多级压缩装置、用于提供压缩的气态氢的系统以及燃料站制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及多级压缩装置、用于提供压缩的气态氢的系统及燃料站，多级压缩装置具有：第一压缩级，具有两个压力容器，分别设有液体供应管道，通过液体供应管道能够将工作介质导入相应的压力容器中，以便通过增大工作介质的存在于压力容器中的液体体积将压力容器中的要压缩的气态介质压缩到预定的第一压力，并且能通过一个共同的或两个独立的液体泵给两个压力容器供应工作介质，并且在完成压缩过程之后能通过相同的液体泵或者另外的液体泵将工作介质从至少两个压力容器中泵出；中间存储器，设置成用于临时存储通过第一压缩级压缩的气态介质；以及另一个压缩级，设置在第一压缩级的上游并且设置成用于将导入的气态介质预压缩到在2bar至6bar的压力。压缩到在2bar至6bar的压力。压缩到在2bar至6bar的压力。

【技术实现步骤摘要】
多级压缩装置、用于提供压缩的气态氢的系统以及燃料站


[0001]本技术涉及一种多级压缩装置。此外本技术还涉及一种用于提供压缩的气态氢的系统以及一种燃料站，所述燃料站具有根据本技术的多级压缩装置。

技术介绍

[0002]传统的用于给车辆加注汽油和柴油的燃料站是充分已知的。此外还已知这样的燃料站，在所述燃料站中给所谓的天然气车辆加注压缩的天然气，所述天然气在400bar至1000bar的压力下存在。这里天然气大部分以高达1000bar 的压力存储在设置在地下的存储罐中并且供应给要加注的车辆。
[0003]此外，最近越来越多地实现了加氢站，在所述加氢站中可以给相应改型的车辆或新型燃料电池车辆加注气态和/或液态的氢。在这种下面也称为加氢站的燃料站中，通过适当的加注连接器将气态和/或液态的氢转移到要加注的车辆中。
[0004]越来越多的车辆制造商推出了通过气态燃料，如天然气、液化石油气或氢驱动的机动车辆。这其中不仅包括轿车，而且也包括大客车、载重车和叉车。伴随着利用压缩气体运行的车辆数量的增长，燃料站的数量、特别是加氢站的数量同样增长。加氢站较多地由个人用户使用。由于氢与天然气或液化石油气相比较高的压力和较低的温度，特别是对于加注氢有必要重新开发加注方法和另外的装置。但此外，必须将用于氢的成本保持尽可能低，以便相较于其他燃料提高接受度。这意味着，也必须保持用于燃料站的投资成本较低。
[0005]已经存在这样的加氢站，在所述加氢站处以高达700bar的压力实现给车辆加注气态氢。为了能够前后相继地和/或同时地对多个车辆进行加注，通常使用这样的加注方法，在所述加注方法中，将大量处于压力下的气态氢临时存储在压力缓冲器中。此外，所设置的压缩机系统必须这样设计尺寸或设计，使得可以确保实现所需的体积流。
[0006]在气体工业中，也已知各种类型的活塞压缩机或膜式压缩机。这里，特别是活塞驱动的压缩机有这样的问题，即，这种压缩机具有密封件或双密封件，所述密封件或双密封件跟随活塞的运动并且相应地受到强烈的载荷。一旦密封件丧失密封性，则压缩机不再正常工作并且必须进行检修。在活塞压缩机中，由于这种泄漏产生的损失在约百分之三的范围内。这意味着，3％的经压缩的介质量经由密封件损失，这构成很大的成本因素。此外必要的是，探测可能的泄漏，如果没有识别到所述泄漏，这种泄漏可能对于环境构成风险。膜式压缩机替代活塞使用较大的膜片。所述膜式压缩机仅在能非常低的压力下才能启动并且仅能产生很小的振动或行程。这里，膜片中的微小裂缝很难识别，这同样可能导致泄漏。两种系统都具有快速运动的密封方案的问题，这使得密封件受到极大的载荷。这种压缩机的维修期是耗时的，因为压缩机与气体(氢)处于接触中。
[0007]此外，活塞压缩机多数通过压缩空气或液压油驱动。由于压缩机内部中的热膨胀，要压缩的气体、特别是氢发生升温并且必须对其进行冷却，这是极为耗能的。
[0008]在膜式压缩机中，其中设有膜片的头部非常沉重，从而维护是非常耗时的，并且膜式压缩机需要很多空间。必须设定特殊的箱式方案并且压缩机上方的空间不能得到利用，
因为这个空间对于维护是必需的。膜式压缩机是敏感的并且每天仅应运行或启动少数几次(每天少于3至5次)，这使得膜式压缩机的控制设计极为不灵活。在具有交变的加注循环的燃料站中这是不可能的。如果膜式压缩机仅以极低的频度启动，就是说，在持续运行中工作，则膜式压缩机具有高使用寿命。出于这个原因，所述膜式压缩机通常在压缩机全天运行的工业中使用。
[0009]相应地目前已知的活塞压缩机和膜式压缩机只能有条件地用于在具有交变的且短的加注循环的燃料站、特别是加氢站中的使用场合。
[0010]此外，已知的专门设定成用于给车辆加氢的燃料站需要很多冷却能。给轿车加注例如要求对加注塔中的气体(氢)进行
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40℃的预冷却。在
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40℃下，在车辆的燃料箱系统不会发生过热的情况下，在约3
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5分钟之内能够给车辆加注约5kg的氢量。
[0011]所述车辆通常直接由压缩机进行加注或者形成具有环境温度的高压组件。对于需要更多氢的重载应用，如例如40吨载重车，必须将加注流量从如例如对于轿车的60克/秒提高到120克/秒，或者甚至提高到180克/秒。但这意味着，必须已对气体或氢进行更强的冷却并且需要更多的冷却能。
[0012]如上面已经简短地提及的那样，在压缩气体时，特别是在压缩氢时，压缩装置(压缩机)的密封性是很大的问题。氢是现有的最小分子，这使得保证压缩装置和整个加氢站的密封性变得困难。如果所述系统、特别是压缩装置不密封，则在发生泄漏时存在很大的风险。在已知的通过活塞或膜式压缩机进行的压缩中，氢会变得很热，因此必须设置冷却器，所述冷却器对经压缩或加压的气体(氢)进行冷却。对于具有多个级的较大压缩机，有时必须在单个压缩级之间对氢进行再冷却，以便避免氢升温到临界范围。这使得压缩级复杂化，因为还必须附加地设置冷却循环。
[0013]由于在压缩气体(氢)之后要进行必要的冷却，已知的加氢站的能耗非常高。在氢的传统压缩中，用于冷却经压缩的氢的能量用量与实际压缩氢所需的能量接近相同。
[0014]为了满足上面所述的涉及压缩氢的可获得性、特别是涉及提高的加注流量的新要求，DE 10 2009 039 645 A1例如提出了一种用于用压缩氢填充存储容器的布置系统，所述布置系统具有：a)至少一个储备容器，所述储备容器用于以液态和/或气态存储氢；b)至少一个低温泵和/或至少一个压缩机，所述低温泵或压缩级用于压缩存储在所述储备容器中的氢；c)至少一个高压存储容器，所述高压存储容器用于临时存储经压缩的氢；以及d)管道系统，通过所述管道系统从储备容器和/或高压存储容器将氢供应给要填充的存储容器，其中给所述高压存储容器配设用于冷却和/或加热的装置。
[0015]如在同样教导了一种加氢站的DE 10 2016 009 672 A1中记载的那样，在存放液态氢时存在汽化气体的问题。DE 10 2016 009 672 A1提出，将存储罐的汽化气体导出并将其用于冷却管道。液态氢的制造是能耗极高的，相应地，由于汽化效应会明显对这种加氢站的效率产生不利影响。由于氢较低的温度，液态氢向加氢站的运输也设计得极为复杂。
[0016]此外，为了降低氢的制造成本，最近还在寻找新的制造可能性。这里，特别是已知的氯碱电解被视为有很大的前景，因为这种方法在工业上已经大规模地运行，以用于制造氯和氢氧化钠，由氯化钠和水制作氯和氢氧化钠。但目前为止，在这种工艺中，氢仅被视为干扰性的副产物，这种副产物会不必要地提高特别是在防爆方面的安全性标准，目前为止没有实现经济上的优点。这种情况的原因主要在于，氢在实施氯碱电解时在极低的、约为
1.2bar的压力下形成，目前为止，这使得有必要在技术上复杂地将低压氢压缩/加压到经济上合理的、 30bar至300bar的压力范围。这里，技术上的难度特别是在于在极低的压力水平下存在大体积流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级压缩装置(100)，用于压缩气态介质，其特征在于，所述多级压缩装置包括：至少一个缓冲存储器(1)，所述缓冲存储器设置成用于，临时存储要压缩的气态介质，第一压缩级(120)，所述第一压缩级包括：至少两个压力容器(121、122)，以及管道系统，所述管道系统用于将要压缩的气态介质供应到所述至少两个压力容器中以及将经压缩的气态介质从所述至少两个压力容器(121、122)中导出，其中所述至少两个压力容器(121、122)分别设有至少一个液体供应管道(123、124)，通过所述液体供应管道能够将工作介质(A)导入相应的压力容器(121、122)中，以便通过增大工作介质(A)的存在于所述压力容器(121、122)中的液体体积将所述压力容器(121、122)中的要压缩的气态介质压缩到预定的第一压力，以及其中能通过一个共同的或两个独立的液体泵(125A、125B)给所述至少两个压力容器(121、122)供应工作介质(A)，并且在完成压缩过程之后能通过相同的液体泵(125A、125B)或者另外的液体泵将所述工作介质(A)从所述至少两个压力容器(121、122)中泵出，至少一个中间存储器(2)，所述中间存储器设置成用于，临时存储通过第一压缩级(120)压缩的气态介质，以及另一个压缩级，所述另一个压缩级设置在第一压缩级(120)的上游并且设置成用于，压缩导入的气态介质，其中所述第一压缩级(120)设置成用于，在完成压缩过程之后将工作介质(A)从所述至少两个压力容器(121、122)中的一个压力容器泵送到所述至少两个压力容器(121、122)中的另一个压力容器中，以便执行另一个压缩过程。2.根据权利要求1所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述气态介质是氢。3.根据权利要求1所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述工作介质(A)是压缩液体。4.根据权利要求1所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述另一个压缩级是低压压缩级。5.根据权利要求1所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述另一个压缩级设置在第一压缩级(120)的上游并且设置成用于，在1:1.5至1:3的范围内压缩导入的气态介质，压缩到在2bar至6bar的压力。6.根据权利要求1至5中任一项所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述多级压缩装置还具有第二压缩级(140)，所述第二压缩级设置在第一压缩级(120)的下游，所述第二压缩级具有：压缩装置(141)，所述压缩装置设置成用于，将通过第一压缩级(120)压缩的气态介质压缩到预定的第二压力。7.根据权利要求6所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述第二压缩级(140)设置成用于，在1:10至1:100的范围内压缩通过第一压缩级(120)预压缩的气态介质。8.根据权利要求6所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述第二压缩级(140)设置成用于，在1:10至1:100的范围内压缩通过第一压缩级(120)预压缩的气态介质，从预定的第一压力压缩到在100bar至1000bar的范围内的预定的第二压力。9.根据权利要求6所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述第二压缩级(140)设置
成用于，在1:10至1:100的范围内压缩通过第一压缩级(120)预压缩的气态介质，从预定的第一压力压缩到在300bar至500bar的范围内的预定的第二压力。10.根据权利要求1至5中任一项所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述多级压缩装置此外还具有除湿装置，所述除湿装置设置成用于，对通过所述第一压缩级(120)压缩的气态介质进行除湿。11.根据权利要求1至5中任一项所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述第一压缩级(120)设置成用于，在1:10至1:40的范围内压缩所供应的气态介质。12.根据权利要求1至5中任一项所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述第一压缩级(120)设置成用于，在1:10至1:40的范围内压缩所供应的气态介质，从在1bar至2bar的范围内的压力压缩到在10bar至50bar的范围内的预定的第一压力。13.根据权利要求1至5中任一项所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述第一压缩级(120)设置成用于，在1:10至1:40的范围内压缩所供应的气态介质，特别是从在1bar至2bar的范围内的压力压缩到30bar的预定的第一压力。14.根据权利要求1至5中任一项所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述第一压缩级(120)的所述至少两个压力容器(121、122)构造成钢容器。15.根据权利要求14所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述钢容器是构造成由PN40制成的钢容器。16.根据权利要求14所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述第一压缩级(120)的所述至少两个压力容器(121、122)具有5000升至100000升的容积。17.根据权利要求14所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述第一压缩级(120)的所述至少两个压力容器(121、122)具有20000升至60000升的容积。18.根据权利要求1至5中任一项所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述第一压缩级(120)的所述至少两个压力容器(121、122)构造成球状存储器、圆柱状存储器或管式存储器。19.根据权利要求1至5中任一项所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述另一个压缩级构造成径向压缩机、鼓风机/风机压缩机、螺旋式压缩机、涡轮压缩机或燃气涡轮压缩机。20.根据权利要求19所述的多级压缩装置(100)，其特征在于，所述另...

【专利技术属性】
技术研发人员：简，
申请(专利权)人：阿尔戈股份有限公司，
类型：新型
国别省市：