HU217468B - Gázkompresszorból és turbinából álló turbinatelep és hővisszanyerő berendezés - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya hővisszanyerő berendezés egy hőfőrrásból történőhővisszanyeréshez, amelynek hő- viszszanyerő tűrbinája (976), hidegsűrített gázt előállító, a sűrítendő gázt tartalmazó sűrítőkamrával(917, 919) ellátőtt izőtermikűs gázkőmpresszőra, sűrítődűgattyúja(921, 923) és a sűrítődűgattyút (921, 923) a gáz sűrítése céljából asűrítőkamrába (917, 919) benyőmó eszköze, a sűrítőkamrában (917, 919)összesűrített gáz hűtéséhez főlyadékpermetet képező eszköze, asűrített gázt a kamrából elvezető szelepes eszköze, asűrítődűgattyúhőz (921, 923) kapcsőlt, annak energiát átadócsatőlóeszköze, a sűrítőkamrából (917, 919) közvetlenül lefejtetthideg sűrített gázból a permetfőlyadékőt leválasztó eszköze (972), ahőfőrrásból nyert hővel a hideg sűrített gázt melegítő hőcserélőeszköze (970), tővábbá a melegített sűrített gázt a tűrbinára (976)vezető eszköze van. A találmány értelmében a tűrbina (976) amelegített sűrített gázt expandáltatóan van kialakítva annak elégetésenélkül úgy, hőgy a tűrbina (976) kimenetén a gáz hőmérsékletealacsőnyabb, mint a tűrbina (976) bemenetén. A találmány tárgya még ahasőnló elven működő tűrbinatelep, illetve a tűrbinából éskőmpresszőrból álló együttes. ŕ

Description

Ez a találmány sűrített gázt szolgáltató gázkompresszorokkal együtt használt turbinákra vonatkozik, különös tekintettel a villamos erőművek gázturbinatelepeiben sűrített levegő vagy egyéb gáz szolgáltatására alkalmazott kompresszorokra. A találmány tárgya különösen az ilyen kompresszorral és turbinával megvalósított hővisszanyerő berendezés.

A forró sűrített gázok előállítására szolgáló kompresszorok, amelyek például a gázturbina égésterében a tüzelőanyag égéséhez szükséges levegőt szolgáltatják, jól ismertek. A kompresszorral előállított gáz sűrítés közben felhevül a kompresszió folyamatának adiabatikus természete folytán. Mivel sűrítés közben felhevül, több energiára van szükség a kívánt mértékű kompresszió eléréséhez, mint ha a gáz hőmérséklete sűrítés közben állandó értéken lenne tartva, vagyis a kompresszió izotermikus volna. Általában nem is gazdaságos a kompresszor mechanikai energiáját a sűrített gáz tömegének melegítésére felhasználni.

Gázok jobb hatásfokú sűrítésére tervezett ismert készülékekre egyik példa a hidraulikus gázkompreszszor, amelyben a gáz sűrítése lefelé mozgó folyadékoszlopban történik. A gázt, amely buborékok formájában van jelen, a folyadék hűti sűrítés közben. A gázt azután az oszlop alján választják el a folyadéktól, ahol célszerűen tárolva biztosítja a hideg sűrítettgáz-ellátást, ami ezt követően felhasználható energiafejlesztés céljára.

Egy hőerőgépet ismertet az US 3608311. számú szabadalom, amelynek működése a Camot-körfolyamaton alapul. A munkaközeg izotermikus kompresszióját a munkaközeget tartalmazó kamrába folyadék bepermetezésével valósítják meg úgy, hogy a gáz hőmérsékletét sűrítés közben állandó értéken tartják. Ez a készülék azonban erőgépekre vonatkozik, és egy zárt munkafolyamatú hőerőgépet foglal magában, amelyben a munkaközeg minden egyes térfogateleme állandóan a megfelelő kamrán belül marad. Nem vonatkozik gázkompreszszorokra, amelyek sűrített gázt szolgáltatnak.

A hagyományos gázturbinatelepben a gázturbinából kilépő gáz általában sokkal forróbb, mint a környezet hőmérséklete, így a kiömlő gáz fölösleges hőtartalma veszendőbe mehet, hacsak nem alakítják vissza hasznos energiává, például villamos áram fejlesztéséhez. A gázturbinatelep egyik sajátos típusában, a vegyes munkafolyamatú gáz- és gőzturbinatelepekben (CCGT) a gázturbinából kilépő gáz fölösleges hőtartalmával gőzt fejlesztenek egy második turbina hajtásához. Bár a CCGT jó hatásfokú, kiegészítőegységeket igényel, amilyen például a hő visszanyerő gőzfejlesztő és a hozzá tartozó gőzturbina.

A találmány elsősorban olyan hővisszanyerő berendezésre vonatkozik, amely egy hőforrásból történő hővisszanyeréshez használható. A hővisszanyerő berendezésnek hő visszanyerő turbinája, hideg sűrített gázt előállító, a sűrítendő gázt tartalmazó sűrítőkamrával ellátott izotermikus gázkompresszora, sűrítődugattyúja és a sűrítődugattyút a gáz sűrítése céljából a sűrítőkamrába benyomó eszköze, a sűrítőkamrában összesűrített gáz hűtéséhez folyadékpermetet képező eszköze, a sűrített gázt a kamrából elvezető szelepes eszköze, a sűrítődugattyúhoz kapcsolt, annak energiát átadó csatolóeszköze, a sűrítőkamrából közvetlenül lefejtett, hideg sűrített gázból a permetfolyadékot leválasztó eszköze, a hőforrásból nyert hővel a hideg sűrített gázt melegítő hőcserélő eszköze, továbbá a melegített sűrített gázt a turbinára vezető eszköze van.

A találmány értelmében a turbina a melegített sűrített gázt expandáltatóan van kialakítva annak elégetése nélkül úgy, hogy a turbina kimenetén a gáz hőmérséklete alacsonyabb, mint a turbina bemenetén.

A találmány így használható forrást biztosít sűrített gáz szolgáltatásához, amelyben a gáz hőmérséklete folyadékpermettel szabályozható. A kompresszió folyamán keletkező hő átadódik a permetben található cseppecskéknek oly módon, hogy kompresszió közben a gáz hőmérséklete szabályozható úgy, hogy állandó maradjon vagy csökkenjen. Ha a gáz hőmérséklete állandó értéken van tartva, a sűrítéshez szükséges energia sokkal kisebb, mint amikor hagyjuk a hőmérsékletet növekedni. A dugattyú előnyösen közvetlenül egy közegben tárolt energiával van meghajtva, amely lehet a sűrített gázban tárolt energia, vagy éghető tüzelőanyag/levegő keverék, vagy valamilyen folyadék potenciális energiája. Ez lehetővé teszi az izotermikus kompresszió meghajtását közvetlenül egy nagyon magas hőmérsékletű hőforrásról, miközben a rendszerben levő hőmennyiség a munkafolyamatban előforduló legalacsonyabb hőmérsékleten kerül veszendőbe. A dugattyú lehetőséget nyújt arra, hogy a közegből kibocsátott nagy energiák igen jó hatásfokkal alakuljanak át gázkompressziós energiává, és biztosítja a közegből felszabadult energia ideiglenes tárolását kinetikai energia formájában oly módon, hogy nagy energiákat lehet közölni a dugattyúval, és így nagy térfogatú gázt lehet sűríteni, de az a sebesség, amellyel a dugattyú mozog a hengerben, a dugattyú tehetetlenségével szabályozható úgy, hogy a kompresszió folyamata a lehető legnagyobb mértékben izotermikus legyen. A találmány lehetőséget nyújt arra is, hogy a közegből kibocsátott fölösleges hő visszanyerésével előmelegítsük az izotermikusan sűrített gázt.

A találmány szerinti hővisszanyerő berendezésben alkalmazott izotermikus kompresszor nagyon sokféleképpen valósítható meg. Egyik előnyös megvalósítási formájában a kompresszor kinetikai energia tárolására alkalmas eszközöket foglal magában, amelyek a dugattyúhoz csatlakoznak, és amelyekkel elegendő kinetikai energia közölhető ahhoz, hogy a dugattyú képes legyen a gázt összesűríteni. A kinetikai energiát tároló eszközök célszerűen magukban foglalhatnak egy, a dugattyúval fázisban mozgó tömeget, és egyik előnyös megvalósítási formájában a tömeg lehet maga a dugattyú. Előnyösen a kinetikai energiát tároló eszköznek lehet nagy tehetetlensége, amellyel szabályozza a kompresszió sebességét, elegendő időt hagyva arra, hogy a kompresszió során keletkező hőmennyiség átadódjon a permetnek úgy, hogy a kompresszió izotermikus legyen.

HU 217 468 Β

A kinetikai energiát tároló eszköz magában foglalhat egy forgathatóan ágyazott tömeget, mint például lendítőkereket is, amely úgy csatlakozik a dugattyúhoz, hogy a tömeg forgási energiáját a dugattyú a gáz kompressziós energiájává alakítsa át. A forgatható tömeg elrendezése lehet olyan, hogy a dugattyúval együtt mozgásirányt váltson, vagy foroghat csak az egyik irányban, függetlenül a dugattyú mozgásának irányától. Az előbbi esetben a dugattyú szerelhető egy forgatható tárcsára, a dugattyú mozgása a kamrában pedig történhet a tárcsa mozgásával előállított ív mentén vagy egyenes pálya mentén, lehetővé téve a dugattyú elfordulását a tárcsához képest.

Egy másik lehetőség fogasléc csatlakoztatása a dugattyúhoz olyan elrendezésben, hogy a fogasléc egy fogaskereket hajtson meg, amely lehet maga a forgó tömeg, vagy amelyhez egy forgó tömeg csatlakoztatható. Az utóbbi esetben a dugattyú egy forgattyústengelyen keresztül csatlakoztatható a forgó tömeghez. Célszerűen a kompresszor tartalmazhat a dugattyúhoz tartozó csatolóeszközöket, amelyekkel közvetlenül lehet energiát elvonni a dugattyútól, vagy közölni vele. A dugattyúról kimenő hajtás felhasználható például a kompresszorhoz tartozó szelepek és folyadékpermet-befecskendező szivattyúk hajtásához, és mechanikus kompresszorokhoz forró sűrített gázt szolgáltatva a kompresszor hajtásához. A dugattyúról bármilyen alkalmas mechanikai csatolás útján levehető teljesítmény.

Egyik előnyös kiviteli formájában a kompresszor magában foglal olyan eszközöket, amelyekkel kinetikai energia közölhető a kinetikai energiát tároló eszközökkel. Ha a kinetikai energiát tároló eszközt maga a dugattyú tömege szolgáltatja, akkor az energiaközlő eszköz elrendezhető úgy, hogy közvetlenül a dugattyúval közöljön kinetikai energiát. A kompresszor magában foglalhat olyan eszközöket, amelyek a dugattyú egyik irányú mozgatásához felhasznált kinetikai energiát a dugattyút a másik irányba mozgató kinetikai energiává alakítják át. Az energiaátalakító eszközök lehetővé teszik például a kinetikai energia közlését a kinetikai energiát tároló eszközökkel úgy, hogy a dugattyú a sűrítőkamrából kifelé mozogjon, ezt követően pedig úgy, hogy a dugattyú a sűrítőkamrába befelé mozogjon a gáz sűrítése céljából. Más megoldásban az energiaátalakító eszközök felhasználhatók arra, hogy a dugattyút a kamrába befelé, a gáz sűrítése céljából mozgató kinetikai energia egy részét a dugattyúnak a másik irányú, a kamrából kifelé irányuló hajtásához alakítsák át. Az energiaátalakító eszközök olyan eszközöket is magukban foglalhatnak, amelyek a dugattyú mozgatásához felhasznált kinetikai energiát potenciális energiává alakítják át. A kinetikai energia például olyan elrendezéssel alakítható át potenciális energiává, hogy egy tömeg a dugattyú mozgásának hatására függőleges irányban mozdul el. Ez lehetne egy külön tömeg, de maga a dugattyú is biztosíthatná ezt a tömeget.

Egy előnyös megvalósításában a kompresszor magában foglal egy második kamrát és egy második dugattyút is olyan elrendezésben, hogy amikor a dugattyú a kamrába befelé mozog, a második dugattyú a második kamrából kifelé mozog. Az első és a második dugattyú lehet közvetett módon, például egy forgattyútengellyel, mechanikailag összekötve egymással. Ez a mechanikai kapcsolat felhasználható a dugattyúk viszonylagos fázishelyzetének beállítására bármilyen fázisszögben. Más megoldásban lehet az első és a második dugattyú közvetlenül összekötve egymással, és állhat egyetlen összefüggő testből, vagyis kialakítható egyetlen dugattyú. A kinetikai energiát tároló eszközöket biztosíthatja akár a második dugattyú önmagában, akár az első dugattyú tömegével együttesen.

Egyik megvalósításban az energiaátalakító eszközök magukban foglalnak egy gáztömeget, amely a második kamrába van bezárva. Az a kinetikai energia, ami például az első és második dugattyú tömegében van tárolva, elnyelethető a második kamrában levő gáz adiabatikus kompressziójával, majd hagyva a forró sűrített gázt adiabatikusan expandálni, kinetikai energia közölhető a másik irányban mozgó dugattyúkkal, az első kamrába befelé mozgó első dugattyú meghajtásához az abban levő gáz sűrítése céljából.

Egyik megvalósításában a gázkompresszor tárolóeszközöket foglal magában egy folyadéktömeg befogadásához, magában foglalva egy, a dugattyút képező vezetéket. A tárolóeszköz kialakítható egy nagyjából U alakú vezeték formájában úgy, hogy a kamra a vezeték egyik ágában van kialakítva, a második kamra pedig (ha van ilyen) a másik ágban van kialakítva. A folyadékdugattyúban a folyadék tökéletes tömítést biztosít a dugattyú és a kamra fala között. A kompresszornak ez a kiviteli formája magában foglalhat egy szilárd anyagból álló dugattyút is, amely a vezetékben a folyadékdugattyú és a kamra között helyezkedik el. Egy másik, szilárd anyagú dugattyú is elhelyezhető a vezetékben a folyadékdugattyú másik, a kamrától távolabb eső oldalán. Mindkét szilárd dugattyú sűrűsége lehet nagyobb, mint a folyadékdugattyúban levő folyadéké, így az összetett, szilárd és folyékony komponensekből álló dugattyú mérete adott tömeg eléréséhez előnyösen csökkenthető. Emellett a szilárd anyagú dugattyúk alkalmazása a folyadékdugattyú felett megakadályozza a közvetlen érintkezést a folyadék és a gáz, valamint a kamrának azon részei között, amelyek viszonylag forrók lehetnek. A szilárd anyagú dugattyúk egyben kiküszöbölik a felületek közötti diszturbanciákat is a folyadék felszínén, valamint folyadék behatolását a gázba is.

Egy másik megvalósításban a dugattyú szilárd anyagból áll, de szerkezetileg állhat több különféle szilárd anyagból, és össztömegének egy részeként folyékony anyagot is tartalmazhat. A dugattyú és a kamra elrendezése lehet olyan, hogy a dugattyúnak a kamrába irányuló mozgása lényegében függőleges síkban vagy pedig lényegében vízszintes síkban történik. Az utóbbi elrendezés esetében csekély súrlódást biztosító eszközöket lehet alkalmazni a dugattyú alátámasztásához, elősegítve ezzel a dugattyúnak a kamrához viszonyított mozgását. Ha a dugattyú célszerűen olyan elrendezésű, hogy függőleges irányú és egyenes vonalú mozgást végez, ágyazásához esetleg nincs is szükség semmiféle eszközre. Más elrendezések is számításba jöhetnek, amelyekben a dugattyú egyéb síkokban mozog.

HU 217 468 Β

Egyik megvalósításában a hajtóenergia átadására szolgáló eszközök magukban foglalhatnak egy második szelepes eszközt, amely működésbe hozva átengedi a forró sűrített gázt a második kamrába, hogy az kifelé hajtsa a második dugattyút a második kamrából. Ha a forró sűrített gázt hagyjuk adiabatikusan expandálni, a gáz energiájának legnagyobb része átadódik a kinetikai energiát tároló eszközöknek, ami biztosítható az első és a második dugattyú tömegével, és a tárolt kinetikai energia azután felhasználható az első kamrában levő gáz izotermikus kompressziójának megvalósításához. Mivel a forró sűrített gáz expanziójából felszabaduló energia nagyobb, mint ami annak a gáznak az izotermikus kompressziójához szükséges, az első kamrában összesűrített gáz tömege nagyobb lehet, mint a második kamrában expandáló gáz tömege. A kinetikai energiát tároló eszközök termodinamikailag jó hatásfokkal teszik lehetővé a forró sűrített gáz expanziója során felszabaduló energia felhasználását gázok izotermikus kompressziójához. A gáznak az első hengerben történő sűrítése után a második kamrában expandált gáz ezt követően összesűríthető a második kamrába befelé mozgatott dugattyúval. Ez függőleges elrendezésben megvalósítható például úgy, hogy a dugattyút hagyjuk a saját súlya alatt szabadon esni.

A kompresszor magában foglalhat harmadik szelepes eszközöket is, amelyek a második kamrában befelé mozgó dugattyúval a gáznak a második kamrában történő sűrítése után működésbe hozva hagyják a sűrített gázt elvezetni a második kamrából. Ebben a megvalósításban célszerűen magában foglal eszközöket folyadékpermet képzéséhez, hűteni a gázt a második kamrában sűrítés közben. Egy, a második kamrába bevezetett forró sűrített gáz, amelyet hagytak adiabatikusan expandálni, ezt követően izotermikusan komprimálható. Tartalmazhat továbbá a gázkompresszor egy negyedik szelepes eszközt is, amely a második szelepes eszközzel a második kamrába beengedett forró sűrített gáznak a második kamrában történő expanziója után működésbe hozva pótlólagos kisnyomású gáz beszívását teszi lehetővé, mielőtt a második kamrából kifelé mozgó dugattyú sebessége nullára csökkenne. Egy, a forró sűrített gázból nyert kinetikai energiából használódik fel valamennyi a pótlólagos gáztömegnek a második kamrába történő beszívására a gáz sűrítését megelőzően.

Egy másik megvalósításban, második kamrával vagy anélkül, a hajtóenergia közlésére szolgáló eszközök egy további szelepes eszközt foglalnak magukban, amely működésbe hozva forró sűrített gázt enged be az első kamrába, hogy az a dugattyút az első kamrából kifelé hajtsa. Ebben a megvalósításban ugyanaz a gáz, amely a dugattyút a kamrából kifelé hajtja a munkafolyamat első felében, sűrítésre kerül a kamrában a munkafolyamat második felében. Ez a megvalósítás magában foglalhat olyan eszközöket is, amely a kamrából kifelé mozgó dugattyútól származó kinetikai energiát a gáz sűrítése céljából a kamrába befelé mozgó dugattyúval közölhető kinetikai energiává alakítja át. Lehet alkalmazni egy második kamrát és egy második dugattyút, ahol a második kamra tartalmaz egy gáztömeget, amely az első kamrába bevezetett forró gázból származó kinetikai energiát olyan kinetikai energiává alakítja át, hogy az a dugattyút az első kamrában vissza, befelé hajtsa a gáz sűrítése céljából. Miközben a második dugattyú a második kamrában befelé mozog, az abban levő gáz adiabatikusan összenyomódik, majd ezt követően adiabatikusan kitágul, hajtva a második dugattyút kifelé a második kamrából, az első dugattyút pedig befelé az első kamrába. Más megoldásban a kompresszor magában foglalhat egy második kamrát, amely el lehet látva második, harmadik és negyedik szelepes eszközökkel, mint az előzőekben már említettük. Tartalmazhat még a kompresszor szelepes eszközöket, amelyek a további szelepes eszközökkel az első hengerbe bevezetett forró sűrített gáz expanziója után léphetnek működésbe pótlólagos kisnyomású gáz bevezetése céljából, mielőtt a kamrából kifelé mozgó dugattyú sebessége nullára csökkenne.

Előnyös módon ha az első és második kamrába váltakozva bevezetett forró sűrített gáz adiabatikusan expandál, a gáz hőenergiája célszerűen mechanikai energiává, például a dugattyú kinetikai energiájává alakul át úgy, hogy minden egyes expanzió után egy pótlólagos gáztömeget lehet bevezetni mindegyik kamrába, amint a kamra szabad térfogata növekszik. A dugattyú ezután egy pillanatra nyugalomba jön a kamrák egyikében, majd mozgásiránya megfordul a kamrába bevezetett forró gáz befúvatásának és expandálásának hatására, befelé hajtva a dugattyúi a kamrába, amely a korábban bevezetett forró sűrített gáz hőmérsékleténél sokkal alacsonyabb hőmérsékleten nyomja össze, komprimálja a gázt. Egy adott tömegű sűrített gáz nagyobb tömegű sűrített gázzá alakul át, ahol a tömegtöbblet jó hatékonysággal a kamrába bevezetett forró sűrített gáz hőenergiájából származik.

Egy másik megvalósításban a hajtóenergia közlésére szolgáló eszközök magukban foglalnak olyan eszközöket, amelyekkel éghető fűtőanyag-keverék juttatható a második kamrába, miáltal az abban végbemenő égés kinetikai energiát közöl a dugattyúval vagy egyéb kinetikai energiát tároló eszközökkel. Egy másik megvalósításban a hajtóenergiát közlő eszközök olyan eszközöket foglalnak magukban, amelyekkel sűrített gáz bocsátható be a második kamrába, valamint további eszközöket forró folyadékpermet képzéséhez a második kamrában levő gáz felhevítése céljából. Más változatban a hajtóenergiát közlő eszközök olyan eszközöket foglalnak magukban, amelyekkel gázt fejlesztő közeg bocsátható be a második kamrába a gázosításhoz szükséges reakciógázzal együtt. E megvalósítások mindegyikében magukban foglalhatnak a hajtóenergia közlésére szolgáló eszközök még további eszközöket is a sűrített gáznak az első kamrából a második kamrába történő átvezetéséhez. Előnyösen hőcserélő eszközöket lehet kialakítani az első kamrából kikerülő hideg sűrített gáznak a második kamrából kilépő forró expandált gázzal történő előmelegítéséhez. A hőcserélőből kilépő előmelegített sűrített gáz egy része felhasználható gázturbina hajtására. A hideg sűrített gáz egy részének felhasználása turbina hajtására különösen előnyös akkor,

HU 217 468 Β ha a második kamrából kilépő forró expandált gáz több hőenergiával rendelkezik, mint amennyi a kompresszor hajtásához szükséges mennyiségű hideg sűrített gáz előmelegítéséhez szükséges. A kompresszor kialakítható úgy, hogy több hideg sűrített gázt állítson elő ennek a fölösleges hőmennyiségnek a visszanyeréséhez. Ilyen módon ez a hőtöbblet visszanyerhető úgy, hogy hasznos teljesítménnyé alakul át.

A kompresszor egy harmadik kamrát is magában foglalhat a sűrítendő gáz befogadásához, valamint egy harmadik dugattyút a gáznak a harmadik kamrába befelé mozgó harmadik dugattyúval történő összenyomásához, és magában foglalhat további szelepes eszközöket is, amelyek lehetővé teszik a sűrített gáz elvezetését a harmadik kamrából. A harmadik kamra és a harmadik dugattyú elrendezhető úgy, hogy amikor a második dugattyú kifelé mozog a második kamrából, a harmadik dugattyú a harmadik kamrába befelé mozog. Azok a folyamatok, amelyek a második dugattyút kifelé hajtják a második kamrából, felhasználhatók a gáz sűrítéséhez a harmadik kamrában. Ahol a kompresszor az első és második dugattyút alkotó folyadékdugattyút tartalmazó U alakú vezetéket foglal magában, a harmadik dugattyú kiképezhető például úgy, hogy a harmadik kamra a vezetéknek ugyanabban az ágában van kialakítva, mint az első kamra. Egy szilárd anyagból álló dugattyú helyezhető el a harmadik dugattyú és a harmadik kamra között. Ha egy szilárd anyagú dugattyú is van a folyadékdugattyú fölött az első kamrában, a szilárd dugattyúk elrendezése lehet olyan, hogy egymástól függetlenül mozogjanak, vagy lehetnek egymással összekapcsolva, és képezhetnek például egyetlen testet is. Ahol az első, második és harmadik dugattyúk mindegyike szilárd anyagból áll, a dugattyúk hatékonyan kialakíthatók egyetlen test formájában, és együttesen szolgáltathatják a kinetikai energia tárolására szolgáló eszközöket. A gáz a harmadik kamrában összenyomható adiabatikusan, és a sűrített gáz felhasználható gázturbina hajtásához. Ha külön gázturbina van felhasználva a második kamrában végbemenő folyamatból származó forró expandált gáz fölös hőtartalmának visszanyeréséhez, a külön turbinából kilépő gáz (amely még mindig lehet viszonylag forró) felhasználható az első kamrából kilépő hideg sűrített gáz egy részének előmelegítéséhez például egy hőcserélőben, és ez előmelegített sűrített gáz felhasználható a harmadik kamrából származó, adiabatikusan sűrített gázzal hajtott turbina hajtásához. Más változatban mind a harmadik kamrából kikerülő, adiabatikusan sűrített gáz, mind a kiáramló gáz fölös hőtartalmának visszanyerésére szolgáló előmelegített sűrített gáz egyetlen turbinára irányítható, így előnyösen elkerülhető; hogy egynél több turbinára legyen szükség.

Más elrendezésben a második kamra és a második dugattyú elrendezhető úgy, hogy amikor az első és a harmadik dugattyú a megfelelő kamrában befelé mozog, a második dugattyú is befelé mozog a második kamrában. Ekkor a második kamrában végbemenő folyamat hajtja az első, második és harmadik dugattyút kifelé a megfelelő kamrákból, kinetikai energiát közölve a kinetikai energiát tároló eszközzel, ami előnyösen lehet a dugattyúk együttes tömegére. Biztosítva vannak az eszközök a kinetikai energiának a dugattyút visszafelé, a megfelelő kamrákba irányuló hajtásához szükséges kinetikai energiává történő átalakításához, és ez állhat egy adiabatikus kompressziós/expanziós kamrából, amely egy gáztömeget tartalmaz, és egy hozzá tartozó dugattyúból, amely úgy van összekötve a többi dugattyúval, hogy a második dugattyúnak a második kamrából kifelé irányuló mozgására ez az újabb dugattyú az adiabatikus kompressziós/expanziós kamrába befelé mozogjon. Egy másik megvalósításban a második kamra és a második dugattyú elrendezése olyan, hogy az első és harmadik dugattyúnak a megfelelő kamrába befelé irányuló mozgására a második dugattyú a második kamrából kifelé mozogjon. A gázkompresszor magában foglalhat egy negyedik kamrát és egy negyedik dugattyút olyan elrendezésben, hogy amikor a második dugattyú a második kamrába befelé mozog, a negyedik dugattyú a negyedik kamrából kifelé mozogjon. Amellett, hogy a második kamrában végbemenő folyamatból származó hajtóenergia mozgatja az első és harmadik dugattyút befelé a megfelelő kamrákba az azokban levő gáz sűrítéséhez, a második kamrával kapcsolatos fent említett folyamatok bármelyike végbemehet a negyedik kamrában úgy, hogy biztosítsa a második dugattyú hajtását visszafelé a második kamrába, következésképpen az első és a harmadik dugattyú hajtását kifelé a hozzájuk tartozó kamrából.

Lehet még a gázkompresszorban egy ötödik dugattyú és egy ötödik kamra gáz befogadására, amely összenyomható az ötödik dugattyúnak az ötödik kamrába irányuló mozgatásával az ötödik dugattyú és az ötödik kamra olyan elrendezésében, hogy a második dugattyúnak a második kamrába befelé irányuló mozgására az ötödik dugattyú befelé mozogjon az ötödik kamrába, és a kompresszor további szelepes eszközöket foglal magában, amelyek lehetővé teszik a sűrített gáz elvezetését az ötödik kamrából. Az ötödik kamra felhasználható gáz adiabatikus sűrítéséhez, amely azután felhasználható gázturbina hajtásához, ami lehet ugyanaz a gázturbina, amit a harmadik kamrából származó adiabatikusan sűrített gáz hajt meg. Az ötödik kamrában az adiabatikus kompresszióhoz a negyedik kamrában végbemenő folyamat szolgáltatja az energiát. Magában foglalhat továbbá a kompresszor egy hatodik dugattyút és hatodik kamrát is a hatodik kamrába befelé mozgó hatodik dugattyúval összesűrítendő gáz befogadásához a hatodik dugattyú és hatodik kamra olyan elrendezésével, hogy a második dugattyúnak a második kamrába befelé irányuló mozgására a hatodik dugattyú a hatodik kamrába befelé mozogjon, és a kompresszor magában foglal további eszközöket, amelyekkel a hatodik kamrában folyadékpermet képezhető az abban sűrített gáz hűtéséhez, és további szelepes eszközöket, amelyek lehetővé teszik a sűrített gáz elvezetését a hatodik kamrából. A hatodik kamra így egy második izotermikus kompressziós kamrát biztosít hideg sűrített gáz előállításához. A hatodik kamrában is a negyedik kamrában végbemenő folyamat hajtja meg az izotermikus kompressziót. Egy, a komp5

HU 217 468 Β resszomak ebben a formájában a második kamrában végbemenő, folyamat hajtja meg az izotermikus és adiabatikus kompressziót az első, illetve a harmadik kamrában a munkafolyamat első felében, és a negyedik kamrában végbemenő folyamat hajtja meg az adiabatikus és izotermikus kompressziót az ötödik, illetve hatodik kamrában a munkafolyamat második felében. A hajtóenergia közlésére szolgáló eszközök továbbá magukban foglalhatnak még olyan eszközöket, amelyekkel a sűrített gáz átvezethető a hatodik kamrából a második és/vagy negyedik kamrába. A hőcserélő eszköz lehet ugyanaz a hőcserélő, amely az első kamrából kikerülő sűrített gáz előmelegítésére szolgál a második kamrából kikerülő gáz felhasználásával. Az a hőmennyiség, amelyre nincs szükség a hatodik kamrából kikerülő hideg sűrített gáz előmelegítéséhez a második és/vagy negyedik kamrában végbemenő folyamatok meghajtásához, visszanyerhető oly módon, hogy az első és/vagy hatodik kamrából további hideg sűrített gázt vezetünk át a hőcserélő eszközön, miáltal a fölösleges hő további sűrített gáz előmelegítésére használódik fel, és ez a gáz azután gázturbina hajtására használható fel. A fenti megvalósítások bármelyikében a dugattyúk közül bármelyik kettő vagy több kialakítható ikerelrendezésben, és összeköthetők például egy vagy több tömített tengellyel, amelyek egyik kamrából a következő kamrába vannak átvezetve. Más változatban a dugattyúk közül bármelyik kettő vagy több elrendezhető a kamrában végzett mozgás irányához képest oldalirányban kiosztva.

Ahol forró sűrített gázt használnak a kompresszor hajtásához, a gázt szolgáltathatja egy hagyományos mechanikus kompresszor vagy magával az izotermikus kompresszorral előállított hideg sűrített gáz, amely a második és/vagy negyedik kamrából származó forró expandált gázzal van hőcserélő eszköz útján előmelegítve, és amely ezután tovább melegíthető a főhevítőben például fűtőanyag elégetésével. Az így keletkező forró sűrített gáz hőmérséklete általában sokkal magasabb, mint a mechanikus kompresszorral előállított gázé. A nagyon forró sűrített gáz azután bevezethető a második és/vagy negyedik kamrába, amelyben expandálva hajtja a kompresszort. A második és/vagy negyedik kamrába bevezetett forró sűrített gáz célszerűen egyszerű adiabatikus expanzióval hajtja a kompresszort, ezért sokkal tisztább folyamat, mint akár az égés, akár a gázosítás.

Egy másik megvalósításban a kompresszor egy első és, ha van ilyen, egy második kamrán túlmenően magában foglalhat még egy további, sűrítendő gázt tartalmazó kamrát, egy további dugattyút a gáznak a további dugattyúnak a további kamrába befelé irányuló mozgásával végzett sűrítése céljából, szelepes eszközöket, amelyekkel a sűrített gáz elvezethető e további kamrából, valamint eszközöket a sűrített gáz átvezetéséhez e további kamrából az első és/vagy második kamrába. E további dugattyú független az első dugattyútól, és a kompresszor egy második, e további dugattyúhoz csatlakozó kinetikai energiát tároló eszközt is magában foglalhat, amely elegendő kinetikai energiát képes közölni e további dugattyúval e további kamrában levő gáz összenyomásához. A második kinetikai energiát tároló eszköz magában foglalhat egy tömeget, amelynek olyan az elrendezése, hogy e további dugattyúval fázisban mozog, és a tömeget szolgáltathatja célszerűen maga a további dugattyú. E további kamrában tartalmazott gáz sűrítése adiabatikusan történik, és felhasználható az első és (ha van ilyen) a második kamrában végbemenő izotermikus kompresszió meghajtásához. Az adiabatikusan sűrített gáz felhasználható gázturbina hajtásához is.

A kompresszor ebben a formájában magában foglalhat még további eszközöket, amelyekkel kinetikai energia közölhető a második kinetikai energiát tároló eszközzel, valamint olyan eszközöket, amelyekkel a további dugattyú egyik irányú mozgatásához felhasznált kinetikai energia átalakítható a dugattyú másik irányú mozgását megvalósító kinetikai energiává. Az energiaátalakító eszközök magukban foglalhatnak a dugattyú mozgatásához felhasznált kinetikai energiát potenciális energiává átalakító eszközöket is, például a további dugattyú mozgásának hatására függőleges irányban elmozduló tömeg kialakításával, ami magának e további dugattyúnak a tömegével is biztosítható. A kompreszszor magában foglalhat egy negyedik kamrát és egy negyedik dugattyút is olyan elrendezésben, hogy a további dugattyúnak a további kamrába befelé irányuló mozgására a negyedik dugattyú a negyedik kamrából kifelé mozogjon, és a további, valamint a negyedik dugattyú egyetlen összefüggő testet képezhet. Bár ebben a megvalósításban esetleg nincs második kamra és második dugattyú, a negyedik kamra és negyedik dugattyú ilyen megnevezése azt a célt szolgálja, hogy az egyik kamrát és dugattyút a másiktól megkülönböztesse. A további dugattyú mozgatásához felhasznált kinetikai energia átalakítására szolgáló eszközök magukban foglalhatnak egy gáztömeget a negyedik kamrában, amely felváltva összenyomódik, majd hagyva adiabatikusan expandálni hajtja a további dugattyút befelé a további kamrába a gáz sűrítése céljából. Különösen előnyös ez ott, ahol a második kinetikai energiát tároló eszközzel kinetikai energiát közlő eszközök e további kamrában végbemenő folyamatot foglalják magukban. A további dugattyúval hajtóenergiát közlő, és a második kinetikai energiát tároló eszköznek kinetikai energiát átadó eszközök magukban foglalhatnak például olyan eszközöket, amelyekkel éghető tüzelőanyag-keverék juttatható a további kamrába, miáltal az abban végbemenő égésből származik a kinetikai energia. Más változatban, a második kinetikai energiát tároló eszközzel kinetikai energiát közlő eszközök magukban foglalhatnak olyan eszközöket, amelyekkel sűrített gáz bocsátható a további kamrába, valamint további eszközöket forró folyadékpermet előállításához a további kamrában levő gáz felmelegítése céljából. Egy másik megvalósításban a további dugattyúhoz hajtóenergiát szolgáltató eszközök olyan eszközöket foglalnak magukban, amelyekkel gázfejlesztő közeg bocsátható be a további kamrába reakciógázzal együtt gázosítás céljából, egy másik megvalósításban pedig a további dugattyúhoz hajtóenergiát szolgáltató eszközök szelepes eszközöket foglalhatnak magukban, amelyek működésbe hozva forró sűrített gázt engednek be a további kamrába. A fenti megvalósítások bárme6

HU 217 468 Β lyikében a további kamrában végbemenő adiabatikus kompressziót olyan folyamat hajtja meg, amely ugyanabban a kamrában megy végbe. A folyamat eredményeként a további kamrában a forró gáz expandál, és mozgatja kifelé a további dugattyút a további kamrából. Szelepes eszközök biztosíthatók, amelyek a gáznak a további kamrában végbemenő expanzióját követően működésbe hozva gázt engednek be a kamrába az ezt követő adiabatikus kompresszióhoz. A szelepes eszközök elhelyezhetők úgy, hogy a gáz beszívása közvetlenül a dugattyú fölött történjen. Ebben a megvalósításban a kompresszor még további szelepes eszközöket is magában foglalhat; amelyek a gáznak a további kamrába történő bevezetése után hozhatók működésbe, hogy a forró expandált gáz eltávozhasson a kamrából a dugattyúnak a további kamrába befelé irányuló mozgása hatására. A szelepes eszköz az expandált gáznak a kamrából történő eltávolítását követően elzárható, hogy az expanziós folyamat után a kamrába beszívott gázt össze lehessen sűríteni. Az a kinetikai energia, amely a további kamrában végbemenő folyamattal adódik át a második kinetikai energiát tároló eszköznek, átalakítható olyan kinetikai energiává, amely a további dugattyúnak a további kamrába befelé irányuló mozgását hozza létre a negyedik kamrában levő gáz adiabatikus kompressziója és expanziója által.

Egy másik megvalósításban a negyedik kamra testesítheti meg a további kamrával kapcsolatban fent leírt jellemzők bármelyikét úgy, hogy a negyedik kamrában végbemenő folyamat hajtja meg az adiabatikus kompressziót a további kamrában, és a további kamrában végbemenő folyamat hajtja meg az adiabatikus kompressziót a negyedik kamrában. Ez a megvalósítás előnyösen kétszer állít elő adiabatikusan sűrített gázt egy teljes munkafolyamat alatt. Az adiabatikusan sűrítendő gáz és a folyamatban részt vevő gáz szétválasztása a további kamrában és a negyedik kamrában természetes termikus rétegződéssel megvalósítható.

Egy másik megvalósításban az adiabatikus kompresszió és az adiabatikus kompressziót meghajtó folyamat külön kamrákban történhet. Egy adiabatikus kompresszió csak a további kamrában, az adiabatikus kompressziót meghajtó folyamat pedig csak a negyedik kamrában van.

Egy másik megvalósításban a negyedik kamra és a negyedik dugattyú úgy rendezhető el, hogy a további dugattyúnak a további kamrába befelé irányuló mozgásakor a negyedik dugattyú is befelé mozogjon a negyedik kamrában. Ettől kezdve a további dugattyút és a további kamrát harmadik dugattyúnak, illetve harmadik kamrának fogjuk nevezni, bár lehet, hogy nincs második dugattyú és második kamra. Ugyanígy a negyedik, ötödik és hatodik kifejezések is egyik dugattyúnak és kamrának a másiktól való megkülönböztetését célozzák, bár lehet, hogy nincs második kamra. A kompresszor magában foglalhat még egy ötödik kamrát és ötödik dugattyút is olyan elrendezésben, hogy amikor a harmadik dugattyú a harmadik kamrába befelé mozog, az ötödik dugattyú kifelé mozog az ötödik kamrából. Ebben a megvalósításban a második kinetikai energiát tároló eszközzel kinetikai energiát közlő eszköz a negyedik kamrában végbemenő folyamat lehet, amely az ötödik dugattyút befelé hajtja az ötödik hengerbe. Az ötödik kamra tartalmazhat egy gáztömeget, amely a kinetikai energiát olyan kinetikai energiává alakítja át, amely az ötödik dugattyúval olyan mozgást közöl, hogy a harmadik dugattyút a harmadik kamrába befelé hajtva az abban levő gázt összesűrítse.

Egy másik megvalósításban a gázkompresszor olyan eszközöket foglalhat magában, amelyekkel olyan folyamatot hozhat létre az ötödik kamrában, hogy a második kinetikai energiát tároló eszközzel közölt kinetikai energia által a további dugattyút úgy mozgassa a további kamrában, hogy az abban levő gázt összesűrítse. Egy, a második kinetikai energiát tároló eszközzel kinetikai energiát közlő eszközök magukban foglalhatnak olyan eszközöket, amelyekkel éghető fűtőanyag-keverék juttatható az ötödik kamrába, miáltal az abban végbemenő égésből származik a kinetikai energia. Más változatban a kinetikai energiát tároló eszköz foglalhat magában olyan eszközöket, amelyekkel sűrített gáz bocsátható az ötödik kamrába, és olyan további eszközöket, amelyekkel forró folyadékpermet képezhető az ötödik kamrában helyet foglaló gáz felhevítéséhez. Egy másik megvalósításban a második kinetikai energiát tároló eszközzel kinetikai energiát közlő eszközök olyan eszközöket foglalhatnak magukban, amelyekkel gázképző közeg bocsátható az ötödik kamrába reakciógázzal együtt gázfejlesztés céljából. Egy másik megvalósításban a második kinetikai energiát tároló eszközzel kinetikai energiát közlő eszközök szelepes eszközöket foglalhatnak magukban, amelyek működésbe hozva forró sűrített gázt engednek be az ötödik kamrába.

A gázkompresszor magában foglalhat továbbá még egy hatodik kamrát sűrítendő gáz befogadásához, egy hatodik dugattyút a hatodik kamrában olyan elrendezésben, hogy az ötödik dugattyúnak az ötödik kamrába befelé irányuló mozgására a hatodik dugattyú a hatodik kamrába befelé mozogjon, és magában foglalhat továbbá szelepes eszközöket, amelyek lehetővé teszik a sűrített gáz elvezetését a hatodik kamrából. Ebben a megvalósításban két kamrában adiabatikus kompresszió megy végbe, két másik kamrában pedig a kompresszió végrehajtásához szükséges folyamat megy végbe. Az ötödik kamrában végbemenő folyamat hajtja meg a kompressziót a harmadik kamrában, a negyedik kamrában végbemenő folyamat pedig a hatodik kamrában végbemenő adiabatikus kompressziót hajtja meg. Előnyösen az adiabatikusan sűrített gáz teljesen el van választva a folyamatban részt vevő gáztól. Továbbá ez a megvalósítás szimmetrikus, és munkafolyamatonként kétszer állít elő adiabatikusan sűrített gázt. Mind a harmadik, mind a hatodik kamrából kikerülő adiabatikusan sűrített gáz felhasználható az első kamrában (és ha van, a második kamrában) az izotermikus kompresszió meghajtásához, és használható gázturbina hajtásához is.

Egy előnyös megvalósításban a második kinetikai energiát tároló eszközzel kinetikai energiát közlő eszközök magukban foglalnak további eszközöket, amelyekkel a sűrített gáz az első és/vagy a második kamrá7

HU 217 468 Β ból átvezethető szükség szerint a harmadik, negyedik vagy ötödik kamrába az abban végbemenő folyamat meghajtásához. Célszerűen hőcserélő eszközök vannak biztosítva az első és/vagy második kamrából kikerülő sűrített gáz előmelegítéséhez a harmadik, negyedik vagy ötödik kamrák bármelyikéből kilépő forró expandált gáz hőtartalmának felhasználásával.

A kompresszornak egy másik megvalósításában az izotermikus kompresszióhoz szükséges energia egy folyadéktároló tartállyal biztosítható. A folyadékkal hajtott gázkompresszor egyik formájában egy vezetéket és abban egy további dugattyút foglal magában olyan elrendezésben, hogy az a vezetékben mozoghat, és hajtja az első dugattyút befelé az első kamrába az abban levő gáz összesűrítéséhez. Egy folyadékot tartalmazó tartály csatlakozik a vezeték egyik végéhez, a kompresszor pedig magában foglal egy további fő áramlásszabályozó szelepet, amelynek a működése szabályozza a folyadék áramlását a tartályból a vezetékbe a további dugattyúnak a vezeték mentén történő mozgatásához, valamint ürítő szelepes eszközöket, amelyek működtetésével a gáznak az első kamrában megvalósított kompressziója után a folyadék eltávozhat a vezetékből. A további dugattyú lehet folyékony vagy szilárd anyagú dugattyú, vagy mindkettő kombinációja, és kialakítható az első dugattyúval egy darabban is. A kompresszor kamrák sokaságát foglalhatja magában a sűrítendő gáz befogadásához, valamint dugattyúkat a kamrák mindegyikében helyet foglaló gáz sűrítéséhez, a dugattyúk mindegyikét egymástól függetlenül meghajtva egy hozzá tartozó további dugattyúval, amelyek mindegyike meghajtható egy külön vezeték mentén, melyek egyik vége egy közös tárolótartályhoz csatlakozik. Előnyösen a kompresszor magában foglal olyan eszközöket, amelyekkel az ürítő szelepes eszközön vagy azok mindegyikén keresztül kiürített folyadék visszajuttatható a tárolótartályba, és a folyadék visszajuttatására szolgáló eszközök magukban foglalhatnak egy szivattyút. Ahol a kompresszor vezetékek és a hozzá tartozó kamrák sokaságában végbemenő kompressziós folyamatokat meghajtó dugattyúk sokaságát foglalja magában, a fő áramlásszabályozó szelepek és az ürítő szelepek működése időzíthető úgy, hogy a tárolótartályba folyadék tér vissza ugyanakkor, amikor abból folyadék távozik úgy, hogy a tartályban a folyadékmennyiség lényegében állandó marad. A tartály magában foglalhat egy kamrát, amely a folyadék felett sűrített gáztömeget zár magába. Ahol a folyadékot a tartályba visszatérítő eszközök szivattyút foglalnak magukban, méltányolható, hogy olyan elrendezésben, amelyben a fő áramlásszabályozó szelepes eszközök az egyes vezetékekben úgy vezérelik a dugattyúkat, hogy azok fáziseltolással működjenek, a szivattyú folyamatosan és optimális hatékonysággal működhet, mivel folyamatosan kell szállítania folyadékot a tartályba.

Célszerűen ahol a kompresszor folyadékdugattyút foglal magában, a kompresszor magában foglalhat olyan eszközöket, amelyek a permetet képező eszközt vagy azok mindegyikét a folyadékdugattyúból vett folyadékkal táplálják a permetet alkotó folyadék gyanánt. Előnyösen a kompresszor magában foglal hűtőeszközöket a permetben felhasznált folyadék hűtéséhez. A kompresszor előnyösen olyan eszközöket is magában foglal, amelyek a cseppecskék méretét szabályozzák a permetben. A permetet előállító eszközök magukban foglalhatnak egy szivattyút, amely úgy van időzítve, hogy csak akkor működjön, amikor a kamrában vagy azok mindegyikében gáz sűrítése van folyamatban. A permetképző eszközök elrendezése előnyösen olyan, hogy a permet állandó mértékű folyadékáramlásból képződjön, miközben a gáz sűrítése a kamrában vagy azok mindegyikében végbemegy, és a permetképző eszközök kényszerlöketű szivattyút foglalhatnak magukban.

Egyik megvalósítás magában foglalhatja valamelyik dugattyút, a permetképző szivattyúval mechanikailag összekapcsoló eszközt. Az ilyen mechanikai kapcsolat előnyösen elősegítheti a folyadékpermet befecskendezésének időzítését, és lehetőséget nyújt a mechanikai teljesítmény átvitelére a dugattyúról a szivattyúra, és viszont. A mechanikai kapcsolat állhat például a dugattyúval hajtott forgattyústengelyből vagy a dugatytyúhoz csatlakozó fogasléccel hajtott fogaskerékből. A forgattyústengely vagy fogaskerék forgó mozgása felhasználható forgódugattyús szivattyú hajtásához, vagy átalakítható odavissza mozgássá dugattyús szivattyú hajtásához. Egyes megvalósításokban a folyadékpermetet a sűrített gáz hajtja ki a sűrítőtérből. Az ilyen folyadék viszonylag nagy nyomáson van, és, a munkafolyamat egy részében, lehet nagyobb nyomáson, mint ami a folyadékpermetnek a kamrába történő befecskendezéséhez szükséges. Ebben az esetben a szivattyú állíthat elő pozitív teljesítményt, ami felhasználható a dugattyú hajtásához. Más változatban a kompresszor kialakítható mechanikus szivattyú nélkül, a nyomást a permet befecskendezéséhez maga a dugattyú szolgáltatja. Más változatban a szivattyú hajtása történhet villamos árammal vagy valamilyen más eszközzel. Ha a szivattyú nettó teljesítményt ad le, akkor alkalmas lehet a szivattyú generátor hajtására.

Egy előnyös megvalósításban a kompresszor magában foglalhat eszközöket a kamrából vagy azok mindegyikéből kikerülő sűrített gázban előforduló folyadék kivonásához, s ez állhat egy páraleválasztóból. A kompresszor előnyösen olyan eszközöket is magában foglalhat, amelyekkel a folyadék a kivonására szolgáló eszközökből az egyes permetképző eszközökbe táplálható. Egy, az izotermikus kompresszió (vagy egyes megvalósításokban izotermikus expanzió) után visszanyert permetfolyadék folyamatosan visszatéríthető a folyamatba.

A kompresszor magában foglalhat olyan eszközöket, amelyekkel vezérelhető egy vagy több szelepes eszköz nyitása vagy zárása számos paraméter egyikétől vagy több paramétertől függően, ami lehet például a dugattyú helyzete a megfelelő kamrában, a gáz nyomása a kamrák egyikében, időfüggőség, vagy amikor bizonyos meghatározott tömegű vagy térfogatú gáz kilépett valamelyik kamrából vagy belépett abba. Ezek a paraméterek mérhetők vagy észlelhetők érzékelőkkel, amelyek megfelelő kimenőjelet szolgáltatnak a szelepek vezérléséhez, például hidraulikusan, elektromágnesesen és/vagy mechanikusan. Az érzékelő vagy érzékelők lehetnek például elektromágnesesek, induktívak, kapacitívek, villamos

HU 217 468 Β érintkezők, ultrahangosak vagy piezoelektromosak. Mikroprocesszor vagy más típusú számítógép is alkalmazható az érzékelő(k)ből érkező kimenőjelek feldolgozásához és értelmezéséhez. Egyik megvalósításban a szelepes eszközökből egy vagy több mechanikailag össze lehet kötve egy vagy több dugattyúval úgy, hogy a dugattyú hajtsa meg a szelepes eszközt annak nyitása és/vagy zárása céljából. Megfelelő mechanikai kapcsolat biztosítható a dugattyúhoz csatlakozó fogasléccel, amely például a kamra falán vagy talpán csapágyazott fogaskereket hajt. A dugattyú elrendezése lehet olyan, hogy egy bütyöktárcsát forgat, vagy bütyköstengelyt hajt meg, ami nyit és/vagy zár egy vagy több szelepet a megfelelő időben.

Ahol a kompresszor folyadékdugattyút foglal magában, egy szilárd anyagból készült úszó lehet elhelyezve úgy, hogy a kamrák legalább egyikében a folyadékdugattyú felszínén ússzon. Az úszó lehet merev vagy hajlékony, és hatékonyan elnyomja a turbulenciát a dugattyú felszínén, valamint megakadályozza a folyadék behatolását a folyadékdugattyú felett elhelyezkedő gázba, lévén mindkettő potenciális veszteségforrás. Az úszó célszerűen készülhet porózus anyagból, hogy elősegítse a folyadékpermet egyesülését a folyadékdugattyút alkotó folyadékkal.

Bizonyos körülmények között kívánatos a kamra falának hűtése a kamrában végbemenő különféle folyamatok során keletkező hőmennyiségtől függően. A kamrafalak hűthetők egy vagy több izotermikus kompressziós kamrából származó hideg sűrített gázzal. A kamra falában lehet kiképezve számos lyuk úgy, hogy miután a hűtőgáz átvette a hőt a kamra falától, bejuthat a kamrába, és a kamrában expandáló egyéb gázzal együtt expandálhat. Más változatban a felmelegedett sűrített hűtőgáz egy turbinába vezethető, és ott expandálhat. Előnyösen mindkét módszer lehetőséget nyújt a fölösleges hő viszszanyerésére a kamrák falából oly módon, hogy az hasznos mechanikai teljesítménnyé alakulhat át.

Ahol a kompresszor hőcserélő eszközöket foglal magában a kamrák egyikéből kilépő, a folyamatban részt vevő gáz hűtéséhez izotermikus kompressziós kamrából származó hideg sürített gáz felhasználásával, kívánatos lehet páraeltávolító eszközök biztosítása a hőcserélő eszközökből kilépő hideg gáz nedvességtartalmának eltávolításához. Az ilyen elrendezés magában foglalhat egy második hőcserélő eszközt az első hőcserélő eszközből kilépő gáz hűtéséhez, eszközöket a második hőcserélő eszközből kilépő hűtőgáz nedvességtartalmának eltávolításához, egy hűtőt a páraeltávolító eszközt elhagyó hűtőgáz hőmérsékletének csökkentésére, második páraeltávolító eszközt a hűtőt elhagyó hideg gáz nedvességtartalmának eltávolításához, valamint eszközöket a második páraeltávolító eszközből kilépő hideg gáznak a második hőcserélőbe történő betáplálásához, ahol azt felmelegíti az első hőcserélőt elhagyó hideg gáz.

A találmány tárgya még olyan gázturbinatelep, amelynek gázturbinája, hideg sűrített gázt előállító, a sűrítendő gázt tartalmazó sűrítőkamrával ellátott izotermikus gázkompresszora, sűrítődugattyúja és a sűrítődugattyút a gáz sűrítése céljából a sűrítőkamrába benyomó eszköze, a sűrítőkamrában összesűrített gáz hűtéséhez folyadékpermetet képező eszköze, a sűrített gázt a kamrából elvezető szelepes eszköze, a sűrítődugattyúhoz kapcsolt, annak energiát átadó csatolóeszköze, a sűrítőkamrából közvetlenül lefejtett hideg sűrített gázból a permetfolyadékot leválasztó eszköze, a gázturbinát elhagyó forró kisnyomású gázzal a hideg sűrített gázt melegítő hőcserélő eszköze, forró nagynyomású gázt előállító fő hevítője, a forró nagynyomású gázt a gázturbinára vezető eszköze, második turbinája és a hőcserélő eszközzel felmelegített sűrített gázt közvetlenül a második turbinára vezető eszköze van. A találmány értelmében a második turbina a melegített sűrített gázt expandáltatóan van kialakítva, annak elégetése nélkül úgy, hogy a második turbina kimenetén a gáz hőmérséklete alacsonyabb, mint a második turbina bemenetén.

A hőcserélő előnyösen úgy van elrendezve, hogy a hideg sűrített gáz előmelegítése a gázturbinát elhagyó forró kisnyomású gázzal történjen. A találmány egyik megvalósításában a fő hevítő egy égéskamrából áll, fűtőanyagot égetve el az előmelegített sűrített gázban, és az így előállított égéstermék a forró nagynyomású gáz. Egy másik megvalósításában a fő hevítő egy külső hőforrást foglal magában. Ez a külső hőforrás lehet például egy szén- vagy olajtüzelésű kazán, vegyi vagy ipari folyamat, atomreaktor vagy napenergiával fütött kazán.

Előnyösen a gázturbinatelep magában foglalhat eszközöket a hideg sűrített gáz egy részének a gázturbinalapátok hűtésére történő betáplálásához. Ez lehetőséget nyújt a turbina belsejében a turbinalapátokkal korlátozott felső hőmérséklethatár növelésére. Egyik megvalósításában a gázturbinatelep magában foglalhat egy további gázturbinát, valamint eszközöket a hőcserélőből kilépő forró sűrített gáz egy részének elvezetésére a további gázturbina hajtásához. Különösen előnyös ez akkor, ha a hőcserélő nagyobb fajlagos hőtartalmú hidegebb gáz és alacsonyabb fajlagos hőtartalmú melegebb gáz közötti hőcserére szolgál úgy, hogy nincs szükség a melegebb gáz teljes hőtartalmára a hidegebb gáz hőmérsékletének emeléséhez. A maradék hő célszerűen felhasználható a kompresszorból kilépő hideg sűrített gáz egy részének felhevítéséhez, a további gázturbina hajtásához.

A fenti megvalósítások magukban foglalhatnak továbbá még egy harmadik gázturbinát, egy második hőcserélőt a hideg sűrített gáz egy részének a további gázturbinát elhagyó forró kisnyomású gázzal történő előmelegítéséhez, valamint eszközöket az előmelegített gáz betáplálásához, a harmadik gázturbina hajtásához. Az izotermikus gázkompresszort előnyösen a gázturbinák egyike hajtja. Az izotermikus kompresszor lehet a gázkompresszor vagy a fent említett megvalósítások bármelyike.

Megvalósítható az is, hogy a gázturbinatelep magában foglaljon továbbá még egy tartályt az izotermikus

HU 217 468 Β kompresszorból kikerülő hideg sűrített gáz tárolásához, valamint eszközöket a tárolt sűrített gáz visszanyeréséhez a turbina hajtásához, ha erre szükség van.

A találmány tárgya még olyan turbinatelep, amelynek hideg sűrített gázt előállító, sűrítődugattyúval és izotermikus sűrítőkamrával ellátott kompresszora, a sűrítőkamrában összesűrített gáz hűtéséhez folyadékpermetet képező eszköze, a sűrített gázt a kamrából elvezető szelepes eszköze, a sűrítőkamrából közvetlenül lefejtett hideg sűrített gázból a permetfolyadékot leválasztó eszköze, forró sűrített gázt előállító, további sűrítődugattyúval ellátott adiabatikus sűrítőkamrája, expanziós kamrája és az expanziós kamrában expandált gázzal hajtott, a kompresszort hajtó expanziós dugattyúja, első turbinája és az adiabatikus kompressziós kamrában előállított forró sűrített gázt a turbinára vezető és azzal az első turbinát hajtó eszköze, az izotermikus sűrítőkamrában előállított sűrített gázt az expanziós kamra kipufogógázának hőjével előmelegítő hőcserélője, a hőcserélőben előmelegített sűrített gázt külső folyamatból származó hővel melegítő külső hőcserélője, továbbá a külső hőforrással melegített forró sűrített gázt az expanziós kamrába vezető eszköze, az izotermikus kompressziós kamrából származó hideg sűrített gáz egy részét a külső folyamatból származó hővel melegítő további hőcserélője, további turbinája, és a további hőcserélőből a gázt közvetlenül a további turbinára vezető és azzal hajtó eszköze van. A találmány értelmében a második turbina kimenetén a gáz hőmérséklete alacsonyabb, mint a második turbina bemenetén.

Szintén tárgya a találmánynak egy belső égésű meghajtással működtetett gázkompresszort és turbinát tartalmazó együttes. Ennek az együttesnek sűrített gázt előállító, a sűrítendő gázt tartalmazó sűrítőkamrája és abban a gázt összesűrítő sűrítődugattyúja, a sűrítőkamrában összesűrített gáz hűtéséhez folyadékpermetet képező eszköze, a sűrített gázt a sűrítőkamrából elvezető szelepes eszköze, a sűrítőkamrából közvetlenül lefejtett sűrített gázból a permetfolyadékot leválasztó eszköze, égéskamrája és a sűrítődugattyúval mechanikusan közvetetten összekapcsolt égéstérdugattyúja, az égéskamrába éghető üzemanyag-keveréket juttató és azzal a sűrítődugattyúnak energiát átadó és így a gázt sűrítő eszköze, továbbá a sűrítőkamrából származó sűrített gázt az égéskamrába vezető eszköze, a sűrítőkamrából származó sűrített gázt az égéskamra kipufogógázával előmelegítő hőcserélője, és a hőcserélőből kilépő előmelegített sűrített gázt közvetlenül a turbinára vezető eszköze van. A találmány szerint a turbina az előmelegített sűrített gázt expandáltatóan van kialakítva annak elégetése nélkül úgy, hogy a turbina kimenetén a gáz hőmérséklete alacsonyabb, mint az előmelegített gáz hőmérséklete a turbina bemenetén.

A találmány tárgya ez előzőhöz hasonló olyan belső égésű meghajtással működtetett gázkompressszort és turbinát tartalmazó együttes, amelynél a sűrítőkamrából származó sűrített gázt hőcserélő helyett az égéskamra végéből és/vagy falából hőt kivonó eszközzel melegítjük fel, és a kivont hőt felvevő sűrített gázt közvetlenül a turbinára juttatjuk egy megfelelő eszközzel.

A találmány szerinti hővisszanyerő berendezéssel energiatároló telep is működtethető. Az energiatároló telep célszerűen magában foglal egy izotermikus nyomáscsökkentőt, amely áll egy kamrából az expanzióra kerülő gáz tárolásához, egy dugattyúból, amely lehetővé teszi a gáz kiteqeszkedését a dugattyúnak a kamrából kifelé történő mozgásával, a kamrában folyadékpermetet képező eszközökből az abban expandáló gáz felhevítéséhez, valamint szelepes eszközökből a sűrített gáznak a tárolótartályból a kamrába történő bebocsátásához. Az izotermikus nyomáscsökkentő magában foglalhat továbbá még egy második kamrát a második kamrában befelé mozgó dugattyúval sűrítendő gáz befogadásához, valamint szelepes eszközöket a sűrített gáz elvezetéséhez a második kamrából. A forró sűrített gáz, ami lehet levegő, előnyösen felhasználható gázturbina hajtásához. A jelen találmány különféle megvalósításainak megfelelő gázkompresszor hajtható ellenkező értelemben mint izotermikus gáznyomáscsökkentő, a különbség az, hogy hideg sűrített gáz van bevezetve a kamrába, és az expandálhat a dugattyúnak a kamrából kifelé irányuló mozgásával, és a kamrában folyadékpermetet képező eszközök hőt közölnek a gázzal expanzió közben úgy, hogy az expanzió megközelítően izotermikus lehet. A dugattyúval vagy a dugattyún keresztül közölt energia felhasználható a kamrában expandált gáz adiabatikus kompressziójához vagy, ha van egy második kamra is, a gáznak a második kamrában történő adiabatikus sűrítéséhez. Az adiabatikusan sűrített gáz azután felhasználható gázturbina, például légturbina hajtásához. Egy, a gázkompresszor/expander segítségével tárolótartályban tárolt hideg sűrített gáz átalakítható hasznos teljesítménnyé.

Kinetikai energia általában a gáz expanziójával járó folyamat során adódik át a dugattyúra. A folyamatban felszabaduló energia időben folytonosan változhat. Előnyösen nagy tömegű dugattyú biztosításával a folyamat során felszabaduló teljes energia a dugattyú kinetikai energiájává alakul át. Továbbá mivel a dugattyú tömege elég nagy a folyamatból felszabaduló kinetikai energia tárolásához, nincs szükség lendítőkerékre, ami a mechanikai rudazatokat és kapcsolókat is feleslegessé teszi, amelyek kopásnak vannak kitéve.

A jelen találmány egyes kiviteli alakjaiban a dugattyú elrendezése olyan, hogy a kamrához képest mozog, de a külső rendszerhez viszonyítva nyugalomban marad. Amint a szakmában járatosak méltányolni fogják, a mozgatható dugattyúból és nyugalomban maradó kamrából álló kompresszorral kapcsolatosan leírt megvalósítások, mutatis mutandis, módosíthatók úgy, hogy a mozgás közölhető egyes kamrákkal vagy mindegyik kamrával, és a dugattyú marad nyugalomban.

A műszaki leírásban és az igénypontokban mindvégig a „hot” (forró) és „cool” vagy „cold” (hideg) kifeje10

HU 217 468 Β zéseket viszonylagos értelemben használjuk, hogy megkülönböztessük azt, ami magasabb hőmérsékletű attól, ami alacsonyabb hőmérsékletű, és nem szándékozunk korlátozni a hőmérsékletet bármilyen értékre vagy tartományra. A forró kifejezés magában foglalhat normális körülmények között hidegnek tekintett hőmérsékleteket, a hideg kifejezés pedig normális körülmények között melegnek tekintett hőmérsékleteket is.

Jelen találmány megvalósítására fogunk most példákat ismertetni, utalva a rajzokra, ahol: az 1. ábra folyadékdugattyút magában foglaló gázhajtású kompresszornak egy megvalósítását mutatja;

a 2. ábra mind szilárd anyagú, mind folyadékdugatytyúkat magában foglaló gázhajtású kompreszszomak egy másik megvalósítását mutatja;

a 3. ábra szilárd anyagú dugattyút magában foglaló gázhajtású kompresszornak egy harmadik megvalósítását mutatja;

a 4. ábra szilárd anyagú dugattyút magában foglaló gázhajtású kompresszornak egy negyedik megvalósítását mutatja;

az 5. ábra szilárd anyagú dugattyút magában foglaló gázhajtású kompresszornak egy ötödik megvalósítását mutatja;

a 6. ábra szilárd anyagú dugattyút magában foglaló gázhajtású kompresszornak egy hatodik megvalósítását mutatja;

a 7. ábra szilárd anyagú dugattyút magában foglaló gázhajtású kompresszornak egy hetedik megvalósítását mutatja;

a 8. ábra folyadékdugattyút magában foglaló folyadékkal hajtott kompresszornak egy megvalósítását mutatja;

a 9. ábra tömbvázlatban mutatja be izotermikus kompresszort magában foglaló gázturbinatelep megvalósítását;

a 10, ábra tömbvázlatban mutatja be izotermikus kompresszort magában foglaló gázturbinatelepnek egy másik megvalósítását;

all. ábra szénnel vagy egyéb tüzelőanyaggal fűtött, és izotermikus kompresszort, valamint légturbinát magában foglaló telep megvalósítását mutatja;

a 12. ábra tömbvázlatban mutatja be a mind gázturbinát, mind légturbinát magában foglaló gázturbinatelepnek egy másik megvalósítását;

a 13a. ábra hideg sűrített gáz tárolásához mutat be egy elrendezést;

a 13b. ábra a tárolt sűrített gáz visszanyerésére mutat be egy elrendezést energiafejlesztés céljából;

a 14. ábra tömbvázlatot mutat két, energiatárolásra szolgáló elrendezést szemléltetve; a 15. ábra egy termikus hajtású kompresszor és egy járulékos energiafejlesztő telep megvalósítását mutatja;

a 16. ábra egy termikus hajtású kompresszor és egy járulékos energiafejlesztő telep másik megvalósítását mutatja;

a 17. ábra termikus hajtású kompresszornak egy másik megvalósítását mutatja egy járulékos energiafejlesztő teleppel együtt;

a 18. ábra a termikus hajtású kompresszornak és járulékos energiafejlesztő telepnek egy másik megvalósítását mutatja;

a 19. ábra egy termikus hajtású kompresszornak és járulékos energiafejlesztő telepnek egy másik megvalósítását mutatja;

a 20. ábra kilépő gázokból pára visszanyerésére szolgáló rendszer tömbvázlatát mutatja;

a 21. ábra tömbvázlatban mutatja be egy termikusán hajtott kompresszort magában foglaló zárt körfolyamatú gázturbinatelep megvalósításának tömbvázlatát;

a 22. ábra tömbvázlatban mutatja be egy termikusán hajtott gázkompresszort és a többlet hő viszszanyerését szolgáló második légturbinát magában foglaló energiafejlesztő telep megvalósítását;

a 23. ábra zárt és nyitott körfolyamatú termikusán hajtott kompresszorok megvalósításait mutatja, amelyekben a hőt forró folyadék befecskendezése szolgáltatja;

a 24. ábra termikusán hajtott kompresszor megvalósítását mutatja energiafejlesztő és gázfejlesztő körfolyamaton belül;

a 25. ábra gázhajtású kompresszor megvalósítását mutatja energiafejlesztő és gázfejlesztő körfolyamaton belül;

a 26. ábra termikusán hajtott gázturbina megvalósítását mutatja, amely energia tárolására szolgáló elrendezés két változatát foglalja magában.

GÁZHAJTÁSÚ FOLYADÉKDUGATTYÚS KOMPRESSZOR

Szimmetrikus

Hivatkozással az 1. ábrára, az 1 folyadékdugattyús izotermikus kompresszor magában foglal egy hosszú, általában U alakú 2 vezetéket vagy csövet, amelynek a 3 meghosszabbított egyenes középső szakasza vízszintes vagy közel vízszintes, két 4 és 5 kaija pedig függőlegesen felfelé nyúlik. A 2 vezeték részben fel van töltve vízzel vagy valamilyen egyéb folyadékkal, ezáltal egy 7 folyadékdugattyút képezve. A 2 vezeték hossza és átmérője elegendő ahhoz, hogy a dugattyúnak a kompresszió sebességének szabályozásához szükséges tömege biztosítva legyen. A 9 és 11 kamrák a 4 és 5 függőleges karokban vannak kialakítva. Mindegyik kamra számos beömlő- és kiömlőnyílással van ellátva a gáznak a kamrákba történő bevezetésének és elvezetésének irányításához. A 13 és 15 átömlőnyílások mindegyike 17 és 19 szelepekkel van ellátva, amelyek lehetővé teszik a hideg sűrített gáz elvezetését mindegyik kamrából. A 21 és 23 átömlőnyílások mindegyike 25 és 27 szelepekkel van ellátva, amelyekkel ellenőrzött tömegű forró sűrített gáz bocsátható be mindegyik kamrába, a 29 és 31 átömlőnyílások pedig a 33 és 35 szelepekkel vezérelhetők pótlólagos gáztömeg bebocsátásához az egyes kamrákba. Mind a 9, mind a 11 kamra el van látva további 37 és 39 átömlőnyílással, lehetővé

HU 217 468 Β téve folyadékpermet befecskendezését mindegyik kamrába. A 37, 39 permetbefecskendező nyílásokhoz a megfelelő 43,44 permetbefecskendező szivattyú csatlakozik. Egy 41 kiömlőnyílás van kialakítva a 2 vezeték 3 középső szakaszán, amely a 43, 44 szivattyúk mindegyikével össze van kötve, folyadékot szolgáltatva a folyadékdugattyúból a 37 és 39 átömlőnyílásokhoz a permet számára. Ebben a megvalósításban mindegyik szivattyú kényszerlöketű szivattyú, amelyben a folyadék beszívása a 40, 42 szivattyúkamrába egy 46, 48 elmozduló dugattyúval történik a kompresszor munkafolyamatának abban a szakaszában, amikor a folyadékdugattyú kifelé mozog a 9, 11 kamrából; és amelyben a folyadékot folyamatosan kényszeríti ki a 40, 42 szivattyúkamrából a 46, 48 dugattyú, amikor a gáz kompressziója történik a 9, 11 kamrában, miközben a folyadékdugattyú a 9, 11 kamrába befelé mozog. Egy 45 hűtő van bekötve a 41 kiömlőnyílás és a 43, 44 szivattyúk közé a folyadékdugattyúból elvett folyadék hűtéséhez, mielőtt a folyadék a 9, 11 kamrák mindegyikébe permet formájában befecskendezésre kerülne.

Egy 51 folyadéktároló tartály vagy tank van biztosítva a folyadékpermethez használt folyadék számára, pótolni a 47, 49 páraleválasztókban elveszített folyadékot annak érdekében, hogy a folyadékdugattyú mennyisége működés közben állandó értéken legyen tartva. A 47, 49 páraleválasztókban összegyűlő folyadék szükség szerint visszajuttatható a folyadékdugattyúhoz vagy a permetekhez az 51 tartályon keresztül. Az 51 folyadéktartály biztosítja a folyadékot a permethez is a kompresszor indítása közben. 50, 52 úszók is biztosíthatók a folyadékdugattyú felszínén úszva a 9, 11 kamrák mindegyikében, és azok állhatnak porózus vagy szálas anyagból, amelyen keresztül diffundálhat a folyadékdugattyúban felhasznált folyadék. Az úszók lehetnek merevek vagy hajlékonyak. Az úszók elnyomják a hullámokat a dugattyú felszínén, és megakadályozzák a folyadék bejutását az átömlőnyílásokba, amelyeken keresztül a hideg sűrített gáz beszívása történik. Ezen túlmenően az 50, 52 úszók porózus természete megkönnyíti a folyadékpermetből származó folyadék és a dugattyúban levő folyadék újraegyesülését.

Működés közben egy külső forrásból, például egy hagyományos forgórendszerü kompresszorból valamilyen mennyiségű forró sűrített gázt engednek be a 9 kamrába a 21 átömlőnyíláson keresztül. Ezen a ponton a 17 és 33 szelepek már zárva vannak, a 7 folyadékdugattyú pedig löketének felső pontjában van a 9 kamrában. A forró sűrített gáz a 9 kamrában expandál, ennek hatására a 7 folyadékdugattyú gyorsuló mozgást végez a 2 hosszú cső ellenkező vége felé. Miközben a gáz kitágul, lehűl úgy, hogy a gáznak mind a hő-, mind a nyomási energiája a 7 dugattyú kinetikai energiájává alakul át. Amikor a gáz nyomása a légköri nyomásra (vagy valamilyen egyéb nyomásra, amelyen viszonylag nyomásmentes gáz áll rendelkezésre) csökken, a 33 szelep nyílik, és lehetőséget nyújt egy pótlólagos térfogatú gázmennyiség belépésére a 29 átömlőnyíláson keresztül. A 7 folyadékdugattyú folytatja mozgását, és gázt szív be a 9 kamra táguló térfogatába. Akkor, amikor a 7 folyadékdugattyú lökete felső pontján volt a 9 kamrában, a 11 kamra tartalmazott valamilyen térfogatú gázt, amely magában foglalt valamilyen mennyiségű hideg expandált gázt, ami korábban valamilyen mennyiségű forró sűrített gáz formájában lett bevezetve a 23 átömlőnyíláson keresztül, és egy pótlólagos mennyiségű, viszonylag nyomásmentes gázt, ami a 31 átömlőnyíláson keresztül lett bevezetve.

Miközben a 7 folyadékdugattyú a 9 kamrából kifelé, a 11 kamrába befelé mozog, a gáz a 11 kamrában összenyomódik. A gáz kompressziója közben kis cseppecskék formájában folyadék permeteződik a 11 kamrába, hogy a gázt közel állandó hőmérsékleten tartsa. A permetben levő folyadék keresztülhullik a gáztéren, és összekeveredik a 7 folyadékdugattyút képező folyadékkal. Ebben a megvalósításban a permethez a folyadék a 2 csőben található folyadékból van elvonva, és a 43 és 44 szivattyúk nyomják vissza a 37 és 39 permetbeömlőnyílásokhoz a 45 hűtőn keresztül. A sűrítésnek egy bizonyos szakaszában a gáz a 11 kamrában eléri a kívánt nyomást, amely ponton a folyadékbefecskendezés megszűnik, és nyílik a 19 szelep, hogy a gáz eltávozhasson a kamrából. A 47 és 49 leválasztok eltávolítják a gázból a bekerült folyadékot.

Amint a 7 folyadékdugattyú a 11 kamrában eléri a lökete tetőpontját, záródik a 19 kiömlőszelep, és nyílik a 27 szelep valamilyen mennyiségű forró sűrített gázt lövellve be a 11 kamrába, hogy a 7 folyadékdugattyút a 2 cső másik vége felé hajtsa. Egyidejűleg a 33 szelep záródik, és a gáz térfogata a 9 kamrában, ami magában foglal a 21 átömlőnyíláson keresztül bebocsátott hideg expandált gázmennyiséget és a 29 átömlőnyíláson keresztül bebocsátott pótlólagos gázmennyiséget, összenyomódik a 9 kamrában. Miközben a gáz összenyomódik, cseppecskék formájában folyadék permeteződik a 9 kamrába, hogy a gázt közel állandó hőmérsékleten tartsa. A permetben levő folyadék keresztülhullik a gáztéren, és keveredik a 7 folyadékdugattyút képező folyadékkal. A kompresszió bizonyos szakaszán a gáz eléri a kívánt nyomást, ezen a ponton nyílik a 17 szelep, és hagyja a gázt eltávozni a kamrából. A gáz áthalad a 47 leválasztón az abban hordozott folyadék eltávolítása céljából. A 13 kiömlőszelep záródik, amint a folyadékdugattyú közeledik löketének tetőpontjához a 9 kamrában, és újabb mennyiségű forró sűrített gáz kerül belövellésre a 9 kamrában megmaradt kis térfogatba. Ez a gáz hajtja a 7 folyadékdugattyút vissza a 2 cső másik vége felé, és a körfolyamat ismétlődik.

Állandósult üzemben a forró sűrített gázt bebocsátó 25 és 27 szelepek úgy vannak időzítve, hogy akkor nyíljanak, amikor a folyadékszint eléri lökethosszának tetőpontját a 9 és 11 kamrákban. Akkor záródnak ismét, amikor a meghatározott térfogatú gáz belépett a kamrák egyikébe. Ez lehet akkor, amikor a folyadékdugattyú meghatározott távolságot megtett lefelé.

A hideg sűrített gázt kiengedő 17 és 19 szelepek a körfolyamatnak csak abban a részében nyitnak, amikor a folyadékdugattyú befelé mozog a 9 és 11 kamrák egyikében. A szelepek akkor nyitnak, amikor a nyomás a

HU 217 468 Β rendszerben meghaladja az elvezető csővezetékben uralkodó nyomást, de záródnak a forró gázt bevezető 25 és 27 szelepek nyitása előtt. Lehetne elzáródó (visszacsapó) szelepeket alkalmazni, feltéve, hogy úgy vezérelhetők, hogy csak akkor működhessenek, amikor a folyadékdugattyú abban a bizonyos kamrában felfelé mozog. A kisnyomású gázt bevezető 33 és 35 szelepek akkor nyitnak, amikor a nyomás a megfelelő 9 vagy 11 kamrában a kisnyomású gázforrás nyomása alá esik. Erre a célra használhatók visszacsapó szelepek.

A szelepek működése meghatározható nyomás- és vízszintváltozásokkal. Ami a nyomást illeti, egy belső mechanikai rendszert lehet használni, amilyen a visszacsapó szelepekhez már létezik. Más változatban nyomásérzékelőket lehet alkalmazni villamos jel szolgáltatására, ami felhasználható a szelep működésének kiváltásához. Ami a folyadékszintet illeti, bár mechanikai rendszer is lehetséges volna, a villamos jelet szolgáltató érzékelő gyakorlatilag jobb megoldás. A folyadékszint-érzékelő működhet sokféleképpen, például egy úszóra ható felhajtóerő észlelésével, vezetőképesség vagy kapacitásmérő felhasználásával, optikai módszerrel vagy ultrahang felhasználásával. Maguk a szelepek működtethetők (vagyis meghajthatok) villamosán vagy sűrített levegővel.

A folyadékpermetező rendszer arra szolgál, hogy nagyszámú cseppecskét állítson elő egy bizonyos mérettartományban, ami maximálissá teszi a hőátadást a folyadék és a gáz között, ugyanakkor minimálissá téve a permetképzés teljesítményfelvételét. Az is fontos, hogy a cseppecskék ne legyenek túl kicsik abból a szempontból, hogy a cseppecskéket le kell választani a gázból akár gravitációval, akár a 47 és 49 leválasztok hatásával. A leválasztok minden folyadékcseppet eltávolítanak, ami felfelé távozik az elvezető csővezetékbe a 13 és 15 kiömlőnyílások másik oldalán. A leválasztok különfélék lehetnek. Használhatók például inerciális vagy centrifugális leválasztok, vagy ezek kombinációi.

A 43 és 44 permetezőszivattyúk vizet keringtetnek a 2 csőből a külső 45 hűtőn és a 37 és 39 permetbefecskendezőkön keresztül vissza a 2 csőbe. Kényszerlöketű szivattyú használható erre a célra annak érdekében, hogy a folyadékáramlás mértéke állandó legyen, miközben a nyomáskülönbség a 9 vagy 11 kamrákban változik. A kényszerlöketű szivattyú lehet dugattyús szivattyú, amely úgy van időzítve, hogy a 7 folyadékdugattyú mozgásával fázisban működjön úgy, hogy csak a gáz sűrítése közben legyen befecskendezés. Ebben az esetben nem lenne szükség szelepekre a permetbefecskendezés vezérléséhez. Más változatban, ha centrifugál- vagy félaxiális átömlésű szivattyú volna felhasználva és folyamatosan járatva, akkor permetezőszelepekre lenne szükség. A 45 külső hűtőben elvész az a hőmennyiség amit a folyadékpermet vett fel. A permet hőmérsékletének csökkentése csökkenti az adott tömegű gáz összenyomásához szükséges energiát. A permet lehető legalacsonyabb hőmérsékletének eléréséhez a permethez használt folyadék közvetlenül a befecskendezés előtt lesz átvezetve a hűtőkön. A hűtés végezhető a hűtő levegő kényszerített áramlásával, hűtőtornyok alkalmazásával, vagy tóból, folyóból vagy tengerből nyert víz visszakeringtetésével.

Az 50 és 52 úszók, amelyek a folyadékdugattyú felszínén úsznak mindegyik kamrában, elnyomják a hullámokat, és megakadályozzák folyadék bekerülését azokba az átömlőnyílásokba, amelyeken keresztül a hideg sűrített gáz elvonása történik. Úszó beépítésének az előnye az, hogy a folyadék elragadásának megakadályozásával a folyadékdugattyúval adott idő alatt több körfolyamat valósítható meg. Következésképpen ezzel növelhető a hideg sűrített gáznak egy adott méretű géppel elérhető kihozatala.

FOLYADÉK/SZILÁRD DUGATTYÚS GÁZHAJTÁSÚ KOMPRESSZOR

A dugattyú nagy tömegét szolgáltató folyadék mellett a tömeg szilárd anyaggal is biztosítható. Az anyag megválasztható úgy, hogy a folyadéknál sokkal nagyobb legyen a sűrűsége, és így előnyösen a kompresszor méretei nagymértékben csökkenthetők. A dugattyú állhat teljes egészében szilárd anyagból, vagy magában foglalhatja több szilárd anyagú és folyadékdugattyú kombinációját. Mind folyadék-, mind szilárd anyagú dugattyúkkal rendelkező gázkompresszorra mutat példát a 2. ábra.

Hivatkozással a 2. ábrára, az 1 kompresszor magában foglal egy általában U alakú 2 vezetéket részlegesen feltöltve a 7 folyadékdugattyút képező folyadékkal. Szilárd anyagú 55, 57 dugattyút hordoz a folyadékdugattyú a 2 vezeték mindegyik 4, 5 karjában. Mindegyik 4, 5 kar elnyújtott, egyenes, és olyan elrendezésű, hogy az 55, 57 szilárd anyagú dugattyúk szabadon végezhetik függőleges irányú egyenes vonalú mozgásukat befelé és kifelé a 9,11 kamrákban.

Az 55, 57 szilárd anyagú dugattyúk sűrűsége nagyobb, mint a 7 folyadékdugattyúban levő folyadéké úgy, hogy a szilárd és folyékony alkotórészekből álló összetett dugattyú teljes mérete viszonylag kicsi lehet. Az 55, 57 szilárd anyagú dugattyúk és a 2 vezeték 4, 5 karjai közötti hézag tömítésére szolgálnak az 56, 58 tömítések az 55, 57 szilárd anyagú dugattyúkon, azok aljánál. Bár az 56, 58 tömítések célja megakadályozni a folyadék elszökését az 55, 57 szilárd anyagú dugattyúk alól, némi tömítetlenség elkerülhetetlenül előfordulhat, mely esetben szükséges lehet az elveszített folyadék pótlása. Elvégezhető ez folyadékot szivattyúzva közvetlenül a vezetéknek a folyadékdugattyút magában foglaló szakaszába.

Az 55, 57 szilárd anyagú dugattyúk célszerűen elnyomják a felületi diszturbanciákat a 7 folyadékdugattyú felszínén, és egyúttal megakadályozzák a folyadék felragadását a folyadék felszínéről a gázba. Az 56, szilárd anyagú dugattyúk és a hozzá tartozó 56, tömítések azonban megakadályozzák, hogy a folyadékpermetben felhasznált folyadék egyesüljön a folyadékdugattyúban levő folyadékkal. Ezért a permethez a folyadék egy külön forrásból van biztosítva, nem magából a folyadékdugattyúból, mint az előzőekben leírt megvalósításban. Jelen megvalósításban a folyadék egy 51 tartályban vagy tankban van tárolva, ez látja el folyadékkal a 43 és 44 permetbefecskendező szivattyúkat. A permetet alkotó folyadék a 9, 11 kamrákból az 55,

HU 217 468 Β szilárd anyagú dugattyúk hatására távozik el, amelyek egyszerűen kinyomják a folyadékot a sűrített gáz megfelelő 13, 15 kiömlőnyílásain keresztül az izotermikusan sűrített gázzal együtt. A folyadék leválasztása a sűrített gázból azután egy külső 47 páraleválasztóban történik. A 47 páraleválasztóban leválasztott folyadék egy vagy több 45 hűtőn keresztül visszatér az 51 tartályba és újra bekerül a folyamatba.

Eltekintve a permetfolyadék anyagának a kamrákból történő eltávolításától, a 2. ábrán bemutatott gázkompresszor működése lényegében azonos az előzőekben az 1. ábra kapcsán ismertetett kompreszor működésével. Az eddig leírt kompresszorok lényegében véve szimmetrikusak, amennyiben mindegyikben van egy dugattyú, amely két kamra között jár oda-vissza, amelyek mindegyikében ugyanaz a folyamat megy végbe, nevezetesen váltakozva a gáz expanziója és kompressziója. A megvalósítások más változataiban azonban lehet kompresszió a dugattyúnak csak az egyik oldalán úgy, hogy kompresszió a dugattyúnak csak az egyik irányú elmozdulása közben történik. A forró sűrített gáznak a gáz sűrítése céljából a dugattyúval kinetikai energiát közlő expanziója is történhet a dugattyúnak csak az egyik oldalán, vagyis a kompresszióval azonos oldalon, vagy az ellenkező oldalon. Az ilyen elrendezés nevezhető aszimmetrikusnak.

Egy aszimmetrikus kompresszorban, amelynek folyadékdugattyúja van, a cső kialakítható U alakban, mint az 1. és 2. ábrán, vagy J alakban. A cső egyik karja foglalná magában a sűrítőkamrát, míg a másik kar lehetne nyitott végű, légköri nyomásnak kitéve, vagy zárt végű, gázteret zárva magában. Működés közben valamilyen mennyiségű forró sűrített gáz kerül belövellésre a kamrába, ahol az expandál és lehűl, a folyadékdugattyút a cső másik vége felé kényszerítve. A gáz nyomása és hőenergiája a folyadékdugattyú kinetikai energiájává alakul át, és valamilyen térfogatú, viszonylag kisnyomású gáz kerül bebocsátásra a kamrába a folyadékdugattyú mozgása közben. Miközben a folyadékdugattyú emelkedik a cső másik végében, a kinetikai energia átalakul potenciális energiává a dugattyúnak a csőben mérhető magasságának megfelelően, valamint a folyadékdugattyú felett komprimált gáz nyomásává és hőenergiájává, ha a cső vége zárt. Ez utóbbi választási lehetőség előnyös lehet, mivel a cső karjának így nem kell olyan magasra nyúlni. A potenciális energia azután átalakul a sűrítőkamra irányában mozgó dugattyú kinetikai energiájává. Ha a gáz sűrítése a cső zárt végében adiabatikusan történik, akkor a gáz potenciális energiája visszaalakul kinetikai energiává, miközben a folyadékdugattyú irányt vált, és behatol a sűrítőkamrába a gáztérfogat összenyomása céljából. A gáz kompressziója a folyadékpermet hatására izotermikus.

SZILÁRD DUGATTYÚS GÁZHAJTÁSÚ KOMPRESSZOR

Aszimmetrikus változat

A fentiek szerint előnyös lehet nagy sűrűségű anyagból készült szilárd dugattyút használni a kompresszor méreteinek csökkentése érdekében. A 3. ábra a kompresszornak egy olyan megvalósítását mutatja, amelyben egyetlen szilárd dugattyú van, és amely aszimmetrikus üzemmódban működik.

Hivatkozással a 3. ábrára, a gázkompresszor magában foglalja a 8 kamrát a sűrítendő gáz befogadásához, amely lényegében függőlegesen helyezkedik el a 10 alsó kamra fölött. Egy szilárd anyagból álló 12 dugattyú szabadon mozoghat fel és le, befelé és kifelé a 8, 10 felső és alsó kamrákban. A 8 felső kamra el van látva egy 33 gázbevezető szeleppel vezérelt 29 gázbevezető nyílással, és egy 17 gázelvezető szeleppel vezérelt 17 gázelvezető nyílással. Egy 37 folyadékpermet-befecskendező nyílás szolgál folyadékpermet belövellésére a 8 felső kamrába. A 10 alsó kamra el van látva egy 27 gázbevezető szeleppel vezéreli 23 gázbevezető nyílással és egy 26 gázelvezető szeleppel vezérelt 24 gázelvezető nyílással.

A kompresszor működésére jellemző körfolyamatot fogjuk most ismertetni, kezdve azzal, hogy a 12 szilárd dugattyú nyugalomban van, és egy sűrítettgáz-páma támasztja alá éppen a 10 alsó kamra talpa felett.

Ebben a helyzetben a 8 felső kamra valamilyen mennyiségű friss, sűrítendő gázt tartalmaz, és mind a 13 gázbevezető, mind a 17 gázelvezető szelep zárva van. Alkalmas forrásból, például egy hagyományos kompresszorból valamilyen mennyiségű forró sűrített gáz kerül belövellésre a 10 alsó kamrába a 23 gázbevezető nyíláson keresztül. A forró sűrített gáz expandál, kinetikai energiát közölve a dugattyúval, és kényszerítve a dugattyút felfelé a 8 felső kamrába. Miközben a 12 dugattyú befelé mozog a 8 felső kamrában, a gáz a felső kamrában összenyomódik. A 37 permet-befecskendező nyíláson keresztül a 8 felső kamrába belövellt folyadékpermet hűti a gázt úgy, hogy a kompresszió megközelítően izotermikus lehet. A 12 dugattyú felfelé irányuló mozgása közben egy bizonyos ponton a 10 alsó kamrába gázt bevezető 27 szelep záródik, és a gáz az alsó kamrában adiabatikusan expandál.

Amikor a gáz a 8 felső kamrában elér egy bizonyos nyomást, nyílik a sűrített gázt elvezető 17 szelep, a folyadékpermetezés megszűnik, és a sűrített gáz a permetet alkotó folyadékkal együtt távozik a 13 gázelvezető nyíláson keresztül. Amint a 12 dugattyú eléri a 8 kamrában löketének tetőpontját, a sűrített gázt elvezető 17 szelep záródik, és a 8 felső kamrában visszamaradó gáz szolgálhat a szilárd dugattyú kinetikai energiájának elnyelésére, mielőtt az nyugalomba jönne a kamra felső pontján. Ennek a maradék gáznak a kompressziója adiabatikus, így az abban tárolt energia, hagyva a gázt adiabatikusan expandálni, felszabadítható, ezáltal kinetikai energia közölhető a másik irányban a felső kamrából kifelé mozgó 12 dugattyúval.

Amint a 12 dugattyú mozgásirányt váltott, nyílik a 26 gázelvezető szelep a 10 alsó kamrában, és a viszonylag hideg expandált gáz eltávozik az alsó kamrából a 24 gázelvezető nyíláson keresztül. Amikor a nyomás a felső kamrában a gáz beömlő nyomására csökken, a 33 gázbevezető szelep a 8 felső kamrában nyílik, és viszonylag kisnyomású gáz jut a 8 felső kamrába, miközben a 12 dugattyú lefelé, a kamrából kifelé mozog.

HU 217 468 Β

Amint a 12 dugattyú közeledik a 10 alsó kamra talpához, a 26 gázelvezető szelep záródik, és a maradék gáz az alsó kamrában adiabatikusan összenyomódik, fékezve a dugattyú lefelé irányuló mozgását, gázpámát képezve a 12 dugattyú és a kamra talpa között. A 26 gázelvezető szelep zárásának időzítése lehet olyan, hogy a gáz nyomása az alsó kamrában a dugattyú irányváltásának pillanatában megegyezik a forró sűrített gáz beömlő nyomásával. Amikor a dugattyú az alsó kamrában nyugalomba jön, a sűrített gáz 27 bevezetőnyílása nyílik, újabb adag forró sűrített gáz kerül belövellésre az alsó kamrába, és a körfolyamat ismétlődik.

Ebben a megvalósításban lehet önmagában a gravitáció az eszköz az egyik irányban mozgó dugattyú kinetikai energiájának átalakításához potenciális energiává, hogy az a másik irányban mozgó dugattyú kinetikai energiájává alakuljon át. Ebben az esetben a kompresszor működési frekvenciáját korlátozná a gravitációs visszatérítő erő. A frekvencia azonban fokozható olyan eszközök alkalmazásával, amelyekkel gyorsabban lehet a dugattyú kinetikai energiáját elnyelni és közölni, mint gravitáció útján; például gázzsákot alkalmazva a dugattyú fölött, ami összenyomódhat és kitágulhat a dugattyú mozgásának irányváltása közben a felső kamrában, mint fentebb láttuk.

SZILÁRD DUGATTYÚS GÁZHAJTÁSÚ KOMPRESSZOR

Szimmetrikus változat

A gázkompresszomak egy másik megvalósításában, amelyben egyenes vonalú és függőleges mozgást végző szilárd dugattyú van, lehetnek olyan eszközök is biztosítva, amelyekkel forró sűrített gáz bocsátható a felső kamrába, valamint az alsó kamrába is úgy, hogy a dugattyú mindkét irányú mozgásához közölhető energia gáz belövellésével és expanziójával. A kompresszor kialakítható úgy is, hogy izotermikusan sűrített gáz keletkezik az alsó kamrában, valamint a felső kamrában is. Elrendezhető továbbá a kompresszor úgy, hogy a forró sűrített gáz expandálása után mindegyik kamrába pótlólagosan viszonylag kisnyomású gáztömeg kerül beszívásra úgy, hogy a kompresszor nagyobb tömegű sűrített gázt állít elő, mint ami a hajtásához szükséges. Az ilyen kompresszor szimmetrikus abban az értelemben, hogy ugyanaz a folyamat megy végbe a dugattyú mindkét oldalán, de aszimmetrikus abban az értelemben, hogy a hajtó- és visszatérítő erőket a gravitáció eltorzítja. A gázkompresszomak ilyen kialakítására mutat be egy példát a 4. ábra.

Hivatkozással a 4. ábrára, az 1 gázkompresszor magában foglalja a 9 felső kamrát lényegében függőleges elrendezésben a 11 alsó kamra fölött, és egy 12 szilárd anyagú dugattyút, amely szabadon mozoghat felfelé és lefelé, befelé és kifelé. A felső és az alsó kamrákban 14 tömítőeszköz van elhelyezve, hogy magakadályozza a gáz szivárgását a kamrákból a 12 dugattyú és a kamra falak között. A 9, 11 kamrák mindegyike el van látva forró sűrített gáz bevezetésére szolgáló 21, 23 átömlőnyílással, amely a 25, 27 sűrítettgáz-bevezető szelepekkel vezérelve egy adag forró sűrített gázt enged be a kamrába a sűrített gáz elvezetésére szolgáló 13, 15 átömlőnyílással, amely a 17, 19 sűrítettgáz-elvezető szelepekkel vezérelve lehetővé teszi a hideg sűrített gáz elvezetését a kamrából a 29, 31 gázbevezető nyílással, amely a 33, 35 gázbevezető szelepekkel vezérelve pótlólagos gáztömeget enged be a kamrába, és 37, 39 folyadékpermet-befecskendező nyílással, amelyen keresztül folyadékpermet bocsátható be a kamrába kompresszió közben.

A kompressziós kamrák mindegyikébe bepermetezett folyadékot visszanyerjük és visszakerül a körforgásba. A folyadék-visszanyerő rendszer magában foglal egy 47,49 páraleválasztót, amely a 13, 15 sűrítettgáz-elvezető nyílásokhoz csatlakozik a permetet alkotó folyadéknak a hideg sűrített gázból történő leválasztásához; egy, a 47,49 páraleválasztók mindegyikéhez csatlakozó 45 hűtőrendszert a permethez használt folyadék hűtéséhez, valamint a hűtőrendszer és a 37, 39 folyadékpermet-befecskendező nyílások mindegyike közé bekötött külön 43, 44 szivattyúkat, amelyek a 47, 49 páraleválasztókból a folyadékot a 45 hűtőrendszeren keresztül a 9, 11 sűrítőkamrákba szivattyúzzák. A szivattyúk kialakítása előnyösen olyan, hogy a permetet képező folyadék áramlása állandó mértékű legyen, miközben a nyomás a sűrítőkamrákban kompresszió közben növekszik. Az 51 kiegyenlítőtartály szolgál annak a folyadéknak a pótlására, amit nem sikerült visszanyerni, vagy ami a visszanyerőrendszerből elvész.

Az 1 gázkompresszor működésének egy jellemző körfolyamata, amint azt a 4. ábra mutatja, a következő módon megy végbe, kezdve azzal, hogy a 12 szilárd anyagú dugattyú éppen a 11 alsó kamra talpa fölött pillanatnyilag nyugalomban van, és egy sűrítettgáz-páma támasztja alá. Ezen a ponton az összes gázelvezető és -bevezető szelep mindkét 9, 11 felső és alsó kamrában zárva van, és a felső kamra hideg expandált gáztömeget tartalmaz, amely korábban a 21 forró sűrítettgázbevezető szelepen keresztül lett bevezetve egy kiegészítő gáztömeggel együtt, amely korábban a 29 gázbevezető nyíláson keresztül jutott be.

Amint a 12 dugattyú nyugalomba jut all alsó kamrában, nyílik a 27 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, és egy adag forró sűrített gázt bocsát be az alsó kamrába. Meghatározott idő után záródik a beömlőszelep. A gáz ezután adiabatikusan expandál, nyomva a 12 dugattyút kifelé a 11 alsó kamrából és befelé a 9 felső kamrába. Egy, a forró sűrített gáz expanziójából származó energia átalakul a nagy tömegű, szilárd anyagú dugattyú kinetikai energiájává, amely felfelé tolódik, és potenciális energiára tesz szert. A dugattyú kinetikai energiája viszont részben a 9 felső kamrában sűrített gáz kompressziós energiájává alakul át. Miközben a 12 dugattyú mozog befelé a 9 felső kamrába, a gáz a 9 felső kamrában összenyomódik, és hideg folyadékpermet fecskendeződik a 9 felső kamrába, megakadályozva a gáz felmelegedését úgy, hogy a kompresszió megközelítőleg izotermikus lehet.

A 11 alsó kamrába bevezetett forró sűrített gáz adiabatikus expanziója elegendő kinetikai energiát közöl a 9 felső kamra irányában mozgó 12 dugattyúval ahhoz, hogy amikor a 11 alsó kamrában expandáló gáz által ki15

HU 217 468 Β fejtett felfelé ható tolóerő kisebb lesz a dugattyúra lefelé ható erőnél (ami a dugattyú tömegéből, valamint a felső kamrában levő gáz tömegéből és nyomásából adódik), a 12 dugattyú nagy tehetetlensége folytán tovább mozog felfelé a 9 felső kamrába. Amikor a gáznyomás az alsó kamrában a pótlólagos gáz tápnyomása alá esik, a 35 gázbevezető szelep az alsó kamrában nyílik, és pótlólagos gáztömeget enged be az alsó kamrába, miközben a dugattyú tovább mozog felfelé.

Amikor a felső kamrában eléri a gáznyomás a kívánt értéket, a sűrített gázt kiengedő 17 szelep nyílik, és a hideg sűrített gáz a permetet alkotó folyadékkal együtt eltávozik a felső kamrából a sűrített gáz elvezetésére szolgáló 13 átömlőnyíláson keresztül. A sűrített gáz áthalad egy 47 páraleválasztón, amelyben a permetet alkotó folyadék különválik a sűrített gáztól, a kivont folyadék pedig a 45 hűtőn halad át, ahol lehűl, mielőtt a folyadékpermetben ismét felhasználásra kerülne. Amint a 12 dugattyú eléri lökethosszának felső határát a 9 kamrában, a 17 sűrítettgáz-elvezető szelep záródik, és a felső kamrában visszamaradó maradék gáz fogja a 12 dugattyút nyugalomba hozni. A 17 gázelvezető szelep zárásának időzítése előnyösen olyan, hogy amikor a dugattyú a 9 felső kamrában irányt vált, a gáz nyomása a kamrában megegyezik a forró sűrített gáz beömlő nyomásával. Amint a dugattyú nyugalomba jön, záródik az alsó kamrában a 35 gázbevezető szelep úgy, hogy ekkor mind a gázbevezető, mind a gázelvezető szelepek zárva vannak a 11 alsó kamrában. Ezután nyílik a 25 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, és egy adag forró sűrített gáz lép be a felső kamrába a 21 forró sűrítettgáz-bevezető nyíláson keresztül. Meghatározott idő után a gázbevezető szelep záródik, majd azután a gáz adiabatikusan expandál, tolva a 12 dugattyút a 9 felső kamrából kifelé és a 11 alsó kamrába befelé. Egy, a felső kamrában a gáz expanziójából származó energia az alsó kamra irányában mozgó dugattyú kinetikai energiájává alakul át. A dugattyú tömegéből és magassági helyzetéből adódó potenciális energia is kinetikai energiává alakul át. A gáz az alsó kamrában (ami a 23 forró sűrítettgáz-bevezető nyíláson keresztül megelőzően bevezetett hideg expandált gáztömegből és a 31 gázbevezető nyíláson keresztül bevezetett pótlólagos gáztömegből áll) összenyomódik, miközben a 12 dugattyú a 11 alsó kamrába befelé mozog, és folyadékpermet fecskendeződik be az alsó kamrába a gáz kompressziójából keletkező hő elnyelése céljából úgy, hogy a kompreszszió folyamata megközelítően izotermikus lehet. A dugattyú kinetikai energiája a gáz kompressziós energiájává alakul át a 11 alsó kamrában.

Amikor a gáz nyomása a 9 felső kamrában a pótlólagos gáz tápnyomása alá csökken, nyílik a 33 gázbevezető szelep, és pótlólagos gáztömeg jut a 9 felső kamrába, miközben a 12 dugattyú tovább mozog lefelé, kifelé a 9 felső kamrából.

Amikor a gáz nyomása eléri a kívánt értéket a 11 alsó kamrában, nyílik a 19 sűrítettgáz-elvezető szelep, és a sűrített gáz a permetet alkotó folyadékkal együtt távozik az alsó kamrából a 15 sűrítettgáz-elvezető nyíláson keresztül. A sűrített gáz és a permetfolyadék áthalad a 49 páraleválasztón, amelyben a permetfolyadék különválik a sűrített gáztól, és a folyadék azután áthalad a hűtőn, mielőtt a folyadékpermetben újból felhasználásra kerül.

Éppen mielőtt a 12 dugattyú eléri lökethosszának a határát a 11 alsó kamrában, a 19 sűrítettgáz-elvezető szelep záródik, így a maradék sűrített gáz az alsó kamrában reked, és arra szolgál, hogy a dugattyút nyugalomba hozza. A gázelvezető szelep zárása előnyösen úgy van időzítve, hogy a gáz nyomása az alsó kamrában a dugattyú irányváltásának pillanatában a forró sűrített gáz beömlő nyomásával egyenlő. Amikor a dugattyú nyugalomba jut, záródik a 33 gázbevezető szelep a felső kamrában úgy, hogy a 9 felső kamrában az összes gázbevezető és gázelvezető szelep zárva van. A 27 forró sűrítettgáz-bevezető szelep nyílik, friss adag forró sűrített gázt bocsátva be az alsó kamrába. A folyamat ezután ismétlődik.

Mint fentebb említettük, a 4. ábrán bemutatott függőleges elrendezésű lineáris gázkompresszor csak megközelítőleg szimmetrikus a dugattyú súlya miatt, ami hozzáadódik a visszatérítő erőkhöz az alsó kamra felé. Általában kívánatos lehet az, hogy a sűrített gáz kilépő nyomása mind a felső, mind az alsó kamrában azonos legyen úgy, hogy a sűrítettgáz-szolgáltatás az egész folyamatban végig állandó legyen. Kívánatos lehet továbbá az is, hogy a forró sűrített gáz beömlő nyomása mind a felső, mind az alsó kamrában azonos legyen. A fenti célkitűzések mindegyike elérhető azáltal, hogy a felső és alsó kamrákban áramló gázok tömege különböző nagyságú. A felső és alsó kamrán átáramló gázmennyiség szabályozható a gázbevezető és -elvezető nyílások méretével és/vagy a gázbevezető és -elvezető szelepek nyitásának időtartamával.

Mivel mindig marad véges méretű rés a dugattyú és a felső kamra teteje között, amikor a dugattyú nyugalomba jön, a felső kamrából nem szorul ki az összes permetfolyadék, valamennyi folyadék mindig marad a felső kamrában. A visszamaradó folyadék azonban várhatóan nincs komolyabb hatással a kompresszor működésére. Valamennyi folyadék maradhat az alsó kamrában is mindegyik kompressziós folyamat után, de a permetfolyadék eltávolítását elősegítheti például a kamra talpának a kialakítása, valamint a gázbevezető és -elvezető nyílások elhelyezése úgy, hogy a folyadék kiürüljön a kamrából.

SZILÁRD DUGATTYÚS GÁZHAJTÁSÚ KOMPRESSZOR.

Aszimmetrikus változat

A gázkompresszomak egy másik megvalósítása egyenes vonalú és függőleges irányú mozgást végző szilárd anyagú dugattyúval egy gázturbinatelepben kivitelezve az 5. ábrán látható. Ebben a megvalósításban a hideg sűrített gáz előállítása a felső kamrában történik, és ebből a szempontból a kompresszor hasonló a 3. és 4. ábrán bemutatott megvalósításokhoz. A korábbi megvalósításoktól eltérően azonban az alsó kamra zárt, és egy gáztömeget foglal magában, amely rugóként szolgálva elnyeli a lefelé, a felső kamrából kifelé mozgó dugattyú kinetikai energiáját, és újból közli a kineti16

HU 217 468 Β kai energiát az ellenkező irányban, a felső kamrába befelé mozgó dugattyúval.

Hivatkozással az 5. ábrára, az 1 gázkompresszor magában foglal egy 9 felső kamrát, lényegében függőlegesen elhelyezve a 11 alsó kamra fölött, valamint egy 12 szilárd anyagú dugattyút olyan elrendezésben, hogy szabadon végezhet lengő mozgást a két kamra között. Az 1 kompresszor magában foglal 14 tömítőeszközöket, amelyek megakadályozzák a gáz szivárgását a kamrákból a dugattyú és a kamrafalak között. A 9 felső kamra el van látva egy 21 fonó sűrítettgázbevezető nyílással, amelyen keresztül a 25 szeleppel vezérelve forró sűrített gáz ereszthető be a kamrába; egy 13 hideg sűrítettgáz-elvezető nyílással, amelyen keresztül a 17 szeleppel vezérelve a hideg sűrítettgáz-elvezethető a kamrából, valamint egy 29 gázbevezető nyílással, amelyen egy 33 szeleppel vezérelve pótlólagos gáztömeg bocsátható a 9 felső kamrába, amikor a gáznyomás a kamrában bizonyos érték alá csökken.

Egy 37 permetbefecskendező nyílás is ki van alakítva a felső kamrában kompresszió közben folyadékpermet befecskendezéséhez. Egy visszanyerő rendszer van kialakítva a permetfolyadéknak a kompressziót követően a sűrítőkamrából történő visszanyeréséhez és hűtéséhez. A visszanyerő rendszer magában foglal egy, a felső kamra 13 elvezető nyílásához csatlakozó 47 páraleválasztót a permetfolyadéknak a kamrát elhagyó hideg sűrített gázból történő eltávolításához; a 47 páraleválasztóhoz csatlakozó 45 hűtőrendszert a permetfolyadék hűtéséhez, valamint egy, a 45 hűtőrendszer és a 9 kamra 13 permetbefecskendező nyílása közé bekötött 43 szivattyút, amely a folyadékot a 47 páraleválasztóból a 45 hűtőrendszeren keresztül a 9 felső kamrába szivattyúzza egy permetezőfüvóka útján (nincs feltüntetve). Egy permetfolyadékot tartalmazó tárolótartály van elhelyezve a nem visszanyert vagy a visszanyerő rendszerből elvesző folyadék pótlására.

All alsó kamra tartalmaz valamilyen térfogatú gázt, amely, amennyire csak lehetséges, tartósan be van zárva a 11 kamrába. Valamennyi gáz elkerülhetetlenül megszökhet az alsó kamrából a szilárd dugattyú és a kamrafalak közötti 14 tömítésen keresztül, de lehet intézkedéseket tenni az alsó kamrából elveszített gáz pótlására, például egy gázbevezető nyílást biztosítva az alsó kamrában, amelyen át szeleppel vezérelve pótlólag gáz bocsátható be megfelelő nyomású forrásból.

Az 5. ábrán bemutatott kompresszor jellemző munkafolyamata az alábbiak szerint megy végbe, kezdve azzal, hogy a 12 szilárd dugattyú pillanatnyilag nyugalomban van lökete tetőpontján a 9 felső kamrában. Ekkor a 17 sűrítettgáz-elvezető szelep, valamint a 25 és 33 gázbevezető szelepek zárva vannak, és a kamra tartalmazhat egy sűrítettgáz-zsákot.

Amint a dugattyú mozgásirányt vált, a 25 forró sűrítettgáz-bevezető szelep nyílik, és egy adag forró sűrített gázt enged be a felső kamrába. Meghatározott időtartam elteltével a 25 forró sűrítettgáz-bevezető szelep záródik, és a forró sűrített gáz adiabatikusan expandál, hajtva a 12 dugattyút lefelé, kifelé a felső kamrából. Miközben a 12 dugattyú mozog befelé a 11 alsó kamrába, a gáz az alsó kamrában adiabatikusan összenyomódik úgy, hogy az alsó kamra irányában mozgó 12 dugattyú kinetikai energiáját elnyeli a gáz nyomási energia és hőenergia formájában, ez utóbbi eredményezi a gáz hőmérsékletének a megnövekedését. Amikor a 9 felső kamrában expandáló gáz nyomása a pótlólagos gáz tápnyomása alá csökken, nyílik a 33 gázbevezető szelep, és egy pótlólagos gáztömeg jut a felső kamrába, miközben a 12 dugattyú tovább mozog lefelé. Amikor a dugattyú teljes kinetikai energiáját átvette a gáz az alsó kamrában, a dugattyú egy pillanatra nyugalomba jön, és a 33 gázbevezető szelep a felső kamrában záródik. Az alsó kamrában a most forró sűrített gáz adiabatikusan expandál, kinetikai energiát közölve a 9 felső kamra felé mozgó 12 dugattyúval. Miközben a dugattyú visszafelé mozog, befelé a 9 felső kamrába, a felső kamrában a gáz, ami a 13 gázbevezető nyíláson keresztül korábban bebocsátott forró sűrített gáz tömegéből és a 29 gázbevezető nyíláson keresztül bebocsátott viszonylag kisnyomású gáz pótlólagos tömegéből áll, összenyomódik. A gáz kompressziója közben kis cseppecskék formájában folyadék permeteződik a felső kamrába, és elnyeli a gázból a kompresszió során keletkező hőt úgy, hogy a kompresszió lehet megközelítően izotermikus folyamat. A permet befecskendezése időzíthető úgy, hogy akkor kezdődjön, amikor a gáz hőmérséklete a felső kamrában eléri a permetfolyadék hőmérsékletét. Amikor a gáz nyomása a 9 felső kamrában eléri a kívánt értéket, nyílik a 17 sűrítettgáz-elvezető szelep, és a hideg sűrített gáz a permetet alkotó folyadékkal együtt távozik a felső kamrából a 12 gázelvezető nyíláson át. A sűrített gáz és a permetfolyadék a 47 páraleválasztón halad át, ahol a permetfolyadék különválik a gáztól.

Mielőtt a dugattyú elérné lökethosszának határát a felső kamrában, záródik a 17 sűrítettgáz-elvezető szelep, és a felső kamrában visszamaradó gáz segít a dugattyút nyugalomba hozni. Amint a dugattyú nyugalomba jön, nyílik a 25 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, és egy újabb adag forró sűrített gázt bocsát be a 9 felső kamrába a 21 gázbevezető nyíláson keresztül a körfolyamat ismétléséhez.

Mivel ebben a megvalósításban csak egy kamra van hideg sűrített gáz előállításához, sűrített gáz körfolyamatonként csak egyszer keletkezik. Ahhoz, hogy egyenletesebb ütemben lehessen a munkafolyamaton belül gázt előállítani, még egy vagy több ilyen gázkompresszort lehet beállítani, amelyek egymáshoz képest fáziseltolással működnek. Ha például lenne még egy kompresszor, azok munkafolyamata lehetne fázisban 180 fokkal eltolva egymástól. A kompresszorok elrendezésétől függően a fáziseltolás felhasználható a masszív, szilárd anyagú dugattyú gyorsulásából és lassulásából eredő mechanikai rezgések elhárításának elősegítésére.

Egyenes vonalú és függőleges mozgást végző szilárd dugattyúval rendelkező kompresszornak egy másfajta megvalósításában az alsó kamra alkalmazható izotermikusan sűrített gáz előállítására és forró sűrített gáz bevezetésére, hogy az a felfelé mozgó dugattyúval közöljön kinetikai energiát. A felső kamra szolgálhat egy

HU 217 468 Β gáztömeg befogadására, amit adiabatikusan nyom össze a felfelé mozgó dugattyú, hogy elnyelje a dugattyú kinetikai energiáját, majd expandálva kinetikai energiát közöljön a lefelé, az alsó kamra irányában mozgó dugattyúval. Ebben a megvalósításban, amely lényegében az 5. ábrán bemutatott megvalósítás fordított formában, a felső kamra irányában mozgó dugattyú kinetikai energiája alakulna át a felső kamrában levő gáz nyomási és hőenergiájává, valamint a gravitációból adódó potenciális energiává. Más változatban a felső kamra teljesen elhagyható úgy, hogy az alsó kamrába bevezetett forró sűrített gázból a szilárd dugattyúra átadódó kinetikai energia teljes egészében potenciális energiává alakul át a gravitáció következtében, majd ez szabadul fel az ellenkező irányban, az alsó kamra felé mozgó dugattyú kinetikai energiájában, a gáz összenyomása céljából. Ebben a sajátos megvalósításban előnyösen csak egy kamrára van szükség, és nincs szükség az adiabatikus kompressziós/expanziós kamrához tartozó segédberendezésekre az elszökött gáz pótlásához. Azért előnyös az izotermikus kompressziót az alsó kamrában végezni, mert a kamra kialakításánál kihasználható az a potenciális lehelőség, amit a gravitáció nyújt a permetet alkotó folyadék eltávolításához.

SZILÁRD DUGATTYÚS GÁZHAJTÁSÚ KOMPRESSZOR

Szimmetrikus változat

Egy másik megvalósításban a gázkompresszor magában foglalhat egy szilárd anyagból álló dugattyút olyan elrendezésben, hogy az vízszintes síkban mozogjon. A 6. ábra mutat egy példát ilyen megvalósításra, amely két, vízszintesen egymással szemben elhelyezkedő kamrából és egy masszív, szilárd dugattyúból áll olyan elrendezésben, hogy az egyenes vonalú mozgást végezzen mindkét hengerben befelé és kifelé.

Hivatkozással a 6. ábrára, a gázkompresszor magában foglal két, vízszintesen egymással szemben elhelyezkedő 9, 11 kamrát, amelyek mindegyike el van látva 21, 23 forró sűrítettgáz-bevezető nyílással, amelyek a 25, 27 szeleppel vezérelve forró sűrített gázt engednek be az egyes kamrákba, 13, 15 sűrítettgáz-elvezető nyílással, amelyek a 17, 19 szeleppel vezérelve lehetővé teszik a sűrített gáz elvezetését az egyes kamrákból, 31, 33 gázbevezető nyílással, amelyek a 35, 37 gázbevezető szeleppel vezérelve pótlólagos gázt bocsátanak be az egyes kamrákba, valamint a 37, 39 permetbefecskendező nyílással az egyes kamrákba folyadékpermet befecskendezése céljából, a gáz hőmérsékletének szabályozásához. A gázkompresszor egy 12 masszív, szilárd anyagú dugatytyúval van ellátva, amely a 14, 16 gördülőcsapágyakkal van alátámasztva, és amely szabadon végezhet lengő mozgást a két 9, 11 kamra között. Egy 55, 56 csúszótömítés van elhelyezve a dugattyú és az egyes kamrák fala között, hogy megakadályozza a gáz szivárgását a 12 dugattyú és a hengerek fala közötti résen keresztül. Ebben a megvalósításban a 12 dugattyú mindkét vége ívelt, amint a 9, 11 kamrák vége is.

Egy visszanyerő rendszer van kialakítva a permethez felhasznált folyadék visszanyeréséhez a gáznak a kamrákban végbemenő izotermikus kompresszióját követően, valamint a folyadék feldolgozásához, hogy azt a permethez ismételten fel lehessen használni. A viszszanyerő rendszer magában foglal a megfelelő 13, 15 sűrítettgáz-elvezető nyílásokhoz csatlakozó 47, 49 páraleválasztókat a permetfolyadéknak a sűrített gázból történő eltávolításához. Az elvezetőnyílások az egyes kamrák alsó részén vannak kialakítva a folyadék eltávolításának megkönnyítésére. A 47, 49 páraleválasztók egy 45 hűtőrendszerhez csatlakoznak a permetfolyadék hűtése céljából. Mindegyik kamrához egy 43, 44 szivattyú van bekötve a 45 hűtőrendszer és a 37, 39 permetbefecskendező nyílások közé, amelyek a folyadékot a 47, 49 páraleválasztókból a hűtőrendszeren keresztül visszaszivattyúzzák az egyes kamrákba a permetbefecskendező nyílásokon keresztül.

A gázkompresszor ezen megvalósításának a munkafolyamata az alábbiak szerint folyik le, kezdve azzal, hogy a 12 dugattyú lökethosszának határán van a jobb oldali 11 kamrában, és a 11 kamrában az összes szelep zárva van. A jobb oldali 11 kamra tartalmaz egy kis mennyiségű adiabatikusan sűrített gázt, ami a dugattyú nyugalomba hozására szolgál. Ezen a ponton a bal oldali kamra tartalmaz egy bizonyos gáztömeget, ami a 21 forró sűrítettgáz-bevezető nyíláson keresztül forró sűrített gáz formájában korábban bevezetett hideg expandált gáztömegből, és a 31 gázbevezető nyíláson keresztül korábban bevezetett viszonylag kisnyomású pótlólagos gáztömegből áll. A 9 bal oldali kamrában az összes szelep zárva van.

Miután a dugattyú nyugalomba jött, a jobb oldali 11 kamrában visszamaradó sűrített gáz kezd kiterjedni, és tolja a 12 dugattyút kifelé a kamrából. Ugyanakkor nyílik a 27 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, és egy adag forró sűrített gázt bocsát be a jobb oldali kamrába. Meghatározott időtartam elteltével a 27 gázbevezető szelep záródik. A forró sűrített gáz azután adiabatikusan expandál, nyomva a 12 dugattyút kifelé a jobb oldali 11 kamrából, és befelé a 9 bal oldali kamrába. Egy, az expanzióból származó energia átadódik a 9 bal oldali kamra felé mozgó dugattyú kinetikai energiájába. Miközben a 12 dugattyú mozog befelé a 9 bal oldali kamrába, a gáz összenyomódik, ugyanakkor folyadékpermet formájában folyadék fecskendeződik be a kamrába, hogy hűtse a gázt kompresszió közben.

Amikor a jobb oldali 11 kamrában expandáló gáz nyomása egy meghatározott érték alá csökken, nyílik a 37 gázbevezető szelep, és egy viszonylag kisnyomású pótlólagos gáztömeget enged be a jobb oldali kamrába a 33 gázbevezető nyíláson keresztül. Amikor a gáznyomás a 9 bal oldali kamrában eléri a kívánt értéket, a permetbefecskendezés a 37 nyíláson keresztül véget ér, nyílik a 17 sűrítettgáz-elvezető szelep, és a sűrített gáz a permetfolyadékkal együtt távozik a kamrából a 13 sűrítettgáz-elvezető nyíláson keresztül. A sűrített gáz és a permetfolyadék áthalad a 47 páraleválasztón, amelyben a permetfolyadék különválik a gáztól. A permetfolyadék ezután a 45 hűtőn halad át, mielőtt a permetben újból felhasználásra kerül.

Mielőtt a 12 dugattyú elérné lökethosszának határát a 9 bal oldali kamrában, záródik a 17 sűrítettgáz-elveze18

HU 217 468 Β tő szelep, és a kamrában maradó gáz adiabatikusan összenyomódik, pillanatnyi nyugalomba hozva a dugattyút. Ekkor záródik a 37 gázbevezető szelep a jobb oldali kamrában. A dugattyú ezután mozgásirányt vált, mivel a visszamaradó gáz expandál, nyílik a 25 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, és egy újabb adag forró sűrített gáz ömlik be a bal oldali kamrába a 21 forró sűrítettgáz-bevezető nyíláson keresztül. Meghatározott időtartam eltelte után záródik a 25 szelep. A forró sűrített gáz ezután adiabatikusan expandál, nyomva a dugattyút kifelé a 9 bal oldali kamrából és vissza a 11 jobb oldali kamrába.

A jobb oldali 11 kamrában az összes bevezető- és elvezetőszelep zárva van, és a 11 kamra tartalmaz egy gáztömeget, ami a 23 bevezetőnyíláson át korábban forró sűrített gáz formájában bevezetett hideg expandált gáztömegből, valamint a 33 bevezetőnyíláson keresztül korában bevezetett viszonylag kisnyomású pótlólagos gáztömegből áll. Miközben a 12 dugattyú mozog befelé a 11 jobb oldali kamrába, a gáz összenyomódik, és ugyanakkor folyadékpermet fecskendeződik a kamrába a 39 permetbefecskendező nyíláson át, hogy hűtse a gázt kompresszió közben.

Amikor a gáznyomás a 9 bal oldali kamrában valamilyen előre meghatározott érték alá csökkent, nyílik a 17 gázbevezető szelep, és egy pótlólagos tömegű, viszonylag kisnyomású gáz jut be a 9 bal oldali kamrába a gázbevezető nyíláson keresztül. Amikor a gáz nyomása a 11 jobb oldali kamrában eléri a kívánt értéket, nyílik a 19 sűrítettgáz-elvezető szelep, és a sűrített gáz a permetfolyadékkal együtt eltávozik a kamrából a 15 elvezetőnyíláson keresztül. A sűrített gáz és a permetfolyadék ezután áthalad a 49 páraleválasztón, amelyben a permetfolyadék különválik a sűrített gáztól. A folyadék azután a 45 hűtőbe kerül, ahol lehűl, mielőtt újból felhasználásra kerül permetet alkotó folyadékként.

Mielőtt a dugattyú eléri lökethosszának határát a 11 jobb oldali kamrában, záródik a 19 sűrítettgáz-elvezető szelep, megszűnik a permetbefecskendezés, és a visszamaradó gáz adiabatikusan összenyomódik, pillanatnyi nyugalomba hozva a 12 dugattyút. Ezen a ponton a 9 bal oldali kamrában az összes szelep zárva van, és nyílik a 27 forró sűrítettgáz-bevezető szelep egy új adag forró sűrített gázt engedve be a 11 jobb oldali kamrába, ami expandál, nyomva a dugattyút kifelé a jobb oldali kamrából és befelé a bal oldali kamrába, és a körfolyamat ismétlődik.

Vízszintesen mozgó, szilárd anyagú dugattyúval ellátott és a leírástól eltérő üzemmódú gázkompresszorok egyéb formái is számításba jöhetnek. Felhasználható például a kamrák egyike adiabatikus kompressziós/expanziós kamra gyanánt, és tartalmazhat egy bezárt gáztömeget, amely felváltva adiabatikusan összenyomódik és kiterjeszkedik, átalakítva a kamra irányában mozgó dugattyú kinetikai energiáját a másik irányban a kamrából kifelé mozgó dugattyú kinetikai energiájává. A kamra hasonló feladatot látna el, mint az 5. ábrán bemutatott alsó kamra.

Mivel a szilárd dugattyú elrendezése olyan, hogy vízszintes síkban mozog, valamilyen módon biztosítani kell a dugattyú alátámasztását, és ugyanakkor célszerűen minimálisra csökkenteni a dugattyú vízszintes irányú mozgásával szemben ható súrlódási erőket. Az alátámasztó ágyazás lehet mechanikai ágyazás, például a dugattyú tömegének alátámasztására méretezeti különleges görgőscsapágyak. A dugattyú tömegéből az egyes csapágyakra eső terhelés csökkenthető a csapágyak számának növelésével. Bár célszerű a dugattyút lehetőleg minél kisebb méretűre készíteni, a dugattyú egységnyi hosszúságára és szélességére eső tömege változtatható a dugattyú megfelelő méretezésével. A dugattyú bármilyen alakú lehet, keresztmetszeti geometriája és mérete a hossza mentén változhat. A dugattyú tömege is lehet változó a hossza mentén, és célszerű lehet a dugattyú tömegét a dugattyúnak inkább egyik, mint másik részébe koncentrálni. Bizonyos alkalmazásokban célszerű lehet az alátámasztó ágyazást úgy kialakítani, hogy az jelentős mértékben hozzájáruljon a dugattyú teljes tömegéhez. Másfajta súrlódáscsökkentő ágyazás is felhasználható a dugattyú alátámasztásához, olyanok például, amelyek működése mágneses erőhatással vagy mesterséges közegnyomással létrehozott lebegés elvén alapul. Bizonyos alkalmazásokban előnyös lehet a folyadékpermetet, amely a levegőt vagy gázt a sűrítőkamrában kompresszió közben közel izotermikus állapotban tartja, a kamrán kívül előállítani. A permet vagy köd előállítható egy külön külső tartályban, amely levegőt vagy egyéb gázt tartalmaz. A folyadékpermet vagy köd azután beszívható a sűrítőkamrába a levegővel vagy egyéb gázzal együtt a kompressziót megelőzően.

A 7. ábra egy egyenes vonalú, függőleges elrendezésű gázkompresszort mutat, hasonlót ahhoz, ami az 5. ábrán látható, amely azonban a sűrítőkamrán kívül eső külön tartályt foglal magában, amelyben a gáz kompresszió alatti hűtéséhez köd képződik, ami atmoszferikus levegővel keveredik mielőtt a sűrítőkamrába jut. Hivatkozással a 7. ábrára, a kompresszor magában foglal egy, a 11 alsó kamra fölött függőlegesen elhelyezett 9 felső kamrát, amelyben a 12 szilárd dugattyú szabadon végezhet függőleges irányú lengő mozgást az egyes kamrákban befelé és kifelé. A 9 felső kamra el van látva egy 25 szeleppel vezérelt 21 forró sűrítettgázbevezető nyílással, amely forró sűrített gázt bocsát be a kamrába, hogy az lefelé mozgassa a 12 dugattyút; egy 17 szeleppel vezérelt 13 hideg sűrítettgáz-elvezető nyílással, amely lehetővé teszi a hideg sűrített gáz elvezetését a 9 kamrából, valamint egy 33 szeleppel vezérelt 29 gázbevezető nyílással, amelyen keresztül folyadékpermet juttatható a kamrába a viszonylag kisnyomású pótlólagos gázzal együtt. A 29 gázbevezető nyílás egy külön 55 tartályhoz csatlakozik, amelyben a köd képződik. Az 57 gázbevezető nyílás arra szolgál, hogy gázt engedjen be az 55 ködfejlesztőbe.

A sűrítőkamrából kilépő hideg sűrített gázból leválasztott folyadékot egy 43 szivattyú visszakeringteti egy 45 hűtőn keresztül az 55 ködfejlesztőbe. A folyadékpermet vagy -köd előállítható az 55 ködfejlesztőn belül bármilyen hagyományos eszköz felhasználásával, például egy vagy több permetezőfúvókán keresztül19

HU 217 468 Β nyomva a folyadékot. Miközben a 12 dugattyú lefelé mozog, nyílik a 33 gázbevezető szelep, gáz jut be az 55 ködfejlesztőbe az 57 gázbevezető nyíláson keresztül, és besodorja a finom folyadékcseppecskéket a sűrítőkamrába a 29 gázbevezető nyíláson keresztül. Mivel a folyadékpermet akkor kerül be a sűrítőkamrába, amikor a nyomás abban viszonylag kicsi, és mivel a permet nem kompresszió közben, hanem előtte kerül be, a folyadék szivattyúzásához kevesebb munkára van szükség, és jobb lesz a folyadékcseppecskék eloszlása a gázban a sűrítőkamrán belül. A permetet a sűrítőkamrán kívül képezve finomabb permetet is el lehet érni. Érdemes lehet például inkább különválasztani a nagyobb cseppeket és visszakeringtetni azokat, mint befecskendezni az izotermikus kompresszorba. Célszerű lehet az is, ha a gáz beáramlását a ködfejlesztőbe kisnyomású szellőzők segítik elő. A ködfejlesztő is magában foglalhat valamilyen mechanikus eszközt, például forgótárcsát vagy forgólapátokat, amelyek a cseppecskéket összetörve finom ködöt képeznek.

Eltekintve attól, hogy milyen módon kerül be a folyadékpermet és az atmoszferikus levegő a sűrítőkamrába, a 7. ábrán bemutatott gázkompresszor pontosan ugyanúgy működik, mint fentebb az 5. ábrára hivatkozva leírt gázkompresszor

FOLYADÉKHAJTÁSÚ KOMPRESSZOR

Folyadékdugattyús változat

A kompresszornak a fent leírt megvalósításai mind forró sűrített gázzal vannak hajtva. A kompresszió meghajtásának egy másik lehetősége folyadék nyomómagasságának a felhasználása. Kinetikai energia tárolásának eszköze lehet egy masszív dugattyú, akár szilárd, akár folyadék, vagy mindkét anyagból, olyan elrendezésben, hogy a folyadék energiája a gáz kompressziós energiájába adódjon át. A folyadékdugattyús izotermikus kompresszornak egy megvalósítása, ami ilyen módon működik, a 8. ábrán látható. Hivatkozással a 8. ábrára, az izotermikus kompresszor magában foglal két 102 és 103 csövet, mindegyiknek van egy vízszintes elrendezésű 105 és 107 középső szakasza, és mindegyikben van egy 109 és 111 folyadékdugattyú. Mindegyik 102 és 103 cső egyik végén egy 113 és 115 szakasz függőlegesen felfelé nyúlik, és azokban 117, illetve 119 kamrák vannak kialakítva a sűrítendő gáz számára. Mindegyik 102 és 103 cső egyetlen nagy 127 tartályban végződik.

A 129 és 131 fő áramlásszabályozó szelepek a

102 és 103 csövek 105 és 107 vízszintes szakaszában helyezkednek el, és a 127 gyűjtőtartályból kilépő folyadék áramlását szabályozzák. A 105 és 107 vízszintes szakaszokban 133 és 135 kiömlőnyílások vannak kialakítva a 129 és 131 fő áramlásszabályozó szelepek, valamint a 102 és 103 csövek 113 és 115 függőleges szakasza között. 137 és 139 leeresztőszelepek vannak elhelyezve a 133 és 135 kiömlőnyílásokban a 102 és

103 csövekből leeresztett folyadék áramlásának vezérléséhez. Egy 141 főszivattyú van bekötve a 133 és 135 kiömlőnyílások és a 127 gyűjtőtartály közé, hogy visszatöltse a gyűjtőtartályba a 133 és 135 kiömlőnyílásokon keresztül leeresztett folyadékot.

Mint előbb, folyadékpermet biztosítja mindegyik 117 és 119 kamrában a sűrített gáz hűtését. Mindegyik 117 és 119 kamra el van látva egy 147 és 149 gázelvezető nyílással, azok mindegyike egy 151 és 153 szeleppel, lehetővé téve a hideg sűrített gáz elvezetését mindegyik 117 és 119 kamrából. Mindegyik kamrán van egy 155 és 157 gázbevezető nyílás, lehetővé téve valamilyen alkalmas forrásból gáz bevezetését mindegyik kamrába.

Működés közben a gyűjtőtartály nyomás alatt álló folyadékot tárol, lökésszerű folyadékáramlást biztosítva a 109 és 111 folyadékdugattyúk meghajtásához. E lökésszerű folyadékáramlás időzítését a 102 és 103 csövekben elhelyezkedő 129 és 131 fő áramlásszabályozó szelepek vezérlik. Amikor egy fő áramlásszabályozó szelep nyílik, lökésszerűen folyadék áramlik azon a szelepen keresztül, hajtja a folyadékdugattyút befelé a kamrába, és összenyomja a gázt. Ugyanakkor az ahhoz a kamrához tartozó permet működésbe lép, hogy hűtse a gázt kompresszió közben. A sűrítettgáz-elvezető szelep nyílik, amikor a kamrában a nyomás elér egy előre meghatározott értéket.

Amikor a folyadékdugattyú eléri lökethosszának tetőpontját, záródik a fő áramlásszabályozó szelep, és nyílik a leeresztőszelep. Ugyanakkor záródik a gázelvezető szelep, és nyílik a gázbevezető szelep, lehetővé téve, hogy kisnyomású gáz foglalja el a leeresztett folyadék helyét. A leeresztett folyadékot a 141 főszivattyú keringteti vissza a gyűjtőtartályba.

A 109 és 111 folyadékdugattyúk időzítése mindegyik csőben előnyösen olyan, hogy a folyadék akkor kerül vissza az egyik csőből a gyűjtő tartályba, miközben folyadék áramlik ki a gyűjtőtartályból a másik csőbe. Egy kétcsöves rendszerben tehát a folyadékdugattyúk munkafolyamata az egyes csövekben ellentétes fázisban legyen. Általánosan a gáz a folyadékszint felett akkor nyomódik össze, amikor a beáramlás meghaladja a kiáramlást, és akkor expandál, amikor ennek a fordítottja igaz.

A cél a nyomómagasság és a 141 szivattyú által szállított folyadékmennyiség ingadozásait minimális értéken tartani úgy, hogy az mindig a legjobb hatásfokú munkapontja közelében működhessen. A gáztérfogat expanziója és összenyomódása előnyösen adiabatikusan történik. A gyűjtőtartály szigetelve van, hogy a gyűjtőtartályban levő gáz összenyomódása közben a hőveszteség minimális legyen. A gyűjtőtartályban levő gáz nincs összeköttetésben a sűrített gázzal, és valójában nincs szükség arra, hogy a két gáz összetétele azonos legyen. A gyűjtőtartályból kiáramló folyadék mennyiségét előnyösen a folyadékdugattyú tehetetlensége korlátozza, ami megakadályozza a gyűjtűtartályban levő gáz nyomásának túlságosan nagy ingadozását.

A 129 és 131 fő áramlásszabályozó szelepek váltják ki a folyadékdugattyú mozgását. Ezek a vezérlőszelepek akkor nyílnak, amikor a folyadék már ki van szivattyúzva a sűrítőkamrából. Akkor záródnak, amikor a folyadékdugattyú elérte lökethosszának szélső pontját a sűrítőkamrában. A fő vezérlőszelepek a folyadékhajtású izotermikus kompresszor kritikus elemei. A cső át20

HU 217 468 Β mérője lehet egészen nagy, de fontos, hogy a szelepek gyorsan és nagy gyakorisággal legyenek képesek nyílni és záródni. A szelepeknek talán 8 bar nyomást is vissza kell tartani. További követelmény az, hogy nyitott állapotban a szelepek áramlási ellenállása minimális legyen. Enyhítő körülmény az, hogy a szelepek csak akkor nyílnak vagy záródnak, amikor a folyadékáramlás irányt vált, és a sebessége pillanatnyilag zérus. Bár egyéb szelepkonstrukciók is alkalmasak lehetnek erre a célra, a szelep előnyösen egy sor zsalulemezből áll, amelyek a cső keresztmetszetén átmenő rudakra vannak szerelve. A zsalulemezek szelvénye lehet olyan kialakítású, hogy az áramlási ellenállás minimális legyen, amikor az áramlás irányába állnak be.

A 137 és 139 leeresztőszelepek elrendezése olyan, hogy akkor nyílnak, amikor a folyadékdugattyú eléri lökethosszának maximumát, és akkor záródnak, amikor a sűrítőkamra kiürítése megtörtént. Ez azt jelenti, hogy a szelepek 180°-os fáziseltolással működnek a 129 és 131 fő áramlásszabályozó szelepekhez képest. A folyadékleeresztő szelepek előnyösen a fő áramlásszabályozó szelepekkel azonos típusúak.

A gyűjtőtartály és a permetezők közé vannak bekötve a 159 és 161 permetszivattyúk, hogy folyadékot szolgáltassanak a permetezéshez. Célszerűen 163 és 164 hűtők vannak bekötve a 159 és 161 permetszivattyúk és a permetezők közé a folyadék hűtése céljából. A permetszivattyúk lehetnek kényszerlöketű típusúak, hogy állandó folyadékmennyiséget szállítsanak a sűrítőkamra változó nyomása mellett is.

Az eddig ismertetett gázhajtású és folyadékhajtású izotermikus kompresszorok között a fő eltérések az alábbiak. Bár mindkét kompresszortípus azonos fizikai elveken alapul, vagyis egy masszív folyadék és/vagy szilárd dugattyú van felhasználva izotermikus kompresszió elvégzéséhez, a hajtóenergia eltérő eszközökkel van biztosítva. A folyadékdugattyús kompresszorokat összehasonlítva, a gázhajtású rendszerben nincsenek a fő csővezetékben folyadékba merülő nagyméretű szelepek. A folyadékdugattyú súrlódási vesztesége ezért a gázhajtású rendszerben minimális. A gázhajtású folyadékdugattyús kompresszor 1. ábrán bemutatott megvalósítása a folyadékdugattyú minden egyes körfolyamatában két térfogatnyi gázt komprimál a folyadékhajtású kompresszor körfolyamatonként egy térfogatnyi gázmennyiségével szemben. A folyadékhajtású kompresszor általában egy nagy szivattyút igényel fő energiaforrásként, míg a gázhajtású kompresszorhoz egy hagyományos gázkompresszorra van szükség, olyanra, amilyen normális módon egy gázturbinához csatlakoztatható.

Bár az 1., 2. és 8. ábrára utalva a folyadékdugattyút képező cső karjai lényegében függőlegesek, és a leírás szerint a cső középső szakasza közel vízszintes úgy, hogy a cső „U” alakú, a karok bármilyen szögben állhatnak, az „U” pedig lehet széles, keskeny, sekély vagy mély. Számos „U” cső egyesíthető úgy, hogy a karok egyike számos csövet illetően közös, mint ezt a 8. ábra mutatja, bár ez egyaránt vonatkozhat az 1. és 2. ábrán bemutatott gázhajtású kompresszorokra is. A cső keresztmetszeti geometriája bármilyen lehet, nevezetesen lehet kör alakú, ovális, elliptikus, háromszög, négyzet, négyszög, hatszög, sokszög vagy szabálytalan alakú. A cső lehet teljes hossza mentén állandó keresztmetszetű, vagy lehet a keresztmetszet változó (például a keresztmetszeti terület és/vagy a geometria). A sűrítőkamra (kamrák) keresztmetszeti területe lehet nagyobb vagy kisebb, mint a vezetéknek a folyadékdugattyút képező része. Előnyösen egy viszonylag kis keresztmetszetű vezeték lehet kevésbé költséges és kevésbé bonyolult konstrukció. A cső hossza lehet 10 és 500 méter között, az átmérője pedig 0,2 és 10 méter között. Ezek a méretek azonban csak jelzésértékűek, és egyes alkalmazási területeken e határokon kívül eső értékek is használhatók. A cső vízszintes szakasza a földben alagút formájában is kialakítható, vagy lefektethető egy árokban, vagy egyszerűen a földre fektethető. Célszerű azonban a csövet úgy méretezni, hogy az egy masszív folyadékdugattyút zárjon magába úgy, hogy a dugattyú kinetikai energiájának formájában energiát tudjon tárolni, és úgy, hogy a cső felületén a folyadék áramlásából adódó súrlódási veszteségeket minimális értéken lehessen tartani.

A két csőből és két folyadékdugattyúból álló folyadékhajtású izotermikus kompresszor helyett elkészíthető az úgy, hogy egy vagy kettőnél több csővel és folyadékdugattyúval működjön. Ha egyetlen cső lenne felhasználva, a főszivattyú működésére a folyadékdugattyú teljes munkafolyamatának csak a félideje alatt lenne szükség. Ezt az igényt jól kiszolgálná egy dugattyús szivattyú, melynek mechanikus dugattyúja a folyadékdugattyúval fázisban működne. Ráadásul a fő csőben kialakított leeresztőszelepre sem lenne szükség.

Más változatban a kompresszor folyadékdugattyús megvalósításai magukban foglalhatnak egy, a fő csőben elhelyezkedő mechanikus szilárd anyagú dugattyút, amely valamilyen külső eszközzel van meghajtva a folyadékdugattyú hajtása céljából. A szilárd dugattyú előnyösen a fő cső vízszintes szakaszában végezhetne odavissza járó lengő mozgást, és folyadékdugattyúk lehetnének a szilárd dugattyú bármelyik oldalán.

Bár, a folyadékdugattyús kompresszorokra utalva, a folyadékpermet folyamatosan visszakeringtethető, elvonva azt a nagyméretű csőből, és átvezetve azt egy külső hűtőn, mielőtt a gázba befecskendezésre kerülne, amint ez az 1., 2. és 8. ábrákon bemutatott megvalósításokban látható, a folyadékpermet egy nagy tápforrásból vagy tartályból is nyerhető. Ebben az esetben a folyadékot egyidejűleg le kellene ereszteni a nagyméretű csőből, hogy a folyadékmennyiség megközelítően állandó szinten legyen tartva.

A permet és a gáz között átadódó hőmennyiség tartalmazhat a gőz elpárologtatására fordított hőmennyiséget is, az is lehet, hogy nem. Ez nagymértékben függ a permetet alkotó cseppecskék kezdeti hőmérsékletétől, a cseppecskék által felvett hő mennyiségétől és a gáz kompressziójának időtartamától.

GÁZTURBINATELEP ÉGÉSKAMRÁVAL ÉS IZOTERMIKUS KOMPRESSZORRAL

Az izotermikus gázkompresszor fő alkalmazási területe várhatóan a villamosáram-fejlesztés. A komp21

HU 217 468 Β resszor használható például egy gázturbinával összefüggésben. Hivatkozással a 9. ábrára, a nagy általánosságban 200 jelölésű gázturbinatelep magában foglal egy 201 gázturbinát, egy 203 izotermikus kompresszort, egy 205 hőcserélőt a hideg sűrített gáz előmelegítéséhez a 201 turbinából kilépő forró, kisnyomású gáz felhasználásával, valamint egy 207 fő hevítőt, amely az előmelegített sűrített gázból forró nagynyomású gázt állít elő a 201 gázturbina hajtásához. A 201 gázturbina hajtja a 209 villamos generátort. A 207 fő hevítő magában foglal egy égéskamrát az előmelegített sűrített gázban tüzelőanyag elégetéséhez, miáltal a forró nagynyomású gáz az égéstermék. Ha az izotermikus kompresszor jelen találmány szerinti gázkompresszort foglal magában, azt általában a gázturbina hajtja. A gázhajtású kompresszorban például a forró sűrített gázt szolgáltathatja egy hagyományos kompresszor. Mint fent láttuk, az izotermikus kompresszornak ez a típusa nagyobb tömegű hideg sűrített gázt állít elő adott energiabevitel mellett, mint egy hagyományos gázkompresszor. A folyadékhajtású izotermikus kompresszor azonban ugyanolyan tömegű gázt állít elő, mint a hagyományos gázkompresszor, de kevesebb energiát igényel. Tehát vagy kevesebb teljesítményt von el a gázturbinától a kompresszor hajtásához, vagy azonos lesz az izotermikus kompresszor hajtására fordított energia, mint a hagyományos kompresszor esetén, de nagyobb tömegű gáz keletkezik a gázturbina hajtásához.

Mivel a gázturbinából kilépő hő a beömlő gáz, rendszerint levegő előmelegítésére van felhasználva, nem lesz szükség hővisszanyerő gőzgenerátorra és hozzá tartozó gőzturbinára, mint a kombinált körfolyamatú gázés gőzturbinatelepek esetében. Mivel nincs szükség gőzüzemre, elmaradnak azok a kényszerűségek is, amik a gőzüzemből hárulnak a gázturbinatelepre. Egy, a gázturbinából kilépő gáz hőmérséklete magasabb lehet, mint ami a gőzüzemhez megfelelő, és a gázturbina lehető legjobb teljesítményének eléréséhez optimalizálható. Ez magában foglalhatja egynél több égési fokozatú gázturbina alkalmazását (vagyis a gázturbina utánégetését). Ezen túlmenően az izotermikus kompresszorbál kikerülő hideg sűrített gáz egy része felhasználható a gázturbinalapátok hűtésének fokozására annak érdekében, hogy a gázturbinánál nagyobb beömlési hőmérsékletet lehessen megvalósítani.

Bármilyen hűtőrendszer használható lenne a körfolyamathoz, mint például nedves, száraz vagy hibrid hűtőtornyok, vagy közvetlen atmoszferikus hűtés, vagy természetes víztömeg, mint tenger, folyó vagy tó felhasználása.

Olyan esetben, ahol a hideg sűrített gáz levegő, a forró nagynyomású gáz pedig gáznemű égéstermék, általában több hőmennyiség áll rendelkezésre a kiáramló gázokban, mint ami a hideg sűrített levegő előmelegítéséhez szükséges (a két gázáram hőkapacitásának különbözősége miatt). Ez a többlethőmennyiség felhasználható egyéb célokra, például további hideg sűrítettlevegő-mennyiség előmelegítésére, ami azután expandálhat (tüzelőanyag elégetése nélkül) egy vagy két légturbinán keresztül energiafejlesztés céljából, esetleg még egy vagy több póthőcserélőt alkalmazva ennek megvalósításához. Ezek a kiegészítő légturbinák és póthőcserélők sokkal kisebbek lennének, mint a rendszer fő alkotóelemei, mivel a körfolyamatnak ezen a részén átáramló gázmennyiség csupán töredéke lenne a fő folyamaténak. Más változatban az égéstermékből nyert hőtöbblet felhasználható valamilyen hőigényes termelési folyamathoz, helyiségek fűtéséhez vagy bármilyen más külső hőigény kielégítéséhez. A 10. ábra egy 300 gázturbinatelep tömbvázlatát mutatja e változatok közül az első megvalósításához.

GÁZTURBINATELEP ÉS SEGÉDLÉGTURBINÁK

Egy 300 gázturbinatelep magában foglal egy 301 gázturbinát, amely a 309 első generátort hajtja, egy 303 izotermikus kompresszort, egy 305 hőcserélőt a kompresszorból kikerülő hideg sűrített levegő felmelegítéséhez a 301 gázturbinából kiáramló gáz felhasználásával. Az előmelegített sűrített levegő legnagyobb része az égéskamrába kerül, ahol tüzelőanyag elégetésével gáznemű égéstermék keletkezik a 301 gázturbina számára, az előmelegített sűrített levegőnek egy kis része pedig a 313 első légturbina bemenetére jut, amely egy 315 második generátort hajt. A 313 légturbinából kilépő levegő egy 317 levegő-levegő típusú hőcserélőn halad át, és előmelegíti az izotermikus kompresszorból kikerülő hideg sűrített levegőnek egy részét egy 319 második légturbina hajtásához. A gázturbinatelepnek ebben a megvalósításában az izotermikus kompresszor egy gázhajtású kompresszor, amelyet a 301 gázturbinával hajtott forgódugattyús kompresszor hajt meg.

LÉGTURBINATELEP ÉS IZOTERMIKUS KOMPRESSZOR

Az égéskamrát magában foglaló 307 fő hevítő helyett magában foglalhat egy külső hőforrást, ami lehetne szénvagy olajtüzelésű kazán, vegyi vagy ipari folyamatból keletkező hő, atomreaktor vagy napenergiát hasznosító kazán. A 11. ábra olyan gázturbinatelep tömbvázlatát mutatja, amely magában foglal egy 401 légturbinát, amelyben a 407 fő hevítő egy gáztüzelésű kazán. Az elrendezés hasonló ahhoz, ami a 9. ábrán látható, de az izotermikus kompresszorból nyert hideg sűrített levegő a légturbinából kilépő levegővel van előmelegítve, és a hőcserélőből kilépő előmelegített levegő a 407 fő hevítőben lesz felhevítve, majd azután a légturbinában expandál. Ezt az elrendezést olyan esetekben lehetne használni, ahol nem kívánatos, hogy az égéskamrából kikerülő égéstermékek áthaladjanak a turbinán. Nagyon hasonló körfolyamatot lehetne alkalmazni olyan hőenergia-forrásokhoz (ipari vagy vegyi folyamat, napenergia, atomenergia, geotermikus energia), ahol nincs égéstermék. A lényeges különbség az lenne, hogy a széntüzelésű kazánt másfajta hőcserélővel kellene felváltani.

Ami a 9. ábrán bemutatott gázturbinatelepet illeti, a kívülről fűtött körfolyamat magában foglalhat utánhevítő fokozatokat a levegőnek a turbinában végbemenő expanziója közben. Bármilyen nyitott vagy zárt, kívülről fűtött körfolyamatra, amelyben nincs munkavégző közegként felhasználható égéstermék, jellemző az, hogy a turbinából kilépő gáz hőkapacitása lényegében ugyanakkora, mint a beömlő gázé, tehát nincs hőfeles22

HU 217 468 Β lég, ami egyébként a két gázáram hőkapacitásának különbözőségéből adódna, ezért nincs még egy további turbina a körfolyamatnak ebben a részében.

A 12. ábra a gázturbinatelepnek egy másik, általánosan 450 jelölésű megvalósítását mutatja, amely magában foglalja a 451 gázturbinát, amely a 453 első generátort hajtja, a 455 légturbinát, amely a 457 második generátori hajtja. A 451 gázturbinából kilépő gáz hőtartalma hideg sűrített gáz felhevítésével nyerhető vissza, ami azután a 455 légturbinán keresztül expandál. Mivel az energiafejlesztő körfolyamat utolsó, alacsony hőmérsékletű fokozatában légturbina van felhasználva, ezt a körfolyamatot levegőlezárású („air bottoming”) körfolyamatnak nevezzük.

GÁZTURBINATELEP LEVEGŐLEZÁRÁSÚ KÖRFOLYAMATTAL

Hivatkozással a 12. ábrára, a forró sűrített levegő egy 459 első forgórendszerű kompresszorból egy 461 égéskamrába kerül, ahol tüzelőanyagot égetnek el benne. Az égéstermék gáz, azután a 451 gázturbina bemenetére jut, amely a 453 első generátort hajtja. A 463 második hagyományos forgórendszerű kompresszorból a forró sűrített levegő egy 465 izotermikus kompresszorba kerül, amely lehet a fent leírt, és az 1-7. ábrák bármelyikén bemutatott típusú gázhajtású kompresszor. A 465 izotermikus kompresszorból kilépő hideg sűrített levegő a 467 hőcserélőbe van vezetve, ahol a sűrített levegőt felhevíti a 451 gázturbinából kilépő forró gáz. A 467 hőcserélőből a forró sűrített levegő a 455 légturbina bemenetére kerül, amely a 457 második generátort hajtja.

Bár lehet, hogy a levegőlezárású körfolyamat izotermikus kompresszorral nem olyan jó hatásfokú, mint a 9. és 10. ábrán bemutatott körfolyamat jelentős előnye ennek a körfolyamatnak az, hogy a körfolyamatban használt gázturbina lehet a már létező gázturbinatelepben felállított gázturbinák egyike. Ez a megvalósítás tehát kiküszöböli egy új gázturbina fejlesztésének költségét, ugyanakkor kiküszöböli a kombinált ciklusú CCGT-ben alkalmazott gőzüzem beruházási költségeit is.

ENERGIATÁROLÁS ÉS VISSZANYERÉS MÓDSZERE

Az izotermikus kompresszor felhasználható energia tárolására sűrített gáz, mint például levegő formájában. Léteznek már elgondolások energiának sűrített gáz formájában történő tárolására, de a hagyományos kompresszorok alkalmazása azzal jár, hogy az energia jelentős része disszipálódik, és nem nyerhető vissza. Ha a levegő összenyomása izotermikusan történik, kevesebb energiái fogyaszt a kompresszió folyamata, és az eredeti energiának nagyobb része nyerhető vissza. A hideg sűrített levegő egy alkalmas nagy üregben tárolható, amely elviseli a fellépő nyomást indokolatlanul nagy szivárgási veszteség nélkül. Egy használaton kívüli bánya vagy olajkút például használható lehetne erre a célra. Egy kimerült tengeri olajkútnak például olyan előnye is lenne, hogy a tengervíz természetes külső nyomást biztosít, ami a szivárgást gátolná.

Általánosságban az izotermikus kompresszort izotermikus expanderként járatva a hideg sűrített gáz a tárolótartályból a sűrítőkamrába kerül és ott expandál, hajtva a dugattyút kifelé a kamrából. Miközben a gáz expandál, folyadék kerül bepermetezésre a kamrába, hogy a gáz hőmérsékletét állandó értéken tartsa, vagy növelje a gáz hőmérsékletét. A gáz nyomási (és hő-) energiája kinetikai energiává alakul át, amit felhasználhat egy második dugattyú egy gáztömeg összenyomásához egy második kamrában, vagy ugyanaz a dugattyú a gáz összenyomásához a sűrítőkamrába befelé irányuló visszatérő lökete során. A gáz kompressziója adiabatikus úgy, hogy a hőmérséklete megemelkedik egy turbina üzemi hőmérsékletére, egy légturbinához például 300 °C körüli értékre.

A 13. ábra egy energiatároló elrendezést mutat részletesebben, amelyben a tárolt energia visszanyerése az izotermikus kompresszort fordított üzemben, izotermikus expanderként járatva történik. Hivatkozással a 13a. ábrára, az energiatároló telep magában foglal egy 501 izotermikus kompresszort, hasonlót ahhoz, ami az 5. ábrán látható, egy 503 forgórendszerű kompresszorral hajtva, amit viszont egy 505 motor hajt. A kompresszor magában foglal egy 509 felső kamrát függőlegesen elrendezve az 511 alsó kamra fölött, és egy szilárd anyagú dugattyút, amely szabadon mozoghat függőleges irányban fel és le, az egyes kamrákban befelé és kifelé. Az 511 alsó kamrába meghatározott gázmennyiség van bezárva, ez adiabatikus ütközőkamraként szolgál, hogy visszanyomja a dugattyút az 509 sűrítőkamrába. Az 509 felső kamra el van látva egy 521 forró sűrítettlevegő-bevezető nyílással, amelybe az 525 szelep vezérlésével forró sűrített levegő bocsátható be a kamrába a forgórendszerű kompresszorból. Az 529 levegőbevezető nyílás az 533 szeleppel vezérelve arra szolgál, hogy pótlólag kisnyomású gáztömeget engedjen be az 509 felső kamrába, miközben az 512 dugattyú kifelé mozog. Az 513 sűrítettgáz-elvezető nyílás egy 517 szeleppel vezérelve lehetővé teszi a sűrített gáz elvezetését a kamrából. Az 513 sűrítettgáz-elvezető nyílás egy páraleválasztón keresztül egy nagy üreggel van összekötve például egy használaton kívüli bányával a hideg sűrített levegő tárolásához. Az 509 felső kamra el van látva egy 537 folyadékpermet-befecskendező nyílással, amelyen keresztül folyadék permetezhető a kamrába egy 543 befecskendezőszivattyúból. Folyadék a permet befecskendező szivattyúhoz alkalmas forrásból biztosítható, például egy 544 medencéből, folyóból, tóból vagy tárolótartályból, majd a páraleválasztóból visszajuttatható az 544 víztároló tartályba vagy medencébe. A sűrítőkamrából a kompresszió után kiűzött permetfolyadék hőmérséklete általában meghaladja a környezeti hőmérsékletet, és a hőmennyiség a folyadékban tárolható, amíg az energia-visszanyerés során felhasználásra nem kerül. Ebben az esetben célszerű hőszigetelni a víztároló tartályt, hogy a hőveszteséget a tárolt vízből a környezet felé megakadályozzuk.

A 13b. ábra egy lehetséges elrendezést mutat a sűrített levegőben tárolt energia visszanyerésére, ez egy izotenmikus expanderből áll, amely általánosan 501 jelöléssel van ellátva.

HU 217 468 Β

Az 501 izotermikus expander magában foglal egy 509 felső kamrát függőlegesen elrendezve az 511 alsó kamra fölött és egy 512 szilárd anyagú dugattyút, amely szabadon végezhet függőleges irányban lengő mozgást befelé és kifelé az egyes kamrákban. A felső kamra el van látva egy 521 hideg sűrítettgáz-bevezető nyílással, amely a kamra tetején helyezkedik el, és az 525 szeleppel vezérelhető, és amely az 548 sűrítettgáz-tároló tartállyal van összekötve. A felső kamra el van látva egy 537 folyadékpermet-befecskendező nyílással is, amely az 544 víztároló tartályhoz csatlakozik az 543 folyadékpermet-befecskendező szivattyún át. Az 517 szeleppel vezérelt 513 gázelvezető nyílás van kialakítva a felső kamra falában annak tetejétől bizonyos távolságra, amely az 547 páraleválasztóhoz csatlakozik.

Az 511 alsó kamrán van 519 szeleppel vezérelt 518 gázbevezető nyílás, amelyen keresztül levegő engedhető be a kamrába, és egy 529 szeleppel vezérelt 527 sűrítettgáz-elvezető nyílás, ami egy 531 légturbina bemenetéhez csatlakozik. Az 517 és 527 gázbevezető és -elvezető nyílások az alsó kamra talpa felett bizonyos távolságra a kamra falában vannak elhelyezve. Az 531 légturbina hajtja az 533 generátort.

A 13b. ábrán bemutatott energia-visszanyerő telep jellegzetes munkafolyamata az alábbiak szerint megy végbe, kezdve azzal, hogy az 512 dugattyú löketének legmagasabb pontján van az 509 felső kamrában. Ezen a ponton az 511 alsó kamrában egy friss, sűrítésre váró gázmennyiség van, és az 519, 529 gázbevezető és -elvezető szelepek mindegyike zárva van.

Amint a dugattyú egy pillanatra nyugalomba jön lökete tetőpontján, nyílik az 525 sűrítettgáz-bevezető szelep, hogy egy újabb adag hideg sűrített gázt engedjen be az 548 sűrítettlevegő-tároló tartályból az 509 felső kamrába az 521 gázbevezető nyíláson keresztül. A sűrített levegő ezután kiterjeszkedik, nyomva a dugattyút lefelé. Ugyanakkor az 544 víztartályból meleg víz fecskendeződik a felső kamrába permet formájában. A folyadékpermet hőt ad át a sűrített levegőnek, miközben az expandál, nehogy a levegő lehűljön úgy, hogy az expanzió megközelítőleg izotermikus legyen.

Miközben a dugattyú mozog befelé az alsó kamrába, a levegő az alsó kamrában adiabatikusan összenyomódik, és amikor a levegő nyomása eléri a kívánt értéket, az 529 gázelvezető szelep nyílik, és forró sűrített gáz áramlik ki az alsó kamrából, ami az 531 légturbinában expandál. Amint az 512 dugattyú elhagyja az 518, 527 gázbevezető és -elvezető nyílásokat, a kamrában a gázbevezető és -elvezető nyílások alatt rekedt maradék gáz adiabatikusan összenyomódik, és átmenetileg tárolja a dugattyú megmaradt energiáját abból a célból, hogy visszatérítse a dugattyút löketének tetőpontjára a felső kamrában.

A dugattyú pillanatnyilag nyugalomba jön az alsó kamra talpa fölött, majd felfelé tolódik, miközben a bennrekedt forró sűrített levegő expandál. Amint a dugattyú irányt vált, az 517 gázelvezető szelep a felső kamrában nyílik, és az expandált levegő a permetfolyadékkal együtt kiszorul a kamrából az 547 páraleválasztón keresztül. A permetfolyadék különválik a levegőtől, és visszatér az 544 víztároló tartályba, a páraleválasztót elhagyó levegő pedig a légkörbe kerül. Miközben a dugattyú felfelé halad elhagyva az 518 levegőbevezető nyílást az alsó kamrában, nyílik az 519 levegőbevezető szelep, és egy friss adag levegő lép be a kamrába, hogy a következő folyamat során majd összenyomódjon. A felfelé mozgó dugattyút a felső kamrában rekedt légzsák állítja meg, amikor a dugattyú elhagyja az 513 gázelvezető nyílást. A dugattyú végül eléri lökete tetőpontját a felső kamrában, befejezve a körfolyamatot.

Bár a 13a. és 13b. ábrák mindegyike egyetlen víztároló tartályt tüntet fel, a legkedvezőbb tárolási módszer az lenne, ha volna egy vagy több hőszigetelt tárolótartály, ami az izotermikus expanderen átjutott hideg vizet tartalmazná, és egy vagy több hőszigetelt tárolótartály a meleg víznek, ami az izotermikus kompresszoron ment át. A soron következő tárolási és visszanyerési folyamatban a hideg víz kerülne felhasználásra az izotermikus kompresszióhoz, a meleg víz pedig az izotermikus expanzióhoz.

A 13a. és 13b. ábrán szemléltetett és fent leírt energiatároló és visszanyerő rendszer nem igényel semmiféle tüzelőanyagot vagy külső hőforrást az energia-visszanyerő folyamat során. Az izotermikus kompresszor és az izotermikus expander lehet egy és ugyanaz az egység, szükség szerint módosítva a funkciójának megfelelően (vagy kompresszor, vagy expander), vagy két külön egység telepíthető, az egyik kifejezetten a gáz izotermikus kompressziójához az energia tárolása céljából, a másik pedig a gáz izotermikus expandálásához az energia viszszanyerése céljából. Bár az izotermikus expanzió az energia visszanyeréséhez megkívánja hő bevezetését a kiteijeszkedő levegő lehűlésének megakadályozásához, ez a hőmennyiség környezeti hőmérsékletű vízellátásból biztosítható. Ha a környezeti hőmérsékletnél melegebb hőforrás is rendelkezésre áll (például ipari folyamatból vagy meglévő erőmű hűtőrendszeréből), lehetséges volna több villamos energiát visszanyerni, mint amennyi eredetileg tárolva lett.

Egy másik megoldási lehetőség energia tárolására a korábban leírtakhoz és a 9-11. ábrákon láthatóhoz hasonló körfolyamat alkalmazása, de hideg sűrített levegő tárolásának lehetőségével. Amikor az energiaigény alacsony, az energiatöbblet felhasználható az üreg nyomás alá helyezésére. Amikor az igény nagy, hideg levegő vonható el az üregből és maximális teljesítmény szolgáltatható a fogyasztónak.

Egy lehetséges energiatároló és visszanyerő rendszert mutat be a 14. ábra a 9. ábrával kapcsolatosan fentebb leírt izotermikus kompresszor és gázturbina felhasználásával. A 14. ábrán bemutatott gázturbinatelep alkotóelemei pontosan ugyanazok, mint a 9. ábrán, és az egyforma alkotóelemek egyforma számokkal vannak jelölve. Az energiatároló rendszernek két változata látható a 14. ábrán, az egyikben a hőenergia jég formájában van tárolva, a másikban pedig az energia tárolása hideg sűrített levegő formájában történik a fenti leírás szerint. Az utóbbi rendszerben az izotermikus kompresszor kimenete egy nagyobb üreghez csatlakozik, amelyben sűrített

HU 217 468 Β levegőt lehet tárolni. Alacsony teljesítményigény idején több izotermikus levegő keletkezik, mint amennyi a gázturbinatelep hajtásához szükséges, és ez a levegő kerül tárolásra. Nagy teljesítményigény idején a teleppel előállított izotermikus levegő mennyisége csökken, és a levegőt a tárolóüregből lehet nyerni. Az izotermikus kompresszoros energiatároló rendszer vonzóereje a hagyományos kompresszoros tárolórendszerrel szemben az, hogy mivel a levegő sűrítése ugyanazon a hőmérsékleten történik, mint a tárolása, az energia nem fordítódik fölösleges hő előállítására, ami egyébként veszteségbe menne. A 14. ábrán bemutatott második energiatároló rendszer egy 213 hűtőrendszert foglal magában, amely egy tárolótartályhoz csatlakozik jég/víz tárolásához. A víz a 215 tárolótartályból a 203 izotermikus kompresszorba táplálható, ahol kompresszió közben permet formájában használható fel. A jég/víz termikus tárolórendszer vonzó választási lehetőség, amikor nagy a hőmérséklet-különbség a nappali és éjszakai hőmérséklet között. Jellemzően éjszaka, amikor a környezeti hőmérséklet alacsony, de a teljesítményigény is alacsony, a telep teljes kapacitással járatható, a többletteljesítményt a 213 hűtőrendszer hajtására felhasználva víz fagyasztása és jég formájában történő tárolása céljából. A külső 217 permetvíz hűtőrendszer teljes mértékben hasznosítható lenne ezen idő alatt. Napközben, amikor a teljesítményigény nagy, a 217 permetvíz hűtőrendszer pótolható vagy kiegészíthető az olvadó jég által biztosított hűtéssel.

Vannak különféle ipari folyamatok, amelyek gázok, ezen belül levegő nagymértékű összenyomásával járnak. Példa erre a hűtés és a cseppfolyósítás. Gyakran használják ezt a módszert gázok szétválasztására és tisztítására. A kompresszió folyamata energiaigényes. Az izotermikus kompresszor csökkenti a teljesítményfogyasztást, és a legkülönfélébb gázok hűtéséhez és cseppfolyósításához fel lehetne használni.

TERMIKUSÁN HAJTOTT GÁZKOMPRESSZOROK

Égéstermék-meghajtású kompresszor

A 15. ábra egy termikusán hajtott gázkompresszor megvalósítását mutatja egy energiafejlesztő telep alkotórészeként. Hivatkozással a 15. ábrára, az általánosan 700 jelölésű kompresszor magában foglal egy forró sűrített gázzal hajtott 701 gázkompresszort és egy tüzelőanyag elégetésével hajtott 703 belső égésű kompresszort. A 701 gázhajtású izotermikus kompresszor nagyon hasonló ahhoz az izotermikus kompresszorhoz, ami fentebb az 5. ábrára utalva lett ismertetve, és a hasonló alkotórészek hasonló, de 700-zal megnövelt számokkal vannak jelölve.

A 703 belső égésű kompresszor magában foglal egy 726 felső kamrát függőlegesen elrendezve a 728 alsó kamra felett, ahol mindkét kamra hengerszimmetrikus. A 726 felső kamra átmérője kisebb mint az alsó kamráé, és a kamrák lényegében egytengelyűek. A 726 felső kamrában egy 730 égéstér van kialakítva, és van benne egy 738 szeleppel vezérelt 736 forró sűrítettgázbevezető nyílás, egy 744 tüzelőanyag-bevezető nyílás, és egy 742 szeleppel vezérelt 740 kipufogógáz-elvezető nyílás. A 736 forró sürítettgáz-bevezető nyílás a 701 gázhajtású izotermikus kompresszor sűrítettgáz-elvezető nyílásához csatlakozik egy 770 gáz-levegő hőcserélőn keresztül, amely előmelegíti a 701 izotermikus kompresszorból kilépő hideg sűrített gázt vagy levegőt a 726 égéstérből kilépő kipufogógázzal.

A 703 belső égésű kompresszor magában foglal még egy 732 adiabatikus sűrítőteret a 728 alsó kamra felső részében kialakítva, amely 732 sűrítőtér el van látva 748 szeleppel vezérelt 746 gázbevezető nyílással és egy 752 szeleppel vezérelt 750 sűrítettgáz-elvezető nyílással, és ami egy 776 légturbinával van összekötve, amely egy 782 generátort hajt. Egy 734 adiabatikus kompressziós/expanziós vagy ütközőtér van kialakítva a 728 alsó kamra alsó részén. Az égéstermék-kompresszor egy 759 masszív, szilárd dugattyúval van ellátva, amely egy, a 726 felső kamra átmérőjéhez méretezett 760 felső részből és a 728 alsó kamra átmérőjéhez méretezett 762 alsó részből áll.

A 734 adiabatikus ütközőkamra egy zárt levegővagy egyéb gáztömeget tartalmaz, ami lehetőséget biztosít a dugattyú lefelé irányuló kinetikai energiájának felfelé irányuló kinetikai energiává történő átalakítására, ezáltal a dugattyú visszatérő löketének meghajtására.

Egy 758 hűtőköpeny van kialakítva az égéstér fala körül, amelyben a gázbevezető és -elvezető szelepek helyezkednek el, amelyben hűtőközeg keringtethető az égéstér falainak hűtése céljából. Célszerűen a 701 izotermikus kompresszorból kilépő hideg sűrített levegő egy része szolgálhat hűtőközeg gyanánt, és ez lesz a 758 hűtőköpenybe irányítva, miután a nedvességtartalom el lett távolítva a sűrített gázból a 749 páraleválasztóval. A 758 hűtőköpenyen van egy 764 kilépőnyílás, amely a 732 adiabatikus sűrítőtér 750 sűrítettgázelvezető nyílását a 776 légturbinával összekötő tápvezetékhez csatlakozik. Egy, a hűtőköpenybe terelt hideg sűrített gáz hőt nyer vissza az égéstér falából, és ez az energia hasznos mechanikai teljesítménnyé alakítható a hűtőköpenyből kilépő forró sűrített gáznak a 776 légturbinában végbemenő expanziójával.

A 701 izotermikus gázkompresszort annak a forró sűrített gáznak egy része hajtja, amelyet a 703 belső égésű kompresszor állít elő a 732 adiabatikus sűrítőtérben. A 701 gázkompresszor funkciója az, hogy nagy mennyiségű hideg levegőt vagy egyéb oxidálószert szolgáltasson például 40 °C körüli hőmérsékleten. A 701 kompresszor lényegesen nagyobb tömegű sűrített levegőt állít elő, mint amennyit a hajtásához igényel. A 701 izotermikus kompresszorból kilépő hideg sűrített levegő felhevítve a 703 belső égésű kompresszor hajtására lesz felhasználva. A 703 belső égésű kompresszor funkciója az, hogy nagy mennyiségű forró sűrített levegőt állítson elő, ami ezt követően felhasználható turbina hajtásához villamosenergia-fejlesztés céljából. Mint fent említettük, az égéstermék kompresszorral előállított forró sűrített levegőnek egy része a 701 izotermikus kompresszor hajtásához van felhasználva.

A 701 izotermikus kompresszor 713 hideg sűrítettlevegő-elvezető nyílása a 703 belső égésű kompresszor

HU 217 468 Β

736 forró sűrítettlevegő-bevezető nyílásával van összekötve a 749 páraleválasztón és egy 770 gáz-levegő hőcserélőn keresztül. A belső égésű kompresszor 740 kipufogógáz-elvezető nyílása a 770 gáz-levegő hőcserélőhöz csatlakozik úgy, hogy az égéstérből kilépő forró kipufogógázból a hő átadódik a 701 izotermikus kompresszorból kilépő hideg sűrített levegőnek. A belső égésű kompresszor 750 forró sűrítettlevegő-elvezető nyílása a 701 izotermikus kompresszor 721 forró sűrítettlevegő-bevezető nyílásához csatlakozik.

A 15. ábrán látható kompresszornak egy tipikus körfolyamatát fogjuk most leírni, kezdve azzal az időponttal, amikor a 712 dugattyú a lökete tetőpontján van a 701 izotermikus kompresszor 709 izotermikus sűrítőterében. Az izotermikus sűrítőtérben az összes gázbevezető és -elvezető szelepek zárva vannak.

Amint a 712 dugattyú pillanatnyilag nyugalomba jön, nyílik a 725 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, és forró sűrített levegőt enged be a 703 belső égésű kompresszorból a 709 térbe a 721 forró sűrítettgáz-bevezető nyíláson keresztül. Ez a 712 dugattyút a legmagasabb helyzetéből lefelé hajtja, kifelé a 709 térből. Amikor a dugattyú eljut egy meghatározott helyzetbe, a 725 sűrítettgáz-bevezető szelep záródik, és a levegő adiabatikusan expandál, hajtva tovább a dugattyút lefelé. Amikor a levegő nyomása a 709 térben egy meghatározott értékre csökken, nyílik a 733 gázbevezető szelep, és pótlólag viszonylag kisnyomású (vagyis atmoszferikus) levegőt enged be a 709 térbe, miközben a 712 dugattyú folytatja mozgását a 709 térből kifelé. Ebben a szakaszban a 712 dugattyú nagy tehetetlensége folytán mozog tovább lefelé.

Miközben a dugattyú mozog lefelé, összenyomja a gázt az alsó 711 adiabatikus ütközőtérben, és a 712 dugattyú pillanatnyilag nyugalomba jön. Ekkor záródik a 733 gázbevezető szelep az izotermikus sűrítőtérben.

A dugattyú ezután mozgásirányt vált, mivel a gáz a 711 ütközőtérben kezd expandálni, hajtva a dugattyút felfelé. A 712 dugattyú visszatolódik az izotermikus sűrítőtérbe, összenyomva az abban foglalt levegőt, ami a belső égésű kompresszorból a 721 nyíláson keresztül korábban bevezetett hideg expandált levegőtömegből és a 729 nyíláson keresztül pótlólag bevezetett viszonylag kisnyomású levegőtömegből áll. A kompresszió kezdetben adiabatikus, de amikor a levegő eléri a rendelkezésre álló permetfolyadék hőmérsékletét, a folyadék befecskendezésre kerül a 709 sűrítőtérbe a 737 permetbefecskendező nyíláson keresztül. A folyadékpermetet képező cseppecskék átmérője jellemzően 0,4 mm körül van, ami nagy hőátadó felületet biztosít úgy, hogy a levegő hőmérséklete mintegy 40 °C alatt tartható. Permet nélkül a hőmérséklet elérné a 300 °C-ot meghaladó értéket.

Amikor a levegő nyomása a 709 sűrítőtérben eléri a kívánt értéket, nyílik a 717 sűrítettgáz-elvezető szelep, és a hideg sűrített gáz a permetfolyadékkal együtt távozik a sűrítőtérből a 713 gázelvezető nyíláson keresztül. A hideg sűrített gáz és a permetfolyadék elegye a 749 páraleválasztóba kerül, ahol a permetfolyadék különválik, és a 753 visszatérő vezetéken keresztül a

745 hűtőrendszerbe jut, ahol lehűl, mielőtt permet formájában újból felhasználásra kerül.

Mielőtt a 712 dugattyú eléri löketének tetőpontját, a 717 sűrítettgáz-elvezető szelep záródhat, és a dugattyú megmaradt kinetikai energiáját részben felemésztheti a 709 térben felül visszamaradó gáz kompressziója. Amint a 712 dugattyú pillanatnyilag nyugalomba jön a 709 térben, nyílik a 725 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, és a 703 belső égésű kompresszorból egy friss adag forró sűrített levegőjűt a 709 térbe a 721 forró sűrítettgáz-bevezető nyíláson keresztül. A dugattyút ezután lefelé hajtja a kiteijeszkedő sűrített levegő, és a körfolyamat ismétlődik.

A 701 izotermikus kompresszor 709 sűrítőteréből kilépő hideg sűrített gáz miután áthaladt a 749 páraleválasztón, a 770 gáz-levegő hőcserélőbe kerül, ahol felmelegítik a belső égésű kompresszorból kilépő kipufogógázok például 40 °C-ról 850 °C körüli vagy még magasabb értékre. Ennek a hőmérsékletnek a 770 hőcserélő, és a hőcserélőtől a belső égésű kompresszorig vezető csővezeték anyaga szab határt.

Rátérve most a 703 belső égésű kompresszorra, amikor a 759 dugattyú pillanatnyilag nyugalomba jön lökete tetőpontján a 730 égéstérben, nyílik a 738 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, és 770 hőcserélőből meghatározott tömegű előmelegített levegőt enged be a 730 égéstérbe a 736 forró sűrítettgáz-bevezető nyíláson keresztül. Ezután záródik a 738 levegőbevezető szelep, és meghatározott tömegű tüzelőanyag fecskendeződik a 730 égéstérbe a 744 tüzelőanyag-befecskendező nyíláson keresztül. A tüzelőanyag meggyullad és elég, hajtva a 759 dugattyút lefelé és kifelé a 730 égéstérből, kinetikai energiát közölve ezáltal a dugattyúval. A tüzelőanyag adagolása oly módon történik, hogy a gáznyomás megközelítően állandó maradjon a tüzelőanyag befecskendezése közben. Amikor a kívánt mennyiségű tüzelőanyag befecskendezése megtörtént, a tüzelőanyag-befecskendezés megszűnik, és az égéstermékgázok megközelítően adiabatikusan expandálnak 20 vagy 30 bar körüli nyomásról közel atmoszferikus nyomásra. Az állandó nyomáson végbemenő égési fázis közben hideg sűrített levegő áramlik a 730 égésteret körülvevő 758 hűtőköpenybe az égéstér falainak hűtése céljából.

Miközben a 759 dugattyú mozog lefelé legfelső helyzetéből, atmoszferikus levegőt szív be a 732 adiabatikus sűrítőtérbe a 746 gázbevezető nyíláson keresztül. Ugyanakkor a dugattyú a 734 adiabatikus ütközőkamrába befelé mozog, és kezdi összenyomni a bezárt gázmennyiséget. Miután záródott a 738 sűrítettgáz-bevezető szelep, és megszűnt a tüzelőanyag befecskendezése az égéstérbe, az égéstermékgázok adiabatikusan expandálnak, és folytatják a kinetikai energia átadását a 759 dugattyúnak. Ezt az energiát elnyeli a gáz a 734 adiabatikus ütközőtérben, és a dugattyú végül pillanatnyilag nyugalomba jön, amikor is záródik a 748 gázbevezető szelep a 732 adiabatikus sűrítőtérben. A gáz a 734 adiabatikus ütközőtérben ekkor kezd adiabatikusan expandálni, hajtva a dugattyút felfelé és befelé mind a 732 adiabatikus sűrítőtérbe, mind a 730 égéstérbe. Miközben a dugattyú mozog befelé a 730 égéstérbe, kiszorítja a forró

HU 217 468 Β égéstermékgázokat az égéstérből a 740 kipufogógáz-elvezető nyíláson keresztül. Miközben a dugattyú mozog felfelé, befelé a 732 sűrítőtérbe, összenyomja az abba korábban beszívott levegőt adiabatikusan, úgyhogy a kompresszió során keletkező hőmennyiség a folyamat során a levegő hőmérsékletét növeli például 300 °C fölé. Amikor a levegő a 732 adiabatikus sűrítőtérben eléri a kívánt nyomást, vagyis a légturbinába belépő levegő üzemi nyomását, ami lehet 20 és 30 bar között, nyílik a 752 forró sűrítettgáz-elvezető szelep, és a forró sűrített gáz elhagyja a 732 sűrítőteret a 750 gázelvezető nyíláson keresztül. A 759 dugattyú továbbhalad lökete tetőpontjáig, amikor is záródik a 752 forró sűrítettgáz-elvezető szelep.

A forró sűrített levegő nagyobbik része a 776 fő légturbina hajtására használódik fel, a sűrített levegő egy része azonban a 701 izotermikus kompresszor hajtására lesz felhasználva.

Mivel a 703 belső égésű kompresszorból kilépő kipufogógázokban több hőmennyiség áll rendelkezésre, mint amennyi a belső égésű kompresszort hajtó izotermikusan sűrített levegő előmelegítéséhez szükséges, a többlethőmennyiség felhasználható az izotermikus kompresszorból kilépő többi levegő előmelegítéséhez, és ez az előmelegített sűrített levegő, melynek hőmérséklete 850 °C körüli vagy még magasabb, közvetlenül a 776 gázturbinába vezethető, amelyben expandálva további energia előállítására alkalmas.

A forró kipufogógázokból maximális energia viszszanyeréséhez a termikus meghajtású kompresszort úgy kell méretezni, hogy a 770 gáz-levegő hőcserélőből kilépő sűrített levegő hőmérséklete és nyomása megegyezzen, vagy közel azonos legyen a 732 adiabatikus sűrítőtérből kilépő sűrített levegő hőmérsékletével és nyomásával. Erre lehetőség van, ha a kompresszor nagy kompresszióviszonyra van tervezve (például 25 és 40 között). A legkedvezőbb kompresszióviszonyt az égés abszolút hőmérsékletének és az égésteret elhagyó kipufogógázok abszolút hőmérsékletének aránya határozza meg. Ebben az esetben célszerű a teljes hőfelesleget egyetlen expanzióban elvonni, egyszerűen hozzáadva a gáz-levegő hőcserélőből kilépő többletlevegőt a turbinába belépő levegőhöz. Ilyen módon visszanyerve a fölösleges hőt, előnyös módon nincs szükség egy külön kis légturbinára és a hozzá tartozó generátorra, és így kisebb lesz a telep beruházási költsége. A kipufogógáz hőtartalmának az a része, amire nincs szükség az égéshez szükséges hideg sűrített gáz előmelegítéséhez, a kipufogógázban rendelkezésre álló teljes hőmennyiségnek rendszerint csupán egy kis töredéke (12% nagyságrendű). Az erőmű maximális hatásfokának elérése érdekében azonban fontos, hogy a fölösleges hőt minden egyes folyamatból teljes egészében visszanyerjük. Belátható, hogy az égéstérből kilépő fölösleges hőmennyiség sokféleképpen visszanyerhető, és az adott esetben megfelelő módszer a kérdéses kompresszor tervezési paramétereitől (úgymint a gáz kompresszióviszonyától, az égéstérbe belépő levegő hőmérsékletétől és az égés hőmérsékletétől) függ.

Bizonyos alkalmazásoknál például lehet, hogy célszerű egynél több kiegészítő lég- vagy gázturbina, és a hozzá tartozó hőcserélők és áramfejlesztők telepítése.

A 700 kompresszor indítása nyugalmi állapotból külső eszközöket igényel kezdeti energiát biztosítani a dugattyú mozgásának beindításához, ez megoldható egy viszonylag kis axiális kompresszor biztosításával, amely forró sűrített levegőt állít elő az izotermikus kompresszor indításához. Ha az izotermikus kompresszor már előállít hideg sűrített levegőt, ez felhasználható a belső égésű kompresszor indításához.

Bár az izotermikus kompresszor működése függ a belső égésű kompresszorétól és viszont, az izotermikus kompresszor és a belső égésű kompresszor munkafolyamata közötti viszonylagos fázishelyzet teljesen tetszőleges. Az izotermikus kompresszor és a belső égésű kompresszor működési frekvenciája is lehet különböző. Általában lesz véges időkülönbség a hideg sűrített levegő kilépése az izotermikus kompresszorból és az előmelegített sűrített levegőnek a belső égésű kompresszorba történő befuvása között. A rendszernek így lesz egy véges időállandója, ami változhat az alkotóelemek jellemzőitől függően, ilyen például a kompresszorok között a sűrített gáz átvezetésére szolgáló csővezeték hossza. Az izotermikus kompresszor konstrukciója a fent leírtak bármelyikének megfelelően módosítható az 1-4. vagy 6. ábrához képest vagy a szakmában járatosak számára magától értetődő változtatások végrehajtásával. Továbbá a belső égésű kompresszor konstrukciója is lehet az itt leírt izotermikus kompresszorok bármelyikéhez hasonló vagy a szakmában járatosak számára kézenfekvő módosításokkal kialakítva. A belső égésű kompresszor például magában foglalhat szilárd/folyadék dugattyút U alakú vezetékben elrendezve, hasonlóan ahhoz, ami a 2. ábrával kapcsolatosan került ismertetésre, és lehet a belső égésű kompresszor működése szimmetrikus úgy, hogy körfolyamatonként kétszer állít elő forró sűrített levegőt.

ÉGÉSTERMÉK-MEGHAJTÁSÚ KOMPRESZSZOR

Szilárd dugattyú

Aszimmetrikus

A termikus hajtású kompresszornak egy másik megvalósításában mind az adiabatikus, mind az izotermikus kompressziók folyamatai meghajthatók közvetlenül tüzelőanyag elégetésével, egyetlen masszív, szilárd anyagú dugattyú útján.

A dugattyú egyik oldalán egy kamra szolgálhat égéstérként, amelyben a tüzelőanyag és levegő vagy egyéb oxidálószer keveréke meggyulladva magas hőmérsékletű égéstermékgázokat hoz létre, hogy kinetikai energiát közöljön a dugattyúval. A dugattyú másik oldalán egy kamra tartalmazza a sűrítendő gázt, ami ezt követően felhasználható a turbina hajtásához. Mivel az égéstermékgáz általában sokkal magasabb hőmérsékletű, mint egy forgórendszerű kompresszorból kilépő gáz, sokkal nagyobb energia adódik át a dugattyúra, feltéve, hogy a gáznak van lehetősége teljesen expandálni, nagyobb mennyiségű gáz összenyomását téve lehetővé a sűrítőtérben. A tüzelőanyag elégetéséhez

HU 217 468 Β felhasznált levegő vagy egyéb oxidálószer sűrítése is elvégezhető a sűrítőkamra egyik részében. A levegő/oxidálószer kompresszió közben hűthető folyadékpermettel, a kompressziós munka minél kisebb legyen. Előnyösen egy hőcserélő alkalmazható a hideg sűrített gáz legalább egy részének előmelegítéséhez az égéstérből kilépő forró kipufogógázok felhasználásával, és ennek az előmelegített gáznak egy része juttatható be az égéstérbe a megfelelő tüzelőanyag elégetéséhez.

A sűrítőtérben a gáz egy része adiabatikusan sűríthető, és közvetlenül a gázturbinába táplálható. A sűrített gáz lehet például levegő légturbina hajtásához, amely viszonylag alacsony hőmérsékleten működik, és amelyből a légkör környezeti hőmérsékletéhez nagyon közeli hőfokú gáz lép ki. Egy, a rendkívül magas hőmérsékletű égéstermékgázzal hajtott gázkompresszor, ami lehetővé teszi a hőenergia átalakítását nagy mennyiségű sűrített levegő kompressziós energiájává, kombinálva a sűrített levegővel hajtott légturbinával, amelyből viszonylag alacsony hőmérsékleten távozik a hőveszteség, olyan hőerőgépnek tekinthető, amelynek a működése megközelíti az ideális Camot-körfolyamatét, melynek hatásfoka a hatásfok =1 t(l)/t(2) összefüggésből adódik, ahol t(l) az a hőmérséklet, amelyen a hő távozik, t(2) pedig az a hőmérséklet, amelyen a hő belép a folyamatba.

A dugattyú elrendezhető úgy, hogy fel-le, vagy más változatban vízszintes síkban oda-vissza mozogjon. Olyan megvalósítást mutat be a 16. ábra, amelyben egy szilárd anyagú dugattyú függőleges irányban fel-le végez lengő mozgást szomszédos felső sűrítőkamrák és egy alsó égéskamra között egy villamosáram-fejlesztő telep egyik alkotórészeként.

Hivatkozással a 16. ábrára, az általánosan 500 jelölésű termikus hajtású kompresszor magában foglal egy 503 izotermikus sűrítőkamrát és egy szomszédos 505 adiabatikus sűrítőkamrát, mindkettőt az 507 égéskamra fölött elrendezve. Az 503, 505 sürítőkamrák egy 509 függőleges válaszfallal vannak elválasztva egymástól, amely az egyes kamrák tetejétől lefelé terjed. A szilárd anyagból készült 511 dugattyúban ki van alakítva egy 510 hasíték, ami az 511 dugattyú 512 tetejétől lefelé terjed, és befogadja az 509 válaszfalat úgy, hogy a dugattyú szabadon tud mozogni fel és le, befelé és kifelé az 503, 505 izotermikus és adiabatikus sűrítőkamrákban.

Az 507 égéskamra el van látva 515 forró sűrítettlevegő-bevezető szeleppel vezérelt 523 forró sűrítettlevegő-bevezető nyílással a kamrába forró sűrített levegő befüvása céljából, valamint egy 521 kipufogógáz-elvezető szeleppel vezérelt 519 kipufogógáz-elvezető nyílással, lehetővé téve a forró kipufogógázok kiürítését az 507 kamrából. Az égéskamra egy 523 hűtőköpennyel van körülvéve, amelyen keresztül hűtőlevegő keringtethető az 525 égéskamrafalak hűtése céljából. Mindegyik 503, 505 izotermikus és adiabatikus sűrítőkamra el van látva 531, 533 szeleppel vezérelt 527, 529 levegőbevezető nyílással, lehetővé téve levegő beszívását mindegyik kamrába, valamint 539, 541 sűrítettlevegő-elvezető szeleppel vezérelt 535, 537 sűrítettlevegő-elvezető nyílással, lehetővé téve a sűrítettlevegő elvezetését mindegyik kamrából. Az 503 izotermikus sűrítőkamra el van látva egy 543 folyadékpermet-befecskendező nyílással is hideg folyadékpermet befecskendezése céljából. A permet befecskendezését egy 545 szivattyú végzi, amely a permetfolyadékot egy 547 hűtőrendszerből nyeri.

Az 503 izotermikus sűrítőkamra 535 sűrítettlevegőelvezető nyílása egy 549 páraleválasztóval van összekötve, amely leválasztja a sűrített levegőből a magával ragadott permetfolyadékot. Az 505 adiabatikus sűrítőkamra 537 sűrítettlevegő-elvezető nyílása az 551 főlégturbina bemenetéhez csatlakozik, amely az 553 második légturbinával együtt egy 555 villamosáram-fejlesztőt hajt.

A hideg sűrített levegő az 549 páraleválasztóból háromfelé távozik. A levegő egy része a gáz-levegő hőcserélőbe kerül, ahol felhevítik az 507 égéskamrából kilépő kipufogógázok. Az 549 páraleválasztót elhagyó hideg sűrített levegő egy része az 507 égéskamra 523 hűtőköpenyébe kerül az 525 égéskamrafalak hűtése céljából. A páraleválasztóból kilépő hideg sűrített levegőnek egy másik része az 559 levegő-levegő hőcserélőbe kerül, ahol előmelegíti az 553 második légturbinából kilépő levegő, majd az 551 főlégturbina bemenetére jut az 505 adiabatikus sűrítőkamrából kilépő forró sűrített levegővel együtt.

Az 500 kompresszornak egy jellemző körfolyamata kerül most ismertetésre, kezdve azzal, hogy az 511 dugattyú pillanatnyilag nyugalomban van közvetlenül az 507 égéskamra 508 talpa fölött, és egy sűrítettlevegőpáma támasztja alá az égéskamrában. Az 503, 504 adiabatikus és izotermikus sűrítőkamrák mindegyikében levegő van, ami a megfelelő 529, 527 gázbevezető nyílásokon keresztül jutott be a körfolyamat előző részében, és a megfelelő 533, 535 gázbevezető szelepek és 539, 541 gázelvezető szelepek most zárva vannak.

Miután a dugattyú nyugalomba jött az 507 égéskamrában, a dugattyú mozgásirányt válthat, amint a bezárt levegő kezd adiabatikusan expandálni. Egyidejűleg nyílik az 515 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, és egy adag forró sűrített levegő lép be a kamrába az 513 sűrítettgázbevezető nyíláson keresztül. Tüzelőanyag kerül befecskendezésre a kamrába az 517 tüzelőanyag-befecskendező nyíláson keresztül, keveredik a beömlő forró levegővel, és elégve 2000 °C-ot meghaladó hőmérsékletű égéstermékgáz keletkezik. Az égéstermékgáz azután állandó nyomáson expandál, hajtva a dugattyút felfelé, kifelé az égéskamrából.

Ha a tüzelőanyag földgáz, az önmagától meggyullad, ha a levegő hőmérséklete 550 °C felett van. Külső gyújtásra lesz szükség, ha a levegő alacsonyabb hőmérsékletre van hevítve, például indításkor. Bizonyos tüzelőanyagok minden egyes körfolyamatban igényelhetnek gyújtást, még akkor is, ha a levegő hőmérséklete nagyon magas. A tüzelőanyag befecskendezésének mértéke úgy van vezérelve, hogy a nyomás az 507 égéskamrában megközelítőleg állandó maradjon. Ennek az az előnye, hogy a tartályban ezért csúcsnyomás eléggé mérsékelt. Nincs szükség nagyon vastag nyomásálló falakra, és ki28

HU 217 468 Β sebb lesz a zaj és a rezgés működés közben. Ennek a hatásfok csekély csökkenése az ára.

A nyomás az égéskamrában megközelítően állandó marad az égési szakasz közben. Ugyanakkor az 511 dugattyú kezdi összenyomni az 503, 505 izotermikus és adiabatikus sűrítőkamrákban a levegőt. A levegőnek az izotermikus sűrítőkamrában végbemenő kompressziója közben folyadékpermet fecskendeződik a kamrába a gáz hűtése és a kompresszió során keletkező hő elnyelése céljából. A folyadékpermet befecskendezése a kamrába kezdődhet akkor, amikor a levegő hőmérséklete a sűrítőkamrában eléri a permetfolyadék hőmérsékletét. A permetfolyadék befecskendezése lehet állandó mértékű. Az 511 dugattyú felfelé mozgása közben egy bizonyos ponton záródik az 515 sűrítettlevegő-bevezető szelep az égéskamrában, és leáll a tüzelőanyag-befecskendezés. Történhet ez meghatározott mennyiségű tüzelőanyag befecskendezése után. Ezután az égéstermékgázok adiabatikusan expandálnak talán egészen a légköri nyomásig. A gázok expanziója az 511 dugattyúra dolgozik rá, amely ennek eredményeként kinetikai és potenciális energiára tesz szert, és folytatja mozgását lökete tetőpontjáig mindkét 503, 505 sűrítőkamrában.

Amikor a sűrített levegő nyomása az 505 adiabatikus sűrítőkamrában eléri a kívánt értéket, nyílik az 541 gázelvezető szelep, és forró sűrített gáz áramlik ki a kamrából az 537 sűrítettgáz-elvezető nyíláson keresztül. A forró sűrített gáz ezután az 551 főlégturbina bemenetére kerül, amelyben expandál, mechanikai teljesítményt állítva elő az 555 generátor hajtásához. A főlégturbina belépő hőmérséklete és a kompresszorból kilépő adiabatikusan sűrített levegő hőmérséklete előnyösen illeszkedik egymáshoz. A főlégturbinából kilépő levegő hőmérséklete megközelíti a környezet légköri hőmérsékletét.

Amikor a levegő nyomása az 503 izotermikus sűrítőkamrában eléri a kívánt értéket, nyílik az 539 sűrítettgázelvezető szelep, és hideg sűrített levegő távozik a kamrából a permetfolyadékkal együtt az 535 sűrítettgáz-elvezető nyíláson keresztül, ami az 549 páraleválasztóba kerül, ahol a permetfolyadék különválik a sűrített levegőtől. A permetfolyadék a páraleválasztóból az 547 hűtőrendszeren áramlik át, mielőtt a permetben újból felhasználásra kerül.

A hideg sűrített levegő egy része az 549 páraleválasztóból az 557 gáz-levegő hőcserélőbe kerül, ahol előmelegíti az égéskamrából a körfolyamat korábbi szakaszában kihajtott kipufogógázok hőtartalma. Az 557 gázlevegő hőcserélőből kilépő előmelegített sűrített levegő részben az 507 égéskamrába kerül, részben az 553 második légturbina bemenetére jut, amelyben expandálva mechanikai teljesítményt állít elő az 555 generátor hajtásához.

Az 549 páraleválasztóból kilépő hideg sűrített levegő egy része az 559 levegő-levegő hőcserélőn halad át, amelyben felmelegíti az 553 második légturbinából kilépő levegő, majd ez az előmelegített levegő az 551 főlégturbinába kerül, kiegészítve az 505 adiabatikus sűrítőkamrából származó elsődleges forró sűrített táplevegőt.

Az 549 páraleválasztóból kilépő hideg sűrített levegő kerül az égéskamrát körülvevő 523 hűtőköpenybe is az égéskamra falainak hűtéséhez. Ennek a hűtőlevegőnek egy része használható fel az 514 dugattyúfej hűtéséhez is az égéskamrában. Ez az égéskamra falában számos lyuk kialakításával valósítható meg, amelyeken keresztül levegő áramolhat ki az 523 hűtőköpenyből. A dugattyú oldalán lyukak vagy rések vannak kialakítva, amelyek a kamra falában található lyukaknak megfelelően helyezkednek el. A dugattyú belseje úgy van kialakítva, hogy a levegő a résektől vagy lyukaktól a dugattyúfejhez áramolhasson, annak hűtése céljából. Más megoldásban járatok alakíthatók ki a dugattyúban, amelyek közvetlen, de korlátozott légáramlást biztosítanak az egyik vagy mindkét sürítőkamrából az 514 dugattyúfejhez.

Az 523 hűtőköpenyből a hűtőlevegő végül az égéskamrába kerül az égéskamra falaiban kialakított lyukakon át. A levegő az 507 égéskamra 508 talpában kialakított légjáratokban is kering a talp, a szelepek és a szelepülékek hűtése céljából. Más változatban kialakítható a készülék úgy is, hogy a hűtőlevegő nem lép be az égéskamrába, hanem hozzáadódik a főlégturbinát tápláló levegőhöz. Ez a hűtőlevegő által felvett hő jobb hatásfokú visszanyerését teszi lehetővé.

Amikor az 511 dugattyú elérte lökete tetőpontját, az 503, 505 sűrítőkamrák mindegyikében záródik az 539, 541 sűrítettgáz-elvezető szelep úgy, hogy a sűrített levegőből valamilyen mennyiség marad mindegyik kamrában. Az 511 dugattyú a gravitáció hatására és a bennrekedt sűrített levegő terjeszkedése folytán mozgásirányt vált, és elkezd mozogni kifelé a sűrítőkamrákból, és befelé az 507 égéskamrába. Amikor a nyomás a sűrítőkamrákban eléri a belépő levegő nyomását, nyílnak a megfelelő 527, 533 gázbevezető szelepek, és levegő kerül a kamrákba a megfelelő 535, 537 gázbevezető nyílásokon keresztül.

Amikor az égéstermékgázok nyomása az égéskamrában eléri azt az értéket, ami elegendő ahhoz hogy a gázokat átnyomja az 527 gáz-levegő hőcserélőn és végezetül ki a légkörbe, nyílik az 521 kipufogószelep, és a kipufogógázok kiáramolnak az égéskamrából az 519 kipufogógáz-elvezető nyíláson keresztül. A körfolyamatnak ebben a szakaszában kisnyomású hűtőlevegő keringtethető az égéskamra hűtőköpenyében, és az bevezethető az égéskamrába. Az égéskamrába beengedett levegő a maradék kipufogógáz kiszorítására és kiöblítésére szolgál. A kisnyomású hűtőlevegő szellőzőkkel biztosítható, amelyek közvetlenül a légkörből szívják a levegőt.

Mielőtt az 511 dugattyú eléri az 508 égéskamra talpát, és mielőtt az összes hűtőlevegő kiszorulna az 507 égéskamrából, záródik az 521 kipufogószelep, és a visszamaradó levegő és, esetlegesen, a kipufogógázok adiabatikusan összenyomódnak, visszatartva a dugattyút, és végül nyugalomba hozva az 511 dugattyút éppen az égéskamra talpa fölött. Az 521 kipufogószelep zárása úgy van időzítve, hogy a nyomás az égéskamrában a dugattyú irányváltásának pontján megközelítően egyenlő a forró sűrített levegő nyomásával, ami a hőcserélőből származik az égési szakasz kezdetén.

Amint a dugattyú nyugalomba jut az égéskamrában, záródnak az 527, 529 gázbevezető szelepek az 503,

HU 217 468 Β

505 sűrítőkamrákban. Nyílik az 515 forró sűrítettgázbevezető szelep az égéskamrában, és az 557 gáz-levegő hőcserélőből meghatározott mennyiségű forró sűrített levegőt enged be az égéskamrába. Tüzelőanyag fecskendeződik a kamrába az 517 tüzelőanyag-befecskendező nyíláson keresztül, a tüzelőanyag meggyullad, és az így keletkező tüzelőanyag égéstermék/forró sűrített levegő-keverék hajtja az 511 dugattyút felfelé, indítva a következő körfolyamatot.

Hivatkozással a 16. ábrára, az 533 melléklégturbina és az 559 levegő-levegő hőcserélő arra szolgál, hogy maximális legyen a hőenergia visszanyerése az 507 égéskamrából kilépő forró gázokból. Általában nagyobb hőmennyiség van a kipufogógázokban, mint amennyi az égéshez használt belépő sűrített levegő felmelegítéséhez szükséges. A többlethőmennyiség még több sűrített levegő felhevítésére használódik fel, ami az 553 második, kisebb légturbinába kerül, amely nagyobb belépő hőmérséklettel működik, mint az 551 főlégturbina. Az 553 második légturbinából kilépő levegő még elég forró ahhoz, hogy további hőt lehessen visszanyerni belőle. Ez a hőmennyiség egy kis 559 hőcserélőben adódik át egy külön hideg sűrítettlevegőáramnak. A rendszer megtervezhető úgy, hogy az így adódó forró sűrített levegő megfelelő hőmérsékletű és nyomású legyen ahhoz, hogy a főlégturbinában expandáljon, mely esetben ez a levegőmennyiség hozzáadódhat az adiabatikusan sűrített levegőhöz, ami a turbinát táplálja. Többféle páraleválasztó konstrukció áll rendelkezésre, amelyek legtöbbje évek óta használatban van az energiafejlesztő iparban és másutt. Közismert példák a leválasztóciklonok, az örvénylapátos axiális leválasztok és a hullámlemezes leválasztok. Azonban bármelyik leválasztót használjuk is, fontos, hogy a nyomásveszteség a leválasztón minél kisebb legyen, mivel az befolyással van a kompresszor hatásfokára.

A hőcserélők kritikus alkotórészei a rendszernek a kipufogógázok magas hőmérséklete miatt. Valójában a kipufogó-hőmérséklet az egyik kritikus paraméter, ami az egész rendszer konstrukcióját meghatározza. Lesz legalább 10 bar nyomáskülönbség a hőcserélő falainak két oldala között. Ez magával vonja azt, hagy a forgórendszerű regeneráló hőcserélő nem jöhet szóba az ilyen nyomáskülönbséggel járó tömítési nehézségek miatt. Szelepes regenerátor használható lenne, de még mindig jelentős szivárgási veszteségek lennének a nagynyomású oldalról a kisnyomású oldal felé a nagy térfogatok miatt. A legjobb megoldás tehát valószínűleg az ellenáramú rekuperáló hőcserélő. A költségek csökkentése érdekében lehet különböző anyagokat használni a hőcserélő magas és alacsony hőmérsékletű alkatrészeihez.

Lehetőséget kell biztosítani a hőcserélő alkatrészeinek időszakos tisztításához. Ezt valószínűleg akkor fogják elvégezni, amikor a rendszer üzemen kívül van, de terhelés alatti tisztítási rendszer is számításba jöhet.

Utalva a 16. ábrára, az 557 gáz-levegő hőcserélő olyan kapacitású legyen, hogy vagy a forró kipufogógázokból származó hőt legyen képes tárolni, vagy a sűrített gázt, mivel a kipufogógáz és a sűrített gáz előállítása nem fordul elő egyidejűleg, hanem időben a folyadékdugattyú egy teljes körfolyamatának fél periódusidejével egyenlő időköz választja el őket egymástól.

Továbbá a 16. ábrán bemutatott termikus hajtású kompresszor, amelyből a teljesítmény elvonása légturbinán keresztül expandáló nagy mennyiségű gáz adiabatikus kompressziójával történik, csak diszkrét időközönként szolgáltat sűrített levegőt, amelyek általában néhány másodpercenként követik egymást. A turbina azonban a sűrített levegőnek megközelítően folyamatos áramlását igényeli. A levegőáramlás időzítésének ezek az illesztetlenségei a rendszer különféle részei között kiegyenlítőtartályok alkalmazásával háríthatok el (nincs feltüntetve az ábrán), amelyek átmenetileg tárolják a levegőt. Nagy létesítményekben azonban elkerülhető a kiegyenlítőtartályok alkalmazása számos (esetleg 8-12 körüli) kompresszoregység alkalmazásával, amelyek célszerű módon közös csővezetékre vannak rákötve. Hasonló közösítésre van lehetőség a gáz-levegő hőcserélő esetében is, bár ebben az esetben előnyös lehet a kompresszoroknak egy kisebb csoportját (talán 4 egységet) összekötni a fő gáz-levegő hőcserélők egyikével.

A közösítés alkalmazása mint alternatíva a kiegyenlítőtartályokkal szemben magával vonja a kompresszoregységek fázisviszonyainak szabályozását. Ezt a levegő és az égési folyamatban részt vevő gázok szelepeinek mikroprocesszoros vezérlésével lehet megvalósítani.

A termikus hajtású kompresszornak aló. ábrán bemutatott megvalósításában egy égéskamra van a dugattyú egyik oldalán, és mind az adiabatikus, mind a izotermikus sűrítőkamra a dugattyú másik oldalán. Az égés és az égéstermékgázok expandálása kinetikai energiát közöl a dugattyúval, amely azután a sűrítőkamrákba befelé haladva összenyomja az azokban foglalt gázt. Miután a gázok összenyomódtak, és eltávoztak a kamrákból, a dugattyú mozgásirányt vált, és visszafelé mozog az égéskamrába. A dugattyút visszafelé a gravitáció és a sűrítőkamrákban visszamaradó sűrített gáz expandálása mozgatja. A dugattyú mozgatásának mechanizmusa oda és vissza löketben eltérő, és gáz sűrítése a dugattyúnak csak az egyik irányú mozgása közben történik. Ez a megvalósítás tehát aszimmetrikus.

Fontos, hogy a dugattyú lefelé irányuló visszatérő lökete meglehetősen nagy sebességgel menjen végbe, és ez olyan elrendezéssel érhető el, hogy a dugattyú teljes tömege a visszatérő löket teljes periódusa alatt ható gravitációs erő irányában mozog. Egy, a gravitáció hatására maximális visszatérítő erő hat a dugattyúra annak visszatérő mozgása közben, ami 1 g körüli maximális gyorsulást jelent lefelé. A lefelé irányuló gyorsulás tovább növelhető az adiabatikus és izotermikus sűrítőkamrák legalább egyikében visszamaradó levegő vagy egyéb gáz expandálásával.

A termikus hajtású kompresszornak fontos tulajdonsága az, hogy a dugattyú tömege elég nagy ahhoz, hogy az égéstermékgáz expandálásából származó energiát átmenetileg tárolni tudja a dugattyú kinetikai vagy potenciális energiájának formájában. Egy szilárd anya30

HU 217 468 Β gú dugattyú sokkal kisebb szerkezeti méretek mellett képes elérni ugyanazt a tömeget, mint egy folyadékdugattyú. Ráadásul a dugattyú súrlódása is általában kisebb lesz, ha szilárd anyagú dugattyút használunk egy vagy több hajlattal rendelkező folyadékdugattyú helyett. Ezért a belső égésű folyamatnál a dugattyú gyorsulása nagyobb lehet szilárd anyagú dugattyúnál, mint folyadékdugattyúnál, bár a gyorsulást végső soron az izotermikus sűrítőkamrában levő gáz és a folyadékpermet cseppecskéi közötti hőátadás mértéke korlátozza.

Várható, hogy a kipufogógáz eléri a harmatpontot a gáz-levegő hőcserélő hideg végén, ami kondenzációhoz vezet vagy magában a hőcserélőben, vagy a kéménysisakban. A kéménysisak és, ha szükséges, a kondenzáció a hőcserélőn belül kiküszöbölhető oly módon, hogy a két légturbina valamelyikéből kilépő meleg levegőt keverünk a kipufogógázhoz. Egy áramfejlesztő telep magában foglalhat több kompresszort olyan elrendezésben, hogy azok mindegyike egyetlen légturbinapárt hajt. A kompresszorok elrendezhetők úgy, hogy egymáshoz képest fáziseltolással működjenek. Ez lehetőséget adhat arra, hogy a turbinák forró sűrítettlevegő-ellátása folytonos legyen, és elősegíti az egyedi kompresszorok működését is. A rendszer véges időállandója következtében például az egyik kompresszorban előállított hideg sűrített levegő felhasználható az égési folyamat működtetéséhez egy másik kompresszorban. A hűtőlevegőt az égéskamra falainak hűtéséhez az egyik kompresszor kipufogólökete közben szolgáltatható egy másik kompresszor izotermikus sűrítőkamrájából. A kompresszorok fáziseltolásos üzemeltetése elősegíti a masszív, szilárd dugattyúk gyorsulásából és lassulásából származó rezgések csökkentését is.

A termikus hajtású kompresszornak egy másik, egyetlen szilárd dugattyút magában foglaló megvalósításában az adiabatikus és izotermikus sűrítőkamrák elkülöníthetők a szilárd dugattyú mozgásával párhuzamos irányban, nem pedig a mozgására keresztirányban, mint a 16. ábrán látható. Ilyen jellemzőkkel bíró megvalósítást mutat a 17. ábra egy áramfejlesztő telep alkotórészeként.

Hivatkozással a 17. ábrára, az általánosan 600 jelölésű termikus hajtású kompresszor lényegében két zárt teret foglal magában, egymás fölött függőleges elrendezésben. Egy 603 égéskamra a 601 felső zárt tér felső részében van kialakítva, egy 605 adiabatikus sűrítőkamra pedig a 601 felső zárt tér alsó részében van kialakítva. Egy 609 izotermikus sűrítőkamra van kialakítva a 607 alsó zárt tér felső részében, és egy 613 adiabatikus kompressziós/expanziós kamra van kialakítva a 607 alsó zárt tér alsó részében.

A 603 égéskamra el van látva egy 625 szeleppel vezérelt 623 forró sűrítettlevegő-bevezető nyílással forró sűrített levegőt bebocsátani a kamrába, egy 627 tüzelőanyag-befecskendező nyílással, amelyen keresztül tüzelőanyag fecskendezhető a kamrába, és egy 631 szeleppel vezérelt 629 kipufogógáz-elvezető nyílással, lehetővé téve a kipufogógázok elvezetését a 603 égéskamrából. A 623 sűrítettlevegő-elvezető nyílás és a kipufogógáz-elvezető nyílás a 670 gáz-levegő hőcserélőnek ugyanahhoz az oldalához csatlakozik.

Mind a 605 adiabatikus sűrítőkamra, mind a 609 izotermikus sűrítőkamra el van látva egy 637, 639 szeleppel vezérelt 633, 635 levegőbevezető nyílással, lehetővé téve levegő beszívását mindkét 605, 609 kamrába, valamint egy 645, 647 szeleppel vezérelt 641, 643 sűrítettlevegő-elvezető nyílással, lehetővé téve a sűrített levegő elvezetését mindegyik kamrából.

A 609 izotermikus sűrítőkamra el van látva számos 648 folyadékpermet-befecskendező nyílással is folyadékpermet befecskendezéséhez a kamrába. A permetezőfúvókák előnyösen oly módon vannak elrendezve, hogy egyenletes permetezést biztosítsanak a körgyűrű alakú térfogatban. A 609 izotermikus sűrítőkamra 643 sűrítettlevegő-elvezető nyílása a 680 páraleválasztóhoz csatlakozik, amely leválasztja a sűrített levegőből a magával ragadott permetfolyadékot. A 680 páraleválasztó egy 682 hűtőrendszeren és egy 650 permetbefecskendező szivattyún keresztül össze van kötve a 648 permetbefecskendező nyílással. A 682 hűtőrendszer lehűti a páraleválasztóból nyert permetfolyadékot, mielőtt a folyadék permet formájában ismét felhasználásra kerülne. A 650 szivattyú folyamatosan keringteti a folyadékot a 680 páraleválasztóból az izotermikus sűrítőkamrához. A 684 kiegyenlítőtartály tartalék permetfolyadékot tartalmaz a kör folyadékveszteségének pótlására.

A 605 adiabatikus sűrítőkamra 641 sűrítettlevegőelvezető nyílása a 672 főlégturbina bemenetéhez csatlakozik, amely a 674 generátori hajtja. A kompresszorból nyert forró sűrített levegő a 672 légturbinában expandálva mechanikai teljesítményt szolgáltat villamos áram fejlesztéséhez. A páraleválasztóból a hideg sűrített levegő egy része egy 670 gáz-levegő hőcserélőbe kerül, ahol előmelegíti az égéskamrából kipufogó gázokból nyert hő. Az előmelegített levegő egy része azután a 603 égéskamrába kerül az égési folyamat táplálásához.

A kipufogógázokban azonban általában több hő áll rendelkezésre, mint amennyit az égéshez szükséges hideg levegő előmelegítése igényel. E többlethőmennyiség visszanyeréséhez a kompresszor úgy van méretezve, hogy nagyobb mennyiségű sűrített levegőt állítson elő, mint amennyi az égés fenntartásához ténylegesen szükséges. Ennek a fölös sűrített levegőnek egy része áthalad a 670 gáz-levegő hőcserélőn, hogy felvegye a kipufogógázokból a többlethőt, és azután egy 676 második légturbinába jut, amelyben expandálva hasznos mechanikai teljesítményt állít elő.

A 676 második légturbinából kilépő levegő hőmérséklete lényegesen magasabb, mint a környezet légköri hőmérséklete, és a kilépő levegő hőtartalma visszanyerhető, átadva a hőt a 680 páraleválasztót elhagyó hideg sűrített levegőnek egy 678 levegő-levegő hőcserélőben. Az előmelegített sűrített levegő azután a 672 főlégturbinába irányítható, ahol a 605 adiabatikus sűrítőkamrából nyert forró sűrített levegővel együtt expandál.

A 613 adiabatikus sűrítőkamra egy gáztömeget, például levegőt tartalmaz, ami a kompresszor működése közben váltakozva összenyomódik és kitelj eszkedik. A gáz rugóként működik, melynek célja az, hogy az

HU 217 468 Β egyik irányban mozgó dugattyú kinetikai energiáját a másik irányban mozgó dugattyú kinetikai energiájává alakítsa át. A gáz az az eszköz, melynek segítségével a dugattyú visszatéríthető löketének tetőpontjára a kompresszor munkafolyamatának befejezéséhez. Ez a kamra tehát nem igényel szelepekkel vezérelt gázbevezető és -elvezető nyílásokat, amelyek nyitnak és zárnak a kompresszor normális munkafolyamata közben. Szükség lehet azonban eszközökre a kamrából elszivárgó gáz pótlásához (az ábrán nincs feltüntetve).

A 615 szilárd anyagú dugattyúnak van egy felső, középső és alsó része, és szabadon végezhet egyenes vonalú és függőleges lengő mozgást. A 615 dugattyú 617 felső része a 601 felső zári tér átmérőjéhez van méretezve, és szabadon mozoghat fel és le a zárt tér függőleges szélső határai között, befelé és kifelé mind a 609 izotermikus sűrítőkamrában, mind a 613 adiabatikus kompreszsziós/expanziós kamrában. A 615 dugattyú 617, 619 felső és alsó részét a 621 középső része köti össze és választja el egymástól függőleges irányban, egy tengelyt képezve, melynek átmérője kisebb, mint a felső és alsó zárt tereké. A tengely a felső és alsó tereket elválasztó 611 válaszfalon kialakított 623 nyíláson halad át. A 611 nyílás a 612 csúszótömítéssel van ellátva, amely a tengelyt tömítve megakadályozza a levegő átjutását a 611 nyíláson a 605 adiabatikus sűrítőkamra és a 609 izotermikus sűrítőkamra között. A 612 csúszótömítés konstrukciója lehetővé teszi a tengely szabad mozgását mindkét irányban a 611 nyíláson keresztül. A 614, 616 tömítések a dugattyú és a kamrák fala között megakadályozzák a gáz átszivárgását egyik kamrából a másikba.

Ebben a megvalósításban, amikor a 615 dugattyú 617 felső része a legmagasabb szinten van az égéskamrában, a szabad térfogat a 605 adiabatikus sűrítőkamrában és a 613 adiabatikus kompressziós/expanziós kamrában maximális, míg a szabad körgyűrű alakú térfogat a 609 izotermikus sűrítőkamrában minimális. Fordítva, amikor a 615 dugattyú 617 felső része a legalacsonyabb szinten van, a szabad térfogat mind a 603 égéskamrában, mind a 609 izotermikus sűrítőkamrában maximális, és a 613 adiabatikus kompressziós/expanziós kamrában minimális. Ebben a megvalósításban így az égési folyamat közvetlenül az adiabatikus sűrítési folyamatot, a levegő bevezetését az izotermikus sűrítőkamrába és az adiabatikus kompressziós/expanziós kamrában levő gáz adiabatikus kompresszióját hajtja meg. A 613 adiabatikus kompressziós/expanziós kamrában levő gáz adiabatikus expandálása hajtja meg az izotermikus sűrítés folyamatát, a levegő bevezetését a 605 adiabatikus sűrítőkamrába, valamint a kipufogógáz kiűzését a 603 égéskamrából.

A 17. ábrán bemutatott 600 kompresszornak egy jellemző munkafolyamata az alábbiak szerint megy végbe, kezdve azzal, hogy a 615 dugattyú a legmagasabb szintjére emelkedett a 603 égéskamrában, és éppen irányt vált. Ezen a ponton a 645, 647 gázelvezető szelepek a 605, 609 sűrítőkamrák mindegyikében zárva vannak. A 605 adiabatikus sürítőkamrában levegő van, ami a körfolyamat előző részében jutott be a 633 gázbevezető nyíláson át, és a 637 gázbevezető szelep most zárva van. A 615 dugattyú 619 alsó része a legfelső szintjén van a 609 izotermikus sűrítőkamrában, úgyhogy a szabad térfogat a sűrítőkamrában minimális, és a 639 gázbevezető szelep nyitva van, hogy beengedje a levegőt a kamrába, miközben a dugattyú lefelé halad. A 615 dugattyú 619 alsó része visszahúzódott a 613 adiabatikus kompressziós/expanziós kamrából, úgyhogy a szabad térfogat abban teljes kiterjedésű.

Amint a 615 dugattyú pillanatnyilag nyugalomba jön a 603 égéskamrában, és mozgásirányt vált, nyílik a 625 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, és egy meghatározott mennyiségű forró sűrített levegőt enged be az égéskamrába. Tüzelőanyag fecskendeződik az égéskamrába a 627 tüzelőanyag-befecskendező nyíláson keresztül, és meggyulladva elég a forró sűrített levegő/tüzelőanyag keverék. Az égéstermékgázok állandó nyomáson expandálnak, hajtva a 615 dugattyút lefelé, kifelé a 603 égéskamrából, és befelé a 605 adiabatikus sűrítőkamrába, és a dugattyú felső része kezdi összenyomni az abban tartalmazott levegőt. Ugyanakkor a 615 dugattyú 619 alsó része kifelé mozog a 609 izotermikus sűrítőkamrából, és befelé a 613 adiabatikus kompressziós/expanziós kamrába. Miközben a dugattyú lefelé mozog, levegőt szív be a 609 izotermikus sűrítőkamra táguló térfogatába a 635 gázbevezető nyíláson keresztül. Ugyanakkor a dugattyú alsó része összenyomja a gázt a 613 adiabatikus kompressziós/expanziós kamrában. Amikor a 615 dugattyú elér egy bizonyos szintet, megszűnik a tüzelőanyag befecskendezése. Az égéstermékgázok adiabatikusan expandálnak tovább, amíg a 615 dugattyú eléri löketének alsó pontját.

Amikor a levegő nyomása a 605 adiabatikus sűrítőkamrában eléri a kívánt értéket, nyílik a 645 sűrítettgáz-elvezető szelep, és forró sűrített gáz áramlik ki a 605 adiabatikus sűrítőkamrából a 641 sűrítettgáz-elvezető nyíláson keresztül, ami a 672 főlégturbina-bemenetre jut. A forró sűrített levegő a turbinában expandál, és mechanikai teljesítményt állít elő a 674 generátor hajtásához.

Tovább folytatva mozgását lefelé, a 615 dugattyú fokozatosan lefékeződik, miközben kinetikai energiája átalakul a 613 adiabatikus kompressziós/expanziós kamrában tartalmazott gáz kompressziós energiájává. A dugattyú kinetikai energiája végül zérus értékű lesz, és a dugattyú pillanatnyilag nyugalomba jön lökete alsó pontján. Amint a 615 dugattyú pillanatnyilag nyugalombajon és mozgásirányt vált, záródik a 645 sűrítettgáz-elvezető szelep a 605 adiabatikus sűrítőkamrában, és nyílik a 637 gázbevezető szelep, lehetővé téve gáz beszívását a kamrába, miközben a 615 dugattyú felfelé mozog. Ugyanakkor záródik a 639 gázbevezető szelep a 609 izotermikus sűrítőkamrában. A forró sűrített gáz a 613 adiabatikus kompressziós/expanziós kamrában kezd adiabatikusan expandálni, hajtva a 615 dugattyút felfelé, az alsó része a 613 kamrából kifelé, és a 609 izotermikus sűrítőkamrába befelé mozog. Amint a dugattyú kezdi összenyomni a levegőt a 609 izotermikus sűrítőkamrában, folyadék permeteződik a 609 kamrába a 648 permetbefecskendező nyíláson keresztül a levegő hűtéséhez úgy, hogy a kompresszió megközelítően izotermikus fo32

HU 217 468 Β lyamat lehet. Ugyanakkor a 615 dugattyú 617 felső része elkezd mozogni kifelé a 605 adiabatikus sűrítőkamrából és befelé a 603 égéskamrába. Ennek következtében levegőt szív be az adiabatikus sűrítőkamrába a 633 gázbevezető nyíláson keresztül. Amikor az égéstermékgázok nyomása eléri azt az értéket, ami elegendő ahhoz, hogy átnyomja a kipufogógázokat a 670 gáz-levegő hőcserélőn, majd végül a környezetbe, nyílik a 631 kipufogógáz-elvezető szelep, lehetővé téve a kipufogógázok kiűzését a 603 égéskamrából.

Amikor a levegő nyomása a 609 izotermikus sűrítőkamrában eléri a kívánt értéket, nyílik a 647 sűrítettgáz-elvezető szelep, és hideg sűrített gáz távozik a 609 izotermikus sűrítűkamrából a permetfolyadékkal együtt. A hideg sűrített levegő és a permetfolyadék ezután a 680 páraleválasztóba kerül, ahol a folyadék különválik a sűrített levegőtől. A leválasztott folyadék azután a 682 hűtőrendszerbe kerül, ahol lehűl a folyadék, mielőtt a permetben újra felhasználásra kerül.

A páraleválasztóból a hideg sűrített levegő egy része áthalad a 670 gáz-levegő hőcserélőn, amelyben előmelegíti a 603 égéskamrából kilépő kipufogógázok hőtartalma. Az előmelegített sűrített levegő részben a 603 égéskamrába kerül, ahol a következő körfolyamatban lesz felhasználva, részben pedig a 676 második légturbina bemenetére jut, amely a 674 generátort hajtja. A 680 páraleválasztóból kilépő levegő egy része a 678 levegő-levegő hőcserélőbe kerül, ahol előmelegíti a 676 második légturbinából kilépő forró levegő. A 678 levegő-levegő hőcserélőből kilépő előmelegített sűrített levegő a 672 főlégturbinába kerül, amelyben a 605 adiabatikus sűrítőkamrából nyert forró sűrített levegővel együtt expandál.

Amikor a 615 dugattyú eléri löketének tetőpontját, a 631 kipufogószelep a 603 égéskamrában, a 637 gázbevezető szelep a 605 adiabatikus sűrítőkamrában, és a 647 sűrítettgáz-elvezető szelep a 609 izotermikus sűrítőkamrában mind zárva van, a 637 gázbevezető szelep a 605 adiabatikus sűrítőkamrában pedig nyitva van. Ekkor nyílik a 625 forró sűrítettgáz-bevezető szelep a 603 égéskamrában, hogy egy friss adag forró sűrített levegőt engedjen be az égéskamrába a 670 gáz-levegő hőcserélőből. Tüzelőanyag fecskendeződik be az égéskamrába a 627 tüzelőanyag-befecskendező nyíláson keresztül, ami meggyullad, és elég a forró sűrített gázban. Az így keletkező belső égés hajtja a dugattyút lefelé, és a körfolyamat ismétlődik.

A szilárd dugattyú mozgását a lökete alján lefékező és a mozgás irányát megfordító adiabatikus kompressziós/expanziós kamra beépítésével elkerülhető bonyolultabb módszerek alkalmazása, amelyek gáz mozgatásával járnak a kamrába és a kamrából, és amelyek szelepeket igényelnek, melyeket nagyon pontosan időzítve nyitni és zárni kell. Mint az előzőekben leírt megvalósítások bármelyikében, ahol kívánatos a kamrafalak hűtése, a 17. ábrán bemutatott megvalósításban is hűtőköpeny alakítható ki az égéskamra falai körül, amelyen keresztül hűtőközeg keringtethető, hogy átvegye a hőt a kamrafalaktól. A hűtőközeg lehet az izotermikus sűrítőkamrában előállított hideg sűrített gáznak egy része. Az égéskamrafalakban kialakítható nyílások sokasága, amelyeken keresztül a sűrített levegő (vagy egyéb gáz) végül az égéskamrába juthat, és az égéstermékgázokkal együtt expandálhat. A hűtőközeg azonban még akkor is, miután átvette a hőt a kamra falától, viszonylag hideg lesz az égéstermékgázok hőmérsékletéhez képest. Ezért a viszonylag hideg gázok bevezetése az égéskamrába csökkentheti a rendszer hatásfokát (például az entrópia viszonylag nagy változása miatt). A transzpirációs hűtés tehát nem feltétlenül a leggazdaságosabb módszer a hő visszanyerésére az égéskamrafalakból.

Más változatban a hűtőközeg keringtethető az égéskamrafalak körül a hő elnyeléséhez, és azután elvezethető a rendszernek egy másik részébe, ahol a felvett hő felszabadítható a körfolyamatnak olyan részében, ahol a hőmérséklet jobban illeszkedik a felmelegedett hűtőközeg hőmérsékletéhez. Ha például a hűtőközeg az izotermikus sűrítőkamrából nyert izotermikusan sűrített levegő, a sűrített levegőnek egy része keringtethető az égéskamra falai körül, majd a felmelegedett sűrített levegő egy légturbinába irányítható, melynek belépő hőmérséklete illeszkedik a felmelegedett sűrített levegő hőmérsékletéhez.

Az égéskamrafalak hőveszteségének visszanyerésére ezt a módszert alkalmazó megvalósítást mutat a 18. ábra. A 18. ábrán bemutatott megvalósítás sok tekintetben hasonló ahhoz, ami a 17. ábrán látható, és a hasonló jellemzők hasonló számokkal vannak jelölve. Hivatkozással a 18. ábrára, a 601 felső zárt tér egy 620 hűtőköpennyel van körülvéve a 603 égéskamra és lehetőség szerint a 605 adiabatikus sűrítőkamra falainak hűtése céljából. A 680 páraleválasztó a 670 gáz-levegő hőcserélő hideg oldalával van összekötve a 618 fő hideg sűrítettgáz-tápvezetéken keresztül. Egy 622 hűtőközeg-tápvezeték köti össze a 620 hűtőköpenyt a 618 főtápvezetékkel. A 622 hűtőközeg-tápvezeték és a hűtőköpeny közötti csatlakozás a 601 felső zárt tér alsó vége közelében van kialakítva, ahol az égéskamrafalak hőmérséklete viszonylag alacsony. A 620 hűtőköpeny az égéskamra tetejéig terjed, és olyan elrendezésű, hogy a hűtőlevegő az égéskamra teteje körül áramolhat, ahol a 625 forró sűrítettgáz-bevezető szelep és a 631 kipufogógáz-elvezető szelep helyezkedik el.

A 605 adiabatikus sűrítőkamra 641 forró sűrítettgázelvezető szelepe a 672 légturbina bemenetéhez csatlakozik a 626 gáztápvezetéken keresztül. A 620 hűtőköpenyben a hűtőközeg-elvezető nyílás a 624 tápvezetéken keresztül van összekötve a 626 gáztápvezetékkel. A hűtőköpenyből a hűtőközeget elvezető nyílás a 603 égéskamra tetején van elhelyezve, ahol a hőmérséklet a legnagyobb. A hűtőközeg elvezetőnyílásának ez az elhelyezése biztosítja, hogy a hűtőköpenyből kilépő sűrített levegő által felvett hő elegendő legyen ahhoz, hogy a sűrített levegő hőmérséklete megfeleljen a 605 adiabatikus sűrítőkamrából kilépő forró sűrített levegő hőmérsékletének.

A 18. ábrán bemutatott megvalósítás úgy van kialakítva, hogy egyetlen 672 légturbinát hajt, feleslegessé téve egy második légturbinát és a hozzá tartozó hőcserélőt, ami a 17. ábrán bemutatott áramfejlesztő telepben

HU 217 468 Β megtalálható. A 18. ábrán bemutatott megvalósításban hideg sűrített gáz van felhasználva a kipufogógáz hőtartalmának visszanyerésére a 670 gáz-levegő hőcserélőben, amely azután közvetlenül a 672 légturbina bemenetére kerül a 628 gáztápvezetéken keresztül. A 18. ábrán bemutatott megvalósításnak ezt az aspektusát már ismertettük a 15. ábrán bemutatott megvalósítás kapcsán. Működés közben a hideg sűrített gáz a 609 izotermikus sűrítőkamrából áthalad a 680 páraleválasztón, és a sűrített gáz jelentős része ezután a 670 gáz-levegő hőcserélőbe kerül. A hideg sűrített gáz a 670 hőcserélőben előmelegszik, és az előmelegített sűrített gáz egy része, ami az égéshez szükséges, a 603 égéskamrába kerül. Az előmelegített sűrített gáznak az a része, ami a kipufogógázok hőfeleslegének visszanyerésére lett felhasználva, közvetlenül a 672 légturbinába van vezetve, amelyben a 605 adiabatikus sűrítőkamrából kilépő adiabatikusan sűrített gázzal együtt expandál.

A páraleválasztóból a hideg sűrített gáz egy része a 620 hűtőköpenybe kerül az égéskamrafalak hűtése céljából. A sűrített gáz a hűtőköpenyen keresztül kering, hőt vesz fel az égéskamra falaiból, végül pedig a hűtőközegelvezető nyíláson át távozik, és csatlakozik a 672 légturbinához menő adiabatikusan sűrített levegő főlégáramához. Szelepekre (nincs feltüntetve) lehet szükség a hűtőlevegő áramlásának vezérléséhez a páraleválasztótói a hűtőköpenyen keresztül az adiabatikusan sűrített gáz főlégáramát szállító 626 tápvezetékig.

Függőlegesen elkülönített kamrákkal kialakított szimmetrikus termikus hajtású kompresszor megvalósítását mutatja a 19. ábra egy villamosáram-fejlesztő teleppel kapcsolatosan, hasonló elrendezésben ahhoz, ami a 16. és 17. ábrákkal kapcsolatosan került ismertetésre. Hivatkozással a 19. ábrára, az általánosan 900 jelölésű kompresszor magában foglal egy 901 U alakú vezetéket, részben feltöltve egy 903 folyadékdugattyút képező folyadékkal. A 901 vezeték 905 és 907 karjai egyenes vonalúak, és függőlegesen felfelé nyúlnak. A 905, 907 karok tetejével határosán egy-egy 908, 910 zárt tér van kialakítva, amelyek felső része 909, 911 égéskamraként, alsó része pedig 913, 915 adiabatikus sűrítőkamraként szolgál. Egy 912, 914 alsó zárt tér van kialakítva mindegyik 905, 907 karon belül mindegyik 908, 910 felső zárt tér alatt. Az alsó zárt terek mindegyike 917,919 izotermikus sűrítőkamraként szolgál. Az adiabatikus sűrítőkamra mindegyik ágban az égéskamra és az izotermikus sűrítőkamra között van kialakítva annak érdekében, hogy a lehetőség szerint csökkentse a hőmérséklet-gradienst lefelé, a kar hossza mentén, és ezáltal minimális legyen a hőátvezetés az égéskamrából az izotermikus sűrítőkamrába.

A 903 folyadékdugattyúnál nagyobb sűrűségű 921, 923 szilárd anyagú dugattyú helyezkedik el a 901 vezeték mindegyik 905, 907 karjában, ami lényegében három részből áll: felső, középső és alsó részből. Mindegyik 921, 923 dugattyú alsó része a 901 vezeték 905, 907 karjának átmérőjéhez van méretezve, alulról a 903 folyadékdugattyúval van alátámasztva, és szabadon mozoghat felfelé és lefelé, a 917, 919 izotermikus sűrítőkamrába befelé, és abból kifelé. A dugattyúk alsó szélénél 984 tömítések vannak, hagy megakadályozzák a folyadék átszivárgását a dugattyú és a kamrák fala között. A 921, 923 szilárd dugattyú 929, 931 felső része a 908, 910 felső zárt tér átmérőjéhez van méretezve, és szabadon mozoghat függőleges irányban a 908, 910 felső zárt tér felső és alsó határai között. A 921, 923 szilárd dugattyú felső és alsó részeinek függőleges irányú összekötését és távolságtartását szolgálja a 930, 932 középső rész egy tengely formájában, melynek átmérője kisebb mind a felső, mind az alsó rész átmérőjénél. A 930, 932 középső rész a felső zárt térből az alsó zárt térbe a felsó és alsó zárt tereket elválasztó 937, 939 válaszfalban kialakított 933, 935 nyíláson keresztül halad át. Egy 941,943 csúszótömítés helyezkedik el a 933, 935 nyílás és a tengely között, hogy megakadályozza a gáz átszivárgását az izotermikus és az adiabatikus sűrítőkamrák között.

Amikor valamelyik szilárd dugattyú a legalsó szinten van a vezeték megfelelő karjában, a szabad térfogat mind az égéskamra, mind az izotermikus sűrítőkamra belsejében teljes kiteqedésű és maximális nagyságú. Egyidejűleg a szabad térfogat az adiabatikus sűrítőkamra belsejében minimális nagyságú, a dugattyú felső része löketének alsó határán van a felső zárt térben. Fordítva, amikor valamelyik szilárd dugattyú a legmagasabb szinten van, a szabad térfogat az égéskamrán és az izotermikus sűrítőkamrán belül minimális, míg a szabad térfogat az adiabatikus sűrítőkamrán belül maximális, és a dugattyú felső része löketének felső határán van a felső zárt térben.

Mindegyik 909,911 égéskamra el van látva egy 949, 951 szeleppel vezérelt 945, 947 forró sűrítettgáz-bevezető nyílással előmelegített sűrített levegő vagy egyéb oxidáló hatású gáz bevezetéséhez a kamrába; 953, 955 tüzelőanyag-befecskendező nyílással, tüzelőanyag befecskendezéséhez a kamrába, és egy 961, 963 szeleppel vezérelt 957, 959 kipufogógáz-elvezető nyílással a forró kipufogógázok kiűzéséhez az égéskamrából. Mindegyik 913, 915 adiabatikus sűrítőkamra el van látva 969, 971 szeleppel vezérelt 965, 967 gázbevezető nyílással, lehetővé téve gáz beszívását a kamrába, valamint 977, 979 szeleppel vezérelt 973,975 sűrítettgáz-elvezető nyílással, lehetővé téve az adiabatikusan sűrített gáz elvezetését a kamrából. Mindegyik 917, 919 izotermikus sűrítőkamra el van látva 985,987 szeleppel vezérelt 981, 983 gázbevezető nyílással, lehetővé téve gáz beszívását a kamrába, és 993, 995 szeleppel vezérelt 989, 991 sűrítettgáz-elvezető nyílással, lehetővé téve az izotermikusan sűrített gáz eltávozását a sűrítőkamrából. Mindegyik izotermikus sűrítőkamra el van látva számos 918, 920, 922, 924 permetbefecskendező nyílással is olyan elrendezésben, hogy a folyadékpermet egyenletes eloszlása biztosított legyen mindegyik kamra körgyűrű alakú térfogatában kompresszió közben.

A 19. ábrán bemutatott kompresszor munkafolyamatában a vezeték egyik karjában végbemenő égési folyamat egyidejűleg az ugyanabban a karban végbemenő adiabatikus kompresszió folyamatát, a másik karban pedig az izotermikus kompresszió folyamatát hajtja meg.

HU 217 468 Β

A 19. ábrán bemutatott termikus hajtású kompresszor jellemző munkafolyamata az alábbiak szerint megy végbe, kezdve azzal, hogy a 923 dugattyú lökete tetőpontján van a 911 égéskamrában, a 921 dugattyú pedig lökete alján van a 909 égéskamrában. A 909 égéskamra az előző égésből visszamaradt forró expandált égéstermékgázokat tartalmaz, és mind a 949 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, mind a 961 kipufogógáz-elvezető szelep zárva van. A 917 izotermikus sűrítőkamra a körfolyamat előző szakaszában a 981 gázbevezető nyíláson keresztül korábban beszívott levegőt tartalmaz, és a 985, 983 gázbevezető és -elvezető szelepek zárva vannak. A 901 vezeték másik 907 karjában a 915 adiabatikus sűrítőkamrában szintén a 967 gázbevezető nyíláson keresztül korábban beszívott levegő van, és a 987, 995 gázbevezető és -elvezető szelepek zárva vannak.

Amint a 923 szilárd dugattyú pillanatnyilag nyugalomba jön lökete tetőpontján, és mozgásirányt vált, nyílik a 951 forró sűrítettgáz-bevezető szelep, és a 970 gázlevegő hőcserélőből meghatározott mennyiségű forró sűrített gázt enged be a 911 égéskamrába. Tüzelőanyag lövell be a 955 tüzelőanyag-befecskendező nyíláson keresztül a 911 égéskamrába. A tüzelőanyag meggyullad, a tüzelőanyag/levegő keverék elég, és hajtja a dugattyút lefelé, kifelé mind a 911 égéskamrából, mind a 919 izotermikus sűrítőkamrából. Kezdetben a tüzelőanyag adagolása az égéskamrába folyamatosan történik úgy, hogy a belső égés állandó nyomáson megy végbe. A 919 izotermikus sűrítőkamrában a 995 sűrítettgáz-elvezető szelep zárva van, a 987 gázbevezető szelep pedig nyitva van, lehetővé téve levegő beszívását a 919 sűrítőkamrába, miközben a dugattyú mozog kifelé a kamrából.

Miközben a 923 dugattyú 931 felső része lefelé, a 911 égéskamrából kifelé mozog, befelé halad a 915 adiabatikus sűrítőkamrába, és összenyomja a körfolyamat utolsó szakaszában korábban a kamrába bevezetett levegőt.

A 923 dugattyú lefelé irányuló mozgását a 921 dugattyú felfelé irányuló mozgása kíséri, ezt a mozgást a szemközti 907 karban végbemenő égési folyamat hozza létre. Miközben a 921 szilárd dugattyú a 905 karban felfelé mozog, a 977 sűrítettgáz-elvezető szelep a 913 adiabatikus sűrítőkamrában zárva van, a 969 gázbevezető szelep pedig nyitva van, lehetővé téve levegő beszívását a kamrába. A 917 izotermikus sűrítőkamrában mind a gázbevezető, mind a gázelvezető szelep zárva van, és a 921 dugattyú 925 alsó része kezdi összenyomni a levegőt az izotermikus sűrítőkamrában. Kompresszió közben hideg folyadékpermet fecskendeződik az izotermikus sűrítőkamrába a 918, 924 permetbefecskendező nyílásokon keresztül, hűtve a levegőt, úgyhogy a kompresszió megközelítően izotermikus lehet. A 909 égéskamrában a 961 kipufogószelep nyílik, amikor a nyomás elegendő ahhoz, hogy a kipufogógázokat kiűzze az égéskamrából a 970 gáz-levegő hőcserélőn keresztül végezetül a környező légkörbe.

Amikor a levegő nyomása a 917 izotermikus sűrítőkamrában eléri a kívánt értéket, nyílik a 993 sűrítettgázelvezető szelep, és a sűrített levegő a permetfolyadékkal együtt távozik a kamrából a 989 sűrítettgáz-elvezető nyíláson keresztül. A sűrített gáz és permetfolyadék keveréke áthalad a 972 páraleválasztón, amelyben a permetfolyadék különválik. A permetfolyadék ezután a 974 hűtőrendszerbe kerül, ahol lehűl, mielőtt a folyadékpermetben újból felhasználásra kerül. A páraleválasztóból a hideg sűrített levegő egy része a 970 gáz-levegő hőcserélőbe kerül, amelyben előmelegíti az égési folyamatból származó forró kipufogógázok hőtartalma. Az előmelegített sűrített levegő egy része azután a 970 gáz-levegő hőcserélőből az égéshez lesz felhasználva, más része egy kis 978 légturbina bemenetére kerül.

Amikor a levegő nyomása a 915 adiabatikus sűrítőkamrában eléri a kívánt értéket, nyílik a 979 sűrítettgázelvezető szelep, és forró sűrített levegő áramlik ki a kamrából a 975 sűrítettgáz-elvezető nyíláson keresztül, és a 976 főlégturbinához jut, amelyben expandál, mechanikai teljesítményt állítva elő a 980 generátor hajtásához. A 978 második légturbinából kilépő gáz hőtartalma úgy nyerhető vissza, hogy ez a hőmennyiség a 972 páraleválasztóból kilépő hideg sűrített levegő egy részének adódik át a 982 levegő-levegő hőcserélőben. A levegőlevegő hőcserélőből kilépő forró sűrített levegő azután a 976 főlégturbinához kerül, amelyben az adiabatikusan sűrített levegő főlégáramával együtt expandál. Amikor a 923 szilárd dugattyú eléri lökete alját, a 921 dugattyú pedig eléri lökete tetőpontját, a 961 kipufogógáz-elvezető szelep a 909 égéskamrában, a 969 gázbevezető szelep a 913 adiabatikus sűrítőkamrában, és a 993 sűrítettgáz-elvezető szelep a 917 sűrítőkamrában, a 979 sűrítettgáz-elvezető szelep a 915 adiabatikus sűrítőkamrában és a 987 gázbevezető szelep a 919 izotermikus sűrítőkamrában mind záródik. Ezután nyílik a 949 forró sűrítettgázbevezető szelep a 909 égéskamrában, majd röviddel ezután záródik, miután bebocsátott egy adag forró sűrített gázt a kamrába. Tüzelőanyag lövell be az égéskamrába a 953 tüzelőanyag-befecskendező nyíláson keresztül. A tüzelőanyag meggyullad, és az előmelegített sűrített levegő és tüzelőanyag keverék égése hajtja a 921 dugattyút lefelé, kifelé mind a 909 égéskamrából, mind a 917 izotermikus sűrítőkamrából, megkezdve a dugattyú visszatérő löketét, és a munkafolyamat második felét.

Mivel a kompresszornak a 17. ábrán bemutatott megvalósítása szimmetrikus eszköz, a körfolyamat második fele hasonló az elsőhöz, a 913,919 adiabatikus és izotermikus sűrítőkamrákban levegő összenyomása, a 915 és 917 adiabatikus és izotermikus sűrítőkamrákban levegő bevezetése, a 911 égéskamrából az égéstermékgázok kiűzése megy végbe. Mindezeket a folyamatokat a 909 égéskamrában végbemenő belső égés hajtja meg. A különféle égés- és sűrítőkamrák vertikális elválasztásával a kompresszor konstrukciója viszanylag egyszerű, mégis robusztus.

Egy másféle megvalósításban a folyadék és szilárd dugattyúk helyettesíthetők egyetlen szilárd dugattyúval. Ebben az esetben nincs szükség az U alakú vezetékre, melynek elsődleges rendeltetése az, hogy a folyadékot befogadja, és a dugattyú egyik részének lefelé irányuló mozgását a másik rész felfelé irányuló mozgásává alakítsa át és viszont. A dugattyú elrendezhető úgy, hogy egyenes vonalú mozgást végezzen, az égés35

HU 217 468 Β kamrák elrendezhetők úgy, hogy az egyik égéskamra a másik alatt van, vagy mindkettő ugyanabban a vízszintes síkban, közöttük lengő mozgást végző szilárd dugattyúval. A sűrítőkamrák elrendezése lehet hasonló.

A szilárd dugattyúval rendelkező kompresszor bármelyik megvalósításában fennáll az a lehetőség, hogy a dugattyú túlfuthat, és káros hatású ütközést idéz elő a kamra végén. Ennek előfordulása megakadályozható érzékelők és vezérlőmechanizmusok alkalmazásával, amelyek szelepeket működésbe hozva gázt fuvatnak be a kamrába. Emellett célszerű lehet a szilárd dugattyút úgy kialakítani, hogy enyhítse egy ilyen ütközés hatását. A dugattyú vége vagy feje kialakítható például úgy, hogy összeroppan, és elnyeli az ütközés energiáját. Megvalósítható ez úgy, hogy a dugattyú vége gyűrődési zónaként van kialakítva. Más változatban megtervezhető a dugattyú vége úgy, hogy ütközéskor teleszkópszerűen benyomódik. Az összeroppanó rész legyen minél könnyebb, hogy a dugattyú ezen részének kinetikai energiája minimális legyen.

A 15-19. ábrákon bemutatott összes megvalósításokban a termikus hajtású kompresszor számára a hőt tüzelőanyag belső égése szolgáltatja. Használhatók azonban egyéb hőforrások is, mint például atomenergia, napenergia, vegyi és ipari folyamatokból származó hő, és ilyen alternatív hőforrásokat hasznosító megvalósítások vannak leírva az alábbiakban. A belső és külső hőforrásokat hasznosító kompresszorok megkülönböztetésére azokat belső égésű, illetve kívülről fűtött kompresszoroknak nevezzük. A 15-19. ábrák belső égésű kompresszor megvalósítását szemléltetik a rendszernek azokkal az elemeivel együtt, amelyekkel alkalmas villamos energia fejlesztésére, beleértve legalább egy légturbinát. Erre a rendszerre ICCAT (Internál Combustion Compressor and Air Turbine, vagyis „belső égésű kompresszor és légturbina”) rövidítéssel fogunk utalni.

Egy ICCAT-rendszerhez a tüzelőanyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd. Szilárd tüzelőanyag, mint például szén esetében vagy el kell gázosítani a tüzelőanyagot, vagy finom részecskékre kell megőrölni (vagyis porított tüzelőanyag), mint a létező széntüzelésű erőművekben teszik. Egyéb lehetőség a fluidizált ágyas égéskamra, amit egyes korszerű erőművekben használnak, vagy a láncrostélyos égéskamra, amit régebben használtak. Egyes tüzelőanyagoknál lehetőséget kell biztosítani a szilárd részecskék és a kén-dioxid eltávolítására a kiáramló gázokból és magából a kompresszorból is. A legtöbb tüzelőanyagnál szükséges a nitrogén-oxidemisszió ellenőrzése akár az égési folyamat irányításával, akár a kilépő gázok kezelésével.

Az égéskamrából kilépő gáz általában tartalmaz valamilyen mennyiségű vízgőzt. Vízgőz keletkezik magában az égési folyamatban a tüzelőanyag hidrogéntartalma miatt. A keletkező vízgőz mennyisége az elégő tüzelőanyagtól függ. A földgáz vagy a metán (CH₄) például több vízgőzt hoz létre, mint a szén.

A VÍZ KIVONÁSÁNAK MÓDSZERE A KIÁRAMLÓ GÁZOKBÓL

A víz kivonása az égéstermékgázokból különféle okokból lehet fontos. A víz megőrzése, különösen akkor, ha ásványi anyagoktól mentesítve lett, az egyik fontos ok. A vízgőz jelenléte visszatetsző „füstfelhőt” okozhat a kémény fölött, amelyből a kiáramló gáz végül is távozik. Ha el lehetne távolítania a vizet az égéstermékgázokból mielőtt kiengednék a szabad levegőre, nem képződne „füstfelhő” a kémény fölött. A vízgőz kondenzációja hatékony módszer néhány nemkívánatos szennyeződés eltávolítására a kiáramló gázokból, és ez a módszer használható önmagában, vagy egyéb módszerek kiegészítésére is. A tüzelőanyag fajtájától függően lehetnek ezek a szennyező anyagok kén-oxidok, nitrogén-oxidok, ammónia, higany vagy egyéb nehézfémek és szilárd részecskék Ha a vízgőz kondenzálódik, ezeknek a szenynyeződéseknek egy része a kondenzátumban oldódva távozik a kiáramló gázból. Egyes esetekben szükséges lehet bizonyos vegyszerek hozzáadása a kondenzátumhoz, hogy elősegítse a szennyező anyagok oldódását a vízfázisban. A kén-oxidok befogása például elérhető mészkő vagy egyéb alkáli hozzáadásával, mint a hagyományos füstgáz-kéntelenítő rendszerekben. Egyéb adalékanyagok használhatók a többi szennyező befogásához.

Egyes szennyező anyagok, mint például az ammónia, nagyon jól oldódnak vízben, és semmilyen adalékanyagra nincs szükség hatékony befogásukhoz. Ammónia befecskendezhető a hőcserélőbe, az égéskamrába vagy az összekötő csővezetékbe, hogy redukálja a magas hőmérsékleten képződő nitrogén-oxidokat. Az adott feltételektől és a befecskendezett ammónia menynyiségétől függően lehetnek olyanok a körülmények, hogy az égéstermékgázokban túl sok ammónia van, és kívánatos annak eltávolítása, mielőtt a gázok a szabadba jutnak. A kondenzáció hatékony módszer a szilárd részecskék, ezen belül a hamu eltávolítására is a kiáramló gázból. Jelentős hamutartalmú tüzelőanyagok, mint például szén esetében lehet hagyományos elektrosztatikus leválasztást alkalmazni a kondenzáció kiegészítésére.

A 20. ábrán egy elrendezés van vázlatosan feltüntetve a kiáramló gázokban levő vízgőz kondenzálásához. A bemutatott készülék közvetlenül hozzá illeszthető a 15-19. ábrák bármelyikén feltüntetett magas hőmérsékletű gáz-levegő hőcserélő hideg kilépőgáz-elvezető oldalához. Megvalósítható azonban a készülék egyéb rendszerekben is, ahol célszerű a víz kivonása kipufogó vagy egyéb gázokból.

Hivatkozással a 20. ábrára, egy alacsony hőmérsékletű 656 gáz-gáz hőcserélő csatlakozik a magas hőmérsékletű 649 gáz-levegő hőcserélő kipufogógáz-elvezető oldalához, amely arra szolgál, hogy felmelegítse az izotermikusan sűrített levegőt a kompresszor égéskamrájából kilépő kipufogógázzal. Egy 658 hűtő csatlakozik a 656 gáz-gáz hőcserélőhöz úgy, hogy a 656 gáz-gáz hőcserélőből kilépő kipufogógáz áthalad a 658 hűtőn, és visszatér a 656 gáz-gáz hőcserélő alacsony hőmérsékletű oldalához. Egy 660 szellőztő levegőt fúvat át a hűtőn a kipufogógáz hűtése céljából. A szellőző lehet a hűtőhöz képest egyenáramú vagy ellenáramú elrendezésben.

A vízvisszanyerő rendszer működésének szemléltetéséhez tételezzünk fel különféle hőmérsékleteket a ké36

HU 217 468 Β szülék különböző pontjain, bár a gyakorlatban ezek a hőmérsékletek lehetnek teljesen eltérőek. Az égéskamrából a kipufogógáz áthalad a magas hőmérsékletű 649 gáz-levegő hőcserélőn, amelyben lehűti körülbelül 60 °C-ra az izotermikus sűrítőkamrából származó, körülbelül 40 °C hőmérsékletű izotermikusan sűrített levegő. A 649 gáz-levegő hőcserélőből a kipufogógáz az alacsony hőmérsékletű 656 gáz-gáz hőcserélőn halad át, amelyben tovább hűti a 658 hűtőből visszatérő hideg kipufogógáz körülbelül 35 °C-ra. A kipufogógáz ezután a hűtőbe kerül, ahol a kezdetben 15 °C körüli hőmérsékletű atmoszferikus levegőáramlás lehűti körülbelül 25 °C-ra, majd visszatér a 656 gáz-gáz hőcserélőbe. Az a víz, ami a kipufogógázból a 656 gáz-gáz hőcserélőben történő lehűlés eredményeként kondenzálódott, eltávolításra kerül, mielőtt a kipufogógáz a 658 hűtőbejut, és a 658 hűtőben történő további lehűlés eredményeként kondenzálódott víz e fokozat után kerül eltávolításra, mielőtt a kipufogógáz visszatér a 656 hőcserélőbe. A lehűtött kipufogógáz visszatér a 656 gáz-gáz hőcserélőbe, úgyhogy valamennyit visszanyer az elvont hőből. A száraz kipufogógáz, amelynek a hőmérséklete körülbelül 50 °C-ra emelkedett a 656 gáz-gáz hőcserélőben, ezután a szabad levegőbe kerül. A kipufogógáz visszamelegítése kiküszöböli a visszatetsző gőzfelhő képződését a kémény felett, és egyúttal fokozza a kipufogógázra ható felhajtóerőt, ami elősegíti annak eloszlását a légkörben.

Bár a 20. ábrán feltüntetett 658 hűtő levegőt használ fel az égéstermékgázok hűtésére, egyéb hűtési módszerek is lehetségesek és számításba jöhetnek, mint például tóból vagy folyóból nyert víz, hűtőtorony vagy tengervíz. Ha a tüzelőanyag földgáz, a víz kivonása viszonylag magas hőmérsékleten megvalósítható, mivel az égéskor keletkező füstgázok harmatpontja 60 °C körül van.

BELSŐ ÉGÉSŰ KOMPRESSZOROK

Az ICCAT-rendszemek számos előnye van a kombinált ciklusú gázturbinarendszerrel (CCGT), valamint a hagyományos szén- és olajtüzelésű gőzerőművekkel szemben. Az ICC AT-rendszerben nincs külső égéskamrából származó forró égéstermékgázokkal hajtott gázturbina. Egy CCGT esetében a maximális hőmérsékletet korlátozza az a maximális hőmérséklet, amit a gázturbinalapátok kibírnak, ez körülbelül 1300 °C. Mivel az ICCAT-rendszerben az égéstermékgázok hőtartalma közvetlenül átadódik a dugattyú kinetikai energiájába (vagy a dugattyúhoz kapcsolódó egyéb, a kinetikai energia tárolására szolgáló eszköznek), a maximális hőmérséklet határa sokkal magasabb, meghaladja a 2000 °C-ot.

Egy CCGT-ben a gázturbinából kilépő gáz hőmérséklete 500 °C körül van, és ezt a gázt gőz fejlesztésére szokták felhasználni egy gőzturbina hajtásához. Az ICCAT-rendszerben azonban a kipufogógáz hőmérséklete 800 °C nagyságrendű lehet, és egy hőcserélő útján az égéskamrába belépő levegő előmelegítésére van felhasználva. Az ICCAT-rendszerben tehát nincs szükség gőzüzemre, ami csökkenti a beruházási költségeket.

Egy CCGT telep esetében hagyományos forgórendszerű kompresszor állít elő forró, 350 °C körüli hőmérsékletű sűrített beömlőlevegőt. Ez a hőmérséklet az adiabatikus kompresszió folyamata közben a sűrített levegőnek átadódó hő eredménye. A belépő gáznak átadódó hőmennyiséget a forgórendszerű kompresszor mechanikai energiája szolgáltatja. Az ICCAT-rendszerben azonban a belépő levegő hőmérséklete 800 °C körül van, és nem mechanikai energiával történik a felmelegítése, hanem a kompresszor kipufogógázának hőtartalmával. A CCGT-ben a hőmérséklet 350 °C-ról 1200 °C-ra emelkedik, míg az ICCAT-rendszerben 800 °C-ról 2000 °C-ra emelkedik a hőmérséklet. Az ICCAT-rendszerben tehát az átlagos hőmérséklet, amelyen hő adódik át a rendszernek, sokkal magasabb, mint a CCGT-rendszerben. Ez nagyon előnyös a korábban definiált Camot-hatásfok szempontjából. Mivel továbbá a belépő levegő sűrítése izotermikusan történik, sokkal kisebb energiára van szükség adott tömegű gáz összenyomásához, mint amit a CCGT-ben a forgórendszerű kompresszor igényel.

Az ICCAT-rendszerben a termikus hajtású kompresszor hajtásához felhasznált sűrített levegő legnagyobb részét az égés fogyasztja el, míg a CCGT-rendszerben nagy mennyiségű sűrített levegőre van szükség a turbina alkatrészeinek hűtéséhez és az égéstermékgázok hígításához, hogy a gáz hőmérséklete ne haladja meg az 1300 °C körüli értéket.

Egy CCGT-ben a gőzüzemű telep kilépő hőmérséklete a légkörbe 80 °C körül van. Az ICCAT-rendszerben el lehet érni a levegő és az égéstermékgázok alacsonyabb kilépő hőmérsékletét, ami kevesebb hőveszteséget és nagyobb hatásfokot jelent. Az ICCATrendszerben továbbá a teljesítmény elvonása légturbinával történik, amely viszonylag alacsony hőmérsékleten működik, és amelynek a kilépőhőmérséklete közel van a környezeti hőmérséklethez. Mivel a légturbina viszonylag alacsony hőmérsékleten működik, nincs szükség hűtésre, és a szerkezeti anyagokkal kapcsolatos problémák sem merülnek fel.

Az ICCAT-rendszemek a 9. ábrán bemutatott energiafejlesztő teleppel szemben is vannak előnyei, mivel magasabb hőmérsékletek érhetők el, bár hideg sűrített levegővel hűtve a gázturbinalapátokat, a gázturbina 1200 °C-kal szemben 1500 °C körüli hőmérsékleten is üzemeltethető.

Egy gondosan tervezett ICCAT-rendszerrel a hőveszteség minimális értéken tartható, és ideális esetben a körfolyamat egyedüli része, amelyben a hőveszteség jelentős mértékű lehet, az izotermikus kompresszió. A fent körvonalazott hűtési stratégia mellett bármilyen formában alkalmazható hűtés a körfolyamatban, úgymint nedves, száraz vagy hibrid hűtőtornyok, vagy közvetlen hűtés a légkörbe, vagy valamilyen víztömegbe, amilyen például a tenger, egy folyó vagy tó.

KÜLSŐ FŰTÉSŰ KOMPRESSZOR ÉS LÉGTURBINA

Más hőforrások is választhatók a termikus hajtású kompresszor meghajtásához, nemcsak a belső égési folyamatból származó hő. Ebben az esetben a hőforrás általában a termikus hajtású kompresszoron kívül van. Azokra a rendszerekre, amelyekben ilyen termikus haj1

HU 217 468 Β tású kompresszor szolgál egy energiafejlesztő telep alkotórészeként a légturbina hajtására, ECHAT (Externally Heated Compressor and Air Turbine, vagyis „külsőleg fűtött kompresszor és légturbina”) néven fogunk utalni. Mint fentebb említettük, a hő vegyi vagy ipari folyamatból, napenergiával vagy atomenergiával biztosítható. Külső hőcserélő előnyben részesíthető bizonyos tüzelőanyagok elégetéséhez is, amelyeket nem lehet könnyen elgázosítani vagy elégetni magában a kompresszorban. Példa lehet erre a hulladék, esetleg a biomassza és a szén elégetése.

A 21. ábra egy EHCAT-rendszerben működő külső fűtésű kompresszor megvalósítását mutatja be vázlatosan. A 701 kompresszor magában foglal hideg sűrített gázt előállító izotermikus sűrítőkamrát és egy forró sűrített gázt előállító adiabatikus sűrítőkamrát. Ilyen tekintetben a kompresszor hasonló lehet a 15-19. ábrákon bemutatott belső égésű kompresszorok bármelyikéhez. A külső fűtésű kompresszorban azonban a belső égésű kompresszor égéskamráját egy expanziós kamra helyettesíti, amelybe nagyon forró sűrített gázt engednek be tüzelőanyag nélkül. A nagyon forró sűrített gáz égés nélkül expandál és lehűl, kinetikai energiát közölve a dugattyúval vagy egyéb kinetikai energiát tároló eszközzel. A forró kiömlő gáz kiszorul az expanziós kamrából, és egy 703 gáz-gáz hőcserélőbe kerül, ahol előmelegíti az izotermikus sűrítőkamrából kilépő hideg sűrített gázt. Ez az előmelegített gáz a 705 technológiai hőcserélőbe kerül, amelyben a gázt felhevíti végső hőmérsékletére valamilyen termikus folyamatból származó hő. Ebben a megvalósításban a kívülről fűtött kompresszorból a teljesítmény elvonása valamilyen mennyiségű gáz adiabatikus kompressziójával és ennek a gáznak egy 709 villamosáram-fejlesztőt hajtó 707 gázturbinán keresztül történő expandálásával van megoldva.

Ha a termikus hajtású kompresszor működéséhez a hőt egy külső hőcserélő szolgáltatja, megoldható, hogy a munkagáz zárt körfolyamatban keringjen. A zárt folyamatú rendszer előnye az, hogy a munkagáz nyomása növelhető, ezáltal adott méretek mellett nagyobb teljesítmény érhető el, és levegő helyett egyéb gáz is választható fokozott hőátadás eléréséhez.

Egy zárt körfolyamatú rendszer is fel van tüntetve a 21. ábrán, a nyitott rendszerből a szükséges módosítások szaggatott vonallal vannak ábrázolva.

A 703 gáz-gáz hőcserélőből kilépő hideg kiáramló gáz egyesül a 707 főgázturbinából kilépő hideg kisnyomású gázzal, és ez a gáz lesz bevezetve a kompresszor sűrítőkamráiba, ennek egy része adiabatikusan összenyomva a 707 főgázturbinát hajtja, egy része pedig izotermikusan sűrítve, a 703 gáz-gáz hőcserélőben előmelegítve a 705 technológiai hőcserélőbe kerül, ahol valamilyen külső termikus folyamat hője felhevíti, majd nagyon forró sűrített gáz formájában az expanziós kamrába kerül a kompresszor hajtásához.

A 701 külső fűtésű kompresszorból kilépő gáz hőkapacitása megegyezik az izotermikus sűrítőkamrából származó belépő gáz hőkapacitásával. Nincs fölösleges hőmennyiség a kompresszorból kilépő gázban, ellentétben a belső égésű kompresszor esetével. Ebben az esetben egy második gázturbina és második hőcserélő, ami az ICCAT-rendszerben bizonyos alkalmazásokban kívánatos, az ECHAT-rendszerben szükségtelen lehet, mint ezt a 21. ábra mutatja. A külső folyamatból származó hő azonban tág hőmérséklethatárok között állhat rendelkezésre, és ilyen körülmények között lehet, hogy két vagy több gázturbinára van szükség. Ha például a külső hőcserélő egy tüzelőanyag elégetésére szolgáló kazán, akkor a kilépő gáz hőmérsékletétől függően lehet hőfelesleg. A 22. ábra EHCAT-rendszerben telepített külső fűtésű kompresszornak egy olyan megvalósítását mutatja be, amelyben a külső tüzelésű kazánból kilépő gáz hőfeleslege hasznos teljesítménnyé alakul át.

A 22. ábrán bemutatott energiafejlesztő telep magában foglal egy 805 kazánt, amely a főfűtőberendezés a 801 külső fűtésű kompresszort hajtó sűrített levegő felhevítéséhez. A 811 szellőző szolgáltat levegőt a 805 kazán számára egy 813 fő gáz-levegő hőcserélőn keresztül. A 813 gáz-levegő hőcserélő a kemencéből kiáramló gáz egy részével melegíti fel a 805 kazánba belépő levegőt. Az energiafejlesztő telep magában foglal még egy 815 második légturbinát is egy 817 második generátor hajtásához, valamint egy 819 második gázlevegő hőcserélőt. A külső fűtésű kompresszorból az izotermikusan sűrített levegő egy része a 819 második gáz-levegő hőcserélőbe kerül, melynek olyan az elrendezése, hogy ezt a levegőt a 805 kazánból kilépő gáz egy részével melegíti fel. Az előmelegített sűrített levegő azután beömlő levegőként a 815 második légturbinába kerül további teljesítmény előállítása céljából. A 815 második légturbina üzemi hőmérséklete lényegesen magasabb, mint a 807 főlégturbináé, úgyhogy a 815 második légturbinából kilépő levegő még jelentős hőmennyiséget tartalmaz. Ennek a hőnek a visszanyerésére szolgál egy 821 második levegő-levegő hőcserélő, előmelegítve a 801 külső fűtésű kompresszorból származó izotermikusan sűrített levegőnek egy további részét, amely azután hozzáadódik a 807 főlégturbinát hajtó adiabatikusan sűrített levegőhöz. A kazánból kilépő gáz összetételétől függően a kiáramló gáz tisztításához szükséges 823 eszközöket lehet alkalmazni, mielőtt a kiáramló gáz a légkörbe jutna.

Egy második légturbina használható akkor is, amikor a külső hőforrás nem tüzelőanyag elégetése, hanem ipari folyamat, hulladék hő vagy egyéb hőforrás. Az elrendezés az adott hőforrástól függ, és attól, hogy hogyan illeszkedik a külső fűtésű kompresszor rendszeréhez.

KÜLSŐ FŰTÉSŰ FORRÓ FOLYADÉKBEFECSKENDEZÉSŰ KOMPRESSZOR

A 23. ábra egy kívülről fűtött kompresszor megvalósítását mutatja be, amelyben a hő nem gáznak, hanem folyadéknak adódik át a külső hőcserélőben. A 900 termikus hajtású kompresszor sok mindenben hasonlít a 17. ábrára utalva fent ismertetett belső égésű kompresszorra, és a hasonló alkatrészekre hasonló, 300-zal megnövelt számok utalnak. Ezért tehát a belső égésű kompresszor azon alkatrészeinek a leírása, beleértve a szilárd dugattyút, az adiabatikus és izotermikus sűrítőkamrákat és az alsó ütközőkamrát a vízvisszanyerő rendszerrel, a légturbinával és a generátorral együtt,

HU 217 468 Β egyaránt érvényes a 23. ábrán látható termikus hajtású kompresszorra is. A fő különbség a belső égésű kompresszor és a külső fűtésű kompresszor között a felső kamra funkciójában van, és abban, hogy milyen módon adódik át a hő a felső kamrába, s ezeknek a leírása következik most.

A kívülről fűtött kompresszor 903 felső kamrája el van látva egy 931 szeleppel vezérelt 929 sűrítettgáz-bevezető nyílással, egy 925 szeleppel vezérelt 923 kiömlőgáz-elvezető nyílással és egy 928 permetfolyadékbefecskendező nyílással. A 929 forró sűrítettgáz-bevezető nyílás a 909 izotermikus sűrítőkamra 943 sűrítettgázelvezető nyílásához csatlakozik egy 980 páraleválasztón és egy 970 gáz-gáz hőcserélőn keresztül. A 923 kiömlőgáz-elvezető nyílás a 970 gáz-gáz hőcserélőhöz csatlakozik egy 982 második páraleválasztón keresztül. A 903 expanziós kamra tetején elhelyezkedő folyadékpermet-befecskendező nyílás a 983 páraleválasztó permetfolyadék kimenetéhez csatlakozik egy 985 technológiai hőcserélőn és egy 986 második folyadékpermet-befecskendező szivattyún keresztül.

Most a kompresszor hajtásának módját ismertetjük, kezdve azzal, hogy a 915 dugattyú lökete tetőpontján van a 903 expanziós kamrában. Amint a dugattyú nyugalomba jön emelkedésének legmagasabb pontján, nyílik a 931 gázbevezető szelep, és előmelegített sűrített gáz lép be a 903 expanziós kamrába a 929 gázbevezető nyíláson keresztül. Ugyanakkor a 984 technológiai hőcserélőből forró folyadékot fecskendez a 986 permetbefecskendező szivattyú a 903 expanziós kamrába. Az előmelegített sűrített levegőt tovább melegíti a folyadékpermet, és a dugattyút lefelé hajtva expandál. A befecskendezett cseppecskékből átadódik a hő a gáznak, miközben a gáz tovább expandál, hogy a gáz hőmérséklete az expanzió folyamata alatt mindvégig állandó maradjon.

Amint a dugattyú eléri lökete alját a 903 expanziós kamrában és irányt vált, nyílik a 925 kiömlőgáz-elvezető szelep, és az kisnyomású kiömlő gáz a permetfolyadékkal együtt távozik az expanziós kamrából a 923 kiömlőgáz-elvezető nyíláson keresztül, és átáramlik a 983 páraleválasztón, amelyben a permetfolyadék különválik. A kisnyomású kiömlő gáz azután átáramlik a 970 gáz-gáz hőcserélőn, amelyben előmelegíti a 909 izotermikus sűrítőkamrából származó sűrített gázt, mielőtt az a 903 expanziós kamrába jutna. A 983 páraleválasztóban különválasztott permetfolyadék visszatér a 985 technológiai hőcserélőbe, amelyben újra felmelegedik, mielőtt a permetben ismét felhasználásra kerül.

Egy nyitott folyamatú rendszerben, amelyben levegő a gáz, a 970 hőcserélőből kilépő levegő a szabadba kerül. Zárt folyamatú rendszerben a 970 hőcserélőből kilépő gáz a 909 izotermikus sűrítőkamrába kerül sűrítés céljára. Ilyen módon a gáz zárt körben folyamatosan keringtethető. Nyitott folyamatú rendszerben továbbá a 972 turbinából kilépő levegő is a szabadba kerül, zárt folyamatú rendszerben azonban a gáz visszakerül a 905 adiabatikus sűrítőkamrába. Ez utóbbi esetben a 972 turbina hajtásához használt gáz is folyamatosan kering. A külső fűtésű kompresszor így működhet nyitott folyamatú vagy zárt folyamatú rendszerben, amint a szaggatott vonalak jelzik. A 23. ábrán látható, hogy az adiabatikus sűrítőkamrán és a turbinán áthaladó gáz nem keveredik a rendszer többi részében áramló gázzal. A két körben tehát lehet különböző gázokat használni, és valójában az egyik kör lehet nyitott, míg a másik zárt folyamatú.

A befecskendezett folyadék mint hőátadó közeg használata azért előnyös, mert a 970 külső hőcserélő kisebb méretű és jobb hatásfokú lehet. Folyadék használatának egy másik előnye az, hogy a hő folyamatosan közölhető a bevezetett gázzal mindvégig az expanzió során, ami javítja a termodinamikai hatásfokot. Folyadék mint hőátadó közeg használata korlátozza a hőforrás maximális hőmérsékletét arra, amit a megfelelő folyadék még elviselni képes. A használandó folyadék fizikai és kémiai tulajdonságai legyenek elfogadhatóak, ne legyen mérgező, legyen környezetvédelmi szempontból elfogadható, és viszonylag olcsó.

Külső fűtésű kompresszor forrófolyadék-befecskendezéssel alkalmas lehet energiafejlesztés céljára alacsony hőmérsékletű hőforrásokkal, például napenergiával, geotermikus energiával vagy hulladék hővel.

Zárt folyamatú üzem esetében szükség lehet a gáz valamilyen kiegészítő hűtésére, miután elhagyta a turbinát, stabil hőmérséklet fenntartása érdekében.

Előnyös módon a termikus hajtású kompresszorok tág határok között a legkülönfélébb tüzelőanyagokkal üzemeltethetők, egyebek között földgázzal, könnyű- és nehézolajokkal, szénnel, „orimulsion”-nal (speciális venezuelai származású bitumen-víz emulzió), biomasszával vagy háztartási hulladékkal. Az éghető üzemanyagok felhasználásának különféle tervezeteit fogjuk most ismertetni. A földgáz és a könnyűolajok alkalmas formában vannak ahhoz, hogy közvetlenül lehessen befecskendezni és elégetni a fütött égéskamra belsejében. Más változatban elégethetők ezek az üzemanyagok egy külső, de a fűtött kamrához csatlakozó égéskamrában. A tüzelőanyag célszerűen meggyulladhat önmagától; a belépő levegő hőmérsékletétől és/vagy a kamrában uralkodó nyomástól függően, mint ahogy a dízelmotorokban történik. Az égéstermék lényegében nem tartalmaz szilárd részecskéket, és nagyon kevés benne a kéndioxid, bár lesz benne bizonyos mennyiségű nitrogénoxid (NOX). Az NOX-kibocsátás korlátozható katalitikus vagy nem katalitikus redukálással, ammónia felhasználásával. Számos séma van nehézolajok, „orimulsion” vagy szén elégetésére.

Hivatkozva az ICCAT-rendszerre, a nehézolajok és az „orimulsion” finom cseppecskékre bonthatók felmelegítve, majd a kívánt intervallumokban az expanziós kamrába fecskendezve, és belső égéssel elégetve. A cseppecskék a hőcserélőből érkező magas hőmérsékletű levegőben meggyulladhatnak és gyorsan elégnek. Ha szükséges, lehet valamilyen gyújtási rendszert alkalmazni, amely például magában foglalhatja egy másik tüzelőanyag befecskendezését az égési folyamat beindításához. Szén is belövellhető az égéskamrába finom por formájában (porított üzemanyag), ami csővezetéken légáramban vagy más alkalmas hordozóközeg39

HU 217 468 Β ben juttatható el az expanziós kamrához. Fontos biztosítani azt, hogy a hordozóközegben a szénpor idő előtti robbanásának veszélye ne lépjen fel. Ez a szénpor szállításához a levegő helyett egyéb közeg választásához verethet.

Egy másik megvalósításban a nehézolaj, „orimulsion” vagy szén-levegő vagy oxigén felhasználásával alkalmas módon elgázosítható. A folyékony tüzelőanyag, mint az „orimulsion” vagy nehézolaj, az elgázosító folyamatban könnyebben kezelhető, mint a szén, mivel nincs szükség sem malmokra a tüzelőanyag megőröléséhez, sem alkalmas gáznemű hordozóközegre.

Egy másik megvalósításban nehézolajat, „orimulsion”-t, szenet vagy elgázosított tüzelőanyagot elégető külső túlnyomásos kazánt lehet felhasználni forró égéstermék-gázok előállításához, amelyek hőálló szelepekkel vezérelve bevezethetők a kompresszor expanziós kamrájába.

Utalva az EHCAT-rendszerre, „orimulsion”, nehézolaj vagy szén égethető el egy főfűtőberendezésben a termikus hajtású kompresszorhoz használt munkaközeg felhevítéséhez. A főfűtőberendezés lehet egy túlnyomás nélküli kazán, amelyben a tüzelőanyag előmelegített atmoszferikus levegőben ég el, és magában foglalhat még egy hőcserélőt, amelyen keresztül a munkaközeg, ami lehet a termikusán hajtott kompresszorból származó előmelegített sűrített levegő, áthalad. Az előmelegített sűrített levegőt a kazánból nyert hő felmelegíti, majd nagyon forró sűrített levegő formájában az expanziós kamrába kerül a dugattyú hajtásához

Ha a tüzelőanyag valamilyen formában elgázositásra kerül, akkor célszerű lehet a kén eltávolítása az égési fázist megelőzően. A kén eltávolítása a gázosítás után, de az égés előtt azért előnyös, mert a gáztérfogat sokkal kisebb, és a kéntartalom nem gipsz formájában, hanem elemi formában vonható ki. Ez azt jelenti, hogy a termékként nyert anyag tömege is sokkal kisebb. Ezzel szemben ha a tüzelőanyag nincs elgázosítva, akkor az égési folyamatból kilépő gázt kell kénmentesíteni, mielőtt a külső légkörbe kerül.

Ahol csak lehet, általában előnyben kell részesíteni a tüzelőanyag közvetlen elégetését az égéskamrában a külső kazán alkalmazásával szemben, akár elgázosításra kerül a tüzelőanyag, akár nem. Az elgázosított tüzelőanyaggal előállított égéstermékgáz általában tisztább, mint ami a szilárd vagy nehéz folyékony tüzelőanyagok közvetlen elégetésével nyerhető. E két módszer közötti választás azonban nagyrészt a viszonylagos költségektől és a környezetvédelmi szempontoktól függ.

Biomassza és háztartási hulladék is használható tüzelőanyagként, ha alkalmas formában elő van készítve. Bár általában nem célszerű a háztartási hulladékot vagy a biomassza legtöbb formáját milliméternél kisebb részecskékre aprítani, mint a szén porítása esetében történik, a biomassza megfelelően méretezett belső égésű rendszerben elégethető, ha a részecskék elég kicsik ahhoz, hogy jelentős arányban elégjenek. Más megoldásban a biomassza elgázosítható. Egyik megvalósításban például a biomassza fix vagy fluidizált ágyon elgázosítható, és ez az elgázosítás lehet folyamatos technológia.

Akár oxigént, akár levegőt is lehetne használni. Kívánatos lenne a gázosított termék kémiai energiájának maximalizálása, minimumon tartva a gázosítási fázis hőtermelését. A gázosítás során fejlődő hő átadható egy hőcserélőben az izotermikusan sűrített levegőnek, ami azután expandálva a rendszer hasznos teljesítményét növelheti. A gáz az ICCAT-rendszerben a földgázhoz hasonlóan égethető el.

TERMIKUSÁN HAJTOTT GÁZKOMPRESZSZOR GÁZOSÍTÁSSAL

Mint fent említettük, a belső égésű kompresszorban felhasználásra szánt elgázosított tüzelőanyagok, úgy mint szén, nehézolajok, „orimulsion” vagy biomassza, vonzó választási lehetőséget jelenthetnek. A 24. ábra a belső égésű kompresszor és légturbina egyik megvalósításának az alkalmazását mutatja be egy összevont elgázosító és energiatermelő folyamatban. Hivatkozva a

24. ábrára, a termikus hajtású kompresszor a permetfolyadék-visszanyerő és -hűtőrendszerrel együtt korábban a 17. és 18. ábrára utalva került ismertetésre, és egy masszív, függőleges irányban oda-vissza mozgó szilárd dugattyút foglal magában. A hasonló alkatrészek hasonló számokkal vannak jelölve.

Az elgázosítótelep magában foglal egy 652 levegőszétválasztó egységet, amely a 680 páraleválasztó kimenetéhez van csatlakoztatva a 600 belső égésű kompresszor által előállított hideg sűrített levegő egy részének befogadásához. A levegőszétválasztó egység túlnyomású nitrogént és túlnyomású oxigént állít elő. A 652 levegőszétválasztó egység elrendezése olyan, hogy a túlnyomású oxigént a 654 elgázosítóba táplálja, amelyben az oxigén felhasználásával a porított szén (vagy egyéb tüzelőanyag) nyers fűtőgázzá alakul át, amely egyéb gázok mellett szén-monoxidot és hidrogént tartalmaz. Egy 653 tartály csatlakozik alul a 654 elgázosítóhoz a gázosítási folyamat során keletkező salak összegyűjtéséhez. Egy 655 hűtőköpeny van kialakítva mind a 654 gázosító, mind a 653 salakgyűjtő tartály körül, lehetővé téve hűtőközeg keringtetését a gázosító falai körül, miáltal a gázosítási folyamat során keletkező hő visszanyerhető. Ebben a megvalósításban a 652 levegőszétválasztó egységben előállított túlnyomású nitrogén szolgál hűtőközegként, és a 652 levegőszétválasztó egység nitrogénkivezetése a 655 hűtőköpeny alsó részéhez csatlakozik. Egy forró sűrítettnitrogén-kilépő nyílás van kialakítva az elgázosító hűtőköpenyének a tetejénél, ami közvetlenül a 672 légturbina bemenetéhez csatlakozik. A gázositóból a hő így kényelmesen hasznos teljesítménnyé alakítható formában nyerhető vissza.

A 654 gázosító nyersfütőgáz-kimenete egy 656 gázlevegő hőcserélőhöz csatlakozik, ahol a nyers gázokat lehűti egy másik adag túlnyomású nitrogén a 652 levegőszétválasztó egységből. A 656 gáz-levegő hőcserélőből kilépő forró sűrített nitrogén a 672 légturbinába kerül, ahol expandálva hasznos mechanikai teljesítményt állít elő. A 656 gáz-levegő hőcserélő nyersgáz-kimenete egy 658 hamuleválasztó ciklonhoz csatlakozik, amelyben a nyers gázok hamuleválasztó kezelésnek vannak alávetve. A kezelt gáz a 658 hamuleválasztó ciklonból

HU 217 468 Β azután egy 662 kénleválasztó egységbe kerül egy 660 nyers gáz-tiszta gáz hőcserélőn keresztül, amelyben a nyers gázt, mielőtt a 662 kénleválasztó egységbe kerül, lehűti a kénleválasztó egységből kilépő tiszta fűtőgáz. A 660 nyers gáz-tiszta gáz hőcserélőt elhagyó tiszta fűtőgáz ezután a 660 belső égésű kompresszor égéskamrájába kerül a 627 tüzelőanyag-befecskendező nyíláson keresztül, és elég a 603 égéskamrában. A belső égésű kompresszorban előállított izotermikusan sűrített levegő egy része felhasználható a túlnyomású nitrogén kiegészítésére a gázosítási folyamatból származó hő visszanyeréséhez, ha szükséges.

Ez az elgázosítási rendszer várhatóan lényegesen jobb hatásfokú, mint a jelenlegi konstrukciók az alábbi tényezők eredményeként. Mivel a levegőszétválasztó egységhez, a belső égéshez és a hűtéshez szükséges túlnyomású levegő sűrítése izotermikusan történik, a kompresszióhoz kevesebb munkára van szükség. A gázosításból származó hő visszanyerése olyan módon történik, hogy az magasabb hőmérsékleten kerül felhasználásra, mint ahogy ez a jelenlegi összevont elgázosító energiafejlesztő telepeken általában lehetséges. Továbbá az elgázosított tüzelőanyag felhasználása egy ICCAT-égéskamrában javítja a tiszta fűtőgáz villamos energiává történő átalakításának a hatásfokát.

Egy másik megvalósításban az elgázosítás folyamata levegő szétválasztása nélkül is elvégezhető, izotermikusan sűrített levegőt alkalmazva a gázosítási folyamathoz, és a hő elvonásához a 654 elgázosító után beépített 656 hőcserélőben. A tüzelőanyag fűtőgázzá történő átalakítása azonban levegő alkalmazása esetén kevésbé hatékony, és nagyon fontos lenne az izotermikusan sűrített levegő előmelegítése, mielőtt az a gázosítóba kerül.

A gázosítási folyamatban oxigén használatának a legnagyobb előnye az, hogy ha a gázosítás magasabb hőmérsékleten történik, tökéletesebb a szén átalakulása a tüzelőanyagban szén-monoxiddá. Az elgázosítás magasabb hőmérséklete lehetővé teheti továbbá a hő hatékonyabb átalakítását mechanikai és villamos energiává az elgázosító és a légturbina közötti hővisszanyerés útján. Egy másik megvalósításban előnyös lehet az égési folyamatban levegő helyett oxigént használni. Ez arra korlátozná a NOX-képződés mértékét, amit a tüzelőanyag nitrogéntartalma okoz. Levegőben elégő szén égéstermékeinek a harmatpontja a víz kicsapódásához 38 °C körül van, ami nagyon kevés lehetőséget nyújt ennek a víznek a kondenzálására és a lappangó hő visszanyerésére. Abban az esetben, ha a szén oxigénben ég el, a harmatpont 67 °C körül van, és van lehetőség a lappangó hő felhasználására a levegőszétválasztó egységből kilépő sűrített nitrogén egy részének előmelegítésével például a légturbinában. Oxigénben elégetett szén esetében, továbbá, ha a kén és egyéb szennyeződések el vannak távolítva, és a víz ki van csapatva, az égéstermék majdnem teljesen szén-dioxid. Ha környezetvédelmi okokból ki kell vonni a szén-dioxidot, akkor a gáz alkalmas formában van.

A tüzelőanyag elgázosítása az izotermikuskompresszor- és gázturbina-folyamatban is megvalósítható.

A 25. ábra gázhajtású izotermikus kompresszor megvalósítását mutatja egy összevont elgázosító- és energiafejlesztő telepen belül. Az izotermikus kompresszornak ez a sajátos megvalósítása korábban már ismertetve lett a 5. ábrával összefüggésben, és a hasonló alkatrészek hasonló, 800-zal megnövelt számokkal vannak jelölve. Nevezetesen az izotermikus kompresszor magában foglal egy, a 811 alsó kamra fölött elhelyezkedő 809 felső kamrát, és egy masszív, szilárd anyagú dugattyút, amely szabadon végezhet lengő mozgást függőleges irányban, a kamrákba befelé és azokból kifelé. A felső kamra el van látva egy 825 szeleppel vezérelt 821 forró sűrítettlevegő-bevezető nyílással; egy 817 szeleppel vezérelt 813 sűrítettlevegő-elvezető nyílással és egy 837 permetbefecskendező nyílással. Az alsó kamrában van egy zárt gáztérfogat, amely arra szolgál, hogy a lefelé mozgó dugattyú kinetikai energiáját felfelé irányuló kinetikai energiává alakítsa át. A vízvisszanyerő és hűtőrendszer azonos azzal, ami fent az 5. ábrára utalva került leírásra, és magában foglal egy, a sűrítettgáz-elvezető nyíláshoz csatlakozó 847 páraleválasztót, a páraleválasztóhoz a 853 visszatérő csővezetéken keresztül csatlakozó 845 hűtőt, és egy, a 845 hűtő és a 837 permetbefecskendező nyílás közé bekötött 834 befecskendezőszivattyút. A 809 izotermikus sűrítőkamra 821 sűrítettgáz-bevezető nyílása a 861 forgórendszerű kompresszor kimenetéhez csatlakozik, amely forró sűrített levegőt szolgáltat a 801 izotermikus kompresszor hajtásához.

Az izotermikus kompresszorban előállított hideg sűrített levegő a 813 sűrítettlevegő-elvezető nyíláson át a 847 páraleválasztón keresztül távozik, és lényegében háromfelé oszlik. A hideg sűrített levegő egyik része a gázosításhoz lesz felhasználva, és először egy 869 levegőszétválasztó egységbe kerül, ahol a sűrített levegő szétválik túlnyomású nitrogénre és oxigénre. A hideg sűrített levegő egy része a 857 égéskamrába kerül, ahol elégve forró nagynyomású gáz keletkezik a 859 gázturbina hajtásához. A gázturbina hajtja a 863 főáramfejlesztő generátort. Mielőtt a 857 égéskamrába jut, az izotermikus kompresszorból nyert hideg sűrített levegőt előmelegíti a gázturbinából kiömlő gáz a 855 gázlevegő hőcserélőben.

A gázturbinából kilépő gázban általában sokkal több hő áll rendelkezésre, mint amennyi a 857 égéskamrában végbemenő égéshez felhasznált hideg sűrített levegő előmelegítéséhez szükséges. Ezért az izotermikus kompresszorból nyert sűrített levegőnek egy további része is előmelegítésre kerül a 855 gáz-levegő hőcserélőben e hőtöbblet visszanyerése céljából, és ez az előmelegített sűrített levegő egy 865 légturbinába kerül, amelyben expandálva egy 867 második generátort hajt.

Az elgázosítótelep hasonló ahhoz, amit fent a 24. ábrán bemutatott megvalósítással kapcsolatosan ismertettünk, és magában foglal egy, a 847 páraleválasztó kimenetéhez csatlakozó 869 levegőszétválasztó egységet. A 869 levegőszétválasztó egységben előállított túlnyomású oxigén egy 871 elgázosítóba kerül, amelyben porított szén vagy egyéb tüzelőanyag elgázosítása tör41

HU 217 468 Β ténik. Az elgázosítóhoz alul egy 873 tartály csatlakozik a gázosítási folyamatból származó salak összegyűjtéséhez. Mind a 871 elgázosító-, mind a 873 salakgyűjtő tartály egy 872 hűtőköpennyel van körülvéve. Az elgázosítón van egy gázosított tüzelőanyag-elvezető nyílás, amely egy 875 gáz-levegő hőcserélőhöz csatlakozik. A túlnyomású nitrogén a 869 levegőszétválasztó egységből részben a 871 elgázosítót körülvevő hűtőköpenybe kerül a gázosító falainak hűtése és a hőfelesleg visszanyerése céljából, részben a 875 gáz-levegő hőcserélőn halad át a gázosítóból kilépő nyers fűtőgáz hűtése céljából. A forró sűrített nitrogén mind a hűtőköpenyből, mind a hőcserélőből a 865 légturbina bemenetére kerül, amelyben a 855 gáz-levegő hőcserélőből kilépő forró sűrített levegővel együtt expandál. A 875 gázlevegő hőcserélőnek a hideg nyersgáz-elvezető oldala a 857 égéskamrához csatlakozik egy fűtőgáz-tisztító rendszeren keresztül, amely 877 hamuleválasztó ciklonból, egy 879 nyers gáz-tiszta gáz hőcserélőből és egy 881 kénleválasztó egységből áll. A nyers gáz a 875 gáz-levegő hőcserélőből a 877 hamuleválasztó ciklonba jut a nyers gáz hamutartalmának eltávolítása céljából. A fütőgáz ezután a 881 kénleválasztóba kerül a 879 nyers gáz-tiszta gáz hőcserélőn keresztül, amelyben a nyers gázt lehűti a kénleválasztó egységből kilépő tiszta gáz. Ez a tiszta fűtőgáz miután áthaladt a 879 nyers gáz-tiszta gáz hőcserélőn, közvetlenül a 857 égéskamrába jut, ahol elég a 855 gáz-levegő hőcserélőből kilépő előmelegített sűrített levegőben.

Az ISOGT összevont („integrált”) gázosítófolyamat előnyben részesíthető az ICCAT összevont gázosítófolyamattal szemben, ha a költségek alacsonyabbak. Az ISOGT-gázosítófolyamatban létesített 865 légturbina és a hozzá tartozó 867 generátor állítja elő az összteljesítmény legnagyobb részét, mivel az elgázosításkor keletkező hő a légturbinában visszanyerhető. Ugyanúgy, mint az ICCAT összevont gázosítófolyamatnál, a levegőszétválasztó egység az ISOGT összevont gázosítófolyamatban is elhagyható.

ENERGIA TÁROLÁSÁNAK ÉS VISSZANYERSÉNEK MÓDSZERE TERMIKUSÁN HAJTOTT KOMPRESSZOR FELHASZNÁLÁSÁVAL

Mint fentebb a gázzal hajtott és folyadékkal hajtott izotermikus kompresszorokkal kapcsolatosan ismertettük, előnyös lehet lehetőséget biztosítani a termikus hajtású kompresszort magában foglaló energiafejlesztő telepen belül energia tárolására. Azokban az időszakokban, amikor az energiaigény alacsony, az izotermikusan sűrített gáznak (ami lehet levegő, de lehet egyéb is) nagyobb része tárolható egy nagy üregben, például használaton kívüli bányában vagy olajkútban. Amikor az energiaigény nagy, akkor a hideg sűrített gáz kibocsátható az üregből a kompresszorral előállított gáz kiegészítéséhez. Egy másik lehetőség energia tárolására víz hűtése és fagyasztása azokban az időszakokban, amikor a külső energia igény alacsony, majd ennek a tárolt „hidegnek” a felhasználása a kimenőteljesítmény növelésére, amikor az igény nagy.

A 26. ábra a kombinált energiafejlesztő és energiatároló telepnek egyik megvalósítását mutatja, amely biztosítja az energia tárolásának lehetőségét akár sűrített gáz, akár jég formájában. Ebben a megvalósításban a sűrített gáz levegő, a kompresszor pedig egy belső égésű kompresszor.

A 750 belső égésű kompresszor hideg sűrített levegőt állít elő, amelynek legalább egy része egy 751 gázlevegő hőcserélőbe kerül, ahol előmelegíti a kompresszorból kilépő forró kipufogógáz, mielőtt az égéskamrába jut. A teljesítmény elvonása a kompreszszortól atmoszferikus levegő adiabatikus sűrítése útján történik, amely sűrített levegő azután egy 755 áramfejlesztő generátort hajtó 753 légturbinában expandál. A 750 belső égésű kompresszor el van látva megfelelő eszközökkel az adiabatikusan és izotermikusan sűrített gáz viszonylagos arányának szabályozásához. Ha a belső égésű kompresszor a fenti 17. vagy 18. ábrával összefüggésben ismertetett formában van kialakítva, az adiabatikusan sűrített levegő mennyisége egyszerűen az adiabatikus levegőt elvezető szelep időzítésével szabályozható. Ha ez korán lezár, akkor kevesebb levegő jut a légturbinába, és a rendelkezésre álló energiának nagyobb része használható fel az izotermikus kompresszióhoz. A légturbinához áramló levegő mennyiségének növeléséhez az adiabatikus levegőt elvezető szelep ellentétes értelemben szabályozható. A dugattyú löketének azonos értéken tartásához csökkenteni kell a levegő tömegét az ütközőkamrában, és ez viszonylag könnyen megvalósítható, például beépítve egy szelepet az ütközőkamrába, amelynek vezérlésével ki lehet engedni gázt az ütközőkamrából, vagy be lehet gázt bocsátani abba.

Alacsony energiaigény időszakában nagyobb mennyiségben keletkezik izotermikusan sűrített levegő, mint amennyi a belső égésű kompresszor hajtásához szükséges, és a fölös mennyiségű hideg sűrített levegő egy nagy 757 üregbe kerül tárolás céljából. A nagy energiaigény időszakában azután a 750 belső égésű kompresszorban rendelkezésre álló teljesítmény legnagyobb része levegő adiabatikus sűrítésére lesz felhasználva a 753 légturbina hajtásához. A belső égéshez szükséges izotermikusan sűrített levegőt a belső égésű kompresszor és a 757 nagy üreg együttesen szolgáltatja.

Az energiatermelő és energiatároló telep magában foglal még egy 761 jég/víz tárolótartályt és egy 763 fagyasztórendszert is, amely lehűti vagy megfagyasztja a tárolt vizet. A korábbi leírás szerint az izotermikus kompresszió során a permetfolyadék által felvett hő elvonása egy 759 hűtőrendszer segítségével történik. Az alacsony energiaigény időszakában a 763 fagyasztórendszer lehűti a vizet a 761 tárolótartályban célszerűen a víz fagyáspontja alá úgy, hogy jég képződjön. Amikor az energiaigény nagy, a hűtőrendszert ki lehet kapcsolni, hogy a leadott hasznos teljesítmény maximális legyen, és a folyadékpermet hűtése részben a 759 külső hűtőrendszerrel, részben a tárolt jég megolvasztásával biztosítható. Maximális energiaigény általában napközben lesz, és ha a környezeti hőmérséklet magas, a jég megolvasztásával lehet hideg vizet előállítani az izotermikus kompresszióhoz. A 759 külső hűtőrendszer, amelynek magasabb környezeti hőmérsékleten kellene

HU 217 468 Β leadnia a hőt, ilyenkor esetleg egyáltalán nem, vagy csak csökkentett kapacitással használható. Előnye ennek a rendszernek az, hogy a jégtároló feltölthető éjszaka, amikor az energiaigény kicsi, és a környezeti hőmérséklet is alacsony. Ebben az esetben a kompresszor teljes kapacitással járatható, és a többletteljesítmény felhasználható a víz fagyasztásához, jég előállításához. Ennek kettős előnye van, mivel nem csak energia tárolható, ami a maximális igény időszakában felszabadítható, hanem a rendszer teljes termikus hatásfoka is jobb lesz, mivel alacsonyabb lesz a hideg permet hőmérséklete a maximális energiaigény időszakában.

A 26. ábrán a szaggatott vonal arra utal, hogy az energiatároló vagy hűtőtelepnek az a bizonyos alkotóeleme csupán részidőben van felhasználva. A sűrített levegő tárolásának módszere és a jég/víz tárolás módszere egymástól független. A telep magában foglalhatja bármelyik tárolórendszert vagy mind a kettőt.

Adott megvalósításokkal kapcsolatosan leírt jellegzetes tulajdonságok más megvalósításokban is megjelenhetnek. Továbbá a különféle munkafolyamatok alapelvei, beleértve a gázkompresszor meghajtásának különféle módszereit, amelyek bizonyos megvalósításokkal összefüggésben lettek ismertetve, egyéb megvalósításokhoz is alkalmazhatók. A leírt megvalósítások és azok munkafolyamatainak módosításai a szakmában járatosak számára magától értetődőek.

Claims (30)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Hővisszanyerő berendezés egy hőforrásból történő hővisszanyeréshez, amelynek hővisszanyerő turbinája, hideg sűrített gázt előállító, a sűrítendő gázt tartalmazó sűrítőkamrával ellátott izotermikus gázkompresszora, sűrítődugattyúja és a sűrítődugattyút a gáz sűrítése céljából a sűrítőkamrába benyomó eszköze, a sűrítőkamrában összesűrített gáz hűtéséhez folyadékpermetet képező eszköze, a sűrített gázt a kamrából elvezető szelepes eszköze, a sűrítődugattyúhoz kapcsolt, annak energiát átadó csatolóeszköze, a sűrítőkamrából közvetlenül lefejtett hideg sűrített gázból a permetfolyadékot leválasztó eszköze, a hőforrásból nyert hővel a hideg sűrített gázt melegítő hőcserélő eszköze, továbbá a melegített sűrített gázt a turbinára vezető eszköze van, azzal jellemezve, hogy a turbina (313, 456, 551, 672, 776, 815, 865, 976) a melegített sűrített gázt expandáltatóan van kialakítva, annak elégetése nélkül úgy, hogy a turbina (313, 456, 551, 672, 776, 815, 865, 976) kimenetén a gáz hőmérséklete alacsonyabb, mint a turbina (313, 456, 551, 672, 776, 815, 865, 976) bemenetén.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy további gázturbinája (301) van, és a további gázturbinából (301) kilépő forró kisnyomású kipufogógázt az izotermikus gázkompresszorból (303) származó hideg sűrített gázt előmelegítő hőcserélő eszközhöz (305) vezető eszköze van.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a hővisszanyerő turbina (313, 456,551, 672, 776, 815, 865, 976) egy légturbina.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a folyadékot leválasztó eszköz páraleválasztót (47, 547,749, 680, 972) tartalmaz.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az izotermikus gázkompresszomak további expanziós kamrája (909, 911), továbbá a sűrítődugattyúhoz (921, 923) közvetetten kapcsolt expanziós dugattyúja (923, 921) van.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a sűrítődugattyút és az expanziós dugattyút összekapcsoló forgattyústengelye van.
7. 7. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az energiát átadó csatolóeszköznek éghető tüzelőanyag-keveréket az expanziós kamrába (909, 911) juttató, az expanziós kamrában (909, 911) végbemenő égéssel az expanziós dugattyút (923, 921) az expanziós kamrából (909, 911) kihajtó eszköze van.
8. 8. Az 5-7. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kompressziós kamrából (907, 910) az expanziós kamrába (909, 911) sűrített gázt betápláló eszköze van.
9. 9. Az 5-8. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a kompressziós kamrából (907, 910) kilépő sűrített gázt az expanziós kamrából (909, 911) kilépő gázzal előmelegítő hőcserélő eszköze (970) van.
10. 10. Gázturbinatelep, amelynek gázturbinája, hideg sűrített gázt előállító, a sűrítendő gázt tartalmazó sűrítőkamrával ellátott izotermikus gázkompresszora, sűrítődugattyúja és a sűrítődugattyút a gáz sűrítése céljából a sűrítőkamrába benyomó eszköze, a sűrítőkamrában összesűrített gáz hűtéséhez folyadékpermetet képező eszköze, a sűrített gázt a kamrából elvezető szelepes eszköze, a sűrítődugattyúhoz kapcsolt, annak energiát átadó csatolóeszköze, a sűrítőkamrából közvetlenül lefejtett hideg sűrített gázból a permetfolyadékot leválasztó eszköze, a gázturbinát elhagyó forró kisnyomású gázzal a hideg sűrített gázt melegítő hőcserélő eszköze, forró nagynyomású gázt előállító fő hevítője, a forró nagynyomású gázt a gázturbinára vezető eszköze, második turbinája és a hőcserélő eszközzel felmelegített sűrített gázt közvetlenül a második turbinára vezető eszköze van, azzal jellemezve, hogy a második turbina (313, 455, 865) a melegített sűrített gázt expandáltatóan van kialakítva, annak elégetése nélkül úgy, hogy a második turbina (313, 455, 865) kimenetén a gáz hőmérséklete alacsonyabb, mint a második turbina (313, 455, 865) bemenetén.
11. 11. A 10. igénypont szerinti gázturbinatelep, azzal jellemezve, hogy a forró nagynyomású gázt az előmelegített sűrített gáz egy részéből előállító főhevítője van.

    HU 217 468 Β
12. 12. A 11. igénypont szerinti gázturbinatelep, azzal jellemezve, hogy a forró nagynyomású gázt előállító főhevítő az előmelegített sűrített gázban tüzelőanyag elégetésével előállított égéstermék gázt termelő égéskamrát (307) tartalmaz.
13. 13. A 11. igénypont szerinti gázturbinatelep, azzal jellemezve, hogy a főhevítőnek külső hőforrása van.
14. 14. Az 10-13. igénypontok bármelyike szerinti gázturbinatelep, azzal jellemezve, hogy a hideg sűrített gáz egy részét a gázturbinalapátokhoz vezető és azokat a hideg sűrített gázzal hűtő eszköze van.
15. 15. Az 10-14. igénypontok bármelyike szerinti gázturbinatelep, azzal jellemezve, hogy harmadik turbinája (319), a hideg sűrített gáz egy részét a második turbinából (313) kilépő forró kisnyomású gázzal előmelegítő második hőcserélő eszköze (317), valamint a második hőcserélő eszközből (317) kilépő, előmelegített sűrített gázt a harmadik turbina (319) hajtására vezető eszköze van.
16. 16. A 15. igénypont szerinti gázturbinatelep, azzal jellemezve, hogy a harmadik turbina (319) egy légturbina.
17. 17. Az 10—16. igénypontok bármelyike szerinti gázturbinatelep, azzal jellemezve, hogy a második turbina (313) egy légturbina.
18. 18. Az 10-17. igénypontok bármelyike szerinti gázturbinatelep, azzal jellemezve, hogy az izotermikus kompresszort (303) hajtó, forró sűrített gázt szolgáltató kompresszora (311) van.
19. 19. A 18. igénypont szerinti gázturbinatelep, azzal jellemezve, hogy a kompresszor (311) a turbinák egyikével van hajtva.
20. 20. A 10-19. igénypontok bármelyike szerinti gázturbinatelep, azzal jellemezve, hogy az izotermikus kompresszorból származó hideg sűrített gázt tároló tartálya, valamint a tárolt sűrített gázt a turbina hajtásához szükség esetén visszanyerő eszköze van.
21. 21. A 20. igénypont szerinti gázturbinatelep, azzal jellemezve, hogy a visszanyerő eszköz az izotermikus kompresszort tartalmazza.
22. 22. Turbinatelep, amelynek hideg sűrített gázt előállító, sűrítődugattyúval és izotermikus sűrítőkamrával ellátott kompresszora, a sűrítőkamrában összesűrített gáz hűtéséhez folyadékpermetet képező eszköze, a sűrített gázt a kamrából elvezető szelepes eszköze, a sűrítőkamrából közvetlenül lefejtett hideg sűrített gázból a permetfolyadékot leválasztó eszköze, forró sűrített gázt előállító, további sűrítődugattyúval ellátott adiabatikus sűrítőkamrája, expanziós kamrája és az expanziós kamrában expandált gázzal hajtott, a kompresszort hajtó expanziós dugattyúja, első turbinája és az adiabatikus kompressziós kamrában előállított forró sűrített gázt a turbinára vezető és azzal az első turbinát hajtó eszköze, az izotermikus sűrítőkamrában előállított sűrített gázt az expanziós kamra kipufogógázának hőjével előmelegítő hőcserélője, a hőcserélőben előmelegített sűrített gázt külső folyamatból származó hővel melegítő külső hőcserélője, továbbá a külső hőforrással melegített forró sűrített gázt az expanziós kamrába vezető eszköze, az izotermikus kompressziós kamrából származó hideg sűrített gáz egy részét a külső folyamatból származó hővel melegítő további hőcserélője, további turbinája, és a további hőcserélőből a gázt közvetlenül a további turbinára vezető és azzal hajtó eszköze van, azzal jellemezve, hogy hogy a második turbina (815) kimenetén a gáz hőmérséklete alacsonyabb, mint a második turbina (815) bemenetén.
23. 23. A 22. igénypont szerinti turbinatelep, azzal jellemezve, hogy a külső hőcserélőnek (813, 819) tüzelőanyagot elégető kemencéje (805) van, továbbá a külső hőcserélő (813, 819) a kemencéből (805) kilépő gázzal melegíti az izotermikus sűrítőkamrából (801) származó hideg sűrített gáz egy részét.
24. 24. A 22. vagy 23. igénypont szerinti turbinatelep, azzal jellemezve, hogy az izotermikus sűrítőkamrából (801) származó hideg sűrített gáz egy részét a második turbinából (815) kilépő expandált gázzal fűtő hevítőeszköze (821), továbbá a hevített sűrített gázt az első turbinára (807) vezető és azzal meghajtó eszköze van.
25. 25. A 22-24. igénypontok bármelyike szerinti turbinatelep, azzal jellemezve, hogy az első turbina (807) légturbina.
26. 26. A 22-25. igénypontok bármelyike szerinti turbinatelep, azzal jellemezve, hogy a második turbina (815) légturbina.
27. 27. Belső égésű meghajtással működtetett gázkompresszort és turbinát tartalmazó együttes, amelynek sűrített gázt előállító, a sűrítendő gázt tartalmazó sűrítőkamrája és abban a gázt összesűrítő sűrítődugattyúja, a sűrítőkamrában összesűrített gáz hűtéséhez folyadékpermetet képező eszköze, a sűrített gázt a sűrítőkamrából elvezető szelepes eszköze, a sűrítőkamrából közvetlenül lefejtett sűrített gázból a permetfolyadékot leválasztó eszköze, égéskamrája és a sűrítődugattyúval mechanikusan közvetetten összekapcsolt égéstérdugattyúja, az égéskamrába éghető üzemanyag-keveréket juttató és azzal a sűrítődugattyúnak energiát átadó és így a gázt sűrítő eszköze, továbbá a sűrítőkamrából származó sűrített gázt az égéskamrába vezető eszköze;

    a sűrítőkamrából származó sűrített gázt az égéskamra kipufogógázával előmelegítő hőcserélője, és a hőcserélőből kilépő, előmelegített sűrített gázt közvetlenül a turbinára vezető eszköze van, azzal jellemezve, hogy a turbina (976) az előmelegített sűrített gázt expandáltatóan van kialakítva, annak elégetése nélkül úgy, hogy a turbina (976) kimenetén a gáz hőmérséklete alacsonyabb, mint az előmelegített gáz hőmérséklete a turbina (976) bemenetén.
28. 28. Belső égésű meghajtással működtetett gázkompresszort és turbinát tartalmazó együttes, amelynek sűrített gázt előállító, a sűrítendő gázt tartalmazó

    HU 217 468 Β sűrítőkamrája és abban a gázt összesűrítő sűrítődugattyúja, a sűrítőkamrában összesűrített gáz hűtéséhez folyadékpermetet képező eszköze, a sűrített gázt a sűrítőkamrából elvezető szelepes eszköze, a sűrítőkamrából közvetlenül lefejtett sűrített gázból a permetfolyadékot leválasztó eszköze, égéskamrája, és a sűrítődugattyúval mechanikusan közvetetten összekapcsolt égéstérdugattyúja, az égéskamrába éghető üzemanyag-keveréket juttató és azzal a sűrítődugattyúnak energiát átadó és így a gázt sűrítő eszköze, továbbá a sűrítőkamrából származó sűrített gázt az égéskamrába vezető eszköze, a sűrítőkamrából származó sűrített gázzal az égéskamra végéből és/vagy falából hőt kivonó eszköze, továbbá az égéskamra végéből és/vagy falából kivont hőt felvevő sűrített gázt közvetlenül a turbinára vezető eszköze van, azzal jellemezve, hogy

    5 a turbina (776, 976) a felmelegített sűrített gázt expandáltatóan van kialakítva, annak elégetése nélkül úgy, hogy a turbina (776, 976) kimenetén a gáz hőmérséklete alacsonyabb, mint az sűrített gáz hőmérséklete a turbina (776, 976) bemenetén.

    10
29. 29. A 28. igénypont szerinti együttes, azzal jellemezve, hogy a sűrítődugattyút az égéstérdugattyúval összekötő forgattyústengelye van.
30. 30. A 28. vagy 29. igénypontok szerinti együttes, azzal jellemezve, hogy a turbina (776, 976) légturbina15 ként van kialakítva.