BRPI1006084A2

BRPI1006084A2 - recipiente de pressão

Info

Publication number: BRPI1006084A2
Application number: BRPI1006084-7A
Authority: BR
Inventors: Adrienne Liebenberg
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-10-30
Also published as: US9285078B2; AU2010257296A1; AR079568A1; PT2339222E; EP2339222A3; CA2725702A1; CA2725702C; ZA201009142B; US20110309076A1; ES2547275T3; CL2010001501A1; AU2010257296B2; EP2339222A2; NZ590086A; DK2339222T3; GB0922355D0; EP2339222B1

Abstract

RECIPIENTE DE PRESSãO. Um cilindro de gás leve para a armazenagem de gás comprimido compreende: a) Uma válvula de fechamento em engate com a boca do recipiente de pressão; b) Um dispositivo sensor de pressão externa para sentir a pressão no cilindro, o dispositivo sensor de pressão estando em comunicação contínua com o interior do cilindro; c) Um dispositivo sensor de temperatura para sentir a temperatura do gás no recipiente, o dispositivo sensor de temperatura estando em comunicação térmica com o interior do recipiente de pressão; d) Um dispositivo de computação programável para calcular a partir de sinais de temperatura e pressão resultantes, informações referentes à quantidade de conteúdo no cilindro; e e) Uma tela de display operativamente associada ao dispositivo de computação para exibir as informações.

Description

"RECIPIENTE DE PRESSÃO" Campo da invenção

A presente invenção refere-se a um recipiente de pressão para armazenar um gás comprimido.

O termo "gás" como utilizado aqui inclui em seu escopo uma mistura de gás. O gás pode ser um gás permanente, em cujo caso pode ser armazenado em um recipiente de pressão totalmente no estado gasoso, ou um gás não permanente, em cujo caso pode exis- tir sob pressão no recipiente de armazenagem como uma fase líquida em equilíbrio com uma fase gasosa de acordo com a pressão de armazenagem.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Recipientes de pressão para armazenar gases comprimidos são, evidentemente, bem conhecidos e são comumente mencionados como "cilindros de gás" porque os mesmos convencionalmente, porém não necessariamente, têm um formato cilíndrico. Um cilindro de gás é tipicamente capaz de armazenar gás em uma pressão de até 200 bar ou 300 bar. Um cilindro de gás é convencionalmente formado como um recipiente de uma peça, simétrico em torno de um eixo geométrico longitudinal, a partir de um aço apropriado. As paredes do recipiente têm uma espessura apropriada para ser capaz de resistir à ciclagem de pressão a partir de pressão atmosférica para uma pressão máxima de armazenagem, que como men- cionado acima pode ser tão elevada quanto 300 bar. O cilindro tem uma abertura axial na qual é adaptada uma válvula, tendo tipicamente um corpo de latão com roscas de parafuso externas que engatam roscas de parafuso complementares na boca do cilindro. Há vários tipos diferentes de válvula de cilindro, porém todos os tipos são capazes de serem abertos para permitir a descarga controlada de gás a partir do cilindro e também, quando o cilindro está vazio, permitir que o mesmo seja cheio novamente. Algumas válvulas de cilindro têm um regulador de pressão integral para permitir que o usuário ajuste a pressão na qual gás é distribuído. Alternativamente, a válvula de cilindro pode ter um orifício no qual um regulador de pressão separado pode ser colocado. O regulador de pressão pode incluir um manôme- tro para indicar a pressão de distribuição para um usuário. Tal manômetro não está em co- municação contínua com o interior do cilindro.

O cilindro de gás de aço tradicional é pesado e pode ser incômodo de manipular.

Alternativas de peso mais leve são conhecidas e estão sendo cada vez mais utilizadas, par- ticularmente para a armazenagem de gases médicos. Um cilindro de gás leve compreende um recipiente interno, às vezes conhecido como um revestimento, que é reforçado com ma- terial fibroso apropriado, por exemplo, fibra de carbono, e que é encerrado em um invólucro externo de plástico. O recipiente interno é tipicamente feito de aço, porém devido ao reforço de fibra, tem uma espessura de parede menor do que o cilindro de gás de aço tradicional. O recipiente interno é formado tipicamente em duas peças que são soldadas juntas. É uma característica tanto do cilindro de gás de aço tradicional como de sua alter- nativa leve, que quando não em uso, não há modo simples de dizer quão cheio ou quão vazio está, a massa do gás mesmo em um cilindro cheio sendo pequeno ou desprezível em comparação com a massa do próprio cilindro. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção é fornecido um aparelho de recipiente de pres- são para a armazenagem de gás comprimido, compreendendo:

a)Um recipiente de pressão para conter o gás comprimido;

b)Uma válvula de fechamento em engate com a boca do recipiente de pressão;

c)Um dispositivo sensor de pressão externa para sentir a pressão no recipiente, o dispositivo sensor de pressão estando em comunicação contínua com o interior do recipien- te de pressão e sendo adaptado para gerar um primeiro sinal que é uma função da pressão sentida no recipiente de pressão.

d)Um dispositivo sensor de temperatura para sentir a temperatura do gás no recipi- ente, o dispositivo sensor de temperatura estando em comunicação térmica com o interior do recipiente de pressão e sendo adaptado para gerar um segundo sinal que é uma função da temperatura sentida do gás;

e)Um dispositivo de computação programável para calcular informações referentes à quantidade de conteúdo no recipiente de pressão a partir dos primeiro e segundo sinais;

f)Uma tela de display operativamente associada ao dispositivo de computação para exibir as informações.

O aparelho de acordo com a invenção é desse modo, em inspeção simples da tela de display, capaz de transmitir ao visualizador informações sobre a quantidade de conteúdo presente no recipiente. No exemplo de um gás permanente, o dispositivo de computação pode ser programado para calcular a massa de gás no cilindro a partir da equação de gás real. Essa massa calculada pode ser comparada com a massa de gás no recipiente de pressão quando cheio, e um display pictorial, gráfico ou digital das informações pode ser feito, por exemplo, como uma posição em uma escala cheio até vazio.

Se o gás não for permanente, e uma fase líquida estiver presente no recipiente de pressão, o aparelho de acordo com a invenção pode compreender adicionalmente um de- tector de nível para detectar o nível de líquido no recipiente de pressão, o detector de nível sendo adaptado para gerar um sinal que é uma função do nível sentido do líquido no recipi- ente de pressão e transmitir o sinal para o dispositivo de computação programável.

O recipiente de pressão pode ser um recipiente leve compreendendo um revesti- mento envolto de fibra ou reforçado com fibra interna e um invólucro de plástico externo en- cerrando o revestimento. O recipiente de pressão pode, entretanto, ser um cilindro de gás de alumínio ou aço convencional ou ser feito de um material compósito contínuo. A tela de display, em um recipiente leve, é preferivelmente recuado no invólucro de plástico. Em uma modalidade, o invólucro tem um par de alças integrais verticais e a tela tem uma posição sob uma escolhida das alças de tal modo que seja protegido pela alça es- colhida contra impactos de cima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Um aparelho de recipiente de pressão, de acordo com a invenção, será descrito agora como exemplo com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

A figura 1 é uma vista em perspectiva parcialmente detalhada esquemática de um recipiente de pressão de acordo com a invenção; A figura 2 é uma vista em perspectiva esquemática de uma porção superior do reci-

piente mostrado na figura 1;

A figura 3 é uma elevação em seção esquemática de parte de uma parede do reci- piente de pressão ilustrando o sensor de pressão e o sensor de temperatura do aparelho de acordo com a invenção;

A figura 4 é um diagrama esquemático que ilustra os componentes elétricos incluí-

dos no recipiente.

Os desenhos não são em escala.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Com referência à figura 1, um recipiente de pressão ou cilindro de gás leve com- preende um revestimento interno 2 envolto ou de outro modo reforçado com fibras apropria- das 4, por exemplo, fibras de carbono ou fibras de um material sintético apropriado. O reves- timento 2 é tipicamente formado de um aço apropriado. O revestimento 2 é encerrado em um invólucro de plástico externo 6 que compreende um balde 8 e uma tampa 10. O revesti- mento 2 é de formato genericamente cilíndrico e é simétrico em torno de seu eixo geométri- co longitudinal. Tem uma boca 12 que é tipicamente formada com roscas de parafuso inter- nas (não mostradas) que engatam uma válvula de cilindro 14 de um tipo tendo um volante 16. A boca 12 pode ser fornecida por uma luva que é soldada às paredes de um orifício complementar no topo do revestimento 2. A válvula de cilindro 14 tem um corpo 18 com ros- cas de parafuso externas complementares àquelas na boca 12 do cilindro de modo a permi- tir que um engate hermético a fluido seja feito entre a boca 12 do cilindro e a válvula 14. Em geral, o recipiente de pressão pode ser do mesmo tipo e ser feito do mesmo modo que o recipiente de pressão que é o tema da patente US 6 386 384B.

Como mostrado melhor na figura 2, a tampa 10 do invólucro 6 compreende alças 18 e 20 de modo a facilitar levantamento manual do recipiente de pressão. A tampa 10 é fixada ao balde 8 e aloja um dispositivo de tela de display digital 22 embaixo da alça 18. A alça 18 é ainda capaz de proteger a tela 22 contra impactos acidentais a partir de cima. O dispositi- vo de tela de display 22 é operativamente associado a um dispositivo sensor de pressão externa 24 e um dispositivo sensor de temperatura externa 26, como ilustrado na figura 3.

Com referência agora à figura 3, uma posição de ressalto 28 do revestimento 2 é formada com um primeiro orifício de percepção não axial 30 através do mesmo. O orifício de percepção 30 recebe em engate hermético a fluido com o mesmo o dispositivo sensor de pressão 24. Em um arranjo alternativo (não mostrado) o orifício 30 é formado através da boca 12 do revestimento no lado do recipiente da válvula de cilindro 14.

O dispositivo sensor de pressão 24 é preferivelmente de um tipo baseado na flexão de uma membrana de cerâmica, por exemplo, de oxido de alumínio. Esse material tem boa elasticidade e é quase livre de histerese. O lado superior da membrana tem um arranjo de ponte (não mostrado) de resistores elétricos fixados ao mesmo. A flexão da membrana em resposta à pressão no recipiente de pressão faz com que os resistores sejam deformados com o resultado de que sua resistividade elétrica varia. Uma voltagem de entrada é aplicada à ponte e uma voltagem de saída dependendo do grau de flexão da membrana e conse- qüentemente a pressão no recipiente de pressão é derivada da ponte em um modo conhe- cido. A voltagem de saída é conduzida para circuitos elétricos associados que amplificam a voltagem e fornecem um sinal representativo da pressão para o dispositivo de tela de dis- play 22. O dispositivo sensor de pressão 24 é genericamente similar àquele revelado em US-B-6 978 678 a cujo documento o leitor é encaminhado para informações adicionais.

Com referência novamente à figura 3, a porção de ressalto 28 do revestimento 2 tem também um segundo orifício de percepção não axial 32 através da mesma. O orifício de percepção 32 recebe o dispositivo sensor de temperatura 26 em engate hermético a fluido com o mesmo. O dispositivo sensor de temperatura 26 pode incluir uma luva 34 que contém um termopar 36. A luva 34 pode pender de um tampão 38 que engata o orifício 32. Os fios do termopar podem estender através do tampão 38 até circuitos elétricos associados (não mostrados) na extremidade próxima do tampão que amplificam o sinal elétrico gerado pelo termopar 36 o tamanho de cujo sinal elétrico depende da temperatura de gás no recipiente de pressão. Fios elétricos (não mostrados) a partir do tampão 38 podem estender entre o revestimento 2 e a tampa 10 do invólucro 6.

Em um arranjo alternativo (não mostrado) em relação àquele mostrado na figura 3, o segundo orifício 32 pode ser formado não adjacente ao primeiro orifício 30, porém em vez disso no ressalto oposto do revestimento 2. Nesse caso, fios elétricos a partir do dispositivo sensor de temperatura 26 até o dispositivo de tela de display 22 podem ser alojados entre o revestimento 2 e a tampa 10 do invólucro 6.

Se o gás for um gás permanente, a massa do gás pode ser calculada a partir de um conhecimento da pressão sentida, temperatura sentida, o volume do recipiente de pressão, e a composição do gás com a qual o cilindro ou recipiente de pressão é cheio. Se o gás não for um gás permanente, entretanto, e se a parte do gás estiver presente no recipiente de pressão na fase líquida, então o desempenho de tal cálculo requer conhecimento do volume de líquido presente. Em tal exemplo, o dispositivo sensor de temperatura 26 pode incorporar também um sensor de nível ou sensores de nível (não mostrados). Desse modo, o tampão 38 pode receber fios de um termistor (não mostrado) que é utilizado para sentir, o nível do líquido no cilindro ou recipiente de pressão. Dispositivos de percepção de nível alternativos podem ser utilizados, por exemplo, um enfatizando percepção sônica do nível de líquido.

O dispositivo de tela de display 22 inclui um dispositivo de computação programável 40 para calcular a massa de gás no recipiente de pressão a partir dos sinais de temperatura e pressão sentidos (e, como apropriado, o nível de líquido) e para alimentar sinais que re- presentam os resultados dos cálculos para a tela 42 do dispositivo de tela 22. A tela 42 utili- za tipicamente diodos emissores de luz (LEDs) e/ou um Display de cristal líquido (Não mos- trado). O dispositivo de tela de display 22 pode alojar também uma bateria (não mostrada) para ativar a tela de display 42. A bateria pode ser descartável ou recarregável e também pode ser utilizada para fornecer energia elétrica para os sensores.

O dispositivo de computação 40 também pode calcular parâmetros referentes à massa de gás no cilindro ou recipiente de pressão. Por exemplo, o dispositivo 40 pode ser programado com a massa de gás presente quando o cilindro estava cheio e calcular quão cheio o cilindro está em qualquer momento, por exemplo, em uma escala de 0-100, 0 sendo vazio e 100 sendo cheio. Essa informação pode ser exibida numericamente como uma per- centagem como indicado pelo numerai de referência 46 na figura 3 ou de forma pictorial co- mo indicado pelo numerai de referência 48. Outros cálculos podem ser feitos. Por exemplo, se o gás for destinado a uso como um gás de blindagem em soldagem de arco elétrico, en- tão pode ser calculado e exibido a extensão de tempo para a qual o gás pode ser tirado do cilindro antes de esgotar. Em outro exemplo, se o gás for destinado a uso para encher ba- lões, a massa de gás presente no cilindro em qualquer momento pode ser expressa em ter- mos do número de balões que podem ser cheios antes do cilindro ficar sem gás.

A tela de display 42 pode ser permanentemente iluminada ou pode ser dotada de botões de controle 50 de tal modo que um parâmetro ou parâmetros específicos serão exi- bidos somente quando os botões 50 são calcados.

Os arranjos elétricos são ilustrados esquematicamente na figura 4. Todas as exi- gências para energia elétrica são atendidas a partir de uma bateria de CC elétrica descartá- vel ou recarregável 60. A bateria fornece a energia elétrica necessária para operar o disposi- tivo sensor de pressão 24 e o dispositivo sensor de temperatura 26. A bateria 60 também provê a energia elétrica necessária para operar o dispositivo de tela de display 22. O dispo- sitivo de tela de display 22 inclui um circuito conversor de analógico para digital 62 que con- verte sinais a partir dos sensores 24 a 26 em forma digital. O circuito conversor 62 é operati- vamente associado a um microprocessador programável 64 incluindo um dispositivo RAM (Memória de acesso aleatório) (não mostrado) e interpõe com um teclado de entrada 66 e dispositivos de saída incluindo uma tela de display de cristal líquido 42, um display de Diodo emissor de luz 68 para fornecer um sinal de alarme visual e uma campainha 70 para fazer um sinal de alarme audível. A voltagem fornecida pela bateria 60 pode ser transformada em uma primeira voltagem CC maior pelo transformador 72 de modo a fornecer energia elétrica aos sensores 24 e 26 e o conversor analógico em digital 62, e a uma segunda voltagem CC maior pelo transformador 74 de modo a fornecer energia elétrica para o microprocessador 64 e os dispositivos de saída.

O aparelho de recipiente de pressão, de acordo com a invenção, é desse modo ca- paz de fornecer ao usuário de um cilindro, uma indicação visual de seu conteúdo, isto é, quão cheio está, sob demanda a qualquer momento.

Várias alterações e mudanças podem ser feitas no aparelho mostrado nos dese- nhos. Por exemplo, não é necessário localizar os orifícios de percepção no ressalto do reci- piente de pressão. Uma alternativa é fornecer uma montagem de válvula de fechamento (ou válvula de cilindro principal) que inclui o orifício ou orifícios de percepção no lado de pressão da válvula de cilindro principal. O dispositivo de tela de display também pode ser incorpora- do na montagem de válvula ou em qualquer proteção para válvula, ou pode ser ainda posi- cionado na tampa 10 do invólucro 6.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho de recipiente de pressão para a armazenagem de gás comprimido, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a) Um recipiente de pressão para conter o gás comprimido; b) Uma válvula de fechamento em engate com a boca do recipiente de pressão; c) Um dispositivo sensor de pressão externa para sentir a pressão no recipiente, o dispositivo sensor de pressão estando em comunicação contínua com o interior do recipien- te de pressão e sendo adaptado para gerar um primeiro sinal que é uma função da pressão sentida no recipiente de pressão. d) Um dispositivo sensor de temperatura para sentir a temperatura do gás no reci- piente, o dispositivo sensor de temperatura estando em comunicação térmica com o interior do recipiente de pressão e sendo adaptado para gerar um segundo sinal que é uma função da temperatura sentida do gás; e)Um dispositivo de computação programável para calcular informações referentes à quantidade de conteúdo no recipiente de pressão a partir dos primeiro e segundo sinais; f)Uma tela de display operativamente associada ao dispositivo de computação para exibir as informações.

2. Aparelho de recipiente de pressão, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de computação é programado para calcu- lar a massa de gás no recipiente de pressão.

3. Aparelho de recipiente de pressão, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de computação programável é capaz de comparar a massa calculada de gás com aquela no recipiente de pressão quando cheio.

4. Aparelho de recipiente de pressão, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a comparação com a massa calculada de gás com a - quela no recipiente de pressão quando cheio é capaz de ser exibida de forma pictorial, gráfi- ca ou digital pelo dispositivo de tela de display.

5. Aparelho de recipiente de pressão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás é um gás permanente.

6. Aparelho de recipiente de pressão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás não é permanente e uma fase líquida está presente no recipiente de pressão, o aparelho compreendendo adicionalmente um de- tectar de nível para detectar o nível de líquido no recipiente de pressão, o detectar de nível sendo adaptado para gerar um sinal que é uma função do nível sentido do líquido no recipi- ente de pressão e transmitir o sinal para o dispositivo de computação programável.

7. Aparelho de recipiente de pressão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o recipiente de pressão compreende um revestimento envolto em fibra ou reforçado com fibra interna, e um invólucro de plástico externo encerrando o revestimento.

8. Aparelho de recipiente de pressão, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a tela de display é recuado em um recesso no invólucro de plástico.

9. Aparelho de recipiente de pressão, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindi- cação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o invólucro tem um par de alças integrais ver- ticais e a tela tem uma posição sob uma das alças de tal modo que seja protegido pela alça contra impactos a partir de cima.

10. Aparelho de recipiente de pressão, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que os sensores de pressão e temperatura são localizados em um orifício ou orifícios de percepção em um ressalto do recipiente de pressão.

11. Aparelho de recipiente de pressão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que os sensores de pressão e temperatura são localizados em um orifício ou orifícios de percepção na válvula de fechamento em seu lado de pressão.