JP6466570B2 - 圧縮機設備の圧縮ガスの冷却方法及びこの方法を利用する圧縮機設備 - Google Patents

圧縮機設備の圧縮ガスの冷却方法及びこの方法を利用する圧縮機設備 Download PDF

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Description

本発明は、圧縮機設備、具体的には排熱回収方式の圧縮機設備の圧縮ガスを冷却する方法に関する。
ガスの温度が圧縮に起因して高くなること及び圧縮ガスを冷却しなければその後にこれを消費者ネットワークに供給することができず、その目的は、消費者に対する損傷を阻止することにあるということが知られている。
この目的のため、一般に、「後置冷却器(アフタークーラ)」が用いられ、この後置冷却器は、水が後置冷却器を通って流れる冷却回路に連結され、或いは、後置冷却器を貫通して送られる周囲空気が用いられる。
互いに直列に連結された2つ又は3つ以上の圧縮機要素を備えている多段圧縮機では、前に位置する圧縮機要素からきてその後に次に位置する下流側の圧縮機要素によって引き込まれる圧縮ガスを冷却する中間冷却器(インタークーラ)もまた用いられる。というのは、圧縮機要素の効率が関連の圧縮機要素の入口のところで圧縮されるべきガスの低い温度によって有利な影響を受けることが知られているからである。
このように、温水又は高温空気として環境に送られる冷却剤の加熱に起因して多量の熱エネルギーが失われる。
この失われた熱エネルギーのうちの何割かを回収し、そしてこれを使用可能なエネルギーに変換するために、有機ランキン回路という名称で知られていて且つ作動媒体が以下の構成要素を次々と通ってランキン回路中で循環することができるようにするためのポンプを備えた閉回路の形態をした排熱回収回路を含むかかる圧縮機設備を提供することが知られており、
圧縮ガスのための冷却器として働き且つ圧縮ガスの圧縮熱による加熱に起因してポンプから来た液体作動媒体を高圧蒸気に変換する1つ又は2つ以上の蒸発器、
ロータ、加熱蒸気によって駆動され、従って発電機等を駆動するために使用できる機械エネルギーへの変換を保証するピストン等を備えたタービン等の形態をしている膨張機、及び
作動媒体が液体から気体への相の変化及び気体から液体への相の戻りを再び行う次のサイクルのためにポンプによって再び圧送可能な液体の状態への作動媒体の上記の凝縮を可能にするよう冷却剤、例えば水又は空気の冷却回路に連結されている1つ又は2つ以上の凝縮器。
このように、圧縮ガスの圧縮熱をタービン等のシャフト上での別の利用可能なエネルギー形態に公知の仕方で変換でき、それと同時に、この排熱回収回路を利用することによって圧縮ガスを冷却することができる。
ランキン排熱回収回路を用いたこの方法の欠点は、圧縮ガスが冷却剤によって直接的には冷却されず、冷却回路と冷却されるべき圧縮ガスとの間に位置するランキン排熱回収回路の介在によって冷却されるということにある。
このことから生じる欠点は、ランキン排熱回収回路が作動媒体等のブレークダウン又は漏れに起因して故障すると、蒸発器は、その冷却作用を圧縮ガスに及ぼすことができず、しかもこの場合、下流側圧縮機要素の入口のところ及び/又は圧縮機設備の出口のところの温度が許容限度を超えて高くなる場合があるということにある。
2つの圧縮機要素を備えた多段圧縮機から来た圧縮ガスを冷却するかかる方法は、例えば、欧州特許第2.578.817号の図7に示されており、それにより、圧縮ガスのための冷却器として用いられる2つの蒸発器、それぞれ、2つの圧縮機要素相互間の中間冷却器として用いられる1つの蒸発器及び第2の圧縮機要素から見て下流側に位置する後置冷却器として用いられる1つの蒸発器が並列に接続された状態でランキン回路が用いられている。
後置冷却器の次には、ランキン回路の作動媒体とは異なる冷却剤を挿通状態で案内する別個の冷却回路に属する従来型冷却器が設けられ、欧州特許第2.578.817号明細書の記載によれば、この従来型冷却器は、圧縮機設備の意図した使用に基づく所望の温度まで圧縮ガスを冷却することを意図している。
この圧縮機設備内でランキン回路が故障すると、2つの蒸発器は、冷却器としてのこれらの機能を失い、その結果、第2の圧縮機要素の入力部のところ及び従来型冷却器の出力部のところの圧縮ガスの温度は、圧縮機設備の意図した使用にとって望ましい温度よりも高くなる場合があり、これについて考えられる全ての有害な結果が生じる。
圧縮ガスからの熱を回収してこれを機械エネルギーに変換する多数のランキン回路を備えた圧縮機装置が欧州特許第0.364.106号明細書から知られている。ガスは、夜間に圧縮されて地下タンク内に蓄えられ、そして日中にガスタービンに供給するよう噴射燃料と一緒に使用できるようになっている。この場合、ランキン回路の冷却効果は、熱エネルギーの回収にとって副次的である。確かにこの場合、1つ又は2つ以上のランキン回路が故障した場合、これは、排熱回収に対して有害な影響を及ぼすが、ガスタービンによって発生する電力に対してはむしろ望ましい作用効果をもたらす。というのは、タービンには圧縮ガスが高温で供給されるからで、これは、圧縮ガスの冷却が最重要である本発明とは対照的である。
欧州特許第2.578.817号明細書 欧州特許第0.364.106号明細書
本発明の目的は、上述の且つ/或いは他の欠点のうちの1つ又は2つ以上に対する解決手段を提供することにある。
この目的のため、本発明は、1つ又は2つ以上の圧縮機要素を備えた圧縮機設備の圧縮ガスを冷却する方法であって、圧縮ガスの冷却のため、方法は、閉ランキン回路の作動媒体が収容された閉ランキン回路の形態をしている排熱回収回路を利用するステップを含み、作動媒体は、ポンプによってランキン回路の作動中、ランキン回路内を循環し、ランキン回路は、圧縮ガスを冷却する冷却器として作用する1つ又は2つ以上の蒸発器、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する膨張機、冷却回路によって冷却される凝縮器を備え、冷却剤が凝縮器内の作動媒体を冷却するために冷却回路を通って案内され、この方法は、直列に配置されていて、圧縮ガスのための冷却器として働く少なくとも1つの上述の蒸発器のための圧縮ガスを冷却する追加の冷却器を用意するステップを含み、追加の冷却器は、ランキン回路の作動媒体とは異なる冷却剤を用いる別個の冷却回路によって冷却され、追加の冷却器は、追加の冷却器の関連の冷却回路の冷却能力が所与の場合、ランキン回路がオフに切り換えられたとき、圧縮ガスそれ自体での十分な冷却を保証することができるよう当てにされることを特徴とする方法に関する。
かくして、冷却回路中の冷却剤は、凝縮器を通ると共に追加の冷却器を通って連続的に案内される。
排熱回収回路が故障しても、凝縮器を通って流れる冷却材の加熱は生じず、冷却材の冷却能力は、追加の冷却器を通って案内される圧縮ガスを冷却するために完全に利用できる。
この場合、圧縮機設備は、排熱回収方式が、排熱回収が行われない従来型圧縮機として作動する。このことは、排熱回収方式が行われない圧縮機の標準型中間冷却器及び後置冷却器を追加の冷却器として使用することができ、かかる従来型圧縮機を排熱回収方式の採用の有無を問わず使用できる本発明の圧縮機設備中に容易に変換できることを意味している。
好ましくは、排熱回収回路は、有機作動媒体が特に、低温の熱について望ましい蒸発特性(温度及び圧力)を備えていることを特徴とするORC回路、すなわち「有機ランキンサイクル」である。
作動媒体の沸騰温度(沸点)が低ければ低いほど、低い温度で圧縮ガスから熱を回収するためにORCをそれだけ一層良好に且つ効率的に使用することができる。代表的には、臨界点の温度が熱源の最大温度に近い作動媒体が選択される。圧力、体積流量、温暖化効果、毒性等もまた重要である。
本発明は、単一の圧縮機要素、蒸発器及び単一の圧縮機から来た圧縮ガスのアフタークーリングのための追加の冷却器を備えた単段圧縮機で利用できる。
本発明は、互いに直列に連結された2つ又は3つ以上の圧縮機要素、蒸発器及び圧縮機要素の各対相互間ですぐ上流側に且つ最後の圧縮機要素から見て下流側に配置されていて圧縮機要素から来た圧縮ガスを冷却する追加の冷却器を備えた多段圧縮機にも利用でき、それにより、追加の冷却器は、凝縮器と直列に凝縮器の冷却回路中に組み込まれる。
本発明の多段圧縮機の実用的な実施形態によれば、単一の凝縮器及び2つの連続して位置する圧縮機要素相互間の中間冷却器として又は最後の圧縮機要素から見て下流側に位置する後置冷却器として働く多数の蒸発器を備えたたった1つのORCが用いられる。
本発明はまた、圧縮機設備であって、1つ又は2つ以上の圧縮機要素及び圧縮機要素によって圧縮されたガスを冷却する冷却手段を備え、冷却手段は、ポンプを備えた閉「ランキン回路」として具体化された排熱回収回路、ポンプによるランキン回路の作動中、ランキン回路中を循環する作動媒体、圧縮ガスを冷却するために冷却されるべき圧縮ガスを挿通状態で案内する1つ又は2つ以上の蒸発器、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する膨張機、及び冷却回路に連結された凝縮器によって実現され、冷却剤が凝縮器内の作動媒体を冷却するために冷却回路を通って案内される、圧縮機設備において、圧縮機設備は、冷却されるべき圧縮ガスのガス流中に設けられた蒸発器と直列に組み込まれた少なくとも1つの追加の冷却器を含み、少なくとも1つの追加の冷却器は、ランキン回路の作動媒体とは異なる冷却剤を用いる冷却回路に連結され、追加の冷却器は、冷却回路の冷却能力が所与の場合、ランキン回路がオフに切り換えられたとき、冷却回路の圧縮ガスそれ自体での十分な冷却を保証することができるよう当てにされることを特徴とする圧縮機設備に関する。
本発明の特徴を良好に示す意図で、添付の図面を参照して、熱回収が行われる状態でガスを圧縮する本発明の圧縮機設備の2、3の好ましい実施形態を例示として以下に説明するが、これは、性質上本発明を限定するものではない。
本発明の圧縮機設備を概略的に示す図である。 各々、図1の圧縮機設備の異なる変形例を示す図である。 各々、図1の圧縮機設備の異なる変形例を示す図である。 各々、図1の圧縮機設備の異なる変形例を示す図である。 本発明の圧縮機設備の考えられる変形例を示す図である。 本発明の圧縮機設備の考えられる変形例を示す図である。 本発明の圧縮機設備の考えられる変形例を示す図である。 本発明の圧縮機設備の考えられる変形例を示す図である。 本発明の圧縮機設備の考えられる変形例を示す図である。 本発明の圧縮機設備の考えられる変形例を示す図である。 本発明の圧縮機設備の考えられる変形例を示す図である。
この場合、図1に示されている圧縮機設備1は、モータ等の形態をした駆動装置3を備えている1つの圧縮機要素2を含む単段圧縮機を備えている。
圧縮機要素2は、入口4及び出口5を備え、この場合、入口4は、入口弁7が設けられている吸引管6に結合すると共に吸引フィルタ8に結合しており、他方、出口5は、消費者ネットワーク10を連結することができる圧縮ガス用の圧力管9に結合している。
圧縮機設備1は、閉回路12の形態をした排熱回収回路11をさらに備え、この閉回路内では、「有機ランキンサイクル(Organic Rankine Cycle)」(これを略してORCという)に従って作動媒体がポンプ13によって循環し、ポンプ13は、作動媒体を蒸発器14、膨張機15、凝縮器16中に次々に圧送し、かくしてポンプ13に戻している。
上述の膨張機15は、これにより熱エネルギーを例えば機械エネルギーに変換することができるよう構成されており、その理由は、膨張機15が電気エネルギーを消費者19に供給するための負荷、例えば発電機18に結合された出シャフト17を備えたタービンの形態に構成されているからである。
蒸発器14は、圧縮要素2から来た圧縮ガスを冷却するための追加の冷却器20と直列関係をなして冷却器として上述の圧力管9内に組み込まれている。具体的に説明すると、蒸発器14の一次部分は、追加の冷却器20の一次部分20′に直列に接続されている。
凝縮器16は、上述の追加の冷却器20と一緒になって、別個の冷却回路21内に直列に組み込まれており、ランキン回路12の作動媒体とは異なる冷却剤、例えば水又は異なる冷却剤が例えば図示されていないポンプ等によって別個の冷却回路21を通って案内される。具体的に説明すると、凝縮器16の二次部分16″は、追加の冷却器20の二次部分20″に直列に接続されている。
排熱回収回路11及び冷却回路21は、好ましくは、蒸発器14内の(この場合、蒸発器14の二次部分内の)作動媒体の流れ方向と追加の冷却器20内の(具体的には、追加の冷却器20の二次部分20″内の)冷却剤の流れ方向がこれらを通って(この場合、蒸発器14の一次部分及び追加の冷却器20の一次部分20′を通って)流れる圧縮ガスの流れ方向とは逆であるように構成され、それにより、一方の媒体から他方の媒体への効率的な熱伝達が保証されている。
類似的に、作動媒体と冷却媒体は、凝縮器16を通って互いに逆の方向に案内される。確かに、図示の実施例では、作動媒体は、凝縮器16の一部分16′を通って第1の方向に案内され、冷却剤は、凝縮器16の二次部分16″を通って作動媒体の上述の第1の方向とは逆の第2の方向に案内される。
本発明の圧縮機設備1の作用は、極めて簡単であり、次の通りである。
圧縮機要素2を駆動すると、ガス、例えば空気が入口4を経て吸い込まれ、そして圧力管9を介して圧力下で消費者ネットワーク10に供給される。
圧縮ガスは、圧縮機要素2を高い出口温度で出、このことは、圧縮ガスを冷却しなければその後にこれを消費者ネットワーク10に供給することができないことを意味しており、その目的は、この消費者ネットワーク10の消費者に対する損傷を阻止することにある。
圧縮ガスは、追加の冷却器20内で部分的に冷却されると共に蒸発器14内で部分的に冷却され、追加の冷却器20と蒸発器14は、少なくとも排熱回収回路11のポンプ13が作動媒体を回路12内で循環させる限り、圧力管9内に互いに直列に組み込まれている。追加の冷却器20は、好ましくは、蒸発器14から見て下流側で圧力管9内に組み込まれている。
ポンプ13は、作動媒体を液体の状態で蒸発器14を通って圧送し、作動媒体は、蒸発器14内で、蒸発器14を通って流れている圧縮ガスによって加熱される。
作動媒体は、ある特定の圧力では、作動媒体の沸騰温度(沸点)が圧縮ガスの出口温度よりも低いように選択され、その結果、作動媒体は、蒸発器14内で蒸発することができ、そしてこの作動媒体は、ポンプ13によって実現された増大した圧力で蒸気として蒸発器14を出、それにより蒸気は、膨張機15内での膨張を生じ、その結果、膨張機が駆動され、それにより発電機18又は別の有用な負荷もまた駆動されるようになっている。
適当な有機作動媒体の一例は、1,1,1,3,3‐ペンタフルオロプロパンである。
次に、膨張後の作動媒体は、蒸気の形態で凝縮器16を通って流れ、ここで、作動媒体は、冷却剤の低温に接触し、それにより、作動媒体が凝縮して次のサイクルのためにポンプ13によって液体として圧送されることができるようになる。
追加の冷却器20は、冷却回路21の有効冷却容量に基づいて、例えば排熱回収回路11が欠陥等に起因して故障したときに蒸発器14の冷却作用なしで圧縮ガスを十分に冷却することができるよう当てにされ、次に、冷却剤は、凝縮器16内での温度の上昇なしで追加の冷却器20を通って案内される。
このことは、追加の冷却器20が排熱回収なしで従来の動作が可能であるよう寸法決めされていること及び追加の冷却器20の冷却容量がこの場合、排熱回収が行われるが、圧縮機設備1が排熱回収回路11の故障時に作動を続行することができるという顕著な利点を備えた状態で作動可能であるように大きめに寸法決めされていることを意味している。
熱エネルギーを最大まで回収する際の最善の結果は、追加の冷却器20が蒸発器14から見て下流側で圧力管9内に配置されると共に凝縮器16が追加の冷却器20から見て上流側で冷却回路21内に設けられた場合に達成され、ただし、他の構成例が排除されることはない。
図示の実施例では、凝縮器16と追加の冷却器20は、共通冷却回路21内に互いに直列関係をなして組み込まれており、ただし、これは、厳密にいって必要であるというわけではなく、2つの別々の冷却回路もまた提供できる。
図2の圧縮機設備1は、ORC回路12がポンプ13の入力部と出力部を互いに連結するバイパス22を備えているという点で図1の圧縮機設備とは異なっており、この場合、ポンプ13の入力部から出力部への作動媒体の流れを可能にするが、逆方向の流れを阻止する逆止弁23が組み込まれている。
このバイパス22は、ポンプ13が作動停止時に入力部と出力部との間の漏れを生じさせない場合に作動媒体の自然な循環を可能にするようポンプ13の作動停止の場合に用いられる。
図3は、図2の圧縮機設備と同一の圧縮機設備を示しており、違いは、逆止弁23に代えてランキンサイクルの制御のために制御可能であり又は違ったやり方で制御可能なバイパス弁24が用いられていることにある。バイパス弁24が制御可能に作られる場合、この目的のため、バイパス弁は、図示されていない制御ユニット又は「コントローラ」に電気接続部によるか制御信号を制御ユニットからバイパス弁24に送ることができる別の接続形態によるかのいずれかによって接続される。
図4は、本発明の圧縮機設備1の変形例を示しており、この場合、図1の実施形態に関し、液体冷却剤を用いる冷却回路21に代えてファン等によって凝縮液16及び追加の冷却器20に次々に吹き付けられる周囲空気又は別の冷却用ガスによる冷却が行われる冷却回路21が用いられており、この目的のため、凝縮器16及び追加の冷却器20は、作動媒体及び圧縮ガスをそれぞれ挿通状態で案内する一次部分及び冷却剤を挿通案内する二次部分を備えた熱交換器に代えてラジエータとして構成されている。
図5は、多段圧縮機1を含む本発明の圧縮機設備1を示しており、この場合、2つの圧縮機要素2が低圧段の圧縮機要素2aについてそして高圧段の圧縮機要素2bについてそれぞれ直列に接続され、この場合、圧縮機要素2は、共通駆動装置3によって一緒に駆動されると共に中間圧力管9aによって互いに連結されている。
この場合、ORC回路12は、一方において圧縮機要素2aから来た圧縮ガスから熱を抽出すると共に他方において圧縮機要素2bから来た圧縮ガスから熱を抽出することができる2つの蒸発器14を含み、一方の蒸発器14aは、中間圧力管9a内に組み込まれ、他方の蒸発器14bは、消費者ネットワーク10に通じる圧力管9b内に組み込まれている。
各蒸発器14a,14bから見て上流側に追加の冷却器20、それぞれ冷却機20a及び冷却機20bが、それぞれこの追加の冷却器20a,20bを通って案内されるガスを冷却するために関連の蒸発器14a,14bと直列関係をなして圧力管9a,9b内に組み込まれている。
蒸発器14a,14bは、互いに並列に冷却回路21内に組み込まれており、三方弁26がポンプ13から来た作動媒体の流れを両方の蒸発器14a,14b上に分配するために蒸発器14a,14bの並列入力部のところで回路内に設けられており、これは、圧縮機要素2a,2bの圧力比に依存すると共に/或いは蒸発器14a,14bの出口のところの作動媒体の温度に依存する圧縮機要素2a,2bの出口5のところの圧縮ガスの温度に依存している。
この場合、追加の冷却機20a,20bは、並列関係をなして互いに接続されると共に蒸発器16と一緒に直列に冷却回路21内に組み込まれており、これら追加の冷却機は、ORC回路12が故障したときにこれら追加の冷却器が圧縮ガスの十分な冷却を保証することができるよう寸法決めされている。
この場合、圧力管の一方、9a又は9b内に単一の蒸発器14だけを用いることができるということが明らかであり、追加の冷却器20は、この圧力管9a又は9b内に蒸発器14を備え、蒸発器14が設けられていない他方の圧力管内には、従来型中間冷却器又は後置冷却器20だけが設けられ、この場合、追加の冷却器20は、凝縮器16と直列関係をなして冷却回路21内に組み込まれ、従来型冷却器20もまた、この冷却回路21内に又は別個の回路内に直列に接続可能である。
図6は、三方弁が同一の機能を備えた2つの別々の弁27で置き換えられた変形例を示し、図7では、三方弁に代えて、弁27及び絞り28が利用されている。
図8は、例えば図5の圧縮機を示しているが、この場合、冷却回路21は、空冷に基づいている。
図9は、図8の構成と同一の構成を示しているが、冷却器20a,20bは、配設場所が変わっている。
図10及び図11の各々は、図5の変形例を示しており、この場合、蒸発器20a,20bは、並列ではなく、排熱回収回路11内に互いに直列に接続されており、従って、この場合、排熱回収回路11内で循環する作動媒体の流れを蒸発器14a,14b上に分配するための手段、例えば三方弁26とその類似手段のいずれも必要としない。
図10では、作動媒体は、最初に、低圧圧縮機要素2aの蒸発器14aを通り、次に、高圧圧縮機要素2bの蒸発器14bを通が、これは、正確に言えば、図1の逆である。
明らかなこととして、例えば図5〜図11の場合の多段圧縮機において消費者ネットワーク10に供給される圧縮ガスの最大温度に関して制限がない場合、追加の後置冷却器20bを省くことができ、その理由は、後置冷却器14bの冷却器機能が排熱回収回路11の故障に起因して損なわれた場合、追加の後置冷却器20bの出力部のところの温度上昇が制限されないからである。
以上を要約すると、本発明は、排熱回収方式によりガスを圧縮する圧縮機設備であって、この圧縮機設備1は、1つ又は2つ以上の圧縮機要素2及び圧縮ガスからの圧縮熱の回収のための排熱回収回路11を備え、排熱回収回路11は、閉回路として具体化され、この閉回路は、作動媒体が1つ又は2つ以上の蒸発器14を介して「ランキンサイクル」に従って閉回路内を循環することができるようにするポンプ13を備え、蒸発器14は、この蒸発器を通って案内される上流側の圧縮機要素2から来た圧縮ガスのための冷却器として働き、作動媒体は、圧縮ガスによって加熱され、閉回路は、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する膨張機15と、冷却回路21に連結された凝縮器16とをさらに備え、冷却回路21は、凝縮器16内の作動媒体を冷却する冷却剤を含む、圧縮機設備において、圧縮機設備1は、2つの連続して位置する圧縮機要素2相互間の中間冷却器として働く各蒸発器14について且つ/或いは蒸発器14を通って案内されるガスを冷却する関連の蒸発器14に直列に連結された後置冷却器として働く蒸発器14について追加の冷却器20を有し、各追加の冷却器20は、凝縮器16の冷却回路21に組み込まれ、1つ又は2つ以上の追加の冷却器20は、冷却回路21の冷却能力が所与の場合、排熱回収回路11がオフに切り換えられたとき、1つ又は2つ以上の追加の冷却器20自体で十分な冷却能力を保証することができるよう当てにされることを特徴とする圧縮機設備に関する。
本発明は、実施例として説明すると共に図示した実施形態にはなんら限定されず、排熱回収方式でガスを圧縮する本発明の圧縮機を本発明の範囲から逸脱することなく、あらゆる種類の形態及び寸法で実現でき、応用により、3つ以上の圧縮段を備えた圧縮機にも利用できる。

Claims (16)

  1. 1つ又は2つ以上の圧縮機要素(2)を備えた圧縮機設備(1)の圧縮ガスを冷却する方法であって、前記圧縮ガスの冷却のため、前記方法は、閉ランキン回路(12)の作動媒体が収容された閉ランキン回路(12)の形態をしている排熱回収回路(11)を利用するステップを含み、前記作動媒体は、ポンプ(13)によって前記ランキン回路(12)の作動中、前記ランキン回路(12)内を循環し、前記ランキン回路は、前記圧縮ガスを冷却する冷却器として作用する1つ又は2つ以上の蒸発器(14)、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する膨張機(15)、冷却回路(21)によって冷却される凝縮器(16)を備え、冷却剤が前記凝縮器(16)内の前記作動媒体を冷却するために前記冷却回路を通って案内される、方法において、前記方法は、直列に配置されていて、前記圧縮ガスのための冷却器として働く少なくとも1つの上述の蒸発器(14)のための前記圧縮ガスを冷却する追加の冷却器(20)を用意するステップを含み、前記追加の冷却器(20)は、前記ランキン回路(12)の前記作動媒体とは異なる冷却剤を用いる別個の冷却回路(21)によって冷却され、前記追加の冷却器(20)は、前記追加の冷却器(20)の関連の前記冷却回路(21)の冷却能力が所与の場合、前記ランキン回路がオフに切り換えられたとき、前記圧縮ガスそれ自体での十分な冷却を保証することができるよう当てにされ
    少なくとも1つの追加の冷却器(20)の冷却のため、前記凝縮器(16)を冷却するために用いる前記冷却回路(21)が利用され、
    前記凝縮器(16)及び前記少なくとも1つの追加の冷却器(20)を冷却するために用いられる共通の前記冷却回路(21)内において、前記凝縮器(16)は、前記少なくとも1つの追加の冷却器(20)から見て上流側に設けられている、方法。
  2. 有機作動媒体が前記ランキン回路(12)内で用いられる、請求項1記載の方法。
  3. 前記ランキン回路(12)中の各蒸発器(14)について追加の冷却器(20)が設けられている、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記ランキン回路(12)中の各蒸発器(14)について追加の冷却器(20)が設けられ、該追加の冷却器は、前記圧縮ガスを冷却するために関連の前記蒸発器(14)から見て下流側に設けられている、請求項1〜のうちいずれか一に記載の方法。
  5. 圧縮機設備であって、1つ又は2つ以上の圧縮機要素(2)及び前記圧縮機要素(2)によって圧縮されたガスを冷却する冷却手段を備え、前記冷却手段は、ポンプ(14)を備えた閉「ランキン回路」(12)として具体化された排熱回収回路(11)、前記ポンプ(13)による前記ランキン回路(12)の作動中、前記ランキン回路(12)中を循環する作動媒体、前記圧縮ガスを冷却するために冷却されるべき前記圧縮ガスを挿通状態で案内する1つ又は2つ以上の蒸発器(14)、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する膨張機(15)、及び冷却回路(21)に連結された凝縮器(16)によって実現され、冷却剤が前記凝縮器(16)内の前記作動媒体を冷却するために前記冷却回路を通って案内される、圧縮機設備において、前記圧縮機設備(1)は、冷却されるべき前記圧縮ガスのガス流中に設けられた前記蒸発器(14)と直列に組み込まれた少なくとも1つの追加の冷却器(20)を含み、前記少なくとも1つの追加の冷却器(20)は、前記ランキン回路(12)の前記作動媒体とは異なる冷却剤を用いる冷却回路(21)に連結され、前記追加の冷却器(20)は、前記冷却回路(21)の冷却能力が所与の場合、前記ランキン回路(12)がオフに切り換えられたとき、前記冷却回路(21)の前記圧縮ガスそれ自体での十分な冷却を保証することができるよう当てにされており、
    前記少なくとも1つの追加の冷却器(20)及び前記凝縮器(16)は、同一の共通の冷却回路(21)中に組み込まれており、
    前記共通の冷却回路(21)中において、前記凝縮器(16)は、前記少なくとも1つの追加の冷却器(20)から見て上流側に位置している、圧縮機設備。
  6. 前記ランキン回路(12)は、有機作動媒体が循環する“ORC”回路(12)、すなわち有機ランキン回路である、請求項記載の圧縮機設備。
  7. 前記ランキン回路(12)中の各蒸発器(14)について追加の冷却器(20)が設けられている、請求項5又は6に記載の圧縮機設備。
  8. 前記ランキン回路(12)中の各蒸発器(14)のために追加の冷却器(20)が設けられ、該追加の冷却器(20)は、関連の蒸発器(14)から見て下流側で冷却されるべき前記圧縮ガスのガス流中に設けられている、請求項のうちいずれか一に記載の圧縮機設備。
  9. 前記1つ又は2つ以上の蒸発器(14)は、前記追加の冷却器(20)から見て上流側で冷却されるべき前記圧縮機のガス流中に位置している、請求項のうちいずれか一に記載の圧縮機設備。
  10. 前記ランキン回路(12)は、前記排熱回収回路(11)の前記ポンプ(13)の入力と出力を互いに連結するバイパス(22)を備え、前記ポンプ(13)の前記入力から前記出力までの前記作動媒体の流れを可能にするが、逆方向の流れを阻止する逆止弁(23)が組み込まれている、請求項のうちいずれか一に記載の圧縮機設備。
  11. 前記ランキン回路(12)は、前記排熱回収回路(11)の前記ポンプ(13)の入力と出力を互いに連結するバイパス(22)を備え、バイパス弁(24)が組み込まれている、請求項のうちいずれか一に記載の圧縮機設備。
  12. 前記圧縮機設備(1)は、1つの単一圧縮機要素(2)を備えた単段圧縮機(1)と、後置冷却器として働く蒸発器(14)を備えるランキン回路(12)と、前記単一の圧縮機要素(2)から来た圧縮ガスを冷却する追加の後置冷却器とを含む、請求項11のうちいずれか一に記載の圧縮機設備。
  13. 前記圧縮機設備(1)は、2つ又は3つ以上の圧縮機要素(2)が直列に連結された多段圧縮機と、各対の圧縮機要素(2)相互間において前記圧縮ガスを冷却する蒸発器(14)及び最後の圧縮機要素(2)から見て下流側で前記圧縮ガスを冷却する蒸発器(14)を備えたランキン回路(12)と、直ぐ上流側に位置する圧縮機要素(2)から来た前記圧縮ガスを冷却する追加の冷却器(20)とを含み、前記追加の冷却器(20)は、前記凝縮器(16)の前記冷却回路(21)中に互いに並列に又は直列の状態で組み込まれている、請求項12のうちいずれか一に記載の圧縮機設備。
  14. 前記多段圧縮機の前記蒸発器(14)は、前記ランキン回路(12)中に並列に又は直列の状態で組み込まれている、請求項12又は13に記載の圧縮機設備。
  15. 前記蒸発器(14)が前記ランキン回路(12)中に並列の状態で組み込まれている場合、前記ランキン回路(12)中を循環する前記作動媒体の流れを前記ランキン回路(12)の前記蒸発器(14)上に分配する手段が設けられている、請求項14記載の圧縮機設備。
  16. 前記作動媒体の前記流れを前記蒸発器(14)上に分配する前記手段は、各蒸発器(14)の前記入力のところに位置する弁(27)及び/又は絞り(28)によって又は前記排熱回収回路(11)の前記ポンプ(13)の出力及び前記蒸発器(14)の前記入力に結合する三方弁(26)によって形成されている、請求項15記載の圧縮機設備。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016222927A1 (de) * 2016-11-21 2018-05-24 Mahle International Gmbh Wärmerückgewinnungseinrichtung
CN107023339B (zh) * 2017-05-26 2018-04-03 四川开山新玛能源科技有限公司 一种低温热流体的分级串联冷却系统控制方法
CN107179788B (zh) * 2017-05-26 2018-07-10 四川开山新玛能源科技有限公司 一种低温热流体的分级串联冷却系统的控制方法
CN110030174A (zh) * 2018-01-11 2019-07-19 西门子(中国)有限公司 气体压缩余热回收装置、系统、方法和存储介质
CN111630269B (zh) * 2018-01-18 2022-04-19 M·J·梅纳德 利用交替制冷和机械压缩的气态流体压缩
PL240519B1 (pl) * 2020-01-31 2022-04-19 Dac Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Agregat chłodniczy z dynamicznym chłodzeniem powietrza i element roboczy agregatu
CN112459983B (zh) * 2020-11-24 2022-03-01 清华四川能源互联网研究院 一种含压缩空气储能的综合供能系统及方法
US11493029B2 (en) 2021-04-02 2022-11-08 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US20220316452A1 (en) 2021-04-02 2022-10-06 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems for generating geothermal power in an organic rankine cycle operation during hydrocarbon production based on working fluid temperature
US11480074B1 (en) 2021-04-02 2022-10-25 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11359576B1 (en) 2021-04-02 2022-06-14 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11293414B1 (en) 2021-04-02 2022-04-05 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic rankine cycle operation
US11486370B2 (en) 2021-04-02 2022-11-01 Ice Thermal Harvesting, Llc Modular mobile heat generation unit for generation of geothermal power in organic Rankine cycle operations
US11592009B2 (en) 2021-04-02 2023-02-28 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11421663B1 (en) 2021-04-02 2022-08-23 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic Rankine cycle operation
US11644015B2 (en) 2021-04-02 2023-05-09 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH609129A5 (en) * 1976-06-04 1979-02-15 Sulzer Ag Diesel internal combustion engine system for ship's propulsion
JPS56115896A (en) * 1980-02-19 1981-09-11 Kawasaki Heavy Ind Ltd Gas compressor plant equipped with power recovering means
IL108559A (en) * 1988-09-19 1998-03-10 Ormat Method of and apparatus for producing power using compressed air
CN1683761B (zh) * 2004-02-01 2010-04-28 柴文龙 两路循环型内燃机
JP2005325746A (ja) * 2004-05-13 2005-11-24 Toyota Industries Corp 車両用排熱回収システム
US7278264B2 (en) * 2005-03-31 2007-10-09 Air Products And Chemicals, Inc. Process to convert low grade heat source into power using dense fluid expander
CN100451335C (zh) * 2006-02-27 2009-01-14 曾德勋 空气压缩机的热回收循环系统
KR101175385B1 (ko) * 2006-06-16 2012-08-20 엘지전자 주식회사 지열을 이용한 공기조화기
JP5018592B2 (ja) 2008-03-27 2012-09-05 いすゞ自動車株式会社 廃熱回収装置
JP5495293B2 (ja) * 2009-07-06 2014-05-21 株式会社日立産機システム 圧縮機
JP5163620B2 (ja) * 2009-10-15 2013-03-13 株式会社豊田自動織機 廃熱回生システム
DE102010042401A1 (de) 2010-10-13 2012-04-19 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Abwärmenutzung einer Brennkraftmaschine
US20130299123A1 (en) * 2010-12-07 2013-11-14 Joseph John Matula Geothermal System
US8302399B1 (en) * 2011-05-13 2012-11-06 General Electric Company Organic rankine cycle systems using waste heat from charge air cooling
JP2013057256A (ja) * 2011-09-07 2013-03-28 Ihi Corp 圧縮機のエネルギー回収システム
JP2014231739A (ja) 2011-09-26 2014-12-11 株式会社豊田自動織機 廃熱回生システム
JP2013092144A (ja) 2011-10-03 2013-05-16 Kobe Steel Ltd 補助動力発生装置
DE102012220188B4 (de) * 2012-11-06 2015-05-13 Siemens Aktiengesellschaft Integrierter ORC-Prozess an zwischengekühlten Kompressoren zur Erhöhung des Wirkungsgrades und Verringerung der erforderlichen Antriebsleistung durch Nutzung der Abwärme
CN103573584B (zh) 2013-09-23 2016-07-06 杭州山立净化设备股份有限公司 一种压缩空气热能回收及控制系统

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