Brevet FR2606758A1 — publié le 19880520

PROCEDE D'EMPILAGE ETANCHE D'ELEMENTS PLATS ET DISPOSITIF A ELEMENTS PLATS EMPILES SELON CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé d'empilage étanche d'éléments plats, et dispositif à éléments plats, tel qu'un électro- lyseur, empilés selon ce procédé. Quand des éléments plats tels que des cellules délectrolyse dans un électrolyseur doivent être empilés et maintenus serrés les uns contre les autres pour obtenir une bonne étanchéité entre leurs bords, une solution habituelle consiste à les assembler en pile et à les maintenir par des tirants dont le degré de serrage des écrous détermine le niveau d'intimité de contact entre les bords de ces éléments. Cependant sous l'effet d'une variation de températures, les divers composants de cette pile d'éléments se dilatent ou se contractent suivant des coefficients différents selon la nature de leur matériau constituant. L'intimité de contact ou l'étanchéité des bords des éléments plats de cette pile risque d'être compromise ou disparue. La présente invention, visant à éviter ces inconvénients, a pour objet un procédé perfectionné d'empilage étanche d'éléments plats disposés dans une enveloppe rigide. L'invention a également pour objet un électrolyseur à cellules d'électrolyse empilées selon ce procédé. Selon l'invention, un procédé d'empilage étanche d'éléments plats disposés dans une enveloppe rigide ayant un fond et un couvercle, est caractérisé en ce qu'il consiste à - maintenir assemblés en pile et libres en coulissement axial les éléments plats, par des tirants-guides; - monter sur cette pile d'éléments plats, des moyens associés de compression, et les neutraliser temporairement au cours d'un montage de cette pile dans cette enveloppe rigide; et - remettre en action ces moyens associés de compression sur la pile d'éléments plats, en les libérant après avoir mis en place cette pile d'éléments plats et des butées d'appui pour ces moyens cette pile d'éléments plats et des butées d'appui pour ces mooyens associés de compression, dans cette enveloppe. Un électrolyseur est caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe rigide fermée par un fond et munie d'un couvercle, plusieurs cellules d'électrolyse constituées par des électrodes plates et des diaphragmes bordés de couronnes plates assemblés en alter- nance et en pile, et pourvus de moyens associés de compression. L'invention est applicable à tout appareil ou dispositif muni d'éléments plats empilés à bords en contact étanche. Pour mieux faire comprendre l'invention on en décrit ci-après un procédé et un exemple de mise en oeuvre applicable à un électrolyseur illustré partiellement et schématiquement dans le dessin unique ci-annexé qui est une vue en coupe longitudinale partielle. Un procédé d'empilage étanche d'éléments plats disposés dans une enveloppe rigide ayant un fond et un couvercle, est caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir assemblés en pile et libres en coulissement axial des éléments plats, par des tirantsguides; - monter sur cette pile d'éléments plats des moyens associés de compression, et le neutraliser temporairement au cours d'un montage de cette pile dans cette enveloppe rigide; et remettre en action ces moyens associés de compression sur la pile d'éléments plats, en les libérant, après avoir mis en place cette pile d'éléments plats et des butées d'appui pour ces moyens associés de compression, dans cette enveloppe. Ce procédé d'empilage comprend des étapes suivantes - maintenir assemblés en pile et libres en coulissement axial les uns par rapport aux autres, les éléments plats par au moins deux tirants-guides; - monter sur cette pile d'éléments plats, des moyens associés de compression, constitués par une couronne terminale rigide dis- posée sur le dernier des éléments plats et coulissant sur ces tirants- guides, une couronne-support et des ressorts disposés régulièrement espacés entre cette couronne terminale et cette couronne-support, et neutraliser temporairement ces ressorts en les comprimant au moyen de vis de neutralisation provisoire qui rapprochent ces deux couronnes; - former d'une part une rainure transversale continue dans la paroi latérale interne de l'enveloppe à une hauteur du fond supé- rieure d'une valeur prédéterminée, à la hauteur de la pile d'éléments plats, et d'autre part des butées d'appui pour ces moyens associés de compression, constituées par des segments plats dont les bords extérieurs sont destines à être implantés par insertion ajustée dans cette rainure transversale continue, et les bords intérieurs en saillie dans l'enceinte de l'enveloppe servent de butées d'appui à ces moyens associés de compression; - disposer la pile d'éléments plats et les moyens associés de compression, dans l'enveloppe, et l'appliquer contre le fond de celle- ci; - mettre en place les segments servant de butées d'appui dans la rainure transversale continue de l'enveloppe; et - remettre en action les moyens associés de compression sur la pile des éléments plats, en débloquant les ressorts par enlèvement de ces vis de neutralisation provisoire et en laissant agir ces ressorts qui, par une de leurs extrémités appliquent la couronne-support contre les butées d'appui et par leurs autres extrémités compriment élastiquement et en permanence ces éléments plats les uns contre les autres et contre le fond de l'enveloppe et assure ainsi l'étan- chéité de leur empilage, indépendamment de l'état ouvert ou fermé du couvercle de l'enveloppe rigide. Un électrolyseur 1 illustré dans le dessin comme un exemple de mise en oeuvre du procédé ci-dessus comprend plusieurs cellules d'électrolyse 2 empilées, libres en coulissement axial sur des tirants- guides 3, entre deux plaques électriquement isolantes d'extrémité 4, 5 et électriquement mises en série, et une enveloppe rigide 6 fermée par un fond 7 et munie d'un couvercle 8. Deux cellules contigues 2 sont séparées l'une de l'autre par une paroi métallique ou électrode plate 9 dont l'une de ses faces constitue une anode et la face opposée forme une cathode. Aux deux extrémités de l'électrolyseur 1, les électrodes plates 9 constituent respectivement une cathode et une anode. La cathode est connectée à une borne négative 10 et l'anode est branchée à une borne positive 11. Chacune des cellules d'électrolyse 2 est séparée en deux compartiments par un diaphragme 12 réalisé en amiante. Ces diaphragmes 12 sont bordés par des couronnes plates 13 en une matière plus ou moins élastique, résistante à la chaleur, à la pression et à la corrosion. Dans un mode préférentiel de réalisation, l'étanchéité entre couronnes, en périphérie comme autour des trous, est assurée par des joints comprimés dans leurs gorges par l'effet de serrage. Chacune des couronnes comprend des trous pour le passage des tirants-guides 3, des trous non représentés pour alimenter les cellules 2 en électrolyte et pour évacuer ou réccupérer des gaz produits dans ces cellules. Dans l'empilement des cellules 2, les couronnes 13 des diaphragmes 12 sont disposées côte à côte et serrées les unes contre les autres pour obtenir une bonne étanchéité, et de manière que les électrodes plates 9 soient enserrées entre ces couronnes 13, que les trous réalisés dans les couronnes forment des voies continues distinctes et étanches pour la circulation de l'élec- trolyte alimentant les cellules 2, et pour la récupération ou l'éva- cuation des gaz tels que l'oxygène et l'hydrogène produits dans ces cellules 2. En outre 'électrolyseur I comprend comme moyens associés de compression, des ressorts hélicoïdaux 14, une couronne terminale rigide servant de couronne de répartition de charge 15, muni dans l'une de ses surfaces, de creux ou alvéoles espacées 16 de réception des premières extrémités des ressorts 14, maintenue sur la pile de cellules 2, à l'extérieur de la plaque électriquement isolante 4, et coulissante sur les tirants-guides 3, une couronne-support 18 munie dans l'une de ses surfaces, de creux ou alvéoles espacés 19 de réception des deuxièmes extrémités des ressorts 14, et des vis 20 appelées vis de neutralisation provisoire, représentées schémati- quement dans le dessin par des traits discontinus, destinées à maintenir temporairement les ressorts 14 comprimés entre ces deux couronnes 15 et 18. L'enveloppe rigide 6 comprend un corps tubulaire 22 pour recevoir une pile de cellules 2 et des moyens associés de compres- sion, un fond démontable 7 bloqué entre un épaulement 23 du corps 22 et des cales 24 maintenues par des butées 25 et des vis 26, une rainure transversale continue 28 formée dans la paroi latérale interne de l'enveloppe 6 autrement dit du corps tubulaire 22, à une hauteur vis-àvis du fond 7 supérieure d'une valeur prédéterminée à la hauteur de la pile de cellules 2, des butées d'appui pour ces moyens associés de compression, constitués par des segments plats 29 dont les bords extérieurs sont destinés à être implantés par insertion ajustée dans cette rainure 28 et les bords intérieurs font saillie dans l'enceinte de l'enveloppe 6 pour servir de butées d'appui, et un couvercle démontable 8 bloqué contre un épaulement 30 du corps 22 et des cales 31 maintenues par des butées 32 et vis 33 représentées par des traits discontinus. Dans la rainure transversale continue 28, les segments plats sont assemblés bout à bout et forment une rangée continue de butées d'appui sur le pourtour de la paroi interne de l'enveloppe rigide 6. Dans un assemblage de l'électrolyseur 1, la pile de cellules 2 munie de ressorts 14 maintenus comprimés entre deux couronnes 15 et 18 est d'abord introduite dans l'enveloppe 6 et appliquée contre le fond 7, les segments plats 29 sont ensuite mis en place par insertion ajustée de leurs bords extérieurs dans le fond de la rainure transver- sale continue 28, et les vis 20 de neutralisation provisoire de ressorts 14 sont enfin enlevées pour que la couronne-support 18 sous l'action des ressorts 14 libérés, vienne s'appuyer contre les butées d'appui formées par les bords intérieurs des segments 29 en saillie à l'intérieur de l'enveloppe 6, que les ressorts 14 libérés exercent une pression sur la pile de cellules 2, serrent élastiquement les cou- ronnes 13 les unes contre les autres et contre le fond 7 de l'enveloppe 6 et de ce fait assurent en permanence une bonne étanchéité d'assemblage de celles-ci malgré une différence de dilatation ou de contraction entre les tirants-guides 3 et ces couronnes 13 sous l'effet d'une variation de températures dans l'électrolyseur 1. Les ressorts 14 étant montés, indépendamment du couvercle 8, dans l'Pélectrolyseur 1, le couvercle 8 peut alors être mis en place dans l'ouverture de l'enveloppe 6 pour la fermer sans avoir à effectuer sur ce couvercle 8 aucun effort d'enfoncement. Le couvercle 8 est bloqué en position par des cales 31 maintenues par des butées 32 et vis 33. Le maintien étanche des couronnes 13 assemblées en pile se fait ainsi par des ressorts 14 indépendamment de l'ouverture ou de la fermeture du couvercle 8 de l'enveloppe 6 de l'électrolyseur I. Dans l'exemple illustré, les segments plats 29 servant de butées d'appui qui occupent toute la longueur de la rainure transver- sale continue 28 sont constitués par quatre segments plats assemblés boutà-bout. Dans l'exemple illustré, le corps 22, le fond 7 et le couvercle 8 de l'enveloppe 6, les tirants-guides 3, la couronne terminale 15, la couronne-support 18, les ressorts 14, les segments plats 29 sont constitués en un matériau résistant à la chaleur, à la pression et à la corrosion de l'électrolyse utilisé. REVENDICATIONS 1. Procédé d'empilage étanche fd'éléments plats disposés dans une enveloppe rigide (6) ayant un fond (7) et un couvercle (8), caractérisé en ce qu'il consiste à - maintenir assemblés en pile et libres en coulissement axial les éléments plats (2), par des tirants-guides (3); monter sur cette pile d'éléments plats, des moyens associés de compression, et les neutraliser temporairement au cours d'un montage de cette pile dans cette enveloppe rigide; et - remettre en action ces moyens associés de compression sur la pile d'éléments plats, en les libérant après avoir mis en place cette pile d'éléments plats et des butées d'appui pour ces moyens associés de compression, dans cette enveloppe (6). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes suivantes: - maintenir assemblés en pile et libres en coulissement axial les uns par rapport aux autres, les éléments plats (9-12-13) par au moins deux tirants-guides (3); - monter sur cette pile d'éléments plats, des moyens associés de compression, constitués par une couronne terminale rigide (15) disposée sur le dernier élément plat et coulissante sur ces tirants- guide (3), une couronne-support (18) et des ressorts disposés réguliè- rement espacés entre cette couronne terminale (15) et cette couronnesupport et neutraliser temporairement ces ressorts en les comprimant au moyen de vis de neutralisation provisoire (20) qui rapporchent ces deux couronnes (15, 18); - former d'une part une rainure transversale continue (28) dans la paroi latérale interne de l'enveloppe (6) à une hauteur du fond (7), supérieure d'une valeur prédéterminée à la hauteur de la pile d'éléments plats et d'autre part des butées d'appui pour ces moyens associés de compression, constituées par des segments plats (29) dont les bords extérieurs sont destinés à être implantés par insertion ajustée dans cette rainure transversale continue (28) et les bords intérieurs en saillie dans l'enceinte de l'enveloppe (6) servent de butées d'appui à ces moyens associés de compression (14-18); - disposer la pile d'éléments plats et les moyens associés de compression, dans l'enveloppe (6), contre le fond (7) de celle-ci; - mettre en place les segments plats servant de butées d'appui (29), par insertion ajustée de leurs bords extérieurs dans la rainure transversale continue (28) de l'enveloppe (6), et - remettre en action les moyens associés de compression (14- ) sur la pile des éléments plats en débloquant les ressorts hélicoïdaux (14) par enlèvement de ces vis de neutralisation provi- soire, et en laissant agir ces ressorts qui, par une de leurs extré- mités appliquent la couronne-support (18) contre les butées d'appui (29) et leurs autres extrémités, compriment élastiquement et en permanence les éléments plats les uns contre les autres et contre le fond (7) de l'enveloppe (6), et assurent ainsi l'étanchéité de leur empilage, indépendamment de l'état ouvert ou fermé du couvercle de l'enveloppe (6). 3. Dispositif à éléments plats tel qu'un électrolyseur, caracté- risé en ce qu'il comprend une enveloppe rigide (6) fermée par un fond (7) et munie d'un couvercle (8), plusieurs cellules d'électrolyse (2) constituées par des électrodes plates (9) et des diaphragmes (12) bordés de couronnes plates (13), assemblés en alternance et en pile et pourvus de moyens associés de compression (14-15-18) selon le procédé de l'une des revendications 1 et 2. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans les butées d'appui pour les moyens associés de compression, les segments plats (29) les constituant sont montés dans la rainure transversale continue (28) pour former une rangée continue de butées sur le pourtour de la paroi interne de l'enveloppe (6). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans les butées d'appui pour les moyens associés de compression, les segments plats (29) sont au nombre de quatre.