ES2186645T5 - Proceso y sistema de producción de hidrógeno como combustible - Google Patents

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Proceso y sistema de produccion de hidrogeno como combustible.

Campo del invento

Este invento se refiere a la produccion electrolitica de hidrogeno para uso en particular como combustible para vehiculos; y en particular a un sistema que comprende una cuba electrolitica para dicha produccion y a una red de datos que comprende la recogida, el control y, opcionalmente, el almacenamiento de los datos.

Antecedentes del invento

La electrosintesis es un metodo para la produccion de una o mas reacciones quimicas que es conducido electricamente mediante el paso de una corriente electrica, tipicamente una corriente continua, a traves de un electrolito entre un electrodo anodo y un electrodo catodo. Para las reacciones electroquimicas se usa una cuba electroquimica que comprende electrodos anodo y catodo sumergidos en un electrolito, haciendose pasar la corriente electrica entre los electrodos desde una fuente de energia electrica externa. En ausencia de reacciones parasitas, el regimen de produccion es proporcional al flujo de corriente. Por ejemplo, en una cuba para electrolisis de agua alcalina liquida, se hace pasar la corriente continua entre los dos electrodos en un electrolito acuoso para separar el agua, el reactivo, en sus componentes en forma de productos gaseosos, a saber: hidrogeno y oxigeno, donde los productos gaseosos se desprenden en las superficies de los respectivos electrodos.

Las cubas para electrolisis de agua se han basado tipicamente en sistemas de control de la presion para controlar la presion entre las dos mitades de una cuba para electrolisis, para asegurar que los dos gases, es decir, el oxigeno y el hidrogeno, producidos en la reaccion electrolitica se mantienen separados, y no se mezclan.

En uno de tales sistemas de control de la presion se proporciona una obturacion del agua para igualar la presion en las dos mitades de la cuba. Esta es la solucion que con mas frecuencia se adopta en las cubas para electrolisis domesticas. Tipicamente, la obturacion del agua se produce a unos cinco centimetros de profundidad, y por consiguiente la cuba funciona con unos cinco centimetros de columna de agua de presion por encima de la presion atmosferica.

En un sistema alternativo se proporciona un separador de membrana que puede mantener una diferencia de presion entre las dos mitades de la cuba, sin mezcla de los gases. La cuba PEM (de Membrana de Polimero en el Electrolito) es el mejor ejemplo de este tipo de sistema. La cuba PEM puede mantener una diferencia de presion de hasta 175 kg/cm2 sin una perdida significativa de pureza de los gases.

Un tercer sistema es uno de control activo que percibe la presion y controla el flujo de salida de gases desde las dos cubas. Se puede conseguir el control de una de dos formas: mediante un sistema mecanico basado en reguladores de la presion, tal como un regulador del flujo cargado en la cupula para controlar la presion entre las dos cubas, en el cual se podria emplear, por ejemplo, la presion del oxigeno como una presion de referencia para regular la presion en la mitad de hidrogeno de la cuba; y mediante un sistema electronico basado en la medida de la diferencia de presion de los gases entre las dos cubas, para controlar los regimenes de los flujos de salida de los gases desde los dos lados de la cuba, para mantener asi una diferencia de presion deseada de, usualmente, cero, o bien con la presion del lado del hidrogeno ligeramente superior.

Tipicamente, sin embargo, para generadores de hidrogeno comerciales muy pequenos (de 0,1 Nm3/h), las instalaciones para electrolisis del tipo PEM son las preferidas. Aunque el coste de la cuba es bastante mas alto que para las instalaciones para electrolisis alcalinas usuales, estos costes quedan mas compensados por los controles que se precisan para los sistemas alcalinos usuales, en los que se usan actuadores mecanicos o electronicos, y por la necesidad de unas presiones mas altas y, por consiguiente, de compresion en las instalaciones para electrolisis en las que se usen sistemas de control de la presion de obturacion de agua.

Hay un sistema de repostaje de combustible hidrogeno que funciona en al menos una ciudad norteamericana, en la que una flota de vehiculos publicos, es decir, de autobuses de transporte, reposta sobre una base regular, es decir, en general diariamente, desde uno o mas depositos de almacenamiento en una estacion base de autobuses.

El deposito del combustible hidrogeno en el autobus se une exclusivamente al deposito de almacenamiento, y se calcula la cantidad de hidrogeno que haya de ser suministrado a partir de la presion inicial y de la presion resultante deseada, tal como son leidas en los manometros, ya sean del autobus o ya sean del deposito de almacenamiento en tierra.

En la estacion central se proporciona hidrogeno al deposito o depositos de almacenamiento desde una o mas instalaciones para electrolisis en el lugar, las cuales mantienen la presion de hidrogeno en un valor predeterminado en los uno o mas depositos. El tiempo de repostaje es de aproximadamente 20-30 minutos.

Sin embargo, el sistema de repostaje de combustible hidrogeno antes citado adolece de un numero significativo de desventajas, como sigue.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

La modulacion de la bateria de instalaciones para electrolisis se efectua unicamente mediante operaciones manuales.

La bateria de cubas no es facil de modular y, en consecuencia, si la demanda de hidrogeno a ser almacenado y de vehiculos que hayan de repostar en tiempo real es menor que el regimen de suministro de las cubas, se hace necesario ventilar el hidrogeno, en general a la atmosfera.

No se puede modular en tiempo real bateria de cubas para optimizar el uso de la electricidad en las horas favorables, de costes reducidos de la electricidad.

El llenado de cada vehiculo se hace solamente por operacion manual.

El llenado de cada vehiculo se hace independientemente de los de los demas vehiculos que haya en la estacion central.

La naturaleza de la operacion de llenado es de estado uniforme con respecto al regimen de llenado desde la bateria de cubas. Al llenar de hidrogeno el deposito de un vehiculo, la expansion y la compresion dentro del deposito hacen que aumente la temperatura del gas y que, por consiguiente, proporcione un valor falso de una alta presion (deposito lleno) si el regimen de llenado es demasiado rapido. Al producirse el subsiguiente enfriamiento, la presion en el deposito cae y el deposito requiere ser rellenado (hasta arriba) para conseguir una presion deseada mas verdadera.

El uso del deposito o depositos de almacenamiento aumenta la zona verde y el espacio en planta que se necesitan para una estacion de llenado.

El uso de uno o mas depositos de almacenamiento representa un potencial riesgo de seguridad que exige una gestion apropiada.

En el documento GB2143848A, concedido a White y otros, publicado con fecha 20 de febrero de 1986, se describe un sistema combinado de generacion y combustion de hidrogeno enlazado a traves de una unidad de almacenamiento de hidrogeno. El sistema esta o bien situado por entero en el lugar, es decir, en el terreno, o bien en un vehiculo, en donde el sistema y el usuario final estan permanentemente combinados y en donde el hidrogeno almacenado es para uso como un suministro intermitente de energia. En el documento GB2143848A nada se dice en cuanto al presente de una unidad de procesado central y su asociada activacion por el usuario para proporcionar intercambio de flujo de datos entre el generador de hidrogeno y los usuarios. En el documento GB2143848A se describe un simple control de "conexion-desconexion" para controlar la cuba, el compresor y el flujo de gas a un motor.

Existe por lo tanto la necesidad de un sistema de repostaje de combustible hidrogeno que no adolezca de las antes citadas desventajas.

Sumario del invento

Un objeto del presente invento es el de proporcionar un sistema para la generacion in situ, sobre demanda, de gas hidrogeno para uso en particular como combustible para vehiculos, en el que el almacenamiento del hidrogeno en el lugar que se requiera es despreciable.

Otro objeto es el de proporcionar un sistema de repostaje de combustible hidrogeno que proporcione una interfaz de control y activacion practica amigable para el usuario.

Otro objeto del presente invento es el de proporcionar un metodo y un aparato eficaces para producir hidrogeno a una presion minima deseada.

En consecuencia, el invento proporciona un sistema de repostaje de hidrogeno para proporcionar hidrogeno a un aparato de recepcion de hidrogeno, segun se define en la reivindicacion 1.

Tal como aqui se usan las expresiones "cuba", "cuba electroquimica", o "instalacion para electrolisis", se hace referencia con ellas a una estructura que comprende al menos un par de electrodos, que incluyen un anodo y un catodo, estando cada uno de ellos convenientemente apoyado dentro de un recinto a traves del cual se hace circular electrolito y se desprende producto. La cuba incluye un conjunto separador que tiene medios apropiados para obturar y apoyar mecanicamente al separador dentro del recinto. Se pueden conectar multiples cubas en serie o en paralelo para formar una bateria de cubas, y no hay limite en cuanto al numero de cubas que se pueden usar para formar una bateria. En una bateria, las cubas estan conectadas de una manera similar, ya sea en paralelo o en serie. Un bloque de cubas es una unidad que comprende una o mas baterias de cubas, y los multiples bloques de cubas se conectan juntos mediante una barra distribuidora externa. Una instalacion para electrolisis funcional comprende una o mas cubas que estan conectadas juntas, en paralelo o en serie, o bien en una combinacion de ambas formas.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

La cuba electrolitica puede comprender los medios de compresion dentro de su estructura, en la que, en una realizacion, dentro de la cuba se acumula hidrogeno a presion hasta la presion deseada resultante para el usuario, y en la que el hidrogeno de salida comprende el hidrogeno de la fuente.

El sistema de acuerdo con el invento es de un valor particular para el repostaje de combustible hidrogeno para un vehiculo, tal como un vehiculo para personal, un camion, un autobus y similares.

Por consiguiente, el invento proporciona, en un aspecto preferido, el sistema tal como aqui se ha definido en lo que antecede, en el que dichos medios (iv) comprenden un aparato, preferiblemente, medios para fijacion al vehiculo que pueden ser unidos al aparato (vehiculo) para proporcionar el hidrogeno de salida como combustible para el aparato (vehiculo). En consecuencia, se proporciona un sistema tal como el aqui definido en lo que antecede en el que los medios (iv) para alimentar el hidrogeno de salida al aparato de recepcion de hidrogeno comprenden medios de conducto y medios de aplicacion de acoplamiento adaptados para ser recibidos en aplicacion de obturacion por dicho aparato.

En una realizacion alternativa, se proporciona un sistema tal como el aqui definido en lo que antecede en el que los medios de conducto y los medios de aplicacion de acoplamiento comprenden una pluralidad de conductos y miembros de aplicacion de acoplamiento adaptados para recibir a una pluralidad de los aparatos de recepcion de hidrogeno.

El hidrogeno de la fuente se bombea, preferiblemente, a traves de un conducto, al compresor.

La CPU (Unidad de Procesado Central) comprende un sistema, tal como el aqui definido en lo que antecede, en el que la unidad de procesado central comprende medios de control de la cuba para activar la cuba para proporcionar la fuente de hidrogeno cuando la presion de salida cae a un valor preseleccionado. La CPU comprende preferiblemente los medios de activacion por el usuario, que tienen medios de recepcion de datos adaptados para recibir los datos desde, o mediante, medios de transferencia seleccionados del grupo compuesto por una tarjeta de datos electronica, medios de activacion por la voz, medios de seleccion y control accionables manualmente, longitud de onda radiada y transferencia electronica o electrica. La CPU comprende, preferiblemente, medios para recibir y tratar datos de parametros fisicos seleccionados del grupo constituido por: temperaturas, presiones, niveles de liquido anolito (el electrolito que esta en la zona del anodo) y de liquido catolito (el electrolito que esta en la zona del catodo), continuidad de la barra distribuidora, concentracion de KOH, purezas de los gases, y posiciones de las valvulas del proceso de la cuba, y modulacion y control de la cuba como consecuencia de dicho tratamiento de los datos de la cuba. Comprende ademas aquella medios para recibir y tratar datos de parametros fisicos seleccionados del grupo constituido por temperaturas, presiones de entrada y de salida del hidrogeno, y estado de las valvulas de los medios de compresor; y modulacion y control de los medios de compresor como consecuencia del tratamiento de los datos de los medios de compresion. La CPU comprende medios para recibir y tratar los datos seleccionados del grupo constituido por la demanda de hidrogeno del aparato de recepcion de hidrogeno; y medios para determinar la cantidad, el regimen de entrega, y la duracion de la entrega de hidrogeno al aparato como consecuencia de los datos de demanda de hidrogeno. La CPU comprende, preferiblemente, medios de almacenamiento para almacenar los datos seleccionados de los datos de demanda de hidrogeno, fechas, horas del dia y de la noche, y numero de aparatos de recepcion de hidrogeno.

Lo mas preferiblemente, la CPU esta en comunicacion directa, electrica o electronica, con cada uno de los medios de cuba, de compresor, y de activacion por el usuario, por medio de hilos conductores electricos.

Asi, los medios de control y los medios de activacion proporcionan una interfaz practica con el usuario.

El sistema tal como aqui se ha definido en lo que antecede, es tambien de utilidad preferida en cuanto que los medios de conducto y los medios de aplicacion de acoplamiento comprenden una pluralidad de conductor y miembros de aplicacion de acoplamiento adaptados para recibir una pluralidad de aparatos de recepcion de hidrogeno, por ejemplo, una pluralidad de vehiculos en una salida comercial, industrial o similar.

La introduccion de los medios de activacion por el usuario, en combinacion con la CPU, permite el ventajoso intercambio de flujos de datos entre la cuba o cubas, el compresor, el vehiculo o vehiculos, y los diversos conductos y valvulas de control del proceso. Esta interfaz con el usuario permite:

demanda definida, en tiempo real, de las necesidades de hidrogeno para todos los vehiculos, bien solos o bien en una pluralidad de los mismos conectados a la bateria de cubas;

tiempo definido para llenar cada vehiculo (o vehiculos) conectados a la bateria de cubas;

modulacion de la bateria de cubas para asegurar el exacto suministro de hidrogeno requerido por todos los

vehiculos a lo largo del tiempo;

modulacion del compresor conjuntamente con la bateria de cubas, para asegurar un suministro adecuado de oxigeno a todos los vehiculos en ausencia de deposito (o depositos) de almacenamiento, lo cual hace que disminuyan las preocupaciones en cuanto a seguridad;

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

modulacion del regimen de llenado de cada vehiculo por medio del control dinamico del llenado para proporcionar un regimen de llenado variable para estabilizar la temperatura del gas dentro del vehiculo (o los vehiculos) y para asegurar un valor correcto de la presion en tiempo real, de modo que determine el nivel de llenado del deposito (es decir, medio lleno, lleno del todo, etc.) y una terminacion satisfactoria de la operacion de llenado;

la consecucion de lo antes indicado en (1) a (5), sin intervencion manual del usuario;

completar la historia de datos del funcionamiento de la bateria de cubas y del compresor almacenados/registrados en cuanto a horas de funcionamiento para poder programar el mantenimiento, y que sea almacenada/registrada una historia de datos completa del almacenamiento de cada vehiculo.

El invento es de un valor particular para una realizacion en la que el aparato comprende una cuba para proporcionar hidrogeno a una presion minima deseada; que comprende una solucion de anolito que tiene un nivel del liquido anolito; una solucion de catolito que tiene un nivel de liquido catolito;

medios de generacion de oxigeno para generar oxigeno a una presion del oxigeno superior a la de dicho anolito; medios de generacion de hidrogeno para generar hidrogeno a una presion del hidrogeno superior a la de dicho catolito; medios de salida del hidrogeno generado;

y que comprende medios de presion para aumentar la presion de oxigeno hasta por encima de la del anolito, para conseguir una diferencia de presion de niveles de liquido positiva entre dicho nivel del liquido catolito y dicho nivel del liquido anolito hasta un valor preseleccionado, para efectuar el cierre de dichos medios de salida del hidrogeno y un aumento de la presion del hidrogeno hasta un valor que efectue la apertura de dichos medios de salida del hidrogeno, para proporcionar hidrogeno a dicha presion minima deseada a traves de dichos medios de salida.

Este aspecto preferido del invento, tal como aqui se ha definido en lo que antecede, se basa en crear una diferencia de presion de niveles de liquido entre los niveles del liquido catolito del liquido anolito, haciendo para ello que aumente la presion del oxigeno por encima de la del anolito y que caiga al nivel del liquido anolito, y un aumento en proporcion similar del nivel de catolito, mientras que el hidrogeno queda en libertad de abandonar la cuba hasta que: (a) el nivel del anolito caiga a un nivel preseleccionado para disparar una valvula de control para impedir el desprendimiento de hidrogeno desde la cuba, o (b) el nivel de catolito aumente para disparar de un modo similar la valvula de control para impedir igualmente el desprendimiento de hidrogeno desde la cuba. El subsiguiente aumento de la presion de hidrogeno por encima de la del catolito invierte los respectivos niveles de liquido, para efectuar la apertura de las valvulas de control para proporcionar hidrogeno a la presion minima deseada. La presion de hidrogeno aumenta en la situacion de valvula de desprendimiento cerrada, debido a que se producen dos moles de hidrogeno por cada mol de oxigeno en el proceso electrolitico.

Breve descripcion de los dibujos

Con objeto de que se pueda comprender mejor el invento, se describiran a continuacion realizaciones preferidas, a modo de ejemplos unicamente, con referencia a los dibujos que se acompanan, en los que:

La Fig. 1 es un diagrama bloque en el que se han ilustrado las caracteristicas principales de un sistema de suministro de combustible hidrogeno de acuerdo con el invento;

La Fig. 2 es un diagrama bloque logico del programa de control de una realizacion del sistema de acuerdo con el invento;

La Fig. 3 es un diagrama bloque logico de un bucle de control del bloque de cubas del programa de control de la Fig. 2; La Fig. 4 es un diagrama bloque de una instalacion para electrolisis de acuerdo con el invento;

La Fig. 5 es una realizacion alternativa de una instalacion para electrolisis de acuerdo con el invento, y en la que los numeros que son iguales designan las mismas partes.

Descripcion detallada de realizaciones preferidas

Con referencia a la Fig. 1, se ha ilustrado en ella un sistema de acuerdo con el invento representado en general por 100, que tiene una cuba electrolitica 112, la cual produce hidrogeno de fuente a una presion P1 deseada, alimentado al compresor 114 a traves del conducto 116. El compresor 114 alimenta el hidrogeno de salida comprimido, a traves del conducto 118, a la presion P2 al aparato 120, representado como ejemplo como un vehiculo unido mediante un acoplamiento 122. La cuba 112, el compresor 114, y el usuario 124, estan enlazados a unos medios 126 de control de unidad de procesado de ordenador, los cuales proporcionan tanto la adquisicion de datos como el control del proceso.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Expuesto con mas detalle, el usuario 124 define una demanda de llenado del vehiculo 120. El usuario 124 puede transmitir su demanda usando para ello: (i) una tarjeta de credito; (ii) una tarjeta inteligente; (iii) un sistema de activacion por la voz; (iv) activacion manual por medio del control del panel frontal, y por transmision por, ejemplo, hilo conductor o por radiacion de infrarrojos u otra adecuada desde el propio vehiculo 120.

Una vez recibida la demanda, la CPU 126 determina el estado de la cuba electroquimica 112, la comprobacion de cuyo estado inicial incluye la vigilancia de los parametros del proceso para poner en funcionamiento la cuba 112 y, en particular, de la temperatura, la presion, el nivel del liquido anolito, el nivel del liquido catolito, la continuidad de la barra distribuidora, la concentracion de KOH, y el estado de la valvula del proceso. Ademas, una vez recibida la demanda, la CPU 126 determina el estado inicial del compresor 114. Tales comprobaciones iniciales incluyen la vigilancia de la temperatura, y de la presion de entrada y de salida en una o mas etapas.

Despues de que la CPU 126 determine el estado inicial de la cuba 112 y del compresor 114, la CPU 126 analiza que se hayan satisfecho las necesidades del usuario 124 en terminos de la cantidad de hidrogeno a entregar, el regimen de entrega, y la duracion del tiempo para la entrega al vehiculo 120. La CPU 126 inicia entonces la secuencia de puesta en funcionamiento de la cuba 112 para asegurar las demandas del usuario 124. Se aplica energia electrica a la cuba 112 y se vigilan y controlan los parametros del proceso de temperatura, presion, nivel del liquido anolito, nivel del liquido catolito, concentracion de KOH y estado de la valvula del proceso, de tal forma que se permita un funcionamiento seguro de la cuba 112 en la generacion de gases hidrogeno y oxigeno de un cierto minimo de pureza. Un estado incorrecto de cualquiera de los parametros de funcionamiento antes indicados, o de la calidad/pureza de los gases obtenidos como producto hace que la CPU 126 altere o interrumpa el funcionamiento de la cuba 112 hasta que se haya alcanzado un estado apropiado.

Una vez que la cuba 112 este en funcionamiento satisfactoriamente, la CPU 126 vigila entonces la presion, P1, en el conducto entre la cuba 112 y el compresor 114 a traves del sensor de presion instalado en la conduccion 116. Una vez alcanzada una presion minima, P, en el conducto 116, la CPU 126, que ha reconocido previamente un estado apropiado para el compresor 114, conecta el compresor 114 y empieza a descargar gas en el conducto 118 a una cierta presion, P2. La CPU 126 vigila entonces la presion en el conducto 118 por medio de un sensor de presion (no representado) para asegurar que la presion, P2, alcanza un cierto valor minimo de la presion, P2, para la adecuada descarga en el vehiculo 120, tal como lo demande el usuario 124.

El funcionamiento de la cuba 112 y del compresor 114 es convenientemente modulado y controlado por la CPU 126 a traves de valvulas de proceso apropiadas, de modo que se proporcione la cantidad minima de hidrogeno al regimen de entrega minimo durante el espacio de tiempo minimo, tal como haya sido especificado por el usuario 124, de tal modo que se satisfagan las necesidades para el vehiculo 120. Una vez recibida la notificacion desde el vehiculo 120 de que se han satisfecho las necesidades satisfactoriamente, la CPU 126 da instrucciones a la cuba 112 y al compresor 114 para que cesen en su funcionamiento y para asegurar la descarga de cualquier presion que quede, hasta un cierto valor minimo aceptable, P2, en el conducto 118, de tal modo que el usuario 124 pueda facilitar la desconexion del vehiculo 120 del conducto 118 y completar la operacion de llenado.

Con referencia a la Fig. 2, se han representado en ella los pasos de control logico efectivos en el funcionamiento del sistema en su conjunto, y en la Fig. 3 la sub-unidad de bucle de control de la cuba especifica en un diagrama bloque logico del programa de control de una realizacion del sistema de acuerdo con el invento; en que

Pms - Presion de arranque del compresor;

Pl - Presion de parada del compresor;

Pll - Presion baja de entrada;

Pmo - Presion de deposito lleno;

□ P - Banda muerta de cambio de presion;

Pmm - Presion maxima admisible de la cuba Ll - Nivel minimo de liquido admisible en la cuba;

Pho - Presion de salida de la cuba en el lado del hidrogeno; y Pc - Presion de salida del compresor.

Expuesto con mas detalle, en la Fig. 2 se ha ilustrado el organigrama logico del programa de control para la operacion. Una vez puesta en funcionamiento la instalacion, la cuba 112 genera gas hidrogeno a una cierta presion de salida, Pho. Se usa la magnitud de tal presion, Pho, para modular el funcionamiento del compresor 114. Si Pho es menor que una cierta presion minima relacionada con el nivel de liquido en la cuba 112, se genera una senal de alarma de presion baja y se sigue una secuencia de parada de la instalacion. Si la presion de salida, Pho, es mayor que Pll, se realiza entonces otra comparacion. Si la presion de salida, Pho, es mayor que Pms, la presion de entrada minima para poner en marcha el compresor 114, este ultimo inicia una secuencia de arranque. Si la presion de salida es menor que un cierto valor minimo, Pl, entonces el compresor 114 permanece inactivo (parado) hasta el momento en que la magnitud de Pho se hace superior a Pms, para iniciar el funcionamiento del compresor.

Una vez puesto en marcha el compresor 114, el gas hidrogeno es comprimido en una o mas etapas para alcanzar una presion de salida, Pc, desde la salida del compresor 114. Si la presion de salida, Pc, excede de un umbral de seguridad,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Pmo, termina entonces el funcionamiento del compresor 114. Si la salida, Pc, es menor que un cierto minimo deseado, Pmo - □ P, el compresor 114 funciona para suministrar y descargar hidrogeno.

La Fig. 3 comprende un diagrama bloque del aparato de repostaje de combustible hidrogeno representado en general por 200, usado para suministrar gas hidrogeno y/o gas oxigeno a una presion minima deseada. El aparato 200 incluye un rectificador 210 para convertir una entrada de senal de corriente alterna en una salida de senal de corriente continua deseada, una barra distribuidora 212, una o mas cubas electroliticas 112, medios para medir la presion del oxigeno 214 y del hidrogeno 216 en los conductos 218 y 220, respectivamente, medios de valvula para controlar el flujo de oxigeno 222 y de hidrogeno 224, respectivamente, y un controlador de proceso/instrumento 226 para asegurar un funcionamiento deseado de la cuba o cubas electroliticas 112 con las adecuadas alarmas de parada de la instalacion 228.

La Fig. 3 comprende ademas un organigrama de proceso para el bloque de cubas de la Fig. 2. Una vez puesta en marcha la instalacion, el rectificador 210 establece una condicion de seguridad examinando para ello el estado de la alarma 228 de la instalacion con respecto a los controles de presion y de nivel. Si la alarma indica un estado seguro, se transmiten corriente y voltaje (energia electrica) a lo largo de la barra distribuidora 212 de la cuba desde el rectificador 210 a la cuba electrolitica 212. Con la aplicacion de una fuente adecuada de corriente/voltaje, tiene lugar la electrolisis dentro de la cuba o cubas electroliticas 112, con la consiguiente descomposicion del agua en los productos gas hidrogeno y gas oxigeno. El gas oxigeno es transportado a lo largo del conducto 218, en el cual los medios 214 de presion de oxigeno vigilan la presion del oxigeno, Po, en todo momento, y para controlar la presion del oxigeno por medio de la modulacion de la valvula 222. Analogamente, el gas hidrogeno es transportado a lo largo del conducto 220, en el cual los medios 216 vigilan la presion del hidrogeno, Ph, en todo momento, y para controlar la presion del hidrogeno por medio de la valvula de control 224. En el funcionamiento de la cuba o cubas electroliticas 112, son detectados el nivel del anolito de la cuba en el lado del oxigeno, Lo, y el nivel del catolito en el lado del hidrogeno, Lh, por medio del controlador de P/I (Proceso/Instrumento) 226 para proporcionar una senal de control a la valvula 224, para facilitar el suministro de gas hidrogeno y/o de gas oxigeno a una cierta presion deseada.

Con referencia a la Fig. 4, en ella se han ilustrado en general por 10 una instalacion para electrolisis que tiene una camara 11 de producto de gas oxigeno por encima del anolito 12, una camara 13 de producto de gas hidrogeno por encima del catolito 114, la membrana 15 de la cuba, las conexiones electricas 16 a una fuente de energia electrica solar 18, respiraderos de liberacion de la presion de oxigeno y de hidrogeno 20 y 22, respectivamente. La conduccion 24 de producto oxigeno tiene una valvula de retencion reguladora 26 establecida para un valor preseleccionado deseado. Mientras que la conduccion 28 del producto hidrogeno tiene una salida 30 para recibir una valvula de seta o de flotador 32 en la superficie del catolito, en aplicacion de obturacion con ella, como se explica aqui en lo que sigue.

La conduccion 28 de salida de producto hidrogeno conduce, en la realizacion ilustrada, a una camara de hidruro metalico 34, a traves de un acoplamiento de desconexion 36. La mitad 38 de anolito de la cuba tiene un interruptor electrico del nivel de liquido bajo de seguridad 40 conectado a traves de la conduccion electrica 42 a la fuente de energia electrica 18.

En funcionamiento, el gas oxigeno se acumula en la camara 11, dado que el desprendimiento de oxigeno esta controlado por el regulador 26, establecido para una presion deseada, tipicamente de hasta 7 kg/cm2, y preferiblemente de aproximadamente 4,2 kg/cm2. El hidrogeno producido escapa de la camara 13 a traves de la salida abierta 30, mientras que la presion de oxigeno en la camara 11 aumenta para hacer que el nivel del liquido anolito caiga desde su nivel de partida inicial P1 hasta el nivel de funcionamiento mas bajo P2, con un aumento simultaneo del nivel de catolito desde el de partida Q1 hasta el nivel de obturacion Q2, de modo que la valvula de flotador 32 obture la salida 30. No obstante, puesto que el gas hidrogeno se produce al doble de velocidad en volumen que el gas oxigeno en la cuba 10, la presion de hidrogeno aumenta hasta un valor que obliga a disminuir el nivel de catolito hasta un grado que haga que la valvula de seta 32 se desaplique parcialmente de la salida 30 y se desprenda oxigeno a ese valor predeterminado por el regulador 26.

En consecuencia, se proporciona un suministro de hidrogeno de estado uniforme a la presion minima deseada a la unidad 34 de produccion de hidruro metalico, o a cualquier otro lugar que se desee.

El producto oxigeno puede tomarse a presion a traves de la valvula 26 o del respiradero 20.

Las caracteristicas de liberacion de la presion se proporcionan mediante el sistema de fuelle 42, respiraderos 20, 22, e interruptor de nivel bajo 40, el cual corta el suministro de energia electrica a la cuba 10 si el aumento de la presion de oxigeno en la camara 11 fuera excesivo.

Por lo tanto, con independencia de la capacidad de la cuba 10 de acuerdo con el invento para proporcionar hidrogeno y oxigeno a presiones minimas deseadas, la diferencia de presion a traves de la membrana 15 de la cuba es baja.

Con referencia ahora a la realizacion alternativa ilustrada en la Fig. 5, en ella se ha ilustrado basicamente la cuba 10 que tiene la conduccion 28 de produccion de hidrogeno bajo un control de valvula, no por los medios de valvula de flotador 32, sino mediante la percepcion del nivel real del anolito y medios de control asociados.

Expuesto con mas detalle, en esta realizacion la cuba 10 tiene un par 50, 52 e dispositivos de percepcion del nivel, para niveles alto y bajo, respectivamente, para la conduccion 28 del producto hidrogeno del anolito. Sensores 50, 52 del nivel de anolito estan conectados para funcionamiento a traves de medios de control 54 para activar una valvula de solenoide 56 situada de modo que el sensor superior 50 mantiene abierta la valvula 56 hasta que la presion de oxigeno aumenta 5 en la camara 11, obligando a que caiga el nivel del anolito hasta un nivel preseleccionado deseado, en donde el mismo activa al sensor 52 y al control 54, el cual prevalece sobre el sensor 50 para cerrar la valvula 56. El aumento de la presion de hidrogeno hace que el sensor 52 quede desactivado por un aumento del nivel del anolito y difiera al sensor 50, el cual hace que la valvula 56 se abra y libere el hidrogeno producto para el valor minimo deseado. Un estado uniforme de activacion y desactivacion puede garantizar que si las diferencias de presion de nivel de liquido fluctuan, el 10 gas hidrogeno es por lo demas proporcionado continuamente a la presion minima requerida establecida mediante el regulador de oxigeno 26.

Claims (12)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   REIVINDICACIONES

   1. Un sistema de repostaje de hidrogeno (100) para proporcionar hidrogeno a un aparato (120) de recepcion de hidrogeno, comprendiendo dicho sistema:

   (i) una cuba electrolitica (112) para proporcionar hidrogeno de la fuente;

   (ii) unos medios de compresor (114) para proporcionar hidrogeno de salida a una presion de salida;

   (iii) medios (116) para alimentar dicho hidrogeno de la fuente a dichos medios de compresor (114);

   (iv) medios (118) para alimentar dicho hidrogeno de salida a dicho aparato de recepcion de hidrogeno; comprendiendo la mejora

   (v) medios de unidad de procesado central (126) para controlar dicha cuba (112) y dicho compresor (114), que comprenden medios para recibir y tratar los datos de parametros fisicos de los medios de compresion seleccionados del grupo constituido por la temperatura, las presiones de entrada y de salida de hidrogeno, y el estado de valvula de dichos medios de compresor (114); y modular y controlar dichos medios de compresor (114) como consecuencia de dicho tratamiento de dichos datos de los medios de compresion; y

   (vi) medios (124) de activacion por el usuario para activar para funcionamiento a dichos medios (126) de unidad de procesado central.

   donde dichos medios (126) de unidad de procesado central comprenden medios para recibir y tratar datos seleccionados del grupo que consiste en la demanda de hidrogeno de dicho aparato receptor de hidrogeno; y medios para determinar la cantidad, el indice de entrega y duracion de entrega de hidrogeno a dicho aparato como consecuencia de dichos datos de demanda de hidrogeno.
2. 2. Un sistema segun la Reivindicacion 1, en el que dichos medios para alimentar dicho hidrogeno de la fuente a dichos medios de compresor comprenden medios de conducto (116) y medios de bomba (113).
3. 3. Un sistema segun la Reivindicacion 1 o la Reivindicacion 2, en el que dichos medios (iv) para alimentar dicho hidrogeno de salida a dicho aparato de recepcion de hidrogeno (120) comprenden medios de conducto (118) y medios de aplicacion de acoplamiento (122) adaptados para ser recibidos en aplicacion de obturacion por dicho aparato (120).
4. 4. Un sistema segun la Reivindicacion 3, en el que dichos medios de conducto (118) y dichos medios de aplicacion de acoplamiento (122) comprenden una pluralidad de conductos (118) y miembros de aplicacion de acoplamiento (122) adaptados para recibir a una pluralidad de dichos aparatos (120) de recepcion de hidrogeno.
5. 5. Un sistema segun una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha unidad de procesado central (126) comprende medios de control de la cuba para activar dicha cuba (112) para proporcionar dicha fuente de hidrogeno cuando dicha presion de salida cae a un valor preseleccionado.
6. 6. Un sistema segun una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 5, en el que dichos medios (124) de activacion por el usuario comprenden medios de recepcion de datos adaptados para recibir datos de medios de transferencia seleccionados del grupo constituido por una tarjeta de datos electronica, medios de activacion por la voz, medios de seleccion y de control accionables manualmente, longitud de onda radiada y transferencia electronica o electrica.
7. 7. Un sistema segun una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 6, en el que dichos medios (126) de unidad de procesado central comprenden medios para recibir y tratar datos de parametros fisicos seleccionados del grupo constituido por temperatura, presiones, niveles de liquido anolito y catolito, continuidad de barra distribuidora, concentracion de KOH, pureza de los gases, y posiciones de valvulas de proceso de dicha cuba (112); y para modular y controlar dicha cuba (112) como consecuencia de dicho tratamiento de dichos datos de la cuba.
8. 8. Un sistema segun una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 7, en el que dichos medios (126) de unidad de procesado central comprenden medios de almacenamiento para almacenar datos seleccionados de dichos datos de demanda de hidrogeno, fechas, horas del dia y de la noche, y numero de aparatos de recepcion de hidrogeno.
9. 9. Un sistema segun una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 8, en el que dicha cuba electrolitica (112) comprende dichos medios de compresion (114), con lo que dicho hidrogeno de salida comprende hidrogeno de la fuente y dicho paso (iii) esta constituido por dicha cuba (112).
10. 10. Un sistema segun una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 9, que comprende una instalacion para electrolisis (10) para proporcionar hidrogeno a una presion minima deseada, que comprende:

    una solucion de anolito (12) que tiene un nivel de liquido anolito (PiP2); una solucion de catolito (14) que tiene un nivel de liquido catolito (QIQ2);

    medios de generacion de oxigeno (10) para generar oxigeno a una presion de oxigeno superior a la de dicho anolito (12);

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    medios de generacion de hidrogeno (10) para generar hidrogeno a una presion de hidrogeno superior a la de dicho catolito (14);

    medios (30) de salida del hidrogeno generado;

    medios (32) de cierre de la salida de hidrogeno; medios (26) de presion de oxigeno para aumentar la presion de oxigeno por encima de la del anolito para conseguir una diferencia de presion de niveles de liquido positiva entre dicho nivel de liquido catolito (QIQ2) y dicho nivel de liquido anolito (P1P2) de un valor preseleccionado para efectuar el cierre de dichos medios (32) de salida de hidrogeno, y un aumento subsiguiente de la presion de hidrogeno hasta un valor para efectuar la apertura de dichos medios (32) de salida de hidrogeno, para proporcionar hidrogeno a dicha presion minima deseada a traves de dichos medios de salida (32).
11. 11. Un sistema segun una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 10, que comprende una instalacion para electrolisis (10) para proporcionar hidrogeno a una presion minima deseada desde dicha instalacion para electrolisis (10), que comprende:

    una solucion de anolito (12) que tiene un nivel de liquido anolito (P1P2); una solucion de catolito (14) que tiene un nivel de liquido catolito (QIQ2);

    medios de salida de hidrogeno (30);

    medios de salida de oxigeno (24);

    medios de generacion de oxigeno (10) para proporcionar oxigeno generado a una presion de oxigeno superior a la de dicho anolito (12);

    medios de generacion de hidrogeno (10) para proporcionar hidrogeno generado a una presion de hidrogeno superior a la de dicho catolito (14) para paso a traves de medios (30) de salida de hidrogeno;

    medios (26) para aumentar para funcionamiento la presion de oxigeno por encima de la del anolito (12) para conseguir una diferencia de presion de niveles de liquido entre dicho nivel de catolito (Q, Q2) y dicho nivel de anolito (P1P2) hasta un valor preseleccionado para efectuar el cierre de dichos medios (32) de salida de hidrogeno, y un aumento de la presion de hidrogeno hasta un valor para efectuar la apertura de dichos medios (32) de salida de hidrogeno para proporcionar hidrogeno a dicha presion minima deseada.
12. 12. Un sistema segun una cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 11, en el que dicho aparato de recepcion de hidrogeno es un vehiculo (120).