ES2339434T3 - Sistema y metodo para distribuir gas presurizado. - Google Patents

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ES2339434T3 ES03002915T ES03002915T ES2339434T3 ES 2339434 T3 ES2339434 T3 ES 2339434T3 ES 03002915 T ES03002915 T ES 03002915T ES 03002915 T ES03002915 T ES 03002915T ES 2339434 T3 ES2339434 T3 ES 2339434T3
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David John Farese
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Abstract

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.

Description

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, H_{2}, 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 H_{2} 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 el volumen del gas en el interior del depósito. La presión real del depósito y el volumen del gas, son comparados con una presión final estimada del depósito y el correspondiente volumen de gas para el depósito.
En el presente documento se citan algunas otras patentes solo como información de antecedentes. Éstas comprenden las siguientes. La patente USA 4.515.516 (Perrine y otros) da a conocer un método y un aparato para comprimir gases. El compresor utilizado aquí es adecuado para llenar un depósito de almacenamiento de gas natural en un vehículo durante un periodo prolongado de varias horas. Se utiliza un depósito de almacenamiento auxiliar para un llenado rápido. La patente USA 4.984.457 (Morris) da a conocer un aparato de calibración de un depósito y un método para calibrar la cantidad de liquido en un recipiente de liquido y gas bajo condiciones de flujo o de gravedad cero. La patente USA 5.156.198 (Hall) da a conocer un sistema de distribución y de bloqueo de la bomba de combustible en el que se utilizan datos procedentes de un ordenador de un vehículo para identificar el vehículo, transferir datos hacia y desde el ordenador del vehículo a un ordenador de la bomba de combustible, y para desbloquear la bomba de combustible. La patente USA 5.169.295 (Stogner y otros) da a conocer un método y un aparato para comprimir gas en el que se llenan de forma alternativa dos acumuladores con gas procedente de un suministro de gas, y se obliga a salir el gas de uno de los extremos de cada uno de los acumuladores hacia un conducto receptor de gas, mediante liquido forzado hacia el otro extreme de cada uno de los acumuladores. La patente USA 5.454.408 (DiBella y otros) da a conocer un recipiente de almacenamiento de CNG de volumen variable conectado a una tubería que suministra gas natural presurizado. El recipiente esta conectado a un adaptador de la estación de distribución. Cuando se está llenando un depósito, un controlador responde a la presión en el interior del recipiente de almacenamiento variando el volumen del recipiente de almacenamiento.
Características resumidas de la invención
Se da a conocer un sistema para distribuir gas presurizado, siendo el gas hidrógeno, que comprende una fuente de gas presurizado, un depósito receptor, una tubería hermética de flujo de gas conectada entre la fuente de gas y el depósito receptor, una válvula en la tubería de flujo de gas para iniciar y finalizar el flujo del gas presurizado entre la fuente de gas y el depósito receptor activable mediante una señal de válvula, y un controlador electrónico. También se incluye un sensor de temperatura para detectar la temperatura de un gas en el interior del depósito receptor, que comprende un generador de señales de temperatura para generar una señal de temperatura correspondiente a la temperatura del gas presurizado en el depósito receptor. La señal de temperatura es utilizada por el controlador electrónico. Análogamente, se incluye un sensor de presión para detectar la presión del gas en el interior del depósito receptor que comprende un generador de señales de presión para generar una señal de presión correspondiente a la presión del gas en el interior del depósito receptor. La señal de presión es utilizada también por el controlador electrónico. El controlador electrónico almacena la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno, y las señales de temperatura y presión. El controlador electrónico calcula también periódicamente la densidad del gas en el depósito receptor en función de las señales de temperatura y presión. El controlador electrónico compara la densidad del gas en el depósito receptor con la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno, e inicia el flujo de gas presurizado a través de la válvula generando una señal de válvula cuando la densidad del gas en el deposito receptor está por debajo de la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno, y finaliza el flujo de gas presurizado a través de la válvula generando una señal de válvula cuando la densidad del gas en el depósito receptor alcanza la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno.
El gas presurizado es gas hidrógeno. Preferentemente, el controlador electrónico genera una señal de llenado porcentual, en que la señal de llenado porcentual es la proporción de la densidad del gas en el depósito receptor con respecto a la densidad nominal del depósito.
También puede incluirse un sistema de refrigeración para enfriar el gas que sale de la fuente de gas presurizado antes de que el gas entre en el depósito receptor. En este caso, el sistema de refrigeración puede utilizar un ciclo mecánico de refrigeración, por ejemplo, utilizando un hidrofluorocarbono. Alternativamente, el sistema de refrigeración puede incluir una fuente de hidrógeno liquido y un dispositivo de almacenamiento de frío, en el que el dispositivo de almacenamiento de frío está enfriado por hidrógeno procedente de la fuente de hidrógeno liquido y el sistema de refrigeración comprende además un intercambiador de calor adaptado para recibir y enfriar el gas que sale de la fuente de gas presurizado antes de que fluya al depósito receptor. El dispositivo de almacenamiento de frío puede utilizar un refrigerante condensable para almacenar la refrigeración hasta que se requiera el enfriamiento cuando se llena el depósito receptor. De nuevo, el refrigerante puede ser un hidrofluorocarbono. El dispositivo de almacenamiento de frío puede también utilizar un gas comprimido tal como argón o nitrógeno. El sistema de refrigeración puede incluir un recipiente refrigerado que rodea como mínimo parcialmente la fuente de gas presurizado.
Finalmente, el controlador electrónico puede calcular la densidad del gas en el depósito receptor en función de cálculos aproximados de las señales de temperatura y presión.
También se da a conocer un método de distribución de gas presurizado, que comprende las etapas de proporcionar una fuente de gas presurizado, un depósito receptor, una tubería hermética de flujo de gas conectada entre la fuente de gas y el depósito receptor, y una válvula en la tubería de flujo de gas para iniciar y finalizar el flujo de gas presurizado entre la fuente de gas y el depósito receptor, activable mediante una señal de válvula. El método comprende también la etapa le disponer un controlador electrónico, un sensor de temperatura para detectar la temperatura oteó gas en el interior del depósito, receptor y un sensor de presión para detectar la presión del gas en el interior del deposito receptor. El sensor de temperatura comprende un generador de señal para generar una señal de temperatura correspondiente a la temperatura del gas presurizado en el depósito receptor. La señal de temperatura está adaptada para ser recibida por el controlador electrónico. El sensor de presión comprende además un generador de señales para generar una señal de presión correspondiente a la presión del gas en el interior del depósito receptor. La señal de presión está adaptada para ser recibida por el controlador electrónico. El método comprende además las etapas de almacenar la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno, y señales de presión en el controlador electrónico, calcular periódicamente la densidad del gas en el depósito receptor en función de las señales de temperatura y presión, y comparar periódicamente la densidad del gas en el deposito receptor con la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un deposito receptor lleno. El flujo de gas presurizado a través de la válvula se inicia mediante la generación de la señal de la válvula cuando la densidad del gas en el depósito receptor está por debajo de la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno, y el flujo de gas presurizado a través de la válvula se finaliza mediante la generación de la señal de la válvula cuando la densidad del gas en el depósito receptor alcanza la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno. El método puede incluir además la etapa de generar una señal de llenado porcentual, en que la señal de llenado porcentual es la proporción de la densidad del gas en el depósito receptor frente a la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno. El método puede incluir además la etapa de enfriar el gas que sale de la fuente de gas presurizado antes de que el gas entre en el depósito receptor, utilizando un sistema de refrigeración. La etapa de enfriamiento puede incluir la utilización de una fuente de hidrógeno liquido. La etapa de calculo de la densidad del gas en el depósito receptor puede basarse en señales de temperatura y presión estimadas. La etapa de cálculo de la densidad del gas en el depósito receptor puede incluir la obtención de lecturas del sensor de temperatura y del sensor de presión mediante el cálculo de valores estimados en función de una estimación de la densidad y del flujo del gas que sale de la fuente de gas presurizado.
Breve descripción de varias vistas de los dibujos
La figura 1 es una vista esquemática simplificada de una realización preferente del sistema de la presente invención para distribuir gas presurizado;
la figura 2 es un diagrama de bloques simplificado del flujo, que ilustra el método preferente de utilización del sistema de la figura 1 para la distribución de gas presurizado;
la figura 3 es una vista esquemática simplificada de otra realización preferente del sistema para distribuir gas presurizado, en la que el gas es enfriado antes de ser distribuido a un depósito receptor;
la figura 4 es una vista esquemática simplificada de otra realización preferente del sistema para distribuir gas presurizado, en la que el gas es enfriado mediante un sistema de enfriamiento independiente, tal como un sistema de ciclo de hidrofluorocarbono, antes de su distribución a un depósito receptor;
la figura 5 es una vista esquemática simplificada de otra realización preferente del sistema para distribuir gas presurizado, en la que el gas es enfriado mientras se almacena como gas presurizado mediante un sistema de enfriamiento independiente, tal como un sistema de ciclo de hidrofluorocarbono, antes de su distribución a un depósito receptor; y
la figura 6 es una vista esquemática simplificada de otra realización preferente del sistema para distribuir gas presurizado, en la que el gas es enfriado utilizando refrigeración a partir de hidrógeno líquido que ha sido almacenado, antes de su distribución a un depósito receptor.
Descripción detallada de la invención
Haciendo referencia ahora a los dibujos, en los que los mismos números de referencia se refieren a elementos iguales a través de las diversas vistas, en la figura 1 se muestra un sistema para distribuir gas presurizado (10), siendo el gas hidrógeno gaseoso, según una realización preferente de la presente invención. El sistema para distribuir el gas presurizado (10) comprende preferentemente una fuente (12) de gas presurizado conectada a un depósito receptor (14) a través de una tubería hermética (16) de flujo de gas presurizado. La tubería hermética (16) de flujo de gas está conectada al depósito receptor (14) a través de un conjunto de conector (18) que comprende cualquier tubería de combustible necesaria y una válvula (20) de suministro de gas para controlar el flujo de gas presurizado entre la fuente (12) de gas y el depósito receptor (14). Preferentemente, en el interior del depósito receptor (14) se dispone un sensor de temperatura tal como un transductor (22) de temperatura, que comprende un generador de señal de temperatura que genera una señal indicativa de la temperatura del gas en el interior del depósito receptor (14). Para los propósitos de esta descripción, el sensor (22) de temperatura debe detectar la temperatura en el interior del depósito receptor (14), si bien el propio sensor (22) de temperatura no es necesario que esté situado en el interior del depósito receptor (14). Por ejemplo, el sensor (22) de temperatura puede estar localizado en el conjunto de conector (18) o sobre el mismo, o en una pared interior o exterior del depósito receptor (14). Si es necesario, puede utilizarse un factor de corrección para calcular la temperatura real en el depósito en función de la temperatura en el sensor (22) de temperatura. También está dispuesto un sensor de presión tal como un transductor (24) de presión en el interior del depósito receptor (14) tal como se muestra (o en otra posición que tenga una presión igual o similar, tal como el conjunto de conector -18-), que comprende un generador de señal de presión que genera una señal indicativa de la presión del gas en el depósito receptor (14). Para el objeto de esta descripción, el sensor (24) de presión debe detectar la presión en el interior del depósito receptor, si bien el propio sensor (24) de presión no es necesario que esté situado en el interior del depósito receptor (14). Por ejemplo, el sensor (24) de presión puede estar situado en el conjunto de conector (18). Si es necesario, puede utilizarse un factor de corrección para calcular la presión real en el depósito receptor (14) en función de la presión en el sensor (24) de temperatura. El sistema para distribuir gas presurizado (10) comprende también preferentemente una conexión (26) de señal, un controlador electrónico (28) y una pantalla (30). El controlador electrónico (28) genera una señal (29) de válvula que controla la apertura y el cierre de la válvula
(20).
Para el objeto de la presente invención debe entenderse que la fuente (12) de gas presurizado puede incluir fuentes tanto de "llenado rápido" como de "llenado lento". En general, se entiende que el término "llenado rápido" se aplica a velocidades de llenado por encima de unos 0,5 kg/min. por deposito, mientras se entiende que el término "llenado lento" se aplica a velocidades de llenado por debajo de 0,5 kg/min. por depósito.
Se ilustran métodos para conectar el sistema al vehículo, y para la comunicación con el vehículo, por ejemplo en la patente USA 5.628.349 (Diggins), cuya descripción completa se incorpora aquí como referencia.
Una característica significativa de la presente invención es la utilización de la señal (22) de temperatura (que indica la temperatura del gas en el interior del depósito receptor -14-) utilizada en combinación con la señal (24) de presión (que indica la presión del gas en el interior del depósito receptor), por medio del controlador electrónico (28) para calcular la densidad del gas en el depósito receptor (14).
El cálculo de la densidad en el interior del depósito receptor (14) presenta varias ventajas frente a los sistemas de la técnica anterior. Con el sistema (10) expuesto en el presente documento, la densidad del gas en el interior del depósito receptor (14) se compara periódicamente con la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un deposito receptor lleno, (en función de la temperatura nominal del depósito y de la presión nominal en el depósito) del depósito receptor (14) lleno, mediante el controlador electrónico (28) en función de la temperatura real del gas en el interior del depósito receptor (14). La presión nominal del depósito y la temperatura nominal del depósito (o la densidad nominal en el depósito) se basan en las especificaciones del deposito receptor, por ejemplo, la especificación del fabricante, para un depósito lleno. Por lo tanto, el proceso puede controlarse de tal forma que durante el ciclo de distribución la presión real en el interior del depósito receptor no exceda en ningún momento la presión máxima permisible del fabricante, para dicho depósito.
La señal procedente del transductor (22) de temperatura es transmitida al controlador electrónico (28) mediante, por ejemplo, cualesquiera dispositivos o sistemas convencionales, disponibles comercialmente, que se deseen.
El método de la invención se explica mejor en el diagrama de flujo del sistema de la figura 2 que representa el control del sistema (10) descrito previamente en relación con la figura 1. Una veo que la tubería (16) de flujo de gas es conectada al depósito receptor (14) a través del conjunto (18) del conector, el controlador electrónico (28) autoriza la utilización de la estación a un usuario autorizado, mediante cualquier número de métodos utilizados normalmente como una tarjeta de crédito o débito u otra tarjeta codificada magnética o electrónicamente, con o sin un número "PIN" de identificación. Si el controlador electrónico (28) determina que un usuario no es un usuario autorizado, envía un mensaje tal como "Usuario No Autorizado" a la pantalla (30). Una vez que la autorización es confirmada por el controlador electrónico, éste lee la presión y la densidad nominales del gas en el depósito receptor (14). El controlador electrónico (28) hace que se abra la válvula de control (20), mediante una señal de válvula, y permite que el gas presurizado fluya desde la fuente (12) de gas presurizado a través de la tubería (16) de flujo de gas hasta el depósito receptor (14).
Durante el llenado del depósito receptor (14), el transductor (22) de temperatura y el transductor (24) de presión siguen enviando datos de temperatura y presión en tiempo real al controlador electrónico (28), que calcula reiteradamente la densidad del volumen de gas en el interior del depósito receptor (14), por ejemplo, varias veces por segundo. El controlador electrónico (28) compara la densidad calculada a partir de la temperatura y la presión en tiempo real en el interior del depósito receptor (14) con la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno. Si la presión del depósito no está aún dentro de dicho margen, prosigue el llenado rápido y el controlador electrónico (28) lee los nuevos datos de temperatura y presión en tiempo real y calcula la densidad del gas en el interior del depósito receptor (14), repitiendo las etapas anteriores.
Por otra parte, si la densidad del depósito receptor (14) es ya mayor o igual que la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno (menos una tolerancia, por ejemplo, del 1%), el controlador electrónico (28) envía entonces señales a la válvula (20) para detener el flujo de gas, a través de la señal de válvula, y espera, por ejemplo, de 1 a 60 segundos y preferentemente cinco segundos, mientras el depósito y la instrumentación se estabilizan. Si la densidad sigue siendo mayor o igual que la densidad nominal en el deposite, basada en la especificación para un depósito receptor lleno (menos la tolerancia), entonces el llenado está completo. Si la densidad es menor que la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno, se reanuda de nuevo llenado, como anteriormente.
Preferentemente, el controlador electrónico genera una señal de llenado porcentual, en la que la señal de llenado porcentual es la proporción de la densidad del gas en el depósito receptor con respecto a la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un deposito receptor lleno, en la que la densidad del gas en el depósito receptor está basada en las señales de temperatura y presión.
Haciendo referencia a continuación a la figura 3, se muestra una realización alternativa de la presente invención. En este caso, el sistema para distribuir gas presurizado (110) comprende preferentemente la fuente (112) de gas presurizado conectada a un depósito receptor (114) a través de una tubería (116) de flujo de gas presurizado. La tubería (116) de flujo de gas presurizado está conectada al depósito receptor (114) a través de un conjunto (118) de conector que comprende una válvula (120) de suministro de gas para controlar el flujo de gas presurizado entre la fuente (112) de gas y el depósito receptor (114). Se dispone un transductor (122) de temperatura en el interior del deposito receptor (114), que genera una señal que indica la temperatura del gas en el interior del depósito receptor (114). Un transductor (124) de presión dispuesto en el interior del depósito receptor (114) genera una señal que indica la presión del gas en el deposito receptor (114). El sistema para distribuir gas presurizado (110) comprende también preferentemente una conexión de señal (126), un controlador electrónico (128) y una pantalla (130), Todos estos elementos son comunes con la primera realización del sistema para distribuir gas presurizado (10), que se ha descrito anteriormente.
Una característica significativa adicional de la segunda realización del sistema para distribuir gas presurizado (110) es su capacidad para extraer calor del gas en la tubería (116) de flujo de gas (entre la fuente -112- de gas presurizado y el depósito receptor -114-) con cualquier fuente (132) de refrigeración aplicable conocida normalmente. La fuente (132) de refrigeración está conectada al controlador electrónico (128) a través de la tubería (133) de control de la refrigeración. La fuente (132) de refrigeración reduce preferentemente la temperatura del gas en el depósito receptor (114) a medida que va siendo llenado, en comparación con un llenado sin refrigeración. Óptimamente, la fuente (132) de refrigeración mantiene la temperatura del gas en el depósito receptor (114) durante el llenado e inmediatamente después, a la temperatura ambiente del depósito receptor (114) antes del llenado.
Las figuras 4 a 6 representan ejemplos de varios medios preferentes de refrigeración para su utilización con la presente invención. Tal como puede verse en la figura 4, se muestra un sistema (210) para distribuir gas presurizado. El sistema (210) es idéntico al sistema (110) excepto en que se muestra en detalle una realización específica del sistema de refrigeración (232). Por brevedad, los detalles estructurales comunes de los sistemas (110) y (210) reciben números de referencia similares y no se reiterarán su construcción y su funcionamiento. Por ejemplo, la fuente (112) de gas presurizado en el sistema (110) es idéntica a la fuente (212) de gas presurizado en el sistema (210). En el sistema (210), un sistema (232) de refrigeración tiene un ciclo típico de refrigeración externa (tal como un ciclo de hidrofluorocarbono, por ejemplo, HCFC 134A) con una bomba (234) de recirculación, un medio para extraer calor del fluido (236) de intercambio de calor y un intercambiador de calor (237).
Tal como puede verse en la figura 5, se muestra un sistema (310) para distribuir gas presurizado. El sistema (310) es idéntico al sistema (110) excepto en que se muestra en detalle una realización específica del sistema (332) de refrigeración. Por brevedad, los detalles estructurales comunes de los sistemas (110) y (310) recibirán, como puede verse, números de referencia similares, y no se reiterarán su construcción y su funcionamiento. Por ejemplo, la fuente (112) de gas presurizado en el sistema (110) es idéntica a la fuente (302) de gas presurizado en el sistema (310). La fuente (312) de gas presurizado está situada parcial o completamente en un recipiente refrigerado (340). La refrigeración se proporciona utilizando un sistema convencional (332) de refrigeración que proporciona frío al intercambiador de calor (338) por aire situado en el recipiente refrigerado (340). La temperatura en el recipiente (340) está controlada por el controlador electrónico (328) utilizando datos procedentes de un sensor de temperatura (344).
Finalmente, tal como puede verse en la figura 6, se muestra un sistema (410) para la distribución de gas presurizado. El sistema (410) es idéntico al sistema (110) excepto en que se muestra en detalle una realización especifica del sistema (432) de refrigeración. Por brevedad, los detalles estructurales comunes de los sistemas (110) y (410) recibirán números de referencia similares, como puede verse, y no se reiterarán su construcción y su funcionamiento. Por ejemplo, la fuente (112) de gas presurizado en el sistema (110) es idéntica a la fuente (402) de gas presurizado en el sistema (410). En este caso, se utiliza una fuente de hidrógeno liquido. El hidrógeno liquido está almacenado en el recipiente (446). El hidrógeno liquido es bombeado utilizando una bomba criogénica (448). Parte del hidrógeno es bombeada directamente a un intercambiador de calor (450) donde el líquido es calentado hasta ser convertido en gas y dispuesto en la fuente (412) de gas presurizado. El resto del hidrógeno pasa a través de una válvula (452) de control, y a un dispositivo (454) de almacenamiento de frío que comprende un intercambiador de calor, en el que el frío es almacenado en el dispositivo (454) de almacenamiento de frío hasta ser requerido, y en el que el gas que sale de la fuente (412) de gas presurizado pasa a través del intercambiador de calor en el dispositivo (454) de almacenamiento de frío para enfriar el gas que será distribuido al depósito receptor (114). El dispositivo (454) de almacenamiento de frío utiliza preferentemente un refrigerante condensable para almacenar la refrigeración hasta que se necesite el enfriamiento cuando se llena el depósito receptor.
Finalmente, se observa que, con respecto a las múltiples realizaciones descritas en el presente documento, los sensores de temperatura y de presión pueden basarse en valores calculados o estimados, en lugar de en mediciones directas del depósito receptor.
La utilización principal del sistema y el método de la invención es para el repostaje de depósitos de almacenamiento de vehículos con hidrógeno comprimido.
La fuente de gas presurizado de las diversas realizaciones de la presente invención puede ser un depósito de almacenamiento de gran volumen, una tubería de suministro de gas presurizado, una tubería de descarga de compresor, o cualquier combinación de estos elementos adecuada para su utilización en el suministro de gas al depósito receptor en una cantidad y a una presión lo suficientemente grandes como para conseguir en el depósito receptor unos valores deseados de velocidad de llenado, de nivel de llenado y de presión. Una fuente de gas presurizado especialmente preferida para suministrar gas presurizado a un depósito receptor es un sistema tal como el mostrado y descrito en la patente USA 5.351.726 (Diggins), que se incorpora completamente como referencia al presente documento.
Si bien el presente documento se ha mostrado y descrito con referencia a realizaciones especificas, en modo alguno se pretende limitar la presente invención a los detalles mostrados. Por el contrario, pueden realizarse diversas modificaciones en los detalles dentro del ámbito y el alcance de las reivindicaciones.

Claims (18)

1. 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.
\vskip1.000000\baselineskip
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:
(a)
disponer una fuente (12) de gas presurizado;
(b)
disponer un depósito receptor (14);
(c)
disponer una tubería hermética (16) de flujo de gas conectada entre la fuente (12) de gas y el depósito receptor (14),
(d)
disponer una válvula (20) en la 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 la válvula (20) activable mediante una señal (29) de válvula;
(e)
disponer un controlador electrónico (28);
(f)
disponer un sensor (22) de temperatura para detectar la temperatura de un gas en el interior del deposito receptor (14), comprendiendo el sensor de temperatura un generador de señal de temperatura para generar una señal de temperatura correspondiente a la temperatura del gas presurizado en el deposito receptor (14), estando la señal de temperatura adaptada para ser recibida por el controlador electrónico (28);
(g)
disponer un sensor (24) de presión para detectar la presión del gas en el interior del depósito receptor (14), comprendiendo el 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 la señal de presión adaptada para ser recibida por el controlador electrónico (28);
caracterizado porque
(h)
en el controlador electrónico (28) se almacenan la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor (14) lleno, y las señales de temperatura y de presión;
(i)
se calcula periódicamente la densidad del gas en el depósito receptor (14) en función de las señales de temperatura y de presión;
(j)
se compara periódicamente la densidad del gas en el depósito receptor (14) con la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno,
(k)
se inicia 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) está por debajo de la densidad nominal en el depósito, basada en la especificación para un depósito receptor lleno;
(l)
se finaliza 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
(m)
el gas presurizado es gas hidrógeno.
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.
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