GENERACIÓN BASADA EN PILA DE HIDRÓGENO

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención un sistema de generación de energía basado en la generación de

hidrógeno por medio de una fuente solar que genera la energía necesaria para que partiendo de agua y mediante la electrólisis permita la obtención de hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno generado será la fuente energética secundaria a ser utilizado con una pila de hidrógeno que generará la energía eléctrica necesaria para su

utilización en donde sea necesaria.

Caracteriza a la presente invención la sinergia conseguida resultado de la combinación de unos medios de generación de energía eléctrica a partir de láminas de grafeno que ofrecen un alto rendimiento, el empleo de unas baterías de almacenamiento de energía, así como un generador para proporcionar energía para realizar un proceso de hidrólisis del que obtener hidrógeno y oxígeno, que almacenado en unos depósitos son

suministrados a una pila de combustible que genera energía y agua a partir de hidrógeno y oxígeno, siendo el agua almacenada en un depósito desde el que

suministrar energía a la máquina de hidrólisis,

consiguiendo de esta manera un sistema de generación de energía que no precisa durante un largo periodo de tiempo de suministro de energía o combustible exterior, lo que podríamos denominar como sistema de generación autosuficiente o autónomo, ya que es capaz de generar la energía necesaria para su consumo a partir de la energía captada por las láminas de grafeno. Por lo tanto, la presente invención se

circunscribe dentro del ámbito de los sistemas de generación de energía, y en particular de los sistemas basados en pilas de combustible a partir de Hidrógeno y Oxígeno.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidos distintos tipos de sistemas que generan electricidad mediante hidrógeno. Entre estos se encuentran :

- El más común es el empleado mediante la recarga de hidrógeno en depósitos específicos que

posteriormente emplea la pila de hidrógeno para generar electricidad o mover un motor eléctrico.

- También es conocido el uso de panel solar en vehículos de pequeña escala donde se genera el hidrógeno y este es empleado por la pila de

hidrógeno para mover un motor eléctrico.

- El empleo de baterías eléctricas para mover directamente motores eléctricos o hacer funcionar otros elementos eléctricos sin ninguna otra fuente generadora de energía.

Todos los sistemas anteriormente descritos presentan dificultades o aspectos susceptibles de ser mejorados. En el caso de sistemas de generación a partir de pilas de combustible que emplean el hidrógeno

contenido en unos depósitos, tendrán una autonomía equivalente a la capacidad de los depósitos de

almacenamiento de hidrógeno, debiendo ser reemplazados regularmente los depósitos de hidrógenos por otros llenos .

En el caso de empleo de paneles solares empleados en combinación con pilas de combustible, la capacidad de generación es muy limitada por el escaso rendimiento ofrecido por los paneles solares, asi como la necesidad de estar reponiendo el agua consumida. La capacidad de generación es muy escasa, haciéndolo inviable como medio de accionamiento o generación autónomo para vehículos y similares.

En el caso de emplear baterías eléctricas como medios de suministro energético para propulsión del vehículo, está limitado por la capacidad de

almacenamiento de las baterías, que además deber ser recargadas regularmente, haciendo de este sistema un medio complejo.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar un sistema de generación de energía que supere los inconvenientes apuntados de falta de

autonomía y capacidad de generación, desarrollando un sistema como el que a continuación se describe y queda recogido en su esencialidad en la reivindicación

primera.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Es un objeto de la presente invención un sistema de generación eléctrica para ser empleado en distintos consumidores y en particular para el transporte general; terrestre, aéreo y marítimo, donde el propio sistema genera la energía necesaria sin dependencia de

suministro de terceros donde el reciclado de la propia materia prima tiene su principal valor. El sistema está compuesto de varios elementos generadores de energía, otros tantos elementos creadores de movimiento y otros tantos de regeneración.

El sistema de generación energética con fuente de generación basada en pila de hidrógeno comprende:

- Un sistema generador principal basado en el empleo de una capa grafeno dopado.

- Unos elementos generadores eléctricos secundarios basados en la generación eléctrica a partir de hidrógeno que permiten la generación eléctrica sin necesidad del uso del sistema generador principal mediante el uso de baterías o una fuente de energía externa .

El sistema de generación energética comprende: -Un elemento de captación y transformación de la luz exterior en electricidad basado en el empleo de una o varias capas de grafeno dopado.

-Una centralita de gestión eléctrica conectada al elemento de captación y transformación de la luz exterior y a la que están conectados:

^■ Una batería de reserva,

^■ Un generador que se utiliza para proveer la corriente necesaria para una máquina de hidrólisis.

-La máquina de hidrólisis que conectada al generador recibe la energía del generador.

-Un depósito de hidrógeno conectado a la máquina de hidrólisis .

-Un depósito de oxígeno conectado con la máquina de hidrólisis que será de utilización en sistemas basados en el espacio, pudiendo ser emitido al exterior mediante un escape.

-Una celda de combustible o pila de hidrógeno que está conectada con los depósitos de hidrógeno y oxigeno.

-Un depósito de agua conectada por un lado con la pila de hidrógeno de la que recibe el agua generada y con la máquina de hidrólisis a la que suministra el agua.

El elemento de captación y transformación de la luz exterior en electricidad está compuesto por una capa de grafeno dopado, o elementos similares de futuro, con ciertas impurezas que permiten una eficiencia en torno al 60%, en comparación con una célula solar cuya

eficiencia es tan solo del 15% aproximadamente. Este compuesto de grafeno es de estructura flexible,

transparente y puede ser colocado en cualquier otra superficie manteniendo la estética de la misma. La dureza de esta capa es 200 veces superior a la del acero, por lo que su instalación en cualquier

superficie, dada su adaptación, es muy interesante incluso para conservar las propiedades de la superficie que está siendo cubierta. Este elemento fotoconductor puede adherirse a cualquier superficie, ya sea en tejados de edificios, carrocerías de vehículos, etc. y es donde se genera la energía eléctrica principal que alimentará todos los dispositivos secundarios

eléctricos, esto es:

-Sistema de electrólisis del agua.

-Bombas de presión de hidrógeno.

-Bombas de recuperación y suministro de H ₂ 0.

-Sistema eléctrico. Esta capa, base generadora inicial y principal del objeto de la patente, generará la energía eléctrica suficiente en condiciones, actualmente, de luz. Con la evolución de la técnica, se podrá generar energía eléctrica en condiciones de frecuencia de luz distintas al espectro visible, tanto por infrarrojos como por ultravioletas .

El grafeno es un elemento de reciente

investigación donde se están encontrando multitud de funcionalidades ya descritas en documentación

técnico/científico del elemento. Sus propiedades eléctricas, así como de generación de electrones mediante el proceso fotovoltaico, está en plena y constante evolución haciendo a este material ideal para ser empleado en las carrocerías de los sistemas de transporte por su mínimo espesor así como en otras superficies donde se requiera una generación de

electricidad presentando una capacidad de captación lumínica extraordinaria y adaptación a los diferentes diseños de carrocerías o superficies en general.

Elementos generadores eléctricos secundarios En este sistema para la generación eléctrica a partir de hidrógeno se dispone de los siguientes elementos, que permiten la generación eléctrica sin necesidad del uso del elemento principal, de dos sistemas auxiliares que permiten la generación del mismo sin necesidad del uso del elemento principal:

-Baterías eléctricas de baja capacidad.

- Fuente de energía eléctrica externa mediante

conexión aérea. La centralita de gestión eléctrica es el

elemento que tiene como entrada el elemento principal de captación de luz basado en grafeno dopado y que aporta corriente a dos elementos, una batería de respaldo y un generador. También es capaz de aportar corriente

directamente al elemento final, es decir, un vehículo, edificio o cualquier otro elemento a alimentar

eléctricamente . La batería de reserva es una batería que se utiliza exclusivamente para generar la electricidad necesaria para la centralita de generación eléctrica comentada anteriormente. El generador se utiliza para proveer la corriente necesaria para la máquina de hidrólisis.

La máquina de hidrólisis separa el hidrógeno y el oxígeno, que son transportados a sendos depósitos, depósito de H y depósito de O. Esta máquina de

hidrólisis se diferencia de la tecnología de hidrólisis actual en el sentido que apenas necesita potencia para separar los elementos H y O, lo que hace viable el sistema técnica y comercialmente al permitir dimensiones muy reducidas de todo el sistema así como consumos muy pequeños. La máquina de hidrólisis tiene un consumo de apenas 5 watios.

El depósito de hidrógeno es muy pequeño, de forma que evitamos cualquier riesgo de explosión del mismo, lo que garantiza siempre la seguridad de este sistema en cualquier caso. Este depósito está conectado a una pila de hidrógeno convencional que genera la electricidad necesaria para consumo. Además, un depósito de oxigeno está conectado entre la máquina de hidrólisis y la pila de hidrógeno, de la misma forma que en el caso anterior del depósito de hidrógeno. Este depósito de oxigeno no es relevante cuando el sistema se utiliza en la Tierra pero si es fundamental para proveer oxigeno en aquellos sistemas diseñados para trabajar en el espacio.

Finalmente, el sistema cuenta con un depósito de H ₂ 0 conectado a la pila de hidrógeno. Este depósito permite una realimentación de agua a la máquina de hidrólisis de forma que el proceso de generación de electricidad puede ser independiente del elemento principal basado en grafeno dopado por un periodo de tiempo considerable.

Máquina de hidrólisis

Mediante el sistema de electrólisis del agua se generará el hidrógeno necesario como fuente de energía para la generación de energía eléctrica, ya sea para generación de movimiento de motores de un sistema de transporte o bien para generación eléctrica de consumo general .

Este sistema de electrólisis está basado como fuente principal y única en el agua. Este modelo de fuente exclusivo evita la necesidad de recargar

depósitos de aditamentos químicos y por lo tanto de eliminar costes tanto de regeneración como de emisión de elementos posiblemente contaminantes al exterior del circuito cumpliendo en la misma función un modelo eficiente y no contaminante. La electrólisis del agua para generar hidrógeno está formada por un conjunto de elementos en

paralelo/serie capaz de generar el hidrógeno suficiente para alimentar un depósito local de hidrógeno

ampliamente dimensionado a las necesidades de la

potencia nominal de la pila de hidrógeno. De esta forma, en el caso de un vehículo, provee una capacidad de circular 400 Km sin otra ayuda que la del propio

contenido en el depósito. El elemento de grafeno fotovoltaico alimentará de energía eléctrica al sistema de electrólisis a través del generador conectado a la centralita de gestión eléctrica. Esta energía producirá la reacción necesaria para la descomposición del agua en oxígeno, que será emitido a la atmósfera o utilizado en ambientes donde se requiera su utilización, e hidrógeno que será comprimido mediante bomba al depósito.

El elemento de electrólisis está formado por una serie de elementos descritos en el apartado de esquemas.

Sistema de almacenamiento de hidrógeno

Mediante una bomba de presión se recogerá todo el hidrógeno generado en el proceso electrolítico y almacenado a una presión máxima de 12 atmósferas en el depósito principal.

Este depósito alimentará a la pila de hidrógeno donde se generará la corriente eléctrica necesaria para su consumo .

En una realización práctica de la invención, el sistema de generación de electricidad basado en pila de hidrógeno es un sistema cerrado que denominamos celda de generación y que está formado por los elementos

descritos anteriormente. Para una generación de 1 MW, la celda de generación tiene unas medidas de 1 metro cúbico. Eléctricamente, el hecho de colocar celdas de generación eléctrica en serie permitirá obtener mayores valores de potencia y dichas celdas conectadas en serie pueden ser controladas por un elemento electrónico central que permite adaptar la potencia necesaria según el consumo real en todo momento llevando a cabo este proceso mediante la activación o desactivación de las celdas correspondientes. Debido a que la celda de generación produce también calor por el proceso, éste puede ser utilizado para calentar entornos en edificios, agua, etc.

A lo largo de la descripción y las

reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de

ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor

comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización

práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

En la figura 1 se muestra un posible esquema del sistema de generación con fuente de generación basado en pila de hidrógeno.

EXPOSICIÓN DE TALLADA DE LA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras se describe

seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta.

En la figura 1 podemos observar que el sistema de generación comprende:

-Un elemento de captación y transformación de la luz exterior en electricidad basado en el empleo de una capa de grafeno dopado (1) .

-Una centralita de gestión eléctrica (2) conectada al elemento de captación y transformación de la luz exterior y a la que están conectados:

■ Una batería (3) de reserva.

^■ Un generador (4) que se utiliza para

proveer la corriente necesaria para una máquina de hidrólisis (5) .

-La máquina de hidrólisis (5) que conectada al generador recibe la energía del generador.

-Un depósito de hidrógeno (6) conectado a la máquina de hidrólisis mediante un bomba de presión (13) de hidrógeno .

-Un depósito de oxígeno (7) conectado con la máquina de hidrólisis que será de utilización en sistemas basados en el espacio, pudiendo ser emitido

directamente al exterior mediante un escape.

-Una celda de combustible o pila de hidrógeno (8) que está conectada con los depósitos de Hidrógeno ( 6 ) y oxigeno ( 7 ) .

-Un depósito de agua (9) conectado por un lado con la pila de hidrógeno (8) mediante una bomba de recuperación de agua (10) que permite llevar el agua generada hacia el depósito de agua (9), que a su vez está conectado con la máquina de hidrólisis

(5) mediante una bomba de suministro de agua (11) a la que suministra el agua.

La pila de hidrógeno (8) es la encargada de generar la energía que va a ser objeto de consumo, bien por el motor de un vehículo, bien en los sistemas energéticos necesarios para el funcionamiento de un edificio, etc. Las posibilidades que ofrece el sistema de generación energética objeto de la invención son

múltiples, así, a los ya habituales materiales de construcción de los vehículos, en los que se puede emplear esta tecnología, añadimos los siguientes

elementos de una forma muy concreta.

Generadores energéticos.

Carrocería. Las láminas de grafeno fotoconductor son adheridas a la carrocería mediante láminas ajustadas a la estructura del propio vehículo, formando una capa transparente y muy resistente. A esta capa se le añadirá una película protectora. Cada lámina es conectada mediante cableado para concentrarse en un punto único desde donde se suministra la energía generada a los distintos consumidores

(central de control energético) . caso de accidente o daño al vehículo sólo hay que reemplazar la nueva pieza. Al ser cada lámina independiente, un daño producido no implica la pérdida de la efectividad energética.

Motores eléctricos. En los casos de vehículos con más de un motor eléctrico, estos pueden estar configurados para que los motores no empleados en la tracción aporten por movimiento energía eléctrica para ser empleada en la generación de electrólisis de

hidrógeno .

Acumuladores secundarios o reserva. El vehículo está equipado con un acumulador energético de reserva que permite a dicho vehículo por un periodo de tiempo finito producir la energía necesaria para el proceso electrolítico y alimentar a los elementos eléctricos de bajo consumo.

La energía que se acumulará será la producida por la propia carrocería y, en los casos de polimotores eléctricos, por estos mismos en la configuración

apropiada .

Consumidores eléctricos.

Generador de hidrógeno.

El sistema de electrólisis del agua está formado por un conjunto de elementos. Estos son: Generador de frecuencia.

Generador de electrólisis

Colector de hidrógeno.

Colector de oxigeno.

Depósito de hidrógeno.

Depósito de oxigeno.

Generador de frecuencia.

Mediante un dispositivo de generador de frecuencia a bajo voltaje se producirá la energía necesaria para la disociación de las moléculas de en H y O.

Al utilizar el sistema de alta eficiencia de electrólisis, la necesidad de un alto voltaje no es necesaria ya que se trabajaría con la fórmula Planck E f * h, donde E es la energía necesaria, f es la

frecuencia para la ruptura de enlaces de las moléculas de H ₂ 0 y h actúa como constante.

El dispositivo trabajaría en el rango de los subarmónicos para no entrar en consumos energéticos. Esto permite que la eficiencia fotovoltaica sea

suficiente .

Generador electrólisis.

El hidrógeno es generado en un depósito hermético. El dispositivo está compuesto por una serie de cámaras separadas unos 3 mm entre cada uno de ellos donde cada una de las caras tendrá un electrodo. Estas cámaras ya son utilizadas al mismo tiempo como aéreas separadoras donde en las impares se producirá el H y en los pares el O. No hay uso de electrolitos en el modelo. Cada una de las cavidades impares tiene en su parte superior un orificio canalizado donde se agrupará todo el hidrógeno generado. Esta canalización tiene una bomba de presión, conectada al núcleo distribuidor energético para su alimentación, y trabajará a una presión fija de 12 atmósferas que será la presión del depósito de hidrógeno.

Dependiendo de la potencia desarrollada por el vehículo, serán necesarios tantos generadores de

hidrógeno como litros/hora necesarios para el correcto funcionamiento del generador principal.

Cada generador de hidrógeno tendrá una capacidad de producción mínima de entre 8 y 12 litros de H a la hora .

En las cavidades pares habrá practicado un orificio igual al anterior y también conducido por un colector central.

Colector de hidrógeno.

El colector unirá todas las unidades generadoras de hidrógeno. En su tramo final, éste se irá estrechando para generar el efecto Venturi y facilitar a la bomba de presión su trabajo. Todo el colector está formado por elementos estancos que eviten la fuga del gas y fabricado con elementos plásticos, no generadores de electricidad. En su extremo, antes del depósito fabricado también en plástico antiestático y hermético, se situará una bomba que aumentará la presión hasta las 12 atmósferas y reduciendo el espacio necesario para el almacenaje del hidrógeno. El depósito no necesita superar los 40 litros de capacidad. La bomba está alimentada por la energía generada por el sistema fotovoltaico basado en grafeno y es uno de los componentes de consumo.

Colector de oxigeno

El oxígeno está también canalizado pero no almacenado. Todo el gas generado será emitido al

exterior mediante un escape apropiado. Este será la única emisión que producirá todo el sistema.

En sistemas basados en el espacio,

extraterrestres , el oxígeno será igualmente reconducido a un depósito donde se almacena para posteriormente ser empleado como elemento de mezcla en la pila de

hidrógeno. Su proceso de almacenaje será gemelo al del hidrógeno .

Depósito de hidrógeno El depósito de hidrógeno cumple la función de almacenar el hidrógeno de una forma segura y sin riesgos y con la capacidad suficiente de almacenar el gas necesario para disfrutar de una autonomía suficiente en los recorridos sin luz solar.

Fabricado en material plástico de alta

resistencia y antiestático es el elemento principal de suministro a la/s pila/s de hidrógeno. El depósito tiene incorporado una serie de sensores ópticos y mecánicos que activan el proceso electrólisis bajo demanda. Es decir, el vehículo no generará hidrógeno si este no es consumido en un

porcentaje inferior al 80% de su capacidad.

Depósito de oxigeno

Idéntico al del hidrógeno para los casos necesarios anteriormente definidos.

Generador motriz

El sistema de propulsión de este vehículo se realiza mediante la explotación de "Pila de hidrogeno". Esta técnica se basa en la generación de corriente eléctrica mediante el consumo de hidrógeno.

El sistema podrá aceptar tantas "pilas de hidrógeno" en serie como necesidad de generación

eléctrica sea necesaria.

El producto final de esta reacción es agua (H ₂ 0) que será tratada en un paso posterior. Generación de movimiento

El sistema está compuesto por uno o varios motores eléctricos, en función de la potencia necesaria. Mono motor

En estos casos será colocado en una posición concreta del vehículo y transmitida su fuerza mediante un sistema de gestión motriz o "caja de cambios" y diferenciales. Dos motores

En estos casos el sistema motriz será colocado en cada uno de los ejes y controlado por una centralita digital descrita en el apartado de electrónica.

El sistema en general puede emplear uno o los dos motores y, si queda uno deshabilitado, se puede emplear para la generación de energía eléctrica,

independientemente del movimiento.

Cuatro motores . Sistema complejo y controlado por centralita digital. Cada uno de los motores será empleado en cada elemento motriz, (en caso de vehículos de cuatro ruedas, en cada rueda) . La potencia está controlada por una centralita digital que gestionará el potencial eléctrico que debe recibir, así como las revoluciones según las circunstancias de circulación.

De igual forma al caso anterior, si algún motor queda deshabilitado como elemento motriz, éste puede ser utilizado para generación de energía.

Propulsor

Mediante el empleo de una o varias pilas de hidrógeno el sistema generará la energía necesaria alimentar al propulsor principal del vehículo.

El/los propulsor/es estarán configurados de la siguiente forma: -Monomotor. Un único motor eléctrico que accionará el movimiento necesario.

-Doble motor (vehículos terrestres) . Accionará el movimiento en el par delantero o trasero del vehículo y estará controlado por centralita digital

(otros vehículos según sus especificación motriz) . - Cuatro motores (vehículo terrestre) . Accionará el movimiento en cada una de las ruedas (otros

vehículos según sus especificaciones motrices) .

En los dos últimos casos (vehículo terrestre) los motores tendrán una potencia dos veces a la nominal. Esto permite al sistema trabajar con tracciones

diferentes seleccionables en la conducción o pilotaje.

Tracción y control .

En los vehículos con un solo motor la tracción será directa y controlada por un sistema, en los casos necesarios, por una caja de cambios. En los vehículos con más de un motor, la tracción estará controlada por una centralita digital que gestionará la potencia en cada motor así como la tracción deseada. Tracción integral, tracción trasera o tracción delantera .

En los casos que la tracción no sea integral, la energía generada por los motores será empleada en el proceso electrolítico y en la energía eléctrica

necesaria para los elementos eléctricos.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a titulo de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.