压缩机、尤其是活塞式压缩机

摘要

本发明涉及一种压缩机(1)、尤其是活塞式压缩机，用于压缩气态介质，该压缩机具有一个用于将该介质从输入压力压缩到中间压力的低压级(5)及一个用于将该介质从中间压力压缩到高压的高压级(6)。为了解决提供一种以小的结构成本适用于不同输入压力的压缩机的任务，根据本发明提出，在该高压级(6)前面连接有一个具有可调节的死容积的补偿容积(20a；20b)。

权利要求

1.压缩机，用于压缩气态介质，该压缩机具有一个用于将该介质从输入压力压缩到中间压力的低压级及一个用于将该介质从中间压力压缩到高压的高压级，在该高压级(6)前面连接有一个具有可调节的死容积的补偿容积(20a；20b)，其特征在于：由该补偿容积(20a；20b)形成的死容积可与输入压力相关地调节。

2.根据权利要求1的压缩机，其特征在于：该补偿容积(20a；20b)在输入压力最大时被调整到最小的死容积并且随着输入压力的下降可朝死容积最大的方向调整。

3.根据权利要求1或2的压缩机，其特征在于：该补偿容积(20a；20b)构造成补偿缸(21)，该补偿缸具有一个可在该补偿容积的壳体(22)中移动的圆柱(23)。

4.根据权利要求3的压缩机，其特征在于：该圆柱(23)作为阶梯形活塞设置有第一控制面(24)，该第一控制面设置在该补偿容积(20a；20b)中并且由中间压力加载，并且该圆柱具有第二控制面(25)，该第二控制面由输入压力加载。

5.根据权利要求1或2中一项的压缩机，其特征在于：该补偿容积(20a；20b)设置有一个冷却装置(27)。

6.根据权利要求5的压缩机，其特征在于：该冷却装置(27)由一些设置在该壳体(22)上的冷却肋构成。

7.根据权利要求1或2中一项的压缩机，其特征在于：该压缩机具有一个可在压缩机的壳体(3)中纵向移动的活塞(4)，该活塞可被液压驱动。

8.根据权利要求1或2中一项的压缩机，其特征在于：该低压级(5)具有一个第一压力室(5a)及一个第二压力室(5b)。

9.根据权利要求1或2的压缩机，其特征在于：该高压级(6)具有一个第一压力室(6a)及一个第二压力室(6b)。

10.根据权利要求7的压缩机，其特征在于：在该压缩机的壳体(3)上设置有一个外部冷却装置(15a；15b)。

11.根据权利要求7的压缩机，其特征在于：在该活塞(4)上设置有一个内部冷却装置。

12.根据权利要求11的压缩机，其特征在于：该活塞(4)设置有至少一个长形孔(16a；

16b)，所述长形孔与一个驱动压力室(9a；9b)处于连接。

13.根据权利要求9的压缩机，其特征在于：给该高压级(6)的每个压力室(6a；6b)配置一个补偿容积(20a；20b)。

14.根据权利要求1的压缩机，其特征在于：该压缩机是活塞式压缩机。

15.根据以上权利要求中一项的压缩机的应用，该压缩机用于压缩氢。

16.根据权利要求15的压缩机的应用，其特征在于：该压缩机用在加氢站中。

说明书

压缩机、尤其是活塞式压缩机

[0001] 本发明涉及一种压缩机、尤其是活塞式压缩机，用于压缩气态介质，该压缩机具有一个用于将该介质从输入压力压缩到中间压力的低压级及一个用于将该介质从中间压力压缩到高压的高压级。

[0002] 在用于气态介质的构造成活塞式压缩机的压缩机中，级压力比由缸尺寸来确定。在具有由一个低压级及一个高压级构成的两个压缩机级并且级压力比处于17的范围中的活塞式压缩机中，介质例如可从1巴的输入压力在具有17的级压力比的低压级中压缩到17巴的中间压力并且在具有17.6的级压力比的高压级中压缩到300巴的高压。

[0003] 这种活塞式压缩机被设计在确定的输入压力上，其中，介质的输入压力仅可在窄的界限中变化。如果被设计在1巴的输入压力上的所述类型的活塞式压缩机不是在1巴的输入压力下而是在5巴的输入压力下工作，则在级压力比为17时在低压级的后面会产生导致低压级过热的85巴的中间压力。

[0004] 由DE 199 33 989 A1公知了一种两级的活塞式压缩机，该两级的活塞式压缩机适用于不同的输入压力。为此，对于该活塞式压缩机的低压级及高压级设置有分开的驱动装置。但具有一个用于低压级的驱动装置及一个用于高压级的分开的驱动装置的这种两级的活塞式压缩机具有高的结构成本。

[0005] 本发明的任务在于，提供一种开头所述类型的压缩机，该压缩机以小的结构成本适用于不同的输入压力。

[0006] 根据本发明，该任务这样来解决：在高压级前面连接有一个具有可调节的死容积的补偿容积。通过这种连接在高压级前面的并且由此连接在高压级上的补偿容积可用简单的方式实现在高压级上设置一个可调节的死容积。在低压级的压缩冲程期间气态介质在此部分地输送给补偿容积。当在高压级的接下来的抽吸冲程期间介质从补偿容积接着输送到高压级时，气态介质绝热膨胀并且在此冷却返回到低压级的抽吸温度以下。由此通过这种补偿容积可用简单的方式改变高压级的抽吸容积并且同时可实现压缩机的附加冷却。由此以简单的方式可使压缩机在不同的输入压力下工作，其中，还避免了压缩机过热。

[0007] 如果根据本发明的一个实施形式由补偿容积形成的死容积可与输入压力相关地调节，则得到一个特殊的优点。由此以小的成本通过补偿容积可与输入压力相关地实现高压级的死空间控制。

[0008] 如果补偿容积在输入压力最大时被调整到最小的死容积并且随着输入压力的下降可朝死容积最大的方向调整，则得到一个特殊的优点。由此以简单的方式实现随着输入压力的降低使通过补偿容积实现的附加冷却效果增大。随着输入压力的下降，高压级的级压力比增大，其中，同时压缩机的热负荷增大。由此，通过配置给高压级并且形成用于高压级的死容积的补偿容积——该补偿容积的冷却效果随着输入压力的降低通过死容积的增大而增大，可使在不同输入压力下使用的压缩机的压缩机温度以简单的方式降低。

[0009] 补偿容积合乎目的地构造成补偿缸，该补偿缸具有一个可在壳体中移动的圆柱。通过补偿容积作为调节缸的这种结构形式，可用简单的方式产生可调节的死容积。

[0010] 根据本发明的一个优选构型形式，所述圆柱作为阶梯形活塞合乎目的地设置有第一控制面，该第一控制面设置在补偿容积中并且由中间压力加载，并且所述圆柱具有第二控制面，该第二控制面由输入压力加载。通过这种构造成阶梯形活塞的圆柱，可通过相应地选择第一控制面及第二控制面的大小用简单的方式在输入压力最大时朝死容积最小的方向上以及在输入压力下降时朝死容积最大的方向加载所述圆柱。

[0011] 根据本发明的一个进一步构型，补偿容积设置有一个冷却装置，由此，处于补偿容积中的介质可用简单的方式冷却并且通过补偿容积实现的冷却效果由此可进一步提高。

[0012] 根据本发明的一个优选实施形式，冷却装置由一些设置在壳体上的冷却肋构成，由此，补偿容积的冷却装置可用小的结构成本来制造。

[0013] 根据本发明的一个有利构型形式，该压缩机具有一个可在壳体中纵向移动的活塞，该活塞可被液压驱动。

[0014] 低压级合乎目的地包括一个第一压力室及一个第二压力室，由此，活塞控制低压级的两个压力室。由此可在结构空间需求低的情况下通过两个压力室使引导压力的管路中的脉动减小。

[0015] 根据本发明的一个进一步构型，高压级包括一个第一压力室及一个第二压力室。因此，由活塞还控制高压级的两个压力室，其中，可在压缩机结构空间需求低的情况下实现小的脉动。

[0016] 如果在壳体上设置有一个外部冷却装置，则可用简单的方式实现压缩机在低压级及高压级的区域中的冷却。

[0017] 为了改善冷却，合乎目的地在活塞上设置有一个内部冷却装置。

[0018] 活塞在此有利地设置有至少一个长形孔，所述长形孔与一个驱动压力室处于连接。由此可用简单的方式通过驱动压缩机的液压的压力介质实现活塞的内部冷却。

[0019] 在具有一个高压级的压缩机的结构方式中——该高压级具有两个压力室，有利地给高压级的每个压力室配置一个补偿容积。

[0020] 当压缩机用于压缩氢、尤其是在加氢站中压缩氢时得到一个特别的优点。

[0021] 借助于示意性的附图中所示的实施例来详细描述本发明的其它优点及细节。附图表示：

[0022] 图1根据本发明的压缩机的纵剖面，及

[0023] 图2图1的一个局部的放大视图。

[0024] 图1中示出了一个根据本发明的构造成直线活塞式压缩机1的压缩机的纵剖面。

[0025] 活塞式压缩机1具有一个可在壳体3的壳体孔2中纵向移动的、阶梯形的活塞4，其中，在活塞4与壳体孔2之间构造有一个低压级5及一个高压级6。

[0026] 高压级6构造在活塞式压缩机1的中部区域中并且具有两个压力室6a、6b，这些压力室构造在一个设置在壳体3的中部区域上的密封元件7与活塞4之间。为此，在阶梯形的活塞4上在直径过渡的区域中设置有一些活塞区段8a、8b，其中，高压级6的压力室6a、6b构造在活塞4的直径增大的区域中。在所示位置中，其中活塞4在图1中被向右加载，左侧的压力室6a具有最小的排挤容积并且右侧的压力室6b具有最大的排挤容积。

[0027] 低压级5在高压级6的两侧构造在活塞4的直径减小的区域中并且具有两个压力室5a、5b，这些压力室在壳体孔3与设置在活塞4上的活塞区段8a、8b之间构造在活塞的具有减小的直径的区域中。

[0028] 在活塞4的所示位置中，左侧的压力室5a具有最大的排挤容积并且右侧的压力室5b具有最小的排挤容积。

[0029] 活塞式压缩机1可被液压驱动，其中，在活塞4上在与低压级5相邻的外部区域上构造有一些可液压加载的驱动压力室9a、9b。在活塞杆4的所示位置中以液压的压力介质加载驱动压力室9a。在驱动压力室9b被加载时，活塞杆4相应地在图1中被向左加载。

[0030] 为了控制活塞式压缩机，给低压级5的压力室5a、5b各配置一个低压抽吸阀10a、10b及一个低压压力阀11a、11b。给高压级6的压力室6a、6b相应地各配置一个高压抽吸阀及一个高压压力阀，其中，在图1中仅示出了配置给压力室6a的高压抽吸阀12a及高压压力阀13a。

[0031] 在壳体2的外圆周上在低压级5及高压级6的区域中设置有外部冷却装置15a、15b。

[0032] 为了进一步冷却活塞式压缩机，活塞4具有构造成盲孔的长形孔16a、16b，这些长形孔与驱动压力室9a、9b处于连接，由此，通过驱动活塞式压缩机1的压力介质来获得活塞式压缩机1的内部冷却。

[0033] 此外，活塞式压缩机1设置有一个行程测量系统17。

[0034] 根据本发明，在高压级的每个压力室6a、6b前面连接一个具有可调节的死容积的补偿容积20a、20b。

[0035] 图1及图2中以纵剖面示出了连接在压力室6a前面的补偿容积20a。配置给压力室6b的补偿容积20b具有相同的结构。

[0036] 补偿容积20a构造成补偿缸21，该补偿容积具有一个可在壳体22的壳体孔28中纵向移动的圆柱23，其中，在壳体22的壳体孔28与圆柱23之间构造有由补偿容积20a构成的可调节的死容积，该死容积借助于一个管路26连接在高压级6的压力室6a的输入端上，尤其是连接在高压级6的压力室6a的高压抽吸阀12a下游的使低压级5的压力室5a与高压级6的压力室6a相连接的连接管路上。圆柱23构造成阶梯形活塞并且在一个设置在补偿容积20a中的端面上具有第一控制面24，该第一控制面被由低压侧产生的、在补偿容积20a中存在的中间压力加载。在圆柱23的一个对置的端面上构造有第二控制面25，由低压级的输入压力加载。第二控制面25在此大于第一控制面24。

[0037] 由此，通过圆柱23在壳体孔28中的相应调节，由补偿容积20a形成一个用于高压级6的压力室6a的可调节的死容积。

[0038] 在壳体22上在补偿容积20a的区域中设置有一个冷却装置27，该冷却装置例如由一些设置在壳体22的外圆周上的冷却肋构成。

[0039] 在活塞式压缩机1的输入压力最小的情况下的所示位置中，补偿容积20a具有在圆柱23在图2中向上偏移的情况下最大的死容积。随着低压级5的在构造成阶梯形活塞的圆柱23的第二控制面25上存在的输入压力增大，圆柱23在图2中被向下加载，由此，补偿容积20a朝活塞式压缩机1的输入压力最大的情况下死容积最小的方向被加载。

[0040] 在活塞式压缩机1工作中，在抽吸冲程之后气态介质在压缩冲程中从低压级5的压力室5a经由压力阀11a及抽吸阀13a输送给处于抽吸冲程中的高压级6的压力室6a。通过在高压级6的高压抽吸阀13a下游的从低压级5通到高压级6的连接管路上连接补偿容积20a，也使得由低压级5压缩到中间压力的介质输送给补偿容积20a并且由此输送给可调整的死容积并且通过冷却装置27冷却。在高压级6的下一个抽吸冲程期间，其中介质从补偿容积20a被抽吸到高压级6的压力室6a，来自形成死容积的补偿容积20a的气态介质绝热膨胀并且在此冷却到抽吸温度以下。

[0041] 通过与输入压力相关地控制的补偿容积20a可使高压级6的抽吸容积变化并且由此使压缩机在不同输入压力下工作，其中，通过借助于补偿容积20a及尤其是冷却装置27附加冷却所述介质可使压缩机的温度尤其是在输入压力下降时在低压级5的后面降低，其中，级压力比以及由此高压级6的热负荷增大。