Brevet FR2568897A1 — publié le 19860214

Electrolyseur à enceinte pressurisée La présente invention se rapporte à un électrolyseur à enceinte pressurisée, tel que par exemple un électrolyseur du type filtre-presse destiné à la production industrielle d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse de l'eau sous pression, et tel que décrit dans les brevets FR-A-2.513.663 et FR-A-2.449.732. Un électrolyseur de ce type est généralement constitué par un empilage d'un grand nombre de cellules élémentaires d'électrolyse, cet empilage étant maintenu serré entre deux plaques épaisses d'extrémité, de plusieurs centimètres d'épaisseur chacune, et l'ensemble étant placé dans une enceinte dont l'intérieur est pressurisé et porté à température élevée. L'une de ces deux plaques épaisses d'extrémité est normalement constituée par le socle plat de l'enceinte, et le serrage de l'autre plaque est effectué par des tirants. Chacune de ces deux plaques épaisses d'extrémité constitue respectivement la première et la dernière plaque-électrode de l'empilarge, par exemple respectivement la première plaque-anode et la dernière plaquecathode. Pour de tels électrolyseurs, les plaques-électrodes de chaque cellule sont constituées par une tôle mince, d'une épaisseur de l'ordre d'un demi-millimètre, sur laquelle sont, de part et d'autre, soudées des languettes d'entretoisement, comme décrit en détails dans le brevet FR-A-2.513.663 précité. La minceur de ces plaques-électrodes permet d'effectuer la soudure de ces languettes par transparence, ce qui est un procédé particulièrement rapide et économique. Cette technique de la soudure par transparence ntest malheureusement pas utilisable, avec les électrolyseurs connus actuellement, pour souder lesdites languettes sur les deux plaques épaisses d'extrémité. On est alors obligé de souder sur celles-ci lesdites languettes à la main et une par une, ce qui est particulièrement long, difficile, et par suite de coût de réalisation élevé. L'électrolyseur à enceinte pressurisée conforme à l'invention ne conduit pas, pour sa fabrication, à ce genre d'inconvénient. I1 est du type selon lequel -l'empilage de cellules d'électrolyse est maintenu entre deux plaques d'extrémité épaisses et conductrices, et il est caractérisé en ce qu'au moins une des deux plaques-électrodes d'extrémité de l'empilage est constituée par une feuille mince et conductrice, et en ce qu'il est équipé de moyens permettant de plaquer, par différence de pressions, ladite feuille mince contre la plaque épaisse d'extrémité correspondante. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivan te d'un exemple préférentiel de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale de l'électrolyseur conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue agrandie d'un détail de la figure 1. En se référant tout d'abord à la figure 1, l'électrolyseur schématiquement représenté est composé d'un empilage 1 d'un grand nombre de cellules d'électrolyse telles que décrites de manière détaillée dans le brevet FR-A-2.513.663 précité. De manière classique, cet empilage est maintenu serré entre deux plaques épaisses d'extrémité, respectivement. la plaque de base amont 2, d'une épaisseur de l'ordre de 15 centimètres, qui constitue le socle de l'enceinte pressurisée 3 dans laquelle est placé l'empilage 1, et la plaque aval d'extrémité 4, d'une épaisseur de l'ordre de 5 centimètres, qui est associée a des moyens de serrage non représentés, et par exemple tels que décrits dans le brevet FR-A-2.449.732 précité.De manière classique également, la plaque 2 est reliée à une des bornes-de l'alimentation en tension continue, cette borne constituant la masse de l'installation, alors que la plaque 3 est reliée, par des moyens classiques non représentés, à l'autre borne de cette alimentation en tension continue. Enfin, comme dans la plupart des électrolyseurs de ce type, l'enceinte 3 est pressurisée, à une pression par exemple de 70 bars, et est remplie d'un gaz inerte, tel que de l'azote. Sur la figure 2, qui représente de manière agrandie le détail entouré en A sur la figure 1, on reconnaît le socle 2 et la "cloche" 30 formant ensemble l'enceinte pressurisée 3, dont la jointure est garnie d'un joint d'étanchéité 5. L'empilage 1 est composé d'une série de cellules classiques comportant chacune un diaphragme 6 enserré entre deux "préélectrodes" (7, 8) en métal déployé, chaque préélectrode étant reliée, par des languettes d'entretoisement 9, à une "plaque-électrode", respectivement 10 et 11. L'électrolyte circule dans l'espace créé entre chaque préélectrode et sa plaque-électrode associée. Il est bien évident que ces termes "plaqueélectrode" et "préélectrode", qui sont couramment utilisés, sont en réalité impropres.Du point de vue purement électrique, chaque électrode est en rélaité constituée par un bloc entier "plaque-électrode, languettes d'entretoisement, préélectrode", et c'est la préélectrode qui joue en fait le rôle d'anode ou de cathode, selon sa polarité. Comme représenté sur la figure 2, chaque diaphragme 6 est monté dans un cadre 12, en nickel, et chaque cadre 12 est lui meme fixé dans un cadre plus grand 13, en polytétrafluorétllylène. Sur ses bords, chaque plaque-électrode (10, 11), constituée comme représenté par une tôle mince de 0,5 mm d'épaisseur par exemple, est enserrée entre deux cadres 13 adjacents. Comme expliqué en détails dans le brevet FR-A-2.513.663 précité, les languettes d'entretoisement 7 sont disposées de manière à faciliter leur soudage par transparence sur les plaques électrodes d'une part et sur les préélectrodes associées d'autre part. Dans les dispositifs de l'art antérieur, les languettes d'entretoisement, respectivement 90 et 91 (figure 1) de la première et de la dernière cellules d'électrolyse de l'empilage 1, sont soudées, une à une et à la main, directement sur les plaques épaisses d'extrémité, respectivement 2 et 4. Dans le dispositif de l'invention au contraire, elles sont soudées, par transparence comme toutes les autres, sur une plaque-électrode mince d'extrémité, respectivement 100 et 110, constituée comme les autres plaquesélectrodes (10, 11, etc ...) par une tôle mince de 0,5 mm d'épaisseur. Chacune de ces plaques-électrodes d'extrémité (100, 110) est appliquée contre la plaque épaisse d'extrémité correspondante, respectivement 2 et 4, et, pour assurer le bon contact électrique nécessaire, est plaquée fortement contre celle-ci par la différence entre 1a pression qui règne à l'intérieur de l'enceinte et la pression atmosphérique, cette différence de pression étant dans cet exemple de 70 bars. Ce placage par différence de pressions est réalisé, pour la plaqueélectrode amont 100, par percement dans le socle 2 d'un canal longitudinal 14 traversant toute l'épaisseur de celui-ci, et, pour la plaque-électrode aval 110, en reliant de même la face de la plaque épaisse 4 regardant vers l'empilage 1 à la pression atmosphérique par l'intermédiaire d'un tuyau 15 et de deux canaux 16 et 17 garnis d'étanchéités 18 et 19 comme représenté sur la figure 1. Pour des raisons de construction, chaque plaque-électrode d'extrémité, respectivement 100 et 110, est soudée sur un cadre métallique, respectivement 20 et 21, lui-même plaqué contre la plaque-épaisse d'extrémité correspondante, respectivement 2 et 4, et garni d'un joint d'étanchéité, respectivement 22 et 23. I1 va de soi que l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réa lisation qui vient d'entre décrit. Au lieu de relier les faces des deux pla ques épaisses d'extrémité (2, 4) regardant vers l'empilage (1) directement à la pression atmosphérique, on pourrait également, en utilisant des moyens classiques à détendeurs et régulateurs de pression, les relier à une pression intermédiaire entre la pression atmosphérique et celle régnant dans l'enceinte 3, et en tous cas inférieure à celle règnant dans ladite enceinte. REVENDICATIONS 1.- Electrolyseur à enceinte (3) pressurisée, du type selon lequel l'empilage (1) de cellules d'électrolyse est maintenu entre deux plaques d'extrémité (2, 4), épaisses et conductrices, caractérisé en ce qu'au moins une des deux plaques-électrodes d'extrémité (100, 110) de l'empilage (1) est constituée par une feuille mince et conductrice, et en ce qu'il est équipé de moyens (14 à 19) permettant de plaquer, par différence de pressions, ladite feuille mince (100, 110) contre la plaque épaisse d'extrémité correspondante (respectivement 2 et 4). 2.- Electrolyseur selon la revendication 1, du type selon lequel lesdites plaques épaisses d'extrémité (2, 4) ont une épaisseur supérieure au centimètre, caractérisé en ce que lesdites plaques-électrodes d'extrémité (100 ou 110) sont constituées chacune par une tôle mince d'une épaisseur de l'ordre d'un demi-millimètre. 3.- Electrolyseur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de placage par différence de pressions sont des moyens permettant de relier les faces des plaques-épaisses d'extrémité (2, 4) regardant vers l'empilage (1) à une pression inférieure à celle régnant dans l'enceinte pressurisée (3). 4.- Electrolyseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens sont des moyens (14 à 19) permettant de relier lesdites faces des plaques-épaisses d'extrémité (2, 4) regardant vers l'empilage (1) à la pression atmosphérique.