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 évaporé pour permet tre l'amorçage d'un arc à partir de cette ca- thdde, notamment -an redresseur à arc à va peur 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, 1e 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 con tact avec un bord de la surface dudit liquide, de la surface intérieure du récipient conte nant ladite nappe est faite d'un métal au con- tact duquel ledit liquide forme un ménisque concave, ce métal étant capable de résister audit arc et à un bombardement ionique à partir du liquide sans se désagréger dans les conditions de fonctionnement de l'appareil, et en ce qu'une surface extérieure audit réci pient et capable de dissiper de la chaleur est reliée à cette partie de la surface intérieure, à travers celle-ci et par un court chemin mé tallique de transfert de chaleur.
En pratique, lorsqu'on utilise une cathode constituée par une nappe de mercure, le mo lybdène ou le tungstène est utilisé pour con fectionner le récipient à mercure. 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.
Lorsque aucune partie ne fait saillie à l'intérieur du mercure, l'arc se fixe naturellement sur le bord du ménisque concave du mercure et de meure fixé sur la surface mouillée par ce lui-ci. La surface extérieure du récipient à mercure est conformée de manière à présen ter des surfaces capables de dissiper de la chaleur ou est directement reliée à de telles surfaces de refroidissement,
de manière que le transfert de chaleur s'effectue selon un chemin extrêmement court, correspondant à peu près à l'épaisseur de la paroi du réci pient à mercure, ce qui contribue, conjointe ment avec la répartition de la tache cathodi que sur un grand périmètre, à réduire l'échauffement à la tache cathodique et à di- minuer, voire même à supprimer, l'é-vapora- tion du mercure.
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 un type connu de re dresseur 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 sans contact métallique entre cette enveloppe et la cathode.
La fig. 5 représente une troisième forme d'exécution comprenant un récipient à mer cure présentant une rigole annulaire pour le mercure et une surface supplémentaire de fixation de l'arc.
La fig. 6 montre une variante de la troi sième forme d'exécution comprenant, en com binaison, une cuvette centrale et une rigole annulaire avec une surface supplémentaire de fixation 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 invention se rapporte. Il comporte une enve loppe de verre 1 avec plusieurs bras latéraux 2, renfermant chacun une anode 3. La partie inférieure de l'enveloppe constitue un réci pient 49., rempli de mercure liquide 5. Dans les redresseurs connus de ce type, un dispo sitif de fixation de L'arc est parfois disposé dans la. nappe de mercure.
Dans le redresseur représenté, un tel dispositif est constitué par un ruban hélicoïdal 6, en molybdène ou en tungstène, qui est immergé au centre de la nappe de mercure et qui est supporté par une tige métallique 7, qui traverse le fond du ré cipient 4A et sert à relier la cathode au cir cuit électrique. L'enveloppe du redresseur est montée sur un support 28 et sa partie infé rieure 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 relativement long entre le dispositif de fixation de l'arc 6 et la surface extérieure refroidie du récipient 4A.
Les fig. 2 à 6, 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 une première forme d'exécution re présentée à la fig. 2, la cathode comprend un récipient 4, en molybdène oii en tungstène, en forme de cuvette, qui est scellé à une extré mité inférieure ouverte d'une enveloppe de verre 1 que comprend l'appareil. Ce récipient 4 est pourvu d'ailettes radiales 8, refroidies avec ou sans l'aide d'un ventilateur. La tache cathodique se fixe au bord du ménisque de mercure représenté en 5a et s'étend tout autour de ce ménisque. Un chemin de trans fert de chaleur extrêmement court est formé à partir de la région de fixation de l'arc et à travers l'épaisseur de la paroi du récipient 4 jusqu'aux ailettes 8.
Dans une variante de la première forme d'exécution, représentée à la fig. 3, les ailettes radiales 8 sont formées sur une bague séparée 10 en métal bon conducteur de la chaleur, tel que du cuivre, qui est soudée ou montée sur, le récipient .en molybdène ou en tungstène 4, de façon à assurer une surface de contact maximum entre cette bague et ce récipient. Dans cette variante, la cuvette 4 est de pré férence obtenue par emboutissage ou pressage, à partir d'un feuillard de molybdène ou de tungstène fritté.
Une deuxième forme d'exécution repré sentée à la fig. 4 comprend une enveloppe 1, faite entièrement en acier, et dont la partie inférieure constitue une chemise de refroi dissement 14 pour un récipient 4, en molyb- dène ou en tungstène, monté dans ladite en veloppe et isolé de celle-ci par une bague d'isolation étanche 15, constituée par du verre moulé sur place. La chemise 14 comporte une entrée 17 et une sortie 18 pour la circulation du fluide de refroidissement, qui peut être de l'air ou un liquide selon les courants électri ques entrant en ligne de compte, ce fluide traversant sous pression l'espace compris entre le récipient 4 et les parois de la chemise 14.
Afin d'empêcher tout contact métallique fortuit entre la cathode et l'enveloppe 1 du fait de dépôts de mercure sur le verre de la bague 15, un écran cylindrique 16 est formé sur cette bague et se termine par un flasqae- annulaire 19, s'étendant vers l'intérieur. Une troisième forme d'exécution repré sentée à la fig. 5 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 26 et est disposée de manière à affleurer le mer cure.
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 périphé rique 5a mouillé par le mercure de la surface du récipient 24, lorsque l'intensité du courant électrique dépasse une certaine valeur. Une cuvette en cuivre 30 munie d'ailettes de re froidissement 8,. est soudée à l'extérieur du récipient 24 et de la partie centrale 25.
La fig. 6 représente une variante de cette troisième forme d'exécution. Dans cette va riante, la surface supplémentaire 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 forme d'exécution représentée à la fig. 9, une cuvette 40 portant des ailettes de refroidissement 8 est ajustée et soudée aux surfaces extérieures du récipient 34 et de sR partie annulaire 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 ailéttes 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'éva poration de liquide cathodique à la tache ca thodique.
Cette invention est applicable aux appareils à décharge électrique à vapeur mé tallique 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 mé tallique a trait aux conditions de fonction nement de l'appareil et s'étend par consé quent à d'autres substances que le mercure, normalement solides, mais qui se liquéfient aux températures 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 ca thodique durant le fonctionnement de l'appa reil, le parcours de l'arc entre la cathode et la ou les anodes peut également- être réduit, ce qui entraîne une amélioration correspon dante du rendement de l'appareil.