Brevet FR2209597A1 — publié le 19740705

La présente invention a pour objet un séparateur de gaz carbonique notas- ment de l'air renfermé dans une enceinte. Le problème de séparation du gaz carbonique de l'atmosphère ambiante d'une enceinte ou d'une pièce est bien connu. Un tel problème se pose en particulier dans le cas des sous-marins, satellites et généralement dans le cas d'enceintes dans lesquelles séjournent des êtres vivants et où le renouvellement de l'air ne peut etre effectué qu'à des périodes de temps souvent très éloignées les unes des autres. Il est connu, dans ce but d'utiliser une solution alcaline et notamment une solution de potasse qui absorbe le gaz carbonique en se transformant en carbonate alcalin. En conséquence, il est nécessaire soit de prévoir des stocks importants de potasse, soit de régénérer la potasse carbonatée en mettant en oeuvre, en particulier un procédé dialytique. Un tel procédé consiste dans ses grandes lignes à électrolyser la solution usée dans un bac dans lequel une membrane spécifique des ions K et OE sépare le bac en deux compartiments ; on obtient à la cathode un dégagement d'hydrogène, tandis que de l'oxygène naissant et du gaz carbonique se dégagent à l'anode, un tel mélange gazeux étant évacué vers l'extérieur. On voit donc que les dispositifs connus comportent au moins trois composants ou organes savoir un absorbeur, un régénérateur et une pompe d'acheminement de la potasse, ce qui se traduit par un poids et un encombrement notables. De plus, dans le régénérateur, il se produit d'importantes variations de pH entrainées par les phénomènes électrochimiques, d'où il résulte la sujétion d'utiliser des matériaux chimiquement inertes, le platine notamment, ce qui entraine d'appréciables investissements monétaires. Par ailleurs, de tels ensembles par suite de leurs formes rigides se révèlent pratiquement inadaptables à tel ou tel cas particulier donné ce qui limite leurs performances pratiques. La présente invention permet d'éliminer de tels inconvénients et elle a pour objet un séparateur fiable permettant d'absorber le gaz carbonique d'une enceinte tout en régénérant le produit absorbant avec un rendement élevé, un tel dispositif présentant un poids et un encombrement minimaux, tout en pouvant etre aisément adapté à n'importe quel problème pratique. L'invention concerne un séparateur de gaz carbonique constituant un composant d'un mélange gazeux dont un autre composant est l'oxygène, ledit mélange gazeux étant renfermé dans une enceinte, séparateur comprenant - une première et une deuxième électrodes reliées respectivement, aux bornes négative et positive d'un générateur de tension, - un électrolyte comportant au moins une solution aqueuse alcaline imprégnant une masse microporeuse garnissant l'espace délimité par lesdites électrodes, caractérisé par le fait que ladite première électrode est une électrode apte à consommer notamment une faible fraction de l'oxygène dudit mélange gazeux tout en absorbant le gaz carbonique, et par le fait que la porosité de ladite masse microporeuse est prédéterminée pour créer une variation continue du pH entre les deux dites électrodes, de telle sorte que le gaz carbonique absorbé sur ladite première électrode se dégage sur ladite deuxième électrode conjointement avec une quantité d'oxygène égale à la quantité consommée par la première électrode. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit donnée à titre d'exemples de réalisation purement illustra tifs mais nullement limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente en coupe un mode de réalisation d'un séparateur selon l'invention, La figure 2 représente en vue éclatée un autre mode de réalisation d'un séparateur selon l'invention. C'est ainsi que le séparateur illustré figure I se présente sous la forme d'une feuille mince dont la largeur est de l'ordre du millimètre, séparant une enceinte 1 renfermant de l'air vicié par du gaz carbonique, d'une part, d'une chambre d'évacuation 2 de ce gaz, d'autre part. Un tel séparateur comporte une première électrode 3 dite "électrode à air" reliée au ple négatif d'un généra teur (non représenté) et une deuxième électrode 4 reliée au ple positif dudit générateur. L'électrode 3 est constituée d'une grille de nickel recouverte d'un catalyseur tel que du carbone actif et de l'argent, tandis que l'électrode 4 est formée d'une simple grille de nickel. L'espace délimité par les électrodes est rempli d'une solution de potasse imprègnant une masse ou matrice microporeuse 5. Avantageusement, lesdites électrodes sont isolées par rapport à l'enceinte 1 et à la chambre 2 par des feuilles poreuses non conductrices 6 et 7 confection nées par exemple en polytétrafluoréthylène visant à éviter tout suintement externes de potasse tout en permettant les transferts de gaz. Un tel séparateur fonctionne de la façon suivante Les électrodes 3 et 4 étant mises sous tension à la manière représentée, l'électrode à air 3 consomme une faible partie l'oxygène de l'air comme indiqué par les flèches F, ainsi que de l'eau de la solution alcaline imprègnant la membrane 5, en formant des ions OH qui sous l'effet du champ électrique vont se décharger sur l'électrode 4 en fournissant à nouveau de l'oxygène et de l'eau en quantités massiques égales à celles consommées. De plus, sous l'effet du champ électrique, et compte tenu des porosités ainsi que des coefficients d'échanges ioniques dans la matrice 5 immobilisant l'électrolyte, il s'établit un gradient de p#, la zone de pH élevée étant bien entendu située au voisinage de l'électrode 3, tandis qu'au voisinage de l'les trode 4 se trouve une zone où le pH présente une valeur minimale. Pour fixer les idées, le pH dans le dispositif varie entre 15 et 8 environ. Il résulte de cet état de choses que le gaz carbonique de l'air renfermé dans l'enceinte i est absorbé au niveau de l'électrode 3 en produisant des ions oe3 2- selon la réaction C02 + 2 OH CO, + H20 En conséquence, ces ions (ainsi que les ions OH ) transitent vers l'électrode 4 et se transforment en ions bicarbonate C03H en atteignant les zones à faible pH, pour finalement donner du gaz carbonique qui se dégage (ainsi que l'oxygène résultant de la décharge des ions OH comme précédemment indiqué) au niveau de ltélectrode 4 dans la chambre d'évacuation 2, un tel dégagement étant matérialisé par les flèches F'. On notera que la perte en oxygène qui se produit parallèlement à l'élimina- tion du gaz carbonique représente un volume négligeable. Par exemple, pour de l'air vicié à 1% de gaz carbonique, la consommation en oxygène de cet air est environ 5%, et une telle perte peut être eventuellement et aisément compensée par une source d'oxygène, qui en général existe à priori dans tout système régénérateur d'air, telle que de l'oxygène liquide de l'oxylithe ou un électrolyseur. La figure 2 illustre un autre mode de réalisation d'un séparateur selon l'invention présentant une forme globale tubulaire et pouvant être disposé soit isolément soit conjointement avec d'autres séparateurs sensiblement identiques dans une pièce 10 renfermant de l'air vicié par du gaz carbonique. Un tel séparateur comporte donc l'électrode à air 11, la deuxième électrode 12 au niveau de laquelle se dégage le gaz carbonique et l'oxygène, la matrice 13 imprégnée d'une solution de potasse. De plus, des collecteurs de courant tubulaires 14 et 15 assurent res#pectivement la liaison des électrodes 11 et 12 aux bornes négative et positive d'un générateur (non représenté). Eventuellement, une feuille poreuse non conductrice, analogue aux feuilles 6 et 7 (figure 1) peut envelopper un tel ensemble. On voit donc que le gaz carbonique de l'air renfermé dans la pièce 1.0 est absorbé par le séparateur selon les flèches F, et évacué par la partie interne du collecteur 15 vers l'extérieur de la pièce 10 selon les flèches F'. On voit donc que le dispositif décrit et illustré en référence aux figures annexées assure à lui seul et à la fois, une fonction de séparation, et une fonction de régénération, puisque l'électrolyte, en l'occurrence une solution potassique, ne se carbonate pas, et ne varie pratiquement pas en concentration. Autrement dit, le dispositif objet de l'invention groupe à lui seul trois organes, savoir un séparateur, un régénérateur, et une pompe de transfert du composé absorbant. On comprendra en outre que d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés dans le but d'être adaptés à tel ou tel problème particulier, sans pour autant se départir du cadre de l'invention. Bien que le dispositif qui vient d'être décrit paraisse le plus avantageux pour la mise en oeuvre de l'invention dans une situation technique particulière, on comprendra que certaines modifications peuvent lui être apporter sans sortir du cadre de#celle-ci, certains de ses éléments pouvant etre remplacés par d'autres susceptibles d'y assurer la meme fonction technique. REVENDICATIONS 1/ Séparateur de gaz carbonique constituant un composant d'un mélange gazeux dont un autre composant est 1 oxygène, ledit mélange gazeux étant renfermé dans une enceinte, séparateur comprenant - une première et une deuxième électrodes reliées respectivement, aux bornes négative et positive d'un générateur de tension, - un électrolyte comportant au moins une solution aqueuse alcaline imprégnant une masse microporeuse garnissant ltespace délimité par lesdites électrodes, caractérisé par le fait que ladite première électrode est une électrode apte à consommer notamment une faible fraction de l'oxygène dudit mélange gazeux tout en absorbant le gaz carbonique, et par le fait que la porosité de ladite masse microporeuse est prédéterminée pour créer une variation continue du pH entre les deux dites électrodes, de telle sorte que le gaz carbonique absorbé sur ladite première électrode se dégage sur ladite deuxième électrode conjointement avec une quantité d'oxygène égale à la quantité consommée par la première électrode. 2/ Séparateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite première électrode comporte une âme électroniquement conductrice recouverte par un catalyseur, de préférence à base de carbone. 3/ Séparateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le pH de l'électrolyte présente au voisinage desdites première et deuxième électrodes, sensiblement des valeurs de 15 et 8 respectivement. 4/ Séparateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite première électrode constitue au moins une paroi de l'enceinte renfermant ledit mélange gazeux, tandis que ladite deuxième électrode constitue au moins une paroi d'une chambre d'évacuation du gaz carbonique. 5/ Séparateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que lesdites électrodes sont recouvertes sur leur surface externe par une couche d'un matériau poreux apte à éviter toute suintement d'électrolyte à l'intérieur de l'enceinte et de la chambre d'évacuation, tout en permettant le passage des gaz. 6/ Séparateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que lesdites électrodes ainsi que lesdites couches poreuses présentent une forme plane. 7/ Séparateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que lesdites électrodes présentent une forme tubulaire. 8/ Séparateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les liaisons électriques desdites électrodes au générateur de tension sont assurées par l'intermédiaire de collecteurs de courant tubulaires venant porter sur leurs surfaces externes. 9/ Séparateur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que ledit mélange gazeux est l'air. 10/ Installation de séparation de gaz carbonique comportant au moins un séparateur selon l'une des revendications 1 à 9.