ES2397145B1 - Aparato para la generación de hidrógeno para motores de combustión interna. - Google Patents

Aparato para la generación de hidrógeno para motores de combustión interna. Download PDF

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Abstract

Aparato para la generación de hidrógeno para motores de combustión interna que comprende esencialmente unos primeros medios de generación de hidrógeno (H{sub,2}) y unos segundos medios de generación de oxígeno (O{sub,2}) que soluciona el problema técnico del almacenamiento de hidrógeno, así como los problemas derivados del empleo de una subestación para la producción del combustible necesario en el arranque y funcionamiento del motor de explosión, aumentando la potencia del trabajo del mismo motor con respecto al funcionamiento con hidrocarburo y disminuyendo los residuales a niveles muy pequeños, obteniendo una clara ventaja medioambiental.

Description

Aparato para la generación de hidrógeno para motores de combustión interna
El objeto de la presente invención es un aparato de generación electrolítica de hidrógeno (H2) para motores de combustión interna, especialmente motores de gasolina.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
En la actualidad, los vehículos automóviles están dotados de un motor de combustión interna que consume un combustible, principalmente gasolina o gasóleo, aunque son conocidos los motores que consumen gas natural, gas butano y otros derivados del petróleo. El principal problema es que estos combustibles son hidrocarburos o derivados de hidrocarburos procedentes del petróleo y/o de otros combustibles fósiles, produciendo una gran cantidad de gases contaminantes, principalmente dióxido de carbono, responsable en gran medida del conocido efecto del cambio climático. Además, debido a la complejidad del mercado del petróleo, el precio de este suele fluctuar por distintos condicionantes geoestratégicos, por lo que se vuelve perentorio el localizar otras fuentes alternativas para el transporte que combinen la sencillez con el bajo coste.
Una de las alternativas que más investigaciones está generando es la del empleo del hidrógeno, que en su combustión reacciona con el oxígeno y produce como residuo agua, que lógicamente no es un producto contaminante. Dicho hidrógeno puede ser utilizado en motores de combustión interna ya sea de nuevo diseño o adaptados. Ejemplo de ello es el modelo de utilidad español, ES 199 600 U "Motor electrolítico", que describe un sistema que comprende una cuba electrolítica para descomposición del agua en sus componentes Hidrógeno y Oxígeno, los cuales se utilizan como combustible de un motor convencional de dimensiones adecuadas; caracterizado esencialmente porque la cuba electrolítica presenta sus electrodos de forma troncocónica, dispuestos en sentido coaxial, actuando como conductos de los gases resultantes de la descomposición electrolítica, los cuales gases en el interior del motor, se convierten nuevamente en agua por efecto de la chispa de la bujía, pasando el vapor resultante por, el interior de un serpentín de enfriamiento que deposita el agua nuevamente en la cuba, en tanto que la energía del cigüeñal del motor se utiliza para accionar un generador que suministrará la electricidad necesaria para los electrodos y la bujía.
No obstante, el transporte de dicho hidrógeno presenta un gran problema, ya que solo es posible manejarlo en depósitos de gas comprimido a alta presión o de forma licuada en depósitos criogénicos. Cualquiera de estas soluciones limita la autonomía de un automóvil, ya que los depósitos de gas comprimido no presentan una alta capacidad que permita una gran autonomía. A su vez, los depósitos criogénicos son voluminosos y muy pesados.
Para solucionar este último problema se presenta el modelo de utilidad español ES 1 068 680 U “dispositivo de generación de hidrógeno para motores de combustión interna” que describe unas particularidades técnicas destinadas a optimizar una producción de hidrógeno en el propio vehículo de forma razonable, y que pueda mezclarse con el combustible de alimentación al motor fácilmente, con lo que es muy sencillo adaptar este dispositivo a un vehículo ya existente, reduciendo su consumo y contaminación notablemente.
Así, el dispositivo comprende una cuba de electrólisis de una disolución de sal caustica en agua, estando esta cuba de electrólisis conectada al sistema eléctrico del motor a través de unos medios de control, presentando esta cuba de electrólisis una salida del gas hidrógeno
producido conectada a un mezclador intercalado en el conducto de suministro de combustible del motor, presentando este mezclador asociado un vaporizador ionizador de combustible previo, que habilita la mezcla del combustible en forma de vapor y el hidrógeno antes de su alimentación al motor. Así, el combustible utilizado, principalmente gasolina, es enriquecido con el hidrógeno antes de entrar en el motor, consiguiendo una reducción importante de dicho consumo de combustible, y también una considerable reducción de las emisiones de dióxido de carbono al realizarse el suplemento de hidrógeno.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
Es un objetivo de la presente invención presentar un nuevo aparato de generación de hidrógeno por electrolisis en motores de combustión interna que no necesite de grandes almacenamientos de combustible, ni el empleo de una subestación para la producción del combustible necesario en el arranque y funcionamiento del motor de explosión, aumentando la potencia del trabajo del mismo motor con respecto al funcionamiento con hidrocarburo y disminuyendo los residuales a niveles muy pequeños, obteniendo una clara ventaja medioambiental.
Más concretamente, el aparato para la generación de hidrógeno para motores de combustión interna, objeto de la presente invención, comprende esencialmente unos primeros medios de generación de hidrógeno (H2) y unos segundos medios de generación de oxígeno (O2) que se caracteriza porque dichos primeros medios de generación de hidrógeno parten de unos medios de separación electrolítica del hidrógeno que están configurados para distribuir el hidrógeno y el oxígeno por sus respectivas líneas de generación. Así, el hidrógeno pasa en primer lugar por una primera válvula de chequeo que comprende dos entradas, una primera entrada principal de hidrógeno y una segunda entrada de retorno (2b) de hidrógeno no usado en la combustión y/o almacenamiento en la pila de hidrógeno.
Dichos primeros medios comprenden un filtro del hidrógeno situado antes de la entrada del hidrógeno en unos medios de regulación de la presión y el caudal del hidrógeno antes de su paso por la propia carburación del motor de combustión.
El hidrógeno no empleado en la combustión pasa a una pila de hidrógeno, en conjunción con el oxígeno recibido desde los segundos medios de generación de oxígeno, la cual por un lado genera una corriente eléctrica aprovechable en el motor, así como una salida residual de agua y aire susceptible de ser aprovechada para el reabastecimiento del generador electrolítico y/o el abastecimiento de agua de enfriamiento.
La ventaja principal de esta invención radica en la sustitución total de un combustible altamente contaminante, como es la gasolina, por un combustible como el hidrógeno, que no produce ningún tipo de residuo contaminante, sino agua, hidroxilo y vapor hidróxido de potasio (KOH) que, además no son lanzados al medio ambiente, pese a su falta potencial de peligrosidad.
Una ventaja adicional de la invención es la eliminación de los enormes depósitos que requiere el transporte de hidrógeno por uno de una tamaño reducido, de apenas 3x8 pulgadas, debido al hecho de que se produce únicamente el combustible que se utiliza, disminuyendo la posibilidad de accidentes ante desperfectos técnicos o impactos, debido a las características inflamables del hidrógeno.
El aumento de la potencia de trabajo con respecto a los hidrocarburos se debe a que en la misma cámara de combustión, y debido a las características de ignición del hidrógeno y una potente chispa, la detonación es mayor.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
FIG 1. Muestra una vista esquematizada del aparato para la generación de hidrógeno para motores de combustión interna, objeto de la presente invención.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE UN MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
Tal y como se puede observar en la figura adjunta, el aparato objeto de la presente invención comprende esencialmente unos primeros medios de generación de hidrógeno H2 y unos segundos medios de generación de oxígeno O2. Dichos primeros medios de generación de hidrógeno parten de unos medios de separación electrolítica del hidrógeno 1 que están configurados para distribuir el hidrógeno y el oxígeno por sus respectivas líneas de generación (H2,O2).
El hidrógeno pasa en primer lugar por una primera válvula de chequeo 2 que comprende dos entradas, una primera entrada principal de hidrógeno 2a y una segunda entrada de retorno 2b de hidrógeno no usado en la combustión y/o almacenamiento en la pila de hidrógeno 7 permitiendo la reutilización del hidrógeno sobrante durante el proceso y, por tanto, minimizando la cantidad de hidrógeno a producir en la primera etapa de generación electrolítica 1.
Posteriormente, y tras su paso por la válvula de chequeo 2, el hidrógeno es filtrado mediante un filtro de polímeros especiales 3 configurado para obtener un hidrógeno de mayor pureza, en donde dicho hidrógeno es almacenado temporalmente en un depósito 4, seguido de un manómetro 5 que regula la presión y caudal del hidrógeno antes de su paso por el propio motor 6 y su carburación.
El hidrógeno no empleado en la combustión 6 no se desperdicia, sino que termina en una pila de hidrógeno 7, en conjunción con el oxígeno recibido desde los segundos medios O2. Dicha pila 7 comprende, a su vez, una primera entrada de hidrógeno 7a, una segunda entrada de oxígeno 7b, una primera salida de retorno de hidrógeno sobrante 7c y una segunda salida de agua más aire puro 7d para el reabastecimiento del propio generador y/o abastecimiento de agua de enfriamiento.
La pila de hidrógeno 7 comprende igualmente un ánodo 8a y un cátodo 8b que determinan una determinada corriente eléctrica con posibilidad de ser empleada en el propio vehículo. Del mismo modo, dicha corriente puede ser elevada mediante unos medios de generadores de chispas 9, de tal forma que dicha corriente pueda ser empleada en las bujías para la generación de la explosión necesaria para la combustión del hidrógeno 6.
Finalmente, los segundos medios de generación de oxígeno parten igualmente de los medios de separación electrolítica del hidrógeno 1 que liberan oxígeno, el cual pasa por una primera válvula de chequeo 2’ y pasa posteriormente a un depósito 4’, seguido de un manómetro 5’ que regula la presión y caudal del oxígeno antes de su paso directo a la pila de hidrógeno 7.
ES 2 397 145 A1

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Aparato para la generación de hidrógeno para motores de combustión interna que comprende esencialmente unos primeros medios de generación de hidrógeno (H2) y unos segundos medios de generación de oxígeno (O2) y que se caracteriza porque
    dichos primeros medios de generación de hidrógeno parten de unos medios de separación electrolítica del hidrógeno (1) que están configurados para distribuir el hidrógeno y el oxígeno por sus respectivas líneas de generación (H2,O2); y donde el hidrógeno pasa en primer lugar por una primera válvula de chequeo (2) que comprende dos entradas, una primera entrada principal de hidrógeno (2a) y una segunda entrada de retorno (2b) de hidrógeno no usado en la combustión y/o almacenamiento en la pila de hidrógeno (7);
    y porque además dichos primeros medios comprenden un filtro (3) del hidrógeno situado antes de la entrada del hidrógeno en unos medios de regulación de la presión y el caudal del hidrógeno (4,5) antes de su paso por la propia carburación (6) del motor de combustión;
    y donde el hidrógeno no empleado en la combustión pasa a una pila de hidrógeno (7), en conjunción con el oxígeno recibido desde los segundos medios de generación de oxígeno, la cual por un lado genera una corriente eléctrica (8a,8b) aprovechable en el motor, así como una salida residual de agua y aire susceptible de ser aprovechada para el reabastecimiento del generador electrolítico (1) y/o el abastecimiento de agua de enfriamiento.
  2. 2.- Aparato de acuerdo con la reivindicación 1 que se caracteriza porque el hidrógeno es filtrado tras su paso por la válvula de chequeo (2) mediante un filtro de polímeros especiales 3 configurado para obtener un hidrógeno de mayor pureza.
  3. 3.- Aparato de acuerdo con la reivindicación 1 que se caracteriza porque la pila de hidrógeno (7) comprende igualmente un ánodo (8a) y un cátodo (8b) que determinan una determinada corriente eléctrica con posibilidad de ser empleada en el propio vehículo.
  4. 4.- Aparato de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque la corriente eléctrica puede ser elevada mediante unos medios de generadores de chispas (9), de tal forma que dicha corriente pueda ser empleada en las bujías para la generación de la explosión necesaria para la combustión del hidrógeno (6).
  5. 5.- Aparato de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se caracteriza porque los segundos medios de generación de oxígeno parten igualmente de los medios de separación electrolítica del hidrógeno (1) que liberan oxígeno, el cual pasa por una primera válvula de chequeo (2’) y pasa posteriormente a un depósito (4’), seguido de un manómetro (5’) que regula la presión y caudal del oxígeno antes de su paso directo a la pila de hidrógeno (7).
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201031593
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 29.10.2010
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    US 2004089486 A1 (HARRUP CLIVE et al.) 13.05.2004, párrafos [16-26]; figuras. 1,3-5
    A
    US 6383676 B1 (AKIYAMA YUKINORI et al.) 07.05.2002, columna 2, línea 61 – columna 3, línea 45; figura 2. 1,3
    A
    US 3829368 A (WESLEY R) 13.08.1974, columna 5, línea 37 – columna 7, línea 14; figura. 1,5
    A
    US 4161657 A (SHAFFER MARLIN R JR) 17.07.1979, columna 2, línea 65 – columna 5, línea 9; figura 1. 1,3,5
    A
    US 2004058211 A1 (TACHTLER JOACHIM et al.) 25.03.2004, párrafos [17-18]; figura. 1
    A
    US 2008096064 A1 (ELIA DAVID ALFRED) 24.04.2008, todo el documento. 1
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 19.02.2013
    Examinador J. Galán Mas Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201031593
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD F02B43/10 (2006.01)
    H01M8/04 (2006.01) C01B3/04 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    F02B, H01M, C01B
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201031593
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 19.02.2013
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201031593
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 2004089486 A1 (HARRUP CLIVE et al.) 13.05.2004
    D02
    US 6383676 B1 (AKIYAMA YUKINORI et al.) 07.05.2002
    D03
    US 3829368 A (WESLEY R) 13.08.1974
    D04
    US 4161657 A (SHAFFER MARLIN R JR) 17.07.1979
    D05
    US 2004058211 A1 (TACHTLER JOACHIM et al.) 25.03.2004
    D06
    US 2008096064 A1 (ELIA DAVID ALFRED) 24.04.2008
  6. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El documento D01 describe un dispositivo que comprende medios de generación de hidrógeno por separación electrolítica
    (28)
    del agua, y donde el hidrógeno se emplea para alimentar un motor de combustión interna (16) o para alimentar una pila de hidrógeno (26), que genera corriente eléctrica aprovechable en un motor (14) o almacenándose en una batería (32), y que tiene una salida residual de agua (34) para reabastecimiento del generador electrolítico (28).
    Por tanto, este documento se diferencia del objeto de la reivindicación 1 en que, a diferencia de en éste, la pila de hidrógeno
    (26)
    y el motor de combustión (16) se alimentan de hidrógeno directa e independientemente desde el separador electrolítico de hidrógeno (28).
    Por otro lado, el documento D02 describe un dispositivo que busca mejorar la eficiencia de un sistema con una pila de hidrógeno (10), aprovechando el hidrógeno no consumido en dicha pila (10) para alimentar un motor de combustión (3). Sin embargo, no se considera que de esta disposición se derive una contraria, como la que es objeto de la reivindicación 1, en la cual la pila de hidrógeno está alimentada por el hidrógeno no consumido en el motor de combustión.
    Se considera que tampoco hay indicios en el resto de documentos citados que dirijan al experto en la materia a la disposición objeto de la reivindicación 1, por lo que dicha reivindicación 1 es nueva e implica actividad inventiva de acuerdo a los artículos 6 y 8 de la Ley 11/1986.
    En consecuencia las reivindicaciones dependientes 2 a 5 también cumplen los requisitos de dichos artículos 6 y 8 de la Ley 11/1986.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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