FR2583581A1 - Installation productrice d'energie electrique a pile a combustible utilisant une solution aqueuse et procede de commande de son fonctionnement - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE INSTALLATION PRODUCTRICE D'ENERGIE ELECTRIQUE A PILE A COMBUSTIBLE COMPORTANT UN CIRCUIT D'ECOULEMENT POUR UNE SOLUTION AQUEUSE, UN CONDUIT POUR LA SOLUTION AQUEUSE. CETTE INSTALLATION EST CARACTERISEE EN CE QUE LA SOLUTION AQUEUSE EST CONSTITUEE ESSENTIELLEMENT D'EAU AYANT UN PH QUI EST D'AU MOINS 5,5, UNE CONDUCTIVITE ELECTRIQUE QUI EST INFERIEURE OU EGALE A UN MICROMHO PAR CENTIMETRE ET UNE TENEUR EN MATIERES SOLIDES INFERIEURE A UNE PARTIE PAR MILLION, CETTE MATIERE SOLIDE COMPORTANT UNE QUANTITE DE COMPOSES A BASE DE FER AUTRES QUE L'HYDROXYDE FERRIQUE ET EN CE QUE L'EAU CONTIENT EN OUTRE UN HYDROXYDE FERRIQUE D'UN TYPE QUI RETARDE LE DEPOT DE COMPOSES A BASE DE FER A L'INTERIEUR DU CONDUIT.

Description

La présente invention conncerne des installations productrices d'energie

électrique à pile à combustible qui utilisent une solution aqueuse en tant que milieu fluide actif. Le milieu fluide actif peut être utilisé pour évacuer de la chaleur à partir de composants ou pour produire de la vapeur en vue du traitement d'un combustible brut. Bien que la présente invention ait été développée en vue de son utilisation dans le domaine des installations productrices d'eneryie électrique à pile à combustible, elle peut être également appliquée dans n'importe quel domaine utilisant des solutions aqueuses qui déposent des composés à base de

fer sur les parois de canalisations.

Les installations productrices d'énergie électrique à pile à combustible produisent de l'énergie électrique en consulant électronhimiquement un combustible et un oxydant dans une ou plusieurs piles électrochimiques. L'oxydant

peut être de l'oxygène pur ou bien un mélange de gaz conte-

nant de l'oxygène, tel que l'air. Le combustible peut être de l'hydrogène. Une source d'hydrogène est un appareil de traitement de combustible qui réforme un gaz naturel ou hydrocarbure quelconque approprié en utilisant de la chaleur

et de la vapeur afin de craquer les hydrocarbures.

On utilise typiquement un empilage de piles à com-

bustible pour exécuter la réaction électrochimique. Pendant

la réaction électrochimique, l'empilage de piles à combus-

tible produit de l'énergie électrique, un produit réaction-

nel et de la chaleur perdue. Un système de réfrigération évacue la chaleur perdue à partir de l'empilage. Le système

de réfrigération peut utiliser avantageusement un réfrigé-

rant aqueux afin de fournir à la fois de la chaleur perdue

et de l'eau (sous la forme de vapeur) à l'appareil de trai-

tement du combustible.

Le système de réfrigération comporte des circuits

d'écoulement pour le réfrigérant aqueux lesquels sont déli-

mités par des canalisations. Ces canalisations s'étendent jusqu'au séparateur de vapeur et à l'empilage de piles à combustible afin de diriger le réfrigérant aqueux vers des emplacements critiques. Ces canalisations peuvent avoir de

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petits orifices pour commander 18 distribution du réfrigé-

rant aqueux à travers la totalité du système de réfrigéra-

tion. Un problème que l'on rencontre avec des réfrigérants aqueux est le dépôt cumulatif de particules sur les parois des canalisations. Ces particules peuvent apparaître sous la forme d'ions ou de minuscules parties de matières. Les particules qui sont capables de s'accumuler au point de provoquer un blocage, sont généralement des composés à base

lU de fer. Ces composés à base de fer sont constitués princi-

palement d'oxydes de fer, tel que la magnétite et l'hémati-

te, des sel de fer, tel que les phosphates de fer, et d'au-

tres composés qui résultent de la corrosion de fer compor-

tant certaines particules d'hydroxyde ferrique (appelé ci-

après hydroxyde ferrique du type I). Les composés à base de

fer peuvent se former lorsque le réfrigérant vient en con-

tact avec des matières contenant du fer. Un tel contact peut se produire tandis que le réfrigérant s'écoule à travers des

canalisations dansl'installation productrice d'énergie élen-

trique ou bien encore à travers des canalisations d'alimen-

tation vers l'installation productrice d'énergie électrique.

Le problème est particulièrement génant avec des systèmes de réfrigération utilisant des petits orifices parce que les particules peuvent obstruer ces orifices. Une obstruction quelconque d'un orifice d'un empilage de piles à

combustible, par exemple, augmente la résistance à l'écou-

lement à travers l'empilage et elle peut provoquer également une alimentation inapropriée en réfrigérant aqueux vers un

emplacement critique dans l'empilage de piles à combustible.

3G Une façon' d'établir l'effet d'un tel dépôt sur la résistance à l'écoulement à travers l'empilage consiste à traiter les canalisations d'alimentation de l'empilage de

piles à combustible comme s'il y avait un nombre égal d'ori-

fice idéaux de mêmes dimensions. Le diamètre de ces orifices de mêmes dimensions est appelé le diamètre équivalent de l'empilage de piles à combustible. Le diamètre équivalent peut être trouvé expérimentalement dans la façon suivante:

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1.- Un établit un débit constant de réfrigérant à

travers l'empilage de pile à combustible.

2.- Un mesure la chute de pression à travers l'empi-

lage de piles à combustible.

3.- Un calcule un diamètre équivalent pour l'empi- lage (ou pour n'importe quel autre système) par l'équation De = 2,b (W2/APN2d) 1/4 10-7 dans laquelle: lu bLe= Diamètre effectif (en unités de 25,4mm); W = débit total de réfrigérant (en unités de 453,59g/h) d = Densite du réfrigérant (en unité de U,U1602 g/cm3) N = Nombre de conduits dans l'empilage de piles à combustible AHP = Pression différentielle du réfrigérant aqueux à travers l'empilage de piles à combustible.(différence en unités de 68d941Pa) La figure 2 illustre un exemple de l'effet que de tels dépôts peuvent avoir sur le diamètre équivalent d'un empilage ue piles à combustible dans des conditions de fonctionnement réelles. Après deux mille cinq cents heures de fonctionnement (courbe A) le diamètre équivalent réel Dea

se trouve être inférieur à 70% du diamètre équivalent ini-

tial D)ei. La réduction de dimension et la diminution résul-

tante du débit du réfrigérant a exigé un arrêt de l'empilage

de piles à combustible à des fins de nettoyage.

L'empilage de piles à combustible a été nettoyé, après cette période de fonctionnement, en faisant s'écouler

à travers les canalisations une solution acide sous pres-

sion. Le nettoyage a rétabli le diamètre équivalent réel Dea à 95%- du diamètre équivalent initial Dei (courbe B). Après

une autre période de deux mille deux cents heures de fonc-

tionnement (courbe B), le diamètre équivalent a été réduit à moins de 7U% du diamètre équivalent initial. De nouveau la diminution de la dimension et la réuuction du débit du réfrigérant ont exigé l'arrêt de l'empilage de piles à

combustible pour une seconde opération de nettoyage. L'empi-

lage de piles à combustible a été également arrêté pour d'autres raisons après trois mille sept cents heures de fonctionnement (courbe B) avant le second nettoyage. Après

le redémarrage de l'installation productrice d'énergie élec-

trique le diamètre équivalent a été rétabli pendant une courte période (d'environ 250 heures) avant de décroltre de nouveau. Un pense que le rétablissement est lié à des condi-

tions transitoires de température et de débit qui apparais-

sent pendant un arrêt et un redémarrage de l'empilage de piles à combustible. Ainsi qu'il est représenté l'effet est temporaire. L'installation productrice d'énergie électrique a été nettoyée de nouveau pendant une seconde période de temps. Après moins de seize cent heures de fonctionnement

(courbe C), le diamètre équivalent réel a été réduit à pres-

que 70% du diamètre équivalent initial.

Ces arrêts et opérations de nettoyage périodiques qui sont imposées par le dépôt de particules, entraînent des

pertes de temps et sont coOteux.

Diverses tentatives ont été faites en vue de résou-

dre le problème du dépôt de particules à partir d'un réfri-

2U gérant aqueux. L'une ces tentatives a consisté à réduire la quantité de particules (y compris les particules qui sont des ions), en fournissant un réfrigérant aqueux purifié, en supprimant la corrosion par élévation du P/H du réfrigérant à des niveaux élevés compatibles avec les matières utilisées dans la construction du système et en réduisant les niveaux d'oxygène disous en-dessous de quarante parties par milliard (40ppb).

Des additifs chimiques sont utilisés, dans des solu-

tions fortements contaminées, pour favoriser la formation

d'une boue qui est évacuée périodiquement à partir ou sys-

tème. Une autre tentative qui a été faite pour réduire la quantité de particules, a consisté à utiliser un réfrigérant aqueux ayant un pH d'environ o à 8. Des niveaux d'oxygène

dissous modérés sont permis dans l'eau (40-400ppb) pour sup-

primer la corosion. Des additifs chimiques sont généralement évités.

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Chacun des procédés susmentionnés utilise un débit de lavage contrôlé à partir du système, appelé soutirage, qui est nécessaire parce que la corrosion ne peut pas être

totalement éliminée et qu'un nettoyage chimique est éven-

tuellement exigé. Le réfrigérant qui est perdu, est remplacé par addition de réfrigérant aqueux. Le réfrigérant aqueux

ajouté est appelé couramment eau d'alimentation.

En dépit de l'existence de ces techniques pour le contrôle de la quantité de composés à base de fer dans des systèmes de réfrigérations comprenant un réfrigérant aqueux,

les scientifiques et ingénieurs cherchent toujours à déve-

lopper des moyens additionnels pour empêcher directement le

dépôt de composés à base de fer sur les parois de canalisa-

tioris. Suivant l'invention une solution aqueuse, destinée à être utilisée dans un conduit d'une installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible, est constituée

essentiellement d'eau qui satisfait à certaines spécifica-

tions et qui contient une quantité d'un hydroxyde ferrique d'un type qui retarde le dépôt de composés à base de fer à l'intérieur du conduit (appelé ci-après hydroxyde ferrique

du type II).

Une caractéristique importante de la présente inven-

tion est que l'eau utilisée a un pH qui est d'au moins à 5,5, une conductivité électrique qui est inférieure ou égale

à un micromho par centimètre et une teneur en matièrs soli-

des inférieure à une partie par million, cette matière solide comportant une quantité de composés à base de fer

autres que l'hydroxyde ferrique du type II. Une autre carac-

téristique de l'invention concerne l'hydroxyde ferrique se trouvant dans l'eau, cet hydroxyde ferrique étant d'un type

qui retarde le dépôt de composés à base de fer à l'inté-

rieur du conduit ( hydroxyde ferrique du type II).

On décrira ei-après,à titre d'exemples non limita-

tifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en réferenre au dessin annexé sur lequel:

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La figure 1 est un schéma synoptique d'une instal-

lation productrice d'énergie electrique à piles à combusti-

ble comportant un système de réfrigération qui utilise une solution aqueuse en tant que réfrigérant et source de vapeur et elle montre en outre un système auxiliaire pour fournir

de hydroxyde ferrique du type II à l'installation produc-

trirce d'énergie électrique dans certaines conditions de fonctionnement.

La figure 2 est un diagramme représentant la varia-

tion du diamètre équivalent Dea de l'empilage de piles à combustible en fonction du temps de fonctionnement dans des

conditions opérationnelles sans adjonction d'hydroxyde fer-

rique du type II; le diamètre équivalent est normalisé par

division par le diamètre équivalent initial Dei.

La figure 3 est une vue en coupe, à plus grande

échelle, d'un orifice utilisé dans le système de réfrigéra-

tion de la figure 1.

La figure 4 est un schéma synoptique d'une variante

d'exécution de l'installation productrice d'énergie électri-

que & pile à combustible représenté sur la figure 1.

La figure 5 est une vue schématique en coupe, à plus grande échelle, d'une partie de l'installation productrice

d'énergie électrique représentée sur la figure 4.

La figure 6 est un diagramme représentant la varia-

tion du diamètre équivalent Dea en fonction du temps dans des conditions opérationnelles avec adjonction d'hydroxyde ferrique du type II; le diamètre équivalent est normalisé

par division par le diamètre équivalent initial Dei.

La figure 1 représente schématiquement une instal-

lation productrice d'énergie électrique à pile à combustible qui comporte un empilage de piles à combustible 12, un appareil de traitement du combustible 14, un système de

réfrigération 16 et un système de récupération et d'alimen-

tation en réfrigérant (CR{S) 18.

Le système de réfrigération 16 comprend un circuit d'écoulemient 2U pour un réfrigérant qui est constitué, dans la ferme d'exécution illustrée, par une solution aqueuse. Un dispositif pour introduire de I'hydroxyde ferrique du type

II uans le refriyérant aqueux, tel que le conduit 22, com-

munique avec le circuit d'écoulement 20. Ainsi qu'il est

représenté, le conduit 22 fait partie d'un système auxi-

liaire 24 pour l'alimentation--de l'hydroxyde ferrique.du type Il dans l'installation productrice d'énergie électrique dans des conditions de laboratoires. Suivant une variante du conduit 22 pourrait être en communication avec le système 1l et de récupération et d'alimentation en réfrigérant, en un

emplacement 26.

lb L'empilage de piles à combustible 12 comporte une pluralité de piles electrochimiques qui sont représentées

par les deux piles électrochimique 28. Chaque pile élec-

trochimique coomprent une anode 30, une cathode 32et 32 un

électrolyte 34 disposé entre l'anode et la cathode. L'élec-

trolyte met l'anode en communication ionique avec la catho-

de. De l'air est fourni à chaque rathode par un conduit 36.

Du combustible traité est fourni à l'anode par un conduit

38. Une partie du combustible est combinée électrochimique-

ment avec une partie de l'oxygène de l'air, par l'intermé-

diaire de l'électrolyte, afin de produire de l'énergie

électrique. Le combustible traité restant est évacué à par-

tir de l'anode et il s'.écoule, à travers un conduit 40, en direction de l'appareil de traitement du combustible 14 o ce combustible est brilé. L'oxygène restant est évacué à

partir de la cathode et il est mélangé au produit d'échap-

pement de l'anode, par l'intermédiaire d'un conduit 42.

L'appareil de traitement du combustible 14 comporte un dispositif de traitement du combustible 44. Ce dispositif de traitement du combustible reçoit de la vapeur par un conduit 46 et un combustible brut, tel que du gaz naturel,

par un conduit 48. Le dispositif de traitement du combus-

tible combine d'une manière catalytique la vapeur et le combustible brut afin de produire un combustible traité tel

que l'hydrogène. Du fait que cette réaction est endother-

nique, le dispositif de traitement du combustible comporte ul bL&l.u2" L, wi rcwrV..) ur ltf,,,1-p ne 18a rhaleur. le combustible n'ayant pas réagi et provenant de l'empilage est

brOlé dans ce brOleur.

Le système de réfrigération comprend une pompeà ré-

frigérant 50 afin de mettre en circulation, sous pression,

le réfrigérant aqueux, un échangeur de chaleur 52 pour éva-

cuer la chaleur à partir du réfrigérant aqueux et un sépara-

teur de vapeur 54 pour séparer la vapeur du réfrigérant aqueux. bans les conditions de fonctionnement normales, la température du réfrigérant aqueux atteint généralement

environ lbUOC et dans des installations productrice d'éner-

1b gie électrique elle peut être comprise habituellement entre 16b C et 2u5 C, avec une concentration en oxygène comprise

entre 20 et 400 ppb, la gamme de concentration la plus pro-

bable étant comprise entre 4U et 8U ppb. La vapeur séparée du réfrigérant aqueux dans le séparateur de vapeur 54

s'écoule, à travers le conduit 46, en direction du disposi-

tif de traitement du combustible 44. Un conduit 56 s'etend à

partir du séparateur de vapeur jusqu'à la pompe à réfrigé-

rant 50, afin de permettre à cette pompeà réfrigérant d'as-

pirer du réfrigérant à partir du séparateur de vapeur. Un conduit de soutirage 58 s'étend à partir du conduit 56, en un point situé en aval du séparateur de vapeur et en amont de la pompe à réfrigérant. Le conduit de sou-tirage comporte un organe de commande de sou-tirage 60 pour évacuer une partie du réfrigérant aqueux, afin de commander la teneur en matière solide en évacuant une partie ou réfrigérant vers

les conduits d'échappement 40, 42.

La pompe à réfrigérant 5U fournit du réfrigérant sous pression à un collecteur 62, par l'intermédiaire d'un conduit 64. Une pluralité de conduits pour le réfrigérant aqueux tels que représenté par les conduits 66, s'étendent à partir du collecteur 62 à travers l'empilage de piles à combustible. Ces conduits sont espacés régulièrement sur la longueur de l'empilage de piles à combustible, ainsi qu'il

est décrit, par exemple, dans le brevet US 4 233 369.

Chaque conduit comprend un orifice 68 pour commander la

distribhutinn d;u réfrigérant à vartir du collecteur en direc-

tion de l'empilaye. Le réfrigérant qui passe à travers l'em-

pilage à travers les conduits 66, est recueilli par un

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collecteur 70. Un conduit 72 s'étend à partir du collecteur

vers l'échangeur de chaleur 52, afin de diriger le réfri-

gérant aqueux vers l'échangeur de chaleur o de la chaleur est extraite à partir du réfrigérant. Un conduit 74 complète la boucle de réfrigération en s'étendant à partir de

l'échangeur de chaleur jusqu'au séparateur de vapeur 54.

Le système de récupération et d'alimentation réfri-

gérant 18 comporte un condenseur 76, un dégazeur 78, une pompe de surpression 80, un système de traitement d'eau 82

et une pompe d'alimentation 84.

Le condenseur 76 reçoit directement les produits d'échappement des cathodes à partir de l'empilage de pile à

combustible 12, par l'intermédiaire du conduit 42, et égale-

ment les produits d'échappement des anodes à travers l'ap-

pareil de traitement du combustible 14, par l'intermédiaire du conduit 40. Ces conduits rejoignent le conduit de

soutirage 58 en aval du dispositif de traitement du combus-

tible 44 et ils dirigent la vapeur, les produits d'échappe-

ment des cathodes et les produits d'échappement des anodes

vers le condenseur.

Le condenseur extrait de la chaleur à partir de la

vapeur, des produits d'échappement des cathodes et des pro-

duits d'échappement des anodes. I1 en résulte que la vapeur provenant du système de réfrigération et la vapeur d'eau se trouvant dans les produits d'échappement des cathodes et des anodes sont condensées sous la forme d'eau. L'eau condensée s'écoule à partir du condenseur, à travers un conduit 88,

vers le dégazeur 78.

Ce dégazeur 78 est adapté, au moyen d'un évent 88, de manière à recevoir l'eau condensée. Le dégazeur comprend une source d'air sous pression, représentée par une pompe à air 9U, pour faire passer de l'air à travers l'évent afin de

dégazer l'eau arrivant.

L'eau dégazée est recueillie en dessous de l'évent en un emplacement qui est en communication avec la pompe de reprise du. Lette pullpe de reprise bu aspire l'eau a partir du dégazeur, par l'intermédiaire d'un conduit 92. , et elle fournit de l'eau à haute pression, à travers un conduit 94,

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au système de traitement de l'eau. Ce système de traitement de l'eau élimine les contaminants en suspension et dissous à

partir de l'eau, respectivement par filtration et déminé-

ralisation par échange d'ions. La réduction de l'oxygène peut être obtenue, si on le désire, par une desaération thermique à la vapeur, tandis que l'élimination des matières

organiques est réalisée par filtration par absorption, cour-

rammnient au moyen de charbon actif. L'eau résultante sortant du système de traitement de l'eau est constituée par de l'eau purifiée. Un conduit 96 s'étend à partir du sytème de traitement d'eau afin de fournir de l'eau purifiée à la

pompe d'eau d'alimentation 84.

Un conduit de recirculation 98 s'étend jusqu'au dégazeur, à partir du conduit 96, pour ramener au dégazeur

une partie du débit fourni par la pompe de reprise. Le con-

duit de recirculation divise le conduit 96 en une première portion 96a communiquant avec le système de traitement d'eau et une seconde portion 96b communiquant avec la pompe d'eau d'alimentation 84. Cette pompe d'eau d'alimentation fournit du réfrigérant aqueux, ainsi que cela est nécessaire, au système de réfrigération, afin de fournir la quantité exigée de réfrigérant aqueux. Un conduit 100 s'étend à partir de

la pompe d'eau d'alimentation, à travers un clapet anti-

retour, jusqu'au système de réfrigération à cette fin. Sui-

vant une variante le conduit 100 pourrait également communi-

quer avec un dispositif pour introduire de l'hydroxyde fer-

rique du type II dans le réfrigérant aqueux à l'emplacement 26. Ainsi qu'il est représenté, le conduit 22 constitue un moyen pour introduire de l'hydroxyde ferrique du type II dans le réfrigérant aqueux et il fait partie du système

auxiliaire de laboratoire 24. Le système auxiliaire de labo-

ratoire comporte un réservoir d'eau 104, un désaérateur eau-

vapeur 106 pour stocker de l'eau à la température normale

d'environ 100 C, un échangeur de chaleur 108 à la tempéra-

ture norale de 60 C, une pompe de reprise 112, un système de traitement d'eau 114 (semblable au système de traitement d'eau d2, une pompe d'eau d'elimentation 116 et un clapet l1 anti-retour dans le conduit 22 (non représenté). Dans cette

application particulière le réservoir d'eau et le désaéra-

teur eau-vapeur forment une seule unité. Le système auxi-

liaire est adapté de manière à recevoir, aux emplacements suivant, de 1 'hydroxyde ferrique du type II, en amont du système de traitement d'eau, à l'endroit du réservoir d'eau L1 ou de l'orifice de remplissage L2, et, en aval du système de traitement d'eau, par exemple à l'endroit de l.a pompe

d'eau d'alimientatiorn en L3.

l La figure 3 est une vue en coupe à plus grande échelle de l'orifice 68. Cet orifice a un diamètre maximal bl, un diamètre minimal D2 et une région de transition d'étranglementllb entre les diamètres maximal et minimal. La zone tachetée représente le contour de l'orifice ayant, par

exemple, un diamètre minimal 1)3 qui peut résulter de l'ag-

glomération de particules par dépôt pendant le fonetionne-

ment de l'installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible. On conçoit que le dépôt d'une grande quantité de particules augmente la résistance de l'orifice au passage du réfrigérant et corrélativement la résistance

opposée par l'empilage de piles à combustible au réfrigé-

rant.

La figure 4 représente une variante de l'installa-

tion productrice d'énergie électrique à pile à combustible représentée sur la figure 1, laquelle comporte un dispositif

122 pour introduire de l'hydroxyde ferrique dans le réfrige-

rant. Le dispositif 122 comporte un dispositif 124 pour

former de l'hydroxyde ferrique à l'intérieur de l'installa-

tion productrice d'énergie électrique. Le dispositif 124 3U comporte un réservoir 126, une source d'eau de traitement et une source de chaleur. Dans la forme d'exécution représentée la source d'eau de traitement est le système de récupération et d'alimentation du réfrigérant 18. La source de chaleur est l'empilage de piles à combustible 12. Des moyens prévus pour transférer de la chaleur à partir de l'empilage de pils L cILu,.iLlc uu fsc.rvoir, tels qu3 le syst--:e de réfrigération 16, communiquent avec le réfrigérant chauffé

par l'intermédiaire d'un conduit 128 et d'un organe de tom-

1Z iande de débit 132. Cet organe de commande de débit répond à la température de la solution aqueuse dans le réservoir et aux exigenses de soutirages pour l'effluent du système. Un conduit de dérivation 133 est prévu afin de dériver l'écoulement ainsi qu'il est nécessaire. La figure 5 est une vue en coupe schématique, à plus

grande échelle, du dispositif 124 formant l'hydroxyde fer-

rique dans l'installation productrice d'énergie électrique.

Le réservoir 126 comporte une première chambre 134, une deuxième chambre 136 et une troisième chambre 138. Cette

troisième chambre reçoit de l'eau purifiée à partir du sys-

tème de traitement d'eau, par l'intermédiaire du conduit 96 a. Un échangeur de chaleur 142, tel qu'un serpentin du conduit 128, est disposé dans la troisi-me chambre afin de transférer de la chaleur à l'eau purifiée et de produire de

la vapeur. Les deuxième et troisième chambres 136,138 pour-

raient être isolées à l'encontre de pertes calorifique en

direction de la première chambre.

La deuxième chambre 136 reçoit de l'eau purifiée à 2U travers un conduit 96"a et de la vapeur à travers un conduit 144. Suivant une variante de la vapeur pourrait être fournie directement & la deuxième chambre 136 en faisant s'écouler le réfrigérant aqueux à partir du circuit d'écoulement du

réfrigérant, par exemple à travers le conduit 128 et le con-

duit 146 indiqué en tirets.

La deuxième chambre 136 est adaptée, au moyen d'une buse 148, pour mélanger la vapeur provenant du conduit 144 et l'eau de traitement provenant du conduit 96 a, et pour injecter le mélange dans la chambre. Une buse convenant bien à cet effet est celle connue sous le nom de 1/4J Siphon Spray Nozzle, fabriquée par la société Spraying Systems, Inc, North Avenue, Wharton, ILL. 6f0187. Après injection l'eau est recueillie dans le réservoir en laissant une interface eau-vapeur 152. Le niveau de l'eau dans la chambre 136 est commandé en poursuivant l'écoulement à travers un

nnHpiit {à trop, plein 1'3 qui s'êtend en arrière en direr-

tion du dégazeur, à travers le conduit 98. Une partie du

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conduit 153 a été supprimée dans un but de clarification.

Un évent 154 est prévu pour mettre à l'échappement les gaz

libérés pendant le processus de mélangeage.

La deuxième chambre 136 comporte une source de fer disposee dans le réservoir, cette source pouvant être cons- tituée par des tiges 156 réalisées en un alliage de fer ou bien encore par un revêtement contenant du fer 158 prévu

sur les parois du réservoir. Un conduit 96'''a pour l'ex-

traction de l'eau de traitement s'étend à partir de la deu-

xième chambre, à travers la troisième chambre du réservoir puis en direction de la pompe d'eau d'alimentation 84. Un

échangeur de chaleur 162 est disposé dans la première cham-

bre 134. Cet échangeur de chaleur communique, par l'intermé-

diaire de conduits 164a et 164b, avec une source de réfri-

gérant, telle que l'eau purifiée du conduit 96, afin d'éli-

miner la chaleur à partir de l'eau de traitement dans le

conduit 96'''a.

Pendant le fonctionnement réel de l'installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible repré-

senté sur la figure 1, le dépôt des composés à base de fer

(c'est-à-dire des oxydes et sels de fer comportant la magné-

tite, l'hématite, les phosphates oe fer et d'autres composés

provenant de la corrosion du fer) est retardé en introdui-

sant, dans le réfrigérant aqueux, de l'hydroxyde ferrique du

type II (c'est-à-dire Fe203. Xh20 ou FeOOll d'un type re-

tardant le dépft de composés à base de fer). L'expérience a

confirmé ce résultat. Une partie des résultats de l'expé-

rienee est donnée sur la figure 6.

La courbe supérieure de la figure 6 (courbe A) est une représentation graphique de la variation, en fonction du temps, du diamètre équivalent Dea de l'empilage de piles à combustible dans des conditions opérationnelles. La courbe inférieure (courbe B), commençant au bout d'environ deux mille heures, montre la présence ou l'absence d'hydroxyde ferrique dans l'eau d'alimentation fournie au réfrigérant aqueux laquelle est alimentée par le système auxiliaire 24 à

travers le conduit 22.

D'une manière générale la figure 6 montre que la présence d'hydroxyde ferrique du type II en suspension dans l'eau d'alimentation, ainsi qu'il est mis en évidence par une teinte de couleur jaune du filtre d'eau d'alimentation apparaissant sur la courbe B, précède légèrement et corres-

pond généralement à des périodes à diamètre équivalent sta-

ble ou croissant, ainsi qu'il est indiqué par la courbe A. Des exemples sont donnés par les périodes de temps II, IV, VI. Inversement l'absence d'hydroxyde ferrique dans l'eau

d'alimentation, ainsi qu'il est mis en évidence par l'abs-

eenee d'une coloration jaune du filtre d'eau d'alimentation,

correspond à des périodes de décroissance du diamètre équi-

valent, telles que les périodes I et V. L'effet de l'injec-

tion d'hydroxyde ferrique du type II n'est pas instantané et il préceéde d'une courte période de temps l'effet sur le

diamètre équivalent de l'empilage de piles à combustible.

Plus particulièrement la courbe A de la figure 6 montre le diamètre équivalent Dea de l'empilage de piles à

combustible normalisé par division par le diamètre équiva-

lent initial Dei. Le diamètre équivalent réel est Dea et il

est égal à Dei à l'instant o l'empilage de piles à combus-

tible commence à fonctionner. La courbe B montre l'intensité

et la couleur produite par la filtration de l'eau d'alimen-

tation à travers un papier filtre ayant une épaisseur de U,45 micromnètre, conformément aux techniques décrites par les tableaux de comparaison des filtres à membranes de babcok et Wilcox. Ces tableaux sont publiés par la société Babcok and Wilcox Compagny, Power Generation Division,

(copyriyht 1964, 1970) New York, New York, intitulés "Mem-

brane Filter Comparison Chart (Fe2U3. Xli2U)"; "Hembrane

Filter Comparison Chart (Fe2u3. XH2Uj-Fe3U4) 1.5:1"; "11em-

brane Filter Comparison Chart (Fe2U3. XH2U-Fe3U4) 2:1"; "hembrane Filter Comparison Chart (Fe203. Xit20-Fe3U4)

1:l",et "Membrane Filter Comparison Chart (Fe3U4)".

La comparaison des teintes laissées par l'eau d'ali-

ineritaLin a t;:-. tdiblaux de coiliaraison des filtres h membrane permet une estimation de la présence d'hydroxyde ferrique dans l'eau d'alimentation fournie au système de

2583581 -

réfriguration. Par exemple les teintes du filtre d'eau d'alimentation montrent que l'hydroxyde ferrique était présent oanis l'eau d'aliiiienritation à raison d'environ 5U à

U parties par milliard. De même, lorsque l'hydroxyde fer-

rique était absent, des oxydes de fer noirs étaient fréque- rent présents à raison d'environ 100 à moins de 10 parties

par milliard.

Pendant les 2000 premières heures de fonctionnement dans la période I avant l'addition de l'hydroxyde ferrique du type I1, la chute de pression à travers l'empilage a

augmenté et le diamètre effectif a diminué au fur et à me-

sure que des composés à base de fer se sont déposés sur les

parois du système de réfrigération.

Avant l'addition de l'hydroxyue ferrique ou type II, le réfrigérant pour l'empilage de piles à combustible était un rufrigerant aqueux et l'eau d'alimentation était de l'eau purifiée provenant d'un système de traitement d'eau. L'eau

purif ice était de l'eau condensée traitée, fournie à tra-

vers le conduit 10U, qui avait été désionisée et desoxygénée jusqu'à un niveau de 4U à 2be parties par milliard par diverses techniques bien connues. Cette eau purifiée avait un pli supérieur -à 5,5 (de préférence compris dans la gamme allant de 5,5 à 8,0), une conductivité inférieure à un micromho par centimètre, un niveau d'alcalinité inférieur à 0,2 ppm en carbonate de calcium, une teneur en matière

solide inférieure à une partie par million (1 ppm), compor-

tant moins de 200 parties par milliard de composés à base

de fer autres que l'lydroxyde ferrique.

La période de temps Ia montre l'effet qui accompagne 3U l'arrêt et le redémarrage de l'installation productrice d'energie électrique pendant la période durant laquelle

l'eau d'alimentation était uniquement de l'eau purifiée.

L'arrêt et le redémarrage ont eu lieu respectivement aux

instants 51 et S2. Ln même temps qu'a eu lieu le redéniar-

rage, de l'eau d'alimentation a été fournie par le conduit ZZ. L'llydrl) xye [eL'rique uu type 11 a ee liL')uuJ.t uadis l'eau d'alimentation en injectant continuellement, à partir d'un instant A1, une solution d'hydroxyde ferrique du type

II et d'eau purifiée dans le système de l'eau d'alimenta-

tion. Cette solution d'eau d'alimentation (ou eau d'alinien-

tation) a été fournie à travers le conduit 22 avec un débit moyen permanent de 0,45 litre par minute dans le circuit d'écoulemient 20 pour le réfrigérant aqueux ayant un débit

moyen en régime permanent de 19 litres par minute.

A l'instant AI l'eau d'alimentation a été introduite

dans le réservoir d'eau à l'emplaeement L1 en amont du sys-

tème de traitement d'eau 114. On pense que le système de

traitement d'eau a enlevé l'hydroxyde ferrique du réfrigé-

rant aqueux. Ceci est mis en évidence (courbe 3) par l'absence de teinte jaune du filtre d'eau d'alimentation. Il résulte de l'absence d'hydroxyde ferrique que le diamètre équivalent a diminué sauf par suite de l'effet temporaire de

l'arrêt et du démarrage.

Juste avant le début de la période de temps I, à l'instant A2, la fourniture d'eau contenant de l'hydroxyde

ferrique du type II a été introduite dans l'eau d'alimenta-

tion, en aval du système de traitement d'eau, à l'emplaee-

ment L3, et le système de traitement d'eau a été rendu inac-

tif. La couleur jaune du filtre d'eau d'alimentation a réap-

paru et le diamètre équivalent a commencé se rétablir.

Pendant la période Il, partant de l'instant A3, le point d'injection de l'hydroxyde ferrique a été déplaceé de l'endroit situé en aval du système de traitement d'eau à l'endroit situé en amont du système de traitement d'eau, à l'orifice de remplissage L2, et le système de traitement

d'eau a été maintenu inactif.

La teinte jaune du filtre d'eau d'alimentation a

persisté et le diamètre équivalent est resté stable.

Pendant la période III commençant à l'instant A4, de l'hydroxyde ferrique a encore été ajouté à l'emplacement L2 en amont du système de traitement d'eau, mais ce système de

traitement d'eau a été rendu actif pendant une courte pério-

de de temps. Aussitot après que le système de traitement d'eau a eLe Luya"u d%. ir,lI'1itdr x>J ferrique q liQpf,-ril r d l'eau d'alimentation, ceci étant mis en évidence par

l'absence de teinte jaune du filtre d'eau d'alimentation.

A l'instant A5, c'est-à-dire au début de la période IV, le point d'injection a été déplacé davantage vers l'amont du système de traitement d'eau, jusqu'au réservoir

L1, et ce système de traitement d'eau a été rendu inactif.

La teinte jaune du filtre d'eau d'alimentation est alors

réapparue pendant toute la périoue IV.

A l'instant A6 au début de la période V, l'injection a été poursuivie à l'endroit du réservoir d'eau L1, en amont du système de traitement d'eau, mais alors ce système de traitement d'eau a été rendu actif. L'hydroxyde ferrique a de nouveau disparu de l'eau d'alimentation ainsi que cela a été mis en évidence par l'absence de la teinte jaune du filtre pendant la période V. Peu après l'instant A6 un arrêt de six jours a été suivi par un redémarrage 53. Le diamètre effectif a continué à augmenter pendant une courte période après que le système de traitement d'eau a été rendu actif (sans doute à cause de l'arrêt et du redémarrage), mais la teinte jaune du filtre d'eau d'alimentation n'est jamais réapparue et le diamètre équivalent a diminué pendant le reste de la période V. Cette période comprenait l'instant après l'instant Al o le point d'injection de l'hydroxyde ferrique du type Il ou le point d'injection de l'hydroxyde ferrique du type Il a été déplacé en aval jusqu'à l'orifice de remplissage, à l'emplacement L2 (mais encore en amont du

système de traitement d'eau actif).

Le système de traitement d'eau a été rendu finale-

ment inactif à l'instant A8, au début de la période VI. La teinte jaune du filtre d'eau d'alimentation est réapparue et

le diamètre équivalent a commencé à se rétablir.

A l'instant A9 l'installation productrice d'énergie

électrique est passée à travers un cycle d'arrêt et de re-

démarrage 55. Pendant l'arrêt le système de réfrigération a

été drainé et rechargé avec de l'eau contenant de l'hydro-

xyde ferrique du type Il. Après l'instant Alo ce système de traitement d'eau en aval a été maintenu inactif tandis que de l'eau contenant de l'hydroxyde ferrique du type Il a été continuellement fournie à l'orifice de remplissage L2. La teinte jaune du filtre d'eau d'alimentation a été maintenue

et le diamètre équivalent est demeuré stable.

Le système de traitement d'eau aval a été rendu

actif de nouveau à l'instant All jusqu'à l'instant A15 lors-

que le système de traitement d'eau a été mis en dérivation. On pense que le système de traitement d'eau a été inactif

durant cette période parce qu'il n'a plus éliminé l'hydro-

xyde ferrique ainsi que cela a été mis en évidence par la présence continuelle de la teinte jaune du filtre d'eau

d'alimentation.

L'hydroxyde ferrique du type Il a continué à être ajouté en amont du système de traitement d'eau, aux instants A15 et A16, et il a été suivi par le remplaeement des composants du système de traitement d'eau. Les nouveaux composants du système de traitement d'eau ont éliminé les hydroxydes ferriques ainsi que cela a été émis en évidence

par l'absence de la teinte jaune du filtre d'eau d'alimen-

tation.

Ainsi le dépôt des composés à base de fer est re-

tardé et dans certain cas éliminé et dans d'autre cas il est inversé par l'injection d'hydroxyde ferrique du type Il dans l'eau d'alimentation et par conséquent dans le réfrigérant aqueux.

Des tests subséquents ont montré que l'eau d'alimen-

tation provenant du système de récupération et d'alimenta-

tion du réfrigérant, qui a été ajoutée à l'emplacement 26, a corrigé les caractéristiques de dépôt des composés à base de fer si elle contenait seulement une partie d'eau comprenant de l'hydroxyde ferrique du type- II pour trois

parties d'eau purifiée.

Le phénomène provoquant le retard du dépôt des com-

posés à base de fer n'est pas bien compris. Une hypothèse de travail est la suivante. Les composés à base de fer sont

chargés (l'expérience suggère négativement chargés) et en-

tourés par un nuage d'ions chargés d'une manière opposée, afin de former une couche éiectrique double. Les particules

d'hydroxyde ferrique du type II réagissent avee les compo-

sés à base de fer se déposant normalement pour les déstabi-

83581

liser en rétrécissant ou en éliminant la couche double, ce qui provoque ainsi un changement du niveau de charge sur les composés. Il en résulte que les composés à base de fer sont coagulés ou agglomérés par l'hydroxyde ferrique dans une mesure telle que cela interfère sur leur dépôt sur les pa-

rois du conduit d'eau.

Il n'est pas certain que les particules u'hydroxyde ferrique d'un type qui retarde le dépôt, se présentent sous

la forme d'un ion polymère non organique ou bien o'unre par-

ticule colloidale. On pense qu'un paramètre critique est constitué par la dimension des particules en solution. La dimension des particules en solution est liée à la dimension de particule caractéristique Pd de la particule qui est trouvée en filtrant l'eau d'alimentation. Cette dimension Pd est exprimée en unités de longueur et elle est mesurée le long d'une ligne s'étendant entre les deux points les plus séparés l'un de l'autre sur la particule. Les composés d'hydroxyde ferrique ayant une dimension Pd, à l'instant de la mesure, qui est supérieure à un micromètre, sont suposés ne pas être actifs tandis que ceux ayant une dimension allant jusqu'à environ un dixième de micromètre sont connus comme étant actifs. En particulier on sait qu'une dimension I de particule pouvant aller jusqu'à cent angstroms est la

dimension de particule caractéristique Pd préférée.

Ces composés d'hydroxyde ferrique peuvent être fa-

briqués par l'un quelconque de plusieur procédés. L'un de ces procédés consiste à fabriquer les particules d'hydroxyde ferrique sous la forme d'une suspension en deux étapes. Une solution concentrée à longue durée de stocKage (supérieure à

une semaine) est réalisée à la température ambiante en hy-

drolysant lentement du fer dans une solution à 0,1 à 0,6 molaire ayant un pHl d'environ 1 à 2, pendant des périodes de temps allant jusqu'à trois mois. Avant l'utilisation la solution concentrée est diluée avec de l'eau distilée de manière à atteindre le degré désiré pour former la solution de pH plus élevé qui est effectivement utilisée. Un pense que la durée de vie effective de la solution diluée est

également un autre paramètre critique. La durée de vie ef-

83581

2U fective est plus courte que la durée de stockage de la solution concentrée et l'on pense qu'elle ne dépasse pas une semaine. EXLi-PLL

Des particules d'hydroxyde ferrique d'un type assu-

rant le retard du dépôt de eomposés à base de fer dans un conduit, ont été préparées en deux étapes de la manière suivante: 1U 1.- 2U,2 grames de nitrate ferrique Fe (NU3)3. 9H20 ont été dissous dans une quantité suffisante d'eau distilée, à la température ambiante, afin de produire un pHi d'environ 1,5. La solution a été maintenue à la température ambiante

pendant 10 jours avant d'être utilisée pour former une solu-

tion de nitrate ferrique lentement hydrolysé. Un pense que eeei à conduit à la formation d'une suspension/solution de

particules d'hydroxyde fer FeUOH (Fe203.H20). La spectros-

eopie par diffraction d'électrons de transmission du rési-

du laissé après évaporation de l'eau à partir d'un échantil-

lon a montré que des composés du type alpha-FeOOh (goethite) étaient présents dans le résidu. La dimension de particule caractéristique Pd de ces composés en goethite allait de 50 I à 100 anystroirs. Les cristaux de goethite peuvent exister également dans la solution ou bien ils peuvent se former uniquement pendant l'évaporation de l'eau. Un pense que si la solution est réfrigérée, elle peut être stockée pendant

une longue période de temps (au moins deux mois).

2.- La seconde étape a lieu avant l'utilisation.

Avant d'effectuer le test, le pH de la solution coneentree obtenue par l'étape 1 a été élevé à environ 3,5 à 4,0 en diluant la solution concentrée avec de l'eau distilée. On pense que la solution diluée à un tel pli est légèrement instable et qu'elle se détériore après un stockage durant 5 ou 6 jours. On pense que la dimension des particules de FeOOh augmente avec le temps et qu'après cinq à six jours la dimension des particules a augmente jusqu'a une valeur qui

rend ces particules inefficaces pour le but visé par l'in-

vention. La solution diluée a été testée dans un appareil tel que décrit ci-dessus. L'efficacité de la solution diluée fraîche (datant de moins d'une semaine) a été démontrée en inversant en cinquante heures au moins une moitié de la diminution du diamètre équivalent d'un empilage de piles à combustible qui est apparue pendant cent cinquante heures de

fonctionnement. Le diamètre équivalent a été ensuite main-

tenu constant pendant une période additionnelle de cent cinquante heures. On pense que cette suspension/solution est efficace pour une utilisation dans de l'eau purifiée, ainsi qu'il a été dit précédement, ayant un ptl supérieur à 5,5. De l'eau ayant un pH inférieur à 5,5 n'est pas considérée comme étant désirable pour des système de réfrigération pour de

telles installations à cause de l'accroissement de la corro-

sion de l'installation et de l'effet possible qu'elle a sur

le rendement de l'hydroxyde ferrique.

Un autre procédé pour préparer de l'hydroxyde fer-

rique peut être utilisé conjointement avec l'appareil repré-

senté sur les figures 4 et 5. Pendant le fonctionnement de

cette forme d'exécution de la chaleur est transférée à par-

tir du réfrigérant aqueux dans le conduit 128 à l'eau puri-

fiée se trouvant dans la troisième chambre 138, afin de produire de la vapeur. Cette vapeur s'écoule à travers le

conduit 144 en direction de la buse de pulvérisation 148.

L'eau purifiée s'écoule à travers le conduit 96''a en direc-

tion de la buse de pulvérisation, à partir du système de

traitement d'eau. L'eau purifiée a une conductivité infé-

rieure à un micromho ou un microsiemen par centimètre (et dans la forme d'exécution représentée elle est inférieure 0,5 micromho ou microsiemen par centimètre), elle a un pH

qui est sensiblement neutre (5,5-8), elle contient une cer-

taine quantité de dioxyde de carbone dissous et elle a une

concentration en oxygène d'environ sept parties par million.

En outre l'eau contient des composés à base de fer typique-

ment en une quantité d'environ 8U-IUO parties par milliard.

Le fer dissous (d'une manière prédominante Fe++) est également présent dans l'eau purifiée fournie à la deuxième

chambre à cause de la corrosion dans le système de récupé-

ration et d'alimentation du réfrigérant 18 et il est présent dans l'eau contenue dans le fond de la deuxième chambre 136

à cause de la corrosion des tiges de fer 156 et du revête-

ment contenant du fer 158.

La vapeur et l'eau purifiée sont mélangées d'une manière turbulente du fait de leur passage à travers la buse

de pulvérisation 148 et elles sont pulvérisées dans la deu-

xième chambre 136, en direction de la surface de l'eau. La deuxième chambre fonctionne à la pression atmosphièrique et l'eau dans la chambre est à une température qui favorise la formation d'hydroxyde ferrique du type Il. Dans la forme

d'exécution représentée l'eau est à une température d'envi-

ron 100oC. On pense que la température de l'eau doit être comprise dans la gamme allant d'environ 82 C à environ

1210C.

Tandis que le mélange est pulvérisé dans la deuxibme chambre, des parties de l'oxygène et du dioxyde de carbone dissous sont libérées au-dessus de l'interface eau-vapeur 152. Cesgaz sont évacués à travers l'évent 154. Etant donné que la deuxième chambre est évacuée, le fond du réservoir a un faible niveau d'oxygène et un pH qui favorise le type de corosion du fer provoquant la formation d'ions ferreux. On

pense que ces ions migrent en direction de l'interface eau-

vapeur.

La libération de parties de dioxyde de carbone dis-

sous, à partir de l'eau pulvérisée dans la deuxième chambre, et l'évacuation du dioxyde de carbone à travers l'event 154

apporte un second avantage important. La libération du dio-

xyde de carbone amine le pH de l'eau dans le nuage pulvérisé et dans le réservoir, à la surface de l'eau, à augmenter

légèrement. L'accroissement du pli force le fer dissous pro-

venant de l'eau pénétrant avec le nuage pulvérisé et vrai-

semblablement force également le fer dissous provenant de l'eau à l'interface eau-vapeur à précipiter sous la forme d' hydroxyde ferrique du type Il. On pense que cette action est favorisée par l'agitation du fer contenu dans l'eau, grâce à l'injection turbulente de la pulvérisation de vapeur et d'eau. La teneur en oxygène de l'eau arrivant est également comaiilandée par l'évacuation afin d'éviter qu'une trop grande quantité d'oxygène ne soit présente. Si une quantité trop grande d'oxygène est présente, la vitesse d'oxydation et la précipitation subséquente sont trop rapides et ceci a pour conséquence inuésirable la formation de Fe203 au lieu de la formation d'hydroxyde ferrique du type II qui constitue le

résultat recherché.

Apres la formation de l'eau contenant l'hydroxyde ferrique du type Il (FeUGhi ou fe2U3. F120 d'un type retardant 1 le dépôt), l'eau est refroidie à une 'température d'environ

6U C dans une atmosphère à faible teneur en oxygène (infé-

rieure à 60 parties par milliard) et elle est ensuite prête à être utilisée en tant qu'eau d'alimentation dans

l'installation productrice d'energie électrique.

L'eau contenant de l'hydroxyde ferrique du type II,

qui n'est pas utilisée pendant la durée de vie de la solu-

tion préparée, retourne, par l'intermédiaire d'un conouit de recirculation 98, au réservoir du dégazeur. L'eau est pompée

à travers le lit du système de traitement d'eau afin d'éli-

miner l'hydroxyde ferrique veilli et inactif ainsi que d'au-

tre composés à partir de l'eau et de fournir de l'eau puri-

fiée additionnelle à l'appareil représenté sur la figure 5.

L'additif constitué par l'hydroxyde ferrique du type II est fourni à la boucle du réfrigérant à travers la pompe d'eau d'alimentation, ainsi qu'il est nécessaire, afin de remplacer une partie de l'eau éliminée à partir du système

de réfrigération et de l'eau utilisée pour produire la va-

peur pour le dispositif de traitement uu combustible 44. Le

réfrigérant aqueux qui est enlevé par la comlianoe de souti-

3b rage, s'ecoule en direction du générateur d'hydroxyde fer-

rique pour la chaleur et ensuite vers le condenseur ou

l'eau est récupérée et envoyée au dégazeur.

Le procédé pour déterminé l'état de fralcheur et la dimension de partieule caractéristique associés au retard du dépôt comporte les étapes suivantes: 1.- Un régle un appareil qui simule avec précision le système ayant un problème en ce qui concerne le dépôt de

composés à base de fer.

2.- Un remplit le système de réfrigération avec de

l'eau purifiée.

3.- On établit le diamètre équivalent initial ou système. 4.- On fait fonctionner le système de réfrigération jusqu'à ce qu'une diminution de dix pourcent du diamètre

effectif apparaisse et jusqu'à ce que la vitesse de diminu-

tion soit établie en mesurant la diminution en fonction du

tem ps.

5.- On ajoute une quantité d'hydroxyde ferrique à l'eau s'écoulant à travers l'orifice, le résidu d'hydroxyde

ferrique ayant des partieules ayant une dimension de parti-

cule caractéristique Pd connue.

6.- Un détermine si le dépôt de composés à base de fer a été empêché en surveillant la chute de pression et le débit afin de déterminer si le diamètre équivalent diminue à la même vitesse (dépôt non empêché), s'il diminue à une vitesse très réduite (blocage du dépôt), s'il demeure à la même valeur (blocage total de tout dépôt), ou s'il augmente ( inversion du processus de dépôt). Ce procédé est répété

avec des particules d'hydroxyde ferrique en quantités varia-

bles et ayant des degrés de fraîcheur variables, ces parti-

cules ayant une dimension de particule caractéristique qui est de plus en plus petite jusqu'à ce que l'effet désiré

soit finalement observé.

Après avoir établi l'efficacité des particules d'hy-

droxyde ferrique, ces particules sont ajoutées au réfrigé-

rant aqueux, ce qui augmente ainsi la durée de vie du sys-

tème de réfrigération et accroit l'intervalle de temps entre les arrêts et les révisions coûteux des systèmes de réfrigération.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1.- Installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible comportant un circuit d'écoulement pour une solution aqueuse, un conduit pour la solution aqueuse à

travers lequel s'étend le circuit d'écoulement et un compo-

sant en communication d'échange de chaleur avec une partie du circuit d'écoulement pour la solution auqueuse afin de transférer de la chaleur à cette solution aqueuse, cette solution aqueuse comportant de l'eau et des composés à base de fer qui se déposent à l'intérieur du conduit, l'eau étant capable de réagir avec son environnement afin de former des composés à base de fer, caractérisée en ce qu'elle comprend une solution aqueuse constituée essentiellement d'eau ayant un pH qui est d'au moins 5, 5, une conductivité électrique qui est inférieure ou égale à un micromho par centimètre et une teneur en matières solides inférieure à une partie par million, cette matière solide comportant une quantité de composés à base de fer autres que l'hydroxyde ferrique et en ce que l'eau contient en outre un hydroxyde ferrique d'un

type qui retarde le dépôt de composés à base de fer à l'in-

térieur du conduit.

2.- Installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible suivant la revendication 1 caractérisée en ce que l'hydroxyde ferrique a une dimension de particule

caractéristique qui favorise le retard du dépôt à l'inté-

rieur du conduit.

3.- Installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible suivant la revendication 1 caractérisée en ce que l'hydroxyde ferrique a une dimension de particules carasetéristique Pd qui est inférieure ou égale à un dixième

de micromètre après filtration de l'eau à partir de la solu-

tion aqueuse.

4.- Installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible suivant la revendication 3 caraetérisée en ee que la dimension de partitule earantéristique Pd de

l'hydroxyde ferrique I est d'environ quarante à cent angs-

troms après filtration de l'eau à partir de la solution aqueuse. 5.Installation productrice d'éneryie éleetrique à pile à combustible suivant la revendication 3 earactérisée

en ce que l'eau est sensiblement neutre et l'hyoroxyde fer-

rique laisse une teinte jaune sur un papier filtre ayant une épaisseur de 0,45 micromètre lorsque l'on a fait passer un

litre de solution aqueuse à travers le papier filtre.

6.- Installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible suivant la revendication 5 caractérisée en ee qu'elle comporte un système d'eau d'alimentation et le

conduit fait partie de ee système d'alimentation.

7.- Installation productrice u'énergie électrique à

pile à combustible suivant l'une quelconque des revendica-

tions précédentes caractérisée en ce que de l'oxygène est

dissous dans l'eau.

8.- Installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible suivant la revendication 7 caractérisée en ee que l'eau contient de l'oxygène dissous à des niveaux compris entre 20 et 400ppb (parties par milliard) et l'eau atteint une température qui est approximativement égale ou supérieure à 1U00C dans les conditions de fonetionnement de l'installation. 9.- Installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible suivant la revendication 7 earactérisée en ce que l'eau contient de l'oxygène dissous à des niveaux compris entre 40 et 80ppb (parties par milliard) et l'eau atteint une température qui est approximativement égale ou supérieure à l100C dans les conditions de fonctionnement de l'installation. 1U.- Installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible suivant la revendication 8 earaetérisée en ce qu'au nmoins une partie de l'hydroxyde ferrique est constituée par de la goethite après filtration de l'eau

provenant de la solution aqueuse.

11.- Installation productrice d'éneryie électrique à pile à rombustibLe comportant un circuit d'écoulement pour une solutiort a4ueuse, un conduit pour Ia solution aqueuse à

travers lequel seétend le circuit d1'caulement et un compo-

sant pour transférer de la chaleur à eette solution aqueuse, eette solution aqueuse comportanrit de l'eau et des eoi.ipos6 s à base de fer qui se uéposent à l'intérieur du eonduit: l'eau étant capable de réagir avec son environnement afin de

former des composés base oe fer, caractérisée en ce qu'el-

le eomprend une solution aqueuse constituée essentiellement d'eau qui est neutre, qui atteint une température allant de C à 2U50C dans les conditions de fonetionnement, qui a

une conduetivité électrique.inférieure ou égale à un micro-

mho par eentiî,iètre, qui contient de l'oxygène dissous des niveaux allant de 4U à 400 ppb (parties par milliard), l'eau ayant une teneur en matières solides qui est inférieur à lppm (une partie par million), la matière solide comportant

une quantité de composés à base ue fer autres que l'hy-

droxyde ferrique, l'eau contenant en outre de l'hydroxyde ferrique d'un type retardant le dépôt des composés à base

de fer à l'intérieur du conduit, l'hydroxyde ferrique lais-

sant une teinte jaune sur un papier filtre d'une épaisseur de 0,45 micromètre après passage d'un litre de solution aqueuse de l'installation, une portion de cet hydroxyde

ferrique étant de la goethite ayant une dimension de parti-

I. eule caractéristique Pd qui est d'environ 40 à 100 angstroms

après filtration de l'eau à partir de la solution aqueuse.

12.- Installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible comportant un circuit d'écoulement pour une solution aqueuse, un conduit pour la solution aqueuse à

travers lequel s'étend le circuit d'écoulement et un eompo-

sant pour transférer de la chaleur à cette solution aqueuse, cette solution aqueuse comportant de l'eau et des composés à base de fer qui se déposent à l'intérieur du eonduit,, l'eau étant capable de réagir avec son environnement afin de

forger des comnposés à base de fer, earaetérisée en ce qu'el-

le comprend une solution aqueuse constituée essentiellement d'eau ayant un pH qui est d'au moins 5,5, une conductivité éleetrique qui est inférieure ou égale à un micromho par 3v tA -iL|.Lb<e t<;n_,r Dn;auti_rs3 *': Fti isi^ une partie par million, cette matière solide comportant une quantité de composés à base de fer autres que l'hydroxyde ferrique et en ce que l'eau contient en outre un hydroxyde ferrique d'un type qui retarde le dépLt de composés à base de fer à l'intérieur du conduit, et des moyens sont prévus pour introduire, dans la solution aqueuse, de l'hydroxyde ferrique additionnel d'un type qui retarde le dépôt des composes à base de fer à l'intérieur du conduit. 13.- Installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible suivant la revendication 12 caractérisée

en ce qu'au moins une partie de l'hydroxyde ferrique addi-

tionnel, après filtration ue l'eau provenant de la solution aqueuse, est constituée par de la goethite et elle a une dimension de particule caractéristique Pd qui est inférieure

ou égale à un dixième de micromètre.

14.-Installation productrice d'énergie électrique à pile à combustible suivant la revendication 13 caraetérisée en ce que les moyens pour introduire l'hydroxyde ferrique dans la solution aqueuse comportent un moyen pour injecter une quantité d'eau contenant de l'hydroxyde ferrique dans

la solution aqueuse.

15.- Procédé de commande du fonctionnement d'un

empilage de piles à combustible d'une installation produc-

trice d'energie électrique à pile à combustible, l'empilage

de piles à combustible comportant au moins un circuit d'é-

coulement pour une solution aqueuse qui s'étend à travers l'empilage de piles à combustible, au moins un conduit pour la solution aqueuse à travers lequel s'étend le circuit d'écoulement et ayant des composants qui transfèrent de la

chaleur vers la solution aqueuse afin de refroidir l'empila-

ge de piles à combustible, cette solution aqueuse contenant de l'eau et des composés à base de fer qui se déposent à l'intérieur du conduit, l'eau étant capable de réagir avec son environnement afin de former des composés à base de fer et subissant une chute de pression à travers l'empilage qui est fonction du débit, lorsque la solution aqueuse s'écoule à travers l'empilage, caractérisé en ce qu'on fournit à l'empilage de piles à combustible de l'eau ayant un pli d'au moins 5,5, une conductivité électrique inférieure ou égale à un uicromho par centimètre et une teneur en matières solides qui est inférieure à une partie par million, on surveille la chute du niveau de pression de la solution aqueuse tandis qu'elle s'écoule à travers l'empilage de piles à combustible on injeete dans la solution aqueuse de l'hydroxyde ferrique d'un type et en une quantité tels que l'on obtient l'arrêt du dépôt des composés à base de fer dans les conduits de 1' empilage de-telle façon que la chute du niveau de pression de la solution aqueuse, pour un débit donné à travers l'empilage, demeure sensiblement constante, et on fait fonctionner l'empilage de piles à combustible avec une chute du niveau de pression de la solution aqueuse sensiblement constante pour un débit donné de la solution

aqueuse à travers l'empilage de piles à combustible.