BR102020013567A2

BR102020013567A2 - METHOD OF AUTOMATED LIQUID NITROGEN SUPPLY IN MULTIPLE CRYOGENIC TANKS APPLIED TO A MAGNETIC LEVITATION VEHICLE

Info

Publication number: BR102020013567A2
Application number: BR102020013567-8A
Authority: BR
Inventors: Felipe Dos Santos Costa; Fernando Augusto De Noronha Castro Pinto; Richard Magdalena Stephan
Original assignee: Universidade Federal Do Rio De Janeiro
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2020-07-01
Publication date: 2022-01-11

Abstract

método de abastecimento automático de nitrogênio líquido em múltiplos tanques criogênicos aplicado a um veículo de levitação magnética. a presente invenção propõe a automação do sistema de abastecimento de nitrogênio líquido nos diversos tanques criogênicos do equipamento de levitação do veículo maglev cobra desenvolvido na universidade federal do rio de janeiro. a tecnologia de levitação supercondutora que é usada neste veículo necessita que as cerâmicas supercondutoras yba2cu3o7-x responsáveis pelo fenômeno estejam devidamente refrigeradas em uma temperatura de aproximadamente -196¿c. para isto, existe um equipamento chamado criostato (ou levitador) o qual isola termicamente os supercondutores do meio externo, sendo exatamente este equipamento que deverá ser abastecido diariamente com nitrogênio líquido. para a automação do processo de abastecimento são utilizadas válvulas solenoides criogênicas normalmente fechadas para liberar ou bloquear a passagem do fluido na linha; fonte de tensão para a alimentação elétrica de diversos componentes; um reservatório central onde o fluido de trabalho é inicialmente armazenado; tubulações criogênicas termicamente isoladas; válvulas de alívio de pressão; manômetros em diferentes pontos da linha; sensores de temperatura para realimentação do controle detectando o transbordo do líquido e informando quais criostatos foram completamente abastecidos; um plc ou computador para receber os sinais de todos os sensores de temperatura e comandar as válvulas controlando a lógica do processo e uma ihm (interface homem máquina) para a interação do operador com o sistema de abastecimento para que possa iniciar o processo, escolher a quantidade de criostatos a serem abastecidos e finalizar o processo. este conjunto de equipamentos permite uma operação mais segura e rápida facilitando o procedimento diário e reduzindo o contato direto do operador com a baixa temperaturamethod of automatically filling liquid nitrogen into multiple cryogenic tanks applied to a magnetic levitation vehicle. The present invention proposes the automation of the liquid nitrogen supply system in the various cryogenic tanks of the maglev cobra vehicle levitation equipment developed at the Federal University of Rio de Janeiro. the superconducting levitation technology that is used in this vehicle requires the yba2cu3o7-x superconducting ceramics responsible for the phenomenon to be properly cooled to a temperature of approximately -196¿c. for this, there is an equipment called cryostat (or levitator) which thermally isolates the superconductors from the external environment, and it is exactly this equipment that must be supplied daily with liquid nitrogen. for the automation of the supply process, normally closed cryogenic solenoid valves are used to release or block the flow of fluid in the line; voltage source for the electrical supply of various components; a central reservoir where the working fluid is initially stored; thermally insulated cryogenic pipelines; pressure relief valves; pressure gauges at different points on the line; temperature sensors for control feedback detecting liquid overflow and informing which cryostats have been completely filled; a plc or computer to receive the signals from all the temperature sensors and command the valves controlling the process logic and an ihm (human-machine interface) for the operator to interact with the supply system so that he can start the process, choose the number of cryostats to be filled and finalize the process. this set of equipment allows a safer and faster operation, facilitating the daily procedure and reducing the direct contact of the operator with the low temperature

Description

METHOD OF AUTOMATED LIQUID NITROGEN SUPPLY IN MULTIPLE CRYOGENIC TANKS APPLIED TO A MAGNETIC LEVITATION VEHICLE

FIELD OF THE INVENTION

[001] O presente documento pertence ao campo da engenharia mecânica, mais especificamente na área da criogenia com aplicações na área de transporte. Consiste em um sistema de abastecimento de fluido criogênico para um veículo de levitação magnética.[001] This document belongs to the field of mechanical engineering, more specifically in the area of cryogenics with applications in the transport area. It consists of a cryogenic fluid supply system for a magnetic levitation vehicle.

[002] A presente invenção trata de um sistema para abastecer de forma simultânea múltiplos tanques criogênicos (chamados de criostatos ou levitadores) necessários para o funcionamento de um veículo de levitação magnética supercondutora.[002] The present invention deals with a system to simultaneously supply multiple cryogenic tanks (called cryostats or levitators) necessary for the operation of a superconducting magnetic levitation vehicle.

[003] Atualmente, só existem 3 modelos de veículo de levitação supercondutora. Um alemão, um chinês e um brasileiro. Nestes veículos o método de abastecimento dos reservatórios criogênicos é feito à mão e por gravidade utilizando um funil especial. Há também um abastecimento por pressão, porém, de forma individual para cada reservatório. Estes recipientes são extremamente sensíveis e caros e por isso o abastecimento é realizado de forma cuidadosa. A quantidade de tanques criogênicos varia de projeto para projeto sendo o brasileiro o que possui o maior número desses reservatórios a serem abastecidos, 24 no total.[003] Currently, there are only 3 models of superconducting levitation vehicle. A German, a Chinese and a Brazilian. In these vehicles the method of filling the cryogenic reservoirs is done by hand and by gravity using a special funnel. There is also a pressure supply, however, individually for each reservoir. These containers are extremely sensitive and expensive, so filling is carried out carefully. The number of cryogenic tanks varies from project to project, with the Brazilian having the largest number of these reservoirs to be filled, 24 in total.

[004] Com o desenvolvimento da tecnologia do sistema de transporte MagLev-Cobra e a evolução para um produto comercial, a necessidade de alimentação de um número cada vez maior de tanques criogênicos se torna um grande desafio pois, não é mais viável o abastecimento individual. Isto se dá pelo fato deste método demorar aproximadamente 40 minutos por unidade a ser abastecida.[004] With the development of the technology of the MagLev-Cobra transport system and the evolution to a commercial product, the need to feed an increasing number of cryogenic tanks becomes a great challenge because individual supply is no longer viable. . This is because this method takes approximately 40 minutes per unit to be filled.

[005] Com o intuito de solucionar tais problemas desenvolveu-se a presente invenção, através da qual o nitrogênio líquido chega em cada recipiente através de uma linha de abastecimento que consiste em uma tubulação rígida e termicamente isolada que possui inúmeras válvulas solenoides, sendo uma por recipiente criogênico a ser abastecido. Cada recipiente criogênico ou criostato possui apenas um duto de entrada e um duto de saída medindo aproximadamente 6 mm o diâmetro. As válvulas solenoides são conectadas a cada duto de entrada dos tanques criogênicos através de mangueiras de silicone que possuem a capacidade de estourar com o surgimento de algum surto de pressão elevada na linha salvaguardando a integridade dos recipientes criogênicos que estão localizados depois da mangueira funcionando como um fusível.[005] In order to solve such problems, the present invention was developed, through which liquid nitrogen arrives in each container through a supply line that consists of a rigid and thermally insulated pipe that has numerous solenoid valves, being a per cryogenic container to be filled. Each cryogenic vessel or cryostat has only one inlet duct and one outlet duct measuring approximately 6 mm in diameter. The solenoid valves are connected to each inlet duct of the cryogenic tanks through silicone hoses that have the ability to burst with the appearance of any surge of high pressure in the line, safeguarding the integrity of the cryogenic containers that are located after the hose, functioning as a fuse.

[006] Nos dutos de saída estão instalados sensores termo sensíveis que medem a temperatura do fluido de saída dos tanques.[006] The outlet ducts have thermo sensitive sensors that measure the temperature of the fluid leaving the tanks.

[007] A informação de temperatura é enviada para um controlador lógico programável ou computador que recebe estes dados e toma decisões baseado na programação armazenada. Para o abastecimento completo, o controlador só desliga a válvula solenoide quando verifica que a temperatura dos gases de escape está suficientemente próxima da temperatura do nitrogênio líquido de acordo com a programação do CLP.[007] The temperature information is sent to a programmable logic controller or computer that receives this data and makes decisions based on the stored programming. For full filling, the controller only turns off the solenoid valve when it verifies that the exhaust gas temperature is sufficiently close to the liquid nitrogen temperature according to the PLC programming.

DESCRIPTION OF THE STATE OF THE TECHNIQUE

[008] A patente PI 1008293-0 A2, “METODO E INSTALACAO DE ENCHIMENTO DE UM RESERVATÓRIO POR UM LÍQUIDO CRIOGÊNICO”, fala sobre um método de enchimento de um reservatório por um líquido criogênico voltada para o abastecimento de caminhões de transporte e distribuição de produtos termo sensíveis tais quais produtos farmacêuticos. Nesta invenção a metodologia se aplica ao abastecimento de um único tanque criogênico localizado em um veículo capaz de manobrar e estacionar ao lado da estação de abastecimento. Na invenção aqui proposta a tarefa é abastecer um veículo com movimento limitado em cima de trilhos com múltiplos tanques criogênicos a serem alimentados simultaneamente. Outra diferença é que na patente citada, o volume a ser abastecido dever ser de 95% da capacidade do tanque do caminhão de transporte e na metodologia aqui defendida o volume deverá ser de 100%.[008] Patent PI 1008293-0 A2, "METHOD AND INSTALLATION OF FILLING A RESERVOIR WITH A CRYOGENIC LIQUID", talks about a method of filling a reservoir with a cryogenic liquid aimed at supplying trucks for transport and distribution of thermo sensitive products such as pharmaceuticals. In this invention, the methodology is applied to the supply of a single cryogenic tank located in a vehicle capable of maneuvering and parking next to the filling station. In the invention proposed here, the task is to supply a vehicle with limited movement on rails with multiple cryogenic tanks to be fed simultaneously. Another difference is that in the aforementioned patent, the volume to be filled must be 95% of the capacity of the transport truck's tank and in the methodology defended here, the volume must be 100%.

[009] Em JPH04260109 (A) — 1992-09-16 “AUTOMATIC LIQUID NITROGEN SUPPLY DEVICE”, o objetivo é oferecer o dispositivo automático de suprimento de nitrogênio líquido, que pode ser fabricado a baixo custo por uma constituição simples, utilizando a pressão do gás nitrogênio evaporado de um reservatório de nitrogênio líquido em vez de usar um pressurizador. Utiliza um tanque criogênico pressurizado contendo nitrogênio líquido para abastecer outro tanque com pressão menor. Verifica a pressão e o volume do reservatório 1 para abastecer o reservatório 2. Portanto, esta patente não resolve o mesmo problema que a invenção proposta uma vez que ela atende a múltiplos reservatórios simultâneos.[009] In JPH04260109 (A) — 1992-09-16 “AUTOMATIC LIQUID NITROGEN SUPPLY DEVICE”, the objective is to offer the automatic liquid nitrogen supply device, which can be manufactured at low cost by a simple constitution, using pressure of evaporated nitrogen gas from a liquid nitrogen reservoir instead of using a pressurizer. It uses a pressurized cryogenic tank containing liquid nitrogen to fill another tank with lower pressure. It checks the pressure and volume of reservoir 1 to supply reservoir 2. Therefore, this patent does not solve the same problem as the proposed invention since it serves multiple simultaneous reservoirs.

[010] Em JPS57179499 (A) — 1982-11-05 “AUTOMATIC LIQUID NITROGEN SUPPLY SYSTEM”, o objetivo é evitar a agitação da superfície do líquido em um recipiente, fornecendo nitrogênio líquido depois de purgar completamente o nitrogênio gasoso e resfriando suficientemente o caminho do tubo de suprimento. É constituído por: Um termopar para detectar a descarga de nitrogênio líquido que é disposto na saída de um tubo de derivação. Quando a temperatura medida na saída do tubo de derivação pelo termopar atinge a temperatura de nitrogênio líquido, uma engrenagem de interruptor de válvula de descarga fecha uma válvula de descarga e uma engrenagem de interruptor de válvula de suprimento abre uma válvula de suprimento. Assim, fornecendo o nitrogênio líquido em um recipiente 1 através de um tubo de suprimento após descarregar suficientemente o nitrogênio do gás, a superfície do líquido o recipiente 1 é mantido inalterado sem a introdução de nitrogênio gasoso no recipiente.[010] In JPS57179499 (A) — 1982-11-05 “AUTOMATIC LIQUID NITROGEN SUPPLY SYSTEM”, the purpose is to prevent surface agitation of the liquid in a container by supplying liquid nitrogen after completely purging the nitrogen gas and sufficiently cooling the supply tube path. It consists of: A thermocouple to detect the discharge of liquid nitrogen which is disposed at the outlet of a bypass tube. When the temperature measured at the outlet of the bypass tube by the thermocouple reaches the temperature of liquid nitrogen, a discharge valve switch gear closes a discharge valve and a supply valve switch gear opens a supply valve. Thus, by supplying liquid nitrogen to container 1 through a supply tube after sufficiently discharging nitrogen from the gas, the surface of the liquid to container 1 is kept unchanged without introducing nitrogen gas into the container.

[011] Neste caso, o indicador de temperatura fornece também a indicação de líquido na linha de ventilação ou derivação. Porém, esta patente visa atender um outro problema que é a geração de vapor no abastecimento de um reservatório criogênico. O autor utiliza a purga de nitrogênio gasoso para refrigerar a linha de transmissão e quando esta linha está fria o bastante o termopar indica que o abastecimento pode ser iniciado por esta linha. Na descrição deste equipamento o controle das válvulas é realizado por um interruptor mecânico e não por um controle lógico e o abastecimento é realizado em apenas um reservatório.[011] In this case, the temperature indicator also provides an indication of the liquid in the ventilation or branch line. However, this patent aims to address another problem that is the generation of steam in the supply of a cryogenic reservoir. The author uses the nitrogen gas purge to cool the transmission line and when this line is cool enough the thermocouple indicates that the supply can be started from this line. In the description of this equipment, the control of the valves is carried out by a mechanical switch and not by a logical control and the supply is carried out in only one reservoir.

[012] Em BR11 2015 027612 1 a2, “MÉTODO E DISPOSITIVO PARA O REABASTECIMENTO DA ALIMENTAÇÃO DE LÍQUIDO CRIOGÊNICO, ESPECIFICAMENTE DE GÁS NATURAL LIQUEFEITO”. Este método para reabastecer a provisão de líquido criogênico a partir de um tanque de armazenamento envolve as seguintes etapas: - a pressurização de um recipiente com gás criogênico a uma primeira pressão, o referido gás tendo passado por uma primeira linha de fluxo de fluido criogênico denominada como a linha de frio e uma segunda linha de fluxo de fluido criogênico denominada como a linha quente, o líquido criogênico passa a uma segunda pressão através da linha de frio, e - alimentando o recipiente com gás criogênico pelo menos parcialmente a partir de líquido criogênico bombeado dos tanques de armazenamento e vaporizado. O dispositivo, de acordo com a invenção, é um dispositivo para a implementação de um método que diz respeito ao abastecimento de reservatórios com gás natural e não com nitrogênio líquido que é o objetivo da patente aqui defendida.[012] In BR11 2015 027612 1 a2, “METHOD AND DEVICE FOR REFUELING THE SUPPLY OF CRYOGENIC LIQUID, SPECIFICALLY LIQUEFIED NATURAL GAS”. This method of replenishing the cryogenic liquid supply from a storage tank involves the following steps: - pressurizing a container with cryogenic gas to a first pressure, said gas having passed through a first cryogenic fluid flow line called as the cold line and a second cryogenic fluid flow line termed as the hot line, the cryogenic liquid passes at a second pressure through the cold line, and - feeding the container with cryogenic gas at least partially from cryogenic liquid pumped from storage tanks and vaporized. The device, according to the invention, is a device for implementing a method that concerns the filling of reservoirs with natural gas and not with liquid nitrogen, which is the objective of the patent defended herein.

[013] Em, BR 11 2016 005187 4 A2, “SISTEMA E MÉTODO DE SUPRIMENTO DE FLUIDO CRIOGÊNICO DE BAIXA PERDA”. A presente invenção refere-se a um sistema de suprimento de fluido criogênico de baixa perda que tem pelo menos um tanque de fluido criogênico principal e um tanque de fluido criogênico de reserva, cada um dos quais tem um respiro ajustado em uma primeira pressão P1 e um circuito de acumulação da pressão ajustado em uma segunda pressão P2, uma linha de suprimento de gás do tanque principal configurada para fornecer o gás a uma junção a uma terceira pressão P3, uma linha de suprimento de líquido do tanque principal configurada para fornecer o gás à junção a uma quarta pressão P4, uma linha de suprimento de líquido do tanque de reserva configurada para fornecer o gás à junção a uma quinta pressão P5, um regulador de contrapressão do tanque de reserva configurado para fornecer o gás a um ponto a montante da linha de suprimento de gás do tanque principal a uma sexta pressão P6, e uma linha de suprimento da saída configurado para fornecer o gás oriundo da junção a uma pressão de uso final Pu, onde P1 > P3 ≠ P2, P1 ≠ P6 > P2, P6 ≠ P3 > P4 > P5 > Pu. Esta invenção propõe um método para reduzir as perdas por evaporação da fase gasosa no suprimento de um fluido criogênico. Não tem por objetivo principal o abastecimento autônomo de um conjunto de múltiplos reservatórios.[013] In, BR 11 2016 005187 4 A2, “LOW LOSS CRYOGENIC FLUID SUPPLY SYSTEM AND METHOD”. The present invention relates to a low loss cryogenic fluid supply system having at least one main cryogenic fluid tank and a reserve cryogenic fluid tank, each of which has a vent set at a first pressure P1 and a pressure accumulation circuit set at a second pressure P2, a main tank gas supply line configured to supply gas to a junction at a third pressure P3, a main tank liquid supply line configured to supply gas to the fourth pressure junction P4, a reserve tank liquid supply line configured to supply gas to the fifth pressure junction P5, a reserve tank back pressure regulator configured to supply gas to a point upstream of the main tank gas supply line at a sixth pressure P6, and an outlet supply line configured to supply the gas from the junction at an end-use pressure P u, where P1 > P3 ≠ P2, P1 ≠ P6 > P2, P6 ≠ P3 > P4 > P5 > Pu. This invention proposes a method for reducing the evaporative losses of the gas phase in the supply of a cryogenic fluid. Its main objective is not the autonomous supply of a set of multiple reservoirs.

[014] Em US5507327 (A) — 1996-04-16, “FUNNEL AND AUTOMATIC SUPPLY SYSTEM FOR LIQUID NITROGEN”. Consiste em um funil isolado a vácuo de aço inoxidável cilíndrico de parede oca com fundo plano, através do qual uma válvula de boia e uma tela verificam e filtram o fluxo de nitrogênio líquido por gravidade através de um tubo de drenagem no fundo. A parte inferior do funil tem um pequeno lábio levantado ao redor da pequena saída do tubo para impedir que qualquer condensação de água no interior do funil goteje no Dewar EDX. A saída do tubo perfura uma tampa de Dewar e pode ser permanentemente deixada no lugar em cima de uma Dewar. As paredes ocas do funil são embaladas com filme laminado reflexivo para reduzir a transferência de calor por radiação entre as paredes interna e externa do funil. Um vácuo é aspirado dentro das paredes ocas para minimizar a condução de calor. A proposta acima não é de um método de abastecimento, mas sim de um funil isolado a vácuo com uma válvula no fundo para ser utilizado em um Dewar que nada mais é do que um vaso criogênico com isolamento espelhado à vácuo. E, dessa forma não se relaciona com a patente proposta neste documento.[014] In US5507327 (A) - 1996-04-16, "FUNNEL AND AUTOMATIC SUPPLY SYSTEM FOR LIQUID NITROGEN". It consists of a cylindrical, hollow-walled stainless steel vacuum insulated funnel with a flat bottom, through which a float valve and screen check and filter the flow of liquid nitrogen by gravity through a drain tube at the bottom. The bottom of the funnel has a small raised lip around the small outlet of the tube to prevent any water condensation inside the funnel from dripping into the Dewar EDX. The tube outlet pierces a Dewar cap and can be permanently left in place on top of a Dewar. The hollow walls of the funnel are wrapped with reflective laminated film to reduce radiation heat transfer between the inner and outer walls of the funnel. A vacuum is drawn into the hollow walls to minimize heat conduction. The above proposal is not a filling method, but a vacuum insulated funnel with a valve at the bottom to be used in a Dewar which is nothing more than a cryogenic vessel with mirror vacuum insulation. And, therefore, it does not relate to the patent proposed in this document.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[015] Todo sistema pode ser melhor compreendido através da seguinte descrição detalhada, em consonância com as figuras em anexo, onde:[015] The entire system can be better understood through the following detailed description, in line with the attached figures, where:

[016] A FIGURA 1 representa uma vista lateral e frontal do tanque criogênico que deve ser abastecido além de uma representação isométrica de um trecho da linha de abastecimento;[016] FIGURE 1 represents a side and front view of the cryogenic tank that must be filled in addition to an isometric representation of a section of the supply line;

[017] A FIGURA 2 representa um esquemático da infraestrutura de estocagem de nitrogênio para o fornecimento deste fluido criogênico para as linhas de abastecimento;[017] FIGURE 2 represents a schematic of the nitrogen storage infrastructure for the supply of this cryogenic fluid to the supply lines;

[018] A FIGURA 3 representa uma vista inferior do veículo com as linhas de abastecimento direita e esquerda.[018] FIGURE 3 represents a lower view of the vehicle with the right and left supply lines.

[019] A FIGURA 4 representa o esquema de controle e os componentes que fazem parte do sistema de abastecimento automático.[019] FIGURE 4 represents the control scheme and the components that are part of the automatic supply system.

[020] Com referência a estas figuras, pode-se observar na figura 1, um corte do levitador (10) do veículo que possui o compartimento criogênico (6) no seu interior. O levitador possui uma caixa externa (3) e uma câmara interna, ambas são separadas por uma camada de vácuo que é realizado através do bocal (5). Esta caixa possui uma tampa de material compósito (2) e é fixada ao veículo através de um dispositivo de fixação (1). Os dutos (4) fazem a comunicação com o ambiente externo e são idênticos. Sendo um utilizado como canal de entrada e o outro como de saída (ventilação) do vapor de nitrogênio formado durante o abastecimento com o nitrogênio líquido.[020] With reference to these figures, it can be seen in figure 1, a section of the levitator (10) of the vehicle that has the cryogenic compartment (6) inside. The levitator has an external box (3) and an internal chamber, both of which are separated by a vacuum layer that is carried out through the nozzle (5). This box has a composite material cover (2) and is fixed to the vehicle by means of a fastening device (1). The ducts (4) communicate with the external environment and are identical. One being used as an inlet channel and the other as an outlet (ventilation) of the nitrogen vapor formed during the supply with liquid nitrogen.

[021] A linha de abastecimento, representada na figura 1 no item (7), mostra um trecho que comporta o abastecimento de três criostatos simultaneamente. A linha total é uma associação em série desses trechos de aproximadamente 1600 mm unidas através de mangotes flexíveis construídos com tramas de aço inox.[021] The supply line, represented in Figure 1 in item (7), shows a section that supports the supply of three cryostats simultaneously. The total line is a series association of these sections of approximately 1600 mm joined through flexible hoses built with stainless steel meshes.

[022] As válvulas solenoides (8) são instaladas em derivações da linha de abastecimento que apontam para baixo facilitando o escoamento do nitrogênio em sua fase líquida. Elas são conectadas à linha através de conexões padrão de latão de ¼ Sua alimentação é feita por um chicote elétrico que fica posicionado paralelo a linha de abastecimento e pode ser fixado na mesma pelo fato de que a tubulação é isolada termicamente e seu exterior se mantem à temperatura ambiente durante todo o processo.[022] The solenoid valves (8) are installed in derivations of the supply line that point downwards, facilitating the flow of nitrogen in its liquid phase. They are connected to the line through standard ¼ brass connections. Their power supply is made by an electrical harness that is positioned parallel to the supply line and can be fixed to the same due to the fact that the pipe is thermally insulated and its exterior remains at the same time. ambient temperature throughout the process.

[023] As mangueiras (9) que conectam as válvulas solenoides aos levitadores são fabricadas em silicone e são acopladas na espiga da válvula e no duto (4) do levitador. Essas mangueiras congelam durante o procedimento de alimentação dos recipientes com o nitrogênio líquido que está na temperatura de -196°C tornando-se rígidas e frágeis. Desta forma, caso haja algum pico de pressão na linha estes dispositivos são os primeiros a falhar não prejudicando a integridade das câmaras internas dos levitadores. Estas mangueiras podem ser substituídas por mangueiras criogênicas construídas em material metálico ou polimérico ou ainda uma combinação destes impedindo a vitrificação da mesma e possuindo um dispositivo de alívio de pressão que libere o excesso de fluido para a atmosfera, protegendo a integridade estrutural dos reservatórios.[023] The hoses (9) that connect the solenoid valves to the levitators are made of silicone and are attached to the valve stem and the duct (4) of the levitator. These hoses freeze during the procedure of feeding the containers with liquid nitrogen which is at a temperature of -196°C, making them rigid and fragile. In this way, if there is any pressure peak in the line, these devices are the first to fail, not harming the integrity of the internal chambers of the levitators. These hoses can be replaced by cryogenic hoses made of metallic or polymeric material or a combination of these, preventing the vitrification of the same and having a pressure relief device that releases excess fluid to the atmosphere, protecting the structural integrity of the reservoirs.

[024] A linha de abastecimento pode ser fixada no corpo do veículo ou pode ficar na estação de abastecimento em bases móveis que devem ser manipuladas pelo operador. No caso em que a linha de abastecimento fica no veículo ela passa a fazer parte do veículo e, desta forma, fica permanentemente ligada aos levitadores.[024] The supply line can be fixed to the body of the vehicle or can be located in the supply station on mobile bases that must be manipulated by the operator. In the event that the supply line is in the vehicle, it becomes part of the vehicle and, therefore, is permanently connected to the levitators.

[025] Na FIGURA 2 a infraestrutura de estocagem e distribuição central de nitrogênio é mostrada. Nela pode-se observar um tanque principal (11) que é fornecido pela empresa de gases na contratação do serviço de fornecimento do fluido. Esta empresa terceirizada quando vende o nitrogênio fornece a instalação de um tanque de acordo com os padrões internacionais. A partir deste tanque deve-se instalar uma tubulação termicamente isolada (14) como as linhas de abastecimento. Nesta tubulação devem ser instaladas válvulas de alívio (12)(15) e válvulas de controle (13)(16)(17)(18). As válvulas de alívio devem ser instaladas obrigatoriamente em trechos entre válvulas onde o fluido pode ficar preso. Como o fluido de trabalho é o Nitrogênio, só se encontra na fase líquida na temperatura de -196°C. Se em algum momento as válvulas forem fechadas e restar líquido no trecho de tubulação este líquido irá mudar de fase e se tornar gás ocupando um volume significativamente maior. A relação vapor/ líquido do nitrogênio é de aproximadamente 800/1. Ou seja, 1 (um) litro de nitrogênio líquido quando evaporado ocupará um volume de 800 litros e, como a tubulação tem volume finito, a pressão no seu interior irá aumentar. Dessa forma, em trechos grandes a pressão interna pode comprometer a estrutura da tubulação. Para resolver este problema faz-se necessária a instalação das válvulas de alívio (12)(15).[025] In FIGURE 2 the storage infrastructure and central distribution of nitrogen is shown. It can be seen a main tank (11) that is supplied by the gas company when contracting the fluid supply service. This third party company when selling nitrogen provides installation of a tank in accordance with international standards. From this tank, a thermally insulated pipe (14) must be installed as the supply lines. Relief valves (12)(15) and control valves (13)(16)(17)(18) must be installed in this pipeline. Relief valves must be installed in sections between valves where fluid can get trapped. As the working fluid is Nitrogen, it is only found in the liquid phase at a temperature of -196°C. If at any time the valves are closed and liquid remains in the pipe section, this liquid will change phase and become gas occupying a significantly larger volume. The vapor/liquid ratio of nitrogen is approximately 800/1. That is, 1 (one) liter of liquid nitrogen when evaporated will occupy a volume of 800 liters and, as the pipe has a finite volume, the pressure inside it will increase. Thus, in large sections the internal pressure can compromise the structure of the pipe. To solve this problem, it is necessary to install the relief valves (12)(15).

[026] A infraestrutura de abastecimento ilustrada na FIGURA 2 para a aplicação no veículo de Levitação Magnética Supercondutora MagLev-Cobra e, deve se dividir ainda em duas ramificações (17) (18) para abastecer ambos os lados do veículo ao mesmo tempo. Sendo essa uma particularidade desta aplicação. No caso de outra aplicação as ramificações devem ser fabricadas da maneira que melhor atendam à disposição dos recipientes criogênicos a serem abastecidos.[026] The supply infrastructure illustrated in FIGURE 2 for the application in the MagLev-Cobra Superconducting Magnetic Levitation vehicle, must be further divided into two branches (17) (18) to supply both sides of the vehicle at the same time. This being a particularity of this application. In the case of another application, the branches must be manufactured in the way that best meets the disposition of the cryogenic containers to be filled.

[027] A FIGURA 3 mostra disposição da linha de abastecimento na parte inferior do veículo e a distribuição dos criostatos a serem abastecidos por esta invenção. Esta configuração exemplifica o caso em que a linha de abastecimento se encontra instalada no veículo. A ilustração mostra também a associação em série dos trechos citados na FIGURA 1 como (7) e suas conexões flexíveis (19).[027] FIGURE 3 shows the arrangement of the supply line at the bottom of the vehicle and the distribution of cryostats to be supplied by this invention. This configuration exemplifies the case where the supply line is installed in the vehicle. The illustration also shows the series association of the sections mentioned in FIGURE 1 as (7) and their flexible connections (19).

[028] O abastecimento acontece de forma simultânea em todos os 24 criostatos posicionados em duas linhas paralelas contendo 12 unidades. Assim, o fluido vindo dos ramais (17) (18) da linha de distribuição principal é distribuído de forma homogênea nas linhas de abastecimento (21) (22). A irrigação dos criostatos começa paralelamente nas unidades iniciais de cada linha. Nessas unidades o líquido passa primeiro e nos demais a fase predominante é a gasosa baixando a temperatura destes reservatórios. A medida em que as primeiras unidades vão se enchendo as válvulas correspondentes vão se fechando, o nitrogênio líquido passa a irrigar os criostatos seguintes que, neste momento, já foram refrigerados pelo gás de nitrogênio. Este processo continua até que o último criostato de cada lado se encha e transborde de líquido. Neste momento o abastecimento de todas as unidades está finalizado.[028] The supply takes place simultaneously in all 24 cryostats positioned in two parallel lines containing 12 units. Thus, the fluid coming from the branches (17) (18) of the main distribution line is distributed homogeneously in the supply lines (21) (22). Irrigation of cryostats starts in parallel at the initial units of each row. In these units the liquid passes first and in the others the predominant phase is the gas, lowering the temperature of these reservoirs. As the first units fill, the corresponding valves close, the liquid nitrogen starts to irrigate the following cryostats, which, at this moment, have already been cooled by nitrogen gas. This process continues until the last cryostat on each side fills and overflows with liquid. At this moment the supply of all units is finished.

[029] A FIGURA 4 mostra o esquema de controle onde o sistema pode ter interface com o operador através de uma IHM (23). Este equipamento nada mais é do que uma tela que mostra para o operador as rotinas que estão acontecendo no sistema de controle e permite que o operador faça alterações necessárias.[029] FIGURE 4 shows the control scheme where the system can interface with the operator through an HMI (23). This equipment is nothing more than a screen that shows the operator the routines that are happening in the control system and allows the operator to make necessary changes.

[030] O item (24) representa o sensor de temperatura instalado no duto de ventilação dos criostatos. Sendo um sensor por criostato. A temperatura é medida e passa por um transmissor de temperatura (25) que lineariza o sinal da temperatura e está conectado à um CLP - Controlador Lógico Programável (26) através de porta analógica. O que permite a leitura do sinal de temperatura com uma boa sensibilidade. O CLP recebe esses dados de temperatura linearizados de cada criostato e transforma em valor digital de acordo com a quantidade de bits disponíveis no equipamento utilizado. No equipamento usado para testar esta invenção, o sensor de temperatura foi do tipo Pt100 e o transmissor de temperatura convertia valores de temperatura de -200° a 50°C em valores de 4 a 20 mA. Onde 4mA equivale à temperatura de -200 °C e o valor de 20mA equivale a 50°C. O CLP recebe o sinal de corrente e o transforma em um valor digital de 2000 pontos.[030] Item (24) represents the temperature sensor installed in the cryostat ventilation duct. Being a cryostat sensor. The temperature is measured and passes through a temperature transmitter (25) that linearizes the temperature signal and is connected to a PLC - Programmable Logic Controller (26) through an analog port. This allows the reading of the temperature signal with a good sensitivity. The PLC receives this linearized temperature data from each cryostat and transforms it into a digital value according to the number of bits available in the equipment used. In the equipment used to test this invention, the temperature sensor was of the Pt100 type and the temperature transmitter converted temperature values from -200° to 50°C into values from 4 to 20 mA. Where 4mA is equivalent to a temperature of -200°C and the value of 20mA is equivalent to 50°C. The PLC receives the current signal and transforms it into a digital value of 2000 points.

[031] Nesta aplicação o objetivo é identificar a condição de líquido no duto de ventilação e, portanto, o sinal deve estar mais próximo de 4 mA uma vez que a temperatura do nitrogênio líquido é de -196°C. Diversos testes foram realizados com sensores diferentes para identificar qual seria o sinal que indicava líquido no duto de ventilação (4) e concluiu-se que sinais menores que 5,0 mA garantiam líquido no duto. Esse foi considerado um valor de corte e foi configurada uma função alarme no CLP. Toda vez que o sinal de um sensor Pt100 indicar valor menor que 5,0 mA, a sua válvula correspondente é desligada automaticamente. Este procedimento é implementado para todos os tanques criogênicos.[031] In this application, the objective is to identify the liquid condition in the ventilation duct and, therefore, the signal must be closer to 4 mA since the liquid nitrogen temperature is -196°C. Several tests were carried out with different sensors to identify which signal would indicate liquid in the ventilation duct (4) and it was concluded that signals smaller than 5.0 mA guaranteed liquid in the duct. This was considered a cutoff value and an alarm function was configured in the PLC. Every time the signal from a Pt100 sensor indicates a value lower than 5.0 mA, its corresponding valve is automatically turned off. This procedure is implemented for all cryogenic tanks.

Claims

"Method of Automatic Supply of Liquid Nitrogen in Multiple Cryogenic Tanks Applied to a Magnetic Levitation Vehicle" consisting of thermally insulated piping (7) with cryogenic solenoid valves (8), flexible hoses (9) connected to the tanks to be filled in its inlet (4) characterized by a set with multiple derivations allowing the simultaneous supply of several tanks at the same time under pressure accumulated in the main tank.

"Method of Automatic Supply of Liquid Nitrogen in Multiple Cryogenic Tanks Applied to a Magnetic Levitation Vehicle" according to claim 1, characterized in that the cryogenic solenoid valves (8) are commanded through a PLC or computer (26) integrated with sensors of temperature (24) installed in the exhaust or ventilation ducts of said cryogenic tanks to be supplied (10).

"Method of Automatic Supply of Liquid Nitrogen in Multiple Cryogenic Tanks Applied to a Magnetic Levitation Vehicle" according to claim 2, characterized by a central command that operates without a pressure sensor in the supply line and using said flexible hose (9) to be made of flexible silicone, allowing it to function as a mechanical fuse in the event of an increase in supply pressure.

"Method of Automatic Supply of Liquid Nitrogen in Multiple Cryogenic Tanks Applied to a Magnetic Levitation Vehicle" according to claim 3, characterized by a set that allows the supply of several cryogenic tanks simultaneously.

"Method of Automatic Supply of Liquid Nitrogen in Multiple Cryogenic Tanks Applied to a Magnetic Levitation Vehicle" according to claim 1, characterized by a method for supplying cryogenic reservoirs with liquid nitrogen in a magnetic levitation vehicle from a main tank pressurized.

"Method of Automatic Supply of Liquid Nitrogen in Multiple Cryogenic Tanks Applied to a Magnetic Levitation Vehicle" according to claim 2, characterized by the set of equipment, as described in 2, on board the vehicle.

"Method of Automatic Supply of Liquid Nitrogen in Multiple Cryogenic Tanks Applied to a Magnetic Levitation Vehicle" according to claim 2, characterized by the set of equipment, as described in 2, installed in the supply workshop on fixed or mobile bases .

"Method of Automatic Supply of Liquid Nitrogen in Multiple Cryogenic Tanks Applied to a Magnetic Levitation Vehicle" according to claim 3, characterized by a pressure relief system composed of a pressure relief valve between the solenoid valve and the tank cryogenic to be filled.

"Method of Automatic Supply of Liquid Nitrogen in Multiple Cryogenic Tanks Applied to a Magnetic Levitation Vehicle" according to claim 2, characterized by a supply system supervised by an operator who interacts with the command equipment such as a PLC or a computer .

"Method of Automatic Supply of Liquid Nitrogen in Multiple Cryogenic Tanks Applied to a Magnetic Levitation Vehicle" according to claim 1, characterized by a set of equipment that operates through buttons activated by a human operator guided by a visual indication of supply that controls the solenoid valves.