DE102005028192A1

DE102005028192A1 - Saugventil für Kryoverdichter

Info

Publication number: DE102005028192A1
Application number: DE200510028192
Authority: DE
Inventors: Robert Adler
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-21
Also published as: WO2006133814A1

Abstract

Es wird ein Verdichter, insbesondere Verdichter für kryogene Medien, vorzugsweise für flüssigen Wasserstoff, aufweisend wenigstens ein Saugventil, das mittels einer Feder geschlossen wird, beschrieben. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist das Saugventil (1) auf seiner dem Verdichterkolben (5) zugewandten Fläche wenigstens eine Vertiefung (4) auf, wobei die Vertiefung (4) derart ausgebildet ist, dass zwischen dem Saugventil (1) und dem Verdichterkolben (5) ein Unterdruck entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere einen Verdichter für kryogene Medien, vorzugsweise für flüssigen Wasserstoff, aufweisend wenigstens ein Saugventil, das mittels einer Feder geschlossen wird.
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 Saugventil das zu verdichtende Medium in einen Verdichterraum geführt, verdichtet und anschließend aus dem Verdichterraum abgezogen wird.

Die Federkraft der für das Schließen eines Saugventiles verwendeten Feder – hierbei handelt es sich vorzugsweise um Schraubenfedern – wird im Regelfall so gewählt, dass ein definiertes Schließen des Saugventiles erreicht wird.

In der 1 ist in einer schematisierten seitlichen Schnittdarstellung ein zum Stand der Technik zählendes Saugventil V dargestellt. Dieses wird mittels der Feder F in den Ventilsitz S/S' gedrückt und dadurch verschlossen.

Während des Saugtaktes des Verdichters – dabei wird der Verdichterkolben K in der in der 1 dargestellten Ausführungsform des Standes der Technik nach oben bewegt – müssen die Federkraft f sowie die Gewichtskraft g des Saugventiles V – die im vorliegenden Falle beide in die gleiche Richtung wirken – durch das in den Verdichterraum) – der sich oberhalb des Saugventiles V befindet – einströmende Medium überwunden werden. Die Richtungen der Federkraft f sowie Gewichtskraft g der Feder F seien durch den nach unten gerichteten Pfeil dargestellt.

Insbesondere dann, wenn mittels des Verdichters ein kryogenes Medium, wie beispielsweise flüssiger Wasserstoff, angesaugt wird, kommt es aufgrund der bisher verwendeten Saugventilkonstruktionen zu nicht unerheblichen Verlusten bzgl. der Förderleistung, da das über das Saugventil in den Verdichterraum eintretende Medium beim Überwinden der Feder- sowie Gewichtskraft f/g des Saugventiles zumindest teilweise verdampft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Verdichter, insbesondere einen gattungsgemäßen Verdichter für kryogene Medien, anzugeben, bei dem der vorgenannte Nachteil vermieden werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßer Verdichter vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Saugventil auf seiner dem Verdichterkolben zugewandten Fläche wenigstens eine Vertiefung aufweist, wobei die Vertiefung derart ausgebildet ist, dass zwischen dem Saugventil und dem Verdichterkolben ein Unterdruck entsteht.

Die erfindungsgemäße Saugventilkonstruktion hat zur Folge, dass die für das Öffnen des Saugventiles benötige Kraft nunmehr nicht mehr (ausschließlich) von dem über das Saugventil in den Verdichterraum eintretende Medium aufgebracht werden muss. Vielmehr wird das Saugventil aufgrund des zwischen ihm und dem Verdichterkolben entstehenden Unterdruckes durch den sich bewegenden Verdichterkolben geöffnet bzw. gehoben.

Die Form der auf der dem Verdichterkolben zugewandten Fläche des Saugventiles vorzusehenden Vertiefungen) kann im Prinzip beliebig gewählt werden; entscheidend ist letztendlich nur, dass es zur Ausbildung eines Unterdruckes zwischen Saugventil und Verdichterkolben kommt. Auch können lediglich eine oder aber auch mehrere Vertiefungen vorgesehen werde.

Sofern zwei oder mehr Vertiefungen vorgesehen sind, empfiehlt es sich, diese – entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verdichters – symmetrisch zu der Längsachse des Saugventiles anzuordnen.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verdichters weist das Saugventil auf seiner dem Verdichterkolben zugewandten Fläche wenigstens ein elastisches Dichtungselement auf.

In der Praxis kommen insbesondere Dichtungselemente für den Tieftemperaturbereich, bestehend aus Materialien, die auch unter kryogenen Bedingungen elastisch bleiben, zur Anwendung. Diese Dichtungselemente können hierbei am Verdichterkolben und/oder Saugventil angeordnet sein.

Das Vorsehen wenigstens eines elastischen Dichtungselementes hat den erwünschten Vorteil, dass die "Saugkraft" des Verdichterkolbens auf das Saugventil verstärkt wird. Dies hat zur Folge, dass der erfindungsgemäße Gedanke sowohl bei vergleichsweise großen Saugventilen als auch bei sogenannten "Langsamläufern" zur Anwendung kommen kann. Unter dem Begriff "Langsamläufer" sind insbesondere Verdichter, die mit einer Taktfrequenz von unter 1 Hz arbeiten, zu verstehen. Grundsätzlich gilt jedoch, dass die Erfindung sowohl bei Schnell- als auch Langsamläufern realisierbar und sinnvoll anwendbar ist.

Der erfindungsgemäße Verdichter sowie weitere Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, seien anhand des in der 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die 2 zeigt eine seitliche schematisierte Schnittdarstellung durch ein Saugventil 1 sowie den korrespondierenden Ventilsitz 2/2'. Die in der 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 1 Dargestellten lediglich dadurch, dass das Saugventil 1 auf seiner dem Verdichterkolben 5 zugewandten Fläche wenigstens eine Vertiefung 4 aufweist; diese ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass zwischen dem Saugventil 1 und dem Verdichterkolben 5 ein Unterdruck entsteht.
Bewegt sich der Verdichterkolben 5 nunmehr während des Saugtaktes nach oben, wird das Saugventil 1 aufgrund des entstandenen Unterdruckes zwischen ihm und dem Verdichterkolben 5 von diesem bewegt bzw. angehoben.
Bei der in der 2 dargestellte Ausführungsform sind die Summe aus Gewichtskraft g und Federkraft f entgegengesetzt gerichtet zu der durch den Verdichterkolben 5 aufzubringenden Hebe- bzw. Saugkraft.
Das über das Saugventil 1 in den Verdichterraum einströmende, zu verdichtende Medium muss nunmehr erfindungsgemäß nicht mehr selbst die (gesamte) Kraft, die für das Öffnen des Saugventiles 1 erforderlich ist, aufbringen. Aufgrund dieser Tatsache reduziert sich – verglichen mit der in der 1 dargestellten Konstruktion – die Menge des beim Eintritt in den Verdichterraum verdampfenden Mediums deutlich.
Dies wiederum hat zur Folge, dass der Flüssiganteil im Verdichterraum ansteigt, woraus eine höhere Förderleistung des erfindungsgemäßen Verdichters resultiert. Somit kann eine Verringerung der spezifischen Verdichterleistung bezogen auf die Menge des geförderten bzw. verdichteten Mediums erreicht werden .
Die vorgenannten Vorteile werden erkauft durch die Verwendung von Saugventilen, die gegenüber den zum Stand der Technik zählenden Saugventilen geringfügig modifiziert sind. Die damit verbundenen Mehrkosten pro Saugventil werden jedoch durch die erreichten Vorteile mehr als kompensiert.

Claims

Verdichter, insbesondere Verdichter für kryogene Medien, vorzugsweise für flüssigen Wasserstoff, aufweisend wenigstens ein Saugventil, das mittels einer Feder geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugventil (1) auf seiner dem Verdichterkolben (5) zugewandten Fläche wenigstens eine Vertiefung (4) aufweist, wobei die Vertiefung (4) derart ausgebildet ist, dass zwischen dem Saugventil (1) und dem Verdichterkolben (5) ein Unterdruck entsteht.
Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugventil (1) auf seiner dem Verdichterkolben (5) zugewandten Fläche wenigstens ein elastisches Dichtungselement aufweist.
Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwei oder mehr Vertiefungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (4) symmetrisch zu der Längsachse des Saugventiles (1) angeordnet sind.
Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichterkolben (K) an der Stelle des Saugventils eine geometrische Gestaltung aufweißt, die die Unterdruckbildung am Saugventil (1) unterstützt.