WO2016038041A1 - Kompressorvorrichtung, eine damit ausgerüstete kühlvorrichtung und ein verfahren zum betreiben der kompressorvorrichtung und der kühlvorrichtung - Google Patents

Kompressorvorrichtung, eine damit ausgerüstete kühlvorrichtung und ein verfahren zum betreiben der kompressorvorrichtung und der kühlvorrichtung Download PDF

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WO2016038041A1
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working gas
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Jens HÖHNE
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Pressure Wave Systems Gmbh
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    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/02—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect

Definitions

  • the invention relates to a compressor device, a cooling device equipped therewith and a method for operating the compressor device.
  • pulse tube coolers or Gifford-McMahon coolers are used for cooling magnetic resonance tomographs, cryopumps, etc.
  • Gas and especially helium compressors are used in combination with rotary or rotary valves.
  • the rate at which compressed helium is introduced and re-circulated to the cooler is in the range of 1 Hz.
  • a problem with conventional screw or piston processors is that oil from the compressor may enter and contaminate the working gas and thus the cooling device ,
  • acoustic compressors or high-frequency compressors in which one or more pistons are caused by a magnetic field in linear resonant vibrations. These resonant frequencies are in the range of a few 10 Hz and are therefore not suitable for use with pulse tube coolers and Gifford McMahon coolers to produce very low temperatures in the range of less than 10 K suitable.
  • the compressor device comprises a compressor rra order in which a balloon is arranged.
  • the balloon is periodically pressurized with liquid so that the gas surrounding the balloon is periodically compressed and relaxed again.
  • the disadvantage here is that the balloon envelope can scrape or rub in certain operating conditions on the hard and possibly edged inner surface of the compressor chamber. As a result, due to the pressure conditions Lochying. Cracking in the balloon envelope may occur.
  • the permeability - permeability - of the balloon envelope for helium as a working gas is too large, so you quickly lose substantial amounts of helium. Thus, the service life of such systems with balloon is unsatisfactory.
  • a membrane pump for liquids is known from DE-A-91837, which can also serve as a "gas compression pump.”
  • a liquid must be introduced between the membrane and pump valves, ie a liquid is provided in the gas space A physical separation between gas to be compressed and hydraulic fluid therefore does not take place.
  • the common pumping device is used twice. In each flow direction of the working fluid is a compression of the working gas; in the one flow direction in the first compressor stage and in the opposite direction of flow in the second compressor stage. This increases the efficiency of the compressor device.
  • the compressor device according to the present invention may be formed either as a non-conveying - claims 4 to 6 - or as a conveying compressor device - claims 9 to 1 1 -.
  • a predetermined amount of working gas is alternately compressed and relaxed in the two stages. It is fed from the outside no working gas claims 4 to 6.
  • the high and low pressure gas line may preferably be designed so that they act as a gas storage due to their volume - claim 5.
  • a low-pressure gas storage and a high-pressure gas storage may be provided explicitly in the low-pressure or high-pressure gas line.
  • the promotional embodiment - claims 9 and 1 1 - is first compressed working gas in the first compressor stage or pre-compressed and buffered in a buffer memory.
  • the second compressor stage is operated virtually idle and serves as a working fluid expansion tank.
  • a working volume of gas at an intermediate pressure p m id reached, corresponding to the second volume of gas in the second compressor stage, in the next compressor stroke in the second compressor stage the pre-compressed working gas from the buffer memory is compressed to the final pressure p s d.
  • the p to the final pressure e nd compressed working gas is then discharged to the outside or stored in a high pressure gas storage tank.
  • a working fluid preferably hydraulic oil according to DIN 51524 is used, which is additionally dehydrated or anhydrous.
  • the hydraulic oil is in a closed system of pumping device, working fluid equalizing device and fluid volume in the compressor chamber, so that during operation no water from the environment can be absorbed by the hydraulic oil.
  • water can also be used as the working fluid.
  • Water as a working fluid is also advantageous because in the event of defects, water that has penetrated into a downstream cryocooler can be removed more easily than hydraulic oil that has entered a downstream cooler.
  • water is suitable as a working medium in explosion-protected applications, since water is non-flammable and non-explosive. In addition, water is non-toxic and therefore environmentally friendly.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention with two compressor stages as a non-promotional compressor device
  • FIG. 3 is a schematic representation of a second embodiment of the invention with two compressor stages as a conveying compressor device
  • Fig. 5 shows an application of the second embodiment of the invention as a drive of a Joule-Thomson cooler.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the compressor device according to the invention with a first and a second compressor stage 2-, 2-2, in the form of a non-promotional compressor device.
  • Each of the two .Verêtr wornen 2-1, 2-2 has a gas-tight closed compressor chamber 4-1, 4-2.
  • a metal bellows 6-1, 6-2 is arranged in each of the two compressor rooms 4-1, 4-2.
  • the metal bellows 6-1, 6-2 subdivide the compressor chambers 4-1, 4-2 into a first and a second gas volume 8-1, 8-2 for a working gas 10 and into a first and second fluid volume 12-1, 12, respectively -2 for a working liquid 14.
  • the gas volumes 8-1, 8-2 are inside the metal bellows 6-1, 6-2, and the liquid volumes are outside the bellows 6-1, 6-2. From the liquid volumes 12-1, 12-2 performs a respective Arthur- keitsan gleich 16-1, 16-2 out.
  • the gas volumes 8-1, 8-2 are each provided with a high pressure working gas connection 18-1, 18-2 and a low pressure Working gas connection 20-1, 20-2 connected.
  • the low-pressure working gas ports 20-1, 20-2 are provided with check valves 22 which are permeable toward the compressor stages 2-1, 2-2.
  • the high pressure working gas ports 18-1, 18-2 are also provided with check valves 22 having opposite directions of passage as compared to the check valves 22 on the low pressure working gate ports 20-1, 20-2.
  • the high pressure working gas ports 18-1, 18-2 are connected via the check valves 22 to a common high pressure gas line 24, and the low pressure working gas ports 20, 20-2 are connected to a low pressure gas line 26 via the check valves 22.
  • the check valves 22 in the high-pressure working gas ports 18-1, 18-2 are in the direction of common high-pressure gas line 24 and the check valves 22 on the low-pressure working gas ports 20-1, 20-2 are in the direction of compressor stages 2-1, 2-2 permeable.
  • the common high pressure gas line 24 and the common low pressure gas line 26 terminate in a motorized rotary valve 28 which alternately the high pressure gas line 24 and the low pressure gas line 26 with a cooling device 30, for.
  • the high and low pressure gas line 24, 26 act due to their volume as a gas storage or it is explicitly a low-pressure gas storage 27 and a high-pressure gas storage 25 in the low-pressure or high-pressure gas line 26, 24 are provided.
  • the check valves 22 at the two high pressure working gas ports 18-1, 18-2 are each followed by heat exchangers 32-1, 32-2 for cooling the compressed working gas.
  • the two compressor stages 2-1, 2-1 are constructed analogously, ie, the gas volumes 8-1, 8-2 and the liquid volumes 12-1, 12-2 are equal.
  • the two working fluid ports 16-1, 16-2 are connected to a common electromotive pumping device 34, which alternately pumps working fluid 14 into the first and second fluid volumes 12-1, 12-2 of the first and second compressor stages 2-1, 2-2. Ie. either working fluid 14 is pumped from the second fluid volume 12-2 into the first fluid volume 12-1 or vice versa.
  • FIGS. 2a to 2e illustrate the various operating phases of the compressor device according to FIG. 1.
  • the common me pumping device 34 working fluid 14 from the second fluid volume 12- 2 of the second compressor stage 2-2 in the first fluid volume 12-1 in the first compressor stage 2-1 pumped.
  • the first metal bellows 6-1 is compressed and the working gas 10 therein is pressed into the high-pressure gas reservoir 25 via the first high-pressure working gas port 18-1, the first heat exchanger 32-1 and the common high-pressure gas line 24.
  • the second metal bellows 6-2 expands by working gas 10, which flows back from the low-pressure working gas reservoir 27 via the low-pressure gas line 26 and the second low-pressure working gas port 20-2.
  • the rotary valve 28 connects the cooling device 30 via the low pressure gas line 26 with the low pressure gas storage 27th
  • the compression in the first compressor stage 2-1 is complete and the rotary valve 28 connects the high-pressure gas reservoir 25 with the cooling device 30, so that compressed and cooled in the first heat exchanger 32-1 working gas 10 in the cooling device 30 arrives.
  • the rotational frequency of the rotary valve 28 is decoupled from the frequency of the compression in the two compressor stages.
  • the rotational frequency of the rotary valve 28 is decoupled from the frequency of the compression in the two compressor stages.
  • Fig. 3 shows a second embodiment of the invention with two compressor stages 2-1, 2-2 in the form of a working gas 10 promotional compressor device.
  • the structure of the two compressor stages 2-1, 2-2 and the connection of the two compressor stages 2-1, 2-2 with the common pumping device (34) corresponds to the structure in FIGS. 1 and 2.
  • the two heat exchangers 32-. 1, 32-2 of the arrangement according to the first embodiment corresponds to the embodiment of Fig.
  • the working gas 10 is first in the first compressor stage 2-1 from an output pressure po to a first mean pressure pmidi and then subsequently in the second compressor stage 2-2 from a second average pressure p m id2 to the final pressure compacted pend.
  • a buffer store 42 is connected via a first gas line 40-1 and a first shut-off valve 44-1 to the second low-pressure working gas port 20-2 of the second compressor stage 2-2.
  • the first high pressure Hägansan gleich 20-1 is connected to the buffer memory 42.
  • a low-pressure gas storage 27 is connected via a third gas line 40-3 to a first low-pressure working gas connection 20-1 with a check valve 22 in the first compressor stage 2-1.
  • the second high-pressure Working gas port 18-2 of the second compressor stage 2-2 is connected via a check valve 22, a second heat exchanger 32-2 and a fourth gas line 40-4 to a high-pressure gas reservoir 25.
  • the first compressor stage 2-1 is supplied with working gas 10 to be compressed from the low-pressure gas reservoir 27.
  • the operating phases according to FIGS. 4 a and 4 b are carried out repeatedly until the amount of working gas 10 compressed in the first average pressure p m idi in the buffer memory 42 is sufficient, when connected to the second gas volume. Lumen 8-2 via the first gas line 40-1 and the open check valve 44-1 to generate the second average pressure p m id2 in the second gas volume 8-2.
  • the working fluid 14 is pumped by the common pumping device 34 in the second compressor stage 2-2.
  • the working gas 10 pre-compressed to the second average pressure p m id2 in the second gas volume 8-2 is further compressed to the final pressure p e nd. And pressed into the high-pressure gas reservoir 25 via the second heat exchanger 32-2 and the fourth gas line 40-4.
  • Fig. 5 shows an application of the second embodiment as a drive of a Joule Thomson refrigerator 50 with closed working gas circuit.
  • Hydraulic oils according to DIN 51524 are suitable as working fluids. These H, HL, HLP and HVLP oils are oils which are well tolerated with common sealants such as NBR (acrylonitrile butadiene rubber) etc. NBR, however, is not sufficiently helium-tight. HF oils are common with commonly used sealing materials
  • water can also be used as the working fluid.
  • Water as a working fluid is also advantageous because in the case of defects, water that has penetrated into a downstream cryocooler can be removed more easily than hydraulic oil that has penetrated into a downstream cooler.
  • water is suitable as a working medium in explosion-protected applications, since water is non-flammable and non-explosive. In addition, water is non-toxic and therefore environmentally friendly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kompressorvorrichtung, eine damit ausgerüstete Kühlvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Kompressorvorrichtung. Zur Kühlung von Kernspintomographen, Kryo-Pumpen etc. werden Pulsrohrkühler oder Gifford-McMahon-Kühler eingesetzt. Hierbei kommen Gas- und insbesondere Heliumkompressoren in Kombination mit Rotations- bzw. Drehventilen zum Einsatz. Die Rate mit der verdichtetes Helium in die Kühlvorrichtung eingeführt und wieder ausgeführt wird liegt im Bereich von 1 Hz. Ein Problem von herkömmlichen Schrauben- oder Kolbenprozessoren besteht darin, dass Öl aus dem Kompressor in das Arbeitsgas und damit in die Kühleinrichtung gelangen und diese verunreinigen kann. Durch das Bereitstellen einer zweiten Verdichterstufe wird, wird die gemeinsame Pumpeinrichtung doppelt genutzt und es wird eine zweistufige Kompressorvorrichtung angegeben. In jeder Strömungsrichtung der Arbeitsmittelflüssigkeit erfolgt eine Verdichtung des Arbeitsgases; in der einen Strömungsrichtung in der ersten Verdichterstufe und in der entgegen gesetzten Strömungsrichtung in der zweiten Verdichterstufe. Damit erhöht sich die Effizienz der Kompressorvorrichtung.

Description

Beschreibung
Kompressorvorrichtung, eine damit ausgerüstete Kühlvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Kompressorvorrichtung und der Kühlvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Kompressorvorrichtung, eine damit ausgerüstete Kühlvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Kompressorvorrichtung.
Zur Kühlung von Kernspintomographen, Kryo-Pumpen etc. werden Pulsrohrkühler oder Gifford-McMahon-Kühler eingesetzt. Hierbei kommen Gas- und insbesondere Heliumkompressoren in Kombination mit Rotations- bzw. Drehventilen zum Einsatz. Die Rate mit der verdichtetes Helium in die Kühlvorrichtung eingeführt und wieder ausgeführt wird liegt im Bereich von 1 Hz. Ein Problem von herkömmlichen Schrauben- oder Kolbenprozessoren besteht darin, dass Öl aus dem Kompressor in das Arbeitsgas und damit in die Kühleinrichtung gelangen und diese verunreinigen kann.
Es sind auch akustische Kompressoren oder Hochfrequenzkompressoren bekannt, bei denen ein oder mehrere Kolben durch ein Magnetfeld in lineare Resonanzschwingungen versetzt werden. Diese Resonanzfrequenzen liegen im Bereich von einigen 10 Hz und sind daher nicht für die Verwendung mit Pulsrohrkühlern und Gifford- McMahon-Kühlem zur Erzeugung sehr tiefer Temperaturen im Bereich kleiner 10 K geeignet.
Aus der CH 457147 B ist ein Membrankompressor oder -pumpe bekannt, die einen Arbeitsraum aufweist, dass durch eine elastische, gas- und flüssigkeitsdichte Membran in ein Gasvolumen und ein Flüssigkeitsvolumen unterteilt ist. Mittels einer Flüssigkeitspumpe wird Flüssigkeit periodisch in das Flüssigkeitsvolumen des Arbeitsraums gedrückt, wodurch die elastische Membran sich in Richtung Gasvolumen ausdehnt und dieses komprimiert - Kompressorfunktion - oder aus dem Gasvolumen herausschiebt - Pumpenfunktion. Nachteilig ist herbei, dass die gas-, flüssigkeitsdichte und d rückresistente Abdichtung der elastischen Membran in dem Arbeitsraum Vergleichs- weise aufwendig ist. Insbesondere im Bereich der Abdichtung wird die Membran stark belastet, so dass entweder sehr teuere Materialien verwendete werden müssen oder eine geringere Lebensdauer in Kauf genommen werden muss.
Aus der DE10344698B4 sind eine Wärmepumpe und eine Kältemaschine mit einer Kompressoreinrichtung bekannt. Die Kompressoreinrichtung umfasst einen Verdichte rra um in dem ein Ballon angeordnet ist. Der Ballon wird periodisch mit Flüssigkeit beaufschlagt, so dass das den Ballon umgebende Gas periodisch verdichtet und wieder entspannt wird. Nachteilig hierbei ist, dass der Ballonhülle bei bestimmten Betriebszu- ständen an der harten und eventuell kantigen Innenoberfläche des Verdichterraums in schaben oder reiben kann. Hierdurch können aufgrund der Druckverhältnisse Lochbzw. Rissbildung in der Ballonhülle auftreten. Zudem ist die Durchlässigkeit - Permeabilität - der Ballonhülle für Helium als Arbeitsgas zu groß, so dass man schnell substantielle Mengen von Helium verliert. Damit ist die Standzeit derartiger Systeme mit Ballon unbefriedigend.
Aus der DE-A-91837 ist eine Membranpumpe für Flüssigkeiten bekannt, die auch als „Gascompressionspumpe" dienen kann. Hierzu wird angegeben, dass zwischen Membran und Pumpventilen eine Flüssigkeit eingebracht werden muss, d. h. im Gasraum ist eine Flüssigkeit vorgesehen. Es handelt sich somit um eine Kompressionsvorrichtung mit einem Flüssigkeitsstempel. Eine physische Trennung zwischen zu komprimierendem Gas und Hydraulikflüssigkeit findet daher nicht statt.
Aus der WO2014/016415A2 ist eine Kompressorvorrichtung mit einem Metallfaltenbalg als Verdichterelement bekannt, der mit Ausnahme von Wasserstoff für alle möglichen Arbeitsgase undurchlässig ist. Das Arbeitsgas kann aufgrund des Metallfaltenbalgs auch ölfrei gehalten werden. Allerdings ist die Effizienz aufgrund der Wechselwirkung mit dem Arbeitsflüssigkeitsausgleichbehälter unbefriedigend.
Ausgehend von der WO2014/016415A2 ist es daher Aufgabe der Erfindung eine Kompressorvorrichtung mit einem Metallfaltenbalg als Verdichterelement anzugeben, die effizienter ist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung eine Kühlvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Kompressorvorrichtung anzugeben. Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 , 7, 8, 12, 13 bzw. 14.
Dadurch, dass der aus der WO2014/016415A2 bekannte Arbeitsflüssigkeitsaus- gleichbehälter zu einer zweiten Verdichterstufe erweitert wird, wird die gemeinsame Pumpeinrichtung doppelt genutzt. In jeder Strömungsrichtung der Arbeitsmittelflüssigkeit erfolgt eine Verdichtung des Arbeitsgases; in der einen Strömungsrichtung in der ersten Verdichterstufe und in der entgegen gesetzten Strömungsrichtung in der zweiten Verdichterstufe. Damit erhöht sich die Effizienz der Kompressorvorrichtung.
Durch Rückschlagventile an den Hochdruck- und Niederdruck- Arbeitsgasanschlüssen wird der Gasstrom bei Verdichtung und Entspannung auf einfache Weise gesteuert - Anspruch 2.
Durch den Hochdruck-Arbeitsgasanschlüssen in den beiden Verdichterstufen nach geschalteten Wärmetauschern wird das komprimierte Arbeitsgas nach jedem Verdichtungshub gekühlt - Anspruch 3 und 15.
Die Kompressorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann entweder als nicht-fördernde - Ansprüche 4 bis 6 - oder als fördernde Kompressorvorrichtung - Ansprüche 9 bis 1 1 - ausgebildet sein.
Bei der nicht-fördernden Ausgestaltung wird eine vorbestimmte Arbeitsgasmenge abwechselnd in den beiden Förderstufen verdichtet und entspannt. Es wird von außen kein Arbeitsgas zugeführt Ansprüche 4 bis 6.
Die Hoch- und Niederdruckgasleitung können vorzugsweise so ausgestaltet werden, dass sie aufgrund Ihres Volumens als Gasspeicher wirken - Anspruch 5.
Alternativ können explizit ein Niederdruckgasspeicher und ein Hochdruckgasspeicher in der Niederdruck- bzw. Hochdruckgasleitung vorgesehen - Anspruch 6. Bei der fördernden Ausgestaltung - Ansprüche 9 und 1 1 - wird zunächst Arbeitsgas in der ersten Verdichterstufe verdichtet bzw. vorverdichtet und in einem Pufferspeicher zwischengespeichert. Die zweite Verdichterstufe wird quasi im Leerlauf betrieben und dient als Arbeitsflüssigkeitsausgleichsbehälter. Wenn in dem Pufferspeicher eine Arbeitsgasmenge bei einem mittleren Druck pmid erreicht ist, die dem zweiten Gasvolumen in der zweiten Verdichterstufe entspricht, wird in nächsten Verdichterhub in der zweiten Verdichterstufe das vorverdichtete Arbeitsgas aus dem Pufferspeicher auf den Enddruck pend verdichtet. Das auf den Enddruck pend verdichtete Arbeitsgas wird dann nach außen abgegeben oder in einem Hochdruckgasspeicher gespeichert.
Bei der fördernden Ausgestaltung - Ansprüche 1 0 und 1 1 - wird zunächst Arbeitsgas in der ersten Verdichterstufe verdichtet bzw. vorverdichtet und gleichzeitig in das zweite Gasvolumen der zweiten Verdichterstufe überführt. In der zweiten Verdichterstufe wird dann das auf den mittleren Druck pmid vorverdichtete Arbeitsgas auf den Enddruck pend verdichtet. Das auf den Enddruck pend verdichtete Arbeitsgas wird dann nach außen abgegeben oder in einem Hochdruckgasspeicher gespeichert.
Als Arbeitsflüssigkeit wird bevorzugt Hydrauliköl nach DIN 51524 eingesetzt, das zusätzlich entwässert bzw. wasserfrei ist. Das Hydrauliköl befindet sich in einem geschlossenen System aus Pumpeinrichtung, Arbeitsflüssigkeitsausgleichseinrichtung und Flüssigkeitsvolumen im Verdichterraum, so dass während des Betriebs kein Wasser aus der Umgebung durch das Hydrauliköl aufgenommen werden kann. Alternativ kann auch Wasser als Arbeitsflüssigkeit verwendet werden. Wasser als Arbeitsmittel ist auch vorteilhaft, da bei Defekten ein in einen nachgeschalteten Kryo-Kühler eingedrungenes Wasser leichter wieder entfernt werden kann als in einen nachgeschalteten Kühler eingedrungenes Hydrauliköl. Auch bietet sich Wasser als Arbeitsmittel bei explosionsgeschützten Anwendungen an, da Wasser nicht brennbar und nicht explosiv ist. Außerdem ist Wasser ungiftig und damit umweltfreundlich.
Für Kryo-Anwendungen wird je nach Temperaturbereich vorzugsweise Helium, Neon oder Stickstoff als Arbeitsgas verwendet. Die übrigen Unteransprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen.
Eis icji ·
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit zwei Verdichterstufen als nicht-fördernde Kompressorvorrichtung,
Fig. 2a bis 2e schematische Darstellungen der zum Betrieb der ersten Ausfüh- rungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit zwei Verdichterstufen als fördernde Kompressorvorrichtung,
Fig. 4a bis 4d schematische Darstellungen der zum Betrieb der zweiten Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 5 eine Anwendung der zweiten Ausführungsform der Erfindung als Antrieb eines Joule-Thomson-Kühlers.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kompressorvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Verdichterstufe 2- , 2-2, in Form einer nicht- fördernden Kompressorvorrichtung. Jede der zwei .Verdichtereinrichtungen 2-1 , 2-2 weist einen gasdicht geschlossenen Verdichterraum 4-1 , 4-2 auf. In jedem der beiden Verdichterräume 4-1 , 4-2 ist ein Metallfaltenbalg 6-1 , 6-2 angeordnet. Die Metallfaltenbälge 6-1 , 6-2 unterteilen die Verdichterräume 4-1 , 4-2 in ein erstes bzw. zweites Gasvolumen 8-1 , 8-2 für ein Arbeitsgas 10 und in ein erstes bzw. zweites Flüssigkeitsvolumen 12-1 , 12-2 für eine Arbeitsflüssigkeit 14. Die Gasvolumen 8-1 , 8-2 sind im Inneren der Metallfaltenbälge 6-1 , 6-2 und die Flüssigkeitsvolumina sind außerhalb der Faltenbälge 6-1 , 6-2. Aus den Flüssigkeitsvolumina 12-1 , 12-2 führt ein jeweils Arbeitsflüssig- keitsanschluss 16-1 , 16-2 heraus. Die Gasvolumina 8-1 , 8-2 sind jeweils mit einem Hochdruck-Arbeitsgasanschluss 18-1 , 18-2 und einem Niederdruck- Arbeitsgasanschluss 20-1 , 20-2 verbunden. Die Niederdruck-Arbeitsgasanschlüsse 20- 1 , 20-2 sind mit Rückschlagventilen 22 versehen, die in Richtung zu den Verdichterstufen 2-1 , 2-2 durchlässig sind. Die Hochdruck-Arbeitsgasanschlüsse 18-1 , 18-2 sind ebenfalls mit Rückschlagventilen 22 versehen, die eine im Vergleich zu den Rückschlagventilen 22 an den Niederdruck-Arbeitsgansanschlüssen 20-1 , 20-2 entgegengesetzte Durchlassrichtungen aufweisen. Die Hochdruck-Arbeitsgasanschlüsse 18-1 , 18-2 sind über die Rückschlagventile 22 mit einer gemeinsamen Hochdruckgasleitung 24 und die Niederdruck-Arbeitsgasanschlüsse 20- , 20-2 sind über die Rückschlagventile 22 mit einer Niederdruckgasleitung 26 verbunden. Die Rückschlagventile 22 in den Hochdruck-Arbeitgasanschlüssen 18-1 , 18-2 sind in Richtung gemeinsamer Hochdruckgasleitung 24 und die Rückschlagventile 22 an den Niederdruck- Arbeitsgasanschlüssen 20-1 , 20-2 sind in Richtung Verdichterstufen 2-1 , 2-2 durchlässig. Die gemeinsame Hochdruckgasleitung 24 und die gemeinsame Niederdruckgasleitung 26 enden in einem motorischen Drehventil 28, das abwechselnd die Hochdruckgasleitung 24 und die Niederdruckgasleitung 26 mit einer Kühlvorrichtung 30, z. B. in Form eines Gifford-McMahon-Kühler oder eines Pulsrohrkühlers, verbindet. Die Hoch- und Niederdruckgasleitung 24, 26 wirken aufgrund Ihres Volumens als Gasspeicher bzw. es sind explizit ein Niederdruckgasspeicher 27 und ein Hochdruckgasspeicher 25 in der Niederdruck- bzw. Hochdruckgasleitung 26, 24 vorgesehen. Den Rückschlagventilen 22 an den beiden Hochdruck-Arbeitsgasanschlüssen 18-1 , 18-2 sind jeweils Wärmetauscher 32-1 , 32-2 zum Kühlen des komprimierten Arbeitsgases nachgeschaltet. Die beiden Verdichterstufen 2-1 , 2-1 sind analog aufgebaut, d. h. auch die Gasvolumen 8-1 , 8-2 und die Flüssigkeitsvolumen 12-1 , 12-2 sind gleich.
Die beiden Arbeitsflüssigkeitsanschlüsse 16-1 , 16-2 sind mit einer gemeinsamen elektromotorischen Pumpeinrichtung 34 verbunden, die abwechselnd Arbeitsflüssigkeit 14 in das erste und zweite Flüssigkeitsvolumen 12-1 , 12-2 der ersten und zweiten Verdichterstufe 2-1 , 2-2 pumpt. D. h. es wird entweder Arbeitsflüssigkeit 14 aus dem zweiten Flüssigkeitsvolumen 12-2 in das erste Flüssigkeitsvolumen 12-1 gepumpt oder umgekehrt.
Die Figuren 2a bis 2e illustrieren die verschiedenen Betriebsphasen der Kompressorvorrichtung nach Fig. 1 . In der in Fig. 2a gezeigten Phase wird durch die gemeinsa- me Pumpeinrichtung 34 Arbeitsflüssigkeit 14 aus dem zweiten Flüssigkeitsvolumen 12- 2 der zweiten Verdichterstufe 2-2 in das erste Flüssigkeitsvolumen 12-1 in der ersten Verdichterstufe 2-1 gepumpt. Der erste Metallfaltenbalg 6-1 wird zusammengepresst und das darin befindliche Arbeitsgas 10 wird über den ersten Hochdruck- Arbeitsgasanschluss 18-1 , den ersten Wärmetauscher 32-1 und die gemeinsame Hochdruckgasleitung 24 in den Hochdruckgasspeicher 25 gepresst. Der zweite Metallfalten balg 6-2 dehnt sich durch Arbeitsgas 10 aus, das über die Niederdruckgasleitung 26 und den zweiten Niederdruck-Arbeitsgasanschluss 20-2 aus dem Niederdruck- Arbeitsgasspeicher 27 zurückströmt. Das Drehventil 28 verbindet die Kühleinrichtung 30 über die Niederdruckgasleitung 26 mit dem Niederdruckgasspeicher 27.
In der in Fig. 2b gezeigten zweiten Phase ist die Verdichtung in der ersten Verdichterstufe 2-1 vollständig und das Drehventil 28 verbindet den Hochdruckgasspeicher 25 mit der Kühleinrichtung 30, so dass verdichtetes und in dem ersten Wärmetauscher 32-1 gekühltes Arbeitsgas 10 in die Kühleinrichtung 30 gelangt.
In der in Fig. 2c gezeigten dritten Phase kehrt sich der Arbeitsflüssigkeitsstrom um und die Pumpeinrichtung 34 pumpt nun Arbeitsflüssigkeit 14 aus dem ersten Flüssigkeitsvolumen 12-1 der ersten Verdichterstufe 2-1 in das zweite Flüssigkeitsvolumen 12- 2 in der zweiten Verdichterstufe 2-2. Dadurch wird der zweite Metallfaltenbalg 6-2 zusammengepresst und das darin befindliche Arbeitsgas 10 wird komprimiert und über den zweiten Hochdruck-Arbeitsgasanschluss 18-1 , den zweiten Wärmetauscher 32-2 und die gemeinsame Hochdruckgasleitung 24 in den Hochdruckgasspeicher 25 gepresst. Der erste Metallfaltenbalg 6-1 dehnt sich durch aus dem Niederdruckgasspeicher 27 über die Niederdruckgasleitung 26 und den ersten Niederdruck- Arbeitsgasanschluss 20-1 zurückströmendes Arbeitsgas 10 aus.
In der in Fig. 2d gezeigten vierten Phase ist die Verdichtung in der zweiten Verdichterstufe 2-2 vollständig und das Drehventil 28 verbindet wieder über die gemeinsame Hochdruckgasleitung 24 den Hochdruckgasspeicher 25 mit der Kühleinrichtung 30, so dass verdichtetes und in dem zweiten Wärmetauscher 32-2 gekühltes Arbeitsgas 10 in die Kühleinrichtung 30 gelangt. Die in Fig. 2e gezeigte Phase ist wieder die erste Phase und die Verdichtung erfolgt in der ersten Verdichterstufe 2-1 . Fig. 2a und 2e unterscheiden sich lediglich dadurch, dass in Fig. 2e der erste Metallfaltenbalg 6-1 noch entspannt und der zweite Metallfaltenbalg 6-2 noch komprimiert ist. In Fig. 2a ist die Verdichtung in der ersten Verdichterstufe 2-1 abgeschlossen und der erste Metallfaltenbalg 6-1 ist komprimiert, während der zweite Metallfaltenbalg 6-2 entspannt ist.
Durch das Vorsehen des Hochdruckspeichers 25 und des Niederdruckspeichers
27 ist die Drehfrequenz des Drehventils 28 von der Frequenz der Verdichtung in den beiden Verdichterstufen entkoppelt. Alternativ kann die Drehfrequenz des Drehventils
28 mit der Frequenz der Verdichterhübe synchronisiert sein. In diesem Fall könnte auf den Hochdruck- und Niederdruckgasspeicher 25, 27 verzichtet werden.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit zwei Verdichterstufen 2-1 , 2-2 in Form einer Arbeitsgas 10 fördernden Kompressorvorrichtung. Für in den beiden Ausführungsformen entsprechende Komponenten werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der Aufbau der beiden Verdichterstufen 2-1 , 2-2 und die Verbindung der beiden Verdichterstufen 2-1 , 2-2 mit der gemeinsamen Pumpeinrichtung (34) entspricht dem Aufbau in Fig. 1 und 2. Ebenso entspricht die der beiden Wärmetauscher 32-1 , 32-2 der Anordnung gemäß der ersten Ausführungsform. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird das Arbeitsgas 10 zunächst in der ersten Verdichterstufe 2-1 von einem Ausgangsdruck po auf einen ersten mittleren Druck pmidi und dann anschließend in der zweiten Verdichterstufe 2-2 von einem zweiten mittleren Druck pmid2 auf den Enddruck pend verdichtet. Es gilt: pmidi > pmid2.
Nachfolgend werden insbesondere die Unterschiede in den beiden Ausführungsformen beschrieben. Ein Pufferspeicher 42 ist über eine erste Gasleitung 40-1 und ein erstes Sperrventil 44-1 mit dem zweiten Niederdruck-Arbeitsgasanschluss 20-2 der zweiten Verdichterstufe 2-2 verbunden. Über einen ersten Wärmetauscher 32-1 und eine zweite Gasleitung 40-2 ist der erste Hochdruck-Arbeitsgansanschluss 20-1 mit dem Pufferspeicher 42 verbunden. Ein Niederdruckgasspeicher 27 ist über eine dritte Gasleitung 40-3 mit einem ersten Niederdruck-Arbeitsgasanschluss 20-1 mit Rückschlagventil 22 in der ersten Verdichterstufe 2-1 verbunden. Der zweite Hochdruck- Arbeitsgasanschluss 18-2 der zweiten Verdichterstufe 2-2 ist über ein Rückschlagventil 22, einen zweiten Wärmetauscher 32- 2 und eine vierte Gasleitung 40-4 mit einem Hochdruckgasspeicher 25 verbunden. Über den ersten Niederdruck- Arbeitsgasanschluss 20-1 wird der ersten Verdichterstufe 2-1 zu verdichtendes Arbeitsgas 10 aus dem Niederdruckgasspeicher 27 zugeführt.
Nachfolgend wird anhand der Figuren 4a bis 4d der Betrieb der Kompressorvorrichtung nach Fig. 3 beschrieben.
In einer in Fig. 4a gezeigten ersten Phase wird durch die gemeinsame Pumpeinrichtung 34 Arbeitsflüssigkeit 14 aus dem ersten Flüssigkeitsvolumen 12-1 der ersten Verdichterstufe 2-1 in das zweite Flüssigkeitsvolumen 12-2 in der zweiten Verdichterstufe 2-1 gepumpt. Der erste Metallfaltenbalg 6-1 dehnt sich aus und unverdichtetes Arbeitsgas 10 strömt über die dritte Gasleitung 40-3 und den ersten Niederdruck- Arbeitsgasanschluss 20-1 mit Rückschlagventil 22 in das erste Gasvolumen 8-1 . Das erste Sperrventil 44-1 in der ersten Gasleitung ist geschlossen. Die zweite Verdichterstufe 2-2 dient lediglich als Arbeitsflüssigkeitsausgleichsbehälter. In dem zweiten Gasvolumen 8-2 herrscht im entspannten Zustand der zweite mittlere Druck pmid2 und im verdichteten Zustand in etwa der Enddruck pend .
In der zweiten in Fig. 4b gezeigten Betriebsphase dreht sieht die Strömungsrichtung der Arbeitsflüssigkeit 14 um und Arbeitsgas 10 in der ersten Verdichterstufe 2-1 wird komprimiert und über den ersten Hochdruck-Arbeitsgasanschluss 20-2 mit Rückschlagventil 22, den ersten Wärmetauscher 32-1 und die zweite Gasleitung 40-2 in den Pufferspeicher 42 gepresst. Das Rückschlagventil 22 an dem ersten Hochdruck- Arbeitsgasanschluss 18-2 verhindert das Zurückströmen des auf den mittleren Druck Pmid komprimierten Arbeitsgases 10. Das erste Sperrventil 44-1 ist weiter geschlossen und die zweite Verdichterstufe 2-2 wirkt lediglich als Arbeitsflüssigkeitsausgleichbehäl- ter.
Die Betriebsphasen nach Fig. 4a und 4b werden wiederholt durchgeführt und zwar solange bis die Menge des auf den ersten mittleren Druck pmidi komprimierten Arbeitsgases 10 in dem Pufferspeicher 42 ausreicht, bei Verbindung mit dem zweiten Gasvo- lumen 8-2 über die erste Gasleitung 40-1 und das offene Sperrventil 44-1 den zweiten mittleren Druck pmid2 in dem zweiten Gasvolumen 8-2 zu erzeugen.
Ist diese Gasmenge in dem Pufferspeicher 42 erreicht wird beim nächsten Verdichtungshub in der ersten Verdichterstufe 2-1 das erste Sperrventil 40-1 geöffnet, so dass das auf den ersten mittleren Druck pmidi vorverdichtete Arbeitsgas 10 aus dem Pufferspeicher 42 über das offene erste Sperrventil 44-1 und die erste Gasleitung 40-1 in das zweite Gasvolumen 8-2 der zweiten Verdichterstufe 2-2 strömen kann, wobei sich der zweite mittlere Druck pmid2 einstellt - siehe Fig. 4c.
In der nächsten in Fig. 4d dargestellten Betriebsphase wird die Arbeitsflüssigkeit 14 durch die gemeinsame Pumpeinrichtung 34 in die zweite Verdichterstufe 2-2 gepumpt. Das in dem zweiten Gasvolumen 8-2 befindliche auf den zweiten mittleren Druck pmid2 vorverdichtete Arbeitsgas 10 wird auf den Enddruck pend. weiterverdichtet und über den zweiten Wärmetauscher 32-2 und die vierte Gasleitung 40-4 in den Hochdruckgasspeicher 25 gepresst.
Damit ist ein Verdichtungszyklus von dem Ausgangsdruck po auf den Enddruck Pend abgeschlossen und der Zyklus beginnt von vorne.
Bei einer alternativen Ausführungsform zu der Ausgestaltung nach Fig. 3 ist der erste Hochdruck-Arbeitsgasanschluss 18-1 über eine Gasleitung 40-1 , 40-2 mit dem Niederdruck-Arbeitsgasanschluss 20-2 der zweiten Verdichterstufe 2-2 verbunden. Der Pufferspeicher 42 und das erste Sperrventil 44-1 erübrigen sich. Hierbei wird das Arbeitsgas 10 in der ersten Verdichterstufe 2-1 auf einen mittleren Druck pmid vorverdichtet und in der Gegenbewegung der gemeinsamen elektromotorischen Pumpeinreich- tung 34 wird das Arbeitsgas 10 in der zweiten Verdichterstufe 2-2 dann auf den Enddruck pend verdichtet. Das auf den Enddruck pend verdichtete Arbeitsgas wird dann nach außen abgegeben oder in einem Hochdruckgasspeicher 25 gespeichert.
Fig. 5 zeigt eine Anwendung der zweiten Ausführungsform als Antrieb einer Joule- Thomson-Kältemaschine 50 mit geschlossenem Arbeitsgaskreislauf. Als Arbeitsflüssigkeit eignen sich Hydrauliköle nach DIN 51524. Diese H, HL, HLP und HVLP Öle sind Öle, die sich mit gängigen Dichtungskunststoffen wie NBR (Acrylnitril- Butadien-Kautschuk) etc. gut vertragen. NBR ist allerdings nicht ausreichend heliumdicht. HF Öle sind häufig mit gängigen Dichtungsmaterialien
(http://de.wikipedia.org/wiki/Liste der Kunststoffe) unverträglich.
Alternativ kann auch Wasser als Arbeitsflüssigkeit verwendet werden. Wasser als Arbeitsmittel ist auch vorteilhaft, da bei Defekten ein in einen nachgeschalteten Kryo- Kühler eingedrungenes Wasser leichter wieder entfernt werden kann als in einen nachgeschalteten Kühler eingedrungenes Hydrauliköl. Auch bietet sich Wasser als Arbeitsmittel bei explosionsgeschützten Anwendungen an, da Wasser nicht brennbar und nicht explosiv ist. Außerdem ist Wasser ungiftig und damit umweltfreundlich.
Bezugszeichenliste: po Ausgangsdruck
Pmidl mittleren Druck 1
pmid2 mittleren Druck 2
Pend Enddruck
2-1 erste Verdichterstufe
2-2 zweite Verdichterstufe
4-1 erster Verdichterraum
4-2 zweiter Verdichterraum
6-1 erster Metallfaltenbalg
6-2 zweiter Metallfaltenbalg
8-1 erstes Gasvolumen
8-2 zweites Gasvolumen
10 Arbeitsgas
12-1 erstes Flüssigkeitsvolumen -2 zweites Flüssigkeitsvolumen
Arbeitsflüssigkeit
-1 erster Arbeitsflüssigkeitsanschluss
-2 zweiter Arbeitsflüssigkeitsanschluss
-1 erster Hochdruck-Arbeitsgasanschluss
-2 zweiter Hochdruck-Arbeitsgasanschluss
-1 erster Niederdruck-Arbeitsgasanschluss
-2 zweiter Niederdruck-Arbeitsgasanschluss
Rückschlagventile
Hochdruckgasleitung
Hochdruckgasspeicher
Niederdruckgasleitung
Niederdruckgasspeicher
elektromotorisches Drehventil
Kühleinrichtung
-1 erster Wärmetauscher
-2 zweiter Wärmetauscher
gemeinsame elektromotorische Pumpeinrichtung -1 erste Gasleitung
-2 zweite Gasleitung
-3 dritte Gasleitung
-4 vierte Gasleitung
Pufferspeicher
-1 erstes Sperrventil
Joule-Thomson-Kältemaschine

Claims

Ansprüche
1 . Kompressorvorrichtung, mit
einer ersten Verdichterstufe (2-1 ), die aufweist:
einen ersten Verdichterraum (4-1 ) mit einem definierten Volumen, in der ein erster Metallfaltenbalg (6-1 ) den ersten Verdichterraum (4-1 ) in ein erstes Gasvolumen (8-1 ) mit einem Arbeitsgas (10) und ein erstes Flüssigkeitsvolumen (12-1 ) mit einer Arbeitsflüssigkeit (14) unterteilt,
einen ersten Hochdruck- und einen ersten Niederdruck-Arbeitsgasanschluss (18- 1 , 20-1 ), die in das erste Gasvolumen (8-1 ) münden, und
einen ersten Arbeitsflüssigkeitsanschluss (16-1 ), der in das erste
Flüssigkeitsvolumen (12-1 ) mündet; und
einer Pumpeinrichtung (34), die die Arbeitsflüssigkeit (14) über den ersten
Arbeitsflüssigkeitsanschluss (16-1 ) periodisch in die Flüssigkeitsvolumen (12-1 , 12-2) pumpt und dadurch das Arbeitsgas (10) in den Gasvolumen (8-1 , 8-2) periodisch komprimiert, dadurch gekennzeichnet,
dass eine zweite Verdichterstufe (2-2) vorgesehen ist, die einen zweiten
Verdichterraum (4-2)umfasst, den ein zweiter Metallfaltenbalg (8-2) in ein zweites Gasvolumen (8-2) mit Arbeitsgas (10) und ein zweites Flüssigkeitsvolumen (12-2) mit Arbeitsflüssigkeit (14) unterteilt,
dass die zweite Verdichterstufe (2-2) einen zweiten Hochdruck- und einen zweiten Niederdruck-Arbeitsgasanschluss (18-2, 20-2) umfasst, die in das zweite
Gasvolumen (8-2) münden,
dass die zweite Verdichterstufe (2-2) eine zweiten Arbeitsflüssigkeitsanschluss (16-2) umfasst, der in das zweite Flüssigkeitsvolumen (12-2) mündet, und dass die Pumpeinrichtung (34) eine gemeinsame Pumpeinrichtung ist, und dass die gemeinsame Pumpeinrichtung (34) über den zweiten
Arbeitsflüssigkeitsanschluss (16-2) mit der zweiten Verdichterstufe (2-2) verbunden ist.
2. Kompressorvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Hochdruck-Arbeitsgasanschlüsse (18-1 , 18-2) und die Niederdruck- Arbeitsgasanschlüsse (20-1 , 20-2) der beiden Verdichterstufen (2-1 , 2-2) jeweils mit Rückschlagventilen (22) versenen sina,
dass die Rückschlagventilen (22) an den Niederdruck-Arbeitsgasanschlüssen (20- 1 , 20-2) jeweils in Richtung zu den Verdichterstufen (2-1 , 2-2) durchlässig sind, und
dass die Rückschlagventilen (22) an den Hochdruck-Arbeitsgasanschlüssen (18-1 , 18-2) in Vergleich zu den Rückschlagventilen an den Niederdruck- Arbeitsgasanschlüssen (20-1 , 20-2) in entgegen gesetzter Richtung durchlässig sind.
Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Hochdruck-Arbeitsgasanschlüsse (18-1 , 18-2) der beiden Verdichterstufen (2-1 , 2-2) jeweils ein Wärmetauscher (32-1 , 32-2) nachgeschaltet ist, um das komprimierte Arbeitsgas (10) zu kühlen.
Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hochd ruck-Arbeitsgasanschlüsse (18-1 , 18-2) der beiden Verdichterstufen (2-1 , 2-2) mit einer gemeinsamen Hochdruckgasleitung (24) verbunden sind, und
dass die Niederdruck-Arbeitsgasanschlüsse (20-1 , 20-2) der beiden
Verdichterstufen (2-1 , 2-2) mit einer gemeinsamen Niederdruckgasleitung (26) verbunden sind.
Kompressorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Hochdruckgasleitung (24) in einen Hochdruckgasspeicher (25) und die Niederdruckgasleitung (26) in einen Niederdruckgasspeicher (27) mündet.
Kompressorvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Hoch- und Niederdruckgasleitung (24, 26) in einer
Ventileinrichtung (28) enden, um entweder die Hochdruckgasleitung (24) oder die Niederdruckgasleitung (26) mit einer externen Einrichtung (30) zu verbinden oder dass der Hochdruckgasspeicher (25) und der Niederdruckgasspeicher (27) mit der Ventileinrichtung (28) verbunden sind, um entweder den Hochdruckgasspeicher (25) oder den Niederdruckgasspeicher (27) mit der externen Einrichtung (30) zu verbinden. Kühlvorrichtung mit einer Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Gifford-McMahon-Kühler oder einem Pulsrohrkühler, wobei die Kompressoreinrichtung mit dem Gifford-McMahon-Kühler oder dem
Pulsrohrkühler gekoppelt ist.
Verfahren zum Betreiben einer Kompressorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und einer Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch abwechselndes Verdichten und Entspannen des Arbeitsgases (10) in den beiden Verdichterstufen (2-1 , 2-2) durch Hin- und Herpumpen der Arbeitsflüssigkeit (14) zwischen den beiden Flüssigkeitsvolumen (12-1 , 12-2) in den beiden
Verdichterstufen (2-1 , 2-2) mittels der gemeinsamen Pumpeinrichtung (34).
Kompressorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet,
dass der zweite Niederdruck-Arbeitsgasanschluss (20-2) der zweiten
Verdichterstufe (2-2) über eine erste Gasleitung (40-1 ) und ein erstes Sperrventil (44-1 ) mit einem Pufferspeicher (42) verbunden ist, und
dass der erste Hochdruck-Arbeitsgasanschluss (18-1 ) der ersten Verdichterstufe (2-1 ) über eine zweite Gasleitung (40-2) mit dem Pufferspeicher (42) verbunden ist.
Kompressorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet,
dass der zweite Niederdruck-Arbeitsgasanschluss (20-2) der zweiten
Verdichterstufe (2-2) über eine Gasleitung (40-1 ; 40-2) mit dem ersten Hochdruck- Arbeitsgasanschluss (18-1 ) der ersten Verdichterstufe (2-1 ) verbunden ist.
Kompressorvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Niederdruck-Arbeitsgasleitung (20-1 ) über eine dritte Gasleitung (40-3) mit einem Niederdruckgasspeicher (27) verbunden ist, und
dass der zweite Hochdruck-Arbeitsgasanschluss (18-2) der zweiten
Verdichterstufe (2-2) über eine vierte Gasleitung (40-4) mit einem
Hochdruckgasspeicher (25) verbunden ist. Kühlvorrichtung mit einer Kompressorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 1 und einem Joule-Thomson-Kühler (50), der mit dem
Niederdruckgasspeicher (27) und dem Hochdruckgasspeicher (25) verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben einer Kompressorvorrichtung nach einem der Ansprüche
9 oder 1 1 und einer Kühlvorrichtung nach Anspruch 12, mit den
Verfahrensschritten:
- mehrfaches Verdichten von Arbeitsgas (10) in der ersten Verdichterstufe (2-1 ) von einem Ausgangsdruck (po) auf einen ersten mittleren Druck (pmidi ), wobei die zweite Verdichterstufe (2-2) als Arbeitsflüssigkeitsausgleichsbehälter dient;
- Zwischenspeichern des auf den ersten mittleren Druck (pmidi ) vorverdichteten Arbeitsgases (10) in einem Pufferspeicher (42);
- Wiederholen der vorhergehenden Verfahrenschritte solange bis sich bei
Verbindung des Pufferspeichers (42) mit dem zweiten Gasvolumen (8-2) in der zweiten Verdichterstufe (2-2) in dem zweiten Gasvolumen (8-2) ein zweiter mittlerer Druck (pmid2), mit pmidi > pmid2, einstellt;
- Überführen des auf den ersten mittleren Druck (pmidi ) vorverdichteten
Arbeitsgases (10) aus dem Pufferspeicher (42) in das Gasvolumen (8-2) der zweiten Verdichterstufe (2-1 ); und
- Verdichten des auf den zweiten mittleren Druck (pmid2) vorverdichteten
Arbeitsgases (10) in der zweiten Verdichterstufe (2-2) auf den Enddruck (pend).
Verfahren zum Betreiben einer Kompressorvorrichtung nach einem der Ansprüche
10 oder 1 1 und einer Kühlvorrichtung nach Anspruch 12, mit den
Verfahrensschritten:
- Verdichten von Arbeitsgas (10) in der ersten Verdichterstufe (2-1 ) von einem Ausgangsdruck (po) auf einen mittleren Druck (pmid) und Überführen des auf den mittleren Druck (pmid) vorverdichteten Arbeitsgases (10) in das zweite Gasvolumen (8-2) der zweiten Verdichterstufe (2-2); und
- Verdichten des auf den mittleren Druck (pmid) vorverdichteten Arbeitsgases (10) in der zweiten Verdichterstufe (2-2) auf den Enddruck (pend).
5. Verfahren nach Anspruch 13 oder i 4, aaaurch gekennzeichnet, dass das verdichtete Arbeitsgas (10) aus beiden Verdichterstufen (2-1 , 2-2) nach jedem Verdichterhub gekühlt wird.
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