Método y aparato de diagnóstico para un sistema de suministro de gas sometido a presión.

Un método de diagnóstico de acuerdo con esta invención, incluyendo dicho método las etapas de:

a. determinación de una tasa de aumento deseada para llenar un recipiente receptor de gas desde un suministro de gas comprimido;

b. el comienzo del flujo de gas hacia dicho recipiente receptor;

c. la monitorización de manera continua de la presión de gas que entra en dicho recipiente receptor; y

d. la discontinuación del flujo de gas hacia dicho recipiente receptor en el caso en que la presión real que se está monitorizando se desvía en una cantidad no deseada desde una presión pretendida a la tasa de aumento deseada.

Método y aparato de diagnóstico para un sistema de suministro de gas sometido a presión Esta invención se refiere de forma general a un sistema para suministrar gas comprimido a un tanque o recipiente receptor y, más específicamente, a un método y aparato de diagnóstico para cerrar el suministro de gas al recipiente si, durante el ciclo de llenado, la presión del gas en el recipiente se desvía en una cantidad no deseada desde la presión pretendida a una tasa de aumento deseada (es decir, un incremento de presión deseado en la manguera o línea de alimentación de combustible por unidad de tiempo durante el ciclo de llenado) . La tasa de aumento deseada directamente se relaciona con a la tasa de llenado deseada.

En la técnica se conocen numerosos sistemas de suministro empleados para llenar un tanque o recipiente receptor con gas comprimido. Estos sistemas incluyen procesos y sistemas de llenado en cascada que emplean múltiples recipientes de almacenamiento a alta presión para cargar un recipiente o tanque receptor a menor presión, como se ejemplifica en la Patente Norteamericana Nº 6.779.568 de Borck. La patente `568 divulga que, para un tiempo de llenado constante, la temperatura de pico del gas en el tanque receptor será menor cuando se utiliza primero un recipiente de almacenamiento a menor presión durante el proceso de llenado en cascada. De este modo, la patente `568 enseña a controlar el orden en el cual se utilizan los recipientes de almacenamiento basado en la diferencia en la presión en el interior de esos recipientes.

También se sabe que puede limitarse el aumento de temperatura en un tanque receptor mediante la regulación de la tasa de llenado, especialmente al inicio del proceso de llenado cuando la tasa de aumento de temperatura es la mayor, como se ejemplifica en las enseñanzas de la Patente Norteamericana Nº 5.901.758 de Hwang et al, y en la Patente Norteamericana Nº 6.598.624 de Togasawa et al.

Las patentes identificadas anteriores son sólo representativas de muchos tipos de sistemas de suministro de gas divulgados en la técnica anterior para el llenado de un tanque o recipiente receptor.

Es muy deseable, y por supuesto muy importante, que se controle el caudal de gas hacia el tanque o recipiente receptor para impedir un sobrecalentamiento del recipiente. Además, es deseable mantener el caudal a un nivel suficiente para evitar un tiempo de llenado excesivamente largo, una situación adversa para la adopción por el público del uso de combustible gaseoso para vehículos.

De este modo, la operación de llenado de un tanque o recipiente receptor con gas comprimido es un proceso en el cual la masa de gas dirigida hacia el tanque o recipiente y el tiempo total para el llenado del tanque o recipiente deberían optimizarse, dado que estas últimas variables tienen impacto sobre la presión y temperatura instantáneos en el tanque receptor. Si la tasa de llenado es demasiado alta, el tanque receptor puede sobrecalentarse. El sobrecalentamiento se produce como resultado tanto de la compresión adiabática del gas como, cuando el gas es hidrógeno o helio, por el efecto de inversión Joule - Thompson. El calor de compresión es parcialmente compensado por el enfriamiento de la expansión isoentrópica en el interior del recipiente de almacenamiento. Por otra parte, para gases diferentes que el hidrógeno y el helio, tiene lugar un efecto Joule - Thompson convencional que puede mitigar aún más el sobrecalentamiento resultante del impacto de la compresión adiabática del gas en el tanque receptor. Sin embargo, incluso cuando se carga un tanque o recipiente receptor con gases diferentes que el hidrógeno y el helio, la compresión adiabática del gas en el tanque receptor crea una preocupación asociada al sobrecalentamiento, lo que requiere, por lo tanto, que la tasa de llenado se controle cuidadosamente.

El control de la operación de llenado es complicado cuando el tanque o recipiente receptor no incluye ninguna instrumentación para proporcionar datos sobre la presión y temperatura instantáneos del gas en el interior del tanque o recipiente. Bajo esas circunstancias, un método para controlar la tasa de llenado ha sido regular la tasa de llenado con base en la temperatura ambiente, actuando sobre una o más válvulas de control para regular el caudal de gas hacia el tanque receptor. Como se muestra en la Figura 5 de la Patente norteamericana 6.786.245 cedida al mismo cesionario que la presente solicitud, un controlador lógico programable (PLC) puede tomar información sobre la presión (a partir de la manguera de suministro, que indirectamente mide o refleja la presión en el tanque receptor) y sobre la temperatura ambiente, y entonces regular la tasa fijada del regulador de presión programable utilizando un controlador corriente / presión (I/P) . Aunque este sistema puede lograr su función pretendida, existe la posibilidad de mal funcionamiento asociado a la válvula de control, al PLC y / o al controlador I/P. Por ejemplo, el regulador de presión podría fallar al abrir la cantidad requerida para establecer una tasa de llenado deseada, dando como resultado, por lo tanto, un tiempo de llenado más largo que el que se desea para lograr la presión deseada en el tanque receptor. Más significativo, la válvula de control podría también abrir más que la cantidad requerida, creando de este modo una tasa de llenado excesivamente alta, generando una condición insegura debida a un aumento de temperatura excesivo en el interior del tanque receptor. Dado que el sistema divulgado en la patente `245 no incluye ningún bucle de realimentación desde el tanque receptor, pueden producirse las anteriores y otras disfunciones en el sistema de suministro, sin detectarse.

La Solicitud de Patente Norteamericana 2004/0163731, cedida al mismo cesionario que la presente solicitud, divulga un sistema de llenado de gas, pero sin la capacidad de monitorizar la tasa de llenado en relación con los límites fijados y de discontinuar la operación de llenado si la tasa de llenado está fuera de los límites prefijados.

En la carga de gas natural comprimido (GNC) , la Patente Norteamericana Nº 5.238.030 divulga la acción tomada por un sistema de carga de combustible cuando la variación en el tiempo de la presión de salida excede un cierto límite predeterminado, lo cual podría indicar una pérdida "repentina" de presión de salida (por ejemplo, debido a la ruptura de la manguera de suministro) .

La Patente Norteamericana Nº 5.029.622 describe un sistema de carga de combustible GNC que incluye alteraciones en el estado de operación del sistema cuando la medición de presión se desvía desde un valor fijado, estando determinada esa desviación en base a un cambio en la temperatura ambiente.

El documento US Nº 5.570.729 (EP1806530) divulga un método para llenar un contenedor de volumen desconocido con gas natural, el cual incluye las etapas de introducción de una pequeña cantidad conocida de gas desde un suministro a presión mediante una línea de suministro equipada con una válvula de control para abrir y cerrar la línea de suministro y la determinación del cambio de presión resultante y, sobre la base de éste, el cálculo de cuánto más gas necesita añadirse y la continuación del añadido de esa cantidad de gas en una serie de etapas secuenciales con una medición de la presión resultante después de cada una. En una etapa final, se determina y se añade la masa de gas necesaria para completar el llenado.

En resumen, una serie de sistemas de suministro incluyen varios dispositivos y técnicas para controlar la tasa de llenado de gas en un tanque o recipiente receptor. Sin embargo, hasta la presente invención, no ha habido una manera efectiva para detectar un mal funcionamiento que da como resultado una tasa de llenado inaceptablemente alta o inaceptablemente baja sin el uso de instrumentación de realimentación sobre el tanque receptor. Como se aborda en detalle a partir de este momento, la presente invención proporciona un método y un aparato de autodiagnóstico para detectar cuándo la tasa de llenado está fuera de un rango deseado, señalando por lo tanto un posible mal funcionamiento del sistema de suministro, y para cerrar el suministro de gas hacia el tanque receptor cuando se detecta una condición como tal.

De acuerdo tanto con el método como con el aparato de esta invención, puede emplearse información disponible a partir de un sistema de suministro de gas sometido a presión para impedir una tasa de llenado ya sea excesivamente alta como excesivamente baja hacia un tanque receptor, sin el uso de instrumentación de realimentación sobre el tanque receptor. Es extremadamente importante evitar una tasa de llenado excesivamente alta, lo cual se refleja en una... [Seguir leyendo]

1. Un método de diagnóstico de acuerdo con esta invención, incluyendo dicho método las etapas de:

a. determinación de una tasa de aumento deseada para llenar un recipiente receptor de gas desde un suministro de gas comprimido;

b. el comienzo del flujo de gas hacia dicho recipiente receptor;

c. la monitorización de manera continua de la presión de gas que entra en dicho recipiente receptor; y

d. la discontinuación del flujo de gas hacia dicho recipiente receptor en el caso en que la presión real que se está monitorizando se desvía en una cantidad no deseada desde una presión pretendida a la tasa de aumento deseada.

2. El método de diagnóstico de la reivindicación 1, en el cual la etapa de determinación de la tasa de aumento deseada se lleva a cabo determinando la temperatura ambiente y fijando la tasa de aumento con base en esa temperatura.

3. El método de diagnóstico de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, incluyendo la etapa de comparación de la presión real con la presión pretendida a la tasa de aumento deseada en un controlador de flujo programable, y el empleo de dicho controlador para discontinuar el flujo de gas hacia dicho recipiente receptor en el caso en que la presión real se desvíe desde la presión pretendida en dicha cantidad no deseada.

4. El método de diagnóstico de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la etapa de discontinuación del flujo de gas hacia dicho recipiente receptor es llevada a cabo mediante la discontinuación del flujo de gas sólo después de que la presión real se desvía de la presión pretendida a la tasa de aumento deseada en dicha cantidad no deseada para un período predeterminado de tiempo.

5. El método de diagnóstico de la reivindicación 4, en el cual dicho período de tiempo predeterminado es mayor que cero segundos.

6. El método de diagnóstico de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual dicha cantidad no deseada es una cantidad que alcanza o excede una desviación porcentual en presión desde la presión pretendida a la tasa de mejora deseada.

7. El método de diagnóstico de la reivindicación 6, en el cual dicha desviación porcentual es una desviación porcentual tanto por encima como por debajo de dicha presión pretendida.

8. El método de diagnóstico de la reivindicación 6 o de la reivindicación 7, en el cual dicha desviación porcentual es una es una desviación porcentual fija a partir de la presión pretendida en todo el ciclo de llenado.

9. El método de diagnóstico de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el cual dicha desviación porcentual es una desviación variable que se varía a partir de la presión pretendida a diferentes niveles de presión pretendida.

10. El método de diagnóstico de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual dicha cantidad no deseada es una desviación absoluta en presión desde la presión pretendida.

11. El método de diagnóstico de la reivindicación 10, en el cual dicha desviación absoluta en presión está tanto por encima como por debajo de la presión pretendida a dicha tasa de aumento deseada.

12. El método de diagnóstico de la reivindicación 10 o de la reivindicación 11, en el cual dicha desviación absoluta en presión desde la presión pretendida se desvía durante el ciclo de llenado.

13. Un sistema de suministro de gas sometido a presión (10) que incluye:

a. una fuente de gas comprimido (12) ;

b. una línea de suministro (22) adaptada para comunicarse con un recipiente receptor (24) que suministra gas comprimido a dicho recipiente receptor (24) desde la fuente de gas comprimido (12) ;

c. una válvula de control (28) en la línea de suministro (22) operable entre condiciones abierta y cerrada para controlar el flujo de gas a través de dicha línea de suministro (22) hacia el recipiente receptor (24) ;

d. un controlador de flujo (26) que controla la operación del sistema de suministro (10) para suministrar gas comprimido desde la fuente de gas comprimido (12) al recipiente receptor (24) a través de la línea de suministro (22) y la válvula de control (28) a una tasa de aumento deseada, siendo operable también dicho controlador de flujo (26) para cerrar la válvula de control (28) en el caso de un mal funcionamiento que da como resultado que la presión del gas que es dirigido hacia el recipiente receptor (24) se desvía desde una presión pretendida a la tasa de aumento deseada en una cantidad no deseada;

e. un monitor de presión (34) aguas abajo de la válvula de control (28) para medir de forma continua la presión del gas que se dirige hacia el recipiente receptor (24) y transmitir de forma continua una señal

representativa de dicha presión de gas a dicho controlador de flujo (26) , comparando dicho controlador de flujo (26) la presión real de gas con la presión pretendida a la tasa de aumento deseada y operando la válvula de control (28) hasta una posición completamente cerrada si la presión real se desvía desde la presión pretendida en dicha cantidad no deseada.

14. El sistema de suministro de gas sometido a presión (10) de la reivindicación 13, en el cual dicho controlador de flujo (26) es un controlador lógico programable, y los datos que representan el valor indeseado de desviación se comunican con dicho controlador (26) .

15. El sistema de suministro de gas sometido a presión (10) de la reivindicación 13 o reivindicación 14, en el cual dicho controlador es un controlador lógico programable (26) operable para controlar la operación del sistema de suministro (10) para suministrar gas comprimido desde la fuente de gas comprimido (12) al recipiente receptor (24) a través de la línea de suministro (22) y la válvula de control (28) , a una tasa de aumento deseada con base en un parámetro predeterminado.

16. El sistema de suministro de gas sometido a presión (10) de la reivindicación 15, en el cual dicho parámetro predeterminado es la temperatura ambiente.

17. El sistema de suministro de gas sometido a presión (10) de la reivindicación 16, que incluye un transmisor de temperatura (35) para transmitir al controlador lógico programable (26) datos correspondientes a la temperatura ambiente, estando programado dicho controlador (26) para comparar los datos correspondientes a la temperatura ambiente con otros datos en comunicación con dicho controlador (26) y, con base en dicha comparación, controlando dicho controlador (26) la operación del sistema de suministro (10) para suministrar gas comprimido hacia el recipiente receptor (24) a través de la línea de suministro (22) y la válvula de control (28) a la tasa de aumento deseada.

18. El sistema de suministro de gas sometido a presión (10) de la reivindicación 17, en el cual dicho otro dato es una temperatura prefijada.

19. El sistema de suministro de gas sometido a presión (10) de la reivindicación 17 o de la reivindicación 18, en el cual dicho otro dato son tasas de aumento deseadas predeterminadas a diferentes temperaturas ambiente.

20. El sistema de suministro de gas sometido a presión (10) de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 19, estando dicho controlador de flujo (26) conectado de forma operativa a la válvula de control (28) a través de un controlador I/P (30) .

21. El sistema de suministro de gas sometido a presión (10) de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 20, en el cual dicha fuente de gas comprimido (12) incluye una pluralidad de recipientes de almacenamiento a alta presión (14, 16, 18) que incluyen gas comprimido en su interior, estando dicha línea de suministro (22) en comunicación fluida con uno o más de la pluralidad de recipientes de almacenamiento a alta presión (14, 16, 18) a través de uno o más dispositivos de control de flujo (14A, 16A, 18A) aguas arriba de dicha válvula de control (28) .

22. El sistema de suministro de gas sometido a presión (10) de la reivindicación 21, que incluye una pluralidad de conductos de recepción de gas (14B, 16B, 18B) aguas arriba de dicha línea de suministro (22) , estando cada uno de dicho conductos de recepción (14B, 16B, 18B) en comunicación fluida con por lo menos un recipiente de almacenamiento a alta presión (14, 16, 18) para recibir gas comprimido desde dicho por lo menos un recipiente de almacenamiento a alta presión (14, 16, 18) , y estando también en comunicación fluida con un dispositivo de control de flujo (14A, 16A, 18A) aguas arriba de dicha válvula de control (28) , estando cada uno de dichos conductos de recepción (14B, 16B, 18B) en comunicación fluida con dicha línea de suministro (22) a través de un dispositivo de control de flujo (14A, 16A, 18A) , operando dicho controlador de flujo (26) uno o más dispositivos de control de flujo (14A, 16A, 18A) para controlar el suministro de gas comprimido al recipiente receptor (24) a través de la línea de suministro (22) y la válvula de control (28) a la tasa de aumento deseada.