CN117581021A - 用于压缩机中热量回收的方法和压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩机(1)，其包括串联连接以用于对气体进行压缩的多个压缩级(1.1—1.3)；以及用于对压缩气体进行冷却的两个或更多个压缩气体热交换器(2)。所述两个或更多个热交换器(2)中的每个至少包括用于传递所述压缩气体通过所述热交换器(2)的初级部分；以及用于传递冷却液通过所述热交换器(2)以用于从所述压缩气体回收热量的一个或多个次级部分。所述压缩机(1)进一步包括用于所述压缩机的内部部件的冷却的一个或多个液‑液热交换器，所述一个或多个液‑液热交换器至少包括用于传递冷却液通过所述热交换器(2)的初级部分，以及用于传递冷却物质通过所述液‑液热交换器(2.4)以用于将热量从所述内部部件传递到所述冷却物质的一个或多个次级部分。提供了冷却液回路系统(5)，其用于引导所述冷却液流动经过所述液‑液热交换器(2.4)和所述两个或更多个压缩气体热交换器(2)；以及气体流动回路系统(6)，其用于引导气体流动经过所述多个压缩级(1.1—1.3)和所述压缩气体热交换器(2)。所述冷却液回路系统(5)至少部分地串联联接，使得所述液‑液热交换器(2.4)是串联连接的序列中的第一个或第二个，并且所述两个或更多个压缩气体热交换器中的至少两个处于串联连接中。

Description

用于压缩机中热量回收的方法和压缩机

技术领域

本发明涉及一种用于压缩机中热量回收的方法。该方法还涉及一种压缩机，其包括用于对气体进行压缩的多个压缩级；用于对压缩气体进行冷却的三个或更多个热交换器，该三个或更多个热交换器中的每个至少包括：初级部分，该初级部分具有用于进入压缩气体进行冷却的气体输入端和用于从初级部分输出冷却气体的气体输出端，以及次级部分，该次级部分具有用于进入冷却液的冷却液输入端和用于从次级部分输出冷却液的冷却液输出端；该压缩机进一步包括用于引导冷却液流动经过三个或更多个热交换器的冷却液回路系统；以及用于引导气体串联地流动经过多个压缩级和热交换器的气体流动回路系统。

背景技术

压缩机典型地具有用于降低由压缩机的一个或多个压缩机级压缩的气体的温度的一个或多个热交换器。多级压缩机典型地在每个压缩级之后具有热交换器以使由压缩级压缩的气体冷却。热交换器的冷却液入口通常并联联接，使得诸如水之类的冷却液并联地被供给到每个热交换器。这意味着冷却液的温度在热交换器的每个输入端处是相同的。然而，每个压缩机级可能不具有相同的运行参数，其中热量回收效率以及因此每个压缩机级的效率可能并非最佳的。

已知在压缩机级的入口处的温度影响压缩机级的效率。基本上，在入口处的气体的温度越高，压缩所需的能量就越高。

热交换器典型地具有初级部分和次级部分。一些热交换器还可以具有第三部分。在压缩机应用中，这些部分中的一个(诸如初级部分)被提供用于使压缩气体通过热交换器，并且次级部分被提供用于使冷却液通过热交换器。因此，当压缩气体的温度高于冷却液的温度时，压缩气体的热量的至少一部分从压缩气体被传递到冷却液。

将热量从一种物质传递到另一种物质也可以被称为从一种物质到另一种物质的热量回收。

发明内容

根据本发明的一些实施例，提供了一种方法和多级压缩机，其中与现有技术方法和压缩机相比，可以提高热量回收效率和出口冷却液温度。本发明背后的一个基本思想是布置冷却液回路系统，使得可以基于压缩参数静态地或者动态地选择冷却液流动通过不同热交换器的顺序，并且热量回收的顺序不同于压缩气体流动通过不同热交换器的顺序。

在冷却回路系统的串联连接中，来自一个热交换器的输出端的冷却液或冷却液的一部分被引导到另一个热交换器的输入端。

在本说明书中，表述“压缩级的顺序”意指待压缩的气体行进通过压缩机的压缩级的顺序：第一压缩级是气体从压缩机之外输入到的压缩级，并且最后一个压缩机级输出压缩气体进行进一步处理，例如以用于在制造车间中或在处理、过滤、干燥等之后利用。然而，也可以在压缩机中具有一个或多个中间气体出口，气体的一部分可以从该一个或多个中间气体出口取自于压缩机。

根据本公开的第一方面，提供了一种压缩机，其包括：

串联连接以用于对气体进行压缩的多个压缩级；

用于对压缩气体进行冷却的三个或更多个热交换器，该三个或更多个热交换器中的每个至少包括：

用于传递压缩气体通过热交换器的初级部分；以及

用于传递冷却液通过热交换器以用于从压缩气体回收热量的一个或多个次级部分；

用于引导冷却液流动经过三个或更多个热交换器的冷却液回路系统；

用于引导气体流动经过多个压缩级和热交换器的气体流动回路系统；

其中，该压缩机进一步包括：

用于至少部分地绕过热交换器中的任一个以优化以下中的至少一者的装置：

-冷却液温度；

-压缩效率。

根据实施例，冷却液回路系统至少部分地串联联接，使得液-液热交换器是串联连接的序列中的第一个或第二个，并且两个或更多个压缩气体热交换器中的至少两个处于串联连接中，其中液-液热交换器与压缩气体热交换器串联或者与压缩气体热交换器中的至少一个并联。

根据实施例，至少三个或更多个热交换器的冷却液回路系统至少部分地串联联接，使得串联连接至少部分地不同于压缩机级之间的串联连接并且不同于压缩机级的逆向顺序并且经选择以优化冷却液温度或能量含量。

根据实施例，至少一个热交换器与每个压缩级的气体输出端联接。

根据实施例，至少一个热交换器与每个压缩级的气体输出端联接。

根据实施例，热交换器的量比压缩级的量多至少一个。

根据实施例，用于绕过的装置包括一个或多个可控阀。

根据本公开的第二方面，提供了一种压缩机，其包括：

串联连接以用于对气体进行压缩的多个压缩级；

用于对压缩气体进行冷却的两个或更多个压缩气体热交换器，该两个或更多个热交换器中的每个至少包括：

用于传递压缩气体通过热交换器的初级部分；以及

用于传递冷却液通过热交换器以用于从压缩气体回收热量的一个或多个次级部分；

用于压缩机的内部部件的冷却的一个或多个液-液热交换器，该一个或多个液-液热交换器至少包括：

用于传递冷却液通过热交换器的初级部分；以及

用于传递冷却物质通过液-液热交换器以用于将热量从内部部件传递到冷却物质的一个或多个次级部分；

用于引导冷却液流动经过液-液热交换器和两个或更多个压缩气体热交换器的冷却液回路系统；

用于引导气体串联地流动经过多个压缩级和压缩气体热交换器的气体流动回路系统；

其中

冷却液回路系统至少部分地串联联接，使得液-液热交换器是串联连接的序列中的第一个或第二个，并且两个或更多个压缩气体热交换器中的至少两个处于串联连接中。

根据实施例，提供了一种压缩机，其带有两个或更多个压缩级，使得至少三个冷却级串联以使冷却液按其被提供到至少三个冷却级的顺序可基于一个或多个预定标准来选择。

根据实施例，提供了一种压缩机，其带有两个或更多个压缩级，使得至少三个冷却级串联以使冷却液按其被提供到至少三个冷却级的顺序可基于一个或多个预定标准来选择。

根据实施例，提供了一种压缩机，其带有两个或更多个压缩级，使得至少三个冷却级串联以使冷却液按其被提供到至少三个冷却级的顺序在压缩机的运行期间可调。

根据实施例，还可能存在用于传递来自压缩机部件(即，不是来自压缩空气)的热量的第三冷却回路，所述冷却回路可以与压缩空气冷却回路中的任一个并联或串联，所述回路系统可以在压缩机的运行期间可调。

根据实施例，压缩机是空气压缩机。

根据实施例，提供了一种空气压缩机，其带有两个或更多个压缩级，使得至少两个冷却级至少部分地串联以增加流出冷却液的温度。

根据实施例，提供了一种空气压缩机，其具有在压缩级之间的一个或多个中间冷却器和在位于气体流动下游的最后一个压缩级之后的后冷却器，其中中间冷却器处于在后冷却器之前的串联中。这可以防止空气在压缩过程中太热。然而，后冷却器也可以位于中间冷却器中的一个或多个之前。

根据实施例，提供了一种空气压缩机，其配备有附加后冷却器以对在压缩机之后的压缩空气进行冷却。

根据实施例，提供了一种空气压缩机，其中所有热交换器是串联的。

根据实施例，提供了一种空气压缩机，其中仅热交换器中的一些而非全部是串联的。

根据实施例，冷却液流动和部分或完全串联的冷却级的顺序可基于运行特性来调节。

根据实施例，调节冷却液流动通过热交换器的逻辑以优化冷却液温度和压缩效率。

根据实施例，提供了一种空气压缩机，其具有三个单独的冷却回路，使得冷却回路中的一个利用由热交换器回收的热量，并且冷却回路中的另一个将热量消散到大气中。

根据实施例，提供了一种空气压缩机，其包括水冷的附加后冷却器。

根据实施例，提供了一种空气压缩机，其包括气冷的附加后冷却器。

根据实施例，提供了一种空气压缩机，其具有空气干燥机，该空气干燥机可以是压缩热型干燥机，压缩机出口温度经选择以优化干燥机的效率和制造车间的热量利用。

根据本公开的第三方面，提供了一种压缩机，其包括：

串联连接以用于对气体进行压缩的多个压缩级；

用于对压缩气体进行冷却的三个或更多个热交换器，该三个或更多个热交换器中的每个至少包括：

用于传递压缩气体通过热交换器的初级部分；以及

用于传递冷却液通过热交换器以用于从压缩气体回收热量的一个或多个次级部分；

用于引导冷却液流动经过三个或更多个热交换器的冷却液回路系统；

用于引导气体流动经过多个压缩级和热交换器的气体流动回路系统；

其中

至少三个或更多个热交换器的冷却液回路系统至少部分地串联联接，使得串联连接至少部分地不同于压缩机级之间的串联连接并且不同于压缩机级的逆向顺序，并且经选择以优化冷却液温度或能量含量。

根据实施例，至少一个热交换器与每个压缩级的气体输出端联接。

根据实施例，热交换器的次级部分由冷却液回路系统联接的顺序是基于一个或多个预定标准来选择的。

根据实施例，一个或多个预定标准是以下中的一者或多者：

-利用从冷却液循环排出的冷却液的过程所需的热量的量；

-压缩机的输入端中允许的最大空气量；

-在压缩机的输出端处的压缩气体的温度；

-从压缩机排出的液体的温度；

-压缩机的效率；

-在循环回路系统的输入端处的冷却液的温度；和/或

-不同压缩级之间的压力比。

根据实施例，至少一个热交换器与每个压缩级的气体输出端联接。

根据实施例，热交换器的量比压缩级的量多至少一个。

根据实施例，压缩机包括用于通过冷却液回路系统调节三个或更多个热交换器之间的相互连接的装置。

根据实施例，用于调节相互连接的装置包括可控阀。

根据实施例，用于调节相互连接的装置被配置成基于压缩机的运行特性或压缩机正在运行的环境来调节三个或更多个热交换器之间的相互连接。

根据实施例，用于调节相互连接的装置被配置成调节相互连接或至少部分地绕过三个热交换器中的任一个以优化冷却液温度和压缩效率。

根据实施例，压缩机包括两个单独的冷却回路，使得冷却回路中的一个被配置成利用由热交换器回收的热量，并且冷却回路中的另一个被配置成将热量消散到大气中。

根据实施例，压缩机被配置成调节两个单独的冷却回路以优化干燥机的效率和制造车间的热量利用。

根据实施例，热交换器包括：

初级部分，该初级部分具有用于进入压缩气体进行冷却的气体输入端和用于从初级部分输出冷却气体的气体输出端；以及

次级部分，该次级部分具有用于进入冷却液的冷却液输入端和用于从次级部分输出冷却液的冷却液输出端。

根据实施例，压缩机包括水冷的附加后冷却器。

根据实施例，冷却液回路系统包括

用于从外部冷却液源将冷却液接收到冷却液回路系统的冷却液输入端；以及

用于从冷却液回路系统中排出冷却液的冷却液输出端。

由于布置串联连接的不同热交换器的可能性，本发明尤其可以提高压缩机的热量回收效率，使得可以增加压缩机的整体效率和/或可以至少部分地利用废能。可能影响效率的一个因素是进入热交换器的冷却液的温度。对于一些压缩级，具有低温的输入气流可能是有益的，这可以通过将尽可能冷的冷却液输入到前面的热交换器来实现，而对于一些其它压缩级，鉴于压缩机的整体效率，输入气流的较高温度可能是可接受的。

附图说明

在下文中，将参考附图更详细地描述本公开的一些实施例，在附图中，

图1示出了根据实施例的压缩机的简化过程图；

图2a至图2i示出了根据一些实施例的压缩机的不同热交换器之间的连接的一些实例；

图3描绘了可以利用多级压缩机的过程的实例。

具体实施方式

图1示出了具有几个热交换器2的多级压缩机1的实例的简化过程图。在该实例中，压缩机具有三个压缩级1.1、1.2、1.3和三个压缩气体热交换器2.1、2.2、2.3，但在实际实现方式中，压缩机1也可以具有仅两个压缩级或三个以上压缩级和/或三个以上热交换器。再进一步地，压缩级的量和热交换器的量不需要相同。

在下文中，压缩气体热交换器1.1-1.3也可以被称作热交换器1.1-1.3，而用于内部冷却17的热交换器被称作液-液热交换器2.4。

每个压缩级1.1、1.2、1.3具有气体输入端1.1a、1.2a、1.3a和气体输出端1.1b、1.2b、1.3b。每个交换器2.1、2.2、2.3具有用于对气体进行冷却的初级部分和用于冷却液的次级部分。初级部分具有气体输入端2.1a、2.2a、2.3a和气体输出端2.1b、2.2b、2.3b，并且次级部分具有冷却液输入端2.1c、2.2c、2.3c和冷却液输出端2.1d、2.2d、2.3d。

压缩机1具有用于使一个或多个压缩级1.1、1.2、1.3旋转的至少一个电机3。在一些实施例中，存在仅一个电机3.1，其中每个压缩级联接到电机3的轴线3.1a，但在图1的实例中，所有压缩级1.1、1.2、1.3均由单独的电机3.1、3.2、3.3驱动，使得第一压缩级1.1联接到第一电机3.1的轴线3.1a，第二压缩级1.2联接到第二电机3.2的轴线3.2a，并且第三压缩级1.3联接到第三电机3.3的轴线3.3a。在又一个实施例中，一些压缩级可以由同一电机提供动力，而一些其他压缩级可以由另一个电机或多个电机提供动力。每个电机3还可以具有电机控制电路系统4，或者可能存在如图1的实例所示的共同电机控制电路系统，其中每个电机3.1、3.2、3.3由同一电机控制电路系统4控制。

压缩机1还具有用于引导冷却液流动经过热交换器2的次级部分的冷却液回路系统5和用于引导气体流动经过压缩级1.1、1.2、1.3和热交换器2.1、2.2、2.3的气体流动回路系统6。

应当注意的是，压缩机1还可以具有图1中未示出的进一步的部件，诸如阀、干燥机等。

在图1的实施例中，待压缩气体的流动如下。气体从气体源7到达第一压缩级1.1的气体输入端1.1a处。气体例如是室外空气或来自其他气体源。电机3.1使电机的轴线3.1a旋转，该轴线使第一压缩级1.1旋转以用于对气体进行压缩。压缩气体从第一压缩级1.1的气体输出端1.1b输出。气体流动回路系统6将压缩气体从第一压缩级1.1运送到第一热交换器2.1的初级部分的气体输入端2.1a以用于降低压缩气体的温度，即从压缩气体回收热量。第一热交换器2.1的初级部分的气体输出端2.1b处于到第二压缩级1.2的气体输入端1.2a的流动连接中，其中冷却的压缩气体可以流向第二压缩级1.2进行进一步压缩。由第二压缩级1.2压缩的气体从第二压缩级1.2的气体输出端1.2b输出。气体流动回路系统6将压缩气体从第二压缩级1.2运送到第二热交换器2.2的初级部分的气体输入端2.2a以用于从压缩气体回收热量。第二热交换器2.2的初级部分的气体输出端2.2b处于到第三压缩级1.3的气体输入端1.3a的流动连接中，其中冷却的压缩气体可以流向第三压缩级1.3进行进一步压缩。由第三压缩级1.3压缩的气体从第三压缩级1.3的气体输出端1.3b输出并且流向第三热交换器2.3的初级部分的气体输入端2.3a。冷却气体可以取自于第三热交换器2.3的初级部分的输出端2.2d以用于进一步处理，例如用于干燥、用于在制造车间、动力车间等中利用。由压缩机1压缩的气体的利用对于本发明的描述和理解基本上无关，其中这里不再对其进行详细描述。

接下来，将更详细地描述图1的压缩机1中的冷却液的流动。在该实例中，假设热交换器的次级部分中的每个是串联的并且按照与压缩机级1.1、1.2、1.3的顺序不同的顺序。还假设顺序如下：第一热交换器2.1、第三热交换器2.3和第二热交换器2.2。因此，取自于冷却液源8的冷却液正流向第一热交换器2.1的次级部分的冷却液输入端2.1c。一些热量在第一热交换器2.1中从气体被回收到冷却液，其中冷却液的温度在流动通过第一热交换器2.1期间升高。然后，加热的冷却液通过冷却液回路系统5从第一热交换器2.1的次级部分的冷却液输出端2.1d被定向到第三热交换器2.3的次级部分的冷却液输入端2.3c。再次地，一些热量在第三热交换器2.3中从气体被回收到冷却液，其中冷却液的温度在流动通过第三热交换器2.3期间升高。然后，加热的冷却液通过冷却液回路系统5从第三热交换器2.3的次级部分的冷却液输出端2.3d被定向到第二热交换器2.2的次级部分的冷却液输入端2.2c，在该第二热交换器中发生了进一步的热量回收。然后，加热的冷却液通过冷却液回路系统5从第二热交换器2.2的次级部分的冷却液输出端2.3d被定向到压缩机1的冷却液输出端。例如，加热的冷却液或其一部分可以在制造车间16中利用。

应当注意的是，热交换器的次级部分的串联连接可以与上述不同，诸如第三换热器2.3、第一换热器2.1和第二换热器2.2。

图2a至图2i示出了压缩机1的不同热交换器2之间的连接的一些进一步的实例。这些图主要公开了冷却液的循环路径。

在图2a的实例中，描绘了其中利用三级压缩机1来产生压缩空气的系统。冷却液在热交换器中循环的顺序是第一热交换器2.1、第三热交换器2.3和第二热交换器2.2。还存在液-液热交换器2.4，其对要用于控制压缩机的控制单元4和(一个或多个)电机3的内部部件的温度的冷却液进行冷却。在该实例中，第一热交换器2.1与液-液热交换器2.4的冷却液流动是并联的并且在冷却液进入第二热交换器2.2和第三热交换器2.3之前，其中冷却液的温度可以低于在第二热交换器2.2和第三热交换器2.3中的温度。因此，控制单元和(一个或多个)电机的冷却效率可以比液-液热交换器2.4与第二热交换器2.2或第三热交换器2.3并联时或者甚至在第三热交换器2.3之后时更好。

压缩机1的(一个或多个)控制单元4和(一个或多个)电机3的内部部件可以包括例如集成电路和其他半导体以及其他电气部件等。因此，保持至少半导体的温度远低于其最大运行温度将是有利的。这可以通过在冷却液回路系统的早期阶段向例如作为用于对内部部件进行冷却的第一热交换器或第二热交换器的液-液热交换器2.4提供冷却液来实现。

根据实施例，经过压缩机级的热交换器循环的相同冷却液也经过内部冷却17的热交换器循环。因此，由内部部件生成的热量的至少一部分也被系统利用并且不会浪费到大气中。

在该实例实施例中，还存在第五热交换器2.5，其用于在冷却液已经循环通过第一热交换器2.1、第三热交换器2.3和第二热交换器2.2之后从冷却液回收热量，以在使冷却液再循环通过热交换器之前降低冷却液的温度。必要时，冷却液可以进一步由诸如鼓风机之类的附加冷却器14来冷却。例如，附加冷却器14可以由电机15提供动力。

当压缩空气的温度应低于在压缩空气的利用位置处的温度时，来自压缩机1的压缩空气也可以被冷却。为此目的，存在另一个冷却器11(诸如鼓风机)和用于为另一个冷却器11提供动力的电机12。根据实例，附加冷却器11是热交换器，诸如液液热交换器。

压缩机1还可以具有一个阀13或多个阀以控制冷却液和/或气体的流动。例如，第一阀13.1联接在冷却液循环回路系统8中，使得第一阀13.1可以调节冷却液通过第一热交换器2.1的次级部分的流动，并且第二阀13.2可以调节冷却液通过液-液热交换器2.4的次级部分的流动。当需要较少的冷却时，第一阀13.1可以减小冷却液通过第一热交换器2.1的次级部分的流速，并且分别地，当需要更多的冷却时，第一阀13.1可以增加冷却液通过第一热交换器2.1的次级部分的流速。相对于压缩机1的内部回路系统的冷却要求，类似的操作可以由第二阀13.2执行。

在图2a的实例实施例中，存在与第三热交换器2.3的次级部分并联的第三阀13.3。第三阀13.3可以使循环的冷却液的一些或全部绕过第三热交换器2.3。

应当注意的是，循环冷却液的绕行不需要在最后一个热交换器处，而是也可以位于一些其他热交换器处。更进一步地，可能存在用于绕过热交换器的一个以上装置，使得可以根据压缩机1的运行期间的环境，不激活用于绕过的装置、激活其中的一个或一个以上。

此绕行的一个目的是保持在压缩机1的输出端处的冷却液的温度尽可能地恒定，使得冷却液也可以在其中冷却液从压缩机1被定向到制造车间16的此类布置中利用，其中需要或至少建议冷却液的恒定温度。更进一步地，调节冷却液绕行(或不绕行)的路线可能影响冷却液的温度，其中，例如，如果需要较高的温度，则可以不使用绕行。

一些热量还可以由第五热交换器2.5回收以用于从压缩机1回收要在最终用户的过程中利用的热量。例如，热量被回收到液体(诸如清洁水)，该液体将在该过程中使用。必要时，在压缩机1中循环的冷却液可以由附加冷却器14进一步冷却，该附加冷却器包括例如鼓风机和用于为另一个冷却器14提供动力的电机15。

在图2b的实例中，描绘了几乎与图2a的系统相类似的系统，除了在冷却液循环回路系统中存在附加的第六热交换器2.6之外。第六热交换器2.6的初级部分与同第二热交换器2.2的初级部分串联的第三压缩级1.3的气体输出端联接，其中来自第三压缩级2.3的压缩气体需要时可以由两个热交换器冷却。对冷却液在第三热交换器2.3和第六热交换器2.6的次级部分中的流动控制可以分别由阀13.3、13.4来控制。因此，第三阀13.3可以使循环的冷却液的一些或全部绕过第三热交换器2.3。代替第六热交换器2.6，第三热交换器2.3可以具有用于在第一压缩级1.1之后提供来自压缩气体的附加热量回收的第三部分。

第三部分(冷却回路)可以用于例如传递来自压缩机部件(即不是来自压缩空气)的热量。第三部分可以与压缩空气冷却回路中的任一个并联或串联。更进一步地，第三部分可以在压缩机的运行期间可调。

图2c的实例是图2a的实例的修改版本。在该实施例中，用于冷却17内部回路系统的液-液热交换器2.4与其他热交换器2.1、2.2、2.3串联。图2a中描绘的阀中的一些已被省去，并且仅与第三热交换器2.3的次级部分并联的阀13.3被保持为能够绕过第三热交换器2.3，如果条件(例如，冷却液和/或压缩气体的温度)允许这样做的话。

在图2d的实例中，第一热交换器2.1和第二热交换器2.2是并联的并且由阀13.1、13.2控制，而第三热交换器2.3和液-液热交换器2.4彼此串联并且并联地联接第一热交换器2.1和第二热交换器2.2。

根据实施例，循环的冷却液的一些或全部可以在压缩机1之外绕行，例如在热交换器2.1-2.4中的一个之后进入大气。

根据实施例，冷却液流动通过热交换器2.1-2.4的顺序不是固定的，而是可以根据一个或多个预定标准来至少部分地修正。例如，可以测量由压缩级1.1-1.3输出的气体的温度，并且如果有必要，可以基于该温度来改变顺序。另一个标准可以是一个或多个压缩级1.1-1.3的效率，并且如果应修正压缩级1.1-1.3的效率，则可以改变热交换器2.1-2.4的顺序以更好地与修正的效率相对应。又一个标准可以是冷却液的温度，其中来自其的气体的温度高于其他压缩级的那个压缩级可以使在该特定压缩级的输出端处的热交换器经选择以位于冷却液循环的开始处，例如在热交换器2.1-2.4的链中的第一个。

在图2e的实例中，可以利用打开/关闭阀13.1-13.6来修正冷却液经过第一热交换器2.1和第二热交换器2.2的流动。例如，当第一阀13.1、第二阀13.2、第三阀13.3和第四阀13.4打开并且第五阀13.5和第六阀13.6关闭时，第一热交换器2.1和第二热交换器2.2是并联的。当第一阀13.1、第四阀13.4和第五阀13.5打开并且第二阀13.2、第三阀13.3和第六阀13.6关闭时，冷却液首先流动通过第一热交换器2.1，并且然后通过第二热交换器2.2。当第一阀13.1、第四阀13.4和第五阀13.5关闭并且第二阀13.2、第三阀13.3和第六阀13.6打开时，冷却液首先流动通过第二热交换器2.2，并且然后通过第一热交换器2.1。

根据实施例，冷却液不循环，但冷却液从源8输入并且在冷却液的流动路径中的最后一个热交换器之后，冷却液被提供以供实体利用。此类布置的实例在图2f中示出，其几乎与图2e的实例相类似，但是冷却液回路系统是打开的，使得冷却液从冷却液源8经过冷却液输入端18接收到冷却液回路系统5，并且在流动通过冷却液回路系统5之后，冷却液经过冷却液输出端19从冷却液回路系统5排出。在该实例实施例中，不存在用于在冷却液从冷却液回路系统排出之后对其进行冷却的附加冷却器14，也不存在第五热交换器2.5，但是一些其他实施例可以利用附加冷却器14和/或第五热交换器2.5。

在图2g的实例中，冷却液回路系统中的第一热交换器是用于内部冷却17(即，用于对内部部件17进行冷却)的液-液热交换器2.4，其中冷却液的温度尚未由压缩机级升高。然后冷却液循环经过用于对第一压缩机级1.1进行冷却的第一热交换器2.1、用于对第二压缩机级1.2进行冷却的第二热交换器2.2和用于对第三压缩机级1.3进行冷却的第三热交换器2.3。同样在该实例中，冷却液回路系统是打开的，使得冷却液从冷却液源8经过冷却液输入端18接收到冷却液回路系统5，并且在流动通过冷却液回路系统5之后，冷却液经过冷却液输出端19从冷却液回路系统5排出，但是如果冷却液不在最终用户的过程的其他部分中使用，则冷却液回路系统5也可以关闭。应当注意的是，同样在关闭的冷却液回路系统中，冷却液的温度可以通过使冷却液循环通过附加热交换器(例如图2a中描绘的第五热交换器)而被该过程利用。

在图2h的实例中，第二热交换器是用于内部冷却17的液-液热交换器2.4，其中冷却液的温度在第一压缩机级1.1中可能已经稍微升高，该第一压缩机级由第一热交换器2.1冷却。然后冷却液被提供到第二热交换器2.2以用于对第二压缩机级1.2进行冷却，并且被提供到第三热交换器2.3以用于对第三压缩机级1.3进行冷却。同样在该实例中，冷却液回路系统是打开的，使得冷却液从冷却液源8经过第七热交换器2.7接收，压缩气体的热量的至少一些由该第七热交换器传递到冷却液，使得在冷却液输入端18处的冷却液的温度不应太低。来自第七热交换器2.7，冷却液流向冷却液回路系统5，并且在流动通过冷却液回路系统5之后，冷却液经过冷却液输出端19从冷却液回路系统5排出，但是如果冷却液不在最终用户的过程的其他部分中使用，则冷却液回路系统5也可以关闭。

图2i的冷却液回路系统几乎与图2h的冷却液回路系统相类似，除了冷却液回路系统是关闭的并且第七热交换器2.7位于第三热交换器2.3之后，使得在压缩机1的输出端处的气体的热量的至少一部分可以在冷却液流回冷却液源8之前被传递到冷却液。

应当注意的是，图2a至图2i的不同实例可以混合成进一步的实例。作为实例，可以修改图2i的布置，使得来自第七热交换器2.7的冷却液不流回冷却液源8，而是流向制造车间16的进一步阶段进行利用。

应当注意的是，同样在图2g、图2h和图2i中呈现的实施例中，冷却液循环经过压缩机级的顺序可以不同于气体由压缩机级1.1-1.3压缩的顺序。例如，第一热交换器2.1可以被布置用于对第三压缩机级1.3进行冷却，第二热交换器2.2可以被布置用于对第一压缩机级1.1进行冷却，并且第三热交换器2.3可以被布置用于对第二压缩机级1.2进行冷却。

在一些实施例中，压缩机1或多个压缩机1所位于的房间可以变暖，其中同样该房间可以被冷却，例如由热泵或制冷机。

两个压缩级之间的(一个或多个)热交换器也可以被称作中间冷却器，并且在最后一个压缩级之后的热交换器或那些热交换器也可以被称作后冷却器。通过将中间冷却器串联联接在后冷却器之前可以防止空气在压缩过程中太热。

在其中一些或所有冷却液可以在冷却液回路系统的热交换器2.1-2.5中的一些之后(诸如在最后一个热交换器之后)绕行的实施例中，绕行的冷却液的温度可以通过调节要绕行的冷却液的量来调整。例如，温度可以保持在恒定值。

根据实施例，绕行的冷却液可以用于将一些能量带回压缩机1，例如从后冷却器。

在一些情形中，如果冷却液原本太冷而无法进入压缩机1，则可以使用温暖的室外空气来使冷却液变热。

根据实施例，压缩机具有两个单独的冷却回路，使得冷却回路中的一个利用由热交换器回收的热量，并且冷却回路中的另一个将热量消散到大气中。

根据实施例，提供了一种具有空气干燥机的空气压缩机，该空气干燥机可以是例如压缩热型干燥机。压缩机出口温度经选择以优化干燥机的效率和制造车间的热量利用。例如，当干燥机的热量需求较高时，更多的热量被回收到流动通过干燥机的空气并且较少的热量被回收到冷却液，并且分别地，当干燥机的热量需求较小时，较多的热量可以被回收到冷却液并且较少的热量被回收到流动通过干燥机的空气。

根据一些实施例，最后一个压缩级受温度影响最小，其中可以为该压缩级提供较少的冷却功率，并且可以为其他压缩级提供较多的冷却功率。换句话说，在最后一个压缩级之后的热交换器可以在冷却液的路径中的所有先前的热交换器之后接收冷却液，即是冷却液下游的最后一个热交换器。

根据实施例，冷却液流动和部分或完全串联的热交换器2的顺序可基于压缩机1的运行特性或压缩机1正在运行的环境来调节。

根据实施例，调节冷却液流动通过热交换器2的顺序的逻辑以优化冷却液温度和压缩效率。

根据实施例，冷却液流动通过热交换器2的顺序经选择以优化在来自压缩机1的冷却液输出端19处的冷却液温度和/或冷却液的能量含量。

在下文中，简要提供一些可能影响冷却液流动通过热交换器2.1-2.4的顺序的因素：

-利用从冷却液循环排出的冷却液的过程所需的热量的量；

-压缩机的输入端中允许的最大空气量；

-在压缩机的输出端处的压缩气体的温度；

-从压缩机排出的液体的温度；

-压缩机的效率；

-在循环路径的输入端处的冷却液的温度；和/或

--不同压缩级之间的压力比。

应当注意的是，当确定针对冷却液在压缩机1内的路径时，还存在可以考虑的其他因素。

为了确定冷却液、进入气体、压缩气体等的温度，可以在压缩机1中的适当位置安装一些温度传感器。相应地，为了确定压缩机1内侧的压力，也可以在压缩机1中的适当位置安装一些压力传感器。然而，未在图中描绘这些传感器。

图3是可以利用多级压缩机1的过程的大致简化图。存在用于一个或多个压缩机1的气体源7和冷却液源8，该一个或多个压缩机为制造工厂16产生压缩气体和加热的冷却液。

在下文中，将参考图2e的图描述根据实施例的用于压缩机1中自适应热量回收的方法。假设压缩机1具有三个压缩级1.1-1.3和三个热交换器2.1-2.3，但显然压缩机1不需要恰好具有三个压缩级2.1-2.3，而是可以具有仅两个或三个以上压缩级1.1-1.3和至少相同数量的热交换器2.1-2.4。还假设阀13.1-13.6首先处于冷却液首先流动经过第二热交换器2.2并且然后经过第一热交换器2.1的此类位置中。待压缩的气体正从气体源7流向压缩机1的第一压缩级1.1。气体源可以是例如气体容器或大气。第一压缩级1.1对气体进行压缩，其中气体的压力和温度增加。压缩气体被定向到第一热交换器2.1的初级部分。冷却液正在第一热交换器2.1的次级部分中流动。在第一热交换器2.1中，至少一些热量从气体被回收到冷却液。来自第一热交换器2.1，气体流向第二压缩级1.2进行压缩，并且进一步流向第二热交换器2.2。来自第二热交换器2.2，气体在第三压缩级1.3中被进一步压缩，之后，压缩气体被第三热交换器2.3冷却并输出进行利用。

控制电路系统4接收来自一个或多个温度传感器和一个或多个压力传感器(未示出)的测量信号，并且将测量信号与一些预定标准进行比较，以确定是否应当改变冷却液流动路径。如果该比较表明满足预定标准中的一个或多个，则控制电路系统4改变阀13.1-13.6中的一个或多个的状态，使得冷却液流动路径对应于测量条件。例如，冷却液流动通过第一热交换器2.1和第二热交换器2.2的顺序可以交换或者可以改变为并联连接。

根据实施例，在压缩机1的输出端处的冷却液的温度可以远高于现有技术压缩机中的温度。作为实例，当使用温度远低于20℃的冷自来水作为冷却液时，在利用本发明的情况下，在压缩机1的输出端处的冷却液的温度可能超过80℃，例如84℃。

应当注意的是，冷却液的流动路径不需要关闭，使得相同的冷却液在压缩机1的冷却液回路系统5中循环，但是也可以是打开的，使得冷却液从外部源(例如自来水)进入冷却液回路系统5、流动通过冷却液回路系统5并从冷却液回路系统5排出。

Claims (24)

1.一种压缩机(1)，其包括：

串联连接以用于对气体进行压缩的多个压缩级(1.1—1.3)；

用于对压缩气体进行冷却的两个或更多个压缩气体热交换器(2)，所述两个或更多个气体热交换器(2)中的每个至少包括：

用于传递所述压缩气体通过所述气体热交换器(2)的初级部分；以及

用于传递冷却液通过所述气体热交换器(2)以用于从所述压缩气体回收热量的一个或多个次级部分；

用于所述压缩机的内部部件的冷却的一个或多个液-液热交换器(2.4)，所述一个或多个液-液热交换器至少包括：

用于传递冷却液通过所述液-液热交换器(2)的初级部分；以及

用于传递冷却物质通过所述液-液热交换器(2.4)以用于将热量从所述内部部件传递到所述冷却物质的一个或多个次级部分；

用于引导所述冷却液流动经过所述液-液热交换器(2.4)和所述两个或更多个压缩气体热交换器(2)的冷却液回路系统(5)；

用于引导气体流动经过所述多个压缩级(1.1—1.3)和所述压缩气体热交换器(2)的气体流动回路系统(6)；

其特征在于，所述压缩机(1)进一步包括：

用于至少部分地绕过所述热交换器(2)中的任一个以优化以下中的至少一者的装置(13.3)：

-冷却液温度；

-压缩效率。

2.根据权利要求1所述的压缩机(1)，其中所述冷却液回路系统(5)至少部分地串联联接，使得所述液-液热交换器(2.4)是串联连接的序列中的第一个或第二个，并且所述两个或更多个压缩气体热交换器(2)中的至少两个处于串联连接中，其中所述液-液热交换器(2.4)与所述压缩气体热交换器(2)串联或者与所述压缩气体热交换器(2)中的至少一个并联。

3.根据权利要求1或2所述的压缩机(1)，其中至少三个或更多个气体热交换器(2)的所述冷却液回路系统(5)至少部分地串联联接，使得串联连接至少部分地不同于所述压缩机级(1.1—1.3)之间的串联连接并且不同于所述压缩机级(1.1—1.3)的逆向顺序，并且经选择以优化冷却液温度或能量含量。

4.一种压缩机(1)，其包括：

串联连接以用于对气体进行压缩的多个压缩级(1.1—1.3)；

用于对压缩气体进行冷却的两个或更多个压缩气体热交换器(2)，所述两个或更多个热交换器(2)中的每个至少包括：

用于传递所述压缩气体通过所述热交换器(2)的初级部分；以及

用于传递冷却液通过所述热交换器(2)以用于从所述压缩气体回收热量的一个或多个次级部分；

用于所述压缩机的内部部件的冷却的一个或多个液-液热交换器，所述一个或多个液-液热交换器至少包括：

用于传递冷却液通过所述热交换器(2)的初级部分；以及

用于传递冷却物质通过所述液-液热交换器(2.4)以用于将热量从所述内部部件传递到所述冷却物质的一个或多个次级部分；

用于引导所述冷却液流动经过所述液-液热交换器(2.4)和所述两个或更多个压缩气体热交换器(2)的冷却液回路系统(5)；

用于引导气体流动经过所述多个压缩级(1.1—1.3)和所述压缩气体热交换器(2)的气体流动回路系统(6)；

其特征在于

所述冷却液回路系统(5)至少部分地串联联接，使得所述液-液热交换器(2.4)是串联连接的序列中的第一个或第二个，并且所述两个或更多个压缩气体热交换器中的至少两个处于串联连接中，其中所述液-液热交换器(2.4)与所述压缩气体热交换器(2)串联或者与所述压缩气体热交换器(2)中的至少一个并联。

5.根据权利要求4所述的压缩机(1)，其中至少一个热交换器(2)与每个压缩级(1.1—1.3)的气体输出端(1.1b—1.3c)联接。

6.根据权利要求4或5所述的压缩机(1)，其中所述热交换器(2)的所述次级部分由所述冷却液回路系统(5)联接的顺序是基于一个或多个预定标准来选择的。

7.根据权利要求6所述的压缩机(1)，其中一个或多个预定标准是以下中的一者或多者：

-利用从冷却液循环排出的所述冷却液的过程所需的热量的量；

-所述压缩机(1)的输入端中允许的最大空气量；

-在所述压缩机(1)的输出端处的所述压缩气体的温度；

-从所述压缩机排出的液体的温度；

-所述压缩机(1)的效率；

-在循环回路系统(5)的输入端处的所述冷却液的温度；和/或

-不同压缩级(1.1—1.3)之间的压力比。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的压缩机(1)，其中至少一个热交换器(2)与每个压缩级(1.1—1.3)的气体输出端(1.1b—1.3c)联接。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的压缩机(1)，其中热交换器(2)的量比所述压缩级(1.1—1.3)的量多至少一个。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的压缩机(1)，其中所述压缩机(1)包括用于通过所述冷却液回路系统(5)调节三个或更多个所述热交换器(2)之间的相互连接的装置。

11.根据权利要求10所述的压缩机(1)，其中用于调节相互连接的所述装置被配置成基于所述压缩机(1)的运行特性或所述压缩机(1)正在运行的环境来调节所述三个或更多个热交换器(2)之间的所述相互连接。

12.根据权利要求10或11所述的压缩机(1)，其中用于调节相互连接的所述装置被配置成调节所述相互连接或至少部分地绕过三个热交换器中的任一个以优化冷却液温度和压缩效率。

13.根据权利要求4至12中任一项所述的压缩机(1)，其中所述热交换器(2)包括：

初级部分，所述初级部分具有用于进入所述压缩气体进行冷却的气体输入端(2.1a—2.4a)和用于从所述初级部分输出冷却气体的气体输出端(2.1b—2.4b)；以及

次级部分，所述次级部分具有用于进入所述冷却液的冷却液输入端(2.1c—2.4c)和用于从所述次级部分输出所述冷却液的冷却液输出端(2.1d—2.4d)。

14.根据权利要求4至13中任一项所述的压缩机(1)，其包括水冷的附加后冷却器。

15.一种压缩机(1)，其包括：

串联连接以用于对气体进行压缩的多个压缩级(1.1—1.3)；

用于对压缩气体进行冷却的三个或更多个压缩气体热交换器(2)，所述三个或更多个热交换器(2)中的每个至少包括：

用于传递所述压缩气体通过所述热交换器(2)的初级部分；以及

用于传递冷却液通过所述热交换器(2)以用于从所述压缩气体回收热量的一个或多个次级部分；

用于引导所述冷却液流动经过所述三个或更多个热交换器(2)的冷却液回路系统(5)；

用于引导气体流动经过所述多个压缩级(1.1—1.3)和所述热交换器(2)的气体流动回路系统(6)；

其特征在于

至少三个或更多个热交换器(2)的所述冷却液回路系统(5)至少部分地串联联接，使得串联连接至少部分地不同于所述压缩机级(1.1—1.3)之间的串联连接并且不同于所述压缩机级(1.1—1.3)的逆向顺序，并且经选择以优化冷却液温度或能量含量。

16.根据权利要求15所述的压缩机(1)，其中所述热交换器(2)的所述次级部分由所述冷却液回路系统(5)联接的顺序是基于一个或多个预定标准来选择的。

17.根据权利要求16所述的压缩机(1)，其中一个或多个预定标准是以下中的一者或多者：

-利用从冷却液循环排出的所述冷却液的过程所需的热量的量；

-所述压缩机(1)的输入端中允许的最大空气量；

-在所述压缩机(1)的输出端处的所述压缩气体的温度；

-从所述压缩机排出的液体的温度；

-所述压缩机(1)的效率；

-在循环回路系统(5)的输入端处的所述冷却液的温度；和/或

-不同压缩级(1.1—1.3)之间的压力比。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的压缩机(1)，其中热交换器(2)的量比所述压缩级(1.1—1.3)的量多至少一个。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的压缩机(1)，其中所述压缩机(1)包括用于通过所述冷却液回路系统(5)调节所述三个或更多个热交换器(2)之间的相互连接的装置。

20.根据权利要求19所述的压缩机(1)，其中用于调节相互连接的所述装置被配置成基于所述压缩机(1)的运行特性或所述压缩机(1)正在运行的环境来调节所述三个或更多个热交换器(2)之间的所述相互连接。

21.根据权利要求19或20所述的压缩机(1)，其中用于调节相互连接的所述装置被配置成调节所述相互连接或至少部分地绕过三个热交换器中的任一个以优化冷却液温度和压缩效率。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的压缩机(1)，其中所述热交换器(2)包括：

初级部分，所述初级部分具有用于进入所述压缩气体进行冷却的气体输入端(2.1a—2.4a)和用于从所述初级部分输出冷却气体的气体输出端(2.1b—2.4b)；以及

次级部分，所述次级部分具有用于进入所述冷却液的冷却液输入端(2.1c—2.4c)和用于从所述次级部分输出所述冷却液的冷却液输出端(2.1d—2.4d)。

23.根据权利要求15至22中任一项所述的压缩机(1)，其包括水冷的附加后冷却器。

24.根据权利要求15至23中任一项所述的压缩机(1)，其中所述冷却液回路系统(5)包括

用于从外部冷却液源(8)将冷却液接收到所述冷却液回路系统(5)的冷却液输入端(18)；以及

用于从所述冷却液回路系统(5)排出所述冷却液的冷却液输出端(19)。