Brevet FR2998901A1 — publié le 20140606

GENERATEUR DE FLAMME COMPRENANT UN ELECTROLYSEUR POUR LA PRODUCTION D'OXYGENE ET D'HYDROGENE PAR ELECTROLYSE D'EAU Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des générateurs de flamme, notamment des chalumeaux, bruleurs ou équipement de soudage à la flamme. De tels équipements comportent une torche reliée à 10 une source d'oxygène et une source d'hydrogène. Une première famille comporte des réservoirs de stockage sous pression de l'hydrogène d'une part, et de l'oxygène d'autre part. Une deuxième famille met en oeuvre un électrolyseur pour la production locale, sur le site d'utilisation, 15 d'oxygène et d'hydrogène par une technique connue d'électrolyse d'eau, additionnée le cas échéant avec un agent électrolytique. Etat de la technique 20 On connaît dans l'état de la technique une première famille de brevets et d'équipement de type HHO, comportant un électrolyseur produisant un mélange hydrogène-oxygène, circulant depuis la sortie de l'électrolyseur jusqu'à la 25 torche. De tels équipements sont décrits dans les brevets US6689259, US2007/051846 ou US2009/02. On connaît également le brevet américain US5244558 décrivant un appareil pour générer un mélange d'hydrogène et 30 de l'oxygène pour produire une flamme. Cet équipement comprend un boîtier et une chambre d'électrolyse montée de façon fixe dans le boîtier et présentant deux électrodes s'étendant à l'extérieur de la chambre d'électrolyse pour se connecter à un redresseur. Un premier dispositif de sécurité relié à une 35 sortie de la chambre d'électrolyse est complété par une soupape de commande reliée à une sortie du premier dispositif de sécurité. Une bille chargée par ressort s'ouvre sur une sortie du deuxième dispositif de sécurité lorsque la pression 5 de l'hydrogène et de l'oxygène dans la chambre d'électrolyse est supérieure à une valeur prédéterminée. Inconvénient de l'art antérieur 10 Les différentes solutions de l'art antérieur présentent un premier inconvénient relatif à la circulation d'un mélange d'hydrogène et d'oxygène, formant un mélange détonnant. Dans toutes ces solutions, l'électrolyseur fournit dans une même enceinte un mélange de gaz produits par 15 l'électrolyse, et ne permettent pas de séparer les deux composants dans des circuits distincts. Un deuxième inconvénient concerne la présence d'une phase de vapeur aqueuse, notamment dans l'oxygène produit par électrolyse. Cette vapeur aqueuse contient habituellement 20 l'électrolyte, et perturbe la production de la flamme. Un troisième inconvénient est que les gaz produits par électrolyse emporte une partie de l'électrolyte dont la composition se dégrade au fur et à mesure de la production. 25 Solution apportée par l'invention. Pour remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un générateur de flamme comprenant un électrolyseur pour la 30 production d'oxygène et d'hydrogène par électrolyse d'eau contenant un agent électrolytique, ledit électrolyseur alimentant une torche produisant la flamme, caractérisé en ce que ladite torche est reliée audit électrolyseur par un premier conduit pour l'hydrogène et un second conduit distinct - 3 - du premier conduit, pour l'oxygène, et en ce qu'il comporte en outre un moyen de dessiccation sur le conduit d'oxygène. Avantageusement, le générateur de flamme selon la revendication principale comporte en outre un moyen de 5 dessiccation sur le conduit d'hydrogène. Selon une variante, ledit moyen de dessiccation est relié au circuit d'alimentation en eau par un circuit de retour. Selon un mode de réalisation préféré, le générateur 10 comporte un capteur de pression délivrant un signal pour le pilotage de l'électrolyseur. Selon une autre variante, l'électrolyseur comporte un capteur de température délivrant un signal pour le pilotage de l'électrolyseur. 15 Selon un mode de réalisation particulier, chacun des circuits d'hydrogène et d'oxygène comporte une soupape de sécurité débouchant dans un évent canalisable en dehors du milieu confiné d'utilisation de l'équipement. De préférence, la réaction d'électrolyse est 20 réalisée à une température inférieure à 60° C. Selon une variante, il comporte en outre un capteur de circulation de l'électrolyte délivrant un signal pour le pilotage de l'électrolyseur. 25 Description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit concernant un exemple non limitatif de 30 réalisation, se référant aux dessins annexés où la figure 1 représente une vue schématique de l'installation. La description qui suit concerne un exemple particulier d'un dispositif pour produire une flamme oxygène-35 hydrogène par l'électrolyse de l'eau conforme à l'invention. La production d'oxygène et d'hydrogène par l'électrolyse de l'eau pour alimenter un chalumeau afin de produire une flamme, est traditionnellement effectuée avec un électrolyseur d'eau produisant de l'oxygène et de l'hydrogène mélangés dans l'électrolyseur, ce qui risque l'explosion de l'électrolyseur en cas de retour de flamme. Pour éviter les risques d'explosion, l'invention se distingue des solutions de l'art antérieur par une conception où l'électrolyseur présente deux sorties distinctes, l'une pour l'hydrogène et l'autre pour l'oxygène. Ces deux sorties indépendantes alimentent deux circuits distincts conduisant d'une part l'oxygène, d'autre part l'hydrogène jusqu'au chalumeau. Les deux circuits sont totalement indépendants et ne débouchent qu'au niveau du chalumeau, où le mélange entre l'oxygène et l'hydrogène est effectué. Le dispositif selon l'invention comporte à cet effet un électrolyseur à membrane (5) pour séparer l'hydrogène de l'oxygène contenu dans l'électrolyte (eau alcaline ou autre). Un tel électrolyseur est par exemple décrit dans la demande de brevet EP2451992 concernant un dispositif pour la production électrolytique d'hydrogène qui peut fonctionner de manière discontinue ou en fonction de fortes fluctuations de puissance et fournir directement de l'hydrogène sec sous pression, à haute pureté. Le dispositif de production électrolytique d'hydrogène à partir d'une solution aqueuse alcaline, issue de cathode sèche, comprend deux demi-cellules, anodique et cathodique, séparées par une membrane échangeuse d'anions dont la surface en contact avec la demi-cellule cathodique est un ensemble membrane-électrode (MEA), et la solution alcaline est présente uniquement dans la demi-cellule anodique. Toutefois, les gaz produits par un tel équipement ne sont pas directement utilisables pour la production d'une flamme.35 Contrairement à certaines solutions de l'art antérieur, la réaction d'électrolyse ne se fait pas à haute température (typiquement de l'ordre de 400° C) mais à basse température, nominalement à moins de 60°C. A titre d'exemple la cellule d'électrolyse est commercialisée par la société ACTA, sous la référence AES STACK 600. Cet électrolyseur présente deux sorties, l'un pour délivrer l'hydrogène, l'autre pour délivrer un mélange d'oxygène et d'électrolyte. Le mélange d'électrolyte et d'oxygène produit par l'électrolyseur est ensuite envoyés dans le séparateur (2) afin d'être séparés. L'électrolyte est renvoyé dans l'électrolyseur (5) par une pompe (3). Cette vanne de purge (4) permet de vider l'installation pour éviter les risques de gels pendant les périodes de non utilisation. Le réseau de l'électrolyte peut-être purgé par la 20 vanne de purge d'électrolyte (4) canalisable par le raccord de purge (24). L'équipement comporte deux réseaux distincts : un réseau d'hydrogène et un réseau d'oxygène. Cette solution 25 permet de séparer la production de l'hydrogène et de l'oxygène selon des modes particuliers de réalisation : Les dessécheurs (6, 13) sur le réseau hydrogène (6) et sur le réseau oxygène (13) peuvent sécher les gaz. Les 30 dessécheurs sont par exemples des sécheurs d'hydrogène par adsorption, ou encore une solution de récupération de la phase liquide dans un réservoir vidé périodiquement. Ils peuvent aussi être constitué par un sécheur de tamis moléculaire permettant d'absorber l'eau respectivement de l'oxygène ou de 35 l'hydrogène. L'équipement comprend des régulateurs de pression amont sur le réseau hydrogène (7) et sur le réseau oxygène (14). Ces moyens de régulation de pression (7, 14) permettent 5 de maintenir une pression dans l'électrolyseur (5). Les soupapes sur le réseau hydrogène (8) et sur le réseau oxygène (15) peuvent protéger l'installation à des surpressions canalisées avec les raccords (24) à l'air libre. 10 Les vannes de purge sur le réseau hydrogène (9) et sur le réseau oxygène (16) peuvent purger les réseaux de gaz avec les purges canalisables (24) à l'air libre. Les manomètres ou les mano-contacts (25) indiquent 15 la pression ou commandent l'arrêt de production sur le réseau d'hydrogène (10) ou sur le réseau d'oxygène (17). Le mano-contact est un capteur de pression (25) constituant une sécurité supplémentaire à la surpression d'hydrogène. 20 Le thermo contact (26) peut être une sécurité par rapport à la température de l'électrolyte. Le capteur (27) peut réguler la tension et 25 l'intensité électrique afin d'adapter le fonctionnement de l'électrolyseur. La régulation se fait selon une loi tension/intensité/température évitant l'échauffement de la cellule électrolyte. Le capteur (28) peut détecter la circulation de 30 l'électrolyte Les régulateurs de pression aval peuvent réguler la pression de sortie du réseau d'hydrogène (11) et du réseau d'oxygène (18). - 7 - Les vannes de sortie autorisent l'exploitation et l'alimentation du chalumeau (22, 23) sur le réseau d'hydrogène (12) et sur le réseau d'oxygène (19). Les clapets anti-retour de flamme peuvent empêcher un retour de flamme dans l'électrolyseur (de 1 à 19) sur le réseau d'hydrogène (20) et sur le réseau d'oxygène (21) Le mélangeur d'hydrogène et d'oxygène (22) et la buse (23) peuvent créer une flamme oxydante, réductrice ou 10 neutre suivant les réglages du mélangeur (22). Cette capacité à commander la nature de la flamme résulte de la séparation des deux circuits respectivement d'oxygène et d'hydrogène. Selon une variante non illustrée, le sécheur (6 ou 15 13) peut disposer d'un retour de l'électrolyte dans le séparateur (2). A titre d'exemple non limitatif, le boitier aura la dimension d'un ordinateur informatique de bureau et pourra 20 être assemblé à un diable ou équivalent afin de le rendre mobile. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la production d'une flamme pour le 25 brasage, pour le travail du verre, pour le travail de la bijouterie ou pour tous travaux à base de flamme et demandant de l'oxygène pour produire une flamme. Le dispositif peut alimenter un chalumeau ou un brûleur fonctionnant à l'hydrogène produit par l'électrolyseur et l'oxygène contenue 30 dans l'air atmosphérique. 35 REVENDICATIONS1 - Générateur de flamme comprenant un électrolyseur (5) pour la production d'oxygène et d'hydrogène 5 par électrolyse d'eau contenant un agent électrolytique, ledit électrolyseur alimentant une torche (22, 23) produisant la flamme, caractérisé en ce que ladite torche (22, 23) est reliée audit électrolyseur (5) par un premier conduit pour l'hydrogène et un second conduit distinct du premier conduit, 10 pour l'oxygène, et en ce qu'il comporte en outre un moyen de dessiccation (13) sur le conduit d'oxygène. 2 - Générateur de flamme selon la revendication principale caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen 15 de dessiccation (6) sur le conduit d'hydrogène. 3 - Générateur de flamme selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit moyen de dessiccation (6, 13) est relié au circuit d'alimentation en eau par un circuit de 20 retour. 4 - Générateur de flamme selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de pression (25) délivrant un signal pour le pilotage 25 de l'électrolyseur (5). - Générateur de flamme selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que l'électrolyseur comporte un capteur de température (26) 30 délivrant un signal pour le pilotage de l'électrolyseur. 6 - Générateur de flamme selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que chacun des circuit d'hydrogène et d'oxygène comporte une soupape desécurité (8, 15) débouchant dans un évent canalisable en dehors du milieu confiné d'utilisation de l'équipement. 7 - Générateur de flamme selon l'une au moins des 5 revendications précédentes caractérisé en ce que la réaction d'électrolyse est réalisée à une température inférieure à 60° C. 8 - Générateur de flamme selon l'une au moins des 10 revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de circulation de l'électrolyte (28) délivrant un signal pour le pilotage de l'électrolyseur (5).