Procédé et dispositif pour régler le fonctionnement d'un appareil d'électrolyse destiné à la production de gaz

Abstract

 Procédé et dispositif pour régler le fonctionnement d'un appareil d'électrolyse destiné à la production de gaz et conçu pour fonctionner à une température donnée.
Pour une capacité de production de gaz donnée correspondant à une intensité de courant i donnée et à une tension cellulaire U_c donnée pour un appareil d'électrolyse 11 donné. on règle la pression P de façon à maintenir la température T égaie à ladite température donnée. Pour cela, on peut élaborer à l'aide d'un générateur de fonction 18 une valeur de consigne P_c de la pression, qui est définie par une fonction prédéterminée P_c = f(U_c i, T) correspondant à un fonctionnement en équilibre thermique de l'appareil d'électrolyse 11 pour ladite température donnée, et un dispositif d'ssservissement 19, 20 et un régulateur de pression 21 permettant de régler la pression P à is valeur de consigne P_c ainsi élaborée.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé pour régler le fonctionnement d'un appareil d'électrolyse destiné à la production de gaz et conçu pour fonctionner à une température donnée, dans lequel on règle la pression des gaz produits par l'appareil. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.

[0002] La présente invention est notamment applicable à la production d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse de l'eau ou d'une solution telle que par exemple une solution de potasse. Dans la suite du présent texte, pour fixer les idées, l'invention sera décrite dans son application à la production d'hydrogène et d'oxygène, mais il doit être bien entendu qu'elle est applicable à tout appareil d'électrolyse produisant des gaz.

[0003] Les appareils d'électrolyse connus, qui fonctionnent à une température T donnée et produisent des gaz à une pression P donnée, sont généralement exothermiques et nécessitent un refroi-. dissement. Ce refroidissement est généralement effectué par un échangeur de chaleur, situé dans le circuit de l'électrolyte ou du liquide à décomposer. On entend par "appareil d'électrolyse l'ensemble des cellules d'électrolyse et les appareils annexes dans lesquels circulent l'électrolyte ou le liquide à décomposer et les gaz produits par l'électrolyse. Quel que soit le dispositif de refroidissement utilisé, il entraîne un surcoût au niveau de l'installation et pose souvent des problèmes de matériaux, notamment du fait de la corrosion par l'électrolyte.

[0004] Le degré de refroidissement dépend du point de fonctionnement qui est défini par l'intensité i du courant d'électrolyse, la température de fonctionnement T de l'électrolyseur, la pression P des gaz produits et la technologie de l'électrolyseur qui est caractérisée par la tension cellulaire U_c.

[0005] Les électrolyseurs connus travaillent généralement à pression constante. La capacité de production de gaz est directement proportionnelle à l'intensité du courant d'électrolyse i (loi de Faraday). Le rendement de l'électrolyse dépend de la tension cellulaire U . En effet, si on considère par exemple le cas de l'électrolyse de l'eau, le rendement m de l'électrolyse peut être défini par le rapport de l'énergie électrique minimale à fournir pour dissocier une mole d'eau à l'énergie électrique réellement fournie à l'électrolyseur. Pour une capacité de production de gaz donnée, c'est-à-dire pour une intensité donnée du courant d'électrolyse, ce rapport est égal au rapport de la tension cellulaire minimale pour dissocier une mole d'eau (avec les électrolyseurs connus, cette tension cellulaire minimale est habituellement égale à environ 1,5 Volt) à la tension cellulaire réelle aux bornes d'une cellule d'électrolyse. Le rendement m de l'électrolyse est donc inversement proportionnel.à la tension cellulaire réelle U_c. La tension cellulaire U est une fonction des trois paramètres déjà indiqués i, T et P, et elle dépend.de la technologie de l'appareil d'électrolyse. En général, pour une température et une pression données, la tension cellulaire U_c est proportionnelle à l'intensité i du courant d'électrolyse dans une plage relativement large autour de l'intensité nominale i_N de l'appareil d'électrolyse. Le diagramme de la figure 1 des dessins annexés montre comment la tension cellulaire U varie en fonction de c l'intensité i du courant d'électrolyse, la courbe 1 ayant été tracée pour une pression P donnée et pour une température T_l donnée, tandis que la courbe 2 a été tracée pour la même pression P mais pour une température T₂ sypérieure à T₁. Sur ce diagramme, on voit que la tension cellulaire U_c diminue lorsqu'on augmente la température T. Le diagramme de la figure 2 des dessins annexés montre comment le rendement m de l'électrolyse varie en fonction de l'intensité i du courant d'électrolyse, la courbe .3 ayant été tracée pour la pression P et pour la température T₁, tandis que la courbe 4 a été tracée pour la même pression P mais pour la température T₂ supérieure à T_l. Sur ce diagramme, on voit que le rendement m de l'électrolyse augmente lorsque la température augmente.

[0006] D'après ces deux diagrammes, on voit que pour augmenter le rendement m de l'électrolyse, on a intérêt à augmenter la température T. Cependant, si l'on augmente la température T, sans changer la valeur de la pression P, l'électrolyseur produira une plus grande quantité de vapeur d'eau mélangée aux gaz produits. Par conséquent, si l'on veut que la quantité de vapeur d'eau produite reste dans des proportions relativement faibles par rapport à la quantité des gaz produits, il faut augmenter la pression. C'est pourquoi les appareils d'électrolyse connus sont généralement dimensionnés pour fonctionner à une température donnée, habituellement environ 80°C, et à une pression donnée, habituellement environ 30 bars, cette pression étant choisie de telle façon que, à la température donnée de fonctionnement, la quantité de vapeur d'eau produite reste dans des limites convenables. Pendant tout le processus d'électrolyse, la pression est réglée et maintenue constante à la valeur choisie.. Conformément à cette approche, on voit que si l'on voulait opérer à une température plus élevée, par exemple 200°C, afin d'améliorer le rendement de l'électrolyse, tout en maintenant la quantité de vapeur d'eau produite dans des proportions relativement faibles, il faudrait selon les croyances usuelle;, opérer à une pression beaucoup plus élevée, de l'ordre de 80 à 100 bars. Ceci nécessiterait de réaliser un appareil d'électrolyse capable de résister à de telles pressions et, par conséquent, augmenterait considérablement le coût de l'appareil.

[0007] D'autre part, si l'on veut varier la capacité de production de gaz de l'appareil d'électrolyse en variant l'intensité i du courant d'électrolyse, la tension cellulaire U et, par conséquent, le rendement m de l'électrolyse vont varier. Le degré de refroidissement de l'appareil d'électrolyse doit alors être réglé en fonction de la capacité de production. En l'absence d'une régulation de la température, on observerait les inconvénients suivants :

Dans le cas d'une augmentation de la capacité de production de l'appareil d'électrolyse par rapport à la capacité de production nominale, une augmentation de l'intensité i du courant d'électrolyse entraîne une augmentation de la tension cellulaire U_c (figure 1), donc une diminution du rendement η de l'électrolyse (figure 2). Il en résulte une augmentation des pertes par effet Joule et, par conséquent, une augmentation non contro- lée de la température ce fonctionnement. Dans la pratique, le système n'est pas divergent car une augmentation de la température provoque une augmentation du rendement η et, par conséquent, une diminution des pertes. Il en résulte que le système converge vers une nouvelle température d'équilibre supérieure à la température nominale de fonctionnement. Mais, pour un appareil d'électrolyse donné, la température nominale de fonctionnement ne peut pas être dépassée sensiblement pour des raisons de corrosion et de technologie.

Dans le cas d'une diminution de la capacité de production de l'appareil d'électrolyse par rapport à la capacité dé production nominale, une diminution de l'intensité i entraîne une baisse de la tension cellulaire U_c (figure 1), donc une augmentation du rendement η de l'électrolyse (figure 2). Il en résulte une baisse des pertes par effet Joule, donc un refroidissement non contrôlé de l'appareil d'électrolyse. Dans ce cas, le système est aussi convergent car une baisse de la température entraîne une baisse du rendement η, donc une augmentation des pertes, et le système convergera vers une nouvelle température d'équilibre inférieure à la température nominale de fonctionnement. Mais le refroidissement de l'appareil d'électrolyse empêche de bénéficier du rendement accru auquel on pourrait s'attendre lorsque l'on baisse la capacité de production.

[0008] Il ressort de ce qui précède que les appareils d'électrolyse antérieurement connus nécessitent, pour le contrôle de leur température, un dispositif de refroidissement contrôlé et éventuellement un dispositif de chauffage d'appoint contrôlé, qui entraînent un surcroît au niveau du matériel, et que le contrôle de la température doit être asservi au point de fonctionnement de l'appareil, faute de quoi ou bien la température dépasse la température nominale lorsque l'appareil fonctionne en surcapacité, ou bien la température devient inférieure à la température nominale et on ne bénéficie pas du rendement accru lorsque l'appareil fonctionne en sous-capacité.

[0009] La présente invention a pour but de fournir un procédé et un dispositif pour régler le fonctionnement d'un appareil d'électrolyse destiné à la production de gaz et conçu pour fonctionner à une température donnée, qui permette de supprimer complètement le dispositif de refroidissement habituellement prévu dans les appareils d'électrolyse antérieurement connus, et qui permette le contrôle de la température dans toute la plage de fonctionnement souhaité (capacité de production) tout en travaillant au meilleur rendement de l'appareil d'électrolyse, éventuellement à une haute température et à une pression relativement modérée.

[0010] La présente invention est basée sur une approche différente de celle utilisée jusqu'à ce jour pour le réglage de l'appareil d'électrolyse. En effet, conformément à la présente invention, on ne maintient pas la pression constante et égale à une valeur qui est choisie pour que la quantité de vapeur d'eau produite soit relativement faible par rapport à la quantité des gaz produits, mais on règle la pression à une valeur telle que toute la chaleur à évacuer de l'appareil d'électrolyse pour maintenir sa température à une valeur donnée soit évacuée uniquement par les gaz et par la vapeur d'eau sortant de l'appareil d'électrolyse.

[0011] A cet effet, le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce que, pour une capacité donnée de production de gaz correspondant à une intensité de courant i donnée et à une tension cellulaire U donnée pour un appareil d'électrolyse donné, on règle la pression de façon à maintenir la température T égale à ladite température donnée.

[0012] Suivant un mode possible de mise en oeuvre de la présente invention, on élabore une valeur de consigne de la pression qui est définie par une fonction prédéterminée P = f(U , i, T) correspondant à un fonctionnement en équilibre thermique de l'appareil d'électrolyse, et on règle la pression desdits gaz à ladite valeur de consigne ainsi élaborée.

[0013] Il existe en effet pour chaque point de fonctionnement caractérisé par i, T et U_c et pour un électrolyseur de type donné, une valeur exacte de la pression P_c = f(U_c, i,T) telle que l'appareil est en équilibre thermique, c'est-à-dire que sa température reste constante, car toute l'énergie investie sous forme électrique est égale à la somme totale de l'énergie consommée par l'électrolyse et éventuellement par le réchauffement de l'eau d'appoint et de l'énergie évacuée sous forme de chaleur par les gaz et par la vapeur d'eau. Il est ainsi possible de se passer de tout dispositif de refroidissement et de tout dispositif de chauffage d'appoint pour contrôler la température de l'appareil d'électrolyse, ce qui constitue manifestement un grand avantage. En outre, comme on le verra plus loin, il est possible de travailler à une température nettement plus élevée qu'auparavant, par exemple à une température de l'ordre de 200°C, donc avec un rendement nettement amélioré, tout en travaillant à une pression du même ordre de grandeur que dans les appareils d'électrolyse antérieurement connus, par exemple de l'ordre de 30 bars.

[0014] Un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant un dispositif de mesure de la pression des gaz produits par l'appareil d'électrolyse et un dispositif de réglage de la pression desdits gaz, est caractérisé en ce qu'il comporte en outre un générateur de fonction capable d'élaborer une valeur de consigne P de la pression d'après une fonction prédéterminée P = f(U_c, i, T) correspondant à un fonctionne- c c ment en équilibre thermique de l'appareil d'électrolyse à . ladite température donnée, U , i et T ayant les significations indiquées plus haut, et un dispositif d'asservissement qui commande le dispositif de réglage de la pression en réponse à la valeur mesurée de la pression et à la valeur de consigne élaborée par le générateur de fonction.

[0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui est donnée en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :

Les figures 1 et 2 sont des diagrammes montrant comment la tension cellulaire U et le rendement η respectivement, d'un appareil d'électrolyse varient en fonction de l'intensité i du courant d'électrolyse pour deux valeurs différentes de la température T.

La figure 3 est un diagramme utile pour comprendre le principe sur lequel la présente invention est basée.

La figure 4 représente le schéma synoptique d'un dispositif de réglage selon l'invention associé à un appareil d'électrolyse.

[0016] Comme on l'a vu plus haut, il existe pour chaque point de fonctionnement, caractérisé par i, T et U , et pour un appareil d'électrolyse d'une technologie donnée, une valeur exacte de la pression P telle que l'appareil fonctionne en équilibre thermique. En effet, si on considère par exemple le cas de l'électrolyse aqueuse et si on fait le bilan énergétique de l'appareil d'électrolyse, on voit que l'énergie électrique minimale à investir dans l'appareil d'électrolyse est donnée par la somme des trois termes ΔH, E_l et E₂.

[0017] ΔH est l'enthalpie de formation de l'eau. Cette énergie dépend de la pression P et de la température T.

[0018] E_l est l'énergie nécessaire pour évaporer l'eau. En effet, dans toute électrolyse aqueuse, les gaz produits sortent inévitablement de l'appareil d'électrolyse mélangé avec de la vapeur d'eau, dont la pression partielle est donnée par la température de l'eau (et par la concentration en potasse dans le cas de l'électrolyse d'une solution de potasse), la pression totale P étant la somme de la pression partielle de la vapeur d'eau et de la pression partielle des gaz produits. Là encore, l'énergie E_l dépend de la température T et de la pression P.

[0019] E₂ est l'énergie nécessaire pour réchauffer l'eau d'appoint, affluant à l'appareil d'électrolyse, de sa température réelle à la température d'électrolyse T. La quantité de cette eau d'appoint est donnée par la quantité de l'eau consommée par l'électrolyse, c'est-à-dire dissociée en hydrogène et en oxygène, plus la quantité de l'eau évaporée. Là encore, l'énergie E₂ dépend de la température T et de la pression P.

[0020] Dans ce bilan énergétique, le troisième terme correspondant à l'énergie E₂ peut être éventuellement nul si on préchauffe l'eau d'appoint pour l'amener à la température T avant de l'injecter dans l'appareil d'électrolyse.

[0021] Pour une intensité de courant donnée, on peur exprimer les trois énergiesΔH, E₁ et E₂ sous forme d'une tension cellulaire. Pour chaque valeur de la température T, on peut donc tracer les courbes représentatives des variations de la tension cellulaire minimale correspondant aux trois énergies susmentionnées en fonction de la pression. Sur la figure 3, ces courbes ont été tracées, à titre d'exemple, dans le cas-de l'électrolyse de l'eau, produisant de l'hydrogène et de l'oxygène, et en utilisant comme électrolyte une solution de potasse à 35 % en poids. Les courbes 5, 7 et 9, en trait plein, ont été tracées pour une température T de 200°C, à laquelle correspond une pression partielle de vapeau d'eau de 9,15 bars. Les courbes 6, 8 et 10, en trait pointillé, ont été tracées pour une température de 170°C à laquelle correspond une pression partielle de vapeur d'eau de 4,4 bars. Les courbes 5 et 6 représentent, respectivement pour les températures T de 200°C et de 170°C, les variations de la tension cellulaire Uc correspondant à l'énergie ΔH susindiquée en fonction de la pression totale P (pression partielle de la vapeur d'eau + pression partielle des gaz produits). Les courbes 7 et 8 représentent, respectivement pour les températures de 200°C et de 170°C, les variations de la tension cellulaire U correspondant à la somme des énergies ΔH et E_l susindiquëes en fonction de la pression totale P. Enfin, les courbes 9 et 10 représentent, respectivement pour les températures de 200°C et de 170°C, les variations de la tension cellulaire U_c correspon- dans à la somme des énergies ΔH, E_l et E₂ susindiquée en fonction de la pression totale P.

[0022] Autrement dit, pour un appareil d'électrolyse déterminé fonctionnant à une températuze donnée T de 200°C par exemple, la courbe 9 de la figure 3 donne, pour chaque valeur de la pression totale P, la valeur de la tension cellulaire minimale U_c min correspondant à l'énergie électrique minimale qui doit être fournie à l'appareil. d'électrolyse pour électrolyse de l'eau, la vaporisation de l'eau et le réchauffement de l'eau d'appoint.

[0023] Si, pour un point de fonctionnement donné (i, U , T et P) de l'appareil d'électrolyse considéré, par exemple pour une température T de 200°C et une pression P de 30 bars, la tension cellulaire réelle U_c est supérieure à la tension U_cmin qui, dans l'exemple considéré, est donnée par la courbe 9 de la figure 3 et est égale à environ 1,775 Volts, l'électrolyse est exothermique, c'est-à-dire que l'énergie électrique fournie en excès à l'appareil d'électrolyse est dissipée sous forme de chaleur. C'est généralement ce qui se passe dans les appareils d'électrolyse antérieurement connus dans lesquels la pression P est réglée et maintenue à une valeur constante qui est choisie pour maintenir la quantité de vapeur d'eau produite aussi faible que possible. C'est pourquoi, dans les appareils d'électrolyse antérieurement connus, il fallait prévoir un dispositif de refroidissement pour évacuer la chaleur en excès afin de maintenir la température à la valeur de la température nominale de fonctionnement pour laquelle l'appareil d'électrolyse est conçu. D'un autre côté, si la tension cellulaire réelle U est inférieure à ladite tension U min, l'électrolyse est endothermique et il est alors nécessaire de prévoir une source chaude d'appoint pour maintenir la température à la température nominale de fonctionnement si l'on veut éviter une baisse du rendement.

[0024] Par contré, on voit que, pour un appareil d'électrolyse donné, conçu pour fonctionner à une température nominale donnée, par exemple 200°C, et pour une capacité de prpduction donnée fixée par une intensité i donnée à laquelle correspond une tension cellulaire U_c donnée pour l'appareil d'électrolyse considéré, si on règle la pression à la valeur qui est donnée par la courbe 9 de la figure 3 et qui correspond à la tension cellulaire donnée susmentionnée, l'appareil d'électrolyse sera en équilibre thermique et la température se maintiendra à la température nominale de 200°C dans l'exemple considéré. Par exemple, si pour une capacité de production donnée et, par conséquent, une intensité de courant i donnée, la tension cellulaire U_c est égale à 1,8 Volts, on voit, d'après la courbe 9 de la figure 3, qu'il faudra régler la pression P à une valeur d'environ 28 bars pour que l'appareil d'électrolyse fonctionne à la température nominale de 200°C.

[0025] D'après ce qui précède, on voit donc que pour régler le fonctionnement de l'appareil d'électrolyse pour une capacité de production de gaz donnée quelconque, il suffit de régler l'intensité du courant fourni à l'appareil d'électrolyse en fonction de la capacité de production souhaitée et de régler la pression P de façon à maintenir la température T égale à la température nominale de fonctionnement.

[0026] Dans la pratique, la présente invention peut être mise en oeuvre de la façon la plus simple en prévoyant un thermomètre donnant la valeur de la température à l'intérieur de l'appareil d'électrolyse, éventuellement un indicateur de pression donnant la valeur de la pression des gaz produits par l'appareil et un dispositif de réglage manuel de la pression desdits gaz. On règle tout d'abord l'alimentation de l'appareil d'électrolyse et plus particulièrement l'intensité. i du courant d'électrolyse de façon à avoir la capacité de production de gaz souhaitée. Ensuite, on règle la pression des gaz produits par l'appareil d'électrolyse, à l'aide du dispositif de réglage manuel susmentionné, jusqu'à ce que l'appareil d'électrolyse atteigne une température d'équilibre, lue sur le thermomètre, égale à la température nominale de fonctionnement de l'appareil d'électrolyse considéré. En cas de dérive de la température par rapport à la température nominale de fonctionnement, par exemple à cause d'une modification de la température ambiante, d'une dérive de l'alimentation de l'appareil d'électrolyse ou d'un vieillissement de ce dernier, il suffit de surveiller le thermomètre et d'agir en conséquence sur le dispositif de réglage de la pression afin de ramener la température à la température nominale de fonctionnement.

[0027] Au lieu de régler manuellement la pression P, on peut aussi la régler automatiquement en'mesurant la température, en la comparant à une valeur de consigne correspondant à la température nominale de fonctionnement souhaitée, en produisant un signal d'erreur correspondant en grandeur et en signe à l'écart entre la température mesurée et la température souhaitée et en utilisant le signal d'erreur pour commander le réglage de la pression dans un sens propre à annuler ledit écart. Ceci peut être obtenu à l'aide d'une chaîne d'asservissement classique.

[0028] On décrira maintenant un mode plus sophistiqué de réalisation de la présente invention en faisant référence à la figure 4. Sur la figure 4, l'appareil d'électrolyse 11 est alimenté en courant continu par une alimentation 12. Les gaz produits par l'électrolyse, mélangés à de la vapeur d'eau, sont acheminés par une conduite 13 vers une utilisation non montrée. Bien qu'une seule conduite 13 soit montrée sur la figure 4, il va de soi que deux conduites différentes doivent être prévues lorsque l'appareil d'électrolyse produit deux gaz différents respectivement à l'anode et à la cathode de ses cellules. On mesure la pression P des gaz produits par l'appareil d'électrolyse à l'aide d'un dispositif de mesure approprié connu 14, qui fournit un signal correspondant à la valeur de la pression P. On mesure aussi au moins l'un des paramètres T, i et U à l'aide de dispositifs de mesure appropriés connus 15, 16 et 17, respectivement, qui fournissent des signaux correspondant à la valeur de la température T, à la valeur de l'intensité i du courant d'électrolyse et à la valeur de la tension cellulaire U ou de la tension d'alimentation U (U = k U_c, k étant le nombre de cellules d'électrolyse branchées en série de l'appareil d'électrolyse 11). A partir de l'un au moins des signaux fournis par les dispositifs de mesure 15, 16 et 17, on élabore une valeur de consigne P de la pression à l'aide d'un générateur de fonction 18. En supposant que l'appareil d'électrolyse 11 est conçu pour fonctionner à une température nominale de 200°C pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène par électrolyse d'une solution de potasse à 35 % en poids, le générateur de fonction 18 emmagasine une courbe telle que la courbe 9 de la figure 3 (ou la courbe 7 dans le cas où l'eau_' d'appoint envoyée à l'électrolyseur 11 est préchauffée à la température nominale de 200°C par un dispositif de préchauffage auxiliaire). La valeur de consigne P de la pression élaborée par le générateur de fonction 18 est comparée au signal fourni par le dispo_- sitif de mesure 14 à l'aide d'un comparateur 19 dont le signal de sortie est amplifié par un amplificateur 20 qui commande à son tour un régulateur de pression 21. Le comparateur 19 et l'amplificateur 20 constituent un dispositif d'asservis- .sement classique permettant d'asservir la pression P des gaz produits par l'appareil d'électrolyse 11 à la pression de consigne P élaborée par le générateur de fonction 18. Si l'un quelconque des trois paramètres de fonctionnement U_c, i et T change, le générateur de fonction 18 élabore une nouvelle valeur de la pression de consigne P_c telle que l'appareil d'électrolyse 11 reste à la température nominale de fonctionnement. On suppose ici que les paramètres internes de l'appareil d'électrolyse 11, tels que le débit des fluides en circulation, la concentration de la solution d'électrolyte, la géométrie de l'appareil d'électrolyse, etc.. ne varient pas ou sont réglés séparément pour assurer le bon fonctionnement de l'appareil d'électrolyse.

[0029] Comme on l'a vu plus haut, les trois paramètres U_c, i et T sont liés entre eux pour un appareil d'électrolyse donné. Il n'est donc généralement pas nécessaire de mesurer ces trois paramètres étant donné que l'on n'a que deux degrés de liberté pour varier le point de fonctionnement (U_c, i T) de l'appareil d'électrolyse, et on peut supprimer la mesure de certains de ces paramètres. Cependant, si l'on veut éviter la possibilité d'une dérive dans le temps, par exemple par suite de modifications du fonctionnement interne de l'appareil d'électrolyse (alternations, vieillissement, corrosion), il peut être indiqué de maintenir deux ou trois des signaux d'entrée appliqués au générateur de fonction 18.

[0030] On décrira maintenant divers cas possibles de fonctionnement. On supposera tout d'abord que l'appareil d'électrolyse 11 est conçu pour fonctionner à une température nominale donnée, par exemple 200°C, et que l'on ne désire pas varier la capacité de production de gaz, celle-ci restant constante en permanence. Dans ce cas, la température de fonctionnement T et l'intensité i du courant d'électrolyse sont fixées à l'avance, ainsi que la tension cellulaire U_c puisque, pour un appareil d'électrolyse donné, celle-ci est liée à l'intensité i du courant. Dans ce cas, le générateur de fonction 18 élabore une valeur de consigne P de la pression qui est donnée par la courbe 9 de la figure 3 et qui correspond à la température T de 200°C et à la valeur de la tension. cellulaire U correspondant à l'intensité i du courant d'électrolyse fixée à l'avance par la capacité de production de gaz souhaitée. Cependant, pour tenir compte d'une éventuelle dérive des paramètres i, U et T ou d'une modification quelconque à l'intérieur de l'appareil d'électrolyse 11, on peut mesurer l'un quelconque des trois paramètres i, U et T, de préférence la température T. Le générateur de fonction 18 élabore la valeur de consigne correcte P_c à partir de la valeur de celui des trois paramètres qui est mesuré et la pression P est.réglée à la valeur de consigne P élaboré par le générateur de fonction 18.

[0031] On supposera maintenant que l'on veut pouvoir varier la capacité de production de gaz de l'appareil d'électrolyse 11 tout en maintenant la température constante à la valeur nominale susmentionnée. Dans ce cas, pour varier la capacité de production de gaz, on varie l'intensité i du courant d'électrolyse ou la tension d'alimentation U (U = kU_c), la variation de l'un entraînant automatiquement la variation de l'autre puisque i et U sont liés entre eux pour un appareil d'électrolyse donné. Dans ce cas, on peut mesurer U et le générateur de fonction 18 élabore la valeur de consigne P de la pression à partir de la valeur mesurée de la tension U, la valeur de consigne étant donnée par la courbe 9 de la figure 3. Au lieu de mesurer la tension U, on peut mesurer l'intensité i du courant d'électrolyse si le générateur de fonction 18 contient la fonction P_c = f(i) correspondant à la courbe 9 de la figure 3. En effet, si on connaît la fonction P_c = f (U_c) , on connaît aussi la fonction P = f(i) puisque i et U sont liés entre eux pour un appareil d'électrolyse donné. Pour tenir compte d'une dérive des paramètres i, U_c et T ou d'une modification interne de l'appareil d'électrolyse 11, on mesure en outre l'un des deux autres paramètres restants, par exemple U ou T si l'on mesurait déjà le paramètre i ou i ou T si l'on mesurait déjà le paramètre U. Dans ce cas, le générateur de fonction 18 élaborera la valeur de consigne P à partir des deux paramètres mesurés et la pression P sera réglée automatiquement à la valeur de consigne P_c élaboré par le générateur de fonction 18 pour maintenir la température T à la température nominale de fonctionnement.

[0032] Enfin, il peut être intéressant de faire fonctionner l'appareil d'électrolyse à sa température nominale de fonctionnement et au maximum de sa capacité de production pendant les heures creuses, c'est-à-dire quand la consommation totale d'énergie électrique sur le réseau de distribution est faible et/ou quand l'énergie électrique est la moins coûteuse, et de le faire fonctionner avec une capacité réduite de production de gaz et à une température plus basse que sa température nominale, par exemple 170°C, pendant les heures de pointe, c'est-à-dire quand la consommation totale d'énergie électrique sur le réseau de distribution est importante et/ou quand l'énergie électrique est la plus coûteuse. C'est par exemple le cas lorsque l'on veut stocker l'énergie électrique, sous forme d'hydrogène pendant les heures creuses, et mettre l'appareil d'électrolyse en veilleuse pendant les heures de pointe. Dans ce cas, on veut pouvoir varier à la fois la capacité de production de gaz de l'appareil d'électrolyse et sa température de fonctionnement. Dans ce cas, il faut mesurer au moins les paramètres i et T pour élaborer la valeur de consigne P de la pression et pour régler la pression P à la valeur de consigne ainsi élaborée. Par exemple, si l'appareil d'électrolyse 11 doit pouvoir fonctionner à 200°C et à 170°C, le générateur de fonction 18 emmagasine les deux courbes 9 et 10 de la figure 3 et sera commuté sur l'une ou l'autre de ces deux courbes selon que l'on désire faire fonctionner l'appareil d'électrolyse 11 à l'une ou l'autre des deux températures susindiquées. Si on veut en outre tenir compte d'une dérive éventuelle des trois paramètres i, U_c et T ou d'une modification interne de l'appareil d'électrolyse 11, il faut alors mesurer le trois paramètres i, U et T pour élaborer la valeur de consigne P de la pres- sion et pour régler en conséquence la pression P des gaz sortant de l'appareil d'électrolyse.

[0033] Il est bien entendu que les formes d'exécution de l'invention qui ont été décrites ci-dessus ont été données à titre d'exemples purement indicatifs et nullement limitatifs, et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

Revendications

1.- Procédé pour régler le fonctionnement d'un appareil d'électrolyse destiné à la production de gaz et conçu pour fonctionner à une température donnée, dans lequel on règle la pression des gaz produits par l'appareil, caractérisé en ce que, pour une capacité donnée de production de gaz correspondant à une intensité de courant i donnée et à une tension cellulaire U_c donnée pour un appareil d'électrolyse donné, on règle la pression P de façon à maintenir la température T égale à ladite température donnée.

2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel on mesure la pression des gaz produits par l'appareil d'électrolyse et on règle la pression desdits gaz à une valeur de consigne, caractérisé en ce qu'on élabore ladite valeur de consigne P de la pression d'après une fonction prédéterminée P_c ⁼ f (U_c, i, T) qui correspond à un fonctionnement en équilibre thermique de l'appareil d'électrolyse pour ladite température donnée.

3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour tenir compte d'une dérive éventuelle de l'un quelconque des trois paramètres U_c, i et T ou d'une modification quelconque à l'intérieur de l'appareil d'électrolyse, on mesure l'un quelconque desdits paramètres et on règle la pression P à la valeur de consigne P définie par ladite fonction à partir de la valeur du paramètre mesuré.

4.- Procédé selon la revendication 2, dans lequel, pour varier la capacité de production de gaz, on règle l'un des deux paramètres i et U en fonction de la capacité souhaitée de production de gaz, caractérisé en ce qu'on mesure l'un des deux paramètres i et U et en ce qu'on règle la pression P à la valeur de consigne P_c définie par ladite fonction à partir de la valeur du paramètre mesuré pour ladite température donnée.

5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour tenir compte d'une dérive éventuelle de l'un quelconque des trois paramètres U_c, i et T ou d'une modifi- cation quelconque à l'intérieur de l'appareil d'électrolyse, on mesure en outre l'un des deux autres paramètres restants parmi les trois paramètres U_c, i et T, et on règle la pression à la valeur de consigne P_c définie par ladite fonction à partir des valeurs des deux paramètres mesurés.

6.- Procédé selon la revendication 2, dans lequel, pour varier la capacité de production de gaz de l'appareil d'électrolyse, on règle l'un des deux paramètres i et U_c en fonction de la capacité souhaitée de production de gaz, caractérisé en ce que, lorsqu'on désire varier la température de fonctionnement de l'appareil d'électrolyse, on affiche la température souhaitée, on mesure la température T et l'un des paramètres i et U_c et on règle la pression à la valeur de consigne U définie par ladite fonction à partir des valeurs des deux paramètres mesurés pour la température souhaitée.

7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, pour tenir compte d'une dérive éventuelle de l'un quelconque des trois paramètres U , i et T ou d'une modifica- tion quelconque à l'intérieur de l'appareil d'électrolyse, on mesure en outre le troisième paramètre restant parmi les trois paramètres U_c, i et T, et on règle la pression P à la valeur de consigne P définie par ladite fonction à partir des valeurs des trois paramètres mesurés.

8.- Dispositif pour régler le fonctionnement d'un - appareil d'électrolyse destiné à la production de gaz et conçu pour fonctionner à une température donnée, comprenant un dispositif de mesure de la pression des gaz produits et un dispositif de réglage de la pression desdits gaz, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un générateur de fonction 18 capable d'élaborer une valeur de consigne P_c de la pression d'après une fonction prédéterminée P = f(U_c, i, T) correspon- dant à un fonctionnement en équilibre thermique de l'appareil d'électrolyse à ladite température donnée, U_c étant la tension cellulaire ou une tension proportionnelle à celle-ci, i étant l'intensité du courant d'électrolyse et T étant la température d'électrolyse, et un dispositif d'asservissement 19, 20, qui commande le dispositif 21 de réglage de la pression en réponse à la valeur mesurée P de la pression et à la valeur de consigne P_c élaborée par le générateur de fonction 18.

9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un dispositif de mesure 15, 16, 17 relié au générateur de fonction 18 et apte à mesurer l'un au moins des trois paramètres U_c, i et T, le générateur de fonction 18 élaborant ladite valeur de consigne P_c à partir de la valeur du paramètre mesuré.

Dessins