GENERADOR ROTATIVO DE HIDROGENO BASADO EN CéLULAS PIEZOELECTRICAS

CAMPO DE APLICACIóN INDUSTRIAL Este generador está pensado, básicamente, para Ia producción de hidrógeno. Se trata de un aparato que resuelve de manera satisfactoria Ia separación física del hidrógeno contenido en compuestos como vapor de agua u otros compuestos que contengan hidrógeno, tales como alcohol, hidrocarburos, etc.

ESTADO DE LA TéCNICA ANTERIOR

Los antecedentes de dispositivos o generadores de hidrógeno por disociación, hacen referencia a máquinas o conjunto de elementos que producen hidrógeno a una cierta velocidad y siempre como si de un proceso continuo se tratase. Los electrolizadores, de vapor de agua en general, están basados en Ia reversibilidad de los procesos de pilas de combustible. Por tanto de forma teórica existen tantos tipos diferentes de electrolizadores de fase vapor como conceptos de pilas de combustible, que utilizan hidrógeno como combustible. Nuestro Generador rotativo es un dispositivo que genera hidrógeno de forma cíclica, es decir recorriendo físicamente ciclos de generación. Por tanto no está basado en los conceptos existentes actualmente de electrolizadores del vapor de agua. La patente internacional PCT WO2005/017232 describe un sistema de producción de energía que utiliza células que producen hidrógeno para así mejorar Ia reacción que genera Ia energía, pero no se trata realmente de un generador de hidrógeno. La patente americana US2007/0151865 de un aparato electrolizador y método para Ia producción de hidrógeno es quizá e invento más cercano a nuestro generador rotativo. Utiliza un rotor que hace de ánodo y un estator que hace de cátodo, separados por una membrana, formando dos sub-cámaras electrolíticas. El electrolizador

incluye una pila de células que son alimentadas por un generador de corriente continua y el hidrógeno se evacúa mediante tubos de salida. El aparato trabaja a alta presión.

EXPLICACIóN DE LA INVENCIóN

Se trata de un dispositivo que somete a las células piezoeléctricas a diferentes estados de presión, con el fin de realizar Ia disociación o división de Ia molécula del compuesto de que se trate: vapor de agua, si es el caso, en sus componentes de hidrógeno y oxígeno, o hidrógeno y el resto de los otros componentes distintos del hidrógeno, en caso de otros compuestos.

Para facilitar Ia comprensión del invento, vamos a referirnos generalmente a vapor de agua, aunque como hemos dicho este generador puede aplicarse a otros compuestos que contengan hidrógeno, tales como alcoholes, hidrocarburos, etc.

Se basa en células piezoeléctricas compuestas por una placa conductora eléctrica, una placa de cristal piezoeléctrico y una placa de material aislante, todas ellas envueltas en un material capaz de retener el oxígeno atómico. Ver Ia patente sobre células piezoeléctricas para disociación de vapor de agua, solicitada también por PROINTEC con esta misma fecha.

BREVE DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 representa una perspectiva del rotor del generador y Ia figura 2 un alzado del mismo. Análogamente Ia figura 3 muestra una perspectiva del estator y Ia figura 4 su alzado. La figura 5a y Ia 5b representan una perspectiva y un alzado de los topes que se montan en los extremos del rotor, pudiéndose observar en Ia figura 9 como queda el conjunto finalmente. En Ia sección representada en Ia figura 6 se aprecia un agujero que se practica en Ia base de Ia hendidura lateral del rotor y que comunica el cilindro hueco del eje con las hendiduras laterales. La figura 7 muestra una de las formas posibles de instalar las células piezoeléctricas

dentro del rotor. La figura 8 muestra una vista en alzado de cómo encaja el rotor en el interior del estator.

EXPOSICIóN DETALLADA DE UN MODO DE REALIZACIóN El Generador rotativo de hidrógeno basado en células piezoeléctricas para Ia disociación de vapor de agua u otros compuestos, es un dispositivo que consta fundamentalmente de dos elementos principales, además de los elementos mecánicos auxiliares. El primer elemento principal es el rotor o elemento que gira y el segundo elemento es el estator o elemento estático. Lo importante en este dispositivo es que exista un movimiento relativo entre ambas partes, por tanto en su funcionamiento no interviene de forma esencial cual es Ia parte que gira y cual es Ia que permanece estática. El rotor, (1) en las figuras 1 y 2, consiste en una especie de tubo de paredes de gran espesor y una parte hueca (3) en el eje, de pequeño diámetro. En las paredes exteriores del rotor se han practicado unas grandes hendiduras (2) en forma de prisma cuadrangular paralelamente al eje del tubo. Estas hendiduras sirven para el alojamiento de las células piezoeléctricas (9), según se aprecia en Ia figura 7. El fondo de las hendiduras tiene practicados unos orificios, (8) en Ia figura 6, que comunican con Ia parte libre, que no tiene material, del rotor. Estos orificios van a permitir que el vapor de agua que circule por el interior del rotor pueda salir hacia las hendiduras para así envolver a las células piezoeléctricas. El estator, (4) en las figuras 3 y 4, también tiene una forma geométrica de tubo de gran espesor. La forma del estator es tal que permite que el rotor encaje de forma exacta, permitiendo únicamente una pequeña tolerancia tal que posibilite el giro en su interior. En Ia pared interior del estator se han practicado unas hendiduras en forma de prisma cuadrangular (5) paralelamente al eje del estator. La función de estas hendiduras es Ia de permitir Ia evacuación del hidrógeno y el oxígeno generado en las células

piezoeléctricas que están alojadas en el rotor. Esta evacuación se lleva a cabo cuando las células se alinean con estas hendiduras gracias al movimiento rotativo del rotor o del estator. En Ia figura 8 se puede ver, en alzado, el montaje del rotor en el interior del estator. El gas que esté alojado en Ia hendidura del estator y que tiene como misión Ia evacuación del hidrógeno, ha de estar sometido a una presión inferior pero parecida a Ia presión del vapor de agua que exista dentro del rotor. Sin embargo el gas que esté alojado en Ia hendidura del estator que tiene como misión servir de evacuación al oxígeno debe de estar sometida a una presión muy inferior a Ia presión del vapor de agua que esté alojado en el rotor.

El Generador rotativo de hidrógeno basado en células piezoeléctricas necesita de otros elementos mecánicos auxiliares como topes, (6) en las figuras 5a y 5b, que impidan que el vapor de agua se escape de las hendiduras practicadas en las paredes externas del rotor. Los topes también tienen practicadas aperturas (7) en su eje, que coincidirán con las del rotor (3), las cuales permiten que el vapor de agua entre al interior del rotor. El montaje del rotor con sus topes en los extremos puede apreciarse en Ia figura 9. En una forma de realización el rotor es de aluminio, con unas dimensiones de 1 metro de diámetro por 3 metros de largo. El tubo tiene un espesor de pared de cuarenta y cinco centímetros. Por tanto Ia parte hueca del tubo (3) tiene un diámetro de diez centímetros. Repartidas de forma equidistante se realizan cuatro hendiduras (2) en las paredes laterales exteriores del rotor. Las hendiduras hechas en Ia pared lateral del rotor son cuadrangulares, de dimensiones sesenta centímetros de ancho (medidas en el perímetro exterior), y veinte centímetros de profundidad. La hendidura se prolonga por los tres metros de largo del rotor. En Ia base de Ia hendidura se practica un agujero corrido (8) de cinco centímetros de profundidad por cinco centímetros ancho. Este agujero también se prolonga de forma paralela al eje durante toda Ia

longitud del rotor y comunica el cilindro hueco del eje del rotor con las hendiduras laterales. El estator (4) se puede realizar a partir de un tubo de dos metros de diámetro exterior por un metro de diámetro interior. La longitud del cilindro es también de tres metros. Las hendiduras (5) hechas en Ia pared interior del estator son tres y están dispuestas de forma que dos de ellas están cerca Ia una de Ia otra mientras que Ia tercera se encuentra mas alejada pero equidistante de las otras dos. Estas hendiduras, en este modo de realización tienen un ancho de setenta centímetros, veinte centímetros de profundidad y se prolongan de forma paralela al eje a Io lardo de los tres metros de largo que tiene el estator. El estator también puede realizarse en aluminio.

El Generador rotativo de hidrógeno basado en células piezoeléctricas funciona de forma cíclica. El ciclo transcurre durante el espacio de tiempo que necesita una de las hendiduras laterales del rotor en completar una vuelta completa. Se parte de Ia idea de que las células piezoeléctricas se encuentran alojadas dentro de las hendiduras laterales del rotor. El ciclo empieza cuando Ia hendidura lateral del rotor, que vamos a tomar como referencia, está a medio camino entre las dos hendiduras laterales del estator que se encuentran más cerca. Nos puede servir de referencia para entender el ciclo fijarnos en Ia figura 8. En este punto entra vapor a una presión de treinta bares a Ia cámara formada por las paredes de Ia hendidura. Como Ia cámara está cerrada en este momento Ia presión del vapor modifica por presión Ia geometría de las células piezoeléctricas. Este cambio de geometría activa las células provocando que estas capturen el oxígeno de las moléculas del vapor de agua que envuelven a las células piezoeléctricas. De esta forma el hidrógeno de las moléculas de agua queda libre ocupando el espacio que hay entre las células piezoeléctricas. Cuando Ia hendidura del rotor que hemos tomado como referencia se alinea con Ia primera hendidura lateral del estator, por efecto de un giro constante se lleva a cabo el barrido del hidrógeno generado. Este barrido

se efectúa gracias a que desde el interior del rotor circula vapor que entra en Ia cámara, donde están las células piezoeléctricas y pasa hacia Ia cámara del estator. En este trasiego de vapor de agua se produce un barrido del hidrógeno que pasa de Ia cámara del rotor a Ia cámara del estator. La presión en esta primera cámara del estator es alta para impedir que las células piezoeléctricas se inactiven pero Io suficientemente baja como para que haya una circulación de vapor de agua e hidrógeno gaseoso. Una vez que en Ia cámara del rotor ya no hay hidrógeno, su giro lleva a las células piezoeléctricas a una alineación con Ia siguiente cámara del estator.

Esta segunda cámara del estator está a baja presión o a presión ambiental. La misión de esta cámara es provocar Ia descompresión de Ia cámara del rotor que contiene a las células piezoeléctricas. Esta descompresión provoca Ia inertización de las células piezoeléctricas liberando así el oxígeno que han capturado.

El barrido del oxígeno liberado en el espacio que existe entre Ia cámara del rotor y las células piezoeléctricas, se lleva a cabo cuando Ia cámara que hemos tomado como referencia se alinea con Ia tercera cámara del estator y un chorro de vapor de agua fluye desde el interior del rotor hacia Ia cámara del estator pasando por Ia cámara del rotor donde se encuentran las células piezoeléctricas. A partir de ese momento se da por finalizado el ciclo y las células piezoeléctricas quedan preparadas para empezar de nuevo. Tanto las dimensiones como los materiales pueden cambiar en otros modos de realización, sin que esto modifique Io reivindicado en este invento.