Sistema de hidrógeno para distribuir gas presurizado, que comprende:

(a)una fuente (12) de gas presurizado;

(b)un depósito receptor (14);

(c)una tubería hermética (16) de flujo de gas conectada entre dicha fuente (12) de gas y dicho depósito receptor (14);

(d)una válvula (20) en dicha tubería (16) de flujo de gas para iniciar y finalizar el flujo de gas presurizado entre la fuente (12) de gas y el depósito receptor (14), siendo dicha válvula (20) activable mediante una señal (29) de la válvula;

(e)un controlador electrónico (28);

(f)un sensor (22) de temperatura, siendo dicho sensor de temperatura para detectar la temperatura del gas en el interior del depósito receptor (14), comprendiendo dicho sensor de temperatura un generador de señal de temperatura para generar una señal de temperatura correspondiente a la temperatura del gas presurizado en el depósito receptor (14), estando dicha señal de temperatura adaptada para ser recibida por el controlador electrónico (28);

(g)un sensor (24) de presión, siendo dicho sensor de presión para detectar la presión del gas en el interior del depósito receptor (14), comprendiendo dicho sensor de presión un generador de señal de presión para generar una señal de presión correspondiente a la presión del gas en el interior del depósito receptor (14), estando dicha señal de presión adaptada para ser recibida por el controlador electrónico (28);

caracterizado porque

(h)el controlador electrónico (28) está adaptado para almacenar una densidad nominal en el deposito, en función de la especificación para un depósito receptor lleno y las señales de temperatura y de presión;

(i)el controlador electrónico (28) está adaptado para calcular periódicamente la densidad del gas en el depósito receptor (14) en función de las señales de temperatura y de presión;

(j)el controlador electrónico (28) está adaptado para comparar periódicamente la densidad del gas en el deposito receptor (14) con la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno, e iniciar el flujo de gas presurizado a través de la válvula (20) generando la señal (29) de la válvula cuando la densidad del gas en el depósito receptor (14) esta por debajo de la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno, y finalizar el flujo de gas presurizado a través de la válvula (20) generando la señal (29) de válvula, cuando la densidad del gas en el depósito receptor (14) alcanza la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno; y

(k)el gas presurizado es gas hidrógeno

Sistema y método para distribuir gas presurizado.

Antecedentes de la invención

La presente invención está dirigida a un sistema de distribución de gas presurizado, siendo el gas hidrógeno. Más en concreto, la presente invención está dirigida a un método y un aparato útiles para trasvasar hidrógeno desde una estación de repostaje a uno o más depósitos de almacenamiento.

Debido a la interrelación entre la temperatura, la presión y la densidad de los gases, la cantidad de hidrógeno, H₂, que puede ser introducido de modo seguro en un depósito de almacenamiento, tal como un depósito de almacenamiento de un vehículo durante el repostaje, depende necesariamente de factores tales como el volumen, la presión de diseño, la temperatura del depósito, y la temperatura y la presión del gas en el interior del depósito. El convenio de la industria establece el valor nominal de la presión para depósitos de combustible de H₂ a la temperatura estándar de 15 grados Celsius, de manera que los valores nominales de la presión tales como 250 barias, 350 barias, 500 barias y 700 barias, corresponden a una temperatura interna del gas de 15 grados Celsius. Durante un repostaje rápido, la temperatura interior del depósito se incrementará típicamente unos 50 grados Celsius debido a la compresión adiabática del gas y al efecto Joule-Thompson. Una vez que se ha llenado el depósito, la temperatura y la presión en el interior del depósito disminuirán a medida que se enfría el gas. Unas variaciones grandes en la temperatura ambiente por encima o por debajo del estado estándar de 15 grados Celsius pueden tener también un efecto significativo sobre la presión indicada en el interior del depósito durante y después del repostaje.

Los sistemas de repostaje de la técnica anterior han utilizado diversos dispositivos y métodos para regular la presión de desconexión y para determinar la cantidad de gas distribuido cuando se llenan depósitos de almacenamiento de vehículos. Por ejemplo, la patente USA 5.868.176, considerada como la técnica anterior más reciente, da a conocer un sistema semejante. La patente USA 3.837.377 (McJones) da a conocer unos medios para detectar la presión de una cantidad dada de un gas de referencia contenido en un recipiente cerrado, a una presión de referencia, que está en contacto térmico con el depósito que está siendo llenado. El gas se carga en el depósito y las presiones tanto en el recipiente de referencia como en el depósito son monitorizadas y comparadas. Se pone término al repostaje siempre que exista un diferencial de presión predeterminado entre los gases del recipiente de referencia y los del depósito. La utilización de un recipiente interno de referencia incrementa los costes de fabricación e instalación y además presenta un problema continuado de mantenimiento en relación con la verificación de la integridad del recipiente de referencia. Si el recipiente de referencia presenta fugas, no hay manera de verificar que la presión de referencia sea correcta y que no haya cambiado. Además, la utilización de un recipiente de referencia como el que se da a conocer en el documento USA 3.837.377 (McJones) no proporcionará un tiempo de respuesta rápido, deseable, debido a que el caudal de gas se reducirá gradualmente a medida que la presión del depósito receptor comienza a aproximarse a la presión de referencia.

La patente USA 4.527.600 (Fisher y otros) da a conocer un sistema de distribución de CNG (gas natural comprimido) que comprende un depósito de almacenamiento a una presión relativamente elevada desde el cual fluye el CNG a través de una válvula de control, de un regulador de presión y de un transductor de detección de flujo hasta el depósito que está siendo llenado. Los transductores de temperatura y de presión en el depósito de almacenamiento transmiten señales eléctricas a un control electrónico de control del proceso que calcula el volumen de gas distribuido comparando los valores inicial y final del CNG en el interior del depósito de almacenamiento. Una célula de presión diferencial que comunica con el depósito de almacenamiento y con la tubería de llenado del depósito del vehículo genera una señal que es utilizada por el control electrónico para activar una válvula controlada por electroimán dispuesta en la tubería de llenado. El flujo prosigue hasta que la presión en el depósito de almacenamiento del vehículo alcanza un punto de referencia preseleccionado, provocando el cierre del regulador. Sin embargo, el punto de referencia del regulador no se ajusta en función de la temperatura en el interior del depósito del vehículo.

La patente USA 5.029.622 (Mutter) da a conocer un dispositivo de repostaje de gas y un método de funcionamiento, en el que se utiliza por lo menos un sensor de temperatura para detectar la temperatura del aire ambiente en el exterior del dispositivo de repostaje. Se da a conocer que una ventaja de este dispositivo de repostaje es que las comparaciones entre los valores de referencia/real entre presiones y temperaturas se llevan a cabo a intervalos de tiempo cortos, corrigiéndose los valores de referencia permisibles en función de la evolución de las mediciones precedentes. Sin embargo, de nuevo no se controla hbox{la temperatura en el interior del depósito de almacenamiento del vehículo durante el repostaje.}

La patente USA 4.966.206 (Bauman y otros) da a conocer otro dispositivo para rellenar depósitos con CNG que ajusta automáticamente la presión de llenado del combustible gaseoso a la temperatura ambiente local. Un sensor de temperatura está dispuesta fuera de la envoltura del dispositivo para generar una señal en respuesta a la temperatura ambiente. Un sensor de temperatura esta conectado a la tubería de aspiración del compresor para generar una señal en respuesta a la presión de entrada del gas. También se dispone un sensor diferencial de presión para generar una señal en respuesta a la diferencia de presión entre la presión del combustible en la tubería de entrada de la envoltura y la presión en el interior de la envoltura. Un dispositivo de control dispuesto en la envoltura está conectado a cada uno de los tres sensores con el objeto de recibir señales desde cada uno de ellos. Este dispositivo de control está además conectado a la válvula de entrada y a la válvula de descarga para controlar la válvula de entrada y la válvula de descarga en respuesta a las señales recibidas desde los sensores.

La patente USA 5.238.030 (Miller y otros) da a conocer un sistema de distribución de fluido presurizado que puede compensar automáticamente una temperatura ambiente del gas no estándar para favorecer el llenado completo de un depósito de almacenamiento presurizado. Los transductores de presión y temperatura conectados a una cámara de empuje del suministro miden la presión de estancamiento y la temperatura del CNG, y se utiliza un transductor de presión en comunicación de fluido con el depósito del vehículo a través del conjunto de la manguera de distribución para determinar la presión en el depósito del vehículo. Se utiliza un segundo transductor de temperatura para detectar la temperatura ambiente. Un sistema electrónico de control conectado a los transductores de presión y temperatura y al conjunto de la válvula de control, calcula la presión de desconexión del depósito del vehículo en función de la temperatura ambiente y de la presión nominal del depósito del vehículo que ha sido previamente programada en el sistema electrónico de control y cierra automáticamente el flujo de CNG cuando la presión en el deposito del vehículo alcanza la presión de desconexión calculada. La patente USA 5.259.424 (Miller y otros), que está relacionada con la patente USA, 5.238.030 (Miller y otros), da a conocer un sistema similar en el cual el transductor de presión se utiliza para determinar la presión de descarga. Un sistema electrónico de control calcula el volumen del depósito del vehículo y la masa adicional de CNG necesaria para incrementar la presión del deposite hasta la presión de desconexión. El flujo de CNG se cierra cuando ha sido entregada la masa adicional al depósito del vehículo.

La patente USA 5.628.349 (Diggins) da a conocer un sistema para distribuir gas presurizado, en el que la temperatura del interior de un deposito receptor es controlada y utilizada por un ordenador para ajustar la presión de llenado con el objeto de compensar el incremento de temperatura y de presión atribuible a la compresión adiabática del gas en el interior del depósito receptor. El sistema utiliza aquí la presión y la temperatura del deposito receptor para calcular...

1. Sistema de hidrógeno para distribuir gas presurizado, que comprende:

caracterizado porque

2. Sistema para distribuir gas presurizado, según la reivindicación 1, en el que el controlador electrónico (28) está adaptado para generar una señal de llenado porcentual, en el que la señal de llenado porcentual es la proporción de la densidad del gas en el depósito receptor (14) frente a la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno.

3. Sistema para distribuir gas presurizado, según la reivindicación 1, que comprende un sistema de refrigeración (132) para enfriar el gas que sale de la fuente (112) de gas presurizado antes de que el gas entre en el depósito receptor (114).

4. Sistema para distribuir gas presurizado, según la reivindicación 3, en el que el sistema de refrigeración (232) es un ciclo mecánico de refrigeración.

5. Sistema para distribuir gas presurizado, según la reivindicación 4, en el que el sistema de refrigeración (232) utiliza un hidrofluorocarbono.

6. Sistema para distribuir gas presurizado, según la reivindicación 3, en el que el sistema de refrigeración (432) comprende una fuente (446) de hidrógeno liquido y un dispositivo (454) de almacenamiento de frío, en el que el dispositivo (454) de almacenamiento de frío es enfriado por hidrógeno procedente de la fuente (446) de hidrógeno líquido y el sistema de refrigerado (452) comprende un intercambiador de calor (450) adaptado para recibir y enfriar dicho gas presurizado que sale de la mencionada fuente (412) de gas presurizado antes de fluir al mencionado deposito receptor (414).

7. Sistema, según la reivindicación 6, en el que el dispositivo (454) de almacenamiento de frío utiliza un refrigerante condensable para almacenar la refrigeración hasta que se necesita el enfriamiento cuando se llena el depósito receptor (414).

8. Sistema, según la reivindicación en el que el refrigerante es un hidrofluorocarbono.

9. Sistema, según la reivindicación 6, en el que el dispositivo (454) de almacenamiento de frío utiliza argón.

10. Sistema, según la reivindicación 6, en el que el dispositivo (454) de almacenamiento de frío utiliza nitrógeno.

11. Sistema, según la reivindicación 6, en el que el sistema de refrigeración (332) comprende un recipiente refrigerado (340) que rodea como mínimo parcialmente la fuente (312) de gas presurizado.

12. Sistema, según la reivindicación 1, en el que el controlador electrónico (28) está adaptado para calcular la densidad del gas en el depósito receptor (14) en función de las señales de temperatura y presión estimadas.

13. Método de distribución de hidrógeno para distribuir gas presurizado, que comprende las etapas de:

caracterizado porque

14. Método para distribuir gas presurizado, según la reivindicación 13, que comprende la etapa de generar una señal de llenado porcentual, en el que la señal de llenado porcentual es la proporción entre la densidad del gas en el depósito receptor (14) y la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno.

15. Método para distribuir gas presurizado, según la reivindicación 13, que comprende la etapa de enfriar el gas que sale de la fuente (12) de gas presurizado antes de que el gas entre en el depósito receptor (14), utilizando un sistema de refrigeración (132).

16. Método para distribuir gas presurizado, según la reivindicación 15, en el que la etapa de enfriamiento comprende la utilización de una fuente (446) de hidrógeno líquido.

17. Método para distribuir gas presurizado, según la reivindicación 13, en el que la etapa de calcular la densidad del gas en el depósito receptor (14) está basada en señales de temperatura y presión estimadas.

18. Método para distribuir gas presurizado, según la reivindicación 13, en el que la etapa de cálculo de la densidad del gas en el depósito receptor (14) comprende obtener lecturas del sensor de temperatura y del sensor de presión, calculando valores estimados en función de una estimación de la densidad y del flujo del gas que sale de la fuente (12) de gas presurizado.