EP0060746A1 - Electrolyseur à structure stable en température - Google Patents

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EP0060746A1
EP0060746A1 EP82400322A EP82400322A EP0060746A1 EP 0060746 A1 EP0060746 A1 EP 0060746A1 EP 82400322 A EP82400322 A EP 82400322A EP 82400322 A EP82400322 A EP 82400322A EP 0060746 A1 EP0060746 A1 EP 0060746A1
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/63—Holders for electrodes; Positioning of the electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type

Definitions

  • the present invention relates to the construction of an electrolyser of the filter press type, and more particularly to an electrolyser intended to operate under high pressure and at high temperature, for example to an electrolyser which is the subject of French Patent No. 2,448 .583.
  • an electrolyser of the filter-press type consists of a stack of several hundred elementary electrolysis cells, this stack being presented as an alternating succession of electrodes and diaphragms delimiting spaces in which circulates the electrolyte. Also conventionally and in order to obtain maximum power, this stack is placed in a sealed enclosure filled with an inert gas and brought into operation at high pressure and temperature.
  • the temperature inside the pressurized enclosure can vary considerably, being for example of the order of 160 ° C during operating hours and 20 ° C during operating hours. Eve.
  • the stacking of cells being mounted at room temperature, it is necessary, to ensure the proper functioning of the electrolyser at its operating temperature, that the geometric shapes of the initial stacking are kept at working temperature in despite the expansions due to the rise in temperature.
  • the electrodes are made of a metallic material, nickel in general, with a low coefficient of expansion.
  • the ' diaphragms are made up either of an asbestos cloth or a reps of nickel or of "TEFLON" materials with low coefficient of expansion, and are often set in a rigid frame in nickel or other material which also expands very little.
  • the electrolyser of the filter press type of which it is the object is characterized in that it is equipped with bracing frames each consisting of at least two frame portions, each of these portions comprising a fixed point and being assembled to the adjacent portion or to the two adjacent portions slidingly.
  • the electromagnetizer of the invention is equipped with diaphragms 1 in nickel reps, each set in a rigid frame 2, also in nickel.
  • Each frame 2 is engaged with the possibility of sliding in a corresponding groove dante 3 made in the spacer frame 4 made of PTFE which, in a very conventional manner, serves both as a seal and as a support for the electrodes 5 and the diaphragm 1.
  • each bracing frame 4 consists of four portions (41,42,43,44) which are mounted end to end so as to form said frame, using sliding assemblies 2 of which is shown in more detail and by way of example that surrounded by dashed lines at the bottom left of FIG. 1. Furthermore, each frame portion is provided in its middle part with a fixed point, respectively 61,62,63,64, having the role of preventing at this location any deformation by expansion of the frames 4 relative to the electrodes 5.
  • a fixed point 62 is constituted by a set of nickel washers 7 force-fitted into a channel 8 previously pierced longitudinally in the cell stack.
  • the fixed points 61 and 63 are located respectively between the discharge channels 91 and 92 and the supply channels 101 and 102, and the fixed points 62 and 63 are located respectively at the other two angles of the square formed by a frame 4.
  • FIG. 2 shows that it is possible to produce the electrolyser of the invention by providing, in accordance with the teaching of the aforementioned French patent 2,448,583, the frames 4 thereof "distributing" 212 and “collecting” 211 grooves, using the terms and references of said patent, the "distributing" 212 grooves being supplied with demineralized water as explained in detail in said French patent.
  • the rigid frames 2 are fitted into the grooves 3 so as to leave sufficient sliding space 31 at room temperature.
  • the fixed points such as 62 can be produced in other ways than by that described with reference to FIG. 3. They can, for example, simply consist each of a screw and nut assembly or be produced, as shown in the figure 4, simply by riveting using the electrodes themselves, then slightly folded along the orifice 8 so as to firmly hold the frames 4.
  • FIGS. 1 to 4 rather relates to an electrolyser equipped with cells of small dimensions, of fifty centimeters on side for example.
  • the side of which may for example be of the order of one hundred and fifty centimeters, it will be preferable to match the stack of frames each made up of more than four sliding portions. one in the other, each of these portions also being equipped with a fixed point preferably located in its median plane.
  • FIG. 5 represents an exemplary embodiment of such an electrolyser of larger dimensions.
  • each frame 4 is constituted by eight sliding portions 411 to 418, each of these portions being provided in its median plane with a fixed point, respectively 611 to 618.
  • each of these could be made up of a number of sliding portions with fixed point according to the invention which may be equal to 12 or more.

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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

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

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).
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