DE102005024888A1

DE102005024888A1 - Kryoverdichter mit seitlich angeordnetem Druckventil

Info

Publication number: DE102005024888A1
Application number: DE102005024888A
Authority: DE
Inventors: Robert Adler
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-07
Also published as: EP1886023A1; ATE413530T1; KR20080011173A; US20080206080A1; EP1886023B1; CN101189435A; DE502006002015D1; WO2006128581A1; ES2317539T3

Abstract

Es wird ein Verdichter, insbesondere Verdichter für kryogene Medien, vorzugsweise für flüssigen Wasserstoff, aufweisend einen von einer Zylinderwand umgebenen Verdichterraum, in dem ein Verdichterkolben linear bewegt wird, ein Saugventil und ein Druckventil, wobei beide Ventile im Bereich der unteren Endlage des Verdichterkolbens angeordnet sind, beschrieben. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist das Druckventil (D) im Bereich der unteren Endlage des Verdichterkolbens (K) seitlich an der Zylinderwand (Z) angeordnet und der Kopf des Verdichterkolbens (K) weisst eine konische Form (x) auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere Verdichter für kryogene Medien, vorzugsweise für flüssigen Wasserstoff, aufweisend einen von einer Zylinderwand umgebenen Verdichterraum, in dem ein Verdichterkolben linear bewegt wird, ein Saugventil und ein Druckventil, wobei beide Ventile im Bereich der unteren Endlage des Verdichterkolbens angeordnet sind.
Unter dem Begriff "kryogene Medien" seien nachfolgend sog. tiefkalte Flüssigkeiten, insbesondere flüssiger Wasserstoff, verflüssigtes Erdgas, flüssiger Stickstoff, flüssiger Sauerstoff und andere verflüssigte Gase zu verstehen.

Verdichter jeglicher Art sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Ihnen allen ist gemein, dass über ein federbelastetes Saugventil das zu verdichtende Medium in einen Verdichterraum geführt, verdichtet und anschließend über ein federbelastetes Druckventil aus dem Verdichterraum abgezogen wird.

Die 1 zeigt in einer seitlich schematisierten Schnittdarstellung eine gattungsgemäße, zum Stand der Technik zählende Verdichterkonstruktion.

Innerhalb eines von einer Zylinderwand Z umgebenen Verdichterraumes R wird ein Verdichterkolben K' linear hin und her bzw. auf und ab bewegt. Die beiden Umkehrpunkte des Verdichterkolbens K' werden nachfolgend als untere und obere Endlage des Verdichterkolbens K' bezeichnet.

Auf der Unterseite des Zylinderraumes sind ein Saugventil S und ein Druckventil D' angeordnet. Über das Saugventil S tritt während des Saugtaktes – dabei bewegt sich der Verdichterkolben K' aus seiner unteren in seine obere Endlage, im vorliegenden Fall also von unten nach oben – das zu verdichtende flüssige Medium in den Verdichterraum R ein. Während des nachfolgenden Druck- bzw. Verdichtungstaktes- der Verdichterkolben K' bewegt sich dabei von seiner oberen wieder in seine untere Endlage, die in der 1 dargestellt ist – wird das verdichtete Medium über das Druckventil D' aus dem Verdichterraum R gedrückt bzw. ausgeschoben.

Insbesondere bei der Flüssigverdichtung eines flüssigen kryogenen Mediums kommt es zwangsläufig während der Verdichtung zur Ausbildung einer Gasphase G. Verbleibt diese nach dem Druck- bzw. Verdichtungstakt in dem nicht zu vermeidenden Totraum des Verdichterraumes R, so kommt es während des nachfolgenden Saugtaktes zu einer Entspannung des gasförmigen Mediums innerhalb des Verdichterraumes R. Während dieser Entspannung kann kein neues, flüssiges kryogenes Medium über das Saugventil S in den Verdichterraum R angesaugt werden. Dies hat somit zur Folge, dass die Förderleistung des Verdichters wesentlich reduziert wird.

Wäre der Totraum am Ende des Druck- bzw. Verdichtungstaktes ausschließlich mit Flüssigkeit befüllt, könnte die vorgeschriebene, unerwünschte Entspannung des gasförmigen Mediums verhindert werden. Bei allen bekannten Verdichterkonstruktionen sitzen Saug- S und Druckventil D' an der Unterseite des Zylindergehäuses Z. Dies hat zur Folge, dass durch den Verdichterkolben K' zunächst die Flüssigphase F über das Druckventil D' aus dem Verdichterraum R gedrückt bzw. ausgeschoben wird, während im verbleibenden Totraum zwangsläufig eine Gasphase G verbleibt.

Es ist grundsätzlich nicht möglich, den Verdichterkolben K' bis zum Boden des Zylinderraumes Z zu führen und damit den Totraum zu verringern bzw. zu "beseitigen". Dies hat seine Ursache darin, dass der Totraum von Verdichtern optimiert ist. Durch die Längenausdehnungen bei der Abkühlung kann ein gewisser Totraum nicht verhindert werden. Wäre kein Totraum vorgesehen, könnten auch die Ventile nicht in den Verdichter integriert werden.

Die in dem Totraum zwangsläufig verbleibende Gasphase G dehnt sich jedoch nach der Verdichtung aus und verhindert dadurch das Einströmen von "frischer", zu verdichtender Flüssigkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Verdichter, insbesondere einen gattungsgemäßen Verdichter für kryogene Medien, anzugeben, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßer Verdichter vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Druckventil im Bereich der unteren Endlage des Verdichterkolbens seitlich an der Zylinderwand angeordnet ist und der Kopf des Verdichterkolbens eine konische Form aufweist.

Der erfindungsgemäße Verdichter sowie weitere Ausgestaltungen desselben seien anhand des in der 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Auch die 2 zeigt – wie bereits die 1 – eine seitliche schematisierte Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters.
Bei dem in der 2 dargestellten Verdichterkolben K weist dessen Kopf eine konische Form – Bereich x – auf. Des Weiteren ist das Druckventil D nunmehr im Bereich der unteren Endlage des Verdichterkolbens K seitlich an der Zylinderwand Z angeordnet.
Befindet sich der Verdichterkolben K nunmehr am Ende des Druck- bzw. Verdichtungstaktes in seiner unteren Endlage – wie dies in der 2 dargestellt ist –, ist der verbleibende, mit gasförmigem Medium gefüllte Totraum G nunmehr wesentlich kleiner als bei der in der 1 dargestellten Verdichterkonstruktion. Des Weiteren ent- bzw. besteht aufgrund der konischen Form x des Verdichterkolbens K eine "Verbindung" zu dem Druckventil D, so dass das verdichtete kryogene Medium über das Druckventil D aus dem Totraum ausgeschoben werden kann.
Am Ende des Druck- bzw. Verdichtungstaktes verbleibt jedoch eine Flüssigphase F, die durch den sich in die untere Endlage bewegenden Verdichterkolben K nicht vollständig über das Druckventil D ausgedrückt bzw. -schoben werden kann.
Dies hat zur Folge, dass zu Beginn des nachfolgenden Saugtaktes eine deutlich verringerte Gasmenge entspannt werden muss – wenn nicht sogar der verbleibende Totraum vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist –, bevor erneut flüssiges kryogenes Medium über das Saugventil S angesaugt werden kann.
Es sei abschließend darauf hingewiesen, dass in den 1 und 2 die ggf. zwischen dem Verdichterkolben K' bzw. K und der Zylinderwand Z vorzusehenden Dichtungsmittel der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
Mittels des vorbeschriebenen, erfindungsgemäßen Verdichters wird erreicht, dass der Gasanteil im Verdichterraum am Ende des Druck- bzw. Verdichtungstaktes gänzlich beseitigt oder zumindest weitgehend reduziert ist; daraus resultiert eine gegenüber bekannten Verdichterkonstruktionen höhere Förderleistung. Somit kann eine Verringerung der spezifischen Verdichterleistung bezogen auf die Menge des geförderten bzw. verdichteten Mediums erzielt werden.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verdichter verbundenen Vorteile werden durch eine gegenüber dem Stand der Technik geringfügig kompliziertere Verdichterkonstruktion erkauft; die mit ihr verbundenen Mehrkosten werden jedoch durch die erreichten Vorteile mehr als kompensiert.

Claims

Verdichter, insbesondere Verdichter für kryogene Medien, vorzugsweise für flüssigen Wasserstoff, aufweisend einen von einer Zylinderwand umgebenen Verdichterraum, in dem ein Verdichterkolben linear bewegt wird, ein Saugventil und ein Druckventil, wobei beide Ventile im Bereich der unteren Endlage des Verdichterkolbens angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckventil (D) im Bereich der unteren Endlage des Verdichterkolbens (K) seitlich an der Zylinderwand (Z) angeordnet ist und der Kopf des Verdichterkolbens (K) eine konische Form (x) aufweist.