Vorrichtung zur Druckerzeugung

Beschreibung

[0001] 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, und bei der die Druckstufen über einen Ventilblock miteinander gekoppelt sind, der zwischen den Druckstufen angeordnet ist, sowie bei der Längsachsen der Kolben im wesentlichen auf einer gemeinsamen Geraden verlaufen

[0002] 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.

[0003] Aus der US 464,223 A ist eine Vorrichtung zur Druckerzeugung bekannt, bei der zwei in Reihe geschaltete Druckstufen zur Komprimierung eines Gases verwendet sind. Jede Druckstufe ist mit einem Kolben versehen, der in einem Kompressionszylinder geführt ist. Die Kolben sind entlang einer gemeinsamen Längsachse in einem Ventilblock angeordnet. Die Vorrichtung dient als Kompressor zur Bereitstellung von Druckluft.

[0004] In der US 236,992 A wird ein weiterer Druckluftkompressor beschrieben, bei dem eine Mehrzahl von Kompressionskolben entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.

[0005] Aus der US-A 4,639,197 ist eine zweistufige Pumpe für flüssigen Stickstoff bekannt, die in einem Druckbereich von etwa 200 bar arbeitet.

[0006] In der US-A-2,034,159 wird ein von einem Kurbelantrieb betätigter Gaskompressor beschrieben.

[0007] Aus der US-A-5,984,642 ist ein mehrstufiger Kompressor bekannt, der zur Bereitstellung von Drücken bis zu etwa 15.000 bar ausgebildet ist.

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine kompakte Gerätegestaltung bei hohem Wirkungsgrad bereitgestellt wird.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Druckerzeugung eine Druckgasflasche und einen Sauerstoffkonzentrator aufweist, wobei die Druckstufen zur Komprimierung von Sauerstoff und für eine Befüllung der Druckgasflaschen ausgebildet sind und daß ein Eingangsanschluß des ventilblockes mit dem Sauerstoffkonzentrator gekoppelt ist.

[0010] 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.

[0011] Eine einfache Bewegungskopplung der Kolben wird dadurch unterstützt, daß die Druckstufen auf einander abgewandten Seiten des ventilblockes angeordnet sind.

[0012] Eine vorteilhafte Verdichtung wird dadurch unterstützt, daß die erste Druckstufe mit einem relativ zu einem Kompressionsraum der zweiten Druckstufe größer dimensionierten Kompressionsraum versehen ist.

[0013] Zur vermeidung von unerwünschten Rückströmvorgängen wird vorgeschlagen, daß die Druckstufen von einem verbindungskanal miteinander verbunden sind, in dessen Bereich ein Rückschlagventil angeordnet ist.

[0014] Eine zeitliche Vergleichsmäßigung des Energieaufwandes für die Durchführung der Verdichtung wird dadurch unterstützt, daß die Kolben zur Durchführung von zeitlich phasenversetzt verlaufenden Kornpressionsvorgängen in den Druckstufen von einer Kolbenstange starr miteinander verbunden sind.

[0015] Eine typische Dimensionierung besteht darin, daß die Reihenschaltung der Druckstufen für eine Verdichtung auf ein Druckniveau von etwa 200 bar ausgebildet sind.

[0016] 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.

[0017] Ein mechanischer Antrieb wird dadurch bereitgestellt, daß die Kolben mit einem Kurbelantrieb verbunden sind.

[0018] Eine andere Antriebsvariante besteht darin, daß die Kolben mit einem pneumatischen Antrieb verbunden sind.

[0019] Die konstruktive Gestaltung des verdichters macht diesen insbesondere dafür geeignet, daß die Druckstufen zur Komprimierung von Sauerstoff ausgebildet sind.

[0020] Eine Speicherung des vom Verdichter erzeugten Volumens an komprimiertem Gas kann dadurch erfolgen, daß die Druckstufen für eine Befüllung von Druckgasflaschen ausgebildet sind.

[0021] Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet wird dadurch erschlossen, daß die Druckstufen für eine Verwendung im Bereich der Beatmungstechnik ausgebildet sind.

[0022] 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.

[0023] 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.

[0024] 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.

[0025] 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.

[0026] 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.

[0027] 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.

[0028] 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.

[0029] 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.

[0030] 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.

[0031] 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.

[0032] 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.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Druckerzeugung, die mindestens zwei in Reihe geschaltete Druckstufen (1, 2) zur Komprimierung eines Gases aufweist und bei der jede Druckstufe (1, 2) mit mindestens einem Kolben (4, 5) versehen ist, der in einem Kompressionszylinder (6, 7) geführt ist, und bei der die Druckstufen (1, 2) über einen Ventilblock (3) miteinander gekoppelt sind, der zwischen den Druckstufen (1, 2) angeordnet ist, sowie bei der Längsachsen der Kolben (4, 5) im wesentlichen auf einer gemeinsamen Geraden verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Druckerzeugung eine Druckgasflasche und einen Saverstoffkonzentrator aufweist, wobei die Druckstufen (1, 2) zur Komprimierung von Sauerstoff und für eine Befüllung der Druckgasflaschen ausgebildet sind und daß ein Eingangsanschluß (11) des Ventilblockes (3) mit dem Sauerstoffkonzentrator gekoppelt ist.

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) für eine Verwendung im Bereich der Beatmungstechnik ausgebildet sind.

Claims

1. Device for generating pressure, comprising at least two pressure stages (1, 2) connected in series for compressing a gas, each pressure stage (1, 2) being provided with at least one piston (4, 5) guided in a compression cylinder (6, 7), which pressure stages (1, 2) are coupled with one another by means of a valve block (3) disposed between the pressure stages (1, 2), the longitudinal axes of the pistons (4, 5) extending essentially on a common straight line, characterised in that the device for generating pressure has a pressure cylinder and an oxygen concentrator, the pressure stages (1, 2) being designed for compressing oxygen and filling the pressure cylinders, and an inlet connector (11) of the valve block (3) is coupled with the oxygen concentrator.

2. Device as claimed in claim 1, characterised in that the pressure stages (1, 2) are disposed on sides of the valve block (3) remote from one another.

3. Device as claimed in claim 1 or 2, characterised in that the first pressure stage (1) is provided with a compression chamber (9) which is of larger dimensions relative to a compression chamber (10) of the second pressure stage (2).

4. Device as claimed in one of claims 1 to 3, characterised in that the pressure stages (1, 2) are connected to one another by a connecting passage (14), in the region of which a check valve (15) is disposed.

5. Device as claimed in one of claims 1 to 4, characterised in that the pistons (4, 5) are rigidly connected to one another by a piston rod (8) in order to perform compression routines running with a phase shift in time in the pressure stages (1, 2).

6. Device as claimed in one of claims 1 to 5, characterised in that the series connection of the pressure stages (1, 2) is designed for a compression to a pressure level of approximately 200 bar.

7. Device as claimed in one of claims 1 to 6, characterised in that the pressure stages (1, 2) are designed for a through-flow quantity of approximately 1 litre per minute of uncompressed gas delivered at the first pressure stage (1).

8. Device as claimed in one of claims 1 to 7, characterised in that the pistons (4, 5) are connected to a crank drive.

9. Device as claimed in one of claims 1 to 7, characterised in that the pistons (4, 5) are connected to a pneumatic drive.

10. Device as claimed in one of claims 1 to 9, characterised in that the pressure stages (1, 2) are designed for use in applications involving breathing technology.

Revendications

1. Dispositif pour la génération de pression, présentant au moins deux paliers de pression (1, 2) connectés en série pour la compression d'un gaz, et dans lequel chaque palier de pression (1, 2) est prévu avec au moins un piston (4, 5), qui est guidé dans un cylindre de compression (6, 7), et dans lequel les paliers de pression (1, 2) sont couplés ensemble par l'intermédiaire d'un bloc de soupapes (3) qui est agencé entre les paliers de pression (1, 2), et qui s'étendent sensiblement sur une droite commune , caractérisé en ce que, pour la génération de pression, le dispositif est muni d'une bouteille à gaz comprimé et un concentrateur d'oxygène, les paliers de pression (1, 2) étant conçus pour la compression d'oxygène et pour un remplissage de la bouteille à gaz comprimé, et en ce qu'un raccord d'entrée (11) du bloc de soupapes (3) est couplé avec le concentrateur d'oxygène.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paliers de pression (1, 2) sont disposés sur des côtés du bloc de soupapes (3) opposés l'un à l'autre.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier étage de pression (1) est pourvu d'une chambre de compression (9) de dimensions relativement plus grandes que celles d'une chambre de compression (10) du deuxième étage de pression.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les paliers de pression (1, 2) sont reliés ensemble par un canal de liaison (14), dans la région duquel est agencée une soupape de non-retour (15).

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pistons (4, 5) pour la réalisation du processus de compression synchronisé en décalage de phase dans les paliers (1, 2) sont reliés ensemble rigidement par une tige de piston (8).

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la connexion en série des paliers de pression (1, 2) est conçue pour une compression à un niveau de pression de 200 bar environ.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les paliers de pression (1, 2) sont conçus pour un débit de passage d'environ 1 litre de gaz non comprimé à la minute.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les pistons (4, 5) sont reliés à un mécanisme à bielle.

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les pistons (4, 5) sont reliés à une commande pneumatique.

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les paliers de pression (1, 2) sont conçus pour une utilisation dans le domaine de la technique de respiration artificielle .

Zeichnung