DE102005024889A1 - Cryo-compressor with double pressure valve - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verdichter, insbesondere Verdichter für kryogene Medien, vorzugsweise für flüssigen Wasserstoff, aufweisend einen von einer Zylinderwand umgebenen Verdichterraum, in dem ein Verdichterkolben linear bewegt wird, ein Saugventil und ein Druckventil, wobei beide Ventile im Bereich der unteren Endlage des Verdichterkolbens angeordnet sind, beschrieben. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist dem ersten Druckventil (D, D') wenigstens ein weiteres Druckventil (D1) nachgeschaltet.It is a compressor, in particular compressors for cryogenic media, preferably for liquid hydrogen, comprising a cylinder wall surrounded by a compressor chamber in which a compressor piston is moved linearly, a suction valve and a pressure valve, wherein both valves are arranged in the region of the lower end position of the compressor piston , described. DOLLAR A According to the first pressure valve (D, D ') at least one further pressure valve (D1) is connected downstream.
Description
Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere Verdichter für kryogene Medien, vorzugsweise für flüssigen Wasserstoff, aufweisend einen von einer Zylinderwand umgebenen Verdichterraum, in dem ein Verdichterkolben linear bewegt wird, ein Saugventil und ein Druckventil, wobei beide Ventile im Bereich der unteren Endlage des Verdichterkolbens angeordnet sind.The The invention relates to a compressor, in particular compressors for cryogenic Media, preferably for liquid Hydrogen comprising a compressor chamber surrounded by a cylinder wall, in a compressor piston is moved linearly, a suction valve and a pressure valve, with both valves in the range of the lower end position of the compressor piston are arranged.
Unter dem Begriff "kryogene Medien" seien nachfolgend sog. tiefkalte Flüssigkeiten, insbesondere flüssiger Wasserstoff, verflüssigtes Erdgas, flüssiger Stickstoff, flüssiger Sauerstoff und andere verflüssigte Gase zu verstehen.Under the term "cryogenic Media "are below so-called deep-frozen liquids, especially liquid Hydrogen, liquefied Natural gas, more liquid Nitrogen, more liquid Oxygen and other liquefied To understand gases.
Verdichter jeglicher Art sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Ihnen allen ist gemein, dass über ein federbelastetes Saugventil das zu verdichtende Medium in einen Verdichterraum geführt, verdichtet und anschließend über ein federbelastetes Druckventil aus dem Verdichterraum abgezogen wird.compressor Any kind are well known in the art. All of them are mean that over a spring-loaded suction valve to be compacted medium in a Compressor room, compacted and then over a spring-loaded pressure valve is withdrawn from the compressor room.
Die
Innerhalb eines von einer Zylinderwand Z umgebenen Verdichterraumes R wird ein Verdichterkolben K' linear hin und her bzw. auf und ab bewegt. Die beiden Umkehrpunkte des Verdichterkolbens K' werden nachfolgend als untere und obere Endlage des Verdichterkolbens K' bezeichnet.Within one of a cylinder wall Z surrounded compressor space R is a compressor piston K 'linear moved back and forth or up and down. The two reversal points of the Compressor piston K 'be hereinafter referred to as the lower and upper end position of the compressor piston K '.
Auf
der Unterseite des Zylinderraumes sind ein Saugventil S und ein
Druckventil D' angeordnet. Über das
Saugventil S tritt während
des Saugtaktes – dabei
bewegt sich der Verdichterkolben K' aus seiner unteren in seine obere Endlage,
im vorliegenden Fall also von unten nach oben – das zu verdichtende flüssige Medium
in den Verdichterraum R ein. Während
des nachfolgenden Druck- bzw. Verdichtungstaktes – der Verdichterkolben
K' bewegt sich dabei von
seiner oberen wieder in seine untere Endlage, die in der
Insbesondere bei der Flüssigverdichtung eines flüssigen kryogenen Mediums kommt es zwangsläufig während der Verdichtung zur Ausbildung einer Gasphase G. Verbleibt diese nach dem Druck- bzw. Verdichtungstakt in dem nicht zu vermeidenden Totraum des Verdichterraumes R, so kommt es während des nachfolgenden Saugtaktes zu einer Entspannung des gasförmigen Mediums innerhalb des Verdichterraumes R. Während dieser Entspannung kann kein neues, flüssiges kryogenes Medium über das Saugventil S in den Verdichterraum R angesaugt werden. Dies hat somit zur Folge, dass die Förderleistung des Verdichters wesentlich reduziert wird.Especially in the liquid compression a liquid Cryogenic medium is inevitably during training to training a gas phase G. It remains after the pressure or compression stroke in the unavoidable dead space of the compressor chamber R, so it comes during the subsequent suction cycle to a relaxation of the gaseous medium inside the compressor room R. During this relaxation can no new, liquid cryogenic medium over the suction valve S are sucked into the compressor chamber R. This thus has the consequence that the delivery of the compressor is substantially reduced.
Wäre der Totraum am Ende des Druck- bzw. Verdichtungstaktes ausschließlich mit Flüssigkeit befüllt, könnte die vorgeschriebene, unerwünschte Entspannung des gasförmigen Mediums verhindert werden.Would be the dead space at the end of the pressure or compression stroke exclusively with liquid filled, could the prescribed, unwanted Relaxation of the gaseous Medium be prevented.
Auch
die
Bei
dem in der
Befindet
sich der Verdichterkolben K nunmehr am Ende des Druck- bzw. Verdichtungstaktes
in seiner unteren Endlage – wie
dies in der
Zudem verbleibt am Ende des Druck- bzw. Verdichtungstaktes eine Flüssigphase F, die durch den sich in die untere Endlage bewegenden Verdichterkolben K nicht vollständig über das Druckventil D ausgedrückt bzw. -schoben werden kann.moreover remains at the end of the pressure or compression stroke, a liquid phase F, by the moving in the lower end position compressor pistons K is not completely about that Pressure valve D expressed or can be pushed.
Dies hat zur Folge, dass zu Beginn des nachfolgenden Saugtaktes eine deutlich verringerte Gasmenge entspannt werden muss – wenn nicht sogar der verbleibende Totraum vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist –, bevor erneut flüssiges kryogenes Medium über das Saugventil S angesaugt werden kann.This has the consequence that at the beginning of the subsequent suction cycle a significantly reduced gas volume must be relaxed - if not even the remaining dead space is completely filled with liquid - before again liquid cryogenic medium over the suction valve S can be sucked.
Es
sei darauf hingewiesen, dass in den
Mittels
der anhand der
Den
in den
Des Weiteren wird während des Druck- bzw. Verdichtungstaktes das zurückströmende flüssige Medium aufgrund der bei der Verdichtung zwangsläufig entstehenden Wärme zusätzlich erwärmt, woraus wiederum eine Verringerung des Flüssiganteiles und der Förderleistung des Verdichters resultieren.Of Further will be during the pressure or compression stroke, the flowing back liquid medium due to at compaction inevitably resulting heat additionally heated in turn, a reduction of the liquid content and the flow rate of the compressor result.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Verdichter, insbesondere einen gattungsgemäßen Verdichter für kryogene Medien, anzugeben, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden können.task the present invention is a generic compressor, in particular a generic compressor for cryogenic Media to specify, in which avoided the aforementioned disadvantages can be.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßer Verdichter vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass dem ersten Druckventil wenigstens ein weiteres Druckventil nachgeschaltet ist.to solution this task a generic compressor is proposed characterized in that the first pressure valve at least another pressure valve is connected downstream.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verdichters sind dadurch gekennzeichnet, dass
- – das oder die weiteren Druckventile derart angeordnet sind, dass sich zwischen dem ersten Druckventil und dem bzw. den weiteren Druckventilen eine Flüssigkeitssäule ausbildet,
- – das erste Druckventil im Bereich der unteren Endlage des Verdichterkolbens seitlich an der Zylinderwand angeordnet ist und der Kopf des Verdichterkolbens eine konische Form aufweist,
- – das erste Druckventil (D, D') ein lediglich flüssigkeitsdicht ausgebildetes Druckventil ist.
- - The one or more pressure valves are arranged such that forms a liquid column between the first pressure valve and the or the other pressure valves,
- The first pressure valve is arranged laterally on the cylinder wall in the area of the lower end position of the compressor piston and the head of the compressor piston has a conical shape,
- - The first pressure valve (D, D ') is only a liquid-tight trained pressure valve.
Der
erfindungsgemäße Verdichter
sowie weitere Ausgestaltungen desselben, die Gegenstände der
abhängigen
Patentansprüche
darstellen, seien anhand des in der
Erfindungsgemäß ist nunmehr dem (ersten) Druckventil D wenigstens ein weiteres Druckventil D1 nachgeschaltet. Im Prinzip können darüber hinaus weitere zusätzliche Druckventile vorgesehen werden, jedoch wird in der Praxis das Vorsehen eines weiteren Druckventiles D1 ausreichen, um den gewünschten Effekt zu erreichen.According to the invention is now the (first) pressure valve D at least one further pressure valve D1 downstream. In principle, you can about that addition, additional Pressure valves are provided, however, the provision is in practice a further pressure valve D1 sufficient to the desired Effect to achieve.
Das erste Druckventil D sowie das weitere Druckventil D1 sind nunmehr derart angeordnet, dass sich zwischen ihnen in dem Leitungsabschnitt L eine Flüssigkeitssäule ausbildet, während sich in dem Leitungsabschnitt L1 verdichtetes gasförmiges Medium befindet.The first pressure valve D and the other pressure valve D1 are now arranged such that between them in the line section L forms a liquid column, while in the line section L1 compressed gaseous medium located.
Die Flüssigkeitssäule verhindert wirkungsvoll, das verdichtetes gasförmiges Medium über das Druckventil D in den Verdichterraum R zurückströmen kann. Es ist somit ausreichend, wenn das erste Druckventil D lediglich flüssigkeitsdicht ausgelegt ist. Derartige Druckventile sind weniger kompliziert aufgebaut und kostengünstiger als Druckventile, die sowohl flüssigkeits- als auch gasdicht ausgelegt sind.The Liquid column prevented effectively, the compressed gaseous medium via the pressure valve D can flow back into the compressor chamber R. It is thus sufficient if the first pressure valve D only liquid-tight is designed. Such pressure valves are constructed less complicated and cheaper as pressure valves, which are both fluid are designed as gas-tight.
Insbesondere bei Verdichtern, die der Verdichtung kryogener Medien dienen, ist die Problematik der Gasdichtigkeit von Druckventilen von Bedeutung, da durch das zurückströmende gasförmige Medium zusätzliche unerwünschte Wärme in den Verdichterraum R bzw. das Verdichtersystem eingebracht wird.Especially in compressors used for compressing cryogenic media is the problem of gas tightness of pressure valves is important, because of the back flowing gaseous medium additional undesirable Heat in the compressor space R or the compressor system is introduced.
Der
erfindungsgemäße Gedanke
lässt sich selbstverständlich auch
bei der in der
Die mit dem erfindungsgemäßen Verdichter verbundenen Vorteile werden durch eine gegenüber dem Stand der Technik geringfügig kompliziertere Verdichterkonstruktion erkauft; die mit ihr verbundenen Mehrkosten werden jedoch durch die erreichten Vorteile mehr als kompensiert.The associated with the compressor according to the invention Benefits are compared to a State of the art slightly more complicated compressor design bought; the ones associated with it However, additional costs are more than due to the advantages achieved compensated.
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2006
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