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procédé et appareil pour :interrompre un courant électrique dans des conducteurs fluides.
La présente invention concerne un pmcddé et un appa- reil permettant d'interrompre un courant électrique véhiculé par un conducteur fluide. L'invention concerne plus particulièrement des appareils servant avec des cuves électrolytiques de type horizontal à étages multiples ou bien des piles à combustible comportant une cathode de mercure en écoulement., afin de couper le courant qui arrive à la cathode de mercure et qui part de celle-ci, et d'isoler ainsi le mercure de chaque étage de celui des étages adjacents qui fonctionnent à une tension différente.
Dans la cuve à mercure de type horizontal décrite par
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exemple dans le brevet américain n 2.544.138, le mercure ou l'amalgame s'écoule sur la base de la. cuve, d'une extrémité à l'autre de celle-ci en formant une cathode de mercure en écoule- ment, l'électrolyte occupe l'espace compris entre les surfaces d'anode et la cathode et l'électrolyse de l'électrolyte se fait dans l'espacement ménagé entre les surfaces d'anode et de cathode,
En fonctionnement normal, la base de la cuve sur la- quelle s'écoule la cathode de mercure est inclinée suffisamment pour permettre au mercure de couler par gravité. L'angle normal d'inclinaison est d'environ 0,2 à 0,5 par rapport à l'horizon- tale.
La base peut être formée d'un métal conducteur, habituelle- ment l'acier, ou d'une matière non conductrice. Si la base est une surface non conductrice, elle présente des pièces rapportées métalliques pour établir un contact électrique avec le mercure.
Il est désirable de construire les cuves horizontales à mercure sous forme étagée, une cuve étant placée par-dessus une autre.
Dans une telle disposition, comme on l'explique ici, la base de la cuve supérieure constitue aussi le sommet de la cuve inférieure, etc..- Les anodes de la cuve inférieure sont fixées à la face inférieure de cette base. Ainsi, les cuves super- posées sont disposées sous forme de cellules bipolaires, la face supérieure de la base do séparation constituant le contact de cathode et la face inférieure le contact d'anode. Dans une telle disposition, la chute de tension est la même pour les différen- tes cuves, mais le potentiel de chaque cuve relativement à la terre est différent.
Dans le fonctionnement de plusieurs cuves bipolaires, il peut se produire des courts-circuits formés par (1) les courants (écoulements) de saumure d'alimentation entrant dans les éléments bipolaires, (2) les courants (écoulements) de
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saumure épuisés quittant les 4léments bipolaires, (3) les courants (écoulements) de mercure entrant dans les éléments bipolaires et (4) les courants (écoulements) d'amalgame quittant les éléments bipolaires. Ces courts-circuits entre les éléments bipolaires fonc- tionnant à des tensions différentes entraînent des fuites de cou- rant, donc des pertes d'énergie.
La quantité de fuite de courant (électrique) n'est pas un inconvénient sérieux dans le cas des écoulements de saumure, étant donné la résistance électrique de la saumure dans les conduits longs. Par contre, la conductivité des courants (écoulements) de mercure et d'amalgame est si élevée qu'elle pose de sérieux problèmes, par exemple par suite des per- tes de courant élevées et des dégâts mécaniques aux cuves. Les courts-circuits entre les courants de mercure à différentes ten- sions causent des étincelles et une vaporisation du mercure, donc une perte de ce métal.
Pour ces raisons, il est nécessaire de prendre des mesures spéciales pour manipuler les courants de mercure et d'amalgame amenés aux différents étages d'une cuve bipolaire à étages multiples, de manière à empêcher les incidents ci-dessus.
Les marnes problèmes se posent dans l'utilisation de cuves servant à la. conversion directe d'énergie chimique en éner- gie électrique, appelées piles à combustible et dans lesquelles on utilise du mercure fluide sous la forme d'un amalgame de sodium qui s'écoule à travers les éléments. Un type de pile est décrit dans l'article "Fuel Cells - Stats of the Art, 1961'ne de John 1.
Slaughter, dans "Transactions of the Electro-chemical Society",
Indianapolis, 1.5.61. Si plusieurs de ces éléments sont branchés comme éléments bipolaires, il est nécessaire de maintenir l'amal- game de chaque élément séparé électriquement de celui de tout autre élément, et de toute autre charge électrique.
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Aussi, l'un des but, de l'invention est de fournir un procédé et un appareil permettant d'interrompre le courant élec- trique dans un conducteur électrique fluide, aux point,% d'entrée et de sortie d'une cuve électrolytique.
Un autre but est de fournir un procédé et un appareil permettant de faire arriver du mercure à de multiples cuves élec- trolytiques à mercure fonctionnant à différentes tensions et d'en retirer de l'amalgame, tout en évitant les courts-circuits entre les cuves fonctionnant sous forme d'éléments bipolaires à diffé- rentes tensions.
Un autre but est de fournir un procédé et un appareil permettant d'amener du mercure à de multiples cuves électrolyti- ques bipolaires et d'en retirer de l'amalgame tout en évitant les pertes d'énergie et les pertes de mercure.
Un autre but est de fournir un procédé et un appareil permettant d'interrompre le courant électrique dans un courant de mercure amené en tant que cathode à plusieurs cuves électrolytiques bipolaires, et d'interrompre aussi le courant dans les courants d'amalgame retirés de ces cuves.
Un autre but est de fournir un procédé et un appareil permettant de séparer électriquement dans chaque cuve un courant d'amalgame qui traverse plusieurs cuves électrolytiques dont chacune présente un potentiel différent.
Ces buts, ainsi que d'autres buts de l'invention, apparaîtront au cours de la description.
On peut atteindre ces buta grâce 1 l'invention qui consiste, en bref, à utiliser un distributeur spécial' de mercure du coté d'entrée des cuves électrolytiques bipolaires qui fonc- tionnent à des tensions différentes afin de séparer le courant d'alimentation en courants séparés de grandeurs approximativement
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égales arrivant à chacune des cuves,, et à utiliser des coupe- circuit séparés de façon que le courant liquide d'alimentation de chacune des cuves soit divisé en plusieurs incréments élec- triquement séparés.
Les courants liquides séparés arrivant aux différentes cuves d'une pile à étages multiples, par exemple, n'ont pas de contact électrique entre eux mais chacun est indi- viduellement en contact avec son courant d'alimentation lorsqu'il' amène momentanément du mercure à chacune des cuves. Ainsi, le distributeur de mercure comporte un coupe-circuit électrique entre les différentes cuves, à l'entrée de celles-ci.
A l'extrémité de sortie des cuves, les courants séparés d'amalgame venant des cuves sont amenés à un coupe-circuit simi- laire et peuvent alors être réunis en un seul courant qui se rend à un décomposeur d'amalgame, ou bien titre amenés en tant que courants séparés à des décomposeurs séparés. Les courants d'amal- game passent par un dispositif coupe-circuit qui sépare chaque courant en plusieurs incréments électriquement séparés avant qu'ils n'entrent dans le courant commun ou ne se rendant à des décomposeurs séparés, ce qui donne l'effet d'un coupe-circuit prévu entre les différentes cuves à leur extrémité de sortie.
On comprendra plus complètement l'invention en se référant aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples, et sur lesquels - la figure 1 représente en élévation un mode d'exé- cution d'une installation pratiquement complète de cuves électro- lytiques bipolaires à mercure à étages multiples, montrant les cuves électrolytiques, le décomposeur d'amalgame, le distributeur de mercure, les coupe-circuit d'entrée et de sortie, la pompe à mercure, les conduits, etc ; la figure 2 est une élévation en coupe de deux cuves
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électrolytiques bipolaires à mercure superposées ; - la figure 3 est une élévation en coupe d'un doseur d'amenée de mercure ; - la figure 3A montre une variante de doseur d'amenée - de mercure ;
- la figure 4 est un plan du doseur d'amenée de mer- cure, en coupe prise essentiellement suivant la ligne 4-4 de la figure 3; - la figure 5 est une -vue latérale partiellement en coupe du doseur d'amenée de mercure -et du coupe-circuit d'amenée de mercure ; - la figure 6 est un plan partiellement en coupe, à peu près suivant la ligne6-6 de la figure 5; - la figure 6A montre une variante du coupe-circuit d'amenée de mercure des figures 5 et 6 ;
- la figure 7 montre une variante de construction d'un coupe-circuit d'amenée de mercure ou d'évacuation d'amalgame - la figure 8 est une perspective d'une installation combinée comprenant des éléments à combustible à amalgame, des cuves d'électrolys@ à mercure, des coupe-circuit d'entrée et de sortie, une pom@e à mercure et des conduits ; - la figure 9 est une élévation simplifiée en coupe d'une pile à combustible à amalgame ; - la figure 10 est une élévation en coupe d'un mode d'exécution d'un coupe-circuit d'évacuation d'amalgame, et la figure 11 est une vue de profil en coupe du coupe-circuit d'évacuation d'amalgame de la figure 10. on se référera maintenant à la figure 1;
le procédé d'électrolyse de saumure consiste, en bref, à amener de la sau- mure du collecteur d'alimentation en saumure 1, par les conduits 2,
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2a et 2b, à des cuves bipolaires 3a et 3b. La saumure épuisée, -:.4 est évacuée par des sorties 4a et 4b vers le séparateur 5. Le chlore se sépare dans le séparateur 5 et la saumure s'écoule par le conduit 6 vers le collecteur 7 pour repasser par un système de resaturation tandis que le chlore est évacué par le conduit 8 vers le collecteur 9.
Il est préférable d'amener de la saumure saturée à l'extrémité inférieure des cuves bipolaires 3a et 3b et d'éliminer la saumure épuisée par l'extrémité supérieure des cuves, mais on peut amener la saumure à l'une ou à l'autre extrémité des cuves.
Du mercure est amené aux cuves 3a et 3b sous l'action . de la pompe 10 par le conduit 11 où il est séparé par le doseur d'amenée de mercure 12 en courants séparés mais égaux et il passe par les conduits 13a et 13b pour arriver au coupe-circuit d'amenée de mercure 12a puis, par des conduits similaires 13a et 13b, aux cuves 3a et 3b. Le mercure amené au doseur 12 et qui dépasse la quantité voulue est ramené à la pompe 10 par le conduit 12b.
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Le rôle du doseur 12 sera décrit plus complètement aux paragraphes suivants.
Ainsi, le mercure s'écoule par gravité à travers les cuves où la saumure est électrolysée avec formation de chlore et le mercure se charge de sodium en se convertissant en amalgame.
Les cuves 3a et 3b sont de préférence inclinées d'envi- ron 15 sur l'horizontale, bien que l'on pui@se utiliser toute inclinaison d'environ 0,160 à 85 . Lorsque les cellules sont inclinées, de préférence de 5-300 par rapport à l'horizontale, la vitesse accrue de l'écoulement de mercure relativement à l'électrolyte augmente le rendement de la cuve, On a seulement représenté deux éléments ou étages de cuves, 3a et 3b, mais on peut utiliser n'importe quel nombre de cuves bipolaires étagées.
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La construction préférentielle comporte cinq étages.
L'amalgame est évacué à l'extrémité inférieure des cuves 3a et 3b, par des conduits 14a et 14b, vers le coupe-cir- cuit d'évacuation, d'amalgame 15 où. l'amalgame venant des étages séparés est divisé en incréments qui peuvent être amenés à des décomposeurs séparés ou réunis en un seul courant qui arrive par le conduit 16 au décomposeur 17 affecté aux courante venant de tous les étages.
Dans le décomposeur, de l'eau entre en 18 et est mise en contact à contre-courant avec l'amalgame pour former de l'hydrogène, évacué par le conduit 19 vers le collecteur 20, et de la soude, évacuée par le conduit 21 vers le collecteur 22, et le mercure pratiquement débarrassé de sodium est recyclé par le conduit 22 vers la pompe 10, ou encore, des courants séparés de mercure venant de décomposeurs séparés, un pour chaque étage, peuvent être recyclés vers la pompe 10. Dans la pompe 10, tout le mercure est au potentiel de terre et les courants individuels amenés dans les étages de cuve et évacués de ceux-ci sous forme d'amalgame doivent être munis de coupe-circuit aux extrémités d'entrée et de sortie des étages, étant donné que ceux-ci fonc- tionnent à des tensions différentes.
De l'eau de lavage venant du collecteur 23 et servant à rincer les cuves peut être amenée par les conduits 24a et 24b à l'extrémité inférieure des étages de cuve 3a et 3b et à travers les coupe-circuit d'évacuation d'amalgame par les conduits 25 pour rincer les étages 3a et 3b, le coupe-circuit d'amenée de mercure
12a et le coupe-circuit d'évacuation d'amalgame 15. L'eau de la- vage évacuée est recueillie par les tuyaux 26, 27, 28 et amenée au collecteur 29.
Les étages de cuve 3a et 3b peuvent être du type généralement appelé pile horizontale à mercure, présentant une
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inclinaison d'environ 0,16 à 0,5 par rapport à l'horizontale, mais les étages 3a et 3b tels qu'on les a représentés sont in- clinés d'environ 15 sur l'horizontale. Les cuves présentant une inclinaison d'environ 2-85 sur l'horizontale sont appelées piles à mercure à plan incliné et des inclinaisons de 5-30 sont pré- férables. L'invention est applicable à des cuves horizontales ou à plan incliné à étages multiples dont les étages fonctionnent à différentes tensions relativement à la terre.
Ces cuves sont superposées (voir figure 2) de sorte qu'une cloison commune 38 constitue la base de l'étage 3a et le sommet de,l'étage 3b. On a seulement représenté deux étages, mais on peut utiliser n'importe quel nombre d'étages superposés.
La plaque 30 est formée d'acier et revêtue de nickel sur sa face supérieure pour former une base sur laquelle la cathode de mercure s'écoule dans l'étage 3a. Un revêtement de caoutchouc 31 est prévu sur la face inférieure de la plaque 30 pour isoler le métal contre la corrosion. Un revêtement de caoutchouc similaire est utilisé sur toutes les surfaces de cuve en contact avec la saumure ou le chlore. Des anodes 32a sont sus- pendues à la face Inférieure du sommet de chaque étage de cuve.
Ainsi, ces anodes sont reliées directement à la plaque 30 qui se trouve au-dessus. Les cuves ainsi montées sont bipolaires car le courant partant des barres omnibus positives 33 arrive par le couvercle 30 et les connecteurs d'anode 32 aux plaques d'anode 32a, puis passe à travers l'électrolyte en 3a pour arriver à la cathode de mercure en écoulement et à la plaque inférieure 30, puis aux anodes 32a de la cuve 3b et ainsi de suite jusqu'aux barres omni- bas négatives 34. Ainsi, la cathode d'une cuve est reliée à l'anode de la cuve suivante et ainsi de suite. Lorsqu'on utilise des étages multiples,, c'est-à-dire deux, trois éléments de cuve ou davantage,
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le parcours du courant est le même.
Chaque cuve fonctionne à une tension différente à cause de la chute de tension à travers l'éta- ge précédent mais il suffit d'un seul jeu de connexions de barres omnibus positives et négatives pour tous les étages. Les plaques d'anode 32a sont de préférence formées de titane perforé ou dé- ployé portant une plaque de platine sur sa surface active.
Le mercure entre dans les cuves par les conduits 13a et 13b menant à des boites d'amenée de mercure 35a et 35b qui parcourent toute la largeur des cuves, il s'écoule le long des bases inclinées des étages 3a et 3b pour arriver aux boites d'ex- trémité 36a et 36b et sortir par les conduits 14a et 14b sous forme d'amalgame. L'hydrogène dégagé dans la boite d'extrémité s'échappe par des sorties 37a et 37b.
Un organe 35c est prévu au sommet de chaque boite d'amenée de mercure 35a, 35b etc.,. Les organes 35c parcourent pratiquement toute la largeur de ces boites et servent à étaler' le mercure qui s'écoule des boites d'alimentation et passe sous les organes d'étalement en une couche uniforme sur la base ou pla- que de cathode 30 de chaque étage de cuve. Les organes d'étale- ment 35c sont munis d'une couche isolante 35d et sont réglables grâce à des boulons 3e qui permettent d'ajuster l'espacement à travers lequel le mercure arrive sur le dessus des plaques 30.
La saumure entre dans les cuves par les entrées 38a et
38b situées à l'extrémité intérieure des cuves et les quitte par les sorties de chlore et de saumure épuisés, 39a et 39b, situées à l'extrémité supérieure des cuves dans le mode d'exécution repré- senté. Chaque étage de cuve est de préférence rempli d'électro- lyte jusqu'au niveau des sorties de chlore et de saumure épui- sés 39a et 39b pour constituer des cuves inondées, l'espacement compris entre les sorties de chlore et de saumure épuisés 39a et
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39b et le bord supérieur 3a de chaque étage constituant un espace- ment de dégagement de gaz.
Etant donné que les cuves bipolaires fonctionnent à des potentiels électriques différents, il est nécessaire de cou- per ou d'isoler le courant d'amenée de mercure arrivant à chaque élément de cuve et partant de celui-ci, afin d'éviter les courts- circuits et la formation d'étincelles entre les courants de mer- cure à différents potentiels.
Il est désirable aussi de faire en sorte qu'une quantité de mercure pratiquement égale soit amenée â chaque étage de façon que les étages fonctionnent à peu près
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un1rormément' '
Dans le circuit d'amenée de mercure, le doseur de mer- - cure 12 comprend un récipient cylindrique 40, doublé de caout- chouc et disposé verticalement (voir figures 4, 5 et 6). Un conduit à mercure 11 véhiculant le courant principal de mercure qui vient de la pompe 10 monte à travers le récipient 40 suivant l'axe ver- tical de celui-ci et se termine par un tube inversé 41. Le réci- pient 40 est fermé par le couvercle 42.
Pour alimenter une cuve bipolaire à deux éléments, deux compartiments séparés 43a et 43b sont formés dans le récipient 40 par une cloison verticale 47.
Les compartiments 43a et 43b se déchargent à l'extrémité inférieure dans des conduits 13a et 13b. Ainsi, la cloison 47 forme deux com- partiments séparés 43a et 43b. Si l'on veut alimenter plus de deux étages de cuve, il faut prévoir des compartiments séparés d'égale grandeur pour chaque étage mais lorsque différentes quantités de mercure doivent être amenées à différentes parties d'une installa- tion ou d'un processus à recyclage de mercure, il n'est pas né- cessaire que les compartiments 43a, 43b soient égaux, mais leur grandeur peut être calculée de manière à fournir les quantités désirées de mercure amené à différentes parties d'un processus à
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recyclage.
Le mercure en excès est pompé par -le tuyau 11 et reflue à la pompe 10 par le conduit 12B (voir figure 1).
Un arbre vertical 48 (voir figure 3) qui possède un palier dans le couvercle 42 est fixé par son extrémité infé- rieure au tube 41 et par son extrémité supérieure à une source d'énergie de rotation (non représentée).
En fonctionnement, le mercure amené par la pompe 10 à travers le conduit 11 sort du tube 41 en un courant continu non divisé. Le tube 41 est relié au conduit 11 par tout presse- étcupe approprié 49. Le tube 41 est mis en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre par l'arbre 48 de sorte que le courant de mercure passe tour à tour et à répétition par les compartiments
43a et 43b.
Lorsque le courant de mercure passe par le comparti- ment 43a, le mercure qui entre dans le compartiment 43a s'écoule par gravité à travers le conduit 13a et passe par un coupe-cir- cuit à roue étoilée 56 puis arrive à l'étage de cuve 3a et le mer- cure qui entre dans le compartiment 43b s'écoule à travers le con- duit 13b et passe par un coupe-circuit similaire à roue étoilée pour arriver à l'étage 3b. Etant donné que les compartiments 43a et 43b sont d'égale grandeur, des quantités mesurées pratiquement égales de mercure sont amenées à chaque étage de .cuve. Lorsqu'on utilise plus de deux étages, on utilise un nombre similaire de comparti- ments doseurs d'égale grandeur.
Ainsi, une quantité égale de mercure afflue à chaque étage de cuve et le traverse. Ainsi' pour une pile à trois étages de cuve, le récipient'40 sera divisé en trois compartiments d'environ 1200 et pour une pile à quatre étages, lé compartiment 40 sera divisé en quatre compartiments d'environ 90 , etc...
Par contre, lorsqu'il s'agit d'amener dit- férentes quantités de mercure à différentes parties d'une installa- tion ou d'un processus à recyclage, il n'est pas nécessaire que
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les compartiments 43a., 43b etc.,soient égaux, mais ils peuvent . avoir la grandeur voulue pour doser de la façon désirée le mer- cure amené à différentes parties d'un processus..
Les compartiments 43a et 43b sont doublés de caout- chouc intérieurement pour éviter la rouille qui, si elle se for- mait, pénétrerait dans les étages de cuve.
Ainsi, au moyen du doseur d'amenée de mercure 12, le courant d'amenée de mercure est divisé en quantités pratiquement égales pour chaque étage et amené par le coupe-circuit 56 aux éta- ges séparés, le contact électrique étant empâché entre les quan- tités de mercure des différents étages.
La figure 3A illustre une variante de construction du doseur d'amenée de mercure 40, Dans cette variante, la struc- ture est généralement la même si ce n'est que le mercure est amené par un tube en U fixe 11A qui se trouve entièrement hors du dis- positif. Le tube en U 41 indiqué dans le doseur de la figure 3 est remplacé par un réceptacle 41A possédant un tube de décharge 41B. Un arbre 74 est disposé suivant l'axe vertical et fixé par son extrémité supérieure au réceptacle 41A, un organe moteur rotatif 75 étant prévu à l'extrémité inférieure de l'arbre. Ainsi, du mercure est amené par le tube en U 11A au réceptacle 41A qui est mis en rotation par l'arbre 74 et le moteur 75.
Ainsi, le tube de décharge 41B alimente les compartiments de la même façon que le tube en U 41 de la figure 3. L'avantage du dispositif de la figure 3A est que le mercure n'a pas besoin de passer par un conduit comportant un presse-étoupe mobile.
Venant du doseur 12, le mercure destiné à chaque étage passe à travers une roue étoilée ou un autre type de court-circuit
50 (voir figure 5) qui divise le courant de mercure en plusieurs incréments individuels de sorte que le circuit est coupé entre
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les incréments et que les otages de cuve fonctionnant à des ten- sions différentes peuvent recevoir chacun un courant sépara de mer- cure, le court-circuit avec le doseur 12 étant empêché. Un coupe- circuit séparé à roue étoilée est prévu pour chaque étage: Les roues étoilées peuvent 'être montées sur un arbre horizontal commun 55 de manière à tourner à une vitesse constante.
Après le dispo- sitif à roues étoilées 56, le mercure afflue par des conduits 13a et 13b aux étages séparés de cuve, Etant donné que l'on utilise un coupe-circuit similaire à roue étoilée pour l'amalgame à l'extré- mité de sortie des étages, le coupe-circuit sera décrit plus en détail a propos de l'évacuation d'amalgame.
Une fois que le mercure a traversé les étages 3a et 3b et s'est converti en amalgame, il est de préférence réuni à non.. veau en un courant commun de sortie pour être traité dans un dé- composeur unique 17, ou encors le courant d'amalgame venant de chaque étage peut être envoyé à un décomposeur séparé et les cou- rants séparés peuvent étre réunis dans le réservoir d'ou le mer- cure est amené par la pompe 10 au doseur 12.
Les courants de sortie d'amalgame doivent être main- tenus électriquement séparés les uns des autres de manière à éviter des courts-cirruits entre los courants de mercure sor- tant des différents étages qui fonctionnent à des tensions dit. férentes, et après le coupe-circuit, tous les courants peuvent être réunis et amenés à. un décomposeur unique ou, si l'on uti- lise un décomposeur séparé pour chaque courant, les courants séparés peuvent être amenés, .à un même potentiel, aux décomposeurs séparés.
Dans le mode d'exécution de coupe-circuit d'amalgame représenté par les figures 10 et 11, l'amalgame venant des étages
3a et 3b sort par les conduits de décharge 14a et 14b. Sur la
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figure 10, on peut voir que l'amalgame se rassemble en une réser- ve dans la boite d'extrémité 36b de l'étage 3b (et de façon simi- laire dans la botte d'extrémité 36a de l'étage 3a), d'où il afflue aux conduits 14a et 14b qui pénètrent dans le coupe-circuit d'éva- cuation d'amalgame 15 et sont réunis respectivement à des con- duits verticaux enfermés de décharge 50a et 50b.
Ces conduits sont situés à l'intérieur du récipient de coupe-circuit 15 qui est rectangulaire en section transversale de la morne façon que le coupe-circuit 12a de la figure 6 et présente, en section ver- tioale, un fond arrondi 15a. Un couvercle 51 ferme le récipient 15 et une entrée 25 est prévue pour l'eau de lavage et une sor- tie 52 mène à un condenseur de mercure. L'eau de lavage est amenée de façon continue et maintenue au niveau L et sort par la sortie 60.,
Etant donné que les cuves superposées 3a et 3b sont à des hauteurs différentes et qu'il en est donc de même pour leurs conduits de sortie 14a et 14b, les conduits à amalgame
50a et 50b sont à des hauteurs différentes à l'intérieur du ré- cipient 15 et sont espacés latéralement.
Les conduits à amalgame présentent des tubes verticaux de décharge 53a et 53b qui sont munis de filets hélicoïdaux descendants 54a et 54b. Cette dis- position assure une décharge constante d'amalgame en un courant continu qui n'est pas divisé en gouttelettes séparées.
Le récipient 15 est muni d'un arbre transversal 55 qui peut être mis en rotation par un organe moteur (non repré- sente) ou d'une autre façon. L'arbre 55 porte les roues étoilées 56a et 56b qui sont placées sur l'arbre, respectivement en dessous des tubes de décharge 53a et 53b (voir figure 11). Lorsqu'on uti- lise plus de deux étages de cuves, une roue étoilée séparée pour chaque étage sera montée sur l'arbre 55. Le récipient 15 et l'arbre
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55 seront allonges pour recevoir le nombre voulu de roues étoi- lées. Les surfaces de chaque roue étoilée sont isolées électri- quement l'une de l'autre par un isolant de caoutchouc 57 et les roues étoilées sont espacées le long de l'arbre 55 de la façon indiquée sur la figure 11.
Chaque roue étoilée possède huit com- partiments qui sont indiqués par les références 61 à 68 sur la figure 10. Ces compartiments sont aussi isolés les uns des autres par un doublage de caoutchouc 57. Une sortie 59 est prévue au fond du récipient 15 où l'amalgame afflue au conduit 16 puis au décomposeur 17 lorsqu'on utilise un seul décomposeur pour plusieurs étages de cuves, Lorsqu'on utilise des décomposeurs séparés pour chaque étage, on prévoit des cloisons de séparation - 15b (voir figure 6A) entre les roues étoilées successives pour séparer les courants d'amalgame venant de chaque roue étoilée et des conduits séparés 59a et 59b amènent les courants d'amalgame à des décomposeurs séparés.
En service, l'amalgame venant des étages de cuve 3a et 3b afflue par les conduits 14a et 14b aux conduits de déchar- ge 50a et 50b. La,l'amalgame déborde au bord supérieur des tubes verticaux 53a et 53b et descend le long des filets hélicoïdaux
54a et 54b. Ces filets constituent un moyen de ramener à un ni- veau commun l'amalgame venant de différentes hauteurs, sans une longue chute verticale qui disperserait l'amalgame, causant des projections qui pourraient nuire à la séparation électrique entre les courants d'amalgame. Les courants d'amalgame se dé- chargent des filets 54a et 54b dans les roues étoi- lées respectives 56a et' 56b.
La rotation des roues étoilées a pour effet de décharger l'amalgame de chaque compartiment dans la réserve commune ou dans des réserves séparées prévues au fond du récipient de coupe-circuit 15. Ainsi, ces roues étoilées as-
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surent Peux types désirés de séparation électrique.
. '\. \m1ère:nent, ' étant donné que ces roues étoilées sont isolées l'une de l'autre, les courants d'amalgame sont aussi isolés électriquement de sorte qu'il en est de même des étages bipolaires 3a et 3b. Deuxièmement, la séparation entre la réserve commune d'amalgame déchargée par la sortie 59 ou les sorties 59a et 59b et les courants d'amalgame venant des cuves 3a et 3b est aussi assurée par les roues étoilées. Par exemple, dans le cas de la roue étoilée 56b, le courant d'amalgame venant du filet héli- coîdal (voir figure 10) est séparé par la rotation de la roue de sorte que l'amalgame se décharge successivement dans huit compar- timents séparés électriquement qui passent en dessous du courant d'amalgame au cours d'un tour.
On voit (figure 10) que lorsque le courant d'amalgame remplit le compartiment 61, le compartiment 62 déjà rempli est séparé électriquement du compartiment 61 et que le compartiment 63, isolé de 61 et 62, décharge l'amalgame vers la réserve commune ou vers des réserves séparées alimentant des décomposeurs séparés, linsi, le compartiment 63 est en con- tact électrique avec la réserve d'amalgame et le décomposeur 17 mais non avec l'étage correspondant de cuve électrolytique 3b.
La roue étoilée 56a joue simultanément le même rôle que la roue étoilée 56b pour l'amalgame déchargé de l'étage de cuve 3a, Ainsi, le courant d'amalgame venant de l'étage de cuve 3a est également séparé du décomposeur 17 ou de la pompe 10 dans le cas où l'on utilise des décomposeurs séparé*! pour chaque étage de cuve. On voit donc que les courants d'amalgame menant des étages 3a et 3b sont séparés électriquement et que chaque courant est aussi sé- paré électriquement entre la cuve et la décomposeur commun d'amalgame 17 ou la pompe 10. On peut séparer de cette manière n'importe quel nombre de courants d'amalgame à condition qu'il
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y ait une roue étoilée, un tube de décharge et une cuvette pour chaque courant.
Les récipients 15 et 55 peuvent être allongés latéralement et verticalement dans la mesure nécessaire pour loger le nombre de roues étoilées correspondant au nombre- d'élé- ments de la pile de cuves. Les coupe-circuit à roue étoilée 56 (figures 5 et 6) affectes à l'amenée de mercure fonctionnent de façon pratiquement similaire.
La figure 7 montre une variante du coupe-circuit d'éva- cuation d'amalgame. Dans ce mode d'exécution, chaque roue étoilée 56 est remplacée par des godets 70 portés par une courroie sans fin 71 qui passe sur des poulies 72 et 73. Les godets 70 se dé- chargent dans une auge 74 qui mène à la réserve commune d'amal- game ou à la pompe 10. Les godets 70 sont isolés l'un de l'autre et les lèvres débordantes isolées 70a divisent le courant d'amal- game entre les godets. On peut utiliser d'autres formes de coupe- circuit.
Ainsi, le procédé et l'appareil suivant l'invention permettent d'amener du mercure à de multiples cuves électrolyti- ques bipolaires tout en les maintenant séparées électriquement et de retirer de l'amalgame des cuves tout en les maintenant sé. parées électriquement, et de réunir les courants d'amalgame en une réserve commune d'évacuation séparée électriquement de ces courants et donc des cuves bipolaires, tout cela se faisant de façon simple et pourtant efficace.
Dans le mode d'exécution de coupe-circuit qui sert à amener le mercure aux cuves (voir figures 5 et 6)., le mercure ve- nant de la pompe 10 arrive d'abord à un doseur de mercure 12 puis à un coupe-circuit à roue étoilée 56 et ensuite aux étages indi- viduels de cuve.
Le doseur d'amenée de mercure 12 joue seulement le rôle
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de doseur et n'est pas destiné à interrompre le courant élec- trique dans le mercure amené. Il est constitué par un récipient cylindrique 40 et des compartiments 43a, 43b, etc. en nombre égal à celui des étages de cuve 3. Etant donné que le tube 41 tourne à une vitesse uniforme au-dessus des compartiments 43a, 43b etc. et que ces compartiments sont de grandeur uniforme, une quantité égale de mercure est amenée à chaque compartiment.
Si l'on veut augmenter ou diminuer la quantité de mercure amenée à chaque étage de cuve, on peut augmenter ou diminuer la vi- tesse de la pompe 10 ou bien on peut ouvrir ou fermer une vanne prévue dans le tuyau de dérivation 12b pour régler l'écoulement du mercure.
Le mercure venant de chaque compartiment 43a, 43b etc. du doseur 12 arrive par des conduits 13a, 13b, etc, au coupe- circuit à roue étoilée 56. Chaque courant arrive par un tube 153 à une roue étoilée séparée 56.
Le coupe-circuit 56 est pratiquement similaire à ce- lui de la figure 6A et comporte une sortie séparée 59a, 59b, etc. pour chaque roue étoilée 56 et une cloison de séparation 15b entre les sorties. Toutefois, étant donné que le mercure est évacué de tous les compartiments du doseur 12 à la même hauteur, les tubes d'entrée 153 alimentant les .roues étoilées du coupe- circuit 55 peuvent aussi se trouver à la même hauteur..
Ainsi, on peut supprimer les filets hélicoïdaux 54 du coupe-circuit à amalgame 15 et les remplacer par des tubes 153,
Il est entendu que l'on a décrit l'invention dans le cas de deux éléments de cuve bipolaire uniquement à titre d'exem- ple et qu'elle n'est pas limitée à ce cas mais permet l'utilisa- tion de multiples éléments.
Comme on l'a dit plus haut, le doseur d'amenée de mer-
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cure est muni de compartiments de décharge dont le nombre corres- pond à celui des cuves et les coupe-circuits d'amenée de mercure et d'évacuation d'amalgame sont munis d'un nombre correspondant de roues étoilées.
On a décrit l'invention dans son application à des cuves électrolytiques bipolaires à mercure de type horizontal ou à plan incliné, mais on voit facilement que les coupe-circuit décrits sont utiles pour tout conducteur électrique fluide uti- lisé dans des cuves soumises à un courant électrique ou produi- sant du courant électrique lorsqu'on désire séparer électriquement les cuves les unes des autres et/ou du conducteur électrique flui- de.
Ainsi, pour l'alimentation et l'évacuation de cuves fonction- - nant à un potentiel différent, avec utilisation d'une source com- mune d'alimentation et d'une évacuation commune, le procédé et l'ap- pareil ici décrits peuvent servir à des cuves électrclytiques de di- vers types,à des piles à combustible et à divers autres usages.'
La figure 8 montre en coupe simplifiée une pile ver- ticale à combustible 80. Dans ce type de pile, un amalgame de sodium est formé dans la zone 81 et envoyé à la cuve 80 par le tuyau ts2. L'amalgame s'écoule le long de l'électrode verticale. en acier 83 qui sert de support de cathode.
De l'eau entre en
84 dans le bas de la cuve et l'électrolyte sort de la cellule par le haut, en 85. De l'oxygène est amené à la cuve par le c8té opposé de l'électrode poreuse à oxyne 86. L'oxygène entre en 87 et sort en 88. L'amalgame réagit sur l'eau, ce qui diminue la teneur en sodium de l'amalgame et forme de la soude constituant l'électrolyte qui est retiré en 85. Un potentiel électrique d'environ 1,7 V est engendra aux électrodes et peut être utilisé.
L'amalgame épuisé se rassemble à la base de la cuve,80 et est retiré par le conduit 89 et ame@é à la pompe 90 et ramené par
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le conduit 91 au mélangeur 81 en vue d'une nouvelle addition de sodium.
De multiples piles à combustible peuvent être reliées en une disposition bipolaire pour donner une tension plus forte.
En pareil cas, chaque élément produit la même tension mais ils fonctionnent à des potentiels différents relativement à la terre.
Ainsi, le diviseur d'alimentation ou doseur 12 et les coupe-cir- cuit 15 et 56 décrits plus haut sont utiles, de la même façon qu'on l'a indiquée, En pareil cas, on utilise un seul récipient mélangeur. L'amalgame est envoyé par l'intermédiaire du diviseur à de multiples piles, puis réuni dans un coupe-circuit à roue en étoile, puis on utilise une seule pompe pour ramener l'amal- game au récipient mélangeur et le recycler. Sans le doseur et le coupe-circuit, il faudrait autant de récipients mélangeurs, de pompes et de tuyaux à amalgame qu'il y a de piles et il serait - encore difficile d'assurer une alimentation uniforme despiles.
Bien entendu, il est désirable d'avoir de multiples piles à com- bustible à amalgame de façon à pouvoir engendrer une hauteten- sion, car une seule pile n'engendre que 0,5-1,7 V.
L'amalgame provenant du fonctionnement des cuves électrolytiques à cathode de mercure décrites plus haut peut servir à alimenter les piles à combustible.
Sur la figure 9, on a indiqué que l'amalgame prove- nant de quatre cuves à mercure 3 pourrait être envoyé à travers un coupe-circuit à roue étoilée 15A. En pareil cas, le circuit électrique est simplement coupé pour cnaque courant d'amalgame et les courants d'amalgame ne sont pas réunis à nouveau. A cet effet, le coupe-circuit 15 est modifié de la façon indiquée par la figure 6A, une cloison 15b étant prévue dans la base et dé- passant le niveau d'eau de manière à séparer le mercure qui vient
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de chaque roue étoilée. Le mercure est retiré par des conduits séparés 59at 59b et amené à des piles à combustible séparées.
Pour plus de simplicité, les dessins détaillés du coupe-circuit à étoile, figures 5, 6, 6A, 10 et 11, ne montrent que deux roues étoilées pour deux cuves. Mais il est évident que cela peut s'éten- dre à la représentation schématique de la figure 9 où l'on a in- diqué quatre cuves électrolytiques et quatre piles à combustible.
L'amalgame épuisé quittant l'extrémité inférieure des piles à combustible 80 est alors envoyé à travers un coupe-circuit simi- laire à roue étoilée 15A, puis à des pompes individuelles 10 et revient alors aux cuves électrolytiques à mercure. De cette ma- nière, la pile à combustible est entièrement isolée électriquement des cuves à mercure. Cela est nécessaire, bien entendu, car le po- tentiel de chaque cuve à mercure serait de 3,5-5,0 V alors que le potentiel de la pile à combustible pourrait être de 0,5-1,7 V. ' En outre, l'amalgame contenu dans chaque pile à combustible est isolé de celui de l'autre.
La figure 9 montre aussi que le coupe-circuit inférieur à roue étoilée pourrait fonctionner catame sur la figure 11 de manière à réunir tous les courants de mercure, à les envoyer à une même pompe qui pourrait alors les envoyer à un diviseur de mercure pouvant à son tour alimenter les multiples cuves à mer- cure. De'cette manière, il suffit d'une pompe pour les différen- tes piles à combustible,
Le courant engendré par chaque pile à combustible serait de 70-90% de celui qu'on fournit à la cuve à mercure, la différence étant due à une perte d'efficacité du courant.
Il est évidant que l'on peut appliquer toutes modifica- tions désirées en plaçant à l'endroit voulu le diviseur d'amenée de mercure ou doseur 12, ou le coupe-circuit à mercure 15 ou 15A.
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par exemple, une seule cuve électrolytique 3 pourrait alimenter plusieurs piles à combustible 80 grâce à un coupe-circuit 15 et à. un diviseur d'amende 12. Plusieurs cuves 3 peuvent alimenter de la même façon un plus grand nombre de piles à combustible. '
Il est évident que les matériaux de construction uti- lisés pour les dispositifs d'amenée et de séparation peuvent être tous matériaux appropriés connus dans la technique.
L'homme de l'art voit donc facilement qu'il est pos- sible de prévoir diverses modifications aux modes de réalisation décrits sans sortir pour cela du cadre de l'invention.