EP4610494A1 - Kompressoranordnung zum verdichten eines gases - Google Patents

Kompressoranordnung zum verdichten eines gases

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EP4610494A1
EP4610494A1 EP24160196.2A EP24160196A EP4610494A1 EP 4610494 A1 EP4610494 A1 EP 4610494A1 EP 24160196 A EP24160196 A EP 24160196A EP 4610494 A1 EP4610494 A1 EP 4610494A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressor
liquid
gas
hydraulically driven
housing
Prior art date
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Granted
Application number
EP24160196.2A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP4610494B1 (de
EP4610494C0 (de
Inventor
Bernd Kampmann
Michael Bierwisch
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.)
MAXIMATOR GmbH
Original Assignee
MAXIMATOR GmbH
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Publication date
Application filed by MAXIMATOR GmbH filed Critical MAXIMATOR GmbH
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Priority to PCT/EP2025/054205 priority patent/WO2025180878A1/de
Publication of EP4610494A1 publication Critical patent/EP4610494A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4610494B1 publication Critical patent/EP4610494B1/de
Publication of EP4610494C0 publication Critical patent/EP4610494C0/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/008—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being a fluid transmission link
    • 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
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/121—Casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
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    • F04B39/123—Fluid connections
    • 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
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/08—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having peristaltic action

Definitions

  • the present invention relates to a compressor arrangement for compressing a gas according to the features of patent claim 1.
  • Compressor assemblies for compressing a gas are well known in the art. Particularly when compressing explosive gas mixtures, high explosion protection requirements apply. To reduce the risk of explosion to the required level, the compressors are generally operated outside of enclosed spaces so that any escaping gas can mix directly with the outside ambient air. To prevent ignition sources, the compressor motors must be encapsulated and often feature thermal winding protection to prevent excessively high temperatures from being reached. Such measures are often costly and prevent the compressor assembly from being used in enclosed spaces.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved compressor arrangement for compressing a gas, which can be operated in enclosed spaces while complying with explosion protection requirements and at the same time can be manufactured cost-effectively.
  • the compressor arrangement according to the invention for compressing a gas comprises a housing, a hydraulically driven compressor, and a liquid pump.
  • the hydraulically driven compressor and the liquid pump are arranged within the housing.
  • the housing has a gas inlet connected to the hydraulically driven compressor and a gas outlet connected to the hydraulically driven compressor.
  • the gas to be compressed is introduced into the hydraulically driven compressor via the gas inlet, compressed therein, and discharged from the housing through the gas outlet for further use or storage.
  • the housing is at least partially filled with a liquid, so that the hydraulically driven compressor can be driven by a liquid flow generated by the liquid pump.
  • the liquid in the housing is sucked in by the liquid pump and then fed at a defined pressure and flow rate into the hydraulically driven compressor, which is driven by the flowing liquid.
  • the liquid is then returned to the housing.
  • a closed circuit is formed.
  • the compressor assembly according to the invention has several advantages. Due to the arrangement of the compressor and pump within a liquid-filled housing, no additional explosion protection measures are required to meet explosion protection requirements. In particular, the compressor assembly complies with the ATEX directives of the European Union. The compressor assembly features a self-contained, modular design. This saves costs and allows the compressor assembly to be operated in enclosed spaces.
  • the hydraulically driven compressor and the liquid pump are cooled by the liquid contained in the housing. This feature also makes the compressor arrangement more cost-effective than prior art solutions.
  • the compressor arrangement is therefore particularly suitable for use in decentralized energy supply and home use.
  • a gas chamber is formed between the liquid and an upper housing wall of the housing. Any gas leaks escaping from the hydraulically driven compressor can be collected in the gas chamber and discharged as needed.
  • the housing particularly preferably has a chimney connection. This is located, in particular, on the upper housing wall.
  • the gas in the gas chamber can be discharged via the chimney connection.
  • flammable gases such as hydrogen
  • leakage gases can be safely and controlledly discharged from the compressor assembly through the chimney connection.
  • the housing has an interior volume of 0.05 to 0.5 m 3 , preferably an interior volume of 0.1 to 0.4 m 3 and particularly preferably an interior volume of 0.15 to 0.3 m 3.
  • the compact design makes it possible to process gases and in particular hydrogen in small quantities. This is advantageous, for example, for the subsequent compression of hydrogen produced in small quantities during electrolysis.
  • the compressor assembly or housing can be integrated or arranged in standard 19-inch cabinet systems. This minimizes the footprint of the compressor assembly and allows for space-saving integration into existing systems or installations.
  • liquid pump and the hydraulically driven compressor are completely enclosed within the liquid. This ensures that the heat generated during operation of the liquid pump and the hydraulically driven compressor can be optimally dissipated into the liquid. It also ensures that the liquid pump only draws in the liquid contained in the housing.
  • the hydraulically driven compressor is preferably a piston compressor.
  • Piston compressors are simple and robust compressors that require little maintenance and are inexpensive to manufacture.
  • the liquid pump is, in particular, electrically hermetically sealed, so that the liquid cannot come into direct contact with the liquid pump's electronics. It is particularly preferred to use a deep-well pump. Deep-well pumps are cost-effective, small, low-maintenance, and electrically hermetically sealed, especially in the area of their electrical connection. This makes deep-well pumps particularly well-suited for use in the compressor arrangement claimed here.
  • the liquid pump preferably has an electric drive that can be connected to a standard 230V outlet. This eliminates the need for a costly, ATEX-compliant drive.
  • the fluid is typically water.
  • the water may also contain an additive, such as an antifreeze or rust inhibitor.
  • Water has a high heat capacity and can therefore absorb the heat generated by the hydraulically driven compressor and the fluid pump. It absorbs heat well. It's also inexpensive, non-flammable, and environmentally friendly. Alternatively, oil can be used as the fluid.
  • the gas to be compressed is preferably hydrogen, the compression of which has become increasingly important in the context of the energy transition.
  • a pressure gauge is preferably connected to the gas supply to check the pre-pressure of the gas to be compressed.
  • the gas supply may include a shut-off valve, which is preferably located between the pressure gauge and the hydraulically driven compressor.
  • the shut-off valve can be used to close the gas supply as needed.
  • the gas outlet may also include a pressure gauge and a shut-off valve.
  • the valve is preferably located between the pressure gauge and the hydraulically driven compressor.
  • the gas discharge can also feature a pressure relief valve.
  • the pressure relief valve can be manually operated and is used primarily for maintenance purposes.
  • the liquid pump preferably generates a liquid pressure of 5 to 15 bar, particularly preferably 10 bar. This pressure has proven particularly advantageous for driving the hydraulically driven compressor within the scope of the invention.
  • the liquid pump generates a flow rate of 10 to 30 L/min, especially 20 L/min. This flow rate has also proven optimal in conjunction with the operation of the hydraulically driven compressor.
  • the hydraulically driven compressor preferably generates a gas pressure of 250 to 1500 bar, in particular 250 to 350 bar, and particularly preferably 300 bar. This is a preferred pressure for the further use or storage of the gases, in particular hydrogen.
  • the hydraulically driven compressor preferably generates a standard volume flow of 10 to 40 NL/min.
  • the housing can have cooling fins on at least one side.
  • the cooling fins can passively cool the fluid inside the housing. This prevents overheating of the compressor assembly.
  • the housing can have an inlet and outlet opening connected to an additional heat exchanger. This allows the fluid to be fed to the heat exchanger, cooled there, and then returned to the housing.
  • the Figure 1 shows a schematic diagram of a compressor arrangement 1 for compressing a gas.
  • the compressor arrangement 1 has a housing 2, a hydraulically driven compressor 3, and a liquid pump 4.
  • the hydraulically driven compressor 3 and the liquid pump 4 are arranged within the housing 2.
  • the housing 2 has a gas supply 5 connected to the hydraulically driven compressor 3 and a gas discharge 6 connected to the hydraulically driven compressor 3.
  • the hydraulically driven compressor 3 is supplied with a gas to be compressed, in this embodiment, hydrogen, via the gas supply 5.
  • the compressed gas is discharged from the housing 2 via the gas discharge 6 for further use or storage.
  • the housing 2 has a gas supply opening 22 and a gas discharge opening 23.
  • the gas supply 5 and the gas discharge 6 are each shown in dashed lines. The arrows indicate the gas flow direction.
  • the housing 2 is partially filled with a liquid 7.
  • the hydraulically driven compressor 3 can be driven by means of a flow of the liquid 7 generated by the liquid pump 4.
  • the liquid 7 is sucked directly from the housing 2 by the liquid pump 4 and is pumped via a
  • the fluid is then passed on to the hydraulically driven compressor 3 via a hydraulic line 8 connecting the fluid pump 4 to the hydraulically driven compressor 3.
  • the hydraulically driven compressor 3, which in this embodiment is a piston compressor, is driven by the flowing fluid 7, thereby compressing the gas.
  • the fluid 7 is then fed back into the housing 2.
  • the flow of the fluid 7 is shown in solid lines. The arrows indicate the flow direction of the fluid 7.
  • the compressor assembly 1 meets the requirements of the ATEX directives because there is no separate ignition source. Therefore, further explosion protection measures are not necessary. Furthermore, the arrangement of the liquid pump 4 and the hydraulically driven compressor 3 within the liquid 7 ensures that they are cooled directly by the liquid 7.
  • the temperature of the liquid 7 itself can be controlled via passive cooling with cooling fins arranged on the housing 2 and/or via active cooling using a separate heat exchanger. In the latter case, the housing 2 can have an inlet and outlet opening so that the liquid 7 can be fed to the heat exchanger and then fed back into the housing 2. Compared to other solutions known in the prior art, such a cooling device is very cost-effective.
  • a gas chamber 10 is formed between the liquid 7 and an upper housing wall 9 of the housing 2. Any leakage gas escaping from the hydraulically driven compressor 3 can be collected in the gas chamber 10 and discharged via a chimney connection 11 located on the upper housing wall 9. Leakage gases generated within the compressor assembly 1 can thus be discharged in a controlled and targeted manner at any time.
  • a distance A of between 5 and 10 cm is formed between the surface 12 of the liquid 7 and the upper housing wall 9.
  • the housing 2 has an interior volume of 0.1 to 0.3 m 3. Due to its compact design, the compressor assembly 1 is designed and constructed to be arranged in a standard 19-inch cabinet system. Compressor arrangement 1 can therefore be integrated into existing systems in a very space-saving manner.
  • the liquid pump 4 and the hydraulically driven compressor 3 are arranged entirely within the liquid 7. This ensures that the liquid pump 4 can draw in sufficient liquid 7 at all times and that the heat generated by the liquid pump 4 and the hydraulically driven compressor 3 is completely and evenly dissipated to the liquid 7.
  • the liquid pump 4 is a deep-well pump. Deep-well pumps are cost-effective, small, low-maintenance, and electrically hermetically sealed. They therefore offer optimal conditions for operation in the compressor arrangement 1 according to the invention.
  • the liquid pump 4 has an electric drive that can be connected to a standard 230V outlet via a cable 13.
  • the housing 2 has a cable duct 14 through which the cable 13 of the pump 4 can be routed.
  • the housing 2 has a drain opening 15 which can be used to drain the liquid 7 contained in the housing.
  • a pressure gauge 16 is connected to the gas supply 5, with which the pre-pressure of the gas to be compressed can be checked.
  • the gas supply line also includes a shut-off valve 17, which is located between the pressure gauge 16 and the hydraulic compressor 3 at the gas supply line 5.
  • the shut-off valve 17 can be used to close the gas supply line 5 as needed.
  • the gas discharge 6 also has a pressure gauge 18 and a check valve 19.
  • the check valve 19 is arranged between the pressure gauge 18 and the hydraulically driven compressor 3.
  • the gas outlet 6 also has a pressure relief valve 20. If the gas pressure in the gas outlet 6 is too high, it can be relieved by the pressure relief valve 20 A portion of the gas flow rate can be directed out of the compressor assembly 1 through a separate housing opening 21. This ensures that the required gas pressure is always present at the gas discharge opening 23 of the gas discharge 6.
  • the liquid pump 4 also generates a volume flow of 20 L/min, which is also advantageous for the operation of the hydraulic compressor 3.
  • the hydraulically driven compressor 3 generates a gas pressure of 300 bar, which is a preferred pressure for further use or storage, especially for hydrogen.
  • the hydraulically driven compressor 3 generates a standard volume flow of 10 to 40 NL/min.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kompressoranordnung (1) zum Verdichten eines Gases, aufweisend ein Gehäuse (2), einen hydraulisch angetriebenen Verdichter (3) und eine Flüssigkeitspumpe (4), wobei der hydraulisch angetriebene Verdichter (3) und die Flüssigkeitspumpe (4) innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet sind und das Gehäuse (2) eine mit dem hydraulisch angetriebenen Verdichter (3) verbundene Gaszuführung (5) und eine mit dem hydraulisch angetriebenen Verdichter (3) verbundene Gasabführung (6) aufweist, wobei das Gehäuse (2) zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit (7) gefüllt ist und der hydraulisch angetriebene Verdichter (3) mittels einer von der Flüssigkeitspumpe (4) erzeugten Strömung der Flüssigkeit (7) antreibbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kompressoranordnung zum Verdichten eines Gases gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Kompressoranordnungen zum Verdichten eines Gases, beispielsweise von Wasserstoff nach einer Elektrolyse, sind im Stand der Technik bekannt. Insbesondere beim Verdichten explosionsfähiger Gasgemische bestehen hohe Anforderungen an den Explosionsschutz. Um die Gefahr einer Explosion auf das geforderte Maß zu reduzieren, werden die Verdichter in der Regel außerhalb von geschlossenen Räumen betrieben, so dass sich etwaiges entweichendes Gas direkt mit der äußeren Umgebungsluft vermischen kann. Um Zündquellen zu vermeiden, müssen die Motoren der Verdichter gekapselt werden und weisen oftmals einen thermischen Wicklungsschutz auf, um keine unzulässigen hohen Temperaturen zu erreichen. Entsprechende Maßnahmen sind oftmals kostspielig und verhindern einen Einsatz der Kompressoranordnung in geschlossenen Räumen.
  • Ausgehend vom Stand der Technik ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kompressoranordnung zum Verdichten eines Gases aufzuzeigen, welche unter Einhaltung der Explosionsschutzanforderungen in geschlossenen Räumen betrieben werden kann und zugleich kostengünstig herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kompressoranordnung zum Verdichten eines Gases gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die erfindungsgemäße Kompressoranordnung zum Verdichten eines Gases weist ein Gehäuse, einen hydraulisch angetriebenen Verdichter und eine Flüssigkeitspumpe auf. Der hydraulisch angetriebene Verdichter und die Flüssigkeitspumpe sind innerhalb des Gehäuses angeordnet. Das Gehäuse weist eine mit dem hydraulisch angetriebenen Verdichter verbundene Gaszuführung und eine mit dem hydraulisch angetriebenen Verdichter verbundene Gasabführung auf. Über die Gaszuführung wird das zu verdichtende Gas in den hydraulisch angetriebenen Verdichter eingeleitet, in diesem verdichtet und durch die Gasabführung aus dem Gehäuse zur weiteren Verwendung oder Speicherung abgeführt.
  • Erfindungswesentlich ist nunmehr, dass das Gehäuse zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, sodass der hydraulisch angetriebene Verdichter mittels einer von der Flüssigkeitspumpe erzeugten Strömung der Flüssigkeit antreibbar ist. Die in dem Gehäuse befindliche Flüssigkeit wird von der Flüssigkeitspumpe angesaugt und anschließend mit einem definierten Druck und einer definierten Strömungsgeschwindigkeit in den hydraulisch angetriebenen Verdichter geleitet, der durch die strömende Flüssigkeit angetrieben wird. Danach wird die Flüssigkeit wieder in das Gehäuse zurückgeleitet. Mithin ist ein geschlossener Kreislauf ausgebildet.
  • Die erfindungsgemäße Kompressoranordnung hat mehrere Vorteile. Aufgrund der Anordnung des Verdichters und der Pumpe innerhalb eines mit einer Flüssigkeit gefüllten Gehäuses, sind keine zusätzlichen Explosionsschutzaufwendungen erforderlich um den Explosionsschutzanforderungen zu entsprechen. Insbesondere erfüllt die Kompressoranordnung die ATEX-Richtlinien der Europäischen Union. Die Kompressoranordnung weist eine in sich geschlossene modulare Bauform auf. Dies spart Kosten und ermöglicht einen Betrieb der Kompressoranordnung in geschlossenen Räumen.
  • Weiterhin werden der hydraulisch angetriebene Verdichter und die Flüssigkeitspumpe durch die im Gehäuse befindliche Flüssigkeit gekühlt. Die Kompressoranordnung ist auch aufgrund dieser Eigenschaft kostengünstiger im Vergleich zu im Stand der Technik bekannten Lösungen.
  • Die Kompressoranordnung findet somit insbesondere Anwendungsmöglichkeiten bei der dezentralen Energieversorgung und der Heimnutzung.
  • Bevorzugt ist zwischen der Flüssigkeit und einer oberen Gehäusewand des Gehäuses ein Gasraum ausgebildet. Etwaige, vom hydraulisch angetriebenen Verdichter austretende Gasleckagen können in dem Gasraum aufgefangen und bei Bedarf abgeführt werden.
  • Besonders bevorzugt weist das Gehäuse einen Kaminanschluss auf. Dieser ist insbesondere an der oberen Gehäusewand angeordnet. Über den Kaminanschluss kann das im Gasraum befindliche Gas abgeführt werden. Insbesondere bei der Verdichtung von flammbaren Gasen, wie beispielsweise Wasserstoff, können durch den Kaminanschluss Leckagegase kontrolliert und sicher von der Kompressoranordnung abgeführt werden. Im Vergleich zu im Stand der Technik bekannten Kompressoranordnungen wird nur ein Anschluss für alle Entlastungsleitungen benötigt.
  • Zwischen der Oberfläche der Flüssigkeit und der oberen Gehäusewand ist bevorzugt ein Abstand von 1 bis 15 cm, besonders bevorzugt von 5 bis 10 cm ausgebildet. Dies hat sich im Rahmen der Erfindung als vorteilhaft für die zuvor beschriebenen Funktionen des Gasraums herausgestellt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist das Gehäuse ein Innenraumvolumen von 0,05 bis 0,5 m3, bevorzugt ein Innenraumvolumen von 0,1 bis 0,4 m3 und besonders bevorzugt ein Innenraumvolumen von 0,15 bis 0,3 m3 auf. Die kompakte Bauform ermöglicht es, Gase und insbesondere Wasserstoff in kleinen Mengen zu verdichten. Dies ist beispielsweise zur Nachverdichtung von in kleinen Mengen bei einer Elektrolyse erzeugtem Wasserstoff vorteilhaft.
  • Vorzugsweise ist die Kompressoranordnung bzw. das Gehäuse in standardmäßige 19-Zoll-Schranksysteme integrier- bzw. anordenbar. Die Kompressoranordnung benötigt somit wenig Stellfläche und es wird eine platzsparende Eingliederung in bestehende Systeme oder Anlagen ermöglicht.
  • Insbesondere sind die Flüssigkeitspumpe und der hydraulisch angetriebene Verdichter vollständig innerhalb der Flüssigkeit angeordnet. Dies sorgt dafür, dass die beim Betrieb der Flüssigkeitspumpe und des hydraulisch angetriebenen Verdichters entstehende Wärme optimal an die Flüssigkeit abgegeben werden kann. Zudem ist sichergestellt, dass die Flüssigkeitspumpe ausschließlich die im Gehäuse befindliche Flüssigkeit ansaugt.
  • Der hydraulisch angetriebene Verdichter ist bevorzugt ein Kolbenverdichter. Kolbenverdichter sind einfache und robuste Kompressoren, die wartungsarm und kostengünstig herstellbar sind.
  • Die Flüssigkeitspumpe ist insbesondere elektrisch hermetisch dicht, sodass die Flüssigkeit nicht in direkten Kontakt mit der Elektronik der Flüssigkeitspumpe kommen kann. Besonders bevorzugt handelt es sich um eine Tiefbrunnenpumpe. Tiefbrunnenpumpen sind kostengünstig, klein, wartungsarm und elektrisch hermetisch dicht, insbesondere auch im Bereich ihres elektrischen Anschlusses. Somit eigenen sich Tiefbrunnenpumpen besonders gut für den Einsatz in der hier beanspruchten Kompressoranordnung.
  • Die Flüssigkeitspumpe weist bevorzugt einen elektrischen Antrieb auf, der an einer handelsüblichen 230V Steckdose angeschlossen werden kann. Es ist somit kein kostenintensiver und ATEX konformer Antrieb erforderlich.
  • Bei der Flüssigkeit handelt es sich insbesondere um Wasser. Das Wasser kann zusätzlich mit einem Additiv versetzt sein, beispielsweise mit einem Frost- und Rostschutzmittel. Wasser weist eine hohe Wärmekapazität auf und kann somit die vom hydraulisch angetriebenen Verdichter und von der Flüssigkeitspumpe erzeugte Wärme gut aufnehmen. Zudem ist es kostengünstig, nicht entflammbar und nicht umweltschädlich. Alternativ kann auch Öl als Flüssigkeit verwendet werden.
  • Bei dem zu verdichtenden Gas handelt es sich vorzugsweise um Wasserstoff, dessen Verdichtung in Rahmen der Energiewende eine zunehmende Bedeutung erlangt hat.
  • An der Gaszuführung ist bevorzugt ein Druckmessgerät angeschlossen, mit dem der Vordruck des zu verdichtenden Gases kontrolliert werden kann.
  • Die Gaszuführung kann ein Sperrventil aufweisen, welches vorzugsweise zwischen dem Druckmessgerät und dem hydraulisch angetriebenen Verdichter angeordnet ist. Über das Sperrventil kann die Gaszuführung bei Bedarf geschlossen werden.
  • Die Gasabführung kann ebenfalls ein Druckmessgerät und ein Sperrventil aufweisen. Das Ventil ist bevorzugt zwischen dem Druckmessgerät und dem hydraulisch angetriebenen Verdichter angeordnet.
  • Die Gasabführung kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante zudem ein Druckentlastungsventil aufweisen. Das Druckentlastungsventil kann manuell betätigt werden und dient insbesondere zu Wartungszwecken.
  • Die Flüssigkeitspumpe erzeugt bevorzugt einen Flüssigkeitsdruck von 5 bis 15 bar, besonders bevorzugt von 10 bar. Dieser Druck hat sich im Rahmen der Erfindung als besonders vorteilhaft für den Antrieb des hydraulisch angetriebenen Verdichters herausgestellt.
  • Vorzugsweise erzeugt die Flüssigkeitspumpe einen Volumenstrom von 10 bis 30 L/min, insbesondere von 20 L/min. Dieser Volumenstrom hat sich ebenfalls als optimal in Verbindung mit dem Betrieb des hydraulisch angetriebenen Verdichters herausgestellt.
  • Der hydraulisch angetriebene Verdichter erzeugt bevorzugt einen Gasdruck von 250 bis 1500 bar, insbesondere von 250 bis 350 bar, besonders bevorzugt von 300 bar. Dabei handelt es sich um einen bevorzugten Druck für die weitere Verwendung bzw. Speicherung der Gase, insbesondere von Wasserstoff.
  • Der hydraulisch angetriebene Verdichter erzeugt weiterhin bevorzugt einen Normvolumenstrom von 10 bis 40 NL/min.
  • Das Gehäuse kann an mindestens einer Seite Kühllamellen aufweisen. Über die Kühllamellen kann die im Gehäuse befindliche Flüssigkeit passiv gekühlt werden. So wird ein Überhitzen der Kompressoranordnung verhindert. Alternativ oder ergänzend kann das Gehäuse eine Ein- und Auslassöffnung aufweisen, die mit einem zusätzlichen Wärmetauscher verbunden sind. So kann die Flüssigkeit dem Wärmetauscher zugeführt, dort gekühlt und anschließend wieder in das Gehäuse eingebracht werden.
  • Die Kompressoranordnung wird nachfolgend anhand einer rein schematischen Figur näher erläutert. Diese dient dem einfacheren Verständnis der Erfindung.
  • Die Figur 1 zeigt schematisch eine Kompressoranordnung 1 zum Verdichten eines Gases. Die Kompressoranordnung 1 weist ein Gehäuse 2, einen hydraulisch angetriebenen Verdichter 3 und eine Flüssigkeitspumpe 4 auf. Der hydraulisch angetriebene Verdichter 3 und die Flüssigkeitspumpe 4 sind innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. Das Gehäuse 2 weist eine mit dem hydraulisch angetriebenen Verdichter 3 verbundene Gaszuführung 5 und eine mit dem hydraulisch angetriebenen Verdichter 3 verbundenen Gasabführung 6 auf. Über die Gaszuführung 5 wird der hydraulisch angetriebene Verdichter 3 mit einem zu verdichtendem Gas, in diesem Ausführungsbespiel mit Wasserstoff, versorgt. Nach der Verdichtung des Gases im hydraulisch angetriebenen Verdichter 3 wird das komprimierte Gas über die Gasabführung 6 aus dem Gehäuse 2 zur weiteren Verwendung bzw. Speicherung abgeführt. Das Gehäuse 2 weist eine Gaszuführungsöffnung 22 und eine Gasabführungsöffnung 23 auf. Die Gaszuführung 5 und die die Gasabführung 6 sind jeweils in gestrichelten Linien dargestellt. Die Pfeile zeigen die Flussrichtung des Gases.
  • Erfindungsgemäß ist das Gehäuse 2 teilweise mit einer Flüssigkeit 7 gefüllt. Der hydraulisch angetriebene Verdichter 3 ist mittels einer von der Flüssigkeitspumpe 4 erzeugten Strömung der Flüssigkeit 7 antreibbar. Dazu wird die Flüssigkeit 7 von der Flüssigkeitspumpe 4 direkt aus dem Gehäuse 2 angesaugt und über einen die Flüssigkeitspumpe 4 mit dem hydraulisch angetriebenen Verdichter 3 verbindenden Hydraulikleitung 8 an den hydraulisch angetriebenen Verdichter 3 weitergeleitet. Der hydraulisch angetriebene Verdichter 3, bei dem es sich in diesem Ausführungsbeispiel um einen Kolbenverdichter handelt, wird durch die strömende Flüssigkeit 7 angetrieben, so dass eine Verdichtung des Gases erfolgt. Anschließend wird die Flüssigkeit 7 wieder in das Gehäuse 2 eingeleitet. Die Strömung der Flüssigkeit 7 ist in durchgehenden Linien dargestellt. Die Pfeile zeigen die Flussrichtung der Flüssigkeit 7.
  • Die Kompressoranordnung 1 erfüllt die Anforderungen der ATEX-Richtlinien, da keine separate Zündquelle vorhanden ist. Weitergehende Explosionsschutzmaßnahmen sind daher nicht erforderlich. Zudem sorgt die Anordnung der Flüssigkeitspumpe 4 und des hydraulisch angetriebenen Verdichters 3 innerhalb der Flüssigkeit 7 dafür, dass diese direkt durch die Flüssigkeit 7 gekühlt werden. Die Temperierung der Flüssigkeit 7 selbst kann über eine passive Kühlung mit am Gehäuse 2 angeordnete Kühllamellen und/oder über eine aktive Kühlung mittels eines separaten Wärmetauschers erfolgen. Im letzteren Fall kann das Gehäuse 2 eine Ein- und Auslassöffnung aufweisen, so dass die Flüssigkeit 7 dem Wärmetauscher zugeführt und anschließend wieder in das Gehäuse 2 eingeleitet werden kann. Im Vergleich zu anderen im Stand der Technik bekannten Lösungen ist eine entsprechende Kühlungseinrichtung sehr kostengünstig.
  • Zwischen der Flüssigkeit 7 und einer oberen Gehäusewand 9 des Gehäuses 2 ist ein Gasraum 10 ausgebildet. In dem Gasraum 10 kann etwaiges aus dem hydraulisch angetriebenen Verdichter 3 austretendes Leckagegas gesammelt und mittels einem Kaminanschluss 11, welcher an der oberen Gehäusewand 9 angeordnet ist, abgeführt werden. Innerhalb der Kompressoranordnung 1 entstehende Leckagegase können somit jederzeit kontrolliert und gezielt abgeführt werden.
  • Zwischen der Oberfläche 12 der Flüssigkeit 7 und der oberen Gehäusewand 9 ist ein Abstand A zwischen 5 und 10 cm ausgebildet.
  • Das Gehäuse 2 weist ein Innenraumvolumen von 0,1 bis 0,3 m3 auf. Durch die kompakte Bauform ist die Kompressoranordnung 1 dazu eingerichtet und ausgebildet in einem Standard 19-Zoll-Schranksystem angeordnet zu werden. Die Kompressoranordnung 1 kann somit sehr platzsparend in bestehende Anlagen oder Systeme integriert werden.
  • Die Flüssigkeitspumpe 4 und der hydraulisch angetriebene Verdichter 3 sind vollständig innerhalb der Flüssigkeit 7 angeordnet. So ist sichergestellt, dass die Flüssigkeitspumpe 4 jederzeit ausreichend Flüssigkeit 7 ansaugen kann und dass die von der Flüssigkeitspumpe 4 und dem hydraulisch angetriebenen Verdichter 3 erzeugte Wärme vollständig und gleichmäßig an die Flüssigkeit 7 abgeführt wird.
  • Bei der Flüssigkeitspumpe 4 handelt es sich um eine Tiefbrunnenpumpe. Tiefbrunnenpumpen sind kostengünstig, klein, wartungsarm und elektrisch hermetisch dicht. Sie bieten somit optimale Voraussetzungen für den Betrieb in der erfindungsgemäßen Kompressoranordnung 1.
  • Die Flüssigkeitspumpe 4 weist einen elektrischen Antrieb auf, welcher mittels eines Kabels 13 mit einer handelsüblichen 230V Steckdose verbunden werden kann. Das Gehäuse 2 weist eine Kabeldurchführung 14 auf, durch welche das Kabel 13 der Pumpe 4 geführt werden kann.
  • Das Gehäuse 2 weist eine Ablauföffnung 15 auf, die zum Auslass der im Gehäuse befindlichen Flüssigkeit 7 genutzt werden kann.
  • An der Gaszuführung 5 ist ein Druckmessgerät 16 angeschlossen, mit dem der Vordruck des zu verdichtenden Gases kontrolliert werden kann.
  • Die Gasführung weist weiterhin ein Sperrventil 17 auf, welches zwischen dem Druckmessgerät 16 und dem hydraulischen Verdichter 3 an der Gaszuführung 5 angeordnet ist. Über das Sperrventil 17 kann die Gaszuführung 5 bei Bedarf geschlossen werden.
  • Die Gasabführung 6 weist ebenfalls ein Druckmessgerät 18 und ein Sperrventil 19 auf. Das Sperrventil 19 ist zwischen dem Druckmessgerät 18 und dem hydraulisch angetriebenen Verdichter 3 angeordnet.
  • Die Gasabführung 6 weist zudem ein Druckentlastungsventil 20 auf. Ist der Gasdruck in der Gasabführung 6 zu hoch, kann dieser durch das Druckentlastungsventil 20 reguliert werden. Ein Teil des Gasvolumenstroms kann durch eine separate Gehäuseöffnung 21 aus der Kompressoranordnung 1 geleitet werden. Dies stellt sicher, dass immer der geforderte Gasdruck an der Gasabführungsöffnung 23 der Gasabführung 6 anliegt.
  • Die Flüssigkeitspumpe 4 erzeugt ein Flüssigkeitsdruck von 10 bar. Dieser hat sich als besonders vorteilhaft für den Betrieb des hydraulischen Verdichters 3 herausgestellt.
  • Die Flüssigkeitspumpe 4 erzeugt weiterhin einen Volumenstrom von 20 L/min, welcher ebenfalls vorteilhaft für den Betrieb des hydraulischen Verdichters 3 ist.
  • Der hydraulisch angetriebene Verdichter 3 erzeugt einen Gasdruck von 300 bar, welcher insbesondere für Wasserstoff ein bevorzugter Druck für die weitere Verwendung bzw. Speicherung ist.
  • Der hydraulisch angetriebene Verdichter 3 erzeugt einen Normvolumenstrom von 10 bis 40 NL/min.
    • Bezugszeichen:
    • 1
    - Kompressoranordnung
    2
    - Gehäuse
    3
    - hydraulisch angetriebener Verdichter
    4
    - Flüssigkeitspumpe
    5
    - Gaszuführung
    6
    - Gasabführung
    7
    - Flüssigkeit
    8
    - Hydraulikleitung
    9
    - obere Gehäusewand
    10
    - Gasraum
    11
    - Kaminanschluss
    12
    - Oberfläche von 7
    13
    - Kabel
    14
    - Kabeldurchführung
    15
    - Ablauföffnung
    16
    - Druckmessgerät
    17
    - Sperrventil
    18
    - Sperrventil
    19
    - Druckmessgerät
    20
    - Druckentlastungsventil
    21
    - Gehäuseöffnung
    22
    - Gaszuführungsöffnung
    23
    - Gasabführungsöffnung
    A
    - Abstand

Claims (14)

  1. Kompressoranordnung (1) zum Verdichten eines Gases, aufweisend ein Gehäuse (2), einen hydraulisch angetriebenen Verdichter (3) und eine Flüssigkeitspumpe (4), wobei der hydraulisch angetriebene Verdichter (3) und die Flüssigkeitspumpe (4) innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet sind und das Gehäuse (2) eine mit dem hydraulisch angetriebenen Verdichter (3) verbundene Gaszuführung (5) und eine mit dem hydraulisch angetriebenen Verdichter (3) verbundene Gasabführung (6) aufweist, wobei das Gehäuse (2) zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit (7) gefüllt ist und der hydraulisch angetriebene Verdichter (3) mittels einer von der Flüssigkeitspumpe (4) erzeugten Strömung der Flüssigkeit (7) antreibbar ist.
  2. Kompressoranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Flüssigkeit (7) und einer oberen Gehäusewand (9) ein Gasraum (10) ausgebildet ist.
  3. Kompressoranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Kaminanschluss (11) aufweist, wobei der Kaminanschluss (11) insbesondere an der oberen Gehäusewand (9) angeordnet ist.
  4. Kompressoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) ein Innenraumvolumen von 0,05 bis 0,5 m3, bevorzugt ein Volumen von 0,1 bis 0,4 m3 und besonders bevorzugt von 0,15 bis 0,3 m3 aufweist.
  5. Kompressoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitspumpe (4) und der hydraulisch angetriebene Verdichter (3) vollständig innerhalb der Flüssigkeit (7) angeordnet sind.
  6. Kompressoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulisch angetriebene Verdichter (3) ein Kolbenverdichter ist.
  7. Kompressoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitspumpe (4) eine Tiefbrunnenpumpe ist.
  8. Kompressoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (7) Wasser ist, wobei das Wasser insbesondere mit einem Additiv versetzt ist.
  9. Kompressoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu verdichtende Gas Wasserstoff ist.
  10. Kompressoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitspumpe (4) einen Flüssigkeitsdruck von 5 bis 15 bar, insbesondere 10 bar erzeugt.
  11. Kompressoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitspumpe (4) einen Volumenstrom von 10 bis 30 L/min, insbesondere 20 L/min erzeugt.
  12. Kompressoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulisch angetriebene Verdichter (3) einen Gasdruck von 250 bis 1500 bar, bevorzugt von 250 bis 350 bar, besonders bevorzugt von 300 bar erzeugt.
  13. Kompressoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulisch angetriebene Verdichter (3) einen Normvolumenstrom von 10 bis 40 NL/min erzeugt.
  14. Kompressoranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressorandordnung (1) dazu eingerichtet und ausgebildet ist in einem Standard 19-Zoll-Schranksystem angeordnet zu werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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BE900218A (fr) * 1984-07-25 1985-01-25 Evzone Holding Appareil de conditionnement de l'air.
GB2487790A (en) * 2011-02-07 2012-08-08 Re Hydrogen Ltd Gas compressor using liquid
CN113983360A (zh) * 2021-09-29 2022-01-28 江苏氢枫能源装备有限公司 一种液驱压缩机及其增压方法

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