FR3091712A1 - Electrolyser for domestic use - Google Patents

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Abstract

L’invention porte sur un électrolyseur d’eau (2), comprenant : -une cellule électrochimique (21) d’électrolyse d’eau comprenant un assemblage membrane/électrodes (31) avec une face en communication avec un volume d’alimentation en eau (210) ;-l’électrolyseur comprend un réservoir d’eau liquide externe (8) ;-l’électrolyseur comprend une conduite (80) présentant une première connexion (81) raccordée au réservoir externe (8) et une deuxième connexion (82) raccordée au volume d’alimentation en eau (210), la première connexion étant située en dessous de la deuxième connexion ;-ledit volume d’alimentation en eau (210) comporte un circuit d’échappement (211) mettant en communication la partie supérieure du volume d’alimentation en eau avec l’extérieur, et dimensionné pour vérifier la relation suivante : Pcech ≥ Pccon + (ρ*g*hv), avec Pcech. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 8The invention relates to a water electrolyser (2), comprising: an electrochemical cell (21) for electrolysis of water comprising a membrane / electrode assembly (31) with a face in communication with a supply volume of water. water (210); -the electrolyser comprises an external liquid water tank (8); -the electrolyser comprises a pipe (80) having a first connection (81) connected to the external tank (8) and a second connection ( 82) connected to the water supply volume (210), the first connection being located below the second connection; said water supply volume (210) comprises an exhaust circuit (211) putting the upper part of the water supply volume with the outside, and dimensioned to verify the following relationship: Pcech ≥ Pccon + (ρ * g * hv), with Pcech. Figure to be published with the abstract: Fig. 8

Description

Electrolyseur pour usage domestiqueElectrolyser for home use

L’invention concerne les électrolyseurs d’eau pour génération d’hydrogène, et en particulier les électrolyseurs munis d’une cellule électrochimique d’électrolyse de l’eau à assemblages membrane/électrodes basés sur une membrane échangeuse de protons.The invention relates to water electrolyzers for hydrogen generation, and in particular to electrolyzers fitted with an electrochemical water electrolysis cell with membrane/electrode assemblies based on a proton exchange membrane.

Parmi les applications connues d’électrolyseurs domestiques, on peut citer l’utilisation dans un briquet à hydrogène. Un briquet est un dispositif servant à produire une flamme. Un briquet à hydrogène utilise du dihydrogène comme combustible. Alessandro Volta conçu un briquet à hydrogène. Döbereiner perfectionna ensuite la conception du briquet pour le rendre compatible avec un usage domestique. Le briquet ainsi conçu produit son hydrogène en utilisant une attaque de zinc par de l’acide sulfurique.Among the known applications of home electrolysers is the use in a hydrogen lighter. A lighter is a device used to produce a flame. A hydrogen lighter uses dihydrogen as fuel. Alessandro Volta designed a hydrogen lighter. Döbereiner then perfected the design of the lighter to make it suitable for home use. The lighter thus designed produces its hydrogen by using an attack of zinc by sulfuric acid.

L’électrolyse de l’eau par diffusion à travers une membrane échangeuse de protons s’est par ailleurs développée. Une telle électrolyse de l’eau se fait à relativement basse température et utilise une anode et une cathode sous forme de couches catalytiques fixées de part et d’autre de la membrane échangeuse de protons. Cet ensemble forme un assemblage membrane/électrodes, généralement désigné par l’acronyme AME. La membrane joue le rôle d’électrolyte conducteur de protons, de séparateur électronique, et de séparateur de gaz. Les couches catalytiques sont le siège de réactions d’oxydo-réduction. Au niveau de l’anode, l’eau est oxydée en oxygène et en protons, suivant la demi-réaction suivante :The electrolysis of water by diffusion through a proton exchange membrane has also been developed. Such electrolysis of water is done at relatively low temperature and uses an anode and a cathode in the form of catalytic layers fixed on either side of the proton exchange membrane. This assembly forms a membrane/electrode assembly, generally designated by the acronym AME. The membrane acts as a proton-conducting electrolyte, electron separator, and gas separator. The catalytic layers are the site of oxidation-reduction reactions. At the anode, the water is oxidized into oxygen and protons, according to the following half-reaction:

H2O1/2 O2+ 2H++ 2 e-; E0O2/ H2O=1,23V vs VENH H 2 O1/2 O 2 + 2H + + 2 e - ; E 0 O 2 / H 2 O=1.23V vs. V ENH

Le proton produit traverse l’électrolyte sous l’effet du champ électrique entrainant avec lui des molécules d’eau. Le proton se recombine ensuite au contact du catalyseur cathodique en hydrogène grâce au flux d’électron fournit par l’alimentation électrique :The proton produced crosses the electrolyte under the effect of the electric field carrying with it water molecules. The proton then recombines on contact with the cathode catalyst into hydrogen thanks to the flow of electrons provided by the power supply:

2H++ 2 e-H2; E0H+/ H2=0V vs VENH 2H + + 2e - H 2 ; E 0 H + / H 2 =0V vs V ENH

De chaque côté des couches catalytiques, on dispose généralement des couches de transport poreuses, par exemple à base de feutre de carbone pour la cathode et de grille de titane pour l’anode. Ces couches poreuses sont au contact de plaques collectrices de courant.On each side of the catalytic layers, there are generally porous transport layers, for example based on carbon felt for the cathode and titanium grid for the anode. These porous layers are in contact with current collector plates.

Pour augmenter le débit de production de dihydrogène, les cellules unitaires d’électrolyse peuvent être assemblées électriquement soit en parallèle soit en série. Dans le cas d’une mise en parallèle la tension est identique à toutes les cellules et le courant d’électrolyse appliqué par l’alimentation est divisé entre chaque cellule.To increase the hydrogen production rate, the unit electrolysis cells can be assembled electrically either in parallel or in series. In the case of paralleling, the voltage is identical to all the cells and the electrolysis current applied by the power supply is divided between each cell.

Pour une application domestique d’un tel brûleur, la tête de brûlage et l’anode peuvent être disposées d’un même côté d’une membrane échangeuse de protons. Pour des raisons de compacité, un circuit d’écoulement, mettant en communication la tête de brûlage avec un collecteur de d’hydrogène, peut être amené à traverser la membrane échangeuse de protons. Lors de l’arrêt du brûleur, une flamme peut se propager à l’intérieur de ce circuit d’écoulement, au risque d’endommager la membrane échangeuse de protons.For a domestic application of such a burner, the burning head and the anode can be arranged on the same side of a proton exchange membrane. For reasons of compactness, a flow circuit, putting the burning head in communication with a hydrogen collector, can be brought to cross the proton exchange membrane. When the burner stops, a flame can propagate inside this flow circuit, at the risk of damaging the proton exchange membrane.

Pour une application domestique d’un tel électrolyseur, par exemple comme briquet de table, l’évacuation du dioxygène issu de l’électrolyse crée des risques de brûlures, puisque celui-ci est généré avec une température proche de 80°C.For a domestic application of such an electrolyser, for example as a table lighter, the evacuation of the dioxygen resulting from electrolysis creates risks of burns, since this is generated at a temperature close to 80°C.

Lors de l’électrolyse de l’eau par la membrane échangeuse de protons, un flux d’eau traverse la membrane. Le dihydrogène produit et conduit à la tête de brûlage est donc fortement chargé en eau. Pour éviter une extinction de la flamme par cet excédent en eau, il est nécessaire d’intégrer un séparateur de phases pour récupérer l’eau présente dans le dihydrogène produit et ainsi éviter que cette eau atteigne la tête de brûlage. En particulier pour une application domestique d’un tel brûleur, il est nécessaire de conserver une grande compacité. L’intégration d’un séparateur de phases dans un tel brûleur est donc problématique, puisque les solutions connues sont soit excessivement complexes, soit trop volumineuse pour satisfaire à l’exigence de compacité.During the electrolysis of water by the proton exchange membrane, a flow of water crosses the membrane. The dihydrogen produced and led to the burning head is therefore heavily loaded with water. To prevent the flame from being extinguished by this excess water, it is necessary to integrate a phase separator to recover the water present in the dihydrogen produced and thus prevent this water from reaching the burning head. In particular for a domestic application of such a burner, it is necessary to maintain great compactness. The integration of a phase separator in such a burner is therefore problematic, since the known solutions are either excessively complex or too bulky to satisfy the compactness requirement.

Pour une application domestique d’un tel brûleur, par exemple comme briquet de table, et selon les différentes phases de fonctionnement, la collecte du dihydrogène issu de l’électrolyse peut induire la présence au sein des canalisations d’hydrogène non brulé. L’évacuation de ce dihydrogène crée des risques de brûlure, puisque celui-ci est généré avec une température proche de 80°C. Par ailleurs, la génération de dihydrogène peut être insuffisante pendant une certaine durée, rendant le fonctionnement du brûleur non contrôlable visuellement.For a domestic application of such a burner, for example as a table lighter, and depending on the different operating phases, the collection of dihydrogen from electrolysis can induce the presence within the pipes of unburned hydrogen. The evacuation of this dihydrogen creates risks of burns, since it is generated with a temperature close to 80°C. Moreover, the generation of dihydrogen may be insufficient for a certain period of time, making the operation of the burner not visually controllable.

De façon générale, il est souhaitable de pouvoir éviter une concentration trop élevée de dihydrogène à proximité de l’électrolyseur. Par ailleurs, pour une application portative, il est souhaitable de disposer d’un électrolyseur de petite dimension.In general, it is desirable to be able to avoid too high a concentration of dihydrogen near the electrolyser. Moreover, for a portable application, it is desirable to have a small electrolyser.

L’invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L’invention porte ainsi sur un électrolyseur d’eau, comprenant :
-une cellule électrochimique d’électrolyse d’eau comprenant un assemblage membrane/électrodes incluant une membrane échangeuse de protons, une première face de l’assemblage membrane/électrodes comportant une anode et étant en communication avec un volume d’alimentation en eau, une deuxième face de l’assemblage membrane/électrodes étant en communication avec un collecteur de dihydrogène ;
-l’électrolyseur comprend un réservoir d’eau liquide externe présentant une ouverture en partie supérieure mettant en communication l’intérieur du réservoir externe et l’extérieur ;
-l’électrolyseur comprend une conduite présentant une première connexion raccordée au réservoir externe et une deuxième connexion raccordée au volume d’alimentation en eau au moins au niveau d’une extrémité supérieure de l’anode, la première connexion étant située en dessous de la deuxième connexion ;
-ledit volume d’alimentation en eau comporte un circuit d’échappement mettant en communication la partie supérieure du volume d’alimentation en eau avec l’extérieur, le circuit d’échappement étant dimensionné pour vérifier la relation suivante :
Pcech ≥ Pccon +, avec Pcech la perte de charge de l’écoulement de dioxygène à travers le circuit d’échappement, Pccon la perte de charge de l’écoulement de dioxygène à travers ladite conduite, ρ la masse volumique de l’eau, g la gravité terrestre, et hv la différence de hauteur entre la première connexion et le niveau d’eau maximal dans ledit réservoir externe.
The invention aims to solve one or more of these drawbacks. The invention thus relates to a water electrolyser, comprising:
-an electrochemical water electrolysis cell comprising a membrane/electrode assembly including a proton exchange membrane, a first face of the membrane/electrode assembly comprising an anode and being in communication with a water supply volume, a second face of the membrane/electrode assembly being in communication with a dihydrogen collector;
the electrolyser comprises an external liquid water tank having an opening in the upper part placing the inside of the external tank in communication with the outside;
- the electrolyser comprises a pipe having a first connection connected to the external tank and a second connection connected to the water supply volume at least at the level of an upper end of the anode, the first connection being located below the second connection;
-said water supply volume comprises an exhaust circuit placing the upper part of the water supply volume in communication with the outside, the exhaust circuit being sized to verify the following relationship:
Pcech ≥ Pccon +, with Pcech the pressure drop of the oxygen flow through the exhaust circuit, Pccon the pressure drop of the oxygen flow through the said pipe, ρ the density of the water, g the earth's gravity, and hv the difference in height between the first connection and the maximum water level in said external reservoir.

L’invention porte également sur les variantes suivantes. L’homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des variantes suivantes peut être combinée indépendamment aux caractéristiques ci-dessus, sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire.The invention also relates to the following variants. Those skilled in the art will understand that each of the characteristics of the following variants can be combined independently with the characteristics above, without however constituting an intermediate generalization.

Selon une variante, ladite ouverture du réservoir externe est configurée pour permettre le remplissage en eau du réservoir externe.According to a variant, said opening of the external reservoir is configured to allow the water filling of the external reservoir.

Selon une variante, ledit réservoir externe comporte une paroi transparente s’étendant sur une hauteur entre les premier et deuxième orifices.According to a variant, said external reservoir comprises a transparent wall extending over a height between the first and second orifices.

Selon une autre variante, le volume d’alimentation en eau est délimité par une paroi supérieure, le circuit d’échappement étant constitué d’un alésage traversant la paroi supérieure.According to another variant, the water supply volume is delimited by an upper wall, the exhaust circuit being made up of a bore passing through the upper wall.

Selon encore une variante, le réservoir externe comporte un marqueur d’un niveau maximal de remplissage, le marqueur étant disposé au moins 10mm en dessous dudit alésage traversant.According to yet another variant, the external tank comprises a marker of a maximum filling level, the marker being placed at least 10 mm below said through-bore.

Selon encore une autre variante, ledit alésage est ménagé dans un élément amovible de la paroi supérieure.According to yet another variant, said bore is formed in a removable element of the upper wall.

Selon une variante, ledit alésage est cylindrique.According to a variant, said bore is cylindrical.

Selon une autre variante, la première connexion est située au niveau de la partie inférieure du réservoir extérieur.According to another variant, the first connection is located at the level of the lower part of the outer tank.

Selon encore une variante, l’électrolyseur comprend en outre une alimentation électrique configurée pour appliquer une puissance électrique ou un courant ou une différence de potentiel entre lesdites première et deuxième faces de l’assemblage membrane/électrodes de façon à hydrolyser de l’eau présente dans ledit volume d’alimentation.According to yet another variant, the electrolyser further comprises an electrical power supply configured to apply an electrical power or a current or a potential difference between said first and second faces of the membrane/electrode assembly so as to hydrolyze water present in said supply volume.

Selon une autre variante, l’alimentation électrique est configurée pour générer un débit volumique de dioxygène Qg, et la perte de charge Pcech est dimensionnée de sorte que Qe<Qg/3, Qe est le débit volumique de dioxygène à travers le circuit d’échappement.According to another variant, the power supply is configured to generate a volume flow of oxygen Qg, and the pressure drop Pcech is dimensioned so that Qe<Qg/3, Qe is the volume flow of oxygen through the circuit of exhaust.

Selon une autre variante, le circuit d’échappement est dimensionné pour permettre un équilibrage des niveaux d’eau du réservoir externe et du volume d’alimentation en eau en une durée inférieure à 5s après l’arrêt de ladite alimentation électrique.According to another variant, the exhaust circuit is sized to allow balancing of the water levels of the external tank and of the volume of water supply in a period of less than 5s after the shutdown of said electrical supply.

L’invention porte également sur un brûleur, incluant un électrolyseur d’eau tel que défini ci-dessus, comprenant en outre une tête de brûlage raccordée au collecteur de dihydrogène et configurée pour enflammer le dihydrogène provenant du collecteur.The invention also relates to a burner, including a water electrolyser as defined above, further comprising a burning head connected to the dihydrogen collector and configured to ignite the dihydrogen coming from the collector.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will emerge clearly from the description which is given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings, in which:

est une vue en perspective éclatée d'un exemple de brûleur à hydrogène incluant deux cellules électrochimiques d’électrolyse d’eau, selon un aspect de l’invention ; is an exploded perspective view of an example of a hydrogen burner including two electrochemical water electrolysis cells, according to one aspect of the invention;

est un détail de la vue en perspective éclatée du brûleur à hydrogène de la figure 1, avec une section au niveau d’un assemblage membrane-électrode ; is a detail of the exploded perspective view of the hydrogen burner of FIG. 1, with a section at the level of a membrane-electrode assembly;

est une vue de dessus éclatée du brûleur à hydrogène de la figure 1 ; is an exploded top view of the hydrogen burner of Figure 1;

est un schéma de principe du brûleur à hydrogène de la figure 1 ; is a block diagram of the hydrogen burner of Figure 1;

est une vue en perspective du brûleur à hydrogène de la figure 1 avec une section au niveau d’une tête de brûlage ; is a perspective view of the hydrogen burner of Figure 1 with a section at a burning head;

est une vue de côté du brûleur à hydrogène de la figure 1 avec une section au niveau d’un collecteur de dihydrogène ; is a side view of the hydrogen burner of Figure 1 with a section at a dihydrogen manifold;

est une vue en coupe de face de détail du brûleur à hydrogène de la figure 1 au niveau de circuits d’écoulement mettant en communication la tête de brûlage avec des collecteurs de dihydrogène ; is a detail front sectional view of the hydrogen burner of FIG. 1 at the level of flow circuits putting the burning head in communication with dihydrogen collectors;

est une vue de côté en coupe schématique d’un circuit de fluide entre un volume d’alimentation en eau et un réservoir externe ; is a schematic cross-sectional side view of a fluid circuit between a water supply volume and an external reservoir;

, ,

, ,

, ,

et and

sont des vues de côté du circuit de fluide de la figure 8 à différentes étapes de fonctionnement d’un électrolyseur du brûleur de la figure 1 ; are side views of the fluid circuit of Figure 8 at different stages of operation of an electrolyser of the burner of Figure 1;

est une vue en perspective du brûleur à hydrogène de la figure 1 avec une section au niveau d’un volume d’aération d’un compartiment d’alimentation ; is a perspective view of the hydrogen burner of Figure 1 with a section at an aeration volume of a feed compartment;

est une vue de côté en coupe schématique au niveau d’un réservoir de réception. is a schematic sectional side view at a receiving tank.

Certains aspects de l’invention portent sur un électrolyseur d’eau, d’autres aspects de l’invention portant sur un brûleur incluant un tel électrolyseur.Certain aspects of the invention relate to a water electrolyser, other aspects of the invention relate to a burner including such an electrolyser.

La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un exemple de brûleur à hydrogène 1 incluant un électrolyseur d’eau 2. La figure 2 est un détail de la vue en perspective éclatée du brûleur de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus éclatée de ce même brûleur 1. Dans cet exemple, l’électrolyseur 2 inclut deux cellules électrochimiques d’électrolyse d’eau 21 et 22, l’invention s’appliquant également à un électrolyseur présentant une unique cellule électrochimique. Dans cet exemple, les cellules électrochimiques 21 et 22 sont connectées électriquement en parallèle.Figure 1 is an exploded perspective view of an example of a hydrogen burner 1 including a water electrolyser 2. Figure 2 is a detail of the exploded perspective view of the burner of Figure 1. Figure 3 is a exploded top view of this same burner 1. In this example, the electrolyzer 2 includes two electrochemical water electrolysis cells 21 and 22, the invention also applying to an electrolyzer having a single electrochemical cell. In this example, the electrochemical cells 21 and 22 are electrically connected in parallel.

La cellule électrochimique 21 inclut un assemblage membrane/électrodes 31, des couches de diffusion gazeuse 314 et 315 et une plaque ajourée de distribution de courant électrique 418. La couche de diffusion gazeuse 315 est par exemple en feutre carboné et est en contact avec la plaque ajourée 418. Les jours de la plaque 418 permettent un passage du dihydrogène produit. L’assemblage membrane/électrodes 31 comporte une membrane échangeuse de protons 311, une anode 312 disposée sur une première face de la membrane 311, et une cathode 313 disposée sur une deuxième face de la membrane 311. L’anode 312 est en communication avec un volume d’alimentation en eau 210. Le volume d’alimentation en eau 210 est ici délimité à la fois par un corps 5 et par une cage métallique 20 (par exemple en Titane).The electrochemical cell 21 includes a membrane/electrode assembly 31, gas diffusion layers 314 and 315 and an openwork electrical current distribution plate 418. The gas diffusion layer 315 is for example made of carbon felt and is in contact with the plate. perforated 418. The days of the plate 418 allow passage of the dihydrogen produced. The membrane/electrode assembly 31 includes a proton exchange membrane 311, an anode 312 disposed on a first face of the membrane 311, and a cathode 313 disposed on a second face of the membrane 311. The anode 312 is in communication with a water supply volume 210. The water supply volume 210 is here delimited both by a body 5 and by a metal cage 20 (for example made of titanium).

La cellule électrochimique 21 est logée sur un côté du corps 5. L’électrolyseur 2 comprend en outre une plaque de serrage 41 venant recouvrir la cellule électrochimique 21. Des joints 417 et 419 sont positionnés de part et d’autre de la membrane 311. Le joint 419 entoure la cathode 313 et est comprimé entre la plaque de serrage 41 et la membrane 311. Le joint 417 entoure l’anode 312 et est comprimé entre le corps 5 et la membrane 311. Les joints 417 et 419 assurent l’étanchéité entre la zone anodique et la zone cathodique et vis-à-vis de l’extérieur. La face de l’assemblage membrane/électrodes 31 comportant la cathode 313 est en communication avec un collecteur de dihydrogène ménagé dans la plaque de serrage 41 et détaillé par la suite. La plaque de serrage 41 est vissée sur le corps 5. La plaque de serrage 41 a une fonction de serrage, de maintien mécanique des composants, et de collecte du dihydrogène généré.Electrochemical cell 21 is housed on one side of body 5. Electrolyser 2 further comprises a clamping plate 41 which covers electrochemical cell 21. Gaskets 417 and 419 are positioned on either side of membrane 311. Gasket 419 surrounds cathode 313 and is compressed between clamping plate 41 and membrane 311. Gasket 417 surrounds anode 312 and is compressed between body 5 and membrane 311. Gaskets 417 and 419 provide sealing between the anodic zone and the cathodic zone and vis-à-vis the outside. The face of the membrane/electrode assembly 31 comprising the cathode 313 is in communication with a dihydrogen collector provided in the clamping plate 41 and detailed below. The clamping plate 41 is screwed onto the body 5. The clamping plate 41 has a function of clamping, mechanically holding the components, and collecting the dihydrogen generated.

La cellule électrochimique 22 inclut un assemblage membrane/électrodes 32, des couches de diffusion gazeuse 324 et 325 et une plaque ajourée de distribution de courant électrique 428. La couche de diffusion gazeuse 325 est par exemple en feutre carboné et est en contact avec la plaque ajourée 428. Les jours de la plaque 428 permettent un passage du dihydrogène produit. L’assemblage membrane/électrodes 32 comporte une membrane échangeuse de protons 321, une anode 322 disposée sur une première face de la membrane 321, et une cathode 323 disposée sur une deuxième face de la membrane 321. L’anode 322 est en communication avec un volume d’alimentation en eau 220. Le volume d’alimentation en eau 220 est ici délimité à la fois par le corps 5 et par la cage métallique 20.The electrochemical cell 22 includes a membrane/electrode assembly 32, gas diffusion layers 324 and 325 and an openwork electric current distribution plate 428. The gas diffusion layer 325 is for example made of carbon felt and is in contact with the plate. perforated 428. The days of the plate 428 allow passage of the dihydrogen produced. The membrane/electrode assembly 32 comprises a proton exchange membrane 321, an anode 322 disposed on a first face of the membrane 321, and a cathode 323 disposed on a second face of the membrane 321. The anode 322 is in communication with a water supply volume 220. The water supply volume 220 is here delimited both by the body 5 and by the metal cage 20.

La cellule électrochimique 22 est logée sur un côté du corps 5. L’électrolyseur 2 comprend en outre une plaque de serrage 42 venant recouvrir la cellule électrochimique 22. Des joints 427 et 429 sont positionnés de part et d’autre de la membrane 321. Le joint 429 entoure la cathode 323 et est comprimé entre la plaque de serrage 42 et la membrane 321. Le joint 427 entoure l’anode 322 et est comprimé entre le corps 5 et la membrane 321. Les joints 427 et 429 assurent l’étanchéité entre la zone anodique et la zone cathodique et vis-à-vis de l’extérieur. La face de l’assemblage membrane/électrodes 32 comportant la cathode 323 est en communication avec un collecteur de dihydrogène ménagé dans la plaque de serrage 42 et détaillé par la suite. La plaque de serrage 42 est vissée sur le corps 5. La plaque de serrage 42 a une fonction de serrage, de maintien mécanique des composants, et de collecte du dihydrogène généré.Electrochemical cell 22 is housed on one side of body 5. Electrolyser 2 further comprises a clamping plate 42 which covers electrochemical cell 22. Gaskets 427 and 429 are positioned on either side of membrane 321. Gasket 429 surrounds cathode 323 and is compressed between clamping plate 42 and membrane 321. Gasket 427 surrounds anode 322 and is compressed between body 5 and membrane 321. Gaskets 427 and 429 seal between the anodic zone and the cathodic zone and vis-à-vis the outside. The face of the membrane/electrode assembly 32 comprising the cathode 323 is in communication with a dihydrogen collector formed in the clamping plate 42 and detailed below. The clamping plate 42 is screwed onto the body 5. The clamping plate 42 has a function of clamping, mechanically holding the components, and collecting the dihydrogen generated.

La cage métallique 20 est baignée dans de l’eau. La cage métallique 20 est ajourée, pour permettre l’accès de l’eau aux anodes et pour permettre d’évacuer du dioxygène produit. L’eau nécessaire à la réaction est ainsi directement au contact des anodes dans les volumes d’alimentation en eau 210 et 220. La cage métallique 20 est électriquement conductrice et forme un collecteur de courant partagé par les cellules électrochimiques 21 et 22. Par ailleurs, la cage 20 est utilisée pour acceuillir les volumes d’alimentation en eau 210 et 220 des deux cellules électrochimiques 21 et 22. Les volumes 210 et 220 sont ici un seul et même volume. Par conséquent, la compacité de l’électrolyseur 2 est optimisée, malgré la présence de plusieurs cellules électrochimiques. La cage 20 est ici positionnée dans un logement médian du corps 5.The metal cage 20 is bathed in water. The metal cage 20 is perforated, to allow access of water to the anodes and to allow the evacuation of the dioxygen produced. The water necessary for the reaction is thus directly in contact with the anodes in the water supply volumes 210 and 220. The metal cage 20 is electrically conductive and forms a current collector shared by the electrochemical cells 21 and 22. , the cage 20 is used to accommodate the water supply volumes 210 and 220 of the two electrochemical cells 21 and 22. The volumes 210 and 220 are here one and the same volume. Consequently, the compactness of the electrolyser 2 is optimized, despite the presence of several electrochemical cells. The cage 20 is here positioned in a middle housing of the body 5.

Un capot 50 ferme l’ensemble du brûleur 1.A cover 50 closes the burner assembly 1.

L’électrolyseur 2 comporte en outre une alimentation électrique 7. L’alimentation électrique 7 permet d’appliquer sélectivement (allumage ou extinction) une différence de potentiel ou un courant ou une puissance électrique entre l’anode et la cathode de chaque cellule électrochimique. Un potentiel négatif est appliqué par l’alimentation électrique 7 au niveau cathodique de chacune des cellules 21 et 22, par l’intermédiaire d’un étrier conducteur 71 et de vis conductrices 73. Les vis conductrices 73 sont vissées dans les plaques de serrage 41 et 42 de façon à former un contact électrique cathodique sur les plaques ajourées de distribution de courant électrique 418 et 428. Un potentiel positif est appliqué par l’alimentation électrique 7 au niveau anodique, par l’intermédiaire d’un étrier conducteur 72 et de vis conductrices 74. Les vis conductrices 74 sont vissées dans le corps 5 de façon à former un contact électrique anodique avec la cage 20. L’alimentation électrique 7 peut être une alimentation pilotée. L’alimentation électrique 7 peut par exemple être pilotée en courant, en tension ou en puissance. Le pilotage en courant permet de contrôler le débit de production de dihydrogène. Un pilotage en puissance des cellules électrochimiques peut par exemple être réalisé jusqu’à 100W. Une limitation de la tension de cellule inférieure à 2,3V permet d’éviter une chauffe et dégradation trop importante des cellules électrochimiques.The electrolyser 2 further comprises a power supply 7. The power supply 7 makes it possible to selectively apply (switching on or off) a potential difference or a current or an electric power between the anode and the cathode of each electrochemical cell. A negative potential is applied by the power supply 7 at the cathodic level of each of the cells 21 and 22, via a conductive yoke 71 and conductive screws 73. The conductive screws 73 are screwed into the clamping plates 41 and 42 so as to form a cathodic electrical contact on the perforated electrical current distribution plates 418 and 428. A positive potential is applied by the electrical power supply 7 at the anode level, via a conductive yoke 72 and conductive screws 74. The conductive screws 74 are screwed into the body 5 so as to form an anode electrical contact with the cage 20. The electrical power supply 7 can be a controlled power supply. The electrical power supply 7 can for example be driven by current, voltage or power. Current control makes it possible to control the hydrogen production rate. Power control of electrochemical cells can for example be achieved up to 100W. Limiting the cell voltage to less than 2.3V prevents excessive heating and degradation of the electrochemical cells.

L’alimentation électrique 7 est pilotée par un boîtier électronique de pilotage, non illustré ici. L’alimentation électrique 7 peut être activée par exemple par l’activation d’un bouton poussoir. Le boîtier électronique peut désactiver l’alimentation électrique 7 après une durée prédéfinie, par exemple de 20 secondes, en cas de maintien d’un appui sur le bouton poussoir. L’alimentation électrique 7 peut inclure des batteries pour stocker de l’énergie électrique. Le brûleur 1 peut présenter une interface de recharge de telles batteries, par exemple par un port USB.The power supply 7 is controlled by an electronic control unit, not shown here. The power supply 7 can be activated for example by activating a push button. The electronic unit can deactivate the electrical power supply 7 after a predefined period, for example 20 seconds, if the push button is pressed. The power supply 7 may include batteries for storing electrical energy. Burner 1 may have a charging interface for such batteries, for example via a USB port.

Un réservoir externe 8 est destiné à recevoir de l’eau. Le réservoir externe 8 est en communication avec les volumes d’alimentation en eau 210 et 220, selon un exemple détaillé par la suite. Le réservoir externe 8 est destiné à fournir un complément d’eau aux volumes 210 et 220, au fur et à mesure de la consommation d’eau. En effet, de l’eau est consommée dans la réaction d’électrolyse et en partie évacuée avec les gaz produits. Le réservoir externe 8 comporte un orifice de remplissage en eau 84 au niveau de son extrémité supérieure. L’orifice 84 peut par exemple être ménagé dans un couvercle du réservoir externe 8.An external tank 8 is intended to receive water. The external tank 8 is in communication with the water supply volumes 210 and 220, according to an example detailed below. The external tank 8 is intended to supply additional water to volumes 210 and 220, as water is consumed. Indeed, water is consumed in the electrolysis reaction and partly evacuated with the gases produced. The outer reservoir 8 has a water filling orifice 84 at its upper end. Orifice 84 can for example be provided in a cover of external reservoir 8.

Le brûleur 1 comprend une tête de brûlage 19, configurée pour enflammer du dihydrogène provenant des collecteurs de dihydrogène. La flamme générée peut avantageusement être colorée (notamment pour des questions de sécurité) en la faisant passer par un réservoir de sels adaptés. La tête de brûlage 19 peut comporter un dispositif d’allumage non illustré, afin d’enflammer le dihydrogène.The burner 1 comprises a burning head 19, configured to ignite dihydrogen coming from the dihydrogen collectors. The flame generated can advantageously be colored (notably for safety reasons) by passing it through a reservoir of suitable salts. The burning head 19 may include an ignition device, not shown, in order to ignite the dihydrogen.

La figure 4 est un schéma de principe du brûleur à hydrogène 1. Le fonctionnement des cellules électrochimiques 21 et 22 étant équivalent, seul le fonctionnement de la cellule 21 sera décrit par la suite.FIG. 4 is a block diagram of the hydrogen burner 1. The operation of the electrochemical cells 21 and 22 being equivalent, only the operation of the cell 21 will be described below.

Lorsque l’alimentation électrique 7 applique une différence de potentiel de part et d’autre de la membrane 311, de l’eau du volume 210 est oxydée au niveau de l’anode 312, des ions H+traversent la membrane 311. Les ions H+se recombinent avec des électrons au niveau de la cathode 313, pour former du dihydrogène. Le dihydrogène formé est récupéré au niveau d’un collecteur 410 ménagé dans la plaque 41. Le dihydrogène est ensuite conduit jusqu’à la tête de brûlage 19 par l’intermédiaire d’un circuit d’écoulement 11. Une partie du dioxygène produit dans le volume 210 est évacué à l’extérieur par l’intermédiaire d’un circuit d’échappement 211. Une autre partie du dioxygène produit est évacué à travers le réservoir externe 8, après avoir été introduit au niveau du fond de ce réservoir 8. Cette partie du dioxygène produit traverse ainsi l’eau du réservoir 8 et subit ainsi un refroidissement. Le dioxygène ayant traversé le réservoir 8 est ainsi évacué au niveau de l’orifice de remplissage 84, après avoir été refroidi. De l’eau contenue dans le flux de dihydrogène formé peut être récupérée par un séparateur de phase 51, puis réintroduite dans le réservoir 8, comme cela sera détaillé par la suite. Avantageusement, le réservoir 8 est soit transparent, soit présente une paroi transparente. On peut ainsi vérifier le niveau d’eau dans le réservoir 8, ou vérifier le fonctionnement correct de l’électrolyseur 2, en observant des bulles de dioxygène traversant ce réservoir 8.When the power supply 7 applies a potential difference on either side of the membrane 311, water in the volume 210 is oxidized at the level of the anode 312, H + ions cross the membrane 311. The ions H + recombine with electrons at cathode 313, to form dihydrogen. The dihydrogen formed is recovered at the level of a collector 410 made in the plate 41. The dihydrogen is then led to the burning head 19 via a flow circuit 11. A part of the dioxygen produced in the volume 210 is evacuated to the outside via an exhaust circuit 211. Another part of the dioxygen produced is evacuated through the external tank 8, after having been introduced at the level of the bottom of this tank 8. This part of the dioxygen produced thus passes through the water in reservoir 8 and thus undergoes cooling. The oxygen having passed through the reservoir 8 is thus evacuated at the level of the filling orifice 84, after having been cooled. Water contained in the flow of dihydrogen formed can be recovered by a phase separator 51, then reintroduced into tank 8, as will be detailed below. Advantageously, reservoir 8 is either transparent or has a transparent wall. It is thus possible to check the level of water in the tank 8, or to check the correct operation of the electrolyser 2, by observing bubbles of oxygen passing through this tank 8.

La figure 5 est une vue en perspective du brûleur 1 avec une section au niveau de sa tête de brûlage 19. La figure 6 est une vue de côté du brûleur 1 avec une section au niveau du collecteur de dihydrogène. Comme illustré, la tête de brûlage 19 et le volume d’alimentation en eau 210 (dans le corps 5) sont séparés du collecteur de dihydrogène 410 de la plaque 41 par l’intermédiaire de l’assemblage membrane/électrodes 31, et en particulier par la membrane 311. De façon similaire, la tête de brûlage 19 et le volume d’alimentation en eau 220 (dans le corps 5) sont séparés du collecteur de dihydrogène 420 de la plaque 42 par l’intermédiaire de l’assemblage membrane/électrodes 32, et en particulier par la membrane 321. Par séparer, on entend marquer une frontière. Les membranes 311 et 321 sont ainsi interposées entre des collecteurs de dihydrogène respectifs d’une part, et la tête de brûlage 19 et les volumes d’alimentation en eau 210 et 220 d’autre part.Figure 5 is a perspective view of the burner 1 with a section at the level of its burning head 19. Figure 6 is a side view of the burner 1 with a section at the level of the dihydrogen collector. As illustrated, the burn head 19 and the water supply volume 210 (in the body 5) are separated from the dihydrogen collector 410 of the plate 41 via the membrane/electrode assembly 31, and in particular by the membrane 311. Similarly, the burn head 19 and the water supply volume 220 (in the body 5) are separated from the hydrogen collector 420 of the plate 42 via the membrane assembly / electrodes 32, and in particular by the membrane 321. By separating is meant to mark a boundary. The membranes 311 and 321 are thus interposed between respective dihydrogen collectors on the one hand, and the burning head 19 and the water supply volumes 210 and 220 on the other hand.

Un circuit d’écoulement 11 met en communication la tête de brûlage 19 et le collecteur de dihydrogène 410. Le circuit 11 est ici formé partiellement dans la plaque 41 et dans le corps 5. Le circuit 11 est ici sensiblement horizontal. La membrane échangeuse de protons 311 comporte un alésage 310 traversé par le circuit d’écoulement 11. Le circuit 11 est mis en communication avec la tête de brûlage 19 par l’intermédiaire d’un conduit vertical 13.A flow circuit 11 puts the burning head 19 and the dihydrogen collector 410 in communication. The circuit 11 is here partially formed in the plate 41 and in the body 5. The circuit 11 is here substantially horizontal. The proton exchange membrane 311 comprises a bore 310 through which the flow circuit 11 passes. The circuit 11 is placed in communication with the burning head 19 via a vertical pipe 13.

Un circuit d’écoulement 12 met en communication la tête de brûlage 19 et un collecteur de dihydrogène 420. Le circuit 12 est ici formé partiellement dans la plaque 42 et dans le corps 5. Le circuit 12 est ici sensiblement horizontal. La membrane échangeuse de protons 321 comporte un alésage 320 traversé par le circuit d’écoulement 12. Le circuit 12 est mis en communication avec la tête de brûlage 19 par l’intermédiaire du conduit vertical 13.A flow circuit 12 communicates the burning head 19 and a dihydrogen collector 420. The circuit 12 is here partially formed in the plate 42 and in the body 5. The circuit 12 is here substantially horizontal. The proton exchange membrane 321 comprises a bore 320 through which the flow circuit 12 passes. The circuit 12 is placed in communication with the burning head 19 via the vertical pipe 13.

La figure 7 est une vue en coupe de face de détail du brûleur 1, au niveau des circuits d’écoulement précédemment décrits. Un joint 61 est disposé au moins partiellement dans l’alésage 310. Le joint 61 sépare la membrane échangeuse de protons 311 du circuit d’écoulement 11. Ainsi, le contenu du circuit d’écoulement 11 n’est pas en contact avec la membrane échangeuse de protons 311 au niveau de son alésage 310. On évite ainsi de détériorer la membrane 311 par un retour de flamme lors de l’arrêt de la production de dihydrogène. Le joint 61 est ici composé de deux éléments distincts 611 et 612. Les éléments 611 et 612 viennent en superposition avec une partie de la membrane 311 autour de l’alésage 310. La membrane 311 est comprimée entre les éléments 611 et 612. Les éléments 611 et 612 sont eux-mêmes comprimés entre la plaque 41 et le corps 5. Les éléments 611 et 612 sont en saillie radialement par rapport à la bordure de l’alésage 310. Du fait de leur compression, les éléments 611 et 612 sont même en saillie radialement à l’intérieur de l’alésage 310 et sont en contact mutuel dans cet alésage 310.FIG. 7 is a detail front sectional view of the burner 1, at the level of the flow circuits previously described. A seal 61 is disposed at least partially in the bore 310. The seal 61 separates the proton exchange membrane 311 from the flow circuit 11. Thus, the contents of the flow circuit 11 are not in contact with the membrane. proton exchanger 311 at its bore 310. This avoids damaging the membrane 311 by flashback when the production of dihydrogen is stopped. The seal 61 is here composed of two distinct elements 611 and 612. The elements 611 and 612 are superposed with a part of the membrane 311 around the bore 310. The membrane 311 is compressed between the elements 611 and 612. The elements 611 and 612 are themselves compressed between the plate 41 and the body 5. The elements 611 and 612 project radially with respect to the edge of the bore 310. Due to their compression, the elements 611 and 612 are even projecting radially inside the bore 310 and are in mutual contact in this bore 310.

Avantageusement, les éléments 611 et 612 sont en saillie radialement dans l’alésage 310 sur une distance D telle que D>Epm/2, avec Epm l’épaisseur de la membrane échangeuse de protons 311. Afin de favoriser une importante déformation du joint 61 et garantir le contact entre les éléments 611 et 612 dans l’alésage 310, l’épaisseur cumulée des éléments 611 et 612 en l’absence de compression est avantageusement au moins le double de l’épaisseur Epm de la membrane échangeuse de protons 311.Advantageously, the elements 611 and 612 project radially into the bore 310 over a distance D such that D>Epm/2, with Epm the thickness of the proton exchange membrane 311. In order to promote significant deformation of the seal 61 and guarantee contact between the elements 611 and 612 in the bore 310, the cumulative thickness of the elements 611 and 612 in the absence of compression is advantageously at least twice the thickness Epm of the proton exchange membrane 311.

Afin de présenter une même déformation en cas de compression, les éléments 611 et 612 sont avantageusement formés avec un même matériau. Le joint 61 pourra être formé avec un matériau présentant une dureté Shore A au plus égale à 60, pour favoriser sa déformation. Le joint 61 pourra être formé avec un matériau présentant une résistivité électrique supérieure à 100 Ω/cm. Le joint 61 est avantageusement formé avec un matériau résistant à une température d’au moins 180°C, de façon à pouvoir résister à des retours de flamme dans le circuit 11.In order to present the same deformation in the event of compression, the elements 611 and 612 are advantageously formed with the same material. The seal 61 may be formed with a material having a Shore A hardness at most equal to 60, to promote its deformation. The seal 61 may be formed with a material having an electrical resistivity greater than 100 Ω/cm. The seal 61 is advantageously formed with a material resistant to a temperature of at least 180° C., so as to be able to resist flashbacks in the circuit 11.

Un joint 62 est disposé au moins partiellement dans l’alésage 320. Le joint 62 sépare la membrane échangeuse de protons 321 du circuit d’écoulement 12. Ainsi, le contenu du circuit d’écoulement 12 n’est pas en contact avec la membrane échangeuse de protons 321 au niveau de son alésage 320. On évite ainsi de détériorer la membrane 321 par un retour de flamme lors de l’arrêt de la production de dihydrogène. Le joint 62 est ici composé de deux éléments distincts 621 et 622. Les éléments 621 et 622 viennent en superposition avec une partie de la membrane 321 autour de l’alésage 320. La membrane 321 est comprimée entre les éléments 621 et 622. Les éléments 621 et 622 sont eux-mêmes comprimés entre la plaque 42 et le corps 5. Les éléments 621 et 622 sont en saillie radialement par rapport à la bordure de l’alésage 320. Du fait de leur compression, les éléments 621 et 622 sont même en saillie radialement à l’intérieur de l’alésage 320 et sont en contact mutuel dans cet alésage 320.A seal 62 is disposed at least partially in the bore 320. The seal 62 separates the proton exchange membrane 321 from the flow circuit 12. Thus, the contents of the flow circuit 12 are not in contact with the membrane. proton exchanger 321 at its bore 320. This avoids damaging the membrane 321 by flashback when the production of dihydrogen is stopped. The seal 62 is here composed of two distinct elements 621 and 622. The elements 621 and 622 are superposed with a part of the membrane 321 around the bore 320. The membrane 321 is compressed between the elements 621 and 622. The elements 621 and 622 are themselves compressed between the plate 42 and the body 5. The elements 621 and 622 project radially with respect to the edge of the bore 320. Due to their compression, the elements 621 and 622 are even projecting radially inside the bore 320 and are in mutual contact in this bore 320.

Avantageusement, les éléments 621 et 622 sont en saillie radialement dans l’alésage 320 sur une distance D telle que D>Epm/2, avec Epm l’épaisseur de la membrane échangeuse de protons 321. Afin de favoriser une importante déformation du joint 62 et garantir le contact entre les éléments 621 et 622 dans l’alésage 320, l’épaisseur cumulée des éléments 621 et 622 en l’absence de compression est avantageusement au moins le double de l’épaisseur Epm de la membrane échangeuse de protons 321.Advantageously, the elements 621 and 622 project radially into the bore 320 over a distance D such that D>Epm/2, with Epm the thickness of the proton exchange membrane 321. In order to promote significant deformation of the seal 62 and guarantee contact between the elements 621 and 622 in the bore 320, the cumulative thickness of the elements 621 and 622 in the absence of compression is advantageously at least twice the thickness Epm of the proton exchange membrane 321.

Afin de présenter une même déformation en cas de compression, les éléments 621 et 622 sont avantageusement formés avec un même matériau. Le joint 62 pourra être formé avec un matériau présentant une dureté Shore A au plus égale à 60, pour favoriser sa déformation. Le joint 62 pourra être formé avec un matériau présentant une résistivité électrique supérieure à 100 Ω/cm. Le joint 62 est avantageusement formé avec un matériau résistant à une température d’au moins 180°C, de façon à pouvoir résister à des retours de flamme dans le circuit 12.In order to present the same deformation in the event of compression, the elements 621 and 622 are advantageously formed with the same material. The seal 62 may be formed with a material having a Shore A hardness at most equal to 60, to promote its deformation. The seal 62 may be formed with a material having an electrical resistivity greater than 100 Ω/cm. The seal 62 is advantageously formed with a material resistant to a temperature of at least 180° C., so as to be able to resist flashbacks in the circuit 12.

Selon un autre aspect de l’invention, une séparation de phases est mise en œuvre dans le conduit vertical 13 mettant en communication les collecteurs de dihydrogène 410 et 420 avec la tête de brûlage 19. La séparation de phases par gravité dans le conduit 13 s’avère insuffisante, une quantité excessive d’eau pouvant être entraînée vers la tête de brûlage 19.According to another aspect of the invention, a phase separation is implemented in the vertical conduit 13 placing the dihydrogen collectors 410 and 420 in communication with the burning head 19. The phase separation by gravity in the conduit 13 s proves to be insufficient, an excessive quantity of water being able to be carried towards the burning head 19.

Comme illustré à la figure 7, des fibres métalliques 51 sont logées dans le conduit vertical 13 et orientées verticalement. De telles fibres métalliques 51 dans le conduit 13 permettent de réaliser une séparation de phases entre le collecteur 410 (et le collecteur 420) et la tête de brûlage 19, sans nécessiter d’interposer un dispositif de séparateur de phases complexe ou volumineux.As illustrated in Figure 7, metal fibers 51 are housed in the vertical conduit 13 and oriented vertically. Such metallic fibers 51 in the duct 13 make it possible to achieve phase separation between the collector 410 (and the collector 420) and the burning head 19, without requiring the interposition of a complex or bulky phase separator device.

Des fibres 51 sont ici logées dans une partie supérieure 131 du conduit 13. Les fibres 51 sont ici des fibres métalliques. Les circuits d’écoulement 11 et 12 sont reliés au conduit 13 au niveau d’une liaison 133. La liaison 133 forme une délimitation entre la partie supérieure 131 et une partie inférieure 132 du conduit 13. La liaison 133 est ici logée sous la tête de brûlage 19 et sous les fibres métalliques 51 logées dans la partie supérieure 131.Fibers 51 are here housed in an upper part 131 of conduit 13. The fibers 51 here are metal fibers. The flow circuits 11 and 12 are connected to the conduit 13 at the level of a connection 133. The connection 133 forms a delimitation between the upper part 131 and a lower part 132 of the conduit 13. The connection 133 is here housed under the head of burning 19 and under the metal fibers 51 housed in the upper part 131.

Avantageusement, le circuit d’écoulement 11 (et le circuit d’écoulement 12) présente un angle compris entre 70° et 110°, et est de préférence perpendiculaire au conduit 13 au niveau de leur liaison 133. Par un tel changement de direction du flux d’écoulement au niveau de la liaison 133, on favorise une séparation par inertie entre le dihydrogène et l’eau. Les fibres métalliques 51 forment par ailleurs des chicanes successives dans la partie supérieure 131 du conduit 13, favorisant également la séparation de phases.Advantageously, the flow circuit 11 (and the flow circuit 12) has an angle of between 70° and 110°, and is preferably perpendicular to the pipe 13 at the level of their connection 133. By such a change in direction of the flow flux at the level of the link 133, a separation by inertia between the dihydrogen and the water is promoted. The metal fibers 51 also form successive baffles in the upper part 131 of the conduit 13, also favoring phase separation.

Pour favoriser encore davantage la séparation de phases, le conduit 13 comporte avantageusement une section d’étranglement 135 positionnée entre la tête de brûlage 19 et l’extrémité supérieure des fibres métalliques 51.To further promote phase separation, the conduit 13 advantageously includes a throttle section 135 positioned between the burning head 19 and the upper end of the metal fibers 51.

Les fibres 51 se présentent par exemple sous la forme d’une mèche de paille métallique, par exemple de la paille de fer ou de la laine d’acier inoxydable. De la laine d’acier inoxydable en bande peut ainsi être enroulée pour former un bobineau introduit dans le conduit 13. Les fibres métalliques 51 forment ici une masse poreuse. Les fibres métalliques 51 sont avantageusement en un métal résistant à la corrosion par de l’eau désionisée, et sont par exemple réalisées en acier inoxydable.The fibers 51 are for example in the form of a wick of metal straw, for example steel wool or stainless steel wool. Strip stainless steel wool can thus be rolled up to form a reel introduced into the conduit 13. The metal fibers 51 here form a porous mass. The metal fibers 51 are advantageously made of a metal resistant to corrosion by deionized water, and are for example made of stainless steel.

L’orientation verticale des fibres 51 permet à la fois de guider l’écoulement de dihydrogène vers la tête de brûlage 19, et de guider l’eau collectée vers le bas, vers la partie inférieure 132 du conduit 13. L’eau collectée par les fibres métalliques 51 s’écoule vers le bas par gravité.The vertical orientation of the fibers 51 makes it possible both to guide the flow of dihydrogen towards the burning head 19, and to guide the water collected downwards, towards the lower part 132 of the conduit 13. The water collected by the metal fibers 51 flows downward by gravity.

La partie inférieure 132 du conduit 13 s’étend vers le bas jusqu’en communication avec un réservoir de récupération d’eau 504. Des fibres métalliques 51 sont également logées dans la partie inférieure 132 du conduit en dessous de la liaison 133. La partie inférieure 132 du conduit 13 peut ainsi participer à la séparation de phases du flux de dihydrogène. Des fibres métalliques 51 peuvent s’étendre d’un seul tenant entre la partie supérieure 131 et la partie inférieure 132 du conduit 13. La partie inférieure 132 du conduit 13 peut également servir de réservoir de stockage pour l’eau issue de la séparation de phase.The lower part 132 of the conduit 13 extends downwards as far as communication with a water collection tank 504. Metal fibers 51 are also housed in the lower part 132 of the conduit below the connection 133. The part bottom 132 of conduit 13 can thus participate in the phase separation of the dihydrogen flow. Metal fibers 51 can extend in one piece between the upper part 131 and the lower part 132 of the pipe 13. The lower part 132 of the pipe 13 can also serve as a storage tank for the water resulting from the separation of phase.

Pour permettre un bon contrôle de la quantité d’eau présente dans le réservoir 504, son volume interne est avantageusement dépourvu d’élément solide, et en particulier dépourvu de fibres métalliques.To allow good control of the quantity of water present in the reservoir 504, its internal volume is advantageously devoid of any solid element, and in particular devoid of metal fibres.

Selon un autre aspect de l’invention, la tête de brûlage 19 est mise en communication avec le collecteur de dihydrogène par l’intermédiaire d’un dispositif de séparation de phases, tel que décrit précédemment. Le brûleur 1 comprend en outre un réservoir de stockage ou de récupération 504 de l’eau issue de la séparation de phase, comme décrit précédemment. Le réservoir 8 est mis en communication avec le volume d’alimentation en eau 210 par l’intermédiaire d’une conduite 80, comme décrit ultérieurement. Le brûleur 1 comprend en outre une vanne 505 commandée pour ouvrir ou fermer sélectivement une communication de fluide entre le réservoir 504 et le réservoir 8. La vanne 505 peut également être associée à une pompe pour favoriser un écoulement du réservoir 504 vers le réservoir 8. La vanne 505 est ici connectée au fond du réservoir externe 8 par l’intermédiaire d’un connecteur hydraulique 85.According to another aspect of the invention, the burning head 19 is placed in communication with the dihydrogen collector via a phase separation device, as described previously. The burner 1 further comprises a tank 504 for storing or recovering the water resulting from the phase separation, as described above. The tank 8 is placed in communication with the water supply volume 210 via a pipe 80, as described later. Burner 1 further comprises a valve 505 controlled to selectively open or close fluid communication between tank 504 and tank 8. Valve 505 may also be associated with a pump to promote flow from tank 504 to tank 8. The valve 505 is here connected to the bottom of the external tank 8 via a hydraulic connector 85.

Lorsque l’électrolyseur 2 est alimenté électriquement et produit du dihydrogène, un excédent de dihydrogène peut être introduit dans le réservoir 504 par l’intermédiaire de la partie basse du conduit 13. Au début de l’alimentation électrique de l’électrolyseur 2, la vanne 505 peut être ouverte pour évacuer cet excédent de dihydrogène à travers le réservoir 8.When the electrolyser 2 is electrically powered and produces dihydrogen, an excess of dihydrogen can be introduced into the tank 504 via the lower part of the conduit 13. At the start of the electrical supply to the electrolyser 2, the valve 505 can be opened to evacuate this excess dihydrogen through tank 8.

Cet excédent de dihydrogène sera en outre refroidi par l’eau présente dans le réservoir 8. Durant cette phase, l’oxygène produit dans l’électrolyseur n’atteint pas encore le réservoir 8. L’introduction d’hydrogène dans le réservoir 8 n’est donc pas problématique durant cette phase. De plus, le passage de dihydrogène dans le réservoir 8 permet de vérifier visuellement le fonctionnement du brûleur 1 par des bulles formées dans ce réservoir 8, si la flamme est invisible et avant que le dioxygène n’atteigne le réservoir 8 pour former des bulles. Le dihydrogène évacué à travers le réservoir 8 est humidifié, ce qui permet d’augmenter sa proportion dans l’air pouvant impliquer une explosion.This excess dihydrogen will also be cooled by the water present in tank 8. During this phase, the oxygen produced in the electrolyser does not yet reach tank 8. The introduction of hydrogen into tank 8 n is therefore not a problem during this phase. In addition, the passage of dihydrogen in tank 8 makes it possible to visually check the operation of burner 1 by bubbles formed in this tank 8, if the flame is invisible and before the dioxygen reaches tank 8 to form bubbles. The dihydrogen evacuated through tank 8 is humidified, which makes it possible to increase its proportion in the air, which may involve an explosion.

Durant la poursuite de la génération de dihydrogène, par exemple au bout de 2 secondes après l’alimentation de l’électrolyseur 2 par l’alimentation 7, la vanne 505 est fermée. On évite ainsi qu’un flux de dihydrogène ne traverse le réservoir 8, lorsqu’un flux de dioxygène va traverser ce réservoir 8.During the continuation of the generation of dihydrogen, for example after 2 seconds after the supply of the electrolyser 2 by the supply 7, the valve 505 is closed. This prevents a flow of dihydrogen from crossing the tank 8, when a flow of dioxygen will cross this tank 8.

Comme dans l’exemple détaillé auparavant, la liaison 133 est disposée sous la tête de brûlage 19. Cette liaison 133 est avantageusement positionnée au-dessus de la hauteur h2 (hauteur d’un orifice de liaison 82 détaillé par la suite), ce qui permet de maintenir un niveau d’eau dans le conduit 13 en dessous du niveau de la liaison 133. On évite ainsi que l’eau présente initialement dans le conduit 13 ne perturbe initialement l’écoulement de dihydrogène vers la tête de brûlage 19. Ceci s’avère en particulier avantageux si la vanne 505 est de type normalement ouverte, et est ainsi maintenue ouverte après la fin de l’alimentation de l’électrolyseur 2 par l’alimentation électrique 7, puisque le niveau de l’eau dans le réservoir 8 et le niveau dans le conduit 13 s’équilibrent alors. Un tel équilibrage permet notamment de réintroduire de l’eau dans le réservoir 8, cette eau étant issue de la séparation de phases du flux de dihydrogène généré par l’électrolyseur 2. Une vanne 505 de type normalement ouverte peut alors s’avérer avantageuse pour réaliser un tel équilibrage de niveau d’eau de façon simple et compacte.As in the example detailed above, the connection 133 is arranged under the burning head 19. This connection 133 is advantageously positioned above the height h2 (height of a connection orifice 82 detailed later), which makes it possible to maintain a water level in the pipe 13 below the level of the connection 133. This prevents the water initially present in the pipe 13 from initially disturbing the flow of dihydrogen towards the burning head 19. This proves to be particularly advantageous if the valve 505 is of the normally open type, and is thus kept open after the end of the power supply to the electrolyser 2 by the electrical power supply 7, since the level of the water in the tank 8 and the level in the conduit 13 then balance each other. Such balancing makes it possible in particular to reintroduce water into the tank 8, this water coming from the phase separation of the dihydrogen flow generated by the electrolyser 2. A valve 505 of the normally open type can then prove to be advantageous for achieve such water level balancing in a simple and compact manner.

Le conduit 13 est ici avantageusement vertical afin de favoriser la récupération de l’eau à destination du réservoir 504.The pipe 13 is here advantageously vertical in order to promote the recovery of the water intended for the tank 504.

Avantageusement, un dimensionnement sera mis en œuvre pour garantir une quantité suffisante d’eau dans l’électrolyseur 2 durant toute l’électrolyse.Advantageously, a dimensioning will be implemented to guarantee a sufficient quantity of water in the electrolyser 2 throughout the electrolysis.

La loi de Faraday permet de déduire la quantité de protons échangée par la réaction dans l’électrolyseur 2, en fonction du courant et du temps de réaction de l’électrolyse :Faraday's law makes it possible to deduce the quantity of protons exchanged by the reaction in electrolyser 2, depending on the current and the reaction time of the electrolysis:

nx =Iel*t/(nel*Far) [eq 1]nx =Iel*t/(nel*Far) [eq 1]

avec nx la quantité d’une espèce échangée en mol, Iel le courant d’électrolyse, t la durée de l’électrolyse, nel le rapport entre le nombre d’électrons échangés dans la réaction par rapport à l’espèce considérée, et Far la constante de Faraday.with nx the quantity of a species exchanged in mol, Iel the electrolysis current, t the duration of the electrolysis, nel the ratio between the number of electrons exchanged in the reaction with respect to the species considered, and Far Faraday's constant.

Par application à l’électrolyse de l’eau, en prenant les protons comme l’espèce étudiée, le rapport nel vaut 1 puisque le nombre de protons et d’électrons échangés est identique. On obtient alors l’équation suivante :By application to the electrolysis of water, taking protons as the species studied, the nel ratio is equal to 1 since the number of protons and electrons exchanged is identical. We then obtain the following equation:

np =Iel*t/Far [eq 2]np =Iel*t/Far [eq 2]

avec np la quantité de protons échangée.with np the quantity of protons exchanged.

Des études ont montré empiriquement qu’un proton traversant une membrane échangeuse de protons entrainait 5 molécules d’eau à travers la membrane. On obtient alors :Studies have empirically shown that a proton crossing a proton exchange membrane entrains 5 molecules of water through the membrane. We then obtain:

neau =5*Iel*t/Far [eq 3]neau =5*Iel*t/Far [eq 3]

avec neau la quantité d’eau traversant la membrane.with neau the amount of water passing through the membrane.

On en déduit alors le volume d’eau traversant la membrane :We then deduce the volume of water crossing the membrane:

Veau=5*Iel*t*M/(Far* ρ) [eq 4]Calf=5*Iel*t*M/(Far* ρ) [eq 4]

Avec Veau le volume d’eau traversant la membrane, ρ la masse volumique de l’eau, M la masse molaire de l’eau.With Veau the volume of water crossing the membrane, ρ the density of water, M the molar mass of water.

Le volume disponible dans le conduit 13 (sous la liaison 133) et dans le réservoir 504 doit être supérieur à Veau, pour être suffisant pour pouvoir renvoyer au réservoir 8 le volume d’eau qui traversera les membranes échangeuses de protons pendant la réaction d’électrolyse. En présence des fibres métalliques 51 dans le conduit 13, il faudra retrancher le volume de ces fibres 51 au volume du conduit 13.The volume available in line 13 (under connection 133) and in tank 504 must be greater than water, to be sufficient to be able to return to tank 8 the volume of water which will pass through the proton exchange membranes during the reaction of electrolysis. In the presence of metal fibers 51 in conduit 13, the volume of these fibers 51 will have to be subtracted from the volume of conduit 13.

Avantageusement, un dimensionnement peut être mis en œuvre pour garantir une purge de l’eau présente entre la liaison 133 et le réservoir 8, lors du démarrage de l’électrolyseur 2. Une telle purge permet de limiter le risque d’une trop grande quantité d’eau dans l’écoulement de dihydrogène au niveau de la tête de brûlage 19, en particulier si on estime que l’efficacité de la séparation de phase est insuffisante après plusieurs cycles d’utilisation successifs de l’électrolyseur 2. Une telle purge peut induire un flux de dihydrogène à destination du réservoir 8, lors du début de l’alimentation électrique de l’électrolyseur 2 par l’alimentation 7. De façon générale, on dimensionne la perte de charge de l’écoulement de dihydrogène entre la liaison 133 et la zone de formation de flamme de la tête de brûlage 19 de sorte que celle-ci soit supérieure à la hauteur d’eau du réservoir 8 et des pertes de charges d’écoulement de dihydrogène entre la liaison 133 et ce réservoir 8.Advantageously, a sizing can be implemented to guarantee a purge of the water present between the connection 133 and the tank 8, when starting the electrolyser 2. Such a purge makes it possible to limit the risk of too large a quantity of water in the flow of dihydrogen at the level of the burning head 19, in particular if it is estimated that the efficiency of the phase separation is insufficient after several successive cycles of use of the electrolyser 2. Such a purge can induce a flow of dihydrogen destined for the tank 8, when the electrical power supply of the electrolyser 2 by the power supply 7 begins. In general, the pressure drop of the flow of dihydrogen between the connection 133 and the flame formation zone of the burning head 19 so that the latter is greater than the height of water in the tank 8 and the dihydrogen flow pressure drops between the connection 133 and this tank 8.

Comme illustré à la figure 15, une zone de formation de flamme 192 est ménagée à l’extrémité supérieure d’une aiguille 191. L’extrémité inférieure de l’aiguille est en communication avec une chambre 193 à l’intérieur de la tête de brûlage 19. La chambre 193 est en communication avec la partie supérieure 131 du conduit 13. L’aiguille 191 a un diamètre qui définit la vitesse du dihydrogène dans la zone d’inflammation ou de formation de flamme. Le diamètre de l’aiguille 191 définit ainsi la hauteur de la flamme souhaitée et sera donc généralement adapté en fonction de ce paramètre. L’aiguille 191 peut également être utilisée comme une canalisation de section inférieure à celle du conduit 13, incluant par extension la chambre 193. Une telle réduction de section permet ainsi d’accroître la perte de charge entre la liaison 133 et la zone 192.As illustrated in Figure 15, a flame formation zone 192 is formed at the upper end of a needle 191. The lower end of the needle is in communication with a chamber 193 inside the head of the needle. burning 19. The chamber 193 is in communication with the upper part 131 of the duct 13. The needle 191 has a diameter which defines the speed of the dihydrogen in the zone of ignition or flame formation. The diameter of the needle 191 thus defines the height of the desired flame and will therefore generally be adapted according to this parameter. Needle 191 can also be used as a pipe with a section smaller than that of conduit 13, including by extension chamber 193. Such a reduction in section thus makes it possible to increase the pressure drop between connection 133 and zone 192.

Plus précisément, si le diamètre de l’aiguille 191 est fixé pour définir la hauteur de flamme, la perte de charge peut être calibrée en jouant sur la longueur de l’aiguille 191 notamment. Dans le présent exemple, l’aiguille 191 forme une canalisation cylindrique de section circulaire de diamètre Da calibré, s’étendant sur une longueur La. La perte de charge provoquée par l’aiguille 191 est la somme de toutes les pertes de charges singulières et régulières.More precisely, if the diameter of the needle 191 is fixed to define the flame height, the pressure drop can be calibrated by varying the length of the needle 191 in particular. In the present example, the needle 191 forms a cylindrical pipe of circular section with a calibrated diameter Da, extending over a length La. The pressure drop caused by the needle 191 is the sum of all the singular pressure drops and regular.

La perte de charge singulière ∆Psa est ici due aux changements de section de l’aiguille 191 :The singular head loss ∆Psa is here due to the section changes of the needle 191:

∆Psa=(kea+ksa)*ρh*Vh2)/2 [Eq5]∆Psa=(kea+ksa)*ρh*Vh 2 )/2 [Eq5]

avec :
- ∆Psa la perte de charge singulière en Pascal générée par l’aiguille 191 ;
- kea un coefficient sans unité dû à l’entrée de l’aiguille 191 ;
- ksa un coefficient sans unité dû à la sortie de l’aiguille 191 ;
- ρh la masse volumique de l’hydrogène saturé en humidité ;
- Vh La vitesse du dihydrogène dans le diamètre de l’aiguille 191.
with :
- ∆Psa the singular head loss in Pascal generated by needle 191;
- kea a unitless coefficient due to the entry of the needle 191;
- ks a unitless coefficient due to the output of the needle 191;
- ρh the density of hydrogen saturated with humidity;
- Vh The speed of dihydrogen in the diameter of needle 191.

Les coefficients kea et ksa sont notamment définis par les changements de diamètre respectivement à l’entrée et à la sortie de l’aiguille 191.The coefficients kea and ksa are notably defined by the changes in diameter respectively at the entry and exit of the needle 191.

Les pertes de charge régulières ∆Pra sont définies comme suit :The regular head losses ∆Pra are defined as follows:

∆Pra=(fa*La*ρh*Vh2)/(2*Da) [Eq6]∆Pra=(fa*La*ρh*Vh 2 )/(2*Da) [Eq6]

avec fa un coefficient de friction de l’écoulement à travers l’aiguille 191. Le coefficient de friction fa, dans l’hypothèse d’un écoulement en régime laminaire est donné par la formule
fa=64/Re [Eq7]
avec Rea le nombre de Reynolds donné par la relation
Rea=ρh*Vh*Da/µh [Eq8]
avec µa la viscosité dynamique du dihydrogène saturé en humidité.
with fa a coefficient of friction of the flow through the needle 191. The coefficient of friction fa, assuming a flow in laminar regime is given by the formula
fa=64/Re [Eq7]
with Rea the Reynolds number given by the relation
Rea=ρh*Vh*Da/µh [Eq8]
with µa the dynamic viscosity of hydrogen saturated with humidity.

La perte de charge Pca de l’aiguille 191 peut être définie suit :The head loss Pca of needle 191 can be defined as follows:

Pca=(((kea+ ksa)*ρh*Vh2)/2)+(32µh*La*Vh)/(Da²) [Eq9]Pca=(((kea+ ksa)*ρh*Vh 2 )/2)+(32µh*La*Vh)/(Da²) [Eq9]

La vitesse Vh est définie par l’équation suivante :
Vh = Qea/Sea [Eq10]
avec
- Qea le débit à travers l’aiguille 191 ;
- Sea la section de passage de l’aiguille 191
avec
Sea=π*Da²/4 [Eq11]
The speed Vh is defined by the following equation:
Vh = Qea/Sea [Eq10]
with
- Qea the flow through the needle 191;
- Sea the needle passage section 191
with
Sea=π*Da²/4 [Eq11]

On déduit de l’équation [Eq10]
Vh=4*Qea/(π*Da²) [Eq12]
We deduce from the equation [Eq10]
Vh=4*Qea/(π*Da²) [Eq12]

On peut alors exprimer Pca comme suit :We can then express Pca as follows:

Pca=(((kea+ ksa)*ρh*(4*Qea/(π*Da²))2)/2)+(128µh*La*(Qea/( π*Da4))) [Eq13]Pca=(((kea+ ksa)*ρh*(4*Qea/(π*Da²)) 2 )/2)+(128µh*La*(Qea/( π*Da 4 ))) [Eq13]

On peut appliquer le même raisonnement à l’ensemble des singularités et linéarités entre la liaison 133 et la zone 192 pour calculer une perte de charge totale Pcs entre la liaison 133 et la zone 192. Pour une géométrie connue entre la liaison 133 et la zone 192, les seules variables ou inconnues restent les valeurs Qea et La. On peut alors simplifier la perte de charge Pcs par la relation suivante :The same reasoning can be applied to all the singularities and linearities between link 133 and zone 192 to calculate a total pressure drop Pcs between link 133 and zone 192. For a known geometry between link 133 and zone 192 192, the only variables or unknowns remain the values Qea and La. We can then simplify the pressure drop Pcs by the following relationship:

Pcs=fm(Qea, La) [Eq14]Pcs= fm (Qea, La) [Eq14]

avecfmune fonction.with fm a function.

En appliquant le même raisonnement pour l’écoulement entre la liaison 133 et le réservoir 8, on obtient Pcr la perte de charge de l’écoulement de dihydrogène jusqu’au réservoir 8 :
Pcr=fn(Qrr) [Eq15]
avecfnune fonction et Qrr le débit de dihydrogène vers le réservoir 8. Cette perte de charge Pcr est notamment fonction du coefficient de perte de charge à travers la vanne 505, généralement fournie avec la documentation technique de son fabricant.
By applying the same reasoning for the flow between connection 133 and reservoir 8, we obtain Pcr the pressure drop of the hydrogen flow to reservoir 8:
Pcr= fn (Qrr) [Eq15]
with fn a function and Qrr the flow rate of dihydrogen to tank 8. This pressure drop Pcr is in particular a function of the pressure drop coefficient through valve 505, generally provided with the technical documentation of its manufacturer.

On considèrera que la variation de pression Pcres entre le connecteur 85 et un orifice de remplissage 84 est due à la hauteur de la colonne d’eau dans le réservoir 8.It will be considered that the pressure variation Pcres between the connector 85 and a filling orifice 84 is due to the height of the water column in the tank 8.

Pcres=(ρ*g*hmax) [Eq16]
avec ρ la masse volumique de l’eau, g la gravité terrestre, et hmax la hauteur de la colonne d’eau dans le réservoir 8. Hmax est par exemple définie par la hauteur au repos de la colonne d’eau dans le réservoir 8, additionnée de la hauteur d’eau due au volume d’eau refoulé dans le réservoir 8 par l’intermédiaire de la vanne 505.
Pcres=(ρ*g*hmax) [Eq16]
with ρ the density of the water, g the earth's gravity, and hmax the height of the water column in the reservoir 8. Hmax is for example defined by the height at rest of the water column in the reservoir 8 , added to the height of water due to the volume of water discharged into the tank 8 via the valve 505.

Hmax=hinit+Veau/ Srext [Eq17]Hmax=hinit+Calf/ Srext [Eq17]

avec hinit la hauteur de la colonne d’eau dans le réservoir 8 au repos, Srext la section du réservoir extérieur 8 selon un plan horizontal.with hinit the height of the water column in tank 8 at rest, Srext the section of the outer tank 8 along a horizontal plane.

Par combinaison de [Eq15] et [Eq16], on déduit :By combining [Eq15] and [Eq16], we deduce:

Pcr+Pcres=fn(Qrr)+ (ρ*g*hmax) [Eq18]Pcr+Pcres= fn (Qrr)+ (ρ*g*hmax) [Eq18]

Les pressions au niveau de la zone 192 et au niveau de l’ouverture 84 sont ici égales à la pression atmosphérique notée Patm. On peut alors déduire des équations [Eq14] et [Eq18] :The pressures at the level of the zone 192 and at the level of the opening 84 are here equal to the atmospheric pressure denoted Patm. We can then deduce from equations [Eq14] and [Eq18]:

fm(Qea, La)-fn(Qrr)-(ρ*g*hmax)=0 [Eq19] fm (Qea,La) -fn (Qrr)-(ρ*g*hmax)=0 [Eq19]

On peut définir le débit total de dihydrogène Qh=(22,4*10-3*La)/193000 [Eq20]We can define the total flow of dihydrogen Qh=(22.4*10 -3 *La)/193000 [Eq20]

Et avec Qh=Qrr+Qea, on a alors :And with Qh=Qrr+Qea, we then have:

fm(((22,4*10-3*La)/193000-Qrr), La)-fn(Qrr)-(ρ*g*hmax)=0 [Eq21] fm (((22.4*10 -3 *La)/193000-Qrr), La)- fn (Qrr)-(ρ*g*hmax)=0 [Eq21]

Par résolution de l’équation [Eq21], par exemple par un solveur numérique, au peut déterminer le débit Qrr renvoyé vers le réservoir 8 lorsque l’eau a été purgée entre la liaison 133 et le réservoir 8 par l’intermédiaire de la vanne 505. Le nombre de Reynolds Rea peut alors être déterminé à partir de [Eq8] pour vérifier l’hypothèse d’un écoulement laminaire du dihydrogène vers le réservoir 8 et l’aiguille 191. Si l’écoulement n’est pas laminaire, il faut recalculer le coefficient de friction fa de pertes de charge linéaire avec un diagramme de Moody.By solving the equation [Eq21], for example by a numerical solver, au can determine the flow rate Qrr returned to tank 8 when the water has been purged between link 133 and tank 8 via the valve 505. The Reynolds Rea number can then be determined from [Eq8] to verify the hypothesis of a laminar flow of dihydrogen towards reservoir 8 and needle 191. If the flow is not laminar, it recalculate the coefficient of friction fa of linear pressure losses with a Moody diagram.

On dimensionnera avantageusement La de sorte que, en régime établi, de façon à favoriser la purge de l’eau :
Qrr>0,8*Qh
La will advantageously be sized so that, in steady state, so as to favor the draining of water:
Qrr>0.8*Qh

La garantie de cette relation en régime établi garanti également cette condition en régime transitoire, puisque la pression de la colonne d’eau dans le réservoir 8 est inférieure en régime transitoire. On pourra réaliser le dimensionnement de sorte que la purge de l’eau (et donc l’atteinte du régime permanent) soit réalisée en une durée inférieure à 0,5 secondes après le démarrage de l’électrolyseur 2.Guaranteeing this relationship in steady state also guarantees this condition in transient state, since the pressure of the water column in reservoir 8 is lower in transient state. The sizing can be carried out so that the water purge (and therefore the steady state is reached) is carried out in less than 0.5 seconds after the start-up of the electrolyser 2.

La figure 8 est une vue de côté en coupe schématique d’un circuit de fluide entre le volume 210 d’alimentation en eau et le réservoir externe 8. Les figures 9 à 13 sont des vues de côté en coupe schématiques du même circuit à différentes étapes de fonctionnement de l’électrolyseur du brûleur 1.Figure 8 is a schematic cross-sectional side view of a fluid circuit between the water supply volume 210 and the external reservoir 8. Figures 9 to 13 are schematic cross-sectional side views of the same circuit at different Burner electrolyser operating steps 1.

Dans le volume 210, il est souhaitable que l’assemblage membrane/électrodes 31 reste immergé dans l’eau contenue dans le volume 210, pour éviter par exemple qu’une partie de la surface active de l’anode 312 soit en contact avec un volume d’air/dioxygène dans la partie supérieure du volume d’alimentation 210. Pour une hauteur minimale hmin de l’eau dans le volume d’alimentation 210, on peut donc considérer que hmin doit être supérieure à une hauteur hmem correspondant au sommet de la surface active de l’assemblage membrane/électrodes 31.In the volume 210, it is desirable for the membrane/electrode assembly 31 to remain immersed in the water contained in the volume 210, to prevent, for example, part of the active surface of the anode 312 from coming into contact with a volume of air/dioxygen in the upper part of the supply volume 210. For a minimum height hmin of the water in the supply volume 210, it can therefore be considered that hmin must be greater than a height hmem corresponding to the top of the active surface of the membrane/electrode assembly 31.

Par ailleurs, les réservoirs 210 et 8 sont reliés par une conduite 80, mettant en communication un orifice 82 du réservoir 210 avec un orifice 81 du réservoir 8. Au repos, pour garantir également un rééquilibrage entre le niveau d’eau du réservoir extérieur 8 et du volume d’alimentation 210, le niveau dans le réservoir extérieur 8 doit être maintenu à une hauteur h2 de l’orifice 82. La hauteur minimale hmin est ici définie par la hauteur h2. L’orifice 82 est ainsi localisé au-dessus de la hauteur hmem.Furthermore, the tanks 210 and 8 are connected by a pipe 80, putting an orifice 82 of the tank 210 in communication with an orifice 81 of the tank 8. At rest, to also guarantee a rebalancing between the water level of the external tank 8 and the supply volume 210, the level in the outer reservoir 8 must be maintained at a height h2 of the orifice 82. The minimum height hmin is here defined by the height h2. The orifice 82 is thus located above the height hmem.

Enfin, le volume 210 est surmonté d’un couvercle 212 dans lequel le circuit d’échappement 211, également désigné évent d’échappement, permet d’évacuer le mélange d’air/dioxygène contenu dans la partie supérieure du volume d’alimentation 210. Une hauteur maximale hms de l’eau dans le volume d’alimentation 210 est définie telle que, au repos du brûleur 1 et comme indiqué sur la figure 9, le niveau d’eau du volume d’alimentation 210 soit avantageusement à minima à 10mm en dessous de l’évent d’échappement 211, pour éviter toute obstruction par de l’eau.Finally, the volume 210 is surmounted by a cover 212 in which the exhaust circuit 211, also designated exhaust vent, makes it possible to evacuate the air/dioxygen mixture contained in the upper part of the supply volume 210 A maximum height hms of the water in the supply volume 210 is defined such that, at rest of the burner 1 and as indicated in FIG. 9, the water level of the supply volume 210 is advantageously at least at 10mm below exhaust vent 211, to prevent water blockage.

On peut ainsi donner un dimensionnement particulier de l’évent d’échappement 211.It is thus possible to give a particular dimensioning of the exhaust vent 211.

Avec un réservoir 8 et un volume d’alimentation 210 de sections horizontales constantes sur leur hauteur, le réservoir extérieur 8 présente une hauteur de réserve ∆h, pour contenir le volume d’eau chassé depuis le volume d’alimentation 210, qui peut être définie comme suit :With a tank 8 and a supply volume 210 of constant horizontal sections over their height, the outer tank 8 has a reserve height Δh, to contain the volume of water expelled from the supply volume 210, which can be defined as follows:

∆h=(Svalim*(hms-hmin))/Srext [Re1]∆h=(Svalim*(hms-hmin))/Srext [Re1]

avec :
- Svalim la section du volume d’alimentation 210 selon un plan horizontal,
- Srext la section du réservoir extérieur 8 selon un plan horizontal.
with :
- Svalim the section of the supply volume 210 according to a horizontal plane,
- Srext the section of the outer tank 8 along a horizontal plane.

La perte de charge Pcech de l’évent calibré 211 peut être déterminée en suivant la règle de conception ci-après : une partie du débit total de dioxygène produit est évacuée par l’évent 211, l’autre partie du débit devant s’échapper en bullant à travers le réservoir 8 pour pouvoir être refroidie avant de s’échapper vers l’extérieur.The head loss Pcech of the calibrated vent 211 can be determined by following the design rule below: part of the total flow of oxygen produced is evacuated by the vent 211, the other part of the flow having to escape by bubbling through tank 8 so that it can be cooled before escaping to the outside.

Dans le présent exemple, l’évent 211 est un cylindre de section circulaire de diamètre d calibré, s’étendant sur une longueur l correspondant à l’épaisseur du couvercle 212. La perte de charge provoquée par l’évent 211 de diamètre calibré est la somme de toutes les pertes de charges singulières et régulières.In the present example, the vent 211 is a cylinder of circular section with a calibrated diameter d, extending over a length l corresponding to the thickness of the cover 212. The pressure drop caused by the vent 211 of calibrated diameter is the sum of all the singular and regular head losses.

La perte de charge singulière ∆Psing est ici due aux changements de section de l’évent 211 :The singular head loss ∆Psing is here due to changes in section of vent 211:

∆Psing=(kent+ksor)*ρo*V2)/2 [Re2]∆Psing=(kent+ksor)*ρo*V 2 )/2 [Re2]

avec :
- ∆Psing la perte de charge singulière en Pascal à travers l’évent 211 ;
- kent un coefficient sans unité dû à l’entrée de l’évent 211 ;
- ksor un coefficient sans unité dû à la sortie de l’évent 211 ;
- ρo la masse volumique de l’oxygène saturé en humidité ;
- V La vitesse du dioxygène dans le diamètre de l’évent 211.
with :
- ∆Psing the singular head loss in Pascal through the vent 211;
- kent a coefficient without unit due to the entry of the vent 211;
- ksor a unitless coefficient due to the outlet of the vent 211;
- ρo the density of oxygen saturated with humidity;
- V The oxygen velocity in the diameter of vent 211.

Les pertes de charge régulières ∆Preg sont définies comme suit :The regular head losses ∆Preg are defined as follows:

∆Preg=(f*l*ρo*V2)/(2*d) [Re3]∆Preg=(f*l*ρo*V 2 )/(2*d) [Re3]

avec f un coefficient de friction de l’écoulement à travers l’évent 211. Le coefficient de friction f, dans l’hypothèse d’un écoulement en régime laminaire est donné par la formule
f=64/Re [Re4]
avec Re le nombre de Reynolds donné par la relation
Re=ρo*V*d/µ [Re5]
avec µ la viscosité dynamique de l’oxygène saturé en humidité.
with f a coefficient of friction of the flow through the vent 211. The coefficient of friction f, assuming a flow in laminar regime is given by the formula
f=64/Re [Re4]
with Re the Reynolds number given by the relation
Re=ρo*V*d/µ [Re5]
with µ the dynamic viscosity of oxygen saturated with humidity.

La perte de charge Pcech de l’évent calibré 211 peut être définie suit :The head loss Pcech of the calibrated vent 211 can be defined as follows:

Pcech=(((kent+ ksor)*ρo*V2)/2)+(32µ*l*V)/(d²) [Re6]Pcech=(((kent+ ksor)*ρo*V 2 )/2)+(32µ*l*V)/(d²) [Re6]

La vitesse V est définie par la relation suivante :
V = Qe/Se [Re7]
avec
- Qe le débit à travers l’évent 211 ;
- Se la section de passage de l’évent circulaire 211
avec
Se=π*d²/4 [Re8]
The speed V is defined by the following relationship:
V = Qe/Se [Re7]
with
- Qe the flow through the vent 211;
- Se the passage section of the circular vent 211
with
Se=π*d²/4 [Re8]

On déduit de la relation [Re7]
V=4*Qe/(π*d²) [Re9]
We deduce from the relation [Re7]
V=4*Qe/(π*d²) [Re9]

On peut alors exprimer Pcech comme suit :We can then express Pcech as follows:

Pcech=(((kent+ ksor)*ρo*(4*Qe/(π*d²))2)/2)+(128µ*l*(Qe/( π*d4))) [Re10]Pcech=(((kent+ ksor)*ρo*(4*Qe/(π*d²)) 2 )/2)+(128µ*l*(Qe/( π*d 4 ))) [Re10]

La géométrie du volume 210 étant connue entre la hauteur h2 et une hauteur hmc correspondant au niveau le plus bas de la surface inférieure du couvercle 212, les seules inconnues/variables sont Qe, Se et l pour la différence de pression entre l’évent 211 et la hauteur h2 à l’intérieur du volume 210. On peut ainsi exprimer cette différence de pression par :
P21 1 -h2=m(Qe, Se, l) [Re11]
avecmune fonction.
The geometry of the volume 210 being known between the height h2 and a height hmc corresponding to the lowest level of the lower surface of the cover 212, the only unknowns/variables are Qe, Se and l for the pressure difference between the vent 211 and the height h2 inside the volume 210. This pressure difference can thus be expressed by:
P 21 1 -h2 = m (Qe, Se, l) [Re11]
with m a function.

En appliquant le même raisonnement pour l’écoulement à travers la conduite 80, on obtient Pccon la perte de charge de l’écoulement de dioxygène à travers cette conduite 80 :
Pccon=n(Qr) [Re12]
avecnune fonction et Qr le débit d’oxygène à travers la conduite 80 et le réservoir 8.
By applying the same reasoning for the flow through the pipe 80, we obtain Pccon the pressure drop of the flow of oxygen through this pipe 80:
Pccon= n (Qr) [Re12]
with n a function and Qr the oxygen flow through line 80 and reservoir 8.

On considèrera que la variation de pression entre une hauteur h1 de l’orifice 81 et la hauteur hms est essentiellement due à la hauteur de colonne d’eau dans le réservoir 8. Dans ce cas, on peut écrire Pcol la pression due à la colonne d’eau comme suit:
Pcol=(ρ*g*hv) [Re13]
avec ρ la masse volumique de l’eau, g la gravité terrestre, et hv=(hmr-h1). Par ailleurs :
hmr=hms+∆h [Re14]
On peut alors définir la différence de pression entre les points 82 et 84 comme suit :
P82-84=n(Qr)+(ρ*g*hv) [Re15]
It will be considered that the pressure variation between a height h1 of the orifice 81 and the height hms is essentially due to the height of the water column in the tank 8. In this case, we can write Pcol the pressure due to the column of water as follows:
Pcol=(ρ*g*hv) [Re13]
with ρ the density of water, g the earth's gravity, and hv=(hmr-h1). Furthermore :
hmr=hms+∆h [Re14]
We can then define the pressure difference between points 82 and 84 as follows:
P 82-84 = n (Qr)+(ρ*g*hv) [Re15]

Les pressions au niveau de l’évent 211 et au niveau de l’ouverture 84, à une hauteur hmr correspondant au sommet du réservoir 8, sont ici égales à la pression atmosphérique notée Patm. On peut donc déduire de la relation [Re11] que la pression P82 au niveau de l’orifice 82 se définit comme
P82=m(Qe, Se, l)+Patm [Re16]
The pressures at the level of the vent 211 and at the level of the opening 84, at a height hmr corresponding to the top of the reservoir 8, are here equal to the atmospheric pressure denoted Patm. We can therefore deduce from the relation [Re11] that the pressure P82 at the level of the orifice 82 is defined as
P82= m (Qe, Se, l)+Patm [Re16]

On peut également déduire de la relation [Re15] que la pression P82 peut aussi se définir comme
P82=n(Qr)+(ρ*g*hv)+Patm [Re17]
We can also deduce from the relation [Re15] that the pressure P82 can also be defined as
P82= n (Qr)+(ρ*g*hv)+Patm [Re17]

On en déduit alors la relation suivante :
m(Qe, Se, l)-n(Qr)-(ρ*g*hv)=0 [Re18]
We then deduce the following relationship:
m (Qe, Se, l)- n (Qr)-(ρ*g*hv)=0 [Re18]

Le débit total de dioxygène Qg généré par l’électrolyseur 2 peut se définir par la relation suivante :
Qg=(22,4*10-3*Iel)/386000 [Re19]
avec Iel le courant d’électrolyse.
La relation
Qg=Qe+Qr [Re20]
est également vérifiée.
On peut en déduire
Qe=(22,4*10-3*Iel)/386000-Qr [Re21]
The total flow of oxygen Qg generated by the electrolyser 2 can be defined by the following relationship:
Qg=(22.4*10 -3 *Iel)/386000 [Re19]
with Iel the electrolysis current.
The relationship
Qg=Qe+Qr [Re20]
is also checked.
We can deduct
Qe=(22.4*10 -3 *Iel)/386000-Qr [Re21]

Par combinaison avec la relation [Re18], on en déduit :
m(((22,4*10-3*Iel)/386000-Qr), Se, l)-n(Qr)-(ρ*g*hv)=0 [Re22]
By combination with the relation [Re18], we deduce:
m (((22.4*10 -3 *Iel)/386000-Qr), Se, l)- n (Qr)-(ρ*g*hv)=0 [Re22]

La résolution de la relation [Re22] (par exemple au moyen d’un solveur numérique) permet de déterminer le débit Qr de dioxygène qui traverse le réservoir externe 8 en régime établi, pour une longueur l donnée de l’évent 211, ainsi que le débit Qe. Le nombre de Reynolds Re peut alors être déterminé à partir de [Re5] pour vérifier l’hypothèse d’un écoulement laminaire dans les canalisations. Si l’écoulement n’est pas laminaire, il faut recalculer le coefficient de friction f de pertes de charge linéaire avec un diagramme de Moody.The resolution of the relation [Re22] (for example by means of a numerical solver) makes it possible to determine the flow rate Qr of dioxygen which crosses the external tank 8 in steady state, for a given length l of the vent 211, as well as the flow rate Qe. The Reynolds number Re can then be determined from [Re5] to verify the hypothesis of laminar flow in pipes. If the flow is not laminar, it is necessary to recalculate the coefficient of friction f of linear head losses with a Moody diagram.

Une fois le débit de gaz Qe passant par l’évent 211 calculé, on peut comparer la proportion de ce débit Qe par rapport au débit Qg. Avantageusement, on fera en sorte de respecter la relation suivante en régime établi :
Qg/2≥Qe [Re23]
et de préférence Qg/3≥Qe [Re24]
Once the gas flow Qe passing through the calculated vent 211, it is possible to compare the proportion of this flow Qe with respect to the flow Qg. Advantageously, we will make sure to respect the following relationship in steady state:
Qg/2≥Qe [Re23]
and preferably Qg/3≥Qe [Re24]

Avantageusement, l’évent 211 (et de façon générale le circuit d’échappement 211) est dimensionné de sorte que le niveau dans le volume d’alimentation 210 et le réservoir externe 8 soit équilibré après l’arrêt de l’électrolyseur. A cet effet, la relation suivante doit être résolue, en plus de la relation [Re23] :Advantageously, the vent 211 (and in general the exhaust circuit 211) is sized so that the level in the supply volume 210 and the external tank 8 is balanced after the electrolyser has stopped. For this purpose, the following relation must be solved, in addition to the relation [Re23]:

ρ*g*hv- [Re25]ρ*g*hv- [Re25]

Par dérivation de la relation [Re16], en tenant compte que seul le flux à travers l’évent 211 participe à l’évolution de la pression P82, on obtient :By derivation of the relation [Re16], taking into account that only the flow through the vent 211 participates in the evolution of the pressure P82, we obtain:

Néanmoins, la résolution de la relation 25 conduit par défaut à un temps infini d’équilibrage des niveaux. On peut considérer le rééquilibrage comme satisfaisant lorsque l’écart après une durée x définie entre le niveau du volume 210 et le niveau du réservoir 8 est inférieur à 10% de ∆h. Dans ce cas, la relation [Re25] devient :Nevertheless, the resolution of relation 25 leads by default to an infinite level balancing time. We can consider the rebalancing as satisfactory when the difference after a duration x defined between the level of volume 210 and the level of reservoir 8 is less than 10% of ∆h. In this case, the relation [Re25] becomes:

Un résultat de dimensionnement peut s’obtenir par itérations de la relation [Re27] en modifiant le diamètre et/ou la longueur de l’évent 211 en fonction du débit de dioxygène produit et fixant une durée x d’équilibrage par exemple au plus égale à 5s.A sizing result can be obtained by iterations of the relation [Re27] by modifying the diameter and/or the length of the vent 211 according to the flow rate of oxygen produced and fixing an equilibration duration x for example at most equal at 5s.

Lorsque cet aspect de l’invention est combiné à la purge entre la liaison 133 et le réservoir 8, comme décrit précédemment, on dimensionne avantageusement les écoulements et les ouvertures/fermetures de la vanne 505 pour que :
-un débit de dihydrogène vers le réservoir 8 soit établi avant un débit de dioxygène vers ce réservoir 8 ;
-le débit de dihydrogène vers le réservoir 8 soit déjà interrompu lorsque le débit de dioxygène vers ce réservoir 8 est établi. L’instant d’apparition du débit de dioxygène vers le réservoir 8 peut être déterminé expérimentalement.
When this aspect of the invention is combined with the purge between the connection 133 and the tank 8, as described above, the flows and the openings/closings of the valve 505 are advantageously dimensioned so that:
a dihydrogen flow to tank 8 is established before a dioxygen flow to this tank 8;
the flow of dihydrogen to tank 8 is already interrupted when the flow of dioxygen to this tank 8 is established. The instant of appearance of the flow of oxygen to the tank 8 can be determined experimentally.

La réaction d’électrolyse génère un volume de dihydrogène double de celui du dioxygène, du fait de la stœchiométrie. Si le volume d’eau à déplacer pour atteindre le réservoir 8 était identique pour le dioxygène (via la conduite 80) et pour le dihydrogène (via la vanne 505), le dioxygène devrait atteindre le réservoir 8 en un temps double du temps nécessaire au dihydrogène. Afin de garantir que l’écoulement de dihydrogène puise être interrompu lorsque l’écoulement de dioxygène vers le réservoir 8 s’établit, on respecte avantageusement la relation suivante :
Vdh<Vdo/4 [Re28]
avec Vdh le volume à parcourir pour le dihydrogène à partir de la configuration au repos, avant d’atteindre le réservoir 8 par l’intermédiaire de la vanne 505, Vdo le volume à parcourir pour le dioxygène à partir de la configuration au repos, avant d’atteindre le réservoir 8 par l’intermédiaire de la conduite 80.
The electrolysis reaction generates a volume of dihydrogen twice that of dioxygen, due to the stoichiometry. If the volume of water to be moved to reach tank 8 were identical for the dioxygen (via pipe 80) and for the dihydrogen (via valve 505), the dioxygen should reach tank 8 in twice the time required for the dihydrogen. In order to guarantee that the flow of dihydrogen can be interrupted when the flow of dioxygen towards the tank 8 is established, the following relationship is advantageously respected:
Vdh<Vdo/4 [Re28]
with Vdh the volume to be traversed for the dihydrogen from the configuration at rest, before reaching the reservoir 8 via the valve 505, Vdo the volume to be traversed for the dioxygen from the configuration at rest, before to reach reservoir 8 via line 80.

Pour ne pas retarder excessivement l’écoulement de dioxygène dans le reservoir 8, on respecte avantageusement la relation suivante:
Vdo/8<Vdh<Vdo/4 [Re29]
In order not to excessively delay the flow of oxygen in the reservoir 8, the following relationship is advantageously respected:
Vdo/8<Vdh<Vdo/4 [Re29]

Selon un autre aspect de l’invention, un circuit de refroidissement à air 700 est ménagé dans un boîtier 70. L’alimentation électrique 7 est logée dans ce boîtier 70 et bénéficie donc du refroidissement par le circuit 700.According to another aspect of the invention, an air cooling circuit 700 is arranged in a box 70. The power supply 7 is housed in this box 70 and therefore benefits from the cooling by the circuit 700.

La figure 14 est une vue en perspective du brûleur à hydrogène 1 avec une section au niveau d’un volume d’aération du boîtier 70. Le mouvement d’air dans le circuit de refroidissement 700 est ici généré par un ventilateur 703. Le ventilateur 703 est avantageusement placé entre une entrée 701 et une sortie 702 ménagées dans des parois du boîtier 70. Le ventilateur 703 comporte par exemple un moteur électrique alimenté par l’alimentation électrique 7.FIG. 14 is a perspective view of the hydrogen burner 1 with a section at the level of a ventilation volume of the casing 70. The movement of air in the cooling circuit 700 is here generated by a fan 703. The fan 703 is advantageously placed between an inlet 701 and an outlet 702 formed in the walls of the box 70. The fan 703 comprises for example an electric motor powered by the power supply 7.

L’entrée 701 est avantageusement ménagée en partie basse d’une paroi externe du boîtier 70. L’entrée 701 peut par exemple être ménagée dans la paroi latérale externe du boîtier 70, comme représenté figure 14, ou par exemple dans la paroi constituant le fond du boîtier 70.The inlet 701 is advantageously made in the lower part of an outer wall of the casing 70. The inlet 701 can for example be made in the outer side wall of the casing 70, as shown in FIG. 14, or for example in the wall constituting the caseback 70.

La sortie 702 est avantageusement ménagée en partie haute de la paroi latérale du boîtier 70 immédiatement voisine du réservoir externe 8. Cette paroi latérale est ici opposée à la paroi latérale externe dans laquelle est ménagée l’entrée 701 précédemment décrite, afin d’optimiser le refroidissement de l’alimentation 7.The outlet 702 is advantageously provided in the upper part of the side wall of the housing 70 immediately adjacent to the outer reservoir 8. This side wall is here opposite the outer side wall in which the inlet 701 described above is provided, in order to optimize the power supply cooling 7.

Comme illustré à la figure 14, l’entrée 701 et la sortie 702 présentent par exemple des formes rectangulaires. Les faces inférieure et supérieure de la paroi délimitant la sortie 702 présentent par exemple une inclinaison par rapport à un plan horizontal parallèle à la face supérieure externe du boîtier 70. Pour ces faces inférieure et supérieure, leurs arrêtes internes au boîtier 70 sont placées avantageusement en dessous de leurs arrêtes externes ; on peut ainsi considérer que la sortie 702 présente une inclinaison montante de l’intérieur vers l’extérieur du boîtier 70, afin d’orienter le flux d’air sortant vers le dessus du réservoir.As illustrated in FIG. 14, the input 701 and the output 702 have, for example, rectangular shapes. The lower and upper faces of the wall delimiting the outlet 702 have for example an inclination with respect to a horizontal plane parallel to the outer upper face of the box 70. For these lower and upper faces, their edges internal to the box 70 are advantageously placed in below their outer edges; it can thus be considered that the outlet 702 has an upward inclination from the inside to the outside of the housing 70, in order to direct the outgoing air flow towards the top of the tank.

Du fait du bullage produit dans le réservoir 8 selon un autre aspect de l’invention précédemment décrit, des réactifs gazeux produits lors de la réaction d’électrolyse sont amenés à s’échapper des orifices 84 pratiqués dans le couvercle du réservoir 8. Le flux d’air créé par le circuit de refroidissement 700 et passant via la sortie 702 contribue à la dilution de ces réactifs gazeux en débouchant au niveau d’une partie supérieure de la cellule électrochimique, et en particulier au niveau de la partie supérieure du réservoir 8. La sortie 702 pourra présenter différentes formes possibles en fonction de la forme et de la direction souhaitées pour le flux d’air de dilution.Due to the bubbling produced in the reservoir 8 according to another aspect of the invention described above, gaseous reactants produced during the electrolysis reaction are caused to escape from the orifices 84 made in the lid of the reservoir 8. The flow of air created by the cooling circuit 700 and passing via the outlet 702 contributes to the dilution of these gaseous reactants by emerging at the level of an upper part of the electrochemical cell, and in particular at the level of the upper part of the tank 8 The outlet 702 could have different possible shapes depending on the shape and direction desired for the flow of dilution air.

Une telle dilution permet de réduire le risque d’inflammation en garantissant une très faible concentration de dihydrogène au dessus du réservoir. Une telle dilution est en outre effectuée sans rendre l’électrolyseur plus complexe ou consommateur d’énergie, puisqu’on réutilise un flux d’air déjà disponible pour assurer le refroidissement de l’alimentation électrique 7.Such a dilution makes it possible to reduce the risk of ignition by guaranteeing a very low concentration of dihydrogen above the tank. Such a dilution is also carried out without making the electrolyser more complex or energy-consuming, since an air flow already available is reused to ensure the cooling of the electrical power supply 7.

Le sens d’écoulement choisi (aspiration d’air frais par 701 puis soufflage d’air du compartiment électrique 70 par la sortie 702 vers le dessus du réservoir potentiellement enrichi en H2, et non aspiration d’air potentiellement enrichi en hydrogène par l’entrée 701) permet d’éviter que de l’air enrichi en hydrogène ne traverse le boîtier 70 et n’entre en contact avec des composants électriques de l’alimentation 7, pouvant potentiellement générer des étincelles.The direction of flow chosen (suction of fresh air via 701 then blowing of air from the electrical compartment 70 via outlet 702 towards the top of the tank potentially enriched with H 2 , and not suction of air potentially enriched with hydrogen via the inlet 701) prevents hydrogen-enriched air from passing through housing 70 and coming into contact with electrical components of power supply 7, which could potentially generate sparks.

Cet aspect de l’invention s’avère particulièrement intéressant en combinaison avec la mise en communication du réservoir externe 8 avec le réservoir de récupération 504 par l’intermédiaire de la vanne 505, du fait d’une potentielle évacuation de dihydrogène par l’intermédiaire du réservoir externe 8.This aspect of the invention proves to be particularly advantageous in combination with the placing of the external tank 8 in communication with the recovery tank 504 via the valve 505, due to a potential evacuation of dihydrogen via of the external tank 8.

La sortie 702 et le circuit de refroidissement 700 pourront être conçus pour adapter le flux d’air sortant, afin que ce flux soit laminaire, turbulent ou tourbillonnaire en fonction d’un mode de dilution souhaité.The outlet 702 and the cooling circuit 700 can be designed to adapt the outgoing air flow, so that this flow is laminar, turbulent or vortex depending on a desired dilution mode.

Claims (12)

Electrolyseur d’eau (2), comprenant :
-une cellule électrochimique (21) d’électrolyse d’eau comprenant un assemblage membrane/électrodes (31) incluant une membrane échangeuse de protons (311), une première face de l’assemblage membrane/électrodes comportant une anode (312) et étant en communication avec un volume d’alimentation en eau (210), une deuxième face de l’assemblage membrane/électrodes (31) étant en communication avec un collecteur de dihydrogène (410) ;
caractérisé en ce que :
-l’électrolyseur comprend un réservoir d’eau liquide externe (8) présentant une ouverture (84) en partie supérieure mettant en communication l’intérieur du réservoir externe et l’extérieur ;
-l’électrolyseur comprend une conduite (80) présentant une première connexion (81) raccordée au réservoir externe (8) et une deuxième connexion (82) raccordée au volume d’alimentation en eau (210) au moins au niveau d’une extrémité supérieure de l’anode (312), la première connexion étant située en dessous de la deuxième connexion ;
-ledit volume d’alimentation en eau (210) comporte un circuit d’échappement (211) mettant en communication la partie supérieure du volume d’alimentation en eau avec l’extérieur, le circuit d’échappement (211) étant dimensionné pour vérifier la relation suivante :
Pcech ≥ Pccon + (ρ*g*hv), avec Pcech la perte de charge de l’écoulement de dioxygène à travers le circuit d’échappement (211), Pccon la perte de charge de l’écoulement de dioxygène à travers ladite conduite (80), ρ la masse volumique de l’eau, g la gravité terrestre, et hv la différence de hauteur entre la première connexion (81) et le niveau d’eau maximal dans ledit réservoir externe (8).
Water electrolyser (2), comprising:
-an electrochemical cell (21) for water electrolysis comprising a membrane/electrode assembly (31) including a proton exchange membrane (311), a first face of the membrane/electrode assembly comprising an anode (312) and being in communication with a water supply volume (210), a second face of the membrane/electrode assembly (31) being in communication with a dihydrogen collector (410);
characterized in that:
the electrolyser comprises an external liquid water tank (8) having an opening (84) in the upper part placing the inside of the external tank in communication with the outside;
- the electrolyser comprises a pipe (80) having a first connection (81) connected to the external tank (8) and a second connection (82) connected to the water supply volume (210) at least at one end upper part of the anode (312), the first connection being located below the second connection;
-said water supply volume (210) comprises an exhaust circuit (211) putting the upper part of the water supply volume into communication with the outside, the exhaust circuit (211) being sized to check the following relationship:
Pcech ≥ Pccon + (ρ*g*hv), with Pcech the pressure drop of the oxygen flow through the exhaust circuit (211), Pccon the pressure drop of the oxygen flow through said pipe (80), ρ the density of water, g the earth's gravity, and hv the difference in height between the first connection (81) and the maximum water level in said external tank (8).
Electrolyseur d’eau (2) selon la revendication 1, dans lequel ladite ouverture (84) du réservoir externe (8) est configurée pour permettre le remplissage en eau du réservoir externe (8).Water electrolyser (2) according to claim 1, in which said opening (84) of the external tank (8) is configured to allow water to be filled in the external tank (8). Electrolyseur d’eau (2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit réservoir externe (8) comporte une paroi transparente (83) s’étendant sur une hauteur entre les premier et deuxième orifices (81, 82).Water electrolyser (2) according to claim 1 or 2, wherein said outer tank (8) has a transparent wall (83) extending over a height between the first and second orifices (81, 82). Electrolyseur d’eau (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans lequel le volume d’alimentation en eau (210) est délimité par une paroi supérieure (212), le circuit d’échappement (211) étant constitué d’un alésage traversant la paroi supérieure.Water electrolyzer (2) according to any one of the preceding claims, in which the water supply volume (210) is delimited by an upper wall (212), the exhaust circuit (211) being constituted of a bore passing through the upper wall. Electrolyseur d’eau (2) selon les revendications 3 et 4, dans lequel le réservoir externe (8) comporte un marqueur d’un niveau maximal de remplissage, le marqueur étant disposé au moins 10mm en dessous dudit alésage traversant (211).Water electrolyser (2) according to Claims 3 and 4, in which the external tank (8) comprises a marker of a maximum filling level, the marker being placed at least 10mm below the said through-bore (211). Electrolyseur d’eau (2) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel ledit alésage est ménagé dans un élément amovible de la paroi supérieure (212)Water electrolyzer (2) according to Claim 4 or 5, in which the said bore is provided in a removable element of the upper wall (212) Electrolyseur d’eau (2) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel ledit alésage est cylindrique.Water electrolyser (2) according to any of claims 4 to 6, wherein said bore is cylindrical. Electrolyseur d’eau (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première connexion (81) est située au niveau de la partie inférieure du réservoir extérieur (8).Water electrolyzer (2) according to any one of the preceding claims, in which the first connection (81) is located at the level of the lower part of the outer tank (8). Electrolyseur d’eau (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, incluant en outre une alimentation électrique (7) configurée pour appliquer une puissance électrique ou un courant ou une différence de potentiel entre lesdites première et deuxième faces de l’assemblage membrane/électrodes (31) de façon à hydrolyser de l’eau présente dans ledit volume d’alimentation (212).A water electrolyser (2) according to any preceding claim, further including a power supply (7) configured to apply electrical power or current or potential difference between said first and second faces of the membrane assembly /electrodes (31) so as to hydrolyze water present in said supply volume (212). Electrolyseur d’eau (2) selon la revendication 9, dans lequel l’alimentation électrique (7) est configurée pour générer un débit volumique de dioxygène Qg, et dans lequel la perte de charge Pcech est dimensionnée de sorte que Qe<Qg/3, dans lequel Qe est le débit volumique de dioxygène à travers le circuit d’échappement (211).Water electrolyser (2) according to claim 9, in which the power supply (7) is configured to generate a volume flow rate of dioxygen Qg, and in which the pressure drop Pcech is dimensioned so that Qe<Qg/3 , where Qe is the volume flow rate of oxygen through the exhaust circuit (211). Electrolyseur d’eau (2) selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le circuit d’échappement (211) est dimensionné pour permettre un équilibrage des niveaux d’eau du réservoir externe (8) et du volume d’alimentation en eau (210) en une durée inférieure à 5s après l’arrêt de ladite alimentation électrique (7).Water electrolyser (2) according to claim 9 or 10, in which the exhaust circuit (211) is sized to allow balancing of the water levels of the external tank (8) and of the water supply volume ( 210) in a period of less than 5s after the shutdown of said power supply (7). Brûleur (1), caractérisé en ce qu’il inclut un électrolyseur d’eau (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une tête de brûlage (19) raccordée au collecteur de dihydrogène et configurée pour enflammer le dihydrogène provenant du collecteur.Burner (1), characterized in that it includes a water electrolyzer (2) according to any one of the preceding claims, further comprising a burning head (19) connected to the dihydrogen collector and configured to ignite the dihydrogen from the collector.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5399251A (en) * 1990-04-26 1995-03-21 Nakamats; Yoshiro System for generating hydrogen and oxygen
EP3101158A1 (en) * 2014-01-31 2016-12-07 Delgado Rodriguez, Luis Alfonso Electrochemical reactor for producing oxyhydrogen gas

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5399251A (en) * 1990-04-26 1995-03-21 Nakamats; Yoshiro System for generating hydrogen and oxygen
EP3101158A1 (en) * 2014-01-31 2016-12-07 Delgado Rodriguez, Luis Alfonso Electrochemical reactor for producing oxyhydrogen gas

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