiments of the mercury vapor rectifier forming the subject of the invention. Fig. 1 is an axial vertical section of the first embodiment by its axis, of a single-anode rectifier according to the invention.
Fig. 2 is a section along II-II, fig. 1.
Fig. 3 is a vertical section of an alternative embodiment. Fig. 4 is a schematic vertical section of another variant embodiment. The embodiment shown in FIG. 1 relates to a mercury vapor rectifier of the type known under the name of ignitron, having a sealed casing 1 containing a graphite anode 2, a mercury cathode 3, a grid 4, and electro auxiliaries 27.
The rod 5 of the anode 2 is isolated from the body of the tube by a sleeve 6 made of sealed glass, or entirely insulating it.
The envelope 1 is housed in a sealed enclosure 7 extending around the envelope 1 and thus forming a cavity 30 from the base of the envelope 1, where the cathode 3 is located.
In the case of the embodiment shown in FIG. 1, the enclosure 7 rises to the upper part of the enclosure 1.
As can be seen more specifically in FIG. 2, the outer wall 28 of the sealed enclosure 7 forms fins 29 which are cooled by the blown air which circulates in the direction of the arrows 8.
To promote cooling, the enclosure 7 is placed in a channel 9 where the blown air circulates.
Inside the enclosure 7 is provided a sound partition leaving a passage 11 at the lower part and a passage 12 at the upper part.
Preferably, the outer wall of the enclosure 7 constituting the fins 29 does not descend to the lower part of the rectifier, the latter being simply surrounded by a cylindrical portion 13.
The enclosure 7 receives a volatile liquid 14 up to a level 15 at least equal to the mercury level of the cathode 3.
The liquid used can simply be water. However, it is preferable to use a more volatile liquid such as, for example, trichlorotrifluoroethane, better known commercially under the name of Freon (registered trademark). This liquid boils at 47o C under atmospheric pressure. It is chemically neutral and is also a good electrical insulator.
However, it is possible to envisage the use of other products such as fluorinated products preferably not containing hydrogen.
In general, any liquid known in the cooling industry can be used. When the device is being built, the liquid can be filled under atmospheric pressure by means of a small tube 16 located at the top of the enclosure 7. The enclosure being filled up to 'to the required level 15, it suffices to heat it to around 45.1 C for the Freon to be ready to boil. Its vapor drives out the air, and the filling tube 16 is sealed, for example, by means of a welding clamp.
The rectifier which has just been described operates under the following conditions.
During the operation of the rectifier, the temperature of the cathode 3 rises, and the volatile liquid which rounds this cathode emits a large quantity of vapor. This vapor rises along the wall of the casing 1 of the rectifier and outside thereof, it consequently maintains a sufficient temperature in the upper region of the rectifier, and prevents condensation of the vaporized mercury. .
The vapor then passes through the passage 12 and arrives in contact with the outer wall of the enclosure 7. The vapor then condenses and flows against the wall 28 cooled by the blown air, until it reaches the base of the fins. . The liquid thus condensed returns in contact with the wall surrounding the cathode by borrowing passage 11.
The rectifier which has just been described is energetically cooled in the cathode zone, the cooling being less important in the anoid zone, which is favorable to the actual operation of the rectifier. In addition, the operating conditions can be adjusted by simply acting on the level of the liquid, that is to say on the quantity of vaporizable liquid introduced into the enclosure.
Fig. 3 shows an alternative embodiment comprising a sealed envelope 1 containing at the base a mercury cathode 3, and towards the upper part a graphite anode 2.
The envelope 1 is surrounded by a sealed enclosure 17, forming a cavity 31 filled with volatile liquid up to a level 18.
In the case of fig. 3, the steam penetrates along the arrow 19 inside a radiator 20, the outside of which is subjected to an air blast, the condensed liquid goes back down into the cavity 31 via a pipe 21.
Finally, fig. 4 shows a last embodiment.
In it, the rectifier comprises several tubes arranged in the same cooling chamber 32, forming a cavity 23 containing a volatile liquid up to a level 24. The chamber 32 is joined to a radiator similar to that which is re shown in fig. 3, on the one hand by a pipe 25 of steam, and on the other hand by a pipe 26 for the liquid descending by gravity.
As for fig. 1 to 3, the radiator is cooled by a current of blown air.