EP2687723A1 - Wassergekühlter Kolbenkompressor - Google Patents

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EP2687723A1
EP2687723A1 EP12176645.5A EP12176645A EP2687723A1 EP 2687723 A1 EP2687723 A1 EP 2687723A1 EP 12176645 A EP12176645 A EP 12176645A EP 2687723 A1 EP2687723 A1 EP 2687723A1
Authority
EP
European Patent Office
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cooling water
water
sealing element
valve
output
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12176645.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Tittel
Claus-Peter Schulze
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.)
JP Sauer and Sohn Machinenbau GmbH
Original Assignee
JP Sauer and Sohn Machinenbau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by JP Sauer and Sohn Machinenbau GmbH filed Critical JP Sauer and Sohn Machinenbau GmbH
Priority to EP12176645.5A priority Critical patent/EP2687723A1/de
Publication of EP2687723A1 publication Critical patent/EP2687723A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/04—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F04B39/064—Cooling by a cooling jacket in the pump casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/10—Adaptations or arrangements of distribution members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/10—Adaptations or arrangements of distribution members
    • F04B39/1046—Combination of in- and outlet valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/08—Cooling; Heating; Preventing freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/1087—Valve seats

Definitions

  • the invention relates to a water-cooled piston compressor with the features specified in the preamble of claim 1.
  • Water-cooled reciprocating compressors for generating compressed air are used in particular on ships.
  • the compressors are usually connected to a central cooling water supply.
  • the compressors usually have thermostatic valves, which ensure that no or only a reduced flow of cooling water flows through the compressor when commissioning the compressor, so as to suspend cooling until reaching the desired operating temperature.
  • the thermostatic valve switches the cooling water flow until it reaches a certain setpoint temperature so that it is either bypassed by the compressor or guided through a reflux in a closed circuit in the compressor.
  • a cooling water pump is provided on the compressor. Also during operation of the compressor, ie after reaching the operating temperature, this pump promotes cooling water from the central cooling water supply through the compressor.
  • the water-cooled reciprocating compressor according to the invention has at least one cooling water flow path which passes through the compressor and the areas of the compressor to be cooled.
  • the first cooling water flow path is the flow path which causes the cooling in the compressor.
  • at least one cooling water pump is preferably arranged, which conveys the cooling water through the cooling water flow path.
  • This cooling water pump is preferably arranged on the input side of the compressor. On the output side of the compressor, this opens at least one cooling water flow path in a thermostatic valve. This serves to guide the flow of cooling water during commissioning of the compressor so that, until a desired operating temperature is reached, the cooling water is circulated through the compressor without replacement or cooling, ie not discharged to the outside.
  • the cooling water supply on ships for which the compressor according to the invention is preferably provided, generally takes place in such a way that seawater is supplied for cooling and returned to the outside.
  • a central cooling water supply which supplies various systems with cooling water, provided.
  • Such a central cooling water supply could also be provided as a circuit with a central heat exchanger for cooling the water.
  • the thermostatic valve has two outputs.
  • a first exit is provided with a return line leading to the inlet side of the first cooling water flow path. Then, when the first outlet of the thermostatic valve is opened, cooling water from a compressor disposed on the cooling water pump can be circulated through the compressor. The cooling water then flows from the thermostatic valve through the return line back to the inlet of the first cooling water flow path and then through the compressor again to the thermostatic valve. This condition is used when the compressor is started up in order to achieve a rapid heating of the compressor to the desired operating temperature.
  • the thermostatic valve has a second outlet which is connected to a cooling water outlet.
  • cooling water is guided after reaching the desired operating temperature and then out, for example, out of the boat or directed to an external heat exchanger, where it is cooled and then optionally again the compressor for cooling, in particular via a central cooling water supply is supplied.
  • the first and the second outlet of the thermostatic valve can be opened or closed alternately.
  • a movable valve body is provided, which is arranged so that when it closes the first output, it opens the second output and, when it closes the second output, opens the first output.
  • the valve body is moved depending on temperature, which is effected for example by expansion of an enclosed medium when heated in a known manner.
  • the thermostatic valve is designed such that between the valve body and a valve seat on which the valve body for closing the first output comes to rest, an elastic sealing element is arranged, so that the valve body is sealed when closing the first output via a first elastic sealing element against the first valve seat.
  • an improved tightness of the thermostatic valve is achieved, so that when the first output, which is connected to the return line, is sealed, this is sealed so that even with a negative pressure in a central cooling water supply, the cooling water pump of the compressor no cooling water through the return line and can undesirably circulate the first sealed outlet of the thermostatic valve. In this way, increased reliability of the reciprocating compressor is achieved even with insufficient cooling water supply.
  • the first elastic sealing element is fixedly arranged on the first valve seat.
  • the thermostatic valve is designed so that also at the second output between the valve body and an associated second valve seat, an elastic sealing element, namely, a second elastic sealing element is arranged.
  • an elastic sealing element namely, a second elastic sealing element is arranged.
  • the valve body is preferably sealed when closing the second output via the second elastic sealing element against the second valve seat.
  • the second elastic sealing element prevents cooling water between the valve body and the second valve seat from being forced outwards through the second outlet in the starting phase of the compressor at normal pressure or overpressure in the valve. This ensures that all the cooling water in the circuit is conveyed, so that the compressor can be brought as quickly as possible to a desired operating temperature.
  • the second elastic sealing element is preferably fixedly arranged on the second valve seat.
  • the second sealing element could also be attached to the valve body and move together with it.
  • the valve body is preferably made of metal in a known manner.
  • the valve seats are preferably formed of metal in the valve housing of the thermostatic valve.
  • the elastic sealing elements described above are arranged between valve seat and valve body.
  • the valve body is tubular and arranged with its first end face of the first elastic sealing element opposite one another such that the first end end comes to rest on the first elastic sealing element for closing the first outlet.
  • the first elastic sealing element is preferably fixedly arranged on a first valve seat.
  • the valve body seals via its end edge against the elastic sealing element on the first valve seat. To open the front end of the valve body comes from the first sealing element out of engagement.
  • the valve body is tubular and lies with its second axial end face of the second elastic sealing element so that the second end end comes to close the second output to the second elastic sealing element for conditioning.
  • the second sealing element is preferably fastened to a second valve seat.
  • the valve body is designed or movable so that preferably, when it is in sealing contact with its first end face on the first sealing element, is spaced with its second front end of the second sealing element. Conversely, if the second front end in sealing engagement with the second sealing element, the first end face preferably spaced from the first sealing element to open the first output.
  • the elastic sealing elements are preferably made of an elastomer, in particular of rubber.
  • the first sealing element is further preferably disc-shaped.
  • the second sealing element is preferably annular, so that a flow through the free space in the interior can enter into the thermostatic valve or the tubular valve body. From the opposite end face of the valve body, the flow then exits again when this front end is spaced from the first sealing element.
  • the valve body further preferably has a cylindrical, in particular circular cylindrical outer circumference and is axially movably guided in a sealing ring which bears against the outer circumference.
  • This sealing ring is preferably held or located in a housing section of the valve housing between the first and the second outlet. In this way, the first of the second output is separated by the system of the sealing ring on the outer circumference of the valve body.
  • the sealing ring is preferably at least on its inner circumference, which rests against the outer circumference of the valve body, made of a plastic with good sliding properties such.
  • B polytetrafluoroethylene.
  • a slight sliding of the sealing ring is achieved on the outer circumference of the valve body.
  • the sealing ring has an inner ring made of a plastic with good sliding properties such.
  • polytetrafluoroethylene and a surrounding outer circumference outer ring made of an elastomer.
  • the outer ring of an elastomer is preferably tight against a housing portion of the valve housing, preferably in an outer periphery of the valve body facing annular groove. Thus, the entire sealing ring is held in the housing section.
  • Fig. 1 schematically a four-stage reciprocating compressor 2 with the cooling water flow paths is shown.
  • a cooling water flow path 4 which passes through the four cylinders 6 and the intercoolers 8 of the four stages.
  • the cooling water flow in the flow direction S first passes through two coolers 8 of the fourth and first stage, then through the cylinder 6 of the first stage, then through the cylinder 6 of the third stage, then through the two intercoolers 8 of the second and third stage and then through the cylinders 6 of the second and fourth stages.
  • a cooling water pump 10 is arranged, which promotes the cooling water through the cooling water flow path 4. At the end of the cooling water flow path.
  • thermostatic valve 12 This opens into a thermostatic valve 12.
  • the thermostatic valve 12 is connected at its input 14 to the end of the cooling water flow path 4 and has two outputs 16, 18.
  • the first output 16 is connected to a return line 20. This leads to the input side of the cooling water flow path 4 upstream of the cooling water pump 10.
  • the piston compressor shown is connected to a central cooling water supply, for example, on a ship such as a submarine.
  • the illustrated cooling water circuit is connected on the input side to its cooling water inlet 22 with the corresponding cooling water supply.
  • the output 18 of the thermostatic valve 12 is connected to the cooling water outlet 24.
  • the cooling water flows back into a central cooling water circuit and from there, for example, to a central heat exchanger, where it is cooled and then fed back to the cooling water inlet 22, or is derived for example from the boat to the outside in the surrounding water.
  • the invention described in more detail solves the problem that if the amount of cooling water at the cooling water inlet 22 or a negative pressure in the central cooling water supply and thus the cooling water inlet 22 the risk that during operation, the pump 10 sucks in cooling water via the return line 20, although the output 16 of the thermostatic valve 12 is closed. Then it can lead to overheating of the compressor, since no sufficient amount of cooling water is sucked from the cooling water inlet 22.
  • the thermostatic valve 12, as indicated by Fig. 2 is described in more detail, designed in a special way.
  • the thermostatic valve 12 has a valve housing 26, in which three terminals, namely the input 14, the first output 16 and the second output 18 are formed.
  • valve body in the form of a valve cylinder 28 is arranged inside the housing 26, a valve body in the form of a valve cylinder 28 is arranged.
  • the valve cylinder 28 is tubular, ie formed of a circular cylindrical shape and guided in the direction of its longitudinal axis X in the interior of the valve housing 26 movable.
  • the valve cylinder 28 slides with its outer circumference in the interior of a sealing ring in the form of the seal set 30.
  • the seal set 30 is held in a groove 32 in the portion of the valve housing 26.
  • the seal set 30 is formed in two parts and has an inner ring 34 made of polytetrafluoroethylene and an outer ring 36 in the form of an O-ring of an elastomer such as rubber.
  • the inner ring 34 of polytetrafluoroethylene allows easy sliding of the valve cylinder 28 in the inner ring 34, wherein the inner ring 34 is held by the surrounding outer ring 36 and due to its elastic properties in close contact with the outer circumference of the valve cylinder 28.
  • the sealing ring 30 on the outer circumference of the valve cylinder 28 separates the outputs 16 and 18 from each other.
  • a first valve seat 38 is formed in the valve housing 26, on which the valve cylinder 28 can come into abutment with its first front end or axial end 40.
  • a first elastic sealing element 42 is attached at the first valve seat 38.
  • the first sealing element 42 is made of an elastomer material, in particular rubber, and has a disc-shaped form.
  • the first sealing element 42 thus lies, when the valve cylinder 28 presses against the first valve seat 38, between the valve seat 38 and the front end 40 of the valve cylinder 28 both the valve seat 38 and the valve cylinder 28 sealingly and thus seals the seat on the first valve seat 38 ,
  • the axially opposite second front end or axial end 44 of the valve cylinder 28 comes to close the second output 18 to a second valve seat 46 to the plant.
  • a sealing element in the form of an annular second sealing element 48 is arranged for better sealing on the valve seat 46.
  • the second sealing element 48 is formed as a flat ring of an elastomer, in particular rubber.
  • the interior of the ring releases the inlet for the flow, so that the cooling water from the inlet 14 into the interior of the valve cylinder 28 can occur and can flow axially through the valve cylinder 28 to the outlet 16 when the output 18, as in the Fig. 2 shown is closed.
  • the valve cylinder 28 is moved in the axial direction by an expansion element 50 against the spring 52. Ie. at rest, the spring 52 holds the valve cylinder 28 in the in Fig. 2
  • the cylindrical peripheral wall of the valve cylinder 28 closes the second outlet 18 at the same time.
  • the first end face 40 of the valve cylinder 28 is separated from the first sealing element 42 spaced at the first valve seat 38, so that the cooling water can flow through the gap between the front end 40 and the first sealing element 42 into the first output 16.
  • the valve cylinder 28 is pushed away from the second valve seat 46, so that the front end 40 comes into sealing contact with the first sealing element 42 of the first valve seat 38.
  • cooling water can flow through the then forming gap between the second front end 44 and the second sealing element 48 into the second outlet 18.
  • the cooling water is supplied from the cooling water pump 10 through the compressor. If a negative pressure now prevails at the cooling water inlet 22 or too little cooling water is available, the sealing of the first outlet 16 by the first sealing element 42 in the thermostatic valve 12 ensures that the cooling water pump 10 can not suck in cooling water via the return line 20, then instead, the cooling water pump 10 continues to draw in cooling water from the cooling water inlet 22. So even with little available cooling water cooling of the compressor is achieved.
  • the second sealing element 48 is, as in Fig. 2 shown, the second output 18 sealed. This ensures that in the starting phase of the compressor no cooling water exits through the second output 18 into the cooling water outlet 24. Thus, in the starting phase, the cooling water from the flow path 4 is completely conveyed into the return flow line 20, so that a closed cooling water circuit is created. In this way, an improved temperature management of the compressor is achieved. On the one hand, a quick and safe achievement of the operating temperature is ensured and on the other hand also a sufficient cooling with insufficient cooling water supply ensured.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Kolbenkompressor (2) mit zumindest einem Kühlwasser-Strömungsweg (4), welcher ausgangseitig des Kompressors (2) in einem Thermostatventil (12) mündet, welches mit einem ersten Ausgang (16) mit einer Rückflussleitung (20), welche stromaufwärts des Kompressors (2) in den Kühlwasser-Strömungsweg (4) mündet, und mit einem zweiten Ausgang (18) mit einem Kühlwasserauslass (24) verbunden ist, und welches einen beweglichen Ventilkörper (28) aufweist, welcher temperaturabhängig einen Strömungsweg zwischen dem ersten (16) und dem zweiten Ausgang (18) umschaltet, wobei der Ventilkörper (28) beim Verschließen des ersten Ausgangs (16) über ein erstes elastisches Dichtelement (42) gegen einen ersten Ventilsitz (38) abgedichtet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Kolbenkompressor mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
  • Wassergekühlte Kolbenkompressoren zum Erzeugen von Druckluft finden insbesondere auf Schiffen Verwendung. Auf Schiffen, vor allem auf Unterseebooten, sind die Kompressoren dazu meist an eine zentrale Kühlwasserversorgung angeschlossen. Die Kompressoren weisen üblicherweise Thermostatventile auf, welche dafür sorgen, dass bei Inbetriebnahme des Kompressors kein oder nur ein verringerter Kühlwasserstrom durch den Kompressor fließt, um so bis zum Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur die Kühlung auszusetzen. Dazu schaltet das Thermostatventil bis zum Erreichen einer bestimmten Solltemperatur die Kühlwasserströmung so, dass sie entweder durch einen Bypass am Kompressor vorbeigeleitet wird oder aber über einen Rückfluss in einem geschlossenen Kreislauf im Kompressor geführt wird. Hierzu ist am Kompressor eine Kühlwasserpumpe vorgesehen. Auch im Betrieb des Kompressors, d. h. nach Erreichen der Betriebstemperatur, fördert diese Pumpe Kühlwasser aus der zentralen Kühlwasserversorgung durch den Kompressor hindurch. Bei der zentralen Kühlwasserversorgung besteht das Problem, dass, wenn eine zu große Nachfrage nach Kühlwasser herrscht, es in der zentralen Kühlwasserversorgung zu einem Druckabfall bzw. Unterdruck kommen kann. Dann besteht das Problem, dass die Pumpe durch den Rückfluss Kühlwasser ansaugt. Dies bewirkt, dass dann auch im Betrieb das Kühlwasser im Kreislauf im Kompressor gepumpt wird, was zu einer Überhitzung des Kompressors führen kann.
  • Im Hinblick auf diese Problematik ist es Aufgabe der Erfindung, einen wassergekühlten Kolbenkompressor dahingehend zu verbessern, dass auch bei unzureichender Kühlwasserzufuhr von außen eine ausreichende Kühlung gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen wassergekühlten Kolbenkompressor mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Der wassergekühlte Kolbenkompressor gemäß der Erfindung weist zumindest einen Kühlwasser-Strömungsweg auf, welcher durch den Kompressor und die zu kühlenden Bereiche des Kompressors verläuft. D. h. der erste Kühlwasser-Strömungsweg ist der Strömungsweg, welcher die Kühlung im Kompressor bewirkt. In dem ersten Kühlwasser-Strömungsweg ist vorzugsweise zumindest eine Kühlwasserpumpe angeordnet, welche das Kühlwasser durch den Kühlwasser-Strömungsweg fördert. Diese Kühlwasserpumpe ist vorzugsweise eingangsseitig des Kompressors angeordnet. Ausgangsseitig des Kompressors mündet dieser zumindest eine Kühlwasser-Strömungsweg in ein Thermostatventil. Dieses dient dazu, bei Inbetriebnahme des Kompressors die Kühlwasserströmung so zu führen, dass bis zum Erreichen einer gewünschten Betriebstemperatur das Kühlwasser ohne Austausch oder Kühlung im Kreislauf durch den Kompressor geführt wird, d. h. nicht nach außen abgeführt wird. Die Kühlwasserversorgung auf Schiffen, für welche der erfindungsgemäße Kompressor bevorzugt vorgesehen ist, erfolgt in der Regel so, dass zur Kühlung Seewasser zugeführt und wieder nach außen geführt wird. Insbesondere auf Unterseebooten ist dazu in der Regel eine zentrale Kühlwasserversorgung, welche verschiedene Anlagen mit Kühlwasser versorgt, vorgesehen. Eine solche zentrale Kühlwasserversorgung könnte auch als Kreislauf mit einem zentralen Wärmetauscher zur Kühlung des Wassers versehen sein.
  • Das Thermostatventil weist zwei Ausgänge auf. Ein erster Ausgang ist mit einer Rückflussleitung versehen, welche zur Eingangsseite des ersten Kühlwasser-Strömungsweges führt. Dann, wenn der erste Ausgang des Thermostatventils geöffnet ist, kann Kühlwasser von einer am bzw. im Kompressor angeordneten Kühlwasserpumpe im Kreislauf durch den Kompressor gefördert werden. Das Kühlwasser fließt dann von dem Thermostatventil durch die Rückflussleitung zurück zum Eingang des ersten Kühlwasser-Strömungsweges und dann erneut durch den Kompressor bis zum Thermostatventil. Dieser Zustand wird bei Inbetriebnahme des Kompressors genutzt, um ein schnelles Erwärmen des Kompressors auf die gewünschte Betriebstemperatur zu erreichen.
  • Das Thermostatventil weist einen zweiten Ausgang auf, welcher mit einem Kühlwasserauslass verbunden ist. Durch diesen zweiten Auslass wird Kühlwasser nach Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur geführt und dann beispielsweise nach außen aus dem Boot geführt oder zu einem externen Wärmetauscher geleitet, wo es abgekühlt wird und dann gegebenenfalls erneut dem Kompressor zur Kühlung, insbesondere über eine zentrale Kühlwasserversorgung, zugeführt wird.
  • Der erste und der zweite Ausgang des Thermostatventils können wechselseitig geöffnet oder geschlossen werden. Dazu ist ein beweglicher Ventilkörper vorgesehen, der so angeordnet ist, dass er, wenn er den ersten Ausgang verschließt, den zweiten Ausgang öffnet und, wenn er den zweiten Ausgang verschließt, den ersten Ausgang öffnet. Dabei wird der Ventilkörper temperaturabhängig bewegt, welches beispielsweise durch Ausdehnung eines eingeschlossenen Mediums bei Erwärmung in bekannter Weise bewirkt wird.
  • Erfindungsgemäß ist das Thermostatventil so ausgestaltet, dass zwischen dem Ventilkörper und einem Ventilsitz, an welchem der Ventilkörper zum Verschließen des ersten Ausgangs zur Anlage kommt, ein elastisches Dichtelement angeordnet ist, so dass der Ventilkörper beim Verschließen des ersten Ausganges über ein erstes elastisches Dichtelement gegen den ersten Ventilsitz abgedichtet ist. Dadurch wird eine verbesserte Dichtigkeit des Thermostatventils erreicht, so dass, wenn der erste Ausgang, welcher mit der Rückflussleitung verbunden ist, verschlossen ist, dieser so abgedichtet ist, dass auch bei einem Unterdruck in einer zentralen Kühlwasserzufuhr die Kühlwasserpumpe des Kompressors kein Kühlwasser durch die Rückflussleitung und den ersten verschlossenen Ausgang des Thermostatventiles in unerwünschter Weise im Kreislauf fördern kann. Auf diese Weise wird eine erhöhte Betriebssicherheit des Kolbenkompressors auch bei unzureichender Kühlwasserzufuhr erreicht.
  • Bevorzugt ist das erste elastische Dichtelement fest an dem ersten Ventilsitz angeordnet. Alternativ wäre es jedoch auch möglich, das Dichtelement an dem Ventilkörper zu befestigen.
  • Weiter bevorzugt ist das Thermostatventil so ausgebildet, dass auch an dem zweiten Ausgang zwischen dem Ventilkörper und einem zugehörigen zweiten Ventilsitz ein elastisches Dichtelement, nämlich ein zweites elastisches Dichtelement angeordnet ist. So wird der Ventilkörper beim Verschließen des zweiten Ausganges vorzugsweise über das zweite elastische Dichtelement gegen den zweiten Ventilsitz abgedichtet. Durch das zweite elastische Dichtelement wird verhindert, dass in der Startphase des Kompressors bei normalem Druck bzw. Überdruck im Ventil Kühlwasser zwischen Ventilkörper und zweitem Ventilsitz durch den zweiten Ausgang nach außen gedrückt wird. So wird sichergestellt, dass das gesamte Kühlwasser im Kreislauf gefördert wird, sodass der Kompressor möglichst schnell auf eine gewünschte Betriebstemperatur gebracht werden kann.
  • Das zweite elastische Dichtelement ist vorzugsweise fest an dem zweiten Ventilsitz angeordnet. Alternativ könnte das zweite Dichtelement jedoch auch an dem Ventilkörper befestigt sein und sich gemeinsam mit diesem bewegen.
  • Der Ventilkörper ist vorzugsweise in bekannter Weise aus Metall gefertigt. Auch die Ventilsitze sind bevorzugt aus Metall in dem Ventilgehäuse des Thermostatventils ausgebildet. Zur besseren Abdichtung zwischen dem metallischen Ventilkörper und den metallischen Ventilsitzen sind die vorangehend beschriebenen elastischen Dichtelemente zwischen Ventilsitz und Ventilkörper angeordnet. Besonders bevorzugt ist der Ventilkörper rohrförmig ausgebildet und mit seinem ersten Stirnende dem ersten elastischen Dichtelement derart gegenüberliegend angeordnet, dass das erste Stirnende zum Verschließen des ersten Ausgangs an dem ersten elastischen Dichtelement zur Anlage kommt. Das erste elastische Dichtelement ist dabei vorzugsweise fest an einem ersten Ventilsitz angeordnet. So dichtet der Ventilkörper über seine Stirnkante gegen das elastische Dichtelement an dem ersten Ventilsitz ab. Zum Öffnen kommt das Stirnende des Ventilkörpers von dem ersten Dichtelement außer Anlage.
  • Weiter bevorzugt ist der Ventilkörper rohrförmig ausgebildet und liegt mit seinem zweiten axialen Stirnende dem zweiten elastischen Dichtelement so gegenüber, dass das zweite Stirnende zum Verschließen des zweiten Ausgangs an dem zweiten elastischen Dichtelement zur Anlage kommt. Zum Öffnen des zweiten Ausganges tritt das Stirnende von dem zweiten Dichtelement außer Anlage. Das zweite Dichtelement ist vorzugsweise an einem zweiten Ventilsitz befestigt. Der Ventilkörper ist dabei so ausgestaltet bzw. beweglich, dass vorzugsweise dann, wenn er mit seinem ersten Stirnende an dem ersten Dichtelement in dichtender Anlage ist, mit seinem zweiten Stirnende von dem zweiten Dichtelement beabstandet ist. Umgekehrt ist dann, wenn das zweite Stirnende in dichtender Anlage mit dem zweiten Dichtelement ist, das erste Stirnende vorzugsweise von dem ersten Dichtelement beabstandet, um den ersten Ausgang zu öffnen.
  • Die elastischen Dichtelemente sind bevorzugt aus einem Elastomer, insbesondere aus Gummi gefertigt.
  • Das erste Dichtelement ist weiter bevorzugt scheibenförmig ausgebildet. Das zweite Dichtelement ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet, so dass eine Strömung durch den Freiraum im Inneren in das Thermostatventil bzw. den rohrförmigen Ventilkörper eintreten kann. Aus dem gegenüberliegenden Stirnende des Ventilkörpers tritt die Strömung dann wieder aus, wenn dieses Stirnende von dem ersten Dichtelement beabstandet ist.
  • Der Ventilkörper weist weiter bevorzugt einen zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen Außenumfang auf und ist axial beweglich in einem am Außenumfang anliegenden Dichtungsring geführt. Dieser Dichtungsring ist bevorzugt in einem Gehäuseabschnitt des Ventilgehäuses zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgang gehalten bzw. gelegen. Auf diese Weise wird durch die Anlage des Dichtungsringes am Außenumfang des Ventilkörpers der erste von dem zweiten Ausgang getrennt.
  • Der Dichtungsring besteht vorzugsweise zumindest an seinem Innenumfang, welcher an dem Außenumfang des Ventilkörpers anliegt, aus einem Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften wie z. B. Polytetrafluorethylen. So wird ein leichtes Gleiten des Dichtungsrings auf dem Außenumfangs des Ventilkörpers erreicht. Dies ist von Vorteil, da der Ventilkörper sich in axialer Richtung im Inneren des Dichtungsringes bewegt und der Dichtungsring so auf dem Außenumfang des Ventilkörpers gleitet. Besonders bevorzugt weist der Dichtungsring einen Innenring aus einem Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften wie z. B. Polytetrafluorethylen und einen diesen außenumfänglich umgebenden Außenring aus einem Elastomer auf. Auf diese Weise werden besonders gute Gleiteigenschaften des Dichtungsringes am Außenumfang des Ventilkörpers und gleichzeitig eine gute Abdichtung aufgrund der Elastizität des Außenringes aus dem Elastomer erreicht. Der Außenring aus einem Elastomer liegt vorzugsweise dicht an einem Gehäuseabschnitt des Ventilgehäuses an, bevorzugt in einer dem Außenumfang des Ventilkörpers zugewandten Ringnut. So wird der gesamte Dichtungsring in dem Gehäuseabschnitt festgehalten.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
    • Fig. 1
    schematisch die Kühlwasser-Strömungswege in einem erfindungsgemäßen Kolbenkompressor und
    Fig. 2
    ein Thermostatventil des Kolbenkompressors gemäß Fig. 1.
  • In Fig. 1 ist schematisch ein vierstufiger Kolbenkompressor 2 mit den Kühlwasser-Strömungswegen gezeigt. Es gibt einen Kühlwasser-Strömungsweg 4, welcher durch die vier Zylinder 6 und die Zwischenkühler 8 der vier Stufen verläuft. So verläuft die Kühlwasserströmung in der Strömungsrichtung S zunächst durch zwei Kühler 8 der vierten und ersten Stufe, dann durch den Zylinder 6 der ersten Stufe, dann durch den Zylinder 6 der dritten Stufe, anschließend durch die zwei Zwischenkühler 8 der zweiten und dritten Stufe und anschließend durch die Zylinder 6 der zweiten und vierten Stufe. Eingangsseitig des Kolbenkompressors 2, d. h. vor den ersten beiden Kühlern 8, ist eine Kühlwasserpumpe 10 angeordnet, welche das Kühlwasser durch den Kühlwasser-Strömungsweg 4 fördert. Am Ende des Kühlwasser-Strömungsweges 4 mündet dieser in ein Thermostatventil 12. Das Thermostatventil 12 ist mit seinem Eingang 14 mit dem Ende des Kühlwasser-Strömungsweges 4 verbunden und weist zwei Ausgänge 16, 18 auf. Der erste Ausgang 16 ist mit einer Rückflussleitung 20 verbunden. Diese führt zur Eingangsseite des Kühlwasser-Strömungsweges 4 stromaufwärts der Kühlwasserpumpe 10. So kann bei entsprechender Stellung des Thermostatventils 12 von der Kühlwasserpumpe 10 Kühlwasser im Kreis durch den Kühlwasser-Strömungsweg 4 und zurück durch die Rückflussleitung 20 gefördert werden. Dies geschieht bei Inbetriebnahme des Kompressors, damit dieser schnell seine Betriebstemperatur erreicht.
  • Der gezeigte Kolbenkompressor wird an eine zentrale Kühlwasserversorgung beispielsweise auf einem Schiff wie einem Unterseeboot angeschlossen. Dazu wird der gezeigte Kühlwasserkreislauf eingangsseitig an seinem Kühlwassereintritt 22 mit der entsprechenden Kühlwasserversorgung verbunden. Der Ausgang 18 des Thermostatventils 12 ist mit dem Kühlwasseraustritt 24 verbunden. Über diesen fließt das Kühlwasser zurück in einen zentralen Kühlwasserkreislauf und von dort beispielsweise zu einem zentralen Wärmetauscher, wo es abgekühlt und dann wieder dem Kühlwassereintritt 22 zugeführt wird, oder wird beispielsweise aus dem Boot nach außen in das umgebende Wasser abgeleitet.
  • Die nachfolgend näher beschriebene Erfindung löst das Problem, dass bei zu geringer Kühlwassermenge am Kühlwassereintritt 22 bzw. einem Unterdruck in der zentralen Kühlwasserversorgung und damit am Kühlwassereintritt 22 die Gefahr besteht, dass im Betrieb die Pumpe 10 Kühlwasser über die Rückflussleitung 20 ansaugt, obwohl der Ausgang 16 des Thermostatventils 12 geschlossen ist. Dann kann es zu einer Überhitzung des Kompressors kommen, da keine ausreichende Kühlwassermenge aus dem Kühlwassereintritt 22 angesaugt wird. Um dies zu verhindern, ist das Thermostatventil 12, wie anhand von Fig. 2 näher beschrieben wird, in spezieller Weise ausgestaltet. Das Thermostatventil 12 weist ein Ventilgehäuse 26 auf, in welchem drei Anschlüsse, nämlich der Eingang 14, der erste Ausgang 16 und der zweite Ausgang 18 ausgebildet sind. Im Inneren des Gehäuses 26 ist ein Ventilkörper in Form eines Ventilzylinders 28 angeordnet. Der Ventilzylinder 28 ist rohrförmig, d. h. von kreiszylindrischer Gestalt ausgebildet und in Richtung seiner Längsachse X im Inneren des Ventilgehäuses 26 beweglich geführt. Dazu gleitet der Ventilzylinder 28 mit seinem Außenumfang im Inneren eines Dichtungsringes in Form des Dichtungssatzes 30. Der Dichtungssatz 30 ist in einer Nut 32 im Abschnitt des Ventilgehäuses 26 gehalten. Der Dichtungssatz 30 ist zweiteilig ausgebildet und weist einen Innenring 34 aus Polytetrafluorethylen sowie einen Außenring 36 in Form eines O-Ringes aus einem Elastomer wie Gummi auf. Der Innenring 34 aus Polytetrafluorethylen ermöglicht ein leichtes Gleiten des Ventilzylinders 28 in dem Innenring 34, wobei der Innenring 34 durch den umgebenden Außenring 36 und aufgrund dessen elastischer Eigenschaften in dichter Anlage am Außenumfang des Ventilzylinders 28 gehalten wird. So trennt der Dichtungsring 30 am Außenumfang des Ventilzylinders 28 die Ausgänge 16 und 18 voneinander.
  • Zum Verschließen des ersten Ausganges 16, welcher mit der Rückflussleitung 20 verbunden ist, ist in dem Ventilgehäuse 26 ein erster Ventilsitz 38 ausgebildet, an welchem der Ventilzylinder 28 mit seinem ersten Stirnende bzw. Axialende 40 zur Anlage kommen kann. An dem ersten Ventilsitz 38 ist ein erstes elastisches Dichtelement 42 befestigt. Das erste Dichtelement 42 ist aus einem Elastomermaterial, insbesondere Gummi, gefertigt und weist eine scheibenförmige Gestalt auf. Das erste Dichtelement 42 liegt somit, wenn der Ventilzylinder 28 gegen den ersten Ventilsitz 38 drückt, zwischen dem Ventilsitz 38 und dem Stirnende 40 des Ventilzylinders 28 sowohl am Ventilsitz 38 als auch am Ventilzylinder 28 dichtend an und dichtet so den Sitz am ersten Ventilsitz 38 ab. Somit wird der Ausgang 16 dicht verschlossen und ein unerwünschtes Abströmen von Kühlwasser zu geringer Kühlwasserzufuhr durch den Kühlwassereintritt 22 kann verhindert werden. Das axial entgegengesetzte zweite Stirnende bzw. Axialende 44 des Ventilzylinders 28 kommt zum Verschließen des zweiten Ausgangs 18 an einem zweiten Ventilsitz 46 zur Anlage. Auch hier ist zur besseren Abdichtung am Ventilsitz 46 ein Dichtelement in Form eines ringförmigen zweiten Dichtelementes 48 angeordnet. Das zweite Dichtelement 48 ist als flacher Ring aus einem Elastomer, insbesondere Gummi ausgebildet. Der Innenraum des Ringes gibt den Einlass für die Strömung frei, so dass das Kühlwasser vom Eingang 14 in das Innere des Ventilzylinders 28 eintreten kann und axial durch den Ventilzylinder 28 zum Ausgang 16 strömen kann, wenn der Ausgang 18, wie in der Fig. 2 gezeigt, verschlossen ist.
  • Der Ventilzylinder 28 wird in axialer Richtung durch ein Ausdehnungselement 50 gegen die Feder 52 bewegt. D. h. im Ruhezustand hält die Feder 52 den Ventilzylinder 28 in der in Fig. 2 gezeigten Position in Anlage mit dem zweiten Ventilsitz 46 bzw. dem an dem zweiten Ventilsitz 46 angeordneten ringförmigen zweiten Dichtungselement 48. So verschließt die zylindrische Umfangswandung des Ventilzylinders 28 den zweiten Ausgang 18. Gleichzeitig ist das erste Stirnende 40 des Ventilzylinders 28 von dem ersten Dichtelement 42 an dem ersten Ventilsitz 38 beabstandet, so dass das Kühlwasser durch den Spalt zwischen dem Stirnende 40 und dem ersten Dichtelement 42 hindurch in den ersten Ausgang 16 strömen kann. Wenn sich das Kühlwasser nun erwärmt und das Ausdehnungselement 50 sich mit der Erwärmung ausdehnt, wird der Ventilzylinder 28 von dem zweiten Ventilsitz 46 weggedrückt, so dass das Stirnende 40 an dem ersten Dichtelement 42 des ersten Ventilsitzes 38 dichtend zur Anlage kommt. Dann verschließt die Umfangswandung des Ventilzylinders 28 den Weg zu dem ersten Ausgang 16 hin. Gleichzeitig kann Kühlwasser durch den sich dann bildenden Spalt zwischen dem zweiten Stirnende 44 und dem zweiten Dichtelement 48 hindurch in den zweiten Ausgang 18 strömen. So wird das Kühlwasser von der Kühlwasserpumpe 10 durch den Kompressor hindurch gefördert. Wenn nun am Kühlwassereintritt 22 ein Unterdruck herrscht bzw. zu wenig Kühlwasser zur Verfügung steht, sorgt die Abdichtung des ersten Ausganges 16 durch das erste Dichtelement 42 in dem Thermostatventil 12 sicher dafür, dass die Kühlwasserpumpe 10 kein Kühlwasser über die Rückflussleitung 20 ansaugen kann, so dass die Kühlwasserpumpe 10 stattdessen weiter Kühlwasser aus dem Kühlwassereintritt 22 ansaugt. So wird auch bei wenig zur Verfügung stehendem Kühlwasser eine Kühlung des Kompressors erreicht.
  • Durch das zweite Dichtelement 48 wird, wie in Fig. 2 gezeigt, der zweite Ausgang 18 dicht verschlossen. So ist sichergestellt, dass in der Startphase des Kompressors kein Kühlwasser durch den zweiten Ausgang 18 in den Kühlwasseraustritt 24 austritt. So wird in der Startphase das Kühlwasser aus dem Strömungsweg 4 vollständig in die Rückflussleitung 20 gefördert, sodass ein geschlossener Kühlwasserkreislauf geschaffen wird. Auf diese Weise wird ein verbessertes Temperaturmanagement des Kompressors erreicht. Zum einen wird ein schnelles und sicheres Erreichen der Betriebstemperatur gewährleistet und zum anderen auch eine ausreichende Kühlung bei unzureichender Kühlwasserversorgung sichergestellt.
    • Bezugszeichenliste
    • 2 -
    Kolbenkompressor
    4 -
    Kühlwasser-Strömungsweg
    6 -
    Zylinder
    8 -
    Kühler
    10 -
    Kühlwasserpumpe
    12 -
    Thermostatventil
    14 -
    Eingang
    16 -
    erster Ausgang
    18 -
    zweiter Ausgang
    20 -
    Rückflussleitung
    22 -
    Kühlwassereintritt
    24 -
    Kühlwasseraustritt
    26 -
    Ventilgehäuse
    28 -
    Ventilzylinder
    30 -
    Dichtungssatz
    32 -
    Nut
    34 -
    Innenring
    36 -
    Außenring
    38 -
    erster Ventilsitz
    40 -
    erstes Stirnende
    42 -
    erstes Dichtelement
    44 -
    zweites Stirnende
    46 -
    zweiter Ventilsitz
    48 -
    zweites Dichtelement
    50 -
    Ausdehnungselement
    52 -
    Feder
    X -
    Längsachse

Claims (14)

  1. Wassergekühlter Kolbenkompressor (2) mit zumindest einem Kühlwasser-Strömungsweg (4), welcher ausgangseitig des Kompressors (2) in einem Thermostatventil (12) mündet, welches mit einem ersten Ausgang (16) mit einer Rückflussleitung (20), welche stromaufwärts des Kompressors (2) in den Kühlwasser-Strömungsweg (4) mündet, und mit einem zweiten Ausgang (18) mit einem Kühlwasserauslass (24) verbunden ist, und welches einen beweglichen Ventilkörper (28) aufweist, welcher temperaturabhängig einen Strömungsweg zwischen dem ersten (16) und dem zweiten Ausgang (18) umschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (28) beim Verschließen des ersten Ausgangs (16) über ein erstes elastisches Dichtelement (42) gegen einen ersten Ventilsitz (38) abgedichtet ist.
  2. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elastische Dichtelement (42) fest an dem ersten Ventilsitz (38) angeordnet ist.
  3. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (28) beim Verschließen des zweiten Ausganges (18) über ein zweites elastisches Dichtelement (48) gegen einen zweiten Ventilsitz (46) abgedichtet ist.
  4. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite elastische Dichtelement (48) fest an dem zweiten Ventilsitz (46) angeordnet ist.
  5. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (28) aus Metall gefertigt ist.
  6. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (28) rohrförmig ausgebildet ist und mit seinem ersten Stirnende (40) dem ersten elastischen Dichtelement (42) derart gegenüberliegt, dass das erste Stirnende (40) zum Verschließen des ersten Ausganges (16) an dem ersten elastischen Dichtelement (42) zur Anlage kommt.
  7. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (28) rohrförmig ausgebildet ist und mit seinem zweiten Stirnende (44) dem zweiten elastischen Dichtelement (48) derart gegenüberliegt, dass das zweite Stirnende (44) zum Verschließen des zweiten Ausganges (18) an dem zweiten elastischen Dichtelement (48) zur Anlage kommt.
  8. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (42, 48) aus einem Elastomer, insbesondere Gummi gefertigt sind.
  9. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichtelement (42) scheibenförmig ausgebildet ist.
  10. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtelement (48) ringförmig ausgebildet ist.
  11. Wassergekühlter Kolbenkompressor, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (28) einen zylindrischen Außenumfang aufweist und axial beweglich in einem am Außenumfang anliegenden Dichtungsring (30) geführt ist.
  12. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (30) zumindest an seinem Innenumfang, welcher an dem Außenumfang des Ventilkörpers (28) anliegt, aus Polytetrafluorethylen besteht.
  13. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (30) einen Innenring (34) aus Polytetrafluorethylen und einen diesen außenumfänglich umgebenden Außenring (36) aus einem Elastomer aufweist.
  14. Wassergekühlter Kolbenkompressor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (30) in einem Gehäuseabschnitt zwischen dem ersten (16) und dem zweiten Ausgang (18) gehalten ist.
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