EP3857065B1

EP3857065B1 - Kolbenkompressor sowie verfahren zum betrieb desselben

Info

Publication number: EP3857065B1
Application number: EP19786900.1A
Authority: EP
Inventors: Alexandre Voser; Reiner Schulz; Sandro BRUNNER
Original assignee: Burckhardt Compression AG
Current assignee: Burckhardt Compression AG
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2022-07-27
Anticipated expiration: 2039-09-25
Also published as: US20240309859A1; JP2022502597A; WO2020064782A8; JP7483696B2; CN113330213A; EP3857065A1; WO2020064782A1; CN113330213B; US20210388824A1; KR20220055448A

Description

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 2009/112479A1 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.
Das Dokument US2012/0152110A1 offenbart einen Kolbenkompressor mit einem Zylinder, einem Kolben, einem Trägergehäuse, einem Kreuzkopf sowie einer Kurbelwelle. Dieser Kolbenkompressor weist eine erhöhte Steifigkeit auf. Auch bei diesem Kolbenkompressor treten Probleme auf, wenn das Eingangsfluid und das Ausgangsfluid eine hohe Temperaturdifferenz aufweisen.

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 10 betreffen weitere, vorteilhaft Ausgestaltungen. Die Aufgabe wird weiter gelöst mit einem Verfahren aufweisend die Merkmale von Anspruch 11. Die abhängigen Ansprüche 12 bis 15 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 erfindungsgemässe 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 erfindungsgemässe 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 erfindungsgemässe 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 erfindungsgemässe 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 erfindungsgemässe 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 11, einen zweiten Zylinderdeckel 12, sowie einen dazwischen angeordneten Zylindermantel 13. Der erste Zylinderdeckel 11 umfasst eine Einlassventilaufnahmeöffnung 11a sowie eine Auslassventilaufnahmeöffnung 11b, in welchen ein Einlassventil 90 bzw. ein Auslassventil 91 angeordnet ist. Zudem ist je ein Flansch 14 mit der Öffnung 11a, 11b 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 11, 12 in Längsrichtung L länger ausgestaltet sind.
In Längsrichtung L ist dem Mittelabschnitt 12h 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 11 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 11 oder im zweiten Zylinderdeckel 12 ein Einlassventil 90 sowie ein Auslassventil 91 angeordnet, und vorzugsweise wie in Figur 2 dargestellt in beiden Zylinderdeckeln 11,12 je ein Einlassventil 90 sowie ein Auslassventil 91 angeordnet. Im jeweiligen Zylinderdeckel 11, 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 erfindungsgemässe Kolbenkompressor ist insbesondere geeignet ein Fluide zu komprimieren, dessen über das Eingangsventil 90 einströmendes Eintrittsfluid F_E und dessen über das Ausgangsventil 91 ausströmende Austrittsfluid F_A eine hohe Temperaturdifferenz von beispielsweise zwischen 100°C bis 150°C aufweisen. So kann beispielsweise das Eintrittsfluid F_E, beispielsweise Abdampfgas von flüssigem Erdgas, eine Temperatur von -160 °C aufweisen, und das Austrittsfluid F_A 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 erfindungsgemässe Kolbenkompressor wird vorteilhafterweise bei Umgebungstemperatur betrieben. Falls mit dem erfindungsgemässen 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 11, 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 erfindungsgemässe 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 11, 12 aufweisen, um dem Zylinderdeckel 11,12 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 11 an, was den Wärmeleitwiderstand zwischen Auslassventil 91 und erstem Zylinderdeckel 11 erhöht. Auf dieselbe Weise könnte auch das Einlassventil 90 im ersten oder zweiten Zylinderdeckel 11, 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 11 anliegt, was den Wärmeleitwiderstand zwischen Flansch 14 und dem ersten Zylinderdeckel 11 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 11,12 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 11,12 hin vorstehend verlaufende, insbesondere konvexe Kolbenstirnfläche 21a, 22a auf, wobei der zugeordnete Zylinderdeckel 11,12 eine entsprechend vorstehende Zylinderdeckelaussenseite 11c, 12c beziehungsweise eine bezüglich der Kolbenstirnfläche 21a, 22a entsprechend zurückweichende Zylinderdeckelinnenseite lld, 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 11 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 11 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 11,12 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 11, den Zylindermantel 13 sowie den zweiten Zylinderdeckel 12. In den Zylinderdeckeln 11,12 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 F_E und das Ausgangsfluid F_A 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 11, den zweiten Zylinderdeckel 12 sowie einen vorzugsweise rohrförmig ausgestalteten Zylindermantel 13, wobei der Zylindermantel 13 zwischen dem ersten Zylinderdeckel 11 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 11,12 hin vorstehend verlaufende, insbesondere konvexe Kolbenstirnfläche 21a, 22a auf, wobei der zugeordnete Zylinderdeckel 11,12 eine entsprechend vorstehende Zylinderdeckelaussenseite 11c, 12c beziehungsweise eine bezüglich der Kolbenstirnfläche 21a, 22a entsprechend zurückweichende Zylinderdeckelinnenseite lld, 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 11,12 an, sondern liegt nur teilflächig, das heisst mit einem Teil der möglichen Gesamtfläche, am ersten oder zweiten Zylinderdeckel 11,12 an, um den Wärmeleitwiderstand zwischen Einlassventil 90, Auslassventil 91, Flansch 14 und erstem oder zweitem Zylinderdeckel 11,12 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 Ölauffangwanne 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 11 sowie einen zweiten Zylinderdeckel 12, wobei sowohl der erste wie auch der zweite Zylinderdeckel 11,12 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 F_E zugeführt, und wird das sich im Zylinder 10 befindliche Fluid über ein Auslassventil 91 als ein Austrittsfluid F_A 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 F_E und des Austrittsfluides F_A 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 erfindungsgemässe 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 F_E vorzugsweise mit einer Temperatur im Bereich zwischen -162°C und -40°C zugeführt, und wird das Austrittsfluid F_A 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

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.
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.
Kolbenkompressor gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsstellen (12e, 12f) bezüglich der Längsrichtung (L) gegenseitig symmetrisch angeordneten sind.
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.
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.
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.
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.
Kolbenkompressor gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (10) einen ersten Zylinderdeckel (11) sowie einen zweiten Zylinderdeckel (12) umfasst, und dass sowohl der erste wie auch der zweite Zylinderdeckel (11,12) ein Einlassventil (90) sowie ein Auslassventil (91) umfasst, sodass der Zylinder (10) und der Kolben (20) doppeltwirkend ausgestaltet sind.
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.
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.
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) .
Verfahren nach Anspruch 11, 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.
Verfahren nach Anspruch 12, 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.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, 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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, 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.