PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE LLENADO DE CONTENEDORES DE GAS A PRESIÓN.

Procedimiento de llenado de un contenedor (1) de gas a presión,

particularmente de una bombona o de un depósito, a partir de una fuente (2) de gas a una presión (Psh) llamada "alta", durante un periodo de llenado predeterminado (Dab) seleccionado o calculado antes del llenado y a una temperatura determinada (T), teniendo el contenedor (1) una presión interna (Pci) inicial antes del llenado determinada y una presión final (Pcf) después del llenado predeterminada, en el que se realiza una conexión que forma un paso (3) de fluidos entre la fuente (2) y el contenedor (1), y en el que se realizan una pluralidad de secuencias de apertura (O) y de cierre (F) del paso durante sub-intervalos de tiempo (dti) predeterminados del periodo de llenado (Dab) predeterminado, estando dichos subintervalos de tiempo (dti) y las secuencias de apertura (O) y de cierre (F) correspondientes dimensionados de modo que, durante el periodo de llenado predeterminado, la curva (C1, C2) de presión instantánea (Pci) en el contenedor (1) en función del tiempo (t) se adapta a la recta (AB) teórica que une las presiones antes (Pci) y después (Pcf) del llenado durante el periodo (Dab) de llenado y por que el periodo de llenado (Dab) predeterminado se subdivide en una serie de sub-intervalos de tiempo (dti) comprendido entre dos y varios cientos que tienen duraciones respectivas determinadas, preferiblemente comprendidas entre 5 segundos y 20 segundos.

La presente invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo de llenado de contenedores de gas a presión.

La invención se refiere particularmente a un procedimiento y un dispositivo de llenado de contenedores tales como bombonas o depósitos de gas a presión.

El llenado de capacidades a alta presión, por ejemplo a bordo de vehículos que funcionan con hidrógeno gaseoso, debe realizarse de la manera más rápida posible para reducir el periodo de inmovilización de los vehículos.

Las presiones finales de utilización de estas capacidades o depósitos están comprendidas generalmente entre 350 y 700 bares aproximadamente.

Debido a la naturaleza casi adiabática de la compresión del gas en los depósitos y a las importantes presiones finales, la temperatura del gas en el interior de los depósitos se eleva rápidamente y puede dañar la estructura compuesta de los depósitos.

Es importante, por lo tanto, limitar esta temperatura de calentamiento a la temperatura de cálculo del depósito, es decir una temperatura máxima admisible (en general del orden de 85ºC).

Para controlar esta temperatura de llenado, una solución conocida consiste en interrumpir el llenado en caso de sobrecalentamiento.

Otra solución consiste en controlar el caudal de llenado para que este último permanezca inferior a un caudal que podría generar un sobrecalentamiento demasiado grande.

Estos dos métodos conocidos necesitan un control del caudal del gas que alimenta el depósito y, por lo tanto, la utilización de una válvula de control a alta presión que es muy costosa.

En estas soluciones conocidas, una primera realización consiste en controlar el caudal de gas directamente aguas arriba o aguas abajo de la válvula de control.

Una segunda realización que no utiliza caudalímetro consiste en controlar la tasa de subida de la presión aguas abajo de la válvula de control (siendo la tasa de subida de la presión la derivada de la presión aguas abajo de la válvula con respecto al tiempo).

Los procedimientos conocidos, particularmente de acuerdo con los documentos US 5.881.779 ó US 2005/0178462 ó US 5.868.176 ó US 2005/0178463, realizan llenados de contenedor a partir de una fuente de gas a una presión alta mediante un paso de fluidos realizado entre la fuente y el contendor y una pluralidad de secuencias de apertura y de cierre del paso durante intervalos de tiempo.

Las secuencias de apertura y de cierre del paso están controladas en función, por ejemplo, de señales de presión y/o de temperatura y del volumen del contenedor.

De acuerdo con otras técnicas conocidas, el llenado es un parámetro en función de la masa instantánea del contendor (US 2003/0070724).

De acuerdo con el documento US 5.479.966, el llenado está controlado mediante la temperatura del gas.

De acuerdo con el documento EP 653 585 describe un control del llenado mediante una medición de presión y de caudal.

El llenado se realiza, en general, a partir de una reserva de gas a presión. De este modo, en estas soluciones de la técnica anterior, a medida que la presión aumenta en el depósito a llenar (aguas abajo de la válvula), la presión en la fuente disminuye. La dinámica de control de la válvula es, por lo tanto, muy importante ya que ésta debe controlar un caudal o una subida de presión constante mientras que ni la presión aguas arriba de la válvula ni la presión aguas abajo de la válvula son constantes. Los bucles de control de la válvula necesitan, por lo tanto, un tiempo de ajuste relativamente importante, así como una válvula de control que tenga una gran dinámica de apertura/cierre. Un mal ajuste del bucle de control de la válvula no permite alcanzar el objetivo de presión al final del llenado o provoca un sobrecalentamiento del depósito si el objetivo de presión se alcanza antes del periodo de llenado previsto.

Un objetivo de la invención es proponer un procedimiento de llenado de un contenedor de gas a presión, que palie todos o parte de los inconvenientes de la técnica anterior.

Este objetivo se alcanza mediante el hecho de que, en el procedimiento de llenado de un contenedor de gas a presión, particularmente de una bombona o de un depósito, a partir de una fuente de gas a una presión llamada “alta”, durante un periodo de llenado predeterminado seleccionado o calculado antes del llenado y a una temperatura determinada, teniendo el contenedor una presión interna inicial antes del llenado determinada y una presión final después del llenado predeterminada, en el que se realiza una conexión que forma un paso de fluidos entre la fuente y el contenedor, y en el que se realizan una pluralidad de secuencias de apertura y de cierre del paso durante sub-intervalos de tiempo predeterminados del periodo de llenado predeterminado, estando dichos sub-intervalos de tiempo y las secuencias de apertura y de cierre correspondientes dimensionados de modo que, durante el periodo de llenado predeterminado, la curva de presión instantánea en el contendor en función del tiempo se adapta a la recta teórica que une las presiones antes y después del llenado durante el periodo de llenado, estando el periodo de llenado predeterminado subdividido en una serie de sub-intervalos de tiempo comprendidos entre dos y varios cientos que tienen duraciones respectivas determinadas, preferiblemente comprendidas entre 5 segundos y 20 segundos.

Por otro lado, la invención puede comprender una o más de las siguientes características:

- los extremos de la curva de presión instantánea en el contenedor en función del tiempo se confunden prácticamente con, respectivamente, los extremos de la recta teórica que une las presiones antes y después del llenado,

- el procedimiento comprende, durante cada uno de los sub-intervalos de tiempo, una primera etapa de apertura del paso a partir del comienzo de los sub-intervalos de tiempo, seguida de una segunda etapa de cierre del paso a partir del instante en el que la presión instantánea en el contenedor alcanza un valor determinado al menos próximo y preferiblemente igual al valor de presión dado por la recta teórica en este instante de llenado, y por que el paso se mantiene cerrado hasta el final de los sub-intervalos de tiempo,

- los sub-intervalos de tiempo y las secuencias de apertura y de cierre correspondientes se dimensionan de modo que, prácticamente en cualquier instante de llenado dado durante el periodo de llenado, la curva de presión instantánea en el contenedor en función del tiempo se aleja de la recta teórica en un valor de presión inferior a 30 bares y preferiblemente inferior a 10 bares o inferior al 20% y preferiblemente inferior al 5% del valor de presión dado por la recta en este instante de llenado,

- el periodo de llenado se subdivide en una serie de sub-intervalos de tiempo comprendidos entre dos y varios cientos que tienen duraciones respectivas determinadas, preferiblemente comprendidas entre 5 segundos y 20 segundos,

- el llenado se controla únicamente con ayuda de la presión instantánea en el contenedor,

- la temperatura ambiente y la presión inicial en el contenedor se miden entes del llenado,

- la presión final de llenado se calcula en función de un periodo de llenado deseado,

- el llenado del contendor se realiza a una temperatura calculada en función de la presión interna inicial, de la temperatura ambiente y de la presión final después del llenado, pudiendo ser la temperatura de llenado calculada inferior a la temperatura ambiente.

De acuerdo con otra particularidad, el procedimiento comprende:

- una etapa de determinación de la temperatura ambiente de llenado,

- una etapa de determinación de la presión interna inicial del contendor antes del llenado,

- una etapa de selección de una cantidad de gas a introducir en el contenedor durante el llenado y/o una etapa de selección de un periodo de llenado máximo autorizado,

- una etapa de cálculo de la presión final después del llenado en el contenedor en función de la temperatura ambiente de llenado, de la presión interna inicial en el contenedor y de la cantidad de gas a introducir y/o del periodo máximo autorizado,

- una etapa de determinación del periodo de llenado antes del llenado, en función de la temperatura ambiente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de llenado de un contenedor (1) de gas a presión, particularmente de una bombona o de un depósito, a partir de una fuente (2) de gas a una presión (Psh) llamada “alta”, durante un periodo de llenado predeterminado (Dab) seleccionado o calculado antes del llenado y a una temperatura determinada (T), teniendo el contenedor (1) una presión interna (Pci) inicial antes del llenado determinada y una presión final (Pcf) después del llenado predeterminada, en el que se realiza una conexión que forma un paso (3) de fluidos entre la fuente (2) y el contenedor (1), y en el que se realizan una pluralidad de secuencias de apertura (O) y de cierre (F) del paso durante sub-intervalos de tiempo (dti) predeterminados del periodo de llenado (Dab) predeterminado, estando dichos sub-intervalos de tiempo (dti) y las secuencias de apertura (O) y de cierre (F) correspondientes dimensionados de modo que, durante el periodo de llenado predeterminado, la curva (C1, C2) de presión instantánea (Pci) en el contenedor

(1) en función del tiempo (t) se adapta a la recta (AB) teórica que une las presiones antes (Pci) y después (Pcf) del llenado durante el periodo (Dab) de llenado y por que el periodo de llenado (Dab) predeterminado se subdivide en una serie de sub-intervalos de tiempo (dti) comprendido entre dos y varios cientos que tienen duraciones respectivas determinadas, preferiblemente comprendidas entre 5 segundos y 20 segundos.

2. Procedimiento de llenado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los extremos de la curva (C1, C2) de presión instantánea (Pci) en el contenedor (1) en función del tiempo (t) se confunden prácticamente respectivamente con los extremos de la recta (AB) teórica que une las presiones antes (Pci) y después (Pcf) del llenado.

3. Procedimiento de llenado de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque comprende, durante cada uno de los sub-intervalos de tiempo (dti), una primera etapa de apertura (O) del paso a partir del comienzo del sub-intervalo de tiempo (dti), seguida de una segunda etapa de cierre (F) del paso a partir del instante (t) en el que la presión instantánea (Pci) en el contenedor (1 ) alcanza un valor determinado al menos próximo y preferiblemente igual al valor de presión dado por la recta (AB) teórica en este instante (t) de llenado, y porque el paso se mantiene cerrado hasta el final del sub-intervalo de tiempo (dti).

4. Procedimiento de llenado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los sub-intervalos de tiempo (dti) y las secuencias de apertura (O) y de cierre (F) correspondientes están dimensionadas de modo que, prácticamente en cualquier instante (t) de llenado dado durante el periodo (Dab) de llenado predeterminado, la curva (C1, C2) de presión instantánea (Pci) en el contenedor (1) en función del tiempo (t) se aleja de la recta (AB) teórica en un valor de presión inferior a 30 bares y preferiblemente inferior a 10 bares o inferior al 20% y preferiblemente inferior al 5% del valor de presión dado por la recta (AB) en este instante (t) de llenado.

5. Procedimiento de llenado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el llenado está controlado únicamente con ayuda de la presión instantánea (P) en el contenedor (1).

6. Procedimiento de llenado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende:

- una etapa de determinación de la temperatura (T) ambiente de llenado,

- una etapa de determinación de la presión interna inicial (Pci) del contendor (1) antes del llenado,

- una etapa de selección de una cantidad de gas a introducir en el contenedor durante el llenado y/o una etapa de selección de un periodo de llenado máximo autorizado,

- una etapa de cálculo de la presión final (Pcf) después del llenado en el contenedor (1) en función de la temperatura (T) ambiente de llenado, de la presión interna inicial (Pci) en el contenedor (1) y de la cantidad de gas a introducir y/o del periodo máximo autorizado,

- una etapa de determinación del periodo de llenado (Dab) antes del llenado, en función de la temperatura

(T) ambiente de llenado, de la presión interna inicial (Pci) en el contenedor (1) y de la cantidad de gas a introducir y/o del periodo de llenado máximo autorizado.

7. Procedimiento de llenado de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la presión final (Pcf) después del llenado en el contenedor (1) se calcula para que corresponda a la más severa de las dos condiciones siguientes: capacidad nominal de llenado del contendor (1) o la temperatura de cálculo del contendor (1).

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las secuencias de apertura (O) y de cierre (F) se realizan mediante un órgano de tipo válvula con funcionamiento “todo o nada”, sin control de caudal o de temperatura.

9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las secuencias de apertura (O) y de cierre (F) están controladas únicamente en función de la medición de presión en un

conducto de llenado que conecta la fuente (2) al contenedor (1).

10. Procedimiento de llenado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque utiliza un dispositivo de llenado de contenedores de gas a presión que comprende una fuente (2) de gas a una presión (Psh) llamada “alta”, medios de medición de la temperatura (T) ambiente de llenado, medios adecuados para conectarse a un contenedor (1) para formar un paso (3) de fluidos entre la fuente y el contenedor (1), medios (4) que forman una válvula en el paso (3), medios (5) de determinación de la presión instantánea (P) en el contenedor (1), medios (6) de tratamiento de datos y de control conectados: a los medios (4) que forman una válvula, a los medios

(5) de determinación de la presión instantánea (Pci) y a los medios de medición de la temperatura (T) ambiente; calculando o recibiendo los medios (6) de tratamiento de datos y de control consignas relativas a un periodo de llenado determinado (Dab) y una presión final (Pcf) del contendor (1) después del llenado, para controlar la apertura y el cierre de los medios (4) que forman una válvula, en el que, para un contenedor (1) a llenar, estando los medios

(4) que forman válvula controlados para realizar una pluralidad de secuencias de apertura (O) y de cierre (F) del paso durante sub-intervalos de tiempo (dti) determinados del periodo de llenado (Dab), estando dichos sub-intervalos de tiempo (dti) y las secuencias de apertura (O) y de cierre (F) correspondientes dimensionados de modo que, durante el periodo de llenado, la curva (C1, C2) de presión instantánea (Pci) en el contenedor (1) en función del tiempo (t) se adapte globalmente a la recta (AB) teórica que une las presiones antes (Pci) y después (Pcf) del llenado durante el periodo de llenado, los medios que forman una válvula comprenden una primera válvula (4) de tipo todo o nada, por ejemplo de control automático.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque los medios (5) de determinación de la presión instantánea (P) en el contenedor (1) comprenden un sensor de presión que mide la presión aguas abajo de los medios (4) que forman una válvula.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque los medios que forman una válvula comprenden una segunda válvula (6) situada aguas abajo de la primera válvula (4) tal como una válvula de tipo micrométrico de regulación de caudal.

13. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque comprende en el paso (3) al menos uno de los siguientes medios: un sistema (7) de válvula de protección, un sistema (8) de descompresión.

14. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque el paso (3) comprende un conducto que se conectará a un orificio de un contenedor (1) y provisto de medios anti-arrancamiento y de medios (10) de conexión adecuados para conectarse a medios de conexión conjugados de un contenedor (1).