DE102005034907A1 - Compressor, in particular reciprocating compressor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter (1), insbesondere Kolbenverdichter, zum Verdichten eines gasförmigen Mediums mit einer Niederdruckstufe (5) zum Verdichten des Mediums von einem Eingangsdruck auf einen Zwischendruck, und einer Hochdruckstufe (6) zum Verdichten des Mediums von dem Zwischendruck auf einen Hochdruck. Zur Lösung der Aufgabe, einen Verdichter zur Verfügung zu stellen, der mit geringem Bauaufwand für unterschiedliche Eingangsdrücke geeignet ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Hochdruckstufe (6) ein Ausgleichsvolumen (20a; 20b) mit verstellbarem Totvolumen vorgeschalten ist.The invention relates to a compressor (1), in particular a piston compressor, for compressing a gaseous medium with a low pressure stage (5) for compressing the medium from an inlet pressure to an intermediate pressure, and a high pressure stage (6) for compressing the medium from the intermediate pressure to a high pressure . To solve the problem of providing a compressor which is suitable for different inlet pressures with little construction effort, it is proposed according to the invention that the high-pressure stage (6) is preceded by an equalizing volume (20a; 20b) with an adjustable dead volume.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere Kolbenverdichter, zum Verdichten eines gasförmigen Mediums mit einer Niederdruckstufe zum Verdichten des Mediums von einem Eingangsdruck auf einen Zwischendruck, und einer Hochdruckstufe zum Verdichten des Mediums von dem Zwischendruck auf einen Hochdruck.The The invention relates to a compressor, in particular piston compressor, for compressing a gaseous Medium with a low pressure stage for compressing the medium of an inlet pressure to an intermediate pressure, and a high-pressure stage for compressing the medium from the intermediate pressure to a high pressure.

Bei als Kolbenverdichter ausgebildeten Verdichtern für gasförmige Medien wird das Stufendruckverhältnis von den Zylinderabmessungen bestimmt. Bei einem Kolbenverdichter mit von einer Niederdruckstufe und einer Hochdruckstufe gebildeten zwei Verdichterstufen, und einem Stufendruckverhältnis im Bereich von 17 kann beispielsweise ein Medium von einem Eingangsdruck von 1 bar in der Niederdruckstufe, die ein Stufendruckverhältnis von 17 aufweist, auf einen Zwischendruck von 17 bar und in der Hochdruckstufe, die ein Stufendruckverhältnis von 17,6 aufweist, auf einen Hochdruck von 300 bar verdichtet werden.at designed as a piston compressor compressors for gaseous media is the step pressure ratio of determined the cylinder dimensions. In a reciprocating compressor with two formed by a low pressure stage and a high pressure stage Compressor stages, and a step pressure ratio in the range of 17 can for example, a medium from an inlet pressure of 1 bar in the low-pressure stage, the one step pressure ratio of 17, to an intermediate pressure of 17 bar and in the high-pressure stage, which has a step pressure ratio of 17.6, are compressed to a high pressure of 300 bar.

Derartige Kolbenverdichter sind auf einen bestimmten Eingangsdruck ausgelegt, wobei der Eingangsdruck des Mediums nur in engen Grenzen variiert werden kann. Wird ein gattungsgemäßer Kolbenverdichter, der auf einen Eingangsdruck von 1 bar ausgelegt ist, anstelle eines Eingangsdruckes von 1 bar bei einem Eingangsdruck von 5 bar betrieben, würde sich nach der Niederduckstufe bei dem Stufendruckverhältnis von 17 ein Zwischendruck von 85 bar einstellen, der zur Überhitzung der Niederduckstufe führt.such Piston compressors are designed for a certain inlet pressure wherein the inlet pressure of the medium varies only within narrow limits can be. Will a generic piston compressor, the on an input pressure of 1 bar is designed instead of an input pressure operated from 1 bar at an inlet pressure of 5 bar, would after the Niederduckstufe at the stage pressure ratio of 17 an intermediate pressure from 85 bar to overheat the Niederduckstufe leads.

Aus der DE 199 33 989 A1 ist ein zweistufiger Kolbenverdichter bekannt, der für unterschiedliche Eingangsdrücke geeignet ist. Hierzu werden für die Niederdruckstufe und die Hochdruckstufe des Kolbenverdichters getrennte Antriebe vorgesehen. Ein derartiger zweistufiger Kolbenverdichter mit einem Antrieb für die Niederdruckstufe und einem separaten Antrieb für die Hochdruckstufe weist jedoch einen hohen Bauaufwand auf.From the DE 199 33 989 A1 is a two-stage reciprocating compressor is known, which is suitable for different input pressures. For this purpose, separate drives are provided for the low pressure stage and the high pressure stage of the reciprocating compressor. However, such a two-stage reciprocating compressor with a drive for the low-pressure stage and a separate drive for the high pressure stage has a high construction cost.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, der mit geringem Bauaufwand für unterschiedliche Eingangsdrücke geeignet ist.Of the present invention is based on the object, a compressor to provide the genus mentioned above, with low construction costs for different Input pressures suitable is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Hochdruckstufe ein Ausgleichsvolumen mit verstellbarem Totvolumen vorgeschaltet ist. Mit einem derartigen, der Hochdruckstufe vorgeschaltenen und somit an die Hochdruckstufe angeschlossenen Ausgleichsvolumen ist es auf einfache Weise möglich, an der Hochdruckstufe ein verstellbares Totvolumen vorzusehen. Während des Verdichtungstaktes der Niederdruckstufe wird hierbei gasförmiges Medium teilweise dem Ausgleichsvolumen zugeführt. Beim anschließenden Zuführen des Mediums von dem Ausgleichsvolumen zur Hochdruckstufe während das folgenden Ansaugtaktes der Hochdruckstufe expandiert das gasförmige Medium adiabatisch und kühlt hierbei unter die Ansaugtemperatur der Niederdruckstufe zurück. Mit einem derartigen Ausgleichsvolumen kann somit auf einfache Weise das Ansaugvolumen der Hochdruckstufe verändert werden und gleichzeitig eine zusätzliche Kühlung des Verdichters erzielt werden. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, den Verdichter bei unterschiedlichen Eingangsdrücken zu betrieben, wobei weiterhin eine Überhitzung des Verdichters vermieden wird.These Task is inventively characterized solved, that the high-pressure stage a compensation volume with adjustable Dead volume is connected upstream. With such, upstream of the high-pressure stage and thus to the high pressure level connected balance volume is it possible in a simple way to provide an adjustable dead volume at the high pressure stage. During the compression stroke the low-pressure stage is gaseous medium partially the Balancing volume supplied. In the subsequent Respectively the medium from the equalizing volume to the high pressure stage during the Following intake stroke of the high pressure stage expands the gaseous medium adiabatically and cool this back below the intake temperature of the low pressure stage. With such a compensation volume can thus easily the suction volume of the high-pressure stage can be changed and simultaneously an additional cooling of the compressor can be achieved. This makes it easy possible, to operate the compressor at different input pressures, wherein continue an overheating of the compressor is avoided.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das von dem Ausgleichsvolumen gebildete Totvolumen in Abhängigkeit von dem Eingangsdruck verstellbar ist. Hierdurch ist mit geringem Aufwand mit dem Ausgleichvolumen eine Totraumsteuerung der Hochdruckstufe in Abhängigkeit von dem Eingangsdruck erzielbar.Special Benefits arise when, according to a embodiment the invention, the dead volume formed by the compensation volume dependent on is adjustable from the input pressure. This is low Effort with the compensation volume dead space control of the high-pressure stage dependent on achievable from the inlet pressure.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Ausgleichsvolumen bei maximalem Eingangsdruck auf minimales Totvolumen eingestellt ist und mit abnehmendem Eingangsdruck in Richtung eines maximalen Totvolumens einstellbar ist. Hierdurch wird auf einfache Weise erzielt, dass mit fallendem Eingangsdruck der zusätzliche Kühleffekt durch das Ausgleichsvolumen zunimmt. Mit abnehmendem Eingangsdruck nimmt das Stufendruckverhältnis der Hochdruckstufe zu, wobei gleichzeitig die thermische Belastung des Verdichters zunimmt. Durch ein der Hochdruckstufe zugeordnetes und ein Totvolumen für die Hochdruckstufe bildendes Ausgleichsvolumen, dessen Kühleffekt mit fallendem Eingangsdruck durch eine Vergrößerung des Totvolumens zunimmt, kann somit die Verdichtertemperatur eines bei unterschiedlichen Eingangsdrücken verwendeten Verdichters auf einfache Weise abgesenkt werden.Special Benefits arise when the compensation volume at maximum Input pressure is set to minimum dead volume and decreasing Input pressure adjustable in the direction of a maximum dead volume is. This is achieved in a simple manner that with falling Inlet pressure of the additional cooling effect increases through the compensation volume. With decreasing inlet pressure takes the step pressure ratio the high pressure stage, while the thermal load of the compressor increases. By one of the high pressure stage associated and a dead volume for the high-pressure stage forming compensating volume whose cooling effect increases with increasing inlet pressure by increasing the dead volume can thus the compressor temperature of one used at different input pressures Compressor can be lowered easily.

Zweckmäßigerweise ist das Ausgleichsvolumen als Ausgleichszylinder ausgebildet, der einen in einem Gehäuse verschiebbaren Zylinder aufweist. Mit dieser Bauweise des Ausgleichsvolumens als Verstellzylinder kann ein verstellbares Totvolumen auf einfache Weise hergestellt werden.Conveniently, the compensating volume is designed as a compensating cylinder, the one in a housing having displaceable cylinder. With this construction of the compensation volume As an adjusting cylinder, an adjustable dead volume on easy Be made way.

Zweckmäßigerweise ist der Zylinder gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung als Stufenkolben mit einer ersten Steuerfläche versehen ist, die in dem Ausgleichsvolumen angeordnet ist und von dem Zwischendruck beaufschlagt ist und eine zweite Steuerfläche aufweist, die von dem Eingangsdruck beaufschlagt ist. Mit einem derartigen als Stufenkolben ausgebildeten Zylinder kann durch entsprechende Wahl der Größen der ersten und zweiten Steuerfläche auf einfache Weise eine Beaufschlagung des Zylinders in Richtung des minimalen Totvolumens bei maximalem Eingangsdruck und in Richtung des maximalen Totvolumens bei abnehmendem Eingangsdruck ermöglicht werden.Conveniently, the cylinder is provided according to a preferred embodiment of the invention as a stepped piston with a first control surface, which is arranged in the compensating volume and is acted upon by the intermediate pressure and having a second control surface, which is acted upon by the inlet pressure. With such a cylinder designed as a stepped piston can be made possible by decreasing the inlet pressure by appropriate choice of the sizes of the first and second control surface in a simple manner an admission of the cylinder in the direction of the minimum dead volume at maximum inlet pressure and in the direction of the maximum dead volume.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ausgleichsvolumen mit einer Kühleinrichtung versehen, wodurch das in dem Ausgleichsvolumen befindliche Medium auf einfache Weise gekühlt werden kann und somit der Kühleffekt durch das Ausgleichsvolumen weiter erhöht werden kann.According to one Further development of the invention is the compensation volume with a Provided cooling device, whereby the medium in the compensation volume to simple Cooled way can be and thus the cooling effect can be further increased by the compensation volume.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kühleinrichtung von an dem Gehäuse angeordneten Kühlrippen gebildet, wodurch eine Kühleinrichtung des Ausgleichsvolumens mit geringem Bauaufwand hergestellt werden kann.According to one preferred embodiment of Invention is the cooling device from on the housing arranged cooling fins formed, whereby a cooling device the equalization volume can be produced with low construction costs can.

Der Verdichter weist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung einen in einem Gehäuse längsverschiebbaren Kolben auf, der hydraulisch antreibbar ist.Of the Compressor has according to a advantageous embodiment of the invention a longitudinally displaceable in a housing Piston, which is hydraulically driven.

Die Niederdruckstufe umfasst zweckmäßigerweise einen ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum, wodurch der Kolben zwei Druckräume der Niederdruckstufe ansteuert. Hierdurch können bei geringem Bauraumbedarf durch zwei Druckräume Pulsationen in den druckführenden Leitungen verringert werden.The Low pressure stage suitably includes a first pressure space and a second pressure space, whereby the Piston two pressure chambers the Low pressure stage controls. This allows for a small space requirement through two pressure chambers Pulsations in the pressure-bearing Lines are reduced.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Hochdruckstufe einen ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum. Von dem Kolben werden somit weiterhin zwei Druckräume der Hochdruckstufe angesteuert, wobei geringe Pulsationen bei geringem Bauraumbedarf des Verdichters erzielbar sind.According to one Development of the invention, the high-pressure stage comprises a first Pressure chamber and a second pressure chamber. From the piston thus become furthermore two pressure chambers the high-pressure stage is controlled, with low pulsations at low Space requirements of the compressor can be achieved.

Eine Kühlung des Verdichters im Bereich der Niederdruckstufe und der Hochdruckstufe kann auf einfache Weise erzielt werden, wenn an dem Gehäuse eine Außenkühlung vorgesehen ist.A cooling of the compressor in the area of the low-pressure stage and the high-pressure stage can be achieved in a simple manner, if on the housing a External cooling provided is.

Zur verbesserten Kühlung ist zweckmäßigerweise an dem Kolben eine Innenkühlung vorgesehen.to improved cooling is expediently on the piston an internal cooling intended.

Der Kolben ist hierbei vorteilhafter Weise mit mindestens einer Längsbohrung versehen ist, die mit einem Antriebsdruckraum in Verbindung steht. Hierdurch kann eine Innenkühlung des Kolbens durch das den Verdichter antreibende hydraulische Druckmittel auf einfache Weise erzielt werden.Of the Piston is advantageous here with at least one longitudinal bore is provided, which communicates with a drive pressure chamber. This can be an internal cooling of the piston by the hydraulic pressure medium driving the compressor be achieved in a simple manner.

Bei einer Bauweise des Verdichters mit einer zwei Druckräume aufweisenden Hochdruckstufe ist vorteilhafterweise jedem Druckraum der Hochdruckstufe ein Ausgleichsvolumen zugeordnet.at a construction of the compressor with a two pressure chambers having High-pressure stage is advantageously each pressure chamber of the high-pressure stage assigned a compensation volume.

Besondere Vorteile ergeben sich bei der Verwendung eines Verdichters zum Verdichten von Wasserstoff, insbesondere von Wasserstoff in einer Wasserstofftankstelle.Special Advantages arise when using a compressor for compacting of hydrogen, especially hydrogen in a hydrogen filling station.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher verläutert. Hierbei zeigtFurther Advantages and details of the invention will be described with reference to the Illustrated schematic figures illustrated embodiment. in this connection shows

1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Verdichters und 1 a longitudinal section of a compressor according to the invention and

2 einen Ausschnitt der 1 in einer vergrößerten Darstellung. 2 a section of the 1 in an enlarged view.

In der 1 ist ein Längsschnitt eines erfindungsgemäßen als Linear-Kolbenverdichter 1 ausgebildeten Verdichters gezeigt.In the 1 is a longitudinal section of an inventive linear piston compressor 1 shown trained compressor.

Der Kolbenverdichter 1 weist eine in einer Gehäusebohrung 2 eines Gehäuses 3 längsverschiebbaren, stufenförmigen Kolben 4 auf, wobei zwischen dem Kolben 4 und der Gehäusebohrung 2 eine Niederdruckstufe 5 und eine Hochdruckstufe 6 ausgebildet ist.The piston compressor 1 has one in a housing bore 2 a housing 3 longitudinally displaceable, stepped pistons 4 on, being between the piston 4 and the housing bore 2 a low pressure stage 5 and a high pressure stage 6 is trained.

Die Hochdruckstufe 6 ist im mittleren Bereich des Kolbenverdichters 1 ausgebildet und weist zwei Druckräume 6a, 6b auf, die zwischen einem am mittleren Bereich des Gehäuses 3 angeordneten Abdichtungselement 7 und dem Kolben 4 ausgebildet sind. An dem stufenförmigen Kolben 4 sind hierzu im Bereich eines Durchmesserübergangs Kolbenabschnitte 8a, 8b angeordnet, wobei die Druckräume 6a, 6b der Hochdruckstufe 6 im Bereich des vergrößerten Durchmessers des Kolbens 4 ausgebildet sind. In der dargestellten Stellung, wobei der Kolben 4 nach in der 1 rechts beaufschlagt ist, weist der linke Druckraum 6a minimales Verdrängervolumen und der rechte Druckraum 6b maximales Verdrängervolumen auf.The high pressure stage 6 is in the middle area of the reciprocating compressor 1 trained and has two pressure chambers 6a . 6b on, between one at the middle area of the housing 3 arranged sealing element 7 and the piston 4 are formed. At the stepped piston 4 are in the range of a diameter transition piston sections 8a . 8b arranged, the pressure chambers 6a . 6b the high pressure stage 6 in the range of the increased diameter of the piston 4 are formed. In the illustrated position, the piston 4 after in the 1 is acted upon right, the left pressure chamber 6a minimal displacement volume and the right pressure chamber 6b maximum displacement volume.

Die Niederdruckstufe 5 ist zu beiden Seiten der Hochdruckstufe 6 im Bereich des verringerten Durchmessers des Kolbens 4 ausgebildet und weist zwei Druckräume 5a, 5b auf, die zwischen der Gehäusebohrung 3 und den an dem Kolben 4 angeordneten Kolbenabschnitten 8a, 8b im Bereich des Kolbens mit dem verringerten Durchmesser ausgebildet sind.The low pressure stage 5 is on both sides of the high pressure stage 6 in the range of the reduced diameter of the piston 4 trained and has two pressure chambers 5a . 5b on that between the housing bore 3 and on the piston 4 arranged piston sections 8a . 8b are formed in the region of the piston with the reduced diameter.

In der dargestellten Stellung des Kolbens 4 weist der linke Druckraum 5a maximales Verdrängervolumen und der rechte Druckraum 5b minimales Verdrängervolumen auf.In the illustrated position of the piston 4 indicates the left pressure chamber 5a maximum displacement volume and the right pressure chamber 5b minimal displacer volume.

Der Kolbenverdichter 1 ist hydraulisch antreibbar, wobei an dem Kolben 4 an den äußeren Bereichen benachbart zu der Niederdruckstufe 5 hydraulisch beaufschlagbare Antriebsdruckräume 9a, 9b ausgebildet sind. In der dargestellten Stellung der Kolbenstange 4 ist der Antriebsdruckraum 9a mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagt. Bei einer Beaufschlagung des Antriebsdruckraumes 9b wird die Kolbenstange 4 entsprechend nach in der 1 nach links beaufschlagt.The piston compressor 1 is hydraulically driven, being on the piston 4 at the outer regions adjacent to the low pressure stage 5 hydraulically loadable drive pressure chambers 9a . 9b are formed. In the illustrated position of the piston rod 4 is the drive pressure chamber 9a pressurized with hydraulic pressure medium. When loading the drive pressure chamber 9b becomes the piston rod 4 according to in the 1 applied to the left.

Zur Steuerung des Kolbenverdichters sind den Druckräumen 5a, 5b der Niederdruckstufe 5 jeweils ein Niederdruck-Saugventil 10a, 10b und ein Niederdruck-Druckventil 11a, 11b zugeordnet. Den Druckräumen 6a, 6b der Hochdruckstufe 6 sind entsprechend jeweils ein Hochdruck-Saugventil und ein Hochdruck-Druckventile zugeordnet, wobei in der 1 lediglich das dem Druckraum 6a zugeordnete Hochdruck-Saugventil 12a und Hochdruck-Druckventil 13a gezeigt ist.To control the reciprocating compressor are the pressure chambers 5a . 5b the low pressure stage 5 each a low-pressure suction valve 10a . 10b and a low pressure pressure valve 11a . 11b assigned. The pressure chambers 6a . 6b the high pressure stage 6 are respectively associated with a high pressure suction valve and a high pressure pressure valves, wherein in the 1 only the pressure room 6a associated high pressure suction valve 12a and high pressure pressure valve 13a is shown.

Am Außenumfang des Gehäuses 2 ist im Bereich der Niederdruckstufe 5 und der Hochdruckstufe 6 eine Außenkühlung 15a, 15b vorgesehen.On the outer circumference of the housing 2 is in the range of low pressure stage 5 and the high pressure stage 6 an external cooling 15a . 15b intended.

Zur weiteren Kühlung des Kolbenverdichters weist der Kolben 4 als Sackbohrungen ausgebildete Längsbohrungen 16a, 16b auf, die mit den Antriebsdruckräumen 9a, 9b in Verbindung stehen, wodurch durch das den Kolbenverdichter 1 antreibende Druckmittel eine Innenkühlung des Kolbenverdichters 1 erzielt wird.For further cooling of the reciprocating compressor, the piston 4 trained as blind holes longitudinal bores 16a . 16b on that with the drive pressure chambers 9a . 9b communicating, thereby causing the piston compressor 1 driving pressure means an internal cooling of the reciprocating compressor 1 is achieved.

Darüber hinaus ist der Kolbenverdichter 1 mit einem Wegemesssystem 17 versehen.In addition, the piston compressor 1 with a path measuring system 17 Mistake.

Erfindungsgemäß ist jedem Druckraum 6a, 6b der Hochdruckstufe ein Ausgleichsvolumen 20a, 20b mit verstellbarem Totvolumen vorgeschalten.According to the invention, each pressure chamber 6a . 6b the high-pressure stage a compensation volume 20a . 20b upstream with adjustable dead volume.

In den 1 und 2 ist das dem Druckraum 6a vorgeschaltene Ausgleichsvolumen 20a in einem Längsschnitt dargestellt. Das dem Druckraum 6b zugeordnete Ausgleichsvolumen 20b weist einen identischen Aufbau auf.In the 1 and 2 is that the pressure room 6a upstream compensating volume 20a shown in a longitudinal section. The pressure chamber 6b allocated compensation volume 20b has an identical structure.

Das Ausgleichsvolumen 20a ist als Ausgleichszylinder 21 ausgebildet, das einen in einer Gehäusebohrung 28 eines Gehäuses 22 längsverschiebbaren Zylinder 23 aufweist, wobei zwischen der Gehäusebohrung 28 des Gehäuses 22 und dem Zylinder 23 das von dem Ausgleichsvolumen 20a gebildete verstellbare Totvolumen ausgebildet ist, das mittels einer Leitung 26 an den Eingang des Druckraums 6a der Hochdruckstufe 6 angeschlossen ist, insbesondere an die den Druckraum 5a der Niederdruckstufe 5 mit dem Druckraum 6a der Hochdruckstufe 6 verbindenden Verbindungsleitung stromab des Hochdruck-Saugventils 12a des Druckraumes 6a der Hochdruckstufe 6. Der Zylinder 23 ist als Stufenkolben ausgebildet und weist an einer in dem Ausgleichsvolumen 20a angeordneten Stirnfläche einer erste Steuerfläche 24 auf, die von dem von der Niederdruckseite erzeugten, im Ausgleichsvolumen 20a anstehenden Zwischendruck beaufschlagt ist. An einer gegenüberliegenden Stirnfläche des Zylinders 23 ist eine zweite Steuerfläche 25 ausgebildet, ist von dem Eingangsdruck der Niederdruckstufe beaufschlagt ist. Die zweite Steuerfläche 25 ist hierbei größer als die erste Steuerfläche 24.The compensation volume 20a is as a compensation cylinder 21 formed, the one in a housing bore 28 a housing 22 longitudinally displaceable cylinder 23 having, between the housing bore 28 of the housing 22 and the cylinder 23 that of the equalization volume 20a formed adjustable dead volume is formed by means of a conduit 26 to the entrance of the pressure room 6a the high pressure stage 6 is connected, in particular to the pressure chamber 5a the low pressure stage 5 with the pressure room 6a the high pressure stage 6 connecting connecting line downstream of the high pressure suction valve 12a the pressure chamber 6a the high pressure stage 6 , The cylinder 23 is designed as a stepped piston and points to a in the compensation volume 20a arranged end face of a first control surface 24 on, that of the generated by the low pressure side, in the compensation volume 20a pending intermediate pressure is applied. At an opposite end face of the cylinder 23 is a second control surface 25 is formed, is acted upon by the input pressure of the low pressure stage. The second control surface 25 is larger than the first control surface 24 ,

Durch entsprechende Verstellung des Zylinders 23 in der Gehäusebohrung 28 wird somit von dem Ausgleichsvolumen 20a ein verstellbares Totvolumen für den Druckraum 6a der Hochdruckstufe 6 gebildet.By appropriate adjustment of the cylinder 23 in the housing bore 28 is thus from the compensation volume 20a an adjustable dead volume for the pressure chamber 6a the high pressure stage 6 educated.

An dem Gehäuse 22 ist im Bereich des Ausgleichsvolumens 20a eine Kühleinrichtung 27 angeordnet, die beispielsweise von am Außenumfang des Gehäuses 22 angeordneten Kühlrippen gebildet ist.On the case 22 is in the range of the compensation volume 20a a cooling device 27 arranged, for example, on the outer circumference of the housing 22 arranged cooling fins is formed.

In der dargestellten Stellung bei minimalem Eingangsdruck des Kolbenverdichters 1 weist das Ausgleichsvolumen 20a bei nach in der 2 oben ausgelenktem Zylinder 23 maximales Totvolumen auf. Mit zunehmendem an der zweiten Steuerfläche 25 des als Stufenkolben ausgebildeten Zylinders 23 anstehenden Eingangsdruck der Niederdruckstufe 5 wird der Zylinder 23 nach in der 2 unten beaufschlagt, wodurch das Ausgleichsvolumen 20a in Richtung eines minimalen Totvolumens bei maximalem Eingangsdruck des Kolbenverdichters 1 beaufschlagt wird.In the illustrated position with minimum inlet pressure of the reciprocating compressor 1 indicates the equalization volume 20a at after in the 2 top deflected cylinder 23 maximum dead volume. With increasing at the second control surface 25 designed as a stepped piston cylinder 23 pending inlet pressure of the low-pressure stage 5 becomes the cylinder 23 after in the 2 applied below, causing the compensation volume 20a in the direction of a minimum dead volume at maximum inlet pressure of the reciprocating compressor 1 is charged.

Im Betrieb des Kolbenverdichters 1 wird gasförmiges Medium nach dem Ansaugtakt im Verdichtungstakt aus dem Druckraum 5a der Niederdruckstufe 5 über das Druckventil 11a und das Saugventil 13a dem Druckraum 6a der Hochdruckstufe 6 zugeführt, die sich im Ansaugtakt befindet. Durch den Anschluss des Ausgleichsvolumens 20a an die von der Niederdruckstufe 5 zur Hochdruckstufe 6 führende Verbindungsleitung stromab des Hochdruck-Saugventils 13a der Hochdruckstufe 6 wird ebenfalls von der Niederdruckstufe 5 auf den Zwischendruck verdichtetes Medium dem Ausgleichsvolumen 20a und somit dem einstellbaren Totvolumen zugeführt und durch die Kühleinrichtung 27 gekühlt. Während des nächsten Ansaugtaktes der Hochdruckstufe 6, wobei Medium aus dem Ausgleichsvolumens 20a zum Druckraum 6a der Hochdruckstufe 6 angesaugt wird, entspannt das gasförmige Medium aus dem das Totvolumen bildenden Ausgleichsvolumen 20a adiabatisch und kühlt hierbei unter die Ansaugtemperatur ab.In operation of the reciprocating compressor 1 becomes gaseous medium after the intake stroke in the compression stroke from the pressure chamber 5a the low pressure stage 5 via the pressure valve 11a and the suction valve 13a the pressure room 6a the high pressure stage 6 fed, which is in the intake stroke. By connecting the compensation volume 20a to those of the low pressure stage 5 to the high pressure stage 6 leading connecting line downstream of the high pressure suction valve 13a the high pressure stage 6 is also from the low pressure stage 5 medium compressed to the intermediate pressure, the equalizing volume 20a and thus the adjustable dead volume and supplied by the cooling device 27 cooled. During the next intake stroke of the high-pressure stage 6 , where medium from the equalization volume 20a to the pressure room 6a the high pressure stage 6 is sucked, relaxes the gaseous medium from the dead volume forming compensating volume 20a adiabatic and cools below the intake temperature from.

Durch das in Abhängigkeit von dem Eingangsdruck gesteuerte Ausgleichsvolumen 20a ist es möglich, das Ansaugvolumen der Hochdruckstufe 6 zu verändern und somit den Verdichter bei unterschiedlichen Eingangsdrücken zu betreiben, wobei durch die zusätzliche Kühlung des Mediums mittels des Ausgleichsvolumen 20a und insbesondere der Kühleinrichtung 27 die Temperatur des Verdichters, insbesondere nach der Niederdruckstufe 5 bei abnehmendem Eingangsdruck, wobei das Stufendruckverhältnis und somit die thermische Belastung der Hochdruckstufe 6 zunimmt, gesenkt werden kann.By the compensation volume controlled as a function of the inlet pressure 20a is it possible to increase the suction volume of the high pressure stage 6 to change and thus operate the compressor at different input pressures, with the additional cooling of the medium by means of the compensation volume 20a and in particular the cooling device 27 the temperature of the compressor, especially after the low pressure stage 5 with decreasing inlet pressure, whereby the step pressure ratio and thus the thermal load of the high-pressure stage 6 increases, can be lowered.

Claims (15)

Verdichter, insbesondere Kolbenverdichter, zum Verdichten eines gasförmigen Mediums mit einer Niederdruckstufe zum Verdichten des Mediums von einem Eingangsdruck auf einen Zwischendruck, und einer Hochdruckstufe zum Verdichten des Mediums von dem Zwischendruck auf einen Hochdruck, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckstufe (6) ein Ausgleichsvolumen (20a; 20b) mit verstellbarem Totvolumen vorgeschalten ist.Compressor, in particular reciprocating compressor, for compressing a gaseous medium with a low pressure stage for compressing the medium from an inlet pressure to an intermediate pressure, and a high pressure stage for compressing the medium from the intermediate pressure to a high pressure, characterized in that the high pressure stage ( 6 ) a compensation volume ( 20a ; 20b ) is connected upstream with adjustable dead volume. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Ausgleichsvolumens (20a; 20b) gebildete Totvolumen in Abhängigkeit von dem Eingangsdruck verstellbar ist.Compressor according to claim 1, characterized in that the of the compensation volume ( 20a ; 20b ) formed dead volume in dependence on the input pressure is adjustable. Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsvolumen (20a; 20b) bei maximalem Eingangsdruck auf minimales Totvolumen eingestellt ist und mit abnehmendem Eingangsdruck in Richtung eines maximalen Totvolumens einstellbar ist.Compressor according to claim 2, characterized in that the compensating volume ( 20a ; 20b ) is set to minimum dead volume at maximum inlet pressure and is adjustable with decreasing inlet pressure in the direction of a maximum dead volume. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsvolumen (20a; 20b) als Ausgleichszylinder (21) ausgebildet ist, der einen in einem Gehäuse (22) verschiebbaren Zylinder (23) aufweist.Compressor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the compensating volume ( 20a ; 20b ) as a balancing cylinder ( 21 ) is formed, the one in a housing ( 22 ) displaceable cylinder ( 23 ) having. Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (23) als Stufenkolben mit einer ersten Steuerfläche (24) versehen ist, die in dem Ausgleichsvolumen (20a; 20b) angeordnet ist und von dem Zwischendruck beaufschlagt ist und eine zweite Steuerfläche (25) aufweist, die von dem Eingangsdruck beaufschlagt ist (Steuerfläche am oberen Ende). (automatisches Erhöhen des Totvolumens bei abnehmendem Eingangsdruck)Compressor according to claim 4, characterized in that the cylinder ( 23 ) as a stepped piston with a first control surface ( 24 ) provided in the equalization volume ( 20a ; 20b ) is arranged and is acted upon by the intermediate pressure and a second control surface ( 25 ), which is acted upon by the input pressure (control surface at the upper end). (automatic increase of the dead volume with decreasing inlet pressure) Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsvolumen (20a; 20b) mit einer Kühleinrichtung (27) versehen ist.Compressor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the compensating volume ( 20a ; 20b ) with a cooling device ( 27 ) is provided. Verdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (27) von an dem Gehäuse (22) angeordneten Kühlrippen gebildet ist.Compressor according to claim 6, characterized in that the cooling device ( 27 ) of the housing ( 22 ) arranged cooling fins is formed. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter einen in einem Gehäuse (3) längsverschiebbaren Kolben (4) aufweist, der hydraulisch antreibbar ist.Compressor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the compressor in a housing ( 3 ) longitudinally displaceable piston ( 4 ), which is hydraulically driven. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckstufe (5) einen ersten Druckraum (5a) und einen zweiten Druckraum (5b) aufweist.Compressor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the low pressure stage ( 5 ) a first pressure chamber ( 5a ) and a second pressure chamber ( 5b ) having. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckstufe (6) einen ersten Druckraum (6a) und einen zweiten Druckraum (6b) aufweist.Compressor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the high pressure stage ( 6 ) a first pressure chamber ( 6a ) and a second pressure chamber ( 6b ) having. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (3) eine Außenkühlung (15a; 15b) vorgesehen ist.Compressor according to one of claims 1 to 10, characterized in that on the housing ( 3 ) an external cooling ( 15a ; 15b ) is provided. Verdichter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kolben (4) eine Innenkühlung vorgesehen ist.Compressor according to one of claims 8 to 11, characterized in that on the piston ( 4 ) An internal cooling is provided. Verdichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) mit mindestens einer Längsbohrung (16a; 16b) versehen ist, die mit einem Antriebsdruckraum (9a; 9b) in Verbindung steht.Compressor according to claim 12, characterized in that the piston ( 4 ) with at least one longitudinal bore ( 16a ; 16b ) provided with a drive pressure space ( 9a ; 9b ). Verdichter nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Druckraum (6a; 6b) der Hochdruckstufe (6) ein Ausgleichsvolumen (20a; 20b) zugeordnet ist.Compressor according to one of claims 10 to 13, characterized in that each pressure chamber ( 6a ; 6b ) of the high-pressure stage ( 6 ) a compensation volume ( 20a ; 20b ) assigned. Verwendung eines Verdichters nach einem der vorangegangenen Ansprüche zum Verdichten von Wasserstoff, insbesondere in einer Wasserstofftankstelle.Use of a compressor according to one of the preceding claims for compressing hydrogen, in particular in a hydrogen filling station.
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