FR2754546A1 - Cellule electrochimique a double flux thermique pour l'electrolyse d'une solution electrolytique liquide a ou pres de son point d'ebullition - Google Patents
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Abstract
La cellule selon l'invention comprend un boîtier inférieur (10) et un boîtier supérieur (10) définissant une section inférieure (31a) et une section supérieure (31b) d'un compartiment d'électrolyse (31) contenant des électrodes (32, 33) pour l'électrolyse d'eau isotopique. Chacun des boîtiers comprend une enveloppe externe (11, 21) en matériau thermoconducteur, une enveloppe interne (13, 23) en matériau thermoconducteur et entre les enveloppes externes et internes une enveloppe formant écran thermique (12, 22). Des moyens (40, 41, 42) de détection de la différence de température de part et d'autre des enveloppes formant isolation thermique sont répartis axialement dans les enveloppes externes et internes des boîtiers. Application comme calorimètre pour des mesures en fusion froide.
Description
Cellule électrochimique à double flux thermique pour l'électrolyse d'une solution électrolytique liquide à ou près de son point d'ébullition.
La présente invention concerne d'une manière générale une cellule électrochimique à double flux thermique pour l'électrolyse d'une solution électrolytique .liquide à ou près de son point d'ébullition, utile en particulier comme calorimètre pour la mesure de toute génération de chaleur. En particulier, cette cellule est utile pour des mesures calorimétriques pour l'électrochimie.
Aucun des systèmes ou des procédés de l'art antérieur ne fait utilisation du réglage de la température des électrodes, ou n'utilise de cellule électrolytique qui fonctionne à ou près du point d'ébullition de l'électrolyte. En outre, l'art antérieur ne suggère nullement la récupération du solvant de l'électrolyte qui s'évapore lors de l'utilisation et qui est renvoyé à l'électrolyte de la cellule pour réutilisation. Enfin, l'art antérieur ne décrit aucun dispositif qui utilise des caractéristiques de transfert thermique à double flux thermique, double flux thermique et simple flux massique, ou double flux thermique et double flux massique.
La présente invention a donc pour objet de fournir une cellule électrochimique ayant les caractéristiques ci-dessus et remédiant aux inconvénients des dispositifs de l'art antérieur.
Selon l'invention, on réalise une cellule électrochimique à double flux thermique pour l'électrolyse d'une solution électrolytique liquide à ou près de son point d'ébullition dans laquelle est prévu un moyen de réglage de la température de la solution électrolytique et des électrodes et dans laquelle de la chaleur est engendrée dans une partie inférieure de la cellule, et la vapeur au-dessus de la solution électrolytique chaude est condensée dans une partie supérieure de la cellule et renvoyée à la partie inférieure de la cellule, cependant que la chaleur extraite de la vapeur lors de sa condensation dans la partie supérieure de la cellule est éliminée de la cellule par un procédé de transfert thermique ou massique, qui comprend:
a) un premier boîtier définissant la partie inférieure de la cellule, ce premier boîtier comprenant une enveloppe externe en un matériau thermiquement conducteur dont la surface extérieure est en contact thermique étroit avec l'environnement, une enveloppe interne en un matériau thermiquement conducteur qui est en contact thermique étroit avec une section inférieure d'un compartiment d'électrolyse et une enveloppe formant écran thermique disposée entre les enveloppes externe et interne;
b) un second boîtier définissant la partie supérieure de la cellule, ce second boîtier comprenant une enveloppe externe en un matériau thermiquement conducteur dont la surface externe est en contact thermique étroit avec l'environnement, une enveloppe interne en un matériau thermiquement conducteur qui est en contact thermique avec une section supérieure du compartiment d'électrolyse et une enveloppe formant écran thermique disposée entre l'enveloppe externe et l'enveloppe interne;
c) une enveloppe définissant le compartiment d'électrolyse situé au centre du premier et du second boîtiers, dans lequel sont disposés
i) une anode supportée, reliée extérieurement et capable de supporter continuellement l'oxydation électrochimique de l'eau en oxygène;
(ii) une cathode supportée, reliée extérieurement, constituée de palladium, nickel, titane ou d'un alliage de ceux-ci, qui est capable d'absorber l'hydrogène et/ou l'un quelconque de ses isotopes dans le réseau métallique et qui soit capable de supporter la réduction électrochimique de l'eau, l'eau lourde, l'eau tritiée et/ou de toute autre eau substituée par des mélanges d'isotopes; et
(iii) des moyens nécessaires à la réalisation de l'étalonnage et à la caractérisation du comportement de la cellule électrolytique;
d) une source d'énergie externe pour fournir des programmes de courant et de tension à l'anode et à la cathode de la cellule;
e) un moyen pour régler et mesurer les programmes de courant et tension appliqués aux électrodes;
f) un moyen pour mesurer en continu la température à l'intérieur de la cellule électrolytique;
g) un moyen de fourniture d'énergie électrique et de mesure pour étalonner la cellule par injection de quantités connues de chaleur dans la cellule électrolytique;
h) des moyens de détection montés dans les enveloppes externe et interne des premier et second boîtiers pour déterminer les différences de température de part et d'autre des enveloppes formant écran thermique;
i) des moyens électroniques de mesure pour contrôler en continu les amplitudes des signaux de sortie des moyens de détection; et
j) des moyens électroniques de mesure pour mesurer en continu le courant et la tension de la cellule.
a) un premier boîtier définissant la partie inférieure de la cellule, ce premier boîtier comprenant une enveloppe externe en un matériau thermiquement conducteur dont la surface extérieure est en contact thermique étroit avec l'environnement, une enveloppe interne en un matériau thermiquement conducteur qui est en contact thermique étroit avec une section inférieure d'un compartiment d'électrolyse et une enveloppe formant écran thermique disposée entre les enveloppes externe et interne;
b) un second boîtier définissant la partie supérieure de la cellule, ce second boîtier comprenant une enveloppe externe en un matériau thermiquement conducteur dont la surface externe est en contact thermique étroit avec l'environnement, une enveloppe interne en un matériau thermiquement conducteur qui est en contact thermique avec une section supérieure du compartiment d'électrolyse et une enveloppe formant écran thermique disposée entre l'enveloppe externe et l'enveloppe interne;
c) une enveloppe définissant le compartiment d'électrolyse situé au centre du premier et du second boîtiers, dans lequel sont disposés
i) une anode supportée, reliée extérieurement et capable de supporter continuellement l'oxydation électrochimique de l'eau en oxygène;
(ii) une cathode supportée, reliée extérieurement, constituée de palladium, nickel, titane ou d'un alliage de ceux-ci, qui est capable d'absorber l'hydrogène et/ou l'un quelconque de ses isotopes dans le réseau métallique et qui soit capable de supporter la réduction électrochimique de l'eau, l'eau lourde, l'eau tritiée et/ou de toute autre eau substituée par des mélanges d'isotopes; et
(iii) des moyens nécessaires à la réalisation de l'étalonnage et à la caractérisation du comportement de la cellule électrolytique;
d) une source d'énergie externe pour fournir des programmes de courant et de tension à l'anode et à la cathode de la cellule;
e) un moyen pour régler et mesurer les programmes de courant et tension appliqués aux électrodes;
f) un moyen pour mesurer en continu la température à l'intérieur de la cellule électrolytique;
g) un moyen de fourniture d'énergie électrique et de mesure pour étalonner la cellule par injection de quantités connues de chaleur dans la cellule électrolytique;
h) des moyens de détection montés dans les enveloppes externe et interne des premier et second boîtiers pour déterminer les différences de température de part et d'autre des enveloppes formant écran thermique;
i) des moyens électroniques de mesure pour contrôler en continu les amplitudes des signaux de sortie des moyens de détection; et
j) des moyens électroniques de mesure pour mesurer en continu le courant et la tension de la cellule.
Les enveloppes interne et externe des premier et second boîtiers peuvent être constituées de tout matériau thermiquement conducteur, tel que des métaux ou du verre. Un métal particulièrement approprié pour les enveloppes interne et externe des premier et second boîtiers est l'aluminium.
Les enveloppes formant écran thermique des premier et second boîtiers peuvent être constituées par un vide partiel, un gaz, un liquide ou un solide thermiquement isolant. Parmi les solides thermiquement isolants utiles pour former l'enyeloppe constituant l'écran thermique, on peut citer les matières plastique isolantes telles que le polyuréthane. Un autre type d'enveloppe formant écran thermique recommandé est constitué par un espace entre les enveloppes interne et externe dans lequel on réalise un vide partiel, cet espace étant éventuellement rempli d'une mousse métallique ou en matériau isolant.
L'enveloppe définissant le compartiment d'électrolyse est de préférence constituée de verre, quartz ou céramique.
Les sources d'énergie externe fournissant des programmes de courant et de tension à l'anode et à la cathode de la cellule sont bien connues et peuvent fournir des courants continus, alternatifs ou des courants continu/alternatif.
Les moyens nécessaires à la réalisation de l'étalonnage et de la caractérisation du comportement de cellules électrolytiques sont bien connus et comprennent généralement tout ou partie des éléments suivants
des thermistances, thermomètres ou thermocouples,
les éléments chauffants d'étalonnage, et des électrodes de référence.
des thermistances, thermomètres ou thermocouples,
les éléments chauffants d'étalonnage, et des électrodes de référence.
Les moyens de détection montés dans les enveloppes externe et interne des premier et second boîtiers sont constitués généralement soit par des thermistances, des thermocouples ou des thermomètres.
Dans une réalisation recommandée, ces moyens de détection sont constitués par trois jeux de thermistances, un premier jeu comprenant au moins une thermistance disposée dans l'enveloppe externe du premier boîtier et au moins une thermistance disposée dans l'enveloppe interne du premier boîtier et deux jeux de thermistance axialement espacés, et comprenant chacun au moins une thermistance disposée dans l'enveloppe externe du second boîtier et au moins une thermistance disposée dans l'enveloppe interne du second boîtier.
Dans cette réalisation recommandée, les trois jeux de thermistances sont disposés en des endroits clé des enveloppes interne et externe des deux boîtiers de manière à caractériser de façon optimale la répartition de la température à l'intérieur de la cellule.
De même, le moyen pour mesurer en continu la température à l'intérieur de la cellule électrolytique peut être constitué par une thermistance, un thermocouple ou un thermomètre. De préférence, ce moyen est constitué par une thermistance disposée dans la section inférieure du compartiment d'électrolyse.
Les autres éléments de la cellule électrolytique, tels que la source d'énergie externe, le moyen de réglage et de mesure des programmes de courant et de tension appliqués aux électrodes, les moyens électroniques de mesure pour le contrôle en continu des amplitudes des signaux de sortie des moyens de détection ainsi que les moyens électroniques de mesure pour la mesure en continu du courant et de la tension de la cellule, sont des dispositifs classiques, bien connus, et qui ne seront donc pas décrits plus en détail dans la présente demande.
Comme indiqué précédemment, la cathode est constituée de palladium, nickel, titane ou d'un alliage quelconque de ces métaux qui soit capable d'absorber l'hydrogène et/ou l'un quelconque de ses isotopes dans le réseau métallique et qui puissent supporter la réduction électrochimique de l'eau, l'eau lourde, l'eau tritiée ou de tout autre eau contenant un mélange isotopique. De préférence, la cathode est sous la forme d'une tige ou d'un réseau de tige de manière à accroître le volume d'hydrogène ou de ses isotopes contenus dans la cellule par accroissement de la quantité d'hydrogène isotopique absorbée par le réseau métallique de la cathode.
Comme indiqué également, l'anode doit être capable de supporter en continu l'oxydation électrochimique de l'eau en oxygène, et est de préférence constituée de platine. De préférence, encore, l'anode se présente sous la forme d'un panier entourant de manière symétrique la cathode.
On peut faire varier les épaisseurs relatives des enveloppes interne et externe des boîtiers ainsi que des enveloppes formant écran thermique, de manière à régler la vitesse de transfert thermique à travers la partie inférieure et la partie supérieure de la cellule respectivement, ce qui à son tour règle la température à l'intérieur de ces parties inférieure et supérieure de la cellule.
Dans une réalisation recommandée, la cellule comprend en outre un moyen de condensation sous forme d'un bouchon disposé dans la section supérieure du compartiment d'électrolyse pour assurer un réglage supplémentaire de la vitesse de condensation de la vapeur audessus de l'électrolyte chaud dans la section inférieure du compartiment d'électrolyse et ainsi la température dans la section supérieure du compartiment d'électrolyse de la cellule.
Ce bouchon de condensation peut être tout simplement un bouchon en un matériau approprié, tel que du Téflon, constituant un puits thermique. Ce bouchon de condensation peut s'étendre en partie ou en totalité dans la section supérieure du compartiment d'électrolyse et peut même se prolonger légèrement jusque dans la section inférieure du compartiment d'électrolyse.
Ce bouchon de condensation peut également être un bouchon à flux massique unique monté uniquement dans la section supérieure du compartiment d'électrolyse et qui comprend des moyens permettant le passage d'un fluide de refroidissement mis en circulation extérieurement afin d'évacuer vers l'extérieur la chaleur absorbée à partir de la vapeur. Ce bouchon de condensation peut encore être un bouchon à double flux massique s'étendant en partie ou entièrement dans la section supérieure de la cellule d'électrolyse et qui comprend des moyens pour le passage d'un fluide de refroidissement mis en circulation extérieurement afin d'éliminer vers l'extérieur la chaleur absorbée à partir de la vapeur.
Ce moyen de condensation peut également être réalisé par des passages pour la circulation d'un fluide de refroidissement ménagé dans l'enveloppe interne du second boîtier.
Afin de mieux régler la sensibilité et la précision des mesures de différence de température, les emplacements des moyens de détection tels que des thermistances dans les enveloppes internes et externes peuvent être choisis et déterminés en fonction du résultat voulu. Par exemple, les moyens de détection peuvent être disposés plus ou moins près de la cellule d'électrolyse.
Dans ce but également, il peut être souhaitable d'isoler les différents jeux de moyens de détection, par exemple de thermistances, vis-à-vis de la conduction thermique dans les enveloppes internes et externes des boîtiers. A cette fin, on peut prévoir, entre les jeux de moyens de détection, des isolateurs thermiques, par exemple des bagues annulaires en matériau isolant, pour interrompre la conduction thermique dans les enveloppes internes et externes entre chaque jeu de moyens de détection.
En outre, le moyen de condensation peut être de toute forme appropriée, telle que par exemple cylindrique ou parallélépipédique et être constitué d'un matériau unique ou de plusieurs matériaux ayant des conductivités thermiques différentes choisis et agencés en fonction du résultat souhaité.
Enfin, les premier et second boîtiers peuvent être thermiquement isolés l'un de l'autre ou au contraire réaliser une continuité de la conduction thermique, par exemple en disposant un joint thermiquement isolant ou conducteur entre les boîtiers.
De préférence, encore, la cellule selon l'invention comprend un dispositif de recombinaison interne, électrique ou catalytique, monté dans la section supérieure de la cellule d'électrolyse pour reconvertir les isotopes de l'hydrogène gazeux et l'oxygène engendré dans la section inférieure du compartiment d'électrolyse en eau isotopique qui est ensuite soit éliminée, soit renvoyée dans la section inférieure du compartiment d'électrolyse. Ces dispositifs de recombinaison sont bien connus dans la technique et peuvent être des dispositifs électriques ou catalytiques.
Parmi les dispositifs catalytiques recommandés, on peut citer les fils de platine chauffants, directement disposés dans la section supérieure du compartiment d'électrolyse ainsi que tout élément constitué d'un catalyseur au platine ou au palladium, par exemple, les catalyseurs formés de platine ou de palladium sous forme de particules réparties dans un support tel que du carbone, du Téflon ou une céramique.
La suite de la description se réfère à la figure annexée qui représente une réalisation recommandée d'une cellule électrochimique à double flux thermique pour l'électrolyse d'une solution électrolytique liquide à ou près de son point d'ébullition selon la présente invention.
En se référant à la figure, la cellule électrochimique selon l'invention comprend un premier boîtier inférieur 10 qui définit la partie inférieure de la cellule électrochimique. Ce premier boîtier 10 comprend une enveloppe externe 11 en un matériau thermiquement conducteur, par exemple un métal tel que l'aluminium, dont une extrémité ouverte est pourvue d'une bride de raccordement 14 et dont la surface extérieure est destinée à venir en contact thermique étroit avec l'environnement. Ce boîtier comprend également une enveloppe interne 13 en un matériau thermiquement conducteur, par exemple un métal tel que l'aluminium, destinée à être en contact thermique étroit avec une section inférieure 31 a d'un compartiment d'électrolyse 31. Ce premier boîtier 10 comprend en outre une enveloppe 12 formant écran thermique disposée entre les enveloppes externe 1 1 et interne 13. A titre d'exemple, dans la réalisation représentée, cette enveloppe formant écran thermique 12 est constituée de polyuréthane.
La cellule électrochimique comprend un second boîtier supérieur 20 définissant la partie supérieure de la cellule électrochimique. Ce boîtier comprend une enveloppe externe 21 ouverte aux deux extrémités en un matériau thermiquement conducteur, par exemple un métal tel que l'aluminium. Une des extrémités de cette enveloppe externe 21 comporte une bride de raccordement 24 destinée à raccorder le second boîtier 20 au premier boîtier 10 au moyen d'écrous traversant les brides de raccordement 14 et 24 du premier et du second boîtier, respectivement. Le second boîtier 20 comporte également une enveloppe interne 23 en matériau thermiquement conducteur, par exemple un métal tel que l'aluminium. Une enveloppe 22 formant écran thermique, telle qu'une enveloppe isolante en feuille de matière plastique mince, est disposée entre l'enveloppe externe 21 et l'enveloppe interne 23 du second boîtier 20.
Une enveloppe 30 en un matériau tel que du verre, du quartz ou une céramique, dans le cas présent un verre pyrex8, définissant le compartiment d'électrolyse 31, est disposée au centre du premier boîtier 10 et du second boîtier 20, de telle sorte que ces premier et second boîtiers 10, 20 définissent respectivement une section inférieure 31 a et supérieure 31b du compartiment d'électrolyse 31.
Comme le montre la figure, l'enveloppe 30 définissant le compartiment d'électrolyse 31 est maintenue à l'extrémité supérieure ouverte du second boîtier supérieur 20 par un bouchon d'étanchéité 27 en un matériau approprié tel que du Téflon, fixé au moyen de dispositifs classiques, tels que des boulons, dans l'enveloppe externe 21 du boîtier supérieur 20.
Comme représenté, de préférence, le premier boîtier inférieur 10 est thermiquement isolé du second boîtier supérieur 20 au moyen d'un joint 25 en matériau approprié, par exemple un joint annulaire en polyuréthane disposé entre les boîtiers 10, 20 et leurs brides de raccordement 14, 24. Egalement, comme celà est classique, pour assurer l'étanchéité entre les deux boîtiers 10, 20, on peut disposer un joint torique 26 en matériau élastomère isolant entre les brides de raccordement 14, 24 des deux boîtiers.
Une cathode 33, en matériau approprié, par exemple sous la forme d'une tige de palladium, nickel, titane ou d'un alliage de ces métaux, est disposée dans la section inférieure 31 a du compartiment d'électrolyse 31 de la cellule. Egalement, une anode, par exemple en platine, constituée par un panier entourant la cathode 32, est également disposée dans la section inférieure 31 a du compartiment d'électrolyse 31. Ces électrodes sont réunies par des conducteurs à une source d'énergie externe appropriée, non représentée.
Comme le montre la figure, une thermistance 34 est également disposée dans la section inférieure 31a du compartiment d'électrolyse 31.
Un condenseur 35, par exemple un condenseur en Téflon, est disposé dans la section supérieure 31 a du compartiment d'électrolyse 31. Ce condenseur sert à la fois de support aux électrodes 32, 33 et à la thermistance 34, et également de bouchon d'étanchéité du compartiment d'électrolyse 31.
Comme représenté sur la figure, trois jeux de thermistances 40, 41, 42, sont disposés dans les enveloppes interne et externe des boîtiers 10, 20 de la cellule électrochimique, en vue de la détermination des différences de température à travers les enveloppes formant écran thermique 12 et 22. Comme celà est connu, ces jeux de thermistances sont disposés dans des endroits prédéterminés critiques des boîtiers.
Comme on le voit sur la figure, on peut prévoir dans le premier boîtier 10 des fenêtres transparentes 15, 16, par exemple en poly (méthacrylate de méthyle).
Pour des raisons de simplification, on n'a pas représenté sur la figure les éléments usuels utilisés tels que le moyen de réglage et de mesure des programmes de courant et tension appliqué aux électrodes, le moyen de fourniture d'énergie électrique et de mesure pour l'étalonnage de la cellule par injection de quantité connue de chaleur dans la cellule électrolytique, les moyens électroniques de mesure pour le contrôle en continu de l'amplitude des signaux de sortie des thermistances, ainsi que les moyens électroniques de mesure en continu du courant et de la tension de cellule, tous ces éléments étant classiques.
Le principe de fonctionnement d'une telle cellule est le suivant.
La section supérieure (section de mesure/condensation) est thermiquement isolée de la section inférieure (section de réaction).
Lorsque la température s'élève dans la section inférieure, de la chaleur est transférée dans la section supérieure, principalement par la chaleur contenue dans la vapeur du solvant de l'électrolyte contenu dans la section inférieure. Le jeu de thermistances inférieur est le plus précis aux basses températures car c'est le jeu situé le plus près de la surface supérieure du fluide en réaction. Les jeux intermédiaire et supérieure de thermistances sont situés plus haut dans la section supérieure et par conséquent ont peu ou pas de sensibilité aux températures inférieures.
Lorsque la température du fluide dans la section inférieure s'élève, la pression du fluide s'élève et la température s'élève dans la section supérieure de la cellule. A l'ébullition, la température de la vapeur s'élève jusqu'au point d'ébullition du fluide. Si la vitesse d'ébullition est accrue, due soit à un accroissement de la puissance externe introduite ou à un excès de génération de chaleur, la vitesse d'ébullition s'accroît et la hauteur de la colonne de vapeur chaude s'accroît. Comme la température de la vapeur ne peut pas dépasser la température du liquide en ébullition à une pression donnée, la température mesurée aux diverses thermistances ne peut excéder cette température. Pour cette raison, chaque jeu de thermistances deviendra éventuellement saturé. En d'autres termes, lorsque la hauteur de la colonne de vapeur chaude atteint l'endroit d'une paire de thermistances, un accroissement supplémentaire de la puissance d'entrée dans la section inférieure de la cellule n'aura pas d'effet supplémentaire sur la différence de température mesurée. Pour cette raison, le jeu inférieur de thermistances est sensible aux basses températures et aux faibles vitesses d'ébullition (jusqu'à environ 30
Watts de dissipation de puissance dans la cellule). Aux puissances plus élevées, il n'y a pas d'autres modifications de la différence de température à ce jeu de thermistances. Le jeu intermédiaire de thermistances devient alors le plus précis, et aux vitesses de dissipation à puissance très élevée, le jeu supérieur de thermistances devient à son tour le plus précis.
Watts de dissipation de puissance dans la cellule). Aux puissances plus élevées, il n'y a pas d'autres modifications de la différence de température à ce jeu de thermistances. Le jeu intermédiaire de thermistances devient alors le plus précis, et aux vitesses de dissipation à puissance très élevée, le jeu supérieur de thermistances devient à son tour le plus précis.
Après étalonnage de la cellule, et au cours d'un essai effectif, on enregistre les différences de température entre les trois jeux de thermistances et on les compare à des valeurs d'étalons pour le même niveau de puissance d'entrée. Si il y a un effet quelconque d'excès d'enthalpie, alors les points de données tomberont au-dessus des lignes d'étalonnage puissance d'entrée-différence de température des thermistances. La distance selon l'horizontal du point de données à la ligne d'étalonnage vers la droite donne la valeur de l'enthalpie en excès (s'il y en a, en Watts).
Claims (12)
1. Cellule électrochimique à double flux thermique pour l'électrolyse d'une solution électrolytique liquide à ou près de son point d'ébullition, dans laquelle est prévu un moyen de réglage de la température de la solution électrolytique et des électrodes, et dans laquelle de la chaleur?est engendrée dans une partie inférieure de la cellule, et la vapeur au-dessus de la solution électrolytique chaude est condensée dans une partie supérieure de la cellule et renvoyée à la partie inférieure de la cellule, cependant que la chaleur extraite de la vapeur lors de sa condensation dans la partie supérieure de la cellule est éliminée de la cellule par un procédé de transfert thermique ou massique, caractérisée en ce qu'elle comprend
a) un premier boîtier (10) définissant la partie inférieure de la cellule, ce premier boîtier (10) comprenant une enveloppe externe (11) en un matériau thermiquement conducteur dont la surface extérieure est en contact thermique étroit avec l'environnement, une enveloppe interne (13) en un matériau thermiquement conducteur qui est en contact thermique étroit avec une section inférieure (31) d'un compartiment d'électrolyse (31)' et une enveloppe (12) formant écran thermique disposée entre les enveloppes externe (11) et interne (13);
b) un second boîtier (20) définissant une partie supérieure de la cellule, ce second boîtier comprenant une enveloppe externe (21) en un matériau thermiquement conducteur dont la surface externe est en contact thermique étroit avec l'environnement, une enveloppe interne (23) en un matériau thermiquement conducteur qui est en contact thermique étroit avec une section supérieure (31b) du compartiment d'électrolyse (31) et une enveloppe (22) formant écran thermique disposée entre l'enveloppe externe (20) et l'enveloppe interne (23);
c) une enveloppe (30) définissant le compartiment d'électrolyse (31) situé au centre du premier et du second boîtiers (10, 20), dans lequel sont disposés
(i) une anode (32) supportée, reliée extérieurement et capable de supporter continuellement l'oxydation électrochimique de l'eau en oxygène;
(ii) une cathode (33) supportée, reliée extérieurement, constituée de palladium, nickel, titane ou d'un alliage de ceux-ci, qui est capable d'absorber lthydrogène et/ou l'un quelconque de ses isotopes dans le réseau métallique et qui soit capable de supporter la réduction électrochimique de l'eau, l'eau lourde, l'eau tritiée et/ou de toute autre eau substituée par des mélanges d'isotopes; et
(iii) des moyens (34) nécessaires à la réalisation de l'étalonnage et à la caractérisation du comportement de la cellule électrolytique;
d) une source d'énergie externe pour fournir des programmes de courant et de tension à l'anode (32) et à la cathode (33) de la cellule;
e) un moyen pour régler et mesurer les programmes de courant et de tension appliqués aux électrodes;
f) un moyen pour mesurer en continu la température à l'intérieur de la cellule électrolytique;
g) un moyen de fourniture d'énergie électrique et de mesure pour étalonner la cellule par injection de quantité connue de chaleur dans la cellule électrolytique;
h) des moyens de détection (40, 41, 42) montés dans des enveloppes externes (11, 21) et internes (13, 23) des premier et second boîtiers (10, 20) pour déterminer les différences de température de part et d'autre des enveloppes formant écran thermique (12, 22);
i) des moyens électroniques de mesure pour contrôler en continu les amplitudes des signaux de sortie des moyens de détection; et
j) des moyens électroniques de mesure pour mesurer en continu le courant et la tension de la cellule.
2. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cathode (33) est sous la forme d'une tige ou d'un réseau de tiges pour accroître le volume d'hydrogène ou de ses isotopes contenu dans la cellule par accroissement de la quantité d'hydrogène isotopique absorbée par le réseau métallique de la cathode (33).
3. Cellule selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les épaisseurs relatives des enveloppes interne (13) et externe (11) ainsi que de l'enveloppe formant écran thermique (12) du premier boîtier (10) sont prédéterminées pour régler la vitesse du transfert thermique à travers la partie inférieure de la cellule, ce qui a son tour règle la température à l'intérieur de la partie inférieure de la cellule.
4. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les épaisseurs relatives des enveloppes interne (23) et externe (21) ainsi que l'enveloppe formant écran thermique (22) du second boîtier (20) sont prédéterminées pour régler la vitesse de transfert thermique à travers la partie supérieure de la cellule, ce qui à son tour règle la température dans la partie supérieure de la cellule.
5. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen de condensation, de préférence sous la forme d'un bouchon (35), monté dans la section supérieure (3 lb) du compartiment d'électrolyse (31) pour assurer un réglage supplémentaire de la vitesse de condensation de la vapeur au-dessus du liquide chaud dans la section inférieure (31a) du compartiment d'électrolyse (31) et la température de la section supérieure (31b) du compartiment d'électrolyse (31) de la cellule.
6. Cellule selon la revendication 5, caractérisée en ce que le bouchon de condensation (35) est un bouchon à flux massique unique monté uniquement dans la section supérieure (3 lb) du compartiment d'électrolyse (31) et qui comprend des moyens pour le passage d'un fluide thermique mis en circulation extérieurement pour éliminer vers l'extérieur la chaleur absorbée de la vapeur.
7. Cellule selon la revendication 5, caractérisée en ce que le bouchon de condensation (35) est un bouchon à double flux massique qui s'étend en partie ou entièrement dans la section supérieure (3 lb) du compartiment d'électrolyse (31) et qui comprend des moyens pour le passage d'un fluide thermique mis en circulation extérieurement pour éliminer vers l'extérieur la chaleur absorbée de la vapeur.
8. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif de recombinaison interne, électrique ou catalytique, monté dans la section supérieure (3 la) du compartiment d'électrolyse (31) pour convertir les gaz d'isotopes de l'hydrogène et l'oxygène engendrés dans la section inférieure (3 la) en eau isotopique qui est soit éliminée, soit renvoyée dans la section inférieure.
9. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les enveloppes internes (13, 23) et externes (11, 21) des premier et second boîtiers (10, 20) sont constituées de métal ou de verre.
10. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les enveloppes formant écran thermique (12, 22) des premier et second boîtiers (10, 20) sont constituées par un vide partiel, un solide, un liquide ou un gaz thermiquement isolant.
11. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'enveloppe (30) définissant le compartiment d'électrolyse (31) est constituée de verre, quartz ou céramique.
12. Cellule selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les boîtiers (10, 20) sont constitués par un conteneur à double paroi de verre délimitant entre elles une chambre sous vide partiel qui peut être éventuellement remplie en totalité ou partiellement avec de la mousse métallique ou de la mousse isolante, les parois internes du conteneur définissant le compartiment d'électrolyse (31).
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| M. FLEISCHMANN: "calorimetry of the palladium-deuterium-heavy water system", JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY, vol. 287, no. 2, 1990, pages 293 - 348, XP000645805 * |
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Also Published As
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