Brevet FR2664746A1 — publié le 19920117

La presente invention est relative a une installation de production d'énergie électrique qui comprend une cellule de combustible nécessitant une alimentation en hydrogène gazeux et une alimentation en oxygene gazeux pour produire une énergie électri- que de sortie. L'invention a été développée principalement, bien que non exclusivement, dans le but de créer une installation de production d'énergie électrique qui soit particulièrement adaptée pour être utilisée dans un sous-marin Pour le besoin de la présente descrip- tion, on décrira l'application d'une installation de production d'énergie électrique suivant l'invention destinée à être utilisée dans un sous-marin, bien que l'on comprenne que l'invention est susceptible d'être appliquée en général en vue d'une utilisation dans d'autres environnements dans lesquels les ressources en air/oxygéne peuvent être limitées ou non disponi- bles, y compris l'utilisation dans les véhicules spa- tiaux, tels que des véhicules orbitaux et des satel- lites artificiels ou pour une utilisation d'urgence dans des environnements dangereux telles que des opé- rations de secours dans les mines. Il est de pratique courante pour des sous- marins circulant dans les océans, qui ne sont pas pro- pulsés par un réacteur nucléaire, d'utiliser un moteur diesel pour leur propulsion en surface ou en demi- plongée et des batteries en immersion totale Le pro- blème principal avec les sous-marins diesel/électrique réside dans le fait que la capacité des batteries limite fortement la durée d'immersion totale du navire, et le besoin se fait par conséquent sentir d'une source d'énergie qui soit capable d'accroitre de capacité opérationnelle en immersion pour un sous- marin à l'intérieur des contraintes physiques et opérationnelles imposées par un sous-marin De telles contraintes comprennent des limites d'espace et de poids de l'installation de conversion d'énergie, des exigences volumétriques de combustible(s) et des problèmes de flottabilité créés par l'allégement croissant à mesure que le ou les combustibles est ou sont consommés. Un dispositif d'alimentation en énergie possible, connu sous le nom de système diesel à recy- clage utilise un moteur diesel classique aspirant de l'oxygène dilué avec de la vapeur et/ou du gaz d'échappement en un cycle fermé auto- contenu Bien qu un tel système accroisse l'endurance d un sous-marin alimenté seulement par des batteries, il souffre des inconvénients du poids total, du volume de combustible et de l'oxygène nécessaire, de l'élimina- tion du produit de combustion et du bruit. Bien que d'autres variantes du dispositif de conversion d'énergie à moteur diesel soient connues, aucun d'entre eux n'offre des avantages significatifs pour cette application Le rendement de la conversion '- d'énergie d'un générateur diesel est de 20 à 30 Z. Cependant, les cellules à combustible qui convertissent directement de l'énergie chimique en énergie électrique ont un rendement de conversion d'énergie éprouvé de 50 à 60 % Ainsi, si une cellule à combustible fiable capable de produire l'énergie de sortie requise pouvait être combinée avec un moyen satisfaisant d'emmagasinage pour les réactifs, un système de production d'énergie appropriée pour un sous-marin immergé pourrait être fourni. Divers types de cellules de combustible ont été l'objet d'efforts considérables de développement et offrent à présent des performances spécifiques élevées avec une fiabilité démontrée Un premier type de cellule combine de l'oxygène et de l'hydrogène gazeux de pureté élevée pour former de l'eau avec la production de quantités importantes d'énergie électrique Une telle cellule de combustible peut être mise en route aisément, l'énergie de sortie peut être modifiée automatiquement et le fonctionnement de la cellule est virtuellement silencieux Le problème réside dans la fourniture d'oxygène et d'hydrogène gazeux de pureté élevée L'oxygène et l'hydrogène sont tous deux des gaz permanents et ne peuvent donc être liquéfiés à des températures normales par l'applica- tion d'une pression Les gaz peuvent ainsi être stockés soit sous forte pression dans des cylindres ce qui entraîne un handicap pour le poids des récipients et le volume des gaz qui pourraient être emmagasinés, ou sous forme de liquides cryogéniques ce qui risque de créer des problèmes d'espace, des problèmes de flottabilité dûs au changement de creux et des pro- blèmes associés aux charges de choc L'hydrogène peut également être stocké sous forme solide en combinaison' chimique en tant qu'hybride métallique mais ceci pose. également des problèmes de poids. Un second type de cellule de combustible peut utiliser de l'oxygène de l'air et l'utilisation d'une telle cellule est également avantageuse Ce type de cellule pouvait être utilisé lorsqu'un sous- marin était en surface ou en demi-plongée en utilisant l'air normal Lorsque le navire est immergé, ce type de cellule pourrait être actionné en utilisant l'air intérieur au sous-marin à condition que le contenu en oxygène de cet air soit maintenu. Suivant l'invention, il est créé une instal- lation de production d'énergie électrique comprenant: une cellule de combustible qui nécessite des alimentations en hydrogène gazeux et en oxygène gazeux afin d'engendrer une énergie électrique de sortie; des premiers moyens d'alimentation pour fournir à l'installation un composé contenant de l'hydrogène qui est liquide dans des conditions norma- les de température et de pression et qui peut subir une réaction endothermique pour libérer de l'hydrogène gazeux; des seconds moyens d'alimentation pour fournir à l'installation du péroxyde d'hydrogène li- quide; un dispositif de reformation, connecté aux premiers moyens d'alimentation, dans lequel ledit composé contenant de l'hydrogène peut subir ladite réaction endothermique et libérer l'hydrogène gazeux; un dispositif de décomposition connecté auxdits seconds moyens d'alimentation,et agencé pour décomposer le péroxyde d'hydrogène de manière à libé-,,- rer l'oxygène gazeux; des moyens pour fournir de la chaleur au composé contenant de l'hydrogène, de manière a main- tenir la réaction endothermique dans le dispositif de reformation; et des moyens pour fournir l'hydrogène gazeux et l'oxygène gazeux dégagés dans le réformateur et le dispositif de décomposition respectivement à la cellule du combustible en vue d'engendrer une énergie électrique de sortie. Le péroxyde d'hydrogène est décomposé de façon exothermique dans le dispositif de décomposition et de préférence des moyens sont prévus pour fournir de la chaleur provenant du dispositif de décomposition au dispositif de reformation, de manière à maintenir totalement ou partiellement la réaction endothermique dans le dispositif de reformation. On remarquera en particulier que la chaleur fournie par la décomposition du péroxyde d'hydrogène dans le dispositif de décomposition est de qualité élevée, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une chaleur concentrée à haute température, qui est particuliè- rement utile pour favoriser et maintenir la réaction de reformation du composé contenant de l'hydrogène dans le dispositif de reformation. Ceci assure un fonctionnement efficace de l'installation de production d'énergie électrique en ce que de la chaleur dégagée dans le dispositif de décomposition, qui serait autrement perdue est utili- sée en tant que source de chaleur pour maintenir la réaction endothermique dans le dispositif de reforma- tion. Cependant, bien que ceci soit un agencement particulièrement avantageux suivant l'invention, d'autres moyens peuvent être fournis dans le cadre de l'invention en tant que source de chaleur pour main- tenir la réaction endothermique dans le dispositif de reformation Dans une variante préférée une partie de l'énergie électrique produite dans la cellule de com- bustible est utilisée pour actionner un dispositif de chauffage à alimentation électrique qui est agencé pour maintenir totalement ou en partie la réaction endothermique dans le dispositif de reformation Bien que ceci impose une perte de rendement, en ce qu'une partie de l'énergie de sortie utile de la cellule de combustible est utilisée pour maintenir le fonctionne- ment de l'installation de production d'énergie éle- trique, on obtient encore une installation de produc- tion d'énergie électrique qui est environ deux à trois fois plus efficace que les installations disponibles à l'ordinaire. Le composé préféré contenant de l'hydrogène destiné à être utilisé dans l'installation de produc- tion d'énergie électrique est le méthanol, bien que d'autres alcools ou hydrocarbures puissent être utilisés à condition qu'ils soient liquides à la température et à la pression normales et qu'ils puissent être soumis à une réaction de reformation endothermique pour libérer de l'hydrogène gazeux. Lorsque, ainsi qu'on le préfère, le métha- nol est utilisé comme composé contenant de l'hydro- gêne, celui-ci est particulièrement approprié car il présente une masse spécifique d'environ 0,8 à tempé- rature et à pression normales et un point d'ébullition de 64,7 ' C La réaction de reformation nécessite l'addition d'eau pure ou méthanol et avantageusement celle-ci est prélevée de l'eau pure produite pendant le fonctionnement de la cellule de combustible. Le pèroxyde d'hydrogène qui est utilisé' comme source d'oxygène peut être décomposé par voie- catalytique en oxygène et eau Le pèroxyde d'hydrogène est un composé hautement réactif et il est fourni habituellement en solution aqueuse Certaines concentrations de péroxyde d'hydrogène peuvent être utilisées mais une concentration de 85 Z est préférée. Une telle concentration aurait une d e N S i t é d'environ 1,36 et être liquide aux conditions normales de température et de pression. La décomposition exothermique de la réaction du péroxyde d'hydrogène peut être utilisée pour four- nir une partie ou la totalité de la chaleur nécessaire pour la réaction endothermique de reformation du méthanol, de manière à accroitre au maximum, comme indiqué plus haut l'économique thermique de fonc- tionnement de 1 installation de production et réduire/éliminer la nécessité d'utiliser une partie de l'énergie électrique de sortie de la cellule de com- bustible pour assurer le chauffage. De manière avantageuse, les réactions de décomposition exothermique et de reformation endo- thermique sont réalisées à proximité immédiate de manière à rendre maximal le transfert de chaleur Dans un agencement possible, les deux réactions pourraient avoir lieu dans un seul récipient, étant séparées seulement par un élément fortement conducteur de la chaleur, bien que d'autres moyens à rendement élevé de transfert de chaleur puissent être utilisés si on le désire. Il est également préférable de faire en sorte que les courants de produits chauds quittant les récipients de reformation/décomposition ajoutés à d'autres sources de chaleur, telles que la cellule de combustible, des oxydants catalytiques et analogues puissent être utilisés pour préchauffer les réactifs_ à savoir le méthanol et l'eau avant d'atteindre le stade de la réaction de reformation. L'invention fournit à cet effet une instal- lation de production d'énergie électrique qui utilise une cellule de combustible capable de délivrer une énergie de sortie élevée et d'avoir un rendement élevé de conversion d'énergie tout en ne nécessitant pas d'emmagasinage cryogénique ou sous forte pression de sources d'hydrogène et d'oxygène En faisant en sorte, comme cela est préféré, que les exigences thermiques de la réaction de reformation soient satisfaites, au moins pour l'essentiel, par chaleur produite par la réaction de décomposition, ensemble avec d'autres économies thermiques, virtuellement toute l'énergie de sortie de la cellule de combustible est disponible pour l'utilisation, l'installation fonctionnant pratiquement en autonomie thermique. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels: la Fig 1 est une illustration schématique d'un mode de réalisation d'une installation de pro- duction d'énergie électrique suivant l'invention destinée à être utilisée dans un sous-marin, compre- nant un appareil pour produire l'oxygène et de l'hydrogène gazeux destinés à alimenter une cellule de combustible; la Fig 2 est une illustration schématique de la combinaison de l'oxygène et de l'hydrogène dans la cellule de combustible pour produire de l'énergie électrique; la Fig 3 est une illustration schématique de l'oxydation catalytique de purges d'oxygène et d'hydrogène gazeux; et la Fig 4 est un schéma représentant l'équilibre global de la chaleur et de masse pour la production simultanée d'oxygène et d'hydrogène gazeux dans l'installation. Les cellules de combustible qui sont utilisées dans une installation de production d'énergie électrique suivant l'invention sont du type qui nécessite la prévision d'une alimentation en hydrogène et en oxygène gazeux pur ou en hydrogène gazeux et en air (en tant que source d'oxygène gazeux), afin d'engendrer une énergie électrique de sortie. Les cellules de combustible du type précité qui peuvent être utilisées comprennent les constituants suivants: Electrolvte oolvmère solide: Air/hydrogéne ou oxygéne/hydrogéne Faible température 6 '-105 ' C Electrolvte acide Dhos Dhoriaue: Air:hydrogéne ou oxygène/hydrogène Température de fonctionnement 150 190 C Electrolvte alcalin (hvdroxvde de potassium): Oxygene/hydrogéne (on peut utiliser de l'air Sa le gaz carbonique est d'abord éliminé). Faible température: 60 90 ' C. On va maintenant décrire les réactions chi- miques qui ont lieu afin d'alimenter en hydrogène et en oxygène gazeux la cellule du combustible et de con- vertir l'énergie chimique dans la cellule de combustible en énergie électrique. Une alimentation en oxygène gazeux pur est tirée du péroxyde d'hydrogène qui se décompose suivant l'équation: / 2 H 202 2 H 20 + 02 + chaleur ( 1) Le peroxyde d'hydrogène est un corps chimi- que instable et il nécessite seulement de faibles moyens d'activation pour déclencher sa décomposition. Ainsi, pour des raisons de sécurité, il est habituel- lement disponible en solution aqueuse Il a été trouvé qu'une solution aqueuse a 85 Z de péroxyde d'hydrogène fournit les niveaux nécessaires de chaleur de décompo- sition en réduisant les risques de manipulation et de stockage à des niveaux acceptables Un catalyseur est utilisé pour assurer que la réaction de décomposition ( 1) se produit dans un récipient de réaction 12 1 O (décrit plus bas en référence à la Fig 1) et est aussi complète que possible. Une alimentation en hydrogène gazeux pur est tirée d'une réaction de reformation de tout alcool ou hydrocarbure approprié, pourvu que ce corps soit liquide aux conditions normales de température de pression et puisse subir une réaction de reformation endothermique pour libérer de l'hydrogène gazeux Le composé préféré contenant de l'hydrogène est un alcool reformable et, en particulier, le méthanol sous forme de vapeur qui est reformé avec de la vapeur d'eau en présence d'un catalyseur selon l'équation de réaction globale: CH 3 OH + H 20 + chaleur Co 2 + 3 H 2 ( 2) La réaction du méthanol est en fait une réaction en deux parties qui comprend la décomposition selon l'équation: CH 3 OH:>CO + 2 H 2 ( 2 A) suivie par une réaction de déplacement suivant l'équation: CO + H 20 àf C 2 + H 2 ( 3) La réaction globale est fortement endother ' mique et nécessite donc une chaleur considérable pour- atteindre un taux acceptable de production d'hydrogé- ne Pour faciliter l'échange de chaleur entre les réactions de décomposition et de reformation, il est avantageux que les deux réactions se produisent très prés l'une de l'autre, de préférence dans le même récipient et qu'elles soient séparées seulement par un élément de transfert thermique, comme décrit plus en détail par la suite Un récipient concentrique avec une réaction se produisant dans le compartiment cylindrique central et l'autre dans le compartiment annulaire et un élément annulaire fortement conducteur séparant les deux compartiments est idéal Une autre forme appropriée de récipient pourrait être similaire à un échangeur thermique à tube et enveloppe, la réaction de décomposition ayant lieu par exemple à l'extérieur des tubes et la réaction de reformation à l'intérieur des tubes La conception particulière du récipient dépendrait également des types de catalyseur à utiliser et du fait que le passage des deux courants doit se faire dans le même sens ou à contre-courant. Selon une variante, les réactions pourraient être réalisées dans des récipients séparés avec des moyens très efficaces de transfert de chaleur entre les deux récipients, par exemple, des tubulures thermiques ou analogues au moyen de chauffage électrique. Lorsque l'hydrogène gazeux a été produit, il doit être purifié avant de pouvoir être transmis à la cellule de combustible Les moyens de purification seront décrits par la suite mais la raison de cette nécessité est que les éléments actifs d'une cellule de combustible peuvent aisément être "contaminés" par la présence d'impuretés, en réduisant ainsi le rendement du fonctionnement de la cellule L'hydrogène et l'oxy- gêne réagissent dans une cellule de combustible pour- produire de l'eau pure, de la chaleur et de l'énergie électrique selon l'équation: 2 H 2 + 2,2 H 20 + chaleur + énergie électrique ( 4) L'eau pure produite peut être utilisée comme diluant pour le méthanol avant la reformation et tout excès d'eau peut être utilisé pour les besoins de l'équipage du sous-marin, lorsque l'installation de production d'énergie électrique équipe celui-ci Un mode de réalisation d'installation de production d'énergie électrique suivant l'invention destiné à être utilisé dans un sous-marin va maintenant être décrit en détail en référenée-aux Fig 1 et 2 Dans cette installation le méthanol et le péroxyde d'hydrogène liquide sont utilisés comme matières de départ pour engendrer respectivement de l'hydrogène et de l'oxygène gazeux en vue de les fournir à une cellule de combustible qui fait partie de l'installa- tion. Ainsi qu'il ressortira de façon évidente de la description détaillée du mode de réalisation préfé- ré, avec référence aux dessins annexés, on a décrit une installation de production d'énergie électrique qui comprend: une cellule de combustible qui nécessite des alimentations en hydrogène gazeux et en oxygène gazeux pour engendrer une énergie électrique de sor- tie; des premiers moyens d'alimentation pour fournir à l'installation un composé contenant de l'hydrogène qui est liquide dans des conditions norma- les de température et de pression et qui peut subir une réaction endothermique pour libérer de l'hydrogène gazeux des seconds moyens d'alimentation pour fournir à l'installation du péroxyde d'hydrogène liquide en tant que source d'un combustible contenant de l'oxygène; un dispositif de reformation, connecté aux premiers moyens d'alimentation, dans lequel le composé contenant de l'hydrogène peut subir la réaction endo- thermique et libérer l'hydrogène gazeux; un dispositif de décomposition connecté aux seconds moyens d'alimentation et agencé pour décomposer le péroxyde d'hydrogène de façon exothe- mique de manière à libérer l'oxygène gazeux des moyens pour fournir de la chaleur au composé contenant de l'hydrogène, avant son passage dans le dispositif de reformation, de manière à maintenir la réaction endothermique; et des moyens pour fournir l'hydrogène gazeux et l'oxygène gazeux dégagés dans le dispositif de reformation et le dispositif de décomposition respec- tivement, à la cellule de combustible en vue d'engen- drer une énergie électrique de sortie. En se référant tout d'abord à la Fig 1, le péroxyde d'hydrogène est tiré d'un réservoir par une pompe 10 et introduit dans un dispositif de décomposi- tion 12 Un promoteur tel que du permanganate de calcium peut également être ajouté par une pompe 13 pour déclencher la décomposition du péroxyde d'hydro- gène lorsque le dispositif de décomposition 12 est froid Le réservoir (non représenté) pour le péroxyde d'hydrogène ainsi que pour le méthanol comprennent de préférence des sacs souples disposés à l'extérieur de l'enceinte sous pression mais à l'intérieur du compar- timent hydrodynamique du sous-marin Ce procédé de, stockage présente plusieurs avantages, à savoir une économie d'espace à l'intérieur du compartiment sous pression, la pression d'immersion "pompe" efficacement le liquide dans le sous-marin et il n'y a pas de creux car le sac s'écrase simplement à mesure que le liquide en est retiré, ce qui réduit considérablement les problèmes de flottabilité. Dans le dispositif de décomposition 12, le péroxyde d'hydrogène entre en contact avec un premier catalyseur qui assure que la majeure partie du péroxy- de d'hydrogène se décompose Etant donné qu'il s'agit d'une réaction très violente produisant une chaleur considérable, les conditions requises pour le cataly- seur sont très strictes, de sorte que lés gaz produits sont ensuite passés à travers un cyclone 14 pour sépa- rer tout débris de catalyseur du courant de gaz qui est recueilli à travers une vanne dans un récipient A partir du cyclone 14, les gaz passent à travers un échangeur de chaleur 16 o ils sont refroidis par transfert de chaleur à un courant de méthanolleau arrivant vers l'appareil Après un refroidissement supplémentaire dans un échangeur thermique 17, le péroxyde d'hydrogène décomposé qui se compose alors essentiellement d'eau liquide, d'oxygène et éven- tuellement, d'un peu de péroxyde d'hydrogène résiduel, passe dans un séparateur 18, (qui peut contenir un catalyseur sa nécessaire), dans lequel l'eau liquide est prélevée L'oxygène pur saturé sort par le conduit 19, tandis que l'eau résiduelle quitte le séparateur par l'intermédiaire d'une vanne et d'un conduit 20 Le fonctionnement de la vanne 20 est assuré par un dispositif de commande de niveau Dans la pratique, la décomposition du péroxyde d'hydrogène dans le dispositif de décomposition 12 peut être si complète qu'il n'est pas nécessaire d'ajouter un autre cataly- seur dans le séparateur 18; cependant, si le rendement de la conversion n'est pas aussi élevé qu'on s'y attend, par exemple lorsqu'elle commence, un cataly- seur additionnel est nécessaire. Le méthanol en provenance du réservoir (non représenté) et l'eau pure sont envoyés par des pompes 22 et 23 respectivement à un conduit de mélange 24 o le mélange se produit Un dispositif de commande pro- portionnel 25 mesure les proportions du mélange et commande le fonctionnement de l'une ou des deux pompes 22 et 23 pour atteindre le rapport méthanol/eau désiré Un dispositif de commande de débit et une vanne 26 régulent le débit du mélange méthanolteau à travers les échangeurs de chaleur 30, 16 et 29 vers un dispositif de reformation 21 o la réaction 2 (c'est-à-dire 2 A) se produit Le dispositif de décomposition 12 et le dispositif de reformation 21 sont représentés côte à côte pour mettre l'accent sur l'interdépendance thermique des deux réactions Les réactions peuvent être conduites dans le même réci- pient et séparées par une membrane fortement conduc- trice dans des récipients voisins avec un transfert thermique accru, par exemple au moyen de conduits de chaleur et analogues pour former des moyens pour transmettre la chaleur dégagée dans le dispositif de décomposition 12 au dispositif de reformation 21 afin de maintenir la réaction endothermique dans celui-ci. L'ensemble du dispositif de commande de débit/vanne 26 dans la conduite pour le mélange méthanol/eau est relié par l'intermédiaire d'un dispositif de commande central (non représenté) au dispositif de contrâle et de commande de débit 11 dans la conduite du péroxyde d'hydrogène, de sorte que dans des conditions de fonc- tionnement normal, les débits peuvent être équilibrés pour égaliser les exigences thermiques des réactions de reformation et de décomposition et/ou les taux de production d'oxygène et d'hydrogène Le relâchement de la pression et le retour au réservoir 27 sont assurés par un conduit 24 à titre de précaution de sécurité. L'eau pure qui passe par la pompe 23 est produite par la cellule de combustible (Fig 2) et elle est stockée dans un réservoir de stockage inter- médiaire (non représenté) jusqu'à ce qu'on en ait besoin. Pour des raisons de sécurité, il peut être souhaitable de ne pas disposer le dispositif de décom- position 12 et le dispositif de reformation 21 à pro- ximité immédiate l'un de l'autre Cependant, la cha- leur dégagée dans le dispositif de décomposition 12 est toujours employée utilement en ce que le courant de méthanolteau arrivant vers le dispositif de refor- mation 21 est préchauffé dans l'échangeur de chaleur 16 Lorsque le dispositif de décomposition 12 et le dispositif de reformation 21 sont séparés, un chauf- fage supplémentaire peut être nécessaire dans le dispositif de reformation 21, de manière à faire en sorte que la réaction atteigne un degré d'avancement raisonnable Ceci peut être assuré par tout moyen approprié, tel que le chauffage électrique Il est envisagé qu'un préchauffage substantiel du courant entrant de méthanol/eau puisse avoir lieu au moyen des échangeurs de chaleur 30, 16 et 29, à savoir jusqu'à ' des besoins, le restant du chauffage requis (pour maintenir la réaction endothermique) ayant lieu dans le dispositif de reformation 21 On remarquera que le courant de méthanol/eau est chauffé en passant à tra- vers trois échangeurs de chaleur 30, 16 et 29 L'ordre- dans lequel ces échangeurs de chaleur se présentent le- long du trajet de la conduite du mélange méthanol/eau dépend de la température particulière des fluides chaud et froid à chaque point; le nombre et l'ordre des échangeurs de chaleur 30, 16 et 29 sera déterminé pour obtenir une économie thermique maximale Le chauffage électrique (non représenté) peut également être fourni, si nécessaire, par exemple, pour le démarrage ou dans le dispositif de reformation 21 Les échangeurs de chaleur 30, 16 et 29 peuvent fonctionner avec des courants dans le même sens ou à contre- courant, comme déterminé par les exigences de rend- ment thermique De façon analogue, le débit de péro- xyde d'hydrogène et les courants de méthanol/eau à travers le dispositif de décomposition 12 et le dis- positif de reformation 21 peuvent être soit dans le même sens, soit à contre-courant. Les réactions chimiques vont rarement jusqu'au bout, c'est-à-dire à 100 / de conversion des réactifs et il se produit souvent des réactions annexes Tel est le cas pour la reformation du métha- nol/eau Si la réaction de déplacement (équation 3) ne s'est pas produite de façon suffisante dans le dispo- sitif de reformation/décomposition 12, une occasion supplémentaire pour que la réaction ait lieu doit être fournie Sur la Fig 1, les produits de la réaction de reformation consistant en l'hydrogène, du gaz carbonique, de l'oxyde de carbone, du méthanol non reformé et de la vapeur quittent le dispositif de reformation 21 et passent dans un récipient de réac- tion de déplacement 33 De la vapeur pure supplémentaire peut être ajoutée à l'aide du conduit d'alimentation 34, si nécessaire, et la réaction de déplacement a lieu en présence d'un catalyseur, sai' nécessaire, selon l'équation 3, en changeant la- majeure partie de l'oxyde de carbone non converti en gaz carbonique avec production d'hydrogène supplémen- taire. Les gaz passent alors dans un récipient de séparation 35 o l'hydrogène gazeux est séparé des autres gaz Du fait qu'il a le volume atomique le plus faible de tous les éléments, l'hydrogène gazeux diffuse à travers les structures cristallines de certaines substances, alors que les autres gaz ne peuvent pas diffuser Le palladium est le seul métal à avoir un réseau cristallin juste assez làche pour permettre le passage de l'hydrogène, tout en n'étant pas suffisamment lâche pour le passage de tout autre gaz Ainsi, une membrane de diffusion 36 en palladium ou en des alliages de celui-ci sépare les deux parties du récipient 35 de diffusion et de séparation, en per- mettant seulement à l'hydrogène de passer à travers la membrane 36 sous l'effet de la différence de pression. A partir du récipient 35 de diffusion et de séparation, par l'intermédiaire de la conduite 32, l'hydrogène gazeux pur est refroidi dans le dispositif de refroidissement 30 et transmis par la conduite 38 à la cellule de combustible (non représenté). Les autres gaz qui quittent le récipient de diffusion et de séparation 35 passent le long du con- duit 43 et sont principalement constitués de gaz car- bonique avec de faibles quantités d'oxyde de carbone, de vapeur d'eau et de méthanol Ceux-ci sont tous des gaz résiduels On remarquera que tout l'hydrogène gazeux n'est pas éliminé dans le récipient 35 de dif- fusion et de séparation; la raison en est que la dif- fusion est un processus physique et que le temps nécessaire pour atteindre un équilibre dynamique. serait inacceptable pour le taux de production d'hy- drogène requis Parmi les gaz se trouvant dans le conduit 43, l'oxyde de carbone et l'hydrogène sont peu solubles dans l'eau et ne peuvent de ce fait être éliminés d'un sous-marin sans qu'il y ait des risques que des bulles s'élèvent vers la surface et qu'il y ait production de bruit en raison de l'éclatement des bulles, ce qui revéle la position du navire Etant donné que le stockage à bord de gaz sous pression a été par avance rejeté, il est nécessaire de convertir chimiquement des gaz en des formes solubles Ceci peut être réalisé par oxydation catalytique en gaz carbo- 1 9 nique et en eau, l'oxygène destiné à ce but provenant par le conduit 37 du péroxyde d'hydrogène décomposé et selon les équations suivantes: 2 H 2 + O 2-2 H 20 + chaleur ( 5) 2 CO + O 2 2 CO + chaleur ( 6) 2 COH 302 + 4 H 20 + chaleur ( 7) Les gaz du séparateur 35 passent par un clapet anti-retour 39 et le long du conduit 43 vers un premier dispositif d'oxydation catalytique 41 Un dis- positif 42 de commande stoechiométrique régule le pro- cessus Il consiste en un dispositif de mesure disposé en amont du dispositif d'oxydation catalytique 41 pour mesurer les concentrations d'hydrogène et d'oxyde de carbone dans le gaz et une vanne de commande 42 pour admettre l'oxygène à partir d'un conduit 37 par l'in- termédiaire d'un clapet anti-retour 44 En fonction du rendement des réactions de reformation et de déplace- ment, plus d'un dispositif d'oxydation catalytique 41 peut être nécessaire; deux dispositifs sont représen- tés à la Fig 1. La chaleur engendrée par l'oxydation cataly- tique est transférée par le ou les échangeurs de- chaleur 29 vers le courant de méthanol/eau entrant dans le dispositif de reformation 21 Après être pas- sés à travers le ou les échangeurs de chaleur 29, les gaz sont dissous et évacués à la mer par le conduit 45. On remarquera qu'étant donné que le méthanol est stocké à l'extérieur de l'enceinte sous pression, il se trouve ainsi à la pression de la profondeur d'immersion La pompe 22 augmente cette pression d'une faible valeur pour donner la pression de fonctionne- ment dans le système représenté à la Fig 1 Dans tout le système, la pression sera virtuellement maintenue de manière que le gaz puisse être dissous et évacué par le conduit 45 directement à la mer (probablement à travers un clapet anti-retour non représenté), sans nécessiter un pompage La même situation s'applique à la pompe 10 dans le conduit de péroxyde d'hydrogène. Les pompes 23 et 13 doivent accroître la pression de l'eau et du permanganate de calcium respectivement à partir de la pression ambiante jusqu'à la pression du système, mais dans les deux cas de faibles volumes seulement doivant être traités Ainsi, du point de vue du pompage, seulement une énergie minimale doit être dépensée pour faire fonctionner le système Comme l'économie thermique du système, les exigences de pompage sont également conçues pour qu'un maximum d'énergie de sortie utile soit pris sur l'installa- tion. En se référant à la Fig 2, l'oxygène et l'hydrogène gazeux purs pénètrent dans une cellule de combustible 50 par des conduits 19 et 38 respective- * ment Bien que la "cellule de combustible 50 " soit indiquée au singulier, on comprendra que plusieurs cellules de combustible seront utilisées dans des- installations réelles; les cellules peuvent être agen- cées en série ou en parallèle ou selon toute combinai- son requise La réaction 4 a lieu en produisant de l'énergie électrique (représentée à la partie supé- rieur de la Fig), de l'eau et de la chaleur Le taux de réaction est commandé par la vanne se trouvant dans le conduit 38 d'amenée de l'hydrogène vers la cellule de combustible 50 Bien qu'une membrane de diffusion 36 du séparateur 35 (Fig 1) doive laisser passer seulement l'hydrogène gazeux, des défauts dans le métal peuvent faire en sorte que de faibles quantités d'autres gaz passent également Etant donné que ces impuretés tendraient à s'accumuler dans la cellule de combustible 50 en raison de leur non réaction, il est prévu une purge d'hydrogène 51 destinée à être utilisée de façon continuelle ou intermittente, selon les besoins. La vapeur et l'oxygène non utilisés quittent la cellule de combustible par un conduit de sortie 52 et la vapeur se condense dans un réfrigérant 53 L'eau pure est séparée dans un séparateur 54 et passe par un dispositif de commande de niveau/vanne 59 et un con- duit 60 vers un récipient de stockage (non représenté) o elle est utilisée pour la dilution du méthanol, par la pompe 23 (Fig 1), dans le conduit d'alimentation 34 vers le récipient 33 (Fig 1) ou en tant qu'eau potable L'oxygène non utilisée quitte le séparateur 54 par le conduit 55, et il est recyclé par une pompe 56 et un conduit 57 vers la cellule de combustible. Etant donné que les éléments 52, 53, 54, 55, 56 et 57 forment une boucle fermée, une purge 58 est prévue pour empêcher l'accumulation d'impuretés La circula- tion d'oxygène dans la boucle 52, 53, 54, 55, 56 et 57 assure également un certain refroidissement de la cellule de combustible 50 par l'intermédiaire du ré frigérant 53 La source principale de refroidissement pour la cellule de combustible est assurée par un sys- tème séparé 50 A et la chaleur provenant de cette source peut être utilisée ailleurs dans le processus. Etant donné que, ni l'hydrogène, ni l'oxy- gène ne sont solubles de façon appréciable dans l'eau de mer, les gaz purgés ne peuvent être évacués à la mer et doivent donc être éliminés d'une autre manière. A la Fig 3, deux dispositifs de mesure 70 contrôlent les débits dans les conduits 51 et 58 (Fig 2 et 3) et envoient des signaux à un dispositif de commande stoechiométrique 71 qui actionne une pompe 72 pour pomper de l'air à partir de l'atmosphère du sous-marin chaque fois que le rapport hydrogène-oxygène dépasse une valeur pré-établie L'air provenant de la pompe 72 agit également en tant que diluant et limite ainsi les températures atteintes dans le dispositif d'oxydation catalytique 74 Les deux débits de gaz passent ensuite par des clapets anti-retour 73 vers le dispositif d'oxydation catalytique 74 o a lieu la réaction 5. Après condensation de la vapeur dans un réfrigérant , l'eau résultante est recueillie dans un séparateur 76 et évacuée par le dispositif de commande de niveau/vanne 78 vers un réservoir 77; elle serait potable mais elle ne serait pas utilisée pour la dilution du méthanol Le mélange d'air et d'oxygène provenant du séparateur 76 est évacué vers l'atmos- phère du sous-marin par un conduit 79. L'installation de production d'énergie électrique qui vient d'être décrite constitue un système de production d'énergie totalement autonome pouvant fonctionner en ne nécessitant ni air, ni oxygène externes L'oxygène provenant de l'atmosphère du sous-marin fourni par une pompe 72 (Fig 3)- pourrait aussi bien provenir de la conduite 58 de purge d'oxygène en ouvrant un peu plus la vanne prévue dans ce conduit Le processus soit recycle, soit élimine ses propres produits résiduels et ne contamine donc pas l'environnement De plus, si la réaction de décomposition du péroxyde d'hydrogène seule a lieu ou bien si elle a lieu à un taux supérieur aux exigences stoechiométriques, de l'oxygène peut être ajouté à l'atmosphère du sous-marin par le conduit 79. Pour déclencher le processus, le péroxyde d'hydrogène est admis dans le dispositif de décomp- sition 12 avec une certaine quantité de promoteur constitué par du permanganate de calcium Ceci chauffe le dispositif de décomposition 12 et l'échangeur de chaleur 16 Ensuite, le mélange méthanol/eau est passé à travers l'échangeur de chaleur 16 et dans le dispositif de réformation 21 o en raison de la fai- ble température le taux de conversion du méthanol est bas Ceci résulte en une proportion élevée de méthanol oxydé dans le dispositif d'oxydation catalytique 41 et ainsi en un transfert de chaleur élevé dans l'échan- geur de chaleur 21, entraînant des températures d'entrée du méthanol/eau plus élevées dans le disposi- tif de réformation 21 Ainsi, le taux de conversion du méthanol et de la chaleur fournie au méthanol/eau dans les échangeurs de chaleur 16 et 29 font en sorte qu'un équilibre stable est atteint après une période de fonctionnement et ensuite maintenu. Lorsque des modifications de l'énergie élec- trique de sortie sont requises, ceci peut être obtenu par des modifications du débit d'entrée de péroxyde d'hydrogène et de méthanol/eau au moyen d'un disposi- tif de commande automatique Si nécessaire, de petits'- réservoirs d'oxygène et d'hydrogène (non représentés)- peuvent être prévus dans les conduits 19 et 38 respectivement Tout retard entre la demande d'énergie et l'énergie de sortie peut être rattrapé/absorbé par les batteries du sous-marin qui sont connectées de façon à recevoir au moins une partie de la sortie des cellules de combustible Le système est bien adapté pour une commande automatique et un environnement sans personnel. Un autre point qui est très important pour le fonctionnement dans un environnement confiné est que le système est presque totalement silencieux Ceci est particulièrement utile pour un sous-marin essayant d'éviter la détection, mais il est également important pour la santé et la sécurité du personnel travaillant dans le même emplacement que le système ou à proximité de celui-ci. Bien que la présente description ait été faite en se référant à l'utilisation de l'installation de production d'énergie électrique dans des sous- marins, son application s'étend à de nombreux autres domaines, par exemple des habitations sous-marines pour l'exploitation pétrolière, les mines, les fermes de pisciculture, les équipements de sauvetage destinés à être utilisés dans les mines, les caves, les équipe- ments d'urgence destinés à être utilisés dans des endroits o les flammes nues peuvent être interdites, par exemple, des équipements pétroliers, des raffine- ries de pétrole, l'exploration et la colonisation spaciales. On comprendra que les Fig 1 à 3 sont des diagrammes synoptiques quelque peu schématiques et que des aspects détaillés de l'appareil peuvent être modi- fiés à mesure que des travaux d'essais sont réalisés. La Fig 4 représente un diagramme d'équili bre global de chaleur et de masse et suppose une récupération de la chaleur du processus par des échan- geurs de chaleur, etc (comme représenté de façon générale dans les autres Figures) pour la production simultanée d'oxygène et d'hydrogène à partir de la décomposition de péroxyde d'hydrogène et de la reformation du méthanol respectivement, dans l'ins- tallation représentée aux Fig 1 à 3. REVENDICATIONS 1 Installation de production d'énergie électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend: une cellule de combustible qui néces- site des alimentations en hydrogène gazeux et en oxygène gazeux pour engendrer une énergie électrique de sortie; des premiers moyens d'alimentation ( 24) pour fournir à l'installation un composé conte- nant de l'hydrogène qui est liquide dans des condi- tions normales de température et de pression et qui peut subir une réaction endothermique pour libérer de l'hydrogène gazeux; des seconds moyens d'alimentation ( 10) pour fournir à l'installation du péroxyde d'hydrogène liquide; un dispositif de réformation ( 21) con- necté aux premiers moyens d'alimentation ( 24) dans lequel ledit composé contenant de l'hydrogène peut subir ladite réaction endothermique et libérer de l'hydrogène gazeux; un dispositif de décomposition ( 12)' connecté aux seconds moyens d'alimentation et agencé- pour décomposer le péroxyde d'hydrogène de manière à libérer de l'oxygène gazeux; des moyens ( 12) pour fournir de la chaleur au composé contenant de l'hydrogène, de ma- nière à maintenir la réaction endothermique dans le dispositif de reformation ( 21); et des moyens ( 35, 43, 37, 18; 14, 18) pour fournir l'hydrogène gazeux et l'oxygène gazeux dégagés dans le dispositif de réformation ( 21) et dans le dispositif de décomposition ( 12) respectivement, à la cellule de combustible afin d'engendrer une énergie électrique de sortie. 2 Installation de production d'énergie électrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens ( 21) pour fournir de la chaleur sont agencés pour fournir, au composé contenant de l'hydrogène, une partie importante de la chaleur né- cessaire pour maintenir la réaction endothermique dans le dispositif de reformation, avant que le composé soit reçu par le dispositif de reformation. 3 Installation de production d'énergie électrique suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un échangeur de chaleur ( 30, 16, 29) disposé en amont du dispositif de reformation ( 21) de manière à fournir jusqu'à 80 Z de la chaleur nécessaire au composé avant que celui-ci soit reçu par le dispositif de reformation ( 21). 4 Installation de production d'énergie électrique suivant la revendication 2 ou 3, caracté- risée en ce qu'elle comporte des moyens supplémen- taires de production de chaleur pour fournir la chaleur nécessaire restante au composé dans le dispo- sitif de reformation. Installation de production d'énergie_ électrique suivant la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de production de chaleur supplé- mentaires comprennent un dispositif de chauffage à alimentation électrique. 6 Installation de production d'énergie électrique suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le dispositif de décomposition ( 12) est agencé pour décomposer le péroxyde d'hydrogène de façon exothermique et en ce qu elle comprend des moyens pour transmettre tout ou partie de la chaleur dégagée dans le dispositif de décomposition ( 12) au dispositif de reformation ( 21) de manière a maintenir la réaction endothermique dans le dispositif de reformation. 7 Installation de production d'énergie électrique suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif de décomposition ( 12) et le dispositif de reformation ( 21) sont couplés ensemble en vue d'une transmission thermique entre eux. 8 Installation de production d'énergie électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'alimentation ( 10) pour fournir du méthanol à l'installation. 9 Installation de production d'énergie électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un séparateur à diffusion d'hydrogène ( 35), connecté en- tre le dispositif de reformation ( 21) et la cellule de combustible pour séparer l'hydrogène des autres produits provenant du dispositif de reformation ( 21). 10 Installation de production d'énergie électrique suivant la revendication 9, caractérisée en ce qu'un filtre au palladium ( 36) est agencé dans- ledit séparateur à diffusion d'hydrogène ( 35). 11 Installation de production d'énergie électrique pour sous-marin, caractérisée en ce qu'elle comprend: une cellule de combustible qui néces- site des alimentations en hydrogène gazeux et en oxygène gazeux pour engendrer une énergie électrique de sortie; des premiers moyens d'alimentation ( 24) pour fournir du méthanol à l'installation; des seconds moyens d'alimentation ( 10) pour fournir du péroxyde d'hydrogène liquide à l'installation un dispositif de reformation ( 21) connecté aux premiers moyens d'alimentation ( 24), dans lequel le méthanol peut subir une réaction de refor- mation endothermique de manière à libérer de l'hydro- gène gazeux; un dispositif de décomposition ( 12) connecté aux seconds moyens d'alimentation ( 10) et agencé pour décomposer le péroxyde d'hydrogène de façon exothermique, de manière à libérer de l'oxygène gazeux; des moyens ( 12) pour fournir de la chaleur au méthanol avant et/ou pendant que celui-ci se trouve dans le dispositif de reformation ( 21), de manière à maintenir la réaction endothermique dans celui-ci; et des moyens ( 35, 43, 37, 18; 14, 18) pour fournir l'hydrogène gazeux et l'oxygène gazeux dégagés dans le dispositif de reformation ( 21) et le dispositif de décomposition ( 12) respectivement, à la cellule de combustible, afin d'engendrer une énergie électrique de sortie. 12 Installation de production d'énergie électrique pour sous-marin suivant la revendication 11, caractérisée en ce que plusieurs cellules de combustible sont disposées de manière à recevoir de l'hydrogène gazeux et de l'oxygène gazeux à partir du dispositif de reformation ( 21) et du dispositif de décomposition ( 12) respectivement, et en ce que des réservoirs d'alimentation pour le méthanol et le péroxyde d'hydrogène liquide sont reliés aux premiers moyens d'alimentation ( 24) et aux seconds moyens d'alimentation ( 10) respectivement. 13 Installation de production d'énergie électrique pour sous-marin suivant la revendication 12, caractérisée en ce que les-réserv 6 irs sont dispo- sés dans l'espace situé entre une coque sous pression et une coque hydrodynamique extérieure d un sous-marin. 14 Installation de production d'énergie électrique pour sous-marin suivant la revendication 13, caractérisée en ce que les réservoirs d'alimenta- tion sont des réservoirs repliables. 15 Installation de production d'énergie électrique pour sous-marin suivant l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisée en ce que des batteries électriques de stockage sont connectées pour recevoir au moins une partie de la sortie des cellules de combustible ou pour fournir une énergie addition- nelle lorsque cela est nécessaire. 16 Installation de production d'énergie électrique pour sous-marin suivant l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de commande pour faire varier le taux des gaz d'entrée vers la ou les cellules de com- bustible afin de commander l'énergie électrique de sortie de l'installation.