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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
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La présente invention a pour objet des condensa- teurs perfectionnés et leur mode d'exécution. Elle vise en particulier les condensateurs du type comportant une pellicule d'arrêt, de courant sur au moins une électrode avec une composition maintenant en place cette pellicule et disposée entre les électrodes au contact physique de la pellicule. L'invention vise également un mode de fabrication d'un tel condensateur.
L'objet de l'invention est l'établissement d'un tel condensateur de forme compacte et présentant un rendement non encore obtenu dans ce domaine tout en ayant une grande longévité et étant d'une construction facile et économique, l'invention ayant entre autres pour objet un procédé de fabrication rapide et de grand rendement.
A cet effet la composition de maintien de la ,pellicule est constituée conformément à la présente in -
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vention par un constituant laque tel qu'une résine synthétique (résine à l'acide phtalique;gomme à base d'esters etc...) ou des matières cellulosiques non fibreuses telles que les dérivés de la cellulose comme la nitrocellulose, l'acétate de cellulose et la cellulose régénérée, avec incorporation d'un plasti fiant électriquement conducteur et servant assurer le maintien de la pellicule par la composition.
On peut effectuer l'incorporation du composant conducteur soit en le mélangeant au constituant laque, soit en imprégnant ce dernier à l'état de feuille avec ledit composant.
Le composant conducteur mélangé au constituant laque peut être constitué par une ou plusieurs substances organiques telles que la triacétine, le di acétate de glycol, le diphtala,te de butyle, le diphta late d'éthyle, le triphosphate de phényle et le tri phosphate de crésyle. On peut ajouter à ces substances un acide de préférence organique tel' que l'acide formique, l'acide lactique ou l'acide acéti que.
Si l'on incorpore la composition conductrice en imprégnant une feuille de matière cellulosique non fibreuse telle que da la cellulose régénérée, on procède par immersion dans un alcool visqueux polyvalent tel que l'éthylène-glycol ou la glycérine de préférence légèrement acidulée après quoi la feuille est immergée dans un bain d'un sel conducteur tel qu'une solution aqueuse de borate d'ammonium ou d'acide borique ; on peut éga lement procéder par immersion dans un mélange de
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l'alcool polyvalent choisi et de l'acide ou du sel choisi.
Pour permettre de comprendre plus clairement l'invention, on va se référer ci-après aux dessins ci-jointe qui représentent à titre d'exemple un certain nombre de modes d'exécution de l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective d'un mode d'exécution d'un condensateur conforme à l'in - vention dont certains éléments ont été ouverts ou arraohés; la fig. 2 est une vue en perspective d'une électrode de ce condensateur avec sa couche pellicul- laire ,certains éléments étant arrachés; la fig. 3 est une vue en bout du dispositif de la fig. 1; la fig. 4 est une vue en coupe à plus grande échelle suivant la ligne 4-4 de la fig. 1; vue la fig. 5 est une/latérale d'un autre mode d'exécution ; la fig. 6 est une vue en plan d'une bande de matière servant à faire les électrodes ,cette figure étant destinée à faire comprendre le procédé d'obtention des différentes électrodes et de les munir d'isolants périphérique;; la fig. 7 est une vue de côté d'un appareil utilisé pour former un condensateur enroulé;
la fig. 8 est une vue en perspective du con - densateur enroulé formé au moyen de l'appareil de la 1 fig. 7 ;
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la fig. 9 est une vue en plan d'une bande destinée à former l'électrode enroulée comme représenté en fig. 8; la fig. 10 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'une variante constituée par le condensateur plan ; la fig. 11 est une vue analogue à la figure 10 représentant une électrode ondulée; la fig. 12 est une vue en perspective d'une variante constituée par un condensateur enroué ; la fig. 13 est une coupe verticale d'un dispositif analogue à celui de la fig. 12 disposé à l'intérieur d'une botte protectrice.
Conformément à la présente invention l'élec - trode métallique est constituée à partir d'une feuille de substance susceptible de former '.une pellicule telle que l'aluminium, le tantale, le magnésium et les alliages de l'un de ces métaux avec un autre constituant tel que le silicium, l'aluminium étant préféré. Cette feuille à électrodes reçoit la pel licule d'arrt de courant par exemple par le procédé électrolytique bien connu à partir d'un électrolyte approprié tel qu'une solution de borax. On peut alors laver si l'on désire la pellicule d'arrêt de courant dans une solution appropriée ; à cet effet on peut faire passer successivement la feuille dans un bain d'alcool et dans un bain d'eau distillée.
Dans certains
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cas il peut tre avantageux de faire passer la feuille nettoyée à travers un liquide visqueux adhérent qui donne naissance à un revêtement mince qui se lie étroitement à la coucbe électrolytique. On obtient ainsi un recouvrement parfait de la surface anodique en emechant la séparation entre l'anode et la couche.. électrolytique. Ce liquide visqueux peut 'être constitué par un ou plusieurs alcools polyvalents ou leuns dérivés ayant au moins deux radicaux hydroxyle,tels que la glycérine ou l'éthylène glycol.
La cathode est de préférence en aluminium mais cela n'est pas indispensable. De,-ne le cas de courants alternatifs, la cathode devra être en un métal sus - cepible de former une pellicule et sera de préférence identique à l'anode.
La composition maintenant la pellicule et. appliquée sur celle-ci conformément 2 l'invention est une laque plastique ou collante ,électriquement conductrice;elle comprend un constituant laque tel que les résinessynthétiques ( résine à l'acide phtalique gomme à base d'esters etc...) et une matière cellulosique non fibreuse telle que les dérivés cellulosiques comme la nitro-cellulose et l'acétate de cellulose avec incorporation d'un plastifiant électriquement conduvcteur susceptible de s'y mélanger. Ce plastifiant de préférence organique est constitué par une ou plusieurs substances organiques telles que la triacé - tine,le diacétate de glycol , le diphtalate de butyle, le diphtalete d'éthyle, le triphosphate de phényle et letriphosphate de crésyle.
Quand on désire une résistance
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intérieure moindre on ajoute à la laque une petite quantité d'un acide de préférence de nature organique pour assurer son mélange avec la composition orga - nique à base de laque; on peut utiliser par exemple l'acide forimique, l'acide lactique et l'acide acétique.
On peut également utiliser de petites quantités d'une substance de remplissage inerte telle que l'oxyde de titane, l'oxyde chtomique, l'oxyde de zinc etc:.. pour épaissir la laque et accroitre l'épaisseur de la couche de composition destinée à maintenir la pellicule dans les condensateurs pour hautes tensions.
On complète les condensateur destinés à 1' usage dans les circuits filtres et analogues en plaçant au contact/la couche de composition maintenant la pellicule , une feuille métallique mince conductri- ce telle que du papier d'étain. Dans le cas du courant alternatif on peut compléter le condensateur en uti- lisant une seconde électrode identique à l'électrode pelliculaire..
Sur la fig. 1 des dessins , le condensateur comprend une électrode 10 formée à partir d'une feuil- le mince de matière pouvant former la pellicule , de préférence de l'aluminium, d'une épaisseur d'en- viron 0 m/m,075 de préférence. Cette feuille est revêtue de la pellicule d'arrêt de courant 11 avec un isole - ment périphérique en bande 12 en toute matière approp- de riee,telle qu'un mélange/nitrocellulose et d'un iso- lant tel que l'oxyde de titane qui peut 'être appliqué à l'état plastique. et ensuite séché.
On peut utiliser d'autres substances , isolantes pour l'isolement périphé-
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rique par exemple des bandes de cellophane ; l'iso- lement périphérique sert à empêcher le passage d'étin - celles le long des bords de l'électrode; on pourrait arriver au même résultat en réduisant la surface de l'une des électrodes par rapport à l'autre. L'électrode traitée est représentée plus nettement en fige 2.
La surface pelliculaire de l'électrode 10 reçoit par immersion ou application à la brosse une mince couche de laque constituée de préférence par un mélange d'environ 35% d'une solution à 450 grammes (so- lution dite à 16 onces) de nitrocellulose et...d'environ 15% de triacétine, le restant étant formé par un solvant approprié tel que l'acétate d'amyle ou un mélange de solvants de préférence organiques.On chauffe ensuite l'électrode traitée pour éliminer le solvant , ce qui la se fait de préférence en/plaçant dans un séchoir à en- viron 110C à la suite de quoi on obtient une couche mince 13 d'une composition collante et électriquement conductrice maintenant la pellicule à laquelle elle adhère en la protégeant physiquement et en la maintenant en place.
On complète le condensateur en plaçant sur la couche de composition à la laque une mince feuille de papier d'étain 14 comportant un isolement périphérique 12 maintenu en place grâce à l'adhésivité de la laque. L'épais- seur de la pellicule d'arrêt de courant ainsi que celles de la couche de composition à la laque et de l'isolement périphérique a été exagérée sur les dessins pour per - mettre de distinguer plus clairement les éléments du
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condensateur.
La variante de la figure 5 permet d'obtenir une disposition en série de condensateurs élémentaires du type représente en fig. 1 . Les électrodes à pellicu- le 10 sont empilées avec interposition de feuilles métalliques 14 de préférence en papier d'étain et de couches intermédiaires 13 de composition à la laque.
Dans les condensateurs destinés à. fonctionrer avec le courant alternatif , toutes les électrodes en feuille' peuvent 'être en aluminium et comporter des pellicules d'arrt pour les deux faces. Ces éléments sont maintenus dans leur position d'empilage par des plaques d'extré - mité 15 en matière isolante ou bien en métal conducteur formant les bornes du système. Ces plaques sont mainte- nues l'une par rapport à l'autre par des ressorts en acier 5 tenus dans des pièces 17 disposés au contact des plaques terminales 15. Ces pièces 17 sont en matiète iso- lante lorsque les plaques terminales sont en métal pour empêcher tout court-circuit par les ressorts en acier 5.
Les électrodes à pellicule peuvent 'être établies à partir d'une bande d'aluminium 18 à pellicule; com - portant un isolement périphérique obtenu par estampage comme représenté en fig. 6.pour obtenir chaqune des électrodes 10 il suffit de couper suivant les ligner 19-19.
Les condensateurs conformes à la présente inventior peuvent former des condensateurs enroulés 20 comme re - présenté en fig. 8; on utilise de préférence un noyau 21 @ :-=
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en matière isolante telle que du bois pour recevoir les enroulements des électrodes en feuille 22 et 23 entre lesquelles est intercalée une couche de composi.- tion à la laque. De préférence un tel condensateur est établi au moyen de l'appareil de la fig. 7. Une bande d'aluminium en feuille 22 avec sa pellicule passe successivement dans le bain de lavage 24 contenant de préférence de l'eau,dans le réservoir à laque 25 et dans le séchoir 26 ce qui donne naissance de part et de l'autre de la bande 22 à'une couche adhérente de composition conductrice de maintien de la pellicule.
La feuille électrode ainsi traitée est alors enroulée sur le noyau 21 au contact de l'autre bande 'électrode
23, les deux bandes électrodes 22 et 23 étant coupées à intervallesappropriés pour former le condensateur enroulé 20 de la fig. 8. Les deux bandes électrodes 22 et 23 peuvent comporter un isolement périphérique 27 appliqué.. de toute manière appropriée avant la forma- tion du condensateurcomme décrit ci-dessus.
Si on le désire on peut revêtir le condensateur terminé d'un isolant extérieur constitué par de la poix ou un composé de résine et de cire d'abeilles par exemple.
Conformément à la présente invention, le mélange constitué par une laque telle que la nitrocellulose , un plastifiant tel que la triacétine et un solvant tel que l'acétate d'amyle peut avoir une compesitionplus ou moins variable. Le plastifiant se trouve de préférence form,er au moins 10% du mélange pour donner là conductibilité
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électrique désirée à moins que l'on n'ajoute pour accroitre cette conductibilité d'autres constituants tels que un ou plusieurs acides organiques , acide formique, acide lactique et acide acétique. Le plastifiant peut cons tituer une proportion plus forte, juu'à 25% en évitant les proportions supérieures pour que la composition ne s'amolisse pas d'une manière génante.
La quantité de nitrocellulose dans le mélange forme de 1 : 3 à 1 :8 de la quantité de plastifiant tel que la triacétine.
Lorsqu'on ajoute des acides organiques tels que l'acide formique, l'acide lactique et l'acide acétique, la. quantité peut en tre d'environ 5%, cette proportion faisant décroitre la résistance intérieure de la quanti.- té voulue. Quand on ajoute un remplissage inerte cons- tiué par exemple par l'oxyde de titane pour épaissir la composition, ce remplissage peut former environ 2 à 5% de la composition en évitant une proporti on plus élevée pour ne pas faire croitre d'une manière exagérée la ré - sistance intérieure.
La composition de maintien de la pellicule semble protéger la pellicule d'arrêt sur l'électrode contre toute avarie ou déplacement et cela d'une manière très efficace ; il maintient également la pellicule d'une manière électrochimique pendant le fonctionnement du con- densateur et son adhérence sert à assurer son fonctionne- ment pendant de longues périodes d'utilisation tout en fixant les éléments de condensateur l'un à l'autre. Ces condensateurs présentent en fonctionnement comme on l'a ,vérifié une capacitance moyenne d'environ 0,01 mf.par cm2.
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Ils présentent une caractéristique semblable à celle des condensateurs électrolytiques en ce sens que la pellicule d'arrêt sur l'électrode à pellicule se maintient pendant le fonctionnement même et que les percements occasionnés par des surcharges excessives se réparent d'elle$-mêmes pour permettre la continua- tion du fonctionnement du cond ensateur. Ce fait est vérifié par la possibilité d'assembler le condensateur sans former à l'avance la pellicule d'arrêt sur l'élec- trode à pellicule, le courant traversant le condensateur provoquant la formation d'une pellicule d'arrêt sur l'électrode à pellicule.
Les condensateurs qui forment le'objet de la présente invention diffèrent toutefois des condensateurs électrolytiques habituels entre autres par le fait qu'âpres renversement de la polarité du potentiel qui leur est appliqué, il retiennent pour un très long temps une fraction notable, environ 60 %, de leur capacitance, tandis que les condensateurs électro- lytiques perdent leur capacitance à peu près immédiate- ment après un tel changement de polarité.
Suivant une autre variante, on prépare la composition de maintien de la pellicule par immersion d'une gouille de matière cellulosique flexible non fibreuse, telle que de la cellulose régénérée, dans un bain d'un conducteur électrolytique qui peut être constitué par un plastifiant tel. que les composés du glycol ou de la glycérine.
En général, on peut dire que l'on forme la feuille de cellulose régénérée de la manière suivante: on mercerise @
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de la cellulose très pure dans de la soude caustique, l'alcali-cellulose ainsi obtenus étant traité avec du bisulfure de carbone pour former du xanthate de cellulose que l'on dissout dans de l'eau et de la soude caustique pour former de la viscose. On coagule la viscose en couches minces par l'action d'une solution de sels minéraux et l'on régénère la cellulose par les acides minéraux.
On lave ensuite la feuille, on la décolore et on la sèche.
Pour l'utiliser conformément à à l'invention, on immerge cette feuille dans un alcoolviequeux polyvalent tel que l'éthylène-glycol et la glycérine que l'on acidule légèrement de préférence et qui peut oontenir une petit e quantité d'eau pour faciliter l'imprégnation. On fait ensuite passer la feuille dans un bain salin conducteur par exemple dans une solution aqueuse de borate d'ammonium ou encore dans une solution aqueuse d'acide borique ou d'autres composés conducteurs pouvant être employée coma me électrolytes dans un condensateur du type électroly- tique. Le borate se trouve emmagasinné dans le glycol ou la glycérine, en donnant la couche intermédiaire conductrice désirée.
Un autre procédé avantageux pour rendre conductrice la cellulose régénérée consiste à partir d'une feuille qui a pu éventuellement avoir subi un ammollissement préalable par imprégnation de glyool ou de glycérine et à lui faire traverser une solution chaude de glyool boraté ou d'un autre composé conducteur du glycol ou de la glycérine.
Suivant un autre procédé, on introduit les sels
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conducteurs dans la viscose ou dans la cellulose régénérée à un stade ultérieur de sa fabrication.
Dans les condensateurs antérieurs du type sec ou plastique où la couche intermédiaire est portée par des éléments fibreux tels que de la gaze, l'électrolyte venait au contact des électrodes par les ouvertures de
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la gaze ou par efJtt'lrl11Í?nièntle lo'ngdes.ffisde coton de la gaze et dans ceux-ci. Dans la couche intermédiaire conforme à l'invention qui n'est pas poreuse lorsqu'on la compare à la couche réticulaire à gaze, le passage se fait par l'imprégnation des espaces ou pores intercellulaires de la cellulose régénérée, ces espaces ou pores étant très petits et invisibles à l'oeil nu.
Il peut également y avoir transport par transfert
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chimique intercellulaîre. Il n'y a pas de transport par les fibres puisque la matière n'est pas fibreuse.
. Dans l'établissement du condensateur, la couche conductrice de cellulose régénérée est placée entre l'anode et la cathode et est comprimée pour assurer un bon contact physique. Si le condensateur doit être enroulé, on place une autre couchede cellulose régénérée imprégnée sur la cathode et on effectue l'enroulement à la manière habituelle.
Un tel condensateur assure une distribution de courant très uniforme pour la totalité des surfaces en regard et empêche toute localisation des courants.
La couche intermédiaire imprégnée permet le fonctionnement à des potentiels plus élevés que ceux qu'il a été
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possible d'utiliser jusqu'à présent dans les condensateurs électrolytiques. La demanderesse a pu faire fonctionner les condensateurs conformes à l'invention à des voltages dépassant 600 volts sans qu'il y ait de localisation de la décharge à travers le condensateur ou par étincelles.
Si des étincelles se produisent par suite d'un survoltage, il ne peut se produire'immédiatement de carbonisation étant donné qu'il n'y a pas de couche conductrice au contact de l'anode comme ce serait le cas si l'on avait utilisé un support fibreux tel que la gaze ou le papier.
De plus on évite toute séparation des fibres et tout transport non uniforme tel qu'il pourrait s'en produire dans le cas où l'on utilise un support en papier imprégné.
Bien que l'on puisse prévoir pour la couche intermédiaire conforme à ]!,invention un domaine d'application particulièrement étendu du coté des condensateurs du type sec ou plastique, on a constaté qu'on pouvait l'appliquer avantageusement aux condensateurs éleotroly- tiques du type humide. Dans ce dernier cas on peut obtenir un rapchement beaucoup plus grand. entre les électrodes que cela n'a été le cas jusqu'à présent, la couche intermédiaire étant enroulée entre les deux électrodes et immergée dans la solution électrolytique constituée par exemple par une des solutions électrolytiques habituellement utilisées dans les condensateurs électrolytiques (solution aqueuse d'acideborique ou de borate d'ammonium acide, etc...).
Lorsqu'on l'utilise dans un condensateur humide, la couche de cellulose régénérée peut être traitée d'abord par la glycérine,de l'éthylène-glyool, la glycérine boratée ou du glycol boraté pour la rendre conductrice.
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Quand on désire établir un condensateur du type imprégné à chaud, l'une des électrodes,de préférence l'anode, peut être ondulée. Dans un tel cas, la couche de cellulose régénérée est enroulée entre les deux élec- trodes pour recevoir la forme désirée pour les condensateurs et on place le condensateur enroulé dans une solution chaude de glyeol boraté qui vient remplir les inter- valles entre les ondulations et imprègne la feuille de cellulose régénérée.
L'électrolyte préféré est celui décrit dans le brevet déposé par Samuel Ruben le et délivré sous le n 380.677. Il est constitué par une pâte visqueuse et sirupause au glycol boraté que l'on obtient de préférence par dissolution de borate d'ammonium et d'acide borique dans le-éthylène-glycol chaud. Pour une description plus détaillée de la composition et de la fabrication de cette pâte on devra se référer au brevet ci-dessus. Toutefois d'autres électrolytes conducteurs visqueux y compris ceux obtenus par réaction entre les acides organiquqe faibles, (acide citrique, malique, lactique, tartrique, formique, phosphorique, etc...) ou leurs sels et l'un des alcools polyvalents des classes glycol$ et glycérine, peuvent être utilisés.
Sur la fig. 10 des dessins ci-joints, l'anode 1 constituée par de l'aluminium .sur laquelle a été formée préalablement une couche ou ppllicule d'oxyde est écartée de la cathode en aluminium 2 par une couche de cellulose régénérée 3 rendue conductrice par électrolyse comme il a été décrit et adhérant aux électrodes comme
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expliqué. Pour obtenir les meilleurs résultats la feuille elle-même, abstraction faite de l'électrolyte d'imprégnation devra avoir une épaisseur égale au plus à environ 0 mm 806.
Sur la fig. 11, l'anode la est semblable à l'anode 1 de la fig. 10 sauf en ce qu'elle est ondulée.
Dans le condensateur enroulé de la fig. 12, il est prévu une couche conductrice oomplémentaire 3a de cellulose régénérée.
Dans le condensateur électrolytique de la fig. 4, le métal 4 sert de borne et est isolé de l'autre borne 6 par la pièce isolante 5. Une autre pièce isolante 7 sert à isoler le fond du carter.
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The present invention relates to improved capacitors and their embodiment. It is aimed in particular at capacitors of the type comprising a stopper film, current on at least one electrode with a composition holding this film in place and placed between the electrodes in physical contact with the film. The invention also relates to a method of manufacturing such a capacitor.
The object of the invention is to establish such a capacitor of compact form and exhibiting an efficiency not yet obtained in this field while having a great longevity and being of easy and economical construction, the invention having between others aim at a rapid and high yield manufacturing process.
For this purpose the composition for maintaining the film is constituted in accordance with this in -
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vention by a lacquer component such as a synthetic resin (phthalic acid resin; ester-based gum, etc.) or non-fibrous cellulosic materials such as cellulose derivatives such as nitrocellulose, acetate of cellulose and regenerated cellulose, with the incorporation of an electrically conductive plasticizer and serving to ensure the retention of the film by the composition.
The incorporation of the conductive component can be carried out either by mixing it with the lacquer component, or by impregnating the latter in the form of a sheet with said component.
The conductive component mixed with the lacquer component can consist of one or more organic substances such as triacetin, glycol diacetate, diphthala, butyl, ethyl diphthalate, phenyl triphosphate and triphosphate. cresyle. A preferably organic acid such as formic acid, lactic acid or acetic acid can be added to these substances.
If the conductive composition is incorporated by impregnating a sheet of non-fibrous cellulose material such as regenerated cellulose, one proceeds by immersion in a polyvalent viscous alcohol such as ethylene glycol or glycerin, preferably slightly acidulated, after which the the sheet is immersed in a bath of a conductive salt such as an aqueous solution of ammonium borate or boric acid; one can also proceed by immersion in a mixture of
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the selected polyvalent alcohol and the selected acid or salt.
In order to allow the invention to be understood more clearly, reference will be made hereinafter to the accompanying drawings which represent by way of example a certain number of embodiments of the invention.
Fig. 1 is a perspective view of an embodiment of a capacitor according to the invention, certain elements of which have been opened or removed; fig. 2 is a perspective view of an electrode of this capacitor with its film layer, certain elements being cut away; fig. 3 is an end view of the device of FIG. 1; fig. 4 is a sectional view on a larger scale taken along line 4-4 of FIG. 1; seen in fig. 5 is a side view of another embodiment; fig. 6 is a plan view of a strip of material used to make the electrodes, this figure being intended to explain the process for obtaining the different electrodes and for providing them with peripheral insulators; fig. 7 is a side view of an apparatus used to form a coiled capacitor;
fig. 8 is a perspective view of the coiled capacitor formed by means of the apparatus of 1 fig. 7;
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fig. 9 is a plan view of a strip intended to form the wound electrode as shown in FIG. 8; fig. 10 is a perspective view partially cut away of a variant consisting of the flat capacitor; fig. 11 is a view similar to FIG. 10 showing a corrugated electrode; fig. 12 is a perspective view of a variant consisting of a coiled capacitor; fig. 13 is a vertical section of a device similar to that of FIG. 12 arranged inside a protective boot.
In accordance with the present invention, the metallic electrode is formed from a sheet of substance capable of forming a film such as aluminum, tantalum, magnesium and the alloys of one of these metals with another constituent such as silicon, aluminum being preferred. This electrode sheet receives the current stopping film, for example by the well-known electrolytic process from a suitable electrolyte such as a solution of borax. The current barrier film can then be washed in a suitable solution, if desired; for this purpose, the sheet can be passed successively in an alcohol bath and in a distilled water bath.
In some
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In this case, it may be advantageous to pass the cleaned sheet through an adherent viscous liquid which gives rise to a thin coating which binds tightly to the electrolytic coating. A perfect coverage of the anodic surface is thus obtained by removing the separation between the anode and the electrolytic layer. This viscous liquid can 'consist of one or more polyvalent alcohols or their derivatives having at least two hydroxyl radicals, such as glycerin or ethylene glycol.
The cathode is preferably made of aluminum, but this is not essential. In the case of alternating currents, the cathode must be made of a metal capable of forming a film and will preferably be identical to the anode.
The structure maintaining a film and. applied thereto in accordance with 2 the invention is a plastic or sticky, electrically conductive lacquer; it comprises a lacquer component such as synthetic resins (phthalic acid gum resin based on esters, etc.) and a material non-fibrous cellulose such as cellulose derivatives such as nitro-cellulose and cellulose acetate with the incorporation of an electrically conductive plasticizer capable of mixing therewith. This preferably organic plasticizer consists of one or more organic substances such as triacetin, glycol diacetate, butyl diphthalate, ethyl diphthalate, phenyl triphosphate and cresyl triphosphate.
When we want resistance
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lower interior, a small amount of an acid, preferably of an organic nature, is added to the lacquer to ensure its mixing with the organic composition based on lacquer; forimic acid, lactic acid and acetic acid can be used, for example.
Small amounts of an inert filler such as titanium oxide, chloromic oxide, zinc oxide etc: can also be used to thicken the lacquer and increase the thickness of the composition layer. intended to hold the film in the capacitors for high voltages.
Capacitors for use in filter circuits and the like are supplemented by contacting the film-holding composition layer with a thin conductive metal foil such as tin paper. In the case of alternating current, the capacitor can be supplemented by using a second electrode identical to the film electrode.
In fig. 1 of the drawings, the capacitor comprises an electrode 10 formed from a thin film of film-forming material, preferably aluminum, having a thickness of about 0.075 m / m. preference. This sheet is coated with the current barrier film 11 with peripheral tape insulation 12 of any suitable material, such as a mixture / nitrocellulose and an insulator such as sodium oxide. titanium which can be applied in the plastic state. and then dried.
Other insulating substances can be used for the peripheral insulation.
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for example, cellophane strips; the peripheral insulation serves to prevent the passage of spark - those along the edges of the electrode; the same result could be achieved by reducing the area of one of the electrodes relative to the other. The treated electrode is shown more clearly in Fig 2.
The film surface of the electrode 10 receives by dipping or brushing a thin layer of lacquer preferably consisting of a mixture of about 35% of a 450 gram solution (so called 16 ounce solution) of nitrocellulose. and ... about 15% triacetin, the remainder being formed by a suitable solvent such as amyl acetate or a mixture of preferably organic solvents. The treated electrode is then heated to remove the solvent. which is preferably done by placing it in a dryer at about 110C following which there is obtained a thin layer 13 of a tacky and electrically conductive composition maintaining the film to which it adheres by physically protecting it and by making it. now in place.
The capacitor is completed by placing on the layer of lacquer composition a thin sheet of tin paper 14 comprising a peripheral insulation 12 held in place by virtue of the adhesiveness of the lacquer. The thickness of the current barrier film as well as the thickness of the lacquer composition layer and the peripheral insulation have been exaggerated in the drawings to make it possible to distinguish more clearly the elements of the coating.
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capacitor.
The variant of FIG. 5 makes it possible to obtain a series arrangement of elementary capacitors of the type shown in FIG. 1. The film electrodes 10 are stacked with the interposition of metal foils 14, preferably of tin paper, and intermediate layers 13 of lacquer composition.
In capacitors intended for. To operate with alternating current, all foil electrodes 'can' be aluminum and have stop films on both sides. These elements are maintained in their stacked position by end plates 15 of insulating material or else of conductive metal forming the terminals of the system. These plates are held in relation to each other by steel springs 5 held in parts 17 disposed in contact with the end plates 15. These parts 17 are made of an insulating material when the end plates are made of metal. to prevent short circuit by steel springs 5.
Film electrodes can be made from foil 18 foil tape; com - carrying a peripheral insulation obtained by stamping as shown in fig. 6. to obtain each of the electrodes 10 just cut along lines 19-19.
The capacitors according to the present invention can form coiled capacitors 20 as shown in FIG. 8; a 21 @ core is preferably used: - =
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of insulating material such as wood to receive the windings of sheet electrodes 22 and 23 between which is interposed a layer of lacquer composition. Preferably such a capacitor is established by means of the apparatus of FIG. 7. A strip of aluminum foil 22 with its film passes successively through the washing bath 24, preferably containing water, into the lacquer tank 25 and into the drier 26, which gives rise to the part and the another of the strip 22 to an adherent layer of conductive film retaining composition.
The electrode sheet thus treated is then wound up on the core 21 in contact with the other electrode strip.
23, the two electrode strips 22 and 23 being cut at suitable intervals to form the coiled capacitor 20 of FIG. 8. Both electrode strips 22 and 23 may have peripheral insulation 27 applied in any suitable manner prior to the formation of the capacitor as described above.
If desired, the finished capacitor can be coated with an external insulation consisting of pitch or a compound of resin and beeswax, for example.
According to the present invention, the mixture consisting of a lacquer such as nitrocellulose, a plasticizer such as triacetin and a solvent such as amyl acetate may have a more or less variable composition. The plasticizer is preferably found to form at least 10% of the mixture to provide the conductivity.
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electrical desired unless other constituents such as one or more organic acids, formic acid, lactic acid and acetic acid are added to increase this conductivity. The plasticizer can constitute a higher proportion, juu' à 25% by avoiding the higher proportions so that the composition does not soften in a troublesome way.
The amount of nitrocellulose in the mixture forms from 1: 3 to 1: 8 of the amount of plasticizer such as triacetin.
When organic acids such as formic acid, lactic acid and acetic acid are added, the. The amount can be about 5%, this proportion causing the internal resistance to decrease by the desired amount. When an inert filler consisting of, for example, titanium oxide is added to thicken the composition, this filler can form about 2 to 5% of the composition while avoiding a higher proportion so as not to grow too thickly. inner resistance is exaggerated.
The film retaining composition appears to protect the barrier film on the electrode from damage or displacement and to do so in a very effective manner; it also holds the film electrochemically during operation of the capacitor and its adhesion serves to ensure its operation during long periods of use while securing the capacitor elements together. These capacitors exhibit, in operation, as has been verified, an average capacitance of about 0.01 mf. per cm2.
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They have a characteristic similar to that of electrolytic capacitors in that the stopper film on the film electrode is maintained during operation itself and the punctures caused by excessive overloading repair themselves to allow the continued operation of the condenser. This fact is verified by the possibility of assembling the capacitor without forming in advance the stopper film on the film electrode, the current flowing through the capacitor causing the formation of a stopper film on the electrode. film electrode.
The capacitors which form the object of the present invention, however, differ from the usual electrolytic capacitors, among other things by the fact that after reversing the polarity of the potential which is applied to them, they retain for a very long time a significant fraction, about 60%. , of their capacitance, while electrolytic capacitors lose their capacitance almost immediately after such a change in polarity.
According to another variant, the composition for maintaining the film is prepared by immersing a pin of flexible non-fibrous cellulose material, such as regenerated cellulose, in a bath of an electrolytic conductor which may consist of a plasticizer such as . than compounds of glycol or glycerin.
In general, we can say that we form the regenerated cellulose sheet as follows: we mercerize @
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very pure cellulose in caustic soda, the alkali cellulose thus obtained being treated with carbon disulfide to form cellulose xanthate which is dissolved in water and caustic soda to form viscose. The viscose is coagulated in thin layers by the action of a solution of mineral salts and the cellulose is regenerated with mineral acids.
The sheet is then washed, decolorized and dried.
To use it according to the invention, this sheet is immersed in a polyvalent alcoholic acid such as ethylene glycol and glycerin which is preferably slightly acidified and which may contain a small amount of water to facilitate impregnation. The sheet is then passed through a conductive salt bath, for example in an aqueous solution of ammonium borate or else in an aqueous solution of boric acid or other conductive compounds which can be used as electrolytes in a capacitor of the electrolyte type. - tick. The borate is found stored in glycol or glycerin, giving the desired conductive intermediate layer.
Another advantageous process for making the regenerated cellulose conductive consists of starting from a sheet which may possibly have undergone a prior softening by impregnation of glyool or glycerin and passing it through a hot solution of borated glyool or of another compound. conductor of glycol or glycerin.
According to another process, the salts are introduced
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conductive in viscose or in cellulose regenerated at a later stage of its manufacture.
In previous capacitors of the dry or plastic type where the intermediate layer is carried by fibrous elements such as gauze, the electrolyte came into contact with the electrodes through the openings of
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gauze or by efJtt'lrl11Í? nièntle lo'ngdes.ffisde cotton gauze and in these. In the intermediate layer according to the invention which is not porous when compared to the reticular gauze layer, the passage is effected by the impregnation of the intercellular spaces or pores with the regenerated cellulose, these spaces or pores being very small and invisible to the naked eye.
There may also be transport by transfer
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intercellular chemical. There is no transport by the fibers since the material is not fibrous.
. In establishing the capacitor, the conductive layer of regenerated cellulose is placed between the anode and the cathode and is compressed to ensure good physical contact. If the capacitor is to be coiled, another layer of regenerated, impregnated cellulose is placed on the cathode and coiling is carried out in the usual manner.
Such a capacitor ensures a very uniform current distribution for all of the facing surfaces and prevents any localization of the currents.
The impregnated middle layer allows operation at higher potentials than it has been
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possible to use so far in electrolytic capacitors. The Applicant has been able to operate the capacitors in accordance with the invention at voltages exceeding 600 volts without any localization of the discharge through the capacitor or by sparks.
If sparks occur as a result of overvoltage, charring cannot occur immediately since there is no conductive layer in contact with the anode as would be the case if one had. used a fibrous backing such as gauze or paper.
In addition, any separation of the fibers and any non-uniform transport are avoided, as could occur in the case where an impregnated paper support is used.
Although it is possible to provide for the intermediate layer in accordance with the invention a particularly wide field of application on the side of capacitors of the dry or plastic type, it has been observed that it could be applied advantageously to electrolytic capacitors. of the wet type. In the latter case, a much larger approximation can be obtained. between the electrodes than this has been the case until now, the intermediate layer being wound between the two electrodes and immersed in the electrolytic solution constituted for example by one of the electrolytic solutions usually used in electrolytic capacitors (aqueous solution of boric acid or acidic ammonium borate, etc.).
When used in a wet capacitor, the regenerated cellulose layer can be treated first with glycerin, ethylene-glyool, borated glycerin or borated glycol to make it conductive.
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When it is desired to establish a capacitor of the hot-soaked type, one of the electrodes, preferably the anode, may be corrugated. In such a case, the regenerated cellulose layer is wound between the two electrodes to receive the desired shape for the capacitors and the wound capacitor is placed in a hot solution of borated glyeol which fills the gaps between the corrugations and permeates the sheet with regenerated cellulose.
The preferred electrolyte is that described in the patent filed by Samuel Ruben le and issued under number 380,677. It consists of a viscous, syrupy paste with borated glycol which is preferably obtained by dissolving ammonium borate and boric acid in hot ethylene glycol. For a more detailed description of the composition and the manufacture of this paste, reference should be made to the above patent. However, other viscous conductive electrolytes including those obtained by reaction between weak organic acids (citric, malic, lactic, tartaric, formic, phosphoric acid, etc.) or their salts and one of the polyvalent alcohols of the classes glycol $ and glycerin, can be used.
In fig. 10 of the accompanying drawings, the anode 1 made of aluminum, on which an oxide layer or ppllicule has been previously formed, is separated from the aluminum cathode 2 by a layer of regenerated cellulose 3 made conductive by electrolysis. as described and adhering to the electrodes as
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Explain. To obtain the best results the sheet itself, apart from the impregnating electrolyte, should have a thickness equal to at most about 0 mm 806.
In fig. 11, the anode 1a is similar to the anode 1 of FIG. 10 except that it is wavy.
In the coiled capacitor of fig. 12, there is provided an additional conductive layer 3a of regenerated cellulose.
In the electrolytic capacitor of fig. 4, the metal 4 serves as a terminal and is isolated from the other terminal 6 by the insulating part 5. Another insulating part 7 serves to insulate the bottom of the housing.
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