DE102016108026B4 - Compressor for compressing a gas - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kompressor (101) zum Verdichten eines Gases, mit einem Kolbenarbeitsraum (105), welcher durch eine Kompressorinnenwandung (133) begrenzt ist, wobei die Kompressorinnenwandung (133) durch eine Kompressionsstirnseite (111) abgeschlossen ist, mit zumindest einem Gaskanal (107), welcher durch die Kompressorinnenwandung (133) zum Kolbenarbeitsraum (105) hin geführt und ausgebildet ist, dem Kolbenarbeitsraum (105) Gas zuzuführen, mit einem Kompressorkolben (103), welcher in dem Kolbenarbeitsraum (105) bewegbar gelagert und ausgebildet ist, das dem Kolbenarbeitsraum (105) durch den Gaskanal (107) zugeführte Gas mit einer Kolbenstirnseite (109) gegen die Kompressionsstirnseite (111) zu verdichten, und mit einem Flüssigkeitskanal (115) zum Führen einer Flüssigkeit, wobei der Flüssigkeitskanal (115) durch die Kompressorinnenwandung (133) zum Kolbenarbeitsraum (105) hin geführt und ausgebildet ist, die Flüssigkeit (137) über die Kompressorinnenwandung (133) zur Kolbenstirnseite (109) hin abzugeben.The present invention relates to a compressor (101) for compressing a gas, with a piston working space (105) which is delimited by an inner compressor wall (133), the inner compressor wall (133) being closed by a compression face (111), with at least one gas channel (107), which is guided through the compressor inner wall (133) to the piston working chamber (105) and is designed to supply gas to the piston working chamber (105), with a compressor piston (103) which is movably supported and designed in the piston working chamber (105), to compress the gas supplied to the piston working space (105) through the gas channel (107) with a piston face (109) against the compression face (111), and with a liquid channel (115) for guiding a liquid, the liquid channel (115) passing through the compressor inner wall (133) is guided to the piston working chamber (105) and is formed, the liquid (137) over the compressor inner wall (133 ) to the piston face (109).
Description
Diese Erfindung betrifft einen Kompressor zum Verdichten eines Gases.This invention relates to a compressor for compressing a gas.
Durch einen Kompressor kann während eines Verdichtungsvorganges ein Gas verdichtet werden. Während des Verdichtungsvorganges wird das Volumen des Gases reduziert und das Gas wird dadurch erwärmt.A gas can be compressed by a compressor during a compression process. During the compression process, the volume of the gas is reduced and the gas is heated as a result.
Besonders wirksame Kompressoren sind Kolbenkompressoren, welche einen Kolbenarbeitsraum aufweisen, in welchem ein bewegbar gelagerter Kompressorkolben angeordnet ist. Durch eine Bewegung des Kompressorkolbens in dem Kolbenarbeitsraum wird das in dem Kolbenarbeitsraum vorhandene Gas verdichtet. Hierbei wird das Gas durch eine Bewegung einer Kolbenstirnseite des Kompressorkolbens gegen eine Kompressionsstirnseite einer Kompressorinnenwandung des Kompressors verdichtet. Anschließend wird das verdichtete Gas aus dem Kolbenarbeitsraum ausgestoßen und der Verdichtungsvorgang kann wiederholt werden. Die während des Verdichtungsvorganges entstehende Wärme wird meist ungenutzt über die Kompressorinnenwandung an eine Außenseite des Kompressors abgegeben.Particularly effective compressors are piston compressors which have a piston working space in which a movably mounted compressor piston is arranged. A movement of the compressor piston in the piston working space compresses the gas present in the piston working space. Here, the gas is compressed by a movement of a piston face of the compressor piston against a compression face of an inner wall of the compressor. The compressed gas is then expelled from the piston working space and the compression process can be repeated. The heat generated during the compression process is mostly unused and released to the outside of the compressor via the inner wall of the compressor.
In einem Kompressor kann gasförmiger Wasserstoff verdichtet werden, wobei der dabei erhaltene verdichtete Wasserstoff anschließend in Brennstoffzellen verwendet werden kann. Brennstoffzellen können zur Gewinnung von elektrischem Strom durch Oxidation von Wasserstoff durch Sauerstoff eingesetzt werden. Ein wesentlicher und kritischer Aspekt bei der Verwendung von Brennstoffzellen ist die Lagerung bzw. Speicherung von Wasserstoff, der in Gegenwart von Sauerstoff explosiv ist.Gaseous hydrogen can be compressed in a compressor, and the compressed hydrogen obtained can then be used in fuel cells. Fuel cells can be used to generate electricity by oxidizing hydrogen with oxygen. An essential and critical aspect when using fuel cells is the storage or storage of hydrogen, which is explosive in the presence of oxygen.
Bisher sind eine Reihe von Wasserstoffspeicherverfahren untersucht worden: adsorptiv, absorptiv, als Flüssigkeit, als hochverdichtetes Gas. Für kurze Nutzungszyklen, wie z.B. in Drucktanks von Wasserstoff-betriebenen Fahrzeugen, wird Wasserstoff gasförmig in Druckbehältern gespeichert. Um eine wirksame gasförmige Speicherung des Wasserstoffs in Druckbehältern zu gewährleisten muss der Wasserstoff komprimiert werden, wobei der Druck des in den Druckbehältern gespeicherten gasförmigen Wasserstoffs insbesondere bei bis zu 800 bar liegen kann. Um eine wirksame Kompression des Wasserstoffs sicherzustellen werden leistungsfähige Kompressoren verwendet, die während des Kompressionsvorgangs des Wasserstoffs große Wärmemengen freisetzen.So far, a number of hydrogen storage processes have been investigated: adsorptive, absorptive, as a liquid, as a highly compressed gas. For short usage cycles, e.g. in the pressure tanks of hydrogen-powered vehicles, hydrogen is stored in gaseous form in pressure vessels. In order to ensure effective gaseous storage of the hydrogen in pressure vessels, the hydrogen must be compressed, the pressure of the gaseous hydrogen stored in the pressure vessels being in particular up to 800 bar. In order to ensure effective compression of the hydrogen, powerful compressors are used which release large amounts of heat during the compression process of the hydrogen.
Die
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die während eines Kompressionsvorgangs eines Gases freigesetzte Wärme wirksam von dem Kompressor abzuführen.It is therefore the object of the present invention to effectively dissipate the heat released during a compression process of a gas from the compressor.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Beschreibung, der Figuren und der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the objects with the features according to the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the description, the figures and the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Kompressor zum Verdichten eines Gases gelöst, mit einem Kolbenarbeitsraum, welcher durch eine Kompressorinnenwandung begrenzt ist, wobei die Kompressorinnenwandung durch eine Kompressionsstirnseite abgeschlossen ist, zumindest einem Gaskanal, welcher durch die Kompressorinnenwandung zum Kolbenarbeitsraum hin geführt und ausgebildet ist, dem Kolbenarbeitsraum Gas zuzuführen, einem Kompressorkolben, welcher in dem Kolbenarbeitsraum bewegbar gelagert und ausgebildet ist, das dem Kolbenarbeitsraum durch den Gaskanal zugeführte Gas mit einer Kolbenstirnseite gegen die Kompressionsstirnseite zu verdichten, und einem Flüssigkeitskanal zum Führen einer Flüssigkeit, wobei der Flüssigkeitskanal durch die Kompressorinnenwandung zum Kolbenarbeitsraum hin geführt und ausgebildet ist, die Flüssigkeit über die Kompressorinnenwandung zur Kolbenstirnseite hin abzugeben.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a compressor for compressing a gas, with a piston working space which is delimited by a compressor inner wall, the compressor inner wall being closed off by a compression face, at least one gas channel which leads through the compressor inner wall to the piston working space and is designed to supply gas to the piston working chamber, a compressor piston which is movably supported in the piston working chamber and is designed to compress the gas supplied to the piston working chamber through the gas channel with a piston face against the compression face, and a liquid channel for guiding a liquid, the liquid channel is guided through the compressor inner wall to the piston working chamber and is designed to deliver the liquid via the compressor inner wall to the piston face.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch den Kompressor ein besonders vorteilhaftes Verdichten des Gases in dem Kolbenarbeitsraum ermöglicht wird, und dass die während des Verdichtens des Gases entstehende Wärme wirksam auf die Flüssigkeit in dem Kolbenarbeitsraum übertragen werden kann.This achieves the technical advantage, for example, that the compressor enables particularly advantageous compression of the gas in the piston working space and that the heat generated during the compression of the gas can be effectively transferred to the liquid in the piston working space.
Die dem Kolbenarbeitsraum durch den Flüssigkeitskanal zugeführte Flüssigkeit strömt an der Kompressorinnenwandung in dem Kolbenarbeitsraum, insbesondere nach unten, und sammelt sich an der Kolbenstirnseite des Kompressorkolbens. Da die Flüssigkeit somit mit der Kompressorinnenwandung und mit der Kolbenstirnseite des Kompressorkolbens in Kontakt steht, kann die Flüssigkeit die während des Verdichtens des Gases entstehende Wärme wirksam aufnehmen. Dadurch kann die während des Verdichtungsvorganges entstehende Wärme wirksam abgeführt werden, und der Kompressor, insbesondere die Kompressorinnenwandung und die Kolbenstirnseite des Kompressorkolbens, werden wirksam gekühlt. Zudem kann der Kompressorkolben durch die Flüssigkeit an der Kolbenstirnseite seitlich gegen die Kompressorinnenwandung wirksam gasdicht abgedichtet werden.The liquid supplied to the piston working chamber through the liquid channel flows on the compressor inner wall in the piston working chamber, in particular downward, and collects on the piston face of the compressor piston. Since the liquid is thus in contact with the inner wall of the compressor and with the piston face of the compressor piston, the liquid can effectively absorb the heat generated during the compression of the gas. This allows the heat generated during the compression process to be effective are discharged, and the compressor, in particular the compressor inner wall and the piston face of the compressor piston, are effectively cooled. In addition, the liquid on the piston front side can effectively seal the compressor piston in a gastight manner against the inner wall of the compressor.
Die während des Verdichtens des Gases erwärmte Flüssigkeit kann zusammen mit dem verdichteten Gas aus dem Kolbenarbeitsraum abgeführt werden. Der Kompressor ist meist in einem System mit mehreren Elementen angeordnet, um das verdichtete Gas den anderen Elementen zuzuführen. Hierbei kann die aus dem Kolbenarbeitsraum abgeführte und erwärmte Flüssigkeit in einem Element des Systems die aufgenommene Wärmemenge abgeben und somit zu einer positiven Energiebilanz des gesamten Systems beitragen.The liquid heated during the compression of the gas can be discharged from the piston working space together with the compressed gas. The compressor is usually arranged in a system with several elements in order to supply the compressed gas to the other elements. Here, the heated liquid removed from the piston working space in one element of the system can give off the amount of heat absorbed and thus contribute to a positive energy balance for the entire system.
Insbesondere ist der Kompressor vertikal ausgerichtet, um ein wirksames Verdichten eines Gases und ein wirksames Abführen des verdichteten Gases und der Flüssigkeit aus dem Kolbenarbeitsraum zu ermöglichen. Die vertikale Ausrichtung des Kompressor bedeutet, dass der Kompressorkolben eine Längsachse aufweist, welche senkrecht zur Aufstellebene des Kompressors angeordnet ist, so dass der Kompressorkolben beim Verdichten des Gases die Kolbenstirnseite entgegen der auf den Kompressorkolben wirkenden Schwerkraft bewegt.In particular, the compressor is oriented vertically in order to enable an effective compression of a gas and an effective discharge of the compressed gas and the liquid from the piston working space. The vertical orientation of the compressor means that the compressor piston has a longitudinal axis which is arranged perpendicular to the installation plane of the compressor, so that the compressor piston moves the piston face against the force of gravity acting on the compressor piston when the gas is compressed.
Ein beispielhaftes System ist eine Dehydriereinrichtung zum Dehydrieren eines flüssigen Wasserstoffträgers. Hierbei wird durch den Kompressor gasförmiger Wasserstoff verdichtet, um den verdichteten gasförmigen Wasserstoff beispielsweise in einem Wasserstoff-Druckbehälter zur weiteren Verwendung zu speichern. Um die während des Verdichtungsvorganges des Wasserstoffs entstehende Wärme wirksam zu nutzen, wird ein flüssiger Wasserstoffträger, welcher Wasserstoff reversibel binden und freisetzen kann, als Flüssigkeit dem Kolbenarbeitsraum zugeführt. Der flüssige Wasserstoffträger strömt hierbei an der Kompressorinnenwandung zur Kolbenstirnseite hin und nimmt hierbei die während des Verdichtens des gasförmigen Wasserstoffs entstehende Wärme auf. Anschließend wird der erwärmte flüssige Wasserstoffträger der Dehydriereinrichtung zugeführt. In der Dehydriereinrichtung kann der erwärmte flüssige Wasserstoffträger den gespeicherten Wasserstoff ohne weitere Energiezufuhr freisetzen, wobei der freigesetzte Wasserstoff erneut dem Kompressor für einen erneuten Verdichtungsvorgang zugeführt werden kann. Dadurch können ein besonders wirksamer Dehydrierungsvorgang des flüssigen Wasserstoffträgers und ein besonders wirksames Verdichten des gasförmigen Wasserstoffs sichergestellt werden.An exemplary system is a dehydrator for dehydrating a liquid hydrogen carrier. In this case, gaseous hydrogen is compressed by the compressor in order to store the compressed gaseous hydrogen, for example in a hydrogen pressure vessel, for further use. In order to effectively use the heat generated during the compression process of the hydrogen, a liquid hydrogen carrier, which can reversibly bind and release hydrogen, is supplied to the piston working space as a liquid. The liquid hydrogen carrier flows along the inner wall of the compressor to the piston face and absorbs the heat generated during the compression of the gaseous hydrogen. The heated liquid hydrogen carrier is then fed to the dehydrating device. In the dehydration device, the heated liquid hydrogen carrier can release the stored hydrogen without any additional energy supply, with the released hydrogen being able to be supplied again to the compressor for a new compression process. In this way, a particularly effective dehydrogenation process of the liquid hydrogen carrier and a particularly effective compression of the gaseous hydrogen can be ensured.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors ist in der Kompressionsstirnseite ein Auslassventil zum Abführen des verdichteten Gases und der Flüssigkeit angeordnet.In an advantageous embodiment of the compressor, an outlet valve for discharging the compressed gas and the liquid is arranged in the compression face.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch das Auslassventil das verdichtete Gas und die Flüssigkeit gemeinsam aus dem Kolbenarbeitsraum wirksam abgeführt werden können. Hierbei kann das Auslassventil ein Druckventil umfassen, welches ausgebildet ist, den Auslass freizugeben, wenn der Druck in dem Kolbenarbeitsraum einen Systemdruck außerhalb des Kolbenarbeitsraums erreicht, wodurch sichergestellt werden kann, dass das verdichtete Gas zusammen mit der Flüssigkeit erst dann aus dem Kolbenarbeitsraum abgeführt wird, wenn das Gas ausreichend verdichtet ist.As a result, for example, the technical advantage is achieved that the compressed gas and the liquid can be effectively discharged jointly from the piston working space through the outlet valve. In this case, the outlet valve can comprise a pressure valve which is designed to release the outlet when the pressure in the piston working space reaches a system pressure outside the piston working space, whereby it can be ensured that the compressed gas is only discharged from the piston working space together with the liquid, when the gas is sufficiently compressed.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors ist dem Kolbenarbeitsraum ein einstellbares Verhältnis von Gas und Flüssigkeit durch den Gaskanal und durch den Flüssigkeitskanal zuführbar, und ist der Kompressor ausgebildet ist, Gas und Flüssigkeit in dem einstellbaren Verhältnis durch das Auslassventil aus dem Kolbenarbeitsraum abzuführen.In an advantageous embodiment of the compressor, the piston working chamber can be supplied with an adjustable ratio of gas and liquid through the gas channel and through the liquid channel, and the compressor is designed to discharge gas and liquid in the adjustable ratio through the outlet valve from the piston working chamber.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die Variation des Verhältnisses von Gas und Flüssigkeit, das Ausmaß der zwischen Gas und Flüssigkeit übertragenen Wärme in dem Kolbenarbeitsraum variiert werden kann und somit die Wärmeübertragungseigenschaften des Kompressors an das System angepasst werden können. Falls nach dem Kompressionsvorgang das von dem Kompressor abgegebene verdichtete Gas und die erwärmte Flüssigkeit in einem nachgeschalteten chemischen Verfahren genutzt werden sollen, ermöglich ein vorteilhaft eingestelltes Verhältnis von Gas und Flüssigkeit eine besonders vorteilhafte Reaktionsausbeute in dem chemischen Verfahren.As a result, for example, the technical advantage is achieved that by varying the ratio of gas and liquid, the amount of heat transferred between gas and liquid in the piston working space can be varied and thus the heat transfer properties of the compressor can be adapted to the system. If, after the compression process, the compressed gas released by the compressor and the heated liquid are to be used in a downstream chemical process, an advantageously set ratio of gas and liquid enables a particularly advantageous reaction yield in the chemical process.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors ist der Flüssigkeitskanal ausgebildet, die Flüssigkeit derart an die Kompressorinnenwandung abzugeben, dass die Flüssigkeit unter Einfluss von Schwerkraft als Flüssigkeitsfallfilm entlang der Kompressorinnenwandung zur Kolbenstirnseite hin strömt.In an advantageous embodiment of the compressor, the liquid channel is designed to deliver the liquid to the inner wall of the compressor in such a way that the liquid flows under the influence of gravity as a falling liquid film along the inner wall of the compressor towards the piston face.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch den an der Kompressorinnenwandung unter dem Einfluss von Schwerkraft nach unten strömenden Flüssigkeitsfallfilm eine besonders wirksame Wärmeübertragung von der Kompressorinnenwandung auf die Flüssigkeit stattfinden kann. Hierdurch kann die während des Verdichtens des Gases entstehende Wärme wirksam von der Flüssigkeit aufgenommen werden, wodurch die Kompressorinnenwandung wirksam gekühlt wird. Die in dem Kolbenarbeitsraum als Flüssigkeitsfallfilm nach unten strömende Flüssigkeit strömt bis zur Kolbenstirnseite, wo sich die Flüssigkeit sammelt. Die an der Kolbenstirnseite anstehende Flüssigkeit kann ebenfalls wirksam Wärme von dem Kompressorkolben aufnehmen und den Kompressorkolben dadurch während des Verdichtens des Gases wirksam kühlen.In this way, for example, the technical advantage is achieved that a particularly effective heat transfer from the compressor inner wall to the liquid can take place due to the liquid fall film flowing downward on the compressor inner wall under the influence of gravity. As a result, the heat generated during the compression of the gas can be effectively absorbed by the liquid, as a result of which the inner wall of the compressor is effectively cooled. The liquid flowing downward in the piston working space as a falling liquid film flows to the piston face, where the liquid collects. The liquid on the piston face can also effectively absorb heat from the compressor piston and thereby effectively cool the compressor piston during the compression of the gas.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors ist der Kompressorkolben durch die Flüssigkeit seitlich gegen die Kompressorinnenwandung gasdicht abgedichtet.In an advantageous embodiment of the compressor, the compressor piston is laterally sealed in a gas-tight manner against the inner wall of the compressor by the liquid.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die gasdichte Abdichtung des Kompressorkolbens ein unkontrolliertes Ausströmen des Gases aus dem Kolbenarbeitsraum verhindert werden kann. Um eine bewegbare Lagerung des Kompressorkolbens in dem Kolbenarbeitsraum sicherzustellen, befinden sich seitlich zwischen dem Kompressorkolben und der Kompressorinnenwandung Kolbenspalte, durch welche Gas unkontrolliert aus dem Kolbenarbeitsraum entweichen kann. Da die Flüssigkeit an der Kolbenstirnseite des Kompressorkolbens ansteht, dichtet die Flüssigkeitsschicht hierdurch die Kompressorspalte gasdicht ab, wodurch ein Entweichen der Gase aus dem Kolbenarbeitsraum verhindert werden kann.This achieves the technical advantage, for example, that the gas-tight sealing of the compressor piston can prevent an uncontrolled outflow of the gas from the piston working space. In order to ensure a movable mounting of the compressor piston in the piston working space, there are piston gaps laterally between the compressor piston and the compressor inner wall through which gas can escape from the piston working space in an uncontrolled manner. Since the liquid is present at the piston face of the compressor piston, the liquid layer thereby seals the compressor gap in a gas-tight manner, which can prevent the gases from escaping from the piston working space.
Erfindungsgemäß ist in der Kompressorinnenwandung eine umlaufende Rinne gebildet, wobei der Flüssigkeitskanal mit der umlaufenden Rinne fluidtechnisch verbunden und ausgebildet ist, die Flüssigkeit an die umlaufende Rinne abzugeben, und wobei die umlaufende Rinne ausgebildet ist, die Flüssigkeit über einen Rinnenrand an die Kompressorinnenwandung abzugeben.According to the invention, a circumferential channel is formed in the inner wall of the compressor, the liquid channel being fluidically connected to the circumferential channel and designed to deliver the liquid to the circumferential channel, and the circumferential channel being designed to deliver the liquid via a channel edge to the compressor inner wall.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die an der Kompressorinnenwandung angeordnete umlaufende Rinne sichergestellt wird, dass die Flüssigkeit aus der Rinne umlaufend über die Kompressorinnenwandung zur Kolbenstirnseite abgegeben wird. Die Flüssigkeit strömt durch den Flüssigkeitskanal in die umlaufende Rinne ein und füllt die umlaufende Rinne auf. Ist die umlaufende Rinne mit Flüssigkeit gefüllt, dann strömt die Flüssigkeit über den Rinnenrand der umlaufenden Rinne gleichmäßig und umlaufend an der Kompressorinnenwandung entlang zur Kolbenstirnseite. Da die Flüssigkeit umlaufend an der Kompressorinnenwandung entlang strömt, kann eine besonders gleichmäßige und damit wirksame Wärmeübertragung von einem großen Bereich der Kompressorinnenwandung auf die Flüssigkeit erfolgen.This achieves the technical advantage, for example, that the circumferential channel arranged on the inner wall of the compressor ensures that the liquid is discharged from the channel circumferentially via the inner wall of the compressor to the piston face. The liquid flows through the liquid channel into the circumferential channel and fills the circumferential channel. If the circumferential channel is filled with liquid, the liquid flows over the edge of the circumferential channel evenly and circumferentially along the inner wall of the compressor to the piston face. Since the liquid flows circumferentially along the inner wall of the compressor, a particularly uniform and thus effective heat transfer can take place from a large area of the inner wall of the compressor to the liquid.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors ist der Flüssigkeitskanal durch die Kompressionsstirnseite zum Kolbenarbeitsraum hin geführt, oder ist der Flüssigkeitskanal seitlich durch die Kompressorinnenwandung geführt.In an advantageous embodiment of the compressor, the liquid channel is led through the compression face to the piston working space, or the liquid channel is led laterally through the inner wall of the compressor.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitskanal dem Kolbenarbeitsraum wirksam zugeführt werden kann. Ist der Flüssigkeitskanal durch die Kompressionsstirnseite zum Kolbenarbeitsraum hin geführt, strömt die Flüssigkeit von oben durch die Kompressionsstirnseite an die Kompressorinnenwandung und kann über die Kompressorinnenwandung wirksam zu der Kolbenstirnseite hin strömen. Ist der Flüssigkeitskanal seitlich durch die Kompressorinnenwandung geführt, kann die Flüssigkeit beispielsweise in einer umlaufenden Rinne aufgenommen werden und von der umlaufenden Rinne über die Kompressorinnenwandung zur Kolbenstirnseite strömen.As a result, for example, the technical advantage is achieved that the liquid can be effectively fed to the piston working space through the liquid channel. If the liquid channel is led through the compression face to the piston working space, the liquid flows from above through the compression face to the compressor inner wall and can effectively flow over the compressor inner wall to the piston face. If the liquid channel is led laterally through the inner wall of the compressor, the liquid can be received, for example, in a circumferential channel and can flow from the circumferential channel over the inner wall of the compressor to the piston face.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors weist der Kompressor ferner einen Flüssigkeitsverteilungskanal auf, welcher fluidtechnisch mit dem Flüssigkeitskanal verbunden und vorgesehen ist, die Flüssigkeit dem Flüssigkeitskanal zuzuführen.In an advantageous embodiment of the compressor, the compressor also has a liquid distribution channel which is fluidically connected to the liquid channel and is provided to supply the liquid to the liquid channel.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Flüssigkeitsverteilungskanal ein ausreichendes Flüssigkeitsreservoir zur Verfügung stellt, um eine konstante und wirksame Flüssigkeitszufuhr durch den Flüssigkeitskanal sicherzustellen. Der Flüssigkeitsverteilungskanal kann insbesondere an der Kompressionsstirnseite des Kompressors angeordnet sein, so dass die Flüssigkeit von oben aus dem Flüssigkeitsverteilungskanal durch den durch die Kompressionsstirnseite geführten Flüssigkeitskanal wirksam zu der Kompressorinnenwandung und von dort aus zu der Kolbenstirnseite geleitet werden kann.In this way, for example, the technical advantage is achieved that the liquid distribution channel provides a sufficient liquid reservoir to ensure a constant and effective supply of liquid through the liquid channel. The liquid distribution channel can in particular be arranged on the compression face of the compressor, so that the liquid can be effectively conducted from above from the liquid distribution channel through the liquid channel passed through the compression face to the compressor inner wall and from there to the piston face.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors ist der Gaskanal durch die Kompressionsstirnseite zum Kolbenarbeitsraum hin geführt.In an advantageous embodiment of the compressor, the gas channel is led through the compression face to the piston working chamber.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch den Gaskanal eine wirksame Zufuhr von Gas von oben in den Kolbenarbeitsraum sichergestellt werden kann.This achieves the technical advantage, for example, that an effective supply of gas from above into the piston working space can be ensured through the gas channel.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors weist die Kompressionsstirnseite eine Wandungskontur auf, wobei die Wandungskontur insbesondere als eine konische Wandungskontur, abgerundete Wandungskontur oder eine horizontale Wandungskontur ausgebildet ist.In an advantageous embodiment of the compressor, the compression face has a wall contour, the wall contour being designed in particular as a conical wall contour, rounded wall contour or a horizontal wall contour.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die Wandungskontur an der Kompressionsstirnseite ein besonders vorteilhaftes Ausleiten des verdichteten Gases und der erwärmten Flüssigkeit aus dem Kolbenarbeitsraum sichergestellt wird. Wenn ein Auslassventil an der Kompressionsstirnseite des Kompressors angeordnet ist, wird die Flüssigkeit während des Verdichtens des Gases gegen die Kompressionsstirnseite geleitet. Durch eine vorteilhaft geformte Wandungskontur, insbesondere konische Wandungskontur, abgerundete Wandungskontur oder horizontale Wandungskontur, kann die an die Wandungskontur geleitete Flüssigkeit wirksam zu dem Auslassventil geführt werden, und ein Verspritzen der Flüssigkeit in dem Kolbenarbeitsraum kann vermieden werden.In this way, for example, the technical advantage is achieved that the wall contour on the compression face allows the compressed gas and the heated liquid is ensured from the piston working space. If a discharge valve is arranged on the compression face of the compressor, the liquid is directed against the compression face during the compression of the gas. By means of an advantageously shaped wall contour, in particular a conical wall contour, rounded wall contour or horizontal wall contour, the liquid conveyed to the wall contour can be effectively guided to the outlet valve, and splashing of the liquid in the piston working space can be avoided.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors umfasst der Kolbenarbeitsraum einen ersten Kolbenarbeitsraum und einen zweiten Kolbenarbeitsraum, welche durch die Kompressorinnenwandung begrenzt sind, wobei die Kompressorinnenwandung an dem ersten Kolbenarbeitsraum durch eine erste Kompressionsstirnseite abgeschlossen ist, wobei die Kompressorinnenwandung an dem zweiten Kolbenarbeitsraum durch eine zweite Kompressionsstirnseite abgeschlossen ist, wobei der Kompressorkolben einen ersten Kolbenabschnitt aufweist, welcher zwischen dem ersten Kolbenarbeitsraum und dem zweiten Kolbenarbeitsraum bewegbar gelagert ist, wobei der erste Kolbenabschnitt ausgebildet ist, Gas in dem ersten Kolbenarbeitsraum mit einer unteren ersten Kolbenstirnseite gegen die erste Kompressionsstirnseite in einer ersten Kompressionsrichtung zu verdichten, und wobei der erste Kolbenabschnitt ausgebildet ist, Gas in dem zweiten Kolbenarbeitsraum mit einer oberen ersten Kolbenstirnseite gegen die zweite Kompressionsstirnseite in einer der ersten Kompressionsrichtung entgegengesetzten zweiten Kompressionsrichtung zu verdichten.In an advantageous embodiment of the compressor, the piston working chamber comprises a first piston working chamber and a second piston working chamber, which are delimited by the compressor inner wall, the compressor inner wall being closed off at the first piston working chamber by a first compression face, the compressor inner wall being closed off at the second piston working chamber by a second compression face The compressor piston has a first piston section which is movably mounted between the first piston working chamber and the second piston working chamber, the first piston section being designed to compress gas in the first piston working chamber with a lower first piston face against the first compression face in a first compression direction , and wherein the first piston section is formed, gas in the second piston working chamber with an upper first piston end face against the second compressor sion front side to compress in a second compression direction opposite to the first compression direction.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die bewegbare Anordnung des ersten Kolbenabschnitts zwischen dem ersten und zweiten Kolbenarbeitsraum ein besonders vorteilhaftes Verdichten des Gases in dem Kompressor ermöglicht wird. Während eines ersten Kompressionsvorgangs verdichtet der erste Kolbenabschnitt das Gas in dem ersten Kolbeninnraum in einer ersten Kompressionsrichtung mit der unteren ersten Kolbenstirnseite gegen die erste Kompressionsstirnseite. Durch die Bewegung des ersten Kolbenabschnitts in der ersten Kompressionsrichtung vergrößert sich das Volumen in dem zweiten Kolbenarbeitsraum. As a result, for example, the technical advantage is achieved that the movable arrangement of the first piston section between the first and second piston working space enables particularly advantageous compression of the gas in the compressor. During a first compression process, the first piston section compresses the gas in the first piston interior in a first compression direction with the lower, first piston face against the first compression face. The movement of the first piston section in the first compression direction increases the volume in the second piston working chamber.
Anschließend wird während eines zweiten Kompressionsvorgangs der erste Kolbenabschnitt entgegen der ersten Kompressionsrichtung in eine zweite Kompressionsrichtung bewegt. Durch die Bewegung des ersten Kolbenabschnitts in der zweiten Kompressionsrichtung verdichtet der erste Kolbenabschnitt während des zweiten Kompressionsvorgangs das Gas in dem zweiten Kolbenarbeitsraum. Hierbei vergrößert sich das Volumen in dem ersten Kolbenarbeitsraum.Then, during a second compression process, the first piston section is moved counter to the first compression direction in a second compression direction. As a result of the movement of the first piston section in the second compression direction, the first piston section compresses the gas in the second piston working space during the second compression process. This increases the volume in the first piston working space.
Somit wird durch die Bewegung des ersten Kolbenabschnitts in die erste Kompressionsbewegungsrichtung, bzw. in die zweite Kompressionsrichtung, das Gas in dem ersten Kolbenarbeitsraum, bzw. in dem zweiten Kolbenarbeitsraum, abwechselnd verdichtet. Wenn das Gas entsprechend der Bewegungsrichtung des ersten Kolbenabschnitts nach dem ersten Kompressionsvorgang aus dem ersten Kolbenarbeitsraum in den zweiten Kompressionsinnenraum gefördert wird, kann während eines auf den ersten Kompressionsvorgang folgenden zweiten Kompressionsvorgang eine besonders wirksame Verdichtung des Gases erreicht werden. Ferner kann Flüssigkeit aus dem ersten Kolbenarbeitsraum in den zweiten Kolbenarbeitsraum gefördert werden, um eine wirksame Wärmeübertragung auf die Flüssigkeit sicherzustellen. Zusätzlich kann der Kompressor einen weiteren ersten Kolbenarbeitsraum und einen weiteren zweiten Kolbenarbeitsraum aufweisen, zwischen dem ein zweiter Kolbenabschnitt des Kompressorkolbens bewegbar gelagert ist, um Gas in dem weiteren ersten und zweiten Kolbeninnraum zusätzlich zu verdichten, wodurch während mehrerer aufeinanderfolgender Kompressionsvorgänge besonders hohe Drücke des verdichteten Gases erreicht werden können.Thus, by moving the first piston section in the first compression movement direction or in the second compression direction, the gas in the first piston working space and in the second piston working space is alternately compressed. If the gas is conveyed from the first piston working chamber into the second compression chamber according to the direction of movement of the first piston section after the first compression process, a particularly effective compression of the gas can be achieved during a second compression process following the first compression process. Furthermore, liquid can be conveyed from the first piston working chamber into the second piston working chamber in order to ensure an effective heat transfer to the liquid. In addition, the compressor can have a further first piston working chamber and a further second piston working chamber, between which a second piston section of the compressor piston is movably mounted in order to additionally compress gas in the further first and second piston interior, whereby particularly high pressures of the compressed gas during several successive compression processes can be achieved.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors sind der erste Kolbenarbeitsraum und der zweite Kolbenarbeitsraum durch eine erste Kolbenverbindung fluidtechnisch verbunden, um verdichtetes Gas und Flüssigkeit durch die erste Kolbenverbindung aus dem ersten Kolbenarbeitsraum dem zweiten Kolbenarbeitsraum zuzuführen.In an advantageous embodiment of the compressor, the first piston working chamber and the second piston working chamber are fluidically connected by a first piston connection in order to supply compressed gas and liquid through the first piston connection from the first piston working chamber to the second piston working chamber.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die erste Kolbenverbindung verdichtetes Gas und Flüssigkeit nach dem ersten Kompressionsvorgang in der Niederdruckphase des zweiten Kolbenarbeitsraums aus dem ersten Kolbenarbeitsraum in den zweiten Kolbenarbeitsraum befördert werden können. Während eines auf den ersten Kompressionsvorgang folgenden zweiten Kompressionsvorgangs kann das Gas in dem zweiten Kolbenarbeitsraum weiter verdichtet werden, und die dabei freiwerdende Wärme kann durch die Flüssigkeit wirksam aufgenommen werden.This achieves the technical advantage, for example, that gas and liquid compressed by the first piston connection can be conveyed from the first piston working chamber into the second piston working chamber after the first compression process in the low pressure phase of the second piston working chamber. During a second compression process following the first compression process, the gas in the second piston working space can be compressed further, and the heat released in the process can be effectively absorbed by the liquid.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors ist an dem Gaskanal ein Gasventil angeordnet, wobei das Gasventil ausgebildet ist, den Gaskanal während des Verdichtens des Gases in dem Kolbenarbeitsraum fluidtechnisch zu sperren, und wobei das Gasventil ausgebildet ist, den Gaskanal während einer Niederdruckphase in dem Kolbenarbeitsraum fluidtechnisch freizugeben, um Gas dem Kolbenarbeitsraum zuzuführen.In an advantageous embodiment of the compressor, a gas valve is arranged on the gas channel, the gas valve being designed to fluidically block the gas channel during the compression of the gas in the piston working chamber, and the gas valve being designed to fluidically block the gas channel during a low-pressure phase in the piston working chamber release in order to supply gas to the piston working space.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Zufuhr von Gas in den Kolbenarbeitsraum wirksam gesteuert werden kann. Hierbei gibt das Gasventil den Gaskanal nur in der Niederdruckphase frei, wenn sich der Kompressorkolben in dem Kolbenarbeitsraum nach unten bewegt und somit Gas durch den Gaskanal wirksam angesaugt werden kann. Hierbei wird das Gas während der Niederdruckphase zusammen mit durch den Flüssigkeitskanal geförderter Flüssigkeit dem Kolbenarbeitsraum zugeführt. Somit kann durch das Gasventil verhindert werden, dass das Gas während des Verdichtungsvorganges durch den Gaskanal aus dem Kolbenarbeitsraum gepresst wird.This achieves the technical advantage, for example, that the supply of gas into the piston working space can be effectively controlled. The gas valve only releases the gas channel in the low-pressure phase when the compressor piston moves downwards in the piston working space and gas can thus be effectively sucked in through the gas channel. In this case, the gas is fed to the piston working chamber together with the liquid conveyed through the liquid channel during the low-pressure phase. The gas valve can thus prevent the gas from being forced out of the piston working space through the gas channel during the compression process.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors ist an dem Flüssigkeitskanal ein Flüssigkeitsventil angeordnet, wobei das Flüssigkeitsventil ausgebildet ist, den Flüssigkeitskanal während des Verdichtens des Gases in dem Kolbenarbeitsraum fluidtechnisch zu sperren, und wobei das Flüssigkeitsventil ausgebildet ist, den Flüssigkeitskanal während einer Niederdruckphase in dem Kolbenarbeitsraum fluidtechnisch freizugeben, um Flüssigkeit dem Kolbenarbeitsraum zuzuführen.In an advantageous embodiment of the compressor, a liquid valve is arranged on the liquid channel, the liquid valve being designed to fluidically block the liquid channel during the compression of the gas in the piston working space, and the liquid valve being designed to fluidically block the liquid channel during a low-pressure phase in the piston working space release in order to supply fluid to the piston working space.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Zufuhr von Flüssigkeit in den Kolbenarbeitsraum vorteilhaft gesteuert werden kann. Hierbei gibt das Flüssigkeitsventil den Flüssigkeitskanal nur in der Niederdruckphase frei, wenn sich der Kompressorkolben in dem Kolbenarbeitsraum nach unten bewegt und somit Flüssigkeit durch den Flüssigkeitskanal angesaugt werden kann. Hierbei wird die Flüssigkeit während der Niederdruckphase gleichzeitig mit durch den Gaskanal gefördertem Gas dem Kolbenarbeitsraum zugeführt. Somit kann durch das Flüssigkeitsventil verhindert werden, dass Flüssigkeit während des Verdichtungsvorganges durch den Flüssigkeitskanal aus dem Kolbenarbeitsraum gepresst wird.In this way, for example, the technical advantage is achieved that the supply of liquid into the piston working chamber can be advantageously controlled. In this case, the liquid valve only releases the liquid channel in the low-pressure phase when the compressor piston moves downwards in the piston working space and liquid can thus be sucked in through the liquid channel. In this case, the liquid is fed to the piston working chamber at the same time as the gas conveyed through the gas channel during the low-pressure phase. The liquid valve can thus prevent liquid from being pressed out of the piston working space through the liquid channel during the compression process.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors ist an dem Kompressor eine Flüssigkeitspumpe angeordnet, welche ausgebildet, die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitskanal in den Kolbenarbeitsraum zu pumpen.In an advantageous embodiment of the compressor, a liquid pump is arranged on the compressor which is designed to pump the liquid through the liquid channel into the piston working space.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die Flüssigkeitspumpe ein Strömungsdruck bereitgestellt werden kann, welcher ausreichend ist, um die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitskanal in den Kolbenarbeitsraum zu pumpen.This achieves the technical advantage, for example, that the liquid pump can provide a flow pressure which is sufficient to pump the liquid through the liquid channel into the piston working space.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors ist an der Flüssigkeitspumpe ein Antrieb zum Antreiben der Flüssigkeitspumpe angeordnet, wobei der Antrieb ausgebildet ist, den Kompressorkolben und die Flüssigkeitspumpe gemeinsam anzutreiben.In an advantageous embodiment of the compressor, a drive for driving the liquid pump is arranged on the liquid pump, the drive being designed to drive the compressor piston and the liquid pump together.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch den Antrieb zum gemeinsamen Antreiben der Flüssigkeitspumpe und des Kompressorkolbens ein besonders energieeffizientes Antrieben der beiden Bauteile des Kompressors ermöglicht wird. Dadurch kann auf einen weiteren Antrieb zum Antreiben der Flüssigkeitspumpe oder des Kompressorkolbens verzichtet werden. Beispielsweise kann der Antrieb durch eine einzige Antriebswelle sowohl mit der Flüssigkeitspumpe als auch mit dem Kompressorkolben verbunden werden.This achieves the technical advantage, for example, that the drive for jointly driving the liquid pump and the compressor piston enables particularly energy-efficient driving of the two components of the compressor. As a result, a further drive for driving the liquid pump or the compressor piston can be dispensed with. For example, the drive can be connected to both the liquid pump and the compressor piston by a single drive shaft.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors weist der Kompressor eine erste Kompressorstufe und eine zweite Kompressorstufe auf, wobei die erste Kompressorstufe einen ersten Kolbenarbeitsraum aufweist, welcher durch die Kompressorinnenwandung begrenzt ist, wobei die Kompressorinnenwandung durch eine erste Kompressionsstirnseite abgeschlossen ist, wobei die erste Kompressorstufe zumindest einen Gaskanal aufweist, welcher durch die Kompressorinnenwandung zum ersten Kolbenarbeitsraum hin geführt und ausgebildet ist, dem ersten Kolbenarbeitsraum Gas zuzuführen, wobei der Kompressorkolben einen ersten Kolbenabschnitt aufweist, welcher in dem ersten Kolbenarbeitsraum bewegbar gelagert und ausgebildet ist, das dem ersten Kolbenarbeitsraum durch den Gaskanal zugeführte Gas mit einer ersten Kolbenstirnseite gegen die erste Kompressionsstirnseite zu verdichten, wobei die erste Kompressorstufe einen ersten Flüssigkeitskanal zum Führen einer Flüssigkeit aufweist, wobei der erste Flüssigkeitskanal durch die Kompressorinnenwandung zum ersten Kolbenarbeitsraum hin geführt und ausgebildet ist, die Flüssigkeit über die Kompressorinnenwandung zur ersten Kolbenstirnseite hin abzugeben, wobei die erste Kompressorstufe in der ersten Kompressionsstirnseite ein erstes Auslassventil zum Abführen des verdichteten Gases und der Flüssigkeit aus der ersten Kompressorstufe angeordnet ist, wobei das erste Auslassventil mit einer ersten Stufenzuführung fluidtechnisch verbunden ist, wobei die zweite Kompressorstufe einen zweiten Kolbenarbeitsraum aufweist, welcher durch die Kompressorinnenwandung begrenzt ist, wobei die Kompressorinnenwandung durch eine zweite Kompressionsstirnseite abgeschlossen ist, wobei die zweite Kompressorstufe mit einer zweiten Stufenzuführung fluidtechnisch verbunden ist, wobei die zweite Stufenzuführung durch die Kompressorinnenwandung zum zweiten Kolbenarbeitsraum hin geführt und ausgebildet ist, dem zweiten Kolbenarbeitsraum Gas und Flüssigkeit zuzuführen, wobei der Kompressorkolben einen zweiten Kolbenabschnitt aufweist, welcher in dem zweiten Kolbenarbeitsraum bewegbar gelagert und ausgebildet ist, das dem zweiten Kolbenarbeitsraum durch die zweite Stufenzuführung zugeführte Gas mit einer zweiten Kolbenstirnseite gegen die zweite Kompressionsstirnseite zu verdichten, wobei die zweite Kompressorstufe in der zweiten Kompressionsstirnseite ein zweites Auslassventil zum Abführen des verdichteten Gases und der Flüssigkeit aus der zweiten Kompressorstufe angeordnet ist.In an advantageous embodiment of the compressor, the compressor has a first compressor stage and a second compressor stage, the first compressor stage having a first piston working chamber which is delimited by the compressor inner wall, the compressor inner wall being closed by a first compression face, the first compressor stage at least one Has gas channel which is guided through the compressor inner wall to the first piston working chamber and is designed to supply gas to the first piston working chamber, the compressor piston having a first piston section which is movably supported and designed in the first piston working chamber, the gas supplied to the first piston working chamber through the gas channel to compress with a first piston face against the first compression face, the first compressor stage having a first liquid channel for guiding a liquid, the first liquid Keitskanal is led through the compressor inner wall to the first piston working chamber and designed to discharge the liquid via the compressor inner wall to the first piston face, the first compressor stage in the first compression face, a first outlet valve for discharging the compressed gas and the liquid from the first compressor stage is arranged, wherein the first outlet valve is fluidically connected to a first stage supply, the second compressor stage having a second piston working space which is delimited by the compressor inner wall, the compressor inner wall being closed by a second compression face, the second compressor stage being fluidically connected to a second stage supply, wherein the second stage feed is guided through the inner wall of the compressor to the second piston working chamber and is designed to feed gas and liquid to the second piston working chamber, where in which the compressor piston has a second piston section which is movably mounted in the second piston working chamber and is designed to compress the gas supplied to the second piston working chamber through the second stage feed with a second piston face against the second compression face, the second Compressor stage in the second compression end face a second outlet valve is arranged for discharging the compressed gas and the liquid from the second compressor stage.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch den zweistufigen Kompressor ein besonders wirksames Verdichten von Gas, insbesondere Wasserstoffgas, ermöglicht wird. Somit kann durch die beiden Stufen des zweistufigen Kompressors ein höherer Druck des Gases erreicht werden, und die während des Kompressionsvorgangs entstehende Wärme kann besonders wirksam auf die Flüssigkeit übertragen werden, wodurch eine besonders vorteilhafte Erwärmung der Flüssigkeit stattfinden kann. Der zweistufige Kompressor kann mit einem weiteren zweistufigen Kompressor fluidtechnisch verbunden sein. Hierbei ist die erste Stufe des ersten zweistufigen Kompressors durch die erste Stufenzuführung mit einer Stufe des weiteren zweistufigen Kompressors fluidtechnisch verbunden, um verdichtetes Gas und erwärmte Flüssigkeit aus dem ersten zweistufigen Kompressor dem zweiten zweistufigen Kompressor zuzuführen. Eine andere Stufe des weiteren zweistufigen Kompressors ist hierbei durch die zweite Stufenzuführung mit der zweiten Stufe des ersten zweistufigen Kompressors verbunden, um verdichtetes Gas und erwärmte Flüssigkeit aus dem weiteren zweistufigen Kompressor der zweiten Stufe des ersten zweistufigen Kompressors zuzuführen. Somit kann bei einer zeitlich versetzten Steuerung des Kompressorkolbens des ersten zweistufigen Kompressors und des weiteren Kompressorkolbens des weiteren zweistufigen Kompressors das während einer Hochdruckphase in dem ersten zweistufigen Kompressor verdichtete Gas dem weiteren zweistufigen Kompressor während einer Niederdruckphase des weiteren zweistufigen Kompressors zugeführt werden, und das während einer Hochdruckphase in dem weiteren zweistufigen Kompressor verdichtete Gas dem ersten zweistufigen Kompressor während einer Niederdruckphase des ersten zweistufigen Kompressors zugeführt werden, um ein wirksames Verdichten von Gas sicherzustellen.This achieves the technical advantage, for example, that the two-stage compressor enables particularly effective compression of gas, in particular hydrogen gas. Thus, through the two stages of the two-stage compressor, a higher pressure of the gas can be achieved, and the heat generated during the compression process can be transferred particularly effectively to the liquid, whereby a particularly advantageous heating of the liquid can take place. The two-stage compressor can be fluidly connected to a further two-stage compressor. Here, the first stage of the first two-stage compressor is fluidically connected to a stage of the further two-stage compressor through the first stage supply in order to supply compressed gas and heated liquid from the first two-stage compressor to the second two-stage compressor. Another stage of the further two-stage compressor is connected through the second stage feed to the second stage of the first two-stage compressor in order to feed compressed gas and heated liquid from the further two-stage compressor to the second stage of the first two-stage compressor. Thus, with a time-shifted control of the compressor piston of the first two-stage compressor and the further compressor piston of the further two-stage compressor, the gas compressed during a high pressure phase in the first two-stage compressor can be supplied to the further two-stage compressor during a low-pressure phase of the further two-stage compressor, and that during a High-pressure phase in the further two-stage compressor, compressed gas can be supplied to the first two-stage compressor during a low-pressure phase of the first two-stage compressor in order to ensure an effective compression of gas.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors umfasst die Flüssigkeit einen flüssigen Wasserstoffträger (Liquid Organic Hydrogen Carrier - LOHC), wobei der flüssige Wasserstoffträger ausgebildet ist, Wasserstoff reversibel zu binden und freizusetzen, wobei das Gas Wasserstoff umfasst, und wobei der Kompressor ausgebildet ist, Wasserstoff zu verdichten, um verdichteten Wasserstoff zu erhalten.In an advantageous embodiment of the compressor, the liquid comprises a liquid organic hydrogen carrier (LOHC), the liquid hydrogen carrier being designed to reversibly bind and release hydrogen, the gas comprising hydrogen, and the compressor being designed to supply hydrogen compress to get compressed hydrogen.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein flüssiger Wasserstoffträger, an welchem Wasserstoff gebunden ist, besonders wirksam Wärme aufnehmen kann. Der erwärmte flüssige Wasserstoffträger kann während eines sich anschließenden Dehydrierungsvorganges den gebundenen Wasserstoff wirksam freisetzen ohne dass dabei dem flüssigen Wasserstoffträger eine zusätzliche Wärmemenge zugeführt werden muss. Der flüssige Wasserstoffträger, insbesondere der flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC), stellt zum einen ein wirksames Wärmeübertragungsmedium und stellt zum anderen ein Reservoir an Wasserstoff bereit, welcher an den flüssigen Wasserstoffträger gebunden ist, und im Rahmen des Dehydrierungsvorganges wirksam freigesetzt werden kann.This has the technical advantage, for example, that a liquid hydrogen carrier to which hydrogen is bound can absorb heat particularly effectively. The heated liquid hydrogen carrier can effectively release the bound hydrogen during a subsequent dehydrogenation process without an additional amount of heat having to be supplied to the liquid hydrogen carrier. The liquid hydrogen carrier, in particular the liquid organic hydrogen carrier (LOHC), on the one hand provides an effective heat transfer medium and on the other hand provides a reservoir of hydrogen which is bound to the liquid hydrogen carrier and can be effectively released during the dehydration process.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kompressors umfasst der flüssige Wasserstoffträger eine Kohlenwasserstoff-Verbindung mit einem ausgedehnten π-konjugierten System, wobei die Kohlenwasserstoff-Verbindung mit dem ausgedehnten π-konjugierten System insbesondere ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend aromatische Kohlenwasserstoffe, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, polycyclische heteroaromatische Kohlenwasserstoffe, π-konjugierte organische Polymere oder eine Kombination davon, und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend N-Ethylcarbazol, Dibenzyltoluol, Benzyltoluol oder Mischungen davon.In an advantageous embodiment of the compressor, the liquid hydrogen carrier comprises a hydrocarbon compound with an extended π-conjugated system, the hydrocarbon compound with the extended π-conjugated system being selected in particular from a group comprising aromatic hydrocarbons, polycyclic aromatic hydrocarbons, polycyclic heteroaromatic Hydrocarbons, π-conjugated organic polymers or a combination thereof, and in particular is selected from the group comprising N-ethylcarbazole, dibenzyltoluene, benzyltoluene or mixtures thereof.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die genannten Verbindungen besonders effiziente flüssige Wasserstoffträger bereitgestellt werden. Bei ungesättigten Kohlenwasserstoff-Verbindungen mit ausgedehnten π-konjugierten Systemen steht eine Vielzahl von ungesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen zur Verfügung, die mit Wasserstoffmolekülen unter Bildung von gesättigten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen reagieren können, wodurch Wasserstoff gespeichert werden kann. Durch das hohe Verhältnis von gespeicherten Wasserstoffmolekülen pro Kohlenwasserstoffverbindung kann eine wirksame Wasserstoffspeicherung in einem begrenzten Volumen von Flüssigkeit ermöglicht werden. Zudem weisen die genannten Verbindungen eine vorteilhafte Wärmekapazität auf, wodurch große Wärmemengen wirksam gespeichert und wieder abgegeben werden können.As a result, for example, the technical advantage is achieved that particularly efficient liquid hydrogen carriers are provided by the compounds mentioned. In the case of unsaturated hydrocarbon compounds with extensive π-conjugated systems, a large number of unsaturated carbon-carbon double bonds are available, which can react with hydrogen molecules to form saturated carbon-carbon double bonds, whereby hydrogen can be stored. The high ratio of stored hydrogen molecules per hydrocarbon compound enables effective hydrogen storage in a limited volume of liquid. In addition, the compounds mentioned have an advantageous heat capacity, as a result of which large amounts of heat can be effectively stored and released again.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Dehydrierungssystem zum Dehydrieren eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC) gelöst, mit dem Kompressor nach den vorangehenden Ausführungsformen, wobei dem Kompressor über den Gaskanal gasförmiger Wasserstoff zuführbar ist, wobei dem Kompressor über den Flüssigkeitskanal flüssiger Wasserstoffträger zuführbar ist, und wobei der Kompressor ausgebildet ist, den gasförmigen Wasserstoff zu verdichten, um verdichteten Wasserstoff zu erhalten, einer Gasreinigungseinrichtung, welche mit dem Kompressor fluidtechnisch verbunden und ausgebildet ist, den verdichteten Wasserstoff von dem flüssigen Wasserstoffträger zu trennen, und einer Dehydriereinrichtung, welche mit der Gasreinigungseinrichtung fluidtechnisch verbunden und ausgebildet ist, Wasserstoff aus dem flüssigen Wasserstoffträger freizusetzen, wobei die Dehydriereinrichtung durch den Gaskanal mit dem Kompressor fluidtechnisch verbunden ist, um den freigesetzten Wasserstoff dem Kompressor erneut zuzuführen.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a dehydrogenation system for dehydrating a liquid hydrogen carrier (LOHC), with the compressor according to the preceding embodiments, wherein the compressor can be supplied with gaseous hydrogen via the gas channel, wherein the compressor can be supplied with liquid hydrogen carrier via the liquid channel is, and wherein the compressor is designed to compress the gaseous hydrogen in order to obtain compressed hydrogen, a gas cleaning device which is fluidly connected to the compressor and designed, the compressed To separate hydrogen from the liquid hydrogen carrier, and a dehydrogenation device which is fluidly connected to the gas cleaning device and is designed to release hydrogen from the liquid hydrogen carrier, the dehydrogenation device being fluidically connected through the gas channel to the compressor in order to supply the released hydrogen to the compressor again .
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Dehydrierungssystem eine wirksame Dehydrierung des flüssigen Wasserstoffträgers zum Freisetzen von gasförmigem Wasserstoff in der Dehydriereinrichtung und ein wirksames Verdichten von gasförmigem Wasserstoff in dem Kompressor mit einem geringen Energieaufwand ermöglicht. Die während des Verdichtungsvorganges von Wasserstoff in dem Kompressor entstehende Wärme wird von dem flüssigen Wasserstoffträger aufgenommen. Anschließend werden der verdichtete Wasserstoff und der erwärmte flüssige Wasserstoffträger aus dem Kolbenarbeitsraum ausgeleitet und der Gasreinigungseinrichtung zugeführt. In der Gasreinigungseinrichtung wird der verdichtete gasförmige Wasserstoff von dem flüssigen Wasserstoffträger getrennt. Der verdichtete gasförmige Wasserstoff kann anschließend von der Gasreinigungseinrichtung abgeführt werden und zur weiteren Verwendung gespeichert werden. Der von dem verdichteten gasförmigen Wasserstoff getrennte und erwärmte flüssige Wasserstoffträger kann anschließend der Dehydriereinrichtung zugeführt werden, um gasförmigen Wasserstoff aus dem flüssigen Wasserstoffträger freizusetzen. Durch die vorgeschaltete Erwärmung des flüssigen Wasserstoffträgers in dem Kompressor kann die Dehydrierung des flüssigen Wasserstoffträgers in der Dehydriereinrichtung ohne zusätzlichen Energieaufwand stattfinden. Anschließend kann die dehydrierte energiearme Form des flüssigen Wasserstoffträgers von dem freigesetzten gasförmigen Wasserstoff getrennt werden, und der freigesetzte gasförmige Wasserstoff kann dem Kompressor in einem Kreislauf erneut zugeführt werden. Der freigesetzte gasförmige Wasserstoff kann durch den Kompressor erneut verdichtet werden, und dem Kreislauf erneut zugeführt werden.This achieves the technical advantage, for example, that the dehydrogenation system enables effective dehydrogenation of the liquid hydrogen carrier to release gaseous hydrogen in the dehydrogenation device and effective compression of gaseous hydrogen in the compressor with little energy consumption. The heat generated during the compression process of hydrogen in the compressor is absorbed by the liquid hydrogen carrier. The compressed hydrogen and the heated liquid hydrogen carrier are then discharged from the piston working space and fed to the gas cleaning device. In the gas cleaning device, the compressed gaseous hydrogen is separated from the liquid hydrogen carrier. The compressed gaseous hydrogen can then be discharged from the gas cleaning device and stored for further use. The liquid hydrogen carrier separated from the compressed gaseous hydrogen and heated can then be fed to the dehydrogenation device in order to release gaseous hydrogen from the liquid hydrogen carrier. As a result of the upstream heating of the liquid hydrogen carrier in the compressor, the dehydrogenation of the liquid hydrogen carrier can take place in the dehydrogenation device without additional expenditure of energy. The dehydrated, low-energy form of the liquid hydrogen carrier can then be separated from the released gaseous hydrogen, and the released gaseous hydrogen can be fed back to the compressor in a cycle. The released gaseous hydrogen can be compressed again by the compressor and fed back into the circuit.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Dehydrierungssystems ist der Flüssigkeitskanal mit einem Flüssigkeitsspeicher zum Speichern einer energiereichen, hydrierten Form des flüssigen Wasserstoffträgers fluidtechnisch verbunden.In an advantageous embodiment of the dehydration system, the liquid channel is fluidically connected to a liquid reservoir for storing an energy-rich, hydrated form of the liquid hydrogen carrier.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass in dem Flüssigkeitsspeicher eine energiereiche hydrierte Form des flüssigen Wasserstoffträgers, welcher gebundenen Wasserstoff aufweist, gespeichert werden kann, und durch den Flüssigkeitskanal dem Kolbenarbeitsraum des Kompressors zugeführt werden kann.This achieves the technical advantage, for example, that an energy-rich, hydrated form of the liquid hydrogen carrier, which has bound hydrogen, can be stored in the liquid reservoir and can be fed to the piston working space of the compressor through the liquid channel.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Dehydrierungssystems ist die Dehydriereinrichtung mit einem weiteren Flüssigkeitsspeicher fluidtechnisch verbunden, wobei der weitere Flüssigkeitsspeicher ausgebildet ist, eine dehydrierte energiearme Form des flüssigen Wasserstoffträgers nach dem Freisetzen des gasförmigen Wasserstoffs zu speichern.In an advantageous embodiment of the dehydration system, the dehydration device is fluidly connected to a further liquid storage device, the further liquid storage device being designed to store a dehydrated, low-energy form of the liquid hydrogen carrier after the gaseous hydrogen has been released.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der flüssige Wasserstoffträger nach dem Freisetzen des gasförmigen Wasserstoffs wirksam in dem weiteren Flüssigkeitsspeicher gespeichert werden kann. Nach dem Freisetzen des gasförmigen Wasserstoffes weist der in dem Flüssigkeitsspeicher gespeicherte flüssige Wasserstoffträger eine energiearme Form auf, in welcher der flüssige Wassersträger eine gegenüber der energiereichen Form des flüssigen Wasserstoffträgers reduzierte Menge von gebundenem Wasserstoff aufweist. Die energiearme Form des flüssigen Wasserstoffträgers kann anschließend aus dem weiteren Flüssigkeitsspeicher entfernt werden und während eines Hydrierungsvorgang erneut mit gasförmigem Wasserstoff beladen werden.This achieves the technical advantage, for example, that the liquid hydrogen carrier can be effectively stored in the further liquid storage device after the gaseous hydrogen has been released. After the gaseous hydrogen has been released, the liquid hydrogen carrier stored in the liquid reservoir has a low-energy form in which the liquid hydrogen carrier has a reduced amount of bound hydrogen compared to the high-energy form of the liquid hydrogen carrier. The low-energy form of the liquid hydrogen carrier can then be removed from the further liquid reservoir and recharged with gaseous hydrogen during a hydrogenation process.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Dehydrierungssystems ist die Gasreinigungseinrichtung mit einem Wasserstoff-Druckbehälter fluidtechnisch verbunden, wobei der Wasserstoff-Druckbehälter ausgebildet ist, den verdichteten Wasserstoff nach der Trennung von dem flüssigen Wasserstoffträger zu speichern.In an advantageous embodiment of the dehydrogenation system, the gas cleaning device is fluidically connected to a hydrogen pressure vessel, the hydrogen pressure vessel being designed to store the compressed hydrogen after separation from the liquid hydrogen carrier.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Wasserstoff-Druckbehälter eine wirksame Speicherung des verdichteten gasförmigen Wasserstoffs ermöglicht und sicherstellt, dass der Wasserstoff aus dem Wasserstoff-Druckbehälter bei Bedarf einem Element zur Verfügung gestellt werden kann, welches den gasförmigen Wasserstoff verbraucht.This achieves the technical advantage, for example, that the hydrogen pressure vessel enables the compressed gaseous hydrogen to be effectively stored and ensures that the hydrogen from the hydrogen pressure vessel can, if required, be made available to an element which consumes the gaseous hydrogen.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Hydrierungssystem zum Hydrieren eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC) gelöst mit dem Kompressor nach den vorangehenden Ausführungsformen, wobei dem Kompressor über den Gaskanal gasförmiger Wasserstoff zuführbar ist, wobei dem Kompressor über den Flüssigkeitskanal flüssiger Wasserstoffträger zuführbar ist, wobei der Kompressor ausgebildet ist, den gasförmigen Wasserstoff zu verdichten, um verdichteten Wasserstoff zu erhalten, wobei der Kompressor einen Katalysator aufweist, welcher an der Kompressorinnenwandung und/oder an der Kolbenstirnseite angeordnet und ausgebildet ist, die chemische Bindung von Wasserstoff an den flüssigen Wasserstoffträger zu katalysieren.According to a third aspect of the invention, the object is achieved by a hydrogenation system for hydrogenating a liquid hydrogen carrier (LOHC) with the compressor according to the preceding embodiments, wherein the compressor can be supplied with gaseous hydrogen via the gas channel, wherein the compressor can be supplied with liquid hydrogen carrier via the liquid channel , wherein the compressor is designed to compress the gaseous hydrogen in order to obtain compressed hydrogen, wherein the compressor has a catalyst which is arranged and designed on the compressor inner wall and / or on the piston face, the chemical bond of hydrogen to the liquid hydrogen carrier to catalyze.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Hydrierungssystem eine wirksame Hydrierung einer dehydrierten energiearmen Form des flüssigen Wasserstoffträgers mit gasförmigem Wasserstoff in dem Kompressor ermöglicht, wodurch eine hydrierte energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers erhalten wird. Hierbei ist der Katalysator an der Kompressorinnenwandung und/oder an der Kolbenstirnseite des Kompressorkolbens angeordnet und kann sowohl mit dem gasförmigen Wasserstoff, als auch mit dem flüssigen Wasserstoffträger wirksam in Kontakt kommen, wodurch die chemische Bindung von Wasserstoff an den flüssigen Wasserstoffträger wirksam katalysiert werden kann. Die während des Verdichtungsvorganges von Wasserstoff und der Hydrierungsreaktion in dem Kompressor entstehende Wärme wird von dem flüssigen Wasserstoffträger aufgenommen. Anschließend wird die erwärmte hydrierte und energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers aus dem Kolbenarbeitsraum ausgeleitet und kann gespeichert werden.This achieves the technical advantage, for example, that the hydrogenation system enables an effective hydrogenation of a dehydrated, low-energy form of the liquid hydrogen carrier with gaseous hydrogen in the compressor, whereby a hydrogenated high-energy form of the liquid hydrogen carrier is obtained. Here, the catalyst is arranged on the inner wall of the compressor and / or on the piston face of the compressor piston and can come into effective contact with both the gaseous hydrogen and the liquid hydrogen carrier, whereby the chemical bond of hydrogen to the liquid hydrogen carrier can be effectively catalyzed. The heat generated during the compression process of hydrogen and the hydrogenation reaction in the compressor is absorbed by the liquid hydrogen carrier. The heated, hydrated and high-energy form of the liquid hydrogen carrier is then discharged from the piston working space and can be stored.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Kompressor mit einem Flüssigkeitsspeicher zum Speichern des flüssigen Wasserstoffträgers in einer hydrierten energiereichen Form fluidtechnisch verbunden.In an advantageous embodiment, the compressor is fluidly connected to a liquid reservoir for storing the liquid hydrogen carrier in a hydrated, high-energy form.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die energiereiche hydrierte Form des flüssigen Wasserstoffträgers aus dem Kompressor dem Flüssigkeitsspeicher zugeführt werden kann, um eine wirksame Speicherung des flüssigen Wasserstoffträgers mit chemisch gebundenem Wasserstoff sicherzustellen.This achieves the technical advantage, for example, that the high-energy, hydrogenated form of the liquid hydrogen carrier can be fed from the compressor to the liquid storage device in order to ensure effective storage of the liquid hydrogen carrier with chemically bound hydrogen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Flüssigkeitskanal mit einem weiteren Flüssigkeitsspeicher fluidtechnisch verbunden, wobei der weitere Flüssigkeitsspeicher ausgebildet ist, den flüssigen Wasserstoffträger in einer dehydrierten energiearmen Form zu speichern.In an advantageous embodiment, the liquid channel is fluidically connected to a further liquid reservoir, the further liquid reservoir being designed to store the liquid hydrogen carrier in a dehydrated, low-energy form.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die energiearme dehydrierte Form des flüssigen Wasserstoffträgers aus dem weiteren Flüssigkeitsspeicher dem Kompressor insbesondere in einem optimalen Verhältnis zum gasförmigen Wasserstoff zugeführt werden kann, um eine wirksame chemische Bindung des gasförmigen Wasserstoffs an den flüssigen Wasserstoffträger in dem Kolbenarbeitsraum zu ermöglichen.This achieves the technical advantage, for example, that the low-energy, dehydrated form of the liquid hydrogen carrier from the additional liquid storage device can be fed to the compressor, in particular in an optimal ratio to the gaseous hydrogen, in order to ensure an effective chemical bond between the gaseous hydrogen and the liquid hydrogen carrier in the piston working space enable.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Katalysator Katalysatorpartikel und/oder einen Katalysatorschaum, und umfasst insbesondere einen Übergangsmetallkatalysator.In a further advantageous embodiment, the catalyst comprises catalyst particles and / or a catalyst foam, and in particular comprises a transition metal catalyst.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die Katalysatorpartikel und/oder durch den Katalysatorschaum eine besonders wirksame Hydrierung des flüssigen Wasserstoffträgers mit gasförmigem Wasserstoff katalysiert wird.This achieves the technical advantage, for example, that the catalyst particles and / or the catalyst foam catalyze a particularly effective hydrogenation of the liquid hydrogen carrier with gaseous hydrogen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Kompressorinnenwandung als eine Doppelwandung ausgebildet, wobei die Doppelwandung einen Fluidkanal zur Kühlung der Kompressorinnenwandung aufweist.In a further advantageous embodiment, the inner wall of the compressor is designed as a double wall, the double wall having a fluid channel for cooling the inner wall of the compressor.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch den in der Doppelwandung aufgenommenen Fluidkanal, Fluid durch den Fluidkanal gepumpt werden kann, wobei das Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, bei der chemischen Bindung von Wasserstoff an den flüssigen Wasserstoffträger entstehende Wärme wirksam aufnehmen und abführen kann.This achieves the technical advantage, for example, that fluid can be pumped through the fluid channel through the fluid channel accommodated in the double wall, with the fluid, in particular a liquid, in particular water, effectively absorbing heat generated when hydrogen is chemically bonded to the liquid hydrogen carrier and can lead away.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Kompressorkolben eine Kolbenarbeitsraumkühlung auf, welche ausgebildet ist, den Kompressorkolben und den Kolbenarbeitsraum zu kühlen.In a further advantageous embodiment, the compressor piston has a piston working chamber cooling system which is designed to cool the compressor piston and the piston working chamber.
Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die Kolbenarbeitsraumkühlung der Kompressorkolben vorteilhaft gekühlt werden kann, wodurch ebenfalls der Kolbenarbeitsraum wirksam gekühlt wird.In this way, for example, the technical advantage is achieved that the compressor piston can be advantageously cooled by the piston working chamber cooling, whereby the piston working chamber is also effectively cooled.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below.
Es zeigen:
-
1 Dehydrierungssystem zum Dehydrieren eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC); -
2 Kompressor zum Verdichten von Wasserstoffgas gemäß einer Ausführungsform; -
3 Zwei zweistufige Kompressoren zum Verdichten von Wasserstoffgas; -
4 Einen mehrstufigen Kompressor zum Verdichten von Wasserstoffgas; und -
5 Hydrierungssystem zum Hydrieren eines flüssigen Wasserstoffträgers (LOHC).
-
1 Dehydration system for dehydrating a liquid hydrogen carrier (LOHC); -
2 Compressor for compressing hydrogen gas according to an embodiment; -
3 Two two-stage compressors for compressing hydrogen gas; -
4th A multi-stage compressor for compressing hydrogen gas; and -
5 Hydrogenation system for hydrogenating a liquid hydrogen carrier (LOHC).
Eine dehydrierte energiearme Form des flüssigen Wasserstoffträgers wird mittels katalysierter Hydrierung durch Wasserstoff reversibel in eine hydrierte energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers umgewandelt. In einer beispielsweise unterschiedlich katalysierten Rückreaktion durch Temperaturerhöhung und/oder Reduzierung des Wasserstoffdruckes wird Wasserstoff wieder aus der hydrierten energiereichen Form des flüssigen Wasserstoffträgers unter Bildung der dehydrierten energiearmen Form des flüssigen Wasserstoffträgers zurückgewonnen. Die Reaktion ist reversibel, so dass der flüssige Wasserstoffträger von einem energiearmen zu einem energiereichen Ort in einem Kreislauf geführt werden kann, ohne sich selbst zu verbrauchen. Der flüssige Wasserstoffträger ist Transporteur für Energie in Form von Wasserstoff.A dehydrated low-energy form of the liquid hydrogen carrier is reversibly converted into a hydrogenated high-energy form of the liquid hydrogen carrier by means of catalyzed hydrogenation by hydrogen. In a, for example, differently catalyzed reverse reaction by increasing the temperature and / or reducing the hydrogen pressure, hydrogen is recovered from the hydrogenated, high-energy form of the liquid hydrogen carrier to form the dehydrated low-energy form of the liquid hydrogen carrier. The reaction is reversible, so that the liquid hydrogen carrier can be circulated from a low-energy to a high-energy location without consuming itself. The liquid hydrogen carrier is a carrier for energy in the form of hydrogen.
Besonders vorteilhaft einsetzbare flüssige Wasserstoffträger erlauben eine reversible Wandlung zum Binden oder Freigeben von Wasserstoff unter technisch relevanten Bedingungen, wie beispielsweise bei Drücken und Temperaturen, die technisch einfach darstellbar sind. Die Wasserstoffspeicherung in flüssigen Wasserstoffträgern weist den Vorteil auf, dass die flüssigen Wasserstoffträger unter den verwendeten Prozessbedingungen flüssig sind, drucklos in der Lagerung sind, und in ihren physikochemischen Eigenschaften hohe Ähnlichkeit zu herkömmlichen flüssigen Kraftstoffen aufweisen. Daher können Pumpen zum Transport und Behälter zur Lagerung aus dem Bereich der Kraftstoff- und Brennstofftechnik verwendet werden. Die Wasserstoffspeicherung in chemisch gebundener Form in einer organischen Flüssigkeit erlaubt eine drucklose Lagerung bei Normalbedingungen über große Zeiträume ohne signifikanten Wasserstoffverlust.Liquid hydrogen carriers that can be used particularly advantageously allow a reversible conversion for binding or releasing hydrogen under technically relevant conditions, such as, for example, at pressures and temperatures that can be represented in a technically simple manner. Hydrogen storage in liquid hydrogen carriers has the advantage that the liquid hydrogen carriers are liquid under the process conditions used, are unpressurized in storage, and their physicochemical properties are very similar to conventional liquid fuels. Therefore pumps can be used for transport and containers for storage in the field of fuel and fuel technology. The hydrogen storage in chemically bound form in an organic liquid allows a pressureless storage under normal conditions over long periods of time without significant loss of hydrogen.
Wenn Wasserstoff aus dem flüssigen Wasserstoffträger freigesetzt wird, wird der freigesetzte Wasserstoff für kurze Nutzungszyklen, z.B. zur Verwendung in mit Wasserstoff-betriebenen Kraftfahrzeugen, in Druckbehältern in einem gasförmigem Aggregatszustand gespeichert. Hierbei wird der aus dem flüssigen Wasserstoffträger durch Dehydrierung gewonnene Wasserstoff zur Speicherung in einem Wasserstoff-Druckbehälter komprimiert, insbesondere auf einen Druck von bis zu 800 bar komprimiert.When hydrogen is released from the liquid hydrogen carrier, the released hydrogen is stored in a gaseous state in pressure vessels for short usage cycles, e.g. for use in hydrogen-powered vehicles. Here, the hydrogen obtained from the liquid hydrogen carrier by dehydrogenation is compressed for storage in a hydrogen pressure vessel, in particular compressed to a pressure of up to 800 bar.
Ein Dehydrierungssystem
Das Dehydrierungssystem
Während des Verdichtens des gasförmigen Wasserstoffs durch den Kompressor
Nach dem Verdichten des gasförmigen Wasserstoffs wird der verdichtete gasförmige Wasserstoff und der dabei erwärmte flüssige Wasserstoffträger durch eine Kompressorableitung
Die erwärmte hydrierte energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers wird von der Gasreinigungseinrichtung
Die während des Dehydriervorgangs entstehende dehydrierte energiearme Form des flüssigen Wasserstoffträgers kann durch eine Wasserstoffträgerabfuhrleitung
Der in der Dehydriereinrichtung
Somit ist in
Nachdem Wasserstoff dem Kolbenarbeitsraum
Der Kompressor
Durch den flüssigen Wasserstoffträger, welcher an der Kolbenstirnseite
Durch eine Bewegung des Kompressorkolbens
An einer Oberseite des Kompressors
Um den gasförmigen Wasserstoff und die energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers wirksam von dem Auslassventil
Ferner kann ein Bereich der Kompressionsstirnseite
Somit kann durch den in
Die erste Kompressorstufe
Nach dem Zuführen von Wasserstoff durch einen in
Die Kompressorinnenwandung
Die Flüssigkeitsschicht dichtet in
Das verdichtete Gas, insbesondere der verdichtete gasförmige Wasserstoff, und die Flüssigkeit, insbesondere die energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers, werden aus dem ersten Kolbenarbeitsraum
Hierbei wird die erste Kompressorstufe
Der weitere zweistufige Kompressor
Die vierte Kompressorstufe
Der flüssige Wasserstoffträger läuft an der vertikal angeordneten Kompressorinnenwandung
Das Gas, insbesondere der gasförmige Wasserstoff und die Flüssigkeit, insbesondere die energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers, werden nach dem Kompressionsvorgang aus dem vierten Kolbenarbeitsraum
Ein weiterer Kompressionsvorgang findet in der dritten Kompressorstufe
Die dritte Kompressorstufe
Die dritte Kompressorstufe
Nach dem Zuführen von Wasserstoff durch einen in
Das verdichtete Gas, insbesondere der verdichtete gasförmige Wasserstoff, und die Flüssigkeit, insbesondere die energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers, werden aus dem dritten Kolbenarbeitsraum
Die zweite Kompressorstufe
Der flüssige Wasserstoffträger läuft an der vertikal angeordneten Kompressorinnenwandung
Das verdichtete Gas, insbesondere der verdichtete gasförmige Wasserstoff und die Flüssigkeit, insbesondere die energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers, werden nach dem Kompressionsvorgang aus dem zweiten Kolbenarbeitsraum
Der Kompressor
Der Kompressorkolben
Nach dem Zuführen von Wasserstoff durch einen Gaskanal
Der Kompressor
Das Gas, insbesondere der gasförmige Wasserstoff und die durch den Kompressionsvorgang erwärmte Flüssigkeit, insbesondere die energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers, werden nach dem ersten Kompressionsvorgang aus dem ersten Kolbenarbeitsraum
Nach dem Zuführen von Wasserstoff und der energiereichen Form des flüssigen Wasserstoffträgers durch die erste Kolbenverbindung
Das verdichtete Gas, insbesondere der gasförmige Wasserstoff und die weiter erwärmte Flüssigkeit, insbesondere die energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers, werden nach dem Kompressionsvorgang aus dem zweiten Kolbenarbeitsraum
Nach dem Zuführen von Wasserstoff und der energiereichen Form des flüssigen Wasserstoffträgers durch die zweite Kolbenverbindung
Das verdichtete Gas, insbesondere der gasförmige Wasserstoff und die weiter erwärmte Flüssigkeit, insbesondere die energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers, werden nach dem Kompressionsvorgang aus dem dritten Kolbenarbeitsraum
Nach dem Zuführen von Wasserstoff und der energiereichen Form des flüssigen Wasserstoffträgers durch die dritte Kolbenverbindung
Nach dem Verdichten des Gases werden der verdichtete Wasserstoff und die energiereiche Form des flüssigen Wasserstoffträgers durch das erste Auslassventil
Der Kompressorkolben
In
Somit kann sowohl die Flüssigkeitspumpe
Zwischen dem Kompressorkolben
Alternativ zu dem Anbringen der Bohrungen
Alternativ zu der in
Ein Hydrierungssystem
Der Kompressor
Das Hydrierungssystem
Der Kompressor
Der durch den Ventilblock
Der Katalysator
Nach Abschluss des Verdichtens des gasförmigen Wasserstoffs, kann der gasförmige Wasserstoff zusammen mit der erwärmten hydrierten Form des flüssigen Wasserstoffträgers durch den Ventilblock
Bevorzugt wird das Verhältnis von Wasserstoff und flüssiger Wasserstoffträger derart gewählt, dass während des Hydriervorgangs der Wasserstoff vollständig mit dem flüssigen Wasserstoffträger reagiert. Der Ventilblock
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- DehydrierungssystemDehydration system
- 101101
- Kompressorcompressor
- 103103
- KompressorkolbenCompressor piston
- 105105
- KolbenarbeitsraumPiston working space
- 107107
- GaskanalGas duct
- 109109
- KolbenstirnseitePiston face
- 111111
- KompressionsstirnseiteCompression face
- 113113
- FlüssigkeitsspeicherLiquid storage
- 115115
- FlüssigkeitskanalFluid channel
- 117117
- KompressorableitungCompressor line
- 119119
- GasreinigungseinrichtungGas cleaning device
- 121121
- WasserstoffspeicherleitungHydrogen storage line
- 123123
- Wasserstoff-DruckbehälterHydrogen pressure vessel
- 125125
- DehydrierleitungDehydration line
- 127127
- DehydriereinrichtungDehydrator
- 129129
- WasserstoffträgerabfuhrleitungHydrogen carrier discharge line
- 131131
- Weiterer FlüssigkeitsspeicherFurther liquid storage
- 133133
- KompressorinnenwandungInner wall of the compressor
- 135135
- Außenbereich des KompressorsOutside of the compressor
- 137137
- Flüssigkeitliquid
- 139139
- Umlaufende RinneCircumferential channel
- 141141
- RinnenrandGutter edge
- 143143
- FlüssigkeitsfallfilmLiquid falling film
- 145145
- KolbenspaltePiston gap
- 147147
- Auslassventiloutlet valve
- 149149
- VentilraumValve space
- 151151
- WasserstoffträgerüberstandHydrogen carrier supernatant
- 153153
- WandungskonturWall contour
- 155155
- Erste KompressorstufeFirst compressor stage
- 157157
- Zweite KompressorstufeSecond compressor stage
- 159159
- Trennlinieparting line
- 161161
- Erster KolbenarbeitsraumFirst piston working space
- 163163
- Zweiter KolbenarbeitsraumSecond piston working space
- 165165
- Erster KolbenabschnittFirst piston section
- 167167
- Zweiter KolbenabschnittSecond piston section
- 169169
- Erste KolbenstirnseiteFirst piston face
- 170170
- Erste KompressionsstirnseiteFirst compression face
- 171171
- Erster FlüssigkeitskanalFirst fluid channel
- 173173
- Erster FlüssigkeitsfallfilmFirst liquid fall film
- 175175
- Erstes AuslassventilFirst exhaust valve
- 177177
- Erste StufenzuführungFirst stage feed
- 179179
- Weiterer zweistufiger KompressorAnother two-stage compressor
- 181181
- Vierte KompressorstufeFourth compressor stage
- 183183
- Dritte KompressorstufeThird compressor stage
- 185185
- Weitere TrennlinieAnother dividing line
- 187187
- Vierter KolbenarbeitsraumFourth piston working space
- 189189
- Dritter Kolbenabschnitt des zweiten KompressorkolbensThird piston section of the second compressor piston
- 191191
- Weiterer KompressorkolbenAnother compressor piston
- 193193
- Vierter Kolbenabschnitt des zweiten KompressorkolbensFourth piston section of the second compressor piston
- 195195
- Vierte KolbenstirnseiteFourth piston face
- 197197
- Vierter FlüssigkeitsfallfilmFourth liquid fall film
- 199199
- Viertes AuslassventilFourth exhaust valve
- 201201
- Dritter KolbenarbeitsraumThird piston working space
- 203203
- Dritte KolbenstirnseiteThird piston face
- 205205
- Dritter FlüssigkeitskanalThird fluid channel
- 207207
- Dritter FlüssigkeitsfallfilmThird liquid fall film
- 209209
- Drittes AuslassventilThird exhaust valve
- 211211
- Zweite StufenzuführungSecond stage feed
- 213213
- Zweite KolbenstirnseiteSecond piston face
- 215215
- Zweiter FlüssigkeitsfallfilmSecond liquid fall film
- 217217
- Zweites AuslassventilSecond exhaust valve
- 219219
- Untere erste KolbenstirnseiteLower first piston face
- 221221
- Obere erste KolbenstirnseiteUpper first piston face
- 223223
- Untere zweite KolbenstirnseiteLower second piston face
- 225225
- Obere zweite KolbenstirnseiteUpper second piston face
- 227227
- Erste KompressionsrichtungFirst direction of compression
- 231231
- FlüssigkeitsventilLiquid valve
- 233233
- DruckspeicherPressure accumulator
- 235235
- Erste KolbenverbindungFirst piston connection
- 237237
- Zweite KompressionsrichtungSecond direction of compression
- 239239
- Zweite KompressionsstirnseiteSecond compression face
- 241241
- Zweite KolbenverbindungSecond piston connection
- 243243
- Dritte KolbenverbindungThird piston connection
- 245245
- FlüssigkeitspumpeLiquid pump
- 247247
- PumpengehäusePump housing
- 249249
- ImpellerImpeller
- 251251
- FlüssigkeitseinlassLiquid inlet
- 253253
- FlüssigkeitsauslassLiquid outlet
- 255255
- Antriebdrive
- 257257
- KolbendichtungPiston seal
- 259259
- Erste BohrungFirst hole
- 261261
- Zweite BohrungSecond hole
- 263263
- HydrierungssystemHydrogenation system
- 265265
- WasserstoffträgerzufuhrleitungHydrogen carrier supply line
- 267267
- VentilblockValve block
- 269269
- Katalysatorcatalyst
- 271271
- FluidkanalFluid channel
- 273273
- KolbenarbeitsraumkühlungPiston working space cooling
- 275275
- WasserstoffzuleitungHydrogen feed
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- 2016-04-29 DE DE102016108026.8A patent/DE102016108026B4/en active Active
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