Brevet FR2491091A1 — publié le 19820402

L'invention concerne un système d'alimentation en courant continu des installations d'électrolyse industrielle, permettant d'augmenter le rendement global desdites installa- tions, leur fiabilité, de simplifier l'exploitation et de réduire les dangers d'életrocution du personnel y tra veillant. Dens les installations connues de ce genre, 1 source de courant continu est centralisée et alimente un certain nombre de cellules d'électrolyse connectées en série corme schématisé dans la figure 1. Ls source est dimensionnée pour fournir le courant nominal requis par chaque cellule afin de produire la quantité nominale de produits dans l'u nité de temps.A cette fin, la source de courant continu doit fournir en charge une tension égale à la somme des chutes de tension dans les résistances en série, notamment - des circuits électrolytiques des cellules - de toutes les connexions entre es cellules et avec la source de courant - de 12 source elle-même Autres caractéristiques des installations existantes, ali mentées per une source unie de courant continu - chaque cellule doit être isolée par rapport b 12 terre nour résister à la tension nominale du circuit d'utilisation comme suit : les cellules sont supportées sur des isolateurs les tuyaux et les utres éléments métalliques connecté avec la cellule doivent@être isolés par rapport à celle-ci, même que le crochet du pont roulant; - chacune cellule doit être munie d'un interrupteur destiné à mettre la cellule hors circuit en la circuitant, ce qui permet l'entretien de la cellule sans avoir à interrompre le fonctionnement des autres cellules en série; - la régulation eutomatique -de courant constant ait sur la source et contrôle donc le courant total, ne pouvant pas intervenir au niveau de la cellule pour équilibrer les cou rants anodiques. Les inconvénients des systèmes à source unique de courant les plus importants sont les suivants - pour être économique, la source de courant doit travailler à une tension élevée, proche autant que possible de la tension inverse des diodes, ce qui implique l'utilisation d'un grand nombre de cellules d'électrolyse connectées en série; l'étendue et le poids des cellules imposent un grand nombre d'isolateurs supports, ce qui implique des courants vagabonds, d'autant plus importants que la tension nominale de l'installation est plus grande et que le système d'isolation vieillit; - le système es cellules connectées en série crée des potentiels dangereux pour le personnel 'exploitation : par exemple, la mise à la terre de la première cellule d'électrolyse porte la dernière cellule à un potentiel - par rapport à la terre - égal b la tension nominale de la source de courant continu, ce oui n'est pas conforme aux exigences des normes dans le cas d'installations ayant une tension nominale supérieure à la tension limite non danrereuse. - le système de réglage automatique du courant débité par la source utilise des @obines à impédance variable, qui pré sentent elles aussi des inconvénients, notamment: - augmentent les pertes totales, - diminuent le facteur de puissance de l'installation. Les court-circuiteurs pour la mise hors série des cellules présentent les suivants inconvénients - leur réglage mécanique est difficile, du fait qu'ils exigent la parfaite synchronisation d'un grand nombre de contacts en parallèle; - ce sont des appareils coûteux, étant dimensionnés pour le courant nominal de l'installation; - l'appareil - de grandes dimensions - nécessite en outre une isolation par rapport à la terre, ce qui augmente encore les courants de pertes. Le réglage de la distance de chaque anode par rapport h la cathode est rendu difficile dans les systèmes actuels à source de courant unique, étant donné qu'il est fait en fonction de la tension entre les électrodes, mesurée aux bornes de la cellule, cette grandeur n'indiquant pas la répartition des courants entre les anodes d'une même cellule; en outre, le maintien d'un courant égal dans chaque anode est rendu difficile par le fait que le changement de position d'une anode modifie non seulement le courant qui la traverse, mais aussi 1P répartition des courants traversant les autres électrodes de la même cellule. Le schéma électrique et les équipements qui font l'objet de Invention permettent d'éviter ees inconvénients. Le système augmente le rendement de l'installation, par l'arriélioration de la régulation et par les réductions des pertes, simplifie les équipements, améliore la fiabilité, réduit les investis sements et 1s 'a p r "éléctrocution fac@ lite extensions de l'installation. Le système d'alimentation qui fait l'objet de l'invention, schématisé dans la figure 2, associe à chaaue anode une source de courant continu constituée par un transformateur monophasé (1) placé à proximité de la cellule (5), dont l'enroulement secondaire de forte intensité et faible voltage est rattaché directement aux électrodes de la cellule : l'anode (4) et la cathode (5); l'enroulement primaire de ce transformateur (1) est parcouru par un courant redressé avec la diode (2) branchée en série. Le condensateur (7) rattaché électriquement aux bornes de l'enroulement primaire augmente à la-fois - la valeur efficace du courant redressé et - le facteur de puissance de l'installation. Le système d'alimentation en courant continu selon le schéma qui fait l'objet de l'invention peut être utilisé dans toutes les installations d'électrolyse industrielle qui emploient du courant continu de grande intensité sous des tensions faibles, comme par exemple - dans l'industrie chimique, la production du chlore et la production de l'hydrogène, et - dans l'industrie métallurgique, ia production de l'alu- minium et la production du cuivre. Revendications 1.- Système d'alimentation en courant continu des cellules industrielles d'électrolyse, caractérisé par l'utilisation pour chaque anode d'une source propre de courant continu, placée à proximité de la cellule (5). 2.- Système selon la revendication 1, caractérisé par l'utilisation d'un transformateur monophasé comme source de courant continu de forte intensité (1), dont les cosses de l'enroulement secondaire sont branchées directement sur Les électrodes de la cellule (5 et 4). 3.- Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'enroulement primaire du transformateur est branché en série avec une diode (2) et, de ce fait, parcouru par un courant pulsatoire, monoalternance. 4.- Système selon 1, dont toutes les cathodes (5) des cellules sont reliées directement à la terre, ce qui diminue à la fois - les courants de pertes (courants vagabonds) et - les dangers d'électrocution. 5.- Système selon 2, caractérisé par le branchement d'un condensateur (w) en parallèle avec lssenroulement primaire du transformateur (1), ayant une capacité suffisante pour au?- menter à la fois - la valeur efficace du courant redressé, et - le facteur de puissance de l'installation. 6.- Système selon 1, caractérisé par le redressement des deux alternances sur chacue phase du courent triphasé, en chan@eant d'un transformateur à l'autre le sens de l'enroulement pri raire et les physes d'alimentation. 7.- Système selon 6, caractérisé par un nombre élevé le réactions sur le réseau l'alimentation triphasé, en utilisant différentes connexions pour les transformateurs triphasés in- stalles entre le réseau d'alimentation et les transformateqrs monophasés. 8.- Système selon 1, utilisant une régulation du courant individuelle et indépendante sur chacue anode, an aissant sur 'la distance entre les électrodes, opération rendue possible par l'existence d'une source de courant propre à chaque ano-. de, et donc, par la possibilité de mesurer le courant anode que moyennant le transformateur de mesure (7) du courant primaire du transformateur monophasé (1). 9.- Système selon la revendication 8, caractérisé par l'utilisation d'un. seul régulateur pour régler successivement les courants anodiques sur plusieurs électrodes (scanning nethodl lo.- Système selon 1, caractérisé par la possibilité d'extension flexible (à volonté) des installations d'électrolyse, sans avoir à tenir compte des caractéristiques technioues d'une source centrale (unique) de courant, dimensionnée en fonction d'un certain nombre de cellules.