ES2327720T3 - Sistema de distribucion de gas natural comprimido. - Google Patents

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ES2327720T3 ES02753652T ES02753652T ES2327720T3 ES 2327720 T3 ES2327720 T3 ES 2327720T3 ES 02753652 T ES02753652 T ES 02753652T ES 02753652 T ES02753652 T ES 02753652T ES 2327720 T3 ES2327720 T3 ES 2327720T3
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Abstract

Un sistema de distribución de combustible para distribuir gas natural comprimido a un recipiente externo a presión dotado de un recipiente (18) con un conducto (20) de entrada a la bomba y un conducto de retorno (38), un fluido hidráulico contenido en el recipiente, al menos un tanque (56) dotado de una cámara que contiene un gas natural comprimido, una conexión (72) para gas, y una conexión (74) para fluido hidráulico, cada una de las cuales está en comunicación fluida con el gas almacenado en la cámara, un conducto de manguera (96) conectado a la conexión para gas para la conexión a un recipiente externo a presión, una bomba (22) conectada al conducto de entrada a la bomba para bombear el fluido hidráulico desde el recipiente a la conexión para fluido hidráulico y ponerlo en contacto físico con el gas almacenado en la cámara para mantener una presión mínima seleccionada en la conexión para gas mientras el gas fluye de la conexión para gas pasando por el conducto de la manguera y se introduce en un recipiente externo a presión, y una válvula de flujo (26, 28, 30) que dirige el fluido hidráulico desde el tanque de vuelta al recipiente cuando el tanque está sustancialmente vacío de gas natural comprimido, caracterizado por: un mecanismo de separación (44) dentro del recipiente (18) para liberar cualquier gas natural comprimido atrapado dentro del recipiente.

Description

Sistema de distribución de gas natural comprimido.
Campo técnico
La presente invención versa, en general, acerca del gas natural y, en particular, acerca de sistemas de distribución de combustible de gas natural.
Antecedentes de la invención
Los vehículos que utilizan gas natural comprimido (GNC) requieren sistemas de distribución de repostaje especializados. La patente U.S. Nº 5.884.675 desvela un sistema tal que consiste en un grupo de cilindros cada uno de los cuales tiene un pistón amovible axialmente, un par de entradas y una salida. Los cilindros se rellenan con GNC en una ubicación remota y luego se transportan a la estación de repostaje. En la estación de repostaje, se bombea fluido hidráulico desde un recipiente en el extremo de cada cilindro. El fluido hidráulico desplaza el pistón de cada cilindro, obligando al GNC a pasar por la salida del otro extremo del cilindro. El GNC fluye a través de una manguera hacia el vehículo que está repostando. Cada grupo de cilindros está equipado con un acumulador colocado corriente abajo de las salidas. Cuando los cilindros están completamente vacíos de GNC, la presión en el acumulador devuelve a cada pistón a su posición inicial, forzando que el fluido hidráulico salga de los cilindros y vuelva al recipiente. El documento US 5.454.408 desvela otro sistema de distribución de combustible para distribuir gas natural
comprimido.
Aunque este sistema representa una mejora con respecto a otros sistemas de distribución de GNC, subsisten ciertas desventajas. Cada uno de los cilindros tiene un pistón amovible y aberturas en cada extremo, haciéndolos caros de fabricar.
Resumen de la invención
Un sistema de repostaje de gas natural comprimido (GNC) tiene un recipiente de fluido hidráulico que contiene fluido hidráulico, una bomba y válvulas reversibles de flujo. El fluido hidráulico es de un tipo que no se mezcla con facilidad con el GNC. El sistema de repostaje también incluye cilindros que contiene GNC. Cada cilindro tiene un acoplamiento instalado en una abertura en un extremo. El acoplamiento contiene una conexión para el fluido hidráulico y una conexión para el gas. Dentro del cilindro se extiende un tubo desde la conexión para el fluido hidráulico hasta un punto adyacente al extremo opuesto del cilindro. El extremo opuesto del cilindro está cerrado.
En la estación de repostaje, se bombea fluido hidráulico desde el recipiente por la conexión para el fluido hidráulico en cada cilindro, desplazando el GNC dentro de cada cilindro y forzando al GNC a salir por la conexión para el gas de cada cilindro. Durante el repostaje, se bombea fluido hidráulico desde el recipiente para mantener 24,82 MPa de presión en los cilindros. Cuando un sensor detecta que los cilindros están completamente vacíos de GNC, las válvulas reversibles de flujo invierten la orientación, permitiendo que el fluido hidráulico vuelva a fluir al recipiente. Una vez que los cilindros están vacíos de fluido hidráulico, los cilindros pueden ser desconectados y llenados con GNC.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es un dibujo esquemático de un sistema de repostaje de gas natural comprimido construido conforme a la invención.
La Fig. 2 es una vista lateral seccional ampliada de uno de los cilindros de la Fig. 1.
La Fig. 3 es una vista lateral seccional ampliada parcial del cilindro de la Fig. 2, que muestra el acoplamiento instalado en un extremo del cilindro.
La Fig. 4 es una vista lateral seccional ampliada de uno de los cilindros de la Fig. 1 que ilustra otra realización de la invención.
La Fig. 5 es una vista lateral seccional ampliada de un disco indicador instalado en el cilindro de la Fig. 4 conforme a la invención.
La Fig. 6 es una porción ampliada del cilindro de la Fig. 4.
Descripción detallada de la realización preferida
Refiriéndonos a la Fig. 1, se muestra un sistema (10) de repostaje de gas natural comprimido (GNC). El sistema (10) de reportaje está dividido en una sección de control (12), una sección de transferencia (14) y una sección de repostaje (16). La sección de control (12) tiene un panel de control (no mostrado). La sección de control (12) también tiene un recipiente (18) de fluido hidráulico que contiene un fluido hidráulico. El fluido hidráulico es un líquido que no se mezcla con facilidad con el GNC, como un sistema de lubricante hidráulico sintético a base de hidrocarburos. Un tipo adecuado es fabricado con el nombre de lubricante sintético "Low Vapor 68" por O'Rourke Petroleum Products, Houston, Texas.
El recipiente (18) tiene un conducto (20) de salida que lleva a la bomba (22) del fluido hidráulico. La bomba (22) tiene un conducto (24) de salida que lleva a válvulas reversibles (26), (28), (30) de flujo. Un medidor (32) de presión monitoriza la presión en el conducto (28) de la salida de la bomba. La válvula (34) de seguridad en el conducto (28) de la salida de la bomba está ajustada para que evite una presión que supere los 24,82 MPa devolviendo al recipiente (18) el fluido excesivamente presurizado. La válvula de retención (36) en el conducto (24) de la salida de la bomba permite que el fluido hidráulico fluya de la bomba (22) a las válvulas (26), (28), (30) de flujo. Desde las válvulas (26), (28), (30) de flujo hasta el recipiente (18) se extiende un conducto de retorno (38). El conducto de retorno (38) tiene un separador (40) para eliminar del fluido hidráulico cualquier GNC atrapado. El sensor (42) detecta cualquier GNC atrapado y envía una señala al panel de control si está presente GNC. El mecanismo (44) de separación libera cualquier GNC atrapado dentro del recipiente (18). El recipiente (18) también tiene un indicador (46), preferentemente de tipo flotante, que hace seguimiento del nivel de fluido en el recipiente. El indicador (46) está conectado al transmisor (48), que proporciona una señal al panel de control cuando el nivel de fluido en el recipiente 18 alcanza un nivel mínimo o un nivel máximo seleccionados.
La sección (14) de transferencia comprende los grupos (50), (52), (54) de cilindros (56) de almacenaje de alta presión. Cada grupo (50), (52), (54) contiene un número igual de cilindros (56) que son idénticos en tamaño. Como se muestra en la Fig. 2, cada cilindro (56) tiene una camisa (58) y una cámara interna (60). Antes de la entrega a la estación de reportaje, la cámara interna (60) de cada cilindro (56) es llenada con GNC presurizado (62). Cada cilindro (56) tiene también un primer extremo (64) y un segundo extremo (66). El segundo extremo (66) está cerrado. El primer extremo (64) tiene una abertura (68) a través de la cual pasa un acoplamiento (70). Como se muestra en la Fig. 3, el acoplamiento 70 contiene una conexión (72) para el fluido hidráulico y una conexión (74) para el gas. Desde la conexión (72) para el fluido hidráulico hasta un punto adyacente al segundo extremo (66) se extiende un tubo hueco (76) para introducir fluido hidráulico (78) en la cámara (60).
Refiriéndonos nuevamente a la Fig. 1, las conexiones (72) para el fluido hidráulico de cada cilindro (56) en un grupo (50), (52), (54) se unen entre sí en paralelo por medio de un colector (80) para fluido. Entre la bomba (22) y el colector (80) para fluido se encuentran válvulas reversibles (26), (28), (30) de flujo. Cada colector (80) para fluido tiene una válvula manual de cierre (82). Las conexiones (74) para el gas de cada cilindro (56) en un grupo (50), (52), (54) se unen entre sí en paralelo por medio de un colector (84) para gas. Cada grupo (50), (52), (54) tiene también una válvula (86) de seguridad, una válvula de conexión abocinada (88), y válvulas manuales de cierre (90), (92) colocadas corriente abajo de las conexiones (74) para gas en paralelo. La válvula (86) de seguridad evita una presión que supere los 24,82 MPa purgando el GNC excesivamente presurizado cuando sale de los cilindros (56). La válvula de conexión abocinada (88) permite la liberación de GNC desde cualquier grupo (50), (52), (54) en el supuesto caso de que el grupo (50), (52), (54) requiriese servicio o reparación. Las válvulas manuales de cierre (90), (92) permiten el aislamiento de cualquier grupo (50), (52), (54) por cualquier razón. La válvula de retención (94) permite que el GNC fluya corriente debajo del colector (84) para gas hasta el conducto de la manguera (96). La válvula de retención (98) permite que el GNC fluya corriente arriba desde el conducto de la manguera (96) hasta volver al colector (84) para gas. En el conducto de la manguera (96) se encuentran una válvula (100) y una válvula manual de cierre (102).
La sección (16) de repostaje comprende al menos un depósito (104) de repostaje. Cada depósito (104) de repostaje tiene una válvula manual de cierre (106) y una unidad de filtrado (108). La unidad de filtrado (108) elimina cualquier fluido hidráulico atrapado de la corriente de GNC antes de distribuir el GNC. La unidad de filtrado (108) tiene una llave de purga de prueba para comprobar la presencia de fluido hidráulico en la unidad de filtrado (108).
En funcionamiento, los grupos (50), (52), (54) se vacían uno a uno. Si se vacía primero el grupo (50), se abren las válvulas manuales de cierre (82), (90) del grupo (50), y se cierra la válvula manual de cierre (92) del grupo (50). La válvula reversible de flujo (26) está configurada para permitir el flujo corriente abajo desde la bomba (22) hasta el grupo (50). La bomba (22) bombea fluido hidráulico desde el recipiente (18) al colector (80) para fluido a través de las conexiones (72) para fluido y al interior de los cilindros (56) para mantener la presión a (24),(82) MPa en los cilindros (56) mientras se está distribuyendo el GNC. Como se muestra en la Fig. 2, el fluido hidráulico (78) fluye por el tubo hueco (76) al interior del cilindro (56) en el extremo contrario al acoplamiento (70). El fluido (78) entra en contacto directamente con el GNC (62) en la superficie de contacto (112), pero no se mezcla con el GNC (62). El GNC (62) fluye al exterior de los cilindros (56) por las conexiones (74) para gas, el colector (84) para gas, la válvula de retención (94) y la manguera (96) hacia la sección (16) de repostaje. La válvula de control (100) limita la presión en la manguera (96) a 24,82 MPa.
Cuando el grupo (50) está sustancialmente vacío de GNC, el nivel del fluido hidráulico en el recipiente (18) habrá alcanzado el nivel mínimo seleccionado, que es captado por el indicador flotante (46). El transmisor (48) enviará una señal al panel de control. Las válvulas manuales de cierre (82), (90) del grupo (50) estarán cerradas, y la válvula manual de cierre (92) del grupo (50) estará abierta. La válvula reversible de flujo (26) estará configurada para permitir el flujo corriente arriba desde el colector (80) para fluido. El GNC en la manguera (96) fluirá por la válvula de retención (98) de vuelta a los cilindros (56). El GNC residual en los cilindros (56) obliga al fluido hidráulico a salir de los cilindros (56). El fluido hidráulico regresará al recipiente (18) por medio del conducto de retorno (38). El separador (40) en el conducto de retorno (38) elimina cualquier GNC atrapado en el fluido hidráulico.
Cuando, sustancialmente, todo el fluido hidráulico haya sido eliminado de los cilindros (56), el nivel de fluido hidráulico en el recipiente (18) habrá alcanzado el nivel máximo seleccionado, según lo detecta del indicador flotante (46). El transmisor (48) enviará una señal al panel de control. Las válvulas manuales de cierre (82), (90) del grupo (52) estarán abiertas, y la válvula manual de cierre (92) del grupo (52) estará cerrada. La válvula reversible de flujo (28) estará configurada para permitir el flujo corriente abajo hacia el grupo (52). El grupo (52) empezará a distribuir GNC de la misma manera que el grupo (50).
Refiriéndonos a las Figuras 4, 5 y 6, se ilustra una realización alternativa de la invención. Como se muestra en la Fig. 4, un elemento indicador (114) está ubicado dentro de la cámara (60) del cilindro (56). El elemento indicador (114) se ubica sustancialmente en la superficie (112) de contacto entre el GNC (62) y el fluido hidráulico (78). El elemento indicador (114) es una chapa o disco plano que tiene una abertura central (116) con un diámetro ligeramente mayor que el diámetro del tubo hueco (76). El elemento indicador (114) también tiene un borde exterior (118) con un diámetro ligeramente menor que el diámetro de la cámara (60). El elemento indicador (114) es un miembro delgado y flexible de un plástico o caucho que es impermeable tanto al fluido hidráulico (78) como al GNC (62), y que contiene un polvo ferromagnético. Como se muestra en la Fig. 6, un detector (120) tiene una sonda que se extiende a través del acoplamiento (70) para captar la proximidad del elemento indicador (114) y proporcionar una señal al panel de control.
En funcionamiento, los grupos (50), (52), (54) se vacían uno a uno. Si se vacía primero el grupo (50), se abren las válvulas manuales de cierre (82), (90) del grupo (50), y se cierra la válvula manual de cierre (92) del grupo (50). La válvula reversible de flujo (26) está configurada para permitir el flujo corriente abajo desde la bomba (22) hasta el grupo (50). El fluido hidráulico (78) obliga a salir al GNC (62) de la cámara (60). Según disminuye la cantidad de GNC (62) dentro de la cámara (60), la superficie de contacto (112) se irá aproximando al acoplamiento (70). Dado que el elemento indicador (114) no está en contacto con el tubo hueco (76) ni con la cámara (60), el elemento indicador (114) permanece en la superficie de contacto (112), moviéndose dentro de la cámara (60) según cambia el nivel del GNC (62).
Cuando el cilindro (56) está sustancialmente vacío de GNC (62), el elemento indicador (114) estará en el punto más cercano de su aproximación al acoplamiento (70). El detector (120) detectará la proximidad del elemento indicador (114) y enviará una señal al panel de control. La válvula reversible (26) de flujo estará configurada para permitir el flujo corriente arriba desde el colector (80) para fluido. El GNC en la manguera (96) fluirá por la válvula de retención (98) de vuelta a los cilindros (56). El GNC residual en los cilindros (56) obliga al fluido hidráulico a salir de los cilindros (56). El fluido hidráulico regresa al recipiente (18) por medio del conducto de retorno (38). El separador (40) en el conducto de retorno (38) elimina cualquier GNC atrapado en el fluido hidráulico.
Cuando, sustancialmente, todo el fluido hidráulico haya sido eliminado de los cilindros (56), el elemento indicador (114) estará en el punto más alejado del acoplamiento (70). El detector (120) detectará la proximidad del elemento indicador (114) y enviará una señal al panel de control. Las válvulas manuales de cierre (82), (90) del grupo (52) estarán abiertas, y la válvula manual de cierre (92) del grupo (52) estará cerrada. La válvula reversible de flujo (28) estará configurada para permitir el flujo corriente abajo hacia el grupo (52). El grupo (52) empezará a distribuir GNC de la misma manera que el grupo (50).
Debería notarse que en esta realización alternativa de la invención el elemento indicador (114) y el detector (120) realizan sustancialmente la misma función que el indicador flotante (46) y el transmisor (48). Por lo tanto, el indicador flotante (46) y el transmisor no son necesarios en esta realización alterna, aunque pueden incluirse si se desea.
La invención tiene varias ventajas. Dado que la invención utiliza un fluido hidráulico que no se mezcla con el gas natural comprimido, los cilindros pueden fabricarse sin pistones internos u otros mecanismos para mantener el fluido hidráulico separado del gas. Además, dado que no se precisa pistón alguno dentro de los cilindros, la conexión para fluidos y la conexión para gas pueden instalarse en un único acoplamiento que está colocado en un extremo del cilindro. El otro extremo del cilindro puede estar cerrado. Un cilindro que no tiene ningún pistón interno, y que está cerrado por un extremo, es significativamente menos caro de fabricar, y es probable que sea más duradero y que tenga una vida útil más prolongada.
Aunque la invención ha sido mostrada únicamente en dos de sus formas, debería ser evidente a las personas expertas en la técnica que no está limitada en ese sentido, sino que es susceptible de cambios diversos sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.

Claims (6)

1. Un sistema de distribución de combustible para distribuir gas natural comprimido a un recipiente externo a presión dotado de un recipiente (18) con un conducto (20) de entrada a la bomba y un conducto de retorno (38), un fluido hidráulico contenido en el recipiente, al menos un tanque (56) dotado de una cámara que contiene un gas natural comprimido, una conexión (72) para gas, y una conexión (74) para fluido hidráulico, cada una de las cuales está en comunicación fluida con el gas almacenado en la cámara, un conducto de manguera (96) conectado a la conexión para gas para la conexión a un recipiente externo a presión, una bomba (22) conectada al conducto de entrada a la bomba para bombear el fluido hidráulico desde el recipiente a la conexión para fluido hidráulico y ponerlo en contacto físico con el gas almacenado en la cámara para mantener una presión mínima seleccionada en la conexión para gas mientras el gas fluye de la conexión para gas pasando por el conducto de la manguera y se introduce en un recipiente externo a presión, y una válvula de flujo (26, 28, 30) que dirige el fluido hidráulico desde el tanque de vuelta al recipiente cuando el tanque está sustancialmente vacío de gas natural comprimido,
caracterizado por:
un mecanismo de separación (44) dentro del recipiente (18) para liberar cualquier gas natural comprimido atrapado dentro del recipiente.
2. El sistema de distribución de combustible conforme a la reivindicación 1, que comprende además un indicador flotante (46) en el recipiente (18) para detectar un nivel de fluido hidráulico en el recipiente.
3. El sistema de distribución de combustible conforme a la reivindicación 1, en el que el remanente del gas natural comprimido del tanque hace que el fluido hidráulico fluya de vuelta al recipiente.
4. El sistema de distribución de combustible conforme a la reivindicación 1, en el que el tanque es alargado y tiene extremos primero y segundo; en el que cada una de las conexiones (72, 74) se extiende por el primer extremo y una de las conexiones (72, 74) comprende un tubo (76) que lleva dentro de la cámara hasta un punto adyacente al segundo extremo.
5. El sistema de distribución de combustible conforme a la reivindicación 4, en el que la conexión (72, 74) que comprende el tubo (76) es la conexión (72) para fluido hidráulico.
6. Un procedimiento para suministrar gas natural comprimido como combustible a un recipiente externo a presión, que incluye los pasos de proporcionar un recipiente (18) de fluido hidráulico y una bomba hidráulica (22) en la estación de repostaje, proporcionar al menos un tanque (56) dotado de una cámara que contiene un gas natural comprimido, una conexión (74) para gas y una conexión (72) para fluido hidráulico, cada una de las cuales está en comunicación fluida con el gas almacenado en la cámara, conectar la conexión para gas a un conducto de manguera (96) en la estación de repostaje a un recipiente externo a presión, conectar un conducto (24) desde la bomba hidráulica hasta la conexión para fluido hidráulico, bombear el fluido hidráulico con la bomba hidráulica desde el recipiente hasta la conexión para fluido hidráulico y ponerlo en contacto físico con el gas almacenado en la cámara para mantener una presión mínima seleccionada en la conexión para gas, fluyendo desde la conexión para gas pasando por el conducto de la manguera e introduciéndose en un recipiente externo a presión, y, una vez que el gas haya sido sustancialmente vaciado de la cámara, hacer fluir el fluido hidráulico fuera de la cámara, por medio de la conexión hidráulica y de vuelta al recipiente, y cuando el tanque esté sustancialmente vacío de gas natural comprimido, caracterizado por:
proporcionar un mecanismo de separación (44) en el recipiente (18) que libera cualquier gas natural comprimido atrapado dentro del recipiente y que usa el remanente del gas natural comprimido en el tanque para obligar al fluido hidráulico a volver al recipiente.
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