WO2011023865A1 - Improved equipment for producing hydrogen - Google Patents

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WO2011023865A1
WO2011023865A1 PCT/FR2010/000585 FR2010000585W WO2011023865A1 WO 2011023865 A1 WO2011023865 A1 WO 2011023865A1 FR 2010000585 W FR2010000585 W FR 2010000585W WO 2011023865 A1 WO2011023865 A1 WO 2011023865A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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water
chamber
pressure
hydrogen
mixture
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/000585
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French (fr)
Inventor
Pascal Morand
Fabien Aupretre
Original Assignee
Compagnie Europeenne Des Technologies De L'hydrogene
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • C25B15/08Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/133Renewable energy sources, e.g. sunlight

Definitions

  • the present invention relates to an installation for producing gaseous hydrogen by electrolysis of water.
  • Hydrogen is an alternative to hydrocarbons because it is an easily storable energy carrier, unlike electricity, and its oxidation releases a very important energy (285 kJ / mole).
  • alkaline electrolysers which are characterized by the use of a liquid electrolyte which allows the transfer of the hydroxyl ions (OH-) from the cathode to the anode, - the electrolysers at high temperature, the electrolyte of which is a ceramic; this technology is only at the demonstrator stage,
  • membrane electrolysers the electrolyte of which is a proton conduction ion exchange membrane.
  • PEM membrane electrolysers Proton Exchange Membrane
  • a disadvantage of membrane electrolysers PEM is that they must be fed with extremely pure water because the impurities pollute the membrane. These types of electrolysers require the incorporation of water purification systems, resin or otherwise, before electrolysing water. If the electrolyser rejects purified water, this results in greater water consumption and thus a premature loss of effectiveness of the resins and the need to change or regenerate them more often.
  • the invention proposes a hydrogen production plant, comprising
  • an electrolysis cell arranged for electrolysing water received at the inlet, separating at the outlet a mixture of water-O 2 on the one hand, and a mixture of water-H2 on the other hand,
  • a first chamber adapted to separate a water-O 2 mixture, connected at the inlet to said purified water supply circuit and at the outlet of the water-O 2 mixture of said cell, and connected at the output to an extraction circuit for O2 and at an inlet of said cell for water,
  • a second chamber adapted to separate a water-H2 mixture, connected at the inlet to the outlet of the H2-water mixture of said cell, and connected at the output to an extraction circuit for the H2 and to an inlet of the cell for the water,
  • a duct connecting the first and second chambers comprising a solenoid valve capable of controlling a transfer of water from the second chamber to the first chamber in order to regulate the water level therebetween, and
  • the electrolysis means of the water may consist of a stack of several electrochemical cells PEM membrane mounted in series, which is called a "stack".
  • the "stack" is supplied with direct current by a generator whose output voltage can be adjustable.
  • the electrolysis installation of the water may comprise purified water recycling loops:
  • the plant according to the invention converts into H2 and O2 all the water it consumes, the recombination device ensuring the safety of the installation.
  • the first and second chambers play an important role in the invention because a large volume of water is entrained with the gases leaving the electrolysis cell.
  • the invention proposes to use as first and second chambers liquid level regulators, very compact, which has several advantages: the dead volume is low; however, the standards applicable to the safety of pressure vessels set thresholds expressed in maximum pressure x volume;
  • level regulators continuously deliver a signal depending on the liquid level, which can be operated by a computer, particularly when the maximum level or the minimum level of liquid is reached.
  • the water supply circuit can be connected to running water and has several water purification units, which can be of different types (for example resin and / or activated carbon) for better purification.
  • the water supply circuit of the installation is remarkable in that instead of directly feeding the electrolysis stack, it feeds the first chamber, using the fact that regulators are used. level to fulfill this separation function.
  • the water supply circuit can be connected to a deionized water storage tank.
  • the gas extraction circuits may each comprise a gas purification unit whose function is to retain the water vapor, this water being recycled to the storage tank.
  • the said gas purification unit may comprise a Peltier-effect gas cooler or an exchanger. of heat coupled to a cold group.
  • the two gas circuits may each have an output pressure regulating means which may be for example a pressure regulator which is both a pressure sensor and a proportional solenoid valve.
  • an output pressure regulating means which may be for example a pressure regulator which is both a pressure sensor and a proportional solenoid valve.
  • the circuits H2 and 02 of the hydrogen production plant according to the invention can be provided with means for evacuation of the gases, for example proportional valves or vents, intended to bring down the pressure instantly. case of overpressure. In the variant of the installation described above, the operating pressure is about 10 bar.
  • the installation can operate at higher pressure, for example up to 50 bar and beyond; it then has the advantage of delivering gases at higher pressure for storage and thus avoid compression stages, whose performance is poor, downstream of the installation.
  • the installation according to the invention may comprise a control / command unit comprising an industrial programmable controller whose inputs are connected to the sensors of the installation (water levels, pressure, temperature, conductivity, gas flow, amperage. .) and whose outputs are connected to the actuators of the installation (circulation means, solenoid valves, generator ).
  • the programmable logic controller executes a sequence of instructions stored in one of its components, which allows a user to control the hydrogen production plant, for example according to several modes of operation, in particular:
  • a "Hydrogen Production” mode in which the user-supplied setpoint data are the flow and operating pressure of the plant; the gases produced can be used for any application requiring hydrogen and / or oxygen;
  • a "hydrogen storage" mode in which the user-supplied setpoint data are the flow rate and the filling pressure of the tank; by the very design of the installation, the increase in pressure is progressive and, in the case of a hydride recharge, this avoids a rise in temperature of the hydride and thus ensures optimum filling;
  • a "hydrogen consumption” mode for example fuel cell power supply being tested, in which the setpoint data is an initial flow rate, regulated by the pressure to take into account the consumption of the battery.
  • the programmable logic controller executes the following algorithms:
  • the temperature sensor is designed to measure the temperature of the water at the outlet of the electrolysis stack, this measurement being used by the programmable logic controller to adapt the voltage across said electrolysis stack as a function of the user supplied gas flow rate.
  • the installation according to the invention may comprise gas flow sensors, but surprisingly it has appeared that the flow rate calculated by a coulometry equation is much more accurate than the measurement of the sensors.
  • the flow of hydrogen produced is calculated by the PLC using the following formula:
  • N is the number of cells in the "stack"
  • A is the current that flows through "stack" in amperes
  • e is the charge of the electron (1.6 10-19 Coulomb)
  • Nv is the number of Avogadro (6,02,1023)
  • VO is the volume of one mole in Nl (22.4 liters).
  • the calculated result can be compared by the controller to the measurement of a flow sensor installed in the hydrogen circuit.
  • a critical water quality threshold defined by the manufacturer of the "stack" is exceeded, the PLC starts a procedure to stop the installation.
  • a conductivity threshold of 1 ⁇ S / cm or resistivity of 1 megOhm.cm can be used.
  • a water whose conductivity is less than 0.055 ⁇ S / cm or whose resistivity is greater than 18 megOhm.cm is called ultrapure water type 1.
  • the installation may further comprise means for controlling the temperature of the feed water of the electrolysis "stack” enabling it to operate in very different climates.
  • the electrolysis "stack” produces heat and at high temperatures, this can lead, especially for high power installations, to excessive operating temperatures.
  • the installation can therefore include means for cooling the "stack", for example using heat exchangers on the water supply circuit.
  • the operating temperature of the installation is too low (outside temperature too low and / or to raise the "stack" temperature faster to increase the yield), it may be advantageous to warm up. "Stack”.
  • the installation can therefore include means for heating the "stack" using calories of a hot group, for example by providing heat exchangers on the water supply circuit.
  • FIGS. 1 and 2 show functional diagrams of an installation operating at low pressure using a "stack” whose two compartments work in equipressure (FIG. 1a) and operating at high pressure using a "stack” whose two compartments work together equipressure (Figure Ib);
  • FIGS. 3 and 4 show functional diagrams of plant variants using temperature control means, operating at low pressure (Figure 2a) and at high pressure (Figure 2b);
  • FIG. 5 is a schematic representation of a chamber of one of the installations of FIGS. 1 to 4,
  • FIGS. 6 and 7 are diagrammatic representations of elements of a recombination device that can be used in one of the installations of FIGS. 1 to 4, and
  • FIG. 8 is a flowchart of the water level regulating function in the first chamber and the second chamber.
  • a purified water supply circuit connected to the running water network and which comprises, mounted in series, a regulator of pressure 2, water purification units 3, a purified water storage tank
  • I may comprise a level sensor, and, mounted on a pipe 7, a circulation means 8, for example a lifting pump, and a solenoid valve 9.
  • the solenoid valve 9 and the lifting pump 8 are actuated to supply water the electrolysis stack 4 via a first chamber 6 when the water level in this chamber 6 reaches a minimum level.
  • the "stack" 4 comprises one or more PEM membrane electrolysers which are powered by a DC generator 5.
  • the present means any element able to allow the circulation of a fluid from one point to another.
  • This includes pumps of all types, and, depending on the relative position of the elements, gravity.
  • the circuit comprises a first circulation means 10, a conductivity probe 12 placed in bypass of a flow sensor 13 which is connected to a water purification unit 11. the purification unit
  • I 1 supplies the "stack" 4 in pure water.
  • the water conductivity sensor 12 is placed on the water return circuit in the loop 02 to check the degree of purification of the water, and the flow sensor 13 is used to check for the presence of a flow. feeding the "stack" 4 in water.
  • the flow sensor 13 may be replaced by a flow meter, especially if the circulation means 10 is a variable flow pump.
  • a temperature sensor 14 is further placed at the outlet of the water-O 2 mixture of the "stack” 4.
  • the sensor 14 makes it possible to measure the temperature of the water at the outlet of the "stack", which makes it possible to control the operation of the "stack” 4.
  • the sensor 14 could be placed at the outlet of the water-H2 mixture of "Stack” 4.
  • the gases are produced by electrolysis of water in the electrolysis "stack” 4 supplied with direct current by the generator 5 and driven by the circulation of water. There are two loops of water circulation:
  • a loop 02 maintained by the first circulation means 10, comprising a first chamber 6 whose main function is the separation of a water-O2 mixture that it receives, and the water purification unit 11,
  • an H2 loop maintained by a second circulation means 15, comprising a second chamber 16 whose main function is the separation of a H2-water mixture that it receives, a flow sensor 18 to check for the presence of a flow rate; feeding the "stack" 4 in water, and a water purification unit 17.
  • the flow sensor 18 can be replaced alternatively by a flow meter, especially if the circulation means 15 is a variable flow pump.
  • the water is in liquid form, and the O2 OR H2 is in gaseous form, part of which can be dissolved in water.
  • the mixture then undergoes a transformation, so that two separate outlets are collected on the one hand pure water, and on the other hand the gas (O2 or H2 respectively).
  • the pure water still contains H2 at the outlet, and that the H2 at the outlet still contains water.
  • Purification devices for each of these elements are provided for this purpose.
  • the gases produced are thus led to extraction circuits respectively of hydrogen and oxygen.
  • the H2 extraction circuit comprises a purification unit 19 for removing moisture and traces of oxygen in H2, an analysis unit 20 for checking the residual concentration of impurities in H2, a pressure regulator 21, and a pressure sensor 22.
  • the analysis unit 20 makes it possible to detect a too great pressure and then causes the H2 degassing to a vent 23.
  • the analysis unit 20 may comprise a pressure sensor which makes it possible to control the efficiency of the regulation carried out by the regulator 21. hygrometer, as well as an O2 detector, to ensure the purity of the H2 gas.
  • the pressure sensor 22 placed at the outlet of the hydrogen line makes it possible to control the "hydrogen storage” and “hydrogen consumption” modes and makes it possible to detect an excessive pressure downstream of the electrolyser.
  • the O 2 extraction circuit comprises a purification unit 24 for removing moisture and traces of hydrogen in O 2, an analysis unit for checking the residual concentration of H2 in oxygen and a pressure regulator 26.
  • the analysis unit 25 makes it possible to detect an excessive pressure and then causes the O 2 to vent to a vent 27. This unit represents a significant safety, which is consequently placed on a branch different from that which comprises the pressure regulator. 26 and the exit of O2 29.
  • the analysis unit 25 may comprise a pressure sensor which makes it possible to control the efficiency of the regulation carried out by the regulator 26. It may also comprise a hygrometer, as well as an H2 detector, to ensure the purity of the O2 gas.
  • the analysis units 20 and 25 could be included in the branches of the regulators 21 and 26.
  • the controller and the analysis unit can be interchanged in each branch.
  • the condensed water from the purifiers 19 and 24 is led to the storage tank 1 respectively by pipes 31 and 32 through unrepresented circulation means.
  • the first chamber 6 and the second chamber 16 are respectively connected to the oxygen 27 and hydrogen 23 vents, for example by safety valves, so as to release gas in case of overpressure, or on order respectively of the analysis units 25 and 20.
  • the safety valves can be replaced or supplemented by a solenoid valve. This allows a fast decompression on command of the automaton, or directly of the analysis unit 25 or 20.
  • a pipe 33 connects the first chamber 6 and the second chamber 16.
  • the circulation in the pipe 33 is controlled by a solenoid valve 34, it makes it possible to regulate the water level in the second chamber 16 by evacuating water to the first room 6.
  • this water is likely to contain a greater or lesser amount of H2. This quantity is all the more important as the operating pressure is high.
  • the first chamber 6 receives a water that contains O2. Therefore, there is a risk to introduce the water from the second chamber 16 into the first chamber 6.
  • a recombination device 35 is arranged in the pipe 33 to reduce the H2 content of the water drawn from the second chamber 16.
  • the recombination device 35 catalyzes the recombination of H2 with H2O, so that before entering the first chamber 6, there is less H2, ideally more or almost more.
  • the installation may further comprise a control / command unit comprising a programmable controller 36 connected to display and input means 37.
  • the inputs of the programmable logic controller 36 are connected:
  • the outputs of the PLC 31 are connected:
  • Figure 2 shows a block diagram of a variant of the installation intended to operate at high pressure.
  • the equipment or their assembly must be adapted to greater pressures, for example 50 bar.
  • H2 and O2 gas analyzers 25 do not support the high pressure, it is possible to put them in parallel in their respective extraction circuits after expansion of the gases and to connect them to the H2 23 and O2 vents. 27.
  • a pressurized neutral gas supply shown in phantom, comprising a cylinder of pressurized inert gas 39 and a solenoid valve 38, can be used to pressurize the plant. It can also be used to inerter the custom installation of the analysis units 20 and 25.
  • the installation can be controlled by a control / command unit, comprising a programmable controller 36 and display and input means 37.
  • the programmable logic controller can also control the solenoid valve 38 on the control panel. supply of gas under pressure.
  • the installation further comprises at least one heat exchanger 42 between the water outlet of the first chamber 6 and the feed of "Stack" 4.
  • This exchanger can be used to cool the water through a coolant circulating in a cooling circuit, shown in broken lines, depending on the temperature measured for example by the temperature sensor 14.
  • the heat transfer fluid circulates through a circulation means, for example a circulation pump 41, between the exchanger 42 and a second heat exchanger 40 in contact with a cold source.
  • the second exchanger 40 may be an air / liquid or liquid / liquid exchanger, so as to evacuate excess calories.
  • the solenoid valves 43 and 44 and the pump 41 are of course connected to the outputs of the programmable controller 36, the temperature sensors 14 and 46 being connected to an input of the programmable controller 36.
  • the exchanger 40 can be connected to an output of the PLC to control the power of the exchange.
  • the automaton actuates the solenoid valves so that the temperature of the water contained in the tank 1 remains within a range of temperature close to the operating temperature of the electrolyser.
  • This preheating system has the advantage of limiting thermal fluctuations related to the injection of water for example at room temperature from the tank 1 into the first chamber 6 which is at the operating temperature of the electrolyser. Indeed, the injection of "cold" feed water into the electrolyser causes a transient drop in the operating temperature, the amplitude of which varies according to the quantity and the temperature of the injected water. However, a decrease in temperature causes an increase in the electrolysis voltage (E) and the enthalpy voltage (V), which implies a reduction in the electrolysis efficiency.
  • E electrolysis voltage
  • V enthalpy voltage
  • This pre-heating is therefore beneficial because it effectively cools the "stack" 4 while improving efficiency, which represents an optimal use of calories lost by the Joule effect at the electrolyzer.
  • FIG. 5 shows schematically the chambers used to achieve the water-O2 and water-H2 separation.
  • a chamber comprises a body 50 of generally cylindrical shape placed vertically in the installation.
  • the cylinder is higher than wide, because the flow is not too important.
  • the body 50 may take a wider than tall shape. What matters is the layout of the inputs and outputs to achieve gravity separation.
  • the body 50 has a first inlet 52 for the mixture water + O2 or water + H2 disposed in an upper part of the body. Thus, the mixture "falls" into the body and the liquid / gas separation is performed by gravity.
  • the body 50 also has a second inlet 54 and a third inlet 56.
  • the second inlet 54 can receive the water from the second chamber 16 and / or the inert gas, and the third inlet 56 can receive the water from the lift 8.
  • the second inlet 54 is used as an outlet towards the pipe 33, and the third inlet 56 makes it possible to receive the inert gas.
  • the body has a first outlet 58 for the gas connected to the respective extraction circuits, and a second outlet 60 for the water to be recycled in the feed of the "stack" 4.
  • FIG. 6 represents a filter that can be used to produce the recombination device 35.
  • the filter comprises a peripheral ring 66 made of steel arranged to be housed in the pipe 33.
  • the peripheral ring 66 substantially houses a disk 68 at its center.
  • the filter 35 may be arranged upstream or downstream of the solenoid valve 34, and further has a porosity calculated to cause a pressure drop for the water flowing through it. This loss of charge makes it possible to increase the travel time in line 33, and therefore the amount of H2 that is recombined in pure water.
  • FIG. 7 represents a complement for the filter 35. Indeed, it can be complicated to control the porosity of the filter 35 and / or to obtain a sufficient pressure drop.
  • a valve with variable opening 70 for example a needle valve can then be used in addition.
  • the opening is adjusted by a small electric motor step.
  • the pressure drop is thus adapted to the difference in pressure.
  • the recombination device 35 can be made in the form of a reservoir introduced into the pipe 33, whose walls are covered with platinum black, and whose shape and volume are adapted to cause the desired pressure drop.
  • FIG. 8 details the algorithm for level and pressure regulation in the second chamber 16.
  • the O2 pressure regulator 26 When the water level reaches the maximum level in the second chamber 16, the O2 pressure regulator 26 is opened so as to lower the pressure on the oxygen side and consequently increase the pressure difference between the loop H2 and the O2 loop.
  • the solenoid valve 34 and the O2 pressure regulator 26 are closed when one of the following two conditions is fulfilled:
  • This closure is not necessarily total: it aims to raise the pressure at the respective chamber.
  • the invention described herein can not be limited to the described embodiments only. It includes all the equivalents that the skilled person will consider.
  • the Applicant has described a number of variants that can be combined with each other.
  • the disclosure of the present therefore relates to all combinations of these variants with each other, and not only on the juxtaposition of the variants described.

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Abstract

The invention relates to equipment for producing hydrogen, comprising: a circuit for supplying purified water; an electrolysis cell arranged to electrolyze the water received at the inlet and separating the water into a water/O2 mixture and a water/H2 mixture at the outlet; a first chamber (6) for separating a water/O2 mixture, connected, at the inlet thereof, to said circuit for supplying purified water and to the outlet for the water/O2 mixture of said cell, and connected at the outlet thereof to a circuit for extracting O2 and to the inlet of said cell for the water; a second chamber (16) for separating a water/H2 mixture, connected at the inlet thereof to the outlet for the water/H2 mixture of said cell, and connected at the outlet thereof to circuit for extracting H2 and to an outlet of the cell for the water; a pipe (33) connecting the first and second chambers, including a solenoid valve (34) capable of controlling a transfer of water from the second chamber (16) to the first chamber (6) in order to adjust the water level between the two; and a recombination device (35) arranged between said pipe (33) and adapted to substantially remove any trace of H2 in the water from the second chamber (16) before the first chamber (6).

Description

Installation de production d'hydrogène améliorée  Improved hydrogen production facility
La présente invention concerne une installation de production d'hydrogène gazeux par électrolyse de l'eau. The present invention relates to an installation for producing gaseous hydrogen by electrolysis of water.
Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la fourniture d'hydrogène en vue de son stockage, par exemple dans un hydrure métallique, ou de sa consommation dans une pile à combustible. On connaît la nécessité de réduire notre production de gaz à effet de serre et d'utiliser des énergies renouvelables. It applies in particular, but not exclusively, to the supply of hydrogen for storage, for example in a metal hydride, or its consumption in a fuel cell. We know the need to reduce our production of greenhouse gases and use renewable energies.
L'hydrogène est une alternative aux hydrocarbures car il s'agit d'un vecteur énergétique facilement stockable, contrairement à l'électricité, et son oxydation dégage une énergie très importante (285 kJ/mole). Hydrogen is an alternative to hydrocarbons because it is an easily storable energy carrier, unlike electricity, and its oxidation releases a very important energy (285 kJ / mole).
On connaît plusieurs façons de produire de l'hydrogène gazeux ; la plus avantageuse consiste à électrolyser la molécule d'eau car il s'agit d'une réaction à haut rendement qui ne produit pas de CO2 contrairement aux procédés utilisés massivement que sont le reformage du méthane et d'hydrocarbures. Several ways are known to produce hydrogen gas; the most advantageous is to electrolyze the water molecule because it is a high efficiency reaction that does not produce CO2 in contrast to the massive processes that are reforming methane and hydrocarbons.
On connaît trois grands types d'électrolyseurs pour l'électrolyse de l'eau : Three major types of electrolysers are known for the electrolysis of water:
les électrolyseurs alcalins, qui se caractérisent par l'utilisation d'un électrolyte liquide qui permet le transfert des ions hydroxyles (OH-) de la cathode vers l'anode, - les électrolyseurs à haute température, dont l'électrolyte est une céramique ; cette technologie n'en est qu'au stade du démonstrateur,  alkaline electrolysers, which are characterized by the use of a liquid electrolyte which allows the transfer of the hydroxyl ions (OH-) from the cathode to the anode, - the electrolysers at high temperature, the electrolyte of which is a ceramic; this technology is only at the demonstrator stage,
les électrolyseurs à membrane, dont l'électrolyte est une membrane échangeuse d'ions à conduction protonique. Les électrolyseurs à membrane PEM (Proton Exchange Membrane) présentent de nombreux avantages, notamment : l'absence de circulation d'électrolyte, ce qui simplifie l'installation et facilite la gestion des pressions (très grande résistance aux forts différentiels de pression), membrane electrolysers, the electrolyte of which is a proton conduction ion exchange membrane. PEM membrane electrolysers (Proton Exchange Membrane) have many advantages, including: the absence of electrolyte circulation, which simplifies installation and facilitates pressure management (very high resistance to high pressure differentials),
une grande stabilité chimique et électrochimique, conduisant à de longues durées de vie,  a high chemical and electrochemical stability, leading to long lifetimes,
- des rendements élevés, - high yields,
la possibilité de fonctionner à basse ou à haute pression,  the possibility of operating at low or high pressure,
la possibilité de fonctionner à des densités de courant élevées  the ability to operate at high current densities
des puretés de gaz très élevées (très faible perméation de l'hydrogène à travers la membrane donc moins d'hydrogène dans l'oxygène et donc plus de sécurité),  very high purities of gas (very low permeation of hydrogen through the membrane therefore less hydrogen in oxygen and therefore more safety),
- la possibilité de redémarrer rapidement l'électrolyseur même après un arrêt prolongé, the possibility of restarting the electrolyzer rapidly even after a prolonged shutdown,
la possibilité de produire en toute sécurité sur toute la plage de débit de l'électrolyseur. Un inconvénient des électrolyseurs à membrane PEM est qu'ils doivent être alimentés en eau extrêmement pure car les impuretés polluent la membrane. Ces types d' électrolyseurs nécessitent d'incorporer des systèmes de purification de l'eau, à résine ou autre, avant de pouvoir électrolyser l'eau. Si l'électrolyseur rejette de l'eau purifiée, ceci se traduit par une plus grande consommation d'eau et donc par une perte d'efficacité prématurée des résines et par la nécessité de les changer ou de les régénérer plus souvent.  the ability to safely produce over the entire flow range of the electrolyser. A disadvantage of membrane electrolysers PEM is that they must be fed with extremely pure water because the impurities pollute the membrane. These types of electrolysers require the incorporation of water purification systems, resin or otherwise, before electrolysing water. If the electrolyser rejects purified water, this results in greater water consumption and thus a premature loss of effectiveness of the resins and the need to change or regenerate them more often.
Il y a donc un avantage particulier, sur ce type d'électrolyseur, à éviter toute perte d'eau purifiée et donc à récupérer et à recycler toute l'eau possible. There is therefore a particular advantage, on this type of electrolyser, to avoid any loss of purified water and thus to recover and recycle all water possible.
Néanmoins, le recyclage de cette eau peut poser des problèmes liés. En effet, le recyclage de l'eau peut amener la présence simultanée d'H2 et d'O2, qui peuvent se recombiner en un mélange détonant qui serait dangereux pour l'installation et son environnement. À cet effet, l'invention propose une installation de production d'hydrogène, comprenant Nevertheless, the recycling of this water can pose related problems. Indeed, the recycling of water can lead to the simultaneous presence of H2 and O2, which can recombine into a detonating mixture that would be dangerous for the installation and its environment. For this purpose, the invention proposes a hydrogen production plant, comprising
- un circuit d'alimentation d'eau purifiée, a circuit for supplying purified water,
- une cellule d'électrolyse agencée pour électrolyser de l'eau reçue en entrée en séparant en sortie un mélange eau-O2 d'une part, et un mélange eau-H2 d'autre part,  an electrolysis cell arranged for electrolysing water received at the inlet, separating at the outlet a mixture of water-O 2 on the one hand, and a mixture of water-H2 on the other hand,
- une première chambre adaptée pour séparer un mélange eau-O2, reliée en entrée audit circuit d'alimentation d'eau purifiée et à la sortie du mélange eau-O2 de ladite cellule, et reliée en sortie à un circuit d'extraction pour l'O2 et à une entrée de ladite cellule pour l'eau,  a first chamber adapted to separate a water-O 2 mixture, connected at the inlet to said purified water supply circuit and at the outlet of the water-O 2 mixture of said cell, and connected at the output to an extraction circuit for O2 and at an inlet of said cell for water,
- une seconde chambre adaptée pour séparer un mélange eau-H2, reliée en entrée à la sortie du mélange eau-H2 de ladite cellule, et reliée en sortie à un circuit d'extraction pour l'H2 et à une entrée de la cellule pour l'eau, a second chamber adapted to separate a water-H2 mixture, connected at the inlet to the outlet of the H2-water mixture of said cell, and connected at the output to an extraction circuit for the H2 and to an inlet of the cell for the water,
- une canalisation reliant les première et seconde chambres, comprenant une électrovanne propre à commander un transfert d'eau de la seconde chambre vers la première chambre pour réaliser une régulation du niveau d'eau entre celles-ci, et a duct connecting the first and second chambers, comprising a solenoid valve capable of controlling a transfer of water from the second chamber to the first chamber in order to regulate the water level therebetween, and
- un dispositif de recombinaison agencé dans ladite canalisation et adapté pour éliminer sensiblement toute trace d'H2 dans l'eau issue de la seconde chambre avant la première chambre. En pratique, les moyens d'électrolyse de l'eau peuvent consister en un empilement de plusieurs cellules électrochimiques à membrane PEM montées en série, que l'on appelle un « stack ». Le « stack » est alimenté en courant continu par un générateur dont la tension de sortie peut être réglable. L'installation d'électrolyse de l'eau peut comporter des boucles de recyclage d'eau purifiée : - A recombination device arranged in said pipe and adapted to substantially remove any trace of H2 in the water from the second chamber before the first chamber. In practice, the electrolysis means of the water may consist of a stack of several electrochemical cells PEM membrane mounted in series, which is called a "stack". The "stack" is supplied with direct current by a generator whose output voltage can be adjustable. The electrolysis installation of the water may comprise purified water recycling loops:
entre le « stack » et la chambre de séparation eau - hydrogène,  between the "stack" and the water-hydrogen separation chamber,
entre le « stack » et la chambre de séparation eau - oxygène,  between the "stack" and the water-oxygen separation chamber,
entre la première chambre, le purificateur d'oxygène et le réservoir de stockage d'eau pure,  between the first chamber, the oxygen purifier and the pure water storage tank,
entre la seconde chambre, le purificateur d'hydrogène et le réservoir de stockage d'eau pure. Ces boucles et circuits de recyclage ont pour objet de recycler l'eau purifiée au lieu de la disperser. Ainsi l'installation selon l'invention transforme en H2 et O2 toute l'eau qu'elle consomme, le dispositif de recombinaison assurant la sécurité de l'installation. between the second chamber, the hydrogen purifier and the pure water storage tank. These loops and recycling circuits are intended to recycle the purified water instead of dispersing it. Thus the plant according to the invention converts into H2 and O2 all the water it consumes, the recombination device ensuring the safety of the installation.
Les première et deuxième chambres jouent un rôle important dans l'invention car un grand volume d'eau est entraîné avec les gaz en sortie de la cellule d'électrolyse. The first and second chambers play an important role in the invention because a large volume of water is entrained with the gases leaving the electrolysis cell.
Avantageusement, l'invention propose d'utiliser comme première et seconde chambres des régulateurs de niveau de liquide, très compacts, ce qui présente plusieurs avantages : le volume mort est faible ; or les normes applicables en matière de sécurité des appareils à pression fixent des seuils exprimés en pression maximale x volume ; Advantageously, the invention proposes to use as first and second chambers liquid level regulators, very compact, which has several advantages: the dead volume is low; however, the standards applicable to the safety of pressure vessels set thresholds expressed in maximum pressure x volume;
- ceci permet de concevoir une installation elle-même très compacte. - This allows to design a very compact installation.
Ces régulateurs de niveau délivrent en permanence un signal en fonction du niveau de liquide, qui peut être exploité par un calculateur, notamment en cas d'atteinte du niveau maximum ou du niveau minimum de liquide. These level regulators continuously deliver a signal depending on the liquid level, which can be operated by a computer, particularly when the maximum level or the minimum level of liquid is reached.
Le circuit d'alimentation en eau peut être branché sur l'eau courante et comporte plusieurs unités de purification de l'eau, pouvant être de type différent (par exemple à résine et/ou à charbon actif) pour une meilleure purification. De plus, le circuit d'alimentation en eau de l'installation est remarquable en ce sens qu'au lieu d'alimenter directement le « stack » d'électrolyse, il alimente la première chambre, utilisant le fait qu'on utilise des régulateurs de niveau pour remplir cette fonction de séparation. Dans une autre variante, le circuit d'alimentation en eau peut être branché sur un réservoir de stockage d'eau dé ionisée. Un capteur de conductivité monté sur le circuit d'alimentation en eau des moyens d'électrolyse permet de vérifier en continu le degré de pureté de l'eau. The water supply circuit can be connected to running water and has several water purification units, which can be of different types (for example resin and / or activated carbon) for better purification. In addition, the water supply circuit of the installation is remarkable in that instead of directly feeding the electrolysis stack, it feeds the first chamber, using the fact that regulators are used. level to fulfill this separation function. In another variant, the water supply circuit can be connected to a deionized water storage tank. A conductivity sensor mounted on the circuit Water supply means electrolysis allows to continuously check the degree of purity of water.
Les circuits d'extraction des gaz peuvent comporter chacun une unité de purification de gaz ayant pour fonction de retenir la vapeur d'eau, cette eau étant recyclée vers le réservoir de stockage. Pour une meilleure extraction de la vapeur d'eau en vue d'une utilisation particulière du gaz, par exemple le remplissage d'un hydrure en hydrogène, ladite unité de purification de gaz peut comporter un refroidisseur de gaz à effet Peltier ou bien un échangeur de chaleur couplé à un groupe froid. The gas extraction circuits may each comprise a gas purification unit whose function is to retain the water vapor, this water being recycled to the storage tank. For better extraction of the water vapor with a view to a particular use of the gas, for example the filling of a hydride with hydrogen, the said gas purification unit may comprise a Peltier-effect gas cooler or an exchanger. of heat coupled to a cold group.
Les deux circuits de gaz peuvent chacun comporter en sortie un moyen de régulation de pression qui peut être par exemple un régulateur de pression qui est à la fois un capteur de pression et une électrovanne proportionnelle. Par mesure de sécurité, les circuits H2 et 02 de l'installation de production d'hydrogène selon l'invention peuvent être dotés de moyens d'évacuation des gaz, par exemple des soupapes proportionnelles ou évents, destinées à faire baisser instantanément la pression en cas de surpression. Dans la variante de l'installation décrite ci-dessus, la pression de fonctionnement est d'environ 10 bars. The two gas circuits may each have an output pressure regulating means which may be for example a pressure regulator which is both a pressure sensor and a proportional solenoid valve. As a safety measure, the circuits H2 and 02 of the hydrogen production plant according to the invention can be provided with means for evacuation of the gases, for example proportional valves or vents, intended to bring down the pressure instantly. case of overpressure. In the variant of the installation described above, the operating pressure is about 10 bar.
Cependant l'installation peut fonctionner à plus haute pression, par exemple jusqu'à 50 bars et au-delà ; elle présente alors l'avantage de délivrer des gaz à plus haute pression pour le stockage et d'éviter ainsi des étages de compression, dont le rendement est mauvais, en aval de l'installation. However the installation can operate at higher pressure, for example up to 50 bar and beyond; it then has the advantage of delivering gases at higher pressure for storage and thus avoid compression stages, whose performance is poor, downstream of the installation.
Dans ce cas, pour des raisons de sécurité, il n'est plus possible de renvoyer directement l'eau ayant parcouru la boucle hydrogène vers le stockage ou vers la boucle oxygène à cause d'une plus grande quantité d'hydrogène dissous. D doit être prévu en sus un stockage tampon pour la récupération de cette eau et permettre son dégazage avant de la conduire, par exemple par pompage, vers le réservoir de stockage d'eau purifiée. L'installation selon l'invention peut comporter une unité de contrôle/commande comprenant un automate programmable industriel dont les entrées sont reliées aux capteurs de l'installation (niveaux d'eau, pression, température, conductivité, débit de gaz, ampérage...) et dont les sorties sont reliées aux actionneurs de l'installation (moyens de circulation, électrovannes, générateur...). In this case, for safety reasons, it is no longer possible to directly return the water that has traveled the hydrogen loop to the storage or to the oxygen loop because of a larger amount of dissolved hydrogen. D must be provided in addition buffer storage for the recovery of this water and allow its degassing before driving, for example by pumping, to the purified water storage tank. The installation according to the invention may comprise a control / command unit comprising an industrial programmable controller whose inputs are connected to the sensors of the installation (water levels, pressure, temperature, conductivity, gas flow, amperage. .) and whose outputs are connected to the actuators of the installation (circulation means, solenoid valves, generator ...).
L'automate programmable exécute une suite d'instructions mémorisées dans l'un de ses composants, ce qui permet à un utilisateur de piloter l'installation de production d'hydrogène, par exemple selon plusieurs modes de fonctionnement, notamment : The programmable logic controller executes a sequence of instructions stored in one of its components, which allows a user to control the hydrogen production plant, for example according to several modes of operation, in particular:
un mode « Production d'hydrogène », dans lequel les données de consigne fournies par l'utilisateur sont le débit et la pression de fonctionnement de l'installation ; les gaz produits peuvent être utilisés pour toute application nécessitant de l'hydrogène et/ou de l'oxygène ;  a "Hydrogen Production" mode, in which the user-supplied setpoint data are the flow and operating pressure of the plant; the gases produced can be used for any application requiring hydrogen and / or oxygen;
un mode « Stockage d'hydrogène », dans lequel les données de consigne fournies par l'utilisateur sont le débit et la pression de remplissage du réservoir ; de par la conception même de l'installation, la montée en pression est progressive et, dans le cas d'une recharge d'hydrure, ceci évite une montée en température de l'hydrure et assure donc un remplissage optimum ;  a "hydrogen storage" mode, in which the user-supplied setpoint data are the flow rate and the filling pressure of the tank; by the very design of the installation, the increase in pressure is progressive and, in the case of a hydride recharge, this avoids a rise in temperature of the hydride and thus ensures optimum filling;
un mode « Consommation d'hydrogène », par exemple alimentation d'une pile à combustible en cours de test, dans lequel la donnée de consigne est un débit initial, régulé par la pression pour tenir compte de la consommation de la pile.  a "hydrogen consumption" mode, for example fuel cell power supply being tested, in which the setpoint data is an initial flow rate, regulated by the pressure to take into account the consumption of the battery.
L'exécution d'un mode de fonctionnement se traduit par la réalisation d'une succession de phases, par exemple : Execution of a mode of operation results in the realization of a succession of phases, for example:
Préparation au démarrage,  Preparation to start,
- Polarisation de l'électrolyseur, - Polarization of the electrolyser,
Démarrage de l'électrolyse,  Starting the electrolysis,
Purge, Pause, Purge, Pause,
Production,  Production,
Pause,  Pause,
Arrêt général.  General stop.
Au cours de la phase de production, l'automate programmable exécute notamment les algorithmes suivants : During the production phase, the programmable logic controller executes the following algorithms:
1) Régulation de la pression et du niveau d'eau, notamment dans le circuit H2. En effet, d'une part la décomposition stœchiométrique de l'eau conduit à 2 moles d'hydrogène pour une mole d'oxygène, d'autre part à chaque fois qu'un proton traverse la membrane de la cellule d'électrolyse, au moins une molécule d'eau la traverse également.  1) Regulation of the pressure and the water level, especially in the H2 circuit. In fact, on the one hand, the stoichiometric decomposition of water leads to 2 moles of hydrogen per one mole of oxygen, and on the other hand, each time a proton crosses the membrane of the electrolysis cell, less a molecule of water passes through it as well.
Il s'ensuit que le niveau de l'eau et la pression montent plus vite dans la chambre de séparation eau - hydrogène que dans la chambre de séparation eau - oxygène. Ceci peut être une source de difficulté car certaines membranes PEM doivent travailler en quasi- équipression. Cet algorithme est décrit plus bas. As a result, the water level and the pressure rise more rapidly in the water - hydrogen separation chamber than in the water - oxygen separation chamber. This can be a source of difficulty because some PEM membranes have to work in near equipressure. This algorithm is described below.
2) Adaptation de la consigne de tension aux bornes du « stack » en fonction de la température. D est connu que le rendement de la réaction de décomposition de l'eau dans une cellule d'électrolyse de l'eau augmente avec la température. 2) Adaptation of the voltage setpoint across the "stack" as a function of temperature. It is known that the efficiency of the decomposition reaction of water in an electrolysis cell of water increases with temperature.
Le capteur de température est prévu pour mesurer la température de l'eau en sortie du « stack » d'électrolyse, cette mesure étant utilisée par l'automate programmable pour adapter la tension aux bornes dudit « stack » d'électrolyse en fonction de la consigne de débit de gaz fournie par l'utilisateur. The temperature sensor is designed to measure the temperature of the water at the outlet of the electrolysis stack, this measurement being used by the programmable logic controller to adapt the voltage across said electrolysis stack as a function of the user supplied gas flow rate.
3) Calcul en continu du débit des gaz produits. L'installation selon l'invention peut comporter des capteurs de débit de gaz, mais de façon surprenante il est apparu que Ie débit calculé par une équation de coulométrie est bien plus précis que la mesure des capteurs. Ainsi le débit d'hydrogène produit est calculé par l'automate programmable à l'aide de la formule suivante : 3) Continuous calculation of the gas flow produced. The installation according to the invention may comprise gas flow sensors, but surprisingly it has appeared that the flow rate calculated by a coulometry equation is much more accurate than the measurement of the sensors. Thus the flow of hydrogen produced is calculated by the PLC using the following formula:
D = À * N * 3600 / (2 * e * Nv * VO), dans laquelle :  D = A * N * 3600 / (2 * e * Nv * VO), in which:
D est le débit en Normaux litres par heure (Nl/h), D is the flow rate in Normal liters per hour (Nl / h),
N est le nombre de cellules dans le « stack », N is the number of cells in the "stack",
A est le courant qui traverse de « stack » en ampères,  A is the current that flows through "stack" in amperes,
e est la charge de l'électron (1,6 10-19 Coulomb), e is the charge of the electron (1.6 10-19 Coulomb),
Nv est le nombre d' Avogadro (6,02 1023), Nv is the number of Avogadro (6,02,1023),
VO est le volume d'une mole en Nl (22,4 litres). VO is the volume of one mole in Nl (22.4 liters).
À titre de contrôle, le résultat calculé peut être comparé par l'automate de contrôle à la mesure d'un capteur de débit installé dans le circuit d'hydrogène. As a control, the calculated result can be compared by the controller to the measurement of a flow sensor installed in the hydrogen circuit.
4) Mesure en continu de la conductivité de l'eau. En cas de dépassement d'un seuil critique de qualité de l'eau défini par le constructeur du « stack », l'automate lance une procédure d'arrêt de l'installation. Par exemple, un seuil de conductivité de 1 μS/cm ou de résistivité de 1 megOhm.cm peut être utilisé. Pour rappel, selon la norme ASTM, une eau dont la conductivité est inférieure à 0,055 μS/cm ou dont la résistivité est supérieure à 18 megOhm.cm est appelée eau ultra pure de type 1. 4) Continuous measurement of the conductivity of the water. If a critical water quality threshold defined by the manufacturer of the "stack" is exceeded, the PLC starts a procedure to stop the installation. For example, a conductivity threshold of 1 μS / cm or resistivity of 1 megOhm.cm can be used. As a reminder, according to the ASTM standard, a water whose conductivity is less than 0.055 μS / cm or whose resistivity is greater than 18 megOhm.cm is called ultrapure water type 1.
Avantageusement, l'installation peut comporter en outre des moyens de contrôle de la température de l'eau d'alimentation du « stack » d'électrolyse lui permettant de fonctionner sous des climats très différents. En effet, le « stack » d'électrolyse produit de la chaleur et sous de fortes températures, ceci peut conduire, surtout pour des installations de puissance élevée, à des températures de fonctionnement excessives. Advantageously, the installation may further comprise means for controlling the temperature of the feed water of the electrolysis "stack" enabling it to operate in very different climates. Indeed, the electrolysis "stack" produces heat and at high temperatures, this can lead, especially for high power installations, to excessive operating temperatures.
L'installation peut donc comporter des moyens pour refroidir le « stack », par exemple à l'aide d'échangeurs de calories sur le circuit d'alimentation en eau. De même, quand la température de fonctionnement de l'installation est trop basse (température extérieure trop basse et/ou pour faire monter le « stack » en température plus vite pour augmenter le rendement), il peut être avantageux de réchauffer le. « stack ». The installation can therefore include means for cooling the "stack", for example using heat exchangers on the water supply circuit. Similarly, when the operating temperature of the installation is too low (outside temperature too low and / or to raise the "stack" temperature faster to increase the yield), it may be advantageous to warm up. "Stack".
L'installation peut donc comporter des moyens pour réchauffer le « stack » en utilisant des calories d'un groupe chaud, par exemple en prévoyant des échangeurs de calories sur le circuit d'alimentation en eau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, tirée d'exemples donnés à titre illustratif et non limitatif, tirés des dessins sur lesquels : The installation can therefore include means for heating the "stack" using calories of a hot group, for example by providing heat exchangers on the water supply circuit. Other features and advantages of the invention will appear better on reading the following description, taken from examples given for illustrative and non-limiting purposes, taken from the drawings in which:
- les figures 1 et 2 représentent des schémas fonctionnels d'une installation fonctionnant à basse pression utilisant un « stack » dont les deux compartiments travaillent en équipression (figure la) et fonctionnant à haute pression utilisant un « stack » dont les deux compartiments travaillent en équipression (figure Ib) ;  FIGS. 1 and 2 show functional diagrams of an installation operating at low pressure using a "stack" whose two compartments work in equipressure (FIG. 1a) and operating at high pressure using a "stack" whose two compartments work together equipressure (Figure Ib);
- les figures 3 et 4 représentent des schémas fonctionnels de variantes d'installations utilisant des moyens de régulation de la température, fonctionnant à basse pression (figure 2a) et à haute pression (figure 2b) ;  - Figures 3 and 4 show functional diagrams of plant variants using temperature control means, operating at low pressure (Figure 2a) and at high pressure (Figure 2b);
- la figure 5 est une représentation schématique d'une chambre de l'une des installations des figures 1 à 4, FIG. 5 is a schematic representation of a chamber of one of the installations of FIGS. 1 to 4,
- les figures 6 et 7 sont des représentations schématiques d'éléments d'un dispositif de recombinaison pouvant être utilisé dans l'une des installations des figures 1 à 4, et FIGS. 6 and 7 are diagrammatic representations of elements of a recombination device that can be used in one of the installations of FIGS. 1 to 4, and
- la figure 8 est un organigramme de la fonction de régulation du niveau d'eau dans la première chambre et la deuxième chambre. - Figure 8 is a flowchart of the water level regulating function in the first chamber and the second chamber.
Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. The drawings and the description below contain, for the most part, elements of a certain character. They can therefore not only serve to better understand the present invention, but also contribute to its definition, if any.
En amont, l'installation est alimentée par un circuit d'alimentation en eau purifiée, branché sur le réseau d'eau courante et qui comporte, montés en série, un régulateur de pression 2, des unités de purification de l'eau 3, un réservoir de stockage d'eau purifiéeUpstream, the installation is fed by a purified water supply circuit, connected to the running water network and which comprises, mounted in series, a regulator of pressure 2, water purification units 3, a purified water storage tank
I pouvant comporter un capteur de niveau, et, montés sur une canalisation 7, un moyen de circulation 8, par exemple une pompe de relevage, et une électrovanne 9. L' électrovanne 9 et la pompe de relevage 8 sont actionnées pour alimenter en eau le « stack » d'électrolyse 4 par l'intermédiaire d'une première chambre 6 quand le niveau d'eau dans cette chambre 6 atteint un niveau minimum. I may comprise a level sensor, and, mounted on a pipe 7, a circulation means 8, for example a lifting pump, and a solenoid valve 9. The solenoid valve 9 and the lifting pump 8 are actuated to supply water the electrolysis stack 4 via a first chamber 6 when the water level in this chamber 6 reaches a minimum level.
Dans l'exemple décrit ici, le « stack » 4 comprend un ou plusieurs électrolyseurs à membrane PEM qui sont alimentés par un générateur à courant continu 5. In the example described here, the "stack" 4 comprises one or more PEM membrane electrolysers which are powered by a DC generator 5.
Par moyen de circulation, la présente désigne tout élément propre à permettre la circulation d'un fluide d'un point à un autre. Cela inclut les pompes de tous types, et, en fonction de la position relative des éléments, la gravité. By means of circulation, the present means any element able to allow the circulation of a fluid from one point to another. This includes pumps of all types, and, depending on the relative position of the elements, gravity.
À la sortie de la première chambre 6, le circuit comprend un premier moyen de circulation 10, une sonde de conductivité 12 placée en dérivation d'un capteur de débit 13 qui est relié à une unité de purification d'eau 11. La sortie de l'unité de purificationAt the outlet of the first chamber 6, the circuit comprises a first circulation means 10, a conductivity probe 12 placed in bypass of a flow sensor 13 which is connected to a water purification unit 11. the purification unit
I 1 alimente le « stack » 4 en eau pure. I 1 supplies the "stack" 4 in pure water.
La sonde de conductivité de l'eau 12 est placée sur le circuit de retour d'eau dans la boucle 02 pour vérifier le degré de purification de l'eau, et le capteur de débit 13 est utilisé pour vérifier la présence d'un débit d'alimentation du « stack » 4 en eau. En variante le capteur de débit 13 peut être remplacé par un débitmètre, notamment si le moyen de circulation 10 est une pompe à débit variable. The water conductivity sensor 12 is placed on the water return circuit in the loop 02 to check the degree of purification of the water, and the flow sensor 13 is used to check for the presence of a flow. feeding the "stack" 4 in water. Alternatively the flow sensor 13 may be replaced by a flow meter, especially if the circulation means 10 is a variable flow pump.
Dans l'exemple décrit ici, un capteur de température 14 est en outre placé à la sortie du mélange eau-O2 du « stack » 4. Le capteur 14 permet de mesurer la température de l'eau en sortie du « stack », ce qui permet de contrôler le fonctionnement du « stack » 4. En variante, le capteur 14 pourrait être placé à la sortie du mélange eau- H2 du « stack » 4. Les gaz sont produits par électrolyse de l'eau dans le « stack » d'électrolyse 4 alimenté en courant continu par le générateur 5 et entraînés par la circulation d'eau. Il existe deux boucles de circulation d'eau : In the example described here, a temperature sensor 14 is further placed at the outlet of the water-O 2 mixture of the "stack" 4. The sensor 14 makes it possible to measure the temperature of the water at the outlet of the "stack", which makes it possible to control the operation of the "stack" 4. In a variant, the sensor 14 could be placed at the outlet of the water-H2 mixture of "Stack" 4. The gases are produced by electrolysis of water in the electrolysis "stack" 4 supplied with direct current by the generator 5 and driven by the circulation of water. There are two loops of water circulation:
une boucle 02 entretenue par le premier moyen de circulation 10, comportant une première chambre 6 qui a pour fonction principale la séparation d'un mélange eau- O2 qu'elle reçoit, et l'unité de purification d'eau 11,  a loop 02 maintained by the first circulation means 10, comprising a first chamber 6 whose main function is the separation of a water-O2 mixture that it receives, and the water purification unit 11,
une boucle H2 entretenue par un second moyen de circulation 15, comportant une seconde chambre 16 qui a pour fonction principale la séparation d'un mélange eau- H2 qu'elle reçoit, un capteur de débit 18 pour vérifier la présence d'un débit d'alimentation du « stack » 4 en eau, et une unité de purification d'eau 17.  an H2 loop maintained by a second circulation means 15, comprising a second chamber 16 whose main function is the separation of a H2-water mixture that it receives, a flow sensor 18 to check for the presence of a flow rate; feeding the "stack" 4 in water, and a water purification unit 17.
Ici encore, le capteur de débit 18 peut être remplacé en variante par un débitmètre, notamment si le moyen de circulation 15 est une pompe à débit variable. Again, the flow sensor 18 can be replaced alternatively by a flow meter, especially if the circulation means 15 is a variable flow pump.
Il faut comprendre que, dans le cadre de l'invention l'expression "séparation" désigne les opérations nécessaires à transformer le mélange en entrée en deux sorties distinctes qui reçoivent chacune un des composants de ce mélange. It should be understood that, in the context of the invention, the expression "separation" designates the operations necessary to transform the input mixture into two separate outputs which each receive one of the components of this mixture.
Ainsi, en entrée, dans le mélange eau-O2 ou eau-H2, l'eau est sous forme liquide, et l'O2 OU l'H2 est sous forme gazeuse dont une partie peut être dissoute dans l'eau. Thus, as input, in the water-O2 or water-H2 mixture, the water is in liquid form, and the O2 OR H2 is in gaseous form, part of which can be dissolved in water.
Dans chaque chambre respective, le mélange subit alors une transformation, de telle sorte que l'on recueille à deux sorties distinctes d'une part l'eau pure, et d'autre part le gaz (O2 ou H2 respectivement). Comme on le verra plus bas, il est néanmoins possible que l'eau pure contienne encore du H2 à la sortie, et que l'H2 à la sortie contienne encore de l'eau. Des dispositifs de purification pour chacun de ces éléments sont prévus à cet effet. Les gaz produits sont ainsi conduits vers des circuits d'extraction respectivement d'hydrogène et d'oxygène. Le circuit d'extraction d'H2 comporte une unité de purification 19 pour éliminer l'humidité et les traces d'oxygène dans H2, une unité d'analyse 20 pour vérifier la concentration résiduelle en impuretés dans H2, un régulateur de pression 21, et un capteur de pression 22. L'unité d'analyse 20 permet de détecter une pression trop importante et entraîne alors le dégazage en H2 vers un évent 23. Cette unité représente une sécurité importante, qui est par conséquent placée sur une branche distincte de celle qui comprend le régulateur de pression 21 et la sortie d'H2 30. L'unité d'analyse 20 peut comprendre un capteur de pression qui permet de contrôler l'efficacité de la régulation effectuée par le régulateur 21. Elle peut également comprendre un hygromètre, ainsi qu'un détecteur d'O2, pour assurer la pureté du gaz H2. Le capteur de pression 22 placé en sortie de la ligne hydrogène permet d'assurer le contrôle des modes « Stockage d'hydrogène » et « Consommation d'hydrogène » et permet de détecter une pression trop importante en aval de l'électrolyseur. In each respective chamber, the mixture then undergoes a transformation, so that two separate outlets are collected on the one hand pure water, and on the other hand the gas (O2 or H2 respectively). As will be seen below, it is nevertheless possible that the pure water still contains H2 at the outlet, and that the H2 at the outlet still contains water. Purification devices for each of these elements are provided for this purpose. The gases produced are thus led to extraction circuits respectively of hydrogen and oxygen. The H2 extraction circuit comprises a purification unit 19 for removing moisture and traces of oxygen in H2, an analysis unit 20 for checking the residual concentration of impurities in H2, a pressure regulator 21, and a pressure sensor 22. The analysis unit 20 makes it possible to detect a too great pressure and then causes the H2 degassing to a vent 23. This unit represents an important security, which is consequently placed on a separate branch of that which comprises the pressure regulator 21 and the outlet of H2 30. The analysis unit 20 may comprise a pressure sensor which makes it possible to control the efficiency of the regulation carried out by the regulator 21. hygrometer, as well as an O2 detector, to ensure the purity of the H2 gas. The pressure sensor 22 placed at the outlet of the hydrogen line makes it possible to control the "hydrogen storage" and "hydrogen consumption" modes and makes it possible to detect an excessive pressure downstream of the electrolyser.
Le circuit d'extraction d'O2 comporte une unité de purification 24 pour éliminer l'humidité et les traces d'hydrogène dans O2, une unité d'analyse 25 pour vérifier la concentration résiduelle en H2 dans l'oxygène et un régulateur de pression 26. The O 2 extraction circuit comprises a purification unit 24 for removing moisture and traces of hydrogen in O 2, an analysis unit for checking the residual concentration of H2 in oxygen and a pressure regulator 26.
L'unité d'analyse 25 permet de détecter une pression trop importante et entraîne alors le dégazage en 02 vers un évent 27. Cette unité représente une sécurité importante, qui est par conséquent placée sur une branche distincte de celle qui comprend le régulateur de pression 26 et la sortie d'O2 29. L'unité d'analyse 25 peut comprendre un capteur de pression qui permet de contrôler l'efficacité de la régulation effectuée par le régulateur 26. Elle peut également comprendre un hygromètre, ainsi qu'un détecteur d'H2, pour assurer la pureté du gaz O2. The analysis unit 25 makes it possible to detect an excessive pressure and then causes the O 2 to vent to a vent 27. This unit represents a significant safety, which is consequently placed on a branch different from that which comprises the pressure regulator. 26 and the exit of O2 29. The analysis unit 25 may comprise a pressure sensor which makes it possible to control the efficiency of the regulation carried out by the regulator 26. It may also comprise a hygrometer, as well as an H2 detector, to ensure the purity of the O2 gas.
En variante, les unités d'analyse 20 et 25 pourraient être incluses dans les branches des régulateurs 21 et 26. Dans ce cas, le régulateur et l'unité d'analyse peuvent être interchangés dans chaque branche. L'eau condensée issue des purificateurs 19 et 24 est conduite vers le réservoir de stockage 1 respectivement par des canalisations 31 et 32 grâce à des moyens de circulation non représentés. Alternatively, the analysis units 20 and 25 could be included in the branches of the regulators 21 and 26. In this case, the controller and the analysis unit can be interchanged in each branch. The condensed water from the purifiers 19 and 24 is led to the storage tank 1 respectively by pipes 31 and 32 through unrepresented circulation means.
La première chambre 6 et la seconde chambre 16 sont respectivement reliées aux évents oxygène 27 et hydrogène 23, par exemple par des soupapes de sécurité, de façon à relâcher du gaz en cas de surpression, ou sur commande respectivement des unités d'analyse 25 et 20. The first chamber 6 and the second chamber 16 are respectively connected to the oxygen 27 and hydrogen 23 vents, for example by safety valves, so as to release gas in case of overpressure, or on order respectively of the analysis units 25 and 20.
En variante, les soupapes de sécurité peuvent être remplacées ou complétées par une électrovanne. Cela permet une décompression rapide sur commande de l'automate, ou directement de l'unité d'analyse 25 ou 20. Alternatively, the safety valves can be replaced or supplemented by a solenoid valve. This allows a fast decompression on command of the automaton, or directly of the analysis unit 25 or 20.
Une canalisation 33 relie la première chambre 6 et la seconde chambre 16. La circulation dans la canalisation 33 est commandée par une électrovanne 34, elle permet de réguler le niveau d'eau dans la seconde chambre 16 en évacuant de l'eau vers la première chambre 6. A pipe 33 connects the first chamber 6 and the second chamber 16. The circulation in the pipe 33 is controlled by a solenoid valve 34, it makes it possible to regulate the water level in the second chamber 16 by evacuating water to the first room 6.
Cependant, cette eau est susceptible de contenir une quantité plus ou moins importante d'H2. Cette quantité est d'autant plus importante que la pression de fonctionnement est élevée. Or, la première chambre 6 reçoit une eau qui contient de l'O2. Par conséquent, il existe un risque à introduire l'eau issue de la seconde chambre 16 dans la première chambre 6. However, this water is likely to contain a greater or lesser amount of H2. This quantity is all the more important as the operating pressure is high. However, the first chamber 6 receives a water that contains O2. Therefore, there is a risk to introduce the water from the second chamber 16 into the first chamber 6.
Ce risque est notamment que 1Η2 et 1O2 se recombine en un mélange détonnant extrêmement dangereux pour l'installation et son environnement. This risk is notably that 1Η2 and 1O2 recombines into an extremely dangerous explosive mixture for the installation and its environment.
Pour prévenir ce risque, un dispositif de recombinaison 35 est disposé dans la canalisation 33 pour réduire la teneur en H2 de l'eau tirée de la seconde chambre 16. Le dispositif de recombinaison 35 vient catalyser la recombinaison du H2 en H20, de sorte qu'avant d'entrer dans la première chambre 6, il y a moins de H2, idéalement plus ou presque plus. To prevent this risk, a recombination device 35 is arranged in the pipe 33 to reduce the H2 content of the water drawn from the second chamber 16. The recombination device 35 catalyzes the recombination of H2 with H2O, so that before entering the first chamber 6, there is less H2, ideally more or almost more.
L'installation peut en outre comporter une unité de contrôle/commande comprenant un automate programmable 36 connecté à des moyens d'affichage et de saisie 37. Les entrées de l'automate programmable 36 sont reliées : The installation may further comprise a control / command unit comprising a programmable controller 36 connected to display and input means 37. The inputs of the programmable logic controller 36 are connected:
aux capteurs de niveau respectivement de la première chambre 6 et de la seconde chambre 16,  to the level sensors respectively of the first chamber 6 and the second chamber 16,
au capteur de niveau du réservoir de stockage d'eau pure 1,  at the level sensor of the pure water storage tank 1,
aux régulateurs de pression 21 et 26,  to the pressure regulators 21 and 26,
- au capteur de pression H2 22, the H2 pressure sensor 22,
au capteur de température 14,  at the temperature sensor 14,
à la sonde de conductivité 12,  at the conductivity probe 12,
aux unités de purification 19 et 24,  to purification units 19 and 24,
aux unités d'analyse 20 et 25,  to analysis units 20 and 25,
- aux capteurs de débit d'eau 13 et 18, the water flow sensors 13 and 18,
au générateur de courant 5,  to the current generator 5,
au « stack » d'électrolyse 4.  electrolysis stack 4.
Les sorties de l'automate programmable 31 sont reliées : The outputs of the PLC 31 are connected:
- aux pompes de relevage 8 et de circulation 10 et 15, - the lifting pumps 8 and circulation pumps 10 and 15,
aux électrovannes 9 et 34,  to solenoid valves 9 and 34,
aux régulateurs de pression 21 et 26, au générateur de courant continu 5, to the pressure regulators 21 and 26, to the DC generator 5,
aux unités de purification 19 et 24  to purification units 19 and 24
aux unités d'analyse 20 et 25,  to analysis units 20 and 25,
aux moyens de sécurité des lignes d'évent 02 et H2.  the security means of the vent lines 02 and H2.
La figure 2 représente un schéma fonctionnel d'une variante de l'installation prévue pour fonctionner à haute pression. Figure 2 shows a block diagram of a variant of the installation intended to operate at high pressure.
Dans cette variante les équipements ou leur montage doivent être adaptés à des pressions plus importantes, par exemple 50 bars. In this variant the equipment or their assembly must be adapted to greater pressures, for example 50 bar.
Dans cette variante, si les analyseurs de gaz H2 20 et O2 25 ne supportent pas la haute pression, il est possible de les mettre en parallèle dans leur circuit d'extraction respectif après détente des gaz et de les relier aux évents H2 23 et O2 27. In this variant, if the H2 and O2 gas analyzers 25 do not support the high pressure, it is possible to put them in parallel in their respective extraction circuits after expansion of the gases and to connect them to the H2 23 and O2 vents. 27.
Une alimentation en gaz neutre sous pression, représentée en traits interrompus, comportant une bouteille de gaz inerte sous pression 39 et une électrovanne 38, peuvent être utilisées pour mettre l'installation en pression. Elle peut également être utilisée pour inerter l'installation sur commande des unités d'analyse 20 et 25. A pressurized neutral gas supply, shown in phantom, comprising a cylinder of pressurized inert gas 39 and a solenoid valve 38, can be used to pressurize the plant. It can also be used to inerter the custom installation of the analysis units 20 and 25.
Comme dans la variante basse pression, l'installation peut être pilotée par une unité de contrôle/commande, comprenant un automate programmable 36 et des moyens d'affichage et de saisie 37. L'automate programmable peut également commander l' électrovanne 38 sur l'alimentation en gaz sous pression. As in the low pressure variant, the installation can be controlled by a control / command unit, comprising a programmable controller 36 and display and input means 37. The programmable logic controller can also control the solenoid valve 38 on the control panel. supply of gas under pressure.
Dans la variante représentée sur les figures 3 et 4 (qui correspondent respectivement aux figures 1 et 2), l'installation comporte en outre au moins un échangeur de calories 42 entre la sortie d'eau de la première chambre 6 et l'alimentation du « stack » 4. Cet échangeur peut servir à refroidir l'eau grâce à un fluide caloporteur circulant dans un circuit de refroidissement, représenté en trait interrompus, en fonction de la température mesurée par exemple par le capteur de température 14. Dans la fonction refroidissement, le fluide caloporteur circule grâce à un moyen de circulation, par exemple une pompe de circulation 41, entre l'échangeur 42 et un second échangeur de calories 40 en contact avec une source froide. Le second échangeur 40 peut être un échangeur air/liquide ou liquide/liquide, de façon à évacuer les calories en excédent. In the variant shown in Figures 3 and 4 (which respectively correspond to Figures 1 and 2), the installation further comprises at least one heat exchanger 42 between the water outlet of the first chamber 6 and the feed of "Stack" 4. This exchanger can be used to cool the water through a coolant circulating in a cooling circuit, shown in broken lines, depending on the temperature measured for example by the temperature sensor 14. In the cooling function, the heat transfer fluid circulates through a circulation means, for example a circulation pump 41, between the exchanger 42 and a second heat exchanger 40 in contact with a cold source. The second exchanger 40 may be an air / liquid or liquid / liquid exchanger, so as to evacuate excess calories.
D'une manière avantageuse il est possible de récupérer tout ou partie de ces calories pour réchauffer l'eau contenue dans le réservoir de stockage 1 via un échangeur de chaleur 45 pouvant être situé dans le réservoir de stockage 1 ou en dehors de celui-ci. Advantageously it is possible to recover all or part of these calories to heat the water contained in the storage tank 1 via a heat exchanger 45 that can be located in the storage tank 1 or outside thereof .
Ces calories peuvent également être récupérées ailleurs en fonction du placement de l'échangeur 45, par exemple au niveau du relevage 8 ou en aval de celui-ci. Des électrovannes 43 et 44 permettent de diriger le fluide caloporteur soit vers l'échangeur 45 soit directement vers l'échangeur 40. These calories can also be recovered elsewhere depending on the placement of the exchanger 45, for example at the lift 8 or downstream thereof. Solenoid valves 43 and 44 make it possible to direct the coolant either towards exchanger 45 or directly to exchanger 40.
Les électrovannes 43 et 44 et la pompe 41 sont bien sûr reliés aux sorties de l'automate programmable 36, les capteurs de température 14 et 46 étant relié à une entrée de l'automate programmable 36. De même, l'échangeur 40 peut être relié à une sortie de l'automate afin de contrôler la puissance de l'échange. The solenoid valves 43 and 44 and the pump 41 are of course connected to the outputs of the programmable controller 36, the temperature sensors 14 and 46 being connected to an input of the programmable controller 36. Similarly, the exchanger 40 can be connected to an output of the PLC to control the power of the exchange.
Dans cet exemple, en fonction de la température mesurée dans le réservoir de stockage par un capteur de température 46, l'automate actionne les électrovannes de manière à ce que la température de l'eau contenue dans le réservoir 1 reste comprise dans une plage de température proche de la température de fonctionnement de l'électrolyseur. In this example, as a function of the temperature measured in the storage tank by a temperature sensor 46, the automaton actuates the solenoid valves so that the temperature of the water contained in the tank 1 remains within a range of temperature close to the operating temperature of the electrolyser.
Ce système de préchauffage a pour avantage de limiter les fluctuations thermiques liées à l'injection d'eau par exemple à température ambiante provenant du réservoir 1 dans la première chambre 6 qui est à la température de fonctionnement de l'électrolyseur. En effet, l'injection d'eau d'alimentation « froide » dans l'électrolyseur provoque une chute transitoire de la température de fonctionnement dont l'amplitude varie en fonction de la quantité et de la température de l'eau injectée. Or une diminution de la température engendre une augmentation de la tension d'électrolyse (E) et de la tension enthalpique (V) ce qui implique une diminution du rendement d'électrolyse. This preheating system has the advantage of limiting thermal fluctuations related to the injection of water for example at room temperature from the tank 1 into the first chamber 6 which is at the operating temperature of the electrolyser. Indeed, the injection of "cold" feed water into the electrolyser causes a transient drop in the operating temperature, the amplitude of which varies according to the quantity and the temperature of the injected water. However, a decrease in temperature causes an increase in the electrolysis voltage (E) and the enthalpy voltage (V), which implies a reduction in the electrolysis efficiency.
En pratique, à tension d'alimentation constante, la quantité de courant traversant le stack et donc la production d'hydrogène diminue. In practice, at constant supply voltage, the amount of current flowing through the stack and therefore the production of hydrogen decreases.
Dans le cas d'un fonctionnement à débit constant, il est nécessaire de garder une densité de courant constante et donc d'augmenter la tension d'alimentation ce qui se traduit par une augmentation de la consommation énergétique du système jusqu'à ce que la température de fonctionnement optimale soit de nouveau atteinte. In the case of constant flow operation, it is necessary to keep a constant current density and therefore to increase the supply voltage which results in an increase in the energy consumption of the system until the optimal operating temperature is reached again.
Ce réchauffement préalable est donc bénéfique car il permet de refroidir efficacement le « stack » 4 tout en améliorant le rendement, ce qui représente une utilisation optimale des calories perdues par effet Joule au niveau de l'électrolyseur. This pre-heating is therefore beneficial because it effectively cools the "stack" 4 while improving efficiency, which represents an optimal use of calories lost by the Joule effect at the electrolyzer.
Cela a comme autre avantage de stabiliser le fonctionnement du « stack » 4 sous une pression et une température essentiellement stables, ce qui est bénéfique pour la recombinaison catalytique. La figure 5 représente schématiquement les chambres utilisées pour réaliser la séparation eau-O2 et eau-H2. This has the additional advantage of stabilizing the operation of the "stack" 4 under essentially stable pressure and temperature, which is beneficial for catalytic recombination. Figure 5 shows schematically the chambers used to achieve the water-O2 and water-H2 separation.
Cette séparation est, comme on l'a vu plus haut, une opération qui vise à récupérer séparément l'eau pure liquide d'un côté, et le gaz de l'autre. Pour cela, les chambres 6 et 16 reposent principalement sur l'effet de la gravité. Ainsi, une chambre comprend un corps 50 de forme générale quasi cylindrique placé de manière verticale dans l'installation. Dans la figure représentée ici, le cylindre est plus haut que large, car le débit n'est pas trop important. Dans des variantes à haut débit, le corps 50 peut prendre une forme plus large que haute. Ce qui compte, c'est la disposition des entrées et sorties pour réaliser la séparation par gravité. Le corps 50 comporte une première entrée 52 pour le mélange eau+O2 ou eau+H2 disposée dans une partie haute du corps. Ainsi, le mélange "tombe" dans le corps et la séparation liquide/gaz est réalisée par gravité. This separation is, as we have seen above, an operation which aims to recover separately the pure liquid water on one side, and the gas on the other. For this, rooms 6 and 16 are mainly based on the effect of gravity. Thus, a chamber comprises a body 50 of generally cylindrical shape placed vertically in the installation. In the figure shown here, the cylinder is higher than wide, because the flow is not too important. In high flow variants, the body 50 may take a wider than tall shape. What matters is the layout of the inputs and outputs to achieve gravity separation. The body 50 has a first inlet 52 for the mixture water + O2 or water + H2 disposed in an upper part of the body. Thus, the mixture "falls" into the body and the liquid / gas separation is performed by gravity.
Le corps 50 comporte également une deuxième entrée 54 et une troisième entrée 56. The body 50 also has a second inlet 54 and a third inlet 56.
Dans le cas de la première chambre 6, la deuxième entrée 54 permet de recevoir l'eau issue de la seconde chambre 16 et/ou le gaz inerte, et la troisième entrée 56 permet de recevoir l'eau issue du relevage 8. Dans le cas de la seconde chambre 16, la deuxième entrée 54 est utilisée comme sortie vers la canalisation 33, et la troisième entrée 56 permet de recevoir le gaz inerte. In the case of the first chamber 6, the second inlet 54 can receive the water from the second chamber 16 and / or the inert gas, and the third inlet 56 can receive the water from the lift 8. In the in the case of the second chamber 16, the second inlet 54 is used as an outlet towards the pipe 33, and the third inlet 56 makes it possible to receive the inert gas.
Pour les deux chambres, le corps comporte une première sortie 58 pour le gaz reliée aux circuits d'extraction respectifs, et une deuxième sortie 60 pour l'eau à recycler dans l'alimentation du « stack » 4. For both chambers, the body has a first outlet 58 for the gas connected to the respective extraction circuits, and a second outlet 60 for the water to be recycled in the feed of the "stack" 4.
Le corps 50 présente enfin un premier évidement 62 et un deuxième évidement 64, disposés respectivement légèrement sous le niveau de la première entrée 52 et légèrement au dessus du niveau de la deuxième entrée 54, qui peuvent recevoir des capteurs de niveau respectifs pour déterminer le niveau de liquide haut et bas dans la chambre. La figure 6 représente un filtre qui peut être utilisé pour réaliser le dispositif de recombinaison 35. Le filtre comporte un anneau périphérique 66 en acier agencé pour être logée dans la canalisation 33. L'anneau périphérique 66 loge sensiblement en son centre un disque 68 par exemple un filtre sur lequel est déposé un catalyseur, par exemple du noir de platine, qui est destiné à catalyser la réaction de recombinaison d'H2 contenu dans de l'eau qui le traverse. The body 50 finally has a first recess 62 and a second recess 64, respectively slightly below the level of the first inlet 52 and slightly above the level of the second inlet 54, which can receive respective level sensors to determine the level. of liquid up and down in the room. FIG. 6 represents a filter that can be used to produce the recombination device 35. The filter comprises a peripheral ring 66 made of steel arranged to be housed in the pipe 33. The peripheral ring 66 substantially houses a disk 68 at its center. a filter on which is deposited a catalyst, for example platinum black, which is intended to catalyze the recombination reaction of H2 contained in the water flowing therethrough.
Le filtre 35 peut être disposé en amont ou en aval de l'électrovanne 34, et présente en outre une porosité calculée pour entraîner une perte de charge pour l'eau qui le traverse. Cette perte de charge permet d'augmenter le temps de trajet dans la canalisation 33, et donc la quantité d'H2 qui est recombiné en eau pure. The filter 35 may be arranged upstream or downstream of the solenoid valve 34, and further has a porosity calculated to cause a pressure drop for the water flowing through it. This loss of charge makes it possible to increase the travel time in line 33, and therefore the amount of H2 that is recombined in pure water.
La figure 7 représente un complément pour le filtre 35. En effet, il peut être compliqué de maîtriser la porosité du filtre 35 et/ou d'obtenir une perte de charge suffisante. FIG. 7 represents a complement for the filter 35. Indeed, it can be complicated to control the porosity of the filter 35 and / or to obtain a sufficient pressure drop.
Une vanne à ouverture variable 70, par exemple une vanne à aiguille peut alors être utilisée en complément. L'ouverture est ajustée par un petit moteur électrique pas à pas. On adapte ainsi la perte de charge à la différence de pression. A valve with variable opening 70, for example a needle valve can then be used in addition. The opening is adjusted by a small electric motor step. The pressure drop is thus adapted to the difference in pressure.
Enfin, en variante des figures 6 et 7, le dispositif de recombinaison 35 peut être réalisé sous la forme d'un réservoir introduit dans la canalisation 33, dont les parois sont recouvertes de noir de platine, et dont la forme et le volume sont adaptés pour provoquer la perte de charge voulue. Finally, as an alternative to FIGS. 6 and 7, the recombination device 35 can be made in the form of a reservoir introduced into the pipe 33, whose walls are covered with platinum black, and whose shape and volume are adapted to cause the desired pressure drop.
Afin de réduire encore la quantité d'H2 au niveau de la première chambre 6, des boucles de recirculation à travers le dispositif de recombinaison 35 peuvent également être prévues en aval de ce dernier. La figure 8 détaille l'algorithme de régulation de niveau et de pression dans la seconde chambre 16. In order to further reduce the amount of H2 at the first chamber 6, recirculation loops through the recombiner 35 may also be provided downstream thereof. FIG. 8 details the algorithm for level and pressure regulation in the second chamber 16.
Les niveaux d'eau dans les chambres 6 et 16 ainsi que les pressions dans les circuits H2 et O2 sont mesurés en permanence. The water levels in chambers 6 and 16 as well as the pressures in the H2 and O2 circuits are measured continuously.
Lorsque le niveau de l'eau atteint le niveau maximum dans la seconde chambre 16, le régulateur de pression O2 26 est ouvert de façon à faire baisser la pression du côté oxygène et en conséquence augmenter l'écart de pression entre la boucle H2 et la boucle O2. When the water level reaches the maximum level in the second chamber 16, the O2 pressure regulator 26 is opened so as to lower the pressure on the oxygen side and consequently increase the pressure difference between the loop H2 and the O2 loop.
Quand cet écart est suffisant, en pratique quand il atteint 0,2 bar, l'électrovanne 34 sur la conduite 33 entre les chambres 6 et 16 est ouverte pour que de l'eau passe de la chambre 16 vers la chambre 6, tout en maintenant ledit écart de façon à ce que la seconde chambre 16 se vide partiellement dans la première chambre 6. When this difference is sufficient, in practice when it reaches 0.2 bar, the solenoid valve 34 on the pipe 33 between the chambers 6 and 16 is open so that water passes from the chamber 16 to the chamber 6, while maintaining said gap so that the second chamber 16 partially empties into the first chamber 6.
L'électrovanne 34 et le régulateur de pression O2 26 sont fermés quand l'une des deux conditions suivantes est remplie : The solenoid valve 34 and the O2 pressure regulator 26 are closed when one of the following two conditions is fulfilled:
l'eau atteint le niveau maximum dans la première chambre 6,  the water reaches the maximum level in the first chamber 6,
- l'eau atteint le niveau minimum dans la seconde chambre 16. the water reaches the minimum level in the second chamber 16.
Cette fermeture n'est pas nécessairement totale: elle vise à faire remonter la pression au niveau de la chambre respective. L'invention décrite dans la présente ne saurait être limitée aux seuls exemples de réalisation décrits. Elle englobe tous les équivalents que l'homme du métier saura envisager. This closure is not necessarily total: it aims to raise the pressure at the respective chamber. The invention described herein can not be limited to the described embodiments only. It includes all the equivalents that the skilled person will consider.
En outre, la Demanderesse a décrit un certain nombre de variantes qui peuvent être combinées entre elles. La divulgation de la présente porte donc sur toutes les combinaisons de ces variantes entre elles, et pas seulement sur la juxtaposition des variantes décrites. In addition, the Applicant has described a number of variants that can be combined with each other. The disclosure of the present therefore relates to all combinations of these variants with each other, and not only on the juxtaposition of the variants described.

Claims

Revendications claims
1. Installation de production d'hydrogène, caractérisée en ce qu'elle comporte : 1. A plant for producing hydrogen, characterized in that it comprises:
- un circuit d'alimentation d'eau purifiée,  a circuit for supplying purified water,
- une cellule d'électrolyse agencée pour électrolyser de l'eau reçue en entrée en séparant en sortie un mélange eau-02 d'une part, et un mélange eau-H2 d'autre part, an electrolysis cell arranged for electrolysing water received at the inlet, separating at the outlet a mixture of water-O 2 on the one hand, and a mixture of water-H 2 on the other hand,
- une première chambre (6) adaptée pour séparer un mélange eau-O2, reliée en entrée audit circuit d'alimentation d'eau purifiée et à la sortie du mélange eau-O2 de ladite cellule, et reliée en sortie à un circuit d'extraction pour l'O2 et à une entrée de ladite cellule pour l'eau,  a first chamber (6) adapted to separate a water-O 2 mixture, connected at the inlet to said purified water supply circuit and at the outlet of the water-O 2 mixture of said cell, and connected at the output to a circuit of extraction for O2 and at an inlet of said cell for water,
- une seconde chambre (16) adaptée pour séparer un mélange eau-H2, reliée en entrée à la sortie du mélange eau-H2 de ladite cellule, et reliée en sortie à un circuit d'extraction pour l'H2 et à une entrée de la cellule pour l'eau,  a second chamber (16) adapted to separate a water-H2 mixture, connected at the inlet to the outlet of the H2-water mixture of said cell, and connected at the output to an extraction circuit for the H2 and at an inlet of the cell for water,
- une canalisation (33) reliant les première et seconde chambres, comprenant une électro vanne (34) propre à commander un transfert d'eau de la seconde chambre (16) vers la première chambre (6) pour réaliser une régulation du niveau d'eau entre celles-ci, et  - a pipe (33) connecting the first and second chambers, comprising an electro valve (34) adapted to control a transfer of water from the second chamber (16) to the first chamber (6) to achieve a level control of water between them, and
- un dispositif de recombinaison (35) agencé dans ladite canalisation (33) et adapté pour éliminer sensiblement toute trace d'H2 dans l'eau issue de la seconde chambre (16) avant la première chambre (6).  - A recombination device (35) arranged in said pipe (33) and adapted to substantially remove any trace of H2 in the water from the second chamber (16) before the first chamber (6).
2. Installation de production d'hydrogène selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de recombinaison (35) comporte un catalyseur de recombinaison d'H2 en eau, et ce que le dispositif de recombinaison (35) est en outre adapté pour créer une perte de charge dans la canalisation (33). The hydrogen production plant according to claim 1, wherein the recombination device (35) comprises a recombinant H2 recombination catalyst in water, and the recombination device (35) is further adapted to create a pressure drop in the pipe (33).
3. Installation de production d'hydrogène selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle lesdits ladite cellule d'électrolyse (4) comporte au moins une membrane PEM (Proton Exchange Membrane). 3. Hydrogen production plant according to claim 1 or 2, wherein said electrolysis cell (4) comprises at least one membrane PEM (Proton Exchange Membrane).
4. Installation de production d'hydrogène selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit circuit d'alimentation d'eau purifiée est branché sur un réseau d'eau courante et comporte, montés en série, un régulateur de pression (2), au moins une unité de purification de l'eau (3), un réservoir de stockage d'eau purifiée (1), un troisième moyen de circulation (8), une électrovanne (9), ladite électrovanne (9) et ledit moyen de circulation (8) étant actionnés pour alimenter en eau ladite première chambre (6). The hydrogen production plant according to any one of the preceding claims, wherein said purified water supply circuit is connected to a running water system and comprises, connected in series, a pressure regulator (2), at least one water purification unit (3), a purified water storage tank (1), a third means for circulation (8), a solenoid valve (9), said solenoid valve (9) and said circulation means (8) being actuated to supply water to said first chamber (6).
5. Installation de production d'hydrogène selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la première chambre (6) est reliée à un circuit d'extraction d'O2 qui comprend : 5. Hydrogen production plant according to one of the preceding claims, wherein the first chamber (6) is connected to an O2 extraction circuit which comprises:
- une unité de purification d'O2 (24) effectuant une extraction d'eau, l'eau extraite étant réinjectée dans ledit réservoir de stockage d'eau purifiée (1) par une canalisation (31),an O2 purification unit (24) carrying out a water extraction, the extracted water being reinjected into said purified water storage tank (1) via a pipe (31),
- un moyen d'analyse des gaz (25), a gas analysis means (25),
- un moyen de régulation de pression d'O2 (26), et  an O2 pressure regulating means (26), and
- un premier moyen d'évacuation de gaz (27) pour faire baisser la pression en relâchant de 1 '02 en cas de surpression dans ledit circuit d'extraction d'O2  a first gas evacuation means (27) for lowering the pressure by releasing 1 O 2 in the event of overpressure in said O 2 extraction circuit;
6. Installation de production d'hydrogène selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la seconde chambre (16) est reliée à un circuit d'extraction d'H2 comprend : 6. Hydrogen production plant according to one of the preceding claims, wherein the second chamber (16) is connected to an H2 extraction circuit comprises:
- une unité de purification d'H2 (19) effectuant une extraction d'eau, l'eau extraite étant réinjectée dans ledit réservoir de stockage d'eau purifiée (1) par une canalisation (32),an H2 purification unit (19) carrying out a water extraction, the extracted water being reinjected into said purified water storage tank (1) via a pipe (32),
- un moyen d'analyse des gaz (20), a gas analysis means (20),
- un moyen de régulation de pression de H2 (21), et  a means for regulating the pressure of H2 (21), and
- un second moyen d'évacuation de gaz (23), de façon à faire baisser la pression en relâchant de l'H2 en cas de surpression dans ledit circuit d'extraction de H2  a second gas evacuation means (23), so as to lower the pressure by releasing H2 in case of overpressure in said H2 extraction circuit;
7. Installation de production d'hydrogène selon la revendication 6, comportant en outre une unité de contrôle/commande, comprenant : The hydrogen production plant according to claim 6, further comprising a control / control unit, comprising:
- un automate programmable (36) conçu pour piloter le fonctionnement de ladite installation en exécutant une suite d'instructions mémorisées dans un de ses composants, dont les entrées sont reliées auxdites première et seconde chambres (6, 16), à un capteur de niveau du réservoir de stockage d'eau pure (1), auxdits régulateurs de pression (21, 26), à ladite cellule d'électrolyse (4), à un capteur de conductivité (12) et à un capteur de débit (13) montés sur l'entrée de ladite cellule d'électrolyse (4), auxdits moyens d'analyse des gaz (20, 25), audit capteur de pression H2 (22), auxdites unités de purification des gaz (19, 24), à un générateur de courant (5) qui alimente ladite cellule d'électrolyse (4), à un capteur de température (14) disposé en sortie de ladite cellule d'électrolyse (4), et dont les sorties sont reliées auxdits premier, second et troisième moyens de circulation (8, 10, 15), auxdites électrovannes (9, 34), audit générateur de courant continu (5), auxdits régulateurs de pression (21, 26), auxdites unités de purification (19, 24), et a programmable controller (36) designed to control the operation of said installation by executing a sequence of instructions stored in one of its components, the inputs of which are connected to said first and second chambers (6, 16), to a level sensor of the pure water storage tank (1), to said regulators of pressure (21, 26), said electrolysis cell (4), a conductivity sensor (12) and a flow sensor (13) mounted on the inlet of said electrolysis cell (4) to said gas analysis means (20, 25), said H2 pressure sensor (22), said gas purification units (19, 24), a current generator (5) which supplies said electrolysis cell (4). ), a temperature sensor (14) disposed at the output of said electrolysis cell (4), and whose outputs are connected to said first, second and third circulation means (8, 10, 15), to said solenoid valves (9). , 34), said DC generator (5), said pressure regulators (21, 26), said purification units (19, 24), and
- des moyens d'affichage et de saisie (3), connectés audit automate programmable (36). - Display and input means (3), connected to said programmable controller (36).
8. Installation de production d'hydrogène selon la revendication 7, dans laquelle ledit module de contrôle/commande est conçu pour piloter le fonctionnement de ladite installation selon une pluralité de modes possibles de fonctionnement comprenant : - un mode production d'hydrogène, dans lequel les données de consigne fournies par l'utilisateur sont le débit et la pression de fonctionnement de l'installation, indépendamment de l'utilisation de l'hydrogène et/ou de l'oxygène produit, ou The hydrogen production plant according to claim 7, wherein said control / control module is adapted to control the operation of said plant according to a plurality of possible modes of operation comprising: a hydrogen production mode, wherein the user-supplied setpoint data is the flow and operating pressure of the plant, regardless of the use of the hydrogen and / or oxygen produced, or
- un mode stockage d'hydrogène, dans lequel ladite installation alimente un moyen de stockage d'hydrogène et les données de consigne fournies par l'utilisateur sont le débit et la pression de remplissage du réservoir, ou  a hydrogen storage mode, in which said plant supplies a hydrogen storage means and the user-supplied setpoint data are the flow rate and the filling pressure of the tank, or
- un mode consommation d'hydrogène, dans lequel ladite installation alimente un moyen de consommation d'hydrogène et la donnée de consigne est un débit initial, régulé par la pression pour tenir compte de la consommation de la pile.  - A hydrogen consumption mode, wherein said installation feeds a hydrogen consumption means and the setpoint data is an initial flow rate, regulated by the pressure to take into account the consumption of the battery.
9. Installation de production d'hydrogène selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle ledit automate programmable (36) régule le débit de gaz produit en fonction de la température mesurée par le capteur de température (14), en faisant varier la tension générée par le générateur de courant continu (5) et appliquée aux bornes de ladite cellule d'électrolyse (4) en fonction de la consigne de débit de gaz fournie par l'utilisateur. 9. Hydrogen production plant according to claim 7 or 8, wherein said programmable controller (36) regulates the produced gas flow as a function of the temperature measured by the temperature sensor (14), by varying the voltage generated. by the DC generator (5) and applied across the terminals of said electrolysis cell (4) as a function of the gas flow setpoint supplied by the user.
10. Installation de production d'hydrogène selon l'une des revendications 7 à 9, dans laquelle ledit automate programmable (36) exécute en boucle la suite d'instructions suivantes : 10. Hydrogen production plant according to one of claims 7 to 9, wherein said programmable controller (36) executes in a loop the following sequence of instructions:
a. prendre la mesure du niveau d'eau dans la seconde chambre (16), at. take the measurement of the water level in the second chamber (16),
b. si le niveau d'eau dans la seconde chambre (16) atteint le niveau maximum : b. if the water level in the second chamber (16) reaches the maximum level:
c. ouvrir le régulateur de pression d'O2 (26), vs. open the O2 pressure regulator (26),
d. prendre la mesure de la pression dans les circuits d'extraction d'O2 et d'H2, e. si l'écart de pression entre ledit circuit d'extraction d'H2 et ledit circuit d'extraction d'O2 est supérieur à un seuil, ouvrir l'électrovanne (34) montée sur la conduite (33) prévue entre les première et seconde chambres (6, 16), tout en maintenant ledit écart de façon à ce que la seconde chambre (16) se vide partiellement dans la première chambre (6), d. measure the pressure in the O2 and H2 extraction circuits, e. if the pressure difference between said H2 extraction circuit and said O2 extraction circuit is greater than a threshold, open the solenoid valve (34) mounted on the pipe (33) provided between the first and second chambers (6, 16) while maintaining said gap so that the second chamber (16) partially empties into the first chamber (6),
f. quand le niveau d'eau dans la seconde chambre (16) atteint un niveau minimum ou quand le niveau d'eau dans la première chambre (6) atteint un niveau maximum, fermer ladite électrovanne (34) et le régulateur de pression d'O2 (26), f. when the water level in the second chamber (16) reaches a minimum level or when the water level in the first chamber (6) reaches a maximum level, closing said solenoid valve (34) and the O2 pressure regulator (26)
répéter à partir de a. repeat from a.
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