ES2217818T3 - Llenado de recipientes con gas. - Google Patents

Llenado de recipientes con gas.

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ES2217818T3 ES99950969T ES99950969T ES2217818T3 ES 2217818 T3 ES2217818 T3 ES 2217818T3 ES 99950969 T ES99950969 T ES 99950969T ES 99950969 T ES99950969 T ES 99950969T ES 2217818 T3 ES2217818 T3 ES 2217818T3
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Abstract

Un aparato (1) para llenar al menos un recipiente (2) con un gas a una presión preseleccionada que consta de una vasija (8) de volumen fijo para contener el gas a una presión P1, una conducción (14) que se extiende desde la vasija (8) de volumen fijo a una vasija (12) de volumen de compensación, una boquilla de llenado (20) y una válvula (22) para controlar el flujo de gas desde la vasija (12) de volumen de compensación al o cada recipiente (2) a llenar, caracterizado por proporcionar un controlador de presión (16) que verifica y controla la presión de gas en la conducción (14) entre la vasija (8) de volumen fijo y la vasija (12) de volumen de compensación de manera que el gas llega al recipiente de volumen de compensación (12) a una presión P2 siendo P2 inferior a P1 y hay prevista una conducción adicional (18) que se extiende desde la vasija (12) de volumen de compensación a la boquilla (20) para el o para cada recipiente (2).

Description

Llenado de recipientes con gas.
El presente invento se refiere a métodos y aparatos para llenar recipientes con un gas o una mezcla de gases bajo presión.
Para evitar cualquier duda, en toda esta memoria el término "gas" pretende abarcar no sólo un único gas sino, también, a una mezcla de gases.
Los gases tienen muchas aplicaciones en toda la industria y en la sanidad. Cuando se necesitan cantidades muy grandes de gases, por ejemplo, oxígeno en la fabricación de acero, el oxígeno puede ser suministrado directamente desde una unidad de separación de aire a lo largo de una canalización dedicada hasta un horno. Sin embargo, en muchas aplicaciones los gases son distribuidos al usuario final en botellas. Por ejemplo los gases para uso médico son a menudo distribuidos en botellas a hospitales, farmacias o al domicilio de un usuario final.
Las mezclas de gases para soldar son siempre transportadas en botellas especiales para gas desde un primer lugar en el que las botellas son llenadas con los distintos componentes de la mezcla gaseosa y el lugar en el que se tiene que llevar a cabo la operación de soldadura.
Según el tipo de gas y su aplicación, el material de la botella y su diseño y construcción, la presión del gas en la botella variará en consecuencia.
En algunas aplicaciones, por ejemplo, la inyección sin aguja de medicamentos a través de la piel de un paciente como se describe en la solicitud PCT publicada WO94/24263, la fuerza impulsora es proporcionada por helio que está contenido en una cápsula de gas a alta presión, por ejemplo hasta 80 bares efectivos (8 MPa). Es importante en tal aplicación médica que la presión del helio se conozca con tolerancias muy estrechas. Además, cuando se llenan muchos miles, si no millones, de cápsulas de gas es comercialmente importante que el tiempo dedicado a la operación de llenado se reduzca a un mínimo absoluto.
La memoria de la patente alemana publicada DE 2047363A describe un aparato y un método para llenar al menos un recipiente con un gas, tal como oxígeno, mediante el empleo de una vasija de volumen fijo que contiene el gas en forma de vapor y en forma líquida, una conducción para vapor que se extiende a través de un calentador de gas desde la vasija de volumen fijo hasta una vasija de volumen de compensación y de ahí a unas boquillas de llenado con válvula dispuestas en batería para llenar los recipientes.
El objeto del presente invento es proporcionar un aparato y un método para mejorar la precisión y repetibilidad de la presión del gas dentro de un recipiente y, también, el reducir el tiempo empleado para completar la operación de llenado.
De acuerdo con un aspecto del presente invento, un aparato para llenar al menos un recipiente con un gas a una presión preseleccionada consta de una vasija de volumen fijo para contener el gas a una presión P_{1}, una conducción que se extiende desde la vasija de volumen fijo a una vasija de volumen de compensación, una boquilla de llenado y una válvula para controlar el flujo de gas desde la vasija de volumen de compensación hasta el recipiente o cada recipiente a llenar con gas, caracterizado por proporcionar un controlador de presión para verificar y controlar la presión del gas en la conducción entre la vasija de volumen fijo y la vasija de volumen de compensación, de manera que el gas llegue a la vasija de volumen de compensación a una presión P_{2}, siendo P_{2} inferior a P_{1}, y se dispone una conducción adicional que se extiende desde la vasija de volumen de compensación hasta la boquilla para el recipiente o para cada recipiente.
De acuerdo con otro aspecto del presente invento un método para llenar al menos un recipiente con un gas a una presión preseleccionada comprende los pasos de mantener inicialmente el gas a una presión P_{1}, en una vasija de volumen fijo, hacer pasar el gas de la vasija de volumen fijo a una vasija de volumen de compensación, y hacer pasar el gas a una segunda presión desde la vasija de volumen de compensación, a por lo menos, una boquilla para llenar el o los recipientes, caracterizado por verificar y controlar la presión del gas en la conducción entre la vasija de volumen fijo y la vasija de volumen de compensación de manera que la presión del gas en la vasija de volumen de compensación sea P_{2} siendo P_{2} inferior a P_{1}.
En uso, la vasija de volumen de compensación tiene una capacidad mayor que el volumen o la suma de los volúmenes de los recipientes a llenar.
En uso, la vasija de volumen de compensación debe tener una capacidad mayor que el volumen o la suma de los volúmenes de los recipientes a llenar.
En una realización, el recipiente es una cápsula de gas de 5 ml de capacidad y el gas es helio.
En una realización preferida, hay previsto un controlador de flujo másico aguas abajo del controlador de presión para producir un escape constante que case que coincida con el reglaje mínimo del controlador de presión. Esto asegura que el controlador de presión nunca se cierre completamente ni entre en su banda inactiva.
Se describirá ahora una realización del invento, a modo de ejemplo, haciéndose referencia a la figura del dibujo esquemático que se adjunta la cual es una representación de bloques de un aparato para llenar por lo menos un recipiente con gas comprimido.
Como se muestra, un aparato 1 para llenar uno o más recipientes 2 con un gas comprimido incluye una fuente del gas en forma de vasija a presión 4, el gas estando contenido el gas en la vasija 4 a una presión P_{0}. Una conducción 6 se extiende desde la vasija a presión 4 a una vasija 8 de volumen fijo. Un regulador de presión 10 está situado en la conducción 6 entre la vasija a presión 4 y la vasija 8 de volumen fijo.
Una segunda conducción 14 se extiende entre la vasija 8 de volumen fijo y una vasija 12 de volumen de compensación y un controlador de presión 16 está situado en la conducción 14.
Una tercera conducción se extiende desde la vasija de volumen de compensación 12 hacia una o más boquillas de llenado 20. Una válvula 22 está dispuesta en la tercera conducción 18.
Una cuarta conducción 24 se extiende desde la tercera conducción 18 en una ubicación entre la vasija 12 de volumen de compensación y la válvula 22, y un controlador térmico 26 de flujo másico está dispuesto en dicha cuarta conducción 24.
En uso, el regulador de presión 10 está calibrado para proporcionar gas por la conducción 6 desde la vasija 4 a presión 4 a la vasija 8 de volumen fijo de manera que el gas que llega a la vasija 8 de volumen fijo esté a una presión P_{1}, siendo P_{1} inferior a P_{0}.
El controlador de presión 16 verifica la presión del gas en la segunda conducción 14 y, usando un control de realimentación ajusta la presión del gas que fluye por la conducción 14 y a la vasija 12 de compensación. En efecto, el controlador de presión 16 disminuye la presión a medida que se acerca a su valor de presión programado. Esto tiene como resultado que la presión en la vasija 12 de volumen de compensación sea mantenida con precisión a un valor P_{2}, siendo P_{2} inferior a P_{1}.
Cuando el o cada recipiente 2 está alineado con una boquilla 20 respectiva, la válvula 22 se abre y el gas mantenido en la vasija 12 de volumen de compensación pasa casi instantáneamente por la conducción 18 para llenar los recipientes 2.
En uso, la vasija 12 de volumen de compensación debería tener una capacidad mayor que la suma de los volúmenes de los recipientes 2 a llenar.
La precisión del controlador de presión 16 se mantiene asegurando que nunca se cierre completamente. Esto se consigue permitiendo un escape mínimo desde la vasija 12 de volumen de compensación a través del controlador térmico 26 de flujo másico que coincida con la del reglaje mínimo del controlador de presión 16. Esta disposición asegura que el controlador de presión 16 nunca entra en su banda inactiva.
A modo de ejemplo, cuando se necesita llenar recipientes 2 en forma de cápsulas con gas para uso en aplicaciones médicas, por ejemplo, para la inyección de medicamentos sin aguja a través de la piel de un paciente, las cápsulas de gas, cada una con un volumen de 5 ml, se llenan con gas helio a una presión de 40 bares efectivos (4 MPa).
La vasija a presión 4 está provista de gas helio a una presión de 100 bares efectivos (10 MPa) aproximadamente. El regulador de presión 10 está ajustado para permitir que el helio llene la vasija 8 de volumen fijo de 1 litro de capacidad con helio a una presión de 80 bares efectivos (8 MPa). Entonces el controlador de presión 16 alimenta helio a la vasija 12 de volumen de compensación a una presión de 45 bares efectivos (4,5 MPa) y el controlador 26 de flujo másico está ajustado para producir un escape constante de 50 cm^{3} por minuto. Con este ajuste una cápsula de gas puede llenarse en 0,15 segundos con helio a una presión de 40 bares efectivos (4 MPa) más o menos un 0,35%.
En una modificación, la vasija 8 de volumen fijo no necesita ser un contenedor como tal, sino que podría ser un tramo ampliado de conducción insertado entre las conducciones 6, 14. Será evidente que en la realización descrita arriba y especialmente en el ejemplo, las cápsulas / recipientes 2 de gas pueden llenarse a velocidades muy altas con un gas tal como el helio a una presión con una precisión que está dentro de tolerancias muy estrechas.
Evidentemente, el aparato y el método descritos son adecuados para llenar botellas de gas sustancialmente de cualquier volumen, a cualquier presión dada, con rapidez y gran precisión.

Claims (7)

1. Un aparato (1) para llenar al menos un recipiente (2) con un gas a una presión preseleccionada que consta de una vasija (8) de volumen fijo para contener el gas a una presión P_{1}, una conducción (14) que se extiende desde la vasija (8) de volumen fijo a una vasija (12) de volumen de compensación, una boquilla de llenado (20) y una válvula (22) para controlar el flujo de gas desde la vasija (12) de volumen de compensación al o cada recipiente (2) a llenar, caracterizado por proporcionar un controlador de presión (16) que verifica y controla la presión de gas en la conducción (14) entre la vasija (8) de volumen fijo y la vasija (12) de volumen de compensación de manera que el gas llega al recipiente de volumen de compensación (12) a una presión P_{2} siendo P_{2} inferior a P_{1} y hay prevista una conducción adicional (18) que se extiende desde la vasija (12) de volumen de compensación a la boquilla (20) para el o para cada recipiente (2).
2. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 1, en el que hay un controlador (26) de flujo másico aguas abajo del controlador de presión (16) para producir un escape constante que coincida con el reglaje mínimo del controlador de presión (16).
3. Un aparato como se reivindica en la reivindicación 1 ó 2, en el que una fuente (4) del gas a una presión P_{0} está conectada por una conducción adicional (6) a la vasija (8) de volumen fijo y un regulador de presión (10) en dicha conducción (6) regula la presión del gas que llega a la vasija (8) de volumen fijo a P_{1}, siendo P_{1} inferior a P_{0}.
4. Un método para llenar por lo menos un recipiente con un gas a una presión preseleccionada, que comprende los pasos de mantener inicialmente el gas a una presión P_{1} en una vasija de volumen fijo, hacer pasar el gas desde la vasija de volumen fijo a una vasija de volumen de compensación, y hacer pasar el gas a una segunda presión desde la vasija de volumen de compensación a, por lo menos, una boquilla para llenar el o los recipientes, caracterizado por verificar y controlar la presión del gas en la conducción entre la vasija de volumen fijo y la vasija de volumen de compensación, de manera que la presión del gas en la vasija de volumen de compensación sea P_{2}, siendo P_{2} inferior a P_{1}.
5. Un método como se reivindica en la reivindicación 4, en el que el gas se hace pasar desde una fuente de dicho gas mantenido a una presión P_{0} a la vasija de volumen fijo estando regulado el flujo de gas desde la fuente hasta la vasija de volumen fijo, de manera que P_{1} sea inferior a P_{0}.
6. Un método como se reivindica en la reivindicación 4 ó 5, en el que el recipiente es una cápsula de gas de 5 ml de capacidad y el gas es helio.
7. Un método como se reivindica en la reivindicación 5 o en la reivindicación 6, en el que la presión P_{0} del gas en la antes mencionada fuente es de 100 bares efectivos (10 MPa), la presión P_{1}del gas en la vasija de volumen fijo es de 80 bares efectivos (8 MPa); la presión P_{2} del gas en la vasija de volumen de compensación es de 45 bares efectivos (4,5 MPa) y la presión del gas en el recipiente es de 40 bares efectivos (4 MPa) \pm 0,35%.
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