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Kompressor mit Membran
Die Erfindung betrifft einen Kompressor mit Membran, der von einer pulsierenden Flüssigkeit be- tätigt wird.
Die bisher bekannten Kompressoren erreichen eine Mantel- und Deckenkühlung von nur 20% der entstehenden Wärme. Die Gesamtverluste betragen mindestens 30% bei den besten Ausführungen.
Gemäss der Erfindung soll eine erhebliche Vergrösserung der Oberfläche von Membran und deren
Widerlager erreicht werden, um eine bessere und intensivere Oberflächenkühlung als bisher zu erhalten, so dass die Verluste infolge Erwärmung, Reibung, Undichtheit wesentlich herabgesetzt werden.
Um dies zu erreichen, weist gemäss der Erfindung der Kompressor in einer mitFlüssigkeitgefüllten, an beiden Mantelflächen geschlitzten Ringkammer mindestens eine in Draufsicht ringförmige Membran und deren analoges im Querschnitt gewölbtes Widerlager auf, wobei an den Schlitzen in den Wänden der Ringkammer die Ränder von Membran und Widerlager angeordnet sind, welche Schlitze auf der einenMantelfläche dieEintrittsöffnung in denKompressionsraum zwischen Widerlager und Membran und auf der andern Mantelfläche die Austrittsöffnungen bilden, die von einer Speicherkammer für das kom- promierte Medium umschlossen sind.
Eine vorteilhafte Konstruktion des Kompressors nach der Erfindung wird erzielt, wenn die Membran und das Widerlager je als ein wendelförmiger einstückigerTeil ausgebildet und anihrenEnden verbunden sind, wobei die Wandungen der Ringkammer an der Innen-und Aussenmantelfläche entlang der Ränder von Membran und Widerlager gleichfalls nach Schraubenlinien angeordnete Schlitze aufweisen. Nach dieserAusführung ist wichtig, dass die Widerlagerwendel aus festem steifem Material und die Membran- wendel aus einem elastisch dehnbaren Material besteht.
Das Widerlager ist mit der Ringkammer an den Schlitzrändern fest verbunden, wogegen die dar- unter angeordnete Membran mit ihren beiden Rändern an Leisten befestigt ist, die in von den Schlitzen ausgehenden axial gerichteten Nuten der Wände der Ringkammer verschiebbar und gefedert gelagert sind. Im Grunde der Nuten sind zur Federung der Leisten und gleichzeitig zur Abdichtung von Kom- pressions-und Flüssigkeitsraum Gummiwülste eingelegt.
Im Bereich der untersten Stelle der Leiste ist auf der Seite der Ausströmschlitze zum Schliessen der- selben während der Offenstellung der Einströmschlitze eine Steuerstange vorgesehen, die mit dem Ende eines zweiarmigen Schwenkhebels verbunden ist, dessen anderes Ende mit einer in der Speicherkammer unter dem Druck des komprimierten Mediums stehenden, an einer in den Flüssigkeitraum mündenden Öffnung angeordneten Platte verbunden ist, wobei die Öffnung von einer Membran abgeschlossen ist.
Nach einer bevorzugten Ausführung des Kompressors mit Membranwendel sind die Einströmschlitze an der Innenwand und die Ausströmschlitze in der Aussenwand der Ringkammer vorgesehen. Die Spei- cherkammer umgibt die Ringkammer aussen und innerhalb der Innenwand der Ringkammer ist ein mit dieser über eine Flüssigkeitskammer verbundener vorzugsweise aus einem Federrohr bestehender Pulsator für die Flüssigkeit angeordnet, für deren Kühlung ein Flüssigkeitskühler mit dem Pulsator in Verbindung ist.
Oberhalb und unterhalb der Ringkammer ist je eine ringförmige Flüssigkeitskammer angeordnet, welche beide Kammern einerseits über den wendelförmigen Flüssigkeitsraum zwischen der Membran bzw. demWiderlager in der Ringkammer und anderseits über einen ausserhalb der Ringkammer geführten
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Umleitkanal miteinander verbunden sind. Auf der oberen Flüssigkeitskammer ist vorteilhaft der Flüssig- keitskühler angeordnet, dessen Ein-und Ausströmöffnungen mit selbststeuernden Ventilen versehen sind, wobei die Einströmöffnungen im Bereich der Ringkammer und die Ausströmöffnungen im Bereich des
Pulsators vorgesehen sind. i In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Kompressors schematisch dargestellt, an dem die Funktion näher erläutert ist.
Fig. 1 zeigt einen Mittelschnitt und Fig. 2 vergrössert daraus einen Teil der Ringkammer.
1 bezeichnet die innere und 2 die äussere Wand der Ringkammer 3 des Kompressors. Die beiden Wände 1, 2 weisen nach Schraubenlinien von unten nach oben geführte Schlitze 4 bzw. 5 auf, in welchen ein die Wände verbindendes einstückiges nach einer Wendel geformtes, imQuerschnitt gewölbtes Widerlager 6 und darunter die in gleicher Weise gewendelte Membran 7 angeordnet sind. Die aus festem, steifem Material bestehende Wendel des Widerlagers ist an der Unterseite der
Schlitze 4, 5 dicht befestigt, so dass die Ringkammer einen gewendeltenFlüssigkeitsraumaufweist.
VonderOberseitederSchlitze 4,5 erstrecken sich in axialerRichtung in denWänden 1,2 Nuten 8, die einen Gummiwulst 9 um je eine Leiste 10 aufnehmen, die gleichfalls nach der Schrauben- linie der Schlitze 4,5 geformt ist und aus einem Material hoher Steifigkeit besteht. Die beiden
Leisten 10 der Innen- und Aussenwand sind oben dicht mit der aus festem, aber elastisch nachgie- bigem Material bestehenden Membran 7 verbunden und in den Nuten 8 unabhängig voneinander in axialer Richtung verschiebbar. Durch jeden Gummiwulst 9 sind die Leisten 10 und die Mem- bran 7 gegen die Widerlager 6 gedrückt und dichten dadurch an den Schlitzen 4,5 den zwischen
Widerlager 6 und Membran 7 befindlichen Kompressionsraum ab.
Gleichzeitig dichten die Gum- miwülste auch den Flüssigkeitsraum gegenüber den Schlitzen 4,5 ab. Die gewendelte Membran 7 ist an beiden Enden mit dem Widerlager 6 fest und dicht verbunden, wobei der Schlitz 4 als Ein- strömöffnung indem Kompressionsraum und der Schlitz 5 alsAustr1ttsöffnung ausdemKompressions- raum dient.
Der Schlitz 5 ist von der Speicherkammer 11, die das komprimierte Medium aufnimmt und den Abströmstutzen 12 aufweist, umgeben.
Im unteren Bereich ist die Leiste 10 auf der Ausströmseite mit einer Steuerstange 15 verbun- den, die an das Ende eines zweiarmigen Schwenkhebels 16 angelenkt ist, der mit seinem andern
Ende mit einer in der Speicherkammer an einer Öffnung angeordneten Platte 17 verbunden ist. Die
Platte 17 ist dem Druck des gespeicherten Mediums auf der einen Seite und dem Flüssigkeitsdruck auf der andern Seite ausgesetzt und hält über den Schwenkhebel 16 die Leiste 10 an derAusström- seite hoch und damit infolge ihrer Steifheit den Ausströmschlitz dicht geschlossen. Damit durch die Öffnung im Bereich der Platte 17 das komprimierte Medium aus der Speicherkammer 11 nicht aus- strömt, ist eine elastische Membran 18 vorgesehen.
Oberhalb und unterhalb der Ringkammer 3 ist je eine Flüssigkeitskammer 22, 21 vorgesehen, die einerseits durch den wendelförmigen Flüssigkeitsraum der Ringkammer 3 und durch einen Um- leitkanal 23 miteinander verbunden sind. An die obere Kammer 22 ist der vorzugsweise aus einem
Federrohr bestehende Pulsator 24 angeschlossen, der im Raum innerhalb der Ringkammerinnenwand 1 sehr platzsparend angeordnet ist und von einer Betätigungsstange 25 gedrückt und gedeht wird, die auf beliebige Weise, z. B. mechanisch, elektrisch, pneumatisch od. dgl. angetrieben sein kann.
Ferner ist an die obere Kammer 22 ein Flüssigkeitskühler 26 angeschlossen, dessen Zufluss- öffnungen 27 und Abflussöffnungen 28 selbststeuernde Ventile aufweisen, so dass der Pulsator 24 bei seinem Streckhub die Flüssigkeit im wesentlichen aus dem Flüssigkeitskühler 26 entnimmt und während seines Druckhubes die gekühlte Flüssigkeit in die Ringkammer 3 leitet.
Die Wirkungsweise des Kompressors ist kurz folgende : Der Kompressor ist bis auf die Speicherkammer und den Kompressionsraum mit Flüssigkeit gefüllt. Beim Streckhub des Pulsators 24 in Richtung des Pfeiles P strömt Flüssigkeit in das Federrohr, wodurch die Membran 7 über ihre ganze gewendelte Länge in der Ringkammer sich vom Widerlager 6 entfernt und die Lage 7a in Fig. 2 einnimmt.
Dadurch entsteht im Kompressionsraum zwischen 6 und 7 ein Unterdruck, der Luft durch den ganzen gewendelten Schlitz 4 ansaugt, da der gewendelte Schlitz 5 der Ausströmseite von der Steuerstange 15 geschlossen gehalten wird.
Setzt der Druckhub des Pulsators in entgegengesetzter Richtung des Pfeiles P ein, dann übt die Flüssigkeit auf die Membran 7 einen gleichmässigen Druck in Richtung zum Widerlager 6 aus, wobei sich der Austrittsschlitz 5 durch den Gummiwulst 9 schliesst. Beim Ansteigen des Druckes im Kompressionsraum und im Flüssigkeitsraum gleicht sich der Druck zwischen letzterem und jenem inder
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Speicherkammer 15 aus, wodurch die Platte 17 entlastet wird und der Druck im Kompressionsraum den gewendeltenSchlitz 5 zumAustritt der komprimierten Luft in denRaum der Speicherkammer 11 öffnet, wobei bis zur Entleerung des Kompressionsraumes das Widerlager und Membran im Querschnitt eine Sichelform mit der Spitze beim Einströmschlitz 4 bilden, bis die Membran 7 an das Wideri lager 6 anliegt.
Lässt der Druck der Flüssigkeit am Ende des Druckhubes des Pulsators nach, dann schliesst der Überdruck im Raum der Speicherkammer 11 über die Einrichtung 17, 16, 15 den ge- wendelten Ausströmschlitz 5, worauf sich ein weiterer Kompressionsvorgang wiederholt, wobei je- weils auch ein Teil der Flüssigkeit den Kühler 26 durchströmt, so dass gekühlte Flüssigkeit in die
Ringkammer kommt.
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Vergleich zu der von Kompressoren herkömmlicher Bauart erreicht wird, ergibt folgende Vorteile :
erstens eineArbeitsersparnis durch die Annäherung an eine isotherme Kompression (ein polytroper Exponent von n = 1, 2 lässt sich leicht erreichen), zweitens eine Einsparung von Stufen beimHochdruckkompressor, drit- tens das Weglassen von Zwischenkühlern und viertens die Möglichkeit der Verwendung von Gummi und andern wärmeempfindlichen Abdichtungsmitteln.
Die Schrauhenform von Deckel und Membran erlaubt hohe Durchsatzmengen bei geringer Abmes- sung des Membranwendelkompressors. Wie bei allen Membrankompressoren wird das Gas nicht durch
Schmieröl verunreinigt. Reibungs- und Undichtigkeitsverluste fallen ganz weg, umsomehr als man für die Ventile hochwertiges Dichtungsmaterial verwenden kann. Die schraubenförmigen Schlitze bilden einen derart grossen Aus- bzw. Einlassquerschnitt, dass die Verluste durch Drosselung ebenfalls gemildert werden. Dieser Effekt wird noch durch die charakteristische Bewegung der Membran während des An- saugens und Ausstossens verbessert, weil man zumindest für das Ausstossen die Stetigkeitsgleichung voll- kommen anwenden kann.
Die Erfindung ist auf das dargestellte Ausführungsbeispiel nicht beschränkt. So ist es ohne weiteres möglich, das Öffnen und Schliessen des Ausströmschlitzes auf eine andere Art zu steuern. Ferner kön- nen sowohl Ausström-als auch Einströmschlitze 5 bzw. 4 für ein Öffnen und Schliessen zwangsweise gesteuert werden.
Der Kompressor muss auch nicht einen gewendelten Kompressionsraum und Flüssigkeitsraum aufweisen, sondern diese Räume können auch ringförmig ausgebildet sein, wobei die Flüssigkeitsräume untereinander verbunden sind. An sich funktioniert der Kompressor bereits mit einem Flüssigkeitsringraum und bietet dabei gegenüber den bekannten Membrankompressoren die beschriebenen Vorteile.
Zur Versteifung der Ringkammer können aussen an dieser verbindende Stege vorgesehen sein. Die Leisten in denNuten können mitgrösserem radialemSpiel angeordnetsein, weildieAbdichtung inaxialer Richtung erfolgt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kompressor mit Membran, der von einer pulsierenden Flüssigkeit betätigt wird, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Kompressor in einer mit Flüssigkeit gefüllten, an beiden Mantelflächen geschlitzten Ringkammer (3), mindestens eine in Draufsicht ringförmige Membran (7) und deren analoges im Querschnitt gewölbtes Widerlager (6) aufweist, wobei an den Schlitzen (4, 5) in den Wänden (1, 2) der Ringkammer die Ränder von Membran und Widerlager angeordnet sind, welche Schlitze auf der einen Mantelfläche die Eintrittsöffnung (4) in den Kompressionsraum zwischen Widerlager und Membran und auf der andern Mantelfläche die Austrittsöffnungen (5) bilden, die von einer Speicherkammer (l l) für das komprimierte Medium umschlossen sind.
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Compressor with membrane
The invention relates to a compressor with a diaphragm, which is actuated by a pulsating liquid.
The compressors known so far achieve jacket and ceiling cooling of only 20% of the heat generated. The total losses are at least 30% with the best designs.
According to the invention, a considerable increase in the surface area of the membrane and its
Abutments are achieved in order to obtain a better and more intensive surface cooling than before, so that the losses due to heating, friction, and leakage are significantly reduced.
In order to achieve this, according to the invention, the compressor has in a liquid-filled annular chamber slotted on both lateral surfaces at least one diaphragm, which is annular in plan view, and its analog abutment with a curved cross-section, the edges of the diaphragm and abutment at the slots in the walls of the annular chamber are arranged, which slots form the inlet opening into the compression space between the abutment and the membrane on one jacket surface and the outlet openings on the other jacket surface, which are enclosed by a storage chamber for the compromised medium.
An advantageous construction of the compressor according to the invention is achieved when the diaphragm and the abutment are each designed as a helical one-piece part and are connected at their ends, the walls of the annular chamber on the inner and outer surface along the edges of the diaphragm and abutment likewise arranged according to helical lines Have slots. According to this version, it is important that the abutment coil is made of a firm, rigid material and the membrane coil is made of an elastically stretchable material.
The abutment is firmly connected to the annular chamber at the slot edges, whereas the membrane arranged underneath is fastened with its two edges to strips which are displaceably and spring-mounted in axially directed grooves in the walls of the annular chamber extending from the slots. At the bottom of the grooves, rubber beads are inserted to resilient the strips and at the same time to seal the compression and liquid space.
In the area of the lowest point of the bar, a control rod is provided on the side of the outflow slots to close the same during the open position of the inflow slots, which is connected to the end of a two-armed pivot lever, the other end of which is connected to one in the storage chamber under the pressure of the compressed Medium standing, is connected to an opening opening into the liquid space, the opening being closed by a membrane.
According to a preferred embodiment of the compressor with a membrane coil, the inflow slots are provided on the inner wall and the outflow slots are provided in the outer wall of the annular chamber. The storage chamber surrounds the annular chamber on the outside and inside the inner wall of the annular chamber there is arranged a pulsator for the liquid, which is connected to the latter via a liquid chamber and preferably consists of a spring tube, for the cooling of which a liquid cooler is connected to the pulsator.
Above and below the annular chamber there is an annular liquid chamber, which both chambers lead on the one hand over the helical liquid space between the membrane or the abutment in the annular chamber and on the other hand over an outside of the annular chamber
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Diversion channel are interconnected. The liquid cooler is advantageously arranged on the upper liquid chamber, the inflow and outflow openings of which are provided with self-regulating valves, the inflow openings in the area of the annular chamber and the outflow openings in the area of the
Pulsators are provided. In the drawings, an embodiment of the compressor is shown schematically, on which the function is explained in more detail.
FIG. 1 shows a central section and FIG. 2 shows an enlarged part of the annular chamber.
1 designates the inner and 2 the outer wall of the annular chamber 3 of the compressor. The two walls 1, 2 have slots 4 and 5, respectively, which run in helical lines from bottom to top, in which a one-piece, helical-shaped abutment 6, arched in cross-section, connecting the walls and underneath the membrane 7 coiled in the same way are arranged. The coil of the abutment, which is made of solid, rigid material, is on the underside of the
Slots 4, 5 tightly attached so that the annular chamber has a coiled liquid space.
From the top of the slots 4, 5, grooves 8 extend in the axial direction in the walls 1, 2, which receive a rubber bead 9 around a strip 10, which is also shaped along the helical line of the slots 4, 5 and consists of a material of high rigidity. The two
Strips 10 of the inner and outer walls are tightly connected at the top to the membrane 7, which is made of a firm but elastically flexible material, and can be displaced in the axial direction in the grooves 8 independently of one another. The strips 10 and the membrane 7 are pressed against the abutment 6 by each rubber bead 9 and thereby seal the between the slots 4, 5
Abutment 6 and membrane 7 located compression space.
At the same time, the rubber beads also seal the liquid space from the slots 4, 5. The coiled membrane 7 is firmly and tightly connected at both ends to the abutment 6, the slot 4 serving as an inflow opening in the compression space and the slot 5 as an outlet opening from the compression space.
The slot 5 is surrounded by the storage chamber 11, which receives the compressed medium and has the outflow nozzle 12.
In the lower area, the bar 10 is connected on the outflow side to a control rod 15 which is articulated to the end of a two-armed pivot lever 16, which is connected to its other
End is connected to a arranged in the storage chamber at an opening plate 17. The
Plate 17 is exposed to the pressure of the stored medium on the one hand and the liquid pressure on the other and holds the strip 10 on the outflow side via the pivot lever 16 and thus tightly closes the outflow slot due to its rigidity. An elastic membrane 18 is provided so that the compressed medium does not flow out of the storage chamber 11 through the opening in the area of the plate 17.
A liquid chamber 22, 21 is provided above and below the annular chamber 3, which are connected to one another on the one hand by the helical liquid space of the annular chamber 3 and by a diversion channel 23. The upper chamber 22 is preferably made of one
Spring tube existing pulsator 24 connected, which is arranged very space-saving in the space within the annular chamber inner wall 1 and is pressed and rotated by an actuating rod 25, which can be operated in any way, e.g. B. mechanically, electrically, pneumatically or the like. Can be driven.
Furthermore, a liquid cooler 26 is connected to the upper chamber 22, the inflow openings 27 and outflow openings 28 of which have self-regulating valves, so that the pulsator 24 essentially removes the liquid from the liquid cooler 26 during its stretching stroke and the cooled liquid into the liquid during its pressure stroke Annular chamber 3 conducts.
Briefly, the compressor works as follows: The compressor is filled with liquid except for the storage chamber and the compression space. During the stretching stroke of the pulsator 24 in the direction of the arrow P, liquid flows into the spring tube, whereby the membrane 7 moves away from the abutment 6 over its entire coiled length in the annular chamber and assumes the position 7a in FIG.
This creates a negative pressure in the compression space between 6 and 7, which sucks in air through the entire coiled slot 4, since the coiled slot 5 on the outflow side is kept closed by the control rod 15.
If the pressure stroke of the pulsator starts in the opposite direction of arrow P, the liquid exerts a uniform pressure on the membrane 7 in the direction of the abutment 6, the outlet slot 5 being closed by the rubber bead 9. When the pressure in the compression space and in the liquid space rises, the pressure between the latter and that in the is the same
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Storage chamber 15, as a result of which the plate 17 is relieved and the pressure in the compression space opens the coiled slot 5 for the compressed air to escape into the space of the storage chamber 11, with the abutment and membrane in cross section forming a sickle shape with the tip at the inflow slot 4 until the compression space is emptied until the membrane 7 rests on the Wideri bearing 6.
If the pressure of the liquid decreases at the end of the pressure stroke of the pulsator, then the overpressure in the space of the storage chamber 11 closes the coiled outflow slot 5 via the device 17, 16, 15, whereupon a further compression process is repeated, each also including Part of the liquid flows through the cooler 26, so that cooled liquid in the
Annular chamber is coming.
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Compared to that achieved by compressors of conventional design, the following advantages result:
Firstly, a labor saving by approaching an isothermal compression (a polytropic exponent of n = 1, 2 can easily be achieved), secondly, a saving of stages in the high-pressure compressor, thirdly, the omission of intercoolers and fourthly, the possibility of using rubber and other heat-sensitive components Sealants.
The helical shape of the cover and diaphragm allows high throughput rates with small dimensions of the diaphragm spiral compressor. As with all diaphragm compressors, the gas does not get through
Lube oil contaminated. Friction and leakage losses are completely eliminated, especially since high-quality sealing material can be used for the valves. The helical slots form such a large outlet or inlet cross section that the losses due to throttling are also reduced. This effect is further improved by the characteristic movement of the diaphragm during suction and ejection, because the equation of continuity can be fully applied at least for ejection.
The invention is not limited to the illustrated embodiment. So it is easily possible to control the opening and closing of the outflow slot in a different way. Furthermore, both outflow and inflow slots 5 and 4 can be controlled for opening and closing.
The compressor does not have to have a coiled compression space and liquid space either, but these spaces can also be designed in an annular manner, the liquid spaces being connected to one another. In itself, the compressor already works with an annular liquid space and offers the advantages described over the known diaphragm compressors.
To stiffen the annular chamber, connecting webs can be provided on the outside of this. The strips in the grooves can be arranged with greater radial play, because the seal takes place in the axial direction.
PATENT CLAIMS:
1. Compressor with membrane, which is actuated by a pulsating liquid, characterized in that the compressor in a liquid-filled, on both lateral surfaces slotted annular chamber (3), at least one in plan view, annular membrane (7) and its analog in Has cross-section arched abutment (6), the edges of the membrane and abutment being arranged on the slots (4, 5) in the walls (1, 2) of the annular chamber, which slots on one lateral surface the inlet opening (4) into the compression chamber The outlet openings (5) form between the abutment and the membrane and on the other lateral surface, which are enclosed by a storage chamber (II) for the compressed medium.