DE3724351C2 - Hydro-Kompressor zum Verdichten von Gas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydro-Kompressor zum Verdichten von Gas, dem das unkomprimierte Gas im Wasserströmungsbereich oberhalb des Wasserspiegels am längeren Schenkel einer U-förmigen Wasserführung zugeführt wird, mit einer waagrechten Entgasungsstrecke, aus der das komprimierte Gas entnommen werden kann.

Ein soweit beschriebener Hydro-Kompressor ist aus der Literatur bekannt und in der englischen Zeitschrift: Chartered Mechanical Engineer, 1979, Nr. 10, Seite 76 bis 81 beschrieben (vgl. insbesondere Abb. rechts unten auf Seite 78).

Grundsätzlich haben sich Hydro-Kompressoren bei der Erzeugung von Druckluft bewährt, was besonders für die oben genannte Ausführung in der englischen Zeitschrift gilt.

Dennoch ist es wünschenswert, den Einsatzbereich und den Wirkungsgrad von Hydro-Kompressoren weiter zu verbessern.

Dem Anmeldegegenstand liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Hydro-Kompressor mit einfachsten Mitteln zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß weist der Hydro-Kompressor am oberen Ende des längeren Schenkels ein schnorchelartiges Rohr, ein sogenanntes Heberrohr auf, das vorwiegend im Bodenbereich mit Einlaßlöchern ausgestattet ist, in die das zu komprimierende Gas einperlt. Heberrohre sind an sich bekannt und werden beispielsweise verwendet, um Flüssigkeit aus einem Behälter über den Behälterrand hinweg in ein tieferliegendes Gefäß zu ziehen (Saughebereffekt). Strömt das Wasser erst einmal, nutzt der Hydro-Kompressor nicht nur den Luftdruck, sondern aufgrund des Saughebereffektes die Kohäsion des Wassers aus (vgl.: Erklärung des Saughebereffekt-W. Zeller, A. Franke; Das Physikalische Rüstzeug des Ingenieurs: Technik-Tabellen-Verlag, 10. Auflage, Seite 263).

Aus der Erfindung resultiert der eine Vorteil, daß das Wassereintrittsende des Heberrohres am längeren Schenkel wieder bis unter den Wasserspiegel absenkbar ist, aus dem der längere Schenkel ragt. Komplizierte Luftansaugöffnungen, wie beim Stand der Technik, können entfallen.

Weiter erfolgt der Gas- bzw. Lufteintritt im Bogenbereich des Heberrohrkrümmers, der oberhalb des Wasserspiegels angeordnet ist. Damit findet die Erfindung insbesondere Anwendung bei Wasserständen, die zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Hydro-Kompressors Niveauunterschiede von wenigen Zentimetern aufweisen. Dies eröffnet in vorteilhafter Weise ein wesentlich größeres Einsatzgebiet. Der Hydro-Kompressor nach der Erfindung läßt sich in vorteilhafter Weise zur Ausnutzung des Tidenhubs am Meer oder bei einer Schleuse einsetzen.

Zwar ist es aus der DE PS 21 81 88 und der DE PS 21 92 40 bekannt, Wellenkraftanlagen zum Verdichten und Verdünnen von Luft vorzusehen, dennoch bietet der erfindungsgemaße Hydro-Kompressor insbesondere bei der Ausnutzung des Tidenhubs den Vorteil des geringeren Bauteilaufwandes. Dies gilt besonders für die komplizierten Ventile, die die Wellenkraftanlagen nach den genannten Schriften benötigen. Derartige Ventile benötigt der Hydro-Kompressor nach der Erfindung nicht, der ein leicht zu reinigendes Rohr bildet. Damit entfällt eine Wartung der komplizierten Ventile, die zu dem den rauhen Umgebungseinflüssen der Meeresküste ausgesetzt sind.

Beispielsweise läßt sich der erfindungsgemäße Hydro-Kompressor im Bereich von zwei parallelen Schleusenkammern anordnen, die durch vier Türen verschließbar sind. Die Türen werden so gegenüberliegend verschlossen, daß eine küstenseitige Tür einer Kammer und eine meeresseitige Tür der anderen Kammer geschlossen sind. Durch wechselweises Öffnen und Schließen der Türen ist erreichbar, daß immer eine Schleusenkammer das höhere Wasserstandsniveau aufweist.

Wesentlich ist nun, daß in der Schleusenkammer mit dem höheren Wasserstand das erfindungsgemäße Heberrohr angeordnet ist. Der Wasserauslaß befindet sich in der Schleusenkammer mit dem niedrigeren Wasserstand.

Kommt beispielsweise die Flut, ist die Kammer mit dem Heberrohr küstenseitig geschlossen und meeresseitig offen. Die Kammer mit dem Wasserauslaß des Hydro-Kompressors ist hierbei meersseitig geschlossen und küstenseitig offen. Aufgrund der Wasserspiegeldifferenz arbeitet der Hydro-Kompressor, in dem Wasser aus der meeresseitig offenen Kammer in die küstenseitig offene Kammer strömt.

Im Umkehrfall der Ebbe, wird die Kammer mit dem Heberrohr küstenseitig geöffnet und die Kammer mit dem Wasserauslaß meeresseitig geöffnet, weshalb wiederum der höhere Wasserstand in der Kammer mit dem Heberrohr steht. Somit kann der Hydro-Kompressor nach der Erfindung in vorteilhafter Weise bis auf die Schließzeiten beim Türwechsel bei Ebbe und Flut arbeiten und den Tidenhub ausnutzen.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird das komprimierte Gas einem Druckspeicher zugeführt. Hierbei handelt es sich bevorzugt um Luft. Dennoch kann die Erfindung darüber hinaus Anwendung in der chemischen Verfahrenstechnik, so zum Beispiel in Klärwerken, Anwendung finden, um beispielsweise Methangas zu komprimieren. Die Anwendung der Erfindung ist aufgrund der Ausnutzbarkeit von relativ geringen Unterschieden in den Niveauständen von Flüssigkeiten nicht nur auf die Medien Wasser und Luft beschränkt.

In verfahrensgemäßen Weiterbildungen läßt sich der Hydro-Kompressor nach der Erfindung zur Ausnutzung bei drückluftabhängigen Arbeitsabläufen einsetzen. Dazu gehören insbesondere die Kühlung, die Tiefkühlung, Gefriertrocknung, Entsalzung, Kondensation oder Gasverflüssigung, wobei die gewonnene und komprimierte Druckluft entspannt wird.

Wird beispielsweise mit dem zuvor beschriebenen Tidenhub-Hydro-Kompressor im Bereich eines Meeres Druckluft gewonnen, läßt sich die komprimierte Druckluft unter Anwendung der Umkehr-Osmose zur Entsalzung von Meerwasser verwenden. Darüber hinaus läßt sich die gewonnene Druckluft gerade in südlichen Meeresgebieten durch Entspannen zur Kühlung von Lagerräumen usw. verwenden.

Nachfolgend wird die Erfindung im Umfang der ursprünglichen Offenbarung beschrieben:

Gezeiten-Energie wird - abgesehen von Ausnahmen - bisher nicht genutzt. Hauptsächlich, weil die Probleme des geringen Tidenhubs und der Energie-Speicherung bisher nicht wirtschaftlich gelöst werden konnten.

Vorgeschlagen wird, als Energie-Speicher Druckluft zu verwenden, die - am kostengünstigsten wohl - untertage (ähnlich den Erdgasspeichern oder in Salzstöcken) auf Abruf deponiert werden kann.

Damit stoßen wir eine neue Denkrichtung an. Gilt es doch, zunächst Luft zu komprimieren. Druckluft kann - anders als z. B. Strom - auch stoßweise erzeugt, gespeichert und genutzt werden.

Das Mittel der Wahl, um Gezeiten-Energie in Druckluft umzusetzen - selbst bei geringem Tidenhub - dürfte der Hydro-Kompressor sein. Er hat keine beweglichen Teile, ist also verschleiß- und wartungsarm.

Entgegen Hydro-Kompressoren nach dem Stand der Technik wird vorgeschlagen, das Wasser mittels eines Heberrohrs zuzuführen. Im Heberrohr herrscht oberhalb des (Meer-)Wasserspiegels Unterdruck. Durch Löcher im Boden perlt Luft - Dank des normalen Luftdrucks - so ein, daß ein optimales Gemisch aus Wasser und in kleinen Bläschen fein verteilter Luft entsteht. Dieses Gemisch strömt dann - wie beim Stand der Technik beschrieben - abwärts usw.

Ähnlich dem Strom kann Druckluft ganze Maschinenparks direkt antreiben - wie z. B. im Bergbau praktiziert. Jedoch dürfte der Transport von Druckluft über weite Strecken selbst in Großrohren zu hohe Druckverluste verursachen.

So wird der größte Teil mittels Druckluft-Turbinen und Generatoren in Strom umgewandelt.

Druckluft kann z.Tl. mehr als Strom. Sie kann direkt mittels einer Strahlpumpe (Vakuum-) Dampf ansaugen. Entspannte (Druck-)Luft kühlt stark ab und kann dann zur Kühlung und/oder Kondensation - ggf. zusätzlich - genutzt werden. Außer Luft können auch Dämpfe und Gase komprimiert, ggf. gereinigt und getrocknet werden. So kann z. B. Biogas komprimiert werden. Das CO₂ löst sich unter Druck im Wasser. Das CH₄ kann durch entspannte (Druck-)Luft gekühlt und so Feuchtigkeit durch Kondensation abgeschieden werden. Das komprimierte, gereinigte und getrocknete CH₄ kann - wie Erdgas - transportiert und genutzt werden usw.

Die wenigen Beispiele sollen andeuten: Gezeiten-Energie kann - selbst bei geringem Tidenhub - vielfältig genutzt werden, wenn sie z. B. mittels Hydro-Kompressoren umgewandelt und ggf. in Kompressionsspeichern zwischengelagert wird.

Nach dem im Prinzip gleichen Verfahren können mit leichten Abwandlungen auch Destillationen und Wärmepumpen betrieben werden.

Claims (6)

1. Hydro-Kompressor zum Verdichten von Gas, dem das unkomprimierte Gas im Wasserströmungsbereich oberhalb des Wasserspiegels am längeren Schenkel einer U-förmigen Wasserzufürung zugeführt wird, mit einer waagrechten Entgasungsstrecke, aus der das komprimierte Gas entnommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des längeren Schenkels ein Heberrohr angeordnet ist, das vorwiegend im Bodenbereich Löcher aufweist, durch die das zu verdichtende Gas angesaugt wird.

2. Hydro-Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die notwendige Wasserspiegeldifferenz zur Erzeugung des Wasserstroms in der U-förmigen Wasserführung aus dem Tidenhub resultiert.

3. Hydro-Kompressor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher vorgesehen ist, dem das aus der Entgasungsstrecke entnommene Gas zugeführt wird.

4. Hydro-Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Speicher zugeführte Gas Luft ist.

5. Hydro-Kompressor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnene Druckluft zur Verrichtung von Arbeit bei verschiedenen druckluftabhängigen Verfahren benutzt wird.

6. Hydro-Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft - mit oder ohne vorherige Arbeitsleistung - zur Kühlung, Tiefkühlung, Gefriertrockung, Entsalzung, Kondensation oder Gasverflüssigung entspannt wird.