Brevet FR2634226A1 — publié le 19900119

La présente invention concerne un générateur électrolytique d'un mélange d'hydrogène et d'oxygène par décomposition électrolytique de l'eau. On connaît déjà de nombreux types de générateurs électrolytiques. Dans certains générateurs, on désire séparer l'hydrogène de l'oxygène, ce qui n'est pas le cas dans le générateur suivant l'invention. Dans de nombreux cas, on n'utilise qu'une seule cathode et une seule anode. I1 faut alors prévoir pour celles-ci des surfaces importantes afin d'obtenir un rendement correct en volume de gaz. On connait également un générateur qui comprend deux électrodes cylindriques coaxiales respectivement reliées aux poles d'un circuit d'alimentation en courant continu, avec, intercalés entre ces deux électrodes, un certain nombre de cylindres bon conducteur et isolés les uns des autres. En pratique, les cylindres intercalaires ne peuvent pas être refroidis, ce qui représente un inconvénient.Ce générateur fonctionne sous basse tension ce qui nécessite un transformateur de grandes dimensions. Un cbjet de la présente invention consiste à prévoir un générateur électrolytique d'un mélange d'hydrogène et d'oxygène qui évite le inconvénients mentionnés ci-dessus. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un tel générateur avec refroidissement direct des éléments sur lesquels l'hydro- gène et l'oxygène se dégagent. Un entre objet de l'invention consiste à prévoir un tel générateur pourvu d'un moyen simple limitant le niveau de l'électrolyte lors du remplissage ce qui lui confère une bonne sécurité. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un générateur électrolytique fonctionnant sous tension continue élevée, ce qui permet de réduire la taille du transformateur du circuit d'alimentation et même de le supprimer. Suivart l'invention, il est prévu un générateur électrolytique comprenant une cuve allongée aux deux bouts de laquelle sont montées deux électrodes respectivement reliées aux pôles d'une source de courant continu, avec, entre elles, une pluralité de plaques conductrices transversales isolées les unes des autres constituant des électrodes intermédiaires, chaque paire d'électrodes voisines délimitant un volume d'électrolyte isolé du volume suivant, la cuve étant fermée par un couvercle étanche pourvu d'une tubulure de sortie pour le mélange de gaz. Suivant une autre caractéristique, la cuve dont les parois et le fond sont en matériau isolant a une section rectangulaire, chaque plaque conductrice transversale ayant ses bords verticaux et inférieur reliés aux parois latérales et au fond de la cuve d'une manière étanche. Suivant une autre caractéristique, chaque plaque conductrice transversale traverse, d'une manière étanche, au moins une des parois latérales de la cuve, la partie de chaque plaque qui est extérieure à la cuve formant une ailette de refroidissement. Suivant une autre caractéristique, chaque plaque conductrice transversale est, dans la zone ou elle traverse lesdites parois latérales percée de trous dans lesquels pénètre la matière dont lesdites faces sont constituées. Suivant une autre caractéristique, la tubulure de sortie du mélange des-gaz a une forme coudée avec une partie verticale au-dessus du volume de mélange de gaz et une partie coudée dont le départ est en-deçà de la paroi latérale vers laquelle elle est tournée, la distance entre le départ de la partie coudée et ladite paroi latéraleétant supérieure à la distance entre le bord supérieur des plaques et le haut de la cuve et limitant le niveau d'électrolyte dans la cuve. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue en perspective d'un générateur électrolytique suivant l'invention, la Fig. 2 est une vue éclatée en perspective du générateur de la Fig. 1, la Fig. 3 est une vue en coupe transversale du générateur de la Fig. I, en position de fonctionnement, et la Fig. 4 est une vue en coupe du générateur de la Fig. 1, en position de remplissage d'électrolyte. Le générateur électrolytique montré aux Figs. 1 à 3 comprend une cuve 1 de forme parallélépipèdique en matière isolante se composant de deux faces latérales 2 et 3, de deux bouts 4 et 5, et d'un fond 6. La cuve 1 est surmontée d'un couvercle 7 qui comporte une tubulure de sortie de gaz 8 qui, comme on le verra dans la suite, sert également pour le remplissage de l'électrolyte. Entre les bouts 4 et 5, sont montées une série de plaques bonne conductrices de l'électricité P1 à Pn qui sont rectangulaires, disposées transversalement et équidistantes. Chaque plaque Pi passe à travers les faces 2 et 3, et comporte donc deux parties externes 9. De plus, le côté inférieur de chaque plaque Pi est inséré dans une. rainure adéquate du fond 6. Les passages des plaques dans les faces 2 et 3, et leur insertion dans le fond 6 sont rendus étanches par un matériau d'étanchéité non conducteur, de manière que le volume compris entre deux plaques Pi et P(i+l) et le fond 6 soit rigoureusement isolé, en bas et sur les côtés, des volumes adjacents. Le côté supérieur des plaques est légèrement au-dessous du bord supérieur de la cuve. Les plaques extrêmes P1 et Pn sont respectivement reliées à des bornes de connexion 10 qui traversent respectivement les bouts 4 et 5 d'une manière étanche et qui sont destinées à être reliées électriquement aux bornes d'une source de courant continu, non montrée. Dans les Figs. 1 et 2, seule une borne 10 est visible. Ainsi, les plaques P1 et Pn sont les électrodes extrêmes et les autres plaques des électrodes intermédiaires. La tubulure 8 a la forme d'un tuyau coudé qui, d'un côté, débouche dans la partie centrale du couvercle 7 et, de l'autre côté, est filetée extérieurement pour pouvoir être reliée à un raccord de tuyau conduisant au dispositif d'utilisation, c'est-à-dire par exemple un bec de torche. Dans l'exemple de réalisation décrit, la tubulure comprend une partie verticale 11 et une partie horizontale 12. La partie horizontale 12, dont l'extrémité est filetée extérieurement, est située juste au-dessus du bord supérieur 13 de la face 2 et comporte une partie cylindrique interne qui se termine par un cercle 14. La distance entre le cercle 14 et le bord 13 est supérieure à la distance entre le bord supérieur 15 des plaques P1 à Pn et le niveau du bord 13. I1 résulte de ce qui précède que, quand on met le générateur dans la position montrée à la Fig. 4 pour le remplir d'électrolyte, le niveau dans la partie 12 peut monter au-dessus du cercle 14, mais dans le reste de l'appareil ne peut dépasser sensiblement celui de la ligne horizontale 16, Fig. 4, passant par le cercle 14 car du gaz est emprisonné entre la ligne 16 et la face 2, et ce gaz, bien que légèrement compressible, empêche l'électrolyte de pénétrer dans cet espace.Quand on remet le générateur d'aplomb, comme le montre la Fig. 3, le niveau de l'électrolyte dans la cuve 1 est celui indiqué par la ligne horizontale 17, bien au-dessous des bords supérieurs des plaques P1 à Pn. Il en résulte que chaque volume d'électrolyte compris entre deux plaques Pi et P(.i,lj est isolé des volumes adjacents. De plus, 1a position du cercle 14 permet de-conserver un volume de gaz suffisant au-dessus de l'électrolyte. Le fonctionnement du générateur est le suivant. Entre les bornes 10, ctest-à-dire les plaques Fl à Pn, on applique une différence de potentiel de, par exemple, 120 V. Si le nombre de plaques est de 41, par exemple, on aura entre deux plaques successives une différence de potentiel de 3 V. La différence de potentiel de 120 V aux bornes de l'appareil peut être obtenue simplement, sans transformateur, à partir de la tension du réseau, soit 220 V alternatif, en utilisant un pont redresseur double alternance, dont les redresseurs, par exemple des thyristors, peuvent être commandés d'une manière simple pour régler l'intensité. En pratique, le courant qui passe dans l'électrolyte dépend de la résistivité de celui-ci et des dimensions géométriques de la cuve. Ce courant peut être dans un exemple de réalisation préféré de 20 A, pour une cuve où la section transversale efficace est. de l'ordre de 2 70 cm et la longeur de 45 cm environ. La résistivité de l'électro- lyte peut varier en fonction de la concentration en hydroxyde de potassium, par exemple. Dans l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, la cuve 1 est parallélépipèdique, ce qui constitue évidemment une forme très simple, mais qui n'est pas obligatoire. De préférence, la cuve 1 est relativement longue de manière à pouvoir contenir un grand nombre, par exemple de quarante à cinquante plaques, tout en conservant entre ce-.X. plaques successives un écart suffisant pour éviter des décharges entre les plaques. On a également supposé que les plaques Fi était plane et avait une surface lisse. En pratique, on peut utiliser des plaques présentant de légères ondulations pour augmenter leur surface efficace. De même, les zones externes S fonctionnant comme des ailettes de refroi dissement peuvent avoir une forme quelconque. On notera que le remplissage de la cuve en électrolyte, tel qu'illustré à la Fig. 4 où le générateur est tourné d'un quart de tour, assure la garantie d'un niveau d'électrolyte précis, ce qui est très important dans ce genre d'appareil. La Fig. 2 montre également que des trous 18 sont prévus sur les bords supérieurs des parois 2 à 4, ces trous étant prévus pour recevoir des chevilles passées dans des trous 19 correspondants perces dans le couvecle 7. En pratique, une joint de caoutchouc peut être disposé entre lesdits bords supérieurs et le couvercle pour assurer I'étanchéité'aux gaz. Le couvercle 7 peut être applique sur la cuve par tous moyens élastiques suffisants pour obtenir une bonne étanchéité, soit par exemple des anneaux de matière résiliente, comme le caoutchouc. Ces moyens doivent être aussi suffisamment élastiques pour qu'une surpression éventuelle sous le couvercle 7 permette de le faire fonctionner comme une soupape de sûreté, évitant d'endommager l'appareil en cas d'explosion. Dan les Figs. 3 et 4, on a également montré, en traits tirets, des trcus 20 qui sont percés dans les plaques ou électrodes Pi dans les zones de passage dans les parois 2 et 3. Ces trous 20 sont prévus pour être remplis avec la matière des parois 2 et 3, qui peut être un plastique renforcé par des fibres de verre, au cours de la fabrication par moulage de l'ensemble de la cuve et des électrodes. REVENDICATIONS 1) Générateur électrolytique d'un mélange d'hydrogène et d'oxygène par décomposition électrolytique de l'eau caractérisé .en ce qu'il comprend une cuve allongée (1, aux deux bouts (4 et 5) de laquelle sont montées deux électrodes (P1 et Fn) respectivement reliées aux pôles d'une source de courant continu, avec, entre elles, une pluralité de plaques conductrices transversales (P2 à P(n-l)), isolées les unes des autres constituant des électrodes intermédiaires, chaque paire d'électrodes voisines- (Fi et P(i+l)i délimitant un volume d'électrolyte isolé du volume suivant, la cuve (1) étant fermée par un couvercle étanche (7) pourvu d'une tubulure de sortie (8) pour le mélange de gaz. 2j Générateur électrolytique suivant la revendication l caractérisé en ce que la cuve (1) dont les parois (2 à 5) et le- fond (6) sont en matériau isolant a une section rectangulaire, chaque plaque conductrice (Pi) transversale ayant ses bords verticaux et inférieur reliés aux parois latérales (2 et 3) et au fond (6) de la cuve d'une manière étanche. 3 > Générateur électrolytique suivant la revendication 2 caractérisé en ce que chaque plaque conductrice transversale (Fi) traverse, d'une manière étanche, au moins une des parois latérales (2 et/ou 3) de la cuve, la partie de chaque plaque (Pi) qui est extérieure à la cuve (1, formant une ailette de refroidissement. 4J Générateur électrolytique suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chaque plaque conductrice transversale (Pi) est dans la-zone où elle traverse les parois latérales (2 et 3) percée de trous (20) de diamètre inférieur à l'épaisseur desdites parois et dans lesquels pénètre la matière isolante dont lesdites faces sont constituées. 5j Générateur électrolytique suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tubulure de sortie (8J du mélange des gaz a une forme coudée avec une partie verticale (lîj au-dessus du volume de mélange de gaz et une partie coudée (12) dont le départ est en-deçà de la paroi latérale (2) vers laquelle elle est tournée, la distance entre le départ de la partie coudée (12) et ladite paroi latérale (2; étant supérieure à la distance entre le bord supérieur (15) des plaques (Pij et le haut (13) de la cuve (1) et limitant le niveau (17i d'électrolyte dans la cuve (1). 6) Générateur électrolytique suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le nombre des plaques intermédiaires contituant des électrodes est relativement important afin d'appliquer une tension électrique continue relativement haute aux électrodes d'extrémité (Pl et Pn). 7) Générateur électrolytique suivant la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites électrodes d'extrémité (P1 et Pn) sont reliées aux bornes d'un redresseur délivrant un courant électrique d'intensité réglable et directement alimenté par le secteur.