BE1024644B1 - Compressormodule voor het comprimeren van gas en compressor daarmee uitgerust - Google Patents

Abstract

Compressormodule voor het comprimeren van gas samengesteld uit een compressorelement (2) met een behuizing met geïntegreerde compressorelementkoeler (22); een motor (5) en een gaskoeler (10) voor het koelen van het gecomprimeerde gas afkomstig van het compressorelement (2) daardoor gekenmerkt dat de gaskoeler (10) een primair gedeelte (13) omvat waar het te koelen gas kan doorheen geleid worden en een secundair gedeelte (16) dat met het primair gedeelte (13) in warmtewisselend contact is; dat een eerste koelcircuit (17) een koelmedium doorheen het secundair gedeelte (16) van de gaskoeler (10) of doorheen een gedeelte ervan kan leiden en een tweede koelcircuit (23) een koelmedium doorheen de compressorelementkoeler (22) kan leiden; en waarbij het eerste koelcircuit (17) en het tweede koelcircuit (23) in serie of in parallel worden samengevoegd en naar een gemeenschappelijke uitgang (19) worden geleid.

Description

Compressormodule voor het comprimeren van gas en compressor daarmee uitgerust.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een compressormodule en op een compressor daarmee uitgerust.

Men kent reeds compressormodules die zijn samengesteld uit een compressorelement; een motor voor de aandrijving van het compressorelement; desgevallend een tandwielkast tussen het compressorelement en de motor; een gaskoeler voor het koelen van het gecomprimeerde gas en een apart gesloten oliecircuit met een oliecarter, een oliekoeler en een oliepomp om de olie uit het oliecarter via de oliekoeler en een oliefilter doorheen de compressormodule te sturen voor het smeren van de lagers en desgevallend de tandwielen.

Meestal zijn de verschillende onderdelen samengebouwd in de behuizing van een compressor waarbij het gecomprimeerde gas gekoeld wordt door koelers waar een vloeibaar koelmedium zoals water doorheen wordt gestuurd of wordt het gecomprimeerde gas gekoeld in radiatoren door middel van ventilatoren die omgevingslucht doorheen de behuizing laten stromen voor de koeling van deze radiatoren.

De koelers en radiatoren zijn aangesloten door middel van flexibele of vaste externe leidingen en connecties om het koelmedium langs of doorheen de compressormodule te leiden. Deze leidingen en connecties zijn niet alleen duur, maar zijn bovendien onderhevig aan defecten en lekken die kunnen leiden tot een hogere onderhoudskost van dergelijke compressormodules.

Een nadeel van luchtkoeling is dat de ventilatielucht die de compressiewarrate afvoert nog moeilijk nuttig kan aangewend worden. Het is ook moeilijk om met luchtkoeling te koelen tot een lage temperatuur omdat voor het realiseren van een klein temperatuursverschil, ook wel delta T genaamd, tussen de ventilatielucht temperatuur en het te koelen medium, zeer grote koelers nodig zijn die zeer duur zijn. Zo blijft in de praktijk dan ook een compressorelement bij directe of indirecte luchtkoeling, bijvoorbeeld middels een oliecircuit met radiator, meestal in regimewerking relatief warm, wat het compressierendement benadeelt.

Een bijkomend nadeel is dat luchtkoeling in de tijd afneemt aangezien radiatoren stof en ander vuil accumuleren. Om die reden worden radiatoren doorgaans overgedimensioneerd om steeds verzekerd te zijn van voldoende koelcapaciteit en dienen radiatoren regelmatig gereinigd te worden, wat zorgt voor een extra kost.

In een groot aantal compressoren wordt water als koelmedium gebruikt, dit vooral in grote compressoren. Water maakt het mogelijk om compressiewarmte te recupereren van een compressor en om deze gerecupereerde warmte op een nuttige manier te gebruiken, bijvoorbeeld voor het verwarmen van gebouwen of het opwekken van elektrische stroom of dergelij ke.

Opdat dergelijke warmterecuperatie economisch zou zijn, is het nodig dat een maximum aan warmte aan de compressor wordt onttrokken, niet alleen van het gecomprimeerde gas en van het compressorelement zelf, maar tevens van op andere plaatsen zoals de motor, eventueel de sturing van de motor, de lagers, een eventuele tandwielkast, en dit hetzij rechtstreeks, bijvoorbeeld door waterkoeling van de motor, hetzij onrechtstreeks, bijvoorbeeld door het onttrekken van de warmte aan de olie die gebruikt wordt voor het smeren van de lagers en de tandwielen.

De koelers van de motor en van het compressorelement zijn meestal verbonden met externe koelers via externe leidingen.

Het oliecircuit is ook steeds voorzien van een aparte externe koeler aangesloten via externe leidingen.

Een nadeel is dat een groot aantal externe leidingen en connecties nodig zijn om het water en de olie rond te sturen en dat ook in dit geval deze leidingen en connecties de kostprijs van de compressor omhoog drijven, en tevens een extra risico op defecten en lekken met zich meebrengen.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meer van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.

Hiertoe betreft de uitvinding een compressormodule voor het comprimeren van gas die is samengesteld uit een compressorelement met een behuizing met geïntegreerde compressorelementkoeler; een motor en een gaskoeler voor het koelen van het gecomprimeerde gas afkomstig van het compressorelement met een primair gedeelte waar het te koelen gas kan doorheen geleid worden en een secundair gedeelte dat met het primair gedeelte in warmtewisselend contact is; met een eerste koelcircuit dat een koelmedium doorheen het secundair gedeelte van de gaskoeler of doorheen een gedeelte ervan kan leiden en een tweede koelcircuit dat een koelmedium doorheen de compressorelementkoeler kan leiden en waarbij het eerste koelcircuit en het tweede koelcircuit in serie of in parallel worden samengevoegd en naar een gemeenschappelijke uitgang worden geleid.

Als koelmedium kan water gebruikt worden, waaraan eventueel additieven zijn toegevoegd, zoals bijvoorbeeld additieven om corrosie af te remmen. In plaats van water, kan ook olie gebruikt worden als koelmedium.

De compressormodule kan een tandwielkast omvatten met een behuizing tussen het compressorelement en de motor.

De motor kan een behuizing omvatten met een geïntegreerde motorkoeler. Het tweede koelcircuit kan koelmedium doorheen de motorkoeler leiden in serie of parallel met het compressorelement.

Het tweede koelcircuit kan koelmedium doorheen een koeler op de sturing van de motor leiden in serie of parallel met het compressorelement.

Bij voorkeur omvat de compressormodule een gesloten oliecircuit met een oliecarter en een oliepomp om de olie uit het oliecarter via interne kanalen doorheen of langs de warme delen van de compressormodule rond te sturen, waarbij de olie in het oliecircuit via voornoemde interne kanalen en/of het oliecarter in warmtewisselend contact is met het eerste koelcircuit en/of met het tweede koelcircuit.

De oliepomp kan aangedreven worden door de motor die ook het compressorelement aandrijft. Bij voorkeur is er na de oliepomp dan een bypass naar het oliecarter voorzien. In deze bypass kan een oliekoeler voorzien zijn. Deze oliekoeler kan met het eerste of tweede koelcircuit warmte wisselen. In de bypass leiding is bij voorkeur een overdrukventiel voorzien, zodat wanneer de oliepomp een hogere oliedruk levert dan nodig, een deel van de olie via de bypass naar het oliecarter geleid wordt.

De oliepomp kan ook aangedreven worden door een aparte elektrische motor. Dan kan met behulp van toerentalregeling het debiet en/of de druk geleverd door de oliepomp geregeld worden om aldus steeds de gewenste hoeveelheid olie voor smering en koeling naar de lagers en/of tandwielen te brengen.

Bij voorkeur is de olie in het oliecircuit in warmtewisselend contact met het tweede koelcircuit via interne kanalen van de motor en/of van het compressorelement die in warmtewisselend contact staan met de motorkoeler en/of met de compressorelementkoeler.

Bij voorkeur is de olie in het oliecircuit in warmtewisselend contact met het eerste koelcircuit via het secundair gedeelte van de gaskoeler of een gedeelte ervan dat in warmtewisselend contact is met de olie in het oliecarter.

In een mogelijke uitvoeringsvorm, strekt de gaskoeler zich met minstens een cartergedeelte doorheen het oliecarter uit, waarbij het primair gedeelte en/of het secundair gedeelte van de gaskoeler in dit cartergedeelte van de gaskoeler in warmtewisselend contact zijn met de olie in het oliecarter.

In een verdere mogelijke uitvoeringsvorm strekt de gaskoeler zich met minstens een buitengedeelte buiten het oliecarter uit, waarbij het buitengedeelte van het primair gedeelte van dit buitengedeelte is voorzien van een gasinlaat om het te koelen gas achtereenvolgens doorheen het buitengedeelte en het cartergedeelte te kunnen leiden.

Het primair gedeelte van de gaskoeler kan gevormd worden door een buis, waarbij het secundair gedeelte van de gaskoeler is geïntegreerd in of rond deze buis.

Een voordeel van dergelijke compressormodule waarin de koeling zo goed als volledig is geïntegreerd, is dat het zeer gemakkelijk is om met dergelijke compressormodule een operationele compressor te bouwen.

Het volstaat immers om een gasfilter te voorzien op de gasinlaat van het compressorelement en de uitgang van de gaskoeler, eventueel via een drukvat, aan te sluiten op een gebruikersnet en het eerste en tweede koelcircuit aan te sluiten op een aanvoer van koelmedium en een aansluiting te voorzien om het warme koelmedium van deze koelcircuits nuttig te kunnen gebruiken, bijvoorbeeld voor verwarming of andere vormen van nuttige energierecuperatie.

Een ander voordeel is dat de warmte rechtstreeks wordt gehaald en afgevoerd van de warme delen van de compressormodule waar de warmte wordt gegenereerd zoals in de lagers, de tandwielen, de motor, de sturing van de motor, het compressorelement en dergelijke en dat deze warmte op die manier veel efficiënter kan worden gerecupereerd doordat de afstand tussen de warmtebron en de koeler veel korter is en er dus minder warmte verloren gaat, door straling of andere mechanismen.

Het koelmedium wordt opgewarmd door het warmtewisselend contact met de compressiewarmte van het gecomprimeerde gas in de gaskoeler, door de warmte die ontwikkeld wordt in de motor, de sturing van de motor en in het compressorelement en door het warmtewisselend contact met de olie in het oliecircuit, welke olie zelf de warmte heeft opgenomen van lagers, tandwielen en andere bewegende onderdelen die met de olie worden gesmeerd.

Door deze gecumuleerde warmteopnames kan de temperatuur van het koelmedium sterk opgedreven worden, wat gunstig is om het warme koelmedium nuttig te kunnen gebruiken voor verwarming of andere toepassingen en dit door gebruik te maken van gerecupereerde warmte die bij klassieke compressoren grotendeels verloren gaat.

Nog een voordeel is dat door de efficiënte afvoer van de compressiewarrnte, het compressorelement vrij koel kan gehouden worden, wat het compressierendement ten goede komt.

Nog een ander voordeel is dat er geen of minder externe leidingen nodig zijn dan bij de bekende compressoren om het koelmedium en de olie doorheen de compressormodule te sturen, buiten deze vanzelfsprekend voor de aansluiting van de module op een aanvoer en afvoer van het koelmedium, waardoor minder assemblagekosten, minder lekken, minder verloren warmte, bijvoorbeeld door straling, en dergelijke.

Een ander belangrijk voordeel is dat er geen of in beperkte mate extra externe koelers of luchtkoeling nodig zijn dan deze die geïntegreerd zijn in de compressormodule. Een voordeel dat hieraan gekoppeld is, is dat de compressormodule kan worden opgesloten in een gesloten behuizing van de compressor zonder extra ventilatie, of met slechts beperkte ventilatie, bijvoorbeeld natuurlijke convectie en/of geforceerde ventilatie, om omgevingslucht doorheen de behuizing te sturen zoals bij de bekende compressoren en dus zonder of met veel minder lawaai dat dergelijke ventilatie met zich meebrengt.

Dit brengt mee dat dergelijke compressor volgens de uitvinding in grote mate geluidsarm kan gemaakt worden door de gesloten behuizing, die eventueel nog kan bekleed worden met geluidsarm materiaal.

Nog een voordeel is dat een compressormodule volgens de uitvinding zeer compact kan gemaakt worden, waardoor dus minder standruimte moet worden voorzien.

Bij voorkeur is het tweede koelcircuit in parallel op het eerste koelcircuit of op een gedeelte van dit eerste koelcircuit aangesloten, waarbij het tweede koelcircuit het eerste koelcircuit geheel of gedeeltelijk overbrugt.

In een mogelijke uitvoeringsvorm is het eerste koelcircuit voorzien van een ingang voor de aanvoer van het koelmedium en wordt het tweede koelcircuit van het eerste koelcircuit afgetakt aan deze ingang of op een punt stroomopwaarts van het secundair gedeelte van de gaskoeler tussen deze ingang en het secundair gedeelte van de gaskoeler.

Bij voorkeur bezitten beide koelcircuits een gezamenlijke in- en uitgang.

In het tweede koelcircuit kunnen orifices en/of kleppen opgenomen zijn om in te stellen en/of te regelen hoeveel koelmedium door de koelcircuits kan stromen.

Op die manier wordt de warmte die van de motor en van het compressorelement door het koelmedium in het tweede koelcircuit wordt opgenomen toegevoegd aan de warmte die door het eerste koelcircuit van het hete gecomprimeerde gas wordt gerecupereerd om aldus een hogere temperatuur te bekomen van het koelmedium tot bijvoorbeeld ruim 90°C aan de gezamenlijke uitgang van beide koelcircuits, waardoor deze warmte-energie ook beter bruikbaar wordt voor nuttige toepassingen dan warmte-energie op een lagere temperatuur van bijvoorbeeld 45°C.

Het geniet de voorkeur dat bij een voornoemd parallel koelcircuit het tweede koelcircuit op het eerste koelcircuit aansluit in een intermediair punt van het secundair gedeelte van de gaskoeler dat gelegen is tussen de ingang en de uitgang van dit secundair gedeelte.

Op die manier maakt men maximaal gebruik van de koude temperatuur van het aangevoerde koelmedium om het gecomprimeerde gas aan de uitgang van het primair gedeelte van de gaskoeler efficiënt te koelen.

In een mogelijke uitvoeringsvorm is het tweede koelcircuit op het eerste koelcircuit aangesloten ter overbrugging van het secundair gedeelte in het cartergedeelte van. de gas koeler.

Ter plaatse van de aansluiting van het tweede koelcircuit op het voornoemde intermediair punt van het secundair gedeelte van de gaskoeler kan een regelklep voorzien zijn en een afsluitbare aansluiting voor koelmedium.

Het is ook mogelijk dat het eerste koelcircuit en het tweede koelcircuit in serie op elkaar aansluiten met een ingang en een uitgang om het koelmedium achtereenvolgens door beide koelcircuits te leiden.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm zijn de leidingen van het tweede koelcircuit en het oliecircuit in de behuizing van de compressormodule geïntegreerd.

In nog een voorkeurdragende uitvoeringsvorm zijn de leidingen van het eerste koelcircuit geïntegreerd in de behuizing van de compressormodule.

Bij voorkeur bereikt het koelmedium aan de uitgang een temperatuur hoger dan 65°C, bij voorkeur hoger dan 75°C en nog meer bij voorkeur hoger dan 85°C.

Met één of meer dergelijke compressormodules kan op eenvoudige wijze een compressor gemaakt worden waarbij deze één of meer compressormodules zijn aangebracht in een gesloten kast zonder geforceerde ventilatie met gas van buitenuit.

Dit biedt het voordeel dat er geen luchtstroom rondom de compressor wordt opgewekt, wat stofhinder en andere problemen kan teweeg brengen, of anders bijkomende zogenaamde ducting van de koellucht vereist.

De omkasting van een dergelijke compressor behoeft dan qua fluïdumaansluitingen enkel een inlaat en een uitlaat voor gas dat door het compressorelement wordt gecomprimeerd en een aanvoer en afvoer voor het koelmedium dat door de koelcircuits wordt gestuurd.

Het realiseren van een compressor op dergelijke wijze is met name interessant voor het realiseren van een olievrije schroefcompressor.

Dankzij de modulariteit van de uitvinding waarbij elke compressormodule haar eigen efficiënte koeling bevat kan op eenvoudige manier een meertrapscompressor worden samengesteld waarbij de compressorelementen van twee of meer compressormodules in serie worden samengebouwd.

In het bijzonder geval van een tweetrapscompressor samengesteld uit twee compressormodules volgens de uitvinding, namelijk een lagedruk en een hoge druk compressormodule, wordt de gasinlaat van de hoge druk compressormodule aangesloten op de gasuitlaat van de lage druk compressormodule en geniet het de voorkeur dat de lage druk compressormodule een compressormodule is met het tweede koelcircuit in parallel op het eerste koelcircuit of op een gedeelte van het eerste koelcircuit en waarbij bijgevolg het tweede koelcircuit het eerste koelcircuit geheel of gedeeltelijk overbrugt, en waarbij de uitgang van het tweede koelcircuit aansluit op een intermediair punt van het secundair gedeelte van de gaskoeler en dat het tweede koelcircuit van de hoge druk compressormodule aansluit met een leiding, eventueel voorzien van een regelklep, op het eerste koelcircuit van de lage druk compressormodule ter plaatse of in nabijheid van dit voornoemd intermediair punt.

Op die manier wordt de warmte van het tweede koelcircuit van de hoge druk compressormodule geheel of gedeeltelijk gebruikt om het koelmedium dat door de lage druk compressormodule stroomt extra te verwarmen tot een hogere temperatuur die nog beter bruikbaar is voor warmterecuperatie.

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 compressormodule volgens de uitvinding en van een compressor daarmee uitgerust, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch de opbouw van een compressormodule volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 schematisch het stromingsschema toont van de compressormodule van figuur 1 ingebouwd in een behuizing van een ééntrapscompressor; de figuren 3 en 4 een schema tonen zoals respectievelijk deze van de figuren 1 en 2, maar voor een tweetrapscompressor;

De figuren 5 tot 8 verschillende varianten tonen van de compressormodule van figuur 1.

De in de figuren 1 en 2 weergegeven compressormodule 1 is samengesteld uit een compressorelement 2 met een ingang 3 voor te comprimeren gas en een uitgang 4 voor het gecomprimeerde gas; een elektrische motor 5; in dit geval een tandwielkast 6 tussen het compressorelement 2 en de motor 5 met tandwielen 7 voor de overbrenging van het motorkoppel op het compressorelement 2; een oliecarter 8 met olie voor het smeren en koelen van de lagers 9 van de motor 5 en het compressorelement 2 en van de tandwielen 7; en een gaskoeler 10 voor het koelen van het gecomprimeerde gas afkomstig van het compressorelement 2, welke gaskoeler 10 via een schematisch weergegeven pijp 11 is verbonden met de uitgang 4 van het compressorelement 2.

De gaskoeler 10 bevat in dit geval een buis 12 die het primair gedeelte 13 vormt van de gaskoeler 10 waar het gecomprimeerde gas afkomstig van het compressorelement 2 via een gasinlaat 14 kan doorheen geleid worden naar een gasuitlaat 15 waarop een net van gebruikers van gecomprimeerd gas kan op aangesloten worden, welke buis 12 in warmtewisselend contact is met een secundair gedeelte 16 van de gaskoeler 10 dat zich als een eerste koelcircuit 17 in of rond de buis 12 uitstrekt en dat voorzien is van een ingang 18 en van een uitgang 19 voor een koelmedium dat er doorheen gevoerd wordt in de richting van de pijl Cl.

Met primair wordt hier het deel van de warmtewisselaar bedoeld dat doorstroomd wordt met het te koelen medium, in casu gecomprimeerd gas, en met secundair het deel van de warmtewisselaar dat doorstroomd wordt met het koelmedium.

De gaskoeler 10 strekt zich met een cartergedeelte 10a dwars doorheen het oliecarter 8 uit in warmtewisselend contact met de olie in het oliecarter 8 en buitengedeelte 10b buiten het oliecarter 8.

Aldus wordt het primair gedeelte 13 van de gaskoeler 10 opgesplitst in een cartergedeelte 13a in het cartergedeelte 10a van de gaskoeler 10 en in een buitengedeelte 13b in het buitengedeelte 10b van de gaskoeler 10.

Op dezelfde manier wordt het secundair gedeelte 16 van de gaskoeler 10 opgesplitst in een cartergedeelte 16a en in een buitengedeelte 16b.

Het eerste koelcircuit 17 is in het hier besproken voorbeeld samengesteld uit het cartergedeelte 16a en uit het buitengedeelte 16b van het secundair gedeelte 16 van de gaskoeler 10,

De behuizing 20 van de compressormodule is samengesteld uit de behuizingen van het compressorelement 2; de motor 5; de tandwielkast 6; de gaskoeler 10 en het oliecarter 8.

In de behuizing 20 van de compressormodule is een motorkoeler 21 en een compressorelementkoeler 22 geïntegreerd, welke motorkoeler 21 en compressorelementkoeler 22 elk gevormd worden door interne kanalen van de behuizing die zich bijvoorbeeld respectievelijk rond de rotor van de motor 5 en rond de rotoren van het compressorelement 2 ontwikkelen en waardoorheen een koelmedium kan gestuurd worden.

Naast het eerste koelcircuit 17 bevat de compressormodule 1 nog een tweede koelcircuit 23 voor een koelmedium dat in serie eerst doorheen de voornoemde motorkoeler 21 en dan doorheen de compressorelementkoeler 22 wordt gestuurd in de richting van de pijlen C2.

In het voorbeeld van de figuren 1 en 2 is het tweede koelcircuit 23 in parallel op een gedeelte van het eerste koelcircuit 17 aangesloten, meer speciaal op het gedeelte van het eerste koelcircuit dat wordt gevormd door het cartergedeelte 16a van het secundair gedeelte 16 van de gaskoeler 10 dat in warmtewisselend contact is met de olie in het oliecarter 8 en dat op die manier door het tweede koelcircuit 23 wordt overbrugd.

Het tweede koelcircuit 23 wordt daarbij van het eerste koelcircuit 17 afgetakt in een punt 24 aan de ingang 18 van het eerste koelcircuit 17 en sluit daarna terug aan op het eerste koelcircuit 17 in een intermediair punt 25 van het secundair gedeelte 16 van de gaskoeler 10 dat gelegen is tussen de ingang 18 en de uitgang 19 van dit secundair gedeelte 16, bij voorkeur in een intermediair punt 25 in de nabijheid van de overgang tussen het cartergedeelte 10a en het buitengedeelte 10b van de koeler 10.

De compressormodule 1 is verder voorzien van een gesloten oliecircuit 26 met een oliepomp 27 die in dit geval op de motor 5 is aangebracht en er door wordt aangedreven en die olie vanuit het oliecarter 8 via interne kanalen in de behuizing 20 van de compressormodule 1 rondpompt naar de voornoemde lagers 9 van de motor 5 en van het compressorelement 2 en naar de tandwielkast 6 van waaruit de olie terugvloeit naar het oliecarter 8. De interne kanalen van het oliecircuit 26 worden daarbij doorheen de behuizing van de motor 5 en de behuizing van het compressorelement 2 geleid in warmtewisselend contact met het koelmedium van het tweede koelcircuit 23 dat doorheen de motorkoeler 21 en doorheen de compressorelementkoeler 22 wordt geleid, waardoor het oliecircuit in de motor 5 en in het compressorelement 2 fungeert als een oliekoeler 28 die tijdens de werking van de compressormodule warmte opneemt van de motor 5 en van het compressorelement 2 en deze warmte afgeeft aan het koelmedium van het tweede koelcircuit 23 dat zelf ook warmte opneemt uit de motor 5 en uit het compressorelement 2 en daardoor sterk in temperatuur toeneemt.

Doordat zowel het koelmedium als de olie warmte opnemen van de motor 5 en in het compressorelement 2, worden de motor 5 en het compressorelement 2 zelf relatief koel gehouden, wat leidt tot een beter rendement.

Het tweede koelcircuit 23 en het oliecircuit 26 worden gevormd door interne kanalen zonder dat er externe leidingen aan te pas komen.

De oliepomp 27 kan zowel intern als extern zijn aangebracht, maar bij voorkeur zonder externe leidingen op het oliecircuit 26 zijn aangesloten.

Een oliefilter kan eveneens worden voorzien die bij voorkeur ook zonder leidingen op de behuizing 20 van de compressormodule 1 is gemonteerd. Bij voorkeur wordt de oliefilter opgenomen in het oliecircuit 26 na de oliepomp 27 en voor de olie verdeeld wordt voor smering van lagers en/of tandwielen.

De olie die via het oliecircuit 23 naar de lagers 9 en naar de tandwielkast 6 wordt gestuurd zorgt niet alleen voor een afdoende smering maar zorgt tevens voor een afkoeling van de lagers 9 en van de tandwielen 7. De olie neemt daarbij warmte op van de lagers 9 en van de tandwielkast 6 en stroomt dan terug naar het oliecarter 8 waar de olie wordt opgevangen en gekoeld wordt door het contact met het cartergedeelte 16a van het eerste koelcircuit 17 dat daardoor, naast haar rol in de gaskoeler 10 ook een rol vervult als oliekoeler 29 voor de olie in het oliecarter 8.

Het koelmedium dat doorheen het eerste koelcircuit 17 wordt geleid neemt op die manier niet alleen warmte op van het te koelen gecomprimeerde gas afkomstig van het compressorelement 2, maar neemt tevens warmte op van de olie in het oliecarter 8 nadat deze in de compressormodule 1 heeft gecirculeerd en daar warmte heeft opgenomen. Op deze manier neemt ook de temperatuur van het koelmedium in het cartergedeelte 10a van de koeler 10 sterk toe en mengt zich dan in het intermediair punt 25 met het koelmedium afkomstig van het tweede koelcircuit 23, waarna het koelmedium nog een extra temperatuursverhoging krijgt door het warmtewisselend contact met het ongekoelde hete gecomprimeerde gas afkomstig rechtstreeks van het compressorelement 2.

Een compressormodule 1 volgens de uitvinding laat op die manier toe van aan de uitgang 19 van het eerste koelcircuit 17 een koelmedium te bekomen met een hoge temperatuur die voor allerlei nuttige toepassingen bruikbaar is als verwarming of dergelijke of als heet water in geval water gebruikt wordt als koelmedium voor energierecuperatie.

Uit hetgeen voorafgaat is het duidelijk dat de gaskoeler 10, het eerste en het tweede koelcircuit 17, 23 evenals het oliecircuit 26, met uitzondering eventueel van de oliepomp 27 en de oliefilter, volledig via interne kanalen geïntegreerd zijn in de behuizing 20 van de compressormodule 1 en dit zonder gebruik van enige externe leiding.

In figuur 2 is een compressor 30 weergegeven met één enkele compressormodule 1 volgens de uitvinding die ingebouwd is in een kast 31 zonder ventilatie met buitenlucht en die voorzien is van een inlaatfilter 32 met een inlaat 33 in de kast naar de ingang 3 van het compressorelement 2, van een pijp 11 die de uitgang 4 van het compressorelement 2 verbindt met de gasinlaat 14 van de gaskoeler 10 en waarbij op de gasuitgang 15 van de gaskoeler 10 mogelijks een drukvat 34 is aangesloten met een uitlaat 35 waarop een net van verbruikers van gecomprimeerd en gekoeld gas kan aangesloten worden.

De kast 31 is dus volledig gesloten en geluiddicht op enkele doorgangen na voor de inlaat 33 voor het te comprimeren gas en een uitlaat 35 voor het gecomprimeerde gas en voor de aanvoer 36 en afvoer 37 van het koelmedium evenals voor niet in de figuren weergegeven elektrische kabels voor de stroomvoorziening van de motor 5, de sturing van de motor 5, en dergelijke meer.

Het gas dat doorheen de kast 31 stroomt is dus enkel het gas dat door de compressor 30 wordt gecomprimeerd.

Het gebruik van een compressormodule 1 volgens de uitvinding vloeit genoegzaam voort uit bovenstaande beschrijving.

Wanneer het compressorelement 2 door de motor 5 wordt aangedreven wordt gas aangezogen en gecomprimeerd, waarbij de temperatuur van het gas door compressie sterk kan toenemen. Het gecomprimeerde gas wordt doorheen het primair gedeelte 13 van de gaskoeler 10 geleid waar het gekoeld wordt door het warmtewisselend contact met het koelmedium dat doorheen het eerste koelcircuit 17 in het secundair gedeelte 16 van de gaskoeler 10 stroomt.

Het tweede koelcircuit 23 stuurt het koelmedium doorheen de motorkoeler 21 van de motor 5 en doorheen de compressorelementkoeler 22 van het compressorelement 2, waar dit koelcircuit 23 zorgt voor het afkoelen van de motor 5 en van het compressorelement 2 die daardoor betrekkelijk koel blijven.

De warmte die het koelmedium daarbij opneemt van de motor 5 en van het compressorelement 2 zorgt daarbij voor een supplementaire opwarming van het koelmedium in het cartergedeelte 16a van het secundair gedeelte 16 van de gaskoeler 10, waardoor de temperatuur van dit koelmedium aan de gemeenschappelijke uitgang 19 van het eerste en het tweede koelcircuit 17, 23 in belangrijke mate omhoog gaat tot een waarde die het mogelijk maakt de opgenomen warmte van het koelmedium nuttig te benutten.

Gelijktijdig wordt ook de oliepomp 27 aangedreven die olie vanuit het oliecarter 8 doorheen de lagers 9 en over de tandwielen 7 stuurt, waar deze olie de in de lagers 9 en tandwielen 7 ontwikkelde warmte opneemt die daardoor koel worden gehouden door de olie die eerst werd gekoeld door het warmtewisselend contact van de olie met het koelmedium in het oliecarter 8 en in de motor 5 en het compressorelement 2.

Op die manier wordt de compressormodule 1 koel gehouden zonder enige vorm van ventilatie, terwijl gelijktijdig een maximum aan warmte door het koelmedium wordt opgenomen, warmte die nuttig kan worden aangewend voor verwarming of dergelijke.

In figuur 3 is schematisch op analoge manier als in figuur 1 een samenstelling weergegeven van twee compressormodules 1 volgens de uitvinding, respectievelijk een lage druk compressormodule 1' en een hoge druk compressormodule 1" die via een drukleiding 38 met haar ingang 3 in serie aansluit op de gasuitlaat 15 van de lage druk compressormodule 1'.

In figuur 4 zijn deze twee compressormodules 1' en 1" weergegeven ingebouwd in een kast 31 van een tweetrapscompressor 30.

De kast 31 is voorzien van twee doorgangen, respectievelijk voor de inlaat 33 van het te comprimeren gas dat door de lage druk compressormodule 1' wordt aangezogen en voor de uitlaat 35 van het gecomprimeerde gas afkomstig van de hoge druk compressormodule 1".

Voor de koeling is in de kast een aanvoer 36 voorzien voor koelmiddel die gesplitst wordt over de beide compressormodules 1' en 1" en twee afvoeren, respectievelijk een af voer 37 voor het koelmiddel. afkomstig van de lage druk compressormodule 1' en een afvoer 37 voor het koelmiddel afkomstig van de hoge druk compressormodule 1". Beide afvoeren 37 kunnen ook samenkomen alvorens de kast 31 te verlaten.

De beide compressormodules 1' en 1" zijn in dit geval voorzien van een regelklep 39 ter plaatse van de aansluiting van het tweede koelcircuit 23 op het eerste koelcircuit 17 en van een aansluiting 40 voor aansluiting op een koelcircuit van een andere compressormodule.

De regelklep 39 van de lage druk compressormodule 1' is open, terwijl deze van de hoge druk compressormodule 1" gesloten is en de beide aansluitingen 40 zijn met elkaar verbonden door middel van een leiding 41.

Op die manier komt het koelmedium van het tweede koelcircuit 23 van de hoge druk compressormodule 1" bij het koelmedium van het tweede koelcircuit 23 van de lage druk compressormodule 1' die in het intermediair punt 25 van de lage druk compressormodule 1' samenkomen met het koelmedium van het eerste koelcircuit 17 van de lage druk compressormodule 1' , waardoor de temperatuur van het koelmedium aan de afvoer 37 van de lage druk compressormodule 1' nog toeneemt ten opzichte van de opstelling van figuur 1 en 2.

De gaskoeler 10 van de lage druk compressormodule 1' wordt in deze configuratie gebruikt als tussenkoeler voor het gecomprimeerde gas van de lage druk compressormodule 1' alvorens deze door de hoge druk compressormodule 1" wordt gecomprimeerd.

De gaskoeler 10 van de hoge druk compressormodule 1" wordt dan gebruikt als nakoeler voor het gecomprimeerde gas van de hoge druk compressormodule 1" alvorens deze aan het net wordt geleverd en wordt enkel gekoeld door een deel van het koelmedium dat niet via het tweede koelcircuit 23 van de hoge druk compressormodule 1" naar de lage druk compressormodule 1' wordt afgeleid, welk deel van het koelmedium dat door de gaskoeler 10 stroomt ook via de afvoer 37 wordt afgevoerd.

Met dergelijke compressor 30 kan een gas zeer efficiënt worden gecomprimeerd zonder ventilatie en met twee debieten van een koelmedium die nuttig kunnen gebruikt worden om aan energierecuperat ie te kunnen doen van de warmte die door compressie, in de lagers en tandwielen en dergelijke meer wordt ontwikkeld.

In figuur 5 is een variante weergegeven van een compressor 30 waarbij stroomafwaarts van de gaskoeler 10 van de compressormodule 1 en in serie ermee nog een extra nakoeler 10c is voorzien die zowel extern als intern kan zijn.

In figuur 6 is nog een andere variant weergegeven van een compressor 30 volgens de uitvinding waarbij in dit geval de gaskoeler 10 zich over gans zijn lengte uitstrekt doorheen het oliecarter 8, zodat de gaskoeler 10 dan enkel een cartergedeelte 10a bevat zonder buitengedeelte 10b. Dit ontbrekend buitengedeelte kan desnoods vervangen worden door een extra externe koeler (niet weergegeven).

In het voorbeeld van de figuren 1 tot 6 wordt telkens het volledige cartergedeelte 10a van de gaskoeler 10 overbrugd door het tweede koelcircuit 23, alhoewel het volgens een variante mogelijk is dat slechts een gedeelte van het cartergedeelte 10a wordt overbrugd.

In figuur 7 wordt een variante getoond waarbij in dit geval het eerste koelcircuit 17 en het tweede koelcircuit 23 in serie op elkaar aansluiten met een ingang 18 en een uitgang 19 om het koelmedium achtereenvolgens doorheen beide koelcircuits te leiden, bijvoorbeeld eerst doorheen het eerste koelcircuit 17 en dan door het tweede koelcircuit 23 of in omgekeerde volgorde.

In figuur 8 wordt een andere mogelijke variante getoond van een compressor 30 volgens de uitvinding, waarbij de gaskoeler 10 in dit geval volledig extern is uitgevoerd zonder een cartergedeelte 10a.

Alhoewel in alle hierboven beschreven varianten een tandwielkast 6 aanwezig is, is het niet uitgesloten dat de motor 5 rechtstreeks, zonder tandwielkast, het compressorelement 2 aandrijft, bijvoorbeeld in het geval van een elektrische motor met een variabel toerental.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een compressormodule volgens de uitvinding en een compressor daarmee uitgerust kunnen in allerlei vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (26)

Conclusies .

1. - Compressormodule voor het comprimeren van gas samengesteld uit een compressorelement (2) met een behuizing met geïntegreerde compressorelementkoeler (22); een motor (5) en een gaskoeler (10) voor het koelen van het gecomprimeerde gas afkomstig van het compressorelement (2) daardoor gekenmerkt dat de gaskoeler (10) een primair gedeelte (13) omvat waar het te koelen gas kan doorheen geleid worden en een secundair gedeelte (16) dat met het primair gedeelte (13) in warmtewisselend contact is; dat een eerste koelcircuit (17) een koelmedium doorheen het secundair gedeelte (16) van de gaskoeler (10) of doorheen een gedeelte ervan kan leiden en een tweede koelcircuit (23) een koelmedium doorheen de compressorelementkoeler (22) kan leiden; en waarbij het eerste koelcircuit (17) en het tweede koelcircuit (23) in serie of in parallel worden samengevoegd en naar een gemeenschappelijke uitgang (19) worden geleid.

2. Compressormodule volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de compressormodule (1) een tandwielkast (6) omvat met een behuizing tussen het compressorelement (2) en de motor (5).

3. Compressormodule volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de motor (5) een behuizing omvat met een geïntegreerde motorkoeler (21).

4. Compressormodule volgens conclusie 3, daardoor gekenmerkt dat het tweede koelcircuit {23) koelmedium doorheen de motorkoeler (21) kan leiden in serie of parallel met het compressorelement (2).

5. Compressormodule volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het tweede koelcircuit (23) koelmedium doorheen een koeler op de sturing van de motor (5) kan leiden in serie of parallel met het compressorelement (2).

6. - Compressormodule volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de compressormodule (1) een gesloten oliecircuit (26) omvat met een oliecarter (8) en een oliepomp (27) om de olie uit het oliecarter (8) via interne kanalen doorheen of langs de warme delen van de compressormodule (1) rond te sturen, waarbij de olie in het oliecxrcuit (26) via voornoemde interne kanalen en/of het oliecarter (8) in warmtewisselend contact is met het eerste koelcircuit (17) en/of met het tweede koelcircuit (23).

7. Compressormodule volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de oliepomp (27) aangedreven wordt door de motor (5) die het compressorelement (2) aandrijft.

8. Compressormodule volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de oliepomp (27) aangedreven wordt door een aparte elektrische motor.

9. - Compressormodule volgens één of meer van de conclusies 6 tot en met 8, daardoor gekenmerkt dat de olie in het oliecircuit (26) in warmtewisselend contact is met het tweede koelcircuit (23) via interne kanalen van de motor (5) en/of van het compressorelement (2) die in warmtewisselend contact staan met de motorkoeler (21) en/of met de compressorelementkoeler (22).

10. - Compressormodule volgens één of meer van de conclusies 6 tot en met 9, daardoor gekenmerkt dat de olie in het oliecircuit (26) in warmtewisselend contact is met het eerste koelcircuit (17) via het secundair gedeelte (16) van de gaskoeler (10) of een gedeelte ervan dat in warmtewisselend contact is met de olie in het oliecarter (8) .

11. - Compressormodule volgens conclusie 10, daardoor gekenmerkt dat gaskoeler (10) zich met minstens een cartergedeelte (10a) doorheen het oliecarter uitstrekt, waarbij het primair gedeelte (13) en/of het secundair gedeelte (16) van de gaskoeler (10) in dit cartergedeelte (10a) van de gaskoeler (10) in warmtewisselend contact zijn met de olie in het oliecarter (8).

12. - Compressormodule volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de gaskoeler (10) zich met minstens een buitengedeelte (10b) buiten het oliecarter (8) uitstrekt, waarbij het buitengedeelte (13b) van het primair gedeelte (13) van dit buitengedeelte (10b) is voorzien van een gasinlaat (14) om het te koelen gas achtereenvolgens doorheen het buitengedeelte (10b) en het cartergedeelte (10a) te kunnen leiden.

13. - Compressormodule volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het primair gedeelte (13) van de gaskoeler (10) wordt gevormd door een buis (12), waarbij het secundair gedeelte (16) van de gaskoeler (10) is geïntegreerd in of rond deze buis (12).

14. - Compressormodule volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het tweede koelcircuit (23) in parallel op het eerste koelcircuit (17) of op een gedeelte van dit eerste koelcircuit (17) is aangesloten, waarbij het tweede koelcircuit (23) het eerste koelcircuit (17) geheel of gedeeltelijk overbrugt.

15. - Compressormodule volgens conclusie 14, daardoor gekenmerkt dat het eerste koelcircuit (17) is voorzien van een ingang (18) voor de aanvoer van het koelmedium en dat het tweede koelcircuit (23) van het eerste koelcircuit (17) wordt afgetakt aan deze ingang (18) of op een punt stroomopwaarts van het secundair gedeelte (16) van de gaskoeler (10) tussen deze ingang (18) en het secundair gedeelte (16) van de gaskoeler (10).

16. - Compressormodule volgens conclusie 15, daardoor gekenmerkt dat het tweede koelcircuit (23) op het eerste koelcircuit (17) aansluit in een intermediair punt (25) van het secundair gedeelte (16) van de gaskoeler (10) tussen de ingang (18) en uitgang (19) van dit secundair gedeelte (16) .

17. - Compressormodule volgens conclusie 16, daardoor gekenmerkt dat het tweede koelcircuit (23) op het eerste koelcircuit (17) is aangesloten ter overbrugging van het secundair gedeelte (16) in het cartergedeelte (10a) van de gaskoeler (10).

18. - Compressormodule volgens conclusie 16 of 17, daardoor gekenmerkt dat ter plaatse van de aansluiting van het tweede koelcircuit (23) op het voornoemde intermediair punt (25) van het secundair gedeelte (16) van de gaskoeler (10) een regelklep (39) is voorzien en een afsluitbare aansluiting (40) voor koelmedium.

19. - Compressormodule volgens één of meer van de conclusies 1 tot 13, daardoor gekenmerkt dat het eerste koelcircuit (17) en het tweede koelcircuit (23) in serie op elkaar aansluiten met een ingang (18) en een uitgang (19) om het koelmedium achtereenvolgens door beide koelcircuits (17, 23) te leiden.

20. - Compressormodule volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de leidingen van het tweede koelcircuit (23) en het oliecircuit (26), in de behuizing (20) van de compressormodule (1) zijn geïntegreerd.

21. - Compressormodule volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat leidingen van het eerste koelcircuit (17) geïntegreerd zijn in de behuizing (20) van de compressormodule (1).

22. Compressormodule volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het koelmedium aan de uitgang (19) een temperatuur bereikt hoger dan 65°C, bij voorkeur hoger dan 75°C en nog meer bij voorkeur hoger dan 8 5 °C.

23. " Compressor, daardoor gekenmerkt dat deze minstens één compressormodule (1) bevat volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat deze is aangebracht in een gesloten kast (30) zonder geforceerde ventilatie met gas van buitenuit.

24. - Compressor volgens conclusie 23, daardoor gekenmerkt dat de kast enkel een inlaat (33) en een uitlaat (35) heeft voor gas dat door het compressorelement (2) wordt gecomprimeerd en een aanvoer (36) en afvoer (37) voor het koelmedium dat door de koelcircuits (17, 23) wordt gestuurd.

25. - Compressor volgens conclusie 23 en/of 24, daardoor gekenmerkt dat het een olievrije schroefcompressor is.

26. - Compressor volgens één of meer van de conclusies 23 tot 25, daardoor gekenmerkt dat deze is samengesteld uit minstens twee voornoemde compressormodules (1) volgens één of meer van voorgaande conclusies, respectievelijk minstens een lage druk compressormodule (1') en minstens een hoge druk compressormodule (1") die met haar ingang (3) van het compressorelement (2) aansluit op de gasuitlaat (15) van de lage druk compressormodule (!'), waarbij de lage druk compressormodule (1' ) een compressormodule volgens conclusie 16 is waarvan het tweede koelcircuit (23) op het eerste koelcircuit (17) aansluit in een voornoemd intermediair punt (25) van het secundair gedeelte (16) van de gaskoeler (10) en waarbij het tweede koelcircuit (27) van de hoge druk compressormodule (1") aansluit op het eerste koelcircuit (17) van de lage druk compressormodule (1') ter plaatse van het voornoemd intermediair punt (25).