Un método para proporcionar un cambio de presión entre dos estados de presión:

un estado de baja presión y un estado de alta presión en el margen de 4.000 bares a 15.000 bares, en un vaso (40) de presión de un dispositivo de presión isostático de alta presión en el que se usa un medio de presión líquido para generar la presión, estando caracterizado el método por las operaciones de:

transferir medio de presión líquido entre unos primeros medios (42) de cambio de presión que comprenden un sistema de bombeo hidráulico, y el vaso (40) de presión, cambiando de ese modo la presión en el vaso (40) de presión desde uno de dichos dos estados de presión a un estado de presión intermedio que tiene un valor comprendido entre las presiones de los dos estados y cuyo valor es de alrededor de 2.000 bares o superior; y

transferir medio de presión líquido entre unos segundos medios (44) de cambio de presión, que comprenden un intensificador de carrera única, y el vaso (40) de presión, cambiando de ese modo la presión en el vaso (40) de presión de dicho estado de presión intermedio al otro uno de dichos dos estados de presión

Un método de alta presión.

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo de presión isostática de alta presión y a un método para proporcionar un cambio de presión entre dos estados de presión en un dispositivo de presión isostática de alta presión en el que se usa un medio de presión líquido para generar la presión. En particular, la presión se refiere a la generación de una presión de al menos 4.000 bares.

Técnica anterior

Las prensas de alta presión, en las que se usa un medio de presión líquido para generar altas presiones isostáticas, pueden ser utilizadas para comprimir diferentes tipos de cargas. Por ejemplo, las prensas de alta presión se usan para compactar grafito o cerámica en polvo, o para tratar alimentos. En ciertas aplicaciones, tales como en el tratamiento de alimentos, es conveniente generar una presión de alrededor de 6000 bares en el vaso de presión de la prensa de alta presión para garantizar el efecto de inactivación sobre microorganismos y enzimas.

Las bombas hidráulicas estándar de hoy día solamente pueden ser utilizadas prácticamente para generar una presión de alrededor de 4.000 bares. Las razones para esto son entre otras las limitaciones dimensionales, tales como el límite de fatiga de los materiales de las bombas. Típicamente, el acero es un material de construcción en estos tipos de bomba y es sometido a fatiga considerable en el alto nivel de presión deseable. Además, la tensión mecánica sobre ciertos componentes, tales como válvulas y puntos de intersección de tuberías, deberá ser muy grande a dicho alto nivel de la presión, Si una bomba de ese tipo fuese forzada a generar una presión de 6.000 bares, uno o más componentes se romperían pronto después de un bajo número de ciclos de presión.

El documento US-A-4279581 describe un proceso de 2 etapas para incrementar la presión en el que el medio de trabajo (un metal fundido) se suministra a una cámara de trabajo presurizada desde un vaso de almacenamiento seguido por el suministro de un medio de trabajo más, independientemente de un vaso de alta presión.

Un posible modo de evitar los inconvenientes mencionados anteriormente sería la utilización de un intensificador de la presión de carrera única, que tuviese la ventaja de tener pocos componentes y de estar sometido a pocos ciclos de presión. Esto significa que su vida de trabajo es considerablemente más larga que la de las bombas estándar mencionadas anteriormente y por tanto proporciona una mayor fiabilidad. No obstante, el inconveniente es que, para que un intensificador de presión de carera única genere 6.000 bares, es necesaria una gran construcción, cara y voluminosa. Por lo tanto, ese intensificador de presión no es práctico y raramente se usa.

Otro problema surge cuando el vaso de presión ha de ser descomprimido una vez terminada la operación de compresión, es decir, cuando el medio de presión líquido ha de ser retirado para conseguir el acceso a la carga comprimida dentro del vaso de presión. Descomprimir el vaso de presión de 6.000 bares a la presión ambiente implica un gran desgaste y alguna fatiga en la liberación de la válvula de descompresión pues el medio de presión líquido se descarga a alta velocidad más allá de la válvula.

Sumario de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método y un dispositivo de alta presión que mitigue los inconvenientes anteriormente mencionados.

Otro objeto de la presente invención, es incrementar la fiabilidad operacional para una prensa de alta presión del tipo anteriormente descrito.

Otro objeto todavía de la presente invención es proporcionar un dispositivo de compresión a alta presión que tenga un bajo coste operativo.

Un objeto más de la presente invención es proporcionar un dispositivo de compresión de alta presión que comprenda componentes que tengan una larga vida de servicio. Estos y otros objetos que serán evidentes a continuación, se consiguen mediante un método y un dispositivo de compresión de alta presión como se define en las reivindicaciones que se acompañan.

Un aspecto de la invención se refiere a un método para proporcionar un cambio de presión entre dos estados de presión (un estado de baja presión y un estado de alta presión, siendo el estado de alta presión de al menos 4.000 bares) en un vaso de presión de un dispositivo de compresión isostática de alta presión en el que un medio de presión líquido se usa para generar la presión. Según el método, un medio de presión líquido, tal como aceite hidráulico o agua, es transferido entre unos primeros medios de cambio de presión y el vaso de presión, cambiando de ese modo la presión en el vaso de presión de uno de dichos estados de presión a un estado de presión intermedio que tiene un valor comprendido entre las presiones de los dos estados de presión. Después de lo cual, el medio de presión líquido es transferido entre unos segundos medios de cambio de presión y el vaso de presión, cambiando de ese modo la presión en el vaso de presión de dicho estado de presión intermedio al otro uno de dichos estados de presión.

La invención está basada en la percepción de que es posible en un dispositivo de alta presión generar una alta presión, tal como de 6.000 bares, dividiendo la generación de la presión en dos operaciones separadas, ejecutadas por dos medios de cambio de presión de modo que los gastos de explotación y mantenimiento pueden ser reducidos considerablemente. Por ejemplo, el coste de las piezas de repuesto, trabajo, pérdidas de producción y productos que necesitan ser descartados, se reducen. La presión intermedia puede, por ejemplo, ser de alrededor de 2000 bares o superior y puede incluso ser de hasta el 85% de la alta presión final.

Consecuentemente, para comprimir una carga se alimenta un líquido a media presión dentro del vaso de presión. Esto se ejecuta adecuadamente mediante los primeros medios de cambio de presión, que se usan también para presurizar el medio de presión líquido. No obstante, unos medios separados o de alimentación adicional pueden ser usados también en el llenado inicial del vaso de presión. El medio de presión de líquido presurizado origina que el vaso de presión esté sometido a dicha presión intermedia, que es inferior que la alta presión final. Después de lo cual, los segundos medios de cambio de presión se usan para intensificar la presión del medio de presión líquido de modo que la presión en el vaso de presión es incrementada desde dicho estado de presión intermedia al estado de alta presión.

El vaso de presión y los segundos medios de cambio de presión pueden estar dispuestos en comunicación fluida entre sí. Esta disposición permite que una porción del medio de presión líquido que ha sido alimentado dentro del vaso de presión sea conducido o mezclado desde el vaso de presión en los segundos medios de cambio de presión. En este caso el volumen que ha de ser llenado mediante el medio de presión de líquido alimentado en el vaso de presión incluye el volumen del vaso de presión y el volumen de un espacio en los segundos medios de cambio de presión. Dicho espacio puede por ejemplo incluir una cámara de presión en los segundos medios de cambio de presión y un conducto desde dicha cámara de presión al vaso de presión. Incluso aunque esta es una disposición práctica se ha de entender que otras son también posibles. Dicho espacio en los segundos medios de cambio de la presión puede ser llenado con el medio de presión de líquido desde otra fuente, y por tanto no necesariamente a través del vaso de presión.

Independientemente de cómo sea llenado el espacio en los segundos medios de cambio de presión, el medio de presión líquido en el mismo será forzado (devuelto o enviado) dentro del vaso de presión. Al mismo tiempo ese medio de presión líquido que ya está presente dentro del vaso de presión tiene impedido escapar del vaso de presión, originando de ese modo un posterior crecimiento de la presión en el vaso de presión de modo que la carga es comprimida ventajosamente.

La invención está basada también en la consideración de que es posible en un dispositivo de compresión de alta presión descomprimir desde una alta presión, tal como de 6.000 bares, en una baja presión, tal como la presión atmosférica, dividiendo la descompresión de la presión en dos etapas separadas, realizadas mediante dos medios de cambio de presión. Esto reducirá considerablemente el desgaste mecánico debido...

1. Un método para proporcionar un cambio de presión entre dos estados de presión: un estado de baja presión y un estado de alta presión en el margen de 4.000 bares a 15.000 bares, en un vaso (40) de presión de un dispositivo de presión isostático de alta presión en el que se usa un medio de presión líquido para generar la presión, estando caracterizado el método por las operaciones de:

2. El método según se reivindica en la reivindicación 1, para cambiar la presión en el vaso (40) de presión desde el estado de baja presión al estado de alta presión, en el que los primeros medios (42) de cambio de presión se usan para alimentar el medio de presión líquido dentro del vaso (40) de presión, y para presurizar el medio de presión líquido de modo que el vaso (40) de presión esté sometido a dicha presión intermedia que es inferior que la alta presión, y en el que los segundos medios (44) de cambio de presión se usan para intensificar la presión del medio de presión líquido de modo que la presión en el vaso (40) de presión es incrementada desde dicho estado de presión intermedio al estado de alta presión.

3. El método según se reivindica en la reivindicación 2, en el que el vaso (40) de presión y los segundos medios (44) de cambio de presión están dispuestos en comunicación fluida uno con otro, en donde el acto de alimentar el medio de presión líquido incluye sangrar una porción del mismo desde el vaso (40) de presión dentro de los segundos medios (44) de cambio de presión.

4. El método según se reivindica en la reivindicación 3, en el que el acto de intensificar incluye la operación de forzar medio de presión liquido de sangrado para que retorne dentro del vaso (40) de presión, mientras se impide que ese medio de presión líquido que está ya dentro del vaso (40) de presión escape del mismo.

5. El método según se reivindica en la reivindicación 4, en el que dicha operación de forzar se ejecuta en una carrera única, preferiblemente accionando un émbolo del intensificador de carrera única en una dirección de un lado de baja presión a un lado de alta presión del mismo.

6. El método según se reivindica en la reivindicación 4, en el que dichos segundos medios (44) de cambio de presión comprenden al menos dos dispositivos intensificadores, en donde, para cada uno de los dispositivos intensificadores, la operación de forzar se ejecuta en una carrera única, preferiblemente, accionando un émbolo del intensificador de carrera única desde un lado de baja presión a un lado de alta presión del mismo.

7. El método según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el vaso (40) de presión y los segundos medios (44) de cambio de presión están incluidos en el intensificador de carrera única que comprende una cámara de alta presión en la cual un émbolo es movible entre una posición retraída y una posición avanzada, comprendiendo el vaso (40) de presión una primera porción de dicha cámara de alta presión que se extiende desde el émbolo cuando está en su posición avanzada en un extremo opuesto de la pared de la cámara de presión, comprendiendo los medios (44) de cambio de la segunda presión una segunda porción de dicha alta cámara de presión que se extiende desde la posición retraída a la posición avanzada del émbolo.

8. El método según la reivindicación 1, para cambiar la presión en el vaso (40) de presión desde el estado de alta presión al estado de baja presión, de modo que después de una operación de compresión, que comprende las operaciones de:

retirar parte del medio de presión líquido del vaso (40) de presión a los primeros medios (42) de cambio de presión de modo que la presión en el vaso (40) de presión es reducida a dicha presión intermedia; y

liberar el resto del medio de presión líquido del vaso (40) de presión a los segundos medios (44) de cambio de presión de modo que la presión en el vaso (40) de presión es disminuida desde dicha presión intermedia a la presión baja.

9. El método según la reivindicación 8, en el cual el inicio de cada operación de liberación es seguido por o ejecutado simultáneamente mediante una operación de alimentación de dicha parte retirada del medio de presión líquido de los primeros medios (42) de cambio de presión por medio del vaso (40) de presión a los segundos medios (44) de cambio de presión.

10. El método según las reivindicaciones 8-9, en el cual dicha operación de retirada es ejecutada en una carrera única, preferiblemente accionando un émbolo del intensificador de carrera única desde un lado de alta presión hasta un lado de baja presión del mismo.

11. El método según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 8-9, en el que dichos primeros medios (42) de cambio de presión comprenden al menos dos dispositivos intensificadores, en donde, para cada uno de los dispositivos intensificadores, la operación de retirada es ejecutada en una carrera única, preferiblemente accionando un émbolo del intensificador de carera única desde un lado de alta presión a un lado de baja presión del mismo.

12. El método según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 8-11 en el cual dichos segundos medios (44) de cambio de presión comprenden al menos una válvula de liberación.

13. El método según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 8-10 ó 12, en el que el vaso (40) de presión y los primeros medios (42) de cambio de presión están incluidos en el intensificador de carrera única que comprende una cámara de alta presión en la cual un émbolo es movible entre una posición retirada y una posición avanzada, comprendiendo el vaso (40) de presión una primera porción de dicha cámara de alta presión que se extiende desde el émbolo cuando está en su posición avanzada hasta un extremo opuesto de la pared de cámara de alta presión, comprendiendo los primeros medios (42) de cambio de presión una segunda porción de dicha cámara de alta presión que se extiende desde la posición avanzada hasta la posición retirada del émbolo.

14. Un método para accionar un dispositivo de presión isostático de alta presión, que comprende la operación de cambiar la presión en el vaso (40) de presión desde el estado de baja presión al estado de alta presión según una cualquiera de las reivindicaciones 2-8, y que comprende además las operaciones subsiguientes de:

15. Un método como se reivindica en la reivindicación 14, en el que dichos segundos medios (44) de cambio de presión comprenden o están incluidos en el intensificador de presión de carrera única que comprende una cámara de baja presión en la cual un émbolo de baja presión es desplazable axialmente, estando una cámara de alta presión dispuesta sobre un lado de la cámara de baja presión y coaxialmente con esta, estando un émbolo de alta presión asegurado al émbolo de baja presión y estando dispuesto de modo desplazable axialmente en la alta cámara de presión, comprendiendo además el método la operación de: