Un sistema de generación de hidrógeno (1) que comprende:

a.

por lo menos un cartucho (10) que comprende por lo menos un orificio de entrada de líquido (21) y por lomenos un orificio de salida de gas (20) y que contiene un reactivo de hidruro sustancialmente anhidromezclado con un agente de activación que comprende una sal de un metal alcalinotérreo o una sal de unmetal alcalino;

b. por lo menos un conducto de líquido (30) que se extiende al interior de dicho cartucho (10), teniendodicho conducto de líquido (30) por lo menos una abertura de distribución de líquido (32) formada sobre lamisma;

c. un receptor de cartucho que se engancha de forma desmontable con dicho cartucho (10), comprendiendodicho receptor de cartucho unos pasajes (42 y 43) que se corresponden con dicho orificio de salida de gas(20) y dicho orificio de entrada de líquido (21) sobre dicho cartucho (10); y

d. un sistema de control de inyección de reactivo líquido (75) conectado de forma operativa a dicho receptorde cartucho, leyendo dicho sistema de control (75) por lo menos un parámetro de reacción y ajustando unacantidad de reactivo líquido inyectada a partir de dicha abertura de distribución (32) en base a dicho por lomenos un parámetro de reacción.

Cartucho de generador de hidrógeno

Campo de la invención

La presente invención se refiere a aparatos y procedimientos para producir hidrógeno. Las realizaciones que se describen en el presente documento se refieren a aparatos y procedimientos para liberar hidrógeno a partir de los hidruros químicos.

El documento US 5.514.353 describe un generador de hidrógeno de respuesta a demanda en base a una reacción de agua híbrida. El generador de hidrógeno se dota de un cartucho de hidruro que comprende una estructura de soporte de metal de lámina perforada corrugada.

El documento US 2003/0228252 describe un aparato para la generación de hidrógeno a través de una reacción controlada entre agua y un híbrido químico.

Breve descripción de los dibujos

Las figuras 1A y 1B son unas vistas en perspectiva de dos realizaciones del cartucho de combustible de hidrógeno de la presente invención. La figura 2 es otra vista del cartucho de combustible similar a la que se observa en la figura 1, pero que incluye además un depósito de ácido. Las figuras 3A y 3B son unas vistas en perspectiva de la parte frontal y posterior del tapón de extremo frontal del cartucho de combustible que se observa en la figura 1. Las figuras 4A y 4B ilustran el depósito de ácido que se emplea en una realización de la presente invención. La figura 5 ilustra una bolsa de hidruro químico enrollada en espiral que se utiliza en una realización de la presente invención. La figura 6 ilustra una realización de la bolsa de hidruro químico. La figura 7 ilustra la colocación del hidruro químico en otra realización de la presente invención. La figura 8 ilustra una realización de la placa de receptor de cartucho. La figura 9 ilustra una realización del conjunto de receptor. La figura 10 es un diagrama esquemático de una realización del sistema de generación de hidrógeno de la presente invención. La figura 11 es un diagrama de estados que ilustra el funcionamiento de una realización del sistema de generación de hidrógeno de la presente invención. La figura 12 es un diagrama esquemático que ilustra el uso de válvulas de control de líquido para dirigir el líquido al interior de los tubos de inyección. La figura 13 es un diagrama esquemático parcial que ilustra unas modificaciones que se realizan a la figura 10 cuando se emplea un depósito de ácido. La figura 14 es una vista en perspectiva de una realización adicional del cartucho de combustible de hidrógeno de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Los aspectos de la presente invención son tal como se exponen en las reivindicaciones. En particular, la presente invención proporciona un sistema de generación de hidrógeno (1) que comprende:

a. por lo menos un cartucho (10) que comprende por lo menos un orificio de entrada de líquido (21) y por lo menos un orificio de salida de gas (20) y que contiene un reactivo de hidruro sustancialmente anhidro mezclado con un agente de activación que comprende una sal de un metal alcalinotérreo o una sal de un metal alcalino;

b. por lo menos un conducto de líquido (30) que se extiende al interior de dicho cartucho (10) , teniendo dicho conducto de líquido (30) por lo menos una abertura de distribución de líquido (32) formada sobre la misma;

c. un receptor de cartucho que se engancha de forma desmontable con dicho cartucho (10) , comprendiendo dicho receptor de cartucho unos pasajes (42 y 43) que se corresponden con dicho orificio de salida de gas

(20) y dicho orificio de entrada de líquido (21) sobre dicho cartucho (10) ; y

d. un sistema de control de inyección de reactivo líquido (75) conectado de forma operativa a dicho receptor de cartucho, leyendo dicho sistema de control (75) por lo menos un parámetro de reacción y ajustando una cantidad de reactivo líquido inyectada a partir de dicha abertura de distribución (32) en base a dicho por lo menos un parámetro de reacción.

a. un alojamiento (11) que comprende un tapón de extremo (15) y que contiene un reactivo de hidruro sustancialmente anhidro mezclado con un agente de activación que comprende una sal de un metal alcalinotérreo o una sal de un metal alcalino;

b. por lo menos un conducto de líquido (30) fijado a dicho tapón de extremo (15) y que se extiende al interior de dicho reactivo de hidruro sustancialmente anhidro, teniendo dicho conducto de líquido (30) por lo menos una abertura de distribución de líquido (32) formada sobre la misma, de tal modo que el reactivo líquido puede pasar en forma líquida al interior de dicho reactivo de hidruro sustancialmente anhidro;

c. en el que dicho tapón de extremo comprende un orificio de entrada de líquido (21) que se comunicará con dicho conducto de líquido (30) y un orificio de salida de gas (20) , estando adaptados tanto dicho orificio de entrada de líquido (21) como dicho orificio de salida de gas (20) para sellarse con un receptor de cartucho.

La presente invención también proporciona un cartucho de combustible (10) para un sistema de generación de hidrógeno, comprendiendo dicho cartucho: La figura 1A ilustra una realización de un cartucho de combustible de hidrógeno que puede emplearse en el sistema de generación de hidrógeno de la presente invención. El cartucho de combustible 10 puede incluir un cuerpo o alojamiento tubular 11, el cual varía en la presente realización de 2, 5 a 7, 6 cm (de 1 a 3 pulgadas) de diámetro y de 10, 2 a 20, 3 cm (de 4 a 8 pulgadas) de longitud. Naturalmente, el alojamiento 11 no se limita a ninguna forma en sección transversal particular o cualquier dimensión particular. En una realización preferida, el alojamiento 11 está formado por un material tal como aluminio, el cual tiene una resistencia suficiente, es comparativamente ligero, y tiene unas buenas características de transferencia de calor. No obstante, muchos materiales sustitutos serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica, incluyendo acero, acero inoxidable, cobre, materiales compuestos de fibra de carbono -resina epoxídica, materiales compuestos de fibra de vidrio -resina epoxídica, PEEK, derivados de polisulfona, polipropileno, PVC u otros materiales adecuados. La realización de la figura lA también ilustra un tapón de extremo posterior 12 que tiene un mango 13 que permite que el cartucho de combustible 10 se coloque y se bloquee con facilidad en su lugar con otros componentes del sistema de generación de hidrógeno global, tal como se describirá a continuación.

El otro extremo del tapón de extremo posterior opuesto 12 del alojamiento 11 comprenderá un tapón de extremo frontal 15 que se observa con más claridad en las figuras 2 y 3. La presente realización del tapón de extremo frontal 15 incluirá una pluralidad de orificios de entrada de reactivo líquido (por ejemplo, agua) 21a-21d, un orificio de salida de gas hidrógeno 20, unas estructuras de alineamiento 24 y una abertura central roscada 23. En ciertas realizaciones que se describen en el presente documento, el reactivo líquido puede ser agua u otro reactivo acuoso (por ejemplo, una disolución ácida a base de agua) . Por simplicidad, puede hacerse referencia a los orificios de entrada de un reactivo líquido 21 como orificios de entrada de agua 21 cuando se describen ciertas realizaciones. En la realización de las figuras 1-3, las estructuras de alineamiento 24 son unas aberturas circulares que se enganchan con un receptor de cartucho o en una realización, la placa de receptor 40 tal como se observa en la figura 8 (lo que se analiza a continuación) . En la presente realización, las estructuras de alineamiento 24 se colocan de forma simétrica alrededor de la abertura central 23 para garantizar que el tapón de extremo 15 sólo puede engancharse con la placa de receptor 40 en una orientación. Por supuesto, otras realizaciones podrían incluir diferentes números de orificios de entrada de agua 21 y de orificios de salida de hidrógeno 20, junto con unos tipos diferentes de estructuras de alineamiento. En la realización que se ilustra, el tapón de extremo frontal 15 incluirá una ranura 25, lo que permitirá que el tapón de extremo 15 se enganche con, y se bloquee en, el alojamiento 11 mediante el engarce del extremo frontal del alojamiento 11 en la ranura 25 (o mediante cualquier otro procedimiento que forme un sello sustancialmente estanco a los gases) .

Tal como puede verse del mejor modo en la figura 3B, el lado... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de generación de hidrógeno (1) que comprende:

a. por lo menos un cartucho (10) que comprende por lo menos un orificio de entrada de líquido (21) y por lo menos un orificio de salida de gas (20) y que contiene un reactivo de hidruro sustancialmente anhidro mezclado con un agente de activación que comprende una sal de un metal alcalinotérreo o una sal de un metal alcalino;

b. por lo menos un conducto de líquido (30) que se extiende al interior de dicho cartucho (10) , teniendo dicho conducto de líquido (30) por lo menos una abertura de distribución de líquido (32) formada sobre la misma;

c. un receptor de cartucho que se engancha de forma desmontable con dicho cartucho (10) , comprendiendo dicho receptor de cartucho unos pasajes (42 y 43) que se corresponden con dicho orificio de salida de gas

(20) y dicho orificio de entrada de líquido (21) sobre dicho cartucho (10) ; y

d. un sistema de control de inyección de reactivo líquido (75) conectado de forma operativa a dicho receptor de cartucho, leyendo dicho sistema de control (75) por lo menos un parámetro de reacción y ajustando una cantidad de reactivo líquido inyectada a partir de dicha abertura de distribución (32) en base a dicho por lo menos un parámetro de reacción.

2. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende una pluralidad de aberturas de distribución (32) formadas a lo largo de dicho conducto de líquido, teniendo dichas aberturas de distribución de líquido un diámetro de entre aproximadamente 50 y aproximadamente 1.000 micrómetros.

3. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho reactivo de hidruro forma un lecho y dicho conducto de líquido se extiende a lo largo de por lo menos la mitad de la longitud de dicho lecho.

4. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho parámetro de reacción comprende una presión de hidrógeno en el interior de dicho cartucho.

5. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho reactivo líquido es un reactivo acuoso.

6. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 5, en el que cada uno de dichos conductos de líquido tiene una válvula de control separada (77) .

7. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho parámetro de reacción comprende una temperatura de dicho cartucho (10) y dicho sistema de control (75) activa un sistema de enfriamiento en base a dicha temperatura.

8. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dicho sistema de enfriamiento comprende por lo menos un ventilador (81) que genera un flujo de aire a lo largo de dicho cartucho (10) .

9. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho hidruro está encerrado en una bolsa de material textil (31) que tiene un área sustancialmente más grande que su espesor.

10. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha bolsa de material textil (31) se enrolla en el interior de dicho cartucho (10) y dicho conducto de reactivo líquido se extiende entre los pliegues de dicha bolsa de material textil.

11. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha bolsa de material textil (31) comprende por lo menos uno que se elige de Pellon 30 tejido, lámina de Nylon o papel poroso.

12. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 11, en el que dicho material textil mantiene la integridad estructural a unas temperaturas que varían de aproximadamente -20 ºC a aproximadamente 200 ºC, un pH que varía de aproximadamente 4 a aproximadamente 14, y muestra por lo menos algo de potencial de efecto de mecha.

13. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho reactivo de hidruro es hidruro de aluminio y litio y la cantidad de reactivo líquido que sale de una abertura de distribución no supera aproximadamente 50 ul por ciclo de inyección y la temperatura de cartucho no supera 80 ºC.

14. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende un reactivo acuoso que tiene un pH de entre aproximadamente 1 y aproximadamente 6.

15. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho reactivo líquido es una disolución ácida acuosa.

16. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye además un depósito de ácido (60) y un depósito de agua (85) , en el que el ácido y el agua se mezclan antes de la inyección a partir de dichas aberturas de distribución (32) .

17. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho receptor de cartucho es una placa de receptor (40) que tiene unos orificios de entrada de hidrógeno y de líquido (44) que se acoplan con dichos orificios de dicho cartucho.

18. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 16, en el que un dispositivo de sellado está colocado entre dichos orificios de dicho cartucho y dicha placa de receptor; y un conjunto de soporte junta dicho cartucho y dicha placa de receptor con fuerza suficiente para formar un sello efectivo.

19. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 17, en el que un conjunto de receptor comprende una placa de soporte (56) acoplada a dicha placa de receptor mediante por lo menos dos varillas de soporte (51) .

20. El sistema de generación de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 17, en el que dicha placa de receptor

(40) incluye por lo menos un pasaje (46) que tiene una válvula de control (77) conectada a la misma y dicho pasaje

(46) se comunica con dicho orificio de entrada de líquido (21) .

21. El sistema de generación de hidrógeno de la reivindicación 1, en el que el reactivo de hidruro sustancialmente anhidro es borohidruro de sodio.

22. Un cartucho de combustible (10) para un sistema de generación de hidrógeno, comprendiendo dicho cartucho:

a. un alojamiento (11) que comprende un tapón de extremo (15) y que contiene un reactivo de hidruro sustancialmente anhidro mezclado con un agente de activación que comprende una sal de un metal alcalinotérreo o una sal de un metal alcalino;

b. por lo menos un conducto de líquido (30) fijado a dicho tapón de extremo (15) y que se extiende al interior de dicho reactivo de hidruro sustancialmente anhidro, teniendo dicho conducto de líquido (30) por lo menos una abertura de distribución de líquido (32) formada sobre la misma, de tal modo que el reactivo líquido puede pasar en forma líquida al interior de dicho reactivo de hidruro sustancialmente anhidro;

c. en el que dicho tapón de extremo comprende un orificio de entrada de líquido (21) que se comunicará con dicho conducto de líquido (30) y un orificio de salida de gas (20) , estando adaptados tanto dicho orificio de entrada de líquido (21) como dicho orificio de salida de gas (20) para sellarse con un receptor de cartucho.

23. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 22, en el que dicho reactivo de hidruro comprende borohidruro de sodio y el agente de activación es anhidro.

24. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 23, en el que dicho reactivo de hidruro comprende de aproximadamente un 20 por ciento en peso a aproximadamente un 60 por ciento en peso del agente de activación.

25. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 24, en el que dicho agente de activación es soluble en agua.

26. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 22, en el que dicho agente de activación es por lo menos uno que se elige de BeF2, BeCl2, BeBr2, BeI2, MgF2, MgBr2, MgCl2, MgI2, CaF2, CaCl2, CaBr2, CaI2, LiF, LiCl, LiBr, LiI, NaF, NaCl, NaBr, NaI, KF, KCl, KBr, KI, Li2So Li2Se.

27. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 24, en el que dicho agente de activación se elige de por lo menos uno de MgCl2, BeCl2, CuCl2, LiCl, NaCl o KCl.

28. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 22, en el que una pluralidad de conductos de líquido

(30) se extienden al interior de dicho alojamiento (11) .

29. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 22, en el que dicho hidruro está encerrado en una bolsa de material textil (31) que tiene un área sustancialmente más grande que su espesor.

30. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 29, en el que dicha bolsa de material textil (31) se enrolla en el interior de dicho cartucho y dicho conducto de agua (30) se extiende entre los pliegues de dicha bolsa de material textil.

31. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 29, en el que dicha bolsa de material textil (31) comprende un material de Nylon tejido.

32. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 22, en el que dicho hidruro comprende hidruro de aluminio y litio y dicho conducto de líquido está rodeado por un manguito de material textil.

33. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 28, en el que dicha pluralidad de conductos de líquido (30) están separados en sentido radial con respecto a un punto central del tapón de extremo (15) en una configuración no uniforme.

34. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 33, en el que dicha configuración no uniforme es un patrón en espiral.

35. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 22, en el que un depósito (60) que contiene un ácido líquido está acoplado a dicho cartucho (10) .

36. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 22, que además comprende por lo menos un orificio que permite la liberación de gas con respecto a dicho cartucho.

37. El cartucho de combustible de acuerdo con la reivindicación 22, que además comprende una pluralidad de conductos de líquido (30) en la que por lo menos dos de dichos conductos son de unas longitudes diferentes.

38. El cartucho de combustible de la reivindicación 22, en el que dicho conducto de líquido comprende además una pluralidad de aberturas de distribución de líquido (32) .

39. El cartucho de combustible de la reivindicación 22, que además comprende una pluralidad de conductos de líquido (30) en el que dicha abertura de distribución de líquido (32) sobre un conducto de líquido se encuentra en una ubicación diferente de la de dicha abertura de distribución de líquido sobre por lo menos otro conducto.

40. El cartucho de combustible de la reivindicación 39, en el que dicha abertura de distribución (32) está formada por un extremo abierto de dicho conducto.

41. El cartucho de combustible de la reivindicación 22, que comprende una pluralidad de aberturas de distribución

(32) formadas a lo largo de dicho conducto de líquido (30) , teniendo dichas aberturas de distribución de líquido (32) un diámetro de entre aproximadamente 50 y aproximadamente 1.000 micrómetros.