Kompressoranlage
Die Erfindung betrifft eine Kompressoranlage zum Komprimieren von Gasen und zu ihrem Speichern im komprimierten Zustand, mit einem Kompressor und einem Behälter, welcher einen Speicherraum für das komprimierte Gas bildet.
Es ist bei Kompressoranlagen bekannt, Wärmeaustauscher zur Zwischenkühlung und zur Nachkühlung des aus einem Kompressor austretenden heissen komprimierten Gases zu verwenden.
Die Erfindung hat die Schaffung einer neuartigen Kompressoranlage zum Ziel, bei welcher die bisher vorhandenen langen Rohrverbindungen vermieden werden, welche der Führung des heissen komprimierten Gases von einer Druckleitung des Kompressors zum Eingang des Speicherbehälters dienen. Gleichzeitig soll eine Kontrolle und ein Ausbau der Teile des Wär meaustauschers erleichtert werden, welche die heissen Gase führen.
Die erfindungsgemässe Kompressoranlage, durch welche das erwähnte Ziel erreicht wird, ist gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher, welcher mit einem wesentlichen Teil seiner Länge im Behälter angeordnet ist, wobei der Wärmeaustauscher einen Eingang aufweist, welcher mit dem Kompressor verbunden ist und der Zufuhr des komprimierten Gases dient, einen Ausgang für das gekühlte Gas und eine Kühleinheit, die sich zwischen dem Eingang und dem Ausgang befindet und der Kühlung des komprimierten Gases während seiner Strömung durch den Wärmeaustauscher dient, sowie Organe für die lösbare Befestigung der Kühleinheit im Wärmeaustauscher, derart, dass sie ohne eine Lösung von Verbindungsleitungen des Wärmeaustauschers mit dem Kompressor und dem Behälter in den Wärmeaustauscher eingebaut und aus diesem ausgebaut werden kann.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Endansicht einer erfindungsgemässen Kompressoranlage,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Anlage nach der Fig. 1,
Fig. 3 einen Grundriss der Anlage aus der Fig. 1,
Fig. 4 einen Grundriss des Wärmeaustauschers und des Behälters im grösseren Masstab und teilweise im Schnitt, zur Darstellung des gegenseitigen Verhältnisses des Wärmeaustauschers, des Ausganges des Kompressors und des Speicherbehälters,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in der Fig. 4,
Fig. 6 eine seitliche Ansicht einer anderen Ausführung einer erfindungsgemässen Kompressoranlage,
Fig. 7 einen vertikalen Schnitt durch den Wärmeaustauscher und den Behälter aus der Fig. 6 in grösserem Masstab,
Fig. 8 den Schnitt nach der Linie 8-8 in der Fig.
7 in nochmals grösserem Masstab,
Fig. 9 den Schnitt nach der Linie 9-9 in der Fig. 7,
Fig. 10 einen vertikalen Schnitt durch das Ausgangsende für das Kühhnittel des Wärmeaustauschers aus der Fig. 7 in gegenüber dieser Figur vergrössertem Masstab,
Fig. 11 eine seitliche Ansicht einer weiteren Ausführung der Anlage nach Fig. 6,
Fig. 12 eine seitliche Ansicht einer Anlage mit einem zweitstufigen Kompressor mit V-Anordnung der Zylinder und einer weiteren Ausführung der Erfindung,
Fig. 13 eine Endansicht der Anlage aus der Fig. 12 und
Fig. 14 einen Grundriss der Anlage aus der Fig. 12 in grösserem Masstab, mit dem Wärmeaustauscher und Speicherbehälter im Schnitt.
In den Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung ist eine Kompressoranlage zum Verdichten von Gasen dargestellt, welche einen Kompressor 1 enthält, welcher durch ein Riemengetriebe 2 mit einem Elektromotor 3 für den Antrieb des Kompressors verbunden ist, sowie einen Wärmeaustauscher 4 und einen Speicherbehälter 5.
Der dargestellte Kompressor ist ein Kolbenkompressor und enthält eine Saugleitung 6 sowie eine Druckleitung 7, die im Detail in der Fig. 4 der Zeichnung dargestellt sind.
Im Betrieb treibt der Elektromotor 3 den Kompressor 1 über das Riemengetriebe 2 an, wobei Luft oder ein anderes Gas durch die Saugleitung 6 angesaugt wird, im Kompressor 1 komprimiert wird und in die Druckleitung 7 gefördert wird, worauf es dem Wärmeaustauscher 4 zugeführt wird.
Die Antriebsorgane des Kompressors, seine Funktion und seine Teile brauchen nicht näher beschrieben zu werden, da derartige Kompressoren an sich bekannt sind. Die Druckleitung 7 des Kompressors 1 ist mit einem Befestigungsflansch 8 versehen, welcher eine Befestigung eines Flansches 9 des Wärmeaustauschers 4 durch Schrauben 10 gestattet. Der Wärmeaustauscher 4 führt in den Behälter 5 für das komprimierte Gas und erstreckt sich mit einem wesentlichen Teil seiner Länge durch eine Öffnung 11, die an einer geeigneten Stelle des Behälters 5 ausgebildet ist. Der Wärmeaustauscher 4 ist mit dem Behälter 5 auf eine geeignete Weise verbunden, durch welche die Verbindung gasdicht gemacht wird, wie z. B. durch eine Schweissnaht 12.
Der Behälter ist mit der üblichen Ausgangsöffnung 5a versehen, durch welche das im Behälter gespeicherte Gas seiner Verwendung zugeführt werden kann.
Der Wärmeaustauscher 4 dient als Ausgangskühler für das heisse komprimierte Gas, welches durch den Ausgang 7 des Kompressors 1 austritt, und enthält ein äusseres Gehäuse 13, dessen eines Ende mit dem Flansch 9 verbunden ist. Der Wärmeaustauscher ist horizontal angeordnet, wie dies aus den Fig. 1-3 hervorgeht, und erstreckt sich durch die Öffnung 11 in eine Speicherkammer 14 des Behälters 5 mit einem wesentlichen Teil seiner Länge. Das Ende, welches von dem Ende abgewandt ist, das am Flansch 9 befestigt ist, befindet sich dabei in der Nähe einer Zugangsöffnung 15, die in der Wand des Behälters 5 ausgebildet ist.
Zur Führung des heissen komprimierten Gases von der Ausgangsöffnung 7 des Kompressors 1 zur Speicherkammer 14 des Behälters 5 ist eine Kühleinheit 16 vorgesehen, welche eine Mehrzahl von Rohren 17 enthält, die mit ihren Enden in Rohrböden 18 und 19 befestigt sind. Der Rohrboden 18 ist in einer Bohrung 20 des Flansches 9 befestigt. Der Rohrboden 19 ist auf der inneren Wand des Gehäuses 13 des Wärmeaustauschers befestigt, und zwar im Bereich des in der Speicherkammer 14 befindlichen Endes.
Die Rohrböden 18 und 19 sind in der dargestellten Weise mit O-Ringen 21 versehen, die der Abdichtung der Enden einer zur Aufnahme einer Flüssigkeit bestimmten Kühlkammer 22 dienen, die im Gehäuse 13 des Wärmeaustauschers ausgebildet ist und die Rohre 17 der Kühleinheit 16 umschliesst. Der Kühlkammer 22 wird die Kühlflüssigkeit durch eine Öffnung 23 im Gehäuse 13 zugeführt, die sich im vom Flansch 9 ab gewandten Ende des Gehäuses 13 befindet. Diese zugeführte Kühlflüssigkeit umströmt die Rohre 17 und wird durch eine Ausgangsöffnung 24 abgeleitet, die sich am Ende des Gehäuses 13 befindet, welches dem Flansch 9 zugewandt ist.
Die Öffnung 23 schafft eine Verbindung zwischen der flüssigkeitsdichten Kühlkammer 22 und einer Kammer 25 eines Vorkühlers 26, welcher an der äusseren Fläche des Gehäuses 13 angeordnet ist. Die Kammer 25 bildet eine Leitung für die Kühlflüssigkeit, da der Wärmeaustauscher 4 im Behälter 5 untergebracht ist.
Der Vorkühler 26 hat eine Eingangsöffnung 27, die an eine Kühlleitung 28 angeschlossen ist, welche mit einer geeigneten Quelle einer Kühlflüssigkeit für den Wärmeaustauscher 4 verbunden ist, wie dies aus den Fig. 4 und 5 der Zeichnung hervorgeht. In der Fig. 4 ist ein elektromagnetisches Ventil 29 in der Kühlleitung 28 dargestellt, welches einer Steuerung der Strömung der Kühlfüssigkeit durch den Wärmeaustauscher 4 dient.
Es versteht sich, dass das elektromagnetische Ventil selbsttätig durch einen elektrischen Stromkreis betätigt werden kann, welcher die Strömung der Kühlflüssigkeit entweder in Abhängigkeit vom Betrieb des Elektromotors 3 steuert oder in Abhängigkeit von einer Betriebsgrösse, wie z. B. der Temperatur des heissen komprimierten Gases, welches durch die Leitung 7 austritt. Die Betätigung kann auch in Abhängigkeit von der Temperatur des Gases im Behälter 5 erfolgen. Obwohl ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 29 dargestellt ist, versteht es sich, dass auch ein pneumatisch oder hydraulisch betätigtes Ventil im Rahmen der Erfindung für den erwähnten Zweck verwendet werden kann.
Es ist jedoch auch möglich, anstatt des automatisch durch einen Elektromagneten betätigten Ventiles, das in der Leitung 28 dargestellt ist, ein von Hand betätigtes Ventil zu verwenden, welches der Steuerung der Strömung der Kühlflüssigkeit durch den Wärmeaustauscher 4 dient.
Die Zugangsöffnung 15 gestattet einen Einbau oder Ausbau der Kühleinheit 16 und ist mit einem Deckel 30 versehen, welcher an einem Flansch 31 durch Schrauben 32 befestigt ist, welcher um die Öffnung 15 ausgebildet ist.
Um die Kühleinheit 16 während des Betriebes in ihrer Stellung zu halten, ist eine Feder 33 vorgesehen, welche sich gegen den Deckel 30 und das äussere Ende des Rohrbodens 19 abstützt, wie dies in der Fig 4 der Zeichnung dargestellt ist. Es versteht sich jedoch, dass ein anderes beliebiges Organ zum Festhalten der Kühleinheit 16 in ihrer Stellung verwendet werden kann, wenn z. B. die Anordnung der Kühleinheit geändert wird. So kann die Kühleinheit bei einem vertikal angeordneten Kompressor und Behälter verwendet werden, im Gegensatz zur horizontalen Anordnung nach den Fig. 1-3.
Nach dem Zusammenbau der dargestellten Komr pressoranlage wird der Elektromotor 3 in Betrieb gesetzt und treibt den Kompressor 1 in der beschriebenen Weise an.
Wenn das elektromagnetische Ventil 29 in Abhängigkeit vom Einschalten des Elektromotors 3 betätigt wird, so wird dieses geöffnet, und die Kühlflüssigkeit kann aus der Kühlleitung 28 zur Eingangsöffnung 27 strömen und gelangt durch die Kammer 25 des Vorkühlers 26 und die Öffnung 23 in die flüssigkeitsdichte Kühlkammer 22. Das heisse komprimierte Gas, welches durch die Druckleitung 7 des Kompressors 1 in die Rohr 17 der Kühleinheit 16 gelangt, wird durch die Kühlflüssigkeit gekühlt. Das abgekühlte Gas gelangt aus den Enden der Rohre 17 in die Speicherkammer 14 des Behälters 5, in welcher es bis zu seinem Gebrauch verbleibt.
Der Wärmeaustauscher 4 hat somit die Funktion eines Nachkühlers, wobei wegen seines kompakten Aufbaues nur eine kleine Länge des Wärmeaustauschers frei zugänglich ist. Dadurch wird im wesentlichen die Feuer- und Explosionsgefahr beseitigt, die bei den bisherigen Kompressoranlagen besteht, bei welchen sich heisse Druckleitungen oder Elemente zwischen einem Kompressor und einem Speicherbehälter befinden.
Der erfindungsgemässe kompakte Aufbau vermeidet auch Probleme, welche mit den Rohrleitungen verbunden sind, verbessert das Aussehen der Anlage und vermindert ihren Raumbedarf.
Bei der in der Fig. 6 dargestellten Kompressoranlage ist der Kompressor 1 mit seinem Riemengetriebe 2 und dem Elektromotor 3 im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei der Ausführung nach den Fig. 1-3 angeordnet, mit der Ausnahme, dass der Kopf des Kompressors, welcher gegenüber der Saugleitung um 90" versetzt ist, oben angeordnet ist. Der Kompressor 1 befindet sich über einer abgeänderten Ausführung des Wärmeaustauschers 40 und Speicherbehälters 41, die ebenfalls horizontal angeordnet sind.
Die Kompressoranlage nach der Fig. 6 kann auch entsprechend der Fig. 11 angeordnet sein, nach welcher der Wärmeaustauscher 40 mit dem Speicherbehälter 41 vertikal angeordnet sind und gegenüber dem Elektromotor 3 seitlich versetzt sind. Der Kompressor 1 ist vertikal zwischen dem Elektromotor 3 und dem Behälter 41 angeordnet. Der Wärmeaustauscher 40 ist daher an einer Seite des Kompressors 1 angeschlossen, wobei die Saugleitung 6 über dem Motor 3 angeordnet ist.
Es versteht sich, dass der Kompressor 1 mit seinem Riemengetriebe 2 und dem Elektromotor 3 bei allen Ausführungen nach den Fig. 1, 6 und 11 beliebig mit dem Wärmeaustauscher 4 und dem Behälter 5 oder dem abgeänderten Wärmeaustauscher 40 und dem Behälter 41 kombiniert werden können.
Die abgeänderte Ausführung des Wärmeaustauschers, die in den Fig. 7 und 9 dargestellt ist, enthält im wesentlichen einen Wärmeübergangsteil, welcher sich in einem rohrförmigen Gehäuse 42 befindet, sowie einen Eingangsteil 43, welcher der Aufnahme des zu kühlenden komprimierten Gases dient.
Das rohrförmige Gehäuse 42 erstreckt sich entlang der vollen axialen Länge des Behälters 41 sowie durch Öffnungen an seinen Enden. Die Enden des Behälters 41 und die benachbarten Teile des rohrförmigen Gehäuses 42 sind auf geeignete Weise wie z. B. durch Schweissnähte 44 miteinander verbunden, um gasdichte Verbindungen zu schaffen.
Der Anschlussteil 43 ist mit einem Eingangsstutzen 45 versehen, welcher sich durch die Seite des Behälters 41 an dessen Ende erstreckt, welches im Bereich des Kopfes des Kompressors 1 liegt. Der Stutzen 45 ist gleichzeitig mit dem Behälter auf eine geeignete Weise wie z.B. durch eine Schweissnaht 46 verbunden, die eine gasdichte Verbindung schafft. Der Stutzen 45 ist mit einem Flansch 47 versehen, welcher dem Flansch 9 des Wärmeaustauschers 4 entspricht und zur Befestigung am Flansch 8 der Druckleitung 7 des Kompressors bestimmt ist.
Der Anschlussteil 43 umscllliesst das Ende des rohrförmigen Gehäuses 42 innerhalb des Behälters 41 und ist in Querrichtung zum Stutzen 45 versetzt. Ein Ende des Anschlussteiles 43 ist auf eine geeignete Weise mit der Wand des Behälters 41 unter Schaffung einer gasdichten Verbindung verbunden, während das andere Ende ausgehalst ist, um einen gasdichten Ver bindungsstutzen 48 zu bilden, welcher dichtend mit dem Gehäuse 42 verbunden ist.
Um eine Bewegung der Kühleinheit 50 in axialer Richtung im Gehäuse 42 zu verhindern, sind in Endkappen 60 und 62 ringförmige Distanzteile 59 vorgesehen, welche sich gegen Rohrböden 52 und 53 abstützen.
Im Betrieb wird die Kühlflüssigkeit von einer Kühlleitung 61 der Endkappe 60 zugeführt, strömt durch Rohr 51 der Kühleinheit 50 zur Endkappe 62 und wird aus dem Wärmeaustauscher 40 durch eine Ausgangsleitung 63 abgeleitet. Das heisse komprimierte Gas gelangt aus der Druckleitung 7 des kompressors 1 in den Anschlussteil 43 durch den Stutzen 45.
Das dem Anschlussteil 43 zugeführte komprimierte Gas gelangt durch eine oder mehrere Eingangsöffnungen 57 in eine Kühlkammer 55 und strömt entlang ihrer ganzen axialen Länge zu einer oder mehreren Ausgangsöffnungen 58, durch welche das Gas in den Behälter 41 austritt und in diesem bis zu seiner Verwendung gespeichert bleibt. Schikanen 54 erteilen der Strömung in der Kühlkammer 55 eine wellenförmige oder schraubenförmige Bewegung von der Eingangsöffnung 57 zur Ausgangsöffnung 58. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das strömende Gas die Rohre 51 zur Erzielung einer optimalen Kühlwirkung innig umspült.
Wie bereits erwähnt wurde, sind die Rohre 51 in Rohrböden 52 und 53 befestigt und mit den Schikanen 54 versehen, mit welchen sie zusammen die Kühleinheit 50 bilden, welche im Gehäuse 42 nur durch die Distanzteile 59 und die Endkappen 60 und 62 befestigt ist. Es ist daher möglich, die Kühleinheit 50 in axialer Richtung aus dem Gehäuse 42 dadurch zu entfernen, dass die Distanzteile 59 und die Endkappen 60 und 62 demontiert werden. Das kann ohne eine Demontage der Anschlüsse für die Kühlflüssigkeit, des Anschlusses des Kühlers an den Kompressor sowie des Kühlers am Behälter geschehen.
Obwohl zwei Ausführungen des Wärmeaustauschers nach der vorliegenden Erfindung und ihre Anwendung bei verschiedenen Kompressoranlagen zur Ausführung einer Nachkühlung beschrieben wurden, so ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungen begrenzt. Im folgenden wird ein erfindungsgemäss ausgebildeter Wärmeaustauscher beschrieben, welcher als Zwischenkühler bei einem mehrstufigen Kompressor mit V-Anordnung der Zylinder dient.
Entsprechend der Darstellung in den Fig.1214 der Zeichnung ist ein Kompressor 70 mit V-Anordnung der Zylinder mit einem Kopf 71 einer ersten Kompressorstufe sowie einem Kopf 74 der zweiten Stufe versehen, die beide dem einzigen. Kopf des Kompressors 1 entsprechen. Der Kopf 71 ist mit einer Saugleitung 72 für die Aufnahme des zu komprimierenden Gases versehen, sowie mit einer Ausgangsleitung 73, durch welche das komprimierte Gas der ersten Stufe der Kühlung zugeführt wird. Der Kopf 74 der zweiten Stufe ist mit einer Saugleitung 75 versehen, die der Aufnahme des gekühlten komprimierten Gases aus der ersten Stufe dient sowie einer Druckleitung 76, welche an einen Speicherbehälter 78 durch eine Leitung 77 angeschlossen ist.
Die Leitung 77 enthält einen rohrförmigen Nachkühler 77a mit bekanntem Aufbau, welcher der Kühlung des komprimierten Gases dient.
Ein erfindungsgemäss ausgebildeter Wärmeaustauscher 80 ist im Speicherbehälter 78 angeordnet und in geeigneter Weise an die erste Kompressorstufe und die zweite Kompressorstufe angeschlossen und bildet einen Zwischenkühler zwischen den beiden Stufen.
Wie am besten aus der Fig. 14 der Zeichnung hervorgeht, ist der Wärmeaustauscher 80 mit einem rohrförmigen Gehäuse 81 versehen, welches an einem Ende, das sich im Bereich des Kopfes 71 der ersten Kompressorstufe befindet, durch eine Wand 82 verschlossen ist. Das andere Ende des rohrförmigen Gehäuses 81 ist offen und erstreckt sich durch das Ende des Speicherbehälters 78 zum Kopf 74 der zweiten Kompressorstufe.
Der Wärmeaustauscher 80 ist mit einem Eingangsstutzen 83 für das heisse komprimierte Gas der ersten Stufe versehen, welcher sich vom geschlossenen Ende des rohrförmigen Gehäuses 81 durch die Seite des Speicherbehälters 78 nach aussen erstreckt und mit diesen durch eine Schweissnaht oder auf eine andere Weise gasdicht verbunden ist. Das Ende des Eingangsstutzens 83 ist mit einem Flansch 84 versehen, welcher auf eine geeignete Weise mit der Druckleitung 73 der ersten Kompressorstufe verbunden ist, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Druckleitung des Kompressors 1 erwähnt wurde.
Ein Ausgangsteil 85 für das gekühlte komprimierte Gas umschliesst das offene Ende des rohrförmigen Gehäuses 81 und ist an seinen Enden durch eine ringförmige Wand 86 verschlossen, welche um die freie Kante des Gehäuses & herum angeordnet ist, sowie eine ähnliche ringförmige Wand 87, die am anderen Ende des Ausgangsteiles 85 angeordnet ist. Durch ähnliche Mittel, wie dies beim Anschlussteil 43 des Wärmeaustauschers 40 nach der Fig. 7 der Fall ist, ist der Ausgangsteil 85 zusammen mit seinen Einwänden 86 und 87 mit dem Behälter 78 und dem rohrförmigen Gehäuse 81 dichtend verbunden. Die Verbindung kann durch eine Schweissnaht oder ein anderes geeignetes Mittel zur Bildung gasdichter Verbindungen geschehen.
Der Ausgangsteil 85 hat einen rohrförmigen Ausgangsstutzen 88 für das gekühlte komprimierte Gas, welcher sich durch die Seitenwand des Behälters 78 erstreckt und mit einem Flansch 89 versehen ist. Der Stutzen 88 und sein Flansch 89 sind mit dem Behälter 78 und der Saugleitung 75 der zweiten Kompressorstufe in ähnlicher Weise verbunden, wie der Eingangsstutzen 83 mit dem Flansch 84.
Eine Kühleinheit 90 enthält eine Mehrzahl von U-förmig gebogenen Rohren 91, von denen jedes an seinen Enden an diametral entgegengesetzten Seiten eines Rohrbodens 92 befestigt ist. Die Kühleinheit 90 enthält auch eine Mehrzahl von Schikanen 93, welche in axialen Abständen vom Rohrboden 92 angeordnet sind. Die Schikanen 93 sind gleich wie die Schikanen 54 mit einer Mehrzahl der Rohre 91 verbunden und erstrecken sich nicht vollständig von der einen Seite des rohrförmigen Gehäuses 81 zu seiner anderen Seite.
Die durch die Kühleinheit 90 fliessende Gasströmung muss daher in der gleichen Weise wie beim Wärmeaustauscher 40 eine gewundene Bahn durchlaufen.
Wie in der Figur dargestellt, können die Schikanen 93 im Bereich der entgegeilgesetzten Schenkel der Uförmigen Rohre abwechselnd angeordnet und an diesen befestigt sein, damit ein inniger Kontakt des strömenden Gases mit der vollen Länge der Rohre 91 zur Erzielung einer maximalen Kühlung gewährleistet ist.
Das rohrförmige Gehäuse 81 ist mit einer oder mehreren Öffnungen 94 versehen, welche sich zwischen den Endwänden 86 und 87 des Ausgangsteiles 85 befinden und den Ausgang einer durch das Gehäuse 81 zwischen seiner Endwand 82 und dem Rohrboden 92 gebildeten Zwischenkühlkammer 95 bilden. Der Rohrboden 92 erstreckt sich über die ringförmige Wand 86 des Ausgangsteiles 85, wobei zwischen beiden Teilen eine geeignete Dichtung angeordnet ist.
Ein dichtender Deckel 96 verschliesst das offene Ende des Wärmeaustauschers 80 und bedeckt den Rohrboden 92. Der Deckel 96 ist an seiner inneren Seite mit einem Paar von Ausnehmungen versehen, welche zusammen mit dem Rohrboden 92 ein Paar von Kammern 97 und 98 bilden, die voneinander durch eine diametral verlaufende Wand 99 getrennt sind. Eine der Kammern 97und 98, welche beide mit entgegengesetzten Enden der Rohre 91 in Verbindung stehen, ist an eine nicht dargestellte Kühlleitung für die Zufuhr der Kühlflüssigkeit angeschlossen, während die andere der Kammern mit einer ebenfalls nicht dargestellten Leitung für den Abfluss der Kühlflüssigkeit verbunden ist.
Im Betrieb fliesst die Kühlflüssigkeit, welche einer der Kammern 97 oder 98 zugeführt wird, durch die Rohr 91 zur anderen Kammer 97 bzw. 98, aus welcher die Kühlflüssigkeit entfernt wird.
Gleichzeitig gelangt das heisse komprimierte Gas aus der ersten Kompressorstufe durch den Eingangsstutzen 83 in die Kühlkammer 95 und strömt entlang dieser Kammer zur Ausgangsöffnung 94 und durch sie in den Ausgangsteil 85. Das gekühlte komprimierte Gas aus der ersten Stufe wird durch den Ausgangsteil 85 dem Rohrstutzen 88 zugeführt und gelangt in die zweite Kompressorstufe 74. In der zweiten Kompressorstufe 74 wird das Gas weiter komprimiert und durch die Leitung 77 dem Speicherbehälter 78 zugeführt.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die dargestelken und beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist, die im Rahmen des Patentanspruches ge ändert werden können.
Compressor system
The invention relates to a compressor system for compressing gases and for storing them in the compressed state, with a compressor and a container which forms a storage space for the compressed gas.
It is known in compressor systems to use heat exchangers for intermediate cooling and for post-cooling of the hot compressed gas emerging from a compressor.
The invention aims to create a new type of compressor system in which the previously existing long pipe connections are avoided, which serve to guide the hot compressed gas from a pressure line of the compressor to the inlet of the storage container. At the same time, a control and expansion of the parts of the heat exchanger should be facilitated, which lead the hot gases.
The compressor system according to the invention, by means of which the mentioned object is achieved, is characterized by a heat exchanger which is arranged with a substantial part of its length in the container, the heat exchanger having an inlet which is connected to the compressor and serves to supply the compressed gas , an outlet for the cooled gas and a cooling unit which is located between the inlet and the outlet and serves to cool the compressed gas while it is flowing through the heat exchanger, as well as means for releasably securing the cooling unit in the heat exchanger so that it can be used without a solution of connecting lines of the heat exchanger with the compressor and the container can be installed in the heat exchanger and removed from it.
The invention is explained using an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. It shows:
1 shows an end view of a compressor system according to the invention,
FIG. 2 shows a side view of the system according to FIG. 1,
FIG. 3 is a plan view of the system from FIG. 1,
4 shows a plan view of the heat exchanger and the container on a larger scale and partially in section, to illustrate the mutual relationship of the heat exchanger, the output of the compressor and the storage container,
Fig. 5 is a section along the line 5-5 in Fig. 4,
6 shows a side view of another embodiment of a compressor system according to the invention,
7 shows a vertical section through the heat exchanger and the container from FIG. 6 on a larger scale,
8 shows the section along the line 8-8 in FIG.
7 on an even larger scale,
9 shows the section along the line 9-9 in FIG. 7,
FIG. 10 shows a vertical section through the outlet end for the cooling means of the heat exchanger from FIG. 7 on an enlarged scale compared to this figure,
11 shows a side view of a further embodiment of the system according to FIG. 6,
12 shows a side view of a system with a two-stage compressor with a V-arrangement of the cylinders and a further embodiment of the invention,
Figure 13 is an end view of the plant of Figures 12 and 12
14 shows a plan view of the system from FIG. 12 on a larger scale, with the heat exchanger and storage tank in section.
1, 2 and 3 of the drawing show a compressor system for compressing gases which contains a compressor 1 which is connected by a belt drive 2 to an electric motor 3 for driving the compressor, as well as a heat exchanger 4 and a storage tank 5.
The compressor shown is a piston compressor and contains a suction line 6 and a pressure line 7, which are shown in detail in FIG. 4 of the drawing.
During operation, the electric motor 3 drives the compressor 1 via the belt transmission 2, air or another gas being sucked in through the suction line 6, compressed in the compressor 1 and conveyed into the pressure line 7, whereupon it is fed to the heat exchanger 4.
The drive elements of the compressor, its function and its parts do not need to be described in detail since such compressors are known per se. The pressure line 7 of the compressor 1 is provided with a fastening flange 8, which allows a flange 9 of the heat exchanger 4 to be fastened by means of screws 10. The heat exchanger 4 leads into the container 5 for the compressed gas and extends with a substantial part of its length through an opening 11 which is formed at a suitable point in the container 5. The heat exchanger 4 is connected to the container 5 in a suitable manner by which the connection is made gas-tight, e.g. B. by a weld 12.
The container is provided with the usual outlet opening 5a through which the gas stored in the container can be fed to its use.
The heat exchanger 4 serves as an outlet cooler for the hot, compressed gas which exits through the outlet 7 of the compressor 1, and contains an outer housing 13, one end of which is connected to the flange 9. The heat exchanger is arranged horizontally, as can be seen from FIGS. 1-3, and extends through the opening 11 into a storage chamber 14 of the container 5 with a substantial part of its length. The end which faces away from the end which is attached to the flange 9 is located in the vicinity of an access opening 15 which is formed in the wall of the container 5.
To guide the hot compressed gas from the outlet opening 7 of the compressor 1 to the storage chamber 14 of the container 5, a cooling unit 16 is provided which contains a plurality of tubes 17, the ends of which are fastened in tube sheets 18 and 19. The tube sheet 18 is fastened in a bore 20 in the flange 9. The tube sheet 19 is attached to the inner wall of the housing 13 of the heat exchanger, specifically in the area of the end located in the storage chamber 14.
The tube sheets 18 and 19 are provided with O-rings 21 as shown, which serve to seal the ends of a cooling chamber 22 intended to receive a liquid, which is formed in the housing 13 of the heat exchanger and encloses the tubes 17 of the cooling unit 16. The cooling chamber 22 is supplied with the cooling liquid through an opening 23 in the housing 13, which is located in the end of the housing 13 facing away from the flange 9. This supplied cooling liquid flows around the tubes 17 and is diverted through an outlet opening 24 which is located at the end of the housing 13 which faces the flange 9.
The opening 23 creates a connection between the liquid-tight cooling chamber 22 and a chamber 25 of a precooler 26, which is arranged on the outer surface of the housing 13. The chamber 25 forms a line for the cooling liquid, since the heat exchanger 4 is accommodated in the container 5.
The pre-cooler 26 has an inlet opening 27 which is connected to a cooling line 28 which is connected to a suitable source of a cooling liquid for the heat exchanger 4, as can be seen in FIGS. 4 and 5 of the drawing. In FIG. 4, an electromagnetic valve 29 is shown in the cooling line 28, which is used to control the flow of the cooling liquid through the heat exchanger 4.
It goes without saying that the electromagnetic valve can be operated automatically by an electrical circuit which controls the flow of the cooling liquid either as a function of the operation of the electric motor 3 or as a function of an operating variable, such as e.g. B. the temperature of the hot compressed gas which exits through line 7. The actuation can also take place as a function of the temperature of the gas in the container 5. Although an electromagnetically operated valve 29 is shown, it goes without saying that a pneumatically or hydraulically operated valve can also be used within the scope of the invention for the purpose mentioned.
It is, however, also possible to use a manually operated valve, which is used to control the flow of the cooling liquid through the heat exchanger 4, instead of the valve that is automatically actuated by an electromagnet, which is shown in the line 28.
The access opening 15 permits installation or removal of the cooling unit 16 and is provided with a cover 30 which is fastened to a flange 31 by screws 32 which is formed around the opening 15.
In order to hold the cooling unit 16 in its position during operation, a spring 33 is provided, which is supported against the cover 30 and the outer end of the tube sheet 19, as shown in FIG. 4 of the drawing. It will be understood, however, that any other means for holding the cooling unit 16 in place can be used, e.g. B. the arrangement of the cooling unit is changed. Thus the cooling unit can be used with a vertically arranged compressor and container, in contrast to the horizontal arrangement according to FIGS. 1-3.
After assembling the compressor system shown, the electric motor 3 is put into operation and drives the compressor 1 in the manner described.
If the electromagnetic valve 29 is actuated in response to the switching on of the electric motor 3, it is opened and the cooling liquid can flow from the cooling line 28 to the inlet opening 27 and passes through the chamber 25 of the precooler 26 and the opening 23 into the liquid-tight cooling chamber 22 The hot compressed gas which passes through the pressure line 7 of the compressor 1 into the pipe 17 of the cooling unit 16 is cooled by the cooling liquid. The cooled gas passes from the ends of the tubes 17 into the storage chamber 14 of the container 5, in which it remains until it is used.
The heat exchanger 4 thus has the function of an aftercooler, with only a small length of the heat exchanger being freely accessible due to its compact structure. This essentially eliminates the risk of fire and explosion that existed in previous compressor systems in which hot pressure lines or elements are located between a compressor and a storage container.
The compact structure according to the invention also avoids problems associated with the pipelines, improves the appearance of the system and reduces its space requirements.
In the compressor system shown in FIG. 6, the compressor 1 with its belt drive 2 and the electric motor 3 is arranged essentially in the same way as in the embodiment according to FIGS. 1-3, with the exception that the head of the compressor, which is offset by 90 "with respect to the suction line, is arranged above. The compressor 1 is located above a modified embodiment of the heat exchanger 40 and storage tank 41, which are also arranged horizontally.
The compressor system according to FIG. 6 can also be arranged according to FIG. 11, according to which the heat exchanger 40 with the storage tank 41 are arranged vertically and are laterally offset with respect to the electric motor 3. The compressor 1 is arranged vertically between the electric motor 3 and the container 41. The heat exchanger 40 is therefore connected to one side of the compressor 1, the suction line 6 being arranged above the engine 3.
It goes without saying that the compressor 1 with its belt drive 2 and the electric motor 3 in all embodiments according to FIGS. 1, 6 and 11 can be combined with the heat exchanger 4 and the container 5 or the modified heat exchanger 40 and the container 41.
The modified embodiment of the heat exchanger, which is shown in FIGS. 7 and 9, essentially contains a heat transfer part which is located in a tubular housing 42, and an inlet part 43 which serves to receive the compressed gas to be cooled.
The tubular housing 42 extends the full axial length of the container 41 and through openings at its ends. The ends of the container 41 and the adjacent parts of the tubular housing 42 are suitably secured, e.g. B. connected to one another by weld seams 44 in order to create gas-tight connections.
The connection part 43 is provided with an inlet connection 45 which extends through the side of the container 41 at its end which is in the area of the head of the compressor 1. The nozzle 45 is concurrent with the container in a suitable manner such as e.g. connected by a weld 46, which creates a gas-tight connection. The connector 45 is provided with a flange 47 which corresponds to the flange 9 of the heat exchanger 4 and is intended for attachment to the flange 8 of the pressure line 7 of the compressor.
The connection part 43 surrounds the end of the tubular housing 42 within the container 41 and is offset in the transverse direction to the connector 45. One end of the connection part 43 is connected in a suitable manner to the wall of the container 41 creating a gas-tight connection, while the other end is cut out to form a gas-tight connection stub 48 which is sealingly connected to the housing 42.
In order to prevent the cooling unit 50 from moving in the axial direction in the housing 42, annular spacer parts 59 are provided in the end caps 60 and 62 and are supported against tube sheets 52 and 53.
In operation, the cooling liquid is fed from a cooling line 61 to the end cap 60, flows through pipe 51 of the cooling unit 50 to the end cap 62 and is discharged from the heat exchanger 40 through an outlet line 63. The hot compressed gas passes from the pressure line 7 of the compressor 1 into the connection part 43 through the connector 45.
The compressed gas supplied to the connection part 43 passes through one or more inlet openings 57 into a cooling chamber 55 and flows along its entire axial length to one or more outlet openings 58, through which the gas exits into the container 41 and remains stored in it until it is used . Baffles 54 give the flow in the cooling chamber 55 a wave-like or helical movement from the inlet opening 57 to the outlet opening 58. This ensures that the flowing gas flows intimately around the tubes 51 to achieve an optimal cooling effect.
As already mentioned, the tubes 51 are fastened in tube sheets 52 and 53 and provided with baffles 54, with which they together form the cooling unit 50, which is fastened in the housing 42 only by the spacer parts 59 and the end caps 60 and 62. It is therefore possible to remove the cooling unit 50 in the axial direction from the housing 42 in that the spacer parts 59 and the end caps 60 and 62 are dismantled. This can be done without dismantling the connections for the coolant, the connection of the cooler to the compressor and the cooler to the container.
Although two embodiments of the heat exchanger according to the present invention and their application in different compressor systems for carrying out post-cooling have been described, the invention is not limited to these embodiments. In the following, a heat exchanger designed according to the invention is described, which serves as an intercooler in a multistage compressor with a V-arrangement of the cylinders.
As shown in Fig. 1214 of the drawing, a compressor 70 with a V-arrangement of the cylinders is provided with a head 71 of a first compressor stage and a head 74 of the second stage, both of which are the only one. Head of the compressor 1 correspond. The head 71 is provided with a suction line 72 for receiving the gas to be compressed, and with an outlet line 73 through which the compressed gas is supplied to the first stage of cooling. The head 74 of the second stage is provided with a suction line 75, which is used to receive the cooled compressed gas from the first stage, and a pressure line 76 which is connected to a storage container 78 by a line 77.
The line 77 contains a tubular aftercooler 77a of known construction, which is used to cool the compressed gas.
A heat exchanger 80 designed according to the invention is arranged in the storage tank 78 and connected in a suitable manner to the first compressor stage and the second compressor stage and forms an intercooler between the two stages.
As can best be seen from FIG. 14 of the drawing, the heat exchanger 80 is provided with a tubular housing 81 which is closed by a wall 82 at one end which is located in the region of the head 71 of the first compressor stage. The other end of the tubular housing 81 is open and extends through the end of the storage tank 78 to the head 74 of the second stage compressor.
The heat exchanger 80 is provided with an inlet connection 83 for the hot compressed gas of the first stage, which extends from the closed end of the tubular housing 81 through the side of the storage container 78 to the outside and is connected to it in a gas-tight manner by a welded seam or in some other way . The end of the inlet connection 83 is provided with a flange 84 which is connected in a suitable manner to the pressure line 73 of the first compressor stage, as has already been mentioned in connection with the pressure line of the compressor 1.
An exit part 85 for the cooled compressed gas surrounds the open end of the tubular housing 81 and is closed at its ends by an annular wall 86 which is arranged around the free edge of the housing and a similar annular wall 87 on the other End of the output part 85 is arranged. By similar means, as is the case with the connection part 43 of the heat exchanger 40 according to FIG. 7, the outlet part 85 together with its walls 86 and 87 is sealingly connected to the container 78 and the tubular housing 81. The connection can be made by a weld seam or another suitable means of forming gas-tight connections.
The outlet part 85 has a tubular outlet connection 88 for the cooled compressed gas, which extends through the side wall of the container 78 and is provided with a flange 89. The connection piece 88 and its flange 89 are connected to the container 78 and the suction line 75 of the second compressor stage in a similar manner as the inlet connection piece 83 is connected to the flange 84.
A cooling unit 90 includes a plurality of U-shaped bent tubes 91, each of which is attached at its ends to diametrically opposite sides of a tube sheet 92. The cooling unit 90 also includes a plurality of baffles 93 which are arranged at an axial distance from the tubesheet 92. The baffles 93, like the baffles 54, are connected to a plurality of the tubes 91 and do not extend completely from one side of the tubular housing 81 to its other side.
The gas flow flowing through the cooling unit 90 must therefore traverse a tortuous path in the same way as in the case of the heat exchanger 40.
As shown in the figure, the baffles 93 can be arranged alternately in the area of the opposing legs of the U-shaped tubes and attached to them, so that an intimate contact of the flowing gas with the full length of the tubes 91 is ensured to achieve maximum cooling.
The tubular housing 81 is provided with one or more openings 94, which are located between the end walls 86 and 87 of the outlet part 85 and form the outlet of an intermediate cooling chamber 95 formed by the housing 81 between its end wall 82 and the tube sheet 92. The tube sheet 92 extends over the annular wall 86 of the output part 85, a suitable seal being arranged between the two parts.
A sealing cover 96 closes the open end of the heat exchanger 80 and covers the tube sheet 92. The cover 96 is provided on its inner side with a pair of recesses which, together with the tube sheet 92, form a pair of chambers 97 and 98 which extend from each other a diametrically extending wall 99 are separated. One of the chambers 97 and 98, which are both in communication with opposite ends of the tubes 91, is connected to a cooling line (not shown) for the supply of the cooling liquid, while the other of the chambers is connected to a line (also not shown) for the outflow of the cooling liquid.
During operation, the cooling liquid which is fed to one of the chambers 97 or 98 flows through the pipe 91 to the other chamber 97 or 98, from which the cooling liquid is removed.
At the same time, the hot compressed gas from the first compressor stage passes through the inlet connection 83 into the cooling chamber 95 and flows along this chamber to the outlet opening 94 and through it into the outlet part 85. The cooled compressed gas from the first stage is passed through the outlet part 85 to the pipe socket 88 and reaches the second compressor stage 74. In the second compressor stage 74, the gas is compressed further and fed through the line 77 to the storage container 78.
It goes without saying that the invention is not limited to the exemplary embodiments shown and described, which can be changed within the scope of patent claim.