[发明专利]低温介质的压缩

说明书

本发明涉及一种压缩低温介质的方法。

现有技术中已公开了压缩低温介质例如氢气、氧气、氮气或氩气的通用方法。

术语“低温介质”通常理解为在相对低的温度下的液化低温气体。例如，低温氢气的温度通常为-253℃至-245℃。

常用的压缩低温介质的方法可用于储罐的填充和再填充。例如，使用各种填充方法填充安装在汽车上的储氢罐。

压力补偿方法：通过压缩机或低温泵从供给系统填充多个具有不同的压力水平的气体缓冲存储设备，所述供给系统可以是固定式存储罐或管道。在向机动车加燃料的情况下，压缩氢气借由压力补偿从气体缓冲存储设备充入机动车的存储罐，直到达到最后的加燃料压力。

助推器方法：在这种情况下，来自供给系统的氢通过高性能的压缩机压缩，然后直接转移到汽车存储罐中。

压力补偿和助推器方法的组合：这里首先对待填充的车辆存储槽由气体缓冲存储装置通过压力补偿进行部分填充，然后通过助推器方法填充到最终压力。

此外，还有加燃料方法，其中借助低温压缩将氢压缩至700巴，伴有温度补偿最大压缩至875巴，使得在第一加燃料步骤中将低温压缩中形成的蒸发气体输入汽车储罐。在入口温度为-253℃至-245℃下将液态氢低温压缩成超临界气态氢。在低温压缩中形成的蒸发气的压缩需要所谓的热气体压缩机，通过所述热气体压缩机在环境温度下压缩环境温度的气体，所述环境温度理解为-20℃至40℃的温度范围。然而，这种热气体压缩机较为昂贵。而且，基于所需的压缩比，需要至少两级到三级的压缩机系统，但是从能量的观点来看，这样的系统将不受欢迎。在送入热气体压缩机之前，还必须将氢气通过环境空气蒸发器加热，因此失去了作为低温气体高密度的优点。目前为止，没有任何低温压缩系统可以用于将蒸发气压缩至400-500巴的所需压力水平。然而，根据目前的其中最终的加燃料压力为700-800巴的加燃料技术，为了能够利用蒸发气向车辆加燃料，400-500巴的压力是必须的。

本发明的目的是提供一种压缩低温介质，特别是氢气的方法，该方法将避免上述缺点。

为了解决这个问题，提出了一种压缩低温介质的方法，其特征在于，在两个压缩机级中，将低温介质从初始压力经由中间压力压缩到最终压力，并且第一压缩机级设计为低温压缩机级。

术语“低温压缩机级”和/或“低温压缩”应理解为下面的压缩过程，在该过程中将低温液体介质转换成压缩的超临界气体，其中低温介质的入口温度低于-70℃。液体氢或其它液化低温气体的低温压缩通常通过使用低温活塞泵实现。在这里，待压缩的低温介质以液体进入活塞，而以超临界气体喷出。

根据本发明，然后将低温介质在两个压缩机级中从初始压力经中间压力压缩到最终压力，使得第一压缩机级设计为低温压缩机级。在该过程中，初始压力为1-3巴的低温介质优选在低温压缩机级中压缩到30-70巴的压力。

根据本发明的压缩低温介质的方法是在联合压缩机中有利的实施，其中，第一低温压缩机级将低温介质从初始压力压缩到所需的中间压力。低温压缩利用了待压缩介质呈现高密度的事实，因而可将压缩汽缸设计成相对较小。因此，压缩所需的驱动力较低，所以得到一个能量有利的压缩过程。

在第一压缩机级中，将介质升高到较高的温度，使得在第二压缩机级中介质可以通过热压缩过程压缩到最终压力。由于在低温压缩机级中的预压缩，第二压缩机级所需的压缩空间可以设计的相对较小。

根据本发明，提出压缩低温介质的进一步细化的方法，在活塞式压缩机中实施两个压缩机级，其由一个共用的驱动器驱动。例如，带双齿轮的电动马达可以用作共享驱动器，双齿轮用于两个压缩机级的运转。

此外，根据本发明的压缩低温介质的方法的一个有利的实施方案，每个压缩级使用一个单活塞式压缩机，这样两个单活塞式压缩机有利地作为一个往复式压缩机运转。

在两个单活塞压缩机即压缩机级中压缩比的优化设计的情况下，可以通过一个共用的驱动器作为往复式压缩机来运转。在这样做时，此处活塞首先在第一压缩机级中压缩低温介质。同时第二压缩机级的活塞在回程中，并且在这样做时，将预压缩的介质抽出第一压缩机级。当第二级压缩时，第一压缩机级在回程中，并再次吸入低温介质。

下面将在图1示出的示例性具体实施方案的基础上更详细的解释本发明的压缩低温介质的方法。