EP4630603A1 - Entretoise pour cellule d'électrolyse de l'eau - Google Patents

Entretoise pour cellule d'électrolyse de l'eau

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Publication number
EP4630603A1
EP4630603A1 EP23833511.1A EP23833511A EP4630603A1 EP 4630603 A1 EP4630603 A1 EP 4630603A1 EP 23833511 A EP23833511 A EP 23833511A EP 4630603 A1 EP4630603 A1 EP 4630603A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spacer
water
inlet
outlet
recess
Prior art date
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Pending
Application number
EP23833511.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Elio SALAME
Badre SAHNOUN
Eric Gernot
Pierre Millet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elogen SAS
Original Assignee
Elogen SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Elogen SAS filed Critical Elogen SAS
Publication of EP4630603A1 publication Critical patent/EP4630603A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/75—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms

Definitions

  • electrolysis is a technique for carrying out non-spontaneous chemical reactions through the use of a direct electric current circulating between two electrodes placed face to face, called anode and cathode, and separated by a ionic conduction medium called electrolyte.
  • Electrodes which may be solid or porous may be of different types (e.g. plates, sheets, grids). Each of the two half-reactions requires the use of an electrocatalyst intended to maximize their kinetics.
  • the electrocatalysts generally made of expensive materials, are deposited on the surface of the anode and the cathode, on the faces in contact with the electrolyte.
  • the present invention relates more particularly to the field of water electrolysis, which consists of dissociating water molecules into gaseous dioxygen and dihydrogen.
  • the dioxygen and dihydrogen formed by electrolysis of water can then be used as consumables in the chemical industry.
  • Water electrolysis reactors take the form of a succession of individual cells, stacked on top of each other, electrically connected in series and fluidically connected in parallel. Fluids flow tangentially to the plane of each cell. The electric current flows in a direction perpendicular to the plane of the cells.
  • the charge carriers are electrons in the metallic phases and ions in the electrolyte.
  • Each individual water electrolysis cell is separated into two compartments, called the anodic structure and the cathode structure.
  • the nature of the separator used depends on the electrolysis technology. For example, there are electrolysis technologies using a polymer membrane with cationic conduction (conduction by protons) or anionic conduction (conduction by hydroxyl ions) as a separator. There are other technologies that use porous thermoplastic separators or ceramic separators.
  • the polymer membrane which has a typical thickness between 50 and 250 microns (or micrometers), is a solid electrolyte, with the ionic charge carriers remaining confined within.
  • the electrocatalysts are deposited on each of the two faces of the membrane.
  • the polymer membrane is therefore coated with two catalytic layers having a typical thickness of between a few micrometers and a few tens of micrometers. The two catalytic layers form the two electrodes of the cell.
  • a water electrolysis reactor for example of the proton exchange membrane type, comprises two liquid water injection wells and two two-phase mixture collection wells. Each compartment of each cell has a water entry point (liquid or vapor depending on the technology) supplied by the injection well and an exit point for the reaction mixture (monophasic or biphasic depending on the technology) connected to the collection well .
  • the single electrochemical reactor is connected to two separate and closed fluid (electrolyte) circulation circuits: an anode circuit and a cathode circuit.
  • the anode injection well and the anode collection well are fluidly connected to the anode circuit.
  • the cathode injection well and the cathode collection well are fluidly connected to the cathode circuit.
  • Liquid water circulates in each of these two circuits using a pump, in an internal rotating direction going from the injection well to the collection well.
  • Each circuit has different functional blocks, for example, a liquid-gas separator which allows the separation and collection of gases resulting from the reaction, a heat exchanger which makes it possible to extract the heat produced in the cells during electrolysis, a resin bed which allows the conductivity of the circulating water to be controlled, a pump which ensures the circulation of water in the circuit, and various pressure, temperature and flow sensors which allow operation to be controlled by a control automaton -order.
  • the invention firstly covers an intermediary of a water electrolysis cell configured to support a separator, comprising at least one inlet and one outlet configured to allow circulation of water within the electrolysis cell water, the spacer comprising a recess intended to be occupied by the separator and in fluid communication with the inlet and the outlet, the spacer further comprising at least one distribution zone connecting any one of the inlet or outlet to the recess, innovative in that the distribution zone comprises at least one laminar flow member extending along one edge of the recess.
  • the present invention essentially relates to a frame preferably made of injectable thermoplastic material, of low thickness, for example a few millimeters, hollowed out in the middle, of preferably square or rectangular geometric shape, pierced with preferably circular holes to allow the circulation of fluids, equipped with 'injectors and collectors allowing the entry of the fluid from the injection well into the cell compartment and the exit of the reaction fluids from the cell compartment into the collection well, equipped with several seals making it possible to ensure fluid tightness between the interior of the reactor and the exterior, and comprising a set of studs or teeth intended to ensure homogeneous distribution of the flowing fluids in each compartment of each cell.
  • the difficulty for those skilled in the art consists of ensuring, at every point of each compartment of each reactor cell water electrolysis, a homogeneous and constant flow of water, so as to properly supply and cool each electrode in each compartment of each cell.
  • the distribution of water inside each cell but also from one cell to another is not optimal, it that is, the flow of water through each compartment of each cell is heterogeneous and varies from one location to another.
  • the water flow will tend to flow along the path shortest hydraulic line (the one with the lowest hydraulic resistance), i.e. along the diagonal of the spacer.
  • the water is not distributed uniformly on the active electrochemical surface, which leads to heterogeneous operation, a loss of energy efficiency and accelerated aging of the reactor. Additionally, the flow of water traveling along the shortest path is rapid, which tends to create hydraulic turbulence, further disrupting operation.
  • the present invention describes a spacer which makes it possible to respond to these problems, and in particular to ensure homogeneous water circulation at every point of each compartment of each cell of a water electrolysis module.
  • the homogeneity of the water circulation also makes it possible, indirectly, to ensure the proper functioning of the electrolysis cells as a whole, through the control of injection pressure losses.
  • Such a water electrolysis cell spacer is also designed to accommodate a separator, for example a polymer electrolysis membrane.
  • the spacer can be made of different materials, for example thermoplastic materials for so-called “low temperature” applications, as is the case with a proton exchange membrane type cell or an anion exchange membrane type cell. or an alkaline electrolysis type cell.
  • the spacer according to the invention is a frame preferably made of thin injectable thermoplastic material, preferably of square or rectangular shape, comprising at least one inlet and one outlet allowing water circulation within the water electrolysis cell.
  • the inlet may comprise a fluidic injector and an injection well
  • the outlet may comprise a collection well and a fluidic collector.
  • the spacer is hollowed out in its center and has a peripheral support provided with a seal on which the separator is pressed so as to separate the cell into two distinct compartments, anode and cathodic.
  • the spacer recess is in fluid communication with the anode and cathode circuits.
  • the fluidic injector connects the injection well to the fluidic distribution zone at the input, possibly one per compartment, and at least one fluidic collector connecting the fluidic distribution zone to the collection well at the output.
  • the spacer is characterized in that the fluid distribution zone comprises at least one laminar flow member extending along an edge of the recess, that is to say along one of the interior sides of the spacer in fluid contact with the central recess.
  • the laminar flow member generates a plurality of rectilinear streams of water.
  • each compartment located between the laminar flow members of inlet and outlet comprises a metal grid whose role is to ensure electrical contact perpendicular to the plane of the individual cells and also to create a loss of fluid charge which will also contribute to the parallelization of the streams of water circulating in the cell compartment.
  • the spacer object of the invention will allow the water flows circulating in the two compartments of each elementary cell to flow homogeneously along the active surface of each compartment, which ensures homogeneous operation and thus extends the life of the electrolysis cell while maximizing the energy efficiency of the reactor.
  • the spacer which is the subject of the invention also makes it possible to ensure the same level of fluid homogeneity in each compartment of each cell of an electrochemical reactor, whatever their number.
  • the characteristics of the spacer are independent of its size.
  • the spacer in fact has fluidic, mechanical and dimensional characteristics adapted to the size of the electrolysis cell.
  • each cell compartment is arranged facing the active surface of the cell. After entering the compartment of the cell, the laminar flow of water thus flows along this recess and thus provides homogeneous cooling of the active surface of the cell, for example the surface of one of the electrodes. Such cooling takes place by heat exchange and the temperature of the water therefore increases as it flows along the recess. The heated water flow then exits the cell via the outlet located opposite the entry point.
  • the fluid distribution zone is arranged between the inlet and the recess and/or between the recess and the outlet. It is within the distribution zone that the water flow is homogenized, in particular thanks to the laminar flow member. This is placed as close as possible to the recess. For example, when the distribution zone is arranged between the inlet and the recess, the laminar flow member is arranged along the edge of the recess corresponding to the edge through which the water enters the 'obviously. This allows a laminar flow of water to be formed directly upon entering the recess.
  • the laminar flow member comprises a plurality of teeth, the spacing of which forms channels configured to implement a rectilinear flow of streams of water.
  • canals are formed between two disjointed teeth.
  • the channels are small in order to create a pressure drop which contributes to the homogeneous distribution of the water flow along the injection channel.
  • a channel is formed by two adjacent teeth having sides preferably parallel or substantially parallel to each other. The teeth obstruct the flow of water and force it to circulate within the channels, in order to initiate lines of parallel fluid in the compartments. The flow of water coming from the inlet and/or the recess is therefore distributed in the different channels and emerges from the latter in the form of laminar flow.
  • the channels is configured to be oriented parallel to a flow direction of the water stream. Even more advantageously, all of the channels are oriented parallel to the direction of flow of the water flow in order to reinforce its homogeneity after passing through the laminar flow member.
  • the laminar flow member has the shape of a comb.
  • the teeth of the laminar flow member are configured to provide resistance against support at the level of the laminar flow member.
  • the teeth provide perpendicular to the plane of the spacer a mechanical resistance compatible with the stacking of several cells in series, potentially up to several dozen or even several hundred. For example, it is a tooth height that ensures the required resistance.
  • an electrolysis cell is integrated within an electrolysis module comprising several electrolysis cells stacked on top of each other. The spacer according to the invention is therefore integrated within this stack and is therefore pressed against at least one adjacent support.
  • the mechanical properties of the teeth are such that said teeth are not deformed by the support resulting from the stacking, which makes it possible to keep the channels intact and operational to make the flow of laminar water when the reactor is closed and compressed to ensure the tightness of the cells.
  • the support opposite the laminar flow member also makes it possible to participate in the delimitation of a passage section of the channels.
  • the distribution zone comprises a distribution chamber extending between any one of the inlet or outlet and the laminar flow member.
  • the distribution chamber helps distribute the water flow to the entire laminar flow member, that is to say along the edge of the recess.
  • the distribution chamber thus ensures that the flow subsequently circulates over the entire surface of the recess, and therefore that the local water flow is homogeneous and that the cooling of the electrode takes place uniformly over its entire surface. surface.
  • the distribution chamber comprises a plurality of deflection members.
  • the diversion members can have various shapes, the main thing being that they obstruct the flow of water so that it disperses correctly within the entire distribution chamber, and subsequently flows through each channel of the flow member, in laminar flow and as uniformly as possible.
  • the plurality of deflection members is configured to provide resistance against support at the level of the distribution chamber. Just like the teeth of the laminar flow member, the deflection members are not deformed when support is created against the distribution chamber during stacking. Spaces are thus preserved within the distribution chamber so that the water can always circulate there and be correctly distributed.
  • At least one deflection member is oblong.
  • An oblong diversion member further guides the water flow in a preferred direction.
  • the oblong deflection members can for example have a main direction parallel to the water flow to promote its laminarity.
  • the oblong deflection members can also have a main direction perpendicular to the flow of water in order to circulate, at least partially, the latter towards the portions of the distribution chamber furthest from the inlet or the recess , and thus promote the homogeneity of the water flow.
  • the recess is rectangular in shape and has two longitudinal edges and two lateral edges, the laminar flow member being arranged along one of the longitudinal edges.
  • the longitudinal edges are parallel in pairs, as are the lateral edges.
  • the laminar flow member is arranged so that the water flow passes through the recess from one longitudinal edge to the other.
  • Such a configuration allows the flow of water to pass through the recess along the smallest dimension. This allows the water flow not to be heated too much during heat exchange with the electrode facing the recess.
  • the entry and exit are located between two straight lines passing through the side edges. In other words, the distribution chamber is inserted between the laminar flow member and the inlet or outlet, and this in a lateral direction defined by the lateral edges of the recess.
  • the inlet and the outlet are arranged symmetrically with respect to a central point of said spacer.
  • the output is also centered relative to the longitudinal edges.
  • the input has an offset in the longitudinal direction relative to the center of the longitudinal edges
  • the output also has an offset in the longitudinal direction relative to the center of the longitudinal edges but in a direction opposite to the offset of the input.
  • a segment extending between the inlet and the outlet has an oblique direction with respect to the longitudinal edges and with respect to the lateral edges of the recess.
  • the distribution zone is a first distribution zone, the spacer comprising a second distribution zone at least partially symmetrical to the first distribution zone with respect to a median axis of the recess.
  • the median axis has a direction parallel to the direction of the longitudinal edges.
  • the spacer thus includes two distribution zones, including one between the inlet and the recess, and one between the recess and the outlet.
  • Each of the distribution zones thus respectively comprises a first laminar flow member and a second laminar flow member extending along the longitudinal edge delimiting the distribution zone specific to it.
  • the first distribution zone further comprises a first distribution chamber extending between the inlet and the first laminar flow member, while the second distribution zone comprises a second distribution chamber extending between the second member of laminar flow and output.
  • the spacer comprises a first face and a second face, the spacer comprising an inlet and an outlet configured to allow water circulation within the water electrolysis cell, the spacer further comprising at least one distribution zone connecting any one of the inlet or outlet to the recess , the distribution zone being provided in a thickness of the spacer by opening on the first face while the distribution zone is provided in a thickness of the spacer by opening on the second face.
  • the recess inside the spacer is separated into two compartments, namely an anode structure and a cathode structure, the separation being ensured by a separator.
  • the first face includes in particular the entrance, one or more distribution chambers and the exit.
  • the second face includes in particular the admission, one or more distribution chambers and the evacuation.
  • the operation of the spacer at the level of the second face is identical to the operation of the spacer at the level of the first face, that is to say the implementation of means making it possible to distribute and homogenize a flow of water ensuring the cooling of one of the electrodes.
  • the structural characteristics of the elements on each face may, however, vary depending on the cooling conditions and/or cooling objectives.
  • the distribution zone comprises at least one laminar flow device extending along an edge of the recess.
  • the function of the laminar flow device is identical to that of the laminar flow member on the first face, that is to say, to homogenize the flow of water circulating within the distribution zone.
  • the invention also covers a water electrolysis cell comprising an anode structure, a cathode structure and a separator interposed between the anodic structure and the cathode structure, the water electrolysis cell comprising a spacer as described previously, said spacer supporting the anode structure, the cathode structure and the separator.
  • the electrolysis cell By being powered by an electric current, the electrolysis cell makes it possible to form dihydrogen and dioxygen from water.
  • the spacer helps ensure uniform cooling and equitably distributed over all of at least one surface of at least one of the electrodes of the electrolysis cell.
  • the invention also covers a water electrolysis module comprising a plurality of electrolysis cells as described above, the electrolysis cells being stacked on top of each other.
  • FIG. 1 is a diagram representative of an exploded view of a water electrolysis cell comprising an intermediary according to the invention
  • FIG. 3 is a view of a second face of the spacer, opposite the first face
  • FIG. 5 is a diagram of an electrolysis module.
  • Figure 1 represents an electrolysis cell 1, more particularly an exploded sectional view showing the stack of components inside the electrolysis cell 1.
  • the electrolysis cell 1 is passed through by a direct electric current making it possible to decompose the water into dioxygen and dihydrogen.
  • the electrolysis cell 1 comprises a separator 2 interposed between an anode structure 3, or anode, generally made of titanium, and a cathode structure 4, or cathode, generally made of titanium but which may contain carbon components, which are connected directly or indirectly to the positive and negative terminals of an external direct current electric generator, not shown.
  • the separator 2 can be a membrane-electro-catalyst assembly if the electrolysis cell is a proton exchange membrane type cell or a cell of anion exchange membrane type. In the case of an alkaline electrolysis cell, the separator is a diaphragm.
  • the invention can also be applied to other types of cells, such as solid oxide electrolysis cells.
  • the anode structure 3 comprises a bipolar plate 31 common with an upper adjacent cell, an anode grid 32 and a porous anodic component 33 generally consisting of titanium particles or fibers sintered together under vacuum.
  • the anode structure 3 can also include fixing means 34 adapted to the shape of the electrolysis cell 1 and which allow the fixing of the bipolar plate 31, the grid 32 and the porous component 33.
  • the cathode structure 4 also comprises a second bipolar plate 41 common with a lower adjacent cell, a cathode grid 42 and a porous cathode component 43 of the same nature as the porous anodic component 33 or made of carbon, all of these components having the same properties as the elements integrated into the anode structure 3.
  • the electrolysis cell 1 When the electrolysis cell 1 is in operation, that is to say a direct current flows through it, the electrolysis cell 1 releases heat.
  • the anodic structure 3 and the cathode structure 4 heat by the Joule effect as does the polymer membrane of the separator 2 due to its ionic conduction.
  • the catalytic layers of separator 2 also produce heat.
  • the electrolysis cell 1 must therefore be continuously cooled so as to maintain its temperature below a maximum value, which depends on the chemical nature of the membrane of the separator 2, typically less than 100°C, in order to prolong their lifespan and avoid early damage.
  • a water circuit not shown allows a circulation of water passing through at least the anode structure or the cathode structure in order to cool it or them.
  • the electrolysis cell 1 also comprises a spacer 5 supporting the separator 2 in its middle.
  • the anode structure 3 and the cathode structure 4 are inserted into a recess in the center of the spacer 5.
  • the plates bipolar 31 and 41 come to cover the spacer 5 and hold in place and in contact with each other the constituent elements of the anode structure 3 and the cathode structure 4.
  • porous anodic 33 and cathode 43 components are in contact with the catalytic layers of separator 2.
  • Spacer 5 also participates in the circulation of water in each of the two compartments, in order to supply the reaction with water and ensure cooling of the electrodes as will be described in detail afterwards.
  • the electrolysis cell 1 can also rest on a support plate 6.
  • Figure 2 is a representation of the spacer 5 seen from above, that is to say seen in a direction perpendicular to the plane of the electrolysis cell 1. This representation is a view of the anodic face. More precisely, Figure 2 represents a first face 51 of the spacer 5, here the anodic face of the spacer.
  • the spacer 5 is a parallelepiped volume element with a square or rectangular base.
  • the main plane extends in a first direction called longitudinal direction L1 and in a second direction called lateral direction L2.
  • the thickness of the frame extends in a direction perpendicular to the main plane.
  • the spacer 5 comprises two through orifices, a fluid inlet 7 and a fluid outlet 8.
  • the inlet 7 comprises a fluidic injector and an injection well
  • the outlet 8 comprises a collection well and a collector, for example geometrically opposite the fluidic injector .
  • the stack of spacers 5 forms the injection and collection wells.
  • the water circulating in the injection well enters the structure of the spacer 5.
  • the two-phase mixture that is to say a mixture of water and oxygen or hydrogen, then leaves the injection compartment. the spacer 5 and joins the collection well making up the outlet 8.
  • the inlet 7 and its injector and the outlet 8 and its collector respectively ensure the entry of the water and the outlet of the two-phase mixture. Inlet 7 and outlet 8 therefore allow water to enter and leave the electrolysis cell in order to supply and cool the latter.
  • the spacer 5 also includes the recess 9, mentioned in Figure 1, and intended to be filled in particular by the separator and by the anodic and cathodic structures of the electrolysis cell.
  • the spacer 5 also comprises at least one distribution zone 10 interposed between the recess 9 and any one of the inlet 7 or the outlet 8
  • the distribution zone 10 ensures a fluid connection between the inlet 7 and the recess 9, or between the recess 9 and the outlet 8.
  • the spacer 5 comprises a first distribution zone 11 arranged between. the inlet 7 and the recess 9, and a second distribution zone 12 arranged between the recess 9 and the outlet 8.
  • the first distribution zone can be called the input distribution zone, while the second distribution zone can be called output collection area.
  • the spacer 5 is arranged so that the water circulates parallel to the lateral direction L2 so as to circulate over the shortest possible distance along the electrolysis cell, the aim being that the water does not reach too high a temperature at the outlet in order to protect the separator which has limited thermal stability and to ensure homogeneous flow of the current along a direction parallel to the thickness of the spacer 5, through the electrolysis cell.
  • the first laminar flow member 15 extends along the first longitudinal edge 17a, preferably over the entire first longitudinal edge 17a
  • the second laminar flow member 16 extends along the second longitudinal edge 17b, preferably over the entire first longitudinal edge 17b.
  • Each laminar flow member 14 comprises teeth 29 delimiting channels 19, a channel 19 being delimited by two adjacent teeth 29.
  • Figure 4 represents a sectional view of the spacer, more particularly of the first face 51 and the second face 52 at the level of the laminar flow member 14 and the laminar flow device 64.
  • the member d The seal 24 and the sealing device 65 are also partially visible.
  • the laminar flow member 14 and the laminar flow device 64 each comprise teeth 29 delimiting channels 19.
  • the teeth 29 also have a mechanical resistance making it possible to resist a support 28 exerted on the spacer, for example a first support 28a exerted on the first face 51 and a second support 28b exerted on the second face 52.
  • An electrolysis cell consists of a plurality of elements stacked and pressed against each other.
  • FIG. 4 illustrates supports exerted on the laminar flow member 14 and on the laminar flow device 64, similar supports are also implemented at the level of the distribution chamber and the distribution chamber. In such a configuration, it is the deflection members which present mechanical resistance in order to maintain the circulation of water despite the pressure exerted by such supports.
  • Figure 5 illustrates a water electrolysis module 70 consisting of a plurality of electrolysis cells 1 stacked on top of each other in a stacking direction E, perpendicular to the main plane mentioned above.
  • the electrolysis module 70 thus comprises as many electrolysis membranes, anode compartments and cathode compartments as there are electrolysis cells 1.
  • the electrolysis module 70 comprises a first incoming pipe 71 which makes the junction for example with the inlet of the spacer inside the reactor and a second incoming pipe 72 which makes the junction with the inlet of the spacer inside the reactor.
  • the first incoming pipe 71 and the second incoming pipe 72 provide water entry into the electrolysis module 70. More precisely, the first incoming pipe 71 allows water inlet intended to interact with all of the anode compartments of the electrolysis module 70, for example to cool them and/or to power the water electrolysis reaction.
  • the second incoming pipe 72 allows an inlet of water intended to interact with all of the cathode compartments of the electrolysis module 70, for example to cool them and/or to power the water electrolysis reaction.
  • Each inlet pipe 71, 72 therefore comprises several outlet orifices, each allowing circulation of water near the anode and cathode compartments depending on the inlet pipe 71, 72 considered.
  • the electrolysis module 70 also comprises a first outgoing pipe 73 which makes the junction with the outlet of the spacer inside the reactor and a second outgoing pipe 74 which makes the junction with the evacuation of the spacer inside the reactor. inside the reactor, both also extending mainly in the stacking direction E.
  • the first outgoing pipe 73 makes it possible to collect the two-phase water-oxygen mixture produced inside the anode compartments of the reactor after circulation of the water near the anodic catalytic layers of the electrolysis module 70.
  • the second outgoing pipe 74 makes it possible to collect the two-phase water-hydrogen mixture produced inside the cathode compartments of the reactor after circulation of the water near the cathode catalytic layers of the electrolysis module 70.
  • the latter also comprises a plurality of fixing means 75 making it possible to place the electrolysis cells 1 together according to the stacking direction E.
  • the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
  • the invention achieves the goal it had set for itself, and makes it possible to propose an intermediary for an electrolysis cell ensuring homogeneous fluid distribution over the entire said cell. 'electrolysis. Variants not described here could be implemented without departing from the context of the invention, since, in accordance with the invention, they include an intermediary conforming to the invention.

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Abstract

Entretoise pour cellule d'électrolyse de l'eau La présente invention concerne une entretoise (5) d'une cellule d'électrolyse de l'eau configurée pour supporter un séparateur, comprenant au moins une entrée (7) et une sortie (8) configurées pour permettre une circulation d'eau au sein de la cellule d'électrolyse de l'eau, l'entretoise (5) comprenant un évidement (9) destiné à être occupé par le séparateur et en communication fluidique avec l'entrée (7) et la sortie (8), l'entretoise (5) comprenant en outre au moins une zone de distribution (10) reliant l'une quelconque de l'entrée (7) ou de la sortie (8) à l'évidement (9), caractérisée en ce que la zone de distribution (10) comprend au moins un organe d'écoulement laminaire (14) s'étendant le long d'un bord (17, 18) de l'évidement (9). L'invention concerne également une cellule d'électrolyse comprenant une telle entretoise (5).

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Entretoise pour cellule d’électrolyse de l’eau
D’une manière générale, l’électrolyse est une technique permettant de réaliser des réactions chimiques non-spontanées grâce à l’utilisation d’un courant électrique continu circulant entre deux électrodes placées face à face, appelées anode et cathode, et séparées par un milieu à conduction ionique appelé électrolyte. Les électrodes qui peuvent être massives ou poreuses peuvent être de différents types (par exemple plaques, feuilles, grilles). Chacune des deux demi- réactions nécessite l’utilisation d’un électro-catalyseur destiné à maximiser leur cinétique. Les électro-catalyseurs, constitués en général de matériaux onéreux, sont déposés à la surface de l’anode et de la cathode, sur les faces en contact avec l’électrolyte.
La présente invention se rapporte plus particulièrement au domaine de l’électrolyse de l’eau, qui consiste à dissocier les molécules d’eau en dioxygène et dihydrogène gazeux. Le dioxygène et le dihydrogène formés par électrolyse de l’eau peuvent alors être utilisés comme consommables dans l’industrie chimique. Les réacteurs d’électrolyse de l’eau se présentent sous la forme d’une succession de cellules individuelles, empilées les unes sur les autres, connectées électriquement en série et connectées fluidiquement en parallèle. Les fluides s’écoulent tangentiellement au plan de chaque cellule. Le courant électrique s’écoule selon une direction perpendiculaire au plan des cellules. Les porteurs de charge sont les électrons dans les phases métalliques et des ions dans l’électrolyte. Chaque cellule individuelle d’électrolyse de l’eau est séparée en deux compartiments, appelées structure anodique et structure cathodique. La nature du séparateur utilisé dépend de la technologie d’électrolyse. Il existe par exemple des technologies d’électrolyse utilisant comme séparateur une membrane polymère à conduction cationique (conduction par protons) ou à conduction anionique (conduction par ions hydroxyles). 11 existe d’autres technologies qui utilisent des séparateurs thermoplastiques poreux ou des séparateurs céramiques.
Considérons, à titre d’exemple particulier, le cas de l’électrolyse de l’eau liquide selon la technologie dite à électrolyte polymère acide (connue sous l’acronyme anglo-saxon PEM qui signifie proton-exchange membrane ou polymer electrolyte membrane). La membrane polymère, qui a une épaisseur type comprise entre 50 et 250 microns (ou micromètres), est un électrolyte solide, les porteurs de charge ioniques restant confinés à l’intérieur. Les électro-catalyseurs sont déposés sur chacune des deux faces de la membrane. La membrane polymère est donc revêtue de deux couches catalytiques ayant une épaisseur type comprise entre quelques micromètres et quelques dizaines de micromètres. Les deux couches catalytiques forment les deux électrodes de la cellule. De tels assemblages membrane-électro-catalyseurs sont appelés CCM (acronyme anglais signifiant catalyst-coated membrane). Un réacteur d’électrolyse de l’eau, par exemple de type membrane échangeuse de protons, comprend deux puits d’injection d’eau liquide et deux puits de collecte de mélanges biphasiques. Chaque compartiment de chaque cellule possède un point d’entrée d’eau (liquide ou vapeur selon la technologie) alimenté par le puits d’injection et un point de sortie du mélange réactionnel (monophasique ou biphasique selon la technologie) connecté au puits de collecte. Dans le cas le plus simple, l’unique réacteur électrochimique est connecté à deux circuits séparés et fermés de circulation de fluide (électrolyte) : un circuit anodique et un circuit cathodique. Le puits d’injection et le puits de collecte anodiques sont reliés fluidiquement au circuit anodique. Le puits d’injection et le puits de collecte cathodiques sont reliés fluidiquement au circuit cathodique. L’eau liquide circule dans chacun de ces deux circuits à l’aide d’une pompe, selon un sens giratoire intérieur allant du puits d’injection au puits de collecte. Chaque circuit comporte différents blocs fonctionnels, par exemple, un séparateur liquide-gaz qui permet la séparation et la collecte des gaz issus de la réaction, un échangeur thermique qui permet d’extraire la chaleur produite dans les cellules en cours d’électrolyse, un lit de résine qui permet de contrôler la conductivité de l’eau en circulation, une pompe qui assure la circulation d’eau dans le circuit, et différents capteurs de pression, température et débit qui permettent d’asservir le fonctionnement à un automate de contrôle-commande. Il existe des cas plus complexes où plusieurs réacteurs sont interconnectés électriquement et fluidiquement, en série ou en parallèle, chacun d’entre eux possédant un circuit anodique et cathodique individuel ou commun. En fonctionnement, l’eau liquide est injectée à l’aide d’une pompe dans chaque compartiment de chaque cellule et un mélange biphasique (eau liquide et gaz généré dans la cellule en cours d’électrolyse) est collecté à la sortie de chaque compartiment. Un mélange d’eau liquide et de gaz oxygène est collecté à la sortie de la structure anodique et un mélange d’eau liquide et de gaz hydrogène est collecté à la sortie de la structure cathodique. Le flux d’eau liquide qui traverse la structure anodique de chaque cellule sert à la fois à alimenter la réaction d’électrolyse et à refroidir la structure anodique car la réaction de dégagement d’oxygène est exothermique. Le flux d’eau liquide qui traverse la structure cathodique de chaque cellule sert à la fois à collecter le flux d’eau électro-osmotique qui traverse la membrane et à refroidir la cathode car la réaction de dégagement d’hydrogène est exothermique.
L’invention couvre en premier lieu une entremise d’une cellule d’électrolyse de l’eau configurée pour supporter un séparateur, comprenant au moins une entrée et une sortie configurées pour permettre une circulation d’eau au sein de la cellule d’électrolyse de l’eau, l’entretoise comprenant un évidement destiné à être occupé par le séparateur et en communication fluidique avec l’entrée et la sortie, l’entretoise comprenant en outre au moins une zone de distribution reliant l’une quelconque de l’entrée ou de la sortie à l’évidement, innovante en ce que la zone de distribution comprend au moins un organe d’écoulement laminaire s’étendant le long d’un bord de l’évidement.
La présente invention concerne essentiellement un cadre de préférence en matière thermoplastique injectable, de faible épaisseur, par exemple quelques millimètres, évidé en son milieu, de forme géométrique préférentiellement carrée ou rectangulaire, percé de trous préférentiellement circulaires pour permettre la circulation des fluides, équipé d’injecteurs et de collecteurs permettant l’entrée du fluide du puits d’injection dans le compartiment de cellule et la sortie des fluides réactionnels du compartiment de cellule dans le puits de collecte, équipé de plusieurs joints permettant d’assurer l’étanchéité fluidique entre l’intérieur du réacteur et l’extérieur, et comprenant un ensemble de plots ou dents destinés à assurer une distribution homogène des fluides en écoulement dans chaque compartiment de chaque cellule. En effet, la difficulté pour l’homme de l’art consiste à assurer, en tout point de chaque compartiment de chaque cellule du réacteur d’électrolyse de l’eau, un débit d’eau homogène et constant, de manière à alimenter et refroidir correctement chaque électrode de chaque compartiment de chaque cellule. Lorsqu’aucune précaution particulière n’est prise pour contrôler la répartition fluidique dans les compartiments des cellules, la distribution d’eau à l’intérieur de chaque cellule mais aussi d’une cellule à l’autre n’est pas optimale, c’est-à-dire que le flux d’eau traversant chaque compartiment de chaque cellule est hétérogène et varie d’un endroit à l’autre. Par exemple, dans le cas d’une entretoise rectangulaire munie d’un point d’entrée sur l’un de ses quatre coins et d’un point de sortie diagonalement opposé, le flux d’eau aura tendance à circuler le long du chemin hydraulique le plus court (celui qui présente la résistance hydraulique la plus faible), c’est-à-dire le long de la diagonale de l’entretoise. Dans ce cas, l’eau ne se répartit pas uniformément sur la surface électro chimique active, ce qui entraîne un fonctionnement hétérogène, une perte d’efficacité énergétique et un vieillissement accéléré du réacteur. De plus, le flux d’eau qui circule le long du chemin le plus court est rapide, ce qui tend à créer des turbulences hydrauliques, ce qui perturbe davantage le fonctionnement.
La présente invention décrit une entretoise qui permet de répondre à ces problèmes, et notamment d’assurer une circulation d’eau homogène en tout point de chaque compartiment de chaque cellule d’un module d’électrolyse de l’eau. L’homogénéité de la circulation d’eau permet par ailleurs, de manière indirecte, d’assurer le bon fonctionnement des cellules d’électrolyse dans son ensemble, de par le contrôle des pertes de charge d’injection. Une telle entretoise de cellule d’électrolyse de l’eau est en outre conçue pour pouvoir y loger un séparateur, par exemple une membrane d’électrolyse polymère.
L'entretoise peut être fabriquée en différents matériaux, par exemple des matériaux thermoplastiques pour les applications dites « basse température », comme c’est le cas d’une cellule de type membrane échangeuse de protons ou une cellule de type membrane échangeuse d’anions ou une cellule de type électrolyse alcaline.
L’entretoise selon l’invention est un cadre de préférence en matière thermoplastique injectable de faible épaisseur, préférentiellement de forme carrée ou rectangulaire, comprenant au moins une entrée et une sortie permettant une circulation d’eau au sein de la cellule d’électrolyse de l’eau.
D’une manière avantageuse, l’entrée peut comprendre un injecteur fluidique et un puits d’injection, et la sortie peut comprendre un puits de collecte et un collecteur fluidique. L’entretoise est évidée en son centre et possède un appui périphérique muni d’un joint d’étanchéité sur lequel est pressée le séparateur de manière à séparer la cellule en deux compartiments distincts, anodique et cathodique. L’évidement de l’entretoise est en communication fluidique avec les circuits anodiques et cathodique. L’injecteur fluidique relie en entrée le puits d’injection à la zone de distribution fluidique, éventuellement un par compartiment, et au moins un collecteur fluidique reliant en sortie la zone de distribution fluidique au puits de collecte. L’entretoise est caractérisée en ce que la zone de distribution fluidique comprend au moins un organe d’écoulement laminaire s’étendant le long d’un bord de l’évidement, c’est-à-dire le long de l’un des côtés intérieurs de l’entretoise en contact fluidique avec l’évidement central.
L’organe d’écoulement laminaire génère une pluralité de filets d’eau rectilignes.
Par ailleurs, l’espace de chaque compartiment situé entre les organes d’écoulement laminaire d’entrée et de sortie comporte une grille métallique dont le rôle est d’assurer le contact électrique perpendiculaire au plan des cellules individuelles et aussi de créer une perte de charge fluidique qui va elle aussi concourir à la parallélisation des filets d’eau en circulation dans le compartiment de la cellule.
Grâce à cet ensemble de caractéristiques fluidiques et mécaniques, l’entretoise objet de l’invention va permettre que les flux d’eau en circulation dans les deux compartiments de chaque cellule élémentaire s’écoulent de manière homogène le long de la surface active de chaque compartiment, ce qui assure un fonctionnement homogène et prolonge ainsi la durée de vie de la cellule d’électrolyse tout en maximisant l’efficacité énergétique du réacteur. L’entretoise objet de l’invention permet en outre d’assurer le même niveau d’homogénéité fluidique dans chaque compartiment de chaque cellule d’un réacteur électrochimique, quel que soit leur nombre. Les caractéristiques de l’entretoise sont indépendantes de sa taille. L’entretoise présente en effet des caractéristiques fluidiques, mécaniques et dimensionnelles adaptées à la taille de la cellule d’électrolyse.
L’évidement présent en entrée de chaque compartiment de cellule est agencé en regard de la surface active de la cellule. Après avoir pénétré dans le compartiment de la cellule, le flux d’eau laminaire s’écoule ainsi le long de cet évidement et opère ainsi un refroidissement homogène de la surface active de la cellule, par exemple la surface de l’une des électrodes. Un tel refroidissement se fait par échange de chaleur et la température de l’eau augmente donc au fur et à mesure de son écoulement le long de l’évidement. Le flux d’eau réchauffé sort par la suite de la cellule via la sortie située à l’opposé du point d’entrée.
La zone de distribution fluidique est agencée entre l’entrée et l’évidement et/ou entre l’évidement et la sortie. C’est au sein de la zone de distribution que le débit d’eau est homogénéisé, notamment grâce à l’organe d’écoulement laminaire. Celui-ci est disposé au plus proche de l’évidement. A titre d’exemple, lorsque la zone de distribution est agencée entre l’entrée et l’évidement, l’organe d’écoulement laminaire est disposé le long du bord de l’évidement correspondant au bord par lequel l’eau pénètre dans l’évidement. Cela permet d’avoir un flux d’eau laminaire directement formé dès l’entrée dans l’évidement.
Selon une caractéristique de l’invention, l’organe d’écoulement laminaire comprend une pluralité de dents, dont l’écartement forme des canaux configurés pour mettre en oeuvre un écoulement rectiligne de filets d’eau. Autrement dit, les canaux sont formés entre deux dents disjointes. Les canaux sont de dimension réduite afin de créer une perte de charge qui concoure à la répartition homogène du débit d’eau le long du canal d’injection. Un canal est formé par deux dents adjacentes ayant des côtés préférentiellement parallèles ou sensiblement parallèles entre eux. Les dents font obstacle à l’écoulement d’eau et forcent celui-ci à circuler au sein des canaux, afin d’amorcer des lignes de fluide parallèle dans les compartiments. Le flux d’eau issu de l’entrée et/ou de l’évidement est donc réparti dans les différents canaux et ressort de ces derniers sous forme d’écoulement laminaire. D’une manière avantageuse, au moins une partie des canaux est configurée pour être orientée de manière parallèle à une direction d’écoulement du flux d’eau. D’une manière encore plus avantageuse, l’ensemble des canaux est orienté de manière parallèle à la direction d’écoulement du flux d’eau afin de renforcer son homogénéité après avoir traversé l’organe d’écoulement laminaire. Dans cette configuration, l’organe d’écoulement laminaire présente la forme d’un peigne.
Selon une caractéristique de l’invention, les dents de l’organe d’écoulement laminaire sont configurées pour assurer une résistance à l’encontre d’un appui au niveau de l’organe d’écoulement laminaire. En plus d’assurer un écoulement laminaire de l’eau, les dents assurent perpendiculairement au plan de l’entretoise une résistance mécanique compatible avec l’empilement de plusieurs cellules en série, potentiellement jusqu’à plusieurs dizaines voire plusieurs centaines. A titre d’exemple, c’est une hauteur de dent qui assure la résistance requise. En effet, une cellule d’électrolyse est intégrée au sein d’un module d’électrolyse comprenant plusieurs cellules d’électrolyse empilées les unes sur les autres. L’entretoise selon l’invention est donc intégrée au sein de cet empilement et de ce fait est plaquée contre au moins un appui adjacent. Les propriétés mécaniques des dents, notamment leur rigidité et leur résistance à la déformation, sont telles que lesdites dents ne sont pas déformées par l’appui résultant de l’empilement, ce qui permet de conserver les canaux intacts et opérationnels pour rendre le flux d’eau laminaire lorsque le réacteur est fermé et comprimé pour assurer l’étanchéité des cellules. L’appui en regard de l’organe d’écoulement laminaire permet par ailleurs de participer à une délimitation d’une section de passage des canaux.
Selon une caractéristique de l’invention, la zone de distribution comprend une chambre de distribution s’étendant entre l’une quelconque de l’entrée ou de la sortie et l’organe d’écoulement laminaire. La chambre de distribution participe à distribuer le flux d’eau jusqu’à l’ensemble de l’organe d’écoulement laminaire, c’est-à-dire le long du bord de l’évidement. La chambre de distribution assure ainsi que le flux circule par la suite sur l’ensemble de la surface de l’évidement, et donc que le débit d’eau local soit homogène et que le refroidissement de l’électrode se fasse uniformément sur toute sa surface. Selon une caractéristique de l’invention, la chambre de distribution comprend une pluralité d’organes de déviation. Les organes de déviation peuvent présenter des formes diverses, l’essentiel étant qu’ils fassent obstacle au flux d’eau pour que celui-ci se disperse correctement au sein de l’intégralité de la chambre de distribution, et par la suite s’écoule à travers chaque canal de l’organe d’écoulement, en flux laminaire et de la manière la plus uniforme possible.
Selon une caractéristique de l’invention, la pluralité d’organes de déviation est configurée pour assurer une résistance à l’encontre d’un appui au niveau de la chambre de distribution. Tout comme les dents de l’organe d’écoulement laminaire, les organes de déviation ne sont pas déformés lorsqu’un appui est créé contre la chambre de distribution lors de l’empilement. Des espaces sont ainsi conservés au sein de la chambre de distribution afin que l’eau puisse toujours y circuler et être correctement distribuée.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins un organe de déviation est oblong. Un organe de déviation oblong guide davantage le flux d’eau selon une direction privilégiée. Les organes de déviation oblongs peuvent par exemple présenter une direction principale parallèle au flux d’eau pour favoriser sa laminarité. Les organes de déviation oblongs peuvent tout aussi présenter une direction principale perpendiculaire au flux d’eau afin de faire circuler, au moins partiellement, celui-ci vers les portions de la chambre de distribution les plus éloignées de l’entrée ou de l’évidement, et ainsi favoriser l’homogénéité du flux d’eau.
Selon une caractéristique de l’invention, l’évidement est de forme rectangulaire et présente deux bords longitudinaux et deux bords latéraux, l’organe d’écoulement laminaire étant disposé le long de l’un des bords longitudinaux. Les bords longitudinaux sont parallèles deux à deux, tout comme les bords latéraux. L’organe d’écoulement laminaire est disposé de manière à ce que le flux d’eau traverse l’évidement d’un bord longitudinal à l’autre. Une telle configuration permet au flux d’eau de parcourir l’évidement selon la plus petite dimension. Cela permet au flux d’eau de ne pas être trop réchauffé lors de l’échange de chaleur avec l’électrode en regard de l’évidement. Selon une caractéristique de l’invention, l’entrée et la sortie s’inscrivent entre deux droites passant par les bords latéraux. Autrement dit, la chambre de distribution est intercalée entre l’organe d’écoulement laminaire et l’entrée ou la sortie, et ce selon une direction latérale définie par les bords latéraux de l’évidement.
Selon une caractéristique de l’invention, l’entrée et la sortie sont agencées symétriquement par rapport à un point central de ladite entretoise. A titre d’exemple, si l’entrée est centrée par rapport aux bords longitudinaux, alors la sortie est également centrée par rapport aux bords longitudinaux. Si l’entrée présente un décalage selon la direction longitudinale par rapport au centre des bords longitudinaux, alors la sortie présente également un décalage selon la direction longitudinale par rapport au centre des bords longitudinaux mais selon un sens opposé au décalage de l’entrée. Dans une telle configuration, un segment s’étendant entre l’entrée et la sortie présente une direction oblique par rapport aux bords longitudinaux et par rapport aux bords latéraux de l’évidement.
Selon une caractéristique de l’invention, la zone de distribution est une première zone de distribution, l’entretoise comprenant une deuxième zone de distribution au moins partiellement symétrique à la première zone de distribution par rapport à un axe médian de l’évidement. L’axe médian présente une direction parallèle à la direction des bords longitudinaux. L’entretoise comprend ainsi deux zones de distribution, dont une entre l’entrée et l’évidement, et une entre l’évidement et la sortie. Chacune des zones de distribution comprend ainsi respectivement un premier organe d’écoulement laminaire et un deuxième organe d’écoulement laminaire s’étendant le long du bord longitudinal délimitant la zone de distribution qui lui est propre. La première zone de distribution comprend par ailleurs une première chambre de distribution s’étendant entre l’entrée et le premier organe d’écoulement laminaire, tandis que la deuxième zone de distribution comprend une deuxième chambre de distribution s’étendant entre le deuxième organe d’écoulement laminaire et la sortie.
Selon une caractéristique de l’invention, l’entretoise comprend une première face et une deuxième face, l’entretoise comprenant une admission et une évacuation configurées pour autoriser une circulation d’eau au sein de la cellule d’électrolyse de l’eau, l’entretoise comprenant en outre au moins une zone de répartition reliant l’une quelconque de l’admission ou de l’évacuation à l’évidement, la zone de distribution étant ménagée dans une épaisseur de l’entretoise en s’ouvrant sur la première face tandis que la zone de répartition est ménagée dans une épaisseur de l’entretoise en s’ouvrant sur la deuxième face. L’évidement à l’intérieur de l’entretoise est séparé en deux compartiments, à savoir une structure anodique et une structure cathodique, la séparation étant assurée par un séparateur. La première face comprend notamment l’entrée, une ou plusieurs chambres de distribution et la sortie. La deuxième face quant à elle comprend notamment l’admission, une ou plusieurs chambres de répartition et l’évacuation.
Le fonctionnement de l’entretoise au niveau de la deuxième face est identique au fonctionnement de l’entretoise au niveau de la première face, c’est-à-dire la mise en oeuvre de moyen permettant de répartir et homogénéiser un flux d’eau assurant le refroidissement de l’une des électrodes. Les caractéristiques structurelles des éléments de chaque face peuvent toutefois varier en fonction des conditions de refroidissement et/ou des objectifs de refroidissement.
Selon une caractéristique de l’invention, la zone de répartition comprend au moins un dispositif d’écoulement laminaire s’étendant le long d’un bord de l’évidement. La fonction du dispositif d’écoulement laminaire est identique à celle de l’organe d’écoulement laminaire de la première face, c’est-à-dire homogénéiser le flux d’eau circulant au sein de la zone de répartition.
L’invention couvre également une cellule d’électrolyse de l’eau comprenant une structure anodique, une structure cathodique et un séparateur intercalé entre la structure anodique et la structure cathodique, la cellule d’électrolyse de l’eau comprenant une entretoise telle que décrite précédemment, ladite entretoise soutenant la structure anodique, la structure cathodique et le séparateur. En étant alimentée par un courant électrique, la cellule d’électrolyse permet de former du dihydrogène et du dioxygène à partir d’eau. L’entretoise participe à assurer un refroidissement homogène et équitablement réparti sur l’ensemble d’au moins une surface d’au moins l’une des électrodes de la cellule d’électrolyse.
L’invention couvre également un module d’électrolyse de l’eau comprenant une pluralité de cellules d’électrolyse telle que décrite précédemment, les cellules d’électrolyse étant empilées les unes sur les autres.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[fig 1] est un schéma représentatif d’une vue en éclatée d’une cellule d’électrolyse de l’eau comprenant une entremise selon l’invention,
[fig 2] est une vue d’une première face de l’entretoise,
[fig 3] est une vue d’une deuxième face de l’entretoise, opposée à la première face,
[fig 4] est une vue en coupe d’une partie de l’entretoise,
[fig 5] est un schéma d’un module d’électrolyse.
La figure 1 représente une cellule d’électrolyse 1, plus particulièrement une vue en coupe éclatée montrant l’empilement de composants à l’intérieur de la cellule d’électrolyse 1.
La cellule d’électrolyse 1 est parcourue par un courant électrique continu permettant de décomposer l’eau en dioxygène et en dihydrogène.
La cellule d’électrolyse 1 comprend un séparateur 2 intercalé entre une structure anodique 3, ou anode, généralement en titane, et une structure cathodique 4, ou cathode, généralement en titane mais pouvant contenir des composants en carbone, qui sont reliées directement ou indirectement aux bornes positive et négative d’un générateur électrique externe à courant continu, non représenté. A titre d’exemple, le séparateur 2 peut être un assemblage membrane-électro-catalyseurs si la cellule d’électrolyse est une cellule de type membrane échangeuse de protons ou une cellule de type membrane échangeuse d’anions. Dans le cas d’une cellule d’électrolyse alcaline, le séparateur est un diaphragme.
D’une manière générale, l’invention peut s’appliquer également à d’autres types de cellules, telles que les cellules d’électrolyse à oxyde solide.
La structure anodique 3 comprend une plaque bipolaire 31 commune avec une cellule adjacente supérieure, une grille anodique 32 et un composant poreux anodique 33 constitué en général de particules ou de fibres de titane frittées entre elles sous vide. La structure anodique 3 peut également comprendre des moyens de fixation 34 adaptés à la forme de la cellule d’électrolyse 1 et qui permettent la fixation de la plaque bipolaire 31 , de la grille 32 et du composant poreux 33. Ces trois éléments constitutifs de la structure anodique 3 permettent d’optimiser la conduction électrique, la résistance mécanique et concourent à une bonne distribution fluidique. La structure cathodique 4 comprend également une deuxième plaque bipolaire 41 commune avec une cellule adjacente inférieure, une grille cathodique 42 et un composant poreux cathodique 43 de même nature que le composant poreux anodique 33 ou alors en carbone, tous ces composants présentant les mêmes propriétés que les éléments intégrés à la structure anodique 3. Lorsque la cellule d’électrolyse 1 est en fonctionnement, c’est-à-dire traversée par un courant continu, la cellule d’électrolyse 1 dégage de la chaleur. La structure anodique 3 et la structure cathodique 4 chauffent par effet Joule de même que la membrane polymère du séparateur 2 du fait de sa conduction ionique. Les couches catalytiques du séparateur 2 produisent également de la chaleur. La cellule d’électrolyse 1 doit donc être refroidie en continue de manière à maintenir sa température en deçà d’une valeur maximale, qui dépend de la nature chimique de la membrane du séparateur 2, typiquement inférieure à 100°C, afin de prolonger leur durée de vie et d’éviter un endommagement précoce. Pour ce faire, un circuit d’eau non représenté permet une circulation d’eau traversant au moins la structure anodique ou la structure cathodique afin de la ou les refroidir. La cellule d’électrolyse 1 comprend par ailleurs une entretoise 5 supportant en son milieu le séparateur 2. La structure anodique 3 et la structure cathodique 4 s’insèrent dans un évidement au centre de l’entretoise 5. Les plaques bipolaires 31 et 41 viennent coiffer l’entretoise 5 et maintiennent en place et en contact les uns avec les autres les éléments constitutifs de la structure anodique 3 et de la structure cathodique 4. Ainsi, les composants poreux anodique 33 et cathodique 43 sont en contact avec les couches catalytiques du séparateur 2. L’entretoise 5 participe également à la circulation de l’eau dans chacun des deux compartiments, afin d’alimenter la réaction en eau et d’assurer le refroidissement des électrodes tel que cela sera décrit en détails par la suite. La cellule d’électrolyse 1 peut par ailleurs reposer sur une plaque de support 6.
La figure 2 est une représentation de l’entretoise 5 vue du dessus, c’est-à-dire vue selon une direction perpendiculaire au plan de la cellule d’électrolyse 1. Cette représentation est une vue de la face anodique. Plus précisément, la figure 2 représente une première face 51 de l’entretoise 5, ici la face anodique de l’entretoise.
L’entretoise 5 est un élément volumique parallélépipédique à base carrée ou rectangulaire. Le plan principal s’étend selon une première direction appelée direction longitudinale L1 et selon une deuxième direction appelée direction latérale L2. L’épaisseur du cadre s’étend selon une direction perpendiculaire au plan principal. L’entretoise 5 comprend deux orifices traversants, une entrée 7 de fluide et une sortie 8 de fluide. Préférentiellement, dans le cadre de la cellule d’électrolyse 1, l’entrée 7 comprend un injecteur fluidique et un puits d’injection, et la sortie 8 comprend un puits de collecte et un collecteur, par exemple géométriquement opposé à l’injecteur fluidique. Dans un réacteur d’électrolyse constitué par l’empilement de plusieurs cellules d’électrolyse individuelles telles que représentées sur la figure 1 , l’empilement d’entretoises 5 forme les puits d’injection et de collecte. L’eau circulant dans le puits d’injection pénètre dans la structure de l’entretoise 5. Le mélange biphasique, c’est-à-dire un mélange d’eau et d’oxygène ou d’hydrogène, quitte ensuite le compartiment de l’entretoise 5 et rejoint le puits de collecte composant la sortie 8. L’entrée 7 et son injecteur et la sortie 8 et son collecteur assurent respectivement l’entrée de l’eau et la sortie du mélange biphasique. L’entrée 7 et la sortie 8 permettent donc à l’eau d’entrer et de sortir de la cellule d’électrolyse afin d’alimenter et de refroidir cette dernière. L’entretoise 5 comprend également l’évidement 9, évoqué en figure 1, et destiné à être rempli notamment par le séparateur et par les structures anodique et cathodique de la cellule d’électrolyse. Ainsi, lorsque l’eau pénètre et circule au sein de la cellule d’électrolyse, elle s’écoule de manière parallèle au plan principal, formé par la direction longitudinale L1 et la direction latérale L2 du séparateur, l’évidement 9 étant en communication fluidique à la fois avec l’entrée 7 et avec la sortie 8. L’entretoise 5 comprend par ailleurs au moins une zone de distribution 10 intercalée entre l’évidement 9 et l’une quelconque de l’entrée 7 ou de la sortie 8. La zone de distribution 10 assure une connexion fluidique entre l’entrée 7 et l’évidement 9, ou entre l’évidement 9 et la sortie 8. Sur la figure 2, l’entretoise 5 comprend une première zone de distribution 11 disposée entre l’entrée 7 et l’évidement 9, et une deuxième zone de distribution 12 disposée entre l’évidement 9 et la sortie 8. La première zone de distribution peut être appelée zone de distribution d’entrée, tandis que la deuxième zone de distribution peut être appelée zone de collecte de sortie.
Si les figures 2 et 3 mentionnent une symétrie entre l’entrée et la sortie d’une même cellule, une dissymétrie de taille et de géométrie peut être envisageable. En effet, au cours de la réaction, il y a un accroissement de volume par les gaz produits. La section du puits peut être différente, tel que représenté entre la figure 2 et la figure 3. Une telle différence de section est mise en oeuvre dans le but d’accommoder la différence de débit entre les deux compartiments, car il y a davantage de débit d’eau circulant dans le circuit anodique, en comparaison avec le circuit cathodique. Il est donc possible d’adapter le diamètre des puits au sein d’un même compartiment pour accommoder l’augmentation de débit volumique induit par la formation de gaz au cours de la réaction. De même, il est possible d’imaginer une différence géométrique entre les deux pour faciliter l’évacuation des bulles de gaz. En d’autres termes, l’invention porte également sur une entretoise dans laquelle les puits et/ou les zones de distribution/ répartition peuvent être de taille et de géométrie différente en entrée et en sortie.
La deuxième zone de distribution 12 est au moins partiellement symétrique à la première zone de distribution 11 par rapport à un axe médian 13 de l’évidement 9, ledit axe médian 13 étant parallèle à la direction longitudinale Ll. La particularité de l’entretoise 5 selon l’invention est que la zone de distribution 10, que ce soit la première zone de distribution 11 ou la deuxième zone de distribution 12, comprend un organe d’écoulement laminaire 14 s’étendant le long d’un bord de l’évidement 9. Sur la figure 2, la première zone de distribution 11 comprend un premier organe d’écoulement laminaire 15 tandis que la deuxième zone de distribution 12 comprend un deuxième organe d’écoulement laminaire 16. Le rôle des organes d’écoulement laminaire 14 est d’homogénéiser le flux d’eau circulant au sein de la cellule d’électrolyse en parallélisant des filets d’eau formant le flux d’eau circulant entre l’entrée 7 et la sortie 8. Le flux d’eau est ainsi moins turbulent, et circule alors de manière homogène, ce qui contribue à une meilleure efficacité de refroidissement. L’évidement 9 présente une forme globale rectangulaire comprenant deux bords longitudinaux 17 et deux bords latéraux 18 parallèles deux à deux. Plus précisément, l’évidement 9 comprend un premier bord longitudinal 17a correspondant au bord longitudinal 17 le plus proche de l’entrée 7, et un deuxième bord longitudinal 17b correspondant au bord longitudinal 17 le plus proche de la sortie 8. Les bords latéraux 18 sont perpendiculaires aux bords longitudinaux 17. L’entretoise 5 est agencée pour que l’eau circule de manière parallèle à la direction latérale L2 de sorte à circuler sur une distance la moins élevée possible le long de la cellule d’électrolyse, le but étant que l’eau n’atteigne pas une température trop élevée en sortie afin de protéger le séparateur qui a une stabilité thermique limitée et afin d’assurer un écoulement homogène du courant le long d’une direction parallèle à l’épaisseur de l’entretoise 5, au travers de la cellule d’électrolyse. Ainsi, le premier organe d’écoulement laminaire 15 s’étend le long du premier bord longitudinal 17a, préférentiellement sur la totalité du premier bord longitudinal 17a, tandis que le deuxième organe d’écoulement laminaire 16 s’étend le long du deuxième bord longitudinal 17b, préférentiellement sur la totalité du premier bord longitudinal 17b. Chaque organe d’écoulement laminaire 14 comprend des dents 29 délimitant des canaux 19, un canal 19 étant délimité par deux dents 29 adjacentes. C’est en circulant à travers ces canaux 19 que les filets d’eau formant le flux d’eau circulent de manière parallèle entre eux. D’une manière préférentielle, au moins une partie des canaux 19 présente une direction principale parallèle à la direction latérale L2, c’est-à-dire à la direction d’écoulement du flux d’eau de refroidissement. D’une manière davantage préférentielle, l’ensemble des canaux 19 est parallèle à la direction latérale L2. L’organe d’écoulement laminaire 14 présente alors une forme de peigne dont la géométrie est optimisée en fonction du flux hydraulique traversant la cellule d’électrolyse de manière à satisfaire la contrainte imposée sur la température maximale de sortie. Selon un exemple, des peignes formant l’organe d’écoulement laminaire 14, 16 peuvent avoir un diamètre hydraulique distinct. Chaque zone de distribution 10 comprend également une chambre de distribution 20 s’étendant entre l’une quelconque de l’entrée 7 à la sortie 8 à l’un des organes d’écoulement laminaire 14. Sur la figure 2, la première zone de distribution 11 comprend une première chambre de distribution 21 disposée entre l’entrée 7 et le premier organe d’écoulement laminaire 15. La deuxième zone de distribution 12 comprend quant à elle une deuxième chambre de distribution 22 disposée entre le deuxième organe d’écoulement laminaire 16 et la sortie 8. La longueur de la première chambre de distribution 21 et de la deuxième chambre de distribution 22 peut être ajustée en fonction du flux hydraulique traversant la cellule de manière à satisfaire la contrainte imposée sur la température maximale de sortie. Ainsi, selon la configuration de l’entretoise 5 illustrée sur la figure 2, l’eau assurant le fonctionnement et le refroidissement de la cellule d’électrolyse entre au sein de celle-ci via l’entrée 7, puis traverse dans l’ordre la première chambre de distribution 21, le premier organe d’écoulement laminaire 15, puis traverse l’évidement du premier bord longitudinal 17a au deuxième bord longitudinal 17b. En sortie de l’évidement 9, le mélange biphasique traverse le deuxième organe d’écoulement laminaire 16, puis la deuxième chambre de distribution 22 avant de sortir de la cellule d’électrolyse pour rejoindre la sortie 8. La première chambre de distribution 21 et la deuxième chambre de distribution 22 sont ménagées dans une épaisseur de l’entretoise 5 en s’ouvrant sur la première face 51. Chaque chambre de distribution 20 peut comprendre une pluralité d’organes de déviation 23 configurés pour faire obstacle au flux d’eau circulant de l’entrée 7 à la sortie 8. Les organes de déviation 23 permettent une distribution équitable du flux jusqu’à l’ensemble des canaux 19. D’une manière préférentielle, les organes de déviation 23 présentent des formes favorisant l’homogénéisation et/ou le guidage du flux d’eau, notamment la parallélisation des filets d’eau qui traversent la cellule d’électrolyse. Ainsi à proximité de l’entrée 7 ou de la sortie 8, les organes de déviation 23 présentent une forme oblongue s’étendant principalement de manière parallèle à la circulation du flux d’eau, afin d’assurer une homogénéisation au moins partielle au moment de l’entrée du flux d’eau au sein de la première chambre de distribution 21, ou avant de sortir hors de l’ entremise 5. Chaque chambre de distribution 20 peut également comprendre d’autres organes de déviation 23 oblongs s’étendant quant à eux principalement de manière perpendiculaire à la circulation du flux d’eau. Ces organes de déviation 23 assurent une distribution de l’eau jusqu’aux portions de la première chambre de distribution 21 les plus éloignées de l’entrée 7. Ainsi, grâce aux organes de déviation 23 de la première chambre de distribution 21 et des canaux 19 du premier organe d’écoulement laminaire 15, le flux d’eau parvient de manière laminaire et équitablement distribué le long de l’électrode à refroidir, garantissant une capacité de refroidissement optimale. D’une manière préférentielle, l’entrée 7 et la sortie 8 sont agencées d’une manière symétrique par rapport à un point central Y de l’entretoise 5. Sur la figure 2, l’entrée 7 et la sortie 8 sont décalées l’une par rapport à l’autre selon la direction longitudinale L1 et selon un sens opposé l’une par rapport à l’autre. Il est également possible d’envisager de disposer l’entrée 7 et la sortie 8 toutes deux centrées par rapport aux bords longitudinaux 17. L’entrée 7 et la sortie 8 sont cependant positionnées de sorte à s’inscrire entre deux droites Zl, Z2 passant par les bords latéraux 18.
L’entretoise 5 comprend également un organe d’étanchéité 24 s’étendant autour de l’entrée 7, de la sortie 8, des zones de distribution 10 et de l’évidement 9. L’organe d’étanchéité 24 évite les fuites d’eau et assure que le flux d’eau s’écoule selon ce qui a été décrit précédemment. L’entretoise 5 comprend par ailleurs un joint interne, disposé sous chaque bord longitudinal 17 et chaque bord latéral 18, permettant d’éviter les infiltrations d’eau entre lesdits bords et le séparateur.
Sur la figure 2, il est également possible d’observer que l’entretoise 5 comprend également une admission 25 et une évacuation 26 qui sont toutefois hors de l’organe d’étanchéité 24 et ne sont donc pas fluidiquement reliées à l’ensemble des éléments suscités mais qui servent à assurer la circulation d’eau le long d’une face opposée à la première face 51 de l’entretoise 5.
La figure 3 illustre une deuxième face 52 de l’entretoise 5, correspondant à la face opposée de la première face 51 décrite en figure 2. C’est au niveau de la deuxième face 52 que sont fluidiquement connectées l’admission 25 et l’évacuation 26. On comprend ainsi qu’un premier flux d’eau circulant le long de la première face 51 assure le refroidissement de l’un des compartiments de la cellule d’électrolyse tandis qu’un deuxième flux d’eau circulant le long de la deuxième face 52 assure le refroidissement de l’autre compartiment de la cellule d’électrolyse. A titre d’exemple, la première face 51 correspond à la face côté structure anodique, tandis que la deuxième face 52 correspond à la face côté structure cathodique. Lorsque l’entretoise 5 comprend deux faces 51, 52 telles qu’illustrées sur les figures 2 et 3, ladite entremise 5 comprend alors au moins une zone de répartition 60, ici une première zone de répartition 61 et une deuxième zone de répartition 62, qui est l’équivalent de la zone de distribution décrite en figure 2. Chaque zone de répartition 60 comprend une chambre de répartition 63 et un dispositif d’écoulement laminaire 64 qui sont respectivement l’équivalent de la chambre de distribution et de l’organe d’écoulement laminaire décrits en figure 2. Tout comme l’organe d’écoulement laminaire, le dispositif d’écoulement laminaire 64 s’étend le long du bord longitudinal 17 de l’évidement 9 et comprend une pluralité de dents 29 délimitant des canaux 19 qui mettent en oeuvre un écoulement rectiligne de filets d’eau, afin d’homogénéiser le flux d’eau. Les chambres de répartition 63 comprennent en revanche seulement des organes de déviation 23 oblongs s’étendant principalement selon la direction de circulation du flux d’eau et situés à proximité de l’admission 25 ou de l’évacuation 26 et permettant d’homogénéiser le flux d’eau en sortie de l’admission 25 ou en amont de l’évacuation 26. En effet, l’admission 25 et l’évacuation 26 présentant une ouverture plus petite que l’entrée 7 et la sortie 8, le deuxième flux d’eau circulant le long de la deuxième face 52 est à une plus forte pression que le premier flux d’eau circulant le long de la première face. La pression plus intense du deuxième flux d’eau est donc suffisante pour répartir l’eau au niveau de l’ensemble des canaux 19 du dispositif d’écoulement laminaire 64 sans nécessité d’organes de déviation 23 ayant pour fonction d’assurer une telle répartition. L’entretoise 5 comprend un dispositif d’étanchéité 65 présentant le même rôle que l’organe d’étanchéité illustré en figure 2. Contrairement à l’organe d’étanchéité, le dispositif d’étanchéité 65 s’étend notamment autour de l’admission 25 et de l’évacuation 26 et exclut l’entrée 7 et la sortie 8 afin que le flux d’eau circulant le long de la deuxième face 52 circule entre l’admission 25 et de l’évacuation 26 en passant par la ou les zones de répartition 60 et en circulant le long de l’évidement 9. A l’exception des caractéristiques décrites précédemment et en relation avec la figure 3, on se référera à la description de la figure 2 concernant les caractéristiques structurelles et fonctionnelles communes aux deux faces 51, 52 de l’ entremise 5.
La figure 4 représente une vue en coupe de l’entretoise, plus particulièrement de la première face 51 et de la deuxième face 52 au niveau de l’organe d’écoulement laminaire 14 et du dispositif d’écoulement laminaire 64. L’organe d’étanchéité 24 et le dispositif d’étanchéité 65 sont également partiellement visibles. Tel que cela a été décrit précédemment, l’organe d’écoulement laminaire 14 et le dispositif d’écoulement laminaire 64 comprennent chacun des dents 29 délimitant des canaux 19. En plus de la fonction de délimitation des canaux 19, les dents 29 présentent également une résistance mécanique permettant de résister à un appui 28 exercé sur l’entretoise, par exemple un premier appui 28a exercé sur la première face 51 et un deuxième appui 28b exercé sur la deuxième face 52. Une cellule d’électrolyse est constituée d’une pluralité d’éléments empilés et plaqués les uns contre les autres. Les appuis 28 sont donc plaqués contre l’entretoise, et les dents 29 de chaque face 51, 52 de l’entretoise retiennent mécaniquement ceux-ci. Ainsi, une fois l’ensemble de la cellule d’électrolyse empilé, les canaux 19 sont refermés sans être obstrués, et la circulation d’eau peut s’effectuer. Bien que la figure 4 illustre des appuis exercés sur l’organe d’écoulement laminaire 14 et sur le dispositif d’écoulement laminaire 64, des appuis similaires sont également mis en oeuvre au niveau de la chambre de distribution et de la chambre de répartition. Dans une telle configuration, ce sont les organes de déviation qui présentent une résistance mécanique afin de maintenir la circulation d’eau malgré la pression exercée par de tels appuis. La figure 5 illustre un module d’électrolyse 70 de l’eau constitué d’une pluralité de cellules d’électrolyse 1 empilées les unes sur les autres selon une direction d’empilement E, perpendiculaire au plan principal mentionné précédemment. Le module d’électrolyse 70 comprend ainsi autant de membranes d’électrolyse, de compartiments anodiques et de compartiments cathodiques qu’il n’y a de cellules d’électrolyse 1. Le module d’électrolyse 70 comprend une première conduite entrante 71 qui fait la jonction par exemple avec l’entrée de l’entretoise à l’intérieur du réacteur et une deuxième conduite entrante 72 qui fait la jonction avec l’admission de l’entretoise à l’intérieur du réacteur. La première conduite entrante 71 et la deuxième conduite entrante 72 assurent une entrée d’eau au sein du module d’électrolyse 70. Plus précisément, la première conduite entrante 71 permet une entrée d’eau destinée à interagir avec l’ensemble des compartiments anodiques du module d’électrolyse 70, par exemple pour les refroidir et/ou pour alimenter la réaction d’électrolyse de l’eau. La deuxième conduite entrante 72 permet une entrée d’eau destinée à interagir avec l’ensemble des compartiments cathodiques du module d’électrolyse 70, par exemple pour les refroidir et/ou pour alimenter la réaction d’électrolyse de l’eau. Chaque conduite d’entrée 71, 72 comprend donc plusieurs orifices de sortie, chacun permettant une circulation d’eau à proximité des compartiments anodiques et cathodiques en fonction de la conduite d’entrée 71, 72 considérée. Le module d’électrolyse 70 comprend par ailleurs une première conduite sortante 73 qui fait la jonction avec la sortie de l’entretoise à l’intérieur du réacteur et une deuxième conduite sortante 74 qui fait la jonction avec l’évacuation de l’entretoise à l’intérieur du réacteur, toutes deux s’étendant également principalement selon la direction d’empilement E. La première conduite sortante 73 permet de récolter le mélange biphasique eau-oxygène produit à l’intérieur des compartiments anodiques du réacteur après circulation de l’eau à proximité des couches catalytiques anodiques du module d’électrolyse 70.
La deuxième conduite sortante 74 permet de récolter le mélange biphasique eau- hydrogène produit à l’intérieur des compartiments cathodiques du réacteur après circulation de l’eau à proximité des couches catalytiques cathodiques du module d’électrolyse 70. Afin d’assurer l’empilement et l’étanchéité des cellules d’électrolyse 1 au sein du module d’électrolyse 70, ce dernier comprend également une pluralité de moyens de fixation 75 permettant de plaquer les cellules d’électrolyse 1 entre elles selon la direction d’empilement E. Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
L’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien le but qu’elle s’était fixée, et permet de proposer une entremise pour cellule d’électrolyse assurant une distribution fluidique homogène sur l’ensemble de ladite cellule d’électrolyse. Des variantes non décrites ici pourraient être mises en oeuvre sans sortir du contexte de l’invention, dès lors que, conformément à l’invention, elles comprennent une entremise conforme à l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
1- Entretoise (5) d’une cellule d’électrolyse (1) de l’eau configurée pour supporter un séparateur (2), comprenant au moins une entrée (7) et une sortie (8) configurées pour permettre une circulation d’eau au sein de la cellule d’électrolyse (1) de l’eau, l’entretoise (5) comprenant un évidement (9) destiné à être occupé par le séparateur (2) et en communication fluidique avec l’entrée (7) et la sortie (8), l’entretoise (5) comprenant en outre au moins une zone de distribution (10) reliant l’une quelconque de l’entrée (7) ou de la sortie (8) à l’évidement (9), caractérisée en ce que la zone de distribution (10) comprend au moins un organe d’écoulement laminaire (14) s’étendant le long d’un bord (17, 18) de l’évidement (9).
2- Entretoise (5) selon la revendication 1, dans laquelle l’organe d’écoulement laminaire (14) comprend une pluralité de dents (29) dont l’écartement forme des canaux (19) configurés pour mettre en oeuvre un écoulement rectiligne de filets d’eau.
3- Entretoise (5) selon la revendication précédente, dans laquelle les dents (29) de l’organe d’écoulement laminaire (14) sont configurées pour assurer une résistance à l’encontre d’un appui (28) au niveau de l’organe d’écoulement laminaire (14).
4- Entretoise (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la zone de distribution (10) comprend une chambre de distribution (20) s’étendant entre l’une quelconque de l’entrée (7) ou de la sortie (8) et l’organe d’écoulement laminaire (14).
5- Entretoise (5) selon la revendication précédente, dans laquelle la chambre de distribution (20) comprend une pluralité d’organes de déviation (23).
6- Entretoise (5) selon la revendication précédente, dans laquelle la pluralité d’organes de déviation (23) est configurée pour assurer une résistance à l’encontre d’un appui (28) au niveau de la chambre de distribution (20).
7- Entretoise (5) selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle au moins un organe de déviation (23) est oblong.
8- Entretoise (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’évidement (9) est de forme rectangulaire et présente deux bords longitudinaux (17) et deux bords latéraux (18), l’organe d’écoulement laminaire (14) étant disposé le long de l’un des bords longitudinaux (17).
9- Entretoise (5) selon la revendication précédente, dans laquelle l’entrée (7) et la sortie (8) s’inscrivent entre deux droites (Zl, Z2) passant par les bords latéraux (18).
10- Entretoise (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’entrée (7) et la sortie (8) sont agencées symétriquement par rapport à un point central (Y) de ladite entremise (5).
11- Entretoise (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la zone de distribution (10) est une première zone de distribution (11), l’entretoise (5) comprenant une deuxième zone de distribution (12) au moins partiellement symétrique à la première zone de distribution (11) par rapport à un axe médian (13) de l’évidement (9).
12- Entretoise (5) selon l’une quelconque des revendication précédente, comprenant une première face (51) et une deuxième face (52), l’entretoise (5) comprenant une admission (25) et une évacuation (26) configurées pour autoriser une circulation d’eau au sein de la cellule d’électrolyse (1) de l’eau, l’entretoise(5) comprenant en outre au moins une zone de répartition (60) reliant l’une quelconque de l’admission (25) ou de l’évacuation (26) à l’évidement (9), la zone de distribution (10) étant ménagée dans une épaisseur de l’entretoise(5) en s’ouvrant sur la première face (51) tandis que la zone de répartition (60) étant ménagée dans une épaisseur de l’entretoise(5) en s’ouvrant sur la deuxième face (52).
13- Entretoise (5) selon la revendication précédente, dans laquelle la zone de répartition (60) comprend au moins un dispositif d’écoulement laminaire (64) s’étendant le long d’un bord (17, 18) de l’évidement (9).
14- Cellule d’électrolyse (1) de l’eau comprenant une anode (3), une cathode (4) et un séparateur (2) intercalée entre l’anode (3) et la cathode (4), la cellule d’électrolyse (1) de l’eau comprenant une entremise (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite entretoise (5) soutenant l'anode (3), la cathode (4) et le séparateur 15- Module d’électrolyse (70) de l’eau comprenant une pluralité de cellules d’électrolyse (1) selon la revendication précédente, les cellules d’électrolyse (1) étant empilées les unes sur les autres.
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