Electrolyseur à structure stable en température

Abstract

 Construction d'une cellule d'électrolyseur du type filtre-presse destiné à fonctionner sous haute pression et à température élevée.
Chaque cadre d'entretoisement (4) formant support et joint pour les électrodes et les diaphragmes (1) est constitué de plusieurs portions (41 à 44), maintenues chacune en un point fixe (61 à 64) et assemblées de manière coulissante.

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 n° 2.448.583.

[0002] D'une manière générale, un électrolyseur du type filtre-presse est constitué d'un empilage de plusieurs centaines de cellules élémen- tairesd'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 "TEFLON" matériaux à faible coefficient de dilatation, et sont souvent serties dans un cadre rigide en nickel ou autre matériau se dilatant également très peu. Par contre il s'avère nécessaire, pour des raisons de tenue à la corrosion due à l'électrolyte, de constituer les liaisons isolantes formant entretoise 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 polytétrafluoréthylène dit P.T.F.E. 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 de manière coulissante.

[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 2.448.583 précité, en référence aux dessins annexés dans lesquels:

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

- la figure 2 est une vue agrandie du détail entouré en traits mixtes sur la figure 1,

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

- la figure 4 montre de même un second exemple de réalisation d'un point fixe,

- la figure 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 figures 1 à 3, l'é- lectroyseur 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 3 pratiquée dans le cadre-entretoise 4 en PTFE qui, de manière bien classique, sert à la fois de joint et de support pour les électrodes 5 et le diaphragme 1.

[0007] Comme on le voit sur la figure 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 figure 2 en représente plus en détail et à titre d'exemple celui entouré en traits mixtes dans le bas et à gauche de la figure 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 figure 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 situés 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 figure 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 figure 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 figure 2 montre qu'il est possible de réaliser l'électrolyseur de l'invention en munissant, conformément à l'enseignement du brevet français 2.448.583 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 figures 1 à 3 aucune dilatation différentielle ne peut se 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 à ce que la forme géométrique de chaque cadre 4 soit conservée. Pour ceci, on a pris soin de réaliser les portions de cadre telles que 42 et 43 de façon à ce 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 figure 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 figure 3. Ils peuvent être par exemple tout simplement constitués chacun par un assemblage à vis et écrou ou être réalisés, tel que représenté sur la figure 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 figures 1 à 4 se rapporte plutôt à un électrolyseur équipé de cellules de faibles dimensions, de cinquante centimètres 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 cent cinquante centimètres, il sera préférable d'assortir l'empilage de cadres constitués chacun par plus de quatre portions coulissantes l'une dans l'autre, chacune de ces portions étant également équipée d'un point fixe situé préférentiellement dans son plan médian.

[0014] La figure 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 de manière coulissante.

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 selon la revendication 1 ou la revendication 2, du type équipé de diaphragmes (5) 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 (figures 3 et 4).

4. Electrolyseur selon la revendication icaractérisé 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 2.448.583, 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 (figure 2).

Dessins