WO2021097505A1 - Compressor - Google Patents

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WO2021097505A1
WO2021097505A1 PCT/AT2020/060388 AT2020060388W WO2021097505A1 WO 2021097505 A1 WO2021097505 A1 WO 2021097505A1 AT 2020060388 W AT2020060388 W AT 2020060388W WO 2021097505 A1 WO2021097505 A1 WO 2021097505A1
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pressure chamber
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Definitions

  • the invention relates to a compressor for compressing gases, in particular hydrogen, according to the preamble of claim 1.
  • US 93109,587 B2 discloses a multistage piston compressor, the piston rods being connected to a common crankshaft. Between the individual pistons and the gas to be compressed, e.g. hydrogen, there is a liquid stage, in particular filled with hydraulic fluid. By means of the crankshaft, the pressure applied to the piston is transferred to the liquid and from there to the gas via a further piston.
  • the gas to be compressed e.g. hydrogen
  • EP 1 913 264 B1 discloses a compressor with a pump which is designed as an axial piston pump. A medium is fed to the axial piston pump via a pre-compressor, which then compresses the medium and discharges it again.
  • EP 3 447 289 A1 discloses a multistage sequential piston compressor, a piston being arranged in each compressor stage which pressurizes a gas via an operating fluid.
  • the liquid and the gas to be compressed are in two separate phases, the gas being passed on to the next stage after compression and then further compressed there.
  • DE 10 2004 046316 A1 discloses a method and a device for compressing gas, including hydrogen.
  • the compression takes place in one or more different cylinders, each of which contains a liquid in which the gas cannot be dissolved.
  • the compression itself is brought about by the change in the liquid level in the cylinders, with more or less liquid being pumped into the cylinders independently of one another.
  • DE 198 48 234 A1 shows a method and a compressor for compressing gases.
  • the gas to be compressed is fed into a Compression tank sucked.
  • In the container there is a liquid in which the gas is not soluble.
  • To compress the gas additional liquid is now pumped into the container, compressing the gas or increasing the pressure in the container.
  • the liquid level in the container can be raised or lowered, for example, by means of a piston.
  • the object of the present invention is therefore to create a compressor for gases, in particular hydrogen, which has a small footprint and a simple structure and, moreover, can compress the gas, in particular hydrogen, to a high pressure level.
  • the advantage of the compressor according to the invention is that it has a simple structure and can be operated with a small number of structural elements.
  • the compressor according to the invention enables an advantageous increase in pressure in two different pressure stages, which enables increased safety and a high compression ratio, in particular when compressing hydrogen.
  • the embodiments according to the invention combine the ability to move high volume through low pressure and to move low volume through high pressure.
  • a preferred embodiment of the compressor according to the invention provides that the compressor has two identically designed compression units, the low-pressure unit of the pressure-generating unit being connected to the low-pressure chambers of the compression units and the high-pressure unit of the pressure-generating unit to the high-pressure chambers of the compression units being connected in a fluid-transferring manner via fluid lines.
  • a particularly advantageous embodiment of the compressor according to the invention is achieved in that the pressure generating unit is designed as a double pressure intensifier, the pressure generating unit having a first high-pressure unit designed as a pressure cylinder and a second high-pressure unit designed as a pressure cylinder,
  • a low-pressure unit designed as a synchronous cylinder is arranged between the first high-pressure unit and the second high-pressure unit
  • the pressure generating unit has a piston rod which connects the first high pressure piston of the high pressure unit, the second high pressure piston of the second high pressure unit and the low pressure piston of the low pressure unit,
  • the low-pressure unit has two chambers, which are each arranged on two opposite sides of the low-pressure piston, and -
  • the low-pressure outlets are each connected to one of the low-pressure chambers of the compression units and the high-pressure units are each connected to one of the high-pressure chambers of the compression units via fluid lines in a fluid-transferring manner, so that when the piston rod is moved into a first compression position, the first high-pressure unit and the first chamber of the low-pressure unit of the pressure generating unit enter the High pressure position and the second chamber of the low pressure unit is adjusted to the low pressure position so that
  • the pressure in the first high pressure unit is increased and the liquid flowing out of the first high pressure unit is pressed into the first high pressure chamber of the first compression unit so that the gas in the first high pressure chamber is compressed to a second pressure level above the first pressure level and
  • the pressure in the second high pressure unit is increased and the liquid flowing out of the second high pressure unit is pressed into the second high pressure chamber of the second compression unit so that the gas in the second high pressure chamber is compressed to a second pressure level above the first pressure level, and
  • the adjustment of the piston rods can be used in both directions in order to suck in the hydrogen or the gas in the different compression units or to bring it to a first pressure level and then in the second position of the piston rod to compress the gas or hydrogen compressed to the first pressure level in the second part of the compression unit or the high pressure chamber to the desired pressure or the second pressure level.
  • the gas can also be increased to the first pressure level or the second pressure level in opposite directions in each of the compression units, thus achieving particularly economical compression with low mechanical components.
  • a check valve or one-way valve to be arranged in each of the gas supply line and the gas discharge line.
  • the liquid is glycol or an ionic liquid.
  • a preferred embodiment provides that flow calmers are arranged in the inlet area of the high pressure chamber and the low pressure chamber, which are designed in such a way that the speed of the liquid entering the high pressure chamber and the low pressure chamber can be reduced so that mixing and foaming of the liquid with the gas is prevented and the gas is in a two-phase state with the liquid.
  • the flow stabilizers consist of a wire mesh or perforated plate.
  • the pressure generating unit has position sensors, in particular limit switches, with which the position of the pistons, in particular the piston rod, can be detected.
  • the compression ratio of the gas in the low-pressure chamber is 1: 2 to 1:15 and the compression ratio of the gas in the high-pressure chamber is 1: 2 to 1: 100, in particular 1:10 to 1:50, particularly preferred is 1:20 to 1:30
  • a preferred embodiment of the compressor according to the invention provides that the compression unit has a columnar design and the high-pressure chamber is arranged above the low-pressure chamber.
  • the columnar design provides a particularly space-saving embodiment of the compressor, which at the same time has a particularly simple structure.
  • the compressor has a safety monitoring unit, the safety monitoring unit being designed to monitor the pressure and the temperature in the compression unit, in particular by means of thermocouples and pressure sensors, wherein the compressor can be switched off by the safety monitoring unit when a previously defined maximum pressure is exceeded.
  • a compressor according to the invention is provided in a hydrogen generation plant.
  • an electrolysis unit is connected to the gas supply line so that the hydrogen generated in the electrolysis unit can flow into or be sucked into the low pressure chamber via the gas supply line when the pressure generation unit is adjusted to the low pressure position.
  • the oxygen produced or the compressed gas could then be extracted from the compressor or the gas discharge line
  • Storage media such as gas bottles or gas containers are supplied or converted into electrical energy in a downstream processing plant or, in the case of hydrogen, an incineration plant. It is possible, for example, to connect to an electrolysis unit as disclosed in the international application Electrolysis Device of November 5, 2020 by the same applicant, the electrolysis unit or electrolysis device shown there being hereby incorporated as part of the present application.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the compressor according to the invention in a schematic view
  • FIG. 2 shows the compressor according to the invention according to FIG. 1 in the low pressure position
  • FIG. 3 shows the compressor according to the invention according to FIGS. 1 and 2 in floch pressure position
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the compressor according to the invention in a schematic view
  • Fig. 5 shows the second embodiment of the compressor according to the invention in the second compressor position
  • Fig. 6 shows the second embodiment of the compressor according to the invention in the first compression position.
  • a first embodiment of the compressor 10 according to the invention for compressing gases is shown in a schematic view.
  • the compressor 10 has a compression unit 1 in which a gas, in this embodiment hydrogen, is compressed.
  • the device 10 has a pressure generating unit 2, which is designed as a hydraulic pressure booster.
  • the pressure generation unit 2 comprises a floch pressure unit 22 and a low pressure unit 21 in which a liquid is present.
  • the compression unit 1 has a low pressure chamber 11 and a floch pressure chamber 12.
  • the low-pressure chamber 11 is arranged below the floch pressure chamber 12 and the low-pressure chamber 11 is connected to the floch pressure chamber 12 via a valve, in this embodiment a check valve 13.
  • the compressor 10 further comprises a gas supply line 4 which opens into the low-pressure chamber 11 and via this gas in the low-pressure chamber 11 of the compressor 10 can be introduced.
  • the high pressure chamber 12 of the compression unit 1 is via a non-return or
  • One-way valve 16 is connected to a gas discharge line 5 via which the compressed gas, that is to say hydrogen in this embodiment, can be discharged from the high-pressure chamber 12.
  • the pressure generating unit 2 has two different units, one of them
  • Low-pressure unit 21 which is connected in a fluid-transferring manner to the low-pressure chamber 11 via fluid lines 3, and a high-pressure unit 22, which is also connected in a fluid-transferring manner to the high-pressure chamber 12 of the compression unit 1 via fluid lines 3.
  • a low-pressure piston 25 is arranged in the low-pressure unit 21 of the pressure-generating unit 2.
  • a high-pressure piston 24 is in turn arranged, which is adjustable within the high-pressure unit 22 along its axis.
  • the high-pressure piston 24 and the low-pressure piston 25 are connected to one another via a piston rod 23 and are thus adjusted uniformly and simultaneously in the high-pressure unit 22 and the low-pressure unit 21, respectively.
  • the pressure generating unit 2 is designed as a hydraulic pressure booster, whereby when adjusting the piston rod 23 or the low pressure piston 25 and the high pressure piston 24 in the respective low pressure unit 21 or high pressure unit 22, different pressures can be generated. Because of the different piston areas of the low-pressure piston 24 and the high-pressure piston 25, a pressure transmission between the low-pressure unit 21 and the high-pressure unit 22 can be brought about.
  • a hydraulic unit 40 can be used to apply pressure to the first piston surface of the high-pressure piston 24 or to the low-pressure piston 25 and thus generate a pressure that can be achieved in the low-pressure unit 21 or the high-pressure unit 22 in accordance with the proportions of the piston surfaces.
  • the low-pressure unit 21 and the high-pressure unit 22 of the pressure-generating unit 2 there is a liquid which, when the pressure in the low-pressure unit 21 changes, is pressed into the low-pressure chamber 11 of the compression unit 1 via the fluid lines 3 or is sucked out of it and thus changes the pressure in the low-pressure chamber 11 .
  • the liquid arranged in the high-pressure unit 22 is also pressed into the high-pressure chamber 12 via the fluid lines 3 or, depending on the application of the pressure in the high-pressure unit 22, is sucked out of the high-pressure chamber 12 and the pressure in the high-pressure unit 22 is also changed or changed in this way by adjusting the high-pressure piston 24. generated.
  • the function of the first embodiment of the compressor 10 is described by way of example with reference to FIGS. 1 to 3:
  • the compressor 10 or the pressure generating unit 2 is shown in a low pressure position.
  • the piston rod 23 is adjusted in the direction of the high-pressure unit 22 of the pressure-generating unit 2, so that the high-pressure piston 24 and, with it, the low-pressure piston 25 connected via the piston rod 23 in the direction of the high-pressure unit 22, i.e. in the case of the in Fig. 2 shown embodiment to the left, is shifted.
  • the displacement of the piston rod 23 is achieved by applying pressure to the right side of the
  • High pressure unit 22 a negative pressure is generated and thereby the liquid is sucked out of the high pressure chamber 12 of the compression unit 1 and the pressure in the high pressure chamber 12 thereby drops.
  • the low-pressure piston 25 By adjusting the low-pressure piston 25 in the direction of the high-pressure unit 22, the pressure on the liquid in the low-pressure unit 21 is increased and this is pressed into the low-pressure chamber 11 of the compression unit 1 via the fluid lines 3 along the arrow shown in FIG increased in the low pressure chamber 11. That is in the
  • the gas located in the low-pressure chamber 11 or, in this embodiment, the hydrogen is compressed by the inflowing liquid and compressed to a first pressure level p1.
  • the hydrogen compressed to the first pressure level p1 is now pressed or sucked out of the low-pressure chamber 11 into the high-pressure chamber 12, so that it flows into the high-pressure chamber 12 via the valve 13 and then enters the first pressure level p1 the high pressure chamber 12 is present.
  • the valve 13 is designed as a check valve so that the hydrogen located in the high pressure chamber 12 cannot flow back from the high pressure chamber 12 into the low pressure chamber 11 of the compression unit 1.
  • a pressure is applied to the high pressure piston 24 by the high pressure unit 40, so that the piston rod 23, the high pressure piston 24 and thus also the low pressure piston 25 in the direction of the low pressure unit adjusted.
  • the pressure is increased is increased to the liquid in the high-pressure unit 22, so that it is pressed into the high-pressure chamber 12 via the fluid lines 3 along the arrow shown in FIG. 3 and the pressure in the high-pressure chamber 12 is increased in this way.
  • the hydrogen in the high-pressure chamber 12 or the gas in the high-pressure chamber 12 is compressed by increasing the pressure via the liquid and thus brought to a second pressure level p2.
  • the liquid located in the low-pressure chamber 11 is sucked into the low-pressure unit 21 via the fluid lines 3, so that the pressure in the low-pressure chamber 11 drops.
  • new hydrogen is sucked into the low-pressure chamber 11 via the gas supply line 4 via the check valve 16 and the compression unit 1 is filled with fresh hydrogen or gas in this way.
  • the hydrogen After the hydrogen has reached the second pressure level p2 in the high-pressure chamber 12, it is discharged, for example, via a check valve 16 via the gas discharge line 5 and, for example, stored in a storage unit or fed to further processing.
  • the compressor 10 has a first embodiment of the compressor 10 according to the invention.
  • Pressure generating unit 2 which is designed as a double pressure intensifier.
  • the pressure generating unit 2 has a first designed as a pressure cylinder
  • a low-pressure unit 21 is arranged between the two high-pressure units 22a, 22b.
  • the high-pressure piston 24a of the first high-pressure unit 22a and the second high-pressure piston 24b of the second high-pressure unit 22b and the low-pressure piston 25 are connected to one another via the piston rod 23 and are therefore adjusted together within the first high-pressure unit 22a, the second high-pressure unit 22b and the low-pressure unit 21.
  • the low-pressure unit 21 has two chambers 26a, 26b.
  • the compressor 10 also has two compression units 1a, 1b which are each connected in a fluid-transferring manner to the low-pressure unit 21 and to one of the high-pressure units 22a, 22b via the fluid lines 3.
  • the compression units 1a, 1b are of identical design and each have a high pressure chamber 21a or 21b and a low pressure chamber 11a, 11b.
  • Low-pressure chambers 11a, 11b of the first compression unit 1a and the second compression unit 1b are connected in a fluid-transferring manner via the fluid lines 3.
  • the first high pressure unit 22a is connected to the high pressure chamber 12a of the first compression unit 1a via fluid lines 3 and the second high pressure chamber 12b of the second compression unit 1b is also connected to the second high pressure unit 22b of the compression unit 2 via fluid lines 3 via fluid lines 3.
  • gas, in particular hydrogen can alternately be brought to a first pressure level p1 and then to a second pressure level p2 and thus compressed in the compression units 1a, 1b.
  • the piston rod 23 or the pressure generating unit 2 can be adjusted between two compression positions, the first compression position and the second compression position.
  • first high-pressure piston 24a of the first high-pressure unit 22a If pressure is applied to the first high-pressure piston 24a of the first high-pressure unit 22a via the hydraulic unit 40, this is adjusted to the right with the piston rod 23, the low-pressure piston 25 and the second high-pressure piston 24b into the first compression position, i.e. as shown in FIG. 6.
  • the first high-pressure piston 24a By adjusting the first high-pressure piston 24a, the liquid located in the first high-pressure unit 22a is compressed and pressed via the fluid lines 3 into the first high-pressure chamber 12a of the first compression unit 1a, and in this way the in the First high pressure chamber 12a present gas or the hydrogen is compressed to the second pressure level p2.
  • the pressure in the first chamber 26a of the low-pressure unit 21 is lowered by adjusting the low-pressure piston 25 and the liquid is sucked from the first low-pressure chamber 11a into the low-pressure unit 21 and, analogously, as described in FIG. 1, hydrogen is fed into the first via the gas supply line 4 Sucked in low pressure chamber 11a.
  • the liquid is sucked from the second high-pressure chamber 12b of the second compression unit 1b by adjusting the second high-pressure piston 24b and thereby creating a negative pressure in the second high-pressure unit 22b from the second high-pressure chamber 12b into the second high-pressure unit 22b, and thus the pressure in the second high pressure chamber 12b lowered.
  • the pressure in the second chamber 26b of the low-pressure unit 21 is increased so that the liquid is pressed via the fluid lines 3 into the second low-pressure chamber 11b of the second compression unit 1b and the hydrogen therein is compressed to a first pressure level p1.
  • the hydrogen compressed to the first pressure level in the second low-pressure unit 11b is then pressed into the second high-pressure chamber 12b of the second compression unit 1b via the valve 13b.
  • the first compression position corresponds to the high pressure position of the first compression unit, as described analogously to FIGS. 1 to 3, and the low pressure position, described analogously to embodiment 1, corresponds to the position of the second compression unit 1b.
  • the piston rod 23 or the pressure generating unit 2 is then adjusted to the second compression position, i.e. to the left, via the hydraulic unit 40 (FIG. 5), the first high-pressure piston 24a, the piston rod 23, the low-pressure piston 25 and the second high-pressure piston 24b are moved in the direction the first high pressure unit 21 a adjusted.
  • the high pressure chamber 12b of the second compression unit 1b is pressed and the gas or hydrogen located therein is compressed to the second pressure level p2.
  • the pressure level in the second low-pressure chamber 11b is then reduced and fresh hydrogen is sucked into the second low-pressure chamber 11b via the gas supply line 4.
  • the second compression position thus corresponds to the high pressure position of the second compression unit 1b and the low pressure position corresponds to the first
  • Compression unit 1a or the low pressure position of the first high pressure unit 22a and the high pressure position of the second high pressure unit 22b.
  • hydrogen can alternately be brought from the gas supply line into the respective low-pressure chamber 11a, 11b, compressed to a first pressure level p1, and brought into the respective high-pressure chamber 12a, 12b and are compressed in this to a second pressure level p2.
  • the hydrogen After the hydrogen has been compressed to the second pressure level p2, it can then be discharged or sucked out of the individual compression units 1a, 1b via the gas discharge line 5 and made available for further use.
  • the gas supply line 4 can optionally be preceded by a hydrogen generation unit in which hydrogen is generated, for example, by electrolysis and is introduced into the respective low-pressure chamber 11 or the first low-pressure chamber 11a and the second low-pressure chamber 11b via the gas supply line.
  • a storage element in which the compressed gas is stored can be disposed downstream of the gas discharge line 5 or, for example, the compressed gas can be fed to further processes, for example a combustion.
  • flow regulators are arranged in the valves 13 or the valves 16 or downstream, so that the gas entering the low-pressure chamber 11 or high-pressure chamber 12 is calmed and in this way foam formation with the hydraulic fluid is prevented.
  • the flow stabilizers can consist of a perforated plate, preferably in the shape of a Christmas tree, or a wire mesh.
  • both in the gas discharge line 5 and the gas supply line 4 check valves 1 or.
  • One-way valves are provided which prevent the gas from flowing back from the low-pressure chamber 11 into the gas supply line 4 or from the gas discharge line 5 into the high-pressure chamber 12.
  • the gas in the low-pressure chamber 11 experiences a compression to the first pressure level p1 more a compression ratio of 1: 2 to 1:15.
  • the compression ratio p1 / p2 of the gas or of the hydrogen in the high-pressure chamber is preferably 1:10 to 1:50. In this way, high pressure levels can be achieved particularly easily, which allow gentle compression of the gas and thus bring advantages, especially with hydrogen.
  • the compression unit 1 has a columnar design, the high-pressure chamber 12 being arranged above the low-pressure chamber 11.
  • position sensors 27 can optionally be provided which detect the position of the piston rod 23 and can thus automatically switch between the high pressure state and the low pressure state or, in the second embodiment of FIGS. 4 to 6, the compressor 10 can automatically adjust between the first and second compression position.
  • the compressor 10 has a safety monitoring unit which optionally includes pressure and temperature sensors with which the state of the gas or the hydrogen within the compressor 10 can be recorded.
  • the safety monitoring unit comprises thermocouples and pressure sensors with which an overwriting of a previously defined maximum pressure or a maximum temperature of the gas within the compressor 10 is detected and the compressor 10 is automatically switched off if a critical state is present.
  • Compression units 1a, 1b present liquid is glycol or an ionic liquid.
  • the compression ratio of the gas in the compressor 10 in the low-pressure chamber 11 is preferably 1: 2 to 1:15.
  • the compression ratio of the gas in the high-pressure chamber 12 is preferably 1: 2 to 1: 100, in particular 1:10 to 1:50, particularly preferably 1:20 to 1:30.
  • the gas in the low-pressure chamber 11 is compressed from 1 bar to 2 bar and then compressed in the high-pressure chamber 12 to a pressure of 200 bar, for example.
  • the absolute pressures depend on the further use of the gas. For example, when filling gas cylinders, the pressure in the gas cylinder is at the beginning of the
  • Filling process is low and then increases with the degree of filling to, for example, 200 bar.

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Abstract

The invention relates to a compressor (10) for compressing gases, in particular hydrogen, comprising a compression unit (1) and a pressure generation unit (2), wherein the compression unit (1) has a low pressure chamber (11) and a high pressure chamber (12) which are connected to one another by way of a valve (13), wherein the pressure generation unit (2) is configured as a hydraulic pressure intensifier and has a high pressure unit (22) and a low pressure unit (21), in which a liquid is present. It is provided according to the invention that the low pressure unit (21) of the pressure generation unit (2) is connected to the low pressure chamber (11) and the high pressure unit (22) of the pressure generation unit (2) is connected to the high pressure chamber (12) via fluid lines (3), wherein, in the case of an adjustment of the pressure generation unit (2) into a low pressure position, the pressure in the low pressure unit (21) is increased and the gas which is situated in the low pressure unit (11) is compressed to a first pressure level (p1) and forced into the high pressure chamber (12), and wherein, in the case of an adjustment of the pressure generation unit (2) into a high pressure position, the pressure in the high pressure unit (22) is increased and compresses the gas which is situated in the high pressure chamber (12) to a second pressure level (p2) above the first pressure level (p1).

Description

Verdichter compressor
Die Erfindung betrifft einen Verdichter zum Verdichten von Gasen, insbesondere Wasserstoff, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a compressor for compressing gases, in particular hydrogen, according to the preamble of claim 1.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Verdichtern für Gase bekannt, mit denen Gase, insbesondere Wasserstoff, auf unterschiedliche Druckniveaus gebracht werden können. A large number of compressors for gases are known from the prior art, with which gases, in particular hydrogen, can be brought to different pressure levels.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Verdichtern für gase bekannt. Die US 93109,587 B2 offenbart einen mehrstufigen Kolbenkompressor, wobei die Kolbenstangen mit einer gemeinsamen Kurbelwelle verbunden sind. Zwischen den einzelnen Kolben und dem zu komprimierenden Gas, z.B. Wasserstoff, ist eine Flüssigkeitsstufe, insbesondere gefüllt mit Hydraulikflüssigkeit, zwischen geschaltet. Mittels der Kurbelwelle wird der auf den Kolben aufgebrachte Druck an die Flüssigkeit und von dieser über einen weiteren Kolben auf das Gas übertragen. A large number of compressors for gases are known from the prior art. US 93109,587 B2 discloses a multistage piston compressor, the piston rods being connected to a common crankshaft. Between the individual pistons and the gas to be compressed, e.g. hydrogen, there is a liquid stage, in particular filled with hydraulic fluid. By means of the crankshaft, the pressure applied to the piston is transferred to the liquid and from there to the gas via a further piston.
Die EP 1 913 264 B1 offenbart einen Verdichter mit einer Pumpe, die als Axialkolbenpumpe ausgebildet ist. Über einen Vorverdichter wird ein Medium der Axialkolbenpumpe zugeführt, die dann das Medium verdichtet und wieder ausbringt. EP 1 913 264 B1 discloses a compressor with a pump which is designed as an axial piston pump. A medium is fed to the axial piston pump via a pre-compressor, which then compresses the medium and discharges it again.
In der EP 3 447 289 A1 wird ein mehrstufiger sequentieller Kolbenverdichter offenbart, wobei in jeder Verdichterstufe ein Kolben angeordnet ist, der ein Gas über eine Betriebsflüssigkeit mit Druck beaufschlagt. Die Flüssigkeit liegt mit dem zu komprimierenden Gas, wie bei dem erfindungsgemäßen Verdichter, in zwei getrennten Phasen vor, wobei das Gas nach Komprimierung an die nächste Stufe weitergeleitet und dort dann weiter komprimiert wird. EP 3 447 289 A1 discloses a multistage sequential piston compressor, a piston being arranged in each compressor stage which pressurizes a gas via an operating fluid. As in the case of the compressor according to the invention, the liquid and the gas to be compressed are in two separate phases, the gas being passed on to the next stage after compression and then further compressed there.
Die DE 10 2004 046316 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verdichten von Gas, unter anderem Wasserstoff. Die Verdichtung erfolgt in einem oder mehreren unterschiedlichen Zylindern, die jeweils eine Flüssigkeit enthalten in der das Gas nicht lösbar ist. Die Verdichtung selbst wird durch die Veränderung des Flüssigkeitsspiegels in den Zylindern bewirkt, wobei jeweils mehr oder weniger Flüssigkeit in die Zylinder unabhängig voneinander gepumpt wird. DE 10 2004 046316 A1 discloses a method and a device for compressing gas, including hydrogen. The compression takes place in one or more different cylinders, each of which contains a liquid in which the gas cannot be dissolved. The compression itself is brought about by the change in the liquid level in the cylinders, with more or less liquid being pumped into the cylinders independently of one another.
In der DE 198 48 234 A1 wird ein Verfahren und ein Verdichter zur Komprimierung von Gasen gezeigt. Das zu komprimierende Gas wird über eine Saugleitung in einen Kompressionsbehälter gesaugt. In dem Behälter befindet sich eine Flüssigkeit in der das Gas nicht löslich ist. Zur Verdichtung des Gases wird nun zusätzliche Flüssigkeit in den Behälter gepumpt und so das Gas komprimiert bzw. der Druck im Behälter erhöht. Der in dem Behälter befindliche Flüssigkeitsspiegel kann beispielsweise über einen Kolben angehoben oder gesenkt werden. DE 198 48 234 A1 shows a method and a compressor for compressing gases. The gas to be compressed is fed into a Compression tank sucked. In the container there is a liquid in which the gas is not soluble. To compress the gas, additional liquid is now pumped into the container, compressing the gas or increasing the pressure in the container. The liquid level in the container can be raised or lowered, for example, by means of a piston.
Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Verdichter ist, dass geringe Mengen von Gase bzw. direkt in einer Elektrolyseeinheit produzierter Wasserstoff, der kontinuierlich in geringen Mengen abgegeben wird, nur schlecht verarbeitet werden kann bzw. nur in sehr großen Anlagen und auch nur mit komplexen Aufbau verdichtet werden kann. The disadvantage of the compressors known from the prior art is that small amounts of gases or hydrogen produced directly in an electrolysis unit, which is continuously released in small amounts, can only be processed poorly or only in very large systems and also only with complex ones Structure can be compacted.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Verdichter für Gase, insbesondere Wasserstoff, zu schaffen, der einen geringen Platzbedarf und einen einfachen Aufbau aufweist und darüber hinaus das Gas, insbesondere Wasserstoff, auf ein hohes Druckniveau verdichten kann. The object of the present invention is therefore to create a compressor for gases, in particular hydrogen, which has a small footprint and a simple structure and, moreover, can compress the gas, in particular hydrogen, to a high pressure level.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, This object is achieved with the characterizing features of claim 1. According to the invention it is provided
- dass die Niederdruckeinheit der Druckerzeugungseinheit mit der Niederdruckkammer der Verdichtungseinheit und die Hochdruckeinheit der Druckerzeugungseinheit mit der Hochdruckkammer der Verdichtungseinheit jeweils derart über Fluidleitungen fluidübertragend verbunden sind, - That the low-pressure unit of the pressure generating unit is connected to the low-pressure chamber of the compression unit and the high-pressure unit of the pressure generating unit is connected to the high-pressure chamber of the compression unit in such a way that it transmits fluid via fluid lines,
- dass bei Verstellung der Druckerzeugungseinheit in eine Niederdruckstellung der Druck in der Niederdruckeinheit erhöht wird und die aus der Niederruckeinheit strömende Flüssigkeit in die Niederdruckkammer gedrückt wird, sodass das in der Niederdruckeinheit befindliche Gas auf ein erstes Druckniveau verdichtet und über das Ventil in die Hochdruckkammer der Verdichtungseinheit gedrückt wird, und- that when the pressure generating unit is moved to a low pressure position, the pressure in the low pressure unit is increased and the liquid flowing out of the low pressure unit is pressed into the low pressure chamber so that the gas in the low pressure unit is compressed to a first pressure level and via the valve into the high pressure chamber of the compression unit is pressed, and
- dass bei Verstellung der Druckerzeugungseinheit in eine Hochdruckstellung der Druck in der Hochdruckeinheit erhöht wird und die aus der Hochdruckeinheit strömende Flüssigkeit in die Hochdruckkammer gedrückt wird, sodass das in der Hochdruckkammer befindliche Gas auf ein zweites Druckniveau über dem ersten Druckniveau verdichtet wird und - that when the pressure generating unit is moved into a high pressure position, the pressure in the high pressure unit is increased and the liquid flowing out of the high pressure unit is pressed into the high pressure chamber so that the gas in the high pressure chamber is compressed to a second pressure level above the first pressure level and
- dass zusätzlich bei Verstellung der Druckerzeugungseinheit in die- That in addition when adjusting the pressure generation unit in the
Hochdruckstellung der Druck derart in der Niederdruckkammer reduziert wird, dass die in der Niederdruckkammer befindliche Flüssigkeit in die Niederdruckeinheit gesaugt wird, sodass Gas über die Gaszufuhrleitung in die Niederdruckkammer gesaugt wird. High pressure position the pressure in the low pressure chamber is reduced so that the liquid in the low pressure chamber into the Low pressure unit is sucked so that gas is sucked into the low pressure chamber via the gas supply line.
Vorteil des erfindungsgemäßen Verdichters ist es, dass dieser einen einfachen Aufbau aufweist und mit einer geringen Anzahl von Baueielementen betrieben werden kann. Gleichzeitig ermöglicht der erfindungsgemäße Verdichter eine vorteilhafte Drucksteigerung in zwei unterschiedlichen Druckstufen, die insbesondere bei der Verdichtung von Wasserstoff eine erhöhte Sicherheit und ein hohes Verdichtungsverhältnis ermöglicht. Weiters werden durch die erfindungsgemäßen Ausführungsformen die Fähigkeit durch niedrigen Druck hohes Volumen zu bewegen und durch hohen Druck niedriges Volumen zu bewegen, kombiniert. The advantage of the compressor according to the invention is that it has a simple structure and can be operated with a small number of structural elements. At the same time, the compressor according to the invention enables an advantageous increase in pressure in two different pressure stages, which enables increased safety and a high compression ratio, in particular when compressing hydrogen. Furthermore, the embodiments according to the invention combine the ability to move high volume through low pressure and to move low volume through high pressure.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verdichters ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche: Further advantageous designs of the compressor according to the invention result from the features of the dependent claims:
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters sieht vor, dass der Verdichter zwei gleich ausgebildete Verdichtungseinheiten aufweist, wobei die Niederdruckeinheit der Druckerzeugungseinheit mit den Niederdruckkammern der Verdichtungseinheiten und die Hochdruckeinheit der Druckerzeugungseinheit mit den Hochdruckkammern der Verdichtungseinheiten jeweils über Fluidleitungen fluidübertragend verbunden sind. Durch die Ausbildung mittels zweier Verdichtungseinheiten ist es möglich, die Verdichtung von Gasen, insbesondere Wasserstoff, effizienter zu gestalten und derart einen höheren Volumenstrom bei gleichzeitigem hohen Verdichtungsverhältnis zu bewirken. A preferred embodiment of the compressor according to the invention provides that the compressor has two identically designed compression units, the low-pressure unit of the pressure-generating unit being connected to the low-pressure chambers of the compression units and the high-pressure unit of the pressure-generating unit to the high-pressure chambers of the compression units being connected in a fluid-transferring manner via fluid lines. By designing by means of two compression units, it is possible to make the compression of gases, in particular hydrogen, more efficient and thus to bring about a higher volume flow with a high compression ratio at the same time.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters wird erreicht, indem die Druckerzeugungseinheit als doppelter Druckübersetzer ausgebildet ist, wobei die Drucküberzeugungseinheit eine erste als Druckzylinder ausgebildeten Hochdruckeinheit und eine zweite als Druckzylinder ausgebildete Hochdruckeinheit aufweist, A particularly advantageous embodiment of the compressor according to the invention is achieved in that the pressure generating unit is designed as a double pressure intensifier, the pressure generating unit having a first high-pressure unit designed as a pressure cylinder and a second high-pressure unit designed as a pressure cylinder,
- wobei zwischen der ersten Hochdruckeinheit und der zweiten Hochdruckeinheit eine als Gleichlaufzylinder ausgebildete Niederdruckeinheit angeordnet ist, - wherein a low-pressure unit designed as a synchronous cylinder is arranged between the first high-pressure unit and the second high-pressure unit,
- wobei die Druckerzeugungseinheit eine Kolbenstange aufweist, die den ersten Hochdruckkolben der Hochdruckeinheit, den zweiten Hochdruckkolben der zweiten Hochdruckeinheit und den Niederdruckkolben der Niederdruckeinheit verbindet,- wherein the pressure generating unit has a piston rod which connects the first high pressure piston of the high pressure unit, the second high pressure piston of the second high pressure unit and the low pressure piston of the low pressure unit,
- wobei die Niederdruckeinheit zwei Kammern aufweist, die jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten des Niederdruckkolbens angeordnet sind, und - wobei die Niederdruckausgänge jeweils mit einer der Niederdruckkammern der Verdichtungseinheiten und die Hochdruckeinheiten jeweils mit einer der Hochdruckkammern der Verdichtungseinheiten über Fluidleitungen fluidübertragend verbunden sind, dass bei Verstellung der Kolbenstange in eine erste Verdichtungsstellung die erste Hochdruckeinheit und die erste Kammer der Niederdruckeinheit der Druckerzeugungseinheit derart in die Hochdruckstellung und die zweite Kammer der Niederdruckeinheit derart in die Niederdruckstellung verstellt wird, sodass - wherein the low-pressure unit has two chambers, which are each arranged on two opposite sides of the low-pressure piston, and - The low-pressure outlets are each connected to one of the low-pressure chambers of the compression units and the high-pressure units are each connected to one of the high-pressure chambers of the compression units via fluid lines in a fluid-transferring manner, so that when the piston rod is moved into a first compression position, the first high-pressure unit and the first chamber of the low-pressure unit of the pressure generating unit enter the High pressure position and the second chamber of the low pressure unit is adjusted to the low pressure position so that
- der Druck in der ersten Hochdruckeinheit erhöht wird und die aus der ersten Hochdruckeinheit strömende Flüssigkeit in die erste Hochdruckkammer der ersten Verdichtungseinheit gedrückt wird, sodass das in der ersten Hochdruckkammer befindliche Gas auf ein zweites Druckniveau über das erste Druckniveau verdichtet wird und - The pressure in the first high pressure unit is increased and the liquid flowing out of the first high pressure unit is pressed into the first high pressure chamber of the first compression unit so that the gas in the first high pressure chamber is compressed to a second pressure level above the first pressure level and
- dass der Druck derart in der ersten Niederdruckkammer reduziert wird, dass die in der ersten Niederdruckkammer befindliche Flüssigkeit in die erste Kammer der Niederdruckeinheit gesaugt wird und Gas über die Gaszufuhrleitung in die erste Niederdruckkammer gesaugt wird - That the pressure in the first low-pressure chamber is reduced in such a way that the liquid located in the first low-pressure chamber is sucked into the first chamber of the low-pressure unit and gas is sucked into the first low-pressure chamber via the gas supply line
- dass der Druck in der zweiten Kammer der Niederdruckeinheit erhöht wird und die aus der zweiten Kammer strömende Flüssigkeit in die zweite Niederdruckkammer der zweiten Verdichtungseinheit gedrückt wird, sodass das in der zweiten Niederdruckkammer befindliche Gas auf ein erstes Druckniveau verdichtet und über das Ventil, insbesondere Rückschlagventil, in die zweite Hochdruckkammer der zweiten Verdichtungseinheit gedrückt wird, und - That the pressure in the second chamber of the low-pressure unit is increased and the liquid flowing out of the second chamber is pressed into the second low-pressure chamber of the second compression unit, so that the gas in the second low-pressure chamber is compressed to a first pressure level and via the valve, in particular the check valve , is pressed into the second high pressure chamber of the second compression unit, and
- dass bei Verstellung der Kolbenstange derart in eine zweite Verdichtungsstellung die zweite Hochdruckeinheit und die zweite Kammer der Niederdruckeinheit der Druckerzeugungseinheit in die Hochdruckstellung und die erste Kammer der Niederdruckeinheit in die Niederdruckstellung verstellt wird, sodass - that when the piston rod is moved into a second compression position in this way, the second high-pressure unit and the second chamber of the low-pressure unit of the pressure-generating unit are moved into the high-pressure position and the first chamber of the low-pressure unit is moved into the low-pressure position, so that
- der Druck in der zweiten Hochdruckeinheit erhöht wird und die aus der zweiten Hochdruckeinheit strömende Flüssigkeit in die zweite Hochdruckkammer der zweiten Verdichtungseinheit gedrückt wird, sodass das in der zweiten Hochdruckkammer befindliche Gas auf ein zweites Druckniveau über das erste Druckniveau verdichtet wird, und - The pressure in the second high pressure unit is increased and the liquid flowing out of the second high pressure unit is pressed into the second high pressure chamber of the second compression unit so that the gas in the second high pressure chamber is compressed to a second pressure level above the first pressure level, and
- wobei der Druck derart in der zweiten Niederdruckkammer reduziert wird, dass die in der zweiten Niederdruckkammer befindliche Flüssigkeit in die zweite Kammer der Niederdruckeinheit gesaugt wird und Gas über die Gaszufuhrleitung in die zweite Niederdruckkammer gesaugt wird, - wobei der Druck in der ersten Kammer der Niederdruckeinheit erhöht wird und die aus der ersten Kammer strömende Flüssigkeit in die erste Niederdruckkammer der ersten Verdichtungseinheit gedrückt wird, sodass das in der ersten Niederdruckkammer befindliche Gas auf ein erstes Druckniveau verdichtet und über das Ventil, insbesondere Rückschlagventil, in die erste Hochdruckkammer der ersten Verdichtungseinheit gedrückt wird. - wherein the pressure in the second low-pressure chamber is reduced in such a way that the liquid located in the second low-pressure chamber is sucked into the second chamber of the low-pressure unit and gas is sucked into the second low-pressure chamber via the gas supply line, - The pressure in the first chamber of the low-pressure unit is increased and the liquid flowing out of the first chamber is pressed into the first low-pressure chamber of the first compression unit, so that the gas in the first low-pressure chamber is compressed to a first pressure level and via the valve, in particular the check valve , is pressed into the first high pressure chamber of the first compression unit.
Durch die Ausbildung mittels zweier Verdichtungseinheiten sowie der Ausbildung der Druckerzeugungseinheit mit zwei Hochdruckeinheiten und einer dazwischen liegenden Niederdruckeinheit kann die Verstellung der Kolbenstangen jeweils in beide Richtungen genutzt werden, um in den unterschiedlichen Verdichtungseinheiten den Wasserstoff bzw das Gas anzusaugen bzw. auf ein erstes Druckniveau zu bringen und dann in der zweiten Stellung der Kolbenstange das auf das erste Druckniveau verdichtete Gas bzw. Wasserstoff im zweiten Teil der Verdichtungseinheit bzw. der Hochdruckkammer dann auf den erwünschen Druck bzw. das zweite Druckniveau zu verdichten. Durch die zweiteilige Ausbildung kann weiters jeweils in den Verdichtungseinheiten gegengleich das Gas auf das erste Druckniveau bzw. das zweite Druckniveau erhöht werden und derart eine besonders wirtschaftliche Verdichtung bei geringen mechanischen Komponenten erreicht werden. Due to the design by means of two compression units and the design of the pressure generation unit with two high pressure units and a low pressure unit in between, the adjustment of the piston rods can be used in both directions in order to suck in the hydrogen or the gas in the different compression units or to bring it to a first pressure level and then in the second position of the piston rod to compress the gas or hydrogen compressed to the first pressure level in the second part of the compression unit or the high pressure chamber to the desired pressure or the second pressure level. Due to the two-part design, the gas can also be increased to the first pressure level or the second pressure level in opposite directions in each of the compression units, thus achieving particularly economical compression with low mechanical components.
Um zu verhindern, dass Gas bzw. Wasserstoff aus der Verdichtungseinheit rückfließt, kann vorgesehen sein, dass in der Gaszufuhrleitung und der Gasabfuhrleitung jeweils ein Rückschlagventil oder Einwegventil angeordnet ist. In order to prevent gas or hydrogen from flowing back out of the compression unit, provision can be made for a check valve or one-way valve to be arranged in each of the gas supply line and the gas discharge line.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Flüssigkeit Glykol oder eine ionische Flüssigkeit ist. It can advantageously be provided that the liquid is glycol or an ionic liquid.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass im Eingangsbereich der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer Strömungsberuhiger angeordnet sind, die derart ausgebildet sind, dass die Geschwindigkeit der in die Hochdruckkammer und die Niederdruckkammer eintretenden Flüssigkeit reduzierbar ist, sodass eine Vermischung und ein Aufschäumen der Flüssigkeit mit dem Gas unterbunden wird und das Gas mit der Flüssigkeit in zweiphasigem Zustand vorliegt. A preferred embodiment provides that flow calmers are arranged in the inlet area of the high pressure chamber and the low pressure chamber, which are designed in such a way that the speed of the liquid entering the high pressure chamber and the low pressure chamber can be reduced so that mixing and foaming of the liquid with the gas is prevented and the gas is in a two-phase state with the liquid.
Durch die Strömungsberuhiger ist es möglich, dass bei Eintreten zusätzlicher Flüssigkeit oder Gas in die Niederdruck- oder Hochdruckkammer der Verdichtungseinheit eine Vermischung zwischen Gas bzw. Wasserstoff und der Flüssigkeit verhindert wird und derart auch Schaum- oder Blasenbildung innerhalb der Kammer unterdrückt wird. By means of the flow stabilizers, it is possible that when additional liquid or gas enters the low-pressure or high-pressure chamber of the compression unit, a Mixing between gas or hydrogen and the liquid is prevented and foam or bubble formation within the chamber is suppressed in this way.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Strömungsberuhiger aus einem Drahtgeflecht oder Lochblech bestehen.. It can preferably be provided that the flow stabilizers consist of a wire mesh or perforated plate.
Um die einzelnen Zustände bzw. Positionen der Kolbenstange und der Verdichtungseinheit detektierten zu können, kann vorgesehen sein, dass die Druckerzeugungseinheit Positionssensoren, insbesondere Endschalter, aufweist, mit denen die Position der Kolben , insbesondere der Kolbenstange, erfassbar ist. In order to be able to detect the individual states or positions of the piston rod and the compression unit, it can be provided that the pressure generating unit has position sensors, in particular limit switches, with which the position of the pistons, in particular the piston rod, can be detected.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Verdichtungsverhältnis des Gases in der Niederdruckkammer bei 1 :2 bis 1 :15 liegt und das Verdichtungsverhältnis des Gases in der Hochdruckkammer bei 1 :2 bis 1 :100, insbesondere 1 :10 bis 1 :50, besonders bevorzugt bei 1 :20 bis 1 :30 liegt It can preferably be provided that the compression ratio of the gas in the low-pressure chamber is 1: 2 to 1:15 and the compression ratio of the gas in the high-pressure chamber is 1: 2 to 1: 100, in particular 1:10 to 1:50, particularly preferred is 1:20 to 1:30
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters sieht vor, dass die Verdichtungseinheit säulenförmig ausgebildet ist und die Hochdruckkammer über der Niederdruckkammer angeordnet ist. Durch die säulenförmige Ausbildung wird eine besonders platzsparende Ausführungsform des Verdichters bereitgestellt, der gleichzeitig einen besonders einfachen Aufbau aufweist. A preferred embodiment of the compressor according to the invention provides that the compression unit has a columnar design and the high-pressure chamber is arranged above the low-pressure chamber. The columnar design provides a particularly space-saving embodiment of the compressor, which at the same time has a particularly simple structure.
Um eine Explosion bzw. Beschädigung des Verdichters und dessen Umgebung Vorbeugen zu können, kann vorgesehen sein, dass der Verdichter eine Sicherheitsüberwachungseinheit aufweist, wobei die Sicherheitsüberwachungseinheit derart ausgebildet ist den Druck und die Temperatur in der Verdichtungseinheit, insbesondere mittels Thermoelemente und Drucksensoren, zu überwachen, wobei bei Überschreiten eines zuvor definierten Maximaldruckes der Verdichter durch die Sicherheitsüberwachungseinheit abschaltbar ist. In order to be able to prevent explosion or damage to the compressor and its surroundings, it can be provided that the compressor has a safety monitoring unit, the safety monitoring unit being designed to monitor the pressure and the temperature in the compression unit, in particular by means of thermocouples and pressure sensors, wherein the compressor can be switched off by the safety monitoring unit when a previously defined maximum pressure is exceeded.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass ein erfindungsgemäßer Verdichter in einer Wasserstofferzeugungsanlage vorgesehen ist. Hierzu wird an der Gaszufuhrleitung eine Elektrolyseeinheit angeschlossen, sodass der in der Elektrolyseeinheit erzeugte Wasserstoff über die Gaszufuhrleitung bei Verstellung der Druckerzeugungseinheit in die Niederdruckstellung in die Niederdruckkammer einströmen bzw. eingesaugt werden kann. Aus dem Verdichter bzw. der Gasabfuhrleitung könnte dann beispielsweise der produzierte Sauerstoff bzw. das verdichtete Gas in Speichermedien wie Gasflaschen oder Gasbehälter zugeführt werden oder in einer nachgeschalteten Verarbeitungsanlage bzw. im Falle von Wasserstoff Verbrennungsanlage in elektrische Energie umgewandelt werden. Möglich ist beispielsweise die Verbindung mit einer Elektrolyseeinheit, wie er in der internationalen Anmeldung Elektrolysevorrichtung vom 5. November 2020 des gleichen Anmelders offenbart ist, wobei die dort gezeigte Elektrolyseeinheit bzw Elektrolysevorrichtung hiermit als Bestandteil der vorliegenden Anmeldung in Bezug genommen wird. Another aspect of the present invention provides that a compressor according to the invention is provided in a hydrogen generation plant. For this purpose, an electrolysis unit is connected to the gas supply line so that the hydrogen generated in the electrolysis unit can flow into or be sucked into the low pressure chamber via the gas supply line when the pressure generation unit is adjusted to the low pressure position. The oxygen produced or the compressed gas, for example, could then be extracted from the compressor or the gas discharge line Storage media such as gas bottles or gas containers are supplied or converted into electrical energy in a downstream processing plant or, in the case of hydrogen, an incineration plant. It is possible, for example, to connect to an electrolysis unit as disclosed in the international application Electrolysis Device of November 5, 2020 by the same applicant, the electrolysis unit or electrolysis device shown there being hereby incorporated as part of the present application.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben: The invention is shown schematically in the following on the basis of particularly advantageous but not restrictive exemplary embodiments in the drawings and is described by way of example with reference to the drawings:
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters in einer schematischen Ansicht, Fig. 1 shows a first embodiment of the compressor according to the invention in a schematic view,
Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Verdichter gemäß Fig. 1 in der Niederdruckstellung, Fig. 3 zeigt den erfindungsgemäßen Verdichter gemäß Fig. 1 und 2 in Flochdruckstellung, Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters in schematischer Ansicht, 2 shows the compressor according to the invention according to FIG. 1 in the low pressure position, FIG. 3 shows the compressor according to the invention according to FIGS. 1 and 2 in floch pressure position, FIG. 4 shows a second embodiment of the compressor according to the invention in a schematic view,
Fig. 5 zeigt die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters in zweiter Verdichterstellung, und Fig. 5 shows the second embodiment of the compressor according to the invention in the second compressor position, and
Fig. 6 zeigt die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters in der ersten Verdichtungsstellung. Fig. 6 shows the second embodiment of the compressor according to the invention in the first compression position.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters 10 zum Verdichten von Gasen in einer schematischen Ansicht dargestellt. Der Verdichter 10 weist eine Verdichtungseinheit 1 auf, in der ein Gas, bei dieser Ausführungsform Wasserstoff, verdichtet wird. Weiters weist die Vorrichtung 10 eine Druckerzeugungseinheit 2 auf, die als hydraulischer Druckübersetzer ausgebildet ist. Die Druckerzeugungseinheit 2 umfasst eine Flochdruckeinheit 22 und eine Niederdruckeinheit 21 , in den eine Flüssigkeit vorliegt. Die Verdichtungseinheit 1 weist eine Niederdruckkammer 11 und eine Flochdruckkammer 12 auf. Die Niederdruckkammer 11 ist unterhalb der Flochdruckkammer 12 angeordnet und die Niederdruckkammer 11 mit der Flochdruckkammer 12 über ein Ventil, bei dieser Ausführungsform ein Rückschlagventil 13, verbunden. Der Verdichter 10 umfasst weiters eine Gaszufuhrleitung 4, die in die Niederdruckkammer 11 mündet und über diese Gas in die Niederdruckkammer 11 des Verdichters 10 eingebracht werden kann. Die Hochdruckkammer 12 der Verdichtungseinheit 1 ist über ein Rückschlag- bzw.In Fig. 1, a first embodiment of the compressor 10 according to the invention for compressing gases is shown in a schematic view. The compressor 10 has a compression unit 1 in which a gas, in this embodiment hydrogen, is compressed. Furthermore, the device 10 has a pressure generating unit 2, which is designed as a hydraulic pressure booster. The pressure generation unit 2 comprises a floch pressure unit 22 and a low pressure unit 21 in which a liquid is present. The compression unit 1 has a low pressure chamber 11 and a floch pressure chamber 12. The low-pressure chamber 11 is arranged below the floch pressure chamber 12 and the low-pressure chamber 11 is connected to the floch pressure chamber 12 via a valve, in this embodiment a check valve 13. The compressor 10 further comprises a gas supply line 4 which opens into the low-pressure chamber 11 and via this gas in the low-pressure chamber 11 of the compressor 10 can be introduced. The high pressure chamber 12 of the compression unit 1 is via a non-return or
Einwegventil 16 mit einer Gasabfuhrleitung 5 verbunden, über die das verdichtete Gas, also bei dieser Ausführungsform Wasserstoff, aus der Hochdruckkammer 12 abgeführt werden kann. One-way valve 16 is connected to a gas discharge line 5 via which the compressed gas, that is to say hydrogen in this embodiment, can be discharged from the high-pressure chamber 12.
Die Druckerzeugungseinheit 2 weist zwei unterschiedliche Einheiten auf, einmal eineThe pressure generating unit 2 has two different units, one of them
Niederdruckeinheit 21 , die mit der Niederdruckkammer 11 über Fluidleitungen 3 fluidübertragend verbunden ist sowie eine Hochdruckeinheit 22, die mit der Hochdruckkammer 12 der Verdichtungseinheit 1 ebenfalls über Fluidleitungen 3 fluidübertragend verbunden ist. In der Niederdruckeinheit 21 der Druckerzeugungseinheit 2 ist ein Niederdruckkolben 25 angeordnet. In der Hochdruckeinheit 22 ist wiederum ein Hochdruckkolben 24 angeordnet, der innerhalb der Hochdruckeinheit 22 entlang deren Achse verstellbar ist. Der Hochdruckkolben 24 und der Niederdruckkolben 25 sind über eine Kolbenstange 23 miteinander verbunden und werden derart gleichmäßig und gleichzeitig in der Hochdruckeinheit 22 bzw. der Niederdruckeinheit 21 verstellt. Die Druckerzeugungseinheit 2 ist als hydraulischer Druckübersetzer ausgebildet, wodurch bei Verstellung der Kolbenstange 23 bzw. des Niederdruckkolbens 25 und des Hochdruckkolbens 24 in der jeweiligen Niederdruckeinheit 21 bzw. Hochdruckeinheit 22 unterschiedliche Drücke erzeugt werden können. So kann aufgrund der unterschiedlichen Kolbenfläche des Niederdruckkolbens 24 und des Hochdruckkolbens 25 eine Druckübersetzung zwischen der Niederdruckeinheit 21 und der Hochdruckeinheit 22 bewirkt werden. Es kann beispielsweise über ein Hydraulikaggregat 40 ein Druck auf die erste Kolbenfläche des Hochdruckkolbens 24 oder auf den Niederdruckkolben 25 aufgebracht werden und derart in der Niederdruckeinheit 21 bzw. der Hochdruckeinheit 22 ein entsprechend den Verhältnissen der Kolbenflächen erzielbarer Druck erzeugt werden. Low-pressure unit 21, which is connected in a fluid-transferring manner to the low-pressure chamber 11 via fluid lines 3, and a high-pressure unit 22, which is also connected in a fluid-transferring manner to the high-pressure chamber 12 of the compression unit 1 via fluid lines 3. A low-pressure piston 25 is arranged in the low-pressure unit 21 of the pressure-generating unit 2. In the high-pressure unit 22, a high-pressure piston 24 is in turn arranged, which is adjustable within the high-pressure unit 22 along its axis. The high-pressure piston 24 and the low-pressure piston 25 are connected to one another via a piston rod 23 and are thus adjusted uniformly and simultaneously in the high-pressure unit 22 and the low-pressure unit 21, respectively. The pressure generating unit 2 is designed as a hydraulic pressure booster, whereby when adjusting the piston rod 23 or the low pressure piston 25 and the high pressure piston 24 in the respective low pressure unit 21 or high pressure unit 22, different pressures can be generated. Because of the different piston areas of the low-pressure piston 24 and the high-pressure piston 25, a pressure transmission between the low-pressure unit 21 and the high-pressure unit 22 can be brought about. For example, a hydraulic unit 40 can be used to apply pressure to the first piston surface of the high-pressure piston 24 or to the low-pressure piston 25 and thus generate a pressure that can be achieved in the low-pressure unit 21 or the high-pressure unit 22 in accordance with the proportions of the piston surfaces.
In der Niederdruckeinheit 21 und der Hochdruckeinheit 22 der Druckerzeugungseinheit 2 befindet sich eine Flüssigkeit, die bei Druckveränderung in der Niederdruckeinheit 21 über die Fluidleitungen 3 in die Niederdruckkammer 11 der Verdichtungseinheit 1 gedrückt bzw. aus dieser abgesaugt wird und derart den Druck in der Niederdruckkammer 11 verändert. Die in der Hochdruckeinheit 22 angeordnete Flüssigkeit wird ebenfalls über die Fluidleitungen 3 in die Hochdruckkammer 12 gedrückt bzw. je nach Anliegen des Druckes in der Hochdruckeineinheit 22 aus der Hochdruckkammer 12 gesaugt und derart auch der Druck in der Hochdruckeinheit 22 durch Verstellung des Hochdruckkolbens 24verändert bzw. erzeugt. Im Folgenden wird die Funktion der ersten Ausführungsform des Verdichters 10 anhand der Fig. 1 bis 3 beispielhaft beschrieben: In the low-pressure unit 21 and the high-pressure unit 22 of the pressure-generating unit 2 there is a liquid which, when the pressure in the low-pressure unit 21 changes, is pressed into the low-pressure chamber 11 of the compression unit 1 via the fluid lines 3 or is sucked out of it and thus changes the pressure in the low-pressure chamber 11 . The liquid arranged in the high-pressure unit 22 is also pressed into the high-pressure chamber 12 via the fluid lines 3 or, depending on the application of the pressure in the high-pressure unit 22, is sucked out of the high-pressure chamber 12 and the pressure in the high-pressure unit 22 is also changed or changed in this way by adjusting the high-pressure piston 24. generated. In the following, the function of the first embodiment of the compressor 10 is described by way of example with reference to FIGS. 1 to 3:
In Fig. 2 ist der Verdichter 10 bzw. die Druckerzeugungseinheit 2 in einer Niederdruckstellung dargestellt. Die Kolbenstange 23 wird, wie in Fig. 2 durch den Pfeil dargestellt, in Richtung der Hochdruckeinheit 22 der Druckerzeugungseinheit 2 verstellt, sodass der Hochdruckkolben 24 und mit diesem der über die Kolbenstange 23 verbundene Niederdruckkolben 25 in Richtung der Hochdruckeinheit 22, also bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform nach links, verschoben wird. Die Verschiebung der Kolbenstange 23 wird durch Anlegen eines Druckes auf die rechte Seite desIn Fig. 2, the compressor 10 or the pressure generating unit 2 is shown in a low pressure position. As shown by the arrow in FIG. 2, the piston rod 23 is adjusted in the direction of the high-pressure unit 22 of the pressure-generating unit 2, so that the high-pressure piston 24 and, with it, the low-pressure piston 25 connected via the piston rod 23 in the direction of the high-pressure unit 22, i.e. in the case of the in Fig. 2 shown embodiment to the left, is shifted. The displacement of the piston rod 23 is achieved by applying pressure to the right side of the
Niederdruckkolbens 25 durch das Hydraulikaggregat 40 bewirkt. Durch die Verstellung des Hochdruckkolbens 24 in der Hochdruckeinheit 22 sinkt der Druck in derLow-pressure piston 25 caused by the hydraulic unit 40. By adjusting the high pressure piston 24 in the high pressure unit 22, the pressure in the decreases
Hochdruckeinheit 22 ab, wodurch die Flüssigkeit über die Fluidleitungen 3 aus der Hochdruckkammer 12 in die Hochdruckeinheit 22 gesaugt wird bzw. in derHigh pressure unit 22, whereby the liquid is sucked through the fluid lines 3 from the high pressure chamber 12 into the high pressure unit 22 or in the
Hochdruckeinheit 22 ein Unterdrück erzeugt wird und dadurch die Flüssigkeit aus der Hochdruckkammer 12 der Verdichtungseinheit 1 gesaugt wird und der Druck in der Hochdruckkammer 12 dadurch sinkt. Durch die Verstellung des Niederdruckkolbens 25 in Richtung der Hochdruckeinheit 22 wird der Druck auf die in der Niederdruckeinheit 21 befindlichen Flüssigkeit erhöht und diese über die Fluidleitungen 3 entlang des in der Fig. 2 dargestellten Pfeiles in die Niederdruckkammer 11 der Verdichtungseinheit 1 gedrückt und derart der Druck in der Niederdruckkammer 11 erhöht. Das sich in derHigh pressure unit 22 a negative pressure is generated and thereby the liquid is sucked out of the high pressure chamber 12 of the compression unit 1 and the pressure in the high pressure chamber 12 thereby drops. By adjusting the low-pressure piston 25 in the direction of the high-pressure unit 22, the pressure on the liquid in the low-pressure unit 21 is increased and this is pressed into the low-pressure chamber 11 of the compression unit 1 via the fluid lines 3 along the arrow shown in FIG increased in the low pressure chamber 11. That is in the
Niederdruckkammer 11 befindliche Gas bzw. bei dieser Ausführungsform der Wasserstoff wird durch die einströmende Flüssigkeit komprimiert und auf ein erstes Druckniveau p1 verdichtet. Durch das Absenken des Druckes in der Hochdruckkammer 12 wird nun der auf das erste Druckniveau p1 verdichtete Wasserstoff aus der Niederdruckkammer 11 in die Hochdruckkammer 12 gedrückt bzw. gesaugt, sodass dieser über das Ventil 13 in die Hochdruckkammer 12 einströmt und sodann im ersten Druckniveau p1 in der Hochdruckkammer 12 vorliegt. Das Ventil 13 ist bei dieser Ausführungsform als Rückschlagventil ausgebildet, sodass der in der Hochdruckkammer 12 befindliche Wasserstoff nicht aus der Hochdruckkammer 12 in die Niederdruckkammer 11 der Verdichtungseinheit 1 zurückströmen kann. The gas located in the low-pressure chamber 11 or, in this embodiment, the hydrogen is compressed by the inflowing liquid and compressed to a first pressure level p1. By lowering the pressure in the high-pressure chamber 12, the hydrogen compressed to the first pressure level p1 is now pressed or sucked out of the low-pressure chamber 11 into the high-pressure chamber 12, so that it flows into the high-pressure chamber 12 via the valve 13 and then enters the first pressure level p1 the high pressure chamber 12 is present. In this embodiment, the valve 13 is designed as a check valve so that the hydrogen located in the high pressure chamber 12 cannot flow back from the high pressure chamber 12 into the low pressure chamber 11 of the compression unit 1.
Wird nun die Druckerzeugungseinheit 2 in eine Hochdruckstellung, die in Fig. 3 dargestellt ist, verstellt, wird durch das Hochdruckaggregat 40 auf den Hochdruckkolben 24 ein Druck aufgebracht, sodass die Kolbenstange 23, der Hochdruckkolben 24 und damit auch der Niederdruckkolben 25 in Richtung der Niederdruckeinheit verstellt werden. Durch Verstellung des Hochdruckkolbens 24 innerhalb der Hochdruckeinheit 22 wird der Druck in der Hochdruckeinheit 22 auf die Flüssigkeit erhöht, sodass diese über die Fluidleitungen 3 entlang des in Fig. 3 dargestellten Pfeils in die Hochdruckkammer 12 gedrückt wird und derart der Druck in der Hochdruckkammer 12 erhöht wird. Der in der Hochdruckkammer 12 befindliche Wasserstoff bzw. das in der Hochdruckkammer 12 befindliche Gas wird durch Erhöhung des Druckes über die Flüssigkeit verdichtet und derart auf ein zweites Druckniveau p2 gebracht. Durch Verstellung des Niederdruckkolbens 25 in der Niederdruckeinheit 21 wird die in der Niederdruckkammer 11 befindliche Flüssigkeit über die Fluidleitungen 3 in die Niederdruckeinheit 21 gesaugt, sodass der Druck in der Niederdruckkammer 11 absinkt. Bei Absinken des Drucks in der Niederdruckkammer 11 wird über die Gaszufuhrleitung 4 neuer Wasserstoff über das Rückschlagventil 16 in die Niederdruckkammer 11 eingesaugt und derart die Verdichtungseinheit 1 mit frischem Wasserstoff bzw. Gas befüllt. Nach Erreichen des zweiten Druckniveaus p2 des Wasserstoffs in der Hochdruckkammer 12 wird dieser beispielsweise über ein Rückschlagventil 16 über die Gasabfuhrleitung 5 ausgebracht und beispielsweise einer Speichereinheit gespeichert oder einer weiteren Verarbeitung zugeführt. If the pressure generating unit 2 is now adjusted to a high pressure position, which is shown in Fig. 3, a pressure is applied to the high pressure piston 24 by the high pressure unit 40, so that the piston rod 23, the high pressure piston 24 and thus also the low pressure piston 25 in the direction of the low pressure unit adjusted. By adjusting the high pressure piston 24 within the high pressure unit 22, the pressure is increased is increased to the liquid in the high-pressure unit 22, so that it is pressed into the high-pressure chamber 12 via the fluid lines 3 along the arrow shown in FIG. 3 and the pressure in the high-pressure chamber 12 is increased in this way. The hydrogen in the high-pressure chamber 12 or the gas in the high-pressure chamber 12 is compressed by increasing the pressure via the liquid and thus brought to a second pressure level p2. By adjusting the low-pressure piston 25 in the low-pressure unit 21, the liquid located in the low-pressure chamber 11 is sucked into the low-pressure unit 21 via the fluid lines 3, so that the pressure in the low-pressure chamber 11 drops. When the pressure in the low-pressure chamber 11 drops, new hydrogen is sucked into the low-pressure chamber 11 via the gas supply line 4 via the check valve 16 and the compression unit 1 is filled with fresh hydrogen or gas in this way. After the hydrogen has reached the second pressure level p2 in the high-pressure chamber 12, it is discharged, for example, via a check valve 16 via the gas discharge line 5 and, for example, stored in a storage unit or fed to further processing.
Durch die wechselweise Verstellung der Kolbenstange 23 bzw. des Niederdruckkolbens 25 und des Hochdruckkolbens 24 zwischen der Hochdruckstellung und der Niederdruckstellung kann so Wasserstoff bzw ein Gas in die Niederdruckkammer 11 eingebracht werden, in dieser auf ein erstes Druckniveau p1 verdichtet, aus der Niederdruckkammer 11 in die Hochdruckkammer 12 gedrückt und in dieser auf ein zweites Druckniveau p2 verdichtet und sodann in dem zweiten Druckniveau p2 über die Gasabfuhrleitung 5 aus dem Verdichter 10 abgeführt werden. Die Ausbildung der Druckerzeugungseinheit 2 als Druckübersetzer bewirkt mit dem Hydraulikaggregat 40 eine effektive Möglichkeit Wasserstoff bzw. Gase auf ein hohes Druckniveau zu bringen, wobei der Wasserstoff bzw. das Gas durch die stufenweise Verdichtung energieeffizient komprimiert wird. Weiters wird durch die stufenweise Verdichtung auch eine mögliche Explosionsgefahr bzw. schlagartige Expansion der in dem Verdichter 10 vorliegenden Gase, insbesondere des Wasserstoffs, verhindert und derart eine besonders sichere Konstruktion bereitgestellt. By alternately adjusting the piston rod 23 or the low-pressure piston 25 and the high-pressure piston 24 between the high-pressure position and the low-pressure position, hydrogen or a gas can be introduced into the low-pressure chamber 11, compressed in it to a first pressure level p1, from the low-pressure chamber 11 into the The high-pressure chamber 12 is pressed and compressed in this to a second pressure level p2 and then discharged from the compressor 10 via the gas discharge line 5 at the second pressure level p2. The design of the pressure generating unit 2 as a pressure booster, together with the hydraulic unit 40, provides an effective way of bringing hydrogen or gases to a high pressure level, the hydrogen or gas being compressed in an energy-efficient manner through the gradual compression. Furthermore, the gradual compression also prevents a possible risk of explosion or sudden expansion of the gases present in the compressor 10, in particular the hydrogen, and thus provides a particularly safe construction.
In den Fig. 4 bis 6 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters 10 in schematischen Ansichten dargestellt. Der Verdichter 10 weist eine4 to 6, a second embodiment of the compressor 10 according to the invention is shown in schematic views. The compressor 10 has a
Druckerzeugungseinheit 2 auf, die als doppelter Druckübersetzer ausgebildet ist. Die Druckerzeugungseinheit 2 weist eine erste als Druckzylinder ausgebildetePressure generating unit 2, which is designed as a double pressure intensifier. The pressure generating unit 2 has a first designed as a pressure cylinder
Hochdruckeinheit 22a und eine zweite als Druckzylinder ausgebildete Hochdruckeinheit 22b auf. Zwischen den beiden Hochdruckeinheiten 22a, 22b ist eine Niederdruckeinheit 21 angeordnet. Der Hochdruckkolben 24a der ersten Hochdruckeinheit 22a sowie der zweite Hochdruckkolben 24b der zweiten Hochdruckeinheit 22b als auch der Niederdruckkolben 25 sind über die Kolbenstange 23 miteinander verbunden und werden also gemeinsam innerhalb der ersten Hochdruckeinheit 22a, der zweiten Hochdruckeinheit 22b und der Niederdruckeinheit 21 verstellt. Die Niederdruckeinheit 21 weist zwei Kammern 26a, 26b auf. Der Verdichter 10 weist weiters zwei ausgebildete Verdichtungseinheiten 1a, 1b auf, die jeweils mit der Niederdruckeinheit 21 und jeweils mit einer der Hochdruckeinheiten 22a, 22b über die Fluidleitungen 3 fluidübertragend verbunden sind. Die Verdichtungseinheiten 1a, 1b sind ident ausgebildet und haben jeweils eine Hochdruckkammer 21a bzw. 21b und eine Niederdruckkammer 11a, 11b. Die Kammern 26a, 26b der Niederdruckeinheit 21 sind jeweils mit einer derHigh pressure unit 22a and a second high pressure unit designed as a pressure cylinder 22b. A low-pressure unit 21 is arranged between the two high-pressure units 22a, 22b. The high-pressure piston 24a of the first high-pressure unit 22a and the second high-pressure piston 24b of the second high-pressure unit 22b and the low-pressure piston 25 are connected to one another via the piston rod 23 and are therefore adjusted together within the first high-pressure unit 22a, the second high-pressure unit 22b and the low-pressure unit 21. The low-pressure unit 21 has two chambers 26a, 26b. The compressor 10 also has two compression units 1a, 1b which are each connected in a fluid-transferring manner to the low-pressure unit 21 and to one of the high-pressure units 22a, 22b via the fluid lines 3. The compression units 1a, 1b are of identical design and each have a high pressure chamber 21a or 21b and a low pressure chamber 11a, 11b. The chambers 26a, 26b of the low-pressure unit 21 are each connected to one of the
Niederdruckkammern 11a, 11b der ersten Verdichtungseinheit 1a bzw. der zweiten Verdichtungseinheit 1b fluidübertragend über die Fluidleitungen 3 verbunden. Die erste Hochdruckeinheit 22a ist mit der Hochdruckkammer 12a der ersten Verdichtungseinheit 1a über Fluidleitungen 3 verbunden und die zweite Hochdruckkammer 12b der zweiten Verdichtungseinheit 1b ist ebenfalls über Fluidleitungen 3 mit der zweiten Hochdruckeinheit 22b der Verdichtungseinheit 2 fluidübertragend über die Fluidleitungen 3 verbunden. Analog zu der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform kann so wechselweise in den Verdichtungseinheiten 1a, 1b Gas, insbesondere Wasserstoff, zuerst auf ein erstes Druckniveau p1 und dann auf ein zweites Druckniveau p2 gebracht und derart verdichtet werden. Low-pressure chambers 11a, 11b of the first compression unit 1a and the second compression unit 1b are connected in a fluid-transferring manner via the fluid lines 3. The first high pressure unit 22a is connected to the high pressure chamber 12a of the first compression unit 1a via fluid lines 3 and the second high pressure chamber 12b of the second compression unit 1b is also connected to the second high pressure unit 22b of the compression unit 2 via fluid lines 3 via fluid lines 3. Analogously to the first embodiment shown in FIG. 1, gas, in particular hydrogen, can alternately be brought to a first pressure level p1 and then to a second pressure level p2 and thus compressed in the compression units 1a, 1b.
Die Funktion der zweiten Ausführungsform wird anhand der Fig. 4 bis 6 im Folgenden beispielhaft beschrieben: The function of the second embodiment is described below by way of example with reference to FIGS. 4 to 6:
Die Kolbenstange 23 bzw. die Druckerzeugungseinheit 2 kann bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters 10 zwischen zwei Verdichtungsstellungen, der ersten Verdichtungsstellung und der zweiten Verdichtungsstellung, verstellt werden. In the second embodiment of the compressor 10 according to the invention, the piston rod 23 or the pressure generating unit 2 can be adjusted between two compression positions, the first compression position and the second compression position.
Wird über das Hydraulikaggregat 40 ein Druck auf den ersten Hochdruckkolben 24a der ersten Hochdruckeinheit 22a aufgebracht, wird dieser mit der Kolbenstange 23, dem Niederdruckkolben 25 und dem zweiten Hochdruckkolben 24b in die erste Verdichtungsstellung, also wie in Fig. 6 dargestellt, nach rechts verstellt. Durch Verstellung des ersten Hochdruckkolbens 24a wird die in der ersten Hochdruckeinheit 22a befindliche Flüssigkeit komprimiert und über die Fluidleitungen 3 in die erste Hochdruckkammer 12a der ersten Verdichtungseinheit 1a gedrückt und derart das in der ersten Hochdruckkammer 12a vorliegende Gas bzw. der Wasserstoff auf das zweite Druckniveau p2 verdichtet. Gleichzeitig wird in der ersten Kammer 26a der Niederdruckeinheit 21 durch Verstellen des Niederdruckkolbens 25 der Druck abgesenkt und derart die Flüssigkeit aus der ersten Niederdruckkammer 11a in die Niederdruckeinheit 21 gesaugt und analog, wie in Fig. 1 beschrieben, Wasserstoff über die Gaszufuhrleitung 4 in die erste Niederdruckkammer 11a eingesaugt. In der zweiten Verdichtungseinheit 1b wird die Flüssigkeit aus der zweiten Hochdruckkammer 12b der zweiten Verdichtungseinheit 1b durch Verstellung des zweiten Hochdruckkolbens 24b und dadurch Erzeugung eines Unterdrucks in der zweiten Hochdruckeinheit 22b aus der zweiten Hochdruckkammer 12b in die zweite Hochdruckeinheit 22b gesaugt und derart der Druck in der zweiten Hochdruckkammer 12b abgesenkt. Weiters wird durch Verstellung des Niederdruckkolbens der Druck in der zweiten Kammer 26b der Niederdruckeinheit 21 erhöht, sodass die Flüssigkeit über die Fluidleitungen 3 in die zweite Niederdruckkammer 11b der zweiten Verdichtungseinheit 1b gedrückt und den darin befindlichen Wasserstoff auf ein erstes Druckniveau p1 komprimiert wird. Der in der zweiten Niederdruckeinheit 11b auf das erste Druckniveau komprimierte Wasserstoff wird sodann über das Ventil 13b in die zweite Hochdruckkammer 12b der zweiten Verdichtungseinheit 1b gedrückt. Somit entspricht die erste Verdichtungsstellung der Hochdruckstellung der ersten Verdichtungseinheit, wie analog zu Fig. 1 bis 3 beschrieben, und der Niederdruckstellung, analog zu Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, der Stellung der zweiten Verdichtungseinheit 1b. If pressure is applied to the first high-pressure piston 24a of the first high-pressure unit 22a via the hydraulic unit 40, this is adjusted to the right with the piston rod 23, the low-pressure piston 25 and the second high-pressure piston 24b into the first compression position, i.e. as shown in FIG. 6. By adjusting the first high-pressure piston 24a, the liquid located in the first high-pressure unit 22a is compressed and pressed via the fluid lines 3 into the first high-pressure chamber 12a of the first compression unit 1a, and in this way the in the First high pressure chamber 12a present gas or the hydrogen is compressed to the second pressure level p2. At the same time, the pressure in the first chamber 26a of the low-pressure unit 21 is lowered by adjusting the low-pressure piston 25 and the liquid is sucked from the first low-pressure chamber 11a into the low-pressure unit 21 and, analogously, as described in FIG. 1, hydrogen is fed into the first via the gas supply line 4 Sucked in low pressure chamber 11a. In the second compression unit 1b, the liquid is sucked from the second high-pressure chamber 12b of the second compression unit 1b by adjusting the second high-pressure piston 24b and thereby creating a negative pressure in the second high-pressure unit 22b from the second high-pressure chamber 12b into the second high-pressure unit 22b, and thus the pressure in the second high pressure chamber 12b lowered. Furthermore, by adjusting the low-pressure piston, the pressure in the second chamber 26b of the low-pressure unit 21 is increased so that the liquid is pressed via the fluid lines 3 into the second low-pressure chamber 11b of the second compression unit 1b and the hydrogen therein is compressed to a first pressure level p1. The hydrogen compressed to the first pressure level in the second low-pressure unit 11b is then pressed into the second high-pressure chamber 12b of the second compression unit 1b via the valve 13b. Thus, the first compression position corresponds to the high pressure position of the first compression unit, as described analogously to FIGS. 1 to 3, and the low pressure position, described analogously to embodiment 1, corresponds to the position of the second compression unit 1b.
Wird sodann über das Hydraulikaggregat 40 die Kolbenstange 23 bzw. die Druckerzeugungseinheit 2 in die zweite Verdichtungsstellung, also nach links, verstellt (Fig. 5), wird der erste Hochdruckkolben 24a, die Kolbenstange 23, der Niederdruckkolben 25 sowie der zweite Hochdruckkolben 24b in Richtung der ersten Hochdruckeinheit 21 a verstellt. If the piston rod 23 or the pressure generating unit 2 is then adjusted to the second compression position, i.e. to the left, via the hydraulic unit 40 (FIG. 5), the first high-pressure piston 24a, the piston rod 23, the low-pressure piston 25 and the second high-pressure piston 24b are moved in the direction the first high pressure unit 21 a adjusted.
Wird also über das Hydraulikaggregat 40 Druck auf den zweiten Hochdruckkolben 24b der zweiten Hochdruckeinheit 22b aufgebracht, wird der zweite Hochdruckkolben 24b, der mit der Kolbenstange 23 verbundene erste Hochdruckkolben 24a und der ebenfalls mit der Kolbenstange 23 verbundene Niederdruckkolben 25 in Richtung der ersten Hochdruckeinheit 22a (also wie in Fig. 5 dargestellt) in die zweite Verdichtungsstellung verstellt. Bei Verstellung der Kolbenstange 23 in die zweite Verdichtungsstellung wird der Druck in der ersten Niederdruckkammer 11a der ersten Verdichtungseinheit 1a über die in die erste Niederdruckkammer 11a einströmende Flüssigkeit erhöht und derart der in der ersten Niederdruckkammer 11 a vorliegende Wasserstoff bzw. das darin vorliegende Gas auf ein erstes Druckniveau p1 verdichtet. Gleichzeitig wird aus der erstenIf pressure is applied to the second high-pressure piston 24b of the second high-pressure unit 22b via the hydraulic unit 40, the second high-pressure piston 24b, the first high-pressure piston 24a connected to the piston rod 23 and the low-pressure piston 25 also connected to the piston rod 23 are moved in the direction of the first high-pressure unit 22a ( thus as shown in Fig. 5) adjusted into the second compression position. When the piston rod 23 is moved into the second compression position, the pressure in the first low-pressure chamber 11a of the first compression unit 1a is increased via the liquid flowing into the first low-pressure chamber 11a and thus the hydrogen or gas present in the first low-pressure chamber 11a compressed to a first pressure level p1. At the same time, the first becomes
Hochdruckkammer 12a der ersten Verdichtungseinheit 1a die Flüssigkeit in die erste Hochdruckeinheit 22a gesaugt und derart der Druck in der ersten Hochdruckkammer 12a der ersten Verdichtungseinheit 1a abgesenkt und anschließend der auf das erste Druckniveau p1 in der ersten Niederdruckkammer 11a vorliegende Wasserstoff über das Ventil 13a in die erste Hochdruckkammer 12a gesaugt bzw. gedrückt. High pressure chamber 12a of the first compression unit 1a, the liquid is sucked into the first high pressure unit 22a and the pressure in the first high pressure chamber 12a of the first compression unit 1a is lowered and then the hydrogen present at the first pressure level p1 in the first low pressure chamber 11a via the valve 13a into the first High pressure chamber 12a sucked or pressed.
Bei Verstellung der Kolbenstange 23 in die zweite Verdichtungsstellung wird die zweite Hochdruckeinheit 22b in die Hochdruckstellung, wie zu Fig. 1 bis 3 erläutert, verstellt, sodass die Flüssigkeit aus der zweiten Hochdruckeinheit 22b in die zweiteWhen the piston rod 23 is moved into the second compression position, the second high-pressure unit 22b is moved into the high-pressure position, as explained in relation to FIGS. 1 to 3, so that the liquid from the second high-pressure unit 22b into the second
Hochdruckkammer 12b der zweiten Verdichtungseinheit 1b gedrückt wird und das darin befindliche Gas bzw. der darin befindliche Wasserstoff auf das zweite Druckniveau p2 verdichtet wird. Analog zu der für die Fig. 1 bis 3 beschriebenen ersten Ausführungsform wird sodann das Druckniveau in der zweiten Niederdruckkammer 11b reduziert und frischer Wasserstoff über die Gaszufuhrleitung 4 in die zweite Niederdruckkammer 11b gesaugt. Somit entspricht die zweite Verdichtungsstellung der Hochdruckstellung der zweiten Verdichtungseinheit 1b und der Niederdruckstellung der erstenThe high pressure chamber 12b of the second compression unit 1b is pressed and the gas or hydrogen located therein is compressed to the second pressure level p2. Analogously to the first embodiment described for FIGS. 1 to 3, the pressure level in the second low-pressure chamber 11b is then reduced and fresh hydrogen is sucked into the second low-pressure chamber 11b via the gas supply line 4. The second compression position thus corresponds to the high pressure position of the second compression unit 1b and the low pressure position corresponds to the first
Verdichtungseinheit 1a bzw. der Niederdruckstellung der ersten Hochdruckeinheit 22a und der Hochdruckstellung der zweiten Hochdruckeinheit 22b. Compression unit 1a or the low pressure position of the first high pressure unit 22a and the high pressure position of the second high pressure unit 22b.
Durch Verstellung der Kolbenstange 23 bzw. der Druckerzeugungseinheit 2 zwischen der ersten und zweiten Verdichtungsstellung kann so wechselweise Wasserstoff zuerst aus der Gaszufuhrleitung in die jeweilige Niederdruckkammer 11a, 11b gebracht werden, auf ein erstes Druckniveau p1 komprimiert, in die jeweilige Hochdruckkammer 12a, 12b gebracht werden und in dieser auf ein zweites Druckniveau p2 verdichtet werden. Nach Verdichtung des Wasserstoffs auf das zweite Druckniveau p2 kann dieser dann über die Gasabfuhrleitung 5 jeweils aus den einzelnen Verdichtungseinheiten 1a, 1b ausgebracht bzw. abgesaugt werden und zur weiteren Verwendung zur Verfügung gestellt werden. By adjusting the piston rod 23 or the pressure generating unit 2 between the first and second compression positions, hydrogen can alternately be brought from the gas supply line into the respective low-pressure chamber 11a, 11b, compressed to a first pressure level p1, and brought into the respective high-pressure chamber 12a, 12b and are compressed in this to a second pressure level p2. After the hydrogen has been compressed to the second pressure level p2, it can then be discharged or sucked out of the individual compression units 1a, 1b via the gas discharge line 5 and made available for further use.
Optional kann bei der ersten und zweiten Ausführungsform der Gaszufuhrleitung 4 eine Wasserstofferzeugungseinheit vorgelagert sein, in der Wasserstoff beispielsweise durch Elektrolyse erzeugt wird und über die Gaszufuhrleitung in die jeweilige Niederdruckkammer 11 bzw. die erste Niederdruckkammer 11a und die zweite Niederdruckkammer 11b eingebracht werden. Der Gasabfuhrleitung 5 kann bei den beschriebenen Ausführungsformen beispielsweise ein Speicherelement, in dem das komprimierte Gas gespeichert wird, nachgelagert sein oder beispielsweise das komprimierte Gas weiteren Prozessen z.B. einer Verbrennung zugeführt werden. Optional kann vorgesehen sein, dass in den Ventilen 13 bzw. den Ventilen 16 bzw diese nachgelagert jeweils Strömungsberuhiger angeordnet sind, sodass das in die Niederdruckkammer 11 bzw. Hochdruckkammer 12 eintretende Gas beruhigt wird und derart eine Schaumbildung mit der Hydraulikflüssigkeit verhindert wird. Geeignete Formen sind dazu aus dem Stand der Technik bekannt, wobei bevorzugt Gitterstrukturen oder andere Strömungsberuhiger vorgesehen sein können. Optional können die Strömungsberuhiger aus einem bevorzugt weihnachtsbaumförmigen Lochblech oder einem Drahtgeflecht bestehen. In the first and second embodiment, the gas supply line 4 can optionally be preceded by a hydrogen generation unit in which hydrogen is generated, for example, by electrolysis and is introduced into the respective low-pressure chamber 11 or the first low-pressure chamber 11a and the second low-pressure chamber 11b via the gas supply line. In the embodiments described, for example, a storage element in which the compressed gas is stored can be disposed downstream of the gas discharge line 5 or, for example, the compressed gas can be fed to further processes, for example a combustion. Optionally, it can be provided that flow regulators are arranged in the valves 13 or the valves 16 or downstream, so that the gas entering the low-pressure chamber 11 or high-pressure chamber 12 is calmed and in this way foam formation with the hydraulic fluid is prevented. Suitable shapes for this are known from the prior art, it being possible for lattice structures or other flow calmers to be provided. Optionally, the flow stabilizers can consist of a perforated plate, preferably in the shape of a Christmas tree, or a wire mesh.
Optional kann ebenfalls vorgesehen sein, dass sowohl in der Gasabfuhrleitung 5 als auch der Gaszufuhrleitung 4 Rückschlagventile 1bzw. Einwegventile vorgesehen sind, die ein Rückströmen des Gases aus der Niederdruckkammer 11 in die Gaszufuhrleitung 4 bzw. aus der Gasabfuhrleitung 5 in die Hochdruckkammer 12 verhindern. Optionally, it can also be provided that both in the gas discharge line 5 and the gas supply line 4 check valves 1 or. One-way valves are provided which prevent the gas from flowing back from the low-pressure chamber 11 into the gas supply line 4 or from the gas discharge line 5 into the high-pressure chamber 12.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Gas in der Niederdruckkammer 11 einer Verdichtung auf das erste Druckniveau p1 mehr ein Verdichtungsverhältnis von 1 :2 bis 1 :15 erfährt. Das Verdichtungsverhältnis p1/p2 des Gases bzw. des Wasserstoffs in der Hochdruckkammer liegt bevorzugt bei 1 :10 bis 1 :50. Derart können besonders einfach hohe Druckniveaus erzielt werden, die eine schonende Verdichtung des Gases ermöglichen und derart besonders bei Wasserstoff Vorteile bringen. It can particularly preferably be provided that the gas in the low-pressure chamber 11 experiences a compression to the first pressure level p1 more a compression ratio of 1: 2 to 1:15. The compression ratio p1 / p2 of the gas or of the hydrogen in the high-pressure chamber is preferably 1:10 to 1:50. In this way, high pressure levels can be achieved particularly easily, which allow gentle compression of the gas and thus bring advantages, especially with hydrogen.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, wie in den Fig. 1 bis 6 beschrieben, dass die Verdichtungseinheit 1 säulenförmig ausgebildet ist, wobei die Hochdruckkammer 12 über der Niederdruckkammer 11 angeordnet ist. Particularly preferably, it can be provided, as described in FIGS. 1 to 6, that the compression unit 1 has a columnar design, the high-pressure chamber 12 being arranged above the low-pressure chamber 11.
Wie in den Fig. 1 bis 6 dargestellt, können optional Positionssensoren 27 vorgesehen sein, die die Stellung der Kolbenstange 23 erfassen und derart zwischen dem Hochdruckzustand bzw. dem Niederdruckzustand automatisch umschalten können bzw. bei der zweiten Ausführungsform der Fig. 4 bis 6 den Verdichter 10 zwischen dem ersten und dem zweiten Verdichtungsstellung automatisch verstellen können. As shown in FIGS. 1 to 6, position sensors 27 can optionally be provided which detect the position of the piston rod 23 and can thus automatically switch between the high pressure state and the low pressure state or, in the second embodiment of FIGS. 4 to 6, the compressor 10 can automatically adjust between the first and second compression position.
Weiters kann über die Positionssensoren 27 ein Fehlzustand festgestellt werden bzw. detektiert werden, sofern die Kolbenstange 23 nicht mehr zwischen den beiden Zuständen verstellt wird. Weiters ist zur Steigerung der Sicherheit des Verdichters 10 vorgesehen, dass der Verdichter 10 eine Sicherheitsüberwachungseinheit aufweist, die optional Druck- und Temperatursensoren umfasst, mit der der Zustand des Gases bzw. des Wasserstoffes innerhalb des Verdichters 10 erfasst werden kann. Hierzu kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Sicherheitsüberwachungseinheit Thermoelemente und Drucksensoren umfasst, mit der ein Überschreiben eines zuvor definierten Maximaldruckes oder einer Maximaltemperatur des Gases innerhalb des Verdichters 10 detektiert wird und bei Vorliegen eines kritischen Zustandes der Verdichter 10 automatisch abgeschalten wird. Furthermore, a faulty state can be established or detected via the position sensors 27, provided that the piston rod 23 is no longer adjusted between the two states. Furthermore, in order to increase the safety of the compressor 10, it is provided that the compressor 10 has a safety monitoring unit which optionally includes pressure and temperature sensors with which the state of the gas or the hydrogen within the compressor 10 can be recorded. For this purpose, it can particularly preferably be provided that the safety monitoring unit comprises thermocouples and pressure sensors with which an overwriting of a previously defined maximum pressure or a maximum temperature of the gas within the compressor 10 is detected and the compressor 10 is automatically switched off if a critical state is present.
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die in der Druckerzeugungseinheit 2 bzw. der Verdichtungseinheit 1 bzw. denIn the first and second embodiment it can be provided that the pressure generating unit 2 or the compression unit 1 or the
Verdichtungseinheiten 1a, 1b vorliegende Flüssigkeit Glykol oder eine ionische Flüssigkeit ist. Compression units 1a, 1b present liquid is glycol or an ionic liquid.
Das Verdichtungsverhältnis des Gases im Verdichter 10 in der Niederdruckkammer 11 liegt bevorzugt bei 1 :2 bis 1 :15. Das Verdichtungsverhältnis des Gases in der Hochdruckkammer 12 liegt bevorzugt bei 1 :2 bis 1 :100, insbesondere 1 :10 bis 1 :50, besonders bevorzugt bei 1 :20 bis 1 :30, liegt. So wird das Gas in der Niederdruckkammer 11 beispielsweise von 1 bar auf 2 bar verdichtet und dann in der Hochdruckkammer 12 beispielsweise auf einen Druck von 200 bar verdichtet. Die absoluten Drücke hängen dabei von der weiteren Verwendung des Gases ab. So ist beispielsweise bei der Befüllung von Gasflaschen der Druck in der Gasflasche am Anfang desThe compression ratio of the gas in the compressor 10 in the low-pressure chamber 11 is preferably 1: 2 to 1:15. The compression ratio of the gas in the high-pressure chamber 12 is preferably 1: 2 to 1: 100, in particular 1:10 to 1:50, particularly preferably 1:20 to 1:30. For example, the gas in the low-pressure chamber 11 is compressed from 1 bar to 2 bar and then compressed in the high-pressure chamber 12 to a pressure of 200 bar, for example. The absolute pressures depend on the further use of the gas. For example, when filling gas cylinders, the pressure in the gas cylinder is at the beginning of the
Befüllungsvorgangs gering und steigt dann mit dem Füllungsgrad auf beispielsweise 200 bar an. Filling process is low and then increases with the degree of filling to, for example, 200 bar.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verdichter (10) zum Verdichten von Gasen, insbesondere Wasserstoff, umfassend eine Verdichtungseinheit (1) und eine Druckerzeugungseinheit (2), 1. Compressor (10) for compressing gases, in particular hydrogen, comprising a compression unit (1) and a pressure generation unit (2),
- wobei die Verdichtungseinheit (1) eine Niederdruckkammer (11) und eine Hochdruckkammer (12) aufweist, wobei die Niederdruckkammer (11) und die Hochdruckkammer (12) durch ein Ventil (13) miteinander verbunden sind, wobei das Ventil (13) derart, insbesondere als Rückschlagventil, ausgebildet ist, dass Gas aus der Niederdruckkammer (11) in die Hochdruckkammer (12) strömen kann und der Rückfluss aus der Hochdruckkammer (12) in die Niederdruckkammer (11) unterbunden ist, - wherein the compression unit (1) has a low-pressure chamber (11) and a high-pressure chamber (12), the low-pressure chamber (11) and the high-pressure chamber (12) being connected to one another by a valve (13), the valve (13) in such a way that is designed in particular as a check valve, so that gas can flow from the low-pressure chamber (11) into the high-pressure chamber (12) and the backflow from the high-pressure chamber (12) into the low-pressure chamber (11) is prevented,
- wobei die Druckerzeugungseinheit (2) als hydraulischer Druckübersetzer ausgebildet ist und eine Hochdruckeinheit (22) und eine Niederdruckeinheit (21) aufweist in denen eine Flüssigkeit vorliegt, - wherein the pressure generating unit (2) is designed as a hydraulic pressure booster and has a high pressure unit (22) and a low pressure unit (21) in which a liquid is present,
- wobei Gas über eine Gaszufuhrleitung (4) in die Niederdruckkammer (11) einbringbar ist und über eine Gasabfuhrleitung (5) das verdichtete Gas aus der Hochdruckkammer (12) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, - wherein gas can be introduced into the low-pressure chamber (11) via a gas supply line (4) and the compressed gas can be discharged from the high-pressure chamber (12) via a gas discharge line (5), characterized in that,
- dass die Niederdruckeinheit (21) der Druckerzeugungseinheit (2) mit der Niederdruckkammer (11) der Verdichtungseinheit (1) und die Hochdruckeinheit (22) der Druckerzeugungseinheit (2) mit der Hochdruckkammer (12) der Verdichtungseinheit (1) jeweils derart über Fluidleitungen (3) fluidübertragend verbunden sind, - that the low-pressure unit (21) of the pressure-generating unit (2) with the low-pressure chamber (11) of the compression unit (1) and the high-pressure unit (22) of the pressure-generating unit (2) with the high-pressure chamber (12) of the compression unit (1) in each case via fluid lines ( 3) are connected in a fluid-transferring manner,
- dass bei Verstellung der Druckerzeugungseinheit (2) in eine Niederdruckstellung der Druck in der Niederdruckeinheit (21) erhöht wird und die aus der Niederruckeinheit (21) strömende Flüssigkeit in die Niederdruckkammer (11) gedrückt wird, sodass das in der Niederdruckeinheit (11) befindliche Gas auf ein erstes Druckniveau (p1) verdichtet und über das Ventil (13) in die Hochdruckkammer (12) der Verdichtungseinheit (1 ) gedrückt wird, und - That when the pressure generating unit (2) is moved into a low-pressure position, the pressure in the low-pressure unit (21) is increased and the liquid flowing out of the low-pressure unit (21) is pressed into the low-pressure chamber (11), so that the liquid in the low-pressure unit (11) is pressed Gas is compressed to a first pressure level (p1) and is pressed into the high-pressure chamber (12) of the compression unit (1) via the valve (13), and
- dass bei Verstellung der Druckerzeugungseinheit (2) in eine Hochdruckstellung der Druck in der Hochdruckeinheit (22) erhöht wird und die aus der Hochdruckeinheit (22) strömende Flüssigkeit in die Hochdruckkammer (12) gedrückt wird, sodass das in der Hochdruckkammer (12) befindliche Gas auf ein zweites Druckniveau (p2) über dem ersten Druckniveau (p1) verdichtet wird und- that when the pressure generating unit (2) is moved into a high pressure position, the pressure in the high pressure unit (22) is increased and the liquid flowing out of the high pressure unit (22) is pressed into the high pressure chamber (12), so that the liquid in the high pressure chamber (12) Gas is compressed to a second pressure level (p2) above the first pressure level (p1) and
- dass zusätzlich bei Verstellung der Druckerzeugungseinheit (2) in die Hochdruckstellung der Druck derart in der Niederdruckkammer (11) reduziert wird, dass die in der Niederdruckkammer (11) befindliche Flüssigkeit in die Niederdruckeinheit (21) gesaugt wird, sodass Gas über die Gaszufuhrleitung (4) in die Niederdruckkammer (11) gesaugt wird. - That, in addition, when the pressure generating unit (2) is moved into the high pressure position, the pressure in the low pressure chamber (11) is reduced in such a way that the liquid in the low pressure chamber (11) enters the Low pressure unit (21) is sucked so that gas is sucked into the low pressure chamber (11) via the gas supply line (4).
2. Verdichter (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10) zwei gleich ausgebildete Verdichtungseinheiten (1a, 1b) aufweist, wobei die Niederdruckeinheit (21) der Druckerzeugungseinheit (2) mit den Niederdruckkammern (11a, 11b) der Verdichtungseinheiten (1a, 1b) und die Hochdruckeinheit (22) der Druckerzeugungseinheit (2) mit den Hochdruckkammern (12a, 12b) der2. Compressor (10) according to claim 1, characterized in that the compressor (10) has two identical compression units (1a, 1b), the low-pressure unit (21) of the pressure generating unit (2) with the low-pressure chambers (11a, 11b) of the Compression units (1a, 1b) and the high pressure unit (22) of the pressure generating unit (2) with the high pressure chambers (12a, 12b) of the
Verdichtungseinheiten (1a, 1b) jeweils über Fluidleitungen (3) fluidübertragend verbunden sind. Compression units (1a, 1b) are each connected in a fluid-transferring manner via fluid lines (3).
3. Verdichter (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die3. Compressor (10) according to claim 2, characterized in that the
Druckerzeugungseinheit (2) als doppelter Druckübersetzer ausgebildet ist, wobei die Drucküberzeugungseinheit (2) eine erste als Druckzylinder ausgebildetenThe pressure generating unit (2) is designed as a double pressure intensifier, the pressure generating unit (2) having a first designed as a pressure cylinder
Hochdruckeinheit (22a) und eine zweite als Druckzylinder ausgebildeteHigh pressure unit (22a) and a second designed as a pressure cylinder
Hochdruckeinheit (22b) aufweist, Has high pressure unit (22b),
- wobei zwischen der ersten Hochdruckeinheit (22a) und der zweiten Hochdruckeinheit (22b) eine als Gleichlaufzylinder ausgebildete Niederdruckeinheit (21) angeordnet ist, - wherein a low-pressure unit (21) designed as a synchronizing cylinder is arranged between the first high-pressure unit (22a) and the second high-pressure unit (22b),
- wobei die Druckerzeugungseinheit (2) eine Kolbenstange (23) aufweist, die den ersten Hochdruckkolben (24a) der ersten Hochdruckeinheit (22a), den zweiten Hochdruckkolben (24b) der zweiten Hochdruckeinheit (22b) und den- wherein the pressure generating unit (2) has a piston rod (23) which the first high pressure piston (24a) of the first high pressure unit (22a), the second high pressure piston (24b) of the second high pressure unit (22b) and the
Niederdruckkolben (25) der Niederdruckeinheit (21) verbindet, Low-pressure piston (25) connects the low-pressure unit (21),
- wobei die Niederdruckeinheit (21) zwei Kammern (26a, 26b) aufweist, die jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten des Niederdruckkolbens (25) angeordnet sind, und- wherein the low-pressure unit (21) has two chambers (26a, 26b) which are each arranged on two opposite sides of the low-pressure piston (25), and
- wobei die Kammern (26a, 26b) jeweils mit einer der Niederdruckkammern (11a, 11b) der Verdichtungseinheiten (1a, 1b) und die Hochdruckeinheiten (22a, 22b) jeweils mit einer der Hochdruckkammern (12a, 12b) der Verdichtungseinheiten (1a, 1b) über Fluidleitungen (3) fluidübertragend verbunden sind, dass bei Verstellung der Kolbenstange (23) in eine erste Verdichtungsstellung die erste Hochdruckeinheit (22a) und die erste Kammer (26a) der Niederdruckeinheit (21) der Druckerzeugungseinheit (2) derart in die Hochdruckstellung und die zweite Kammer (26b) der Niederdruckeinheit (21) derart in die Niederdruckstellung verstellt wird, sodass - the chambers (26a, 26b) each with one of the low-pressure chambers (11a, 11b) of the compression units (1a, 1b) and the high-pressure units (22a, 22b) each with one of the high-pressure chambers (12a, 12b) of the compression units (1a, 1b) ) are connected in a fluid-transferring manner via fluid lines (3) so that when the piston rod (23) is moved into a first compression position, the first high-pressure unit (22a) and the first chamber (26a) of the low-pressure unit (21) of the pressure-generating unit (2) move into the high-pressure position and the second chamber (26b) of the low-pressure unit (21) is moved into the low-pressure position in such a way that
- der Druck in der ersten Hochdruckeinheit (22a) erhöht wird und die aus der ersten Hochdruckeinheit (22a) strömende Flüssigkeit in die erste Hochdruckkammer (12a) der ersten Verdichtungseinheit (1a) gedrückt wird, sodass das in der ersten Hochdruckkammer (12a) befindliche Gas auf ein zweites Druckniveau (p2) über das erste Druckniveau (p1) verdichtet wird und - The pressure in the first high-pressure unit (22a) is increased and the liquid flowing out of the first high-pressure unit (22a) is pressed into the first high-pressure chamber (12a) of the first compression unit (1a), so that in the first The gas located in the high pressure chamber (12a) is compressed to a second pressure level (p2) above the first pressure level (p1) and
- dass der Druck derart in der ersten Niederdruckkammer (11a) reduziert wird, dass die in der ersten Niederdruckkammer (11a) befindliche Flüssigkeit in die erste Kammer (26a) der Niederdruckeinheit (21) gesaugt wird und Gas über die Gaszufuhrleitung (4) in die erste Niederdruckkammer (11a) gesaugt wird - That the pressure in the first low-pressure chamber (11a) is reduced in such a way that the liquid in the first low-pressure chamber (11a) is sucked into the first chamber (26a) of the low-pressure unit (21) and gas into the first low pressure chamber (11a) is sucked
- dass der Druck in der zweiten Kammer (26b) der Niederdruckeinheit (21) erhöht wird und die aus der zweiten Kammer (26b) strömende Flüssigkeit in die zweite Niederdruckkammer (11b) der zweiten Verdichtungseinheit (1b) gedrückt wird, sodass das in der zweiten Niederdruckkammer (11b) befindliche Gas auf ein erstes Druckniveau (p1) verdichtet und über das Ventil (13b), insbesondere Rückschlagventil, in die zweite Hochdruckkammer (12b) der zweiten Verdichtungseinheit (1b) gedrückt wird, und - That the pressure in the second chamber (26b) of the low-pressure unit (21) is increased and the liquid flowing out of the second chamber (26b) is pressed into the second low-pressure chamber (11b) of the second compression unit (1b), so that in the second Gas in the low pressure chamber (11b) is compressed to a first pressure level (p1) and is pressed into the second high pressure chamber (12b) of the second compression unit (1b) via the valve (13b), in particular a check valve, and
- dass bei Verstellung der Kolbenstange (23) derart in eine zweite- That when adjusting the piston rod (23) in a second
Verdichtungsstellung die zweite Hochdruckeinheit (22b) und die zweite Kammer (26b) der Niederdruckeinheit (21) der Druckerzeugungseinheit (2) in dieCompression position the second high pressure unit (22b) and the second chamber (26b) of the low pressure unit (21) of the pressure generating unit (2) in the
Hochdruckstellung und die erste Kammer (26a) der Niederdruckeinheit (21) in die Niederdruckstellung verstellt wird, sodass High pressure position and the first chamber (26a) of the low pressure unit (21) is adjusted into the low pressure position, so that
- der Druck in der zweiten Hochdruckeinheit (22b) erhöht wird und die aus der zweiten Hochdruckeinheit (22b) strömende Flüssigkeit in die zweite- The pressure in the second high-pressure unit (22b) is increased and the liquid flowing out of the second high-pressure unit (22b) into the second
Hochdruckkammer (12b) der zweiten Verdichtungseinheit (1b) gedrückt wird, sodass das in der zweiten Hochdruckkammer (12b) befindliche Gas auf ein zweites Druckniveau (p2) über das erste Druckniveau (p1) verdichtet wird, undThe high pressure chamber (12b) of the second compression unit (1b) is pressed so that the gas in the second high pressure chamber (12b) is compressed to a second pressure level (p2) above the first pressure level (p1), and
- wobei der Druck derart in der zweiten Niederdruckkammer (11b) reduziert wird, dass die in der zweiten Niederdruckkammer (11b) befindliche Flüssigkeit in die zweite Kammer (26b) der Niederdruckeinheit (21) gesaugt wird und Gas über die Gaszufuhrleitung (4) in die zweite Niederdruckkammer (11b) gesaugt wird,- The pressure in the second low-pressure chamber (11b) is reduced in such a way that the liquid in the second low-pressure chamber (11b) is sucked into the second chamber (26b) of the low-pressure unit (21) and gas is drawn into the second low pressure chamber (11b) is sucked,
- wobei der Druck in der ersten Kammer (26a) der Niederdruckeinheit (21) erhöht wird und die aus der ersten Kammer (26a) strömende Flüssigkeit in die erste Niederdruckkammer (11a) der ersten Verdichtungseinheit (1a) gedrückt wird, sodass das in der ersten Niederdruckkammer (11a) befindliche Gas auf ein erstes Druckniveau (p1) verdichtet und über das Ventil (13a), insbesondere Rückschlagventil, in die erste Hochdruckkammer (12a) der ersten Verdichtungseinheit (1a) gedrückt wird. - The pressure in the first chamber (26a) of the low-pressure unit (21) is increased and the liquid flowing out of the first chamber (26a) is pressed into the first low-pressure chamber (11a) of the first compression unit (1a), so that in the first Gas in the low pressure chamber (11a) is compressed to a first pressure level (p1) and is pressed into the first high pressure chamber (12a) of the first compression unit (1a) via the valve (13a), in particular a check valve.
4. Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gaszufuhrleitung (4) und der Gasabfuhrleitung (5) jeweils ein Rückschlagventil (16) angeordnet ist. 4. Compressor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a check valve (16) is arranged in each case in the gas supply line (4) and the gas discharge line (5).
5. Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Glykol oder eine ionische Flüssigkeit ist. 5. Compressor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid is glycol or an ionic liquid.
6. Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Eingangsbereich der Flochdruckkammer (22) und der Niederdruckkammer (21) Strömungsberuhiger angeordnet sind, die derart ausgebildet sind, dass die Geschwindigkeit der in die Flochdruckkammer (22) und die Niederdruckkammer (21) eintretenden Flüssigkeit reduzierbar ist, sodass eine Vermischung und ein Aufschäumen der Flüssigkeit mit dem Gas unterbunden wird und das Gas mit der Flüssigkeit in zweiphasigem Zustand vorliegt. 6. Compressor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that in the input region of the floch pressure chamber (22) and the low pressure chamber (21) flow calmers are arranged, which are designed such that the speed of the in the floch pressure chamber (22) and the Low-pressure chamber (21) entering liquid can be reduced, so that mixing and foaming of the liquid with the gas is prevented and the gas is present with the liquid in a two-phase state.
7. Verdichter (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die7. Compressor (10) according to claim 6, characterized in that the
Strömungsberuhiger aus einem Drahtgeflecht oder Lochblech bestehen. Flow calmers consist of a wire mesh or perforated plate.
8. Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungseinheit (2) Positionssensoren, insbesondere Endschalter (27), aufweist, mit denen die Position der Kolben , insbesondere der Kolbenstange, erfassbar ist. 8. Compressor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure generating unit (2) has position sensors, in particular limit switches (27), with which the position of the piston, in particular the piston rod, can be detected.
9. Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsverhältnis des Gases in der Niederdruckkammer (11) bei 1 :2 bis 1 :15 liegt und das Verdichtungsverhältnis des Gases in der Flochdruckkammer (12) bei 1 :2 bis 1 :100, insbesondere 1 :10 bis 1 :50, besonders bevorzugt bei 1 :20 bis 1 :30, liegt. 9. Compressor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the compression ratio of the gas in the low-pressure chamber (11) is 1: 2 to 1:15 and the compression ratio of the gas in the floch pressure chamber (12) is 1: 2 up to 1: 100, in particular 1:10 to 1:50, particularly preferably 1:20 to 1:30.
10. Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungseinheit (1) säulenförmig ausgebildet ist und die Flochdruckkammer (12) über der Niederdruckkammer (11) angeordnet ist. 10. Compressor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the compression unit (1) is columnar and the floch pressure chamber (12) is arranged above the low pressure chamber (11).
11. Verdichter (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10) eine Sicherheitsüberwachungseinheit aufweist, wobei die Sicherheitsüberwachungseinheit derart ausgebildet ist den Druck und die Temperatur in der Verdichtungseinheit (1), insbesondere mittels Thermoelemente und Drucksensoren, zu überwachen, wobei bei Überschreiten eines zuvor definierten Maximaldruckes der Verdichter (10) durch die Sicherheitsüberwachungseinheit abschaltbar ist. 11. Compressor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor (10) has a safety monitoring unit, wherein the safety monitoring unit is designed such the pressure and temperature in the compression unit (1), in particular by means of thermocouples and Pressure sensors to be monitored, with the compressor (10) being able to be switched off by the safety monitoring unit when a previously defined maximum pressure is exceeded.
12. Wasserstofferzeugungsanlage umfassend einen Verdichter (10) nach einem der12. A hydrogen generation system comprising a compressor (10) according to one of the
Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Gaszufuhrleitung (4) eine Elektrolyseeinheit derart angeschlossen ist, dass bei der in der Elektrolyseeinheit erzeugte Wasserstoff über die Gaszufuhrleitung (4) bei Verstellung der Druckerzeugungseinheit (2) in die Niederruckstellung in die Niederdruckkammer (11), insbesondere die Niederdruckkammern (11a, 11b), saugbar ist. Claims 1 to 11, characterized in that an electrolysis unit is connected to the gas supply line (4) in such a way that the hydrogen generated in the electrolysis unit via the gas supply line (4) when the pressure generating unit (2) is moved into the low-pressure position in the low-pressure chamber (11) ), in particular the low-pressure chambers (11a, 11b), can be sucked.
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