Planta de cogeneración de combustible metálico.

Una planta de cogeneracion de combustible metalico (1), que comprende al menos unacamara de reaccion (2),

medios (3) para introducir al menos un oxidante liquido con base de agua,y medios (4) para suministrar al menos un combustible de base metalica en dicha camara (2), eloxidante y el combustible estando adaptados para producir una reacciOn de oxidacion exotermicapara obtener hidrogeno gaseoso y al menos un oxido metalico, caracterizada por el hecho de quedichos medios de introduccion (3) estan adaptados para introducir en dicha camara (2) unacantidad de oxidante que es sustancialmente mayor que la cantidad estequiometrica para formarvapor y comprende al menos una unidad motriz de base fluida (5) que es alimentada en entradapor al menos dicho vapor para la actuacion rotatoria de un eje motor (6), medios de separacion yrecuperacion (7) para al menos dicho vapor estando interpuestos entre la camara (2) y la entrada adicha unidad motriz (5) y medios (8) para la evacuacion de dicho hidr6geno estando provistosademas.

PLANTA DE COGENERACIÓN DE COMBUSTIDLE METÁLICO Campo Técnico La presente invención hace referencia a una planta de cogeneración de combustible metálico. Estado de la Técnica Es conocido que, en vista de la creciente demanda de energía, el sector de generación de energía está constantemente buscando fuentes innovadoras que tengan un impacto medioambiental bajo y que no conlleven problemas en el suministro de combustible. En este campo, una investigación que utiliza la reacción de oxidación en agua de combustibles metálicos para generar hidrógeno diseñado para suministrar motores tales como pilas de combustible se ha estado desarrollando durante mucho tiempo, puesto que el hidrógeno es una fuente de energía no contaminante y renovable. Los combustibles metálicos utilizados para obtener está reacción están generalmente basados en aluminio.

De hecho, es conocido que el aluminio puro en el estado sólido/líquido, en la presencia de un oxidante líquido con base de agua, desarrolla, ya en condiciones ambientales, una reacción de oxidación que rápidamente alcanza las condiciones de temperatura requeridas para mantener la reacción óptima: 2Al + 3H20 > Alz03 + 3H2 (1)

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Según la reacción de la fórmula (1) , también conocida como reacción de disociación del agua, el aluminio puro reacciona con el agua para convertirse en hidrógeno gaseoso y alúmina en el estado sólido y líquido; esta reacción está acompañada por la generación de calor (aproximadamente 230 kcal por mol de Al) , siendo altamente exotérmica.

La dificultad en la aplicación industrial de la reacción (1) consiste en que al contacto con el aire el aluminio se oxida, y por lo tanto los artículos de aluminio se recubren de una delgada película protectora que inhibe la reacción con el agua.

Por lo tanto, se han estudiado varias soluciones con el fin de convertir el aluminio en inerte respecto del aire, con el fin de inhibir la formación de la película de óxido, o para obtener su eliminación directamente en el agua, para permitir la reacción de combustión y la consiguiente formación de hidrógeno.

Por ejemplo, es conocido de US 2008/0063597 Al obtener un combustible compuesto de una mezcla en el estado sólido de aluminio y galio, este último actuando como agente protector respecto de la oxidación de aluminio.

Durante la reacción de oxidación, el galio, siendo inerte respecto del agua, no sufre más transformaciones y permanece como un producto de desecho.

Sin embargo, el uso de este combustible basado en galio y aluminio no está libre de inconvenientes, que incluyen el hecho de que requiere la producción en instalaciones de laboratorios adecuadas y el subsiguiente almacenamiento de unidades de combustible, aumentando los requisitos de tiempo y los costes de suministro.

Es además necesario proveer sistemas para la recuperación y la evacuación de la cámara de reacción del galio que es liberado como consecuencia de la oxidación del combustible con el agua, lo cual aumenta la complejidad de su estructura y aumenta sus costes de producción y mantenimiento.

Como alternativa, también es conocido proveer cámaras para la reacción del aluminio en 1 O agua en las que están provistos elementos para realizar mecanizado sobre artículos basados en aluminio o aleaciones suyas, que son alimentados a la cámara en tal región de mecanizado, con el fin de eliminar la película de óxido protector que recubre estos artículos y hacer átomos puros de . aluminio disponibles para la reacción con el agua. En particular, una planta para la producción de hidrógeno gaseoso es conocida de 15 JP200l03l40l que utiliza un recipiente para contener agua, que está conectado a un conducto para la extracción del hidrógeno generado, dentro del cual una herramienta de corte está acomodada que está inmersa en agua y está diseñada para mecanizar un combustible basado en aluminio o aleaciones suyas, que es alimentado hacia dicha herramienta. La actuación rotatoria de la herramienta de corte es obtenida mediante un accionamiento por motor que es externo al

recipiente.

Además, US 2004/0208820 Al muestra un método para generar hidrógeno que conlleva proveer una acción de fricción y la fractura mecánica simultánea de un material metálico basado en aluminio inmerso en agua, para hacer disponibles átomos de aluminio puro para disparar la reacción con el agua. En particular, se muestra una planta que está constituida por una cámara de reacción provista de medios para suministrar agua y con un conducto para la recuperación del hidrógeno gaseoso, que acomoda una muela inmersa en agua, hacia la cual material metálico que contiene aluminio en el estado sólido es alimentado. El movimiento rotatorio de la muela es activado por un motor eléctrico externo.

Sin embargo, incluso estas plantas no están libres de inconvenientes, incluyendo en particular el hecho de que están diseñadas exclusivamente para obtener hidrógeno gaseoso para ser almacenado o alimentado hacia usuarios adecuados y no permiten utilizar las otras fuentes de energía hechas disponibles como consecuencia de la reacción de oxidación.

Además, estas plantas requieren fuentes de suministro externas tanto para la potencia o el combustible necesarios para la operación del motor para la actuación rotatoria de las herramientas 35 correspondientes como para el agua de procesamiento requerida para mantener la reacción.

Además, tales plantas hacen dificil ajustar la cantidad de hidrógeno que es producida y,

con referencia particular a la planta mostrada por JP200 1 03140 1, tienen una operación discontinua, ya que la cámara de reacción debe ser suministrada de nuevo con agua de forma periódica.

Explicación de la invención El objetivo de la presente invención es eliminar los inconvenientes mencionados anteriormente del estado de la técnica, diseñando una planta de cogeneración de combustible metálico que permita utilizar no sólo la energía química potencial del hidrógeno obtenido de la oxidación de un combustible metálico en agua, sino también el calor generado por la reacción de disociación del agua para generar energía calorífica, energía mecánica y/o potencia eléctrica.

Dentro de este objetivo, un objeto de la presente invención es proveer una planta autónoma con operación de ciclo continuo que constituya un sistema sustancialmente cerrado capaz de sostenerse una vez que se han alcanzado las condiciones de estado estables.

Otro objeto de la presente invención es proveer tratamientos adecuados que permitan reciclar los subproductos obtenidos en la cámara de reacción y en particular los óxidos metálicos.

Otro objeto de la presente invención es proponer una planta compacta que pueda ser aplicada fácilmente en varios campos, por ejemplo para la propulsión de vehículos terrestres, navales o aeroespaciales, en centrales generadoras estacionarias y para la cogeneración para su uso civil y/o industrial.

Otro objeto de la presente invención es no liberar sustancias que contaminen el medio ambiente y tener un impacto medioambiental limitado.

Otro objeto de la presente invención es proveer una planta que sea simple, relativamente fácil de proveer en la práctica, segura en su uso, efectiva en su operación y de coste relativamente bajo.

Este objetivo y estos y otros objetos que resultarán aparentes de mejor modo a continuación se consiguen mediante la presente planta de cogeneración de combustible metálico, que comprende al menos una cámara de reacción, medios para introducir al menos un oxidante líquido con base de agua, y medios para suministrar al menos un combustible de base metálica en dicha cámara, el oxidante y el combustible siendo adaptados para producir una reacción de oxidación exotérmica para obtener hidrógeno gaseoso y al menos un óxido metálico, caracterizada por el hecho de que dichos medios de introducción están adaptados para introducir en dicha cámara una cantidad de oxidante que sea sustancialmente mayor que la cantidad estequiométrica para formar vapor y comprenda al menos una unidad motriz de base fluida que es alimentada en entrada por al menos dicho vapor para la actuación rotatoria de un eje motor,

medios de separación y recuperación para dicho vapor siendo interpuestos entre la cámara y la entrada a dicha unidad motriz, y medios para la evacuación de dicho hidrógeno estando provistos además.

Breve descripción de los dibujos Otras características y ventajas de la presente invención resultarán aparentes de mejor modo a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización preferido... [Seguir leyendo]

1. Una planta de cogeneración de combustible metálico (1) , que comprende al menos una cámara de reacción (2) , medios (3) para introducir al menos un oxidante líquido con base de agua, Y medios (4) para suministrar al menos un combustible de base metálica en dicha cámara (2) , el oxidante y el combustible estando adaptados para producir una reacción de oxidación exotérmica para obtener hidrógeno gaseoso y al menos un óxido metálico, caracterizada por el hecho de que dichos medios de introducción (3) están adaptados para introducir en dicha cámara (2) una cantidad de oxidante que es sustancialmente mayor que la cantidad estequiométrica para formar vapor Y comprende al menos una unidad motriz de base fluida (5) que es alimentada en entrada por al menos dicho vapor para la actuación rotatoria de un eje motor (6) , medios de separación y recuperación (7) para al menos dicho vapor estando interpuestos entre la cámara (2) y la entrada a dicha unidad motriz (5) y medios (8) para la evacuación de dicho hidrógeno estando provistos además.

2. La planta (1) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que dichos medios de suministro (4) comprenden al menos una herramienta (9) que está acomodada dentro de dicha cámara (2) para formar un área de trabajo que está sumergida en dicho oxidante y está asociada con dicho eje motor (6) para la actuación con un movimiento de corte y medios empujadores (lO) para introducir al menos un artículo (M) hecho de dicho combustible en dicha cámara (2) en dicha área de trabajo, la acción mecánica de la herramienta (9) sobre el artículo (M) estando adaptada para obtener la formación de fragmentos de dicho combustible cuyas superficies expuestas portan partículas metálicas que son reactivas al oxidante.

3. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el hecho de que comprende medios de accionamiento por motor (11) para la actuación inicial de dichos medios de introducción (3) y/o de dichos medios de suministro (4) , en el estado estable la actuación de los medios de introducción (3) y/o de los medios de suministro (4) estando sostenida por la potencia mecánica provista por la unidad motriz (5) .

4. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el hecho de que dicha cámara (2) se encuentra sustancialmente a lo largo de un eje longitudinal (A) para definir un primer extremo (2a) y un segundo extremo (2b) que están mutuamente opuestos y

están asociados con una conexión fluida respectivamente con dichos medios de introducción (3) y

con dichos medios de separación y recuperación (7) .

5. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el hecho de que dichos medios de introducción (3) comprenden un cuerpo de colector (14) , que está asociado con un conducto (15) para la entrada de dicho oxidante, con una conexión fluida a dicho primer extremo (2a) y teniendo una extensión sustancialmente anular alrededor de dicho eje longitudinal (A) , como para definir un orificio central en el que dicho eje motor (6) está acomodado para pasar a través de él herméticamente.

6. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el hecho de que dichos medios de introducción (3) comprenden una partición enderezadora (17) , que está interpuesta entre dicho cuerpo de colector (14) y dicho primer extremo (2a) , para dar a dicho oxidante un movimiento en la dirección que es sustancialmente paralela a dicho eje longitudinal

(A) a 10 largo de dicha cámara (2) .

7. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el hecho de que dichos medios de introducción (3) y dichos medios de suministro (4) operan continuamente.

8. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el hecho de que dichos medios de separación y recuperación (7) comprenden un depósito amortiguador (18) , que está asociado con una conexión fluida con dicho segundo extremo (2b) mediante la interposición de una partición ralentizadora (19) , el depósito (18) estando provisto de al menos un puerto (18a) para la salida de al menos uno de entre dicho hidrógeno y dicho vapor, que está asociado con la entrada de dicha unidad motriz (5) , y de al menos un segundo puerto (18b) para la salida de al menos uno de entre dicho exceso de oxidante y dicho oxido metálico.

9. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el hecho de que dicha herramienta (9) está dispuesta cerca de dicho primer extremo (2a) en dicho eje longitudinal (A) y por el hecho de que dichos medios empujadores (10) están adaptados para introducir dicho artículo (M) paralelo a dicho eje longitudinal (A) .

10. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el hecho de que dicho depósito (18) tiene una extensión sustancialmente anular alrededor de dicho eje longitudinal (A) para formar un orificio central en el que dicha cámara (2) está provista de un abertura para la inserción hermética de dicho artículo (M) .

11. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el hecho de que comprende primeros medios de intercambio de calor (24) para la recuperación al menos parcial de calor de al menos dicho vapor en salida de dicha cámara (2) .

12. . La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el

hecho de que comprende medios (26) para sobrecalentar al menos dicho vapor que está dispuesto

corriente arriba de la entrada a dicha unidad motriz (5) .

13. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el

5 hecho de que comprende segundos medios de intercambio de calor (27) que están asociados con

la salida de dicha unidad motriz (5) para la recuperación al menos parcial de calor de al menos

dicho vapor.

14. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el

hecho de que comprende un montaje de separación de primera fase (20) , que está asociado con

1 O dicho segundo puerto de descarga (18b) para la separación de dicho exceso de oxidante y de dicho

óxido metálico, primeros medios (21) para transportar el oxidante a la cámara (2) , una unidad (22)

para reducir el óxido metálico y estando provistos segundos medios (23) para transportar el metal

obtenido a partir de la reacción de reducción a la cámara (2) .

15. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el

15 hecho de que dicha unidad motriz (5) está suministrada en entrada por dicho vapor y por dicho

hidrógeno, los medios de separación y recuperación (7) estando adaptados para permitir la

extracción de dicha cámara (2) del vapor y del hidrógeno y los medios de evacuación (8) estando

asociados con la salida de la unidad motriz (5) .

16.La planta (1) según la reivindicación 14, caracterizada por el hecho de que

20 comprende una unidad de separación de segunda fase (29) que está asociada para cooperar con

dichos segundos medios de intercambio de calor (27) para separar dicho hidrógeno del agua

obtenida a partir de la condensación de dicho vapor, los medios de evacuación (7) estando

asociados con la salida de dicho segundo montaje de separación (29) y terceros medios (30)

estando provistos para devolver el agua de condensación a la cámara (2) .

25 17. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el

hecho de que dicha unidad motriz (5) está constituida por una turbina, cuyo impulsor (5a) está

asociado conjuntamente para la rotación con dicho eje motor (6) .

18. La planta (1) según una o más de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizada por el

hecho de que dicha unidad motriz (5) está constituida por una máquina motriz de combustión

30 externa.

19. La planta (1) según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizada por el

hecho de que dicho combustible comprende al menos un metal seleccionado del grupo que

comprende aluminio, magnesio y compuestos y/o aleaciones correspondientes.

20. La planta (1) según la reivindicación 19, caracterizada por el hecho de que dicho

35 combustible está constituido sustancialmente por aluminio o compuestos y/o aleaciones suyas.

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