DE3836643C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompressoranlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer solchen, aus der US-PS 47 25 210 bekannten Kompressoranlage, die einen Vorkühler und einen Nachkühler für das verdichtete Gas hat, erfolgt die Vorkühlung durch Wärmeaustausch mit einem flüssigen Kühlmittel des Kompressors, wofür ein großvolumiger Wärmeaustauscher erforderlich ist.

Bei einer aus der DE-PS 4 82 508 bekannten fahrbaren Kompresoranlage durchströmt die vom Kompressor kommende, hocherhitzte Druckluft, bevor sie in den Druckluftbehälter eintritt, einen Luftkühler, der im Luftstrom des Ventilators des Motor- oder Kompressorwasserkühlers angeordnet ist, wodurch neben der Kühlung der Druckluft ein Auskondensieren von in der Druckluft enthaltenen Öldämpfen erreicht wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Kompressoranlage der gattungsgemäßen Art technisch so auszugestalten, daß sich mit ihr ein mit Gebläseluft gekühltes, kompaktes und raumsparendes Kühlsystem verwirklichen läßt, dessen Größe im wesentlichen der eines mit Wasser gekühlten Systems entsprechen würde.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der Kompressoranlage der gattungsgemäßen Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, die in den Unteransprüchen 2 bis 4 vorteilhaft weitergebildet sind.

Die erfindungsgemäße Kompressoranlage hat ein Kühlsystem, bei dem der Vorkühler nur mit dem Kühlluftstrom des Gebläses in Wärmeaustausch steht und dabei bezüglich der Richtung des Kühlluftstroms dem Nachkühler teilweise nachgeordnet ist. Das vom Kompressor verdichtete heiße Gas wird mit der Gebläseluft in Wärmeaustausch gebracht, die vorher in Wärmeaustausch mit dem bereits entsprechend vorgekühlten verdichteten Gas bzw. der vorher in Wärmeaustausch mit dem heißen Öl der Kompressoranlage und/oder dem Mantelkühlmittel für den Kompressor gebracht worden ist. Bei der so ausgestalteten Kompressoranlage läßt sich das Kühlsystem raumsparend bauen, wobei eine ausreichende Abkühlung des verdichteten Gases und eine sichere Funktionsweise des Rückschlagventils aufgrund des Temperaturbereichs, in dem es arbeiten kann, gewährleistet sind.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 perspektivisch eine erste Ausführungsform einer Kompressoranlage,

Fig. 2 ein Schema des Aufbaus der Kompressoranlage von Fig. 1,

Fig. 3 ein Schema des Aufbaus einer zweiten Ausführungsform einer Kompressoranlage und

Fig. 4a bis 4d verschiedene Ansichten eines Vorkühlers zur Verwendung bei den Kompressoranlagen von Fig. 1 und 2, bzw. 3.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Kompressoranlage hat einen luftgekühlten ölfreien Kompressor in Rotationskolbenbauweise mit einem Kompressorgehäuse 1. Mit dem von einem Motor 2 über V-Riemen 3 angetriebenen Kompressor wird Luft verdichtet. Die Kompressoranlage hat ferner ein ansaugseitiges Ventil 4, einen Vorkühler 5 für die komprimierte Luft, einen Wärmeaustauscher 6 für die verdichtete Luft, der im folgenden als Nachkühler 6 bezeichnet wird, ein Rückschlagventil 7 zwischen dem Vorkühler 5 und dem Wärmeaustauscher 6, einen Ölkühler 8, einen Luftfilter 9, ein Gebläse 10 für Kühlluft, ein Getriebe 11, eine Ölpumpe 12, sowie einen Kühler 13 und eine Pumpe 14 für ein Kühlmedium.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, hat das Kompressorgehäuse 1 einen Block 1D mit einer Ansaugöffnung 1A, einer Förder­ öffnung 1B und einem Mantel 1C. In dem Block 1D sind ein Erhebungen aufweisender Rotor 1E und ein Vertiefungen aufweisender Rotor 1F derart angeordnet, daß sie unter Drehung ineinandergreifen. Mit dem Lager des Erhebungen bzw. Vertiefungen aufweisenden Rotors 1E bzw. 1F ist ein Steuerzahnrad 1G verbunden. Das die Ansaugung sperrende Ventil 4 hat einen Zylinder 4A, einen Kolben 4B, der gleitend verschiebbar in dem Zylinder 4A sitzt, ein Ven­ til 4D, das mit dem Kolben 4B verbunden und in dem Luft­ einlaßkanal des Kompressorgehäuses 1 angeordnet ist, Rohre 4E, 4F, durch welche Luft in den Zylinder 4A eingeführt bzw. abgeführt wird, um den Kolben 4B zu bewegen, sowie Magnetventile 4G und 4H. Die Magnetventile 4G und 4H sind mit einer Rohrleitung 23A verbunden, die von dem Nachküh­ ler 6 der Zuführung von komprimierter Luft abzweigt.

Die Leistungssteuerung bzw. Volumensteuerung des Kompres­ sors erfolgt durch Beschränkung der Luftmenge, die in den Kompressor strömt, wofür das Ventil 4D durch eine Bewegung des Kolbens 4B geöffnet und geschlossen wird. Wenn das Ventil 4D geschlossen ist, kann zusätzlich der Druck auf der Förderseite des Kompressors zur Atmosphäre freigesetzt werden, indem ein Luftfreigabeventil 4J ge­ öffnet wird, das mit dem Kolben 4B so zusammenwirkt, daß eine Rohrleitung 22A über einen Schalldämpfer 25 geöffnet wird, wodurch die Leistung während des Betriebs ohne Last verringert wird.

Die Temperatur der Luft, die von dem Schalldämpfer 25 während des Betriebs ohne Belastung freigegeben wird, muß auf 100°C oder auf einen Wert in dieser Größenordnung eingestellt werden, um die Lebensdauer des Luftfreigabe­ ventils 4J zu gewährleisten und um zu verhindern, daß die Innentemperatur einer Schallisolierabdeckung 21 an­ steigt.

Aus diesem Grund muß die Rohrleitung 22A, durch welche die Luft freigegeben wird, stromab von dem Vorkühler 5 und stromauf von dem Rückschlagventil 7 angeordnet wer­ den, um den benutzerseitigen Leitungsdruck während des Betriebs ohne Belastung aufrecht zu erhalten.

Wenn die Leistung des Vorkühlers 5 so ausgelegt ist, daß die Temperatur des Rückschlagventils 7 150°C oder einen ähnlichen Wert während des Betriebs unter Last erreicht, nimmt die einströmende Luftmenge während des Betriebs ohne Last wesentlich ab. Deshalb ist es möglich, die Tem­ peratur der durch das Luftfreigabeventil 4J entspannten Luft auf etwa 100°C einzustellen.

Bei diesem Verfahren kann der Vorkühler 5 so gebaut wer­ den, daß er die Funktion eines Gasfreigabekühlers erfüllt.

Wie in Fig. 4a bis 4d gezeigt ist, hat der Vorkühler 5 einen Einlaßabschnitt 5A, einen Sammler 5B am Einlaßab­ schnitt 5A, eine Vielzahl von Kühlrohren 5C, einen Aus­ laßabschnitt 5E, einen Sammler 5D am Auslaßabschnitt 5E und einen Halter 5F. Der Einlaßabschnitt 5A des Vorküh­ lers 5 ist mit der Förderöffnung 1B des Kompressorgehäuses 1 verbunden. Jedes der Kühlrohre 5C ist U-förmig und wird von dem Halter 5F gehalten, ist jedoch nicht daran befe­ stigt. Jedes der Kühlrohre 5C ist an dem Verteiler 5B des Einlaßabschnitts 5A und an dem Sammler 5D des Auslaß­ abschnitts 5E in der gleichen Richtung befestigt. Der obe­ re Abschnitt des Kühlrohres 5C ist nicht festgelegt und kann sich somit frei dehnen, so daß dieser Abschnitt kei­ ner übermäßigen thermischen Spannung aufgrund der Wärme­ ausdehnung der Kühlrohre 5C infolge der hohen Temperaturen unterliegt. Da die Temperatur der in den Vorkühler 5 ein­ geführten komprimierten Luft einen Wert von etwa 350°C und einen Druck von etwa 7 bar erreicht, sind der Vertei­ ler 5B am Einlaßabschnitt 5A und die Kühlrohre 5C aus rostfreiem Stahl oder aus einem anderen ähnlichen Mate­ rial gefertigt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein auto­ matisches Ventil 16, das freigegeben ist, wenn der Kom­ pressor angehalten ist, in der untersten Lage einer Rohr­ leitung 5G angeordnet, die sich zwischen der Förderöff­ nung 1B des Kompressorgehäuses 1 und dem Einlaßabschnitt 5A des Vorkühlers 5 erstreckt, um so einen Abführrück­ wärtsstrom aus der nutzerseitigen Leitung nach außen zu transportieren, wenn die Rückschlagfunktion des Rück­ schlagventils 7 verlorengeht.

Der Nachkühler 6 ist mit dem Auslaßabschnitt 5E des Vor­ kühlers 5 verbunden. Sein Auslaß ist so angeordnet, daß er mit der nutzerseitigen Verrohrung verbindbar ist. Der Nachkühler 6 ist vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen ähnlichen Material hergestellt, das gute Wärme­ austauscheigenschaften hat. Aus diesem Grund ist es er­ forderlich, daß die Temperatur der komprimierten Luft am Auslaßabschnitt 5E des Vorkühlers 5 150°C oder einen Wert in dieser Größenordnung hat. Die Temperatur des Rück­ schlagventils 7 muß unter 250°C zur Aufrechterhaltung seiner Dauerhaftigkeit und über 100°C gehalten werden, da bei dieser Temperatur kein Abfluß erfolgt. Das Rück­ schlagventil 7 ist zwischen dem Vorkühler 5 und dem Nach­ kühler 6 angeordnet, um einen Rückstrom von Luft von dem Nachkühler 6 während des lastfreien Betriebs des Kompres­ sors zu unterbinden. Der Ölkühler 8 ist an seinem Einlaß mit dem Auslaß der Ölpumpe 12 über eine Rohrleitung 16A und an seinem Auslaß mit einem geschmierten Abschnitt verbunden, beispielsweise dem Steuerzahnrad 1G und einem Lager des Kompressorgehäuses 1 über eine Rohrleitung 16B.

Das Öl kehrt, nachdem es von dem geschmierten Abschnitt des Kompressorgehäuses 1 abgeführt worden ist, zu einem Öltank 11A des Getriebes 11 zurück. Das Gebläse 10 hat ein Gebläsegehäuse 10A und ein mit einem Motor 17 gekoppeltes Gebläserad 10B. Das Getriebe 11 hat ein Zahnradgehäuse 11B mit einem Öltank 11A, ein Ritzel 11C, das mit dem Erhebungen auf­ weisenden Rotor 1E gekoppelt ist, und ein treibendes Zahn­ rad 11D, das mit dem Ritzel 11C in Eingriff steht. Die Ölpumpe 12 ist mit einer Welle 11E des treibenden Zahn­ rads 11D über eine Verzahnung verbunden und steht mit dem Öltank 11A über ein Rohr an seinem Einlaß in Verbin­ dung.

Der Kühler 13 für ein Kühlmedium ist an seinem Auslaß mit dem Man­ tel 1C über eine Rohrleitung 19A, eine Pumpe 14 und eine Rohrleitung 19B sowie an seinem Einlaß mit dem Mantel 1C über eine Rohrleitung 19C verbunden. Die Pumpe 14 wird von einem Motor 18 angetrieben. Der Einlaß des Gebläses 10 ist mit einer Kühlereinlaß­ öffnung 21E der Schallisolierabdeckung 21 verbunden. För­ derseitig ist das Gebläse 10 erst mit den Lufteinlaß­ öffnungen des Kühlers 13, des Ölkühlers 8 und des Nachkühlers 6 verbunden, so daß über das Gebläse 10 Luft dem Kühler 13, dem Ölkühler 8 und dem Nachkühler 6 zugeführt wird.

Ein von dem Auslaß des Vorkühlers 5 abzweigendes wärme­ leitendes Rohr 22A ist mit einem Luftfreigabeventil 23 über eine Rohrleitung 24A verbunden. Dieses Freigabeven­ til 23 ist mit dem Schalldämper 25 über eine Rohrleitung 24A verbunden.

Die beschriebenen Bauteile sind von der Schallisolierab­ deckung 21 umschlossen, die einen Lufteinlaß 21A für die Kompression, einen Lufteinlaß 21B für die Kühlung des Motors 2, einen Lufteinlaß 21C für die Belüftung, einen Luftauslaß 21D und einen Lufteinlaß 21E für den Kühler aufweist.

Der Kühler 13 für das Kühlmedium, die Pumpe 14 und die Rohrleitungen 19A, 19B, 19C werden mit einem Kühlmittel gefüllt, das hauptsächlich aus Polyethy­ lenglykol mit einem Metallkorosionsinhibitor für Kupfer, Aluminium oder Eisen oder aus einer wässrigen Lö­ sung aug Substanzen besteht, die Wasser in einer Menge von 50 bis 70 Vol.-% enthalten. Dabei beträgt wenigstens die Dichte oder das Fließverhältnis des Propylenglykols vorzugsweise 30%, um eine Korossion des Systems zu ver­ hindern.

In Betrieb wird die Antriebskraft des Motors 2 auf eine Welle 11E durch den V-Riemen 3 übertragen. Nachdem die Umfangsgeschwindigkeit durch ein Ritzel 11C und ein Treib­ zahnrad 11D gesteigert ist, wird die Drehkraft auf den Erhebungen aufweisenden Rotor 1E und weiterhin auf den Vertiefungen aufweisenden Rotor 1F durch das Steuerzahn­ rad 1G übertragen.

Die komprimierte Luft, deren Temperatur auf einen Wert von etwa 300 bis 350°C aufgrund der Kompression im Kom­ pressorgehäuse 1 angestiegen ist, strömt durch die Rohr­ leitung 5G und einen ersten Luftkühler, d.h. den Vorküh­ ler 5, wo die komprimierte Luft primär auf 150°C oder einen ähnlichen Wert durch die Kühlluft aus dem Ge­ bläse 10 abgekühlt wird. Danach geht die komprimierte Luft durch das Rückschlagventil 7 und tritt in einen zwei­ ten Luftkühler, d.h. den Nachkühler 6 ein, wo die kompri­ mierte Luft sekundär auf etwa 50°C durch die Kühlluft aus dem Gebläse 10 abgekühlt und dann zur Nutzerseite abgeführt wird.

Das Kühlmedium in dem Mantel 1C absorbiert die bei der Kompression der Luft im Kompressorgehäuse 1 erzeugte Wär­ me, tritt durch die Rohrleitung 19C in den Kühler 13 ein, wo es durch die Kühlluft aus dem Ge­ bläse 10 abgekühlt wird, und kehrt zum Mantel 1C über die Rohrleitung 19A, die Pumpe 14 und die Rohr­ leitung 19B zurück.

Das in dem Öltank 11A innerhalb des Getriebes 11 enthaltene Schmieröl wird durch die Pumpe 12 gefördert und kommt über die Rohrleitung 16A zum Olküh­ ler 8, wo es durch die Kühlluft aus dem Gebläse 10 abgekühlt wird. Anschließend wird es dem Steuerzahnrad 1G innerhalb des Kompressorgehäuses 1 über die Rohrlei­ tung 16B zugeführt. Nach der Schmierung des Steuerzahn­ rads 1G wird das Öl im Öltank 11A innerhalb des Getrie­ begehäuses 11B wiedergewonnen und erneut umgewälzt.

Bei der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsform der Kompressoranlage verwendet der luftgekühlte ölfreie Kompressor in Rotationsbauweise verglichen mit dem der ersten Aus­ führungsform Schmieröl, das als Kühlmedium durch den Man­ tel 1C des Kompressorgehäuses 1 umläuft. Dabei ist der Ölkühler 32 an seinem Einlaß mit dem Auslaß einer Ölpumpe 31 über eine Rohrleitung 30B und ferner an seinem Auslaß mit dem Mantel 1C, einem geschmierten Abschnitt, d.h. dem Steuerzahnrad 1G des Kompressors 1 und dem Lager ver­ bunden. Das Öl kehrt, nachdem es aus dem Mantel 1C und dem geschmierten Abschnitt des Kompressorgehäuses 1 ab­ geführt ist, zum Öltank 11A des Getriebes 11 zurück. Die Ölpumpe 31 ist mit der Welle des Antriebs­ zahnrads 11D über ein Zahnrad verbunden und steht an ihrem Einlaß mit dem Öltank 11A über eine Rohrleitung 30D in Verbindung.

Bei der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsform der Kompressoranlage entfallen der Kühler 13 für Kühlmedium, die Rohrleitung 19A, die Pumpe 14 und die Rohrlei­ tungen 19B, 19C der ersten Ausführungsform. Die Leistung der Ölpumpe 31 und des Ölkühlers 32 sind jedoch größer als die der Ölpumpe 12 und des Kühlers 13 der ersten Ausführungsform. Dabei kann jedoch die gleiche Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform erreicht wer­ den. Da die Anzahl der eingesetzten Bauteile reduziert ist und das Rohrleitungssystem vereinfacht ist, ergibt sich eine Anlage mit kompakter Größe und geringem Fertigungsauf­ wand.

Claims (4)

1. Kompressoranlage mit einem mit Luft gekühlten, ölfrei verdichteten Kompressor, insbesondere in Rotationskolbenbauweise, zum Verdichten eines Gases, insbesondere Luft, mit einem der Anlage zugeordneten Gebläse (10) zur Erzeugung eines Kühlluftstroms durch einen Wärmeaustauscher (6) für das verdichtete Gas, mit einem Vorkühler (5) für das verdichtete und mit einem zwischen dem Vorkühler (5) und dem Wärmeaustauscher (6) für das verdichtete Gas angeordneten Rückschlagventil (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkühler (5) für das verdichtete Gas mit dem Kühlluftstrom des Gebläses (10) in Wärmeaustausch steht und bezogen auf die Richtung des Kühlluftstroms des Gebläses (10) dem Wärmeaustauscher (6) für das verdichtete Gas wenigstens teilweise nachgeordnet ist.

2. Kompressoranlage nach Anspruch 1 mit einem im Kühlluftstrom des Gebläses (10) angeordneten Ölkühler (8), dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkühler (5) für das verdichtete Gas dem Ölkühler (8) bezogen auf die Richtung des Kühlluftstroms des Gebläses (10) nachgeordnet ist.

3. Kompressoranlage nach Anspruch 1 oder 2 mit einem im Kühlluftstrom des Gebläses (10) angeordneten Kühler (13) für ein Kühlmedium des Kompressors, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkühler (5) für das verdichtete Gas dem Kühler (13) für das Kühlmedium des Kompressors bezogen auf die Richtung des Kühlluftstroms des Gebläses (10) nachgeordnet ist.

4. Kompressoranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkühler (5) einen einlaßseitigen Verteiler (5B), einen auslaßseitigen Sammler (5D) und U-förmige Kühlrohre (5C) aufweist, deren Schenkelenden mit dem Verteiler (5B) bzw. dem Sammler (5D) verbunden sind.