IT201900012750A1

IT201900012750A1 - Apparato per la produzione di energia elettrica e relativo procedimento

Info

Publication number: IT201900012750A1
Application number: IT102019000012750A
Authority: IT
Original assignee: Bertelli Marco
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2021-02-13

Description

APPARATO PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E RELATIVO

PROCEDIMENTO

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si colloca nel settore della produzione di energia da fonti rinnovabili e non inquinanti, e ha per oggetto un apparato per la produzione di energia elettrica a partire da idrogeno molecolare e acqua, utilizzabile sia per consumi civili sia per usi industriali.

Stato dell'arte

L'idrogeno molecolare o diidrogeno, è costituito da una molecola di due atomi di idrogeno e la sua formula è H2; erroneamente viene in generale chiamato semplicemente idrogeno. In condizioni di temperatura e pressione ambiente, esso si presenta come un gas incolore e inodore e può essere ottenuto con vari metodi anche su larga scala, a livello industriale, ad esempio per elettrolisi dell'acqua oppure mediante reforming del gas naturale o di altri idrocarburi. La produzione industriale di questo gas è un processo largamente impiegato e ormai acquisito, anche perchè i suoi impieghi sono diffusi da tempo e numerosi, l'idrogeno molecolare è infatti un gas la cui combustione è particolarmente vantaggiosa dal punto di vista delle emissioni, che sono molto meno inquinanti rispetto a quelle emesse da qualsiasi altro tipo di combustibile: il prodotto principale della combustione dell'idrogeno molecolare con ossigeno o aria come comburente è infatti semplicemente acqua o meglio vapore acqueo. Per questo negli ultimi anni sono stati fatti numerosi tentativi di sviluppare sistemi per produrre energia “pulita” dalla combustione dell'idrogeno molecolare, da solo o in miscela con altri combustibili.

Tali sistemi tecnologici che sfruttano l'idrogeno molecolare come fonte di energia sono stati sviluppati sia per l'applicazione a dispositivi stazionari nella produzione di energia a livello industriale e domestico.

Fino ad oggi tuttavia tali tecnologie non hanno avuto lo sviluppo atteso a causa di problematiche di vario ordine, tra cui le principali riguardano lo stoccaggio dell'idrogeno in volumi relativamente piccoli e la complessità della tecnologia necessaria alla trasformazione energia/idrogeno/energia e al trasporto dell'idrogeno molecolare, che rende le sue applicazioni pratiche nella produzione di energia eccessivamente costose. A fronte delle sue caratteristiche positive in termini di emissioni, l'idrogeno molecolare presente inoltre una densità energetica per unità di volume molto più bassa rispetto a quella di qualsiasi altro combustibile che, di nuovo, rende poco conveniente il suo utilizzo pratico come combustibile per produrre energia.

Per quanto è a conoscenza della Richiedente, tali svantaggi tecnici non sono stati fino ad oggi risolti efficacemente, tanto che il problema tecnico di sviluppare un sistema efficiente e sicuro di produzione di energia pulita usando idrogeno molecolare come combustibile, resta tutt'oggi irrisolto.

Scopi dell'invenzione

Scopo della presente invenzione è dunque quello di realizzare un apparato e un procedimento per la produzione di energia elettrica basato sulla combustione di idrogeno molecolare, che sia efficiente e sia basato su una tecnologia dai costi relativamente bassi.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un apparato e un procedimento per la produzione di energia che utilizzino come principali materiali di consumo esclusivamente materiali rinnovabili, quali idrogeno molecolare e acqua, senza produrre inoltre emissioni inquinanti.

Ancora un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un apparato e un procedimento per la produzione di energia elettrica per usi civili e industriali, che consenta di recuperare inoltre il vapore acqueo prodotto per l'utilizzo per la generazione di acqua sanitaria o in impianti di riscaldamento.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche e i vantaggi dell'apparato e del procedimento per la produzione di energia secondo la presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi di cui:

● il Disegno 1 è suddiviso in due figure:

o la Figura 1 rappresenta una vista esterna di una cella di fusione compresa nell'apparato della presente invenzione;

o la Figura 2 mostra una vista esplosa dei principali componenti della cella di fusione;

● il Disegno 2 rappresenta i dettagli costruttivi degli elementi microforati presenti nella cella di fusione nel disegno 1

● il Disegno 3 mostra un driagramma a blocchi del procedimento secondo la presente invenzione

Descrizione dettagliata dell'invenzione

Con riferimento a detti disegni, e più in particolare per il momento alle Figure 1 e 2 del Disegno 1, è illustrato un apparato per la produzione di energia elettrica secondo la presente invenzione comprendente una cella di fusione 1, destinata alla combustione dell'idrogeno molecolare realizzata in acciaio inox e non solo, di forma preferibilmente cilindrica, ma si intende che forme diverse del corpo della cella, ad esempio una forma parallelepipeda a base quadrata o rettangolare, sono comunque da considerarsi comprese nell'ambito della presente invenzione.

Il corpo 2 della cella di fusione 1 è chiuso da due flange 3, che chiudono il corpo 2 da parti opposte mediante un sistema di connessione adatto. La presente cella di fusione 1 comprende inoltre almeno una valvola 4 di alimentazione dell'idrogeno molecolare e almeno una valvola 5 per l'alimentazione di acqua, che consentono di immettere rispettivamente idrogeno e, successivamente, una volta ragiunta la temperatura utile, acqua nebulizzata all'interno della cella di combustione, tramite adatti ugelli. Tali valvole di alimentazione possono essere valvole elettromeccaniche ed essere accompagnate, a monte, da una valvola di ritenuta per la sicurezza contro il ritorno di fiamma.

L 'acqua alimentata alla cella di combustione nel presente apparato può essere acqua prelevata da un apposito serbatoio oppure, preferibilmente, acqua di riciclo proveniente dalla cella di combustione sottoforma di vapore acqueo, raccolta a valle della cella e depositata in un'apposita vasca di raccolta da cui viene prelevata al momento in cui si ha necessità.

Con riferimento alla Figura 2 sono illustrati inoltre due o più elementi microforati 6, compresi nel presente apparato e realizzati preferibilmente in titanio, destinati ad essere situati all'interno del corpo 2 della cella di combustione. Con il termine “elementi microforati” nell'ambito della presente invenzione si intendono corpi muniti di fori passanti possibilmente tutti di egual (ma anche di varie) dimensioni, posti l'uno dall'altro ad egual distanza e non.

La forma e le dimensioni degli elementi microforati secondo l'invenzione possono essere varie e dipenderanno dalla forma e dalle dimensioni della cella di combustione all'interno della quale l'elemento microforato è collocato.

Secondo la presente invenzione gli elementi microforati 6 possono essere fissati ad una o ad entrambe le flange 3 che chiudono la cella e durante il funzionamento dell'apparato di combustione della presente invenzione devono essere riscaldati: ciò può avvenire grazie a opportune resistenze elettriche all'interno degli elementi stessi, alimentate dall'esterno.

Secondo una forma di realizzazione particolare dell'invenzione, ai mezzi di fissaggio 7 degli elementi microforati sono ancorati uno o più elementi ad accensione diretta che, su sollecitazione di una batteria esterna a cui sono collegati, possono portare la temperatura degli elementi microforati alla temperatura desiderata nel caso di rottura o malfunzionamento del dispositivo principale per l'innalzamento di temperatura degli elementi microforati.

Le dimensioni degli elementi microforati e il numero delle valvole di alimentazione sono commisurate alle dimensioni della cella di combustione.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, sulla cella di combustione sono collocati almeno un sensore di pressione 8 e almeno un sensore di temperatura 9 per verificare costantemente i parametri di temperatura e pressione all'interno della cella durante il suo funzionamento. I valori di temperatura e pressione rilevati possono essere letti direttamente sullo strumento oppure, secondo una forma di realizzazione preferita, suddetti dati possono essere inviati a una unità esterna in grado di raccogliere, memorizzare e gestire tali dati, che ha inoltre la finalità di controllare il funzionamento dell'apparato a seconda dei valori dei suddetti parametri rilevati.

La suddetta unità esterna può inoltre vantaggiosamente controllare anche il funzionamento di tutte le varie valvole presenti comprese nell'apparato e cadenzare l'alimentazione del flusso dell'idrogeno a intervalli di tempo determinati.

Il procedimento per la produzione di energia elettrica dell'invenzione, basato sull'utilizzo di un apparato come quello descritto, comprende le seguenti fasi:

a) riscaldamento degli elementi microforati 6 fino a raggiungere una temperatura utile;

a’) alimentazione degli elementi microforati 6 in corrente continua (di cui almeno uno in corrente continua positiva, e almeno uno in corrente continua negativa) ad alto voltaggio

b) alimentazione di idrogeno molecolare mediante spruzzatura all'interno della cella di combustione;

c) combustione dell'idrogeno con innalzamento della temperatura all'interno della cella fino a un valore di 1000° C e oltre;

d) alimentazione di acqua mediante spruzzatura all'interno della cella di combustione con formazione di vapore acqueo ad elevata temperatura e pressione;

e) fuoriuscita controllata del vapore acqueo formatosi nella fase d) per l'alimentazione di una turbina a vapore che genera energia elettrica;

f) ripetizione delle fasi da b) a e) a creare un circolo continuo in cui si alimenta la cella di combustione con idrogeno molecolare e acqua e si produce energia elettrica dal vapore acqueo formatosi.

Secondo una forma di realizzazione preferita del procedimento della presente invenzione, il vapore in uscita dalla turbina va in condensazione mediante transito in un condotto: in questo modo il vapore acqueo prodotto non viene disperso in forma di vapore, ma si recupera acqua che potrà essere riutilizzata per la re-immissione nella cella di combustione in un ciclo successivo.

Nelle fasi d) ed e) la cella di combustione viene alimentata con acqua, trovandosi poi carica di vapore acqueo a pressione elevata; lo scarico del vapore così formatosi avviene in modo controllato. La cella di combustione svuotata di vapore, scende di temperatura ed è nuovamente alimentata con idrogeno molecolare che, grazie all'attrito con l'elemento microforato riscaldato, subisce una nuova combustione ed innalza la temperatura nella cella, alimentata nuovamente con acqua che forma vapore acqueo portato alla turbina per generare energia elettrica e così via di ciclo in ciclo. Da notare che la quantità di idrogeno molecolare con cui viene alimentata la cella di combustione nelle normali fasi di funzionamento del presente apparato a regime, è inferiore rispetto alla quantità di idrogeno molecolare con cui deve alimentare la stessa cella nella fase b) di partenza.

Una volta innescata la prima fase di combustione, il procedimento della presente invenzione produce energia con ancora maggior efficienza, consumando una quantità inferiore di idrogeno molecolare.

Il presente apparato permette quindi di produrre energia elettrica da fonti rinnovabili senza emettere alcun tipo di inquinante, e trova per questo un'applicazione privilegiata negli impianti domestici dove le piccole dimensioni dell'impianto mantengono bassi i costi della tecnologia utilizzata e il recupero del vapore formato è massimizzato dall'immediato recupero per l'impianto di riscaldamento e la generazione di acqua sanitaria. La presente invenzione è stata in ogni caso fin qui descritta con riferimento a forme realizzative preferite: è da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo.

Claims

RIVENDICAZIONI Un apparato per la produzione di energia elettrica a partire da idrogeno molecolare e acqua comprendente una cella di combustione (1) comprendente un corpo cavo (2) munito di almeno una valvola per l'alimentazione di idrogeno molecolare (4) e di almeno una valvola per l'alimentazione di acqua (5) per l'immissione di detto idrogeno e detta acqua in detto corpo (2) tramite adatti ugelli, e di almeno una valvola per la fuoriuscita di vapore acqueo, detto apparato essendo caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre elementi microforati (6) muniti di un sistema riscaldante e di fori passanti, fissati all'interno di detto corpo (2) in posizione tale da essere investiti dal flusso di idrogeno entrante. L'apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detto sistema riscaldante degli elementi microforati (6) è costituito da un sistema di resistenze elettriche poste all'interno degli elementi stessi, alimentate dall'esterno di detta cella di combustione, comprende inoltre almeno un sensore di pressione (8) per la misurazione della pressione all'interno di detta cella di combustione (1), una unità di controllo del funzionamento di detto apparato, in grado di raccogliere, memorizzare e gestire dati relativi da detti sensori, e controllare il funzionamento di dette valvole in base a detti dati relativi e/o a dati preimpostati in detta unità di controllo. Un procedimento per la produzione di energia elettrica a partire da idrogeno molecolare e acqua in un apparato come definito nelle rivendicazioni 1-6, comprendente una cella di combustione (1) e un elemento microforato (6) collocato al suo interno, detto procedimento comprendendo le seguenti fasi: a) riscaldamento dell'elemento microforato 6 fino a raggiungere una temperatura utile a’) alimentazione degli elementi microforati 6 in corrente continua (di cui almeno uno in corrente continua positiva, e almeno uno in corrente continua negativa) ad alto voltaggio b) alimentazione di idrogeno molecolare mediante spruzzatura all'interno della cella di combustione c) combustione dell'idrogeno con innalzamento della temperatura all'interno della cella fino a un valore di 1000° C e oltre d) alimentazione di acqua mediante spruzzatura all'interno della cella di combustione con formazione di vapore acqueo ad elevata temperatura e pressione e) fuoriuscita controllata del vapore acqueo formatosi nella fase d) per l'alimentazione di una turbina a vapore che genera energia elettrica f) ripetizione delle fasi da b) a e) a creare un circolo continuo in cui si alimenta la cella di combustione con idrogeno molecolare e acqua e si produce energia elettrica dal vapor acqueo formatosi Il procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il vapore acqueo in uscita da detta turbina viene fatto passare in un refrigeratore per portare la sua temperatura a valori inferiori e l'acqua così ottenuta è recuperata per la re-immissione in detta cella di combustione (1) in un ciclo successivo e/o utilizzata per il riscaldamento di gruppi radianti o radiatori e/o per la generazione di acqua sanitaria.