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" Appareil a décharge dans le vide à cuve métallique sans pompe tel quun redresseur à vapeur de mercure ".
L'invention se rapporte à un appareil à décharge dans le vide, qui peut être par exemple un redresseur à vapeur de meroure, un transformateur ou un convertisseur,comportant une cuve métallique étanche au vide poussé formée de plusieurs parties soudées ensemble, et dans laquelle la vide est effectué à température élevée puis séparée définitivement de la pompe à vide.
Il est connu qu'un tel appareil à décharge dans le vide , séparé de la pompe d'une manière définitive, ne peut être oonstamnent en bon état de marche que si l'on a soin d'éviter toute pénétratinn à l'intérieur du réoipient à vide d'ions d'hydrogène.libres dégagés par l'agent réfrigérant servant au refroidissement du réoipient, qui entraîneraient une diminution dangereuse du vide pour le fonctionnement .
Des recherches assez étendues ont montré en particulier que les ions d'hydrogène liores qui se trouvent toujours
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en grande quantité dans l'eau de refroidissement aux températures en question, ont le pouvoir , aux températures de fonctionnement d'un appareil à vide qui sont enmisagées, et qui sont de l'ordre de grandeur de 100 C de traverser par diffusion sans difficulté les fer et acier utilisés habituellement pour la constitution des parois,puis de sortir de ces parois sous forme de gaz hydrogène. Il s'ensuit,comme on l'a déjà dit, une diminution du vide qui entraîne les amorçages en retour et autres accidents de fonctionnement et qui ne peut être supprimée en raison de la séparation definitive du récipient et de la pompe.
Il a donc été proposé d'utiliser pour le refroidissement du récipient des fluides de refroidissement qui ne contiennent ou ne dégagent pas d'ions d'hydrogène; un tel fluide de refroidissement pouvant être par$exemple le benzol.
Grâce à l'utilisation d'un tel fluide de refroidissement on évite en effet, d'une manière sûre, toute diminution du vide par pénétration d'ions d'hydrogène provenant de l'agent de refroidissement , mais dans certains cas, par exemple pour les petits appareils de décharge, l'utilisation d'un liquide de refroidissement comme agent de refroidissement n'est pas désirable,par exemple pour des raisons d'économie.
Conformément à l'invention,le refroidissement d'un appareil à déohhrge dans le vide du type décrit plus haut est rendu notablement moins coûteux en refroidissant l'appareil par un agent de refroidissement gazeux, l'air en partioulier,au lieu d'un liquide de refroidissement exempt ou ne dégageant pas d'ions d'hydrogène.
L'utilisation d'un refroidissement par l'air dans les appareils à décharge dans le vide à réoipient en verre ou en métal relié à une pompe à vide, est bien connue en elle-même.
Mais en raison des particularités physiques énumérées ci-dessus, les techniciens doivent penser que l'air n'est pas utili-
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sable pour les appareils à décharge dans le vide à récipient métallique et fonctionnant séparés de la pompe, et cela pour les raisons suivantes :
Les parois métalliques situées dans l'air atmosphérique sont toujours reoouvertes d'une pellioule d'eau, dont l'épaisseur s'élève à 50-100 diamètres de molécules . Il est bien évident qu'il se trouve dans cette pellicule la même proportion de moléoules dissociées en ions hydrqgène et ions hydroxyle que dans l'eau liquide. Par suite, les ions hydrogène pourraient donc pénétrer par diffusion à l'intérieur du réoipient à partir de la pellicule d'eau adsorbée parla paroi du réai-- pient à vide.
Comme le montre le calcul, la quantité d'eau présente dans l'air dans les conditions atmosphériques normales est suffisamment grande pour remplacer constamment les pertes de la pellicule d'eau adsorbée par la diffusion des ions, o'est-à-dire, en d'autres termet, la pellicule d'eau adsorbée dans les parois forme un réservoir constamment rempli fournissant les ions hydrogène à l'intérieur du réoipient.Des essais et des calculs ent montré que la quantité d'ions en question est assez élevée pour provoquer en un temps relativement oourt une diminution notable du vide.
Par suite on peut tout d'abord juger avec raison que l'utilisation de l'air comme agent- de refroidissement dans le cas précédent est impossible.
Toutefois, des recherches effectuées ont permi d'établir que l'air est pourtant bien approprié comme agent de refroidissement. Ceoi dérive tout d'abord du fant que sous l'action de la décharge les ions hydrogène sont entraînés hors de l'intérieur du récipient en plus grande quantité qu'ils ne peuvent y pénétrer par diffusion; le métal de la paroi du récipient agissant alors corme getter. L'action de la décharge est enoore renforcée par le fait que la diffusion des ions positifs est gênée par la pellicule d'eau adsorbée dans les parois,pour
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des raisons qui n'ont pas(été oomplètement éolairoies jusqu'ici.
En tout cas, la quantité diffusée est inférieure à oelle qui est obtenue par le calcul.
La réalisation pratique du refroidissement est effectuée en entourant le récipient d'une chemise de refroidissement,d'une manière bien connue en elle-même, et qui peut être soit fermée, soit oomposée de surfaces conductrices séparées. Aux points du réoipient à refroidir partioulièrement, il faut, soit prévoir une plus grande rapidité de circulation du oourant d'air de refroidissement, soit disposer des surfaces défleotrioes parti- culières.
Comme il se produit sur une surface à refroidir, qui est parcourue parallèlement par un courant d'air de refroidissement, une couche croissante dans le sens de la vitesse, qui adhère à la surface et provoque une forte diminution de la conductibilité de la chaleur, il est avantageux de donnerà la surface des éléments déflecteurs, dans la direction de la vitesse de l'agent de refroidissement, une faible longueur afin que la pellicule se formant sur cette surface soit constamment interrompue et se mélange aveo l'air de refroidissement restant par turbulence .
Il devient donc possible, grâce à linvention, de réaliser sous forme d'appareils métalliques, des appareils à décharge dans le vide pour petites et moyennes charges, c'est-à-dire pour des charges inférieures à 500 xxxxx ampères environ. Jusqu'ioi, les appareils tels que les redresseurs pour de faioles intensités ont toujours été réalisés sous la forme de redresseurs en verre, c'est-à-dire avec un réoipient à vide en verre.
Les récipients à vide en verre ont en particulier l'avantage de pouvoir. être, après évacuation, séparés de la pompe par fusion et d'être ensuite parfaitement étanohes au vide poussé, en ne nécessitant pas une installation de pompe particulière et coûteuse; mais à côté de cet avantage, les redresseurs en verre présentent divers inconvénients qui découlent de la na-
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mure du verre . Le redresseur en verre est très sensible aux chocs, en particulier les bras d'anodes que le redresseur possède en assez grand nombre, trois , six ou douze suivant sa construction, se cassent facilement. Il s'y ajoute epoore les bras pour les anodes d'excitation, pour l'électrode d'amorçage, eto...
D'autre part, la forme oompliquée du réoipient du redresseur,en particulier le renflement en forme de poire servant comme ohambre de refroidissement,est nécessitée par les conditions du fonctionnement car elle est obligatoire pour éviter les amorçages en retour et autres défauts de fonotionnement.
Même sans tenir compte de sa fragilité, un réoipient de verre aussi compliqué est très coûteux à établir. On est donc obligé de le monter dans un bâti ou dans un coffre de grande dimension,ce qui augmente considérablement l'encombrement et, de plus,la manipulation du redresseur pour sa mise en place dans le bâti ou pour son remplacement est très difficile.
La possibilité d'utiliser d'une manière économique, même pour de petites puissances pour lesquelles on utilisait jusqu'ici des redresseurs en verre, un redresseur métallique avec tous ses avantages de solidité, de simplicité de forme, etc... constitue en effet un progrès teohnique considérable; il est bien évident que l'invention ne doit pas être limitée aux valeurs des puissances oitées plus haut.
En particulier, l'appareil à décharge dans le vide conforme à l'invention oonsiste en un réoipient à vide métallique étanche an vide poussé, complètement fermé, dans lequel on a fait le vide à une température de plusieurs oentaines de degrés C, avantageusement de 300 à 400 C, avant la séparation de la pompe. Dans ce réoipient sont introduites le nombre désiré d'anodes,une cathode liquide ainsi que les autres électrodes nécessaires telles que les grilles de oontrôle. Des corps isolants en matière céramique,comme la stéatite , portent directement le poids des parties amenant le courant et sont reliés à ces parties conductrices ou à la paroi du récipient par un flux de verre, émail ou encore un² sulfure
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métallique, d'une manière étanohe au vide poussé.
L'amorçage s'effectue par exemple à l'aide d'une électrode disposée à l'intérieur du récipient et actionnée par un électro-aimant placé à l'extérieur du réoipient.
Comme cela sera plus particulièrement décrit ci-dessous, il est possible, conformément à l'invention, grâce à un procédé de vérification d'étanohéité particulier, d'établir un réoipient absolument étanche au vide poussé, ce qui remplit la première condition nécessaire pour pouvoir séparer le réoipient de la pompe.
La seconde oondition pour pouvoir séparer la pompe de ce réoipient est de pouvoir évacuer parfaitement les parois du réai- pient avant la mise en marche. A cet effet, il est nécessaire de chauffer le récipient à des températures de 300 à 400 C. Un tel chauffage n'est pas possible pour un réoipient nuni des entrées d'électrodes connues jusqu'ioi , car les matièresd'étanohéité utilisées pour ces entrées ne supportent pas ces températures.
L'utilisation conforme à l'invention des flux de verre, sulfures métalliques, eto.. permet de constituer une liaison entre le corps isolant et les parties métalliques adjacentes qui est aosolument étanche au vide poussé et qui supporte sans difficultés les températures nécessaires pour l'évaouation, de sorte que l'on peut ainsi faire un vide parfait dans les parois du récipient, ce qui remplit ainsi la seconde oondition nécessaire pour la séparation du récipient et de la pompe.
Les parties qui se trouvent à l'intérieur du réoipient n'ont pas besoin, dans certaines conditions , d'être formées de fer particulier très coûteux fondu dans le vide, mais on peut utiliser pources parties du fer ou graphite ordinaire qui n'a pas été dégazé . On a trouvé en particulier que les parois du réoipient sont susceptibles , lorsqu'elles sont maintenues à des températures inférieures à 250*C., d'absorber et retenir les gaz libérés à l'intérieur du réoipient.
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L'invention sera mieux oomprise en référence au: dessins annexés , dans lesquels :
La fig. 1 est une vue d'ensele d'un redresseur tel quHun redresseur à vapeur de meroure, à récipient à vide métallique , séparé de la pcmpe et à refroidissement artificiel, comportant des entrées d'électrodes conformes à l'invention; la fig. 2 représente une entrée d'anode confome à l'in- vention;et la fig. 3 représente une entrée de oathode .
Dans le redresseur représenté à la fig. l, le récipient à vide est composé des parties 1, 2, 23 et 24 réunies par soudure .
Le réoipient est établi en fer et est soumis après assemblage, à un essai d'étanohéité .Cette épreuve peut, par exemple, être réalisée en remplissant le récipient d'un gaz ohimiquement actif oomne l'ammoniaque et en reoouvrant la face extérieure d'un réactif comme le nitrate de mercure. Une coloration dû nitrate de meroure permet de déceler sans difficultés les points dont l'étan- ohéité n'est pas parfaite . Une fois l'épreuve d'étanchéité terminée, on fait le vide dans le réoipient xxx à une température de 200'C ou plus , avantageusement de 300 à 400'C., puis on le sépare de la pompe à vide .
Une évacuation à des températures aussi élevées est nécessaire comme l'a montrée la pratique lorsque le réoipient doit être utilisé sans pompage postérieur . Dans le couvercle 2 sont montées plusieurs anodes principales conformes à la fig. 2 et désignées par 20, ces anodes étant par exemple réparties sur un cercle . On a représenté à droite une anode d'exoitation 22 dont l'entrée est également analogue à celle de la fig. 2. Dans un redresseur à six anodes, on utilise trois anodes d'excitation en les disposant avantageusement chacune entre deux anodes principales .
Au centre du couvercle du réoipient se trouve l'entrée 21 de oourant représentéfig. 3, et qui plonge par sa tête rapportée 34 dans le mercure cathodique 26 contenu dans une coupelle 25 établie en matière isolante, par exemple le quartz.
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Le refroidissement est Valise dans le redresseur représenté sur la fig. 1 à l'aide d'un ventilateur 30 entraîné par un moteur 31 et qui se trouve au-dessous de la cathode . Ce ventilateur aspire un agent de refroidissement gazeux, tel que l'air, à travers une chemise de refroidissement 28, entourant le réoipient, et se prolongeant vers le bas par une partie oylin- drique rétrécie 29 et vers le haut par une partie évasée 32.
Le courant d'air est avantageusement dirigé de haut en bas .
Aux points du récipient à refroidir particulièrement, on dispose avantageusement de courtes surfaces défectrices dirigées dans le sens du courant, par exemple sous la forme de tiges 51.
L'énergie du refroidissement est choisie de telle manière que la température du récipient se trouve entre 70 et 90 C, avan- tageusement entre 85 et 90*C. Un manchon de proteotion 33 qui peut,dans certains cas, servir de support pour un tableau d'appareils interrupteurs pour l'utilisation du redresseur,est monté sur le récipient pour le guidage du courant d'air de refroidissement et pour éviter un contact par l'extérieur des bornes d'électrodes, o'est-à-dire des parties sous tension. comme le montre la figure, le redresseur forme un appareil stable et facile à manipuler, de fonne cylindrique, ne présentant pas de bras en verre qui se trouvent d'habitude sur les redresseurs en verre, de manière à éviter les amorçages en retour.
De plus , le redresseur conforme à l'invention, se distingue d'un redresseur en verre par sa durée d'existence pratiquement illimitée;
Le refroidissement par air décrit plus haut est particulièrement applicable aux redresseurs pour les intensités d'éle- vant jusqu'à 500 ampères environ, mais il peut encore être utilisé avantageusement sous certaines conditions dans des redresseurs plus importants.
A la figure 2, 1 désigne la partie cylindrique centrale de la paroi du récipient métallique à vide qui contient l'ensemble des éléments de décharge, 2 est, comme on l'a déjà vu, le cou- vercle du récipient et 3 le corps d'anode proprement dit qui est
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porté par une tige métallique 6, par exemple en fer. La fixation du corps d'anode 3 dans le conducteur d'amenée de courant 6 est réalisée à l'aide d'une tige de molybdène 5 qui est simplement insérée dans l'anode. La tige métallique 6 est entourée d'un tube isolant 4 en matière céramique, par exemple la stéatete, qui se prolonge jusqu'au voisinage immé- diat de la face postérieure de l'anode 3, et pénètre, le cas échéant, dans une cavité de cette anode.
Pour la production d'une liaison étanche au vide poussé entre le tube isolant 4 et la tige d'électrode 6 ou le couvercle du récipient 2, deux man- choss 8 ou 15 sont enfilés sur le tube isolant 4 et portent des prolongements 9 ou 13 qui s'ajustent exactement sur la pa- roi du tube isolant, de manière à former des poches ouvertes vers le haut. Dans oelles-oi est introduit par le haut un petit tube de verre ou une bague de verre qui est ensuite fmdu . On forme ainsi, entre le tube de stéatite et les manchons métalli- ques 8 ou 15, une bague de verre relativement plus large 10 ou 14. Au lieu d'un flux de verre,on peut encore utiliser tout au- tre flux approprié, comme par exemple un émail, du sulfure de fer ou analogue . De plus, le remplissage des poches peut éga- lement être effectué par simple versement.
Dans tous les cas, la matière constituant le flux doit être choisie de telle manière que son coefficient de dilatation, comme on l'a déjè, dit, soit le plus près possible de celui du tube isolant 4 en stéatite, en tout cas avec une préoision d'au moins 1.10-6. La et matière des manchons 8 ou 15 doit aussi être choisie de telle manière que son coefficient de dilatation soit voisin de celui du flux et de la stéatite ou qu'il soit légèrement supérieur pour obtenir un effet de contraction. L'extrémité liore du manchon 8 est reliée d'une manière étanche au vide, par exemple par soudure, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une par- tie métallique élastique 11, avec la tige d'électrode 6.
De la même manière, l'extrémité libre du manchon 15 est soudée direo- tement ou à l'aide d' un disque annulaire métallique élastique @
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16 au couvercle 2 du réoipient. Dans l'exemple de réalisation représenté, la soudure n'est pas effectuée directement avec la paroi du récipient, mais le disque annulaire 16 est fixé par soudure à l'extrémité supérieure d'un tube 12 qui est soudé à son tour au couvercle 2 du récipient. L'entrée d'électrode est donc montée d'une manière légèrement élastique dans le tube 12 auquel est également fixé un tube de protection d'anode 19 à l'aide d'un fer cornière.
La matière pour les bagues annulaires élastiques 11 et 16 doit également être choisie de telle manière que son coefficient de dilatation corresponde à celui des manchons métalliques du flux et du tube isolant. Si les parties en forme de disque 11 et 16 sont formées de fer ou d'acier nonmal, les manohons 8 et 15 doivent être faits assez longs pour que les points où ils sont soudés aux disques 11 et 16 soient assez éloignés des flux de verre 10 et 14, pour que les déformations élastiques,provenant des différences de coefficients de dilatation des diverses parties, et partant des mones de soudure, n'arrivent pas jusqu'aux flux de verre.
Afin d'éviter que l'électrode assez lourde subisse des déplacements horizontaux dans des conditions queloonques,par
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exemple pendant le transport, qui'"pourraient entraîner une dété- rioration de l'étanohéité, un disque 17 est disposé dans une encoche de la tige d'électrode pour l'appuyer et la maintenir à l'intérieur du tube isolant. De la même manière, un autre disque 18 est monté dans une encoche du tube isolant 4 pour maintenir tout ce tube isolant aveo l'électrode oontre toute osoil lation horizontale à l'intérieur du tube de proteotion d'anode.
L'entrée de cathode représentée à la figure 3 correspond dans son principe à l'entrée d'anode représentée à la fig. 2. La tige d'électrode est désignée par 44. Elle porte à son extrémité supérieure des ailettes de refroidissement 47 et à son extrémité inférieure une tête 34 qui est munie de oanaux pour augmen- ter la surface de contact. Cette tête 34 est munie de ressorts @
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27 qui s'appuient contre la coupelle contenant le meroure. La tige d'électrode 44 est en cuivre et est entourée d'un tube en fer 45 déstiné à la protéger du mercure . Ce tube 45 est soudé à son extrémité inférieure au boulon 50.
L'ensemble du conduc- teur d'amenée de courant est également entouré dans ce cas par le tube isolant 46 avantageusement formé de stéatàte. Les flasques annulaires élastiques 38 et 43 servent à la liaison du conducteur d'amenée du oo&rant 44 ,45 ou du couvercle du réoipient 2 aveo le tube isolant 46. Ces flasques annulaire s sont soudées, d'une part, à l'extrémité supérieure du tube 45 ou à la paroi 2 du récipient et, d'autre part, aux manchons 37 ou 42. Ces manchons sont prolongés par des parties 39 ou 41 s'ajustant exactement sur les parois isolantes et constituent comme dans la réalisation conforme ala fig. 2 , des poches ouvertes vers le haut, qui sont destinées à recevoir le flux 36 ou 40.
Dans l'exemple de réalisation représenté, la flasque annulaire élastique 43 n'est pas directement soudée à la paroi du récipient, mais est fixée à un tube métallique 21 qui estsoudé à son tour au couvercle 2 du récipient. Par suite, toute 1 entrée d'électrode est montée élastiquement dans le tube 21.
Le tube isol nt est prolongé à l'intérieur de la chambre de décharge sur une longueur qui correspond à peuprès à l'éoartement moyen des deux zones de liaison, afin d'éviter les etincelles. Le tube isolant 46 se prolonge alors par un tube de quartz 35 qui va jusqu'à la tête d'électrode 34. Pour empêcher leséplaoements horizontaux de l'entrée d'anode assez lourde, le tube de quartz 35 est soutenu dans le tube métallique 21 à l'aide d'un disque d'éoartement 48. De plus, le tube en fer 45 est imnobilisé à l'intérieur du tube de quartz 35 au moyen d'une bague élastique 49 ou de tout autre appui approprié.
REVENDICATIONS.
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