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Coupe-circuits électriques.
Dates du dépôt des demandes en Grande-Bretagne:
La présente invention a trait à des coupe-circuits électriques dans lesquels l'élément fusible ordinaire est remplacé par une colonne de mercure ayant une section relativement faible et contenue dans un corps tubulaire en matière isolante. Lorsque la colonne de mercure est soumise à l'action d'un courant électrique présentant un ampérage anormal, la colonne est rompue, probablement par suite d'une vaporisation due à un effet thermique, et une partie du mercure est expulsée hors du tube, provoquant ainsi la rupture du circuit électrique à travers la colonne.
L'objet de la présente invention réside dans l'établissement de divers modes de réalisation perfectionnés et simplifiés de coupe-circuits du genre précité, lesquels deviennent efficaces, donnent toute confiance au cours de leur fonctionnement et comportent un dispositif simple et positif pour rétablir la continuité dans la colonne de mercure.
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Un coupe-circuit électrique réalisé conformément à la pré- sente invention comprend un tube isolant, en matière réfractaire, de préférence, des organes métalliques aux deux bouts du tube pour assurer le contact entre les extrémités d'une colonne de mercure contenue dans le tube précité et le circuit électrique extérieur qui doit être contrôlé par le coupe-circuit dont il s'agit, une chambre de trop-plein pour recevoir tout le mercure qui est chassé du tube après la rupture de la colonne de mercure à l'intérieur de ce tube, et un dispositif pour ramener à l'intérieur du tube la quantité de mercure ainsi chassée, et ce afin de rétablir la continuité du circuit électrique à travers la colonne de mercure.
Divers modes de réalisation de l'invention sont représentés, à titre d'exemples, sur les dessins ci-annexés, dans lesquels:
Les fig. 1 à 6 sont des coupes longitudinales des divers modes de réalisation de coupe-circuits établis conformément à la présente invention;
La fig.7 est une coupe transversale du coupe-circuit représenté sur la fig.l, coupe qui est faite suivant la ligne A-A de cette figure.
Les mêmes chiffres de référence désignent, sur les diverses figures des dessins, les mêmes organes.
En se reportant d'abord aux fig, 1 et 7, on voit que le coupe-circuit représenté comprend un tube isolant 1, en verre ou en matière céramique, par exemple ; tube est scellé, à son extrémité inférieure, dans un godet métallique 2, qui comporte une petite chambre 3 destinée à recevoir du mercure; cette chambre communique avec l'orifice 4 du tube qui, au moment de l'emploi pratique de l'appareil, est également rempli de mercure..
Sur la fig.l, cet orifice est représenté en étant légèrement élargi vers chacune de ses extrémités, tandis que sa partie centrale présente un section uniforme.
A l'extrémité supérieure du tube 1, se trouve un second
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godet métallique 5 dans lequel le tube est scellé d'une manière étanche à l'air, mais, dans ce cas, le godet est percé d'un passage grand ouvert 6 ayant une plus grande section que l'orifice du tube 1, cet orifice et le passage 6 étant, de préférence, concentriques et le passage précité formant chambre de trop-plein pour recevoir le mercure expulsé de l'orifice du tube 1.
Afin d'empêcher le mercure expulsé de retourner à l'intérieur de l'orifice du tube 1 sous l'action de la pesanteur, et ce dans le cas où ce coupe-circuit doit rester vertical, l'extrémité inférieure du godet 5 est pourvue d'une embase 7 présentant la section d'un tronc de c8ne dont le sommet est dirigé vers le haut, le passage 8 pour l'échappement du mercure provenant de l'orifice du tube 1 comprenant le sommet de ce cône.
Dans les godets 2 et 5, sont fixés des broches appropriées de contact, des fiches ou des organes analogues, tels que ceux qui sont représentés en 9 ; organes font saillie latéralement par rapport aux godets précités et servent à relier le coupe- circuit au circuit électrique extérieur.
Afin de ramener à l'intérieur de l'orifice 4 le mercure qui a été expulsé dans la chambre de trop plein 6, un piston 10, actionné à la main, est installé dans cette chambre 6 ; ce piston, est ménagée une uavité conique 11 pour s'emboîter exacte- ment sur l'embase conique 7 de la chambre 6, de telle sorte que, lorsque le piston est poussé complètement à l'intérieur du coupe-circuit, le vide existant dans la chambre de trop-plein se trouve entièrement rempli et le mercure expulsé est ainsi obligé de retourner à l'intérieur du tube 1.
A moins que le piston 10 ne vienne s'emboîter dans la chambre 6 avec une précision plus grande que cela n'est possible dans les conditions d'une réalisation commerciale, une certaine quantité de mercure force un passage entre le piston et la paroi de la chambre, lorsque ce mercure se trouve sous pression. A une courte distance au-dessus du sommet 8 du cône 7, sommet par
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lequel peut passer le mercure, une gorge annulaire 12 est pratiquée dans la paroi de la chambre 6; cette gorge, qui est recouverte par le piston lorsque ce dernier se déplace vers le bas à l'intérieur du coupe-circuit, agit comme une poche de mercure, d'où ce dernier est ramené dans la chambre de trop-plein par le premier déplacement vers le haut du piston.
Ce piston 10 peut être établi en un métal approprié ou en une substance non métallique, telle que la "bakelite", et est pourvu d'un prolongement ou tige 13 qui fait saillie à travers un orifice ménagé dans un capuchon ou bouchon amovible 14 du corps isolant 15, lequel entoure le piston et qui est coulé tout autour des éléments actifs du coupe-circuit.
La capacité de la chambre de trop-plein 6 et la quantité dont le piston 10 peut se déplacer vers le haut à l'intérieur de la chambre, aussi bien que la section transversale de la gorge annulaire 12 formant la poche pour recevoir le mercure, doivent être déterminées avec le plus grand soin suivant les différents ampérages des courants utilisés.
Dans le mode de réalisation de coupe-circuits pour ampérages plus importants, la partie supérieure de l'orifice de la chambre de trop-plein 6 est élargie, en 16 par exemple, afin de retenir toute quantité supplémentaire de mercure qui peut arriver au- dessus du piston et de la ramener à la partie inférieure de la chambre lorsque le piston est soulevé. Entre l'extrémité élargie 16 de la chambre 6 et l'extrémité inférieure du bouchon amovible de fermeture 14, il existe un espace 17 formant prolongement de la, chambre de trop-plein 6 et dans lequel fait saillie un manchon concentrique 18 fixé dans le capuchon 14. Ce manchon est disposé de façon à faire dévier toute particule de mercure qui peut s'infiltrer au-dessus de l'extrémité évasée 16 de la chambre 6 et à la ramener à l'intérieur de la chambre précitée.
Dans le cas où les coupe-circuits sont traversés par des courants à voltages élevés, un souffleur magnétique d'étincelles
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peut être utilisé pour empêcher toute formation d'un arc continu après la rupture de la colonne de mercure.
La fig. 7 montre que le carter moulé 15 est pourvu de nervures 19 à rayonnement de chaleur et d'une poignée appropriée
20.
L'orifice 4 du tube 1 et la chambre 3 à l'intérieur du godet inférieur 2 peuvent être aisément remplis de mercure en intro- duisant une quantité suffisante de ce mercure dans la chambre 6 .du godet supérieur 5 sous le piston 10 et en soulevant et en abaissant alternativement ce dernier, ce qui amène à faire la constatation suivante, à savoir que tout l'air emprisonné dans les espaces précités est rapidement déplacé par les opérations qui viennent d'être indiquées, parce qu'il est possible d'exercer sur le mercure une pression considérable.
Cependant, en ce qui concerne la réalisation du coupe-circuit dont il s'agit, on peut préférer relier la chambre supérieure 6 à une pompe à vide appropriée, et ce par un robinet à deux voies, lequel, dans une position, établit la communication entre la chambre et la pompe et, dans l'autre position, établit la communication entre la chambre et un bac à mercure. Ainsi qu'on le comprendra aisément, la pompe fonctionne d'abord pour chasser l'air de l'intérieur du coupe-circuit et on laisse ensuite le mercure s'écouler dans ce dernier pour remplir l'espace d'où l'air vient d'être chassé, et ce par des manoeuvres appropriées du robinet à deux voies précité.
Lorsqu'il est prêt à fonctionner, le coupe-circuit contient du mercure dans la chambre 3, l'orifice 4 et jusqu'au niveau du sommet du passage 8 dans le cône 7, une petite bulle de mercure étant laissée dans la gorge annulaire ménagée autour de ce passage, si on le désire, afin d'être assuré que l'orifice 4 est toujours complètement rempli chaque fois que la continuité de la colonne de mercure est rétablie en abaissant le piston 10.
Le fonctionnement du coupe-circuit est le suivant:
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Lorsque se produit une rupture de la colonne de mercure, rupture qui est due à un surchauffage par suite du passage d'un courant ayant un ampérage supérieur à celui pour lequel est prévu le coupe-circuit, les extrémités adjacentes de la colonne sont éloignées l'une de l'autre, la partie supérieure ou une partie de cette dernière étant chassée à l'extérieur du tube 1 en traversant le passage 8 pour se rendre dans la chambre de trop- plein 6. Le piston 10 se trouve alors déplacé vers l'extérieur de l'appareil, ce qui découvre la poche annulaire 12 du mercure et permet à toute particule de mercure contenue dans cette poche de retourner dans la chambre de trop-plein 6.
La liaison électrique existant entre les broches ou fiches 9 est ainsi coupée et le circuit électrique dans lequel est monté le coupe- circuit, est alors interrompu.
Lorsque l'on désire ramener en action le coupe-circuit, le piston 10 est repoussé à la main à l'intérieur de l'appareil, ce qui fait ainsi écouler le mercure de la chambre de trop-plein 6 à l'intérieur de l'orifice 4 du tube et reforme la colonne de mercure.
On comprend aisément que les parties métalliques qui sont' en contact avec le mercure sont constituées en un métal ou un alliage 'qui ne s'amalgame pas sous l'action du mercure, du duralumin, par exemple.
Une variante de réalisation du coupe-circuit représentée sur la fig.2 diffère de celle représentée sur la fig.l uniquement par le fait que le tube 1 est plus petit et a un orifice 4 présentant une section uniforme et que le godet inférieur 2 supporte, par son bord supérieur, un organe métallique 2a pourvu d'un raccord central 2b qui fait saillie vers le bas et dont l'orifice 2c communique avec l'orifice 4 du tube 1. Les autres parties du coupe-circuit correspondant à celles représentées sur la fig.l sont désignées par des chiffres de référence analogues.
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Le fonctionnement de ce genre de coupe-circuit est presque le même que celui représenté sur la fig.l, mais, en ce cas, une petite quantité d'air peut rester emprisonnée au-dessus du mercure dans le godet 2 tout autour du raccord 2b qui s'étend vers le bas pour pénétrer dans le mercure et assurer, avec ce dernier, une bonne liaison électrique.
Au moment de la rupture de la colonne de mercure, la partie inférieure de cette dernière est obligée de se déplacer légèrement vers le bas en raison de la compressibilité de l'air dans la chambre 2, ce qui assure une rupture rapide, et, aussitôt que cesse de s'exercer cette pression qui détermine la dépression précitée de la partie inférieure de la colonne de mercure, c'est-à-dire lorsque la partie supérieure de cette colonne a été poussée à l'extérieur de l'orifice 4, l'air comprimé oblige à nouveau la partie inférieure de la colonne à monter à l'intérieur de l'orifice 4.
Cette disposition facilite la remise rapide du coupe-circuit dans l'état de fonctionnement.
Sur les fig.3 et 4, sont représentés des coupe-circuits dont le piston est monté latéralement par rapport à la chambre de trop-plein proprement dite.
En se reportant à la fig.3, la disposition générale comprenant le godet inférieur 2, le tube 1 et le godet supérieur 5 est analogue à celle représentée sur les fig.l et 2, mais le godet supérieur 5 est modifié en raison du fait qu'il est fermé à son extrémité supérieure 5a et que son embase conique 7 à orifice central 8 est constituée sous forme d'un organe séparé.
Dans ce cas, toute particule de mercure qui est expulsée dans la chambre supérieure ou de trop-plein 6 peut s'écouler à l'extérieur de cette dernière en suivant un canal latéral 21 incliné vers le bas et communiquant avec une chambre supplé- mentaire 22 dans laquelle est disposé un piston 23 en matière isolante. L'extrémité inférieure du canal 21 débouche dans une gorge annulaire 21a ménagée dans la paroi de la chambre 6
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autour de l'extrémité inférieure du cône 7.
La chambre supplémentaire 22 est formée dans le bloc isolant 15 au moment où ce dernier est coulé autour des organes du coupe-circuit, et ce en utilisant un noyau affectant une forme appropriée; cette chambre 22 communique, à son extrémité inférieure, par un canal 24 à section tronconique, avec un orifice 25 traversant axialement un raccord 26 vissé dans la paroi du godet inférieur 2, de telle façon que l'orifice 25 débouche dans la chambre 3 qui reçoit du mercure et qui est ménagée dans le godet précité.
Sur l'extrémité inférieure du piston 23, est monté un prolongement tronconique 27 affectant une forme correspondant à celle du canal 24 et destiné à remplir ce canal lorsque le piston 23 est repoussé complètement à l'intérieur de l'appareil, position dans laquelle une gorge annulaire 28 pratiquée sur. la périphérie du piston se trouve en face de l'orifice d'échap- pement du canal 21 provenant de la chambre 6.
Comme dans les cas précédents, l'extrémité supérieure de la chambre 22 du piston est fermée par un bouchon 14 que traverse la tige 13 du piston et dans laquelle est fixé un manchon central 18 pour faire dévier les particules de mercure qui s'écoulent vers le haut, la partie supérieure de la chambre 22 étant évasée vers l'extérieur en 22a par exemple.
Au cours du fonctionnement, le piston 23 est repoussé complètement à l'intérieur de l'appareil et l'orifice 4 du tube 1 est entièrement rempli de mercure. Lorsque se produit une rupture de la colonne de mercure, la partie supérieure de cette colonne est expulsée à l'extérieur de l'orifice 4 et traverse l'orifice 8 pour se rendre dans la chambre 6, d'où elle s'écoule par le canal 21 dans la gorge 28 du piston. En même temps, la partie inférieure de la colonne s'abaisse et a pour effet de soulever le piston 23 dans la chambre 22.
Lorsque l'on désire rétablir le coupe-circuit, le piston
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23 est soulevé suffisamment pour permettre au mercure emprisonné dans la gorge 28 de s'écouler vers le bas dans la chambre 22 à moins que le piston n'ait déjà été déplacé de cette quantité suffisante au cours de l'opération de disjonction, après quoi ce piston est repoussé vers le bas pour obliger le mercure à s'écouler de la chambre 22 à travers les canaux 24 et 25 et la chambre 3 et à revenir à l'intérieur de l'orifice du tube 1.
La fig. 4 représente une variante de réalisation du coupe- circuit décrit précédemment, variante qui convient plus spéciale- ment à l'établissement de coupe-circuits pour ampérages élevés ; dans ce cas, les godets métalliques supérieur 2 et inférieur 5 et le tube 1 avec son orifice 4 sont disposés sensiblement suivant la manière représentée et décrite en se reportant à la fig.3.
Cependant, dans ce mode de réalisation, l'échappement conique du tube est remplacé par un organe annulaire 7a percé d'un passage central 8a affectant quelque peu la forme d'un venturi et établissant la communication entre l'orifice relativement large 4 du tube 1 et la chambre de trop-plein 6. En outre, le canal latéral de décharge provenant de cette chambre est constitué, dans ce cas, par un tube 29 en matière isolante débouchant dans la chambre supplémentaire 22 exactement au-dessus de la partie supérieure du piston 23 installé dans cette chambre, et ce lorsque ce piston occupe la position dans laquelle il est complètement repoussé à l'intérieur de l'appareil.
L'extrémité supérieure de la chambre 22 est évasée vers l'extérieur en 22a et est fermée par le bouchon ou couvercle 14, auquel est fixé le manchon de déviation 18 et qui est percé d'un orifice pour le passage de la tige 13 du piston 23. Cependant, l'extrémité inférieure de la chambre 22 comporte une embase 30 à section conique dont le sommet se trouve à la partie supérieure et dans lequel débouche un étroit conduit 31 ménagé dans le corps isolant 15 et communiquant, à son extrémité inférieure, avec un secônd conduit étroit 32; ce dernier est
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perpendiculaire au conduit 31 et est ménagé, en partie, dans le corps 15, et, en partie, dans la paroi du godet 2 et débouche-dans la chambre intérieure 3 de ce godet.
Suivant la description indiquée au sujet du piston 10 représenté sur la fig.l, l'extrémité inférieure du piston 23, lequel est constitué entièrement en une matière isolante, présente une cavité conique 33 afin de s'emboîter sur l'embase 30 de la chambre 22.
Le fonctionnement du coupe-circuit qui vient d'être décrit se comprend aisément sans nécessiter une description complémentaire.
En se reportant maintenant à la fig. 5, on voit que le mode général de réalisation du coupe-circuit représenté est comparable à celui de la fig.l, la seule différence-essentielle résidant dans le remplacement du piston 10 de la fig.l, par un diaphragme flexible 34.
Une modification dans l'établissement du coupe-circuit, modification qui résulte de la différence qui vient d'être indiquée, réside dans la suppression de la chambre cylindrique de trop-plein 6 de la fig.l et dans son remplacement par une chambre de trop-plein 6a dont la base est constituée par un diaphragme métallique creux 35 pourvu d'un raccord central conique 36 dont le sommet se trouve à la partie supérieure, le- dit diaphragme étant fixé au godet supérieur 5 par l'extrémité inférieure filetée du raccord précité.
Dans ce raccord 36, est ménagé un orifice axial 37 qui constitue comme le prolongement du conduit 37a pratiqué dans le godet 5 à la partie supérieure de l'orifice 4 du tube 1.
Le diaphragme flexible 34 est repoussé vers le haut en son centre pour former une dépression conique 38 destinée à s'emboîter sur le raccord 36 et est fixé à un bouton de contact 39 en matière isolante, bouton qui traverse un orifice ménagé dans le capuchon ou/bouchon 14, lequel est vissé dans le corps isolant 15 du coupe-circuit pour assujettir dans la position
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qu'il occupe le diaphragme 34.
Au cours du fonctionnement du coupe-circuit, le mercure expulsé de l'orifice 4 du tube 1 au moment de la rupture de la colonne de mercure, s'écoule par les conduits 37a et 37 dans la chambre de trop-plein 6a, dans laquelle il se rassemble autour du raccord 36.
Pour rétablir le coupe-circuit, le bouton de contact 39 est poussé vers le bas pour obliger le diaphragme flexible à ramener à l'intérieur de l'orifice 4 du tube 1 le mercure qui se trouve dans la chambre 6a.
La fig. 6 représente encore un autre mode de réalisation qui est absolument analogue à celui représenté sur la fig.l, mais qui en diffère par la forme du piston utilisé.
La tige 13 du piston est fixée dans un raccord supérieur 40 sur un corps creux sphérique 41 en caoutchouc, corps qui est pourvu d'un raccord inférieur 42 constituant le piston proprement dit et moulé en y ménageant une cavité 11 pour s'emboîter sur le c8ne 7 de l'embase du godet supérieur 5.
Le piston 42 et le corps sphérique 41 s'emboîtent étroitement contre les parois de la chambre de trop-plein 6, une poche annulaire 43 pour recevoir le mercure étant ménagée au point de jonction du raccord du piston 42 avec le corps 41.
Au cours du fonctionnement du coupe-circuit représenté sur la fig.6, le mercure expulsé hors de l'orifice 4 du tube 1 déplace vers le haut le piston et se rassemble autour du cône 7.
En repoussant vers le bas, au moyen de la tige 13, le piston afin de rétablir le coupe-circuit, le corps sphérique 41 est quel- que peu aplati de façon que sa paroi extérieure se trouve en contact étroit avec la paroi de la chambre 6 et évite toute fuite de mercure vers le haut au-dessus de la poche 43. Le mercure, qui s'est rassemblé autour du cône 7, est alors ramené à l'intérieur de l'orifice 4 du tube 1 pour rétablir la continuité du circuit électrique entre les godets 2 et 5 et, par suite, entre les fiches 9 engagées dans les godets précités.
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Il y a lieu de noter que, sur tous les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, le coupe-circuit est rendu aussi étanche à l'air que cela est possible dans la pratique de façon qu'il n'existe aucune possibilité de perte de mercure.
REVENDICATIONS.
1.- Coupe-circuit électrique comportant des contacts métalliques reliés électriquement par une colonne de mercure contenue dans l'orifice d'un tube en matière isolante et une chambre de trop-plein dans laquelle le mercure est expulsé hors de l'orifice précité au moment de la rupture de la colonne de mercure, rupture due au passage d'un courant d'un ampérage trop élevé, caractérisé par le fait que la chambre précitée est limitée, suivant une direction,
par une paroi mobile qui est susceptible de se déplacer dans un sens déterminé pour augmenter le volume de la chambre lorsque le mercure est expulsé dans cette dernière et qui peut être déplacée en sens contraire pour réduire le volume de cette chambre afin de ramener le mercure à l'intérieur de l'orifice du tube précité et de rétablir ainsi la continuité du circuit électrique à travers la colonne de mercure.
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Electrical circuit breakers.
Dates for filing applications in Great Britain:
The present invention relates to electrical circuit breakers in which the ordinary fuse element is replaced by a column of mercury having a relatively small section and contained in a tubular body of insulating material. When the mercury column is subjected to the action of an electric current with an abnormal amperage, the column is broken, probably as a result of vaporization due to a thermal effect, and part of the mercury is expelled out of the tube, thus causing the rupture of the electrical circuit through the column.
The object of the present invention lies in the establishment of various improved and simplified embodiments of circuit breakers of the aforementioned type, which become effective, give full confidence during their operation and include a simple and positive device for restoring the circuit. continuity in the mercury column.
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An electrical circuit breaker made in accordance with the present invention comprises an insulating tube, of refractory material, preferably metallic members at both ends of the tube to ensure contact between the ends of a column of mercury contained in the tube. aforementioned and the external electrical circuit which must be controlled by the circuit breaker in question, an overflow chamber to receive all the mercury which is expelled from the tube after the rupture of the mercury column inside this tube, and a device for returning the quantity of mercury thus expelled inside the tube, in order to re-establish the continuity of the electrical circuit through the column of mercury.
Various embodiments of the invention are shown, by way of examples, in the accompanying drawings, in which:
Figs. 1 to 6 are longitudinal sections of the various embodiments of circuit breakers established in accordance with the present invention;
Fig.7 is a cross section of the circuit breaker shown in Fig.l, which section is taken along the line A-A of this figure.
The same reference numerals denote, in the various figures of the drawings, the same members.
Referring first to FIGS, 1 and 7, it can be seen that the circuit breaker shown comprises an insulating tube 1, made of glass or of ceramic material, for example; tube is sealed, at its lower end, in a metal cup 2, which includes a small chamber 3 intended to receive mercury; this chamber communicates with the orifice 4 of the tube which, at the time of practical use of the apparatus, is also filled with mercury.
In fig.l, this orifice is shown being slightly widened towards each of its ends, while its central part has a uniform section.
At the upper end of tube 1, there is a second
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metal cup 5 in which the tube is sealed in an airtight manner, but in this case the cup is pierced with a wide open passage 6 having a larger section than the orifice of the tube 1, this orifice and passage 6 preferably being concentric and the aforementioned passage forming an overflow chamber to receive the mercury expelled from the orifice of tube 1.
In order to prevent the expelled mercury from returning inside the orifice of tube 1 under the action of gravity, and this in the event that this circuit breaker must remain vertical, the lower end of cup 5 is provided with a base 7 having the section of a truncated cone, the apex of which is directed upwards, the passage 8 for the escape of mercury from the orifice of the tube 1 comprising the apex of this cone.
In the cups 2 and 5, are fixed suitable contact pins, plugs or the like, such as those shown at 9; members protrude laterally with respect to the aforementioned buckets and serve to connect the circuit breaker to the external electrical circuit.
In order to bring back inside the orifice 4 the mercury which was expelled in the overflow chamber 6, a piston 10, actuated by hand, is installed in this chamber 6; this piston, is provided a conical uavity 11 to fit exactly on the conical base 7 of the chamber 6, so that, when the piston is pushed completely inside the circuit breaker, the existing vacuum in the overflow chamber is completely filled and the mercury expelled is thus forced to return inside tube 1.
Unless the piston 10 comes to fit into the chamber 6 with greater precision than is possible under commercial conditions, a certain quantity of mercury forces a passage between the piston and the wall of the piston. the chamber, when this mercury is under pressure. A short distance above vertex 8 of cone 7, vertex by
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which can pass mercury, an annular groove 12 is made in the wall of the chamber 6; this groove, which is covered by the piston as the latter moves down inside the circuit breaker, acts as a pocket of mercury, from which the latter is returned to the overflow chamber by the first upward movement of the piston.
This piston 10 may be made of a suitable metal or a non-metallic substance, such as "bakelite", and is provided with an extension or rod 13 which protrudes through an orifice in a removable cap or stopper 14 of the piston. insulating body 15, which surrounds the piston and which is cast all around the active elements of the circuit breaker.
The capacity of the overflow chamber 6 and the amount by which the piston 10 can move upwardly within the chamber, as well as the cross section of the annular groove 12 forming the pocket for receiving mercury, must be determined with the greatest care according to the different amperages of the currents used.
In the embodiment of higher amperage circuit breakers, the upper part of the opening of the overflow chamber 6 is widened, at 16 for example, in order to retain any additional quantity of mercury which may reach the- top of the piston and bring it back to the bottom of the chamber when the piston is lifted. Between the enlarged end 16 of the chamber 6 and the lower end of the removable closure cap 14, there is a space 17 forming an extension of the overflow chamber 6 and in which protrudes a concentric sleeve 18 fixed in the cap 14. This sleeve is arranged so as to deflect any mercury particle which may infiltrate above the flared end 16 of the chamber 6 and to bring it back inside the aforementioned chamber.
If the circuit breakers are crossed by currents at high voltages, a magnetic spark blower
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can be used to prevent continuous arc formation after rupture of the mercury column.
Fig. 7 shows that the molded housing 15 is provided with heat radiating ribs 19 and a suitable handle
20.
The orifice 4 of the tube 1 and the chamber 3 inside the lower cup 2 can be easily filled with mercury by introducing a sufficient quantity of this mercury into the chamber 6 of the upper cup 5 under the piston 10 and by alternately raising and lowering the latter, which leads to the following observation, namely that all the air trapped in the aforementioned spaces is rapidly displaced by the operations which have just been indicated, because it is possible to exert considerable pressure on the mercury.
However, as regards the realization of the circuit breaker in question, it may be preferable to connect the upper chamber 6 to a suitable vacuum pump, and this by a two-way valve, which, in one position, establishes the communication between the chamber and the pump and, in the other position, establishes communication between the chamber and a mercury tank. As will easily be understood, the pump works first to expel air from inside the circuit breaker and then the mercury is allowed to flow into the latter to fill the space from which the air has just been driven out, and this by appropriate maneuvers of the aforementioned two-way valve.
When ready to operate, the circuit breaker contains mercury in chamber 3, orifice 4 and up to the level of the top of passage 8 in cone 7, with a small bubble of mercury being left in the annular groove formed around this passage, if desired, in order to be sure that the orifice 4 is always completely filled whenever the continuity of the mercury column is reestablished by lowering the piston 10.
The operation of the circuit breaker is as follows:
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When a rupture occurs in the mercury column, which is due to overheating as a result of the passage of a current having an amperage greater than that for which the circuit breaker is intended, the adjacent ends of the column are moved away. 'one from the other, the upper part or a part of the latter being driven out of the tube 1 by passing through the passage 8 to reach the overflow chamber 6. The piston 10 is then moved towards the exterior of the apparatus, which uncovers the annular mercury pocket 12 and allows any mercury particle contained in this pocket to return to the overflow chamber 6.
The electrical connection existing between the pins or plugs 9 is thus cut and the electrical circuit in which the circuit breaker is mounted is then interrupted.
When it is desired to bring the circuit breaker back into action, the piston 10 is pushed back by hand inside the apparatus, thereby causing the mercury to flow from the overflow chamber 6 into the interior of the device. orifice 4 of the tube and reform the mercury column.
It is easily understood that the metal parts which are 'in contact with the mercury are made of a metal or an alloy' which does not amalgamate under the action of mercury, duralumin, for example.
An alternative embodiment of the circuit breaker shown in fig. 2 differs from that shown in fig. 1 only in that the tube 1 is smaller and has an orifice 4 having a uniform section and that the lower cup 2 supports , by its upper edge, a metal member 2a provided with a central connector 2b which projects downwards and the orifice 2c of which communicates with the orifice 4 of the tube 1. The other parts of the circuit breaker corresponding to those shown in fig.l are designated by like reference numerals.
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The operation of this kind of circuit breaker is almost the same as that shown in fig. 1, but in this case a small amount of air may remain trapped above the mercury in cup 2 all around the fitting. 2b which extends downwards to penetrate into the mercury and ensure, with the latter, a good electrical connection.
When the mercury column breaks, the lower part of the latter is forced to move slightly downwards due to the compressibility of the air in chamber 2, which ensures rapid rupture, and immediately that this pressure ceases to be exerted which determines the aforementioned depression of the lower part of the mercury column, that is to say when the upper part of this column has been pushed outside the orifice 4, the compressed air again forces the lower part of the column to rise inside port 4.
This arrangement facilitates the rapid return of the circuit breaker to the operating state.
In FIGS. 3 and 4, circuit breakers are shown, the piston of which is mounted laterally with respect to the overflow chamber proper.
Referring to fig. 3, the general arrangement comprising the lower cup 2, the tube 1 and the upper cup 5 is similar to that shown in fig. 1 and 2, but the upper cup 5 is modified due to the fact that it is closed at its upper end 5a and that its conical base 7 with central orifice 8 is formed as a separate member.
In this case, any mercury particle which is expelled in the upper or overflow chamber 6 can flow outside the latter by following a side channel 21 inclined downwards and communicating with an additional chamber. 22 in which is disposed a piston 23 of insulating material. The lower end of the channel 21 opens into an annular groove 21a formed in the wall of the chamber 6
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around the lower end of the cone 7.
The additional chamber 22 is formed in the insulating block 15 when the latter is cast around the members of the circuit breaker, and this by using a core having a suitable shape; this chamber 22 communicates, at its lower end, by a channel 24 of frustoconical section, with an orifice 25 axially passing through a connector 26 screwed into the wall of the lower cup 2, such that the orifice 25 opens into the chamber 3 which receives mercury and which is stored in the aforementioned cup.
On the lower end of the piston 23 is mounted a frustoconical extension 27 having a shape corresponding to that of the channel 24 and intended to fill this channel when the piston 23 is pushed completely inside the device, a position in which a annular groove 28 made on. the periphery of the piston is located in front of the exhaust port of channel 21 coming from chamber 6.
As in the previous cases, the upper end of the chamber 22 of the piston is closed by a plug 14 which passes through the rod 13 of the piston and in which is fixed a central sleeve 18 to deflect the particles of mercury which flow towards the top, the upper part of the chamber 22 being flared outwards at 22a for example.
During operation, the piston 23 is pushed completely inside the apparatus and the orifice 4 of the tube 1 is completely filled with mercury. When a rupture of the mercury column occurs, the upper part of this column is expelled outside the orifice 4 and passes through the orifice 8 to reach the chamber 6, from where it flows through the channel 21 in the groove 28 of the piston. At the same time, the lower part of the column lowers and has the effect of lifting the piston 23 in the chamber 22.
When you want to restore the circuit breaker, the piston
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23 is raised enough to allow mercury trapped in throat 28 to flow downward into chamber 22 unless the piston has already been moved by that sufficient amount during the disjunction operation, after which this piston is pushed down to force the mercury to flow from the chamber 22 through the channels 24 and 25 and the chamber 3 and to return inside the orifice of the tube 1.
Fig. 4 shows an alternative embodiment of the circuit breaker described above, a variant which is more particularly suitable for establishing circuit breakers for high amperages; in this case, the upper 2 and lower 5 metal cups and the tube 1 with its orifice 4 are arranged substantially in the manner shown and described with reference to FIG. 3.
However, in this embodiment, the conical exhaust of the tube is replaced by an annular member 7a pierced with a central passage 8a somewhat affecting the shape of a venturi and establishing communication between the relatively wide orifice 4 of the tube. 1 and the overflow chamber 6. In addition, the lateral discharge channel coming from this chamber is formed, in this case, by a tube 29 of insulating material opening into the additional chamber 22 exactly above the upper part. of the piston 23 installed in this chamber, and this when this piston occupies the position in which it is completely pushed inside the device.
The upper end of the chamber 22 is flared outwards at 22a and is closed by the stopper or cover 14, to which the deflection sleeve 18 is fixed and which is pierced with an orifice for the passage of the rod 13 of the piston 23. However, the lower end of the chamber 22 comprises a base 30 of conical section, the apex of which is at the upper part and into which opens a narrow duct 31 formed in the insulating body 15 and communicating, at its lower end , with a second narrow duct 32; this last one is
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perpendicular to the duct 31 and is formed, in part, in the body 15, and, in part, in the wall of the cup 2 and opens into the inner chamber 3 of this cup.
According to the description given with regard to the piston 10 shown in fig.l, the lower end of the piston 23, which is made entirely of an insulating material, has a conical cavity 33 in order to fit on the base 30 of the room 22.
The operation of the circuit breaker which has just been described is easily understood without requiring an additional description.
Referring now to fig. 5, we see that the general embodiment of the circuit breaker shown is comparable to that of fig.l, the only essential difference residing in the replacement of the piston 10 of fig.l, by a flexible diaphragm 34.
A modification in the establishment of the circuit breaker, modification which results from the difference which has just been indicated, lies in the elimination of the cylindrical overflow chamber 6 of fig.l and in its replacement by a overflow 6a, the base of which is formed by a hollow metal diaphragm 35 provided with a conical central connection 36, the apex of which is at the upper part, said diaphragm being fixed to the upper cup 5 by the threaded lower end of the aforementioned connection.
In this connector 36, an axial orifice 37 is formed which constitutes like the extension of the duct 37a formed in the cup 5 at the upper part of the orifice 4 of the tube 1.
The flexible diaphragm 34 is pushed upwards at its center to form a conical depression 38 intended to fit onto the connector 36 and is fixed to a contact button 39 of insulating material, which button passes through a hole in the cap or / plug 14, which is screwed into the insulating body 15 of the circuit breaker to secure in position
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that it occupies the diaphragm 34.
During the operation of the circuit breaker, the mercury expelled from the orifice 4 of the tube 1 at the moment of the rupture of the mercury column, flows through the conduits 37a and 37 into the overflow chamber 6a, in which it gathers around the fitting 36.
To restore the circuit breaker, the contact button 39 is pushed down to force the flexible diaphragm to return to the interior of the orifice 4 of the tube 1 the mercury which is in the chamber 6a.
Fig. 6 shows yet another embodiment which is absolutely similar to that shown in fig.l, but which differs therefrom in the shape of the piston used.
The piston rod 13 is fixed in an upper connection 40 on a spherical hollow body 41 made of rubber, which body is provided with a lower connection 42 constituting the piston itself and molded by leaving a cavity 11 therein to fit into the c8ne 7 of the upper bucket base 5.
The piston 42 and the spherical body 41 fit tightly against the walls of the overflow chamber 6, an annular pocket 43 for receiving mercury being provided at the junction point of the connector of the piston 42 with the body 41.
During the operation of the circuit breaker shown in fig. 6, the mercury expelled from the orifice 4 of the tube 1 moves the piston upwards and collects around the cone 7.
By pushing downwards, by means of the rod 13, the piston in order to restore the circuit breaker, the spherical body 41 is somewhat flattened so that its outer wall is in close contact with the wall of the chamber. 6 and prevents any leakage of mercury upwards above the bag 43. The mercury, which has collected around the cone 7, is then returned inside the orifice 4 of the tube 1 to re-establish the continuity. the electrical circuit between the buckets 2 and 5 and, consequently, between the pins 9 engaged in the aforementioned buckets.
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It should be noted that in all of the embodiments just described, the circuit breaker is made as airtight as is practically possible so that there is no possibility loss of mercury.
CLAIMS.
1.- Electrical circuit breaker comprising metal contacts electrically connected by a column of mercury contained in the orifice of a tube of insulating material and an overflow chamber in which the mercury is expelled out of the aforementioned orifice at moment of rupture of the mercury column, rupture due to the passage of a current of too high amperage, characterized by the fact that the aforementioned chamber is limited, in one direction,
by a movable wall which is capable of moving in a determined direction to increase the volume of the chamber when the mercury is expelled into the latter and which can be moved in the opposite direction to reduce the volume of this chamber in order to bring the mercury back to inside the orifice of the aforementioned tube and thus re-establish the continuity of the electrical circuit through the column of mercury.