DE60316083T2 - Kolbenverdichter - Google Patents

Kolbenverdichter Download PDF

Info

Publication number
DE60316083T2
DE60316083T2 DE60316083T DE60316083T DE60316083T2 DE 60316083 T2 DE60316083 T2 DE 60316083T2 DE 60316083 T DE60316083 T DE 60316083T DE 60316083 T DE60316083 T DE 60316083T DE 60316083 T2 DE60316083 T2 DE 60316083T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
piston
compressor
compressor according
gas
crosshead
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60316083T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60316083D1 (de
Inventor
Haruo Miura
Shigeru Arai
Youichirou Fukai
Yasuo Fukushima
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Plant Technologies Ltd
Original Assignee
Hitachi Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Industries Co Ltd filed Critical Hitachi Industries Co Ltd
Application granted granted Critical
Publication of DE60316083D1 publication Critical patent/DE60316083D1/de
Publication of DE60316083T2 publication Critical patent/DE60316083T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/02Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders arranged oppositely relative to main shaft
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00Multi-stage pumps
    • F04B25/005Multi-stage pumps with two cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/12Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use to obtain high pressure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenverdichter zum Verdichten eines Arbeitsgases auf einen überhohen Druck, und insbesondere auf einen zweistufigen Kolbenverdichter, der zum Verdichten von gasförmigem Wasserstoff insbesondere für den Einsatz in einer Autobrennstoffzelle geeignet ist.
  • Beispielsweise ist in dem Katalog "A Diaphragm Compressor" (Membrankompressor), ausgegeben im Juni 1982 von TEISAN, Co. Ltd., bereits beschrieben, dass zur Verhinderung des Einmischens von Schmieröl in eine Prozessstraße in herkömmlicher Weise ein Membrankompressor als Verdichter zum Verdichten des Arbeitsgases verwendet wird. Aufgrund der Möglichkeit, ein Einmischen von Schmieröl zu unterbinden, hat man vorgeschlagen, einen solchen Kompressor als Verdichter von gasförmigem Wasserstoff in einer Autobrennstoffzelle zu verwenden.
  • Inzwischen sind beispielsweise in dem US-Patent 3,657,973 , dem britischen Patent 1,312,843 , der japanischen Patentveröffentlichung Sho 48-12500 (1973) ( US-Patent 3,677,107 ), dem US-Patent 3,801,167 und dem US-Patent 3,510,233 Verdichter beschrieben, die Arbeitsgas auf einen Druck von über 300 MPa zur Verwendung in einer großtechnischen Anlage von 20.000 bis 30.000 KW verdichten. Unter diesen Druckschriften wird bei dem in dem US-Patent 3,657,973 beschriebenen Kompressor die Drehbewegung einer Kurbelwelle in eine Hin- und Herbewegung eines Kreuzkopfs in Rahmenbauweise umgewandelt. Dabei bewegt sich ein Kolben hin und her, während zusammen mit einem Führungszylinder eine Stange geführt und das Arbeitsgas auf einen hohen Druck in der Verdichtungskammer verdichtet wird, die an einem Endteil des Kolbens ausgebildet ist.
  • Weitere Einzelheiten eines solchen Querkopfs in rahmenförmiger Bauweise nach dem Stand der Technik sind in dem vorstehend erwähnten GB-Patent 1,312,843 sowie der JP-Patentveröffentlichung Sho 48-12500 (1973) beschrieben. In diesen Dokumenten hat der Querkopf in rahmenförmiger Bauweise einen oberen Teil, einen unteren Teil und einen Mittelteil, die mit Hilfe eines Klemmbolzens verbunden sind, der sie gleichzeitig zusammenklemmt. Ferner hat eine Verbindungsstange einen solchen Aufbau, dass sie in einen Kreuzzapfenteil und einen Kurbelwellenteil verteilt oder getrennt ist. Weitere Einzelheiten eines Führungskolbens in einem solchen herkömmlichen Verdichter sind in dem vorstehend erwähnten US-Patent 3,801,167 gezeigt, während Einzelheiten einer Stangen-Packungsdichtung in dem vorstehend erwähnten US-Patent 3,510,233 gezeigt sind.
  • Da sich ein großer Teil des Schmieröls in die Prozessstraße einmischen würde, wenn die Membran bricht, ist es bei dem in dem Katalog "Diaphragm Compressor" (Membrankompressor) von TEISAN, Co. Ltd. beschriebenen Verdichter in Membranbauweise deshalb erforderlich, die Betriebssicherheit der Membran festzustellen. Aus diesem Grund muss die Membran unter der Spezifizierung eines hohen Drucks oder überhohen Drucks stark und groß bemessen sein sowie zweckmäßigerweise in der Größe kompakt ausgeführt werden.
  • Bei den in dem US-Patent 3,657,973 , dem GB-Patent 1,312,843 , der JP-Patentveröffentlichung Sho 48-12500 (1973) ( US-Patent 3,677,107 ), dem US-Patent 3,801,167 und dem US-Patent 3,510,233 beschriebenen Verdichtern ist jeder der Kreuzköpfe in seiner Form komplex, was von der Auslegung des Verdichters abhängt, und hat eine gesteigerte Anzahl von Schritten für die Montage oder Demontage des Verdichters. Ferner wurde in diesen Dokumenten in bestimmtem Maße in Betracht gezogen, dass das Arbeitsgas des Verdichters einen Leckstrom aus ihm heraus hat, jedoch reicht diese Berücksichtigung noch nicht aus, insbesondere in dem Fall, in dem das Arbeitsgas, wie gasförmiger Wasserstoff, entflammbar ist.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Ziel nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen kleinen und kompakten Kolbenverdichter bereitzustellen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kolbenverdichter zu erzielen, der zum Verdichten von gasförmigem Wasserstoff geeig net ist, der in einer Autobrennstoffzelle verwendet wird. Nach der vorliegenden Erfindung soll wenigstens eines dieser vorstehend erwähnten Ziele erreicht werden.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird zum Erreichen des vorstehenden Ziels ein Kolbenverdichter mit einer Kurbelwelle; mit einer Verbindungsstange, die mit ihrem einen Ende mit der Kurbelwelle verbunden ist; mit einem Kreuzkopf, der mit dem anderen Ende der Verbindungsstange sowie mit einem Paar von Zwischenschäften verbunden ist, von denen sich jeder in zueinander entgegengesetzte Richtungen erstreckt; mit einem Paar von Kolben, von denen jeder mit einem der Zwischenschäfte verbunden ist; und mit Zylindern vorgesehen, von denen jeder einen Kopfteil des Kolben aufnimmt, wobei das Paar von Kolben sich auf nahezu der gleichen Achse hin- und herbewegt und der Kreuzkopf als ein Körper ausgebildet ist.
  • Der vorstehend beschriebene Kolbenverdichter nach der Erfindung kann auch vorzugsweise ein Kurbelgehäuse für die Aufnahme der Kurbelwelle, des Kreuzkopfs und der Verbindungsstange aufweisen, wobei auf einer Seitenfläche des Kurbelgehäuses ein Öffnungsabschnitt zum Installieren oder Herausnehmen der Kurbelwelle ausgebildet ist; das von einem der Kolben verdichtete Gas in einen Verdichtungsraum geführt wird, der zwischen dem anderen Kolben der Kolben und einem Zylinder ausgebildet ist; die Verbindungsstange ein erstes Element und ein zweites Element, die in eine zweigeteilte Form gebracht und mit der Kurbelwelle verbunden sind, und ein drittes Element aufweist, das mit einem Kreuzbolzen verbunden ist, der an einem Verbindungsabschnitt des Kreuzkopfs vorgesehen ist; jedes des Paars von Schäften einen großen diametrischen Führungsabschnitt für ein Führen des Kolbens, damit er sich hin- und herbewegt, und einen kleineren diametrischen Abschnitt hat, der auf der Seite des Kolbens angeordnet ist; jeder Schaft des Paars von Schäften einen Führungsabschnitt zum Führen des Kolbens hat, damit er sich hin- und herbewegt, und ein Dichtungsring an einer äußeren Umfangsfläche des Führungsabschnitts befestigt ist; an einer äußeren Umfangsseite der Kolben Stangen-Packungsdichtungen vorgesehen sind, die in Axialrichtung mehrstufig geschichtet sind und in einen hochdruckseitigen Dichtungsabschnitt und einen niederdruckseitigen Dichtungsabschnitt aufgeteilt sind, indem ein Mittelabschnitt der Stangen-Packungsdichtungen in ihrer Axialrichtung zu einem Ansaugströmungskanal für in den Verdichter gesaugtes Gas geführt ist; die Stangenpackung des niederdruckseitigen Dichtungsabschnitts ein Material aufweist, das weicher als das der Stangenpackung des hochdruckseitigen Dichtungsabschnitts ist; und die Stangenpackung des niederdruckseitigen Dichtungsabschnitts ein Harzmaterial aufweist.
  • Ferner wird auch ein zweistufiger Kolbenverdichter bereitgestellt, der eine Kurbelwelle und ein Paar von Kolben, die auf zueinander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, so dass die Kurbelwelle dazwischen auf der gleichen Achse liegt, wobei Arbeitsgas durch Umwandeln einer Drehbewegung der Kurbelwelle in eine Hin- und Herbewegung des Paars von Kolben verdichtet wird, und weiterhin Stangen-Packungsdichtungen, von denen jede in ihrer Axialrichtung mehrstufig ausgebildet und auf äußeren Umfangsabschnitten eines jeden der Kolben angeordnet ist; Zylinderringe, die an den Stangen-Packungsdichtungen an der Kopfseite eines jeden der Kolben angeordnet sind, und Zylindergehäuse aufweist, von denen jedes zur Abdeckung eines äußeren Umfangsabschnitts der Stangen-Packungsdichtung und des Zylinderrings vorgesehen sind, die so ausgestaltet sind, dass sie nahezu einen gleichen Außendurchmesser haben, wobei zwischen dem Zylindergehäuse und den Außenumfängen der Stangen-Packungsdichtung und dem Zylinderring feine Gaskanäle ausgebildet sind, die in Axialrichtung des Kolbens leiten, wodurch von den feinen Gaskanälen ein Leckkanal des Arbeitsgases gebildet wird.
  • Nach der vorliegenden Erfindung ist bei dem vorstehend beschriebenen Kolbenverdichter vorzugsweise jeder der feinen Gaskanäle eine Nut zur Verwendung eines Schlagstifts zum Positionieren in einer Umfangsrichtung, wobei ein weiteres Zylindergehäuse vorgesehen ist, um das Zylindergehäuse an seinem Außenumfang festzulegen und dadurch einen Kühlkanal zwischen dem Zylindergehäuse und dem äußeren Zylindergehäuse zu bilden; entweder Kühlwasser oder Kühlöl durch den Kühlmantel strömt; und einer der Kolben und die Kurbelwelle miteinander durch eine Verbindungsstange, einen Kreuzkopf und einen Schaft verbunden sind, während der andere Kolben mit dem Kreuzkopf durch einen weiteren Schaft verbunden ist.
  • Ferner ist bei dem vorstehend beschriebenen Kolbenverdichter nach der vorliegenden Erfindung das Arbeitsgas vorzugsweise gasförmiger Wasserstoff mit hohem Druck, wobei der Förderdruck des Verdichters 40 MPa entspricht oder größer ist oder 84 MPa entspricht oder kleiner ist; eine Filtereinrichtung an einer Förderseite des Verdichters vorgesehen ist, um Schmieröl zu entfernen, das in dem Arbeitsgas enthalten ist, das im Leckstrom aus dem Ver dichter fließt; und das Arbeitsgas gasförmiger Wasserstoff mit hohem Druck ist, wodurch gasförmiger Wasserstoff mit hohem Druck einer gasförmigen Wasserstoff enthaltenden Einrichtung für die Verwendung in einer Autobrennstoffzelle zugeführt wird.
  • KURZBESCHREIBUNG MEHRERER ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
  • 1 ist ein Systemschema einer Ausführungsform eines Kolbenverdichters nach der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine vertikale Teilschnittansicht eines Kolbenverdichters des in 1 gezeigten Systems.
  • 3 ist eine veranschaulichende Darstellung des Kolbenverdichters von 2.
  • 4 ist eine geschnittene Draufsicht insbesondere einer Kurbelkammer des Kolbenverdichters von 2.
  • 5 ist ein Längsschnitt insbesondere des Stangen-Packungsdichtungsabschnitts des Kolbenverdichters von 2, der kein Teil des beanspruchten Gegenstands ist.
  • 6 ist ein Längsschnitt einer Filtereinheit, die bei dem in 1 gezeigten System verwendet wird.
  • 7 ist ein Längsschnitt insbesondere eines Stangen-Packungsdichtungsabschnitts des Kolbenverdichters, der nicht Teil des beanspruchten Gegenstands ist.
  • 8 ist ein Systemschema des Kolbenverdichters, der nicht Teil des beanspruchten Gegenstands ist.
  • INS EINZELNE GEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nachstehend wird eine Ausführungsform eines Kolbenverdichters nach der vorliegenden Erfindung erläutert. 1 ist ein Systemschema einer Ausführungsform eines erfindungsgemä ßen Hochdruck-Kolbenverdichters mit kleiner Förderleistung. Der Kolbenverdichter 101 ist ein so genannter zweistufiger Verdichter mit einer ersten Verdichtungsstufe 102 und einer zweiten Verdichtungsstufe 103. In der ersten Verdichtungsstufe 102 ist ein Kolben 104 im Inneren eines Zylinders aufgenommen, während bei der zweiten Verdichterstufe 103 ein Kolben 105 im Inneren eines Zylinders aufgenommen wird. Die Kolben 104 und 105 sind auf der gleichen Achse oder fluchtend angeordnet.
  • Jeder dieser Kolben 104 und 105 ist mit einem Schaft 107a oder 107b verbunden, wobei diese Schäfte 107a und 107b über einen Motor 60 angetrieben werden, der mit einer Kurbelwelle 106 verbunden ist. Bei einem solchen Aufbau kann eine Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung umgewandelt werden, wodurch ein Arbeitsgas in einer Verdichtungskammer verdichtet wird, die jeweils zwischen einem Kopf des Kolbens 104 oder 105 und dem entsprechenden Zylinder gebildet wird.
  • Das Arbeitsgas strömt aus einer Ansaugöffnung der ersten Verdichtungsstufe 102 in den Verdichter für die Kompression und wird aus einer Förderöffnung der ersten Verdichterstufe 102 gefördert. Danach wird es in einen Gaskühler 109 über eine Leitung 108 für das Abkühlen geleitet. Das in dem Gaskühler 109 abgekühlte Arbeitsgas wird in einen Ansaugabschnitt der zweiten Verdichterstufe 103 geleitet, wo sein Druck weiterhin erhöht wird, und aus einer Förderöffnung der zweiten Verdichterstufe in einen Gaskühler 110 für das Abkühlen darin gebracht. Danach wird es in eine Filtereinheit 111 gesaugt, wodurch Schmieröl oder dergleichen herausgefiltert wird, das in dem Arbeitsgas enthalten ist, wonach es zur Verbraucherseite abgegeben wird.
  • 2 zeigt einen Teillängsschnitt des Kolbenverdichters, der bei dem in 1 gezeigten System verwendet wird. Der Kolbenverdichter hat auf beiden Seiten einer Kurbelwelle 1 Verdichterstufen. In dieser 2 ist jedoch die Verdichterstufe auf der rechten Seite weggelassen. Der Aufbau der Verdichterstufe auf der rechten Seite ist nahezu der gleiche wie der der Verdichterstufe auf der linken Seite. In 3 ist ein Umrissschema des Kolbenverdichters von 2 gezeigt.
  • Das Kurbelgehäuse 1 ist in etwa im zentralen Abschnitt des Verdichters 101 angeordnet. In dem Kurbelgehäuse ist ein rechteckförmiger Kreuzkopf 5 aufgenommen. An einer unteren Fläche des Kreuzkopfs 5 ist eine Führung 5b befestigt, damit der zwischen einer Aufnahmefläche 1b des Kurbelgehäuses 1 über einen Schmierfilm gleiten kann. Das Material dieser Führung 5b wird so gewählt, dass es, wie beispielsweise LBC, überlegene Gleiteigenschaften hat. An beiden Seitenflächen des Kreuzkopf 5 sind Zwischenschäfte 6 befestigt. Der Kreuzkopf 5 besteht jedoch aus einem Stück ohne Verbindungslinie und ist durch Schneiden aus einer Stahlplatte und spanende Bearbeitung hergestellt.
  • In eine Innenseite eines Rahmens des Kreuzkopfs 5 ist eine Kurbelwelle 2 eingeführt, die durch die Zeichenebene hindurchtritt. Die Kurbelwelle 2 ist mit einem Motor 60 verbunden. An einem Kurbelabschnitt 2a der Kurbelwelle 2 sind Verbindungsstangenelemente 3a und 3b drehbar befestigt, die eine zweigeteilte Form haben. An einem Rahmenteil des Kreuzkopfes ist an seiner linken Seite ein Kreuzbolzen 4 befestigt, der zu diesem Rahmenteil senkrecht ist. In diesem Kreuzbolzen 4 ist drehbar ein Paar von Verbindungsstangenelementen 3c eingesetzt. Diese Verbindungsstangenelemente 3c werden mit den Verbindungsstangenelementen 3a und 3b mit Hilfe eines Schraubenbolzens 3d zur Bildung eines einzigen Körpers und dadurch zur Bildung einer Verbindungsstange 3 zusammengepresst.
  • Einzelheiten der Verbindungsstange 3 werden unter Bezug auf die geschnittene Draufsicht von 4 erläutert. An einer inneren Umfangsfläche eines jeden der Verbindungsstangenelemente (beispielsweise einer Kappe zur Verwendung als Großmetall) 3a und 3b, die zweigeteilt ausgebildet sind, wird eine Wellenaufnahmefläche 3f gebildet, so dass sie bezüglich des Kurbelabschnitts 2a der Kurbelwelle 2 über den dazwischenliegenden Schmierölfilm gleiten kann. In ähnlicher Weise ist an der Innenfläche der Verbindungsstange 3c eine Wellenaufnahmefläche 3g ausgebildet, so dass sie zwischen dem Kreuzbolzen gleiten kann. Diese Wellenaufnahmeflächen 3f und 3g sind beispielsweise aus Weißmetall, einer Aluminiumlegierung oder Kupferlegierung hergestellt.
  • Es wird nun ein Verfahren zum Montieren der drei Elemente der auf diese Weise gebildeten Verbindungsstange 3 erläutert. Die Kurbelwelle 2 tritt durch den Rahmen des Kreuzkopfs 5 hindurch in ihn ein, nachdem der Kreuzkopf 5 in dem Kurbelgehäuse 1 aufgenommen ist. Im Einzelnen wird der Kreuzkopf 5, der einen rahmenförmigen einstückigen Aufbau hat, von einem Öffnungsabschnitt 1a in der oberen Oberfläche des Kurbelgehäuses 1 aus (siehe 1) installiert, wonach die Kurbelwelle 2 von einem Öffnungsabschnitt 1c in einer Seitenfläche dadurch installiert wird, dass sie durch den Rahmen des Kreuzkopfs 5 hindurchtritt. Der Kreuzkopf 5 ist jedoch im Voraus durch Einführen des Kreuzbolzens 4 in eine darin ausgebildete Öffnung fixiert. Ferner wird das Paar von Verbindungsstangen 3c so montiert, dass der Kreuzkopf 5 dazwischenliegt.
  • Als Nächstes wird der Kreuzkopf 5 zu einer gegenüberliegenden Seite der Kurbelwelle 2, beispielsweise zur Seite ganz links gedrückt. In diesem Fall ist die Kurbelwelle 2 so ausgebildet, dass der Kurbelabschnitt 2a von ihr ganz nach links gelangt. Unter dieser Bedingung wird das Verbindungsstangenelement 3b an dem Verbindungsstab 3c angebracht. Nach Drehen der Kurbelwelle 2, wodurch sie in Eingriff mit dem Verbindungsstangenelement 3b gebracht oder damit verbunden wird, wird als Nächstes das Verbindungsstangenelement 3a an dem Verbindungsstangenelement 3b befestigt. Schließlich werden diese Verbindungsstangenelemente 3a, 3b und 3c durch Verwendung des Schraubenbolzens 3d und einer Mutter 3e zusammengepresst.
  • Auf beiden Seitenflächen des Kreuzkopfs 5 werden mit Bolzen die Zwischenschäfte 6 festgelegt. In dem Mittelabschnitt des Zwischenschafts 6 ist ein Abschnitt 6a mit großem Durchmesser ausgebildet, um dessen Außenumfang herum ein Führungskolben 7 aufgepasst ist. Um den Außenumfangsteil des Führungskolbens 7 herum sind Nuten zum Halten eines Schuhs 9 und eines Dichtungsrings 8 darin ausgebildet, so dass sich der Führungskolben bezüglich des Führungszylinders 14 über den Schmierölfilm oder im Trockenzustand dazwischen verschieben kann. Auf einer Seite des Zwischenschafts 6, die eher dem Kreuzkopf als dem Abschnitt mit großem Durchmesser gegenüberliegt, beispielsweise auf der linken Seite in 2, ist ein Abschnitt 6b mit kleinem Durchmesser ausgebildet, der kleiner ist als der Durchmesser des Abschnitts 6a mit großem Durchmesser. Der Zwischenschaft 6 ist mit einem Kolben 11 über einen Verbindungsabschnitt 10 an seinem Kopf verbunden. Der Schuh 9 besteht aus einem Material, wie PEEK (PolyEther Ether Keton), während der Dichtungsring 8 aus einem Harz, wie Tetrafluorethylen, hergestellt ist.
  • Da der Abschnitt 6b mit kleinem Durchmesser dafür vorgesehen ist, eine ähnliche Funktion wie bei einem Torsionsstab zu erhalten, ist es möglich, die Verschiebung des Kolbens 11 in seiner Radialrichtung, wenn der Kolben in sein axiales Zentrum verschoben wird, aufgrund des Abriebs eines Kolbenführungsrings 28 zu absorbieren. Insbesondere ist es möglich, ein die Hin- und Herbewegung des Kolbens 11 begleitendes Schwingen in eine Richtung senkrecht zu seiner Achse durch die Flexibilität des Abschnitts mit kleinem Durchmesser zu verringern, wodurch verhindert wird, dass Arbeitsgas herausleckt und eine lange Lebensdauer der Packung erhalten wird.
  • Auf beiden Seiten des Kurbelgehäuses 1 sind Zwischenschaftgehäuse 12 befestigt, von denen jedes den Zwischenschaft 6, den Führungszylinder 14 und den Verbindungsabschnitt 10 aufnimmt. An einem Mittelabschnitt dieses Zwischenschaftgehäuses 12 ist in seiner Vertikalrichtung ein Führungszylinder 14 so ausgebildet, dass der Zwischenschaft 6 eine Hin- und Herbewegung ausführen kann, während in seiner Axialrichtung eine innenseitige Distanzkammer 12a und eine außenseitige Distanzkammer 12b ausgebildet sind.
  • Der aus Wolframcarbid hergestellte Kolben 11 ist ein dünner und langer Stab, der fast den gleichen Durchmesser hat, und der nur auf der Seite des Verbindungsabschnitts 10 einen kleinen Durchmesser hat. An einer Außenumfangsseite des Kopfteils des Kolbens 11 ist ein Zylinderring 31 ausgebildet, um zwischen dem Kolben 11 eine Verdichtungskammer zu bilden. An dem Kopf des Kolbens ist ein Ventilblock 34 angeordnet. Zwischen dem Verbindungsabschnitt 10 und dem Zylinderring 31 ist ein Schaftdichtungsteil ausgebildet, das in seiner Axialrichtung in mehreren Stufen gestapelt ist.
  • Einzelheiten eines Teils des Kolbens 11 sind in 5 gezeigt. 5 ist eine vertikale Schnittansicht des Kolbens 3 und des Schaftdichtungsabschnitts. Der in dieser Figur gezeigte Dichtungsaufbau ist eine so genannte Stangen-Packungsdichtung, bei der eine große Anzahl von Kammerringen 22 in Axialrichtung geschichtet ist, während ein Zwischenring 23, ein Führungsring 24, ein Haltering 25 und ein Kammerring 26 darin zwischen einem Niederdruckring 21, der auf einer inneren Abdeckung 15 durch Aufpassen an ihr befestigt ist, welche an einer Stirnfläche des Zwischenschaftgehäuses 12 in seiner Axialrichtung angebracht ist, und einem Zylinderring 31 angeordnet sind.
  • Beispielsweise sind von der Seite des Niederdruckrings 21 aus die Kammerringe 22 in vier Stufen, der Zwischenring 23 und der Hauptring 25, die Kammerringe 22 in drei Stufen, der Führungsring 24 und der Hauptring 25, und der Kammerring 26 in einer einzigen Stufe in dieser Reihenfolge vorgesehen. Jeder dieser Kammerringe 22 trägt eine Stangenpackung 27, um zu verhindern, dass Arbeitsgas im Leckstrom aus dem äußeren Umfangsabschnitt des Kolbens 11 an einer inneren Umfangsseite von ihm austritt. Ferner hält der sich ganz links befindliche Kammerring 26 einen Druckunterbrechungsring 28 an seiner inneren Umfangsseite.
  • In dem Fall, in welchem das Arbeitsgas ein entflammbares Gas, beispielsweise gasförmiger Wasserstoff, ist, ist es erforderlich, es so weit wie möglich vor einem nach außen Lecken zu schützen. Durch Führen einer Saugleitung der ersten Stufe und des Zwischenrings wird dann der Leckstrom des in der Verdichtungskammer verdichteten Gases zu der Seite der Saugleitung der ersten Stufe zurückgeführt, wodurch eine Umwälzung darin ausgebildet wird. Bei dieser Führung bildet die Stangenpackung mit den vier Stufen einen niederdruckseitigen Dichtungsabschnitt, während die Stangenpackung mit den drei Stufen einen hochdruckseitigen Dichtungsabschnitt bildet. Da das Leckstromgas aus verdichtetem Arbeitsgas zur Saugseite der ersten Stufe zurückgeführt wird, reicht es, lediglich an der Ansaugung der ersten Stufe eine Maßnahme für den Gasleckdruck zu dem Zweck zu treffen, dass verhindert wird, dass Gas in eine Außenseite des Verdichters gelangt. Dementsprechend ist es möglich, den Gasleckstrom aus dem Verdichter nach außen zu minimieren.
  • Ferner wird eine Kupferlegierung für die hochdruckseitige Stangenpackung verwendet, während für die niederdruckseitige Stangenpackung ein Harz enthaltendes Material eingesetzt wird, beispielsweise Tetrafluorethylen oder PEEK. In diesem Fall kann die gesamte niederdruckseitige Stangenpackung aus Harz hergestellt werden. Der Grund zur Verwendung dieser Materialien liegt darin, dass ein Gasleckstrom für die Dichtung der Niederdruckseite ein Problem wird, auch wenn für die Dichtung auf der Hochdruckseite eine Druckwiderstandseigenschaft erforderlich ist. Aus diesem Grund wird für den Einsatz ein Material gewählt, das weicher als die Dichtung auf der Hochdruckseite ist. Natürlich kann das Material der niederdruckseitigen Stangenpackung das gleiche wie das der hochdruckseitigen Stangenpackung sein.
  • Für jeden der Ringe 21 bis 25 ist in seiner Axialrichtung durchgehend ein Ölzuführkanal 29 ausgebildet, um die Dichtungsleitungen durch Zuführen einer sehr kleinen Schmierölmenge zwischen dem Wellendichtungsabschnitt und dem Kolben 11 zu verbessern. In dem Führungsring 24 ist eine Öffnung 29a ausgebildet, die zu dem Ölzuführkanal führt und an der inneren Umfangsfläche mündet. Es ist jedoch auch möglich, das Öl in eine Stufe auf dem Weg zwischen den Dichtungen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite zuzuführen. Ferner ist in dem Zwischenring 23, der in der Mitte des Schaftdichtungsabschnitts angeordnet ist, eine Öffnung 30 ausgebildet, die an der inneren Umfangsfläche des Zwischenrings 23 mündet und mit einer Ansauggasleitung 37b der Anfangsstufe (siehe 3) verbunden ist. Durch die Verbindung mit dieser Eintrittsöffnung 30 wird ein Gasströmungskanal gebildet, der durch den Zwischenring 23, den Kammerring 22 auf der Niederdruckseite und den niederdruckseitigen Ring 21 hindurchgeht. Der Gasströmungskanal ändert die Position in Umfangsrichtung bezüglich des Ölzuführkanals 29 für das Schmieröl. Die Ausbildung des Strömungskanals in der inneren Abdeckung 15, der mit dem Ölzuführkanal 29 und dem Gasstromkanal verbunden ist, ermöglicht die Zuführung von Schmieröl und Dichtungsgas aus der Ölzuführungsöffnung 29b und der Gasöffnung 30b, die an der äußeren Umfangsseite der inneren Abdeckung 15 vorgesehen sind. Dadurch ist es möglich, eine Maßnahme zum Abdichten des Hochdruckgases zu treffen sowie einen Leckstrom zur Außenseite auf eine sehr kleine Menge herabzusetzen.
  • An dem Ventilblock 34 sind ein Ansaugströmungskanal zum Zuführen des Arbeitsgases aus der Ansaugöffnung 38 in die Verdichtungskammer 11b und ein Förderströmungskanal zum Abführen des in der Verdichtungskammer 11b verdichteten Arbeitsgases aus der Förderöffnung 37 ausgebildet. An dem Ansaugströmungskanal ist ein Ansaugventil 37 vorgesehen, während an dem Förderströmungskanal ein Förderventil 36 vorgesehen ist.
  • Die Außendurchmesser der Ringe 21 bis 26, die am Außenumfang des Kolbens 11 angeordnet sind, und des Zylinderrings 31 sind fast die gleichen. Von der inneren Abdeckung 15 bis zu dem Ventilblock 35 erstreckt sich ein Zylindergehäuse 32 geringer Dicke, das auf diese Ringe 21 bis 26 am Außenumfang passt. An dem Zylindergehäuse 32 ist ein Außengehäuse 33 befestigt, das auf den Außenumfangsabschnitt des Zylindergehäuses 32 passt. Jeder der Ringe 21 bis 26 und 31, die beschichtet sind, ist an dem Zwischenschaftgehäuse 15 unter Verwendung eines Schraubenbolzens 39 befestigt, der durch den Ventilblock 34 hindurchgeht, der an dem Zwischenschaftgehäuse 15 an einem Ende einer Vielzahl von Positionen in Umfangsrichtung an einer Außendurchmesserseite festgelegt ist, die über das äußere Gehäuse 33 hinausgeht.
  • An einem inneren Umfangsabschnitt des Zylindergehäuses 32 ist ein feiner Gaskanal 40 in Form einer Nut längs der Axialrichtung des Kolbens 11 ausgebildet, die das Arbeitsgas sammelt, das aus den Schichtflächen der Ringe 21 bis 26 und 31 herausleckt, die aneinander gestapelt sind, wobei das Leckgas aus einer Gasumgehungsöffnung 41 entfernt wird, die an dem äußeren Gehäuse 33 in einer Außenseite des Verdichters 101 ausgebildet ist. Bezüglich des feinen Gaskanals 40 ist es auch möglich, eine in Umfangsrichtung ausgebildete Schlagstiftnut zur Positionierung eines jeden der Ringe 21 bis 26 und 31 zu verwenden.
  • An der inneren Umfangsfläche des äußeren Gehäuses 33 sind an einer Vielzahl von in Axialrichtung vorgesehenen Positionen Nuten 33b mit großer Breite ausgebildet, wodurch zwischen dem Zylindergehäuse 38 ein Kühlmantel gebildet wird. Dieser Kühlmantel führt aufgrund der Verdichtung des Arbeitsgases in der Verdichtungskammer 11b erzeugte Wärme schnell ab. An dem Außengehäuse 33 ist nahe an der Innenraumabdeckung eine Kühlmitteleinlassöffnung 42 zum Zuführen von Kühlmittel zu dem Kühlmantel ausgebildet, während an dem Außengehäuse 33 in der Nähe des Ventilblocks 34 eine Kühlmittelauslassöffnung 43 zum Abführen des Kühlmittels aus dem Kühlmantel ausgebildet ist. Als Kühlmittel kann Schmieröl oder Kühlwasser verwendet werden.
  • In 6 sind Einzelheiten der Filtereinheit 111 gezeigt, die dazu vorgesehen ist, Ölkomponenten, die in dem Arbeitsgas enthalten sind, zu entfernen, nachdem das in der zweiten Verdichterstufe 103 verdichtete Arbeitsgas mit Hilfe des für dessen Kühlung vorgesehenen Kühlers 110 gekühlt worden ist. Die Filtereinheit 111 filtert das Schmieröl auf drei Stufen. In einem Primärfilter 53 und einem Sekundärfilter 54 sind koaleszierende Elemente 51 enthalten, von denen jedes aus Glasmikrofasern besteht, die mit Fluorkohlenstoffharz gebunden sind. Ein drittes Filter 55 enthält Aktivkohle 52. Wenn die Ölkomponenten in ausreichendem Maße bis zum Sekundärfilter 54 entfernt werden können, ist es nicht immer erforderlich, das dritte Filter 55 vorzusehen.
  • Das aus dem Gaskühler 110 austretende, verdichtete Gas wird während seines Durchgangs durch das Element 51 des Primärfilters 53 so gefiltert, dass es eine Ölkonzentration von 50 ppm oder weniger hat. Nach dem Durchgang durch das Element des Sekundärfilters 54 geht die Ölkonzentration bis auf etwa 1 ppm herab oder ist geringer. Nach dem Durchgang durch die Aktivkohle des dritten Filters 54 sinkt die Konzentration weiter auf etwa 5 ppb oder weniger ab. Die in jedem der Filter 53 bis 55 herausgefilterten Ölkomponenten werden durch das Ventil 54 gesammelt. Auf diese Weise kann das Einmischen von Ölkomponenten in das Arbeitsgas bis zu einer Menge von beispielsweise 1 ppm oder weniger verringert werden, was für den Prozess zulässig ist.
  • Es wird nun die Arbeitsweise des in dieser Weise gebauten Kolbenverdichters erläutert. Wenn der Motor 60 angetrieben wird und dreht, führt die Verbindungsstange 3, die mit der Kurbelwelle 2 in Eingriff steht, eine Drehbewegung aus. Dadurch führen der Zwischenschaft 6 und der Kolben 11 die Hin- und Herbewegung aus. Aufgrund der Hin- und Herbewegung des Kolbens 11 ändert die Verdichtungskammer ihr Volumen, wodurch das in die Verdichtungskammer 11b eingeführte Arbeitsgas verdichtet wird.
  • Insbesondere wird im Falle der Verdichtung von gasförmigem Wasserstoff zur Verwendung in einer Autobrennstoffzelle der mit etwa 20 MPa in die erste Verdichterstufe 102 angesaugte gasförmige Wasserstoff auf etwa 40 MPa verdichtet. Dann wird in der zweiten Verdichterstufe 103 der gasförmige Wasserstoff auf etwa 84 MPa verdichtet. In diesem Fall beträgt die Drehzahl des Motors 300 UpM, und der Hub des Kolbens 11 liegt bei 100 mm. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 11 beträgt etwa 1 m/s im Mittel.
  • Ein Teil des in der Verdichtungskammer 11b verdichteten Gases strömt als Leckstrom aus dem äußeren Umfangsabschnitt des Kolbens 11 in seiner Axialrichtung. Zur Reduzierung der Größe dieses Leckstroms wird ein Teil des angesaugten Gases in den Mittelteil des Schaftabdichtungsabschnitts als Dichtungsgas zugeführt. Der Druck dieses Dichtungsgases liegt bei etwa 10 bis 20 MPa an der Gasöffnung 30b. Der Gasleckstrom aus dem Zwischenring 23 auf der Seite der Verdichtungskammer 11b wird zur Ansaugseite der ersten Stufe zurückgeführt, so dass er niemals nach außen gelangt. Der Gasleckstrom aus den beschichteten Flächen der Ringe 22 bis 26 und 31 strömt in Radialrichtung und tritt in den feinen Gasströmungskanal 40 ein und wird sicher über die Gasumgehungsöffnung 41 aus dem Verdichter heraus nach außen abgeführt. Ferner wird eine sehr kleine Gasmenge, die als Leckstrom auf die Seite des Verbindungsabschnitts 10 in Axialrichtung gelangt, zur Seite des Kurbelgehäuses 1 hin mit Hilfe des Dichtungsrings 8 unterbrochen, der an dem äußeren Umfangsabschnitt des Führungskolbens 7 vorgesehen ist, und sicher zur Außenseite des Verdichters abgeführt.
  • Die Verwendung des angesaugten Gases der ersten Verdichterstufe 102 als Dichtungsgas ermöglicht eine Verringerung der Druckdifferenz zwischen dem Schaftdichtungsabschnitt und der Außenseite des Verdichters, beispielsweise dem Atmosphärendruck, herab bis zu der Druckdifferenz zwischen der ersten Verdichterstufe und dem Atmosphärendruck unabhängig von dem Förderdruck des Verdichters. Damit kann insbesondere im Falle des Verdichtens von gasförmigem Wasserstoff zur vorstehend erwähnten Verwendung in dem Brennstoffzellenauto die abzudichtende Druckdifferenz bis zu einer Größe von 1/8 bis 1/2 des Förderdrucks reduziert werden. Ferner wird das zur Schmierung des Kolbens zugeführte Schmieröl, das in einer sehr kleinen Menge in einem Leckstrom austritt, zur Außenseite des Verdichters aus dem feinen Gasströmungskanal 40 über die Umgehungsöffnung 41b zusammen mit dem Dichtungsgas abgeführt. Beispielsweise wird der Leckstrom des Arbeitsgases in den feinen Gasströmungskanal 40 geleitet, so dass es zur Außenseite des Verdichters strömt und es deshalb nicht erforderlich ist, das Zylindergehäuse 32 als druckfest auszubilden, wodurch der Verdichter größenmäßig klein und kompakt gebaut werden kann.
  • Da nach der vorliegenden Ausführungsform die Verbindungsstange 3 aus den zweigeteilten Verbindungsstangenelementen 3a und 3b und dem auf den Kreuzbolzen 4 passenden Verbindungsstangenelement 3c besteht, können, wenn der Öffnungsabschnitt an der Seitenfläche des Kurbelgehäuses für ihre Aufnahme darin ausgebildet ist, der Kreuzkopf 5 und die Verbindungsstange 3 miteinander innerhalb des Rahmens des Kreuzkopfes 5 verbunden werden. Durch Einführen der Kurbelwelle in den Rahmen des Kreuzkopfs, wobei der Kreuzkopf und die Verbindungsstange in dem Kurbelgehäuse aufgenommen werden, und durch Verbinden der Kurbelwelle und des Kreuzkopfs und der Verbindungsstange ist es möglich, das Kurbelgehäuse größenmäßig klein und kompakt auszubilden. Es ist ferner möglich, die Stangen 3, die mit den Kolben 11 auf der gleichen Achse verbunden sind, auf beiden Seitenflächen des Kreuzkopfs 5 festzulegen. Da die in den beiden Verdichtungskammern 11b und 11b erzeugten Kräfte mit Hilfe eines Teils des Kreuzbolzens 4 in Axialrichtung zueinander entgegengesetzt gerichtet sind, ist es möglich, die Kräfte zu verringern, die auf die Verbindungsstangenelemente 3a und 3b sowie die Kurbelwelle 2 in beiden Richtungen wirken, wie es in 2 gezeigt ist.
  • Beispielsweise wird jeder Ring auf der Kontaktfläche in Axialrichtung durch Polieren oder Läppen feinbearbeitet, um die Metall-Kontaktdichtung zu erzielen, so dass der Kammerring und der Zylinderring, die in dem Schaftdichtungsabschnitt verwendet werden, den Gasdruck halten können, wodurch die Dichtungsleistung verbessert werden kann. Da jeder Ring des Schaftdichtungsabschnitts in Axialrichtung durch Verwendung des Zylinderring-Schraubenbolzens zusammengedrückt wird, ist es möglich, die Größe des Schaftdichtungsabschnitts in Radialrichtung zu verringern.
  • Beispielsweise ist der Schaftdichtungsabschnitt des Verdichters in die Hochdruckseite und die Niederdruckseite an der Grenze des Zwischenrings unterteilt, während sein Mittelabschnitt mit der anfänglichen Ansaugleitung verbunden ist, so dass es möglich ist, die Differenz zwischen dem Atmosphärendruck und dem Gasdichtungsdruck zu verringern. Durch Vorsehen des Dichtungsrings zwischen dem Führungskobeln und dem Führungszylinder zur Abdichtung der sehr kleinen Gasmenge, die als Leckgas in die Kurbelgehäuseseite austritt, auch wenn dieses Dichtungsgas verwendet wird, und durch Vorsehen der Leitung zum Führen in die Atmosphäre aus dem entfernt liegenden Teil lässt sich verhindern, dass Arbeitsgas oder Dichtungsgas als Leckstrom in die Kurbelkammer gelangt. Dies hat zur Wirkung, dass die Möglichkeit vollständig ausgeschlossen ist, dass in dem Kurbelgehäuse gespeichertes Schmieröl durch Lagerelektrostatik gezündet wird, insbesondere wenn das Arbeitsgas, wie gasförmiger Wasserstoff, entflammbar ist.
  • Da beispielsweise der Außenumfang eines jeden der Ringe, die den Schaftdichtungsabschnitt bilden, dem Außenumfang des Zylinders entspricht, so dass sie in ein einteiliges Zylindergehäuse installiert werden können, und da der feine Gasstromkanal für eine Verbindung mit der inneren Umfangsseite des Zylindergehäuses in Axialrichtung ausgebildet ist, ist es möglich, den Gasleckstrom von der Kontaktfläche eines jeden Rings in einen Endabschnitt auf der Seite des Zylinders oder Distanzstücks führen, wodurch das Arbeitsgas zur Außenseite des Kompressors sicher strömen gelassen werden kann, selbst wenn es entflammbar ist. Das Zylindergehäuse kann aus einem nicht druckfesten Teil bestehen, so dass der Schaftdichtungsabschnitt größenmäßig klein gebaut werden kann.
  • Wenn das Koaleszenzfilter, das aus durch Kohlenfluorstoffharz gebundenen Glasmikrofasern besteht, oder zusammen mit dem Aktivkohlefilter an der Förderleitung des Verdichters angebracht ist, ist es möglich, die sich in das Arbeitsgas einmischenden Ölkomponenten auf einen Wert zu reduzieren, der gleich oder kleiner als ein Wert ist, der für den Prozess in der Konzentration zulässig ist.
  • Bei der Stangen-Packungsdichtung des vorstehend gezeigten Beispiels erstreckt sich das Zylindergehäuse von der inneren Abdeckung 15 bis zu dem Ventilblock 34. Auf der Innenseite dieses Zylindergehäuses 32 sind die Ringe 24 bis 26 und der Zylinder 31 angebracht. Auf der Außenseite des Zylindergehäuses 32 ist das Außengehäuse 33 angeordnet. Bei diesem Aufbau ist es möglich, den Gasleckstrom aus der Kontaktfläche der jeweiligen Ringe 24 bis 26 und 31 unter Verwendung der Nuten zu sammeln, die an dem inneren Umfang des Zylindergehäuses 32 ausgebildet sind und sich in Axialrichtung erstrecken. Das gesammelte Gas kann zur Außenseite der Maschine durch die in dem Außengehäuse ausgebildete Gasumgehungsöffnung 31 sicher abgeführt werden.
  • Durch die Verdichtung des Arbeitsgases und durch das Gleiten von Kolben 11 und Packung wird nach einer Weile Wärme erzeugt. Wichtig ist, dass die Wärme effektiv abgeführt wird. Weitere Beispiele werden anhand von 7 und 8 erläutert, bei denen diese Wärmeabführung Vorrang hat.
  • 7 zeigt eine Teilschnittansicht eines Verdichters gemäß einem Beispiel. Auf dem Außenumfang des Kolbens 11 sind ein Niederdruckring 71, ein Kammerring 72, ein Zwischenring 73, ein Führungsring 74, ein Haltering 75, ein Einstufen-Kammerring 76 und ein Zylinderring 81 angeordnet. Die Ringe 71 bis 76 und 81 sind jeweils an der Innenseite eines Zylindergehäuses 82 befestigt, das sich von der inneren Abdeckung 15 bis zum Ventil 34 erstreckt. An dem Außenumfang eines jeden der Ringe 71 bis 76 und 81 ist jeweils ein Abschnitt ausgeschnitten. Ferner ist an dem Außenumfang ein Umgehungskanal 77 ausgebildet.
  • Andererseits sind zwischen den Innenumfängen des Zylindergehäuses 32 und der jeweiligen Ringe 71 bis 76 und 81 in der Figur nicht gezeigte Kanäle ausgebildet, die dazwischen in Axialrichtung in Verbindung stehen. An dem Rand des Ventilblocks 34 des Zylindergehäuses 32 ist eine Öffnung 83 ausgebildet, so dass in den erwähnten Kanal von außen her eine Kühlflüssigkeit strömt. Ferner ist eine Öffnung 84 in der inneren Abdeckung 15 ausgebildet, die mit diesem Kanal in Verbindung steht, so dass die Kühlflüssigkeit darin strömen kann.
  • Beispielsweise wird als Kühlflüssigkeit Schmieröl, wie vorstehend erwähnt, verwendet. Das Schmieröl wird aus der Öffnung 83 zugeführt und kühlt die jeweilige äußere Umfangsfläche der Ringe 71 bis 76 und 81 ab, was durch gestrichelte Linien 85 in 7 gezeigt ist. Nach dem Abkühlen der äußeren Umfangsflächen der Ringe 71 bis 76 und 81 strömt das Schmieröl in eine Seite der inneren Abdeckung 15 und durch die Öffnung 84 zur Außenseite der Maschine. Bei dem vorliegenden Beispiel ist es möglich, die durch die Verdichtung des Gases und das Gleiten der Ringe erzeugte Wärme wirksam abzuführen, was zu einer Steigerung der Lebenszeit der Packung sowie zu einer Verbesserung des Verdichtungswirkungsgrads beiträgt.
  • Bei dem vorliegenden Beispiel wird jedoch Gas in die Kühlflüssigkeit eingemischt, wenn das Arbeitsgas aus den Kontaktdichtungsflächen der jeweiligen Ringe 71 bis 76 und 81 austritt. Dann wird das Gas von der Kühlflüssigkeit nach dem in 8 gezeigten Verfahren getrennt.
  • 8 zeigt ein Systemschema bei der Benutzung des Verdichters nach dem Beispiel von 7. Die Kühlflüssigkeit wird aus einem Speicherbehälter 201 für Kühlflüssigkeit unter Verwendung einer Pumpe 202 angesaugt. Die Kühlflüssigkeit, deren Druck in der Pumpe 202 erhöht wird, wird den jeweiligen Verdichterstufen 101 und 102 zugeführt und geht durch einen Kühler 203 hindurch. Die Flüssigkeit, die die jeweiligen Verdichterstufen 101 und 102 herunterkühlt, wird zum Behälter 201 zurückgeführt. An einer oberen Fläche des Behälters 201 ist eine Biegeleitung 205 vorgesehen, so dass das Leckgas zur Außenseite der Maschine abgeführt werden kann. Durch Vorsehen einer Leitung 204 zum Spülen des Behälters 201 mit Inertgas, wie Stickstoff, usw., kann die Sicherheit weiter verbessert werden. Bei dem vorstehend erwähnten Beispiel ist es möglich, die Sicherheit des Kolbenverdichters zu verbessern sowie die thermische Belastung zu verringern, wodurch die Betriebssicherheit des Kolbenverdichters verbessert wird.
  • Durch Anpassen des rahmenförmigen Kreuzkopfs mit einteiliger Bauweise kann die Kurbelwelle sich in dem Rahmen dieses Kreuzkopfs befinden, wodurch es möglich ist, einen Verdichter für gasförmigen Wasserstoff für kleine Kapazität und hohen Druck bereitzustellen, der größenmäßig klein und kompakt ist. Insbesondere kann er als Verdichter für gasförmigen Wasserstoff eingesetzt werden, wenn der verdichtete gasförmige Wasserstoff in einem Brennstoffzellenauto Verwendung findet.

Claims (12)

  1. Kolbenverdichter – mit einer Kurbelwelle (2), – mit einer Verbindungsstange (3), die mit ihrem einen Ende mit der Kurbelwelle (2) verbunden ist, – mit einem rechteckigen Kreuzkopf (5), der mit dem anderen Ende der Verbindungsstange (3) sowie mit einem Paar von Zwischenschäften (6) verbunden ist, die sich bezüglich des Kreuzkopfs (5) in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, – mit einem Paar von Kolben (11), von denen jeder mit einem der Zwischenschäfte (6) verbunden ist, – mit Zylindern (14), von denen jeder in sich einen Kopfteil eines Kolbens des Paars von Kolben (11) aufnimmt, wobei sich die Kolben (11) hin und herbewegen, und – mit einem Kurbelgehäuse (1), in welchem die Kurbelwelle (2), der Kreuzkopf (5) und die Verbindungsstange (3) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, – dass der Kreuzkopf (5) als einstückiger rechteckiger Körper ausgebildet ist, während die Verbindungsstange (3) eine geteilte Bauweise hat.
  2. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, bei welchem auf einer Seitenfläche des Kurbelgehäuses (1) ein Öffnungsabschnitt (1c) zum Installieren oder Herausnehmen der Kurbelwelle (2) ausgebildet ist.
  3. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, bei welchem das von einem der Kolben (104) verdichtete Gas in einen Verdichtungsraum geführt wird, der zwischen dem anderen Kolben der Kolben (105) und einem der Zylinder ausgebildet ist.
  4. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, bei welchem die Verbindungsstange (3) ein erstes Element (3a) und ein zweites Element (3b), die in eine zweigeteilte Form gebracht und mit der Kurbelwelle (2) verbunden sind, und ein drittes Element (3c) mit einer Öffnung aufweist, die mit einem Kreuzbolzen (4) verbunden ist, der an einem Verbindungsabschnitt des Kreuzkopfs (5) vorgesehen ist.
  5. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, bei welchem jeder Schaft des Paars von Zwischenschäften (6) einen großen diametrischen Führungsabschnitt (6a) für ein Führen des Kolbens (11), damit er sich hin und herbewegt, und einen kleinen diametrischen Abschnitt (6b) hat, der auf der Seite des Kolbens (11) angeordnet ist.
  6. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, bei welchem jeder Schaft des Paars von Zwischenschäften einen Führungskolben (7) zum Führen des Kolbens (11) hat, damit er sich hin und herbewegt, und an einer äußeren Umfangsfläche des Führungskolbens (7) ein Dichtungsring (8) befestigt ist.
  7. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, bei welchem an einer äußeren Umfangsseite der Kolben (11) Stangen-Packungsdichtungen (27) vorgesehen sind, die in Axialrichtung mehrstufig geschichtet sind und in einen hochdruckseitigen Dichtungsabschnitt und einen niederdruckseitigen Dichtungsabschnitt aufgeteilt sind, indem ein Mittelabschnitt der Stangen-Packungsdichtungen (27) in ihrer Axialrichtung zu einem Ansaugströmungskanal für in den Verdichter gesaugtes Gas geführt ist.
  8. Kolbenverdichter nach Anspruch 7, bei welchem die Stangenpackung (27) des niederdruckseitigen Dichtungsabschnitts ein Material aufweist, das weicher als das der Stangenpackung (27) des hochdruckseitigen Dichtungsabschnitts ist.
  9. Kolbenverdichter nach Anspruch 7, bei welchem die Stangenpackung (27) des niederdruckseitigen Dichtungsabschnitts ein Harzmaterial aufweist.
  10. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, bei welchem das Arbeitsgas gasförmiger Wasserstoff mit hohem Druck ist und der Förderdruck des Verdichters gleich oder größer 40 MPa ist.
  11. Kolbenverdichter nach Anspruch 10, bei welchem auf der Förderseite des Verdichters eine Filtereinrichtung (111) vorgesehen ist, um Schmieröl zu entfernen, das in dem von dem Verdichter geförderten Arbeitsgas enthalten ist.
  12. Kolbenverdichter nach Anspruch 11, bei welchem das Arbeitsgas gasförmiger Wasserstoff mit hohem Druck ist, wodurch gasförmiger Wasserstoff mit hohem Druck einer gasförmigen Wasserstoff enthaltenden Einrichtung für die Verwendung in einem Brennstoffzellenauto zugeführt wird.
DE60316083T 2002-09-25 2003-06-18 Kolbenverdichter Expired - Lifetime DE60316083T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002278316 2002-09-25
JP2002278316A JP2004116329A (ja) 2002-09-25 2002-09-25 往復圧縮機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60316083D1 DE60316083D1 (de) 2007-10-18
DE60316083T2 true DE60316083T2 (de) 2008-06-05

Family

ID=31973263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60316083T Expired - Lifetime DE60316083T2 (de) 2002-09-25 2003-06-18 Kolbenverdichter

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7052250B2 (de)
EP (1) EP1403515B1 (de)
JP (1) JP2004116329A (de)
DE (1) DE60316083T2 (de)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4327019B2 (ja) * 2004-05-21 2009-09-09 株式会社日立プラントテクノロジー 往復圧縮機
US20060180018A1 (en) * 2005-02-16 2006-08-17 Cooper Cameron Corporation Reciprocating compressor frame
US7637971B2 (en) * 2005-06-29 2009-12-29 Hsu Yang Wang Hydrogen fuel supply system
JP4509910B2 (ja) * 2005-10-26 2010-07-21 株式会社日立プラントテクノロジー 往復圧縮機装置およびそれに用いるフィルタ設備
JP4614978B2 (ja) 2007-02-08 2011-01-19 トヨタ自動車株式会社 高圧水素容器用シール材料及び高圧水素容器
US8167591B1 (en) * 2008-05-19 2012-05-01 Sorensen Duane A High pressure air pump with reciprocating drive
DE102013019499A1 (de) * 2013-11-21 2015-05-21 Linde Aktiengesellschaft Kolbenverdichter und Verfahren zum Verdichten eines tiefkalten, gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff
JP6553969B2 (ja) * 2015-07-23 2019-07-31 株式会社日立製作所 往復圧縮機
JP6767942B2 (ja) * 2017-07-28 2020-10-14 株式会社神戸製鋼所 圧縮装置
JP6926371B2 (ja) * 2018-09-12 2021-08-25 株式会社三井E&Sマシナリー 圧縮シリンダ
EP3857068B1 (de) * 2018-09-24 2024-05-22 Burckhardt Compression AG Labyrinthkolbenkompressor
US11396868B2 (en) * 2020-03-09 2022-07-26 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Linear actuator pumping system

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH87818A (de) * 1920-04-13 1921-05-16 Huma Werk A G Kolben für Kompressoren mit Hoch- und Niederdruckzylinder in Tandemanordnung.
US2933049A (en) * 1957-05-03 1960-04-19 Blue Co John Liquid fertilizer metering pump
CH476919A (de) * 1967-06-07 1969-08-15 Burckhardt Ag Maschf Zylinderanordnung für Hochdruck-Kompressoren und -Pumpen
CH512680A (de) * 1969-06-27 1971-09-15 Burckhardt Ag Maschf Schubstange für Kurbeltriebwerke
CH511372A (de) * 1969-06-30 1971-08-15 Burckhardt Ag Maschf Einrichtung zur zentrischen Führung des Kolbens im Arbeitszylinder von Hochdruck-Kompressoren oder -Pumpen
CH512017A (de) 1969-07-04 1971-08-31 Burckhardt Ag Maschf Kreuzkopfeinrichtung für den mechanischen Antrieb von Hochdruck-Kompressoren oder -Pumpen
IT993522B (it) * 1970-04-07 1975-09-30 Burckhardt Ag Dispositivo per la guida centrale di uno stantuffo in un cilindro di lavoro di compressori a pres sione elevata e di pompe
US3885460A (en) * 1973-03-02 1975-05-27 Gen Motors Corp Piston ring groove for fluorocarbon seal rings
US4756674A (en) * 1987-08-24 1988-07-12 Ingersoll-Rand Company Reciprocating gas compressor having a split housing and crosshead guide means
US5240386A (en) * 1989-06-06 1993-08-31 Ford Motor Company Multiple stage orbiting ring rotary compressor
US5247873A (en) * 1992-01-28 1993-09-28 Cooper Industries, Inc. Connecting rod assembly with a crosshead
US5507219A (en) * 1994-02-08 1996-04-16 Stogner; Huey Fail-safe linkage for a reciprocating pump
US5702238A (en) * 1996-02-06 1997-12-30 Daniel Cecil Simmons Direct drive gas compressor with vented distance piece
US5823093A (en) * 1997-11-05 1998-10-20 Spm, Inc. Liner assembly with a fluid end cylinder
US6164188A (en) * 1998-11-23 2000-12-26 Miser; H T Reciprocating pump/compressor with self-aligning piston
US6183211B1 (en) * 1999-02-09 2001-02-06 Devilbiss Air Power Company Two stage oil free air compressor
US6396532B1 (en) * 1999-10-01 2002-05-28 Rex Hoover Computer controlled video microscopy system
US6382940B1 (en) * 2000-07-18 2002-05-07 George H. Blume High pressure plunger pump housing and packing
US6910871B1 (en) * 2002-11-06 2005-06-28 George H. Blume Valve guide and spring retainer assemblies
US6648612B2 (en) * 2002-03-25 2003-11-18 I-Min Hsiao Oil-free air compressor

Also Published As

Publication number Publication date
EP1403515A2 (de) 2004-03-31
JP2004116329A (ja) 2004-04-15
EP1403515A3 (de) 2005-01-26
US7052250B2 (en) 2006-05-30
US20040057842A1 (en) 2004-03-25
EP1403515B1 (de) 2007-09-05
DE60316083D1 (de) 2007-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60316083T2 (de) Kolbenverdichter
DE69910821T2 (de) Verdichtervorrichtung
DE69817369T2 (de) Ölfreier schraubenrotor
DE60032522T2 (de) Mehrstufiger Hochdruckkompressor
DE112015004113T5 (de) Kompressor mit Ölrückführeinheit
DE4126640A1 (de) Pumpenanordnung mit pumpen-hauptstufe und vorgeschalteter vorfoerderpumpe
WO1996013678A1 (de) Dichtungssystem für eine vertikal angeordnete welle
DE19650108A1 (de) Taumelscheiben-Kompressor
DE3142230A1 (de) Mehrzylinder-kompressor
DE19907492A1 (de) CO¶2¶-Kompressor
DE2612983A1 (de) Drehkolbenmaschine
CH716089A2 (de) Kompressoreinheit für Boil-Off-Gas aus einem LNG-Speichertank eines Schiffes und Verfahren zum Anhalten der Kompressoreinheit.
DE4343238B4 (de) Nasse Zylinderlaufbuchse
DE2422346A1 (de) Taumelscheibenkompressor
DE2946430A1 (de) Taumelscheibenverdichter
DE1628152B2 (de) Dichtung für Hochdruckkompressoren und -pumpen
DE60300051T2 (de) Wellendichtung
DE19616650A1 (de) Kältemittel-Kolbenkompressor mit verbesserter Schmierung in der Startphase
DE19913889B4 (de) Hubkolbenmaschine
AT523642B1 (de) Brennkraftmaschine mit zweitgeteilter Zylinderbuchse
WO2001036823A1 (de) Axialkolbenverdichter
DE60203777T2 (de) Kraftstoffeinspritzpumpe
EP1715183B1 (de) Hydraulische Axialkolbenpumpe
DE3928006C2 (de) Axialkolbenpumpe für Flüssigkeiten, besonders zur Verwendung bei Hochdruck-Reinigungsgeräten
DE102004019626B4 (de) Kraftstoffeinspritzpumpe und Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus mit Sicherungseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition