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" Appareil a décharge dans le vide à cuve métallique sans pompe tel quun redresseur à vapeur de mercure ".
L'invention se rapporte à un appareil à décharge dans le vide, qui peut être par exemple un redresseur à vapeur de meroure, un transformateur ou un convertisseur,comportant une cuve métallique étanche au vide poussé formée de plusieurs parties soudées ensemble, et dans laquelle la vide est effectué à température élevée puis séparée définitivement de la pompe à vide.
Il est connu qu'un tel appareil à décharge dans le vide , séparé de la pompe d'une manière définitive, ne peut être oonstamnent en bon état de marche que si l'on a soin d'éviter toute pénétratinn à l'intérieur du réoipient à vide d'ions d'hydrogène.libres dégagés par l'agent réfrigérant servant au refroidissement du réoipient, qui entraîneraient une diminution dangereuse du vide pour le fonctionnement .
Des recherches assez étendues ont montré en particulier que les ions d'hydrogène liores qui se trouvent toujours
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en grande quantité dans l'eau de refroidissement aux températures en question, ont le pouvoir , aux températures de fonctionnement d'un appareil à vide qui sont enmisagées, et qui sont de l'ordre de grandeur de 100 C de traverser par diffusion sans difficulté les fer et acier utilisés habituellement pour la constitution des parois,puis de sortir de ces parois sous forme de gaz hydrogène. Il s'ensuit,comme on l'a déjà dit, une diminution du vide qui entraîne les amorçages en retour et autres accidents de fonctionnement et qui ne peut être supprimée en raison de la séparation definitive du récipient et de la pompe.
Il a donc été proposé d'utiliser pour le refroidissement du récipient des fluides de refroidissement qui ne contiennent ou ne dégagent pas d'ions d'hydrogène; un tel fluide de refroidissement pouvant être par$exemple le benzol.
Grâce à l'utilisation d'un tel fluide de refroidissement on évite en effet, d'une manière sûre, toute diminution du vide par pénétration d'ions d'hydrogène provenant de l'agent de refroidissement , mais dans certains cas, par exemple pour les petits appareils de décharge, l'utilisation d'un liquide de refroidissement comme agent de refroidissement n'est pas désirable,par exemple pour des raisons d'économie.
Conformément à l'invention,le refroidissement d'un appareil à déohhrge dans le vide du type décrit plus haut est rendu notablement moins coûteux en refroidissant l'appareil par un agent de refroidissement gazeux, l'air en partioulier,au lieu d'un liquide de refroidissement exempt ou ne dégageant pas d'ions d'hydrogène.
L'utilisation d'un refroidissement par l'air dans les appareils à décharge dans le vide à réoipient en verre ou en métal relié à une pompe à vide, est bien connue en elle-même.
Mais en raison des particularités physiques énumérées ci-dessus, les techniciens doivent penser que l'air n'est pas utili-
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sable pour les appareils à décharge dans le vide à récipient métallique et fonctionnant séparés de la pompe, et cela pour les raisons suivantes :
Les parois métalliques situées dans l'air atmosphérique sont toujours reoouvertes d'une pellioule d'eau, dont l'épaisseur s'élève à 50-100 diamètres de molécules . Il est bien évident qu'il se trouve dans cette pellicule la même proportion de moléoules dissociées en ions hydrqgène et ions hydroxyle que dans l'eau liquide. Par suite, les ions hydrogène pourraient donc pénétrer par diffusion à l'intérieur du réoipient à partir de la pellicule d'eau adsorbée parla paroi du réai-- pient à vide.
Comme le montre le calcul, la quantité d'eau présente dans l'air dans les conditions atmosphériques normales est suffisamment grande pour remplacer constamment les pertes de la pellicule d'eau adsorbée par la diffusion des ions, o'est-à-dire, en d'autres termet, la pellicule d'eau adsorbée dans les parois forme un réservoir constamment rempli fournissant les ions hydrogène à l'intérieur du réoipient.Des essais et des calculs ent montré que la quantité d'ions en question est assez élevée pour provoquer en un temps relativement oourt une diminution notable du vide.
Par suite on peut tout d'abord juger avec raison que l'utilisation de l'air comme agent- de refroidissement dans le cas précédent est impossible.
Toutefois, des recherches effectuées ont permi d'établir que l'air est pourtant bien approprié comme agent de refroidissement. Ceoi dérive tout d'abord du fant que sous l'action de la décharge les ions hydrogène sont entraînés hors de l'intérieur du récipient en plus grande quantité qu'ils ne peuvent y pénétrer par diffusion; le métal de la paroi du récipient agissant alors corme getter. L'action de la décharge est enoore renforcée par le fait que la diffusion des ions positifs est gênée par la pellicule d'eau adsorbée dans les parois,pour
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des raisons qui n'ont pas(été oomplètement éolairoies jusqu'ici.
En tout cas, la quantité diffusée est inférieure à oelle qui est obtenue par le calcul.
La réalisation pratique du refroidissement est effectuée en entourant le récipient d'une chemise de refroidissement,d'une manière bien connue en elle-même, et qui peut être soit fermée, soit oomposée de surfaces conductrices séparées. Aux points du réoipient à refroidir partioulièrement, il faut, soit prévoir une plus grande rapidité de circulation du oourant d'air de refroidissement, soit disposer des surfaces défleotrioes parti- culières.
Comme il se produit sur une surface à refroidir, qui est parcourue parallèlement par un courant d'air de refroidissement, une couche croissante dans le sens de la vitesse, qui adhère à la surface et provoque une forte diminution de la conductibilité de la chaleur, il est avantageux de donnerà la surface des éléments déflecteurs, dans la direction de la vitesse de l'agent de refroidissement, une faible longueur afin que la pellicule se formant sur cette surface soit constamment interrompue et se mélange aveo l'air de refroidissement restant par turbulence .
Il devient donc possible, grâce à linvention, de réaliser sous forme d'appareils métalliques, des appareils à décharge dans le vide pour petites et moyennes charges, c'est-à-dire pour des charges inférieures à 500 xxxxx ampères environ. Jusqu'ioi, les appareils tels que les redresseurs pour de faioles intensités ont toujours été réalisés sous la forme de redresseurs en verre, c'est-à-dire avec un réoipient à vide en verre.
Les récipients à vide en verre ont en particulier l'avantage de pouvoir. être, après évacuation, séparés de la pompe par fusion et d'être ensuite parfaitement étanohes au vide poussé, en ne nécessitant pas une installation de pompe particulière et coûteuse; mais à côté de cet avantage, les redresseurs en verre présentent divers inconvénients qui découlent de la na-
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mure du verre . Le redresseur en verre est très sensible aux chocs, en particulier les bras d'anodes que le redresseur possède en assez grand nombre, trois , six ou douze suivant sa construction, se cassent facilement. Il s'y ajoute epoore les bras pour les anodes d'excitation, pour l'électrode d'amorçage, eto...
D'autre part, la forme oompliquée du réoipient du redresseur,en particulier le renflement en forme de poire servant comme ohambre de refroidissement,est nécessitée par les conditions du fonctionnement car elle est obligatoire pour éviter les amorçages en retour et autres défauts de fonotionnement.
Même sans tenir compte de sa fragilité, un réoipient de verre aussi compliqué est très coûteux à établir. On est donc obligé de le monter dans un bâti ou dans un coffre de grande dimension,ce qui augmente considérablement l'encombrement et, de plus,la manipulation du redresseur pour sa mise en place dans le bâti ou pour son remplacement est très difficile.
La possibilité d'utiliser d'une manière économique, même pour de petites puissances pour lesquelles on utilisait jusqu'ici des redresseurs en verre, un redresseur métallique avec tous ses avantages de solidité, de simplicité de forme, etc... constitue en effet un progrès teohnique considérable; il est bien évident que l'invention ne doit pas être limitée aux valeurs des puissances oitées plus haut.
En particulier, l'appareil à décharge dans le vide conforme à l'invention oonsiste en un réoipient à vide métallique étanche an vide poussé, complètement fermé, dans lequel on a fait le vide à une température de plusieurs oentaines de degrés C, avantageusement de 300 à 400 C, avant la séparation de la pompe. Dans ce réoipient sont introduites le nombre désiré d'anodes,une cathode liquide ainsi que les autres électrodes nécessaires telles que les grilles de oontrôle. Des corps isolants en matière céramique,comme la stéatite , portent directement le poids des parties amenant le courant et sont reliés à ces parties conductrices ou à la paroi du récipient par un flux de verre, émail ou encore un² sulfure
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métallique, d'une manière étanohe au vide poussé.
L'amorçage s'effectue par exemple à l'aide d'une électrode disposée à l'intérieur du récipient et actionnée par un électro-aimant placé à l'extérieur du réoipient.
Comme cela sera plus particulièrement décrit ci-dessous, il est possible, conformément à l'invention, grâce à un procédé de vérification d'étanohéité particulier, d'établir un réoipient absolument étanche au vide poussé, ce qui remplit la première condition nécessaire pour pouvoir séparer le réoipient de la pompe.
La seconde oondition pour pouvoir séparer la pompe de ce réoipient est de pouvoir évacuer parfaitement les parois du réai- pient avant la mise en marche. A cet effet, il est nécessaire de chauffer le récipient à des températures de 300 à 400 C. Un tel chauffage n'est pas possible pour un réoipient nuni des entrées d'électrodes connues jusqu'ioi , car les matièresd'étanohéité utilisées pour ces entrées ne supportent pas ces températures.
L'utilisation conforme à l'invention des flux de verre, sulfures métalliques, eto.. permet de constituer une liaison entre le corps isolant et les parties métalliques adjacentes qui est aosolument étanche au vide poussé et qui supporte sans difficultés les températures nécessaires pour l'évaouation, de sorte que l'on peut ainsi faire un vide parfait dans les parois du récipient, ce qui remplit ainsi la seconde oondition nécessaire pour la séparation du récipient et de la pompe.
Les parties qui se trouvent à l'intérieur du réoipient n'ont pas besoin, dans certaines conditions , d'être formées de fer particulier très coûteux fondu dans le vide, mais on peut utiliser pources parties du fer ou graphite ordinaire qui n'a pas été dégazé . On a trouvé en particulier que les parois du réoipient sont susceptibles , lorsqu'elles sont maintenues à des températures inférieures à 250*C., d'absorber et retenir les gaz libérés à l'intérieur du réoipient.
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L'invention sera mieux oomprise en référence au: dessins annexés , dans lesquels :
La fig. 1 est une vue d'ensele d'un redresseur tel quHun redresseur à vapeur de meroure, à récipient à vide métallique , séparé de la pcmpe et à refroidissement artificiel, comportant des entrées d'électrodes conformes à l'invention; la fig. 2 représente une entrée d'anode confome à l'in- vention;et la fig. 3 représente une entrée de oathode .
Dans le redresseur représenté à la fig. l, le récipient à vide est composé des parties 1, 2, 23 et 24 réunies par soudure .
Le réoipient est établi en fer et est soumis après assemblage, à un essai d'étanohéité .Cette épreuve peut, par exemple, être réalisée en remplissant le récipient d'un gaz ohimiquement actif oomne l'ammoniaque et en reoouvrant la face extérieure d'un réactif comme le nitrate de mercure. Une coloration dû nitrate de meroure permet de déceler sans difficultés les points dont l'étan- ohéité n'est pas parfaite . Une fois l'épreuve d'étanchéité terminée, on fait le vide dans le réoipient xxx à une température de 200'C ou plus , avantageusement de 300 à 400'C., puis on le sépare de la pompe à vide .
Une évacuation à des températures aussi élevées est nécessaire comme l'a montrée la pratique lorsque le réoipient doit être utilisé sans pompage postérieur . Dans le couvercle 2 sont montées plusieurs anodes principales conformes à la fig. 2 et désignées par 20, ces anodes étant par exemple réparties sur un cercle . On a représenté à droite une anode d'exoitation 22 dont l'entrée est également analogue à celle de la fig. 2. Dans un redresseur à six anodes, on utilise trois anodes d'excitation en les disposant avantageusement chacune entre deux anodes principales .
Au centre du couvercle du réoipient se trouve l'entrée 21 de oourant représentéfig. 3, et qui plonge par sa tête rapportée 34 dans le mercure cathodique 26 contenu dans une coupelle 25 établie en matière isolante, par exemple le quartz.
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Le refroidissement est Valise dans le redresseur représenté sur la fig. 1 à l'aide d'un ventilateur 30 entraîné par un moteur 31 et qui se trouve au-dessous de la cathode . Ce ventilateur aspire un agent de refroidissement gazeux, tel que l'air, à travers une chemise de refroidissement 28, entourant le réoipient, et se prolongeant vers le bas par une partie oylin- drique rétrécie 29 et vers le haut par une partie évasée 32.
Le courant d'air est avantageusement dirigé de haut en bas .
Aux points du récipient à refroidir particulièrement, on dispose avantageusement de courtes surfaces défectrices dirigées dans le sens du courant, par exemple sous la forme de tiges 51.
L'énergie du refroidissement est choisie de telle manière que la température du récipient se trouve entre 70 et 90 C, avan- tageusement entre 85 et 90*C. Un manchon de proteotion 33 qui peut,dans certains cas, servir de support pour un tableau d'appareils interrupteurs pour l'utilisation du redresseur,est monté sur le récipient pour le guidage du courant d'air de refroidissement et pour éviter un contact par l'extérieur des bornes d'électrodes, o'est-à-dire des parties sous tension. comme le montre la figure, le redresseur forme un appareil stable et facile à manipuler, de fonne cylindrique, ne présentant pas de bras en verre qui se trouvent d'habitude sur les redresseurs en verre, de manière à éviter les amorçages en retour.
De plus , le redresseur conforme à l'invention, se distingue d'un redresseur en verre par sa durée d'existence pratiquement illimitée;
Le refroidissement par air décrit plus haut est particulièrement applicable aux redresseurs pour les intensités d'éle- vant jusqu'à 500 ampères environ, mais il peut encore être utilisé avantageusement sous certaines conditions dans des redresseurs plus importants.
A la figure 2, 1 désigne la partie cylindrique centrale de la paroi du récipient métallique à vide qui contient l'ensemble des éléments de décharge, 2 est, comme on l'a déjà vu, le cou- vercle du récipient et 3 le corps d'anode proprement dit qui est
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porté par une tige métallique 6, par exemple en fer. La fixation du corps d'anode 3 dans le conducteur d'amenée de courant 6 est réalisée à l'aide d'une tige de molybdène 5 qui est simplement insérée dans l'anode. La tige métallique 6 est entourée d'un tube isolant 4 en matière céramique, par exemple la stéatete, qui se prolonge jusqu'au voisinage immé- diat de la face postérieure de l'anode 3, et pénètre, le cas échéant, dans une cavité de cette anode.
Pour la production d'une liaison étanche au vide poussé entre le tube isolant 4 et la tige d'électrode 6 ou le couvercle du récipient 2, deux man- choss 8 ou 15 sont enfilés sur le tube isolant 4 et portent des prolongements 9 ou 13 qui s'ajustent exactement sur la pa- roi du tube isolant, de manière à former des poches ouvertes vers le haut. Dans oelles-oi est introduit par le haut un petit tube de verre ou une bague de verre qui est ensuite fmdu . On forme ainsi, entre le tube de stéatite et les manchons métalli- ques 8 ou 15, une bague de verre relativement plus large 10 ou 14. Au lieu d'un flux de verre,on peut encore utiliser tout au- tre flux approprié, comme par exemple un émail, du sulfure de fer ou analogue . De plus, le remplissage des poches peut éga- lement être effectué par simple versement.
Dans tous les cas, la matière constituant le flux doit être choisie de telle manière que son coefficient de dilatation, comme on l'a déjè, dit, soit le plus près possible de celui du tube isolant 4 en stéatite, en tout cas avec une préoision d'au moins 1.10-6. La et matière des manchons 8 ou 15 doit aussi être choisie de telle manière que son coefficient de dilatation soit voisin de celui du flux et de la stéatite ou qu'il soit légèrement supérieur pour obtenir un effet de contraction. L'extrémité liore du manchon 8 est reliée d'une manière étanche au vide, par exemple par soudure, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une par- tie métallique élastique 11, avec la tige d'électrode 6.
De la même manière, l'extrémité libre du manchon 15 est soudée direo- tement ou à l'aide d' un disque annulaire métallique élastique @
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16 au couvercle 2 du réoipient. Dans l'exemple de réalisation représenté, la soudure n'est pas effectuée directement avec la paroi du récipient, mais le disque annulaire 16 est fixé par soudure à l'extrémité supérieure d'un tube 12 qui est soudé à son tour au couvercle 2 du récipient. L'entrée d'électrode est donc montée d'une manière légèrement élastique dans le tube 12 auquel est également fixé un tube de protection d'anode 19 à l'aide d'un fer cornière.
La matière pour les bagues annulaires élastiques 11 et 16 doit également être choisie de telle manière que son coefficient de dilatation corresponde à celui des manchons métalliques du flux et du tube isolant. Si les parties en forme de disque 11 et 16 sont formées de fer ou d'acier nonmal, les manohons 8 et 15 doivent être faits assez longs pour que les points où ils sont soudés aux disques 11 et 16 soient assez éloignés des flux de verre 10 et 14, pour que les déformations élastiques,provenant des différences de coefficients de dilatation des diverses parties, et partant des mones de soudure, n'arrivent pas jusqu'aux flux de verre.
Afin d'éviter que l'électrode assez lourde subisse des déplacements horizontaux dans des conditions queloonques,par
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exemple pendant le transport, qui'"pourraient entraîner une dété- rioration de l'étanohéité, un disque 17 est disposé dans une encoche de la tige d'électrode pour l'appuyer et la maintenir à l'intérieur du tube isolant. De la même manière, un autre disque 18 est monté dans une encoche du tube isolant 4 pour maintenir tout ce tube isolant aveo l'électrode oontre toute osoil lation horizontale à l'intérieur du tube de proteotion d'anode.
L'entrée de cathode représentée à la figure 3 correspond dans son principe à l'entrée d'anode représentée à la fig. 2. La tige d'électrode est désignée par 44. Elle porte à son extrémité supérieure des ailettes de refroidissement 47 et à son extrémité inférieure une tête 34 qui est munie de oanaux pour augmen- ter la surface de contact. Cette tête 34 est munie de ressorts @
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27 qui s'appuient contre la coupelle contenant le meroure. La tige d'électrode 44 est en cuivre et est entourée d'un tube en fer 45 déstiné à la protéger du mercure . Ce tube 45 est soudé à son extrémité inférieure au boulon 50.
L'ensemble du conduc- teur d'amenée de courant est également entouré dans ce cas par le tube isolant 46 avantageusement formé de stéatàte. Les flasques annulaires élastiques 38 et 43 servent à la liaison du conducteur d'amenée du oo&rant 44 ,45 ou du couvercle du réoipient 2 aveo le tube isolant 46. Ces flasques annulaire s sont soudées, d'une part, à l'extrémité supérieure du tube 45 ou à la paroi 2 du récipient et, d'autre part, aux manchons 37 ou 42. Ces manchons sont prolongés par des parties 39 ou 41 s'ajustant exactement sur les parois isolantes et constituent comme dans la réalisation conforme ala fig. 2 , des poches ouvertes vers le haut, qui sont destinées à recevoir le flux 36 ou 40.
Dans l'exemple de réalisation représenté, la flasque annulaire élastique 43 n'est pas directement soudée à la paroi du récipient, mais est fixée à un tube métallique 21 qui estsoudé à son tour au couvercle 2 du récipient. Par suite, toute 1 entrée d'électrode est montée élastiquement dans le tube 21.
Le tube isol nt est prolongé à l'intérieur de la chambre de décharge sur une longueur qui correspond à peuprès à l'éoartement moyen des deux zones de liaison, afin d'éviter les etincelles. Le tube isolant 46 se prolonge alors par un tube de quartz 35 qui va jusqu'à la tête d'électrode 34. Pour empêcher leséplaoements horizontaux de l'entrée d'anode assez lourde, le tube de quartz 35 est soutenu dans le tube métallique 21 à l'aide d'un disque d'éoartement 48. De plus, le tube en fer 45 est imnobilisé à l'intérieur du tube de quartz 35 au moyen d'une bague élastique 49 ou de tout autre appui approprié.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Vacuum discharge apparatus with a metal tank without a pump such as a mercury vapor rectifier".
The invention relates to a vacuum discharge apparatus, which may be for example a steam rectifier, a transformer or a converter, comprising a high vacuum tight metal vessel formed of several parts welded together, and in which the vacuum is carried out at high temperature then separated definitively from the vacuum pump.
It is known that such a vacuum discharge device, separated from the pump in a definitive manner, can only be maintained in good working order if care is taken to avoid any penetration into the interior of the pump. Vacuum container of hydrogen ions. free released by the refrigerant used to cool the container, which would cause a dangerous decrease in the vacuum for operation.
Fairly extensive research has shown in particular that the hydrogen ions liores which are always found
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in large quantities in the cooling water at the temperatures in question, have the power, at the operating temperatures of a vacuum apparatus which are stored, and which are of the order of magnitude of 100 C, to pass through by diffusion without difficulty the iron and steel usually used for the constitution of the walls, then to leave these walls in the form of hydrogen gas. This results, as has already been said, in a reduction in the vacuum which leads to reverse priming and other operating accidents and which cannot be suppressed due to the final separation of the container and the pump.
It has therefore been proposed to use, for the cooling of the vessel, cooling fluids which do not contain or give off hydrogen ions; such a cooling fluid can be, for example, benzol.
Thanks to the use of such a cooling fluid, in fact, any reduction in the vacuum by penetration of hydrogen ions coming from the cooling medium is avoided in a safe manner, but in certain cases, for example for small discharge devices, the use of a coolant as a coolant is not desirable, for example for reasons of economy.
In accordance with the invention, the cooling of a vacuum deohhrge apparatus of the type described above is made considerably less expensive by cooling the apparatus with a gaseous coolant, in particular air, instead of a gas coolant. coolant that is free of or does not release hydrogen ions.
The use of air cooling in glass or metal container vacuum discharge apparatus connected to a vacuum pump is well known in itself.
But due to the physical peculiarities listed above, technicians must assume that air is not in use.
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sand for vacuum discharge devices with metal receptacles and operating separate from the pump, for the following reasons:
The metal walls located in atmospheric air are always reopened with a pellioule of water, the thickness of which amounts to 50-100 molecules diameters. It is obvious that there is in this film the same proportion of moléoules dissociated in hydrogen ions and hydroxyl ions as in liquid water. As a result, the hydrogen ions could therefore penetrate by diffusion inside the container from the water film adsorbed by the wall of the vacuum reactor.
As the calculation shows, the amount of water present in the air under normal atmospheric conditions is large enough to constantly replace the losses of the adsorbed water film by the diffusion of ions, that is, in other words, the film of water adsorbed in the walls forms a constantly filled reservoir supplying the hydrogen ions inside the container. Tests and calculations have shown that the quantity of ions in question is high enough to cause in a relatively short time a noticeable decrease in vacuum.
Consequently, it can first of all be judged with reason that the use of air as a cooling agent in the preceding case is impossible.
However, research has made it possible to establish that air is nevertheless very suitable as a coolant. This is first of all derived from the fact that under the action of the discharge the hydrogen ions are entrained out of the interior of the container in greater quantity than they can penetrate there by diffusion; the metal of the wall of the container then acting as a getter. The action of the discharge is further enhanced by the fact that the diffusion of positive ions is hampered by the film of water adsorbed in the walls, to
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for reasons which have not been completely windy so far.
In any case, the quantity diffused is less than that which is obtained by the calculation.
The practical realization of the cooling is effected by surrounding the container with a cooling jacket, in a manner well known in itself, and which can be either closed or composed of separate conductive surfaces. At the points of the container to be partially cooled, it is necessary either to provide for a greater rapidity of circulation of the cooling air flow, or to have special defleotrioes surfaces.
As it occurs on a surface to be cooled, which is traversed in parallel by a current of cooling air, a layer increasing in the direction of the speed, which adheres to the surface and causes a sharp decrease in the conductivity of heat, it is advantageous to give the surface of the deflector elements, in the direction of the speed of the cooling medium, a short length so that the film forming on this surface is constantly interrupted and mixes with the remaining cooling air by turbulence.
It therefore becomes possible, thanks to the invention, to produce in the form of metal devices, vacuum discharge devices for small and medium loads, that is to say for loads less than approximately 500 xxxxx amps. Hitherto, devices such as rectifiers for low currents have always been produced in the form of glass rectifiers, that is to say with a glass vacuum container.
Glass vacuum vessels in particular have the advantage of power. be, after evacuation, separated from the pump by melting and then be perfectly sealed at high vacuum, not requiring a particular and expensive pump installation; but besides this advantage, glass rectifiers have various drawbacks which arise from the na-
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wall of glass. The glass rectifier is very sensitive to shocks, in particular the anode arms which the rectifier has in fairly large numbers, three, six or twelve depending on its construction, break easily. It adds epoore the arms for the excitation anodes, for the starting electrode, eto ...
On the other hand, the oomplicated shape of the rectifier container, in particular the pear-shaped bulge serving as a cooling chamber, is required by the operating conditions as it is mandatory in order to avoid reverse firing and other malfunctions.
Even without taking into account its fragility, such a complicated glass container is very expensive to set up. It is therefore necessary to mount it in a frame or in a large box, which considerably increases the size and, moreover, the handling of the rectifier for its installation in the frame or for its replacement is very difficult.
The possibility of using economically, even for small powers for which glass rectifiers have been used until now, a metallic rectifier with all its advantages of solidity, simplicity of form, etc. considerable technological progress; it is obvious that the invention should not be limited to the values of the powers mentioned above.
In particular, the vacuum discharge apparatus according to the invention consists of a completely closed, high vacuum tight metal vacuum container in which the vacuum has been made at a temperature of several hundred degrees C, advantageously of 300 to 400 C, before the pump is separated. Into this container are introduced the desired number of anodes, a liquid cathode as well as the other necessary electrodes such as the control grids. Insulating bodies made of ceramic material, such as soapstone, directly bear the weight of the parts carrying the current and are connected to these conductive parts or to the wall of the container by a flow of glass, enamel or even a sulphide
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metallic, in an ethanol manner at high vacuum.
The initiation is carried out for example by means of an electrode placed inside the container and actuated by an electromagnet placed outside the container.
As will be more particularly described below, it is possible, in accordance with the invention, by virtue of a particular method of verifying the etanoheity, to establish a container which is absolutely impermeable to high vacuum, which fulfills the first condition necessary for be able to separate the container from the pump.
The second condition in order to be able to separate the pump from this container is to be able to completely evacuate the walls of the container before starting up. For this purpose, it is necessary to heat the container to temperatures of 300 to 400 C. Such heating is not possible for a container without the electrode inlets known hitherto, because the etanoheity materials used for these inputs do not support these temperatures.
The use in accordance with the invention of the fluxes of glass, metal sulphides, etc. makes it possible to form a connection between the insulating body and the adjacent metal parts which is aosolutely tight against high vacuum and which easily withstands the temperatures necessary for the 'evaouation, so that a perfect vacuum can be created in the walls of the container, thereby fulfilling the second oondition necessary for the separation of the container and the pump.
The parts which are inside the container need not, under certain conditions, to be formed from very expensive special iron melted in vacuum, but for these parts ordinary iron or graphite which does not have to be used can be used. not been degassed. In particular, it has been found that the walls of the container are capable, when maintained at temperatures below 250 ° C., Of absorbing and retaining the gases liberated within the container.
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The invention will be better understood with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is an overview view of a rectifier such as a meroure steam rectifier, with a metal vacuum vessel, separated from the pcmpe and with artificial cooling, comprising electrode inlets according to the invention; fig. 2 shows an anode inlet according to the invention, and FIG. 3 represents an entry of oathode.
In the rectifier shown in fig. 1, the vacuum vessel is composed of parts 1, 2, 23 and 24 joined together by welding.
The container is made of iron and is subjected, after assembly, to an etanoheity test. This test can, for example, be carried out by filling the container with a ohimically active gas or ammonia and by reopening the outer face of the container. a reagent such as mercury nitrate. Staining by nitrate of meroure makes it possible to detect without difficulty the points of which the tightness is not perfect. Once the leakproofness test is complete, the container xxx is evacuated at a temperature of 200 ° C. or more, preferably 300 to 400 ° C., then it is separated from the vacuum pump.
Evacuation at such high temperatures is necessary as practice has shown when the container is to be used without subsequent pumping. In the cover 2 are mounted several main anodes in accordance with FIG. 2 and designated by 20, these anodes being for example distributed over a circle. An operating anode 22 is shown on the right, the input of which is also similar to that of FIG. 2. In a rectifier with six anodes, three excitation anodes are used, each of which is advantageously arranged between two main anodes.
In the center of the reoipient cover is the entry 21 of the oourant shown in fig. 3, and which plunges through its attached head 34 into the cathodic mercury 26 contained in a cup 25 made of insulating material, for example quartz.
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The cooling is case in the rectifier shown in fig. 1 using a fan 30 driven by a motor 31 and which is located below the cathode. This fan draws in a gaseous cooling medium, such as air, through a cooling jacket 28, surrounding the container, and extending downwards by a narrowed oylin- dric part 29 and upwards by a flared part 32. .
The air flow is advantageously directed from top to bottom.
At the points of the vessel to be particularly cooled, there are advantageously short defective surfaces directed in the direction of the flow, for example in the form of rods 51.
The cooling energy is chosen such that the temperature of the vessel is between 70 and 90 ° C, preferably between 85 and 90 ° C. A protective sleeve 33 which can, in certain cases, serve as a support for an array of switching devices for the use of the rectifier, is mounted on the receptacle for guiding the cooling air stream and to avoid contact by outside the electrode terminals, i.e. live parts. as shown in the figure, the rectifier forms a stable and easy-to-handle device, cylindrical in shape, not having glass arms which are usually found on glass rectifiers, so as to avoid back firing.
In addition, the rectifier according to the invention is distinguished from a glass rectifier by its practically unlimited lifespan;
The air cooling described above is particularly applicable to rectifiers for currents up to about 500 amps, but it can still be used advantageously under certain conditions in larger rectifiers.
In figure 2, 1 designates the central cylindrical part of the wall of the metal vacuum container which contains all of the discharge elements, 2 is, as already seen, the lid of the container and 3 the body. of anode itself which is
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carried by a metal rod 6, for example iron. The fixing of the anode body 3 in the current supply conductor 6 is achieved by means of a molybdenum rod 5 which is simply inserted into the anode. The metal rod 6 is surrounded by an insulating tube 4 made of ceramic material, for example the soapstone, which extends to the immediate vicinity of the rear face of the anode 3, and penetrates, where appropriate, into a cavity of this anode.
For the production of a high vacuum tight connection between the insulating tube 4 and the electrode rod 6 or the container cover 2, two sleeves 8 or 15 are threaded onto the insulating tube 4 and carry extensions 9 or 13 which fit exactly on the wall of the insulating tube, so as to form pockets open at the top. Into them is introduced from above a small glass tube or glass ring which is then closed. A relatively larger glass ring 10 or 14 is thus formed between the soapstone tube and the metal sleeves 8 or 15. Instead of a glass flux, any other suitable flux can also be used, such as, for example, enamel, iron sulfide or the like. In addition, the pockets can also be filled by simple pouring.
In all cases, the material constituting the flow must be chosen such that its coefficient of expansion, as has already been said, is as close as possible to that of the insulating tube 4 in soapstone, in any case with a forecast of at least 1.10-6. The material and the sleeves 8 or 15 must also be chosen such that its coefficient of expansion is close to that of the flux and of the soapstone or that it is slightly higher to obtain a contraction effect. The core end of the sleeve 8 is connected in a vacuum-tight manner, for example by welding, either directly or via an elastic metal part 11, with the electrode rod 6.
In the same way, the free end of the sleeve 15 is welded directly or by means of an elastic metal annular disc @
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16 on the lid 2 of the container. In the exemplary embodiment shown, the welding is not carried out directly with the wall of the container, but the annular disc 16 is fixed by welding to the upper end of a tube 12 which is in turn welded to the cover 2 of the container. The electrode inlet is therefore mounted in a slightly elastic manner in the tube 12 to which is also fixed an anode protection tube 19 using an angle iron.
The material for the elastic annular rings 11 and 16 should also be chosen such that its coefficient of expansion matches that of the metal sleeves of the flux and of the insulating tube. If the disc-shaped parts 11 and 16 are made of iron or non-male steel, the manohons 8 and 15 should be made long enough that the points where they are welded to the discs 11 and 16 are far enough away from the glass streams. 10 and 14, so that the elastic deformations, arising from the differences in the coefficients of expansion of the various parts, and therefore from the solder mones, do not reach the glass flux.
In order to avoid that the rather heavy electrode undergoes horizontal displacements under some conditions, for example
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For example, during transport, which could lead to a deterioration of the etanoheity, a disc 17 is arranged in a notch of the electrode rod to support it and hold it inside the insulating tube. Likewise, another disc 18 is mounted in a notch of the insulating tube 4 to hold all of this insulating tube with the electrode against any horizontal osoil lation inside the anode protection tube.
The cathode inlet shown in FIG. 3 corresponds in principle to the anode inlet shown in FIG. 2. The electrode rod is denoted by 44. It has at its upper end cooling fins 47 and at its lower end a head 34 which is provided with channels to increase the contact surface. This head 34 is provided with springs @
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27 which lean against the cup containing the meroure. The electrode rod 44 is made of copper and is surrounded by an iron tube 45 intended to protect it from mercury. This tube 45 is welded at its lower end to the bolt 50.
The whole of the current supply conductor is also surrounded in this case by the insulating tube 46, advantageously formed of steatate. The elastic annular flanges 38 and 43 serve to connect the supply conductor of the supply 44, 45 or the cover of the receptacle 2 with the insulating tube 46. These annular flanges are welded, on the one hand, to the upper end. of the tube 45 or to the wall 2 of the container and, on the other hand, to the sleeves 37 or 42. These sleeves are extended by parts 39 or 41 which fit exactly on the insulating walls and constitute, as in the embodiment in accordance with fig. . 2, pockets open at the top, which are intended to receive the flow 36 or 40.
In the exemplary embodiment shown, the resilient annular flange 43 is not directly welded to the wall of the container, but is fixed to a metal tube 21 which is in turn welded to the cover 2 of the container. As a result, the entire electrode inlet is resiliently mounted in the tube 21.
The insulated tube is extended inside the discharge chamber over a length which roughly corresponds to the average spacing of the two connecting zones, in order to avoid sparks. The insulating tube 46 is then extended by a quartz tube 35 which goes up to the electrode head 34. To prevent horizontal displacements of the rather heavy anode inlet, the quartz tube 35 is supported in the metal tube. 21 with the aid of a spacer disk 48. In addition, the iron tube 45 is immobilized inside the quartz tube 35 by means of an elastic ring 49 or any other suitable support.
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