ES2213122T3 - Fuente de hidrogeno portatil. - Google Patents

Abstract

Una fuente de hidrógeno que comprende uno o más elementos generadores de hidrógeno dispuestos en un recipiente a presión y un sistema de control de ignición asociado con el/los elemento(s) generador(es) de hidrógeno, en la que el uno o más elementos generadores de hidrógeno comprenden una pluralidad de pastillas de una mezcla química que, por descomposición térmica, desprende gas de hidrógeno, y en la que el sistema de control de la ignición está colocado para controlar la velocidad de la ignición de las pastillas.

Description

Fuente de hidrógeno portátil.

La invención se refiere a una fuente de hidrógeno, específicamente a una fuente de hidrógeno autosuficiente, cuya fuente es particularmente adecuada para utilizarse en aplicaciones portátiles del hombre, tal como por ejemplo, un sistema de pilas. Sin embargo, la fuente puede utilizarse en otros sistemas que requieren hidrógeno cuando lo necesitan, tal como grandes pilas, motores de hidrógeno o cromatógrafos de gases.

La falta de disponibilidad de una fuente práctica de combustible de alta densidad ha impedido una utilización más extendida de sistemas de pilas de combustibles de hidrógeno. Convencionalmente, el hidrógeno se mantiene bajo alta presión como un gas en una botella o cilindro, el cual, debido a las necesidades de la resistencia necesaria para el contenedor, significa que la cantidad del hidrógeno almacenado es solo del orden del 2% en peso. El hidrógeno puede almacenarse también como un líquido, sin embargo, tiene un punto de ebullición extremadamente bajo de alrededor de 20K por lo que requiere un contenedor criogénico. Esto, añade todavía más volumen y peso.

Una alternativa al almacenamiento es la producción de hidrógeno en el sitio. Los sistemas generadores de hidrógeno están comprendidos en dos grandes tipos: la producción de hidrógeno a partir de hidrocarburos líquidos o gaseosos, generalmente mencionados como reforma; y generación de hidrógeno por la descomposición de compuestos que contienen hidrógeno. La cantidad de hidrógeno disponible en peso en la mayoría de los sistemas que lo generan en el sitio no es mayor que el que se obtiene a partir de una fuente de gas comprimido.

Los sistemas de reforma no son adecuados para la aplicaciones de transporte humano ya que generalmente son grandes y pesadas debido al equipo necesario para el manejo térmico. Además, la pureza del hidrógeno producido es baja necesitando reacciones subsecuentes de limpieza antes de utilizarse como combustible de pila.

La descomposición de los compuestos que contienen hidrógeno pueden clasificarse más; primero, descomposición en la presencia de agua, las referidas como hidrólisis, y segundo, descomposición por calor, o termólisis. Ambos de estos métodos han sido investigados. Un reactor para la hidrólisis de hidruros de metal es el tema de la patente US 5,702,491. Aunque es capaz de producir hidrógeno, el sistema sufre dificultades asociadas con el control de la reacción de hidrólisis y un bajo rendimiento de hidrógeno respecto al peso del sistema, debido a la cantidad necesaria de agua.

Se ha investigado la descomposición térmica de los hidruros químicos tal como los boranos de aminas, y borohidruros metálicos como medios para generar hidrógeno. Patentes anteriores han descrito la descomposición de estos compuestos para producir hidrógeno en un reactor no controlable "de una vez" (patentes US 4.315.786, 4.157.927, 4.468.263) para utilizar con lasers de alta energía química.

La presente invención proporciona una fuente de hidrógeno que comprende elementos generadores de hidrógeno ordenados en un recipiente a presión y un sistema de control de ignición asociado con los elementos generadores de hidrógeno, en los que uno o más elementos generadores de hidrógeno comprende una pluralidad de píldoras de una mezcla química que por descomposición térmica desprenden gas de hidrógeno, y en el que el sistema de control de ignición está establecido para controlar la velocidad de ignición de las píldoras.

La invención proporciona un generador de hidrógeno que utiliza la descomposición térmica de una mezcla química para generar hidrógeno de una forma controlada. La disposición de las píldoras y el sistema de control de ignición capacita que los tiempos en los que las píldoras respectivas se encienden se pueda variar, en lugar de que la ignición de las píldoras tenga lugar en todas simultáneamente. Por lo tanto, la fuente es especialmente adecuada para utilizarse en una pila de combustible, en la que la generación de hidrógeno necesita ser controlada y ser sensible a la carga.

La presente invención también es capaz de proporcionar un fuente de hidrógeno de peso bajo, siendo la cantidad de hidrógeno disponible en peso mayor que la que se obtiene por las fuentes anteriores del estado de la técnica. Por ello es particularmente para aplicaciones portátiles y en cualquier caso, tiene la forma de un sistema donde está contenido autónomo.

Se pueden proporcionar una pluralidad de píldoras en un solo elemento generador de hidrógeno o en una pluralidad de tales elementos, en cuyo caso cada elemento puede contener una única pastilla. El sistema de control de la ignición generalmente comprende activadores o deflagradores ordenados para encender las pastillas de manera individual y las pastillas estarán suficientemente espaciadas o separadas unas de otras para prevenir un encendido cruzado. Puede haber uno o más deflagradores asociados con cada pastilla individual, para permitir el encendido simultáneo o sucesivo de las pastillas individuales de una manera controlada y sensible a la carga.

Inicialmente el hidrógeno puede estar contenido en un recipiente a presión. La fuente de hidrógeno preferiblemente comprende un regulador para controlar el flujo del hidrógeno desprendido fuera desde el recipiente a presión, generalmente a través de una sola salida.

Preferiblemente, la fuente de hidrógeno además comprende un filtro para purificar el hidrógeno, antes de ser enviado al equipo externo.

El regulador y/o el filtro puede ser externo al recipiente a presión, pero preferiblemente, el regulador y/o el filtro están integrados dentro del recipiente a presión, ya que esto permite un diseño más compacto. Filtros adecuados incluyen filtros de carbón activo, filtros de acero inoxidable poroso, filtros metálicos sinterizados o filtros de materiales similares conocidos.

Cada elemento generador de hidrógeno preferiblemente comprende un lugar para situar la pastilla con uno o más huecos, disponiéndose las pastillas idealmente de forma individual en huecos separados. Convenientemente el lugar para situar la pastilla comprende un material rígido, poroso resistente a altas temperaturas, al que puede haberle dado forma una máquina pero preferiblemente se ha formado a vacío. Materiales adecuados incluyen cerámicas, tal como aluminio y circonio, u otros materiales sólidos con conductividades térmicas bajas. Cuando existen una pluralidad de lugares para disponer la pastilla, por ejemplo, ordenados uno al lado del otro, uno o más de estos lugares puede tener pasajes o canales para permitir el paso del hidrógeno a través del recipiente a presión.

Preferiblemente, al menos uno, e idealmente cada elemento generador de hidrógeno comprende además una conducción para el flujo de gas provista de canales dispuestos para dirigir el flujo del hidrógeno producido. Preferiblemente, la conducción para el flujo de gas comprende una capa metálica dispuesta en contacto con la superficie interior del recipiente a presión. La capa puede estar hecha de aluminio, acero inoxidable, titanio u otro material adecuado.

Ventajosamente, se proporciona aislamiento térmico dentro del recipiente a presión para reducir la transferencia de calor de uno o más elemento generadores de hidrógeno. Preferiblemente, el aislamiento térmico se proporciona en la forma de una capa siendo preferida una capa de fieltro. Sin embargo, puede utilizarse cualquier material aislante adecuado tal como cerámica, asbesto o lana de roca. Tal aislamiento debe ser capaz de reducir sustancialmente la transferencia de calor entre cualquier elemento generador de hidrógeno adyacente, previniendo así el encendido cruzado.

Preferiblemente, los encendedores comprenden alambres de resistencia calientes o sistemas de ignición pirotécnicos, aunque se puede utilizar cualquier otra forma de ignición adecuada similar. Los encendedores pueden estar en contacto con las pastillas para optimizar la transferencia de calor a las pastillas. Sin embargo, generalmente es suficiente situar los encendedores cerca, o en contacto, con las pastillas.

Preferiblemente, el sistema de control de ignición comprende medios de activación para activar los sistemas de ignición, medios que pueden comprender, por ejemplo, una batería, una pila electroquímica, una pila de combustible, un condensador de capacidad fija o un proveedor de corriente.

Ventajosamente, el sistema de control de ignición además comprende un transductor de presión u otro sistema de medir la presión para determinar la presión del hidrógeno dentro del recipiente a presión. La salida del transductor de presión puede utilizarse para iniciar la descomposición de las pastillas para mantener la presión del hidrógeno a un nivel predeterminado, o si el aparato depende de la carga, como respuesta a una demanda de un equipo externo. Este sistema de retroalimentación, cuando está acoplado con el regulador, puede proporcionar una presión de hidrógeno constante al equipo externo y puede funcionar con una demanda de cero a su velocidad de salida.

Preferiblemente, se impide la activación de los encendedores si la potencia del transductor de presión indica que la presión en el interior del recipiente a presión está por encima de los límites de seguridad.

Preferiblemente, el sistema de control de ignición además comprende un medidor de temperatura para determinar la temperatura dentro del recipiente a presión. Preferiblemente, se impide la activación de los sistemas de ignición si la cantidad del medidor de temperatura indica que la temperatura dentro del recipiente a presión está por encima de los límites de seguridad.

La fuente de hidrógeno un aparato de un solo uso que luego se tira o puede usarse repetidamente veces. Por ejemplo, el recipiente a presión puede adaptarse para ser recargado con pastillas de repuesto que se forman a partir de dos miembros acoplados que se puede ensamblar, una vez recargado.

En una realización preferida, al menos una pastilla comprende una primera capa o porción de una mezcla generadora de hidrógeno, y una segunda capa o porción, generalmente menor, que comprende una mezcla generadora de calor que es capaz de encenderse por el sistema de control de ignición. La mezcla generadora de calor puede generar calor únicamente o puede generar también hidrógeno. En otra realización, pueden estar presentes ambos tipos de mezclas generadoras de calor como porciones o capas separadas. Una pequeña porción o capa de una mezcla pura generadora de calor, lista para encenderse puede ayudar en la ignición de una porción más grande adyacente de mezcla generadora de calor y de hidrógeno.

La presente invención además proporciona equipo, en particular equipo portátil, que comprende una fuente de hidrógeno como se ha descrito anteriormente. Por ejemplo, la fuente de hidrógeno puede emplearse en un sistema de pila de combustible, con el gas siendo proporcionado a una presión adecuada para que opere la pila.

En otro aspecto de la presente invención se proporciona una fuente de hidrógeno que comprende al menos un elemento generador de hidrógeno, un sistema de control de ignición y un recipiente a presión, en el que el elemento generador de hidrógeno está contenido en el recipiente a presión y comprende un soporte de pastilla con uno o más huecos, donde al menos un hueco contiene una pastilla de una mezcla química que por descomposición térmica desprende hidrógeno gaseoso, y donde el control de ignición está dispuesto para controlar la ignición de una o más pastillas.

En un aspecto adicional, se proporciona una fuente portátil de hidrógeno que comprende uno o más elementos generadores de hidrógeno, un sistema de control de ignición y un recipiente a presión, en el que cada elemento generador de hidrógeno comprende un soporte de pastilla con uno o más huecos y una capa de aislamiento térmico para reducir la transferencia de calor a los elementos generadores de hidrógeno adyacentes, donde al menos un hueco contiene una pastilla de una mezcla química que por descomposición térmica desprende hidrógeno; donde el sistema de control de ignición comprende uno o más iniciadores del encendido, asociado con una pastilla individual, y medios para activar los iniciadores de encendido; y donde el hidrógeno desprendido y los elementos generadores de hidrógeno están contenidos en el recipiente a presión.

A continuación se describirá la invención, a modo solo de ejemplo, con referencia a los dibujos siguientes en los cuales:

La Figura 1 es una sección transversal de una fuente de hidrógeno portátil de acuerdo con la presente invención;

La Figura 2 es una vista esquemática de un elemento generador de hidrógeno individual para utilizarse en la fuente de hidrógeno de la Fig. 1, mostrando los componentes activos;

La Figura 3 es una sección transversal a través de una pastilla de una mezcla química desprendiendo hidrógeno, mostrando la situación del elemento de ignición de la Fig. 2;

La Figura 4 muestra un elemento generador de hidrógeno alternativo para utilizar en una fuente según la presente invención;

La Figura 5 muestra una sección transversal de un ejemplo de una fuente de hidrógeno alternativa que incorpora los elementos generadores de hidrógeno de la Fig. 4;

La Figura 6 muestra una representación esquemática de un reactor para la generación de hidrógeno a gran escala;

Las Figuras 7a y 7b respectivamente, muestran una vista desde arriba y lateral de una pastilla de dos capas con la configuración de una rosquilla;

Las Figuras 8a y 8b respectivamente, muestran las vistas laterales de una pastilla de tres capas y de una pastilla de dos capas, cada una con una configuración apilada;

La Figura 9 es una representación esquemática de un circuito experimental para probar la descomposición de la pastilla;

La Figura 10 es un gráfico que muestra el rendimiento de hidrógeno como función de la composición de la pastilla, para una pastilla que contiene borano amónico y una mezcla generadora de calor; y,

La Figura 11 es un gráfico que muestra el rendimiento del hidrógeno como función de la composición de la pastilla para una pastilla que contiene borano amónico y una mezcla generadora de calor que también libera hidrógeno.

La Fig. 1 ilustra un ejemplo de una fuente de hidrógeno de acuerdo con la invención. La fuente comprende un recipiente a presión 1 fabricado en acero. En este ejemplo la forma del recipiente es tal que su resistencia a la ruptura es alta de forma que pueda fabricarse a partir de láminas de acero finas y ligeras. Dentro del recipiente a presión existen una pluralidad de elementos generadores de hidrógeno 2, que se muestran en más detalle en la Fig.2. La fuente también incluye un filtro de carbón activo 4 para eliminar las impurezas del gas generado y un regulador de gas 5. En la base del recipiente existe un circuito integrado y una batería 10, un transductor a presión 11 y un medidor de temperatura 12.

Cada elemento generador de hidrógeno 2 comprende tres capas discretas; un soporte de la pastilla 7, una capa reguladora del gas 6 y una capa aislante térmica 9. El soporte de la pastilla 7 tiene varios huecos en cada uno de los cuales se sitúa una pastilla 8. En este ejemplo, el soporte de la pastilla está formado de una cerámica maleable que se pone rígida cuando se quema. La porosidad de la cerámica, que afecta las características del flujo del gas puede controlarse por medio de la aplicación y quemado de varias capas de cerámica adhesiva o agente fijador. Se puede fabricar un soporte de pastilla alternativo por medio de vacío. Este método es particularmente adecuado para la producción a gran escala. Aunque los huecos en el soporte de la pastilla que se muestra en la Fig.2 son de tamaño similar, esta no es una característica limitante. Puede resultar ventajoso proporcionar pastillas de diferentes tamaños en el mismo elemento o en elementos distintos de la misma fuente de hidrógeno para alcanzar una demanda particular de hidrógeno.

Una ventaja importante de la realización descrita es que cada pastilla se instala individualmente, y esto permite controlar cuidadosamente la generación de hidrógeno. En situaciones en las que solo se necesita un pequeño flujo de hidrógeno puede ser suficiente encender solo una pastilla y esperar hasta que la pastilla se haya descompuesto completamente antes de encender otra. Igualmente, si se necesita un flujo grande de hidrógeno, se pueden encender varias pastillas en rápida sucesión, o incluso simultáneamente. Además, la presente realización permite abrir y cerrar el suministro del hidrógeno de acuerdo con las necesidades. Esta característica contrasta con otros generadores de hidrógeno que a menudo son aparatos "de una vez", y cuando se activan producen hidrógeno hasta que se ha acabado. Así, esta organización proporciona un generador de hidrógeno que es controlable, dependiente de la carga y capaz de proporcionar gas a una presión adecuada para operar una pila de combustible.

La ignición de una pastilla se muestra en más detalle en la Fig.3. Un elemento de ignición 14 se introduce a través de un pequeño agujero en el soporte de la pastilla 7 y dentro de la pastilla 8. Encendedores adecuados incluyen alambres de resistencia calientes y elementos pirotécnicos. Estos pueden situarse adyacentes a la superficie de las pastillas como alternativa a su incorporación dentro de la pastilla. Los huecos en el soporte de pastilla 7 están espaciados de forma que haya suficiente espesor de cerámica entre cada pastilla para impedir la ignición cruzada.

La capa que maneja el gas 6 comprende una lámina de aluminio en la que se forman canales 15. Esta capa se ajusta sobre el soporte de la pastilla 7 de forma que los canales coincidan con los huecos que contienen las pastillas 8. La capa 6 está diseñada también para encajar justamente contra la superficie interior del recipiente a presión 1 para distribuir calor a los alrededores. Se puede utilizar cualquier conductor térmico adecuado como alternativa al de aluminio utilizado en este ejemplo.

La capa de aislamiento térmico 9 comprende una capa de fieltro, cuyo propósito es prevenir o reducir sustancialmente la transferencia de calor entre los elementos generadores de hidrógeno 2. El ejemplo muestra solo una capa aislante, sin embargo se pueden emplear varias capas de cualquier material aislante adecuado según las necesidades.

Para generar hidrógeno, se utiliza un circuito 3 para dirigir cada pastilla y, en este ejemplo, se utiliza una batería 10 para proporcionar energía para activar los encendedores 14. La energía puede proveerse a los encendedores desde el proveedor de energía utilizando alambres cuyo recorrido pasa por el centro del recipiente o por cualquier otra ruta conveniente. El elemento de ignición inicia una descomposición térmica de la pastilla 8 que desprende hidrógeno gaseoso. En este ejemplo las pastillas comprenden una mezcla de NH_{3}BH_{3} y N_{2}H_{4}(BH_{3})_{2}. Los compuestos, borano amónico NH_{3}BH_{3} e hidrazina bis-borano N_{2}H_{4}(BH_{3})_{2} contienen 19% y 17% de hidrógeno en peso, respectivamente. Las solicitudes de patentes US 4.468.263 y US 4.157.927 describe como pueden descomponerse térmicamente mezclas que contienen estos compuestos junto con nitrato amónico NH_{4}NO_{3} y decaborano diamónico B_{10}H_{10}(NH_{4})_{2} para producir hidrógeno de alta pureza para utilizarse como combustible en un laser. La descomposición es fuertemente exotérmica y, una vez activada, produce el suficiente calor para mantener una reacción sostenida. Otras mezclas generadoras de hidrógeno incluyen las de haluros de amónio y borohidruros de metales alcalinos, por ejemplo, NH_{4}Cl + LiBH_{4}.

La activación puede estar asistida por la utilización de cualquier fuente química de calor adicional, como por ejemplo, una mezcla de hierro en polvo y KClO_{4} o TiH_{2} y KClO_{4}. Otras fuentes químicas de calor pueden utilizarse también para efectuar la descomposición de los compuestos generadores de hidrógeno: ejemplos pueden incluir MnO_{2} + LiAlH_{4}, Ni + Al, Zr + PbCrO_{4}, Fe_{2}O_{3} + Al, LiAlH_{4} + NH_{4}Cl. Ventajosamente la fuente de calor seleccionada también contribuirá al rendimiento del hidrógeno.

Se pueden utilizar pastillas con dos capas discontinuas. En una formulación preferida de pastilla que tiene dos capas apiladas, la capa superior más grande comprende borano amónico, que es la fuente de hidrógeno, y la segunda capa más pequeña comprende una mezcla generadora únicamente de calor, de clorato potásico KClO_{4} y hierro en polvo. La segunda capa se enciende por el elemento de ignición y el calor así generado causa que la primera capa se descomponga térmicamente, liberando hidrógeno.

El hidrógeno gaseoso desprendido se dirige al centro del recipiente a presión por los canales 15 en la capa manipuladora del gas 6. El gas pasa entonces a través de un filtro 4 para eliminar cualquier impureza y partícula y se envía a un equipo externo a través del regulador 5. En este ejemplo se utiliza un transductor 11 para determinar la presión del hidrógeno dentro del sistema. La potencia del transductor se utiliza para disparar la activación de los encendedores para producir más hidrógeno gaseoso. Esto puede ser mantener la presión en el sistema o como respuesta a la demanda de un equipo externo. Alternativamente, la activación de los encendedores para producir hidrógeno puede estar bajo el control manual de un operador por medio de un botón o de un interruptor. El transductor también se puede utilizar como un mecanismo de seguridad impidiendo la iniciación de más pastillas si la presión del gas sube por encima del límite establecido. Igualmente, se utiliza un medidor de temperatura 12 para impedir la iniciación de más pastillas si la temperatura del sistema sube por encima de un límite de seguridad.

La fuente de hidrógeno descrita en este ejemplo tiene un diámetro de 110 mm y tiene una altura de 200 mm. Cuando está totalmente cargado con 12 pastillas en cada uno de los 6 elementos generadores de hidrógeno la fuente pesa aproximadamente 630 g. Esto proporciona suficiente hidrógeno para operar un sistema de pila de combustible de 50W durante más de 10 horas. Debido a su tamaño compacto y bajo peso, la fuente de hidrógeno está idealmente adecuada para aplicaciones portátiles. Sin embargo, el recipiente a presión puede diseñarse para encajar en cualquier espacio donde guardarlo. Por ejemplo, se puede utilizar un reactor cuadrado si esto facilitara su almacenaje.

En las Figuras 4 y 5 se muestra un diseño alternativo para una fuente de hidrógeno de acuerdo con la presente invención. En este diseño, una única pastilla 15 está contenida en un hueco de un soporte de pastillas 7. La pastilla y el soporte son anulares con un agujero central. Existe una capa aislante térmica 9, pero en este ejemplo, no hay capa manipuladora del gas. Sin embargo, puede incorporarse una capa manipuladora del gas si se necesita. En la Fig. 5, se han apilado cuatro soportes de pastillas en un recipiente a presión 1 de forma que los agujeros centrales formen un canal 16. El hidrógeno desprendido fluye hasta el filtro 4 y el regulador 5 a través del canal central 16 como está indicado por las flechas 17. En la Fig. 5 la pastilla superior ha sido activada y está totalmente descompuesta, la pastilla que se muestra debajo está parcialmente descompuesta. La ignición de la pastilla se logra del mismo modo que para la fuente como se ha descrito anteriormente.

En algunos casos el soporte de pastillas puede simplemente comprender las paredes del recipiente a presión y además estar en contacto con cualquier superficie de soporte.

Aunque el primer objetivo es la generación de hidrógeno a pequeña escala, la fuente de hidrógeno puede utilizarse para la generación de hidrógeno a gran escala. La Figura 6 muestra un diseño de un reactor más grande 20 que puede utilizarse para proporcionar mayores cantidades de hidrógeno dependiendo de las necesidades. La disposición de las pastillas de dos capas 22, apiladas una encima de otra, en un contenedor a presión 21, se muestra esquemáticamente. Cada una de las pastillas 22, comprenden una capa superior 23 de borano amónico y una capa inferior 24 de una mezcla generadora de calor, estando dispuesta esta última sobre un elemento de ignición separado (cable de resistencia) 25. También están representados esquemáticamente un transductor de presión 26, un filtro 27, una válvula reductora de presión 28 y un control electrónico 29. Un reactor así puede utilizarse en aplicaciones de transporte o para energía estacionaria de emergencia.

Las pastillas pueden adoptar varias configuraciones, dependiendo de la composición de la mezcla generadora de hidrógeno, de la cantidad necesaria de mezcla generadora de calor (si es necesaria) y de la forma del recipiente a presión. Las Figuras 7a y 7b muestran una vista desde arriba y una vista lateral de una pastilla alternativa de dos capas 30 que tiene configuración de rosquilla, donde la mezcla generadora de calor 31 está dispuesta en una región central cilíndrica. Las Figuras 8a y 8b respectivamente, muestran vistas laterales de una pastilla de tres capas 32 y una pastilla de dos capas 33, cada una en una configuración apilada. En la pastilla de tres capas, se proporciona una mezcla generadora de hidrógeno como una capa por encima de la capa central 34 de una mezcla generadora de calor y de hidrógeno, cuya capa está situada encima de una capa 35 de mezcla generadora únicamente de calor.

En los ejemplos siguientes, varias composiciones de pastillas se sometieron a descomposición térmica y se evaluaron los resultados.

Ejemplo 1

Se llevaron a cabo ensayos con pilas individuales para evaluar los rendimientos que se pueden obtener por la descomposición térmica del borano amónico, para determinar la proporción óptima de la mezcla de calor para un determinado tamaño y configuración de pastilla. La Figura 9 es una representación esquemática del circuito experimental utilizado para probar la descomposición de la pastilla.

Cada pila contiene una pastilla 36 de borano amónico (Aldrich 90%) y una o dos pastillas de calor 37 dependiendo del tipo de diseño. La pastilla de calor consiste en 86% de hierro y 14% de perclorato potásico se inflama por medio de un cable resistente al calor 38 que está situado en un extremo o en ambos extremos de la pila intercalado entre las pastillas. Los alambres con forma de espiral utilizados en este ejemplo (que pueden tener cualquier forma o configuración) están fabricados de acero inoxidable o de cualquier otro material adecuado altamente resistente.

Experimentalmente, para descomponer una cantidad de borano amónico en un reactor prototipo de pila individual se aplica una pulsación cuadrada a 5V. 60 ms desde un generador de señales a la entrada de un transistor MOSFET o un relé de estado sólido que a su vez activa una fuente de energía para un periodo de tiempo dado enviando una pulsación de 10V, 3A. La pulsación de corriente es suficiente para calentar los alambres eléctricamente resultando en la ignición del compuesto de calor y liberando calor para descomponer térmicamente el borano amónico para producir gas de hidrógeno.

El rendimiento teórico máximo de hidrógeno que puede obtenerse a partir de borano amónico es 19,6% en peso como se muestra en la ecuación a continuación

NH_{3}BH_{3} \rightarrow BN + 3 H_{2}

En este ejemplo, el mejor rendimiento de hidrógeno fue de 6,82% en peso (basado en el peso total de borano amónico y mezcla de calor) para una proporción 1:1 para un peso dado de 0,50 g de borano amónico por 0,50 g de compuesto de calor produciéndose 0,830 litros de gas como resultado de la descomposición del 69,59% de borano amónico.

Los resultados de los ensayos en los que la cantidad de pastillas de calor era variable se resumen en la Tabla 1 a continuación, y también gráficamente en la Figura 10.

TABLA 1

1

Ejemplo 2

Se ensayó una pastilla de dos capas con una composición diferente. El polvo para calentar utilizado en este experimento fue una mezcla 1:1 molar de hidruro de litio y aluminio y cloruro de amónio. Además de generar calor esta mezcla también libera hidrógeno y se esperaba que esto aumentaría más el rendimiento total del sistema. La primera capa más inferior de la pastilla contenía 0,5 g la mezcla de calor (LiAlH_{4} + NH_{4}Cl) y la segunda capa superior 0,5 g de borano amónico. Esta pastilla se descompuso utilizando un cable resistente al calor a través del que pasó un pulsación de una corriente de 10V, 3a por 50 ms. El rendimiento de hidrógeno fue 1,05 L, 0,086 g H_{2}. Esto es equivalente a 8,6% de hidrógeno en peso basado en el peso total de la pastilla.

Ejemplo 3

En este ejemplo, se formularon y probaron pastillas de dos capas que contenían los mismos componentes que en el Ejemplo 2, pero formulados en distinta proporción. Los resultados de los ensayos en los que se cambió la cantidad de borano amónico están resumidos en la Tabla 2 a continuación y gráficamente en la Figura 11.

En una pastilla la primera capa contenía 0,125 g de la mezcla de calor (LiAlH_{4} + NH_{4}Cl) y la segunda capa superior 0,6 g de borano amónico. Esta pastilla se descompuso utilizando un cable resistente al calor a través del que pasó un pulsación de una corriente de 10V, 3a durante 3s. El rendimiento de hidrógeno fue 1,0L, 0,082 g de H_{2}. Esto es equivalente a un rendimiento de 11,4% de hidrógeno en peso basado en el peso total de la pastilla.

TABLA 2

2

Claims (22)

1. Una fuente de hidrógeno que comprende uno o más elementos generadores de hidrógeno dispuestos en un recipiente a presión y un sistema de control de ignición asociado con el/los elemento(s) generador(es) de hidrógeno, en la que el uno o más elementos generadores de hidrógeno comprenden una pluralidad de pastillas de una mezcla química que, por descomposición térmica, desprende gas de hidrógeno, y en la que el sistema de control de la ignición está colocado para controlar la velocidad de la ignición de las pastillas.

2. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la fuente de hidrógeno es portátil.

3. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el sistema de control de ignición comprende uno o más encendedores dispuestos para encender las pastillas de forma individual.

4. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 3, en la que el uno o más encendedores comprenden alambres de resistencia calientes o encendedores pirotécnicos.

5. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, en la que los encendedores están situados en contacto con las pastillas.

6. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el recipiente a presión está provisto de aislamiento térmico para reducir la transferencia de calor desde el uno o más elementos generadores de hidrógeno, cuyo aislamiento térmico preferiblemente comprende una o más de una capa de fieltro, una cerámica, asbesto o lana de roca.

7. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un regulador para controlar el flujo del hidrógeno desprendido fuera del recipiente a presión, en el que el regulador está preferiblemente integrado dentro del recipiente a presión.

8. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un filtro para purificar el hidrógeno desprendido, en el que el filtro está preferiblemente integrado dentro del recipiente a presión, y es opcionalmente un filtro de carbón activo, un filtro de acero inoxidable poroso o un filtro de metal sinterizado.

9. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el o cada uno de los elementos generadores de hidrógeno comprende un soporte de la pastilla provisto con uno o más huecos.

10. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 9, en la que el soporte de la pastilla comprende un material rígido, poroso.

11. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos un elemento generador de hidrógeno además comprende una capa manipuladora del gas con canales dispuestos para dirigir el flujo del hidrógeno desprendido.

12. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 11, en la que la capa manipuladora del gas comprende una capa metálica dispuesta en contacto con la superficie interior del recipiente a presión, conduciendo así el calor hacía el exterior.

13. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el sistema de control de ignición comprende medios de activación para activar los encendedores, los cuales se seleccionan entre una batería, una pila electroquímica, una pila de combustible, un condensador o una fuente de energía.

14. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el sistema de control de ignición además comprende un transductor de presión para medir la presión del hidrógeno dentro del recipiente a presión.

15. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 14, en la que la potencia del transductor de presión se utiliza para provocar la descomposición de las pastillas para mantener la presión del hidrógeno a un nivel predeterminado o como respuesta a la necesidad de un equipo externo.

16. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 14 o la reivindicación 15, en la que la activación de los encendedores se impide si la potencia del transductor de presión indica que la presión dentro del recipiente a presión está por encima del límite de seguridad.

17. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el sistema de control de ignición además comprende un medidor de temperatura para determinar la temperatura dentro del recipiente a presión.

18. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con la reivindicación 17, en la que la activación de los encendedores se impide si el resultado del medidor de temperatura indica que la temperatura dentro del recipiente a presión está por encima del límite de seguridad.

19. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el recipiente a presión está adaptado para ser recargado con pastillas y reutilizado.

20. Una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos una pastilla comprende una primera capa de mezcla generadora de hidrógeno y una segunda capa que comprende una mezcla generadora de calor capaz de ser encendida por el sistema de control de ignición.

21. Un equipo portátil que comprende una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, cuyo equipamiento está preferiblemente en la forma de un sistema de pila de combustible.

22. La utilización de una fuente de hidrógeno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, para proporcionar un generador de hidrógeno que responda a la carga.