Método de llenado de compresor y aparato.

Un método de llenado de un recipiente (12) con un gas a una tasa predeterminada de incremento de presión de gas,

comprendiendo dicho método:

(a) comprimir dicho gas en el interior de dicho recipiente (12) usando un medio de compresión (20);

(b) medir un valor instantáneo de presión de gas en el interior del recipiente (12);

(c) generar señales eléctricas indicadoras del valor instantáneo de presión de gas en el interior del recipiente (12);

(d) transmitir las señales eléctricas a un controlador (52);

caracterizado por

comprimir dicho gas en la etapa (a) en el interior de dicho recipiente (12) a un caudal predeterminado usando un medio de compresión (20) que tiene un caudal másico variable;

(e) usar las señales eléctricas para variar el caudal del medio de compresión (20) de acuerdo con un algoritmo usado por el controlador (52) para ajustar dicho caudal de dicho gas al interior de dicho recipiente (12) para conseguir dicha tasa predeterminada de incremento de presión de gas; y

(f) repetir las etapas (b) a (e) hasta que dicho recipiente (12) se llene con dicho gas.

Método de llenado de compresor y aparato

Antecedentes de la invención La presente invención se refiere a un aparato y un método para el llenado de un recipiente, tal como un tanque de combustible, con un gas comprimido, tal como hidrógeno, de forma segura durante un período de tiempo mínimo sin sobrecalentar el recipiente.

Se espera que el hidrógeno gaseoso suplante a los combustibles de hidrocarburos líquidos, tales como gasolina y diesel, como combustible de elección para automóviles, camiones y autobuses debido a su ventaja ambiental obvia. El hidrógeno experimenta combustión de forma limpia y no produce gases de efecto invernadero tales como CO y CO2 como sub-productos de combustión.

Las consideraciones prácticas asociadas al almacenamiento a gran escala y el suministro de combustible de hidrógeno gaseoso para vehículos a motor presenta diferentes problemas a partir de los asociados con la manipulación de combustibles líquidos debidos a la naturaleza del hidrógeno. Un problema, que todavía no se ha abordado de forma satisfactoria, es el llenado de tanques de combustible de diferente capacidad, diferente presión y

diferente espacio vacío con hidrógeno gaseoso de forma segura, durante un período de tiempo comparable con el tiempo necesario para llenar un tanque de combustible de capacidad energética comparable con un combustible líquido.

La seguridad demanda que un tanque no se llene demasiado rápido para evitar el sobrecalentamiento.

Adicionalmente, cualquier carga de un tanque con gas comprimido provoca que el gas del interior del tanque se caliente, aumentando su presión, a un volumen fijo. El aumento de la temperatura del gas y la presión dentro del tanque puede evitar que el tanque se llene hasta la capacidad en la cual el tanque se llena hasta una presión de trabajo máxima. Tras el llenado, el calor se disipa al ambiente, enfriándose el gas y reduciendo su presión en el interior del tanque. Una vez frío, el tanque puede aceptar más gas (hasta su presión de trabajo máxima) lo que requiere que el tanque se "rellene por completo" mediante la carga de gas adicional para que se llene hasta su capacidad. Dependiendo de la tasa de llenado, puede ser necesario que el tanque se rellene por completo varias veces hasta su llenado completo. Estas etapas de llenado y enfriamiento resultan imprácticas y requieren mucho tiempo en comparación con el llenado de un tanque con un líquido.

El documento EP 0516580A1 divulga un mecanismo de reabastecimiento para reabastecer un tanque 13 de combustible de gas que tiene un compresor 1 que se puede accionar por medio de un motor eléctrico 3. El compresor 1 está acoplado a un tanque de combustible por medio de un conducto 12 y una fuente 8 de combustible de gas por medio de un conducto 7. La fuente de combustible de gas es una tubería de gas natural. El mecanismo de reabastecimiento comprende un interruptor 17 de presión diferencial y un sensor de presión 24 que están conectados por medio de líneas 30 y 31 de señal eléctrica respectivamente a un mecanismo de control 32.

Breve sumario de la invención La presente invención se refiere a un método de llenado de un recipiente (12) con un gas a una tasa predeterminada 45 de incremento de presión de gas, comprendiendo dicho método:

(a) comprimir dicho gas en el interior de dicho recipiente (12) usando un medio de compresión (20) ;

(b) medir un valor instantáneo de presión de gas en el interior del recipiente (12) ; 50

(c) generar señales eléctricas indicadoras del valor instantáneo de presión de gas en el interior del recipiente (12) ;

(d) transmitir las señales eléctricas a un controlador (52) ;

caracterizado por comprimir dicho gas en la etapa (a) en el interior de dicho recipiente (12) a un caudal predeterminado usando un medio de compresión (20) que tiene un caudal másico variable;

(e) usar las señales eléctricas para variar el caudal del medio de compresión (20) de acuerdo con un 60 algoritmo usado por medio del controlador (52) para ajustar dicho caudal de dicho gas en el interior de dicho recipiente (12) para conseguir dicha tasa predeterminada de incremento de presión de gas; y

(f) repetir las etapas (b) a (e) hasta que dicho recipiente (12) se llene con dicho gas. 65 La medición comprende medir la presión de gas instantánea en el interior del recipiente, usándose la presión de gas en el interior del recipiente para ajustar el caudal con el fin de lograr una tasa predeterminada de incremento de la presión de gas en el interior del recipiente. En otra realización, la etapa de medición (b) también comprende medir la temperatura de gas instantánea en el interior del recipiente, usándose la temperatura del gas en el interior del

recipiente para ajustar el caudal con el fin de lograr la tasa predeterminada de incremento de la presión de gas en el interior del recipiente. En otra realización, la etapa de medición (b) comprende medir la temperatura ambiente alrededor del recipiente, usándose la temperatura ambiente para ajustar el caudal con el fin de lograr la tasa predeterminada de incremento de presión de gas en el interior del recipiente. En otra realización, la etapa de medición (b) comprende medir la temperatura del gas antes de comprimir el gas en el interior del recipiente, usándose la temperatura del gas antes de comprimirlo en el interior del recipiente, usándose para ajustar el caudal con el fin de lograr la tasa predeterminada de aumento de la presión de gas en el interior del recipiente.

La invención también engloba un aparato para el llenado de un recipiente con un gas. El aparato comprende una fuente del gas y un medio de compresión para comprimir el gas. El medio de compresión tiene un caudal másico variable y una entrada y una salida. Un primer conducto conecta la fuente y la entrada, y un segundo conducto conecta la salida y el recipiente. Un controlador vigila el caudal másico del medio de compresión. Un transductor mide el valor de la presión de gas en el interior del recipiente. Además, un transductor puede medir el valor de un parámetro seleccionado entre el grupo que consiste en temperatura de gas, temperatura ambiente y sus combinaciones. El controlador recibe señales eléctricas procedentes del transductor y usa las señales eléctricas para controlar el caudal másico del medio de compresión para llenar el recipiente a partir de la fuente.

Breve descripción de las diferentes vistas de los dibujos La Figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato para el llenado de un recipiente con un gas de acuerdo 25 con la invención; y

La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra un método para el llenado de un recipiente con un gas de acuerdo con la invención.

Descripción detallada de la invención La Figura 1 muestra, de forma esquemática, un aparato 10 para llenar un recipiente 12 con un gas 14. El aparato 10 comprende una fuente 16 de gas 14. El gas 14 se puede almacenar en forma de líquido 15 o como gas 14 en la fuente. La fuente 16 está conectada en comunicación fluida con la entrada 18 de un medio 20 de compresión de fluido por medio de un conducto 22. El medio 20 de compresión de fluido comprende una bomba de caudal másico variable o compresor según sea apropiado, dependiendo de si se suministra un líquido o un fluido gaseoso a la entrada 18. Se puede usar un compresor de caudal másico variable o bomba para líquidos, mientras que se usa un compresor de caudal másico variable para la alimentación de gas hasta la entrada. El caudal másico de estas bombas y compresores se varía normalmente por medio de la variación de la velocidad de la bomba o compresor.

El flujo de fluido (fluido 15 o gas 14) procedente de la fuente 16 hasta la entrada 18 del medio de compresión se controla por medio de una válvula 24 ubicada dentro del conducto 22 entre la fuente y el medio de compresión. El medio de compresión 20 tiene una salida 26 que puede estar conectada en comunicación fluida con el recipiente 12 por medio de un conducto 28. Si se suministra el líquido 15 desde el medio de compresión 20 hasta el conducto 28,

entonces el vaporizador 29 se encuentra en comunicación fluida con el conducto 28 para modificar el estado del fluido hasta el gas 14. Para aplicaciones prácticas, el conducto 28 tiene un acoplamiento 30 que se puede conectar de forma estanca y desconectar a partir del recipiente 12. Se puede controlar el flujo de líquido 15 o gas 14 procedente de la salida 26 del medio de compresión por medio de una válvula 32 en el conducto 28. También se puede conectar la fuente 16 al recipiente directamente usando un conducto 34. Se usa una válvula 36 en el conducto 34 para controlar el flujo de gas... [Seguir leyendo]

1. Un método de llenado de un recipiente (12) con un gas a una tasa predeterminada de incremento de presión de gas, comprendiendo dicho método: 5

(a) comprimir dicho gas en el interior de dicho recipiente (12) usando un medio de compresión (20) ;

(b) medir un valor instantáneo de presión de gas en el interior del recipiente (12) ;

(c) generar señales eléctricas indicadoras del valor instantáneo de presión de gas en el interior del recipiente (12) ;

(d) transmitir las señales eléctricas a un controlador (52) ;

caracterizado por

comprimir dicho gas en la etapa (a) en el interior de dicho recipiente (12) a un caudal predeterminado usando un medio de compresión (20) que tiene un caudal másico variable;

(e) usar las señales eléctricas para variar el caudal del medio de compresión (20) de acuerdo con un algoritmo usado por el controlador (52) para ajustar dicho caudal de dicho gas al interior de dicho recipiente (12) para conseguir dicha tasa predeterminada de incremento de presión de gas; y

(f) repetir las etapas (b) a (e) hasta que dicho recipiente (12) se llene con dicho gas.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha tasa predeterminada de incremento comprende una tasa de cambio constante.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha tasa predeterminada de incremento comprende una

tasa de cambio que aumenta a una tasa creciente. 25

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha tasa predeterminada de incremento comprende una tasa de cambio que aumenta según una tasa decreciente.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, donde se proporciona dicho caudal de acuerdo con la relación: Caudal del Medio de Compresión (n+1) = Caudal del Medio de Compresión (n) + (Tasa Objetivo de Incremento de Presión -Tasa Medida de Incremento de Presión) x K, donde K es la ganancia del controlador (52) .

6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores que además comprende medir la temperatura de gas instantánea en el interior de dicho recipiente (12) , usándose dicha temperatura de gas dentro de

dicho recipiente (12) para ajustar dicho caudal para lograr dicha tasa predeterminada de incremento de dicha presión de gas en el interior de dicho recipiente (12) .

7. Un método de acuerdo con la Reivindicación 6, donde dicha tasa predeterminada de incremento de dicha presión de gas en el interior de dicho recipiente (12) se mantiene en 35 MPa/min cuando dicha temperatura de gas en el interior de dicho recipiente (12) es menor que 65, 6 ºC, y cuando dicha temperatura de gas en dicho recipiente (12) supera 65, 6 ºC dicha tasa de incremento de presión se reduce de acuerdo con la fórmula: tasa de incremento de presión = (85[ºC] -temperatura del gas [ºC]) x 0, 555 [MPa/min ºC].

8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores, que además comprende medir la

temperatura ambiente que rodea a dicho recipiente (12) , usándose dicha temperatura para ajustar dicho caudal para lograr dicha tasa predeterminada de incremento de dicha presión de gas en el interior de dicho recipiente (12) .

9. Un método de acuerdo con la Reivindicación 8, donde si la temperatura ambiente es menor que 15 ºC entonces la tasa predeterminada de incremento se mantiene en 10 MPa/min, y si dicha temperatura ambiente es mayor que 15 ºC y menor que 30 ºC, entonces la tasa predeterminada de incremento se mantiene en 7, 5 MPa/min, y si dicha temperatura es mayor que 30 ºC, entonces dicha tasa predeterminada de incremento se mantiene en 5 MPa/min.

10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores que además comprende medir la temperatura de dicho gas antes de comprimir dicho gas en el interior de dicho recipiente (12) , usándose dicha

temperatura de dicho gas antes de dicha compresión en el interior de dicho recipiente (12) para ajustar dicho caudal con el fin de lograr dicha tasa predeterminada de incremento de dicha presión de gas en el interior de dicho recipiente (12) .

11. Un método de acuerdo con la Reivindicación 10, donde si dicha temperatura de gas es menor que 15 ºC, entonces dicha tasa predeterminada de incremento se mantiene en 10 MPa/min, y si dicha temperatura de gas es mayor que 15 ºC y menor que 30 ºC, entonces dicha tasa predeterminada de incremento se mantiene en 7, 5 MPa/min, y si dicha temperatura de gas es mayor que 30 ºC entonces dicha tasa predeterminada de incremento se mantiene en 5 MPa/min.

12. Un método de acuerdo con una cualquiera de las Reivindicaciones anteriores, que además comprende: proporcionar un depósito que contiene dicho gas a una primera temperatura de gas y una primera presión de gas; hacer fluir el gas desde dicho depósito al interior de dicho recipiente (12) hasta que la presión de gas dentro del recipiente (12) sea igual a una segunda presión de gas, siendo dicha segunda presión de gas sustancialmente igual a dicha presión de gas en el interior de dicho depósito.

13. Un aparato (10) para llenar un recipiente (12) con un gas, comprendiendo dicho aparato (10) :

una fuente (16) de dicho gas;

un medio de compresión (20) para comprimir dicho gas, teniendo dicho medio de compresión (20) una entrada (18) y una salida (26) ; un primer conducto (22) conectado entre dicha fuente (16) y dicha entrada (18) ; un segundo conducto (28) conectable entre dicha salida (26) y dicho recipiente (12) ; un controlador (52) ; y

un transductor (44) que mide el valor de la presión de gas dentro del recipiente (12) ;

caracterizado por que dicho medio de compresión (20) tiene un caudal másico variable;

dicho controlador (52) controla dicho caudal másico de dicho medio de compresión (20) ; y dicho controlador (52) recibe señales eléctricas procedentes de dicho transductor (44) , usando dicho controlador (52) dichas señales eléctricas para controlar el caudal másico de dicho medio de compresión (20) para aumentar la presión de gas en el interior del recipiente (12) a una tasa de cambio predeterminada.

14. Un aparato (10) de acuerdo con la Reivindicación 13, que además comprende:

una primera válvula (36) ubicada en el interior de un tercer conducto (34) que controla el flujo de gas entre dicha fuente (16) y dicho recipiente (12) ; una segunda válvula (24) ubicada en el interior de dicho primer conducto (22) que controla el flujo de gas entre dicha fuente (16) y dicha entrada (18) de medio de compresión; una tercera válvula (32) ubicada en el interior de dicho segundo conducto (28) que controla el flujo de gas entre dicha salida (26) de medio de compresión y dicho recipiente (12) , ejerciendo dicho controlador (52) el control de dichas válvulas primera (36) , segunda (24) y tercera (32) .

15. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las 1. a 14 que además comprende al menos uno de un transductor de temperatura (48) que mide una temperatura de gas dentro de dicho recipiente (12) , un transductor de temperatura (50) que mide la temperatura de gas antes de entrar en dicho recipiente (12) , y un transductor de temperatura (46) que mide la temperatura ambiente que rodea a dicho recipiente (12) .

16. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las 1. a 15, donde dicho medio de compresión (20) está seleccionado entre el grupo que consiste en una bomba y un compresor.