Método y aparato para controlar la presión de fluidos.

Un método para controlar la presión de un fluido en un recipiente rígido,

que comprende el control de lacapacitancia de un condensador (101, 201, 301, 401, 501, 1301, 1401) que comprende un dieléctrico sólido, elásticoy deformable (104, 1304) que separa un primer y un segundo elemento conductor (102, 103, 1302, 1303), estando elcondensador expuesto a dicho fluido presurizado de forma que la distancia entre los elementos conductores y, deeste modo, la capacitancia del condensador cambie con la compresión o relajación del dieléctrico en respuesta a loscambios en la presión del fluido, caracterizado por que el dieléctrico es un material polimérico que tiene un módulode compresibilidad (K) de 1 a 10 GPa que está al menos sustancialmente exento de poros o células abiertas ocerradas, y al menos en ocasiones la presión del fluido que se está controlando es de al menos 2 MPa (20 bares)pero no supera los 100 MPa (1000 bares).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E06254058.

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: DOWNIE,NEIL, PRADIER,MATHILDE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F17C13/02 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). › F17C 13/00 Detalles de los recipientes, o de su llenado o vaciado. › Adaptaciones especiales de los dispositivos indicadores de medida o de control (medida en general G01).
  • F17C13/04 F17C 13/00 […] › Disposición o montaje de válvulas (válvulas en sí F16K).
  • G01L9/00 FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01L MEDIDA DE FUERZAS, TENSIONES, PARES, TRABAJO, POTENCIA MECANICA, RENDIMIENTO MECANICO O DE LA PRESION DE LOS FLUIDOS (pesado G01G). › Medida de la presión permanente, o cuasi-permanente de un fluido o de un material sólido fluyente por elementos eléctricos o magnéticos sensibles a la presión; Transmisión o indicación por medios eléctricos o magnéticos del desplazamiento de los elementos mecánicos sensibles a la presión, utilizados para medir la presión permanente o cuasi-permanente de un fluido o de un material sólido fluyente (medida de las diferencias entre dos o más valores de la presión G01L 13/00; medida simultánea de dos o más valores de la presión G01L 15/00).
  • G01L9/12 G01L […] › G01L 9/00 Medida de la presión permanente, o cuasi-permanente de un fluido o de un material sólido fluyente por elementos eléctricos o magnéticos sensibles a la presión; Transmisión o indicación por medios eléctricos o magnéticos del desplazamiento de los elementos mecánicos sensibles a la presión, utilizados para medir la presión permanente o cuasi-permanente de un fluido o de un material sólido fluyente (medida de las diferencias entre dos o más valores de la presión G01L 13/00; medida simultánea de dos o más valores de la presión G01L 15/00). › haciendo uso de las variaciones de capacidad.
  • H01G5/013 ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01G CONDENSADORES; CONDENSADORES, RECTIFICADORES, DETECTORES, CONMUTADORES O DISPOSITIVOS FOTOSENSIBLES O SENSIBLES A LA TEMPERATURA, DEL TIPO ELECTROLITICO (empleo de materiales especificados por sus propiedades dieléctricas H01B 3/00; condensadores con una barrera de potencial o una barrera de superficie H01L 29/00). › H01G 5/00 Condensadores en los cuales la capacidad se varía por medios mecánicos, p. ej. por giro de un eje; Procesos para su fabricación. › Dieléctricos.

PDF original: ES-2442249_T3.pdf

 

Método y aparato para controlar la presión de fluidos.

Fragmento de la descripción:

Método y aparato para controlar la presión de fluidos La presente invención se refiere a métodos y aparatos para controlar y suministrar fluidos presurizados, en particular métodos y aparatos que pueden aplicarse en sistemas donde están presentes fluidos de presión relativamente alta (por ejemplo, 20 bares (2 MPa) o más) , tales como, por ejemplo, plantas de fabricación que utilizan fluidos de alta presión o el suministro de fluidos en cilindros de alta presión.

Se conocen diversos tipos de sensores para detectar la presión en un fluido. El tipo más convencional usa un diafragma elástico equipado con elementos extensométricos (a veces denominados piezorresistivos) . Sin embargo, aunque uno de los sensores de presión con menor coste se fabrica actualmente, estos sensores tienden a ser relativamente grandes, y tienen una estructura mecánica que, aunque producible por métodos fotolitográficos de producción en masa, sigue siendo relativamente compleja y cara de fabricar. También tienen un cierto grado de fragilidad y requieren una compensación en la temperatura y en la calibración antes de que puedan usarse.

También son conocidos los sensores de presión que comprenden un diafragma elástico y flexible y que utilizan la capacitancia en su mecanismo. Por ejemplo, el documento US 4.204.244 describe un sensor de presión que puede usarse en motores de combustión interna de automóviles, que comprende un diafragma flexible y un miembro de base rígida separados en sus circunferencias por una pared anular. El diafragma y el miembro de base portan cada uno un electrodo y un vacío de referencia se almacena en el espacio cerrado formado por el diafragma, la base y la pared, los cambios en la presión externa provocando que el diafragma se flexione cambiando así la capacitancia del sensor.

Otros sensores de presión, usados más a menudo en agua y conocidos comúnmente como hidrófonos, emplean un sólido piezoeléctrico como su elemento activo. Sin embargo, estos sensores solo pueden usarse para valores de presión que cambien rápidamente, en un espacio temporal de segundos o menos, ya que sufren una desviación rápida del cero.

El documento US 4.924.701 describe un sensor de presión para usarlo en entornos de alta presión, tales como depósitos de petróleo subterráneos, para detectar pequeños cambios en la presión. El sensor comprende un primer y un segundo condensador definidos por una primera y una segunda placa fija del condensador a cada lado de una placa común del condensador, con un medio dieléctrico gaseoso entre las placas. Las placas y el medio gaseoso se encierran en un alojamiento que incluye un diafragma que se flexiona cuando se miden los cambios en la presión del fluido, provocando así que el medio dieléctrico gaseoso se comprima o expanda cambiando su constante dieléctrica y, por tanto, la capacitancia total del sistema. El sustrato que soporta la placa común del condensador se flexiona con los cambios térmicos, permitiendo así que dichos cambios se detecten mediante el cambio relativo en la capacitancia del primer y del segundo condensador.

El documento DE 3023218A1 describe un sensor capacitivo de presión que comprende dos revestimientos conductores eléctricamente separados por una capa elástica y aislante eléctricamente que contiene inclusiones de gas. A medida que la presión aumenta, la capa aislante y las inclusiones de gas se comprimen, aumentando la capacitancia del sensor. Las inclusiones de gas se usan para reducir el módulo elástico del dieléctrico y aumentar así la sensibilidad del sensor. En una realización, se usa una película estirada de polipropileno como capa aislante, y en otra se usan partículas de caucho molido. No se proporciona ningún ejemplo del uso del sensor.

El documento US 2004/0159158 A1 describe un sensor capacitivo de presión similar, que comprende un par de placas conductoras separadas por un dieléctrico compresible, para usarlo en la detección de la presión dentro de un neumático de coche. Se sugiere el uso de un sensor de temperatura independiente, tal como un anemómetro, dispositivo semiconductor, dispositivo químico o termistor, para permitir la compensación térmica. También se describen técnicas para corregir la fuerza centrípeta. Se sugiere el material de espuma de silicona, el material de caucho, el material de caucho sintético, el neopreno, la espuma de poliuretano y la espuma de politetrafluroetileno (PTFE) como dieléctricos adecuados. En una realización ejemplar, se usa caucho de espuma de silicona.

El documento US 4.545.254 describe un sensor capacitivo adicional en el que los electrodos están separados por un material dieléctrico que se selecciona de materiales cerámicos ferroeléctricos de pirocloro específicos. Se indica que el sensor es adecuado para usarlo a temperaturas criogénicas pero no se proporciona ninguna indicación adicional de los usos previstos o adecuados del sensor.

El documento US 3.787.764 describe un sensor capacitivo de presión, que comprende un par de electrodos separados por un material dieléctrico sólido para usarlo en la medición de la presión del fluido en un contenedor. El condensador se usa para medir las presiones del fluido hasta 35.000 psi (240 MPa) . En las realizaciones ilustradas, se usa un cristal iónico de fluoruro de calcio como material dieléctrico sólido.

El documento US 4.459.856 describe un sistema transductor de presión capacitivo que comprende un condensador de referencia y un condensador sensible a la presión. Ambos condensadores comprenden una primera y una

segunda capa conductora eléctricamente separadas por un dieléctrico compresible, estando la compresión del dieléctrico del condensador de referencia restringida por una porción de pared aislante. Los condensadores forman parte de un circuito que proporciona una salida de tensión correlacionada con la diferencia en la capacitancia entre los dos condensadores.

El documento US 2004/0164868 describe un dispositivo de extinción de fuego por dióxido de carbono que comprende un dispositivo de medición capacitivo para detectar la pérdida de gas del tanque de presión de dióxido de carbono. El dispositivo de medición capacitivo comprende una sonda, que preferiblemente se extiende a toda la altura del recipiente a presión, y que comprende dos electrodos tubulares coaxiales con dióxido de carbono líquido, gaseoso o supercrítico formando el dieléctrico intermedio.

El documento KR20040100001 describe un aparato de respiración que comprende un cilindro de aire de alta presión, un sensor de presión para medir la presión del aire y una unidad de transmisión para transmitir la presión restante a una unidad de visualización inalámbrica de la interfaz de la unidad de respiración.

El documento GB 2111749 describe un condensador de potencia que comprende una pluralidad de elementos condensadores. Los elementos condensadores comprenden una primera y una segunda lámina enrolladas entre sí, un material dieléctrico sólido que comprende películas poliméricas que separan la primera y la segunda lámina entre sí. La película polimérica es preferiblemente polipropileno. Otros polímeros que pueden usarse son polietileno, copolimerizados de etileno y propileno y polimetilpentano, policarbonato, tereftalato de polietilenglicol y poliimida.

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un método para controlar la presión de un fluido dentro de un recipiente rígido, que comprende el control de la capacitancia de un condensador que comprende un dieléctrico sólido, elástico y deformable que separa el primer y el segundo elemento conductor, estando el condensador expuesto a dicho fluido presurizado de forma que la distancia entre los elementos conductores y, de este modo, la capacitancia del condensador, cambie con la compresión o relajación del dieléctrico en respuesta a los cambios en la presión del fluido, en el que el dieléctrico es un material polimérico que tiene un módulo de compresibilidad (K) de 1 a 10 GPa que está al menos sustancialmente exento de poros o células abiertas o cerradas.

En ocasiones, el fluido que se está controlando tiene al menos una presión relativamente alta, es decir, una presión de al menos 20 bares (2 MPa) , pero no supera los 1000 bares (100 MPa) . Preferiblemente, la presión del fluido no supera los 300 bares (30 MPa) . El recipiente rígido puede ser de cualquier tipo adecuado para contener y/o transferir fluidos presurizados, tales como por ejemplo un conducto, un tanque contenedor, una columna de separación, un depósito de almacenamiento y un cilindro de gas portátil entre otros. Evidentemente, el recipiente debe ser adecuado para soportar las presiones del fluido en el intervalo en el... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para controlar la presión de un fluido en un recipiente rígido, que comprende el control de la capacitancia de un condensador (101, 201, 301, 401, 501, 1301, 1401) que comprende un dieléctrico sólido, elástico y deformable (104, 1304) que separa un primer y un segundo elemento conductor (102, 103, 1302, 1303) , estando el condensador expuesto a dicho fluido presurizado de forma que la distancia entre los elementos conductores y, de este modo, la capacitancia del condensador cambie con la compresión o relajación del dieléctrico en respuesta a los cambios en la presión del fluido, caracterizado por que el dieléctrico es un material polimérico que tiene un módulo de compresibilidad (K) de 1 a 10 GPa que está al menos sustancialmente exento de poros o células abiertas o cerradas, y al menos en ocasiones la presión del fluido que se está controlando es de al menos 2 MPa (20 bares) pero no supera los 100 MPa (1000 bares) .

2. El método de la reivindicación 1, en el que el dieléctrico comprende un policarbonato, polipropileno, poliestireno, poliéster y/o un polímero politetrafluroetileno.

3. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el recipiente es un contenedor (503, 1402) adecuado para almacenar fluidos presurizados durante el transporte desde una estación de servicio hasta un punto en el que se dispensa el fluido, comprendiendo el recipiente medios para dispensar el fluido presurizado.

4. El método de la reivindicación 3, en el que el contenedor (503, 1402) es una botella o un cilindro de gas portátil y recargable.

5. El método de las reivindicaciones 3 o 4, en el que el contenedor va acompañado de un dispositivo (1404) operativo para transmitir una señal cuando la capacitancia indique que la presión del fluido en el contenedor ha disminuido por debajo de un nivel predeterminado, comprendiendo el método el control de dicha señal.

6. El método de la reivindicación 5, en el que el dispositivo (1404) está operativo para transmitir una señal inalámbrica.

7. El método de cualquier reivindicación precedente, en el que la presión del fluido no supera los 30 MPa (300 bares) .

8. El método de cualquier reivindicación precedente, en el que el método comprende adicionalmente el control de la capacitancia de un segundo condensador (302, 402) que comprende un primer y un segundo elemento conductor separados por un dieléctrico sólido, elástico y deformable, estando el segundo condensador situado de forma que no esté expuesto al fluido presurizado para proporcionar una capacitancia de referencia independiente de los cambios en la presión del fluido.

9. El método de la reivindicación 8, en el que el primer y el segundo condensador forman parte de un circuito (309, 1402) que proporciona una salida de tensión correlacionada con la diferencia en la capacitancia entre los dos condensadores, comprendiendo el método el control de dicha salida de tensión.

10. El método de cualquier reivindicación precedente, en el que la temperatura del fluido es de -20 a +100 ºC.

11. El método de cualquier reivindicación precedente, en el que el fluido es un gas.

12. El método de cualquier reivindicación precedente, en el que el dieléctrico sólido es un polímero que comprende un polímero de policarbonato o un polímero de poliéster.

13. El método de cualquier reivindicación precedente, en el que el condensador comprende una primera y una segunda lámina conductora (102, 103, 1302, 1303) separadas por una o más láminas del dieléctrico sólido (104, 1304) .

14. El método de la reivindicación 13, en el que el grosor de cada una de las láminas conductoras es aproximadamente de dos o más órdenes de magnitud menor que el grosor total de las láminas del dieléctrico.

15. El método de cualquier reivindicación precedente, en el que el condensador incluye un revestimiento para evitar

o inhibir la penetración del fluido presurizado dentro o alrededor del dieléctrico sólido que separa el primer y el segundo elemento conductor.

16. Un recipiente rígido para un fluido presurizado, incluyendo el recipiente un condensador (101, 201, 301, 401, 501, 1301, 1401) que comprende un dieléctrico sólido, elástico y deformable (104, 1304) que separa un primer y un segundo elemento conductor (102, 103, 1302, 1303) , estando el condensador situado de forma que esté expuesto a dicho fluido presurizado, cuando el fluido está presente en el recipiente, de forma que la distancia entre los elementos conductores y, de este modo, la capacitancia del condensador cambie con la compresión o relajación del dieléctrico en respuesta a los cambios en la presión del fluido, caracterizado por que el dieléctrico es un material polimérico que tiene un módulo de compresibilidad (K) de 1 a 10 GPa que está al menos sustancialmente exento de poros o células abiertas o cerradas, y el recipiente es una botella o cilindro de gas portátil y recargable que comprende medios para dispensar el fluido presurizado.

17. Un recipiente según la reivindicación 16, en el que el dieléctrico comprende un policarbonato, polipropileno, poliestireno, poliéster y/o un polímero de politetrafluroetileno.

18. Un recipiente según la reivindicación 16 o 17, en el que el recipiente va acompañado adicionalmente de un dispositivo (1404) operativo para transmitir una señal como se define en las reivindicaciones 5 o 6. 10

19. Un recipiente según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, en el que el recipiente va acompañado adicionalmente por un segundo condensador (302, 402) que comprende un primer y un segundo elemento conductor separados por un dieléctrico sólido, elástico y deformable, estando el segundo condensador situado de forma que no esté expuesto al fluido presurizado, cuando el fluido está presente en el recipiente, para proporcionar una capacitancia de referencia independiente de los cambios en la presión del fluido.

20. Un recipiente según la reivindicación 19, en el que el primer y el segundo condensador forman parte de un circuito (309, 1403) que proporciona una salida de tensión correlacionada con la diferencia en la capacitancia entre los dos condensadores.

21. Un recipiente según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20, en el que el dieléctrico sólido es un polímero que comprende un polímero de policarbonato o un polímero de poliéster.

22. Un recipiente según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 21, en el que el condensador es como se define 25 en una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15.


 

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