Appareil à décharge électrique à vapeur métallique. La présente invention a pour objet un appareil à décharge électrique à vapeur mé tallique; du type comprenant une cathode constituée par une nappe de liquide métalli que susceptible d'être évaporée à l'intérieur d'une enveloppe pour permettre l'amorçage d'un arc à partir de cette cathode, notamment un redresseur à arc à vapeur de mercure.
Ces appareils exigent d'ordinaire, à l'in térieur d'une enveloppe qu'ils comprennent, un espace intérieur considérablement plus grand que cela ne serait nécessaire pour loger les électrodes et pour le parcours de l'arc, ce qui augmente l'encombrement, le poids et, par conséquent, le prix de ces appareils. Ce grand espace est nécessité par l'intense évaporation du mercure produite par son échauffement à la tache cathodique, c'est-à-dire au point de la nappe de liquide auquel l'arc aboutit.
La présente invention a pour but de four nir un appareil du type spécifié comprenant des moyens efficaces pour refroidir le liquide métallique à l'endroit de la tache cathodique, de manière à en réduire l'évaporation et à permettre ainsi de réduire les dimensions de l'appareil, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des moyens internes de refroidissement.
La présente invention est caractérisée en ce qu'au moins une partie supérieure, en contact avec un bord de la surface dudit liquide, de la surface intérieure d'un récipient contenant ladite nappe est recouverte d'tme garniture en métal au contact duquel ledit liquide forme un ménisque concave, ce métal étant capable de résister audit arc et à un bombardement ioni- qüe à partir du liquide sans se désagréger dans les conditions de fonctionnement de l'appareil .et se trouvant à l'état spongieux,
de manière à retenir un film de liquide et en ce qu'une surface extérieure audit récipient et capable de dissiper de la chaleur est reliée à cette garniture en métal spongieux par un court chemin métallique de transfert de cha leur.
En pratique, lorsqu'on utilise une cathode constituée par une nappe de mercure, le molybdène ou le tungstène est utilisé pour confectionner ladite garniture spongieuse. Ces métaux sont en effet capables de résister à l'arc et sont mouillés par le mercure, qui forme un ménisque concave à leur contact. Lorsqu'aucune partie ne fait saillie à l'inté rieur du mercure, l'arc se fixe naturellement sur le bord du ménisque concave du mercure et demeure fixé sur la surface mouillée par celui-ci.
La surface extérieure du récipient- à mercure est conformée de manière à présenter des surfaces capables de dissiper de la cha leur ou est directement reliée à de telles sur faces de refroidissement, de manière que le transfert de chaleur s'effectue selon un che min extrêmement court, correspondant à peu près à.l'épaisseiu de la paroi du récipient à mercure, ce qui contribue, conjointement avec la répartition de la tache cathodique sur un grand périmètre, à réduire l'échauffement à la tache cathodique et à diminuer, voire même à supprimer, l'évaporation du mercure.
Dans une forme d'exécution particulière, le mercure liquide est contenu dans une cu vette -d'acier dont la surface intérieure est garnie de molybdène à l'état spongieux au niveau du bord du ménisque de mercure et dont la surface extérieure est reliée à une ba gue en métal très bon conducteur de la cha leur tel que du cuivre, cette bague présentant des ailettes radiales adéquates pour un refroi dissement par air, par exemple au moyen d'un ventilateur placé sous l'appareil.
La surface de la tache cathodique est ainsi encore agrandie du fait que le molyb dène à l'état spongieux est capable de retenir ou de répartir le mercure sur le bord du ré cipient qu'il mouille et d'étendre la tache ca thodique sur la surface de ce bord.
Le dessin annexé représente schématique ment et à titre d'exemple plusieurs formes d'exécution de l'appareil objet de la présente invention.
La fig. 1 représente im type connu de redresseur à vapeur de mercure à enveloppe de verre, avec dispositif de fixation de l'arc au centre de la nappe de mercure.
Les fig. 2 et 3 représentent deux variantes d'une forme d'exécution comportant un réci pient métallique fixé à une enveloppe de verre.
La fig. 4 représente partiellement une forme d'exécution à enveloppe métallique avec contact métallique entre cette enveloppe et la cathode.
La fig. 5 représente une forme d'exécution comprenant un récipient à mercure pourvu d'un flasque annulaire destiné à étendre la tache cathodique.
La fig. 6 représente une forme d'exécution comprenant un récipient à mercure présentant une rigole annulaire pour le mercure et une surface supplémentaire de fixation de l'arc, et la fig. 7 représente une variante de la forme d'exécution représentée à la fig. 6 com prenant, en combinaison, mie cuvette centrale et une rigole annulaire pour le mercure et une surface annulaire supplémentaire de fixa tion de l'arc.
Le redresseur à vapeur de mercure de type connu représenté à la fig. 1 est typique de la classe d'appareils à laquelle la présente inven tion se rapporte. Il comporte une enveloppe de verre 1 avec plusieurs bras latéralLx 2, ren fermant chacun une anode 3. La partie infé rieure de l'enveloppe constitue un récipient 4E1, rempli de mercure liquide 5. Dans les re dresseurs connus de ce type, un dispositif de fixation de l'arc est parfois disposé dans la nappe de mercure.
Dans le redresseur repré senté, un tel dispositif est constitué par un ruban hélicoïdal 6, en molybdène ou en tungs tène, qui est immergé au centre de la nappe de mercure et qui est supporté par une tige métallique 7, qui traverse le fond du réci pient 4E1 et sert à relier la cathode au circuit électrique. L'enveloppe du redresseur est. mon tée sur un support 28, et sa partie inférieure est refroidie par un ventilateur 9.
L'efficacité de ce refroidissement est toutefois limitée en raison de la faible conductibilité thermique du récipient en verre 4A et du chemin relati vement long entre le dispositif de fixation de l'arc 6 et la surface extérieure refroidie du récipient 4E1.
Les fig. 2 à-7 qui représentent des formes d'exécution- de l'appareil objet de l'invention ne montrent que les parties inférieures de l'enveloppe 1. Les anodes, l'amenée de cou rant à la cathode, le ventilateur ou autre dis positif de refroidissement ont été supprimés pour simplifier.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 2, la cathode comprend un récipient 4, en molybdène ou en tungstène, en forme de cuvette, qui est scellé à 1-me extrémité infé rieure ouverte d'une enveloppe de verre 1 que comprend l'appareil. Ce récipient 4 est re couvert intérieurement d'une bagne 12 de même métal, à l'état spongieux, dans le but de répartir le mercure au bord du récipient et d'étendre, par conséquent, la tache catho dique.
Des ailettes ne sont pas représentées à cette figure, mais cette forme d'exécution pourrait comprendre une bague à ailettes 10, comme celle représentée à la fig. 3, éventuel lement refroidie par une circulation forcée d'air ou d'eau, le récipient 4 pouvant, alter nativement, être directement refroidi par une telle circulation.
Dans la variante représentée à la fig. 3, le récipient 4 est. muni d'une bague en cuivre 10, portant des ailettes 8, et d'un revêtement de molybdène ou ,de tungstène spongieux, comme celui représenté à la fi-. 2. Le réci pient métallique 4 est également soudé à une enveloppe de verre 1.
Une deuxième forme d'exécution repré sentée à la fig. 4 comprend une enveloppe 1 en acier dont la partie inférieure constitue un récipient 4 pour du mercure liquide 5, le bord mouillé par le mercure de ce récipient étant recouvert en 12 de molybdène ou de tungs tène spongieux et une bague extérieure 10 portant des ailettes 8 étant montée sur le ré cipient, comme dans la variante de la pre mière forme d'exécution représentée à la fig. 3.
Dtant donné que, dans cette forme d'exécution, la cathode n'est pas isolée de l'en veloppe métallique 1, une garniture isolante intérieure constituée par une bague 13 est disposée au-dessus du revêtement 12, afin d'éviter que la tache cathodique ne se déplace vers le haut le long des parois de l'enve loppe 1.
Une troisième forme d'exécution repré sentée à la fig. 5 comprend une enveloppe 1 en verre et un récipient à mercure 4 présen tant un large flasque annulaire sensiblement horizontal 20, dont le bord interne correspond à la périphérie du ménisque du mercure, ce lui-ci étant contenu dans une cuvette centrale 21. La surface supérieure de ce flasque est recouverte de molybdène ou de tungstène à l'état spongieux 22, qui retient le mercure dans ses pores ou interstices, répartissant ainsi la tache cathodique sur cette surface annulaire.
La face inférieure du flasque hori zontal 20 est pourvue d'un organe annulaire de refroidissement 10, portant des ailettes 8, de sorte que le chemin de transfert de cha leur jusqu'à la surface de refroidissement est uniquement constitué par l'épaisseur de la pa roi du récipient à mercure.
. Une quatrième forme d'exécution repré sentée à la fig. 6 comprend un récipient 24, en molybdène ou en tungstène, dont le fond présente une partie centrale tronconique 25, s'étendant vers le haut. La surface supérieure plane de cette partie est recouverte de molyb dène ou de tungstène à l'état spongieux et est disposée de manière à affleurer le mercure. Un mince film de mercure est retenu dans les interstices du métal spongieux 26 qui sert ainsi de surface supplémentaire pour la fixation de l'arc, en plus du bord périphérique 5a mouillé par le mercure, qui est revêtu de molybdène ou de tungstène à l'état spongieux.
Cette surface supplémentaire est utile lorsque l'intensité du courant électrique dépasse une certaine va leur. Une cuvette en cuivre 30 munie d'ai lettes de refroidissement 8 est soudée à l'ex térieur du récipient 24 et de la partie cen trale 25. La fig. 7 représente une variante de la quatrième forme d'exécution représentée à la fig. 6. Dans cette variante, la surface supplé mentaire 36, en métal spongieux et servant à la fixation de l'arc, est de forme annulaire. Cette surface est ménagée sur une partie annulaire 35 s'étendant vers le haut à partir du fond du récipient 34 qui est en molybdène ou en tungstène.
Comme dans la quatrième forme d'exécution représentée à la fig. 6, -une cuvette 40 portant des ailettes de refroidisse ment 8 est ajustée et soudée aux surfaces exté rieures du récipient 34 et de sa partie annu laire 35. Bien que les formes d'exécution compre nant des ailettes 8 soient principalement des tinées à être refroidies par de l'air à l'aide d'un ventilateur disposé de préférence sous l'appareil, il est évident que les ailettes peu vent aussi être entourées d'une chemise pour la circulation forcée ou par thermosiphon, d'un agent réfrigérant liquide, en particulier lorsqu'on a affaire à de très forts courants. électriques.
Grâce à l'extension de la tache cathodique et au raccourcissement du chemin de trans fert de chaleur jusqu'aux moyens extérieurs de refroidissement, la présente invention per met de réaliser des appareils à décharge élec trique à vapeur métallique moins encom brants, plus simples et meilleur marché pour -une puissance de sortie donnée, ces appareils ne nécessitant ni dispositif interne de refroi dissement, ni écrans tels que ceux qu'on uti lise normalement pour protéger les anodes contre des jets de vapeur provenant de l'évaporation de liquide cathodique à la tache cathodique.
Cette invention est appli cable aulx appareils à décharge électri que à vapeur métallique comprenant une enveloppe de verre, de métal ou une enveloppe composée, ces appareils pouvant comprendre un nombre d'anodes quelconque, avec ou sans grilles ou autres électrodes supplémentaires.
Le terme de liquide cathodique ou métal lique a trait aux conditions de fonctionne ment de l'appareil et s'étend, par conséquent, à d'autres substances que le mercure, normale ment solides, mais qui se liquéfient aux tem pératures de fonctionnement.
Le terme de soudure est utilisé dans son sens générique pour désigner une liaison intime obtenue par tout procédé approprié connu, tel que la soudure molle, le brasage, la soudure autogène, etc.
Finalement, grâce à la réduction ou à la suppression de l'évaporation du liquide catho dique durant le fonctionnement de l'appareil, le parcours de l'arc entre la cathode et la ou les anodes petit également être réduit, ce qui entraîne une amélioration correspondante du rendement de l'appareil.
Metal vapor electric discharge device. The present invention relates to an apparatus for electric discharge with metallic vapor; of the type comprising a cathode formed by a sheet of metallic liquid capable of being evaporated inside an envelope to allow the initiation of an arc from this cathode, in particular a mercury vapor arc rectifier .
These devices usually require, within an enclosure which they include, an interior space considerably greater than would be necessary to house the electrodes and for the arc path, which increases the energy. size, weight and, therefore, the price of these devices. This large space is required by the intense evaporation of the mercury produced by its heating at the cathode spot, that is to say at the point in the sheet of liquid at which the arc ends.
The object of the present invention is to provide an apparatus of the type specified comprising effective means for cooling the metallic liquid at the location of the cathode spot, so as to reduce its evaporation and thus to make it possible to reduce the dimensions of the cathode. device, without the need to use internal cooling means.
The present invention is characterized in that at least an upper part, in contact with an edge of the surface of said liquid, of the interior surface of a container containing said web is covered with a metal liner in contact with which said liquid. forms a concave meniscus, this metal being able to withstand said arc and ion bombardment from the liquid without disintegrating under the operating conditions of the apparatus and being in a spongy state,
so as to retain a film of liquid and in that a surface exterior to said container and capable of dissipating heat is connected to this sponge metal liner by a short metal heat transfer path.
In practice, when a cathode consisting of a sheet of mercury is used, molybdenum or tungsten is used to make said spongy lining. These metals are indeed able to resist the arc and are wetted by the mercury, which forms a concave meniscus on contact. When no part protrudes inside the mercury, the arc naturally attaches to the edge of the concave meniscus of the mercury and remains attached to the surface wetted by it.
The outer surface of the mercury vessel is shaped so as to have surfaces capable of dissipating heat or is directly connected to such cooling surfaces, so that the heat transfer takes place in an extremely long way. short, corresponding approximately to the thickness of the wall of the mercury container, which contributes, together with the distribution of the cathode spot over a large perimeter, to reduce the heating at the cathode spot and to decrease or even even to suppress, the evaporation of mercury.
In a particular embodiment, the liquid mercury is contained in a steel tank whose interior surface is lined with molybdenum in the spongy state at the level of the edge of the mercury meniscus and whose exterior surface is connected to a metal ba gue very good conductor of heat such as copper, this ring having radial fins suitable for cooling by air, for example by means of a fan placed under the apparatus.
The surface of the cathode spot is thus further enlarged because the molybdenum in the spongy state is able to retain or distribute the mercury on the edge of the receptacle which it wets and to extend the sodium spot on the surface of this edge.
The appended drawing represents schematically and by way of example several embodiments of the apparatus which is the subject of the present invention.
Fig. 1 shows a known type of mercury vapor rectifier with a glass envelope, with a device for fixing the arc to the center of the mercury layer.
Figs. 2 and 3 show two variants of an embodiment comprising a metal container fixed to a glass envelope.
Fig. 4 partially shows an embodiment with a metal casing with metal contact between this casing and the cathode.
Fig. 5 shows an embodiment comprising a mercury container provided with an annular flange intended to extend the cathode spot.
Fig. 6 shows an embodiment comprising a mercury container having an annular mercury channel and an additional arc fixing surface, and FIG. 7 shows a variant of the embodiment shown in FIG. 6 comprising, in combination, a central bowl and an annular mercury channel and an additional annular arc fixing surface.
The known type mercury vapor rectifier shown in FIG. 1 is typical of the class of apparatus to which the present invention relates. It comprises a glass envelope 1 with several lateral arms Lx 2, each enclosing an anode 3. The lower part of the envelope constitutes a receptacle 4E1, filled with liquid mercury 5. In the known regulators of this type, a device arc fixation is sometimes placed in the mercury layer.
In the rectifier shown, such a device consists of a helical strip 6, made of molybdenum or tungsten, which is immersed in the center of the mercury layer and which is supported by a metal rod 7, which passes through the bottom of the container. pient 4E1 and serves to connect the cathode to the electrical circuit. The rectifier envelope is. mounted on a support 28, and its lower part is cooled by a fan 9.
The efficiency of this cooling is however limited due to the low thermal conductivity of the glass container 4A and the relatively long path between the arc fixing device 6 and the cooled outer surface of the container 4E1.
Figs. 2 to-7 which represent embodiments of the apparatus of the invention only show the lower parts of the casing 1. The anodes, the current supply to the cathode, the fan or the like say positive cooling have been removed for simplicity.
In the embodiment shown in FIG. 2, the cathode comprises a cup-shaped receptacle 4, made of molybdenum or tungsten, which is sealed to the lower open end of a glass casing 1 which the apparatus comprises. This receptacle 4 is covered internally with a penal colony 12 of the same metal, in the spongy state, in order to distribute the mercury at the edge of the receptacle and consequently to extend the cathodic stain.
The fins are not shown in this figure, but this embodiment could include a ring with fins 10, like that shown in FIG. 3, possibly cooled by a forced circulation of air or water, the container 4 being able, alternatively, to be directly cooled by such a circulation.
In the variant shown in FIG. 3, the container 4 is. provided with a copper ring 10, carrying fins 8, and a coating of molybdenum or spongy tungsten, like that shown in fi-. 2. The metal container 4 is also welded to a glass envelope 1.
A second embodiment shown in FIG. 4 comprises a steel casing 1, the lower part of which constitutes a receptacle 4 for liquid mercury 5, the mercury-wetted edge of this receptacle being covered in 12 with molybdenum or spongy tungsten and an outer ring 10 carrying fins 8 being mounted on the receptacle, as in the variant of the first embodiment shown in FIG. 3.
Since, in this embodiment, the cathode is not insulated from the metal casing 1, an internal insulating gasket constituted by a ring 13 is arranged above the coating 12, in order to prevent the cathode spot only travels upward along the walls of envelope 1.
A third embodiment shown in FIG. 5 comprises a glass envelope 1 and a mercury container 4 having a broad, substantially horizontal annular flange 20, the inner edge of which corresponds to the periphery of the mercury meniscus, the latter being contained in a central basin 21. The surface the upper part of this flange is covered with molybdenum or tungsten in the spongy state 22, which retains the mercury in its pores or interstices, thus distributing the cathode spot on this annular surface.
The lower face of the horizontal flange 20 is provided with an annular cooling member 10, carrying fins 8, so that the heat transfer path to the cooling surface is formed solely by the thickness of the pa king of the mercury vessel.
. A fourth embodiment shown in FIG. 6 comprises a container 24, made of molybdenum or of tungsten, the bottom of which has a frustoconical central part 25, extending upwards. The flat upper surface of this part is covered with molybdenum or tungsten in a spongy state and is arranged so as to be flush with the mercury. A thin film of mercury is retained in the interstices of the spongy metal 26 which thus serves as an additional surface for the attachment of the arc, in addition to the peripheral edge 5a wetted by the mercury, which is coated with molybdenum or tungsten at the edge. spongy state.
This additional surface is useful when the intensity of the electric current exceeds a certain value. A copper bowl 30 provided with cooling fins 8 is welded to the outside of the vessel 24 and the central part 25. FIG. 7 shows a variant of the fourth embodiment shown in FIG. 6. In this variant, the additional surface 36, made of spongy metal and used for fixing the arch, is of annular shape. This surface is provided on an annular portion 35 extending upwardly from the bottom of the container 34 which is made of molybdenum or tungsten.
As in the fourth embodiment shown in FIG. 6, a cup 40 carrying cooling fins 8 is fitted and welded to the outer surfaces of the container 34 and its annular part 35. Although the embodiments comprising the fins 8 are mainly intended to be used. cooled by air using a fan preferably placed under the appliance, it is obvious that the fins can also be surrounded by a jacket for forced circulation or by thermosiphon, of a refrigerant liquid, especially when dealing with very strong currents. electric.
Thanks to the extension of the cathode spot and the shortening of the heat transfer path to the external cooling means, the present invention makes it possible to achieve less bulky, simpler and less bulky electrical discharge devices with metal vapor. cheaper for a given output power, these devices requiring neither an internal cooling device, nor screens such as those normally used to protect the anodes against jets of vapor from the evaporation of cathode liquid at the cathode spot.
This invention is applicable to metallic vapor electric discharge apparatus comprising a shell of glass, metal or a composite shell, which apparatus may comprise any number of anodes, with or without grids or other additional electrodes.
The term cathode liquid or liquid metal relates to the operating conditions of the apparatus and therefore extends to substances other than mercury which are normally solid but which liquefy at operating temperatures.
The term solder is used in its generic sense to denote an intimate bond obtained by any suitable known process, such as soft soldering, soldering, autogenous soldering, etc.
Finally, by reducing or eliminating the evaporation of the cathode liquid during operation of the apparatus, the arc path between the cathode and the anode (s) may also be reduced, resulting in an improvement. corresponding to the efficiency of the device.