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Title:
METHOD FOR COMPRESSING A GAS, COMPUTING UNIT, AND MULTI-STAGE PISTON COMPRESSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/202443
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for compressing a gas by means of a multi-stage piston compressor (100), wherein, if an inlet pressure of a first compression stage (110) exceeds a threshold value, the gas is at least partially, in particular completely, branched off before the first compression stage (110) and fed to a second compression stage (120), which directly follows the first compression stage (110). The invention further relates to a computing unit for performing said method and to such a multi-stage piston compressor (100).

Inventors:
ADLER, Robert (Lorenz-Steiner-Gasse 34, Gerasdorf, A-2201, AT)
DORNER, Sascha (Hauptplatz 9, 2440 Gramatneusiedl, AT)
STEPHAN, Markus (Raitlstraße 59, 2392 Dornbach, AT)
NAGL, Christoph (Windhaag 1, 2534 Alland, AT)
Application Number:
EP2016/000973
Publication Date:
December 22, 2016
Filing Date:
June 11, 2016
Export Citation:
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Assignee:
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT (Klosterhofstr. 1, München, 80331, DE)
International Classes:
F04B25/00; F04B49/02; F04B49/035
Domestic Patent References:
WO2009112479A12009-09-17
WO2009058356A12009-05-07
Foreign References:
US4236876A1980-12-02
US5797729A1998-08-25
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zum Verdichten eines Gases mittels eines mehrstufigen

Kolbenverdichters (100),

wobei, wenn ein Eingangsdruck einer ersten Verdichtungsstufe (1 10) einen Schwellwert überschreitet, das Gas wenigstens teilweise, insbesondere

vollständig, vor der ersten Verdichtungsstufe (110) abgezweigt und einer unmittelbar auf die erste Verdichtungsstufe (1 10) folgenden zweiten

Verdichtungsstufe (120) zugeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 , wobei weiterhin ein Hub (hi) eines der ersten

Verdichtungsstufe (110) zugeordneten Kolbens des Kolbenverdichters (100) reduziert wird.

Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Hub (hi) in Abhängigkeit von einem

Restdruck nach einer Rückexpansion in der ersten Verdichtungsstufe (110) und/oder einem Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe (120) reduziert wird.

Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Reduzierung des Hubs (h^ anhand von hinterlegten Werten für den Restdruck und/oder den Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe (120) ermittelt wird.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gas vor der ersten Verdichtungsstufe (10) abgezweigt und der zweiten Verdichtungsstufe (120) zugeführt wird, indem ein erstes Ventil (151) in einem ersten Förderweg (161) zur ersten Verdichtungsstufe (110) wenigstens teilweise geschlossen und ein zweites Ventil (152) in einem zweiten Förderweg (162) von dem ersten Förderweg (161) zur zweiten Verdichtungsstufe (120) wenigstens teilweise geöffnet wird.

Verfahren nach Anspruch 5, wobei als erstes Ventil (151 ) ein Einlassventil der ersten Verdichtungsstufe verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Bewegung von Kolben im Kolbenverdichter (100) wenigstens ein elektrischer Linearmotor (130) verwendet wird.

8. Recheneinheit (170), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. 9. Mehrstufiger Hubkolbenverdichter (100) mit einem Gaseingang, einer ersten Verdichtungsstufe (110) und einer zweiten Verdichtungsstufe (120),

wobei in einem ersten Förderweg (161) zu einem Gaseinlass der ersten Verdichtungsstufe (110) ein erstes Ventil (151) angeordnet ist,

wobei ein zweiter Förderweg (162), der von dem ersten Förderweg (161) vor dem ersten Ventil (151) abzweigt und zu einem Gaseinlass der zweiten

Verdichtungsstufe (120) führt, vorgesehen ist, und

wobei im zweiten Förderweg (162) ein zweites Ventil (152) vorgesehen ist.

10. Mehrstufiger Hubkolbenverdichter (100) nach Anspruch 9, wobei das erste Ventil (151) als Einlassventil der ersten Verdichtungsstufe ausgebildet ist.

1 1. Mehrstufiger Hubkolbenverdichter (100) nach Anspruch 9 oder 10, mit wenigstens einem elektrischen Linearmotor (130) zur Bewegung von Kolben des

Hubkolbenverdichters (100).

12. Mehrstufiger Hubkolbenverdichter (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , mit einer Recheneinheit (170) nach Anspruch 8.

Description:
Beschreibung

Verfahren zum Verdichten eines Gases, Recheneinheit und mehrstufiger

Kolbenverdichter

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten eines Gases mittels eines mehrstufigen Kolbenverdichters, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung sowie einen solchen mehrstufigen Kolbenverdichter.

Stand der Technik Vorrichtungen zum Verdichten von Gasen sind bekannt. Bspw. können hierzu

Hubkolbenverdichter, Rotationsverdichter oder ionische Verdichter verwendet werden. Für höhere Verdichtungsverhältnisse kann bspw. ein mehrstufiger Aufbau von

Verdichtungsvorrichtungen verwendet werden. Einzelne Stufen sind dabei

üblicherweise durch Ventile oder Schiebersteuerungen voneinander getrennt.

Solche Verdichtungsvorrichtungen bzw. Verdichter sind dabei sowohl leistungs- als auch kraftmäßig in der Regel für definierte Größen wie Drücke, Kolbendurchmesser und somit auch Gaskräfte ausgelegt. Eine Änderung dieser Parameter an bestehenden Systemen ist daher oft nur schwer realisierbar.

Verdichter mit Linearmotoren, insbesondere elektrischen Linearmotoren als Antrieb, können kraftmäßig so ausgelegt sein, dass die Druckkraft der einzelnen

Verdichterstufen höher ist als die vom Linearmotor erreichbare Maximalkraft. Durch eine betriebsweise Überlagerung der oszillierenden Massenkraft und der

Verdichtungskräfte ergibt sich eine maximale resultierende Kraft, die geringer sein muss, als die maximal erreichbare Kraft des Linearmotors. Dadurch können auch durch kleine Triebwerke große Drücke erzeugt werden, ohne kleine

Kolbendurchmesser zu verwenden und somit Förderleistung einbüßen zu müssen. Bei knapp an der Grenze zur maximal erreichbaren Kraft betriebenen Verdichtern kommt es bei einer Erhöhung des Eingangsdrucks des zu verdichtenden Gases in der Regel jedoch zur Abschaltung, da die aufbringbare Kraft des Verdichters nicht mehr ausreicht, um das Gas wie vorgesehen zu verdichten. Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit bereitzustellen, bei solchen Verdichtern eine Abschaltung bei Erhöhung des Eingangsdrucks zu verhindern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Verdichtung eines Gases, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung und einen mehrstufigen Kolbenverdichter mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.

Vorteile der Erfindung

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Verdichten eines Gases mittels eines mehrstufigen Kolbenverdichters. Dabei wird, wenn ein Eingangsdruck einer ersten Verdichtungsstufe einen Schwellwert überschreitet, das Gas wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, vor der ersten Verdichtungsstufe abgezweigt und einer unmittelbar auf die erste Verdichtungsstufe folgenden zweiten Verdichtungsstufe zugeführt.

Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Gas mit einem Druck, bei dem eine Verdichtung in der ersten Verdichtungsstufe bspw. aufgrund einer nicht aufbringbaren Kraft des verwendeten Antriebs nicht mehr möglich wäre, gar nicht erst der ersten Verdichtungsstufe, oder zumindest nicht vollständig, zugeführt wird. Die erste

Verdichtungsstufe muss demzufolge nicht abgeschaltet werden. Das abgezweigte Gas wird stattdessen gleich der nachfolgenden Verdichtungsstufe zugeführt. Da diese Verdichtungsstufe für höhere Eingangsdrücke ausgelegt ist, kann das Gas hier verdichtet werden. Somit ist es auch möglich, einen Verdichter für höhere als eigentlich vorgesehen Eingangsdrücke zu verwenden. Damit können sich für einen Verdichter zusätzliche Anwendungsfälle ergeben, für welche vorher ein größerer bzw.

leistungsstärkerer Verdichter nötig war. Vorzugsweise wird weiterhin ein Hub eines der ersten Verdichtungsstufe zugeordneten Kolbens des Kolbenverdichters reduziert. Damit kann bewusst ein Totraum in der ersten Verdichtungsstufe zugelassen werden, um die Gasmenge im entsprechenden Zylinder zu erhöhen. Zudem kann damit verhindert werden, dass in der ersten

Verdichtungsstufe ein zu geringer Zylinderdruck entsteht (die Verdichtungsvorrichtung schiebt dabei bei geschlossenem Saugventil Gas durch ein Druckventil aus, das Gas kann aber nicht nachströmen und das verbleibende Gas wird expandiert, wodurch im Zylinder ein Druckabfall stattfindet), der bspw. zur Abschaltung führen könnte, da anderenfalls Luft von außen eingesaugt würde und sich mit dem zu verdichtenden Gas vermischen würde. Zudem kann dadurch der Leistungsbedarf des Verdichters verringert werden.

Vorteilhafterweise wird der Hub in Abhängigkeit von einem Restdruck nach einer Rückexpansion in der ersten Verdichtungsstufe und/oder einem Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe reduziert. So kann ein Differenzbetrag , um den der Hub reduziert wird, bspw. umso weiter verringert werden, je höher der Restdruck nach der Rückexpansion in der ersten Verdichtungsstufe ist und/oder je größer (bezogen auf die Hubverminderung) der Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe ist. Dabei kann insbesondere das Totvolumen des betreffenden Zylinders der ersten Verdichtungsstufe mit berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann der Betrieb des Verdichters optimal an die vorliegenden Umstände angepasst werden. Für eine detailliertere Beschreibung eines möglichen Zusammenhangs zwischen Verringerung des Hubs und dem

Restdruck nach einer Rückexpansion in der ersten Verdichtungsstufe und dem

Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe sei an dieser Stelle auf die

Figurenbeschreibung verwiesen.

Es ist von Vorteil, wenn die Reduzierung des Hubs anhand von hinterlegten Werten für den Restdruck und/oder den Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe ermittelt wird. Damit kann der Rechenaufwand, insbesondere in Echtzeit, deutlich reduziert werden. Bspw. können dazu die Werte für die Hubreduzierung entsprechend Schritten von 0,5 bar der jeweiligen Drücke hinterlegt sein, bspw. in einer Steuerungseinheit für den Verdichter.

Vorzugsweise wird das Gas vor der ersten Verdichtungsstufe abgezweigt und der zweiten Verdichtungsstufe zugeführt, indem ein erstes Ventil in einem ersten

Förderweg zur ersten Verdichtungsstufe wenigstens teilweise geschlossen und ein zweites Ventil in einem zweiten Förderweg von dem ersten Förderweg zur zweiten Verdichtungsstufe wenigstens teilweise geöffnet wird. Eine solche Ventillogik mit einem zweiten Förderweg im Sinne einer Bypass-Leitung ermöglicht eine besonders einfache Ausführung des Verfahrens. Vorteilhafterweise wird als erstes Ventil ein Einlassventil der ersten Verdichtungsstufe verwendet. Zum Schließen kann das Einlassventil bspw. verriegelt werden. Auf diese Weise ist, außer dem zweiten Ventil in dem zweiten Förderweg, kein zusätzliches Ventil nötig.

Es ist von Vorteil, wenn zur Bewegung von Kolben im Kolbenverdichter wenigstens ein elektrischer Linearmotor verwendet wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache Anpassung des Hubs des Kolbens. Eine erfindungsgemäße Recheneinheit ist dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Bei einer solchen Recheneinheit kann es sich bspw. um eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) handeln. Diese Recheneinheit ist dazu dann insbesondere dazu eingerichtet, die erforderlichen Größen zu erfassen und zu verarbeiten und entsprechend die nötigen Komponenten anzusteuern.

Vorteilhafterweise wird zudem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klopferkennung vorgesehen.

Ein erfindungsgemäßer mehrstufiger Hubkolbenverdichter weist einen Gaseingang, eine erste Verdichtungsstufe und eine zweite Verdichtungsstufe auf. Dabei ist in einem ersten Förderweg zu einem Gaseinlass der ersten Verdichtungsstufe ein erstes Ventil angeordnet und es ist ein zweiter Förderweg, der von dem ersten Förderweg vor dem ersten Ventil abzweigt und zu einem Gaseinlass der zweiten Verdichtungsstufe führt, vorgesehen. Dabei ist im zweiten Förderweg ein zweites Ventil vorgesehen.

Vorzugsweise ist das erste Ventil als Einlassventil der ersten Verdichtungsstufe ausgebildet.

Vorteilhafterweise weist der mehrstufige Hubkolbenverdichter wenigstens einen elektrischen Linearmotor zur Bewegung von Kolben des Hubkolbenverdichters auf.

Es ist von Vorteil, wenn der mehrstufige Hubkolbenverdichter eine erfindungsgemäße Recheneinheit aufweist. Bzgl. der Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen mehrstufigen

Hubkolbenverdichters sei zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen. Der Kolbenverdichter wird für die Verdichtung von Gasen verwendet. Insbesondere wird der Kolbenverdichter für die Verdichtung von Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff, Methan, Erdgas, Helium oder Stickstoff verwendet.

Der Hubkolbenverdichter zur Verdichtung von Gas wird bevorzugt bei Temperaturen von -253 bis 150 °C betrieben. Durch den Kolbenverdichter kann das Gas bevorzugt auf Drücke zwischen 0,1 bar und 1000 bar verdichtet werden.

Die Temperaturen und Drücke sind abhängig vom Gas, welches verdichtet werden soll.

In den folgenden Ausführungsbeispielen werden bevorzugte Betriebsparameter zur Verdichtung verschiedener Gase mit dem Kolbenverdichter beschrieben. Bei den Gasen kann es sich unter Umständen auch um feuchte und/oder verunreinigte Gase handeln oder um Gasmischungen.

Kohlenstoffdioxid:

Die Eingangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) des Kohlenstoffdioxids beträgt bevorzugt zwischen -60 °C und 120 °C, insbesondere 1 bis 80 °C. Die

Ausgangstemperatur (Temperatur nach der Verdichtung) des Kohlenstoffdioxids beträgt bevorzugt zwischen 40 und 150 °C, insbesondere zwischen 60 und 100 °C. Der Eingangsdruck (Druck vor der Verdichtung) des Kohlenstoffdioxids beträgt bevorzugt 0,1 bar bis 10 bar, insbesondere 0,2 bis 4 bar. Der Ausgangsdruck (Druck nach der Verdichtung) des Kohlenstoffdioxids beträgt bevorzugt zwischen 5 und 100 bar, insbesondere 20 bis 60 bar. Der Volumenstrom liegt bevorzugt bei 0,5 Nm 3 /h bis 50 Nm 3 /h, insbesondere bei 1 Nm 3 /h bis 8 Nm 3 /h. Wasserstoff:

Die Eingangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) des Wasserstoffs beträgt bevorzugt zwischen -253 °C und 80 °C, insbesondere -253 °C bis -80 °C bei der Verwendung als kryogener Verdichter oder insbesondere -20 °C bis 80 °C bei der Verwendung als ionischer Verdichter. Die Ausgangstemperatur (Temperatur nach der Verdichtung) des Wasserstoffs beträgt bevorzugt zwischen -250 und 150 °C, insbesondere zwischen -60 und 80 °C. Der Eingangsdruck (Druck vor der Verdichtung) des Wasserstoffs beträgt bevorzugt 0,8 bar bis 40 bar, insbesondere 2,5 bis 30 bar. Der Ausgangsdruck (Druck nach der Verdichtung) des Wasserstoffs beträgt bevorzugt zwischen 10 und 1000 bar, insbesondere 500 bis 1000 bar. Der Volumenstrom liegt bevorzugt bei 0,5 Nm 3 /h bis 500 Nm 3 /h, insbesondere bei 50 Nm 3 /h bis 350 Nm 3 /h.

Methan oder Erdgas:

Die Eingangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) des Methan oder Erdgas beträgt bevorzugt zwischen -182 °C und 80 °C, insbesondere -182 °C bis -40 °C bei der Verwendung als kryogener Verdichter oder insbesondere -20 °C bis 80 °C bei der Verwendung als ionischer Verdichter. Die Ausgangstemperatur (Temperatur nach der Verdichtung) des Methan oder Erdgas beträgt bevorzugt zwischen -180 und 150 °C, insbesondere zwischen -60 und 80 °C. Der Eingangsdruck (Druck vor der Verdichtung) des Methan oder Erdgas beträgt bevorzugt 0,8 bar bis 30 bar, insbesondere 1 ,5 bis 20 bar. Der Ausgangsdruck (Druck nach der Verdichtung) des Methan oder Erdgas beträgt bevorzugt zwischen 10 und 650 bar, insbesondere 300 bis 600 bar. Der Volumenstrom liegt bevorzugt bei 0,5 Nm 3 /h bis 1000 Nm 3 /h, insbesondere bei 5 Nm 3 /h bis 350 Nn Vh. Helium:

Die Eingangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) des Heliums beträgt bevorzugt zwischen -269 °C und 80 °C, insbesondere -269 °C bis -80 °C bei der Verwendung als kryogener Verdichter oder insbesondere -20 °C bis 80 °C bei der Verwendung als ionischer Verdichter. Die Ausgangstemperatur (Temperatur nach der Verdichtung) des Heliums beträgt bevorzugt zwischen -269 und 150 °C, insbesondere zwischen -60 und 80 °C. Der Eingangsdruck (Druck vor der Verdichtung) des Heliums beträgt bevorzugt 0,8 bar bis 40 bar, insbesondere 2,5 bis 20 bar. Der Ausgangsdruck (Druck nach der Verdichtung) des Heliums beträgt bevorzugt zwischen 10 und

1000 bar, insbesondere 200 bis 600 bar. Der Volumenstrom liegt bevorzugt bei 0,5 Nm 3 /h bis 600 Nm 3 /h, insbesondere bei 50 Nm 3 /h bis 400 Nm 3 /h.

Stickstoff:

Die Eingangstemperatur (Temperatur vor der Verdichtung) des Stickstoffs beträgt bevorzugt zwischen -196 °C und 80 °C, insbesondere -196 °C bis -40 °C bei der Verwendung als kryogener Verdichter oder insbesondere -20 °C bis 80 °C bei der Verwendung als ionischer Verdichter. Die Ausgangstemperatur (Temperatur nach der Verdichtung) des Stickstoffs beträgt bevorzugt zwischen -195 und 150 °C,

insbesondere zwischen -60 und 80 °C. Der Eingangsdruck (Druck vor der Verdichtung) des Stickstoffs beträgt bevorzugt 0,8 bar bis 30 bar, insbesondere 1 ,5 bis 17 bar. Der Ausgangsdruck (Druck nach der Verdichtung) des Stickstoffs beträgt bevorzugt zwischen 10 und 650 bar, insbesondere 200 bis 400 bar. Der Volumenstrom liegt bevorzugt bei 0,5 Nm 3 /h bis 500 Nm 3 /h, insbesondere bei 5 Nm 3 /h bis 350 Nm 3 /h.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch in einem Flussdiagramm einen erfindungsgemäßen

mehrstufigen Hubkolbenverdichter in einer bevorzugten Ausführungsform. Figur 2 zeigt schematisch in einem Diagramm Hubverläufe bei einem

erfindungsgemäßen mehrstufigen Hubkolbenverdichter in einer bevorzugten Ausführungsform.

Ausführungsform der Erfindung

In Figur 1 ist schematisch und als Flussdiagramm ein erfindungsgemäßer mehrstufiger Kolbenverdichter 100 in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Der

Kolbenverdichter 100 weist dabei eine erste Verdichtungsstufe 1 10 und eine zweite Verdichtungsstufe 120 auf. Die beiden Verdichtungsstufen sind dabei jeweils als Kolben, die sich in einem Zylinder bewegen ausgebildet. Diese Kolben werden dabei von einem elektrischen Linearmotor 130 angetrieben. Selbstverständlich können weitere Verdichtungsstufen vorgesehen sein.

Die erste Verdichtungsstufe weist dabei ein Einlassventil 111 und ein Auslassventil 112 auf, welche als druckgesteuerte Rückschlagventile ausgebildet sein können. Ebenso weist die zweite Verdichtungsstufe 120 ein Einlassventil 121 und ein Auslassventil 122 auf, welche ebenfalls als druckgesteuerte Rückschlagventile ausgebildet sein können.

Der reguläre Gasfluss erfolgt dabei über einen ersten Förderweg 161 (in Figur 1 links dargestellt) zur ersten Verdichtungsstufe 110 und von der ersten Verdichtungsstufe 110 dann zur zweiten Verdichtungsstufe 120. Anschließend kann das Gas einer gewünschten Verwendung zugeführt werden.

Weiterhin sind Drucksensoren 141 , 142 und 143 vorgesehen. Mit dem Drucksensor 141 kann ein Eingangsdruck zur ersten Verdichtungsstufe erfasst werden, mit dem Drucksensor 142 kann ein Ausgangsdruck der ersten Verdichtungsstufe 110, respektive Eingangsdruck der zweiten Verdichterstufe 120 erfasst werden und mit dem Drucksensor 143 kann ein Ausgangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe 120 erfasst werden. Die Drucksensoren 141 , 142 und 143 sind dabei an eine als

speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildete Recheneinheit 170 angebunden. Die SPS 170 kann somit die entsprechenden Drücke erfassen bzw. auslesen.

Weiterhin ist ein erstes Ventil 151 im ersten Förderweg 161 vorgesehen. Dieses erste Ventil 151 kann vorliegend über die SPS 170 angesteuert, d.h. geöffnet und geschlossen werden. Dabei ist das erste Ventil 151 im Normalbetrieb geöffnet.

Weiterhin ist ein zweiter Förderweg 162 im Sinne einer Bypass-Leitung vorgesehen, der vom ersten Förderweg 161 , und zwar noch vor dem ersten Ventil 151 , abzweigt und vor die zweite Verdichtungsstufe 120 führt. In dem zweiten Förderweg 162 ist ein zweites Ventil 152 vorgesehen, das ebenfalls von der SPS 170 angesteuert, d.h. geöffnet und geschlossen werden kann. Dabei ist das zweite Ventil 152 im

Normalbetrieb geschlossen. Wird nun von der SPS 170 während des Betriebs des Kolbenverdichters 100 mittels des Drucksensors 141 ein Eingangsdruck zu ersten Verdichtungsstufe 110 erfasst bzw. gemessen, der über einem Schwellwert liegt, so wird das erste Ventil 151 bspw. vollständig geschlossen. Gleichzeitig wird das zweite Ventil 152 bspw. vollständig geöffnet. Das Gas strömt nun anstatt zur ersten Verdichtungsstufe 110 direkt zum Eingang der zweiten Verdichtungsstufe 120.

Dieser Schwellwert kann dabei vorzugsweise so gewählt werden, dass mit

Eingangsdrücken bis zu diesem Schwellwert die Leistung bzw. die aufbringbare Kraft des elektrischen Linearmotors 130 für die erste Verdichtungsstufe 110 gerade noch ausreicht, die geforderte Verdichtung durchzuführen. Auf diese Weise werden Eingangsdrücke, bei denen die geforderte Verdichtung nicht mehr durchgeführt werden könnte, in der ersten Verdichtungsstufe 110 vermieden.

Weiterhin wird der elektrische Linearmotor 130 von der SPS 170 derart angesteuert, dass der Hub des der ersten Verdichtungsstufe 110 zugeordneten Kolbens reduziert wird.

In Figur 2 sind schematisch in einem Diagramm Hubverläufe bei einem

erfindungsgemäßen mehrstufigen Hubkolbenverdichter in einer bevorzugten

Ausführungsform gezeigt. Dazu ist ein Hub h gegenüber einer Zeit t aufgetragen.

Mit h-i ist dabei ein Hubverlauf des der ersten Verdichtungsstufe zugeordneten Kolbens bezeichnet und mit h 2 ein Hubverlauf des der zweiten Verdichtungsstufe zugeordneten Kolbens.

Der Hub hh des Kolbens der ersten Verdichtungsstufe wird nun um einen Betrag Ah reduziert, so dass sich ein Hub h'-, für den Kolben der ersten Verdichtungsstufe ergibt. Der Hub des Kolbens der zweiten Verdichtungsstufe bleibt unverändert. Wie bereits eingangs erwähnt, wird dadurch ein Unterdruck in der zweiten Verdichtungsstufe vermieden.

Der Differenzbetrag Ah, um den der Hub reduziert wird, kann dabei anhand folgender Formel berechnet werden:

Dabei bezeichnet p1 den Restdruck nach der Rückexpansion in der ersten

Verdichtungsstufe. Der Druck p1 kann ein frei definierbarer Druck sein, der ein

Unterschreiten eines Absolutdrucks von 1 bar ausschließen soll. Sinnvollerweise sollte p1 »1 bar absolut liegen. Der Druck nach der Rückexpansion kann bspw. rechnerisch ermittelt bzw. indirekt festgestellt werden, sofern der Druck p1 in der Periode der Rückexpansion unter den vom Drucksensor 141 gemessenen Druck fällt. In diesem Fall würde Gas aus dem Volumen zwischen den Ventilen 151 , 1 1 1 und dem

Drucksensor 141 nachströmen und der mit dem Drucksensor 141 gemessene Druck würde somit abfallen. Mit p 2 ist der Eingangsdruck der zweiten Verdichtungsstufe, wie er bspw. mittels des Drucksensors 142 gemessen wird, bezeichnet.

Mit K ist der Isentropenkoeffizient der adiabatischen Zustandsänderung und mit V sta t ein statisches Totvolumen der ersten Verdichtungsstufe bezeichnet, wie es sich aus den Abmessungen des Kolbens und des Zylinders ergibt. Mit d ist schließlich der

Durchmesser des Kolbens der ersten Verdichtungsstufe bezeichnet. Mit anderen Worten wird durch die Hubreduzierung also das Totvolumen der ersten

Verdichtungsstufe vergrößert.

Steigt der Druck auf der Saugseite der zweiten Verdichtungsstufe, verkleinert sich der Wert Ah und der effektive Hub wird dadurch erhöht. Für niedrige Drücke muss daher ein großer Totraum in Kauf genommen werden, um bei der Rückexpansion eine Saugdrucküberwachung nicht zu verletzen.

Um den Rechenaufwand zu minimieren ist es bspw. sehr praktikabel,

wenn entsprechende Werte bspw. in 0,5 bar-Schritten in Tabellen festgehalten und diese in der SPS hinterlegt werden. Eine solche Stufenabschaltung wird praxisorientiert dann bspw. erst ab jenem Eingangsdruck aktiviert, ab dem der elektrische Linearmotor nicht mehr in der Lage ist, den Kolben in Bewegung zu setzen.