MX2007015400A - Maquina lavadora que comprende una celda de combustible y un reactor generador de hidrogeno. - Google Patents

Abstract

Maquina para lavar articulos de varios tipos, que comprende una tina de lavado (1) que contiene el liquido de lavado, y esta provista con un reactor (3) que realiza una funcion doble, es decir genera calor para calentar el liquido de lavado y una corriente de hidrogeno gaseoso que se suministra a una celda de combustible (2) que genera una fuente de energia electrica. En el interior de la misma, el reactor contiene una masa de metales, preferentemente que comprende magnesio, y produce una corriente de hidrogeno gaseoso. La maquina comprende ademas una fuente de agua que se deja en el reactor para activar el proceso de reaccion que produce el hidrogeno, una celda de combustible que recibe la corriente de hidrogeno y lo convierte en energia electrica, medios de conexion electrica, adaptados para transferir la energia electrica generada por la celda de combustible a los medios de medios de control y accionamiento comprendidos en la maquina, y medios para transferir el calor generado por el reactor al liquido de lavado. En el interior de la misma, el reactor comprende un primer intercambiador termico (8) adaptado para transferir el calor que se genera dentro de este al liquido de lavado contenido en la tina de lavado de la maquina.

Description

MAQUINA LAVADORA QUE COMPRENDE UNA CELDA DE COMBUSTIBLE Y UN REACTOR GENERADOR DE HIDRÓGENO DESCRIPCIÓN La presente invención se refiere a un tipo mejorado de máquina lavadora, preferentemente una máquina lavadora de ropa, o una máquina lavavajillas, que está adaptada para operar prácticamente sin que necesite energizarse de la línea de suministro de energía. Puesto que se hará referencia a una máquina lavadora de ropa de tipo doméstico en toda la siguiente descripción, se comprenderá que la presente invención es igualmente aplicable a cualquier tipo de máquina que, para que opere - requiera una cantidad considerable de calor para calentar un líquido de proceso o de lavado, así como una potencia de voltaje bajo equilibrado. En este sentido, por lo tanto se comprenderá cómo se aplica efectiva y ventajosamente por decir, a máquinas lavavajillas. En cualquier lado generalmente se sabe en la técnica que existe una necesidad imperiosa de que el uso de energía eléctrica tomada de la línea de suministro de energía se reduzca y se mantenga tan baja como sea posible. Igualmente se sabe perfectamente que se están produciendo esfuerzos por los fabricantes de aparatos domésticos en general para proporcionar aparatos que se utilicen para operar cantidades cada vez menores de energía. Esta tendencia general es reconocida y aceptada ampliamente en toda la industria de hoy en día, de modo que aquí no surge la necesidad de extenderse más. Ampliamente reconocidos -en particular por aquellos que tienen que investigar y diseñar aparatos para fines de lavado en el hogar- también están los problemas tanto de naturaleza técnica y -sobre todo- económica, asociados con la producción, a escala industrial, de aparatos que utilizan activación de voltaje proveniente de la línea de suministro de energía eléctrica regular para la operación, mientras que se cumpla con todas las regulaciones estándares de seguridad más rígidas que se aplican actualmente a tales aparatos y máquinas; tal restricción, de hecho, hace necesario que los mismos aparatos se diseñen y se fabriquen de manera que se incluya forzosamente un número de complicaciones de construcción -y que se relacionan, incluso con sobre cargas muy considerables en los costos de fabricación, por supuesto -básicamente con miras a cumplir solamente con el grupo completo de regulaciones de seguridad que se aplican actualmente. Además, debidamente se debe tomar en cuenta que la mayoría de la cantidad realmente considerable de energía eléctrica requerida por estos aparatos, se utiliza principalmente para trabajar lo que -por energía eléctrica-es ciertamente un deber básico, más elemental, es decir el calentamiento. Incluso esta circunstancia contribuye a hacer que las máquinas lavadoras demanden particularmente y sean caras desde un punto de vista de uso de energía. Finalmente se considerará debidamente el hecho de que los mayores requerimientos de energía de las máquinas lavadoras, en general para realizar sus ciclos de lavado hacen prácticamente que estas máquinas dependan totalmente de la disponibilidad de cables de suministro de energía, ya que no es realista por el tiempo en que se está pensando en la posibilidad de fuentes de suministro de energía diferentes, alternativas - más económicas o prácticas y, en general, más oportunas y convenientes que estén disponibles para utilizarse para tales fines. El resultado de tal estado de cosas de hecho, es que no se han realizado investigaciones significativas hasta ahora con miras a asegurar la disponibilidad de máquinas lavadoras domésticas que sean realmente capaces de trabajar incluso sin ausencia de una línea de suministro de energía regular y, por lo tanto, utilizarse en sitios aislados, remotos, tales como por ejemplo una casa muy moderna en las montañas o en una isla pequeña, un barco de tamaño medio a pequeño o, más generalmente, algún lugar en donde no esté disponible o sea económicamente insostenible una línea de suministro de energía. Más recientemente, el trabajo de investigación técnica se ha dirigido especialmente a la provisión de formas de suministro de energía más económicas, eficaces en el costo y, sobre todo, autónomas, que hagan uso de las denominadas celdas de combustible, es decir celdas que son capaces de producir energía eléctrica a través del solo uso de hidrógeno en forma gaseosa, para que se combine con el oxígeno atmosférico para que reaccione con éste. Una solución más interesante en este contexto se describe en la publicación de patente KR 1020020056131 A de LG ELECTRONICS INC. Como se describe en la patente citada anteriormente, se hace uso en este caso de un reformador de combustible para producir una cantidad de hidrógeno gaseoso, H2 que después se suministra a una celda de combustible de un tipo inherentemente conocido como tal en la técnica. El reformador de combustible se alimenta desde una fuente de suministro de combustible, y la reacción de este combustible con el oxígeno del aire en el reformador de combustible es un tipo de reacción exotérmica potente; el calor producido por tal reacción entonces se captura y se transfiere - ya sea directamente o a través de intercambiadores térmicos apropiados - al líquido de lavado en la máquina lavadora, que por lo tanto se calienta bastante de la misma manera que se calentaría convencionalmente por un elemento de calentamiento eléctrico, energizado a partir de una línea de suministro de energía y sumergido en el mismo líquido. Por lo tanto, la solución descrita parece ser interesante particularmente, ya que sugiere que se proporcionan y se utilizan medios totalmente autónomos, que se adaptan no solamente para producir - de una manera simple y, al mismo tiempo, incluso de costo más eficaz -una cantidad considerable de calor, sino también asegura una cierta generación de energía eléctrica, a través del uso de una celda de combustible inherentemente conocida que utiliza el hidrógeno así producido y puede mantenerse operando para producir voltaje a un bajo nivel y, de esta manera, que no sea peligroso, el cual se puede utilizar además ventajosamente para solamente operar las funciones más valiosas y demandantes, para las cuales no existe opción alternativa al uso de energía eléctrica, así se evita utilizar el calentamiento de agua. La solución descrita anteriormente sin embargo tiene un serio inconveniente, que pone en peligro la posibilidad de que se utilice de una manera realmente práctica y efectiva. Este inconveniente realmente se deriva del combustible utilizado para alimentar al reformador de combustible, un combustible que puede ser tanto gaseoso como líquido y está contenido en recipientes apropiados. Ahora, la presencia de combustible necesario para suministrar y operar el reformador de combustible constituye una causa totalmente obvia de peligro, especialmente en el caso de que el reformador de combustible se utilice en los hogares, en donde generalmente no existen las capacidades y habilidades adecuadas en el manejo y el trato con combustibles líquidos o gaseosos de alguna manera muy peligrosos. Además, incluso la provisión, es decir la construcción de un reformador de combustible es muy cara y demandante y su operación además se debe supervisar y monitorizar constantemente y muy cuidadosamente, y esto obviamente frustra una gran cantidad de las ventajas ofrecidas por la invención anteriormente citada. Además se debe considerar el hecho de que un reformador de combustible es en cualquier caso una pieza de equipo que - aunque miniaturizado a un grado mayor posible-mantiene de alguna manera la implicación de un tamaño muy significativo que a su vez se podría volver inconsistente, es decir incompatible con un uso esperado en conjunto con aparato doméstico normal. Por lo tanto, sería deseable, y es realmente un objeto principal de la presente invención, proporcionar una máquina para lavar una gama de artículos diferentes, que no dependa de una fuente externa de energía eléctrica tanto para energizar las diversas partes operativas de la misma máquina como para convertir la energía eléctrica en calor para que se utilice para calentar el líquido de lavado, utilizado para lavar los artículos de una manera común. Otro propósito de la presente invención, dentro del objeto principal de la misma, es proporcionar una máquina del tipo anteriormente citado, que se fabrique fácilmente utilizando las técnicas existentes fácilmente disponibles, y que además sea competitiva en su construcción y conveniente y fácil de utilizar y operar. De acuerdo a la presente invención, estos objetivos se logran en un tipo particular de máquina lavadora que se proporciona con medios de control y operación como se describe más adelante, a manera de ejemplo no restrictivo, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1 es una vista esquemática general de la construcción básica de una máquina lavadora de acuerdo a la presente invención; La figura 2 es una vista de una modalidad mejorada de la máquina lavadora de lavado ilustrada en la figura 1; La figura 3 es una vista seccional transversal parcial, simbólica de las partes internas de un dispositivo básico de la máquina de acuerdo a la presente invención; La figura 4 es una vista en despiece del dispositivo mostrado en la figura 3; y La figura 4A es una vista seccional transversal del mismo dispositivo mostrado en la figura 3; La figura 5 es una vista esquemática de una modalidad mejorada, adicional de la máquina lavadora de acuerdo a la presente invención; La figura 6 es una vista diagramática de las gráficas (A, B, C y D) que muestran algunas correlaciones temporales de modos de operación respectivos de una máquina de acuerdo a la presente invención. El propósito básico de la presente invención consiste en el uso de un dispositivo simple, es decir el reactor, para generar tanto un flujo de hidrógeno gaseoso enfocado en el suministro de la celda de combustible, el cual a su vez genera la potencia eléctrica requerida, como el calor necesario para calentar el líquido de lavado, es decir para realizar una tarea que generalmente es conocida como muy cara en términos de uso de energía. Una máquina lavadora de ropa de acuerdo a la presente invención comprende un tambor externo o tina 1 que contiene el líquido de lavado y que además acomoda de una manera común un tambor giratorio (no mostrado) , adaptado para mantener los artículos que se van a lavar, es decir la carga de lavado. La máquina lavadora comprende además: Una celda de combustible 2, adaptada para recibir un flujo de hidrógeno gaseoso y convertirlo en energía eléctrica a través de un proceso de generación de energía adecuado; esta celda de combustible es un dispositivo de un tipo conocido generalmente como tal en la técnica, que puede ser ya sea específicamente elaborado utilizando las técnicas y partes fácilmente disponibles o apropiadamente seleccionadas para utilizarse entre la amplia gama de tipos y versiones disponibles en el mercado. La energía eléctrica generada por este proceso se transporta al medio de control y accionamiento de la máquina - y, de alguna manera a todos esos dispositivos de la máquina que utilizan energía para su operación - a través de conexiones comunes y medios de enlace. Ejemplos típicos de estos dispositivos que utilizan energía de una máquina son los relés, las bombas, el motor utilizado para accionar el tambor giratorio, las válvulas electromagnéticas, las lámparas indicadoras y medios de visualización similares, los conmutadores de presión, los termostatos o conmutadores de control de temperatura, y, más generalmente, todos esos controles electrónicos que requieren un suministro de energía. La generación del flujo de hidrógeno gaseoso se origina por los siguientes medios: Un reactor sellado 3, Una fuente o depósito de agua 4, Un primer conducto 5 para transportar el agua desde la fuente o depósito 4 al reactor 3, Un segundo conducto 6 para transportar un flujo de hidrógeno gaseoso desde el reactor sellado hacia la celda de combustible, Un tercer conducto 7 para transportar un flujo de agua desde el reactor hacia el líquido de lavado, Primeros medios intercambiadores de calor 8 entre el tercer conducto 7 y el reactor. En lo que respecta la construcción y a la operación del reactor sellado 3 - que es el núcleo real de la presente invención -, se da enseguida alguna información básica, junto con datos y especificaciones técnicos los cuales, aunque se conocen generalmente a un nivel científico, se utilizan para tomar ventaja de una manera totalmente innovadora y original con miras a lograr los objetivos de la presente invención.

Producción de hidrógeno a partir de descomposición de agua con el uso de metales y aleaciones activados.

El hidrógeno se puede liberar del agua, como se provoca por el efecto de una gama de metales. Los metales alcalinos y alcalinotérreos (excepto el calcio) reaccionan más activamente con agua bajo emisión de hidrógeno. Aquí, la reacción ocurre a la temperatura ambiente. Tales metales como el calcio, magnesio, aluminio, manganeso (en polvo) , metales de las tierras raras, reaccionan con agua caliente a 50-100°C. El aluminio interactúa con agua solamente en el estado activado. El zinc, cromo, hierro, titanio, cobalto, níquel, etc. reaccionan con vapor de agua a la temperatura del metal rojo. Usualmente, el Mg y Al se utilizan en la práctica, porque B, Be, Na, K, Li : Son metales comparativamente caros Su reacción con agua procede muy rápidamente, de modo que ésta es escasamente o deficientemente controlable. La activación de magnesio se lleva a cabo con la adición de una pequeña cantidad de elementos de aleación, tales como Fe, Cu, Co, Ni, Mo; como se explicará mejor posteriormente, se descubrió que la mejor solución radica en el uso de magnesio agregado con níquel en un porcentaje no mayor a 3 % . La activación del aluminio se puede llevar a cabo mediante el procesamiento de su polvo con calomelanos, cianuro de potasio, después amalgamando y agregando indio, galio, estaño, etc. a la aleación. El consumo de magnesio activado es de 1.1 kilogramos por 1 m3 de hidrógeno, y el consumo de aluminio es de 0.9 kilogramos por 1 m3 de hidrógeno. No obstante, tomando en cuenta la masa de los aditivos de la aleación, la cual para el aluminio alcanza el 15% en comparación con 1-2% para el magnesio, el rendimiento del hidrógeno de las aleaciones anteriormente mencionadas es aproximadamente el mismo. La pureza del hidrógeno obtenido aquí logra el 99%. La producción de hidrógeno a través de metales activados no está asociada a sustancias tóxicas y no requiere algún suministro de energía adicional. La pureza del hidrógeno obtenido mediante reacción con agua, así como las altas proporciones de rendimiento y el consumo comparativamente bajo de los materiales básicos, hacen a los métodos conocidos, preferidos en las aplicaciones para la generación de energía autónoma. Las reacciones del hidrógeno obtenido por disolución de agua con metales y aleaciones permiten un carácter notablemente exotérmico, de modo que la mayoría de la energía disponible se da en la forma de calor o reacción. Como una conclusión, la producción de hidrógeno con la generación simultánea de calor se proporciona solamente por los métodos basados en la reacción entre metales/aleaciones y agua. En la tabla 1 se muestran algunas características de los métodos de producción de hidrógeno a partir de agua o soluciones acuosas con el uso de metales.

Tabla 1. Características de métodos utilizados para obtener hidrógeno a partir de agua Método Unidad Mg+H20 A1+H20 Fe+H20 Si+H20 FeSi+H20 Componentes adicionales NaCl NaCl Na(OH) Na(OH) a de componentes para 1 Kg 30 27 37 31.5 30.5 kg de H2 producido Temperatura de proceso °C 70 70 650-850 65-70 70 Presión Mpa = O.l = O.l 0.1 = O.l = O. l Subproductos de Mg(OH)2 Al(OH)2 Fe203 Si02 Fe(OH)3 reacción FeO Si02 Toxicidad durante el no no no tóxico tóxico almacenamiento Condiciones de Sin requerimientos especiales Hermeticidad Hermeticidad almacenamiento Toxicidad durante la no no no tóxico toxico producción A partir de la tabla 1, parece que los mejores resultados para la producción de hidrógeno a partir de agua se pueden obtener con el uso de aleaciones de magnesio y aluminio. Entre todos los metales y compuestos, que se pueden utilizar para la producción de hidrógeno por separación de agua, el magnesio es comparativamente un metal barato. La aplicación de aluminio a tal propósito es difícil, porque requiere activación a través de la adición de agentes caros (indio, galio, estaño) hasta el 15% en masa. La ventaja en la generación de hidrógeno mediante reacción de aluminio con agua, en comparación con el magnesio entonces se pierde debido a la gran masa de agentes aditivos. Además, se encuentran problemas en el almacenamiento de aleaciones de aluminio activado. Las aleaciones de magnesio activado se pueden almacenar por un período prolongado, sin que surja alguna necesidad porque se tomen provisiones especiales con el fin de aislarlas del aire atmosférico; como algo realista, una capa de óxido de magnesio se constituirá en la superficie de aleaciones de níquel-magnesio, lo cual es efectivo para prevenir que toda la masa de magnesio reaccione con la humedad del aire. Por lo tanto, la aleación de magnesio-níquel se puede almacenar por períodos más prolongados sin que se tome algún cuidado especial. Cuando se envasan y se almacenan correctamente, las aleaciones de magnesio necesarias para la generación de hidrógeno no requieren mucho espacio de almacenamiento o condiciones de almacenamiento especiales. El agua para la reacción se puede utilizar de cualquier fuente y no necesita ninguna limpieza, purificación o paso de preparación adicional. Considerando todos los elementos, el mejor método para generar tanto hidrógeno como energía eléctrica es uno que se basa en la reacción entre agua y aleaciones a base de magnesio. En la etapa de investigación y desarrollo actual, la aleación de magnesio con solo una pequeña cantidad de níquel (hasta 1.5%) como un agente aditivo, se utiliza como la más viable y probada. El magnesio reacciona escasamente con agua bajo condiciones normales, debido a la presencia de la película de MgO anteriormente mencionada sobre su superficie. Sin embargo, a temperaturas superiores a 330°K (Kelvin), se observa producción de hidrógeno apreciable a partir de agua, de acuerdo a la siguiente reacción: Mg + 2H 0 •* Mg(OH)s + Hs + Q (1 ) Esta reacción es exotérmica, con el efecto térmico Q = 353 kJ/mol. La reacción de 1 kg de aleación de magnesio con agua produce 0.083 kg de H2 (0.93 m3) y QM =14,400 kJ de calor. El equilibrio térmico y la cantidad de aleación de magnesio necesaria para que se realice un ciclo de lavado con agua calentada hasta 90°C, se dan enseguida; el calor de la reacción QR se distribuye como sigue: Of Qaf + Qap + QKa ^ QB + Qiv + QBOD (2) en donde: QP - cantidad de calor para un ciclo de lavado (Qp = QMGCP) / Gcp - peso de aleación de magnesio para un ciclo de lavado. QcP - cantidad de calor utilizado para calentar la aleación de magnesio; QBP - cantidad de calor para calentar el agua para reacción; QKOI _ cantidad de calor utilizado para calentar los elementos físicos y constructivos; QB - cantidad de calor utilizado para calentar el líquido de lavado; Qicp ~ calor para la evaporación de agua en un reactor; QBOD - calor para el calentamiento de hidrógeno QM - calor para 1 kg de aleación de magnesio. De acuerdo con la ecuación 1, el peso del agua necesaria para llevar a cabo la reacción es: 1.5 GMg. Con base en los datos experimentales, se necesita agua en exceso tanto para permitir la evaporación en el reactor como para unir los productos residuales de la reacción. El factor aceptado para tal exceso de agua es de 2. Después se transforma la ecuación 2, = C* Gcf ?Ti + 3C G^?T + C \XO"Í .G?a?? ATT>i- - -..C^;-ÍOTB-? ? TT2. + -. r0G j +. n 0. ñ08o0r-'? M"u "ys .

QMGO> cj, ?Ts (3) en donde en esta ecuación 3: rcs> B Mit UfíO KP - ^P > » *~r _ son valores térmicos específicos respectivos para la aleación de magnesio, agua, material de construcción, hidrógeno, (kJ/kgK), Gicp _ peso de agua evaporada en el reactor, en kg; r0 - calor de vaporización, (kJ/kgK) ; Ti - diferencia de temperaturas entre el reactor y el ambiente, ajustada a 100°C; T2 - diferencia de temperaturas entre un forro externo de enfriamiento del reactor y el ambiente, ajustada a 70°C. El peso estimado de elementos y partes de construcción es de 10 kg, el peso de agua caliente es igual a 15 kg, el peso de agua evaporada en el reactor es de -1.5 kg, y, no tomando en cuenta el último miembro de la ecuación 3 que es muy bajo, el peso de la aleación se calcula como sigue: „-> * Q-, -(C? +2Cf )í-T. " 14400 -(U +3 x4^x100 * ^ Por lo tanto , el peso de la aleación necesaria para calentar el líquido de lavado hasta 90°C, es de 0 . 65 kg . Una porción significativa del rendimiento térmico se utiliza para fines de evaporación de agua en el reactor (r0Gw.ev) • Para que se reduzcan estas pérdidas, surge la necesidad de que la presión en el reactor se incremente hasta 0.2-0.3 MPa, que da por resultado que la temperatura de ebullición en el reactor se incremente hasta 120- 130°C. Esto nuevamente da por resultado que la diferencia de temperatura y las pérdidas provocadas por la evaporación de agua a su vez se disminuyan. El peso de la aleación de magnesio, necesaria para un ciclo de lavado sin pérdidas, se ha estimado que asciende a 0.36 kg. Tomando en cuenta las pérdidas térmicas debidas a la evaporación, las cuales no se pueden eliminar completamente, el peso real de la aleación requerida para llevar a cabo un ciclo de lavado a una temperatura de 90°C, ascenderá a aproximadamente 0.5 kg. Cuando se calienta el líquido de lavado a una temperatura menor, el peso de la aleación necesaria para la reacción se reducirá por consiguiente. Si la aleación se utiliza totalmente en el reactor, éste generará 0.5 m3 de hidrógeno. Utilizando este hidrógeno en elementos de combustible, es posible obtener un 1 kWh de energía eléctrica. Es obvio que existirá un superávit de energía eléctrica, la cual no obstante se puede utilizar ya sea para fines de calentamiento de agua, reduciendo así el peso de la aleación de magnesio requerida, o para algún otro propósito útil, tal como en el proceso de secado de ropa. El trabajo experimental y de investigación exhaustivo ha mostrado que la velocidad de reacción y, aquí, la velocidad de liberación de calor y el efecto de calentamiento del agua dependen básicamente de la temperatura de reacción. Es posible influir en la velocidad de reacción de varias maneras, por ejemplo: Constructivamente, seleccionando el tamaño y forma adecuados del reactor, junto con el tamaño y forma del magnesio, que está mejor embasado en un cartucho para la inserción fácil y conveniente en y la eliminación del reactor después del uso. Físicamente, afectando, por ejemplo variando las condiciones del intercambio de calor tanto en el sitio de reacción como alrededor del reactor. Químicamente, afectando, por ejemplo variando la composición química y el estado mecánico (dispersividad) de la aleación. En el contexto de las condiciones de operación reales de sistemas autónomos, para los cuales son típicas las cargas variables, es un procedimiento común diseñar gas hidrógeno y generadores térmicos a base del principio del reemplazo de la carga de reacción química. Los agentes de reacción, por ejemplo magnesio y agua, que están constantemente en una zona reaccionaria en reactores del tipo "mixto", por el contrario están separados en el reactor del tipo de reemplazo. En tal reactor, cargado con la cantidad necesaria de aleación de magnesio, la velocidad de reacción y, aquí, la liberación de calor y el rendimiento de hidrógeno, dependen de la cantidad de agua utilizada en la reacción. Se hace posible la productividad del generador para que se ajuste apropiadamente y se previene la presencia de agua libre, que entraría en reacción en el volumen del reactor.

Diseño de una fuente de hidrógeno, autónoma y calor para una máquina lavadora Una máquina lavadora de acuerdo a la invención comprende un generador de gas y de calor, en el cual la aleación reacciona con agua, así se genera un flujo de gas hidrógeno y se libera calor. Como la reacción es exotérmica, se genera una cantidad notable de calor (aproximadamente 14,000 kJ de 1 kg de aleación) , que se puede utilizar de maneras diferentes, dependiendo de la máquina. Por supuesto, el calor de la reacción se gastará para calentar el líquido de lavado. El hidrógeno generado en la reacción a su vez se utiliza en una celda de combustible para la generación de energía eléctrica. El diagrama básico simplificado de un generador de gas y calor del tipo mencionado anteriormente, como se utiliza en una máquina lavadora, se muestra en la figura 1. La manera en que este generador de gas y calor funciona es la siguiente. En primer lugar, se inserta en el reactor 1 el cartucho que contiene la aleación de magnesio. El agua para la reacción se llena en el tanque 4 (aproximadamente 1.5 1), y el agua para lavar se deja en la tina de lavado de la máquina. La bomba 15 bombea el agua hacia el reactor a través de la válvula abierta 16. Después de un corto tiempo, como sea necesario para que los componentes se calienten, comienza la reacción bajo emisión de hidrógeno y liberación de calor. En este punto, la bomba 27 comienza a trabajar y bombea agua desde la tina de lavado a través del forro de enfriamiento del reactor, para provocar que se caliente por ello. Cuando el agua se calienta hasta una temperatura preseleccionada, las bombas 15 y 27 se apagan. El hidrógeno generado durante la reacción se recolecta en la porción superior del reactor 3 y fluye a través del conducto 6 y la válvula 17 hacia el condensador 10, en donde su humedad se condensa y se elimina de ahí. El condensador 10 también se utiliza como un cierre hermético al agua.

Reactor Se han investigado diversos métodos de preparación de aleación de magnesio. Los mejores resultados se obtuvieron cuando el magnesio activado, en la forma de partes fragmentadas minuciosamente, se empacó en cartuchos elaborados de metal perforado y cubierto con tela delgada. Las ventajas básicas que se derivan de la carga de la aleación en cartuchos de tela en el reactor son las siguientes: activación y operación más rápidas, así como retención total de los subproductos de reacción dentro del cartucho mismo. El uso de cartuchos para cargar la aleación en el reactor acelera y simplifica el procedimiento de preparación de la aleación. En tales cartuchos, gracias al mayor contacto superficial de los agentes de reacción por unidad de volumen, es posible para la densidad máxima de la aleación activada que se incremente hasta valores de 0.35-0.38 kg/dm3. Ofrece oportunidades adicionales debido a la reducción del tamaño del reactor y así permite que las características volumétricas específicas del reactor y la fuente de hidrógeno se mejoren significativamente. El volumen de un reactor en una densidad de la aleación de magnesio igual a 0.35 kg/dm3 es de aproximadamente 1.42 dm3. Si el reactor contiene un cartucho cilindrico, sus dimensiones globales mostrarán un diámetro de 95 mm, y una longitud de 200 mm. En reactores que utilizan cartuchos reemplazables, y en los cuales se provoca que el agua fluya a través de una capa de productos de reacción (escoria) , la hidráulica, es decir la resistencia de flujo de los productos de reacción es el valor crítico para determinar el tamaño geométrico de los mismos. De hecho éste determinará el tamaño del conducto para el agua utilizada en la reacción y la longitud de los medios de distribución de agua hasta la periferia de la aleación. Considerando la densidad de la aleación de magnesio, y con el fin de minimizar las pérdidas de presión del agua suministrada para la reacción, el valor de la resistencia de flujo de la capa de escoria no debe ser mayor de 10 kPa. Este requerimiento hace posible que el espesor de la capa de escoria y, aquí, el espesor correspondiente de la capa de aleación de magnesio cargado se determine apropiadamente. Para una densidad de la aleación de magnesio cargado de 0.35 kg/ dm3, ésta representa 40 mm. De este modo, el radio del cartucho bajo las condiciones descritas no debe exceder 40 mm. En este punto seguirá una descripción de las características de construcción de la solución técnica ilustrada anteriormente con referencia a la figura 1. el depósito indicado en 4 contiene una cantidad de agua que es suficiente, en virtud del aseguramiento de la reacción deseada con el magnesio cargado en el reactor, para producir la cantidad deseada de calor junto con la cantidad deseada de hidrógeno, en donde tal cantidad de agua es de aproximadamente 2 litros. En el curso de experimentos exhaustivos y extendidos y pruebas de operación, se descubrió que la activación de la reacción en el reactor se facilita a un grado considerable si se agrega un cantidad de NaCl en un porcentaje ubicado en cualquier proporción entre 1% y 15% al agua contenida en el depósito 4, ya que tal adición es eficaz para contribuir a la eliminación de la capa de óxido formado sobre la superficie del magnesio, que por supuesto se opondría fuertemente a la reacción. En lo que se refiere al magnesio mismo, éste se puede procesar en piezas diminutas, tales como hojuelas, fragmentos, partículas pulverizadas o similares; el tipo de procesamiento no es crítico por si mismo, aunque se puede apreciar más fácilmente que entre más pequeño es el tamaño de las partículas, que el magnesio introducido en el reactor va a moler, más fácil es la manera en la cual éstas se llegan a exponer más perfectamente al agua para reaccionar con ella. Para que el agua se transfiera desde el depósito 4 hacia el reactor 3, el primer conducto 5 está provisto con una bomba 15 y una primera válvula 16, cuya operación se explicará con mayor detalle posteriormente. En lo que respecta a la manera en la cual se transfiere el hidrógeno gaseoso a la celda de combustible 2, en este caso se utilice el segundo conducto 6, la cual no obstante se completará debidamente, es decir integrada por los siguientes miembros y dispositivos: inmediatamente corriente abajo del reactor, el conducto 6 de hecho está provisto con una segunda válvula 17, cuyo propósito es mantener el hidrógeno producido en el reactor 3 bajo presión, ya que la celda de combustible 2 que utiliza el hidrógeno se optimiza en su operación así mediante la alimentación con hidrógeno que fluye una presión controlada. Corriente debajo de esta segunda válvula 17 se proporciona un estropajo de filtro 10, que consiste de un recipiente que contiene un líquido adaptado para capturar, es decir contener y condensar los subproductos de reacción y la humedad contenida en la corriente de hidrógeno que fluye a través de ésta. Este líquido simplemente puede ser agua y, por supuesto, la abertura de entrada que conduce hacia el estropajo de filtro 10 y la abertura de salida de éste, se deben arreglar de manera que el hidrógeno que fluye hacia adentro sea capaz de fluir solamente de nuevo hacia la porción de corriente hacia abajo del conducto 7 después del movimiento a través - bajo condiciones de tallado - un volumen suficiente de filtración de agua en el estropajo de filtro 10. Corriente abajo de este estropajo de filtro 10, el segundo conducto 7 entonces se puede conectar directamente a la celda de combustible 2; sin embargo se debe considerar el hecho de que, para que la máquina lavadora sea capaz de iniciar un ciclo de operación, es necesario que esté disponible una fuente inicial de energía eléctrica, de manera que, si esta energía eléctrica primero se genera y se suministra durante la reacción, por ejemplo después de que la máquina arranque, esta última sería incapaz de iniciar la operación realmente. Con el fin de eliminar tal problema, en el segundo conducto 6, corriente abajo de estropajo de filtro 10, se proporciona una tercera válvula 11 de tres vías, de la cual una primera vía se abre hacia el estropajo de filtro 10, un segunda vía se abre hacia la celda de combustible 2 y una tercera vía se abre hacia un depósito hermético 18 (ver figura 5) . El propósito del depósito hermético 18 es almacenar parte del hidrógeno gaseoso en exceso que se produce por el reactor 3, y se libera bajo presión hacia el conducto 6, con miras a soltar nuevamente el gas hidrógeno almacenado, cuando la máquina se enciende para la operación, de modo que la celda de combustible se puede alimentar antes de que el reactor mismo inicie la operación. Para que arranque, es decir se encienda, la máquina lavadora realmente requiere solo una mínima cantidad de energía eléctrica que se necesita básicamente para accionar las válvulas y los dispositivos de control de la celda de combustible. Esta cantidad mínima de energía eléctrica fácilmente se puede almacenar en la máquina con la ayuda de capacitares Powercap apropiados, cuya carga se utiliza para iniciar la operación de la máquina; en conclusión, la cadena de suministro de energía sería la siguiente : Después de accionar el control de encendido, el capacitor Powercap activa la celda de combustible y abre la válvula 11; Después de que ha sido abierta de esta manera la válvula 11, el hidrógeno contenido en el depósito 18 alcanza la celda de combustible, la cual entonces empieza a operar, así el suministro de energía eléctrica energiza los controles, los accionadores y similares, tales como en particular controles y dispositivos que activan el reactor 3; Después de que el reactor ha sido activado de esta manera, empieza a producir y a suministrar tanto la corriente de hidrógeno gaseoso que fluye hacia la celda de combustible como - en parte - también hacia el depósito 18, y el calor que se utiliza Como se muestra mejor en la figura 3, y en lo que respecta al proceso de generación de calor y el transporte de este calor al líquido de lavado, se muestra simbólicamente que el reactor 3 contiene un primer intercambiador de calor 8, a través del cual el calor generado dentro del reactor se transfiere hacia el tercer conducto 7 y, a través de este conducto alcanza el líquido de lavado de una manera que se explicará con mayor detalle más adelante. En particular, una modalidad preferida se muestra en las figuras 3 y 4, en donde se puede observar que el reactor 3 está provisto con un cuerpo cilindrico 38, dentro del cual existe un cuerpo cilindrico interno 39 arreglado coaxialmente, que obviamente tiene un diámetro más pequeño que el cuerpo externo. Entre los dos cuerpos cilindricos 38 y 39 se proporciona un forro hermético, anular o espacio hueco 40 que tiene la misma altura que los dos cuerpos. Este forro hueco anular 40 está conectado con el exterior a través de dos distintas aberturas 41 y 42 en la superficie externa del cuerpo externo 38, en donde una de estas aberturas se conecta con un extremo del tercer conducto 7, mientras que la otra se conecta de manera similar al extremo opuesto del conducto. La masa de magnesio que se va a utilizar en la reacción se coloca - de una manera que se explicará con mayor detalle más adelante - dentro del cuerpo interno 39. Con el fin de hacer posible que esta masa de magnesio reaccione, dentro del cuerpo cilindrico interno 39, ahí está acomodado además un canal interno 43 que se extiende de una manera prácticamente coaxial con los dos cuerpos cilindricos 38 y 39. Este canal interno 43 está provisto con una pluralidad de orificios pasantes o perforaciones 44, y está conectado a un lado del conducto 5 y, por otro lado, al segundo conducto 6, de modo que la cámara interna del cuerpo interno 39 está prácticamente conectada a los conductos 5 y 6 a través de las perforaciones y al canal interno. Más generalmente, el tercer conducto 7 se extiende además hacia el forro hueco anular que está delimitado por el cuerpo cilindrico interno 39 y de esta manera entra en contacto directamente con la cámara interna de este último, en donde la reacción entre el magnesio y el agua sucede bajo la generación de calor e hidrógeno gaseoso. Para hacer más conveniente que la carga de magnesio se introduzca y se elimine, se hace uso ventajosamente de un cartucho removible 45 que contiene el magnesio, en donde tal cartucho está adaptado para introducirse en el reactor desde arriba a través de una abertura provista con una cubierta resellable apropiada. En la práctica, y con referencia particular a la figura 4, así se obtiene una estructura en la forma de un grupo de muñecas rusas, en la cual el forro hueco anular externo 40 acomoda el cartucho removible 45 dentro de él y este cartucho 45 a su vez acomoda el canal interno 43, el cual no obstante está firmemente unido o es integral con la estructura del reactor 3. De una manera ventajosa, también se pueden proporcionar y utilizar los denominados cartuchos "de carga diferenciada", en el sentido de que éstos pueden contener una cantidad de magnesio, especialmente dosificado para calentar el licor del lavado a una temperatura particular, por ejemplo 30°C o 50°C o incluso 70°C, de acuerdo al tipo deseado de ciclo de lavado que se va a realizar. La manera en la cual trabaja el arreglo total descrito anteriormente, en principio en este punto puede comprenderse más fácilmente: después de que el cartucho removible 41 contiene la carga de magnesio que se ha introducido y el reactor 3 se ha cerrado herméticamente nuevamente, la primera bomba 15 se energiza y la primera válvula 16 del primer conducto 5 se abre. De esta manera se hace posible que el agua fluya desde el depósito 4 hacia el reactor 3 y en particular, mediante el flujo a lo largo del canal interno 43 y a través de las perforaciones 44, entra al cartucho, en donde entra en contacto con el magnesio, así se activa el proceso de reacción. Como resultado de tal reacción, se desarrolla una corriente de hidrógeno gaseoso, el cual entonces fluye fuera del cuerpo del cartucho, preferentemente desde el lado superior de éste, para recolectarse en la porción en forma de campana 30 en la cual se forma la cubierta superior 31 del reactor, y que está arreglada para conectarse con y conducir hacia el segundo conducto 6 y, a través del conducto, la celda de combustible. Al mismo tiempo, el calor generado por la reacción se transfiere por efecto de simple conducción al cuerpo cilindrico interno 39 y, desde este cuerpo, hacia el forro hueco anular 40, a través del cual se provoca que fluya el líquido que se va a calentar. A partir de este forro hueco anular 40, el licor caliente fluye nuevamente hacia el tercer conducto 7, que está provisto con una segunda bomba 27 apropiada para circular el líquido desde la tina de lavado de la máquina hacia el forro hueco anular y, desde este último, nuevamente hacia la tina de lavado de la máquina, de acuerdo a los modos de operación que por supuesto estarán incluidos inherentemente en el esquema de control de programa general de la máquina. Se debe apreciar por supuesto que la descripción anterior solamente se ha dado con el fin de establecer los criterios generales y principios de la modalidad de la presente invención, ya que los modos reales de modalidad y operación estarán más fácilmente y rápidamente definidos y establecidos precisamente en la etapa de diseño de la máquina lavadora. Sin embargo, se considera totalmente apropiado dar aquí alguna información útil particularmente, respecto a la operación de una máquina lavadora provista con un arreglo de acuerdo a la presente invención. Una primera información de este tipo cubre un aspecto de mayor seguridad: de hecho se puede apreciar más fácilmente que si por alguna razón, el proceso de reacción en el reactor se sale de control, es decir que se llega a descontrolar, se incurre en el riesgo de una destrucción del mismo reactor, o, en el peor caso, de una explosión. Con referencia a la figura 3, y con miras a eliminar tal tipo de problema, un termómetro 20 y un conmutador de presión 21, adaptados para medir los parámetros relacionados y para enviar las señales correspondientes a los dispositivos de accionamiento y control de la máquina, están acomodados ventajosamente cerca de la cámara interna del reactor, en donde los dispositivos de control y accionamiento de la máquina están ajustados apropiadamente y programados para - cuando se detecten mediciones que sean excesivas respecto a los valores permisibles máximos preestablecidos respectivos -la reacción se detiene automática e inmediatamente, por ejemplo provocando que la primera válvula 16 se cierre y/o la segunda válvula 17 se abra. Se debe observar además que, para que el reactor opere correctamente, es decir con el fin de que se prevenga que la presión de hidrógeno detenga el influjo de agua a partir del depósito 4, la primera válvula 16 y la primera bomba 15 solamente se accionan, es decir se operan por intervalos cortos de tiempo, como se muestra simbólicamente por la gráfica "A" en la figura 6. de hecho, esta medida es eficaz para hacer posible que solo pequeñas cantidades de agua se dejen solamente en el reactor en las fases en las que la reacción esté extinguiéndose, es decir que se llegue a extinguir, de modo que se genera una contrapresión muy limitada que no se opone o daña la entrada de nueva agua para el proceso de reacción, y -como resultado- las fases de la reacción más intensa, es decir la contrapresión más alta, solamente ocurre cuando la válvula y la bomba están cerradas y apagadas, respectivamente, así se evita cualquier problema relacionado con el agua y el gas que fluye de regreso hacia el depósito 4. Se puede obtener un mejoramiento ventajoso adicional mediante la provisión del segundo conducto 6 con una segunda válvula 17 adaptados para controlarse desde el exterior. Esta válvula hace posible que la presión del gas que se produce se ajuste, es decir que este gas solamente se pueda suministrar a la celda de combustible 2 y al depósito 18 en la presión óptima deseada del mismo. Un inconveniente adicional que probablemente se encuentra, surge del hecho de que el líquido de lavado puede ser que contenga tal cantidad de contaminantes y materiales externos que provoquen que el forro hueco anular 40 se llegue a obstruir gradualmente. Así, con miras a evitar este riesgo y con referencia a la figura 2, se puede obtener otro mejoramiento ventajoso mediante la provisión de los segundos medios de intercambio de calor 9 entre el tercer conducto 7 y el líquido de lavado en la tina de la máquina lavadora; en la práctica, esto crearía un segundo intercambiador de calor hacia el líquido de lavado, es decir la tina de lavado de la máquina, para que se aisle completamente el reactor del líquido de lavado mismo. Con referencia a la figura 6, se puede observar que para representar adicionalmente algunas gráficas que ilustren el curso, por ejemplo el patrón de tendencia de algunos parámetros de máquinas en la misma escala de tiempo; como ya se mencionó, la gráfica "A" en la figura 6 representa una secuencia de intervalos de tiempo corto, cada uno de ellos dura solo unos pocos segundos, y durante los cuales tanto la primera bomba 15 como la primera válvula 16 se activan para dejar cantidades pequeñas de agua correspondientemente dentro del reactor. Al mismo tiempo, la gráfica "D" en la misma figura 6 muestra que la segunda bomba 27 en el tercer conducto 7 está activada, es decir se opera de una manera continua para hacer posible que el líquido circule continuamente y regularmente en el circuito relacionado. Conjuntamente con las gráficas anteriormente mencionadas, la gráfica "B" y la gráfica "C" de la figura 6 muestran - de una manera totalmente cualitativa - un curso común de la presente invención en el hidrógeno gaseoso dentro del reactor 3 y la temperatura del líquido dentro del tercer conducto, respectivamente.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Máquina para lavar artículos de diversos tipos, preferentemente para utilizarse en los hogares, que comprende: una tina de lavado, estacionaria, diseñada para contener el líquido de lavado; primeros medios, que comprenden una celda de combustible, adaptada para recibir una corriente de hidrógeno gaseoso y convertir la corriente en una fuente de energía eléctrica; segundos medios adaptados para generar la corriente de hidrógeno gaseoso y transferirla a través de conductos apropiados, a la celda de combustible; medios conectores eléctricos adaptados para transferir la energía eléctrica generada en la celda de combustible a los medios de control y accionamiento comprendidos en la máquina lavadora; caracterizada porque los segundos medios comprenden: un reactor hermético, en el interior del cual se coloca una masa de sustancias metálicas; una fuente de agua; terceros medios que conectan la fuente de agua al reactor hermético; cuartos medios que conectan el reactor hermético la celda de combustible; y quintos medios que transfieren el calor generado por el reactor al líquido de lavado.

2. Máquina lavadora según la reivindicación 1, caracterizada porque las sustancias metálicas comprenden magnesio.

3. Máquina lavadora según la reivindicación 2, caracterizada porque la fuente de agua comprende un depósito, y porque los terceros medios que conectan el depósito al reactor comprenden un primer conducto, una primera bomba incluida en el primer conducto, y una primera válvula que controla el flujo de agua en el primer conducto.

4. Máquina según la reivindicación 2 ó 3, caracterizada porque los cuartos medios comprenden un segundo conducto y una segunda válvula que controla el flujo de gas hidrógeno en el segundo conducto.

5. Máquina según la reivindicación 4, caracterizada porque los cuartos medios comprenden además un condensador de humedad acomodado en el segundo conducto corriente debajo de la segunda válvula.

6. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los quintos medios comprenden: un tercer conducto, en el cual un flujo de líquido caliente circula en un patrón de bucle cerrado, y que está adaptado para conectar el volumen interior del reactor con la tina de la máquina lavadora que contiene el líquido de lavado; y una segunda bomba instalada en el tercer conducto.

7. Máquina según la reivindicación 6, caracterizada porque el reactor comprende un primer intercambiador térmico adaptado para transferir el calor generado dentro del reactor hacia el líquido que circula en el primer conducto.

8. Máquina según la reivindicación 7, caracterizada porque comprende un segundo intercambiador térmico adaptado para transferir el calor desde el líquido caliente que fluye a través del tercer conducto hacia el líquido de lavado.

9. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque en el segundo conducto, corriente abajo del condensador de humedad, está acomodada una tercera válvula.

10. Máquina según la reivindicación 9, caracterizada porque la tercera válvula es una válvula de tres vías, y porque la tercera vía de la misma conduce a un depósito hermético, adaptado para contener y almacenar el hidrógeno gaseoso en exceso que fluye desde el condensador de humedad.

11. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el reactor hermético comprende un cuerpo externo y un cuerpo interno, que definen un primer forro hueco anular hermético entre éstos, que está conectado con el exterior a través de dos aberturas distintas, los dos extremos respectivos del tercer conducto están acoplados a ésta.

12. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 9 y 11, caracterizada porque comprende además un canal interno acomodado dentro del cuerpo cilindrico interno, que está adaptado para acoplarse los extremos opuestos del mismo al primer conducto y al segundo conducto, respectivamente, el canal interno está provisto con una pluralidad de orificios pasantes o perforaciones que se abren hacia el forro hueco anular.

13. Máquina según la reivindicación 12, caracterizada porque entre el cuerpo cilindrico interno y el canal interno se proporciona un segundo forro hueco anular, en el cual se recibe de manera desmontable un cartucho.

14. Máquina según la reivindicación 13, caracterizada porque el cartucho contiene una masa de magnesio, preferentemente en la forma de fragmentos diminutos, hojuelas o polvo.

15. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el reactor comprende al menos un sensor de temperatura y/o un sensor de presión.

16. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 2 a 15, caracterizada porque el magnesio está asociado, incluso en una forma de aleación, a una cantidad modesta de níquel.

17. Máquina según la reivindicación 16, caracterizada porque el níquel está asociado al magnesio hasta un porcentaje que no es mayor al 3%.