FR3113683A1 - Submerged hydrogen production and storage device. - Google Patents
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Abstract
L’objet de l’invention est un dispositif qui comprend une partie immergée (12) qui produit de l’hydrogène par électrolyse du milieu aqueux et stocke ce gaz sous-pression hydrostatique naturelle et une partie émergée (10) qui alimente et contrôle le dispositif et récupère (14) l’hydrogène produite sous-pression.The object of the invention is a device which comprises an immersed part (12) which produces hydrogen by electrolysis of the aqueous medium and stores this gas under natural hydrostatic pressure and an emerged part (10) which supplies and controls the device and recovers (14) the hydrogen produced under pressure.
Description
La présente invention concerne un dispositif de production et de stockage immergé de gaz d’hydrogène. Le but du dispositif selon la présente invention est de produire de manière immergée de l’hydrogène par électrolyse du milieu aqueux et de le stocker en profondeur.The present invention relates to a device for the production and submerged storage of hydrogen gas. The purpose of the device according to the present invention is to produce hydrogen submerged by electrolysis of the aqueous medium and to store it at depth.
L’intérêt pour la production d’hydrogène de manière décarbonnée grandit dans le contexte de transition énergétique. Les énergies renouvelables usuelles sont intermittentes et le problème de la permanence de l’énergie se pose. Le stockage de l’énergie sous forme d’hydrogène puis son utilisation dans des piles à combustible ou dans la méthanation est un des moyens pour répondre à la demande lorsque l’énergie intermittente n’est pas disponible.Interest in the production of hydrogen in a carbon-free way is growing in the context of energy transition. The usual renewable energies are intermittent and the problem of the permanence of the energy arises. Storing energy in the form of hydrogen and then using it in fuel cells or in methanation is one way of meeting demand when intermittent energy is not available.
La production d’hydrogène par électrolyse dans un milieu aqueux est bien connue depuis longtemps. Outre la nature du milieu et des électrodes, cette production nécessite un optimum entre la densité de courant fournie à la surface de la cathode et l’hydrogène issue de la réaction électrochimique, dans des conditions de pression et de température usuelles. Le problème provient du stockage de l’hydrogène. Le gaz stocké sous forme liquide ou solide consomme beaucoup d’énergie et nécessite des matériaux et des contenants de stockage sécurisés très couteux. En revanche, le stockage sous forme gazeux nécessite des contenants volumineux. L’objet de la présente invention est de proposer un moyen de production et de stockage d’hydrogène à bas coût, de manière sécurisée.The production of hydrogen by electrolysis in an aqueous medium has been well known for a long time. In addition to the nature of the medium and the electrodes, this production requires an optimum between the current density supplied to the surface of the cathode and the hydrogen resulting from the electrochemical reaction, under the usual pressure and temperature conditions. The problem comes from the storage of hydrogen. Gas stored in liquid or solid form consumes a lot of energy and requires very expensive materials and secure storage containers. On the other hand, storage in gaseous form requires bulky containers. The object of the present invention is to provide a means of producing and storing hydrogen at low cost, in a secure manner.
Le dispositif de production et de stockage immergé d’hydrogène, selon l’invention, est maintenant décrit en détail suivant un mode de réalisation particulier, non limitatif, ceci en regard du dessin qui montre :The submerged hydrogen production and storage device, according to the invention, is now described in detail according to a particular, non-limiting embodiment, with reference to the drawing which shows:
La
Le dispositif selon l’invention comprend, dans le mode de réalisation représenté, une partie qui génère le courant nécessaire à l’électrolyse et pilote le dispositif (10) une partie immergée qui produit et stocke l’hydrogène issu de la réaction électrochimique sur la cathode (12). Une partie (14) qui utilise le gaz produit et trouve application dans une pile à hydrogène ou un dispositif de méthanation.The device according to the invention comprises, in the embodiment represented, a part which generates the current necessary for the electrolysis and controls the device (10) an immersed part which produces and stores the hydrogen resulting from the electrochemical reaction on the cathode (12). A part (14) which uses the produced gas and finds application in a hydrogen fuel cell or a methanation device.
La partie en surface (10), comprend la production d’énergie nécessaire à l’électrolyse avec le stockage (10-1), le pilotage du dispositif (10-2) et les moyens de communications (10-3).The surface part (10) includes the production of energy necessary for electrolysis with the storage (10-1), the control of the device (10-2) and the means of communication (10-3).
Les moyens de production de l’énergie électrique peuvent être éoliens, biochimiques, hydroliens, thermiques et dans le mode de réalisation particulier, représenté par panneaux photovoltaïques et éolien avec un stockage électrique sous forme de batteries (10-1). La puissance électrique nécessaire pour atteindre l’optimum de réaction sur la surface de la cathode est assurée par une logique numérique qui pilote le dispositif (10-2).The means of production of electrical energy can be wind, biochemical, tidal, thermal and in the particular embodiment, represented by photovoltaic panels and wind with electrical storage in the form of batteries (10-1). The electrical power necessary to achieve the optimum reaction on the surface of the cathode is ensured by a digital logic which drives the device (10-2).
Les moyens de communications par ondes hertziennes (10-3) contenus dans la partie aérienne (10) peuvent être des moyens sur de très longues distances afin de pouvoir transmettre et recevoir les données et paramètres de la logique numérique. Ladite logique numérique (10-2) permet de contrôler l’ensemble du dispositif, en courant électrique, en volume d’hydrogène produit et délivré (14-1).The means of communications by hertzian waves (10-3) contained in the aerial part (10) can be means over very long distances in order to be able to transmit and receive the data and parameters of the digital logic. Said digital logic (10-2) makes it possible to control the entire device, in electric current, in volume of hydrogen produced and delivered (14-1).
La partie immergée (12) du dispositif possède une enveloppe de stockage (12-1), en l’occurrence hémisphérique souple, dans le mode réalisation particulier mais trouve application à l’identique dans d’autres géométries souples ou rigides. Ladite enveloppe (12-1) possède une ouverture supérieure (12-3) pour la récupération de l’hydrogène. Ladite ouverture possède du côté de la partie intérieure de l’enveloppe, un capteur de niveau d’eau (12-6) qui permet de contrôler le niveau d’hydrogène stocké (12-5).The submerged part (12) of the device has a storage envelope (12-1), in this case flexible hemispherical, in the particular embodiment but finds identical application in other flexible or rigid geometries. Said envelope (12-1) has an upper opening (12-3) for the recovery of hydrogen. Said opening has on the side of the inner part of the envelope, a water level sensor (12-6) which makes it possible to control the level of stored hydrogen (12-5).
La partie supérieure de l’enveloppe (12-3) est reliée à la surface par un tuyau souple (14-3) qui dispose à son extrémité un détendeur/débitmètre (14-1) et une électrovanne (14-2).The upper part of the casing (12-3) is connected to the surface by a flexible pipe (14-3) which has a pressure reducer/flow meter (14-1) and a solenoid valve (14-2) at its end.
L’enveloppe de stockage (12-1) est maintenue sur le fond, en l’occurrence par des lests (12-2) dans le mode de réalisation particulier mais trouve application à l’identique par des fixations dans le fond du milieu.The storage envelope (12-1) is held on the bottom, in this case by weights (12-2) in the particular embodiment but finds an identical application by fixings in the bottom of the middle.
La cathode (12-4) maintenue au fond du milieu, en l’occurrence par des fixations (12-7) est disposée à l’aplomb de l’enveloppe (12-1). Ladite cathode (12-4) soumise à un courant électrique dégaze par réaction électrochimique de l’hydrogène sous forme de bulles (12-5).The cathode (12-4) held at the bottom of the medium, in this case by fixings (12-7) is placed directly above the casing (12-1). Said cathode (12-4) subjected to an electric current degasses by electrochemical reaction of hydrogen in the form of bubbles (12-5).
L’anode (12-8) maintenue au fond par des fixations (12-7), est écartée de la cathode (12-4) de manière à ce que les gaz produits (12-9) le long de la surface de ladite anode ne puissent pas être accumulés au sein de l’enveloppe (12-1).The anode (12-8) held at the bottom by fixings (12-7), is separated from the cathode (12-4) so that the gases produced (12-9) along the surface of said anode cannot be accumulated within the casing (12-1).
La partie emmergée (14) qui récupère l’hydrogène, possède un détendeur et débitmètre (14-1), afin de réguler la pression et le débit nécessaire pour l’usage de l’hydrogène ainsi qu’une électrovanne (14-2) qui contrôle le niveau de l’hydrogène accumulée dans l’enveloppe (12-1).The submerged part (14) which recovers the hydrogen, has a pressure reducer and flowmeter (14-1), in order to regulate the pressure and the flow rate necessary for the use of hydrogen as well as a solenoid valve (14-2) which controls the level of hydrogen accumulated in the envelope (12-1).
Le dispositif selon la présente invention est mis en œuvre suivant le procédé qui comprend les étapes suivantes :
- Mise en place des moyens d’ancrage ou de lest sur le fond du milieu.
- Immersion et fixation de l’enveloppe (12-1) aux moyens d’ancrage et fermeture de l’électrovanne (14-1) afin d’éviter les remontées aqueuses.
- Mise en place et fixation de la cathode (12-4) sur le fond sous l’enveloppe (12) et fixation de l’anode (12-8) à l’écart de l’enveloppe (12-1). Les électrodes sont raccordées à la source de courant continu provenant de la partie émergée (10-1).
- Raccordement des moyens de production d’énergie (10) nécessaire à l’électrolyse, ainsi que des moyens de commande et d’acquisition du niveau d’eau (12-6) et de contrôle de l’électrovanne (14-2).
- Pilotage par les moyens de communications et de programmation de l’électrolyse ainsi que du capteur de niveau d’eau (12-6) et de l’électrovanne (14-2).
- Installation of means of anchoring or ballast on the bottom of the middle.
- Immersion and fixing of the envelope (12-1) to the anchoring means and closing of the solenoid valve (14-1) in order to avoid aqueous rises.
- Installation and fixing of the cathode (12-4) on the bottom under the casing (12) and fixing of the anode (12-8) away from the casing (12-1). The electrodes are connected to the direct current source coming from the emerged part (10-1).
- Connection of the energy production means (10) necessary for the electrolysis, as well as the means for controlling and acquiring the water level (12-6) and controlling the solenoid valve (14-2).
- Piloting by means of communications and programming of the electrolysis as well as the water level sensor (12-6) and the solenoid valve (14-2).
Ces étapes sont détaillées. L’enveloppe est positionnée à la profondeur choisie, fixée aux ancrages du fond du milieu. Tant que l’eau est en contact avec le capteur (12-6), l’électrovanne d’évacuation (14-2) est maintenue fermée. Les électrodes sont fixées à leurs ancrages respectifs (12-7) et reliées à l’alimentation électrique. Le système de commande délivre du courant aux électrodes. Sur la cathode (12-4) des bulles d’hydrogène se forment (12-5), remontent par poussée d’Archimède à la verticale et s’accumulent dans l’enveloppe (12-5). L’hydrogène produit fait baisser le niveau d’eau dans l’enveloppe étanche, le capteur d’eau n’est plus en contact avec l’eau et l’électrovanne située dans la partie émergée peut être ouverte pour utiliser le gaz. Le système de commande calcul le volume estimé produit par la cathode et consommé mesuré par le débitmètre. Si le volume maximal de l’enveloppe est atteint, il coupe le courant.These steps are detailed. The envelope is positioned at the chosen depth, fixed to the anchors at the bottom of the middle. As long as the water is in contact with the sensor (12-6), the drain solenoid valve (14-2) is kept closed. The electrodes are attached to their respective anchors (12-7) and connected to the power supply. The control system delivers current to the electrodes. On the cathode (12-4) hydrogen bubbles form (12-5), rise vertically by Archimedes' thrust and accumulate in the envelope (12-5). The hydrogen produced lowers the water level in the sealed envelope, the water sensor is no longer in contact with the water and the solenoid valve located in the emerged part can be opened to use the gas. The control system calculates the estimated volume produced by the cathode and consumed measured by the flowmeter. If the maximum volume of the envelope is reached, it switches off the current.
Dans un mode de réalisation particulier du dispositif de production et de stockage d’hydrogène immergé selon l’invention, la partie immergée (12) stocke dans de grands volumes, l’hydrogène sous forme gazeuse après avoir produit la réaction d’électrolyse du milieu aqueux sous-pression hydrostatique naturelle.In a particular embodiment of the submerged hydrogen production and storage device according to the invention, the submerged part (12) stores in large volumes, the hydrogen in gaseous form after having produced the electrolysis reaction of the medium aqueous under natural hydrostatic pressure.
Dans un autre mode de réalisation particulier, le contrôle du stockage, du débit et de la pression de l’hydrogène est asservi par la partie émergée (14) et commandée par une logique numérique (10).In another particular embodiment, the control of the storage, the flow rate and the pressure of the hydrogen is controlled by the emerged part (14) and controlled by a digital logic (10).
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