Dispositif à décharge électrique. La présente invention & e rapporte à un dispositif à décharge électrique du type com portant un bain de métal. comme cathode, en combinaison avec une tige d'ignition, -dispo sée dans ledit bain de métal.
Dans des dispositifs: dits "ignitrons" cons truits suivant le mode de construction anté rieur, l'ignition est effectuée en faisant pas ser un .courant à travers, une tige d'ignition qui fait contact avec un bain de mercure formant cathode, cette tige ayant une résis tance élevée en, comparaison de celle du bain de mercure. Le passage du .courant à travers la tige produit l'ionisation nécessaire pour provoquer l'ignition dans la région-limite entre la tige et 1e bain.
L'utilité de ces dis- positifs est fortement limitée par le fait que le potentiel et le courant requis pour l'igni tion sont relativement élevés. Cette condition est cependant préjudiciable non:
seulement à cause de la perte de puissance qu'elle im plique, mais aussi parce que l'équipement auxiliaire requis pour l'ignition ,est embar rassant et coûteux. Le but principal -de la présente invention est de créer un dispositif à décharge élec trique qui, pour l'ignition, demande un cou rant et un potentiel de puissance relativement faible.
Le dispositif à décharge électrique sui vant l'invention comporte, dans ce but, en combinaison .avec la tige d'ignition, disposée en contact avec ledit bain de métal., un corps auxiliaire disposé -dans, le voisinage de la tige d'ignition à une distance telle de celle-ci qu'un espace capillaire existe entre ladite tige d'ignition et ledit corps auxiliaire.
La présente invention se base sur 1a con sidération qu'un courant et un potentiel d'une certaine grandeur sont nécessaires, pour l'amorçage de la décharge en raison, de la -con figuration géométrique de la région dans la quelle l'ionisation d'amorçage est produite. La tige d'ignition n'est, dans les dispositifs connus jusqu'à présent, pas mouillée par le bain de mercure. Le ménisque du bain dans la région de l'élément -d'ignition est, par con séquent, réprimé à une profondeur d'environ 1 à 3 millimètres au-dessous de la surface du bain.
Les ions sont produits dans la région annulaire du ménisque et doivent passer à travers l'espace annulaire avant d'atteindre l'espace au-dessus de la surface du bain, oit ils seront efficaces pour produire l'ignition. Un certain nombre des ions sont rendus inef- fieaces en passant à. la surface en raison d'une neutralisation qui résulte de la colli sion avec le mercure ou l'élément d'ignition et l'ionisation initiale requise est élevée.
Le courant et le potentiel qui produisent l'ioni sation initiale doivent, par conséquent, être élevés de façon correspondante.
Dans beaucoup de cas. les éléments d'igni tion utilisés ont une résistance dont le coeffi cient de température est négatif. Comme l'élément d'ignition est refroidi, lorsqu'il est en contact avec le mercure, le refroidisse ment est efficace au-dessous du point de contact du ménisque. Dans la région du mé nisque, l'élément d'ignition n'est pas refroidi et la chaleur y développée n'est pas efficace ment transmise à la région environnante. Comme résultat de cet effet, la température de l'élément d'ignition dans la région du contact. avec le bain est. augmentée et sa ré- sistivité électrique est réduite.
Il en résulte une augmentation sensible dans le courant requis pour l'ignition et une perte de puis sance sensible.
Dans l'objet de la présente invention, la profondeur du ménisque entre la tige. d'igni tion et le bain de mercure est sensiblement réduite. Ce but peut être atteint en entou rant la tige d'ignition par un corps en une matière susceptible d'être mouillée par le bain. L'espacement entre la tige d'ignition et le corps d'entourage est si petit qu'il s'y exerce un effet capillaire sensible et que la surface du ménisque dans la région de la tige est sensiblement soulevée.
Conformé ment à la construction préférée de la pré sente invention, la tige d'ignition est encer clée par un anneau de molybdéne. La pré sente invention peut, évidemment, être réali sée, dans son aspect plus large, avec un corps ou anneau d'entourage en une autre matière mouillée par le bain. Dans e,_@rtains cis, l'en cerclement n'a, d'aill@4@ur=, pas besoin d'être complet: il peut y avoir un intervalle sen sible dans le corps d'entourage.
Finalement, on a trouvé qu'un corps en une matière qui n'est pas mouillée par le bain améliore, dans un.e certaine mesure. les conditions d'ignition et la présente invention peut ainsi, dans son aspect le plus 'large, être réalisée avec une tige d'ignition encer clée par un corps qui n'est pas mouillé par le bain.
L'amélioration des propriétés d'ignition est, dans ce cas, réalisée, dans les éléments d'ignition dits "à contact faible". Un pareil élément d'ignition st à peine plongé dans le bain de mercure, c'est-à-dire sur une distance de l'ordre d'un millimètre ou moins. et exige un faible courant d'amorçage, parce que la surface d'engagement de l'électrode et du bain est petite.
On rencontre ordinairement des difficultés en employant une électrode contact faible", parce que les ondes dans la surface du bain ou dans le renforcement de la surface par évaporation ont une ten dance à rompre entièrement le contact entre le bain et l'élément. d'ignition.
Lorsqu'on em ploie un corps non mouillé formant une es pace capillaire autour de l'élément d'ignition, la surface en dehors du corps peut être à une hauteur sensible, disons 3 ou 4 mm, au- dessus de l'extrémité de l'élément d'ignition, pendant que la surface dans l'espace capil laire ne s'étend qu'à 1 mm ou in-oins au- dessus de ladite extrémité.
A mesure que la surface du côté extérieur tombe, la surface dans l'espace. capillaire tombe légèrement, mais le contact reste parce que le mercure n e peut pas se retirer entièrement de l'espace capillaire aussi longtemps que la tige et son corps d'encerclement sont à un niveau infé rieur à la surface du mercure situé à l'exté rieur.
Il est à remarquer que dans ce cas la dis tance, à travers laquelle 'les ions produits par l'élément d'ignition se meuvent pour pro duire l'ignition, est petite en raison du faible contact. L'augmentation de la température en raison de la réduction du refroidissement peut être un peu plus grande, mais ceci n'a pas d'importance, attendu qu'une matière à basse résistivité peut être utilisée avec un amorceur à faible contact. Comme amorceur à, faible contact on peut utiliser du carbure de bore et du carbure de silicium. Cependant, une matière à résistivité plus basse, telle que du tungstène, peut. aussi fonctionner propre ment.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 en est une vue en coupe; La fig. 2 est une vue à plus grande échelle de la région d'ignition qui illustre la base théorique de la présente invention.
Le dispositif montré dans le dessin an nexé comprend une enveloppe ou enceinte cy lindrique à double paroi S pourvue des con duites d'entrée et de sortie usuelles 5 et 7, à travers lesquelles circulent un liquide de refroidissement, tel que de l'eau. L'enveloppe ou enceinte peut se composer d'une matière métallique appropriée telle que (le l'acier. Prés de son extrémité supérieure un anneau métallique 9 est soudé à 1a paroi intérieure Il de l'enveloppe ou enceinte .et un chapeau composite I3. -est soudé à la surface intérieure de l'anneau.
La, jante du chapeau forme, à sa jonction avec l'anneau 9, une paroi 15 en un alliage qui peut facilement être usiné et qui se rejoint encore à une matière isolante telle que du verre. On emploie avec avantage un alliage de fer-nickel-cobalt dans ce but. Une bague 1,7 en verre est scellée à la paroi d'allia-e 15 et une paroi en forme de cuvette renversée. 19 en cet alliage est scellée au bord supérieur de la bague 17 en verre.
Une tige 21 en matière conductrice appropriée s'étend à travers 1e centre de la cuvette renversée 19 à l'intérieur de la carcasse 13 -et porte à son extrémité intérieure un bloc 23 en une ma tière telle que du nickel -ou du carbone, des tiné à fonctionner comme anode.
Près de l'extrémité inférieure de l'en ceinte 3, un disque 25 est soudé à la paroi intérieure 11 de celle-ci. D'un côté du centre, 1e disque est pourvu d'un manchon 27 en l'alliage précité à travers lequ-61 passe un tube d'évacuation en verre 29. De l'autre coi é, un autre manchon en l'alliage précité 3.1 est prévu dans le .disque 2.5, et dans ce manchon est ajustée une douille en verre 33. A travers cette douille passe, scellée, une tige en l'al liage précité 35, qui est recourbée à angle droit à l'intérieur de l'enceinte 3.
A sa bran che horizontale, 1a tige 3,5 -est encore une fois recourbée à angle droit et pourvue d'un bout en forme de coupe renversée 37, auquel est fixée une barre 39 en une matière telle que du carbure de bore ou du carbure de sili cium.
La tige 39 est, à son extrémité inférieure, munie d'une tête en verre 41 ou de toute autre matière appropriée. Un fil métallique 43 (fig. 2) coudé en forme d'une épingle à cheveux est scellé au sein de ladite tête en verre et est soudé, près de ,ses extrémités et de ses branches, à un fil métallique 45 en forme de<B>U.</B> Un anneau en molybdène 47 est soudé aux extrémités supérieures du fil métallique en forma de<B>U</B> 45.
Ledit fil 45 et ledit fiL en forme d'épingle à cheveux 43 ont une dimension telle que la distance entre la surface intérieure de l'anneau en molyb- dène 47 et la tige 39 est d'environ 0,3 à. 3 millimètres.
Un bain de mercure formant la cathode 49 s'étend sur le disque 2 5. La profondeur du bain de mercure -est telle que le bord infé rieur de l'anneau en molybdène 47 plonge dans le mercure. Grâce à la tension superfi- ci,elle -du mercure, il se forme une colonne ca pillaire 51 qui s'élève à l'intérieur de l'an neau en moqybdène 47, .de façon à dépasser en hauteur la surface du mercure à l'exté rieur de l'anneau.
En raison de la relation qui existe entre la pression au-dessus de la surface de mercure à l'intérieur de l'anneau et la pression au-dessus de 4.a -surface du mer cure à l'extérieur -de l'anneau, le ménisque 53 du mercure dans la région -de contact avec la tige 3,9 est sensiblement plus élevé qu'il ne le serait en absence dudit anneau. Afin que la portion active de la surface du bain soit aussi dégagée que possible, il est préférable que la hauteur de l'anneau 47 aus-dessus de la surface du mercure ne soit pas plus grande que la. hauteur de 'la colonne capillaire cor respondant à l'espacement entre la tige 3i9 et l'anneau.
Cette situation est illustrée clans la fig. \?. Comme le mercure. 51 à l'intérieur de l'an neau 47 se trouve à un niveau sensiblement plus élevé que le mercure à l'extérieur de l'anneau, la pression interne au sein du mer cure juste au-dessous de la surface 53, à l'in térieur de l'anneau est. inférieure à la pres sion dans la vapeur qui existe exactement au- dessus de la surface du mercure à l'intérieur de l'anneau.
Dans de pareilles circonstances la surface 53 du liquide vers la vapeur doit être en tout point concave. Le ménisque 53 a donc plutôt @la forme représentée en traits pleins 53 dans la fig. \? que la forme légère ment convexe représentée en lignes inter rompues 5,5.
Electric discharge device. The present invention relates to an electric discharge device of the type comprising a metal bath. as cathode, in combination with an ignition rod, -disposed in said metal bath.
In devices: known as "ignitrons" constructed according to the prior construction method, the ignition is carried out by causing a current to pass through an ignition rod which makes contact with a mercury bath forming a cathode, this rod having a high resistance in comparison with that of the mercury bath. Passage of the current through the rod produces the ionization necessary to cause ignition in the boundary region between the rod and the bath.
The usefulness of these devices is greatly limited by the fact that the potential and current required for ignition are relatively high. This condition is however detrimental not:
only because of the loss of power it involves, but also because the auxiliary equipment required for ignition is on board and expensive. The main object of the present invention is to provide an electric discharge device which, for ignition, requires relatively low current and power potential.
The electric discharge device according to the invention comprises, for this purpose, in combination with the ignition rod, disposed in contact with said metal bath., An auxiliary body disposed -in, the vicinity of the rod of ignition at such a distance therefrom that a capillary space exists between said ignition rod and said auxiliary body.
The present invention is based on the consideration that a current and a potential of a certain magnitude are necessary for the initiation of the discharge due to the geometrical configuration of the region in which the ionization of the ionization occurs. priming is produced. The ignition rod is, in the devices known until now, not wetted by the mercury bath. The bath meniscus in the region of the ignitor is, therefore, repressed to a depth of about 1 to 3 millimeters below the surface of the bath.
Ions are produced in the annular region of the meniscus and must pass through the annulus before reaching the space above the surface of the bath, where they will be effective in producing ignition. A number of the ions are rendered ineffective on passing to. the surface due to neutralization which results from collision with mercury or the igniting element and the required initial ionization is high.
The current and the potential which produce the initial ionization must, therefore, be correspondingly high.
In a lot of cases. the ignition elements used have a resistance with a negative temperature coeffi cient. As the ignition element is cooled, when in contact with mercury, cooling is effective below the contact point of the meniscus. In the region of the hazard, the ignition element is not cooled and the heat developed therein is not effectively transmitted to the surrounding region. As a result of this effect, the temperature of the ignition element in the region of the contact. with the bath is. increased and its electrical resistivity is reduced.
This results in a substantial increase in the current required for ignition and a substantial loss of power.
In the object of the present invention, the depth of the meniscus between the rod. ignition and mercury bath is significantly reduced. This object can be achieved by surrounding the ignition rod with a body made of a material capable of being wetted by the bath. The spacing between the ignition rod and the surrounding body is so small that a substantial capillary effect is exerted therein and the surface of the meniscus in the region of the rod is substantially raised.
In accordance with the preferred construction of the present invention, the ignition rod is encircled by a molybdenum ring. The present invention can, of course, be embodied, in its wider aspect, with a body or surrounding ring of another material wetted by the bath. In e, _ @ rtains cis, the circling does not need to be complete, moreover @ 4 @ ur =: there may be a noticeable interval in the surrounding body.
Finally, it has been found that a body of material which is not wetted by the bath improves, to some extent. ignition conditions and the present invention can thus, in its broadest aspect, be carried out with an ignition rod encircled by a body which is not wetted by the bath.
The improvement in the ignition properties is, in this case, achieved in the so-called "low contact" ignition elements. Such an igniting element is barely immersed in the mercury bath, that is to say over a distance of the order of a millimeter or less. and requires a low starting current, because the engagement area of the electrode and the bath is small.
Difficulties are ordinarily encountered in employing a weak contact electrode, because waves in the surface of the bath or in surface enhancement by evaporation have a tendency to completely break contact between the bath and the element. ignition.
When employing a non-wetted body forming a capillary space around the ignitor, the surface outside the body may be at a substantial height, say 3 or 4 mm, above the end of the ignition element. the igniting element, while the surface in the capillary space extends only 1 mm or less above said end.
As the surface of the outer side falls, the surface in space. capillary drops slightly, but contact remains because the mercury cannot fully withdraw from the capillary space as long as the rod and its encircling body are lower than the surface of the mercury located outside. laughing.
Note that in this case the distance, through which the ions produced by the ignition element move to produce the ignition, is small due to the weak contact. The increase in temperature due to the reduction in cooling may be a little greater, but this does not matter, since low resistivity material can be used with a low contact initiator. As the low contact initiator, boron carbide and silicon carbide can be used. However, a lower resistivity material, such as tungsten, can. also operate cleanly.
The accompanying drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 is a sectional view thereof; Fig. 2 is an enlarged view of the ignition region which illustrates the theoretical basis of the present invention.
The device shown in the accompanying drawing comprises a cylindrical casing or double-walled enclosure S provided with the usual inlet and outlet conduits 5 and 7, through which a cooling liquid, such as water, circulates. The casing or enclosure may consist of a suitable metallic material such as steel. Near its upper end a metal ring 9 is welded to the inner wall II of the casing or enclosure. And a composite cap I3. . -is welded to the inner surface of the ring.
The rim of the cap forms, at its junction with the ring 9, a wall 15 made of an alloy which can easily be machined and which is still joined to an insulating material such as glass. An iron-nickel-cobalt alloy is advantageously employed for this purpose. A glass ring 1, 7 is sealed to the wall of allia-e 15 and a wall in the form of an inverted cup. 19 in this alloy is sealed to the upper edge of the glass ring 17.
A rod 21 of suitable conductive material extends through the center of the upturned cup 19 inside the casing 13 - and carries at its inner end a block 23 of a material such as nickel or carbon, of tine to function as an anode.
Near the lower end of the enclosure 3, a disc 25 is welded to the inner wall 11 thereof. On one side of the center, the disc is provided with a sleeve 27 of the aforementioned alloy through which 61 passes a glass discharge tube 29. On the other side, another sleeve of the alloy. 3.1 is provided in the disc 2.5, and in this sleeve is fitted a glass sleeve 33. Through this sleeve passes, sealed, a rod in the aforementioned alloy 35, which is bent at right angles inside speaker 3.
At its horizontal branch, the rod 3,5 -is again bent at a right angle and provided with an inverted cup-shaped tip 37, to which is attached a bar 39 of a material such as boron carbide or carbon. silicon carbide.
The rod 39 is, at its lower end, provided with a glass head 41 or any other suitable material. A metal wire 43 (Fig. 2) bent in the shape of a hairpin is sealed within said glass head and is welded, near its ends and its branches, to a metal wire 45 in the shape of a < B> U. </B> A molybdenum ring 47 is soldered to the upper ends of the wire in a <B> U </B> 45 shape.
Said wire 45 and said hairpin-shaped wire 43 have a dimension such that the distance between the inner surface of the molybdenum ring 47 and the rod 39 is about 0.3 to. 3 millimeters.
A mercury bath forming the cathode 49 extends over the disc 2 5. The depth of the mercury bath is such that the lower edge of the molybdenum ring 47 immerses in the mercury. Thanks to the surface tension, it -mercury, a columnar ca pillar 51 is formed which rises inside the moqybdenum ring 47, so as to exceed in height the surface of the mercury to the outside of the ring.
Due to the relationship between the pressure above the mercury surface inside the ring and the pressure above 4.a -surface cure outside -the ring , the meniscus 53 of mercury in the region -de contact with the rod 3.9 is significantly higher than it would be in the absence of said ring. In order that the active portion of the surface of the bath is as clear as possible, it is preferable that the height of the ring 47 above the surface of the mercury is not greater than 1a. height of the capillary column corresponding to the spacing between the rod 319 and the ring.
This situation is illustrated in FIG. \ ?. Like mercury. 51 inside the ring 47 is at a significantly higher level than the mercury outside the ring, the internal pressure within the sea cures just below the surface 53, at l 'inside the ring is. less than the pressure in the vapor that exists exactly above the surface of the mercury inside the ring.
In such circumstances the surface 53 of the liquid to the vapor must be concave at all points. The meniscus 53 therefore has the shape shown in solid lines 53 in FIG. \? than the slightly convex shape shown in broken lines 5.5.