WO2006034748A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdichten eines gasförmigen mediums - Google Patents

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cylinders
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Linde GmbH
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    • F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2020/00—Specified physical or chemical properties or characteristics, i.e. function, of component of lubricating compositions
    • C10N2020/01—Physico-chemical properties
    • C10N2020/077—Ionic Liquids

Definitions

  • the invention relates to a method for compressing a gaseous medium, in particular hydrogen.
  • the invention relates to an apparatus for compressing a gaseous medium, in particular of hydrogen.
  • Piston compressor systems for use. Piston compressors require appropriate sealing systems in order to keep the medium to be compressed separated from the drive (drive) medium which drives the piston, for example hydraulic oil.
  • Generic methods and devices are used, for example, in natural gas compressor stations, as implemented in natural gas filling stations.
  • Object of the present invention is to provide a generic method and a generic device for compressing a gaseous medium, in particular of hydrogen, indicate that or avoid the aforementioned disadvantages.
  • this object is achieved in that the compression of the gaseous medium is carried out by a liquid, wherein a liquid in which the gaseous medium does not dissolve and / or which is separable from the gaseous medium without residue, is used.
  • the inventive device for compressing a gaseous medium is characterized in that it a) one or more cylinders, b) supply and discharge lines, which serve to supply and discharge of the gaseous medium to be compressed in or out of the cylinder or cylinders, c ) per cylinder at least one liquid line, which serves to supply and discharge of the gaseous medium-compressing liquid in the cylinder, and d).
  • the liquid is a liquid in which the gaseous medium to be compressed does not dissolve and / or which is separable from the gaseous medium without residue comprises.
  • the invention makes it possible to dispense with the compression of a gaseous medium to a piston and any (piston) sealing systems. This is achieved by realizing a compression of the gaseous medium to be compressed via a column of liquid which can be changed within a cylinder.
  • the previously used pistons which consist of a solid material, are replaced by a non-compressible liquid or liquid column. By moving up and down the liquid column - analogous to the upward and downward movement of a piston - the gaseous medium to be compressed is sucked in and compacted.
  • a liquid is preferably selected in which the gaseous medium to be compressed does not dissolve and which can be separated from the gaseous medium without residue.
  • an ionic liquid a high-boiling Hydrauliköi or liquids which have a very low vapor pressure, such as vacuum pump oils, molten salts and metals low melting point, or liquids having a Gaslösiichkeit of less than 10 "4 mol / l bar used.
  • Ionic liquids are low-melting, organic salts with melting points between 100 and -90 0 C, wherein most of the known ionic liquids are already in liquid form at room temperature. In contrast to conventional molecular liquids, ionic liquids are entirely ionic and therefore show new and unusual properties. Ionic liquids can be adapted comparatively well by varying the structure of anion and / or cation and by varying their combinations in terms of their properties to given technical problems. For this reason, they are often referred to as so-called "Designer Solvents". With conventional molecular liquids, however, only a variation of the structure is possible.
  • ionic liquids In contrast to conventional molecular liquids, ionic liquids also have the advantage that they have no measurable vapor pressure. This means that, as long as their decomposition temperature is not reached, they do not evaporate in the slightest traces, even in a high vacuum. This results in the properties of incombustibility and environmental friendliness, since ionic liquids can not escape into the atmosphere.
  • the melting points of known ionic liquids are by definition below 100 ° C.
  • the so-called liquidus range-this is the range between melting point and thermal decomposition-is generally 400 ° C. or more.
  • ionic liquids have a high thermal stability. Often, their decomposition points are above 400 0 C. The density and the mixing behavior with other liquids can beei ⁇ flus ⁇ t or adjusted in ionic liquids by the choice of the ions. Ionic liquids also have the advantage that they are electrically conductive and thereby can prevent electrical charging - which represent a potential hazard. Ionic liquids have the advantage that their complete separation from the compressed medium with a comparatively low expenditure on equipment is mögiich.
  • the figure shows a possible embodiment of the invention, in which the compression takes place in two separate cylinders Z1 and 22.
  • the compression can also be realized only in one or in more than two cylinders.
  • the cylinders Z1 and Z2 are supplied with the gaseous medium to be compressed via lines 1, 1 'and 1 ", and inlet valves a and b are arranged in the aforesaid conduits, after which the compressed gaseous medium from the cylinders Z1 and Z2 is transferred the discharge lines 2 'and 2 ", in which also valves c and d are arranged, deducted.
  • the compressed gaseous medium is in a separation device A of the cylinders Z1 and Z2 possibly entrained liquid, which will be discussed in more detail below, freed and then fed via line 2 its further use and / or intermediate storage.
  • a suitable liquid D which serves for the compression of the gaseous medium, is provided inside the cylinders Z1 and Z2.
  • the cylinders Z1 and Z2 are connected via the lines 3 to 6 and the hy rauiikpumpe X, which is driven by an electric motor M connected.
  • the fluid levels D in the cylinders Z1 and Z2 are varied in such a way that one of the cylinders sucks the medium to be compressed, while at the same time or substantially simultaneously in the other cylinder a compression of the gaseous medium takes place.
  • an axial piston pump with swashplate control is preferably used, wherein through a simple adjustment of the swashplate flow rate and / or conveying direction can be changed.
  • the invention also has the advantage over the prior art that an at least partial removal of the (compression) heat produced during the compression can take place via the liquid D.
  • heat exchangers or coolers K1 and K2 are provided, via which the heat generated in the cylinders Z1 and Z2 during compression can be dissipated, for example, to the environment and / or another suitable medium.
  • the device according to the invention can be arranged in the cylinders Z1 and Z2 heat exchangers E1 and E2.
  • heat exchanger here are any constructions of heat exchangers - hereinafter referred to as “active heat exchanger” - and heat storage - hereinafter referred to as “passive heat exchanger” - to understand.
  • the aforementioned advantageous embodiment of the device according to the invention thus enables a substantial reduction of the required compression energy and thus an approximately isothermal compression. Furthermore, lower gas outlet temperatures can be realized and a reduction of the thermal load of the compressor valves can be achieved.
  • the liquid separated from the compressed medium in the separating device A and originating from the cylinders Z1 and Z2 is optionally provided via line 9, in which a stop valve e is arranged
  • the liquid can be supplied according to the need in the cylinders Z1 and Z2 via the lines T and 8 and the two shut-off valves f and h the cylinders Z1 and / or Z2.
  • the dosing of liquid required for the compression takes place during a suction cycle.
  • Liquid feed in which the prescribed requirements can be kept &.
  • the time for the make-up of liquid required for the compression should be based on the current power consumption of the system; Preferably, the dosing of liquid should be done during or near a performance minimum. At this time, the system or the drive pump has sufficient power reserves that can be used for the Nacfispeisen the liquid.
  • the liquid to be replenished D is passed during a suction cycle via the line 10, which has a feed pump P, in the corresponding cylinder Z1 and Z2.
  • the make-up does not take place immediately in the vicinity of the reversal point, since then there is the danger that liquid D u. U. from the corresponding cylinder Z1 or Z2 via the pressure line 2 'and 2 "exits.
  • the separation device A- which serves to separate from the cylinders Z1 and Z2 entrained liquid, correspondingly larger
  • a liquid feed during the suction cycle minimizes the energy requirement of the feed pump P.
  • the detection of the fluid loss takes place via a measure of the deviations of the fluid levels in the cylinders Z1 and Z2 from a reference value, which is normally determined at the beginning of the compression process.
  • the liquid is exposed to an electric field.
  • the device side Mittet for generating an electric field in the cylinder or cylinders are provided
  • a mixing and formation of a two-phase mixture may occur at the separation surface.
  • such a two-phase mixture may, for example, arise within the cylinder (s) at the interface between ionic liquid and the medium to be compressed.
  • ionic liquids which have a corresponding dipole moment and / or a corresponding electrical conductivity.
  • the influence of ionic liquids by means of an electric field makes it possible to increase the acceleration in the reversal points of the pistonless compressor, without there being an increased risk of phase mixing. Furthermore, a clean and reliable separation of ionic liquids from a two-phase mixture is possible even if the
  • Density differences between the ionic liquid and the medium to be compressed are comparatively low.
  • embodiments of erfindungsgernä H method and apparatus of the invention can be realized in which only one cylinder or three or more cylinders are provided. While a cylinder is not capable of delivering the compressed medium continuously with respect to the compression pressure, such often desired delivery of the compressed medium is possible with two or more cylinders.
  • the invention is suitable for compression of gaseous media to pressures of 1000 bar, which is currently feasible. It should be emphasized, however, that in principle also arbitrarily higher pressures can be achieved.
  • the invention further enables compression to maximum pressure with only a single compression stage. Furthermore, the flow rate can be varied as desired.
  • the invention provides a cost effective way to compress such media to very high pressures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff. Erfindungsgemäß erfolgt die Verdichtung (ZI, Z2) des gasförmigen Mediums durch eine Flüssigkeit (D), wobei eine Flüssigkeit (D), in der sich das gasförmige Medium nicht löst und/oder die von dem gasförmigen Medium rückstandsfrei trennbar ist, verwendet wird. Hierbei kommt als Flüssigkeit (D) eine ionische Flüssigkeit, ein schwer siedendes Hydrauliköl oder eine Flüssigkeit, die einen sehr niedrigen Dampfdruck aufweist, zur Anwendung.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff.
Bei gattungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen zum Verdichten eines gasförmigen Mediums kommen gegenwärtig im Regelfall Kolbenverdichter bzw.
Kolbenverdichtersysteme zur Anwendung. Kolbenverdichter benötigen entsprechende Abdichtungssysteme, um das zu verdichtende Medium von dem den Kolben antreibenden (Antriebε)Medium, beispielsweise Hydrauiiköl, getrennt zu halten.
Insbesondere bei der Verdichtung von Wasserstoff, Erdgas und hochreinen Medien oder wenn aus bestimmten Gründen eine Kontaminierungen des zu verdichtenden Mediums durch das Antriebsmedium verhindert werden muss und/oder unerwünscht ist, sind passgenaue Zylinder mit Kolben und entsprechend wirksame dynamische Dichtεysteme erforderlich; diese Systeme führen im Regelfall jedoch zu hohen Produktions- sowie Wartungskosten. Oftmals werden für derartige Anwendungen noch kostenintensivere Verdichtungsvarianten, wie Membranverdichter, schmierungslose Kolbenverdichter, etc., herangezogen.
Gattungsgemäße Verfahren sowie Vorrichtungen kommen beispielsweise in Erdgasverdichterstationen, wie sie bei Erdgastankstellen realisiert werden, zur Anwendung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, anzugeben, das bzw. die die vorgenannten Nachteile vermeiden. Verfahre nsseitig wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Verdichtung des gasförmigen Mediums durch eine Flüssigkeit erfolgt, wobei eine Flüssigkeit, in der sich das gasförmige Medium nicht löst und/oder die von dem gasförmigen Medium rückstandsfrei trennbar ist, verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums ist dadurch gekennzeichnet, dass sie a) einen oder mehrere Zylinder, b) Zu- und Abführleitungen, die der Zu- und Abführung des zu verdichtenden gasförmigen Mediums in bzw. aus dem oder den Zylindern dienen, c) pro Zylinder wenigstens eine Flüssigkeitsleitung, die der Zu- und Abführung der das gasförmige Medium verdichtenden Flüssigkeit in den Zylinder dient, und d) . Mittel'zum Verändern der Flüssigkeitsmenge in dem oder den Zylindern, e) wobei die Flüssigkeit eine Flüssigkeit ist, in der sich das zu verdichtende gasförmige Medium nicht löst und/oder die von dem gasförmigen Medium rückstandsfrei trennbar ist, umfasst.
Die Erfindung ermöglicht es, bei der Verdichtung eines gasförmigen Mediums auf einen Kolben sowie jegliche (Kolben) Dichtsysteme zu verzichten. Erreicht wird dies, indem über eine innerhalb eines Zylinders veränderbare Flüssigkeitεsäule eine Verdichtung des zu verdichtenden gasförmigen Mediums realisiert wird. Die bisher verwendeten Kolben, die aus einem festen Material bestehen, werden durch eine nicht komprirnierbare Flüssigkeit bzw. Fiüssigkeitssäule ersetzt. Durch ein Auf- und Abbewegen der Fiüssigkeitssäule - analog zu der Auf- und Abwärtsbewegung eines Kolbens - wird das zu verdichtende gasförmige Medium angesaugt und verdichtet.
Um eine optimale Verdichtung auch hochreiner Medien, die nicht durch die verwendete Flüssigkeit kontaminiert werden dürfen, zu erreichen, wird vorzugsweise eine Flüssigkeit gewählt, in der sich das zu verdichtende gasförmige Medium nicht löst und die von dem gasförmigen Medium rückstandsfrei trennbar ist.
In vorteilhafter weise werden als Flüssigkeit eine ionische Flüssigkeit, ein schwer siedendes Hydrauliköi oder Flüssigkeiten, die einen sehr niedrigen Dampfdruck aufweisen, wie beispielsweise Vakuumpumpenöle, Salzschmelzen und Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt, oder Flüssigkeiten, die eine Gaslösiichkeit von weniger als 10"4 mol/l bar aufweisen, verwendet.
ionische Flüssigkeiten sind niederschmelzende, organische Salze mit Schmelzpunkten zwischen 100 und -90 0C, wobei die meisten der bekannten ionischen Flüssigkeiten bereits bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegen. Im Gegensatz zu herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten sind ionische Flüssigkeiten zur Gänze ionisch und zeigen deshalb neue und ungewöhnliche Eigenschaften. Ionische Flüssigkeiten sind durch die Variation der Struktur von Anion und/oder Kation sowie durch die Variation von deren Kombinationen in ihren Eigenschaften an gegebene technische Problemstellungen vergleichsweise gut anpassbar. Aus diesem Grund werden sie oftmals auch als so genannte "Designer Solvents" bezeichnet. Bei herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten ist hingegen lediglich eine Variation der Struktur möglich.
Im Gegensatz zu konventionellen, molekularen Flüssigkeiten haben ionische Flüssigkeiten darüber hinaus den Vorteil, dass sie keinen messbaren Dampfdruck besitzen. Dies bedeutet, dass sie - solange ihre Zersetzungstemperatur nicht erreicht wird - selbst im Hochvakuum nicht in geringsten Spuren verdampfen. Daraus resultieren die Eigenschaften Unbrennbarkeit und Umweltfreundlichkeit, da ionische Flüssigkeiten folglich nicht in die Atmosphäre gelangen können.
Wie bereits erwähnt, liegen die Schmelzpunkte bekannter ionischer Flüssigkeiten definitionsgemäß unterhalb von 100 0C. Der so genannte Liquidus-Bereich - dies ist der Bereich zwischen Schmelzpunkt und thermischer Zersetzung - beträgt im Regelfall 400 0C oder mehr.
Darüber hinaus weisen ionische Flüssigkeiten eine hohe thermische Stabilität auf. Oftmals liegen ihre Zersetzungspunkte oberhalb von 400 0C. Die Dichte und das Mischungsverhalten mit anderen Flüssigkeiten können bei ionischen Flüssigkeiten durch die Wahl der Ionen beeiπflusεt bzw. eingestellt werden. Ionische Flüssigkeiten haben des Weiteren den Vorteil, dass sie elektrisch leitend sind und dadurch elektrische Aufladungen - die ein Gefahrenpotential darstellen - verhindern können. Ionische Flüssigkeiten besitzen den Vorteil, dass ihre vollständige Abtrennung aus dem verdichteten Medium mit einem vergleichsweise geringen apparativen Aufwand mögiich ist.
Eine Verschleppung der ionischen Flüssigkeit durch das verdichtete Medium ist nunmehr nicht mehr m öglich, da ionische Flüssigkeiten - wie vorstehend erwähnt - keinen Dampfdruck aufweisen. .
Bei Flüssigkeiten mit großer Gaslösiichkeit kommt es zum einen zu unerwünschten Kavitationen der Antriebspumpe(n) und zum anderen zu einer unerwünschten Gasverschleppung in den im Regelfall vorzusehenden
Flüssigkeits(zwischen)speicherbehälter. Durch die Verwendung einer Flüssigkeit, die eine Gaslösiichkeit von weniger als 10"4 mol/l bar aufweist, lassen sich diese Probleme vermeiden. Daraus resultiert eine Verlängerung der Lebensdauer der verwendeten Antriebspumpe; ferner werden die mit der Gasbildung bzw. -Verschleppung einhergehenden sicherheitstechnischen Probleme vermieden .
Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie weitere Ausgestaltungen des- bzw. derselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur zeigt eine mögliche Ausführungsform der Erfindung, bei der die Verdichtung in zwei getrennten Zylindern Z1 und 22 erfolgt. Alternativ dazu kann die Verdichtung jedoch auch lediglich in einem oder auch in mehr als zwei Zylindern realisiert werden.
Den Zylinder Z1 und Z2 wird über die Leitungen 1 , 1' und 1" das zu verdichtende, gasförmige Medium zugeführt. In den vorgenannten Leitungen sind Eiπtrittsventile a und b angeordnet. Nach erfolgter Verdichtung wird das verdichtete gasförmige Medium aus den Zylindern Z1 und Z2 über die Abführleitungen 2' und 2", in denen ebenfalls Ventile c und d angeordnet sind, abgezogen.
Das verdichtete gasförmige Medium wird in einer Abtrennvorrichtung A von aus den Zylindern Z1 und Z2 ggf. mitgeführter Flüssigkeit, auf die im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, befreit und anschließend über Leitung 2 seiner weiteren Verwendung und/oder Zwischenspeicherung zugeführt. Innerhalb der Zylinder Z1 und Z2 ist eine geeignete Flüssigkeit D, die der Verdichtung des gasförmigen Mediums dient, vorgesehen. Die Zylinder Z1 und Z2 sind über die Leitungen 3 bis 6 sowie die Hyd rauiikpumpe X, die von einem elektrischen Motor M angetrieben wird, verbunden.
Mittels der Hydrauiikpumpe X werden die FlDssigkeitsstände D in den Zylindern Z1 und Z2 derart variiert, dass einer der Zylinder das zu verdichtende Medium ansaugt, während zeitgleich bzw. im Wesentlichen zeitgleich in dem anderen Zylinder eine Verdichtung des gasförmigen Mediums erfolgt. Hierbei kommt vorzugsweise eine Axialkolbenpumpe mit Taumelscheibensteuerung zum Einsatz, wobei durch eine einfache Verstellung der Taumelscheibe Fördermenge und/oder Förderrichtung verändert werden können.
Die Erfindung besitzt gegenüber dem Stand der Technik ferner den Vorteil, dass über die Flüssigkeit D eine zumindest teilweise Abführung der bei der Verdichtung entstehenden (Verdichtungs)Wärme erfolgen kann. Hierzu sind, wie in der Figur dargestellt, Wärmetauscher bzw. Kühler K1 und K2 vorgesehen, über die die in den Zylindern Z1 und Z2 bei der Verdichtung entstehende Wärme beispielsweise an die Umgebung und/oder ein anderes geeignetes Medium abgeführt werden kann. Bei einer vollständigen Abführung der Verdichtungswärme über die Flüssigkeit D sowie die Wärmetauscher bzw. Kühler KZ1 und K2 kann eine isotherme, einstufige Verdichtung realisiert werden.
Zwischen den Kühlern K1 und K2 und der Hydraulikpumpe X sind Ventile e bzw. g angeordnet; diese so genannten Stillstandsventile bewirken, dass im Stillstand an der Hydraulikpumpe X kein Anlagendruck anliegt.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung können in den Zylindern Z1 und Z2 Wärmetauscher E1 bzw. E2 angeordnet sein.
Bei den zum Stand der Technik zählenden Verdichter- bzw. Zylinderkonstruktionen ist eine Kühlung des Zylinderraumes lediglich von außen realisierbar, da der innerhalb des Zylinders bewegbare Kolben das Vorsehen eines Wärmetauschers nicht erlaubt. Die bei der Verdichtung entstehende Wärme wird daher bisher vom Verdichter- bzw. Zyiinderaußenmantel an das Kühlmedium (Luft, Wasser, Kühlmittel, etc.) abgegeben. Aufgrund dieser Tatsache kann die Verdichtung im Regelfall nicht isotherm ausgeführt werden, was eine entsprechend hohe Verdichtungsenergie zur Folge hat.
Mittels der vorgenannten, vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung lässt sich nunmehr eine Innenkühlung realisieren, was zur Folge hat, dass die vorbeschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können.
Unter dem Begriff "Wärmetauscher" seien hierbei beliebige Konstruktionen von Wärmetauschern - nachfolgend als "aktiver Wärmetauscher" bezeichnet - und Wärmespeichern - nachfolgend als "passiver Wärmetauscher" bezeichnet - zu verstehen.
Während bei einem aktiven Wärmetauscher die bei der Verdi chtung anfallende Wärme mittels eines geeigneten Kühlmediums abgeführt wird, verbleibt sie bei einem passiven Wärmetauscher innerhalb des Verdichter- bzw. Zylinderraum es. Im letzen Fall wird die Verdichtungswärme zwar ebenfalls dem zu verdichtendem Medium entzogen, dann aber an die Flüssigkeit D, die die Verdichtungswärme - wie vorstehend erläutert abführt - abgegeben. Ais passive Wärmetauscher bzw. Wärrnespeicher können Kühlrippen, Flossen, etc., und/oder Füllmittel, wie metallische Kugeln, Scheiben, etc., zur Anwendung kommen.
Die vorgenannte, vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht somit eine wesentliche Verringerung der erforderlichen Verdichtungsenergie und damit eine annähernd isotherme Verdichtung. Des Weiteren lassen sich niedrigere Gasaustrittstemperaturen realisieren und eine Verringerung der thermischen Beanspruchung der Verdichterventile erzielen.
Die in der Abtrennvorrichtung A von dem verdichteten Medium abgetrennte, aus den Zylindern Z1 und Z2 stammende Flüssigkeit wird über Leitung 9, in der ein Absperrventil e angeordnet ist, einem optional vorzusehenden
Zwischenspeicherbehälter S zugeführt. Aus diesem kann die Flüssigkeit entsprechend dem Bedarf in den Zylindern Z1 und Z2 über die Leitungen T und 8 sowie die beiden Absperrventile f und h den Zylindern Z1 und/oder Z2 zugeführt werden. Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verdichten eines gasförmigen Mediums erfolgt das Nachspeisen von für die Verdichtung benötigter Flüssigkeit während eines Saugtaktes.
Insbesondere an der für die Verdichtung erforderlichen Antriebs- bzw. Hydraulikpumpe X kommt es zu einem Verlust an Flüssigkeit D. Um diese Verluste auszugleichen, ist es daher erforderlich bei Unterschreiten einer Flüssigkeitsmindestmencj e neue Flüssigkeit in das System nach- bzw. einzuspeisen. Dabei ist darauf zu achten, dass es während der Flüssigkeitseinspeisung zu keiner Wechselwirkung mit der Druck- und Saugseite kommt. Des Weiteren ist darauf zu achten, dass der gewünschte oder maximale Energiebedarf des Systems, der durch den Verdichtungsvorgang zu definieren ist, nicht (unnötig) erhöht wird.
Die vorbeschriebene Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verdichten eines gasförmigen Mediums schafft eine Möglichkeit der
Flüssigkeitseinspeisung, bei der die vorbeschriebenen Vorgaben eing&halten werden können.
Grundsätzlich sollte sich der Zeitpunkt für die Nachspeisung von für die Verdichtung benötigter Flüssigkeit an der aktuellen Leistungsaufnahme des Systems orientieren; vorzugsweise sollte das Nachspeisen von Flüssigkeit während oder in der Nähe eines Leistungsminimums erfolgen. Zu diesem Zeitpunkt verfügt das System bzw. die Antriebspumpe über ausreichende Leistungsreserven, die für das Nacfispeisen der Flüssigkeit genutzt werden können.
Vorzugsweise wird die nachzufüllende Flüssigkeit D während eines Saugtaktes über die Leitung 10, die eine Zuspeisepumpe P aufweist, in den entsprechenden Zylinder Z1 bzw. Z2 geleitet. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass die Nachspeisung nicht unmittelbar in der Nähe des Umkehrpunktes erfolgt, da dann die Gefahr besteht, dass Flüssigkeit D u. U. aus dem entsprechenden Zylinder Z1 bzw. Z2 über die Druckleitung 2' bzw. 2" austritt. Dies hätte zur Folge, dass die Abtrennvorrichtung A-., die der Abtrennung von aus den Zylindern Z1 und Z2 mitgeführter Flüssigkeit dient, entsprechend größer dimensioniert werden müsste. Auch minimiert eine Flüssigkeitseinspeisung während des Saugtaktes den Energiebedarf der Zuspeisepumpe P. Die Detektion des Flüssigkeitsverlustes erfolgt über eine Me&sung der Abweichungen der Flüssigkeitsniveaus in den Zylindern Z1 und Z2 von einem Referenzwert, der im Regelfall zu Beginn des Verdichtungsprozesses ermittelt wird.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verdichten eines gasförmigen Mediums wird die Flüssigkeit einem elektrischen Feld ausgesetzt. Hierzu sind vorrichtungsseitig Mittet zum Erzeugen eines elektrischen Feldes in dem oder den Zylindern vorzusehen
Insbesondere dann, wenn ionische Flüssigkeiten in direkten Kontakt mit anderen Medien (Gasen, Flüssigkeiten, etc ) kommen, kann es an de>r Trennfiäche zu einer Vermischung und Bildung eines Zweiphasengemisches kommen. Im vorliegenden Fall kann ein derartiges Zweiphasengemisch bspw. innerhalb des bzw. der Zylinder an der Trennfläche zwischen ionischer Flüssigkeit und dem zu verdichtenden Medium entstehen.
Für eine saubere und zuverlässige Trennung von ionischer Flüssigkeit und zu verdichtendem Medium sind ein ausreichender Dichteunterschied und ein entsprechendes Gravitationsfeld - im vorliegenden Fall wird dies durch die Erdbeschleunigung erzeugt - erforderlich. Dadurch wird die maximale Umkehrbeschleunigung innerhalb des Zylinders definiert. Im irdischen Gravitationsfeld hat dies zur Folge, dass eine maximale Beschleunigung von 7 m/s2 realisierbar ist. Eine derartige Beschleunigung ist jedoch oftmals nicht ausreichend, um das entstandene Zweiphasengemisch wieder vollständig zu trennen.
Mittels der vorbeschriebenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann nunmehr eine Verstärkung natürlicher Kraftfelder wie Gravitation, Coreoiiskraft, etc. durch ein elektrisches Feld erreicht werden.
Realisierbar sind diese Ausgestaltungen bei allen ionischen Flüssigkeiten, die über ein entsprechendes Dipolmomeπt und/oder eine entsprechende elektrische Leitfähigkeit verfügen. Die Beeinflussung von ionischen Flüssigkeiten mittels eines elektrischen Feldes ermöglicht eine Erhöhung der Beschleunigung in den Umkehrpunkten des kolbenlosen Verdichters, ohne dass es dabei zu einem erhöhten Risiko der Phasenvermischung kommt. Des Weiteren ist eine saubere und zuverlässige Abtrennung von ionischen Flüssigkeiten aus einem Zweiphasengemisch auch dann möglich, wenn die
Dichteunterschiede zwischen der ionischen Flüssigkeit und dem zu verdichtenden Medium vergleichsweise gering sind. Neben der anhand der Figur erläuterten Ausführungsform der Erfindung sind Ausgestaltungen des erfindungsgernäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisierbar, bei der lediglich ein Zylinder oder drei und mehr Zylinder vorgesehen sind. Während mit ledi glich einem Zylinder keine hinsichtlich des Verdichtungsdruckes kontinuierliche Abgabe des verdichteten Mediums möglich ist, ist eine derartige, oftmals gewünschte Abgabe des verdichteten Mediums bei zwei oder mehr Zylindern möglich.
Durch den Entfall fester Kolben sowie dynamischer Dichtungssysteme kommt es zu einer erheblichen Einsparung an Investitionskosten. Zusätzlich verringern sich die Wartungskosten, da sich die Wartungsintervalle, verglichen mit denjenigen herkömmlicher Verdichter, verlängern.
Die Erfindung eignet sich für eine Verdichtung von gasförmigen Medien bis auf Drücke von zur Zeit realisierbaren 1000 bar. Es sei jedoch betont, dass im Prinzip auch beliebig höhere Drücke erreichbar sind. Die Erfindung ermöglicht ferner eine Verdichtung auf Höchstdruck mit lediglich einer einzigen Verdichtungsstufe. Des Weiteren kann die Fördermenge beliebig variiert werden. Insbesondere im Hinblick auf die Verdichtung hochreiner Medien schafft die Erfindung eine kostengünstige Möglichkeit, derartige Medien auch auf sehr hohe Drücke zu verdichten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung (Z1, Z2) des gasförmigen Mediums durch eine Flüssigkeit (D) erfolgt, wobei eine Flüssigkeit (D), in der sich das gasförmige Medium nicht löst, und/oder die von dem gasförmigen Medium rückstandsfrei trennbar ist, verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit (D) eine ionische Flüssigkeit, ein schwer siedendes Hydrauiiköl, eine Flüssigkeit, die einen sehr niedrigen Dampfdruck aufweist, oder eine Flüssigkeit, die eine Gaslöslichkeit von weniger als 10"4 mol/i bar aufweist, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die Flüssigkeit (D) eine zumindest teilweise Abführung der Verdichtungs-wärme erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem verdichteten Medium (2', 2") mitg eführte Flüssigkeit von dem verdichteten Medium (2', 2") abgetrennt wird (A).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem verdichteten Medium (2', 2") abgetrennte Flüssigkeit (9, 8) wieder in die Verdichtung (Z 1 , Z2) zurückgeführt wird, wobei die abgetrennte Flüssigkeit vor der Rückführung zwischengespeichert (S) werden kann.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung (Z 1 , Z2) eine Verdichtung des gasförmigen Mediums um einen Faktor 1000 ermöglicht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachspeisen von für die Verdichtung (Z1 , Z2) benötigter Flüssigkeit (D) während eines Saugtaktes erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (D) einem elektrischen Feld ausgesetzt wird.
9. Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst a) einen oder mehrere Zylinder (Z 1 , Z2), b) Zu- (1 , 1', 1") und Abführleitungen (2, 2', 2"), die der Zu- und Abführung des zu verdichtenden gasförmigen Mediums in bzw. aus dem oder den Zylindern (Z 1 , 22) dienen, c) pro Zylinder (Z1 , 22) wenigstens eine Flüssigkeitsleitung (3, 5), die der ZIu- und Abführung der das gasförmige Medium verdichtenden Flüssigkeit (D) in den Zylinder (Z 1 , Z2) dient, und d) Mittel zum Verändern der Flüssigkeitsmenge (D) in dem oder den Zylindern (Z1. Z2), e) wobei die Flüssigkeit eine Flüssigkeit (D) ist, in der sich das zu verdichtende gasförmige Medium nicht löst und/oder die von dem gasförmigen Mediu m rückstandsfrei trennbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verändern der Flüssigkeitsmenge in dem oder den Zylindern (Z 1 , Z2) als eine • Flüssigkeitspumpe, Hydraulikpumpe, Axialkolbenpumpe, Schieberpumpe oder Zahnradpumpe ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass den pro Zylinder (Z 1 , Z2) vorgesehenen Flüssigkeitsleitungen (3, 5) ein Wärmetauscher (K1 , K2), der der Abführung der Verdichtungswärme dient, zugeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Abtrennvorrichtung (A) in der oder den Abführleitungen (2, 2', 2") des verdichtenden gasförmigen Mediums, ang&ordnet ist, wobei die Abtrennvorrichtung (A) der Abtrennung der mit dem verdichteten Medium (2', 2") mitgeführten Flüssigkeit dient.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abtrennvorrichtung (A) strömungsmäßig (9, 8) mit wenigstens einem der Zylinder (Z1 , Z2) verbunden oder verbindbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der
Abtrennvorrichtung (A) eine Flüssigkeits-Speichervorrichtung (S) zugeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des oder der Zylinder (Z 1 , Z2) ein Wärmetauscher (E 1 , E2) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes in dem oder den Zylindern (Z 1 , 22) vorgesehen sind.
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