EP4224015A1 - Wasserstoff-verdichter - Google Patents

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EP4224015A1
EP4224015A1 EP22155337.3A EP22155337A EP4224015A1 EP 4224015 A1 EP4224015 A1 EP 4224015A1 EP 22155337 A EP22155337 A EP 22155337A EP 4224015 A1 EP4224015 A1 EP 4224015A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
type
compressors
compressor
planetary gear
compression arrangement
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.)
Pending
Application number
EP22155337.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Meyer-Glitza
Kevin MINY
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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 Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority to EP22155337.3A priority Critical patent/EP4224015A1/de
Priority to PCT/EP2023/050285 priority patent/WO2023147958A1/de
Publication of EP4224015A1 publication Critical patent/EP4224015A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F04B41/00—Pumping installations or systems specially adapted for elastic fluids
    • F04B41/06—Combinations of two or more pumps
    • 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
    • F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/18—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use for specific elastic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/16—Combinations of two or more pumps ; Producing two or more separate gas flows
    • F04D25/163—Combinations of two or more pumps ; Producing two or more separate gas flows driven by a common gearing arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2210/00—Fluid
    • F04C2210/22—Fluid gaseous, i.e. compressible
    • F04C2210/224—Hydrogen (H2)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/005—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of dissimilar working principle

Definitions

  • the invention relates to a compression arrangement for compressing hydrogen, comprising a first number of compressors of a first type, the compressors of the first type each having a first inflow region which is designed for flow with a first partial inlet volume flow, the compressors of first type each have a first outflow area, which are designed for outflow with a first partial outflow volume flow, further comprising a compressor of a second type, wherein the compressor of the second type has a second inflow area, which is designed to flow through a second partial inlet volume flow is formed, wherein the compressor of the second type has a second outflow area, which is designed for outflow with a second partial outflow volume flow, wherein the second inflow area of the compressor of the second type is fluidically connected to the first outflow areas of the compressors of the first type .
  • the hydrogen density in the atmospheric state is very low at around 90g/m 3 . Therefore, hydrogen must be compressed to achieve a usable energy density.
  • the invention has set itself the task specify a system and a method with which a cost advantage can be achieved.
  • a compression arrangement for compressing hydrogen comprising a first number of compressors of a first type, the compressors of the first type each having a first inflow area which is designed for flow with a first partial inlet volume flow, the Compressors of the first type each have a first outflow area, which is designed for outflow with a first partial outflow volume flow, further comprising a compressor of a second type, wherein the compressor of the second type has a second inflow area, which is designed to flow through a second Partial inlet volume flow is formed, the compressor of the second type having a second outflow area, which is designed for outflow with a second partial outflow volume flow, the second inflow area of the compressor of the second type having the first outflow areas of the compressor of the first type is fluidly connected, wherein the number and the pressure ratio of the compressors of the first type and the second type is such that the sum of the first partial outflow volume flows corresponds to the first partial inlet volume flow.
  • An essential idea of the invention is to make the compression arrangement as compact as possible in order to minimize the use of drive motors and housings.
  • the volume flow is kept as constant as possible and the losses are kept as small as possible.
  • the compressors are connected in a cascade, with the number of compressor housings decreasing as the pressure ratio increases.
  • the housings are arranged in space in such a way that they can be fitted with the appropriate piping can be provided as well as can be operated with only a single drive. This requires a gearbox with several drive ends, as is also used in geared compressors.
  • the compressors of the first type, the compressors of the second type, the compressors of the third type and the compressors of the fourth type differ with regard to their pressure ratio.
  • the compressors can be optimally configured to fulfill the compression task.
  • the compressors of the first type are of identical construction.
  • an identical design means that the production, assembly and physical compression task for the individual compressors of the first type are almost identical. Costs are saved by such a uniform design of the compressors of the first type, since individual adjustments are negligible.
  • the compressors of the second type are of identical construction.
  • an identical design means that the production, assembly and physical compression task for the individual compressors of the second type are almost identical. Costs are saved by such a uniform design of the compressors of the second type, since individual adaptations are negligible.
  • the compressors of the first type and the compressors of the second type are the compressors of the third type and/or the compressors of the fourth type are multi-stage.
  • a cooling arrangement for cooling the flow medium is arranged between the outlet of a compressor of the first type and the inlet of a compressor of the second type, with a cooling arrangement for cooling between the outlet of a compressor of the second type and the inlet of a compressor of the third type Cooling of the flow medium is arranged and / or wherein a cooling arrangement for cooling the flow medium is arranged between the outlet of a compressor of the third type and the inlet of a compressor of the fourth type.
  • the compression arrangement comprises a geared compressor with a large wheel tooth and a plurality of planetary gearwheels, with the compressors of the first type being coupled in a torque-transmitting manner on a first planetary gearwheel and on a second planetary gearwheel, with the Compressors of the second type are coupled in a torque-transmitting manner, with the compressors of the third type and the compressors of the fourth type being coupled in a torque-transmitting manner on a fourth planetary gear wheel.
  • compressors of the first type are arranged along a first axis on the first planetary gear wheel, with four compressors of the first type being arranged along a second axis on the second planetary gear wheel, on each side of the first planetary gear wheel and two compressors of the first type are arranged in each case on the second planetary gear wheel.
  • the compression arrangement has a comparatively high number of identical housings, so that the costs can be reduced with the help of repeat parts.
  • the figure 1 shows a schematic representation of a compression arrangement 1 according to the invention.
  • a compression arrangement 1 makes it possible to carry out the compression of hydrogen in a cost-effective manner.
  • the compression of the hydrogen is carried out in a cascade.
  • the figure 1 shows a compression arrangement 1 for compressing hydrogen, comprising a first number of compressors of a first type 2, the compressors of the first type 2 each having a first inflow area which is designed to flow with a first partial inlet volume flow, the compressors of the first type 2 each have a first outflow area, which is designed for outflow with a first partial outflow volume flow, further comprising a compressor of a second type 3, wherein the compressor of the second type 3 has a second inflow area, which is designed to flow through a second Partial inlet volume flow is formed, the compressor of the second type 3 having a second outflow area, which is designed for outflow with a second partial outflow volume flow, the second inflow area of the compressor of the second type 3 having the first outflow areas of the compressor of the first type 2 is fluidically connected, wherein the number and the pressure ratio of the compressors of the first type 2 and the second type 3 is such that the sum of the first partial outflow volume flows corresponds to the first partial inlet volume flow.
  • the compression arrangement 1 for compressing hydrogen comprises at least eight compressors of a first type 2, which are fluidically connected on the input side to a hydrogen input line (not shown).
  • the compressor of the first type 2 is designed to convert a specific inlet pressure into an outlet pressure.
  • the hydrogen compressed in the compressors of the first type 2 is fed to a cooling arrangement (not shown), the temperature of the hydrogen, which has been heated up by the compression work in the compressor 2, being cooled again in the cooling arrangement.
  • the hydrogen After the hydrogen has been cooled in the cooling arrangement, it is fed to at least two compressors of a second type 3 .
  • the compressor of the second type 3 is also designed to convert a specific inlet pressure into an outlet pressure.
  • the pressure ratios here are different from those of the type 1 compressor.
  • the two compressors of the second type 3 are fluidically connected on the inlet side to the outlet of the compressor of the first type 2 .
  • the hydrogen compressed in the compressors of the second type 3 is fed to a further cooling arrangement (not shown), the temperature of the hydrogen, which has been heated up by the compression work in the compressor 3, being cooled again in the further cooling arrangement.
  • the hydrogen After the hydrogen has been cooled in the further cooling arrangement, it is fed to at least one compressor of a third type 4 .
  • the third type compressor 4 is also designed to convert a certain inlet pressure into an outlet pressure. However, the pressure conditions here are different from those of the compressor of the first type 2 and the compressor of the second type 3.
  • the compressor of the third type 4 is thus fluidically connected on the inlet side to the outlet of the compressor of the second type 3 .
  • the hydrogen compressed in the compressors of the third type 4 is fed to a further cooling arrangement (not shown). supplied, wherein the temperature of the hydrogen, which has been heated by the compression work in the compressor of the third type 4, is cooled again in the further cooling arrangement.
  • the hydrogen After the hydrogen has been cooled in the further cooling arrangement, it is fed to at least one compressor of a fourth type 5 .
  • the fourth type compressor 5 is also designed to convert a certain inlet pressure into an outlet pressure.
  • the pressure conditions here are different from those of the compressor of the first type 2, the compressor of the second type 3 and the compressor of the third type 4.
  • the compressor of the fourth type 5 is fluidically connected on the inlet side to the outlet of the compressor of the third type 4 .
  • the compressors of the first type 2 are identical. This means that all compressors of the first type 2 installed in the compression arrangement 1 have the same structural dimensions, the same pressure ratios and were manufactured using the same manufacturing process. As a result, the costs for such a compression arrangement are reduced enormously.
  • the compressors of the second type 3 have the same construction. This means that all compressors of the second type 3 installed in the compression arrangement 1 have the same structural dimensions, the same pressure ratios and were manufactured using the same manufacturing process. As a result, the costs for such a compression arrangement are reduced enormously.
  • the compressors of the first type 2, the compressors of the second type 3, the compressors of the third type 4 and/or the compressors of the fourth type 5 are multi-stage (not shown in Fig figure 1 ).
  • the compressors of the first type 2, the compressors of the second type 3, the compressors of the third type 4 and the compressors of the fourth type 5 are coupled to a drive unit 6 in a torque-transmitting manner.
  • the compression arrangement is equipped with a geared compressor 7 with a large wheel tooth 8 and several planetary gear wheels (in figure 1 not shown) formed.
  • the compressors of the second type 3 are arranged in a torque-transmitting manner on a planetary gear wheel, one compressor of the second type 3 being arranged on one side and on the other side of the large gear wheel.
  • the compressors of the third type 4 and the fourth type 5 are arranged in a torque-transmitting manner on a planetary gear wheel, with a compressor of the third type 4 being arranged on one side and a compressor of the fourth type 5 on the other side of the large gear wheel.
  • the figure 2 shows a lateral arrangement of the compression arrangement 1 in a schematic representation.
  • the geared compressor is arranged in a housing 10 .
  • the planet gears driven via the large gear 8 are represented symbolically by the letters A, B and C.
  • the letter A should stand for the compression work of the compressor of the first type 2, the letter B for the compression work of the compressor of the second type 3 and the letter C for the compression work of the compressor of the third type 4 and the compressor of the fourth type 5.
  • FIG 3 shows a side view of the compression assembly 1.
  • the figure 4 shows a view from above of the compression arrangement 1.
  • A, B, C and D symbolize the individual compressors.
  • A is said to be a compressor of the first type 2 symbolize.
  • B is intended to symbolize a compressor of the second type 3 .
  • C is intended to symbolize a compressor of the third type 4.
  • D is intended to symbolize a fourth type 5 compressor.
  • the figure 5 shows schematically how the compaction process takes place.
  • the chronological sequence of compression is from left to right.
  • hydrogen flows through eight compressors of the first type 2 via a hydrogen inlet line, the hydrogen being compressed in the compressor of the first type 2 . This will be in the figure 5 represented by the symbols in the first column.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdichtungsanordnung (1) zur Verdichtung von Wasserstoff, umfassend mindestens acht Verdichter eines ersten Typs (2), die eingangsseitig mit einer Wasserstoffeingangsleitung strömungstechnisch verbunden sind, mindestens zwei Verdichter eines zweiten Typs (3), die eingangsseitig mit dem Ausgang der Verdichter des ersten Typs (2) strömungstechnisch verbunden sind, mindestens ein Verdichter eines dritten Typs (4), der eingangsseitig mit dem Ausgang der Verdichter des zweiten Typs (3) strömungstechnisch verbunden ist, mindestens ein Verdichter eines vierten Typs (5), der eingangsseitig mit dem Ausgang des Verdichters des dritten Typs (4) strömungstechnisch verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verdichtungsanordnung zur Verdichtung von Wasserstoff, umfassend eine erste Anzahl an Verdichtern eines ersten Typs, wobei die Verdichter des ersten Typs jeweils einen ersten Einströmbereich aufweisen, die zur Beströmung mit einem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet sind, wobei die Verdichter des ersten Typs jeweils einen ersten Ausströmbereich aufweisen, die zum Ausströmen mit einem ersten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet sind, ferner umfassend einen Verdichter eines zweiten Typs, wobei der Verdichter des zweiten Typs einen zweiten Einströmbereich aufweist, der zur Beströmung eines zweiten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet ist, wobei der Verdichter des zweiten Typs einen zweiten Ausströmbereich aufweist, der zum Ausströmen mit einem zweiten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet ist, wobei der zweite Einströmbereich des Verdichters des zweiten Typs mit den ersten Ausströmbereichen der Verdichter des ersten Typs strömungstechnisch verbunden ist.
  • Die Wasserstoff-Dichte ist im atmosphärischen Zustand mit etwa 90g/m3 sehr gering. Daher muss Wasserstoff zur Erreichung einer nutzbaren Energiedichte komprimiert werden.
  • Allerdings ist die effiziente Verdichtung von Wasserstoff auf Grund des geringen Molgewichtes eine technische Herausforderung. Hier werden in Abhängigkeit des Verdichtungsverhältnisses zahlreiche Verdichterstufen benötigt, welche Zwischenkühlungen benötigen und in entsprechend vielen Verdichtergehäusen untergebracht werden müssen. Dies resultiert in einer Vielzahl von Strängen mit entsprechend vielen Antriebsmotoren und Zwischengetrieben.
  • Die Erfindung hat es sich ausgehend von den bekannten Problemen und Nachteilen des Standes der Technik zur Aufgabe gemacht eine Anlage und ein Verfahren anzugeben, mit der ein Kostenvorteil erzielt werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Verdichtungsanordnung zur Verdichtung von Wasserstoff, umfassend eine erste Anzahl an Verdichtern eines ersten Typs, wobei die Verdichter des ersten Typs jeweils einen ersten Einströmbereich aufweisen, die zur Beströmung mit einem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet sind, wobei die Verdichter des ersten Typs jeweils einen ersten Ausströmbereich aufweisen, die zum Ausströmen mit einem ersten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet sind, ferner umfassend einen Verdichter eines zweiten Typs, wobei der Verdichter des zweiten Typs einen zweiten Ein-strömbereich aufweist, der zur Beströmung eines zweiten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet ist, wobei der Verdichter des zweiten Typs einen zweiten Aus-strömbereich aufweist, der zum Ausströmen mit einem zweiten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet ist, wobei der zweite Einströmbereich des Verdichters des zweiten Typs mit den ersten Ausströmbereichen der Verdichter des ersten Typs strömungstechnisch verbunden ist, wobei die Anzahl und das Druckverhältnis der Verdichter des ersten Typs und des zweiten Typs derart ist, dass die Summe der ersten Teil-Ausström-Volumenströme dem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom entspricht.
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, die Verdichtungsanordnung möglichst kompakt zu gestalten, um dadurch den Einsatz von Antriebsmotoren und Gehäusen zu minimieren. Dafür wird der Volumenstrom möglichst konstant und die Verluste möglichst klein gehalten. Dafür werden die Verdichter in einer Kaskade verschaltet, wobei mit zunehmendem Druckverhältnis die Anzahl der Verdichtergehäuse abnimmt.
  • In Abhängigkeit des Druckverhältnisses über ein Gehäuse werden entsprechend viele Volumenströme zusammengeführt, wobei die Summe der Teilvolumenströme wieder dem ursprünglichen Eingangsvolumenstrom entspricht. Die Gehäuse werden dabei so im Raum angeordnet, dass sie sowohl mit entsprechender Verrohrung versehen werden können als auch mit nur einem einzigen Antrieb betrieben werden können. Hierzu ist ein Getriebekasten mit mehreren Antriebsenden nötig, wie er auch in Getriebeverdichtern zum Einsatz kommt.
  • Die vom Patentanspruch 1 abhängigen und rückbezogenen Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung unterscheiden sich die Verdichter des ersten Typs, die Verdichter des zweiten Typs, die Verdichter des dritten Typs und die Verdichter des vierten Typs hinsichtlich ihres Druckverhältnisses. Somit können die Verdichter optimiert konfiguriert werden, um die Verdichtungsaufgabe zu erfüllen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Verdichter des ersten Typs baugleich ausgeführt.
  • Unter einer baugleichen Ausführung ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die Herstellung, Montage und physikalische Verdichtungsaufgabe für die einzelnen Verdichter des ersten Typs nahezu identisch sind. Durch solch eine einheitliche Gestaltung der Verdichter des ersten Typs werden Kosten eingespart, da individuelle Anpassungen vernachlässigbar sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Verdichter des zweiten Typs baugleich ausgeführt.
  • Unter einer baugleichen Ausführung ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die Herstellung, Montage und physikalische Verdichtungsaufgabe für die einzelnen Verdichter des zweiten Typs nahezu identisch sind. Durch solch eine einheitliche Gestaltung der Verdichter des zweiten Typs werden Kosten eingespart, da individuelle Anpassungen vernachlässigbar sind.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Verdichter des ersten Typs, die Verdichter des zweiten Typs, die Verdichter des dritten Typs und/oder die Verdichter des vierten Typs mehrstufig ausgeführt.
  • Dadurch kann die Verdichtungsaufgabe jedes einzelnen Verdichters optimiert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem Ausgang eines Verdichters des ersten Typs und dem Eingang eines Verdichters des zweiten Typs eine Kühlungsanordnung zur Kühlung des Strömungsmediums angeordnet, wobei zwischen dem Ausgang eines Verdichters des zweiten Typs und dem Eingang eines Verdichters des dritten Typs eine Kühlungsanordnung zur Kühlung des Strömungsmediums angeordnet ist und/oder wobei zwischen dem Ausgang eines Verdichters des dritten Typs und dem Eingang eines Verdichters des vierten Typs eine Kühlungsanordnung zur Kühlung des Strömungsmediums angeordnet ist.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Verdichtungsanordnung einen Getriebeverdichter mit einem Großradzahn und mehreren Planeten-Zahnräder auf, wobei an einem ersten Planeten-Zahnrad und an einem zweiten Planeten-Zahnrad die Verdichter des ersten Typs drehmomentübertragend gekoppelt sind, wobei an einem dritten Planeten-Zahnrad die Verdichter des zweiten Typs drehmomentübertragend gekoppelt sind, wobei an einem vierten Planeten-Zahnrad die Verdichter des dritten Typs und die Verdichter des vierten Typs drehmomentübertragend gekoppelt sind.
  • Dadurch ist es insbesondere möglich, lediglich eine Antriebseinheit einzusetzen, um dadurch Kosten zu sparen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung sind an dem ersten Planeten-Zahnrad vier Verdichter des ersten Typs entlang einer ersten Achse angeordnet, wobei an dem zweiten Planeten-Zahnrad vier Verdichter des ersten Typs entlang einer zweiten Achse angeordnet sind, wobei auf jeder Seite des ersten Planeten-Zahnrades und des zweiten Planeten-Zahnrades jeweils zwei Verdichter des ersten Typs angeordnet sind.
  • In dieser vorteilhaften Weiterbildung wird der Gedanke der Kaskadierung weitergeführt. Die Anordnung der Verdichter des ersten Typs erfolgt dadurch platz- und kostensparend.
  • Die Verdichtungsanordnung verfügt über eine vergleichsweise hohe Zahl von identischen Gehäusen, sodass mit Hilfe von Wiederholteilen die Kosten gesenkt werden können.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
  • Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Verdichtungsanordnung;
    Figur 2
    eine schematische Seitenansicht der Verdichtungsanordnung;
    Figur 3
    eine perspektivische Darstellung einer Seitenansicht der Verdichtungsanordnung;
    Figur 4
    eine perspektivische Darstellung einer Draufsicht der Verdichtungsanordnung;
    Figur 5
    eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Verdichtungsanordnung.
  • Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verdichtungsanordnung 1. Solch eine Verdichtungsordnung 1 ermöglicht es kostengünstig die Verdichtung von Wasserstoff durchzuführen. Dabei wird die Verdichtung des Wasserstoffs kaskadenförmig durchgeführt.
  • Die Figur 1 zeigt eine Verdichtungsanordnung 1 zur Verdichtung von Wasserstoff, umfassend eine erste Anzahl an Verdichtern eines ersten Typs 2, wobei die Verdichter des ersten Typs 2 jeweils einen ersten Einströmbereich aufweisen, die zur Beströmung mit einem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet sind, wobei die Verdichter des ersten Typs 2 jeweils einen ersten Ausströmbereich aufweisen, die zum Ausströmen mit einem ersten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet sind, ferner umfassend einen Verdichter eines zweiten Typs 3, wobei der Verdichter des zweiten Typs 3 einen zweiten Einströmbereich aufweist, der zur Beströmung eines zweiten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet ist, wobei der Verdichter des zweiten Typs 3 einen zweiten Ausströmbereich aufweist, der zum Ausströmen mit einem zweiten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet ist, wobei der zweite Einströmbereich des Verdichters des zweiten Typs 3 mit den ersten Ausströmbereichen der Verdichter des ersten Typs 2 strömungstechnisch verbunden ist, wobei die Anzahl und das Druckverhältnis der Verdichter des ersten Typs 2 und des zweiten Typs 3 derart ist, dass die Summe der ersten Teil-Ausström-Volumenströme dem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom entspricht.
  • Dazu umfasst die Verdichtungsanordnung 1 zur Verdichtung von Wasserstoff mindestens acht Verdichter eines ersten Typs 2, die eingangsseitig mit einer Wasserstoffeingangsleitung (nicht dargestellt) strömungstechnisch verbunden sind.
  • Der Verdichter des ersten Typs 2 ist dafür ausgelegt, einen bestimmten Eingangsdruck in einen Ausgangsdruck umzuwandeln.
  • Der in den Verdichtern des ersten Typs 2 verdichtete Wasserstoff wird einer Kühlungsanordnung (nicht dargestellt) zugeführt, wobei in der Kühlungsanordnung die Temperatur des Wasserstoffs, der sich durch die Verdichtungsarbeit im Verdichter 2 erwärmt hat, wieder abgekühlt wird.
  • Nachdem der Wasserstoff in der Kühlungsanordnung abgekühlt wurde, wird er zumindest zwei Verdichtern eines zweiten Typs 3 zugeführt. Der Verdichter des zweiten Typs 3 ist ebenfalls dafür ausgelegt, einen bestimmten Eingangsdruck in einen Ausgangsdruck umzuwandeln. Allerdings sind hier die Druckverhältnisse anders als die vom Verdichter des Typs 1.
  • Die zwei Verdichter des zweiten Typs 3 sind eingangsseitig mit dem Ausgang der Verdichter des ersten Typs 2 strömungstechnisch verbunden.
  • Der in den Verdichtern des zweiten Typs 3 verdichtete Wasserstoff wird einer weiteren Kühlungsanordnung (nicht dargestellt) zugeführt, wobei in der weiteren Kühlungsanordnung die Temperatur des Wasserstoffs, der sich durch die Verdichtungsarbeit im Verdichter 3 erwärmt hat, wieder abgekühlt wird.
  • Nachdem der Wasserstoff in der weiteren Kühlungsanordnung abgekühlt wurde, wird er zumindest einem Verdichter eines dritten Typs 4 zugeführt. Der Verdichter des dritten Typs 4 ist ebenfalls dafür ausgelegt, einen bestimmten Eingangsdruck in einen Ausgangsdruck umzuwandeln. Allerdings sind hier die Druckverhältnisse anders als die vom Verdichter des ersten Typs 2 und des Verdichters des zweiten Typs 3.
  • Der Verdichter des dritten Typs 4 ist somit eingangsseitig mit dem Ausgang des Verdichters des zweiten Typs 3 strömungstechnisch verbunden.
  • Der in den Verdichtern des dritten Typs 4 verdichtete Wasserstoff wird einer weiteren Kühlungsanordnung (nicht dargestellt) zugeführt, wobei in der weiteren Kühlungsanordnung die Temperatur des Wasserstoffs, der sich durch die Verdichtungsarbeit im Verdichter des dritten Typs 4 erwärmt hat, wieder abgekühlt wird.
  • Nachdem der Wasserstoff in der weiteren Kühlungsanordnung abgekühlt wurde, wird er zumindest einem Verdichter eines vierten Typs 5 zugeführt. Der Verdichter des vierten Typs 5 ist ebenfalls dafür ausgelegt, einen bestimmten Eingangsdruck in einen Ausgangsdruck umzuwandeln. Allerdings sind hier die Druckverhältnisse anders als die vom Verdichter des ersten Typs 2, des Verdichters des zweiten Typs 3 und des Verdichters des dritten Typs 4.
  • Der Verdichter des vierten Typs 5 ist eingangsseitig mit dem Ausgang des Verdichters des dritten Typs 4 strömungstechnisch verbunden.
  • Die Verdichter des ersten Typs 2 sind baugleich ausgeführt. Das bedeutet, dass alle in der Verdichtungsanordnung 1 eingebauten Verdichter des ersten Typs 2 die gleichen Baumaße haben, die gleichen Druckverhältnisse und nach dem gleichen Fertigungsverfahren hergestellt wurden. Dadurch werden die Kosten für eine solche Verdichtungsanordnung enorm gesenkt.
  • In ähnlicher Weise sind die Verdichter des zweiten Typs 3 baugleich ausgeführt. Das bedeutet, dass alle in der Verdichtungsanordnung 1 eingebauten Verdichter des zweiten Typs 3 die gleichen Baumaße haben, die gleichen Druckverhältnisse und nach dem gleichen Fertigungsverfahren hergestellt wurden. Dadurch werden die Kosten für eine solche Verdichtungsanordnung enorm gesenkt.
  • Die Verdichter des ersten Typs 2, die Verdichter des zweiten Typs 3, die Verdichter des dritten Typs 4 und/oder die Verdichter des vierten Typs 5 sind mehrstufig ausgeführt (nicht dargestellt in Figur 1).
  • Die Verdichter des ersten Typs 2, die Verdichter des zweiten Typs 3, die Verdichter des dritten Typs 4 und die Verdichter des vierten Typs 5 werden mit einer Antriebseinheit 6 drehmomentübertragend gekoppelt.
  • Dazu wird die Verdichtungsanordnung mit einem Getriebeverdichter 7 mit einem Großradzahn 8 und mehreren Planeten-Zahnräder (in Figur 1 nicht dargestellt) ausgebildet.
  • Wie in der Figur 1 dargestellt sind auf einer Seite des Großradzahnes 8 jeweils zwei Verdichter des ersten Typs 2 an einem Planeten-Zahnrad drehmomentübertragend angeordnet, wobei eine Achse gebildet wird.
  • Die Verdichter des zweiten Typs 3 sind an einem Planeten-Zahnrad drehmomentübertragend angeordnet, wobei jeweils ein Verdichter des zweiten Typs 3 auf der einen und auf der anderen Seite des Großzahnrades angeordnet ist.
  • Die Verdichter des dritten Typs 4 und des vierten Typs 5 sind an einem Planeten-Zahnrad drehmomentübertragend angeordnet, wobei jeweils ein Verdichter des dritten Typs 4 auf der einen und ein Verdichter des vierten Typs 5 auf der anderen Seite des Großzahnrades angeordnet ist.
  • Die Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine seitliche Anordnung der Verdichtungsanordnung 1. Der Getriebeverdichter ist in einem Gehäuse 10 angeordnet. Die über das Großzahnrad 8 angetriebenen Planeten-Zahnräder sind durch die Buchstaben A, B und C symbolisch dargestellt. Dabei soll der Buchstabe A für die Verdichtungsarbeit der Verdichter des ersten Typs 2 stehen, der Buchstabe B für die Verdichtungsarbeit der Verdichter des zweiten Typs 3 stehen und der Buchstabe C für die Verdichtungsarbeit der Verdichter des dritten Typs 4 und des Verdichters des vierten Typs 5.
  • Mit den Figuren 3 und 4 soll die erfindungsgemäße Konfiguration noch deutlicher beschrieben werden. Die Figur 3 zeigt eine seitliche Ansicht der Verdichtungsanordnung 1. Die Figur 4 zeigt eine Ansicht von oben der Verdichtungsanordnung 1.
  • Mit den Buchstaben A, B, C und D werden die einzelnen Verdichter symbolisiert. A soll einen Verdichter des ersten Typs 2 symbolisieren. B soll einen Verdichter des zweiten Typs 3 symbolisieren. C soll einen Verdichter des dritten Typs 4 symbolisieren. D soll einen Verdichter des vierten Typs 5 symbolisieren.
  • Die Figur 5 stellt schematisch dar, wie der Verdichtungsprozess abläuft. Der zeitliche Ablauf der Verdichtung erfolgt von links nach rechts. Zunächst wird über eine Wasserstoffeingangsleituung acht Verdichter des ersten Typs 2 mit Wasserstoff beströmt, wobei der Wasserstoff in dem Verdichter des ersten Typs 2 verdichtet wird. Dies wird in der Figur 5 durch die Symbole in der ersten Spalte dargestellt.
  • Nach der Verdichtung in den Verdichtern des ersten Typs 2 erfolgen weitere Verdichtungen in Verdichtern des zweiten Typs-3, im Verdichter des dritten Typs 4 und im Verdichter des vierten Typs 5. Durch die Zahlen 1 bis 6 wird symbolisiert, dass die Verdichter mehrstufig ausgeführt werden können.

Claims (17)

  1. Verdichtungsanordnung (1) zur Verdichtung von Wasserstoff,
    umfassend
    eine erste Anzahl an Verdichtern eines ersten Typs,
    wobei die Verdichter des ersten Typs jeweils einen ersten Einströmbereich aufweisen, die zur Beströmung mit einem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet sind,
    wobei die Verdichter des ersten Typs jeweils einen ersten Ausströmbereich aufweisen, die zum Ausströmen mit einem ersten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet sind, ferner umfassend einen Verdichter eines zweiten Typs,
    wobei der Verdichter des zweiten Typs einen zweiten Einströmbereich aufweist, der zur Beströmung eines zweiten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet ist,
    wobei der Verdichter des zweiten Typs einen zweiten Ausströmbereich aufweist, der zum Ausströmen mit einem zweiten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet ist,
    wobei der zweite Einströmbereich des Verdichters des zweiten Typs mit den ersten Ausströmbereichen der Verdichter des ersten Typs strömungstechnisch verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Anzahl und das Druckverhältnis der Verdichter des ersten Typs und des zweiten Typs derart ist, dass die Summe der ersten Teil-Ausström-Volumenströme dem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom entspricht.
  2. Verdichtungsanordnung (1) nach Anspruch 1,
    wobei die Verdichter des ersten Typs im Wesentlichen baugleich ausgeführt sind.
  3. Verdichtungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei die Verdichter des ersten Typs und die Verdichter des zweiten Typs im Wesentlichen baugleich ausgeführt sind.
  4. Verdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    wobei das Druckverhältnis des Verdichters des zweiten Typs im Wesentlichen identisch ist zu dem Druckverhältnis des Verdichters des ersten Typs.
  5. Verdichtungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    umfassend
    mindestens acht Verdichter des ersten Typs (2), die eingangsseitig mit einer Wasserstoffeingangsleitung strömungstechnisch verbunden sind,
    mindestens zwei Verdichter des zweiten Typs (3), die eingangsseitig mit dem Ausgang der Verdichter des ersten Typs (2) strömungstechnisch verbunden sind,
    mindestens ein Verdichter eines dritten Typs (4), der eingangsseitig mit dem Ausgang der Verdichter des zweiten Typs (3) strömungstechnisch verbunden ist,
    mindestens ein Verdichter eines vierten Typs (5), der eingangsseitig mit dem Ausgang des Verdichters des dritten Typs (4) strömungstechnisch verbunden ist.
  6. Verdichtungsanordnung (1) nach Anspruch 1,
    wobei sich die Verdichter des ersten Typs (2), die Verdichter des zweiten Typs (3), die Verdichter des dritten Typs (4) und die Verdichter des vierten Typs (5) hinsichtlich ihres Druckverhältnisses unterscheiden.
  7. Verdichtungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei die Verdichter des ersten Typs (2) baugleich ausgeführt sind.
  8. Verdichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Verdichter des zweiten Typs (3) baugleich ausgeführt sind.
  9. Verdichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Verdichter des ersten Typs (2), die Verdichter des zweiten Typs (3), die Verdichter des dritten Typs (4) und/oder die Verdichter des vierten Typs (5) mehrstufig ausgeführt sind.
  10. Verdichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei zwischen dem Ausgang eines Verdichters des ersten Typs (2) und dem Eingang eines Verdichters des zweiten Typs (3) eine Kühlungsanordnung zur Kühlung des Strömungsmediums angeordnet ist,
    wobei zwischen dem Ausgang eines Verdichters des zweiten Typs (3) und dem Eingang eines Verdichters des dritten Typs (4) eine Kühlungsanordnung zur Kühlung des Strömungsmediums angeordnet ist und/oder
    wobei zwischen dem Ausgang eines Verdichters des dritten Typs (4) und dem Eingang eines Verdichters des vierten Typs (5) eine Kühlungsanordnung zur Kühlung des Strömungsmediums angeordnet ist.
  11. Verdichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    mit einem Getriebeverdichter (7) mit einem Großradzahn (8) und mehreren Planeten-Zahnräder,
    wobei an einem ersten Planeten-Zahnrad und an einem zweiten Planeten-Zahnrad die Verdichter des ersten Typs (2) drehmomentübertragend gekoppelt sind,
    wobei an einem dritten Planeten-Zahnrad die Verdichter des zweiten Typs (3) drehmomentübertragend gekoppelt sind,
    wobei an einem vierten Planeten-Zahnrad die Verdichter des dritten Typs (4) und die Verdichter des vierten Typs (5) drehmomentübertragend gekoppelt sind.
  12. Verdichtungsanordnung (1) nach Anspruch 7,
    wobei das erste Planeten-Zahnrad und das zweite Planeten-Zahnrad baugleich ausgeführt sind.
  13. Verdichtungsanordnung (1) nach Anspruch 7 oder 8,
    wobei an dem ersten Planeten-Zahnrad vier Verdichter des ersten Typs (2) entlang einer ersten Achse angeordnet sind, wobei an dem zweiten Planeten-Zahnrad vier Verdichter des ersten Typs (2) entlang einer zweiten Achse angeordnet sind,
    wobei auf jeder Seite des ersten Planeten-Zahnrades und des zweiten Planeten-Zahnrades jeweils zwei Verdichter des ersten Typs (2) angeordnet sind.
  14. Verdichtungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    wobei auf jeder Seite des dritten Planeten-Zahnrades jeweils ein Verdichter des zweiten Typs (3) angeordnet sind.
  15. Verdichtungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    wobei auf der einen Seite des vierten Planeten-Zahnrades ein Verdichter des dritten Typs (4) angeordnet ist und auf der anderen Seite des vierten Planeten-Zahnrades ein Verdichter des vierten Typs (5) angeordnet ist.
  16. Verdichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Verdichter des ersten Typs (2), die Verdichter des zweiten Typs (3), die Verdichter des dritten Typs (4) und die Verdichter des vierten Typs (5) mit einer Antriebseinheit (6) drehmomentübertragend gekoppelt sind.
  17. Verdichtungsanordnung (1) nach Anspruch 7,
    wobei der Großradzahn (8) mit einer Antriebseinheit (6) drehmomentübertragend gekoppelt ist.
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