IT202100010448A1 - Sistema di erogazione di gas in pressione per il rifornimento di un serbatoio di destinazione - Google Patents

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Paolo ABELLONIO
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Cubogas S R L
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Description

SISTEMA DI EROGAZIONE DI GAS IN PRESSIONE PER IL
RIFORNIMENTO DI UN SERBATOIO DI DESTINAZIONE
La presente invenzione concerne un sistema di erogazione di gas in pressione per il rifornimento di un serbatoio di destinazione.
L?invenzione si riferisce al campo dei sistemi di rifornimento per veicoli alimentati a combustibili gassosi, quali a titolo esemplificativo ma non limitativo il gas naturale compresso o l?idrogeno.
In particolare, la soluzione secondo la presente invenzione ? applicabile nelle situazioni in cui il gas erogato da una stazione di rifornimento non ? prelevato da una rete di distribuzione o da un sistema di produzione locale ma ? stoccato in grossi accumuli, generalmente mobili, comunemente detti carri bombolai, che a loro volta si riforniscono in stazioni di rifornimento direttamente collegate alla rete di distribuzione. Queste ultime stazioni di rifornimento vengono anche definite stazioni di rifornimento ?madri? in contrapposizione alle stazioni di rifornimento ?figlie?, dove i carri bombolai rimangono parcheggiati per il rifornimento dei veicoli alimentati a gas, fino ad esaurimento. In alcune applicazioni, dove non si vuole trattenere il carro bombolaio in sito, il gas viene travasato in serbatoi locali di stoccaggio. Quest?ultima soluzione ? adottata normalmente dove i consumi non sono molto elevati.
Il campo di applicazione dell?invenzione ? di forte attualit? e di supporto alla transizione energetica dai combustibili fossili a quelli rinnovabili (quali ad esempio il biometano e l?idrogeno) contribuendo ad ampliare l?offerta di stazioni di rifornimento in siti attualmente non serviti.
? noto che, attualmente, le tecniche di rifornimento dei veicoli alimentati a combustibili gassosi prevedono l?utilizzo di compressori (principalmente compressori alternativi meccanici o idraulici) che aspirano il gas dal serbatoio di stoccaggio di una stazione di rifornimento e lo comprimono, inviandolo nel serbatoio di un veicolo da rifornire. La stessa soluzione ? anche utilizzata per rifornire il serbatoio di un carro bombolaio.
Tale tecnologia richiede grossi investimenti per l?acquisto del sistema di compressione, la necessit? di un?alimentazione elettrica di potenza (normalmente pi? di 75kW), la disponibilit? di ampi spazi per l?installazione del macchinario ed il rispetto delle distanze di sicurezza richieste dalle normative. Inoltre, la gestione della stazione di rifornimento impone altri significativi costi per la manutenzione del compressore e per i controlli periodici richiesti dalle normative. In aggiunta, riveste un grande rilievo anche il costo economico ed ambientale dell?energia necessaria alla compressione del gas erogato ai fini dell?immissione nel serbatoio dei veicoli.
A causa di questi alti costi d?investimento ed operativi, la diffusione delle stazioni di rifornimento per combustibili gassosi ? fortemente limitata in quelle aree dove non ? presente una rete di distribuzione (quale il metanodotto) o dove la presenza di veicoli da rifornire ? bassa.
In questo contesto viene ad inserirsi la soluzione secondo la presente invenzione, che si propone di realizzare un accumulo locale o mobile, che non richieda significativi investimenti per la realizzazione e per l?esercizio.
Questi ed altri risultati sono ottenuti secondo la presente invenzione proponendo di eliminare totalmente la necessit? del compressore e sostituendolo con un sistema di erogazione di gas in pressione che prevede una particolare configurazione del serbatoio di stoccaggio locale o mobile, secondo la quale il serbatoio di stoccaggio locale o mobile ? suddiviso in diverse sezioni con diversi livelli di pressione di stoccaggio, unitamente all?implementazione di un sistema di controllo dell?erogazione del gas compresso, che consente di ottimizzare la gestione dei livelli di pressione di stoccaggio e la sequenza di rifornimento di un erogatore del sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione. Nel contesto della presente invenzione, con il termine serbatoio di destinazione pu? essere definito sia il serbatoio di un veicolo alimentato dalla stazione di servizio figlia, sia il serbatoio di un sistema di stoccaggio, fisso o mobile, utilizzato a vari fini (ad esempio alimentazione si forni per processi industriali, impianti di riscaldamento centralizzati, etc.).
In una forma preferita di realizzazione, per massimizzare le prestazioni, il sistema di controllo si pu? interfacciare con la testata dell?erogatore che gestisce l?erogazione del gas compresso, per rilevare la pressione del serbatoio di destinazione e elaborare questo dato al fine di coordinare le fasi di rifornimento sulle singole manichette che collegano il serbatoio di stoccaggio locale o mobile con il serbatoio di destinazione. La logica di erogazione pu? cos? variare in funzione del numero di veicoli collegati, della pressione residua nel serbatoio di destinazione, della pressione nelle sezioni del serbatoio di stoccaggio locale o mobile e delle perdite di carico nel circuito.
Scopo della presente invenzione ? quindi quello di fornire un sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione, ad esempio del serbatoio di un veicolo, e un procedimento per la sua gestione che permettano di superare i limiti dei sistemi di erogazione secondo la tecnologia nota e di ottenere i risultati tecnici precedentemente descritti.
Ulteriore scopo dell?invenzione ? che detto sistema di erogazione e detto procedimento possano essere realizzati con costi sostanzialmente contenuti, sia per quanto riguarda i costi di produzione che per quanto concerne i costi di gestione.
Non ultimo scopo dell?invenzione ? quello di proporre un sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione e un relativo procedimento di gestione che siano semplici, sicuri ed affidabili.
Forma pertanto un primo oggetto specifico della presente invenzione un sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione, detto sistema di erogazione comprendendo un serbatoio di stoccaggio locale o mobile, suddiviso in una pluralit? di sezioni atte a contenere detto gas a diversi livelli di pressione, ciascuna sezione essendo collegata ad una corrispondente linea di immissione e tramite questa ad un sistema di distribuzione, dotato di valvole di intercettazione di ciascuna linea di immissione e di una valvola di intercettazione per ciascuna di una o pi? linee di mandata, ciascuna linea di immissione essendo collegata ad una sola linea di mandata e ciascuna linea di mandata essendo collegata, da un lato, ad almeno due linee di immissione, e dal lato opposto ad un erogatore, atto ad essere collegato ad uno o pi? serbatoi di destinazione, detto sistema di erogazione comprendendo inoltre mezzi di controllo della pressione di ciascuna sezione di detto serbatoio di stoccaggio locale o mobile, un misuratore di flusso e un sensore di pressione su ciascuna linea di mandata, e un sistema di controllo, per l?azionamento di dette valvole e di dette valvole in funzione dei valori rilevati da detti mezzi di controllo della pressione, detti misuratori di flusso e detti sensori di pressione.
Preferibilmente, secondo l?invenzione, detto serbatoio di stoccaggio locale o mobile ? suddiviso in almeno cinque sezioni e pi? preferibilmente ? suddiviso in nove sezioni.
Opzionalmente, secondo l?invenzione, il sistema di erogazione di gas in pressione pu? comprendere un limitatore di pressione per ciascuna linea di mandata.
Inoltre, sempre secondo la presente invenzione, detto sistema di controllo pu? essere collegato ad un sistema gestionale di una stazione di rifornimento e/o pu? comprendere un sistema di compressione ausiliario di gas.
Forma inoltre un secondo oggetto specifico della presente invenzione un procedimento per la gestione di un sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione, come precedentemente definito, comprendente la seguente fase preliminare all?uso del sistema di erogazione:
- riempire con detto gas in pressione le sezioni di un serbatoio di stoccaggio locale o mobile suddiviso in una pluralit? di sezioni, ciascuna sezione essendo riempita ad una pressione diversa, tutti i valori di pressione essendo superiori ad un valore di pressione predefinito, corrispondente alla pressione massima del serbatoio di destinazione;
nonch? le seguenti fasi durante l?uso del sistema di erogazione:
- rilevare la pressione nel serbatoio di destinazione e, se la pressione rilevata ? inferiore a un valore massimo predefinito, aprire la valvola della linea di immissione corrispondente alla sezione del serbatoio di stoccaggio locale o mobile la cui pressione ? superiore a quella rilevata della pressione nel serbatoio di destinazione, e aprire la valvola della corrispondente linea di mandata;
e quindi iterativamente le seguenti fasi:
- misurare il flusso lungo la linea di mandata e, quando il flusso misurato raggiunge un valore minimo predefinito;
- aprire la valvola della linea di immissione corrispondente alla sezione del serbatoio di stoccaggio locale o mobile a pressione superiore rispetto a quello in uso;
fino a quando la pressione rilevata nel serbatoio di destinazione ? inferiore a detto valore massimo predefinito, ovvero finch? non si riceve un comando di arresto.
Risulta evidente l?efficacia del sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione e del procedimento della presente invenzione, che consentono di travasare pi? del 60% della massa contenuta in un serbatoio di stoccaggio locale o mobile in un serbatoio di destinazione, in particolare nel serbatoio di stoccaggio locale di una stazione di rifornimento figlia rifornita da un carro bombolaio ovvero nei serbatoi dei veicoli riforniti da detto serbatoio di stoccaggio locale o mobile di detta stazione di rifornimento figlia, in tempi e pressioni equivalenti alle soluzioni con compressore secondo la tecnica nota, ma con consumi energetici ridotti di pi? del 99%, con importanti benefici ambientali ed economici.
La presente invenzione verr? ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma preferita di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: - la figura 1 mostra una rappresentazione schematica di un sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione secondo la presente invenzione, e
- la figura 2 mostra un diagramma P&I del sistema di distribuzione del sistema di erogazione di gas in pressione della figura 1.
Facendo riferimento alle figure, verr? omessa la descrizione dettagliata delle apparecchiature che, sebbene comunemente presenti in una stazione di rifornimento di gas naturale compresso, non intervengono nel sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione secondo la presente invenzione e del procedimento per il suo funzionamento.
In particolare, facendo riferimento alla figura 1, il serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10 di un sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione, quale a titolo esemplificativo il serbatoio di veicoli, secondo la presente invenzione ? ripartito in una pluralit? di sezioni (non mostrate), in particolare almeno cinque sezioni, per riuscire a sfruttare almeno il 60% del gas presente nel serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10, ed ? rifornito presso una stazione di rifornimento madre ad una pressione, ad esempio 250 bar, superiore alla pressione di rifornimento finale dei veicoli, che normalmente ? pari a 200-220 bar. Ciascuna sezione del serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10 ? collegata per mezzo di una linea di immissione 11, in particolare una manichetta flessibile 11, ad un sistema di distribuzione 12 che comprende un sensore di pressione PT, indicato in figura 2 con il riferimento numerico 13, per il monitoraggio della pressione residua della corrispondente sezione del serbatoio 10, e una valvola automatica POV, indicata in figura 2 con il riferimento numerico 14, per la gestione del collegamento in sequenza al serbatoio di destinazione (detta valvola automatica potendo essere assente sulla linea 11 corrispondente alla sezione del serbatoio 10 a minore pressione). Le linee di immissione 11 provenienti da ciascuna sezione del serbatoio 10 convergono su un numero di linee di mandata 15 pari ai livelli di erogazione gestiti dall?erogatore 16, nel caso rappresentato in figura 2 essendo rappresentate due linee di mandata 151, 152, pari a due livelli di erogazione, rispettivamente una linea di mandata 151 a bassa pressione e una linea di mandata 152 ad alta pressione. In ognuna di queste due linee di mandata 151, 152 ? presente un misuratore di flusso FM, indicato con il riferimento numerico 17, con il compito di monitorare l?entit? della portata erogata; una valvola di intercettazione automatica, rispettivamente una valvola di intercettazione POV L, indicata con il riferimento numerico 181, per la linea di mandata 151 a bassa pressione e una valvola di intercettazione POV H, indicata con il riferimento numerico 182, per la linea di mandata 152 ad alta pressione; un sensore di pressione PT, indicato con il riferimento numerico 19; un limitatore di pressione, rispettivamente un limitatore di pressione PR L, indicato con il riferimento numerico 201, per la linea di mandata 151 a bassa pressione, e un limitatore di pressione PR H, indicato con il riferimento numerico 202, per la linea di mandata 152 ad alta pressione. I limitatori di pressione possono anche non essere presenti, se non richiesti dalla normativa locale. Il serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10, il sistema di distribuzione 12 e l?erogatore 16 sono collegati ad un sistema di controllo 21.
Quando un serbatoio di destinazione, a titolo esemplificativo il serbatoio di un veicolo, si collega all?erogatore 16, attraverso la linea di mandata 151, 152 selezionata, il sistema di controllo 21 rileva la pressione residua nel serbatoio di destinazione e decide quale sezione attivare del serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10, aprendo la valvola 14 della corrispondente linea di immissione 11. Quando viene avviata l?erogazione, ad esempio per effetto della pressione di un pulsante di avvio erogazione da parte di un utilizzatore, comincia il travaso del gas dalla sezione attivata del serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10, attraverso la rispettiva linea di immissione 11 e la corrispondente linea di mandata 151, 152. La portata del gas sulla linea di mandata 151 o 152, rilevata dal corrispondente misuratore di flusso 17, decresce man mano che la pressione nel serbatoio di destinazione si avvicina a quella della sezione attivata del serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10. Raggiunta una portata minima, definita dalla logica di controllo del sistema di controllo 21, il sistema di controllo 21 attiva una sezione del serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10 ad un livello di pressione superiore e il rifornimento del serbatoio di destinazione continua, eventualmente con la successiva attivazione di una o pi? ulteriori sezioni del serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10, fino al raggiungimento della pressione finale di riempimento del serbatoio di destinazione.
Nel caso in cui un ulteriore serbatoio di destinazione, in particolare il serbatoio di un ulteriore veicolo, venga contemporaneamente collegato su una seconda manichetta dell?erogatore 16, il sistema di controllo 21 valuter? a quale sezione del serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10 collegarlo, in base ai criteri gi? descritti sopra, ma anche in base allo stato di rifornimento del primo serbatoio di destinazione, con il fine non solo di non compromettere il rifornimento in corso, ma anche di prediligere il rifornimento da livelli di pressione bassa, che consente la massimizzazione dello sfruttamento del gas contenuto nel serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10.
Nel caso in cui il serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10 consista in un carro bombolaio che opera all?interno di una stazione di rifornimento pi? grande, il sistema di controllo 21 pu? essere collegato e quindi pu? scambiare dati anche con il sistema gestionale 22 della stazione di rifornimento, in maniera, ad esempio, da richiedere anticipatamente la sostituzione del carro bombolaio, fornire statistiche sui flussi e sul numero di veicoli riforniti o per il monitoraggio da remoto delle esigenze di manutenzione.
Infine, per garantire il funzionamento del sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione secondo la presente invenzione anche in condizioni di emergenza, ad esempio nel caso in cui la pressione di tutte le sezioni del serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10 sia scesa sotto al livello necessario per il rifornimento dei serbatoi di destinazione del serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10, il sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione secondo la presente invenzione pu? opzionalmente essere dotato di un sistema di compressione ausiliario 23.
Il sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione secondo la presente invenzione pu? essere realizzato in diverse configurazioni, ossia con numero e volume variabile delle sezioni del serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10 e delle linee di mandata 151, 152. All?aumentare del numero delle sezioni e della pressione di stoccaggio ? possibile ottenere un maggiore sfruttamento della massa di gas trasportata ed una migliore gestione del rifornimento di pi? veicoli in parallelo. In particolare, per riuscire a sfruttare il 60% del gas presente al suo interno, il serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10 deve essere suddiviso in almeno cinque sezioni, per garantire che la pressione nella sezione di stoccaggio non divenga inferiore alla pressione finale di riempimento richiesta. In base alle tecnologie attualmente disponibili sul mercato, si ? valutata essere la configurazione ottimale quella a nove sezioni del serbatoio di stoccaggio locale o mobile 10 e due linee di mandata 151, 152 a due livelli di pressione di erogazione.
Nel caso in cui una stazione di rifornimento viene progettata specificatamente per l?utilizzo di un sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento del serbatoio di veicoli secondo la presente invenzione, ? possibile integrare il sistema di distribuzione 12 direttamente all?interno dell?erogatore 16, con un?ulteriore semplificazione del sistema.
La presente invenzione ? stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma ? da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (7)

RIVENDICAZIONI
1) Sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione, detto sistema di erogazione comprendendo un serbatoio di stoccaggio locale o mobile (10), caratterizzato dal fatto di essere suddiviso in una pluralit? di sezioni atte a contenere detto gas a diversi livelli di pressione, ciascuna sezione essendo collegata ad una corrispondente linea di immissione (11) e tramite questa ad un sistema di distribuzione (12), dotato di valvole (14) di intercettazione di ciascuna linea di immissione (11) e di una valvola (181, 182) di intercettazione per ciascuna di una o pi? linee di mandata (151, 152), ciascuna linea di immissione (11) essendo collegata ad una sola linea di mandata (151, 152) e ciascuna linea di mandata (151, 152) essendo collegata, da un lato, ad almeno due linee di immissione (11), e dal lato opposto ad un erogatore (16), atto ad essere collegato ad uno o pi? serbatoi di destinazione, detto sistema di erogazione comprendendo inoltre mezzi di controllo della pressione (13) di ciascuna sezione di detto serbatoio di stoccaggio locale o mobile (10), un misuratore di flusso (17) e un sensore di pressione (19) su ciascuna linea di mandata (151, 152), e un sistema di controllo (21), per l?azionamento di dette valvole (14) e di dette valvole (181, 182) in funzione dei valori rilevati da detti mezzi di controllo della pressione (13), detti misuratori di flusso (17) e detti sensori di pressione (19).
2) Sistema di erogazione di gas in pressione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto serbatoio di stoccaggio locale o mobile (10) ? suddiviso in almeno cinque sezioni.
3) Sistema di erogazione di gas in pressione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto serbatoio di stoccaggio locale o mobile (10) ? suddiviso in nove sezioni.
4) Sistema di erogazione di gas in pressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un limitatore di pressione (201, 202) per ciascuna linea di mandata (151, 152).
5) Sistema di erogazione di gas in pressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sistema di controllo (21) ? collegato ad un sistema gestionale (22) di una stazione di rifornimento.
6) Sistema di erogazione di gas in pressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema di compressione ausiliario (23) di gas.
7) Procedimento per la gestione di un sistema di erogazione di gas in pressione destinato al rifornimento di un serbatoio di destinazione, come definito nelle rivendicazioni 1-6, comprendente la seguente fase preliminare all?uso del sistema di erogazione:
- riempire con detto gas in pressione le sezioni di un serbatoio di stoccaggio locale o mobile (10) suddiviso in una pluralit? di sezioni, ciascuna sezione essendo riempita ad una pressione diversa, tutti i valori di pressione essendo superiori ad un valore di pressione predefinito, corrispondente alla pressione massima del serbatoio di destinazione;
nonch? le seguenti fasi durante l?uso del sistema di erogazione:
- rilevare la pressione nel serbatoio di destinazione e, se la pressione rilevata ? inferiore a un valore massimo predefinito, aprire la valvola (14) della linea di immissione (11) corrispondente alla sezione del serbatoio di stoccaggio locale o mobile (10) la cui pressione ? superiore a quella rilevata della pressione nel serbatoio di destinazione, e aprire la valvola (181, 182) della corrispondente linea di mandata (151, 152);
e quindi iterativamente le seguenti fasi:
- misurare il flusso lungo la linea di mandata (151, 152) e, quando il flusso misurato raggiunge un valore minimo predefinito;
- aprire la valvola (14) della linea di immissione (11) corrispondente alla sezione del serbatoio di stoccaggio locale o mobile (10) a pressione superiore rispetto a quello in uso;
fino a quando la pressione rilevata nel serbatoio di destinazione ? inferiore a detto valore massimo predefinito, ovvero finch? non si riceve un comando di arresto.
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