DISPOSITIVO INTELIGENTE PARA SUMINISTRO DE AMONÍACO E HIDRÓGENO PARA COMBUSTIÓN MIXTA EN AERONAVES

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención está relacionada con equipo para el sector aeroespacial. En concreto, la invención está relacionada con dispositivo integral, para el almacenamiento y suministro de mezcla de combustible, a partir de amoníaco e hidrógeno, a sistema de propulsión por combustión mixta, de esos combustibles, para aeronaves. El dispositivo integral funciona con dos subconjuntos coordinados entre sí. Un subconjunto de almacenamiento de amoníaco y suministro de amoníaco e hidrógeno en el interior de las alas, siendo el dispositivo de almacenamiento de amoníaco parte de la propia estructura resistente del ala, y un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno, extraíble, que puede ir instalado en el exterior inferior de las alas, o en la zona interior trasera del fuselaje de la aeronave. Los dispositivos de almacenamiento de amoníaco y almacenamiento de hidrógeno son de geometría adaptable. En el caso del dispositivo de almacenamiento de amoníaco adapta su geometría, teniendo en cuenta el diseño particular del ala para el tipo de aeronave, el volumen necesario de amoníaco y los condicionantes de funcionamiento en términos de presión y temperatura para almacenar amoníaco combinado líquido y gaseoso. En el caso del dispositivo de almacenamiento de hidrógeno adapta su geometría teniendo en cuenta la zona de instalación, las necesidades aerodinámicas en caso de instalación exterior y los condicionantes de funcionamiento en términos de presión y temperatura para almacenar hidrógeno combinado líquido y gaseoso en estado supercrítico, un estado en el que el hidrógeno está a temperaturas criogénicas y alcanza presiones elevadas. Para el repostaje del dispositivo de almacenamiento de amoníaco se hace directamente en la aeronave. Para el caso del dispositivo de almacenamiento de hidrógeno el repostaje se realiza extrayendo lo y en una zona alejada de la aeronave. El dispositivo integral suministra amoniaco e hidrógeno a los dispositivos de combustión mixta de la aeronave, mediante la ayuda de componentes de distribución como canalizaciones y componentes de actuación como intercambiadores de calor, válvulas, etc. El proceso de suministro está monitorizado por sensores medidores y controlado por hardware y software basados en inteligencia artificial.

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) ESTADO DE LA TÉCNICA

La industria aeronáutica focaliza esfuerzos en la obtención de sistemas de energía propulsiva alternativas al combustible fósil. El objetivo es obtener sistemas energéticos con cero emisión de dióxido de carbono (CO2). En este sentido, el hidrógeno (H ₂ ) se estudia como un vector ideal, en términos de densidad gravimétrica, al poseer un valor de 33,3 kWh/kg versus 11 ,2 kWh/kg del combustible fósil de aviación. No obstante la situación se invierte cuando se considera la densidad volumétrica de energía de uno y otro. Teniendo el hidrógeno en este caso 2,4 kWh/L versus 9,3 kWh/L del combustible fósil de aviación.

La combinación de ambos valores en el hidrógeno lleva a la necesidad de complejos sistemas en la aeronave, para obtener densidades de almacenamiento elevadas. Así se hace necesario almacenarlo a temperaturas criogénicas inferiores a -253 °C y presiones entre 1 a 4 bar, mediante complejos sistemas de criogenia que ocupan volumen y generan peso, no siendo los mismos Carga de Pago. Igualmente estos sistemas consumen energía adicional. Con estos sistemas se pueden obtener densidades en el interior del depósito del orden de 65 kg/m ₃ . A estas densidades, teniendo en cuenta las necesidades energéticas de las aeronaves para realizar su rango de misión, se requiere un elevado volumen de hidrógeno, limitando a día de hoy la implementación de aeronaves que se propulsen exclusivamente basadas en hidrógeno. Teniendo en cuenta aeronaves actuales, el volumen de hidrógeno necesario ronda el 30% del volumen total de la aeronave. Esto significa que si no se varían las dimensiones de la aeronave se pierde un 30% de volumen, o incluso más, el cual no puede, por tanto, utilizado como carga útil, la llamada Carga de Pago. Aumentar el volumen de la aeronave en un 30% para albergar hidrógeno trae aparejado una nueva configuración de peso y por ende un desafío en la aerodinámica y la nueva potencia necesaria para la misión de la aeronave. También, puede llevar a la necesidad de cambios en los sistemas de embarque de los aeropuertos, por las nuevas dimensiones de las aeronaves.

Esta situación se produce por esa gran diferencia entre el valor de densidad gravimétrica y el valor de densidad volumétrica del hidrógeno. A modo comparativo, la relación entre los valores de densidad volumétrica y gravimétrica del combustible fósil proporcionados antes, hacen que su densidad a temperatura ambiente y presión, entorno a atmosférica a nivel

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) del mar, sea del orden de 830 kg/m ₃ . A esto se suma que en esas condiciones el combustible fósil está en estado líquido. Estos hechos, combinados, hacen posible el almacenamiento de dicho combustible en las propia estructura interior del ala de la aeronave. Esto no es posible para el hidrógeno, sin un cambio radical en toda la concepción de la aeronave.

En cuanto al amoníaco, NH ₃ , posee una densidad gravimétrica de energía de 6,3 kWh/kg y una densidad volumétrica de 4,33 kg/L. Por otro lado, por sus características, se presenta en estado líquido a temperatura ambiente de 25 °C y presión a partir de 8,5 bar. Estas circunstancias hacen que se pueda almacenar de forma mucho más sencilla que el hidrógeno, dándose además la situación de que, al almacenar amoníaco, se está almacenando hidrógeno, en una proporción de aproximadamente 18% en peso, o visto de otra forma se tienen entre 10 a 12 kgH ₂ por cada 100 litros de amoníaco. El hidrógeno sigue siendo un excelente combustible.

Otro elemento relevante de las características del amoníaco es que, en las condiciones señaladas anteriormente, tiene una densidad de almacenamiento del orden de 650 kg/m ₃ , más semejante a la de un combustible fósil.

Como puntualizado anteriormente el hidrógeno es un excelente combustible. Usado en la combustión directa en motores y turbinas, presenta características que lo hacen ideal pues posee una velocidad de combustión laminar de 3,5 m/s y una energía mínima de ignición de 0,011 MJ, valores muy ventajosos comparados con los del combustible fósil de aviación, los cuales son de 0,58 m/s y 0,24 MJ, respectivamente.

Por el contrario el amoníaco posee valores de 0,07 m/s y 8 MJ. Esto último hace que la combustión directa del amoníaco sea muy difícil de obtener en condiciones óptimas y por esto se está avanzando en la maduración de la combustión mixta de amoníaco e hidrógeno. Con esto se aprovecha la energía mixta que suministran ambos combustibles y se saca ventaja a las características particulares de cada uno.

En particular el hidrógeno puro, en una proporción adecuada, es responsable de iniciar y mantener la combustión, mientras que el amoniaco aporta una mayor relación de energía por unidad de volumen.

Por ejemplo, el sector de la automoción lleva años estudiando el uso combinado de amoníaco e hidrógeno para la combustión en motores, tanto de encendido por chispa como por compresión, en proporciones aún no concluyentes pero entorno al 90% amoníaco y 10% hidrógeno. Esto

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) representa que la necesidad de hidrógeno puro se reduce drásticamente y por otro lado el amoníaco a utilizar en esta combustión mixta se puede almacenar en estado líquido.

En el sector de la aviación, viendo los desafíos que representa el almacenamiento y utilización de hidrógeno, para su uso como combustible para la obtención de aeronaves con cero emisiones de carbono, se plantea como una alternativa muy interesante la combustión de una mezcla de amoníaco e hidrógeno.

En el caso de que esta combustión mixta de amoníaco e hidrógeno sea viable para aeronaves, la misma requerirá de almacenamiento y suministro de ambas especies a los dispositivos de combustión de dichas aeronaves.

En el almacenamiento, el objetivo debe ser el de permitir maximizar la densidad de energía, minimizando el volumen utilizado en la aeronave. En este sentido, cobran relevancia las condiciones físicas de las especies amoníaco e hidrógeno a almacenar y la localización en la aeronave de los dispositivos de almacenamiento, por tal de optimizar el volumen y la Carga de Pago.

En cuanto a las condiciones físicas, se debe tener en cuenta los diagramas de estado de las especies amoníaco e hidrógeno.

Por el lado del hidrógeno, hay una condición llamada supercrítica, en la que se combinan temperaturas criogénicas del orden de -250 °C, con presiones elevadas por ejemplo 200 bar. En estos valores el hidrógeno esta en un constante paso de líquido a gas, en el interior del dispositivo de almacenamiento. En estas condiciones se pueden conseguir densidades en el interior del dispositivo de almacenamiento del orden de 75 kg/m ₃ , superior incluso a la del hidrógeno líquido a baja presión (1 bar) y temperatura criogénica (-253 °C).

Para mantenerse la condición supercrítica se requiere un dispositivo de almacenamiento que sea capaz de resistir las presiones desarrolladas en su interior y que pueda mantener la temperatura criogénica del hidrógeno al momento del repostaje. Esta capacidad combinada se conoce como Periodo de Latencia, que es la resiliencia del dispositivo de almacenamiento para mantener el hidrógeno almacenado sin tener que expulsarlo al exterior, por seguridad, cuando sube demasiado la presión interior. El llamado venteo.

Por el lado del amoníaco, como ya se indicó anteriormente, según su diagrama de estado, se puede conseguir que esté en condición líquida a presión de 8,5 bar y temperatura ambiente, otorgando en este caso una

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) densidad de 650 kg/m ₃ . Adicionalmente, según el mismo diagrama de estado, se podrá mantener líquido en caso de que aumente la temperatura, siempre y cuando el dispositivo de almacenamiento pueda resistir el aumento de presión. Igualmente, si desde la condición inicial anterior, la temperatura desciende la presión necesaria para contenerlo líquido descenderá. Así por ejemplo si la temperatura de almacenamiento es -33 °C, entonces el depósito que contiene el amoníaco deberá soportar una presión aproximada de 1 bar.

Por tanto un dispositivo de almacenamiento que pueda contener al amoníaco en diferentes situaciones de presión temperatura permitirá aprovechar esa elevada densidad de este combustible, en su estado inicial líquido, aun cuando, de forma parcial, se vaya convirtiendo en gas.

La utilización de ambas especies mezcladas en la combustión para propulsión de aeronaves y almacenadas en dispositivos que permitan tanto la condición más ventajosa, líquida, en términos energéticos, como volumétricos de espacio en la aeronave, permitirá acelerar la implementación de una solución de combustible sostenible.

Dicha arquitectura de almacenamiento y distribución deberá proveer una resiliencia al cambio en las condiciones físicas externas al almacenamiento, manteniendo las condiciones internas sin pérdida de masa de combustible almacenada, excepto la que se vaya entregando al consumo del sistema de combustión y deberá permitir aprovechar al máximo el volumen para Carga de Pago, en la aeronave.

En estas condiciones el estado ideal de almacenamiento y distribución es, el de amoníaco líquido que no ocupe espacio extra en la aeronave y el de hidrógeno que se pueda hacer en condiciones supercríticas y de forma flexible en diferentes zonas de la aeronave. En esta configuración la aeronave no requeriría dimensiones extras. Adicionalmente, debido a esta mezcla de paquete energético, para una aeronave típica regional, el hidrógeno pasaría de un volumen del orden del 30% de la aeronave, a un 3 a 4% aproximadamente.

Esta configuración de almacenamiento y suministro de amoníaco líquido e hidrógeno supercrítico se podrá aplicar a otros medios de transporte, terrestre y marítimo.

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención se trata de un dispositivo de almacenamiento y distribución de amoníaco e hidrógeno, en circuito cerrado, y con alimentación externa mediante repostaje, cuando sea necesario. El dispositivo de almacenamiento y distribución de amoníaco e hidrógeno consiste en un subconjunto de almacenamiento de amoníaco y suministro de amoníaco e hidrógeno integrado en la estructura interior del ala de una aeronave y un subconjunto de almacenamiento de hidrógeno extraíble pudiendo instalarse en una zona exterior inferior del ala o en la zona trasera interior del fuselaje de una aeronave.

El subconjunto de almacenamiento y distribución de amoníaco e hidrógeno contendrá un dispositivo único o una serie de dispositivos interconectados, de almacenamiento de amoníaco de geometría adaptable . La elección de una configuración de dispositivo único o varios y la geometría, dependerá de las características globales de diseño del ala, en función del tipo de aeronave, de las necesidades energéticas de la aeronave y de las condiciones variantes de temperatura y presión de funcionamiento. El repostaje de los dispositivos de almacenamiento de amoníaco se realizará en la propia aeronave, mediante los medios adecuados, a través de un dispositivo de llenado integrado en los dispositivos de almacenamiento de amoníaco. Los dispositivos de almacenamiento de amoníaco serán de una configuración multi material, combinando materiales metálicos, con materiales basados en refuerzos de fibra y resinas, combinados con grafeno, y tendrán piezas de geometrías variadas, tales como costillas, largueros, larguerillos, pieles. Las piezas anteriores, combinadas, montadas y selladas darán lugar al espacio de confinamiento del amoníaco en el interior de ala. Esta combinación de materiales y geometrías permitirá crear los espacios de almacenamiento de amoníaco de volumen adaptable integrados en el ala. Igualmente, permitirán crear las condiciones de resistencia mecánica, química, de envejecimiento, y de resiliencia al cambio de condiciones externas, en particular temperatura y presión, para mantener almacenado el amoníaco en una combinación de estado líquidos y gaseoso. Los dispositivos de almacenamiento de amoníaco dispondrán, en su interior, de elementos calefactores que permitirán controlar la temperatura y presión interior y así la generación de amoníaco gaseoso. El amoníaco gaseoso generado se suministrará, hacia el circuito, por la propia presión interna de los depósitos. Por tal de mantener la seguridad de los dispositivos de almacenamiento de amoníaco, se contará con sensores de presión y temperatura en su interior, integrados durante la fabricación de los mismos, los cuales mediante medición combinada actuarán sobre una válvula de

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) alivio de presión. Dicha válvula, al abrirse, dejará escapar amoníaco, en el proceso llamado venteo, reduciendo así la presión interior de los depósitos a valores seguros por diseño.

El subconjunto de almacenamiento de hidrógeno podrá ser único, o una serie de los mismos. La elección de subconjunto único o una serie dependerá de las características globales de diseño de la aeronave y de su sistema de propulsión. Los subconjuntos de almacenamiento de hidrógeno serán extraíbles e intercambiables. Para ello dispondrán de un dispositivo de instalación y de extracción. Dicho dispositivo consistente en un componente de enganche solidario al depósito del subconjunto de almacenamiento de hidrógeno, que incluye una conexión rápida de hidrógeno y cableado de control. Y otro componente de enganche, uno por cada subconjunto, con posición de reposo normalmente cerrado, integrado en la aeronave donde ser instalará el subconjunto de almacenamiento de hidrógeno. En primer lugar se actúa sobre el componente de enganche integrado en la aeronave para abrirlo. En estas condiciones el subconjunto de almacenamiento de hidrógeno se desplaza al interior del componente de enganche integrado en la estructura de la aeronave. Una vez posicionado, en su posición final, y conectado el conectar de hidrógeno, así como el cableado de control al resto del sistema, se procede a actuar sobre el componente de enganche integrado en la aeronave para cerrarlo. Una vez cerrado el componente de enganche integrado en la aeronave, el subconjunto de almacenamiento de hidrógeno quedará fijado en la aeronave. De esta forma un ciclo de procedimiento será, apertura del componente de enganche integrado en la estructura de la aeronave, desplazamiento a su interior del subconjunto de almacenamiento de hidrógeno repostado, cierre del componente de enganche integrado en la estructura de la aeronave fijando subconjunto de almacenamiento de hidrógeno repostado, utilización de toda la carga del depósito de hidrógeno mediante la utilización de la aeronave, apertura del componente de enganche integrado en la estructura de la aeronave, retirada del subconjunto de almacenamiento de hidrógeno usado, nuevo comienzo de ciclo con un subconjunto de almacenamiento de hidrógeno repostado. La actuación del componente de enganche integrado en la estructura de la aeronave podrá ser por medios eléctricos, magnéticos, hidráulicos o manual mecánico. El repostaje del subconjunto de almacenamiento de hidrógeno se realizará en una ubicación remota de la aeronave. El repostaje del dispositivo de almacenamiento y distribución de hidrógeno se realizará mediante los medios adecuados, a través de un dispositivo de llenado integrado en el depósito del subconjunto de almacenamiento de hidrógeno. Dependiendo del tipo de aeronave, los subconjuntos de almacenamiento de

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) hidrógeno podrán instalarse exteriormente, en una zona debajo de las alas, o interiormente en la zona trasera del fuselaje de la aeronave. El dispositivo de enganche actuará de la misma forma en ambos casos.

El hidrógeno contenido en los subconjuntos de almacenamiento de hidrógeno estará en estado supercrítico, esto es una combinación de estado líquido y gaseoso a temperaturas criogénicas y presiones elevadas. Para mantener estas condiciones en el interior de los subconjuntos de almacenamiento de hidrógeno, la arquitectura de la configuración de los depósitos será multicapa y multi material. Esta arquitectura permitirá crear las condiciones de resistencia mecánica, química, de envejecimiento, y de resiliencia al cambio de condiciones externas, en particular temperatura y presión, para mantener almacenado el hidrógeno en estado supercrítico combinando estado líquidos y gaseoso. Así constará de una capa estructural formada por combinaciones de resinas y refuerzos de fibra que soportan la presión y temperatura interna y además combinación de materiales poliméricos y grafeno para evitar la permeabilidad del hidrógeno hacia el exterior. Otra capa de material en forma de espuma de celda abierta para evitar la licuefacción del aire en caso de pérdida de vacío. Otra capa de vacío y que contiene Aero gel y películas de aluminio, teniendo la funcionalidad de evitar la entrada de calor hacia el recipiente a presión. Otra capa con una configuración en sándwich estando formada por sendas paredes de láminas de aluminio e interior en estructura de celda cerrada de nido de abejas, otorgándole esto la funcionalidad estructural exterior para mantener el vacío. Una última capa que tiene la función de carenado exterior estructural y aerodinámico, estando formado por una combinación de resina y fibras de refuerzo, aunque también podrá ser metálica. La geometría de los subconjuntos de almacenamiento de hidrógeno será adaptable pudiendo adoptar formas circulares, ovaladas, rectangulares con esquinas redondeadas o multi lobular compleja. Esta geometría adaptable permitirá optimizar el espacio de almacenamiento, y la aerodinámica, en cada caso particular, según las necesidades del tipo de aeronave. Los subconjuntos de almacenamiento de hidrógeno dispondrán, en el interior de los depósitos, de elementos calefactores que permitirán controlar la generación de hidrógeno gaseoso y su presión. El hidrógeno gaseoso generado se suministrará, hacia el circuito, por la propia presión interna de los depósitos. Portal de mantener la seguridad de los subconjuntos de almacenamiento de hidrógeno, se contará con sensores de presión y temperatura en su interior, integrados durante la fabricación de los mismos, los cuales mediante medición combinada actuarán sobre una válvula de alivio de presión. Dicha válvula, al

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) abrirse, dejará escapar hidrógeno, en el proceso llamado venteo, reduciendo así la presión interior de los depósitos a valores seguros por diseño.

Un subconjunto de almacenamiento y distribución de amoníaco e hidrógeno y está interconectado a un subconjunto de almacenamiento de hidrógeno mediante una conexión rápida que permite extraer el hidrógeno del subconjunto de almacenamiento de hidrógeno y por una conexión eléctrica rápida que permite conectar el calefactor del interior del subconjunto de almacenamiento de hidrógeno a un control de calefacción presente en el subconjunto de almacenamiento y distribución de amoníaco e hidrógeno.

Para el suministro de amoníaco, a los dispositivos de combustión mixta, por el subconjunto de almacenamiento de amoníaco y distribución de amoníaco e hidrógeno circulará el amoníaco proveniente de los dispositivos de almacenamiento de amoníaco mediante elementos propios para amoníaco como canalizaciones, válvulas, reguladores de presión, reguladores de caudal. Se contará además con sensores que permitirán recabar datos y controlar el proceso de distribución de amoníaco. Para acondicionar el amoníaco se aprovechará el calor de perdida proveniente de los dispositivos de combustión mixta de la aeronave, mediante circuito propio.

Para el suministro de hidrógeno, a los dispositivos de combustión mixta, el subconjunto de almacenamiento de amoníaco y distribución de amoníaco e hidrógeno circulará el hidrógeno proveniente de los dispositivos de almacenamiento de hidrógeno mediante elementos propios para hidrógeno como canalizaciones, válvulas, reguladores de presión, reguladores de caudal. Se contará además con sensores que permitirán recabar datos y controlar el proceso de distribución de amoníaco. Para acondicionar el hidrógeno se aprovechará el calor de perdida proveniente de los dispositivos de combustión mixta de la aeronave, mediante circuito propio.

Por tal de realizar el control el dispositivo de almacenamiento y distribución de amoníaco e hidrógeno necesariamente tendrá, elementos tales como:

• en los circuitos de fluido: válvulas de apertura y cierre, válvulas de control proporcional, válvulas de alivio por venteo, etc.,

• en los circuitos eléctricos de control: unidad de control, interruptores, breakers, derivadores de corriente, control de potencia, etc.,

• en los circuitos de acondicionamiento: intercambiador de calor, bomba, válvulas, etc.,

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) habrá además una red de sensores, los cuales estarán integrados en componentes del dispositivo de almacenamiento y distribución de amoníaco e hidrógeno. Los sensores mencionados se integrarán en los componentes durante los procesos de fabricación de dichos componentes y permitirán medir parámetros tales como:

• en los circuitos de fluido: caudales, presiones, temperaturas, volúmenes, pesos, detección de presencia de gases...

• en los circuitos eléctricos de control: corriente, voltajes, potencias, energías consumidas,...

Los sensores podrán estar interconectados mediante direcciones IP, sea de forma cableada o inalámbrica, y posibilitarán la realimentación de información al dispositivo de control del sistema. El dispositivo de control estará formado por elementos de hardware y elementos de software que permitirán generar un sistema de control inteligente en el que, una capa de aprendizaje de máquina, basada en algoritmos de aprendizaje por refuerzo profundo, ira autoaprendiendo y pemitirá aumentar la eficiencia y madurez del sistema.

El control distribuido, tanto entre sistemas dentro del dispositivo, como con otros sistemas en dispositivos equivalentes, maximizará la utilización del la interconexión en la nube y la inteligencia artificial.

Igualmente, este concepto de control distribuido, pemitirá la aplicación de la tecnologías de ciberseguridad distribuida. Esto último permitirá implementar un sistema distribuido de almacenamiento de datos, mediante algoritmos de transmisión y validación por cadena de bloques, incrementando la seguridad de los mismos y siendo prácticamente inmune a ataques informáticos.

Con las condiciones previas descritas el dispositivo de almacenamiento y distribución de amoníaco e hidrógeno operará de la siguiente forma para el sistema de propulsión:

• El sistema de combustión del sistema de propulsión está adaptado para quemar una mezcla de amoníaco e hidrógeno

• El sistema de combustión del sistema de propulsión tiene un sistema inyector que permite la inyección mezclada de amoníaco e hidrógeno, conjuntamente con aire, sea a una cámara de combustión o a un quemador continuo.

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) • El sistema de inyección recibe amoníaco en las condiciones de presión, flujo y temperatura que se hayan fijado para el funcionamiento del sistema de propulsión.

• El sistema de inyección recibe hidrógeno en las condiciones de presión, flujo y temperatura que se hayan fijado para el funcionamiento del sistema de propulsión.

• El sistema de inyección recibe aire ambiente o acondicionado en las condiciones que se hayan fijado para para el funcionamiento del sistema de propulsión.

• Los elementos amoníaco, hidrógeno y aire ambiente se mezclan en las proporciones fijadas para el funcionamiento del sistema de combustión del sistema de propulsión.

• Esta mezcla se enciende por chispa, por compresión o por quemador en continuo.

• La combustión mixta de amoníaco e hidrógeno, con aire, en los dispositivos de combustión del sistema de propulsión genera las condiciones para que se pueda propulsar la aeronave mediante potencia mecánica o eléctrica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 presenta un esquema del dispositivo, en circuito cerrado, para el almacenamiento y suministro de amoníaco e hidrógeno en una aeronave, donde se representan los subconjuntos y componentes principales que lo integran, así como la disposición e interconexión de los mismos.

La Figura 2 presenta el dispositivo integrado, en parte, en el interior del ala de una aeronave e instalado, en parte, en la zona trasera interior del fuselaje de una aeronave.

La Figura 3 presenta el dispositivo integrado, en parte, en el interior del ala de una aeronave e instalado, en parte, en la zona inferior exterior de ala de una aeronave.

La Figura 4 presenta un modo de realización de la configuración multicapa y multimaterial del almacenamiento de hidrógeno del dispositivo.

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) La Figura 5 presenta modos de realización de la variación de la geometría de la sección transversal del depósito de hidrógeno del dispositivo.

La Figura 6 presenta instalación del dispositivo de almacenamiento de hidrógeno, cuando se instala en la zona posterior interior del fuselaje de una aeronave.

La Figura 7 presenta instalación del dispositivo de almacenamiento de hidrógeno, cuando se instala en la zona inferior exterior del fuselaje de una aeronave.

La Figura 8 presenta el dispositivo para el almacenamiento y suministro de amoníaco e hidrógeno en una aeronave y un modo de realización para la implementación del control adaptativo con inteligencia artificial por aprendizaje por refuerzo profundo, en el que el control auto aprende la mejor función de control, en función de los datos que recibe de sensores.

La Figura 9 presenta varias unidades controladoras inteligentes, como la de la Figura 8, interconectadas entre sí. Esta interconexión les permite recabar bidireccionalmente datos y auto aprender la función de control con datos provenientes de otros sistemas y condiciones de funcionamiento, formando todos una red de internet de las cosas inteligente y segura mediante validación conjunta de los datos.

EXPOSICIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCIÓN

Se centra la atención en la Figura 1 en donde se presenta un dispositivo 100 para el almacenamiento y suministro de amoníaco e hidrógeno para combustión mixta en propulsión de aeronaves, de acuerdo con una realización en la que está formado por un subconjunto 110 de almacenamiento de hidrógeno y un subconjunto 120 de almacenamiento de amoníaco y distribución de amoníaco e hidrógeno a los dispositivos de combustión de la aeronave.

El subconjunto 120 está formado por depósitos de amoníaco 1 , que forman parte integral de la arquitectura y estructura de las alas de la aeronave. Los depósitos de amoníaco 1 se caracterizan por tener un volumen interior y geometría adaptable. La geometría de los depósitos de amoníaco 1 se adaptará en función del diseño de las alas, de la necesidad de volumen de amoníaco para la aeronave y de las condiciones de presión y temperaturas necesarias durante las diferentes fases de la misión de la aeronave. Los depósitos de amoníaco 1 poseen un dispositivo de llenado 3, formado por

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) un canal 20 y una válvula de llenado 21. Los depósitos de amoníaco 1 poseen un medidor de temperatura interior 4 y una válvula de alivio para sobrepresiones 5, conectada al interior de los depósitos de amoníaco 1 , mediante canal 22. Igualmente se controla la presión en el interior de los depósitos de amoníaco 1 mediante el medidor de presión 6. Ante una combinación no deseada de temperatura y presión, la válvula de alivio para sobrepresiones interiores 5 actuará permitiendo la salida de amoníaco, por la propia válvula de sobrepresiones interiores 5, para reducir la presión interior de los depósitos de amoníaco 1 a valores seguros. El interior de los depósitos de amoníaco 1 poseen un dispositivo de calefactado 7, controlado por el dispositivo Control Calefactor 8, el cual permitirá variar la temperatura interior de los depósitos de amoníaco 1 , pudiendo de esta forma generar amoníaco gaseoso por aumento de forma controlada de la temperatura y presión. Utilizando la presión interna generada, el amoníaco gaseoso se auto impulsa y se envía mediante un canal 9 con ayuda de la válvula 10, verificando el valor de presión mediante el medidor 23. A la salida de la válvula 10, se canaliza el amoníaco por el canal 24, llegando así al intercambiador de calor 11 , el cual recibe además el flujo de perdida de calor desde los dispositivos de combustión 19, mediante canal 25, impulsado por la bomba 26, con ayuda de la válvula 27, y retorno por canal 28. La activación del intercambiador de calor 11 permitirá controlar la temperatura de suministro del amoníaco a los dispositivos de combustión 19. A la salida del intercambiador de calor 11 , se canaliza el amoníaco mediante canal 29, midiéndose tanto la temperatura como la presión del amoníaco, mediante medidor de presión 12 y medidor de temperatura 13. Por tal de controlar la presión de entrada del amoníaco, a los dispositivos de combustión 19, se dispone de un regulador de presión 14 verificando la presión, a la salida del regulador de presión 14, mediante el medidor de presión 15. Se canaliza el amoníaco, mediante canal 30, llegando al regulador de caudal másico de amoníaco 16, el cual regula el caudal másico a suministrar a los dispositivos de combustión 19. A la salida del regulador de caudal másico 16, se verifica el flujo másico obtenido, mediante el medidor de flujo másico 17 y se canaliza el amoníaco por el canal 31. El canal 31 se bifurca mediante un colector 83 en múltiples canales 32, 33, 84. La cantidad de salidas 84 del colector 83 dependerá de la cantidad de dispositivos de combustión 19 a alimentar con amoníaco. En el modo de realización presentado, se canaliza el amoníaco gaseoso por el canal 32, para pasar por la válvula 18 y alimentar finalmente el dispositivo de combustión 19. Se canaliza el amoníaco gaseoso por el canal 33, para pasar por la válvula 34 y alimentar finalmente el dispositivo de combustión 19.

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) El subconjunto 110 es extraíble, puede estar instalado en la zona interior trasera del fuselaje, o en la zona inferior externa del ala, o en ambas, de una aeronave. Se conecta con el subconjunto 120 mediante el canal 81 y los conectares 80 ubicado en el subconjunto 110 y 87 ubicado en el subconjunto 120. Por esta conexión fluye el hidrógeno almacenado en el subconjunto 110. Se conecta el subconjunto 110 mediante el cableado y conectar 82 y su contraparte 88 en el subconjunto 120. La conexión de 82 con 88 provee energía a los elementos calefactores 42 ubicados en el subconjunto 110. El subconjunto 110 está formado por un depósito de hidrógeno 2 el cual se caracteriza por tener un volumen interior y geometría adaptable en función del diseño aerodinámico exterior, necesario para el subconjunto 110, cuando se instala en la superficie exterior inferior del ala de una aeronave. El depósito de hidrógeno 2 posee un dispositivo de llenado 35, formado por un canal 36 y una válvula de llenado 37. El depósito de hidrógeno 2 posee un medidor de temperatura interior 38 y una válvula de alivio para sobrepresiones 39, conectada al interior del depósito de hidrógeno 2, mediante canal 40. Igualmente se controla la presión en el interior del depósito de hidrógeno 2 mediante el medidor de presión 41. Ante una combinación no deseada de temperatura y presión, la válvula de alivio para sobrepresiones interiores 39 actuará permitiendo la salida de hidrógeno, por la propia válvula de sobrepresiones interiores 39, para reducir la presión interior del depósito de hidrógeno 2 a valores seguros. El interior del depósito de hidrógeno 2 posee un dispositivo de calefactado 42, controlado por el dispositivo Control Calefactor 43, ubicado en el subconjunto 120, el cual permitirá variar la temperatura y presión interior del depósito de hidrógeno 2, pudiendo de esta forma generar hidrógeno gaseoso. El hidrógeno generado se auto impulsa, mediante la presión interna del depósito, siendo canalizado mediante un canal 81 y pasando a través de la conexión 80 y 87, pasando por canal 44 con la ayuda de la válvula 46, verificando el valor de presión mediante el medidor 45. A la salida de la válvula 46, se canaliza el hidrógeno por el canal 47, llegando así al intercambiador de calor 48, el cual recibe también el flujo de perdida de calor desde los dispositivos de combustión 19, mediante canal 49, impulsado por la bomba 50 y con ayuda de la válvula 51 , y retorno por canal 52. La activación del intercambiador de calor 48 permitirá controlar la temperatura de suministro del hidrógeno a los dispositivos de combustión 19. A la salida del intercambiador de calor 48, se canaliza el hidrógeno mediante canal 53, midiéndose tanto la temperatura, como la presión del hidrógeno mediante medidor de presión 54 y medidor de temperatura 55. Para poder controlar la presión de entrada del hidrógeno, a los dispositivos de combustión 19, se

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) dispone de un regulador de presión 56, verificando la presión de salida del regulador de presión 56, mediante el medidor de presión 57. Se canaliza el hidrógeno, mediante canal 58, llegando al regulador de caudal másico 59, el cual regula el caudal másico de hidrógeno a suministrar a los dispositivos de combustión 19. A la salida del regulador de caudal másico 59, se verifica el flujo másico obtenido, mediante el medidor de flujo másico 60 y se canaliza el hidrógeno por el canal 61. El canal 61 se bifurca mediante un colector 85 en múltiples canales 62, 63, 86. La cantidad de salidas 86 del colector 85 dependerá de la cantidad de dispositivos de combustión 19 a alimentar con hidrógeno. En el modo de realización presentado, se canaliza el hidrógeno por el canal 62, para pasar por la válvula 64 y alimentar finalmente el dispositivo de combustión 19. Se canaliza el hidrógeno por el canal 63, para pasar por la válvula 65 y alimentar finalmente el dispositivo de combustión 19.

Se centra ahora la atención en la Figura 2 de acuerdo a de modo de realización en donde el dispositivo 100 está integrado en una aeronave 66, donde el subconjunto 120 está integrado formando parte del ala 77 y el subconjunto 110 está instalado en la parte interior trasera del fuselaje de la aeronave 66. Los subconjuntos 120 y 110 trabajan de forma coordinada para suministrar amoníaco e hidrógeno a los dispositivos de combustión 19. La energía combinada aportada por el amoníaco e hidrógeno genera, mediante combustión, en los dispositivos de combustión 19 la potencia de propulsión necesaria para la operación de la aeronave para desarrollar su misión.

Se centra ahora la atención en la Figura 3 de acuerdo a un modo de realización en donde el dispositivo 100 está integrado en una aeronave 66, donde el subconjunto 120 está integrado formando parte del ala y el subconjunto 110 está instalado en la parte inferior exterior del ala 77 de la aeronave 66. Los subconjuntos 120 y 110 trabajan de forma coordinada para suministrar amoníaco e hidrógeno a los dispositivos de combustión 19. La energía combinada aportada por el amoníaco e hidrógeno genera, mediante combustión, en los dispositivos de combustión 19 la potencia de propulsión necesaria para la operación de la aeronave para desarrollar su misión.

Se centra ahora la atención en la Figura 4, en donde se ha representado el depósito de hidrógeno 2 del dispositivo 100 de almacenamiento y suministro de amoníaco e hidrógeno, con detalles de la configuración multicapa, de acuerdo a modo de realización que tiene por finalidad permitir el cumplimiento de las funciones estructurales y de aislamiento térmico. Así, la capa 67 más interna es la de resistencia estructural y la que mantiene el confinamiento, teniendo por tanto muy baja permeabilidad de hidrógeno,

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) fabricada en materiales resistentes y ligeros como una combinación de fibras de refuerzo y resina cargados con combinaciones de materiales como el grafeno de muy baja permeabilidad al hidrógeno. Otra capa 71 , la más exterior, fabricada en metal como el aluminio o material a base de resinas y fibras de refuerzo, tiene la función de carenado resistente aerodinámico. Una capa interior 69, a la que se le ha practicado vacío y puede contener películas de aluminio y Aero geles, tiene por finalidad minimizar la transferencia de calor desde el exterior hacia el espacio de confinamiento de hidrógeno. Otra capa interior 68, fabricada en espuma de celda abierta, tiene la función de evitar la licuefacción del aire en caso de pérdida de vacío. Una capa 70, fabricada en configuración de nido de abeja en sándwich, tiene la función de mantener la capa de vacío, frente a la presión exterior. Todas las capas en su conjunto permiten almacenar hidrógeno en estado supercrítico con un período de latencia largo, en comparación con la misión de la aeronave.

Se fija ahora la atención en la Figura 5 en la que se representan modos de realización de la sección transversal del depósito de hidrógeno 2. Un modo de realización 72 de sección cilindrica. Otro modo de realización 73 sección rectangular con las esquinas redondeadas para minimizar las concentraciones de tensiones. Un modo de realización 74 de sección ovalada. Otro modo de realización 75 de sección lobular, a partir de la combinación de secciones cilindricas. Un modo de realización 76 de sección lobular compleja, por combinación múltiple de secciones cilindricas, para optimizar la relación volumen versus concentración de tensiones, comparada con una sección totalmente rectangular. El modo de realización a seleccionar para el dispositivo 100 dependerá de la configuración de la aeronave.

Se centra ahora la atención en la Figura 6, que presenta el modo de realización del dispositivo de anclaje 93 para la instalación y desinstalación del subconjunto 110 en un área interior trasera del fuselaje de una aeronave 66. El proceso comienza con la introducción del subconjunto 110 en la zona trasera interior del fuselaje de una aeronave 66, para lo cual se accede por una puerta 91 fabricada, con este fin, con una combinación de metal y de fibras de refuerzo y resinas. El subconjunto 110 posee un componente 78 que forma parte integral del subconjunto 110. Este componente 78 forma parte del dispositivo de anclaje 93. La aeronave 66, posee un suelo reforzado 92, fabricado con una combinación de metal y de fibras de refuerzo y resinas. En este suelo reforzado 92 es donde se integra un componente 79 del dispositivo de anclaje 93. La posición de reposo del componente 79 es normalmente cerrada. En una operación de instalación del subconjunto 110,

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) el componente 79, se abre. Esta apertura se puede generar mediante actuación, eléctrica, magnética, hidráulica o manual mecánica. Una vez abierto el componente 79, el componente 78 integrado al subconjunto 110 se desliza, vertical u horizontalmente, al interior del componente 79, finalizando su posicionamiento cuando las conexiones de salida de hidrógeno 80 y de calefactado 88, del subconjunto 110, están conectadas al dispositivo 120. Una vez que el componente 78 ha finalizado su posicionamiento, se procede al cierre del componente 79 retirando el medio de actuación eléctrica, magnética, hidráulica o manual mecánica que lo mantenía abierto. En este caso el componente 79 se cierra y atrapa al componente 78 con una fuerza calculada por diseño, según la operativa de la aeronave. El hidrógeno contenido en múltiples subconjuntos 110, fluye mediante las canalizaciones 89 y 90 hacia los dispositivos de combustión mixta 19 instalados, en este modo de realización, en las alas 77 de la aeronave 66. El proceso de desmontaje del subconjunto 110 es inverso al proceso de instalación descripto. Se procede inicialmente a aplicar el medio de actuación eléctrica, magnética, hidráulica o manual mecánica para abrir el componente 79, a continuación el componente 78 integrado al subconjunto 110 se desliza, vertical u horizontalmente, al exterior del componente 79, finalizando su posicionamiento cuando las conexiones de salida de hidrógeno 80 y de calefactado 88, del subconjunto 110, están desconectadas del subconjunto 120. A continuación se procede al cierre del componente 79 retirando el medio de actuación eléctrica, magnética, hidráulica o manual mecánica que lo mantenía abierto. Se procede a retirar el subconjunto 110 de la aeronave 66, por la puerta 91 , y se traslada a una zona remota lejos de la aeronave 66 para su repostaje, independizando la aeronave 66 del proceso de recarga del subconjunto 110.

Se centra ahora la atención en la Figura 7, que presenta el modo de realización del dispositivo de anclaje 93 para la instalación y desinstalación del subconjunto 110 en un área inferior del ala 77 de una aeronave 66. El proceso comienza con el posicionamiento del subconjunto 110 en la zona inferior del ala 77 de una aeronave 66, para lo cual se utilizan medios de posicionamiento y elevación adaptados de precisión 94, fabricados con este fin. El subconjunto 110 posee un componente 78. Este componente 78 forma parte del dispositivo de anclaje 93. La aeronave 66, posee una zona inferior reforzada del ala 77, fabricada con una combinación de metal y de fibras de refuerzo y resinas. En esta zona reforzada del 77 es donde se integra un componente 79 del dispositivo de anclaje 93. La posición de reposo del componente 79 es normalmente cerrada. En una operación de instalación del subconjunto 110, el componente 79, se abre. Esta apertura se puede

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) generar mediante actuación, eléctrica, magnética, hidráulica o manual mecánica. Una vez abierto el componente 79, el subconjunto 110 con el componente 78 integrado se posiciona mediante los medios de posicionamiento y elevación adaptados de precisión 94 y se desliza, vertical u horizontalmente, al interior del componente 79, finalizando su posicionamiento cuando las conexiones de salida de hidrógeno 80 y de calefactado 88, del subconjunto 110, están conectadas al dispositivo 120. Una vez que el subconjunto 110, mediante su componente 78 ha finalizado su posicionamiento, se procede al cierre del componente 79 retirando el medio de actuación eléctrica, magnética, hidráulica o manual mecánica que lo mantenía abierto. En este caso el componente 79 se cierra y atrapa al componente 78 con una fuerza calculada por diseño, según la operativa de la aeronave. Se retiran los medios de posicionamiento y elevación adaptados de precisión 94. El hidrógeno contenido en múltiples subconjuntos 110, fluye mediante las canalización 89 hacia los dispositivos de combustión mixta 19 instalados, en este modo de realización, en las alas 77 de la aeronave 66. El proceso de desmontaje del subconjunto 110 es inverso al proceso de instalación descripto. Se procede inicialmente a aplicar el medio de actuación eléctrica, magnética, hidráulica o manual mecánica para abrir el componente 79, a continuación el componente 78 integrado al subconjunto 110 se desliza, vertical u horizontalmente, al exterior del componente 79, finalizando su posicionamiento cuando las conexiones de salida de hidrógeno 80 y de calefactado 88, del subconjunto 110, están desconectadas del subconjunto 120 y se ha colocado en modo seguro el subconjunto 110 en los medios de posicionamiento y elevación adaptados de precisión 94. A continuación se procede al cierre del componente 79 retirando el medio de actuación eléctrica, magnética, hidráulica o manual mecánica que lo mantenía abierto. Se procede a retirar el subconjunto 110 de la aeronave 66, mediante los medios de posicionamiento y elevación adaptados de precisión 94 y se traslada el subconjunto 110 para su repostaje en una zona remota de la aeronave 66, independizando la aeronave 66 del proceso de repostaje del subconjunto 110.

Se fija ahora la atención en la Figura 8 donde se representa el dispositivo 100 para el almacenamiento y suministro de amoníaco e hidrógeno y una unidad inteligente de control 200. La unidad 200 controla el funcionamiento del dispositivo 100 mediante la recepción de valores de medición de los sensores del dispositivo 100 y el estado de los elementos de actuación del dispositivo 100, mediante la conexión 201. La unidad 200 posee algoritmos de inteligencia artificial por aprendizaje de máquina por refuerzo profundo. Estos algoritmos permiten al control 200 auto aprender para definir por sí

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HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) mismo los parámetros óptimos de control, en cada situación de funcionamiento, generando así un control óptimo adaptativo. Estos parámetros de control óptimos son enviados a los elementos de actuación del dispositivo 100, mediante la conexión 202.

Se fija la atención ahora en la Figura 9 donde se muestra la unidad inteligente de control 200 que puede intercambiar información bidirectonal con una red de controladores 200’, mediante conexiones 203. Esta configuración permite tener una red de controladores que comparten datos de señales de entrada y salida con el fin de llevar a cabo procesos de autoaprendizaje y mejoras de la estabilidad del control de todos los dispositivos 100 que se encuentran regulados por la red de unidades inteligentes, en un proceso de auto aprendizaje multiagente. Funcionando con tecnología de cadena de bloques, la arquitectura evita la utilización de un almacenamiento central de datos y distribuye la misma información entre todos los computadores de la red de control 200 y 200’ maximizando la seguridad y la resiliencia del almacenamiento de datos del sistema, ya que para aceptar el almacenamiento de un dato 204, toda la red de controladores ha de validarlos mediante la verificación de una encriptación que debe ser la misma desde el principio al fin de la cadena de controladores.

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