En muchos procesos productivos se tienen pérdidas de energía, que se pueden clasificar en Energía Térmica (asociada a altas y bajas temperaturas). Energía Química (asociadas a basuras municipales o combustibles) o Energía Mecánica (asociada a altas presiones y movimiento).

Si bien existen múltiples técnicas para recuperar dichas pérdidas (Waste Energy Recovery) y en particular para las pérdidas en Energía Térmica que están presentes en Fundiciones de Metales y Hornos, esta invención proporciona un sistema de recuperación de pérdidas en calor (Heat Recovery), escalable, con unidades de recuperación de calor (conversión de calor en energía eléctrica) que proporcionen energía eléctrica para alimentar un electrolizador de hidrógeno.

Este sistema es una solución de poca interferencia en la infraestructura de un proceso productivo, y que permite almacenar y trasladar energía en forma de hidrógeno líquido.

Históricamente las soluciones tradicionales, consideran conducir los gases calientes hacia un punto de concentración, punto en el cual. dicho calor se convierte en electricidad utilizando técnicas tradicionales, como, por ejemplo, transfiriendo el calor a agua, el vapor obtenido de dicha transferencia, se emplea como fuerza motriz para una turbina. Se tiene, además, que el transporto do gases calientes on procesos productivos, incrementan su complejidad dependiendo do l a composición do dichos gases, muchas voces con alto poder corrosivo, como también incrementan su complejidad dada la presión asociada a los gases. Por otro lado, la inserción de dispositivos en las tuberías de transporte de gases implica diferentes niveles de complejidad, dependiendo del poder corrosivo de los gases y de la generación de incrustaciones en el punto de inserción, en algunos casos de cristalizaciones y en otros de incrustaciones metálicas.

El empleo de tecnologías del hidrógeno implica un cambio en cómo se utiliza la energía, puesto que presenta mejores eficiencias y una drástica reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Por esta razón se busca integrarlo con fuentes de energía renovable, o con fuentes de energías desechadas.

Una de las propiedades importantes del hidrógeno es la energía específica de su combustión. Su valor es de I2Ü MJ/kg en comparación con 5Ü MJ/kg del gas natural o con 44,6 MJ/kg del petróleo. Esto se contrapone a la baja densidad que presenta tanto como gas como licuado . a las dificultades de almacenamiento y al transporte.

No obstante, su capacidad de ser almacenado I e hace apropiado como complemento de algunas energías renovables que funcionan intermitentemente o son irregulares como la cólica o la solar.

Este trabajo as diferente al do las patentes de invención

U S 10539 D 45 B 2 y US8.726.66I. En la primera so tiene un sistema para recuperación y conversión de la energía térmica producida en las plantas de procesos pirometalúrgicos, en energía en eléctrica. Conformado por al menos una cámara de transferencia de calor, que a la vez está compuesta por una sección de interfaz a los gases, para independizar al subsistema del poder corrosivo y de generación de incrustaciones de los gases de la fuente o ducto de calor. La energía calórica es convert ida en energía mecánica por medio de un motor tipo Stirling; dicha energía mecánica obtenida por dicho motor Stirling, la convierte en energía eléctrica mediante el uso de un conversón mecánico -eléctrico.

Mientras que en la patente de invención US8.72B.BB1 se usa un sistema de postratamiento de gases de escape para tratar una corriente de alimentación de gases de escape de un motor de combustión interna que incluye un convertidor catalítico, un circuito fluídico y un motor Stirling. El motor Stirling está configurado para transformar la energía térmica de un intercambiador de calor de fluido de trabajo en energía mecánica que es transferible a un motor / generador eléctrico para generar energía eléctrica. El motor Stirling está configurado para transformar la energía mecánica del motor / generador eléctrico en energía térmica transferible al intercambiador de calor del fluido de trabajo.

Cómo se mencionó; en la presente invención se elabora un sistema que, ademós de generar energía eléctrica al extraer energía de procesos pirometalúrgicos, está se almacena como hidrógeno, al mismo tiempo que se obtiene oxígeno como subproducto . Asimismo, el presente sistema a diferencia de los anteriormente presentados incluye un proceso de recuperación de calor, mediante subsistemas de retroalimentación basados en módulos termoeléctricos. Por lo que el sistema en conjunto tiene una finalidad y una metodología distinta para generar energía.

En lo quo se refiere al uso de la energía termosolar para la producción de hidrógeno, podemos citar la patente CNII0093BI8, en la que se tiene un dispositivo de producción de hidrógeno por agua de electrólisis fototérmica distribuida y un sistema de pila d e combustible de hidrógeno, que se caracteriza por incluir una máquina Stirling tipo plato, una bomba de agua, una celda de electrólisis y un separador de hidrógeno , Almacenamiento de hidrógeno, pila de combustible de hidrógeno, convertidor CC (Corriente Continua) / CC unidireccional, convertidor CC / CC bidireccional, batería e inversor CC / CA (Corriente Alterna) .

Se utiliza Helio o hidrógeno cómo gas de trabajo en el motor Stirling. El separador de hidrógeno se usa para separar hidrógeno y vapor de agua, ya que parte del gas mezclado no participa en la reacción de electrólisis del vapor de agua, la separación es conveniente para la purificación y el almacenamiento de hidrógeno, el que se lleva a cabo en un estanque a alta presión, entre 70 MPa y 140 MPa.

El método de trabajo del dispositivo de producción de hidrógeno por agua de electrólisis fototórmica distribuida y el sistema de pila de combustible de hidrógeno es el siguiente: la bomba inyecta agua en la máquina Stirling tipo plato, el gas de trabajo se calienta reuniendo luz solar. El intercambio de calor calienta el agua en vapor a alta temperatura y genera energía eléctrica al mismo tiempo; introduce vapor a alta temperatura en el cátodo de la celda electrolítica, y usa una pequeña cantidad de energía de la batería o energía residual del sistema para la electrólisis, obteniendo un gas mixto, que se separa y purifica mediante un separador de hidrógeno. El hidrógeno es almacenado, mientras que el vapor de agua se devuelve al disco de la máquina Stirling para su reciclaje; el hidrógeno se transporta desde el almacenamiento de hidrógeno al ánodo de la celda de combustible de hidrógeno, y la energía química del combustible de hidrógeno se convierte en energía eléctrica a través de una reacción electroquímica. Parte de la energía eléctrica producida por la celda de combustible de hidrógeno llega al extremo de la carga a través del convertidor DC / DC unidireccional y el inversor DC / AC, y la otra parte ingresa a la batería a través del convertidor DC / DC bidireccional.

Sin embargo, al contrario que en la presente invención, no se utilizan módulos termoeléctricos. ni S B mencionan dispositivos orientados a la retroalimentación de energía para aumentar la eficiencia del sistema. Por otro lado, el sistema de la patente mencionada aprovecha la energía solar por lo que no es aplicable para resolver la problemática de la utilización de energía de desecho de fuentes pirometalúrgicas.

Otra patente que produce hidrógeno a partir de energía calórica es la CN2D997BBB9, la que se refiere a un sistema de mejora de la eficiencia de un motor de combustión interna, para generar hidrógeno a partir de la energía de los gases de escape de un vehículo. La invención impulsa un generador Stirling para que actúe mediante el calor generado por la combustión. El generador Stirling proporciona energía eléctrica para la electrólisis del agua. Además, cuenta con un rectificador para rectificar la salida de corriente eléctrica del generador Stirling, para generar voltaje de corriente continua que alimenta un baño de electrólisis de agua para formar productos de electrólisis, hidrógeno y oxígeno. El sistema también comprende un condensador que se usa para reutilizar productos del motor de combustión interna, para complementar el agua consumida por la reacción de electrólisis.

Nuevamente, no se mencionan subsistemas de retroalimentación basados en dispositivos termoeléctricos o similares. Por otro lado, al tratar con gases de escape de motores de combustión interna, no se resuelve la problemática de aprovechar el calor generado en gases de procesos pirometalúrgicos, el cuál presenta otros desafíos cómo, trabajar con temperaturas y flujos mayores del gas, y con compuestos más corrosivos.

También, se pueden señalar las patentes US904D012B2, ESD315385 y U S 201 D D 258449 que muestran sistemas para la producción de hidrógeno, no obstante, estos sólo comprenden lo que sería la fase del electrolizador de la invención, por lo que no resuelven las mismas problemáticas. Cabe señalar que los documentos US904DD12B2 y U S 2010 O 258449 pueden incorporar una alimentación de energía con fuentes renovables, pero estas corresponden a fuentes solar y mareomotriz, respectivamente. Lo que reafirma el hecho de que no responde al mismo campo y problemática que la presente invención. Asimismo, las patentes US20080041054 y CN10BI88I99 dan cuenta de sistemas de producción hidrógeno alimentados por ciclos de motor Stirling u otros similares, pero al igual que los mencionados en el párrafo anterior, utilizan fuentes solares en lugar de emisión de procesos metalúrgicos y tampoco cuentan con etapas de retroalimentación energética como las señaladas en la presente invención .

Además de los ya mencionados documentos del estado de la técnica, existe la patente ES2742B23, la que se refiere a una planta de producción de potencia para satisfacer necesidades energéticas de una industria, entendiéndose como cualquier proceso o actividad demandante de energía. Adicionalmente, la planta puede generar potencia exclusivamente para venta, sin ninguna industria asociada. Esta pla nta se caracteriza por aunar tres rasgos diferenciadores:

Uso de fuentes de energía renovables, proceso sin emisión de gases de efecto invernadero, ni contaminación térmica.

2. Capacidad de almacenamiento y gestión de energía mediante producción de hidrógeno por electrólisis. Consiguiendo densidades energéticas no alcanzadas por tecnologías basadas únicamente en baterías convencionales.

3. Uso do sinergias para aumentar la producción de energía eléctrica y producir adicionalmente energía térmica y otros productos aprovechables en la industria.

La planta cuenta con un bloque de generación de potencia basado en energía solar fot ovoltaica que puede estar apoyado por energía eólica, la producción de potencia cedida por este bloque se ve incrementada debido a los sistemas de recuperación de calor residual, que aprovechan fuentes de energía térmica a una determinada temperatura para producir potencia eléctrica por medio de motores Stirling y adicionalmente pueden producir calor útil a una temperatura menor que la temperatura de entrada para ser aprovechado en otro proceso. Estos sistemas de recuperación de calor residual pueden alimentarse ccoonn calores producidos en la propia planta O en la industria que la planta está abasteciendo y los calores útiles que se producen en estos sistemas pueden aprovecharse en la industria produciendo sinergias. La planta cuenta con un sistema de almacenamiento de energía basado en el hidrógeno que permite hacer una gestión del eficiente de la energía debido a capacidades de almacenamiento superiores a sistemas basados únicamente en baterías convencionales.

De acuerdo con el estado de la técnica, resulta evidente que, si bien la utilización de módulos termoeléctricos para la recuperación de energía es conocida en varios campos de la técnica, no ha sido utilizado en sistemas o procesos de producción de hidrógeno tal como es planteado en esta patente. La realimentación de energía para incrementar su eficiencia es un elemento característico de la invención y para ello incluimos un dispositivo diseñado para la adecuación de niveles de voltaje, transformación a voltaje alterno y sincronización con los voltajes y corrientes que energizan al sistema descrito. BREVE DESCRIPCIÚN DE LAS FIGURAS

Para comprender mejor la invención, sistema para producción circular de hidrógeno y oxígeno con retroalimentación de residuos de energía térmica, recuperados en la etapa del motor Stirling y en la etapa de electrólisis, lo describiremos en base a las figuras esquemáticas de esta invención, sin que ello signifique restringirla a similitudes obvias que pudiesen surgir.

La Figura I, muestra un resumen esquemático de la representativa general del sistema. En ella se muestra cada uno de los subsistemas, y cada una de las etapas de generación de electricidad, producción de hidrógeno, captura de calor y adecuación de este. En verde se establecen las etapas de retroalimentación, que buscan aumentar la eficiencia del sistema, al reutilizar el calor residual de las distintas etapas del proceso.

La Figura 2, muestra una representación esquemática de los subsistemas de retroalimentación basadas en módulos termoeléctricos.

Se puede observar la disposición del elemento adecuador ( a) el cual recibe la energía calórica (d) y se la entrega al dispositivo termoeléctrico (b), produciendo energía eléctrica (e). El mismo tiene un elemento disipador (c) de calor que mejora la eficiencia del conjunto. El esquema es válido para ambas etapas de retroalimentación puesto que sólo cambian las fuentes de calor, pudiendo aprovecharse tanto calores superficiales de las máquinas, como el de los fluidos de estas, por medio de adecuadores intercambiadores de calor. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

En atención a las figuras I y 2, la invención aborda directamente el problema de eficiencia energética mediante un "proceso y sistema para la producción circular de hidrógeno y oxígeno con retroalimentación de residuos de energías térmicas".

Más específicamente la invención consiste en un sistema compuesto por subsistemas que transforman la energía calórica residual en energía eléctrica para operar un electrolizador de hidrógeno, como por ejemplo de un proceso pirometalúrgico (Fundición). Asimismo, el proceso cuenta con dos etapas de retroalimentación de calor, a) sistema que aprovecha el calor emanado desde la conversión primaria de energía, ya sea por contacto directo o por intercambiador de calor con fluido refrigerante y b) utilizando el calor emanado desde un electrolizador de hidrógeno. Para las etapas a) y b) se realiza la conversión en energía eléctrica por medio de celdas termoeléctricas o similares donde se consideran los siguientes elementos básicos:

El suministro de calor primario (I), ya sea por proceso pirometalúrgicos (IA), plantas auxiliares dónde exista calor residual, o equipos termosolares (IB), o similares; un medio o elemento de adecuación de calor primario (2), el que consiste en superficies extendidas de materiales resistentes a la abrasión o al estrés térmico. dependiendo del tipo de suministro de calor, que permite mantener y capturar el calor residual y transmitirlo, luego un converson de calor primario a energía mecánica (3), mediante un motor Stirling (3a); un generador primario de conversión de energía mecánica a eléctrica (4); un sistema de retroalimentación de calor secundario (5), compuesto por un elemento de adecuación del calor perdido en etapa de conversión primaria y un conversón de calor residual secundario (B), el cual consistente en una interfaz de un promotor térmico, dígase pasta térmica u otros similares, y/o una superficie extendida sobre el que se monta un elemento capaz de convertir el calor perdido por el motor Stirling (3a) en energía eléctrica mediante un dispositivo TEG (Ba) (módulo termoeléctrico) o similares; concentrador y adecuador de niveles de energía eléctrica, por medio de un regulador de voltaje, el cual hará acopio de la energía eléctrica generada po r el conversón primario (3) o motor Stirling (3a) y por los retroalimentadores (concentrador y adecuador de energía eléctrica) (7); los cuales S B conectan a un electrolizador de hidrógeno (8), provisto con un sistema de retroalimentación terciario (10), compuesto por el adecuador de calor residual (equivalente al converson secundario (B)) y adecuación de calor residual terciario (9) y el conversón terciario basado aenn módulos termoeléctricos o similares (10), el que aprovecha el calor residual de dicho electrolizador de hidrógeno (8); el cual se conecta con un subsistema, el cual está conformado por presurizado de H2 (II) y un presurizador de 02 (12), un dispensador de H2 (13), y un disipador de 02 (14); asimismo presenta un suministro de agua (15), para el electrolizador de hidrógeno (8); y un sistema de adecuación y filtros, pudiendo ser preferentemente equipos de purificación vía osmosis o filtros industriales o similar (IB) para el agua de alimentación (15). De esta forma, uno o varios subsistemas de generación se instala n en diferentes puntos del proceso productivo, es decir, en forma distribuida, generando hidrógeno i distintas fuentes de energía calórica, dejándolo disponible para su distribución a los diferentes procesos, plantas, o máquinas.

El sistema para recuperación y conversión de la energía térmica, producida en las plantas de procesos pirometalúrgicos, está conformado por al menos un conversón de calor primario (3) a energía mecánica, que a la vez está compuesta por una sección de adecuación del calor de superficies extendidas, resistentes a la abrasión y al estrés térmico, embebidas en el ducto del proceso pirometalúrgicos o una cámara de transferencia de calor (2) o similares, se conecta con un motor Stirling (3a) o similares y un generador eléctrico primario (4), dicho sistema de adecuación de calor (2) cuenta con características propias al entorno del que se extraerá el calor, siendo los metales resistentes a la corrosión y temperatura del medio, con esto se evita la generación de incrustaciones debido a los gases de la fuente de calor, los que impactan de manera negativa a la transferencia de calor. Este adecuador de calor (2) corresponde a un anillo de soporte (4a) (según figura 3) o similares, que permite mantener conectado mecánicamente el subsistema adecuador de calor con la tubería (5a) (según figura 3) del proceso pirometalúrgico.

La energía eléctrica producida en el generador primario (4) es adecuada en un sistema separador en el adecuador de energía eléctrica (7), el cual además recibe la electricidad generada por las etapas de ret ro a I i m e nt a c i ú n (B) y (10) . El sistema alimenta eléctricamente al electrolizador de hidrógeno (8).

Se tienen dos sistemas de retroalimentación, el primero abocado a adecuar y convertir la energía térmica residual del conversor primario (3), ya sea el emanado por la superficie de la maquinaria o por el calor capturado por los fluidos de los sistemas de refrigeración propios de estas unidades. El segundo sistema de retroalimentación se dedica a adecuar y transforma el calor disipado por el electrolizador de hidrógeno (8). En ambos casos (Conversor primario y secundario) se utilizan dispositivos termoeléctricos (TEB) (Ba) o similares para la producción de electricidad, de acuerdo con lo representado en la figura 2.

El sistema de producción de hidrógeno cuenta a su vez con un conjunto de subsistemas, siendo el principal el electrolizador de hidrógeno (8) dónde se lleva a cabo la hidrólisis. Puesto que se necesita agua sin durezas o contaminada, se tiene una etapa de f iltración (IB) y adecuación del suministro de agua (15). Finalmente, se tiene un sistema de presurizado para almacenar en un menor volumen el hidrógeno (II) y oxígeno (12) generados en el electrolizador. Además, cuenta con un sistema dispensadores de hidrógeno (13) y de oxígeno (14) de los mismos para su uso posterior.

A continuación, se detallan los elementos del sistema para un proceso pirometalúrgico:

1.- Adecuación da calor primario (2), compuesta a su vez por dos secciones; a) Interfaz a los gases constituido por superficies extendidas para favorecer el flujo de energía térmica, con características de materiales y diseño físico adecuadas, para independizar al subsistema del poder corrosivo y de generación de incrustaciones de los gases de la fuente de calor (IA). b) Sección de enlace con el motor Stirling .

2.- Motor Stirling (3a):

Motor térmico, que, mediante compresión y expansión cíclica de un fluido gaseoso de trabajo, a diferentes niveles de temperatura, produce una conversión neta de energía térmica a energía mecánica.

3.- Conversón mecánico-eléctrico o Generador (4), el cual transforma la energía mecánica en energía eléctrica, que, mediante un cable debidamente aislado y canalizado, transporta la energía eléctrica hacia un concentrador (7) para la distribución hacia el electrolizador de hidrógeno (8). Además, en éste mismo generador (4) se lleva a cabo la adecuación de niveles de voltaje, la transformación a voltaje alterno y la sincronización con los voltajes y corrientes de los equipos.

4. Sistema generador de hidrógeno, compuesto por tres secciones principales; a) Electrolizador de hidrógeno y oxígeno (8), sistema capaz de separar el hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis del agua. b) Presurizadores (11) y (12), en los que se licúa el hidrógeno y el oxígeno para ser almacenados en volúmenes menores. c) Un filtro (IB), donde por medio de diferentes técnicas de separación, se eliminan las impurezas del suministro de agua. 5.- R e t r o a I i m e n t a c i ó n secundaria, sistema compuesto por una etapa de captura y adecuación de calor residual (5), ya sea por una interfase de soportes y/o tuberías conectadas a los sistemas de refrigeración del motor Stirling constituyendo un intercambiador de calor, y un conversón termoeléctrico (B) conformado por módulos Peltier o similares.

B.- Re t r o a I i m B n t a c i ó n terciaria, el que cuenta con una etapa de captura y adecuación de calor (9), ya sea por una interfase de soportes y/o tuberías conectadas a los sistemas de exhaución del electrolizador de hidrógeno y oxígeno (8) constituyendo un intercambiador de calor, y un conversón termoeléctrico cómo el descrito en el punto ante rior.