Redresseur à vapeurs de mercure. La présente invention se rapporte à un redresseur à vapeurs -de mercure.
Les anodes des redresseurs à vapeurs de mercure peuvent être constituées -de l'un ou l'autre des métaux suivants: fer, cobalte, nickel et platine. Le platine étant un métal noble et par suite prohibitif ,dans l'emploi à cause du prix, sera éliminé des considérations -de ce brevet. Des autres métaux, le fer est de loin le métal de plus usité pour les anodes ,de ces redresseurs.
Des essais ont été faits pour réaliser un fer aussi exempt d'impuretés que possible pour les anodes de ces redresseurs. Le fer tel qu'obtenu communément contient des impure tés ou inclusions qui proviennent ,des matières constitutives -des creusets consistant,de terres réfractaires, telles que des oxydes de calcium et .de magnésium, et dans une mesure plus faible des oxydes de terres rares, tels que les oxydes zirconique, caesique, thorique et peut être d'autres encore.
Des inclusions sont aussi introduites dans le fer par suite des fondants utilisés qui peuvent être de la chaux .ou autres matières appropriées. Ces matières d'inclu sion peuvent exister dans le fer sous forme de particules séparées ou comme solutions so lides et elles sont communes tant au fer fondu qu'à l'acier. L'expression "fer" est ici em- ployéedans son sens large et comprend .aussi de l'acier.
Dans un redresseur à vapeurs de mercure et particulièrement :dans un redresseur .de ce genre à grand récipient métallique ayant un seul godet à mercure pour une cathode et une pluralité d'anodes .de fer, l'une des difficul tés principales rencontrées pendant le fonc tionnement de l'appareil est le phénomène des retours d'arc. Lne des causes principales de ce phénomène est probablement -due à une certaine activité d'émission d'électrons à la surface des anodes qui paraît résulter, ;
du moins en partie, de la présence inévitable d'impuretés ou inclusions dans le fer, et parmi ces impuretés on croit que les oxydes calciques et les oxydes des terres rares sont les plus dangereux.
Or, l'invention se rapporte à. un redres seur à vapeurs de mercure :du type à anodes :de fer ou autre métal non noble, non facile ment attaquable par les vapeurs de mercure, mais qui se caractérise par le fait que les couches superficielles, renfermant les impure tés et inclusions, du métal -des anodes sont chimiquement combinées avec un réactif ca pable de rendre lesdites impuretés et inclu sions inoffensives au point de vue de leur tendance à provoquer les retours d'arc.
Le dessin annexé représente, à titre ,d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention, la construction proprement dite du redresseur étant du type connu -des redresseurs à vapeurs de mercure et à réci pient métallique.
La fig. 1 est une coupe transversale par tielle de ce redresseur; La fig. 2 est une vue & côté, partie en coupe, ,d'une des anodes; La fig. 3 -est un diagramme servant à il lustrer les avantages de l'invention.
En se référant à la fig. 1 du -dessin, <B>3 dé-</B> signe le récipient métallique d'un redresseur à vapeurs -de mercure, qui peut être -de toute construction désirée, sauf qu'il est pourvu d'a nodes .1 spécialement traitées comme indiqué plus loin.
Chacune @de ces anodes présente une couche superficielle carbonée telle qu'in diquée en 5 à la fig. 2, où le pointillage su perficiel n'est donné qu'à titre de meilleure illustration de cette couche et ne doit pas si- gnifier la présence :de particules -de carbone, ni indiquer l'étendue -de pénétration de l'ac tion -de carbonation.
Pour obtenir cette carbonation, les anodes en fer sont carbonées à leur surface en les noyant par exemple dans du charbon pulvé risé ou .dans tout autre gaz carboné tel que le gaz acétylène, et en chauffant à une tempéra ture suffisamment élevée, de façon à réaliser à leur surface une combinaison chimique de fer et de carbone.
Les particules de carbone ne sont pas nécessairement incorporées dans le fer sous forme -de carbone pur, mais -du carbone, .atomique est probablement incorporé sous forme de carbures :de fer et de carbures ,le différentes impuretés inorganiques dans le fer, telles que le calcium, le magnésium, le zirconium, le caesium, :le thorium, etc.
Pas toutes ces matières, certainement pas la tota lité du fer sont converties en carbures, mais on croit que le carbone se substitue. à l'oxy gène dans tous les oxydes en présence ou près de la surface des anodes, le degré de pé nétration de l'action carbon.ante :dépendant de la nature et,de la durée -du traitement de car bonations Les carbures en général présentent une faible émissivité électronique et généralement ils possèdent une conductivité raisonnable ment bonne, le carbure de fer étant un con ducteur particulièrement bon.
Comme r6sul- tat de la carbonation des anodes, il est possi ble d'améliorer le fonctionnement anodique du fer même rle plus pur obtenable et aussi d'utiliser un fer ayant les degrés de pureté du commerce sans avoir d'effets pernicieux sur le fonctionnement -du redresseur.
La, couche superficielle carbonée a cette autre propriété encore d'agir comme moyen pour le réglage de la température des anodes et par suite pour la limitation de la, tendance à produire des taches chaudes qui pourraient finir par .occasionner des retours d'arc, comme on l'expliquera d'ailleurs à l'aide du dia gramme à la fig. 3.
De plus, le traitement indiqué -des anodes a ici encore l'avantage important d'empêcher la formation -de la pellicule très tenace d'a malgame @de mercure qui se forme, .aux con ditions :de faible charge, sur les anodes ;de fer universellement employées jusqu'à, présent dans les redresseurs à vapeurs de mercure à récipient métallique.
Une surface de fer pro pre exposée à du mercure ou à des vapeurs -de mercure n'est pas facilement attaquable par le mercure, mais s'amalgamera :dans un degré très faible à la condition que le fer ne soit pas trop chaud.
Il a été -observé jusqu'à présent qu'un re dresseur est bien mieux capable de résister à une surcharge momentanée .après qu'il a fonc- tionné pendant un certain temps à une bonne charge que s'il a été seulement légèrement chargé, ce qui peut s'expliquer par le fait que les anodes de fer deviennent chauffées pendant leur fonctionnement à charge élevée, de sorte que .la pellicule de mercure ou .amal game était chassée, tandis que dans :d'autres cas la pellicule était présente.
De petites gouttelettes cdemercure se condensant ou se recueillant sur les anodes ne resteront pas collées à la surface .de celle-ci si cette surface est propre, mais elles colleront certainement à une pellicule de mercure ou amalgame. Des retours :d'ârc peuvent alors être ,la suite de la présence de pareilles gouttelettes de mercure de même que de la présence de la pellicule elle-même.
Toutefois, comme décrit plus haut, :les anodes de fer comportent ici une couche su perficielle carbonée qui ne s'amalgamera pas facilement et qui par suite reste toujours pro pre ide sorte que la formation :de retours -d'arc dus à la présence @de mercure ou amalgame à la surface des anodes sera tout à fait em pêchée. Comme les retours d'arc entrent en ligne ide compte pour les dimensions qu'on peut donner aux redresseurs, on appréciera mieux .l'avantage qui consiste à écarter la manifestation de ces retours d'arc.
L'effet @de la couche superficielle carbo née 5 :des anodes au point de vue du réglage ide la température -de celles-ci s'explique le mieux en regard de la fig. 3, où la courbe in férieure 7 montre la relation entre l'énergie rayonnée et la température absolue, pour une surface de fer propre, tandis que la courbe supérieure 8 montre la même relation pour la surface carbonée qui s rapproche d'es pro priétés de rayonnement d'un corps noir.
Considérons par exemple une anode .de fer propre ayant son point le plus chaud en fonc tionnement à une température superficielle :de 1130 g dans un redresseur à vapeurs de mercure, comme indiqué en 9 à :la fig. 3. L'énergie rayonnée qui correspond sensible ment à .l'énergie produite par le bombarde- ment,de particules chargées frappant l'anode a une certaine valeur indiquée par la ligne horizontale 10 -de la fig. 3.
Supposons que la charge soit subitement augmentée, même pour un temps court. L'é nergie est libérée sur l'anode par le bom,bar- dement des particules ionisées dans une aire relativement petite. A l'état d'équilibre, cette énergie est rayonnée depuis une portion rela tivement grande de l'anode par suite de con- duction thermique depuis l'aire la plus chaude au reste de l'anode.
Par conséquent, en considérant des sursauts soudains dans lia charge, il n'y a pas lieu de considérer cette augmentation d'énergie soudaine comme étant rayonnée @de la surface entière, ,attendu que l'augmentation soudaine sera en premier lieu grandement effective dans la tache chaude. Il en résulte qu'un relativement grand .accrois sement dans l'énergie rayonnée par la tache chaude sera produit par la charge soudaine, comme indiqué par la seconde ligne horizon tale 12 en fig. 3.
On remarquera que la température de l'a node -de fer sera très fortement augmentée, comme indiqué en 13, par suite de la. faible pente de la :courbe.
Si la température 13 de la surface -de l'.a.- node de fer, .ou !d'un point chaud sur elle, est de l'ordre de grandeur de 200 C au-dessous du point :de fusion -de fer, l'évaporation du fer se manifeste à un degré suffisamment ra pide pour produire une atmosphère de fer évaporé qui devient ionisée et qui, à son tour, est rappelée en retour dans l'anode, augmen tant encore idavantage sa température.
,Si le point de fusion 4u fer est atteint ou dépassé, soit par le procédé qui vient d'être décrit, soit par l'augmentation origi nale dans la charge qui est indiquée par la ligne supérieure 12, on parvient à des :condi tions dans .lesquelles un arc -de fer direct peut être produit, c'est-à-dire, -dans lesquelles le fer devient la cathode. Le résultat en est la formation @de retours d'arc.
Dans le cas & la courbe supérieure 8 re présentant les conditions :du fonctionnement avec l'anode carbonée, deux choses sont à no ter, d'abord que pour la même énergie rayon- née. l'anode carbonée fonctionne à une tempé rature initiale 15 bien plus basse que l'anode de fer pur et qu'ensuite la même augmenta tion d'énergie rayonnée (vers 12) occasionne une augmentation de température .bien plus petite (vers 17) dans le cas de l'anode carbo née que dans le cas d'une anode de fer pur.
Même, quand,des températures d'anode plus élevées sont atteintes, on notera que la courbe 8 pour l'anode traitée comme :décrit ci-dessus présente une pente bien plus grande que la courbe 7 pour l'anode de fer non-carbonée, -de sorte que des -demandes -de charge soudaines ne provoquent pas .de température excessive, diminuant par là énormément la possibilité de la formation de retours d'arc.
Dans l'exemple décrit, le réactif est du carbone, ruais il peut aussi être constitué par certaines autres substances, telles que par exemple -du thorium.
En dehors des anodes, les surfaces l'au tres parties métalliques du redresseur expo sées à être attaquées par les vapeurs,de mer cure sont chimiquement combinées avec un réactif pour les rendre inattaquables par les dites vapeurs.