Brevet FR2538943A2 — publié le 19840706

FR 2538943 A2 19840706 FR 8222115 A 19821230 NOUVEAU SEPARATEUR COMPOSITE POUR CONDENSATEURS ELECTROLY- TIQUES ET CONDENSATEUR ELECTROLYTIQUE COMPORTANT UN TEL *SEPARATEUR On a décrit au brevet principal un séparateur imprégné d'électrolyte à disposer entre les deux électro- des, à savoir l'anode et la cathode, d'un condensateur électrolytique, notamment du type formé par des rubans bo- binés constituant l'anode, la cathode et le séparateurim- prégné d'électrolyte. Le séparateur selon le brevet principal convenait particulièrement aux condensateurs électrolytiques utilisés en électrotechnique à des tensions de service supérieures à 250 volts dans diverses applications industrielles soit en régime impulsionnel de charge et décharge, comme par exem- ple dans les soudeuses et les dispositifs d'aimantation, soit en filtrage des courants alternatifs redressés ou des courants non sinusoïdaux, comme par exemple dans les alimen- tations à courant haché, et principalement dans les cas o la puissance mise en jeu nécessite le montage de ces con- densateurs en séries parallèles sous forme de batteries. Au brevet principal on avait défini un coeffi- cient de qualité V, V désignant la tension de service du condensateur, v Zv le volume spécifique du condensateur exprimé en cm 3/p F et Z l'impédance du condensateur formée par l'impédance en série de ses divers éléments constitutifs bornes, connexions, soudures, rubans d'anode ou de cathode et rubans de séparateur imprégné d'électrolyte. Le but de l'invention objet du brevet principal était d'augmenter ce coefficient de qualité notamment en réduisant l'impédance du séparateur imprégné d'électrolyte (qui constitue l'essentiel de l'impédance totale Z du con- densateur figurant dans le coefficient de qualité) pour une tension de service donnée. L'invention du brevet principal avait également pour objet d'améliorer, grâce au nouveau séparateur proposé, la teneur du condensateur aux hautes tensions et à abaisser considérablement la résistance série. Finalement le brevet principal avait pour objet un séparateur pour condensateur électrolytique, caractéri- sé par le fait qu'il est constitué par l'association d'au moins une feuille de polypropylène poreux et d'au moins une feuille de papier absorbant imprégnéepar un électrolyte. Avantageusement, dans un tel séparateur, le poly- propylène avait une porosité cellulaire ouverte d'au moins % et possédait un réseau de capillaires de section in- férieure à 0,2 10-8 cm 2, avec de préférence une densité ap- parente non supérieure à 0,55. Il y a enfin lieu de noter que le séparateur se- lon le brevet principal était destiné à être disposé dans un condensateur de préférence avec la feuille de polypropy- lène contre l'anode, la feuille du séparateur disposé contre la cathode étant avantageusement une feuille de papier ab- sorbant imprégnée par l'électrolyte. Or, la Demanderesse vient maintenant de constater qu'il était possible de remplacer la feuille de polypropy- lène poreux par une feuille d'une autre matière-plastique poreuse, notamment une feuille de polyester et plus parti- culièrement encore par une feuille de polybutylène téréph- talate, sans modifier sensiblement les propriétés électri- ques du séparateur constitué par au moins une telle feuil- le et au moins une feuille de papier absorbant imprégnée par un électrolyte. La présente invention a par conséquent pour ob- jet un séparateur pour condensateur électrolytique, carac- térisé par le fait qu'il est constitué par l'association d'au moins une feuille de matière plastique poreuse et d'au moins une feuille de papier absorbant imprégnée par un électrolyte De préférence, cette matière plastique est constituée par un polyester. Avantageusement, ce polyester est du polybutylè- ne téréphtalate. Comme dans le cadre du brevet principal on dispo- se, dans le condensateur électrolytique, la feuille de ma- tière plastique poreuse contre l'anode. Il n'était pas du tout évident que l'on pouvait remplacer le polypropylène poreux par d'autres matières plastiques poreuses pour réaliser un séparateur destiné à un condensateur électrolytique utilisé à des tensions de service élevées En effet, aux tensions supérieures à 250 volts et surtout à 500 volts apparaissent, au cours du fonctionnement, des-scintillations bien connues de l'homme de l'art et qui sont dues aux régénérations de la couche anodique De telles scintillations à l'interface couche anodique/sépàrateur risquent de produire des destructions du séparateur La Demanderesse n'avait pas constaté de destructions avec le polypropylène, dans le cadre du brevet principal, et elle avait pensé que la résistance de l'anode du condensateur aux scintillations était due au fait que le polypropylène étant un hydrocarbure n'était pas capable de former des produits de dégradation corrosifs vis-à-vis de l'anode Or, cette particularité d'absence de produits cor- rosifs lors de la dégradation, sous l'effet des scintil- lations, ne se retrouvait pas dans d'autres matières plas- tiques, notamment dans les polyesters tels que le polybu- tylène téréphtalate En effet, les polyesters résultent de la polycondensation d'un acide sur un polyalcool et les pro- duits de dégradation des polyesters contiennent l'acide de base qui est susceptible d'aggraver le phénomène de scin- tillations et de détruire le condensateur. On voit donc qu'il n'était pas du tout évident de remplacer le polypropylène poreux du brevet principal par une autre matière plastique poreuse, notamment par un polyester tel que le polybutylène téréphtalate, dans le sé- parateur du brevet principal sans risquer une détériora- tion rapide d'un condensateur comportant un tel séparateur. La Demanderesse a fait des essais comparatifs d'un séparateur réalisé selon le brevet principal (avec -une feuille de polypropylène poreux) et d'un séparateur réalisé selon la présente invention, c'est-à-dire compor- tant, à la place de la feuille de polypropylène, une feuil- le d'une autre matière plastique, en fait de polybutylène téréphtalate Dans les essais comparatifs, la feuille po- reuse de polypropylène (selon le brevet principal) ou de polybutylène téréphtalate selon la présente invention était disposée contre la couche anodique du condensateur. Deux séries de condensateurs ont été fabriquées, chacune avec une anode de 320 x 9 cm, en aluminium, de ti- tre 99,99, d'épaisseur 90 pm, gravé et formé anodiquement à 600 volts, et avec une cathode de 30 gm d'épaisseur en aluminium gravé, séparées par les séparateurs indiqués dans les tableaux I et II. Les condensateurs du tableau I comportent du po- lypropylène poreux contre l'anode, tandis que ceux du ta- bleau II comportent du polybutylène téréphtalate poreux contre l'anode. Les bobinages obtenus ont été imprégnés par un électrolyte formulé selon les indications du brevet amé- ricain N O 3 638 077, exemple 1, de manière à obtenir une résistivité de 1 365 n cm à 200 C, comme dans les exemples figurant dans le brevet principal. Les deux séries de condensateurs, après relevé des caractéristiques initiales, ont été introduites dans une enceinte chauffée à une température uniforme de 85 WC et maintenues pendant 2 112 h sous une tension de 500 volts, puis retirées et on a relevé de nouveau les caractéristi- ques après retour à la température de 20 'C. Les résultats obtenus figurent dans les tableaux I et II. TABLEAU I Composition du séparateur: une feuille de polypropylène poreux d'épaisseur 60 pm sur l'anode une feuille de papier de densité 0,36 et d'épaisseur 75 ipm sur la cathode soit au total un séparateur d'épaisseur 135 ipm Crcéitqe: n t ae: Caractéristiques après 2 112 h à Caractéristiques initiales :: 85 C, sous 500 Vcc Condensateur n : ________ : C:tg ô: If: Z 10: Z 100: C:tg: If: Z 10: Z 100 : (I F): %: (g A): K Hz: K Hz: (I F): %: ( 1 A): K Hz: K Hz :::::::::(m: 1: 711: 2,7: 290: 36: 24,5: 641: 3,8: 240: 64: 50 ::::::::::, 2: 719: 2,6: 270: 35: 24 : 651 : 3,5 : 440: 62: 50 3 709: 2,9: 240: 37: 25: 642: 3,7:330: 65: 52 Moyenne: 713: 2,7: 267: 36: 24,5: 645:3,7 337 64 50,6 ::::: _::::: Co no wt TABLEAU II Composition du séparateur: une feuille de polyester poreux d'épaisseur 75 pm sur l'anode une feuille de papier de densité 0,36 et d'épaisseur 50 pm sur la cathode soit au total un séparateur de 125 pm d'épaisseur Caractéristiques initiales : Caractéristiques après 2 112 h : à 85 C, sous 500 Vcc Condensateur N O : C: tg 6: If : (F): %: (p A) : Z 10 : K Hz : Z 100 : K Hz : C : (,F) : tg 6: If : %: (QA) : 735: 3,2: 180 : 738: 3,3: 180 : 720: 3,1: 170: 38: : 731: 3,2: 177: 39: ::::: : 39: 28: 655: 3,9 : 41: 30: 657: 4,0 : 180 : 250 27: 644: 37: 180: 66 28: 652: 3,9: 203: 69 Les caractéristiques initiales des deux modèles de 500 Vcc, la comparaison des variations est résumée Série I polypropylène Série II polyester condensateurs sont très voisines et après dans le tableau III ci-après: AC A '9 tg 6% 'If % C tg 6 If 9 > 5 M 8 + 37 + 21,9 + 26,2 + 14,7 l'essai de 2 112 h à 85 C sous AZ 1 z 100 K Hz 7-.10 K Hz% -100 K Hz % î Z + 78 + 76,9 + 106 + 103 Moyenne :Z 10 : K Hz : (m S) : Z 100 : K Hz : 69 : 71 ON M Ln W t CO co w o Pd On notera que, dans ces tableaux I et II, C et Tg ont été mesurés à 100 Hz et que If désigne le courant de fuite après 5 mn sous tension de 480 Vcc, en p A (comme au brevet principal) Quant aux impédances Z à 10 K Hz et à 100 K Hz, elles sont indiquées en m i(également comme au bre- vet principal). Les variations des caractéristiques obtenues avec les deux types de séparateurs sont comparables et la natu- re de la feuille de plastique poreuse n'a pas d'influence marquée. Bien que l'on n'ait effectué des essais qu'avec le polybutylène téréphtalate, il est bien entendu que l'in- vention n'est pas limitée à ce polyester et que l'on peut utiliser par exemple les polyesters suivants: polyéthylè- ne téréphtalate, copolymère de polyéthylène téréphtalate et de polyéthylène isophtalate, polyhydrocarbonate. On peut également mettre en oeuvre d'autres ma- tières plastiques, telles que le polyéthylène, le polysty- rène, le polycarbonate et les polyamides 6. Tous ces produits peuvent donner des séparateurs poreux connus par exemple sous le nom de POLYWEB (de la Société RIEGEL PRODUCTS CORPORATION). On peut citer encore le polytétra-fluoroéthylène qui existe sous forme de film microporeux sous le nom de GORE TEX (de la Société W L GORE and Associates Inc). En tout cas, la matière plastique utilisée, no- tamment le polyester, et plus particulièrement le polybu- tylène téréphtalate, doit être mise en oeuvre sous forme de feuilles poreuses. REVENDICATIONS 1 Séparateur pour condensateur électrolytique, caractérisé par le fait qu'il est constitué par l'associa- tion d'au moins une feuille de matière plastique poreuse et d'au moins une feuille de papier absorbant imprégnée un électrolyte. 2 Séparateur selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que la matière plastique poreuse est un polyester poreux. 3 Séparateur selon la revendication 2, caracté- risé par le fait que le polyester poreux est du polybuty- lène téréphtalate poreux. 4 Condensateur électrolytique, caractérisé par- le fait qu'il comporte, entre une anode et une cathode, un séparateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. Condensateur électrolytique selon-la revendi- cation 4, caractérisé par le fait que la feuille du sépa- rateur disposée contre l'anode est une feuille de matière plastique poreuse.