Brevet FR2485570A1 — publié le 19811231

La présente invention concerne un générateur électrolytique de gaz permettant d'obtenir de l'hydrogène et de l'oxygène par électrolyse de l'eau. Il existe déjà divers dispositifs et procédés pour obtenir de l'oxygène et de l'hydrogène à partir de l'eau. Le plus répandu réalise l'électrolyse d'une solution aqueuse dthydroxydesde potassium ou de soude dans la proportion de 25 0/9, à une température comprise entre 70 et 900 C9 à l'aide d'une cathode en acier et d'une anode en fer niz 0 La densité de courant électrique nécessaire est d'environ I50 mA/cm2 et la consommation d'énergie est de l'ordre de 4,5 Kw h par Nn3 d'hydrogène. De tels appareils sont utilisés pour alimenter des chalumeaux de soudage. De nombreux appareils fonctionnant selon ce principe, ont fait l'objet de brevets parmi lesquels on peut citer les brevets français 2.411 8989 20433 o58, 2.305 5099 2.259 918 et 2 383 2479 concernant notamment la séparation des gaz produits, la sécurité et la réduction de la consommation d'électricité Malgré les perfectionnements apportés à oes générateurs au cours du temps, il subsiste encore quelques problèmes concernant en particulier - La séparation de l'oxygène et de l'hydrogène. - La disproportion qui existe entre la production d'oxygène et d'hydrogène (une molécule d'oxygène pour deux molécules d'hydrogène). - Le niveau de l'électrolyte - L'arr8t de la production en cas d'accident. - La manutentione Le générateur de gaz objet de l'invention vise à remédier à ces inconvénients. Avec celui-ci, en effet - Les deux gaz sont séparés dès leur naissance et maintenus à la même pression. - La production de gaz s'arrête automatiquement, dès qu'un ni- veau minimum d'électrolyte est atteint ou dès qu'une surpression d'hydrogène ou d'oxygène apparait. Selon l'une des caractéristiques de l'invention, les électrodes sont constituées de plaques perforées disposées concentriquement pa rallòloment au fond de la cuve. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux gaz sont séparés dès leur naissance, par une cheminée fixée au couvercle dont le bord inférieur est situé juste un peu au dessous du niveau des électrodes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les dimensions respectives de la cuve et de la cheminée de séparation ont été déterminées de façon que l'espace laissé à l'hydrogène soit le double de celui laissé à ltoxygène. Selon une autre caractéristique de l'invention, une soupape pilotée par la pression d'hydrogène ou d'oxygene permet, lors de l'u tilisation de l'un de ces gaz seul à une pression superieure à la pression atmosphérique, de maintenir la pression du gaz non utilise à une pression égale à celui utilisé afin que lesniveauxd'électroly te restent les mêmes dans chacun des compartiments. Selon une autre caractéristique de l'invention, une surpression d'oxygène ou d'hydrogène entraîne le découvrement de l'anode ou de la cathode et l'arrêt de la production. Selon une autre caractéristique de l'invention, le niveau d'électrolyte est déterminé de façon qu'une surpression de l'un des gaz provoque une différence de niveau entre les deux compartiments, entraînant le découvrement de l'une des électrodes sans que cela provoque de débordement dans l'autre compartiment. Selon une autre caractéristique de l'invention, la position des électrodes est réglable verticalement par ccuiissement des porteélectrodes dans le couvercle. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif au regard du dessin annexé représentant une vue en coupe d'un générateur. En se reportant au dessin annexé, on remarque que le générateur est constitué d'une cuve Is d'un couvercle 2 muni de la cheminée de séparation 3, des électrodes 4 et 5 utilisées respectivement comme anode et comme cathode et des porte-électrodes 6 et 7. Comme on le voit, les électrodes 4 et 5 sont constituées de plaques, percées d'orifices permettant la libre communication entre les deux faces, découpées selon la forme de la cuve I et de la cheminée de séparation 3. Les électrodes 4 et 5 sont maintenues, par l'intermédiaire des porte-électrodes 6 et 7, à un niveau situé un peu au-dessus du bord inférieur de la chemises de séparation 3 et à très faible distance du fond de la cuve.Cette disposition présente l'avantage de maintenir constante la surface de contact des électrodes avec ltélectrolyte tout le temps que le niveau de celui-ci est supérieur à celui où sont situées les électrodes, d'arrêter brusquement la production de gaz dès que le niveau descend en dessous des électrodes et de-réduire le trajet des ions entre l'anode et la cathode et, par conséquent, la force centre-électromotrice du génératueur On remarquera aussi que la position des électrodes 4 et 5 par rapport au bord de la cheminée de séparation 3, peut être facilement réglée en jouant sur l'enfoncement des porte-électrodes G et 7. Cette disposition offre aussi l'avantage de rendre la production insensible à l'inclinaison de la cuve I, même pour une valeur importante de cette inclinaison. Pour obtenir ltégalisation des pressions d'oxygène et d'hydrogène dans les espaces situés au-dessus du niveau de l'électrolyte, il a suffi de déterminer les dimensions extérieures et intérieures de la cheminée de séparation 3 par rapport aux dimensions intérieures de la cuve I de façon que les sections transversales des compartiments oxygène et hydrogene, délimitées par la cheminée 3, soient dans le rapport 2. Les hauteurs des deux compartiments étant identiques, les espaces laissés à chacun des gaz sont, eux aussi, dans le rapport 2.Il suffit alors de choisir les polarités des électrodes 4 et 5, de façon que l'espace le plus grand eorrespondo au compartiment dans lequel se trouve la cathode pour obvenir l'égalité de pression recherchée entre l'oxygène et l'hydrogène, puisque l'électrolyse de l'eau produit deux fois plus d'hydrogène que d'oxygène. Pour oonserver le même niveau d'électrolyte dans les deux compartiments, lorsque l'un des gaz est utilisé seul à une pression supérieure à la pression atmosphérique, et que l'autre gaz est rejeté à l'air libre, il suffit de faire échapper le gaz non utilisé par une soupape pilotée par la pression du gaz utilisé. A l'inverse, lorsque les deux gaz sont utilisés à la même pression et qu'une surpression apparaît dans le compartiment réservé à l'un des gaz, il s'ensuit une différence de niveau qui s'accentue entre les deux compartiments jusqu'à ce que ltélectrode qui se trouve dans le compartiment où est apparue la surpression, découvre entièrement; ce qui a pour effet de stopper la production et de rétablir l'équilibre. Il suffit de déterminer le niveau de l'électrolyte de façon qu'aucun debordement ne se produise prlr un des compartiments lorsque le niveau baisse dans l'autre jusqu'au niveau de l'électrode. Ce moyen d'arrêt automatique de la production en cas de surpression accidentelle de l'un des gaz est particulièrement intéressant lorsque le générateur est utilisé pour alimenter un chalumeau en hydrogène car il rend inutile le montage d'un dispositif anti-retour en amont du chalumeau. Donc, en cas de déséquilibre de pression, pour une raison auel conqué (fuite, obturation d'un conduit, etc...), le niveau de l'électrolyte baisse dans le compartiment concerné et lorsqu'il descend en dessous du niveau de l'électrode correspondant, le courant ne passe plus et la production s'arrête. I1 en est de même en cas de baisse anormale du niveau de l'électrolyte. On remarquera aussi que la forme;et la position très proche du fond des électrodes 4 et 5, permettent de faire prendre au générateur des inclinaisons importantes sans que cela modifie la production, puisque les électrodes 4 et 5 restent entièrement immergées. Par contre, dès que l'électrode centrale 4 est entièrement découverte, la production s'arrête, ce qui constitue une sécurité en cas de renversement accidentel. Les générateurs élémentaires qui viennent d'être décrits peuvent être montés en série ou en parallèle, tant pour la génération de gaz que pour l'alimentation en courant électrique. Lege-rérateur objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où une production d'hydrogène et d'oxygène doit être assurée de façon très régulière et en toute sécurité. I1 peut être employé notamment pour alimenter un chalumeau ou d'autres équipements exigeant un débit de gaz très régulier. Des applications particulièrement interessantes existent pour l'alimentation des chalumeaux utilisés en orfèvrerie et pour la réalisation de prothèses dentaires. REVENDICATIONS I. Générateur électrolytique de gaz produisant de l'oxygène et de l'hydrogène par électrolyse de l'eau dans lequel les deux gaz sont produits séparément, caractérisé en ce que les électrodes (4 et 5) dont il est équipé, sont constituées de plaques perforées disposées concentriquement dans un plan parallèle au fond de la cuve (I), en ce que les deux gaz sont séparés dès leur formation par une cheminée (3) entourant' l'électrode centrale (4), en ce qu'il comporte des moyens permettant de maintenir les gaz à la même pression et en ce qu'il comporte un moyen d'arrAt automatique de la production en cas de surpression de 19un des gaz 2 Générateur électrolytique de gaz produisant de l'o.xy- gène et de lthydrogene par électrolyse de l'eau9 selon la revendication I caractérisé en ce que la cheminée (3) entourant l'électrode centrale (4), est fixée hermétiquement au couvercle (2) de la cuve (I). 3 Générateur électrolytique de gaz produisant de l'oxygène et de l'hydrogène par électrolyse de l'eau, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bord inférieur de la cheminée (3) de séparation des gaz est située juste un peu au-dessous de la face inférieure des électrodes (4 et 5). 4. Générateur électrolytique de gaz produisant de l'oxy- gène et de l'hydrogène par électrolyse de l'eau, selon les revendice- tions I et 2, caractérisé en ce que l'un des moyens permettant de maintenir les gaz à la même pression consiste à laisser à l'hydrogène un espace double de celui laissé à l'oxygène. 5. Générateur électrolytique de gaz produisant de l'oxy- gène et de l'hydrogène par électrolyse de l'eau, selon la revendication 4, caractérisé en ce que le doublement de l'espace laissé à l'hy drogène par rapport à celui laissé à l'oxygène, est obtenu en choisissant une section de cheminée (3) telle, qu'il existe le rapport 2 entre les surfaces d'électrolyte situées à l'intérieur et à l'exté- rieur de la dite cheminée. 6. Générateur électrolytique de gaz produisant de ltoxy- gene et de l'hydrogène par électrolyse de l'eau, selon les revendica t ions I et 4 caractérisé en ce qu'un autre des moyens permettant de maintenir les gaz à la même pression consiste, en combinaison avec le moyen décrit à la revendication 4, lorsque l'un des gaz est uti lisé seul, à une pression supérieure à la pression atmosphérique, et que l'autre gaz est re3eté, à faire échapper ce dernier par une soupape pilotée par la pression du gaz utilisé. 7.. Générateur électrolytique de gaz produisant de l'oxygène et de l'hydrogène par électrolyse de l'eau, selon les revendications I et 4 caractérisé en ce que le mayen d'arrêt automatique permettant d'éviter une surpression de l'un des gaz consiste, en combinaison avec le moyen décrit à la revendication 4, à déterminer le niveau de ltélectrolyte de façon qutune surpression de l'un des gaz provoque une différence de niveau entre les deux compartiments, qui entraîne un découvrement de l'électrode située dans le compartiment ou est apparue la surpression, sans que cela provoque un débordement dans l'autre compartiment. 8. Générateur électrolytique de gaz produisant de l'oxy- gène et de l'hydrogène par électrolyse de l'eau, selon l'une quelconque des revendications ci-dessus caractérisé en ce que la position des électrodes (4 et 5) est réglable verticalement par coulissement des porte-électrodes (6 et 7) dans le couvercle (2).