CA1050926A - Cellule d'electrolyse a elements bipolaires pour l'electrolyse notamment de solutions de sels alcalins - Google Patents
Cellule d'electrolyse a elements bipolaires pour l'electrolyse notamment de solutions de sels alcalinsInfo
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- CA1050926A CA1050926A CA232,393A CA232393A CA1050926A CA 1050926 A CA1050926 A CA 1050926A CA 232393 A CA232393 A CA 232393A CA 1050926 A CA1050926 A CA 1050926A
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- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
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Abstract
. La présente invention a trait à une cellule d'électrolyse à éléments bipolaires. Cette cellule se caractérise en ce que l'écartement entre éléments bipolaires et l'étanchéité de deux cadres consécutifs sont assurés par les surfaces périphériques en regard desdits cadres, lesquelles présentent sur leur partie la plus externe une face rigide indéformable, formant un plan de contact venant s'appuyer sur le plan de contact du cadre suivant, l'une au moins des surfaces en regard présentant au mois un évidement dans lequel est disposé au moins un joint d'étanchéité. Une telle cellule s'applique notamment à l'électrolyse de solution de sels alcalins.
Description
:
1050~
La présente invention concerne une cellule d'électro-lyse à éléments bipolaires pour l'électrolyse notamment de solutions de sels alcalins.
Les cellules d'électrolyse à éléments bipolaires sont connues depuis longtemps. Elles présentent l'avantage d'une structure ramassée, donc d'un gain de place et d'une alimentation électrique plus aisée du fait du montage en série des cellules élémentaires.
Toutefois, en dépit de leurs avantages évidents, de telles cellules sont encore relativement peu déveIoppées.
Cela tient en grande partie aux difficultés rencontrées lors de la réalisation de ces cellules.
En effet, ces cellules sont constituées par des éléments bipolaires disposés cote à côte et généralement maintenues en place par un serrage effectué sur les deux . ~
éléments terminaux. ~; ;;
3 Or, ceci implique des contraintes d'ordre mécanique.
;!f Il faut en particulier que le serrage soit uniforme, que les ~
éléments soient très rigides et ne se déforment pas en cours ' 1 20 d'utilisation.
C'est pourquoi L'on a proposé dans la demande . ',fi ` ' ' ' ' .
canadienne 204.019 déposée au nom de la demanderesse, une électrode bipolaire pour cellule d'électrolyse caractérisée -en ce que les cadres cathodique et/ou anodique sont intégrés à la plaque de fond bimétallique de l'électrode, ladite plaque servant de plan de préférence et la perpendicularité par ~` rapport à ce plan étant assurée pour les parties anodique et ;
cathodique par les amenées de courant sur lesquelles elles sont ~lj soudées, ces amenées de courant jouant le rôle de raidisseurs ;~
et entrainant la planéité de ces parties d'électrode et leur parallélisme par rapport au plan de référence constitué
~ par la plaque de fond métallique~
: .'' . . . ' ~ ~-:
,: .. ~ , .
-, ;~ -- 1 : ..
:., ~ . .
l~SO~
Cette planéité est une condition nécessaire au bon fonctionnement d'une telle cellule afin de pouvoir maitriser la distance interpolaire entre les deux électrodes.
Mais, cette condition de planéité n'est pas suffi-sante en soi, il faut encore que la distance interpolaire soit maintenue constante lors du fonctionnement de la cellule.
Un progrès important a été effectué dans ce sens ; grâce à l'utilisation comme électrodes, de structures métalli-; ques dans la construction desquelles rentrent le titane ou les métaux et alliages de propriétés anodiques analogues, les parties anodiquement actives de ces structures étant recouver-.
tes de couches conductrices inattaquables dans l'électrolyte ;' considéré.
De telles structures ont permis non seulement d'aug-menter d'une part la hauteur des étectrodes et, d'autre part la den~ité de courant par unité de surface, sans qu'un échauffe- ~
ment excessif apparaisse, mais encore d'espérer pouvoir main- ~;
tenir constante la distance interpolaire du fait que ces ., .
structures, contrairement à ce qui se passait avec les anodes en graphite, ne voyaient pas leurs dimensions varier du fait de leur usure. ;
Malheureusement, la solution apportée pour répondre .j ' . .
à ces deux exigences de planéité et constante de l'épaisseur des électrodes, s'est avérée non encore suffisante. i L'on sait en effet, comme déjà dit plus haut, que - -les cellules du type filtre-presse ou analogues, sont générale-l ment constituées par des éléments anodiques et cathodiques : maintenus en place par serrage des éléments d'extrémités.
Or, les solutions électrolytiques étant particulière-ment corrosives, il y a lieu d'observer des condit;ions d'étan-chéité très strictes de cadre ~ cadre.
La solution habituellement proposée en parleil cas, .j. . ~
:
10509'~6 consiste à disposer un joint d'etanchéité entre deux organes rigides consécutifs comme par exemple décrit dans le brevet canadien N 986.455.
Toutefois, cette solution si elle permet d'obtenir de bons résultats n'est pas pleinement satisfaisante dans la ; mesure où avec les cellules modernes de grandes dimensions ., :
et à fortes densités de courant, permettant un rendement élevé, l'on recherche à maintenir ces cellules en service le plus long- ;
temps possible sans intervention.
Il s'avère, en effet, que les joints ont tendance à
vieillir, ce qui a pour résultat un écrasément des joints et , donc pour conséquence que la distance interpolaire varie en .
dépit de toutes les améliorations apportées par ailleurs.
Or, l'on a maintenant trouvé et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, que l'on pouvait pallier cet inconvénient en assurant l'écartement entre éléments bipolaires , et l'étanchéité de deux cadres consécutifs par les surfaces ~ ~ , `tl périphériques en regard desdits cadres. Selon l'invention, ! .
j ces surfaces en regard présentent sur leur partie la plus ., . ::: , `~ 20 externe une face rigide indéformable formant un plan dç contact ~.;;, . :.
1 venant s'appuyer sur le plan de contact du cadre suivant, et :~ ,. . . . .
l'une au moins des surfaces en regard présente au moins un ~i~ évidement dans lequel est disposé au moins un joint d'étanchéité
à déformation élastique.
Ainsij grâce au moyen selon l'invention la distance i interpolaire ne dépend pas du joint, et par conséquent de ' son vieillissement.
La présente lnvention permet aussi de maintenir en I place le diaphragme de facon avantageuse. L'on sa:it que celui-ci doit demeurer tendu mais sans etre endommagé.
Aussi, selon la présente invention, le d:iaphragme vient s'appuyer sur le plan de contact d'un cadre en face de ... ..
~: -- 3 --. .. , . . ` :
.:i .
105~9'~6 l'évidement du cadre adjacent et est maintenu en position par le joint d'étanchéité à déformation élastique, 9 'appuyant sur le diaphragme et disposé dans ledit évidement du cadre a adjacent.
Avantageusement le joint à déformation élastique est déposé dans un logement ménagé dans ledit évidement et présen-tant une forme adaptée à la configuration du joint.
Le joint peut être de toute forme adéquate, telle que torique, rectangulaire etc...
La présente invention s'applique à toute forme de ;
cellules à éléments bipolaires, mais en particulier aux cadres décrits dans la demande canadienne 204.019 et dans les brevets canadiens 986.456 et 986.458, tous au nom de la demanderesse.
De tels cadres sont généralement en un matériau constitué par du polyester moulé où en tout autre matériau : ~ .
rendu chimiquement inerte en ce qui concerne le cadre anodique, et en un matériau métallique comme de l'acier pour ce qui à
; trait au cadre cathodique. Bien évidemment, l'on protège les parties en acier contre la corrosion, par exemple au moyen `
... .
d'une feuille en titane, ou par tout autre forme de revêtement chimiquement inerte vi;s-à-vis de l'électrolyte.
Dans un cas, selon l'invention, le cadre anodique i présente avantageusement sur son pourtour entourant la partie électrolytiquement active, une partie plane et rigide qui vient se plaquer sur la partie en regard d'un cadre cathodique et-en ;! face de chaque pourtour de cadre cathodique, un évidemment dans lequel vient se placer un joint à déformation élastique et en outre, du côté du diaphragme, en dessus dudit diaphragme, `~ un moyen de-liaison à déformation permanente tel que mastic ou élasto~ère formé "in situ".
Mais bien évidemment, la présente invent:ion s'applique aussi à un cadre anodique intégré selon lequel UIl même cadre _ 4 _ ... .
~ .. . .
~050~
délimite à la fois la partie cathodique et anodique~
Dans ce cas, le moyen selon l'invention, s'applique de la même facon à la liaison cadre d'élément bipolaire à
autre cadre d'élément bipolaire.
Mais la présente invention sera plus aisément comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnée à titre purement illustratif.
; Sur les dessins:
la fi~ure 1 représente une vue partielle en coupe d'un cellule d'électrolyse a éléments bipolaires selon l'inven-tion, montrant un exemple de liaison cadre à cadre, . .
les figures 2 et 3 représentent des vues en coupe ' de deux autres exemples de liaison cadre à cadre, et la figure 4 représente une vue partielle en coupe d'une cellule d'électrolyse selon l'invention montrant un exemple de liaison élément bipolaire à élément bipolaire.
,- ' :.
`j Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, l'électrode ... . .
bipolaire comprend une plaque de fond 1, constitué par une feuille de métal mixte formée de titane et d'acier doux, à
20 laquelle est incorporée le cadre cathodique 2 de l'électrode.
Des raidisseurs tels que 3 servant d'amenée de courant relient la partie cathodique 4 en acier doux grillagé et la partie anodique. La partie anodique est constituée par un ~, ensemble de fils de titane tels que 6 soudes qur un cofilé 5 de cuivre et de titane. -~
~; Les raidisseurs tels que 3 ont déià été décrits dans la demande canadienne 204,019 au nom de la demanderes~e, et comprennent une pièce de passage non représentée en cuivre brasée du côté anodique sur un cofilé cuivre titane, et au moins une pièce d'acier répartitrice de courant du caté cathodi-que, également non représentée.
, ~
''';! Les cadres anodiques tels que 7 sont en polyester ..
~ ~ _ 5 _ ~ ~
.
moulé.
Conformément à l'invention les cadres anodiques 7 présentent un plan de contact 8 qui est appliqué sur un plan de contact correspondant 9 du cadre cathodique 2 en regard.
Selon le mode de réalisatlon illustré figure 1, -~ chaque cadre anodique présente un évidement. Du côté de la , cathode 4 sur laquelle s'appuie un diaphragme 10, cet évidement comporte un logement 11 dans lequel vient se loger le diaphragme .~
10 et au dessus du diaphragme 10 un joint 12 à déformation ; 10 permanente en un matériau tel que mastic ou élastomère formé
.~ .
1 " in situ " . Cet évidement comprend encore un second logement ,:
13 qui re,coit un ., ' .
:~, ~'`1 :, .
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1 ~
1()509'~6 joint torique 14 en un matériau ~ d~ormatio~ élastique.
~ e joint l4 peut notamme~t être constitué par un caoutchouc naturel, ou synthétique tel que polyethyl~ne-propyl~ne, élastom~re fluoré, caoutchouc ~utyle ou ~itrile etc...
De la sorte le diaphragme e~1; mainte~u en place entre . le plan de contact g du cadre cathodique et le joint 14.
: Du cBté sans diaphragme la liaison cadre ~ cadre esteonstituée par le8 deux plan~ de contact en regard 8 et 99 et par u~ é~idement reduit à un logem~nt 15 abritant un joi~t torique 16 en un matériau à dé~ormation élastique ide~tique au joint 14.
Selon le mode de rsalisation illu~tré .~igure I, le~
~, ~oints tsls que 14 et 16 so~t de~ joint~ torique~. Mai~ on pe~lt .~ bien ~videmment utiliser d~autres formes de joints, il suffit .j alors de donner aux logement~ tels que 13 et 15, une forme ~.
- adaptée ~ la configuration de~ joints. .
. ~es ~igure~ 2 et ~ schémati~ent d'autre~ ~o~me~ de ~:
: ~r~alisation du mode dc liai~on ~elon l'inrention ;, , .
- . Ai~si, ~elon la ~igure 2 le~ deux cadre~ anodique et cathodi~ue présentent deux plan~ de contact 17 et 18 en regard et deux ~videment~ 19 et 20 également en xegard ~oxma~t un ~olume dans lequ~l vient se loger un joint 2~.
- ~a disposition selon la ~igure 3 schémati~e un mode de :~ r~alisatio~ faisant appel ~ un joint plat.
Selon ce mode de réallsation les deux cadxes présentent ~, . encore deux plans de contact 22 et 23 en regard, mai~ ~eul le cadre anodique 24 présente un é~idement 25. ~e cadre cathodique ... ..
prë~e~te au contraire u~e portion ~aillante 26 ve~nt s'enca~trer dans l'évidement 25~ un aoint 27 éta~t disposé e~tre les deux.
Ia figure 4 illustre un mode de réalisation selon ~ lequel la liai~on se falt élément bipolaire ~ ~ellément bipolaire, :~ chaque élément pré~enta~t un cadre unique, tel qlue 28, identique -~ 6- ;:
' . . :
1(~509Z~;
et adjacent auæ cadres suivants, 29 et 30.
~es eæemples préc~dents qui nle sox~ nullement limita-i ti~s montrent que l'on peut réaliser unle liaison de ~açon simple et qui de plus a le m~rite d'assurer un bon positio~nement du diaphragme, ce qui est tr~s important puisque le diaphxagme qui est un éléme~t vital, est aussi tr~s ~ragile. :
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En effet, ces cellules sont constituées par des éléments bipolaires disposés cote à côte et généralement maintenues en place par un serrage effectué sur les deux . ~
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Un progrès important a été effectué dans ce sens ; grâce à l'utilisation comme électrodes, de structures métalli-; ques dans la construction desquelles rentrent le titane ou les métaux et alliages de propriétés anodiques analogues, les parties anodiquement actives de ces structures étant recouver-.
tes de couches conductrices inattaquables dans l'électrolyte ;' considéré.
De telles structures ont permis non seulement d'aug-menter d'une part la hauteur des étectrodes et, d'autre part la den~ité de courant par unité de surface, sans qu'un échauffe- ~
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tenir constante la distance interpolaire du fait que ces ., .
structures, contrairement à ce qui se passait avec les anodes en graphite, ne voyaient pas leurs dimensions varier du fait de leur usure. ;
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Or, les solutions électrolytiques étant particulière-ment corrosives, il y a lieu d'observer des condit;ions d'étan-chéité très strictes de cadre ~ cadre.
La solution habituellement proposée en parleil cas, .j. . ~
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Or, l'on a maintenant trouvé et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, que l'on pouvait pallier cet inconvénient en assurant l'écartement entre éléments bipolaires , et l'étanchéité de deux cadres consécutifs par les surfaces ~ ~ , `tl périphériques en regard desdits cadres. Selon l'invention, ! .
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La présente invention s'applique à toute forme de ;
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Mais bien évidemment, la présente invent:ion s'applique aussi à un cadre anodique intégré selon lequel UIl même cadre _ 4 _ ... .
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~050~
délimite à la fois la partie cathodique et anodique~
Dans ce cas, le moyen selon l'invention, s'applique de la même facon à la liaison cadre d'élément bipolaire à
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Mais la présente invention sera plus aisément comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnée à titre purement illustratif.
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les figures 2 et 3 représentent des vues en coupe ' de deux autres exemples de liaison cadre à cadre, et la figure 4 représente une vue partielle en coupe d'une cellule d'électrolyse selon l'invention montrant un exemple de liaison élément bipolaire à élément bipolaire.
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bipolaire comprend une plaque de fond 1, constitué par une feuille de métal mixte formée de titane et d'acier doux, à
20 laquelle est incorporée le cadre cathodique 2 de l'électrode.
Des raidisseurs tels que 3 servant d'amenée de courant relient la partie cathodique 4 en acier doux grillagé et la partie anodique. La partie anodique est constituée par un ~, ensemble de fils de titane tels que 6 soudes qur un cofilé 5 de cuivre et de titane. -~
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Conformément à l'invention les cadres anodiques 7 présentent un plan de contact 8 qui est appliqué sur un plan de contact correspondant 9 du cadre cathodique 2 en regard.
Selon le mode de réalisatlon illustré figure 1, -~ chaque cadre anodique présente un évidement. Du côté de la , cathode 4 sur laquelle s'appuie un diaphragme 10, cet évidement comporte un logement 11 dans lequel vient se loger le diaphragme .~
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De la sorte le diaphragme e~1; mainte~u en place entre . le plan de contact g du cadre cathodique et le joint 14.
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Selon le mode de rsalisation illu~tré .~igure I, le~
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: ~r~alisation du mode dc liai~on ~elon l'inrention ;, , .
- . Ai~si, ~elon la ~igure 2 le~ deux cadre~ anodique et cathodi~ue présentent deux plan~ de contact 17 et 18 en regard et deux ~videment~ 19 et 20 également en xegard ~oxma~t un ~olume dans lequ~l vient se loger un joint 2~.
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Selon ce mode de réallsation les deux cadxes présentent ~, . encore deux plans de contact 22 et 23 en regard, mai~ ~eul le cadre anodique 24 présente un é~idement 25. ~e cadre cathodique ... ..
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Claims (5)
1. Cellule d'électrolyse à éléments bipolaires disposés côte à côte, présentant au moins un cadre périphérique entourant au moins un compartiment de la zone d'électrolyse, caractérisée en ce que la liaison étanche entre deux cadres consécutifs est assurée par leurs surfaces périphériques en regard, lesquelles présentent sur leur partie la plus externe une face rigide indéformable formant un plan de contact s'appuy-ant sur le plan de contact du cadre suivant, l'une au moins des surfaces en regard présentant au moins un évidement dans lequel est disposé au moins un joint d'étanchéité à déformation élastique, et en ce que le diaphragme s'appuie sur le plan de contact d'un cadre en face de l'évidement du cadre adjacent, et est maintenu en position par le joint d'étanchéité disposé
dans ledit évidement du cadre adjacent.
dans ledit évidement du cadre adjacent.
2. Cellule d'électrolyse à éléments bipolaires selon la revendication 1, caractérisée en ce que un joint à déforma-tion permanente est disposé dans un autre évidement situé dans le cadre adjacent audessus du diaphragme et du joint à déformation élastique.
3. Cellule d'électrolyse à éléments bipolaires selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque compartiment anodique présente un cadre périphérique comportant sur chaque face en regard du compartiment cathodique correspon-dant, au moins un plan de contact et au moins un évidement dans lequel est placé au moins un joint d'étanchéité.
4. Cellule d'électrolyse à éléments bipolaires selon la revendication 1 ou 3, caractérisée en ce que au moins un cadre présente une portion saillante venant s'emboîter dans l'évidement du cadre adjacent.
5. Cellule d'électrolyse à éléments bipolaires selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque cadre cathodique en regard de chaque cadre anodique présente un plan de contact qui se prolonge en regard de chaque évidement du cadre anodique.
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