DE102021126745A1

DE102021126745A1 - Kompressor und wasserstofftankstelle

Info

Publication number: DE102021126745A1
Application number: DE102021126745.5A
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Otsuka; Naofumi Kanei
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2022-04-21
Also published as: US20220120263A1; JP2022067457A

Abstract

Eine Kompressionsstufe (15) weist einen Zylinder (25), einen Kolben (35), eine erste Kolbenringgruppe (41) und eine zweite Kolbenringgruppe (42) auf. Der Zylinder (25) weist einen ersten Kühlkanal (71), durch den ein Kühlfluid zur Aufnahme von zwischen dem Zylinder (25) und der ersten Kolbenringgruppe (41) erzeugter Wärme strömt, einen zweiten Kühlkanal (72), durch den ein Kühlfluid zur Aufnahme von zwischen dem Zylinder (25) und der zweiten Kolbenringgruppe (42) erzeugter Wärme strömt, und einen Zwischenteil (63) auf, der zwischen dem ersten Kühlkanal (71) und dem zweiten Kühlkanal (72) angeordnet ist. Ein Kommunikationskanal (81) ist mit dem Zwischenteil (63) und einem Verbindungsrohr (9e) verbunden und führt ein Wasserstoffgas, das aus einer Kompressionskammer (25S) durch die erste Kolbenringgruppe (41) zum Zwischenteil (63) austritt, zur Außenseite des Zylinders (25).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompressor und eine Wasserstofftankstelle.
Herkömmlich ist ein Hubkolbenkompressor bekannt, der so konfiguriert ist, dass er einen Kolben in einem Zylinder hin und her bewegt, um Gas in einer Kompressionskammer innerhalb des Zylinders zu komprimieren. In diesem Kompressor ist auf einer Kolbenaußenumfangsfläche derart eine Vielzahl von Kolbenringen installiert, dass die Kolbenringe in einer Axialrichtung des Zylinders aneinandergereiht sind. Dies verhindert, dass das komprimierte Gas, das in der Kompressionskammer erzielt wird, durch einen Spalt zwischen der Kolbenaußenumfangsfläche und der Zylinderinnenumfangsfläche austritt.
In einem Hubkolbenkompressor, der in der JP 5 435 245 B2 offenbart ist, ist auf einer Kolbenaußenumfangsfläche zum Beispiel eine große Anzahl an Kolbenringen installiert, die in zwei Kolbenringgruppen unterteilt sind. Darüber hinaus ist der in der JP 5 435 245 B2 offenbarte Kompressor mit einer Gaseinleitungseinheit versehen, die zwischen den zwei Kolbenringgruppen angeschlossen ist, um Gas einzuleiten. Durch diese Gaseinleitungseinheit wird ein Gas, das einen vorbestimmten Druck hat, in einen Spalt zwischen der Kolbenaußenumfangsfläche und der Zylinderinnenumfangsfläche eingeleitet.
In dem in der JP 5 435 245 B2 offenbarten Kompressor wird ein komprimiertes Gas vorbestimmten Drucks in einen Spalt zwischen einer Zylinderinnenfläche und einer Kolbenaußenumfangsfläche, der dem Raum zwischen den zwei Kolbenringgruppen entspricht, eingeleitet, wodurch die Lebensdauer der Kolbenringe verlängert wird. Es wird angenommen, dass eine Erhöhung einer auf die Kolbenringe ausgeübten Belastung zu einer Beschädigung der Kolbenringe führt. Und zwar sinkt jedes Mal, wenn das Gas, das durch den ersten Kolbenring gegangen ist, stromabwärts strömt und durch jeden Kolbenring hindurchgeht, der Druck des Gases. Dementsprechend dehnt sich das Volumen des Gases aus und die Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich. Dies erhöht die auf die Kolbenringe ausgeübte Belastung und verursacht eine Beschädigung. Indem das Gas vorbestimmten Drucks zwischen den zwei Kolbenringgruppen eingeleitet wird, wird daher die Strömungsgeschwindigkeit des Gases reduziert, das zur Kolbenringgruppe auf der Kolbenbodenendseite herausströmt, und dadurch werden die Kolbenringe der Kolbenringgruppe auf der Kolbenbodenendseite geschützt.
Allerdings wird in dem in der JP 5 435 245 B2 offenbarten Kompressor das Austrittsgas, das in der Kompressionskammer erzeugt wird, mit hoher Temperatur durch die Kolbenringgruppe hindurchgehen, was den Verschleiß der Kolbenringe beschleunigen kann.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den Verschleiß von Kolbenringen in einem Kolben, der mit zwei Kolbenringgruppen versehen ist, zu hemmen.
Ein Kompressor gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kompressor zum Komprimieren eines Wasserstoffgases, der Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Kompressionsstufen; und einen Antriebsmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er die Vielzahl von Kompressionsstufen antreibt. Mindestens eine Kompressionsstufe von der Vielzahl von Kompressionsstufen weist Folgendes auf: einen Zylinder; einen Kolben, der in den Zylinder eingeführt ist; eine erste Kolbenringgruppe, die auf dem Kolben installiert ist; und eine zweite Kolbenringgruppe, die näher als die erste Kolbenringgruppe am Antriebsmechanismus angeordnet ist. Der Zylinder weist Folgendes auf: einen ersten Kühlkanal, durch den ein Kühlfluid zur Aufnahme von zwischen dem Zylinder und der ersten Kolbenringgruppe erzeugter Wärme strömt; einen zweiten Kühlkanal, durch den ein Kühlfluid zur Aufnahme von zwischen dem Zylinder und der zweiten Kolbenringgruppe erzeugter Wärme strömt; und ein Durchgangsloch, das in einem Zwischenteil zwischen dem ersten Kühlkanal und dem zweiten Kühlkanal vorgesehen ist und das eine Innenfläche und eine Außenfläche des Zylinders durchdringt. Der Kompressor weist außerdem einen Kommunikationskanal auf, der mit einem mit dem Durchgangsloch und der mindestens einen Kompressionsstufe verbundenen Ansaugkanal oder einem Niederdruckkanal mit geringerem Druck als der Ansaugkanal kommuniziert, wobei der Kommunikationskanal das Wasserstoffgas, das von einer Spitze des Kolbens durch die erste Kolbenringgruppe in den Zwischenteil austritt, zur Außenseite des Zylinders führt.
Eine Wasserstofftankstelle gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist Folgendes auf: den Kompressor; einen Speicher zum Speichern des vom Kompressor abgegebenen Wasserstoffgases; und eine Tanksäule zum Erhalt einer Zufuhr des Wasserstoffgases aus dem Speicher.
Die Zeichnungen zeigen Folgendes:

1 ein Schaubild, das schematisch eine Konfiguration einer Wasserstofftankstelle zeigt, bei der ein Kompressor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel Anwendung findet;
2 ein Schaubild, das schematisch den Kompressor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 eine Schnittansicht, die schematisch eine Teilkonfiguration des in 2 gezeigten Kompressors zeigt;
4 eine Schnittansicht, die schematisch eine Teilkonfiguration des in 2 gezeigten Kompressors zeigt;
5 ein Schaubild, das schematisch einen Teil eines Kompressors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ein Schaubild, das schematisch einen Teil eines Kompressors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
7 ein Schaubild, das schematisch einen Teil eines Kompressors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt; und
8 ein Schaubild, das schematisch einen Kompressor gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel zeigt.

Unten werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert Ausführungsbeispiele zur Durchführung der Erfindung beschrieben. In der Beschreibung werden zwar Richtungsangaben wie „oben“ und „unten“ verwendet, doch diese Richtungsangaben dienen nur dem Zweck, die Beschreibung zu verdeutlichen, und sie sollten nicht in einer beschränkenden Weise interpretiert werden.
- Erstes Ausführungsbeispiel -
Wie in 1 gezeigt ist, ist in einer Wasserstofftankstelle 100 ein Kompressor 1 vorhanden. Die Wasserstofftankstelle 100 weist den Kompressor 1 zum Komprimieren eines Wasserstoffgases, einen Speicher 2 zum Speichern des Hochdruck-Wasserstoffgases, das durch den Kompressor 1 komprimiert wurde, und eine Tanksäule 3 zum Zuführen des Hochdruck-Wasserstoffgases aus dem Speicher 2 zu einem Nachfrageziel wie einem Brennstoffzellenfahrzeug 4 auf.
Wie in 2 gezeigt ist, weist der Kompressor 1 eine Vielzahl von Kompressionsstufen (erste bis fünfte Kompressionsstufen 11 bis 15) und einen Antriebsmechanismus 5 auf, der die Vielzahl von Kompressionsstufen 11 bis 15 antreibt. Jede der fünf Kompressionsstufen 11 bis 15 komprimiert und liefert sequentiell ein Wasserstoffgas. Von den fünf Kompressionsstufen 11 bis 15 sind die erste Kompressionsstufe 11, die dritte Kompressionsstufe 13 und die fünfte Kompressionsstufe 15 miteinander gekoppelt, sodass sie einen ersten Blockteil 6 bilden. Von den fünf Kompressionsstufen 11 bis 15 sind die zweite Kompressionsstufe 12 und die vierte Kompressionsstufe 14 miteinander gekoppelt, sodass sie einen zweiten Blockteil 7 bilden, der getrennt vom ersten Blockteil 6 vorgesehen ist.
Im ersten Blockteil 6 ist die dritte Kompressionsstufe 13 auf der ersten Kompressionsstufe 11 platziert und die fünfte Kompressionsstufe 15 ist auf der dritten Kompressionsstufe 13 platziert. Im zweiten Blockteil 7 ist indessen die vierte Kompressionsstufe 14 auf der zweiten Kompressionsstufe 12 platziert. Der erste Blockteil 6 und der zweite Blockteil 7 sind auf dem Antriebsmechanismus 5 platziert. Die Drehung einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle des Antriebsmechanismus 5 bewirkt in jeder der Kompressionsstufen 11 bis 15 eine Kompression des Wasserstoffgases. In dem ersten Blockteil 6 und dem zweiten Blockteil 7 ist jeweils ein sogenannter Tandemaufbau-Kompressor aufgebaut, in dem eine Vielzahl von Kolben in Reihe mit einer Kolbenstange verbunden ist.
Der Kompressor 1 weist ein Gaseinleitungsrohr 9a, ein erstes Verbindungsrohr 9b, ein zweites Verbindungsrohr 9c, ein drittes Verbindungsrohr 9d, ein viertes Verbindungsrohr 9e und ein Gasabgaberohr 9f auf. Das Gaseinleitungsrohr 9a ist mit einer Ansaugöffnung der ersten Kompressionsstufe 11 verbunden. Das erste Verbindungsrohr 9b verbindet die erste Kompressionsstufe 11 mit der zweiten Kompressionsstufe 12. Das zweite Verbindungsrohr 9c verbindet die zweite Kompressionsstufe 12 mit der dritten Kompressionsstufe 13. Das dritte Verbindungsrohr 9d verbindet die dritte Kompressionsstufe 13 mit der vierten Kompressionsstufe 14. Das vierte Verbindungsrohr 9e verbindet die vierte Kompressionsstufe 14 mit der fünften Kompressionsstufe 15. Das Gasabgaberohr 9f ist mit einer Abgabeöffnung der fünften Kompressionsstufe 15 verbunden. Das Gaseinleitungsrohr 9a, das erste Verbindungsrohr 9b bis vierte Verbindungsrohr 9e und das Gasabgaberohr 9f bilden einen Kanal zum Strömen eines Wasserstoffgases.
3 ist ein Schaubild, das vereinfacht die dritte Kompressionsstufe 13 und die fünfte Kompressionsstufe 15 zeigt. Wie in 3 gezeigt ist, weist die dritte Kompressionsstufe 13 einen dritten Zylinder 23 und einen dritten Kolben 33 auf, der in den dritten Zylinder 23 eingeführt ist. Die fünfte Kompressionsstufe 15 weist einen fünften Zylinder 25, der auf dem dritten Zylinder 23 platziert ist, und einen fünften Kolben 35 auf, der in den fünften Zylinder 25 eingeführt ist. Die dritte Kompressionsstufe 13 ist eine Kompressionsstufe, die der fünften Kompressionsstufe 15 vorgeschaltet ist. Der dritte Zylinder 23 ist ein Zylinder auf einer Niederdruckseite des fünften Zylinders 25. Der dritte Kolben 33 ist ein Kolben auf einer Niederdruckseite des fünften Kolbens 35.
Innerhalb des dritten Zylinders 23 wird durch den dritten Zylinder 23 und den dritten Kolben 33 eine dritte Kompressionskammer 23S ausgebildet. Innerhalb des fünften Zylinders 25 wird durch den fünften Zylinder 25 und den fünften Kolben 35 eine fünfte Kompressionskammer 25S ausgebildet. Ein Durchmesser des dritten Kolbens 33 ist größer als ein Durchmesser des fünften Kolbens 35. Der dritte Kolben 33 und der fünfte Kolben 35 sind miteinander durch eine Verbindungsstange 37 verbunden.
Auf der Außenumfangsfläche des fünften Kolbens 35 ist eine Vielzahl von Kolbenringen installiert. Die Vielzahl von Kolbenringen bildet eine erste Kolbenringgruppe 41 und eine zweite Kolbenringgruppe 42. Und zwar sind die erste Kolbenringgruppe 41 und die zweite Kolbenringgruppe 42 in einem Abstand angeordnet, der größer als der Abstand zwischen benachbarten Kolbenringen ist. Auf der Außenumfangsfläche des dritten Kolbens 33 ist eine Vielzahl von Kolbenringen installiert. Die Vielzahl von Kolbenringen bildet eine dritte Kolbenringgruppe 43.
Auch wenn dies nicht gezeigt ist, weist die erste Kompressionsstufe 11 einen ersten Zylinder und einen ersten Kolben auf, der in den ersten Zylinder eingeführt ist. Auf dem ersten Zylinder ist der dritte Zylinder 23 platziert. Der erste Kolben und der dritte Kolben 33 sind miteinander durch eine Verbindungsstange verbunden, während mit dem ersten Kolben eine Kolbenstange verbunden ist. Die Kolbenstange wandelt eine Drehbewegung der Kurbelwelle des Antriebsmechanismus 5 über einen Kreuzkopf in eine hin und her gehende Bewegung des ersten Kolbens um. Darüber hinaus haben die zweite Kompressionsstufe 12 und die vierte Kompressionsstufe 14 eine Konfiguration, bei der ein Kolben innerhalb eines Zylinders angeordnet ist, während der vierte Zylinder auf dem zweiten Zylinder platziert ist.
4 ist eine Schnittansicht, die schematisch die fünfte Kompressionsstufe 15 zeigt. 4 zeigt die fünfte Kompressionsstufe detaillierter als 3. Der fünfte Zylinder 25 der fünften Kompressionsstufe 15 weist einen Zylinderkörper 51, einen Zylinderkopf 52, ein ansaugseitiges Verbindungselement 53, ein abgabeseitiges Verbindungselement 54, ein oberes Mantelelement 55 und ein unteres Mantelelement 56 auf.
Der Zylinderkörper 51 hat in einer Richtung (der vertikalen Richtung im dargestellten Beispiel) eine längliche Form. In seiner Mitte ist ein säulenförmiger Raum 51a ausgebildet, der sich in der einen Richtung erstreckt. Der säulenförmige Raum 51a durchdringt den Zylinderkörper 51 in der vertikalen Richtung. Auf der Oberseite des Zylinderkörpers 51 ist eine Öffnung 51b ausgebildet.
Der Zylinderkörper 51 weist einen Körperkopf 61, einen oberen Rohrteil 62, einen Zwischenteil 63 und einen unteren Rohrteil 64 auf. Es ist zu beachten, dass diese Teile 61 bis 64 in dem Zylinderkörper 51 einstückig ausgebildet sind. Der Körperkopf 61 befindet sich am oberen Ende des Zylinderkörpers 51 und steht vom oberen Rohrteil 62 seitlich (in der Richtung senkrecht zu der einen Richtung) vor. Auf der Oberseite des Körperkopfs 61 ist nach unten vertieft eine Oberseitenvertiefung 61a ausgebildet, die von oben gesehen eine Kreisform hat und mit der Öffnung 51b einen Mittelpunkt teilt und die einen Außendurchmesser hat, der größer als der Außendurchmesser der Öffnung 51b ist.
In dem Körperkopf 61 sind ein Ansaugloch 61b und ein Abgabeloch 61c ausgebildet. Das Ansaugloch 61b ist ein Raum, der mit dem säulenförmigen Raum 51a kommuniziert und sich in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung erstreckt, und es öffnet sich auf einer Seitenfläche des Körperkopfs 61. Das Abgabeloch 61c ist ein Raum, der mit dem säulenförmigen Raum 51a kommuniziert und sich vom säulenförmigen Raum 51a zur gegenüberliegenden Seite des Ansauglochs 61b erstreckt. Das Abgabeloch 61c öffnet sich auf einer Seitenfläche des Körperkopfs 61 auf einer Seitenfläche gegenüber der Öffnung des Ansauglochs 61b.
Der obere Rohrteil 62 hat eine Rohrform, die sich in der vertikalen Richtung erstreckt, und er ist ein Abschnitt, der einen konstanten Außendurchmesser hat und unter dem Körperkopf 61 angeordnet ist. Der Außendurchmesser des oberen Rohrteils 62 ist kleiner als der Außendurchmesser des Körperkopfs 61 und des Zwischenteils 63. Der Zwischenteil 63 ist unterhalb des oberen Rohrteils 62 angeordnet. Daher bilden die Unterseite des Körperkopfs 61, die Außenumfangsfläche des oberen Rohrteils 62 und die Oberseite des Zwischenteils 63 in dem Zylinderkörper 51 eine obere Vertiefung 51c aus. Und zwar ist die obere Vertiefung 51c in einer Ringform ausgebildet, sodass sie die Außenumfangsfläche des oberen Rohrteils 62 umgibt. Die obere Vertiefung 51c ist mit dem oberen Mantelelement 55 bedeckt.
Der untere Rohrteil 64 hat eine Rohrform, die sich in der vertikalen Richtung erstreckt, und er ist ein Abschnitt, der einen konstanten Außendurchmesser hat und unter dem Zwischenteil 63 angeordnet ist. Der Außendurchmesser des unteren Rohrteils 64 ist kleiner als der Außendurchmesser des Zwischenteils 63. Es ist zu beachten, dass sich das untere Ende des Zylinderkörpers 51, das sich unter dem unteren Rohrteil 64 befindet, den gleichen Außendurchmesser wie der Zwischenteil 63 hat. Daher bilden die Unterseite des Zwischenteils 63, die Außenumfangsfläche des unteren Rohrteils 64 und die Oberseite am unteren Ende des Zylinderkörpers 51 in dem Zylinderkörper 51 eine untere Vertiefung 51d aus. Und zwar ist die untere Vertiefung 51d in einer Ringform ausgebildet, sodass sie die Außenumfangsfläche des unteren Rohrteils 64 umgibt. Die untere Vertiefung 51d ist mit dem unteren Mantelelement 56 bedeckt.
Der Zylinderkopf 52 weist einen Zylinderkopfkörper 52a und einen Vorsprung 52b auf, der von der Unterseite des Zylinderkopfkörpers 52a nach unten vorsteht. Der Zylinderkopf 52 ist auf der Oberseite des Körperkopfs 61 angeordnet, wobei der Vorsprung 52b in die Oberseitenvertiefung 61a des Zylinderkörpers 51 eingepasst ist.
Das ansaugseitige Verbindungselement 53 wird dazu verwendet, ein (nicht gezeigtes) Rückschlagventil zu halten, das in dem Ansaugloch 61b des Körperkopfs 61 vorgesehen ist. Das ansaugseitige Verbindungselement 53 ist am Körperkopf 61 angebracht, um die Öffnung des Ansauglochs 61b zu verschließen.
Das abgabeseitige Verbindungselement 54 wird dazu verwendet, ein (nicht gezeigtes) Rückschlagventil zu halten, das in dem Abgabeloch 61c des Körperkopfs 61 vorgesehen ist. Das abgabeseitige Verbindungselement 54 ist am Körperkopf 61 angebracht, um die Öffnung des Abgabelochs 61c zu verschließen.
In dem ansaugseitigen Verbindungselement 53 ist ein Durchgangsloch ausgebildet, das dem Ansaugloch 61b ermöglicht, mit der Außenseite des fünften Zylinders 25 zu kommunizieren. In das Durchgangsloch ist das vierte Verbindungsrohr 9e eingeführt. Das vierte Verbindungsrohr 9e und das Ansaugloch 61b fungieren als ein Ansaugkanal des fünften Zylinders 25, der zum säulenförmigen Raum 51a im fünften Zylinder 25 führt und die fünfte Kompressionskammer 25S, die später beschrieben wird, dazu bringt, ein Wasserstoffgas anzusaugen.
In dem abgabeseitigen Verbindungselement 54 ist ein Durchgangsloch ausgebildet, das dem Abgabeloch 61c ermöglicht, mit der Außenseite des fünften Zylinders 25 zu kommunizieren. In das Durchgangsloch ist das Gasabgaberohr 9f eingeführt. Das Gasabgaberohr 9f und das Abgabeloch 61c fungieren als ein Abgabekanal des fünften Zylinders 25, der zum säulenförmigen Raum 51a im fünften Zylinder 25 führt und aus der später beschriebenen fünften Kompressionskammer 25S ein Wasserstoffgas abgibt.
Das obere Mantelelement 55 ist so angeordnet, dass es die obere Vertiefung 51c bedeckt. Mit dieser Konfiguration wird zwischen dem oberen Mantelelement 55 und der Außenumfangsfläche des oberen Rohrteils 62 ein geschlossener Raum ausgebildet. Dieser Raum fungiert als ein erster Kühlkanal 71, der die erste Kolbenringgruppe 41 kühlt. Der erste Kühlkanal 71 hat eine Größe, die den Bewegungsbereich der ersten Kolbenringgruppe 41 abdeckt, wenn sich der fünfte Kolben 35 hin und her bewegt. Durch den ersten Kühlkanal 71 strömt ein Kühlfluid zur Aufnahme von Wärme, die zwischen dem fünften Zylinder 25 (der Innenfläche des Zylinderkörpers 51) und der ersten Kolbenringgruppe 41 erzeugt wird.
Das untere Mantelelement 56 ist so angeordnet, dass es die untere Vertiefung 51d bedeckt. Mit dieser Konfiguration wird zwischen dem unteren Mantelelement 56 und der Außenumfangsfläche des unteren Rohrteils 64 ein geschlossener Raum ausgebildet. Dieser Raum fungiert als ein zweiter Kühlkanal 72, der die zweite Kolbenringgruppe 42 kühlt. Der zweite Kühlkanal 72 hat eine Größe, die den Bewegungsbereich der zweiten Kolbenringgruppe 42 abdeckt, wenn sich der fünfte Kolben 35 hin und her bewegt. Durch den zweiten Kühlkanal 72 strömt ein Kühlfluid zur Aufnahme von Wärme, die zwischen dem fünften Zylinder 25 (der Innenfläche des Zylinderkörpers 51) und der zweiten Kolbenringgruppe 42 erzeugt wird.
Das obere Mantelelement 55 ist mit einem Einleitungsteil 57 versehen, um das Kühlfluid in den ersten Kühlkanal 71 einzuleiten. Das untere Mantelelement 56 ist mit einem Abgabeteil 58 versehen, um das Kühlfluid aus dem zweiten Kühlkanal 72 abzugeben. Es ist zu beachten, dass das obere Mantelelement 55 mit dem Abgabeteil 58 versehen werden kann, während das untere Mantelelement 56b mit dem Einleitungsteil 57 versehen werden kann.
Der fünfte Kolben 35 hat in einer Richtung (der vertikalen Richtung im dargestellten Beispiel) eine längliche Zylinderform und ist in dem säulenförmigen Raum 51a des Zylinderkörpers 51 vertikal gleitfähig angeordnet. Die Spitzenfläche (Oberseite) des fünften Kolbens 35, die Innenumfangsfläche des Zylinderkörpers 51 und die Unterseite des Vorsprungs 52b des Zylinderkopfs 52 definieren die fünfte Kompressionskammer 25S. Zwischen der Innenumfangsfläche des Zylinderkörpers 51 des fünften Zylinders 25 und der Außenumfangsfläche des fünften Kolbens 35 ist ein Mikrospalt C1 ausgebildet.
Der Zwischenteil 63 liegt in einer Richtung, in der sich der fünfte Kolben 35 hin und her bewegt, zwischen dem ersten Kühlkanal 71 und dem zweiten Kühlkanal 72. In dem Zwischenteil 63 ist ein Durchgangsloch 63a ausgebildet, das dem säulenförmigen Raum 51a (Mikrospalt C1) ermöglicht, mit der Außenseite zu kommunizieren. Ein Ende des Durchgangslochs 63a öffnet sich zum Mikrospalt C1, während sich das andere Ende zur Außenumfangsfläche des Zwischenteils 63 öffnet. Mit dem Durchgangsloch 63a ist ein Kommunikationskanal 81 verbunden, wobei der Kommunikationskanal 81 mit dem vierten Verbindungsrohr 9e verbunden ist. Das heißt, dass das Austrittsgas, das aus dem Mikrospalt C1 herausströmt, zum vierten Verbindungsrohr 9e zurückgeführt wird.
Als Material für den Kommunikationskanal 81 wird vorzugsweise austenitischer Edelstahl verwendet, der hervorragende Korrosionsbeständigkeit hat. Beispiele des Materials schließen austenitische Edelstahlrohre nach dem japanischen Industriestandard (JIS-G3459) SUS316LTP oder SUS316TP, austenitischen Edelstahl nach dem Standard der American Society of Mechanical Engineers (ASME-Abschnitt 2 TEIL-A 1998 SA-479) XM-19 und austenitische Edelstahlrohre nach dem Standard der American Society of Mechanical Engineers (ASME-Abschnitt 2 TEIL-A 1998 SA-312) TPXM-19 ein. Die Verwendung der oben beschriebenen Materialien für den Kommunikationskanal 81 sorgt auch in einer Umgebung, in der ein Hochdruck-Wasserstoffgas strömt, für ausreichende Festigkeit, wobei es unwahrscheinlich ist, dass es zu einer Wasserstoffversprödung kommt.
Der erste Kühlkanal 71 und der zweite Kühlkanal 72 kommunizieren miteinander über einen Kommunikationsdurchlass 63b, der so ausgebildet ist, dass er den Zwischenteil 63 durchdringt. Und zwar wird durch den Einleitungsteil 57, den ersten Kühlkanal 71, den Kommunikationsdurchlass 63b, den zweiten Kühlkanal 72 und den Abgabeteil 58 ein Kanal zum Strömen des Kühlfluids ausgebildet. Indem man den ersten Kühlkanal 71 mit dem zweiten Kühlkanal 72 kommunizieren lässt, kann der Kühlaufbau im fünften Zylinder 25 vereinfacht werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kommunikationsdurchlass 63b in der Umfangsrichtung des Zwischenteils 63 an einer Position gegenüber dem Durchgangsloch 63a angeordnet, doch er kann an einer anderen Position angeordnet werden, solange diese Position in der Umfangsrichtung des Zwischenteils 63 vom Durchgangsloch 63a verschieden ist.
Es ist zu beachten, dass der erste Kühlkanal 71 und der zweite Kühlkanal 72 nicht unbedingt über den Kommunikationsdurchlass 63b miteinander kommunizieren müssen. In diesem Fall werden der erste Kühlkanal 71 und der zweite Kühlkanal 72 jeweils als ein unabhängiger Kanal konfiguriert. Der Einleitungsteil 57 zum Einleiten des Kühlfluids und der Abgabeteil 58 zum Abgeben des Kühlfluids werden in jedem von dem ersten Kühlkanal 71 und dem zweiten Kühlkanal 72 vorgesehen.
Wenn der Kompressor 1 angetrieben wird, gleitet der Kolben in jeder der Kompressionsstufen 11 bis 15 innerhalb des Zylinders nach oben und unten, wodurch die Kompressionskammer Expansion und Kompression wiederholt. Wenn die Kompressionskammer expandiert, wird ein Wasserstoffgas in die Kompressionskammer eingeleitet. Wenn der Druck in der Kompressionskammer einen vorbestimmten Druck erreicht, wird das Wasserstoffgas aus der Kompressionskammer abgegeben. Dadurch wird das in den Kompressor 1 eingeleitete Wasserstoffgas in den fünf Kompressionsstufen 11 bis 15 sequentiell komprimiert, sodass es zu einem Hochdruck-Wasserstoffgas wird, das aus dem Kompressor 1 abgegeben wird.
Wie in 4 gezeigt ist, strömt ein Teil des Wasserstoffgases, das in der fünften Kompressionskammer 25S komprimiert wird, in einem Hochtemperatur-/ Hochdruckzustand als das Austrittsgas zum Mikrospalt C1 hinaus, der der ersten Kolbenringgruppe 41 entspricht. Da zu diesem Zeitpunkt im ersten Kühlkanal 71 das Niedrigtemperatur-Kühlfluid zirkuliert, wird das Austrittsgas gekühlt, während es durch den Mikrospalt C1 strömt, während der Druck jedes Mal abnimmt, wenn das Austrittsgas durch die Kolbenringe hindurchgeht. Dadurch ist es möglich, die Expansion des Volumens des Austrittsgases und den Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit sowie den Verschleiß jedes Kolbenrings der ersten Kolbenringgruppe 41 stärker zu hemmen, als wenn das Austrittsgas nicht durch das Kühlfluid gekühlt wird.
Ein Teil des Austrittsgases, das aus dem Mikrospalt C1 herausströmt, der der ersten Kolbenringgruppe 41 entspricht, wird über den Kommunikationskanal 81 zum vierten Verbindungsrohr 9e zurückgeführt. Das übrige Wasserstoffgas strömt durch den Mikrospalt C1, der der zweiten Kolbenringgruppe 42 entspricht. Da der Kommunikationskanal 81 vorgesehen ist, wird die Menge an Austrittsgas, die zur Seite der zweiten Kolbenringgruppe 42 hinausströmt, eingeschränkt. Dies ermöglicht es, den Verschleiß jedes Kolbenrings der zweiten Kolbenringgruppe 42 zu hemmen und die Menge an Austrittsgas, die durch den Mikrospalt C1, der der zweiten Kolbenringgruppe 42 entspricht, zur Seite der dritten Kompressionsstufe 13 austritt, zu reduzieren.
Da in dem zweiten Kühlkanal 72 das Niedrigtemperatur-Kühlfluid zirkuliert, wird das Austrittsgas gekühlt, wenn es durch den Mikrospalt C1 strömt, der der zweiten Kolbenringgruppe 42 entspricht. Daher ist es möglich, den Verschleiß jedes Kolbenrings der zweiten Kolbenringgruppe 42 zu hemmen.
Der Innendurchmesser des Kommunikationskanals 81 ist vorzugsweise größer oder gleich 10% des Innendurchmessers des fünften Zylinders 25. Das Volumen des Kommunikationskanals 81 ist in dem Abschnitt, der der ersten Kolbenringgruppe 41 entspricht, wenn der fünfte Kolben 35 stillsteht, vorzugsweise größer als das Volumen des Mikrospalts C1. Indem der Kommunikationskanal 81 mit einem vorbestimmten Volumen vorgesehen wird, fungiert der Kommunikationskanal 81 als ein Speicherraum, in den das Austrittsgas strömen kann.
- Zweites Ausführungsbeispiel -
Unter Bezugnahme auf 5 wird nun ein Kompressor 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es ist beachten, dass die gleichen Komponenten wie im ersten Ausführungsbeispiel hier mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und eine ausführliche Beschreibung von ihnen weggelassen wird.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass eine fünfte Kompressionsstufe 15 ein Distanzstück 8 aufweist. Das Distanzstück 8 ist angrenzend unter einem fünften Zylinder 25 angeordnet. In dem Distanzstück 8 ist ein Durchdringungsteil 8a zum Durchdringen einer mit einem fünften Kolben 35 verbundenen Verbindungsstange 37 ausgebildet. In dem Distanzstück 8 ist ein Raum 8b ausgebildet, um ein Austrittsgas aufzunehmen, das durch einen Mikrospalt C1 ausgetreten ist, der einer ersten Kolbenringgruppe 41 und einer zweiten Kolbenringgruppe 42 entspricht. Das Distanzstück 8 kann mit einem dritten Zylinder 23 oder mit einem Antriebsmechanismus 5 gekoppelt sein.
Wenn der Kompressor 1 angetrieben wird, wird ein Teil des Austrittsgases, das durch den Mikrospalt C1 aus einer fünften Kompressionskammer 25S austritt, über einen Kommunikationskanal 81 zu einem vierten Verbindungsrohr 9e zurückgeführt. Daher kann die Menge an Austrittsgas, die aus dem fünften Zylinder 25 in das Distanzstück 8 austritt, reduziert werden.
Es ist zu beachten, dass zwar die Beschreibung anderer Konfigurationen, Arbeitsweisen und Wirkungen weggelassen wird, aber die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels in das zweite Ausführungsbeispiel aufgenommen werden kann.
- Drittes Ausführungsbeispiel -
Wie in 6 gezeigt ist, unterscheidet sich das dritte Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass auf einem vierten Verbindungsrohr 9e ein Gaskühler 83 als eine Gaskühleinheit vorgesehen ist. Es ist zu beachten, dass die gleichen Komponenten wie im ersten Ausführungsbeispiel hier mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und eine ausführliche Beschreibung von ihnen weggelassen wird.
Durch den Gaskühler 83 wird ein Hochtemperatur-/Hochdruck-Wasserstoffgas, das aus einer vierten Kompressionsstufe 14 abgegeben wird, gekühlt und dann in eine fünfte Kompressionsstufe 15 eingeleitet. Gleichzeitig ist in dem vierten Verbindungsrohr 9e stromabwärts von einem Verbindungsabschnitt eines Kommunikationskanals 81 der Gaskühler 83 angeordnet. Das heißt, dass der Kommunikationskanal 81 mit einem Abschnitt im vierten Verbindungsrohr 9e stromaufwärts vom Gaskühler 83 verbunden ist. Daher vereinigt sich das Wasserstoffgas, das vom Kommunikationskanal 81 zum vierten Verbindungsrohr 9e zurückgeführt wird, mit dem Wasserstoffgas, bevor es durch den Gaskühler 83 gekühlt wird. Daher kann durch den Gaskühler 83 auch das Hochtemperatur-Austrittsgas, das aus dem Kommunikationskanal 81 zum vierten Verbindungsrohr 9e strömt, gekühlt werden.
Es ist zu beachten, dass zwar die Beschreibung anderer Konfigurationen, Arbeitsweisen und Wirkungen weggelassen wird, aber die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels in das dritte Ausführungsbeispiel aufgenommen werden kann.
- Viertes Ausführungsbeispiel -
Wie in 7 gezeigt ist, unterscheidet sich das vierte Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass auf einem Kommunikationskanal 81 ein Rückschlagventil 84 vorgesehen ist. Dabei ist zu beachten, dass die gleichen Komponenten wie im ersten Ausführungsbeispiel hier mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und eine ausführliche Beschreibung von ihnen weggelassen wird.
Während das Rückschlagventil 84 einem Wasserstoffgas ermöglicht, von innerhalb eines Zwischenteils 63 (Mikrospalts C1) in ein viertes Verbindungsrohr 9e zu strömen, blockiert es den Strom des Wasserstoffgases vom vierten Verbindungsrohr 9e in den Zwischenteil 63 (Mikrospalt C1).
Wenn ein Kompressor 1 angetrieben wird, kann der Druck des Wasserstoffgases im vierten Verbindungsrohr 9e höher als der Druck des Wasserstoffgases im Zwischenteil 63 (innerhalb des Mikrospalts C1) sein. Da auf dem Kommunikationskanal 81 das Rückschlagventil 84 vorgesehen ist, ist es auch in diesem Fall möglich, das Einströmen des Wasserstoffgases aus dem vierten Verbindungsrohr 9e in den Zwischenteil 63 (ins Innere des Mikrospalts C1) zu verhindern.
Es ist zu beachten, dass zwar die Beschreibung anderer Konfigurationen, Arbeitsweisen und Wirkungen weggelassen wird, aber die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels in das vierte Ausführungsbeispiel aufgenommen werden kann.
- Fünftes Ausführungsbeispiel -
Wie in 8 gezeigt ist, unterscheidet sich das fünfte Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass auf einem Kommunikationskanal 81 ein Druckreduzierventil 85 vorgesehen ist und dass der Kommunikationskanal 81 mit einem Niederdruckkanal mit geringerem Druck als ein viertes Verbindungsrohr 9e (Ansaugkanal) verbunden ist. Es ist zu beachten, dass die gleichen Komponenten wie im ersten Ausführungsbeispiel hier mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und eine ausführliche Beschreibung von ihnen weggelassen wird.
Zum Beispiel ist ein Ende des Kommunikationskanals 81 mit einem fünften Zylinder 25 (Zwischenteil 63) verbunden, während das andere Ende mit einem Gaseinleitungsrohr 9a verbunden ist. Es ist zu beachten, dass das andere Ende des Kommunikationskanals 81 mit einem zweiten Verbindungsrohr 9c oder einem ersten Verbindungsrohr 9b verbunden werden kann.
Das auf dem Kommunikationskanal 81 vorgesehene Druckreduzierventil 85 verringert zu diesem Zeitpunkt den Druck des Wasserstoffgases auf der Seite des Zwischenteils 63, der ein Abschnitt auf einer Hochdruckseite ist, auf einen vorbestimmten Druck und es lässt das Wasserstoffgas zum Gaseinleitungsrohr 9a strömen, das ein Abschnitt auf einer Niederdruckseite ist.
Wenn ein Kompressor 1 angetrieben wird, kann der Druck des Wasserstoffgases im Zwischenteil 63 (innerhalb des Mikrospalts C1) deutlich höher als der Druck des Wasserstoffgases im Gaseinleitungsrohr 9a sein. Da jedoch das Druckreduzierventil 85 vorgesehen ist, ist es möglich, das Wasserstoffgas daran zu hindern, übermäßig aus dem Zwischenteil 63 in das Gaseinleitungsrohr 9a einzuströmen.
Es ist zu beachten, dass der Kommunikationskanal 81 nicht immer mit einer fünften Kompressionsstufe 15 verbunden ist. Zum Beispiel kann ein Ende des Kommunikationskanals 81 mit einem vierten Zylinder (Zwischenteil 63) einer vierten Kompressionsstufe 14 verbunden werden. In diesem Fall kann das andere Ende mit dem zweiten Verbindungsrohr 9c, dem ersten Verbindungsrohr 9b oder dem Gaseinleitungsrohr 9a verbunden werden. Darüber hinaus kann ein Ende des Kommunikationskanals 81 mit einem dritten Zylinder 23 (Zwischenteil 63) einer dritten Kompressionsstufe 13 verbunden werden. In diesem Fall kann das andere Ende mit dem ersten Verbindungsrohr 9b oder dem Gaseinleitungsrohr 9a verbunden werden.
Es ist zu beachten, dass zwar die Beschreibung anderer Konfigurationen, Arbeitsweisen und Wirkungen weggelassen wird, aber die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels in das fünfte Ausführungsbeispiel aufgenommen werden kann.
Es sollte verstanden werden, dass die hier offenbarten Ausführungsbeispiele in jeglicher Hinsicht darstellend und nicht einschränkend sind. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche, nicht durch die vorstehende Beschreibung angegeben, weswegen sämtliche Änderungen, die unter den Wortsinn und Schutzumfang der Ansprüche und Äquivalente fallen, mitumfasst sein sollen. Daher sind auch die folgenden Ausführungsbeispiele im Schutzumfang der Erfindung enthalten.
Zum Beispiel kann die Konfiguration, bei der der Kommunikationskanal 81 mit dem im Zwischenteil 63 des Zylinderkörpers 51 ausgebildeten Durchgangsloch 63a verbunden ist, bei den zweiten bis vierten Kompressionsstufen 12 bis 14 Anwendung finden.
Im ersten Ausführungsbeispiel kann die fünfte Kompressionsstufe 15 zum Beispiel mit der vorgeschalteten vierten Kompressionsstufe als ein Tandemaufbau konfiguriert werden.
Die erste Kompressionsstufe 11, die dritte Kompressionsstufe 13 und die fünfte Kompressionsstufe 15 müssen nicht als ein Tandemaufbau konfiguriert sein. In diesem Fall können die erste Kompressionsstufe 11, die dritte Kompressionsstufe 13 und die fünfte Kompressionsstufe 15 als separate Körper konfiguriert werden. Entsprechend müssen die zweite Kompressionsstufe 12 und die vierte Kompressionsstufe 14 nicht als ein Tandemaufbau konfiguriert sein. In diesem Fall können die zweite Kompressionsstufe 12 und die vierte Kompressionsstufe 14 als separate Körper konfiguriert werden.
Es werden nun die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele skizziert.
(1) Ein Kompressor gemäß dem Ausführungsbeispiel ist ein Kompressor zum Komprimieren eines Wasserstoffgases und er weist Folgendes auf: eine Vielzahl von Kompressionsstufen; und einen Antriebsmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er die Vielzahl von Kompressionsstufen antreibt. Mindestens eine Kompressionsstufe von der Vielzahl von Kompressionsstufen weist Folgendes auf: einen Zylinder; einen Kolben, der in den Zylinder eingeführt ist; eine erste Kolbenringgruppe, die auf dem Kolben installiert ist; und eine zweite Kolbenringgruppe, die näher als die erste Kolbenringgruppe am Antriebsmechanismus angeordnet ist. Der Zylinder weist Folgendes auf: einen ersten Kühlkanal, durch den ein Kühlfluid zur Aufnahme von zwischen dem Zylinder und der ersten Kolbengruppe erzeugter Wärme strömt; einen zweiten Kühlkanal, durch den ein Kühlfluid zur Aufnahme von zwischen dem Zylinder und der zweiten Kolbenringgruppe erzeugter Wärme strömt; und ein Durchgangsloch, das in einem Zwischenteil zwischen dem ersten Kühlkanal und dem zweiten Kühlkanal vorgesehen ist und das eine Innenfläche und eine Außenfläche des Zylinders durchdringt. Der Kompressor weist außerdem einen Kommunikationskanal auf, der mit einem mit dem Durchgangsloch und der mindestens einen Kompressionsstufe verbundenen Ansaugkanal oder einem Niederdruckkanal mit geringerem Druck als der Ansaugkanal kommuniziert, wobei der Kommunikationskanal das Wasserstoffgas, das von einer Spitze des Kolbens durch die erste Kolbenringgruppe in den Zwischenteil austritt, zur Außenseite des Zylinders führt.
In dem Ausführungsbeispiel wird das Austrittsgas, das in der ersten Kolbenringgruppe mit einer Volumenexpansion und einem Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit austritt, durch das Kühlfluid gekühlt, das durch den ersten Kühlkanal strömt. Dies ermöglicht es, die Volumenexpansion und den Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des Austrittsgases sowie den Verschleiß jedes Kolbenrings der ersten Kolbenringgruppe stärker zu hemmen, als wenn das Austrittsgas nicht gekühlt wird.
(2) Die mindestens eine Kompressionsstufe und die vorgeschaltete Kompressionsstufe können einen Tandemaufbau haben. In diesem Fall kann die vorgeschaltete Kompressionsstufe Folgendes aufweisen: einen niederdruckseitigen Zylinder, der mit dem Zylinder auf der Seite des Antriebsmechanismus verbunden ist; einen niederdruckseitigen Kolben, der in den niederdruckseitigen Zylinder eingeführt ist, mit dem Kolben verbunden ist und einen Durchmesser hat, der größer als ein Durchmesser des Kolbens ist; und eine dritte Kolbenringgruppe, die auf dem niederdruckseitigen Kolben vorgesehen ist.
Bei dieser Ausgestaltung kann das Austrittsgas in mindestens einer Kompressionsstufe zum Kommunikationskanal freigegeben werden, weswegen die Menge an Austrittsgas, die zur vorgeschalteten Kompressionsstufe austritt, reduziert werden kann.
(3) Die mindestens eine Kompressionsstufe kann ein Distanzstück aufweisen, das mit dem Zylinder verbunden ist und dazu dient, das Wasserstoffgas zu sammeln, das durch die erste Kolbenringgruppe und die zweite Kolbenringgruppe gegangen ist.
Bei dieser Ausgestaltung kann das Austrittsgas in mindestens einer Kompressionsstufe zum Kommunikationskanal freigegeben werden, weswegen die Menge an Austrittsgas, die zum Distanzstück austritt, reduziert werden kann.
(4) Der Ansaugkanal kann eine Gaskühleinheit zum Kühlen des durch den Ansaugkanal strömenden Wasserstoffgases aufweisen. In diesem Fall kann der Kommunikationskanal mit einem Abschnitt im Ansaugkanal stromaufwärts von der Gaskühleinheit verbunden sein.
Indem der Kommunikationskanal bei dieser Ausgestaltung mit einem Abschnitt stromaufwärts von der Gaskühleinheit verbunden wird, ist es möglich zu verhindern, dass das durch die Gaskühleinheit gekühlte Gas durch das Hochtemperatur-Austrittsgas seine Temperatur erhöht.
(5) Der Kommunikationskanal kann mit dem Ansaugkanal verbunden sein und auf dem Kommunikationskanal kann ein Rückschlagventil angeordnet sein.
Der Druck des Wasserstoffgases in dem Ansaugkanal, mit dem der Kommunikationskanal verbunden ist, kann höher als der Druck des Wasserstoffgases im Zwischenteil sein. Da bei dieser Ausgestaltung jedoch das Rückschlagventil vorgesehen ist, kann der Rückstrom des Wasserstoffgases vom Ansaugkanal zum Zwischenteil verhindert werden.
(6) Die Vielzahl von Kompressionsstufen kann eine andere vorgeschaltete Kompressionsstufe der mindestens einen Kompressionsstufe umfassen. In diesem Fall kann der Niederdruckkanal ein Kanal sein, durch den das Wasserstoffgas strömt, das in die andere vorgeschaltete Kompressionsstufe eingesaugt wird. Der Kommunikationskanal kann mit dem Niederdruckkanal verbunden sein und auf dem Kommunikationskanal kann ein Druckreduzierventil angeordnet sein.
Da bei dieser Ausgestaltung das Druckreduzierventil vorgesehen ist, kann ein übermäßiges Ausströmen des Wasserstoffgases aus dem Kommunikationskanal zum Niederdruckkanal verhindert werden.
(7) Der Zwischenteil kann an einer in einer Umfangsrichtung vom Durchgangsloch verschiedenen Position einen Kommunikationsdurchlass aufweisen, der dem ersten Kühlkanal ermöglicht, mit dem zweiten Kühlkanal zu kommunizieren.
Bei dieser Ausgestaltung kommunizieren der erste Kühlkanal und der zweite Kühlkanal miteinander, was es möglich macht, den Kühlaufbau im Zylinder zu vereinfachen.
(8) Ein Innendurchmesser des Kommunikationskanals kann 10% oder mehr eines Innendurchmessers des Zylinders betragen, und das Volumen des Kommunikationskanals kann größer als das Volumen eines Mikrospalts in einem der ersten Kolbenringgruppe entsprechenden Abschnitt von dem Volumen des Mikrospalts zwischen dem Kolben und dem Zylinder sein.
Es ist notwendig, den Innendurchmesser des Kommunikationskanals proportional zum Innendurchmesser des Zylinders zu erhöhen. Insbesondere beträgt der Innendurchmesser des Kommunikationskanals vorzugsweise 10% oder mehr des Innendurchmessers des Zylinders. Das Austrittsgas strömt in den Mikrospalt, wobei es notwendig ist, das Volumen des Kommunikationskanals größer als das Volumen des Mikrospalts zu machen. Indem bei dieser Ausgestaltung der Kommunikationskanal mit vorbestimmtem Volumen vorgesehen wird, fungiert der Kommunikationskanal als ein Speicherraum, in den das Austrittsgas strömen kann.
(9) Die Wasserstofftankstelle weist Folgendes auf: den Kompressor; einen Speicher zum Speichern des vom Kompressor abgegebenen Wasserstoffgases; und eine Tanksäule zum Erhalt einer Zufuhr des Wasserstoffs aus dem Speicher.
Wie oben beschrieben wurde, kann der Verschleiß der Kolbenringe in dem Kolben, in dem zwei Kolbenringgruppen vorgesehen sind, gehemmt werden.
Zusammenfassend wird eine Kompressionsstufe mit einem Zylinder, einem Kolben, einer ersten Kolbenringgruppe und einer zweiten Kolbenringgruppe zur Verfügung gestellt. Der Zylinder weist einen ersten Kühlkanal, durch den ein Kühlfluid zur Aufnahme von zwischen dem Zylinder und der ersten Kolbenringgruppe erzeugter Wärme strömt, einen zweiten Kühlkanal, durch den ein Kühlfluid zur Aufnahme von zwischen dem Zylinder und der zweiten Kolbenringgruppe erzeugter Wärme strömt, und einen Zwischenteil auf, der zwischen dem ersten Kühlkanal und dem zweiten Kühlkanal angeordnet ist. Ein Kommunikationskanal ist mit dem Zwischenteil und einem Verbindungsrohr verbunden und führt ein Wasserstoffgas, das aus einer Kompressionskammer durch die erste Kolbenringgruppe zum Zwischenteil austritt, zur Außenseite des Zylinders.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5435245 B2 [0003, 0004, 0005]

Claims

Kompressor (1) zum Komprimieren eines Wasserstoffgases, wobei der Kompressor Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Kompressionsstufen (11 bis 15); und einen Antriebsmechanismus (5), der so konfiguriert ist, dass er die Vielzahl von Kompressionsstufen (11 bis 15) antreibt, wobei mindestens eine Kompressionsstufe (15) von der Vielzahl von Kompressionsstufen (11 bis 15) Folgendes aufweist: einen Zylinder (25); einen Kolben (35), der in den Zylinder (25) eingeführt ist; eine erste Kolbenringgruppe (41), die auf dem Kolben (35) vorgesehen ist; und eine zweite Kolbenringgruppe (42), die näher als die erste Kolbenringgruppe (41) am Antriebsmechanismus (5) angeordnet ist, wobei der Zylinder (25) Folgendes aufweist: einen ersten Kühlkanal (71), durch den ein Kühlfluid zur Aufnahme von zwischen dem Zylinder (25) und der ersten Kolbenringgruppe (41) erzeugter Wärme strömt; einen zweiten Kühlkanal (72), durch den ein Kühlfluid zur Aufnahme von zwischen dem Zylinder (25) und der zweiten Kolbenringgruppe (42) erzeugter Wärme strömt; und ein Durchgangsloch (63a), das in einem Zwischenteil (63) zwischen dem ersten Kühlkanal (71) und dem zweiten Kühlkanal (72) vorgesehen ist und das eine Innenfläche und eine Außenfläche des Zylinders (25) durchdringt, wobei der Kompressor (1) außerdem einen Kommunikationskanal (81) aufweist, der mit einem mit dem Durchgangsloch (63a) und der mindestens einen Kompressionsstufe (15) verbundenen Ansaugkanal (9e) oder einem Niederdruckkanal (9a) mit geringerem Druck als der Ansaugkanal (9e) kommuniziert, wobei der Kommunikationskanal (31) das Wasserstoffgas, das von einer Spitze des Kolbens (35) durch die erste Kolbenringgruppe (41) in den Zwischenteil (63) austritt, zur Außenseite des Zylinders (25) führt.
Kompressor (1) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Kompressionsstufe (15) und die vorgeschaltete Kompressionsstufe (13) einen Tandemaufbau haben, die vorgeschaltete Kompressionsstufe (13) Folgendes aufweist: einen niederdruckseitigen Zylinder (23), der mit dem Zylinder (25) auf der Seite des Antriebsmechanismus (5) verbunden ist; einen niederdruckseitigen Kolben (33), der in den niederdruckseitigen Zylinder (23) eingeführt ist, mit dem Kolben (35) verbunden ist und einen Durchmesser hat, der größer als ein Durchmesser des Kolbens (35) ist; und eine dritte Kolbenringgruppe (43), die auf dem niederdruckseitigen Kolben (33) vorgesehen ist.
Kompressor (1) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Kompressionsstufe (15) Folgendes aufweist: ein Distanzstück (8), das mit dem Zylinder (25) verbunden ist und dazu dient, das Wasserstoffgas zu sammeln, das durch die erste Kolbenringgruppe (41) und die zweite Kolbenringgruppe (42) gegangen ist.
Kompressor (1) nach Anspruch 1, wobei der Ansaugkanal (9e) eine Gaskühleinheit (83) zum Kühlen des durch den Ansaugkanal (9e) strömenden Wasserstoffgases aufweist und der Kommunikationskanal (81) mit einem Abschnitt im Ansaugkanal (9e) stromaufwärts von der Gaskühleinheit (83) verbunden ist.
Kompressor (1) nach Anspruch 1, wobei der Kommunikationskanal (81) mit dem Ansaugkanal (9e) verbunden ist und auf dem Kommunikationskanal (81) ein Rückschlagventil (84) angeordnet ist.
Kompressor (1) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Kompressionsstufen (11 bis 15) eine andere vorgeschaltete Kompressionsstufe (11) der mindestens einen Kompressionsstufe (15) umfasst, der Niederdruckkanal (9a) ein Kanal ist, durch den das Wasserstoffgas strömt, das in die andere vorgeschaltete Kompressionsstufe (11) eingesaugt wird, der Kommunikationskanal (81) mit dem Niederdruckkanal (9a) verbunden ist und auf dem Kommunikationskanal (81) ein Druckreduzierventil (85) angeordnet ist.
Kompressor (1) nach Anspruch 1, wobei der Zwischenteil (63) an einer in einer Umfangsrichtung vom Durchgangsloch (63a) verschiedenen Position einen Kommunikationsdurchlass (63b) aufweist, der dem ersten Kühlkanal (71) ermöglicht, mit dem zweiten Kühlkanal (72) zu kommunizieren.
Kompressor (1) nach Anspruch 1, wobei ein Innendurchmesser des Kommunikationskanals (81) 10% oder mehr eines Innendurchmessers des Zylinders (25) beträgt und das Volumen des Kommunikationskanals (81) größer als das Volumen eines Mikrospalts (C1) in einem der ersten Kolbenringgruppen (41) entsprechenden Abschnitt von dem Volumen des Mikrospalts (C1) zwischen dem Kolben (35) und dem Zylinder (25) ist.
Wasserstofftankstelle (100), die Folgendes umfasst: den Kompressor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8; einen Speicher (2) zum Speichern des vom Kompressor (1) abgegebenen Wasserstoffgases; und eine Tanksäule (3) zum Erhalt einer Zufuhr des Wasserstoffgases aus dem Speicher (2).