Wasser stof f -Verdicht er

Die Erfindung betri f ft eine Verdichtungsanordnung zur Verdichtung von Wasserstof f , umfassend eine erste Anzahl an Verdichtern eines ersten Typs , wobei die Verdichter des ersten Typs j eweils einen ersten Einströmbereich aufweisen, die zur Beströmung mit einem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet sind, wobei die Verdichter des ersten Typs j eweils einen ersten Ausströmbereich aufweisen, die zum Ausströmen mit einem ersten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet sind, ferner umfassend einen Verdichter eines zweiten Typs , wobei der Verdichter des zweiten Typs einen zweiten Einströmbereich aufweist , der zur Beströmung eines zweiten Teil-Einlass- Volumenstrom ausgebildet ist , wobei der Verdichter des zweiten Typs einen zweiten Ausströmbereich aufweist , der zum Ausströmen mit einem zweiten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet ist , wobei der zweite Einströmbereich des Verdichters des zweiten Typs mit den ersten Ausströmbereichen der Verdichter des ersten Typs strömungstechnisch verbunden ist .

Die Wasserstof f-Dichte ist im atmosphärischen Zustand mit etwa 90g/m ³ sehr gering . Daher muss Wasserstof f zur Erreichung einer nutzbaren Energiedichte komprimiert werden .

Allerdings ist die ef fi ziente Verdichtung von Wasserstof f auf Grund des geringen Molgewichtes eine technische Heraus forderung . Hier werden in Abhängigkeit des Verdichtungsverhältnisses zahlreiche Verdichterstufen benötigt , welche Zwischenkühlungen benötigen und in entsprechend vielen Verdichtergehäusen untergebracht werden müssen . Dies resultiert in einer Viel zahl von Strängen mit entsprechend vielen Antriebsmotoren und Zwischengetrieben .

Die Erfindung hat es sich ausgehend von den bekannten Problemen und Nachteilen des Standes der Technik zur Aufgabe ge- macht eine Anlage und ein Verfahren anzugeben, mit der ein Kostenvorteil erzielt werden kann .

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Verdichtungsanordnung zur Verdichtung von Wasserstof f , umfassend eine erste Anzahl an Verdichtern eines ersten Typs , wobei die Verdichter des ersten Typs j eweils einen ersten Einströmbereich aufweisen, die zur Beströmung mit einem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet sind, wobei die Verdichter des ersten Typs j eweils einen ersten Ausströmbereich aufweisen, die zum Ausströmen mit einem ersten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet sind, ferner umfassend einen Verdichter eines zweiten Typs , wobei der Verdichter des zweiten Typs einen zweiten Ein-strömbereich aufweist , der zur Beströmung eines zweiten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet ist , wobei der Verdichter des zweiten Typs einen zweiten Aus-strömbereich aufweist , der zum Ausströmen mit einem zweiten Teil-Ausström- Volumenstrom ausgebildet ist , wobei der zweite Einströmbereich des Verdichters des zweiten Typs mit den ersten Ausströmbereichen der Verdichter des ersten Typs strömungstech- nisch verbunden ist , wobei die Anzahl und das Druckverhältnis der Verdichter des ersten Typs und des zweiten Typs derart ist , dass die Summe der ersten Teil-Ausström-Volumenströme dem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom entspricht .

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es , die Verdichtungsanordnung möglichst kompakt zu gestalten, um dadurch den Einsatz von Antriebsmotoren und Gehäusen zu minimieren . Dafür wird der Volumenstrom möglichst konstant und die Verluste möglichst klein gehalten . Dafür werden die Verdichter in einer Kaskade verschaltet , wobei mit zunehmendem Druckverhältnis die Anzahl der Verdichtergehäuse abnimmt .

In Abhängigkeit des Druckverhältnisses über ein Gehäuse werden entsprechend viele Volumenströme zusammengeführt , wobei die Summe der Teilvolumenströme wieder dem ursprünglichen Eingangsvolumenstrom entspricht . Die Gehäuse werden dabei so im Raum angeordnet , dass sie sowohl mit entsprechender Ver- rohrung versehen werden können als auch mit nur einem einzigen Antrieb betrieben werden können . Hierzu ist ein Getriebekasten mit mehreren Antriebsenden nötig, wie er auch in Getriebeverdichtern zum Einsatz kommt .

Die vom Patentanspruch 1 abhängigen und rückbezogenen Unteransprüche betref fen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung .

In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung unterscheiden sich die Verdichter des ersten Typs , die Verdichter des zweiten Typs , die Verdichter des dritten Typs und die Verdichter des vierten Typs hinsichtlich ihres Druckverhältnisses .

Somit können die Verdichter optimiert konfiguriert werden, um die Verdichtungsaufgabe zu erfüllen .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Verdichter des ersten Typs baugleich ausgeführt .

Unter einer baugleichen Aus führung ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die Herstellung, Montage und physikalische Verdichtungsaufgabe für die einzelnen Verdichter des ersten Typs nahezu identisch sind . Durch solch eine einheitliche Gestaltung der Verdichter des ersten Typs werden Kosten eingespart , da individuelle Anpassungen vernachlässigbar sind .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Verdichter des zweiten Typs baugleich ausgeführt .

Unter einer baugleichen Aus führung ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die Herstellung, Montage und physikalische Verdichtungsaufgabe für die einzelnen Verdichter des zweiten Typs nahezu identisch sind . Durch solch eine einheitliche Gestaltung der Verdichter des zweiten Typs werden Kosten eingespart , da individuelle Anpassungen vernachlässigbar sind .

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Verdichter des ersten Typs , die Verdichter des zweiten Typs , die Verdichter des dritten Typs und/oder die Verdichter des vierten Typs mehrstufig ausgeführt .

Dadurch kann die Verdichtungsaufgabe j edes einzelnen Verdichters optimiert werden .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem Ausgang eines Verdichters des ersten Typs und dem Eingang eines Verdichters des zweiten Typs eine Kühlungsanordnung zur Kühlung des Strömungsmediums angeordnet , wobei zwischen dem Ausgang eines Verdichters des zweiten Typs und dem Eingang eines Verdichters des dritten Typs eine Kühlungsanordnung zur Kühlung des Strömungsmediums angeordnet ist und/oder wobei zwischen dem Ausgang eines Verdichters des dritten Typs und dem Eingang eines Verdichters des vierten Typs eine Kühlungsanordnung zur Kühlung des Strömungsmediums angeordnet ist .

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Verdichtungsanordnung einen Getriebeverdichter mit einem Großradzahn und mehreren Planeten-Zahnräder auf , wobei an einem ersten Planeten-Zahnrad und an einem zweiten Planeten-Zahnrad die Verdichter des ersten Typs drehmomentübertragend gekoppelt sind, wobei an einem dritten Planeten-Zahnrad die Verdichter des zweiten Typs drehmomentübertragend gekoppelt sind, wobei an einem vierten Planeten-Zahnrad die Verdichter des dritten Typs und die Verdichter des vierten Typs drehmomentübertragend gekoppelt sind .

Dadurch ist es insbesondere möglich, lediglich eine Antriebseinheit einzusetzen, um dadurch Kosten zu sparen .

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind an dem ersten Planeten-Zahnrad vier Verdichter des ersten Typs entlang einer ersten Achse angeordnet , wobei an dem zweiten Planeten- Zahnrad vier Verdichter des ersten Typs entlang einer zweiten Achse angeordnet sind, wobei auf j eder Seite des ersten Pla- neten-Zahnrades und des zweiten Planeten-Zahnrades j eweils zwei Verdichter des ersten Typs angeordnet sind . In dieser vorteilhaften Weiterbildung wird der Gedanke der Kaskadierung weitergeführt . Die Anordnung der Verdichter des ersten Typs erfolgt dadurch platz- und kostensparend .

Die Verdichtungsanordnung verfügt über eine vergleichsweise hohe Zahl von identischen Gehäusen, sodass mit Hil fe von Wiederholteilen die Kosten gesenkt werden können .

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden .

Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet .

Aus führungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben . Diese sollen die Aus führungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt . Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen .

Es zeigen :

Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Verdichtungsanordnung;

Figur 2 eine schematische Seitenansicht der Verdich- tungsanordnung;

Figur 3 eine perspektivische Darstellung einer Seitenansicht der Verdichtungsanordnung; Figur 4 eine perspektivische Darstellung einer Draufsicht der Verdichtungsanordnung;

Figur 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Verdichtungsanordnung .

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verdichtungsanordnung 1 . Solch eine Verdichtungsordnung 1 ermöglicht es kostengünstig die Verdichtung von Wasserstof f durchzuführen . Dabei wird die Verdichtung des Wasserstof fs kaskadenförmig durchgeführt .

Die Figur 1 zeigt eine Verdichtungsanordnung 1 zur Verdichtung von Wasserstof f , umfassend eine erste Anzahl an Verdichtern eines ersten Typs 2 , wobei die Verdichter des ersten Typs 2 j eweils einen ersten Einströmbereich aufweisen, die zur Beströmung mit einem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet sind, wobei die Verdichter des ersten Typs 2 j eweils einen ersten Ausströmbereich aufweisen, die zum Ausströmen mit einem ersten Teil-Ausström-Volumenstrom ausgebildet sind, ferner umfassend einen Verdichter eines zweiten Typs 3 , wobei der Verdichter des zweiten Typs 3 einen zweiten Einströmbereich aufweist , der zur Beströmung eines zweiten Teil-Einlass-Volumenstrom ausgebildet ist , wobei der Verdichter des zweiten Typs 3 einen zweiten Ausströmbereich aufweist , der zum Ausströmen mit einem zweiten Teil-Ausström- Volumenstrom ausgebildet ist , wobei der zweite Einströmbereich des Verdichters des zweiten Typs 3 mit den ersten Ausströmbereichen der Verdichter des ersten Typs 2 strömungstechnisch verbunden ist , wobei die Anzahl und das Druckverhältnis der Verdichter des ersten Typs 2 und des zweiten Typs 3 derart ist , dass die Summe der ersten Teil-Ausström- Volumenströme dem ersten Teil-Einlass-Volumenstrom entspricht .

Dazu umfasst die Verdichtungsanordnung 1 zur Verdichtung von Wasserstof f mindestens acht Verdichter eines ersten Typs 2 , die eingangsseitig mit einer Wasserstof f eingangsleitung (nicht dargestellt ) strömungstechnisch verbunden sind . Der Verdichter des ersten Typs 2 ist dafür ausgelegt , einen bestimmten Eingangsdruck in einen Ausgangsdruck umzuwandeln .

Der in den Verdichtern des ersten Typs 2 verdichtete Wasserstof f wird einer Kühlungsanordnung (nicht dargestellt ) zugeführt , wobei in der Kühlungsanordnung die Temperatur des Wasserstof fs , der sich durch die Verdichtungsarbeit im Verdichter 2 erwärmt hat , wieder abgekühlt wird .

Nachdem der Wasserstof f in der Kühlungsanordnung abgekühlt wurde , wird er zumindest zwei Verdichtern eines zweiten Typs 3 zugeführt . Der Verdichter des zweiten Typs 3 ist ebenfalls dafür ausgelegt , einen bestimmten Eingangsdruck in einen Ausgangsdruck umzuwandeln . Allerdings sind hier die Druckverhältnisse anders als die vom Verdichter des Typs 1 .

Die zwei Verdichter des zweiten Typs 3 sind eingangsseitig mit dem Ausgang der Verdichter des ersten Typs 2 strömungstechnisch verbunden .

Der in den Verdichtern des zweiten Typs 3 verdichtete Wasserstof f wird einer weiteren Kühlungsanordnung (nicht dargestellt ) zugeführt , wobei in der weiteren Kühlungsanordnung die Temperatur des Wasserstof fs , der sich durch die Verdichtungsarbeit im Verdichter 3 erwärmt hat , wieder abgekühlt wird .

Nachdem der Wasserstof f in der weiteren Kühlungsanordnung abgekühlt wurde , wird er zumindest einem Verdichter eines dritten Typs 4 zugeführt . Der Verdichter des dritten Typs 4 ist ebenfalls dafür ausgelegt , einen bestimmten Eingangsdruck in einen Ausgangsdruck umzuwandeln . Allerdings sind hier die Druckverhältnisse anders als die vom Verdichter des ersten Typs 2 und des Verdichters des zweiten Typs 3 .

Der Verdichter des dritten Typs 4 ist somit eingangsseitig mit dem Ausgang des Verdichters des zweiten Typs 3 strömungstechnisch verbunden .

Der in den Verdichtern des dritten Typs 4 verdichtete Wasserstof f wird einer weiteren Kühlungsanordnung (nicht darge- stellt ) zugeführt , wobei in der weiteren Kühlungsanordnung die Temperatur des Wasserstof fs , der sich durch die Verdichtungsarbeit im Verdichter des dritten Typs 4 erwärmt hat , wieder abgekühlt wird .

Nachdem der Wasserstof f in der weiteren Kühlungsanordnung abgekühlt wurde , wird er zumindest einem Verdichter eines vierten Typs 5 zugeführt . Der Verdichter des vierten Typs 5 ist ebenfalls dafür ausgelegt , einen bestimmten Eingangsdruck in einen Ausgangsdruck umzuwandeln . Allerdings sind hier die Druckverhältnisse anders als die vom Verdichter des ersten Typs 2 , des Verdichters des zweiten Typs 3 und des Verdichters des dritten Typs 4 .

Der Verdichter des vierten Typs 5 ist eingangsseitig mit dem Ausgang des Verdichters des dritten Typs 4 strömungstechnisch verbunden .

Die Verdichter des ersten Typs 2 sind baugleich ausgeführt . Das bedeutet , dass alle in der Verdichtungsanordnung 1 eingebauten Verdichter des ersten Typs 2 die gleichen Baumaße haben, die gleichen Druckverhältnisse und nach dem gleichen Fertigungsverfahren hergestellt wurden . Dadurch werden die Kosten für eine solche Verdichtungsanordnung enorm gesenkt .

In ähnlicher Weise sind die Verdichter des zweiten Typs 3 baugleich ausgeführt . Das bedeutet , dass alle in der Verdichtungsanordnung 1 eingebauten Verdichter des zweiten Typs 3 die gleichen Baumaße haben, die gleichen Druckverhältnisse und nach dem gleichen Fertigungsverfahren hergestellt wurden . Dadurch werden die Kosten für eine solche Verdichtungsanordnung enorm gesenkt .

Die Verdichter des ersten Typs 2 , die Verdichter des zweiten Typs 3 , die Verdichter des dritten Typs 4 und/oder die Verdichter des vierten Typs 5 sind mehrstufig ausgeführt (nicht dargestellt in Figur 1 ) .

Die Verdichter des ersten Typs 2 , die Verdichter des zweiten Typs 3 , die Verdichter des dritten Typs 4 und die Verdichter des vierten Typs 5 werden mit einer Antriebseinheit 6 drehmomentübertragend gekoppelt .

Dazu wird die Verdichtungsanordnung mit einem Getriebeverdichter 7 mit einem Großradzahn 8 und mehreren Planeten- Zahnräder ( in Figur 1 nicht dargestellt ) ausgebildet .

Wie in der Figur 1 dargestellt sind auf einer Seite des Großradzahnes 8 j eweils zwei Verdichter des ersten Typs 2 an einem Planeten-Zahnrad drehmomentübertragend angeordnet , wobei eine Achse gebildet wird .

Die Verdichter des zweiten Typs 3 sind an einem Planeten- Zahnrad drehmomentübertragend angeordnet , wobei j eweils ein Verdichter des zweiten Typs 3 auf der einen und auf der anderen Seite des Groß zahnrades angeordnet ist .

Die Verdichter des dritten Typs 4 und des vierten Typs 5 sind an einem Planeten-Zahnrad drehmomentübertragend angeordnet , wobei j eweils ein Verdichter des dritten Typs 4 auf der einen und ein Verdichter des vierten Typs 5 auf der anderen Seite des Groß zahnrades angeordnet ist .

Die Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine seitliche Anordnung der Verdichtungsanordnung 1 . Der Getriebeverdichter ist in einem Gehäuse 10 angeordnet . Die über das Groß zahnrad 8 angetriebenen Planeten-Zahnräder sind durch die Buchstaben A, B und C symbolisch dargestellt . Dabei soll der Buchstabe A für die Verdichtungsarbeit der Verdichter des ersten Typs 2 stehen, der Buchstabe B für die Verdichtungsarbeit der Verdichter des zweiten Typs 3 stehen und der Buchstabe C für die Verdichtungsarbeit der Verdichter des dritten Typs 4 und des Verdichters des vierten Typs 5 .

Mit den Figuren 3 und 4 soll die erfindungsgemäße Konfiguration noch deutlicher beschrieben werden . Die Figur 3 zeigt eine seitliche Ansicht der Verdichtungsanordnung 1 . Die Figur 4 zeigt eine Ansicht von oben der Verdichtungsanordnung 1 .

Mit den Buchstaben A, B, C und D werden die einzelnen Verdichter symbolisiert . A soll einen Verdichter des ersten Typs 2 symbolisieren . B soll einen Verdichter des zweiten Typs 3 symbolisieren . C soll einen Verdichter des dritten Typs 4 symbolisieren . D soll einen Verdichter des vierten Typs 5 symbolisieren . Die Figur 5 stellt schematisch dar, wie der Verdichtungsprozess abläuft . Der zeitliche Ablauf der Verdichtung erfolgt von links nach rechts . Zunächst wird über eine Wasserstof f- eingangsleituung acht Verdichter des ersten Typs 2 mit Wasserstof f beströmt , wobei der Wasserstof f in dem Verdichter des ersten Typs 2 verdichtet wird . Dies wird in der Figur 5 durch die Symbole in der ersten Spalte dargestellt .

Nach der Verdichtung in den Verdichtern des ersten Typs 2 erfolgen weitere Verdichtungen in Verdichtern des zweiten Typs- 3 , im Verdichter des dritten Typs 4 und im Verdichter des vierten Typs 5 . Durch die Zahlen 1 bis 6 wird symbolisiert , dass die Verdichter mehrstufig ausgeführt werden können .