DE10037163A1

DE10037163A1 - Thermisches Verfahren und Verdichter zum komprimieren von Gasen

Info

Publication number: DE10037163A1
Application number: DE2000137163
Authority: DE
Inventors: Volker Langenhan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-22
Filing date: 2000-07-22
Publication date: 2002-01-31

Abstract

Die Erfindung umfasst ein thermisches Verfahren und einen thermischen Verdichter zum Komprimieren von Gasen. DOLLAR A Bis dato bekannten Verdichter bzw. Verfahren nutzen meistens mechanisch bewegte Teile, wie z. B. sich bewegende Verdränger (z. B. Kolben) zum Kompromieren von Gasen. Dabei wird ein in einem Behälter eingeschlossenes Gas durch die Verringerung des Volumens verdichtet. In der Regel tritt dabei zwischen den bewegten Teilen mechanische Reibung auf, die zum Verschleiß führt. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der erfindunggemäße Verdichter beruhen auf dem Prinzip der Druckerhöhung bei Erwärmung eines Gases bei konstantem Volumen. Dabei werden mindestens zwei Verdichterkammern mit einem Einlassventil hintereinander angeordnet und über mindestens eine Leitung verbunden. Durch abwechselndes Erwärmen bzw. Abkühlen der Kammern wird die Verdichtung des Gases bzw. Gasgemisches erzielt. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der Verdichter eignet sich besonders zum Komprimieren von explosionsfähigen Gasgemischen oder zum Verdichten von Gasen, bei dem es besonders auf Reinheit des komprimierten Gases ankommt.

Description

Die Erfindung umfasst ein thermisches Verfahren und einen thermischen Verdichter zum komprimieren von Gasen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit Hilfe eines erfindungsgemäßen mehrstufigem thermischen Verdichters durchgeführt.

Bis dato bekannte Verdichter bzw. Verfahren nutzen meistens mechanisch bewegte Teile, wie z. B. sich bewegende Verdränger (z. B. Kolben) zum Komprimieren von Gasen. Dabei wird ein in einem Behälter eingeschlossenes Gas durch die Verringerung des Volumens verdichtet. Die Herstellung solcher Verdichter ist verhältnismäßig aufwendig, außerdem tritt in der Regel zwischen den bewegten Teilen mechanische Reibung auf, die zum Verschleiß führt. Um diesen Verschleiß zu verringern wird oft mit Ölen und Fetten geschmiert. Dadurch kann es zu Verunreinigungen des zu komprimierenden Gases kommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der erfindungsgemäße Verdichter beruhen auf dem Prinzip der Volumenänderung bzw. der Druckerhöhung bei Erwärmung eines Gases. Das zu komprimierende Gas gelangt über ein Einlassventil (1) mit der Temperatur T0 und dem Druck P0 in eine erste Verdichterkammer. Anschließend wird das Gas in dieser Kammer bei geschlossenen Einlassventil erwärmt (von T0 auf T1, T0 < T1). Dadurch vergrößert sich der Druck innerhalb der Kammer (von P0 auf P1), da das Volumen der Kammer konstant bleibt. Über eine Öffnung (2) ist diese Kammer mit einer weiteren Kammer der Temperatur T0 verbunden, die zu diesem Zeitpunkt nicht erwärmt bzw. gekühlt wird. Wenn nun der Druck in der ersten Kammer durch die Erwärmung steigt wird das Gas über die Öffnung (2) durch das Einlassventil der nächsten Kammer gedrückt. Wenn das Gas in der ersten Kammer die höhere Temperatur T1 erreicht hat ist der Druck in der ersten und der folgenden Kammer auf P1 gestiegen. Anschließend wird das Gas in der ersten Kammer wieder auf die niedere Temperatur T0 abgekühlt und die nachfolgende Kammer auf T1 erwärmt. Bei der Abkühlung des Gases in der ersten Kammer verringert sich der Druck innerhalb der Kammer und das Einlassventil der nachfolgenden Kammer schließt sich (bzw. wird geschlossen). Bei weiterer Abkühlung der ersten Kammer bis auf die Temperatur T0 entsteht in der Kammer ein Unterdruck P(u) und das Einlassventil der ersten Kammer öffnet sich (bzw. wird geöffnet), so dass erneut Gas in die erste Kammer einströmt und sich wieder der Anfangsdruck (P0) in der ersten Kammer einstellt. Zur gleichen Zeit steigt in der zweiten Kammer durch die Erwärmung der Druck von P1 auf P2 und ein Teil des Gases strömt über das Einlassventil der nächsten Kammer (bzw. des Druckspeichers) ab. Der mit dem Verfahren bzw. Verdichter maximal erreichbare Druck kann durch die Anzahl der hintereinander angeordneten Verdichterkammern und durch die Veränderung der Temperaturdifferenz zwischen T0 und T1 eingestellt werden. Das komprimierte Volumen je Zeiteinheit ist vom Volumen der Kammern und von der Geschwindigkeit der Erwärmung bzw. Abkühlung des Gases in den Kammern abhängig.

Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Verdichters ist der vergleichsweise einfache Aufbau des Verdichters. Der Verdichter besteht aus mehreren druckstabilen Kammern (Behältern) mit jeweils zwei Öffnungen, wobei der Einlass mit einem Einlassventil versehen ist. Die Auslassöffnung wird jeweils mit der Einlassöffnung der nächsten Kammer verbunden. Mit dem Verfahren bzw. Verdichter können alle Gase verdichtet werden, ohne das Verschmutzungen durch Schmiermittel auftreten. In entsprechenden Temperaturbereichen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Verdichter auch explosionsfähige Gase bzw. Gasgemische ohne Gefahr komprimiert werden. Um die Abkühlung bzw. Erwärmung des Gases zu beschleunigen können Wärmetauscher innerhalb der Kammern angeordnet werden. Diese Wärmetauscher können z. B. als Lamellenbleche (passiv) oder als von Blechlamellen umgebene Kühl- bzw. Wärmeleitungen ausgebildet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der erfindungsgemäße Verdichter können z. B. in der chemischen Industrie und in der Lebensmittel Industrie eingesetzt werden. Besonders überall da, wo das zu verdichtende Medium besonders vor Verunreinigungen geschützt werden muss oder der Einsatz von herkömmlichen Verdichtern technologisch sehr aufwendig ist. Ein weiterer Einsatzbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Verdichters könnte die Belüftung von Gewässern sein. Dabei kann die Erwärmung mit Hilfe von Solarkollektoren und die Kühlung des Verdichters mit dem vorhandenen Wasser erfolgen. Die Umgebungsluft kann verschmutzungsfrei verdichtet und in das Gewässer geleitet werden.

Durch den einfachen Aufbau des Verdichters ohne mechanisch bewegte Teile (außer die Ventile) sind nur sehr geringe Verschleißerscheinungen zu erwarten, so das der Betrieb eines erfindungsgemäßen Verdichters mit vergleichsweise geringen Wartungsaufwand möglich ist.

Claims

1. Verfahren zum thermischen Komprimieren von Gasen welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Druckänderung bei Temperaturänderung in hintereinander angeordneten, abgeschlossenen Verdichterkammern mit konstantem Volumen genutzt wird um Gas zu komprimieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß eine abgeschlossene Kammer über zumindest einen Einlass, zumindest mit einem zu komprimierenden Gas befüllt wurde, und durch erwärmen des Gases bei verschlossenem Einlass ein erhöhter Druck erzeugt wird, der dazu führt, das über die Verbindung zu einer weiteren Kammer, deren Temperatur niedriger ist, Gas transportiert wird, so das sich auch in dieser Kammer der Druck erhöht.

3. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 2 ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Kammern vorhanden sind, die unterschiedliche Temperaturen aufweisen, so das durch den damit verbundenen Druckunterschied innerhalb der Kammern Gas über zumindest eine Verbindung der Kammern von einer in die andere Kammer transportiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens zwei Kammern, die über eine Öffnung verbunden sind, der Gastransport nur in einer Richtung ermöglicht wird und es durch abwechselndes Erwärmen und Abkühlen der Kammern also in zwei Schritten (wenn eine Kammer erwärmt wird, wird die nachfolgende abgekühlt und umgekehrt) zum Transport von Gas und damit zur Steigerung des Druckes in der jeweils nachfolgenden Kammer kommt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 ist dadurch gekennzeichnet, daß sich nach der Erwärmung weniger Gas in der Kammer befindet als vor der Erwärmung und das bei der anschließenden Abkühlung des Gases, bei geschlossenem Einlassventil der nachfolgenden Kammer, sich in der Kammer ein Unterdruck einstellt, so dass in die Kammer über das jetzt wieder geöffnete Einlassventil der Kammer Gas nachströmt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 ist dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anzahl der nacheinander angeordneten Kammern und durch die Temperaturdifferenz zwischen abgekühlten und erwärmten Gas die maximal erreichbare Kommpression des Gases eingestellt werden kann.

7. Verdichter zum thermischen Komprimieren von Gasen ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Kammern vorhanden sind die jeweils über mindestens ein Einlassventil und einen Ausgang verfügen, wobei der Ausgang der einen Kammer mit dem Eingang einer weiteren Kammer verbunden ist und die Temperatur des Gases innerhalb der Kammern (z. B. mit Hilfe von Wärmetauschern) verändert werden kann.

8. Verdichter nach Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, daß sich das Einlassventil der Kammern dann öffnet bzw. geöffnet wird, wenn sich in der Kammer im Bezug auf die vorgelagerte Kammer bzw. bei der ersten Kammer in Bezug auf die Zuleitung durch die Abkühlung des Gases in der Kammer ein Unterdruck eingestellt hat, so das Gas in die Kammer nachströmt.

9. Verdichter nach Anspruch 7 und 8 ist dadurch gekennzeichnet, daß sich durch Erwärmung des eingeströmten Gases, bei geschlossenem Einlassventil, in der Kammer der Druck erhöht und ein Teil des Gases über die Verbindung zwischen den Kammern durch das Einlassventil der nächsten Kammer, welche zu diesem Zeitpunkt eine niedrigere Temperatur aufweist, transportiert wird.

10. Verdichter nach Anspruch 7 bis 9 ist dadurch gekennzeichnet, daß es durch abwechselnde Temperaturerhöhung bzw. Temperaturerniedrigung des Gases innerhalb der Kammern die hintereinander angeordnet sind, wobei die eine erwärmt und die andere gekühlt wird, zur Drucksteigerung des Gases kommt. Die maximale Temperaturdifferenz zwischen erwärmten Gas und abgekühltem Gas in den benachbarten Kammern beeinflusst die Leistung des Verdichters.