DE102006014315A1

DE102006014315A1 - Totraumoptimierung bei kolbenlosen Verdichtern

Info

Publication number: DE102006014315A1
Application number: DE200610014315
Authority: DE
Inventors: Robert Adler; Helmut Mayer; Georg Siebert
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-04
Also published as: WO2007112819A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, Sauerstoff, Helium, Stickstoff und Argon, beschrieben, umfassend a) einen oder mehrere Zylinder (1), in denen eine Flüssigkeit (2) angeordnet ist, b) im Bereich der oberen Endlage der Flüssigkeitssäule (2) angeordnete Zu- (4) und Abführleitungen (5), die der Zu- und Abführung des zu verdichtenden gasförmigen Mediums in den Zylinder (1) dienen, c) pro Zylinder (1) wenigstens eine Flüssigkeitsleitung, die der Zu- und Abführung der das gasförmige Medium verdichtenden Flüssigkeit (2) in den Zylinder (1) dient, und d) Mittel zum Verändern der Flüssigkeitsmenge (2) in dem oder den Zylindern (1). Erfindungsgemäß ist der Zylinderkopfbereich sich nach innen verjüngend ausgebildet (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, Sauerstoff, Helium, Stickstoff und Argon, umfassend

a) einen oder mehrere Zylinder, in denen eine Flüssigkeit angeordnet ist,
b) im Bereich der oberen Endlage der Flüssigkeitssäule angeordnete Zu- und Abführleitungen, die der Zu- und Abführung des zu verdichtenden gasförmigen Mediums in den Zylinder dienen,
c) pro Zylinder wenigstens eine Flüssigkeitsleitung, die der Zu- und Abführung der das gasförmige Medium verdichtenden Flüssigkeit in den Zylinder dient, und
d) Mittel zum Verändern der Flüssigkeitsmenge in dem oder den Zylindern.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums ist beispielsweise aus der PCT-Patentanmeldung PCT/EP2005/008370 bekannt. Derartige Vorrichtungen werden auch als "kolbenlose Verdichter" bezeichnet, da in ihnen anstelle eines festen Kolbens eine Flüssigkeitssäule auf und ab bewegt wird. Seit kurzem werden als Flüssigkeiten für derartige Verdichter auch ionische Flüssigkeiten herangezogen. Diese haben eine Vielzahl von Vorteilen, wie sie ebenfalls in der vorgenannten PCT-Patentanmeldung offenbart sind. Mit der Zitierung der PCT-Patentanmeldung PCT/EP2005/008370 sei deren Offenbarungsgehalt zur Gänze in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung integriert.
Bei konventionellen Verdichtern – also Verdichtern, bei denen ein herkömmlicher Kolben zur Anwendung kommt – bestand bisher das Problem, dass der Kolben nur bis zu einem gewissen Punkt an den theoretisch möglichen obersten Totpunkt heranfahren konnte. Als Folge davon verbleibt im Bereich des Zylinderkopfes ein sog. Totraum. Das in diesem Totraum vorhandene verdichtete Medium entspannt sich während des Saughubes auf den Saugdruck. Dies führt dazu, dass die Förderleistung des Verdichters verringert wird. Darüber hinaus muss dieses Gas beim nächstfolgenden Verdichtungstakt erneut verdichtet werden. Dies wiederum hat zur Folge, dass auch die spezifische Verdichtungsenergie ansteigt.
Die Einhaltung eines Totraumes ist jedoch zwingend erforderlich, da verhindert werden muss, dass der sich nach oben bewegende Kolben den Zylinderkopf berührt. Diese Forderung muss auch dann erfüllt werden können, wenn es zu einer erheblichen thermischen Veränderung des Systems Kolben/Zylinder kommt.
Grundsätzlich ähnliche Überlegungen gelten für die sog. kolbenlosen Verdichter. In der 1 ist in einer schematisierten Schnittdarstellung der obere Bereich eines Zylinders 1' eines kolbenlosen Verdichters dargestellt. Bei diesem wird in dem Zylinder 1' eine Flüssigkeitssäule 2' auf und ab bewegt. Hat die Flüssigkeitssäule 2' ihren oberen Totpunkt erreicht, verbleibt ein Totraum 3'. Schematisiert sind ferner dargestellt eine Zuführleitung 4' sowie eine Abführleitung 5', die der Zu- und Abführung des zu verdichtenden gasförmigen Mediums in den Zylinder 1' dienen.
Bei kolbenlosen Verdichtern spielt die thermische Veränderung des Kolbenmediums keine Rolle, da der jeweilige Iststand der Flüssigsäule 2' bekannt ist. Dies hat zur Folge, dass der Totraum 3' – verglichen mit einem herkömmlichen Verdichter – kleiner wird. Um jedoch ein Überfördern des Flüssigkeits- bzw. Kolbenmediums in die Abführleitung 5' zu verhindern, muss weiterhin ein definierter Totraum eingehalten werden. Die im Zusammenhang mit herkömmlichen Verdichtern beschriebenen Nachteile sind somit weiterhin vorhanden, wenn auch in geringerem Umfange.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums anzugeben, die die vorgenannten Nachteile vermeidet, insbesondere die Förderleistung der Verdichtungs-Vorrichtung erhöht und die spezifische Verdichtungsenergie minimiert.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Zylinderkopfbereich sich nach innen verjüngend ausgebildet ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums sind dadurch gekennzeichnet, dass

– der sich nach innen verjüngende Zylinderkopfbereich dadurch realisiert ist, dass sich der Durchmesser des oder der Zylinder nach oben hin verringert,
– die Zu- und Abführleitungen unmittelbar benachbart in der Mitte des Zylinderkopfes angeordnet sind, und
– die Funktionen der Zu- und Abführleitungen in einer gemeinsamen Zu-/Abführleitung realisiert sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums sowie weitere Ausgestaltungen derselben, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, seien im Folgenden anhand des in der 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Ebenso wie bereits die 1 zeigt auch die 2 eine schematisierte Schnittdarstellung des oberen Bereiches eines Zylinders 1 eines kolbenlosen Verdichters. Für den Bereich des Zylinderkopfes 6 wird nunmehr eine Geometrie gewählt, die eine Verjüngung des Zylinderkopfbereiches 6 nach innen ermöglicht. Dadurch wird erreicht, dass sich das Totraumvolumen gegenüber einer Konstruktion, wie sie beispielsweise in der 1 dargestellt ist, verringert. Selbstverständlich sind die Zu- und Abführleitung 4 und 5 wie in 2 dargestellt anzuordnen, was zur Folge hat, dass im Vergleich zu einer Konstruktion, wie sie in der 1 dargestellt ist, eine Einschränkung bezüglich der Verbindungsmöglichkeiten zwischen dem Zylinder 1 und den beiden Leitungen 4 und 5 akzeptiert werden muss. Dieser Nachteil gegenüber dem Stand der Technik wiegt jedoch gering gegenüber den mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielten Vorteilen.
Eine Verjüngung des Zylinderkopfbereiches 6 nach innen wird vorzugsweise dadurch realisiert, dass sich der Durchmesser des Zylinders 1 nach oben hin verringert.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn – wie in der 2 dargestellt – die Zu- und Abführleitungen 4 und 5 unmittelbar benachbart in der Mitte des Zylinderkopfes angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums schafft bei einem geringen konstruktiven Aufwand eine überraschend einfache Lösung des Problems Totraumoptimierung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist somit eine höhere Förderleistung und erfordert darüber hinaus eine geringere spezifische Verdichtungsenergie.

Claims

Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere von Wasserstoff, Sauerstoff, Helium, Stickstoff und Argon, umfassend a) einen oder mehrere Zylinder (1), in denen eine Flüssigkeit (2) angeordnet ist, b) im Bereich der oberen Endlage der Flüssigkeitssäule (2) angeordnete Zu- (4) und Abführleitungen (5), die der Zu- und Abführung des zu verdichtenden gasförmigen Mediums in den Zylinder (1) dienen, c) pro Zylinder (1) wenigstens eine Flüssigkeitsleitung, die der Zu- und Abführung der, das gasförmige Medium verdichtenden Flüssigkeit (2) in den Zylinder (1) dient, und d) Mittel zum Verändern der Flüssigkeitsmenge (2) in dem oder den Zylindern (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopfbereich sich nach innen verjüngend ausgebildet ist (6).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sich nach innen verjüngende Zylinderkopfbereich (6) dadurch realisiert ist, dass sich der Durchmesser des oder der Zylinder (1) nach oben hin verringert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- (4) und Abführleitungen (5) unmittelbar benachbart in der Mitte des Zylinderkopfes angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen der Zu- und Abführleitungen in einer gemeinsamen Zu-/Abführleitung realisiert sind.