ES1317323U - Sistema de transporte de energía e hidrógeno - Google Patents

Abstract

Sistema de transporte de energía e hidrógeno, con unos recipientes de hidrógeno (tanques, bombonas, botellas, esferas u otros recipientes) para su almacenamiento y unos conductos presurizados para su trasvase y transporte de hidrógeno y energía, que se caracteriza porque los recipientes y conductos portan al menos una de estas carcasas o cubiertas: una cubierta aislante (1a), una cubierta resistente (1r) o una cubierta protectora de roces y golpes (1p) y entre dichas carcasas se aplican fluidos separadores y se detectan fugas.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de transporte de energía e hidrógeno

Sector de la técnica

En sistemas de transporte de hidrógeno y de energía mediante hidrógeno. Así como su trasvase y almacenaje.

Antecedentes de la invención

El gas hidrógeno presenta gran dificultad en su almacenaje y transporte. Se producen fugas por el reducido tamaño de la molécula de hidrógeno y por la gran presión diferencial que existe a través de la cubierta del recipiente. No existiendo ningún material impermeable que evite la fuga del hidrógeno entre sus moléculas. Permitiendo alimentar los vehículos mediante botellas intercambiables. Con el presente sistema se soluciona dicho problema, pudiéndose almacenar el hidrógeno por largos periodos de tiempo y trasvasarlo a largas distancias, como gas, mediante gaseoductos más económicos, menos pesados y sin fugas. Por otra parte, el transporte de la energía eléctrica es caro y poco eficiente, tiene muchas pérdidas, lo cual se solventa con el sistema de trasvase propuesto.

Puede considerarse continuación de las invenciones U202100044, U202100302 y U202100368.

Objetivo de la invención

Usar un sistema útil, práctico, económico, sencillo y seguro y sin fugas para almacenaje y transporte del gas hidrógeno. Usando recipientes y conductos de una o varias carcasas que pueden proporcionar unas cámaras intermedias.

Utilizar recipientes y conductos con a) una sola carcasa o cubierta, b) con dos o más carcasas o cubiertas, con unas cámaras intermedias con una grasa o un fluido presurizados a alta presión, y una de las cámaras detectoras de fugas, c) con la carcasa más interna formada por polímeros compuestos flexibles o elásticos, d) con la carcasa más interna formada por una placa flexible y/o corrugada. A las de una única cubierta o carcasa, como las del gas natural se les puede introducir interiormente un conducto o manguera que porta el hidrógeno y entre ambas se añade un fluido a mayor presión que actúa de aislante. Las cubiertas o carcasas pueden ser de tres tipos: 1) la más interna aislante al paso del hidrógeno, 2) la intermedia la más resistente y 3) la más externa protectora, de golpes y rozamientos. La más interna nunca debe de ser de tipo metálico ya que con el contacto con el hidrógeno se cuartea.

Transportar el hidrógeno con conductos a largas distancias, económicamente y sin pérdidas. Lo cual es muy útil para el transporte de las energías renovables en forma de hidrógeno, eliminando las instalaciones eléctricas de alta tensión, y es muy ecológico.

Alimentar los vehículos con un sistema de botellas de fácil intercambio.

Poder reutilizar los gaseoductos u oleoductos actuales para el trasvase del hidrógeno.

Explicación de la invención

Problema actual. La mayoría de los materiales son permeables al hidrógeno, necesitando usar recipientes o conductos especiales y el transporte de energía eléctrica actual de alta tensión tiene muchas pérdidas. Ambas cosas se solucionan con la presente invención. Las fugas del hidrógeno se producen: a) Por la muy alta presión del mismo, b) por la porosidad de la cubierta o carcasa del material utilizado y c) por el grosor de la pared del conducto o recipiente. Con la idea de no utilizar gran cantidad de material para el trasvase o transporte pueden utilizarse presiones bajas desde 0.1 a 20 bar aproximadamente, pero preferentemente se usarán de 1 a 8 bar.Cuando se utilizan botellas, tanques o conductos de hidrógeno a 1000 bar el tamaño de las moléculas de hidrógeno se hace 1000 veces menor, siendo esta la causa principal de las fugas.

El sistema de transporte de energía e hidrogeno, para recipientes y gaseoductos de hidrógeno utiliza unos recipientes (tanques, bombonas, botellas, esferas u otros recipientes) para su almacenamiento y unos conductos para su trasvase y el transporte de energía, todos los cuales tienen al menos una carcasa, que se caracteriza porque los recipientes y conductos portan: a) una sola cubierta o carcasa, b) dos o más carcasas o cubiertas, con una de las cámaras presurizadas con una grasa o un fluido presurizados a alta presión, y una de las cámaras detectoras de fugas, c) la carcasa más interna formada por polímeros compuestos flexibles o elásticos, d) la carcasa más interna formada por una placa flexible y/o corrugada. A las de una única cubierta o carcasa, como las del gas natural se les puede introducir interiormente un conducto o manguera que porta el hidrógeno y entre ambas se añade un fluido a mayor presión que actúa de aislante. Las cubiertas o carcasas pueden ser de tres tipos: 1) la más interna aislante al paso del hidrógeno, 2) la intermedia la más resistente y 3) la más externa protectora de golpes y rozamientos. La más interna nunca debe de ser de tipo metálico ya que con el contacto con el hidrógeno se cuartea. Las cubiertas o carcasas aislantes o las resistentes pueden fabricarse aleadas con nitrógeno o gases nobles preferentemente helio a alta presión.

Como fluidos separadores se utilizan un gas noble: Helio, neón, xenón y/o nitrógeno, CO2, o sus mezclas, o un líquido no peligroso y estable como: Grasas lubricantes de alta presión, agua, agua alcohol, agua sal, algunos polímeros sintéticos, etc. y sus mezclas. El fluido debe estar a una presión superior a la presión del fluido de la cámara interna.

El hidrógeno líquido se almacena en recipientes, botellas, tanques, etc., de doble carcasa y entre ambas se realiza el vacío.

El elemento tubular elástico interior para altas presiones puede ser entre otros de nitrilo (caucho) (NBR, buna-N, nitrilo), nitrilo hidrogenado (HNBR), fluorocarbono (FKM viton), silicona (VMQ), fluorosilicona (FVMQ), PTFE relleno o reforzado con bronce (teflón reforzado) o PTFE relleno o reforzado con níquel (teflón reforzado) y para presiones menores de poliuretano (AU) (EU), PTFE virgen (teflón virgen), acetal (delrin, POM), poliéter cetona PEEK, polisulfona PSU, polietileno tereftalato PET, etc.

La cubierta puede ser de un material metálico o plástico adsorbedor o absorbedor de gases, el cual, saturado superficial o totalmente física o químicamente con los mismos, se recubre con una cubierta resistente e impermeabilizante.

Se pueden utilizar recipientes y conductos de trasvase con una sola carcasa o cubierta, constituida por un material plástico, acero especial, etc., mezclado con un gas a alta presión recubriéndolo posteriormente con una capa de material resistente e impermeabilizante, en su totalidad, en una capa lateral o en una capa externa de dicha carcasa o cubierta, la compresión se puede efectuar a baja o alta temperatura.

Las paredes de la cámara interna o de la externa porta en al menos una de sus superficies múltiples ranuras intercomunicadas que permiten una eficiente aplicación del líquido por la totalidad de las cámaras cuando son delgadas.

Los elementos de la zona de recarga y descarga pueden tener mayor grosor que las paredes del resto de la bombona o conducto, para evitar las fugas de hidrógeno.

Los gaseoductos actuales se reutilizan con unos conductos rígidos, semirrígidos o semiflexibles interiores y la capa externa de fluido presurizado, o no presurizado.

Los conductos pueden cubrirse o revestirse con unas capas resistentes a los elementos atmosféricos, exteriores e incluso al propio hidrógeno.

Las carcasas son de aceros especiales o de polímeros, reforzados. con fibras de carbono y vidrio, hojas o bandas cruzadas de kevlar o nanotubos de carbono y epoxi con placas de aluminio, aluminizado, pavonado, etc., aplicados en zona externa y caras de las carcasas. El poliéster o polietileno es resistente a los agentes atmosféricos. Los polímeros pueden aplicarse con spray y los conductos pueden fabricarse por extrusión.

Las carcasas y en especial los conductos no en contacto con el hidrógeno usan aceros al carbono, austeníticos, ferríticos, etc., y aceros con aleaciones de cobre, latón, cromo molibdeno, con aleaciones de bronces de cobre con aluminio, estaño, manganeso, plomo, sílice, etc., y con aleaciones de bronces de cobre con níquel. También aceros con microaleaciones.

Como elastómeros entre las carcasas o en las caras internas de las mismas, pueden utilizarse: Cauchos naturales, cauchos butílicos, cauchos silicónicos, el copolímero isopreno-acrilonitrilo, el copolímero isopreno-metacril-nitrilo, neopreno G, buna N, buna S, hypalon, hicar 25, perbunan G, polibutadieno, polimetilpentadieno, polimetilbutadieno, perbunan 18, viton y vulcopreno A. Que son los más compatibles con el hidrógeno y/o más impermeables.

Las carcasas pueden usar plásticos compatibles con el hidrógeno y que soportan mayores temperaturas como los polifuranos, policloropreno, poliepoxidifenilpropano, politrifluorocloroetireno, politetrafluoroetileno y el polisobutileno.

También pueden usarse plásticos reforzados con grafeno u óxido de grafeno.

Es útil para locomoción de vehículos, transporte de hidrógeno en buques y en conductos para el transporte de hidrógeno, en este último caso puede usarse para transporte de energía, en lugar de los sistemas eléctricos. En el caso de los conductos las bombas o turbopropulsores que impulsan el hidrógeno pueden actuar presionado o mejor aún succionando desde un extremo, de este modo se evitan las fugas, por ser mayor la presión externa que la interior del conducto. El almacenamiento se puede realizar para hidrógeno líquido o gas a presión.

En los vehículos se puede utilizar para motores de combustión interna o para pilas de combustible.

El hidrógeno se puede obtener utilizando energías renovables o cualquier otro sistema económico.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra una vista esquematizada y seccionada de un conducto, botella o tanque de hidrógeno del sistema de la invención.

Las figuras 1a a la 5 muestran vistas esquematizadas seccionadas de variantes de conductos, botellas o tanques del sistema de la invención.

La figura 6 muestra una vista esquematizada y parcialmente seccionada de un conducto con el sistema de la invención.

La figura 7 muestra una vista esquematizada, y parcialmente seccionada de una porción de conducto con una variante del sistema de la invención.

La figura 8 muestra una vista esquematizada, y parcialmente seccionada de una botella, tanque o conducto del sistema de la invención.

La figura 9 muestra un diagrama de bloques de un sistema de transporte de hidrogeno o energía del sistema de la invención.

Realización preferente de la invención

La figura 9 muestra una forma de realización de la invención, realizando la transferencia de hidrógeno entre los dos tanques (1t) mediante la bomba o compresor (4) y el conducto (1) a una presión entre 1 y 8 bar. Posteriormente desde el tanque receptor se alimenta la cámara de combustión (9) de la turbina de gas. Esta última está formada por el compresor (8) que envía el aire comprimido a las cámaras de combustión (9) donde se produce la combustión del hidrógeno mediante una chispa y posteriormente se mantiene la combustión de forma continua. Aplicando la expansión de los gases a la turbina (10) cuyo eje además de mover el compresor (8) acciona el alternador (11). La bomba o compresor (4) puede sustituirse por una electroválvula reguladora de presión y/o flujo.

La figura 1, con el conducto o tanque de hidrógeno (1,1t), formado por una única carcasa resistente (1r), que actúa simultáneamente y parcialmente de aislante y de protector de roces y golpes.

La figura 1a muestra el conducto (1) de la figura 1, podría tratarse de un conducto utilizado para el gas natural en cuyo interior se coloca otro conducto o manguera (3) por donde circula el hidrógeno. En la cámara intermedia se aplica una grasa, polímero elástico o un fluido (2i) a una presión mayor que la del hidrógeno.

La figura 2 muestra un conducto (1,1t) de la invención, con el conducto o tanque de hidrógeno formado por dos carcasas la más interna, que es resistente (1r), y la exterior de protección (1p) que actúa simultáneamente y parcialmente de aislante y de, protector de roces y golpes.

La figura 2a muestra un conducto (1) de la invención, con el conducto o tanque de hidrógeno formado por dos carcasas la más interna, que es resistente (1r), y la exterior de protección (1p). Similar al de la figura 2, Pero en este caso añade una capa interior de un elemento o polímero elásticos o flexible (1a).

La figura 2b muestra un conducto (1) de la invención, con el conducto o tanque de hidrógeno formado por dos carcasas la más interna, que es resistente (1r), y la exterior de protección (1p). Similar al de la figura 2, pero en este caso añade una placa o un conducto lisos o corrugados y flexibles (3c), los cuales al ser comprimidos presiona una grasa, polímero elástico o elemento fluido (2i) que actúa de aislante. La grasa puede ser de las utilizadas como lubricantes de alta presión.

La figura 3 muestra un conducto (1,1t) de la invención, con el conducto o tanque de hidrógeno formado por dos carcasas la más interna, que es aislante (1a) y la externa que es la resistente (1r), y simultáneamente actúa de protección de golpes y roces.

La figura 4 muestra un conducto, (1, 1t) de la invención, con el conducto o tanque de hidrógeno formado por tres carcasas, la más interna, que es aislante (1a), la intermedia que es la resistente (1r), y la exterior (1p) de protección de golpes y roces.

La figura 5 muestra un conducto (1,1t) de la invención, con el conducto o tanque de hidrógeno formado por tres carcasas, la más interna, que es aislante (1a) la intermedia que es la resistente (1r), y la exterior de protección (1p) de golpes y roces. Añade una cámara (1f) entre las (1p) y la (1r) para detectar las fugas.

La figura 6 muestra una porción de conducto (1), el fan (ventilador) o compresor (4) accionado por el motor eléctrico (5). Siendo (9) una llave de paso, puede sustituirse por una electroválvula reguladora de caudal y de presión, que puede usarse para el transporte del hidrógeno (H2) a una presión relativamente baja de 0.1 a 8 bar. Esta baja presión reduce la velocidad de transferencia del hidrógeno, pero se reduce o evita las fugas incluso utilizando una sola carcasa.

La figura 7 muestra la porción de conducto (1) que podría ser uno de gas natural en cuyo interior se introduce otro o manguera (3) que porta el hidrógeno. Entre ambos conductos se aplica el fluido, grasa, etc. (2i) a mayor presión que la del hidrógeno.

La figura 8 muestra la porción de una botella, tanque o conducto (1), que podría ser uno de gas natural, en cuyo interior se introduce otro o una manguera (3) que porta el hidrógeno. Entre ambos conductos se aplica el fluido, grasa, etc. (2i) a mayor presión que la del hidrógeno.

Los dibujos no muestran los elementos de refuerzo de las botellas o conductos, bandas entrecruzadas de fibra de carbono o vidrio, o nanotubos, cantoneras, etc.

Cuando se mencionan elementos rígidos, nos referimos a los que vulgarmente se denominan de este modo, ya que no existen tales elementos. Todos tienen cierta flexibilidad. Algo similar ocurre al citar elementos elásticos, ya que todos son elásticos.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de transporte de energía e hidrógeno, con unos recipientes de hidrógeno (tanques, bombonas, botellas, esferas u otros recipientes) para su almacenamiento y unos conductos presurizados para su trasvase y transporte de hidrógeno y energía, quese caracterizaporque los recipientes y conductos portan al menos una de estas carcasas o cubiertas: una cubierta aislante (1a), una cubierta resistente (1r) o una cubierta protectora de roces y golpes (1p) y entre dichas carcasas se aplican fluidos separadores y se detectan fugas.

2. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los conductos (1) y tanques o botellas tienen una sola carcasa o cubierta.

3. Sistema según reivindicación 2, caracterizado porque los conductos (1), tanques o botellas (1t) añaden un conducto interno o manguera (3) que porta el hidrógeno y entre ambos conductos se aplica una grasa o fluido (2i) a una presión superior a la del hidrógeno.

4. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los conductos y tanques o botellas tienen dos carcasas o cubiertas.

5. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque los conductos y tanques o botellas tienen tres carcasas o cubiertas.

6. Sistema según reivindicaciones 4 y 5, caracterizados porque como fluidos separadores se utilizan un gas noble: Helio, neón, xenón y/o nitrógeno, CO2, o sus mezclas, o un líquido no peligroso y estable como el agua, agua alcohol, agua sal, grasas lubricantes, algunos polímeros sintéticos elásticos y sus mezclas a una presión superior a la presión del hidrógeno de la cámara interna.

7. Sistema según reivindicaciones 4 y 5, caracterizados porque entre las carcasas o cubiertas se crea una cámara (11) que se utiliza para detectar fugas de hidrógeno.

8. Sistema según reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque la carcasa más interna (1a) está formada por polímeros compuestos flexibles o elásticos.

9. Sistema según reivindicaciones 4 y 5, caracterizados porque la carcasa más interna está formada por una placa lisa o corrugada flexible o elástica (3c) y entre esta y la carcasa intermedia porta una grasa o fluido (2i) que adquiere la presión del hidrógeno.

10. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque en conductos o gaseoductos unas bombas o turbopropulsores (4) envían el hidrógeno a presión.

11. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque en conductos o gaseoductos unas bombas o turbopropulsores (4) envían el hidrógeno a presión, preferentemente de 1 a 8 bares, la presión y el caudal se controla mediante una electroválvula reguladora.

12. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque el elemento tubular elástico interior para medias o altas presiones es uno de entre el nitrilo (caucho) (NBR, buna-N, nitrilo), nitrilo hidrogenado (HNBR), fluorocarbono (FKM viton), silicona (VMQ), fluorosilicona (FVMQ), PTFE relleno o reforzado con bronce (teflón reforzado) o PTFE relleno o reforzado con niquel (teflón reforzado) y para presiones menores de poliuretano (AU) (EU), PTFE virgen (teflón virgen), acetal (delrin, POM), poliéter cetona PEEK, polisulfona PSU, polietileno tereftalato PET.

13. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las cubiertas son de un material metálico o plástico adsorbedor o absorbedor de gases, el cual, saturado superficial o totalmente física o químicamente con los mismos, se recubre con una cubierta resistente e impermeabilizante.

14. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque se utilizan recipientes y conductos de trasvase con una sola carcasa o cubierta, constituida por un material plástico o acero especial, mezclado con un gas a alta presión preferentemente helio, recubriéndolo posteriormente con una capa de material resistente e impermeabilizante, en su totalidad, en una capa lateral o en una capa externa de dicha carcasa o cubierta, la compresión se efectúa a baja o alta temperatura.

15. Sistema según reivindicación (4 y 5), caracterizado porque las paredes de la cámara intermedia portan en al menos una de sus superficies múltiples ranuras intercomunicadas que permiten una eficiente aplicación del líquido por la totalidad de las cámaras cuando son delgadas.

16. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las carcasas son de aceros especiales o de polímeros, reforzados con fibras de carbono y vidrio, hojas o bandas cruzadas de kevlar o nanotubos de carbono y epoxi con placas de aluminio, aluminizado o pavonado aplicados en zona externa y caras de las carcasas.

17. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las carcasas y en especial los conductos no en contacto con el hidrógeno usan aceros al carbono, austeníticos o ferríticos y aceros con aleaciones de cobre, latón, cromo molibdeno, con aleaciones de bronces de cobre con aluminio, estaño, manganeso, plomo, sílice, y con aleaciones de bronces de cobre con níquel y también aceros con microaleaciones.

18. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque como elastómeros entre las carcasas o en las caras internas de las mismas, se usan: cauchos naturales, cauchos butílicos, cauchos silicónicos, el copolímero isopreno-acrilonitrilo, el copolimero isopreno- metacril-nitrilo, neopreno G, buna N, buna S, hypalon, hicar 25, perbunan G, polibutadieno, polimetilpentadieno, polimetilbutadieno, perbunan 18, viton o vulcopreno A, que son los más compatibles con el hidrógeno y/o más impermeables.

19. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque las carcasas usan plásticos compatibles con el hidrógeno y porque soportan mayores temperaturas como los polifuranos, policloropreno, poliepoxidifenilpropano, politrifluorocloroetireno, politetrafluoroetileno y el polisobutileno y plásticos reforzados con grafeno u óxido de grafeno.

20. Sistema según reivindicación 1, caracterizado porque en conductos o gaseoductos unas bombas o turbopropulsores (4) envían el hidrógeno a presión, preferentemente de o.1 a 8 bar, la presión y el caudal se puede controlar mediante una electroválvula reguladora.