EP2061974A1 - Kolbenloser verdichter - Google Patents

Kolbenloser verdichter

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Publication number
EP2061974A1
EP2061974A1 EP07818058A EP07818058A EP2061974A1 EP 2061974 A1 EP2061974 A1 EP 2061974A1 EP 07818058 A EP07818058 A EP 07818058A EP 07818058 A EP07818058 A EP 07818058A EP 2061974 A1 EP2061974 A1 EP 2061974A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressor
operating fluid
cylinder
line
inlet line
Prior art date
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Granted
Application number
EP07818058A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2061974B1 (de
Inventor
Robert Adler
Helmut Mayer
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.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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 Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of EP2061974A1 publication Critical patent/EP2061974A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2061974B1 publication Critical patent/EP2061974B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
    • F04F1/06—Pumps 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
    • F04F1/06—Pumps 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
    • F04F1/10—Pumps 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 of multiple type, e.g. with two or more units in parallel

Definitions

  • the invention relates to a compressor for compressing gaseous medium with at least one compressor cylinder, which with an inlet line and a
  • Outlet line for the medium is in communication, wherein in the compressor cylinder, an operating fluid, in particular an ionic operating fluid is arranged, which is in communication with a positive displacement machine, wherein the positive displacement machine is designed as a piston engine with at least one cylinder chamber and each cylinder chamber with a compressor cylinder in combination stands.
  • Such compressors are used for compressing gaseous media, for example natural gas or hydrogen.
  • the medium is in this case displaced by means of the operating fluid in the compressor cylinder, whereby such compressors are referred to as piston-free compressor.
  • piston-free compressor As a liquid, an ionic
  • Liquid can be used. However, it is also possible to use liquids with a low vapor pressure or liquids with a low gas solubility. Such liquids have in common that they do not dissolve in the medium and are separated from the medium residue-free, so that the compressed medium has a high purity.
  • a pistonless compressor for gaseous media is known from US Pat. No. 6,652,243 B2.
  • the operating fluid is in the compressor cylinders with a designed as a hydraulic pump displacement machine in connection, wherein for controlling the inflow and outflow of the
  • Operating fluid is provided a control valve, which is controlled in response to the liquid level of the operating fluid in the compressor cylinders, which is detected by means of electronic displacement measuring systems.
  • the compressor cylinders are preferably arranged vertically in order to support the outflow of operating fluid from the displacer cylinder by gravity.
  • the liquid column of the working fluid can not be accelerated above the acceleration of gravity, so that the cycle speed of the compressor is limited by the gravitational acceleration. Due to this high Cycle time and long cycle times, such compressors have a high flow rate pulsation of the flow of the compressed medium. If a uniform flow of compressed medium is required, for example, for refueling of vehicles, a buffer is required, in which promote the compressor cylinder.
  • WO 2006/034748 A1 discloses a pistonless compressor with a working fluid designed as an ionic liquid.
  • a separation device is provided in order to recover ionic liquid delivered into the compressed medium from the outlet line.
  • the ionic liquid is fed into the compressor cylinder.
  • a level measuring system is provided, by means of which the level of the operating fluid is measured in the compressor cylinders and when falling below a reference value via the feed device operating fluid is fed into the compressor cylinder.
  • a compressor known from WO 2006/034748 A1 has a high constructional expenditure due to the level measuring system.
  • the present invention has for its object to provide a compressor of the type mentioned available, in which a low-cost construction ensures safe operation.
  • the outlet of the compressor is associated with a separation device for the operating fluid, wherein the separating device for returning the operating fluid with the inlet line of the compressor is in communication.
  • the operating fluid conveyed from the compressor into the outlet line is separated from the compressed medium by means of the separating device and conveyed back directly into the inlet line.
  • the separating device communicates with the inlet line by means of a return line, wherein a valve device is arranged in the return line.
  • the valve device can be designed, for example, as a check valve opening in the direction of the inlet line.
  • the valve device as a switchable Trap valve train. With such valve devices, it is possible in a simple manner to continuously or cyclically recycle operating fluid separated from the outlet line by means of the separating device into the inlet line, whereby the compressor can be operated in a simple manner with a constant amount of operating fluid.
  • a container which communicates with the piston engine by means of a leakage line. The occurring during operation of the piston engine leakage amount of operating fluid can be supplied to a container in a simple manner.
  • a feed pump which is the input side with the container and the output side with the inlet line of the compressor in communication.
  • the amount of leakage of the piston engine to operating fluid in the container can thereby be easily supplied to the inlet side of the compressor, whereby the compressor with a constant amount of operating fluid is operable.
  • the feed pump can be operated continuously or cyclically.
  • the feed pump is controllable according to an embodiment of the invention as a function of the amount of operating fluid in the container. This makes it possible in a simple manner to keep the amount of operating fluid in the compressor constant in order to achieve a safe operation of the compressor.
  • the container is provided with a level measuring system, wherein the feed pump is controllable in dependence on the level measuring system.
  • the feed pump is controllable in dependence on the level measuring system.
  • the piston engine can be designed as a radial piston engine according to an embodiment of the invention.
  • a flow rate can be achieved with low construction costs and space requirements compacted medium can be achieved with low flow rate pulsation.
  • radial piston machines have a long service life, whereby a long service life can be achieved for the compressor.
  • the piston engine can also be designed as an axial piston according to a further embodiment of the invention.
  • an axial piston machine in which each cylinder chamber communicates with a compressor cylinder, a flow of compressed medium with low flow rate pulsation with low construction costs and space requirements and a long service life of the compressor can also be achieved.
  • the compressor 1 has a displacement machine which is designed as a piston engine 2, for example a radial piston engine, which is provided with a plurality of cylinder chambers 2a, 2b, 2c, 2d, 2e.
  • a piston engine 2 for example a radial piston engine
  • the compressor cylinders 4 a, 4 b, 4 c, 4 d, 4 e is formed as an ionic liquid operating fluid 5, which is movable by means of the piston engine 2.
  • the compressor cylinders 4a, 4b, 4c, 4d, 4e are on the input side via a respective
  • Inlet valve 6a, 6b, 6c, 6d, 6e with an inlet line 6 for medium to be compressed, for example, natural gas or hydrogen in combination.
  • the inlet line 6 can be assigned to increase the input pressure and thus the output power of a supercharger.
  • the compressor cylinders 4a, 4b, 4c, 4d, 4e are connected via an outlet valve 7a, 7b, 7c, 7d, 7e to an outlet line 7.
  • a separating device 8 designed, for example, as a liquid separator is arranged, by means of which the operating liquid 5 conveyed into the outlet line 7 by the compressor cylinders 4a, 4b, 4c, 4d, 4e can be separated off.
  • the separating device 8 is connected to a return line 9, which is connected to the inlet line 6.
  • a valve device 10 is arranged in the return line 9, operating fluid 5 separated from the outlet line 7 by the separating device 8 can be conveyed back to the inlet line 6. This makes it possible in a simple manner to keep the amount of operating fluid 5 in the compressor cylinders 4a, 4b, 4c, 4d, 4e constant.
  • the piston engine 2 is connected to a leakage line 1 1 in connection, which is guided to a container 12. The occurring during operation of the piston engine 2
  • Leakage amount of operating fluid 5 flows through the leakage line 11 to the container 12.
  • the container 12 is provided with a level measuring system 15.
  • a feed pump 13 which is connected on the input side to the container 12 and the output side is connected via a feed line 14 to the inlet line 6, via the leakage line 11 into the container 12 flowing leakage amount
  • Operating fluid 5 of the piston engine 2 are conveyed to the inlet line 6.
  • the feed pump 13 can in this case be operated in dependence on the level measuring system 15. This makes it possible in a simple manner, the amount of operating fluid 5 in the compressor cylinders 4a, 4b, 4c, 4d, 4e to keep constant.
  • the operating fluid in the compressor cylinders 4 a, 4 b, 4 c, 4 d, 4 e is moved with almost the gravitational acceleration such that in the displacement cylinders 4 a, 4 b, 4 c, 4 d, 4 e medium to be compressed from the Inlet line 6 sucked and compressed medium is conveyed into the outlet 7.
  • the compressor cylinders 4a, 4b, 4c, 4d, 4e in this case convey with a low cycle time and thus high cycle speed in succession into the outlet line 7, whereby a flow of compressed medium with low flow rate pulsation is achieved.
  • the amount of operating fluid 5 in the displacement cylinders 4a, 4b, 4c, 4d, 4e is in this case dimensioned such that constantly over-delivery of operating fluid 5 into the outlet conduit 7 occurs. This achieves that medium drawn in from the inlet line 6 is completely compressed and conveyed into the outlet line 7, as a result of which dead volume and thus delivery losses of the medium to be compressed are reduced.
  • the operating fluid 5 conveyed by the compressor 1 into the outlet line 7 is separated from the compressed medium by means of the separating device 8.
  • the separated quantity of operating fluid 5 can be fed back to the inlet line 6 continuously or cyclically, thus keeping the amount of operating fluid in the compressor cylinders 4a, 4b, 4c, 4d, 4e constant.
  • the resulting leakage amount of operating fluid 5 is measured in the container 12 and the feed pump 13, for example, frequency-controlled, depending on the measured amount of leakage controlled at operating fluid 5 in the container 12, whereby as leakage of the piston engine 2 resulting operating fluid 5 is conveyed from the container 12 to the inlet line 6.
  • the compressor 1 according to the invention is suitable due to the low cycle times, the high cycle speed and the low flow rate pulsations for consumers, which require a constant and uniform flow rate of compressed medium, for example for refueling vehicles.
  • Piston machine 2 by means of the feed pump 13 to the inlet line 6 of the compressor 1 can be ensured in a simple manner, a sufficient amount of operating fluid 5 in the compressor cylinders 4a, 4b, 4c, 4d, 4e.
  • To control the feed pump 13 in this case only a simply constructed level measuring system 15 is required.
  • 7 dead space losses and thus delivery losses are avoided by the over-promotion of the operating fluid 5 in the outlet.
  • the piston machine 2 can in this case be operated at high speed, whereby a high flow rate of the compressor 1 can be achieved with a small amount of operating fluid 5, small space and low noise.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdichter (1) zum Verdichten von gasförmigen Medium mit zumindest einem Verdichterzylinder (4a; 4b; 4c; 4d; 4e) der mit einer Einlassleitung (6) und einer Auslassleitung (7) für das Medium in Verbindung steht, wobei in dem Verdichterzylinder (4a; 4b; 4c; 4d; 4e) eine Betriebsflüssigkeit (5), insbesondere eine ionische Betriebsflüssigkeit, angeordnet ist, die mit einer Verdrängermaschine (2) in Verbindung steht, wobei die Verdrängermaschine (2) als Kolbenmaschine mit zumindest einem Zylinderraum (2a; 2b; 2c; 2d; 2e) ausgebildet ist und jeder Zylinderraum (2a; 2b; 2c; 2d; 2e) mit einem Verdichterzylinder (4a; 4b; 4c; 4d; 4e) in Verbindung steht. Zur Lösung der Aufgabe, einen Verdichter zur Verfügung zu stellen, der bei geringem Bauaufwand einen sicherer Betrieb gewährleistet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Auslassleitung (7) des Verdichters (1) eine Abtrennvorrichtung (8) für die Betriebsflüssigkeit (5) zugeordnet ist, wobei die Abtrennvorrichtung (8) zur Zurückführung der Betriebsflüssigkeit (5) mit der Einlassleitung (6) des Verdichters (1) in Verbindung steht.

Description

Beschreibung
Kolbenloser Verdichter
Die Erfindung betrifft einen Verdichter zum Verdichten von gasförmigen Medium mit zumindest einem Verdichterzylinder, der mit einer Einlassleitung und einer
Auslassleitung für das Medium in Verbindung steht, wobei in dem Verdichterzylinder eine Betriebsflüssigkeit, insbesondere eine ionische Betriebsflüssigkeit, angeordnet ist, die mit einer Verdrängermaschine in Verbindung steht, wobei die Verdrängermaschine als Kolbenmaschine mit zumindest einem Zylinderraum ausgebildet ist und jeder Zylinderraum mit einem Verdichterzylinder in Verbindung steht.
Derartige Verdichter werden zum Verdichten von gasförmigen Medien, beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff, eingesetzt. Das Medium wird hierbei mittels der Betriebsflüssigkeit in dem Verdichterzylinder verdrängt, wodurch derartige Verdichter als kolbenlose Verdichter bezeichnet werden. Als Flüssigkeit kann eine ionische
Flüssigkeit verwendet werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, Flüssigkeiten mit einem niedrigen Dampfdruck oder Flüssigkeiten mit einer geringen Gaslöslichkeit zu verwenden. Derartigen Flüssigkeiten ist gemeinsam, dass sich diese nicht in dem Medium lösen und von dem Medium rückstandfrei abtrennbar sind, so dass das verdichtete Medium eine hohe Reinheit aufweist.
Ein kolbenloser Verdichter für gasförmige Medien ist aus der US 6 652 243 B2 bekannt. Bei diesem kolbenlosen Verdichter steht die Betriebsflüssigkeit in den Verdichterzylindern mit einer als Hydraulikpumpe ausgebildeten Verdrängermaschine in Verbindung, wobei zur Steuerung des Zuflusses und Abflusses der
Betriebsflüssigkeit ein Steuerventil vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsstand der Betriebsflüssigkeit in den Verdichterzylindern, der mittels elektronischer Wegmesssysteme erfasst wird, gesteuert ist. Die Verdichterzylinder sind bevorzugt vertikal angeordnet, um den Abfluss von Betriebsflüssigkeit aus dem Verdrängerzylinder durch die Schwerkraft zu unterstützen. Bei einem derartigen Verdichter kann die Flüssigkeitssäule der Betriebsflüssigkeit nicht über die Erdbeschleunigung beschleunigt werden, so dass die Zyklusgeschwindigkeit des Verdichters durch die Erdbeschleunigung begrenzt ist. Bedingt durch diese hohe Zykluszeit und langen Taktzeiten weisen derartige Verdichter eine hohe Förderstrompulsation des Förderstroms des verdichteten Mediums auf. Sofern ein gleichförmiger Förderstrom von verdichtetem Medium erforderlich ist, beispielsweise zur Betankung von Fahrzeugen, ist ein Zwischenspeicher erforderlich, in den die Verdichterzylinder fördern. Zur Erzielung einer hohen Verdichterleistung sind aufgrund der hohen Zykluszeit große Zylinderabmessungen der Verdichterzylinder erforderlich. Die großen Zylinderabmessungen und der Zwischenspeicher verursachen hohe Herstellkosten und einen hohen Platzbedarf. Zudem ergibt sich durch die elektronischen Wegemesssysteme und das Steuerventil ein hoher Bauaufwand. Darüber hinaus ist durch die großen Zylinderabmessungen eine große Menge an Betriebsflüssigkeit erforderlich, die hohe Herstellkosten und hohe Betriebskosten verursacht. Zum Antrieb der großen Menge an Betriebsflüssigkeit ist eine leistungsfähige Hydraulikpumpe erforderlich, die entsprechend hohe Herstellkosten aufweist und im Betrieb einen hohen Lärmpegel aufweist.
Aus der WO 2006/034748 A1 ist ein kolbenloser Verdichter mit einer als ionische Flüssigkeit ausgebildeten Betriebsflüssigkeit bekannt. Um in das verdichtete Medium geförderte ionische Flüssigkeit aus der Auslassleitung zurückzugewinnen ist eine Abtrennvorrichtung vorgesehen. Mittels einer Einspeiseeinrichtung wird die ionische Flüssigkeit in die Verdichterzylinder eingespeist. Hierzu ist ein Niveaumesssystem vorgesehen, mittels dem das Niveau der Betriebsflüssigkeit in den Verdichterzylindern gemessen wird und bei Unterschreiten eines Referenzwertes über die Einspeiseeinrichtung Betriebsflüssigkeit in den Verdichterzylinder eingespeist wird. Zusätzlich zu den bereits aus der US 6 652 243 B2 bekannten Nachteilen weist ein aus der WO 2006/034748 A1 bekannter Verdichter durch das Niveaumesssystem einen hohen Bauaufwand auf.
Darüber hinaus sind gattungsgemäße Verdichter bekannt, bei denen die Verdrängermaschine als Kolbenmaschine mit zumindest einem Zylinderraum ausgebildet ist und jeder Zylinderraum mit einem Verdichterzylinder in Verbindung steht. Hierdurch wird der Förderstrom an verdichtetem Medium von mehreren Verdichterzylindern erzeugt, die jeweils mit einem Zylinderraum der Kolbenmaschine in Verbindung stehen und nacheinander und somit gleichmäßig in die Auslassleitung fördern, wodurch ein Förderstrom an verdichtetem Medium mit geringer Förderstrompulsation erzielbar ist. Derartige gattungsgemäße Verdichter weisen kurze Taktzeiten und somit eine kurze Zykluszeit auf, wodurch die Zylinderabmessungen der Verdichterzylinder reduziert werden können. Hierdurch ergeben sich ein geringer Bauraumbedarf und ein geringer Herstellaufwand. Zusätzlich kann die Menge an Betriebsflüssigkeit reduziert werden, wodurch sich ebenfalls ein geringer Betriebsaufwand ergibt. Zudem ist weiterhin möglich, die Betriebsflüssigkeit mit annähernd der Erdbeschleunigung zu bewegen, wobei die Kolbenmaschine mit einer hohen Drehzahl betrieben werden kann. Hierdurch kann für eine hohe Verdichterleistung der Bauaufwand und die Lärmbelastung für die als Kolbenmaschine ausgebildete Verdrängermaschine reduziert werden. Bei derartigen gattungsgemäßen Verdichtern ist jedoch aufgrund der kurzen Zykluszeit in den Verdichterzylindern eine exakte Niveaumessung der Betriebsflüssigkeit nicht mehr möglich, wodurch ein sicherer Betrieb des Verdichters mit einer ausreichenden Menge an Betriebsflüssigkeit in den Verdrängerzylindern nicht mehr gewährleistet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei dem mit geringem Bauaufwand ein sicherer Betrieb gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Auslassleitung des Verdichters eine Abtrennvorrichtung für die Betriebsflüssigkeit zugeordnet ist, wobei die Abtrennvorrichtung zur Zurückführung der Betriebsflüssigkeit mit der Einlassleitung des Verdichters in Verbindung steht. Erfindungsgemäß wird somit die von dem Verdichter in die Auslassleitung geförderte Betriebsflüssigkeit mittels der Abtrennvorrichtung aus dem verdichteten Medium abgetrennt und direkt in die Einlassleitung zurückgefördert. Hierdurch ist auf einfache Weise möglich, ein für den sicheren Betrieb des Verdichters erforderliches Niveau der Betriebsflüssigkeit in den Verdichterzylindern aufrecht zu erhalten, wobei für den Betrieb des Verdichters kein Niveaumesssystem an den Verdichterzylindern erforderlich ist. Hierdurch kann mit geringem Bauaufwand ein sicherer Betrieb des Verdichters sichergestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht die Abtrennvorrichtung mittels einer Rückführleitung mit der Einlassleitung in Verbindung, wobei in der Rückführleitung eine Ventileinrichtung angeordnet ist. Die Ventileinrichtung kann beispielsweise als in Richtung zur Einlassleitung öffnendes Rückschlagventil ausgebildet sein. Zudem ist es möglich, die Ventileinrichtung als schaltbares Sperrventil auszubilden. Mit derartigen Ventileinrichtungen ist es auf einfache Weise möglich, aus der Auslassleitung mittels der Abtrennvorrichtung abgetrennte Betriebsflüssigkeit ständig oder zyklisch in die Einlassleitung zurückzufordern, wodurch auf einfache Weise der Verdichter mit einer konstanten Menge Betriebsflüssigkeit betreibbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein Behälter vorgesehen, der mittels einer Leckageleitung mit der Kolbenmaschine in Verbindung steht. Die im Betrieb der Kolbenmaschine auftretende Leckagemenge an Betriebsflüssigkeit kann hierdurch auf einfache Weise einem Behälter zugeführt werden.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn eine Speisepumpe vorgesehen ist, die eingangsseitig mit dem Behälter und ausgangsseitig mit der Einlassleitung des Verdichters in Verbindung steht. Die in dem Behälter befindliche Leckagemenge der Kolbenmaschine an Betriebsflüssigkeit kann hierdurch auf einfache Weise der Einlassseite des Verdichters zugeführt werden, wodurch der Verdichter mit einer konstanten Menge an Betriebsflüssigkeit betreibbar ist.
Die Speisepumpe kann hierbei ständig oder zyklisch betrieben werden.
Die Speisepumpe ist gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung in Abhängigkeit von der im Behälter befindlichen Menge an Betriebsflüssigkeit steuerbar. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, die Menge an Betriebsflüssigkeit im Verdichter konstant zu halten, um einen sicheren Betrieb des Verdichters zu erzielen.
Zweckmäßigerweise ist hierbei der Behälter mit einem Niveaumesssystem versehen, wobei die Speisepumpe in Abhängigkeit von dem Niveaumesssystem steuerbar ist. Mit einem die Menge an Betriebsflüssigkeit im Behälter erfassenden Niveaumesssystem kann mit geringem Bauaufwand die Menge an Betriebsflüssigkeit in den Verdichterzylindern konstant gehalten werden.
Die Kolbenmaschine kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als Radialkolbenmaschine ausgebildet ist. Mit einer Radialkolbenmaschine, wobei jeder Zylinderraum der Radialkolbenmaschine mit einem Verdichterzylinder in Verbindung steht, kann bei geringem Bauaufwand und Platzbedarf ein Förderstrom an verdichtetem Medium mit geringer Förderstrompulsation erzielt werden. Zudem weisen Radialkolbenmaschine eine hohe Lebensdauer auf, wodurch für den Verdichter eine hohe Lebensdauer erzielbar ist.
Die Kolbenmaschine kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ebenfalls als Axialkolbenmaschine ausgebildet sein. Mit einer Axialkolbenmaschine, bei der jeder Zylinderraum mit einem Verdichterzylinder in Verbindung steht, kann ebenfalls ein Förderstrom an verdichtetem Medium mit geringer Förderstrompulsation bei geringem Bauaufwand und Platzbedarf sowie eine hohe Lebensdauer des Verdichters erzielt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Figur ist ein Schaltplan eines erfindungsgemäßen Verdichters 1 dargestellt. Der Verdichter 1 weist eine Verdrängermaschine auf, die als Kolbenmaschine 2, beispielsweise Radialkolbenmaschine ausgebildet ist, die mit mehreren Zylinderräumen 2a, 2b, 2c, 2d, 2e versehen ist. Jeder Zylinderraum 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, in dem jeweils ein nicht mehr dargestellter Kolben verschiebbar gelagert ist, steht mittels einer Verbindungsleitung 3a, 3b, 3c, 3d, 3e mit einem Verdichterzylinder 4a, 4b, 4c, 4d, 4e in Verbindung. In den Verdichterzylindern 4a, 4b, 4c, 4d, 4e befindet sich als ionische Flüssigkeit ausgebildete Betriebsflüssigkeit 5, die mittels der Kolbenmaschine 2 bewegbar ist.
Die Verdichterzylinder 4a, 4b, 4c, 4d, 4e stehen eingangsseitig über jeweils ein
Einlassventil 6a, 6b, 6c, 6d, 6e mit einer Einlassleitung 6 für zu verdichtendes Medium, beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff, in Verbindung. Der Einlassleitung 6 kann zur Erhöhung des Eingangsdruckes und somit der Ausgangsleistung ein Vorverdichter zugeordnet werden. Ausgangsseitig sind die Verdichterzylinder 4a, 4b, 4c, 4d, 4e über jeweils ein Auslassventil 7a, 7b, 7c, 7d, 7e an eine Auslassleitung 7 angeschlossen.
In der Auslassleitung 7 ist eine beispielsweise als Flüssigkeitsabscheider ausgebildete Abtrennvorrichtung 8 angeordnet, mittels der von den Verdichterzylindern 4a, 4b, 4c, 4d, 4e in die Auslassleitung 7 geförderte Betriebsflüssigkeit 5 abgetrennt werden kann. Die Abtrennvorrichtung 8 steht erfindungsgemäß mit einer Rückführleitung 9 in Verbindung, die an die Einlassleitung 6 angeschlossen ist. In der Rückführleitung 9 ist eine Ventileinrichtung 10 angeordnet. Mittels der Rückführleitung 9 kann von der Abtrennvorrichtung 8 aus der Auslassleitung 7 abgetrennte Betriebsflüssigkeit 5 zu der Einlassleitung 6 zurückgefördert werden. Hierdurch ist auf einfache Weise möglich, die Menge an Betriebsflüssigkeit 5 in den Verdichterzylindern 4a, 4b, 4c, 4d, 4e konstant zu halten.
Die Kolbenmaschine 2 steht mit einer Leckageleitung 1 1 in Verbindung, die zu einem Behälter 12 geführt ist. Die im Betrieb der Kolbenmaschine 2 auftretende
Leckagemenge an Betriebsflüssigkeit 5 strömt hierbei über die Leckageleitung 11 zum Behälter 12. Der Behälter 12 ist mit einem Niveaumesssystem 15 versehen. Mittels einer Speisepumpe 13, die eingangsseitig mit dem Behälter 12 verbunden ist und ausgangsseitig über eine Speiseleitung 14 mit der Einlassleitung 6 verbunden ist, kann die über die Leckageleitung 11 in den Behälter 12 strömende Leckagemenge an
Betriebsflüssigkeit 5 der Kolbenmaschine 2 zur Einlassleitung 6 gefördert werden. Die Speisepumpe 13 kann hierbei in Abhängigkeit von dem Niveaumesssystem 15 betrieben werden. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, die Menge an Betriebsflüssigkeit 5 in den Verdichterzylindern 4a, 4b, 4c, 4d, 4e konstant zu halten.
Im Betrieb des Verdichters 1 wird von der Kolbenmaschine 2 die in den Verdichterzylindern 4a, 4b, 4c, 4d, 4e befindliche Betriebsflüssigkeit mit nahezu der Erdbeschleunigung derart bewegt, dass in den Verdrängerzylindern 4a, 4b, 4c, 4d, 4e zu verdichtendes Medium aus der Einlassleitung 6 angesaugt und verdichtetes Medium in die Auslassleitung 7 gefördert wird. Die Verdichterzylinder 4a, 4b, 4c, 4d, 4e fördern hierbei mit geringer Taktzeit und somit hoher Zyklusgeschwindigkeit nacheinander in die Auslassleitung 7, wodurch ein Förderstrom an verdichtetem Medium mit geringer Förderstrompulsation erzielt wird. Die Menge an Betriebsflüssigkeit 5 in den Verdrängerzylindern 4a, 4b, 4c, 4d, 4e ist hierbei derart bemessen, dass ständig eine Überförderung von Betriebsflüssigkeit 5 in die Auslassleitung 7 auftritt. Hierdurch wird erzielt, dass aus der Einlassleitung 6 angesaugtes Medium vollständig verdichtet und in die Auslassleitung 7 gefördert wird, wodurch Totvolumen und somit Förderverluste des zu verdichtenden Mediums verringert werden. Die von dem Verdichter 1 hierbei in die Auslassleitung 7 geförderte Betriebsflüssigkeit 5 wird mittels der Abtrennvorrichtung 8 aus dem verdichteten Medium abgeschieden. Über die Rückführleitung 9 und die Ventileinrichtung 10 kann hierbei ständig oder zyklisch die abgetrennte Menge an Betriebsflüssigkeit 5 zu der Einlassleitung 6 zurückgefördert werden und somit die Menge an Betriebsflüssigkeit in den Verdichterzylindern 4a, 4b, 4c, 4d, 4e konstant gehalten werden.
Die im Betrieb der Kolbenmaschine 2 als Leckagemenge anfallende Betriebsflüssigkeit 5 strömt über die Leckageleitung 11 in den Behälter 12. Mittels des Niveaumesssystems 15 wird die anfallende Leckagemenge an Betriebsflüssigkeit 5 im Behälter 12 gemessen und die Speisepumpe 13, beispielsweise frequenzgeregelt, in Anhängigkeit von der gemessenen Leckagemenge an Betriebsflüssigkeit 5 im Behälter 12 gesteuert, wodurch als Leckage der Kolbenmaschine 2 anfallende Betriebsflüssigkeit 5 aus dem Behälter 12 zur Einlassleitung 6 gefördert wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass in den Verdichterzylindern 4a, 4b, 4c, 4d, 4e eine konstante Menge an Betriebsflüssigkeit 5 vorhanden ist.
Der erfindungsgemäßen Verdichter 1 eignet sich durch die geringen Taktzeiten, die hohe Zyklusgeschwindigkeit und die geringen Förderstrompulsationen für Verbraucher, die einen konstanten und gleichmäßigen Förderstrom von verdichtetem Medium erfordern, beispielsweise zur Betankung von Fahrzeugen.
Durch die Überförderung der Betriebsflüssigkeit 5 in die Auslassleitung 7 und die Zurückförderung der Betriebsflüssigkeit 5 über die Abtrennvorrichtung 8 zur Einlassleitung 6 des Verdichters 1 und die Rückführung der Leckagemenge der
Kolbenmaschine 2 mittels der Speisepumpe 13 zur Einlassleitung 6 des Verdichters 1 kann auf einfache Weise eine ausreichende Menge an Betriebsflüssigkeit 5 in den Verdichterzylindern 4a, 4b, 4c, 4d, 4e sichergestellt werden. Zur Steuerung der Speisepumpe 13 ist hierbei lediglich ein einfach aufgebautes Niveaumesssystem 15 erforderlich. Zudem werden durch die Überförderung der Betriebsflüssigkeit 5 in die Auslassleitung 7 Totraumverluste und somit Förderverluste vermieden. Hierdurch ist ein hoher Wirkungsgrad des Verdichters 1 erzielbar. Die Kolbenmaschine 2 kann hierbei mit hoher Drehzahl betrieben werden, wodurch bei geringer Menge an Betriebsflüssigkeit 5, geringem Bauraum und geringer Lärmentwicklung eine hohe Förderleistung des Verdichters 1 erzielbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verdichter zum Verdichten von gasförmigen Medium mit zumindest einem Verdichterzylinder, der mit einer Einlassleitung und einer Auslassleitung für das Medium in Verbindung steht, wobei in dem Verdichterzylinder eine Betriebsflüssigkeit, insbesondere eine ionische Betriebsflüssigkeit, angeordnet ist, die mit einer Verdrängermaschine in Verbindung steht, wobei die Verdrängermaschine als Kolbenmaschine mit zumindest einem Zylinderraum ausgebildet ist und jeder Zylinderraum mit einem Verdichterzylinder in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassleitung (7) des Verdichters (1) eine Abtrennvorrichtung (8) für die Betriebsflüssigkeit (5) zugeordnet ist, wobei die
Abtrennvorrichtung (8) zur Zurückführung der Betriebsflüssigkeit (5) mit der Einlassleitung (6) des Verdichters (1) in Verbindung steht.
2. Verdichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennvorrichtung (8) mittels einer Rückführleitung (9) mit der Einlassleitung (6) verbunden ist, wobei in der Rückführleitung (9) eine Ventileinrichtung (10) angeordnet ist.
3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter (12) vorgesehen ist, der mittels einer Leckageleitung (11) mit der Kolbenmaschine
(2) in Verbindung steht.
4. Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speisepumpe (13) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit dem Behälter (12) und ausgangsseitig mit der Einlassleitung (6) des Verdichters (6) in Verbindung steht.
5. Verdichter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisepumpe (13) in Abhängigkeit von der im Behälter (12) befindlichen Menge an Betriebsflüssigkeit (5) steuerbar ist.
6. Verdichter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (12) mit einem Niveaumesssystem (15) versehen ist, wobei die Speisepumpe (13) in Abhängigkeit von dem Niveaumesssystem (15) steuerbar ist.
7. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmaschine (2) als Radialkolbenmaschine ausgebildet ist.
8. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmaschine (2) als Axialkolbenmaschine ausgebildet ist.
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