WO2022167326A1 - Kolbenkompressor, insbesondere für eine wärmepumpe - Google Patents

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WO2022167326A1
WO2022167326A1 PCT/EP2022/051951 EP2022051951W WO2022167326A1 WO 2022167326 A1 WO2022167326 A1 WO 2022167326A1 EP 2022051951 W EP2022051951 W EP 2022051951W WO 2022167326 A1 WO2022167326 A1 WO 2022167326A1
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piston
working
valve
chamber
cylinder
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PCT/EP2022/051951
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Tim HAMACHER
Andreas Mück
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SPH Sustainable Process Heat GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B39/10—Adaptations or arrangements of distribution members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type

Definitions

  • Piston compressor in particular for a heat pump
  • the present invention relates to a piston compressor, in particular for a heat pump, with a cylinder, a piston mounted in the cylinder so that it can move linearly along a cylinder longitudinal axis, a working chamber formed in the cylinder and whose volume can be changed by a piston movement and which has a first valve section of a valve device with a Working medium inlet chamber and via a second valve section of the valve device with a working medium outlet chamber is flow-connected, wherein the working space is delimited by an inner jacket of the cylinder, a piston end face formed at a piston end of the piston and a working space head section opposite the piston end face, wherein the working space Head section is formed from a geometric arrangement of the first and second valve sections.
  • the piston compressor proposed according to the invention can be used, for example, in thermodynamic heating systems such as heat pumps, in particular in high-temperature heat pumps.
  • thermodynamic heating systems such as heat pumps
  • high-temperature heat pumps in particular in high-temperature heat pumps
  • an implementation of the present invention in a thermodynamic cooling system for example a refrigerating machine or air conditioning system, is also not ruled out.
  • the piston compressor proposed according to the invention can also be used in other systems.
  • Heat pump technology is well known. Heat pumps are used to absorb thermal energy from a first external medium (e.g. the ambient air or liquids) using technical or mechanical work and to transfer it to a second external medium in addition to the drive energy used as useful energy or useful heat.
  • the second external medium is a medium to be heated.
  • the first external medium can be provided by liquids contained in the earth rock, but waste heat can also serve as the first external medium in industrial processes.
  • Heat pumps are currently used in particular for heating buildings. However, in the meantime applications have also become known in which heat pumps are used to generate the heat required for industrial processes. For industrial processes, high-temperature heat pumps with medium temperatures of > 100°C are often used or required.
  • the heat pump there has a fluid circuit for absorbing thermal energy through the fluid (working medium) from at least one first reservoir using technical work and for delivering thermal energy through the fluid to at least one second reservoir for heating the at least one second reservoir.
  • heat pumps In addition to an evaporation unit, a condensation unit and an expansion unit, heat pumps (including high-temperature heat pumps) have a compressor for compressing a working medium circulating in a fluid circuit as standard.
  • the working medium that has been transported from the liquid to the gaseous state is sucked in by the compressor and compressed to a pressure level that is required to liquefy the working medium.
  • the (e.g. electrically) driven compressor compresses the vaporous working medium from a low initial pressure level to a higher final pressure level, the temperature of the working medium increases.
  • compressor compressor
  • Scroll compressors screw compressors
  • rotary piston compressors rotary piston compressors
  • rotary piston compressors this list is not exhaustive.
  • Reciprocating compressors for example, are based on the principle that a moving piston draws in the gaseous working medium through a suction valve from a suction chamber (working medium - inlet chamber) in the direction of a working space when the piston moves downwards in a cylinder surrounding the piston along a cylinder longitudinal axis. The working medium is compressed when the piston experiences an upward movement along the longitudinal axis of the cylinder.
  • the suction valve is during compression of the work equipment closed.
  • the working medium leaves the working chamber via an outlet valve (pressure valve) in the direction of a working medium outlet chamber if the pressure in the cylinder or in the working chamber exceeds a pressure level present on a high-pressure side of the compressor.
  • the "compressor” can be synonymously referred to as "compressor”.
  • the compressor is commonly referred to as a piston compressor.
  • the actual compressor can interact directly with other components, such as a drive unit driving the compressor (eg an electric motor), a lubricant reservoir.
  • the invention can relate to different designs of compressor systems, including an open compressor system, a semi-hermetic compressor system or a hermetic compressor system.
  • the drive unit (the motor) is structurally separate from the compressor.
  • a drive shaft of the compressor is guided out of the housing and is operatively connected to the drive unit.
  • the drive unit and the compressor are arranged in a common housing.
  • the drive unit and compressor are also arranged in a common housing, but in contrast to a semi-hermetic compressor system, this is completely welded to the outside.
  • the compressors or compressor systems mentioned have a lubricant reservoir for holding a lubricant.
  • a lubricant can also be understood to mean a lubricant mixture.
  • the lubricant serves to lubricate components of the compressor or compressor system, in particular the moving components of the compressor (e.g. pistons, cylinders, bearings, valves, etc.).
  • Known lubricant reservoirs are often referred to as "oil sump". The oil or lubricant is sucked in from the oil sump or lubricant reservoir and transported to the points to be lubricated.
  • Known piston compressors have a working space with a flat working space head section, ie the valve plates used there (these separate the working space from a working medium inlet chamber and a working medium outlet chamber) are flat and vertical to the cylinder longitudinal axis of a cylinder supporting the piston movably along the cylinder longitudinal axis.
  • the end face of the piston opposite the valve plates is also flat.
  • Part of the valve plate area is used for suction valves, the other part for exhaust valves.
  • Such an arrangement causes the suction gas to flow directly past the discharged gas, which can cause undesirable energy or heat losses.
  • the object of the present invention is to provide a piston compressor and a heat pump with improved effectiveness or improved efficiency.
  • the present invention relates to a piston compressor, in particular for a heat pump, with a cylinder, a piston which is mounted in the cylinder to be linearly movable along a cylinder longitudinal axis, a working chamber which is formed in the cylinder and whose volume can be changed by a piston movement and which is connected via a first valve section of a valve device to a working medium inlet chamber and via a second valve section of the valve device to a working fluid outlet chamber, with the working chamber being delimited by an inner jacket of the cylinder, a piston end face formed at a piston end of the piston and a working chamber head section opposite the piston end face, the working chamber head section being formed is made up of a geometric arrangement of the first and second valve sections.
  • the piston compressor according to the invention is characterized in that the first and second valve sections are arranged in such a way that the working chamber tapers in the direction of the working chamber head section.
  • a piston compressor according to the invention can comprise one or more piston-cylinder units.
  • the invention will be explained by way of example using a piston-cylinder unit composed of a piston and a cylinder. Accordingly, each of the piston-cylinder units can have the following features:
  • a working chamber formed in the cylinder and variable in volume by a piston movement, which is flow-connected via a first valve section of a valve device to a working medium inlet chamber and via a second valve section of the valve device to a working medium outlet chamber, the working chamber being delimited is formed by an inner casing of the cylinder, a piston end face formed at a piston end of the piston and a working chamber head section opposite the piston end face, the working chamber head section being formed from a geometric arrangement of the first and second valve sections.
  • the first and second valve sections are arranged in such a way that the working space tapers in the direction of the working space head section.
  • the volume of the working chamber is reduced or increased. It is desirable that the working space has the smallest possible dead volume when the piston is in a position close to the working space head section (ie close to the working medium inlet chamber and working medium outlet chamber).
  • a "linear movement" of the piston is to be understood, in particular, as the piston moving back and forth in an interior space of the cylinder.
  • the working fluid inlet chamber provides a low pressure side of the system while the working fluid outlet chamber provides a high pressure side.
  • a flow connection between the working medium inlet chamber and the working space means that working medium can flow out of the working medium inlet chamber into the working space with a corresponding piston position.
  • the working fluid is then compressed (condensed) in the working space and can flow out of the working space (induced by the piston movement) in the direction of the working fluid outlet chamber.
  • the first and second valve sections can have valve openings (e.g. slits, hole openings) in order to provide the flow connections between the working space and the aforementioned inlet and outlet chambers.
  • the first and second valve section can be designed in a known manner, for example in the form of valve plates.
  • the head section of the working space can be limited solely by the first and second valve sections.
  • the tapering geometry of the working space in the direction of the working space head section ensures that the contact surface between the working space and the respective chambers is enlarged. This increases the for the Valve sections (e.g. valve plates) available area. With the increased area of the valve sections, the pressure loss is reduced.
  • the proposed geometry the working medium flowing into and out of the working space no longer flows directly past one another. Flow separation is improved, avoiding unwanted heat transfer.
  • the first and second valve sections are each arranged at an angle of unequal 90° to the longitudinal axis of the cylinder.
  • the valve device is not arranged perpendicularly to the longitudinal axis of the cylinder, but provides a roof-like cross section, so that the working space tapers in the direction of the working space head section. Since one of the valve sections is flow-connected to the working medium inlet chamber and one of the valve sections to the working medium outlet chamber, such an arrangement prevents the working medium flowing into the working chamber from flowing directly past the working medium flowing out of the working chamber. This also increases the surface area of the valve device—compared to the arrangements known from the prior art.
  • first and second valve sections are arranged at a different angle relative to the longitudinal axis of the cylinder. This means that the first and second valve sections cannot be arranged symmetrically to one another. An asymmetrical arrangement is also possible.
  • the first and second valve sections are at the same angle relative to the longitudinal axis of the cylinder is arranged.
  • the valve sections are arranged symmetrically and preferably have the same shape and dimensions (length, width, diameter), ie they provide the same surface.
  • the working chamber head section terminates at an acute or obtuse angle in relation to its cross section, the acute or obtuse angle being spanned by the first and second valve section.
  • the angle spanned by the first and second valve section can be selected depending on the installation space requirements or structural conditions of the piston compressor.
  • the working chamber head section terminates at a right angle in relation to its cross section, the right angle being spanned by the first and second valve sections.
  • the working chamber head section has a concave cross-sectional shape in the direction of the working chamber.
  • concave can be understood to mean a curved cross section, in which the working space tapers in the direction of the working space head section.
  • concave can also mean an arrangement relating to one of the aforementioned angles between the first and second valve sections.
  • the first and second valve sections are arranged in such a way that they provide a working chamber head section designed in the manner of a hemisphere. This leads to a further increase in the surface area of the valve device or the valve sections when compared to the known systems from the prior art. It should be noted that the increase in surface area compared to the prior art always means a relative increase in surface area based on the respective size of the piston compressor used. According to a further advantageous embodiment of a piston compressor proposed by the invention, it can be provided that the piston end face corresponds geometrically to the working chamber head section. This enables the piston, when compressing the working medium, to displace it as completely as possible from the working space.
  • the piston end face preferably has a convex shape in the direction of the working space head section.
  • the geometric design of the working chamber head section and the piston end face can be designed in the manner of a key-lock principle.
  • the working medium inlet chamber and the working medium outlet chamber are separated from one another by a separator adjoining the working chamber head section.
  • the separator prevents a direct accumulation of material between the working medium contained in the working medium inlet chamber and the working medium outlet chamber (this takes place via the working space), and on the other hand, the separator reduces or reduces heat transfer between the working medium inlet chamber and the working medium outlet chamber prevented.
  • the separator comprises an insulating layer arranged between a wall of the working medium inlet chamber and a wall of the working medium outlet chamber, in particular an air gap. If the insulation layer is an air gap, air provides the thermal insulation medium.
  • the air can be released or added via a suitable valve.
  • Another thermally insulating material can also form the separator or be arranged in a cavity between the working medium inlet chamber and the working medium outlet chamber. Multiple cavity chambers or channels can also be provided to form the separator.
  • the thermally insulating material can also be a ceramic material, a plastic, a composite material, a textile material, glass, an oil or any other suitable insulating medium with thermally insulating properties.
  • the invention also relates to a heat pump, in particular a high-temperature heat pump having a piston compressor(s) designed according to one or more of the invention.
  • a heat pump in which a piston compressor according to the invention is used is preferably a high-temperature heat pump.
  • This can be a high-temperature heat pump with temperatures of the heat-absorbing external medium of >100°C.
  • One or more of the piston compressors described above can be provided, wherein each of the piston compressors can have one or more piston-cylinder units of the type described above. Reciprocating compressors are particularly suitable for this purpose.
  • FIG. 1 shows a section of a piston-cylinder unit of a piston compressor known from the prior art
  • FIG. 2 shows a section of a piston-cylinder unit of a piston compressor designed according to the invention.
  • FIG. 1 shows a section of a piston-cylinder unit of a piston compressor known from the prior art.
  • a cylinder 1 is shown (this can also be referred to as a cylinder housing) and a piston 2 mounted in the cylinder 1 so that it can move linearly along a cylinder longitudinal axis L.
  • a working chamber 3 is formed in the cylinder 1, the volume of which is increased by a piston movement of the piston 2 is changeable.
  • the working chamber 3 is above a first valve section 11 of a valve device
  • the working space 3 is delimited by an inner casing
  • a piston end face 8 formed on a piston end of the piston 2 and a working chamber head section 9 opposite the piston end face 8, the working chamber head section 9 being formed from a geometric arrangement of the first and second valve sections 11, 12
  • the first valve sections 11 are arranged at the same level as the second valve section 12 (this is positioned in the center).
  • the valve sections 11, 12 are arranged at an angle of 90° relative to the longitudinal axis L of the cylinder.
  • the piston 2 has an outside diameter that corresponds to the inside diameter of the cylinder 1 .
  • the piston end face 8 has a geometry that corresponds to the working chamber head section 9 .
  • the piston face 8 is also arranged perpendicularly to the cylinder longitudinal axis L and has a flat shape.
  • the working chamber 3 has—as mentioned—a flat head section 9 of the working chamber. This is flat and perpendicular to the cylinder longitudinal axis L of the piston 2 movably mounted along the cylinder longitudinal axis L cylinder 1 is formed.
  • the valve sections 11, 12 opposite piston end face 8 is also flat.
  • a part of the areas of the first valve portions 11 (there are two first valve portions 11 on the outer sides here) is used for suction valves.
  • Such an arrangement causes the suction gas to flow directly past the discharged gas, which can cause undesirable energy or heat losses.
  • Fig. 2 shows a section of a piston-cylinder unit of a piston compressor designed according to the invention.
  • the first and second valve sections 11 , 12 are arranged in such a way that the working chamber 3 tapers in the direction of the working chamber head section 9 .
  • the head section 9 of the working space is roof-shaped in the present case.
  • the first and second valve sections 11, 12 are each arranged at an angle of unequal 90° to the longitudinal axis L of the cylinder.
  • the piston end face 8 corresponds geometrically to the working chamber - head section 9.
  • the dashed line indicates that the piston end face 8 is also roof-shaped, and in particular has a cross-sectional shape in the manner of a triangle.
  • the tapering geometry of the working space 3 in the direction of the working space head section 9 ensures that the contact surface between the working space 3 and the respective chambers (working medium inlet chamber 5, working medium outlet chamber 6) is enlarged. This increases the area available for the valve sections 11, 12. With the increased area of the valve sections 11, 12, the pressure loss is reduced. In the proposed geometry, the working medium flowing into and out of the working chamber 3 does not flow directly past one another—as in the prior art. Flow separation is improved, avoiding unwanted heat transfer.
  • the working medium inlet chamber 5 and the working medium outlet chamber 6 are separated from one another by a separator 10 (shown dotted) adjoining the head section 9 of the working space.
  • the separator 10 comprises an insulating layer which is arranged between a wall of the working medium inlet chamber 5 and a wall of the working medium outlet chamber 6 and which can be designed in particular in the form of an air gap. This also reduces heat losses.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor mit einem Zylinder (1), einem entlang einer Zylinderlängsachse (L) linearbeweglich gelagerten Kolben (2), einem Arbeitsraum (3), der über einen ersten Ventilabschnitt (11) mit einer Arbeitsmittel-Einlasskammer (5) sowie über einen zweiten Ventilabschnitt (12) mit einer Arbeitsmittel-Auslasskammer (6) strömungsverbunden ist, wobei der Arbeitsraum (3) begrenzt ist durch einen Innenmantel (7), eine Kolbenstirnseite (8) sowie einem Arbeitsraum-Kopfabschnitt (9), wobei der Arbeitsraum-Kopfabschnitt (9) gebildet ist aus einer geometrischen Anordnung des ersten und zweiten Ventilabschnitts (11, 12). Um einen verbesserten Wirkungsgrad zu gewährleisten, sind der erste und zweite Ventilabschnitt (11, 12) derart angeordnet, dass sich der Arbeitsraum (3) in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts (9) verjüngt.

Description

Ko I be nkom pressor, insbesondere für eine Wärmepumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kol benkom pressor, insbesondere für eine Wärmepumpe, mit einem Zylinder, einem in dem Zylinder entlang einer Zylinderlängsachse linearbeweglich gelagerten Kolben, einem in dem Zylinder ausgebildeten und durch eine Kolbenbewegung volumenveränderlichen Arbeitsraum, der über einen ersten Ventilabschnitt einer Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel-Einlasskammer sowie über einen zweiten Ventilabschnitt der Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel-Auslasskammer strömungsverbunden ist, wobei der Arbeitsraum begrenzt ist durch einen Innenmantel des Zylinders, eine an einem Kolbenende des Kolbens ausgebildete Kolbenstirnseite sowie einem der Kolbenstirnseite gegenüberliegenden Arbeitsraum- Kopfabschnitt, wobei der Arbeitsraum-Kopfabschnitt gebildet ist aus einer geometrischen Anordnung des ersten und zweiten Ventilabschnitts.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Kolbenkompressor kann beispielsweise bei thermodynamischen Heizsystemen wie Wärmepumpen eingesetzt werden, insbesondere bei Hochtemperaturwärmepumpen. Nicht ausgeschlossen ist jedoch auch eine Implementierung der vorliegenden Erfindung in einem thermodynamischen Kühlsystem, beispielsweise einer Kältemaschine oder Klimaanlage. Auch in anderweitigen Systemen kann der erfindungsgemäß vorgeschlagene Kolbenkompressor eingesetzt werden.
Die Technologie von Wärmepumpen ist allgemein bekannt. So werden Wärmepumpen dazu eingesetzt, unter Aufwendung von technischer bzw. mechanischer Arbeit thermische Energie aus einem ersten externen Medium (z.B. der Umgebungsluft oder Flüssigkeiten) aufzunehmen und in Addition mit der aufgewendeten Antriebsenergie als Nutzenergie oder Nutzwärme auf ein zweites externes Medium zu übertragen. Das zweite externe Medium stellt dabei ein zu beheizendes Medium dar. Bei der Implementierung eines solchen Systems in einer Erdwärmeanlage kann das erste externe Medium von im Erdgestein enthaltenen Flüssigkeiten bereitgestellt werden, in Industrieprozessen kann aber auch Abwärme als erstes externes Medium dienen. Derzeit werden Wärmepumpen insbesondere zum Beheizen von Gebäuden eingesetzt. Jedoch sind derweil auch Anwendungen bekannt geworden, in denen Wärmepumpen zur Erzeugung von für industrielle Prozesse benötigter Wärme genutzt werden. Für industrielle Prozesse werden dabei häufig Hochtemperaturwärmepumpen mit Medientemperaturen von > 100°C eingesetzt bzw. benötigt.
In der DE 10 2011 086 476 Al ist das Wärmepumpen-Grundprinzip am Beispiel einer Hochtemperaturwärmepumpe anschaulich beschrieben. Die dortige Wärmepumpe weist einen Fluidkreislauf zum Aufnehmen von thermischer Energie durch das Fluid (Arbeitsmittel) aus wenigstens einem ersten Reservoir unter Aufwendung von technischer Arbeit und zur Abgabe von thermischer Energie durch das Fluid an wenigstens ein zweites Reservoir zum Heizen des wenigstens einen zweiten Reservoirs auf.
Nebst einer Verdampfungseinheit, einer Kondensationseinheit, und einer Expansionseinheit, weisen Wärmepumpen (auch Hochtemperaturwärmepumpen) standardmäßig einen Kompressor zur Kompression eines in einem Fluidkreislauf zirkulierenden Arbeitsmittels auf. In der Verdampfungseinheit wird vom flüssigen in den gasförmigen Zustand befördertes Arbeitsmittel vom Kompressor angesaugt und auf ein Druckniveau komprimiert, das zur Verflüssigung des Arbeitsmittels erforderlich ist. Während der (beispielsweise elektrisch) angetriebene Kompressor das dampfförmige Arbeitsmittel von einem niedrigen Ausgangsdruckniveau zu einem höheren Enddruckniveau verdichtet, erhöht sich die Temperatur des Arbeitsmittels. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verdichter (Kompressor)-Varianten bekannt, beispielsweise Hubkolbenverdichter, Scroll- Verdichter, Schraubenverdichter, Rollkolbenverdichter und Drehkolbenverdichter (diese Auflistung ist nicht abschließend). Hubkolbenverdichter beispielsweise basieren auf dem Prinzip, dass ein sich bewegender Kolben das gasförmige Arbeitsmittel durch ein Ansaugventil aus einer Ansaugkammer (Arbeitsmittel - Einlasskammer) in Richtung eines Arbeitsraums ansaugt, wenn sich der Kolben in einen den Kolben umgebendem Zylinder entlang einer Zylinderlängsachse abwärts bewegt. Das Arbeitsmittel wird verdichtet, wenn der Kolben eine Aufwärtsbewegung entlang der Zylinderlängsachse erfährt. Bei Hubkolbenverdichtern ist das Ansaugventil während der Kompression des Arbeitsmittels geschlossen. Das Arbeitsmittel verlässt den Arbeitsraum über ein Auslassventil (Druckventil) in Richtung einer Arbeitsmittel-Auslasskammer, sofern der Druck im Zylinder bzw. im Arbeitsraum ein auf einer Hochdruckseite des Kompressors vorliegendes Druckniveau überschreitet. Der „Verdichter" kann synonym als „Kompressor" bezeichnet werden. Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung sei der Kompressor gemeinhin als Kolbenkompressor bezeichnet. Der eigentliche Kompressor kann mit weiteren Komponenten, wie einer den Kompressor antreibenden Antriebseinheit (z.B. einem Elektromotor), einem Schmiermittelreservoir unmittelbar Zusammenwirken.
Die Erfindung kann sich auf unterschiedliche Bauformen von Kompressor- Systemen beziehen, unter anderem auf ein offenes Kompressor-System, ein halbhermetisches Kompressor-System oder ein hermetisches Kompressor- System. Bei offenen Kompressor-Systemen ist die Antriebseinheit (der Motor) baulich vom Kompressor getrennt. Dabei wird eine Antriebswelle des Kompressors aus dem Gehäuse geführt und mit der Antriebseinheit Wirkverbunden. In halbhermetischen Kompressor-Systemen sind die Antriebseinheit und der Kompressor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Bei einem hermetischen Kompressor-System sind Antriebseinheit und Kompressor ebenfalls in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, jedoch ist dieses im Gegensatz zu einem halbhermetischen Kompressor-System vollends nach außen verschweißt.
In der Regel weisen die erwähnten Kompressoren bzw. Kompressor-Systeme ein Schmiermittelreservoir zur Aufnahme eines Schmiermittels auf. Unter einem Schmiermittel kann auch ein Schmiermittelgemisch verstanden werden. Das Schmiermittel dient dazu, Komponenten des Kompressors bzw. Kompressor- Systems zu schmieren, insbesondere die beweglichen Komponenten des Kompressors (z.B. Kolben, Zylinder, Lager, Ventile etc.). Bekannte Schmiermittelreservoirs werden dabei häufig als „Ölsumpf' bezeichnet. Aus dem Ölsumpf bzw. Schmiermittelreservoir wird das Öl bzw. Schmiermittel angesaugt und zu den jeweils zu schmierenden Stellen befördert.
Bekannte Kolbenkompressoren weisen einen Arbeitsraum mit einem flachen Arbeitsraum-Kopfabschnitt auf, d.h. die dort zum Einsatz kommenden Ventilplatten (diese trennen den Arbeitsraum von einer Arbeitsmittel- Einlasskammer und einer Arbeitsmittel-Auslasskammer) sind flach und senkrecht zur Zylinderlängsachse eines den Kolben entlang der Zylinderlängsachse beweglich lagernden Zylinders ausgebildet. Die den Ventilplatten gegenüberliegende Stirnseite des Kolbens ist dabei ebenfalls flach ausgebildet. Ein Teil der Ventilplattenflächen wird für Säugventile, der andere Teil für Auslassventile verwendet. Eine solche Anordnung bewirkt, dass das Sauggas direkt am ausgestoßenen Gas vorbeiströmt, was ungewünschte Energie- bzw. Wärmeverluste hervorrufen kann.
Insbesondere bei der Verwendung von Kolben- Kompressoren in einer Hochtemperaturwärmepumpe müssen aufgrund der dort zum Einsatz kommenden Arbeitsmittel, die im Vergleich zu klassischen Arbeitsmitteln eine höhere Dichte aufweisen, die damit verbundenen höheren Druckverluste und schlechteren Strömungseigenschaften kompensiert werden. Anderenfalls würde dies zu inhärenten Verlusten im Wirkungsgrad des Kompressors und letztlich jenem den Kompressor beinhaltenden System führen, was z.B. durch eine Hochtemperaturwärmepumpe bereitgestellt werden kann.
Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kolben- Kompressor sowie eine Wärmepumpe mit verbessertem Wirkungsgrad bzw. verbesserter Effizienz bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kolbenkompressor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Wärmepumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vorgeschlagen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass eine hierin verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder" stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
Die im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale können sowohl vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors als auch einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe bereitstellen. Sämtliche der hier beschriebenen Merkmale können also über Anspruchs-Kategoriegrenzen hinweg verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor, insbesondere für eine Wärmepumpe, mit einem Zylinder, einem in dem Zylinder entlang einer Zylinderlängsachse linearbeweglich gelagerten Kolben, einem in dem Zylinder ausgebildeten und durch eine Kolbenbewegung volumenveränderlichen Arbeitsraum, der über einen ersten Ventilabschnitt einer Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel-Einlasskammer sowie über einen zweiten Ventilabschnitt der Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel-Auslasskammer strömungsverbunden ist, wobei der Arbeitsraum begrenzt ist durch einen Innenmantel des Zylinders, eine an einem Kolbenende des Kolbens ausgebildete Kolbenstirnseite sowie einem der Kolbenstirnseite gegenüberliegenden Arbeitsraum- Kopfabschnitt, wobei der Arbeitsraum-Kopfabschnitt gebildet ist aus einer geometrischen Anordnung des ersten und zweiten Ventilabschnitts.
Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor zeichnet sich dadurch aus, dass der erste und zweite Ventilabschnitt derart angeordnet ist, dass sich der Arbeitsraum in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts verjüngt.
Betont sei, dass ein erfindungsgemäßer Kolbenkompressor eine Ein- oder Mehrzahl von Kolben-Zylinder-Einheiten umfassen kann. Exemplarisch sei die Erfindung jedoch an einer sich aus einem Kolben und einem Zylinder zusammensetzenden Kolben-Zylinder-Einheit erläutert. Entsprechend kann jede der Kolben- Zylindereinheiten folgende Merkmale aufweisen:
- einen Zylinder,
- einen in dem Zylinder entlang einer Zylinderlängsachse linearbeweglich gelagerten Kolben,
- einen in dem Zylinder ausgebildeten und durch eine Kolbenbewegung volumenveränderlichen Arbeitsraum, der über einen ersten Ventilabschnitt einer Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel-Einlasskammer sowie über einen zweiten Ventilabschnitt der Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel - Auslasskammer strömungsverbunden ist, wobei der Arbeitsraum begrenzt ist durch einen Innenmantel des Zylinders, eine an einem Kolbenende des Kolbens ausgebildete Kolbenstirnseite sowie einem der Kolbenstirnseite gegenüberliegenden Arbeitsraum-Kopfabschnitt, wobei der Arbeitsraum- Kopfabschnitt gebildet ist aus einer geometrischen Anordnung des ersten und zweiten Ventilabschnitts. Der erste und zweite Ventilabschnitt sind dabei derart angeordnet, dass sich der Arbeitsraum in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts verjüngt.
Je nach Stellung des Kolbens im Zylinder (der Kolben wird durch eine entsprechende Antriebseinheit angetrieben), vermindert oder vergrößert sich das Volumen des Arbeitsraums. Erstrebenswert ist dabei, dass der Arbeitsraum bei einer Stellung des Kolbens nahe des Arbeitsraum-Kopfabschnitts (also nahe der Arbeitsmittel-Einlasskammer und Arbeitsmittel-Auslasskammer) ein möglichst geringes Totvolumen aufweist. Unter einer „Linearbewegung" des Kolbens ist insbesondere ein Hin- und Herbewegen des Kolbens in einem Innenraum des Zylinders zu verstehen.
Die Arbeitsmittel-Einlasskammer stellt eine Niederdruckseite des Systems bereit, während die Arbeitsmittel-Auslasskammer eine Hochdruckseite bereitstellt. Unter einer Strömungsverbindung zwischen Arbeitsmittel-Einlasskammer und Arbeitsraum ist zu verstehen, dass Arbeitsmittel aus der Arbeitsmittel - Einlasskammer bei entsprechender Kolbenstellung in den Arbeitsraum einströmen kann. In dem Arbeitsraum wird das Arbeitsmittel sodann komprimiert (verdichtet) und kann aus dem Arbeitsraum (induziert durch die Kolbenbewegung) in Richtung der Arbeitsmittel-Auslasskammer strömen. Zur Bereitstellung der Strömungsverbindungen zwischen Arbeitsraum und den genannten Ein- bzw. Auslasskammern kann der erste und zweite Ventilabschnitt Ventilöffnungen (z.B. Schlitze, Lochöffnungen) aufweisen.
Der erste und zweite Ventilabschnitt kann nach bekannter Art ausgeführt sein, beispielsweise in Form von Ventilplatten. Der Arbeitsraum- Kopfabschnitt kann ausschließlich durch den ersten und zweiten Ventilabschnitt begrenzt sein. Durch die sich verjüngende Geometrie des Arbeitsraums in Richtung des Arbeitsraum- Kopfabschnitts ist gewährleistet, dass die Kontaktfläche zwischen Arbeitsraum und den jeweiligen Kammern vergrößert wird. Dadurch vergrößert sich die für die Ventilabschnitte (z.B. Ventilplatten) zur Verfügung stehende Fläche. Mit der vergrößerten Fläche der Ventilabschnitte wird der Druckverlust verringert. Bei der vorgeschlagenen Geometrie strömt das in den Arbeitsraum einströmende und aus diesem ausströmende Arbeitsmittel nicht mehr unmittelbar aneinander vorbei. Die Strömungstrennung ist verbessert, wodurch ungewünschte Wärmeübertragungen vermieden werden.
Nachfolgend seien vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erläutert, die sowohl als vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors als auch einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe, insbesondere Hochtemperaturwärmepumpe, dienen können.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der erste und zweite Ventilabschnitt jeweils in einem Winkel von ungleich 90° zur Zylinderlängsachse angeordnet ist. Dies bewirkt, dass die Ventileinrichtung nicht senkrecht zur Zylinderlängsachse angeordnet ist, sondern im Querschnitt eine dachartige bereitstellt, sodass der Arbeitsraum sich in Richtung des Arbeitsraum- Kopfabschnitts verjüngt. Da jeweils einer der Ventilabschnitte mit der Arbeitsmittel-Einlasskammer und einer der Ventilabschnitte mit der Arbeitsmittel- Auslasskammer strömungsverbunden ist, wird bei einer solchen Anordnung ein direktes Vorbeiströmen des in den Arbeitsraum einströmenden Arbeitsmittels vorbei am aus dem Arbeitsraum ausströmenden Arbeitsmittel vermieden. Auch vergrößert sich dadurch - im Vergleich zum den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen - die Oberfläche der Ventileinrichtung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der erste und zweite Ventilabschnitt in einem voneinander abweichenden Winkel relativ zur Zylinderlängsachse angeordnet ist. Darunter ist zu verstehen, dass der erste und zweite Ventilabschnitt nicht symmetrisch zueinander angeordnet sein können. Auch eine asymmetrische Anordnung ist möglich.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der erste und zweite Ventilabschnitt im gleichen Winkel relativ zur Zylinderlängsachse angeordnet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung sind die Ventilabschnitte symmetrisch angeordnet und weisen vorzugsweise die gleiche Form und Dimension auf (Länge, Breite, Durchmesser), stellen also die gleiche Oberfläche bereit.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der Arbeitsraum-Kopfabschnitt bezogen auf seinen Querschnitt mit einem spitzen oder stumpfen Winkel abschließt, wobei der spitze oder stumpfe Winkel aufgespannt wird durch den ersten und zweiten Ventilabschnitt. Je nach Bauraumanforderung oder baulichen Gegebenheiten des Kolbenkompressors kann der vom ersten und zweiten Ventilabschnitt aufgespannte Winkel ausgewählt werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der Arbeitsraum-Kopfabschnitt bezogen auf seinen Querschnitt mit einem rechten Winkel abschließt, wobei der rechte Winkel aufgespannt wird durch den ersten und zweiten Ventilabschnitt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der Arbeitsraum-Kopfabschnitt in Richtung des Arbeitsraums eine konkave Querschnittsform aufweist. Unter konkav kann in diesem Zusammenhang ein gebogener Querschnitt verstanden werden, bei dem sich der Arbeitsraum in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts verjüngt. Konkav kann in diesem Zusammenhang auch eine einen der vorgenannten Winkel zwischen erstem und zweitem Ventilabschnitt betreffende Anordnung meinen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der erste und zweite Ventilabschnitt derart angeordnet ist, dass sie einen nach Art einer Halbkugel ausgebildeten Arbeitsraum-Kopfabschnitt bereitstellen. Dies führt zu einer weiteren Vergrößerung der Oberfläche der Ventileinrichtung bzw. der Ventilabschnitte, wenn diese zu den bekannten Systemen aus dem Stand der Technik verglichen wird. Es ist zu beachten, dass mit der Oberflächenvergrößerung im Vergleich zum Stand der Technik stets eine relative Oberflächenvergrößerung bezogen auf die jeweilige Größe des verwendeten Kolbenkompressors gemeint ist. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass die Kolbenstirnseite geometrisch zum Arbeitsraum-Kopfabschnitt korrespondiert. Damit ist der Kolben in der Lage beim Komprimieren des Arbeitsmittels, dieses möglichst vollständig aus dem Arbeitsraum zu verdrängen. Ferner wird dadurch das Totvolumen minimiert. Ist der Arbeitsraum-Kopfabschnitt beispielsweise in Richtung des Arbeitsraums konkav ausgebildet, so weist die Kolbenstirnseite vorzugsweise eine in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts eine konvexe Form auf. Die geometrische Gestaltung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts und der Kolbenstirnseite kann nach Art eines Schlüssel-Schloss Prinzips ausgebildet sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass die Arbeitsmittel-Einlasskammer und die Arbeitsmittel-Auslasskammer über einen an den Arbeitsraum- Kopfabschnitt angrenzenden Separator voneinander getrennt sind. Der Separator verhindert einerseits einen unmittelbaren Stoffau stau sch zwischen dem in der Arbeitsmittel-Einlasskammer und der Arbeitsmittel- Auslasskammer enthaltenen Arbeitsmittel (dies erfolgt über den Arbeitsraum), andererseits wird durch den Separator eine Wärmeübertragung zwischen der Arbeitsmittel-Einlasskammer und der Arbeitsmittel-Auslasskammer reduziert oder verhindert. Dazu kann vorgesehen sein, dass der Separator eine zwischen einer Wand der Arbeitsmittel-Einlasskammer und einer Wand der Arbeitsmittel- Auslasskammer angeordnete Isolationsschicht umfasst, insbesondere einen Luftspalt. Handelt es sich bei der Isolationsschicht um einen Luftspalt, so stellt Luft das thermische Isolationsmittel bereit. Dies reduziert den baulichen Aufwand und vereinfacht den Austausch der Isolationsschicht. Über ein geeignetes Ventil kann die Luft abgelassen oder zugeführt werden. Auch ein anderweitiges thermisch isolierendes Material kann den Separator ausbilden oder in einem Hohlraum zwischen Arbeitsmittel-Einlasskammer und Arbeitsmittel-Auslasskammer angeordnet sein. Auch können mehrere Hohlraumkammern oder Kanäle vorgesehen sein, um den Separator auszubilden. Bei dem thermisch isolierenden Material kann es sich auch um ein keramisches Material, einen Kunststoff, einen Verbundwerkstoff, ein Textilmaterial, Glas, ein Öl oder ein anderweitiges geeignetes Isolationsmittel mit thermisch isolierenden Eigenschaften handeln. Wie erwähnt betrifft die Erfindung weiterhin eine Wärmepumpe, insbesondere eine Hochtemperaturwärmepumpe mit einem nach einem oder mehreren nach der Erfindung ausgebildeten Kolbenkompressor(en).
Bei einer Wärmepumpe, in welcher ein erfindungsgemäßer Kolbenkompressor zum Einsatz kommt, handelt es sich vorzugsweise um eine Hochtemperaturwärmepumpe. Dabei kann es sich um eine Hochtemperaturwärmepumpe mit Temperaturen des wärmeaufnehmenden externen Mediums von > 100°C handeln. Es können eine oder mehrere der vorbeschriebenen Kolbenkompressoren vorgesehen sein, wobei ein jeder der Kolbenkompressoren eine oder mehrere Kolben-Zylindereinheiten vorbeschriebener Art aufweisen kann. Insbesondere eignen sich dazu Hubkolben- Verdichter.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert wird. In den Zeichnungen zeigen schematisch:
Fig. 1 einen Ausschnitt einer Kolben-Zylindereinheit eines aus dem Stand der Technik bekannten Kolbenkompressors;
Fig. 2 einen Ausschnitt einer Kolben-Zylindereinheit eines nach der Erfindung ausgebildeten Kolbenkompressors.
Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Kolben-Zylindereinheit eines aus dem Stand der Technik bekannten Kolbenkompressors. Dargestellt ist ein Zylinder 1 (dieser kann auch als Zylindergehäuse bezeichnet werden) sowie ein in dem Zylinder 1 entlang einer Zylinderlängsachse L linearbeweglich gelagerter Kolben 2. In dem in dem Zylinder 1 ist ein Arbeitsraum 3 ausgebildet, wobei dessen Volumen durch eine Kolbenbewegung des Kolbens 2 veränderlich ist.
Der Arbeitsraum 3 ist über einen ersten Ventilabschnitt 11 einer Ventileinrichtung
4 mit einer Arbeitsmittel-Einlasskammer 5 sowie über einen zweiten
Ventilabschnitt 12 der Ventileinrichtung 4 mit einer Arbeitsmittel-Auslasskammer 6 strömungsverbunden. Der Arbeitsraum 3 ist begrenzt durch einen Innenmantel
7 des Zylinders 1, eine an einem Kolbenende des Kolbens 2 ausgebildete Kolbenstirnseite 8 sowie einen der Kolbenstirnseite 8 gegenüberliegenden Arbeitsraum-Kopfabschnitt 9, wobei der Arbeitsraum-Kopfabschnitt 9 gebildet ist aus einer geometrischen Anordnung des ersten und zweiten Ventilabschnitts 11, 12. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten und in Fig. 1 dargestellten Anordnung sind die ersten Ventilabschnitte 11 auf gleicher Höhe mit dem zweiten Ventilabschnitt 12 (dieser ist im Zentrum positioniert) angeordnet. Die Ventilabschnitte 11, 12 sind in einem Winkel von 90° relativ zur Zylinderlängsachse L angeordnet. Der Kolben 2 weist einen Außendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser des Zylinders 1 entspricht. Die Kolbenstirnseite 8 weist eine zu dem Arbeitsraum-Kopfabschnitt 9 korrespondierende Geometrie auf. Im vorliegenden Beispiel ist auch die Kolbenstirnseite 8 senkrecht zur Zylinderlängsachse L angeordnet und weist eine flache Form auf.
Bei derartigen Kolbenkompressoren weist der Arbeitsraum 3 - wie erwähnt - einen flachen Arbeitsraum-Kopfabschnitt 9 auf. Dieser ist flach und senkrecht zur Zylinderlängsachse L des den Kolben 2 entlang der Zylinderlängsachse L beweglich lagernden Zylinders 1 ausgebildet. Die den Ventilabschnitten 11, 12 gegenüberliegende Kolbenstirnseite 8 ist dabei ebenfalls flach ausgebildet. Ein Teil der Flächen der ersten Ventilabschnitte 11 (vorliegend sind zwei erste Ventilabschnitte 11 an den Außenseiten vorhanden) wird für Säugventile verwendet. Analoges gilt für die Fläche des zweiten Ventilabschnitts (zentriert angeordnet), die zu einem Teil zur Anordnung von Auslassventilen verwendet wird. Eine solche Anordnung bewirkt, dass das Sauggas direkt am ausgestoßenen Gas vorbeiströmt, was ungewünschte Energie- bzw. Wärmeverluste hervorrufen kann.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer Kolben-Zylindereinheit eines nach der Erfindung ausgebildeten Kolbenkompressors. Ersichtlich sind der erste und zweite Ventilabschnitt 11, 12 derart angeordnet, dass sich der Arbeitsraum 3 in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts 9 verjüngt. Der Arbeitsraum- Kopfabschnitt 9 ist vorliegend dachförmig ausgebildet. Dabei sind der erste und zweite Ventilabschnitt 11, 12 jeweils in einem Winkel von ungleich 90° zur Zylinderlängsachse L angeordnet. Die Kolbenstirnseite 8 korrespondiert geometrisch zum Arbeitsraum - Kopfabschnitt 9. Vorliegend ist anhand der gestrichelten Linie angedeutet, dass die Kolbenstirnseite 8 ebenfalls dachförmig ausgebildet ist, und insbesondere eine Querschnittsform nach Art eines Dreiecks aufweist.
Durch die sich verjüngende Geometrie des Arbeitsraums 3 in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts 9 ist gewährleistet, dass die Kontaktfläche zwischen Arbeitsraum 3 und den jeweiligen Kammern (Arbeitsmittel-Einlasskammer 5, Arbeitsmittel-Auslasskammer 6) vergrößert wird. Dadurch vergrößert sich die für die Ventilabschnitte 11, 12 zur Verfügung stehende Fläche. Mit der vergrößerten Fläche der Ventilabschnitte 11, 12 wird der Druckverlust verringert. Bei der vorgeschlagenen Geometrie strömt das in den Arbeitsraum 3 einströmende und aus diesem ausströmende Arbeitsmittel nicht - wie beim Stand der Technik - unmittelbar aneinander vorbei. Die Strömungstrennung ist verbessert, wodurch ungewünschte Wärmeübertragungen vermieden werden.
Die Arbeitsmittel-Einlasskammer 5 und die Arbeitsmittel-Auslasskammer 6 sind über einen an den Arbeitsraum-Kopfabschnitt 9 angrenzenden Separator 10 (punktiert dargestellt) voneinander getrennt. Der Separator 10 umfasst eine zwischen einer Wand der Arbeitsmittel-Einlasskammer 5 und einer Wand der Arbeitsmittel-Auslasskammer 6 angeordnete Isolationsschicht, die insbesondere in Form eines Luftspalts ausgebildet sein kann. Auch dadurch werden Wärmeverluste verringert.
Bezugszeichenhste
1 Zylinder
2 Kolben
3 Arbeitsraum
4 Ventileinrichtung
5 Arbeitsmittel-Einlasskammer
6 Arbeitsmittel-Auslasskammer
7 Innenmantel
8 Kolbenstirnseite
9 Arbeitsraum-Kopfabschnitt
10 Separator
11 erster Ventilabschnitt
12 zweiter Ventilabschnitt L Zylinderlängsachse

Claims

Patentansprüche Kolbenkompressor, insbesondere für eine Wärmepumpe, mit einem Zylinder (1), einem in dem Zylinder (1) entlang einer Zylinderlängsachse (L) linearbeweglich gelagerten Kolben (2), einem in dem Zylinder (1) ausgebildeten und durch eine Kolbenbewegung volumenveränderlichen Arbeitsraum (3), der über einen ersten Ventilabschnitt (11) einer Ventileinrichtung (4) mit einer Arbeitsmittel-Einlasskammer (5) sowie über einen zweiten Ventilabschnitt (12) der Ventileinrichtung (4) mit einer Arbeitsmittel-Auslasskammer (6) strömungsverbunden ist, wobei der Arbeitsraum (3) begrenzt ist durch einen Innenmantel (7) des Zylinders (1), eine an einem Kolbenende des Kolbens (2) ausgebildete Kolbenstirnseite (8) sowie einem der Kolbenstirnseite (8) gegenüberliegenden Arbeitsraum- Kopfabschnitt (9), wobei der Arbeitsraum-Kopfabschnitt (9) gebildet ist aus einer geometrischen Anordnung des ersten und zweiten Ventilabschnitts (11, 12), dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Ventilabschnitt (11, 12) derart angeordnet sind, dass sich der Arbeitsraum (3) in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts (9) verjüngt. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Ventilabschnitt (11, 12) jeweils in einem Winkel von ungleich 90° zur Zylinderlängsachse (L) angeordnet ist. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Ventilabschnitt (11, 12) in einem voneinander abweichenden Winkel relativ zur Zylinderlängsachse (L) angeordnet ist. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Ventilabschnitt (11, 12) im gleichen Winkel relativ zur Zylinderlängsachse (L) angeordnet ist. Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum-Kopfabschnitt (9) bezogen auf seinen Querschnitt mit einem spitzen oder stumpfen Winkel abschließt, wobei der spitze oder stumpfe Winkel aufgespannt wird durch den ersten und zweiten Ventilabschnitt (11, 12). Kolbenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum-Kopfabschnitt (9) bezogen auf seinen Querschnitt mit einem rechten Winkel abschließt, wobei der rechte Winkel aufgespannt wird durch den ersten und zweiten Ventilabschnitt (11, 12). Kolbenkompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum-Kopfabschnitt (9) in Richtung des Arbeitsraums (3) eine konkave Querschnittsform aufweist. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Ventilabschnitt (11, 12) derart angeordnet ist, dass sie einen nach Art einer Halbkugel ausgebildeten Arbeitsraum-Kopfabschnitt (9) bereitstellen. Kolbenkompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstirnseite (8) geometrisch zum Arbeitsraum- Kopfabschnitt (9) korrespondiert. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmittel-Einlasskammer (5) und die Arbeitsmittel-Auslasskammer (6) über einen an den Arbeitsraum-Kopfabschnitt (9) angrenzenden Separator (10) voneinander getrennt sind. Kolbenkompressor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (10) eine zwischen einer Wand der Arbeitsmittel-Einlasskammer (5) und einer Wand der Arbeitsmittel-Auslasskammer (6) angeordnete Isolationsschicht umfasst, insbesondere einen Luftspalt. Wärmepumpe, insbesondere Hochtemperaturwärmepumpe mit einem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildeten Kolbenkom pressor.
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