EP1999383A1 - Totraumoptimierung bei kolbenlosen verdichtern - Google Patents

Totraumoptimierung bei kolbenlosen verdichtern

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EP1999383A1
EP1999383A1 EP07723060A EP07723060A EP1999383A1 EP 1999383 A1 EP1999383 A1 EP 1999383A1 EP 07723060 A EP07723060 A EP 07723060A EP 07723060 A EP07723060 A EP 07723060A EP 1999383 A1 EP1999383 A1 EP 1999383A1
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EP
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cylinder
supply
dead space
liquid
gaseous medium
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EP07723060A
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Robert Adler
Georg Siebert
Helmut Mayer
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F1/00Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
    • F04F1/06Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium acting on the surface of the liquid to be pumped

Definitions

  • the invention relates to a device for compressing a gaseous medium, such as, for example, hydrogen, oxygen, helium, nitrogen, argon, comprising a) one or more cylinders, in which a liquid is arranged b) arranged in the region of the upper end position of the liquid column - and discharge lines, which serve to supply and discharge of the gaseous medium to be compressed in the cylinder, c) per cylinder at least one liquid line, which serves to supply and discharge of the gaseous medium-compressing liquid in the cylinder, and d) means for changing the amount of liquid in the cylinder or cylinders.
  • a gaseous medium such as, for example, hydrogen, oxygen, helium, nitrogen, argon
  • a generic device for compressing a gaseous medium is known for example from PCT patent application PCTVE P2005 / 008370.
  • Such devices are also referred to as "pistonless compressors" because in them instead of a solid piston, a liquid column is moved up and down.
  • liquids for such compressors and ionic liquids are used.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of the upper region of a cylinder V of a pistonless compressor.
  • a liquid column 2 ' is moved up and down in the cylinder 1'. If the liquid column 2 'has reached its top dead center, a dead space 3' remains.
  • Schematome are also shown a supply line 4 'and a discharge line 5', which serve to supply and discharge of the gaseous medium to be compressed in the cylinder 1 '.
  • Object of the present invention is to provide a generic device for compressing a gaseous medium, which avoids the aforementioned disadvantages, in particular increases the capacity of the compression device and minimizes the specific compaction energy.
  • a generic device for compressing a gaseous medium which is characterized in that the cylinder or cylinders are arranged such that its or their longitudinal axes are arranged inclined to the horizontal.
  • Cylinders are arranged.
  • FIG. 2 also shows a schematic sectional illustration of the upper region of a cylinder 1 of a pistonless compressor.
  • the cylinder 1 is now arranged such that its
  • Longitudinal axis is arranged inclined to the horizontal. In this case, an inclination angle between 1 and 60 ° is preferably selected.
  • a dead space volume 3 is formed at the highest point of the cylinder interior 1, the volume of which is substantially lower than in the embodiment of the prior art shown in FIG ,

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

Beschreibung
Totraumoptimierung bei kolbenlosen Verdichtern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, wie bspw. Wasserstoff, Sauerstoff, Helium, Stickstoff, 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 ist.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums ist beispielsweise aus der PCT-Patentanmeldung PCTVE P2005/008370 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 Figur 1 ist in einer schematisierten Schnittdarstellung der obere Bereich eines Zylinders V 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 oder die Zylinder derart angeordnet sind, dass dessen bzw. deren Längsachsen geneigt gegen die Horizontale angeordnet sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums sind dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Zylinder-Längsachsen gegen die Horizontale 1 bis 60° beträgt und die Zu- und Abführleitungen im Wesentlichen am höchsten Punkt des oder der
Zylinder angeordnet 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 Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Ebenso wie bereits die Figur 1 zeigt auch die Figur 2 eine schematisierte Schnittdarstellung des oberen Bereiches eines Zylinders 1 eines kolbenlosen Verdichters.
Erfindungsgemäß ist der Zylinder 1 nunmehr derart angeordnet, dass seine
Längsachse geneigt gegen die Horizontale angeordnet ist. Hierbei wird vorzugsweise ein Neigungswinkel zwischen 1 und 60° gewählt.
Dadurch wird - wie anhand der Figur 2 ersichtlich - erreicht, dass sich am höchsten Punkt des Zylinderinnenraumes 1 ein Totraumvolumen 3 ausbildet, dessen Volumen wesentlich geringer ist, als dies bei der in der Figur 1 dargestellten, zum Stand der Technik zählenden Ausführungsform der Fall ist.
Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Gedankens ist es nunmehr offensichtlich erforderlich, dass die Zu- und Abführleitungen 4 und 5 in demjenigen Bereich des Zylinders 1 angeordnet werden, in dem sich das Totraumvolumen 3 ausbildet. Nur mittels einer derartigen Konstruktion kann sichergestellt werden, dass ein Überfördern der Flüssigkeit 2 in die Abführleitung 5 wirkungsvoll verhindert wird. Diese Anordnung von Zu- und Abführleitung 4 und 5 hat zur Folge, dass im Vergleich zu einer Konstruktion, wie sie in der Figur 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. 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

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums 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 oder die Zylinder (1) derart angeordnet sind, dass dessen bzw. deren Längsachsen geneigt gegen die Horizontale angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Zylinder-Längsachsen gegen die Horizontale 1 bis 60° beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- (4) und Abführleitungen (5) im Wesentlichen am höchsten Punkt des oder der Zylinder
(1) angeordnet sind.
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