WO2016162327A1 - Cellule electrolytique pour la production d'au moins une substance chimique et machine de lavage - Google Patents

Cellule electrolytique pour la production d'au moins une substance chimique et machine de lavage Download PDF

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WO2016162327A1
WO2016162327A1 PCT/EP2016/057413 EP2016057413W WO2016162327A1 WO 2016162327 A1 WO2016162327 A1 WO 2016162327A1 EP 2016057413 W EP2016057413 W EP 2016057413W WO 2016162327 A1 WO2016162327 A1 WO 2016162327A1
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WO
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electrolytic cell
electrolyte
cell
chamber
cathode
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PCT/EP2016/057413
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Mohamed MALLOUKI
Abd Elghani HAMITI
Edouard ARCHAMBEAUD
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Ceram Hyd
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Definitions

  • the present invention relates to the production of chemical substances such as dihydrogen, dioxygen, halides, especially chlorine or bromine, acids, especially hypochlorous acid, hydrochloric acid or bases, especially caustic soda, by electrolysis of water containing salts such as NaCl, KO, MgCl 2 , CaCl 2 , CuSO 4 , FeSO 4 , NaNO 3 , KNO 3 , Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 , Cd (CN) 2 , Cu (CN ) 2 , Ag (CN), Zn (CN), CuCl 2 , Cu (OH) 2 , Ni (OH) 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 , ZnSO 4 , Zn (OH) 2 , Pb (NO 3) 2 , CdCl 2 2 , Cd (OH) 2 , this list not being limiting, by means of an electrolyzer comprising at least one electrolytic cell equipped with at least two ion exchange membranes arranged between an anode
  • the invention relates more particularly to the simultaneous production, and preferably in two separate compartments, of hypochlorous acid solutions HCIO and caustic soda NaOH by electrolysis of water containing NaCl salt, or even water saturated with NaCl salt, otherwise called brine.
  • washing machine is meant in particular a machine for dipping, prewash, degreasing, cleaning, rinsing, disinfection and / or sterilization of objects or surfaces.
  • the international application WO 2012/127164 relates to a symmetrical electrochemical cell whose electrolyte inputs and outputs are disposed on either side of the cell on the two large faces thereof. It is further constituted by two half-cells symmetrical with respect to a median plane.
  • the invention aims to improve the electrolysers, so as to facilitate the production and immediate or deferred use of the chemical or substances referred to above, and to lower the cost.
  • the aim of the invention is to use these substances in differentiated or joint ways in washing applications for example, in order to improve during a part of the washing cycle the degreasing and during another part of the cycle the disinfection and / or deodorization, by example.
  • the invention thus relates to a three chamber electrolytic cell, separated by ion exchange membranes, for the production of at least one chemical substance.
  • the subject of the invention is in particular an electrolytic cell for the production of at least one chemical substance, especially chosen from dihydrogen, dioxygen, halides, in particular chlorine or bromine, acids, especially hypochlorous acid HCIO, the hypochlorite ion C10 " , hydrochloric acid HCl or bases, in particular caustic soda NaOH, by electrolysis of an electrolyte, the electrolyte possibly being water containing at least one salt, a base and / or a acid, in particular chosen from the following list: NaCl, KCl, MgCl 2 , CaCl 2 , CuSO 4 , FeSO 4 , NaNO 3 , KNO 3 , Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 , Cd (CN) 2 , Cu (CN ) 2 , Ag (CN), Zn (CN), CuCl 2 , Cu (OH) 2 , Ni (OH) 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 , ZnSO 4 , Zn (
  • the electrolyte may especially be water containing at least one salt, a base and / or an acid, in particular chosen from the following list: NaCl, KO, MgCl 2 , CaCl 2 , CuSO 4 , FeSO 4 , NaNO 3 , KN0 3 , Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 .
  • the hydraulic connectors for input and output of the electrolyte into the intermediate chamber are all two arranged substantially one and the other in the median plane of the cell or parallel to this plane, on the periphery of the cell. They can each be oriented along a longitudinal axis of the connector which extends parallel to the median plane of the cell and parallel to the ion exchange membranes.
  • the flow of electrolyte regardless of the chamber is according to the invention oriented substantially tangentially to the membranes, and is not oriented perpendicular to the latter, in particular at its entry and exit into the cell. This promotes a laminar flow of the electrolyte.
  • An advantage of the presence of these connectors at the periphery of the cell is to obtain a more rigid cell, with less risk of deformation thereof, if they were present on the large faces of the cell. There is thus a better electrical contact and therefore a better electrochemical result.
  • the hydraulic input and output connectors may for example be arranged on the same side of the cell or on both sides thereof.
  • the hydraulic input and output connectors of the electrolyte in the intermediate chamber are both arranged substantially one in the same direction and parallel to the median plane of the cell, close to one another, at the same end of the cell. They are each oriented along a longitudinal axis of the connector which extends parallel to the median plane of the cell and parallel to the ion exchange membranes.
  • the hydraulic inlet and outlet connectors of the electrolyte in the intermediate chamber are arranged in opposite directions and parallel to the median plane of the cell at both ends. ends of the cell. They are each oriented along a longitudinal axis of the connector which extends parallel to the median plane of the cell and parallel to the ion exchange membranes.
  • the input connector of the intermediate chamber may be disposed on one side of the cell and the output connector of the intermediate chamber on the other. The presence of these inlet and outlet hydraulic connectors on either side of the cell can increase the diameter of the fluid circulation pipes in the chambers to increase the flow.
  • the cell may comprise two lateral chambers disposed on either side of the intermediate chamber, on the other side of each of the ion exchange membranes.
  • the cell may comprise in particular an anode side chamber containing the anode and a cathode side chamber containing the cathode.
  • a three-chamber electrolytic cell can prevent the production of NaCIO (bleach), as it would be the case with a two-chamber cell, but favor that of hypochlorous acid HCIO, which has a biocidal character more efficient as well as having a residual presence of reduced NaCl salt.
  • An advantage of the invention is thus to allow the presence of NaCl to be minimized.
  • a three chamber electrolytic cell can be used to prevent the release of chlorine gas Cl 2 , which is toxic, and to ensure its total passage in solution in the form HOC1 + H + + C1-.
  • the lateral chambers can be supplied with electrolyte by hydraulic input and output connectors arranged at the periphery of the cell, being for example arranged on the same side of the cell as the hydraulic connectors of the intermediate chamber or on the other side. else of the cell. In other words, all the hydraulic connectors of the cell can all be located at the periphery of the cell, or even on the same side of the cell. Such a configuration can facilitate the integration of the cell in a washing machine for example.
  • the hydraulic inlet and outlet connectors of the intermediate chamber may be arranged on the same side of the cell, while the input and output connectors of the side chambers are on the other side of the cell.
  • the cell according to the invention may in particular be configured to allow the simultaneous production of hypochlorous acid HCIO and caustic soda NaOH.
  • the electrolytic cell may consume brine, the reaction taking place in the electrolytic cell being for example the following:
  • the anode has an oxidation reaction of chloride ions to chlorine according to the following half-reaction:
  • hypochlorous acid HCIO is a weak acid that can dissociate to give the hypochlorite ion with a pH-dependent reaction kinetics, according to the following reaction:
  • HCIO is the preponderant form of free chlorine over a pH range of between 3 and 5.5 approximately, according to the graph of FIG. which shows the concentrations of these three species as a percentage as a function of pH.
  • the cell promotes a predominant production of HCIO by design but also by the use of the ion exchange membranes described below.
  • the cathode has a water reduction reaction with production of hydroxide ions.
  • the production of hydrogen in the cathodic side chamber is parallel with the production of sodium hydroxide according to the following half reaction:
  • the cell may comprise an armature defining the intermediate chamber, which armature may comprise a central partition in the intermediate chamber for providing a U-shaped circulation for the electrolyte.
  • U-shaped circulation maximizes functional surfaces.
  • the central partition may extend over more than half the length of the intermediate chamber, or more than two-thirds.
  • the central partition may for example extend over a length of between 3 and 5.5 cm approximately.
  • the central partition may for example extend over a length of between 50% and 90% of the length of the intermediate chamber.
  • the central partition can extend from an edge of the frame on the same side of the cell as the hydraulic connectors. It is interrupted on the opposite side to the hydraulic connectors to allow the circulation of the electrolyte.
  • the armature is devoid of central partition but has deflectors in the form of curvilinear lips.
  • the frame may comprise two grids extending parallel to each other.
  • the two grids cooperate to ensure a seal at the central partition and at their periphery. They can cooperate by adjusting shapes one male and the other female.
  • the two grids may have different shapes, one having a male shape and the other female to allow their clipping on one another.
  • the two grids may not be symmetrical with respect to each other.
  • a central seal may be disposed between the two grids. Alternatively, they may be glued or welded to one another by the use of ultrasonic welding, laser welding, hot blade welding or any other method which provides a seal on the outline of the two grids.
  • the grids can be obtained by molding (injection of plastics). They can be molded in a plastic material chosen from the following list: PVDF, PTFE, PE, HDPE, PP, PVC, CPVC, this list not being limiting.
  • the two grids are glued to each other, by depositing glue in the female form of one of the grids.
  • the two grids are exactly identical, each having on one half of their periphery a male shape and on the other half a female shape, the two grids can then cooperate when returned to one another.
  • Each grid can be molded in one piece. They can each have baffles and be molded in one piece with them.
  • the deflectors may take the form of curvilinear lips or pads.
  • the pads may have a square or triangular shape, for example. They may include a face facing the incoming flow, so as to minimize the presence of areas without flow flow.
  • Each grid may comprise studs, which may extend in rows perpendicular or parallel to the central partition. These pads may extend inwardly of the grid, in other words in the intermediate chamber. According to one embodiment, each row can be shifted relative to the previous row, the pads then being arranged in staggered rows, which can improve the homogeneity of the flow of fluids over the entire surface.
  • the arrangement of the staggered blocks can help to better fill the rooms, and thus to promote exchanges to renew the electrolyte.
  • the pads may be arranged in rows aligned both perpendicularly and parallel to the central partition.
  • each grid may comprise transverse bars, which may extend perpendicularly to the central partition. These bars may have a serrated inner surface or crenellated.
  • the inner surface of a grid designates the surface facing the other grid of the frame, ie the inner surface of the intermediate chamber.
  • the cell may comprise means for putting the intermediate chamber under overpressure.
  • overpressure it is meant that a positive pressure is applied to the intermediate chamber with respect to the lateral chambers.
  • a positive pressure can be applied to the electrolyte entering the intermediate chamber.
  • the positive pressure may for example be between 0.1 and 1.5 bar, better still between 0.2 and 1 bar, being of the order of 0.5 bar for example.
  • the electrolyte circulating in the central chamber, including brine, in a closed circuit this allows the overpressure of the intermediate chamber relative to the side chambers.
  • a differential pressure can be applied to the intermediate chamber.
  • Such a configuration can make it possible to improve the total efficiency of the electrolytic cell because it makes it possible to improve the crossing of the ion exchange membranes by certain ions insofar as better contact is ensured between the membranes and the corresponding electrodes.
  • Overpressure can be achieved by using a smaller hydraulic connector at the outlet than at the inlet.
  • the cell may comprise an outer shell formed of two half-shells each delimiting a lateral chamber.
  • the two half-shells cooperate to ensure a seal at their periphery. They can cooperate by adjusting shapes one male and the other female.
  • the two half-shells can have different shapes, one having a male shape and the other female to allow their clipping on one another.
  • the two half-shells may not be symmetrical with respect to each other.
  • a central seal may be disposed between the two half-shells. Alternatively, they may be glued or welded to one another by the use of ultrasonic welding, laser welding, hot blade welding or any other method allowing sealing around the half-shells.
  • the half-shells can be obtained by molding (injection of plastics). They can be molded in a plastic material chosen from the following list: PVDF, PTFE, PE, HDPE, PP, PVC, CPVC, ABS, PC, PPS, PBT, this list not being limiting.
  • the two half-shells are each made of two different materials.
  • the material of one of the half-shells may comprise an absorber charge.
  • the two half-shells are exactly identical, each having on one half of their periphery a male shape and on the other half a female shape, the two half-shells can then cooperate when returned one on the other.
  • Each half-shell may comprise a central partition making it possible to provide in the corresponding lateral chamber a U-shaped circulation for the corresponding electrolyte.
  • the central partition may extend over more than half the length of the side chamber, or more than two-thirds.
  • the central partition may for example extend over a length of between 2.6 and 4.5 cm approximately.
  • the central partition may for example extend over a length of between 50% and 90%> of the length of the half-shell.
  • the central partition extends from the edge of the shell of the same side of the cell as the hydraulic connectors. It is interrupted on the side of the cell opposite to the hydraulic connectors to allow the circulation of the electrolyte.
  • Each half-shell can be molded in one piece. They can each have baffles and be molded in one piece with them.
  • the deflectors may take the form of curvilinear lips or pads.
  • the pads may have a square or triangular shape, for example. They may include a face facing the incoming flow, so as to minimize the presence of areas without flow flow.
  • These deflectors may allow to promote electrical contact with the corresponding electrode.
  • Each half-shell may comprise studs, which may extend in rows perpendicular or parallel to the central partition. These pads may extend inwardly of the half-shell, in other words in the corresponding lateral chamber. According to one embodiment, each row can be shifted relative to the previous row, the pads then being arranged in staggered rows, which can improve the homogeneity of the flow of fluids over the entire surface.
  • the pads may be arranged in rows aligned both perpendicularly and parallel to the central partition.
  • a device for generating hydraulic eddies can be added.
  • This device consists of the integration of a sloping surface between the pads of each row.
  • Each half-shell may have a sloping surface just before the exit to the hydraulic output connector, so as to improve the evacuation of electrolysis products.
  • each half-shell may comprise at the entrance of the corresponding lateral chamber fins to direct the flow towards the interior of the corresponding lateral chamber, in particular towards the central partition.
  • Each half-shell may include an opening for the passage of electrical connectors which will be described later.
  • the shell has two openings for the passage of electrical connectors.
  • These two openings may be formed at the periphery of the cell on the same side of the cell, and in addition on the same side of the cell as the hydraulic connectors.
  • the two openings may be disposed at the periphery of the cell, but on opposite sides.
  • the outer shell may for example be a size of the order of a credit card. It can thus be small enough to be integrated very easily in a washing machine. It may have a width of between 3.5 and 10 cm, better still between 4.5 and 7.5 cm, being for example of the order of 4.8 cm. It may have a length of between 5.5 and 13 cm, better still between 6.5 and 10.5 cm, being for example of the order of 7.5 cm.
  • the outer shell may for example have a size of the order 73 * 52 * 15 mm without taking into account the hydraulic connectors, and 83 * 52 * 15 mm including hydraulic connectors.
  • the gates of the intermediate chamber may have a size of the order of 64 * 43 mm.
  • the outer shell may for example have a size of the order 109.5 * 80.25 * 18 mm without taking into account the connectors hydraulic, and 119 * 80.25 * 18 mm including hydraulic connectors.
  • the gates of the intermediate chamber may have a size of the order of 98.5 * 68 mm.
  • Each of the membranes may have an area of between 10 and 70 cm 2 , or even between 15 and 60 cm 2 , better still between 20 and 50 cm 2 , being for example of the order of 26 cm 2 .
  • At least one of the ion exchange membranes, or both, may comprise boron nitride, especially activated boron nitride as defined below.
  • At least one of the ion exchange membranes, or both, may comprise a polymeric matrix, in which the boron nitride is contained, as explained below.
  • At least one of the ion exchange membranes may be a selective exchange membrane disposed between the anode and the cathode, in particular a membrane selective perfluorinated functionalized by the addition of sulfonate groups (SO 3 ) or carboxylates (COO) or quaternary ammonium (NH 3 OR NH 4 ), for example comprising Nafion®.
  • SO 3 sulfonate groups
  • COO carboxylates
  • NH 3 OR NH 4 quaternary ammonium
  • the term "selective membrane” means that the ion exchange membrane is configured to favor the passage through it anions or cations, and not both.
  • the selectivity of at least one of the membranes may be chosen so as to favor the production of one of the chemical substances in particular, for example HCl or, conversely, NaOH.
  • At least one of the ion exchange membranes may be a non-selective exchange membrane disposed between the anode and the cathode, preferably a non-selective membrane comprising activated boron nitride.
  • the non-selective membrane can protect a selective membrane from a basic or acidic environment.
  • non-selective membrane means that the ion exchange membrane is configured to allow anions such as cations to pass therethrough.
  • the two ion exchange membranes are non-selective.
  • At least one of the ion exchange membranes can be in particular a semi-permeable separator, which can make it possible to vary the production equilibrium of the chemical substances.
  • the two ion exchange membranes are non-selective membranes, in particular of the CERAPEM® type, the use of which can make it possible to improve the rate of production of HCIO in particular.
  • At least one of the ion exchange membranes may be highly conductive, having in particular a conductivity greater than 50 mS / cm, better still greater than 100 mS / cm when measured in a concentrated acid solution at 1M, being for example of the order of 200 mS / cm.
  • At least one ion exchange membrane may be covered by a binder deposition, which may be chosen in particular from the following list, which is not limiting: PTFE-based polymer, PVDF, PVA, PESS, PECH, Nafion®.
  • a binder deposition which may be chosen in particular from the following list, which is not limiting: PTFE-based polymer, PVDF, PVA, PESS, PECH, Nafion®.
  • the presence of the binder may make it possible to improve the subsequent deposition of a catalyst on the membrane or to improve the mechanical strength of the latter.
  • Each membrane may be covered with a catalytic deposit on the side of its contact with the corresponding electrode.
  • the membrane located against the anode may for example comprise a catalyst deposition selected from the following list: platinum, palladium, iridium oxide (IrO 2 ), ruthenium oxide (RuO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), this list is not limiting.
  • the membrane located against the cathode may for example comprise a catalyst deposit chosen from the following list: platinum, nickel, palladium, this list not being limiting.
  • the choice of catalyst deposited on the membrane may in particular depend on the choice of catalyst deposited on the corresponding electrode. It can for example be the same.
  • At least one of the membranes may be completely free of catalyst. It may be devoid of catalyst but nevertheless include a binder layer.
  • At least one of the ion exchange membranes preferably comprises boron nitride and more preferably activated boron nitride.
  • activation By “activation" of boron nitride, it is sought to promote ionic conduction in boron nitride.
  • the activated [BN] crystallite In activated boron nitride, the activated [BN] crystallite generates on its surface -OH, -H, -SO 3 H or -SO 4 H bonds that will create NH, B-OH, B-SOxH or N groups. -SOxH.
  • the conduction of the ions can also be carried out by means of doublets available on oxygen atoms inserted in nitrogen vacancies of the boron nitride. Such nitrogen gaps containing oxygen atoms may be especially present when the boron nitride was obtained from B 2 0 3 or H 3 B0 3 .
  • the boron nitride used may comprise at least one, for example one or more substituent element (s), of the following list: boron oxide, calcium borate, sulfuric acid.
  • substituent element of the following list: boron oxide, calcium borate, sulfuric acid.
  • the presence of such elements can promote activation, especially when present in a mass proportion of between 1 and 20%.
  • the boron nitride, or the membrane which contains it may be exposed to a fluid which makes it possible to provide H 3 0 + or S0 4 2 - ions and to form B bonds in the boron nitride.
  • a fluid which makes it possible to provide H 3 0 + or S0 4 2 - ions and to form B bonds in the boron nitride.
  • the fluid may for example be an acid solution containing H 3 O 3 ions. + , for example strong acids such as HCl, H 2 SO 4, H 3 PO 4, H 2 S 2 O 7 , or weak acids, or else not be an acid solution, but for example a basic solution containing OH ions " , for example a solution of soda or potash.
  • the concentration of the solution can have an influence on the speed and the level of activation obtained, ie on the level of ionic conductivity obtained, but not on the appearance of the activation itself.
  • the acid concentration is for example between 1 and 18 mol / L and the concentration of the sodium hydroxide may be between 0.5 and 1 mol / L.
  • Activation by a fluid can be carried out at a temperature between 0 and 90 ° C, for example of the order of 60 ° C, or at room temperature.
  • the boron nitride can be rinsed and optionally dried before being used to make the membrane.
  • the fluid can be removed so that its residual content is less than 2%.
  • the fluid exposure step may have a duration of less than 50 hours.
  • the activation of the boron nitride is obtained by mixing boron nitride, for example in powder form, with acid, for example concentrated sulfuric acid, for example at 18M. , see 3 M, for a predetermined time, before using the activated boron nitride to make the ion exchange membrane, for example by mixing the activated boron nitride powder with a polymer matrix.
  • the ion exchange membrane may comprise a polymeric matrix.
  • the polymer matrix may comprise at least one of the polymers of the following list: PTFE (Polytetrafluoroethylene), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVDF-HFP, PVDF-G-PSSA, POE (polyoxyethylene), PESS (sulfonated polyether sulfone) , PECH (Polyepichlorohydrin), PFSA, PCTFE, PP, HDPE, this list not being limiting.
  • the polymer matrix may for example include the PTFE DuPont, known under the trade name Teflon ®, PTFE or another company, Arkema and Solvay for example. Ion conduction with PTFE can be as good as with other polymers, up to 0.2 S / cm. In an alternative embodiment, the amount of polymer may be less than or equal to 15%, or even less than 5%.
  • the proportion by weight of boron nitride in the membrane may be greater than 50% better than or equal to 95%, especially in the case of association with PTFE. It is for example between 70 and 100%. It can be in some embodiments of the order of 70%, and 90% in other embodiments. In an alternative embodiment, it may be greater than or equal to 95%.
  • a woven fabric for example PP or PTFE, can be incorporated in the membrane to improve the mechanical strength.
  • the mechanical strength of the ion exchange membrane can be satisfactory for a small amount of PTFE, for example of the order of 4 MPa (Young's modulus) to 5% by weight of PTFE at 25 ° C., and increases significantly with a greater amount of PTFE, for example of the order of 6 MPa to 15%.
  • PTFE Young's modulus
  • the membranes used can maintain good ion exchange and mechanical strength properties throughout their use.
  • the membranes used may also be advantageously insensitive to impurities (for example in the form of divalent ions Ca ++ , Mg ++ , Fe ++ ) possibly present in the electrolyte, brine and / or water. Indeed, other membranes could, in case of prolonged exposure to these bivalent ions, suffer from a drop in yield, or even become inoperative.
  • impurities for example in the form of divalent ions Ca ++ , Mg ++ , Fe ++
  • the temperature range of use of the ion exchange membrane can be wide enough, up to 90 ° C.
  • the boron nitride present in the ion exchange membrane may be in the form of a powder composed of grains having a greater transverse dimension of between 0.5 and 15 ⁇ , being for example centered on 5 ⁇ .
  • the ionic conduction in the boron nitride takes place on the surface of the crystallites of activated boron nitride constituting the grains.
  • the boron nitride is composed of a nanoparticle powder, that is to say grains comprising a single nano-sized crystal, for example between 10 and 500 nanometers.
  • At least one ion exchange membrane, or both may have a thickness less than 500 ⁇ , especially less than 400 ⁇ , better than 300 ⁇ , for example being of the order of 100 ⁇ .
  • a relatively small thickness makes it possible to improve the ionic conduction. Nevertheless, the thickness of the ion exchange membrane is sufficient to allow the membrane to withstand high pressures in the cell, if necessary.
  • the electrolytic cell may comprise two electrodes, namely the anode and the cathode mentioned above.
  • At least one of the electrodes may comprise electrical connectors, which may have the form of two electrically conductive tongues for the electrical connection of the anode and / or the cathode. These two tabs can be inserted into the openings of the half-shells provided for this purpose, allowing the power supply of the electrolytic cell.
  • the tabs can be central or not. In the latter case, their decentering can be used as foolproof during assembly of the cell.
  • the tongues may be made of an electrically conductive material, for example a metallic material, for example chosen from the following list: titanium, aluminum, nickel, stainless steel, this list not being limiting.
  • the electrodes may be made of perforated titanium foil or of a porous material formed of titanium balls.
  • a porous material in particular titanium, advantageously makes it possible to obtain a smooth and seamless surface for the electrodes and any risk of fatigue of the adjacent ion exchange membrane can thus be avoided.
  • the electrodes could also be made of titanium foam, foam / felt / fabric or porous carbon composite.
  • the anode may comprise at least one of the following materials: titanium, tantalum, iridium, and / or a thin layer of tantalum oxide, iridium oxide, ruthenium oxide.
  • the thin layer may in particular be placed on the face of the anode adjacent to the ion exchange membrane.
  • the cathode may comprise at least one of the following materials: titanium, carbon, nickel, iridium, palladium, cadmium, molybdenum, platinum, tantalum, iron alloy, lead alloy, nickel alloy and / or a thin layer of platinum , platinum carbon, palladium, nickel, cadmium, and / or molybdenum.
  • a thin layer may be disposed on the face of the cathode adjacent to the ion exchange membrane.
  • the electrodes can be obtained by stamping.
  • At least one of the anode or the cathode, or both, may have orifices, to allow a good flow of the electrolyte and to recover by circulation of water the ions produced against the corresponding membrane.
  • These orifices may have slightly rounded edges. These edges may be deburred or chamfered. These orifices may allow the flow of the electrolyte present in the side chambers to the corresponding ion exchange membrane.
  • These orifices may be oblong in shape, having the shape of a slit, or be of circular shape. They may have different diameters, or the slots may have a different length, width and / or layout.
  • the orifices may be arranged in parallel rows, and / or staggered. When it comes to slots, they can be arranged in chevrons.
  • the size of the orifices may be chosen so as to maintain a balanced distribution between the size of the areas available for the electrical contact and the orifice size for evacuation of electrolysis products. They are therefore the smallest possible without harming the evacuation of products.
  • the geometry of the electrodes may not be symmetrical. Indeed the size of the electrodes, but also the nature of the orifices may be different between the anode and the cathode.
  • the holes of the electrodes may not be superimposed with the baffles of the half-shells. In particular, they can be superimposed with the spaces between the baffles. Thus, it promotes a good flow of fluids in the rooms.
  • an electrolytic cell for the production of at least one chemical substance, especially chosen from dihydrogen, dioxygen, halides, especially chlorine or bromine, acids, including hypochlorous acid HClO, hypochlorite ion IOC "HCl hydrochloric acid or bases, such as caustic soda NaOH, by electrolysis of an electrolyte
  • the electrolyte can be water containing at minus a salt, a base and / or an acid, in particular chosen from the following list: NaCl, KO, MgCl 2 , CaCl 2 , CuSO 4 , FeSO 4 , NaNO 3 , KNO 3 , Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 , Cd (CN) 2 , Cu (CN) 2 , Ag (CN), Zn (CN), CuCl 2 , Cu (OH) 2 , Ni (OH) 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 , ZnSO 4 ,
  • the cell comprising an outer shell formed of two half-shells each delimiting a lateral chamber, each half-shell being molded in one piece, and each half-shell may comprise baffles molded in one piece with the half-shell corresponding.
  • the shell, the half-shells and the baffles may be as described above.
  • the subject of the invention is also, independently or in combination with the foregoing, an electrolytic cell for producing at least one chemical substance, especially chosen from dihydrogen, dioxygen, halides, in particular chlorine or bromine, acids, especially hypochlorous acid HCIO, hypochlorite ion C10 " , hydrochloric acid HCl or bases, in particular caustic soda NaOH, by electrolysis of an electrolyte, the electrolyte possibly being be water containing at least one salt, a base and / or an acid, in particular chosen from the following list: NaCl, KO, MgCl 2 , CaCl 2 , CuSO 4 , FeSO 4 , NaNO 3 , KNO 3 , Na 2 S0 4 , K 2 SO 4 , Cd (CN) 2 , Cu (CN) 2 , Ag (CN), Zn (CN), CuCl 2 , Cu (OH) 2 , Ni (OH) 2 , NiCl 2 , ZnCl 2 , ZnSO
  • the subject of the invention is, independently or in combination with the above, an electrolyzer comprising at least one electrolytic cell as defined above.
  • the electrolyser may comprise a stack (also called stack) of at least a first and a second consecutive electrolytic cells, at least one cell of the stack comprising two ion exchange membranes between them an intermediate chamber, as described above.
  • a stack also called stack
  • all the cells of the stack comprise two ion exchange membranes forming between them an intermediate chamber, as described above.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to an electrolytic assembly comprising:
  • an anode reservoir in particular for storing the solution obtained at the outlet of the anodic lateral chamber, this solution possibly containing in particular hypochlorous acid, hydrochloric acid, dissolved chlorine and / or gaseous oxygen, -
  • a cathode tank in particular for storing the solution obtained at the outlet of the cathode side chamber, this solution may contain in particular caustic soda and gaseous dihydrogen.
  • Gaseous hydrogen can be stored or vented to the outside.
  • the assembly may further comprise an intermediate reservoir for storing and collecting the circulating electrolyte in the intermediate chamber.
  • This may include a tank containing saturated salt water, as well as NaCl salt in precipitate (brine).
  • the intermediate reservoir can make it possible to store an electrolyte volume of between 1 and 50 L, or even between 1 and 10 L, being for example of the order of 1.5 L.
  • the anode reservoir can make it possible to store an electrolyte volume of between 1 and 50 L, and even between 1 and 10 L, being for example of the order of 5 L.
  • the cathode tank can make it possible to store an electrolyte volume that is included. between 0.5 and 20 L, even between 0.5 and 2 L, being for example of the order of 1 L.
  • the assembly may further comprise a cleaning device allowing, in case of scaling, the cleaning of the cell.
  • the cleaning device may for example allow a polarity reversal of the electrodes.
  • the assembly may further comprise a pump for supplying the intermediate chamber with electrolyte from the intermediate reservoir, in particular in salt water.
  • the presence of the pump may allow to ensure the overpressure of the intermediate chamber, as explained above, with respect to the side chambers. It is the restriction of the flow rate at the outlet of the chamber that can generate the overpressure, the pump, to produce the surplus flow required for overpressure.
  • the pump can be chosen from the following list, which is not limited to: positive displacement pump, peristaltic pump, centrifugal pump, vacuum, valve, diaphragm, piston, turbine, gear, vane, ram.
  • the assembly may be devoid of a pump, and include in particular a system for conveying the brine without a pump, for example by gravity.
  • the assembly may further comprise a water softener for treating the water network before injection into the cell.
  • the assembly may furthermore comprise a temperature sensor of the electrolyte in each of the reservoirs on the one hand, and in the electrolytic cell or cells themselves, on the other hand, so as to control the temperature of the electrolyte and maintain a operating temperature substantially constant, for example at a value between 0 ° C and 90 ° C. It may for example be of the order of 40 ° C. Maintaining a sufficiently high operating temperature makes it possible to promote the electrochemical reaction, independently of the choice of pressure. On the other hand, it is necessary not to exceed a limit temperature beyond which the whole is likely to deteriorate.
  • the assembly may also include at least one or two devices for cooling the electrolyte before entering the cell, optionally equipped with a temperature sensor for controlling the cooling efficiency.
  • the assembly may further comprise a heating device, for example useful in cold environments, depending on the temperature difference between the operating temperature and the outside temperature.
  • the heating device may for example comprise resistors arranged in the electrolyte, for example in the electrolyte reservoirs or in the vicinity of the cell.
  • the voltage can be increased at the beginning of operation to obtain ohmic losses to heat the assembly, then return to the operating voltage.
  • the assembly may also include thermal insulation with the outside. Stabilizing the temperature at an operating temperature improves the efficiency and life of the cell.
  • the subject of the invention is also, independently or in combination with the foregoing, a process for the manufacture of at least one chemical substance, especially chosen from dihydrogen, dioxygen, halides, in particular chlorine or bromine, acids , in particular the hypochlorous acid HCIO, the hypochlorite ion C10 " , the hydrochloric acid HCl or bases, in particular the caustic soda NaOH, by electrolysis of an electrolyte, the electrolyte possibly being water containing at least one salt, a base and / or an acid, in particular chosen from the following list: NaCl, KO, MgCl 2 , CaCl 2 , CuSO 4 , FeSO 4 , NaNO 3 , KNO 3 , Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 , Cd (CN) 2 , Cu (CN) 2 , Ag (CN), Zn (CN), CuCl 2 , Cu (OH) 2 , Ni (OH) 2 , NiCl 2 , ZnCl 2
  • Softened water is preferably used, for example with a total alkalinity titer (TAC) of at least 200 to 250 mg / L, in order to allow the HC1 product to be neutralized, which would otherwise cause a risk of lowering the pH. and as a result of degassing of the Cl 2 formed in the cell.
  • TAC total alkalinity titer
  • the chlorine is in the form of HCIO.
  • the water is too hard, there is a risk of scaling of the cell.
  • the use of a softener upstream of the cell is therefore very advantageous in order to adjust appropriately the hardness of the water introduced into the cell.
  • the water can be softened to obtain a water having a hydrotimetric (TH) titer of between 0 and 4 ° F and a TAC of between 200 and 250 mg / L, being for example of the order of 250 mg / L.
  • TH hydrotimetric
  • the subject of the invention is also, independently or in combination with the foregoing, a process for the manufacture of at least one chemical substance, especially chosen from dihydrogen, dioxygen, halides, in particular chlorine or bromine, acids , in particular the hypochlorous acid HCIO, the hypochlorite ion C10 " , the hydrochloric acid HCl or bases, in particular the caustic soda NaOH, by electrolysis of an electrolyte, the electrolyte possibly being water containing at least one salt, a base and / or an acid, in particular chosen from the following list: NaCl, KO, MgCl 2 , CaCl 2 , CuSO 4 , FeSO 4 , NaNO 3 , KNO 3 , Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 , Cd (CN) 2 , Cu (CN) 2 , Ag (CN), Zn (CN), CuCl 2 , Cu (OH) 2 , Ni (OH) 2 , NiCl 2 , ZnCl 2
  • the cell can be supplied with direct current. Constant intensity can be applied to the cell.
  • the intensity applied may be between 0.01 and 1 A / cm 2 , or even between 0.1 and 0.5 A cm 2 , better still between 0.1 and 0.2 A / cm 2 , being, for example, order of 0.15 A / cm 2 .
  • the voltage across the cell can be measured during use to detect any abnormal increase thereof.
  • An increase in the voltage across the cell may actually indicate aging of the cell.
  • the intensity applied is for example of the order of 0.1 A / cm 2
  • the voltage in normal operation can be of the order of 2.9 V or 3.3 V for example. If it exceeds a predefined threshold value, an alert can be emitted for example.
  • the threshold value in the preceding example may for example be 1 V above, that is to say 4.3 V.
  • the lateral chambers can be supplied with water, in particular pure water or softened water, for example water from the public network, which may be previously passed through a softener.
  • the cathodic side chamber may in particular be supplied with pure water, and the anodic chamber with softened water.
  • the feed water may preferably be at room temperature, for example at a temperature of between 5 and 35 ° C, or even between 10 and 25 ° C, more preferably between 15 and 20 ° C.
  • the feed water of the lateral chambers may especially be at a temperature of about 20 ° C.
  • the feed water may be at a temperature of between 5 and 65 ° C., or even between 10 and 50 ° C., better still between 15 and 45 ° C.
  • the feed water of the lateral chambers may especially be at a temperature of about 40 ° C.
  • the cell can for this purpose comprise a pH probe. It is particularly advantageous to monitor the pH of the product solution to the extent that the balance between the IOC and forms HClO "takes place at pH 7.5. It is thus understood that the IOC form" (hypochlorite ion) prevails when the The solution is basic, while the HCIO form (hypochlorous acid) is when the solution is acidic. Moreover, the oxidation potential of HClO is higher than IOC ", so that the HClO form is more oxidizing, thus more biocide. It is thus understood interest to produce a solution of HClO below pH 6 by example.
  • the pH should not be too acidic to avoid the risk of degassing Cl 2 .
  • the pH is, for example, preferably greater than 3.
  • the acidity of the solution obtained is therefore preferably relatively low.
  • the concentration of HCl of the solution obtained can for example be between 100 and 600 ppm, being for example of the order of 400 ppm.
  • About 0.1 g / h.cm 2 of active chlorine in the form of hypochlorous acid can be produced by the invention for a current density of 0.1 A / cm 2 , which is sufficient for disinfecting a washing machine such as a washing machine or a dishwasher during a washing cycle. It is also possible to produce with the invention about 0.1 g / h.cm 2 caustic soda for a current density of 0.1 A / cm 2 , simultaneously.
  • the inlet flow rate may for example be between 20 and 300 ml / min, better still between 60 and 200 ml / min, being for example of the order of 80 ml / min.
  • Such a solution can be used to disinfect the contents of a washing machine for example, and also prevents scale marks on the dishes.
  • the solution obtained at the outlet of the cathodic side chamber may be a solution of caustic soda. It may be advantageous to obtain a very concentrated solution, in order to minimize its volume.
  • the input flow rate may for example be between 10 and 50 mL / min, more preferably between 20 and 30 mL / min, being for example of the order of 25 mL / min.
  • Such a solution can be used to degrease the contents of a washing machine for example.
  • the input rate may for example be between 10 and 400 mL / min, better between 100 and 400 mL / min, better still between 150 and 350 mL / min, being for example of the order of 250 mL / min.
  • the invention further relates to a process as described above for the production of hypochlorous acid, in which is introduced into the anode side chamber and cathode water and in the intermediate chamber of the brine.
  • the invention also relates, independently or in combination with the above, to a washing machine comprising a washing cavity and an electrolytic cell, an electrolyzer or an electrolytic assembly as described above.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to a washing machine, comprising a washing cavity and an electrolytic cell making it possible to produce, by electrolysis of an electrolyte, at least one chemical substance, chosen in particular from dihydrogen, dioxygen, halides, in particular chlorine or bromine, acids, including hypochlorous acid HClO, hypochlorite ion IOC ", the HC1 hydrochloric acid or bases, especially caustic soda NaOH, to be used in the washing cavity, the electrolytic cell comprising:
  • At least one intermediate chamber formed between the two ion exchange membranes in which the electrolyte circulates.
  • This or these chemical substances can help to reduce the temperature of the wash cycle, as well as the cycle time. They can also help to reduce the amount of detergent or detergent to use, rinsing product or regenerating salt.
  • caustic soda as degreaser can reduce or even replace the use of surfactant.
  • hypochlorous acid as a biocidal agent may also make it possible to reduce the amount of water used in the wash cycle.
  • the electrolytic cell may be as described above. It can be part of an electrolyzer as described above, as well as an electrolytic assembly as described above.
  • the electrolyte may be water containing at least one salt, a base and / or an acid, in particular chosen from the following list: NaCl, KO, MgCl 2 , CaCl 2 , CuSO 4 , FeSO 4 , NaNO 3 , KNO 3 Na 2 S0 4 , K 2 SO 4 .
  • the water used in the cell may be water softened by the washing machine itself.
  • the electrolytic cell can be integrated in the machine door or at the back of the washing cavity or below it, or on the side.
  • the machine may be without a reservoir. Alternatively, it may include one or more tanks.
  • the machine may comprise an anode reservoir, in particular for storing the solution obtained at the outlet of the anodic lateral chamber, this solution possibly containing in particular hypochlorous acid, and a cathodic reservoir, in particular for storing the solution obtained at the outlet of the cathodic side chamber, this solution may contain in particular caustic soda and gaseous dihydrogen. It is possible to provide a system for neutralizing gaseous hydrogen, for example comprising a palladium catalyst.
  • the anodic and cathodic tanks can be integrated in the machine door or at the back of the washing cavity or below it, or on the side. They can be as described above.
  • the machine may further comprise an intermediate reservoir for storing and collecting the circulating electrolyte in the intermediate chamber.
  • the intermediate tank can be integrated in the machine door or at the back of the washing cavity or below it, or on the side. It can be as described above.
  • the machine may further comprise a pump for supplying the intermediate chamber with electrolyte from the intermediate reservoir, in particular salt water.
  • a pump for supplying the intermediate chamber with electrolyte from the intermediate reservoir, in particular salt water.
  • the presence of the pump may allow to ensure the overpressure of the intermediate chamber, as explained above, with respect to the side chambers.
  • the machine can be configured to allow soaking, prewashing, degreasing, cleaning, rinsing, disinfection and / or sterilization of dishes or medical equipment.
  • the machine can be particularly configured for bottles.
  • the machine can be configured to allow soaking, pre-washing, degreasing, cleaning, rinsing, disinfection and / or sterilization of foodstuffs or all or part of the human or animal body. It may be for example a cow's udder.
  • the machine can be configured to allow soaking, prewashing, degreasing, cleaning, rinsing, disinfecting and / or sterilizing laundry.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to a washing method, in which at least one chemical substance produced by the electrolytic cell is injected during a washing cycle of the washing machine described above. before or during the washing cycle.
  • the injection can take place at the beginning, in the middle or at the end of the washing cycle. This is made possible by intermediate storage of the chemical (s) in the reservoirs mentioned above.
  • the machine can be configured such that this injection takes place regardless of the washing cycle chosen by the user.
  • the washing machine may be configured such that this injection occurs for only certain wash cycles.
  • the washing machine may comprise a control member allowing the user to switch on for a given washing cycle this injection of at least one chemical substance into the washing cavity.
  • Constant intensity can be applied to the electrolytic cell.
  • the intensity applied may be between 0.5 and 6 A, or even between 1 and 3.5 A, better between 1.5 A and 2.5 A, for example being of the order of 2 A.
  • intensity can be variable.
  • the voltage across the electrolytic cell can be measured during use to detect a possible increase thereof.
  • the lateral chambers can be supplied with water, in particular pure water or softened water, for example water from the public network, which may be previously passed through a softener.
  • the feed water may preferably be at room temperature, for example at a temperature of between 5 and 35 ° C, even between 10 and 30 ° C, more preferably between 15 and 25 ° C.
  • the feed water of the lateral chambers may especially be at a temperature of about 20 ° C.
  • the feed water may be at a temperature of between 5 and 65 ° C., or even between 20 and 50 ° C., better still between 30 and 45 ° C.
  • the feed water of the lateral chambers may especially be at a temperature of about 40 ° C.
  • the solution obtained at the outlet of the cathodic side chamber may be a solution of caustic soda. It may be advantageous to obtain a very concentrated solution, in order to minimize its volume.
  • the input flow rate may for example be between 10 and 50 mL / min, more preferably between 20 and 30 mL / min, being for example of the order of 25 mL / min.
  • Such a solution can be used to degrease the contents of a washing machine for example.
  • the inlet flow rate may for example be between 100 and 400 ml / min, better still between 150 and 350 ml / min, being for example of the order of 250 ml / min.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to a process as described above for the production of hypochlorous acid, into which water and water are introduced into the anode and cathode side chambers. intermediate chamber of the brine.
  • NaOH and then HCl may be injected into the wash cavity. It may be advantageous to avoid the introduction into the washing cavity NaCIO (bleach) and NaCl (salt), as these compounds may risk to be deposited on surfaces or objects, such as dishes or linen, present in the washing cavity and leave traces that are difficult to remove.
  • the electrolytes can be circulated in the cell without applying electric current, in order to rinse the latter.
  • the invention further relates, independently or in combination with the foregoing, to the use of the cell as described above for treating a water softener.
  • a rinse cycle can be carried out by circulating salt water, during which it will be possible according to the invention to inject HCIO for disinfection, obtained with an electrolyzer as described above.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, to the use of the cell as described above for treating swimming pool water or soils.
  • the subject of the invention is also, independently or in combination with the foregoing, the use of the cell as described above for treating mining waste salts.
  • the invention also relates, independently or in combination with the foregoing, the use of the cell as described above for the desalination of salt water and thus the production of pure water.
  • the cell can in this case be configured to be connected to a tank or pipe.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cell according to the invention
  • FIG. 1a illustrates the variation of the concentrations of the three species of free chlorine as a percentage as a function of the pH
  • FIG. 2 is an exploded view of the cell of FIG.
  • FIGS. 3a to 3e are views respectively along the arrows III A to IIIE of the cell of FIGS. 1 and 2,
  • FIGS. 4a and 4b are transverse sections respectively along IVA-IVA and IVB-IVB of the cell of FIGS. 1 and 2,
  • FIGS. 5a to 5d are views respectively in perspective, from above and from the side according to the arrows VB to VD of one of the half-shells of the cell of FIGS. 1 and 2,
  • FIGS. 6a to 6d are views respectively in perspective, from above and from the side according to the arrows VIB to VID of the other of the half-shells of the cell of FIGS. 1 and 2,
  • FIGS. 7a to 7c are views respectively in perspective, from above and from the side according to the arrows VIIB to VIIC of one of the grid of the armature of the cell of FIGS. 1 and 2,
  • FIGS. 8a to 8c are views respectively in perspective, from above and from the side according to the arrows VIIIB to VIIIC of the other of the grid of the armature of the cell of FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 8d is a view similar to FIG. 5b of an alternative embodiment of the lower half-shell
  • FIGS. 8e and 8f are views similar to FIG. 5a of other embodiments of the lower half-shell.
  • FIGS. 9a to 9c are views respectively in perspective, from above, and from the side according to the arrows IXB to IXC of the anode of the cell of FIGS. 1 and 2,
  • FIGS. 10a to 10c are views respectively in perspective, from above, and from the side according to the arrows XB to XC of the cathode of the cell of FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 10e is a view similar to FIG. 9a of an alternative embodiment of an electrode
  • FIG. 10f is a view similar to FIG. 1 of a variant embodiment of a cell
  • FIG. 11 schematically illustrates an assembly according to the invention and its operation
  • FIG. 12 is a schematic and partial view of a washing machine according to the invention.
  • Figures 13, 14 and 15a to 15e are views respectively similar to Figures 1, 2 and 3a to 3e of an alternative embodiment of the cell according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate an electrolytic cell 10 according to the invention.
  • This electrolytic cell 10 comprises in the example described an anode 11, a cathode 12, at least two ion exchange membranes 13 disposed between the anode 11 and the cathode 12, and an intermediate chamber 15 formed between the two ion exchange membranes 13 and two anodic side chambers 16 containing the anode 11 and cathode 17 containing the cathode 12, on either side of the intermediate chamber 15, on the other side of each of the ion exchange membranes 13.
  • the intermediate chamber 15 is supplied with electrolyte by hydraulic input 20a and outlet 20b connectors disposed at the periphery of the cell, and more particularly on the same side of the cell, that is to say they both are arranged parallel to each other and parallel to the median plane P of the cell, extending parallel to the ion exchange membranes 13, close to one another, at the same end the cell.
  • the anode side chamber 16 is supplied with electrolyte by hydraulic input connectors 21a and output 21b disposed on the same side of the cell as the hydraulic connectors 20a and 20b of the intermediate chamber.
  • the cathode side chamber 17 is supplied with electrolyte by hydraulic input connectors 22a and 22b output disposed on the same side of the cell as the hydraulic connectors 20a and 20b of the intermediate chamber. In other words, all the hydraulic connectors of the cell are all located on the same side of the cell.
  • the hydraulic connectors are housed in the outer shell 25 of the cell 10, which is formed of two half-shells 25a and 25b each delimiting a lateral chamber 16, 17. They are illustrated in detail respectively in Figures 6a-6d and 5a-5d .
  • the two half-shells 25a and 25b cooperate so as to ensure a seal between them at their periphery, thanks to a sealing lip 28, by adjusting shapes one male and the other female, the half-shell 25a having a female shape and the half-shell 25b having a male shape to allow their clipping, gluing or welding on one another. They are glued to one another, for example by the use of ultrasound.
  • Each half-shell comprises a central partition 26 for providing in the corresponding lateral chamber a U-shaped circulation for the corresponding electrolyte.
  • the central partition 26 extends in the example described over a length of the order of 75% of the total length of the half-shell.
  • the central partition extends from an edge 27 of the shell on the same side of the cell as the hydraulic connectors. It is interrupted on the opposite side to the hydraulic connectors to allow the circulation of the electrolyte U.
  • Each half-shell 25a, 25b comprises studs 29, which extend in rows arranged in staggered rows. These studs 29 extend towards the inside of the half-shell, in other words in the corresponding lateral chamber 16, 17.
  • the shell 25 finally has two openings 30 for the passage of electrical connectors 31, 32 which will be described later.
  • Each of the half-shells 25a and 25b has an opening 30.
  • the two openings 30 are arranged on the same side of the cell as the hydraulic connectors.
  • a device for generating hydraulic eddies can be added.
  • This device consists of the integration of a sloping surface between the pads of each row.
  • Each half-shell comprises in the example described a sloping surface 33 just before the exit to the hydraulic output connector, so as to improve the evacuation of the products of the electrolysis.
  • each half-shell comprises in the example described at the entrance of the corresponding lateral chamber fins 34 to direct the flow to the central partition, ie inwardly of the corresponding lateral chamber.
  • the cell further comprises an armature 35 delimiting the intermediate chamber, which armature comprises two grids 35a and 35b extending parallel to each other.
  • the two grids 35a and 35b cooperate so as to ensure a seal at their periphery, by adjusting shapes one male and the other female, both grids having different shapes, one 35a having a male shape and the other 35b having a female shape.
  • Each of the two grids 35a and 35b comprises a central partition 36 in the intermediate chamber 15 for providing in the intermediate chamber 15 a U-shaped circulation for the electrolyte.
  • the central partition 36 extends over a length of between 50 and 90% of the total length.
  • the central partition extends from an edge 37 of the armature on the same side of the cell as the hydraulic connectors. It is interrupted on the opposite side to the hydraulic connectors to allow the circulation of the electrolyte.
  • Each grid 35a and 35b has transverse bars 38, which extend perpendicularly to the central partition 36. These transverse bars 38 have a serrated inner surface forming pads 39. The pads 39 are arranged in staggered rows.
  • the studs 29 of the half-shells and 39 of the grids are arranged in staggered rows.
  • pads 29 or 39 may also have a shape not square but triangular, as illustrated by way of example in Figure 8e with reference to a half-shell. It can of course be the same for the other half-shell and grilles.
  • baffles having the shape of curvilinear lips 29, as illustrated in FIG. 8f, with reference to a half-shell. It can of course be the same for the other half-shell and grilles.
  • FIGS. 9a-9c and 10a-10c are illustrated in detail in FIGS. 9a-9c and 10a-10c, respectively.
  • the anode 11 and the cathode 12 respectively comprise electrically conductive tongues 31 and 32 for their electrical connection, which extend from the inside of the shell to the outside. These tongues are inserted into the shell by the openings 30 mentioned above.
  • the anode 11 and the cathode 12 also each have orifices 40 of oblong shape, having the slot shape. They are arranged in chevrons.
  • the holes 40 are circular in shape and arranged in parallel rows, and staggered.
  • the orifices 40 are generally cylindrical in shape and have a diameter of about 1.5 mm.
  • the central axes of two adjacent orifices 40 may be separated by a distance of about 2.2 mm.
  • all the hydraulic connectors of the cell are arranged on one and the same side thereof.
  • the hydraulic connectors are arranged at the periphery of the cell but not all on the same side. They may for example be arranged on either side of it, as shown in Figure 10f.
  • the hydraulic inlet 20a and outlet 20b connectors of the electrolyte in the intermediate chamber are arranged in opposite directions and parallel to the median plane of the cell at both ends of the cell.
  • hydraulic inlet 21a and outlet 21b connectors of the anode chamber are both located on the same side of the cell, but on the opposite side to the hydraulic inlet 22a and outlet 22b connectors of the chamber cathode, which are themselves also located on the same side of the cell.
  • the assembly 50 comprising an electrolytic cell 10 as described above.
  • the assembly 50 further comprises an anode tank 51, for storing the solution obtained at the outlet 21b of the anodic side chamber 16, this solution possibly containing in particular hypochlorous acid, and a cathode tank 52, for storing the solution obtained.
  • this solution may contain in particular caustic soda and gaseous dihydrogen.
  • the gaseous hydrogen obtained in the cathode tank 52 may be vented to the outside, as illustrated.
  • the assembly further comprises an intermediate reservoir 53 for storing and collecting the electrolyte circulating in the intermediate chamber 15. It may be in particular a reservoir containing saturated salt water, as well as the precipitated NaCl salt ( brine). Intermediate reservoir 53 can make it possible to store an electrolyte volume of the order of 1.5 L.
  • the anode reservoir 51 can make it possible to store a volume electrolyte of the order of 5 L.
  • the cathode tank 52 may allow to store a volume of electrolyte of the order of 1 L.
  • the assembly 50 further comprises a pump 55 for supplying the intermediate chamber 15 with electrolyte from the intermediate reservoir 53, especially in salt water.
  • the presence of the pump can make it possible to put the overpressure of the intermediate chamber, as explained above, with respect to the lateral chambers 16, 17.
  • the assembly further comprises a water softener 57 for treating the water of the network before it is injected into the cell 10.
  • the cell is supplied with direct current.
  • a constant intensity is applied to the cell, which is of the order of 2 A, the voltage in normal operation being of the order of 3.3 V for example.
  • water is introduced into the brine intermediate chamber.
  • Intermediate chamber 15 is supplied with brine from intermediate reservoir 53 which contains brine and excess NaCl salt.
  • This intermediate tank 53 is supplied with water if necessary, from the public network, possibly through the softener 57.
  • the supply of the intermediate chamber is done by a pump 55, which allows both to regulate the flow rate.
  • electrolyte introduced into the intermediate chamber, for example so that it is of the order of 250 ml / min, and both to put the intermediate chamber in overpressure relative to the side chambers, for example to a value of the order 0.5 bar.
  • the side chambers 16 and 17 are fed with water, for example with water from the public network, which may be previously passed through the softener 57.
  • the water introduced at the cathode may be completely demineralized .
  • the water introduced at the anode must not be completely demineralized, but only softened.
  • a solution of caustic soda and dihydrogen are obtained, which are then stored in the cathode tank 52, and at the outlet of the anodic side chamber 16 of the hypochlorous acid that is then stored in the reservoir Anode 51.
  • the concentration of HCl of the solution obtained can for example be of the order of 400 ppm.
  • washing machine 100 to allow soaking, prewash, degreasing, cleaning, rinsing, disinfection and / or sterilization of surfaces, dishes or equipment medical, including baby bottles.
  • the washing machine is other than a dishwasher, but is for example a washing machine, configured to allow soaking, prewash, degreasing, cleaning , rinsing, disinfecting and / or sterilizing laundry, or configured to allow soaking, prewashing, degreasing, cleaning, rinsing, disinfection and / or sterilization of food or all or part of the body human or animal. It may be for example a cow's udder.
  • the caustic soda produced as a degreaser which can reduce or even replace the use of surfactant, and hypochlorous acid as a biocidal agent, which can also reduce or even replace the use of rinse aid.
  • the amount of total water used in the wash cycle can be decreased. Water can also be stored during a cycle or between cycles to reuse it. Water can be sterilized before storage.
  • the assembly may be integrated at the rear of the wash cavity as illustrated, or in the machine door or below the wash cavity, or on the side.
  • the anode tanks 51 and cathode 52 may be integrated at the rear of the washing cavity as illustrated, or in the machine door or below the washing cavity, or on the side, and it is the same intermediate tank 53 for storing and collecting the circulating electrolyte in the intermediate chamber.
  • the descaling can be autonomous, or alternatively it can introduce a liquid from the outside in addition.
  • FIGS. 13, 14 and 15a to 15e illustrate a variant embodiment of a cell-like cell illustrated in FIGS. 1, 2 and 3a to 3e. It differs mainly in that the hydraulic inlet connector 20a of the intermediate chamber 15 is disposed on the half-shell 25a, as the hydraulic output connector 20b of the intermediate chamber 15.
  • the two hydraulic input connectors 20a and outlet 20b of the intermediate chamber 15 are therefore both arranged on the same half-shell 25a, while the other half-shell 25b is devoid of any hydraulic connector input or output of the intermediate chamber, and comprises only the hydraulic input 22a and output 22b connectors of the cathode side chamber 17.
  • the hydraulic connectors 20a and 20b of the intermediate chamber are coplanar, being arranged in the same plane, namely in an intermediate plane between a plane in which are arranged the hydraulic connectors 21a and 21b of the anodic side chamber 16 and a plane in which are arranged the hydraulic connectors 22a and 22b the cathodic side chamber.
  • the side wall of the half-shell 25a comprises for this purpose two bosses 80, for receiving the two hydraulic connectors, and the half-shell 25b two corresponding housing 81. This avoids having to subject the electrolyte circulation a bend, because the electrolyte is introduced directly into the plane of the intermediate chamber 15.
  • the membrane 13 can also thanks to this configuration be devoid of any orifice, which could constitute a possible escape zone.
  • the two half-shells 25a and 25b also differ in the presence of lateral fastening studs 85 on the half-shell 25b, intended to cooperate with two fastening tongues 86 disposed on the half-shell 25a, and which make it possible to enhance the overall mechanical strength of the cell.
  • the two half-shells 25a and 25b are ribbed, in order to avoid any warping and deformation.
  • the electrodes 11 and 12 have slots in the form of slots which are arranged in chevrons, with eight rows of chevrons parallel in pairs.

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Abstract

Cellule électrolytique (10) pour la production d'au moins une substance chimique, notamment choisie parmi le dihydrogène, le dioxygène, les halogénures, notamment le chlore ou le brome, des acides, notamment l'acide hypochloreux HCIO, l'ion hypochlorite CIO-, l'acide chlorhydrique HCl ou des bases, notamment la soude caustique NaOH, par électrolyse d'un électrolyte, l'électrolyte pouvant être de l'eau contenant au moins un sel, une base et/ou un acide, notamment choisi dans la liste suivante : NaCl, KC1, MgCl2, CaCl2, CuSO4, FeSO4, NaNO3, KNO3, Na2SO4, K2SO4, Cd(CN)2, Cu(CN)2, Ag(CN), Zn(CN), CuCl2, Cu(OH)2, Ni(OH)2, NiCl2, ZnCl2, ZnSO4, Zn(OH)2, Pb(NO3)2, CdCl2, Cd(OH)2, la cellule électrolytique comportant : - une chambre latérale anodique et une anode, - une chambre latérale cathodique et une cathode, - au moins deux membranes échangeuses ioniques disposées entre l'anode et la cathode, et au moins une chambre intermédiaire ménagée entre les deux membranes échangeuses ioniques, la chambre intermédiaire étant alimentée en électrolyte par des connecteurs hydrauliques d'entrée (20a) et de sortie (20b) disposés à la périphérie de la cellule, étant notamment disposés d'un même côté de la cellule ou de part et d'autre de celle-ci

Description

Cellule électrolytique pour la production d'au moins une substance chimique et machine de lavage
La présente invention concerne la production de substances chimiques telles que le dihydrogène, le dioxygène, les halogénures, notamment le chlore ou le brome, des acides, notamment l'acide hypochloreux, l'acide chlorhydrique ou des bases, notamment la soude caustique, par électrolyse d'eau contenant des sels tels que NaCl, KO, MgCl2, CaCl2, CuS04, FeS04, NaN03, KN03, Na2S04, K2S04, Cd(CN)2, Cu(CN)2, Ag(CN), Zn(CN), CuCl2, Cu(OH)2, Ni(OH)2, NiCl2, ZnCl2, ZnS04, Zn(OH)2, Pb(N03)2, CdCl2, Cd(OH)2, cette liste n'étant pas limitative, au moyen d'un électrolyseur comportant au moins une cellule électrolytique équipée d'au moins deux membranes échangeuses ioniques disposées entre une anode et une cathode.
L'invention concerne plus particulièrement la production simultanée, et de préférence dans deux compartiments séparés, de solutions d'acide hypochloreux HCIO et de soude caustique NaOH par électrolyse d'eau contenant du sel NaCl, voire d'eau saturée en sel NaCl, autrement appelée saumure.
L'invention concerne également l'utilisation des substances chimiques visées ci-dessus dans une machine de lavage. Par « machine de lavage » on entend notamment une machine destinée au trempage, au prélavage, au dégraissage, au nettoyage, au rinçage, à la désinfection et/ou à la stérilisation d'objets ou de surfaces.
On connaît par la demande internationale WO 2012/104819 un électrolyseur comportant plusieurs cellules électrolytiques pour la production de dioxygène et de dihydrogène, équipées chacune d'une membrane échangeuse ionique. Dans cet électrolyseur, les connecteurs hydrauliques définissant les entrées et les sorties d'électrolyte sont disposés de part et d'autre de la cellule, sur l'une des grandes faces de cette dernière. Par « grande face », on entend les faces de la cellule qui s'étendent parallèlement à la ou les membrane(s) échangeuse(s) ionique(s).
La demande internationale WO 2012/127164 porte sur une cellule électrochimique symétrique dont les entrées et les sorties d'électrolyte sont disposées de part et d'autre de la cellule sur les deux grandes faces de celle-ci. Elle est en outre constituée de deux demi-cellules symétriques par rapport à un plan médian. Dans la demande US 2002/0023847, on peut produire une solution acide et une solution réductrice avec un électrolyseur à deux chambres comportant une membrane échangeuse ionique sélective. La production n'est pas simultanée.
Dans US 7 015 184, la ou les solutions sont produites pour la machine de lavage sans circulation de l'électrolyte dans une chambre intermédiaire.
L'invention vise à améliorer les électrolyseurs, de manière à faciliter la production et l'utilisation immédiate ou différée de la ou des substances chimiques visées ci-dessus, et à en abaisser le coût. L'invention vise à utiliser ces substances de manières différenciées ou conjointes dans des applications de lavage par exemple, afin d'améliorer durant une partie du cycle de lavage le dégraissage et pendant une autre partie du cycle la désinfection et/ou la désodorisation, par exemple.
Cellule électrolytique
L'invention a ainsi pour objet une cellule électrolytique à trois chambres, séparées par des membranes échangeuses ioniques, pour la production d'au moins une substance chimique.
L'invention a notamment pour objet une cellule électrolytique pour la production d'au moins une substance chimique, notamment choisie parmi le dihydrogène, le dioxygène, les halogénures, notamment le chlore ou le brome, des acides, notamment l'acide hypochloreux HCIO, l'ion hypochlorite CIO", l'acide chlorhydrique HC1 ou des bases, notamment la soude caustique NaOH, par électrolyse d'un électrolyte, l'électrolyte pouvant être de l'eau contenant au moins un sel, une base et/ou un acide, notamment choisi dans la liste suivante : NaCl, KC1, MgCl2, CaCl2, CuS04, FeS04, NaN03, KN03, Na2S04, K2S04, Cd(CN)2, Cu(CN)2, Ag(CN), Zn(CN), CuCl2, Cu(OH)2, Ni(OH)2, NiCl2, ZnCl2, ZnS04, Zn(OH)2, Pb(N03)2, CdCl2, Cd(OH)2, la cellule électrolytique comportant :
une chambre latérale anodique et une anode,
une chambre latérale cathodique et une cathode,
au moins deux membranes échangeuses ioniques disposées entre l'anode et la cathode, et
- au moins une chambre intermédiaire ménagée entre les deux membranes échangeuses ioniques, la chambre intermédiaire étant alimentée en électrolyte par des connecteurs hydrauliques d'entrée et de sortie disposés à la périphérie de la cellule, étant notamment disposés d'un même côté de la cellule ou de part et d'autre de celle-ci. L'électrolyte peut notamment être de l'eau contenant au moins un sel, une base et/ou un acide, notamment choisi dans la liste suivante : NaCl, KO, MgCl2, CaCl2, CuS04, FeS04, NaN03, KN03, Na2S04, K2S04.
Par « disposés à la périphérie de la cellule », on entend que, la cellule comportant un plan médian P s'étendant parallèlement aux membranes échangeuses ioniques, les connecteurs hydrauliques d'entrée et de sortie de l'électrolyte dans la chambre intermédiaire sont tous deux disposés sensiblement l'un et l'autre dans le plan médian de la cellule ou parallèlement à ce plan, sur le pourtour de la cellule. Ils peuvent être chacun orientés selon un axe longitudinal du connecteur qui s'étend parallèlement au plan médian de la cellule et parallèlement aux membranes échangeuses ioniques. La présence de ces deux connecteurs hydrauliques d'entrée et de sortie à la périphérie de la cellule permet d'une part de réduire les pertes de charge en évitant un coude dans la circulation de l'électrolyte, et ainsi d'obtenir une meilleure injection de ce dernier avec un flux moins turbulent, et d'autre part de faciliter la miniaturisation de la cellule en réduisant son encombrement.
Le flux d'électrolyte quelle que soit la chambre est selon l'invention orienté sensiblement tangentiellement aux membranes, et n'est pas orienté perpendiculairement à ces dernières, notamment à son entrée et à sa sortie dans la cellule. On favorise ainsi un écoulement laminaire de l'électrolyte.
Un avantage de la présence de ces connecteurs en périphérie de la cellule est d'obtenir une cellule plus rigide, avec moins de risque de déformation de celle-ci, que si ces derniers étaient présents sur les grandes faces de la cellule. On a ainsi un meilleur contact électrique et donc un meilleur résultat électrochimique.
Les connecteurs hydrauliques d'entrée et de sortie peuvent par exemple être disposés d'un même côté de la cellule ou de part et d'autre de celle-ci.
Par « disposés d'un même côté de la cellule », on entend que les connecteurs hydrauliques d'entrée et de sortie de l'électrolyte dans la chambre intermédiaire sont tous deux disposés sensiblement l'un et l'autre dans la même direction et parallèlement au plan médian de la cellule, à proximité l'un de l'autre, à une même extrémité de la cellule. Ils sont chacun orientés selon un axe longitudinal du connecteur qui s'étend parallèlement au plan médian de la cellule et parallèlement aux membranes échangeuses ioniques. La présence de ces deux connecteurs hydrauliques d'entrée et de sortie sur un seul et même côté permet d'une part d'accéder à ces connecteurs de circulation de l'électrolyte dans la chambre intermédiaire facilement, par exemple au moyen d'un système de connexion hydraulique unique, et d'autre part de faciliter la miniaturisation de la cellule.
Par « disposés de part et d'autre de la cellule », on entend que les connecteurs hydrauliques d'entrée et de sortie de l'électrolyte dans la chambre intermédiaire sont disposés dans des directions opposées et parallèlement au plan médian de la cellule aux deux extrémités de la cellule. Ils sont chacun orientés selon un axe longitudinal du connecteur qui s'étend parallèlement au plan médian de la cellule et parallèlement aux membranes échangeuses ioniques. A titre d'exemple, le connecteur d'entrée de la chambre intermédiaire peut être disposé d'un côté de la cellule et le connecteur de sortie de la chambre intermédiaire de l'autre. La présence de ces connecteurs hydrauliques d'entrée et de sortie de part et d'autre de la cellule peut permettre d'augmenter le diamètre des tuyaux de circulation des fluides dans les chambres pour augmenter le flux.
La cellule peut comporter deux chambres latérales disposées de part et d'autre de la chambre intermédiaire, de l'autre côté de chacune des membranes échangeuses ioniques. La cellule peut comporter notamment une chambre latérale anodique contenant l'anode et une chambre latérale cathodique contenant la cathode. Une cellule électrolytique à trois chambres peut permettre d'éviter la production de NaCIO (eau de Javel), comme ce serait le cas avec une cellule à deux chambres, mais de favoriser celle d'acide hypochloreux HCIO, lequel a un caractère biocide plus performant, ainsi que d'avoir une présence résiduelle de sel NaCl réduite. Un avantage de l'invention est ainsi de permettre de minimiser la présence de NaCl.
En outre, une cellule électrolytique à trois chambres peut permettre d'éviter le dégagement du gaz de chlore Cl2, lequel est toxique, et d'assurer son total passage en solution sous la forme HOC1 + H+ +C1-.
Les chambres latérales peuvent être alimentées en électrolyte par des connecteurs hydrauliques d'entrée et de sortie disposés à la périphérie de la cellule, étant par exemple disposés d'un même côté de la cellule que les connecteurs hydrauliques de la chambre intermédiaire ou de part et d'autre de la cellule. Autrement dit, tous les connecteurs hydrauliques de la cellule peuvent être tous situés à la périphérie de la cellule, voire même d'un même côté de la cellule. Une telle configuration peut faciliter l'intégration de la cellule dans une machine de lavage par exemple.
Dans une variante de réalisation, les connecteurs hydrauliques d'entrée et de sortie de la chambre intermédiaire peuvent être disposés d'un même côté de la cellule, tandis que les connecteurs d'entrée et de sortie des chambres latérales le sont de l'autre côté de la cellule.
La cellule selon l'invention peut en particulier être configurée pour permettre la production simultanée d'acide hypochloreux HCIO et de soude caustique NaOH.
La cellule électrolytique peut consommer de la saumure, la réaction ayant lieu dans la cellule électrolytique étant par exemple la suivante :
3H20 + INaCl→ HCIO + HCl + INaOH + H2
On a à l'anode une réaction d'oxydation des ions chlorure en dichlore selon la demi-réaction suivante :
2Cr→Cl2 + 2e ~ .
Lorsque le dichlore Cl2 est produit comme ici avec une forte circulation d'eau dans la chambre latérale anodique, il se produit une hydrolyse rapide qui conduit à la dismutation du dichlore en acide hypochloreux HCIO et en acide chlorhydrique HCl, selon l'équilibre suivant :
Cl2 + H20 ^ HC10+ H+ + CI .
En outre, l'acide hypochloreux HCIO est un acide faible qui peut se dissocier pour donner l'ion hypochlorite avec une cinétique de réaction dépendante du pH, selon la réaction suivante :
HCIO ** C10 + H+
La distribution des trois espèces de chlore libre Cl2, HCIO et CIO" dépend du pH. HCIO est la forme prépondérante du chlore libre sur une plage de pH comprise entre 3 et 5,5 environ, selon le graphique de la figure la, sur lequel on a représenté les concentrations de ces trois espèces en pourcentage en fonction du pH.
La cellule favorise une production de HCIO prépondérante de par sa conception mais aussi de par l'utilisation des membranes échangeuses ioniques décrites ci- après.
Par ailleurs, on a à la cathode une réaction de réduction de l'eau avec production d'ions hydroxydes. La production d'hydrogène dans la chambre latérale cathodique est parallèle avec la production de l'hydroxyde de sodium selon la demi- réaction suivante :
Na+ + H20 + e → NaOH + \/2H2. Chambre intermédiaire
La cellule peut comporter une armature délimitant la chambre intermédiaire, laquelle armature peut comporter une cloison centrale dans la chambre intermédiaire permettant d'y ménager une circulation en U pour l'électrolyte. La circulation en U permet de maximiser les surfaces fonctionnelles. La cloison centrale peut s'étendre sur plus de la moitié de la longueur de la chambre intermédiaire, voire sur plus des deux tiers. La cloison centrale peut par exemple s'étendre sur une longueur comprise entre 3 et 5,5 cm environ. La cloison centrale peut par exemple s'étendre sur une longueur comprise entre 50% et 90% de la longueur de la chambre intermédiaire. La cloison centrale peut s'étendre à partir d'un bord de l'armature situé du même côté de la cellule que les connecteurs hydrauliques. Elle est interrompue du côté opposé aux connecteurs hydrauliques pour permettre la circulation de l'électrolyte.
Dans une variante de réalisation, l'armature est dépourvue de cloison centrale mais comporte des déflecteurs prenant la forme de lèvres curvilignes.
L'armature peut comporter deux grilles s 'étendant parallèlement l'une à l'autre. Les deux grilles coopèrent de manière à assurer une étanchéité au niveau de la cloison centrale et à leur pourtour. Elles peuvent coopérer par ajustement de formes l'une mâle et l'autre femelle. Les deux grilles peuvent avoir des formes différentes, l'une ayant une forme mâle et l'autre femelle pour permettre leur enclipsage l'une sur l'autre. Les deux grilles peuvent ne pas être symétriques l'une par rapport à l'autre. Un joint central peut être disposé entre les deux grilles. En variante, elles peuvent être collées ou soudées l'une sur l'autre, par l'utilisation de soudage par ultrasons, soudage au laser, soudage par lame chauffante ou tout autre procédé permettant une étanchéité sur le contour des deux grilles. Les grilles peuvent être obtenues par moulage (injection de matières plastiques). Elles peuvent être moulées dans une matière plastique choisie dans la liste suivante : PVDF, PTFE, PE, PEHD, PP, PVC, CPVC, cette liste n'étant pas limitative.
Dans une variante de réalisation, les deux grilles sont collées l'une à l'autre, par dépôt de colle dans la forme femelle de l'une des grilles.
Dans une autre variante encore, les deux grilles sont exactement identiques, comportant chacune sur une moitié de leur pourtour une forme mâle et sur l'autre moitié une forme femelle, les deux grilles pouvant alors coopérer lorsque retournées l'une sur l'autre. Chaque grille peut être moulée d'un seul tenant. Elles peuvent chacune comporter des déflecteurs et être moulées d'un seul tenant avec ceux-ci. Les déflecteurs peuvent prendre la forme de lèvres curvilignes ou de plots. Les plots peuvent avoir une forme carrée ou triangulaire, par exemple. Ils peuvent comporter une face faisant face au flux entrant, de manière à minimiser la présence de zones sans circulation de flux.
Chaque grille peut comporter des plots, lesquels peuvent s'étendre en rangées perpendiculaires ou parallèles à la cloison centrale. Ces plots peuvent s'étendre vers l'intérieur de la grille, autrement dit dans la chambre intermédiaire. Selon un mode de réalisation, chaque rangée peut être décalée par rapport à la rangée précédente, les plots étant alors disposés en quinconce, ce qui peut permettre d'améliorer l'homogénéité de la circulation des fluides sur l'ensemble de la surface.
La disposition des plots en quinconce peut permettre d'aider à mieux remplir les chambres, et donc à favoriser les échanges pour renouveler l'électrolyte.
Dans une variante de réalisation, les plots peuvent être disposés en rangées alignées à la fois perpendiculairement et parallèlement à la cloison centrale.
Dans un exemple de réalisation, chaque grille peut comporter des barres transversales, lesquelles peuvent s'étendre perpendiculairement à la cloison centrale. Ces barres peuvent comporter une surface intérieure dentelée ou crénelée. La surface intérieure d'une grille désigne la surface faisant face à l'autre grille de l'armature, autrement dit la surface intérieure de la chambre intermédiaire.
La cellule peut comporter des moyens pour mettre la chambre intermédiaire en surpression. Par « surpression », on entend que l'on applique à la chambre intermédiaire une pression positive par rapport aux chambres latérales. On peut par exemple appliquer une pression positive à l'électrolyte entrant dans la chambre intermédiaire. La pression positive peut par exemple être comprise entre 0,1 et 1,5 bar, mieux entre 0,2 et 1 bar, étant de l'ordre de 0,5 bar par exemple. En effet, l'électrolyte circulant dans la chambre centrale, notamment la saumure, en circuit fermé, cela permet la mise en surpression de la chambre intermédiaire par rapport aux chambres latérales. On peut appliquer à la chambre intermédiaire une pression différentielle.
Une telle configuration peut permettre d'améliorer le rendement total de la cellule électrolytique car elle permet d'améliorer la traversée des membranes échangeuses ioniques par certains ions dans la mesure où on assure un meilleur contact entre les membranes et les électrodes correspondantes. La surpression peut être obtenue en utilisant un connecteur hydraulique plus petit à la sortie qu'à l'entrée.
Coque extérieure
La cellule peut comporter une coque extérieure formée de deux demi-coques délimitant chacune une chambre latérale. Les deux demi-coques coopèrent de manière à assurer une étanchéité au niveau de leur pourtour. Elles peuvent coopérer par ajustement de formes l'une mâle et l'autre femelle. Les deux demi-coques peuvent avoir des formes différentes, l'une ayant une forme mâle et l'autre femelle pour permettre leur enclipsage l'une sur l'autre. Les deux demi-coques peuvent ne pas être symétriques l'une par rapport à l'autre. Un joint central peut être disposé entre les deux demi-coques. En variante, elles peuvent être collées ou soudées l'une sur l'autre, par l'utilisation de soudage par ultrasons, soudage au laser, soudage par lame chauffante ou tout autre procédé permettant une étanchéité sur le pourtour des deux demi-coques. Les demi-coques peuvent être obtenues par moulage (injection de matières plastiques). Elles peuvent être moulées dans une matière plastique choisie dans la liste suivante : PVDF, PTFE, PE, PEHD, PP, PVC, CPVC, ABS, PC, PPS, PBT, cette liste n'étant pas limitative.
En cas de collage, l'utilisation d'ergots de clipsage (« snap fit ») sur le pourtour des demi-coques peut compléter utilement le maintien de la cellule normalement assuré par la colle.
Dans une variante de réalisation, les deux demi-coques sont chacune réalisées dans deux matériaux différents. En particulier, le matériau de l'une des demi-coques peut comporter une charge d'absorbeur.
Dans une variante de réalisation, les deux demi-coques sont exactement identiques, comportant chacune sur une moitié de leur pourtour une forme mâle et sur l'autre moitié une forme femelle, les deux demi-coques pouvant alors coopérer lorsque retournées l'une sur l'autre.
Chaque demi-coque peut comporter une cloison centrale permettant de ménager dans la chambre latérale correspondante une circulation en U pour l'électrolyte correspondant. La cloison centrale peut s'étendre sur plus de la moitié de la longueur de la chambre latérale, voire sur plus des deux tiers. La cloison centrale peut par exemple s'étendre sur une longueur comprise entre 2,6 et 4,5 cm environ. La cloison centrale peut par exemple s'étendre sur une longueur comprise entre 50% et 90%> environ de la longueur de la demi-coque. La cloison centrale s'étend à partir du bord de la coque situé du même côté de la cellule que les connecteurs hydrauliques. Elle est interrompue du côté de la cellule opposé aux connecteurs hydrauliques pour permettre la circulation de l'électrolyte.
Chaque demi-coque peut être moulée d'un seul tenant. Elles peuvent chacune comporter des déflecteurs et être moulées d'un seul tenant avec ceux-ci. Les déflecteurs peuvent prendre la forme de lèvres curvilignes ou de plots. Les plots peuvent avoir une forme carrée ou triangulaire, par exemple. Ils peuvent comporter une face faisant face au flux entrant, de manière à minimiser la présence de zones sans circulation de flux.
Ces déflecteurs peuvent permettre de favoriser le contact électrique avec l'électrode correspondante.
Chaque demi-coque peut comporter des plots, lesquels peuvent s'étendre en rangées perpendiculaires ou parallèles à la cloison centrale. Ces plots peuvent s'étendre vers l'intérieur de la demi-coque, autrement dit dans la chambre latérale correspondante. Selon un mode de réalisation, chaque rangée peut être décalée par rapport à la rangée précédente, les plots étant alors disposés en quinconce, ce qui peut permettre d'améliorer l'homogénéité de la circulation des fluides sur l'ensemble de la surface.
Dans une variante de réalisation, les plots peuvent être disposés en rangées alignées à la fois perpendiculairement et parallèlement à la cloison centrale.
Par ailleurs, afin d'améliorer l'évacuation des produits de l'électrolyse de chaque chambre latérale, un dispositif de génération de remous hydrauliques peut être ajouté. Ce dispositif consiste en l'intégration d'une surface en pente entre les plots de chaque rangée. Chaque demi-coque peut comporter une surface en pente juste avant la sortie vers le connecteur hydraulique de sortie, de façon à améliorer l'évacuation des produits de l'électrolyse.
En outre, chaque demi-coque peut comporter à l'entrée de la chambre latérale correspondante des ailettes pour orienter le flux vers l'intérieur de la chambre latérale correspondante, notamment vers la cloison centrale.
Chaque demi-coque peut comporter une ouverture permettant le passage de connecteurs électriques qui seront décrits plus loin. Ainsi, la coque comporte deux ouvertures permettant le passage de connecteurs électriques. Ces deux ouvertures peuvent être ménagées à la périphérie de la cellule d'un même côté de la cellule, et en outre du même côté de la cellule que les connecteurs hydrauliques. Avantageusement, une telle configuration où tous les connecteurs hydrauliques et électriques sont disposés d'un même côté de la cellule permet de faciliter à la fois la connexion hydraulique et la connexion électrique de celle-ci, et donc l'intégration de la cellule dans une machine de lavage par exemple. En variante, les deux ouvertures peuvent être disposées à la périphérie de la cellule, mais sur des côtés opposés.
L'étanchéité des passages permettant la sortie des électrodes vers l'extérieur de la cellule peut être assurée par un procédé de remplissage par une résine (« hotmelt » en anglais).
Dans un exemple de réalisation de l'invention, qui n'est pas limitatif, la coque extérieure peut à titre d'exemple avoir une taille de l'ordre d'une carte de crédit. Elle peut ainsi être suffisamment petite pour être intégrée très facilement dans une machine de lavage. Elle peut avoir une largeur comprise entre 3,5 et 10 cm, mieux entre 4,5 et 7,5 cm, étant par exemple de l'ordre de 4,8 cm. Elle peut avoir une longueur comprise entre 5,5 et 13 cm, mieux entre 6,5 et 10,5 cm, étant par exemple de l'ordre de 7,5 cm.
Dans un exemple de réalisation de l'invention, qui n'est pas limitatif, la coque extérieure peut à titre d'exemple avoir une taille de l'ordre 73*52* 15 mm sans prise en compte des connecteurs hydrauliques, et 83*52* 15 mm y compris les connecteurs hydrauliques. Dans ce mode de réalisation, les grilles de la chambre intermédiaire peuvent avoir une taille de l'ordre de 64*43 mm.
Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, qui n'est pas limitatif, la coque extérieure peut à titre d'exemple avoir une taille de l'ordre 109,5*80,25* 18 mm sans prise en compte des connecteurs hydrauliques, et 119*80,25* 18 mm y compris les connecteurs hydrauliques. Dans ce mode de réalisation, les grilles de la chambre intermédiaire peuvent avoir une taille de l'ordre de 98,5*68 mm.
Membranes échangeuses ioniques
Chacune des membranes peut avoir une surface comprise entre 10 et 70 cm2, voire entre 15 et 60 cm2, mieux entre 20 et 50 cm2, étant par exemple de l'ordre de 26 cm2.
L'une au moins des membranes échangeuses ioniques, voire les deux, peuvent comporter du nitrure de bore, notamment du nitrure de bore activé tel que défini ci- dessous.
L'une au moins des membranes échangeuses ioniques, voire les deux, peuvent comporter une matrice polymérique, dans laquelle est contenu le nitrure de bore, comme explicité ci-dessous.
Au moins l'une des membranes échangeuses ioniques peut être une membrane échangeuse sélective, disposée entre l'anode et la cathode, notamment une membrane sélective perfluorée fonctionnalisée par l'ajout de groupements sulfonates (SO3 ) ou encore carboxylates (COO ) ou ammoniums quaternaires (NH3 OU NH4 ), par exemple comportant du Nafïon®. On entend par « membrane sélective » que la membrane échangeuse ionique est configurée pour privilégier le passage à travers elle des anions ou des cations, et non des deux. La sélectivité de l'une au moins des membranes peut être choisie de manière à favoriser la production de l'une des substances chimiques en particulier, par exemple de HCIO ou au contraire de NaOH.
Au moins l'une des membranes échangeuses ioniques peut être une membrane échangeuse non sélective, disposée entre l'anode et la cathode, de préférence une membrane non sélective comportant du nitrure de bore activé. La membrane non sélective peut protéger une membrane sélective d'un environnement basique ou acide. On entend par « membrane non sélective » que la membrane échangeuse ionique est configurée pour permettre le passage à travers elle des anions comme des cations. Dans une variante de réalisation, les deux membranes échangeuses ioniques sont non sélectives.
Au moins l'une des membranes échangeuses ioniques peut être notamment un séparateur semi-perméable, pouvant permettre de faire varier les équilibres de production des substances chimiques.
Dans un exemple de réalisation, les deux membranes échangeuses ioniques sont des membranes non-sélectives, notamment de type CERAPEM®, dont l'usage peut permettre d'améliorer particulièrement le taux de production de HCIO.
Au moins l'une des membranes échangeuses ioniques peut être très conductrice, ayant notamment une conductivité supérieure à 50 mS/cm, mieux supérieure à 100 mS/cm lorsque mesurée dans une solution acide concentrée à 1M, étant par exemple de l'ordre de 200 mS/cm.
Au moins une membrane échangeuse ionique peut être recouverte par un dépôt de liant, qui peut être notamment choisi dans la liste suivante, qui n'est pas limitative : polymère à base de PTFE, PVDF, PVA, PESS, PECH, Nafïon®. La présence du liant peut permettre d'améliorer le dépôt ultérieur d'un catalyseur sur la membrane ou d'améliorer la tenue mécanique de cette dernière.
Chaque membrane peut être recouverte d'un dépôt catalytique du côté de sa mise en contact avec l'électrode correspondante. La membrane située contre l'anode peut par exemple comporter un dépôt de catalyseur choisi dans la liste suivante : platine, palladium, oxyde d'iridium (Ir02), oxyde de ruthénium (Ru02), oxyde de titane (Ti02), cette liste n'étant pas limitative. La membrane située contre la cathode peut par exemple comporter un dépôt de catalyseur choisi dans la liste suivante : platine, nickel, palladium, cette liste n'étant pas limitative. Le choix du catalyseur déposé sur la membrane peut notamment dépendre du choix du catalyseur déposé sur l'électrode correspondante. Il peut par exemple être le même.
En variante ou additionnellement, l'une au moins des membranes peut être entièrement dépourvue de catalyseur. Elle peut être dépourvue de catalyseur mais comporter néanmoins une couche de liant.
L'une au moins des membranes échangeuses ioniques comporte préférentiellement du nitrure de bore et plus préférentiellement du nitrure de bore activé.
Par « activation » du nitrure de bore, on cherche à favoriser la conduction ionique dans le nitrure de bore. Dans du nitrure de bore activé, le cristallite [BN] activé génère à sa surface des liaisons -OH, -H, -SO3H ou -SO4H qui vont créer des groupements N-H, B-OH, B-SOxH ou N-SOxH. La conduction des ions peut aussi s'effectuer grâce à des doublets disponibles sur des atomes d'oxygène insérés dans des lacunes d'azote du nitrure de bore. De telles lacunes d'azote contenant des atomes d'oxygène peuvent être notamment présentes lorsque le nitrure de bore a été obtenu à partir de B203 ou de H3B03.
Le nitrure de bore utilisé peut comporter au moins un, par exemple un ou plusieurs élément(s) substituant(s), de la liste suivante : oxyde de bore, borate de calcium, acide sulfurique. La présence de tels éléments peut permettre de favoriser l'activation, notamment lorsqu'ils sont présents dans une proportion massique comprise entre 1 et 20 %.
Pour procéder à l'activation, le nitrure de bore, ou la membrane qui le comporte, peut être exposé à un fluide permettant de fournir des ions H30+ ou S04 2" et de créer dans le nitrure de bore des liaisons B-OH et/ou B-SO4H, B-S03H, N-SO4H, N-S03H et/ou des liaisons N-H. Le fluide peut par exemple être une solution acide contenant des ions H30+, par exemple des acides forts tels que HC1, H2SÛ4, H3PÛ4, H2S207, ou des acides faibles, ou encore ne pas être une solution acide, mais par exemple une solution basique contenant des ions OH", par exemple une solution de soude ou de potasse. La concentration de la solution peut avoir une influence sur la vitesse et le niveau d'activation obtenu, i.e. sur le niveau de conductivité ionique obtenu, mais non pas sur l'apparition de l'activation elle-même. La concentration en acide est par exemple comprise entre 1 et 18 mol/L et la concentration de la soude peut être comprise entre 0,5 et 1 mol/L. L'activation par un fluide peut être effectuée à une température comprise entre 0 et 90 °C, par exemple de l'ordre de 60 °C, voire à température ambiante.
Après avoir été exposé à la solution, le nitrure de bore peut être rincé et éventuellement séché avant d'être utilisé pour fabriquer la membrane. On peut éliminer le fluide de sorte que sa teneur résiduelle soit inférieure à 2 %.
L'étape d'exposition au fluide peut avoir une durée inférieure à 50 heures.
Dans un exemple de réalisation de l'invention, l'activation du nitrure de bore est obtenue en mélangeant du nitrure de bore, par exemple en poudre, à de l'acide, par exemple de l'acide sulfurique concentré, par exemple à 18M, voir 3 M, pendant une durée prédéterminée, avant d'utiliser le nitrure de bore activé pour fabriquer la membrane échangeuse ionique, par exemple en mélangeant la poudre activée de nitrure de bore à une matrice polymérique.
La membrane échangeuse ionique peut comporter une matrice polymérique. La matrice polymérique peut comporter l'un au moins des polymères de la liste suivante : PTFE (Polytétrafluoroéthylène), PVDF (polyfluorure de vinylidène), PVDF-HFP, PVDF- G-PSSA, POE (polyoxyéthylène), PESS (polyéther sulfone sulfoné), PECH (Polyepichlorhydrine), PFSA, PCTFE, PP, PEHD, cette liste n'étant pas limitative. La matrice polymérique peut par exemple comporter du PTFE de la société DUPONT, connu sous le nom commercial de Téflon®, ou un PTFE d'une autre société, Arkema ou Solvay par exemple. La conduction ionique avec du PTFE peut être aussi bonne qu'avec d'autres polymères, pouvant atteindre 0,2 S/cm. Dans une variante de réalisation, la quantité de polymère peut être inférieure ou égale à 15%, voire inférieure à 5%.
La proportion massique de nitrure de bore dans la membrane peut être supérieure à 50 % mieux supérieure ou égale à 95 %, notamment dans le cas d'association avec du PTFE. Elle est par exemple comprise entre 70 et 100 %. Elle peut être dans certains modes de réalisation de l'ordre de 70 %, et de 90 % dans d'autres modes de réalisation. Dans une variante de réalisation, elle peut être supérieure ou égale à 95%.
Dans une variante de réalisation, une trame tissée, par exemple de PP ou de PTFE, peut être incorporée dans la membrane pour en améliorer la tenue mécanique.
La résistance mécanique de la membrane échangeuse ionique peut être satisfaisante pour une faible quantité de PTFE, par exemple de l'ordre de 4 MPa (module de Young) à 5 %> en masse de PTFE à 25 °C, et augmente signifîcativement avec une plus grande quantité de PTFE, par exemple de l'ordre de 6 MPa à 15 %. Ainsi, les membranes utilisées peuvent conserver de bonnes propriétés d'échanges ioniques et de résistance mécanique tout au long de leur utilisation.
Les membranes utilisées peuvent en outre être avantageusement insensibles aux impuretés (par exemple sous la forme d'ions bivalents Ca++, Mg++, Fe++) éventuellement présentes dans l'électrolyte, saumure et/ou eau. En effet, d'autres membranes pourraient, en cas d'exposition prolongée à ces ions bivalents, souffrir d'une baisse de rendement, voire même devenir inopérante.
La plage de température d'utilisation de la membrane échangeuse ionique peut être assez large, pouvant aller jusqu'à 90 °C.
Le nitrure de bore présent dans la membrane échangeuse ionique peut se présenter sous la forme d'une poudre composée de grains ayant une plus grande dimension transversale comprise entre 0,5 et 15 μιη, étant par exemple centrée sur 5 μιη.
Selon une hypothèse de fonctionnement, la conduction ionique dans le nitrure de bore a lieu à la surface des cristallites de nitrure de bore activé composant les grains.
Dans une variante de réalisation, le nitrure de bore est composé d'une poudre de nanoparticules, c'est-à-dire de grains comportant un seul cristal de taille nano métrique, par exemple comprise entre 10 et 500 nanomètres.
Au moins une membrane échangeuse ionique, voire les deux, peut avoir une épaisseur inférieure à 500 μιη, notamment inférieure à 400 μιη, mieux inférieure à 300 μιη, étant par exemple de l'ordre de 100 μιη. Une épaisseur relativement faible permet d'améliorer la conduction ionique. Néanmoins, l'épaisseur de la membrane échangeuse ionique est suffisante pour permettre à la membrane de supporter des pressions élevées dans la cellule, si nécessaire.
Electrodes
La cellule électrolytique peut comporter deux électrodes, à savoir l'anode et la cathode mentionnées plus haut.
Au moins l'une des électrodes, voir les deux, peuvent comporter des connecteurs électriques, pouvant avoir la forme de deux languettes électriquement conductrices pour la connexion électrique de l'anode et/ou de la cathode. Ces deux languettes peuvent être insérées dans les ouvertures des demi-coques prévues à cet effet, permettant l'alimentation électrique de la cellule électrolytique.
Les languettes peuvent être centrales ou non. Dans ce dernier cas, leur décentrage peut servir de détrompage lors du montage de la cellule. Les languettes peuvent être en un matériau électriquement conducteur, par exemple un matériau métallique, par exemple choisi dans la liste suivante : titane, aluminium, nickel, acier inoxydable cette liste n'étant pas limitative.
Les électrodes peuvent être réalisées en feuille de titane perforée ou encore dans un matériau poreux formé de billes de titane. L'emploi d'un matériau poreux, notamment de titane, permet avantageusement d'obtenir une surface lisse et sans discontinuité pour les électrodes et tout risque de fatigue de la membrane échangeuse ionique adjacente peut être ainsi évité. Les électrodes pourraient également être fabriquées en mousse de titane, mousse/feutre/tissu ou poreux de composite de carbone.
L'anode peut comporter l'un au moins des matériaux suivants : titane, tantale, iridium, et/ou une couche mince d'oxyde de tantale, d'oxyde d'iridium, d'oxyde de ruthénium. La couche mince peut notamment être disposée sur la face de l'anode adjacente à la membrane échangeuse ionique.
La cathode peut comporter l'un au moins des matériaux suivants : titane, carbone, nickel, iridium, palladium, cadmium, molybdène, platine, tantale, alliage de fer, alliage de plomb, alliage de nickel et/ou une couche mince de platine, de platine carbone, de palladium, de nickel, de cadmium, et/ou de molybdène. Une couche mince peut notamment être disposée sur la face de la cathode adjacente à la membrane échangeuse ionique.
Les électrodes peuvent être obtenues par estampage.
Au moins l'une de l'anode ou de la cathode, voire les deux, peut comporter des orifices, afin de permettre une bonne circulation de l'électrolyte et de récupérer par circulation d'eau les ions produits contre la membrane correspondante.
Ces orifices peuvent comporter des bords légèrement arrondis. Ces bords peuvent être ébavurés ou chanfreinés. Ces orifices peuvent permettre la circulation de l'électrolyte présent dans les chambres latérales jusqu'à la membrane échangeuse ionique correspondante.
Ces orifices peuvent être de forme oblongue, ayant la forme de fente, ou être de forme circulaire. Ils peuvent avoir des diamètres différents, ou les fentes peuvent avoir une longueur, une largeur et/ou une disposition différentes. Les orifices peuvent être disposés en rangées parallèles, et/ou en quinconce. Lorsqu'il s'agit de fentes, elles peuvent être disposées en chevrons. La taille des orifices peut être choisie de manière à conserver une distribution équilibrée entre la taille des zones disponibles pour le contact électrique et la taille des orifices pour l'évacuation des produits d'électrolyse. Ils sont donc le plus petit possible sans nuire à l'évacuation des produits.
La géométrie des électrodes peut ne pas être symétrique. En effet la taille des électrodes, mais aussi la nature des orifices peuvent être différentes entre l'anode et la cathode.
Les orifices des électrodes peuvent ne pas se superposer avec les déflecteurs des demi-coques. Plus particulièrement, ils peuvent se superposer avec les espaces ménagés entre les déflecteurs. Ainsi, on favorise une bonne circulation des fluides dans les chambres.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une cellule électrolytique pour la production d'au moins une substance chimique, notamment choisie parmi le dihydrogène, le dioxygène, les halogénures, notamment le chlore ou le brome, des acides, notamment l'acide hypochloreux HCIO, l'ion hypochlorite CIO", l'acide chlorhydrique HCl ou des bases, notamment la soude caustique NaOH, par électrolyse d'un électrolyte, l'électrolyte pouvant être de l'eau contenant au moins un sel, une base et/ou un acide, notamment choisi dans la liste suivante : NaCl, KO, MgCl2, CaCl2, CuS04, FeS04, NaN03, KN03, Na2S04, K2S04, Cd(CN)2, Cu(CN)2, Ag(CN), Zn(CN), CuCl2, Cu(OH)2, Ni(OH)2, NiCl2, ZnCl2, ZnS04, Zn(OH)2, Pb(N03)2, CdCl2, Cd(OH)2, la cellule électrolytique comportant :
- une chambre latérale anodique et une anode,
une chambre latérale cathodique et une cathode,
au moins deux membranes échangeuses ioniques disposées entre l'anode et la cathode,
au moins une chambre intermédiaire ménagée entre les deux membranes échangeuses ioniques, et
la cellule comportant une coque extérieure formée de deux demi-coques délimitant chacune une chambre latérale, chaque demi-coque étant moulée d'un seul tenant, et chaque demi-coque pouvant comporter des déflecteurs moulée d'un seul tenant avec la demi- coque correspondante. La coque, les demi-coques et les déflecteurs peuvent être tels que décrits ci-dessus.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une cellule électrolytique pour la production d'au moins une substance chimique, notamment choisie parmi le dihydrogène, le dioxygène, les halogénures, notamment le chlore ou le brome, des acides, notamment l'acide hypochloreux HCIO, l'ion hypochlorite CIO", l'acide chlorhydrique HC1 ou des bases, notamment la soude caustique NaOH, par électrolyse d'un électrolyte, l'électrolyte pouvant être de l'eau contenant au moins un sel, une base et/ou un acide, notamment choisi dans la liste suivante : NaCl, KO, MgCl2, CaCl2, CuS04, FeS04, NaN03, KN03, Na2S04, K2S04, Cd(CN)2, Cu(CN)2, Ag(CN), Zn(CN), CuCl2, Cu(OH)2, Ni(OH)2, NiCl2, ZnCl2, ZnS04, Zn(OH)2, Pb(N03)2, CdCl2, Cd(OH)2, la cellule électrolytique comportant :
une chambre latérale anodique et une anode,
une chambre latérale cathodique et une cathode,
- au moins deux membranes échangeuses ioniques disposées entre l'anode et la cathode,
au moins une chambre intermédiaire ménagée entre les deux membranes échangeuses ioniques, et
des moyens pour mettre la chambre intermédiaire en surpression. Ces moyens peuvent être tels que décrits ci-dessus.
Electrolyseur
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un électrolyseur comportant au moins une cellule électrolytique telle que définie ci-dessus.
L' électrolyseur peut comporter un empilement (encore appelé stack) d'au moins une première et une deuxième cellules électrolytiques consécutives, une cellule au moins de l'empilement comportant deux membranes échangeuses ioniques ménageant entre elles une chambre intermédiaire, comme décrit précédemment. De préférence, toutes les cellules de l'empilement comportent deux membranes échangeuses ioniques ménageant entre elles une chambre intermédiaire, comme décrit précédemment.
Ensemble électrolytique
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un ensemble électrolytique comportant :
- une cellule telle que décrite ci-dessus,
- un réservoir anodique, notamment pour stocker la solution obtenue à la sortie de la chambre latérale anodique, cette solution pouvant contenir notamment de l'acide hypochloreux, de l'acide chlorhydrique, du dichlore dissous et/ou du dioxygène gazeux, - un réservoir cathodique, notamment pour stocker la solution obtenue à la sortie de la chambre latérale cathodique, cette solution pouvant contenir notamment de la soude caustique et du dihydrogène gazeux.
Le dihydrogène gazeux peut être stocké ou ventilé vers l'extérieur. L'ensemble peut comporter en outre un réservoir intermédiaire pour stocker et recueillir l'électrolyte circulant dans la chambre intermédiaire. Il peut s'agir notamment d'un réservoir contenant de l'eau salée saturée, ainsi que du sel NaCl en précipité (saumure). Le réservoir intermédiaire peut permettre de stocker un volume d'électrolyte compris entre 1 et 50 L, voire entre 1 et 10 L, étant par exemple de l'ordre de 1,5 L.
Le réservoir anodique peut permettre de stocker un volume d'électrolyte compris entre 1 et 50 L, voire entre 1 et 10 L, étant par exemple de l'ordre de 5 L. Le réservoir cathodique peut permettre de stocker un volume d'électrolyte compris entre 0,5 et 20 L, voire entre 0,5 et 2 L, étant par exemple de l'ordre de 1 L.
L'ensemble peut comporter en outre un dispositif de nettoyage permettant, en cas d'entartrage, le nettoyage de la cellule. Le dispositif de nettoyage peut par exemple permettre une inversion de polarité des électrodes.
L'ensemble peut comporter en outre une pompe pour alimenter la chambre intermédiaire en électrolyte à partir du réservoir intermédiaire, notamment en eau salée. La présence de la pompe peut permettre d'assurer la mise en surpression de la chambre intermédiaire, comme expliqué ci-dessus, par rapport aux chambres latérales. C'est l'étranglement du débit en sortie de la chambre qui peut générer la surpression, la pompe, permettant de produire le surplus de débit nécessaire à la surpression. La pompe peut être choisie dans la liste suivante, qui n'est pas limitative : pompe volumétrique, pompe péristaltique, pompe centrifuge, à vide, à clapet, à membrane, à piston, à turbine, à engrenages, à palettes, à bélier.
Dans une variante de réalisation, l'ensemble peut être dépourvu d'une pompe, et comporter notamment un système d'acheminement de la saumure dépourvu de pompe, par exemple par gravité.
L'ensemble peut comporter en outre un adoucisseur d'eau pour traiter l'eau du réseau avant son injection dans la cellule.
L'ensemble peut comporter en outre un capteur de température de l'électrolyte dans chacun des réservoirs d'une part, et dans la ou les cellules électrolytiques elles-mêmes d'autre part, de manière à contrôler la température de l'électrolyte et maintenir une température de fonctionnement sensiblement constante, par exemple à une valeur comprise entre 0°C et 90°C. Elle peut par exemple être de l'ordre de 40°C environ. Le maintien d'une température de fonctionnement suffisamment élevée permet de favoriser la réaction électrochimique, indépendamment du choix de la pression. En revanche, il est nécessaire de ne pas dépasser une température limite au-delà de laquelle l'ensemble risque de se détériorer. Si nécessaire, l'ensemble peut aussi comporter au moins un, voire deux dispositifs de refroidissement de l'électrolyte avant son entrée dans la cellule, équipé(s) éventuellement d'un capteur de température permettant de contrôler l'efficacité du refroidissement.
L'ensemble peut comporter en outre un dispositif de chauffage, par exemple utile dans des environnements froids, en fonction de l'écart de température entre la température de fonctionnement et la température extérieure. Le dispositif de chauffage peut par exemple comporter des résistances disposées dans l'électrolyte, par exemple dans les réservoirs d'électrolyte ou à proximité de la cellule. En variante, on peut augmenter le voltage au début du fonctionnement pour obtenir des pertes ohmiques permettant de chauffer l'ensemble, puis revenir au voltage de fonctionnement.
L'ensemble peut également comporter une isolation thermique avec l'extérieur. La stabilisation de la température à une température de fonctionnement permet d'améliorer le rendement et la durée de vie de la cellule.
Procédé de fabrication
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d'au moins une substance chimique, notamment choisie parmi le dihydrogène, le dioxygène, les halogénures, notamment le chlore ou le brome, des acides, notamment l'acide hypochloreux HCIO, l'ion hypochlorite CIO", l'acide chlorhydrique HC1 ou des bases, notamment la soude caustique NaOH, par électrolyse d'un électrolyte, l'électrolyte pouvant être de l'eau contenant au moins un sel, une base et/ou un acide, notamment choisi dans la liste suivante : NaCl, KO, MgCl2, CaCl2, CuS04, FeS04, NaN03, KN03, Na2S04, K2S04, Cd(CN)2, Cu(CN)2, Ag(CN), Zn(CN), CuCl2, Cu(OH)2, Ni(OH)2, NiCl2, ZnCl2, ZnS04, Zn(OH)2, Pb(N03)2, CdCl2, Cd(OH)2, dans une cellule électrolytique tel que décrite ci-dessus.
On utilise de préférence de l'eau adoucie, avec par exemple un titre alcalimétrique complet (TAC) néanmoins minimum de 200 à 250 mg/L, afin de permettre que le HC1 produit soit neutralisé, ce qui provoquerait sinon un risque de baisse du pH et en conséquence de dégazage du Cl2 formé dans la cellule. Au contraire, avec un pH plus élevé (moins acide), le chlore se présente sous la forme de HCIO. En revanche, si l'eau est trop dure, il existe un risque d'entartrage de la cellule. L'utilisation d'un adoucisseur en amont de la cellule est donc très avantageuse afin de régler de manière appropriée la dureté de l'eau introduite dans la cellule.
On peut adoucir l'eau pour obtenir une eau ayant un titre hydrotimétrique (TH) compris entre 0 et 4°f et un TAC compris entre 200 et 250 mg/L, étant par exemple de l'ordre de 250 mg/L.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d'au moins une substance chimique, notamment choisie parmi le dihydrogène, le dioxygène, les halogénures, notamment le chlore ou le brome, des acides, notamment l'acide hypochloreux HCIO, l'ion hypochlorite CIO", l'acide chlorhydrique HC1 ou des bases, notamment la soude caustique NaOH, par électrolyse d'un électrolyte, l'électrolyte pouvant être de l'eau contenant au moins un sel, une base et/ou un acide, notamment choisi dans la liste suivante : NaCl, KO, MgCl2, CaCl2, CuS04, FeS04, NaN03, KN03, Na2S04, K2S04, Cd(CN)2, Cu(CN)2, Ag(CN), Zn(CN), CuCl2, Cu(OH)2, Ni(OH)2, NiCl2, ZnCl2, ZnS04, Zn(OH)2, Pb(N03)2, CdCl2, Cd(OH)2, la cellule électrolytique comportant :
une chambre latérale anodique et une anode,
- une chambre latérale cathodique et une cathode,
au moins deux membranes échangeuses ioniques disposées entre l'anode et la cathode, et
au moins une chambre intermédiaire ménagée entre les deux membranes échangeuses ioniques,
procédé dans lequel on met la chambre intermédiaire en surpression.
Durant son utilisation, la cellule peut être alimentée en courant continu. On peut appliquer une intensité constante à la cellule. L'intensité appliquée peut être comprise entre 0,01 et 1 A/cm2, voire entre 0,1 et 0,5 A cm2, mieux entre 0,1 et 0,2 A/cm2, étant par exemple de l'ordre de 0,15 A/cm2.
On peut mesurer la tension aux bornes de la cellule pendant l'utilisation, de manière à détecter une éventuelle augmentation anormale de celle-ci. Une augmentation de la tension aux bornes de la cellule peut effectivement indiquer un vieillissement de cette dernière. Lorsque l'intensité appliquée est par exemple de l'ordre de 0,1 A/cm2, la tension en fonctionnement normale peut être de l'ordre de 2,9 V ou encore de 3,3 V par exemple. Si elle dépasse une valeur de seuil prédéfinie, une alerte peut par exemple être émise. La valeur de seuil dans l'exemple précédent peut par exemple être de 1 V au-dessus, c'est-à- dire de 4,3 V.
On peut alimenter les chambres latérales en eau, notamment en eau pure ou eau adoucie, par exemple de l'eau du réseau public, que l'on fait éventuellement passer au préalable dans un adoucisseur. La chambre latérale cathodique peut notamment être alimentée en eau pure, et la chambre anodique en eau adoucie.
L'eau d'alimentation peut être à température ambiante de préférence, étant par exemple à une température comprise entre 5 et 35°C, voire entre 10 et 25°C, mieux entre 15 et 20°C. L'eau d'alimentation des chambres latérales peut notamment être à une température d'environ 20°C.
Dans une variante de réalisation, l'eau d'alimentation peut être à température comprise entre 5 et 65°C, voire entre 10 et 50°C, mieux entre 15 et 45°C. L'eau d'alimentation des chambres latérales peut notamment être à une température d'environ 40°C.
On peut mesurer le pH de la solution en sortie d'au moins l'une des chambres latérales, notamment de la chambre latérale anodique, afin de contrôler la concentration de la ou des substances chimiques produites, notamment de l'acide hypochloreux. La cellule peut à cet effet comporter une sonde de pH. Il est particulièrement intéressant de surveiller le pH de la solution produite dans la mesure où l'équilibre entre les formes HCIO et CIO" a lieu à pH 7,5. On comprend ainsi que la forme CIO" (ion hypochlorite) est majoritaire lorsque la solution est basique, tandis que la forme HCIO (acide hypochloreux) l'est lorsque la solution est acide. Par ailleurs, le potentiel d'oxydation de HCIO est supérieur à celui de CIO", de sorte que la forme HCIO est plus oxydante, donc plus biocide. On comprend ainsi l'intérêt de produire une solution de HCIO à pH inférieur à 6 par exemple.
En revanche, le pH ne doit pas être trop acide pour éviter le risque de dégazage de Cl2. Le pH est par exemple de préférence supérieur à 3. L'acidité de la solution obtenue est donc de préférence relativement peu élevée. La concentration en HCIO de la solution obtenue peut par exemple être comprise entre 100 et 600 ppm, étant par exemple de l'ordre de 400 ppm.
On peut produire grâce à l'invention environ 0,1 g/h.cm2 de chlore actif sous forme d'acide hypochloreux pour une densité de courant de 0,1 A/cm2, ce qui est suffisant pour la désinfection d'une machine de lavage telle qu'un lave-linge ou un lave-vaisselle lors d'un cycle de lavage. On peut également produire grâce à l'invention environ 0,1 g/h.cm2 de soude caustique pour une densité de courant de 0,1 A/cm2, simultanément.
Pour ajuster la concentration et le pH, on peut régler le débit d'électrolyte introduit dans la chambre latérale anodique, notamment le débit d'eau. Le débit d'entrée peut par exemple être compris entre 20 et 300 mL/min, mieux entre 60 et 200 mL/min, étant par exemple de l'ordre de 80 mL/min. Une telle solution peut être utilisée pour désinfecter le contenu d'une machine de lavage par exemple, et permet également d'éviter les traces de tartre sur la vaisselle.
La solution obtenue en sortie de la chambre latérale cathodique peut être une solution de soude caustique. Il peut être avantageux d'obtenir une solution très concentrée, afin de minimiser son volume. Pour ajuster la concentration et le pH, on peut régler le débit d'électrolyte introduit dans la chambre latérale cathodique, notamment le débit d'eau. Le débit d'entrée peut par exemple être compris entre 10 et 50 mL/min, mieux entre 20 et 30 mL/min, étant par exemple de l'ordre de 25 mL/min. Une telle solution peut être utilisée pour dégraisser le contenu d'une machine de lavage par exemple.
On peut également régler le débit d'électrolyte introduit dans la chambre intermédiaire. Le débit d'entrée peut par exemple être compris entre 10 et 400 mL/min, mieux entre 100 et 400 mL/min, mieux entre 150 et 350 mL/min, étant par exemple de l'ordre de 250 mL/min.
L'invention a encore pour objet un procédé tel que décrit plus haut pour la production d'acide hypochloreux, dans lequel on introduit dans les chambres latérales anodique et cathodique de l'eau et dans la chambre intermédiaire de la saumure.
Machine de lavage
L'invention a également pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une machine de lavage comportant une cavité de lavage et une cellule électrolytique, un électrolyseur ou un ensemble électrolytique tels que décrits ci-dessus.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une machine de lavage, comportant une cavité de lavage et une cellule électrolytique permettant de produire par électrolyse d'un électrolyte, au moins une substance chimique, notamment choisie parmi le dihydrogène, le dioxygène, les halogénures, notamment le chlore ou le brome, des acides, notamment l'acide hypochloreux HCIO, l'ion hypochlorite CIO", l'acide chlorhydrique HC1 ou des bases, notamment la soude caustique NaOH, à utiliser dans la cavité de lavage, la cellule électrolytique comportant :
une chambre latérale anodique et une anode,
une chambre latérale cathodique et une cathode,
au moins deux membranes échangeuses ioniques disposées entre l'anode et la cathode, et
au moins une chambre intermédiaire ménagée entre les deux membranes échangeuses ioniques dans laquelle circule l'électrolyte.
Cette ou ces substances chimiques peuvent permettre de contribuer à diminuer la température du cycle de lavage, ainsi que la durée du cycle. Elles peuvent également contribuer à diminuer la quantité de lessive ou de détergent à utiliser, de produit de rinçage ou de sel régénérant.
A titre d'exemple, l'usage de soude caustique comme dégraissant peut permettre de diminuer voire de remplacer l'usage de surfactant. A titre d'exemple également, l'usage d'acide hypochloreux comme agent biocide peut permettre en outre de diminuer la quantité d'eau utilisée dans le cycle de lavage.
La cellule électrolytique peut être telle que décrite plus haut. Elle peut faire partie d'un électrolyseur tel que décrit ci-dessus, ainsi que d'un ensemble électrolytique tel que décrit ci-dessus.
L'électrolyte peut être de l'eau contenant au moins un sel, une base et/ou un acide, notamment choisi dans la liste suivante : NaCl, KO, MgCl2, CaCl2, CuS04, FeS04, NaN03, KNO3, Na2S04, K2S04.
L'eau utilisée dans la cellule peut être de l'eau adoucie par la machine de lavage elle-même.
La cellule électrolytique peut être intégrée dans la porte de la machine ou à l'arrière de la cavité de lavage ou en-dessous de celle-ci, ou sur le côté.
Ainsi, la production des substances chimiques utiles est sécurisée, instantanée et modulable en fonction des besoins. Il n'y a pas de manipulation ni d'entretien, et aucun transport n'est nécessaire. Enfin, il n'y a pas de production ni de stockage de chlore gazeux, ni de production de substances indésirables telles que les chlorates, les perchlorates ou les bro mates.
La machine peut être dépourvue de réservoir. En variante, elle peut comporter un ou plusieurs réservoirs. La machine peut comporter un réservoir anodique, notamment pour stocker la solution obtenue à la sortie de la chambre latérale anodique, cette solution pouvant contenir notamment de l'acide hypochloreux, et un réservoir cathodique, notamment pour stocker la solution obtenue à la sortie de la chambre latérale cathodique, cette solution pouvant contenir notamment de la soude caustique et du dihydrogène gazeux. On peut prévoir un système de neutralisation du dihydrogène gazeux, par exemple comportant un catalyseur au palladium.
Les réservoirs anodique et cathodique peuvent être intégrés dans la porte de la machine ou à l'arrière de la cavité de lavage ou en-dessous de celle-ci, ou sur le côté. Ils peuvent être tels que décrits ci-dessus.
La machine peut comporter en outre un réservoir intermédiaire pour stocker et recueillir l'électrolyte circulant dans la chambre intermédiaire. Le réservoir intermédiaire peut être intégré dans la porte de la machine ou à l'arrière de la cavité de lavage ou en- dessous de celle-ci, ou sur le côté. Il peut être tel que décrit ci-dessus.
La machine peut comporter en outre une pompe pour alimenter la chambre intermédiaire en électrolyte à partir du réservoir intermédiaire, notamment en eau salée. La présence de la pompe peut permettre d'assurer la mise en surpression de la chambre intermédiaire, comme expliqué ci-dessus, par rapport aux chambres latérales.
La machine peut être configurée pour permettre le trempage, le prélavage, le dégraissage, le nettoyage, le rinçage, la désinfection et/ou la stérilisation de vaisselle ou de matériel médical. La machine peut notamment être tout particulièrement configurée pour des biberons.
La machine peut être configurée pour permettre le trempage, le prélavage, le dégraissage, le nettoyage, le rinçage, la désinfection et/ou la stérilisation de denrées alimentaires ou tout ou partie du corps humain ou animal. Il peut s'agir par exemple d'un pis de vache.
La machine peut être configurée pour permettre le trempage, le prélavage, le dégraissage, le nettoyage, le rinçage, la désinfection et/ou la stérilisation de linge.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de lavage, dans lequel on injecte pendant un cycle de lavage de la machine de lavage décrite ci-dessus au moins une substance chimique produite par la cellule électrolytique avant ou pendant le déroulement du cycle de lavage. L'injection peut avoir lieu en début, en milieu ou en fin du cycle de lavage. Cela est rendu possible grâce à un stockage intermédiaire de la ou des substances chimiques dans les réservoirs mentionnés plus haut. La machine peut être configurée de telle sorte que cette injection ait lieu quel que soit le cycle de lavage choisi par l'utilisateur.
En variante, la machine de lavage peut être configurée de telle sorte que cette injection ait lieu pour certains cycles de lavage seulement.
En variante encore, la machine de lavage peut comporter un organe de commande permettant à l'utilisateur d'enclencher pour un cycle de lavage donné cette injection d'au moins une substance chimique dans la cavité de lavage.
On peut appliquer une intensité constante à la cellule électrolytique. L'intensité appliquée peut être comprise entre 0,5 et 6 A, voire entre 1 et 3,5 A, mieux entre et 1,5 A et 2,5 A, étant par exemple de l'ordre de 2 A. En variante, l'intensité peut être variable.
On peut mesurer la tension aux bornes de la cellule électrolytique pendant l'utilisation, de manière à détecter une éventuelle augmentation de celle-ci.
On peut alimenter les chambres latérales en eau, notamment en eau pure ou eau adoucie, par exemple de l'eau du réseau public, que l'on fait éventuellement passer au préalable dans un adoucisseur. L'eau d'alimentation peut être à température ambiante de préférence, étant par exemple à une température comprise entre 5 et 35°C, voire entre 10 et 30°C, mieux entre 15 et 25°C. L'eau d'alimentation des chambres latérales peut notamment être à une température d'environ 20°C.
Dans une variante, l'eau d'alimentation peut être à température comprise entre 5 et 65°C, voire entre 20 et 50°C, mieux entre 30 et 45°C. L'eau d'alimentation des chambres latérales peut notamment être à une température d'environ 40°C.
On peut mesurer le pH de la solution en sortie d'au moins l'une des chambres latérales, notamment de la chambre latérale anodique, afin de contrôler la concentration de la ou des substances chimiques produites, notamment de l'acide hypochloreux.
La solution obtenue en sortie de la chambre latérale cathodique peut être une solution de soude caustique. Il peut être avantageux d'obtenir une solution très concentrée, afin de minimiser son volume. Pour ajuster la concentration et le pH, on peut régler le débit d'électrolyte introduit dans la chambre latérale cathodique. Le débit d'entrée peut par exemple être compris entre 10 et 50 mL/min, mieux entre 20 et 30 mL/min, étant par exemple de l'ordre de 25 mL/min. Une telle solution peut être utilisée pour dégraisser le contenu d'une machine de lavage par exemple. On peut également régler le débit d'électrolyte introduit dans la chambre intermédiaire. Le débit d'entrée peut par exemple être compris entre 100 et 400 mL/min, mieux entre 150 et 350 mL/min, étant par exemple de l'ordre de 250 mL/min.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé tel que décrit plus haut pour la production d'acide hypochloreux, dans lequel on introduit dans les chambres latérales anodique et cathodique de l'eau et dans la chambre intermédiaire de la saumure.
On peut injecter dans la cavité de lavage du NaOH, puis du HCIO. Il peut être avantageux d'éviter l'introduction dans la cavité de lavage de NaCIO (eau de javel) et de NaCl (sel), car ces composés peuvent risquer de se déposer sur les surfaces ou les objets, tels que vaisselle ou linge, présents dans la cavité de lavage et d'y laisser des traces difficiles à éliminer.
On peut, après un cycle de lavage de la machine de lavage, faire circuler les électrolytes dans la cellule sans application de courant électrique, afin de rincer celui-ci.
Utilisations
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, l'utilisation de la cellule tel que décrite ci-dessus pour traiter un adoucisseur d'eau. Pour nettoyer les résines de l'adoucisseur et éviter la prolifération bactérienne, on peut pratiquer un cycle de rinçage en y faisant circuler de l'eau salée, durant lequel on pourra selon l'invention injecter du HCIO pour la désinfection, obtenu avec un électrolyseur tel que décrit ci-dessus.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, l'utilisation de la cellule tel que décrite ci-dessus pour traiter de l'eau de piscine ou des sols.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, l'utilisation de la cellule tel que décrite ci-dessus pour traiter des sels de rejet d'exploitation minière.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, l'utilisation de la cellule tel que décrite ci-dessus pour la désalinisation d'eau salée et donc la production d'eau pure.
La cellule peut dans ce cas être configurée pour être connectée à un réservoir ou à une canalisation. Description détaillée
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de réalisation et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une cellule conforme à l'invention,
- la figure la illustre la variation des concentrations des trois espèces de chlore libre en pourcentage en fonction du pH,
- la figure 2 est une vue éclatée de la cellule de la figure 1 ,
- les figures 3a à 3e sont des vues respectivement selon les flèches III A à IIIE de la cellule des figures 1 et 2,
- les figures 4a et 4b sont des coupes transversales respectivement selon IV A- IVA et IVB-IVB de la cellule des figures 1 et 2,
- les figures 5a à 5d sont des vues respectivement en perspective, de dessus et de côté selon les flèches VB à VD d'une des demi-coques de la cellule des figures 1 et 2,
- les figures 6a à 6d sont des vues respectivement en perspective, de dessus et de côté selon les flèches VIB à VID de l'autre des demi-coques de la cellule des figures 1 et 2,
- les figures 7a à 7c sont des vues respectivement en perspective, de dessus et de côté selon les flèches VIIB à VIIC de l'une des grille de l'armature de la cellule des figures 1 et 2,
- les figures 8a à 8c sont des vues respectivement en perspective, de dessus et de côté selon les flèches VIIIB à VIIIC de l'autre des grille de l'armature de la cellule des figures 1 et 2,
- la figure 8d est une vue analogue à la figure 5b d'une variante de réalisation de la demi-coque inférieure,
- les figures 8e et 8f sont des vues analogue à la figure 5a d'autre variantes de réalisation de demi-coque inférieure,
- les figures 9a à 9c sont des vues respectivement en perspective, de dessus, et de côté selon les flèches IXB à IXC de l'anode de la cellule des figures 1 et 2,
- les figures 10a à 10c sont des vues respectivement en perspective, de dessus, et de côté selon les flèches XB à XC de la cathode de la cellule des figures 1 et 2,
- la figure 10e est une vue analogue à la figure 9a d'une variante de réalisation d'électrode, - la figure 10f est une vue analogue à la figure 1 d'une variante de réalisation de cellule,
- la figure 11 illustre de manière schématique un ensemble conforme à l'invention et son fonctionnement,
- la figure 12 est une vue schématique et partielle d'une machine de lavage conforme à l'invention, et
- les figures 13, 14 et l5a à l5e sont des vues respectivement analogues aux figures 1, 2 et 3a à 3e d'une variante de réalisation de cellule conforme à l'invention.
On a illustré aux figures 1 et 2 une cellule électrolytique 10 conforme à l'invention. Cette cellule électrolytique 10 comporte dans l'exemple décrit une anode 11, une cathode 12, au moins deux membranes échangeuses ioniques 13 disposées entre l'anode 11 et la cathode 12, ainsi qu'une chambre intermédiaire 15 ménagée entre les deux membranes échangeuses ioniques 13 et deux chambres latérales anodique 16 contenant l'anode 11 et cathodique 17 contenant la cathode 12, de part et d'autre de la chambre intermédiaire 15, de l'autre côté de chacune des membranes échangeuses ioniques 13.
La chambre intermédiaire 15 est alimentée en électrolyte par des connecteurs hydrauliques d'entrée 20a et de sortie 20b disposés à la périphérie de la cellule, et plus particulièrement d'un même côté de la cellule, c'est-à-dire qu'ils sont tous deux disposés parallèlement l'un à l'autre et parallèlement au plan médian P de la cellule, s'étendant parallèlement aux membranes échangeuses ioniques 13, à proximité l'un de l'autre, à une même extrémité la cellule.
La chambre latérale anodique 16 est alimentée en électrolyte par des connecteurs hydrauliques d'entrée 21a et de sortie 21b disposés d'un même côté de la cellule que les connecteurs hydrauliques 20a et 20b de la chambre intermédiaire. De même, la chambre latérale cathodique 17 est alimentée en électrolyte par des connecteurs hydrauliques d'entrée 22a et de sortie 22b disposés d'un même côté de la cellule que les connecteurs hydrauliques 20a et 20b de la chambre intermédiaire. Autrement dit, tous les connecteurs hydrauliques de la cellule sont tous situés d'un même côté de la cellule.
Les connecteurs hydrauliques sont logés dans la coque extérieure 25 de la cellule 10, laquelle est formée de deux demi-coques 25a et 25b délimitant chacune une chambre latérale 16, 17. Elles sont illustrées en détails respectivement aux figures 6a-6d et 5a-5d. Les deux demi-coques 25a et 25b coopèrent de manière à assurer une étanchéité entre elles à leur pourtour, grâce à une lèvre d'étanchéité 28, par ajustement de formes l'une mâle et l'autre femelle, la demi-coque 25 a ayant une forme femelle et la demi- coque 25b ayant une forme mâle pour permettre leur enclipsage, leur collage ou leur soudure l'une sur l'autre. Elles sont collées l'une sur l'autre, par exemple par l'utilisation d'ultrasons.
Chaque demi-coque comporte une cloison centrale 26 permettant de ménager dans la chambre latérale correspondante une circulation en U pour l'électrolyte correspondant. La cloison centrale 26 s'étend dans l'exemple décrit sur une longueur de l'ordre de 75% de la longueur totale de la demi-coque. La cloison centrale s'étend à partir d'un bord 27 de la coque situé du même côté de la cellule que les connecteurs hydrauliques. Elle est interrompue du côté opposé aux connecteurs hydrauliques pour permettre la circulation de l'électrolyte en U.
Chaque demi-coque 25a, 25b comporte des plots 29, lesquels s'étendent en rangées disposées en quinconce. Ces plots 29 s'étendent vers l'intérieur de la demi-coque, autrement dit dans la chambre latérale correspondante 16, 17.
La coque 25 comporte enfin deux ouvertures 30 permettant le passage de connecteurs électriques 31, 32 qui seront décrits plus loin. Chacune des demi-coques 25a et 25b comporte une ouverture 30. Les deux ouvertures 30 sont disposées du même côté de la cellule que les connecteurs hydrauliques.
Par ailleurs, afin d'améliorer l'évacuation des produits de l'électrolyse de chaque chambre latérale, un dispositif de génération de remous hydrauliques peut être ajouté. Ce dispositif consiste en l'intégration d'une surface en pente entre les plots de chaque rangée. Chaque demi-coque comporte dans l'exemple décrit une surface en pente 33 juste avant la sortie vers le connecteur hydraulique de sortie, de façon à améliorer l'évacuation des produits de l'électrolyse.
En outre, chaque demi-coque comporte dans l'exemple décrit à l'entrée de la chambre latérale correspondante des ailettes 34 pour orienter le flux vers la cloison centrale, autrement dit vers l'intérieur de la chambre latérale correspondante.
La cellule comporte encore une armature 35 délimitant la chambre intermédiaire, laquelle armature comporte deux grilles 35a et 35b s 'étendant parallèlement l'une à l'autre. Les deux grilles 35a et 35b coopèrent de manière à assurer une étanchéité au niveau de leur pourtour, par ajustement de formes l'une mâle et l'autre femelle, les deux grilles ayant des formes différentes, l'une 35a ayant une forme mâle et l'autre 35b ayant une forme femelle.
Chacune des deux grilles 35a et 35b comporte une cloison centrale 36 dans la chambre intermédiaire 15 permettant de ménager dans la chambre intermédiaire 15 une circulation en U pour l'électrolyte. La cloison centrale 36 s'étend sur une longueur comprise entre 50 et 90 % de la longueur totale. La cloison centrale s'étend à partir d'un bord 37 de l'armature situé du même côté de la cellule que les connecteurs hydrauliques. Elle est interrompue du côté opposé aux connecteurs hydrauliques pour permettre la circulation de l'électrolyte.
Chaque grille 35a et 35b comporte des barres transversales 38, lesquelles s'étendent perpendiculairement à la cloison centrale 36. Ces barres transversales 38 comportent une surface intérieure dentelée, formant des plots 39. Les plots 39 sont disposés en quinconce.
Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, les plots 29 des demi- coques et 39 des grilles sont disposés en quinconce. On ne sort bien entendu pas du cadre de la présente invention s'il en est autrement, et s'ils sont disposés différemment.
Ils peuvent par exemple être alignés en rangées perpendiculaires et parallèles à la cloison centrale, comme illustré à la figure 8d en référence à une demi-coque. Il peut bien entendu en être de même de l'autre demi-coque et des grilles.
Ces plots 29 ou 39 peuvent également avoir une forme non pas carrée mais triangulaire, comme illustré à titre d'exemple à la figure 8e en référence à une demi-coque. Il peut bien entendu en être de même de l'autre demi-coque et des grilles.
Les plots qui viennent d'être décrits peuvent également être remplacés par des déflecteurs ayant la forme de lèvres curvilignes 29, comme illustré à la figure 8f, en référence à une demi-coque. Il peut bien entendu en être de même de l'autre demi-coque et des grilles.
L'anode 11 et la cathode 12 mentionnées plus haut sont illustrées en détails respectivement aux figures 9a-9c et 10a- 10c.
L'anode 11 et la cathode 12 comportent respectivement des languettes électriquement conductrices 31 et 32 pour leur connexion électrique, lesquelles s'étendent de l'intérieur de la coque jusqu'à l'extérieur. Ces languettes sont insérées dans la coque par les ouvertures 30 mentionnées plus haut. L'anode 11 et la cathode 12 comportent également chacune des orifices 40 de forme oblongue, ayant la forme de fente. Ils sont disposés en chevrons.
Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 10e, les orifices 40 sont de forme circulaire et disposés en rangées parallèles, et en quinconce. Les orifices 40 sont de forme générale cylindrique et ont un diamètre d'environ 1,5 mm. Les axes centraux de deux orifices 40 adjacents peuvent être séparés d'une distance d'environ 2,2 mm.
Dans les modes de réalisation qui viennent d'être décrit, tous les connecteurs hydrauliques de la cellule sont disposés d'un même côté de celle-ci. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de la présente invention s'il en est autrement, et si les connecteurs hydrauliques sont disposés à la périphérie de la cellule mais pas tous du même coté. Ils peuvent par exemple être disposés de part et d'autre de celle-ci, comme illustré sur la figure lOf. Dans cet exemple, les connecteurs hydrauliques d'entrée 20a et de sortie 20b de l'électrolyte dans la chambre intermédiaire sont disposés dans des directions opposées et parallèlement au plan médian de la cellule aux deux extrémités de la cellule. En ce qui concerne les connecteurs hydrauliques d'entrée 21a et de sortie 21b de la chambre anodique, ils sont situés tous deux du même côté de la cellule, mais du côté opposé aux connecteurs hydrauliques d'entrée 22a et de sortie 22b de la chambre cathodique, qui sont eux-mêmes également situés du même côté de la cellule. Dans ce cas, il y a une circulation en U dans les chambres anodique et cathodique, mais pas dans la chambre intermédiaire.
On va maintenant décrire en référence à la figure 11 un ensemble électrolytique
50 selon l'invention, comportant une cellule électrolytique 10 tel que décrit ci-dessus. L'ensemble 50 comporte en outre un réservoir anodique 51, pour stocker la solution obtenue à la sortie 21b de la chambre latérale anodique 16, cette solution pouvant contenir notamment de l'acide hypochloreux, et un réservoir cathodique 52, pour stocker la solution obtenue à la sortie 22b de la chambre latérale cathodique 17, cette solution pouvant contenir notamment de la soude caustique et du dihydrogène gazeux.
Le dihydrogène gazeux obtenu dans le réservoir cathodique 52 peut être ventilé vers l'extérieur, comme illustré.
L'ensemble comporte en outre un réservoir intermédiaire 53 pour stocker et recueillir l'électrolyte circulant dans la chambre intermédiaire 15. Il peut s'agir notamment d'un réservoir contenant de l'eau salée saturée, ainsi que du sel NaCl en précipité (saumure). Le réservoir intermédiaire 53 peut permettre de stocker un volume d'électrolyte étant de l'ordre de 1,5 L. Le réservoir anodique 51 peut permettre de stocker un volume d'électrolyte de l'ordre de 5 L. Le réservoir cathodique 52 peut permettre de stocker un volume d'électrolyte de l'ordre de 1 L.
L'ensemble 50 comporte en outre une pompe 55 pour alimenter la chambre intermédiaire 15 en électrolyte à partir du réservoir intermédiaire 53, notamment en eau salée. La présence de la pompe peut permettre d'assurer la mise en surpression de la chambre intermédiaire, comme expliqué ci-dessus, par rapport aux chambres latérales 16, 17.
L'ensemble comporte en outre un adoucisseur d'eau 57 pour traiter l'eau du réseau avant son injection dans la cellule 10.
On va maintenant décrire le fonctionnement de l'ensemble utilisé pour réaliser l'électrolyse d'une solution d'eau saturée en sel NaCl, autrement appelée saumure, pour la production d'acide hypochloreux et de soude caustique.
Durant son utilisation, la cellule est alimentée en courant continu. On applique une intensité constante à la cellule, qui est de l'ordre de 2 A, la tension en fonctionnement normale étant de l'ordre de 3,3 V par exemple.
On introduit dans les chambres latérales anodique et cathodique de l'eau et dans la chambre intermédiaire de la saumure.
La chambre intermédiaire 15 est alimentée en saumure à partir du réservoir intermédiaire 53 qui contient de la saumure et du sel NaCl en excès. Ce réservoir intermédiaire 53 est alimenté en eau si nécessaire, depuis le réseau public, éventuellement à travers l'adoucisseur 57. L'alimentation de la chambre intermédiaire se fait par une pompe 55, ce qui permet à la fois de régler le débit d'électrolyte introduit dans la chambre intermédiaire, par exemple pour qu'il soit de l'ordre de 250 mL/min, et à la fois de mettre la chambre intermédiaire en surpression par rapport aux chambres latérales, par exemple à une valeur de l'ordre de 0,5 bar.
On alimente les chambres latérales 16 et 17 en eau, par exemple par de l'eau du réseau public, que l'on fait éventuellement passer au préalable dans l'adoucisseur 57. L'eau introduite à la cathode peut être tout à fait déminéralisée. L'eau introduite à l'anode ne doit pas être complètement déminéralisée, mais seulement adoucie.
Après électrolyse de Γ électrolyte dans la chambre intermédiaire 15, on obtient en sortie de la chambre latérale cathodique 17 une solution de soude caustique et du dihydrogène, qui sont alors stockés dans le réservoir cathodique 52, et en sortie de la chambre latérale anodique 16 de l'acide hypochloreux qui est alors stocké dans le réservoir anodique 51. La concentration en HCIO de la solution obtenue peut par exemple être de l'ordre de 400 ppm.
On va maintenant décrire la mise en œuvre du procédé qui vient d'être décrit dans le fonctionnement d'une machine de lavage 100 comportant une cavité de lavage 101 et une cellule électrolytique 10 ou un ensemble électrolytique 50 tels que décrits ci-dessus.
A titre d'exemple, on a illustré à la figure 12 une machine de lavage 100 pour permettre le trempage, le prélavage, le dégraissage, le nettoyage, le rinçage, la désinfection et/ou la stérilisation de surfaces, de vaisselle ou de matériel médical, notamment de biberons. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de la présente invention si la machine de lavage est autre qu'un lave- vaisselle, mais est par exemple un lave-linge, configurée pour permettre le trempage, le prélavage, le dégraissage, le nettoyage, le rinçage, la désinfection et/ou la stérilisation de linge, ou encore configurée pour permettre le trempage, le prélavage, le dégraissage, le nettoyage, le rinçage, la désinfection et/ou la stérilisation de denrées alimentaires ou tout ou partie du corps humain ou animal. Il peut s'agir par exemple d'un pis de vache.
On utilise dans cette machine de lavage la soude caustique produite comme dégraissant, ce qui peut permettre de diminuer voire de remplacer l'usage de surfactant, et l'acide hypochloreux comme agent biocide, ce qui peut permettre en outre de diminuer voire de remplacer l'usage de produit de rinçage.
Enfin, la quantité d'eau totale utilisée dans le cycle de lavage peut être diminuée. On peut également stocker l'eau au cours d'un cycle ou entre deux cycles, pour la réutiliser. L'eau peut être stérilisée avant ce stockage.
L'ensemble peut être intégré à l'arrière de la cavité de lavage comme illustré, ou dans la porte de la machine ou en-dessous de la cavité de lavage, ou sur le côté.
Les réservoirs anodique 51 et cathodique 52 peuvent être intégrés à l'arrière de la cavité de lavage comme illustré, ou dans la porte de la machine ou en-dessous de la cavité de lavage, ou sur le côté, et il en est de même du réservoir intermédiaire 53 pour stocker et recueillir l'électrolyte circulant dans la chambre intermédiaire.
En cours de cycle ou en fin de cycle, ou de certains cycles, on peut inverser la polarité de la cellule, de façon à obtenir un détartrage. Le détartrage peut être autonome, ou en variante on peut introduire un liquide de l'extérieur en supplément.
L'invention n'est pas limitée à la production de HCIO et de NaOH et peut s'appliquer à la production d'autres substances chimiques. On a illustré aux figures 13, 14, et 15a à 15e une variante de réalisation de cellule analogue à la cellule illustrée aux figures 1, 2 et 3a à 3e. Elle en diffère prncipalement par le fait que le connecteur hydraulique d'entrée 20a de la chambre intermédiaire 15 est disposé sur la demi-coque 25 a, comme le connecteur hydraulique de sortie 20b de la chambre intermédiaire 15. Les deux connecteurs hydrauliques d'entrée 20a et de sortie 20b de la chambre intermédiaire 15 sont donc disposés tous deux sur la même demi-coque 25a, tandis que l'autre demi-coque 25b est dépourvue de tout connecteur hydraulique d'entrée ou de sortie de la chambre intermédiaire, et ne comporte que les connecteurs hydrauliques d'entrée 22a et de sortie 22b de la chambre latérale cathodique 17.
D'autre part, les connecteurs hydrauliques 20a et 20b de la chambre intermédiaire sont coplanaires, étant disposés dans un même plan, à savoir dans un plan intermédiaire entre un plan dans lequel sont disposés les connecteurs hydrauliques 21a et 21b de la chambre latérale anodique 16 et un plan dans lequel sont disposés les connecteurs hydrauliques 22a et 22b la chambre latérale cathodique. La paroi latérale de la demi-coque 25a comporte à cet effet deux bossages 80, permettant de recevoir les deux connecteurs hydrauliques, et la demi-coque 25b deux logements 81 correspondants. On évite ainsi d'avoir à faire subir à la circulation d'électrolyte un coude, car l'électrolyte est introduit directement dans le plan de la chambre intermédiaire 15. La membrane 13 peut également grâce à cette configuration être dépourvue de tout orifice, qui pourrait constituer une zone de fuite possible.
Par ailleurs, les deux demi-coques 25a et 25b diffèrent également par la présence de plots de fixation latéraux 85 sur la demi-coque 25b, destinés à coopérer avec deux languettes de fixation 86 disposées sur la demi-coque 25a, et qui permettent de renforcer la résistance mécanique d'ensemble de la cellule.
Les deux demi-coques 25a et 25b sont nervurées, afin d'éviter un gauchissement et une déformation éventuels.
Les électrodes 11 et 12 comportent des orifices ayant la forme de fentes qui sont disposés en chevrons, avec huit rangées de chevrons parallèles deux à deux.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cellule électrolytique (10) pour la production d'au moins une substance chimique, notamment choisie parmi le dihydrogène, le dioxygène, les halogénures, notamment le chlore ou le brome, des acides, notamment l'acide hypochloreux HCIO, l'ion hypochlorite CIO", l'acide chlorhydrique HC1 ou des bases, notamment la soude caustique NaOH, par électrolyse d'un électrolyte, l'électrolyte pouvant être de l'eau contenant au moins un sel, une base et/ou un acide, notamment choisi dans la liste suivante : NaCl, KO, MgCl2, CaCl2, CuS04, FeS04, NaN03, KN03, Na2S04, K2S04, Cd(CN)2, Cu(CN)2, Ag(CN), Zn(CN), CuCl2, Cu(OH)2, Ni(OH)2, NiCl2, ZnCl2, ZnS04, Zn(OH)2, Pb(N03)2, CdCl2, Cd(OH)2, la cellule électrolytique comportant :
une chambre latérale anodique (16) et une anode (11),
une chambre latérale cathodique (17) et une cathode (12),
- au moins deux membranes échangeuses ioniques (13) disposées entre l'anode et la cathode, et
- au moins une chambre intermédiaire (15) ménagée entre les deux membranes échangeuses ioniques (13), la chambre intermédiaire (15) étant alimentée en électrolyte par des connecteurs hydrauliques d'entrée (20a) et de sortie (20b) disposés à la périphérie de la cellule, étant notamment disposés d'un même côté de la cellule ou de part et d'autre de celle-ci.
2. Cellule électrolytique selon la revendication précédente, dans lequel les chambres latérales (16, 17) sont alimentées en électrolyte par des connecteurs hydrauliques d'entrée (21a, 22a) et de sortie (21b, 22b) disposés à la périphérie de la cellule, notamment d'un même côté de la cellule (10) que les connecteurs hydrauliques (20a, 20b) de la chambre intermédiaire (15) ou de part et d'autre de la cellule.
3. Cellule électrolytique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une armature (35) délimitant la chambre intermédiaire (15), laquelle armature comporte une cloison centrale (36) dans la chambre intermédiaire (15) permettant d'y ménager une circulation en U pour l'électrolyte.
4. Cellule électrolytique selon la revendication précédente, dans lequel l'armature (35) comporte deux grilles (35 a, 35b) s 'étendant parallèlement l'une à l'autre.
5. Cellule électrolytique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens pour mettre la chambre intermédiaire en surpression.
6. Cellule électrolytique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une coque extérieure (25) formée de deux demi-coques (25a, 25b) délimitant chacune une chambre latérale (16, 17).
7. Cellule électrolytique selon la revendication précédente, chaque demi- coque comportant une cloison centrale (26) permettant de ménager dans la chambre latérale (16, 17) correspondante une circulation en U pour l'électrolyte correspondant.
8. Cellule électrolytique selon l'une des deux revendications précédentes, la coque (25) comportant deux ouvertures (30) permettant le passage de connecteurs électriques (31, 32).
9. Cellule électrolytique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'une au moins des membranes échangeuses ioniques (13), voire les deux, comportent du nitrure de bore, notamment du nitrure de bore activé.
10. Cellule électrolytique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'une au moins des membranes échangeuses ioniques (13), voire les deux, comportent une matrice polymérique, dans laquelle est contenu le nitrure de bore.
11. Cellule électrolytique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins l'une des membranes échangeuses ioniques est une membrane échangeuse sélective, disposée entre l'anode et la cathode, notamment une membrane sélective perfluorée fonctionnalisée par l'ajout de groupements sulfonates (SO3" ) ou encore carboxylates (COO ) ou ammoniums quaternaires (NH4 ).
12. Cellule électrolytique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins l'une des membranes échangeuses ioniques est une membrane échangeuse non sélective, disposées entre l'anode et la cathode, de préférence une membrane non sélective comportant du nitrure de bore activé.
13. Cellule électrolytique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une membrane échangeuse ionique a une épaisseur inférieure à 500 μιη, notamment inférieure à 400 μιη, mieux inférieure à 300 μιη.
14. Cellule électrolytique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins l'une de l'anode ou de la cathode, voire les deux, comporte des orifices (40), lesquels peuvent comporter des bords légèrement arrondis.
15. Cellule électrolytique selon l'une quelconque des revendications précédente, comportant un empilement d'au moins une première et une deuxième cellules électrolytiques consécutives, une cellule au moins de l'empilement comportant deux membranes échangeuses ioniques ménageant entre elles une chambre intermédiaire.
16. Ensemble électrolytique comportant :
- une cellule (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
- un réservoir anodique (51), notamment pour stocker la solution obtenue à la sortie de la chambre latérale anodique, cette solution pouvant contenir notamment de l'acide hypochloreux, et
- un réservoir cathodique (52), notamment pour stocker la solution obtenue à la sortie de la chambre latérale cathodique, cette solution pouvant contenir notamment de la soude caustique et du dihydrogène gazeux.
17. Ensemble selon la revendication précédente, comportant en outre un réservoir intermédiaire (53) pour stocker et recueillir l'électrolyte circulant dans la chambre intermédiaire (15).
18. Ensemble selon la revendication précédente, comportant en outre une pompe (55) pour alimenter la chambre intermédiaire (15) en électrolyte à partir du réservoir intermédiaire (53), notamment en eau salée.
19. Procédé de fabrication d'au moins une substance chimique, notamment choisie parmi le dihydrogène, le dioxygène, les halogénures, notamment le chlore ou le brome, des acides, notamment l'acide hypochloreux HCIO, l'ion hypochlorite CIO", l'acide chlorhydrique HC1 ou des bases, notamment la soude caustique NaOH, par électrolyse d'un électrolyte, l'électrolyte pouvant être de l'eau contenant au moins un sel, une base et/ou un acide, notamment choisi dans la liste suivante : NaCl, KO, MgCl2, CaCl2, CuS04, FeS04, NaN03, KN03, Na2S04, K2S04, Cd(CN)2, Cu(CN)2, Ag(CN), Zn(CN), CuCl2, Cu(OH)2, Ni(OH)2, NiCl2, ZnCl2, ZnS04, Zn(OH)2, Pb(N03)2, CdCl2, Cd(OH)2, dans une cellule électrolytique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
20. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on mesure la tension aux bornes de la cellule (10) pendant l'utilisation, de manière à détecter une éventuelle augmentation de celle-ci.
21. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel on alimente les chambres latérales (16, 17) en eau, notamment en eau pure ou eau adoucie, par exemple de l'eau du réseau public, que l'on fait éventuellement passer au préalable dans un adoucisseur (57).
22. Procédé selon l'une des trois revendications précédentes, pour la production d'acide hypochloreux, dans lequel on introduit dans les chambres latérales anodique et cathodique (16, 17) de l'eau et dans la chambre intermédiaire (15) de la saumure.
23. Machine de lavage, comportant une cavité de lavage et une cellule électrolytique selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 ou un ensemble électrolytique selon l'une quelconque des revendications 16 à 18.
24. Machine de lavage (100), comportant une cavité de lavage (101) et une cellule électrolytique permettant de produire par électrolyse d'un électrolyte, au moins une substance chimique, notamment choisie parmi le dihydrogène, le dioxygène, les halogénures, notamment le chlore ou le brome, des acides, notamment l'acide hypochloreux HCIO, l'ion hypochlorite CIO-, l'acide chlorhydrique HC1 ou des bases, notamment la soude caustique NaOH, à utiliser dans la cavité de lavage, la cellule électrolytique comportant :
- une chambre latérale anodique (16) et une anode (11),
une chambre latérale cathodique (17) et une cathode (12), au moins deux membranes échangeuses ioniques (13) disposées entre l'anode et la cathode, et
au moins une chambre intermédiaire (15) ménagée entre les deux membranes échangeuses ioniques (13), dans laquelle circule l'électrolyte.
25. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle la cellule électrolytique est intégrée dans la porte de la machine ou à l'arrière de la cavité de lavage ou en-dessous de celle-ci, ou sur le côté.
26. Machine selon l'une des deux revendications précédentes, comportant un réservoir anodique (51), notamment pour stocker la solution obtenue à la sortie de la chambre latérale anodique (16), cette solution pouvant contenir notamment de l'acide hypochloreux, et un réservoir cathodique (52), notamment pour stocker la solution obtenue à la sortie de la chambre latérale cathodique (17), cette solution pouvant contenir notamment de la soude caustique et du dihydrogène gazeux.
27. Machine selon la revendication précédente, comportant en outre un réservoir intermédiaire (53) pour stocker et recueillir l'électrolyte circulant dans la chambre intermédiaire (15).
28. Machine selon la revendication précédente, comportant en outre une pompe (55) pour alimenter la chambre intermédiaire (15) en électrolyte à partir du réservoir intermédiaire (53), notamment en eau salée.
29. Machine selon l'une quelconque des revendications 24 à 28, configurée pour permettre le trempage, le prélavage, le dégraissage, le nettoyage, le rinçage, la désinfection et/ou la stérilisation de vaisselle ou de matériel médical.
30. Machine selon l'une quelconque des revendications 24 à 29, configurée pour permettre le trempage, le prélavage, le dégraissage, le nettoyage, le rinçage, la désinfection et/ou la stérilisation de denrées alimentaires ou de tout ou partie du corps humain ou animal.
31. Machine selon l'une quelconque des revendications 24 à 30, configurée pour permettre le trempage, le prélavage, le dégraissage, le nettoyage, le rinçage, la désinfection et/ou la stérilisation de linge.
32. Procédé de lavage, dans lequel on injecte pendant un cycle de lavage de la machine de lavage (100) selon l'une quelconque des revendications 24 à 31 au moins une substance chimique produite par la cellule électrolytique avant ou pendant le déroulement du cycle de lavage.
33. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on mesure la tension aux bornes de la cellule électrolytique pendant l'utilisation, de manière à détecter une éventuelle augmentation anormale de celle-ci.
34. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel on alimente les chambres latérales (16, 17) en eau, notamment en eau pure ou eau adoucie, par exemple de l'eau du réseau public, que l'on fait éventuellement passer au préalable dans un adoucisseur.
35. Procédé selon l'une quelconque des revendications 32 à 34 pour la production d'acide hypochloreux, dans lequel on introduit dans les chambres latérales anodique et cathodique de l'eau et dans la chambre intermédiaire de la saumure.
36. Procédé selon l'une quelconque des revendications 32 à 35, dans lequel on injecte dans la cavité de lavage du NaOH, puis du HCIO.
37. Procédé selon l'une quelconque des revendications 32 à 36, dans lequel on fait circuler après un cycle de lavage les électrolytes dans la cellule électrolytique sans application de courant électrique, afin de rincer celui-ci.
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