Brevet FR3010091A1 — publié le 20150306

- 1 - DISPOSITIF DE PRODUCTION D'UN MELANGE GAZEUX COMPOSE D'HYDROGENE ET D'OXYGENE PAR VOIE ELECTROLYTIQUE. Domaine de l'invention La présente invention concerne un perfectionnement de la production d'hydrogène et d'oxygène par voie électrolytique avec l'optimisation du débit de gaz produit, réduction de la pollution du bain aqueux et de la consommation par oxydo-réduction des matériaux constituant l'anode par une alimentation électrique adaptée. Brève description de l'antériorité L'électrolyse de l'eau est connue depuis de très nombreuses années et est obtenue grâce a un courant électrique qui dissocie la molécule d'eau (H20) en ions hydroxyde (OH)- et hydrogène H+; dans la cellule électrolytique les ions hydrogènes acceptent des électrons à la cathode dans une réaction d'oxydation en formant du dihydrogène gazeux (H2) selon la réaction de réduction : 2 H20(liquide) - 2 e donne H2(gaz) - 2H0 (aqueux) Alors qu'une oxydation des ions hydroxydes - qui perdent des électrons se produit à l'anode afin de fermer le circuit électrique : 2H20(liquide) - 02(gaz) + 4H+(aqueux) +4 e Ce qui donne l'équation de décomposition de l'eau par électrolyse : 2 H2O liquide se transforme en 2 H2 + 02 gazeux. La quantité de dihydrogène gazeux produite est deux fois plus importante que celle de l'oxygène. Le brevet FR 2959245 décrit un procédé qui produit le dihydrogène et l'oxygène gazeux en continu avec un débit et une quantité adaptable et programmable mais avec une demande de puissance électrique plus conséquente. L'art antérieur ne permet pas de résoudre de manière satisfaisante le problème de maîtrise de la consommation du courant électrique pour un débit optimal de gaz et une consommation minimale de l'anode et une production adaptée à la demande. -2 Sommaire de l'invention La présente invention permet d'améliorer le rendement de la production d'hydrogène et d'oxygène dans une cellule d'électrolyse de l'eau par le choix des matériaux constituant les électrodes et par les caractéristiques du courant électrique qui les alimentent. Le procédé selon l'invention consiste à choisir pour électrodes des matériaux dont le potentiel galvanique est proche, préférentiellement l'acier inoxydable ferritique et magnétique 430 constituant les plaques neutres dont le potentiel galvanique est 0,5 et de l'acier inoxydable austénitique amagnétique 316 L ou 304 L dont le potentiel galvanique est de 0,4. Ces électrodes sont plongées dans un bac en matière isolante électriquement de telle sorte qu'elles ne soient pas en court circuit. Ces électrodes sont alimentées en courant continu de basse tension 12/14 volts, 24/28volts ou 48 volts. Un circuit électronique délivre un signal carré avec une fréquence microondes inférieur à 50 Gigahertz qui a pour but d'augmenter la quantité de bulle de gaz qui se crée au niveau des plaques et préférentiellement sur la circonférence ou la périphérie des trous réalisés dans ces dites plaques neutres suite à une polarisation spécifique du circuit électrique établi lors de l'électrolyse. La densité de courant qui traverse la plaque anode (raccordée au pole positif du circuit d'alimentation électrique) passe au droit de la plaque adjacente polarisée négativement par l'intermédiaire du diélectrique, la face opposée de cette plaque adjacente dite neutre se polarise positivement et ainsi de suite pour les autres plaques jusqu'à la plaque cathode raccordée au pole négatif de l'alimentation électrique continue il en est de même pour les plaques neutres vers la plaque cathode opposée. Le dégagement gazeux qui se manifeste par une remontée des bulles de gaz est constitué d'un mélange d'hydrogène et oxygène gazeux et est collecté à la surface du liquide diélectrique par différence de densité. Du nombre de plaques neutres dépend la quantité et le débit de gaz produit. Description généraliste de la cellule : La cellule est constitué en deux parties la cuve (1) et le couvercle (2) assemblé avec des moyens d'étanchéité : la cuve (1) contient et positionne les plaques électrodes verticalement avec une distance entres elles de quelques millimètres, elle - 3 - est remplie d'un liquide diélectrique composé d'eau et d'un additif, préférentiellement l'hydroxyde de potassium. Un couvercle (2) positionne les trois bornes d'arrivée du courant électrique de nature continue : la borne positive à l'anode et la borne négative à deux cathodes. Ces bornes sont reliées aux plaques anode (4) cathodes (3) et neutre (5) siège de la source de l'électrolyse de l'eau. Un orifice d'arrivée de liquide diélectrique et de vidange en partie basse de la cuve et un orifice de retour de liquide diélectrique qui rempli complètement la cuve et permet le passage des bulles de gaz vers la partie haute. Dans la cuve sont positionnées : une anode et deux cathodes reliées au circuit d'alimentation électrique et un certain nombre de plaque dites neutres sur lesquelles des orifices ont été réalisés. Une carte électronique gère la nature du courant d'alimentation basse tension qui alimente les électrodes. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la planche 1 : présente une vue en perspective du dispositif selon l'invention. la cellule est constituée en deux parties la cuve (1) et le couvercle (2) assemblés avec des moyens d'étanchéité : la cuve (1) contient et positionne les plaques électrodes verticalement avec une distance entres elles de quelques millimètres, elle est remplie d'un liquide diélectrique composé d'eau et d'un additif. Planche 2 : présente une vue en perspective du dispositif montrant le couvercle (2) qui positionne la borne positive d'arrivée du courant électrique de nature continue : la borne positive à l'anode et les deux bornes négatives cathode. Ces bornes sont reliées aux plaques (3) anode (4) cathode et (5) neutre siège de la source de l'électrolyse de l'eau. La planche 3 : précise la forme de la plaque anodique. La planche 4 : précise la forme des plaques cathodique. La planche 5 : précise la forme des orifices réalisés sur les plaques neutres. La planche 6: est une représentation de l'assemblage de plusieurs cellules identiques pour obtenir un débit de gaz adapté à une plus grande demande. - 4 - La planche 7 : précise la nature du courant électrique continu et la forme du signal haute fréquence qui alimente les électrodes du dispositif. Description détaillée d'un mode préféré de réalisation. Selon un mode préféré de réalisation, le dispositif selon l'invention (1) se compose d'un bac (1) en matière plastique constitué d'une cuve comportant des moyens de positionnement verticales des plaques électrodes a une distance respective de quelques millimètres, cette cuves est remplie complètement d'un liquide diélectrique composé d'eau et d'un additif spécifique avantageusement l'hydroxyde de potassium. Le couvercle (2) positionne les deux bornes d'arrivée du courant électrique de nature continue : une anode positive (3) constituée d'une plaque d'acier inoxydable ferritique référence 430 et une cathode (5) négative constituée d'une plaque d'acier inoxydable amagnétique référence 304 et des plaques intermédiaires dites neutres (5) en acier inoxydable ferritique ou amagnétique. Ces bornes sont reliées aux plaques (3) anode (4) cathode et (5) neutre siège de la source de l'électrolyse de l'eau. Le couvercle (2) referme le bac d'une manière étanche. Les électrodes sont reliées aux plaques. C'est la nature des matériaux en acier inoxydable qui optimise la production de gaz. La forme des orifices réalisés sur les plaques neutres est le siège de l'émergence de la réaction électrolytique et de la naissance des bulles de gaz. La longueur des lignes optimise le débit de gaz. Préférentiellement un courant électrique de 12/14 volts, 24/28 volts ou 48 volts de nature continue alimente ces électrodes et une carte électronique gère la nature du courant continu haute fréquence genre micro ondes. La forme du signal est carrée avec une fréquence microonde inférieure à 30 GHz Planche 7. Cette forme permet d'optimiser la puissance électrique consommée. La conception est modulaire (6) de façon à obtenir à partir d'une même cellule des performances différentes en additionnant le module de base par exemple une cellule de base pour un véhicule automobile et un ensemble de plusieurs cellules pour camion.35 - 5 - Les modifications non substantielles qui découleraient de façon évidente, pour l'homme de l'art, de l'utilisation ou de la fabrication du dispositif selon l'invention dont le brevet est ici requis sans en altérer les dispositions originales, n'en seraient que de simples équivalents techniques et entrent également dans le cadre de la présente invention. Applications industrielles Le procédé et le dispositif selon l'invention sont particulièrement destinés à la production d'hydrogène et d'oxygène gazeux pour alimenter des moteurs thermiques, des brûleurs de chaudières et autre consommateur d'énergie fossile en réduisant la consommation de carburant. L'apport de l'hydrogène et de l'oxygène gazeux ne se substitue pas au carburant mais dynamise la combustion qui devient plus efficace donc plus complète limitant les imbrûlés et les polluants tels que le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote et autres. L'adaptation de la production d'hydrogène et d'oxygène gazeux au besoin du moteur thermique et plus généralement au consommateur d'énergie supprime le risque lié au stockage de l'hydrogène et diminue au maximum l'encrassage des chambres de combustion, des équipements type vannes EGR, de la ligne d'échappement. REVENDICATIONS1- Dispositif de production d'un mélange gazeux composé d'hydrogène et d'oxygène dans une cellule d'électrolyse de l'eau perfectionné par le choix de la nature et forme des matériaux constituant les électrodes et par les caractéristiques du courant électrique qui les alimentent : caractérisé en ce que les électrodes sont formées de matériaux dont le potentiel galvanique est proche, préférentiellement l'acier inoxydable ferritique et magnétique 430 constituant l'anode dont le potentiel galvanique est 0,5 et de l'acier inoxydable austénitique amagnétique 316 L ou 304 L dont le potentiel galvanique est de 0,4 ; et en ce que ces électrodes sont plongées dans un bac en matière isolante électriquement rempli d'un liquide diélectrique composé d'eau et d'un additif spécifique de telle sorte qu'elles ne soient pas en court circuit et sont alimentées en courant continu de basse tension 12, 24 ou 48 volts généré par un circuit électronique qui en outre délivre un signal carré avec une fréquence microondes inférieure à 30 Gigahertz qui a pour but d'augmenter la quantité de bulle de gaz qui se crée au niveau des plaques et préférentiellement sur la circonférence ou la périphéries des trous réalisés dans ces dites plaques suite à une polarisation spécifique du circuit électrique établi lors de l'électrolyse. 2- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une série de plaques , la densité de courant qui traverse la plaque anode passe au droit de la plaque adjacente polarisée négativement par l'intermédiaire du diélectrique, la face opposée de cette plaque adjacente dite neutre se polarise positivement et ainsi de suite pour les autres plaques jusqu'à la plaque cathode raccordée à l'alimentation électrique continue. 3- Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par la nature des matériaux constituant les électrodes : acier inoxydable ferritique et magnétique 430 constituant l'anode dont le potentiel galvanique est 0,5 et de acier inoxydable austénitique amagnétique 316 L ou 304 L constituant la cathode. 4- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la forme des orifices réalisés sur les plaques neutres qui est le siège de l'émergence de la réaction électrolytique et- 7 - de la naissance des bulles de gaz sont de toute nature circulaire, rectangulaire ou quelconques mais dont la somme de leur longueur optimise le débit de gaz. 5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le courant électrique de 12/14 volts, 24/28 volts ou 48 volts de nature continue qui alimente les électrodes est modulé par une carte électronique qui gère la forme du signal électrique et la haute fréquence microonde inférieure à 30 Gigahertz afin d'obtenir une consommation électrique optimisée. 6- Ensemble de production d'un mélange gazeux composé d'hydrogène et d'oxygène, formé par un module pour un véhicule automobile ou plusieurs modules pour un camion, caractérisé en ce que chaque module est constitué d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 20 25 30 35