WO2008025432A1 - Piston-free compressor - Google Patents
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- F04F1/06—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium acting on the surface of the liquid to be pumped
Abstract
The invention relates to a compressor (1) for compressing mediums, in particular gaseous mediums, comprising at least one vertical displacement cylinder (2) in which an operating fluid (3), in particular an ionic liquid, is housed. The operating fluid (3) is functionally connected to a displacement device (4), in particular a piston machine. The aim of the invention is to produce a compressor that has a simple construction, a high degree of efficiency and a high throughput. According to the invention, the displacement cylinder (2) is provided with an enlarged cylinder cross-sectional area in the area of the reverse points (U1, U2) of the operating fluid (3), in particular in the area of the upper reverse points (U2). According to a preferred embodiment of the invention, the displacement cylinder (2) is concave.
Description
Beschreibung description
Kolbenloser VerdichterPistonless compressor
Die Erfindung betrifft einen Verdichter zum Verdichten von Medium, insbesondere gasförmigem Medium, mit zumindest einem senkrecht angeordneten Verdrängerzylinder, in dem eine Betriebsflüssigkeit, insbesondere eine ionische Flüssigkeit, angeordnet ist, wobei die Betriebsflüssigkeit mit einer Verdrängereinrichtung, insbesondere einer Kolbenmaschine, in Wirkverbindung steht.The invention relates to a compressor for compressing medium, in particular gaseous medium, with at least one vertically arranged displacement cylinder in which an operating fluid, in particular an ionic fluid, is arranged, wherein the operating fluid is in operative connection with a displacement device, in particular a piston engine.
Ein gattungsgemäßer Verdichter ist aus der WO2006/034748 A1 bekannt.A generic compressor is known from WO2006 / 034748 A1.
Derartige Verdichter werden zum Verdichten von gasförmigen oder flüssigen Medien, beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff, eingesetzt. Das Medium wird hierbei mittels der Betriebsflüssigkeit in dem Verdrängerzylinder verdichtet, wodurch derartige Verdichter als kolbenlose Verdichter bezeichnet werden. Als Betriebsflüssigkeit kann eine ionische Flüssigkeit verwendet werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich,Such compressors are used for compressing gaseous or liquid media, for example natural gas or hydrogen. The medium is in this case compressed by means of the operating fluid in the displacement cylinder, whereby such compressors are referred to as piston-free compressor. As the operating liquid, an ionic liquid can be used. However, it is also possible
Flüssigkeiten mit einem niedrigen Dampfdruck oder Flüssigkeiten mit einer geringen Gaslöslichkeit zu verwenden. Bei derartigen Verdichtern dienen als Trennung der Betriebsflüssigkeit und des zu verdichtenden Mediums ein ausreichender Dichteunterschied des Mediums und der Betriebsflüssigkeit sowie ein Gravitationsfeld. Bei senkrecht angeordneten Verdichterzylindern wird das Gravitationsfeld von der Erdbeschleunigung erzeugt und bestimmt.Use liquids with a low vapor pressure or liquids with low gas solubility. In such compressors serve as a separation of the operating fluid and the medium to be compressed sufficient density difference of the medium and the operating fluid and a gravitational field. With vertically arranged compressor cylinders, the gravitational field is generated and determined by the gravitational acceleration.
Die Erdbeschleunigung bestimmt hierbei die Beschleunigung der Betriebsflüssigkeit an den Umkehrpunkten, die sogenannte Umkehrbeschleunigung. Übersteigt die Umkehrbeschleunigung, insbesondere am oberen Umkehrpunkt, derThe gravitational acceleration determines the acceleration of the operating fluid at the reversal points, the so-called reverse acceleration. If the reversing acceleration, especially at the upper turning point, exceeds
Betriebsflüssigkeit die Erdbeschleunigung, ist eine saubere und zuverlässige Trennung der Betriebsflüssigkeit und des zu verdichtenden Mediums nicht mehr gewährleistet. Dadurch können sich einzelne Moleküle oder Flüssigkeitstropfen aus der Betriebsflüssigkeit lösen und mit dem zu verdichteten Medium aus dem Verdichterzylinder ausgestoßen werden. Zudem besteht das Risiko von Gasblasenbildung in der Betriebsflüssigkeit.
Um eine hohe Reinheit des verdichteten Mediums sicherzustellen, ist eine Abtrennvorrichtung vorzusehen mittels der im verdichteten Medium befindliches Medium abgetrennt werden kann. Hierdurch ergibt sich jedoch ein hoher Bauaufwand für den Verdichter.Operating fluid the gravitational acceleration, a clean and reliable separation of the operating fluid and the medium to be compressed is no longer guaranteed. As a result, individual molecules or drops of liquid can be released from the operating fluid and expelled from the compressor cylinder with the medium to be compressed. There is also the risk of gas bubble formation in the operating fluid. In order to ensure a high purity of the compressed medium, a separating device must be provided by means of the medium contained in the compressed medium can be separated. However, this results in a high construction cost for the compressor.
Zur sicheren Trennung der Betriebsflüssigkeit und des zu verdichtenden Mediums im oberen Umkehrpunkt kann die Beschleunigung der Betriebsflüssigkeit durch eine Verlangsamung der Bewegung der die Betriebsflüssigkeit antreibenden Verdrängereinheit zumindest am oberen Umkehrpunkt der Betriebsflüssigkeit verringert werden, wodurch erzielt werden kann, dass die Umkehrbeschleunigung derFor the safe separation of the operating fluid and the medium to be compressed at the upper reversal point, the acceleration of the operating fluid can be reduced by slowing down the movement of the operating fluid driving displacer unit at least at the upper reversal point of the operating fluid, whereby it can be achieved that the reversal acceleration of
Betriebsflüssigkeit im oberen Umkehrpunkt die Erdbeschleunigung nicht übersteigt. Diese Verringerung der Bewegung der Verdrängereinheit führt jedoch zu einer verringerten Verdrängerleistung.Operating fluid in the upper reversal point does not exceed the acceleration due to gravity. However, this reduction in the movement of the displacer unit leads to a reduced displacement.
Darüber hinaus kann die Umkehrbeschleunigung der Betriebsflüssigkeit durch einen Verdrängerzylinder mit vergrößertem Zylinderdurchmesser verringert werden. Hierdurch wird bei gleich bleibendem Verdrängervolumen ein verringerter Hub und somit eine verringerte Umkehrbeschleunigung der Betriebsflüssigkeit erzielt. Die Vergrößerung des Zylinderdurchmessers des Verdrängerzylinders bewirkt jedoch eine verschlechtere Wärmeabfuhr und somit Kühlung aufgrund einerseits der verringerter Bewegungsgeschwindigkeit und des verringerten Anteils an turbulenter Strömung der Betriebsflüssigkeit und des dadurch bedingten geringeren Wärmeübergangs und andererseits durch die verringerte Zylindermantelfläche pro Volumeneinheit der Betriebsflüssigkeit und des zu verdichtenden Mediums. Hierdurch ergibt sich ein schlechter Wirkungsgrad des Verdichters.In addition, the reverse acceleration of the working fluid can be reduced by a displacer cylinder with increased cylinder diameter. As a result, a reduced stroke and thus a reduced reversal acceleration of the operating fluid is achieved with the same displacement volume. However, the increase in the cylinder diameter of the displacer cylinder causes a deteriorated heat dissipation and thus cooling due on the one hand the reduced speed of movement and the reduced proportion of turbulent flow of the operating fluid and the consequent lower heat transfer and on the other hand by the reduced cylinder surface area per unit volume of the working fluid and the medium to be compressed. This results in a poor efficiency of the compressor.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einem gattungsgemäßen Verdichter zur Verfügung zu stellen, der bei geringem Bauaufwand und hohem Wirkungsgrad eine hohe Förderleistung aufweist.The present invention has for its object to provide a generic compressor available, which has a high flow rate with low construction costs and high efficiency.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Verdrängerzylinder in den Umkehrpunkten der Betriebsflüssigkeit, insbesondere dem oberen Umkehrpunkt, mit einer vergrößerten Zylinderquerschnittsfläche versehen ist. Durch eine derartige Zylindergeometrie des Verdrängerzylinders, bei der die Zylinderquerschnittsfläche lediglich lokal im Bereich des oberen Umkehrpunktes der Betriebsflüssigkeit vergrößert
ist, wird erzielt, dass bei gleich bleibend schneller Bewegung der die Betriebsflüssigkeit antreibenden Verdrängereinheit an dem oberen Umkehrpunkt durch die lokale Vergrößerung der Zylinderquerschnittsfläche die Umkehrbeschleunigung der Betriebsflüssigkeit unter den Wert der Erdbeschleunigung reduzierbar ist, wobei bei hoher Verdrängerleistung eine sichere und zuverlässige Trennung derThis object is achieved in that the displacer cylinder is provided in the reversal points of the operating fluid, in particular the upper reversal point, with an enlarged cylinder cross-sectional area. By such a cylinder geometry of the displacement cylinder, in which the cylinder cross-sectional area increases only locally in the region of the upper reversal point of the operating fluid It is achieved that with constant fast movement of the operating fluid driving displacer unit at the upper reversal point by the local increase in the cylinder cross-sectional area, the reversal acceleration of the working fluid is reduced below the value of gravitational acceleration, with high Verdrängerleistung a safe and reliable separation of
Betriebsflüssigkeit und des zu verdichtenden Mediums erzielbar ist. Hierdurch ist eine hohe Drehzahl der die Betriebsflüssigkeit antreibenden Verdrängereinheit möglich, wodurch eine hohe Verdrängerleistung erzielt wird. Bei Verwendung eines Drehstrommotors zum Antrieb der Verdrängereinheit kann weiterhin durch die hohe Drehzahl ein Betreib des Drehstrommotors bei einem hohen Wirkungsgrad erzielt werden. Darüber hinaus weist der Verdrängerzylinder bis auf den Bereich des oberen Umkehrpunktes der Betriebsflüssigkeit eine geringe Zylinderquerschnittsfläche auf, wodurch pro Volumeneinheit der Betriebsflüssigkeit und des zu verdichtenden Mediums eine große Zylindermantelfläche des Verdrängerzylinders zur Verfügung gestellt, die eine hohe Kühlung bewirkt und somit der erfindungsgemäße Verdichter einen hohen Wirkungsgrad aufweist.Operating fluid and the medium to be compressed can be achieved. As a result, a high speed of the operating fluid driving the displacer unit is possible, whereby a high displacement performance is achieved. When using a three-phase motor to drive the displacer unit can continue to be achieved by the high speed operation of the three-phase motor at a high efficiency. In addition, the displacer cylinder to the region of the upper reversal point of the operating fluid to a small cylinder cross-sectional area, whereby per unit volume of the operating fluid and the medium to be compressed provided a large cylindrical surface of the positive displacement cylinder, which causes a high cooling and thus the compressor according to the invention a high Efficiency has.
Der Verdrängerzlinder kann mit einem stufenförmigen Zylinderquerschnitt versehen werden, wodurch im Bereich des oberen Umkehrpunktes auf einfache Weise eine vergrößerte Zylinderquerschnittsfläche erzielbar ist.The displacement cylinder can be provided with a step-shaped cylinder cross-section, whereby in the region of the upper reversal point an enlarged cylinder cross-sectional area can be achieved in a simple manner.
Der Verdrängerzylinder ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer sich vom unteren Umkehrpunkt der Betriebsflüssigkeit zum oberen Umkehrpunkt der Betriebsflüssigkeit zunehmenden Zylinderquerschnittsfläche ausgebildet. Mit einer derartigen kontinuierlich zunehmendenThe displacer cylinder is formed according to a preferred embodiment of the invention with an increasing from the lower reversal point of the operating fluid to the upper reversal point of the operating fluid cylinder cross-sectional area. With such a continuously increasing
Zylinderquerschnittsfläche kann ebenfalls am oberen Umkehrpunkt eine Reduzierung der Umkehrbeschleunigung der Betriebsflüssigkeit erzielt werden.Cylinder cross-sectional area can also be achieved at the upper reversal point, a reduction in the reversal acceleration of the working fluid.
Der Verdrängerzylinder kann hierzu gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung kegelförmig ausgebildet sein, wodurch eine kontinuierlich zunehmende Zylinderquerschnittsfläche auf einfache Weise erzeugbar ist.For this purpose, the displacer cylinder may be tapered in accordance with a preferred embodiment of the invention, whereby a continuously increasing cylinder cross-sectional area can be generated in a simple manner.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Verdrängerzylinder gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung konkav ausgebildet ist. Mit einer konkav ausgebildeten Mantelfläche des Verdrängerzylinders, wobei die
Zylinderquerschnittsfläche vom unteren zum oberen Umkehrpunkt der Betriebsflüssigkeit zunimmt, kann einerseits auf einfache Weise eine geringe Zylinderquerschnittsfläche und somit ein großer Hub der Betriebsflüssigkeit mit einer großen Zylindermantelfläche pro Volumeneinheit der Betriebsflüssigkeit für eine verbesserte Kühlung und andererseits am oberen Umkehrpunkt der Betriebsflüssigkeit eine vergrößerte Zylinderquerschnittsfläche zur Reduzierung der Umkehrbeschleunigung der Betriebsflüssigkeit unter den Wert der Erdbeschleunigung auf einfache Weise erzielt werden.Particular advantages arise when the displacer cylinder is concave in accordance with an advantageous embodiment of the invention. With a concave lateral surface of the displacer, wherein the Cylinder cross-sectional area increases from the lower to the upper reversal point of the operating fluid, on the one hand easily a small cylinder cross-sectional area and thus a large stroke of the operating fluid with a large cylinder surface area per unit volume of the operating fluid for improved cooling and on the other hand at the upper reversal point of the operating fluid an enlarged cylinder cross-sectional area to reduce the Reverse acceleration of the operating fluid below the value of gravitational acceleration can be achieved in a simple manner.
Darüber hinaus ist es möglich, gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung den Verdrängerzylinder zylindrisch auszubilden, wobei im Verdrängerzylinder ein Kern angeordnet ist. Mit einem im Verdrängerzylinder angeordneten Kern kann auf einfache Weise die Zylinderquerschnittsfläche des Verdrängerzylinders verändert werden, wobei der zylinderförmige Verdrängerzylinder auf einfache Weise herstellbar ist und eine hohe Sicherheit bei gleicher Festigkeit aufweist. Zudem ist durch die Mantelfläche des Kerns eine verbesserte Kühlung und somit ein verbesserter Wirkungsgrad des Verdichters erzielbar.Moreover, it is possible, according to an advantageous embodiment of the invention, to form the displacer cylinder cylindrically, wherein a core is arranged in the displacer cylinder. With a core arranged in the displacer cylinder, the cylinder cross-sectional area of the displacer cylinder can be changed in a simple manner, wherein the cylindrical displacer cylinder can be produced in a simple manner and has high security with the same strength. In addition, an improved cooling and thus improved efficiency of the compressor can be achieved by the lateral surface of the core.
Zweckmäßigerweise weist der Kern im unteren Umkehrpunkt der Betriebsflüssigkeit eine größere Querschnittsfläche auf als im oberen Umkehrpunkt derConveniently, the core has a larger cross-sectional area at the lower reversal point of the operating fluid than at the upper reversal point of
Betriebsflüssigkeit. Hierdurch ist auf einfache Weise eine sich vom unteren Umkehrpunkt zum oberen Umkehrpunkt der Betriebsflüssigkeit abnehmende Querschnittsfläche des Kerns und somit eine sich vom unteren Umkehrpunkt zum oberen Umkehrpunkt der Betriebsflüssigkeit vergrößernde Zylinderquerschnittsfläche des Verdrängerzylinders erzielbar.Operating fluid. As a result, a decreasing from the lower reversal point to the upper reversal point of the operating liquid cross-sectional area of the core and thus an increasing from the lower reversal point to the upper reversal point of the operating liquid cylinder cross-sectional area of the displacer cylinder can be achieved in a simple manner.
Der Kern kann gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung kegelförmig ausgebildet sein.The core may be tapered according to an embodiment of the invention.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Kern konvex ausgebildet ist. Hierdurch wird eine konvex abnehmende Querschnittsfläche des Kerns erzielt, wodurch ein großer Hub der Betriebsflüssigkeit mit einer entsprechend hohen Kühlleistung durch eine große Mantelfläche des Verdrängerzylinders und der Mantelfläche des Kerns und im oberen Umkehrpunkt durch eine entsprechend große Zylinderquerschnittsfläche
eine unter den Wert der Erdbeschleunigung verringerte Umkehrbeschleunigung der Betriebsflüssigkeit erzielbar ist.Particular advantages arise when the core is convex. As a result, a convexly decreasing cross-sectional area of the core is achieved, whereby a large stroke of the operating fluid with a correspondingly high cooling capacity through a large lateral surface of the displacer cylinder and the lateral surface of the core and at the upper reversal point by a correspondingly large cylinder cross-sectional area a reversed acceleration of the operating fluid which is less than the value of the gravitational acceleration can be achieved.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Kern mit einer Kühleinrichtung versehen. Mit einer beispielsweise als Innenkühlung ausgebildeten Kühleinrichtung des Kerns kann die Kühlung auf einfache Weise weiter verbessert werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the core is provided with a cooling device. With a cooling device, for example, designed as an internal cooling of the core, the cooling can be further improved in a simple manner.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigtFurther advantages and details of the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the schematic figures. This shows
Figur 1 einen gattungsgemäßen Verdichter des Standes der Technik,1 shows a generic compressor of the prior art,
Figur 2 einen weiteren gattungsgemäßen Verdichter des Standes der Technik,2 shows another generic compressor of the prior art,
Figur 3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters undFigure 3 shows a first embodiment of a compressor according to the invention and
Figur 4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters.Figure 4 shows a second embodiment of a compressor according to the invention.
In der Figur 1 ist ein Verdichter 1 des Standes der Technik dargestellt. Der Verdichter 1 weist einen senkrecht angeordneten Verdichterzylinder 2 auf, in dem eine beispielsweise als ionische Flüssigkeit ausgebildete Betriebsflüssigkeit 3 angeordnet ist. Die Betriebsflüssigkeit 3 steht mit einer Verdrängereinrichtung 4 in Verbindung, die von einer Kolbenmaschine gebildet ist. Die Verdrängereinrichtung 4 weist hierzu einen in einem Zylinder 5, der mit dem Verdrängerzylinder 2 an dessen unteren Ende in Verbindung steht, angeordneten Kolben 6 auf, der mittels eines von einer Pleuelstange und einer Kurbelwelle gebildeten Kurbeltriebs 7 antreibbar ist. Der obere Bereich des Verdrängerzylinders 2 bildet einen Verdrängerraum 8 zur Verdichtung eines gasförmigen oder flüssigen Mediums.In the figure 1, a compressor 1 of the prior art is shown. The compressor 1 has a vertically arranged compressor cylinder 2, in which an operating fluid 3, for example designed as an ionic liquid, is arranged. The operating fluid 3 communicates with a displacement device 4, which is formed by a piston engine. For this purpose, the displacement device 4 has a piston 6 which is arranged in a cylinder 5 which is in communication with the displacement cylinder 2 at its lower end and which can be driven by means of a crank drive 7 formed by a connecting rod and a crankshaft. The upper region of the displacement cylinder 2 forms a displacement chamber 8 for the compression of a gaseous or liquid medium.
Bei dem in der Figur 1 dargestellten Verdichter 1 des Standes der Technik weist der Verdrängerzylinder 2 einen zylinderförmigen Querschnitt mit einer konstanten Zylinderquerschnittsfläche auf.
Bei einer Drehung des Kurbeltriebs 7 wird durch den Kolben 6 die Betriebsflüssigkeit 3 im Verdrängerzylinder 2 zwischen dem unteren Umkehrpunkt U1 und dem oberen Umkehrpunkt U2 bewegt, wodurch Medium auf nicht mehr dargestellte Weise bei der Bewegung der Betriebsflüssigkeit 3 nach unten in den Verdichterraum 8 angesaugt und bei einer Bewegung der Betriebsflüssigkeit 3 nach oben verdichtet und auf nicht mehr dargestellte Weise aus dem Verdichterraum 8 ausgestoßen wird.In the compressor 1 of the prior art shown in FIG. 1, the displacement cylinder 2 has a cylindrical cross-section with a constant cylinder cross-sectional area. Upon rotation of the crank mechanism 7, the operating fluid 3 is moved in the displacement cylinder 2 between the lower reversal point U1 and the upper reversal point U2 by the piston 6, whereby medium sucked in a manner not shown in the movement of the operating fluid 3 down into the compressor chamber 8 and is compressed at a movement of the operating fluid 3 upwards and ejected in a manner not shown from the compressor chamber 8.
Am oberen Umkehrpunkt U2 der Betriebsflüssigkeit 3 begrenzt die Erdbeschleunigung die zulässige Umkehrbeschleunigung der Betriebsflüssigkeit 3, um eine saubere und zuverlässige Trennung der Betriebsflüssigkeit 3 und des zu verdichtenden Mediums sicherzustellen.At the upper reversal point U2 of the operating fluid 3, the gravitational acceleration limits the permissible reversal acceleration of the operating fluid 3 in order to ensure a clean and reliable separation of the operating fluid 3 and of the medium to be compressed.
Es ist daher erforderlich, bei dem Verdichter 1 gemäß der Figur 1 die Drehzahl des Kurbeltriebs 7 entsprechend zu begrenzen oder die Drehbewegung des Kurbeltriebs 7 derart zu steuern, dass im oberen Umkehrpunkt U2 eine Umkehrbeschleunigung der Betriebsflüssigkeit 3 sichergestellt wird, die geringer als die Erdbeschleunigung ist.It is therefore necessary to limit the speed of the crank mechanism 7 correspondingly in the compressor 1 according to FIG. 1 or to control the rotational movement of the crank mechanism 7 in such a way that a reversal acceleration of the operating fluid 3 is ensured at the upper reversal point U2, which is lower than the gravitational acceleration ,
Durch diese Begrenzung bzw. Steuerung der Drehzahl des Kurbeltriebs 7 ergibt sich jedoch eine geringe Verdrängerleistung. Bei Verwendung eines Drehstrommotors als Antriebsmotor des Kurbeltriebs 7 ergibt sich durch die niedrige Drehzahl desBy this limitation or control of the rotational speed of the crank mechanism 7, however, results in a low displacement. When using a three-phase motor as the drive motor of the crank mechanism 7 results from the low speed of the
Drehstrommotors ein geringer Wirkungsgrad des gesamten Verdichters 1 , da der Wirkungsgrad des Drehstrommotors mit zunehmender Drehzahl ansteigt und somit der Drehstrommotor für eine hohen Wirkungsgrad mit einer entsprechend hohen Drehzahl zu betreiben ist.Three-phase motor, a low efficiency of the entire compressor 1, since the efficiency of the three-phase motor increases with increasing speed and thus the three-phase motor for a high efficiency with a correspondingly high speed is to operate.
Eine höhere Drehzahl des als Drehstrommotor ausgebildeten Antriebsmotors des Kurbeltriebs 7 ist erzielbar, wenn gemäß der Figur 2, in der ein weiterer Verdichter 1 des Standes der Technik dargestellt ist, der als Zylinder ausgebildete Verdrängerzylinder 2 gegenüber der Figur 1 als Zylinder mit einer vergrößerten Zylinderquerschnittsfläche versehen ist.A higher rotational speed of the drive motor of the crank mechanism 7 designed as a three-phase motor can be achieved if, as shown in FIG. 2, in which a further compressor 1 of the prior art is shown, the displacement cylinder 2 designed as a cylinder is provided with an enlarged cylinder cross-sectional area as a cylinder is.
Hierdurch kann bei gleich bleibendem Verdrängervolumen ein verringerter Hub der Betriebsflüssigkeit 3 zwischen dem unteren Umkehrpunkt U1 und dem oberen Umkehrpunkt U2 erzielt werden und somit eine entsprechend geringe Umkehrbeschleunigung der Betriebsflüssigkeit 3 am oberen Umkehrpunkt U2 erzielt
werden. Die Vergrößerung des Zylinderdurchmessers des Verdrängerzylinders 2 bewirkt jedoch eine verschlechtere Wärmeabfuhr und somit Kühlung aufgrund einerseits der verringerter Bewegungsgeschwindigkeit und des verringerten Anteils an turbulenter Strömung der Betriebsflüssigkeit 3 und des dadurch bedingten geringeren Wärmeübergangs und andererseits durch die verringerte Zylindermantelfläche des Verdrängerzylinders 2 pro Volumeneinheit der Betriebsflüssigkeit 3 und des zu verdichtenden Mediums. Hierdurch ergibt sich ein schlechter Wirkungsgrad des Verdichters 1.In this way, a reduced stroke of the operating fluid 3 between the lower reversal point U1 and the upper reversal point U2 can be achieved with the same displacement volume and thus achieves a correspondingly low reversal acceleration of the operating fluid 3 at the upper reversal point U2 become. The enlargement of the cylinder diameter of the displacement cylinder 2, however, causes a deteriorated heat dissipation and thus cooling due on the one hand the reduced speed of movement and the reduced proportion of turbulent flow of the working fluid 3 and the consequent lower heat transfer and on the other hand by the reduced cylinder surface area of the displacer cylinder 2 per unit volume of the working fluid. 3 and the medium to be compressed. This results in a poor efficiency of the compressor. 1
In der Figur 3 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters dargestellt.FIG. 3 shows a first embodiment of a compressor according to the invention.
Der Verdrängerzylinder 2 ist erfindungsgemäß mit einer vom unteren Umkehrpunkt U1 zum oberen Umkehrpunkt U2 der Betriebsflüssigkeit 3 zunehmenden Zylinderquerschnittsfläche versehen, wodurch am Verdrängerzylinder 2 im oberen Umkehrpunkt U2 eine vergrößerte Zylinderquerschnittsfläche erzielt wird.According to the invention, the displacer cylinder 2 is provided with an increasing cylinder cross-sectional area from the lower reversal point U1 to the upper reversal point U2 of the operating fluid 3, whereby an enlarged cylinder cross-sectional area is achieved at the displacer cylinder 2 at the upper reversal point U2.
Der Verdrängerzylinder 2 gemäß der Figur 3 ist hierbei mit einer konkav ausgebildeten Mantelfläche 10 versehen.The displacer cylinder 2 according to FIG. 3 is provided with a concave lateral surface 10.
Gemäß der Figur 4, in der eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters 1 dargestellt ist, ist der Verdrängerzylinder 2 zylindrisch ausgebildet, wobei eine vom unteren Umkehrpunkt U1 zum oberen Umkehrpunkt U2 der Betriebsflüssigkeit 3 zunehmende Zylinderquerschnittsfläche des Verdrängerzylinders 2 durch einen im Verdrängerzylinder 2 angeordneten Kern 1 1 erzeugbar ist.According to the figure 4, in which a second embodiment of a compressor 1 according to the invention is shown, the displacer cylinder 2 is cylindrical, one of the lower reversal point U1 to the upper reversal point U2 of the operating fluid 3 increasing cylinder cross-sectional area of the displacer 2 by a arranged in the displacement cylinder 2 core. 1 1 can be generated.
Der Kern 11 weist hierbei eine vom unteren Umkehrpunkt U1 zum oberen Umkehrpunkt U2 abnehmende Querschnittsfläche auf und ist mit einer konvexen Mantelfläche 12 versehen. Der Kern 11 ist am oberen Ende spitzförmig ausgebildet, wobei die Spitze 11a des Kerns 11 bevorzugt am oberen Umkehrpunkt U2 angeordnet ist.The core 11 in this case has a decreasing from the lower reversal point U1 to the upper reversal point U2 cross-sectional area and is provided with a convex lateral surface 12. The core 11 is formed tip-shaped at the upper end, wherein the tip 11a of the core 11 is preferably arranged at the upper reversal point U2.
Der Kern 11 kann mit einer Innenkühlung versehen sein, wozu im Kern 11 eine Kühleinrichtung 13 angeordnet ist.
Bei den in den Figuren 3 und 4 dargestellten erfindungsgemäßen Verdichtern 1 ist durch die sich lediglich im Bereich des oberen Umkehrpunktes U2 lokal vergrößernde Zylinderquerschnittsfläche des Verdrängerzylinders 2 eine Reduzierung der Umkehrbeschleunigung der Betriebsflüssigkeit 3 am oberen Umkehrpunkt U2 unter den Wert der Erdbeschleunigung auf einfache Weise erzielbar. Hierdurch wird eine saubere und zuverlässige Trennung der Betriebsflüssigkeit 3 und des zu verdichtenden Mediums erzielt. Der Kurbeltrieb 7 kann hierdurch mit einer hohen Drehzahl betrieben werden, wodurch der erfindungsgemäße Verdichter 1 eine hohe Verdrängerleistung aufweist. Zudem ist bei der Verwendung eines Drehstrommotors als Antriebsmotor des Kurbeltriebs 7 durch die hohe Drehzahl ein hoher Wirkungsgrad des Drehstrommotors und somit ein hoher Wirkungsgrad des Verdichters 1 erzielbar ist. Darüber hinaus wird durch die lediglich im Bereich des oberen Umkehrpunktes U2 sich vergrößernde Zylinderquerschnittsfläche des Verdrängerzylinders 2 ein großer Hub der Betriebsflüssigkeit 3 ermöglicht und somit eine große Mantelfläche 10 des Verdrängerzylinders 2 pro Volumeneinheit der Betriebsflüssigkeit 3 und des zu verdichtenden Mediums zur Verfügung gestellt. Hierdurch ist ein hoher Kühleffekt und somit eine niedrige Austrittstemperatur des verdichteten Mediums erzielbar, wobei durch eine geringe spezifische Arbeit zur Verdichtung des Mediums ein hoher thermischer Wirkungsgrad und somit ein hoher Wirkungsgrad des Verdichters erzielbar ist.The core 11 may be provided with an internal cooling, for which purpose a cooling device 13 is arranged in the core 11. In the case of the compressors 1 according to the invention shown in FIGS. 3 and 4, a reduction of the reversal acceleration of the operating fluid 3 at the upper reversal point U2 below the value of the gravitational acceleration can be achieved in a simple manner by virtue of the cylinder cross-sectional area of the displacer cylinder 2 which locally increases only in the region of the upper reversal point U2. As a result, a clean and reliable separation of the operating fluid 3 and the medium to be compressed is achieved. The crank mechanism 7 can thereby be operated at a high speed, whereby the compressor 1 according to the invention has a high displacement. In addition, when using a three-phase motor as the drive motor of the crank mechanism 7 by the high speed, a high efficiency of the three-phase motor and thus a high efficiency of the compressor 1 can be achieved. In addition, a large stroke of the operating fluid 3 is made possible by the only in the region of the upper reversal point U2 increasing cylinder cross-sectional area of the displacement cylinder 2 and thus provided a large lateral surface 10 of the displacement cylinder 2 per unit volume of the operating fluid 3 and the medium to be compressed. As a result, a high cooling effect and thus a low outlet temperature of the compressed medium can be achieved, with a low specific work for compression of the medium, a high thermal efficiency and thus a high efficiency of the compressor can be achieved.
Bei einem erfindungsgemäßen Verdichter 1 gemäß der Figur 4 wird durch den Kern 1 1 und dessen zusätzliche Mantelfläche 12 der Kühleffekt weiter verbessert. Durch die Kühleinrichtung 13 und die hierdurch erzielbare Innenkühlung des Kernes 1 1 kann der Kühleffekt weiter erhöht werden. Zudem ergibt sich bei dem Verdichter 1 gemäß der Figur 4 durch die Ausbildung des Verdrängerzylinders 2 als Zylinder eine hohe Sicherheit bei gleicher Festigkeit sowie eine einfache Herstellung des Verdrängerzylinders 2.
In a compressor 1 according to the invention according to FIG. 4, the cooling effect is further improved by the core 11 and its additional lateral surface 12. By the cooling device 13 and thereby achievable internal cooling of the core 1 1, the cooling effect can be further increased. In addition, in the case of the compressor 1 according to FIG. 4, the design of the displacement cylinder 2 as a cylinder results in a high degree of safety with the same strength as well as a simple production of the displacement cylinder 2.
Claims
1. Verdichter zum Verdichten von Medium, insbesondere gasförmigen Medium, mit zumindest einem senkrecht angeordneten Verdrängerzylinder, in dem eine Betriebsflüssigkeit, insbesondere eine ionische Flüssigkeit, angeordnet ist, wobei die Betriebsflüssigkeit mit einer Verdrängereinrichtung, insbesondere einer1. compressor for compressing medium, in particular gaseous medium, with at least one vertically arranged displacement cylinder, in which an operating fluid, in particular an ionic liquid, is arranged, wherein the operating fluid with a displacement device, in particular a
Kolbenmaschine, in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerzylinder (2) in den Umkehrpunkten (U1 ; U2) der Betriebsflüssigkeit (3), insbesondere dem oberen Umkehrpunkt (U2), mit einer vergrößerten Zylinderquerschnittsfläche versehen ist.Piston machine, is operatively connected, characterized in that the displacement cylinder (2) in the reversal points (U1, U2) of the operating fluid (3), in particular the upper reversal point (U2), is provided with an enlarged cylinder cross-sectional area.
2. Verdichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerzylinder (2) mit einer sich vom unteren Umkehrpunkt (U1) der Betriebsflüssigkeit (3) zum oberen Umkehrpunkt (U2) der Betriebsflüssigkeit (3) zunehmenden Zylinderquerschnittsfläche ausgebildet ist.2. A compressor according to claim 1, characterized in that the displacement cylinder (2) is formed with a from the lower reversal point (U1) of the operating fluid (3) to the upper reversal point (U2) of the operating fluid (3) increasing cylinder cross-sectional area.
3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerzylinder (2) kegelförmig ausgebildet ist.3. A compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the displacement cylinder (2) is conical.
4. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerzylinder (2) konkav ausgebildet ist.4. Compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the displacement cylinder (2) is concave.
5. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerzylinder (2) zylindrisch ausgebildet ist, wobei im Verdrängerzylinder (2) ein Kern (11) angeordnet ist.5. A compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the displacement cylinder (2) is cylindrical, wherein in the displacement cylinder (2) has a core (11) is arranged.
6. Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (11) im unteren Umkehrpunkt (U1) der Betriebsflüssigkeit (3) eine größere Querschnittsfläche aufweist als im oberen Umkehrpunkt (U2) der Betriebsflüssigkeit (3).6. A compressor according to claim 5, characterized in that the core (11) in the lower reversal point (U1) of the operating fluid (3) has a larger cross-sectional area than in the upper reversal point (U2) of the operating fluid (3).
7. Verdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (11) kegelförmig ausgebildet ist. 7. A compressor according to claim 5 or 6, characterized in that the core (11) is conical.
8. Verdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (11) konvex ausgebildet ist.8. A compressor according to claim 5 or 6, characterized in that the core (11) is convex.
9. Verdichter nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (11 ) mit einer Kühleinrichtung (13) versehen ist. 9. A compressor according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the core (11) is provided with a cooling device (13).
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