EP4484748A1 - Notstartfähige industriekompressorbaueinheit - Google Patents

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EP4484748A1
EP4484748A1 EP23182266.9A EP23182266A EP4484748A1 EP 4484748 A1 EP4484748 A1 EP 4484748A1 EP 23182266 A EP23182266 A EP 23182266A EP 4484748 A1 EP4484748 A1 EP 4484748A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressor
emergency
drive motor
industrial
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP23182266.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gregor Bruhn
Florian Slawski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JP Sauer and Sohn Machinenbau GmbH
Original Assignee
JP Sauer and Sohn Machinenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JP Sauer and Sohn Machinenbau GmbH filed Critical JP Sauer and Sohn Machinenbau GmbH
Priority to EP23182266.9A priority Critical patent/EP4484748A1/de
Priority to PCT/EP2024/068324 priority patent/WO2025003449A1/de
Publication of EP4484748A1 publication Critical patent/EP4484748A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/06—Mobile combinations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric

Definitions

  • the invention relates to an emergency-startable industrial compressor assembly, which comprises an industrial compressor and an associated drive motor.
  • compressors In industrial applications and also in shipping, powerful compressors, i.e. industrial compressors, are used to provide compressed gases or compressed air for entire systems, especially at pressures greater than 30 bar.
  • Such compressors can, for example, be designed as piston compressors, which are driven by a connected drive motor.
  • compressors are required which can run and start even in the event of a power failure, i.e. which are designed to be emergency-startable.
  • large diesel engines which are started using compressed air are used on ships and in emergency power generators.
  • Such an emergency-startable industrial compressor could be used to provide the compressed air required to start the diesel engine in such applications.
  • These internal combustion engines can in turn be designed in such a way that they have an electric starter with a starter battery or can also be equipped with a manual starter device so that they can be started independently of a mains power supply.
  • the Combustion engines must offer sufficient power, but must also be safe to start. For such applications, it is becoming increasingly difficult to find suitable combustion engines to drive such a compressor, particularly due to stricter emissions regulations.
  • the emergency start-up capable industrial compressor assembly is intended for use in industrial applications or on ships and has a compressor in the form of an industrial compressor.
  • An industrial compressor in the sense of this invention is therefore also a compressor that can be used in shipbuilding or on ships.
  • the compressor has an output pressure of more than 30 bar and preferably a flow rate of more than 10 m 3 /h and is suitable for supplying larger systems, such as industrial systems, building complexes, diesel engines or ships, with compressed air.
  • the industrial compressor assembly also has a drive motor which is connected to the compressor. According to the invention, the drive motor is an AC motor. Such a motor can provide sufficient power to drive a larger compressor.
  • the compressor and the electric drive motor are arranged on a common carrier device so that both are combined in an easily transportable assembly.
  • At least one electric accumulator or battery is additionally arranged on the carrier device.
  • This accumulator is thus part of the structural unit and can be transported together with the drive motor and the compressor.
  • an electric inverter is arranged on the carrier device, which is designed to convert direct current or direct voltage provided by the accumulator into the alternating current or alternating voltage required to supply power to the electric drive motor.
  • This inverter is therefore an inverter, in particular an electronic inverter.
  • the electric drive motor preferably has an output greater than 4 kW, more preferably greater than 6 kW or greater than or equal to 8 kW. In this way, a large industrial compressor can be driven.
  • the electric drive motor can be a single-phase AC motor or a three-phase AC motor, i.e. a three-phase motor, which in particular provides such a high power as described above.
  • three inverters can be arranged on the carrier device or be part of the industrial compressor assembly in order to provide a three-phase alternating voltage for operating a three-phase motor or three-phase alternating current motor as a drive motor.
  • a three-phase Inverter can be used for a three-phase AC motor.
  • the at least one battery preferably has a capacity of more than 6 kWh, more preferably more than 10 kWh.
  • the battery can have several battery modules. With an electric drive motor of the aforementioned size, the compressor can run for one hour with one battery charge. However, it should be understood that the at least one battery can also be configured with a larger capacity in order to achieve a longer running time.
  • the compressor can be a single-stage or multi-stage compressor, for example a two-stage or three-stage compressor, depending on which output pressure is to be achieved. As described, the invention provides for an output pressure of greater than 30 bar. In a special embodiment, the compressor can also be designed to provide an output pressure of greater than 220 bar.
  • the compressor is preferably a piston compressor with one or more stages. The pistons of the multiple stages are preferably driven by the drive motor via a common crankshaft.
  • At least one control cabinet is arranged on the carrier device, in which the at least one inverter and/or the at least one battery are arranged. If several inverters are present, as described above, these are preferably arranged together in a control cabinet.
  • the control cabinet has a cooling device or cooling air duct for cooling the inverters.
  • the battery and inverter or batteries and inverter can be arranged in the same control cabinet. This simplifies the electrical connections, since these can be carried out inside the control cabinet.
  • a control device which controls the drive motor and preferably the at least one inverter and possibly other components of the battery.
  • a control device is preferably arranged in the control cabinet mentioned, i.e. preferably in a control cabinet in which the inverter(s) and the at least one battery are also arranged. In this way, all the necessary electrical and communication connections can be made inside the control cabinet.
  • the control device preferably has an operating panel which can be arranged on the outside of the control cabinet or can be accessible from the outside of the control cabinet in order to be able to make any necessary settings from the outside and to be able to read operating states on suitable display devices or displays.
  • the control device can have further communication interfaces in order to be able to communicate with other external systems or automation devices or to be able to be controlled or adjusted remotely.
  • a network connection preferably also an Internet connection, can be provided for this purpose.
  • the industrial compressor unit can be designed in a special embodiment as a marine compressor unit for use on ships.
  • the electrical components of the industrial compressor unit, in particular a drive motor and a control cabinet, as described above, are designed according to a special embodiment in such a way that they meet the protection class EP54 and more preferably the requirement according to the DNV classification for use on ships.
  • This means that the control cabinet and the drive motor are sealed against moisture, so that they can also be used in a damp environment, such as those found on ships.
  • suitable seals can be provided on the housing parts and, preferably, air inlets in the control cabinet for cooling and ventilation that are protected against the ingress of water.
  • air inlets can have filter mats on the inlet openings, for example, to keep water or moisture out.
  • the industrial compressor assembly also has a mains power connection and at least one charging device connected to it, which is designed to charge the at least one battery.
  • the required conversion of alternating current or three-phase current into direct current for the battery(s) can be carried out by the same inverter or inverters that are used to provide the power supply for the drive motor. This means that the same inverters are preferably used to charge and discharge the at least one battery.
  • the mains power connection serves to be able to connect the industrial compressor assembly to a power grid, via which the at least one battery is charged.
  • a control device is preferably present, which is designed such that it always keeps the batteries at a certain charge level, preferably fully charged, when the mains power supply is present, in order to guarantee a sufficient charge level of the at least one battery in the event of a failure of the mains power supply, which enables the compressor to operate.
  • the control device is designed such that it can switch the power supply of the electric drive motor between a supply via the mains power connection and a power supply via the at least one battery, preferably without interruption. This makes it possible to operate the compressor with mains power as long as the mains power connection supplies power, and to ensure supply via the battery only in the event of a mains power failure.
  • the control device is preferably designed as described above, so that the battery is always kept on standby with a desired minimum charge level. An uninterrupted power supply can be advantageous for safety-relevant facilities in which a failure of the compressor operation must be safely avoided.
  • the mains power connection is particularly preferably designed in such a way that it is possible to supply power to the drive motor while simultaneously charging the battery.
  • the connected load of the mains power connection is designed in such a way that the charging of at least one battery and the operation of the drive motor can take place in parallel. This makes it possible to recharge the at least one battery, for example after a power failure, while the compressor is still running.
  • the carrier device described is designed as a frame structure made of steel. Such a frame can be formed from steel profiles which are screwed or welded together. This creates a stable carrier device on which all components are mounted.
  • the carrier device is so rigid that it can support a heavy industrial compressor, the high weight of the battery(s) and the drive motor.
  • the carrier device is preferably equipped with receptacles for lifting or transport means, for example eyelets for attaching lifting devices, and/or designed so that it can be lifted and transported with the fork of a forklift truck.
  • the emergency-startable industrial compressor unit is designed so that the compressor is designed as a starting air compressor for a diesel engine.
  • the emergency-startable industrial compressor unit makes it possible to ensure that the diesel engine starts safely even if an external power supply fails. This can be the case, for example, on ships in the event of a total failure of the drive engine or in emergency power supplies, for example for hospitals or nuclear power plants.
  • the industrial compressor unit is designed as a ship compressor unit, preferably as a starting compressor unit for a ship engine.
  • the industrial compressor unit shown has a support device 2 in the form of a frame made of steel profiles.
  • a compressor 4 with an electric drive motor 6 is arranged on this support device 2.
  • the compressor 4 is a multi-stage piston compressor, which generates an output pressure greater than 30 bar and a flow rate greater than 10 m 3 /h.
  • the electric drive motor 6 in this embodiment is a three-phase AC motor, ie a three-phase motor.
  • a control cabinet 8 is arranged on the support device 2 to accommodate the additional electrical or electronic components.
  • the control cabinet 8 has a control panel 10, which can be designed as a touch-sensitive screen, for example.
  • the control cabinet also has ventilation openings 12 and 14, with the ventilation openings 12 being used for intake and the ventilation openings 14 for air outlet. Accordingly, the outlet ventilation openings 14 are arranged at the top and the inlet ventilation openings 12 at the bottom.
  • the ventilation openings 12, 14 are designed in such a way that water cannot penetrate into the control cabinet. Suitable filter mats can be arranged in the ventilation openings 12, 14 for this purpose. Protection class IP54 is preferably achieved in this way.
  • a battery 16 is arranged in the control cabinet 8, which consists of a large number of battery cells and can also be modularly composed of several battery modules.
  • the battery 16 is connected via a direct current connection 18 to an inverter device, which has the three-phase output 20 with the three phases L1, L2 and L3, which is connected to the electric drive motor 6 to supply power to it.
  • three inverters 20 are designed as single-phase inverters and are connected together in order to provide the three-phase current on the output side at the three-phase output 20. It is to be understood that instead of three inverters 22, a single inverter 22 could also be provided, which directly provides the required three-phase current at the output 20.
  • the inverters 22 are also connected to an alternating current connection 24 in the form of a mains connection. Instead of an alternating current connection A three-phase connection could also be provided for 24.
  • the inverters 22 are designed in such a way that they can also supply the three-phase output 20 with energy via the alternating current connection 24 in order to operate the electric drive motor 6.
  • the compressor 4 can thus also be supplied with mains power from the alternating current connection 24.
  • the inverters 22 are designed such that they can provide the required direct voltage at the direct current connection 18 in order to charge the at least one battery 16.
  • a battery management system 26 is arranged between the direct current connection 18 and the battery 16, which controls the charging and discharging of the battery 16.
  • the control is carried out via a control device 28, which is connected to the battery management system 26 and to the inverters 22 and the control panel 10 for control purposes.
  • the control device 28 is designed such that if the mains power at the alternating current connection 24 fails, it switches the power supply largely without interruption to a supply via the battery 16 and thus provides the power required to operate the electric drive motor 6 at the three-phase output 20 via the inverters 22 without interruption.
  • the electric drive motor 6 can be operated with mains power as described.
  • the battery 16 can be charged via the battery management system 26. In this way, continuous operation of the compressor 4 to supply a system 30 with compressed air or compressed gas can be ensured.
  • the compressor 4 can also be started only when required. This can be done via the control device 28 by making appropriate settings on the control panel 10.
  • the control device 28 can also have a communication interface via which the external systems, for example to remotely receive a command to switch on the compressor 4. Then, depending on whether power is available from the AC connection 24 or not, the electric drive motor 6 can be supplied with energy either via the AC connection 24 or via the battery 16.
  • the electric drive motor 6 is also dimensioned accordingly large, having an electrical drive power of, for example, 8 kW.
  • the battery 16 is preferably dimensioned such that it has a capacity of 12 kWh, so that the compressor 4 can be operated for at least one hour in battery mode. This may be necessary, for example, in order to be able to provide the required amount of compressed air for starting a ship's diesel engine.
  • such an industrial compressor unit could also be used, for example, for a safe, uninterrupted supply of compressed air in industrial plants, for example in power plants, or for starting large stationary diesel engines, such as those used in emergency power generators.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine notstartfähige Industriekompressorbaueinheit mit einem Kompressor (4) in Form eines Industriekompressors, der einen Ausgangsdruck größer 30 bar bereitstellt, sowie einem mit dem Kompressor (4) verbunden Antriebsmotor (6), wobei der Antriebsmotor (6) ein Wechselstrommotor (24) ist, Kompressor (4) und der elektrische Antriebsmotor (6) auf einer gemeinsamen Trägereinrichtung (2) angeordnet sind, und dass auf dem Trägereinrichtung (2) zusätzlich zumindest ein elektrischer Akku (16) sowie zumindest ein elektrischer Inverter (22) angeordnet sind, welcher dazu ausgebildet ist, von dem Akku (16) bereitgestellten Gleichstrom in den für die Stromversorgung des elektrischen Antriebsmotors (6) erforderlichen Wechselstrom zu wandeln.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine notstartfähige Industriekompressorbaueinheit, welche einen Industriekompressor sowie einen zugehörigen Antriebsmotor aufweist.
  • In industriellen Anwendungen und auch in der Schifffahrt werden leistungsstarke Kompressoren, d.h. Industriekompressoren verwendet, um für ganze Anlagen Druckgase oder Druckluft bereitzustellen, insbesondere mit Drücken größer 30 bar. Derartige Kompressoren können beispielsweise als Kolbenkompressoren ausgebildet sein, welche durch einen angebundenen Antriebsmotor angetrieben werden.
  • In speziellen Anwendungen, beispielsweise auf Schiffen, sicherheitsrelevanten Anlagen oder auch für große Notstromaggregate, sind Kompressoren erforderlich, welche auch bei Stromausfall laufen und starten können, d.h. welche notstartfähig ausgebildet sind. Beispielsweise werden auf Schiffen und in Notstromaggregaten große Dieselmotoren verwendet, welche mit Hilfe von Druckluft gestartet werden. Ein solcher notstartfähiger Industriekompressor könnte eingesetzt werden, um in solchen Anwendungen die erforderliche Druckluft zum Starten des Dieselmotors bereitzustellen. Um eine solche Industriekompressorbaueinheit ohne Stromzufuhr in Betrieb nehmen zu können, ist es bekannt, derartige Kompressoren mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsmotor auszuschalten. Diese Verbrennungsmotoren wiederum können so ausgebildet sein, dass sie einen Elektrostarter mit einer Starterbatterie aufweisen oder auch mit einer Handstarteinrichtung ausgestattet sind, sodass sie sich unabhängig von einer Netzstromzufuhr starten lassen. Die Verbrennungsmotoren müssen zum einen eine ausreichende Leistung bieten, zum anderen aber auch sicher zu starten sein. Für derartige Anwendungen ist es insbesondere wegen strengerer Abgasvorschriften zunehmend problematisch, geeignete Verbrennungsmotoren zum Antrieb eines solchen Kompressors zu finden.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung eine notstartfähige Industriekompressorbaueinheit bereitzustellen, welche einen zuverlässigen Kompressorbetrieb und Start unabhängig von einer Netzstromzufuhr ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine notstartfähige Industriekompressorbaueinheit mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Die erfindungsgemäße notstartfähige Industriekompressorbaueinheit ist vorgesehen für den Einsatz in industriellen Anwendungen oder auf Schiffen und weist einen Kompressor in Form eines Industriekompressors auf. Ein Industriekompressor im Sinne dieser Erfindung ist somit auch ein im Schiffbau bzw. auf Schiffen verwendbarer Kompressor. Der Kompressor weist einen Ausgangsdruck größer 30 bar und vorzugsweise einen Durchfluss größer 10 m3/h auf und ist dafür geeignet, größere Anlagen, wie z.B. industrielle Systeme, Gebäudekomplexe, Dieselmotoren oder Schiffe mit Druckluft zu versorgen. Die Industriekompressorbaueinheit weist ferner einen Antriebsmotor auf, welcher mit dem Kompressor verbunden ist. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Antriebsmotor um einen Wechselstrommotor. Ein solcher Motor kann eine ausreichende Leistung bereitstellen, mit welcher sich ein größerer Kompressor antreiben lässt. Der Kompressor und der elektrische Antriebsmotor sind auf einer gemeinsamen Trägereinrichtung angeordnet, sodass beide in einer leicht zu transportierenden Baueinheit vereinigt sind. Ferner ist auf der Trägereinrichtung zusätzlich zumindest ein elektrischer Akku bzw. eine elektrische Batterie angeordnet. Dieser Akku ist somit Teil der Baueinheit und gemeinsam mit dem Antriebsmotor und dem Kompressor transportabel. Darüber hinaus ist an der Trägereinrichtung ein elektrischer Inverter angeordnet, welcher dazu ausgebildet ist, von dem Akku bereitgestellten Gleichstrom bzw. eine von dem Akku bereitgestellte Gleichspannung in den für die Stromversorgung des elektrischen Antriebsmotors erforderlichen Wechselstrom bzw. in eine erforderliche Wechselspannung zu wandeln. Bei diesem Inverter handelt es sich somit um einen Wechselrichter, insbesondere einen elektronischen Wechselrichter. Durch die Integration aller diesen Komponenten in eine Baueinheit wird somit eine Industriekompressorbaueinheit geschaffen, welche netzunabhängig betrieben werden kann, d.h. bei welcher der Kompressor von einem elektrischen Antriebsmotor angetrieben werden kann, der seine elektrische Energie aus einem in die Baueinheit integrierten Akku bezieht.
  • Der elektrische Antriebsmotor hat bevorzugt eine Leistung größer 4 kW, weiter bevorzugt größer 6 kW oder größer oder gleich 8 kW. Auf diese Weise lässt sich ein großer Industriekompressor antreiben.
  • Der elektrische Antriebsmotor kann ein einphasiger Wechselstrommotor oder auch ein dreiphasiger Wechselstrommotor, d.h. ein Drehstrommotor sein, welcher insbesondere eine derart große Leistung, wie sie vorangehend beschrieben wurde, bereitstellt.
  • In einer besonderen Ausführungsform können drei Inverter an der Trägereinrichtung angeordnet sein bzw. Teil der Industriekompressorbaueinheit sein, um eine dreiphasige Wechselspannung zum Betrieb eines Drehstrommotors bzw. dreiphasigen Wechselstrommotors als Antriebsmotor bereitzustellen. Alternativ könnte jedoch auch ein dreiphasiger Inverter für einen Dreiphasen-Wechselstrommotor verwendet werden.
  • Der zumindest eine Akku weist vorzugsweise eine Kapazität größer 6 kWh, weiter bevorzugt größer 10 kWh auf. Der Akku kann dazu mehrere Akku- bzw. Batteriemodule aufweisen. Bei einem elektrischen Antriebsmotor der zuvor genannten Größenordnung kann eine Laufzeit des Kompressors von einer Stunde mit einer Akkuladung realisiert werden. Es ist jedoch zu verstehen, dass der zumindest eine Akku auch mit größerer Kapazität konfiguriert sein kann, um eine längere Laufzeit zu erreichen.
  • Bei dem Kompressor kann es sich um einen ein- oder mehrstufigen Kompressor, beispielsweise einen zwei- oder dreistufigen Kompressor handeln, abhängig davon, welcher Ausgangsdruck erzielt werden soll. Wie beschrieben, ist erfindungsgemäß ein Ausgangsdruck größer 30 bar vorgesehen. In spezieller Ausgestaltung kann der Kompressor auch so ausgebildet sein, dass ein Ausgangsdruck größer 220 bar bereitgestellt wird. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kompressor um einen Kolbenkompressor mit einer oder mehreren Stufen. Dabei werden die Kolben der mehreren Stufen vorzugsweise über eine gemeinsame Kurbelwelle von dem Antriebsmotor angetrieben.
  • Vorzugsweise ist an der Trägereinrichtung zumindest ein Schaltschrank angeordnet, in welchen der zumindest eine Inverter und/oder der zumindest eine Akku angeordnet sind. Sind mehrere Inverter vorhanden, wie es oben beschrieben wurde, sind diese vorzugsweise gemeinsam in einem Schaltschrank angeordnet. Der Schaltschrank weist gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine Kühleinrichtung oder Kühlluftführung zur Kühlung der Inverter auf. In einer besonderen Ausführungsform können Akku und Inverter bzw. Akkus und Inverter in demselben Schaltschrank angeordnet sein. Dies vereinfacht die elektrischen Verbindungen, da diese im Inneren des Schaltschrankes ausgeführt werden können.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuereinrichtung vorhanden, welche den Antriebsmotor und vorzugsweise den zumindest einen Inverter und ggf. weitere Komponenten des Akkus steuert. Bevorzugt ist eine solche Steuereinrichtung in den genannten Schaltschrank angeordnet, d.h. bevorzugt in einem Schaltschrank, in dem auch der oder die Inverter und der zumindest eine Acku angeordnet sind. So können alle erforderlichen elektrischen und Kommunikationsverbindungen im Inneren des Schaltschranks ausgeführt werden. Die Steuereinrichtung weist bevorzugt ein Bedienpanel auf, welches an der Außenseite des Schaltschranks angeordnet sein kann bzw. von der Außenseite des Schaltschranks her zugänglich sein kann, um ggf. erforderliche Einstellungen von außen vornehmen zu können sowie auf geeigneten Anzeigeeinrichtungen oder Displays Betriebszustände ablesen zu können. Die Steuereinrichtung kann weitere Kommunikationsschnittstellen aufweisen, um mit anderen externen Anlagen oder Automationseinrichtungen kommunizieren zu können oder aus der Ferne steuer- bzw. einstellbar zu sein. Hierzu kann insbesondere eine Netzwerkanbindung, vorzugsweise auch eine Internetanbindung vorgesehen sein.
  • Die Industriekompressorbaueinheit kann in einer besonderen Ausfürungsform als Schiffskompressorbaueinheit für den Einsatz auf Schiffen ausgebildet sein. Die elektrischen Komponenten der Industriekompressorbaueinheit, insbesondere ein Antriebsmotor und ein Schaltschrank, wie sie vorangehend beschrieben wurden, sind gemäß einer besonderen Ausführungsform so ausgestaltet, dass sie die Schutzklasse EP54 und weiter bevorzugt die Anforderung nach der DNV-Klassifikation für den Einsatz auf Schiffen erfüllen. D.h. der Schaltschrank und der Antriebsmotor sind gegen Feuchtigkeit gedichtet, sodass sie auch in feuchter Umgebung, wie sie beispielsweise auf Schiffen herrschen, eingesetzt werden dürfen. Dazu können an den Gehäuseteilen geeignete Dichtungen und im Schaltschrank vorzugsweise Luftzuführungen für die Kühlung und Belüftung vorhanden sein, die gegen eindringendes Wasser geschützt sind. Solche Luftzuführungen können an den Eintrittsöffnungen z.B. Filtermatten aufweisen, um Wasser bzw. Feuchtigkeit zurückzuhalten.
  • Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung weist die Industriekompressorbaueinheit darüber hinaus einen Netzstromanschluss und zumindest eine mit diesem verbundene Ladeeinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Akku zu laden. Die erforderliche Umwandlung von Wechselstrom bzw. Drehstrom in Gleichstrom für den oder die Akkus kann von demselben Inverter oder denselben Invertern durchgeführt werden, welche dazu genutzt werden, die Stromversorgung für den Antriebsmotor bereitzustellen. D.h. bevorzugt werden dieselben Inverter zum Laden und zum Entladen des zumindest einen Akkus genutzt. Gemäß dieser ersten Option dient der Netzstromanschluss dazu, die Industriekompressorbaueinheit an ein Stromnetz anschließen zu können, über welches der zumindest eine Akku geladen wird. Bevorzugt ist eine Steuereinrichtung vorhanden, welche so ausgestaltet ist, dass sie bei vorhandener Netzstromzufuhr die Akkus stets auf einem bestimmten Ladezustand, vorzugsweise vollständig geladen hält, um bei Ausfall der Netzstromversorgung einen ausreichenden Ladezustand des zumindest einen Akkus zu garantieren, welcher den Betrieb des Kompressors ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass sie die Stromversorgung des elektrischen Antriebsmotors zwischen einer Versorgung über den Netzstromanschluss und eine Stromversorgung über den zumindest einen Akku umschalten kann, vorzugsweise unterbrechungsfrei umschalten kann. Dies ermöglicht es, den Kompressor, solange der Netzstromanschluss Strom liefert, mit Netzstrom zu betreiben und nur für den Fall eines Ausfalls des Netzstroms, die Versorgung über den Akku sicherzustellen. Gleichzeitig ist die Steuereinrichtung bevorzugt so ausgebildet wie es vorangehend beschrieben wurde, sodass der Akku stets in Bereitschaft mit einem gewünschten minimalen Ladeniveau gehalten wird. Eine unterbrechungsfreie Stromzufuhr kann für sicherheitsrelevante Einrichtungen vorteilhaft sein, in denen ein Ausfall des Kompressorbetriebs sicher vermieden werden muss.
  • Besonders bevorzugt ist der Netzstromanschluss derart ausgelegt, dass eine Stromversorgung des Antriebsmotors bei gleichzeitigem Laden des Akkus möglich ist. D.h. die Anschlussleistung des Netzstromanschlusses ist so ausgelegt, dass das Laden des zumindest einen Akkus und der Betrieb des Antriebmotors parallel erfolgen kann. Dies ermöglicht es, den zumindest einen Akku z.B. nach einem Stromausfall im laufenden Betrieb des Kompressors wieder aufzuladen.
  • Die beschriebene Trägereinrichtung ist in einer möglichen Ausgestaltung als eine Rahmenstruktur aus Stahl ausgebildet. Ein solcher Rahmen kann aus Stahlprofilen gebildet werden, welche miteinander verschraubt oder miteinander verschweißt sind. So wird eine stabile Trägereinrichtung geschaffen, auf der alle Komponenten montiert sind. Insbesondere ist die Trägereinrichtung derart steif, dass sie einen schweren Industriekompressor, das hohe Gewicht des oder der Akkus sowie des Antriebsmotors tragen kann. Die Trägereinrichtung ist vorzugsweise mit Aufnahmen für Hebe- oder Transportmittel ausgestattet, beispielsweise Ösen zum Befestigen von Hebezeugen, und/oder so ausgebildet, dass sie mit der Gabel eines Gabelstaplers angehoben und transportiert werden kann.
  • In besonderer Ausgestaltung ist die notstartfähige Industriekompressorbaueinheit so ausgebildet, dass der Kompressor als Startluftkompressor für einen Dieselmotor ausgestaltet ist. Dies ermöglicht eine spezielle Anwendung der Industriekompressorbaueinheit beispielsweise in Notstromaggregaten oder auf Schiffen, bei welchen Druckluft zum Start von großen Dieselmotoren benötigt wird. Die erfindungsgemäße notstartfähige Industriekompressorbaueinheit ermöglicht in solchen Anwendungen den Start des Dieselmotors sicher auch bei Ausfall einer äußeren Stromversorgung zu gewährleisten. Dies kann beispielsweise auf Schiffen bei Totalausfall der Antriebsmaschine oder bei Notstromversorgungen beispielsweise für Krankenhäuser oder Kernkraftwerke der Fall sein. So ist die Industriekompressorbaueinheit in einer speziellen Ausführungsform als Schiffskompressorbaueinheit ausgebildet, vorzugsweise als Startkompressorbaueinheit für einen Schiffsmotor.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische perspektivische Ansicht einer Industriekompressorbaueinheit,
    Figur 2
    eine Ansicht der Industriekompressorbaueinheit gemäß Figur 1 von der Rückseite gesehen, und
    Figur 3
    eine schematische Schaltungsanordnung der Industriekompressorbaueinheit.
  • Die gezeigte Industriekompressorbaueinheit weist eine Trägereinrichtung 2 in Form eines Rahmens aus Stahlprofilen auf. Auf dieser Trägereinrichtung 2 ist ein Kompressor 4 mit einem elektrischen Antriebsmotor 6 angeordnet. Bei dem Kompressor 4 handelt es sich um einen mehrstufigen Kolbenkompressor, welcher einen Ausgangsdruck größer 30 bar und einen Durchfluss größer 10 m3/h erzeugt. Der elektrische Antriebsmotor 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein dreiphasiger Wechselstrommotor, d.h. ein Drehstrommotor.
  • Zur Aufnahme der weiteren elektrischen bzw. elektronischen Komponenten ist ein Schaltschrank 8 auf der Trägereinrichtung 2 angeordnet. Der Schaltschrank 8 weist ein Bedienpanel 10 auf, welches beispielsweise als berührungsempfindlicher Bildschirm ausgebildet sein kann. Der Schaltschrank weist darüber hinaus Lüftungsöffnungen 12 und 14 auf, wobei die Lüftungsöffnungen 12 zum Ansaugen und die Lüftungsöffnungen 14 zum Luftauslass dienen. Entsprechend sind die Auslass-Lüftungsöffnungen 14 oben und die Einlass-Lüftungsöffnungen 12 unten angeordnet. Die Lüftungsöffnungen 12, 14 sind so ausgebildet, dass Wasser nicht in den Schaltschrank eindringen kann. Dazu können in den Lüftungsöffnungen12, 14 geeignete Filtermatten angeordnet sein. Vorzugsweise wird so die Schutzklasse IP54 erzielt.
  • In dem Schaltschrank 8 ist ein Akku 16 angeordnet, welcher aus einer Vielzahl von Akku- bzw. Batteriezellen besteht und im Übrigen modular aus mehreren Akkumodulen zusammengesetzt sein kann. Der Acku 16 ist über einen Gleichstromanschluss 18 mit einer Inverter-Einrichtung verbunden, welche den Drehstromausgang 20 mit den drei Phasen L1, L2 und L3 aufweist, der mit dem elektrischen Antriebsmotor 6 zu dessen Stromversorgung verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel sind drei Inverter 20 als einphasige Wechselrichter ausgebildet und zusammengeschaltet, um ausgangsseitig den Drehstrom am Drehstromausgang 20 bereitzustellen. Es ist zu verstehen, dass anstelle dreier Inverter 22 auch ein einziger Inverter 22 vorgesehen sein könnte, welcher direkt den erforderlichen Drehstrom am Ausgang 20 bereitstellt. Die Inverter 22 sind darüber hinaus an einem Wechselstromanschluss 24 in Form eines Netzanschlusses angeschlossen. Anstelle eines Wechselstromanschlusses 24 könnte auch ein Drehstromanschluss vorgesehen sein. Die Inverter 22 sind so ausgebildet, dass sie auch über Wechselstromanschluss 24 den Drehstromausgang 20 mit Energie versorgen können, um den elektrischen Antriebsmotor 6 zu betreiben. So kann der Kompressor 4 auch mit Netzstrom aus dem Wechselstromanschluss 24 versorgt werden.
  • Ferner sind die Inverter 22 so ausgestaltet, dass sie die erforderliche Gleichspannung an dem Gleichstromanschluss 18 bereitstellen können, um den zumindest einen Akku 16 zu laden. Hierzu ist ein Batteriemanagementsystem 26 zwischen dem Gleichstromanschluss 18 und dem Akku 16 angeordnet, welches das Laden und Entladen des Akkus 16 steuert. Die Steuerung erfolgt über eine Steuereinrichtung 28, welche zur Steuerung mit dem Batteriemanagementsystem 26 und mit den Invertern 22 sowie dem Bedienpanel 10 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 28 ist so ausgebildet, dass sie bei Wegfall des Netzstroms am Wechselstromanschluss 24 die Stromversorgung weitgehend unterbrechungsfrei auf eine Versorgung über den Akku 16 umschaltet und so unterbrechungsfrei den zum Betrieb des elektrischen Antriebsmotors 6 erforderlichen Strom am Drehstromausgang 20 über die Inverter 22 bereitstellt. Wenn der Wechselstromanschluss 24 mit Strom versorgt ist, kann wie beschrieben, der elektrische Antriebsmotor 6 mit Netzstrom betrieben werden. Gleichzeitig kann der Akku 16 über das Batteriemanagementsystem 26 geladen werden. Auf diese Weise kann ein kontinuierlicher Betrieb des Kompressors 4 zur Versorgung einer Anlage 30 mit Druckluft oder Druckgas gewährleistet werden.
  • Anstelle eines kontinuierlichen Betriebes kann der Kompressor 4 auch lediglich bei Bedarf gestartet werden. Dies kann über die Steuereinrichtung 28 durch entsprechende Einstellungen an dem Bedienpanel 10 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 28 auch eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, über welche die mit externen Systemen verbunden sein kann, um beispielsweise aus der Ferne einen Befehl zum Einschalten des Kompressors 4 zu erhalten. Dann kann der elektrische Antriebsmotor 6 je nachdem, ob Strom von dem Wechselstromanschluss 24 verfügbar ist oder nicht, wahlweise über den Wechselstromanschluss 24 oder über den Akku 16 mit Energie versorgt werden.
  • Da es sich bei dem Kompressor 4 um einen Industriekompressor mit großer pneumatischer Leistung handelt, ist auch der elektrische Antriebsmotor 6 entsprechend groß dimensioniert, weist eine elektrische Antriebsleistung von beispielsweise 8 kW auf. Für eine solche Ausgestaltung ist der Akku 16 vorzugsweise so dimensioniert, dass er eine Kapazität von 12 kWh hat, sodass insgesamt ein Betrieb des Kompressors 4 von mindestens einer Stunde im Akkubetrieb möglich ist. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, um die erforderliche Druckluftmenge für den Start eines Schiffdieselmotors bereitstellen zu können. Eine solche Industriekompressorbaueinheit könnte jedoch beispielsweise auch zur sicheren unterbrechungsfreien Druckluftversorgung in industriellen Anlagen, beispielsweise in Kraftwerken oder auch zum Starten großer stationärer Dieselmotoren, wie sie beispielsweise in Notstromaggregaten Verwendung finden, verwendet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Trägereinrichtung
    4
    Kompressor
    6
    elektrischer Antriebsmotor
    8
    Schaltschrank
    10
    Bedienpanel
    12, 14
    Lüftungsöffnungen
    16
    Akku
    18
    Gleichstromanschluss
    20
    Drehstromausgang
    22
    Inverter
    24
    Netz-/Wechselstromanschluss
    26
    Batteriemanagementsystem
    28
    Steuereinrichtung

Claims (15)

  1. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit mit einem Kompressor (4) in Form eines Industriekompressors, der einen Ausgangsdruck größer 30 bar bereitstellt, sowie einem mit dem Kompressor (4) verbunden Antriebsmotor (6),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Antriebsmotor (6) ein Wechselstrommotor (24) ist,
    Kompressor (4) und der elektrische Antriebsmotor (6) auf einer gemeinsamen Trägereinrichtung (2) angeordnet sind, und dass auf dem Trägereinrichtung (2) zusätzlich zumindest ein elektrischer Akku (16) sowie zumindest ein elektrischer Inverter (22) angeordnet sind, welcher dazu ausgebildet ist, von dem Akku (16) bereitgestellten Gleichstrom in den für die Stromversorgung des elektrischen Antriebsmotors (6) erforderlichen Wechselstrom zu wandeln.
  2. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (6) eine elektrische Leistung größer 4 kW und weiter bevorzugt größer als 8 kW aufweist.
  3. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (6) ein Drehstrommotor ist.
  4. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei Inverter (22) an der Trägereinrichtung (2) angeordnet sind, welche eine dreiphasige Wechselspannung bereitstellen.
  5. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Akku (16) eine Kapazität größer 6 kWh, vorzugsweise größer 10 kWh aufweist.
  6. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (4) ein mehrstufiger Kompressor ist.
  7. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (4) ein Kolbenkompressor ist.
  8. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trägereinrichtung (2) zumindest ein Schaltschrank (8) angeordnet ist, in welchem der zumindest eine Inverter (22) und/oder der zumindest eine Akku (16) angeordnet ist.
  9. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen Schaltschrank (8) eine Steuereinrichtung (28) angeordnet ist, welche vorzugsweise zur Steuerung des Antriebsmotors (6) und des zumindest einen Inverters (22) ausgebildet ist.
  10. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (6) und der zumindest eine Schaltschrank (8) die Schutzklasse IP54 und vorzugsweise die Anforderungen nach der DNV-Klassifikation für den Einsatz auf Schiffen erfüllen.
  11. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Netzstromanschluss (24) und zumindest einer mit diesem verbundenen Ladeeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Akku (16) zu laden.
  12. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (28), die derart ausgestaltet ist, dass sie die Stromversorgung des elektrischen Antriebsmotors (6) zwischen einer Versorgung über den Netzstromanschluss (24) und einer Stromversorgung über den zumindest einen Akku (16) umschalten kann, vorzugsweise unterbrechungsfrei umschalten kann.
  13. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzstromanschluss (24) derart ausgelegt ist, dass eine Stromversorgung des Antriebsmotors (6) bei gleichzeitigem Laden des Ackus (16) möglich ist.
  14. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (2) als eine Rahmenstruktur aus Stahl ausgebildet ist.
  15. Notstartfähige Industriekompressorbaueinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (4) als Startluftkompressor für einen Dieselmotor ausgestaltet ist.
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