GENERADOR DE HIDRÓGENO, MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA QUE QUEMA AMONIACO, Y CÉLULA DE COMBUSTIBLE.
Se describe un generador de hidrógeno que puede funcionar en un amplio intervalo de temperaturas,
que comprende una primera parte de conversión de amoniaco (10) que tiene un material de generación de hidrógeno que reacciona con amoniaco en un primer intervalo de temperaturas para generar hidrógeno; una segunda parte de conversión de amoniaco (20) que tiene un catalizador de descomposición de amoniaco que descompone amoniaco en hidrógeno y nitrógeno en un segundo intervalo de temperaturas; una parte de suministro de amoniaco (30) que suministra amoniaco y un conducto de suministro de amoniaco (31) que suministra amoniaco de dicha parte de suministro de amoniaco a la primera y segunda partes de conversión de amoniaco. El primer intervalo de temperaturas incluye temperaturas menores que las del segundo intervalo de temperaturas, y se genera hidrógeno a partir de amoniaco usando selectivamente la primera y segunda partes de conversión de amoniaco. Se describe también un motor de combustión interna que quema amoniaco y una célula de combustible que tiene el generador de hidrógeno.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2009/056013.
Solicitante: TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA.
Nacionalidad solicitante: Japón.
Dirección: 1, TOYOTA-CHO TOYOTA-SHI AICHI 471-8571 JAPON.
Inventor/es: NAKAMURA,NORIHIKO, TANGE,Kyoichi, NAKANISHI,Haruyuki, ARIKAWA,Hidekazu.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C01B3/04 QUIMICA; METALURGIA. › C01 QUIMICA INORGANICA. › C01B ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01B 3/00 Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno; Separación del hidrógeno a partir de mezclas que lo contienen; Purificación del hidrógeno (producción de gas de agua o gas de síntesis a partir de materias carbonosas sólidas C10J). › por descomposición de compuestos inorgánicos, p. ej. de amoniaco.
- F02B43/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION. › F02B MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DE PISTONES; MOTORES DE COMBUSTION EN GENERAL (plantas de turbinas de gas F02C; plantas de motores de desplazamiento positivo de gas caliente o de productos de combustión F02G). › Motores caracterizados porque funcionan con combustibles gaseosos; Plantas motrices que incluyen tales motores (motores caracterizados por tener una carga de aire y de gas inflamada por encendido por compresión de un combustible adicional F02B 7/06; motores transformables capaces de consumir un gas y pasar a consumir un combustible diferente F02B 69/04).
- F02M21/02 F02 […] › F02M ALIMENTACION EN GENERAL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION CON MEZCLAS COMBUSTIBLES O CONSTITUYENTES DE LAS MISMAS. › F02M 21/00 Aparatos para alimentar los motores con combustibles no líquidos, p. ej. con combustibles gaseosos almacenados bajo forma líquida. › con combustibles gaseosos.
- H01M8/06 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej. BATERÍAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › H01M 8/00 Pilas de combustible; Su fabricación. › Combinación de pilas de combustible con medios para la producción de reactivos o para el tratamiento de residuos (pilas de combustible regenerativas H01M 8/18).
Fragmento de la descripción:
Generador de hidrógeno, motor de combustión interna que quema amoniaco, y célula de combustible.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un generador de hidrógeno que genera hidrógeno a partir de amoniaco, yaun motor de combustión interna que quema amoniaco y a una célula de combustible que tiene el generador de hidrógeno.
Técnica antecedente
Recientemente, debido a cuestiones medioambientales, tales como el calentamiento global que surge por las emisiones de dióxido de carbono, y a los problemas energéticos por el agotamiento de los recursos petrolíferos, se han realizado estudios que se centran en el amoniaco como fuente alternativa de energía limpia, como sustituto de los combustibles hidrocarbonados y, por ejemplo, se propone obtener potencia de motor sometiendo a combustión el gas amoniaco en un motor de combustión interna. En este sentido, la Publicación de Patente Japonesa Pendiente de Examen (Kokai) Nº 5-332152 describe que el hidrógeno, además del amoniaco, se someten a combustión en un motor de combustión interna para mejorar el rendimiento de la combustión del amoniaco. Adicionalmente, la Publicación de Patente Japonesa Pendiente de Examen (Kokai) Nº 5-332152 propone un motor de combustión interna que quema amoniaco, que tiene un medio de reacción de descomposición de amoniaco que descompone el amoniaco mediante el uso del calor del gas de escape después de la combustión del amoniaco en el motor de combustión interna, y una aleación de almacenamiento de hidrógeno que acumula el gas hidrógeno obtenido por el medio de reacción de descomposición de amoniaco.
Descripción de la invención
Problema a resolver por la invención
La presente invención proporciona un generador de hidrógeno que puede hacerse funcionar en un amplio intervalo de temperaturas, y un motor de combustión interna que quema amoniaco y una célula de combustible que tiene el generador de hidrógeno.
Medios para resolver el problema
(1) Un generador de hidrógeno que comprende;
una primera parte de conversión de amoniaco que tiene un material de generación de hidrógeno, que reacciona con amoniaco en un primer intervalo de temperaturas, para generar hidrógeno;
una segunda parte de conversión de amoniaco que tiene un catalizador de descomposición de amoniaco, que descompone el amoniaco en hidrógeno y nitrógeno en un segundo intervalo de temperaturas;
una parte de suministro de amoniaco que suministra amoniaco; y
un conducto de suministro de amoniaco que suministra amoniaco desde la parte de suministro de amoniaco hasta la primera y segunda partes de conversión de amoniaco;
en el que
el primer intervalo de temperaturas incluye temperaturas menores que las del segundo intervalo de temperaturas, y el hidrógeno se genera a partir de amoniaco usando selectivamente las primera y segunda partes de conversión de amoniaco.
(2) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en (1) , en el que
el material de generación de hidrógeno es un material que genera hidrógeno por reacción con amoniaco sin calentamiento a temperatura ambiente, y el catalizador de descomposición de amoniaco comprende un metal que puede descomponer el amoniaco en hidrógeno y nitrógeno, sólo cuando se calienta desde la temperatura ambiente.
(3) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en (1) o (2) , que comprende un conducto de hidrógeno para el reciclado, que suministra el hidrógeno obtenido en la segunda parte de conversión de amoniaco a la primera parte de conversión de amoniaco.
(4) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en uno cualquiera de (1) a (3) , que comprende una fuente de calor que proporciona calor a la primera y/o segunda partes de conversión de amoniaco.
(5) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en (4) , en el que
la fuente de calor es el calor de combustión/oxidación que se produce a partir de la combustión/oxidación del hidrógeno generado en la primera y/o segunda partes de conversión de amoniaco.
(6) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en uno cualquiera de (1) a (5) , que suministra todo el hidrógeno obtenido en la segunda parte de conversión de amoniaco a la primera parte de conversión de amoniaco.
(7) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en uno cualquiera de (1) a (6) , que suministra el amoniaco suministrado por la parte de suministro de amoniaco a la primera parte de conversión de amoniaco sólo a través de la segunda parte de conversión de amoniaco.
(8) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en uno cualquiera de (1) a (7) , en el que el material de generación de hidrógeno es un material que reacciona con amoniaco para generar hidrógeno en el intervalo de temperaturas que comprende, al menos, de 0ºC a 30ºC.
(9) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en uno cualquiera de (1) a (8) , en el que el material de generación de hidrógeno es un material seleccionado entre el grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalinotérreos, hidruros de metales alcalinos, hidruros de metales alcalinotérreos y una combinación de los mismos.
(10) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en (9) , en el que el material de generación de hidrógeno es un material seleccionado entre el grupo que consiste en hidruros de metales alcalinos, hidruros de metales alcalinotérreos y una combinación de los mismos.
(11) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en (10) , en el que el material de generación de hidrógeno es un material seleccionado entre el grupo que consiste en hidruro de litio, hidruro sódico, hidruro potásico y una combinación de los mismos.
(12) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en uno cualquiera de (1) a (11) , en el que el catalizador de descomposición de amoniaco comprende un metal seleccionado entre el grupo de metales de transición.
(13) El generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en (12) , en el que el catalizador de descomposición de amoniaco comprende un metal seleccionado entre el grupo de rutenio, níquel, cobalto y hierro.
(14) Un motor de combustión interna que quema amoniaco, que tiene el generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en uno cualquiera de (1) a (13) y una unidad principal del motor de combustión interna, en el que la unidad principal del motor de combustión interna genera potencia de motor sometiendo a combustión, además del amoniaco, el hidrógeno que se suministra mediante el generador de hidrógeno.
(15) El motor de combustión interna que quema amoniaco como se ha descrito anteriormente en (14) , que tiene además un conducto de gases de escape para intercambio de calor, que proporciona calor a la primera y/o segunda partes de conversión de amoniaco mediante el gas de escape de la unidad principal del motor de combustión interna.
(16) El motor de combustión interna que quema amoniaco como se ha descrito anteriormente en (15) , en el que el conducto de gases de escape para el intercambio de calor tiene un conducto de desviación, a través del cual se desvía el gas de escape de la primera parte de conversión de amoniaco.
(17) El motor de combustión interna que quema amoniaco como se ha descrito anteriormente en uno cualquiera de (14) a (16) , en el que la proporción molar de amoniaco e hidrógeno que se someten a combustión en la unidad principal del motor de combustión interna (amoniaco: hidrógeno) está en el intervalo de 100:0 a 50:50.
(18) Una célula de combustible que tiene el generador de hidrógeno como se ha descrito anteriormente en uno cualquiera de (1) a (13) y una unidad principal de célula de combustible, en el que la unidad principal de la célula de combustible genera potencia eléctrica oxidando el hidrógeno suministrado por el generador de hidrógeno.
Ventaja técnica de la invención
De acuerdo con el generador de hidrógeno anterior, se puede obtener hidrógeno a partir de amoniaco en un intervalo de temperaturas relativamente amplio. Aunque el hidrógeno es eficaz como combustible para una célula de combustible y como aditivo de combustión para un motor de combustión interna que quema amoniaco, el medio de reacción de descomposición de amoniaco de la Publicación de Patente Japonesa Pendiente de Examen (Kokai) Nº 5-332152 mencionada anteriormente requiere calor con una temperatura relativamente elevada y, por tanto, requiere una unidad de reserva de hidrógeno de gran escala para el almacenamiento de hidrógeno...
Reivindicaciones:
1. Un generador de hidrógeno que comprende:
una primera parte de conversión de amoniaco que tiene un material de generación de hidrógeno que reacciona con amoniaco en un primer intervalo de temperaturas para generar hidrógeno;
una segunda parte de conversión de amoniaco que tiene un catalizador de descomposición de amoniaco que descompone amoniaco en hidrógeno y nitrógeno en un segundo intervalo de temperaturas;
una parte de suministro de amoniaco que suministra amoniaco; y
un conducto de suministro de amoniaco que suministra amoniaco de dicha parte de suministro de amoniaco a la primera y segunda partes de conversión de amoniaco;
en el que
el primer intervalo de temperaturas incluye temperaturas menores que las del segundo intervalo de temperaturas, y se genera hidrógeno a partir de amoniaco usando selectivamente la primera y segunda partes de conversión de amoniaco.
2. El generador de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, en el que
dicho material de generación de hidrógeno es un material que genera hidrógeno por reacción con amoniaco, sin calentamiento, a temperatura ambiente, y el catalizador de descomposición de amoniaco comprende un metal que puede descomponer amoniaco en hidrógeno y nitrógeno sólo cuando se calienta desde temperatura ambiente.
3. El generador de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación1ó2, que comprende un conducto de hidrógeno para el reciclado que suministra el hidrógeno obtenido en la segunda parte de conversión de amoniaco a la primera parte de conversión de amoniaco.
4. El generador de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones1a3, que comprende una fuente de calor que proporciona calor a la primera y/o segundas partes de conversión de amoniaco.
5. El generador de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 4, en el que
dicha fuente de calor es el calor de combustión/oxidación que se produce a partir de la combustión/oxidación del hidrógeno generado en la primera y/o segunda partes de conversión de amoniaco.
6. El generador de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones1a5, que suministra todo el hidrógeno obtenido en la segunda parte de conversión de amoniaco a la primera parte de conversión de amoniaco.
7. El generador de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones1a6, que suministra el amoniaco suministrado por dicha parte de suministro de amoniaco a la primera parte de conversión de amoniaco sólo a través de la segunda parte de conversión de amoniaco.
8. El generador de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho material de generación de hidrógeno es un material que reacciona con amoniaco para generar hidrógeno en el intervalo de temperaturas que comprende, al menos, de 0ºC a 30ºC.
9. El generador de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho material de generación de hidrógeno es un material seleccionado entre el grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalinotérreos, hidruros de metales alcalinos, hidruros de metales alcalinotérreos y una combinación de los mismos.
10. El generador de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicho material de generación de hidrógeno es un material seleccionado entre el grupo que consiste en hidruros de metales alcalinos, hidruros de metales alcalinotérreos y una combinación de los mismos.
11. El generador de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 10, en el que dicho material de generación de hidrógeno es un material seleccionado entre el grupo que consiste en hidruro de litio, hidruro sódico, hidruro potásico y una combinación de los mismos.
12. El generador de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicho catalizador de descomposición de amoniaco comprende un metal seleccionado entre el grupo de metales de transición.
13. El generador de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dicho catalizador de descomposición de amoniaco comprende un metal seleccionado entre el grupo que consiste en rutenio, níquel, cobalto y hierro.
14. Un motor de combustión interna que quema amoniaco, que tiene dicho generador de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, y una unidad principal del motor de combustión interna, en el que dicha unidad principal del motor de combustión interna genera potencia de motor, sometiendo a combustión, además del amoniaco, el hidrógeno que se suministra mediante dicho generador de hidrógeno.
15. El motor de combustión interna que quema amoniaco de acuerdo con la reivindicación 14, que tiene además un conducto de gas de escape para el intercambio de calor, que proporciona calor a la primera y/o segunda partes de conversión de amoniaco mediante el gas de escape de dicha unidad principal del motor de combustión interna.
16. El motor de combustión interna que quema amoniaco de acuerdo con la reivindicación 15, en el que dicho conducto de gas de escape para el intercambio de calor tiene un conducto de desviación, a través del cual dicho gas de escape se desvía de la primera parte de conversión de amoniaco.
17. El motor de combustión interna que quema amoniaco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en el que la proporción molar de amoniaco e hidrógeno que se someten a combustión en dicha unidad principal del motor de combustión interna, amoniaco:hidrógeno, está en el intervalo de 100:0 a 50:50.
18. Una célula de combustible que tiene dicho generador de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, y una unidad principal de la célula de combustible, en la que dicha unidad principal de la célula de combustible genera potencia eléctrica oxidando el hidrógeno suministrado por dicho generador de hidrógeno.
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