COMPRESOR Y APARATO PARA COMPRIMIR DOS GASES A ALTA PRESIÓN.

Compresor y aparato para comprimir dos gases a alta presión Campo de la invención La invención se refiere al campo de los compresores de gas de pistones alternativos. Se refiere a un compresor para proporcionar dos gases a alta presión, tal como se describe en el preámbulo de la reivindicación independiente 1 Antecedentes de la invención El documento US 4.368.008 que tiene las características definidas en el preámbulo de la reivindicación 1, describe un compresor de gas de doble efecto de accionamiento hidráulico que utiliza compresión multietapas. La descripción incluye una válvula de dos posiciones y cuatro vías que controla el movimiento recíproco de la etapa hidráulica. El documento US 5.238.372 que tiene las características definidas en el preámbulo de la reivindicación 1, muestra un conjunto de pistones que son enfriados por el líquido hidráulico que circula a través de pasajes dedicados en el pistón. El documento WO 200S/019721 describe un generador de hidrógeno, tal como una celda electrolítica, que suministra hidrógeno a un compresor de hidrógeno, que a su vez presuriza el hidrógeno para el almacenamiento. El oxígeno producido mediante la electrólisis también puede ser a presión por medio de un compresor adicional, sobre el cual no se proporcionan detalles. Además, se conoce un compresor de dos etapas para dos gases diferentes, que es utilizado en cooperación con otros elementos, por ejemplo, un ciclo de refrigeración. Los dos gases son nitrógeno e hidrógeno que circulan en un circuito cerrado a través del compresor y de un criostato. Con el fin de evitar fugas, los elementos del compresor son del tipo de diafragma. Los elementos de diafragma son accionados por medio de un fluido de trabajo que a su vez es accionado por un pistón común. Descripción de la invención Es un objeto de la invención crear un compresor para proporcionar dos gases a alta presión del tipo que se ha mencionado inicialmente, que es de una construcción simple y que proporciona una operación eficiente. Estos objetivos se alcanzan por medio de un compresor que proporciona dos gases a alta presión de acuerdo con las reivindicaciones independientes. El compresor es un compresor de pistones que comprende al menos una primera etapa de compresión para comprimir un primer gas, comprendiendo la primera etapa de compresión al menos un primer pistón que se desliza en una primera cámara de compresión. El compresor comprende, además, al menos una segunda etapa de compresión para comprimir un segundo gas, comprendiendo la segunda etapa de compresión al menos un segundo pistón que se desliza en una segunda cámara de compresión. Los pistones segundo y primero son accionados por el mismo actuador mecánico. En el compresor, los gases primero y segundo se mantienen separados el uno del otro. Más específicamente, los pistones segundo y primero están acoplados mecánicamente al actuador para transmitir el movimiento y las fuerzas del actuador mecánico a los pistones. En el funcionamiento del compresor, el segundo gas tiene preferentemente una composición diferente a la del primer gas. Esto permite comprimir dos gases simultáneamente en un único compresor compacto que tiene una única fuente de energía mecánica. Esto es especialmente ventajoso cuando el compresor está acoplado a una unidad que genera gases diferentes por medio de una reacción química o electroquímica, tal como una celda de electrólisis que genera hidrógeno y oxígeno a partir de agua: los dos gases son comprimidos en etapas de compresión separadas de un único compresor Tener un único actuador mecánico y un movimiento lineal de los componentes coaxiales a lo largo de un único eje permite un funcionamiento eficiente. Solamente se requiere una unidad de control. La construcción sencilla y la consiguiente reducción en el tamaño permiten su uso en el ámbito doméstico y, por ejemplo, en aplicaciones de movilidad. Por lo tanto, el compresor para proporcionar dos gases a alta presión comprende una unidad de fuente de gas, tal como, por ejemplo, una o más celdas de electrólisis, para generar los dos gases a una primera presión. Por lo tanto, esta unidad de fuente de gas constituye una primera fuente de gas así como una segunda fuente de gas. El compresor está dispuesto para comprimir los dos gases, elevando la presión desde la primera presión a la alta presión. La invención es aplicable a otras fuentes de gases que también generan un par de gases. En una realización preferida de la invención, la primera presión, por ejemplo, la generada en la celda de electrólisis, se encuentra en el rango de 10 o 20 bar a 40 o 50 bar, preferentemente alrededor de 30 bar. La relación de compresión del compresor preferentemente se encuentra en el rango de 6 o de 8 a 12, preferentemente 10 - 12 a 15. La relación de compresión de los dos gases preferiblemente es, al menos, aproximadamente la misma. Por lo tanto, la alta presión resultante se encuentra alrededor de 300 bar, a la cual los dos gases se pueden almacenar en recipien- 2 E08856758 29-11-2011   tes a presión separados para su uso posterior. Para otros usos de la invención, es posible aumentar la presión de salida de uno o ambos gases hasta 700 bar o 1000 bar. En una realización preferida adicional de la invención, la relación de volúmenes de las etapas de compresión primera y segunda es la misma relación estequiométrica de volumen de los gases producidos por un proceso de separa- ción a partir del cual se originan los gases. En otras palabras, si el proceso de separación produce los gases en una relación de volumen de 1: n (estando los gases a la misma temperatura y presión), entonces la relación de volumen de las etapas de compresión separadas correspondientes de los dos gases es 1: n. De ello se desprende que cuando la conexión operativa, en particular una conexión mecánica entre la primera y la segunda etapas de compresión es tal que la carrera de los pistones en las dos etapas de compresión es la misma, las áreas de sección transversal de los pistones de las dos etapas de compresión también tienen la relación de 1: n. Por ejemplo, la electrólisis del agua proporciona hidrógeno y oxígeno (2H20 2H2 + 02). Para la presurización combinada de hidrógeno y oxígeno generados por electrólisis, la relación de volumen de la cámara de compresión del hidrógeno con la cámara de compresión del oxígeno por lo tanto, es preferiblemente de dos a uno. Puesto que los dos gases se pueden generar mediante la separación de los componentes de una molécula que pueden recombinarse en una reacción exotérmica, deben permanecer separados en todo el compresor. En particular, incluso la mezcla de cantidades minúsculas debe ser evitada. Esto es particularmente relevante, puesto que las dos etapas de compresión comparten el mismo actuador mecánico, y los gases que escapan a través de las juntas del pistón pueden mezclarse en o alrededor del actuador mecánico, formando una mezcla explosiva. Además, uno de los gases puede formar una mezcla explosiva con el aire ambiente. Por ejemplo, H2 y 02 emitidos en la electrólisis del agua forman una mezcla explosiva, pero el H2 solo también formará una mezcla explosiva con el aire ambiente, por lo que la contención del H2 solo también es un problema de seguridad. Por lo tanto, con el fin de detectar las fugas de un gas o del otro hacia el actuador común, se implementa preferiblemente la disposición que sigue: para al menos una de las cámaras de compresión, se dispone una junta interior en la separación anular entre la citada cámara de compresión y el pistón que está operando en la citada cámara de compresión, con el fin de evitar que el gas se escape de la citada cámara de compresión. Una junta exterior está dispuesta en una localización adicional a lo largo de la citada separación. La junta interior y la junta exterior definen una cámara de seguridad, siendo la citada cámara de seguridad una sección cerrada de la citada separación entre las juntas interior y exterior. De esta manera, la cámara de seguridad separa la cámara de compresión respectiva del aire ambiente o del medio hidráulico o de la otra cámara de compresión. En una realización preferida de la invención, un sensor de presión está dispuesto para proporcionar una señal indicativa de la presión en la cámara de seguridad. Este sensor de presión y el posterior procesamiento de la señal sirven para proporcionar una alarma y para interrumpir la operación del compresor en caso de que se detecte un presión o gradiente de presión excesivo en la cámara de seguridad. La magnitud de los gradientes de presión que se pueden detectar de esta manera está correlacionada con la velocidad a la que el gas puede escapar de la cámara, por ejemplo, por medio de un respiradero. Con una velocidad de escape lo suficientemente... [Seguir leyendo]

1. Un compresor de pistones alternativos (1) que comprende al menos una primera etapa de compresión (11) para comprimir un gas, comprendiendo la primera etapa de compresión (11) al menos un primer pistón (13) que se desliza en una primera cámara de compresión (12), comprendiendo el compresor (1) al menos una segunda etapa de compresión (21) para comprimir un segundo gas, comprendiendo la segunda etapa de compresión (21) al menos un segundo pistón (23) que se desliza en una segunda cámara de compresión (22), y los pistones primero y segundo (13. 23) son accionados por el mismo actuador mecánico (31), y los gases primero y segundo, en el compresor (1), se mantienen separados uno del otro, que se caracteriza porque, para al menos una de las dos cámaras de compresión (12, 22), una junta interior (51) está dispuesta en una separación entre la citada cámara de compresión (12, 22) y el pistón (13, 23) que opera en la citada cámara de compresión (12, 22), con el fin de evitar que el gas se escape de la citada cámara de compresión (12, 22) y, además, una junta exterior (52) está dispuesta en una localización adicional a lo largo de la citada separación, definiendo la junta interior (51) y la junta exterior (52) una cámara de seguridad (50), siendo la citada cámara de seguridad (50) una sección cerrada de la citada separación entre las juntas interior y exterior (51, 52). 2. El compresor de la reivindicación 1, que comprende un primer conducto de suministro (18) para conectar la al menos una primera etapa de compresión (11) a una fuente de gas (40a) que genera el primer gas por una reacción química o electroquímica, y un primer conducto de descarga (16) para descargar el primer gas a presión, y una segunda fuente de suministro (28) para conectar la al menos una segunda etapa de compresión (21) a una segunda fuente de gas (40b) que genera el segundo gas por la misma reacción química o electroquímica que el primer gas, y un segundo conducto de descarga (26) para descargar el segundo gas a presión, y en el que los conductos (16, 18) y etapas de compresión (11) para contener el primer gas son distintos de los conductos (26, 28) y etapas de compresión (21) para contener el segundo gas. 3. El compresor (1) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la cámara de seguridad (50) está conectada a un sensor para detectar la presencia de gas que escapa de la cámara de compresión al interior de la cámara de seguridad (50). 4. El compresor (1) de la reivindicación 3, en el que un sensor de presión (53) está dispuesto para proporcionar una señal indicativa de la presión en la cámara de seguridad (50). 5. El compresor (1) de la reivindicación 3 o de la reivindicación 4, en el que un sensor de gas (53) está dispuesto para proporcionar una señal indicativa de la presencia, en la cámara de seguridad (50), del gas que está siendo comprimido en la cámara de compresión correspondiente (12, 22). 6. El compresor (1) de una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la cámara de seguridad (50) se llena con un fluido adicional que se mantiene a una presión mayor que la presión máxima de la cámara de compresión correspondiente (12, 22). 7. El compresor (1) de una de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende un respiradero (54) que conecta la cámara de seguridad (50) a un volumen adicional, en particular, el aire ambiente, y permite un flujo de salida predefinido de gas desde la cámara de seguridad (50). 8. El compresor (1) de la reivindicación 7, en el que el respiradero (54) es una salida de diámetro pequeño, tal como un microorificio o una válvula de aguja, o una membrana permeable. 9. El compresor de una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que una etapa hidráulica (31) con un pistón hidráulico (33) está dispuesta para accionar el primer pistón (13) y el segundo pistón (23), y en el que, preferentemente, el medio hidráulico que energiza el pistón hidráulico (33) es agua. 10. El compresor (1) de la reivindicación 9, en el que el pistón hidráulico (33) es accionado por un fluido hidráulico, y la junta exterior (52) separa el fluido hidráulico de la cámara de seguridad (50). 11. El compresor (1) de una de las reivindicaciones 9 ó 10, que comprende una bomba (37) y una disposición de válvulas (36) para proporcionar energía mecánica / hidráulica a la etapa hidráulica (31). 11 E08856758 29-11-2011   12. El compresor (1) de una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer pistón (13) y el segundo pistón (23) están dispuestos coaxialmente y están conectados operativamente, y en el que, en un ciclo de movimiento alternativo de los pistones (13, 23 ), una fase de admisión de gas en la primera etapa de compresión (11) coincide con una fase de compresión en la segunda etapa de compresión (21) y, viceversa, una fase de admisión de gas en la segunda etapa de compresión (21) coincide con una etapa de compresión en la primera etapa de compresión (11). 13. El compresor (1) de una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos un pistón (13, 23) no está conectado fijamente al actuador mecánico (31), es decir, el al menos un pistón (13, 23) sólo es empujado por el actuador mecánico (31) en la fase de compresión, y en la fase de admisión es empujado hacia atrás por la presión de un conducto de suministro correspondiente (18, 28). 14. El compresor (1) de una de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos una de entre la primera etapa de compresión (11) y la segunda etapa de compresión (21) forma parte de una disposición de compresión multietapas, en el que una disposición de compresión multietapas comprende al menos dos etapas de compresión conectadas en serie. 15. El compresor (1) de una de las reivindicaciones anteriores, que comprende una unidad de control (45) configurada para, en cada carrera de los pistones (13, 23), accionar la bomba (37) para operar, durante un primer intervalo de tiempo, en una primera condición de operación para generar una primera presión nominal y, durante un segundo intervalo de tiempo, en una segunda condición de operación, para generar un incremento de la presión nominal cuando se incrementa la presión en la cámara de presión o en las cámaras que se están presurizando. 12 E08856758 29-11-2011   13 E08856758 29-11-2011   14 E08856758 29-11-2011   E08856758 29-11-2011   16 E08856758 29-11-2011