CN102782332A - 压缩装置和用于冷却压缩介质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩装置，其包括：驱动单元；压缩机，由驱动单元驱动并且压缩气态压缩介质；制冷装置，包括至少一个风机叶轮，其冷却压缩介质；风机叶轮与驱动单元或者附加地设置的第二驱动单元驱动连接，以因此被转动地驱动。本发明的特征在于，流体动力耦合器被布置在驱动连接中，风机叶轮通过流体动力耦合器而被流体动力地驱动，并且通过流体动力耦合器的驱动动力传递能够在工作期间通过用控制压力介质对流体动力耦合器增压来改变，其中压缩介质也是控制压力介质。

Description

压缩装置和用于冷却压缩介质的方法

本发明涉及根据权利要求1的前序的压缩装置和根据权利要求11的前序的用于冷却通过压缩机而被压缩或者待被压缩的压缩介质的方法。

如根据一个实施例的本发明所涉及的压缩装置和相应方法用于例如提供气体或者储存气体、储存除空气外的另一种气体，例如工艺气体或者作为用于加热目的的初级能量载体的气体。为此，气体通过受驱动单元致动的压缩机压缩以被存储或者运送。根据实施例本发明还能够用于废气（特别是含有CO₂的废气）的存储，所述废气通过压缩机压缩并且被存储在储存罐中，特别是地下储气罐中。

在这些应用情形中，已知气态压缩介质能够在被压缩后具有高温，这需要对压缩介质冷却。此冷却是重要的，特别是在可燃或者易燃气体的压缩期间。

特别是在移动设备中，其中压缩机是由柴油发动机驱动，提出一种特别直接的解决方案，以通过柴油发动机来驱动风机叶轮并且同时采用它的冷却气流来冷却压缩介质。在此存在的问题在于风机叶轮总是与柴油发动机的转动速度成比例地转动，并且在于所产生的冷却气流并不是最理想适用于实际冷却效能，因为所述效能取决于不同的约束条件。这一方面引起了特别是如果风机叶轮产生非必须的大冷却气流的条件下柴油发动机的非必须的高燃料消耗，并且另一方面在柴油发动机的转动速度较低或者例如在高环境温度的工作条件中具有不充分冷却的风险。

关于现有技术的参考文献涉及以下文件：

DE 10 2005 04 524 B3

DE 103 15 402 A1

DE 100 46 828 A1

WO 2006/061252A1

本发明的目的在于提供一种压缩装置和用于冷却通过压缩机被压缩或者待被压缩的压缩介质的方法，其中所产生的冷却效能适于满足需求。由本发明提供的解决方案能够同时使得现有设备被容易地改装，以提供简单和可靠地结构同时大量省略了新的外部控制系统和能量源。

本发明的目的是通过呈现有权利要求1的特征的压缩装置和呈现有权利要求11的特征的方法满足的。

本发明的优点和特别合适的实施例在从属权利要求中被公开。

根据本发明的压缩装置（其特别地被设计为移动装置）包括驱动单元和由所述驱动单元驱动的压缩机，所述压缩机压缩气态压缩介质。驱动单元被设计为例如内燃机，特别是柴油发动机。气态压缩介质能够特别地是另一种气体而非空气，例如工艺气体或者燃烧气体，特别是甲烷气体、甲烷气体混合物、天然气或者天然气混合物。

根据本发明的压缩装置还提供了一种包括至少一个风机叶轮的冷却装置，所述冷却装置冷却压缩介质。一般而言，压缩介质在被压缩之后随后在压缩机的压力侧被冷却。

风机叶轮通过还驱动压缩机的驱动单元或者附加地提供的第二驱动单元的驱动连接而以转动方式被驱动，因此它产生冷却气流。冷却气流直接地或者通过连接至压缩介质的用于热传导且经受冷却气流的部件（例如压缩介质所流过的热交换器）来冷却压缩介质。

根据本发明，流体动力离合器被布置在驱动单元或者第二驱动单元与风机叶轮之间的驱动连接中，风机叶轮通过所述离合器而被流体动力地驱动。如本领域普通技术人员所知的，此流体动力离合器包括泵轮和涡轮，泵轮和涡轮一起形成了环形工作隔间，工作介质能够被引入其该工作隔间中，以将驱动动力从泵轮流体动力地传递至涡轮。有利地，流体动力离合器没有导向轮并且唯一包括单个泵轮和单个涡轮。

根据本发明，能够在流体动力离合器工作的同时改变流体动力离合器的驱动动力传递并且进而改变风机叶轮的转动速度，并且因此以此方式，流体动力离合器通过控制压力介质而被增压。用控制压力介质增压能够因此引起工作介质或多或少的强烈转移进入或者流出工作部件、或者附加地或可替换地能够引起节流元件或多或少的强烈插入工作隔间中的工作介质的环流中，借此以便或多或少地减弱环流，其中节流元件的转换是通过控制压力介质的增压触发的。节流元件插入环流越远，工作空间中的环流被扰乱得越强，并且所传递的驱动动力越小。

根据本发明，压缩介质现在同时是控制压力介质。

流体动力离合器有利地根据温度而受控制压力介质的影响，因为压力介质被用作控制压力介质，从而使得工作隔间填充的工作介质越多或者节流元件从工作隔间中的环流移除得越远，压缩介质的温度越高，使得风机叶轮随着压缩介质的温度的升高以越来越高的转动速度转动，借此引起所产生的冷却气流相应地增大。因此为此目的能够提供的是，压缩介质仅用作控制压力介质，并且作用于流体动力离合器的控制压力的实际量通过从压缩机的压力侧到流体到力学离合器的压力管中的控制阀或者调节阀调整。根据另一可能实施例，被压缩的气体管并不包含任何控制或者调节构件，并且作用于流体动力离合器的控制压力介质的控制压力与压缩机中的或者压缩机的压力侧上的压力介质的压力成比例或者近似相等。

用于工作介质的存储隔间优选地设置在流体动力离合器的内部或者流体动力离合器的外部，但与所述流体动力离合器关联，以用于容纳未位于工作隔间中的工作介质。此存储隔间的大小现在形成为以形成工作介质（即特别是油或者水）的液面上方的空气隔间或者气体隔间。此气体隔间现在能够通过压缩介质的压力被增压，例如通过前述具有控制阀的压缩气体管，从而使得压缩介质被引入到与工作介质的表面直接接触的此气体隔间中、或者使得通过压缩介质在存储隔间中（特别是在其气体隔间中）引起偏移（displacement），但是所述存储隔间与工作介质或者与气体隔间或者气体隔间的一部分通过气密移动元件和/或柔性元件（例如活塞或者隔膜）隔离。

存储隔间通过控制压力介质或者压缩介质被增压得越高，工作介质被从存储隔间排入工作隔间中越强。相反，如果存储隔间的增压被降低，工作介质能够从工作隔间回流进入存储隔间中，并从而逐步（increasingly）清空工作隔间。

有利的是，如果用于输送工作介质的连接不直接布置在存储隔间与工作隔间之间，而是从工作隔间出口、特别是通过冷却器至工作隔间入口设置一封闭（外部）工作介质回路，其中从工作隔间流出的工作介质特别是通过冷却器经过工作隔间入口泵回到工作隔间中，并且工作隔间外部的存储隔间被连接到用于输送工作介质的工作介质回路上，例如同时出现在冷却器后面。结果，在此不存在工作隔间与存储隔间之间的工作介质的直接交换，但来自于存储隔间的工作介质被引入到工作隔间外部的封闭（外部）工作介质回路并且在相同的位置处被有利地排出，因此明显地，仅需要在存储隔间与工作隔间之间设置一个用于输送工作介质的连接。

为了保持工作隔间外部的封闭工作介质回路中的强制流动，流体动力离合器能够包含有动态压力泵，该动态压力泵伸入流体动力离合器的工作隔间或者辅助隔间中，其中工作介质从工作隔间流动到辅助隔间中，从而通过流体动力离合器的工作（特别是通过叶轮的转动）在动态压力泵的喷口的上游产生动力压力，工作介质通过所述动力压力被泵出工作隔间或者辅助隔间进入到封闭外部工作介质回路中。

存储隔间能够例如以环形方式布置在流体动力离合器内部、工作隔间外部并且围绕所述工作隔间。根据第一个实施例，存储隔间随其转动。但是这在存储隔间被设计为静止的时特别有利，但是相反地形成工作隔间的流体动力离合器的叶轮（泵轮和涡轮）在存储隔间内部径向地转动，但是有利地通过壁隔开，因此处于存储隔间内的工作介质（并且特别是压缩介质）并不通过转动叶轮而被回旋（whirl）。

控制阀（其有利地安装在压缩机的压力侧与存储隔间之间的压缩气体管中）有利地被设计成其具有空气排出位置，在该空气排出位置中，控制阀在压缩机的方向上以气压密封方式锁定压缩气体管，因此没有压缩气体能够从压缩机或者连接至其下游的压缩气体储气罐逃逸，并且控制阀在存储隔间的方向上部分地或者全部地排出压缩气体管，因此存储隔间内的压力相应地降低并且工作介质有利地通过上述的封闭外部工作介质回路从工作隔间流回进存储隔间中。在第二个切换位置中，控制阀进而能够中断排出，并且压缩介质作为控制压力介质在存储隔间的方向上通过。

还应当注意到，基本上使工作隔间甚至受到控制压力介质或者压缩介质影响（通过或者不通过前述类型的移动元件和/或柔性元件），以通过增加的压力从工作隔间转移工作介质。

根据一个实施例，为了提供特别紧凑的并且还可移动的压缩装置，此时被特别设计为柴油发动机的驱动单元能够包括一个主动力输出部和一个副动力输出部，并且压缩机能够被连接到驱动连接中的主动力输出部上以被所述主动力输出部驱动，并且风机叶轮能够被连接到驱动连接中的副动力输出部上以被所述副动力输出部驱动。有利地，通过主动力输出部产生的动力对应于通过副动力输出部产生的动力的倍数。而且，主动力输出部能够位于驱动单元的一侧上，特别是内燃机的前部上，并且副动力输出部能够位于驱动单元的相对侧上，特别是内燃机的第二前部上。

可在驱动单元与流体动力离合器之间设置传动比以使流体动力离合器的泵轮比驱动单元的输出部转动得更快或者更慢。附加地或者可替换地，还可在流体动力离合器的涡轮与风机叶轮之间设置传动比以使风机叶轮比涡轮转动得更快或者更慢。一个或者两个传动比被有利地设计为纯机械连接，例如通过一对齿轮，特别是正齿轮。

为了可靠地阻止流体动力离合器中（特别是在其工作隔间中）的可燃混合物的产生，如所提出的，压缩介质能够以压力密封的方式与工作介质隔离，例如通过引导压缩介质的区域与引导工作介质的区域之间的可移动元件和/或柔性元件，特别是在存储隔间中。可替换地或者附加地，还能够进行测量以降低引导工作介质的区域内部的压缩介质的浓度，其中空气还能够流入该区域内部中。例如，工作隔间能够常设地用空气（特别是新鲜空气）冲洗，以驱出可能渗透的压缩介质。还能够增加流体动力离合器内部（特别是其工作隔间中）的压缩介质的浓度，选择性地通过引入压缩介质来增加，因此以降低氧气含量。这同样能够避免可燃混合物的产生，但是应当注意到的是，在某些环境下流体动力离合器的工作介质（例如油）在与压缩介质接触的情况下失去压缩介质并且被传送至另一区域中，以被再次释放到其上。

提出了根据本发明的、特别是在根据本发明先前描述的压缩装置的条件下完成的一种方法，以便通过还驱动压缩机的驱动单元、或者通过附加设置的第二驱动单元驱动风机叶轮，以使风机叶轮转动并且产生冷却气流。压缩介质或者连接到压缩介质的用于热传导的部件经受冷却气流以转移来自于压缩介质的热，其中用于热传导的部件例如为热传导器，其被压缩介质流经并且被冷却气流围绕流过或者相反，但是由于冷却气流的强制应用，通常强制转移发生在热传导器的表面上。

风机叶轮被驱动单元通过流体动力离合器驱动，并且风机叶轮的转动速度通过作用于流体动力离合器的控制压力介质的增压来控制或者调节，所述控制压力介质限定出流体动力离合器的动力传递，因为通过改变控制压力介质的压力来改变动力传递并且因此改变风机叶轮的转动速度。

根据本发明，压缩介质被用作控制压力介质，并且为达到此目的，压缩介质被输送至流体动力离合器，例如输送至先前描述的存储隔间。

本发明接下来将通过实例利用示例性实施例和图进行描述。

其中

图1是本发明的第一可能实施例的示意图；

图2示出了根据图1的实施例，其具有附加提供的利用空气对流体动力离合器的常设冲洗，以避免不可接受的压缩介质的浓度；

图3示出了类似于图2的实施例，但是流体动力离合器内部的压缩介质具有目标浓度，以排出空气并且进而排出其中的氧气。

图1示意性示出了根据本发明所实现的安装有例如为柴油发动机形式的驱动单元1的压缩装置。驱动单元1通过主动力输出部6驱动压缩机2并且通过副动力输出部7驱动风机叶轮3。

副动力输出部7与风机叶轮3之间的转动连接件是由驱动连接4形成，所述驱动连接结构通过流体动力离合器5引导。在此情况中，在驱动连接4中沿驱动动力流方向在流体动力离合器5的上游和下游分别设置齿轮台（gear stage），由所示的示例性实施例中分别由皮带驱动形成。无需强调的是，其它齿轮台或者无齿轮台的实施例同样能够被考虑。

皮带轮的尺寸的选择在本实施例中使得流体动力离合器能够以副动力输出部7的速度转动，然而相反地风机叶轮3将相对于流体动力离合器5转动得较慢。

流体动力离合器5包括泵轮8和涡轮9，泵轮和涡轮共同形成了能够填充有工作介质的工作隔间10。另外，转动辅助隔间19设置在流体动力离合器5中，但是所述辅助隔间的填充条件与工作隔间10的填充条件相关。如图所示，辅助隔间19能够例如轴向地位于工作隔间10的旁边。

环形存储隔间11径向地位于工作隔间10的外部，并且在此情况中还径向地位于辅助隔间19的外部。存储隔间11并不随着泵轮8和涡轮9转动，而是在外壳中保持静止。

为了冷却工作介质，外部封闭工作介质回路12被设置成工作介质在其中被冷却。为达到此目的，工作介质从流体动力离合器通过工作隔间出口13流出、流经冷却器14、然后流经节流孔（orifice）18并且最终通过工作隔间入口15流回进入流体动力离合器5的工作隔间10中。如果例如冷却器14处于与其隔离的位置，封闭的工作介质回路12能够因此能够完全离开流体动力离合器5或者压缩装置。不需要强调的是，冷却器14能够被增加到流体动力离合器5上或者安装于流体动力离合器5内，使得相应地一些所述管或者全部管能够在流体动力离合器5内部延伸。

压缩气体管16被连接到压缩机2的压力侧上和存储隔间11上，以在增压条件下将压缩介质引导进入存储隔间11中，以因此将或多或少的工作介质从存储隔间11移动进入外部封闭工作介质回路12中，见连接管，在此仅存储隔间11与连接件21之间的连接管20到达冷却器14与节流孔18之间的封闭工作介质回路12。连接管20能够被设置在流体动力离合器5的外面或者内部，后者特别是以形成在流体动力离合器5中的通道的形式。

为了润滑流体动力离合器5的轴承，此外还设置第二连接管22，该第二连接管通过连接点21的区域中的连接点23将轴承连接至封闭工作介质回路12。

控制阀17设置在压缩气体管16中以改变被传递至存储隔间11中的压力或者被引入存储隔间11中的压缩介质的压力。控制阀17例如被设计为具有恒定调节（constant regulation）的阀。

在所示的示例性实施例中，控制阀17被设计为受控或者受调节的方向控制阀，其具有第一位置和第二位置：在第一位置中，通气管24以压力密封方式与压缩气体管16隔开，并且一导向连接分别形成于压缩机2的压力侧与存储隔间11之间；在第二位置中，存储隔间11以压力密封方式与压缩机2隔开，并且一流动导向连接形成在通气管24与压缩气体管16之间。

在图1所示的实例性实施例中，流体动力离合器5具有动态压力泵26，当流体动力离合器5工作时，在动态压力泵的喷口的上游形成一动态压力，由于泵轮8和涡轮9的转动，工作介质通过所述动态压力而被泵出工作隔间10或者直接离开辅助隔间19进入并且经过封闭的外部回路12。这种动态压力泵的实现并非强制性的。同样，也可设置除了动态压力泵之外的其它泵。

以简化方式并且示意性示出图1的部分区域的图2示出了进气管27和出气管25。管27、25两者均保证了经过流体动力离合器5或者其工作隔间10的不间断的空气吞吐，以排出所输送的例如是天然气的气态压缩介质、进入流体动力离合器5或者进入工作隔间10并防止可燃混合物的形成。进气管27和出气管25中可设置空气过滤器。

与根据图1的示例性实施例不同的是，根据图2的连接管20的连接点21位于存储隔间11与外部封闭回路12之间并沿工作介质的流动方向位于冷却器14的上游，而相反地位于冷却器14下游的用于润滑流体动力离合器5的轴承的连接管22的连接点23被保留。无需强调的是，连接点21、23的位置还能够被颠倒或者以不同方式设计。

在根据图3的示例性实施例中，与根据图1和2的示例性实施例有所不同，通气管24并不暴露在周围环境中，而是位于流体动力离合器5中，特别是位于其工作隔间10中。因此，含氧空气通过引入从流体动力离合器5或者其工作隔间10流出的压缩介质而被排出，以避免可燃混合物的出现。无需强调的是，压缩介质能够从另一位置喷射进入流体动力离合器5或者其工作隔间10中，以排出含氧空气。

被排出的含氧空气和喷射的压缩介质能够通过出气管25溢出。如果在出气管中设置过压阀（未示出），过压阀特别是以回流阀或者用于在流体动力离合器5的被通气区域中产生过压的另一种节流元件的形式，此过压能够有效地防止含氧空气通过例如在密封件中的不充分密封位置渗透或者扩散、或者通过出气管25进入流体动力离合器5，并且降低了形成可燃混合物的风险。

Claims (11)

1.一种压缩装置，

安装有驱动单元（1）；

具有由所述驱动单元（1）驱动的压缩机（2），所述压缩机压缩气态压缩介质；

具有冷却装置，所述冷却装置包括至少一个风机叶轮（3），所述冷却装置冷却所述压缩介质；

所述风机叶轮（3）与所述驱动单元（1）或者附加地设置的第二驱动单元驱动连接（4），以便所述风机叶轮因此被以转动的方式驱动；其特征在于，

流体动力离合器（5）被布置在所述驱动连接（4）中，所述风机叶轮（3）通过所述流体动力离合器而被流体动力地驱动，并且

所述流体动力离合器（5）的驱动力传递能够在工作中通过用控制压力介质对所述流体动力离合器（5）增压来改变，其中

所述压缩介质同时是所述控制压力介质。

2.根据权利要求1所述的压缩装置，其特征在于，所述驱动单元（1）是内燃机，特别是柴油机。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的压缩装置，其特征在于，所述驱动单元（1）具有主动力输出部（6）和副动力输出部（7），其中经由所述主动力输出部（6）产生的动力对应于经由所述副动力输出部（7）产生的动力的倍数，并且所述压缩机（2）被连接至所述主动力输出部（6）并且所述风机叶轮（3）被连接至所述副动力输出部（7）。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的压缩装置，其特征在于，所述压缩介质是另一种气体而非空气。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的压缩装置，其特征在于，所述流体动力离合器（5）包括：工作隔间（10），由泵轮（8）和涡轮（9）形成并且其能够填充有工作介质；以及存储隔间（11），布置在所述工作隔间（10）外部，连接至所述工作隔间（10）以用于输送工作介质以及用于容纳未处于所述工作隔间（10）内的工作介质，并且所述存储隔间（11）中的工作介质通过具有直接接触或者间接压力传递的控制压力介质而被增压，以通过改变所施加的压力来将或多或少的工作介质从所述存储隔间（11）转移到所述工作隔间（10）中。

6.根据权利要求5所述的压缩装置，其特征在于，所述流体动力离合器（5）具有从工作隔间出口（13）、特别是通过冷却器（14）到达工作隔间入口（15）的封闭工作介质回路（12），并且所述工作隔间（10）外部的所述存储隔间（11）被连接到所述封闭工作介质回路（12）以用于输送所述工作介质。

7.根据权利要求5或6中的一项所述的压缩装置，其特征在于，所述存储隔间（11）以环形方式在所述工作隔间（10）外部围绕所述隔间延伸。

8.根据权利要求5至7中的一项所述的压缩装置，其特征在于，所述压缩机（12）的压力侧上和所述存储隔间（11）上连接有压缩气体管（16），所述压缩气体管将所述压缩介质输送进入所述存储隔间（11）中，并且所述压缩气体管（16）中设置有控制阀（17）以用于改变所述压缩介质的被传递至所述工作隔间（11）中的控制压力。

9.根据权利要求8所述的压缩装置，其特征在于，所述控制阀（17）具有排气位置，在所述排气位置中，所述控制阀在所述压缩机（2）的方向上以压力密封的方式锁定所述压缩气体管（16），并且在所述存储隔间（11）的方向上使所述压缩气体管（16）部分地或者全部地通气。

10.根据权利要求6至9中的一项所述的压缩装置，其特征在于，所述存储隔间（11）被连接到所述封闭工作介质回路（12）上、在所述封闭工作介质回路（12）中的工作介质的流动方向上位于所述冷却器（14）的后面并且特别地位于节流阀的前面，所述节流阀特别为节流孔（18）的形式。

11.一种用于冷却通过压缩机（2）被压缩或者待被压缩的压缩介质的方法，所述方法具有以下步骤：

11.1通过驱动单元（1）转动风机叶轮（3），以产生冷却气流；

11.2使所述压缩介质或者连接到所述压缩介质的用于热传递的部件经受所述冷却气流，以从所述压缩介质转移热量；其特征在于，

11.3所述风机叶轮（3）由所述驱动单元（1）通过流体动力离合器（5）驱动，并且

11.4所述风机叶轮（3）的转动速度通过改变由所述流体动力离合器（5）施加的控制压力介质而被控制，所述控制压力介质限定所述流体动力离合器（5）的动力传递，其中，

11.5所述压缩介质被用作控制压力介质并且被输送至所述流体动力离合器（5）。

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