Procédé et dispositif permettant le réglage de la répartition du courant entre les diverses électrodes d'une cellule d'électrolyse. La. conduite d'une cellule d'électrolyse exige notamment le réglage de l'a distance entre chaque électrode et la cuve commune, de manière à ce que la répartition du courant total entre chacune d'elles soit uniforme.
On peut utiliser pour cela des ampère mètres à cadre mobile branchés avec inter position ou non d'un shunt sur chaque cir cuit d'électrode. Mais, si le courant total est variable, il est très difficile de connaître ra pidement quelles sont les électrodes qui sup portent un courant plus grand que le courant qui, devrait leur être affecté, et quelles sont les électrodes qui supportent un courant plus petit.
Le procédé suivant l'invention, pour le ré glage correct de la répartition du courant entre les diverses électrodes d'une cellule d'électrolyse, consiste en ce que l'on fait intervenir, en vue de ce réglage, à la fois la valeur de l'intensité parcourant l'électrode considérée et la valeur du rapport entre l'in tensité totale traversant la cellule et le nom bre d'électrodes de cette cellule.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la réalisation de ce procédé qui comporte un enroulement parcouru par un courant d'intensité proportionnelle à l'in tensité dans l'électrode considérée et un autre enroulement parcouru par un courant propor tionnel au rapport entre l'intensité totale tra- versant la cellule et le nombre d'électrodes de cette cellule, la variation de la position de ces deux enroulements étant utilisée en vue du réglage de la répartition du courant entre électrodes.
La fig. 1 représente, à titre d'exemple, une première forme d'exécution de l'objet de l'invention, pour obtenir la mesure perma nente du rapport entre le courant passant dans une électrode et le courant divisé par le nombre d'électrodes de la cellule.
Suivant la fig. 1, on utilise un appareil à cadres croisés de principe connu. L'un des cadres 1 est soumis à une différence de po tentiel proportionnelle au courant traversant l'électrode 10, l'autre cadre 2 à une différence de potentiel proportionnelle au courant total, et cela soit au moyen d'un shunt 3, ce qui est le cas représenté pour la bobine 1, soit, ce qui est le cas représenté pour la bobine 2, au moyen d'un appareil communément dé signé sous le nom de multiplicateur de shunt.
Cet appareil se compose d'un petit groupe convertisseur comprenant un moteur 41 et une dynamo 40. Cette dynamo possède un circuit magnétique non saturé travaillant dans la partie droite de la courbe de magné tisme et elle est excitée par un enroulement 42 alimenté par un shunt 4 traversé par l'in tensité totale I parcourant la cellule d'électro lyse.
De plus, la résistance de l'induit est très faible, de cette façon la proportionnalité entre la tension aux bornes du shunt 4 et le courant débité par la dynamo 40 est prati quement assurée, dans les limites de fonc tionnement, et la puissance débitée par la dynamo est un multiple important de la puis sance reçue par l'inducteur 42.
Au lieu d'un tel multiplicateur de shunt, on peut utiliser un transformateur d'intensité constitué par un enroulement traversé par le câble amenant le courant aux électrodes, cet enroulement alimentant lui-même le circuit des bobines 2. Ce transformateur à courant continu peut être d'un type connu et décrit, par exempM, dans le brevet suisse Ne 209381 de la Société Brown, Boveri & Cie.
Ces transformateurs d'intensité de courant continu comportent une carcasse magnétique, qui entoure le conduc teur dont on veut mesurer l'intensité, et qui est interrompue de façon à former un entre- fer dans lequel se trouve l'équipage mobile influencé par le champ magnétique dans la carcasse. Cet équipage règle automatiquement le courant continu d'un circuit auxiliaire dé magnétisant la carcasse,
de telle façon que la force magnétomotrice due au passage du courant dans le conducteur -et agissant dans l'entrefer de l'a carcasse soit à chaque ins tant compensée, l'intensité du courant auxi liaire, qui varie dans le même sens que le courant continu, étant une mesure de l'inten sité du courant continu passant dans le con ducteur.
Comme représenté, la bobine 2 peut être alimentée par un potentiomètre 5 dont les ré sistances sont toutes branchées en série comme représenté.
Dans un tel appareil, l'angle de déviation O est tel que
EMI0002.0034
avec a, = ampères-tours -de la bobine 1 a2 = ampères-tours de l'a bobine 2. Or: al =g1 i avec i = courant dans une électrode. a2-KzI avec I = courant total. d'où:
EMI0002.0041
Mais on peut régler par le potentiomètre 5 5s les valeurs de K, et K2 de façon à ce que:
EMI0002.0045
n étant le nombre d'électrodes.
d'où
EMI0002.0047
L'appareil ainsi indique directement le rapport entre l'intensité dans l'électrode con sidérée et l'intensité théorique qu'elle devrait prendre, qui est égale à
EMI0002.0051
Sous la forme d'un relais, cet appareil peut agir sur les coutacts 6 et 7 qui peuvent servir à la signalisation ou à un asservisse ment automatique.
Conformément à l'exemple représenté fig. 2, on utilise un relais différentiel à ca dres mobiles, muni da deux enroulements à. sens d'enroulement inversé.
L'un des cadres, 11, est alimenté par une différence de poten tiel proportionnelle au courant traversant l'électrode 10 considérée, soit au moyen d'un shunt 3, comme dans le cas représenté, soit au moyen d'un autre dispositif connu tel qu'un transformateur d'intensité à courant continu. .L'enroulement 12 est alimenté par une différence de potentiel proportionnelle au courant traversant le circuit total soit au moyen d'un shunt, soit au moyen d'un mul tiplicateur de shunt, comme représenté, soit au moyen d'un transformateur d'intensité à courant continu.
Dans ces deux derniers cas, le réglage pourra être fait au moyen de potentiomètres 5 montés en série, comme représenté, et ali mentés par le multiplicateur de shunt ou le transformateur d'intensité à courant continu. On pourra. également utiliser des rhéostats en série sur les enroulements eux-même en paral lèle sur le multiplicateur de shunt ou le transformateur d'intensité à courant continu.
Deux ressorts antagonistes agissent de manière que, lorsque le couple moteur est nul, l'équipage du rel'a'is est dans une posi tion médiane. D'autre part, si le couple mo teur est positif ou négatif, et l'équipage du relais vient fermer le contact 6 ou le contact 7 suivant que l'es ampères-tours de la bobine 1 sont supérieurs ou inférieurs aux ampères- tours: de la, bobine 2.
Dans oe's, conditions, le fonctionnement du relais est le suivant: soit. ai les ampères-tours de la bobine 1. soit a. les ampères-tours de la- bobine 2. et<I> & =</I> ai <I>-</I> 6d2.
On a: <I>a, =</I> K1 z a.=K.1 avec z = courant dans l'électrode I = courant total dans la cellule d'élec trolyse.
<B>d'où:</B> <I>s</I> =al-a..=K,i-K21.
Les constantes Kl et K. sont réglées par le potentiomètre 5 et on peut faire en sorte que:
EMI0003.0021
r,. étant le nombre d'électrodes.
EMI0003.0023
Donc, lorsque le courant i dans l'électrode considérée sera tel que:
EMI0003.0024
et le relais sera en équilibre avec les contacts 6 et 7 ouverts.
Pour les valeurs de
EMI0003.0027
c'est le contact 6 qui se fermera et pour
EMI0003.0028
ce sera le contact 7, et cela quelle que soit l'a valeur, de l'intensité totale.
La fig. 3 donne, à titre d'exemple, une troisième forme d'exécution pour la signali sation à distance d'un écart existant entre l'intensité parcourant une électrode considérée et la valeur du rapport entre l'intensité totale dans la cellule et le nombre d'électrodes de cette cellule, et le rapport désiré, et cela soit au point de vue d'une commande manuelle, soit en vue d'une commande automatique.
Dans le dispositif représenté fig. 3, un circuit magnétique 13 entoure l'enroulement 14 consistant en une barre reliant l'électrode à l'alimentation et portant un bobinage 15 dont les ampères-tours sont antagonistes à la force magnétomotrice engendrée par le cou rant traversant la barre centrale 14.
Le flux dans le circuit magnétique sera nul si on a: a, - Zo avec al = ampères-tours du bobinage auxi liaire 15 = courant dans l'a barre centrale 14. Avec un multiplicateur de shunt comme clans le cas représenté, ou un transforma teur d'intensité, à courant continu au rapport de transfoamations m, on aura:
EMI0003.0038
avec courant dans le circuit secondaire traversant le circuit 15.
Si N est le nombre de spires bobinées sur le tore et si on fait
EMI0003.0040
avec n = nombre d'électrodes de la cellule, on aura à l'équilibre:
EMI0004.0005
Donc, lorsque le courant dans la barre centrale 14 sera égal à
EMI0004.0006
c'est-à-dire égal au courant théorique qui doit la traver ser, le flux dans le tore sera nul.
Lorsque
EMI0004.0008
le flux résultant aura un sens donné et lorsque
EMI0004.0011
il aura un sens inverse.
La détection de ce flux et de son sens est assurée par un cylindre magnétique 16 d'axe perpendiculaire à la barre centrale 14, sur le quel est monté un cadre 17 parcouru par un courant quelconque qui, dans le cas de la fig. 3a, est prélevé sur le courant secondaire passant dans le bobinage 15.
Le flux résultant produit un couple mo teur sur l'axe du cylindre, ce couple moteur ayant un sens déterminé par le sens du flux résultant.
Deux ressorts antagonistes 13 et 19 limi tant la course de l'équipage et font qu'en l'absence du couple moteur, l'équipage reste dans une position de repos déterminée par le plan du cadre mobile 17 et représentée fig. 3a.
L'axe de l'équipage entraîne un contact inverseur 6-7 pouvant servir à la signalisa tion ou à un asservissement automatique.
Des relais du type ci-dessus peuvent être utilisés ou non avec des relais auxiliaires ou temporisés suivant le débit qui. est demandé à leurs contacteurs et 1$s changements de ré gime rapide que l'on veut laisser passer sans être alerté.
Le dispositif représenté fis. 4 peut être appliqué notamment lorsque, pour des raisons pratiques ou autres, on ne peut utiliser la chute ohmique créée le long de chaque con ducteur d'électrode suivant les dispositions données ci-dessus. Conformément à l'exemple d'exécution re présenté fig. 4, on utilise le principe connu du changement de réactance d'un bobinage monté sur un circuit magnétique qui est pro voqué lorsque des ampères-tours continus sont superposés aux ampères-tours alternatifs par courant le bobinage.
Chacun des conducteurs reliant l'électrode 10 à l'alimentation est entouré d'un circuit magnétique 21 muni ou non d'un blindage évitant l'effet parasite des conducteurs voi sins, et dont les bobinages 22 mis en série sont alimentés par une source à courant alter natif.
En l'absence de courant continu, le cou rant circulant dans ces bobinages 22 sera le quotient de la tension totale U par la somme des réactances de chacun des bobinages mon tés sur les<I>n</I> circuits magnétiques 21<I>(n</I> étant le nombre d'électrodes) la résistance étant supposée très faible devant la réactance.
Aux bornes de chaque circuit, on pourra relever les tensions u., %, un qui, en suppo sant les circuits tous rigoureusement sembla bles, seront données par:
EMI0004.0053
avec L = somme des réactances des bobi nages 22.
Si on fait passer un courant continu dans la tige traversant chaque circuit magnétique, l'a réactance de ceux-ci diminuera par suite de la saturation provoquée par ce flux continu.
S'il y a une inégalité dans la répartition du courant entre les électrodes, les tensions u1, u2, un ne seront plus égales, leur somme étant toutefois évidemment toujours égale à U.
Il faut noter que l'on peut soit faire en sorte que la tension U soit constante, mais dans ce cas le courant alternatif traversant les circuits magnétiques sera variable sui vant la réactance de chaque circuit magné tique, soit faire en sorte que le courant i soit sensiblement constant, ce qui placera ces cir cuits dans des conditions magnétiques mieux déterminées, mais fera varier la tension U, les équations ci-dessus restant toutefois sans changement.
Pour la détection :des. différentes réparti tions, on utilise des relais différentiels 23 de principe connu, se composant de deux cadres mobiles .se déplaçant dans l'entrefer d'un aimant permanent. L'un des cadres, 25, est soumis à une différence de potentiel propor tionnelle à la tension u1, u2 ou Un suivant le relais considéré, celle-ci ayant été redressée par des redresseurs 29. Les deuxièmes cadres ?6 de tous les relais 23 sont mis en série et soumis .à la différence de potentiel U redres sée au moyen des redresseurs 24.
Deux ressorts antagonistes font que le couple antagoniste est nul lorsque l'équipage du relais est dans une position médiane. D'autre part, leur couple moteur est positif ou négatif et l'équipage d'une bobine du relais 23 vient fermer le contact 27 ou 28 :suivant que les ampères-tours de la bobine 25 sont supérieurs ou inférieurs à ceux de la bobine 26.
Dans ces conditions, le fonctionnement du relais est le suivant: soit al les ampères-tours de la bobine 25, soit a.. les ampères-tours de la. bobine 26, et s = al - a2.
En considérant la première électrode 10, on aura:
EMI0005.0017
n. étant le nombre d'électrodes de l'a cellule d'électrolyse considérée. D'où:
EMI0005.0020
Mais, par construction, on aura:
EMI0005.0021
L'équipage du relais sera donc en équili bre et les contacts 27 et 28 ouverts lorsque:
EMI0005.0022
Mais, à ce moment-là
EMI0005.0025
f 1 représentant la fonction liant <B>ml</B> au courant Il traversant l'électrode considérée et au cou rant alternatif z circulant dans le bobinage de tous les circuits.
Si tous les circuits magnétiques sont sem blables, on aura: fl-fz=fn=f comme d'autre part: u1 + UZ + zcn = U on aura: <I>f (Il, 2)</I> + <I>f</I> (I2, <I>2)</I> + <I>f (In,</I> i) <I>= U</I> Comme le courant i est le même pour tous les circuits et comme, s'il y a équilibre,
EMI0005.0038
on aura:
<I>f (Il,</I> i) <I>= f</I> (I!#, <I>2) = f</I> (I., Z) et, par conséquent, à ce moment-là:.
EMI0005.0044
Autrement dit, le relais sera en équilibre lorsque le courant continu traversant l'élec trode est égal au quotient du courant total par le nombre d'électrodes.
D'autre part, l'un des contacts sera fermé si
EMI0005.0048
et l'autre contact, si
EMI0005.0049
et cela quelle que soit la valeur du courant alternatif i et la fonction f, à, l'a condition que l'on ait bien: fl-fz=fn=f et que f soit linéaire, dans les limites consi dérées.
On pourra utiliser les contacts 27 ou 28 soit pour une simple signalisation des écarts, soit pour un réglage automatique des élec trodes.
Les dispositifs précédemment décrits per mettent de prédéterminer les. effets d'anodes en disposant des contacts de signalisation dans une position telle que l'on soit alerté pour un écart déterminé entre le courant normal devant parcourir chaque électrode et un courant très largement inférieur à ce cou rant normal.
Dans les cellules d'électrolyse subissant l'effet d'anodes et comportant plusieurs élec trodes, il a été remarqué que l'effet. d'anodes n'apparaissait pas d'une façon simultanée sur toutes les électrodes à la fois, mais qu'au contraire, peu de temps avant que l'effet d'anodes total ne se produise, on constatait l'apparition de l'effet d'anodes-sur l'une ou l'autre des électrodes.
Les dispositifs suivant l'invention per mettent la prédétermination des effets d'anodes en les munissant de deux séries de contacts, la première série étant fermée par des écarts faibles autour de la position d'équi libre et servant ainsi au réglage automati que ou non de la profondeur d'immersion, alors que la seconde série signalera une di minution importante du courant sur une électrode quelconque, ce qui est l'annonce d'un effet d'anodes en préparation.
On peut utiliser soit des appareils avec les deux jeux de contacts décrits ci-dessus, soit deux appareils par électrodes, l'un réglé de façon @à fermer ses contacts pour des écarts trop faibles, l'autre de façon à fermer ses contacts pour une diminution importante du courant sur une électrode en vue de la constatation de l'effet d'anodes recherché.
On peut également ne disposer cette deuxième série de contacts ou ce second appa reil que sur une seule électrode en ayant soin de régler celle-ci de façon à ce que le courant la traversant soit en permanence plus élevé que le courant traversant chacune des autres électrodes., ce qui provoque une électrolyse plus rapide de la zone de bain correspondante et permet d'obtenir plis tôt l'apparition de l'effet d'anodes sur l'électrode considérée.