BE412507A - - Google Patents

Description

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  Electrolyseur sous pression pour l'eau ou les liquides analo- gues, à électrodes montées en série et disposées concentrique- ment l'une dans   l'autre.   



   La présente invention concerne un électrolyseur sous pres- sion pour l'eau ou les liquides analogues, en particulier un ,appareil pour les très hautes pressions de fonctionnement. 



  Dans ce nouvel électrolyseur on utilise la réalisation connue suivant laquelle les électrodes sont disposées concentrique- ment l'une dans l'autre et éventuellement plusieurs de ces groupes sont montés en série dans un récipient de pression. 



   Le problème à résoudre par la présente invention consiste essentiellement à loger, malgré le petit espace existant dans 

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 le récipient de haute pression, tous les groupes d'électrodes de telle   ..Tanière   qu'avec une surface d'électrode aussi grande que possible, le trajet pour les deux gaz de décomposition et pour l'électrolyte est imposé de façon complètement sûre et en évitant les influences réciproques nuisibles. Malgré l'es- pace de séparation des gaz contracté en des fentes annulaires tout à fait étroites, il faut obtenir un assemblage simple et sûre des groupes de cellules. 



   Suivant la présente invention, dans l'électrolyseur, l'hydrogène est évacué vers le haut et l'oxygène vers le bas pour quitter les différents espaces de production de gaz et le récipient de presion, tandis que dans le cas de groupes de cellules montés en série et placés l'un au-dessus de l'autre, la chambre à eau fraîche   est   utilisée pour l'évacuation de l'hydrogène. 



   Dans le cas de pressions de fonctionnement supérieures à environ 700 atmosphères, l'élimination de l'oxygène vers le bas est favorisée par le fait que le poids spécifique de l' oxygène est plus grand que celui de l'électrolyte, de sorte que l'oxygène descend de lui-même. Pour les pressions de fonction- nement en-dessous de 700 atmosphères, la chambre collectrice pour l'oxygène est disposée sous le fond des groupes de cellu- les et reliée par des canaux spéciaux à la cloche à gaz de chaque chambre d'anode. 



   Quelques-unes des nombreuses   forces   de réalisation pos- sibles de l'idée de l'invention sont représentées à titre d'exemple au dessin. 



   La fige I montre une coupe longitudinale dans la chambre d'électrolyse sous pression et dans le couvercle, avec suppres- sion des groupes de cellules eux-mêmes. 



   Les fig. Ia et Ib représentent d'autres formes de réa- lisation de la fixation du couvercle du récipient ou du fond, pour ce dernier dans le cas de groupes de cellules disposés l'un au-dessus   e   l'autre. 

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   La fige 2 montre une coupe longitudinale partielle dans un étage de hauteur des groupes de cellules, avec raccordement au groupe situé immédiatement en-dessous, en particulier pour des pressions de fonctionnement supérieures à 800 atmosphères. 



   La fig. 2a représente un détail de la fig. 2. 



   Les fig. 3 et 4 représentent d'une manière correspondante des particularités d'un électrolyseur pour une pression de fonc- tionnement inférieure à 900 atmosphères. 



   Aux fig. 2-4, les dimensions en largeur sont considérablement agrandies en comparaison de la longueur, environ du dêcuple,pour représenter clairement les détails. 



   La fig. 5 montre schématiquement un électrolyseur avec rac- cordement des récipients pour la réception des gaz et pour l'a- menée de l'électrolyte. 



   Le groupe de cellules de l'électrolyseur est constitué d'une manière connue par des cellules annulaires posées l'une dans l'autre. Les électrodes bi-polaires de chaque cellule sont avan- tageusement faites de la manière suivante : 
Une mince tôle de nickel a (fig.2) ayant à peu près une longueur double de la hauteur du groupe de cellules est finement perforée sur sa partie al et sa surface, qui est éventuellement ondulée quelque peu, est garnie de carton d'asbeste b ou d'une matière analogue. Par-dessus celle-ci est placée une seconde tô- le c, plus courte, perforée d'une manière analogue à la première et éventuellement ondulée.

   Il est à recommander de fixer les tô- les par laminage dans la couche d'asbeste b pour que les bords des trous des tôles soient garnis d'asbeste également ce qui em- pêche que les trous s'obstruent par les bulles de gaz qui oppo- seraient une grande résistance au passage du courant. La grande tôle a est alors repliée environ sur la moitié de sa longueur sur un fil rond ou une lame de tôle 30, de telle manière que le morceau de tôle non perforé a2 se trouve à une petite distance à côté de la partie perforée al. 



   La fente entre les parois al, a2 forme dans l'exemple re- 

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 présenté la chambre de séparation d'oxygène pour chaque cellule. 



  Pour maintenir ces parois de tôle à l'espacement correct égalemen à la partie inférieure et procurer la possibilité de disposer des canaux d'eau fraîche! et des canaux ol d'évacuation d'oxy- gène de chaque cellule on a disposé en-dessous, entre les pièces de tôle   al-a2,   un anneau de fond 15. Entre deux cellules de ce genre se trouve placée à la partie inférieure une lame de tôle 16. L'ensemble de la cellule ainsi établie est enroulé en un cy- lindre qui est soudé aux joints longitudinaux après avoir été éventuellement aplati en cet endroit dans le sens de la longueur. 



   De semblables cellules individuelles devenant de plus en plus grandes de diamètre sont placées l'une dans l'autre.La dis- tance entre elles, qui est fixée à la partie supérieure par des morceaux de tôle 20 et à la partie inférieure par les anneaux 16 est comparativement très étroite, c'est à dire assez grande pour évacuer vers le haut l'hydrogène prenant naissance. Les tô- les d'espacement 20 qui en vue de cette élimination laissent en- tre elles des espaces libres, établissent entre la tôle c et la tôle a de la cellule immédiatement voisine vers l'extérieur un bon raccordement électrique ( ou bien elles sont isolées suivant qu'on désire faire coopérer ou non les tôles ondulées comme électrodes). 



   Celle des électrodes annulaires c située le-plus à l'exté- rieur peut être raccordée électriquement à la paroi du récipient de pression lorsqu'on ne dispose qu'un seul groupe d'électrodes concentriques dans le récipient de pression. Cette électrode est toutefois avantageusement isolée par une couche isolante   24'   par rapport à la paroi intérieure du récipient de pression. L'élec- trode la plus extérieure c porte un fond   21   qui s'étend vers l'intérieur et qui est isolé par une couche 21' par rapport aux autres groupes de cellules de l'étage.

   Dans le cas où plusieurs groupes d'électrodes concentriques sont disposés l'un   au-dessus   de l'autre   (fig.2),   ce fond 21 permet la liaison électrique entre l'électrode extérieure c du groupe d'électrodes supérieur et 

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 la paroi a2 de l'électrode la plus intérieure du groupe d'élec- trodes situé   immédiatement   en-dessous, au moyen d'untronçon de tuyau cylindrique 22 appliqué contre la paroi a2. 



   Tandis que pour l'évacuation de l'oxygène on utilise le fond 1", le couvercle 1 sert à l'amenée du courant et de l'électrolyte ainsi qu'à l'évacuation de l'hydrogèhe. La fixa- tion du couvercle et du fond dans le récipient de pression se fait soit au moyen de pas de vis (fig. 2) soit par insertion à chaud du couvercle ou du fond faiblement conique, plus grand vers l'intérieur (fig. 1a) 
Pour pouvoir fixer le couvercle sûrement de façon étanche dans le récipient, chaque récipient et chaque couvercle reçoi- vent un faible bord 1', cylindrique. Si le couvercle doit être ouvert, ce bord soudé l'est enlevé par exemple par tournage. 



   L'amenée du courant à travers lé couvercle au moyen de la tige 7 isolée, insérée en dehors du milieu, est rendue étanche de la manière suivante par rapport à la haute   pression.La   tige prend appui sur un anneau 2 qui est isolé du couvercle 1 par un anneau 3. Contre la partie inférieure de cet anneau presse un écrou 4 qui est soudé au couvercle en vue de l'étanchéité.Sur la saillie filetée, s'étendant vers l'intérieur de l'anneau 2 est vissé le tube 6 isolé   intérieurement,   qui amène le courant en partie par lui-même, en partie par sa surface de siège 12 et le prolongement tubulaire 13 de la paroi la plus intérieu- re a2 du premier groupe d'électrodes. L'espace entre l'écrou 4, la saillie filetée de l'anneau 2 et le tube 6 servant à la transmission du courant est isolé. 



   Pour l'évacuation de l'hydrogène, il est fait usage du tu- be 8 isolé, inséré au milieu du couvercle et à l'intérieur du- quel est placé un tube qui sert à l'amenée de l'eau et règle la ::auteur du niveau d'eau. Entre les extrémités inférieures des tubes 8 et 9 d'une part et les tubes d'amenée de courant iso- lées intérieurement 6 et 13 d'autre part, il reste un espace annulaire 10' qui seremplit d'hydrogène car il est en commu- 

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 nication au moyen du canal 10 avec les chambres de gaz à hydro- gène du groupe de cellules. 



   Les canaux ol (fig 2) traversant les anneaux de fond 15,16 et qui servent à l'évacuation de l'oxygène parviennent, entre une pièce annulaire de fond 17 et le corps 21, dans une chambre de chute annulaire 02 qui est délimitée vers l'inté- rieur par un tube 18 inséré avec isolement dans l'anneau de fon- te 17. Par l'intérieur du tube 18, l'électrolyte peut parvenir aux groupes inférieurs des électrodes. Ce tube   18   se termine à peu près à l'endroit où se trouvent les canaux f pour l'a- menée de l'électrolyte frais aux cellules de l'étage considéré. 



   L'hydrogène développé dans ce second groupe et s'accumu- lant à la partie supérieure est conduit par un canal 23 qui traverse, dans une pièce intérieure 23', la chambre de chute de l'oxygène o2, au moyen d'un tube 24" recourbé vers le bas dans la chambre à électrolyte. L'extrémité de ce tube 2411 dé- termine le niveau de gaz pour le second groupe d'électrodes. 



   Si l'oxygène (dans le cas de pressions inférieures à en- viron 700 atmosphères) est plus léger que l'eau de sorte qu'il ne tombe pas de lui-même dans les canaux ol et la chambre o2, est conduit dans ces canaux à partir de chaque cloche à gaz 35 à l'extrémité supérieure des électrodes, avantageusement à la manière des   fig .   3 et 4.

   Au moyen de deux lattes 27 insérées entre les parois al et a2 on établit un canal vertical 36 fermé de toutes parts entre la cloche à gaz 35 et les canaux o', s'étendant horizontalement, disposés en-dessous du groupe d'électrodes et les trous o1 pour l'évacuation de l'oxygène.Le canal 36 traverse en 36' également les anneaux de fond   15.Les   lattes 27 possèdent la même épaisseur que la chambre à oxygène de sorte qu'elles s'appliquent de façon étanche aux parois des électrodes al, a2. A l'endroit du canal 36 il n'y a pas de trous dans la paroi al de sorte que le canal 36 est fermé de toutes parts. 



   Dans le cas de pressions supérieures à 700 atmosphères 

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 également, c'est à dire lorsque l'oxygène est plus lourd que l'eau, on conserve la cloche collectrice de gaz 35. Au commen ceinent du fonctionnement, il faut un certain temps avant que la pression de fonctionnement supérieure à 800 atmosphères soit atteinte. Pendant ce temps l'oxygène, qui est encore alors plus léger que l'eau, doit avoir la possibilité de s'élever et de se rassembler à la partie supérieure. La chambre collectrice de gaz 35 doit donc être suffisamment grande pour pouvoir recevoir le gaz prenant naissance pendant la croissance de la pression. 



   Au moyen d'une paroi double ou également par des tubes a- nalogues aux tubes   24",   l'eau est amenée à travers la chambre de chute d'oxygène o2 aux différents groupes d'électrodes lorsque, comme c'est en particulier le cas pour des pressions de fonc- tionnement supérieures à 700 atmosphères, le tube 18 est con- duit jusque sur le fond inférieur de l'électrolyseur pour éva- cuer à travers le fond l'oxygène descendant par son propre poids qui se rassemble en venant de tous les groupes superposés. 



   Au tube 31 (fig. 2a et 5) par lequel   l'oxygèhe   conduit vers le bas par le tube o2 (fig. 2) quitte à la partie infé- rieure l'électrolyseur, est raccordé le récipient collecteur   37   pour le gaz oxygène développé. Cette bombonne 37 est rem- plie, au commencement du fonctionnement, d'électrolyte qui est expulsé petit à petit par l'oxygène. L'électrolyte s'élève par un tuyau 32 situé à l'intérieur du tube 31 et qui s'étend éga- lement à travers le tube 18 (fig. 2). Si dans le cas de pres- sions d'exploitation inférieures à environ 700 atmosphères, l'oxygène est spécifiquement plus léger que l'eau (c'est à dire également lors du commencement du fonctionnement), il peut se produire que l'oxygène parvient de nouveau par le tube 32 dans l'électrolyseur.

   Pour empêcher ceci le tube 32 (fig. 2) est con- duit jusqu'au-dessus du niveau le plus élevé du gaz dans le premier groupe de l'électrolyseur. Au-dessus de l'extrémité su- périeure 32' du tube est placée une cloche annulaire 33 dont le 

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 bord inférieur 33' passe en-dessous du plan d'amenée de l'eau dans le premier groupe d'électrodes. 



   On obtient ainsi ce résultat que la pression dans l'élec- trolyseur au commencement de l'exploitation peut   être   augmentée depuis zéro jusqu'au-dessus de 700 atmosphères, sans manoeuvre extérieure et sans changement de position de soupapes ou d'or- ganes analogues, et que pour des pressions de fonctionnement supérieures à   700   atmosphères, l'eau consommée est compensée dans le rapport volumétrique 1:2 à partir du réservoir 37 pour l'oxygèhe et du réservoir à   hydrogèhe   38 disposé au- dessus de l'électrolyseur. 



   Dans le cas de pressions plus réduites, pour lesquelles l'oxygène est plus léger que l'eau, il s'élève dans le tube à liquide 32 de sorte que l'eau ne peut pas s'écouler de l'é- lectrolyseur dans le réservoir à oxygène. Dans ce cas, l'eau s'écoule lors du remplissage du récipient 37, par son tube de fond 37'. 



   Pour l'évacuation de la chaleur de perte, on introduit de l'hydrogène refroidi à la partie inférieure de la chambre à eau fraîche de l'électrolyseur. Cet hydrogène s'élève dans l'eau, se mélange à la partie supérieure à l'hydrogène nouvellement formé et est évacué vers le haut avec celui-ci. La circulation de ce gaz de refroidissement est entretenue par un ventilateur 39 (fig. 5) qui est actionné par un moteur en court-circuit enfermé dans la conduite   d'hydrogèhe.   
 EMI8.1 
 



  R e v e n d i e a t i o 3 s . 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. I/Electrolyseur sous pression pour de l'eau ou des liquides analogues, en particulier électrolyseur à haute pression à é- lectrodes disposées concentriquement l'une dans l'autre, carac- térisé en ce que l'hydrogène est évacué par le haut, et l'oxy- gène par le bas hors des différentes cellules productrices et hors du récipient de pression, tandis que dans le cas de grou- pes de cellules,, montés en série et placés l'un au-dessus de <Desc/Clms Page number 9> l'autre, la chambre à eau fraîche,sert à l'évacuation de l'hydrogène.

   2/ Electrolyseur suivant la revendication I, caractérisé en ce que pour des pressions de fonctionnement inférieures à 700 atmosphères, danb chaque cellule de production d'oxygène, la chambre collectrice (o', ol) pour l'oxygène est placée sous le fond que le gaz atteint en passant par des canaux 36 qui sont conduits jusqu'en-dessous de la cloche à gaz (35) dans abaque électrolyseur.

   3/ Electrolyseur suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'en cas de pressions de fonctionnement supérieures à 700 atmosphères, la chambre d'électrolyse à oxygène de chaque cel- lule est reliée directement (par exemple par des canaux trans- versaux o1) à la chambre collectrice (22)pour l'oxygène, dans laquelle l'oxygène descend de lui-même.

   4/ electrolyseur suivant les revendications I à 3, caractérisé en ce qu'une des deux tôles, perforées d'une manière connue, (a,c) de chaque cellule, entre lesquelles du carton d'asbeste (b) est fixé par laminage, est notablement plus longue, appro- ximativement deux fois aussi longue, que l'autre, et en ce que cette branche non perforée (a2)est repliée autour d'un fil métallique ou d'une bande de tôle (30) et est laminée en un cylindre annulaire après insertion de lames de tôles de fond (15,16), en même temps que la partie de tôle perforée (al,c).

   5/ Electrolyseur suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'une série de cylindres annulaires sont placés librement les uns au-dessus des autres, avec autant de jeu qu'il en faut pour l'évacuation de l'hydrogène, et sont .naintenus à leurécarte- ment correct par des pièces d'espacement (20) à la partie su- périeure et par les pièces annulaires (16) à la partie infé- rieure .

   6/ Electrolyseur suivant les revendications I à 5, caractéri- sé en ce que des canaux d'amenée de l'électrolyte (f) et des canaux d'évacuation de l'oxygène (o) traversent les anneaux de <Desc/Clms Page number 10> fond (15,16) et la partie située entre eux des tôles (a,c).

   7/ Electrolyseur suivant les revendications I à 6, caractérisé en ce que le récipient de pression consiste en un tuyau lisse dans lequel le couvercle (1) et le fond (2) sont fixés par file- tage ou, moyennant une conformation faiblement conique, par inser- tion à chaud, tandis que l'étanchéité à une pression très élevée est obtenue au moyen d'un bord mince (l') des deux côtés des pièces annulaires et par soudure de ces bords.

   8/ Electrolyseur suivant les revendications I à 7, caractérisé en ce que du récipient collecteur d'oxygène (37) disposé à la partie inférieure, un tuyau (32) est conduit jusqu'au-dessus de la ligne de gaz la plus élevée dans l'électrolyseur et est re- couvert en cet endroit par une cloche (33) ou un organe équiva- lent dont le bord s'étend jusqu'au fond du premier groupe d'é- lectrolyseurs, de sorte que du récipient inférieur, de l'eau fraîche peut être conduite à l'électrolyseur sans que de l'oxy- gène reflue dans l'électrolyseur s'il est plus léger que l'eau.

   9/ Electrolyseur suivant les revendications I à 8, caractérisé en ce que de l'hydrogène pris au récipient collecteur et refroi- di est insufflé par le dessous dans la chambre d'amenée d'eau fraîche de l'électrolyseur, en quantité telle que l'exige la température de permanence désirée.

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