BR112019021885A2 - Dispositivo para gerar gás hidrogênio - Google Patents

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Keen Yee Yoke
Kok Foo Ng Albert
Yang CHIA Chin
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Hydrogen Tech Sdn. Bhd.
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Abstract

trata-se de um dispositivo para gerar gás hidrogênio que tem dois ou mais armazenamentos, sendo que cada armazenamento armazena um reagente ou mistura de reagentes, e cada armazenamento é acoplado a um meio para injetar o reagente armazenado ou mistura de reagentes dentro de uma câmara de reação de uma maneira controlada e a uma taxa ideal, de modo que a reação química ocorra na câmara de reação que produz gás hidrogênio de forma eficiente.

Description

“DISPOSITIVO PARA GERAR GÁS HIDROGÊNIO”
CAMPO TÉCNICO
[0001] A presente invenção refere-se, geralmente, a um dispositivo gerador de gás hidrogênio e método do mesmo, e mais particularmente, a tal dispositivo e método que gera gás hidrogênio pela injeção controlada de reagentes dentro de uma câmara de reação.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA
[0002] Os sistemas de geração de energia de células de combustível geram eletricidade por uma reação de hidrogênio e ar, e podem alimentar veículos, máquinas e outros dispositivos que requerem um fornecimento constante de eletricidade. O hidrogênio original é geralmente armazenado in situ, o que requer tanques pressurizados, pesados e caros. Quando a aplicação é para um veículo ou outra máquina em movimento, então o problema é estendido ao peso extra e espaço requerido para os tanques de armazenamento. Uma solução para isso é a geração local de gás hidrogênio, próxima às células de combustível, para que seja necessário um armazenamento mínimo ou nulo de gás hidrogênio.
[0003] O gás hidrogênio pode ser gerado através de uma reação química que separa o gás hidrogênio dos materiais fonte tais como hidretos químicos. Os hidretos químicos são armazenados de forma muito mais segura, quando comparado ao gás hidrogênio. Existem várias soluções para gerar gás hidrogênio a partir de hidretos, e a maior parte delas usa uma câmara de reação de algum tipo, que contém uma quantidade de hidreto químico. Um líquido, tal como água é, então, injetado dentro dessa câmara de reação, e a reação química que se segue produz gás hidrogênio.
[0004] Um problema com esse sistema gerador de gás hidrogênio é que a câmara de reação, na maioria dos casos, tem que ser removida uma vez que o combustível hidreto químico tenha sido esgotado. É então, em alguns casos, reabastecido com hidreto químico, e reutilizada. Em alguns casos, contudo, a custosa câmara de reação não pode ser reutilizada e é jogada fora. Em ambos esses casos, a substituição da câmara de reação vazia com uma cheia, pode ser complicada e tediosa.
[0005] Em outra solução conhecida, a câmara de reação não é removida, mas é carregada com o reagente local. Isso vem com seus próprios
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2/14 problemas, os maiores deles são dificuldade em carregar a câmara com o reagente e o tempo necessário para fazer isso. O fator tempo é especialmente pertinente em aplicações tais como veículos de passageiros. Esperar mais do que alguns minutos em estações de recarga geralmente torna isso inviável.
[0006] Um problema compartilhado por todas as soluções acima é a dificuldade de controlar com precisão a reação química. A depender da geometria da câmara de reação, a maior parte do hidreto químico muda à medida que se esgota, o que torna, então, a taxa da reação e, portanto, a quantidade de gás hidrogênio produzido, difícil de controlar. O controle preciso da taxa de reação também é importante para alcançar uma reação química ideal e produção eficiente de gás hidrogênio.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
PROBLEMA DA TÉCNICA
[0007] Em um dispositivo gerador de gás hidrogênio através de a reação química entre dois ou mais reagentes, a câmara de reação precisa ser continuamente reabastecida com reagentes.
[0008] Em um dispositivo gerador de gás hidrogênio através de a reação química entre dois ou mais reagentes, a câmara de reação tem volume limitado no qual armazenar reagentes.
[0009] Em um dispositivo gerador de gás hidrogênio através de a reação química entre dois ou mais reagentes, uma câmara de reação prépreenchida, tem volume limitado e geometria para produzir hidrogênio de forma eficiente.
[0010] Em um dispositivo gerador de gás hidrogênio através de a reação química entre dois ou mais reagentes, a custosa câmara de reação precisa ser preservada.
[0011 ] Em um dispositivo gerador de gás hidrogênio através de a reação química entre dois ou mais reagentes, a taxa de reação precisa ser controlada de forma precisa e acurada, para que então o gás hidrogênio seja produzido de forma eficiente.
[0012] Em uma aplicação móvel de célula de combustível, o gás hidrogênio armazenado é volumoso, de capacidade limitada e pode ser perigoso.
SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA
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[0013] A presente invenção visa superar as desvantagens supracitadas, ao fornecer um dispositivo para gerar hidrogênio com dois ou mais armazenamentos, cada armazenamento armazenando um reagente ou mistura de reagentes e cada armazenamento acoplado a um meio de injetar o reagente ou mistura de reagentes armazenado em uma câmara de reação, de maneira controlada e em uma taxa ideal, para que uma reação química ocorra na câmara de reação que produz gás hidrogênio de forma eficiente.
[0014] A presente invenção refere-se, então, ao armazenamento dos vários reagentes fonte, necessários para uma reação química que produz gás hidrogênio, externo a uma câmara de reação e, então a injeção controlada desses materiais na câmara de reação a uma taxa ideal, para que o gás hidrogênio seja produzido de forma eficiente.
[0015] Essa invenção também se refere a um dispositivo para gerar gás hidrogênio, que compreende: uma câmara de reação; um primeiro armazenamento de reagente que contém um primeiro reagente; um segundo armazenamento de reagente que contém um segundo reagente; um meio para injetar o dito primeiro reagente dentro da dita câmara de reação; um meio para injetar o dito segundo reagente dentro da dita câmara de reação; um tanque tampão para armazenar o dito gás hidrogênio gerado, sendo que o dito tanque tampão é dotado de um sensor de pressão para medir uma pressão dentro do dito tanque tampão; um meio para calcular taxas ideais da dita injeção do primeiro reagente dentro da dita câmara de reação e a dita injeção do segundo reagente dentro da dita câmara de reação com base na dita medição de pressão dentro do tanque tampão, a dita taxa ideal é a que gera mais do dito gás hidrogênio; e um meio de controlar as taxas no qual o dito primeiro reagente e o dito segundo reagente são injetados dentro da dita câmara de reação.
[0016] Em um aspecto desta invenção, o primeiro reagente é um hidreto químico. O meio para injetar o primeiro reagente na câmara de reação é um injetor, tal como uma bomba injetora, um alimentador de rosca sem fim ou um atuador mecânico. O segundo reagente é água ou vapor. O meio para injetar dito vapor dentro da dita câmara de reação é uma bomba e um bocal.
[0017] Em outro aspecto desta invenção, é fornecido um meio
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4/14 de medição uma temperatura e pressão dentro da dita câmara de reação. Essas temperatura e pressão medidas dentro da câmara de reação podem ser usadas tanto para calcular as taxas ideais da dita injeção do primeiro reagente dentro da dita câmara de reação e a dita injeção do segundo reagente dentro da dita câmara de reação, quanto para interromper a reação se a dita medição de temperatura e pressão dentro da câmara de reação atingir níveis predeterminados.
[0018] Essa invenção refere-se ainda a um dispositivo para gerar gás hidrogênio, que compreende: uma câmara de reação; um primeiro armazenamento de reagente que contém um primeiro reagente; um segundo armazenamento de reagente que contém um segundo reagente; um terceiro armazenamento de reagente que contém um terceiro reagente, um meio para injetar o dito primeiro reagente dentro da dita câmara de reação; um meio para injetar o dito segundo reagente dentro da dita câmara de reação; um meio para injetar o dito terceiro reagente dentro da dita câmara de reação; um tanque tampão para armazenar o dito gás hidrogênio gerado, sendo que o dito tanque tampão é dotado de um sensor de pressão para medir uma pressão dentro do dito tanque tampão; um meio para calcular taxas ideais da dita injeção do primeiro reagente dentro da dita câmara de reação, a dita injeção do segundo reagente dentro da dita câmara de reação e a dita injeção do terceiro reagente dentro da dita câmara de reação com base na dita pressão medida dentro do tanque tampão, a dita taxa ideal é a que gera mais o dito gás hidrogênio; e um meio de controlar as taxas no qual o dito primeiro reagente, o dito segundo reagente e o dito terceiro reagente são injetados dentro da dita câmara de reação.
[0019] Em um aspecto dessa invenção, o primeiro reagente é um hidreto químico. O meio para injetar o primeiro reagente dentro da câmara de reação é um injetor, tal como uma bomba injetora, um alimentador de rosca sem fim, ou um atuador mecânico. O segundo reagente é um catalisador tal como um catalisador de base metálica, catalisador líquido, ou catalisador orgânico. O terceiro reagente é água ou vapor. O meio para injetar o dito vapor dentro da dita câmara de reação é uma bomba e um bocal.
[0020] Em outro aspecto dessa invenção, é fornecido um meio para medição de temperatura e pressão dentro da dita câmara de reação. Essa
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5/14 medição de temperatura e pressão dentro da câmara de reação pode ser usada tanto para calcular taxas ideais da dita injeção do primeiro reagente dentro da dita câmara de reação, a dita injeção do segundo reagente dentro da dita câmara de reação, e a dita injeção do terceiro reagente dentro da dita câmara de reação, quanto para interromper a reação se a dita medição de temperatura e pressão dentro da câmara de reação alcançar níveis predeterminados.
[0021] Essa invenção refere-se, ainda, a um dispositivo para gerar gás hidrogênio, que compreende: uma câmara de reação; um primeiro armazenamento de reagente que contém um primeiro reagente; um segundo armazenamento de reagente que contém um segundo reagente; um terceiro armazenamento de reagente que contém um terceiro reagente, uma unidade de mistura para misturar o dito primeiro reagente e o dito segundo reagente; um terceiro meio de injeção de reagente, para injetar o dito terceiro reagente dentro da dita câmara de reação; um tanque tampão para armazenar o dito gás hidrogênio gerado, sendo que o dito tanque tampão é dotado de um sensor de pressão para medir uma pressão dentro do dito tanque tampão; um meio para calcular taxas ideais da dita mistura do primeiro reagente e segundo reagente, e a dita injeção do terceiro reagente dentro da dita câmara de reação com base na dita medição de pressão dentro do tanque tampão, a dita taxa ideal é a que gera mais o dito gás hidrogênio; e um meio de controlar as taxas no qual o dito primeiro reagente e segundo reagente são misturados, e o dito terceiro reagente é injetado dentro da dita câmara de reação.
[0022] Em um aspecto dessa invenção, o primeiro reagente é um hidreto químico. O meio para injetar o primeiro reagente dentro da câmara de reação é um injetor, tal como uma bomba injetora, um alimentador de rosca sem fim, ou um atuador mecânico. O segundo reagente é um catalisador, tal como um catalisador de base metálica, catalisador líquido, ou catalisador orgânico. O terceiro reagente é água ou vapor. O meio para injetar o dito vapor dentro da dita câmara de reação é uma bomba e um bocal.
[0023] Em outro aspecto dessa invenção, é fornecido um meio para medição da temperatura e pressão dentro da dita câmara de reação. Essa medição de temperatura e pressão dentro da câmara de reação pode ser usada tanto para calcular taxas ideais da dita injeção do primeiro reagente
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6/14 dentro da dita câmara de reação, a dita injeção do segundo reagente dentro da dita câmara de reação e a dita injeção do terceiro reagente dentro da dita câmara de reação, ou interromper a reação se a dita medição de temperatura e pressão dentro da câmara de reação alcançar níveis predeterminados.
[0024] Em outro aspecto dessa invenção, é fornecido, ainda, um filtro localizado à frente da dita câmara de reação, o dito filtro adaptado para filtrar qualquer subproduto indesejado do gás hidrogênio produzido.
[0025] A presente invenção refere-se, ainda, a um método para gerar gás hidrogênio, que compreende as etapas de:
[0026] Armazenar pelo menos dois reagentes necessários para uma reação química que produz gás hidrogênio, cada reagente é armazenado em um armazenamento de reagente;
[0027] injetar cada reagente dentro de uma câmara de reação, de modo que o gás hidrogênio seja produzido;
[0028] medir um valor de pressão dentro de um tanque tampão; e
[0029] usar o dito valor de pressão medida para calcular taxas ideais de uma dita injeção de cada reagente dentro da câmara de reação.
[0030] A presente invenção refere-se, ainda, a um dispositivo para gerar gás hidrogênio que compreende: pelo menos dois armazenamentos, cada armazenamento armazena um reagente, e cada armazenamento é acoplado a um meio para injetar o dito reagente armazenado dentro de uma câmara de reação de uma maneira controlada e a uma taxa ideal, de modo que a reação química ocorra na câmara de reação que produz gás hidrogênio. É fornecido um meio para medição de um valor de pressão dentro de um tanque tampão, cujo valor de pressão medida é usado para calcular taxas ideais de uma dita injeção de cada reagente dentro da câmara de reação.
[0031] Outros objetos e vantagens serão mais evidentes a partir da divulgação a seguir e das reivindicações anexas.
EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO
[0032] Ao armazenar reagentes fora da câmara de reação, e injetá-los dentro da câmara de reação apenas quando necessário, substituição e reabastecimento da custosa câmara de reação tornam-se desnecessários.
[0033] Ao controlar as taxas de injeção de cada reagente na
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7/14 câmara de reação com base na medição de temperatura e pressão dentro da câmara de reação, o desempenho e a eficiência da reação são maximizados, tornando, portanto, a produção de gás hidrogênio, eficiente.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0034] A Figura 1 mostra um diagrama esquemático de uma primeira modalidade da presente invenção.
[0035] A Figura 2 mostra um diagrama esquemático de uma segunda modalidade da presente invenção.
[0036] A Figura 3 mostra um diagrama esquemático de uma terceira modalidade da presente invenção.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES
[0037] Em referência à Figura 1, é mostrado um diagrama esquemático de um dispositivo para gerar gás hidrogênio em uma primeira modalidade, dotado de uma câmara de reação (10) projetada para conter uma reação química que produz gás hidrogênio de reagentes precursores. A câmara de reação (10) é dotada de um sensor de pressão (52) e um sensor de temperatura (54), que são projetados para medição de uma pressão e temperatura, respectivamente, dentro da câmara de reação (10). Também é fornecido um primeiro armazenamento de reagente (20) projetado para armazenar um primeiro reagente, e um segundo armazenamento de reagente (30) projetado para armazenar um segundo reagente. Cada um desses dois reagentes é um precursor para uma reação química que, finalmente, produz o gás hidrogênio. Quando combinados, esses reagentes sofrem a reação química que produz gás hidrogênio.
[0038] O primeiro armazenamento de reagente (20) é conectado a um primeiro meio de injeção de reagente (25). Esse primeiro meio de injeção de reagente (25) é projetado para injetar o primeiro reagente dentro da câmara de reação (10). Nessa primeira modalidade, o primeiro reagente é um químico pré-misturado que compreende a mistura de um hidreto químico e um catalisador, tal como um catalisador de base metálica, catalisador líquido, ou catalisador orgânico. O primeiro meio de injeção de reagente (25) é um meio de injeção, tal como uma bomba injetora, alimentador de rosca sem fim ou atuador mecânico. O primeiro meio de injeção de reagente (25) então injeta o químico pré-misturado dentro da câmara de reação (10) através de uma
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8/14 primeira porta de injeção (26).
[0039] O segundo armazenamento de reagente (30) é conectado a um segundo meio de injeção de reagente (35). Esse segundo meio de injeção de reagente (35) é projetado para injetar o segundo reagente dentro da câmara de reação (10). Nessa primeira modalidade, o segundo reagente é água ou vapor e o segundo meio de injeção de reagente (35) compreende uma bomba e um bocal. O segundo meio de injeção de reagente (35) então injeta a água ou vapor dentro da câmara de reação (10) através de uma segunda porta de injeção (36). Uma variação adicional a esta modalidade é a adição de ácido ou outros aditivos à água ou ao vapor para melhorar a produção de gás hidrogênio.
[0040] Desta forma, os dois reagentes são injetados dentro da câmara de reação (10), e então inicia-se a reação química que resulta em geração de gás hidrogênio e alguns produtos residuais. O gás hidrogênio é separado do produto residual em um filtro (60), onde os produtos residuais são removidos através de um descarte de resíduos (65). O gás hidrogênio é então bombeado através de uma bomba (70) para dentro de um tanque tampão (80), onde fica temporariamente armazenado antes de ser usado em uma célula de combustível (90). O tanque tampão (80) é dotado de um sensor de pressão (81), que é adaptado para medição de uma pressão dentro do tanque tampão (80).
[0041] Também é fornecido um microprocessador (50) que é alimentado com as medições de pressão do dito tanque tampão do dito sensor de pressão (81) do tanque tampão. O microprocessador (50) calcula, então, as taxas ideais de injeção para cada um dos reagentes, com base no valor de pressão dentro do tanque tampão. As taxas ideais de injeção de reagente resultam em uma produção ideal de gás hidrogênio. O microprocessador (50) envia as taxas ideais calculadas da injeção através de um controle de injeção do primeiro reagente (28) para o primeiro meio de injeção de reagente (25), e através de um controle de injeção do segundo reagente (38) para o segundo meio de injeção de reagente (35). Desta forma, as taxas ideais calculadas para injeção são realizadas pelos dois meios de injeção de reagente (25, 35).
[0042] As medições dos ditos sensor de pressão (52) e sensor de temperatura (54) da câmara de reação são utilizadas como um recurso de
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9/14 segurança, pelo qual a reação de geração de hidrogênio é desligada se a temperatura ou pressão dentro da câmara de reação atingir níveis predeterminados. Uma pressão superior predeterminada da câmara de reação é calculada com base na integridade estrutural da câmara de reação (10), com as margens de segurança apropriadas. Quando a pressão detectada dentro da câmara de reação (10) atinge a dita pressão superior predeterminada, a reação de geração de gás hidrogênio será interrompida.
[0043] Em uma variação desta primeira modalidade, as ditas medições de pressão e temperatura dentro da câmara de reação também são alimentadas pelo dito microprocessador (50) e também são usadas para calcular taxas ideais de injeção para cada um dos reagentes.
[0044] Em referência à Figura 2, é mostrado um diagrama esquemático de um dispositivo para gerar gás hidrogênio em uma segunda modalidade, dotado de uma câmara de reação (10) projetada para conter uma reação química que produz gás hidrogênio de reagentes precursores. A câmara de reação (10) é dotada de um sensor de pressão (52) e um sensor de temperatura (54), que são projetados para medição de uma pressão e temperatura, respectivamente, dentro da câmara de reação (10). Também é fornecido um primeiro armazenamento de reagente (20) projetado para armazenar um primeiro reagente, um segundo armazenamento de reagente (30) projetado para armazenar um segundo reagente, e um terceiro armazenamento de reagente (40) projetado para armazenar um terceiro reagente. Cada um desses três reagentes é um precursor para uma reação química que, finalmente, produz o gás hidrogênio. Quando combinados, esses reagentes sofrem a reação química que produz gás hidrogênio.
[0045] O primeiro armazenamento de reagente (20) é conectado a um primeiro meio de injeção de reagente (25). Esse primeiro meio de injeção de reagente (25) é projetado para injetar o primeiro reagente dentro da câmara de reação (10). Nessa segunda modalidade, o primeiro reagente é um hidreto químico em forma de pó ou pastilha, e o primeiro meio de injeção de reagente (25) é um meio de injeção tal como a bomba injetora, alimentador de rosca sem fim ou atuador mecânico. O primeiro meio de injeção de reagente (25) então injeta a hidreto químico reagente dentro da câmara de reação (10) através de uma primeira porta de injeção (26).
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[0046] O segundo armazenamento de reagente (30) é conectado a um segundo meio de injeção de reagente (35). Esse segundo meio de injeção de reagente (35) é projetado para injetar o segundo reagente dentro da câmara de reação (10). Nessa segunda modalidade, o segundo reagente é um catalisador, tal como o catalisador de base metálica, catalisador líquido, ou catalisador orgânico, e o segundo meio de injeção de reagente (35) é um meio mecânico de injeção, tal como um alimentador de rosca sem fim. O segundo meio de injeção de reagente (35), então, injeta um catalisador dentro da câmara de reação (10) através de uma segunda porta de injeção (36).
[0047] O terceiro armazenamento de reagente (40) é conectado a um terceiro meio de injeção de reagente (45). Esse terceiro meio de injeção de reagente (45) é projetado para injetar o terceiro reagente dentro da câmara de reação (10). Nessa segunda modalidade, o terceiro reagente é água ou vapor e o terceiro meio de injeção de reagente (45) compreende uma bomba e um bocal. O terceiro meio de injeção de reagente (45), então, injeta a água ou vapor dentro da câmara de reação (10) através de uma terceira porta de injeção (46). Uma variação adicional a esta modalidade é a adição de ácido ou outros aditivos à água ou ao vapor para melhorar a produção de gás hidrogênio.
[0048] Desta forma, os três reagentes são injetados dentro da câmara de reação (10), e então inicia-se a reação química que resulta em geração de gás hidrogênio e alguns produtos residuais. O gás hidrogênio é separado do produto residual em um filtro (60), onde os produtos residuais são removidos através de um descarte de resíduos (65). O gás hidrogênio é então bombeado através de uma bomba (70) para dentro de um tanque tampão (80), onde fica temporariamente armazenado antes de ser usado em uma célula de combustível (90). O tanque tampão (80) é dotado de um sensor de pressão (81), que é adaptado para medição de uma pressão dentro do tanque tampão (80).
[0049] Também é fornecido um microprocessador (50) que é alimentado com as medições de pressão do dito tanque tampão do dito sensor de pressão (81) do tanque tampão. O microprocessador (50) calcula, então, as taxas ideais de injeção para cada um dos reagentes, com base no valor de pressão dentro do tanque tampão. As taxas ideais de injeção de reagente
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11/14 resultam em uma produção ideal de gás hidrogênio. O microprocessador (50) envia as taxas ideais calculadas da injeção através de um controle de injeção do primeiro reagente (28) para o primeiro meio de injeção de reagente (25), através de um controle de injeção do segundo reagente (38) para o segundo meio de injeção de reagente (35), e através de um terceiro controle de injeção de reagente (48) para o terceiro meio de injeção de reagente (45). Desta forma, as taxas ideais calculadas para injeção são realizadas pelos três meio de injeção de reagente (25, 35, 45).
[0050] As medições dos ditos sensor de pressão (52) e sensor de temperatura (54) da câmara de reação são utilizadas como um recurso de segurança, pelo qual a reação de geração de hidrogênio é desligada se a temperatura ou pressão dentro da câmara de reação atingir níveis predeterminados. Uma pressão superior predeterminada da câmara de reação é calculada com base na integridade estrutural da câmara de reação (10), com as margens de segurança apropriadas. Quando a pressão detectada dentro da câmara de reação (10) atinge a dita pressão superior predeterminada, a reação de geração de gás hidrogênio será interrompida.
[0051] Em uma variação desta primeira modalidade, as ditas medições de pressão e temperatura dentro da câmara de reação também são alimentadas pelo dito microprocessador (50) e também são usadas para calcular taxas ideais de injeção para cada um dos reagentes.
[0052] Com referência à Figura 3, é mostrado um diagrama esquemático de um dispositivo para gerar gás hidrogênio em uma terceira modalidade, dotado de uma câmara de reação (10) projetada para conter uma reação química que produz gás hidrogênio de reagentes precursores. A câmara de reação (10) é dotada de um sensor de pressão (52) e um sensor de temperatura (54), que são projetados para medição de uma pressão e temperatura, respectivamente, dentro da câmara de reação (10). Também é fornecido um primeiro armazenamento de reagente (20) projetado para armazenar um primeiro reagente, um segundo armazenamento de reagente (30) projetado para armazenar um segundo reagente, e um terceiro armazenamento de reagente (40) projetado para armazenar um terceiro reagente. Cada um desses três reagentes é um precursor para a reação química que, finalmente, produz o gás hidrogênio. Quando combinados, esses
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12/14 reagentes sofrem a reação química que produz gás hidrogênio.
[0053] Nessa terceira modalidade, o primeiro armazenamento de reagente (20) e o segundo armazenamento de reagente (30) estão conectados a uma unidade de mistura (250). Nessa modalidade, o primeiro reagente é um hidreto químico em forma de pó ou pastilha, e o segundo reagente é um catalisador, tal como um catalisador de base metálica, catalisador líquido, ou catalisador orgânico. O hidreto químico e o catalisador são alimentados na unidade de mistura (250), onde eles são misturados juntos, para formar um químico pré-misturado. Esse químico pré-misturado é um precursor para uma reação química que gera gás hidrogênio. A unidade de mistura (250) é também projetada para injetar o dito químico pré-misturado dentro da câmara de reação (10). Nessa modalidade, isso é feito com um meio de injeção tal como uma bomba injetora, alimentador de rosca sem fim ou atuador mecânico. A unidade de mistura (250) então injeta o químico prémisturado dentro da câmara de reação (10) através de uma primeira porta de injeção (26).
[0054] O terceiro armazenamento de reagente (40) é conectado a um terceiro meio de injeção de reagente (45). Esse terceiro meio de injeção de reagente (45) é projetado para injetar o terceiro reagente dentro da câmara de reação (10). Nessa terceira modalidade, o terceiro reagente é água ou vapor e o terceiro meio de injeção de reagente (45) compreende uma bomba e um bocal. O terceiro meio de injeção de reagente (45) então injeta a água ou vapor dentro da câmara de reação (10) através de uma terceira porta de injeção (46). Uma variação adicional a esta modalidade é a adição de ácido ou outros aditivos à água ou ao vapor para melhorar a produção de gás hidrogênio.
[0055] Desta forma, os três reagentes são injetados dentro da câmara de reação (10), e então inicia-se a reação química que resulta em geração de gás hidrogênio e alguns produtos residuais. O gás hidrogênio é separado do produto residual em um filtro (60), onde os produtos residuais são removidos através de um descarte de resíduos (65). O gás hidrogênio é então bombeado através de uma bomba (70) para dentro de um tanque tampão (80), onde fica temporariamente armazenado antes de ser usado em uma célula de combustível (90). O tanque tampão (80) é dotado de um sensor de pressão
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13/14 (81), que é adaptado para medição de uma pressão dentro do tanque tampão (80).
[0056] Também é fornecido um microprocessador (50) que é alimentado com as medições de pressão do dito tanque tampão do dito sensor de pressão (81) do tanque tampão. O microprocessador (50) nessa modalidade calcula as taxas ideais de mistura do primeiro reagente e do segundo reagente na unidade de mistura (250) com base no valor de pressão dentro do tanque tampão, e envia isso para a unidade de mistura, através de um controle de unidade de mistura (280). O microprocessador (50) nessa modalidade também calcula uma taxa ideal para injetar o terceiro reagente dentro da câmara de reação (10) com base no valor de pressão dentro do tanque tampão, e envia isso para o terceiro meio de injeção de reagente (45) através de um terceiro controle de injeção de reagente (48). As ditas taxas ideais de mistura e injeção de reagente resultam em uma produção ideal de gás hidrogênio.
[0057] As medições dos ditos sensor de pressão (52) e sensor de temperatura (54) da câmara de reação são utilizadas como um recurso de segurança, pelo qual a reação de geração de hidrogênio é desligada se a temperatura ou pressão dentro da câmara de reação atingir níveis predeterminados. Uma pressão superior predeterminada da câmara de reação é calculada com base na integridade estrutural da câmara de reação (10), com as margens de segurança apropriadas. Quando a pressão detectada dentro da câmara de reação (10) atinge a dita pressão superior predeterminada, a reação de geração de gás hidrogênio será interrompida.
[0058] Em uma variação desta primeira modalidade, as ditas medições de pressão e temperatura dentro da câmara de reação também são alimentadas pelo dito microprocessador (50) e também são usadas para calcular taxas ideais de injeção para cada um dos reagentes.
[0059] Em todas as modalidades acima, o hidreto químico inclui, mas não está limitado a nenhum dos seguintes: boroidreto de sódio, hidreto de boro, hidreto de nitrogênio, hidreto de carbono, hidreto químico, hidreto de nitrogênio boro, hidreto de carbono boro, hidreto de carbono nitrogênio, hidreto de boro metálico, hidreto de nitrogênio metálico, hidreto de carbono metálico, hidreto de nitrogênio metálico boro, hidreto de carbono boro metálico, metal hidreto de nitrogênio do carbono, hidreto de carbono do
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14/14 nitrogênio do boro, hidreto de carbono do nitrogênio do metal do boro, NaH, LiBH4, LiH, CaH2, Ca(BH4)2, MgBH4, KBH4, AI(BH3)3, ou a combinação dos mesmos.
[0060] Em todas as modalidades acima, 0 catalisador inclui, mas não está limitado a qualquer um dos seguintes: um óxido à base de cobalto, um boreto, um ácido sólido, um sal ou uma combinação dos mesmos. O sal pode ser um composto dos íons de: rutênio (Ru), cobalto (Co), níquel (Ni), cobre (Cu), ferro (Fe) ou uma combinação dos mesmos.
LISTA DE SINAIS DE REFERÊNCIA
Câmara de Reação (10)
Primeiro Armazenamento de Reagente (20)
Primeiro Meio de Injeção de Reagente (25)
Unidade de Mistura (250)
Primeira Porta de Injeção (26)
Primeiro Controle de Injeção de Reagente (28)
Controle de Unidade de Mistura (280)
Segundo Armazenamento de Reagente (30)
Segundo Meio de Injeção de Reagente (35)
Segunda Porta de Injeção (36)
Controle de Injeção do Segundo Reagente (38)
Terceiro Armazenamento de Reagente (40)
Terceiro Meio de Injeção de Reagente (45)
Terceira Porta de Injeção (46)
Terceiro Controle de Injeção de Reagente (48)
Microprocessador (50)
Sensor de Pressão (52)
Sensor de Temperatura (54)
Filtro (60)
Descarte de Resíduos (65)
Bomba (70)
Tanque tampão (80)
Sensor de Pressão de Tanque Tampão (81)
Célula de Combustível (90)

Claims (24)

1. Dispositivo para gerar gás hidrogênio caracterizado pelo fato de que compreende:
uma câmara de reação (10);
um primeiro armazenamento de reagente (20) que contém um primeiro reagente, sendo o referido primeiro reagente um hidreto sólido;
um segundo armazenamento de reagente (30) que contém um segundo reagente;
um primeiro meio de injeção de reagente (25), para injetar o dito primeiro reagente dentro da dita câmara de reação (10);
um segundo meio de injeção de reagente (35), para injetar o dito segundo reagente dentro da dita câmara de reação (10);
um tanque tampão (80) para armazenar o dito gás hidrogênio gerado, sendo que o dito tanque tampão (80) é dotado de um sensor de pressão (81) para medir uma pressão dentro do dito tanque tampão (80);
em que os reagentes são injetados na câmara de reação (10), iniciando assim uma reação química que resulta na geração de gás hidrogênio;
um meio de medir uma temperatura e pressão dentro da referida câmara de reação (10), em que a referida temperatura e pressão medidas dentro da câmara de reação (10) são usadas para calcular taxas ótimas da referida injeção do primeiro reagente na referida câmara de reação (10) e na referida injeção de segundo reagente na referida câmara de reação (10);
um meio para calcular taxas ideais da dita injeção do primeiro reagente dentro da dita câmara de reação (10) e da dita injeção do segundo reagente dentro da dita câmara de reação (10) com base na dita pressão medida dentro do tanque tampão (80); e um meio de controlar as taxas no qual o dito primeiro reagente e o dito segundo reagente são injetados dentro da dita câmara de reação (10), em que as referidas taxas ótimas de injeção de primeiro e segundo reagentes resultam em uma produção ótima de gás hidrogênio.
2. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro reagente é um hidreto químico.
3. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a
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2/5 reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro reagente é um químico pré-misturado que compreende a mistura de um hidreto químico e um catalisador.
4. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro meio de injeção de reagente (25) dentro da dita câmara de reação (10) é uma bomba injetora.
5. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro meio de injeção de reagente (25) dentro da dita câmara de reação (10) é um alimentador de rosca sem fim.
6. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro meio de injeção de reagente (25) dentro da dita câmara de reação (10) é um atuador mecânico.
7. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo coma reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito segundo reagente é água.
8. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo coma reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito reagente gasoso é vapor.
9. Dispositivo para gerar gás hidrogênio de acordo coma reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito meio para injetar o dito vapor dentro da dita câmara de reação (10) é uma bomba e um bocal.
10. Dispositivo para gerar gás hidrogênio caracterizado pelo fato de que compreende:
uma câmara de reação (10);
um primeiro armazenamento de reagente (20) que contém um primeiro reagente, sendo o referido primeiro reagente um hidreto sólido;
um segundo armazenamento de reagente (30) que contém um segundo reagente, um terceiro armazenamento de reagente (40) que contém um terceiro reagente;
um primeiro meio de injeção de reagente (25), para injetar o dito primeiro reagente dentro da dita câmara de reação (10);
um segundo meio de injeção de reagente (35), para injetar o dito segundo reagente dentro da dita câmara de reação (10);
um terceiro meio de injeção de reagente (45), para injetar o dito
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3/5 terceiro reagente dentro da dita câmara de reação (10);
em que os reagentes são injetados na câmara de reação (10), iniciando assim uma reação química que resulta na geração de gás hidrogênio;
um meio de medir uma temperatura e pressão dentro da referida câmara de reação (10), em que a referida temperatura e pressão medidas dentro da câmara de reação (10) são usadas para calcular taxas ótimas da referida injeção do primeiro reagente na referida câmara de reação (10) e na referida injeção de segundo reagente na referida câmara de reação (10);
um tanque tampão (80) para armazenar o dito gás hidrogênio gerado, sendo que o dito tanque tampão (80) é dotado de um sensor de pressão (81) para medir uma pressão dentro do dito tanque tampão (80);
um meio para calcular taxas ideais da dita injeção do primeiro reagente dentro da dita câmara de reação (10) e da dita injeção do segundo reagente dentro da dita câmara de reação (10) com base na dita pressão medida dentro do tanque tampão (80); e um meio de controlar as taxas no qual o dito primeiro reagente, o dito segundo reagente, e o dito terceiro reagente são injetados dentro da dita câmara de reação (10), em que as referidas taxas ótimas de injeção de primeiro e segundo reagentes resultam em uma produção ótima de gás hidrogênio.
11. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro reagente é um hidreto químico.
12. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro meio de injeção de reagente (25) dentro da dita câmara de reação (10) é uma bomba injetora.
13. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro meio de injeção de reagente (25) dentro da dita câmara de reação (10) é um alimentador de rosca sem fim.
14. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro meio de injeção de reagente (25) dentro da dita câmara de reação (10) é um atuador mecânico.
15. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a
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4/5 reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito segundo reagente é um catalisador.
16. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito terceiro reagente é água.
17. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o dito terceiro reagente é vapor.
18. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o dito meio para injetar o dito vapor dentro da dita câmara de reação (10) é uma bomba e um bocal.
19. Dispositivo para gerar gás hidrogênio caracterizado pelo fato de que compreende:
uma câmara de reação (10);
um primeiro armazenamento de reagente (20) que contém um primeiro reagente, sendo o referido primeiro reagente um hidreto sólido;
um segundo armazenamento de reagente (30) que contém um segundo reagente, um terceiro armazenamento de reagente (30) que contém um terceiro reagente;
uma unidade de mistura (250) para misturar o dito primeiro reagente e o dito segundo reagente;
um terceiro meio de injeção de reagente (45), para injetar o dito terceiro reagente dentro da dita câmara de reação (10);
em que os reagentes são injetados na câmara de reação (10), iniciando assim uma reação química que resulta na geração de gás hidrogênio;
um meio de medir uma temperatura e pressão dentro da referida câmara de reação (10), em que a referida temperatura e pressão medidas dentro da câmara de reação (10) são usadas para calcular taxas ótimas da referida injeção do primeiro reagente na referida câmara de reação (10) e na referida injeção de segundo reagente na referida câmara de reação (10);
um tanque tampão (80) para armazenar o dito gás hidrogênio gerado, sendo que o dito tanque tampão (80) é dotado de um sensor de pressão (81) para medir uma pressão dentro do dito tanque tampão (80);
um meio para calcular taxas ideais da dita mistura do primeiro
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5/5 reagente e segundo reagente, e da dita injeção do terceiro reagente dentro da dita câmara de reação (10) com base na dita medição de pressão dentro do tanque tampão (80); e um meio de controlar as taxas no qual o dito primeiro reagente e segundo reagente são misturados, e o dito terceiro reagente é injetado dentro da dita câmara de reação (10), em que as referidas taxas ótimas de injeção de primeiro e segundo reagentes resultam em uma produção ótima de gás hidrogênio.
20. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro reagente é um hidreto químico.
21. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o dito segundo reagente é um catalisador.
22. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o dito terceiro reagente é água.
23. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o dito terceiro reagente é vapor.
24. Dispositivo para gerar gás hidrogênio, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o dito meio para injetar o dito terceiro reagente dentro da dita câmara de reação (10) é uma bomba e bocal.
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