EP1447569A1 - Vorrichtung zur Druckerzeugung - Google Patents

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EP1447569A1
EP1447569A1 EP04000839A EP04000839A EP1447569A1 EP 1447569 A1 EP1447569 A1 EP 1447569A1 EP 04000839 A EP04000839 A EP 04000839A EP 04000839 A EP04000839 A EP 04000839A EP 1447569 A1 EP1447569 A1 EP 1447569A1
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pressure
compression
pressure stages
stages
pistons
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B3/00—Machines or pumps with pistons coacting within one cylinder, e.g. multi-stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00—Multi-stage pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00—Multi-stage pumps
    • F04B25/02—Multi-stage pumps of stepped piston type

Definitions

  • the invention relates to a device for generating pressure, the at least two pressure stages connected in series Compression of a gas and at each pressure level is provided with at least one piston which in a Compression cylinder is guided.
  • Such devices are often used to make a Gas from an ambient pressure to a high pressure level to compress.
  • the use of several in a row switched pressure levels leads to an increase the process effectiveness over single-stage compressors.
  • the known multi-stage compressors have in usually a large volume and a high operating volume on.
  • the vast majority are known multi-stage compressor intended large delivery volume at relatively low pressures to create.
  • the object of the present invention is a device of the type mentioned in the introduction in such a way that a compact device design with high efficiency is provided becomes.
  • a simple movement coupling of the pistons is supported that the pressure stages face away from each other Sides of the valve block are arranged.
  • An advantageous compression is supported in that the first pressure stage with a relative to a compression space the second pressure stage larger compression space is provided.
  • a typical dimensioning is that the series connection of the pressure levels for compression on Pressure level of about 200 bar are formed.
  • a mechanical drive is provided in that the pistons are connected to a crank drive.
  • Another drive variant is that the pistons are connected to a pneumatic drive.
  • the design of the compressor makes it especially suitable for the pressure stages for compression are formed by oxygen.
  • a storage of the volume generated by the compressor compressed gas can be done in that the pressure levels trained for filling compressed gas cylinders are.
  • a preferred area of application is opened up by that the pressure levels for use in the field of ventilation technology are trained.
  • the device for generating pressure with a first pressure stage (1) and a second pressure stage (2) is.
  • the pressure stages (1, 2) are facing away from each other Sides of a valve block (3) arranged.
  • Each of the Pressure stages (1, 2) is equipped with a piston (4, 5), which is guided in a compression cylinder (6, 7).
  • the pistons (4, 5) are interconnected by a piston rod (8) connected.
  • Each of the pressure stages (1, 2) has a compression space (9, 10).
  • the gas to be compressed becomes the device supplied via an input connection (11).
  • the compressed Gas is discharged via an outlet connection (12).
  • Figure 2 illustrates in a cross-sectional view Structure of the device.
  • the piston rod (8) via a bearing (13) is guided in the area of the valve block (3).
  • the warehouse (13) has seals to prevent gas transfer between to prevent the pressure levels (1, 2).
  • a connection channel runs within the valve block (3) (14) to gas from the first pressure stage (1) to the second To conduct pressure stage (2).
  • the connecting channel (14) is with a check valve (15) to prevent gas backflow to prevent compression in the compression space (10).
  • Figure 3 shows the arrangement of Figure 1 in an opposite Figure 2 section plane rotated by 90 °.
  • the representation shows the input connection (11) and the output connection (12) recognizable.
  • Output channel (16) is a check valve (17) arranged to backflow the compressed gas from the outlet connection (12) into the compression space (10) to avoid.
  • a compressed gas cylinder can be connected at the output connection (12)
  • the device can be driven in different ways and way.
  • a pneumatic drive is realized.
  • An introduction of the mechanical kinetic energy can for example have a not shown Drive rod take place, which is screwed into the piston (4) becomes.
  • the piston (4) has a threaded hole (18) provided for coupling to other components.
  • a compression process is carried out in such a way that initially a return stroke of the piston (4) takes place the piston (4) is removed from the valve block (3).
  • the thing to be compressed Gas flows through the inlet port (11) into the compression space (9).
  • the piston (4) in the direction on the valve block (3) moves and compresses the gas inside the compression space (9).
  • the piston (5) leads simultaneously a movement that moves away from the valve block (3) removed.
  • the gas compressed by the piston (4) thus flows into the Compression room (10). After completing this compression movement the pistons (4, 5) move again in the opposite direction. The piston (5) compresses here the gas inside the compression space (10). A backflow is through the check valve (15) prevented. The compressed gas from the area of Compression space (10) is via the output connection (12) directed to an intended receiving device. In the compression room (9) thus precompaction takes place Compression chamber (10) is used for the main compression.
  • the device explained in the drawings is particular suitable for applications in the field of medical technology, because both a small construction volume and low operating noise can be achieved.
  • one Intended for use by an oxygen concentrator provided oxygen compressed and a compressed gas bottle is fed.
  • the compressed gas bottle is used for a mobile oxygen supply for a patient.
  • Filter elements can be found in the areas of the check valves (15) used to contaminate the valves to be avoided by small abrasion particles of the seals, which negatively affect the function of the valves can.

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Abstract

Die Vorrichtung dient zur Druckerzeugung und weist mindestens zwei in Reihe geschaltete Druckstufen (1,2) zur Komprimierung eines Gases auf. Jede der Druckstufen ist mit mindestens einem Kolben (4,5) versehen, der in einem Kompressionszylinder geführt ist. Die Druckstufen sind über einen Ventilblock (3) miteinander gekoppelt, der zwischen den Druckstufen angeordnet ist. Längsachsen der Kolben (4,5) verlaufen im wesentlichen auf einer gemeinsamen Geraden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckerzeugung, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Druckstufen zur Komprimierung eines Gases aufweist und bei der jede Druckstufe mit mindestens einem Kolben versehen ist, der in einem Kompressionszylinder geführt ist.
Derartige vorrichtungen werden häufig eingesetzt, um ein Gas ausgehend von einem Umgebungsdruck auf ein Hochdruckniveau zu komprimieren. Die Verwendung von mehreren in Reihe geschalteten Druckstufen führt hierbei zu einer Erhöhung der Verfahrenseffektivität gegenüber von einstufigen Verdichtern. Die bekannten mehrstufigen Verdichter weisen in der Regel ein großes Bauvolumen und eine hohe Betriebslautstärke auf. Darüber hinaus ist die überwiegende Anzahl der bekannten mehrstufigen Verdichter dafür vorgesehen, ein großes Fördervolumen bei verhältnismäßig geringen Drücken zu erzeugen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine kompakte Gerätegestaltung bei hohem Wirkungsgrad bereitgestellt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckstufen über einen Ventilblock miteinander gekoppelt sind, der zwischen den Druckstufen angeordnet ist und daß Längsachsen der Kolben im wesentlichen auf einer gemeinsamen Geraden verlaufen.
Durch die Kopplung der Druckstufen mit Hilfe eines Ventilblocks, der zwischen den Druckstufen angeordnet ist, werden lange interne oder externe Verbindungsleitungen zwischen den Druckstufen vermieden. Hierdurch wird sowohl eine kompakte Gestaltung unterstützt als auch die Größe von Totvolumen reduziert. Die Anordnung der Längsachsen der Kolben entlang einer gemeinsamen Geraden führt zu einer einfachen Steuerbarkeit der Vorrichtung, zu einer hohen mechanischen Stabilität sowie zu einer hohen Standsicherheit.
Eine einfache Bewegungskopplung der Kolben wird dadurch unterstützt, daß die Druckstufen auf einander abgewandten Seiten des Ventilblockes angeordnet sind.
Eine vorteilhafte Verdichtung wird dadurch unterstützt, daß die erste Druckstufe mit einem relativ zu einem Kompressionsraum der zweiten Druckstufe größer dimensionierten Kompressionsraum versehen ist.
Zur Vermeidung von unerwünschten Rückströmvorgängen wird vorgeschlagen, daß die Druckstufen von einem Verbindungskanal miteinander verbunden sind, in dessen Bereich ein Rückschlagventil angeordnet ist.
Eine zeitliche Vergleichsmäßigung des Energieaufwandes für die Durchführung der Verdichtung wird dadurch unterstützt, daß die Kolben zur Durchführung von zeitlich phasenversetzt verlaufenden Kompressionsvorgängen in den Druckstufen von einer Kolbenstange starr miteinander verbunden sind.
Eine typische Dimensionierung besteht darin, daß die Reihenschaltung der Druckstufen für eine Verdichtung auf ein Druckniveau von etwa 200 bar ausgebildet sind.
Darüber hinaus ist daran gedacht, daß die Druckstufen eine Durchflußmenge von etwa 1 Liter pro Minute an der ersten Druckstufe zugeführtem unkomprimierten Gas ausgebildet sind.
Ein mechanischer Antrieb wird dadurch bereitgestellt, daß die Kolben mit einem Kurbelantrieb verbunden sind.
Eine andere Antriebsvariante besteht darin, daß die Kolben mit einem pneumatischen Antrieb verbunden sind.
Die konstruktive Gestaltung des Verdichters macht diesen insbesondere dafür geeignet, daß die Druckstufen zur Komprimierung von Sauerstoff ausgebildet sind.
Eine Speicherung des vom verdichter erzeugten Volumens an komprimiertem Gas kann dadurch erfolgen, daß die Druckstufen für eine Befüllung von Druckgasflaschen ausgebildet sind.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet wird dadurch erschlossen, daß die Druckstufen für eine Verwendung im Bereich der Beatmungstechnik ausgebildet sind.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1
eine perspektivische Darstellung einer zweistufigen Verdichtungsvorrichtung, bei der zwischen den beiden Druckstufen ein Ventilblock angeordnet ist,
Fig. 2
einen Vertikalschnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 1 und
Fig. 3
einen weiteren Längsschnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 1.
Aus der perspektivischen Darstellung in Fig. 1 ist zu erkennen, daß die Vorrichtung zur Druckerzeugung mit einer ersten Druckstufe (1) und einer zweiten Druckstufe (2) versehen ist. Die Druckstufen (1, 2) sind auf einander abgewandten Seiten eines Ventilblockes (3) angeordnet. Jede der Druckstufen (1, 2) ist mit einem Kolben (4, 5) ausgestattet, der in einem Kompressionszylinder (6, 7) geführt ist. Die Kolben (4, 5) sind von einer Kolbenstange (8) miteinander verbunden.
Jede der Druckstufen (1, 2) weist einen Kompressionsraum (9, 10) auf. Das zu verdichtende Gas wird der Vorrichtung über einen Eingangsanschluß (11) zugeführt. Das komprimierte Gas wird über einen Ausgangsanschluß (12) abgeleitet.
Figur 2 verdeutlicht in einer Querschnittdarstellung den Aufbau der Vorrichtung. Zu erkennen ist beispielsweise die Abdichtung der Kolben (4, 5) gegenüber den Kompressionszylindern (6, 7) über ringförmige Dichtungen. Darüber hinaus ist zu erkennen, daß die Kolbenstange (8) über ein Lager (13) im Bereich des Ventilblockes (3) geführt ist. Das Lager (13) weist Dichtungen auf, um einen Gasübertritt zwischen den Druckstufen (1, 2) zu verhindern.
Innerhalb des Ventilblockes (3) verläuft ein verbindungskanal (14), um Gas von der ersten Druckstufe (1) zur zweiten Druckstufe (2) zu leiten. Der Verbindungskanal (14) ist mit einem Rückschlagventil (15) versehen, um eine Gasrückströmung bei einer Verdichtung im Kompressionsraum (10) zu verhindern.
Figur 3 zeigt die Anordnung gemäß Figur 1 in einer gegenüber Figur 2 um 90° Grad gedrehten Schnittebene. In dieser Darstellung sind der Eingangsanschluß (11) und der Ausgangsanschluß (12) zu erkennen. Gegenüber Figur 1 erfolgte eine Darstellung nach einer Drehung der Vorrichtung um 180° Grad. Im Bereich eines an den Kompressionsraum (10) angeschlossenen Ausgangskanals (16) ist ein Rückschlagventil (17) angeordnet, um ein Rückströmen des komprimierten Gases vom Ausgangsanschluß (12) in den Kompressionsraum (10) hinein zu vermeiden. An den Ausgangsanschluß (12) kann beispielsweise eine Druckgasflasche angeschlossen werden.
Ein Antrieb der Vorrichtung kann in unterschiedlicher Art und Weise erfolgen. Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen ist ein pneumatischer Antrieb realisiert. Alternativ ist es ebenfalls möglich, beispielsweise einen mechanischen Antrieb unter verwendung eines Kurbelantriebes zu verwenden. Eine Einbringung der mechanischen Bewegungsenergie kann beispielsweise über eine nicht dargestellte Antriebsstange erfolgen, die in den Kolben (4) eingeschraubt wird. Der Kolben (4) ist mit einer Gewindebohrung (18) zur Ankopplung an weitere Bauelemente versehen.
Ein Verdichtungsablauf wird derart durchgeführt, daß zunächst ein Rückhub des Kolbens (4) erfolgt, bei dem sich der Kolben (4) vom Ventilblock (3) entfernt. Das zu verdichtende Gas strömt hierbei durch den Eingangsanschluß (11) in den Kompressionsraum (9) hinein. Nach einer Füllung des Kompressionsraumes (9) wird der Kolben (4) in Richtung auf den Ventilblock (3) bewegt und komprimiert das Gas innerhalb des Kompressionsraumes (9). Aufgrund der Kopplung mit der Kolbenstange (8) führt der Kolben (5) gleichzeitig eine Bewegung durch, bei der sich dieser vom Ventilblock (3) entfernt.
Das vom Kolben (4) komprimierte Gas strömt hierdurch in den Kompressionsraum (10). Nach einem Abschluß dieser Kompressionsbewegung führen die Kolben (4, 5) erneut eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung durch. Der Kolben (5) komprimiert hierbei das Gas innerhalb des Kompressionsraumes (10). Ein Zurückströmen wird durch das Rückschlagventil (15) verhindert. Das komprimierte Gas aus dem Bereich des Kompressionsraumes (10) wird über den Ausgangsanschluß (12) zu einer vorgesehenen Aufnahmeeinrichtung geleitet. Im Kompressionsraum (9) erfolgt somit eine vorverdichtung und der Kompressionsraum (10) dient zur Hauptverdichtung.
Die in den Zeichnungen erläuterte Vorrichtung ist insbesondere für Anwendungen im Bereich der Medizintechnik geeignet, da sowohl ein geringes Bauvolumen als auch geringe Betriebsgeräusche erreicht werden. Insbesondere ist an eine Verwendung gedacht, bei der von einem Sauerstoffkonzentrator bereitgestellter Sauerstoff verdichtet und einer Druckgasflasche zugeführt wird. Die Druckgasflasche dient für eine mobile Sauerstoffversorgung eines Patienten.
In den Bereichen der Rückschlagventile (15) können Filterelemente eingesetzt werden, um eine Verschmutzung der Ventile durch kleine Abriebpartikel der Dichtungen zu vermeiden, welche die Funktion der Ventile negativ beeinflussen können.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Druckerzeugung, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Druckstufen zur Komprimierung eines Gases aufweist und bei der jede Druckstufe mit mindestens einem Kolben versehen ist, der in einem Kompressionszylinder geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen (1, 2) über einen ventilblock (3) miteinander gekoppelt sind, der zwischen den Druckstufen (1, 2) angeordnet ist und daß Längsachsen der Kolben (4, 5) im wesentlichen auf einer gemeinsamen Geraden verlaufen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen (1, 2) auf einander abgewandten Seiten des Ventilblockes (3) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckstufe (1) mit einem relativ zu einem Kompressionsraum (10) der zweiten Druckstufe (2) größer dimensionierten Kompressionsraum (9) versehen ist.
  4. vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen (1, 2) von einem Verbindungskanal (14) miteinander verbunden sind, in dessen Bereich ein Rückschlagventil (15) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4, 5) zur Durchführung von zeitlich phasenversetzt verlaufenden Kompressionsvorgängen in den Druckstufen (1, 2) von einer Kolbenstange (8) starr miteinander verbunden sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung der Druckstufen (1, 2) für eine verdichtung auf ein Druckniveau von etwa 200 bar ausgebildet sind.
  7. vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen (1, 2) für eine Durchflußmenge von etwa 1 Liter pro Minute an der ersten Druckstufe (1) zugeführtem unkomprimierten Gas ausgebildet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4, 5) mit einem Kurbelantrieb verbunden sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4, 5) mit einem pneumatischen Antrieb verbunden sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen (1, 2) zur Komprimierung von Sauerstoff ausgebildet sind.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen (1, 2) für eine Befüllung von Druckgasflaschen ausgebildet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen (1, 2) für eine Verwendung im Bereich der Beatmungstechnik ausgebildet sind.
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