Brevet FR2299590A1 — publié le 19760827

La présente invention concerne la production d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse de l'eau comme moyen de transformation et de mise en réserve d'une énergie électrique, quelle qu'en soit l'origine, mais dont on dispose d'une manière irrégulière. Il existe diverses sources intéressantes d'énergie naturelle mais qu'il est difficile d'exploiter à cause de leur particularité d'être disponibles d'une maniè re très irrégulière an puissance dans le temps. C'est le cas notamment de l'énergie du rayonnament solaire et davantage encore de l'énergie du vent. Leur utilisation pose des problemes de conciliation avec des besoins d'énergie précis en puissance aussi bien qu'en ce qui concerne les périodes prévues d'utilisation. Ces différentes sources d'énergie peuvent être transformées en électricité au moment de leur disponibilité mais l'électricité n'est pas stockable et se trouve perdue si elle n'est peut utilissée immédiatement.Parmi les moyens de transformaion de l'énergie électriqué en vue de sa mise en attente, la décomposition de l'eau par électrolyse permet de produire notamment l'hydrogène, gaz combustible par excellence, que l'on peut stocker pour faire face par sa combustion le moment venu au besoin en énergie et selon la puisance requise. L'électrolyse de l'eau dégageant en même de temps de l'oxygène, celui-ci peut également être mis en réserve pour être utilise ultérieurement pour la combustion de l'hydrogène. Toutefois s'il est relativement aisé même sur le plan industriel de collecter ces gaz issus de l'électrolyse lorsque celle-ci s'effectue d'une manière contrôlée en intensité et en débit, cela est beaucoup moins commode lorsque l'opération se fait, à notre insu, par intermittence. En effet il n'est pas recommendé de laisser séjourner dans des conduites des gaz non collectés dès leur production, à cause du risque d'explosion d'une part et aussi parce que cela augmente d'autant le facteur de déperdition, l'hydrogène étant un gaz particulièrement fuvant. L'invention consiste en un appareil destiné à effectuer l'électrolyse de l'eau en pâliant aux inconvénients cités ci-dessus. Cet appareil permet en effet de pro duire l'hydrogène et l'oxygène et de collecter automatiquement ces gaz dans des réservoirs de stockage où ils sont comprimés, aussitôt leur production, laquelle peut être indifféremment continue ou intermittente et d'intensité variable. A partir de l'électrolyse de l'eau additionnée d'un électrolyte dissout on peut collecter, comprimer et mettre en réserve soit le mélange des deux gaz obtenus, à savoir l'hydrogène et l'oxygène, soit seulement l'un d'eux, soit encore les deux gaz séparément, dans une installation comprenant deux circuits similaires indépen dants partant du même bac à électrolyse, l'un de l'anode, l'autre de la cathode. Le dessin illustrant la présente description ne motre que l'un de ces cir cuits, celui destiné à recevoir l'hydrogène produit à la cathode, l'oxygène étant laiseé libre et se dégageant dans l'atmosphère. Le description qui suit ne considère donc que ce cas précis, à titre d'example. L'appareil réalisé suivant l'invention comprend cinq parties principales, à savoir: un bac à électrolyse B, un vase d'expansion F, un cylindre H avec son piston, un réservoir d'air comprimé P avec son compresseur de servitutde, et enfin le réservoir de stockage S du gaz considéré, en l'occurence l'hydrogène. Le bac à électrolyse B, rampli de la solution liquide choisie comme électrolyte, comporte deux électrodes, reliées aux deux pôles de la source de courant élec- trique, à savoir l'anode A atour de laquelle se dégage l'oxygène laissé libre, et la cathode C autour de laquelle se dégage l'hydrogène qui va 8tre recueilli. Une cloche D est mise en nlace autour de la cathode et au-dessus de celle-ci, dans le liquide, de manière à rassembler le gaz produit. Les bulles d'hydrogène s'élévent alors par le conduit E pour aboutir au vase d'expansion F maintenu juste au-dessus de la cloche de réception.Ce vase contient lui aussi du liquide électrolyte, mais au fur et à mesure que l'hydrogène se dégage, ce gaz s'accumule à la partie supe- rieure du vase F et repousse petit à petit le liquide vers le bac B. Dans le vase d'expansion est mis en place un flotteur G, lequel descend progresivement en seme temps que le niveau du liquide dans F, c'est-à- dire denuis le niveau supérieur N2 jusqu'au niveau inférieur N1.Juste au-dessus du vase d'expansion F se trouve un cylindre horizontal H rempli totalement lui aussi à ce stade, du même liquide électrolyte. Les deux dispositifs sont reliés par un conduit rétréci fermé par une vanne I et sont dimensionnés de telle manière que la canacité totele du cylindre H comprise au-dessus de la vanne I correspond au volume du vase d'expansion F délimi- té par les deux niveaux prédéterminés N1 et N2. Lorsquelle qu bout d'un certain temps de dégagement de l'hydrogène, le niveau du liquide drus F arrive vers le bas en N1, le flotteur G transmet alors de par sa position et par l'intermédiare d'un relais J la commande d#ouverture de la vanne I, cette manoeuvre étant réalisée au moyen d#un servo-mécanisme automatique approprié K. L'ouverture de la vanne I a pour effet de libérer le gaz contenu dans le vase d'expansion F, lequel gaz va prendre place dans le cylindre H et le remplir complétement en quelques secondes, voir même le ces échéant, en quelques fractions de seconde, tot en chassent le liquide qu'il contient, lequel liquide descend dans le vase F qu'il remplit à nouveau dans le même temps, jusqu'au niveau N2.Dès que cette permutation est achevée, la vanne I se referme automatiquement, commandée cette fois par le relai L d'un autre flotteur F placé juste au-dessus de la vanne I, dans le conduit séparant les deux récipients. Dés ce moment, le gaz qui continue en princie de se dégager à la cathode, vient se loger à nouveau à la partie supérieure du vase d'expansion F en faisant descendre à nouveau progressivement le niveau du liquide de N2 vers N1, tout à fait in dépendamment de ce qui va se passer au-dessus de la vanne I. Le cylindre H comporte 7 ouvertures designées de 01 à 07, positionnées à bon escient, chacune d'elle avant un rôle défini à jouer à un moment défini du quelle qui va se poursuivre. Ces ouvertures sont munies d'une vanne ou d'un clapet selon le cas, dont l'ouverture et la fermeture alternées sont commandées par un dispositif automatique. A l'instant où la vanne I se referme, toutes les ouvertures = se trouvent fermées également, mais dès cet instant 01 s'ouvre, laissant entrer dans cylindre H de l'aire comprimé provenant du réservoir P. Cet air comprimé pousse alors le piston Q de la droite (sur le dessin) vers la gauche, ce qui a pour objet de refouler l'hydrogène contenu dans la totalité du volume du cylindre, vers le réservoir de stockage S par l'ouverture 06 laquelle comporte un clapet anti-retour. Dès que le piston est arrivé en bout de course, 01 se referme et 02 s'ouvre ainsi m3e 05. Cette dernière ouverture laisse à son tour entrer de l'air comprimé provenant également du réservoir P, ce qui a pour effet de repousser le piston Q vers la droite jusqu'à son point de départ, l'air ayant servi à refouler l'hydrogène s'évacuant alors par 02.Dès que cela est réalisé, toutes les ouvertures se referment encore sauf 03 et 04 qui s'ouvrent à leur tour. 04 est reliée à un circuit destiné à introduire du liquide électrolyte, depuis le bac B jusque dans le cylindre H pour le remplir, au moyen de la pompe R. La pompe R est alors mise en action et s'arrête lorsque le cylindre H est complétement rempli de liquide, l'air qu'il contenait encore étant purgé en même temps par 03. Le cycle est à ce moment là terminé et toutes les ouvertures 0 se referment jusqu'au cycle suivant. Au fur et à mesure que l'hydrogène est produit dans le bac à électrolyse, sa pression de stockage dans le réservoir S va s'élever progressivement. Le pression d'air comprimé dans la réservoir de stockage d'hydrogène. Au fur et à mesure que l'air comprimé est utilisé, la pression se renouvelle automatiquement au moyen du compresseur de servitude T. La capacité du réservoir de stockage d'hydrogène est fonction d 'une part de l'importance de la production de l'appareil, c'est-à- dire de la puissance de la source d'énergie ainsi que de sa fréquence, et d'autre part de l'intensité et la fréquence d'utilisation de l'hydrogène stocké. Enfin il ressort du fonctionnement de l'appareil selon l'invention que celuici est totalement indépendant des irrégularités de la source de courant électrique. En particulier celle-ci peut très bien être intermittente selon une périodicité irrégulière et même complétement imprévisible oue cela ne perturbe en rien le déreu- lement des cycles de refoulement et de mise en rression du gaz collecté. L'explica- de cette particularité est la suivante: c'est que des différentes phases successives renouvelées à chaque cycle, toutes sont orchestrées dans le temps rigouresoment de la même manière à chaque fois à partir de l'instant précis de l'ouverture de la vanne I, à l'exception de la seule phase se situant avant cette ouverture, c'est-àdire celle oui s'effectue dans le vase d'exnansion F.Le rôle de ce vase d'expan- sion est done primordial puisque c'est lui seul qui régularise le fonctionnement de l'ensemble en espacant nlus ou moins dans le temps les cycles de mise en réserve de l'hydrogène produit selon les irrégularités de l'snnort d'énergie. Selon les dimensions *ne l'on donne au vase d'expansion, et parallélement au cylindre, par rapport à l'intensité de la production d'hydrogène, on obtient un rythme plus ou moins accéléré de cycles. Il est possible de concevoir l'appareil pour atteindre une cadence jusqu'à 8 à 12 cycles environ à la minute. En définitive depuis 1' instant où il se dégage à la cathode jusqu'à l'instant où il arrive au stockage final, le gaz produit ne peut séjourner nulle part ailleurs que d?ns le vase d'expansion. Selon le soin avec lequel on réalise sa. construction et aussi selon la capacité tout à fait modeste qu'il présente (de l'ordre de quelques litres seulement pour un appareil d'importance moyenne), dette caractéristique en- sentielle du disnositif d'ensemble objet de l'invention, en fait un appareil gazo- gène relativement simole, répondant à des critères de sécurité très avantageux, et surtout d'une souplesse d'adaptation telle que son utilisation peut être aisément appliquée et généralisée à de nombreux domaines. L'invention peut être réalisée à une échelle miniaturisée pour une très petite source d'énergie, aussi bien qu'à grande échelle pour une source importante. L'invention peut s'appliquer dans tous les cas où l'on dispose d'une source d'énergie irrégulière nue l'on souhaite mettre en réserve, comme le vent ou l'énergie solaire, et où parallèlement l'hydrogène convient à l'utilisation prévue de cette énergie. L'hydrogène étant à la fois indéniablement un combustible et un carburant de tout -nremier ordre, l'invention, alliés aux réserves inépuisables d'énergies naturelles précitées entre autres, peut contribuer largement à l'exploitation de masse de ces énergies et notamment à assurer l'autonomie énergétique des individus ou des groupes d'individus, par example pour le chauffage domestique des habitations individuelles ou collectives, pour l'utilisation de l'hydrogène pour la traction, automobile ou autre, et pour la force motrice en général. REVENDICATIONS 1) Appareil gazogène, destiné à produire de l'hydrogène et de l'oxygène par dévomposition electrolitique de l'eau, carectérisé par le fait que les gaz obtenus sont comprimés et mis en réserve ausito't leur production, au fur et à mesure cue celleci s'effectue, ocelle qu'en soit la cadence, et qu'elle soit continue ou intermittente. 2 ) Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de mise en réserve sous pression des gaz est un cylindre, placé au-dessus dv bac contenant le liquide électrolyte, et relié à celui-ci de façon sue rernli au départ du même liquide, celui-ci en est chassé et remplacé par les gaz Plus légers, pendant la phase d'admission. Dès que le cylindre est totalement rempli de gaz, celui-ci en est aussitôt refoulé par un piston actionné par air comprimé, vers un réservoir de stockage où il est maintenu en pression.Ensuite le piston est ramené è son point de départ, le cylindre rempli à nouveau de liquide électrolyte par une pompe, et le cycle neut ainsi recommencer. 3 ) Appareil selon les revendications 1 et 2, caractérisé nar le fait nue la durée ae la phase d admission des gaz dans le cylindre est constante et indépendante de la cadence de leur production, laquelle peut être irrégulière et même intermittente sans que les gaz n'aient à séjourner dans le cylindre. Cette régulation est obtenue grâce à un vase intermédiaire d'exnausion des gaz situé sur leur trajet montant, entre les électrodes et le cylindre. La phase d'admission s'effectue chaque fois qu'il y a suffisamment de gaz dans le vasse d'expansion pour en remplir totalement le cylindre. 4 ) Appareil selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé nar le fait que son fonctionnement est entièrement automatiue. Chaque cycle. comprenant ure série d'o- préparations successives toujours identiques, est déclenché par la position d'un flotteur dès que le niveau du liquide électrolyte contenu dans la vasse d'expansion atteint un niveau inférieur détermine. 5) Appareil selon la revendication 1, caractérisé per le fait qu'il a pour fonction de recevoir, comprimer et mettre en réserve soit le mélange des deux gaz obtenus à partir de l'électrolyse, à savoir l'hydrogène et l'oxygène, soit seulement l'un d'eux, soit encore les deux gaz sénarément dans une installation comprenant deux circuits similaires indépendants partant du même bac à électrolyse, l'un de l'anode et l'autre de la cathode.