ES2626355T3

ES2626355T3 - Procedimiento y sistema para comprimir gas usando un líquido

Info

Publication number: ES2626355T3
Application number: ES13793286.9T
Authority: ES
Inventors: Codrin-Gruie Cantemir; Fabio Chiara; Marcello Canova; James Durand
Original assignee: Ohio State Innovation Foundation
Current assignee: Ohio State Innovation Foundation
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2017-07-24
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: EP2852787B1; CA2874452A1; PT2852787T; EP2852787A1; CN104379984B; CN104379984A; US20150132150A1; CA2874452C; EP2852787A4; PL2852787T3; HK1208898A1; WO2013177309A1; US9803802B2

Abstract

Un procedimiento para comprimir un gas usando un líquido, que comprende: mantener un primer volumen de gas en una cámara de presión baja (11), la cámara de presión baja (11) que comprende una boquilla Coanda (34); mantener un segundo volumen de gas en una cámara de presión alta (12), la cámara de presión alta (12) conectada fluidamente a la cámara de presión baja (11) y que comprende una boquilla Coanda (34); enviar líquido presurizado a la cámara de presión baja (11) a través de la boquilla Coanda (34), donde el líquido presurizado comprime el primer volumen de gas a una primera presión, y enviar líquido presurizado a la cámara de presión alta (12) a través de la boquilla Coanda (34), donde el líquido presurizado comprime el segundo volumen de gas a una segunda presión mayor que la primera presión, donde el líquido presurizado se envía simultáneamente a las cámaras de presión baja y de presión alta (11, 12), y donde las boquillas Coanda (34) para las cámaras de presión baja y presión alta (11, 12) se configuran para aumentar el arrastre del gas en el líquido presurizado durante la compresión.

Description

DESCRIPCION

Procedimiento y sistema para comprimir gas usando un liquido 5 Referencia cruzada a la solicitud relacionada

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE.UU n.° 61/650,101, depositada el 22 de mayo de 2012, titulada "SimpleFill, a Novel Way to Compress NG for Fast At-Home Refill," (SimpleFill, un nuevo modo de comprimir GN para una recarga rapida en el hogar", cuya divulgacion se incorpora expresamente en el 10 presente documento por referencia en su totalidad.

Antecedentes

El gas comprimido es util en distintas aplicaciones. Por ejemplo, los vehfculos de gas natural comprimido incluyen un 15 deposito para almacenar el gas natural comprimido usado para la propulsion. El deposito almacena el gas a una presion alta para su uso por un motor del vehfculo. Actualmente, las estrategias usadas para comprimir el gas desde una fuente de presion baja (p. ej. una lfnea residencial) a un deposito de presion alta (p. ej. un deposito de almacenamiento del vehfculo) incluyen el uso de compresion mecanica directa. Esta estrategia de compresion mecanica directa usa un piston alterativo movil dentro de un cilindro para comprimir el gas. En uso, estos sistemas 20 pueden ser caros asf como diffciles de reparar y/o mantener.

US 5 387 089 A divulga un aparato para el transporte y compresion del gas que comprende una pluralidad de etapas de compresion, donde el gas se comprime con un liquido.

25 Resumen

Un aspecto de los conceptos presentados en esta solicitud incluye un procedimiento de compresion del gas. El procedimiento incluye mantener un volumen de gas a una primera presion dentro de una primera camara. Se fuerza la entrada del liquido presurizado en la primera camara. El liquido presurizado comprime el volumen del gas a una 30 segunda presion mayor que la primera presion. El liquido se separa a partir del gas en una segunda camara mientras mantiene el gas a una segunda presion para proporcionar gas comprimido y seco.

Otro aspecto incluye un sistema para la compresion del gas. El sistema incluye un deposito de liquido que almacena un liquido en el y una camara de compresion acoplada fluidamente al tanque de liquido y configurada para comprimir 35 un volumen de gas. Un conjunto de separacion se acopla fluidamente a una camara de compresion y se configura para que separe el liquido del volumen de gas. Un conjunto de bomba se acopla fluidamente al deposito de liquido, a la camara de compresion y al conjunto de separacion. Durante el funcionamiento se configura el conjunto de bomba para proporcionar liquido presurizado a partir del deposito de liquido hasta la camara de compresion para comprimir el volumen del gas a partir de una primera presion hasta una segunda presion. El conjunto de bomba ademas 40 transfiere el volumen de gas a la segunda presion del conjunto de separacion e inyecta el volumen de gas a la segunda presion hasta el conjunto de separacion para separar el liquido del volumen de gas para producir gas comprimido y seco.

Otro procedimiento de ejemplo para comprimir un gas usando un liquido incluye mantener un primer volumen de gas 45 en una camara de presion baja y mantener un segundo volumen de gas en una camara de presion alta. La camara de presion alta puede conectarse fluidamente a la camara de presion baja. Adicionalmente, cada una de las camaras de presion alta y de presion baja puede incluir una boquilla Coanda. Las boquillas Coanda pueden configurarse para aumentar el arrastre de gas en un liquido durante la compresion. El procedimiento puede incluir ademas el envfo del liquido presurizado a la camara de presion baja a traves de la boquilla Coanda, en el que el liquido presurizado 50 comprime el primer volumen de gas a una primera presion. Ademas, el procedimiento puede incluir enviar liquido presurizado a la camara de presion alta a traves de la boquilla Coanda, en el que el liquido presurizado comprime el segundo volumen de gas a una segunda presion mayor que la primera presion. El liquido presurizado puede enviarse simultaneamente a las camaras de presion baja y de presion alta.

55 Opcionalmente, el procedimiento puede ademas incluir proporcionar una primera bomba configurada para suministrar liquido presurizado a la camara de presion baja y proporcionar una segunda bomba configurada para suministrar liquido presurizado a la camara de presion alta. Adicionalmente, la primera y la segunda bomba pueden opcionalmente disponerse en series. Alternativamente o adicionalmente, el procedimiento puede incluir el manejo de

la primera y segunda bomba con el mismo motor.

Alternativamente o adicionalmente, el procedimiento puede ademas incluir opcionalmente el funcionamiento de una valvula de control que se dispone entre las camaras de presion baja y de presion alta. La valvula de control puede 5 configurarse para controlar el flujo de al menos uno, del lfquido presurizado o del gas presurizado entre las camaras de presion baja y de presion alta. Por ejemplo, la camara de presion alta puede colocarse a una altura mayor con respecto a la camara de presion baja de tal forma que el lfquido presurizado fluya por la fuerza de la gravedad entre las camaras de presion alta y de presion baja donde la valvula de control esta en posicion abierta.

10 Opcionalmente, el procedimiento puede ademas incluir el envfo del lfquido presurizado desde un deposito conectado fluidamente a las camaras de presion baja y de presion alta. El deposito de lfquido puede almacenar el lfquido en el.

Opcionalmente, el procedimiento puede ademas incluir la separacion del lfquido a partir del gas mientras mantiene el gas a aproximadamente la segunda presion en un conjunto de separacion conectado fluidamente a la camara de 15 presion alta.

Opcionalmente, el procedimiento de compresion del gas en al menos una de las camaras de presion baja y de presion alta puede ser aproximadamente isotermico.

20 Alternativamente o adicionalmente, el lfquido presurizado puede ser al menos uno de agua, gasolina, diesel y una mezcla de agua y monoetilenglicol.

Opcionalmente, el procedimiento puede ademas incluir el envfo del lfquido presurizado a al menos una de las camaras de presion baja y de presion alta a traves de un chorro de lfquido, recibiendo el chorro de lfquido en una 25 superficie curva para crear un area de presion baja y turbulencia alta en el chorro de lfquido.

Otro sistema para comprimir un gas usando un lfquido puede incluir una camara de presion baja configurada para la compresion del gas a una primera presion y una camara de presion alta configurada para la compresion del gas a una segunda presion mayor que la primera presion. Cada una de las camaras de presion alta y de presion baja 30 puede incluir una boquilla Coanda. Las boquillas Coanda pueden configurarse para aumentar el arrastre de gas en el lfquido durante la compresion. El sistema tambien puede incluir un conjunto de bomba que tienen una primera bomba en conexion fluida con la camara de presion baja y una segunda bomba en conexion fluida con la camara de presion alta. La primera y segunda bomba pueden configurarse para suministrar lfquido a las camaras de presion baja y de presion alta, respectivamente, a traves de la boquilla Coanda. Mediante el suministro de lfquido a las 35 camaras de presion baja y de presion alta, se puede comprimir el gas en las camaras a la primera y segunda presion respectivamente. Ademas, la segunda bomba se puede disponer en serie con la primera bomba.

Opcionalmente, la primera y segunda bomba pueden configurarse para suministrar lfquido a las camaras de presion baja y de presion alta para comprimir simultaneamente el gas a la primera y segunda presion, respectivamente.

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Alternativamente o adicionalmente, el conjunto de bomba puede incluir un motor configurado para accionar la primera y segunda bomba.

Ademas, el sistema puede incluir opcionalmente una valvula de control que se dispone entre las camaras de presion 45 baja y de presion alta. La valvula de control puede configurarse para controlar el flujo de al menos uno, del lfquido o del gas entre las camaras de presion baja y de presion alta.

Opcionalmente, la camara de presion alta puede colocarse a una altura mayor con respecto a la camara de presion baja de tal forma que el lfquido fluya por la fuerza de la gravedad entre las camaras de presion alta y de presion baja 50 donde la valvula de control esta en posicion abierta.

Alternativamente o adicionalmente, el sistema puede incluir opcionalmente un deposito de lfquido conectado fluidamente a las camaras de presion alta y de presion baja y al conjunto de bomba. El deposito de lfquido puede almacenar el lfquido en el.

55

Opcionalmente, el sistema puede incluir un conjunto separador conectado fluidamente a la camara de presion alta. El conjunto separador puede configurarse para separar el lfquido del gas mientras mantiene el gas a aproximadamente la segunda presion.

60 Opcionalmente, el procedimiento de compresion del gas en al menos una de las camaras de presion baja y de

presion alta puede ser aproximadamente isotermico.

Alternativamente o adicionalmente, el liquido puede ser al menos uno, de agua, gasolina, diesel y una mezcla de agua y monoetilenglicol.

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Opcionalmente, cada una de las boquillas Coanda puede incluir una placa de inyeccion que tiene al menos una ranura para formar un chorro de liquido y una parte de entrada curva en conexion fluida con la placa de chorro. La parte de entrada curva puede recibir el chorro de liquido. La parte de entrada curva tambien puede configurarse para crear un area de presion baja y de turbulencia alta en el chorro de liquido mientras que el chorro de liquido fluye a lo 10 largo de la parte de entrada curva.

Breve descripcion de los dibujos

La fig. 1 es una vista esquematica de un sistema para comprimir gas usando un liquido.

15 La fig. 2 es una vista de seccion esquematica de una camara de compresion usada en el sistema de la fig. 1.

La fig. 3 es una vista de seccion esquematica y parcial de una boquilla para administrar el liquido a la camara de compresion que se ilustra en la fig. 2.

La fig. 4 es una vista esquematica de un conjunto de separacion usado en el sistema de la fig. 1.

La fig. 5 es una vista de seccion esquematica de una parte del conjunto de separacion usado en la fig. 4.

20 La fig. 6 es una vista esquematica de otro sistema para la compresion del gas usando un liquido.

Descripcion detallada

La fig. 1 es una vista esquematica de un sistema 10 capaz de implementar un proceso usando un liquido 25 presurizado (p. ej. agua, gasolina, combustible diesel) para comprimir un gas (p. ej. gas natural, hidrogeno, gases inertes). Opcionalmente, esta divulgacion contempla que el liquido presurizado puede ser una mezcla de fluidos como por ejemplo agua, monoetilenglicol (MEG). Las mezclas de fluidos pueden usarse para asegurar el funcionamiento a temperaturas extremas. Se apreciara que el sistema 10 puede incluir componentes como por ejemplo valvulas y similares para facilitar la transferencia del fluido dentro del sistema. Como se ilustra, el sistema 10 30 incluye una primera camara de compresion de presion baja (PB) 11, una segunda camara de compresion de presion alta (PA) 12, una valvula de transferencia 13, un conjunto de bomba 14, un conjunto de separacion 15 y un deposito de liquido 16. Los detalles de estos componentes en el sistema 10 se proporcionan a continuacion. Sin embargo, en general, el sistema 10 usa dos etapas de compresion de liquido (una primera etapa dentro de la camara de PB 11 y una segunda etapa dentro de la camara de PA 12) en combinacion con una tecnica para enfriar el gas durante la 35 compresion. Durante la compresion, se forma un piston de liquido dentro de una camara respectiva y funciona para comprimir el gas dentro de la camara asf como proporcionar un medio adecuado para la transferencia de calor a partir del gas comprimido. En una forma de realizacion alternativa, el sistema 10 puede incluir solo una camara de compresion unica. En esta forma de realizacion, la camara de compresion unica funcionarfa de forma similar a las camaras 11 y 12 como se analiza en esta solicitud.

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En un procedimiento de ejemplo para la compresion, el gas se introduce en el sistema 10 a partir de una fuente 18 (p. ej. una lfnea de gas natural para fines residenciales) a una presion baja (p. ej. no superior a 25 bar, aproximadamente 0,5 bar o menos). En la primera etapa de compresion, el gas se comprime a una presion intermedia superior (p. ej. aproximadamente 20-22 bar) en la camara de PB 11 mediante el liquido enviado desde el 45 deposito 16 usando el conjunto de bomba 14. En una forma de realizacion, la camara de Pb 11 puede tener un volumen interno fijo (p. ej. aproximadamente 20 litros). Posteriormente, en una segunda etapa de compresion, el gas se comprime a una presion de almacenamiento todavfa mayor (p. ej. al menos 200 bar, aproximadamente 400 bar) en la camara de PA 12 tambien mediante el liquido enviado desde el deposito 16 usando el conjunto de bomba 14. En una forma de realizacion, la camara de PA 12 tambien tiene un volumen interno fijo (p. ej. aproximadamente 2 50 litros).

Una vez que el gas esta comprimido en la camara de PB 11 a la presion intermedia, la valvula de transferencia 13 se usa para transferir el gas a la camara de PA 12. El conjunto de bomba 14, en una forma de realizacion, incluye al menos dos bombas usadas para introducir el liquido en las camaras 11 y 12 de tal manera que el gas se comprime a 55 la presion deseada del gas que sale. En un ejemplo, el conjunto de bomba 14 incluye una primera bomba disenada para lograr flujo alto/presion baja del fluido dentro del sistema 10 y una segunda bomba disenada para lograr la presion alta/ flujo bajo del fluido dentro del sistema 10. Independientemente de la configuracion del conjunto de bomba 14, el gas que sale de la camara de PA 12 se filtra entonces para eliminar el agua u otras impurezas en el conjunto de separacion 15 antes de enviarse a un deposito de almacenamiento (p. ej. ubicado en un vehfculo).

El liquido usado para la compresion se recircula continuamente y se almacena en el deposito 16. En una forma de realizacion, se presuriza el liquido con gas comprimido a partir de la fuente de gas 18. En una forma de realizacion, la fuente 18 incluye una o mas valvulas para controlar la entrada del gas en el deposito 16. La valvula de transferencia 13 puede controlar la entrada de gas desde el deposito 16 hasta la camara 11 asi como la entrada del 5 gas desde la camara de PB 11 hasta la camara de PA 12. El conjunto de bomba 14 esta configurado para enviar liquido desde el deposito 16 hasta la camara de PB 11, la camara de PA 12 y recibir liquido a partir del conjunto de separacion 15. Si se desea, el deposito 16 puede incluir una o mas funciones de refrigeracion (p. ej. aletas de refrigeracion externas) para disipar el calor residual en el liquido.

10 Opcionalmente, la valvula de transferencia 13 puede ser una valvula de tres vfas. Debe entenderse que la valvula de transferencia 13 puede controlarse electricamente (p. ej. recolocada enviando una senal de control a la valvula de transferencia 13). Por ejemplo, la valvula de transferencia 13 puede controlar la entrada de gas a partir de la fuente de gas 18 en la camara de PB 11 cuando esta en una primera posicion, la valvula de transferencia 13 puede controlar la entrada del gas a partir de la fuente de gas 18 en la camara de PA 12 cuando esta en una segunda 15 posicion y la valvula de transferencia 13 puede controlar el flujo de gas entre la camara de PB 11 y la camara de PA 12 cuando esta en una tercera posicion. Por ejemplo, en la primera posicion, la valvula de transferencia 13 controla el flujo de gas a partir de la fuente de gas 18 en la camara de PB 11. Como se analiza anteriormente, el gas puede entonces comprimirse a una presion intermedia en la camara de PB 11 introduciendo liquido en la camara de Pb 11. Cuando se comprime el gas a una presion intermedia, la valvula de transferencia 13 se puede recolocar a la tercera 20 posicion para controlar el flujo de gas entre la camara de PB 11 y la camara de PA 12. Opcionalmente, mientras el gas fluye desde la camara de PB 11 hasta la camara de PA 12, el liquido puede continuar introduciendose, y en algunas implementaciones, el liquido puede fluir desde la camara de PB 11 hasta la camara de PA 12. El liquido que se introduce en la camara de PA 12 puede impedir que el gas fluya hacia atras desde la camara de PA 12 hasta la camara de PB 11. Despues, cuando una pequena cantidad de liquido se introduce en la camara de PA 12 desde la 25 camara de PB 11, la valvula de transferencia 13 puede recolocarse hasta la segunda posicion para controlar la entrada de gas desde la fuente de gas 18 hasta la camara de PA 12. Como se analiza anteriormente, el gas puede entonces comprimirse a una presion de almacenamiento en la camara de PA 12 introduciendo liquido en la camara de PA 12.

30 La camara de PB 11 y la camara de PA 12 funcionan en principio de forma identica y, por brevedad, solo la camara de PB 11 se describe en detalle a continuacion. Los principios, explicados con respecto a la camara de PB 11 se aplican a la estructura y funcionamiento de la camara de PA 12. Como se analiza con mas detalle a continuacion, cada una de las camaras incluye un piston de liquido que funciona para comprimir el gas utilizando una boquilla Coanda que tiene un perfil curvo que funciona inyectando un liquido en una camara respectiva. En general, se 35 introduce un volumen de gas en la camara. El liquido se inyecta posteriormente en la camara a traves de la boquilla y, de acuerdo con el efecto Coanda, arrastra el gas a medida que el liquido fluye a lo largo de la boquilla. A medida que el nivel de liquido aumenta en la camara se forma un piston de liquido. Ademas, la boquilla Coanda y la camara de compresion estan disenadas para mejorar la circulacion del gas mientras se comprime el gas dentro de la camara. A causa del liquido dentro de la camara el liquido puede enfriar el gas a medida que se comprime a una 40 tasa alta de transferencia de calor y se acerca a la compresion isotermica (es decir, un cambio mfnimo de temperatura dentro de la camara durante la compresion de gas).

La figura 2 muestra una seccion transversal de la camara de PB 11 en el que el gas se introduce dentro de la camara 11 a traves de una entrada de gas 30 y se comprime usando un liquido introducido a traves de una entrada 45 de liquido 32. La entrada 32 se acopla fluidamente a una boquilla 34 que divide la camara 11 entre una parte superior 36 y una parte inferior 38. Para la compresion, se coloca un volumen de gas 39 en la parte superior 36 y en la parte inferior 38. La boquilla 34 funciona de acuerdo con el efecto Coanda para arrastrar el gas 39 en la camara a causa de la introduccion del liquido en la boquilla 34. En particular, a causa del efecto Coanda, a medida que el liquido fluye a una tasa alta sobre una superficie curva (es decir, la boquilla 34) tambien se arrastrara un flujo alto de 50 gas (es decir, gas 39 desde la parte superior 36) rodeando la boquilla 34. Debe entenderse que para las aplicaciones Coanda, la proporcion entre los flujos volumetricos del fluido primario (p. ej. el liquido) y del fluido secundario (p. ej. el gas) es significativamente mayor que se puede lograr con eyectores, por ejemplo, la proporcion puede ser entre aproximadamente 10 y 80. La boquilla 34 tambien actua como una bomba de transferencia usando el liquido para arrastrar el gas y circular una mezcla de liquido y gas a traves de la camara 11. A medida que el nivel del liquido 55 aumenta, se comprime el gas en la camara 11.

La boquilla 34 puede adoptar muchas formas. En la forma de realizacion que se ilustra, la boquilla 34 converge a lo largo de una parte de la entrada 40 hasta una parte del cuello 42. En una forma de realizacion, el liquido se inyecta en la boquilla 34 a velocidad alta (p. ej. al menos 10 m/s) desde la entrada 32 usando el conjunto de bomba 14 y 60 sale a una parte del cuello 42 para formar un cono liquido 44 que se extiende a partir de la boquilla 34. El liquido

introducido en la boquilla 34 fluye a lo largo de la parte de la entrada 40 segun lo indicado por una flecha 46 en una forma ciclonica. Una vez que sale de la parte del cuello 42, el lfquido continua fluyendo de forma ciclonica para formar el cono lfquido 44. En la forma de realizacion que se ilustra, la parte de la entrada 40 es axisimetrica a lo largo de un eje longitudinal de la boquilla 34. En una forma de realizacion, la parte de entrada curva 40 puede definir 5 un perfil parabolico que incluye una o mas caracterfsticas estructurales (p. ej. ranuras) para crear la turbulencia deseada en el flujo o lfquido a lo largo de la parte de entrada 40. Alternativamente o adicionalmente, como se indica en la fig. 3 la parte de entrada curva 40 puede definir un perfil parabolico que tiene una superficie lisa. Alternativamente o adicionalmente, el perfil parabolico puede incluir una o mas caracterfsticas estructurales como por ejemplo etapas (p. ej. protuberancias, partes elevadas, etc.) para crear la turbulencia en el flujo o lfquido a lo 10 largo de la parte de entrada curva 40. Durante el flujo o lfquido, el efecto Coanda mantendra los chorros de lfquido, que se describen en detalle a continuacion, conectados a la parte de entrada curva 40 para crear un area 48 de presion baja y turbulencia alta en la parte de entrada 40. A causa de la presion baja y la turbulencia alta creadas en el area 48, se maximiza el gas arrastrado en los chorros de lfquido desde la parte superior 36, llevando el gas a la parte inferior 38. Alternativamente o adicionalmente, uno o mas de los chorros de lfquido pueden definir una pared 15 curva. A causa del efecto desestabilizador de la curvatura de la turbulencia en la parte externa del chorro de lfquido, es posible aumentar la cantidad de gas arrastrado en el chorro de lfquido. Esto puede aumentar la cantidad de mezcla entre el gas y el lfquido, y por lo tanto, puede tambien aumentar la cantidad de transferencia de calor.

Ademas la boquilla 34 incluye una parte con forma de campana 50 dispuesta dentro de la camara a lo largo de un 20 eje longitudinal de la boquilla 34 en relacion a la parte del cuello 42. Cambiando la posicion vertical de la parte 50, se puede variar una seccion transversal minima 52 de la parte del cuello 42. En principio, una mayor seccion transversal minima 52 permitira un flujo de gas mayor desde la parte de entrada 40 hasta el cono 44. Sin embargo, una seccion transversal minima mas pequena 52 causara un aumento directo en la velocidad del gas y mejorara un nivel de turbulencia de una mezcla de gas y lfquido dentro de la camara 11. Basado en la experimentacion, puede 25 determinarse una transferencia de calor maxima deseada mediante el ajuste del flujo, la velocidad y turbulencia del fluido dentro de la camara 11.

Despues de que el lfquido pase a traves de la parte del cuello 42, el lfquido forma el cono 44 con ayuda del perfil con forma de campana 50. En una forma de realizacion, un angulo definido mediante la parte de la entrada 40 y el cono 30 44 es superior a 90 grados. Adicionalmente, o independientemente, se puede introducir en la parte de entrada 40 un componente espiral para crear un flujo ciclonico alrededor de la boquilla 34. En relacion a la parte con forma de campana 50, el cono 44 puede definir un angulo mayor con respecto a la parte de la entrada 40 que un angulo correspondiente entre la parte con forma de campana 50 y la parte de la entrada 40. En esta configuracion, el flujo entre la parte con forma de campana 50 y el cono 44 tendra un efecto difusor con un ligero aumento de la presion 35 del gas en el extremo de la parte con forma de campana 50 en la zona 54 en relacion al promedio de la presion del gas dentro de la camara 11. Este proceso de difusion puede tambien aumentar la turbulencia en la camara 11. Como un resultado de esta configuracion, el gas tendera a escapar a la parte inferior del cono 44, pasando a traves del cono 44 y/o a traves de un piston lfquido 56 formado en la camara 11. A medida que entra mas lfquido en la camara 11, el piston lfquido 56 aumenta en volumen para comprimir el gas dentro de la camara 11.

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En ultima instancia, el gas escapa desde el cono 44 como se ilustra mediante las flechas 58. Una vez sale desde el cono 44, se extrae el gas desde la parte superior 36 siguiendo las flechas 60 a traves de los canales de recirculacion 64 colocados alrededor de la boquilla 34. En una forma de realizacion, a causa de la boquilla 34, el gas dentro de la camara 11 circulara al menos veinte veces por cada ciclo de compresion. Para la camara de PA 12, se puede usar 45 una pequena bomba de recirculacion de baja carga para conseguir un mayor numero de ciclos de recirculacion para contrarrestar la superficie reducida de intercambio de calor de la camara de PA 12.

La fig. 3 ilustra una vista de seccion transversal parcial la boquilla 34. En una forma de realizacion, como se ilustra, la parte de entrada 40 se forma a partir de un unico cuerpo unitario. Una forma de realizacion incluye el perfil del flujo 50 40 que tiene una geometrfa descrita (en una forma simplificada) mediante una parabola con un eje inclinado de aproximadamente 30-45 grados y una proporcion D/a de 2,5 a 4. En una forma de realizacion, la parte de entrada 40 se puede formar como se describe en la patente de EE.UU N.°. 3,337,121.

Desde la entrada 32, el flujo de lfquido se envfa a traves de una placa de retencion 66 y una placa de cubierta 68. En 55 una forma de realizacion alternativa, las placas 66 y 68 pueden formarse a partir de una sola placa. El lfquido se envfa despues a un colector de suministro formado por una primera placa 70 y una segunda placa 72. La primera placa 70 define un canal central 74 para el flujo del lfquido hacia las aperturas 76 proporcionadas en la segunda placa 72. El lfquido enviado a traves de las aperturas 76 se envfa a una placa de chorro 78 acoplada fluidamente a la parte de la entrada 40. La placa de chorro 78 define una pluralidad de ranuras 80. Opcionalmente, las aperturas 76 60 proporcionadas en la segunda placa 72 pueden alinearse con las ranuras 80 en la placa de chorro 78. Al entrar el

liquido en las ranuras 80, se forman chorros de liquido (p. ej. el chorro de liquido 80A en la fig. 3) y se envfan a la parte de la entrada 40. Adicionalmente, cada ranura 80 puede definir una boquilla de tal manera que la velocidad del chorros de liquido aumenta a medida que se mueve a traves de una parte convergente de las boquillas antes de enviarse a la parte de la entrada 40. Esta divulgacion contempla que las ranuras 80 pueden estar formadas por el 5 laser cortando la placa de chorro 78, por ejemplo. Esta divulgacion contempla que el numero y espaciado entre las ranuras 80 puede variar para lograr el efecto deseado, p. ej. la cantidad deseada de gas y lfquidos arrastrados y la transferencia de calor entre el gas y el liquido. Adicionalmente, las ranuras 80 se forman proximas a los canales de recirculacion 64 para mejorar la mezcla de liquido y gas. Opcionalmente, las ranuras 80, y los canales de recirculacion 64 se pueden intercalar.

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En la forma de realizacion ilustrada, las ranuras 80 estan orientadas a un angulo de 30 grados (relativo a la lfnea tangente de una circunferencia externa de la camara 11) para producir un movimiento espiral en el sentido de las agujas del reloj del liquido que entra en las ranuras 80. Esta divulgacion contempla que las ranuras pueden estar orientadas a angulos distintos a 30 grados para producir el movimiento espiral. Alternativamente o adicionalmente, 15 las ranuras 80 no estan orientadas aproximadamente a lo largo del radio de la camara 11 (p. ej. una lfnea que se extiende desde el centro de la circunferencia de la camara 11). Aunque se pueden utilizar distintas configuraciones, cada ranura 80 de la forma de realizacion ilustrada converge a partir de un punto de entrada y cada chorro de liquido formado por liquido fluye a traves de las ranuras 80 y despues diverge a una confluencia general de cada chorro de liquido al entrar a la parte de entrada 40. Las modificaciones de la placa de chorro 78 pueden incluir modificaciones 20 parametricas del angulo espiral para las ranuras 80, una distancia de confluencia para cada ranura 80, espesor de la placa, area de salida para las ranuras y angulo de salida de las ranuras 80. En una forma de realizacion, la placa de chorro 78 puede estar fabricada en una aleacion metalica adecuada como por ejemplo aluminio 6061 o acero inoxidable.

25 La figura 4 ilustra esquematicamente el conjunto de separacion 15, que recibe gas comprimido de presion alta desde la camara de PA 12. El gas comprimido se mezcla con agua en una mezcla de lfquido/gas a causa de la compresion que tiene lugar dentro de la camara de PB 11 y la camara de PA 12. El conjunto de separacion 15 incluye un separador ciclonico 82 formando una camara y opcionalmente una pala de rotor 84 que se utiliza para separar el gas a partir del liquido y producir gas comprimido y seco. El gas comprimido desde la primera camara de PA 12 se envfa 30 primero a una entrada 86 del separador ciclonico 82 a partir del funcionamiento del conjunto de la bomba 14. El separador ciclonico 82 incluye ilustrativamente un tubo externo 88 y un tubo interno 90 colocado dentro del tubo externo 88. En una forma de realizacion, el tubo externo 88 y el tubo interno 90 son metalicos (p. ej. hierro fundido, acero inoxidable). El gas se introduce en el tubo externo 88 a traves de la entrada 86 con un ligero angulo descendente y tangencial hasta una pared interior 92 del tubo externo 88 para producir una espiral Las fuerzas 35 centrffugas dentro de la espiral funcionan para separar el liquido del gas. En particular, el liquido se fuerza contra la pared interna 92 y viaja a lo largo de la pared 92 hacia una parte inferior del separador 82. Despues de que disminuya la rotacion espiral, el gas se transfiere mediante el tubo interno 90 hasta la pala de rotor 84. En particular, el gas gira 180 grados en el tubo interior 90 mientras que el liquido, a causa de su inercia alta, tiene la tendencia de acumularse en la parte inferior del tubo exterior 88.

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La fig. 5 ilustra una parte de la pala de rotor 84 que recibe gas comprimido desde el tubo interno 90 a traves de una entrada 94. En una forma de realizacion, la pala de rotor 84 se forma a partir de un material plastico y se coloca dentro de una carcasa 95. La pala del rotor 84 puede mantenerse sin lubricantes gracias a los rodamientos de gran resistencia qufmica. La pala de rotor 84 se impulsa por la energfa a partir del flujo de gas desde el tubo interno 90. 45 Despues de atravesar la entrada 94, el gas se acelera usando al menos una boquilla 96 (se ilustran dos de ellas) a una velocidad alta (p. ej. una velocidad de aproximadamente 50 ms) y se envfa con un angulo bajo a una turbina 98 que incluye una pluralidad de palas curvas espaciadas circunferencialmente. La turbina 98 esta construida como parte de la pala del rotor 84 y se localiza en la parte inferior de la pala de rotor 84. Las boquillas 96 estan talladas en un soporte de rodamiento 100 colocado para recibir el flujo desde la entrada 94. Se apreciara que se pueden utilizar 50 las distintas configuraciones de las boquillas 96 (p. ej. el numero de boquillas, los angulos de entrada y salida de las boquillas).

La fig. 6 es una vista esquematica de otro sistema 60 para implementar un proceso usando liquido presurizado para comprimir un gas. El sistema 60 incluye una camara de PB 11 y una camara de PA 12 y un deposito de liquido 16. 55 Estos componentes del sistema se describen en detalle anteriormente con respecto a la fig. 1 y por lo tanto no se describen con mas detalle a continuacion. Debe entenderse que el sistema 60 puede incluir componentes como por ejemplo valvulas, tuberfas y similares para facilitar la transferencia de los fluidos (p. ej. liquido presurizado y/o gas) dentro del sistema 60. De forma similar a la fig. 1, el gas puede suministrarse al sistema 60 a partir de una fuente de gas 18. Se puede proporcionar una valvula de retencion o una valvula unidireccional 24 a lo largo de la lfnea de 60 suministro de gas para evitar que el gas retorne al deposito 16 cuando comience el proceso de compresion.

Adicionalmente, el liquido se puede suministrar al deposito 16 a partir de una fuente de liquido 18A.

Ademas de forma similar a la fig. 1, en la fig. 6 se puede comprimir el gas a una presion alta intermedia en la camara de PB 11 mediante liquido enviado a traves del deposito 16 durante una primera etapa de compresion.

5 Posteriormente, en una segunda etapa de compresion, el gas puede comprimirse a una presion de almacenamiento todavfa mayor en la camara de PA 12 mediante el liquido enviado desde el deposito 16. Adicionalmente, como se analiza anteriormente con respecto a la fig. 1, despues de la segunda etapa de compresion, el gas puede fluir a un conjunto de separacion conectado fluidamente a la camara de PA 12, donde el liquido puede eliminarse del gas de manera que permanezca el gas seco y comprimido. En la fig. 6, el conjunto de bomba puede incluir una pluralidad de 10 bombas, por ejemplo, dos bombas 22A-22B. Las bombas 22A-22B pueden usarse para suministrar agua a la camara de PB 11 y a la camara de PA 12. En otras palabras, las bombas 22A-22B pueden usarse para alimentar los pistones lfquidos. Especfficamente, la bomba 22A puede usarse para suministrar liquido a la camara de PB 11 y la bomba 22 B puede usarse para suministrar liquido a la camara de PA 12.

15 Opcionalmente, la bomba 22A puede ser una bomba de flujo alto y presion baja, que es apropiada para los

requisitos de flujo de la camara de PB 11. Por ejemplo, la bomba 22A puede ser una bomba centrifuga de etapas

multiples. Alternativamente, la bomba 22B puede ser una bomba de flujo bajo y presion alta, que es apropiada para los requisitos de flujo de la camara de PA 12. Por ejemplo, la bomba 22B puede ser una bomba radial de piston. Ademas, las bombas 22A-22B pueden opcionalmente conectarse fluidamente en serie. Como se muestra en la fig. 6, 20 la bomba 22A puede enviar liquido a la camara de PB 11 y a la bomba 22B. En esta configuracion, la bomba 22A puede proporcionar cabeza de succion a la bomba 22B. Adicionalmente, de acuerdo con esta configuracion, cuando las bombas 22A-22B se ponen en funcionamiento en serie, se puede suministrar liquido a la camara de PB 11 y la camara de PA 12 (y se puede realizar la compresion) al mismo tiempo, p. ej. simultaneamente, en las camaras de PB y PA. Por ejemplo, para comprimir un gas en la camara de PB 11, se puede bombear el liquido desde el deposito 25 16 hasta la parte superior de la camara de PB 11, donde se inyecta el liquido a traves de la boquilla Coanda, lo que

se traduce en un arrastre del gas y la transferencia de calor entre el liquido y el gas. Al mismo tiempo, se puede

bombear el liquido desde el deposito 16 hasta la parte superior de la camara de PA 12, donde se inyecta el liquido a traves de la boquilla Coanda, lo que se traduce en un arrastre del gas y la transferencia de calor entre el liquido y el gas. Por lo tanto, los procesos de compresion se realizan en lotes, donde los dos pistones lfquidos funcionan 30 simultaneamente. Adicionalmente, pueden seleccionarse las bombas 22A-22B y su disposicion en el sistema 60 para minimizar el consumo de energfa.

Alternativamente o adicionalmente, puede proporcionarse una valvula de control 26 entre la camara de PB 11 y la camara de PA 12. La valvula de control 26 puede controlar el flujo del fluido (p. ej. gas y/o liquido) entre las camaras 35 de PB y PA. Opcionalmente, la camara de PA 12 puede disponerse o colocarse encima (p. ej. a una altura mayor con respecto a) la camara de PB 11. En esta configuracion, cuando la valvula de control 26 esta en una posicion abierta (p. ej. permitiendo el flujo del fluido entre las camaras de PB y PA), el gas comprimido en la camara de PB 11 puede transferirse a la camara de PA 12. Adicionalmente, como se indica en la fig. 6, el liquido vuelve desde la camara de PA 12 (p. ej. el liquido usado para comprimir el gas durante el ciclo anterior) a traves de la camara de PB 40 11. Por lo tanto, mediante la fuerza de la gravedad, el liquido tambien puede transferirse desde la camara de PA 12 hasta la camara de PB 11 a traves de la valvula de control 26. Como se analiza anteriormente, el liquido puede entonces finalmente volver al deposito 16, donde el liquido puede opcionalmente enfriarse por conveccion, por ejemplo, antes de volver a reutilizarlo para la inyeccion en las camaras de PB y PA durante un ciclo de compresion posterior. En esta configuracion, una unica valvula de control (p. ej. la valvula de control 26) se puede usar para 45 transferir el gas y el liquido entre las camaras de PB y PA. En consecuencia, es posible reducir el trabajo de barrido que de otra forma serfa necesario para expulsar el gas comprimido de la camara de PA 12.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para comprimir un gas usando un liquido, que comprende:

mantener un primer volumen de gas en una camara de presion baja (11), la camara de presion baja (11) que 5 comprende una boquilla Coanda (34);

mantener un segundo volumen de gas en una camara de presion alta (12), la camara de presion alta (12) conectada fluidamente a la camara de presion baja (11) y que comprende una boquilla Coanda (34);

enviar liquido presurizado a la camara de presion baja (11) a traves de la boquilla Coanda (34), donde el liquido presurizado comprime el primer volumen de gas a una primera presion, y enviar liquido presurizado a la camara de 10 presion alta (12) a traves de la boquilla Coanda (34), donde el liquido presurizado comprime el segundo volumen de gas a una segunda presion mayor que la primera presion, donde el liquido presurizado se envfa simultaneamente a las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12), y donde las boquillas Coanda (34) para las camaras de presion baja y presion alta (11, 12) se configuran para aumentar el arrastre del gas en el liquido presurizado durante la compresion.

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2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 que comprende ademas:

proporcionar una primera bomba (22A) configurada para suministrar liquido presurizado a la camara de presion baja

(11); y

proporcionar una segunda bomba (22B) configurada para suministrar liquido presurizado a la camara de presion alta 20 (12), donde la primera y segunda bomba estan dispuestas en serie.
3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 2 que comprende ademas manejar la primera y segunda bomba con el mismo motor.

25 4. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3, que comprende

ademas el funcionamiento de una valvula de control (13) que esta dispuesta entre las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12), donde la valvula de control (13) esta configurada para controlar el flujo de al menos un liquido y gas presurizados entre las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12).

30 5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4, donde la camara de presion alta (12) esta

colocada a una altura mayor con respecto a la camara de presion baja (11), y donde el liquido presurizado fluye por la fuerza de la gravedad entre las camaras de presion alta y de presion baja (12, 11) cuando la valvula de control (13) esta en posicion abierta.

35 6. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 5, que comprende

ademas enviar liquido presurizado a las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12) desde un deposito de liquido (16) conectado fluidamente a las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12), donde el deposito de liquido (16) almacena el liquido en el.

40 7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 6, que comprende

ademas la separacion del liquido presurizado a partir del gas mientras mantiene el gas a aproximadamente la segunda presion en un conjunto de separacion (15) conectado fluidamente a la camara de presion alta (12).
8. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 7, donde el gas 45 comprimido en al menos una de las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12) puede ser aproximadamente

isotermico.
9. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 8, donde el liquido presurizado es al menos uno de agua, gasolina, diesel y una mezcla de agua y monoetilenglicol.

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10. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 9, donde el envfo de liquido presurizado a al menos una de las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12) a traves de la boquilla Coanda (34), comprende ademas:

formar al menos un chorro de liquido;

55 recibir el chorro de liquido en una superficie curva; y

guiar el chorro de liquido a lo largo de la superficie curva para crear un area de presion baja y turbulencia alta en el chorro de liquido.
11. Un sistema (10) para comprimir un gas usando un liquido, que comprende:

60 una camara de presion baja para comprimir el gas a una primera presion, la camara de presion baja (11) que

comprende una boquilla Coanda (34);

una camara de presion alta (12) configurada para comprimir el gas a una segunda presion mayor que la primera presion, la camara de presion alta (12) esta conectada fluidamente a la camara de presion baja (11) y que comprende una boquilla Coanda (34); y 5 un conjunto de bomba (14) que comprende:

una primera bomba (22A) en conexion fluida con la camara de presion baja (11) y configurada para suministrar lfquido a la camara de presion baja (11) a traves de la boquilla Coanda (34) para comprimir el gas a la primera presion; y

una segunda bomba (22B) en conexion fluida con la camara de presion alta (12) y configurada para suministrar 10 lfquido a la camara de presion alta (12) a traves de la boquilla Coanda (34) para comprimir el gas a la segunda presion, donde la segunda bomba esta dispuesta en serie con la primera bomba, y donde las boquillas Coanda (34) para las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12) estan configuradas para aumentar el arrastre del gas en el lfquido durante la compresion.

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12. El sistema (10) de acuerdo con la reivindicacion 11, donde la primera y segunda bomba estan

configuradas para suministrar lfquido a las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12) para comprimir simultaneamente el gas a la primera y segunda presion, respectivamente.

20 13. El sistema (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 11 a la 12, donde el conjunto

de bomba (14) comprende un motor configurado para accionar la primera y segunda bomba.
14. El sistema (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 11 a la 13, que comprende ademas una valvula de control (13) dispuesta entre las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12), donde la

25 valvula de control (13) esta configurada para controlar el flujo de al menos un lfquido y gas entre las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12).
15. El sistema (10) de acuerdo con la reivindicacion 14, donde la camara de presion alta (12) esta colocada a una altura mayor con respecto a la camara de presion baja (11), y donde el lfquido fluye por la fuerza de

30 la gravedad entre las camaras de presion alta y de presion baja (12, 11) cuando la valvula de control (13) esta en posicion abierta.
16. El sistema (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 11 a la 15, que comprende ademas un deposito de lfquido (16) conectado fluidamente a las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12) y

35 al conjunto de bomba (14), donde el deposito de lfquido (16) almacena el lfquido en el.
17. El sistema (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 11 a la 16, que comprende ademas un conjunto de separacion (15) conectado fluidamente a la camara de presion alta (12), donde el conjunto de separacion (15) esta configurado para separar el lfquido del gas mientras mantiene el gas a aproximadamente la

40 segunda presion.
18. El sistema (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 11 a la 17, donde el gas comprimido en al menos una de las camaras de presion baja y de presion alta (11, 12) puede ser aproximadamente isotermico.

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19. El sistema (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 11 a la 18, donde el lfquido es

al menos uno de agua, gasolina, diesel y una mezcla de agua y monoetilenglicol.
20. El sistema (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 11 a la 19, donde cada una de

50 las boquillas Coanda (34) comprenden:

una placa de chorro que tiene al menos una ranura para formar un chorro de lfquido; y una parte de entrada curva en conexion fluida con la placa de chorro, la parte de entrada curva que recibe el chorro de lfquido, donde la parte de entrada curva esta configurada para crear un area de presion baja y turbulencia alta en el chorro de lfquido mientras que el chorro de lfquido fluye a lo largo de la parte de entrada 55 curva.