Electrolyseur à structure stable en température

Description

[0001] La présente invention se rapporte à la construction d'un électrolyseur du type filtre-presse, et plus particulièrement à un électrolyseur destiné à fonctionner sous haute pression et à température élevée, par exemple à un électrolyseur faisant l'objet du brevet français No 2448583.

[0002] D'une manière générale, un électrolyseur du type filtre-presse est constitué d'un empilage de plusieurs centaines de cellules élémentaires d'électrolyse, cet empilage se présentant comme une succession alternée d'électrodes et de diaphragmes délimitant des espaces dans lesquels circule l'électrolyte. De manière classique également, et afin d'obtenir le maximum de puissance, cet empilage est placé dans une enceinte étanche remplie d'un gaz inerte et portée en fonctionnement à hautes pression et température.

[0003] En fonction des cycles de fonctionnement, la température à l'intérieur de l'enceinte pressurisée peut varier dans des proportions considérables, étant par exemple de l'ordre de 160° C pendant les heures de fonctionnement et de 20° C pendant les heures de veille. Or, l'empilage de cellules étant monté à la température ambiante, il est nécessaire, pour assurer le bon fonctionnement de l'électrolyseur à sa température de fonctionnement, que les formes géométriques de l'empilage initial soient conservées à la température de travail en dépit des dilatations dues à l'élévation de température. D'une manière générale, les électrodes sont en une matière métallique, en nickel en général, à faible coefficient de dilatation. De même les diaphragmes sont constitués soit par une toile d'amiante, soit par un reps de nickel ou de Téfton ", matériaux à faible coefficient de dilatation, et sont souvent sertis dans un cadre rigide en nickel ou autre matériau se dilatant également très peu. Par contre, il est nécesssaire, pour des raisons de tenue à la corrosion due à l'électrolyte, de constituer les liaisons isolantes formant entretoises et joint entre électrodes et diaphragmes par des cadres en une matière résistant bien à la corrosion, telle qu'un polymère fluoré, éventuellement chargé en nickel ou en amiante, par exemple du polytétrafluoréthy- lène dit PTFE. Ce genre de matière, si elle possède d'excellentes qualités de création d'étanchéité, d'isolement électrique, et de résistance à la corrosion, présente malheureusement l'inconvénient de se dilater de cinq à dix fois plus que les autres matériaux constitutifs de l'empilage, de sorte que l'on constate que, dans le cas d'utilisation de diaphragmes non sertis dans un cadre en nickel, de nombreuses déchirures se produisent dans les diaphragmes, et qu'en outre dans tous les cas l'empilage ne garde pas sa forme géométrique initiale de sorte que les performances de l'électrolyseur sont profondément affectées.

[0004] La présente invention permet de pallier ces inconvénients. L'électrolyseur du type filtre-presse dont elle est l'objet est caractérisé en ce qu'il est équipé de cadres d'entretoisement constitués chacun d'au moins deux portions de cadre, chacune de ces portions comportant un point fixe et étant assemblée à la portion adjacente ou aux deux portions adjacentes par des jonctions coulissantes.

[0005] L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple préférentiel de réalisation, appliqué à la construction d'un électrolyseur tel que concerné par le brevet français No 2448583 précité, en référence aux dessins annexés dans lesquels:

la fig. 1 est une vue schématique en coupe transversale de l'électrolyseur de l'invention, faite au ras d'un diaphragme,

la fig. 2 est une vue agrandie du détail entouré en traits mixtes sur la fig. 1,

la fig. 3 montre, en coupe partielle selon la direction AA de la fig. 1, un premier exemple possible de réalisation d'un point fixe,

la fig. 4 montre de même un second exemple de réalisation d'un point fixe,

la fig. 5 est une coupe schématique transversale d'une variante de réalisation, destinée à s'appliquer à un électrolyseur de grandes dimensions.

[0006] En se référant tout d'abord à l'ensemble des fig. 1 à 3, l'électrolyseur de l'invention est équipé de diaphragmes 1 en reps de nickel, chacun serti dans un cadre rigide 2, également en nickel. Chaque cadre 2 est engagé avec possibilité de coulissement dans une rainure correspondante pratiquée dans le cadre-entretoise 4 en PTFE qui, de manière bien classique, sert à la fois de jointet de support pour les électrodes 5 et le diaphragme 1.

[0007] Comme on le voit sur la fig. 1, chaque cadre d'entretoisement 4 est constitué de quatre portions (41,42,43,44) qui sont montées bout à bout de manière à former ledit cadre, à l'aide d'assemblages coulissants dont la fig. 2 en représente plus en détail et à titre d'exemple celui entouré en traits mixtes dans le bas et à gauche de la fig. 1. Par ailleurs, chaque portion de cadre est munie dans sa partie médiane d'un point fixe, respectivement 61, 62, 63, 64, ayant pour rôle d'empêcher à cet endroit toute déformation par dilatation des cadres 4 par rapport aux électrodes 5.

[0008] Par exemple, comme on le voit sur la fig. 3, un point fixe 62 est constitué par un ensemble de rondelles 7 en nickel emmanchées à force dans un canal 8 préalablement percé longitudinalement dans la pile de cellules.

[0009] Dans l'exemple considéré, les points fixes 61 et 63 sont situées entre respectivement les canaux d'évacuation 91 et 92 et les canaux d'alimentation 101 et 102, et les points fixes 62 et 63 sont situés respectivement aux deux autres angles du carré formé par un cadre 4.

[0010] En particulier sur la vue agrandie de la fig. 2, on peut voir que deux portions de cadre successives (42 et 43) sont emmanchées l'une dans l'autre de manière coulissante. Par ailleurs, de manière à parfaire l'étanchéité à leur jointure, des ressorts 11 sont placés comme apparaissant sur la fig. 2, de manière à écarter les extrémités mâles en forme de U de la portion 42 en plaquant celles-ci contre les parois femelles correspondantes de la portion 43. Enfin, la fig. 2 montre qu'il est possible de réaliser l'électrolyseur de l'invention en munissant, conformément à l'enseignement du brevet français No 2448583 précité, les cadres 4 de celui-ci de gorges distributrices 212 et collectrices 211, en utilisant les termes et références dudit brevet, les gorges distributrices 212 étant alimentées en eau déminéralisée comme il est expliqué en détail dans ledit brevet français. La jonction entre les tronçons successifs d'une gorge 212 ou 211 se fait alors respectivement à l'aide des espaces de coulissement 121 et 122, tel que représenté sur le dessin. On voit qu'à l'aide de la construction selon les fig.1 à 3, aucune dilatation différentielle ne peutse produire entre les cadres 4 et les électrodes 5, à l'endroit des points fixes 61 à 64. Les portions de cadre 41 à 44 se dilatent donc en coulissant l'une dans l'autre de manière que la forme géométrique de chaque cadre 4 soit conservée. Pour cela, on a pris soin de réaliser les portions de cadre telles que 42 et 43 de façon qu'à température ambiante elles laissent entre elles des espaces de coulissement, tels que 121 et 122 par exemple, suffisants pour permettre le coulissement jusqu'aux températures maximales de fonctionnement.

[0011] Par ailleurs, comme on le voit sur la fig. 3, les cadres rigides 2 sont emmanchés dans les rainures 3 de manière à laisser, à température ambiante, un espace de coulissement 31 suffisant.

[0012] Les points fixes tels que 62 peuvent être réalisés d'autre manière que par celle décrite en référence à la fig. 3. Ils peuvent être par exemple tout simplement constitués chacun par un assemblage à vis et écrou ou être réalisés, comme représenté sur la fig. 4, tout simplement par rivetage à l'aide des électrodes elles-mêmes, alors légèrement repliées le long de l'orifice 8 de manière à maintenir fermement les cadres 4.

[0013] La réalisation qui vient d'être décrite en référence aux fig. 1 à 4 se rapporte plutôt à un électrolyseur équipé de cellules de faibles dimensions, de 50 cm de côté par exemple. Dans le cas où l'on utilise des cadres plus grands, dont le côté peut être par exemple de l'ordre de 150 cm, il sera préférable d'assortir l'empilage de cadres constitués chacun par plus de quatre portions coulissant l'une dans l'autre, chacune de ces portions étant également équipée d'un point fixe situé préférentiellement dans son plan médian.

[0014] La fig. 5 représente un exemple de réalisation d'un tel électrolyseur de plus grandes dimensions. Comme on le voit sur le dessin, chaque cadre 4 est constitué par huit portions coulissantes 411 à 418, chacune de ces portions étant munie en son plan médian d'un point fixe, respectivement 611 à 618. Dans le cas de cadres encore plus grands, on pourra constituer chacun de ceux-ci d'un nombre de portions coulissantes avec point fixe selon l'invention pouvant être égal à 12 ou plus.

Revendications

1. Electrolyseur du type filtre-presse équipé de cadres d'entretoisement (4) formant support et joint pour les électrodes (5) et diaphragmes (1 ), caractérisé en ce que chacun desdits cadres est constitué d'au moins deux portions (41, 42, 43, 44), chacune desdites portions comportant un point fixe (61, 62, 63, 64) et étant assemblée à la portion adjacente ou aux deux portions adjacentes par des jonctions coulissantes.

2. Electrolyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit point fixe est situé dans le plan médian de la portion correspondante.

3. Electrolyseur delon l'une des revendications 1 ou 2, du type équipé de diaphragmes (1 ) sertis dans un cadre rigide (2), caractérisé en ce que chaque cadre rigide est monté de manière coulissante dans une rainure (3) du cadre d'entretoisement (4) correspondant.

4. Electrolyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites jonctions coulissantes sont munies d'éléments d'étanchéité (11).

5. Electrolyseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, du type muni de gorges distributrices (212) et collectrices (211 ) selon le brevet français No 2448583, caractérisé en ce que la jonction de deux portions de gorge adjacentes s'effectue à travers les espaces (121, 122) de coulissement entre les deux portions (42, 43) de cadre correspondantes.

Ansprüche

1. Electrolysegerät des Typs Filter-Presse mit Versteifungsrahmen (4), die Abstützungen und Abdichtungen für die Elektroden (5) und Membranen (1) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Rahmen aus wenigstens zwei Abschnitten (41, 42, 43, 44) besteht und jeder der Abschnitte einen fixen Punkt (61, 62, 63, 64) aufweist und am angrenzenden Abschnitt oder an den beiden angrenzenden Abschnitten mittels verschiebbarer bzw. gleitender Verbindungen zusammengebaut ist.

2. Elektrolysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fixpunkt in der Mittelebene des entsprechenden Abschnittes gelegen ist.

3. Elektrolysegerät nach einem der beiden Ansprüche 1 oder 2, eines Typs, der mit Membranen (1 ) versehen ist, die in einen starren Rahmen (2) eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der starren Rahmen verschiebbar bzw. gleitend in einer Nut (3) des entsprechenden Versteifungsrahmens (4) montiert ist.

4. Elektrolysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiebbaren bzw. gleitenden Verbindungen mit Abdichtungselementen ((1) versehen sind.

5. ElektrolysegerätnacheinemderAnsprüchel 1 bis 4, eines Typs, der mit Verteiler- (212) und Sammelrinnen (211) gemäss dem FR-Patent Nr. 2448583 versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zweier angrenzender bzw. benachbarter Rinnenabschnitte über die Gleitstellen bzw. -räume (121,122) zwischen den beiden entsprechenden Abschnitten (42, 43) des Rahmens hergestellt ist.

Claims

1. Electrolyser of the filter-press type equipped with spacing frames (4) forming a support and seal for the electrodes (5) and diaphragms (1), characterised in that each of the said frames consists of at least two parts (41,42,43,44), each of the said parts comprising a fixed point (61, 62, 63, 64) and being assembled with the adjacent part or with the two adjacent parts by sliding connections.

2. Electrolyser according to Claim 1, characterised in that the said fixed point is situated in the median plane of the corresponding part.

3. Electrolyser according to Claim 1 or 2, of the type equipped with diaphragms (1) crimped in a stiff frame (2), characterised in that each stiff frame is mounted to slide in a groove (3) of the corresponding spacing frame (4).

4. Electrolyser according to Claim 1, characterised in that the said sliding connections are equipped with sealing components (11).

5. Electrolyser according to any one of Claims 1 to 4, of the type equipped with distributing grooves (212) and collecting grooves (211) according to French Patent No. 2448583, characterised in that the connection of two adjacent parts of a groove is made across the sliding spaces (121, 122) between the two corresponding parts (42, 43) of a frame.

Dessins