Brevet FR2590908A1 — publié le 19870605

MOYEN DE PROTECTION CONTRE LA CORROSION DES ELEMENTS METALLIQUES DES JOINTS, ET DISPOSITIF A ELECTROLYTE MUNI D'UN TEL MOYEN La présente invention concerne un moyen de protection contre la corrosion des éléments ou armatures métalliques des joints d'étanchéité d'un dispositif à électrolyte, et un dispositif à électrolyte tel qu'un électrolyseur, un réacteur chimique, une pile à combustible... muni d'un tel moyen. Un dispositif à électrolyte tel qu'un électrolyseur est habituellement constitué de plusieurs cellules d'électrolyse empilées, mises en série, maintenues serrées entre deux plaques d'extrémité par des tirants. L'interface entre deux cellules consécutives est constituée par une paroi métallique ou électrode bipolaire et l'espace compris entre deux électrodes est séparé par un diaphragme en deux compartiments remplis d'électrolyte. Habituellement les électrodes et/ou les diaphragmes sont encadrés par ou sertis dans des couronnes en une matière électriquement isolante, résistante à la chaleur, à la pression et à la corrosion par l'électrolyte.Pour que ce dispositif à électrolyte puisse fonctionner à des températures allant de 500C à 1800C et à des pressions de quelques dizaines de bars à plus de 150 bars, sans fuites d'électrolyte vers l'extérieur et/ou sans mélange inopportun des gaz produits ou formés dans ses cellules, des joints d'étanchéité sont disposés dans les surfaces de contact des couronnes encadrant les diaphragmes et/ou ces électrodes, sur le pourtour de ces cellules et des canalisations ou voies d'alimentation en électrolyte et d'évacuation des gaz produits ou formés. Certains joints d'étanchéité comprennent une armature intérieure en métal élastique et une enveloppe ouverte élastique en matière synthétique, armature et enveloppe résistantes à la chaleur et à la corrosion.Cet ensemble est souvent enfernié dans une enveloppe externe de protection résistante à la pression et l'espace existant entre cet enveloppe et l'enveloppe est rempli de l'eau sous pression. Dans un tel dispositif à électrolyte, il est constaté qu'après un temps de fonctionnement sous tension électrique, ces joints d'étan chéité subissent une corrosion sérieuse qui les rend rapidement inefficaces. Leur remplacement devient inévitable. Pour prévenir tout mélange inopportun des gaz produits dans l'appareil et toute fuite gênante de l'électrolyte, un changement périodique de ces joints d'étanchéité s'avère indispensable et la maintenance de l'appareil devient onéreux. La présente invention ayant pour but d'éviter ces inconvénients apporte un moyen de protection efficace contre la corrosion des éléments métalliques des joints d'étanchéité d'un dispositif à électrolyte et permet de réaliser un disposiif économique à électrolyte tel qu'un électrolyseur, un réacteur chimique, une pile à combustible..., pourvu d'un tel moyen donnant aux joints d'étan chuté une excellente résistance à la chaleur, à la pression et à la corrosion durant le repos de ce dispositif à électrolyte qui est mis hors tension électrique et pendant le fonctionnement sous tension électrique de ce dernier dispositif. Selon l'invention un moyen de protection con-tre la corrosion des éléments métalliques des joints d'étanchéité d'un dispositif à électrolyte tel qu'un électrolyseur, un réacteur chimique, une pile à combustion, est caractérisé en ce qu'il est constitué par une liaison électrique des éléments ou armatures métalliques de ces joints d'étanchéité à une tension électrique négative. Pour mieux faire comprendre l'invention, on en décrit ci-après, un certain nombre d'exemples de réalisation illustrés par les dessins ci-annexés, dont - la figure 1 représente une vue partielle schématique, éclatée d'un dispositif à électrolyte sous forme d'un électrolyseur réalisé selon l'invention; - la figure 2 représente à une autre échelle une vue partielle et schématique de trois cellules d'électrolyse faisant partie de l'électrolyseur de la figure 1, dont deux sont en coupe verticale, montrant les électrodes et les diaphragmes; - la figure 3 représente à une autre échelle, une vue partielle, schématique de face d'un diaphragme du dispositif à électrolyte de la figure l, avec sa couronne d'encadrement montrant un moyen de protection contre la corrosion des éléments métalliques des joints d'étanchéité, disposés dans cette couronne;; la figure 4 représente une vue partielle schématique de face d'un diaphragme avec sa couronne d'encadrement, analogue à celle de la figure 35 montrant une variante de réalisation de l'invention - la figure 5 représente une vue partielle, schématique de lace d'un diaphragme avec sa couronne d'encadrement, analogue à celle de la figure 3, montrant une autre variante de réalisation de l'invention. Un dispositif à électrolyte sous forme d'un électrolyseur 1 est schématiquement et partiellement illustré dans la figure 1 L'élec- trolyseur I comprend plusieurs cellules d'électrolyse 2 empilées, électriquement mises en série solidement maintenues serrées entre deux plaques électriquement isolantes d'extrémité 3 et 4, par des tirants 5 schématiquement représentés par des traits discontinus Cette pile de celules 2 peut etre entourée par une enveloppe métallique de protection 27 Deux cellules continues 2 sont séparées l'une de l'autre par une paroi métallique appelée électrode 6 dont l'une de ses laces constitue une anode 7 et la face opposée forme une cathode 3. Aux extrémités de l'électrolyseur 1, les électrodes 6 disposées à proimité des plaques isolantes d'extrémité constitue l'une, une anode d'extrémité 37, et l'autre, une cathode d'extrémité 38. L'anode d'extrémité 37 est connectée à une borne positive 9 et la cathode d'extrémité 33 est branchée à une borne négative 10 d'une source électrique continue d'un type connu non représentée. L'enveloppe de protection 27 est de préférence reliée aussi à cette borne négative 10. Chacune des cellules d'électrolyse 2 est séparée en deux compartiments par un diaphragme 11 réalisé par exemple en amiante.Les diaphragmes 11 sont encadrés chacun par une couronne 12 en une matière résistante à la chaleur, à la pression et à la corrosion telle que du polysuifone (figures 1, 2, 3) Chacune des couronnes 12 comprend dans sa surface des trous 13 pour le passage des tirants 5, des trous 14 et 15 pour alimenter les cellules 2 en électrolyte et des trous 16, 17 pour évacuer ou récupérer des gaz produits dans ces cellules 2.Dans l'empilement des cellules d'électrolyse 2, les couronnes 12 des diaphragmes 11 sont disposées cote à côte, de manière que les électrodes 6 soient maintenues, enserrées entre ces couronnes que les trous 54 et 15 forment des voies continues distinctes pour la circulation de l'électrolyte alimentant les cellules 2 et que les trous 16 et 17 forment des voies continues distinctes pour l'évacuation ou la récupération des gaz produits dans ces cellules 2. Les deux voies continues formées par les trcus 14 et 15 sont mises en communication respectivement avec les deux compartiments de chacune des cellules 2, par des canalisations radiales 18, 19 qui sont aménagées dans l'épaisseur de chacune de ces couronnes 12 et débouchent sur les deux faces opposées du diaphragme correspondant li. Les voies continues formées par les trous 16 et 17 sont mises en communication respectivement avec les deux compartiments de chacune des cellules 2, par des canalisations radiales 20, 21 qui sont aménagées dans l'épaisseur de chacune des couronnes 12 et débouchent sur les deux faces opposées du diaphragme correspondant 11. Pour empêcher une fuite d'électrolyte vers l'extérieur et un mélange inopportun des gaz produits dans les cellules 2, un grand joint d'étanchéité 22 est monté dans une rainure correspondante réalisée dans la surface de chacune des couronnes 12 pour encadrer l'emplacement destiné à l'électrode 6, et des joints d'étanchéité annulaires 23, 24, 25, 26 sont disposés dans des rainures correspondantes formées dans la surface de la couronne 12 respectivement sur le pourtour des trous 14, 15, 16 et 17. Le grand joint d'éancheltn 22 et les joints annulaires d'étan chélté 23, 24, 25, 26 comprennent chacun une armature élastique intérieure en métal et une enveloppe élastique en une matière synthétique telle du polytétrafluoroéthylène. Le métal constituant l'armature et la matière synthétique formant l'enveloppe de ces joints d'étanchéité 22, 23, 24, 25, 26 sont ceux choisis pour leur résistance à la chaleur et à la corrosion.Cependant il a été constaté qu'après un temps de fonctionnement de l'électrolyseur 1 sous tension électrique, les armatures ou éléments métalliques de ces joints d'étanchéité 22, 23, 24, 25, 26 subissent une corrosion sérieuse et qu'un remplacemen périodique de ces joints doit être envisagé pour éviter les inconvénients d'une fuite de l'électrolyte vers l'extérieur et d'un mélange de gaz produits dans les cellules2 de l'électro- lyseur 1. La présente invention apporte un moyen de protection efficace, simple, économique contre la corrosion des armatures ou éléments métalliques des joints d'étanchéité équipant un dispositif à électrolyte tel que l'électrolyseur 1, ce qui permet d'éviter avantageusement tout changement périodique onéreux de ces joints d'étan chéité. Selon l'invention un moyen de protection contre la corrosion des joints d'étanchéité d'un dispositif à électrolyte, notamment celle de leurs éléments métalliques est constitué par une liaison électrique des éléments ou armatures métalliques de ces joints d'étan chuté 22, 23, 24, 25, 26 à une tension électrique négative. Selon une autre caractéristique de l'invention,- le moyen de protection contre la corrosion des joints d'étanchéité d'un dispositif à électrolyte en particulier celle de leurs éléments métalliques, constitué par une liaison électrique des éléments ou armatures métalliques de tous les joints d'étanchéité 22, 23, 24, 25, 26, comprend comme tension électrique négative, celle d'une cathode 8, la plus négative des cathodes 8 du dispositif à électrolyte c'est-àdire la cathode d'extrémité 38 connectée à une borne négative 10 d'une source continue d'alimentation électrique de ce dispositif à électrolyte ou électrolyseur 1 de l'exemple illustré dans les figures 1 et 2. Selon une autre caractéristique, le moyen de protection contre la corrosion des éléments ou armatures métalliques des joints d'étanchéité d'un dispositif à électrolyte, comprend des conducteurs d'électricité 28 ayant l'une des extrémités branchée à une tension électrique négative choisie parmi celle d'une source électrique continue et celle de la cathode d'extrémité 38 du dispositif à électrolyte, et l'autre extrémité connectée à l'élément métallique ou armature des joints d'étanchéité 22, 23, 24, 25, 26 de ce dispositif à électrolyte. Pour une clarté des dessins, ces conducteurs d'électricité 28 ne sont pas représentés dans les figures 1 et 2. Les conducteurs d'électricité 28 sont constitués par une matière conductrice d'électricité et résistante à la chaleur, à la pression et à la corrosion. Dans l'exemple illustré, ces conducteurs 28 sont des fils métalliques. Selon un premier exemple de réalisation schématiquement illustré à la figure 3, dans chacune des couronnes 12 qui encadrent les diaphragmes 11 de l'électrolyseur 1, les joints d'étanchéîté 22, 23, 24, 25, 26 qui y sont montés, comprennent chacun un fil métallique 28 représenté en traits discontinus reliant son élément ou armature métallique à la cathode 38 de l'électrolyseur 1. Selon un deuxième exemple de réalisation schématiquement illustré à la figure 4, dans chacune des couronnes 12 qui encadrent les diaphragmes 11 de l'électrolyseur 1, les éléments ou armatures métalliques des joints d'étanchéité 22, 23, 24, 25, 26 qui y sont montés, sont reliées entre-eux par un fil métallique 28 (représenté en traits discontinus) connecté à la cathode 38 de l'électrolyseur 1. Selon un troisième exemple de réalisation schématiquement illustré à la figure 5, dans chacune des couronnes 12 qui encadrent les diaphragmes 11 de l'électrolyseur 1, les armatures ou éléments métalliques des joints annulaires d'étanchéité 23, 24, 25, 26 sont reliées à l'armature ou élément métallique du grand joint 22, et connectées à la cathode d'extrémité 38 de l'électrolyseur 1, par des fils métalliques 28. Dans un premier essai, dans l'électrolyseur 1 décrit dans les paragraphes précédents, muni de vingt quatre cellules, et d'électrodes en nickel, est introduit à travers des voies continues formées par les trous 14 et 15, un électrolyte comportant 30 9b de potasse Et de l'eau est introduite dans l'espace 30 situé entre les couronnes 12 et l'enveloppe 27 résistante à la pression.L'électrolyseur 1 est ensuite soumis à une tension électrique continue de 70 volts Les armatures ou éléments métalliques des joints d'etanchélté 22, 23 24, 25, 26 n'étant pas reliées à une tension négative ou à une des cathodes S de l'électrolyseur 1, on a constaté qu'après une Vingtaine d'heures de fonctionnement, une corrosion sérieuse apparaît dans les armatures ou éléments métalliques des joints d'étanchéité, notamment ceux qui sont proches de l'anode d'extrémité 37. Dans un deuxième essai, dans un électrolyseur 1 identique à celui du premier essai dans lequel les armatures ou éléments métalliques de tous les joints d'étånchélté 22, 239 24, 25, 26 sont connectées par des fils métalliques 28 à la cathode d'extrémité 38 qui est celle la plus négative de l'électrolyseur l, on a constaté qu'après un fonctionnement de l'électrolyseur 1 sous une tension continue de 70 volts pendant plusieurs centaines d'heures, aucune trace de corrosion n'apparaît dans les armatures ou éléments métalliques de tous ces joints d'étanchéité 22, 23, 24, 25, 26 de l'électrolyseur 1. Le moyen de protection décrit ci-dessus bien qu'il soit simple et économique, s'avère efficace contre la corrosion des éléments ou armatures métalliques des joints d'étanchéité des dispositifs à électrolyte. Un remplacement périodique et onéreux de ces joints dans un dispositif à électrolyte pourvu d'un tel moyen, peut entre ainsi évite. REVENDICATIONS Moyen de protection contre la corrosion des éléments métalliques des Joints d'étancnéXlté d'un dispositif à électrolyte tel qu'un électrolyseur, un réacteur chimique, une pile à combustible, caractérisé en ce qu'il est constitué par une liaison électrique des éléments ou armatures métalligues de ces joints d'étanchéité (22, 23, 24, 25, 26) à une tendon électrique négative. 2. Moyen selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans une liaison électrique des éléments ou armatures métalliques de ces joints d'étanchéité (22, 23, 24, 25, 26), la tension électrique négative est constituée par celle de la cathode (8), la plus négative des cathodes (8) du dispositif à électrolyte (1). 3. Moyen selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des conducteurs d'électricité (28) ayant l'une des extrémités branchée à une tension électrique négative choisie parmi celle d'une source électrique continue et celle de la cathode d'extrémité (38) du dispositif à électrolyte (1), et l'autre extrémité connectée à l'élément ou armature métallique des joints d'étan chéité (22, 23, 24, 25, 26) de ce dispositif à électrolyte (1). 4. Moyen selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend comme conducteurs d'électricité (28), des fils en une matière conductrice d'électricité, et résistante à la chaleur, à la pression et à la corrosion. 5. Moyen selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend comme conducteurs d'électricité (28), des fils métalliques. 6. Moyen selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des conducteurs d'électricité (28) qui relient entre eux les éléments ou armatures métalliques des joints d'étanchéité (22, 23, 24, 25, 26) d'une même couronne (12) d'un diaphragme (11), et qui sont connectés à une cathode (8) de l'électrolyseur (1). 7. Moyen selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des conducteurs d'électricité (28) qui relient les éléments ou armatures métalliques des joints annulaires d'étanchéité (23, 24, 25, 26) et ceux d'un grand joint d'étanchéité (22) d'une même couronne (12) d'un diaphragme (11), et qui sont connectés à une cathode (8) de l'électrolyseur (1). 8. Dispositif à électrolyte tel qu'un électrolyseur, un réacteur chimique, une pile à combustible, caractérisé en ce qu'il comprend dans la protection contre la corrosion des éléments ou armatures métalliques de ses joints d'étanchéité (22,: 23, 24, 25, 26), un moyen selon l'une des revendications 1 à 7.