ES1323655U - Dispositivo de generacion de hidrogeno - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de generación de hidrógeno que está configurado para proporcionar gas hidrógeno a una máquina térmica (7) y que comprende un depósito principal (1) con una solución electrolítica compuesta por agua destilada y catalizador básico alcalino conectado con una celda electrolítica (6) asociada a una fuente de alimentación eléctrica de corriente continua pulsante (8) configurada para provocar la electrolisis del agua que conforma el electrólito contenido en dicha celda electrolítica al paso de una corriente eléctrica, estando la celda electrolítica (6) conectada con el depósito principal (1) mediante una pluralidad de conductos configurados para permitir la recirculación del electrólito y el gas hidrógeno generado.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de generación de hidrógeno

Sector de la técnica

La presente invención está referida a un dispositivo de generación de hidrógeno por medio de electrólisis con corriente continua pulsatoria alcalina con agua destilada y catalizador básico KOH NaOH en diferentes proporciones.

Estado de la técnica

El conocimiento de la disgregación de hidrógeno de una solución acuosa es más que conocido por la ciencia desde finales del siglo XVIII. Los dispositivos del estado de la técnica en la producción de hidrógeno u oxihidrógeno se limitan a un sistema de generación de pulsos que regulan la frecuencia resultante del sistema -ciclo de trabajo-, por lo que debe ser el usuario quien tiene que estar pendiente del aumento de la intensidad que circula por los electrodos (mediante un amperímetro o un voltímetro) aparte de una configuración de electrizador más simple en lo que el conjunto funcional se refiere.

Por ejemplo, el documento WO2014120954A1 describe un sistema de combustible de oxihidrógeno a pedido incluye un generador de oxihidrógeno que se incorpora a un motor de combustión interna estándar. Un microcontrolador activa el generador de oxihidrógeno cuando se necesita oxihidrógeno. Luego, el oxihidrógeno se mezcla con los gases de escape de una válvula PCV que se reciclan a través del colector de admisión. La adición de oxihidrógeno proporciona una fuente de combustible muy eficiente que puede aumentar drásticamente la eficiencia del combustible y reducir las emisiones.

El documento US20150144483A1 divulga un generador de gas con un sistema de enfriamiento y comprende un tanque externo, un tanque interno y un módulo de tanque electrolítico. El tanque exterior tiene un refrigerante para enfriar el módulo del tanque electrolítico y el tanque interior está configurado en el tanque exterior, por lo que la temperatura del generador de gas se reducirá para evitar la explosión de hidrógeno. Además, en la presente invención, el gas hidrógenooxígeno generado por el módulo del tanque electrolítico se introducirá en el tanque interno, y la temperatura del gas hidrógeno-oxígeno disminuirá aún más a través del agua líquida en el tanque interno para disminuir la probabilidad de explosión de hidrógeno.

Finalmente, el documento ES2363899B1 describe un dispositivo para la generación de oxihidrógeno, que comprende una celda electrolítica asociada a una fuente de alimentación eléctrica, que provoca la electrolisis del agua que conforma el electrólito contenido en dicha celda electrolítica al paso de una corriente eléctrica, estando la celda electrolítica conectada con un depósito por dos conductos permitiendo la recirculación del electrólito y el gas oxihidrógeno generado. Este depósito presenta una salida conectada a un burbujeador, el cual presenta una salida del oxihidrógeno filtrado. La fuente de alimentación comprende un modulador de pulso eléctrico conectado a la celda eléctrica para modificar la cantidad de corriente eléctrica suministrada, estando este modulador de pulso eléctrico asociado a unos medios de control y monitorización.

No obstante, ninguno de estos documentos describe un dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones que acompañan a la presente memoria descriptiva.

Explicación de la invención

Es un objeto de la invención un dispositivo de generación de hidrógeno que está configurado para proporcionar gas hidrógeno a una máquina térmica y que comprende un depósito principal con una solución electrolítica compuesta por agua destilada y catalizador básico alcalino conectado con una celda electrolítica asociada a una fuente de alimentación eléctrica de corriente continua pulsante configurada para provocar la electrolisis del agua que conforma el electrólito contenido en dicha celda electrolítica al paso de una corriente eléctrica, estando la celda electrolítica conectada con el depósito principal mediante una pluralidad de conductos configurados para permitir la recirculación del electrólito y el gas hidrógeno generado.

En una realización particular, el dispositivo comprende un procesador configurado para controlar los parámetros de la fuente de alimentación de corriente continua pulsante, el nivel de la solución catalítica, temperatura, presión, hidrógeno producido, alarmas, cortes de corriente y comunicación de datos, de tal forma que en función de dichos valores puede interrumpir la electrólisis.

En otra realización particular, el dispositivo comprende a la salida del gas hidrógeno del depósito principal una trampa de vapor o decantador provista de un desagüe y donde dicho decantador está configurado para evitar que el electrolito de la solución continue en el resto del circuito.

En otra realización particular, el dispositivo comprende un depósito burbujeador de seguridad a la salida del decantador, donde dicho depósito burbujeador contiene agua corriente o destilada, la cual hace de barrera extra para evitar que una deflagración llegue al depósito principal.

En otra realización particular, el dispositivo comprende un filtro a la salida del depósito burbujeador que está configurado para secar el gas de posibles concentraciones de vapor de agua.

El dispositivo de la invención genera hidrógeno mediante la disposición en un depósito una solución electrolítica compuesta por agua destilada y un catalizador básico alcalino, donde dicho depósito está conectado mediante una pluralidad de conductos habilitados para la circulación de un fluido con una celda electrolítica que, a su vez, está asociada a una fuente de alimentación eléctrica de corriente continua pulsante. A continuación, genera la electrólisis del agua en la celda electrolítica mediante una corriente continua pulsante y recircula la solución electrolítica desde el depósito hasta la celda electrolítica y el gas hidrógeno generado por la electrólisis desde la celda electrolítica hacia el depósito. Finalmente, circula el gas generado en la electrólisis desde el depósito a través de un circuito que comprende un decantador, un depósito burbujeador, un filtro y unos medios antideflagración hasta suministrar gas combustible a una máquina térmica.

Opcionalmente, el dispositivo de la invención permite la decantación del electrolito a la salida del depósito. En otra realización práctica, la invención seca el gas hidrógeno de posibles concentraciones de vapor de agua antes de alcanzar la máquina térmica.

Gracias a la presente invención se solucionan dos problemas que se describen en el estado de la técnica para el control de la generación de gas hidrógeno en dispositivos acoplados a máquinas térmicas. Por un lado, al realizarse el control del proceso mediante un algoritmo programado en el procesador, los valores de intensidad definidos por el usuario se mantendrán constantes en todo momento, evitando que este valor varíe debido al aumento de la concentración del electrolito en la disolución al que está acoplado el generador de gas hidrógeno, problema que surge por el uso de PWM tradicionales que utilizan resistencias eléctricas variables, las cuales son sensibles a las vibraciones, además de una vida útil y eficiencia estable superior. Finalmente, este dispositivo garantizará una generación de gas hidrógeno segura disminuyendo los riesgos asociados a las aplicaciones comerciales y residenciales de estos dispositivos gracias a los sensores y actuadores de control que éste incluye.

Breve descripción de las figuras

A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La FIG.1 muestra un esquema del dispositivo de la invención.

En dicho esquema se utilizan las siguientes referencias numéricas:

1. Depósito principal o depósito con la solución catalítica.

2. Trampa de vapor o decantador.

2.1. Desagüe de la trampa de vapor.

3. Depósito burbujeador de seguridad.

4. Filtro.

5. Dispositivo antideflagraciones o arrestallamas.

6. Celda seca de electrólisis o celda electrolítica.

7. Máquina térmica.

8. Fuente de alimentación de corriente continua pulsante.

9. Procesador o PLC.

Explicación detallada de un modo de realización de la invención

Tal y como se puede observar en el esquema de la figura adjunta, el dispositivo de la invención comprende unos medios de alimentación de corriente alterna de 220V, que alimenta una fuente de alimentación de corriente continua pulsante (8) y un procesador (9) configurado para controlar el proceso ejecutado por la invención.

Una corriente de fuente de alimentación pulsante es una fuente de alimentación de corriente continua que sufre cambios regulares de magnitud a partir de un valor constante. Los cambios pueden ser en intensidad o en tensión. Estos cambios o pulsos son siempre en el mismo sentido de la corriente.

La fuente de alimentación de corriente continua controla la tensión, frecuencia y ciclo de trabajo según la intensidad de corriente máxima y, consecuentemente, debido a la concentración de electrolito por el gasto de agua, la cual va aumentando en medida que se consume H<2>O. Por lo que el ciclo de trabajo se modifica automáticamente para mantener siempre la misma intensidad de corriente. Es decir, mientras se va consumiendo el H<2>O, el ciclo de trabajo disminuye.

El procesador (9) -en una realización particular un controlador lógico programable (PLC)- está configurado para controlar los parámetros de la fuente de alimentación, el nivel de la solución catalítica, temperatura, presión, hidrógeno producido, alarmas, cortes de corriente y comunicación de datos, de tal forma que puede tomar lecturas de los sensores y, en función de ellos, actuar o detener la electrólisis.

Así, el dispositivo comprende un sensor de hidrógeno configurado para detectar la presencia de hidrógeno en el depósito principal (1), de tal forma que, si se detecta que el nivel de hidrógeno supera un determinado umbral, se detiene el proceso de electrólisis y bloquea el dispositivo. El dispositivo también comprende detectores de temperatura y presión configurados para detectar si se superan sus respectivos umbrales máximos.

La celda seca de electrólisis (6) está configurada -en una realización particular no limitativa- por tres ánodos y dos cátodos, con 56 celdas entre ánodo y cátodo, con un total de 224 celdas. Esta celda seca de electrólisis (6) está conectada con el depósito principal (1). Así, en la celda seca de electrólisis (6) se separa la molécula de agua (H<2>O) en hidrógeno (H<2>) y oxígeno (O) en un gas conjunto, el cual sale por unos orificios laterales -más altos- permitiendo que la solución catalítica fluya desde el depósito principal (1) hacia el interior de la celda (6), por los orificios laterales inferiores -en posición más baja que los orificios laterales de salida de gas conjuntodebido a que la densidad de la solución catalítica es más alta que el gas producido en la propia celda (6).

Desde la celda electrolítica (6), el gas pasa al depósito principal, el cual alberga la solución catalítica (en esta realización práctica, agua destilada y catalizador básico KOH y NaOH en diferentes proporciones) en el volumen necesario para dimensionar la reserva, para las horas requeridas de funcionamiento, teniendo siempre un nivel de H<2>O y un catalizador mínimo para el buen funcionamiento de la invención. En el caso de que ese nivel no fuese el mínimo requerido por el proceso, se detendría todo el dispositivo hasta el llenado del depósito 1. El consumo medio, en este ejemplo de realización práctica, es de 0,5 litros/hora, aproximadamente.

Una vez que el hidrógeno gas pasa desde las celdas electrolíticas (6) al depósito principal (1), el gas hidrógeno fluye hasta una trampa de vapor o decantador (2), provista de un desagüe (2.1) que está configurada para evitar que el electrolito de la solución continue en el resto del circuito.

Desde el decantador (2), el gas hidrógeno pasa a un depósito burbujeador (3) de seguridad en un conducto largo que llega casi hasta el final del depósito burbujeador (3), que contiene agua corriente o destilada, la cual hace de barrera extra para evitar que una deflagración llegue al depósito principal, donde habrá más hidrógeno y oxígeno acumulado en la zona sin solución catalítica, antes de salir del decantador (2).

Después del dispositivo burbujeador (3) de seguridad, el gas hidrógeno pasa a un filtro (4), que está configurado para secar el gas de posibles concentraciones de vapor de agua debido las temperaturas óptimas del proceso, que van desde los 50°C hasta los 80°C. Este filtro (4), en una realización práctica no limitativa, es un bote expansor de metacrilato con un filtro de fibra que atrapa el vapor de agua. Finalmente, a la salida del filtro (4), se sitúa un dispositivo arrestallamas, que es un elemento comercial de seguridad antideflagraciones, antes de la salida del gas hidrógeno para su uso en una máquina térmica (7).

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de generación de hidrógeno que está configurado para proporcionar gas hidrógeno a una máquina térmica (7) y que comprende un depósito principal (1) con una solución electrolítica compuesta por agua destilada y catalizador básico alcalino conectado con una celda electrolítica (6) asociada a una fuente de alimentación eléctrica de corriente continua pulsante (8) configurada para provocar la electrolisis del agua que conforma el electrólito contenido en dicha celda electrolítica al paso de una corriente eléctrica, estando la celda electrolítica (6) conectada con el depósito principal (1) mediante una pluralidad de conductos configurados para permitir la recirculación del electrólito y el gas hidrógeno generado.

2. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende un procesador (9) configurado para controlar los parámetros de la fuente de alimentación de corriente continua pulsante (8), el nivel de la solución catalítica, temperatura, presión, hidrógeno producido, alarmas, cortes de corriente y comunicación de datos.

3. El dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 que comprende a la salida del gas hidrógeno del depósito principal (1) una trampa de vapor o decantador (2) provista de un desagüe (2.1), y donde dicho decantador (2) está configurado para evitar que el electrolito de la solución continue en el resto del circuito.

4. El dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende un depósito burbujeador (3) de seguridad a la salida del decantador (2), donde dicho depósito burbujeador (3) contiene agua corriente o destilada, la cual hace de barrera extra para evitar que una deflagración llegue al depósito principal (1).

5. El dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende un filtro (4) a la salida del depósito burbujeador (3) que está configurado para secar el gas de posibles concentraciones de vapor de agua.