ES1190558U

ES1190558U - Generador eléctrico con amplificadores

Info

Publication number: ES1190558U
Application number: ES201730863U
Authority: ES
Inventors: Rogerio Do Rosario NUNES DIAS
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: ES1190558Y; WO2019016421A1

Abstract

1. Generador eléctrico con amplificadores, que dispone de una estructura piramidal que multiplica gradualmente la generación de energía eléctrica, y en el que dicha generación de electricidad parte de una pluralidad de baterías (1) con un electrolito no acuoso, que se caracteriza porque las baterías (1) se unen entre sí con amplificadores (2), los cuales se unen a su vez entre sí sucesivamente hasta un amplificador de salida (2.E) de la energía eléctrica, y en el que tanto las baterías (1) como los amplificadores (2) quedan en conexión con un módulo externo (3) electrónico de gestión integral del funcionamiento del generador eléctrico.

Description

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GENERADOR ELECTRICO CON AMPLIFICADORES

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere un generador electrico que comprende una pluralidad de baterfas o celdas que disponen de un electrolito no acuoso, y en el que las baterfas o celdas se conectan entre si a unos amplificadores, de manera que dichos amplificadores aumentan el voltaje y la duracion de los generadores electricos convencionales y se genera una estructura de conjunto piramidal desde la base de la pluralidad de baterfas hasta la salida final de electricidad.

El campo de aplicacion de la presente invencion es el sector de la generacion electrica, aplicable a campos de generacion como el eolico, solar o termico, y que en concreto se encuentra dentro de los procesos o medios para la conversion y generacion de energfa electrica a partir de acumuladores o baterfas con electrolito no acuso.

Estado de la tecnica

Es por todos conocido que el desarrollo de las tecnologfas de creacion de diferentes tipologfas de baterfas se encuentra en constante investigacion y evolucion, al igual que en general todas las tecnologfas relacionadas con las energfas limpias.

Para empezar, se conocen baterfas de nueva generacion de electrolitos basados en lfquidos ionicos. Entre estas se pueden citar publicaciones de Albufera Energy Storage, cuyas baterfas se fundamentan en una nueva generacion de electrolitos basados en lfquidos ionicos y que ademas desarrollan un nuevo catodo de aire bivalente para la carga y descarga basados en catalizadores soportados en grafeno. Estas novedades introducidas en la celda consiguen que la baterfa alcance 200 ciclos de carga y descarga con una eficiencia superior al 75%. El potencial actual de la celda es de 1,5V y se estan disenando celdas basadas en esta tecnologfa de 10Ah. El inconveniente de esta tecnologfa es que, pasadas estas descargas, la eficiencia desciende drasticamente.

Otra nueva tecnologfa es la referida a las baterfas de metal-aire, como por ejemplo la definida en la patente US20110229777 donde el metal puede ser zinc, aluminio o litio.

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Dentro de las baterfas de metal-aire, la tecnologfa basada en el aluminio ha sido siempre considerada como una de las que ofrecen mayores posibilidades porque tiene una de las densidades de energfa mas altas, y por la abundancia de este metal, de hecho, es el cuarto elemento mas comun en la corteza terrestre. Como ejemplo de este tipo de tecnologfa se muestra a modo de ejemplo el documento US6335117 que divulga una baterfa con una pluralidad de electrodos que son de aluminio, y un electrolito no acuoso.

Las baterfas de aluminio-aire tienen un nivel de energfa especffica teorico de 8.100 Wh/kg y tiene la segunda mayor capacidad entre varios tipos de baterfas secundarias. Por su parte, la energfa especffica teorica de una baterfa comercial de ion-litio es de 120-200 Wh/kg. Por tanto, la baterfa de aluminio-aire posee una capacidad teorica mas de 40 veces mayor que las de litio-ion.

La mayor barrera e inconveniente de cara a la comercializacion de este tipo de baterfas ha sido la elevada corrosion del aluminio durante el proceso electroqufmico. Ademas, los subproductos como AhO3 y Al(OH)3 se acumulan en los electrodos, lo que dificulta aun mas la reaccion de la baterfa.

Con relacion a este obstaculo, el Dr. Ryohei Mori invento un nuevo tipo de baterfa de aluminio aire, inicialmente divulgado en la patente JP2014203552 y desarrollado en posteriores patentes, donde se modifica la estructura de la baterfa de aluminio-aire colocando materiales ceramicos y carbonosos entre el electrolito acuoso y los electrodos, a modo de capa interna. Gracias a esta modificacion de la estructura, la corrosion del anodo y la acumulacion de subproductos se suprime, resultado en una prolongada vida util de la baterfa, y pudiendo funcionar dicha baterfa mediante el relleno de agua salada o normal de vez en cuando.

En este sentido, al ser el aluminio un material abundante, barato y seguro para su aplicacion en baterfas metal-aire, por tanto, el precio de las baterfas puede ser asequible. La nueva baterfa puede ser fabricada y manipulada a temperatura ambiente porque es estable en condiciones ambientales normales. Ademas, no hay necesidad de preocuparse por el riesgo de explosion o inflamacion como ocurre con las baterfas de ion-litio. Todos los materiales, como electrodos y electrolitos, son seguros, baratos y pueden fabricarse facilmente incluso de manera artesanal. Ademas, teoricamente, la baterfa aluminio-aire tiene la segunda mayor capacidad despues del litio-aire que es la baterfa con mayor energfa especffica, con unos

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11.400 Wh/kg. Sin embargo, en las baterfas previamente descritas, su uso en almacenamiento energetico ha sido limitado debido principalmente a su dificultad de recarga.

Esta invencion se centra en la generacion de energfa partiendo de baterfas con un electrolito no acuoso. Estas baterfas existen, por ejemplo, la divulgada en el documento EP3151317, pero esta tipologfa de baterfas tiene el inconveniente de no generar por si solas una electricidad adecuada y suficiente dentro de unos parametros normales en comparacion con las previamente descritas.

El generador que preconiza la presente invencion mejora los rendimientos de todas esas tecnologfas expuestas, multiplicando aun mas la potencia de las existentes. Para ello, y basandose en metodos de multiplicacion de en el tratamiento de senales de antena o sonido, se adapta el metodo de multiplicacion de voltaje o intensidad por medio de electronica tanto en ordenadores analogicos como digitales, en los que se utilizan y utilizaban amplificadores operacionales como valvulas de vacfo. En otras palabras, la presente invencion consiste en un generador electrico que parte de una pluralidad de baterfas con electrolito no acuoso se conectan con una serie de amplificadores y se introduce en el sistema componentes electronicos con los que se consigue un incremento de la electricidad generada, y por tanto se introduce la electronica de amplificacion en el mundo de la generacion electrica.

Habida cuenta los antecedentes existentes en el estado de la tecnica, donde se desconoce la introduccion de amplificadores y de componentes electronicos en un generador basado en baterfas de electrolito no acuoso; a continuacion se define un generador electrico con dichos elementos no introducidos en este sector industrial y que soluciona todos los problemas derivados de la durabilidad, recarga, o residuos de las baterfas conocidas, y consigue un generador con una durabilidad elevada, mfnimos residuos, sencillez en la recarga, y unos resultados optimos relativos a la electricidad final generada, pudiendo ser todo ello gestionado por medio de elementos electronicos.

Descripcion de la invencion

La invencion consiste en un generador electrico que se basa en un sistema de multiplicacion y amplificacion piramidal o en forma de arbol, que parte de una pluralidad de celdas o

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baterfas con electrolito no acuoso, de manera que dichas baterfas se unen con amplificadores, y dichos amplificadores se unen tambien entre si sucesivamente hasta que finalmente se genera una salida de electricidad amplificada, todo ello gestionado y controlado por medios electronicos. De esta manera, las potencias de las baterfas no se suman como es lo normal, sino que se multiplican gradualmente a lo largo de las diferentes conexiones dentro de la estructura piramidal del generador.

En este sentido cabe destacarse que estas baterfas pueden ser de multiples tipos, como fotoelectricas o fotovoltaicas, iones, termopilas o cualquier otra corriente, siendo utilizables para cualquier tipo de generacion de energfa convencional, preferentemente limpia como la eolica, termica o solar.

En el presente documento se desarrolla una solucion que se basa en baterfas o celdas denominadas como termopilas.

Estas termopilas son modulos termoelectricos que generan electricidad debido a la conversion de energfa generada por la diferencia de temperatura entre dos caras o partes de dicho modulo. Esta energfa se produce debido a la circulacion de corriente generada por la migracion de calor entre la parte o zona caliente y frfa, para lo cual se debe aportar y disipar calor continuamente para mantener dicha diferencia. Por esta razon, cada baterfa comprende un modulo basico caliente (lado caliente), un modulo basico frfo (lado frfo), y preferentemente tambien un compresor con bomba de calor y un controlador de resonancia termica.

Las baterfas se conectan entre si preferentemente en parejas, aunque tambien puede ser en trios, con un amplificador operacional. Estos amplificadores son en continua, sin necesidad de filtros ni ecualizadores. Los amplificadores tienen la particularidad de incorporar un circuito electronico y un transistor.

En el sistema piramidal, los amplificadores se unen tambien entre si preferentemente en parejas, de tal manera que la electricidad se amplificada se multiplica hasta llegar al amplificador de salida, por el que sale la electricidad final.

Para el control del generador, se dispone de un modulo externo electronico de gestion integral del generador electrico.

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El modulo externo comprende:

- al menos un controlador de realimentacion termica, el cual esta en conexion con cada una de las baterfas, y cuya funcion es la de gestionar el correcto funcionamiento de cada baterfa en cuanto a las zonas termicas de las mismas. En este sentido, es un controlador que limita el calor o frfo que se alcanza para asegurar la integridad de los dispositivos. Ademas, controla el nivel maximo de corriente que la baterfa alcanza, niveles de presion, y adicionalmente puede tener la capacidad de mandar la orden de refrigerar alguno de los lados. Para ello se puede usar gases refrigerantes, como los utilizados en los dispositivos de aire acondicionado;

- al menos un limitador controlador, en conexion con el controlador de resonancia termica de cada pila, cuya funcion es la de gestionar el correcto funcionamiento de cada baterfa en cuanto a la limitacion de salida de electricidad y controlarla dentro de los margenes disenados en cada amplificador. Esto hace que se limite el maximo de la salida para que no se sobrepase los valores maximos que puede soportar el amplificador, o posteriores amplificadores. Con esto se soluciona el problema que conllevarfa la destruccion de componentes sobrecargados, dado que al llevar las baterfas una realimentacion, podrfa darse el caso de que la energfa generada fuera excesiva;

- al menos un compresor mezclador, en conexion con los amplificadores, tanto los iniciales en conexion con las baterfas como los consiguientes amplificadores dentro de la estructura piramidal que estan en conexion con previos y posteriores amplificadores. El compresor mezclador queda en conexion con el circuito electronico de cada amplificador, y su funcion es la de gestionar el correcto funcionamiento de los amplificadores y controlar el efecto de amplificacion y multiplicacion de la energfa, y se controla y mantiene los niveles correctos de funcionamiento de las parejas de amplificadores. Para ello, el compresor mezclador dispone de un software especffico para la gestion de lo previamente indicado. En este punto cabe destacarse que cabe la posibilidad de hacerlo tanto con dispositivos analogicos como digitales;

- al menos un compresor mezclador limitador, en conexion con el amplificador de

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salida o diversos amplificadores dentro de la estructura piramidal del generador, cuya funcion es la de repetir el control de cada paso de energfa entre amplificadores, especialmente en la salida de la energfa final en el amplificador de salida, y con ello se consigue que no se desbloquee nunca ningun amplificador y permitir a su vez la gestion de altas potencias, esencialmente en la salida. Para ello, el compresor mezclador limitador dispone de un software espedfico para la gestion de lo previamente indicado;

- un modulo procesador integral del modulo externo, que gestiona la interconexion entre los anteriores elementos y el resto de componentes del generador como batenas y amplificadores, y que tiene la posibilidad de ser gestionado a distancia vfa inalambrica como bluetooth o equivalentes, y para gestionar el correcto funcionamiento de la estructura piramidal, de arbol o cascada de los diferentes componentes del generador; y

- una pantalla o elemento de visualizacion similar, que puede ser tactil, en comunicacion con el modulo procesador.

Tal como se ha comentado anteriormente, las batenas pueden ser de otros tipos, los cuales no son objeto de la presente invencion, como por ejemplo pueden ser electrodos ionicos selectivos, celulas fotovoltaicas o celulas piezoelectricas en un entorno de baja presion. En el caso de que se utilice una batena o celda de electrodos ionicos selectivos, la existencia de un controlador de realimentacion electrica en el modulo externo es opcional, dado que la realimentacion termica no influye de manera notable en el rendimiento de la batena.

Con el objeto de completar la descripcion y de ayudar a una mejor comprension de las caractensticas del invento, se presenta un juego de figuras y dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo se representa lo siguiente:

Fig.1 es un dibujo esquematico de la conexion piramidal o en arbol de los diferentes componentes que componen el generador electrico objeto de la presente invencion.

Fig.2 es un dibujo esquematico de la conexion amplificada de dos batenas.

Fig.3 es un dibujo esquematico de la composicion interna de una batena.

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Fig.4 es un dibujo esquematico del funcionamiento de los modulos basicos de una baterfa acorde a la figura anterior.

Fig.5 es un dibujo esquematico general de un generador de energfa con amplificadores, de acuerdo con todas las figuras anteriores.

Descripcion de las figuras

En las Figuras 1 y 5 se observa que el generador electrico objeto de la presente invencion se basa en un sistema de multiplicacion y amplificacion con estructura piramidal o en arbol, que parte de una pluralidad de celdas o baterfas (1) con un electrolito no acuoso, estas baterfas (1) se unen entre si con amplificadores (2) sucesivamente hasta un amplificador de salida (2.E), estando todo ello gestionado y controlado por medio de un modulo externo (3) electronico, y de manera que la energfa se multiplica gradualmente.

Tal como se puede observar en la Figura 2, las baterfas (1) se conectan entre si preferentemente en parejas con un amplificador operacional (2), y se destaca que cada amplificador comprende un circuito electronico (21) y un transistor (22).

Tambien, entrando en detalle en la Figura 1, se puede observar que el modulo externo (3) electronico, que realiza la gestion integral del generador electrico, comprende de:

- al menos un controlador de realimentacion termica (7), el cual esta en conexion con cada una de las baterfas, y cuya funcion es la de gestionar el correcto funcionamiento de cada baterfa (1) en cuanto a sus zonas termicas;

- al menos un limitador controlador (4), en conexion con un controlador de resonancia termica de cada baterfa (1), cuya funcion es la de gestionar el correcto funcionamiento de cada baterfa (1) en cuanto a la limitacion de salida de electricidad y controlarla dentro de los margenes disenados en cada amplificador (2);

- al menos un compresor mezclador (5), en conexion con los amplificadores (2) y en concreto con el circuito electronico (21), y su funcion es la de gestionar el correcto funcionamiento de los amplificadores (2) y controlar el efecto de amplificacion y multiplicacion de la energfa;

- al menos un compresor mezclador limitador (6), en conexion con el amplificador de salida (2.E) o diversos amplificadores (2) dentro de la estructura piramidal del

generador, cuya funcion es la de repetir el control de cada paso de energfa entre amplificadores (2), especialmente en la salida de la energfa final en el amplificador de salida (2.E);

- un modulo procesador (8) integral del modulo externo, que gestiona la interconexion

5 entre los anteriores elementos y el resto de componentes del generador como

baterfas (1) y amplificadores (2);

- y una pantalla (9) o elemento de visualizacion similar.

En las Figuras 4 y 5 se representa la solucion de baterfas (1) o celdas en la presente 10 invencion, que son termopilas. Tal como se puede ver, estas baterfas (1) son modulos termoelectricos que generan electricidad debido a la conversion de energfa generada por la diferencia de temperatura entre dos caras o partes de dicho modulo, tal como se representa en la Figura 4. Esta energfa se produce debido a la circulacion de corriente generada por la migracion de calor entre la parte o zona caliente y frfa (11 y 12), para lo cual se debe aportar 15 y disipar calor continuamente para mantener dicha diferencia. Tal como se puede observar en la Figura 5, cada baterfa (1) comprende un modulo basico caliente (11) o lado caliente, un modulo basico frfo (12) o lado frfo, compresor (13) con bomba de calor y un controlador de resonancia termica (14).

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REIVINDICACIONES

1. - Generador electrico con amplificadores, que dispone de una estructura piramidal que multiplica gradualmente la generacion de energfa electrica, y en el que dicha generacion de electricidad parte de una pluralidad de baterfas (1) con un electrolito no acuoso, que se caracteriza porque las baterfas (1) se unen entre si con amplificadores (2), los cuales se unen a su vez entre si sucesivamente hasta un amplificador de salida (2.E) de la energfa electrica, y en el que tanto las baterfas (1) como los amplificadores (2) quedan en conexion con un modulo externo (3) electronico de gestion integral del funcionamiento del generador electrico.
2. Generador electrico con amplificadores, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza porque el modulo externo (3) electronico comprende de:

- al menos un controlador de realimentacion termica (7) en conexion con las baterfas (1);

- al menos un limitador controlador (4) en conexion con los baterfas (1);

- al menos un compresor mezclador (5) en conexion con los amplificadores (2);

- al menos un compresor mezclador limitador (6) en conexion con el amplificador de salida (2.E) o cualquier otro amplificador (2) dentro de la estructura piramidal del generador; y

- un modulo procesador (8) integral del modulo externo de interconexion entre los anteriores elementos y el resto de componentes del generador como baterfas (1) y amplificadores (2).
3. Generador electrico con amplificadores, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza porque los amplificadores (2) disponen de un circuito electronico (21) y un transistor (22).
4. Generador electrico con amplificadores, segun las reivindicaciones 1-3, que se caracteriza porque cada baterfa (1) es una termopila que comprende un modulo basico caliente (11) y un modulo basico frfo (12).
5. Generador electrico con amplificadores, segun la reivindicacion 4, que se caracteriza porque la termopila dispone de un compresor (13) con bomba de calor y un controlador de resonancia termica (14).
6. Generador electrico con amplificadores, segun la reivindicacion 1, que se caracteriza porque las baterfas (1) se unen en parejas con los amplificadores (2).