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Appareil à décharges électriques dans une vapeur.
La présente invention se rapporte à un appareil électri- que à décharges, et plus particulièrement à un système d'écran déflecteur pour augmenter le pouvoir conducteur et diminuer le taux d'amorçage en retour dans un appareil à décharges.
Dans le fonctionnement des appareils électriques tels que les valves ignitrons, il a été trouvé désirable d'enfermer l'anode dans un écran qui est écarté d'une petite distance des cotés de l'anode et qui enferme la partie postérieure de l'anode en la séparant de l'espace général de l'arc. Afin d'empêcher tout amorçage en retour ou autre opération défectueuse, il a été trouvé désirable de prévoir un écran désionisant près de la face active de l'anode. Afin d'empêcher les jets denses de vapeur de mercure à grande vitesse, fortement ionisée, dégagée par la ca- thode, de pénétrer dans l'espace de l'anode, il a été trouvé désirable de prévoir un déflecteur entre la surface active de la
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cathode et la grille pour obscurcir optiquement l'anode de la cathode.
Afin d'empêcher l'attachement de l'arc conducteur au dé- flecteur, il a été trouvé désirable d'isoler le déflecteur de la cathode.
La présente invention a par conséquent pour objet de réa- liser une valve électrique à décharge dans une vapeur ayant un écran désionisant et des organes déflecteurs appropriés pour contrôler l'entrée de la vapeur de mercure dans l'espace de l'ano- de.
L'invention a encore pour buts: -de réaliser un déflecteur de cathode qui soit pratique- ment insensible à une longue exposition aux conditions de fonc- tionnement dans un appareil électrique à décharges.
-de réaliser une structure d'écran et de déflecteur n'ayant aucune partie métallique exposée au courant principal de l'arc.
D'autres buts et avantages de la présente invention appa- raîtront au cours de la description détaillée qui va suivre en référence aux dessins annexés dans lesquels:
La fig.l est une vue en coupe et en élévation d'un appa- reil électrique conforme à l'invention.
La fig.2 est une vue semblable d'une variante de l'inven- tion.
La fig. 3 est une vue semblable d'une variante préférée conforme à l'invention.
Dans l'exemple de réalisation conforme à la figure l, une valve du type ignitron comprend une cuve ou carter métallique 1, dans le fond de laquelle se trouve une masse appropriée 2, de matière vaporisable et recondensable formant la cathode, telle que le mercure. Une électrode d'allumage ou d'amorçage appro- priée 3 est en contact avec la masse de mercure 2 pour amorcer une tache cathodique sur la masse de mercure 2. Afin de limiter
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la tache cathodique à une surface prédéterminée de la surface de la cathode, une barrière appropriée, telle qu'une bague de quartz 4 est maintenue en position, de préférence concentrique- ment à l'électrode d'allumage 3.
Une anode appropriée 5 coopérant avec la cathode 2 et à une certaine distance de cette cathode, est suspendue à une tige d'anode appropriée 6 qui passe à travers la paroi de la cuve 1, au moyen d'un manchon isolant approprié 7.
L'anode 5 est enveloppée par un écran approprié, repré- senté ici sous la forme d'un cylindre de graphite perforé 8 qui est suspendu à des supports métalliques appropriés 9 qui se fer- ment à la partie postérieure de l'anode 5, toute la structure d'écran étant supportée par une partie appropriée de la cuve métallique 1, au moyen de manchons isolants appropriés 10, de sorte que l'intérieur de l'écran est suffisamment ouvert pour que l'on puisse facilement y faire le vide.
Afin d'améliorer les caractéristiques d'amorçage en re- tour de l'appareil, l'écran d'anode 8 est fermé par un écran dé- sionisant approprié, représenté sous la forme d'un disque de graphite perforé 11 faisant partie intégrale du cylindre de gra- phite qui forme l'écran latéral 8 pour l'anode 5.
En raison de l'écran désionisant, il est parfois néces- saire ou désirable d'exciter cet écran 8, afin de favoriser le réamorçage de l'arc conducteur à l'anode 5. A cet effet, on a représenté une connexion 12 partant de l'écran, et traversant un manchon isolant approprié 12, et qui peut être connectée à toute source d'excitation désirée.
Afin d'empêcher l'entrée de quantités indésirables de vapeur de mercure très ionisée à grande vitesse dans l'écran d'anode 8, on a prévu un déflecteur multiple entre la grille dé- sionisante 11 et la surface active de la cathode. Le déflecteur peut être construit de plusieurs parties dont une au moins est une pièce annulaire 15 en graphite ou autre matière appropriée,
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de diamètre tel qu'aucune partie de l'écran 11 n'est exposée à une partie quelconque de la zone active de la cathode. L'ouver- ture centrale 16 dans la pièce annulaire 15 est de même protégée par un déflecteur approprié 17 de sorte qu'aucune partie de la grille 11 n'est exposée à la zone active de la cathode à travers l'ouverture centrale 16 du déflecteur annulaire 15.
Pour supporter le déflecteur de façon isolée par rapport à la surface de la cathode, on prévoit un organe isolant per- fectionné, qui consiste en un élément tubulaire 20, de préfé- rence en quartz ou porcelaine, une extrémité de cette pièce tubulaire 20 étant glissée sur une tige verticale 21 fixée à une partie de la cuve 1. La tige 21 s'étend suffisamment loin dans la pièce tubulaire pour supporter rigidement cette dernière, et se termine à une certaine distance de l'extrémité opposée du tube isolant 20. Un bras approprié, de préférence en forme de tube court 22 est alors disposé sur l'extrémité opposée du tube isolant 20, et soudé ou fixé de toute autre manière à un châs- sis approprié 23 pour supporter les éléments de déflec'teur 15 et 17.
Pour empêcher que la surface isolante ne soit rendue su- perficiellement conductrice par pulvérisation de particules mé- talliques ou autres pendant le fonctionnement de l'appareil électrique, on a prévu un tube ou élément 24 en forme de tube court, qui peut faire partie du support 22 ou être soudé à ce support et s'étend à une certaine distance de l'isolateur tu- bulaire 20.
Puisque les parties du déflecteur cathodique 15 et 16 sont en contact avec l'arc conducteur, elles travaillent à une température élevée, de l'ordre de 1000 C et, comme l'acier ou fer ordinaire à la propriété de se dissoudre dans le carbone à une température de l'ordre de 1000 C, il est nécessaire d'uti- liser un métal autre que l'acier pour former le châssis 23 en
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contact avec les déflecteurs de graphite 15 et 17. Bien que les métaux réfractaires tels que le platine ou le tungstène sont appropriés pour la construction du châssis 23, on a trouvé que le nickel peut également être utilisé avec des résultats satis- faisants dans certains cas, en particulier dans les installations ayant des caractéristiques de charge intermittentes.
Dans le fonctionnement d'un tel appareil, l'électrode d'allumage 3 amorce la tache cathodique à tout moment désiré, et un potentiel approprié est appliqué à l'écran 8 afin de facili- ter le rétablissement de l'arc principal entre l'anode 5 et la cathode 2. L'organe déflecteur dérive alors une partie importante de la vapeur cathodique fortement ionisée loin de l'écran 8 au voisinage de la paroi latérale 1 de l'appareil, qui peut être réfrigéré de toute manière appropriée, afin de former une surface de condensation.
Toutefois, il est désirable qu'une partie de la vapeur passe dans la zone de l'anode et l'ouverture décalée 16 fournit un espace suffisant pour le passage de cette vapeur désirable.
Dans la variante de l'invention représentée à la figure 2, on a prévu un écran métallique approprié 30 qui porte une grille désionisante 31 en matière appropriée, comme le quartz ou le graphite. Afin d'accroître la proportion de vapeur passant dans la zone de l'anode pour faciliter le rétablissement de l'arc, on utilise un organe déflecteur pourvu de plusieurs ouvertures annulaires 32 de sorte qu'il se produit un courant de vapeur beaucoup plus important entre la surface de la cathode et la face active de l'anode. Ces espaces annulaires 32 sont de préférence obtenus au moyen de plusieurs plaques déflectrices annulaires 33, chacune d'entre elles protégeant l'ouverture de la plaque suivan- te.
Les plaques 33 peuvent être formées de toute matière appropriée qui conservera sa forme lorsqu'elle sera soumise
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aux températures de fonctionnement, et qui sera pratiquement inattaquable par le mercure.
Dans certains cas, en particulier dans les convertisseurs ou redresseurs travaillant avec un facteur de charge élevé pen- dant de longues périodes de temps, comme on les rencontre dans la fourniture de l'énergie aux usines électrochimiques, il est indésirable d'avoir des parties métalliques, en particulier en nickel, dans les régions à haute température de l'appareil, c'est-à-dire entre l'anode et la cathode, car l'arc tend à arracher et projeter des particules du métal, qui peuvent gêner le fonctionnement correct de l'appareil.
Dans la forme de réalisation représentée à la figure 3, on a représenté un déflecteur et un support arrangés de telle manière qu'aucun métal ne soit exposé au courant de l'arc.
Le déflecteur interposé entre l'écran d'anode 8 et la cathode 2 est formé d'un bloc de graphite usiné, ou formé de toute autre manière, pour former un déflecteur supérieur 115 et une partie auxiliaire 117. Une cavité centrale 116 est per- cée ou usinée de toute autre manière pour former un espace pour la vapeur et des ouvertures latérales 118 ménagées entre les sur- faces 115 et 117 du déflecteur, laissant des ailes 119 pour sup- porter la partie 117 à la bonne distance de la partie 115, de sorte qu'une quantité réglée ou calibrée de vapeur peut passer à travers le passage décalé formé par les ouvertures 118 et la cavité 116 au voisinage de l'écran d'anode 8.
Il est fréquemment désirable d'appliquer des potentiels variés à l'écran 8.
Par conséquent, il est préférable de supporter le dé- flecteur de manière isolée par rapport à l'écran 8. De même, pour empêcher l'attachement de l'arc au déflecteur, il est dési- rable d'isoler le déflecteur de la cathode 2.
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Il est préférable de monter le déflecteur sur le fond de la cuve 1 afin que le déflecteur puisse être monté et ajusté avant l'insertion de l'apode 5 et la fermeture du carter 1 ; montage par le fond réduit alors le poids d'écran suspendu, et par 1à même le danger de détérioration pendant le transport ou d'autres mouvements.
Le support isolant comprend des tiges ou broches métal- liques 21, fixées au fond de la cuve 1, et des cylindres isolants appropriés 20, en quartz de préférence. Les cylindres 20 sont plus longs que les broches 21, de sorte que l'extrémité des bro- ches est aussi espacée de l'extrémité des cylindres 20. Un support consistant en un cylindre ou bloc de graphite 122 a un trou ou logement 40 pour recevoir le sommet du cylindre isolant 20. Le bloc 122 est percé près de l'extrémité opposée pour former un manchon 124 protégeant l'isolement contre tout dépôt de matière conductrice sur sa surface isolante. Bien que les blocs 122 puis- sent faire partie de la structure de déflecteur, il est préféra- ble, pour plus de commodité, de construire les blocs 122 sous forme de pièces séparées et de les fixer u déflecteur.
On fixe les blocs 122 au déflecteur au moyen de vis métalliques cachées 41, insérées dans le trou 40, et se vissant dans un trou 42 du déflecteur, en ayant soin de ne pas faire traverser le déflecteur par le trou 42. Les vis 41 peuvent être formées de tout métal approprié comme le nickel ou le cuivre, qui ne se dissout pas dans le carbone aux hautes températures de fonctionnement.
Bien qu'on ait, à titre d'exemple, décrit et représenté diverses formes de réalisation de l'invention, il est bien évi- dent que de nombreuses modifications peuvent être apportées à ces formes de réalisation sans sortir pour cela des limites de l'invention.