ES2370320B2 - Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica. - Google Patents

Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica. Download PDF

Info

Publication number
ES2370320B2
ES2370320B2 ES200901095A ES200901095A ES2370320B2 ES 2370320 B2 ES2370320 B2 ES 2370320B2 ES 200901095 A ES200901095 A ES 200901095A ES 200901095 A ES200901095 A ES 200901095A ES 2370320 B2 ES2370320 B2 ES 2370320B2
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
combustion
chamber
heating system
hydrogen
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES200901095A
Other languages
English (en)
Other versions
ES2370320A1 (es
Inventor
Jorge Eduardo Vila Biglieri
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universidade de Vigo
Original Assignee
Universidade de Vigo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidade de Vigo filed Critical Universidade de Vigo
Priority to ES200901095A priority Critical patent/ES2370320B2/es
Publication of ES2370320A1 publication Critical patent/ES2370320A1/es
Application granted granted Critical
Publication of ES2370320B2 publication Critical patent/ES2370320B2/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/28Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid in association with a gaseous fuel source, e.g. acetylene generator, or a container for liquefied gas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica.
La tecnología del hidrógeno se perfila como una de las fuentes de energía del futuro, sin embargo, actualmente se está desarrollando la mitad, que consiste en utilizar el hidrógeno para alimentar células de combustible, la otra mitad, la propia combustión del hidrógeno, ha quedado olvidada tras la patente de Stan Meyer.
Esta invención corrige el problema fundamental de la combustión del hidrógeno al aire libre: la creación de ácido nítrico. Nuestro sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica combustiona el hidrógeno en una cámara cerrada a la atmósfera, con lo cual evitamos la reacción del nitrógeno atmosférico en contacto con la combustión, la causa de producción del ácido nítrico.

Description

Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica.
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención consiste en un sistema de calefacción con cámara estanca para la combustión de hidrógeno con oxígeno (oxhídrica).
Las investigaciones sobre la tecnología del hidrógeno se centran en las células de combustible (fuel cells) abandonando la combustión del hidrógeno. La mejora propuesta por nuestro invento, la cámara estanca evita, uno de los problemas más comunes en la combustión de hidrógeno al aire libre: la creación de ácido nítrico. La presencia de nitrógeno en la atmósfera es la causa de que, al subir la temperatura por encima de los 600ºC, el nitrógeno presente en el aire se convierta en ácido nítrico y corroa todos los elementos metálicos presentes, para posteriormente emitirse a la atmósfera. Dicho ácido es reconocido como perjudicial a nivel medioambiental por su alto poder corrosivo. Por ejemplo, los motores navales tienen un límite de producción de ácido nítrico para ser homologados.
La creación de una cámara estanca sumergida en agua dentro de la cual se produzca la combustión oxhídrica evita la presencia del nitrógeno y, por consiguiente, la creación de ácido nítrico.
El diseño es apto para conectar a un electrolizador de agua que genere conjuntamente los dos gases: hidrógeno y oxígeno, cuyo diseño resulta más sencillo que los que separan ambos gases y que evita los riesgos de explosión de los dos gases por separado.
\vskip1.000000\baselineskip
Antecedentes de la invención
Se conoce desde hace tiempo la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis. Inicialmente, se pensó aprovechar el poder explosivo del hidrógeno con los motores de combustión interna.
Durante los años 60, Stan Meyer un coche que se movía gracias a electrolización de agua y su posterior combustión en un vehículo comercial con pequeñas transformaciones. La patente del sistema de inyectores para los motores de combustión interna fue presentada en EEUU el 28 de junio de 1983, y registrada con el número 4.389,981.
Los prototipos diseñados a raíz de tal invención sufrían los siguientes inconvenientes:
-
Corrosión por la presencia del ácido nítrico.
-
Falta de refrigeración dada las altas temperaturas que alcanzaba la reacción oxhídrica frente a los combustibles fósiles para los cuales habían sido diseñados.
-
Desgastes anómalos por la mayor capacidad explosiva del hidrógeno.
\vskip1.000000\baselineskip
Tras los problemas sufridos, la invención quedó olvidada y hasta la actualidad se sigue investigando sobre el consumo de hidrógeno dentro de células de combustible (fuel cells) para alimentar motores eléctricos, lo cual implica una pérdida de energía, tanto en la célula de combustible como en el motor eléctrico.
\vskip1.000000\baselineskip
Descripción de la invención
La cámara estanca de combustión oxhídrica está diseñada para aprovechar la capacidad calorífica de la combustión del hidrógeno en presencia de oxígeno, evitando la presencia de aire atmosférico. Es un diseño compacto, económico y fácil de usar.
Consta de seis partes diferenciadas:
1)
Depósito calentador lleno de líquido intercambiador de calor para la calefacción el que acceden dos tubos, uno de entrada del líquido procedente del circuito de calefacción y uno de salida hacia el circuito de calefacción. Internamente, las entradas del circuito de calefacción (6) pueden estar unidas por un serpentín para mejorar el intercambio del calor. Este movimiento tiene que ser impulsado por una bomba.
2)
Cámara estanca de combustión oxhídrica, dentro de la cual se produce la combustión. La cámara debe estar abierta por la parte inferior, sumergida por debajo dentro del agua, de forma que la combustión no entre en contacto con el aire atmosférico. Dicha cuba deberá ser especialmente reforzada para soportar la temperatura de trabajo.
\newpage
3)
Quemador de gas oxhídrico: Con forma de quemador convencional, debe estar realizado en un material resistente a la temperatura. Los quemadores que funcionan al aire libre deben ser de platino o un material que aguante la corrosión del ácido nítrico, pero en nuestro caso, como evitamos la presencia de tal ácido, pueden utilizarse una gama mayor de metales. Además, debe contar con elementos de seguridad que impidan que la llama salga del sistema, como, por ejemplo válvulas antirretorno, arrastrallamas (blackflush arrestor).
4)
Cuba de almacenamiento de agua, cuya función es mantener un nivel de agua suficiente para evitar que entre aire atmosférico dentro de la cámara estanca y permitir eliminar los sobrantes de agua generados por la combustión oxhídrica. No obstante, un litro de agua destilada puede generar más de 1200 m3 de hidrógeno, con lo cual la generación de agua será prácticamente inapreciable. También se pueden ir produciendo evaporaciones por la temperatura del agua obtenida tras la combustión, por lo cual habrá que mantener el nivel con un rebosadero y un depósito de agua destilada.
5)
Circuito ignitor, cuya función consiste en encender la llama que posteriormente quemará el gas oxhídrico. El ignitor puede, por ejemplo ser por arco voltaico, habitual en las calderas de gas.
6)
Circuito de calefacción, que será el consumidor final del calor generado por el sistema, por ejemplo un sistema de calefacción o agua caliente sanitaria (ACS).
\vskip1.000000\baselineskip
Como elementos de seguridad, incorporaremos un termostato dentro de la cámara que controle que el sistema funciona a la temperatura de trabajo. Si esta cae, puede significar que se apagó la llama y se debe cerrar el paso del gas. Este mecanismo de protección es necesario para detectar que se está consumiendo adecuadamente el gas oxhídrico.
Es necesario reducir al mínimo las pérdidas de gas oxhídrico, porque en espacios cerrados podrían existir acumulaciones y eventuales explosiones. En espacios abiertos, el hidrógeno se eleva rápidamente y reacciona con otros componentes de la atmósfera perdiendo su capacidad explosiva, por lo cual, no existirían inconvenientes en fugas de hidrógeno provocadas por vehículos. Debemos recordar que la explosión y posterior incendio del dirigible alemán Hinderburg fue provocada por el hidrógeno que contenía.
Otro termostato cierra el paso de gas si la cámara y/o el líquido intercambiador de calor alcanzan una temperatura superior a la de trabajo. Sensores de líquidos controlan la presencia de los adecuados niveles de líquido intercambiador de calor y de agua en el depósito y en la cuba.
\vskip1.000000\baselineskip
Descripción del funcionamiento
El proceso se inicia al encender el arco voltaico en la salida del quemador. Posteriormente, se introduce gas oxhídrico y se detecta si la llama encendió. En caso negativo, se intentará comenzar la combustión en otras ocasiones, que de no conseguirse en un tiempo prudencial se parará la caldera y se dará mensaje de avisar al servicio técnico.
Si se enciende la llama, el sensor de temperatura detecta un aumento de la misma hasta alcanzar la temperatura óptima de trabajo, tras la cual, se corta el arco voltaico ignitor, por mantenerse la combustión sin necesidad de ignición. El flujo de gas oxhídrico se regula en el momento de la puesta en marcha para garantizar un nivel de rendimiento óptimo, de forma que se mantiene constante mientras las necesidades caloríficas del sistema se mantengan y se apaga si no es necesario aportar más calor.
Dentro de la cámara (2), el gas oxhídrico se inflama con combustión y la temperatura presente, generando calor. La llama de la combustión del hidrógeno es incolora, por lo cual no podemos utilizar sensores de presencia de llama por luz.
La reacción química genera agua, inicialmente en estado gaseoso pero poco a poco, se satura la concentración de moléculas de agua dentro de la cámara y se precipitará en forma líquida hacia la cuba de almacenamiento de agua (4). Por este motivo, esta cuba deberá tener un dispositivo que permita deshacerse del agua sobrante o rebosadero.
La pequeña cantidad de aire atmosférico que queda dentro de la cámara cuando se cierra contiene una concentración de nitrógeno que generará ácido nítrico. Este ácido se disuelve en el agua de la cuba de almacenamiento de agua (4), por lo cual no plantea problemas.
Normalmente, el sistema se mantiene funcionando hasta alcanzar la temperatura deseada dentro del sistema de calefacción. Eventualmente, puede parar porque alguno de los parámetros se escapa del nivel especificado. La precaución es vital en el diseño de este sistema porque el hidrógeno es la sustancia más inflamable de las que se conocen.
\vskip1.000000\baselineskip
Breve descripción de los dibujos
Para la mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria se adjunta un dibujo (figura 1) en el que, tan sólo a título de ejemplo, se representa un caso práctico de construcción de la cámara estanca de gas oxhídrico para calefacción.
El dibujo refleja una sección longitudinal de los distintos componentes del sistema de calefacción por cámara estanca de gas oxhídrico en la que se pueden apreciar las diferentes cavidades y partes que lo componen.
Cabe destacar el orificio que permite eliminar los excesos de agua en la cuba de almacenamiento de agua (4), si bien estos excesos requerirán períodos prolongados de funcionamiento. Esta agua podría contener pequeñas concentraciones de ácido nítrico al comienzo de su funcionamiento. Posteriormente, esta agua es prácticamente pura. El agua que generan las células de combustible de la Estación Espacial Internacional (ISS) es lo que beben los astronautas.
\vskip1.000000\baselineskip
Descripción de una forma de realización preferida
Consideramos suficiente la realización con acero inoxidable de calidad, si bien pueden utilizarse otros metales semejantes.
El depósito calentador (1) lleno de líquido intercambiador de calor puede contener en un serpentín de un material resistente al calor, al paso del tiempo y con buenas características conductoras de la temperatura. Dicho diseño evita el contacto del líquido utilizado en el circuito de calefacción (6) (por ejemplo, agua en un sistema de agua caliente sanitaria) con el líquido intercambiador de calor. La mayor superficie del serpentín mejora el intercambio calorífico.
La cámara debe estar abierta por la parte inferior, sumergida parcialmente dentro del agua, de forma que no entre en contacto con el aire atmosférico y se recoja el agua que se va generando en la combustión del gas oxhídrico. De este modo se consigue que el agua no se almacene irremisiblemente en la parte baja de la cámara. Una vez que el nivel de agua alcanza el desagüe, se puede reutilizar para volver a generar gas oxhídrico. Dicha cuba deberá ser especialmente reforzada para soportar la temperatura de trabajo, si bien al estar en contacto con el líquido intercambiador se evita que alcance temperaturas muy elevadas. Este sistema es más eficiente que utilizar un simple serpentín. La cámara estanca (2) deberá estar especialmente diseñada para soportar altas temperaturas. Deberá mantener los electrodos del sistema ignitor en posición para conseguir un arco voltaico que encienda la llama. Es necesario que los elementos que sostienen los electrodos soporten altas temperaturas y sean aislantes eléctricos, porque el arco voltaico debe pasar por encima del quemador (3). Pueden ir atornillados con un material aislante a una base sobre la cual pongamos el quemador (3). A su vez, deben existir sensores de temperatura que hagan las veces de detectores de llama (controlar la disminución de temperatura por debajo de la temperatura de trabajo) y de control de la temperatura alcanzada dentro de la cámara (controlar los aumentos de temperatura por encima de la temperatura de trabajo). La cámara estanca cerrada por abajo con agua separa el receptáculo de la combustión con el aire atmosférico, evitando la creación del ácido nítrico así como los aumentos de presión que podían desencadenar una explosión.
El quemador (3) de gas oxhídrico deberá constar con varios orificios para que consiga una llama uniforme que permita una adecuada distribución del calor en toda la superficie inferior del depósito calentador (1). Tendrá una forma de quemador convencional, debe estar realizado en un material resistente a la temperatura. Los quemadores oxhídricos que funcionan al aire libre deben ser de platino o un material que aguante la corrosión del ácido nítrico, pero en nuestro caso, como evitamos la presencia de tal ácido, puede utilizarse una gama mayor de metales. Además, debe contar con elementos de seguridad que impidan que la llama salga del sistema, como, por ejemplo válvulas antirretorno, arrastrallamas (blackflush arrestor).
La cuba de almacenamiento de agua (4), cuya función es mantener un nivel de agua suficiente para evitar que entre aire atmosférico dentro de la cámara estanca y permitir eliminar los sobrantes de agua generados por la combustión oxhídrica por lo cual habrá que mantener el nivel con un rebosadero así como un deposito de agua destilada para abastecer en el caso de posibles evaporaciones.
Circuito ignitor (5), cuya función consiste en encender la llama que posteriormente quemará el gas oxhídrico. El ignitor puede, por ejemplo ser un transformador de alta tensión semejante a los que se usan para encender las calderas convencionales de gas.
Circuito de calefacción (6), debe ser diseñado teniendo en cuenta las características del local o vivienda a calefactor (radiadores, suelo radiante, fan coils) y las peculiaridades de este sistema de calefacción aquí descrito.

Claims (4)

1. Sistema de calefacción con cámara estanca cerrada por abajo con agua de combustión oxhídrica que comprende: Un depósito calentador (1) del líquido intercambiador de calor del circuito de calefacción (6), que consume el calor generado por el sistema de calefacción. Una cámara estanca (2) donde se produce la combustión entre el oxígeno y el hidrógeno que está parcialmente sumergida en el agua contenida en el depósito de almacenamiento (4), evitando el contacto con el aire atmosférico, y sirviendo a recoger el agua generada en la combustión. Un quemador del gas oxhídrico (3) que se encuentra alojado en el interior de la cámara que consta de elementos de seguridad que impidan que la llama salga del sistema y un circuito ignitor (5) que genera la llama en la cámara.
2. Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica, según la reivindicación 1, donde el agua generada en la combustión se reutiliza como fuente para la generación por electrólisis de la mezcla oxhídrica.
3. Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica, según la reivindicación 1, caracterizado por contar con medidas de seguridad pasivas, como válvulas antirretorno, arrastrallamas (blackflush arrestar) y medidas de seguridad activas como sistemas de paro automatizados por exceso o defecto de temperatura en la cámara estanca.
4. Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica, según la reivindicación 1, caracterizado por disponer de indicadores de niveles de funcionamiento como termostatos y detectores de nivel de líquidos.
ES200901095A 2009-04-27 2009-04-27 Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica. Active ES2370320B2 (es)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200901095A ES2370320B2 (es) 2009-04-27 2009-04-27 Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200901095A ES2370320B2 (es) 2009-04-27 2009-04-27 Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2370320A1 ES2370320A1 (es) 2011-12-14
ES2370320B2 true ES2370320B2 (es) 2012-06-13

Family

ID=45002349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES200901095A Active ES2370320B2 (es) 2009-04-27 2009-04-27 Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica.

Country Status (1)

Country Link
ES (1) ES2370320B2 (es)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US558176A (en) * 1896-04-14 Process of electrizing water for heating purposes
US4040566A (en) * 1975-09-15 1977-08-09 Carl Chiarelli Pollution-free heating system
JPS59179792A (ja) * 1983-03-29 1984-10-12 Agency Of Ind Science & Technol 太陽電池を用いた水電解槽による熱源装置
DE102005022904A1 (de) * 2005-05-18 2006-11-23 Uwe Oertel Anlage zur Erzeugung von Wärmeenergie für Heizung und Erwärmung von Trinkwasser durch Elektrolyse

Also Published As

Publication number Publication date
ES2370320A1 (es) 2011-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2372768T3 (es) Reactor con gradiente térmico controlado para la producción de hidrógeno puro.
JPH08507363A (ja) バーナー
EA200870121A1 (ru) Сжигание кислорода и топлива с интегрированным контролем над загрязнениями
ES2370320B2 (es) Sistema de calefacción con cámara estanca de combustión oxhídrica.
JP2013170454A (ja) スターリングエンジン用加熱装置及び加熱方法
KR100367223B1 (ko) 브라운가스 보일러
CN210921481U (zh) 一种新能源燃烧系统
JP3878284B2 (ja) 火葬方法とその装置
CN212408612U (zh) 相变蒸汽锅炉
KR102371840B1 (ko) 워터 가스 제조기
CN1414694A (zh) 基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置
WO2013183527A1 (ja) 常温核融合反応方法及び装置
JP4261014B2 (ja) 液化ガス気化装置
CN214840877U (zh) 移动式有机废液焚烧集成处理系统
CN2596663Y (zh) 基于燃料燃烧直接实现热电转换的装置
KR100954773B1 (ko) 개선된 열교환기를 가지는 저전력 전기보일러
KR20190121350A (ko) 전기 분해 가열 시스템
ES2522817B1 (es) Sistema generador de calor
RU215533U1 (ru) Отопительный котел
ES2363899B1 (es) Dispositivo para la generación de oxihidrógeno.
KR200247546Y1 (ko) 가스 발생장치
KR200345091Y1 (ko) 보일러
KR101616318B1 (ko) 가연성 가스 저감장치
RO128151B1 (ro) Procedeu de ardere a amestecului de hidrogen cu dioxid de carbon şi instalaţie de punere în aplicare a acestuia
KR20230170174A (ko) 원자력 설비의 수소 저감 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
FG2A Definitive protection

Ref document number: 2370320

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B2

Effective date: 20120613