ES2993471T3

ES2993471T3 - Device for compressing gas

Info

Publication number: ES2993471T3
Application number: ES20830235T
Authority: ES
Inventors: Alban Sesmat; Mathieu Assemat; Marc Vanbaleghem; Jérôme Champredonde
Original assignee: GRTgaz SA
Current assignee: NaTran SA
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2024-12-30
Anticipated expiration: 2040-12-18
Also published as: EP4078015B1; EP4078015A1; WO2021123393A1; FR3105343B1; EP4078015C0; FR3105343A1

Abstract

El dispositivo (40) para comprimir un fluido gaseoso recuperando la energía de expansión de un gas entre una red de gas anterior (12) a presión Pa y una red de gas posterior (13) a presión Pb, que es inferior a Pa, comprende: - un servomotor neumático (30) que comprende un pistón libre (11) entre una cámara de expansión (17) y una cámara de compresión (23), - una primera línea de gas (31) entre la red anterior y una entrada de la cámara de expansión, - una segunda línea de gas (32) entre una salida de la cámara de expansión y la red posterior, - una tercera línea de fluido (33) de fluido gaseoso a comprimir que desemboca en una entrada de la cámara de compresión y - una cuarta línea (34) de fluido gaseoso comprimido conectada a una salida de la cámara de compresión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The device (40) for compressing a gaseous fluid by recovering the expansion energy of a gas between a front gas network (12) at pressure Pa and a back gas network (13) at pressure Pb, which is lower than Pa, comprises: - a pneumatic servomotor (30) comprising a free piston (11) between an expansion chamber (17) and a compression chamber (23), - a first gas line (31) between the front network and an inlet of the expansion chamber, - a second gas line (32) between an outlet of the expansion chamber and the back network, - a third fluid line (33) of gaseous fluid to be compressed opening into an inlet of the compression chamber and - a fourth line (34) of compressed gaseous fluid connected to an outlet of the compression chamber. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Dispositivo de compresión de gas Gas compression device

Campo técnico de la invenciónTechnical field of the invention

La presente invención se refiere a un dispositivo de compresión de gas. The present invention relates to a gas compression device.

Se aplica, en particular, al campo de las estaciones de gas natural vehicular («GNV»), a las redes de gas natural comprimido («GNC») y a los depósitos y redes de aire comprimido. It applies, in particular, to the field of natural gas vehicle ("NGV") stations, compressed natural gas ("CNG") networks and compressed air tanks and networks.

Estado de la técnicaState of the art

La expansión de un gas provoca la aparición de una energía fatal, la energía de expansión, que actualmente está poco o mal valorizada y, por lo tanto, se pierde total o mayoritariamente. El documento WO 2019239083 A1 divulga un dispositivo para comprimir un fluido gaseoso mediante recuperación de energía de expansión de un gas entre una red de gas aguas arriba a una presión Pa y una red de gas aguas abajo a una presión Pb inferior a Pa. The expansion of a gas causes the appearance of a fatal energy, the expansion energy, which is currently poorly or poorly valued and, therefore, is totally or mostly lost. WO 2019239083 A1 discloses a device for compressing a gaseous fluid by recovering expansion energy of a gas between an upstream gas network at a pressure Pa and a downstream gas network at a pressure Pb lower than Pa.

Exposición de la invenciónPresentation of the invention

La presente invención tiene como objetivo remediar la totalidad o parte de estos inconvenientes. The present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.

Para este propósito, la presente invención se refiere a un dispositivo para comprimir un fluido gaseoso mediante recuperación de energía de expansión de un gas entre una red de gas aguas arriba a una presión Pa y una red de gas aguas abajo a una presión Pb inferior a Pa, que incluye: For this purpose, the present invention relates to a device for compressing a gaseous fluid by recovering expansion energy of a gas between an upstream gas network at a pressure Pa and a downstream gas network at a pressure Pb lower than Pa, including:

- un potenciador neumático que incluye un pistón libre entre una cámara de expansión y una cámara de compresión, - un primer conducto de gas entre la red aguas arriba y una entrada de la cámara de expansión, - a pneumatic booster including a free piston between an expansion chamber and a compression chamber, - a first gas conduit between the upstream network and an inlet of the expansion chamber,

- un segundo conducto de gas entre una salida de la cámara de expansión y la red aguas abajo, - a second gas conduit between an outlet of the expansion chamber and the downstream network,

- un tercer conducto de fluido gaseoso que se ha de comprimir que desemboca en una entrada de la cámara de compresión, y - a third conduit for the gaseous fluid to be compressed, which opens into an inlet of the compression chamber, and

- un cuarto conducto de fluido gaseoso comprimido conectado a una salida de la cámara de compresión. - a fourth compressed gaseous fluid conduit connected to an outlet of the compression chamber.

Gracias a estas disposiciones, el dispositivo objeto de la invención emplea, para utilizar la energía de expansión de un fluido para comprimir un segundo fluido, un potenciador de pistón libre. El dispositivo objeto de la invención permite, al recuperar la energía de expansión de un gas procedente de una red de gas a la presión Pa y que entra en una red de gas a la presión Pb, donde Pa > Pb, por lo tanto sin gasto de energía, comprimir un fluido gaseoso. Este fluido gaseoso es, por ejemplo, gas procedente de la red aguas arriba, de un depósito de gas o de la atmósfera. Una vez comprimido, este fluido gaseoso alimenta un depósito, por ejemplo, de una estación de gas natural vehicular («GNV») o una red de gas comprimido («GNC» o aire comprimido). Thanks to these provisions, the device of the invention employs a free piston booster to use the expansion energy of a fluid to compress a second fluid. The device of the invention makes it possible to compress a gaseous fluid by recovering the expansion energy of a gas coming from a gas network at pressure Pa and entering a gas network at pressure Pb, where Pa > Pb, therefore without expending energy. This gaseous fluid is, for example, gas coming from the upstream network, from a gas tank or from the atmosphere. Once compressed, this gaseous fluid supplies a tank, for example, a natural gas vehicle ("NGV") station or a compressed gas network ("CNG" or compressed air).

En unos modos de realización: In some embodiments:

- el pistón libre incluye una cabeza de expansión y una cabeza de compresión conectadas por un árbol, una abertura pasante que desemboca, por una parte, en la cabeza de expansión en el lado opuesto a la cabeza de compresión y, por otra parte, en una pared lateral del árbol, - the free piston includes an expansion head and a compression head connected by a shaft, a through opening opening, on the one hand, into the expansion head on the side opposite the compression head and, on the other hand, into a side wall of the shaft,

- el primer conducto de gas desemboca en la cámara de expansión enfrente del árbol y - the first gas line leads into the expansion chamber in front of the shaft and

- la salida de la cámara de expansión a la que está conectado el segundo conducto se halla en una cara lateral de la cámara de expansión y sólo está obstruida por la cabeza de expansión cuando la abertura pasante no desemboca en la cámara de expansión. - the outlet of the expansion chamber to which the second duct is connected is located on a side face of the expansion chamber and is only obstructed by the expansion head when the through opening does not open into the expansion chamber.

Gracias a estas disposiciones, el potenciador de pistón libre funciona sin partes móviles externas siempre que haya una diferencia de presión entre el primer conducto y el segundo conducto. Thanks to these provisions, the free piston booster operates without external moving parts as long as there is a pressure difference between the first conduit and the second conduit.

En unos modos de realización, el dispositivo objeto de la invención incluye además una válvula en el primer conducto controlada por un presostato colocado aguas abajo del cuarto conducto. In some embodiments, the device object of the invention also includes a valve in the first conduit controlled by a pressure switch placed downstream of the fourth conduit.

Gracias a estas disposiciones, un aumento de presión, aguas abajo del cuarto conducto, hace que se detenga la alimentación de gas que se ha de expandir al dispositivo. Thanks to these provisions, an increase in pressure downstream of the fourth conduit causes the supply of gas to be expanded to the device to stop.

En unos modos de realización, el dispositivo objeto de la invención incluye además un regulador de presión tipo todo o nada en el primer conducto, cuya línea de impulso está colocada aguas abajo del cuarto conducto. In some embodiments, the device object of the invention also includes an all-or-nothing pressure regulator in the first conduit, the impulse line of which is placed downstream of the fourth conduit.

En unos modos de realización, el tercer conducto está conectado, en su entrada, a la red aguas arriba, siendo el gas que se ha de comprimir el gas de la red aguas arriba. In some embodiments, the third conduit is connected, at its inlet, to the upstream network, the gas to be compressed being the gas from the upstream network.

Por ejemplo, siendo este gas gas natural, una vez comprimido, alimenta un depósito de una estación de gas natural vehicular («GNV») o una red de gas natural comprimido («GNC»). For example, this gas, being natural gas, once compressed, feeds a tank at a natural gas vehicle station ("NGV") or a compressed natural gas network ("CNG").

En unos modos de realización, el tercer conducto está conectado, en su entrada, a un depósito de gas que se ha de comprimir. In some embodiments, the third conduit is connected, at its inlet, to a tank of gas to be compressed.

En unos modos de realización, el tercer conducto está conectado, en su entrada, a la atmósfera. In some embodiments, the third duct is connected, at its inlet, to the atmosphere.

En unos modos de realización, el cuarto conducto conecta la cámara de compresión a un depósito de gas comprimido o a un circuito de gas comprimido. In some embodiments, the fourth conduit connects the compression chamber to a compressed gas reservoir or a compressed gas circuit.

De este modo, el dispositivo puede alimentar un depósito de aire comprimido o un circuito de aire comprimido. En unos modos de realización, el dispositivo objeto de la invención incluye además un intercambiador de calor configurado para calentar el gas que pasa a través del primer conducto y enfriar el fluido gaseoso comprimido que pasa a través del cuarto conducto. In this way, the device can supply a compressed air tank or a compressed air circuit. In some embodiments, the device object of the invention also includes a heat exchanger configured to heat the gas passing through the first conduit and cool the compressed gaseous fluid passing through the fourth conduit.

De este modo, se evitan problemas asociados con el enfriamiento del gas correlativo a su expansión. In this way, problems associated with the cooling of the gas corresponding to its expansion are avoided.

En unos modos de realización, el dispositivo objeto de la invención incluye además un regulador de presión en el cuarto conducto. In some embodiments, the device object of the invention also includes a pressure regulator in the fourth conduit.

Este regulador de presión evita los picos de presión en la salida del cuarto conducto. This pressure regulator prevents pressure peaks at the outlet of the fourth duct.

Breve descripción de las figurasBrief description of the figures

Otras ventajas, objetivos y características particulares de la invención se deducirán de la siguiente descripción no limitativa de al menos un modo de realización concreto del dispositivo de compresión objeto de la presente invención, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: Other advantages, objectives and particular characteristics of the invention will be deduced from the following non-limiting description of at least one specific embodiment of the compression device object of the present invention, with reference to the attached drawings, in which:

- la figura 1 representa, esquemáticamente, un primer modo de realización concreto del dispositivo objeto de la invención, - Figure 1 schematically represents a first specific embodiment of the device object of the invention,

- la figura 2 representa, esquemáticamente, un segundo modo de realización concreto del dispositivo objeto de la invención, - Figure 2 schematically represents a second specific embodiment of the device object of the invention,

- la figura 3 representa, esquemáticamente, un tercer modo de realización concreto del dispositivo objeto de la invención, - Figure 3 schematically represents a third specific embodiment of the device object of the invention,

- la figura 4 representa, esquemáticamente, un cuarto modo de realización concreto del dispositivo objeto de la invención, - Figure 4 schematically represents a fourth specific embodiment of the device object of the invention,

- la figura 5 representa, esquemáticamente, un primer modo de realización concreto de un pistón libre empleado en diferentes modos de realización del dispositivo objeto de la invención, - Figure 5 schematically represents a first specific embodiment of a free piston used in different embodiments of the device object of the invention,

- la figura 6 representa, esquemáticamente, una primera fase de funcionamiento de un pistón libre con abertura pasante, - Figure 6 schematically represents a first operating phase of a free piston with a through opening,

- la figura 7 representa, esquemáticamente, una segunda fase de funcionamiento de un pistón libre con abertura pasante, - Figure 7 schematically represents a second operating phase of a free piston with a through opening,

- la figura 8 representa, esquemáticamente, una tercera fase de funcionamiento de un pistón libre con abertura pasante y - Figure 8 schematically represents a third phase of operation of a free piston with a through opening and

- la figura 9 representa, esquemáticamente, una cuarta fase de funcionamiento de un pistón libre con abertura pasante. - Figure 9 schematically represents a fourth phase of operation of a free piston with a through opening.

Descripción de los modos de realizaciónDescription of the modes of implementation

La presente descripción se proporciona con carácter no limitativo, pudiendo cada característica de un modo de realización combinarse con cualquier otra característica de cualquier otro modo de realización de manera ventajosa. Cabe señalar desde ahora que las figuras no están a escala. This description is provided on a non-limiting basis, and each feature of one embodiment may be advantageously combined with any other feature of any other embodiment. It should be noted from now on that the figures are not to scale.

El dispositivo objeto de la invención emplea preferentemente, con el fin de utilizar la energía de expansión de un fluido para comprimir un segundo fluido, un potenciador neumático con pistón libre. La versión con un pistón libre es la representada en las figuras 1 a 9. Recordamos que, en un potenciador con pistón libre, el movimiento del pistón responde únicamente a la presión del gas, sin que una biela lo accione o lo retenga. Un experto en la técnica sabe reemplazar fácilmente este pistón libre por un potenciador neumático de membrana, por ejemplo. In order to use the expansion energy of a fluid to compress a second fluid, the device of the invention preferably employs a pneumatic booster with a free piston. The version with a free piston is shown in Figures 1 to 9. It should be noted that in a booster with a free piston, the movement of the piston is only due to the pressure of the gas, without being actuated or held back by a connecting rod. A person skilled in the art can easily replace this free piston with a pneumatic membrane booster, for example.

En el primer modo realización, figura 1, el dispositivo 10 objeto de la invención permite, al recuperar la energía de expansión de un gas, por lo tanto sin gasto de energía, comprimir gas natural para alimentar una estación de gas natural vehicular («GNV») o una red de gas natural comprimido («GNC»), cerca de una red de gas 12 a la presión Pa y de una red de gas 13 a la presión Pb, donde Pa > Pb. In the first embodiment, Figure 1, the device 10 object of the invention allows, by recovering the expansion energy of a gas, therefore without energy expenditure, to compress natural gas to supply a vehicular natural gas station ("VNG") or a compressed natural gas network ("CNG"), near a gas network 12 at pressure Pa and a gas network 13 at pressure Pb, where Pa > Pb.

El gas de la red aguas arriba 12 se extrae a través de un primer conducto 31 hasta una entrada 18 de una cámara de expansión de un potenciador 30 con pistón libre 11. Una vez que el gas se ha expandido, se une a la red de gas aguas abajo 13 a través de un segundo conducto 32. Por medio de una válvula 15 de entrada de gas procedente de la red aguas arriba 12 a través de un tercer conducto 33, en una cámara de compresión 23 del potenciador 30, y de una válvula 16 de salida de gas en un cuarto conducto 34, el gas se comprime a una presión Pc mayor que Pa. El gas comprimido se inyecta en el depósito 14 de una estación de GNV o una red de GNC. Gas from the upstream network 12 is drawn off via a first conduit 31 to an inlet 18 of an expansion chamber of a free piston booster 30 11. Once the gas has expanded, it joins the downstream gas network 13 via a second conduit 32. By means of a gas inlet valve 15 from the upstream network 12 via a third conduit 33 into a compression chamber 23 of the booster 30 and a gas outlet valve 16 in a fourth conduit 34, the gas is compressed to a pressure Pc greater than Pa. The compressed gas is injected into the tank 14 of a CNG station or a CNG network.

Se describen dos modos de realización del potenciador 30 con pistón libre con referencia a las figuras 5, por una parte, y 6 a 9, por otra parte. Two embodiments of the free piston booster 30 are described with reference to Figures 5, on the one hand, and 6 to 9, on the other hand.

En unos modos de realización, tales como el ilustrado en la figura 2, se añaden elementos para automatizar el funcionamiento del dispositivo 40 objeto de la invención. In some embodiments, such as that illustrated in Figure 2, elements are added to automate the operation of the device 40 object of the invention.

Cabe señalar que la expansión del gas provoca una disminución de su temperatura, lo que puede resultar problemático. Un intercambiador de calor 41 colocado tanto en el primer conducto 31 como en el cuarto conducto 34 está configurado para calentar el gas que pasa a través del primer conducto 31 y enfriar el fluido gaseoso comprimido que pasa a través del cuarto conducto 34. It should be noted that the expansion of the gas causes a decrease in its temperature, which can be problematic. A heat exchanger 41 placed both in the first conduit 31 and in the fourth conduit 34 is configured to heat the gas passing through the first conduit 31 and to cool the compressed gaseous fluid passing through the fourth conduit 34.

Se usa un regulador de presión 47 en el cuarto conducto, aguas arriba del depósito 44, para que la presión y la temperatura al nivel del intercambiador 41 sean constantes. A pressure regulator 47 is used in the fourth conduit, upstream of the tank 44, so that the pressure and temperature at the level of the exchanger 41 are constant.

Una válvula 45 controlada por un presostato 46 y colocada en el primer conducto 31 detiene el funcionamiento del dispositivo 40 cuando el depósito 44 de la estación de GNV está suficientemente lleno, es decir, cuando su presión interna es igual a un valor límite superior. Una vez que la presión del depósito 44 de la estación de GNV alcanza un valor límite inferior, por ejemplo, como resultado de un consumo por parte de un cliente de la estación, el presostato 46 controla la apertura de la válvula 45, que reinicia el funcionamiento del dispositivo 40. A valve 45 controlled by a pressure switch 46 and placed in the first conduit 31 stops the operation of the device 40 when the CNG station tank 44 is sufficiently full, i.e. when its internal pressure is equal to an upper limit value. Once the pressure of the CNG station tank 44 reaches a lower limit value, for example as a result of consumption by a customer of the station, the pressure switch 46 controls the opening of the valve 45, which restarts the operation of the device 40.

Cabe señalar que el conjunto que consiste en la válvula 45 y el presostato 46 puede sustituirse por un dispositivo mecánico, sustituyéndose entonces la válvula 45 por un regulador de presión de tipo todo o nada colocado en el primer conducto 31, cuya línea de impulso se coloca en el depósito 44. It should be noted that the assembly consisting of the valve 45 and the pressure switch 46 can be replaced by a mechanical device, the valve 45 then being replaced by an all-or-nothing pressure regulator placed in the first conduit 31, the impulse line of which is placed in the tank 44.

El caudal en la salida del segundo conducto 32 del dispositivo 40 es constante durante su funcionamiento debido al hecho de que el potenciador neumático tiene un pistón libre. Un regulador de presión aguas abajo 48 se usa para regular la presión de la red aguas abajo 13 durante las variaciones en el consumo de los clientes en la red aguas abajo 13. La válvula 45 controlada por un presostato 49 colocado en la red aguas abajo 13, por lo tanto aguas abajo del cuarto conducto 34, detiene el funcionamiento del dispositivo 40 cuando el caudal de consumo de los clientes en la red aguas abajo 13 es inferior al caudal en la salida del dispositivo 40. The flow rate at the outlet of the second conduit 32 of the device 40 is constant during its operation due to the fact that the pneumatic booster has a free piston. A downstream pressure regulator 48 is used to regulate the pressure of the downstream network 13 during variations in the consumption of the customers in the downstream network 13. The valve 45 controlled by a pressure switch 49 placed in the downstream network 13, therefore downstream of the fourth conduit 34, stops the operation of the device 40 when the consumption flow rate of the customers in the downstream network 13 is lower than the flow rate at the outlet of the device 40.

Cabe señalar que el conjunto que consiste en la válvula 45 y el presostato 49 puede sustituirse por un dispositivo mecánico, sustituyéndose entonces la válvula 45 por un regulador de presión de tipo todo o nada cuya línea de impulso se coloca en la red aguas abajo 13. It should be noted that the assembly consisting of the valve 45 and the pressure switch 49 can be replaced by a mechanical device, the valve 45 then being replaced by an all-or-nothing type pressure regulator whose impulse line is placed in the downstream network 13.

Cabe señalar que esta sustitución se puede llevar a cabo de forma acumulativa con la sustitución del presostato 46 mencionado anteriormente. Por ejemplo, se emplean dos reguladores de acción directa colocados en serie, teniendo cada uno de estos reguladores un valor de ajuste específico. Según otro ejemplo, se emplea un único regulador de presión con acción controlada por dos controladores puestos en serie, teniendo cada uno de estos controladores un valor de ajuste diferente. It should be noted that this replacement can be carried out cumulatively with the replacement of the pressure switch 46 mentioned above. For example, two direct-acting regulators placed in series are used, each of these regulators having a specific setting value. According to another example, a single pressure regulator is used with action controlled by two controllers placed in series, each of these controllers having a different setting value.

En los modos de realización ilustrados en las figuras 3 y 4, el dispositivo 50 y 60, respectivamente, permite, sin gasto de energía, comprimir cualquier fluido, por ejemplo, aire para alimentar una red de aire comprimido, que puede estar contenido en un depósito, en las proximidades de una red de gas 12 a la presión Pa y de una red de gas 13 a la presión Pb, donde Pa > Pb. Nuevamente, la energía de expansión de un gas que pasa de una de estas redes a la otra se utiliza para comprimir otro fluido gaseoso. In the embodiments illustrated in Figures 3 and 4, the device 50 and 60 respectively make it possible, without expenditure of energy, to compress any fluid, for example air, in order to feed a compressed air network, which may be contained in a tank, in the vicinity of a gas network 12 at pressure Pa and a gas network 13 at pressure Pb, where Pa > Pb. Again, the expansion energy of a gas passing from one of these networks to the other is used to compress another gaseous fluid.

En el dispositivo 50 ilustrado en la figura 3 se encuentran los elementos ilustrados en la figura 1, con la excepción de la válvula de entrada 15 de gas en la cámara de compresión 23, que está conectada, mediante el tercer conducto 33, a un depósito 51 de gas que se ha de comprimir o a una entrada (no representada) de aire ambiente. Por su parte, el depósito 14 puede sustituirse por una red de gas o de aire comprimido. In the device 50 illustrated in Figure 3, the elements illustrated in Figure 1 are present, with the exception of the gas inlet valve 15 in the compression chamber 23, which is connected, via the third conduit 33, to a tank 51 of gas to be compressed or to an ambient air inlet (not shown). The tank 14 can, in turn, be replaced by a gas or compressed air network.

En el dispositivo 60 ilustrado en la figura 4 se encuentran los elementos ilustrados en la figura 2, con la excepción de la entrada 15 de gas en la cámara de compresión 23, que está conectada, mediante el tercer conducto 33, a un depósito 61 de gas que se ha de comprimir o a una entrada (no representada) de aire ambiente. Por su parte, el depósito 44 puede sustituirse por una red de gas o de aire comprimido. In the device 60 illustrated in Figure 4, the elements illustrated in Figure 2 are present, with the exception of the gas inlet 15 in the compression chamber 23, which is connected, via the third conduit 33, to a tank 61 of gas to be compressed or to an inlet (not shown) of ambient air. The tank 44 can, in turn, be replaced by a gas or compressed air network.

La figura 5 representa un potenciador, es decir, un par expansor 70, a la izquierda, y un compresor 72, a la derecha, con pistón libre. El expansor 70 incluye una cámara 75 provista de una entrada de gas a alta presión procedente del primer conducto 31 y una salida de gas a baja presión en el segundo conducto 32. En la cámara 75, un pistón de expansión 74 se pone en movimiento por la presión del gas y transmite esta presión, a través de un árbol 76, a un pistón de compresión 77 que comprime el fluido en una cámara 78. El conjunto de los pistones 74 y 77 y el árbol 76 constituye un pistón libre. 5 shows a booster, i.e. an expander pair 70 on the left and a compressor 72 on the right, with a free piston. The expander 70 includes a chamber 75 provided with a high pressure gas inlet from the first conduit 31 and a low pressure gas outlet in the second conduit 32. In the chamber 75, an expansion piston 74 is set in motion by the pressure of the gas and transmits this pressure, via a shaft 76, to a compression piston 77 which compresses the fluid in a chamber 78. The assembly of the pistons 74 and 77 and the shaft 76 constitutes a free piston.

Unas válvulas 15 y 16 aseguran la estanqueidad y la dirección de desplazamiento del fluido desde el tercer conducto 33 de entrada de fluido gaseoso a baja presión hasta el cuarto conducto 34 de salida de fluido a alta presión. El sistema de control de la entrada de gas en la cámara 75 y de salida de gas de la cámara 75 no se describe aquí, ya que es bien conocido por los expertos en la técnica. Valves 15 and 16 ensure the tightness and direction of movement of the fluid from the third low-pressure gaseous fluid inlet conduit 33 to the fourth high-pressure fluid outlet conduit 34. The system for controlling the gas inlet into the chamber 75 and the gas outlet from the chamber 75 is not described here, as it is well known to those skilled in the art.

Por lo tanto, el gas desplaza en una primera cámara 75 un pistón libre, que comprime el fluido en una segunda cámara 78. El accionamiento del compresor por la turbina se realiza con pérdidas mecánicas muy limitadas, lo que aumenta el rendimiento de la estación de expansión. Cabe señalar que la presión del fluido en la salida del compresor puede ser mayor que la presión del gas en la entrada de la estación de expansión, dependiendo de la relación de las superficies de los pistones 74 y 77. The gas thus displaces a free piston in a first chamber 75, which compresses the fluid in a second chamber 78. The compressor is driven by the turbine with very limited mechanical losses, which increases the efficiency of the expansion station. It should be noted that the fluid pressure at the compressor outlet may be higher than the gas pressure at the expansion station inlet, depending on the ratio of the surfaces of the pistons 74 and 77.

Como variante, el pistón libre se sustituye por membranas, como en los potenciadores de membrana de tipos conocidos. As a variant, the free piston is replaced by membranes, as in membrane boosters of known types.

En el modo de realización ilustrado en las figuras 6 a 10, un potenciador con pistón libre 11. Las flechas en líneas discontinuas representan los movimientos del gas. La flecha en líneas continuas representa los movimientos del pistón libre. In the embodiment illustrated in Figures 6 to 10, a free piston booster 11. The arrows in dashed lines represent the movements of the gas. The arrow in solid lines represents the movements of the free piston.

El pistón libre 11 incluye una cabeza de expansión 20 y una cabeza de compresión 22 conectadas por un árbol. Una abertura pasante 24 desemboca, por una parte, en la cabeza de expansión 20 en el lado opuesto a la cabeza de compresión 22 y, por otra parte, en una pared lateral del árbol. El primer conducto de gas 31 desemboca en la parte 21 de la cámara de expansión 17 enfrente del árbol. En consecuencia, la desembocadura de la abertura pasante 24 se halla en la parte 21 sólo cuando el volumen libre de la cámara de compresión 23 es máximo. La salida de la cámara de expansión 17 a la que está conectado el segundo conducto 32 se halla en una cara lateral de la cámara de expansión 17 y sólo está obstruida por la cabeza de expansión 20 cuando la abertura pasante 24 no desemboca en la parte 21 de la cámara de expansión 17. Más particularmente, la salida de la cámara de expansión está obstruida por la cabeza de expansión, excepto en la posición del pistón libre donde el volumen libre de la cámara de compresión es mínimo. The free piston 11 comprises an expansion head 20 and a compression head 22 connected by a shaft. A through opening 24 opens into the expansion head 20 on the side opposite the compression head 22 and into a side wall of the shaft on the one hand. The first gas line 31 opens into the part 21 of the expansion chamber 17 opposite the shaft. The opening of the through opening 24 is therefore only located in the part 21 when the free volume of the compression chamber 23 is at its maximum. The outlet of the expansion chamber 17 to which the second conduit 32 is connected is located on a lateral face of the expansion chamber 17 and is only obstructed by the expansion head 20 when the through opening 24 does not open into the part 21 of the expansion chamber 17. More particularly, the outlet of the expansion chamber is obstructed by the expansion head, except in the free piston position where the free volume of the compression chamber is minimal.

Al inicio del ciclo de funcionamiento del potenciador, como se ilustra en la figura 6, el volumen libre de la cámara de compresión es intermedio entre sus valores extremos. La presión en la parte 17 de la cámara de expansión opuesta a la cámara de compresión 23 está en el valor Pb de la red aguas abajo 13. El gas procedente del primer conducto 31 entra en la parte intermedia 21 de la cámara de expansión, a una presión Pa. La relación de las presiones Pa/Pb es mayor que la relación de las superficies de la cabeza de expansión 20 en la parte 17 y en la parte 21. Por lo tanto, el pistón libre 11 se desplaza hacia la izquierda, como se ilustra en la figura 7. Este movimiento del pistón libre 11 provoca la aspiración de fluido gaseoso procedente del tercer conducto 33 a través de la válvula de entrada 15. Cuando el volumen libre de la cámara de compresión 23 es máximo, la abertura pasante 24 desemboca en la parte 21 de la cámara de expansión y el gas procedente del primer conducto 31 pasa a través de la cabeza de expansión. La presión en la parte 17 de la cámara de expansión alcanza entonces Pa, lo que hace que el pistón libre 11 se mueva hacia la cámara de compresión 23, como se ilustra en la figura 8. Este movimiento obstruye la abertura pasante 24 y comprime el fluido gaseoso presente en la cámara de compresión 23. El fluido gaseoso comprimido pasa a través de la válvula de salida 16 y luego a través del cuarto conducto 34. Cuando el volumen libre de la cámara de compresión 23 es mínimo, la parte 17 de la cámara de expansión se conecta neumáticamente al segundo conducto 32, como se ilustra en la figura 9. Tras el aumento del volumen de la parte 17, la presión en la parte 17 de la cámara de expansión cae hasta alcanzar el valor Pb. Entonces, el ciclo vuelve a empezar. At the beginning of the booster operating cycle, as illustrated in Figure 6, the free volume of the compression chamber is intermediate between its extreme values. The pressure in the part 17 of the expansion chamber opposite the compression chamber 23 is at the value Pb of the downstream network 13. The gas coming from the first conduit 31 enters the intermediate part 21 of the expansion chamber, at a pressure Pa. The pressure ratio Pa/Pb is greater than the ratio of the surfaces of the expansion head 20 in part 17 and in part 21. Therefore, the free piston 11 moves to the left, as illustrated in figure 7. This movement of the free piston 11 causes the suction of gaseous fluid coming from the third conduit 33 through the inlet valve 15. When the free volume of the compression chamber 23 is maximum, the through opening 24 opens into part 21 of the expansion chamber and the gas coming from the first conduit 31 passes through the expansion head. The pressure in the expansion chamber portion 17 then reaches Pa, which causes the free piston 11 to move towards the compression chamber 23, as illustrated in Fig. 8. This movement obstructs the through opening 24 and compresses the gaseous fluid present in the compression chamber 23. The compressed gaseous fluid passes through the outlet valve 16 and then through the fourth conduit 34. When the free volume of the compression chamber 23 is minimum, the expansion chamber portion 17 is pneumatically connected to the second conduit 32, as illustrated in Fig. 9. Following the increase in volume of the portion 17, the pressure in the expansion chamber portion 17 drops to the value Pb. The cycle then starts again.

Como se puede entender a partir de la lectura anterior, este potenciador con pistón libre 11 funciona sin partes móviles externas y siempre que haya una diferencia de presión suficiente entre el primer conducto y el segundo conducto. As can be understood from the above reading, this free piston booster 11 operates without external moving parts and provided there is a sufficient pressure difference between the first duct and the second duct.

Claims

1. Device (10, 40, 50, 60) for compressing a gaseous fluid by recovering expansion energy of a gas between an upstream gas network (12) at a pressure Pa and a downstream gas network (13) at a pressure Pb lower than Pa, characterized in that it includes:

- a pneumatic booster (30, 70, 72) including a free piston (11, 74, 76, 77) between an expansion chamber (17, 75) and a compression chamber (23, 78),

- a first gas conduit (31) between the upstream network and an inlet of the expansion chamber, - a second gas conduit (32) between an outlet of the expansion chamber and the downstream network, - a third conduit (33) for gaseous fluid to be compressed which opens into an inlet of the compression chamber, and

- a fourth conduit (34) for compressed gaseous fluid connected to an outlet of the compression chamber.

2. Device (10, 40, 50, 60) according to claim 1, wherein:

- the free piston (11) includes an expansion head (20) and a compression head (22) connected by a shaft, a through opening opening, on the one hand, into the expansion head on the side opposite the compression head (24) and, on the other hand, into a side wall of the shaft,

- the first gas duct (31) opens into the expansion chamber (17) in front of the shaft and

- the outlet of the expansion chamber to which the second conduit (32) is connected is located on a side face of the expansion chamber and is only obstructed by the expansion head when the through opening does not open into the expansion chamber.

3. Device (40, 60) according to one of claims 1 or 2, further comprising a valve (45) in the first conduit (31) controlled by a pressure switch (46, 49) placed downstream of the fourth conduit (34).

4. Device (40, 60) according to one of claims 1 or 2, further including an all-or-nothing pressure regulator in the first conduit (31), the impulse line of which is placed downstream of the fourth conduit (34).

5. Device (10, 40) according to one of claims 1 to 4, wherein the third conduit (33) is connected, at its inlet, to the upstream network (12), the gas to be compressed being the gas from the upstream network.

6. Device (50, 60) according to one of claims 1 to 4, wherein the third conduit (33) is connected, at its inlet, to a reservoir (51, 61) of gas to be compressed.

7. Device (50, 60) according to one of claims 1 to 4, wherein the third conduit (33) is connected, at its inlet, to the atmosphere.

8. Device (10, 40, 50, 60) according to one of claims 1 to 7, wherein the fourth conduit (34) connects the compression chamber (23) to a compressed gas tank (14, 44) or to a compressed gas circuit.

9. Device (40, 60) according to one of claims 1 to 8, further including a heat exchanger (41) configured to heat the gas passing through the first conduit (31) and cool the compressed gaseous fluid passing through the fourth conduit (34).

10. Device (40, 60) according to one of claims 1 to 9, further including a pressure regulator (47) in the fourth conduit (34).