DE4430716A1

DE4430716A1 - Isotherm-hydraulischer Hochdruckverdichter

Info

Publication number: DE4430716A1
Application number: DE19944430716
Authority: DE
Inventors: Roland Bitzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 1996-03-07

Description

Stand der Technik

Die bisher bekannten Kolben-, Rotations- und Schraubenverdichter arbeiten auf rein mechanischer Basis und verdichten die Gase mehr oder weniger impulsartig mit verhältnismäßig hohen Impulsen pro Zeiteinheit, aber mit verhältnismäßig kleinem Impulsvolumen.

Bei dieser Arbeitsweise treten in Bezug auf Wärmeabfuhr, Rückexpansion durch schädlichen Raum, Überverdichtung beim Ausstoß und durch Spalte, Verluste auf. Hinzu kommt, daß diese Systeme bereits bei einem Druck von ca. 10 bar zweistufig arbeiten müssen, was die Verluste nochmals vergrößert.

Bei dieser Art von Verdichten entsteht durch das notwendige Schmier- oder Kühlöl ein mehr oder weniger großer Ölnebelanteil in dem verdichteten Gas, welcher durch teilweise aufwendige Zusatzaggregate wieder herausgefiltert werden muß, wobei wiederum Druckverluste entstehen.

Die bekannten Systeme können außerdem abhängig vom Prinzip nur ab - oder bis einer bestimmten Größe wirtschaftlich betrieben werden

Beschreibung

Der erfindungsgemäße "Isotherm-Hydraulische- Hochdruckverdichter", verdichtet das in einen Behälter von beliebiger aber angemessenen Größe gesaugte oder vorverdichtete Gas durch Zufuhrung einer geeigneten Flüssigkeit vorzugsweise Öl oder Wasser verhältnismäßig langsam, so daß die Verdichtungswärme kontinuierlich abgeführt werden kann. Die Verdichtung erfolgt ohne Spaltverlust, ohne Überverdichtung beim Ausstoß, ohne schädlichen Raum, ohne Rückexpansion und ohne Ölnebelbildung. Der Verdichtungsvorgang kann außerdem nach Bedarf beliebig oft und beliebig lang unterbrochen werden.

Bei Verwendung von mehreren Kesseln, Behältern oder Rohrsystemen, können mit ein und derselben Anlage auch entsprechend mehrere verschiedene Gase mit verschiedenen Drücken mehr oder weniger gleichzeitig verdichtet werden. Außerdem können mit ein und derselben Anlage je nach Bedarf gleichzeitig auch offene und geschlossene Kreisläufe betrieben werden.

Dies kann z. B. fuhr eine Anlage zur Erzeugung von Wärme und Kälte sowie zur Erzeugung von flüssigen Gasen von größter Bedeutung sein.

Vorzugsweise kann eine Wärmepumpe gebaut werden die im offenen Kreislauf Luft auf Hochdruck verdichtet und somit Wärme abgibt und im geschlossenen Kreislauf wird vorzugsweise Stickstoff verdichtet und ebenfalls Wärme abgegeben. Die bei der Entspannung von Stickstoff entstehende tiefe Temperatur wird verwendet um die unter Hochdruck stehend Luft zu verflüssigen.

Die so erzeugte flüssige Luft wird gesammelt und kann vielseitiger Verwendung zugeführt werden. Beispielsweise umweltfreundliche Rückgewinnung von Energie, umweltfreundliche Schädlingsbekämpfung, - Brandbekämpfung, - Wetterbeeinflussung (Abregnung von Luftfeuchtigkeit, insbesondere in Trockengebieten) - Kondensation von Rauchgasen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verdichter können mühelos Gase auf bisher nur in der Hydraulik mögliche Drücke gebracht werden.

Eine kontinuierliche Abfuhr der Verdichtungswärme ist sowohl von Außen als auch von Innen möglich, außerdem nimmt die zur Verdichtung verwendete Flüssigkeit einen erheblichen Anteil der Verdichtungswärme auf. Bei einem großen Umlaufvolumen der Verdichterflüssigkeit wird die Wärmeabfuhr entsprechend günstig. Bei der Verwendung des Verdichters als Wärmepumpe kann die Verdichterflüssigkeit vorteilhafterweise gleichzeitig als Heizungsflüssigkeit verwendet werden.

Die Verdichterflüssigkeit z. B. Wasser, kann z. B. durch eine Membrane von der Hydraulikflüssigkeit getrennt sein und somit ihren eigenen Kreislauf bilden, wobei zusätzlich die Möglichkeit besteht, Gase absolut ölfrei auf höchste Drucke zu verdichten, was z. B. bei Sauerstoff unbedingt erforderlich ist.

Beschreibung zu Fig. I

In Fig. I ist das Grundprinzip des isothermen, hydraulischen Hochdruckverdichters dargestellt.

Ein Motor (1) treibt die hydraulische Pumpe (2) an. Über die Leitung (3) wird aus dem Sammelbehälter (4) Verdichtungsflüssigkeit angesaugt und durch die Leitung (5) in das hydraulische 4/2 Wegeventil (6) geleitet. Das 4/2 Wegeventil (6) ist in Fig. I so geschaltet, daß die Verdichterflüssigkeit aus Leitung (5) über die Leitung (7) in den Behälter (8) fließt. Der Behälter (8) besitzt am oberen Ende ein Einlaßventil (9), das in diesem Fall geschlossen ist und ein Rückschlagventil (10). Durch das Rückschlagventil (10) gelangt das verdichtete Gas über die Leitung (11) in den Druckbehälter (12).

Zeitgleich zu obigem Vorgang fließt die Verdichterflüssigkeit aus dem Behälter (8′) über die Leitungen (7′) und (13) in den Sammelbehälter (4) zurück. Dabei ist das Einlaßventil (9′) geöffnet und es kann zur Verdichtung vorgesehenes Gas in den Behälter (8′) einströmen.

Ist nun das Gas im Behälter (8) durch die Verdichterflüssigkeit vollkommen verdrängt und durch das Rückschlagventil (10) in die Leitung (11) und damit in den Druckbehälter (12) geschoben, schaltet das 4/2 Wegeventil (6) um und leitet die Verdichterflüssigkeit aus Leitung (5) über die Leitung (7′) in den Behälter (8′).

Der oben in Bezug auf Behälter (8) beschriebene Vorgang spielt sich nun im Behälter (8′) ab und anschließend wieder umgekehrt.

Der zeitliche Ablauf ist abhängig von dem Verhältnis Fördervolumen der Verdichterflüssigkeit zum Behältervolumen (8/8′) und kann je nach Bedarf beliebig gewählt werden.

Beschreibung zu Fig. II

In Fig. II wird eine bevorzugte Ausführungsform des Rückschlagventils dargestellt, das in Fig. I mit 10 und 10′ bezeichnet wurde. Dieses Rückschlagventil ist eine geeignete Ausführungsform um einen schädlichen Raum und damit eine Rückexpansion zu vermeiden.

Der mit Flüssigkeit stets voll gefüllte Behälter (1), ist so angeordnet, daß wenn im Verdichtungsbehälter (2), die Verdichtungsflüssigkeit das Gas soweit verdrängt hat, daß der Druck auf P2 angestiegen ist, der Behälter (1) sich nahezu vollkommen unterhalb vom Niveau der Verdichterflüssigkeit befindend und damit ein Großteil seines Gewichtes neutralisiert wurde.

Die Zugfeder (3) ist dadurch in der Lage, die Ventilscheibe (4) anzuheben. Dadurch kann die Verdichterflüssigkeit vom Niveau (5) und (5′) im Ventilraum (7) durch die Öffnungen (6) und (6′) zurückfließen.

Diese Verdichterflüssigkeit wurde beim vorhergehenden Verdichtungsvorgang in den Ventilteil gepumpt.

Gleichzeitig strömt das verdichtete Gas vom Verdichtungsbehälter durch die Öffnungen (6) und (6′) in die Ventilräume (7) und (7′). Durch die zurückfließende Verdichterflüssigkeit wird das Niveau im Verdichtungsbehälter (2) beschleunigt angehoben und das verdichtete Gas beschleunigt durch das Rückschlagventil geschoben.

Durch das sinkende Niveau (5) und (5′) bewegt sich auch der Schwimmkörper (8) zusammen mit dem Bedämpfungskörper (9) für den Initiator (10) nach unten aus dem Bedämpfungsbereich des Initiators. Die Zugfeder (11) wird dabei gespannt.

Ist nun der Verdichtungsbehälter (2) vollkommen mit Flüssigkeit gefüllt und das verdichtete Gas vollkommen in die Ventilräume (7) und (7′) geschoben, wird weiterhin solange Verdichterflüssigkeit nachgepumpt, bis das Niveau (5) und (5′) wieder erreicht ist und somit der Initiator (10) vom Bedämpfungskörper (9) bedämpft wird und dadurch der Zufluß der Verdichterflüssigkeit gestoppt und damit der Verdichtungsvorgang beendet wird.

Durch das Öffnen des Rücklaufventils für die Verdichterflüssigkeit im Behälter (2) fällt in diesem der Druck ab und die Ventilscheibe (4) schließt die Ventilöffnungen (6) und (6′). Die verbleibende Flüssigkeit im Ventilraum (7) verhindert, daß bereits verdichtetes Gas zurückexpandiert.

Nachdem die Verdichterflüssigkeit aus dem Behälter (2) vollkommen abgeflossen ist, kann der Verdichtungsvorgang erneut beginnen.

Claims

1. Isotherm-Hydraulischer Hochdruckverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem geschlossenen Behälter befindliches Gas von einem vorbestimmten Druck durch Einleiten von Flüssigkeit verdrängt wird und somit solange verdichtet wird, bis entweder der Ausschiebedruck oder der Druck der zugeführten Flüssigkeit erreicht wird und somit das verdichtete Gas über ein Ventil, vorzugsweise nach Fig. II, ausgeschoben oder entnommen wird.

2. Nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in 2 oder mehreren Behältern periodisch oder in wechselnden Zeitabständen durch Zuleitung einer Flüssigkeit das im Behälter vorhandene Gas verdichtet wird.

3. Nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd durch Zuleitung und Ableitung einer Flüssigkeit, ein Verdichten und wieder Ansaugen eines Gases ein kontinuierlicher Verdichtungskreislauf entsteht.

4. Nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Isotherm-Hydraulischen Hochdruckverdichter ein oder mehrere ein- oder mehrstufige herkömmliche Verdichter vorgeschaltet sind.

5. Nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Verdichterbehäl ter aus Rohrsystemen bestehen.

6. Nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem oder den Verdichterbehältern je ein Bypass angeordnet ist, so daß ein rasches Abfließen der Verdichterflüssigkeit gewährleistet ist und um Gasblasen in der Verdichterflüssigkeit zu vermeiden, die Rücklauföffnung unterhalb des Flüssigkeitsniveaus im Sammelbehälter endet.

7. Nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Verdichterflüssigkeit durch eine Art Regnersystem im Verdichtungsbehälter erfolgt, damit die Verdichtungswärme direkt aufgenommen wird.

8. Dadurch gekennzeichnet, daß durch Umkehrung des Verdichtungsprozesses auch Vakuum, insbesondere Hochvakuum erzeugt wird.