JP7451529B2 - 液体水素を供給するためのポンピング装置、プラント、及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体水素を供給するためのポンピング装置、並びに、設備及び方法に関する。

より詳細には、本発明は、圧縮される流体のための入口と圧縮された流体のための出口との間で直列に配置される、第１の圧縮段を形成する、好ましくはピストンを有する第１の圧縮要素と、第２の圧縮段を形成する第２のピストン圧縮要素とを備える、液体水素をポンピングするための装置に関する。

液化水素源から高圧水素ガスを提供するための既知の解決策は、液化水素を、貯蔵することと、次いで、移送し、蒸発させて、加熱することと、最後に、常温で従来のシステムによって圧縮することとを含む。

しかしながら、これらの装置のエネルギー（低密度圧縮性流体の圧縮）コスト及び投資コストは高すぎる。代替的な解決策は、そのとき、非圧縮性流体であると考えられる、液体水素を直接圧縮することを含む。

液体水素をポンピングするためのいくつかの技術が存在する。

特に、水素エネルギーの利用のために、液体水素は、高圧で圧縮される必要がある。これらの高圧（＞３００ｂａｒ）では、たとえば、ポンプの吸込側におけるガスの存在のために、ポンピングはより複雑になる。このガスの存在は、熱入力、及び、液体を気化させてキャビテーション現象を発生させる圧縮熱のためである可能性がある。高圧で圧縮される、発生したガスは、ポンプをさらに一層、加熱する。別の理由は、高圧において増加する、ピストンシール部を通しての漏洩率である可能性がある。これらの比較的「高温」の流体漏れは、回収が困難である。したがって、ガスを備える吸込側は低密度になり、ポンプは、流れ及び性能が低下する。

ポンプ入口での漏れを再循環させる既知の解決策は、上述の欠点をすべて併せ持っている。米国特許出願公開第２００７／００２８６２８号明細書は、高圧漏れが液体ストアに再注入される二段ポンプを説明している。これは、かなりの気化損失（「ボイルオフ」）を含む。

既知の解決策によると、液体水素は２回ポンピングされる（２つの直列の圧縮段）（米国特許第４４４７１９５号明細書参照）。いくつかの解決策によると、ポンプは、液体水素で満たされた容器に浸され、それにより、最適な熱化が可能になり、ポンプにおけるあらゆるキャビテーション問題が制限される。しかしながら、これはポンプメンテナンスをより複雑にする。

液体水素のためのポンプは、相当の余寿命（特に、頻繁な停止／再起動にもかかわらず、非工業環境における保守の困難さのため、価値を置くことが困難であり、ポンプのキャビテーション現象の一因となる水素ガスを発生させる気化ガス（「ボイルオフ」）を回避する非常に高品質の熱絶縁などのいくつかの制約を満足させることが可能でなければならない。

既知の装置は、完全に満足のいくものではない。

本発明の目的は、従来技術の上述の欠点のすべて又はいくつかを克服することである。

このために、上記の前提部で提供された一般的な定義にも従う、本発明による装置は、第１の圧縮要素が、超臨界状態での、液体水素の圧縮に好適であり、且つ、液体水素の圧縮のために構成され、第２の圧縮要素が、高圧、特に、２００～１０００ｂａｒの圧力での、第１の圧縮要素によって供給された超臨界水素の圧縮に好適であり、且つ、第１の圧縮要素によって供給された超臨界水素の圧縮のために構成されるという点で基本的には特徴づけられる。

さらにまた、本発明の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を備えることができる。
－ 第１の圧縮要素は、１３～２００ｂａｒ、特に、１４～１００ｂａｒの圧力での、液体水素の圧縮に好適であり、且つ、液体水素の圧縮のために構成される。
－ 第１の圧縮要素は、スリーブ内で並進運動可能であるピストンを備える少なくとも１つの組立体を備え、第２の圧縮要素は、別個のスリーブ内に配置された別個のピストンを備える少なくとも１つの組立体を備え、第１の圧縮要素のピストン及び第２の圧縮要素のピストンは、それぞれの独自の決定された運動速度で、それぞれのスリーブ内で交互に運動し、第１の圧縮要素の少なくとも１つのピストンの運動速度は、第２の圧縮要素の少なくとも１つのピストンの運動速度より小さい。
－ 第１の圧縮段２の少なくとも１つのピストンの運動速度は、０．０２ｍ／ｓ～０．５ｍ／ｓ、特に、０．０２ｍ／ｓ～０．２ｍ／ｓである。
－ 第２の圧縮段の少なくとも１つのピストンの運動速度は、たとえば、０．０２ｍ／ｓ～１ｍ／ｓである。
－ 第１の圧縮要素の少なくとも１つのピストン及び／又は第２の圧縮要素の少なくとも１つのピストンは、そのスリーブ内でのピストンの軸方向の案内を確実なものにするリニアアクチュエータ駆動機構、特に、スクリュー及び遊星ローラ式の、電動モータによって起動される機構を介して動かされる。
－ 第１の圧縮要素及び／又は２の圧縮要素は、真空で熱的に隔離される。
－ 第１の圧縮要素及び／又は第２の圧縮要素は、冷却流体によって熱化される熱シールドを備える。
－ 装置は、液化ガス源、特に、ポンピング装置によって圧縮されることが意図された液体水素の源に接続されることが意図された第１の上流端部と、液化ガスと熱シールドとの間の熱交換を確実なものとする少なくとも１つの下流端部とを備える熱化回路を備える。
－ 熱化回路は、熱シールドを圧縮要素の圧縮室に接続し、熱シールドと熱交換した液化ガスの少なくとも一部を圧縮要素の圧縮室に移送するように構成された部分を備える、すなわち、圧縮要素は、その熱シールドを冷却するために使用された液化ガスを圧縮する。
－ 装置は、熱シールドに接続された端部と、熱シールドを冷却するために使用された加熱された液化ガスの少なくとも一部を放出するために、液化ガス源及び／又は回収ゾーンに接続されることが意図された端部とを備える、熱化流体を戻すための回路を備える。
－ 第１の圧縮要素のピストンの運動速度は、０．０２～０．０５ｍ／ｓである。
－ 第２の圧縮要素のピストンの運動速度は、０．０２ｍ／ｓ～１ｍ／ｓである。
－ 第１の圧縮要素及び／又は第２の圧縮要素は、その中で気化された水素を収集するための回路を備え、前記回路は、回収ゾーンに放出するための出口を備える。
－ １つ又は複数のピストンを通過する流体漏れを回収するための回路は、第１の圧縮段からの前記漏れの少なくとも一部を源に導く。
－ １つ又は複数のピストンを通過する流体漏れを回収するための回路は、第２の圧縮段からの前記漏れの少なくとも一部を、冷却を目的として、熱化回路に、特に、熱シールドに導き、次いで、必要な場合、再圧縮を目的として、第２の圧縮段に再導入する。
－ 第１の圧縮要素は、冷却流体によって熱化される熱シールドを形成するシェル内に配置され、流体を源から第１の圧縮段まで移送する、圧縮される流体のための回路は、第１の圧縮段のシェルを通過し、第１の圧縮段の前記シェルは、第１の圧縮段の少なくとも１つのピストンの供給室及び第１の圧縮段の熱シールドを形成する。

本発明は、上述又は以下の特徴のうちの任意の１つによるポンピング装置を備える、加圧液体水素を供給するための設備にも関し、設備は、液化水素源と、圧縮及び出口へ送出を目的とする、ポンピング装置への液体水素の供給に好適であり、且つ、ポンピング装置への液体水素の供給のために構成されたポンピング装置の入口に、源を接続するダクトを備える移送回路とを備える。

他の可能な特定の特徴によると、
－ 設備は、ポンピング装置に接続された上流端部と、源に接続され、ポンピング装置内で気化されたガスの源への放出に好適であり、且つ、ポンピング装置内で気化されたガスの源への放出のために構成された下流端部とを有する、少なくとも１つのリターンダクトを備える。
－ 少なくとも１つのリターンダクトは、手動弁又は制御弁、逃し弁のうちの少なくとも１つを備える。

本発明は、上述又は以下の特徴のうちの任意の１つによる装置、或いは、上述又は以下の特徴のうちの任意の１つによる設備を使用して、加圧液体水素を供給するための方法にも関し、方法は、ポンピング装置の入口に液体水素を供給するステップと、１４～１００ｂａｒの圧力、及び、２０～４０Ｋの温度において、この液体水素を第１の圧縮要素内で圧縮するステップと、次いで、５０～１０００ｂａｒの圧力、及び、４０～１５０Ｋの温度において、第１の圧縮要素を出た水素を、第２の圧縮要素で追加圧縮するステップとを含む。

他の可能な特定の特徴によると、本発明は、特許請求の範囲内の上述又は以下の特徴の任意の組合せを備える、任意の代替的な装置又は方法にも関する可能性がある。

さらなる特徴及び利点は、図面を参照して提供される以下の説明を読むと明らかになるであろう。

本発明の１つの可能な実施形態によるポンピング装置の構造及び作動の例を示す概略部分図を示す。 本発明の１つの可能な実施形態による設備の構造及び作動の例を示す概略部分図を示す。 本発明に従って使用することができる駆動要素の構造及び作動の例の詳細を示す概略部分図を示す。

図１に示される、液体水素をポンピングするための装置１は、圧縮される流体のための入口１２と圧縮された流体のための出口１３との間で直列に配置される、第１の圧縮要素２と、第２の圧縮要素３とを備える。

第１の圧縮要素２は好ましくは、ピストン（単数又は複数）形式であり、入口１２を介して入れられる流体のための第１の圧縮段を形成する。

ピストン圧縮に代わるものとして、歯車又はルーツの技術、或いは遠心式、或いは任意の他の好適な技術を考慮することが可能である。

第２の圧縮要素３も好ましくは、ピストン（単数又は複数）形式であり、出口１３に向かう流体のための第２の圧縮段を形成する。

２つの圧縮要素２、３は特に、同じケーシング又はハウジングに収容されてもよくて、又は、収容されなくてもよい（図２参照）。

有利な特徴によると、第１の圧縮要素２は、超臨界状態での、又は、超臨界状態への、液体水素の圧縮に好適であり、且つ、液体水素の圧縮のために構成される。

好ましくは、第１の圧縮要素２は、たとえば、０～１０ｂａｒｇの圧力及び２０～３２Ｋの温度で、飽和状態の液体水素を受け取る。

換言すれば、第１の圧縮要素２は、液体水素を超臨界状態に圧縮するために構成される（Ｐ_Ｃ＝１２．９８ｂａｒ、Ｔ_ｃ＝３３Ｋを超える）。この状態において、流体はもはや、二相（液体及びガス）で共存することができない。

一方、第２の圧縮要素３は、上昇した圧力、特に、２００～１０００ｂａｒの圧力での、第１の圧縮要素によって供給された超臨界水素の圧縮に好適であり、且つ、第１の圧縮要素によって供給された超臨界水素の圧縮のために構成される。

よって、第１の圧縮段２の入口で、流体は、たとえば、０～１０ｂａｒｇの圧力及び２０～３２Ｋの温度を有することができる。

第１の圧縮段２の出口で、流体は、たとえば、１３～１５０ｂａｒｇ（特に、１４～１００ｂａｒｇ）の圧力及び２０～５０Ｋの温度を有することができる。

第２の圧縮段３の出口で、流体は、たとえば、５０～１０００ｂａｒｇの圧力及び４０～１５０Ｋの温度を有することができる。

換言すれば、第２の圧縮要素３は、流体を圧縮する主作業を完了する。

よって、第１の圧縮要素２は、５～２００ｂａｒ、好ましくは、１３～１５０ｂａｒｇ、特に、１４～１００ｂａｒｇの圧力での、液体水素の圧縮に好適であり、且つ、液体水素の圧縮のために構成することができる。

このアーキテクチャは、特性、特に、密度が非常に敏感で十分に管理されていない状態で、第２の圧縮要素３において流体を圧縮することを防止する。これにより、この目的に充当される、且つ、この目的のために意図される機器（第１の圧縮要素２）の要素において、キャビテーション現象（ボイルオフ）の制限又は管理が可能となる。実際、液体をポンピングすることによって、たとえそれが非常にわずかであるとしても、飽和の差異は、液体中にガスを発生させ、ポンピングされた流体の密度をかなり変化させる。超臨界流体は相を変えず、その密度は次第に変化する。

実際、飽和からわずかでも逸脱することによって、流体の密度はかなり変化し、作動圧力が低いときは、さらに変化する。よって、高圧圧縮は、第２の圧縮段に集中される。

よって、第１の圧縮段によって生成された超臨界流体は、（好ましくは、第１の圧縮段から独立している）第２の圧縮段に移送される。よって、この第２の圧縮段は、最終的に必要な圧力レベルまで、主圧縮作業を行うように設計することができる。

好ましくは、第１の圧縮段から第２の圧縮段に生じる流体の供給は、第２の圧縮段の１つ又は複数のピストンを収容する外部シェル１６を通して発生する。よって、第２の圧縮段３の１つ又は複数のピストンのまわりのシェル１６は、前記ピストン６の圧縮室のための供給室として、且つ、熱シールドとして働く。

中間作動状態、２つの圧縮段の間の圧力の能動的な調整（たとえば、第１の段の圧縮速度による）、及び熱水力設計は、第２の圧力段の吸気において、ほとんど又は全く損失（ボイルオフ）（及び、低圧の戻り）をもたらさないように決定することができる。

提案されたアーキテクチャにより、第１の圧縮要素（ピストン（単数又は複数）４）の運動速度を、第２の圧縮要素の入口（すなわち、１つ又は複数の関連するピストン６の入口）における流体の熱力学的条件を制御するために調整することができる。

図２に示されるように、一方向弁３２は、２つの圧縮段の間に設けることができる。

２つの圧縮段の相対的に異なる速度及びピストンの駆動／制御モードにより、圧力の調整は容易になる。

第１の圧縮要素２は好ましくは、（たとえば、２～５ｃｍ／ｓのピストン運動速度、且つ、５ストローク／分程度の振動数で）比較的ゆっくりと圧縮するために構成される。これにより、たとえば、不可逆的結果、熱入力、キャビテーション効果、及び構成要素の摩耗を制限しながら、流体を超臨界状態にすることができる。その場合、流体の物性（粘性、密度）はより適切に制御されて、第２の圧縮段（寸法、材料）の完了及び作動を容易にし、一方で、シール及び熱化を提供する。

図１に示されるように、第１の圧縮要素２は、スリーブ５で並進運動できるピストン４を備えることができる。ピストン４及びスリーブ５は従来通り、圧縮室を画定する。

同様に、第２の圧縮要素３は、別個のスリーブ７内に配置される別個のピストン６を備えることができる。第１の圧縮要素のピストン４及び第２の圧縮要素のピストン６は、それぞれの決定された運動速度で、それらのそれぞれのスリーブ５、７内で交互に運動する。有利なことには、第１の圧縮要素２のピストン５の運動速度は好ましくは、第２の圧縮要素３のピストン７の運動速度より小さい。

図１に概略的に示されるように、第１の圧縮要素２のピストン４及び／又は第２の圧縮要素３のピストン６は、スクリュー及び遊星ローラ式のそれぞれの駆動機構８を介して動かすことができる。これらの機構は好ましくは、それぞれの別個のモータ２０、特に、電動モータによって起動される。

もちろん、一般的なモータが考慮される可能性がある。

好ましくは、２つの圧縮段のピストン４、６の運動速度は、異なって、機械的に独立している。換言すれば、一方の圧縮段のピストンの速度を、他方の圧縮段のピストンの運動速度の関数として機械的に決定する、２つの圧縮段のピストン４と６との間の機械的結合は存在しない。

第１の圧縮段２の１つ又は複数のピストン４の速度は、第２の圧縮段２における熱力学的条件の安定性を最適化するために、リアルタイムで計算することができる。よって、２つの圧縮段のピストンの運動速度は、熱力学的に相互依存するが、独立して機械的に制御することができる。

図３は、スクリュー２５及び遊星ローラ２６式の駆動機構８の例を概略的に示す。簡略化のために、完全な図示された機構（ナット２７、ループ２８、ガイド２９、リング３０など）の非限定的な例は、詳細には説明されない。

このタイプの駆動は、特に、圧縮要素の位置（非常に少ない遊び）、高い負荷、及び高い信頼性の最適な制御を可能にする。これは、各圧縮段の別個の運動速度を（必要な場合、リアルタイムで）管理するための柔軟性及び適合性を可能にする。

したがって、第１の圧縮段は、熱化される（すなわち、たとえば、２０～３０Ｋの温度で保冷される）少なくとも１つのピストン４－スリーブ５組立体を備えることができる、又は、少なくとも１つのピストン４－スリーブ５組立体で構成することができる。少なくとも１つのピストン４及びスリーブ５組立体は好ましくは、密封されたシェル１５に収容される。この熱化は、低温吸入流体を含むシェル１５で起こすことができる。このシェル１５は、外壁によって真空で隔離することができる。シェル１５は、少なくとも１つのピストン４－スリーブ５組立体を収容して、熱的に絶縁する。もちろん、各ピストン４－スリーブ５組立体が、別個のそれぞれのシェルに収容される可能性がある。

このシェル１５は、装置の内部又は外部の冷却流体、たとえば、圧縮されることが意図される流体の源１０によって供給される液体水素によって冷却される熱シールドを形成することができる。

よって、シェル１５は、冷却流体で満たされた容積、及び／又は、流体によって冷却される塊とすることができる。

装置は、液化ガス源１０、特に、ポンピング装置によって圧縮されることが意図された液体水素の源に接続された第１の上流端部（ダクト１１）と、液化ガスとシェル１５との間の熱交換を確実なものとする少なくとも１つの端部とを備える熱化回路９を備えることができる。

ソース１０は、たとえば、１～１０ｂａｒｇの圧力で液体水素を貯蔵する。

熱化回路９は、シェル１５を圧縮要素２の圧縮室に接続する部分１７を備えることができる。この部分１７は、シェル１５と熱交換した液化ガスの少なくとも一部を圧縮要素２の圧縮室に移送するように構成される。換言すれば、圧縮要素２は好ましくは、熱シールドを形成するそのシェル１５を冷却するために使用された液化ガスの少なくとも一部を圧縮する。

よって、液体水素は、圧縮室に入れられる前に、熱シールドを形成するシェル１５を通過することができる。したがって、ピストン４／スリーブ５組立体は、熱シールドを形成するシェル１５に浸されて、冷却される。蒸発した液体、したがって、ごくわずかな液体は、ライン１４を介して、源１０に再循環させることができる。

第１の圧縮要素によって圧縮された流体は、第２の圧縮要素３の圧縮室に移送される１９。第２の圧縮要素３の圧縮室に入る前に、すでに述べたように、第１の圧縮要素によって圧縮された流体は、第２の圧縮段のために熱シールド１６を形成するシェル１６を冷却するために使用することができる。

好ましくは、第１の圧縮要素２によって圧縮された超臨界流体は、シェル１６（好ましくは、容積であり、冷却された塊だけではない）を通して、移送される。この流体は、熱シールドを形成するシールド１６の容積を通過し、第２の圧縮要素の圧縮室に入る前に、ピストン６－スリーブ７組立体を冷却する。ピストン（単数又は複数）からの漏れは、その後、再圧縮するために、シェル１６の容積に再循環させることができる。

熱シールドを形成するシェル１６の流体が超臨界であり、キャビテーションなしに、したがって、ポンプの流れの大きな劣化なしに、熱的入口、圧縮熱、及び漏れを構成することが可能である。

第２の圧縮要素３は特に、第１の圧縮要素２のものと類似の絶縁構造を有することができる。換言すれば、したがって、第２の圧縮段は、熱化される（すなわち、３０～５０Ｋの温度で保冷される）少なくとも１つのピストン６－スリーブ７組立体を備えることができる、又は、少なくとも１つのピストン６－スリーブ７組立体で構成することができる。この熱化は、低温吸入流体を含むシェル１６を含むことができ、このシェル１６は、外壁によって真空で隔離することができる。このシェル１６は、冷却流体、たとえば、流体源１０によって供給される液体水素（源１０から直接生じる流体、或いは、第１の圧縮段ですでに使用された流体、及び／又は、外部冷却流体源若しくは別のタイプの冷却供給による流体）によって、さらに冷却される熱シールドを形成することができる。

装置１は好ましくは、シェル１５に接続された端部と、回収ゾーン、特に、液化ガス源１０のために意図された端部とを備える、熱化流体を戻すための回路１４、２１、２２を備える。これにより、熱シールドを形成するシェル１５を冷却するために使用された加熱された液化ガスの少なくとも一部を放出、及び必要な場合、回収することができる。

好ましくは、熱化のための流体の循環は、熱サイホン効果によって得られる。換言すれば、熱化は、液状流体を蒸発させ、それにより、その密度を減少させて、冷却ガスを源１０に戻し、リターンラインは、この作動を可能にして、最適化するように構成される。

このように、シール不良は、第１の圧縮段２のこの専用の作動によって可能な限り減少される（電力低下、圧力低下、速度低下、完全熱化）が、その場合でも、取得し、源タンク１０に戻すことができる。

図２に示されるように、第２の圧縮要素３で気化されたガスを回収するために、１つ又は複数のダクトを設けることも可能である。

たとえば、１つ又は２つのダクト２１、２２は、直接２２、又は、第１の圧縮要素２のための類似のダクト１４を介して、加熱された流体を源１０に戻すために設けることができる。１つ又は複数のダクト２１、２２は、少なくとも１つの弁２３及び／又は決定された圧力レベルで開く弁を形成する１つのフラップ２４を備えることができる。

作動フェーズにおいて（すなわち、圧縮フェーズにおいて）、第２の圧縮要素３は、入ってくる流体によって冷却される。したがって、シール不良及び熱入力は、ポンピング要素に入る前に、流体によって吸収される。待機フェーズ（圧縮なし）において、第２のポンピング要素３は、流体循環を介して回路２１～２２によって、保冷される可能性がある。この作動により、高圧圧縮のガス損失を可能な限り減少させることができる。好ましくは、２つの圧縮要素２、３は、独立して、作動し、制御可能であるように構成される。換言すれば、各ピストン４、６の運動速度は、他方のピストンの運動速度と独立して制御することができる（２つの圧縮段は機械的に独立している）。よって、たとえば、２つのピストン４、６の運動速度は、直接連動しない、又は、互いに機械的に依存しない。よって、他方の圧縮段の１つ又は複数のピストンの運動速度を自動的に修正することなく、圧縮段の１つ又は複数のピストンの運動速度を修正することが可能である。１つ又は２つのピストンの運動速度は、固定することができ、又は、（第１の圧縮要素５のピストンの運動速度が好ましくは、第２の圧縮要素のピストンの運動速度より小さいというただ一つの条件のもとで）直接関連しないそれぞれの値に修正することができる。同様に、２つの圧縮段の２つのピストンの運動は、非同期とすることができる。

したがって、中間熱力学的条件、特に、（第１の圧縮段２の出口での）圧力及び第２の圧縮段の出口圧力をそれぞれ制御するために、２つの圧縮要素２、３は、速度及び／又は位置及び／又は運動ストロークに関して調整することができる。この中間圧力は、たとえば、１３～１５０ｂａｒの値で制御することができる。

２つの圧縮段の間のピストン４、６の運動速度の差異は、２つの圧縮段の間で圧力を安定させるだけ十分大きいように選択することができる。必要な場合、この圧力の安定性を向上させるために、２つの圧縮段の間にバッファストアを設けることができる。

第２の圧縮段３の損失は、吸気における流体の再循環によって制限され、その一方で、ピストンの速度差により、寿命及び２つの保守作業の間の時間が最適化することができ、同時に、必要な性能レベルを実現する。これは、第２の圧縮段３における損失の制限又は除去を支援する。結果として、蒸気回収回路は任意選択的に、第２の圧縮段については省略することができる。

第１の段は好ましくは、熱入力を制限するために、特に熱的に最適化される（吸入流体によって熱化される真空室及びポンプ）。水素の蒸発量、すなわち、蒸発したガスの残量は、好ましくは、源ストア１０に戻される。

このように、第２の圧縮段は、熱的に平衡とすることができ、ほとんど又は全くガス損失を生じない。この第２の圧縮段３は特に設計によって熱的に平衡とすることができる。換言すれば、第２の圧縮要素３内の要素に安定した温度をもたらすために、圧縮及び摩擦エネルギーは放出することができる。

（ポンピング装置の２回の使用の間で）使用していない場合、第１の圧縮要素２は、装置、特に、第２の圧縮要素３の冷却を維持するために、断続的に起動することができる。代替の実施形態又は組合せとして、冷却は提供することができる（たとえば、ダクト２１～２１を介した熱サイホンとして、源１０から／源１０への流体を冷却するためのループを有する熱交換器（単数又は複数））。

ポンピング装置１（及び／又は設備）は、たとえば、要素（バルブ（単数又は複数）及び／又はモータ及び／又はモータなど）の全部又は一部を制御するためのマイクロプロセッサを備える、データを記憶及び処理するための電子部品を備えることができる。

よって、本発明によると、ポンピング装置は、二段ポンプ（２つの圧縮段）を備えることができ、それらの段のうちの１つ（第１の段２）は、亜臨界流体を圧縮し、一方、第２の段３は、超臨界流体を圧縮する。第３の高圧圧縮段は任意選択的に、下流に設けることができる。有利なことには、装置は、圧縮ピストン４、６の１つ又は複数の運動速度を制御することができ、ピストン（及び、シール）の寿命をのばすことが可能である。

上記の例では、第１の圧縮要素２及び第２の圧縮要素３はそれぞれ、そのスリーブ（圧縮室）内で運動できる単一のピストンを備える。もちろん、第１の圧縮段２及び／又は第２の圧縮段３は、１つより多いピストン／スリーブ組立体、特に、それぞれのスリーブ（圧縮室）内でそれぞれ運動できる２つのピストンを備えることができる。よって、第１の圧縮段２は、単一のピストン／スリーブ組立体を備える可能性があり（その段は「シングルヘッド段」と呼ばれる）、一方、第２の段３は、２つの圧縮室でそれぞれ運動できる２つのピストンを備える可能性がある（その圧縮段は「ツインヘッド圧縮段」と呼ばれる）。

１つの圧縮段による複数のピストン／スリーブ組立体の場合、これらのピストン／スリーブ組立体は並列に配置される。

本発明は、目標圧力（たとえば、１０００ｂａｒ）を達成するために、２つの圧縮要素２、３を有する例で説明された。もちろん、少なくとも１つの第３の中間圧縮段が、（たとえば、２００ｂａｒの圧力まで圧縮する）第１の段２と、（目標圧力、特に１０００ｂａｒまで圧縮する）最後の圧縮段３との間で使用されるアーキテクチャの提供を考慮することは可能である。

いくつかの作動構成では、第１の圧縮段の少なくとも１つのピストン５の運動速度は、第２の圧縮段の少なくとも１つのピストン６の運動速度より大きくすることができる。

これは、たとえば、ポンプが待機モードである（第２のピストンが停止し、第１のピストンが非常にゆっくりと運動している）ときに使用することができる。

別の構成において、第１の圧縮段が、第２の圧縮段の１つ又は複数のピストンに対して、１つ又は複数の小さいピストンを有する場合、この場合は、第１の圧縮段のピストン（単数又は複数）は、第２の圧縮段の１つ又は複数のピストンの運動の速度より大きい速度で移動することができる。

簡略化のために、示される例では、各圧縮段は、単一のピストン４、６を備える。もちろん、各圧縮段は、１つ又は複数のピストンスリーブ組立体を備えることができる。たとえば、第１の圧縮段及び第２の圧縮段はそれぞれ、２つのピストンスリーブ組立体を並列に備えることができる（すなわち、圧縮段ごとに２つのピストン）。各圧縮段は好ましくは、別個の特定のモータによって動かされる。換言すれば、２つのモータが存在し、モータのそれぞれが、それぞれの圧縮段のピストンを動かす。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 液体水素をポンピングするための装置であって、圧縮される流体のための入口（１２）と圧縮された流体のための出口（１３）との間で直列に配置される、第１の圧縮段を形成する、１つ又は複数のピストンを有する第１の圧縮要素（２）と、第２の圧縮段を形成する、１つ又は複数のピストンを有する第２の圧縮要素（３）とを備え、前記第１の圧縮要素（２）が、超臨界状態での、前記液体水素の圧縮に好適であり、且つ、前記液体水素の圧縮のために構成され、前記第２の圧縮要素（３）が、高圧、特に、２００～１０００ｂａｒの圧力での、前記第１の圧縮要素によって供給された超臨界水素の圧縮に好適であり、且つ、前記第１の圧縮要素によって供給された超臨界水素の圧縮のために構成される装置において、前記第１の圧縮要素（２）が、スリーブ（５）内で並進運動可能であるピストン（４）を備える少なくとも１つの組立体を備え、前記第２の圧縮要素（３）が、別個のスリーブ（７）内に配置された別個のピストン（６）を備える少なくとも１つの組立体を備え、前記第１の圧縮要素の前記ピストン（４）及び前記第２の圧縮要素の前記ピストン（６）が、並進運動可能であり、且つ、それぞれの独自の決定された運動速度で、それぞれの機構によってそれぞれの前記スリーブ（５、７）内で交互に運動する、すなわち、前記第１の圧縮要素の前記ピストン（４）及び前記第２の圧縮要素の前記ピストン（６）のそれぞれの運動速度が、機械的に独立していることを特徴とする装置。
［２］ 前記２つの圧縮段のピストンをそれぞれ動かす２つの別個のモータを備えることを特徴とする、［１］に記載の装置。
［３］ 作動構成において、前記第１の圧縮要素（２）の前記少なくとも１つのピストン（５）の前記運動速度を、前記第２の圧縮要素（３）の前記少なくとも１つのピストン（７）の前記運動速度より小さい値に維持するために構成されることを特徴とする、［１］又は［２］に記載の装置。
［４］ 前記第１の圧縮要素（２）が、１３～２００ｂａｒ、特に、１４～１００ｂａｒの圧力での、前記液体水素の圧縮に好適であり、且つ、前記液体水素の圧縮のために構成される
ことを特徴とする、［１］～［３］のいずれか一項に記載の装置。
［５］ 前記第１の圧縮段（２）の前記少なくとも１つのピストン（４）の前記運動速度が、０．０２ｍ／ｓ～０．５ｍ／ｓであり、前記第２の圧縮段の前記少なくとも１つのピストンの前記運動速度が、２ｍ／ｓより小さい、特に、１ｍ／ｓより小さいことを特徴とする、［１］～［４］のいずれか一項に記載の装置。
［６］ 前記第１の圧縮要素（２）の前記少なくとも１つのピストン（４）及び／又は前記第２の圧縮要素（３）の前記少なくとも１つのピストン（６）が、そのスリーブ内での前記ピストンの軸方向の案内を確実なものにするリニアアクチュエータ駆動機構（８）、特に、スクリュー及び遊星ローラ式の、電動モータ（２０）によって起動される機構を介して動かされることを特徴とする、［１］～［５］のいずれか一項に記載の装置。
［７］ 前記第１の圧縮要素（２）及び／又は前記第２の圧縮要素（３）が、他とは真空で熱的に隔離されることを特徴とする、［１］～［６］のいずれか一項に記載の装置。
［８］ 前記第１の圧縮要素（２）及び／又は前記第２の圧縮要素（３）が、冷却流体によって熱化される熱シールドを形成するシェル（１５、１６）内に配置されることを特徴とする、［１］～［７］のいずれか一項に記載の装置。
［９］ 前記第２の圧縮要素（３）が、冷却流体によって熱化される熱シールドを形成するシェル（１６）内に配置され、前記流体を前記第１の圧縮段（２）から前記第２の圧縮段（３）まで移送する、圧縮される流体のための回路が、前記第２の圧縮段の前記シェル（１６）を通過し、前記第２の圧縮段の前記シェル（１６）が、前記第２の圧縮段の前記少なくとも１つのピストン（６）の供給室及び前記第２の圧縮段の熱シールドを形成することを特徴とする、［８］に記載の装置。
［１０］ 液化ガス源、特に、前記ポンピング装置によって圧縮されることが意図された液体水素の源（１０）に接続されることが意図された第１の上流端部と、前記液化ガスと前記シェル（１５、１６）との間の熱交換を確実なものとする少なくとも１つの下流端部とを備える熱化回路（９）を備えることを特徴とする、［８］又は［９］に記載の装置。
［１１］ 前記熱化回路（９）が、前記シェル（１５、１６）を前記圧縮要素（２、３）の前記圧縮室に接続し、前記シェル（１５、１６）と熱交換した前記液化ガスの少なくとも一部を前記圧縮要素（２、３）の前記圧縮室に移送するように構成された部分（１７、１８）を備える、すなわち、前記圧縮要素（２、３）が、熱シールドを形成するそのシェルを冷却するために使用された液化ガスを圧縮することを特徴とする、［１０］に記載の装置。
［１２］ 前記シェル（１５、１６）に接続された端部と、前記シェル（１５、１６）を冷却するために使用された前記加熱された液化ガスの少なくとも一部を放出するために、液化ガス源及び／又は回収ゾーンに接続されることが意図された端部とを備える、熱化流体を戻すための回路（１４、２１、２２）を備えることを特徴とする、［１０］又は［１１］に記載の装置。
［１３］ 前記１つ又は複数のピストンを通過する流体漏れを回収容積（１０）及び／又は前記熱化回路に回収するための回路（３３）を備えることを特徴とする、［７８］～［１２］のいずれか一項に記載の装置。
［１４］ ［１］～［１３］のいずれか一項に記載のポンピング装置（１）を備える、加圧液体水素を供給するための設備において、液化水素源（１０）と、圧縮及び前記出口（１３）へ送出を目的とする、前記ポンピング装置（１）への液体水素の供給に好適であり、且つ、前記ポンピング装置（１）への液体水素の供給のために構成された前記ポンピング装置（１）の前記入口（１２）に、前記源（１０）を接続するダクト（１１）を備える移送回路（９、１７、１９、１８）とを備える設備。
［１５］ 前記ポンピング装置（１）に接続された上流端部と、前記源（１０）に接続され、前記ポンピング装置（１）内で気化されたガスの前記源（１０）への放出に好適であり、且つ、前記ポンピング装置（１）内で気化されたガスの前記源（１０）への放出のために構成された下流端部とを有する、少なくとも１つのリターンダクト（１４、２１、２２）を備えることを特徴とする、［１４］に記載の設備。
［１６］ ［１］～［１３］のいずれか一項に記載の装置、或いは、［１４］又は［１５］に記載の設備を使用して、加圧液体水素を供給するための方法において、前記ポンピング装置（１）の前記入口（１２）に液体水素を供給するステップと、１４～１００ｂａｒの圧力、及び、２０～４０Ｋの温度において、この液体水素を前記第１の圧縮要素（２）内で圧縮するステップと、次いで、５０～１０００ｂａｒの圧力、及び、４０～１５０Ｋの温度において、前記第１の圧縮要素（２）を出た前記水素を、前記第２の圧縮要素（３）で追加圧縮するステップとを含む方法。

Claims (15)

1. 液体水素をポンピングするためのポンピング装置であって、圧縮されるべき流体のための入口（１２）と圧縮された流体のための出口（１３）との間で直列に配置される第１の圧縮要素（２）及び第２の圧縮要素（３）であって、第１の圧縮段を形成する、１つ又は複数のピストンを有する第１の圧縮要素（２）と、第２の圧縮段を形成する、１つ又は複数のピストンを有する第２の圧縮要素（３）とを備え、
   前記第１の圧縮要素（２）が、前記液体水素を超臨界状態に圧縮するのに好適であり、そして、前記液体水素を超臨界状態に圧縮するように構成されており、
   前記第２の圧縮要素（３）が、２００～１０００ｂａｒの圧力で、前記第１の圧縮要素によって供給された超臨界水素を圧縮するのに好適であり、そして、前記第１の圧縮要素によって供給された超臨界水素を圧縮するように構成されているポンピング装置において、
   前記第１の圧縮要素（２）が、スリーブ（５）内で並進運動可能であるピストン（４）を備える少なくとも１つの組立体を備え、
   前記第２の圧縮要素（３）が、別個のスリーブ（７）内に配置された別個のピストン（６）を備える少なくとも１つの組立体を備え、
   前記第１の圧縮要素の前記ピストン（４）及び前記第２の圧縮要素の前記ピストン（６）が並進運動可能であり、それぞれの独自の決定された運動速度で、それぞれの機構によってそれぞれの前記スリーブ（５、７）内で交互に運動する、すなわち、前記第１の圧縮要素の前記ピストン（４）及び前記第２の圧縮要素の前記ピストン（６）のそれぞれの運動速度が、機械的に独立しており、
   前記第２の圧縮要素（３）が、冷却流体によって熱化される熱シールドを形成するシェル（１６）内に配置され、圧縮されるべき流体を前記第１の圧縮段（２）から前記第２の圧縮段（３）まで移送する、前記流体のための回路が、前記第２の圧縮段の前記シェル（１６）を通過し、前記第２の圧縮段の前記シェル（１６）が、前記第２の圧縮段の少なくとも１つの前記ピストン（６）の供給室及び前記第２の圧縮段の熱シールドを形成することを特徴とする、ポンピング装置。
2. ２つの前記圧縮段のピストンをそれぞれ動かす２つの別個のモータを備えることを特徴とする、請求項１に記載のポンピング装置。
3. 作動構成において、前記第１の圧縮要素（２）の少なくとも１つの前記ピストン（４）の前記運動速度を、前記第２の圧縮要素（３）の少なくとも１つの前記ピストン（６）の前記運動速度より小さい値に維持するために構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のポンピング装置。
4. 前記第１の圧縮要素（２）が、前記液体水素を１３～２００ｂａｒの圧力で圧縮するのに好適であり、前記液体水素を１３～２００ｂａｒの圧力で圧縮するように構成されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のポンピング装置。
5. 前記第１の圧縮段（２）の少なくとも１つの前記ピストン（４）の前記運動速度が、０．０２ｍ／ｓ～０．５ｍ／ｓであり、前記第２の圧縮段の少なくとも１つの前記ピストンの前記運動速度が、２ｍ／ｓより小さいことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のポンピング装置。
6. 前記第１の圧縮要素（２）の少なくとも１つの前記ピストン（４）及び／又は前記第２の圧縮要素（３）の少なくとも１つの前記ピストン（６）が、そのスリーブ内での前記ピストンの軸方向の案内を確実なものにするリニアアクチュエータ駆動機構（８）を介して動かされることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のポンピング装置。
7. 前記第１の圧縮要素（２）及び／又は前記第２の圧縮要素（３）が、真空で熱的に隔離されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のポンピング装置。
8. 前記第１の圧縮要素（２）が、冷却流体によって熱化される熱シールドを形成するシェル（１５）内に配置されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のポンピング装置。
9. 液化ガス源に接続されることが意図された第１の上流端部と、液化ガスと前記シェル（１５、１６）との間の熱交換を確実なものとする少なくとも１つの下流端部とを備える熱化回路（９）を備えることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のポンピング装置。
10. 前記熱化回路（９）が、前記シェル（１５、１６）を前記圧縮要素（２、３）の圧縮室に接続し、前記シェル（１５、１６）と熱交換した液化ガスの少なくとも一部を前記圧縮要素（２、３）の前記圧縮室に移送するように構成された部分（１７、１８）を備える、すなわち、前記圧縮要素（２、３）が、熱シールドを形成するそのシェルを冷却するために使用された液化ガスを圧縮することを特徴とする、請求項９に記載のポンピング装置。
11. 前記シェル（１５、１６）に接続された端部と、前記シェル（１５、１６）を冷却するために使用された加熱された液化ガスの少なくとも一部を放出するために、液化ガス源及び／又は回収ゾーンに接続されることが意図された端部とを備える、熱化流体を戻すための回路（１４、２１、２２）を備えることを特徴とする、請求項９又は１０に記載のポンピング装置。
12. 前記１つ又は複数のピストンを通過する流体漏れを前記液化ガス源（１０）及び／又は前記熱化回路に回収するための回路（３３）を備えることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のポンピング装置。
13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載のポンピング装置（１）を備える、加圧液体水素を供給するための設備において、液化水素源（１０）と、圧縮及び前記出口（１３）への送出を目的とする、前記ポンピング装置（１）への液体水素の供給に好適であり、且つ、前記ポンピング装置（１）への液体水素の供給のために構成された前記ポンピング装置（１）の前記入口（１２）に、前記液化水素源（１０）を接続するダクト（１１）を備える移送回路（９、１７、１９、１８）とを備える設備。
14. 前記ポンピング装置（１）に接続された上流端部と、前記液化水素源（１０）に接続され、前記ポンピング装置（１）内で気化されたガスの前記液化水素源（１０）への放出に好適であり、且つ、前記ポンピング装置（１）内で気化されたガスの前記液化水素源（１０）への放出のために構成された下流端部とを有する、少なくとも１つのリターンダクト（１４、２１、２２）を備えることを特徴とする、請求項１３に記載の設備。
15. 請求項１～１２のいずれか一項に記載のポンピング装置、或いは、請求項１３又は１４に記載の設備を使用して、加圧液体水素を供給するための方法において、前記ポンピング装置（１）の前記入口（１２）に液体水素を供給するステップと、１４～１００ｂａｒの圧力、及び、２０～４０Ｋの温度において、この液体水素を前記第１の圧縮要素（２）内で圧縮するステップと、次いで、５０～１０００ｂａｒの圧力、及び、４０～１５０Ｋの温度において、前記第１の圧縮要素（２）を出た前記液体水素を、前記第２の圧縮要素（３）で追加圧縮するステップと、を含む方法。

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