EP3857065A1 - Kolbenkompressor sowie verfahren zum betrieb desselben - Google Patents

Kolbenkompressor sowie verfahren zum betrieb desselben

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EP3857065A1
EP3857065A1 EP19786900.1A EP19786900A EP3857065A1 EP 3857065 A1 EP3857065 A1 EP 3857065A1 EP 19786900 A EP19786900 A EP 19786900A EP 3857065 A1 EP3857065 A1 EP 3857065A1
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EP
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cylinder
piston
piston compressor
carrier housing
fluid
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Alexandre Voser
Reiner Schulz
Sandro BRUNNER
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Burckhardt Compression AG
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Definitions

  • the invention relates to a piston compressor and a method for operating a piston compressor.
  • Liquid natural gas also known as “liquefied natural gas” or “LNG” for short, is natural gas that has cooled to a temperature of at least - 160 ° C, and at these depths
  • Such a piston compressor has the advantage that natural gas is preferably in a wide temperature range can be sucked in between - 160 ° C to + 100 ° C and then compressed.
  • Such a piston compressor is capable, for example, of an inlet fluid having a temperature of ⁇ 160 ° C. to a compressed fluid having a temperature of ⁇ 40 ° C.
  • a labyrinth piston compressor which is suitable for compressing a fluid that has a high temperature difference between the input fluid and the output fluid.
  • the object of the invention is to design a piston compressor which, despite the high temperature difference between the inlet and outlet, is suitable for compressing a fluid and which is economically advantageous.
  • a piston compressor comprising a cylinder and a piston arranged therein, a carrier housing with a cross head mounted in the carrier housing, a spacer which connects the cylinder to the carrier housing, and a piston rod running in a longitudinal direction which connects the cross head with the Piston connects, the spacer one
  • a plurality of support arms comprises, wherein the support arms are connected to and support the cylinder.
  • a piston compressor comprising a cylinder and a piston arranged therein, a carrier housing with a crosshead mounted in the carrier housing, a spacer which connects the cylinder to the carrier housing, and a piston rod running in a longitudinal direction which also supports the crosshead connects the piston, the spacer one
  • the object is further achieved in particular with a method for operating a piston compressor comprising a cylinder and a piston arranged therein, a carrier housing with a
  • Carrier housing mounted crosshead, a spacer that connects the cylinder to the carrier housing, and one in one
  • Longitudinal piston rod which connects the crosshead to the piston, thermal energy due to a heat difference between the cylinder and the carrier housing being exchanged via a plurality of support arms.
  • the object is further achieved in particular with a method for operating a piston compressor comprising a cylinder and a piston arranged therein, a carrier housing with a
  • Carrier housing mounted crosshead, a spacer that connects the cylinder to the carrier housing, and one in one
  • a labyrinth piston compressor includes a piston and one
  • the labyrinth seal is a non-contact seal.
  • the sealing effect is based on the extension of the flow path through the gap to be sealed, as a result of which the flow resistance is significantly increased.
  • the path extension is achieved by means of a surface structure of the piston and possibly also of the cylinder wall.
  • the surface of the piston preferably has a plurality of circumferential depressions which are spaced apart from one another in the longitudinal direction of the piston.
  • Labyrinth piston compressor comprising the labyrinth seal has the advantage that the labyrinth seal is contactless because the piston and the cylinder wall do not touch each other, and therefore no lubrication between the piston and the cylinder wall is required.
  • Such a labyrinth piston compressor allows a so-called oil-free compression of a fluid because there is none for the compression of the fluid
  • Lubricant especially no oil is required.
  • the piston of such a labyrinth piston compressor has no sealing rings, since the labyrinth seal effects a seal.
  • Piston compressor according to the invention is designed such that the applied temperature differences do not result in any significant thermal stresses or no significant distortion of components of the piston compressor, or that the
  • Piston compressor is designed in such a way that components of the piston compressor are expanded due to the applied temperature difference in such a way that the individual components are hardly moved relative to one another due to the temperature difference, so that the piston compressor can be operated safely and reliably regardless of the applied temperature differences.
  • the piston compressor according to the invention has the advantage that the at least one inlet valve and the at least one outlet valve are arranged in the cylinder cover, which gives the advantage that a fluid to be compressed flows directly into the cylinder interior after flowing through the inlet valve, or that a
  • Piston compressor has an extremely small or no gas dead space or harmful space, within which one
  • Piston compressor according to the invention thus preferably has, with the exception of the mandatory contact surfaces of the inflow of the fluid to be compressed, the compression of the fluid to be compressed and the ejection of the compressed fluid, preferably negligibly small or no additional contact surfaces and contact points between the piston compressor and the pumped fluid what is a heat transfer between fluid and
  • the cylinder and / or the piston of the piston compressor advantageously consists of a metal with a thermal conductivity in the range between 100 and 300 (W / m K), preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the relatively high thermal conductivity has the result that a temperature equilibrium is established in the components of the piston compressor during its operation, the temperature differences of which are substantially smaller than the temperature differences between the inflowing and the
  • the cylinder and the piston are particularly advantageously made of the same material.
  • the intake valve and the exhaust valve are also in the cylinder
  • a flange or hose which is arranged at the inlet valve or outlet valve and is used for supplying or discharging the fluid, has a small contact area with respect to the cylinder, which in turn reduces heat transfer between the flange or hose and the cylinder.
  • the flange or hose also has the advantage of grasping
  • the piston compressor comprises a carrier housing in which
  • the piston compressor according to the invention comprises one
  • the spacer is connected to the cylinder at those areas at which the Average temperature or essentially the average temperature is present. The result of this is that those occurring on the spacer between the cylinder and the carrier housing occur during operation of the piston compressor
  • the spacer preferably being arranged in such a way that it has a heat distribution that is symmetrical to the plane of symmetry, with the result that there is little or no distortion of the spacer due to the temperatures applied to the spacer.
  • the spacer preferably being arranged in such a way that it has a heat distribution that is symmetrical to the plane of symmetry, with the result that there is little or no distortion of the spacer due to the temperatures applied to the spacer.
  • the cylinder and / or the piston consists of aluminum or an aluminum alloy, a very good heat-conducting metal.
  • the very good heat conduction has the advantage that during the continuous operation of the
  • Piston compressor very quickly sets an average temperature or an average operating temperature of the individual components of the compressor, and thereby temperature peaks can be avoided.
  • the piston compressor according to the invention has the advantage that, in a preferred embodiment, it requires relatively few parts and that the movable parts can be selected to be relatively low in mass.
  • Piston compressor can be operated at a high speed of, for example, up to 1800 revolutions per minute.
  • the piston compressor according to the invention is explained in detail below using exemplary embodiments.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a piston compressor along the
  • FIG. 2 shows a detailed view of the piston compressor according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a detailed view of the arrangement of the valve in the cylinder
  • FIG. 5 shows a further side view of the cylinder with a spacer
  • Fig. 6 shows a longitudinal section through the cylinder with pistons along the
  • Fig. 9 the piston compressor in an insert configuration.
  • the piston compressor 1 comprises a piston rod 24, which connects the cross head 63 to the piston 20 and drives the piston 20.
  • the piston compressor 1 has a longitudinal axis L which extends in the center of the piston rod 24 along the piston rod 24.
  • the cylinder 10 comprises a first cylinder cover 11, a second cylinder cover 12 and one arranged in between
  • the first cylinder cover 11 comprises one
  • Exhaust valve receiving opening 11b in which an intake valve 90 and an exhaust valve 91 are arranged.
  • one flange 14 is connected to the opening 1 1a, 1 1b, the flange 14 serving for supplying or discharging a fluid between outside the cylinder 10 and an interior 10a of the cylinder 10. Fluids can be
  • the second cylinder cover 12 likewise comprises an inlet valve receiving opening 12a and an outlet valve receiving opening 12b with an inlet valve 90 and an outlet valve 91 arranged therein.
  • the second cylinder cover 12 has a central section 12h having a passage opening 12g, in which the piston rod 24 is arranged to be movable in its direction L.
  • the cylinder 10 or the piston 20 is designed to be double-acting, in which the piston 20 delimits a first cylinder interior 10a and a second cylinder interior 10b.
  • the piston 20 delimits a first cylinder interior 10a and a second cylinder interior 10b.
  • Embodiment could be dispensed with the cylinder jacket 13 in that the first and second cylinder covers 11, 12 are made longer in the longitudinal direction L.
  • the spacer 40 has a spacer interior 40a, in which an oil wiper pack 55, which is only shown schematically, preferably comprises a guide, which guides the
  • Piston rod 24 encloses.
  • an oil screen 54 is arranged on the piston rod 24.
  • the carrier housing 60 has a bore 60a, which forms a sliding surface for the cross head 63, so that the cross head 63, the piston rod 24 connected to the cross head 63 and the piston 20 connected to the piston rod 24 in
  • Longitudinal direction L can move back and forth.
  • the sliding surface for the crosshead is preferably lubricated, preferably with oil, this lubrication not being shown in detail.
  • the cylinder 10 and / or the piston 20, and preferably also the carrier housing 60 and the crosshead 63, consist of a metal with a thermal conductivity in the range of preferably between 100 and 300 (W / m ⁇ K), preferably of aluminum or one
  • Cross head 63 made of the same material, so that they have the same properties with regard to thermal expansion.
  • FIG. 2 shows a detailed view of the piston compressor 1 according to FIG. 1, essentially the cylinder 10, the piston 20, the flanges 14 and the inlet and outlet valves 90, 91.
  • the cylinder 10 and the piston 20 are designed to be single-acting , for example, an inlet valve 90 and an outlet valve 91 are arranged only in the first cylinder cover 11.
  • the cylinder 10 and the piston 20 are particularly advantageously configured to be double-acting, with a first cylinder interior 10a, a second cylinder interior 10b and two inlet valves 90 and two
  • an inlet valve 90 is thus at least in the first cylinder cover 11 or in the second cylinder cover 12 and an exhaust valve 91, and preferably, as shown in FIG. 2, an intake valve 90 and an exhaust valve 91 are arranged in each of the two cylinder covers 11, 12.
  • the inlet valve 90 and the outlet valve 91 are arranged symmetrically with respect to a plane of symmetry S running in the longitudinal direction L along the piston rod 24.
  • both intake valves 90 and both exhaust valves 91 are arranged on the same side of cylinder 10 as shown in FIG. 2, that is, as shown in FIG. 2, both on the left and both on the right of the plane of symmetry S.
  • the piston-type compressor according to the invention is particularly suitable for compressing a fluid, via the inlet valve 90
  • inflowing inlet fluid FE and its outlet fluid FA flowing out via outlet valve 91 have a high temperature difference of, for example, between 100 ° C. to 150 ° C. So can
  • the inlet fluid FE for example exhaust gas from liquid natural gas
  • the outlet fluid FA have a temperature of ⁇ 40 ° C.
  • the symmetrical arrangement of inlet valve 90 and outlet valve 91 with respect to the plane of symmetry S has the advantage that the cylinder 10 and the piston 20 assume an average temperature during operation in the region of the plane of symmetry S or the longitudinal axis L running along the piston rod 24, wherein the temperature of the cylinder 10 and the piston 20 perpendicular to the longitudinal axis L usually decreases towards the inlet valve 90 and increases towards the outlet valve 91.
  • the cylinder 10 preferably has only a small number
  • the cylinder 10 and the piston 20 have an average temperature in the region of the longitudinal axis L during operation, the cylinder 10, the piston 20 and the piston rod 24 experience no or negligible distortion caused by temperature differences present in these parts, or changes in length caused by temperature differences.
  • the cylinder 10 and / or the piston 20 are made of a highly thermally conductive material, for example aluminum, which gives the advantage that the temperature differences present during operation on the cylinder 10 and on the piston 20 are reduced.
  • the piston compressor according to the invention is advantageously operated at ambient temperature. If exhaust gas from liquid natural gas is compressed with the piston compressor according to the invention, the outer surface of the cylinder 10 is exposed to air
  • a gas space is understood to mean the space between a fluid supply line 15 and the input valve 90 or the space between the output valve 91 and a fluid discharge line 16.
  • the piston compressor 1 according to the invention has
  • Fluid supply line 15 or a flange 14 is arranged, via which the fluid is supplied to the cylinder 10 from the outside, or in that a fluid discharge line 16 or a flange 14 is arranged in the fluid flow direction F immediately after the outlet valve 91, via which the fluid from the Cylinder 10 is discharged to the outside.
  • the delivered fluid is no longer in direct heat-conducting contact with the cylinder 10 until immediately before the inlet valve 90 or immediately after the outlet valve 91. This has the consequence that the cylinder 10 is cooled to a lesser depth.
  • at least one of the components inlet valve 90, outlet valve 91 and flange 14 are designed such that they have an increased thermal conductivity
  • FIG. 3 shows a detailed view of an embodiment to increase the thermal resistance.
  • the exhaust valve 91 does not lie over the entire surface but only over part of the surface 91a on the first cylinder cover 11, which is the
  • Cylinder cover 1 1 increased. In the same way, that could also be
  • Inlet valve 90 may be arranged in the first or second cylinder cover 11, 12.
  • a further possibility for increasing the thermal resistance is, as shown in FIG. 3, that the flange 14 does not rest over the entire surface but only over the partial areas 14a on the first cylinder cover 11, which increases the thermal resistance between the flange 14 and the first cylinder cover 11.
  • the flange 14 could also be arranged in the second cylinder cover 12.
  • the piston compressor 1 according to the invention is advantageously operated at ambient temperature, so that the cylinder 10 is heated by the ambient air while conveying and compressing, for example, exhaust gas, the above-described increase in thermal conductivity giving the advantage that the cylinder 10 is reduced due to the flowing fluid F Mass is cooled so that the cylinder 10 has a higher during operation
  • Has temperature distribution for example, the risk of
  • the inside of the first or second cylinder cover 11, 12 and the outer surface of the first or second piston cover 21, 22 are mutually adapted such that the so-called damage chamber remains as small as possible.
  • first cylinder cover 11 and / or the second cylinder cover 12 could have an end surface running perpendicular to the longitudinal axis L, in which the inlet valve 90 and the outlet valve 91 are arranged.
  • first cylinder cover 11 and / or the second cylinder cover 12 are particularly advantageously configured, as shown in FIG. 2, such that the inlet valve 90 and the
  • Exhaust valve 91 are arranged inclined in the cylinder cover 11, 12 with respect to the plane of symmetry S. This enables valves 90, 91 with a larger diameter to be used, which reduces their flow resistance.
  • Figures 4 and 5 show the same cylinder 10 as in Figure 2, but not in one section but in two different side views.
  • the cylinder 10 comprises the first cylinder cover 11, the cylinder jacket 13 and the second cylinder cover 12.
  • the flanges 14 are arranged in the cylinder covers 11, 12 .
  • the cylinder 10 is over a
  • Spacer 40 firmly connected to the carrier housing 60 and
  • spacer 40 comprises two support arms 42, 43 arranged symmetrically with respect to the plane of symmetry S
  • the second cylinder cover 12 comprises two fastening points 12e, 12f, which are each firmly connected to a support arm 42, 43.
  • Each of the two fastening points 12e, 12f is preferably configured identically in the circumferential direction and, as shown in FIG.
  • FIG. 4 shows the course of the section line B-B and the course of the plane of symmetry S.
  • FIG. 5 also shows the course of the section line A-A and the course of the second plane of symmetry S2.
  • the attachment points 12e, 12f preferably run, as shown in FIG. 4 with the attachment point 12f, essentially perpendicular to the plane of symmetry S and are symmetrical to the
  • the attachment point 12f preferably runs symmetrically with respect to the point S 3 or symmetrically with respect to the plane of symmetry S.
  • the cylinder 10 points during operation of the piston compressor 1 in the area of the plane of symmetry S or in the area of the Point S 3 has an average temperature, the same temperature being present at both fastening points 12e, 12f due to the symmetrical arrangement, or the cylinder 10 having the same temperature, so that the first support arm 42 and the second support arm 43 at the two fastening points 12e, 12f the same
  • Symmetrically designed support arms 42, 43 of the spacer 40 result in the advantage that the support arms 42, 43 on the two Fastening points 12e, 12f have the same temperature, so that there is no mutual thermal distortion on the two support arms 42, 43.
  • the input fluid FE and the output fluid FA can have a considerable temperature difference, so that the corresponding flanges 14 and also the cylinder 10 and possibly the piston 20 in the direction of travel C one
  • Spacer 40 is held in a defined position during the operation of the piston compressor 1. It is particularly important that the piston rod 24 also passes through the passage opening 12g of the second valve cover 12 in the region of the plane of symmetry S, a region of the valve cover 12 which also has an average temperature, so that there is no or only one between the passage opening 12g and the piston rod 24 very little thermal distortion should occur.
  • the spacer 40 is U-shaped, comprising a first support arm 42 and a second support arm 43.
  • the spacer 40 could also have more support arms, for example four, six or eight, which are connected to the second cylinder cover 12
  • FIG. 6 essentially shows the cylinder 10 and the piston 20 without the flanges 14 in a section along the section line AA.
  • Figure 7 shows essentially the cylinder 10 and the piston 20 without the
  • the cylinder 10 comprises at least three parts, the first cylinder cover 11, the second cylinder cover 12 and a preferably tubular cylinder jacket 13, the cylinder jacket 13 being arranged between the first cylinder cover 11 and the second cylinder cover 13.
  • the piston 20 comprises at least three parts, a first piston cover 21, a second piston cover 22 and a piston jacket 23 arranged between the first and second piston covers 21, 22.
  • This layer structure of the cylinder and / or piston enables particularly favorable maintenance because only for maintenance purposes replace those parts that could show considerable wear, for example the cylinder jacket 13 and the piston jacket 23.
  • the piston skirt 23 at least partially has a labyrinth-shaped outer surface 23a, so that the piston compressor 1 is designed as a labyrinth piston compressor.
  • the piston compressor 1 is designed as a labyrinth piston compressor.
  • At least one sealing ring is arranged on the piston jacket 23, the piston jacket 23 preferably having at least one circumferential groove in which the sealing ring is arranged, so that the piston compressor 1 is designed as a ring-sealed piston compressor 1.
  • the second cylinder cover 12 has, preferably arranged on its outer edge 12i, fastening points 12e, 12f at which the
  • Support arms 42, 43 are fastened via a fastening means, not shown, preferably a screw.
  • the fastening points 12e, 12f are preferably arranged mutually symmetrically to the plane of symmetry S.
  • at least one of the two piston covers 21, 22 has a, in particular convex, piston end surface 21a, 22a, which protrudes toward the associated cylinder cover 11, 12, the assigned cylinder cover 11, 12 having a correspondingly protruding cylinder cover outer side 11c, 12c, respectively has a cylinder cover inner side l ld, 12d correspondingly receding with respect to the piston end face 21a, 22a, as is shown for example in FIG. 2.
  • the second cylinder cover 12 has an in in the center
  • Passage opening 12g running in the longitudinal direction L, along which the piston rod 24 extends, preferably at least one stuffing box chamber 50 and preferably a plurality of stuffing box chambers being arranged in the longitudinal direction L following the passage opening 12g, outside the cylinder cover 12.
  • At least one of inlet valve 90, outlet valve 91 and flange 14 does not lie on the first or second with the entire possible area
  • Figure 8 shows the piston compressor 1 in a side view. This comprises two cylinders 10 with pistons 20 arranged therein, each piston 20 being connected to the carrier housing 60 via a spacer 40, and each piston rod 24 being driven by a common crankshaft 61. Below the carrier housing 60, an oil drip pan 64 is arranged. In another advantageous
  • the piston compressor 1 can also have only one embodiment comprise single cylinder 10 with piston 20, or a plurality of cylinders 10 with corresponding piston 20, for example between three to ten cylinders 10.
  • FIG. 9 shows a compressor unit 80 comprising one
  • Piston compressor 1 an electric motor 81, a feed manifold 85, which is connected to the fluid supply line 15, and one
  • Discharge manifold 86 which is connected to the fluid discharge line 16.
  • the fluid supply line 15 and the fluid discharge line 16 are preferably configured to be elastic in order to prevent temperature-related expansions
  • these lines 15, 16 consisting for example of a metal braid.
  • the piston compressor 1 comprises a cylinder 10 and a piston 20 arranged therein
  • Carrier housing 60 connects, and one in a longitudinal direction L
  • the spacer 40 comprising a plurality of support arms 42, 43, the support arms 42, 43 being connected to and supporting the cylinder 10.
  • the cylinder 10 advantageously comprises a plurality of fastening points 12e, 12f arranged symmetrically with respect to the longitudinal axis L, to which the support arms 42, 43 are fastened.
  • the piston compressor has a plane of symmetry S running in the longitudinal direction L along the piston rod 24, the fastening points 12e, 12f and the support arms 42, 43 being arranged symmetrically with respect to the plane of symmetry S.
  • the spacer 40 is U-shaped, with two support arms 42, 43 running in the longitudinal direction L, the cylinder 10 being two
  • each attachment point 12e, 12f in The circumferential direction of the cylinder 10 has a width C in the range between 10 ° and 30 °.
  • the cylinder 10 advantageously includes a
  • Inlet valve 90 and an outlet valve 91 wherein the inlet valve 90 and the outlet valve 91 are mutually symmetrical with respect to the
  • the cylinder 10 advantageously comprises a first cylinder cover 11 and a second one
  • Cylinder cover 11, 12 includes an inlet valve 90 and an outlet valve 91, so that the cylinder 10 and the piston 20 are designed to be double-acting.
  • a plurality of cylinders 10 with pistons 20 arranged therein are advantageously spaced apart from one another
  • Carrier housing 60 are arranged and each have a separate
  • Spacers 40 are connected to the carrier housing 60.
  • Each piston 20 is advantageously assigned a piston rod 24, the carrier housing 60 being designed as a monoblock, and the monoblock having a number of bores corresponding to the number of piston rods 24, in which a crosshead 63 is slidably mounted, each piston 20 having one Piston rod 20 with the
  • the monoblock and the crosshead 62 are advantageously made of a metal with a
  • the cylinder 10 and / or the piston 20 preferably consists of a metal with a thermal conductivity in the range between 100 and 300 (W / m ⁇ K), preferably of aluminum or one
  • the piston compressor 1 comprising a cylinder 10 and a piston 20 arranged therein, a carrier housing 60 with a
  • Carrier housing 60 mounted crosshead 63, a spacer 40, which connects the cylinder 10 to the carrier housing 60, and a piston rod 24 extending in a longitudinal direction L, which the Cross head 63 connects to the piston 20 is advantageously operated in such a way that thermal energy, due to a heat difference between the cylinder 10 and the carrier housing 60, is exchanged via a plurality of support arms 42, 43.
  • An inlet fluid FE is advantageously supplied to the cylinder 10 via an inlet valve 90
  • Piston rod 24 extending plane of symmetry S are arranged so that the cylinder 10 during the delivery of the fluid in the region of the
  • the plane of symmetry S is heated to an average temperature which lies between the temperature of the inlet fluid FE and the outlet fluid FA, the support arms 42, 43 being connected to the cylinder 10 in the region of the plane of symmetry S via fastening points 12e, 12f.
  • the piston rod 24 advantageously runs in the region of the plane of symmetry S, and this is tempered to substantially the same temperature as the attachment points 12e, 12f during the conveying of the fluid.
  • the piston compressor 1 shown in FIG. 1 comprises a cylinder 10 and a piston 20 arranged therein, a carrier housing 60 with a cross head 63 mounted in the carrier housing 60, a spacer 40 which connects the cylinder 10 to the carrier housing 60, and one in a longitudinal direction L. extending piston rod 24, which connects the crosshead 63 to the piston 20, the spacer 40 comprising a plurality of longitudinally extending support arms 42, 43, the support arms 42, 43 being individually connected to the cylinder 10 toward the cylinder 10.
  • the cylinder 10 has a plurality of fastening points 12e, 12f, one supporting arm 42, 43 being fastened to one fastening point 12e, 12f.
  • the attachment points 12e, 12f are mutually symmetrical with respect to the longitudinal direction L.
  • the compressor according to the invention can also have at least one piston as a labyrinth piston compressor or as a compressor
  • the method for operating a piston compressor 1 comprises a cylinder 10 and a piston 20 arranged therein, a carrier housing 60 with a crosshead 63 mounted in the carrier housing 60, one
  • Spacer 40 which connects the cylinder 10 to the carrier housing 60, and a piston rod 24 running in a longitudinal direction L, which connects the crosshead 63 to the piston 20, the spacer 40 having a plurality of running in the longitudinal direction L.
  • the inlet fluid FE is preferably supplied with a
  • the attachment points 12e, 12f each have a center point S3 in the region of the plane of symmetry S, which during the Conveying the fluid can be tempered to substantially the same temperature.
  • the spacer 40 is U-shaped, with a support section 41 and two support arms 42, 43 running in the longitudinal direction L, with the support arms 42, 43 and
  • Support section 41 thermal energy is exchanged between the cylinder 10 and the carrier housing 60.
  • the circumferential direction of the cylinder 10 has a width C in the range between 10 ° and 30 °, each fastening point 12e, 12f being arranged symmetrically to the center point S3, so that heat energy is transmitted in the circumferential direction from the respective support arm 42, 43 along the fastening point 12e, 12f.

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Abstract

Der Kolbenkompressor (1) umfasst einen Zylinder (11, 12, 13) sowie einen darin angeordneten Kolben, ein Trägergehäuse mit einem im Trägergehäuse gelagerten Kreuzkopf, einen Distanzhalter (40), welcher den Zylinder (10) mit dem Trägergehäuse verbindet, sowie eine in einer Längsrichtung (L) verlaufende Kolbenstange, welche den Kreuzkopf mit dem Kolben verbindet, wobei der Distanzhalter (40) eine Mehrzahl von Stützarmen (42,43) umfasst, wobei die Stützarme (42,43) mit dem Zylinder (10) verbunden sind und diesen tragen.

Description

KOLBENKOMPRESSOR SOWIE VERFAHREN ZUM BETRIEB DESSELBEN
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Kolbenkompressors.
Stand der Technik
Unter flüssigem Erdgas, auf Englisch auch als„liquefied natural gas“ oder kurz als„LNG“ bezeichnet, versteht man Erdgas, das auf eine Temperatur von zumindest - 160 °C abgekühlt ist, und das bei diesen tiefen
Temperaturen einen flüssigen Aggregatzustand einnimmt. Die
Druckschrift WO 2009/ 1 12479A1 offenbart einen Kolbenkompressor zur Bereitstellung von Erdgasbrennstoff, wobei dieser Erdgasbrennstoff gewonnen wird, indem Abdampfgas, das vom flüssigen Erdgas abgegeben wird, mithilfe des Kolbenkompressors verdichtet wird. Ein solcher, an sich sehr bewährter Kolbenkompressor, erlaubt es, das Abdampfgas des flüssigen Erdgases, welches üblicherweise eine Temperatur von etwa - 160 ° C bei einem Druck von üblicherweise 1 bar aufweist, auf einen
vorzugsweise variablen Enddruck im Bereich zwischen 100 bar und 500 bar zu verdichten, vorzugsweise auf einen Enddruck im Bereich zwischen 210 bar und 350 bar. Ein solcher Kolbenkompressor weist den Vorteil auf, dass Erdgas in einem weiten Temperaturbereich von vorzugsweise zwischen - 160 °C bis + 100 °C angesogen und anschliessend verdichtet werden kann. Ein solcher Kolbenkompressor ist beispielsweise in der Lage ein Eingangsfluid aufweisend eine Temperatur von - 160 °C zu einem komprimierten Fluid aufweisend eine Temperatur von -40 °C zu
verdichten. Bei dieser Anwendung liegt zwischen Eingang und Ausgang des Kolbenkompressors somit eine Temperaturdifferenz im Bereich von 120 °C an. Bis heute ist es eine grosse technische Herausforderung einen kostengünstigen Kolbenkompressor, insbesondere einen
Labyrinthkolbenkompressor zu bilden, der zum Verdichten eines Fluides geeignet ist, das zwischen Eingangsfluid und Ausgangsfluid eine hohe Temperaturdifferenz aufweist.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es einen Kolbenkompressor auszubilden, der trotz hoher Temperaturdifferenz zwischen Eingang und Ausgang geeignet ist zum Verdichten eines Fluides, und der wirtschaftlich vorteilhaft ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kolbenkompressor aufweisend die Merkmale von Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 14 betreffen weitere, vorteilhaft Ausgestaltungen. Die Aufgabe wird weiter gelöst mit einem Verfahren aufweisend die Merkmale von Anspruch 15. Die abhängigen Ansprüche 16 bis 21 betreffen weitere, vorteilhaft
Verfahrensschritte.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst mit einem Kolbenkompressor umfassend einen Zylinder sowie einen darin angeordneten Kolben, ein Trägergehäuse mit einem im Trägergehäuse gelagerten Kreuzkopf, einen Distanzhalter, welcher den Zylinder mit dem Trägergehäuse verbindet, sowie eine in einer Längsrichtung verlaufende Kolbenstange, welche den Kreuzkopf mit dem Kolben verbindet, wobei der Distanzhalter eine Mehrzahl von Stützarmen umfasst, wobei die Stützarme mit dem Zylinder verbunden sind und diesen tragen.
Die Aufgabe wird weiter insbesondere gelöst mit einem Kolbenkompressor umfassend einen Zylinder sowie einen darin angeordneten Kolben, ein Trägergehäuse mit einem im Trägergehäuse gelagerten Kreuzkopf, einen Distanzhalter, welcher den Zylinder mit dem Trägergehäuse verbindet, sowie eine in einer Längsrichtung verlaufende Kolbenstange, welche den Kreuzkopf mit dem Kolben verbindet, wobei der Distanzhalter eine
Mehrzahl von in Längsrichtung verlaufende Stützarmen umfasst, wobei die Stützarme zum Zylinder hin je einzeln mit dem Zylinder verbunden sind.
Die Aufgabe wird weiter insbesondere gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb eines Kolbenkompressors umfassend einen Zylinder sowie einen darin angeordneten Kolben, ein Trägergehäuse mit einem im
Trägergehäuse gelagerten Kreuzkopf, einen Distanzhalter, welcher den Zylinder mit dem Trägergehäuse verbindet, sowie eine in einer
Längsrichtung verlaufende Kolbenstange, welche den Kreuzkopf mit dem Kolben verbindet, wobei Wärmeenergie, bedingt durch eine zwischen dem Zylinder und dem Trägergehäuse anliegende Wärmedifferenz, über eine Mehrzahl von Stützarmen ausgetauscht wird.
Die Aufgabe wird weiter insbesondere gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb eines Kolbenkompressors umfassend einen Zylinder sowie einen darin angeordneten Kolben, ein Trägergehäuse mit einem im
Trägergehäuse gelagerten Kreuzkopf, einen Distanzhalter, welcher den Zylinder mit dem Trägergehäuse verbindet, sowie eine in einer
Längsrichtung verlaufende Kolbenstange, welche den Kreuzkopf mit dem Kolben verbindet, wobei der Distanzhalter eine Mehrzahl von in
Längsrichtung verlaufende Stützarme umfasst, wobei die Stützarme zum Zylinder hin je einzeln über Befestigungsstellen mit dem Zylinder verbunden sind, sodass Wärmeenergie, bedingt durch eine zwischen den Befestigungsstellen anliegende Wärmedifferenz, nicht direkt in Umfangsrichtung zur Längsrichtung zwischen den Befestigungsstellen ausgetauscht wird, sondern über die in Längsrichtung verlaufenden Stützarmen. Ein Labyrinthkolbenkompressor umfasst einen Kolben sowie einen
Zylinder, wobei zumindest der Kolben und die Zylinderwand des Zylinders eine Labyrinthdichtung ausgebildet ist. Die Labyrinthdichtung ist eine berührungsfreie Dichtung. Die Dichtwirkung beruht auf der Verlängerung des Strömungsweges durch den abzudichtenden Spalt, wodurch der Strömungswiderstand wesentlich erhöht wird. Die Wegverlängerung wird durch eine Oberflächenstruktur des Kolbens und gegebenenfalls zudem auch der Zylinderwand erreicht. Vorzugsweise weist die Oberfläche des Kolbens eine Vielzahl umlaufender Vertiefungen auf, die in Längsrichtung des Kolbens gegenseitig beabstandet sind. Eine absolute Dichtheit ist mit dieser berührungsfreien Konstruktion nicht möglich. Dafür weist der
Labyrinthkolbenkompressor umfassend die Labyrinthdichtung den Vorteil auf, dass die Labyrinthdichtung kontaktlos erfolgt, weil sich der Kolben und die Zylinderwand gegenseitig nicht berühren, und dass deshalb auch keine Schmierung zwischen Kolben und Zylinderwand erforderlich ist. Ein derartiger Labyrinthkolbenkompressor erlaubt ein sogenanntes ölfreies Verdichten eines Fluids, weil zum Verdichten des Fluids kein
Schmiermittel, insbesondere kein Öl erforderlich ist. Der Kolben eines derartigen Labyrinthkolbenkompressors weist keine Dichtringe auf, da die Labyrinthdichtung eine Dichtung bewirkt.
Der erfindungsgemässe Kolbenkompressor weist den Vorteil auf, dass dieser auch dann sicher betreibbar ist, wenn die Temperatur des
anzusaugenden Fluides, und die Temperatur des komprimierten, auszustossenden Fluides eine grosse Temperaturdifferenz von
beispielsweise 100°C bis 120°C oder noch mehr aufweisen. Der
erfindungsgemässe Kolbenkompressor ist derart ausgestaltet, dass die anliegenden Temperaturdifferenzen keinen wesentlichen thermische Spannungen bzw. keinen wesentlichen Verzug an Komponenten des Kolbenkompressors zur Folge haben, beziehungsweise dass der
Kolbenkompressor derart ausgestaltet ist, dass eine auf Grund der anliegenden Temperaturdifferenz bewirkte Ausdehnung von Komponenten des Kolbenkompressors derart erfolgt, dass die einzelnen Komponenten relativ zueinander auf Grund der Temperaturdifferenz kaum gegenseitig verschoben werden, sodass der Kolbenkompressor unabhängig von anliegenden Temperaturdifferenzen sicher und zuverlässig betreibbar ist.
Der erfmdungsgemässe Kolbenkompressor weist den Vorteil auf, dass das zumindest eine Einlassventil und das zumindest eine Auslassventil im Zylinderdeckel angeordnet sind, was den Vorteil ergibt, dass ein zu komprimierendes Fluid nach dem Durchströmen des Einlassventils unmittelbar in den Zylinderinnenraum einströmt, bzw. dass ein
komprimiertes Fluid beim nach dem Durchströmen des Auslassventils den Zylinderinnenraum unmittelbar verlässt, sodass der
Kolbenkompressor einen äusserst kleinen oder gar keinen Gastotraum bzw. Schadraum aufweist, innerhalb welchem eine
Temperaturübertragung zwischen Fluid und Kolbenkompressor erfolgen könnte, sodass der Kolbenkompressor relativ wenige Kontaktflächen aufweist, die mit dem Fluid Wärme austauschen könnten.. Der
erfmdungsgemässe Kolbenkompressor weist somit vorzugsweise, mit Ausnahme der zwingend erforderlichen Kontaktflächen des Einströmens des zu komprimieren Fluides, des Komprimierens des zu komprimieren Fluides und des Ausstossens des komprimierten Fluids, vorzugsweise vernachlässigbar kleine oder gar keine zusätzlichen Kontaktflächen und Kontaktstellen zwischen dem Kolbenkompressor und dem geförderten Fluid auf, was eine Wärmeübertragung zwischen Fluid und
Kolbenkompressor begrenzt. Zudem besteht der Zylinder und/ oder der Kolben des Kolbenkompressors vorteilhafterweise aus einem Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit im Bereich zwischen 100 und 300 (W/m K), vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die relativ hohe Wärmeleitfähigkeit hat zur Folge, dass sich während des Betriebs des Kolbenkompressors in dessen Bauteilen ein Temperaturgleichgewicht einstellt, deren Temperaturdifferenzen wesentlich kleiner sind als die Temperaturdifferenzen zwischen dem einströmenden und dem
komprimierten, ausströmenden Fluid. Besonders vorteilhaft bestehen der Zylinder und der Kolben aus demselben Material.
Das Einlassventil und das Auslassventil sind im Zylinder zudem
vorzugsweise symmetrisch bezüglich einer entlang einer Mittellinie des Zylinders verlaufenden Symmetrieebene angeordnet. Dies hat zur Folge, dass sich während des Betriebs des Kolbenkompressors im Bereich der Symmetrieebene eine Mitteltemperatur einstellen wird, welche zwischen der Temperatur des einströmenden Fluids und der Temperatur das ausströmenden Fluids liegt, was maximal mögliche, im Zylinder auftretende Temperaturdifferenzen reduziert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist ein beim Einlassventil bzw. Auslassventil angeordneter Flansch oder Schlauch, welche zum Zuleiten- bzw. Ableiten des Fluids dienen, eine geringe Berührungsfläche bezüglich des Zylinders auf, was wiederum eine Wärmeübertragung zwischen Flansch bzw. Schlauch und dem Zylinder reduziert. Dier Flansch oder Schlauch hat zudem den Vorteil, fass
Der Kolbenkompressor umfasst ein Trägergehäuse, in welchem
vorzugsweise eine Kurbelwelle und zumindest ein Kreuzkopf angeordnet ist. Der erfmdungsgemässe Kolbenkompressor umfasst einen
Distanzhalter, der mit dem Trägergehäuse und dem Zylinder verbunden ist, um einerseits den Zylinder in einer definierten Position bezüglich dem Trägergehäuse zu halten, und um andererseits einen allfälligen
Temperaturfluss zwischen Zylinder und Trägergehäuse zu reduzieren. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Distanzhalter an solchen Bereichen mit dem Zylinder verbunden, an welchen die Mitteltemperatur oder im Wesentlichen die Mitteltemperatur anliegt. Dies hat zur Folge, dass die während des Betriebs des Kolbenkompressors am Distanzhalter zwischen Zylinder und Trägergehäuse auftretenden
Temperaturdifferenzen sich in Grenzen halten, wobei der Distanzhalter vorzugsweise derart angeordnet ist, dass dieser eine symmetrisch zur Symmetrieebene verlaufende Wärmeverteilung aufweist, was zur Folge hat, dass aufgrund der am Distanzhalter anliegenden Temperaturen kaum oder gar kein Verzug des Distanzhalters auftritt. Somit entsteht während des Betriebs des Kolbenkompressors insbesondere keine oder eine vernachlässigbar kleine asymmetrische Wärmeausdehnung bzw.
Verformung sondern vorteilhafterweise höchstens eine symmetrisch zur Symmetrieebene erfolgende Wärmeausdehnung bzw. Verformung auf Grund der anliegenden Temperatur, wobei dieser Effekt insbesondere am Zylinder, am Kolben sowie am Distanzhalter auftritt. Daher erfährt auch die zwischen Trägergehäuse und Zylinder verlaufende Kolbenstange keine Verformung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Zylinder und/ oder der Kolben aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, einem somit sehr gut wärmeleitenden Metall. Die sehr gute Wärmeleitung hat wiederum den Vorteil, dass sich während des kontinuierlichen Betriebs des
Kolbenkompressors sehr schnell eine Mitteltemperatur bzw. eine mittlere Betriebstemperatur der einzelnen Komponenten des Kompressors einstellt, und dadurch Temperaturspitzen vermieden werden.
Der erfmdungsgemässe Kolbenkompressor weist den Vorteil auf, dass dieser in einer bevorzugten Ausführungsform relativ wenige Teile benötigt, und dass die beweglichen Teile relativ massearm gewählt sein können.
Dies ergibt zudem den Vorteil, dass der erfmdungsgemässe
Kolbenkompressor mit einer hohen Drehzahl von beispielsweise bis zum 1800 Umdrehungen pro Minute betrieben werden kann. Der erfindungsgemässe Kolbenkompressor wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Detail erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kolbenkompressor entlang der
Schnittlinie A-A;
Fig. 2 eine Detailansicht des Kolbenkompressors gemäss Fig. 1 ,
insbesondere des Zylinders und des Kolbens;
Fig. 3 eine Detailansicht der Anordnung des Ventils im Zylinder;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Zylinders mit Distanzhalter;
Fig. 5 eine weitere Seitenansicht des Zylinders mit Distanzhalter;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Zylinder mit Kolben entlang der
Schnittlinie A-A;
Fig. 7 einen weiteren Längsschnitt durch den Zylinder mit Kolben entlang der Schnittlinie B-B;
Fig. 8 eine Seitenansicht des Kolbenkompressors;
Fig. 9 den Kolbenkompressor in einer Einsatzkonfiguration.
Grundsätzlich sind in den Zeichnungen gleiche Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kolbenkompressor 1
umfassend einen Zylinder 10 sowie einen darin angeordneten Kolben 20, umfassend ein Trägergehäuse 60 mit einem darin angeordneten Kreuzkopf 63 mit Lagerteil 63a, wobei der Kreuzkopf 63 über eine Kurbelwelle 61 sowie eine Verbindungsstange 62 antreibbar ist, sowie umfassend einen Distanzhalter 40 mit Auflageabschnitt 41 , wobei der Distanzhalter 40 den Zylinder 10 mit dem Trägergehäuse 60 verbindet und, wie in Figur 1 dargestellt, bei aufrecht angeordnetem Kolbenkompressor 1 den Zylinder 10 trägt. Der Kolbenkompressor 1 umfasst eine Kolbenstange 24, welche den Kreuzkopf 63 mit dem Kolben 20 verbindet und den Kolben 20 antreibt. Der Kolbenkompressor 1 weist eine Längsachse L auf, welche sich im Zentrum der Kolbenstange 24 entlang der Kolbenstange 24 erstreckt. Der Zylinder 10 umfasst einen ersten Zylinderdeckel 1 1 , einen zweiten Zylinderdeckel 12, sowie einen dazwischen angeordneten
Zylindermantel 13. Der erste Zylinderdeckel 1 1 umfasst eine
Einlassventilaufnahmeöffnung 1 1a sowie eine
Auslassventilaufnahmeöffnung 1 1b, in welchen ein Einlassventil 90 bzw. ein Auslassventil 91 angeordnet ist. Zudem ist je ein Flansch 14 mit der Öffnung 1 1a, 1 1b verbunden, wobei der Flansch 14 zum Zuführen bzw. zum Abführen eines Fluids zwischen ausserhalb des Zylinders 10 und einem Innenraum 10a des Zylinders 10 dient. Fluide können
beispielsweise über einen mit dem jeweiligen Flansch 14 verbundenen Schlauch 15 zu- bzw. abgeführt werden. Der zweite Zylinderdeckel 12 umfasst ebenfalls eine Einlassventilaufnahmeöffnung 12a sowie eine Auslassventilaufnahmeöffnung 12b mit darin angeordneten Einlassventil 90 bzw. Auslassventil 91. Der zweite Zylinderdeckel 12 umfasst einen Mittelabschnitt 12h aufweisend eine Durchlassöffnung 12g, in welcher die Kolbenstange 24 in deren Verlaufsrichtung L beweglich angeordnet ist.
Der Zylinder 10 bzw. der Kolben 20 ist doppeltwirkend ausgestaltet, in dem der Kolben 20 einen ersten Zylinderinnenraum 10a sowie einen zweiten Zylinderinnenraum 10b begrenzt. In einer weiteren
Ausführungsform könnte auf den Zylindermantel 13 verzichtet werden, indem der erste und zweite Zylinderdeckel 1 1 , 12 in Längsrichtung L länger ausgestaltet sind.
In Längsrichtung L ist dem Mittelabschnitt 12 h nachfolgend eine erste, eine zweite sowie eine dritte Stopfbüchsenkammer 50, 51.52 angeordnet. Der Distanzhalter 40 weist einen Distanzhalterinnenraum 40a auf, in welchem eine nur schematisch dargestellte Ölabstreifpackung 55 umfassend vorzugsweise eine Führung angeordnet ist, welche die
Kolbenstange 24 umschliesst. Zudem ist an der Kolbenstange 24 ein Ölschirm 54 angeordnet. Das Trägergehäuse 60 weist eine Bohrung 60a auf, welche eine Gleitfläche für den Kreuzkopf 63 ausbildet, sodass der Kreuzkopf 63, die mit dem Kreuzkopf 63 verbundene Kolbenstange 24 sowie den mit der Kolbenstange 24 verbundenen Kolben 20 in
Längsrichtung L hin und her bewegen kann. Vorzugsweise wird die Gleitfläche für den Kreuzkopf geschmiert, vorzugsweise mit Öl, wobei dieser Schmierung nicht im Detail dargestellt ist.
Der Zylinder 10 und/ oder der Kolben 20, und vorzugsweise auch das Trägergehäuse 60 und der Kreuzkopf 63, bestehen aus einem Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit im Bereich von vorzugsweise zwischen 100 und 300 (W/m · K), vorzugsweise aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung. Vorteilhafterweise sind der Zylinder 10 und der Kolben 20, und vorzugsweise auch das Trägergehäuse 60 und der
Kreuzkopf 63, aus demselben Material gefertigt, sodass diese bezüglich Wärmeausdehnung dieselben Eigenschaften aufweisen.
Figur 2 zeigt eine Detailansicht des Kolbenkompressors 1 gemäss Figur 1 , im Wesentlichen den Zylinder 10, den Kolben 20, die Flansche 14 sowie die Ein- und Auslassventile 90, 91. In einer möglichen Ausgestaltung ist der Zylinder 10 sowie der Kolben 20 einfach wirkend ausgestaltet, indem beispielsweise nur im ersten Zylinderdeckel 1 1 je ein Einlassventil 90 und ein Auslassventil 91 angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist der Zylinder 10 sowie der Kolben 20 jedoch, wie in Figur 2 dargestellt, doppeltwirkend ausgestaltet, mit einem ersten Zylinderinnenraum 10a, einem zweiten Zylinderinnenraum 10b sowie zwei Einlassventilen 90 und zwei
Auslassventilen 91. Erfindungsgemäss sind somit zumindest im ersten Zylinderdeckel 1 1 oder im zweiten Zylinderdeckel 12 ein Einlassventil 90 sowie ein Auslassventil 91 angeordnet, und vorzugsweise wie in Figur 2 dargestellt in beiden Zylinderdeckeln 1 1 , 12 je ein Einlassventil 90 sowie ein Auslassventil 91 angeordnet. Im jeweiligen Zylinderdeckel 1 1 , 12 ist das Einlassventil 90 und das Auslassventil 91 symmetrisch bezüglich einer in Längsrichtung L entlang der Kolbenstange 24 verlaufenden Symmetrieebene S angeordnet. Vorzugsweise sind beide Einlassventile 90 sowie beide Auslassventile 91 wie in Figur 2 dargestellt jeweils auf derselben Seite des Zylinders 10 angeordnet, das heisst wie in Figur 2 dargestellt, jeweils beide links bzw. beide rechts der Symmetrieebene S.
Der erfmdungsgemässe Kolbenkompressor ist insbesondere geeignet ein Fluide zu komprimieren, dessen über das Eingangsventil 90
einströmendes Eintrittsfluid FE und dessen über das Ausgangsventil 91 ausströmende Austrittsfluid FA eine hohe Temperaturdifferenz von beispielsweise zwischen 100°C bis 150°C aufweisen. So kann
beispielsweise das Eintrittsfluid FE, beispielsweise Abdampfgas von flüssigem Erdgas, eine Temperatur von - 160 °C aufweisen, und das Austrittsfluid FA eine Temperatur von -40 °C aufweisen, sodass sie
Temperaturdifferenz 120 °C beträgt. Die symmetrische Anordnung von Einlassventil 90 und Auslassventil 91 bezüglich der Symmetrieebene S weist den Vorteil auf, dass der Zylinder 10 sowie der Kolben 20 während des Betriebs im Bereich der Symmetrieebene S bzw. der entlang der Kolbenstange 24 verlaufenden Längsachse L eine mittlere Temperatur einnimmt, wobei die Temperatur des Zylinders 10 und des Kolbens 20 senkrecht zur Längsachse L üblicherweise zum Einlassventil 90 hin abnimmt und zum Auslassventil 91 hin zunimmt. In Verlaufsrichtung der Längsachse L weist der Zylinder 10 vorzugsweise nur geringe
Temperaturdifferenzen auf. Dadurch, dass der Zylinder 10 und der Kolben 20 im Bereich der Längsachse L während des Betriebs eine mittlere Temperatur aufweisen erfährt der Zylinder 10, der Kolben 20 sowie die Kolbenstange 24 keinen oder einen vernachlässigbar geringen Verzug hervorgerufen durch in diesen Teilen anliegende Temperaturdifferenzen, beziehungsweise durch Temperaturdifferenzen verursachte Längenänderungen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Zylinder 10 und/ oder der Kolben 20 aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise aus Aluminium, was den Vorteil ergibt, dass die während des Betriebs am Zylinder 10 und am Kolben 20 anliegenden Temperaturdifferenzen reduziert werden.
Der erfmdungsgemässe Kolbenkompressor wird vorteilhafterweise bei Umgebungstemperatur betrieben. Falls mit dem erfmdungsgemässen Kolbenkompressor Abdampfgas von flüssigem Erdgas komprimiert wird, so wird die Aussenfläche des Zylinders 10 mit Luft aufweisend
Umgebungstemperatur erwärmt, was am Zylinder 10 anliegende
Temperaturdifferenzen weiter reduziert, insbesondere dann, wenn der Zylinder 10 oder zumindest die Zylinderdeckel 1 1 , 12 aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen.
Bei einem Kolbenkompressor 1 wird unter einem Gasraum der Raum zwischen einer Fluidzuleitung 15 und dem Eingangsventil 90 bzw. der Raum zwischen dem Ausgangsventil 91 und einer Fluidableitung 16 verstanden. Der erfmdungsgemässe Kolbenkompressor 1 weist
vorteilhafter Weise keinen oder einen sehr geringen Gasraum auf, indem in Fluidfliessrichtung F unmittelbar vor dem Einlassventil 90 die
Fluidzuleitung 15 bzw. ein Flansch 14 angeordnet ist, über welche das Fluid von Aussen dem Zylinder 10 zuführt wird, beziehungsweise indem in Fluidfliessrichtung F unmittelbar nach dem Auslassventil 91 eine nach Aussen führende Fluidableitung 16 beziehungsweise ein Flansch 14 angeordnet ist, über welche das Fluid vom Zylinder 10 nach Aussen abgeführt wird. Somit steht das geförderte Fluid bis unmittelbar vor dem Einlassventil 90 bzw. unmittelbar nach dem Auslassventil 91 nicht mehr in direkt Wärme leitendem Kontakt mit dem Zylinder 10. Dies hat zur Folge, dass der Zylinder 10 weniger tief abgekühlt wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest eine der Komponenten Einlassventil 90, Auslassventil 91 und Flansch 14 derart ausgestaltet, dass diese einen erhöhten Wärmeleitwiderstand zum
Zylinderdeckel 1 1 , 12 aufweisen, um dem Zylinderdeckel 1 1 , 12 nur in reduziertem Masse Wärme zu entziehen, aufgrund des durch das
Einlassventil 90, das Auslassventil 91 und/ oder den Flansch 14
durchströmenden kühlen Fluids. Figur 3 zeigt in einer Detailansicht ein Ausführungsbeispiel zur Erhöhung des Wärmeleitwiderstandes. Das Auslassventil 91 liegt nicht vollflächig sondern nur teilflächig über die Teilflächen 91a am ersten Zylinderdeckel 1 1 an, was den
Wärmeleitwiderstand zwischen Auslassventil 91 und erstem
Zylinderdeckel 1 1 erhöht. Auf dieselbe Weise könnte auch das
Einlassventil 90 im ersten oder zweiten Zylinderdeckel 1 1 , 12 angeordnet sein. Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung des Wärmeleitwiderstandes besteht wie in Figur 3 dargestellt darin, dass auch der Flansch 14 nicht vollflächig sondern nur teilflächig über die Teilflächen 14a am ersten Zylinderdeckel 1 1 anliegt, was den Wärmeleitwiderstand zwischen Flansch 14 und dem ersten Zylinderdeckel 1 1 erhöht. Auf dieselbe Weise könnte der Flansch 14 auch im zweiten Zylinderdeckel 12 angeordnet sein. Der erfindungsgemässe Kolbenkompressor 1 wird vorteilhafterweise bei Umgebungstemperatur betrieben, sodass der Zylinder 10 während des Förderns und Komprimierens von beispielsweise Abdampfgas durch die Umgebungsluft erwärmt wird, wobei die vorhin beschriebene Erhöhung des Wärmeleitwiderstandes den Vorteil ergibt, dass der Zylinder 10 aufgrund des durchströmenden Fluides F in reduziertem Masse abgekühlt wird, sodass der Zylinder 10 während des Betriebs eine höhere
Temperatur und vorzugsweise auch eine gleichmässigere
Temperaturverteilung aufweist, was beispielsweise die Gefahr eines
Verziehen der Komponenten des Kolbenkompressors 1 aufgrund der anliegenden Temperaturdifferenzen, insbesondere ein Verziehen des Zylinders 10, des Kolbens 20, der Kolbenstange 24 oder des
Distanzhalters 40 reduziert. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Innenseite des ersten oder zweiten Zylinderdeckel 1 1 , 12 und die Aussenoberfläche des ersten oder zweiten Kolbendeckels 21 , 22 derart gegenseitig angepasst ausgestaltet, dass der sogenannte Schadraum möglichst klein bleibt.
Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, weisen in einer vorteilhaften
Ausgestaltung zumindest einer der beiden Kolbendeckel 21 ,22 eine zum zugeordneten Zylinderdeckel 1 1 , 12 hin vorstehend verlaufende,
insbesondere konvexe Kolbenstirnfläche 21a, 22a auf, wobei der
zugeordnete Zylinderdeckel 1 1 , 12 eine entsprechend vorstehende
Zylinderdeckelaussenseite 1 1c, 12c beziehungsweise eine bezüglich der Kolbenstirnfläche 21a, 22a entsprechend zurückweichende
Zylinderdeckelinnenseite l ld, 12d aufweist. Der erste Zylinderinnenraum 10a entspricht bei der obersten Stellung des Kolbens 20 dem Schadraum, welcher, wie aus Figur 3 ersichtlich, sehr klein ist.
In einer möglichen Ausgestaltung könnte der erste Zylinderdeckel 1 1 und / oder der zweite Zylinderdeckel 12 eine senkrecht zur Längsachse L verlaufende Stirnfläche aufweisen, in welcher das Einlassventil 90 sowie das Auslassventil 91 angeordnet ist. Besonders vorteilhaft sind der erste Zylinderdeckel 1 1 und/ oder zweite Zylinderdeckel 12 jedoch wie in Figur 2 dargestellt derart ausgestaltet, dass das Einlassventil 90 sowie das
Auslassventil 91 bezüglich der Symmetrieebene S geneigt verlaufend im Zylinderdeckel 1 1 , 12 angeordnet sind. Dies ermöglicht Ventile 90, 91 mit grösserem Durchmesser zu verwenden, was deren Strömungswiderstand verkleinert.
Die Figuren 4 und 5 zeigen denselben Zylinder 10 wie in Figur 2, jedoch nicht in einem Schnitt sondern in zwei unterschiedlichen Seitenansichten. Der Zylinder 10 umfasst den ersten Zylinderdeckel 1 1 , den Zylindermantel 13 sowie den zweiten Zylinderdeckel 12. In den Zylinderdeckeln 1 1 , 12 sind die Flansche 14 angeordnet. Der Zylinder 10 ist über einen
Distanzhalter 40 fest mit dem Trägergehäuse 60 verbunden und
beabstandet bezüglich des Trägergehäuses 60 angeordnet. Der
Distanzhalter 40 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei symmetrisch bezüglich der Symmetrieebene S angeordnete Stützarme 42, 43. und der zweite Zylinderdeckel 12 umfasst zwei Befestigungstellen 12e, 12f, welche mit je einem Stützarm 42, 43 fest verbunden sind. Jede der beiden Befestigungsstellen 12e, 12f ist in Umfangsrichtung vorzugsweise identisch ausgestaltet, und weist, wie in Figur 4 dargestellt, in
Umfangsrichtung eine Breite C im Bereich von vorzugsweise zwischen 10° bis 30° auf. In Figur 4 ist noch der Verlauf der Schnittlinie B-B sowie der Verlauf der Symmetrieebene S dargestellt. In Figur 5 ist noch der Verlauf der Schnittlinie A-A sowie der Verlauf der zweiten Symmetrieebene S2 dargestellt. Die Befestigungsstellen 12e, 12f verlaufen vorzugsweise, wie in Figur 4 mit der Befestigungsstelle 12f dargestellt, im Wesentlichen senkrecht zur Symmetrieebene S und sind symmetrisch zur
Symmetrieebene S verlaufend angeordnet. Der Punkt S3 zeigt den
Schnittpunkt der Befestigungsstelle 12f mit der Symmetrieebene S. Die Befestigungsstelle 12f verläuft vorzugsweise symmetrisch bezüglich dem Punkt S3 beziehungsweise symmetrisch bezüglich der Symmetrieebene S. Wie bereits beschrieben weist der Zylinder 10 während des Betriebes des Kolbenkompressors 1 im Bereich der Symmetrieebene S bzw. im Bereich des Punktes S3 eine mittlere Temperatur auf, wobei auf Grund der symmetrischen Anordnung an beiden Befestigungsstellen 12e, 12f dieselbe Temperatur anliegt, beziehungsweise der Zylinder 10 dieselbe Temperatur aufweist, sodass auch der erste Stützarm 42 und der zweite Stützarm 43 an den beiden Befestigungsstellen 12e, 12f dieselbe
Temperatur aufweisen. Die symmetrische Ausgestaltung des Zylinders 10 und der am Zylinder 10 befestigten Flansche 14, sowie die symmetrische Anordnung der beiden Befestigungsstellen 12e, 12f, sowie die
symmetrisch ausgestalteten Stützarme 42, 43 des Distanzhalters 40 ergebenen den Vorteil, dass die Stützarme 42, 43 an den beiden Befestigungsstellen 12e, 12f dieselbe Temperatur aufweisen, sodass an den beiden Stützarmen 42, 43 kein gegenseitiger thermischer Verzug auftritt. Wie bereits beschrieben können das Eingangsfluid FE und das Ausgangsfluid FA einen erheblichen Temperaturunterschied aufweisen, sodass die entsprechenden Flansche 14 und auch der Zylinder 10 und allenfalls der Kolben 20 in Verlaufsrichtung C einen
Temperaturunterschied aufweisen können was allenfalls zu einem Verzug des Zylinders bzw. einem Verzug von dessen Komponenten insbesondere in Verlaufsrichtung C führen könnte. Ein solcher Verzug hat jedoch keinen oder einen vernachlässigbar geringen Einfluss auf den Punkt S3 bzw. auf die Stützarme 42, 43, sodass der Zylinder 10 durch den
Distanzhalter 40 während des Betriebs des Kolbenkompressors 1 in einer definierten Lage gehalten wird. Besonders wichtig ist der Aspekt, dass auch die Kolbenstange 24 im Bereich der Symmetrieebene S durch die Durchlassöffnung 12g des zweiten Ventildeckels 12 tritt, einem Bereich des Ventildeckels 12 der ebenfalls eine mittlere Temperatur aufweist, sodass auch zwischen Durchlassöffnung 12g und Kolbenstange 24 kein oder nur ein sehr geringer thermisch bedingter Verzug auftreten sollte.
In Figur 5 ist der Distanzhalter 40 U-förmig ausgestaltet, umfassend einen ersten Stützarm 42 sowie einen zweiten Stützarm 43. Der Distanzhalter 40 könnte jedoch auch noch mehr Stützarme aufweisen, beispielsweise vier, sechs oder acht, welche mit dem zweiten Zylinderdeckel 12
verbunden sind, und welche vorzugsweise symmetrisch bezüglich der Symmetrieebene S angeordnet sind. Um eine bessere Darstellung zu ermöglichen sind in Figur 5 die zweite Stopfbüchsenkammer 51 sowie die dritte Stopfbüchsenkammer 52 sowie der Distanzstückdeckel 53 nicht dargestellt.
Figur 6 zeigt im Wesentlichen den Zylinder 10 und den Kolben 20 ohne die Flansche 14 in einem Schnitt entlang der Schnittlinie A-A. Figur 7 zeigt im Wesentlichen den Zylinder 10 und den Kolben 20 ohne die
Flansche 14 in einem Schnitt entlang der Schnittlinie B-B.
Der Zylinder 10 umfasst zumindest drei Teile, den ersten Zylinderdeckel 1 1 , den zweiten Zylinderdeckel 12 sowie einen vorzugsweise rohrförmig ausgestalteten Zylindermantel 13, wobei der Zylindermantel 13 zwischen dem ersten Zylinderdeckel 1 1 und dem zweiten Zylinderdeckel 13 angeordnet ist.
Der Kolben 20 umfasst zumindest drei Teile, einen ersten Kolbendeckel 21 , einen zweiten Kolbendeckel 22 sowie einen zwischen erstem und zweitem Kolbendeckel 21 ,22 angeordneten Kolbenmantel 23. Dieser Schichtaufbau von Zylinder und/ oder Kolben ermöglichst eine besonders günstige Wartung, weil anlässlich der Wartung nur diejenigen Teile zu ersetzen sind, welche einen erheblichen Verschleiss aufweisen könnten, beispielsweise der Zylindermantel 13 und der Kolbenmantel 23.
Vorteilhafterweise weist der Kolbenmantel 23 zumindest teilweise eine labyrinthförmige Aussenoberfläche 23a auf, sodass der Kolbenkompressor 1 als Labyrinthkolbenkompressor ausgestaltet ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist, anstelle der labyrinthförmigen
Aussenoberfläche 23a, am Kolbenmantel 23 zumindest ein Dichtungsring angeordnet, wobei der Kolbenmantel 23 vorzugsweise zumindest eine umlaufende Nut aufweist, in welcher der Dichtungsring angeordnet ist, sodass der Kolbenkompressor 1 als Ring gedichteter Kolbenkompressor 1 ausgestaltet ist.
Der zweite Zylinderdeckel 12 weist, vorzugsweise an dessen Aussenrand 12i angeordnete, Befestigungsstellen 12e, 12f auf, an welchen die
Stützarme 42, 43 über ein nicht dargestelltes Befestigungsmittel, vorzugsweise eine Schraube, befestigt sind. Die Befestigungsstellen 12e, 12f sind vorzugsweise gegenseitig symmetrisch zur Symmetrieebene S angeordnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist zumindest einer der beiden Kolbendeckel 21 ,22 eine zum zugeordneten Zylinderdeckel 1 1 , 12 hin vorstehend verlaufende, insbesondere konvexe Kolbenstirnfläche 21a, 22a auf, wobei der zugeordnete Zylinderdeckel 1 1 , 12 eine entsprechend vorstehende Zylinderdeckelaussenseite 1 1c, 12c beziehungsweise eine bezüglich der Kolbenstirnfläche 21a, 22a entsprechend zurückweichende Zylinderdeckelinnenseite l ld, 12d aufweist, wie dies beispielsweise in Figur 2 dargestellt ist.
Der zweite Zylinderdeckel 12 weist in dessen Zentrum eine in
Längsrichtung L verlaufende Durchlassöffnung 12g auf, entlang welcher die Kolbenstange 24 verläuft, wobei vorzugsweise in Längsrichtung L nachfolgend der Durchlassöffnung 12g, ausserhalb des Zylinderdeckels 12, zumindest eine Stopfbüchsenkammer 50 angeordnet ist und vorzugsweise eine Mehrzahl von Stopfbüchsenkammern angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kolbenkompressors liegt zumindest eines von Einlassventil 90, Auslassventil 91 und Flansch 14 nicht mit der gesamten möglichen Fläche am ersten oder zweiten
Zylinderdeckel 1 1 , 12 an, sondern liegt nur teilflächig, das heisst mit einem Teil der möglichen Gesamtfläche, am ersten oder zweiten
Zylinderdeckel 1 1 , 12 an, um den Wärmeleitwiderstand zwischen
Einlassventil 90, Auslassventil 91 , Flansch 14 und erstem oder zweitem Zylinderdeckel 1 1 , 12 zu erhöhen.
Figur 8 zeigt den Kolbenkompressor 1 in einer Seitenansicht. Dieser umfasst zwei Zylinder 10 mit darin angeordneten Kolben 20, wobei jeder Kolben 20 über einen Distanzhalter 40 mit dem Trägergehäuse 60 verbunden ist, und wobei jede Kolbenstange 24 von einer gemeinsamen Kurbelwelle 61 angetrieben ist. Unterhalb des Trägergehäuses 60 ist eine Ö lauffangwanne 64 angeordnet. In weiteren vorteilhaften
Ausführungsformen kann der Kolbenkompressor 1 auch nur einen einzigen Zylinder 10 mit Kolben 20, oder eine Mehrzahl von Zylindern 10 mit entsprechendem Kolben 20, beispielsweise zwischen drei bis zehn Zylinder 10 umfassen.
Figur 9 zeigt eine Verdichtereinheit 80 umfassend einen
Kolbenkompressor 1 , einen Elektromotor 81 , eine Zufuhrsammelleitung 85, welche mit der Fluidzuleitung 15 verbunden ist, sowie eine
Abfuhrsammelleitung 86, welche mit der Fluidableitung 16 verbunden ist. Die Fluidzuleitung 15 sowie die Fluidableitung 16 sind vorzugsweise elastisch ausgestaltet, um temperaturbedingte Ausdehnungen zu
kompensieren, wobei diese Leitungen 15, 16 beispielsweise aus einem Metallgeflecht bestehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Kolbenkompressor 1 einen Zylinder 10 sowie einen darin angeordneten Kolben 20, ein
Trägergehäuse 60 mit einem im Trägergehäuse 60 gelagerten Kreuzkopf 63, einen Distanzhalter 40, welcher den Zylinder 10 mit dem
Trägergehäuse 60 verbindet, sowie eine in einer Längsrichtung L
verlaufende Kolbenstange 24, welche den Kreuzkopf 63 mit dem Kolben 20 verbindet, wobei der Distanzhalter 40 eine Mehrzahl von Stützarmen 42,43 umfasst, wobei die Stützarme 42,43 mit dem Zylinder 10 verbunden sind und diesen tragen. Der Zylinder 10 umfasst vorteilhafterweise eine Mehrzahl von bezüglich der Längsachse L gegenseitig symmetrisch angeordneten Befestigungsstellen 12e, 12f, an welchen die Stützarme 42, 43 befestigt sind. Der Kolbenkompressor weist eine in Längsrichtung L entlang der Kolbenstange 24 verlaufenden Symmetrieebene S auf, wobei die Befestigungsstellen 12e, 12f sowie die Stützarme 42, 43 symmetrisch bezüglich der Symmetrieebene S angeordnet sind. Vorteilhafterweise ist der Distanzhalter 40 U-förmig ausgestaltet, mit zwei in Längsrichtung L verlaufenden Stützarmen 42, 43, wobei der Zylinder 10 zwei
Befestigungsstellen 12e, 12f aufweist, an welchen die Stützarme 42,43 befestigt sind. Vorteilhafterweise weist jede Befestigungsstelle 12e, 12f in Umfangsrichtung des Zylinders 10 eine Breite C im Bereich zwischen 10° und 30° aufweist. Vorteilhafterweise umfasst der Zylinder 10 ein
Einlassventil 90 sowie ein Auslassventil 91 , wobei das Einlassventil 90 sowie das Auslassventil 91 gegenseitig symmetrisch bezüglich der
Symmetrieebene S angeordnet sind. Vorteilhafterweise umfasst der Zylinder 10 einen ersten Zylinderdeckel 1 1 sowie einen zweiten
Zylinderdeckel 12, wobei sowohl der erste wie auch der zweite
Zylinderdeckel 1 1 , 12 ein Einlassventil 90 sowie ein Auslassventil 91 umfasst, sodass der Zylinder 10 und der Kolben 20 doppeltwirkend ausgestaltet sind. Vorteilhafterweise sind eine Mehrzahl von Zylindern 10 mit darin angeordneten Kolben 20 gegenseitig beabstandet am
Trägergehäuse 60 angeordnet sind und über je einen separaten
Distanzhalter 40 mit dem Trägergehäuse 60 verbunden sind.
Vorteilhafterweise ist jedem Kolben 20 eine Kolbenstange 24 zugeordnet, wobei das Trägergehäuse 60 als ein Monoblock ausgestaltet ist, und der Monoblock eine der Anzahl Kolbenstangen 24 entsprechende Anzahl Bohrungen aufweist, in welchen je ein Kreuzkopf 63 verschiebbar gelagert ist, wobei jeder Kolben 20 über je eine Kolbenstange 20 mit dem
zugeordneten Kreuzkopf 63 verbunden ist. Vorteilhafterweise besteht der Monoblock und der Kreuzkopf 62 aus einem Metall mit einer
Wärmeleitfähigkeit im Bereich zwischen 100 und 300 (W/m K), vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Vorzugsweise besteht der Zylinder 10 und/ oder der Kolben 20 aus einem Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit im Bereich zwischen 100 und 300 (W/m · K) besteht, vorzugsweise aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung.
Der Kolbenkompressors 1 umfassend einen Zylinder 10 sowie einen darin angeordneten Kolben 20, ein Trägergehäuse 60 mit einem im
Trägergehäuse 60 gelagerten Kreuzkopf 63, einen Distanzhalter 40, welcher den Zylinder 10 mit dem Trägergehäuse 60 verbindet, sowie eine in einer Längsrichtung L verlaufende Kolbenstange 24, welche den Kreuzkopf 63 mit dem Kolben 20 verbindet, wird vorteilhafterweise derart betrieben, dass Wärmeenergie, bedingt durch eine zwischen dem Zylinder 10 und dem Trägergehäuse 60 anliegende Wärmedifferenz, über eine Mehrzahl von Stützarmen 42, 43 ausgetauscht wird. Vorteilhafterweise wird dem Zylinder 10 über ein Einlassventil 90 ein Eintrittsfluid FE
zugeführt, und wird das sich im Zylinder 10 befindliche Fluid über ein Auslassventil 91 als ein Austrittsfluid FA aus dem Zylinder 10
ausgestossen, wobei das Einlassventils 90 und das Auslassventils 91 symmetrisch bezüglich einer entlang der Längsrichtung L der
Kolbenstange 24 verlaufenden Symmetrieebene S angeordnet sind, sodass der Zylinder 10 während des Fördern des Fluides im Bereich der
Symmetrieebene S auf eine mittlere Temperatur erwärmt wird, welche zwischen der Temperatur des Eintrittsfluides FE und des Austrittsfluides FA liegt, wobei die Stützarme 42,43 im Bereich der Symmetrieebene S über Befestigungsstellen 12e, 12f mit dem Zylinder 10 verbunden sind.
Vorteilhafterweise werden die beiden Mittelpunkte S3 zwischen den
Befestigungsstellen 12e, 12f während des Förderns des Fluids im
Wesentlichen auf dieselbe Temperatur temperiert. Vorteilhafterweise verläuft die Kolbenstange 24 im Bereich der Symmetrieebene S, und wird diese während des Förderns des Fluids im Wesentlichen auf dieselbe Temperatur wie die Befestigungsstellen 12e, 12f temperiert.
Der in Figur 1 dargestellte Kolbenkompressor 1 umfasst einen Zylinder 10 sowie einen darin angeordneten Kolben 20, ein Trägergehäuse 60 mit einem im Trägergehäuse 60 gelagerten Kreuzkopf 63, einen Distanzhalter 40, welcher den Zylinder 10 mit dem Trägergehäuse 60 verbindet, sowie eine in einer Längsrichtung L verlaufende Kolbenstange 24, welche den Kreuzkopf 63 mit dem Kolben 20 verbindet, wobei der Distanzhalter 40 eine Mehrzahl von in Längsrichtung L verlaufende Stützarmen 42,43 umfasst, wobei die Stützarme 42,43 zum Zylinder 10 hin je einzeln mit dem Zylinder 10 verbunden sind. Der Zylinder 10 weist eine Mehrzahl von Befestigungsstellen 12e, 12f auf, wobei je ein Stützarm 42,43 an je einer Befestigungsstelle 12e, 12f befestigt ist.
Die Befestigungsstellen 12e, 12f sind bezüglich der Längsrichtung L gegenseitig symmetrisch angeordneten.
Der erfmdungsgemässe Kompressor kann als Labyrinthkolbenkompressor oder als Kompressor umfassend zumindest einen Kolben mit
Dichtungsringen ausgestaltet sein.
Das Verfahren zum Betrieb eines Kolbenkompressors 1 umfasst einen Zylinder 10 sowie einen darin angeordneten Kolben 20, ein Trägergehäuse 60 mit einem im Trägergehäuse 60 gelagerten Kreuzkopf 63, einen
Distanzhalter 40, welcher den Zylinder 10 mit dem Trägergehäuse 60 verbindet, sowie eine in einer Längsrichtung L verlaufende Kolbenstange 24, welche den Kreuzkopf 63 mit dem Kolben 20 verbindet, wobei der Distanzhalter 40 eine Mehrzahl von in Längsrichtung L verlaufende
Stützarme 42,43 umfasst, wobei die Stützarme 42,43 zum Zylinder 10 hin je einzeln über Befestigungsstellen 12e, 12f mit dem Zylinder 10
verbunden sind, sodass Wärmeenergie, bedingt durch eine zwischen den Befestigungsstellen 12e, 12f anliegende Wärmedifferenz, nicht direkt in Umfangsrichtung zur Längsrichtung L zwischen den Befestigungsstellen 12e, 12f ausgetauscht wird, sondern über die in Längsrichtung L
verlaufenden Stützarme 42, 43 ausgetauscht wird.
Beim Verfahren wird das Eintrittsfluid FE vorzugsweise mit einer
Temperatur im Bereich zwischen - 162°C und -40°C zugeführt, und wird das Austrittsfluid FA durch das Verdichten vorzugsweise um eine
Temperaturdifferenz im Bereich zwischen 100°C und 150°C erwärmt.
Beim Verfahren weisen die Befestigungsstellen 12e, 12f im Bereich der Symmetrieebene S je einen Mittelpunkte S3 auf, welche während des Förderns des Fluids im Wesentlichen auf dieselbe Temperatur temperiert werden.
Beim Verfahren ist der Distanzhalter 40 U-förmig ausgestaltet ist, mit einem Auflageabschnitt 41 sowie zwei in Längsrichtung L verlaufenden Stützarmen 42, 43, wobei über die Stützarme 42,43 und den
Auflageabschnitt 41 Wärmeenergie zwischen dem Zylinder 10 und dem Trägergehäuse 60 ausgetauscht wird.
Beim Verfahren weist jede Befestigungsstelle (12e, 12f) in
Umfangsrichtung des Zylinders 10 eine Breite C im Bereich zwischen 10° und 30° auf, wobei jede Befestigungsstelle 12e, 12f symmetrisch zum Mittelpunkt S3 angeordnet ist, sodass vom jeweiligen Stützarm 42,43 entlang der Befestigungsstelle 12e, 12f Wärmeenergie in Umfangsrichtung übertragen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Kolbenkompressor (1) umfassend einen Zylinder (10) sowie einen
darin angeordneten Kolben (20), ein Trägergehäuse (60) mit einem im Trägergehäuse (60) gelagerten Kreuzkopf (63), einen Distanzhalter (40), welcher den Zylinder (10) mit dem Trägergehäuse (60) verbindet, sowie eine in einer Längsrichtung (L) verlaufende Kolbenstange (24), welche den Kreuzkopf (63) mit dem Kolben (20) verbindet, wobei der Distanzhalter (40) eine Mehrzahl von in Längsrichtung (L) verlaufende Stützarmen (42,43) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützarme (42,43) zum Zylinder (10) hin je einzeln mit dem Zylinder
(10) verbunden sind.
2. Kolbenkompressor gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (10) eine Mehrzahl von Befestigungsstellen (12e,
12f) aufweist, und dass je ein Stützarm (42,43) an je einer
Befestigungsstelle (12e, 12f) befestigt ist.
3. Kolbenkompressor gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsstellen (12e, 12f) bezüglich der Längsrichtung (L) gegenseitig symmetrisch angeordneten sind.
4. Kolbenkompressor gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (10) eine in Längsrichtung (L) entlang der
Kolbenstange (24) verlaufende Symmetrieebene (S) aufweist, und dass die Befestigungsstellen (12e, 12f) sowie die Stützarme (42, 43) symmetrisch bezüglich der Symmetrieebene (S) angeordnet sind.
5. Kolbenkompressor gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzhalter (40) U-förmig ausgestaltet ist, mit zwei in Längsrichtung (L) verlaufenden
Stützarmen (42, 43), und dass der Zylinder (10) zwei
Befestigungsstellen (12e, 12f) aufweist, an welchen die Stützarme
(42,43) befestigt sind.
6. Kolbenkompressor gemäss einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Befestigungsstelle (12e, 12f) in
Umfangsrichtung des Zylinders (10) eine Breite (C) im Bereich zwischen 10° und 30° aufweist.
7. Kolbenkompressor (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (10) ein Einlassventil (90) sowie ein Auslassventil (91) umfasst, und dass das Einlassventil (90) sowie das Auslassventil (91) gegenseitig symmetrisch bezüglich der
Symmetrieebene (S) angeordnet sind.
8. Kolbenkompressor gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (10) einen ersten Zylinderdeckel (1 1) sowie einen zweiten Zylinderdeckel (12) umfasst, und dass sowohl der erste wie auch der zweite Zylinderdeckel (1 1 , 12) ein Einlassventil (90) sowie ein Auslassventil (91) umfasst, sodass der Zylinder (10) und der Kolben
(20) doppeltwirkend ausgestaltet sind.
9. Kolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zylindern (10) mit darin angeordneten Kolben (20) gegenseitig beabstandet am Trägergehäuse (60) angeordnet sind und über je einen separaten Distanzhalter (40) mit dem Trägergehäuse (60) verbunden sind.
10. Kolbenkompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Kolben (20) eine Kolbenstange (24) zugeordnet ist, dass das Trägergehäuse (60) als ein Monoblock ausgestaltet ist, und dass der
Monoblock eine der Anzahl Kolbenstangen (24) entsprechende Anzahl Bohrungen aufweist, in welchen je ein Kreuzkopf (63) verschiebbar gelagert ist, wobei jeder Kolben (20) über je eine Kolbenstange (20) mit dem zugeordneten Kreuzkopf (63) verbunden ist.
1 1. Kolbenkompressor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergehäuse (60) und der Kreuzkopf (62) aus einem Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit im Ber3eich zwischen 100 und 300 (W/m
K) bestehen.
12. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergehäuse (60) und der Kreuzkopf (62) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
13. Kolbenkompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (10) und/ oder der Kolben (20) aus einem Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit im Bereich zwischen 100 und 300 (W/m K) besteht, vorzugsweise aus
Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
14. Kolbenkompressor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (10) und der Kolben (20) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
15. Verfahren zum Betrieb eines Kolbenkompressors (1) umfassend einen Zylinder (10) sowie einen darin angeordneten Kolben (20), ein
Trägergehäuse (60) mit einem im Trägergehäuse (60) gelagerten Kreuzkopf (63), einen Distanzhalter (40), welcher den Zylinder (10) mit dem Trägergehäuse (60) verbindet, sowie eine in einer
Längsrichtung (L) verlaufende Kolbenstange (24), welche den
Kreuzkopf (63) mit dem Kolben (20) verbindet, wobei der
Distanzhalter (40) eine Mehrzahl von in Längsrichtung (L) verlaufende Stützarme (42,43) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die
Stützarme (42,43) zum Zylinder (10) hin je einzeln über
Befestigungsstellen (12e, 12f) mit dem Zylinder (10) verbunden sind, sodass Wärmeenergie, bedingt durch eine zwischen den
Befestigungsstellen (12e, 12f) anliegende Wärmedifferenz, nicht direkt in Umfangsrichtung zur Längsrichtung (L) zwischen den
Befestigungsstellen (12e, 12f) ausgetauscht wird, sondern über die in Längsrichtung (L) verlaufenden Stützarmen (42, 43).
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem
Zylinder (10) über ein Einlassventil (90) ein Eintrittsfluid (FE)
zugeführt wird, und dass das sich im Zylinder (10) befindliche Fluid über ein Auslassventil (91) als ein Austrittsfluid (FA) aus dem Zylinder (10) ausgestossen wird, wobei das Einlassventils (90) und das
Auslassventils (91) symmetrisch bezüglich einer entlang der
Längsrichtung (L) der Kolbenstange (24) verlaufenden
Symmetrieebene (S) angeordnet sind, sodass der Zylinder (10) während des Fördern des Fluides im Bereich der Symmetrieebene (S) auf eine mittlere Temperatur erwärmt wird, welche zwischen der Temperatur des Eintrittsfluides (FE) und des Austrittsfluides (FA) liegt, und dass die Stützarme (42,43) im Bereich der Symmetrieebene (S) über Befestigungsstellen (12e, 12f) mit dem Zylinder (10) verbunden sind.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das
Eintrittsfluid (FE) mit einer Temperatur im Bereich zwischen - 162°C und -40°C zugeführt wird, und dass das Austrittsfluid (FA) durch das Verdichten um eine Temperaturdifferenz im Bereich zwischen 100°C und 150°C erwärmt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsstellen (12e, 12f) im Bereich der Symmetrieebene (S) je einen Mittelpunkt S3 aufweisen, welche während des Förderns des Fluids im Wesentlichen auf dieselbe Temperatur temperiert werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass der Distanzhalter (40) U-förmig ausgestaltet ist, mit einem Auflageabschnitt (41) sowie zwei in Längsrichtung (L) verlaufenden Stützarmen (42, 43), wobei über die Stützarme (42,43) und den Auflageabschnitt (41) Wärmeenergie zwischen dem Zylinder (10) und dem Trägergehäuse (60) ausgetauscht wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass jede
Befestigungsstelle (12e, 12f) in Umfangsrichtung des Zylinders (10) eine Breite (C) im Bereich zwischen 10° und 30° aufweist, dass jede Befestigungsstelle (12e, 12f) symmetrisch zum Mittelpunkt S3
angeordnet ist, und dass vom jeweiligen Stützarm (42,43) entlang der Befestigungsstelle (12e, 12f) Wärmeenergie in Umfangsrichtung übertragen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (24) im Bereich der Symmetrieebene (S) verläuft und während des Förderns des Fluids im Wesentlichen auf dieselbe
Temperatur wie die Befestigungsstellen (12e, 12f) temperiert wird.
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