流体能量机器的制作方法

本发明涉及一种包括曲柄驱动器以及被机械地连接到曲柄驱动器的驱动设备的流体能量机器，其中驱动设备包括两个电动机，其各自的输出部件被机械地连接到曲柄驱动器，并且本发明涉及用于操作该流体能量机器的方法。

背景技术

所谓低温泵或低温高压泵适合用于输送在低温范围内的流体，已知低温泵或低温高压泵可用于给例如适用被以液体形式供应的氢的机动车的补给燃料设备。

de102007035616a1公开了被特别设计用于低温介质的泵。该泵包括被设计用于输送和/或压缩非常冷的流体(例如，氢气)的“活塞－缸”单元。

这种泵通常用液压驱动器操作。其他传统的低温泵送设备包括旋转驱动器而不是液压驱动器，其中所述旋转驱动器又连接到“活塞－缸”单元的活塞。

低温泵送设备的液压驱动器通常需要相对较大的结构体积来容纳辅助单元、以及冷却装置和液压流体的储存器。另外，具有液压驱动器的泵送设备在其安装和维护方面相对昂贵，并且还需安装用于液压缸中的位置测量的测量系统。为此，通常提供线性位置测量系统必须调节位于泵送设备内的活塞的正弦加速轮廓，以避免产生不允许的体积流量峰值当使用液压驱动设备时，对应的加速曲线的实现与用于所需要的控制以及为此安装的控制系统而增加的成本相关联。另外，液压驱动装置通常不能实现频率大于约2hz的“活塞－缸”单元的往复运动。

在包括电动机驱动器和曲柄驱动器的变型中，市售电动机的最大的频率相关的额定转矩限制了泵送设备关于可达到的流速的最大容量，以及可达到的输送压力的最大容量。如果试图实现高流速和高输送压力，则必须由电动机将相应的往复运动频率、以及力或扭矩施加到曲柄驱动器上。这意味着相应的反作用力分别作用在电动机或其安装件上和/或作用在电动机和曲柄传动装置之间的扭矩传递机器的安装件上。为了不使安装点受到对应的磨损，则必须相应地调整安装点的稳定性，特别值得注意的是，当电动机的输出部件基本上与曲柄驱动器的旋转部件同轴地布置并且刚性地连接到该曲柄驱动器时，这点特别明显。

技术实现要素：

适用于解决这些缺点的流体能量机器包括曲柄驱动器和被机械地连接到曲柄驱动器的驱动设备，其中可以通过该驱动设备将扭矩引入曲柄驱动器。流体能量机器还包括“活塞－缸”单元，该单元的活塞被机械地连接到曲柄驱动器。提出了该驱动设备包括两个电动机，其相应输出部件被机械地连接到曲柄驱动器。此外提出了“活塞—缸”单元包括仅一个活塞和仅一个缸。电动机(下面也简称为马达)以旋转马达的形式实现，其中也可以设想多于两个马达的配置。因此，驱动设备包括至少两个马达。

可以看出这种流体能量机器的一个优点在于，尽管轴的缓慢的旋转速度在1至600转/分钟(rpm)之间，但是它仍然可以产生所需的高压。尽管旋转速度缓慢，但是使用电动机可以实现1000至8000nm范围内，特别是高达4000nm的高扭矩。由于该扭矩而施加在活塞杆上的力介于10至150kn之间，特别是在15至20kn之间。由于两个马达被连接到曲柄驱动器，相应地实现了对称负载以及两个电机或其传动轴上的对称的反力或反扭矩的分布，使得可以减少驱动设备和曲柄驱动器上的总的负载和/或磨损。安装件能具有相应较小的尺寸，或者轴能相应地以较小的直径来实现。

这种流体能量机器的缺点在于，由于市面上缺乏现有的、适合的电动机，因此不可能将其安装在类别i和ii的防爆区域中。然而，这对于输送氢气和其他可燃物质特别重要。

本发明基于的目的是公开一种流体能量机器和一种用于操作流体能量机器的方法，其中该流体能量机器可用于类别i和ii的防爆区域。

关于该设备，这个目的以如下方式实现：即流体能量机器被配置在外壳内，该外壳相对于环境密封流体能量机器,并且外壳被连接到压力保持系统。

使用的电动机有利地是水冷电动机。以这种方式，不需要用于冷却电动机的空气的供应，从而可以简化外壳的密封。

关于该方法，上述目的以如下方式实现，即流体能量机器被配置在外壳内，加压介质流经外壳。外壳优选地以负荷承载外壳的形式实现。

外壳被优选地分成多个隔室，其中各隔室彼此连接。隔室有利地彼此串联连接。加压介质优选地连续地流经隔室。

在一个优选实施例中，外壳被分成三个或五个隔室，其中第一隔室包围曲柄驱动器，并且设有用于将曲柄驱动器连接到“活塞—缸”单元的导通部。外壳的所有导通部都通过本领域技术人员熟悉的密封机构被相对于环境密封。盖子、具有密封环的密封槽、粘合密封件和特别是密封螺钉可能被用于此目的

另外两个隔室相应地代表相应电动机的外隔室。相应的磁铁、线圈和电力电子设备被特别地容纳在这些隔室中。这些隔室特别设有用于冷却系统和电源的导通部以及控制系统。在优选实施例中，两个额外的隔室相应地形成两个电动机的内隔室。用于相应马达动力传递的相应轴的连接件位于这些隔室内。这些隔室通过带有特殊密封件的附加盖帽相对于大气被密封，并且隔室能够引导轴穿过。然而，在另一个优选实施例中，电动机也可以仅被配置在一个隔室内。

外壳特别地以如下的方式实现，即可以施加0.01至50毫巴之间的过压，特别是2.5毫巴的过压。这意味着用于密封所有导通部的密封件是以如下的方式实现的，即，如果外壳内部的压力超过流体能量机器的所处环境中的压力0.01至50毫巴，特别是2.5毫巴，则没有加压介质逸出。在优选实施例中(其中外壳相对于环境密封)，如果不发生恒定的通流，也可以产生过压。

外壳通过入口和出口有利地连接到压力保持系统。入口优选地设置在第一隔室上，并且出口安装在最后一个隔室上，特别是第五隔室。隔室通过孔彼此连接，使得所有中空空间彼此连接，并且加压介质能流经这些中空空间。

压力保持系统有利地维持加压介质的过压。压力保持系统优选地以压缩机站或气缸架的形式实现。如果加压介质由于小的泄漏而从外壳逸出到环境中并且由此导致加压介质的损失，则可以通过压力保持系统引入新的加压介质。因此，加压介质有利地不必连续地流经外壳，但是优选地仅仅每当外壳中的过压下降到预定值以下时，添加新的加压介质。

空气、氮气或其他惰性气体有利地被用作加压介质。加压介质优选以0.01至50毫巴，特别是2.5毫巴的过压流经外壳。

由于过压，没有活性的混合物可以从外部流入外壳，使得表现为潜在点火源的电动机得到保护，并且因此流体能量机器可以安装并用于防爆区域。

用于监测加压介质的压力的传感器能够有利地被设在压力保持系统内和/或外壳内。如果检测到压力偏离预定值(例如，以压力损失的形式)，这表示有泄漏。传感器被有利地连接到电动机，使得他们(电动机)可以被关闭和断电。以这种方式，电动机将不再表现为点火源。

此外，在加压介质内可以设有用于检测待输送介质的痕迹的传感器，以便检测外壳内的泄漏。以这种方式，已经能够检测到由流体能量机器待输送介质的小泄漏。另外，待输送的常用可燃介质被加压介质稀释并从系统中排出。由此可以降低爆炸的风险。

如果超过预定的极限值，则可以停止流体能量机器。

在流体能量机器和/或压力保持系统停止之后，优选地用加压介质的增加流量冲洗系统一段时间，特别是2至5分钟，以便去除潜在的污染物。

流体能量机器有利地用于产生氢气体积流量以及用于压缩氢气。它优选地被用于为车辆补充液态或气态氢。在这种情况下，氢气被压缩到50至1000巴的系统压力，特别是350至500巴，或700巴，或900巴。氢气的排出速率优选地根据电动机的频率调节，使得其介于0和250kg/h之间，特别是介于30和200kg/h之间。

具体实施方式

下面参考图1中示意性示出的设计的示例性实施例来更详细地描述本发明。

图1示意性地示出了本发明装置的实施例。该图示出了采用防爆设计形式的高压泵的外壳。该泵适合用于低温流体，特别适合用于氢气。

外壳被分成隔室1至5，其中各隔室彼此连接。隔室1包围曲柄驱动器a.隔室2和隔室4相应地代表相应电动机m的外隔室。相应的磁铁、线圈和电力电子设备被特别地容纳在这些隔室中。隔室3和隔室5相应地形成两个电动机m的内隔室。用于相应马达的动力传递的相应轴的连接件位于这些隔室内。这些隔室通过带有特殊密封件的附加盖帽w相对于大气密封。

相应隔室内的所有中空空间都能够通过孔而流体可及。因此，加压介质可以到达并由此冲洗外壳内的所有中空空间。

加压介质经过加压介质e的供应管线而被引入外壳中，在该示例性实施例中，加压介质被配置在隔室1中的。加压介质连续地流经所有的隔室1至5，并且再次经过出口d返回到隔室5中的压力保持系统。

压力保持系统被设计用于将加压介质维持在2.5毫巴的压力下。如果加压介质由于小泄漏而逸出到环境中，则可以由压力保持系统供应额外的加压介质。如果检测到压力保持系统中的压力下降或者检测到加压介质的氢含量过高，则启动紧急关闭。马达停止并断电。以这种方式，马达将不再表现为点火源。在执行相应的维护工作后，可以重新启动系统。

当压力保持系统初始启动或在静止之后重新启动时，压力保持系统被加压介质增加的质量流量冲洗规定的一段时间，特别是2分钟。由此，在停机期间从泵或管线逸出到外壳中的任何氢气都被移除或至少被稀释。