DE102012012862A1 - Device for creating pressurized air or under pressure standing gas, has high pressure compressor provided with adjustable guide vanes that are alternately operated in direction and utilized as expansion machine in another direction - Google Patents

Device for creating pressurized air or under pressure standing gas, has high pressure compressor provided with adjustable guide vanes that are alternately operated in direction and utilized as expansion machine in another direction Download PDF

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Ulrich Dämgen
Thorsten Meier
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Abstract

The device has a high pressure compressor (12) i.e. radial flow turbine, and a low pressure compressor (11) and a downstream gas store i.e. container (13), where the high pressure compressor is provided with adjustable guide vanes that are alternately operated in a direction and utilized as an expansion machine in another direction. Rotation speed of the high pressure compressor is variably adjusted as a function of pressure ratio of a high pressure side to a low pressure side of the high pressure compressor. The adjustable guide vanes are arranged between a running wheel and a scroll. An independent claim is also included for a method for manufacturing and/or storing pressurized air or other gases in containers.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckluft oder anderen unter Druck stehenden Gasen, mit mindestens je einem Hochdruckverdichter und einem Niederdruckverdichter, und insbesondere einem nachgeordneten Gasspeicher.The invention relates to a device for generating compressed air or other gases under pressure, with at least one high-pressure compressor and one low-pressure compressor, and in particular a downstream gas storage.

Für die Erzeugung von Druckluft ist es bekannt, die Luft, ausgehend vom Normaldruck der Umgebung, über mehrere Stufen zu komprimieren, da die Verdichtung auf einen. höheren Druck durch nur eine Stufe unwirtschaftlich ist und/oder technische Probleme mit sich bringt, die durch eine mehrstufige Verdichtung vermieden werden können.For the production of compressed air, it is known to compress the air, starting from the normal pressure of the environment, over several stages, since the compression of a. higher pressure by only one stage is uneconomical and / or brings with it technical problems that can be avoided by a multi-stage compaction.

Typischerweise wird die Druckluft in einem Behälter gespeichert und nach Bedarf aus dem Behälter abgegeben. Bei stark schwankendem Bedarf können sich im Behälter große Druckunterschiede ergeben. Entsprechend schwierig ist die wirtschaftliche Erzeugung der Druckluft mit möglichst hohem Wirkungsgrad.Typically, the compressed air is stored in a container and dispensed from the container as needed. If the demand fluctuates greatly, large pressure differences can result in the container. Accordingly, the economic production of compressed air with the highest possible efficiency is correspondingly difficult.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur wirtschaftlichen Erzeugung von Druckluft, insbesondere mit stark schwankenden Druckverhältnissen.Object of the present invention is to provide a device for the economic production of compressed air, especially with highly fluctuating pressure conditions.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Demnach ist der Hochdruckverdichter eine Turbomaschine der insbesondere radialen Bauart mit verstellbaren Leitschaufeln und wechselweise in der einen Richtung als Kompressor und in der anderen Richtung als Expansionsmaschine durchströmbar. Vorzugsweise wird mit dem Niederdruckverdichter Druckluft von nahezu konstantem Druck oder geringer Bandbreite erzeugt. Der Hochdruckverdichter stellt demgegenüber Druckluft mit relativ großen Druckunterschieden zur Verfügung.A device according to the invention has the features of claim 1. Accordingly, the high-pressure compressor is a turbomachine of the particular radial type with adjustable guide vanes and alternately in one direction as a compressor and in the other direction as an expansion machine flowed through. Preferably, the low pressure compressor produces compressed air of near constant pressure or low bandwidth. In contrast, the high-pressure compressor provides compressed air with relatively large pressure differences.

Beispielsweise soll auf der Hochdruckseite des Hochdruckverdichters Druckluft mit etwa 40 bis 100 bar zur Verfügung stehen. Der Niederdruckverdichter komprimiert beispielsweise auf etwa 20 bar, während der Hochdruckverdichter diesen Druck etwa verdoppelt bis verfünffacht. Die erforderliche Variabilität der Turbomaschine wird erreicht durch Anpassung der Drehzahl, insbesondere in Abhängigkeit vom Druckverhältnis (Hochdruckseite zu Niederdruckseite der Turbomaschine), und Verstellung der Leitschaufeln zwischen Laufrad und Spirale, so dass unterschiedliche Massenströme erzielbar sind. Die Verstellung von Leitschaufeln zwischen einem Laufrad und einer Spirale in einer Turbomaschine der radialen Bauart ermöglicht eine besonders gute Anpassung an die wechselnde Radial-Durchströmungsgeschwindigkeit, wie sie bei wechselndem Druck auf der Hochdruckseite des Hochdruckverdichters auftritt.For example, should be available at about 40 to 100 bar compressed air on the high pressure side of the high pressure compressor. The low-pressure compressor, for example, compresses to about 20 bar, while the high-pressure compressor approximately doubled this pressure to quintuple. The required variability of the turbomachine is achieved by adjusting the speed, in particular depending on the pressure ratio (high pressure side to low pressure side of the turbomachine), and adjustment of the vanes between impeller and spiral, so that different mass flows can be achieved. The adjustment of vanes between an impeller and a scroll in a turbomachine of the radial design allows a particularly good adaptation to the changing radial flow rate, as occurs at varying pressure on the high pressure side of the high pressure compressor.

Bei bestimmten Anwendungsfällen kann die nachgefragte Druckluft von deutlich geringerem Druck sein als die gespeicherte Druckluft. Vorteilhafterweise ist deshalb dem Hochdruckverdichter eine elektrische Antriebsmaschine zugeordnet, die auch als Generator arbeiten kann. Vorzugsweise gilt dies auch für den Niederdruckverdichter, insbesondere wenn dieser wechselweise als Verdichter und als Expansionsmaschine durchströmt wird. Bei der Entnahme der Druckluft aus dem Behälter kann die Druckluft durch den Hochdruckverdichter und gegebenenfalls auch den Niederdruckverdichter geleitet werden, so dass dabei elektrische Energie erzeugt wird. Auch für diesen Zweck ist die Ausbildung der Turbomaschine des Hochdruckverdichters mit verstellbaren Leitschaufeln vorteilhaft. Trotz unterschiedlichster Druckverhältnisse kann mit hohem Wirkungsgrad elektrische Energie beim Ausspeichern der Druckluft erzeugt werden.In certain applications, the demanded compressed air can be of significantly lower pressure than the stored compressed air. Advantageously, therefore, the high-pressure compressor is associated with an electric drive machine, which can also work as a generator. This preferably also applies to the low-pressure compressor, in particular if it is alternately flowed through as a compressor and as an expansion machine. When removing the compressed air from the container, the compressed air can be passed through the high-pressure compressor and possibly also the low-pressure compressor, so that thereby electrical energy is generated. Also for this purpose, the formation of the turbomachine of the high pressure compressor with adjustable vanes is advantageous. Despite a wide variety of pressure conditions, electrical energy can be generated when the compressed air is expelled with high efficiency.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können als Niederdruckverdichter insbesondere eine Turbomaschine oder eine Kolbenmaschine mit Hubkolben oder Drehkolben vorgesehen sein, insbesondere ein Schraubenkompressor. Bei Verwendung einer Turbomaschine weist diese vorzugsweise feststehende oder keine Leitschaufeln auf.In the device according to the invention can be provided as a low-pressure compressor in particular a turbomachine or a piston engine with reciprocating or rotary piston, in particular a screw compressor. When using a turbomachine this preferably has fixed or no vanes.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist zwischen Hochdruckverdichter und Niederdruckverdichter ein Abzweig zu einer Turbine vorgesehen, wobei der Turbine eine Brennkammer zugeordnet sein kann und wobei die Turbine insbesondere mit einem elektrischen Generator verbunden ist. Beim Ausspeichern der Druckluft kann diese im Hochdruckverdichter Arbeit verrichten und einen Motor-Generator antreiben. Die auf der Niederdruckseite des Hochdruckverdichters austretende Druckluft kann durch eine weitere Turbine mit zugeordnetem Generator geleitet werden. Vorzugsweise wird die Druckluft auf dem Weg zu der weiteren Turbine in einer Brennkammer erhitzt. Der Wirkungsgrad der weiteren Turbine wird dadurch insgesamt verbessert. Auch kann die Aufgabenteilung zwischen Niederdruckverdichter mit Antriebsmotor und weiterer Turbine mit Generator vorteilhaft sein für den Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung.According to a further aspect of the invention, a branch to a turbine is provided between high-pressure compressor and low-pressure compressor, it being possible for the turbine to be assigned a combustion chamber, and the turbine being connected in particular to an electric generator. When the compressed air is expelled, it can work in the high-pressure compressor and drive a motor generator. The exiting on the low pressure side of the high pressure compressor compressed air can be passed through another turbine with an associated generator. Preferably, the compressed air is heated on the way to the other turbine in a combustion chamber. The efficiency of the other turbine is thereby improved overall. Also, the division of tasks between low-pressure compressor with drive motor and further turbine with generator can be advantageous for the overall efficiency of the device.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung und/oder Speicherung von Druckluft oder anderen Gasen in Behältern unter Verwendung einer Vorrichtung wie sie voranstehend erläutert ist, unter Berücksichtigung der verschiedenen Ausführungsformen und Alternativen.The invention also provides a method for producing and / or storing compressed air or other gases in containers using a device as described above, taking into account the various embodiments and alternatives.

Besonders vorteilhaft ist die voranstehend erläuterte Vorrichtung verwendbar für ein Verfahren zur mittelbaren Speicherung elektrischer Energie durch Kompression und Expansion von Druckluft oder anderen Gasen. Gerade bei der Speicherung elektrischer Energie durch Druckluft können im Speicher hohe Druckunterschiede auftreten. Als Speicher können auch geologische Formationen vorgesehen sein. Der Begriff ”Behälter” (für die Speicherung von Gasen) ist deshalb im weitesten Sinne zu verstehen und schließt auch natürlich vorhandene oder künstlich erzeugte Hohlräume unter der Erdoberfläche ein. Im engeren Sinne handelt es sich um ein Gefäß mit dichter Wandung.Particularly advantageously, the device explained above is suitable for a method for the indirect storage of electrical energy by compression and expansion of compressed air or other gases. Especially with the storage electrical energy by compressed air can occur in the memory high pressure differences. As storage and geological formations can be provided. The term "container" (for the storage of gases) is therefore to be understood in the broadest sense and includes naturally existing or artificially created cavities under the earth's surface. In the narrower sense, it is a vessel with a dense wall.

Vorzugsweise wird der Hochdruckverdichter mit einem Druckverhältnis zwischen 1,5 und 4 betrieben. Das Druckverhältnis bezieht sich auf den Druck auf der Hochdruckseite des Hochdruckverdichters relativ zum Druck auf der Niederdruckseite des Hochdruckverdichters. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Druck auf der Niederdruckseite des Hochdruckverdichters im Wesentlichen dem Druck auf der Hochdruckseite des Niederdruckverdichters entspricht, welcher hier vorzugsweise mit einem insbesondere möglichst konstanten Druck zwischen 10 bis 60 bar, beispielsweise 20 bar angenommen wird.Preferably, the high pressure compressor is operated at a pressure ratio between 1.5 and 4. The pressure ratio refers to the pressure on the high pressure side of the high pressure compressor relative to the pressure on the low pressure side of the high pressure compressor. In this case, it is assumed that the pressure on the low-pressure side of the high-pressure compressor substantially corresponds to the pressure on the high-pressure side of the low-pressure compressor, which is here preferably assumed to have a particularly constant pressure between 10 and 60 bar, for example 20 bar.

Ein Quotient aus maximalem und minimalem Druckverhältnis des Hochdruckverdichters ist vorzugsweise größer als 1,3, insbesondere größer als 1,8.A quotient of maximum and minimum pressure ratio of the high-pressure compressor is preferably greater than 1.3, in particular greater than 1.8.

Vorteilhafterweise wird das Gas bei der Expansion nach dem Verlassen des Hochdruckverdichters – welcher hier als Expansionsturbine arbeitet – mit Brennstoff erhitzt und einer Turbine mit Generator zugeführt. Gerade bei der Rückgewinnung elektrischer Energie verbessert dies den Wirkungsgrad.Advantageously, the gas is heated in the expansion after leaving the high pressure compressor - which works here as an expansion turbine - with fuel and fed to a turbine with generator. Especially in the recovery of electrical energy, this improves the efficiency.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung schwankt der Druck auf der Hochdruckseite des Niederdruckverdichters weniger als +/– 15%, vorzugsweise weniger als 5% um seinen Mittelwert. Insbesondere schwankt der Druck auf der Hochdruckseite des Hochdruckverdichters mehr als +/– 20%, vorzugsweise über +/– 30% um seinen Mittelwert.According to another aspect of the invention, the pressure on the high pressure side of the low pressure compressor fluctuates less than +/- 15%, preferably less than 5%, of its mean. In particular, the pressure on the high-pressure side of the high-pressure compressor fluctuates more than +/- 20%, preferably over +/- 30%, around its mean value.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades kann weiter vorgesehen sein, dass im Expansionsbetrieb auf der Niederdruckseite des Hochdruckverdichters ein etwas höherer Druck vorliegt als im Kompressionsbetrieb. Möglich ist dies durch Drehzahlanpassung und Leitschaufelverstellung der Turbomaschine des Hochdruckverdichters. Der Vorteil besteht darin, dass der Massenstrom durch den dann als Turbine arbeitenden Niederdruckverdichter erhöht und seine Nennleistung voll ausgenutzt sowie sein Betriebspunkt bei gleicher Drehzahl im Cordier-Diagramm vom Optimum für Kompressoren zum Optimum für Expansionsmaschinen verschoben werden kann. Dabei ist vorgesehen, dass im Expansionsbetrieb auch der Niederdruckverdichter einen Generator antreibt oder eine weitere Turbine mit Generator als Niederdruckmaschine zugeordnet ist.To improve the efficiency can be further provided that in the expansion operation on the low pressure side of the high pressure compressor is a slightly higher pressure than in the compression mode. This is possible by speed adjustment and vane adjustment of the turbomachine of the high pressure compressor. The advantage is that the mass flow through the then operating as a turbine low-pressure compressor increases and its rated power fully utilized and its operating point at the same speed in the Cordier diagram of the optimum for compressors can be moved to the optimum for expansion machines. It is envisaged that in the expansion mode and the low-pressure compressor drives a generator or another turbine with generator is assigned as a low-pressure machine.

Vorrichtung und Verfahren gemäß der Erfindung können weiterhin ergänzt werden durch an sich bekannte Maßnahmen zur Behandlung der Druckluft. So können insbesondere auf den Hochdruckseiten der beiden Verdichter Kondensatableiter und/oder Trockner zur Entfernung der Feuchte aus dem komprimierten Gas vorgesehen sein. Außerdem können Kühler bzw. Wärmetauscher für die Abfuhr der Wärme aus dem komprimierten Gas vorgesehen sein. Möglich ist auch eine Zwischenspeicherung der abgeführten Wärme und Rückführung im Expansionsbetrieb. Besonders vorteilhaft ist eine Wärmespeicherung und Rückführung im Zusammenhang mit der mittelbaren Speicherung elektrischer Energie durch Vorrichtungen der Anmelderin, wie sie in den deutschen Gebrauchsmustern DE 20 2011 106 400 und DE 20 2011 106 852 offenbart sind. Auf den Inhalt der genannten Gebrauchsmuster wird hiermit im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausdrücklich Bezug genommen.Apparatus and method according to the invention can be further supplemented by measures known per se for the treatment of compressed air. Thus, in particular on the high-pressure sides of the two compressors, steam traps and / or dryers may be provided for removing the moisture from the compressed gas. In addition, radiators or heat exchangers may be provided for the removal of the heat from the compressed gas. It is also possible to temporarily store the heat dissipated and return in the expansion mode. Particularly advantageous is a heat storage and recycling in connection with the indirect storage of electrical energy by the Applicant's devices, as described in the German utility model DE 20 2011 106 400 and DE 20 2011 106 852 are disclosed. The content of said utility model is hereby incorporated by reference in the context of the present invention.

Zwischen Behälter und Hochdruckturbine oder an anderer Stelle können Schalt- und Regelventile vorgesehen sein. Der Motor zum Antrieb des Hochdruckverdichters ist drehzahlregelbar. Möglich ist dies auch für den Motor zum Antrieb des Niederdruckverdichters.Between tank and high-pressure turbine or elsewhere switching and control valves can be provided. The motor for driving the high-pressure compressor is speed-controllable. This is also possible for the engine to drive the low-pressure compressor.

Im Zusammenhang mit dem Niederdruckverdichter können die üblichen Regelverfahren Anwendung finden, wie Ventiloffenhaltung bei Hubkolben, Ansaugdrosselregler oder Regelschieber für Volumen/Umdrehung bei Schraubenkompressor. Sofern der Niederdruckverdichter eine Turbomaschine bzw. ein Turbokompressor ist, kann dieser für nahezu konstanten Druck und Massenstrom auch ohne verstellbare Leitschaufeln und somit weniger aufwändig gebaut werden.In connection with the low-pressure compressor, the usual control methods can be used, such as valve open position in reciprocating pistons, intake throttle or control slide for volume / revolution in screw compressor. If the low-pressure compressor is a turbomachine or a turbocompressor, this can be built for virtually constant pressure and mass flow even without adjustable guide vanes and thus less expensive.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Anwendung im Zusammenhang mit Druckluft. Vielmehr ist auch die Kompression und gegebenenfalls Expansion von anderen Gasen angesprochen.The invention is not limited to the application in connection with compressed air. Rather, the compression and possibly expansion of other gases is addressed.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the description, moreover, and from the claims. Advantageous embodiments of the invention are explained below with reference to drawings. Show it:

1 eine Funktionsskizze mit Niederdruckverdichter, Hochdruckverdichter und Speicherbehälter, 1 a functional sketch with low-pressure compressor, high-pressure compressor and storage tank,

2 einen Querschnitt durch den Hochdruckverdichter in 1 gemäß der Linie II-II, 2 a cross section through the high pressure compressor in 1 according to the line II-II,

3 eine Funktionsskizze einer weiteren Ausführungsform, nämlich mit einer weiteren Turbine und hierzu vorgeordneter Brennkammer. 3 a functional diagram of another embodiment, namely with a further turbine and this upstream combustion chamber.

Gemäß 1 wird unter Normaldruck stehende Luft in einer Leitung 10 von einem Niederdruckverdichter 11 und einem anschließenden Hochdruckverdichter 12 komprimiert und in einem Behälter 13 gespeichert. Der Niederdruckverdichter 11 ist vorzugsweise ein Kolbenkompressor oder Schraubenkompressor und durch eine elektrische Maschine 14 angetrieben. Auch eine Turbomaschine kann vorteilhaft sein. According to 1 becomes air under normal pressure in a pipe 10 from a low pressure compressor 11 and a subsequent high pressure compressor 12 compressed and in a container 13 saved. The low pressure compressor 11 is preferably a reciprocating compressor or screw compressor and by an electric machine 14 driven. A turbomachine can also be advantageous.

Bei dem Hochdruckverdichter 12 handelt es sich um eine Turbomaschine mit verstellbaren Leitschaufeln 15. Auch hier ist als Antrieb eine elektrische Maschine 16 vorgesehen.In the high pressure compressor 12 it is a turbo machine with adjustable vanes 15 , Again, as an electric drive machine 16 intended.

Die Leitschaufeln 15 weisen vorzugsweise beidseitig spitze Enden auf bzw. sind an beiden Enden spitz ausgebildet, was bedeutet, dass im Querschnitt ein Winkel von unter 70°, vorzugsweise unter 40° zu erkennen ist. Dadurch wird in beiden Durchfluss-Richtungen eine Strömung ohne Strömungsabriss bzw. ohne Totwassergebiet ermöglicht.The vanes 15 preferably have on both sides pointed ends or are pointed at both ends, which means that in cross-section an angle of less than 70 °, preferably less than 40 ° can be seen. This allows a flow without stall or without dead water in both flow directions.

Die Vorrichtung ist für Kompression und Expansion ausgelegt. Entsprechend sind beide elektrische Maschinen als Motor und Generator vorgesehen, zumindest die elektrische Maschine 16 des Hochdruckverdichters 12.The device is designed for compression and expansion. Accordingly, both electric machines are provided as motor and generator, at least the electric machine 16 of the high pressure compressor 12 ,

Eine Hochdruckseite 17 des Hochdruckverdichters 12 steht über eine Leitung 18 mit dem Behälter 13 in Verbindung. Eine Niederdruckseite 19 des Hochdruckverdichters 12 ist über eine Leitung 20 mit einer Hochdruckseite 21 des Niederdruckverdichters 11 verbunden. Eine Niederdruckseite 22 des Niederdruckverdichters 11 ist an die Leitung 10 angeschlossen.A high pressure side 17 of the high pressure compressor 12 is over a line 18 with the container 13 in connection. A low pressure side 19 of the high pressure compressor 12 is over a line 20 with a high pressure side 21 of the low-pressure compressor 11 connected. A low pressure side 22 of the low-pressure compressor 11 is on the line 10 connected.

Der Hochdruckverdichter 12 ist als Radialturbine ausgebildet mit Laufrad 23 in einer Spirale 24, wobei die genannten Leitschaufeln 15 in der Spirale 24 angeordnet sind. 2 zeigt den Hochdruckverdichter im Betrieb als Turbine, also bei Expansion der im Behälter 13 gespeicherten Druckluft. Diese strömt in Richtung eines Pfeils 25 in die Spirale 24 und treibt das Laufrad 23 an.The high pressure compressor 12 is designed as a radial turbine with impeller 23 in a spiral 24 , wherein said vanes 15 in the spiral 24 are arranged. 2 shows the high pressure compressor in operation as a turbine, so when expanding the container 13 stored compressed air. This flows in the direction of an arrow 25 into the spiral 24 and drives the wheel 23 at.

In nicht näher gezeigter Weise, können im Bereich der unter Druck stehenden Leitungen 20, 18 Kühler, Trockner oder Schaltventile vorgesehen sein. Auch kann ein Wärmespeicher zur Luftabkühlung/Lufterwärmung vorgesehen sein. Die Druckluft im Behälter 13 ist bei Kompression ohne Kühlung deutlich wärmer als die Luft im Bereich der Leitung 10. Die Wärme wird über die Wandung des Behälters 13 abgegeben und geht verloren. Zweckmäßig ist deshalb die Wärmeabfuhr aus der Druckluft vor der Speicherung im Behälter 13. Bei Ausspeicherung der Druckluft aus dem Behälter 13 wird die Wärme der Druckluft wieder zugeführt, insbesondere im Bereich der Leitungen 18 und 20, gegebenenfalls auch im Bereich der Leitung 10.In a manner not shown in detail, can in the range of pressurized lines 20 . 18 Radiator, dryer or switching valves may be provided. Also, a heat storage for air cooling / air heating can be provided. The compressed air in the container 13 is significantly warmer when compressed without cooling than the air in the line 10 , The heat gets over the wall of the container 13 delivered and lost. Appropriately, therefore, the heat dissipation from the compressed air before storage in the container 13 , When removing the compressed air from the container 13 the heat of the compressed air is supplied again, in particular in the region of the lines 18 and 20 , possibly also in the area of the line 10 ,

In der Ausführungsform gemäß 3 weist die Leitung 20 zwischen Hochdruckverdichter 12 und Niederdruckverdichter 11 einen Abzweig 26 auf, mit Brennkammer 27 und anschließender Turbine 28, welcher ein Generator 29 zugeordnet ist. Vorzugsweise ist in diesem Fall dem Niederdruckverdichter 11 als elektrische Maschine nur ein Motor zugeordnet.In the embodiment according to 3 directs the line 20 between high pressure compressor 12 and low pressure compressor 11 a branch 26 on, with combustion chamber 27 and subsequent turbine 28 which is a generator 29 assigned. Preferably, in this case, the low-pressure compressor 11 as an electric machine only one motor assigned.

Das Einspeichern der Druckluft erfolgt wie in 1 über den Niederdruckverdichter 11 und den Hochdruckverdichter 12 in den Behälter 13. Beim Ausspeichern expandiert die Druckluft über den als Turbine laufenden Hochdruckverdichter 12, wird in der Brennkammer 27 erhitzt und strömt durch die Turbine 28 zum Antrieb des Generators 29. Hierzu kann der Niederdruckverdichter 11 im Bereich seiner Hochdruckseite 21 verschlossen sein, entweder bauartbedingt bei Stillstand oder durch ein Ventil.The compressed air is stored as in 1 over the low pressure compressor 11 and the high pressure compressor 12 in the container 13 , When it is being expelled, the compressed air expands over the high-pressure compressor running as a turbine 12 , is in the combustion chamber 27 heated and flows through the turbine 28 to drive the generator 29 , For this purpose, the low-pressure compressor 11 in the area of its high pressure side 21 be closed, either by design at standstill or by a valve.

Für den Fall, dass die Leistung der Anlage bei Expansionsbetrieb viel größer als bei Kompression ist, kann eine Expansion gleichzeitig durch den Niederdruckverdichter 11 und die Turbine 28 parallel erfolgen. Möglich ist auch ein Schnellstartventil, das Gas aus dem Behälter 13 am Hochdruckverdichter 12 vorbei in die Leitung 20 leitet.In the event that the performance of the system is much greater in expansion mode than in compression, expansion can be achieved simultaneously by the low pressure compressor 11 and the turbine 28 done in parallel. It is also possible a quick start valve, the gas from the container 13 at the high pressure compressor 12 over in the line 20 passes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Leitungmanagement
1111
NiederdruckverdichterLow-pressure compressor
1212
HochdruckverdichterHigh-pressure compressors
1313
Behältercontainer
1414
elektrische Maschineelectric machine
1515
Leitschaufelnvanes
1616
elektrische Maschineelectric machine
1717
Hochdruckseite (Hochdruckverdichter)High pressure side (high pressure compressor)
1818
Leitungmanagement
1919
Niederdruckseite (Hochdruckverdichter)Low pressure side (high pressure compressor)
2020
Leitungmanagement
2121
Hochdruckseite (Niederdruckverdichter)High pressure side (low pressure compressor)
2222
Niederdruckseite (Niederdruckverdichter)Low pressure side (low pressure compressor)
2323
LaufradWheel
2424
Spiralespiral
2525
Pfeilarrow
2626
Abzweigjunction
2727
Brennkammercombustion chamber
2828
Turbineturbine
2929
Generatorgenerator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 202011106400 U [0017] DE 202011106400 U [0017]
  • DE 202011106852 U [0017] DE 202011106852 U [0017]

Claims (13)

Vorrichtung zur Erzeugung von Druckluft oder anderen unter Druck stehenden Gasen, mit mindestens je einem Hochdruckverdichter (12) und einem Niederdruckverdichter (11), und insbesondere einem nachgeordneten Gasspeicher (Behälter 13), wobei der Hochdruckverdichter (12) eine Turbomaschine mit verstellbaren Leitschaufeln (15) ist und wechselweise in der einen Richtung als Kompressor und in der anderen Richtung als Expansionsmaschine durchströmt wird.Device for generating compressed air or other pressurized gases, with at least one high-pressure compressor ( 12 ) and a low pressure compressor ( 11 ), and in particular a downstream gas storage (container 13 ), the high pressure compressor ( 12 ) a turbomachine with adjustable guide vanes ( 15 ) and alternately flows in one direction as a compressor and in the other direction as an expansion machine. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Hochdruckverdichters variabel einstellbar ist, insbesondere in Abhängigkeit vom Druckverhältnis einer Hochdruckseite zur Niederdruckseite des Hochdruckverdichters.Apparatus according to claim 1, characterized in that the rotational speed of the high pressure compressor is variably adjustable, in particular in dependence on the pressure ratio of a high pressure side to the low pressure side of the high pressure compressor. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckverdichter eine radiale Turbomaschine mit Laufrad und Spirale ist, und dass die verstellbaren Leitschaufeln zwischen Laufrad und Spirale angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the high-pressure compressor is a radial turbomachine with impeller and spiral, and that the adjustable guide vanes between the impeller and spiral are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hochdruckverdichter (12) ein Motor-Generator als elektrischer Antrieb zugeordnet ist.Device according to claim 1 or one of the further claims, characterized in that the high-pressure compressor ( 12 ) Is associated with a motor-generator as an electric drive. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Niederdruckverdichter wechselweise als Verdichter und als Expansionsmaschine durchströmt wird, wobei dem Niederdruckverdichter vorzugsweise ein Motor-Generator als elektrischer Antrieb zugeordnet ist.Apparatus according to claim 1 or one of the further claims, characterized in that the low-pressure compressor is alternately flowed through as a compressor and as an expansion machine, wherein the low-pressure compressor is preferably associated with a motor-generator as an electric drive. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Hochdruckverdichter (12) und Niederdruckverdichter (11) ein Abzweig (26) zu einer Turbine (28) vorgesehen ist, wobei der Turbine (28) eine Brennkammer (27) zugeordnet sein kann, und wobei die Turbine (28) insbesondere mit einem elektrischen Generator (29) verbunden ist.Device according to claim 1 or one of the further claims, characterized in that between high pressure compressor ( 12 ) and low pressure compressor ( 11 ) a branch ( 26 ) to a turbine ( 28 ), wherein the turbine ( 28 ) a combustion chamber ( 27 ) and wherein the turbine ( 28 ), in particular with an electric generator ( 29 ) connected is. Verfahren zur Herstellung und/oder Speicherung von Druckluft oder anderen Gasen in Behältern (13) unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche.Process for the production and / or storage of compressed air or other gases in containers ( 13 ) using a device according to one or more of the preceding claims. Verfahren zur mittelbaren Speicherung elektrischer Energie durch Kompression und Expansion von Druckluft oder anderen Gasen und unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche.Method for the indirect storage of electrical energy by compression and expansion of compressed air or other gases and using a device according to one or more of the preceding claims. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckverdichter (12) mit einem Druckverhältnis zwischen 1,5 und 4 betrieben wird.Method according to claim 7 or 8, characterized in that the high-pressure compressor ( 12 ) is operated at a pressure ratio between 1.5 and 4. Verfahren nach Anspruch 7 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quotient aus maximalem und minimalem Druckverhältnis des Hochdruckverdichters größer als 1,3 ist, insbesondere größer als 1,8.A method according to claim 7 or one of the further claims, characterized in that a quotient of maximum and minimum pressure ratio of the high-pressure compressor is greater than 1.3, in particular greater than 1.8. Verfahren nach Anspruch 7 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck auf der Hochdruckseite (21) des Niederdruckverdichters (11) weniger als +/– 15%, vorzugsweise weniger als +/– 5% um seinen Mittelwert schwankt.Method according to claim 7 or one of the further claims, characterized in that the pressure on the high-pressure side ( 21 ) of the low-pressure compressor ( 11 ) fluctuates less than +/- 15%, preferably less than +/- 5%, around its mean. Verfahren nach Anspruch 7 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck auf der Hochdruckseite (17) des Hochdruckverdichters (12) mehr als +/– 20%, vorzugsweise über +/– 30% um seinen Mittelwert schwankt.Method according to claim 7 or one of the further claims, characterized in that the pressure on the high-pressure side ( 17 ) of the high pressure compressor ( 12 ) varies more than +/- 20%, preferably over +/- 30%, around its mean. Verfahren nach Anspruch 7 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas bei der Expansion nach dem Verlassen des Hochdruckverdichters (12) mit Brennstoff erhitzt und einer Turbine (28) mit Generator (29) zugeführt wird.A method according to claim 7 or one of the further claims, characterized in that the gas in the expansion after leaving the high-pressure compressor ( 12 ) heated with fuel and a turbine ( 28 ) with generator ( 29 ) is supplied.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202011106400U1 (en) 2011-10-07 2011-11-21 Boge Kompressoren Otto Boge Gmbh & Co Kg heat storage
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202011106400U1 (en) 2011-10-07 2011-11-21 Boge Kompressoren Otto Boge Gmbh & Co Kg heat storage
DE202011106852U1 (en) 2011-10-07 2012-02-01 Boge Kompressoren Otto Boge Gmbh & Co Kg heat storage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106801734A (en) * 2015-11-25 2017-06-06 熵零股份有限公司 A kind of gas gear

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