FR 2003836 A1 19691114 FR 6907183 A 19690313 69 07183 1 2003836 * la preuente invention se rapports à un interrupteur du type dans le vide, et plus particulièrement à un tarais moléculaire situé à l'intérieur du bloc interrupteur et destiné à entourer l'intervalle d'arc. 5 l'un des problèmes propres au fonctionnement d'un inter rupteur dans le vide a trait à sa capacité de tenir un haut vide pendant une longue.période. Du gaz est libéré par les contacts durant la décharge de l'arc. Une autre source de gaz, qui devient appréciable au cours de longues durées de mise en service, 10 réside dans la fuite aux scellements ainsi que dans l'infiltration à travers les matières constituant l'enceinte de l'interrupteur» Un autre problème, associé au fonctionnement d'un interrupteur dans le vide, réside dans le pouvoir du dispositif de protection, qui entoure l'arc, à condenser, sorber, emprisonner ou disperser 15 les particules d'arc telles qu'aigrettes, vapeurs et gaz, ainsi que les pilotons qui le frappent, (le mot "particules" doit être considéré comme désignant les atomes, molécules, et aggrégats d'atomes). Sinon, si ces particules sont renvoyées dans l'intervalle d'arc par le dispositif de protection, l'arc peut ne 20 pas s'éteindre, ou se réamorcer en cas d'extinction, la présente invention a trait à une solution combinée de ces problèmes. En général, les interrupteurs à courant alternatif du type dans le vide consistent en contacts séparables montés dans une chambre vidée sous une pression inférieure à 10""^ torr. 25 la séparation des contacts amorce un arc pour déclencher la coupure du courant» l'arc est principalement maintenu dans la vapeur de métal dégagée par la matière des contacts, et en partie par les gaz libérés par les surfaces et le volume interne de ceux-ci. Si les contacts et l'arc ne sont pas trop chauds, et si la quan-30 tité de gaz dégagée et accumulée n'est pas trop forte, l'arc a tendance à s'éteindre au voisinage du passage naturel à zéro du cour~nt- Pour que l'arc reste éteint à partir de ce moment, l'intervalle doit récupérer sa rigidité diélectrique un régime plas 35 rapide que celui de l'accroissement de la tension transitoire, ou alors l'arc se réamorce. Une augmentation suffisamment rapide de la rigidité diélectrique de l'intervalle dépend en grande partie du régime d'élimination de la vapeur métallioue et des gaz de BAD ORIGINAL 69 07183 2 2003836 l'intervalle, ainsi que de la température de fa vapeur métallique des gaz et des surfaces des contacts. Naturellement, la rupture d'isolement électrique peut aussi se produire dans d'autres régions intérieures de l'interrupteur, lorsque la rigidité diélec-5 trique de ces régions est réduite en raison de la présence de vapeurs et de gaz produits par l'arc» Lorsque les particules et photons sont renvoyés dans l'arc par le dispositif de protection qui l'entoure, la probabilité de réussite d'extinction de l'arc se trouve réduite. La 10 présence de EE.tière sous la forme d'aigrettes de métal, d'atomes métalliques, ou de gaz dans les -espaces entre électrodes réduit la rigidité diélectrique de l'intervalle si on la compare au vide Par suite, si le dispositif de protection renvoie les particules dans l'intervalle d'arc, il amoindrit la possibilité d'une récu-15 pération rapide de sa rigidité diélectrique» Quand les photons sont réfléchis dans l'arc, ils peuvent exciter les atomes à des états d'énergie plus élevés - facilitant ainsi leur ionisation -et les photons réfléchis peuvent aussi photo-ioniser les atomes excités. Les photons réfléchis frappant 1' électrode nsga/bive 20 peuvent produire à sa surface ; des photo-électronso Par suite, si le dispositif de protection renvoie les photons dans l'arc, ceux-ci peuvent également diminuer le régime de récupération diéle ctrique * La présente invention a pour objet de réaliser un tamis 25 moléculaire destiné à éliminer lès gaz dégagés par les contacts au moment de l'arc» Selon la présente invention, l'interrupteur' du type dans le vide comprend une paire de contacts relativement mobiles, séparables, pour établir entre eux un intervalle d'arc situé à 30 l'intérieur d'une enveloppe vidée, un tamis moléculaire de protection disposé dans cette enveloppe et agencé de manière à entourer l'arc amorcé par les contactsjafin de maintenir le vide à l'intérieur de l'enveloppe et à assutrer un niveau élevé uniforme d'interruption d'arc. 35 Des formes de réalisation de l'invention sont donnés à titre d'exemples en référence aux dessins annexés, sur lesquels : v ©ÂJD ORIGNAL 69 07183 3 2003836 - la -fig. 1 est une coupe verticale d'un interrupteur du type das le vide à tarais moléculaire, à "basse température, dont le dispositif de contacts est représenté dans la position de fermeture du circuit ; 5 - la fie» 2 est une coupe verticale d'un interrupteur du type dans le vide illustrant l'usage lu tamis moléculaire de protection dans le cas de température normale de fonctionnement ; - la fig. 3 est une coupe horizontale suivant la ligne III-XII d3 1'interrupteur de la fig. 2 ; 1C - la fig. 4 est une coupe verticale d'un type modifié d'interrupteur à tamis moléculaire à "basse température, dont le dispositif de contacts est représenté dans la position.de fermeture du circuit ; - la fig. 5 est une vue fragmentaire en coupe verticale 15 d'un interrupteur du type dans le vide illustrant un autre type de tamis moléculaire de protection dans le cas d'une température normale de fonctionnement ; et - la fig. 5 est une coupe verticale d'un interrupteur dans le vide, à notai liquide, pourvu d'un tamis moléculaire de 20 protection, l'électrode pleine étant représentée dans la position de fermeture du circuit avec le métal liquide. On sait que les matières poreuses pour tamis moléculaire, telles que les zéolites, le carbone activé, les masses de métal poreux fritte, telles que celles utilisées pour les filtres, et 25 le feutre métallique, sorbent facilement de grandes quantités de gaz. leur capacité de sorption des gaz, ainsi que le régime de cette sorption, sont considérablement accrus aux basses températures. En cas de vide extrêmement poussé, une température d'environ 450°0, au. minimum, suffit à éliminer les gaz et vapeurs 30 de ces matières pour les rendre extrêmement absorbantes. Aux basses températures, la vitesse de pompage et la capacité d.e retenue des gaz de ces matières pour tamis moléculaire sont "phénoménales. Dans de nombreux laboratoires, on a —9 produit des tressions de vide s'abaissant jusqu'à 10 torr, —3 35 en partant de 10 torr, sens utiliser autre chose que les matières pour tamis moléculaires, parfaitement dégaaées au four, à température de 1'azote liquide (-195,8°C). Au cours d'une expérience, un cylindre de 25,4 cm de diamètre sur 25,4 cm BAD ORIGINAL 69 07183 2003836 de hauteur, renfermant 5>450 kg de zéolite (tarais moléculaire linde, type 5A) fut activé par passage au four, puis soumis à un refroidissement préalable» lorsqu'on l'ouvrit dans une chambre de 312 1, la pression dans cette chambre fut réduite de 5 le. pression atmosphérique à 0,1 torr en 10 minutes. Une chambre de 1200 1 fut vidée de la pression atmosphérique à 10""-5 torr en utilisant -trois de ces cylindres de tamis moléculaire en étages. Selon une autre expérience, en utilisant seulement du charbon d'anthracite activé passé au four et pré-refroidi, une chambre —9 10 à vide de 2 1 fut vidée à 10 torr en l'espace de 24 heures en partant de la pression atmosphérique. Même aus températures normales de fonctionnement, toutes les matières pour tamis moléculaires que l'on vient d,énumérer ont une vitesse et une capacité de pompage suffisantes pour être appréciables daiis le 15 cas d'un intérrupteur dans le vide. Le terme "matière pour tamis moléculaire" utilisé dans la présente description et dans les revendications, se réfère aux matières à forte sorption en raison de leur porosité mi-croscopique. Le terme "sorption" est utilisé de préférence à 20 celui "d'adsorption" ou "d'absorption", car il est fréquemment difficile de faire une nette distinction entre ces deux termes. B ien que l'adsorption soit en principe un phénomène de surface, elle s'accompagne souvent d'une pénétration plus profonde d'une vapeur ou gaz dans le corps de l'adsorbant solide. Oette péné-25 tration plus profonde s'apparente à la formation d'une solution solide, couramment désignée par le terme "absorption". Le terme plus général de "sorption" doit être considéré comme couvrant ces deux phénomènes. Le tableau ci-dessous donne des exemples de plusieurs matières convenant pour les tamis moléculaires. Les 30 zéolites ont une structure de la classe des toiles et ont donné des résultats remarquables pour la mise en oeuvre de la présente invention* bad original 69 07183 2003836 10 TABLEAU DE QUELQUES I>IàïIEZ3S;$>OUR TMIIS MOLECUiâIRE Sorbant Description Diamètre des pores Forme 15 20 Zéolite - linde type 3A Zéolite - linde type 4A Zéolite - linde type 5A Zéolite - linde type 132 Charbon activé Gata-lyseur de régénération Silicate d'aluminium-potassium Silicate d'aluminium- sodium Silicate «d'alumi-nium-calcium Silicate d'aluminium-sodium o 3 A Pastilles 4,2-4,75 À Pastilles 5,0 - 5,6 A Pastilles rt/ 9-10 A Charbon d'anthracite 0,35 ?» de pla,tine sur alumine ^20 A (moyenne ) ^ 32 A (moyenne ) Pastilles Granules Pastilles 25 30 les zéolites inorganiques de structure de la classe toile sont connues pour être des matières à très forte sorption. les examens de diffraction aux rayons X ont révélé que les zéolites sont des matières cristallines ayant, dans chaque cristal, un système de cavités et de pores agencés avec précision les zéolites ont la capacité, selon la dimension de leurs pores, de sorber facilement, de sorber lentement, ou d'exclure complètement certaines molécules. Cette sélectivité analogue à celle des tamis, basée sur la dimension des molécules, plus une préférence sélective pour les moléculati • polaires ou polarisables, proviennent du fait que les pores de tout type particulier de zéolite sont uniformes en ce qui concerne leur dimension, les dimensions des mol'cules et qu'elles contiennent des citions exoosés- BAD ORIGINAL 69 07183 6 2003836 Les zéolites cristallines ont une formule fondamentale de : Mg/n OoAlgO^oxSiOgoyHgO, dans laquelle M>est un cation de valence n. Les espèces de zéolites diffèrent dans leur composition chimique, leur structure cristalline, et leurs propriétés de 5 sorption, mais sont fondamentalement une classe d'aluminosilicates cristallins. Par exemple, les types 4A et 13X ont les fournies de HLoc cellulaire suivantes : Type 4A s ïïa12/""(AK>2)12 (Si02)12 J . 27H20 ^0 Type 13X • Nagg _^~(A102)gg ^^2^106—7 * 276 HgO L'eau d'hydratation est éliminée par chauffage, au moment de la préparation des cristaux pour l'usage. Les zéolitas synthétiques sont fournies sous forme de pastille ou de perle, qui renferme environ 20 $ de liant d'argile inerte. Les cations sont 15 probablement responsables des forces de sorption très fortes et sélectives, qui sont caractéristiques des zéolites. En général, l'élasticité et l'énergie cinétique des molécules arrivant, permettent le passage facile de molécules dépassant jusqu'à 0,5 angstrom le diamètre de l'ouverture de la zéolite, les plus 2E grosses molécules étant excluses. Les très grandes forces de sorption des zéolites paraissent être dues principalement aux cations, qui sont exposés dans le réseau cristallin. C-*es cations servent de sites de forte charge positivé localisée qui attirent par effet électrostatique 25 l'extrémité négative des molécules polaires. Plus le moment di-pôle de la molécule est fort, plus forte sera l'attraction et la sorption. Les molécules - polaires sont en général celles qui renferment des atomes 0, S, 01 ou II, et sont asymétriques. Par exemple, les zéolites sorbent facilement l'oxyde de carbone, et 30 elles sorbent l'eau encore plus forteraent qu'aucune autre matière- Sous l'influence de la forte charge positive localisée sur les cations, des dipôles peuvent être induits dans les molécules. Les molécules polarisées sont alors fortement sorbées en raison de l'attraction électrostatique des cations. Plus la 35 molécule est saturée, plus elle est polarisable, et plus sa sorption est forte- 69 07183 7 2003836 La rapidité de sorption sur zéolite d'un gaz donné dépend en grande partie des variables suivantes : (1) la rapidité avec laquelle la matière sorbée peut diffuser jusqu'aux cristaux activés à l'intérieur des pastilD.es ou 5 perles ; (2) la dimension relative des molécules et des pores de la zéolite ; (3) la résistance des forces de sorption entre la zéolite et la matière sorbée; et 10 (4) la température- Les processus de fonctionnement des autres matières pour tamis moléculaires sont similaires à celui de la zéolite, mais ne s'expliquent peut-être pas aussi bien. Un haut degré de porosité est commun à toutes les matières pour tamis moléculaires. Toute-15 fois, les zéolites sont uniques en ce nui concerne le degré d'uniformité de dimension et de géométrie de leurs pores. Par exemple, le carbone activé (dont un type comprend le charbon activé) est un réseau complexe de pores de formes et dimensions variées. Ces formes comprennent les cylindres, les coupes trans-20 versales rectangulaires, ainsi que de nombreuses formes irrégulières et étranglements. La dimension des pores peut être comprise O O dans les limites de moins de 10 A à plus de 100 000 A de diamètre. La répartition de dimensions des pores dépend, en partie, de la source des matières utilisées, ainsi que du procédé et du degré 25 d'activation. Les filtres de métal poreux fritté sont obtenus par frittage d'un métal pulvérisé. Les limites de dimension et d'uniformité de leurs pores susceptibles d'être obtenues au moyen des nrésentes techniques n'ont pas encore été complètement déter- o minées. On les obtient facilement dsns la gamme de pores de 10000 A. 30 Outre les matières pour tamis moléculaires que l'on vient d'énumérer, il en existe d'autres, telles que l'alumine activée, le gel de silice, et les catalyseurs de régénération. Ces derniers sont habituellement un métal extrêmement sorbant, tel que le platine sur alumine. Ces catalyseurs de régénération sont difficiles 35 à dégaser suffisamment. Toutefois, une fois dégazés, ils constituent des sorbent s extrêmement efficaces, même à température ambiante. En utilisant un catalyseur de régénération constitué de platine sur alumine à température ambiante, on réduisit la pression d'une chambre à vide de 2 1 à 4 x 10"*^ torr en partant 69.07183 8 2003836 d'une pression de 3 x 10 ^ torr de la chambre. Toutefois, le groupe de matieres pour tamis moléculaires précédemment mentionné présente une grande supériorité et est préféré pour la mise en oeuvre de l'invention, bien que le dernier groupe con— 5 vienne pour certains usages et puisse également être utilisé-la quantité et le genre de gaz dégagés durant l'arc dépend en grande partie du processus et du degré d'épuration des contacts. Dans le cas de contacts assez bien dégazés, renfermant un niveau d'impureté gazeuse d'environ 1 millionnième, 10 on a observé au cours de l'arc le dégagement d.es gaz suivants : GH^, C0, Hg, 0g, H et COg. les matières pour tamis moléculaires .. conviennent bien pour la sorption de la totalité de ces gaz. Oes derniers, conjointement à une faible quantité de vapeur d'eau, sont les principaux constituants du gaz résiduel dans les 15 installations de vide poussé et ultra%poussé. l'addition de matières pour tamis moléculaires à ces installations de vide réduit considérablement les quantités de ces gaz* l'hélium et un peu d'hydrogène s'infiltre couramment dans les enceintes étanches sous vide au cours de longues pé-20 riodes. En cas de rentrée dans cette enceinte, par exemple aux scellements et aux soudures, l'azote et l'oxygène s'infiltrent aisément, l'hélium diffuse à travers le verre à un régime assez lent, qui diminue avec l'abaissement de la température, et qui dépend du type de verre utilisé. Par exemple, le verre Oorning •w5 25 1720 présente un régime d'infiltration inférieur de 10 par rapport au verre ordinaire au borosilicate, le régime d'infiltration de l'hélium dans les verres au borate de plomb a tendance à être faible, le régime d'infiltration de tous les gaz est le plus bas à travers les matières cristallines. Par suite, une enceinte 30 étanche d'interrupteur dans le vide en totalité céramique-métal devra avoir le régime le plus bas d'infiltration des gaz" Malgré les très faibles régimes de fuite et d'infiltration, la longueur de temps peut être considérable. Etant donné qu'un interrupteur donné peut être en service avec seulement 35 quelques coupures de courant défectueux au cours de 50 années, ou davantage, il deviendrait assez inefficace si sa durée de fonctionnement se trouvait limitée par les fuites et infiltrations de gaz* 69 07183 9 2003836 l'Infiltration de gaz à travers les métaux semble se produire par diffusion des atomes gazeux le long des points interstitiels du réseau du métal, le mécanisme semfrfe être celui d'absorption, c'est-à-dire la solution du gaz sur le côté haute 5 pression du métal, s1accompagnant de diffusion principalement par les points interstitiels, et à un moindre degré le long des démarcations des grains. 1® gaz rares, tels que l'hélium, le néon et l'argon, ainsi que les molécules polyatomiques, ne diffusent pas appréciab 1 eiaent à- travers les métaux. Le régime 10 de diffusion dépend à la fois du gaz et du métal particulièrement en question, l'hydrogène diffuse plus rapidement que les autres gaz à travers la plupart des métaux. On a également mesuré les régimes de diffusion concernant d'autres gaz, tels que l'azote, l'oxygène et l'oxyde de carbone. 15 Une manière de résoudre le problème de la fuite et infiltration de gaz dans une enceinte étsnche d'interrupteur dans le vide, consisterait à placer cette enceinte à l'intérieur d'une ou de plusieurs enceintes étanches. Toutefois, ce procédé est non seulement onéreux mais il n'apporte pas de solu-20 tion au problème d'élimination des gaz dégagés par l'arc. Une autre solution pourrait consister à faire fonctionner une pompe raccordée à l'enceinte « Cependant, ce lorocédé est également onéreux, et présente ses difficultés propres, l'usage de matières de dégazage, selon les propositions antérieures, se limite au 25 pompage seulement durant l'arc, moment pendant lequel cette matière est chauffée. la solution de ce problème selon la présente invention consiste à disposex" une matière pour taiois moléculaire dans l'interrupteur afin de produire une sorption continue des gaz 30 dans l'enceinte de l'interrupteur dans le vide, quelle que soit leur origine. Oette matière est peu coûteuse, simple à incorporer dans l'interrupteur dans le vide, et assure d'autres avantages, dont la description va suivre. Bien que ces matières de tamis moléculaires fonctionnent plus efficacement à hasses températures, 35 3.eur présence dans un interrupteur dans le vide est avantageuse aux températures normales de f onctioninement, pour la sorption des gaz- 69 07183 10 2003836 Il existe un autre sens, en dehors de celui de sorption, selon lequel l'amas de pastilles, perles, granules et/ou morceaux: encourant l'^arc sous la forme d'un dispositif de protection fait fonction de tanis» Pour la commodité de la description, le mot 5 "perles" utilisé devra être considéré comme désign-nnt également les petites perles, les pastilles, granules, morcea.ux, etc..» la disposition d'un agencement cylindrique de perles, autour de l'arc, constitue un piège analogue à un tarais pour les particules et photons. 10 la surface rugueuse et les poches formées par* l'agence ment cylindrique de perles facilitent l'emprisonnement des particules et photons venant de l'arc, ainsi que la réduction de leur réfléchissement dans ce dernier. Les particules et photons sont emprisonnés au cours de leur rebondissement entre les perlas, 15 au lieu d'être renvoyés dans l'arc. La diminution de réflectivité des photons aide à l'absorption de l'énergie raj^onnée par 'l'arc, de soi-te qu'une moins grande quantité de cette énergie se trouve réfléchie en retour dans l'arc. Oe processus facilite le refroidissement de l'arc. En cas de réflexion des photons dans l'arc, 20 ceux-ci peuvent exciter les atomes de ce dernier à des états plus élevés d'énergie, ce qui en facilite l'ionisation. Les photons réfléchis peuvent également photo-ioniser les atomes excités. Ils peuvent aussi produire des photo-électrons à la surface de l'électrode négative. La réduction de réflexion des 25 particules et photons facilite donc l'extinction de l'arc* Le fait que les perles sont détachées et, par suite, libres de se mouvoir derrière un écran de retenue, leur permet de capter l'énergie et la force vive des particules incidentes, plus efficacement qu'un écran rigide, action nui a aussi pour 30 fonction de diminuer la réflexion de ces particules en retour dans l'arc. Quand les perles sont constituées de matière mauvaise conductrice d'électricité telle que la zéolite, l'alumine activée, et le carbone activé, la production de photo-électrons à 35 l'endroit du dispositif de protection se trouve considérablement réduite. Bien que ces photo-électrons contribuent seulement pour une fraction minime au courant total, leur présence peut réduire la. rigidité diélectrique entre le dispositif de protection et les électrodes* 69 07103 " 2003836 ' t ' V • la surface irrégulière nue présentent les perles a également pour effet de disperser les p-.-rticules et photons, de sorte que ceux qui ne se trouvent pas sorbes ou par ailleurs emprisonnés parmi les perles, sont dispersés plus efficacement 5 dans des directions autre que celle de le ni" retour dan. s l'arc, ainsi que le produirait un écran cylindrique lisse entourant l'arc, dette surface irrégulière diminue aussi la consommation de courant par unité de surf-ace h un rayon donné de l'arc, en, assur- nt une plus grande superficie effective exposée aux pro— 10 duits d'arc, contrairement à un écran cylindrique lisse de nêrae rayon. Selon la description, l'usage de perles de tamis moléculaire poreux'à forte sorption accomplit deux fonctions précieuses dans un interrupteur du type dans le vide. Biles assurent 15 une grande surface effective de sorption des ras. Elles assurent aussi une grande surface efficace géométriquement irrégulière pour l'emprisonnement et la dispersion des particules et pilotons incidents. Ï1 s'ensuit un accrois sérient du régime de récupération de la rigidité diélectrique par diminution de la densité de par-20 ticules dans l'intervalle d'arc, et diminution de la production de photo-électrons, de la photo-ionisation et de la photo-excitation" En référence aux susdits principes, on considérera maintenant les dessins annexés qui illustrent différentes fornes 25 de réalisation de l'invention. la fig. 1 représente un int erruptsur du type dans le vide à basse température, 10, pourvu d'un dispositif de protection à tamis moléculaire 11. Cet interrupteur est pourvu d'un contact tabulaire 12 relativement fixe, s'associant à un contact tubu-30 laire 14 mobile, ce dernier -'tant animé d'un mouvement de va-et-vient de sens, vertical per un mécanisme de manoeuvre ccnvenable, non représenté, qui est fixé à la tige tubulaire conductrice 16 de coi.imande pour l'rationner. Ainsi que représenté, les deux contacts 12, 14 s'engagent on ebcutei '.ent de nani-Vre sép arable et 35 peuvent, par exemple, se séparer d'une distance de l'ordre de 13 mm pour la coupure d'intensités pouvant s'élever jusqu'à 30 000 ampères. 69 07183 12 2003836 Pour assurer un état de vide poussé à"l'intérieur de % O la chambre à vide 18, par exemple de l'ordre de 10"" torr, la tige de commande 16 est fixée de manière étanche, en 16a, à l'extrémité inférieure d'un soufflet métallique flexible 20. Un 5 écran 17 protège le soufflet 20 des vapeurs métalliques émises pqo* l'arc- le soufflet 20 permet un mouvement vertical de manoeuvre du contact mobile 14, tout en maintenant un état de vide très poussé dans la chambre à vide 18. On remarquera que l'extrémité supérieure du soufflet métallique flexible 20 est fixée de 10 manière étanche à un chapeau métallique supérieur d'extrémité 24, ainsi qu'indiqué en 20a. la tige de manoeuvre 16 est guidée par le manchon isolé 26. Ce manchon 26 est constitué de matière isolante, telle que le polytétrafluoréthylène, vendu sous le nom de marque déposée de TEFLOET, de sorte que le courant ne peut se 15 transmettre par le soufflet 20. Sinon, ce soufflet 20 pourrait se rompre en transmettant de fortes intensités. l'appareil peut être pourvu d'un boîtier 30 comprenant une partie tabulaire isolante supérieure 32, qui est fixée de manière étanche, ainsi qu'en 32a, à un. rebord descendant 24a du 20 chapeau 24 d'extrémité supérieure. En outre, cette partie tubu-laire isolante 32 peut être scellée, ainsi qu'en 32b, à l'extrémité supérieure d'un boîtier métallique tubulaire 40, qui est hermétiquement scellé, ainsi qu'en 40a, à un boîtier tubulaire 44 qui l'entoure. Tous les Joints sont hermétiquement soudés, le 25 boîtier 44 présente un chapeau inférieur 44a dirigé intérieurement, qui est hermétiquement scellé ainsi qu'en 44b à un isolateur 45, lui-même hermétiquement scellé, en 45a, à la tige tubulaire 12a de support du contact inférieur fixe 12. l'isolateur 45 assure l'étanchéité à tous les joints. Il est protégé 30 de la condensation de la vapeur de métal au moyen d'un écran en forme de parapluie 46 situé immédiatement au-dessus. Lorsque les contacts ne sont pas suffisamment libérés des gaz dissous dans la matière constitutive, des contaminants générateurs de gaz, et des gaz sorbés, qui tous peuvent être 35 libérés par l'arc, le pouvoir de coupure de la plupart des Interrupteurs dans le vide s'en trouve considérablement diminué. L'interrupteur construit selon la présente invention possède un pouvoir de coupure accru par rapport à un interrupteur dans le BAD original 69 (fin 83 13 ^003836 vide n'utilisant pas ce tamis moléculaire, et dont le comportement est limité par la teneur en gaz des contacts. Ce meilleur rendement découle du fait que le gaz libéré est rapidement sorbé ou emprisonné dans le tamis moléculaire 11, qui entoure l'arc et 5 maintient ainsi un vide poussé. Un niveau d'impuretés gazeuses dans les contacts, d'un dix-millionnième au maximum, a été trouvé satisfaisant dans les interrupteurs du type dans le vide ordinaires. Avec ces contacts si fortement dégazés, les caractéristiques d'arc et rendement de 10 coupure d'un interrupteur dans le vide sont en grande partie déterminés par la matière constituant les électrodes, la construction de l'interrupteur selon l'invention, dans lequel l'intervalle d'arc est entouré d'un tamis moléculaire de protection 11, augmente le pouvoir de coupure d'un interrupteur très forte-15 ment dégazé, en réduisant la réflexion des particules et photons par l'écran en retour dans l'intervalle d'arc* l'arc, qui est établi dans l'intervalle de séparation des contacts 12, 14,vaporise une certaine quantité de la matière constitutive des contacts. Les particules engendrées par l'arc 20 sont entraînées dans toutes les directions à partir de la région d'arc- Les surfaces isolantes internes de la partie tubulaire 32 de boîtier sont protégées de la condensation des vapeurs métalliques créés par l'arc au moyen de l'écran métallique tubulaire 50 d'extrémité, ainsi que par la condensation, sorption, et em-25 prisonnement assurés par le tamis moléculaire 11 disposé à l'intérieur et entourant l'intervalle d'arc. Ce tamis moléculaire 11 comprend un écran cylindrique intérieur 11a derrière lequel sont disposées les perles relativement libres 64 du tamis moléculaire, un boîtier métallique cylindrique extérieur 66 de sup-30 port destiné à confiner les perles 64, et un second boîtier métallique cylindrique extérieur 68 destiné à retenir l'agent de refroidissement 6g. Ainsi qu'on l'a fait remarquer plus haut, les matières de t&iiiis moléculaire sont plus efficaces à basses températures, 35 bien qu'elles a.ssurent une vitesse de pompa.ge et une capacité de maintien suffisantes, à température ambiante, pour être appréciables dans un interrupteur du type dans le vide. Pour le fonctionnement à basse température, le dispositif de protection 11 BAD ORIGNAL 69 07183 14 2003836 10 15 20 25 30 et les contacts 12, 14 sont refroidis à une température relativement basse, de préférence inférieure à -30°0. Divers agents de refroidissement peuvent être utilisés. Le tableau qui suit énumère un certain nombre d'agents 69 de refroidissement convenables. TABLEAU DE QUELQUES AGEIITS DE REFROIDISSEMENT Agent de refroidissement Ammoniaque liquide Radon liquide Glace sèche Xénon liquide Krypton liquide Argon liquide Azote liquide Néon liquide Hélium liquide Symbole chimique £n ' oo2 Xe Er A *2 ITe He Point d'ébullition sous 1 atmosphère, en °0 - 33,3 -6î ,8 -78,5 -107,1 -152,9 -185,7 -195,8 -245,9 -268,9. (sublimés) 35 L'oxygène liquide et l'hydrogène liquide-dont les points d'ébullition sont de ~183,0°C et de -252,8°0, respectivement, ne figurent pas au tableau en raison de leur potentiel explosif* L'agent 69 de refroidissement peut entrer dans l'espace 70 à l'intérieur du contact inférieur relativement fixe 12 au moyen d'un orifice d'admission 72 et peut s'en évacuer par un orifice de sortie 74- De même, l'agent 69 de refroidissement peut entrer dans l'espace 80 à l'intérieur du contact tubulaire mobile supérieur 14 au moyen d'un orifice d'admission 90 convenable et s'en évacuer par un orifice de sortie convenable 92. De plus, l'espace 97 situé immédiatement derrière les perles 64 du tamis moléculaire, et déterminé par les parois métalliques cylindriques 66 et 68, peut être alimenté en agent 69 de refroidissement par un orifice d'admission 96, et cet agent utilisé dans l'espace annulaire 97 peut s'en évacuer au moyen d'un orifice de sortie 98. La circulation de l'agent 69 de refroidissement permet de maintenir la température des contacts 12, 14, et du tamis moléculaire de protection 11 à la faible valeur assurée par cet agent 69. L'espace annulaire 100, entourant le boîtier métallique 68, est sous la même pression de vide poussé que l'intérieur BAD ORIGINAL 07183 15 2003836 18 de l'interrupteur 10, grâce aux orifices de communication 101a, 101b, 102a, et 102b. les orifices de communication 102 sont formés de tubes assurant une étanchéité hermétique avec les boîtiers 66 et 66. Oet espr.ce vidé 100 assure l'isolement thermique du boîtier métallique intérieur froid 68. le refroidis senent peut également être obtenu par effet thernoélectrique, à l'aide de glace sèche pulvérisée, ou par d'autres moyens. L'interrupteur dans le vide 10 est idéal pour réduire au minimum la densité de courant frappant le dispositif de protection 11 oui entoure l'arc. Il n'existe ici aucune limitation du diamètre de la chambre de coupure ni du dispositif de protection, comme c'est le cas avec d'autres constructions en raison d'une limite pratique du diamètre de l'isolateur. Par suite, pour une matière 64 donnée de tamis moléculaire, on peut facilement rendre le diamètre du dispositif de protection 11 assez grand pour maintenir au-dessous d'une certaine valeur critique la densité de courant qui le frappe» Oette densité critique de courant est principalement déterminée par les propriétés de la matière de tamis moléculaire particulièrement utilisée. En général, il est désirable de maintenir cette densité de courant au-dessous d'une valeur qui donne une élévation de température ne dépassant pas 200°C à la surface du dispositif de protection 11 faisant face à l'arc. La fig. 2 illustre un interrupteur dans le vide de type modifié 103 fonctionnant à température normale avec un tamis moléculaire 120 similaire à celui décrit en référence à la fig.1. Oet interrupteur 103 est pourvu d'un contact plein, fixe, 112, s'associant à un contact plein mobile 114, ce dernier étant animé d'un mouvement de va-et-vient de sens vertical par un mécsnisme de ma.noeuvre convenable, non représenté, qui est fixé à la tige conductrice de manoeuvre 116 qu'il actionne. Ainsi que représenté, les deux contacts 112, 114 s'aigagent en aboutement de manière s ép arable- La tige de manoeuvre 116 est fixée de manière étanche, on 116a, à l'extrémité inférieure d'un soufflet métallique flexible 20. 3AD ORIGINAL 69 07183 2003836 L'appareil peut être pourvu d'un boîtier 118 comprenant une partie tubulaire isolante supérieure 32, qui est fixée de manière a tanche au rebord descendant 24a du chapeau d'extrémité supérieure 24. De plus, la partie tubulaire isolante 32 peut être 5 scellée à l'extrémité supérieure d'un boîtier métallique tubulaire 40 qui est fixé de manière étanche au boîtier 44 environnant. Ce boîtier 44 présente un chapeau inférieur dirigé intérieurement 44a, qui est scellé à l'isolateur 45- Cet isolateur 45 est, ainsi que précédemment, scellé à la tige 112a de support du contact infé-10 rieur 112. Les surfaces isolantes'internes du boîtier tubulaire isolant■ 32 sont protégées de la condensation des vapeurs métalliques produites par l'arc au moyen d'un écran métallique tubulaire 50 d'extrémité, ainsi que par la condensation, sorption et 15 emprisonnement assurés par le tamis moléculaire de protection disposé intérieurement, autour de l'intervalle d'arc et portant la référence générale 120. Ce dispositif de protection 120 comprend un écran cylindrique intérieur 122 pourvu de canaux triangulaires 123 (fig. 3), derrière lequel sont disposées les perles relati-20 vement libres 64 du tamis -moléculaire. Le boîtier extérieur de l'interrupteur, conjointement à l'écran 122, confinent les perles 64- 4 La fig. 3 est une coupe transversale horizontale de l'interrupteur 103 de la fig. 2, suivant la ligne III-III de 25 cette dernière» Cette vue illustre clairement les canaux triangulaires 123 de l'ééran 122. Ces canaux 123 exposent à l'arc une superficie effectivement plus grande que l'écran cylindrique ordinaire de même diamètre* Cette disposition réduit encore la densité de courant atteignant le tamis moléculaire de protection 30 120. Elle assure également une plus grande superficie de sorption, et une géométrie plus efficace pour l'emprisonnement et la dispersion des particules et photons incidents- En cas d'utilisation, a,utour de l'arc, de granules de carbone activé soit seuls, soit conjointement à d'autres ma-35 tières de tarais moléculaire, comme partie intégrale du tamis 120, on obtient une réduction supplémentaire de la réflexion de photons en raison de la couleur (noire) propre au carbone. Les objets noirs absorbent la lumière de toutes les longueurs d'ondes et "-0 ORIGINAL 17 i 2003836 ont une réflectivité considérablement plus basse que les surfaces brillantes de métal, qui entourent habifcuellement l'arc sous la forme d'un écran cylindrique de condensation. Une grande quantité d'énergie est émise sous la forme de rayonnement par les arcs à 5 vapeur de métal, en raison des très hautes températures associées à ces arcs, en particulier aux niveaus élevés de puissance, la réflexion de ce rayonnement en retour dans l'arc peut être très appréciable- Par exemple, si la combinaison de contacts et de disposi-10 tif de protection cylindrique métallique lisse, réfléchit 85 fo du rayonnement incident, et présente une surface effective de réflexion du rayonnement en retour dans 1'arc sur un angle solide de 2,5 TC de stéradians, et que l'arc absorbe 40 fo, les pourcentages approximatifs suivants d'énergie rayonnante éaise seront à 15 nouveau absorbés par l'arc : - Première réflexion : 21 fo réabsorbés ; 32 fo traversent - Seconde réflexion : 7 fo réabsorbés ; 10 fo traversent - Troisième réflexion : 2 fo réabsorbés ; 3 f° traversent- Par suite, dans le cas des écrans ordinairement utilisés, 20 approximativement 30 f> du rayonnement émis peuvent être récupérés par l'arc après ces trois réflexions, ce qui est appréciable. On considérera maintenant, par exemple, un tamis moléculaire de protection 120 de faible réflectivité, selon la présente invention. Si la combinaison des contacts et du tamis 25 moléculaire réfléchit 20 fo, et présente une surface effective réfléchissante supérieure à 2lT stéradians, et que l'arc absorbe 40 fo, les pourcentages approximatifs suivants de rayonnement émis seront réabsorbés par l'arc : . - Première réflexion : 4 î° réabsorbés ; 6 fo traversent 30 - Seconde réflexion : 0,2 fo réabsorbé : 0,4 f» traverse - Troisième réflexion : 0,-01 fo réabsorbé ; 0,02 fo traverse. Par suite, dais le cas d'un tamis moléculaire 120 selon la présente invention, environ 4,2 f seulement du rayonnement émis seront récupérés par l'arc après trois réflexions. Cette quantité 35 est négligeable par rapport à celle qui, par ailleurs, serait réabsorbée. De plus, un gain similaire découle de la réduction de réflexion des particules en retour dans l'arc, qu'assure le tamis moléculaire de protection 60. bad original 69 07183 18 2003836 On se référera maintenant à la fig. 4 qui représente un autre interrupteur dans le vide, à basse température, 130, pourvu d'un type inversé de tamis moléculaire 131. Dans ce cas, la matière 64 du tamis n'est pas directement exposée à l'arc, comme 5 dans les interrupteurs des fig. 1 et 2. Dans ce type d'application, la présence de la matière de tamis moléculaire a principalement pour but de sorber les gaz produits par l'arc et ceux qui rentrent ou s'infiltrent d'autre manière dans l'ënceinte de l'interrupteur-Sauf en ce qui concerne l'inversion de la matière 64 10 de tamis moléculaire, la construction générale de l'interrupteur de la fig. 4 ressemble beaucoup 'à celle illustrée à la fig. 1. Le tamis moléculaire de protection 131 est modifié de telle sorte que l'écran 62 est le plus éloigné de l'intervalle d'arc, la matière 64 étant proche de cet écran et confinée par le boîtier 15 métallique cylindrique 136. L'agent de refroidissement 69 est contenu dans l'espace annulaire 135, compris entre le boîtier 136 et le boîtier intérieur cylindrique 137. Des orifices 101a, 101b, 102a, 102b, 103a, 103b, 103ç et 103d assurent la communication de la région intérieure de vide 18 avec l'espace annulaire 20 à Tide 100 qui entoure l'écran 62. Les orifices de communication 102 et 103 sont formés de tubes qui assurent des scellements hermétiques avec les boîtiers 136 et 137- La fig. 5 illustre, de manière fragmentaire, un tamis moléculaire inversé pour températures normales de fonctionnement-25 Elle représente l'interrupteur dans le vide 140, de construction similaire à celle de l'interrupteur 103 de la fig. 2c\". Le tamis moléculaire de protection 60 est modifié par rapport à celui de la fig. 2, de telle sorte que l'écran 62 se trouve le plus éloigné de l'intervalle d'arc, la matière 64 du tamis faisant suite à 30 l'écran et étant retenue par le boîtier cylindrique 66. Des orifices tels que 101 , 103 et 104 assurent la communication de la région intérieure à vide 18 avec l'espace annulaire à vidé 100 qui entoure l'écran 62. Ainsi que dans le cas de la fig. 4» la matière 64 de tamis moléculaire n'est pas directement exposée à 35 l'arc, et sa présence a principalement pour but de sorber les gaz produits par l'arc ainsi que ceux qui rentrent ou s'infiltrent dans l'enceinte de l'interrupteur. BAD ORIGINAL 69 07183 19 2003836 En référence maintenant à la fig. 6, l'interrupteur du type dans le vide à nétal liquide 150 est pourvu d'un, tamis moléculaire de protection 120» La construction générale est similaire à celle de 1'interrupteur de la fig. 2. Le contact fixe 5 est remplacé par un bain de nétal liquide, tel que le gallium, dans lequel plonge le contact mobile plein 151. Ainsi que représenté, le contact 151 plein plonge de toute la profondeur du bain de métal liquide 153 jusqu'au fond, et fait contact avec ce métal 153 et le fond du bain 160. Un mince fiIn de nétal liquide est 10 présent entre le contact 151 et le fond du bain 160, afin de réduire la résistance de contact st en outre empêcher la soudure-Le contact 151 repose sur le fond du bain 160, de sorte que l'interrupteur 150 peut rester facilement fermé, au besoin, durant une forte intensité de surcharge. Pour la coupure, le contact 15 mobile 151 sort du métal liquide 160. Un petit interi"upteur de ce type peut aisément interrompre des intensités dépassant 16 000 ampères efficaces» Bien que l'on puisse utiliser divers métaux liquides, le métal "oréf éi'é est le gallium, et ses alliages. $ 5AD ORIGINAL 69 07183 20 2003836 KEVBilDIOÀ'IIOIflS 1o Interrupteur"du type dans le vide, comprenant une paire de contacts relativement mobiles séparables pour établir entre eus un intervalle d'arc à l'intérieur d'une enveloppe sous vide, un tamis moléculaire de protection disposé dans l'enveloppe 5 et agencé de manière à entourer l'intervalle d'arc des contacts afin de maintenir le vide dans l'enveloppe et d'assurer un niveau élevé uniforme d'interruption de l'arc. 2» Interrupteur selon revendication 1, caractérisé par le fait que la matière du tamis moléculaire est destinée à absorber 10 les gaz et l'humidité rentrant d'ans l'enceinte de l'interrupteur par fuite. 3. - Interrupteur selon revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le tamis moléculaire se compose de perles libres. 4. - Interrupteur selon l'une ou l'autre des revendica-15 tions 1 à 3, caractérisé par le fait que le tamis moléculaire de protection est pourvu de moyens pour son refroidissement à basse température• 5. - Interrupteur selon revendication 4, caractérisé par le fait que le tamis de protection comprend des perles, pas- 20 tilles, granules et/ou morceaux maintenus librement pour la. condensation, l'absorption, l'emprisonnement et/ou la dispersion des particules et/ou photons produits par l'arc. 6. - Interrupteur selon revendication 5, caractérisé par le fait que la matière du tamis, telle que perles, pastilles, est 25 constituée de matière à faible réflectivité afin de réduire davantage la réflexion des photons en retour dans l'arc* 7. - Interrupteur selon revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait que la matière du tamis, telle que perles, pastilles, est constituée de matière mauvaise ou non conductrice 30 afin de réduire la production de photo-électrons au dispositif de protection. 8. - Interrupteur du type dans le vide, construit et destiné à l'usage selon la description en référence à la fig. 1, ou modifié selon les fig. 2 et 3, ou la fig. 4, ou la fig. 5, ou 35 la fig. 6 des dessins annexés-