ES2362974T5 - Procedimiento de llenado de un gas a presión en un depósito - Google Patents

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Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de llenado de un gas a presion en un deposito
La presente invencion se refiere a un procedimiento de llenado de un gas a presion en un deposito.
La invencion se refiere mas particularmente a un procedimiento de llenado de un gas a presion en un deposito, concretamente de hidrogeno en el deposito de un vetuculo, por medio de una estacion de llenado que comprende una pluralidad de recipientes de compensacion previstos para contener gas a presion y llenar el deposito mediante fases de equilibrado de presion sucesivas y un dispositivo de generacion de gas presurizado previsto para garantizar el llenado de dichos recipientes de compensacion a partir de una fuente de fluido.
El llenado rapido (normalmente en menos de 15 minutos) de depositos a alta presion (concretamente 700 bares y mas) integrados a bordo de vehroulos (por ejemplo hidrogeno gaseoso para vehroulos dotados de pilas de combustible) se realiza de manera clasica mediante equilibrados de presion sucesivos con una pluralidad de recipientes de compensacion a alta presion. Este llenado “en cascada” se obtiene de manera clasica realizando una sucesion de equilibrados de presion entre, por una parte, el deposito objetivo del llenado y, por otra parte, recipientes de compensacion de presion creciente (por ejemplo 200 bares, despues 300 bares, despues 450 bares, despues 850 bares) .
Este metodo bien conocido se describe de forma abundante en la bibliograffa, concretamente para aplicaciones de gas natural o de hidrogeno.
Este metodo conocido de llenado mediante equilibrados de presion requiere, no obstante, un numero importante de recipientes a alta presion. Esto aumenta por tanto los riesgos de fugas y la cantidad de gas que debe almacenarse en un emplazamiento. Normalmente, la cantidad de gas inmovilizado mediante este metodo es del orden de tres veces el consumo diario medio utilizado por la estacion. Esto puede necesitar solicitudes de autorizaciones particulares en el caso en el que el gas es inflamable o peligroso.
Ademas, mediante este metodo, para permitir llenados sucesivos de varios vehroulos sin un tiempo de espera demasiado importante, es necesario aumentar el numero de recipientes de compensacion a alta presion disponibles y por tanto, necesariamente el tamano de la estacion de llenado.
Segun otra tecnologfa de llenado conocida denominada “llenado lento” (por ejemplo, de duracion superior a 15 minutos) , el gas se introduce en el deposito directamente a partir de una fuente de hidrogeno a baja presion a traves de un compresor.
Este metodo de llenado mediante “compresion directa” no permite, en efecto, llenar depositos en menos de 15 minutos salvo que se utilicen compresores (o bombas criogenicas) de tamanos muy importantes que necesitan potencias electricas muy elevadas (del orden, por ejemplo, de 70 kW para una bomba de lfquido y mas de 300 kW para un compresor) .
Un objetivo de la presente invencion es paliar todos o parte de los inconvenientes de la tecnica anterior mencionados anteriormente.
Con este fin, el procedimiento segun la invencion, es segun la definicion de la reivindicacion 1.
El documento US6792981, considerado que refleja la tecnica anterior mas proxima, describe un llenado de un deposito utilizando un compresor que extrae su gas que va a comprimir de un almacenamiento de gas a alta presion. Simultaneamente al llenado mediante el compresor, el almacenamiento de gas a alta presion transfiere gas al deposito mediante equilibrado de presion. Cuando la presion en el deposito alcanza la presion del almacenamiento de gas a alta presion, el equilibrado entre el almacenamiento de gas a alta presion y el deposito se interrumpe, es decir que solo el compresor continua llenando el deposito.
Por otro lado, los modos de realizacion de la invencion pueden comprender una o varias de las siguientes caractensticas:
- el dispositivo de generacion de gas presurizado alimenta directamente con gas el deposito al menos durante una parte de una fase de equilibrado de presion entre al menos un recipiente de compensacion y el deposito,
- el dispositivo de generacion de gas presurizado y los recipientes de compensacion estan conectados en paralelo a una tubena de alimentacion comun destinada a conectarse al deposito,
- el dispositivo de generacion de gas presurizado comprende un compresor y en el que la fuente esta conectada al dispositivo de generacion de gas y comprende al menos uno de: un contenedor de gas presurizado movil, un sistema de srntesis o de produccion de dicho gas, una red de distribucion de dicho gas, al menos uno de los recipientes de compensacion,
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- el primer recipiente de compensacion utilizado como fuente por el compresor es distinto del segundo recipiente de compensacion que esta sometiendose a equilibrado de presion,
- al menos una parte de los recipientes o de los elementos de compensacion estan unidos a la entrada de aspiracion del compresor a traves de una tubena que comprende al menos una valvula de aislamiento,
Otras caractensticas y ventajas se pondran de manifiesto con la lectura de la siguiente descripcion, realizada con referencia a las figuras, en las que:
- la figura 1 representa, en una misma figura esquematica, la estructura y el funcionamiento de varias variantes de un primer modo de realizacion de un sistema de llenado que no forma parte de la invencion,
- la figura 2 representa una vista esquematica que ilustra la estructura y el funcionamiento de una variante de realizacion del sistema de llenado de la figura 1,
- la figura 3 representa una vista esquematica que ilustra la estructura y el funcionamiento de un segundo modo de realizacion del sistema de llenado segun la invencion,
- la figura 4 representa una vista esquematica y parcial que ilustra la estructura y el funcionamiento de un tercer modo de realizacion del sistema de llenado que no forma parte de la invencion.
La estacion 1 de llenado representada en la figura 1 comprende de manera clasica dos recipientes 2, 3 de compensacion de gas (o “capacidades de compensacion”) unidos en paralelo a una tubena 6 de alimentacion destinada a conectarse a la entrada de un deposito 11 que va a llenarse. Por motivos de simplificacion, el deposito 11 que va a llenarse se simboliza mediante un vetuculo. Cada recipiente 2, 3 de compensacion se une a la tubena 6 de alimentacion a traves de una valvula V4, V5 respectiva, luego una conduccion 16 comun que tambien comprende una valvula V3.
La estacion 1 tambien comprende al menos un compresor 5 situado sobre la tubena 6 de llenado. La entrada del compresor 5 se une en conexion de fluido a al menos una fuente 14, 24, 34 de gas. La salida del compresor 5 se une en conexion de fluido a la tubena 6 de llenado a traves de, por ejemplo, un controlador PCV1 de presion (valvula de control de la presion y/o del caudal) . De manera clasica, el compresor 5 esta previsto para garantizar el llenado de los recipientes 2, 3 de compensacion a partir de gas a una presion mas baja proporcionado por una fuente 14, 24,34. En el ejemplo de la figura 1, tres fuentes 14, 24, 34 estan conectadas en paralelo a la entrada del compresor 5 a traves de valvulas respectivas (un contenedor 14 de gas presurizado movil tal como un semirremolque de cilindros o bloque de cilindros de gas a alta presion, un sistema 24 de smtesis o de produccion de dicho gas, una red 34 de distribucion de dicho gas) .
Naturalmente, y como se representa en la figura 2, en general es necesaria una sola fuente de gas (por ejemplo una red 34 si esta disponible, simbolizada mediante una tubena) .
La o las fuentes 14, 24, 34 de gas tambien pueden unirse directamente a la tubena 6 de alimentacion a traves de una conduccion 26 que comprende una valvula V2 (directamente, es decir sin pasar por el compresor 5) . Por ejemplo, la conduccion 26 fuente esta conectada a la conduccion 16 comun de los recipientes 2, 3 de compensacion, aguas arriba de la valvula V3. Esta conduccion 26 fuente permite, dado el caso, realizar un primer equilibrado de presion entre, por una parte, la fuente 34 y, por otra parte, un recipiente 2, 3 de compensacion o el deposito 11.
Asf, el compresor 5 esta previsto para cargar los recipientes 2, 3 de compensacion a presiones de almacenamiento diferentes. Cuando se llenan los recipientes 2, 3 de compensacion, el llenado de un deposito 11 puede realizarse segun el metodo conocido de equilibrados de presion sucesivos (los recipientes 2, 3 de compensacion se utilizan unos a continuacion de otros segun un orden de presion de almacenamiento creciente) . Tras uno o varios llenados, los recipientes 2, 3 de compensacion pueden llenarse de nuevo segun el proceso anterior. De manera clasica, tambien es posible garantizar el nuevo llenado de un recipiente 2, 3 de compensacion mientras que se utiliza otro recipiente 2, 3 de compensacion para llenar el deposito 11.
Segun una particularidad ventajosa de la invencion, la estacion 1 realiza simultaneamente a la transferencia de gas a partir de un recipiente 2, 3 de compensacion hacia el deposito 1, una transferencia de gas directamente de la fuente 34 a traves del compresor 5 (directamente, es decir sin que el gas pase por un recipiente de compensacion) . Durante una fase de equilibrado de presion, la tubena 6 de alimentacion recibe por tanto al mismo tiempo gas proporcionado por el compresor 5 y gas proporcionado por un recipiente 2, 3 de compensacion.
La invencion permite asf un llenado particularmente rapido a traves de un compresor 5 con un aporte de gas complementario simultaneo procedente de los recipientes 2, 3 a alta presion.
La invencion permite asf efectuar un llenado rapido con un compresor 5 que tiene un tamano y una potencia relativamente menores que una maquina de compresion dimensionada para llenar ella sola directamente el deposito
11. La invencion tambien permite disminuir el tamano de los almacenamientos de los recipientes 2, 3 de compensacion. La estacion 1 segun la invencion tambien permite llenados denominados “parciales” segun la tecnica
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anterior, es decir sin hacer funcionar simultaneamente el compresor 5 como refuerzo (concretamente en caso de mantenimiento o avena de este ultimo) .
En un ejemplo de funcionamiento descrito en referencia a la figura 2, el llenado del deposito 11 puede desarrollarse tal como sigue. En una primera fase, se controla la estacion 1 para realizar un primer equilibrado de presion entre un primer recipiente 2 de compensacion (aquel de los recipientes de compensacion que tiene la presion mas baja pero superior a la del deposito 11) y el deposito 11. Con el fin de aumentar la cantidad de gas transferido, el compresor 5 se pone en marcha durante esta fase de equilibrado y alimenta simultaneamente la tubena 6 de llenado.
En una segunda fase, la estacion 1 ordena un segundo equilibrado de presion entre el deposito 11 y un segundo recipiente 3 de compensacion. El compresor 5 tambien se activa durante esta segunda etapa para participar simultaneamente en el llenado.
En los ejemplos descritos anteriormente y a continuacion solo se han representado dos recipientes 2, 3 de compensacion. Naturalmente, la invencion no se limita a esta configuracion y puede comprender, por ejemplo, mas de dos recipientes 2, 3 de compensacion.
La figura 3 ilustra un ejemplo de un segundo modo de realizacion de la invencion en el que, simultaneamente a un equilibrado de presion entre un recipiente 3 de compensacion y el deposito 11, el compresor 5 proporciona un refuerzo de gas a partir de otro recipiente 2 de compensacion (y ya no a partir de una de las fuentes 14, 24, 34 “clasicas” anteriores) .
Por ejemplo, el compresor 5 garantiza el refuerzo de gas simultaneo al trasiego del gas desde “el penultimo recipiente 2 de compensacion” a alta presion (aquel que ya ha dado servicio durante un equilibrado de presion con el deposito 11) . Naturalmente, por motivos de eficacia este recipiente 2 de compensacion se utiliza preferiblemente como fuente de gas del compresor 5 solo si contiene gas a una presion incluso superior a la presion de la fuente 34 “clasica”. Segun este modo de realizar un refuerzo de gas de llenado para el compresor que esta aumentado con respecto a las soluciones conocidas puesto que la presion de aspiracion del gas que entra en el compresor es relativamente mas elevada y se adapta en tiempo real a las diferentes fases de equilibrado y a las presiones disponibles. Ademas, esto aumenta el caudal del compresor.
En este modo de realizacion, la estacion 1 puede prever al menos una tubena 22, 33 que une en conexion de fluido al menos un recipiente 2, 3 de compensacion con la entrada del compresor 5. Estas tubenas 22, 33 comprenden preferiblemente valvulas V7, V8 respectivas (vease la figura 3) .
La figura 4 ilustra un ejemplo de realizacion de un tercer modo de realizacion que no forma parte de la invencion en el que la o las fuentes de gas a baja presion y el compresor 5 se sustituyen por un almacenamiento 44 de gas licuado asociado a un sistema 15 de bombeo y 116 de vaporizacion del gas licuado.
El lfquido criogenico se extrae del almacenamiento 44 en un circuito 15 conocido en sf mismo y no representado en detalle por motivos de concision. A continuacion se vaporiza el lfquido criogenico (intercambiador 116) aguas arriba de la tubena 6 de alimentacion.
Como anteriormente, dos recipientes 2, 3 de compensacion se unen 16 a la tubena 6 de alimentacion. Por motivos de simplificacion, los circuitos y dispositivos de control del almacenamiento 44 lfquido se simbolizan mediante un bloque 144. Asimismo, los componentes de control conocidos (valvulas, sensores, filtros, elementos de seguridad..) no se han representado por motivos de simplificacion en la tubena 6 de llenado.
Por tanto, se concibe facilmente que, al mismo tiempo que es de estructura sencilla y poco costosa, la invencion permite a la vez aumentar el caudal de gas transferido durante un llenado, disminuir el tiempo de llenado y disminuir la capacidad diaria de gas de llenado inmovilizado en la estacion. La invencion permite concretamente mejorar el funcionamiento de estaciones ya existentes.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de llenado de un gas a presion en un deposito (11) , concretamente de hidrogeno en el deposito (11) de un vetuculo, por medio de una estacion (1) de llenado, que comprende:
    - una pluralidad de recipientes (2, 3) de compensacion previstos para contener gas a presion y llenar el deposito (11) mediante fases de equilibrado de presion sucesivas entre, por una parte, el deposito (11) y, por otra parte, los recipientes de compensacion de presion creciente,
    - un dispositivo (5; 15; 16) de generacion de gas presurizado previsto para garantizar el llenado de dichos recipientes (2, 3) de compensacion a partir de una fuente (14, 24, 34, 44) de fluido, comprendiendo el procedimiento una etapa de llenado del deposito (11) mediante transferencia de gas a partir de un recipiente (2, 3) de compensacion y, simultaneamente, mediante transferencia de gas directamente de la fuente (14, 24, 34) a traves del dispositivo (5; 15, 16) de generacion de gas, comprendiendo el dispositivo de generacion de gas presurizado un compresor (5) conectado a los recipientes (2, 3) de compensacion;
    caracterizado por que el compresor (5) alimenta con gas el deposito (11) a partir de una fuente de gas constituida por un primer recipiente (2) de compensacion al menos durante una parte de una fase de equilibrado de presion entre al menos un segundo recipiente (3) de compensacion y el deposito (11), utilizandose los recipientes (2, 3) de compensacion sucesivamente como fuentes por el compresor (5) tras su uso en el equilibrado de presion con el deposito (11) .
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el dispositivo (5; 15, 16) de generacion de gas presurizado alimenta directamente con gas el deposito (11) al menos durante una parte de una fase de equilibrado de presion entre al menos un recipiente (2, 3) de compensacion y el deposito (11) .
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que el dispositivo (5; 15, 16) de generacion de gas presurizado y los recipientes (2, 3) de compensacion estan conectados en paralelo a una tubena (6) de alimentacion comun destinada a conectarse al deposito (11) .
  4. 4. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el dispositivo de generacion de gas presurizado comprende un compresor (5) y por que la fuente esta conectada al dispositivo (5; 15, 16) de generacion de gas y comprende al menos uno de: un contenedor (14) de gas presurizado movil, un sistema (24) de smtesis o de produccion de dicho gas, una red (34) de distribucion de dicho gas, al menos uno de los recipientes (2, 3) de compensacion.
  5. 5. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el primer recipiente (2, 3) de compensacion utilizado como fuente por el compresor (5) es distinto del segundo recipiente (3, 2) de compensacion que esta sometiendose a equilibrado de presion.
  6. 6. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que al menos una parte de los recipientes (2, 3) de compensacion estan unidos a la entrada de aspiracion del compresor (5) a traves de una tubena que comprende al menos una valvula (V7, V8) de aislamiento.
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