FR3010091A1

FR3010091A1 - DEVICE FOR PRODUCING A GASEOUS MIXTURE COMPOSED OF HYDROGEN AND OXYGEN

Info

Publication number: FR3010091A1
Application number: FR1302052A
Authority: FR
Inventors: Christian Fetter
Original assignee: LOGIKKO
Current assignee: LOGIKKO
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-03-06
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: WO2015033030A1; FR3010091B1; WO2015033030A9

Abstract

Perfectionnement d'un dispositif de production d'un mélange gazeux composé d'hydrogène et d'oxygène dans une cellule d'électrolyse de l'eau par le choix de la nature et forme des matériaux constituant les électrodes et par les caractéristiques du courant électrique qui les alimentent. Les matériaux des électrodes sont choisi avec un potentiel galvanique 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. 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 délivre un signal carré avec une fréquence microondes inférieure à 30 Gigahertz.. 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 et limitant les imbrûlés et les polluants.Improvement of a device for producing a gaseous mixture composed of hydrogen and oxygen in a water electrolysis cell by the choice of the nature and shape of the materials constituting the electrodes and by the characteristics of the electric current who feed them. The materials of the electrodes are chosen with a close galvanic potential, preferably ferritic and magnetic stainless steel 430 constituting the anode with a galvanic potential of 0.5 and austenitic stainless steel 316 L or 304 L whose galvanic potential is 0.4. These electrodes are immersed in a tank of electrically insulating material filled with a dielectric liquid composed of water and a specific additive so that they are not in short circuit and are supplied with low voltage direct current 12, 24 or 48 volts generated by an electronic circuit delivers a square signal with a microwave frequency of less than 30 Gigahertz. The method and the device according to the invention are particularly intended for the production of hydrogen and gaseous oxygen for supplying engines thermal burners, boiler burners and other fossil fuel consumers by reducing fuel consumption and limiting unburnt and pollutants.

Description

- 1 - DISPOSITIF DE PRODUCTION D'UN MELANGE GAZEUX COMPOSE D'HYDROGENE ET D'OXYGENE PAR VOIE ELECTROLYTIQUE.- 1 - DEVICE FOR PRODUCING A GASEOUS MIXTURE COMPRISING HYDROGEN AND OXYGEN BY ELECTROLYTIC MEANS.

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.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in the production of hydrogen and oxygen electrolytically with the optimization of the gas flow produced, reduction of the pollution of the aqueous bath and the consumption by oxidation-reduction of materials constituting the anode by a suitable power supply.

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.Brief description of the prior art The electrolysis of water has been known for many years and is obtained by means of an electric current which dissociates the water molecule (H 2 O) into hydroxide (OH) - and H + hydrogen ions; in the electrolytic cell the hydrogen ions accept electrons at the cathode in an oxidation reaction forming gaseous hydrogen (H2) according to the reduction reaction: 2 H 2 O (liquid) - 2 e gives H 2 (gas) - 2H O (aqueous) ) While an oxidation of hydroxide ions - which lose electrons occurs at the anode in order to close the electric circuit: 2H20 (liquid) - 02 (gas) + 4H + (aqueous) +4 e Which gives the equation decomposition of water by electrolysis: 2 liquid H2O is transformed into 2 H2 + 02 gas. The amount of gaseous hydrogen produced is twice as great as that of oxygen.

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.Patent FR 2959245 describes a process which produces dihydrogen and gaseous oxygen continuously with a flow rate and an adaptable and programmable quantity but with a greater demand for electric power. The prior art does not satisfactorily solve the problem of controlling the consumption of electric current for an optimal flow of gas and a minimum consumption of the anode and a production adapted to the demand. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention makes it possible to improve the efficiency of the production of hydrogen and oxygen in a water electrolysis cell by the choice of materials constituting the electrodes and by the characteristics of the current. electric which feed them. The method according to the invention consists in choosing for electrodes materials whose galvanic potential is close, preferentially ferritic and magnetic stainless steel 430 constituting the neutral plates whose galvanic potential is 0.5 and nonmagnetic austenitic stainless steel 316 L or 304 L whose galvanic potential is 0.4. These electrodes are immersed in a tank of electrically insulating material so that they are not in short circuit. These electrodes are supplied with 12/14 volts, 24 / 28volts or 48 volts of low voltage direct current. An electronic circuit delivers a square wave with a microwave frequency of less than 50 Gigahertz, the purpose of which is to increase the amount of gas bubble created at the plates and preferably at the circumference or the periphery of the holes made in these plates. Neutral following a specific polarization of the electrical circuit established during the electrolysis. The current density which passes through the anode plate (connected to the positive pole of the power supply circuit) passes to the right of the adjacent negatively polarized plate via the dielectric, the opposite face of this adjacent plate called neutral is positively polarized and so for the other plates up to the cathode plate connected to the negative pole of the DC power supply it is the same for the neutral plates to the opposite cathode plate. The gas evolution which is manifested by a rise of the gas bubbles consists of a mixture of hydrogen and oxygen gas and is collected on the surface of the dielectric liquid by density difference.

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.The number of neutral plates depends on the quantity and the flow rate of gas produced. General description of the cell: The cell consists of two parts the tank (1) and the lid (2) assembled with sealing means: the tank (1) contains and positions the electrode plates vertically with a distance between them a few millimeters, it is filled with a dielectric liquid composed of water and an additive, preferably potassium hydroxide. A cover (2) positions the three terminals of arrival of the electric current of continuous nature: the positive terminal at the anode and the negative terminal at two 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.These terminals are connected to the anode plates (4) cathodes (3) and neutral (5) seat of the source of electrolysis of water. A dielectric liquid inlet and drain port at the bottom of the tank and a dielectric liquid return port which completely fills the tank and allows the passage of gas bubbles to the upper part.

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.In the tank are positioned: an anode and two cathodes connected to the power supply circuit and a number of so-called neutral plates on which orifices have been made. An electronic card manages the nature of the low voltage supply current that supplies the electrodes.

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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the invention will be better understood on reading the following description of an exemplary embodiment with reference to the appended drawings in which: - Plate 1: presents a view in perspective of the device according to the invention. the cell consists of two parts the tank (1) and the lid (2) assembled with sealing means: the tank (1) contains and positions the electrode plates vertically with a distance between them of a few millimeters, it is filled a dielectric liquid composed of water and an additive.

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.Plate 2: presents a perspective view of the device showing the cover (2) which positions the positive terminal of arrival of the electric current of continuous nature: the positive terminal at the anode and the two negative cathode terminals. These terminals are connected to the plates (3) anode (4) cathode and (5) neutral seat of the source of electrolysis of water.

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.Plate 3: specifies the shape of the anodic plate. Plate 4: specifies the shape of the cathode plates. Plate 5: specifies the shape of the orifices made on the neutral plates. Plate 6: is a representation of the assembly of several identical cells to obtain a gas flow adapted to a greater demand. The board 7: specifies the nature of the direct electric current and the shape of the high frequency signal which supplies the electrodes of the device. Detailed description of a preferred embodiment.

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.According to a preferred embodiment, the device according to the invention (1) consists of a tank (1) of plastic material consisting of a tank having vertical positioning means of the electrode plates at a distance of a few millimeters respectively, this tank is filled completely with a dielectric liquid composed of water and a specific additive, advantageously potassium hydroxide.

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.The lid (2) positions the two terminals of arrival of the electric current of continuous nature: a positive anode (3) consisting of a ferritic stainless steel plate reference 430 and a cathode (5) negative consisting of a plate of non-magnetic stainless steel reference 304 and so-called neutral intermediate plates (5) in ferritic or non-magnetic stainless steel.

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.These terminals are connected to the plates (3) anode (4) cathode and (5) neutral seat of the source of electrolysis of water. The lid (2) closes the container in a sealed manner. The electrodes are connected to the plates. It is the nature of stainless steel materials that optimizes gas production. The shape of the orifices made on the neutral plates is the seat of the emergence of the electrolytic reaction and the birth of the gas bubbles. The length of the lines optimizes the flow of gas.

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.Preferably an electric current of 12/14 volts, 24/28 volts or 48 volts of continuous nature supplies these electrodes and an electronic card manages the nature of the high-frequency direct current like microwave waves. The shape of the signal is square with a microwave frequency lower than 30 GHz. Plate 7. This shape makes it possible to optimize the electrical power consumed.

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.The design is modular (6) so as to obtain from the same cell different performances by adding the basic module, for example a basic cell for a motor vehicle and a set of several cells for a truck. The non-substantial modifications which would clearly follow, for those skilled in the art, from the use or manufacture of the device according to the invention whose patent is here required without altering the original arrangements, would not be than simple technical equivalents and are also within the scope of the present invention. Industrial Applications The method and the device according to the invention are particularly intended for the production of hydrogen and gaseous oxygen for supplying heat engines, boiler burners and other fossil fuel consumers by reducing fuel consumption. The supply of hydrogen and gaseous oxygen does not replace the fuel but boosts the combustion which becomes more efficient and therefore more complete limiting unburnt and pollutants such as carbon monoxide, oxides of nitrogen and others . The adaptation of the production of hydrogen and gaseous oxygen to the need of the heat engine and more generally to the energy consumer eliminates the risk related to the storage of hydrogen and minimizes the fouling of the combustion chambers, equipment type EGR valves, exhaust line.

Claims

CLAIMS1- Device for producing a gas mixture composed of hydrogen and oxygen in a water electrolysis cell improved by the choice of nature and form of the materials constituting the electrodes and by the characteristics of the electric current which feed them: characterized in that the electrodes are formed of materials whose galvanic potential is close, preferentially ferritic and magnetic stainless steel 430 constituting the anode whose galvanic potential is 0.5 and nonmagnetic austenitic stainless steel 316 L or 304 L whose galvanic potential is 0.4; and in that these electrodes are immersed in a tank of electrically insulating material filled with a dielectric liquid composed of water and a specific additive such that they are not in short circuit and are fed with direct current from low voltage 12, 24 or 48 volts generated by an electronic circuit which further delivers a square signal with a microwave frequency less than 30 Gigahertz which aims to increase the amount of gas bubble that is created at the plates and preferably on the circumference or the periphery of the holes made in said plates following a specific polarization of the electrical circuit established during the electrolysis.

2- Device according to claim 1 characterized in that it comprises a series of plates, the current density which passes through the anode plate passes to the right of the adjacent plate negatively polarized through the dielectric, the opposite face of this plate adjacent said neutral is positively polarized and so on for the other plates up to the cathode plate connected to the DC power supply.

3- Device according to claims 1 and 2 characterized by the nature of the materials constituting the electrodes: ferritic stainless steel and magnetic 430 constituting the anode whose galvanic potential is 0.5 and 316 L or 304 L non-magnetic austenitic stainless steel constituting the cathode.

4. Device according to claim 1 characterized in that the shape of the orifices made on the neutral plates which is the seat of the emergence of the electrolytic reaction and the birth of the gas bubbles are of any kind circular, rectangular or any but whose sum of their length optimizes the flow of gas.

5- Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the electric current of 12/14 volts, 24/28 volts or 48 volts of continuous nature which supplies the electrodes is modulated by an electronic card which manages the shape of the electrical signal and high frequency microwave less than 30 Gigahertz to obtain optimized power consumption.

6- A production unit for a gas mixture composed of hydrogen and oxygen, formed by a module for a motor vehicle or several modules for a truck, characterized in that each module consists of a device according to one of any of claims 1 to 5.