DE10302690A1

DE10302690A1 - Vorrichtung zur Druckerzeugung

Info

Publication number: DE10302690A1
Application number: DE10302690A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ress
Original assignee: Loewenstein Medical Technology GmbH and Co KG
Current assignee: Loewenstein Medical Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-12
Also published as: EP1447569A1; ATE317945T1; DE502004000286D1; EP1447569B1

Abstract

Die Vorrichtung dient zur Druckerzeugung und weist mindestens zwei in Reihe geschaltete Druckstufen zur Komprimierung eines Gases auf. Jede der Druckstufen ist mit mindestens einem Kolben versehen, der in einem Kompressionszylinder geführt ist. Die Druckstufen sind über einen Ventilblock miteinander gekoppelt, der zwischen den Druckstufen angeordnet ist. Längsachsen der Kolben 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 Verbindungska nal 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:
1 eine perspektivische Darstellung einer zweistufigen Verdichtungsvorrichtung, bei der zwischen den beiden Druckstufen ein Ventilblock angeordnet ist,
2 einen Vertikalschnitt durch die Anordnung gemäß 1 und
3 einen weiteren Längsschnitt durch die Anordnung gemäß 1.
Aus der perspektivischen Darstellung in 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.
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.
3 zeigt die Anordnung gemäß 1 in einer gegenüber 2 um 90° Grad gedrehten Schnittebene. In dieser Darstellung sind der Eingangsanschluß (11) und der Ausgangsanschluß (12) zu erkennen. Gegenüber 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) einge schraubt 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 Druck gasflasche 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

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.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen (1, 2) auf einander abgewandten Seiten des Ventilblockes (3) angeordnet sind.
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.
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.
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.
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.
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.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4, 5) mit einem Kurbelantrieb verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (4, 5) mit einem pneumatischen Antrieb verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen (1, 2) zur Komprimierung von Sauerstoff ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen (1, 2) für eine Befüllung von Druckgasflaschen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstufen (1, 2) für eine Verwendung im Bereich der Beatmungstechnik ausgebildet sind.