Mezclador con velocidad de aumento.

Un proceso para suministrar una mezcla de dos o más gases comprimidos a un recipiente o depósito derecepción,

comprendiendo el proceso las etapas de:

(a) mezclar dos o más corrientes de gas comprimido para formar una mezcla, en donde cada una de las dos omás corrientes de gases comprimidos (1) es suministrada por una fuente de suministro de gas comprimidoseparada (5, 7), (2) está bajo el control de uno o más reguladores de presión (13, 18), (3) está sometida a unamedida de temperatura mediante uno o más sensores de temperatura, y (4) tiene esencialmente la mismacomposición; y

(b) enviar la mezcla al recipiente de recepción a una velocidad de aumento de mezcla preestablecida, en elqueun controlador programable (1) recibe datos procedentes de los sensores de temperatura que representan latemperatura de al menos dos de las dos o más corrientes de gas comprimido, (2) calcula una velocidad de aumentoinstantánea para al menos una de las corrientes de gas comprimido en base a las temperaturas de al menos dos delas dos o más corrientes de gas comprimido, y (3) (i) compara una temperatura instantánea medida de la mezcla conuna temperatura objetivo preestablecida de la mezcla, y (ii) ajusta el regulador de presión para al menos una de lasdos o más corrientes de gas cuando sea necesario para mantener la temperatura medida instantánea dentro de unatolerancia especificada.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12180885.

Solicitante: AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 7201 HAMILTON BOULEVARD ALLENTOWN, PA 18195-1501 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: COHEN, JOSEPH PERRY, HEYDORN,EDWARD CLYDE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01F3/02 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01F MEZCLA, p. ej. DISOLUCION, EMULSION, DISPERSION (mezcla de pinturas B44D 3/06). › B01F 3/00 Mezcla, p. ej. dispersión, emulsión, según las fases que vayan a mezclarse. › de gases con gases o vapores.
  • B67D7/06 B […] › B67 APERTURA Y CIERRE DE BOTELLAS, TARROS O RECIPIENTES ANALOGOS; MANIPULACION DE LIQUIDOS.B67D DISTRIBUCION, SUMINISTRO O TRANFERENCIA DE LIQUIDOS, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR (limpieza de conducciones o tubos o de sistemas de conducciones o tubos B08B 9/02; limpieza, vaciado o llenado de botellas, tarros, botes, cubas, barriles o recipientes similares no previstos en otro lugar B67C; suministros de agua E03; sistemas de tuberías F17D; sistemas de suministro de agua caliente para uso doméstico F24D; medidas de volúmenes, de caudales, de gasto másico o de niveles de líquidos, cómputo volumétrico G01F; aparatos accionados por monedas o similares G07F). › B67D 7/00 Aparatos o dispositivos para transferir líquidos desde recipientes de almacenaje a granel o depósitos en vehículos o en recipientes portátiles, p. ej. para fines de venta al por menor (disposición general de las estaciones de servicio para suministrar combustibles a los vehículos B60S 5/02; para llenar o vaciar los tanques de agua de las locomotoras, p. ej. columnas para suministro de agua B61K 11/00; para abastecimiento de aviones en vuelo B64D 39/00; instalaciones para manipulación de líquidos especialmente adaptados para el llenado de aeronaves estacionadas B64F 1/28). › Partes constitutivas o accesorios.
  • B67D7/74 B67D 7/00 […] › Dispositivos para mezclar dos o más líquidos diferentes a transferir (aparatos con monedas G07F 13/06).
  • C01B3/02 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C01 QUIMICA INORGANICA.C01B ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01B 3/00 Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno; Separación del hidrógeno a partir de mezclas que lo contienen; Purificación del hidrógeno (producción de gas de agua o gas de síntesis a partir de materias carbonosas sólidas C10J). › Producción de hidrógeno o de mezclas gaseosas que contienen hidrógeno.
  • F17C5/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F17 ALMACENAMIENTO O DISTRIBUCION DE GASES O LIQUIDOS.F17C RECIPIENTES PARA CONTENER O ALMACENAR GASES COMPRIMIDOS, LICUADOS O SOLIDIFICADOS; GASOMETROS DE CAPACIDAD FIJA; LLENADO O DESCARGA DE RECIPIENTES CON GASES COMPRIMIDOS, LICUADOS O SOLIDIFICADOS (utilización de cámaras o cavidades naturales o artificiales para el almacenamiento de fluidos B65G 5/00; construcción o ensamblaje de depósitos almacenadores empleando las técnicas de la ingeniería civil E04H 7/00; gasómetros de capacidad variable F17B; máquinas, instalaciones o sistemas de refrigeración o licuefacción F25). › Métodos o aparatos para el llenado de recipientes, a presión con gases licuados, solidificados o comprimidos (adición de propulsores a los receptáculos de aerosol B65B 31/00).
  • F17C7/00 F17C […] › Métodos o aparatos para el vaciado de gases licuados, solidificados o comprimidos de recipientes a presión, no cubiertos por ninguna otra subclase.
  • G05D11/13 SECCION G — FISICA.G05 CONTROL; REGULACION.G05D SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION DE VARIABLES NO ELECTRICAS (para la colada continua de metales B22D 11/16; dispositivos obturadores en sí F16K; evaluación de variables no eléctricas, ver las subclases apropiadas de G01; para la regulación de variables eléctricas o magnéticas G05F). › G05D 11/00 Control de contenidos (control de variables químicas o físico-químicas, p. ej. del valor del pH, G05D 21/00; control de la humedad G05D 22/00; control de la viscosidad G05D 24/00). › caracterizado por el uso de medios eléctricos.
  • G05D23/13 G05D […] › G05D 23/00 Control de la temperatura (disposiciones de conmutación automática para los aparatos de calefacción eléctricos H05B 1/02). › haciendo variar la relación de la mezcla de dos fluidos que tienen temperaturas diferentes.

PDF original: ES-2446991_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Mezclador con velocidad de aumento Se espera que la “Economía de Hidrógeno” crezca de forma continua y el hidrógeno pueda finalmente sustituir a los combustibles fósiles como fuente de energía principal en muchas aplicaciones. Se están desarrollando numerosas aplicaciones de hidrógeno, incluyendo células de combustible o vehículos de combustión interna accionados con hidrógeno, aplicaciones de energía estacionarias, unidades de energía de apoyo, gestión de red de energía, energía para localizaciones remotas, y aplicaciones de energía portátiles en elementos electrónicos de usuario, maquinaria de negocios, y equipos recreativos. Una expansión significativa de la Economía del Hidrógeno requerirá marcadas mejoras en los sistemas de suministro de hidrógeno. La adaptación de estos sistemas para entregar mezclas de hidrógeno y otros gases comprimidos puede ser particularmente problemática.

Cuando se llena un depósito de recepción con una o más corrientes de gas comprimido, el caudal de las corrientes de gas comprimido debe ser controlado y las corrientes deben estar bien mezcladas para evitar que el depósito de recepción se sobrecaliente. Por ejemplo, el repostaje rápido de un depósito de recepción con una corriente de gas de hidrógeno puede hacer que la temperatura interna del gas de un depósito de recepción se eleve 50º C debido a la compresión adiabática de la corriente de gas de hidrógeno y el Efecto Juole-Thompson (J-T) inverso. (El hidrógeno y el helio son excepciones a la regla de que la temperatura disminuye con la expansión del gas, es decir presentan el efecto Juole-Thompson (J-T) inverso.)

El sobrecalentamiento es todavía una preocupación incluso cuando el calor de compresión es parcialmente compensado por la expansión isentrópica y el enfriamiento resultante dentro del depósito de almacenamiento, y demuestra ser un riesgo mayor con depósitos grandes.

La Patente de Estados Unidos Nº 6.786.245 expone un aparato y método para controlar el régimen de suministro de un fluido presurizado desde un depósito de almacenamiento a un depósito de recepción a través de un conducto en comunicación de fluido con el depósito de almacenamiento y el depósito de recepción.

La Patente de Estados Unidos Nº 5.139.002 (Patente ´002) expone el uso de mezclas de hidrógeno y gas natural como combustibles para vehículos. La patente ´002 describe también el flujo simultáneo de dos corrientes de gas comprimido a través de un accesorio de gas común en un cilindro de almacenamiento horizontal útil en aplicaciones de transporte.

La patente de Estados Unidos Nº 5.771.948 (Patente ´948) describe métodos y un aparato para dispensar gas natural en un cilindro de vehículo de gas natural de un vehículo de motor. La patente ´948 expone que los cambios en la masa de una corriente de gas natural comprimido se pueden correlacionar como una función de la presión inicial del cilindro.

La Solicitud de Patente de Estados Unidos Poseída en Común Número de Serie Nº 11/247.561 (correspondiente a la Solicitud de Patente Europea Nº 06020788.3) describe sistemas y procesos en los que el caudal del gas comprimido desde una fuente hasta un depósito de recepción se controla para conseguir una velocidad de aumento deseada.

Las Patentes de Estados Unidos Nº 5.394.704 y 5.358.177 describen un aparato y métodos para conseguir una temperatura objetivo mezclando dos o más corrientes que tengan la misma composición y diferentes temperaturas.

Se han utilizado válvulas de control de corriente gaseosa individuales para proporcionar el control de flujo del premezclado en procesos en los que dos o más corrientes de gas son mezcladas y enviadas a un depósito de recepción. Alternativamente, la válvula de control ha sido asociada con una corriente de componente y se ha impuesto un flujo restringido en la corriente secundaria. Estos intentos tienen la desventaja deque las válvulas de control de presión son caras, relativamente poco comunes, y a menudo están fuera del rango para la utilización con gases inflamables.

Por consiguiente, existe la necesidad de procesos y sistemas que suministren mezclas de gases comprimidos a un depósito o recipiente de recepción sin producir un aumento inaceptable de la temperatura del recipiente o depósito y sin la necesidad de tiempos de llenado prolongados.

La invención proporciona un proceso para el suministro de una mezcla de dos o más gases comprimidos a un recipiente de recepción comprendiendo el proceso las etapas de:

(a) mezclar dos o más corrientes de gases comprimidos para formar una mezcla, en donde cada una de las dos o más corrientes de gases comprimidos (1) es suministrada mediante una fuente de suministro de gas comprimido separada, (2) está bajo el control de uno o más reguladores de presión, (3) está sometida a una medida de temperatura por uno o más sensores de temperatura, (4) tiene esencialmente la misma composición; y

(b) enviar la mezcla al recipiente de recepción a una velocidad de aumento de mezcla preestablecida, en donde un controlador programable (1) recibe datos procedentes de uno o más sensores de temperatura que representan las temperaturas de al menos dos de las dos o más corrientes de gas comprimido, (2) calcula la velocidad de aumento instantánea para al menos una de las corrientes de gas comprimido en base a las temperaturas de al menos dos de las dos o más corrientes de gas comprimido y (3) (i) compara una temperatura instantánea medida de la mezcla con una temperatura objetivo preestablecida de la mezcla, y (ii) ajusta el regulador de presión para al menos una de las dos o más corrientes de gas comprimido cuando sea necesario para mantener la temperatura instantánea medida dentro de una tolerancia especificada.

La “velocidad de aumento” se define como el aumento de presión por unidad de tiempo en el depósito de recepción.

La velocidad de aumento preestablecida para el envío de dos o más gases comprimidos al recipiente de recepción de determina por el aumento deseado de presión en el recipiente de recepción; la velocidad de aumento preestablecida se puede reducir de manera que la de temperatura del interior del recipiente de recepción no exceda la temperatura de diseño del recipiente (por ejemplo, durante los periodos con temperaturas ambiente elevadas) .

Una velocidad de aumento instantánea para al menos una de las corrientes de gas comprimido se calcula a partir de las temperaturas de al menos dos o más de las corrientes de gas comprimido mediante la retroalimentación de la diferencia entre la temperatura real y la temperatura deseada.

Los procesos de la invención envían mezclas de gases comprimidos a un recipiente de recepción sin producir un aumento inaceptable de la temperatura del recipiente, sin la necesidad de tiempos de llenado prolongados, y sin la necesidad de válvulas de control de presión elevada. Por ejemplo, utilizando los procesos y sistemas de la invención, un combustible gaseoso de combustión limpia, por ejemplo, una mezcla de hidrógeno y gas natural comprimido, se puede suministrar a un depósito de recepción de un vehículo de una manera efectiva desde el punto de vista del coste y con un buen control de presión, temperatura, y la mezcla de corrientes de gas comprimido.

Dado que el excesivo enfriamiento de gas puede afectar a un depósito de recepción de forma adversa, la velocidad de aumento de mezcla se puede ajustar utilizando los procesos de la invención para mantener la temperatura por encima de un valor mínimo permitido. Además, la invención hace posible el suministro de una mezcla de dos corrientes de gas diferentes a un recipiente de recepción sin compresión mecánica costosa y no fiable.

Estas y otras características de la invención se describen con más detalle en la siguiente descripción escrita.

En los dibujos:

la Figura 1 es un diagrama de flujo del proceso para un sistema a modo de ejemplo en el que dos corrientes de gas comprimido son mezcladas y suministradas a un recipiente de recepción; la Figura 2 es un diagrama de flujo del proceso para una realización de la presente invención en el que dos corrientes de gas comprimido son mezcladas y suministradas a un recipiente de recepción; la Figura 3 ilustra variaciones en (a) presión, y (b) señales de corriente para el regulador de presión en función del tiempo (i) para un llenado real de un recipiente de recepción mediante una única corriente de hidrógeno comprimido en un proceso configurado como en la Figura 1; e (ii) a una velocidad de aumento de 5 MPa por minuto; la Figura 4 ilustra variaciones en (a) presión, y (b) señales de corriente al regulador de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso para suministrar una mezcla de dos o más gases comprimidos a un recipiente o depósito de recepción, comprendiendo el proceso las etapas de:

(a) mezclar dos o más corrientes de gas comprimido para formar una mezcla, en donde cada una de las dos o más corrientes de gases comprimidos (1) es suministrada por una fuente de suministro de gas comprimido separada (5, 7) , (2) está bajo el control de uno o más reguladores de presión (13, 18) , (3) está sometida a una medida de temperatura mediante uno o más sensores de temperatura, y (4) tiene esencialmente la misma composición; y

(b) enviar la mezcla al recipiente de recepción a una velocidad de aumento de mezcla preestablecida, en el que un controlador programable (1) recibe datos procedentes de los sensores de temperatura que representan la temperatura de al menos dos de las dos o más corrientes de gas comprimido, (2) calcula una velocidad de aumento instantánea para al menos una de las corrientes de gas comprimido en base a las temperaturas de al menos dos de las dos o más corrientes de gas comprimido, y (3) (i) compara una temperatura instantánea medida de la mezcla con una temperatura objetivo preestablecida de la mezcla, y (ii) ajusta el regulador de presión para al menos una de las dos o más corrientes de gas cuando sea necesario para mantener la temperatura medida instantánea dentro de una

tolerancia especificada.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que la una o más corrientes de gas comprimido constan de dos o más corrientes de hidrógeno o dos o más corrientes de gas natural comprimido.

3. El proceso de la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, en el que las temperaturas de premezclado de las dos o más corrientes de gas comprimido son diferentes.

4. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura mezclada se mantiene en un valor dentro de 0 º C y 20 º C de la temperatura deseada.

5. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el controlador programable es un controlador lógico programable.

6. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el regulador de presión para al 35 menos una de las dos o más corrientes de gas comprimido incluye una corriente al transductor de corriente.

7. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que durante el suministro de la mezcla al recipiente de recepción, la temperatura del recipiente de recepción no excede 85 º C.

8. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura de una de las dos o más corrientes de gas comprimido es aproximadamente la temperatura ambiente.

9. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el recipiente de recepción está situado en una estación de gas comprimido para el repostaje de vehículos.

10. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la velocidad de aumento de mezcla preestablecida está entre 5 y 15 MPa por minuto


 

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