ES2299107T3 - Procedimiento para suministrar un fluido criogenico, en estado liquido o gaseoso, a una red de estaciones de servicio receptoras. - Google Patents

Procedimiento para suministrar un fluido criogenico, en estado liquido o gaseoso, a una red de estaciones de servicio receptoras. Download PDF

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Thomas James Sakach
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Abstract

Un aparato (10) para suministrar un fluido criogénico que comprende: un medio de soporte móvil (7); un recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1) para contener el fluido criogénico, dicho recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1) dispuesto sobre dicho medio de soporte móvil (7); una bomba de tipo émbolo (2) en comunicación fluida con dicho recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1), dicha bomba de tipo émbolo (2) dispuesta sobre dicho medio de soporte móvil (7); un intercambiador de calor (5) en comunicación fluida con dicha bomba de tipo émbolo (2) y dispuesto para recibir el fluido criogénico desde la bomba de tipo émbolo (2); un primer conducto (4) que tiene un primer extremo y un segundo extremo, en el que el primer extremo del primer conducto está en comunicación fluida con dicho intercambiador de calor (5) y dispuesto para recibir el fluido criogénico desde dicho intercambiador de calor (5) y en el que el segundo extremo del primer conducto está en comunicación fluida con un accesorio de conexión de gas comprimido (14); y un segundo conductor (8) que tiene un primer extremo y un segundo extremo, en el que el primer extremo del segundo conducto (8) está en comunicación fluida con dicho recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1) y dispuesto para recibir el fluido criogénico al menos en parte como líquido desde dicho recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1) y en el que el segundo extremo del segundo conducto (8) está en comunicación fluida con un accesorio de conexión de fluido criogénico líquido (18), caracterizado porque el aparato (10) comprende además una toma de corriente en comunicación con un motor de combustión interna (15); una bomba hidráulica (3) y un fluido hidráulico, en el que la bomba hidráulica (3) está en comunicación con dicha toma de corriente para transferir energía desde dicha toma de corriente a dicha bomba de tipo émbolo (2) a través de dicho fluido hidráulico.

Description

Procedimiento para suministrar un fluido criogénico, en estado líquido o gaseoso, a una red de estaciones de servicio receptoras.
Método y aparato de suministro de fluido criogénico.
Esta invención se refiere generalmente a un método y aparato para suministrar fluidos criogénicos y más particularmente, a un método y aparato para transportar un fluido criogénico en, principalmente un estado licuado y entregar el fluido criogénico a recipientes receptores alternativamente como un líquido, un gas comprimido y como un fluido supercrítico.
Los fluidos criogénicos, tales como el hidrógeno, se transportan típicamente como gas comprimido o como líquido criogénico. La forma, fase o estado del fluido criogénico suministrado a una instalación receptora, tal como un cliente de un proveedor de fluido criogénico, depende de muchos factores y consideraciones, incluyendo el índice de uso del producto y de si el cliente necesita la capacidad refrigerante del fluido criogénico líquido. Por supuesto, si se necesita la capacidad refrigerante del fluido criogénico líquido, entonces se requiere un suministro líquido. Si el cliente no necesita la capacidad refrigerante, entonces existe la opción de entregar fluido criogénico. Típicamente, si el índice de uso es elevado, entonces se proporciona preferiblemente un fluido criogénico en forma de líquido al cliente ya que puede almacenarse una mayor cantidad de producto para un volumen de recipiente dado. Por el contrario, si el índice de uso es bajo, entonces se proporciona preferiblemente un fluido criogénico en forma de un gas comprimido a un cliente ya que el líquido es generalmente más caro que el gas comprimido debido al coste de licuefacción. El balance entre proporcionar al cliente líquido o gas comprimido es de aspectos económicos. Como resultado, los proveedores de fluidos criogénicos emplean típicamente una cadena de suministro o sistema de distribución para el transporte y entrega de un gas comprimido y una cadena de suministro o sistema de distribución separado o distinto para el transporte y entrega de un líquido criogénico.
A modo de ejemplo, el hidrógeno puede suministrarse a un cliente como un líquido en un remolque de líquido. Como alternativa, el hidrógeno puede suministrarse a un cliente como un gas comprimido en botellas, remolques cisterna y, en algunos casos, a través de una tubería. Cuando se usan remolques cisterna, el hidrógeno se descarga con frecuencia de los remolques utilizando una diferencia de presión entre la cisterna del remolque y las cisternas o recipientes receptores. Como alternativa, el remolque cisterna completo puede descargarse o dejarse y cambiarse por un remolque cisterna relativamente vacío o agotado. El equipo se ha optimizado para permitir que los fluidos criogénicos se transporten a altas presiones, maximizando de este modo la cantidad de fluido almacenado, por ejemplo, en un remolque. La secuencia o logística de las entregas a clientes también se ha optimizado para minimizar la cantidad de gas re-
sidual en las cisternas cuando un vehículo de entrega vuelve a una estación de carga después de completar las entregas.
Aunque el fluido criogénico entregado en un remolque cisterna se denomina típicamente gas comprimido en la industria, se almacena por encima de su presión crítica y por lo tanto es, técnicamente hablando, un fluido supercrítico.
Para los fines de esta descripción, un gas comprimido se define como un fluido a una presión mayor que la presión crítica del fluido y a una temperatura superior a (-100ºC) (-148ºF).
Hasta la presente invención no se había contemplado combinar las cadenas de suministro de líquido criogénico y de gas comprimido de manera que permitieran transportar los fluidos criogénicos principalmente como líquido y entregarlos alternativamente como un gas comprimido o como un líquido en el que el gas comprimido se entrega a través de un aparato en el que el líquido se bombea a través de una bomba de tipo émbolo o un compresor (en lo sucesivo, simplemente, bomba de tipo émbolo) a un fluido supercrítico seguido de un calentamiento en un intercambiador de calor. La presente invención proporciona un método y aparato que reduce el número de vehículos requeridos para transportar fluidos criogénicos, tales como hidrógeno, reduciendo también de este modo la cantidad de combustible y costes de mano de obra que se atribuyen actualmente a la entrega de fluidos criogénicos por proveedores de fluido criogénico. Dicho método y aparato, como se describen en la presente invención, serían útiles para los proveedores de fluido criogénico ya que permitirían a dichos proveedores suministrar a los dos tipos de clientes con un vehículo de suministro común y simplificar la logística.
Además, el método y aparato de la presente invención se diferencian adicionalmente de la técnica existente en este campo ya que no se ha contemplado anteriormente el uso de un motor, tal como, por ejemplo, un motor de combustión interna, para suministrar la energía o potencia necesaria para hacer funcionar el equipo que comprime y vaporiza el fluido criogénico. Además, no se ha contemplado anteriormente el uso de una bomba hidráulica y de fluido hidráulico para transferir energía o potencia desde el motor al equipo que comprime y calienta el fluido criogénico. Dicho método y aparato, como se describen en la presente invención, son útiles para suministrar fluido criogénico a localizaciones sin electricidad.
Breve sumario de la invención
Esta invención es un método, como se define en la reivindicación 9 y un aparato como se define en la reivindicación 1, para suministrar un fluido criogénico. El fluido criogénico se transporta en un estado licuado y puede descargarse selectivamente como un gas comprimido o como un líquido.
El método para suministrar un fluido criogénico alternativamente como un gas comprimido o como un líquido incluye múltiples etapas. La primera etapa es transportar un recipiente de almacenamiento que contenga el fluido criogénico líquido a una primera localización, tal como el lugar de un cliente. La segunda etapa es aumentar la presión de al menos una porción del fluido criogénico líquido hasta una presión superior a aproximadamente 6,89 MPa (1.000 psig) para generar un fluido criogénico supercrítico. La tercera etapa es calentar posteriormente el fluido criogénico supercrítico en un intercambiador de calor para generar el gas comprimido. La cuarta etapa es descargar al menos una porción del gas comprimido en la primera localización. La quinta etapa es transportar el recipiente de almacenamiento hasta una segunda localización, tal como un segundo lugar de cliente. La sexta etapa es descargar al menos una porción del fluido criogénico líquido en una segunda localización. La secuencia de descarga de gas comprimido y líquido no tiene importancia. Las etapas dirigidas a la descarga del líquido pueden ser antes o después de las etapas dirigidas a la descarga del gas comprimido.
En una variación del método, se incluye una etapa precedente de carga de fluido criogénico líquido en el recipiente de almacenamiento en una instalación de trasvase.
En otra variación del método, la etapa de aumentar la presión se consigue mediante una bomba de tipo émbolo y se incluye en el método la etapa adicional de accionar la bomba de tipo émbolo mediante un motor de combustión interna.
En otra variación del método, se incluye una etapa adicional de transferir energía desde un motor de combustión interna a la bomba de tipo émbolo mediante un fluido hidráulico.
En otra variación más del método, las etapas adicionales de reducir sustancialmente el fluido criogénico líquido en el recipiente de almacenamiento criogénico dejando un gas residual; comprimir al menos una porción del gas residual contenido en el recipiente de almacenamiento para generar un gas residual comprimido; y, posteriormente, descargar al menos una porción del gas residual comprimido se incluyen en el método.
En otra variación más del método, se incluye una etapa adicional para controlar al menos uno de temperatura, presión y caudal.
En términos generales, el aparato para llevar a cabo el método es móvil y comprende un medio de soporte móvil, un recipiente de almacenamiento de líquido criogénico, una bomba de tipo émbolo, un intercambiador de calor, un conducto para dispensar líquido y un conducto para descargar gas. Preferiblemente, el aparato también comprende una bomba hidráulica impulsada por un motor de combustión interna con una toma de corriente para transferir energía mediante un fluido hidráulico, a la bomba de tipo émbolo y a un ventilador opcional para el intercambiador de calor. Más preferiblemente, el motor de combustión interna es parte del vehículo a motor usado para transportar el aparato desde una localización a otra.
Es una ventaja de esta invención tener un aparato capaz de descargar selectivamente tanto fluido criogénico líquido como comprimido. Es una ventaja adicional descargar sin necesidad de energía eléctrica externa para la bomba de tipo émbolo y el ventilador opcional del intercambiador de calor.
Breve descripción de varias vistas de los dibujos
La figura 1 es un esquema del aparato de suministro de fluido criogénico de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
Para los fines de esta descripción, un fluido criogénico se define como un gas que se licua a temperaturas inferiores a (-101ºC) (-150ºF) a presión atmosférica. Los fluidos criogénicos incluyen hidrógeno, helio, argón, oxígeno, nitrógeno y gas natural licuado.
Como se usa en este documento, una bomba de tipo émbolo es un dispositivo para producir un flujo de fluido mediante desplazamiento volumétrico usando un émbolo. Una bomba de tipo émbolo es capaz de mover gas, líquido y fluido supercrítico. Las bombas de tipo émbolo son conocidas por los especialistas en la técnica y se hace referencia a ellas, por ejemplo, en la patente de EE.UU. Nº 5.243.821 (Schuck et al.).
Los medios de soporte móvil incluyen, pero sin limitación, plataformas, palés, bastidores, vagones y remolques para montar las diversas piezas del equipo de entrega y almacenamiento de un aparato de transporte y entrega de fluido criogénico. El medio de soporte móvil puede montarse sobre un medio de transporte autopropulsado (por ejemplo, camiones, camiones con remolque, aviones o barcos) o un medio de transporte que debe moverse por locomoción separada (por ejemplo, vagones, remolques, barcazas, bastidores transportables y similares).
Un vehículo a motor se define este documento como cualquier transporte con ruedas autopropulsado.
Una toma de corriente se define como una conexión mecánica dispuesta para recibir energía mecánica del motor de combustión interna.
Durante mucho tiempo se ha sentido la necesidad de reducir el número de camiones, remolques, combustible y costes de mano de obra que se necesitaban para transportar hidrógeno y otros fluidos criogénicos a los lugares de los clientes. Las principales compañías de gas industrial mantienen dos flotas separadas de vehículos, una primera flota para entregar gas comprimido y una segunda flota para entregar líquido. Mantener dos flotas separadas es costoso en términos de capital, combustible y mano de obra.
Aunque la patente de EE.UU. Nº 3.369.372 enseña a transportar helio como un líquido y a entregar helio en forma gaseosa o líquida, la patente Nº 3.369.372 enseña solamente a vaporizar el gas seguido de compresión en un compresor para la entrega de gas. De tal modo que mientras que el hidrógeno líquido puede usarse para proporcionar gas hidrógeno comprimido, la dificultad en el pasado era la baja velocidad de transferencia de gas debido a la secuencia de calentamiento y después compresión del gas y también a la falta de energía para accionar una bomba en algunas localizaciones. Generalmente, se requiere una fuente de energía a 220V para accionar el compresor.
Aunque la patente de EE.UU. Nº 5.762.119 enseña que la etapa de transferencia de gas puede realizarse mediante la vaporización de helio líquido y después el bombeo de gas vaporizado hacia el recipiente de almacenamiento o, como alternativa, bombeando el gas licuado con una bomba de líquido seguido de vaporización, la patente Nº 5.762.119 enseña a transportar helio como un líquido y a entregar helio exclusivamente como un gas. Los documentos W02005/052439, EP 1348620, FR 2722760, FR 2851301, muestran aparatos y métodos para suministrar fluido criogénico.
La presente invención es un método para suministrar un fluido criogénico alternativamente como líquido y como gas comprimido. El método comprende transportar un recipiente de almacenamiento que contiene fluido criogénico en estado líquido hasta una primera localización, tal como un cliente de un proveedor de fluido criogénico que necesita el gas criogénico en forma de gas comprimido, aumentar la presión de al menos una porción del fluido criogénico en estado líquido hasta una presión que supere los 6,89 MPa (1.000 psig) mediante una bomba de tipo émbolo para generar un fluido supercrítico, calentar al menos una porción del fluido supercrítico generando de este modo un gas comprimido, descargar al menos una porción del gas comprimido en la primera localización, transportar el recipiente de almacenamiento hasta una segunda localización, tal como un cliente de un proveedor de fluido criogénico que necesite el fluido criogénico en forma líquida y descargar al menos una porción del fluido criogénico en estado líquido en la segunda localización.
La secuencia de descarga de gas comprimido y líquido no tiene importancia. Las etapas dirigidas a descargar líquido pueden ser antes o después de las etapas dirigidas a descargar gas comprimido.
La etapa de calentar al menos una porción del fluido supercrítico se consigue en un intercambiador de calor adecuado. Los intercambiadores de calor se conocen bien por los especialistas en la técnica.
Aunque no sea una etapa del método de la invención, el método se refiere a un aparato en el que al menos uno del recipiente de almacenamiento criogénico, la bomba de tipo émbolo y el intercambio de calor están montados sobre un medio de soporte móvil como es el caso del aparato que se describe a continuación.
En otra realización del método de la invención, el fluido criogénico en estado líquido se carga primero en el recipiente de almacenamiento antes de transportar el recipiente de almacenamiento hasta la primera y segunda localizaciones. En esta realización, por lo tanto, el método comprende además la etapa precedente de cargar el fluido criogénico en estado líquido en el recipiente de almacenamiento en una tercera localización, tal como una instalación de almacenamiento, trasvase o producción de suministro de gas criogénico.
Otra realización del método de la invención comprende además la etapa de accionar la bomba de tipo émbolo mediante un motor de combustión interna. El motor de combustión interna puede ser parte de un vehículo a motor que transporta el medio de soporte móvil o un motor de combustión interna independiente. La energía del motor de combustión interna puede transferirse a la bomba de tipo émbolo mediante conexión mecánica directa o, preferiblemente, a través de un medio hidráulico. En esta realización preferida, el motor de combustión interna está conectado mecánicamente a una bomba hidráulica que hace circular fluido hidráulico hacia la bomba de tipo émbolo. La energía para el funcionamiento de la bomba de tipo émbolo se transfiere mediante fluido hidráulico.
Es posible usar el método de la presente invención de un modo que reduzca sustancialmente el fluido criogénico líquido en el recipiente de almacenamiento criogénico. Cuando el fluido criogénico líquido está sustancialmente agotado en el recipiente, cualquier gas residual contenido en el recipiente de almacenamiento puede comprimirse usando la bomba de tipo émbolo y posteriormente descargarse en la instalación de un cliente. Por lo tanto, otra realización del método de la invención comprende además las etapas de agotar el fluido criogénico en estado líquido del recipiente de almacenamiento dejando un gas residual, comprimir al menos una porción del gas residual, preferiblemente en la bomba de tipo émbolo, para generar un gas residual comprimido y descargar al menos una porción del gas residual comprimido.
Opcionalmente, una etapa adicional para controlar uno o más de temperatura, presión y caudal puede añadirse a cualquiera de las realizaciones del método de la invención.
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Respecto a la Fig. 1, el aparato de suministro de fluido criogénico de la presente invención se muestra y se representa generalmente con el número (10). Este aparato es adecuado para llevar a cabo el método de mención. Componentes auxiliares tales como accesorios y válvulas se omiten en la Fig. 1 para mayor claridad. Un especialista en la técnica estará claramente familiarizado con los componentes auxiliares que se requieren para el funcionamiento y la seguridad y será capaz de hacer uso de la invención basándose en esta descripción. Las válvulas pueden ser manuales o accionadas dependiendo de su posición o función. Para el transporte y entrega de hidrógeno, las válvulas accionadas se accionan preferiblemente de manera neumática usando gas helio. Para otros fluidos criogénicos, tales como oxígeno, nitrógeno y argón, puede ser adecuado aire comprimido para accionar de forma neumática algunas de las válvulas. También puede ser posible usar válvulas accionadas eléctricamente a prueba de chispas.
Los componentes principales del aparato (10) son un medio de soporte móvil (7), un recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1), una bomba de tipo émbolo (2), un intercambiador de calor (5), un primer conducto (4) para dispensar fluido criogénico como un gas comprimido y un segundo conducto (8) para dispensar fluido criogénico como líquido. La bomba de tipo émbolo (2) se dispone o se sitúa para recibir fluido criogénico del recipiente de almacenamiento criogénico (1). El intercambiador de calor (5) se dispone o se sitúa para recibir fluido criogénico de la bomba de tipo émbolo (2).
Preferiblemente, el aparato comprende además un vehículo a motor (9) que tiene un motor de combustión interna (15), una bomba hidráulica (3) y un ventilador opcional (6).
En una realización, la invención es un aparato para suministrar fluido criogénico que comprende un medio de soporte móvil (7), un recipiente de almacenamiento (1) para almacenar fluido criogénico líquido dispuesto sobre el medio de soporte móvil (7), una bomba de tipo émbolo (2) dispuesta sobre el medio de soporte móvil (7) en comunicación fluida con el recipiente de almacenamiento (1), un intercambiador de calor (5) en comunicación fluida con la bomba de tipo émbolo (2) y dispuesto para recibir fluido criogénico desde la bomba de tipo émbolo, un primer conducto (4) en comunicación fluida con el intercambiador de calor y en comunicación fluida con un primer accesorio de conexión (14), en el que el primer conducto (4) se dispone para recibir fluido criogénico desde el intercambiador de calor (5) y un segundo conducto (8) en comunicación fluida con el recipiente de almacenamiento (1) y en comunicación fluida con un accesorio de conexión de fluido criogénico líquido (18) para descargar fluido criogénico líquido.
El recipiente de almacenamiento (1) y la bomba de tipo émbolo (2) se disponen sobre el medio de soporte móvil (7). Para los fines de esta descripción, "dispuesto sobre el medio de soporte móvil" debe interpretarse que significa montado sobre, colocado sobre, situado sobre, soportado por, unido a o conectado de otra forma al medio de soporte móvil, directa o indirectamente.
El intercambiador de calor (5) puede separarse del medio de soporte móvil (7), pero preferiblemente se dispone sobre el medio de soporte móvil (7).
En otra realización de la invención, el aparato comprende además un motor (15) que proporciona energía a la bomba de tipo émbolo (2). Preferiblemente el motor (15) es un motor de combustión interna.
En otra realización de la invención, el aparato comprende además un vehículo a motor (9), que se muestra en la Fig. 1, como una cabeza tractora, que tiene un motor de combustión interna (15) para transportar el medio de soporte móvil (7), en el que el motor de combustión interna (15) también proporciona energía a la bomba de tipo émbolo (2).
En la Fig. 1, con fines ilustrativos, el aparato se muestra como una combinación de camión con remolque, que puede separarse. Como alternativa, el medio de soporte móvil puede estar integrado con o ser parte del vehículo a motor.
En una realización preferida, el aparato de la presente invención incluye una toma de corriente (no se muestra) en comunicación con el motor de combustión interna para transferir energía a la bomba de tipo émbolo (2).
En otra realización, el aparato comprende además una bomba hidráulica (3) en comunicación con la toma de corriente para transferir energía desde el motor de combustión interna (15) a la bomba de tipo émbolo (2) a través de un fluido hidráulico.
En otra realización, el intercambiador de calor (5) tiene una superficie en comunicación con el aire del entorno para la transferencia de calor desde el aire del entorno al fluido criogénico. Preferiblemente, el aparato comprende además un ventilador (6) para la circulación del aire del entorno sobre la superficie del intercambiador de calor (5). El ventilador (6) puede accionarse mediante el fluido hidráulico o mediante la corriente eléctrica generada por el vehículo a motor.
Como se ilustra en la Fig. 1, el medio de soporte móvil (7) está en forma de un remolque que tiene una pluralidad de ruedas y que está adaptado para conectarse a y remolcarse por un vehículo a motor (9), tal como una cabeza de camión. El recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1), la bomba de tipo émbolo (2) y el intercambiador de calor (5) están dispuestos sobre el medio de soporte móvil (7). En una realización alternativa (que no se muestra), los componentes pueden montarse sobre un bastidor que puede transportarse después sobre un remolque de plataforma o integrarse en un camión de plataforma.
El recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1) es un tanque criogénico aislado. Los recipientes de almacenamiento de líquido criogénico se conocen bien en la industria de suministro de gas criogénico. Preferiblemente, se proporciona un sistema de aumento de presión (que no se muestra) asociado con el recipiente (1). Dichos recipientes y sistemas de aumento de presión se conocen bien por los especialistas en la técnica de suministro de fluido criogénico. Los recipientes de almacenamiento de líquido criogénico contienen tanto líquido como gas, con el líquido de mayor densidad abajo y el gas en la parte superior.
Una bomba de tipo émbolo (2) está en comunicación fluida con el recipiente de almacenamiento (1). Puede extraerse líquido, gas o fluido supercrítico del recipiente de almacenamiento (1) y entregarse a la bomba de tipo émbolo (2). Preferiblemente la bomba de tipo émbolo es un compresor alternativo de tipo émbolo de una sola fase que tiene un volumen de desplazamiento de aproximadamente 1,13 a 5,6 m^{3}/h (40 a 200 ACFH) (pies cúbicos por hora reales) (produciendo 26.000 SCFH de caudal de masa a 135 psig y -400ºF de condición de entrada gaseosa para el suministro de hidrógeno). Para una velocidad de rotación dada, desplaza un caudal volumétrico constante. La bomba de tipo émbolo preferida, que es de una sola fase, puede presurizar eficazmente en una gran variedad de temperaturas, presiones o densidades de entrada, ya que el equilibrio de la proporción de la presión con respecto a las fases posteriores de suministro no es necesario. El desplazamiento de la bomba puede ser muy pequeño y aún así proporcionar un gran flujo de masa ya que su funcionamiento normal es en lo que se denomina el intervalo de temperatura criogénica.
Un intercambiador de calor (5), está en comunicación fluida con la bomba de tipo émbolo (2) y se dispone para recibir el fluido criogénico desde la bomba de tipo émbolo (2) a través del conducto (12). El intercambiador de calor (5) puede tener cualquier diseño seleccionado, por ejemplo, un intercambiador de calor de tubos de aletas en el que calor se proporciona por el aire del entorno. Preferiblemente, se proporciona un ventilador opcional (6) para mejorar la transferencia de calor. Como alternativa, el intercambiador de calor (5) puede ser de carcasa-haz tubular de agua caliente con un calentador eléctrico usado como fuente de calor. El calor también puede obtenerse a partir del sistema de refrigeración del motor del vehículo a motor (9). Otros diseños adecuados de intercambiador de calor pueden identificarse fácilmente por los especialistas en la técnica. El intercambiador de calor (5) se dispone preferiblemente sobre el medio de soporte móvil (7), pero puede situarse adyacente al medio de soporte móvil (7) o como parte de la instalación de almacenamiento de fluido criogénico del cliente o de la estación de depósito del cliente.
El primer conducto (4) es un conducto de transporte de gas, por ejemplo, una tubería o manguera flexible, que está en comunicación fluida con el intercambiador de calor (5) y que se proporciona para descargar el fluido criogénico a presiones que superan los 6,89 MPa (1.000 psig). El primer conducto (4) tiene un primer extremo y un segundo extremo, en el que el primer extremo del primer conducto está en comunicación fluida con el intercambiador de calor (5) y se dispone para recibir el fluido criogénico desde el intercambiador de calor (5). El segundo extremo del primer conducto (4) está en comunicación fluida con un accesorio de conexión de gas comprimido (14), cualquier conexión de gas de alta presión adecuada para conectarse con otro recipiente de almacenamiento tal como un tanque cisterna de gas comprimido del cliente o botellas de almacenamiento de gas comprimido. Puesto que los gases comprimidos se suministran de forma rutinaria, los accesorios de conexión de gas comprimido adecuados se conocen bien por los especialistas en la técnica.
El segundo conducto (8), un conducto de transporte de líquido, por ejemplo una tubería o manguera flexible, está en comunicación fluida con el recipiente (1) y se proporciona para descargar el fluido criogénico como un líquido. El segundo conducto (8) tiene un primer extremo y un segundo extremo en el que el primer extremo del segundo conducto está en comunicación fluida con el recipiente de almacenamiento de líquido criogénico y se dispone para recibir el fluido criogénico líquido. El segundo extremo del segundo conducto está en comunicación fluida con un accesorio de conexión de fluido criogénico líquido (18), que es cualquier conexión adecuada para conectarse con otro recipiente de almacenamiento de líquido criogénico como el que puede encontrarse en el lugar de un cliente con almacenamiento de hidrógeno líquido. Puesto que los líquidos criogénicos se suministran de forma rutinaria, los accesorios de conexión de fluido criogénico líquido adecuados se conocen bien y pueden seleccionarse por los especialistas en la técnica. El líquido se descarga preferiblemente a través del accesorio de conexión (18) sin el uso de una bomba, pero puede usarse una bomba. El segundo conducto (8) puede usarse también para cargar el recipiente (1) con fluido criogénico en forma líquida en una instalación de producción o estación de trasvase. Como alternativa, puede usarse un conducto distinto para la operación de carga de líquido. Con frecuencia, la conexión de carga se bifurca para permitir el suministro al recipiente de almacenamiento (1) por la parte superior, introduciendo de este modo el espacio de vapor o por el fondo, introduciendo este modo el espacio líquido del recipiente. Si se desea, puede disminuirse la presión en el recipiente (1) mediante la carga desde la parte superior del recipiente de almacenamiento (1).
Preferiblemente, un motor de combustión interna proporciona energía a la bomba (2). Más preferiblemente, el motor de combustión interna (15) del vehículo a motor (9) que transporta el medio de soporte móvil (7), proporciona la energía a la bomba (2) a través de una toma de corriente (que no se muestra). Son posibles conexiones mecánicas desde el motor hasta la bomba (2), pero se prefiere usar una bomba hidráulica (3) para transferir la energía desde el motor de combustión interna de la cabeza del camión hasta la bomba de tipo émbolo (2) mediante un fluido hidráulico. La toma de corriente está conectada a una bomba hidráulica que hace circular fluido hidráulico a alta presión a través de tuberías y tubos y acciona la bomba de tipo émbolo (2).
El motor de combustión interna puede usarse también, con o sin la bomba hidráulica (3), para accionar el ventilador opcional (6). Como alternativa, el sistema eléctrico (que no se muestra) del vehículo a motor (9) puede usarse para accionar el ventilador opcional (6). El accionamiento de la bomba de tipo émbolo (2) y del ventilador opcional (6) a través del vehículo a motor (9) es especialmente útil para la entrega en emplazamientos remotos en los que puede no estar disponible un suministro de energía eléctrica adecuado.
Ejemplo
Para usar la invención para suministrar fluido criogénico, por ejemplo hidrógeno, el aparato de suministro de fluido criogénico (10) que incluye un vehículo a motor (9), por ejemplo, una cabeza tractora, se conducen hasta un depósito de suministro de hidrógeno o instalación de producción que tenga hidrógeno líquido. El hidrógeno líquido se carga en el recipiente de almacenamiento criogénico (1) mediante el conducto (8). Como alternativa puede usarse un segundo conducto de líquido con conexiones adecuadas (no se muestra) para la etapa de carga. El aparato de suministro de fluido criogénico, que tiene una carga de hidrógeno líquido, se conduce hasta una localización que necesite hidrógeno gaseoso comprimido. Esta localización puede ser un emplazamiento de un cliente en el que el hidrógeno se consume en este emplazamiento. Se usa el accesorio de conexión de gas comprimido (14) para crear una comunicación fluida entre el primer conducto (4) y una instalación de recepción de gas de hidrógeno comprimido. El vehículo a motor o cabeza tractora se pone en neutro y la toma de corriente se conecta para accionar la bomba hidráulica (3). La bomba hidráulica hace circular fluido hidráulico a alta presión para proporcionar energía a la bomba de tipo émbolo (2) y al ventilador (6). El hidrógeno líquido se bombea desde el recipiente (1) a través de la bomba de tipo émbolo alternativa (2) hasta una presión elevada que supera los 6,89 MPa (1.000 psig), generando este modo un fluido supercrítico. El fluido supercrítico se calienta después en el intercambiador de calor (5) para generar un gas comprimido. El gas comprimido se descarga después mediante el conducto de gas (4). La temperatura y la presión del hidrógeno descargado se controlan y el flujo se controla mediante medios adecuados conocidos en la técnica.
Después de transferirse una cantidad deseada de hidrógeno como gas comprimido en la localización, las bombas se apagan y se desconecta el conducto de gas (4) de la instalación receptora.
Posteriormente o como alternativa, después de cargar el recipiente de almacenamiento criogénico (1) en un depósito de suministro de hidrógeno o instalación de producción con hidrógeno líquido, el aparato de suministro de fluido criogénico (10) que incluye el vehículo a motor (9) se conduce hasta una localización que necesite hidrógeno líquido. Se usa el accesorio de conexión de fluido criogénico líquido (18) para crear una comunicación fluida entre el conducto que transporta líquido (8) y una instalación de recepción de hidrógeno líquido y se abren o se cierran las válvulas apropiadas. El hidrógeno líquido se extrae del recipiente de almacenamiento (1) a través del conducto de transporte de líquido (8) y hasta la instalación de recepción de hidrógeno líquido. El sistema de aumento de presión se pone en funcionamiento según sea necesario para proporcionar la presión de la fuerza impulsora para mover el líquido desde el recipiente de almacenamiento (1) hasta la instalación de recepción de hidrógeno líquido. Después de que se haya transferido una cantidad deseada de hidrógeno líquido a la instalación de recepción de hidrógeno líquido, el sistema se apaga y el conducto de transporte de líquido (8) se desconecta.
Posteriormente, el aparato de suministro de fluido criogénico se conduce a otras localizaciones hasta que el recipiente de almacenamiento (1) esté agotado a un nivel deseado. Una ventaja del presente aparato es que cuando el recipiente de almacenamiento (1) está agotado de hidrógeno líquido, el gas residual puede comprimirse en la bomba de tipo émbolo (2) y descargarse en una instalación de recepción de gas comprimido a través de un conducto de gas (4). Después que el recipiente de almacenamiento (1) esté agotado al nivel deseado, el aparato de suministro de fluido criogénico vuelve al depósito de suministro de hidrógeno o instalación de producción para volver a cargarse con hidrógeno líquido.
Aunque se ilustre y se describa en este documento respecto a ciertas realizaciones específicas, la presente invención no pretende limitarse en ningún caso a los detalles que se muestran. Al contrario, pueden realizarse diversas modificaciones en los detalles dentro del alcance y del intervalo de equivalentes de las reivindicaciones y sin alejarse del espíritu o alcance de la invención. Todas estas modificaciones se incluyen dentro del alcance y del espíritu de las reivindicaciones que se adjuntan.

Claims (14)

1. Un aparato (10) para suministrar un fluido criogénico que comprende:
un medio de soporte móvil (7);
un recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1) para contener el fluido criogénico, dicho recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1) dispuesto sobre dicho medio de soporte móvil (7);
una bomba de tipo émbolo (2) en comunicación fluida con dicho recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1), dicha bomba de tipo émbolo (2) dispuesta sobre dicho medio de soporte móvil (7);
un intercambiador de calor (5) en comunicación fluida con dicha bomba de tipo émbolo (2) y dispuesto para recibir el fluido criogénico desde la bomba de tipo émbolo (2);
un primer conducto (4) que tiene un primer extremo y un segundo extremo, en el que el primer extremo del primer conducto está en comunicación fluida con dicho intercambiador de calor (5) y dispuesto para recibir el fluido criogénico desde dicho intercambiador de calor (5) y en el que el segundo extremo del primer conducto está en comunicación fluida con un accesorio de conexión de gas comprimido (14); y
un segundo conductor (8) que tiene un primer extremo y un segundo extremo, en el que el primer extremo del segundo conducto (8) está en comunicación fluida con dicho recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1) y dispuesto para recibir el fluido criogénico al menos en parte como líquido desde dicho recipiente de almacenamiento de líquido criogénico (1) y en el que el segundo extremo del segundo conducto (8) está en comunicación fluida con un accesorio de conexión de fluido criogénico líquido (18), caracterizado porque
el aparato (10) comprende además una toma de corriente en comunicación con un motor de combustión interna (15); una bomba hidráulica (3) y un fluido hidráulico, en el que la bomba hidráulica (3) está en comunicación con dicha toma de corriente para transferir energía desde dicha toma de corriente a dicha bomba de tipo émbolo (2) a través de dicho fluido hidráulico.
2. El aparato (10) de la reivindicación 1, en el que dicho intercambiador de calor (5) se dispone sobre dicho medio de soporte móvil (7).
3. El aparato (10) de la reivindicación 1, que comprende además un vehículo a motor (9) que tienen el motor de combustión interna (15) para transportar el medio de soporte móvil (7) y para proporcionar energía a dicha bomba de tipo émbolo (2).
4. El aparato (10) de la reivindicación 3, en el que el medio de soporte móvil (7) se dispone sobre dicho vehículo a motor (9).
5. El aparato (10) de la reivindicación 1, en el que dicho intercambiador de calor (5) tiene una superficie de transferencia de calor en comunicación con el aire del entorno.
6. El aparato (10) de la reivindicación 5, que comprende además un ventilador (6) para hacer circular el aire del entorno por encima de dicha superficie de transferencia de calor.
7. El aparato (10) de la reivindicación 6, que comprende además un motor de combustión interna (15) que proporciona energía a dicho ventilador (6).
8. El aparato (10) de la reivindicación 1, en el que dicho intercambiador de calor (5) tiene una superficie de transferencia de calor en comunicación con el aire del ambiente y que comprende además un ventilador (6) para hacer circular el aire del entorno por encima de dicha superficie de transferencia de calor, en el que dicho ventilador (6) recibe energía de dicho fluido hidráulico.
9. Un método para suministrar un fluido criogénico que comprende:
transportar un recipiente de almacenamiento (1) que contiene dicho fluido criogénico en estado líquido hasta una primera localización;
aumentar la presión de al menos una porción de dicho fluido criogénico en estado líquido hasta una presión que supera los 6,89 MPa (1.000 psig), generando de este modo un fluido supercrítico;
calentar al menos una porción de dicho fluido supercrítico, generando de este modo un gas comprimido;
descargar al menos una porción de dicho gas comprimido en dicha primera localización;
transportar dicho recipiente de almacenamiento (1) hasta una segunda localización; y
descargar al menos una porción de dicho fluido criogénico en estado líquido en dicha segunda localización.
10. El método de la reivindicación 9, que comprende además la etapa precedente de cargar dicho fluido criogénico en estado líquido en dicho recipiente de almacenamiento (1) en una tercera localización.
11. El método de la reivindicación 9, en el que la etapa de aumentar la presión se consigue mediante una bomba de tipo émbolo (2) y que comprende además la etapa de accionar dicha bomba de tipo émbolo (2) mediante un motor de combustión interna (15).
12. El método de la reivindicación 11, que comprende además la etapa de transferir energía desde el motor de combustión interna (15) hasta la bomba de tipo émbolo (2) mediante un fluido hidráulico.
13. El método de la reivindicación 9, que comprende además:
agotar dicho fluido criogénico en estado líquido de dicho recipiente de almacenamiento (1) dejando un gas residual;
comprimir al menos una porción de dicho gas residual para formar un gas residual comprimido; y
descargar al menos una porción de dicho gas residual comprimido.
14. El método de la reivindicación 9, que comprende además controlar al menos uno de temperatura, presión y caudal.
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