EP3449123A1 - Fluidenergiemaschine - Google Patents

Fluidenergiemaschine

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Publication number
EP3449123A1
EP3449123A1 EP17720359.3A EP17720359A EP3449123A1 EP 3449123 A1 EP3449123 A1 EP 3449123A1 EP 17720359 A EP17720359 A EP 17720359A EP 3449123 A1 EP3449123 A1 EP 3449123A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid energy
energy machine
housing
pressure
pressure medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17720359.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilfried-Henning Reese
Tobias Kederer
Martin BRÜCKLMEIER
Simon Schäfer
Michael WESTERMEIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP3449123A1 publication Critical patent/EP3449123A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/06—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure
    • F04B15/08—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure the liquids having low boiling points
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B51/00—Testing machines, pumps, or pumping installations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/06—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure
    • F04B15/08—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts for liquids near their boiling point, e.g. under subnormal pressure the liquids having low boiling points
    • F04B2015/081—Liquefied gases
    • F04B2015/0822—Hydrogen

Definitions

  • the invention relates to a fluid energy machine comprising a crank drive and a drive device mechanically connected to the crank drive, wherein the drive device comprises two electric motors whose respective output members are mechanically connected to the crank drive and a method for operating this fluid energy machine.
  • cryogenic pumps or cryogenic high-pressure pump are known, which are suitable to promote a fluid in the low temperature range.
  • a pump which is designed in particular for cryogenic media.
  • This pump comprises a piston-cylinder unit which is adapted to convey and / or compress very cold fluids, such as hydrogen.
  • Such pumps are usually operated with a hydraulic drive.
  • Other conventional cryogenic pumping devices include a rotary drive instead of the hydraulic drive, which in turn is coupled to the piston of the piston-cylinder unit.
  • the hydraulic drive for the cryogenic pumping device usually requires a relatively large volume for housing additional units and a cooling device and a reservoir for the hydraulic fluid. Furthermore, a pump device with hydraulic drive in the installation and maintenance as well as for the measuring equipment to be installed for measuring distance in the hydraulic cylinder is relatively expensive. Usually, a linear displacement measuring system is to be arranged for this purpose. In order to avoid impermissible peak values of the volume flow to be generated, a sine-like acceleration curve of the piston is to be set in the pump device. When using a hydraulic drive device is the
  • a fluid machine which is capable of overcoming the disadvantages comprises a crank mechanism and a drive device mechanically connected to the crank mechanism, with which a torque can be introduced into the crank mechanism.
  • the fluid energy machine comprises a piston-cylinder unit whose piston is mechanically connected to the crank mechanism.
  • the drive device comprises two electric motors whose respective output members are mechanically connected to the crank mechanism.
  • the piston-cylinder unit comprises only one piston and only one cylinder.
  • the electric motors hereinafter also referred to as motors for short, are rotatory motors, whereby the arrangement of more than two motors should not be excluded.
  • the drive device thus comprises at least two motors.
  • Speeds can use the electric motors high torque in the range of 1000 Up to 8000 Nm, in particular up to 4000 Nm, can be achieved. The resulting on the
  • the force exerted on the piston rod is 10 to 150 kN, in particular 15 to 20 kN.
  • the bearings can be dimensioned correspondingly smaller, or the waves can be run with a smaller diameter.
  • Category I and II explosion protection zones are not possible due to the availability of suitable electric motors currently available on the market. However, this is especially important for the promotion of hydrogen and other combustible substances.
  • the object of the invention is to provide a fluid energy machine and a method for operating a fluid energy machine, which can be used in explosion protection zones of category I and I I.
  • the object is achieved on the device side in such a way that the fluid energy machine is set up within a housing which seals the fluid energy machine from the environment and which is connected to a pressure maintenance system.
  • water-cooled electric motors are used as electric motors.
  • no air supply for cooling the motors is necessary and the sealing of the housing is easier to implement.
  • the object is achieved such that the fluid energy machine is set up within a housing through which a pressure medium flows.
  • the housing is preferably a force-bearing housing.
  • the housing is divided into several rooms, the rooms are in communication.
  • the spaces are connected in series.
  • the spaces are flowed through successively by the pressure medium.
  • the housing is subdivided into three or five spaces, wherein a first space surrounds the crank drive and a passage for connecting the crank drive to a piston-cylinder unit is provided. All bushings of the housing are known to those skilled in the art
  • Two other rooms each represent the outer space of the respective electric motor.
  • Bushings for cooling and power supply as well as control and regulation technology Another two rooms form in a preferred embodiment, the respective inner space of the two electric motors. Within these rooms is the connection of the respective shaft for power transmission of the respective motor. These spaces are sealed off from the atmosphere by additional covers with special gaskets and allow the passage of the waves.
  • the electric motors may be arranged in another preferred embodiment only within a room.
  • the housing is in particular designed so that an overpressure between 0, 01 and 50 mbar, in particular of 2.5 mbar can be created.
  • This means that the seals for sealing all bushings are designed so that at an overpressure of 0.01 and 50 mbar, in particular of 2.5 mbar, inside the housing compared to the environment of the fluid energy machine, no
  • the overpressure can also be realized in a preferred embodiment in a sealed against the environment housing when no constant flow takes place.
  • the housing communicates via an inlet and an outlet with the pressure-retaining system.
  • the inlet is arranged on the first space and the outlet is installed on the last, in particular the fifth space.
  • the rooms communicate with each other through holes that all
  • Cavities are interconnected and can be traversed by a pressure medium.
  • an overpressure of the pressure medium is maintained by the pressure holding system.
  • the pressure holding system is preferably a compressor station or a Bundles of cylinders. If pressure medium escapes from the housing into the environment as a result of slight leakage and there is thus a loss of pressure medium, the pressure retaining system can introduce new pressure medium.
  • the pressure medium does not have to flow continuously through the housing, but preferably new pressure medium can only ever be added if the overpressure in the housing falls below a predetermined value.
  • the pressure medium used is advantageously air, nitrogen or another inert gas.
  • the pressure medium flows preferably at an overpressure between 0.01 and 50 mbar, in particular at 2.5 mbar through the housing.
  • sensors may be provided within the pressure-maintaining system and / or within the housing to monitor the pressure of the pressure medium. Should the deviation of the pressure from a predetermined value be detected, for example a pressure loss, this indicated a leakage.
  • the sensors are advantageously in connection with the electric motors, so that they can be switched off and de-energized. Thus, the electric motors would no longer be an ignition source.
  • sensors may be provided which detect traces of the medium to be conveyed within the pressure medium in order to determine a leakage within the housing.
  • sensors may be provided which detect traces of the medium to be conveyed within the pressure medium in order to determine a leakage within the housing.
  • the fluid energy machine may exceed a predetermined one
  • the system After a standstill of the fluid energy machine and / or the pressure maintenance system, the system is preferably for a certain time, in particular 2 to 5 minutes, rinsed with an increased flow of the pressure medium to remove any impurities.
  • the fluid energy machine is used to generate a hydrogen volume flow and to compress hydrogen. It is preferred for refueling a vehicle with liquid or gaseous
  • the hydrogen is compressed to a system pressure of 50 to 1000 bar, in particular 350 to 500 bar or 700 or 900 bar.
  • the delivery rate of the hydrogen is adjusted via the frequency of the electric motors, so that it is between 0 and 250 kg / h, in particular between 30 and 200 kg / h.
  • FIG. 1 shows a schematic embodiment of the invention
  • the pump is suitable for cryogenic fluids, in particular for hydrogen.
  • the housing is divided into the rooms 1 to 5, wherein the rooms communicate with each other.
  • Room 1 encloses the crank drive A.
  • Space 2 and space 4 each represent the outer space of the respective electric motor M.
  • the respective magnets, coils and the power electronics are in these
  • Room 3 and room 5 form the respective inner space of the two electric motors M. Within these spaces is the connection of the respective shaft for power transmission of the respective motor. These rooms are sealed off by additional covers W with special seals against the atmosphere.
  • a pressure medium is introduced into the housing.
  • the pressure medium flows through all rooms 1 to 5 in succession and is returned to room 5 via an outlet D back to the pressure holding system.
  • the pressure holding system is designed to maintain the pressure medium at a pressure of 2.5 mbar. If pressure medium escapes into the environment due to small leaks, pressure medium can be supplied in the pressure holding system. If a pressure drop in the pressure holding system is detected or too high
  • Hydrogen content detected within the pressure medium is carried out an emergency shutdown.
  • the motors are stopped and de-energized.
  • the engines are no longer an ignition source.
  • the system can be restarted.
  • the pressure holding system for a certain time, in particular 2 min flushed with an increased mass flow of the pressure medium. If, during standstill, hydrogen has leaked from the pump or lines into the housing, it will be removed or at least diluted.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschine, umfassend einen Kurbeltrieb (A) und eine mit dem Kurbeltrieb (A) mechanisch verbundene Antriebseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung zwei Elektromotoren (M) umfasst, deren jeweilige Abtriebsglieder mit dem Kurbeltrieb mechanisch verbunden sind, wobei die Fluidenergiemaschine innerhalb eines Gehäuses (1-5) eingerichtet ist, welches die Fluidenergiemaschine gegenüber der Umgebung abdichtet und welches mit einem Druckhaltesystem in Verbindung steht sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Fluidenergiemaschine.

Description

Beschreibung
Fluidenergiemaschine
Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschine, umfassend einen Kurbeltrieb und eine mit dem Kurbeltrieb mechanisch verbundene Antriebseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung zwei Elektromotoren umfasst, deren jeweilige Abtriebsglieder mit dem Kurbeltrieb mechanisch verbunden sind sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Fluidenergiemaschine.
Zur Betankung von Einrichtungen wie zum Beispiel Kraftfahrzeugen mit Wasserstoff, der dabei in flüssiger Form vorliegen kann, sind sogenannte Kryo-Pumpen oder kryogene Hochdruckpumpe bekannt, die geeignet sind, im Tieftemperaturbereich ein Fluid zu fördern.
Aus der DE102007035616A1 ist eine Pumpe bekannt, die insbesondere für kryogene Medien ausgestaltet ist. Diese Pumpe umfasst eine Kolben-Zylinder-Einheit, die dazu eingerichtet ist, sehr kalte Fluide, wie zum Beispiel Wasserstoff, zu fördern und/oder zu komprimieren.
Derartige Pumpen werden üblicherweise mit einem hydraulischen Antrieb betrieben. Andere herkömmliche Tieftemperatur-Pumpeinrichtungen umfassen statt des hydraulischen Antriebs einen Rotationsantrieb, der wiederum an den Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit gekoppelt ist.
Der hydraulische Antrieb für die Tieftemperatur-Pumpeinrichtung bedingt üblicherweise ein relativ großes Bauvolumen zur Unterbringung von Zusatzaggregaten sowie einer Kühleinrichtung und ein Reservoir für die Hydraulikflüssigkeit. Des Weiteren ist eine Pumpeinrichtung mit hydraulischem Antrieb in der Installation und Wartung sowie auch für die zu installierende Messtechnik zur Wegmessung im Hydraulikzylinder relativ kostenaufwendig. Üblicherweise ist dafür ein lineares Weg-Mess-System anzuordnen. Um unzulässige Spitzenwerte des zu erzeugenden Volumenstroms zu vermeiden, ist in der Pumpeinrichtung ein Sinus-ähnlicher Beschleunigungsverlauf des Kolbens einzustellen. Bei Anwendung einer hydraulischen Antriebseinrichtung ist die
Realisierung eines entsprechenden Beschleunigung-Verlaufs mit einem erhöhten Aufwand hinsichtlich der notwendigen Regelung sowie der dafür zu installierenden Regelungstechnik verbunden. Weiterhin lassen sich mit hydraulischen
Antriebseinrichtungen üblicherweise nicht mehr Hubbewegungen der Kolben-Zylinder- Einheit als mit einer Frequenz von ca. 2 Hz realisieren.
In der Ausgestaltungsvariante mit elektromotorischem Antrieb in Kombination mit einem Kurbeltrieb begrenzen die maximalen, frequenzabhängigen Nenndrehmomente der handelsüblichen Elektromotoren die maximale Förderleistung der Pumpeinrichtung hinsichtlich der erreichbaren Durchflussrate als auch des erreichbaren Förderdrucks. Bei angestrebter hoher Durchflussrate sowie hohem Förderdruck sind entsprechende Frequenzen der Hubbewegungen sowie auch Kräfte bzw. Momente vom Elektromotor auf den Kurbeltrieb aufzubringen. Das bedeutet, dass entsprechende Gegenkräfte auf den Elektromotor bzw. auf dessen Lagerung und/oder auf die Lagerung eines Momentübertragenden Maschinenelements zwischen dem Elektromotor und dem Kurbeltrieb wirken. Die Stabilität der Lagerstellen ist dem anzupassen, wenn sie nicht einem entsprechenden Verschleiß ausgesetzt sein sollen, der sich insbesondere dann bemerkbar macht, wenn das Abtriebsglied des Elektromotors im Wesentlichen koaxial zur Drehachse des Kurbeltriebs angeordnet ist und fest mit diesem Kurbeltrieb verbunden ist.
Eine Fluidmaschine, die dazu geeignet ist die Nachteile zu überwinden umfasst einen Kurbeltrieb und eine mit dem Kurbeltrieb mechanisch verbundene Antriebseinrichtung, mit der ein Drehmoment in den Kurbeltrieb einleitbar ist. Des Weiteren umfasst die Fluidenergiemaschine eine Kolben-Zylinder-Einheit, deren Kolben mechanisch mit dem Kurbeltrieb verbunden ist. Es ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung zwei Elektromotoren umfasst, deren jeweiligen Abtriebsglieder mit dem Kurbeltrieb mechanisch verbunden sind. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Kolben-Zylinder- Einheit nur einen Kolben und nur einen Zylinder umfasst. Die Elektromotoren, im Folgenden auch kurz als Motoren bezeichnet, sind dabei rotatorische Motoren, wobei auch die Anordnung von mehr als zwei Motoren nicht ausgeschlossen sein soll. Die Antriebseinrichtung umfasst somit wenigstens zwei Motoren.
Ein Vorteil einer solchen Fluidenergiemaschine liegt darin, dass sie trotz langsamer Drehzahlen der Welle von 1 bis 600 Umdrehungen pro Minute (rpm) arbeitet und trotzdem die notwendigen hohen Drücke erzielen kann. Trotz der langsamen
Drehzahlen kann über die Elektromotoren ein hohes Drehmoment im Bereich von 1000 bis 8000 Nm, insbesondere bis 4000 Nm, erzielt werden. Die dadurch auf die
Kolbenstange ausgeübte Kraft liegt bei 10 bis 150 kN, insbesondere bei 15 bis 20 kN. Durch den Anschluss von zwei Motoren an den Kurbeltrieb wird eine symmetrische Belastung sowie eine Verteilung der Gegen-Kräfte bzw. Gegenmomente auf die beiden Motoren bzw. deren Antriebswellen erreicht, wodurch insgesamt die Belastung und/oder der Verschleiß an der Antriebseinrichtung bzw. dem Kurbeltrieb gemindert werden kann. Die Lager lassen sich entsprechend kleiner dimensionieren, bzw. die Wellen lassen sich mit geringerem Durchmesser ausführen. Nachteilig an einer solchen Fluidenergiemaschine ist, dass die Aufstellung in
Explosionsschutzzonen der Kategorie I und II aufgrund der auf dem Markt derzeit erhältlichen geeigneten Elektromotoren nicht möglich ist. Gerade für die Förderung von Wasserstoff und anderen brennbaren Stoffen ist dies jedoch wichtig.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Fluidenergiemaschine und ein Verfahren zum Betrieb einer Fluidenergiemaschine anzugeben, welche in Explosionsschutzzonen der Kategorie I und I I verwendet werden kann.
Die Aufgabe wird vorrichtungsseitig derart gelöst, dass die Fluidenergiemaschine innerhalb eines Gehäuses eingerichtet ist, welches die Fluidenergiemaschine gegenüber der Umgebung abdichtet und welches mit einem Druckhaltesystem in Verbindung steht.
Vorteilhafterweise werden als Elektromotoren wassergekühlte Elektromotoren verwendet. Dadurch ist keine Luftzufuhr zur Kühlung der Motoren notwendig und die Abdichtung des Gehäuses ist einfacher zu realisieren.
Verfahrensseitig wird die Aufgabe derart gelöst, dass die Fluidenergiemaschine innerhalb eines Gehäuses eingerichtet ist, welches von einem Druckmedium durchströmt wird. Beim dem Gehäuse handelt es sich bevorzugt um ein krafttragendes Gehäuse.
Bevorzugt ist das Gehäuse in mehrere Räume unterteilt, wobei die Räume miteinander in Verbindung stehen. Vorteilhafterweise sind die Räume in Reihe miteinander verbunden. Bevorzugt werden die Räume nacheinander von dem Druckmedium durchströmt. In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante ist das Gehäuse in drei oder fünf Räume unterteilt, wobei ein erster Raum den Kurbelantrieb umschließt und eine Durchführung zur Verbindung des Kurbelantriebs mit einer Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen ist. Alle Durchführungen des Gehäuses sind durch dem Fachmann bekannte
Abdichtungsmechanismen gegenüber der Umgebung abgedichtet. Insbesondere können hierzu Abdeckungen, Dichtnuten mit Dichtringen, Klebedichtungen und versiegelte Schrauben verwendet werden.
Zwei weitere Räume stellen jeweils den äußeren Raum des jeweiligen Elektromotors dar. In diesen sind insbesondere die jeweiligen Magnete, Spulen und die
Leistungselektronik untergebracht. Diese Räume weisen insbesondere
Durchführungen für die Kühlung und die Stromversorgung sowie Steuerungs- und Regelungstechnik auf. Weitere zwei Räume bilden in einer bevorzugten Ausgestaltung den jeweils inneren Raum der beiden Elektromotoren. Innerhalb dieser Räume findet sich der Anschluss der jeweiligen Welle zur Kraftübertragung des jeweiligen Motors. Diese Räume werden durch zusätzliche Abdeckkappen mit speziellen Dichtungen gegen die Atmosphäre abgedichtet und ermöglichen die Durchführung der Wellen. Die Elektromotoren können jedoch in einer anderen bevorzugten Ausführung nur innerhalb eines Raumes angeordnet sein.
Das Gehäuse ist insbesondere so ausgestaltet, dass ein Überdruck zwischen 0, 01 und 50 mbar, insbesondere von 2,5 mbar angelegt werden kann. Dies bedeutet, dass die Dichtungen zur Abdichtung aller Durchführungen so ausgeführt sind, dass bei einem Überdruck von 0,01 und 50 mbar, insbesondere von 2,5 mbar, im inneren des Gehäuses im Vergleich zu der Umgebung der Fluidenergiemaschine, kein
Druckmedium austritt. Der Überdruck kann in einer bevorzugten Ausgestaltung bei einem gegen die Umgebung abgedichteten Gehäuse auch realisiert werden, wenn keine konstante Durchströmung stattfindet.
Vorteilhafterweise steht das Gehäuse über einen Einlass und einen Auslass mit dem Druckhaltesystem in Verbindung. Bevorzugt ist der Einlass am ersten Raum angeordnet und der Auslass am letzten, insbesondere dem fünften Raum, installiert. Die Räume stehen so über Bohrungen miteinander in Verbindung, dass alle
Hohlräume miteinander verbunden sind und von einem Druckmedium durchströmt werden können.
Vorteilhafterweise wird durch das Druckhaltesystem ein Überdruck des Druckmediums aufrechterhalten. Das Druckhaltesystem ist bevorzugt eine Kompressorstation oder ein Flaschenbündel. Falls Druckmedium durch geringe Leckage aus dem Gehäuse in die Umgebung austritt und es so zu einem Verlust an Druckmedium kommt, kann durch das Druckhaltesystem neues Druckmedium eingeschleust werden. So muss vorteilhafterweise das Druckmedium nicht kontinuierlich durch das Gehäuse strömen, sondern es kann bevorzugt immer nur dann neues Druckmedium hinzugefügt werden, wenn der Überdruck im Gehäuse unter einen vorher festgelegten Wert abfällt.
Als Druckmedium wird vorteilhafterweise Luft, Stickstoff oder ein anderes inertes Gas verwendet. Das Druckmedium strömt bevorzugt bei einem Überdruck zwischen 0,01 und 50 mbar, insbesondere bei 2,5 mbar durch das Gehäuse.
Durch den Überdruck kann kein reaktionsfähiges Gemisch von außen in das Gehäuse strömen, so dass die Elektromotoren, welche potentielle Zündquellen darstellen, geschützt sind und so die Fluidenergiemaschine in Explosionsschutzzonen aufgestellt und verwendet werden können.
Vorteilhafterweise können innerhalb des Druckhaltesystems und/oder innerhalb des Gehäuses Sensoren vorgesehen sein, die den Druck des Druckmediums überwachen. Sollte die Abweichung des Drucks von einem vorher festgelegten Wert detektiert werden, beispielsweise ein Druckverlust, deutete dies auf eine Leckage hin. Die Sensoren stehen vorteilhafterweise in Verbindung mit den Elektromotoren, so dass diese abgeschaltet und stromlos geschaltet werden können. Damit würden die Elektromotoren keine Zündquelle mehr darstellen.
Zudem können Sensoren vorgesehen sein, die innerhalb des Druckmediums Spuren von dem zu fördernden Medium detektieren um eine Leckage innerhalb des Gehäuses festzustellen. So können bereits leichte Leckagen des von der Fluidenergiemaschine zu fördernden Mediums detektiert werden. Zudem wird das meist entzündliche zu fördernde Medium durch das Druckmedium verdünnt und aus dem System
ausgetragen. Die Explosionsgefahr kann so verringert werden.
Die Fluidenergiemaschine kann bei überschreiten eines vorher festgelegten
Grenzwertes gestoppt werden.
Nach einem Stillstand der Fluidenergiemaschine und/oder des Druckhaltesystems wird das System bevorzugt für eine gewisse Zeit, insbesondere 2 bis 5 min, mit einem erhöhten Strom des Druckmediums gespült um etwaige Verunreinigungen zu entfernen. Vorteilhafterweise wird die Fluidenergiemaschine zur Erzeugung eines Wasserstoff- Volumenstroms und zur Komprimierung von Wasserstoff verwendet. Sie wird bevorzugt zur Betankung eines Fahrzeugs mit flüssigem oder gasförmigem
Wasserstoff verwendet. Der Wasserstoff wird dabei auf einen Systemdruck von 50 bis 1000 bar, insbesondere 350 bis 500 bar oder 700 oder 900 bar komprimiert. Bevorzugt wird die Fördermenge des Wasserstoffs über die Frequenz der Elektromotoren eingestellt, so dass diese zwischen 0 und 250 kg/h, insbesondere zwischen 30 und 200 kg/h liegt.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Dargestellt ist das Gehäuse einer Hochdruckpumpe in
explosionsgeschützter Ausführung. Die Pumpe ist geeignet für kryogene Fluide, insbesondere für Wasserstoff.
Das Gehäuse ist in die Räume 1 bis 5 unterteilt, wobei die Räume miteinander in Verbindung stehen. Raum 1 umschließt den Kurbelantrieb A. Raum 2 und Raum 4 stellen jeweils den äußeren Raum des jeweiligen Elektromotors M dar. In diesen sind insbesondere die jeweiligen Magnete, Spulen und die Leistungselektronik
untergebracht. Raum 3 und Raum 5 bilden den jeweils inneren Raum der beiden Elektromotoren M. Innerhalb dieser Räume findet sich der Anschluss der jeweiligen Welle zur Kraftübertragung des jeweiligen Motors. Diese Räume werden durch zusätzliche Abdeckkappen W mit speziellen Dichtungen gegen die Atmosphäre abgedichtet.
Alle Hohlräume innerhalb der jeweiligen Räume sind durch Bohrungen
strömungstechnisch zugänglich. So werden alle Hohlräume innerhalb des Gehäuses durch ein Druckmedium erreicht und können gespült werden.
Durch die Zuführung für das Druckmedium E, welche in diesem Ausführungsbeispiel in Raum 1 angeordnet ist wird ein Druckmedium in das Gehäuse eingeleitet. Das Druckmedium durchströmt nacheinander alle Räume 1 bis 5 und wird in Raum 5 über einen Auslass D wieder zum Druckhaltesystem zurückgeführt. Das Druckhaltesystem ist dazu ausgerichtet, dass das Druckmedium bei einem Druck von 2,5 mbar gehalten wird. Sollte durch geringe Leckagen Druckmedium in die Umgebung austreten kann im Druckhaltesystem Druckmedium zugeführt werden. Wird ein Druckabfall im Druckhaltesystem detektiert oder ein zu hoher
Wasserstoffanteil innerhalb des Druckmediums detektiert wird eine Not-Abschaltung durchgeführt. Die Motoren werden gestoppt und stromlos geschaltet. Somit stellen die Motoren keine Zündquelle mehr dar. Nach entsprechenden Wartungsarbeiten kann die Anlage wieder angefahren werden.
Bei der Inbetriebnahme, bzw. dem Anfahren des Druckhaltesystems nach einem Stillstand wird das Druckhaltesystem für eine bestimmte Zeit, insbesondere 2 min mit einem erhöhten Massenstrom des Druckmediums gespült. Falls während des Stillstands Wasserstoff aus der Pumpe oder den Leitungen in das Gehäuse ausgetreten sein sollte wird dieser dadurch entfernt oder zumindest verdünnt.

Claims

Patentansprüche
Fluidenergiemaschine, umfassend einen Kurbeltrieb und eine mit dem Kurbeltrieb mechanisch verbundene Antriebseinrichtung, wobei die
Antriebseinrichtung zwei Elektromotoren umfasst, deren jeweilige
Abtriebsglieder mit dem Kurbeltrieb mechanisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidenergiemaschine innerhalb eines Gehäuses eingerichtet ist, welches die Fluidenergiemaschine gegenüber der Umgebung abdichtet und welches mit einem Druckhaltesystem in Verbindung steht.
Fluidenergiemaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse in mehrere Räume unterteilt ist, wobei die Räume miteinander in Verbindung stehen.
Fluidenergiemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse über einen Einlass und einen Auslass mit dem Druckhaltesystem in Verbindung steht.
Fluidenergiemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse so ausgestaltet ist, dass ein Überdruck zwischen 0,01 und 50 mbar, insbesondere von 2,5 mbar angelegt werden kann.
Verfahren zum Betrieb einer Fluidenergiemaschine, umfassend einen Kurbeltrieb und eine mit dem Kurbeltrieb mechanisch verbundene
Antriebseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung zwei Elektromotoren umfasst, deren jeweilige Abtriebsglieder mit dem Kurbeltrieb mechanisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidenergiemaschine innerhalb eines Gehäuses eingerichtet ist, welches von einem Druckmedium durchströmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckmedium Luft, Stickstoff oder ein anderes inertes Gas verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Druckmedium bei einem Überdruck zwischen 0,01 und 50 mbar, insbesondere bei 2,5 mbar durch das Gehäuse strömt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck des Druckmediums durch ein Druckhaltesystem aufrechterhalten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse in mehrere Räume unterteilt ist, welche miteinander in
Verbindung stehen und welche von dem Druckmedium nacheinander durchströmt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidenergiemaschine zur Erzeugung eines Wasserstoff-Volumenstroms und/oder zur Komprimierung von Wasserstoff verwendet wird.
EP17720359.3A 2016-04-28 2017-04-12 Fluidenergiemaschine Withdrawn EP3449123A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016005216.3A DE102016005216A1 (de) 2016-04-28 2016-04-28 Fluidenergiemaschine
PCT/EP2017/000482 WO2017186341A1 (de) 2016-04-28 2017-04-12 Fluidenergiemaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3449123A1 true EP3449123A1 (de) 2019-03-06

Family

ID=58644993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17720359.3A Withdrawn EP3449123A1 (de) 2016-04-28 2017-04-12 Fluidenergiemaschine

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20190128246A1 (de)
EP (1) EP3449123A1 (de)
JP (1) JP2019515177A (de)
KR (1) KR20190002606A (de)
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