ES2932505T3 - Tanque mejorado para un vehículo de hidrógeno - Google Patents

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Abstract

Un tanque (1) para contener hidrógeno a presión para un vehículo de pila de combustible (1), que comprende al menos un tanque de combustible (2) que comprende una pared (2a) configurada para delimitar un volumen interno (2b) para contener dicho hidrógeno a presión, dicho tanque (1) que comprende medios de seguridad (10) configurados para neutralizar químicamente dicho hidrógeno a presión según una condición preestablecida. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Tanque mejorado para un vehículo de hidrógeno
Campo técnico
Esta invención se refiere a un tanque mejorado para un vehículo, particularmente un tanque mejorado en términos de seguridad para contener hidrógeno para un vehículo de celda de combustible.
Técnica anterior
Los vehículos de transporte por carretera, tal como los vehículos de transporte público, utilizan cada vez más fuentes de energía alternativas para proporcionar el par torsional de motor del vehículo a fin de evitar el uso de combustibles contaminantes, tal como combustibles fósiles. Un ejemplo de estas fuentes de energía alternativas se muestra en US 2017016579A1.
El uso de celdas de combustible, por ejemplo hidrógeno, es un ejemplo de estas fuentes de energía alternativas. La celda de combustible se alimenta generalmente de hidrógeno a presión a 300/800 bar (30.000 kPa/80.000 kPa), que se almacena en tanques de acero o material compuesto, transportados por el vehículo.
Sin embargo, se sabe que el hidrógeno es un elemento ligero extremadamente volátil, que reacciona con los otros elementos de la atmósfera, principalmente oxígeno. De hecho, cuando se libera en el medio ambiente el hidrógeno se considera un elemento extremadamente inflamable.
En el caso de un accidente que involucre a un vehículo con un tanque de hidrógeno presurizado, se puede desarrollar un incendio, lo que podría causar que el tanque de hidrógeno y, por lo tanto, todo el vehículo explote. Esta explosión es, de hecho, extremadamente poderosa. Baste mencionar que un tanque normalmente contiene 2 kg de hidrógeno que puede desarrollar una capacidad de explosión de 6 MJ.
Para evitar esta explosión del tanque de hidrógeno, se sabe que se utilizan válvulas que permiten que el hidrógeno escape cuando la presión dentro del tanque alcanza un valor predeterminado, debido a la alta temperatura que se puede generar durante un incendio.
Sin embargo, esta fuga de hidrógeno genera una llama persistente (20-30 segundos) y una potencia considerable que podría dañar gravemente a los usuarios o rescatistas del vehículo.
Estas condiciones son más pronunciadas en entornos menos ventilados tal como túneles o aparcamientos o en zonas urbanas.
Por lo tanto, existe una necesidad de proporcionar tanques de hidrógeno que puedan almacenar una cantidad suficiente de hidrógeno para el uso del vehículo, que al mismo tiempo sean seguros en caso de accidente.
Por lo tanto, la invención tiene como objetivo resolver los inconvenientes mencionados anteriormente de una manera rentable y optimizada.
Breve descripción de la invención
Los fines mencionados anteriormente se logran mediante un tanque y un método de acuerdo con las reivindicaciones anexas.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas de la invención surgirán claramente de la descripción dada más adelante, proporcionada a manera de indicación y sin limitación, con referencia a las figuras anexas, en las cuales:
• La figura 1 es una vista en perspectiva de un vehículo de transporte público con un tanque de acuerdo con la invención;
• La figura 2 es una vista esquemática - en la que se han eliminado partes en aras de claridad - de una primera realización de un tanque de acuerdo con la invención;
• La figura 3 es una vista esquemática - en la que se han eliminado partes en aras de claridad - de una segunda realización de un tanque de acuerdo con la invención; y
• La figura 4 es una vista esquemática - en la que se han eliminado partes en aras de claridad - de una tercera realización de un tanque de acuerdo con la invención.
Descripción detallada de la invención
La figura 1 muestra un vehículo de transporte público 100, por ejemplo un autobús, que comprende un motor de celda de combustible (no mostrado) y un tanque 1, de acuerdo con la invención, configurado para contener hidrógeno presurizado para un vehículo de celda de combustible.
En cualquiera de las realizaciones de la invención que se muestran en las figuras 2 a 4, el tanque 1 comprende al menos un tanque de combustible 2 que comprende una pared externa 2a configurada para delimitar un volumen interno 2b para contener hidrógeno presurizado; como se indica, la pared externa 2a puede estar hecha de un material metálico o compuesto y se configura para mantener hidrógeno en el volumen interno 2b a una presión entre 30.000 kPa y 80.000 kPa (300 y 800 bar).
El tanque de combustible 2 comprende además al menos una primera abertura 3 y una segunda abertura 4 que pasan a través de la pared externa 2a; la primera abertura 4 se conecta de forma fluida a un primer conducto 5 configurado para permitir que el tanque de combustible 2 se vuelva a llenar y la segunda abertura 5 se conecta de forma fluida a un segundo conducto 6 configurado para suministrar una celda de combustible (no se muestra).
De acuerdo con la invención, el tanque 1 comprende medio de seguridad 10 configurado para dispersar una sustancia capaz de reaccionar químicamente con hidrógeno para producir un compuesto neutro con respecto a la combustión, en una condición preestablecida.
Esta sustancia puede ser cualquier sustancia configurada para reaccionar con hidrógeno para producir un compuesto neutro con respecto a la combustión. Ventajosamente, esta sustancia se configura para generar una reacción química espontánea con la misma a temperatura ambiente o a una temperatura predeterminada, por ejemplo, en caso de incendio.
Esta sustancia puede ser, por ejemplo, un óxido metálico, preferentemente óxido de cobre, que es un material que se puede conservar fácilmente como una espuma o solución fluida, es barato y genera una reacción química espontánea con hidrógeno.
Esta reacción espontánea es una reacción exotérmica como se describe más adelante:
CuO H2 = Cu + H2O
en donde el óxido de cobre se transforma en cobre puro y agua.
La condición preestablecida mencionada anteriormente puede ser la temperatura y/o presión de hidrógeno en el volumen interno 2b o la temperatura del aire del área que rodea el tanque de combustible 2 o un valor de desaceleración de vehículo que indica una colisión.
Las cantidades físicas mencionadas anteriormente se pueden medir por medio de sensores (no mostrados) configurados para comunicarse eléctricamente con una unidad electrónica de control (no mostrada) del vehículo 100, por ejemplo, la ECU del vehículo 100. La unidad electrónica puede controlar activamente la dispersión de la sustancia neutralizante mediante el medio de seguridad 10, cuando los sensores detectan la condición preestablecida mencionada anteriormente, por ejemplo, mediante un control de bucle cerrado, preferentemente mediante el método de control descrito más adelante.
En una primera realización del tanque 1, mostrado en la figura 2, este último comprende un solo tanque de combustible 2 y el medio de seguridad 10 comprende al menos un tanque de seguridad 20 colocado dentro del volumen interno 2b, preferentemente fijado a la pared 2a mediante medio de soporte (no mostrados) y separados de la pared. El tanque de seguridad 20 comprende una pared externa 20a que delimita un volumen interno 20b configurado para contener una solución fluida de una sustancia neutralizante del tipo descrito anteriormente, preferentemente bajo presión.
Con el fin de suministrar la sustancia neutralizante, el tanque de seguridad 20 comprende medio de válvula 21 configurado para permitir comunicación de fluidos entre el volumen interno 20b del tanque de seguridad 20 y el volumen 2b del tanque de combustible 2 a través de la pared 20a dependiendo de la condición preestablecida mencionada anteriormente.
Por ejemplo, el medio de válvula 21 puede comprender una válvula de alivio controlada por la presión de la solución de sustancia neutralizante dentro del tanque de seguridad 20 o por la temperatura del hidrógeno, o controlada electrónicamente por la unidad electrónica mencionada anteriormente con base en una detección de sensor.
Dependiendo de la realización descrita anteriormente, el tanque de seguridad 20 también puede comprender otros medios tales como la válvula 22 configurada para permitir la ventilación del tanque de combustible 2, cuando se han activado los medios de válvula 21 del tanque de seguridad 20 y, por lo tanto, la reacción química mencionada anteriormente está en curso. Este medio de válvula 22, como el medio de válvula 21, se puede activar dependiendo de la presión y/o temperatura como se describió anteriormente y/o eléctricamente por medio de la unidad electrónica mencionada anteriormente, evitando así un incremento de presión dentro del tanque de combustible 2.
La operación de la primera realización del tanque 1 descrito anteriormente es como sigue.
Cuando se alcanza la condición preestablecida, el medio de válvula 21 se abre (controlado activamente por la unidad electrónica o pasivamente dependiendo de la presión/temperatura de hidrógeno, por ejemplo) permitiendo que la sustancia neutralizante se disperse dentro del volumen 2b. Aquí, el hidrógeno reacciona químicamente con la sustancia neutralizante, generando un compuesto neutro y, por ejemplo, produciendo calor. Simultáneamente con la abertura del medio de válvula 21 o cuando la presión interna del volumen interno 2b alcanza un valor preestablecido, el medio de válvula 22 se abre permitiendo que el compuesto neutro se disperse en el entorno con el fin de evitar una sobrepresión en el volumen interno 2b.
En una segunda realización del tanque 1, que se muestra en la figura 3, este último comprende un tanque externo 30 con una pared externa 30a que define un volumen intermedio 30b en el que se coloca el tanque de combustible 2. El tanque externo 30 comprende al menos un par de aberturas 31, 32 configuradas para permitir el paso de tubos 5, 6 desde el tanque de combustible 2 a través de la pared 30a.
El medio de seguridad 10 comprende al menos un tanque de seguridad 33 colocado dentro del volumen intermedio 30b y que comprende una pared externa 33a que delimita un volumen interno 33b configurado para contener una solución de sustancia neutralizante de una manera similar al tanque de seguridad 20. En el ejemplo de la presente, el tanque 30 comprende dos tanques de seguridad 33.
De manera similar a la primera realización, el tanque de seguridad 33 y el tanque de combustible 2 comprenden cada uno medio de válvula 22, 34 configurado para permitir comunicación de fluidos entre el volumen interno 2b del tanque de combustible 2 y el volumen intermedio 30b del tanque 30 a través de la pared 33a y entre el volumen interno 33b del tanque de seguridad 33 y el volumen intermedio 30b del tanque 30 a través de la pared 33a, respectivamente. Los medios de válvula 22, 34 pueden comprender los mismos tipos de válvulas y controles descritos para la primera realización.
El tanque externo 30 también comprende medio de válvula 35 configurado para permitir comunicación de fluidos entre el volumen interno 30b y el entorno para permitir la ventilación del tanque externo 30, cuando se han activado los medios de válvula 22, 34 y, por lo tanto, la reacción química mencionada anteriormente está en curso. El medio de válvula 35 puede incluir los mismos tipos de válvulas y controles descritos para la primera realización.
La operación de la segunda realización del tanque 1 descrito anteriormente es como sigue.
Cuando se alcanza la condición preestablecida, el medio de válvula 34 se abre (controlado activamente por la unidad electrónica o pasivamente dependiendo de la presión/temperatura de hidrógeno, por ejemplo) permitiendo que la sustancia neutralizante se disperse dentro del volumen 33b. Simultáneamente con la abertura del medio de válvula 21, el medio de válvula 22 se abre permitiendo que el hidrógeno se disperse en el volumen intermedio 33b. Aquí, el hidrógeno reacciona químicamente con la sustancia neutralizante, generando un compuesto neutro y, por ejemplo, produciendo calor. Simultáneamente con la abertura del medio de válvula 21, 22 o cuando la presión interna del volumen intermedio 33b alcanza un valor preestablecido, el medio de válvula 35 se abre permitiendo que el compuesto neutro se disperse en el entorno para evitar una sobrepresión en el volumen intermedio 33b.
En una tercera realización del tanque 1, que se muestra en la figura 4, este último comprende varios tanques 2 colocados de forma fluida en paralelo, por ejemplo, tres tanques 2.
El medio de seguridad 10 comprende al menos un tanque de seguridad 40 colocado fuera de los tanques 2 y que comprende una pared externa 40a que delimita un volumen interno 40b configurado para contener una solución de sustancia neutralizante de una manera similar a los tanques de seguridad 20, 33. En el ejemplo anterior, el tanque 40 comprende solo un tanque de seguridad 40.
De manera similar a la primera y segunda realización, cada tanque de combustible 2 comprende el medio de válvula 22 configurado para permitir comunicación de fluidos entre el volumen interno 2b del tanque de combustible 2 y el entorno, respectivamente. El medio de válvula 22 puede incluir los mismos tipos de válvulas y controles descritos para la primera realización.
El tanque de seguridad 40 comprende medio de válvula 41 configurado para permitir comunicación de fluidos entre el volumen interno 40b y medio de nebulización 42, conectado de forma fluida al medio de válvula 41, configurado para dirigir la sustancia neutralizante al medio de válvula 22 de los tanques de combustible 2.
La operación de la tercera realización descrita anteriormente es como sigue.
Cuando se alcanza la condición preestablecida, el medio de válvula 41 se abre (controlado activamente por la unidad electrónica o pasivamente dependiendo de la presión/temperatura de hidrógeno, por ejemplo) permitiendo que la sustancia neutralizante se disperse hacia el medio de válvula 22 a través del medio de nebulización 42. Simultáneamente con la abertura del medio de válvula 41, el medio de válvula 22 se abre permitiendo que el hidrógeno se disperse en el entorno. Aquí, el hidrógeno reacciona químicamente con la sustancia neutralizante, generando un compuesto neutro y, por ejemplo, produciendo calor; la sustancia neutra se dispersa directamente al ambiente.
La invención también se refiere a un método para controlar un tanque 1 configurado para contener hidrógeno bajo presión para suministrar un vehículo de celda de combustible, por ejemplo de acuerdo con los ejemplos de realización descritos anteriormente.
Este método de control comprende esencialmente los siguientes pasos:
• alcanzar una condición preestablecida que se refiere a un accidente del vehículo 100; y
• dispersar una sustancia que reacciona químicamente con el hidrógeno contenido en el tanque 1 para formar un compuesto neutro con respecto a la combustión.
Como se describe, la dispersión se puede presentar dentro o fuera del tanque de combustible 2, en un volumen cerrado o en el entorno.
Como se describe, la dispersión se puede lograr mediante el medio de seguridad 10 que permite la dispersión activa o pasiva.
A partir de lo anterior, las ventajas de un vehículo 100 que comprende un tanque 1 de acuerdo con la presente invención son obvias.
Gracias al medio de seguridad 10, el hidrógeno se neutraliza químicamente y, por lo tanto, se evita su explosión.
Además, cuando se eligen elementos específicos tal como el cobre, el compuesto resultante no incrementa la potencia de un posible incendio.
Además, el óxido de cobre se puede producir y disolver en una solución neutra de una manera simple y económica. Las diferentes realizaciones del tanque 1 y el medio de seguridad propuesto 10 permiten que el medio de seguridad 10 se utilice para cualquier tamaño y/o disposición del tanque de combustible 2.
Finalmente, es claro que el vehículo 100 que comprende un tanque de combustible 2 de acuerdo con la presente invención puede estar sujeto a modificaciones y variantes que, sin embargo, no caen fuera del alcance de protección definido por las reivindicaciones.
Las realizaciones del tanque 1 descritas anteriormente se pueden combinar entre sí, sin desviarse del alcance de las reivindicaciones independientes.
Una vez más, la cantidad, forma y tipo de tanques de combustible 2 pueden variar, así como, de manera similar, el tipo y cantidad de medios de válvula.
El óxido de cobre se podría sustituir por otros elementos químicos que tienen propiedades similares.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Un tanque (1) para contener hidrógeno presurizado para un vehículo de celda de combustible (1), el tanque (1) que comprende al menos un tanque de combustible (2) que comprende una pared (2a) configurada para delimitar un volumen interno (2b) para contener el hidrógeno presurizado, el tanque (1) que comprende medios de seguridad (10) configurados para liberar una sustancia proporcionada para reaccionar químicamente con el hidrógeno presurizado para producir un compuesto neutro con respecto a la combustión de acuerdo con una condición preestablecida.
2. El tanque de acuerdo con la reivindicación 1, donde la condición es la presión y/o la temperatura del hidrógeno en el volumen interno (2b) o la temperatura que rodea al tanque de combustible (2).
3. El tanque de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, donde la sustancia es un óxido.
4. El tanque de acuerdo con la reivindicación cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la sustancia es un óxido de metal.
5. El tanque de acuerdo con una de las reivindicaciones de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la sustancia es un óxido de cobre.
6. El tanque de acuerdo con una de las reivindicaciones de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la sustancia se dispersa en un fluido.
7. El tanque de acuerdo con una de las reivindicaciones de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la sustancia se dispersa en una espuma.
8. El tanque de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de seguridad (10) comprenden un tanque de seguridad (20, 33, 40) que comprende una pared (20a, 33a, 40a) configurada para delimitar un volumen interno (20b, 33b, 40b) para contener la sustancia, el tanque (20, 33, 40) que comprende medios de válvula (21, 34, 41) configurados para liberar la sustancia al exterior de la pared (20a, 33a, 40a) de acuerdo con la condición.
9. El tanque de acuerdo con la reivindicación 8, donde el tanque de seguridad (20, 33, 40) se posiciona dentro del volumen interno (2b) del tanque de combustible (2).
10. El tanque de acuerdo con la reivindicación 8, donde el tanque de seguridad (20, 33, 40) se posiciona fuera del volumen interno (2b) del tanque de combustible (2).
11. El tanque de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, donde el tanque de combustible (2) comprende medios de válvula (22) configurados para permitir comunicación de fluidos entre el volumen interno (2b) y un volumen externo a la pared (2a).
12. El tanque de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende un tanque externo (30) que comprende una pared (30a) que define un volumen intermedio (30b) en el que se colocan el tanque de combustible (2) y el tanque de seguridad (20, 33, 40).
13. El tanque de acuerdo con la reivindicación 12, donde el tanque externo (30) comprende medios de válvula (35) configurados para permitir comunicación de fluidos entre el volumen intermedio (30b) y el medio ambiente.
14. El tanque de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 13, donde los medios de válvula (21, 34, 41) del tanque de seguridad (20, 33, 40) comprenden medios de nebulización (42) configurados para dirigir la sustancia al medio de válvula (22) del tanque de combustible (2).
15. Un vehículo de celda de combustible (1) que comprende un tanque (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.
16. Un método para asegurar un tanque (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-14 en un vehículo de celda de combustible de acuerdo con la reivindicación 15 que comprende los siguientes pasos:
• alcanzar una condición preestablecida que se refiere a un accidente del vehículo (1); y
• dispersar una sustancia que reacciona químicamente con el hidrógeno contenido en el tanque (1) para formar un compuesto neutro de combustión.
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