BE1022434B1 - Compressorinstallatie - Google Patents

Compressorinstallatie Download PDF

Info

Publication number
BE1022434B1
BE1022434B1 BE2014/0654A BE201400654A BE1022434B1 BE 1022434 B1 BE1022434 B1 BE 1022434B1 BE 2014/0654 A BE2014/0654 A BE 2014/0654A BE 201400654 A BE201400654 A BE 201400654A BE 1022434 B1 BE1022434 B1 BE 1022434B1
Authority
BE
Belgium
Prior art keywords
compressor
cooling
circuit
working medium
compressor installation
Prior art date
Application number
BE2014/0654A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap filed Critical Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap
Priority to BE2014/0654A priority Critical patent/BE1022434B1/nl
Priority to PCT/BE2015/000038 priority patent/WO2016049712A1/en
Priority to EP15775066.2A priority patent/EP3186491B1/en
Priority to US15/504,894 priority patent/US10704426B2/en
Priority to CN201580048174.8A priority patent/CN106687667B/zh
Priority to JP2017511703A priority patent/JP6466570B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of BE1022434B1 publication Critical patent/BE1022434B1/nl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/003Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/02Arrangements or modifications of condensate or air pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/04Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type
    • F25B1/053Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type of turbine type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/04Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/07Details of compressors or related parts
    • F25B2400/073Linear compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00Problems to be solved
    • F25B2500/09Improving heat transfers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2501Bypass valves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

Compressorinstallatie voorzien van één of meer compressorelementen (2) en van een warmterecuperatiecircuit (11) in de vorm van een gesloten Rankine circuit waarin een arbeidsmedium circuleert doorheen één of meer verdampers (14) die dienst doen als koeler voor het samengeperst gas en een condensor (16) aangesloten op een koelcircuit (21) voor het koelen van het arbeidsmedium in de condensor (16), waarbij voor elke verdamper een bijkomende koeler (20) is voorzien die in serie is verbonden met een betreffende verdamper (14) en die erop berekend is om op zichzelf voor een voldoende koeling te kunnen instaan wanneer het warmterecuperatiecircuit (11) is uitgeschakeld.

Description

Compressorinstallatie.
De huidige uitvinding heeft betrekking op een compressorinstallatie voor het samenpersen van een gas, welke compressorinstallatie verder voorzieningen omvat voor warmterecuperatie.
Het is bekend dat de temperatuur van een gas door compressie toeneemt en dat het samengeperst gas moet gekoeld worden alvorens het aan een verbruikersnet kan geleverd worden om schade aan de verbruikers te voorkomen.
Doorgaans wordt daartoe een zogenaamde nakoeler gebruikt die is aangesloten op een koelcircuit met water dat doorheen de nakoeler stroomt of wordt gebruik gemaakt van omgevingslucht die doorheen de nakoeler wordt geblazen.
Bij meertrapscompressoren met twee of meer compressorelementen die in serie met elkaar zijn verbonden worden ook tussenkoelers toegepast om het samengeperst gas afkomstig van een vorig compressorelement te koelen alvorens het door een volgend, stroomafwaarts compressorelement wordt aangezogen, aangezien bekend is dat het rendement van een compressorelement gunstig wordt beïnvloed door lagere temperaturen van het samen te persen gas aan de inlaat van het betreffende compressorelement.
Op deze manier gaat veel warmte-energie verloren door opwarming van het koelmedium dat als warm water of warme lucht in de omgeving wordt afgestaan.
Om een deel van deze verloren warmte-energie te recupereren en om te zetten in bruikbare energie is het bekend om zulke compressorinstallatie te voorzien van een warmterecuperatiecircuit in de vorm van een gesloten circuit dat gekend is onder de naam Organische Rankine Cyclus en dat voorzien is van een pomp om een arbeidsmedium in het circuit te laten circuleren achtereenvolgens doorheen; - één of meer verdampers die dienst doen als koeler voor het samengeperst gas en waarin het vloeibaar arbeidsmedium afkomstig van de pomp in damp onder hoge druk wordt omgezet bij verhitting door de compressiewarmte van het samengeperst gas; - een expander in de vorm van een turbine of dergelijke met een rotor, een piston of dergelijke die door de verhitte damp wordt aangedreven en aldus zorgt voor de omzetting in mechanische energie die kan worden aangewend om een generator of dergelijke aan te drijven; en, - één of meer condensors die zijn aangesloten op een koelcircuit van een koelmedium, bijvoorbeeld water of lucht, voor het laten condenseren van de damp van het arbeidsmedium tot vloeistof die door de pomp opnieuw kan rondgepompt worden voor een volgende cyclus waarin het arbeidsmedium telkens opnieuw een faseverandering ondergaat van vloeistof naar damp en terug van damp naar vloeistof.
Op deze manier kan op bekende wijze de compressiewarmte van het samengeperst gas worden omgezet in een andere bruikbare energievorm op de as van de turbine of dergelijke.
Een nadeel van zulke compressorinstallatie met een Rankine warmterecupertiecircuit is dat het samengeperst gas niet rechtstreeks door het koelmedium wordt gekoeld maar wordt gekoeld door tussenkomst van het Rankine warmterecuperatiecircuit dat zich tussen het koelcircuit en het te koelen samengeperst gas bevindt.
Een daaruit voortvloeiend nadeel is dat wanneer het Rankine warmterecuperatiecircuit uitvalt wegens panne of lekken van het arbeidsmedium of dergelijke, de verdamper zijn koelende werking op het samengeperst gas niet kan uitoefenen en dat in dat geval de temperatuur aan de inlaat van het stroomafwaarts compressorelement en/of aan de uitlaat van de compressorinstallatie onaanvaardbaar hoog kan oplopen.
De huidige uitvinding heeft tot doel een oplossing te bieden voor één of meer van de voornoemde en/of andere nadelen.
Hiertoe betreft de uitvinding een compressorinstallatie met warmterecuperatie, welke compressorinstallatie is voorzien van één of meer compressorelementen en van een . warmterecuperatiecircuit voor de recuperatie van de compressiewarmte uit het samengeperst gas, waarbij dit warmterecuperatiecircuit is uitgevoerd als een gesloten circuit met een pomp om er een arbeidsmedium in te laten circuleren volgens een zogenaamde Rankine Cyclus doorheen één of meer verdampers die dienst doen als koeler voor het samengeperst gas afkomstig van een stroomopwaarts compressorelement dat er doorheen wordt geleid en waarin het arbeidsmedium door het samengeperst gas wordt opgewarmd; een expander voor het omzetten van thermische naar mechanische energie; en een condensor die is aangesloten op een koelcircuit met een koelmedium voor het koelen van het arbeidsmedium, waarbij de compressorinstallatie voor elke verdamper die dienst doet als tussenkoeler tussen twee opeenvolgende compressorelementen en/of voor een verdamper die dienst doet als nakoeler een bijkomende koeler bevat die in serie is verbonden met een betreffende verdamper voor het koelen van het gas dat doorheen deze verdamper wordt geleid en dat elke bijkomende koeler is opgenomen in het voornoemde koelcircuit van de condensor, waarbij één of meer bijkomende koelers erop berekend zijn om, voor een gegeven koelcapaciteit van het koelcircuit, op zichzelf voor een voldoende koeling te kunnen instaan wanneer het warmterecuperatiecircuit is uitgeschakeld.
Het koelmedium in het koelcircuit wordt dus in serie doorheen de condensor en doorheen de bijkomende koeler geleid.
Wanneer het warmterecuperatiecircuit uitvalt is er geen opwarming van het koelmedium dat doorheen de condensor stroomt en kan de koelcapaciteit van het koelmedium ten volle benut worden voor het koelen van het samengeperst gas dat doorheen de bijkomende koeler wordt geleid.
De compressorinstallatie werkt dan als een klassieke compressor zonder warmterecuperatie. Dit betekent dat voor de bijkomende koelers de standaard tussenkoelers en nakoelers van een compressor zonder warmterecuperatie kunnen gebruikt worden en dat een dergelijke klassieke compressor makkelijk kan omgebouwd worden tot een compressorinstallatie volgens de uitvinding die zowel zonder als met warmterecuperatie bruikbaar is.
Bij voorkeur is het warmterecuperatiecircuit een ORC circuit, met andere woorden een zogenaamde Organische Rankine Cyclus met een organisch arbeidsmedium dat meer speciaal gekenmerkt is door een gunstigere verdampingskarakteristiek (temperatuur en druk) voor lage temperatuurswarmte.
Hoe lager de kooktemperatuur van het werkmedium, hoe beter en efficiënter de ORC inzetbaar is voor het recupereren van warmte uit een samengeperst gas bij een lage temperatuur. Typisch wordt er gekozen voor een werkmedium waarbij de temperatuur van het kritisch punt dichtbij de maximum temperatuur van de warmtebron ligt. Ook de drukken, volumedebieten, broeikaseffect, toxiciteit en dergelijke zijn van belang.
De uitvinding is toepasbaar op een ééntrapscompressor met één enkel compressorelement; een verdamper en een bijkomende koeler voor het nakoelen van het samengeperst gas afkomstig van het ene compressorelement.
De uitvinding is eveneens toepasbaar op een meertrapscompressor met twee of meer in serie geschakelde compressorelementen en tussen elk paar compressorelementen en stroomafwaarts van het laatste compressorelement een verdamper en een bijkomende koeler voor het koelen van het samengeperst gas afkomstig van het onmiddellijk stroomopwaarts geplaatste compressorelement, waarbij de bijkomende koelers in serie met de condensor zijn opgenomen in het koelcircuit van de condensor.
Volgens een praktische uitvoeringsvorm van een meertrapscompressor volgens de uitvinding wordt slechts één enkele ORC toegepast met één enkele condensor en meerdere verdampers die dienst doen als tussenkoeler tussen twee opeenvolgende compressorelementen of als nakoeler stroomafwaarts van het laatste compressorelement.
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven van een compressorinstallatie volgens de uitvinding voor het samenpersen van een gas met warmterecuperatie, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch een compressorinstallatie volgens de uitvinding weergeeft; de figuren 2 tot 4 telkens een andere variant tonen van de compressorinstallatie van figuur 1; de figuren 5 tot 11 mogelijke varianten tonen van een compressorinstallatie volgens de uitvinding.
De in figuur 1 weergegeven compressorinstallatie 1 omvat in dit geval een ééntrapscompressor met één compressorelement 2 met een aandrijving 3 in de vorm van een motor of dergelijke.
Het compressorelement 2 is voorzien van een inlaat 4 en van een uitlaat 5, waarbij de inlaat 4 in dit geval aansluit op een aanzuigleiding 6 met daarin een inlaatklep 7 en een aanzuigfilter 8, terwijl de uitlaat 5 aansluit op een persleiding 9 voor samengeperst gas waarop een verbruikersnet 10 kan aangesloten worden.
De compressorinstallatie 1 is verder voorzien van een warmterecuperatiecircuit 11 in de vorm van een gesloten circuit 12 waarin een arbeidsmedium volgens een zogenaamde Organische Rankine Cyclus, afgekort ORC, circuleert door middel van een pomp 13 die het arbeidsmedium achtereenvolgens doorheen een verdamper 14; een expander 15; een condensor 16 en zo terug naar de pomp 13 stuwt.
De voornoemde expander 15 is zodanig geconfigureerd dat deze toelaat om de thermische energie om te zetten in mechanische energie, bijvoorbeeld doordat deze is uitgevoerd in de vorm van een turbine, met een uitgaande as 17 die gekoppeld is met een belasting, zoals bijvoorbeeld een generator 18 voor het leveren van elektrische energie aan een verbruiker 19.
De verdamper 14 is als koeler in de voornoemde persleiding 9 opgenomen in serie met een bijkomende koeler 20 voor het koelen van het samengeperst gas afkomstig van het compressorelement 2. Meer speciaal is een primair gedeelte van de verdamper 14 in serie verbonden met een primair gedeelte 20' van de bijkomende koeler 20.
De condensor 16 is samen met de voornoemde bijkomende koeler 20 in serie opgenomen in een koelcircuit 21 waardoorheen een koelmedium, bijvoorbeeld water of een andere koelvloeistof, wordt geleid, bijvoorbeeld door middel van een niet weergegeven pomp of dergelijke. Meer speciaal is een secundair gedeelte 16" van de condensor 16 in serie verbonden met een secundair gedeelte 20" van de bijkomende koeler 20.
Het warmterecuperatiecircuit 11 en het koelcircuit 21 zijn bij voorkeur zodanig geconfigureerd dat de richting van de stroming van het arbeidsmedium in de verdamper 14 (in dit geval een secundair gedeelte van de verdamper 14) en van het koelmedium in de bijkomende koeler 20 (meer bepaald in het secundair gedeelte 20" van de bijkomende koeler 20) tegengesteld zijn aan de stromingsrichting van het samengeperst gas dat er doorheen stroomt (in dit geval door het primair gedeelte van de verdamper 14 en het primair gedeelte 20' van de bijkomende koeler 20), wat zorgt voor een efficiënte warmteoverdracht van het ene medium naar het andere medium.
Op analoge manier worden het arbeidsmedium en het koelmedium in tegenstelde richting doorheen de condensor 16 geleid. In het weergegeven voorbeeld wordt immers het arbeidsmedium in een eerste richting doorheen het primair gedeelte 16' van de condensor 16 geleid, terwijl het koelmedium in een tweede richting doorheen het secundair gedeelte 16" van de condensor 16 wordt geleid, tegengesteld aan de voormelde eerste richting van het arbeidsmedium.
De werking van de compressorinstallatie 1 volgens de uitvinding is zeer eenvoudig en als volgt.
Wanneer het compressorelement 2 wordt aangedreven, wordt een gas, bijvoorbeeld lucht, aangezogen via de inlaat 4 en onder druk via de persleiding 9 aangeleverd aan het verbruikersnet 10.
Het samengeperst gas verlaat het compressorelement 2 bij een hoge uitlaattemperatuur die ervoor zorgt dat het samengeperst gas moet gekoeld worden alvorens het aan verbruikersnet 10 wordt geleverd om beschadigingen te voorkomen van de verbruikers in dit verbruikersnet 10.
Het koelen van het samengeperst gas vindt deels plaats in de bijkomende koeler 20 en deels in de verdamper 14, althans voor zover de pomp 13 van het warmterecuperatiecircuit 11 het arbeidsmedium doet circuleren in het circuit 12.
De pomp 13 stuurt het arbeidmedium in vloeibare vorm doorheen de verdamper 14 waar het arbeidmedium wordt verhit door het samengeperst gas dat doorheen de verdamper 14 stroomt.
Het arbeidsmedium is zo gekozen dat bij een bepaalde druk de kooktemperatuur van het arbeidsmedium lager is dan de uitlaattemperatuur van het samengeperst gas zodat het arbeidsmedium kan verdampen in de verdamper 14 en het als een damp de verdamper 14 verlaat bij een door de pomp 13 gerealiseerde verhoogde druk, waarbij de damp een expansie kan ondergaan in de expander 15, waardoor de expander aangedreven wordt en daarmee ook de generator 18 of een andere nuttige belasting.
Een voorbeeld van een geschikt organisch arbeidsmedium is 1,1,1,3,3-Pentafluoropropaan.
Vervolgens stroomt het geëxpandeerde arbeidsmedium in dampvorm doorheen de condensor 16 waar het in contact komt met de lage temperatuur van het koelmedium, wat er voor zorgt dat het arbeidsmedium condenseert om terug door de pomp 13 als een vloeistof te kunnen worden rondgepompt voor een volgende cyclus.
De bijkomende koeler 20 is er op berekend om, uitgaande van de beschikbare koelcapaciteit van het koelcircuit 21, het samengeperst gas voldoende te kunnen koelen zonder de koelende werking van de verdamper 14, bijvoorbeeld wanneer het warmterecuperatiecircuit 11 is uitgevallen door een defect of dergelijke, waarbij het koelmedium dan zonder temperatuursverhoging in de condensor 16 doorheen de bijkomende koeler 20 wordt geleid.
Dit betekent dat de bijkomende koeler 20 gedimensioneerd is voor een klassieke werking zonder warmterecuperatie en dat de koelcapaciteit van de bijkomende koeler 20 dan overgedimensioneerd is voor een werking met warmterecuperatie, maar met als groot voordeel dat de compressorinstallatie 1 normaal kan blijven functioneren wanneer het warmterecuperatiecircuit 11 uitvalt.
Het beste resultaat om het maximum aan warmte-energie terug te winnen wordt bereikt wanneer de bijkomende koeler 20 stroomafwaarts van de verdamper 14 in de persleiding 9 wordt geplaatst en condensor 16 in het koelcircuit 21 stroomopwaarts van de bijkomende koeler 20 wordt voorzien, alhoewel andere opstellingen niet uitgesloten zijn.
De compressorinstallatie 1 van figuur 2 verschilt van deze van figuur 1 doordat het ORC circuit 12 is voorzien van een bypass 22 die de ingang en de uitgang van de pomp 13 met elkaar verbindt en waarin een terugslagklep 23 is opgenomen die een stroming van het arbeidsmedium van de ingang naar de uitgang van de pomp 13 toelaat maar een stroming in omgekeerde zin voorkomt.
Deze bypass 22 wordt gebruikt om, bij stilstand van de pomp 13, een natuurlijke circulatie van het arbeidsmedium toe te laten in gevallen waarin de pomp 13 bij stilstand geen interne lekken vertoont tussen de ingang en uitgang.
In figuur 3 is eenzelfde compressorinstallatie 1 als deze van figuur 2 weergegeven met dit verschil dat de terugslagklep 23 is vervangen door een bypassklep 24 die al dan niet aanstuurbaar is voor de regeling van de Rankine cyclus. In het geval de bypassklep 24 aanstuurbaar is uitgevoerd is deze hiertoe verbonden met een niet in de figuren weergegeven stuureenheid of zogenaamde controller, hetzij door middel van een elektrische verbinding, hetzij door middel van een andere vorm van verbinding die toelaat een stuursignaal van de stuureenheid naar de bypassklep 24 te zenden.
In figuur 4 is een variante weergegeven van een compressorinstallatie 1 volgens de uitvinding waarbij in dit geval, ten opzichte van de uitvoeringsvorm van figuur 1, het koelcircuit 21 met een vloeibaar koelmedium vervangen is door een koelcircuit 21 met koeling door middel van een omgevingslucht of een ander koelgas dat achtereenvolgens over de condensor 16 en over de bijkomende koeler 20 wordt geblazen door middel van een ventilator of dergelijke, waarbij hiertoe de condensor 16 en de bijkomende koeler 20 zijn uitgevoerd als een radiator in plaats van als warmtewisselaar met een primair gedeelte waardoorheen het arbeidsmedium, respectievelijk het samengeperst gas, wordt doorheen geleid en een secundair gedeelte waardoorheen het koelmedium wordt geleid.
In figuur 5 is een compressorinstallatie 1 volgens de uitvinding weergegeven die een meertrapscompressor 1 omvat, in dit geval met twee in serie geschakelde compressorelementen 2, respectievelijk voor een compressorelement 2a van de lage druktrap en een compressorelement 2b van de hoge druktrap, die in dit geval samen worden aangedreven door een gemeenschappelijke aandrijving 3 en die met elkaar verbonden zijn door een intermediaire persleiding 9a.
Het ORC circuit 12 bevat in dit geval twee verdampers 14 om warmte te kunnen onttrekken, enerzijds, van het samengeperst gas afkomstig van het compressorelement 2a en, anderzijds, van het samengeperst gas afkomstig van het compressorelement 2b, waartoe één verdamper 14a is opgenomen in de intermediaire persleiding 9a en de andere verdamper 14b is opgenomen in de persleiding 9b naar het verbruikersnet 10.
Stroomopwaarts van elke verdamper 14a en 14b is een bijkomende koeler 20, respectievelijk koeler 20a en koeler 20b, voorzien die in serie met een betreffende verdamper 14a, respectievelijk 14b, is opgenomen in de persleidingen 9a en 9b voor het koelen van het gas dat doorheen deze bijkomende koeler 20a en 20b wordt geleid.
De verdampers 14a en 14b zijn in parallel in het koelcircuit 21 opgenomen waarbij aan de parallelingang van de verdampers 14a en 14b in het circuit een driewegskraan 26 is voorzien om het debiet van het arbeidsmedium afkomstig van de pomp 13 te verdelen over de beide verdampers 14a en 14b, dit afhankelijk van de temperaturen van het samengeperst gas aan de uitlaat 5 van de compressorelementen 2a en 2b die afhankelijk zijn van de drukverhoudingen van de compressorelementen 2a en 2b en/of afhankelijk van de temperaturen van het arbeidsmedium aan de uitlaat van de verdampers 14a en 14b.
De bijkomende koelers 20a en 20b zijn in dit geval parallel met elkaar verbonden en samen met de condensor 16 in serie opgenomen in het koelcircuit 21 en zo gedimensioneerd dat zij voor een voldoende koeling kunnen zorgen van het samengeperst gas wanneer het ORC circuit 12 zou uitvallen.
Het is duidelijk dat in dit geval ook slechts één enkele verdamper 14 kan worden toegepast in één van de persleidingen 9a of 9b, waarbij er dan in deze persleiding 9a of 9b met de verdamper 14 een bijkomende koeler 20 is voorzien, terwijl in de andere persleiding zonder verdamper 14 enkel een klassieke tussenkoeler of nakoeler 20 is voorzien, waarbij de bijkomende koeler 20 dan in serie met de condensor in het koelcircuit 21 is opgenomen terwijl de klassieke koeler eveneens in serie in dit koelcircuit kan aangesloten worden of op een apart circuit.
In figuur 6 is een variant weergegeven waarbij de driewegskraan is vervangen door twee afzonderlijke kranen 27 met dezelfde functie, terwijl in figuur 7 in plaats van een driewegskraan een kraan 27 en een restrictor 28 zijn toegepast.
In figuur 8 is een compressor weergegeven zoals deze van figuur 5 maar waarbij in dit geval het koelcircuit 21 gebaseerd is op luchtkoeling.
In figuur 9 is een identieke opstelling weergegeven als in figuur 8, doch waarbij de koelers 20a en 20b van plaats verwisseld zijn.
In elk van de figuren 10 en 11 is een variant van figuur 5 weergegeven waarbij in dit geval de verdampers 20a en 20b in het warmterecuperatiecircuit 11 in serie zijn geschakeld in plaats van in parallel, waardoor er in dit geval ook geen middelen nodig zijn zoals een driewegkraan 26 of dergelijke om het debiet van het arbeidsmedium dat in het warmterecuperatiecircuit 11 circuleert te verdelen over de verdampers 14a en 14b.
In figuur 10 passeert het arbeidsmedium eerst doorheen de verdamper 14a van het lage druk compressorelement 2a en vervolgens doorheen de verdamper 14b van het hoge druk compressorelement 2b, terwijl dit in figuur 11 net omgekeerd is.
Het is duidelijk dat in het geval dat er bij een meertrapscompressor zoals in het geval van de figuren 5 tot 11, geen beperkingen zijn qua maximale temperatuur van het samengeperst gas geleverd aan het verbruikersnet 10, een bijkomende nakoeler 20b eventueel kan achterwege gelaten worden aangezien, bij het uitvallen van de koelerfunctie van de nakoeler 14b door het uitvallen van het warmterecuperatiecircuit 11, de toename van de temperatuur aan de uitgang van de bijkomende nakoeler 20b toch niet begrensd is.
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een compressor volgens de uitvinding voor het samenpersen van een gas met warmterecuperatie kan in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden en is bij uitbreiding ook toepasbaar op compressoren met meer dan twee compressietrappen.

Claims (14)

  1. Conclusies .
    1.- Compressorinstallatie voor het samenpersen van een gas met warmterecuperatie, welke compressorinstallatie (1) is voorzien van één of meer compressorelementen (2) en van een warmterecuperatiecircuit (11) voor de recuperatie van de compressiewarmte uit het gecomprimeerd gas, waarbij dit warmterecuperatiecircuit (11) is uitgevoerd als een gesloten circuit met een pomp (13) om er een arbeidsmedium in te laten circuleren volgens een zogenaamde Rankine cyclus doorheen één of meer verdampers (14) die dienst doen als koeler voor het samengeperst gas afkomstig van een stroomopwaarts compressorelement (2) dat er doorheen wordt geleid en waarin het arbeidsmedium door het samengeperst gas wordt opgewarmd; een expander (15) voor het omzetten van thermische naar mechanische energie; en een condensor (16) die is aangesloten op een koelcircuit (21) met een koelmedium voor het koelen van het arbeidsmedium in de condensor (16), daardoor gekenmerkt dat de compressorinstallatie (1) voor elke verdamper (14) die dienst doet als tussenkoeler tussen twee opeenvolgende compressorelementen (2) en/of voor een verdamper (14) die dienst doet als nakoeler een bijkomende koeler (20) bevat die in serie is verbonden met een betreffende verdamper (14) voor het koelen van het gas dat doorheen deze verdamper (20) wordt geleid en dat elke bijkomende koeler (20) is opgenomen in het voornoemde koelcircuit (21) van de condensor (16), waarbij de één of meer bijkomende koelers (20) erop berekend zijn om, voor een gegeven koelcapaciteit van het koelcircuit (21), op zichzelf voor een voldoende koeling te kunnen instaan wanneer het warmterecuperatiecircuit (11) is uitgeschakeld.
  2. 2. - Compressorinstallatie volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het warmterecuperatiecircuit (11) een zogenaamde ORC cyclus of met andere woorden een zogenaamde Organische Rankine Cyclus waarin een organisch arbeidsmedium circuleert.
  3. 3. - Compressorinstallatie volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de kooktemperatuur van het organisch arbeidsmedium lager is dan 90°C, liever nog lager is dan 60 °C.
  4. 4. - Compressorinstallatie volgens één van de conclusies 1 tot 3, daardoor gekenmerkt dat de één of meer condensors (16) zich in het koelcircuit (21) stroomopwaarts van de één of meer bijkomende koelers (20) bevinden.
  5. 5. - Compressorinstallatie volgens één van de conclusies 1 tot 3, daardoor gekenmerkt dat de één of meer verdampers (14) zich voor het koelen van het gecomprimeerd gas stroomopwaarts van de bijkomende koelers (20) bevinden.
  6. 6. - Compressorinstallatie volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het warmterecuperatiecircuit (11) is voorzien van een bypass (22) die de ingang en de uitgang van de pomp (13) van het circuit (11) met elkaar verbindt en waarin een terugslagklep (23) is opgenomen die een stroming van het arbeidsmedium van de ingang naar de uitgang van de pomp (13) toelaat maar een stroming in omgekeerde zin belet.
  7. 7. - Compressorinstallatie volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het warmterecuperatiecircuit (11) is voorzien van een bypass (22) die de ingang en de uitgang van de pomp (13) van het circuit (11) met elkaar verbindt en waarin een bypassklep (24) is opgenomen.
  8. 8. - Compressorinstallatie volgens één voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het koelmedium een koelvloeistof is en dat de condensors (16) en bijkomende koelers (20) zijn uitgevoerd als een warmtewisselaar met een primair gedeelte (16', 20' ) waar het arbeidsmedium, respectievelijk het te koelen samengeperst gas, doorheen worden geleid en een secundair gedeelte (16", 20") waar de koelvloeistof wordt doorheen geleid.
  9. 9. - Compressorinstallatie volgens één voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het koelmedium koellucht is en de condensors (16) en bijkomende koelers (20) zijn uitgevoerd als een radiator waar het arbeidsmedium, respectievelijk het te koelen samengeperst gas, doorheen worden geleid en waar de koellucht over of doorheen wordt geblazen.
  10. 10. - Compressorinstallatie volgens één voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de compressorinstallatie (1) een ééntrapscompressor (1) omvat met één enkel compressorelement (2) en een verdamper (14) die dienst doet als nakoeler en een bijkomende nakoeler (20) voor het koelen van het samengeperst gas afkomstig van het ene compressorelement (2).
  11. 11. - Compressorinstallatie volgens één van de conclusies 1 tot 10, daardoor gekenmerkt dat deze compressorinstallatie (1) een meertrapscompressor omvat met twee of meer in serie geschakelde compressorelementen (2) en tussen elk paar compressorelementen (2) en stroomafwaarts van het laatste compressorelement (2) een verdamper (14) en een bijkomende koeler (20) voor het koelen van het samengeperst gas afkomstig van het onmiddellijk stroomopwaartse compressorelement (2), waarbij de bijkomende koelers (20) in parallel of in serie zijn opgenomen in het koelcircuit (21) van de condensor (16).
  12. 12. - Compressorinstallatie volgens conclusie 10 of 11, daardoor gekenmerkt dat de verdampers (14) van de meertrapscompressor in parallel of in serie in het warmterecuperatiecircuit (11) zijn opgenomen.
  13. 13. - Compressorinstallatie volgens conclusie 12, daardoor gekenmerkt dat in het geval de verdampers (14) in parallel in het warmterecuperatiecircuit (11) zijn opgenomen er middelen zijn om het debiet van het arbeidsmedium dat in het circuit (11) circuleert te verdelen over de verdampers (14) .
  14. 14. - Compressorinstallatie volgens conclusie 13, daardoor gekenmerkt dat de middelen om het debiet van het arbeidsmedium te verdelen over de verdampers (14) gevormd worden door een kraan (27) en/of een restrictie (28) aan de ingang van elke verdamper (14) of door een driewegskraan (26) die aansluit op de uitgang van de pomp (13) van het warmterecuperatiecircuit (11) en op de ingangen van de verdampers (14).
BE2014/0654A 2014-08-29 2014-08-29 Compressorinstallatie BE1022434B1 (nl)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE2014/0654A BE1022434B1 (nl) 2014-08-29 2014-08-29 Compressorinstallatie
PCT/BE2015/000038 WO2016049712A1 (en) 2014-08-29 2015-08-27 Method for cooling of the compressed gas of a compressor installation and compressor installation in which this method is applied
EP15775066.2A EP3186491B1 (en) 2014-08-29 2015-08-27 Method for cooling of the compressed gas of a compressor installation and compressor installation in which this method is applied
US15/504,894 US10704426B2 (en) 2014-08-29 2015-08-27 Method for cooling off the compressed gas of a compressor installation and compressor installation in which this method is applied
CN201580048174.8A CN106687667B (zh) 2014-08-29 2015-08-27 用于冷却压缩机设备的压缩气体的方法和应用该方法的压缩机
JP2017511703A JP6466570B2 (ja) 2014-08-29 2015-08-27 圧縮機設備の圧縮ガスの冷却方法及びこの方法を利用する圧縮機設備

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE2014/0654A BE1022434B1 (nl) 2014-08-29 2014-08-29 Compressorinstallatie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BE1022434B1 true BE1022434B1 (nl) 2016-03-30

Family

ID=52423517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BE2014/0654A BE1022434B1 (nl) 2014-08-29 2014-08-29 Compressorinstallatie

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10704426B2 (nl)
EP (1) EP3186491B1 (nl)
JP (1) JP6466570B2 (nl)
CN (1) CN106687667B (nl)
BE (1) BE1022434B1 (nl)
WO (1) WO2016049712A1 (nl)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016222927A1 (de) * 2016-11-21 2018-05-24 Mahle International Gmbh Wärmerückgewinnungseinrichtung
CN107023339B (zh) * 2017-05-26 2018-04-03 四川开山新玛能源科技有限公司 一种低温热流体的分级串联冷却系统控制方法
CN107179788B (zh) * 2017-05-26 2018-07-10 四川开山新玛能源科技有限公司 一种低温热流体的分级串联冷却系统的控制方法
CN110030174A (zh) * 2018-01-11 2019-07-19 西门子(中国)有限公司 气体压缩余热回收装置、系统、方法和存储介质
CN114658629A (zh) * 2018-01-18 2022-06-24 M·J·梅纳德 气体压缩系统
PL240519B1 (pl) * 2020-01-31 2022-04-19 Dac Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Agregat chłodniczy z dynamicznym chłodzeniem powietrza i element roboczy agregatu
CN112459983B (zh) * 2020-11-24 2022-03-01 清华四川能源互联网研究院 一种含压缩空气储能的综合供能系统及方法
US11644015B2 (en) 2021-04-02 2023-05-09 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11293414B1 (en) 2021-04-02 2022-04-05 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic rankine cycle operation
US11592009B2 (en) 2021-04-02 2023-02-28 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11493029B2 (en) 2021-04-02 2022-11-08 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11359576B1 (en) 2021-04-02 2022-06-14 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11480074B1 (en) 2021-04-02 2022-10-25 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11421663B1 (en) 2021-04-02 2022-08-23 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic Rankine cycle operation
US11255315B1 (en) 2021-04-02 2022-02-22 Ice Thermal Harvesting, Llc Controller for controlling generation of geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production
US11486370B2 (en) 2021-04-02 2022-11-01 Ice Thermal Harvesting, Llc Modular mobile heat generation unit for generation of geothermal power in organic Rankine cycle operations

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2353715A1 (fr) * 1976-06-04 1977-12-30 Sulzer Ag Centrale motrice a moteur a combustion interne pour navire
FR2476240A1 (fr) * 1980-02-19 1981-08-21 Kawasaki Heavy Ind Ltd Appareil de recuperation d'energie pour installation de compresseur de gaz
EP0364106A2 (en) * 1988-09-19 1990-04-18 Ormat, Inc. Method of and apparatus for producing power using compressed air
US20060225423A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-12 Brostow Adam A Process to convert low grade heat source into power using dense fluid expander
EP2578817A2 (en) * 2011-10-03 2013-04-10 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Power generation apparatus
DE102012220188A1 (de) * 2012-11-06 2014-05-08 Siemens Aktiengesellschaft Integrierter ORC-Prozess an zwischengekühlten Kompressoren zur Erhöhung des Wirkungsgrades und Verringerung der erforderlichen Antriebsleistung durch Nutzung der Abwärme

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1683761B (zh) * 2004-02-01 2010-04-28 柴文龙 两路循环型内燃机
JP2005325746A (ja) * 2004-05-13 2005-11-24 Toyota Industries Corp 車両用排熱回収システム
CN100451335C (zh) * 2006-02-27 2009-01-14 曾德勋 空气压缩机的热回收循环系统
KR101175385B1 (ko) * 2006-06-16 2012-08-20 엘지전자 주식회사 지열을 이용한 공기조화기
JP5018592B2 (ja) * 2008-03-27 2012-09-05 いすゞ自動車株式会社 廃熱回収装置
JP5495293B2 (ja) * 2009-07-06 2014-05-21 株式会社日立産機システム 圧縮機
JP5163620B2 (ja) * 2009-10-15 2013-03-13 株式会社豊田自動織機 廃熱回生システム
DE102010042401A1 (de) * 2010-10-13 2012-04-19 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine
WO2012075583A1 (en) * 2010-12-07 2012-06-14 Joseph John Matula Geothermal system
US8302399B1 (en) * 2011-05-13 2012-11-06 General Electric Company Organic rankine cycle systems using waste heat from charge air cooling
JP2013057256A (ja) * 2011-09-07 2013-03-28 Ihi Corp 圧縮機のエネルギー回収システム
JP2014231739A (ja) 2011-09-26 2014-12-11 株式会社豊田自動織機 廃熱回生システム
CN103573584B (zh) * 2013-09-23 2016-07-06 杭州山立净化设备股份有限公司 一种压缩空气热能回收及控制系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2353715A1 (fr) * 1976-06-04 1977-12-30 Sulzer Ag Centrale motrice a moteur a combustion interne pour navire
FR2476240A1 (fr) * 1980-02-19 1981-08-21 Kawasaki Heavy Ind Ltd Appareil de recuperation d'energie pour installation de compresseur de gaz
EP0364106A2 (en) * 1988-09-19 1990-04-18 Ormat, Inc. Method of and apparatus for producing power using compressed air
US20060225423A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-12 Brostow Adam A Process to convert low grade heat source into power using dense fluid expander
EP2578817A2 (en) * 2011-10-03 2013-04-10 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Power generation apparatus
DE102012220188A1 (de) * 2012-11-06 2014-05-08 Siemens Aktiengesellschaft Integrierter ORC-Prozess an zwischengekühlten Kompressoren zur Erhöhung des Wirkungsgrades und Verringerung der erforderlichen Antriebsleistung durch Nutzung der Abwärme

Also Published As

Publication number Publication date
US10704426B2 (en) 2020-07-07
WO2016049712A1 (en) 2016-04-07
EP3186491A1 (en) 2017-07-05
JP2017525894A (ja) 2017-09-07
JP6466570B2 (ja) 2019-02-06
EP3186491B1 (en) 2018-06-06
US20170254223A1 (en) 2017-09-07
CN106687667A (zh) 2017-05-17
CN106687667B (zh) 2019-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BE1022434B1 (nl) Compressorinstallatie
US8966916B2 (en) Extended range heat pump
BE1017317A3 (nl) Verbeterde compressorinrichting.
JP6342889B2 (ja) ヒートポンプ、熱ポンプ方法およびヒートポンプシステム
US9726411B2 (en) Modulated oversized compressors configuration for flash gas bypass in a carbon dioxide refrigeration system
BE1018598A3 (nl) Werkwijze voor het recupereren van enrgie.
JP6571491B2 (ja) ヒートポンプ
JP5958819B2 (ja) ヒートポンプシステムおよびそれを用いた冷却システム
US10767908B2 (en) Cascading heat recovery using a cooling unit as a source
BE1023904B1 (nl) ORC voor het omvormen van afvalwarmte van een warmtebron in mechanische energie en compressorinstallatie die gebruik maakt van een dergelijke ORC.
JP2012504221A (ja) プルダウン時における容量の増加
KR20120077106A (ko) 1단 병렬 압축기를 조합한 부하 능동형 히트 펌프
CN110023697B (zh) 混合热设备
JP5534752B2 (ja) 冷凍空調装置
AU2015208087A1 (en) Refrigeration plant
WO2014122515A2 (en) A rankine cycle apparatus
JP6854455B2 (ja) 空気調和装置
JP2013210158A (ja) 冷凍装置
JP5470064B2 (ja) 2段圧縮装置
JP6917583B2 (ja) 空気調和機
JP2010236833A (ja) 空気熱源ターボヒートポンプおよびその制御方法
RU2432531C2 (ru) Холодильное устройство и способ циркуляции в нем охлаждающей текучей среды
CN107614985B (zh) 热泵热水供给系统
JP2019174105A (ja) ヒートポンプ