BRPI0712102A2

BRPI0712102A2 - power supply apparatus for electronic, electrical or electromechanical equipment and use of a chargeable high energy capacitor box

Info

Publication number: BRPI0712102A2
Application number: BRPI0712102-4A
Authority: BR
Inventors: Stale Hope; Lars Gunnar; Tor Forsmann
Original assignee: Ifokus Engineering As
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2012-01-17
Also published as: ZA200810866B; BRPI0712102A8; BRPI0712102B1

Abstract

APARELHO PARA ALIMENTAçãO DE POTêNCIA PARA EQUIPAMENTO ELETRÈNICO, ELéTRICO OU ELETROMECáNICO E USO DE UMA CAIXA DE CAPACITOR DE ALTA ENERGIA CARREGáVEL Um aparelho para alimentação de potência para equipamento eletrónico, elétrico ou eletromecânico, o aparelho incluindo uma fonte de potência carregável na forma de pelo menos uma caixa de capacitor de alta energia (1); unidade de controle de equipamento (3) para controlar alimentação de potência para o equipamento, uma unidade de controle de fonte de potência (2) para carregamento descarregamento controlados da fonte de potência, e um dispositivo (4; 10'; 11'; 12') para alimentação de potência a partir de uma fonte de energia externa (10; 11; 12) para uma unidade de controle de fonte de potência (2).POWER SUPPLY APPLIANCE FOR ELECTRONIC, ELECTRICAL OR ELECTROMECHANICAL EQUIPMENT AND USE OF A CHARGABLE HIGH ENERGY CAPACITOR BOX A device for power supply for electronic, electrical or electromechanical equipment, the appliance including a chargeable power source in the form of at least a high energy capacitor box (1); equipment control unit (3) for controlling power supply to the equipment, a power source control unit (2) for controlled unloading and loading of the power source, and a device (4; 10 '; 11'; 12 ') for power supply from an external power source (10; 11; 12) to a power source control unit (2).

Description

"APARELHO PARA ALIMENTAÇÃO DE POTÊNCIA PARA EQUIPAMENTO ELETRÔNICO, ELÉTRICO OU ELETROMECÂNICO E USO DE UMA CAIXA DE CAPACITOR DE ALTA ENERGIA CARREGÁVEL""POWER SUPPLY FOR ELECTRONIC, ELECTRICAL OR ELECTROMECHANICAL EQUIPMENT AND USE OF A CHARGING HIGH ENERGY CAPACITOR BOX"

A presente invenção refere-se a um aparelho para operar dispositivos de instalação controláveis como exposto no preâmbulo de acordo com a reivindicação anexa 1.The present invention relates to an apparatus for operating controllable installation devices as set forth in the preamble according to the appended claim 1.

Neste pedido, "instalação" deve ser entendida em geral ou como uma instalação submarina ou uma instalação baseada em terra. Tais instalações podem ser de um tipo eletromecânico, elétrico ou eletrônico ou eletro-óptico.In this application, "installation" should generally be understood as either an underwater installation or a land based installation. Such installations may be of an electromechanical, electrical or electronic or electro-optical type.

Um tal aparelho conhecido é descrito, dentre outros, na Patente NO 312376, onde, para o controle de válvulas em uma instalação submarina, um motor é usado, o qual recebe potência de acionamento de uma fonte de potência externa ou localmente de uma bateria. Outra solução é a possibilidade de armazenar energia sob a água em ou próximo a um acionador. Válvulas deste tipo são operadas em intervalos raros, e isto provê a possibilidade de carregar uma tal fonte de energia sobre um longo tempo com baixa corrente. É revelado que a bateria e a unidade de controle conectada com a mesma pode ser uma parte de um módulo que é destacavelmente conectada com o respectivo motor, permitindo assim que o módulo seja levado para a superfície para manutenção. Como uma alternativa, o motor pode também ser incluído em um tal módulo que pode facilmente ser levado até a superfície.Such a known apparatus is described, among others, in Patent No. 312376, where, for valve control in an underwater installation, an engine is used which receives driving power from an external power source or locally from a battery. Another solution is the ability to store energy under water in or near a trigger. Valves of this type are operated at rare intervals, and this provides the possibility of charging such a power source over a long time with low current. It is disclosed that the battery and the control unit connected thereto may be a part of a module that is detachably connected to the respective motor, thus allowing the module to be brought to the surface for maintenance. As an alternative, the engine may also be included in such a module that can easily be lifted to the surface.

Como exemplos de outra tecnologia conhecida, referência pode ser feita à Patente US 5497672 e Pedido de Patente Norueguês 1994260, e também ao artigo "Atuação de Válvula Elétrica Submarina" (" Subsea electric valve actuation"), Sigbjorn Sangesland et al. , Underwater tecnology Conference, Bergen, 14-16 de março de 1994. No documento por último mencionado, várias técnicas são descritas em conexão com o controle e operação válvulas submarinas. É proposto, dentre outros, permitir que o motor elétrico usado seja conectado com uma bateria que pode equilibrar picos em demandas de potência ou ser usada para fechar a válvula em uma emergência. A alimentação de potência normal tem lugar da superfície para a instalação, com a bateria somente sendo considerada como uma alimentação de emergência ou de reserva.As examples of other known technology, reference may be made to US Patent 5497672 and Norwegian Patent Application 1994260, and also to the article "Subsea electric valve actuation", Sigbjorn Sangesland et al. , Underwater tecnology Conference, Bergen, March 14-16, 1994. In the last mentioned document, various techniques are described in connection with the control and operation of underwater valves. It is proposed, among others, to allow the used electric motor to be connected with a battery that can balance surges in power demands or be used to close the valve in an emergency. Normal power supply takes place from the surface for installation, with the battery only being considered as an emergency or backup power supply.

É conhecido, de resto, que na operação de equipamento eletrônico ou elétrico, como motores, baterias carregáveis são freqüentemente usadas como fonte de energia de reserva no caso em que, por exemplo, a alimentação de potência usual falhe, especialmente em sítios situados em locais que são de difícil acesso, tais como em instalações submarinas, em cumes de montanha, em áreas sem uma conexão rodoviária permanente, em áreas desoladas que não são facilmente acessíveis por helicóptero, em áreas subterrâneas ou similares, ou em locais que leva tempo, e, assim, envolve consideráveis custos, de serem atingidos.It is known, moreover, that in the operation of electronic or electrical equipment such as motors, rechargeable batteries are often used as a backup power source in the event that, for example, the usual power supply fails, especially at sites in which are difficult to access, such as underwater installations, mountain tops, areas without a permanent road connection, desolate areas not easily accessible by helicopter, underground or similar areas, or places that take time, and thus involves considerable costs to be met.

Em conexão com a operação de instalações em um ambiente submarino ou baseadas em terra, regiões intransitáveis, é essencial que a substituição e manutenção de equipamento acionado eletronicamente ou eletricamente que opera tais instalações possam ser limitadas para um mínimo, em particular porque o equipamento é de acesso difícil ou inconveniente.In connection with the operation of installations in an underwater or land-based environment, impassable regions, it is essential that the replacement and maintenance of electronically or electrically powered equipment operating such facilities may be limited to a minimum, in particular because the equipment is of difficult or inconvenient access.

Por conseguinte, um dos objetivos totais da invenção foi o de prover uma solução técnica aperfeiçoada para alimentação de potência para tal equipamento que é para operar instalações de difícil acesso, onde o foco foi especialmente dirigido para longo tempo de operação sem manutenção, a capacidade e um grande número de descargas e cargas sem uma redução significante em desempenho ou produção, alta confiabilidade de operação e pouca sensibilidade a temperatura com respeito a desempenho ou produção. Em aplicações onde é caro ou difícil realizar manutenção ou substituição de, por exemplo, baterias, o preço por unidade, todavia, não é crítico. Mesmo se o volume de uma unidade tiver que ser, em alguns casos, considerado como uma desvantagem, o aspecto de volume em geral não é crítico. Com relação a um antecedente de processos extremamente caros e de acessibilidade extremamente difícil, em conexão com substituição, vida útil e confiabilidade são fatores que terão importância substancialmente maior que preço e pequeno tamanho físico.Therefore, one of the overall objectives of the invention was to provide an improved technical power supply solution for such equipment which is for operating hard to reach installations where the focus has been especially directed to long maintenance-free operation, capacity and a large number of discharges and loads without a significant reduction in performance or production, high operating reliability and poor temperature sensitivity with respect to performance or production. In applications where it is expensive or difficult to perform maintenance or replacement of, for example, batteries, the price per unit, however, is not critical. Even if the volume of a unit has to be considered in some cases as a disadvantage, the volume aspect in general is not critical. With respect to a record of extremely expensive processes and extremely difficult accessibility, in connection with replacement, service life and reliability are factors that will be substantially greater than price and small physical size.

A presente invenção é, por conseguinte, relacionada com a provisão de um aparelho que tem boas propriedades de alimentação de potência, combinadas com as possibilidades de monitoramento e de carregamento rápido e repetido sem uma redução signifícante em produção ou desempenho.The present invention is therefore related to the provision of an apparatus which has good power supply properties combined with the monitoring and fast and repeated charging possibilities without a significant reduction in production or performance.

Um desafio principal no uso das baterias carregáveis convencionais é que a capacidade de bateria efetiva é afetada pela temperatura ambiente particularmente baixa, pelo número de cargas e descargas ao qual a bateria é sujeita, e em que exigências consideráveis sãó colocadas sobre o equipamento para o carregamento eficiente da bateria. Graças aos caros cabos especiais e conectores de transmissão de potência, grandes economias devem ser obtidas por meio da redução da seção transversal de cabo para o mínimo quando a alimentação de potência sobre uma distância considerável é requerida, isto é, um valor de corrente tão baixo quanto possível porque isto fornece cabos mais finos e, assim, menos caros. Uma solução convencional é usar uma tensão relativamente baixa, mas isto tem outras desvantagens, tais como um risco maior de curto-circuito, a necessidade de grandes transformadores e acesso à respectiva tensão.A major challenge in the use of conventional rechargeable batteries is that the effective battery capacity is affected by the particularly low ambient temperature, the number of charges and discharges to which the battery is subjected, and the considerable demands placed on charging equipment. battery efficient. Thanks to the expensive special cables and power transmission connectors, big savings must be obtained by reducing the cable cross section to minimum when power supply over a considerable distance is required, ie such a low current value. as possible because this provides thinner and thus less expensive cables. A conventional solution is to use a relatively low voltage, but this has other disadvantages such as a higher risk of short circuit, the need for large transformers and access to their voltage.

Além disto, é conhecido que as baterias convencionais têm uma vida útil limitada, e em que, por exemplo, a tensão medida não é necessariamente uma expressão da reserva de energia remanescente da "bateria. As baterias carregáveis convencionais, quando elas eram conhecidas quando os ditos documentos foram publicados, assim, tinham desvantagens, especialmente com respeito ao tempo de operação e confiabilidade, e operações para coletar as baterias para substituição ou reparo foram tradicionalmente demoradas e desproporcionalmente caras.In addition, it is known that conventional batteries have a limited lifespan, and that, for example, the measured voltage is not necessarily an expression of the battery's remaining energy reserve. Conventional chargeable batteries, when they were known when Such documents were published, thus, had disadvantages, especially with respect to operating time and reliability, and operations to collect batteries for replacement or repair were traditionally time consuming and disproportionately expensive.

Em conexão com a operação de instalações sobre o leito do mar, é importante que a substituição e a manutenção de equipamento acionado eletricamente, que opera tais instalações, possam ser limitadas para um mínimo, em particular porque o equipamento é de difícil acesso, freqüentemente um longo percurso no mar e em grandes profundidades oceânicas. Naturalmente, o mesmo se aplica também à substituição e manutenção de equipamento que é posicionado em locais baseados em terra que são de modo que o acesso é inconveniente e, por conseguinte, caro.In connection with the operation of seabed installations, it is important that the replacement and maintenance of electrically powered equipment operating such facilities may be limited to a minimum, in particular because the equipment is difficult to access, often a long course at sea and at great ocean depths. Of course, the same also applies to replacement and maintenance of equipment that is positioned in land-based locations that are such that access is inconvenient and therefore expensive.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, o aparelho é especificamente relacionado com a alimentação de potência de acionadores, por exemplo, motores, em um ambiente submarino, como a operação ou operação de emergência de válvulas controláveis em árvores-de- natal ou válvulas em conexão com tubulações submarinas. Todavia, o aparelho é também útil para alimentação de potência a outros tipos de equipamento submarino que não empregam acionadores. Tal equipamento pode, por exemplo, ser um equipamento de medição sobre o leito do mar, tal como equipamento sísmico, equipamento de monitoramento que periodicamente ou continuamente monitora um nível de ruído de operação em uma instalação no fundo do mar.According to a first aspect of the present invention, the apparatus is specifically related to the power supply of actuators, for example motors, in an underwater environment, such as the operation or emergency operation of controllable valves on Christmas trees or valves in connection with subsea pipelines. However, the apparatus is also useful for powering other types of subsea equipment that do not employ drives. Such equipment may, for example, be seafloor measurement equipment, such as seismic equipment, monitoring equipment that periodically or continuously monitors an operating noise level in a seabed installation.

Por conseguinte, foi um dos objetivos principais da invenção prover uma solução técnica aperfeiçoada para alimentação de potência a tal equipamento que é para operar instalações submarinas, onde o foco foi especialmente dirigido para longo tempo de operação sem manutenção, a capacidade e um grande número de descargas e cargas sem uma redução significante em desempenho ou produção, alta confiabilidade de operação, possibilidades de monitoramento simples, e pouca sensibilidade a temperatura com respeito à produção ou desempenho.Accordingly, it was one of the main objects of the invention to provide an improved technical power supply solution for such equipment which is for operating underwater installations, where the focus has been especially directed to long maintenance-free operation, capacity and a large number of equipment. discharges and loads without significant reduction in performance or production, high operating reliability, simple monitoring possibilities, and poor temperature sensitivity with respect to production or performance.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, o aparelho é especialmente relacionado com a provisão da alimentação de potência a acionadores, por exemplo, motores, em locais de difícil acesso ou baseados em terra, como, por exemplo, a operação ou operação de emergência de dispositivos controláveis. Tais dispositivos podem, por exemplo, ser válvulas sobre tubulações de água, tubulações de petróleo ou tubulações de gás dispostas em áreas desoladas baseadas em terra, antenas que requerem ajuste, ou geralmente para possível paralisação controlada e blindagem de equipamento quando existe um perigo de interrupção por causa de falhas de operação ou condições de tempo.According to a second aspect of the present invention, the apparatus is especially related to providing power supply to drivers, for example motors, in hard to reach or ground-based locations, such as the operation or operation of emergence of controllable devices. Such devices may, for example, be valves over water pipes, oil pipes or gas pipes arranged in desolate ground-based areas, antennas requiring adjustment, or generally for possible controlled shutdown and shielding of equipment when there is a danger of interruption. because of malfunctions or weather conditions.

Todavia, o aparelho é também útil para alimentação de potência para outros tipos de equipamento que não emprega acionadores. Tal equipamento poderia, por exemplo, ser um equipamento de medição ou equipamento de sinalização sobre cumes de montanha, equipamento de aviso, ou equipamento que periodicamente ou continuamente monitora um nível de ruído de operação em uma instalação de tubulação ou sobre o leito do mar ou fora em uma instalação localizada remotamente. Tal equipamento não é necessariamente um consumidor de potência.However, the apparatus is also useful for power supply for other types of equipment that do not employ starters. Such equipment could, for example, be measuring equipment or mountain top signaling equipment, warning equipment, or equipment that periodically or continuously monitors an operating noise level in a pipeline installation or over the seabed or outside in a remotely located facility. Such equipment is not necessarily a power consumer.

Com a presente invenção foi verificado que as assim chamadas caixas de capacitor de alta energia podem ser bem apropriadas para alimentação de potência, do tipo que é requerido para equipamento para a operação de instalações submarinas e instalações baseadas em terra.With the present invention it has been found that the so-called high energy capacitor housings may be well suited for power supply, of the type that is required for equipment for the operation of subsea and ground-based installations.

Nos últimos anos, vários tipos de tais caixas de capacitores foram desenvolvidos, as quais têm um número de vantagens sobre baterias carregáveis, como menor peso, vida útil maior, a possibilidade de monitoramento mais confiável e preciso de estado da carga, construção mais simples, carregamento mais fácil (sem necessidade de iniciar e parar o processo de carga), confiabilidade mais alta, um número significantemente maior de possíveis cargas e descargas que uma bateria carregável convencional, e componentes eletrônicos mais simples (menos sensíveis a rompimentos por mau funcionamento/operação) para controlar um sistema no qual uma tal caixa de capacitor é incluída como alimentação de potência.In recent years, various types of such capacitor housings have been developed which have a number of advantages over chargeable batteries such as lower weight, longer service life, more reliable and accurate charge state monitoring, simpler construction, easier charging (no need to start and stop the charging process), higher reliability, significantly more charges and discharges than a conventional chargeable battery, and simpler electronics (less sensitive to malfunction / operation disruptions) ) to control a system in which such a capacitor box is included as power supply.

Tradicionalmente, os capacitores não foram observados como tecnologicamente competitivos em comparação com as baterias convencionais. A quantidade de energia por unidade de peso e unidade de volume foi muito menor. A despeito disto, os capacitores tiveram propriedades muito melhores que as baterias no que se refere a freqüentes carregamento e descarregamento, o controle dos mesmos e a vida útil de capacitor. Por essas razões, os capacitores têm, todavia, desempenhado um papel importante em áreas de aplicação e foram empregados principalmente em retificadores e circuitos de controle. Tais capacitores eletrolíticos padrão têm uma vida útil normal na faixa de 40. 000 - 60. 000 horas.Traditionally, capacitors have not been observed as technologically competitive compared to conventional batteries. The amount of energy per unit weight and unit volume was much smaller. Despite this, capacitors had far better properties than batteries in terms of frequent charging and discharging, their control and capacitor life. For these reasons, capacitors have, however, played an important role in application areas and were mainly employed in rectifiers and control circuits. Such standard electrolytic capacitors have a normal service life in the range of 40,000 - 60,000 hours.

No final dos anos de 1990, pesquisa foi iniciada no desenvolvimento de um novo tipo de capacitor que, por vez, colocou em foco o uso de capacitores para armazenagem de energia. Aos capacitores deste tipo foi dado o nome "ultracapacitor". Esta tecnologia estava comercialmente disponível no mercado por volta de 2002, e foi utilizada nas primeiras instalações de teste para alimentar potência para caminhões com garfo de elevação, pequenos veículos e alguns grandes veículos, incluindo ônibus especiais. Por conseguinte, a alimentação de potência foi limitada a equipamento que operou sob condições facilmente controláveis e em pressão normal, isto é, em pressão normal. Estimados de forma grosseira, os ultracapacitores deste tipo têm em torno de 10 vezes mais densidade de armazenagem de energia que os capacitores eletrolíticos tradicionais. Fabricantes típicos de tais caixas de capacitores são EPCOS e MAXWELL (www, maxwell. com).In the late 1990s, research was initiated into the development of a new type of capacitor that in turn focused on the use of capacitors for energy storage. Capacitors of this type were given the name "ultracapacitor". This technology was commercially available on the market around 2002, and was used in the first test facilities to power horsepower with fork lift trucks, small vehicles and some large vehicles, including special buses. Therefore, the power supply was limited to equipment that operated under easily controllable conditions and at normal pressure, that is, at normal pressure. Roughly estimated, ultracapacitors of this type have about 10 times more energy storage density than traditional electrolytic capacitors. Typical manufacturers of such capacitor housings are EPCOS and MAXWELL (www, maxwell.com).

Um outro desenvolvimento de caixas de capacitor de alta energia deste tipo é acreditado que é capaz de prover unidades com uma capacidade de energia até mesmo maior do que é possível com a tecnologia de hoje em dia.Another development of such high-energy capacitor housings is believed to be capable of providing units with even greater power capacity than is possible with today's technology.

Infelizmente, estas novas caixas de capacitores ainda não são competitivas em produtos industriais ou comerciais, em particular por causa de seu alto preço e suas dimensões ainda grandes para exigências de grande potência e, assim, de um perigo substancialmente maior se usadas incorretamente, por exemplo, um perigo de explosão e altas correntes de curto-circuito. Isto provavelmente tem alguma conexão com o fato de que os produtos pertinentes são tipicamente veículos de superfície, tais como, por exemplo, ônibus especialmente equipados. Em conexão com produtos deste tipo, é importante que a parte de alimentação de potência seja facilmente acessível. Tradicionalmente, quando alimentação de potência na forma de baterias carregáveis é usada para, por exemplo, veículos de superfície, é óbvio que a substituição da bateria tem que ser extremamente fácil de ser realizada. Normalmente, uma bateria carregável tem um desempenho gradualmente mais deficiente sobre o tempo, e, em geral, a substituição é realizada como uma matéria de rotina depois de um certo número de horas de operação. Alternativamente, outros parâmetros, tais como teor de ácido, corrente de carga e risco de curto-circuito são observados. Em qualquer caso, a substituição tem lugar bem antes de ocorrer uma situação crítica.Unfortunately, these new capacitor housings are not yet competitive in industrial or commercial products, in particular because of their high price and still large dimensions for high power requirements and thus a substantially greater danger if misused, for example. , a danger of explosion and high short circuit currents. This probably has some connection with the fact that the relevant products are typically surface vehicles, such as specially equipped buses. In connection with such products, it is important that the power supply part is easily accessible. Traditionally, when power supply in the form of rechargeable batteries is used for, for example, surface vehicles, it is obvious that battery replacement has to be extremely easy to perform. Typically, a rechargeable battery gradually performs poorly over time, and replacement is usually performed as a matter of routine after a certain number of hours of operation. Alternatively, other parameters such as acid content, charge current and short circuit risk are observed. In any case, replacement takes place well before a critical situation occurs.

Em aplicações submarinas, o preço por unidade será fortemente crítico, e mesmo se o volume de uma unidade em relação à capacidade de energia pudesse ser considerado como uma desvantagem, o volume de uma unidade será geralmente compensado pelas vantagens técnicas deste tipo de fonte de potência. Com relação a um antecedente de processos extremamente caros e acessibilidade extremamente difícil em conexão com substituição, vida útil e confiabilidade são fatores que têm uma importância maior que preço e pequeno tamanho físico.In subsea applications, the price per unit will be strongly critical, and even if a unit's volume to power capacity could be considered as a disadvantage, a unit's volume will generally be outweighed by the technical advantages of this type of power source. . With respect to an extremely expensive process background and extremely difficult accessibility in connection with replacement, service life and reliability are of greater importance than price and small physical size.

Uma tal solução que envolve o uso de caixas de capacitores de alta energia para alimentação de potência irá necessitar o uso de componentes apropriados para controlar carregamento e descarregamento, e para monitoramento da reserva de energia na caixa de capacitor de alta energia. Tais componentes serão substancialmente mais simples e mais confiáveis que um sistema com base em componentes eletrônicos que é para assegurar carregamento, descarregamento e monitoração de uma bateria carregável convencional, especialmente quando a finalidade é a de realizar as mesmas funções finais.Such a solution involving the use of high energy capacitor boxes for power supply will require the use of appropriate components to control charging and discharging, and for monitoring the power reserve in the high energy capacitor box. Such components will be substantially simpler and more reliable than an electronic component based system which is to ensure charging, discharging and monitoring of a conventional chargeable battery, especially when the purpose is to perform the same end functions.

No uso de uma alimentação de energia para equipamento a grandes profundidades oceânicas, onde alta pressão externa está presente, existe o risco de a caixa de capacitores ser colapsada por causa de alta pressão externa. Por conseguinte, em certas formas de realização de caixas de capacitores, pode ser vantajoso colocá-los em um recipiente pressurizado que tem pressão interna normal, idealmente uma pressão de, ou próxima de, 1 atm, de modo a prevenir que a caixa de capacitores seja colapsada ou seja afetado adversamente pela pressão externa mais alta até em uma tal extensão em que suas propriedades ou desempenho sejam significativamente alterados.When using a power supply for equipment at great ocean depths where high external pressure is present, there is a risk that the capacitor box may collapse because of high external pressure. Accordingly, in certain embodiments of capacitor housings, it may be advantageous to place them in a pressurized container having normal internal pressure, ideally a pressure of or about 1 atm, to prevent the capacitor housing from collapsed or adversely affected by higher external pressure to such an extent that its properties or performance are significantly altered.

Se as caixas de capacitores devem ser usadas a grandes alturas, com o risco de um abaulamento e, assim, uma alteração estrutural, pode ser similarmente relevante usar caixas de capacitores que são colocadas diretamente em um ambiente pressurizado com uma pressão nominal, pois variações de pressão ou um grande desvio a partir da pressão nominal pode ter um efeito desastroso sobre os parâmetros de operação. A pressão nominal é considerada aqui para ser, por exemplo, aproximadamente 1 atm.If capacitor housings are to be used at high heights, with the risk of bulging and thus a structural change, it may be similarly relevant to use capacitor housings that are placed directly in a pressurized environment at rated pressure, because variations in Pressure or a large deviation from rated pressure can have a disastrous effect on operating parameters. The nominal pressure is considered here to be, for example, approximately 1 atm.

Tais unidades de alimentação de energia locais na forma de caixas de capacitores de alta energia serão apropriadas para uso em aplicações de segurança ou nos assim chamados sistemas de reserva, pois, em alguns casos, eles serão capazes de substituir, por exemplo, as soluções de caixa de bateria, tradicionalmente usadas, em instalações submarinas ou instalações baseadas em terra, as quais, em muitos casos, podem ser desfavoravelmente grandes e pesadas. Tais caixas de capacitor também têm características de operação estáveis na temperatura de -40°C a +65°C.Such local power supply units in the form of high-energy capacitor boxes will be suitable for use in safety applications or so-called backup systems, as in some cases they will be able to replace, for example, power solutions. battery boxes, traditionally used, in subsea installations or land-based installations, which in many cases can be unfavorably large and heavy. Such capacitor housings also have stable operating characteristics at a temperature of -40 ° C to + 65 ° C.

Os pontos característicos do aparelho inventivo e uso de uma caixa de capacitores de alta energia são expostos nas reivindicações anexas e na descrição que agora se segue com referência às figuras dos desenhos anexos.Characteristic features of the inventive apparatus and use of a high energy capacitor box are set forth in the appended claims and the following description with reference to the figures in the accompanying drawings.

A figura 1 é uma ilustração esquemática de uma caixa de capacitores típica com componentes eletrônicos associados, de acordo com a invenção.Figure 1 is a schematic illustration of a typical capacitor box with associated electronic components according to the invention.

A figura 2 mostra uma pequena modificação do aparelho ilustrado na figura 1.Figure 2 shows a slight modification of the apparatus illustrated in figure 1.

A figura 3 mostra uma outra modificação do aparelho ilustrado nas figuras 1 e 2.Figure 3 shows another modification of the apparatus illustrated in figures 1 and 2.

A figura 4 mostra uma variante da forma de realização ilustrada na figura 3.Figure 4 shows a variant of the embodiment illustrated in figure 3.

A figura 5 mostra uma variante da forma de realização ilustrada na figura 4.Figure 5 shows a variant of the embodiment illustrated in figure 4.

A figura 6 mostra, a título de exemplo, um uso típico do aparelho em um ambiente submarino.Figure 6 shows, by way of example, a typical use of the apparatus in an underwater environment.

A figura 7 mostra, a título de exemplo, um uso típico do aparelho em um ambiente baseado em terra.Figure 7 shows, by way of example, a typical use of the apparatus in a land based environment.

As figuras 8 e 9 mostram, a título de exemplo, controle de potência de equipamento que emprega o aparelho.Figures 8 and 9 show, by way of example, power control of equipment employing the apparatus.

As figuras 1-5 mostram caixa(s) de capacitor de alta energia 1 que é/são conectada/s com uma unidade de controle eletrônica 2 destinada para monitoramento da caixa de capacitor e controle de seu carregamento, e também uma unidade de controle 3 que controla uma alimentação de energia para um acionador 5, por exemplo, um motor com uma engrenagem 5'. Além disto, alimentação de energia pode ser provida para outro equipamento 5" que não um acionador. Um conector 4, por exemplo, de um tipo indutivo ou outro tipo apropriado, e preferivelmente estanque a fluido e estanque a pressão, pode prover conexão com uma alimentação de potência externa que é usada para carregamento da caixa de capacitor 1 via penetrador 4' e a unidade de controle 2. Para prevenir dano na caixa de capacitor, por exemplo, como uma conseqüência de compressão ou colapso por causa da alta pressão externa no leito do mar, ou abaulamento/formação de fissuras por causa de baixa pressão em grandes alturas sobre a terra, e, assim, uma possível alteração na produção nominal da caixa de capacitor, ela pode ser encapsulada em um recipiente selado, estanque a pressão, 6. O recipiente preferivelmente tem uma pressão interna que é substancialmente menor que a pressão ambiente quando usada em uma instalação submarina, ou uma pressão substancialmente maior que a pressão ambiente em instalações baseadas em terra em grandes alturas. Vantajosamente, a pressão interna pode ser 1 atm.Figures 1-5 show high energy capacitor box (s) 1 which is / are connected with an electronic control unit 2 for capacitor box monitoring and charge control, as well as a control unit 3 which controls a power supply for a driver 5, for example a motor with a 5 'gear. In addition, power supply may be provided for equipment 5 "other than a driver. A connector 4, for example of an inductive or other suitable type, and preferably fluid tight and pressure tight, may provide connection to a external power supply that is used for charging capacitor box 1 via penetrator 4 'and control unit 2. To prevent damage to the capacitor box, for example as a consequence of compression or collapse due to high external pressure in the seafloor, or bulging / cracking because of low pressure at high heights over land, and thus a possible change in the capacitor box nominal output, it may be encapsulated in a sealed, pressure-tight container, 6. The container preferably has an internal pressure that is substantially less than ambient pressure when used in an underwater installation, or a substantially lower pressure. that the ambient pressure in ground based installations at high heights. Advantageously, the internal pressure may be 1 atm.

No que segue, "alojamento estanque a pressão" ou "recipiente" é usado para significar um alojamento ou recipiente cuja pressão interna é igual ou próxima à pressão nominal, por exemplo, igual ou próxima a 1 atm. A expressão "alojamento selado que é conectado com um compensador de pressão", ou o termo "alojamento compensado em pressão" deve ser entendido para significar o alojamento que tem uma pressão interna que é aproximadamente igual à pressão que envolve o alojamento.In the following, "pressure tight housing" or "container" is used to mean a housing or container whose internal pressure is at or near nominal pressure, for example at or near 1 atm. The term "sealed housing that is connected with a pressure compensator", or the term "pressure compensated housing" shall be understood to mean the housing having an internal pressure that is approximately equal to the pressure surrounding the housing.

Nas figuras 1 e 2 é mostrado que a caixa de capacitor 1 com recipiente estanque a pressão envolvente 6, juntamente com as unidades de controle 2, 3, é montada dentro de um alojamento selado 6' que é equipado com um compensador de pressão 6". Neste caso, a alimentação de potência para o acionador 5 com engrenagem opcional 5' e/ou para outro equipamento 5" é passada para fora do alojamento 6' via penetradores 7, 7'. Como mostrado na figura 2, o acionador 5 com engrenagem 5' pode opcionalmente ser disposto em um alojamento selado 8 que pode ser provido com um compensador de pressão 8', tal que a pressão interna no alojamento 8 é igual à pressão externa. Para o equipamento adicional opcional 5", um alojamento 9 com compensador de pressão 9' pode opcionalmente ser provido, ou o alojamento pode ser pré-provido com pressão interna igual a em torno de 1 atm., isto é, que o compensador de pressão 9' é omitido.In Figures 1 and 2 it is shown that the capacitor box 1 with enclosing pressure-tight container 6, together with the control units 2, 3, is mounted within a sealed housing 6 'which is equipped with a 6 "pressure compensator. In this case, the power supply to the 5 'optionally geared driver 5 and / or other equipment 5' is passed out of the housing 6 'via penetrators 7, 7'. As shown in Figure 2, the geared drive 5 'may optionally be arranged in a sealed housing 8 which may be provided with a pressure compensator 8' such that the internal pressure in the housing 8 is equal to the external pressure. For optional additional equipment 5 ", a pressure compensated housing 9 'may optionally be provided, or the housing may be pre-fitted with an internal pressure of about 1 atm., Ie, that the pressure compensator 9 'is omitted.

Na figura 3 é mostrado que a caixa de capacitor é montada dentro de um alojamento estanque a pressão 6, cuja pressão interna é próxima ou está na pressão nominal, isto é, 1 atm. Um tal alojamento terá necessariamente paredes espessas para poderem resistir a altas pressões em grandes profundidades oceânicas, ou baixas pressões em grandes alturas. Nesta figura, as unidades de controle 2, 3 são mostradas em outro alojamento 10 juntamente com o acionador 5 e engrenagem opcional 5'. O alojamento 10 tem um compensador de pressão 10' que assegura que a pressão dentro do alojamento 10 seja a mesma que a pressão externa. A alimentação de potência é provida via o acoplamento 4 e penetrador associado 4'. A alimentação de potência e controle entre uma unidade 2 e a caixa de capacitor 1 tem lugar via conexões 11, 11' e 12 e via penetradores associados 11", 11'" e 12', 12".In Figure 3 it is shown that the capacitor box is mounted within a pressure-tight housing 6 whose internal pressure is close to or at nominal pressure, ie 1 atm. Such a housing will necessarily have thick walls to be able to withstand high pressures at great ocean depths, or low pressures at great heights. In this figure, control units 2, 3 are shown in another housing 10 together with driver 5 and optional gear 5 '. The housing 10 has a pressure compensator 10 'which ensures that the pressure within the housing 10 is the same as the external pressure. Power supply is provided via coupling 4 and associated penetrator 4 '. The power supply and control between a unit 2 and capacitor box 1 takes place via connections 11, 11 'and 12 and via associated penetrators 11 ", 11'" and 12 ', 12 ".

A forma de construção mostrada na figura 4 difere daquela mostrada na figura 3 na medida em que a unidade de controle 2 é disposta no mesmo alojamento estanque a pressão 6 como aquele que envolve a caixa de capacitor 1. Quando esta solução é usada, isto é, com uma pressão interna no alojamento próxima à pressão normal de em torno de 1 atm, não existem exigências especiais para componentes tolerantes a pressão na unidade de controle 1. A unidade de controle 3 que supre o acionador 5 com energia, e também o equipamento 5", é convenientemente colocada em um alojamento 13 que tem um compensador de pressão associado 13'. A alimentação de potência de uma unidade 2 para uma unidade 3 tem lugar via a transmissão 14 com penetradores associados 14', 14". O eixo de acionamento 5'" do acionador 5 passa para fora do alojamento via uma bucha estanque a pressão 15. Similarmente, o equipamento 5" receberá a alimentação de potência de uma unidade 3 via cabo 16 e penetrador associado 16'. O equipamento 5" pode opcionalmente se compensado em pressão, como mostrado na figura 2, ou colocado em um alojamento cuja pressão interna está na pressão nominal de em torno de 1 atm.The construction shown in figure 4 differs from that shown in figure 3 in that the control unit 2 is arranged in the same pressure-tight housing 6 as that surrounding the capacitor box 1. When this solution is used, ie , with an internal pressure in the housing close to the normal pressure of around 1 atm, there are no special requirements for pressure tolerant components in control unit 1. Control unit 3 that supplies driver 5 with power, as well as equipment 5 ", is conveniently placed in a housing 13 having an associated pressure compensator 13 '. Power supply from one unit 2 to one unit 3 takes place via the transmission 14 with associated penetrators 14', 14". Drive shaft 5 '' of driver 5 passes out of the housing via a pressure-tight bushing 15. Similarly, equipment 5 'will receive power from a unit 3 via cable 16 and associated penetrator 16'. The 5 "equipment can optionally be pressure compensated as shown in Figure 2, or placed in a housing whose internal pressure is at a nominal pressure of around 1 atm.

A solução mostrada na figura 4 é especialmente apropriada para os casos quando e desejável ter, por exemplo, o acionador 5 com unidade de controle associada 3 na mesma unidade ou alojamento 13, o que pode significar que a caixa de alimentação de potência consistindo da caixa de capacitor 1, da unidade de controle 2 e da alimentação de potência externa 4, pode opcionalmente ter vários terminais para alimentar potência para vários atuadores alimentados pela unidade de controle. Neste caso, como nos casos mostrados nas figuras 1 - 3, os componentes usados na unidade de controle 3 têm que ser tolerantes a pressão, na mesma extensão que os componentes na unidade de controle 2 teriam que ter para a solução mostrada nas figuras 1-3.The solution shown in figure 4 is especially suitable for cases when it is desirable to have, for example, driver 5 with associated control unit 3 in the same unit or housing 13, which may mean that the power supply box consisting of the housing capacitor 1, control unit 2, and external power supply 4, can optionally have multiple terminals to power power to multiple actuators powered by the control unit. In this case, as in the cases shown in figures 1 - 3, the components used in control unit 3 must be pressure tolerant, to the same extent as the components in control unit 2 would have to have for the solution shown in figures 1- 3

A figura 5 mostra que tanto a caixa de capacitor 1 como as duas unidades de controle 2, 3 estão no mesmo recipiente ou alojamento estanque a pressão 6, pressurizado para quase a pressão nominal de 1 atm. Isto significa que os componentes usados nas unidades de controle 2, 3 neste caso não precisam ser tolerantes a pressão. Aqui, potência elétrica é alimentada ao equipamento 5" através do cabo 17 com o penetrador associado 18', 18" dentro de um alojamento vedado 19 que circunda o atuador 5 com a engrenagem opcional associada 5', e onde está presente um compensador de pressão 19. O eixo de atuador 5"' é passado para fora do alojamento 19 através de uma bucha estanque a pressão 20.Figure 5 shows that both capacitor box 1 and two control units 2, 3 are in the same pressure-tight container or housing 6, pressurized to nearly 1 atm nominal pressure. This means that the components used in control units 2, 3 in this case need not be pressure tolerant. Here, electrical power is fed to the equipment 5 "via cable 17 with the associated penetrator 18 ', 18" within a sealed housing 19 surrounding the actuator 5 with the associated optional gear 5', and where a pressure compensator is present. 19. Actuator shaft 5 "'is passed out of housing 19 through a pressure-tight sleeve 20.

A fonte de potência carregável 1 deve, em princípio, preferivelmente ter uma pressão interna que é igual ou próxima à pressão nominal de aproximadamente 1 atm. para obter a operação ótima.Chargeable power source 1 should in principle preferably have an internal pressure which is at or near the nominal pressure of approximately 1 atm. for optimal operation.

Será também entendido que a caixa de capacitor 1 pode consistir de uma ligação de uma pluralidade de caixas de capacitores menores por meio da adição dos valores de capacitância.It will also be understood that capacitor box 1 may consist of a connection of a plurality of smaller capacitor boxes by adding capacitance values.

A figura 6 mostra como o aparelho pode, concebivelmente, ser usado em conexão com uma instalação submarina onde, em conexão com, por exemplo, uma tubulação 21, é disposta uma válvula controlável 22 com fuso de válvula 22'. O fuso de válvula pode ser transpassante de modo que um atuador hidráulico 23 pode operar a válvula sob condições normais, e que o motor 5, através de sua engrenagem 5', é disposto para operar a válvula somente se o atuador hidráulico falhar. O atuador hidráulico pode prover potência, em uma condição não energizada, para carregar a caixa de capacitor usando um gerador de corrente interno, ou em que um cordão umbilical 24 a partir da superfície do mar 25 até o atuador 23 contém alimentação de potência de baixo nível para esta finalidade. Como uma alternativa ou suplemento, a caixa de capacitor pode ter uma alimentação de potência externa para o carregamento através do uso de um gerador 26; 27 que é baseado no uso de correntes de água ou movimentos de onda, e onde a alimentação de potência tem lugar através do cabo 26', 27' para o conector 4. Como uma alternativa, a alimentação de potência para o carregamento da caixa de capacitor pode ser provida de um dispositivo de painel de energia solar 28, fixado em uma bóia 29, com um peso 29', e onde o cabo 28' conduz para baixo para o conector 4.Figure 6 shows how the apparatus can conceivably be used in connection with an underwater installation where, in connection with, for example, a pipeline 21, a controllable valve 22 with valve spindle 22 'is arranged. The valve spindle can be bypassed so that a hydraulic actuator 23 can operate the valve under normal conditions, and that motor 5, through its gear 5 ', is arranged to operate the valve only if the hydraulic actuator fails. The hydraulic actuator may provide power, in an unpowered condition, to charge the capacitor box using an internal current generator, or where an umbilical cord 24 from sea surface 25 to actuator 23 contains low power supply. level for this purpose. As an alternative or supplement, the capacitor box may have an external power supply for charging through the use of a generator 26; 27 which is based on the use of water currents or wave motions, and where the power supply takes place via cable 26 ', 27' to connector 4. As an alternative, the power supply for the charging box The capacitor may be provided with a solar power panel device 28, attached to a float 29, weighing 29 ', and where the cable 28' leads down to connector 4.

A figura 7 mostra como o aparelho pode, concebivelmente, ser usado em conexão com uma instalação onde, em conexão com, por exemplo, uma tubulação 30, é disposta uma válvula controlável 31 com fuso de válvulaFigure 7 shows how the apparatus can conceivably be used in connection with an installation where, in connection with, for example, a pipeline 30, a controllable valve 31 with valve spindle is arranged.

31. O motor 5, via sua engrenagem 5', é disposto para operar a válvula se as condições de operação, por exemplo, requererem que a válvula seja fechada. Como uma alternativa ou suplemento, a caixa de capacitor 1 pode receber alimentação de potência externa para carregamento por meio do uso de um de um gerador de energia eólica 32; um painel de energia solar 33; ou um gerador de miniturbina 34 que pode utilizar correntes de água em rios ou correntes adjacentes onde existe um certo fluxo de água mínimo, e onde a alimentação de potência tem lugar via o cabo 32'; 33 '; 34' para o conector 4.31. Motor 5, via its gear 5 ', is arranged to operate the valve if operating conditions, for example, require the valve to be closed. As an alternative or supplement, capacitor box 1 may receive external power supply for charging by use of one of a wind power generator 32; a solar energy panel 33; or a mini turbine generator 34 which can use water streams in adjacent rivers or streams where there is a certain minimum water flow, and where power supply takes place via cable 32 '; 33 '; 34 'to connector 4.

E concebível que tal equipamento poderia ser controlado remotamente ou se comunicar por sinais via comunicação por satélite, uma rede de telefone móvel ou similar. Aqui, uma unidade de comunicação 35 é mostrada, a qual é conectada com equipamento de antena 36 e conectada com as unidades de controle 2, 3 e também conectada com a conexão 37' com, por exemplo, um sensor de ruído 37 disposto sobre a válvula 8.It is conceivable that such equipment could be remotely controlled or communicated by signals via satellite communication, a mobile phone network or the like. Here, a communication unit 35 is shown which is connected with antenna equipment 36 and connected with control units 2, 3 and also connected with connection 37 'with, for example, a noise sensor 37 disposed on the valve 8.

A figura 8 mostra uma curva de tensão típica para a caixa de capacitor durante a descarga e a figura 9 mostra como a energia residual presente poderia ser usada, em que a potência que é alimentada para o acionador 5 é pulsada, e onde a potência em cada pulso é constantemente aproximadamente a mesma. Isto significa que, quando a tensão de produção da caixa de capacitor gradualmente cai como uma conseqüência de descarga, a duração do pulso irá gradualmente aumentar.Figure 8 shows a typical voltage curve for the capacitor box during discharge and Figure 9 shows how the present residual energy could be used, where the power that is fed to the driver 5 is pulsed, and where the power at each pulse is constantly approximately the same. This means that when the capacitor box output voltage gradually drops as a consequence of discharge, the pulse duration will gradually increase.

Em uma dada situação onde, por exemplo, é desejado abrir ou fechar uma válvula 22; 31, o acionador 5 normalmente precisará somente operar dentro de um período de tempo limitado, por exemplo, menor que um minuto. Se energia armazenada for, por exemplo, 10 watt-horas, isto significa que o motor idealmente tem disponível em torno de 600 watts de potência para em torno de 1 minuto. Sob dadas condições, uma tal quantidade de energia será mais que suficiente ante de a caixa de capacitor ter que ser carregada.In a given situation where, for example, it is desired to open or close a valve 22; 31, driver 5 will normally only need to operate within a limited period of time, for example less than one minute. If stored energy is, for example, 10 watt hours, this means that the motor is ideally available at around 600 watts of power for around 1 minute. Under such conditions, such an amount of energy will be more than sufficient before the capacitor box has to be charged.

Claims

1. Power supply apparatus for electronic, electrical or electromechanical equipment, comprising: - a chargeable power source; - a power source control unit for monitoring and controlled charging of the power source; - a device for power supply from an external power source to the power supply control unit; - an equipment control unit for controlling power supply from the power source to the equipment; and characterized by the fact that the chargeable power source consists of at least one high energy capacitor box.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the chargeable energy source is arranged in a pressure-tight container having an internal pressure that differs from ambient pressure.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the pressure in the vessel is about 1 atm.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the apparatus comprises an actuator, for example an electric motor for controlling a functional device.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the pressurized container power supply is arranged in a pressure compensated housing which further retains the equipment control unit and the power supply control unit. power.

Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the pressure-tight container power supply is arranged at a distance from a housing holding the equipment control unit and the pressure control unit. power source.

Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the power supply and the power supply control unit are arranged in the same pressure-tight container and the equipment control unit and said equipment is mounted in a pressure compensated common housing.

Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the power source, the equipment control unit and the power source control unit are mounted in said pressure-tight container and in said equipment is disposed externally with respect to the container.

Apparatus according to claim 1, characterized in that said external power supply device comprises a power transmission connector selected from the group: non-contact type, inductive type or water-tight connector type between a power source. external power supply and the power supply control unit.

Apparatus according to claim 1 or 9, characterized in that the external power source is at least one of: a wind power generator, a solar power panel, a water-powered mini-turbine generator and a generator of wave power.

Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the equipment control unit is arranged to discharge energy to the equipment, for example a trigger, in the form of a pulse train, where the energy in each discharged pulse is approximately the same.

12. Use of a chargeable high-energy capacitor box, characterized in that it is an underwater environment for power supply to a driver arranged to operate controllable underwater installation equipment.

13. Use of a chargeable high-energy capacitor box, characterized in that it is a hard to reach ground-based ground or environment for power supply to electronic, electrical, or electromechanical equipment.

Use according to claim 12 or 13, characterized in that the equipment is an actuator that is arranged to operate a valve in a fluid transport piping system.

Use according to claim 12 or 13, characterized in that the capacitor box is connected to an equipment control unit and the power source control unit to monitor and charge the capacitor box.

Use according to claim 12, 13, 14 or 15, characterized in that at least the capacitor box is enclosed in a pressurized container.

Use according to claim 12, characterized in that the subsea installation equipment is a valve and the actuator is a geared motor that is arranged to manipulate a valve spindle over the valve.