EP3781815A1 - Kompressorvorrichtung und kompressionsverfahren - Google Patents

Kompressorvorrichtung und kompressionsverfahren

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EP3781815A1
EP3781815A1 EP19723320.8A EP19723320A EP3781815A1 EP 3781815 A1 EP3781815 A1 EP 3781815A1 EP 19723320 A EP19723320 A EP 19723320A EP 3781815 A1 EP3781815 A1 EP 3781815A1
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EP
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drive
compression
space
piston
gas
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Stephan HILLEBRAND
Patrick ZEISBERG
Nils Friedrich
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Sera GmbH
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    • F04B9/1178—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid having plural pumping chambers the pumping members not being mechanically connected to each other the movement of each piston in one direction being obtained by a single-acting piston liquid motor the movement in the other direction being obtained by a hydraulic connection between the liquid motor cylinders
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/12—Kind or type gaseous, i.e. compressible

Definitions

  • the invention relates to a compressor device and a compression method having the features of independent claims 1 and 13.
  • Such compressor devices are, for example, suitable for applications in the process industry, in mechanical engineering or in the hydrogen economy, in which it is necessary to compress a gas for transport, storage, processing or use.
  • the gas to be compressed may be, for example, a non-corrosive, solids-free gas such as hydrogen, helium, carbon dioxide, argon, nitrogen or ethylene.
  • a non-corrosive, solids-free gas such as hydrogen, helium, carbon dioxide, argon, nitrogen or ethylene.
  • other gases or gas mixtures can be compressed.
  • hydraulically driven piston compressors which are driven by means of a drive cylinder.
  • the drive is effected by a movement of a drive piston, which is connected to a mechanical connecting means, such as a piston rod, with a compression piston, with the periodically a volume change of a compression space - and thus a gas compression - is effected.
  • a hydraulically driven piston compressor can, for example, have a compression piston and a drive piston coupled to the compression piston (2-piston principle). Also a coupling of two compression pistons with a drive piston (3-piston principle) is possible.
  • the use of a plurality of compression pistons may be used to compress a larger volume of the gas per unit time or to increase the compression of the gas.
  • the gas can first be compressed in a first compression cylinder and then flow into a second and possibly a plurality of further compression cylinders and be further compressed.
  • any number of such compression stages is conceivable.
  • EP 0 064 177 describes a three-piston compressor device with up to four compression stages.
  • a general problem in the operation of a hydraulically driven reciprocating compressor is a possible contamination of the gas, for example a sensitive gas such as hydrogen, by the hydraulic fluid, for example hydraulic oil, or contamination by unwanted particles.
  • the contamination may e.g. by propagating into the compression space along the piston rod.
  • the invention is based on the object to provide an improved compressor device, in particular, the risk of contamination of the gas is reduced.
  • a compressor device for compressing a gas comprises at least one compression space in at least one compression cylinder.
  • At least one drive piston is arranged in each case in at least two drive cylinders.
  • the drive pistons separate the at least two drive cylinders each into two drive spaces.
  • the at least one first or second drive space is periodically pressurized with a hydraulic fluid to move the respective drive piston.
  • Such a compressor device may be formed, for example, by a hydraulic oil hydraulically driven piston compressor which is used for compression of gases such as hydrogen or helium in the at least one compression cylinder.
  • the at least one compression space can be formed, for example, by a, in particular cylindrical, cavity in the at least one compression cylinder.
  • the gas may flow into the at least one compression cylinder through a valve-controlled gas inlet and through a valve-controlled gas outlet.
  • At least one drive piston is arranged in the at least two drive cylinders and separates the at least two drive cylinders into two drive spaces. If, for example, the hydraulic fluid flows into the at least one first drive space, the first drive piston is moved in the drive cylinder and the at least one first drive space increases. Since the first drive piston divides the first drive cylinder into two subspaces, the remaining drive space can be correspondingly reduced.
  • the respective remaining drive spaces in the at least two drive cylinders are non-positively connected with each other by a fluid via a connecting piece.
  • a frictional connection can also be understood as a fluidic coupling.
  • the respective remaining drive spaces may be, for example, a third and a fourth drive space.
  • the periodic loading of the drive chambers with hydraulic fluid can cause the drive pistons to move periodically coupled with each other due to the fluidic coupling.
  • a drive space becomes larger as the other becomes smaller.
  • the fluidic coupling can cause the respectively decreasing drive space to deliver the fluid to the other coupled drive space, which increases accordingly.
  • the movement of the drive piston can thus be synchronized.
  • the movement can take place in the sense of a differential cylinder, in which the at least one first drive piston performs an opposite movement to the at least one second drive piston.
  • the at least one first drive piston can also perform a parallel movement to the at least one second drive piston in the sense of a synchronous hydraulic cylinder.
  • the operation of a synchronous hydraulic cylinder is more expensive than the operation of a differential cylinder.
  • a synchronization device may be provided. The synchronization device can cause a correction of the movement of the drive piston.
  • the synchronization device can be formed for example by a pressure equalization line.
  • the pressure compensation line may be arranged at one end of a drive space, at which a reversal of the movement of an associated drive piston takes place.
  • the drive piston can be bridged by means of the pressure equalization line. This can be synchronized by means of the pressure equalization line, the fluid pressure between the two drive spaces of the respective drive cylinder.
  • the pressure equalization line may further comprise a check valve. This principle can be understood as a healing or automatic stroke correction of the drive piston.
  • the movement of the drive piston can be transmitted via at least one mechanical connection means to at least one compression piston movably arranged in the at least one compression cylinder.
  • the at least one compression piston limits the at least one compression space in the at least one compression cylinder on one side, so that movements of the drive piston can be converted into a volume change of the at least one compression space.
  • At least one drive piston can be driven via at least two drive pistons. In particular, two drive pistons each drive a compression piston.
  • the at least one compression cylinder is spatially separated from the at least two drive cylinders by a distance.
  • the distance may refer to a distance between the at least one compression cylinder and the at least two drive cylinders along a direction of movement of the at least one drive piston.
  • the distance may be extended along the force of gravity.
  • the at least one compression cylinder with the at least two drive cylinders has no common wall.
  • a wall can be formed, for example, by a compression cylinder housing of the at least one compression cylinder or a drive cylinder housing of the at least two drive cylinders.
  • a common wall may be present when the compression cylinder housing is adjacent to the drive cylinder housing.
  • a common wall may mean that the compression cylinder is in contact with one of the at least two drive cylinders.
  • the distance between the compression cylinders and the drive cylinder is at least as large as a maximum distance traveled by one of the respective at least one drive piston in the associated drive cylinder.
  • the distance may in particular correspond to a stroke length of the at least one drive piston.
  • the distance can therefore be understood as a distance between two positions of each of the at least one drive piston.
  • the volume of an associated drive space may be minimal.
  • the hydraulic fluid can change from outflows from the drive space to inflow into the drive space.
  • the volume of the drive space can be maximum.
  • the hydraulic fluid may change from inflow into the drive space to outflow from the drive space.
  • the length can also be understood as the maximum stroke or as a maximum distance covered by the drive piston in the drive cylinder.
  • At least one connecting space is arranged between the at least one compression cylinder and the at least two drive cylinders, which can be filled with a functional gas, in particular for flushing the at least one connecting space for detecting leaks in the at least one connecting space and / or blocking the at least one connecting space is.
  • a first connection space may extend from the at least one first drive cylinder to the at least one compression cylinder.
  • the second connection space may extend from the at least one second drive cylinder to the at least one compression cylinder.
  • a common connection space may extend from the at least one first drive cylinder and the second drive cylinder to the at least one compression cylinder or a plurality of compression cylinders.
  • the at least one mechanical connection means may extend from the at least one first drive cylinder and / or the at least one second drive cylinder to the at least one compression cylinder through the at least one connection space.
  • the at least one connection space can be surrounded, for example, by a connection housing.
  • the connecting housing can limit the at least one connecting space in a gastight manner. Therefore, the at least one mechanical connection means can be protected by the at least one connection space, for example against external contamination such as undesired gases and particles.
  • the at least one connection space is filled with a functional gas.
  • the at least one connection space can be filled with a purge gas.
  • the purge gas can be removed by rinsing the connecting space unwanted gases and particles from the at least one connecting space.
  • the at least one connection space is filled with a leak gas.
  • a leak gas may be used to detect leaks in the at least one communication space.
  • the at least one connection space can be filled with a sealing gas.
  • the gas can serve to block the at least one connecting space for gaseous media.
  • a barrier gas can prevent ingress of undesirable substances into the at least one communication space.
  • the at least one compression cylinder and the at least two drive cylinders can be spaced from one another via the at least one connecting space.
  • the at least one connection space at least as be long, such as a maximum distance covered by one of the at least one drive piston in the associated drive cylinder.
  • the distance between the at least two drive cylinders and the at least one compression cylinder can thus be encompassed by the at least one connection space.
  • the at least one connecting space can form a distance space, over which the at least two drive cylinders are spaced from the at least one compression cylinder.
  • the at least one connecting space can in particular be designed as a lantern, so that an oil-free compression is made possible.
  • At least one measuring device can be arranged in at least one of the two drive spaces, with which, for example, a position of the respective at least one drive piston in the associated drive cylinder can be determined.
  • the particular position may serve to determine at which time the at least one first and second drive space is to be pressurized with fluid pressure.
  • a reversal of motion of the respective at least one drive piston can be controlled.
  • the at least one measuring device can be formed for example by a position sensor.
  • the at least one measuring device can also be formed by a position measuring system, which can be arranged, for example, on the at least one drive cylinder.
  • the at least one measuring device is arranged in the at least one connecting space in order to determine a position of the at least one mechanical connecting means.
  • Another example of an arrangement of the at least one measuring device is on the at least one compression cylinder to determine a position of the at least one compression piston.
  • the at least two drive cylinders are arranged below the at least one compression cylinder. Below this can be understood in terms of earth gravity.
  • the at least two drive cylinders are thus arranged lower along the earth gravity than the at least one compression cylinder. As a result, for example, leaked from a drive chamber hydraulic fluid not due to the gravity of the at least two drive cylinders, spread in the direction of the at least one compression cylinder.
  • a seal in particular a labyrinth seal, may be provided between the at least one compression cylinder and the at least one compression piston and / or the at least one mechanical connection means.
  • a cooling device is arranged on the at least one compression cylinder, which dissipates waste heat arising during operation of the at least one compression cylinder.
  • the cooling device may e.g. be designed as air or water cooling.
  • the compressed gas it is also possible for the compressed gas to be able to be conveyed from a first compression space as a gas to be further compressed into a second, third or fourth compression space for compression in order to form a multi-stage compression.
  • the gas to be further compressed can be conducted into any number of additional compression spaces for further compression.
  • a valve device may be provided.
  • a hydraulic actuation of the drive piston can be decoupled.
  • the valve device can be controllable in dependence on data, information and / or process parameters which can be generated, for example, by means of the at least one measuring device.
  • the valve device is controllable by a control system.
  • the control system may control the admission of the at least one first and second drive space with the hydraulic fluid by means of the valve device.
  • the control system can access data, in particular position data or movement data, from the at least one measuring device.
  • the control system may access process parameters such as fluid pressure or amount of delivered hydraulic fluid (delivery) for control.
  • the object is also achieved by a compression method having the features of claim 13.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a compressor device (single-acting, single-stage, water-cooled, rod-side hydraulic coupling of the drive spaces);
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a compressor device (single-acting, single-stage, air-cooled, rod-side hydraulic coupling of the drive spaces);
  • FIG 3 shows a third embodiment of a compressor device (single-acting, single-stage, water-cooled, piston-side hydraulic coupling of the drive spaces);
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of a compressor device (single-acting, two-stage, water-cooled, rod-side hydraulic coupling of the drive spaces);
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of a compressor device (double-acting, four-stage, water-cooled, rod-side hydraulic coupling of the drive spaces);
  • FIG. 6a shows an embodiment of a compression device with a valve control in a first position
  • FIG. 6b shows the embodiment according to FIG. 6a in a second position
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a further embodiment of a compression device with a four-stage compression
  • 8A is a schematic illustration of an alternative embodiment of a compression device with three two-stage compaction
  • Fig. 8B is a schematic representation of an alternative embodiment of a compression device with a four-stage compression
  • 8C is a schematic representation of an alternative embodiment of a compression device with a four-stage compression with an alternative guidance of the gas to be compressed
  • Fig. 8D is a schematic representation of an alternative embodiment of a compression device with a three-stage compression.
  • FIG. 1 an embodiment of a compressor device 100 is shown, which has a compression chamber 1 a, 1 b in each case a compression cylinder 2a, 2b for a gas.
  • the compression cylinders 2a, 2b are arranged vertically, parallel to each other, wherein the from the compression chambers 1 a, 1 b entering (to be compressed) gas or the exiting (compressed gas) is represented by double arrows on the front side of the compression cylinder.
  • the compression chambers 1 a, 1 b each have a gas inlet 5a, 6a and a gas outlet 5b, 6b.
  • the gas inlet 5a, 6a and the gas outlet 5b, 6b may be formed by gas valves (not shown).
  • the volume of the compression chambers 1 a, 1 b is changed during the compression process periodically via compression piston 3 a, 3 b.
  • the compression pistons 3 a, 3 b respectively bound the compression spaces 1 a, 1 b downwardly movable in the compression cylinder 2 a, 2 b.
  • Compression plungers 3a, 3b in operation in the illustrated embodiment perform work only at one stroke, i. they are single-acting.
  • the compressor device 100 is aligned so that the earth's gravity points down. It is also conceivable and possible to align the compressor device 100 with respect to the earth's gravity as desired. For example, the compressor device 100 may be oriented horizontally to earth gravity.
  • the drive cylinders 12a, 12b are below the at least one
  • Compression cylinder 2a, 2b each arranged coaxially to each other.
  • the drive cylinders 12a, 12b are arranged above the at least one compression cylinder 12a, 12b.
  • drive pistons 13a, 13b disposed in the two drive cylinders 12a, 12b serve to drive the compression pistons 3a, 3b.
  • the two drive pistons 13a, 13b divide the interior spaces of the drive cylinders 12a, 12b into two drive spaces 11a, 11b, 11c, 11d, respectively.
  • the volume of the drive spaces 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d vary.
  • the sum of the volumes of the drive spaces 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d in each case a drive cylinder 12a, 12b is constant.
  • the first and second drive space 1 1 a, 1 1 b are applied periodically with a hydraulic fluid.
  • the incoming and outgoing hydraulic fluid is represented by double arrows (hydraulic fluid access 18a, 18b). If e.g. Hydraulic fluid is pressed into the first drive space 1 1 a, the drive piston 13 a moves upward. The movement takes place along the axes of movement Ba, Bb.
  • a third and fourth drive space 1 1 c, 1 1 d are arranged, which are fluidly connected to each other via a connecting piece (15).
  • the drive pistons 13a, 13b are at least one mechanical
  • Connecting means 20a, 20b here a straight rod, coupled to the compression piston 3a, 3b.
  • the drive cylinders 12a, 12b and the compression cylinders 2a, 2b lie one above the other in alignment.
  • a movement of the drive pistons 13a, 13b is transferable to the compression pistons 3a, 3b movably arranged in the compression cylinders 2a, 2b.
  • movements of the drive piston 13a, 13b in a volume change of the compression chambers 1 a, 1 b can be implemented.
  • the compression cylinders 2a, 2b are spatially separated from the two drive cylinders 12a, 12b by a distance Da, Db, respectively. Setting these distances Da, Db minimizes the risk that e.g. Contaminants are carried by the drive cylinders 12a, 12b to the compression cylinders 13a, 13b.
  • the distance Da, Db may be selected to be at least as long as the maximum distance traveled by one of the drive pistons 13a, 13b in the associated drive cylinder 12a, 12b.
  • connection space 30 a, 30 b is arranged, which is provided with a functional gas for flushing the at least one connection space 30 a, 30 b, for detecting leaks in the at least a connection space 30a, 30 and / or for blocking the at least one connection space 30a, 30b can be filled.
  • the at least one connection space 30a, 30b is surrounded by a connection housing 40a, 40b.
  • the embodiment according to FIG. 1 has a cooling device 8a, 8b with which the compression cylinders 2a, 2b can be cooled in order to dissipate the waste heat produced during operation.
  • the cooling device is designed as a water cooling; the incoming and outgoing water is represented by arrows. A water cooling is useful especially at higher compressor power.
  • the 1 shows schematically a measuring device 17 with which the position of one of the drive pistons 13a, 13b can be determined.
  • the measuring device 17 is formed by a position sensor.
  • a stroke of 500 mm can be realized.
  • the total height of the device would then be approximately 1, 800 mm. In principle, other dimensions are feasible.
  • FIG. 1 represents a single-acting, single-stage, water-cooled, compressor device 100 with a rod-side hydraulic coupling.
  • the term rod-side here refers to the relative arrangement to the mechanical connection means 20a, 20b (rod).
  • a second embodiment is shown, which is also single-acting, single-stage and rod-side hydraulically coupled, but which has an air cooling.
  • FIG. 3 shows a third embodiment which represents a further variant of the embodiment of FIG.
  • the first embodiment has water cooling.
  • the hydraulic coupling via the connecting piece 15 takes place on the piston side and not rod side. Accordingly, the hydraulic fluid supply lines 18a, 18b are above the drive pistons 13a, 13b, ie rod side.
  • Compressor devices of the type shown here can also be designed as two-stage compressors.
  • Fig. 4 shows a single-acting, two-stage, water-cooled variant with a rod-side hydraulic coupling. Otherwise, the fourth embodiment corresponds to the first embodiment.
  • a further variant is shown.
  • a water-cooled compression device 100 in which a rod-side hydraulic coupling of the drive spaces 1 1 c, 1 1 d is present.
  • the compression space 1 a, 1 b is formed in this embodiment so that the compressor device 100 operates double-acting, i. each stroke of the compression piston 3a, 3b does work. Accordingly, the compression spaces 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1 f each have an inlet and an outlet.
  • FIGS. 6a, 6b Another advantage of the compressor device 100 results from the hydraulically coupled drive cylinders 12a, 12b. Due to the fact that the two compression pistons 3a, 3b are each driven by their own drive cylinders 12a, 12b, the construction of a suitable hydraulic circuit allows the stroke of a first cylinder to be varied during operation independently of the second drive cylinder. An embodiment of this is shown in FIGS. 6a, 6b.
  • the two stages Due to the possibility of driving a variable stroke in one of the two drive cylinders 12a, 12b, the two stages can be adapted during operation to changing operating conditions. As a result, an unnecessary heat development is avoided by greatly varying compression ratios in the two stages and the inlet pressure can be optimally operated in a larger area (especially in small pressure ranges).
  • This stroke adjustment is achieved by a modified hydraulic guide in the drive cylinders 12a, 12b.
  • a pressure equalization line 1 6a, 1 6b is arranged at one end of the third and fourth drive space 1 1 c, 1 1 d, at which a reversal of the movement of the respective drive piston 13a, 13b.
  • the pressure equalization line 1 6a, 1 6b bridges in a position of the drive piston 13a, 13b, in which the reversal of the Movement takes place, the drive piston 13a, 13b, so that the two drive spaces 1 1 a, 1 1 c, 1 1 b, 1 1 d of a drive cylinder 12a, 12b via the pressure equalization line 1 6a, 1 6b are connectable.
  • the pressure equalization line 1 6a, 1 6b a check valve 1 61 a, 1 61 b aut.
  • FIG. 7 shows a modification of the embodiment according to FIG. 5, so that reference can also be made to the above description.
  • a four-stage compression is realized, in which the first compression space 1 a forms the first stage.
  • the compressed gas Via the gas outlet 5b and the gas inlet 6a, the compressed gas is supplied to a second stage in the compression space 1b.
  • the gas Via the gas outlet 6b of this compression chamber 1b, the gas is then fed to a third stage, which is realized in a third compression chamber 1 c.
  • the gas is fed back to the first compression cylinder in which in the compression space 1 d a fourth compression stage is realized.
  • the gas flow between the two compression cylinders is shown by arrows.
  • the size of the compression spaces 1 a, 1 b, 1 c, 1 d is possibly to the
  • an at least two-stage compression is realized in which the first compression space 1 a and the fourth compression space 1 d form the first stage.
  • the gas to be compressed is fed via a respective gas inlet 5a, 5a 'to the first compression chamber 1a and the fourth compression chamber 1d.
  • the gas to be compressed in particular alternately alternately the first compression chamber 1 a and the fourth compression chamber 1 d supplied.
  • Via a respective gas outlet 5b, 5b ' the compressed gas is supplied as further compressible gas of a second stage in the compression chambers 1 b, 1 c.
  • the gas to be compressed further is supplied via a respective gas inlet 6a, 6a 'to the second compression space 1b and to the third compression space 1c.
  • the gas from the first compression chamber 1 a is supplied to the second compression chamber 1 b and the gas from the fourth compression chamber 1 d supplied to the third compression chamber 1 c. about a gas outlet 6b, 6b ', the further compressed gas from the second compression chamber 1 b and the third compression space le is continued.
  • the further compressed gas in the second stage is continued for further processing.
  • the further compressed gas from the second compression chamber 1b and the third compression chamber 1c is supplied to further compression stages.
  • the compressor devices of Figs. 8A and 8B include four compression cylinders 2a, 2b, 2c, 2d. This corresponds to the
  • Compressor devices substantially the embodiment of Fig. 7, wherein the two compression cylinders 2c, 2d are supplemented.
  • a cooling device 8c, 8d is arranged, with which the
  • Compression cylinder 2c, 2d are coolable.
  • the movement of the drive pistons 13a, 13b is via four in each case a mechanical connecting means 20a, 20b
  • Compression piston 3a, 3b, 3c, 3d transferable, each in one
  • Compression cylinder 2a, 2b, 2c, 2d are arranged to be movable.
  • two compression pistons 3a, 3b, 3c, 3d are arranged.
  • the compression pistons 3a, 3b, 3c, 3d can divide the compression cylinders 2a, 2b, 2c, 2d into two compression spaces in each case in which gas can be compressed independently of one another or in several stages.
  • An order in which the gas for compression through the compression spaces of the compressor device is guided, can be arbitrarily selected.
  • a number of the stages of the compression and / or a number of simultaneously operated, possibly multi-stage, densifications can be selected as desired.
  • gas is compressed in the first compression chamber 1 a and then fed to the second compression chamber 1 b. Regardless, gas is compressed in a fifth compression space 1e of the third compression cylinder 2c.
  • the gas to be compressed is supplied via a gas inlet 7a the fifth compression chamber 1 e.
  • Via a gas outlet 7b is the compressed Gas as further compressed gas to another stage in a sixth compression chamber 1 f supplied.
  • the gas to be further compressed is supplied via a gas inlet 7a 'the sixth compression chamber 1 f. Via a gas outlet 7b ', the further compressed gas from the sixth compression chamber 1 f is continued.
  • the gas may also be compressed in more than two stages.
  • a four-stage compressor device is shown in FIG. 8B.
  • gas is supplied to the gas inlet 7a of the fifth compression space 1e in which a third compression stage is realized. Via a gas outlet 7b of the compression chamber 1 e, the gas is then fed to a fourth stage, which is realized in a sixth compression chamber 1 f.
  • the gas is supplied to the sixth compression space 1 f via a gas inlet 7a '. Via a gas outlet 7b 'in the sixth compression chamber 1 f compressed gas is continued for further processing.
  • the diameters of the drive pistons 3a, 3d are larger than the diameters of the drive pistons 3b, 3c. Basically, the size of the drive piston 3a, 3b, 3c, 3d as well as the size of the compression chambers 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, if necessary, to adapt to the compression task.
  • FIG. 8C An alternative routing of the gas through the compressor device is shown in FIG. 8C.
  • the compressed gas is supplied therein as gas to be further compressed via the gas outlets 5b, 5b 'of a second stage in the compression space 1c.
  • the gas to be compressed further is supplied via a respective gas inlet 6a, 6a 'to the second compression space 1b and to the third compression space 1c.
  • the further compressed gas is supplied to the fifth compression chamber 1 e.
  • the gas is supplied to the fourth stage of the sixth compression space 1 f.
  • the gas may be provided from the fifth compression space 1e for further processing from the third stage, as shown in Fig. 8D.
  • the movement of the drive piston 13a via the mechanical connection means 20a is transferable to a compression piston 3a, wherein the movement of the drive piston 13b via the mechanical connection means 20b on two compression piston 3b, 3c is transferable.
  • any Number of associated with the mechanical connection means 20a, 20b compression piston as well as any guidance of the compressed, compressed and further compressed gas in the compression chambers conceivable and possible.
  • the size of the compression chambers 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1 f is possibly to adapt to the compression task.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kompressorvorrichtung (100) zur Kompression eines Gases in mindestens einem Kompressionsraum (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f) in mindestens einem Kompressionszylinder (2a, 2b), wobei a) in mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) jeweils mindestens ein Antriebskolben (13a, 13b) angeordnet ist, der die mindestens zwei Antriebszylinder (12a, 12b) jeweils in zwei Antriebsräume (11a, 11b, 11c, 11d) trennt und b) wobei der mindestens eine erste und zweite Antriebsraum (11a, 11b, 11c, 11d) mit einem Hydraulikfluid zur Bewegung des jeweiligen Antriebskolbens (13a, 13b) periodisch mit Fluiddruck beaufschlagbar ist und c) die jeweils verbleibenden Antriebsräume (11c, 11d, 11a, 11b) in den mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) welche durch ein Fluid über ein Verbindungsstück (15) kraftschlüssig miteinander in Verbindung stehen und d) die Bewegung der Antriebskolben (13a, 13b) über mindestens ein mechanisches Verbindungsmittel (20a, 20b) auf mindestens einen, in dem mindestens einen Kompressionszylinder (2a, 2b) beweglich angeordneten Kompressionskolben (3a, 3b) übertragbar ist, der an einer Seite den mindestens einen Kompressionsraum (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f) in dem mindestens einen Kompressionszylinder (2a, 2b) beweglich begrenzt, so dass Bewegungen der Antriebskolben (13a, 13b) in eine Volumenänderung des mindestens einen Kompressionsraums (1a, 1b) umsetzbar sind, e) wobei der mindestens eine Kompressionszylinder (2a, 2b) von den mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) räumlich durch einen Abstand (Da, Db) getrennt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einen Kompressionszylinder (2a, 2b) und den mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) mindestens ein Verbindungsraum (30a, 30b) angeordnet ist, der mit einem Funktionsgas ausgefüllt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Kompressionsverfahren.

Description

Kompressorvorrichtung und Kompressionsverfahren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Kompressorvorrichtung und ein Kompressionsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 13.
Derartige Kompressorvorrichtungen kommen beispielsweise für Anwendungen in der Prozessindustrie, im Maschinenbau oder in der Wasserstoffwirtschaft in Betracht, bei denen es erforderlich ist, ein Gas für Transport, Lagerung, Verarbeitung oder Benutzung zu komprimieren.
Das zu komprimierende Gas kann beispielsweise ein nicht-korrosives, feststofffreies Gas wie Wasserstoff, Helium, Kohlenstoffdioxyd, Argon, Stickstoff oder Ethylen sein. Grundsätzlich können auch andere Gase oder Gasgemische komprimiert werden. Aus dem Stand der Technik sind hydraulisch angetriebene Kolbenkompressoren bekannt, die mittels eines Antriebszylinders antreibbar sind. Der Antrieb erfolgt durch eine Bewegung eines Antriebskolbens, der mit einem mechanischen Verbindungsmittel, wie zum Beispiel einer Kolbenstange, mit einem Kompressionskolben verbunden ist, mit dem periodisch eine Volumenänderung eines Kompressionsraums - und damit eine Gaskompression - bewirkt wird.
Ein hydraulisch angetriebener Kolbenkompressor kann beispielsweise einen Kompressionskolben und einen mit dem Kompressionskolben gekoppelten Antriebskolben (2-Kolben-Prinzip) aufweisen. Ebenfalls ist eine Kopplung von zwei Kompressionskolben mit einem Antriebskolben (3-Kolben-Prinzip) möglich.
Die Verwendung einer Vielzahl von Kompressionskolben kann dazu genutzt werden, ein größeres Volumen des Gases pro Zeiteinheit zu komprimieren oder die Kompression des Gases zu verstärken. Zur Verstärkung der Kompression kann das Gas zunächst in einem ersten Kompressionszylinder komprimiert werden und dann in einen zweiten und gegebenenfalls eine Vielzahl weiterer Kompressionszylinder strömen und weiter komprimiert werden. Grundsätzlich ist eine beliebige Anzahl derartiger Kompressionsstufen denkbar. In der Druckschrift EP 0 064 177 ist beispielsweise eine 3-Kolben-Kompressorvorrichtung mit bis zu vier Kompressionsstufen beschrieben.
Ein generelles Problem beim Betrieb eines hydraulisch angetriebenen Kolbenkompressors ist eine mögliche Kontamination des Gases, beispielsweise eines sensiblen Gases wie Wasserstoff, durch das Hydraulikfluid, beispielsweise Hydrauliköl, oder eine Kontamination durch unerwünschte Partikel. Die Kontamination kann z.B. durch Ausbreitung in den Kompressionsraum entlang der Kolbenstange erfolgen.
Eine Anordnung einer 3-Kolben-Kompressorvorrichtung ist in der oben genannten Druckschrift EP 0 064 177 beschrieben. Ein Abschnitt der Kolbenstange wechselt bei jeder Verstellung des Antriebskolbens zwischen dem Antriebszylinder mit dem Hydraulikfluid und dem Kompressionszylinder mit dem Gas, so dass eine Kontamination durch Verschleppen denkbar ist. Problematisch bei der horizontalen Anordnung ist außerdem, dass insbesondere Dichtungen an der Kolbenstange, die Kompressionszylinder und Antriebszylinder abdichten, oder Dichtungen an den Kompressionskolben einseitig verschleißen können, so dass das Risiko einer Kontamination des Gases auch bei dieser Anordnung besteht. Insbesondere bei einer teilweise verschlissenen Dichtung ist das Risiko einer Kontamination durch Schleppöl sehr hoch.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine verbesserte Kompressorvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der insbesondere das Risiko der Kontamination des Gases verringert ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Kompressorvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Kompressionsverfahren nach Anspruch 13 gelöst.
Demgemäß umfasst eine Kompressorvorrichtung zur Kompression eines Gases mindestens einen Kompressionsraum in mindestens einem Kompressionszylinder. In mindestens zwei Antriebszylindern ist jeweils mindestens ein Antriebskolben angeordnet. Die Antriebskolben trennen die mindestens zwei Antriebszylinder jeweils in zwei Antriebsräume. Der mindestens eine erste oder zweite Antriebsraum ist mit einem Hydraulikfluid zur Bewegung des jeweiligen Antriebskolbens periodisch mit Druck beaufschlagbar.
Eine derartige Kompressorvorrichtung kann beispielsweise durch einen mit Hydrauliköl hydraulisch angetriebenen Kolbenkompressor gebildet sein, der für Kompression von Gasen wie Wasserstoff oder Helium in dem mindestens einen Kompressionszylinder verwendet wird. Der mindestens eine Kompressionsraum kann beispielweise durch einen, insbesondere zylinderförmigen, Hohlraum in dem mindestens einen Kompressionszylinder gebildet sein. Das Gas kann beispielsweise in den mindestens einen Kompressionszylinder durch einen ventilgesteuerten Gaseinlass einströmen und durch einen ventilgesteuerten Gasauslass ausströmen.
In den mindestens zwei Antriebszylindern sind jeweils mindestens ein Antriebskolben angeordnet, die die mindestens zwei Antriebszylinder jeweils in zwei Antriebsräume trennen. Wenn beispielsweise das Hydraulikfluid in den mindestens einen ersten Antriebsraum einströmt, wird der erste Antriebskolben im Antriebszylinder bewegt und der mindestens eine erste Antriebsraum vergrößert sich. Da der erste Antriebskolben den ersten Antriebszylinder in zwei Teilräume teilt, kann sich der verbleibende Antriebsraum entsprechend verkleinern.
Die jeweils verbleibenden Antriebsräume in den mindestens zwei Antriebszylindern stehen durch ein Fluid über ein Verbindungsstück kraftschlüssig miteinander in Verbindung. Eine derartige kraftschlüssige Verbindung kann auch als fluidische Kopplung verstanden werden. Die jeweils verbleibenden Antriebsräume können beispielsweise ein dritter und ein vierter Antriebsraum sein.
Die periodische Beaufschlagung der Antriebsräume mit Hydraulikfluid kann dazu führen, dass sich die Antriebskolben auf Grund der fluidischen Kopplung miteinander gekoppelt periodisch bewegen. In jedem der Antriebszylinder wird beispielsweise ein Antriebsraum größer, wenn der andere kleiner wird. Die fluidische Kopplung kann bewirken, dass der jeweils kleiner werdende Antriebsraum das Fluid an den anderen gekoppelten Antriebsraum abgibt, der sich entsprechend vergrößert.
Die Bewegung der Antriebskolben kann somit synchronisiert sein. Beispielsweise kann die Bewegung im Sinne eines Differenzialzylinders erfolgen, bei dem der mindestens eine erste Antriebskolben eine entgegengesetzte Bewegung zu dem mindestens einen zweiten Antriebskolben ausführt. Der mindestens eine erste Antriebskolben kann ebenso im Sinne eines Gleichlauf-Hydraulikzylinders eine parallele Bewegung zu dem mindestens einen zweiten Antriebskolben ausführen. Im Vergleich ist grundsätzlich der Betrieb eines Gleichlauf-Hydraulikzylinders aufwendiger als der Betrieb eines Differenzialzylinders.
Zwischen dem mindestens einen ersten und zweiten Antriebsraum und den jeweils verbleibenden Antriebsräumen können unerwünschte Leckagen auftreten. Dies kommt insbesondere im Laufe des Betriebs von einer Hochdruck- zu einer Niederdruckseite vor. Die Leckagen können dazu führen, dass die Bewegung der Antriebskolben nicht synchronisiert ist. Um den Fluiddruck zwischen dem mindestens einen ersten und zweiten Antriebsraum und den jeweils verbleibenden Antriebsräumen zu synchronisieren, kann in einer Ausführung eine Synchronisationseinrichtung vorgesehen sein. Die Synchronisationseinrichtung kann eine Korrektur der Bewegung der Antriebskolben bewirken.
Die Synchronisationseinrichtung kann beispielsweise durch eine Druckausgleichsleitung gebildet sein. Die Druckausgleichsleitung kann an einem Ende eines Antriebsraums angeordnet sein, an dem eine Umkehr der Bewegung eines zugeordneten Antriebskolbens erfolgt. Der Antriebskolben kann mittels der Druckausgleichsleitung überbrückbar sein. Dadurch kann mittels der Druckausgleichsleitung der Fluiddruck zwischen den beiden Antriebsräumen des betreffenden Antriebszylinders synchronisierbar sein. Zur Steuerung des Druckausgleichs, also beispielsweise zum Öffnen oder Schließen der Druckausgleichsleitung, kann die Druckausgleichsleitung weiterhin ein Rückschlagventil aufweisen. Dieses Prinzip kann als heilende oder automatische Hubkorrektur der Antriebskolben verstanden werden.
Die Bewegung der Antriebskolben ist über mindestens ein mechanisches Verbindungsmittel auf mindestens einen, in dem mindestens einen Kompressionszylinder beweglich angeordneten Kompressionskolben übertragbar. Der mindestens eine Kompressionskolben begrenzt in einer Ausführung an einer Seite den mindestens einen Kompressionsraum in dem mindestens einen Kompressionszylinder, so dass Bewegungen der Antriebskolben in eine Volumenänderung des mindestens einen Kompressionsraums umsetzbar sind. Über mindestens zwei Antriebskolben kann mindestens ein Kompressionskolben angetrieben werden. Insbesondere können zwei Antriebskolben jeweils einen Kompressionskolben antreiben.
Der mindestens eine Kompressionszylinder ist von den mindestens zwei Antriebszylindern räumlich durch einen Abstand getrennt angeordnet. Beispielsweise kann sich der Abstand auf einen Abstand zwischen dem mindestens einen Kompressionszylinder und den mindestens zwei Antriebszylindern entlang einer Bewegungsrichtung des mindestens jeweils einen Antriebskolbens beziehen. Insbesondere kann der Abstand entlang der Schwerkraft erstreckt sein. Damit kann die Gefahr der Kontamination des zu komprimierenden Gases minimiert werden. In einem Ausführungsbeispiel weist der mindestens eine Kompressionszylinder mit den mindestens zwei Antriebszylindern keine gemeinsame Wandung auf. Eine Wandung kann zum Beispiel durch ein Kompressionszylindergehäuse des mindestens einen Kompressionszylinders oder ein Antriebszylindergehäuse der mindestens zwei Antriebszylinder gebildet sein. Eine gemeinsame Wandung kann vorliegen, wenn das Kompressionszylindergehäuse an das Antriebszylindergehäuse grenzt. Insbesondere kann eine gemeinsame Wandung bedeuten, dass der Kompressionszylinder mit einem der mindestens zwei Antriebszylinder in Kontakt steht. Beispielsweise kann ein metallischer Kontakt bestehen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen den Kompressionszylindern und der Antriebszylinder mindestens so groß wie eine maximale Wegstrecke, die einer der jeweils mindestens einen Antriebskolben in dem zugeordneten Antriebszylinder zurücklegt. Der Abstand kann insbesondere einer Hublänge des mindestens einen Antriebskolbens entsprechen.
Der Abstand kann also als eine Distanz zwischen zwei Positionen eines der jeweils mindestens einen Antriebskolben verstanden werden. In einer ersten Position des Antriebskolbens kann das Volumen eines zugeordneten Antriebsraums minimal sein. Ebenso kann das Hydraulikfluid von Ausströmen aus dem Antriebsraum zu Einströmen in den Antriebsraum wechseln. In einer zweiten Position des Antriebskolbens kann das Volumen des Antriebsraums maximal sein. In der zweiten Position kann das Hydraulikfluid von Einströmen in den Antriebsraum zu Ausströmen aus dem Antriebsraum wechseln. Somit kann die Länge auch als maximaler Hub oder als eine maximale Wegstrecke, die der Antriebskolben im Antriebszylinder zurücklegt, verstanden werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen dem mindestens einen Kompressionszylinder und den mindestens zwei Antriebszylindern mindestens ein Verbindungsraum angeordnet, der mit einem Funktionsgas insbesondere zum Spülen des mindestens einen Verbindungsraums zum Detektieren von Lecks in dem mindestens einen Verbindungsraum und/oder zum Sperren des mindestens einen Verbindungsraums ausfüllbar ist. Beispielsweise kann sich ein erster Verbindungsraum von dem mindestens einen ersten Antriebszylinder zu dem mindestens einen Kompressionszylinder erstrecken. Der zweite Verbindungsraum kann sich von dem mindestens einen zweiten Antriebszylinder zu dem mindestens einen Kompressionszylinder erstrecken. Ebenso kann sich ein gemeinsamer Verbindungsraum von dem mindestens einen ersten Antriebszylinder und zweiten Antriebszylinder zum dem mindestens einen Kompressionszylinder oder mehreren Kompressionszylindern erstrecken.
Das mindestens eine mechanische Verbindungsmittel kann sich von dem mindestens einen ersten Antriebszylinder und/oder dem mindestens einen zweiten Antriebszylinder zum dem mindestens einen Kompressionszylinder durch den mindestens einen Verbindungsraum erstrecken. Der mindestens eine Verbindungsraum kann beispielsweise von einem Verbindungsgehäuse umgeben sein. Das Verbindungsgehäuse kann den mindestens einen Verbindungsraum gasdicht begrenzen. Daher kann das mindestens eine mechanische Verbindungsmittel durch den mindestens einen Verbindungsraum beispielsweise vor äußerer Kontamination wie unerwünschten Gasen und Partikeln geschützt sein.
In einem Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Verbindungsraum mit einem Funktionsgas ausgefüllt. Beispielsweise kann der mindestens eine Verbindungsraum mit einem Spülgas ausgefüllt sein. Mittels des Spülgases können durch Spülen des Verbindungsraums unerwünschte Gase und Partikel aus dem mindestens einen Verbindungsraum entfernt werden. Ebenso ist es denkbar, dass der mindestens eine Verbindungsraum mit einem Leckgas ausgefüllt ist. Ein Leckgas kann zum Beispiel zum Detektieren von Lecks in dem mindestens einen Verbindungsraum dienen. Weiterhin kann der mindestens eine Verbindungsraum mit einem Sperrgas ausgefüllt sein. Das Gas kann zum Sperren des mindestens einen Verbindungsraums für gasförmige Medien dienen. Zum Beispiel kann ein Sperrgas Eindringen von unerwünschten Stoffen in den mindestens einen Verbindungsraum verhindern.
Über den mindestens einen Verbindungsraum können der mindestens eine Kompressionszylinder und die mindestens zwei Antriebszylinder zueinander beabstandet sein. Hierbei kann der mindestens eine Verbindungsraum mindestens so lang sein, wie eine maximale Wegstrecke, die einer der jeweils mindestens einen Antriebskolben in dem zugeordneten Antriebszylinder zurücklegt. Der Abstand zwischen den mindestens zwei Antriebszylindern und dem mindestens einen Kompressionszylinder kann also von dem mindestens einen Verbindungsraum umfasst sein. Demnach kann der mindestens eine Verbindungsraum einen Abstandsraum bilden, über den die mindestens zwei Antriebszylinder von dem mindestens einen Kompressionszylinder beabstandet sind. Der mindestens eine Verbindungsraum kann insbesondere als Laterne ausgebildet sein, so dass eine ölfreie Verdichtung ermöglicht wird.
Auch kann in mindestens einem der jeweils zwei Antriebsräume mindestens eine Messvorrichtung angeordnet sein, mit der beispielsweise eine Position des jeweils mindestens einen Antriebskolbens in dem zugeordneten Antriebszylinder bestimmbar ist. Die bestimmte Position kann dazu dienen, festzulegen zu welchem Zeitpunkt der mindestens eine erste und zweite Antriebsraum mit Fluiddruck beaufschlagt werden soll. Dadurch kann eine Bewegungsumkehr des jeweils mindestens einen Antriebskolbens steuerbar sein. Die mindestens eine Messvorrichtung kann beispielsweise durch einen Positionssensor gebildet sein. Die mindestens eine Messvorrichtung kann ebenso durch ein Wegmesssystem gebildet sein, das beispielsweise an dem mindestens einen Antriebszylinder angeordnet sein kann.
Es ist denkbar, dass die mindestens eine Messvorrichtung in dem mindestens einen Verbindungsraum angeordnet ist, um eine Position des mindestens einen mechanischen Verbindungsmittels zu bestimmen. Ein weiteres Beispiel für eine Anordnung der mindestens einen Messvorrichtung ist an dem mindestens einen Kompressionszylinder, um eine Position des mindestens einen Kompressionskolbens zu bestimmen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die mindestens zwei Antriebszylinder unterhalb des mindestens einen Kompressionszylinders angeordnet. Unterhalb kann hierbei in Bezug auf die Erdschwere verstanden werden. Die mindestens zwei Antriebszylinder sind also entlang der Erdschwere niedriger angeordnet als der mindestens eine Kompressionszylinder. Dadurch kann sich beispielsweise aus einem Antriebsraum ausgetretenes Hydraulikfluid nicht, aufgrund der Erdschwere von den mindestens zwei Antriebszylindern, in Richtung des mindestens einen Kompressionszylinders ausbreiten.
Ferner kann eine Dichtung, insbesondere eine Labyrinthdichtung, zwischen dem mindestens einen Kompressionszylinder und dem mindestens einen Kompressionskolben und/oder dem mindestens einen mechanischen Verbindungsmittel vorgesehen sein.
Auch ist es möglich, dass eine Kühlvorrichtung an dem mindestens einen Kompressionszylinder angeordnet ist, die beim Betrieb des mindestens einen Kompressionszylinders entstehende Abwärme abführt. Die Kühlvorrichtung kann z.B. als Luft- oder Wasserkühlung ausgebildet sein.
Auch ist es möglich, dass das komprimierte Gas zur Bildung einer mehrstufigen Verdichtung aus einem ersten Kompressionsraum als weiter zu komprimierendes Gas in einen zweiten, dritten oder vierten Kompressionsraum zur Kompression leitbar ist. Grundsätzlich ist es denkbar und möglich, dass das weiter zu komprimierende Gas in eine beliebige Anzahl weiterer Kompressionsräume zur weiteren Kompression leitbar ist.
Zur Entkopplung der Bewegung der Antriebskolben kann in einer Ausführungsform eine Ventilvorrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise kann mittels der Ventilvorrichtung eine hydraulische Betätigung der Antriebskolben entkoppelt werden. Die Ventilvorrichtung kann hierfür in Abhängigkeit von Daten, Informationen und/oder Prozessparametern, die zum Beispiel mittels der mindestens einen Messvorrichtung erzeugt werden können, kontrollierbar sein. In einem Ausführungsbeispiel ist die Ventilvorrichtung durch ein Steuerungssystem kontrollierbar. Das Steuerungssystem kann die Beaufschlagung des mindestens einen ersten und zweiten Antriebsraums mit dem Hydraulikfluid mittels der Ventilvorrichtung steuern. Zur Steuerung kann das Steuerungssystem auf Daten, insbesondere Positionsdaten oder Bewegungsdaten, von der mindestens einen Messvorrichtung zugreifen. In einer anderen Ausführungsform kann das Steuerungssystem zur Steuerung auf Prozessparameter wie zum Beispiel Fluiddruck oder Menge des geförderten Hydraulikfluids (Fördermenge) zugreifen. Die Aufgabe wird auch durch ein Kompressionsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele exemplarisch darstellt. Dabei zeigt
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Kompressorvorrichtung (einfachwirkend, einstufig, wassergekühlt, stangenseitige hydraulische Kopplung der Antriebsräume);
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Kompressorvorrichtung (einfachwirkend, einstufig, luftgekühlt, stangenseitige hydraulische Kopplung der Antriebsräume);
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Kompressorvorrichtung (einfachwirkend, einstufig, wassergekühlt, kolbenseitige hydraulische Kopplung der Antriebsräume);
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform einer Kompressorvorrichtung (einfachwirkend, zweistufig, wassergekühlt, stangenseitige hydraulische Kopplung der Antriebsräume);
Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform einer Kompressorvorrichtung (doppeltwirkend, vierstufig, wassergekühlt, stangenseitige hydraulische Kopplung der Antriebsräume);
Fig. 6a eine Ausführungsform einer Kompressionsvorrichtung mit einer Ventilsteuerung in einer ersten Position;
Fig. 6b die Ausführungsform gemäß Fig. 6a in einer zweiten Position;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Kompressionsvorrichtung mit einer vierstufigen Verdichtung;
Fig. 8A eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Kompressionsvorrichtung mit drei zweistufigen Verdichtungen;
Fig. 8B eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Kompressionsvorrichtung mit einer vierstufigen Verdichtung; Fig. 8C eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Kompressionsvorrichtung mit einer vierstufigen Verdichtung mit einer alternativen Führung des zu komprimierenden Gases; und
Fig. 8D eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Kompressionsvorrichtung mit einer dreistufigen Verdichtung.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Kompressorvorrichtung 100 dargestellt, die einen Kompressionsraum 1 a, 1 b in jeweils einem Kompressionszylinder 2a, 2b für ein Gas aufweist.
Die Kompressionszylinder 2a, 2b sind hier vertikal, parallel zueinander angeordnet, wobei das aus den Kompressionsräumen 1 a, 1 b eintretende (zu komprimierende) Gas bzw. das austretende (komprimierte Gas) durch Doppelpfeile an der Stirnseite der Kompressionszylinder dargestellt ist. Die Kompressionsräume 1 a, 1 b weisen jeweils einen Gaseinlass 5a, 6a und ein Gasauslass 5b, 6b auf. Der Gaseinlass 5a, 6a und der Gasauslass 5b, 6b können durch Gasventile (nicht dargestellt) gebildet sein.
Das Volumen der Kompressionsräume 1 a, 1 b wird beim Kompressionsvorgang periodisch über Kompressionskolben 3a, 3b verändert.
Die Kompressionskolben 3a, 3b begrenzen jeweils die Kompressionsräume 1 a, 1 b nach unten hin beweglich in dem Kompressionszylinder 2a, 2b. Die
Kompressionskolben 3a, 3b leisten im Betrieb in der dargestellten Ausführungsform nur bei einem Hub Arbeit, d.h. sie sind einfachwirkend.
Die Kompressorvorrichtung 100 ist dabei so ausgerichtet, dass die Erdschwere nach unten zeigt. Ebenso ist es denkbar und möglich, die Kompressorvorrichtung 100 in Bezug auf die Erdschwere beliebig auszurichten. Beispielsweise kann die Kompressorvorrichtung 100 horizontal zur Erdschwere ausgerichtet sein. Die Antriebszylinder 12a, 12b sind unterhalb des mindestens einen
Kompressionszylinders 2a, 2b, jeweils koaxial zueinander angeordnet. In anderen Ausführungsbeispielen (nicht dargestellt) sind die Antriebszylinder 12a, 12b oberhalb des mindestens einen Kompressionszylinders 12a, 12b angeordnet.
In der dargestellten Ausführungsform dienen Antriebskolben 13a, 13b, die in den zwei Antriebszylindern 12a, 12b angeordnet sind, dazu, die Kompressionskolben 3a, 3b anzutreiben.
Die beiden Antriebskolben 13a, 13b unterteilen die Innenräume der Antriebszylinder 12a, 12b in jeweils zwei Antriebsräume 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d. Je nach Stellung der Antriebskolben 13a, 13b innerhalb der Antriebszylinder 12a, 12b kann das Volumen der Antriebsräume 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d variieren. Die Summe der Volumina der Antriebsräume 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d in jeweils einem Antriebszylinder 12a, 12b ist dabei konstant.
Der erste und zweite Antriebsraum 1 1 a, 1 1 b werden periodisch mit einem Hydraulikfluid beaufschlagt. Das ein- und austretende Hydraulikfluid ist durch Doppelpfeile dargestellt (Hydraulikfluidzugang 18a, 18b). Wenn z.B. Hydraulikfluid in den ersten Antriebsraum 1 1 a gedrückt wird, bewegt sich der Antriebskolben 13a nach oben. Die Bewegung erfolgt entlang der Bewegungsachsen Ba, Bb.
Oberhalb der Antriebskolben 13a, 13b ist jeweils ein dritter und vierter Antriebsraum 1 1 c, 1 1 d angeordnet, die über ein Verbindungsstück (15) fluidisch miteinander in Verbindung stehen.
Wenn sich z.B. der erste Antriebskolben 13a nach oben bewegt, wird das im dritten Antriebsraum 1 1 c befindliche Fluid in den vierten Antriebsraum 1 1 gedrückt. Durch die fluidische Kopplung (hydraulische kraftschlüssige Kopplung) findet ein Fluidaustausch zwischen den Antriebsräumen 1 1 c, 1 1 d statt.
Die Antriebskolben 13a, 13b sind über mindestens ein mechanisches
Verbindungsmittel 20a, 20b, hier eine gerade Stange, mit den Kompressionskolben 3a, 3b gekoppelt. In dieser Ausführungsform liegen somit die Antriebszylinder 12a, 12b und die Kompressionszylinder 2a, 2b jeweils fluchtend übereinander. Durch die mechanischen Verbindungsmittel 20a, 20b ist eine Bewegung der Antriebskolben 13a, 13b auf die in den Kompressionszylindern 2a, 2b beweglich angeordneten Kompressionskolben 3a, 3b übertragbar. Damit sind Bewegungen der Antriebskolben 13a, 13b in eine Volumenänderung der Kompressionsräume 1 a, 1 b umsetzbar.
Dabei sind die Kompressionszylinder 2a, 2b von den beiden Antriebszylindern 12a, 12b räumlich jeweils durch einen Abstand Da, Db voneinander getrennt angeordnet. Durch das Einrichten dieser Abstände Da, Db wird das Risiko minimiert, dass z.B. Verschmutzungen von den Antriebszylindern 12a, 12b zu den Kompressionszylindern 13a, 13b getragen werden.
Durch die Abstände Da, Db wird auch bewirkt, dass die Kompressionszylinder 13a, 13b mit den Antriebszylindern 12a, 12b keine gemeinsame Wandung aufweisen; die Kompressionszylinder 2a, 2b und die Antriebszylinder 12a, 12b sind voneinander getrennt, insbesondere räumlich, fluidisch und auch thermisch.
In einer Ausführungsform kann der Abstand Da, Db mindestens so lang gewählt sein, wie die maximale Wegstrecke, die einer der Antriebskolben 13a, 13b in dem zugeordneten Antriebszylinder 12a, 12b zurücklegt.
In der dargestellten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist zwischen den Kompressionszylindern 2a, 2b und den Antriebszylindern 12a, 12b mindestens ein Verbindungsraum 30a, 30b angeordnet, der mit einem Funktionsgas zum Spülen des mindestens einen Verbindungsraums 30a, 30b, zum Detektieren von Lecks in dem mindestens einen Verbindungsraum 30a, 30 und/oder zum Sperren des mindestens einen Verbindungsraums 30a, 30b ausfüllbar ist. Der mindestens eine Verbindungsraum 30a, 30b ist von einem Verbindungsgehäuse 40a, 40b umgeben.
Des Weiteren weist die Ausführungsform gemäß Fig. 1 eine Kühlvorrichtung 8a, 8b auf, mit der die Kompressionszylinder 2a, 2b kühlbar sind, um die beim Betrieb entstehende Abwärme abzuführen. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kühlvorrichtung als Wasserkühlung ausgebildet; das ein- und ausströmende Wasser wird durch Pfeile dargestellt. Eine Wasserkühlung ist insbesondere bei höheren Kompressorleistungen sinnvoll.
In der Fig. 1 ist schematisch eine Messvorrichtung 17 dargestellt, mit der die Position eines der Antriebskolben 13a, 13b zu ermitteln ist. Die Messvorrichtung 17 ist durch einen Positionssensor gebildet.
Mit einer solchen Kompressorvorrichtung 100 ist z.B. ein Hub von 500 mm realisierbar. Die Gesamthöhe der Vorrichtung würde dann ca. 1 .800 mm betragen. Grundsätzlich sind auch andere Abmessungen realisierbar.
Somit stellt die Ausführungsform gemäß Fig. 1 eine einfachwirkende, einstufige, wassergekühlte, Kompressorvorrichtung 100 mit einer stangenseitigen hydraulischen Kopplung dar. Der Begriff stangenseitig bezieht sich hier auf die relative Anordnung zum mechanischen Verbindungsmittel 20a, 20b (Stange).
Alternative Bauformen für Kompressionsvorrichtungen 100 werden in den folgenden Figuren dargestellt, wobei zur Vermeidung von Längen auf die Beschreibung der Ausführungsform der Fig. 1 Bezug genommen wird.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, die ebenfalls einfachwirkend, einstufig und stangenseitig hydraulisch gekoppelt ist, die aber eine Luftkühlung aufweist.
Um die Kompressionsräume 1 a, 1 b herum sind bei dieser Ausführungsform Rippenvorrichtungen als Kühlvorrichtung angeordnet. Ansonsten entspricht die Funktion der ersten Ausführungsform.
In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt, die eine weitere Variante der Ausführungsform der Fig. 1 darstellt.
Wie die erste Ausführungsform, weist diese eine Wasserkühlung auf. Allerdings erfolgt die hydraulische Kopplung über das Verbindungsstück 15 kolbenseitig und nicht stangenseitig. Dementsprechend liegen die Hydraulikfluidzuleitungen 18a, 18b oberhalb der Antriebskolben 13a, 13b, d.h. stangenseitig.
Kompressorvorrichtungen der hier dargestellten Art können auch als zweistufige Kompressoren ausgebildet sein.
So zeigt Fig. 4 eine einfach wirkende, zweistufige, wassergekühlte Variante mit einer stangenseitigen hydraulischen Kopplung. Ansonsten entspricht die vierte Ausführungsform der ersten Ausführungsform. Als zusätzliches Merkmal ist hier eine Verbindungsleitung 60 zwischen dem ersten Kompressionsraum 1 a und dem zweiten Kompressionsraum 1 b dargestellt, mit der optional eine zweistufige Verdichtung realisierbar ist.
In Fig. 5 ist eine weitere Variante dargestellt. Wie bei der ersten Ausführungsform liegt eine wassergekühlte Kompressionsvorrichtung 100 vor, bei der eine stangenseitige hydraulische Kopplung der Antriebsräume 1 1 c, 1 1 d vorliegt.
Der Kompressionsraum 1 a, 1 b ist in dieser Ausführungsform aber so ausgebildet, dass die Kompressorvorrichtung 100 doppeltwirkend arbeitet, d.h. jeder Hub des Kompressionskolbens 3a, 3b leistet Arbeit. Dementsprechend weisen die Kompressionsräume 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1 f jeweils einen Einlass und einen Auslass auf.
Ein weiterer Vorteil der Kompressorvorrichtung 100 ergibt sich durch die hydraulisch gekoppelten Antriebzylinder 12a, 12b. Durch den Umstand, dass die beiden Kompressionskolben 3a, 3b durch jeweils einen eigenen Antriebszylinder 12a, 12b angetrieben werden, kann durch den Aufbau einer geeigneten hydraulischen Schaltung der Hub eines ersten Zylinders während des Betriebes unabhängig vom zweiten Antriebszylinder variiert werden. Eine Ausführungsform dazu ist in den Fig. 6a, 6b dargestellt.
Diese Entkopplung ist vor allem bei der Verdichtung von Gasen auf einen konstanten Ausgangsdruck bei einem sinkenden Eingangsdruck (Bsp. Flaschenentleerung) von großem Vorteil. Durch den abfallenden Eingangsdruck sinkt bei einer zweistufigen Anlage ebenfalls der Zwischendruck, da die beiden Stufen nur auf einen bestimmten Anwendungsfall (kleinen Bereich) ausgelegt werden. Eine Abweichung von diesem Auslegungspunkt wird in geringem Maße geduldet, beispielsweise durch einen angegebenen Druckbereich im Gaseingang. Eine zu große Abweichung führt zu unausgeglichenen und ungünstigen Verdichtungsverhältnissen in einer der beiden Stufen, abhängig von einer Über- oder Unterschreitung des zulässigen Bereichs. Daraus resultiert eine überhöhte, nicht vorgesehene Wärmeentwicklung, die Schäden an Komponenten hervorrufen kann. Analog gilt dieses Prinzip auch für eine Behälterbefüllung, bei der der Ausgangsdruck variiert und insbesondere steigt.
Durch die Möglichkeit einen variablen Hub in einem der beiden Antriebszylinder 12a, 12b zu fahren, können die beiden Stufen während des Betriebes auf sich ändernde Betriebsbedingungen angepasst werden. Dadurch wird eine unnötige Wärmeentwicklung durch stark unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse in den beiden Stufen vermieden und der Eingangsdruck kann in einem größeren Bereich (vor allem in kleinen Druckbereichen) optimal betrieben werden.
Erreicht wird diese Hubverstellung durch eine geänderte Hydraulikführung bei den Antriebszylindern 12a, 12b.
Während des nach unten Fahrens des ersten Antriebskolbens 13a wird bei Erreichen des gewünschten Hubs der Hydraulikausgang 50 des ersten Antriebszylinders 12a versperrt, während zeitgleich das Hydraulikfluid (Öl) des sich nach oben bewegenden zweiten Antriebskolbens 13b über einen zusätzlichen Hydraulikfluidausgang 51 abgeleitet wird.
Auf diese Weise verharrt einer der Antriebskolben während des Hubs, der damit gekoppelte Antriebskolben kann durch die Umleitung des Öls den Hub vollständig zu Ende fahren. Somit lässt sich durch eine geeignete Ventilvorrichtung 52 der Hub der beiden Antriebskolben 13a, 13b voneinander entkoppeln.
An einem Ende des dritten und vierten Antriebsraums 1 1 c, 1 1 d, an dem eine Umkehr der Bewegung des jeweiligen Antriebskolbens 13a, 13b erfolgt, ist eine Druckausgleichsleitung 1 6a, 1 6b angeordnet. Die Druckausgleichsleitung 1 6a, 1 6b überbrückt in einer Position des Antriebskolbens 13a, 13b, in dem die Umkehr der Bewegung erfolgt, den Antriebskolben 13a, 13b, so dass die beiden Antriebsräume 1 1 a, 1 1 c, 1 1 b, 1 1 d eines Antriebszylinders 12a, 12b über die Druckausgleichsleitung 1 6a, 1 6b verbindbar sind. Zur Steuerung der Verbindung zwischen den Antriebsräumen 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d weist die Druckausgleichsleitung 1 6a, 1 6b ein Rückschlagventil 1 61 a, 1 61 b aut.
In Fig. 7 ist eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 5 dargestellt, so dass auch auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann.
Hier wird eine vierstufige Verdichtung realisiert, bei der der erste Kompressionsraum 1 a die erste Stufe bildet. Über den Gasauslass 5b und den Gaseinlass 6a wird das komprimierte Gas einer zweiten Stufe in dem Kompressionsraum 1 b zugeführt. Über den Gasauslass 6b dieses Kompressionsraums 1 b wird das Gas dann einer dritten Stufe zugeführt, die in einem dritten Kompressionsraum 1 c realisiert ist. Anschließend wird das Gas wieder dem ersten Kompressionszylinder zugeführt, in dem im Kompressionsraum 1 d eine vierte Kompressionsstufe realisiert wird. In der Fig. 7 ist der Gasfluss zwischen den beiden Kompressionszylindern durch Pfeile dargestellt. Die Größe der Kompressionsräume 1 a, 1 b, 1 c, 1 d ist dabei ggf. an die
Kompressionsaufgabe anzupassen.
In einer alternativen Ausführung gemäß der Fig. 8A und der Fig. 8B wird eine mindestens zweistufige Verdichtung realisiert, bei der der erste Kompressionsraum 1 a und der vierte Kompressionsraum 1 d die erste Stufe bilden. Das zu komprimierende Gas wird über jeweils einen Gaseinlass 5a, 5a‘ dem ersten Kompressionsraum 1 a und dem vierten Kompressionsraum 1 d zugeführt. Hierbei wird das zu komprimierende Gas insbesondere abwechselnd alternierend dem ersten Kompressionsraum 1 a und dem vierten Kompressionsraum 1 d zugeführt. Über jeweils einen Gasauslass 5b, 5b‘ wird das komprimierte Gas als weiter zu komprimierendes Gas einer zweiten Stufe in den Kompressionsräumen 1 b, 1 c zugeführt. Das weiter zu komprimierende Gas wird über jeweils einen Gaseinlass 6a, 6a‘ dem zweiten Kompressionsraum 1 b und dem dritten Kompressionsraum 1 c zugeführt. Hierbei wird das Gas aus dem ersten Kompressionsraum 1 a dem zweiten Kompressionsraum 1 b zugeführt und das Gas aus dem vierten Kompressionsraum 1 d dem dritten Kompressionsraum 1 c zugeführt. Über einen Gasauslass 6b, 6b‘ wird das weiter komprimierte Gas aus dem zweiten Kompressionsraum 1 b und dem dritten Kompressionsraum l e weitergeführt.
Gemäß Fig. 8A wird das in der zweiten Stufe weiter komprimierte Gas zur Weiterverarbeitung weitergeführt.
Gemäß Fig. 8B wird das weiter komprimierte Gas aus dem zweiten Kompressionsraum 1 b und dem dritten Kompressionsraum 1 c weiteren Kompressionsstufen zugeführt.
Die Kompressorvorrichtungen der Fig. 8A und Fig. 8B umfassen vier Kompressionszylinder 2a, 2b, 2c, 2d. Damit entsprechen die
Kompressorvorrichtungen im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7, wobei die zwei Kompressionszylinder 2c, 2d ergänzt sind. An den Kompressionszylindern 2c, 2d ist jeweils eine Kühlvorrichtung 8c, 8d angeordnet, mit der die
Kompressionszylinder 2c, 2d kühlbar sind. Die Bewegung der Antriebskolben 13a, 13b ist über jeweils ein mechanisches Verbindungsmittel 20a, 20b auf vier
Kompressionskolben 3a, 3b, 3c, 3d übertragbar, die jeweils in einem
Kompressionszylinder 2a, 2b, 2c, 2d beweglich angeordnet sind. An jedem der mechanischen Verbindungsmittel 20a, 20b sind zwei Kompressionskolben 3a, 3b, 3c, 3d angeordnet. Grundsätzlich können die Kompressionskolben 3a, 3b, 3c, 3d die Kompressionszylinder 2a, 2b, 2c, 2d in jeweils zwei Kompressionsräume teilen, in denen jeweils unabhängig voneinander oder in mehreren Stufen Gas komprimiert werden kann. Eine Reihenfolge, in der das Gas zur Kompression durch die Kompressionsräume der Kompressorvorrichtung geführt wird, kann beliebig gewählt werden. Ebenso kann eine Anzahl der Stufen der Verdichtung und / oder eine Anzahl von gleichzeitig betriebenen, ggf. mehrstufigen, Verdichtungen beliebig gewählt werden.
In Fig. 8A wird Gas in dem ersten Kompressionsraums 1 a komprimiert und dann dem zweiten Kompressionsraum 1 b zugeführt. Unabhängig davon wird Gas in einem fünften Kompressionsraum 1 e des dritten Kompressionszylinders 2c komprimiert. Das zu komprimierende Gas wird über einen Gaseinlass 7a dem fünften Kompressionsraum 1 e zugeführt. Über einen Gasauslass 7b wird das komprimierte Gas als weiter zu komprimierendes Gas einer weiteren Stufe in einem sechsten Kompressionsraum 1 f zugeführt. Das weiter zu komprimierende Gas wird über einen Gaseinlass 7a‘ dem sechsten Kompressionsraum 1 f zugeführt. Über einen Gasauslass 7b‘ wird das weiter komprimierte Gas aus dem sechsten Kompressionsraum 1 f weitergeführt.
Das Gas kann alternativ ebenso in mehr als zwei Stufen komprimiert werden. Eine vierstufige Kompressorvorrichtung ist in Fig. 8B dargestellt. Im Unterschied zu der in Fig. 8A dargestellten Kompressorvorrichtung wird Gas dem Gaseinlass 7a des fünften Kompressionsraums 1 e zugeführt, in dem eine dritte Kompressionsstufe realisiert ist. Über einen Gasauslass 7b des Kompressionsraums 1 e wird das Gas dann einer vierten Stufe zugeführt, die in einem sechsten Kompressionsraum 1 f realisiert ist. Das Gas wird dem sechsten Kompressionsraum 1 f über einen Gaseinlass 7a‘ zugeführt. Über einen Gasauslass 7b‘ wird das in dem sechsten Kompressionsraum 1 f komprimierte Gas zur Weiterverarbeitung weitergeführt. Die Durchmesser der Antriebskolben 3a, 3d sind größer als die Durchmesser der Antriebskolben 3b, 3c. Grundsätzlich ist die Größe der Antriebskolben 3a, 3b, 3c, 3d ebenso wie die Größe der Kompressionsräume 1 a, 1 b, 1 c, 1 d ggf. an die Kompressionsaufgabe anzupassen.
Eine alternative Führung des Gases durch die Kompressorvorrichtung ist in Fig. 8C dargestellt. Das komprimierte Gas wird darin als weiter zu komprimierendes Gas über die Gasauslässe 5b, 5b‘ einer zweiten Stufe in dem Kompressionsraum 1 c zugeführt. Das weiter zu komprimierende Gas wird über jeweils einen Gaseinlass 6a, 6a‘ dem zweiten Kompressionsraum 1 b und dem dritten Kompressionsraum 1 c zugeführt. Von dem dritten Kompressionsraum 1 c wird das weiter komprimierte Gas dem fünften Kompressionsraum 1 e zugeführt. Danach wird das Gas der vierten Stufe des sechsten Kompressionsraums 1 f zugeführt.
Alternativ kann das Gas ausgehend von der dritten Stufe von dem fünften Kompressionsraums 1 e zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden, wie in Fig. 8D dargestellt ist. Darin ist die Bewegung des Antriebskolbens 13a über das mechanische Verbindungsmittel 20a auf einen Kompressionskolben 3a übertragbar, wobei die Bewegung des Antriebskolbens 13b über das mechanische Verbindungsmittel 20b auf zwei Kompressionskolben 3b, 3c übertragbar ist. Grundsätzlich ist eine beliebige Anzahl von mit den mechanischen Verbindungsmitteln 20a, 20b verbundenen Kompressionskolben sowie eine beliebige Führung des zu komprimierenden, komprimierten und weiter zu komprimierenden Gases in den Kompressionsräumen denkbar und möglich. Die Größe der Kompressionsräume 1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1 f ist dabei ggf. an die Kompressionsaufgabe anzupassen.
Bezugszeichenliste
1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1f Kompressionsraum
2a, 2b, 2c, 2d Kompressionszylinder
3a, 3b, 3c, 3d Kompressionskolben
5a, 6a, 5a‘, 6a‘, 7a, 7a‘ Gaseinlass
5b, 6b, 5b‘, 6b‘, 7b, 7b‘ Gasauslass
8a, 8b, 8c, 8d Kühlvorrichtung
11 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d Antriebsraum
12a, 12b Antriebszylinder
13a, 13b Antriebskolben
15 Verbindungsstück
16a, 16b Druckausgleichsleitung
161 a, 161 b Rückschlagventil
17 Messvorrichtung
18a, 18b Hydraulikfluidzuleitungen
20a, 20b mechanisches Verbindungsmittel 30a, 30b Verbindungsraum
40a, 40b Verbindungsgehäuse
50 Hydraulikausgang
51 zusätzlicher Hydraulikfluidausgang
52 Ventilvorrichtung
100 Kompressorvorrichtung
Ba, Bb Bewegungsachse
Da, Db Abstand

Claims

Ansprüche
1 . Kompressorvorrichtung (100) zur Kompression eines Gases in mindestens einem Kompressionsraum (1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1 f) in mindestens einem Kompressionszylinder (2a, 2b), wobei a) in mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) jeweils mindestens ein Antriebskolben (13a, 13b) angeordnet ist, der die mindestens zwei Antriebszylinder (12a, 12b) jeweils in zwei Antriebsräume (1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d) trennt und b) wobei der mindestens eine erste und zweite Antriebsraum (1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d) mit einem Hydraulikfluid zur Bewegung des jeweiligen Antriebskolbens (13a, 13b) periodisch mit Fluiddruck beaufschlagbar ist und c) die jeweils verbleibenden Antriebsräume (1 1 c, 1 1 d, 1 1 a, 1 1 b) in den mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b), welche durch ein Fluid über ein Verbindungsstück (15), kraftschlüssig in Verbindung stehen und d) die Bewegung der Antriebskolben (13a, 13b) über mindestens ein mechanisches Verbindungsmittel (20a, 20b) auf mindestens einen, in dem mindestens einen Kompressionszylinder (2a, 2b) beweglich angeordneten Kompressionskolben (3a, 3b) übertragbar ist, der an einer Seite den mindestens einen Kompressionsraum (1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1 f) in dem mindestens einen Kompressionszylinder (2a, 2b) beweglich begrenzt, so dass Bewegungen der Antriebskolben (13a, 13b) in eine Volumenänderung des mindestens einen Kompressionsraums (1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1 f) umsetzbar sind, e) wobei der mindestens eine Kompressionszylinder (2a, 2b) von den mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) räumlich durch einen Abstand (Da, Db) getrennt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einen Kompressionszylinder (2a, 2b) und den mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) mindestens ein
Verbindungsraum (30a, 30b) angeordnet ist, der mit einem Funktionsgas ausgefüllt ist.
2. Kompressorvorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kompressionszylinder (2a, 2b) mit den mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) keine gemeinsame Wandung aufweist.
3. Kompressorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (Da, Db) mindestens so groß ist, wie eine maximale Wegstrecke, die einer der jeweils mindestens einen Antriebskolben (13a, 13b) in dem zugeordneten Antriebszylinder (12a, 12b) zurücklegt.
4. Kompressorvorrichtung (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verbindungsraum (30a, 30b) mit dem Funktionsgas zum Spülen des mindestens einen Verbindungsraums (30a, 30b), zum Detektieren von Lecks in dem mindestens einen Verbindungsraum (30a, 30b) und/oder zum Sperren des mindestens einen Verbindungsraums (30a, 30b) ausfüllbar ist.
5. Kompressorvorrichtung (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Messvorrichtung (17) vorgesehen ist, mit der eine Position des mindestens einen Antriebskolbens, des mindestens einen mechanischen Verbindungsmittels und/oder des mindestens einen Kompressionskolbens bestimmbar ist.
6. Kompressorvorrichtung (100) nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Antriebszylinder (12a, 12b) unterhalb des mindestens einen
Kompressionszylinders (2a, 2b) angeordnet sind.
7. Kompressorvorrichtung (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung, insbesondere eine Labyrinthdichtung, zwischen dem mindestens einen Kompressionszylinder (2a, 2b) und dem mindestens einen Kompressionskolben (3a, 3b) und/oder dem mindestens einen mechanischen Verbindungsmittel (20a, 20b) vorgesehen ist.
8. Kompressorvorrichtung (100) nach mindestens einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlvorrichtung (8a, 8b) an dem mindestens einen Kompressionszylinder (2a, 2b) angeordnet ist, die beim Betrieb des mindestens einen Kompressionszylinders (2a, 2b) entstehende Abwärme abführt.
9. Kompressorvorrichtung (100) nach mindestens einem der vorgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das komprimierte Gas zur Bildung einer mehrstufigen Kompression aus einem ersten Kompressionsraum (1 a) als weiter zu komprimierendes Gas in mindestens einen zweiten Kompressionsraum (1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1 f) leitbar ist.
10. Kompressorvorrichtung (100) nach mindestens einem der vorhergegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ventilvorrichtung (52) zur Entkopplung der Bewegung der Antriebskolben (13a, 13b).
1 1. Kompressorvorrichtung (100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuerungssystem zur Steuerung der Beaufschlagung des mindestens einen ersten und zweiten Antriebsraums (1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d) mit dem Hydraulikfluid mittels der Ventilvorrichtung (52), insbesondere in Abhängigkeit von Daten von der mindestens einen Messvorrichtung (17) oder mindestens einem Prozessparameter.
12. Kompressorvorrichtung (100) nach mindestens einem der vorhergegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddruck zwischen dem mindestens einen ersten und zweiten Antriebsraum (1 1 a, 1 1 b) und den jeweils verbleibenden Antriebsräumen (1 1 c, 1 1 d) mittels mindestens einer
Synchronisationseinrichtung (16a, 16b), die den jeweiligen Antriebskolben (13a, 13b) überbrückt, synchronisierbar ist.
3. Kompressionsverfahren zur Kompression eines Gases in mindestens einem Kompressionsraum (1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1 f) in mindestens einem
Kompressionszylinder (2a, 2b), wobei a) in mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) jeweils mindestens ein Antriebskolben (13a, 13b) angeordnet ist, der die mindestens zwei Antriebszylinder (12a, 12b) jeweils in zwei Antriebsräume (1 1 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d) trennt und b) wobei der mindestens eine erste und zweite Antriebsraum (1 1 a, 1 1 b) mit einem Hydraulikfluid zur Bewegung des jeweiligen Antriebskolbens (13a, 13b) periodisch mit Fluiddruck beaufschlagt wird und c) die jeweils verbleibenden Antriebsräume (1 1 c, 1 1 d) in den mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) welche durch ein Fluid kraftschlüssig über ein Verbindungsstück (15) in Verbindung stehen und d) die Bewegung der Antriebskolben (13a, 13b) über mindestens ein mechanisches Verbindungsmittel (20a, 20b) auf mindestens einen in dem mindestens einen Kompressionszylinder (2a, 2b) beweglich angeordneten Kompressionskolben (3a, 3b) übertragen wird, der an einer Seite den mindestens einen Kompressionsraum (1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1 f) in dem mindestens einen Kompressionszylinder (2a, 2b) beweglich begrenzt, so dass Bewegungen der Antriebskolben (13a, 13b) in eine Volumenänderung des mindestens einen Kompressionsraums (1 a, 1 b, 1 c, 1 d, 1 e, 1 f) umgesetzt werden, e) wobei der mindestens eine Kompressionszylinder (2a, 2b) von den mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) räumlich durch einen Abstand (Da, Db) getrennt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einen Kompressionszylinder (2a, 2b) und den mindestens zwei Antriebszylindern (12a, 12b) mindestens ein Verbindungsraum (30a, 30b) angeordnet ist, der mit einem Funktionsgas ausgefüllt ist.
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