(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液圧駆動式往復動圧縮機を用い、入口温度ｔ１のガス流を第１の圧縮段で入口圧力ｐ１から中間圧力ｐ２へ、更に第２の圧縮段で中間圧力ｐ２から出口圧力ｐ３へと２段階圧縮するに際し、中間圧力ｐ２に圧縮されたガス流を第２の圧縮段への流入前に入口温度ｔ１へ向けて冷却し、第１と第２の圧縮段で実質的にほぼ同じ圧縮圧力比ｐ３／ｐ２＝ｐ２／ｐ１を適用するガス流圧縮方法において、吐出流量を調整可能な二つの作動液ポンプを用いて第１の圧縮段の駆動用作動液流と第２の圧縮段の駆動用作動液流を流量に関して適合させることにより圧縮圧力比ｐ３／ｐ２＝ｐ２／ｐ１となるようにすることを特徴とするガス流圧縮方法。
【請求項２】
圧縮対象のガス流がメタン、水素、又はメタンと水素との混合物を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス流圧縮方法。
【請求項３】
圧縮対象のガス流が天然ガス又は天然ガスのメタン含有留分を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス流圧縮方法。
【請求項４】
入口圧力ｐ１として１〜１０バールの圧力を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス流圧縮方法。
【請求項５】
出口圧力ｐ３として２５０〜３５０バールの圧力を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス流圧縮方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法を実施するための圧縮機モジュールであって、２段の圧縮機ユニットと、駆動ユニットと、各段で圧縮機ユニットと駆動ユニットとの間を連絡する作動液伝達管路手段とを有し、駆動ユニットが各段の圧縮機ユニットの液圧駆動のために作動液吐出量の調整手段を各一つ備えた二つの作動液ポンプを含んでいることを特徴とする圧縮機モジュール。
【請求項７】
各段の圧縮機ユニットが各一つずつの液圧駆動式往復動圧縮機と再冷却器とを備え、各往復動圧縮機の作動シリンダのピストン摺動面が作動液によって冷却され、各再冷却器が各往復動圧縮機からの還流路で作動液を冷却することを特徴とする請求項６に記載の圧縮機モジュール。
【請求項８】
各往復動圧縮機が二つの作動シリンダを備えていることを特徴とする請求項７に記載の圧縮機モジュール。
【請求項９】
作動シリンダのピストン摺動面が外側及び内側から作動液で冷却されていることを特徴とする請求項８に記載の圧縮機モジュール。
【請求項１０】
各段の作動液伝達管路手段中に少なくとも一つの作動液用空冷式冷却環流装置を備えていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の圧縮機モジュール。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法と請求項６〜１１のいずれか１項に記載の少なくとも一つの圧縮機モジュールとの天然ガス供給スタンドにおける使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、液圧駆動式往復動圧縮機を用い、入口温度ｔ１のガス流を第１の圧縮段で入口圧力ｐ１から中間圧力ｐ２へ、更に第２の圧縮段で中間圧力ｐ２から出口圧力ｐ３へと２段階圧縮するに際し、中間圧力ｐ２に圧縮されたガス流を第２の圧縮段への流入前に入口温度ｔ１へ向けて冷却し、第１と第２の圧縮段で実質的にほぼ同じ圧縮圧力比ｐ３／ｐ２＝ｐ２／ｐ１を適用するガス流圧縮方法に関する。
【０００２】
更に本発明は、本発明による方法を実施するための２段の圧縮機ユニットと、各段のための各一つの駆動ユニットと、各段で圧縮機ユニットと駆動ユニットとの間を連絡する作動液伝達管路手段とを有する圧縮機モジュールに関する。
【０００３】
ガス流を例えば１バールから３００バールに圧縮する先行技術による往復動圧縮機は３段または４段に構成され、共通するピストン軸を介して駆動される。例えば３段式の圧縮機では段間での冷却と組み合わせて各段が圧縮圧力比６．７に設定され、ガス流は第１段では１バールから６．７バールへ、第２段では４４．９バールへ、そして第３段では３００バールへと圧縮される。この場合、入口圧力は極めて狭い限界内での変動が許されるだけである。このことが欠点となるのは、流入ガスがガスタンクからではなく例えばライン圧力７バールのパイプラインから提供される場合であり、この場合には３．５バールの各段圧縮圧力比で作動する別設定の３段式圧縮機が必要である。
【０００４】
従って本発明で課題とするところ、入手可能なガス流の多様な初期圧力においても特定の例えば一定の最終圧力を達成することができ、その際に同じ圧縮機でエネルギー理論上好適に対応できるガス流圧縮方法及び圧縮機モジュールを提供することである。
【０００５】
この課題は、本発明によれば請求項１の特徴部分に記載の要件を有する方法又は請求項６の特徴部分に記載の要件を有する圧縮機モジュールによって解決される。従属請求項は本発明の幾つかの実施形態を対象としている。
【０００６】
本発明の方法の特徴は、第１の圧縮段の駆動用作動液流と第２の圧縮段の駆動用作動液流をそれぞれ独立して吐出流量を調整可能な二つの作動液ポンプで流量に関して適合させることにより各圧縮段の圧縮圧力比ｐ３／ｐ２とｐ２／ｐ１が等しくなるように調節する点にある。入口圧力が例えば１バールから７バールに変わる場合、第１段用作動液流の流量を減じ、第２段用作動液の流量を両圧縮段が同じ圧縮圧力比で運転される流量まで増加させる。これは、圧縮対象ガス流が理想ガスである場合にエネルギー理論上最も好ましい処置である。実際のガスと理想ガスとでは特性が異なることと、圧縮後のガス流の入口温度ｔ１への復帰冷却が必ずしも完全とはならないことを考慮すると、両圧縮段の圧縮圧力比が実質的にほぼ同じ値となる範囲内において段相互の圧縮圧力比を実験的に僅かに変更することによってエネルギー理論上一層好ましい運転を追及するのが有意義な場合もある。この再度の最適化は当業者にとって周知であるが、本発明による圧縮機の駆動方式によって特に簡単に行うことができる。
【０００７】
本発明による方法の一実施形態において、圧縮対象のガス流としてはメタン、水素、或いはメタンと水素との混合ガスが含まれる。
【０００８】
圧縮対象のガス流としては、例えば天然ガス、或いは天然ガスのメタン含有留分を含むこともできる。
【０００９】
入口圧力ｐ１としては、１〜１０バールの間で変更可能な圧力を利用することができる。殆どの場合、圧縮対象のガス流は常にこの圧力範囲内で配管を介して提供される。
【００１０】
出口圧力ｐ３としては、２５０〜３５０バールの固定圧力を利用することができる。これは、圧力タンク、高圧ガス容器、又は緩衝貯蔵器に充填するための一般的に好ましい前提条件である。
【００１１】
本発明による圧縮機モジュールの特徴は、駆動ユニットが各段の圧縮機ユニットの液圧駆動のために作動液吐出量の調整手段を各一つ備えた二つの作動液ポンプを含む点にある。各段の駆動ユニットの作動液吐出量を別々に調整することによって、両方の圧縮段で互いにほぼ同じ圧力比、即ち前述の再度の最適化圧力比への調節を果たし、第２の圧縮段の出口圧力を圧縮対象ガス流に対して所要の最終圧力に正確に調節することが可能となる。
【００１２】
本発明による圧縮機モジュールの一実施形態において、各圧縮段は、作動液によってシリンダのピストン摺動面を冷却する各一つの液圧駆動式往復動圧縮機と、各往復動圧縮機からの還流路において作動液を冷却する各一つの再冷却器とを備えることができる。これにより、ほぼ等温の圧縮と、ほぼ同じ入口温度への調節とが両圧縮段で可能となり、圧縮機の比出力を減じることができる。また、第２の圧縮段の再冷却器は、圧縮に続いて容器充填を行っても容器を過度に暖めることがなく、従って容器充填を容易とするのに有効である。
【００１３】
各往復圧縮機は二つの作動シリンダを備えることができ、この場合、圧力を送る管路内の脈動は特に小さくなる。
【００１４】
作動シリンダのピストン摺動面（シリンダ接触面）には冷却のために外側および内側から作動液を接触させて熱交換させることができ、この場合、冷却は特に効果的である。
【００１５】
各段で圧縮機ユニットと駆動ユニットとの間を連絡する作動液伝達管路には、少なくとも一つの作動液用空冷式冷却環流装置を設けることができる。このような冷却環流装置は構造が特に単純であり、ファン無しで運転する場合、つまり自然対流方式で作動する構造とすれば付加的な騒音源とはならない。
【００１６】
本発明による方法は、本発明による圧縮機モジュールの少なくとも一つを使って天然ガス供給スタンドにおいて使用することができる。これにより地域を網羅して天然ガス供給スタンドの導入が特に促進され、これは、圧縮対象ガス、この場合は車両用気体燃料を様々な圧力で運転される配管から本発明に従って取り出し、しかも同じ構造様式、構造寸法の往復動圧縮機を使用して圧縮できるからである。
【００１７】
圧縮対象の気体燃料から予め粒子状夾雑物質を取り除き、気体燃料を乾燥することが不可欠な場合が多く、圧縮後には中間貯蔵器に貯蔵し、この中間貯蔵器から車両に補給することが要求されているが、本発明によればこれらに好適に対処することできる。
【００１８】
以下、図面と共に一実施形態に基づいて本発明を詳述する。尚、以下に例として挙げるプロセスデータは、天然ガス供給スタンド、即ち、天然ガスを圧縮対象ガス流とする場合の本発明の応用例に関するものである。
【００１９】
天然ガスはパイプラインから取り出され、内燃エンジン内での運転に不可欠な限度内で精製されている。即ち、この天然ガスは例えば粒子状夾雑物質が取り除かれ、含水量が１０モルｐｐｍ未満になるまで乾燥されている（この精製は図示されていない）。このように精製された天然ガスは圧縮対象ガス流１としてほぼ周囲温度ｔ１と入口圧力ｐ１＝３バールで第１圧縮段の液圧駆動式往復動圧縮機４により中間圧力ｐ２＝３０バールまで圧縮され、この場合、圧縮後のガス流２の温度は約１２０℃に達することがある。往復動圧縮機４は二つの作動シリンダを有し、各シリンダのピストン摺動面は約６０℃の作動油で冷却されている。ガス流２は往復動圧縮機４の後段に設けられた空冷式冷却器５により入り口温度へ向けてｔ２＝４０℃に復帰冷却され、第２圧縮段の往復動圧縮機６に送り込まれて最終圧力まで圧縮される。この圧縮ガス流は別の空冷式冷却器７により入り口温度へ向けて復帰冷却され、最終圧力ｐ３＝３００バール、温度ｔ３＝４０℃の圧縮ガス流３として図示しない高圧ガス貯蔵器に送り込まれる。第２圧縮段の往復動圧縮機も第１圧縮段のものと同様に駆動され冷却されている。各往復動圧縮機４、６は段圧縮圧力比ｐ３／ｐ２＝ｐ２／ｐ１＝１０で液圧駆動により運転され、このため駆動ユニット８から二つの互いに独立して制御可能な可変容量形ポンプ９、１０を用いて各一つの圧媒流１１、１２が供給されている。圧媒は作動油とすることができ、これは冷却材としても利用され、この目的で往復動圧縮機４、６からの還流路１３、１４の途中でそれぞれ再冷却器により冷却されている。
【００２０】
各圧縮機モジュールは、駆動部と圧縮部（圧縮段を有する）が各一つのベースフレーム上に取付けられて各一つのボックス内に収容されるように構成されていることが好ましい。これは、一つの天然ガス供給スタンドで複数の圧縮機モジュールを利用する場合に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係るガス流圧縮方法を天然ガス供給スタンドで応用した場合の系統図である。
【図１】
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