Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kol benkom pressor, insbesondere für eine Wärmepumpe, mit einem Zylinder, einem in dem Zylinder entlang einer Zylinderlängsachse linearbeweglich gelagerten Kolben, einem in dem Zylinder ausgebildeten und durch eine Kolbenbewegung volumenveränderlichen Arbeitsraum, der über einen ersten Ventilabschnitt einer Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel-Einlasskammer sowie über einen zweiten Ventilabschnitt der Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel-Auslasskammer strömungsverbunden ist, wobei der Arbeitsraum begrenzt ist durch einen Innenmantel des Zylinders, eine an einem Kolbenende des Kolbens ausgebildete Kolbenstirnseite sowie einem der Kolbenstirnseite gegenüberliegenden Arbeitsraum- Kopfabschnitt, wobei der Arbeitsraum-Kopfabschnitt gebildet ist aus einer geometrischen Anordnung des ersten und zweiten Ventilabschnitts.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Kolbenkompressor kann beispielsweise bei thermodynamischen Heizsystemen wie Wärmepumpen eingesetzt werden, insbesondere bei Hochtemperaturwärmepumpen. Nicht ausgeschlossen ist jedoch auch eine Implementierung der vorliegenden Erfindung in einem thermodynamischen Kühlsystem, beispielsweise einer Kältemaschine oder Klimaanlage. Auch in anderweitigen Systemen kann der erfindungsgemäß vorgeschlagene Kolbenkompressor eingesetzt werden.

Die Technologie von Wärmepumpen ist allgemein bekannt. So werden Wärmepumpen dazu eingesetzt, unter Aufwendung von technischer bzw. mechanischer Arbeit thermische Energie aus einem ersten externen Medium (z.B. der Umgebungsluft oder Flüssigkeiten) aufzunehmen und in Addition mit der aufgewendeten Antriebsenergie als Nutzenergie oder Nutzwärme auf ein zweites externes Medium zu übertragen. Das zweite externe Medium stellt dabei ein zu beheizendes Medium dar. Bei der Implementierung eines solchen Systems in einer Erdwärmeanlage kann das erste externe Medium von im Erdgestein enthaltenen Flüssigkeiten bereitgestellt werden, in Industrieprozessen kann aber auch Abwärme als erstes externes Medium dienen. Derzeit werden Wärmepumpen insbesondere zum Beheizen von Gebäuden eingesetzt. Jedoch sind derweil auch Anwendungen bekannt geworden, in denen Wärmepumpen zur Erzeugung von für industrielle Prozesse benötigter Wärme genutzt werden. Für industrielle Prozesse werden dabei häufig Hochtemperaturwärmepumpen mit Medientemperaturen von > 100°C eingesetzt bzw. benötigt.

In der DE 10 2011 086 476 Al ist das Wärmepumpen-Grundprinzip am Beispiel einer Hochtemperaturwärmepumpe anschaulich beschrieben. Die dortige Wärmepumpe weist einen Fluidkreislauf zum Aufnehmen von thermischer Energie durch das Fluid (Arbeitsmittel) aus wenigstens einem ersten Reservoir unter Aufwendung von technischer Arbeit und zur Abgabe von thermischer Energie durch das Fluid an wenigstens ein zweites Reservoir zum Heizen des wenigstens einen zweiten Reservoirs auf.

Nebst einer Verdampfungseinheit, einer Kondensationseinheit, und einer Expansionseinheit, weisen Wärmepumpen (auch Hochtemperaturwärmepumpen) standardmäßig einen Kompressor zur Kompression eines in einem Fluidkreislauf zirkulierenden Arbeitsmittels auf. In der Verdampfungseinheit wird vom flüssigen in den gasförmigen Zustand befördertes Arbeitsmittel vom Kompressor angesaugt und auf ein Druckniveau komprimiert, das zur Verflüssigung des Arbeitsmittels erforderlich ist. Während der (beispielsweise elektrisch) angetriebene Kompressor das dampfförmige Arbeitsmittel von einem niedrigen Ausgangsdruckniveau zu einem höheren Enddruckniveau verdichtet, erhöht sich die Temperatur des Arbeitsmittels. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verdichter (Kompressor)-Varianten bekannt, beispielsweise Hubkolbenverdichter, Scroll- Verdichter, Schraubenverdichter, Rollkolbenverdichter und Drehkolbenverdichter (diese Auflistung ist nicht abschließend). Hubkolbenverdichter beispielsweise basieren auf dem Prinzip, dass ein sich bewegender Kolben das gasförmige Arbeitsmittel durch ein Ansaugventil aus einer Ansaugkammer (Arbeitsmittel - Einlasskammer) in Richtung eines Arbeitsraums ansaugt, wenn sich der Kolben in einen den Kolben umgebendem Zylinder entlang einer Zylinderlängsachse abwärts bewegt. Das Arbeitsmittel wird verdichtet, wenn der Kolben eine Aufwärtsbewegung entlang der Zylinderlängsachse erfährt. Bei Hubkolbenverdichtern ist das Ansaugventil während der Kompression des Arbeitsmittels geschlossen. Das Arbeitsmittel verlässt den Arbeitsraum über ein Auslassventil (Druckventil) in Richtung einer Arbeitsmittel-Auslasskammer, sofern der Druck im Zylinder bzw. im Arbeitsraum ein auf einer Hochdruckseite des Kompressors vorliegendes Druckniveau überschreitet. Der „Verdichter" kann synonym als „Kompressor" bezeichnet werden. Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung sei der Kompressor gemeinhin als Kolbenkompressor bezeichnet. Der eigentliche Kompressor kann mit weiteren Komponenten, wie einer den Kompressor antreibenden Antriebseinheit (z.B. einem Elektromotor), einem Schmiermittelreservoir unmittelbar Zusammenwirken.

Die Erfindung kann sich auf unterschiedliche Bauformen von Kompressor- Systemen beziehen, unter anderem auf ein offenes Kompressor-System, ein halbhermetisches Kompressor-System oder ein hermetisches Kompressor- System. Bei offenen Kompressor-Systemen ist die Antriebseinheit (der Motor) baulich vom Kompressor getrennt. Dabei wird eine Antriebswelle des Kompressors aus dem Gehäuse geführt und mit der Antriebseinheit Wirkverbunden. In halbhermetischen Kompressor-Systemen sind die Antriebseinheit und der Kompressor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Bei einem hermetischen Kompressor-System sind Antriebseinheit und Kompressor ebenfalls in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, jedoch ist dieses im Gegensatz zu einem halbhermetischen Kompressor-System vollends nach außen verschweißt.

In der Regel weisen die erwähnten Kompressoren bzw. Kompressor-Systeme ein Schmiermittelreservoir zur Aufnahme eines Schmiermittels auf. Unter einem Schmiermittel kann auch ein Schmiermittelgemisch verstanden werden. Das Schmiermittel dient dazu, Komponenten des Kompressors bzw. Kompressor- Systems zu schmieren, insbesondere die beweglichen Komponenten des Kompressors (z.B. Kolben, Zylinder, Lager, Ventile etc.). Bekannte Schmiermittelreservoirs werden dabei häufig als „Ölsumpf' bezeichnet. Aus dem Ölsumpf bzw. Schmiermittelreservoir wird das Öl bzw. Schmiermittel angesaugt und zu den jeweils zu schmierenden Stellen befördert.

Bekannte Kolbenkompressoren weisen einen Arbeitsraum mit einem flachen Arbeitsraum-Kopfabschnitt auf, d.h. die dort zum Einsatz kommenden Ventilplatten (diese trennen den Arbeitsraum von einer Arbeitsmittel- Einlasskammer und einer Arbeitsmittel-Auslasskammer) sind flach und senkrecht zur Zylinderlängsachse eines den Kolben entlang der Zylinderlängsachse beweglich lagernden Zylinders ausgebildet. Die den Ventilplatten gegenüberliegende Stirnseite des Kolbens ist dabei ebenfalls flach ausgebildet. Ein Teil der Ventilplattenflächen wird für Säugventile, der andere Teil für Auslassventile verwendet. Eine solche Anordnung bewirkt, dass das Sauggas direkt am ausgestoßenen Gas vorbeiströmt, was ungewünschte Energie- bzw. Wärmeverluste hervorrufen kann.

Insbesondere bei der Verwendung von Kolben- Kompressoren in einer Hochtemperaturwärmepumpe müssen aufgrund der dort zum Einsatz kommenden Arbeitsmittel, die im Vergleich zu klassischen Arbeitsmitteln eine höhere Dichte aufweisen, die damit verbundenen höheren Druckverluste und schlechteren Strömungseigenschaften kompensiert werden. Anderenfalls würde dies zu inhärenten Verlusten im Wirkungsgrad des Kompressors und letztlich jenem den Kompressor beinhaltenden System führen, was z.B. durch eine Hochtemperaturwärmepumpe bereitgestellt werden kann.

Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kolben- Kompressor sowie eine Wärmepumpe mit verbessertem Wirkungsgrad bzw. verbesserter Effizienz bereitzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kolbenkompressor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Wärmepumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vorgeschlagen.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass eine hierin verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder" stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.

Die im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale können sowohl vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors als auch einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe bereitstellen. Sämtliche der hier beschriebenen Merkmale können also über Anspruchs-Kategoriegrenzen hinweg verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenkompressor, insbesondere für eine Wärmepumpe, mit einem Zylinder, einem in dem Zylinder entlang einer Zylinderlängsachse linearbeweglich gelagerten Kolben, einem in dem Zylinder ausgebildeten und durch eine Kolbenbewegung volumenveränderlichen Arbeitsraum, der über einen ersten Ventilabschnitt einer Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel-Einlasskammer sowie über einen zweiten Ventilabschnitt der Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel-Auslasskammer strömungsverbunden ist, wobei der Arbeitsraum begrenzt ist durch einen Innenmantel des Zylinders, eine an einem Kolbenende des Kolbens ausgebildete Kolbenstirnseite sowie einem der Kolbenstirnseite gegenüberliegenden Arbeitsraum- Kopfabschnitt, wobei der Arbeitsraum-Kopfabschnitt gebildet ist aus einer geometrischen Anordnung des ersten und zweiten Ventilabschnitts.

Der erfindungsgemäße Kolbenkompressor zeichnet sich dadurch aus, dass der erste und zweite Ventilabschnitt derart angeordnet ist, dass sich der Arbeitsraum in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts verjüngt.

Betont sei, dass ein erfindungsgemäßer Kolbenkompressor eine Ein- oder Mehrzahl von Kolben-Zylinder-Einheiten umfassen kann. Exemplarisch sei die Erfindung jedoch an einer sich aus einem Kolben und einem Zylinder zusammensetzenden Kolben-Zylinder-Einheit erläutert. Entsprechend kann jede der Kolben- Zylindereinheiten folgende Merkmale aufweisen:

- einen Zylinder,

- einen in dem Zylinder entlang einer Zylinderlängsachse linearbeweglich gelagerten Kolben,

- einen in dem Zylinder ausgebildeten und durch eine Kolbenbewegung volumenveränderlichen Arbeitsraum, der über einen ersten Ventilabschnitt einer Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel-Einlasskammer sowie über einen zweiten Ventilabschnitt der Ventileinrichtung mit einer Arbeitsmittel - Auslasskammer strömungsverbunden ist, wobei der Arbeitsraum begrenzt ist durch einen Innenmantel des Zylinders, eine an einem Kolbenende des Kolbens ausgebildete Kolbenstirnseite sowie einem der Kolbenstirnseite gegenüberliegenden Arbeitsraum-Kopfabschnitt, wobei der Arbeitsraum- Kopfabschnitt gebildet ist aus einer geometrischen Anordnung des ersten und zweiten Ventilabschnitts. Der erste und zweite Ventilabschnitt sind dabei derart angeordnet, dass sich der Arbeitsraum in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts verjüngt.

Je nach Stellung des Kolbens im Zylinder (der Kolben wird durch eine entsprechende Antriebseinheit angetrieben), vermindert oder vergrößert sich das Volumen des Arbeitsraums. Erstrebenswert ist dabei, dass der Arbeitsraum bei einer Stellung des Kolbens nahe des Arbeitsraum-Kopfabschnitts (also nahe der Arbeitsmittel-Einlasskammer und Arbeitsmittel-Auslasskammer) ein möglichst geringes Totvolumen aufweist. Unter einer „Linearbewegung" des Kolbens ist insbesondere ein Hin- und Herbewegen des Kolbens in einem Innenraum des Zylinders zu verstehen.

Die Arbeitsmittel-Einlasskammer stellt eine Niederdruckseite des Systems bereit, während die Arbeitsmittel-Auslasskammer eine Hochdruckseite bereitstellt. Unter einer Strömungsverbindung zwischen Arbeitsmittel-Einlasskammer und Arbeitsraum ist zu verstehen, dass Arbeitsmittel aus der Arbeitsmittel - Einlasskammer bei entsprechender Kolbenstellung in den Arbeitsraum einströmen kann. In dem Arbeitsraum wird das Arbeitsmittel sodann komprimiert (verdichtet) und kann aus dem Arbeitsraum (induziert durch die Kolbenbewegung) in Richtung der Arbeitsmittel-Auslasskammer strömen. Zur Bereitstellung der Strömungsverbindungen zwischen Arbeitsraum und den genannten Ein- bzw. Auslasskammern kann der erste und zweite Ventilabschnitt Ventilöffnungen (z.B. Schlitze, Lochöffnungen) aufweisen.

Der erste und zweite Ventilabschnitt kann nach bekannter Art ausgeführt sein, beispielsweise in Form von Ventilplatten. Der Arbeitsraum- Kopfabschnitt kann ausschließlich durch den ersten und zweiten Ventilabschnitt begrenzt sein. Durch die sich verjüngende Geometrie des Arbeitsraums in Richtung des Arbeitsraum- Kopfabschnitts ist gewährleistet, dass die Kontaktfläche zwischen Arbeitsraum und den jeweiligen Kammern vergrößert wird. Dadurch vergrößert sich die für die Ventilabschnitte (z.B. Ventilplatten) zur Verfügung stehende Fläche. Mit der vergrößerten Fläche der Ventilabschnitte wird der Druckverlust verringert. Bei der vorgeschlagenen Geometrie strömt das in den Arbeitsraum einströmende und aus diesem ausströmende Arbeitsmittel nicht mehr unmittelbar aneinander vorbei. Die Strömungstrennung ist verbessert, wodurch ungewünschte Wärmeübertragungen vermieden werden.

Nachfolgend seien vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erläutert, die sowohl als vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kolbenkompressors als auch einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe, insbesondere Hochtemperaturwärmepumpe, dienen können.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der erste und zweite Ventilabschnitt jeweils in einem Winkel von ungleich 90° zur Zylinderlängsachse angeordnet ist. Dies bewirkt, dass die Ventileinrichtung nicht senkrecht zur Zylinderlängsachse angeordnet ist, sondern im Querschnitt eine dachartige bereitstellt, sodass der Arbeitsraum sich in Richtung des Arbeitsraum- Kopfabschnitts verjüngt. Da jeweils einer der Ventilabschnitte mit der Arbeitsmittel-Einlasskammer und einer der Ventilabschnitte mit der Arbeitsmittel- Auslasskammer strömungsverbunden ist, wird bei einer solchen Anordnung ein direktes Vorbeiströmen des in den Arbeitsraum einströmenden Arbeitsmittels vorbei am aus dem Arbeitsraum ausströmenden Arbeitsmittel vermieden. Auch vergrößert sich dadurch - im Vergleich zum den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen - die Oberfläche der Ventileinrichtung.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der erste und zweite Ventilabschnitt in einem voneinander abweichenden Winkel relativ zur Zylinderlängsachse angeordnet ist. Darunter ist zu verstehen, dass der erste und zweite Ventilabschnitt nicht symmetrisch zueinander angeordnet sein können. Auch eine asymmetrische Anordnung ist möglich.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der erste und zweite Ventilabschnitt im gleichen Winkel relativ zur Zylinderlängsachse angeordnet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung sind die Ventilabschnitte symmetrisch angeordnet und weisen vorzugsweise die gleiche Form und Dimension auf (Länge, Breite, Durchmesser), stellen also die gleiche Oberfläche bereit.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der Arbeitsraum-Kopfabschnitt bezogen auf seinen Querschnitt mit einem spitzen oder stumpfen Winkel abschließt, wobei der spitze oder stumpfe Winkel aufgespannt wird durch den ersten und zweiten Ventilabschnitt. Je nach Bauraumanforderung oder baulichen Gegebenheiten des Kolbenkompressors kann der vom ersten und zweiten Ventilabschnitt aufgespannte Winkel ausgewählt werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der Arbeitsraum-Kopfabschnitt bezogen auf seinen Querschnitt mit einem rechten Winkel abschließt, wobei der rechte Winkel aufgespannt wird durch den ersten und zweiten Ventilabschnitt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der Arbeitsraum-Kopfabschnitt in Richtung des Arbeitsraums eine konkave Querschnittsform aufweist. Unter konkav kann in diesem Zusammenhang ein gebogener Querschnitt verstanden werden, bei dem sich der Arbeitsraum in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts verjüngt. Konkav kann in diesem Zusammenhang auch eine einen der vorgenannten Winkel zwischen erstem und zweitem Ventilabschnitt betreffende Anordnung meinen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass der erste und zweite Ventilabschnitt derart angeordnet ist, dass sie einen nach Art einer Halbkugel ausgebildeten Arbeitsraum-Kopfabschnitt bereitstellen. Dies führt zu einer weiteren Vergrößerung der Oberfläche der Ventileinrichtung bzw. der Ventilabschnitte, wenn diese zu den bekannten Systemen aus dem Stand der Technik verglichen wird. Es ist zu beachten, dass mit der Oberflächenvergrößerung im Vergleich zum Stand der Technik stets eine relative Oberflächenvergrößerung bezogen auf die jeweilige Größe des verwendeten Kolbenkompressors gemeint ist. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass die Kolbenstirnseite geometrisch zum Arbeitsraum-Kopfabschnitt korrespondiert. Damit ist der Kolben in der Lage beim Komprimieren des Arbeitsmittels, dieses möglichst vollständig aus dem Arbeitsraum zu verdrängen. Ferner wird dadurch das Totvolumen minimiert. Ist der Arbeitsraum-Kopfabschnitt beispielsweise in Richtung des Arbeitsraums konkav ausgebildet, so weist die Kolbenstirnseite vorzugsweise eine in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts eine konvexe Form auf. Die geometrische Gestaltung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts und der Kolbenstirnseite kann nach Art eines Schlüssel-Schloss Prinzips ausgebildet sein.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines mit der Erfindung vorgeschlagenen Kolbenkompressors kann vorgesehen sein, dass die Arbeitsmittel-Einlasskammer und die Arbeitsmittel-Auslasskammer über einen an den Arbeitsraum- Kopfabschnitt angrenzenden Separator voneinander getrennt sind. Der Separator verhindert einerseits einen unmittelbaren Stoffau stau sch zwischen dem in der Arbeitsmittel-Einlasskammer und der Arbeitsmittel- Auslasskammer enthaltenen Arbeitsmittel (dies erfolgt über den Arbeitsraum), andererseits wird durch den Separator eine Wärmeübertragung zwischen der Arbeitsmittel-Einlasskammer und der Arbeitsmittel-Auslasskammer reduziert oder verhindert. Dazu kann vorgesehen sein, dass der Separator eine zwischen einer Wand der Arbeitsmittel-Einlasskammer und einer Wand der Arbeitsmittel- Auslasskammer angeordnete Isolationsschicht umfasst, insbesondere einen Luftspalt. Handelt es sich bei der Isolationsschicht um einen Luftspalt, so stellt Luft das thermische Isolationsmittel bereit. Dies reduziert den baulichen Aufwand und vereinfacht den Austausch der Isolationsschicht. Über ein geeignetes Ventil kann die Luft abgelassen oder zugeführt werden. Auch ein anderweitiges thermisch isolierendes Material kann den Separator ausbilden oder in einem Hohlraum zwischen Arbeitsmittel-Einlasskammer und Arbeitsmittel-Auslasskammer angeordnet sein. Auch können mehrere Hohlraumkammern oder Kanäle vorgesehen sein, um den Separator auszubilden. Bei dem thermisch isolierenden Material kann es sich auch um ein keramisches Material, einen Kunststoff, einen Verbundwerkstoff, ein Textilmaterial, Glas, ein Öl oder ein anderweitiges geeignetes Isolationsmittel mit thermisch isolierenden Eigenschaften handeln. Wie erwähnt betrifft die Erfindung weiterhin eine Wärmepumpe, insbesondere eine Hochtemperaturwärmepumpe mit einem nach einem oder mehreren nach der Erfindung ausgebildeten Kolbenkompressor(en).

Bei einer Wärmepumpe, in welcher ein erfindungsgemäßer Kolbenkompressor zum Einsatz kommt, handelt es sich vorzugsweise um eine Hochtemperaturwärmepumpe. Dabei kann es sich um eine Hochtemperaturwärmepumpe mit Temperaturen des wärmeaufnehmenden externen Mediums von > 100°C handeln. Es können eine oder mehrere der vorbeschriebenen Kolbenkompressoren vorgesehen sein, wobei ein jeder der Kolbenkompressoren eine oder mehrere Kolben-Zylindereinheiten vorbeschriebener Art aufweisen kann. Insbesondere eignen sich dazu Hubkolben- Verdichter.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert wird. In den Zeichnungen zeigen schematisch:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Kolben-Zylindereinheit eines aus dem Stand der Technik bekannten Kolbenkompressors;

Fig. 2 einen Ausschnitt einer Kolben-Zylindereinheit eines nach der Erfindung ausgebildeten Kolbenkompressors.

Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Kolben-Zylindereinheit eines aus dem Stand der Technik bekannten Kolbenkompressors. Dargestellt ist ein Zylinder 1 (dieser kann auch als Zylindergehäuse bezeichnet werden) sowie ein in dem Zylinder 1 entlang einer Zylinderlängsachse L linearbeweglich gelagerter Kolben 2. In dem in dem Zylinder 1 ist ein Arbeitsraum 3 ausgebildet, wobei dessen Volumen durch eine Kolbenbewegung des Kolbens 2 veränderlich ist.

Der Arbeitsraum 3 ist über einen ersten Ventilabschnitt 11 einer Ventileinrichtung

4 mit einer Arbeitsmittel-Einlasskammer 5 sowie über einen zweiten

Ventilabschnitt 12 der Ventileinrichtung 4 mit einer Arbeitsmittel-Auslasskammer 6 strömungsverbunden. Der Arbeitsraum 3 ist begrenzt durch einen Innenmantel

7 des Zylinders 1, eine an einem Kolbenende des Kolbens 2 ausgebildete Kolbenstirnseite 8 sowie einen der Kolbenstirnseite 8 gegenüberliegenden Arbeitsraum-Kopfabschnitt 9, wobei der Arbeitsraum-Kopfabschnitt 9 gebildet ist aus einer geometrischen Anordnung des ersten und zweiten Ventilabschnitts 11, 12. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten und in Fig. 1 dargestellten Anordnung sind die ersten Ventilabschnitte 11 auf gleicher Höhe mit dem zweiten Ventilabschnitt 12 (dieser ist im Zentrum positioniert) angeordnet. Die Ventilabschnitte 11, 12 sind in einem Winkel von 90° relativ zur Zylinderlängsachse L angeordnet. Der Kolben 2 weist einen Außendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser des Zylinders 1 entspricht. Die Kolbenstirnseite 8 weist eine zu dem Arbeitsraum-Kopfabschnitt 9 korrespondierende Geometrie auf. Im vorliegenden Beispiel ist auch die Kolbenstirnseite 8 senkrecht zur Zylinderlängsachse L angeordnet und weist eine flache Form auf.

Bei derartigen Kolbenkompressoren weist der Arbeitsraum 3 - wie erwähnt - einen flachen Arbeitsraum-Kopfabschnitt 9 auf. Dieser ist flach und senkrecht zur Zylinderlängsachse L des den Kolben 2 entlang der Zylinderlängsachse L beweglich lagernden Zylinders 1 ausgebildet. Die den Ventilabschnitten 11, 12 gegenüberliegende Kolbenstirnseite 8 ist dabei ebenfalls flach ausgebildet. Ein Teil der Flächen der ersten Ventilabschnitte 11 (vorliegend sind zwei erste Ventilabschnitte 11 an den Außenseiten vorhanden) wird für Säugventile verwendet. Analoges gilt für die Fläche des zweiten Ventilabschnitts (zentriert angeordnet), die zu einem Teil zur Anordnung von Auslassventilen verwendet wird. Eine solche Anordnung bewirkt, dass das Sauggas direkt am ausgestoßenen Gas vorbeiströmt, was ungewünschte Energie- bzw. Wärmeverluste hervorrufen kann.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer Kolben-Zylindereinheit eines nach der Erfindung ausgebildeten Kolbenkompressors. Ersichtlich sind der erste und zweite Ventilabschnitt 11, 12 derart angeordnet, dass sich der Arbeitsraum 3 in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts 9 verjüngt. Der Arbeitsraum- Kopfabschnitt 9 ist vorliegend dachförmig ausgebildet. Dabei sind der erste und zweite Ventilabschnitt 11, 12 jeweils in einem Winkel von ungleich 90° zur Zylinderlängsachse L angeordnet. Die Kolbenstirnseite 8 korrespondiert geometrisch zum Arbeitsraum - Kopfabschnitt 9. Vorliegend ist anhand der gestrichelten Linie angedeutet, dass die Kolbenstirnseite 8 ebenfalls dachförmig ausgebildet ist, und insbesondere eine Querschnittsform nach Art eines Dreiecks aufweist.

Durch die sich verjüngende Geometrie des Arbeitsraums 3 in Richtung des Arbeitsraum-Kopfabschnitts 9 ist gewährleistet, dass die Kontaktfläche zwischen Arbeitsraum 3 und den jeweiligen Kammern (Arbeitsmittel-Einlasskammer 5, Arbeitsmittel-Auslasskammer 6) vergrößert wird. Dadurch vergrößert sich die für die Ventilabschnitte 11, 12 zur Verfügung stehende Fläche. Mit der vergrößerten Fläche der Ventilabschnitte 11, 12 wird der Druckverlust verringert. Bei der vorgeschlagenen Geometrie strömt das in den Arbeitsraum 3 einströmende und aus diesem ausströmende Arbeitsmittel nicht - wie beim Stand der Technik - unmittelbar aneinander vorbei. Die Strömungstrennung ist verbessert, wodurch ungewünschte Wärmeübertragungen vermieden werden.

Die Arbeitsmittel-Einlasskammer 5 und die Arbeitsmittel-Auslasskammer 6 sind über einen an den Arbeitsraum-Kopfabschnitt 9 angrenzenden Separator 10 (punktiert dargestellt) voneinander getrennt. Der Separator 10 umfasst eine zwischen einer Wand der Arbeitsmittel-Einlasskammer 5 und einer Wand der Arbeitsmittel-Auslasskammer 6 angeordnete Isolationsschicht, die insbesondere in Form eines Luftspalts ausgebildet sein kann. Auch dadurch werden Wärmeverluste verringert.

Bezugszeichenhste

1 Zylinder

2 Kolben

3 Arbeitsraum

4 Ventileinrichtung

5 Arbeitsmittel-Einlasskammer

6 Arbeitsmittel-Auslasskammer

7 Innenmantel

8 Kolbenstirnseite

9 Arbeitsraum-Kopfabschnitt

10 Separator

11 erster Ventilabschnitt

12 zweiter Ventilabschnitt L Zylinderlängsachse