BR102022006619A2 - Célula de hidrogênio - Google Patents

Abstract

célula de hidrogênio. apresenta um dispositivo de combustão de hidrogênio (1) compreendendo uma primeira placa (3) compreendendo uma pluralidade de orifícios de passagem (32); uma segunda placa (4) aproximada da primeira placa (3) de modo a definir uma câmara (1a) entre as mesmas placas (3, 4); um aquecedor (5) da primeira placa (3); um sistema de injeção (7) configurado para injetar hidrogênio na câmara (1a) através dos orifícios (32); e um gerador (6) definindo uma diferença de potencial entre as placas (3, 4) de modo que o hidrogênio na câmara (1a) defina um arco elétrico entre as placas (3, 4).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de combustão e em detalhes a uma célula de hidrogênio do tipo especificado no preâmbulo das reivindicações independentes.

[002] Em particular, a invenção refere-se a uma célula de combustível de hidrogênio, também conhecida como uma célula de combustível ou célula de combustível [sic], que torna possível explorar hidrogênio para produzir calor que pode ser usado, por exemplo, para aquecer e obter eletricidade.

[003] Como se sabe, as células de hidrogênio convertem a energia química do hidrogênio em eletricidade e calor sem usar ciclos térmicos.

[004] Tais células são baseadas no fato de que o hidrogênio é um gás capaz de ser facilmente ionizado e no uso como um comburente de oxigênio capaz de reagir com o hidrogênio, gerando calor e um produto inofensivo, como a água.

[005] As células conhecidas têm um ânodo saturado com oxigênio presente no ar e no qual o oxigênio é reduzido, e um cátodo no qual o hidrogênio é oxidado; essas reações tornam possível obter energia térmica para aquecer a água.

[006] Os eletrodos são imersos no eletrólito, uma solução concentrada de hidróxido de potássio (KOH), e revestidos com catalisadores para aumentar a velocidade das reações do eletrodo.

[007] Alguns exemplos de células conhecidas são: células alcalinas usando hidróxido de potássio como eletrólito; Células de Combustível de Eletrólito de Polímero (PEFC) usando uma membrana polimérica de alta condutividade como eletrólito; células de carbonato fundido (MCFC, Célula de Combustível de Carbonato Fundido) em que o eletrólito usado é uma solução de carbonatos alcalinos fundidos à temperatura de operação da célula; células de metanol.

[008] A técnica conhecida descrita inclui algumas desvantagens importantes.

[009] Em particular, as células conhecidas são particularmente complexas, tornando suas aplicações práticas na produção de energia excessivamente cara.

[010] Esse aspecto é acentuado pelo fato de que o hidrogênio molecular tem uma densidade de energia por unidade de volume menor do que a de muitos outros combustíveis que, até agora, tem feito o seu uso não muito conveniente para produzir energia.

[011] Uma desvantagem importante reside no fato de que as células têm um alto custo de compra e manutenção, tornando seu uso ainda mais limitado. Esse aspecto é acentuado pela sua complexidade construtiva e pelo elevado custo de descarte.

[012] Uma desvantagem não secundária é que as células não permitem um uso ideal dos produtos da reação química e, portanto, têm um alto gasto de energia e, assim, uma eficiência relativamente baixa.

[013] Nesta situação, a tarefa técnica subjacente à presente invenção é conceber uma célula de hidrogênio capaz de evitar substancialmente pelo menos parte das desvantagens acima mencionadas.

[014] No âmbito da referida tarefa técnica, um objetivo importante da invenção é obter uma célula de hidrogênio de construção relativamente simples e, portanto, de baixo custo de construção e manutenção.

[015] Outro objetivo importante da invenção é fornecer uma célula de hidrogênio capaz de ter um uso ideal dos produtos da reação química e, portanto, de alta eficiência.

[016] A tarefa técnica e os objetivos especificados são alcançados por uma célula de hidrogênio conforme reivindicada na reivindicação 1 anexa. Exemplos de modalidades preferidas são descritos nas reivindicações dependentes.

[017] As características e vantagens da invenção são esclarecidas abaixo pela descrição detalhada das modalidades preferenciais da invenção, com referência às figuras anexas, nas quais: - a Figura 1 mostra, em escala, uma célula de hidrogênio compreendendo um dispositivo de combustão de acordo com a invenção; - a Figura 2 ilustra, em escala, um conjunto de dispositivo de combustão de hidrogênio; e - a Figura 3 mostra, em escala, uma segunda vista do conjunto da Figura 2.

[018] No presente documento, as medições, valores, formas e referências geométricas (como perpendicularidade e paralelismo), quando associadas a palavras como “cerca de” ou outros termos semelhantes, como “aproximadamente” ou “substancialmente”, devem ser consideradas como tal, exceto por erros de medição ou imprecisões devido a erros de produção e/ou fabricação e, acima de tudo, exceto por uma ligeira divergência do valor, medições, forma ou referência geométrica com a qual está associada. Por exemplo, esses termos, se associados a um valor, indicam preferencialmente uma divergência não superior a 10% do valor.

[019] Além disso, quando usados, termos como “primeiro”, “segundo”, “superior”, “inferior”, “principal” e “secundário” não necessariamente identificam uma ordem, uma prioridade de relação ou uma posição relativa, mas podem simplesmente ser usados para distinguir claramente entre seus diferentes componentes.

[020] Salvo indicação em contrário, as medições e os dados indicados neste texto devem ser considerados como efetuados na Atmosfera Padrão Internacional ICAO (ISO 2533).

[021] A menos que especificado de outra forma, como resultados nas discussões a seguir, termos tais como “tratamento”, “computação”, “determinação”, “cálculo” ou semelhantes, referem-se à ação e/ou processos de um computador ou dispositivo de cálculo eletrônico semelhante que manipula e/ou transforma dados representados como físicos, tais como quantidades eletrônicas de registros de um sistema de computador e/ou memórias, em outros dados representados de forma semelhante como quantidades físicas dentro de sistemas de computador, registros ou outros dispositivos de armazenamento, transmissão ou exibição de informações.

[022] Com referência às Figuras, o dispositivo de combustão de hidrogênio de acordo com a invenção é globalmente indicado com o número 1.

[023] Ele é configurado para ser alimentado por um gás de alimentação compreendendo pelo menos hidrogênio. Em particular, identifica um queimador capaz de usar um gás de alimentação como combustível para a produção de energia térmica, preferencialmente calor.

[024] O gás de alimentação é identificável como uma mistura de gás compreendendo um gás combustível (preferencialmente hidrogênio) tal como e um gás oxidante (preferencialmente oxigênio). Pode ser uma mistura de hidrogênio e oxigênio e adequadamente singás (ou gás de síntese).

[025] O teor de hidrogênio no gás de alimentação pode ser substancialmente pelo menos igual a 50% em detalhes a 70%. Pode estar substancialmente compreendido entre 70% e 90% em detalhes entre 80% e 90% e para a precisão substancialmente igual a 85%.

[026] O teor de oxigênio no gás de alimentação pode ser substancialmente inferior a 50% em detalhes a 30%. Pode estar substancialmente entre 5% e 30% em detalhes entre 10% e 20% e para a precisão substancialmente igual a 15%.

[027] A referida porcentagem é determinada em razão de volume.

[028] O dispositivo de combustão 1 pode compreender um corpo tipo caixa 2 definindo um volume de alojamento para pelo menos parte dos componentes da célula.

[029] O corpo tipo caixa 2 pode definir um eixo longitudinal.

[030] O corpo tipo caixa 2 compreende pelo menos uma base e um corpo oco 21 fechado pela referida pelo menos uma base. Em detalhes, compreende uma primeira base 22, uma segunda base 23, e o corpo oco 21 é fechado pelas referidas bases 22 e 23.

[031] O corpo oco 21 pode se expandir principalmente ao longo do referido eixo longitudinal.

[032] O corpo oco 21 pode ser cilíndrico.

[033] O dispositivo de combustão 1 pode compreender pelo menos um par de placas e preferencialmente uma única cópia de placas.

[034] Cada par de placas compreende uma primeira placa 3 definindo uma primeira superfície 31; e uma segunda placa 4 definindo uma segunda superfície 41 paralela e voltada/orientada para a primeira superfície 31 e não em contato com a primeira superfície 31 de modo a definir uma câmara 1a entre as referidas superfícies 31 e 41.

[035] As placas 3 e 4 podem ser colocadas no volume de alojamento e opcionalmente ser integrais com uma base (por exemplo, a primeira base 21).

[036] As superfícies 31 e 41 podem ser definidas como ativas na medida em que definem a câmara 1a dentro da qual a ionização de hidrogênio ocorre e, consequentemente, a combustão do referido hidrogênio com, portanto, a produção de calor. As superfícies 31 e 41 definem duas faces/bases opostas da câmara 1a.

[037] As superfícies 31 e 41 podem ser substancialmente paralelas ao eixo longitudinal.

[038] A distância entre as superfícies 31 e 41 e, portanto, a altura da câmara 1a pode ser substancialmente inferior a 5 cm, em detalhes a 1 cm, em mais detalhes a 0,5 cm, em mais detalhes ainda a 0,3 cm e para a precisão substancialmente entre 0,05 cm e 0,2 cm. De preferência, é quase igual a 0,1 cm.

[039] A referida distância entre as superfícies 31 e 41 pode ser praticamente constante.

[040] Em alguns casos, a primeira superfície 31 pode ser recuada e a segunda superfície 41 pode ser recuada negativamente em relação à primeira superfície 31, de modo a manter a distância entre as superfícies 31 e 41 constante (Figura 3).

[041] A primeira placa 3 pode compreender pelo menos um orifício de passagem 32 e, em detalhes, uma pluralidade de orifícios de passagem 32 tendo eixos de extensão adequadamente preferidos substancialmente paralelos um ao outro.

[042] Cada orifício 32 é configurado para permitir que pelo menos o hidrogênio e, preferencialmente, o gás de alimentação (ou, em vez disso, o hidrogênio e o comburente, preferencialmente identificados como oxigênio) passem através da primeira placa 3 e, em seguida, entrem na câmara 1a com um fluxo incidente/direcionado contra a segunda placa 4. Cada orifício 32 pode ter um eixo de extensão preferido substancialmente transversal e em detalhes substancialmente perpendicular à primeira superfície 31.

[043] Cada orifício 32 pode ter um diâmetro substancialmente igual a pelo menos 0,05 cm, em detalhes 0,1 cm e para a precisão substancialmente entre 0,1 cm e 0,3 cm, 100 °C. Preferencialmente, o referido diâmetro é substancialmente igual a 0,15 cm.

[044] Os orifícios 32 podem ter uma seção constante. Alternativamente, eles podem ser afunilados com, por exemplo, seção máxima na primeira superfície 31 ou seção mínima na primeira superfície 31.

[045] A primeira placa 3 pode ser feita de material condutor e em detalhes metálicos, tais como compostos de materiais ferrosos. Pode ser tungstênio.

[046] A segunda placa 4 pode ser sem orifícios.

[047] A segunda placa 4 pode ser feita de material condutor e detalhes metálicos, tais como, por exemplo, compostos de materiais ferrosos. Pode ser tungstênio.

[048] O dispositivo de combustão 1 pode compreender um aquecedor 5 de pelo menos a primeira placa 3 e, opcionalmente, de ambas as placas 3 e 4.

[049] O aquecedor 5 pode compreender pelo menos um resistor 51 configurado para aquecer a primeira placa 3 e, portanto, adequadamente um resistor adicional 52 configurado para aquecer a segunda placa 4.

[050] O resistor 51 pode ser integrado na primeira placa 3.

[051] O resistor adicional 52 pode ser integrado na segunda placa 4.

[052] O aquecedor 5 é configurado para definir para pelo menos a primeira placa 3 uma temperatura de pré-aquecimento substancialmente pelo menos igual a 70 °C e em detalhes a 100 °C. Preferencialmente, a referida temperatura está substancialmente entre 100 °C e 250 °C e mais precisamente entre 100 °C e 150 °C.

[053] Os resistores 51 e 52 podem estar no volume de alojamento e adequadamente conectados a um sistema de fornecimento de energia elétrica externo ao corpo tipo caixa 2.

[054] O dispositivo de combustão 1 pode compreender pelo menos um gerador 6 configurado para acionar uma diferença de potencial entre as placas 3 e 4.

[055] Ele define a referida diferença de potencial entre as referidas placas 3 e 4.

[056] As placas 3 e 4 podem assim constituir as placas de um condensador alimentado pelo referido gerador 6.

[057] As placas 3 e 4, portanto, identificam as placas/eletrodos de um condensador no qual o gás na câmara 1a identifica o dielétrico. A carga é assim armazenada na primeira superfície 31 e na segunda primeira superfície 41. Portanto, fora das placas 3 e 4 haverá um campo elétrico igual a zero, enquanto entre as superfícies 31 e 41 e, portanto, na câmara 1a o campo elétrico é máximo.

[058] A referida diferença de potencial é configurada para definir (e em detalhes realizar) na câmara 1a, e para precisão entre as placas 3 e 4, um arco elétrico. Este arco ioniza o hidrogênio na câmara 1, adequadamente alcançado lá, cruzando a primeira placa 3 e, em seguida, o aquecedor do aquecedor 5. O hidrogênio assim ionizado, como melhor descrito abaixo, dá origem com o comburente a um processo de combustão exotérmica (em detalhes a um processo de oxidação usando o oxigênio presente no gás de alimentação) que desenvolve calor que aquece as placas 3 e/ou 4 e adequadamente o gás de alimentação reduzindo a contribuição do aquecedor 5.

[059] A diferença de potencial entre as placas 3 e 4 pode ser substancialmente pelo menos igual a 4000V e em detalhes a 5000V. Em alguns casos, a diferença de potencial entre as placas 3 e 4 pode assumir valores de algumas dezenas de milhares de Volts.

[060] De preferência, o gerador 6 é configurado para definir a referida diferença de potencial com uma baixa amperagem. Convenientemente, é configurado para definir a diferença de potencial com uma corrente de alimentação, preferencialmente contínua, substancialmente inferior a 1 A em detalhes a 0,1 A e em detalhes substancialmente compreendida entre 0,05 A e 0,01 A. A referida corrente de alimentação pode ter uma amperagem substancialmente igual a 0,03 A.

[061] O gerador 6 pode compreender pelo menos um primeiro eletrodo 61 e um segundo eletrodo 62 associados respectivamente com a primeira placa 3 e com a segunda placa 4 de modo a definir a referida diferença de potencial adequadamente com a chamada corrente de alimentação.

[062] Os eletrodos 61 e 62 podem ser integrados nas placas 3 e 4 e adequadamente alimentados eletricamente por um sistema de fornecimento de energia externo ao corpo tipo caixa 2. O primeiro eletrodo 61 pode estar em uma peça com a primeira placa 3 que, portanto, identifica o referido primeiro eletrodo, e/ou o segundo eletrodo 61 pode estar em uma peça com a segunda placa 4 que, portanto, identifica o referido segundo eletrodo.

[063] O primeiro eletrodo 61 e convenientemente a primeira placa 3 podem identificar o cátodo; e o segundo eletrodo 61 e convenientemente a segunda placa 4 podem identificar o ânodo. Alternativamente, o primeiro eletrodo 61 e convenientemente a primeira placa 3 podem identificar o ânodo; e o segundo eletrodo 61 e convenientemente a segunda placa 4 podem identificar o cátodo.

[064] O dispositivo de combustão 1 pode compreender um sistema de injeção 7 configurado para introduzir o gás de alimentação na câmara 1a através de pelo menos em parte e em detalhes todos os orifícios 32 de modo que o hidrogênio, em detalhes o gás de alimentação, passe através da primeira placa 3 e atinja a câmara 1a onde, explorando a diferença de potencial entre as placas 3 e 4, define entre as placas 3 e 4 pelo menos um arco elétrico ionizando adequadamente o hidrogênio.

[065] Pode ser visto como o gás de alimentação na câmara 1a, passando através da primeira placa 3, é aquecido em detalhes até pelo menos a referida temperatura de pré-aquecimento.

[066] Em detalhes, na câmara 1a existem as condições (ou melhor, a temperatura do gás de alimentação e, em particular, de pelo menos hidrogênio graças ao aquecedor 5; a intensidade necessária do campo elétrico (em relação à densidade e/ou concentração de gás) graças ao gerador 6) de modo que um arco elétrico seja gerado no dielétrico entre as placas 3 e 4, ou melhor, no gás de alimentação, que ioniza o referido hidrogênio.

[067] O sistema de injeção 7 é colocado em uma conexão de passagem de fluido com os orifícios 32 no lado oposto à primeira superfície.

[068] O sistema de injeção 7 é configurado para introduzir gás de alimentação a uma pressão de trabalho preferencial e substancialmente pelo menos igual a 1 bar e em detalhes a 1,5 bar. Preferencialmente, a pressão de trabalho está substancialmente entre 2 bar e 5 bar e em detalhes entre 2 bar e 3 bar e preferencial e substancialmente igual a 2,5 bar.

[069] O sistema de injeção 7 é configurado para injetar gás de alimentação sem interrupção.

[070] O sistema de injeção 7 pode compreender, para cada orifício 32, pelo menos um injetor 71 para injetar o gás de alimentação (portanto, hidrogênio e oxigênio adequado) no orifício 32; adequadamente um alimentador de gás 72 em conexão de passagem de fluido com o referido pelo menos um injetor 71; e mais adequadamente um bloco configurado para a regulação e controle da injeção de gás de alimentação.

[071] O injetor 71 é restrito a um orifício 32 no lado oposto à primeira superfície 31.

[072] A fonte de alimentação 72 pode ser externa ao volume do alojamento.

[073] O alimentador 72 pode compreender um elemento de compressão configurado para injetar o gás de alimentação na referida pressão de trabalho.

[074] O alimentador 72 pode compreender um cilindro de armazenamento de gás de alimentação e/ou um sistema de produção de hidrogênio e gás de alimentação em detalhes.

[075] O dispositivo de combustão 1 pode compreender um membro de adução 8 configurado para introduzir um líquido no volume de alojamento e em detalhes contra as referidas placas 2 e 3.

[076] O membro de adução 8 é configurado para introduzir um líquido que, devido às altas temperaturas no volume de alojamento, vaporiza.

[077] O líquido pode ser preferencialmente água desmineralizada.

[078] O membro de adução 8 é configurado para injetar um líquido a uma pressão de entrada preferencial e substancialmente pelo menos igual a 1 bar, pelo menos igual a 1 bar [sic], e em detalhes substancialmente entre 1 bar e 120 bar, e mais precisamente entre 60 bar e 90 bar. Preferencialmente, a pressão de entrada é substancialmente igual a 80 bar.

[079] O membro de adução 8 pode compreender pelo menos um bocal 81 configurado para introduzir o líquido no referido volume; adequadamente uma unidade de fornecimento 82 do líquido adequadamente na referida pressão de entrada; e mais convenientemente pelo menos uma válvula para regular e controlar a introdução de líquido.

[080] O bocal 81 pode ser integrado no corpo tipo caixa 2.

[081] Ele é capaz de introduzir o líquido no volume de alojamento direcionando-o adequadamente contra as placas 2 e 3 em detalhes contra a câmara 1a.

[082] O dispositivo de combustão 1 pode compreender pelo menos um conector 9 adaptado para permitir que pelo menos o referido líquido vaporizado escape.

[083] O dispositivo de combustão 1 pode compreender uma placa de controle para a operação da própria célula.

[084] O dispositivo de combustão 1 pode ser parte de uma célula de hidrogênio 10 configurada para usar o líquido vaporizado produzido pelo dispositivo 1 para aquecimento e/ou produção de energia. A célula 10 pode ser um dispositivo para explorar a energia produzida pelo dispositivo 1. Pode compreender pelo menos um dispositivo de combustão 1 para o referido hidrogênio.

[085] A célula de hidrogênio 10 pode compreender uma unidade de separação de gás preferencialmente de um tipo conhecido.

[086] A célula de hidrogênio 10 pode compreender um gerador 11 em conexão de passagem de fluido com a referida célula 1 e configurado para produzir energia elétrica explorando o referido líquido vaporizado.

[087] O gerador 11 está disponível em conexão de passagem de fluido com a célula 1 através do conector 9.

[088] A célula de hidrogênio 10 pode compreender uma conexão 12 configurada para colocar um sistema de aquecimento (por exemplo, de um edifício) em uma conexão de passagem de fluido com o dispositivo de combustão 1 e/ou gerador 11 de modo a receber o líquido vaporizado do mesmo e introduzi-lo no referido sistema de aquecimento.

[089] A conexão 12 está disponível em uma conexão de passagem de fluido com a célula 1 através do conector 9.

[090] A célula de hidrogênio 10 pode compreender uma bomba 13 para controlar a liberação de vapor do dispositivo de combustão 1 e em detalhes do corpo tipo caixa 2.

[091] A operação do dispositivo 1 e, portanto, da célula 10 descrita anteriormente em termos estruturais é a seguinte, e introduz um novo processo para explorar um gás de alimentação compreendendo pelo menos hidrogênio.

[092] O processo é configurado para ser realizado pelo dispositivo de combustão 1 e em detalhes pela célula de hidrogênio 10.

[093] O processo de exploração pode compreender uma fase de pré-aquecimento na qual pelo menos a primeira placa 3 e em detalhes ambas as placas 3 e 4 são trazidas para a referida temperatura de pré- aquecimento.

[094] Nesta fase, o aquecedor 5, usando os resistores 51 e 52, aquece as placas 3 e 4 até a temperatura de pré-aquecimento.

[095] O processo de exploração pode compreender uma etapa de carregamento na qual uma diferença de potencial é obtida entre as placas 3 e 4 definindo um arco elétrico entre as mesmas placas 3 e 4.

[096] Os valores da diferença de potencial são mostrados acima.

[097] Na fase de carregamento, o gerador 6, explorando a corrente de alimentação que flui através dos eletrodos 61 e 62, carrega ambas as placas 3 e 4 que identificam adequadamente as placas de um condensador.

[098] Os valores da corrente de alimentação são mostrados acima.

[099] É evidente que a fase de carregamento é realizada continuamente para todo o processo de exploração, de modo a ter sempre a referida diferença de potencial entre as placas 3 e 4.

[100] Uma vez que entre as placas 3 e 4 existe a referida diferença de potencial, realizando as condições para ter o referido arco e, em detalhes, pelo menos a primeira placa 3 está na temperatura de pré- aquecimento, o processo de exploração pode compreender uma fase de produção de calor na qual o gás de alimentação é introduzido na câmara 1a através de pelo menos parte dos orifícios 32 de modo que o hidrogênio passe através da primeira placa 3, aquecendo-se e depois entra na câmara 1a onde é ionizado pelo referido arco elétrico.

[101] O hidrogênio assim ionizado dá origem com o comburente a um processo de combustão exotérmica. Em detalhes, o hidrogênio ionizado reage com o oxigênio dando origem a um processo de oxidação exotérmica. O processo exotérmico leva à produção de calor que aquece as placas 3 e/ou 4 e adequadamente o gás de alimentação reduzindo a contribuição do aquecedor 5.

[102] De preferência, o gás de alimentação é introduzido na câmara 1a através do detalhe de todos os orifícios 32.

[103] Convenientemente, também o comburente é introduzido na câmara 1a através dos orifícios 32 e, portanto, é aquecido pelo aquecedor 5.

[104] Na fase de produção, o gás de alimentação na câmara 1a, passando através da primeira placa 3, pode aquecer até pelo menos a temperatura de pré-aquecimento.

[105] Na fase de produção, quando o gás de alimentação e, em detalhes, o hidrogênio atingem a câmara 1a e preenchem pelo menos parte da câmara 1a, identificando o dielétrico entre as placas 3 e 4. Consequentemente, a resistência dielétrica entre as placas 3 e 4 é diminuída.

[106] Nesse ponto, a tensão elétrica entre as placas 3 e 4 (ou melhor, a diferença de potencial entre as placas 3 e 4) excede o limite de rigidez dielétrica do hidrogênio (em detalhes do gás de alimentação). Consequentemente, entre as placas 3 e 4 é gerada uma descarga entre as placas 3 e 4 e, portanto, pelo menos um arco elétrico que ioniza pelo menos parte do hidrogênio presente na câmara 1a.

[107] Deve-se notar que na fase de produção vários arcos elétricos podem ocorrer entre as placas 3 e 4 simultaneamente e/ou em sucessão.

[108] A geração de pelo menos um arco elétrico leva à produção de hidrogênio ionizado que pode dar origem a um processo exotérmico de combustão com o comburente e, em particular, a um processo exotérmico de oxidação com oxigênio. Este processo exotérmico leva assim à produção de calor de aquecimento pelo menos nas referidas placas 3 e 4.

[109] Pode ser visto como esta produção de calor aquece as placas 3 e 4 além da temperatura de pré-aquecimento em detalhes até uma temperatura normal. Consequentemente, o gás de alimentação aquece ainda mais, favorecendo ainda mais a ionização de hidrogênio na fase de produção.

[110] Destaca-se como o aumento da temperatura do gás de alimentação pode levar a uma variação favorável das características do dielétrico entre as placas 3 e 4 (ou melhor, do referido gás) e, portanto, a uma maior geração de arcos elétricos entre as placas 3 e 4 e, por sua vez, a uma melhor ionização do hidrogênio.

[111] A temperatura de estado estacionário pode ser substancialmente pelo menos igual a 100 °C e em detalhes a 250 e mais em detalhes a 1000 °C.

[112] O processo de exploração pode compreender uma fase de vaporização em que um líquido é introduzido no corpo em forma de caixa e em detalhes contra as placas 3 e 4.

[113] Este líquido, graças ao calor desenvolvido por pelo menos um arco elétrico, é vaporizado.

[114] As fases de produção e vaporização podem ser realizadas continuamente.

[115] As fases de produção e vaporização podem ser realizadas em paralelo.

[116] O processo de exploração pode compreender uma fase de utilização do vapor produzido na fase de vaporização.

[117] Na fase de utilização, o vapor, adequadamente controlado pela bomba 13, é extraído do corpo tipo caixa e conduzido para o gerador 11 para produzir energia elétrica e/ou para a conexão 12 e depois para um sistema de aquecimento.

[118] O dispositivo de combustão 1 e, portanto, a célula de hidrogênio 10 de acordo com a invenção alcançam vantagens importantes.

[119] Na verdade, o dispositivo 1 e, portanto, a célula de hidrogênio 10 são pequenos em tamanho e acima de tudo caracterizados por extrema simplicidade construtiva e, portanto, por custos de produção e manutenção particularmente baixos.

[120] Outra vantagem é representada pela alta confiabilidade do dispositivo 1 e da célula de hidrogênio 10.

[121] Uma vantagem importante é representada pelo fato de que o dispositivo de combustão 1, graças à passagem do gás de alimentação na primeira placa 3 e, em particular, pelas condições particulares de energia física e elétrica da câmara 1a, é capaz de garantir uma alta produção de calor (portanto, energia elétrica e/ou de aquecimento) com quantidades reduzidas de hidrogênio.

[122] Uma vantagem fundamental é, portanto, que o dispositivo de combustão 1 e a célula de hidrogênio 10 tornam possível produzir eletricidade a partir de fontes renováveis sem emitir qualquer tipo de poluente. Eles, portanto, encontram uma aplicação privilegiada em sistemas domésticos em que o pequeno tamanho do sistema mantém baixo os custos da tecnologia utilizada e a recuperação do vapor formado é maximizada pela recuperação imediata para o sistema de aquecimento e a geração de água sanitária.

[123] Também é enfatizado que a câmara 1a, graças às condições particulares em que é encontrada (como temperatura e/ou concentração de hidrogênio e/ou comburente), favorece o processo de combustão de hidrogênio que pode ocorrer quase espontaneamente, ou melhor, sem o uso de catalisadores e/ou luzes piloto.

[124] A invenção é suscetível de variantes abrangidas pelo escopo do conceito inventivo definido pelas reivindicações.

[125] Por exemplo, a segunda placa 4 pode compreender pelo menos um orifício de passagem adicional e, em detalhes, uma pluralidade de orifícios de passagem adicionais tendo adequadamente eixos de extensão preferida substancialmente paralelos um ao outro.

[126] Cada orifício adicional pode ter um eixo de extensão preferido substancialmente transversal e em detalhes substancialmente perpendicular à segunda superfície 41.

[127] Cada orifício adicional pode ter um diâmetro substancialmente pelo menos igual a 0,05 cm, em detalhes a 0,1 cm, e para a precisão substancialmente compreendido entre 0,1 cm e 0,3 cm, 100 °C. Preferencialmente, o referido diâmetro é substancialmente igual a 0,15 cm.

[128] No caso da segunda placa 4 provida de pelo menos um orifício adicional, o sistema de injeção 7 pode introduzir gás de alimentação na câmara 1a através de, além do referido pelo menos um orifício 32, pelo menos alguns e, mais precisamente, a totalidade dos referidos pelo menos um orifício adicional.

[129] O sistema de injeção 7 pode, assim, compreender, para cada orifício adicional, um injetor adicional para injetar o gás de fornecimento no orifício adicional; e adequadamente o alimentador 72 está em conexão de passagem de fluido com o referido pelo menos um injetor adicional.

[130] O injetor adicional é restrito a um orifício adicional no lado oposto à segunda primeira superfície 41.

[131] O alimentador 72 pode ser externo ao volume do alojamento.

[132] Neste contexto, todos os detalhes podem ser substituídos por elementos equivalentes e os materiais, formas e dimensões podem ser quaisquer.

Claims (11)

1. DISPOSITIVO DE COMBUSTÃO DE HIDROGÊNIO (1) caracterizado pelo fato de compreender: - pelo menos um condensador (3, 4) compreendendo: - uma primeira placa (3) definindo uma primeira superfície (31) compreendendo uma pluralidade de orifícios (32) que passam através e transversais à referida primeira superfície (31); e - uma segunda placa (4) definindo uma segunda superfície (41) paralela e voltada para a referida primeira superfície (31) e não em contato com a referida primeira superfície (31) de modo a definir uma câmara (1a) entre as referidas superfícies (31, 41); - um aquecedor (5) da pelo menos primeira placa (3) referida definindo uma temperatura de pré-aquecimento da pelo menos primeira placa (3) referida; - um sistema de injeção (7) configurado para introduzir um gás de alimentação através de pelo menos parte dos referidos orifícios (32), em seguida, entra na referida câmara (1a) na direção da referida segunda superfície (41); o referido gás de alimentação compreendendo hidrogênio e um comburente de modo que, quando introduzido na referida câmara (1a) pelo referido sistema de injeção (7), pelo menos o referido hidrogênio passa através de pelo menos parte dos referidos orifícios (32) sendo aquecido pela referida primeira placa (3); - pelo menos um gerador (6) definindo uma diferença de potencial entre as referidas placas (3, 4); a referida diferença de potencial sendo configurada para definir entre as referidas placas (3, 4) um arco elétrico ionizante para o referido hidrogênio na referida câmara (1a).

2. DISPOSITIVO DE COMBUSTÃO (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a referida diferença de potencial entre as referidas placas (3, 4) ser substancialmente pelo menos igual a 4000V.

3. DISPOSITIVO DE COMBUSTÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o referido gerador (6) ser configurado para definir a referida diferença de potencial com uma corrente de alimentação de amperagem substancialmente entre 0,05 A e 0,01 A.

4. DISPOSITIVO DE COMBUSTÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a distância entre as referidas superfícies (31, 41) e, portanto, a altura da referida câmara (1a) estar substancialmente entre 0,05 cm e 0,2 cm.

5. DISPOSITIVO DE COMBUSTÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o referido aquecedor (5) ser configurado para definir para a referida pelo menos primeira placa (3) uma temperatura de pré-aquecimento substancialmente entre 100 °C e 250 °C.

6. DISPOSITIVO DE COMBUSTÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a referida primeira superfície (31) ser recuada e a referida segunda superfície (41) ser recuada negativamente em relação à referida primeira superfície (31).

7. DISPOSITIVO DE COMBUSTÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de as referidas placas (3, 4) serem feitas de tungstênio.

8. DISPOSITIVO DE COMBUSTÃO (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de compreender um membro de adução (8) configurado para lançar um líquido contra as referidas placas (3, 4).

9. CÉLULA DE HIDROGÊNIO (10) caracterizada pelo fato de compreender pelo menos uma das referidas células (1) conforme definidas em pelo menos uma das reivindicações anteriores.

10. PROCESSO PARA EXPLORAR UM GÁS DE ALIMENTAÇÃO COMPREENDENDO HIDROGÊNIO caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um dispositivo de combustão (1) conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, e: - uma fase de pré-aquecimento em que pelo menos a referida primeira placa (3) é aquecida; - uma fase de carregamento na qual uma diferença de potencial é implementada entre as referidas placas (3, 4) do referido condensador definindo um arco elétrico entre as referidas placas (3, 4); - uma fase de produção de calor em que o referido gás de alimentação é introduzido na referida câmara (1a) através de pelo menos parte dos referidos orifícios (32) de modo que o referido hidrogênio do referido gás de alimentação passe através da referida primeira placa (3) aquecendo e, portanto, o referido hidrogênio entra na referida câmara (1a) onde é ionizado pelo referido arco elétrico.

11. PROCESSO, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de compreender uma fase de vaporização em que um líquido é lançado contra as referidas placas (3, 4) que, sendo aquecidas pelo referido arco, vaporizam o referido líquido.