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特表2024-524400コンプレッサにおける熱回収のための方法及びコンプレッサ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-05
(54)【発明の名称】コンプレッサにおける熱回収のための方法及びコンプレッサ
(51)【国際特許分類】
F04B 41/00 20060101AFI20240628BHJP
F04C 23/00 20060101ALI20240628BHJP
F04C 28/26 20060101ALI20240628BHJP
F04C 29/04 20060101ALI20240628BHJP
【ＦＩ】
F04B41/00 B
F04C23/00 D
F04C28/26 Z
F04C29/04 H
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2023580603
(86)(22)【出願日】2022-06-28
(85)【翻訳文提出日】2023-12-26
(86)【国際出願番号】 FI2022050476
(87)【国際公開番号】W WO2023275441
(87)【国際公開日】2023-01-05
(31)【優先権主張番号】20215768
(32)【優先日】2021-06-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523487955
【氏名又は名称】タンターボ・ユルキネン・オサケユキチュア
【氏名又は名称原語表記】ＴＡＭＴＵＲＢＯ ＯＹＪ
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】クイスマネン，オッリ
(72)【発明者】
【氏名】ランミ，ユハ
【テーマコード（参考）】
3H076
3H129
【Ｆターム（参考）】
3H076AA16
3H076BB31
3H076CC82
3H076CC84
3H129AA01
3H129AA22
3H129AB02
3H129BB12
3H129BB42
3H129CC13
3H129CC23
3H129CC34
3H129CC56
(57)【要約】
本発明は、ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージ（１．１～１．３）と、圧縮ガスを冷却するための２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２）と、を備える、コンプレッサ（１）に関する。２つ以上の熱交換器（２）の各々は、少なくとも、熱交換器（２）を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器（２）を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を備える。コンプレッサ（１）は、コンプレッサの内部構成要素の冷却のための１つ以上の液体－液体熱交換器であって、熱交換器（２）を通してクーラントを移送するための一次部品と、内部構成要素から冷却物質に熱を移送するために、液体－液体熱交換器（２．４）を通して冷却物質を移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、１つ以上の液体－液体熱交換器を更に備える。液体－液体熱交換器（２．４）及び２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２）を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路（５）と、複数の圧縮ステージ（１．１～１．３）及び圧縮ガス熱交換器（２）を介してガスの流れを導くためのガス流回路（６）と、が提供される。クーラント回路（５）は、液体－液体熱交換器（２．４）が直列接続のシーケンスにおける第１又は第２のものであり、かつ２つ以上の圧縮ガス熱交換器のうちの少なくとも２つが直列接続されるように、少なくとも部分的に直列に連結されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コンプレッサ（１）であって、ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージ（１．１～１．３）と、
圧縮ガスを冷却するための２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２）であって、前記２つ以上のガス熱交換器（２）の各々が、
前記ガス熱交換器（２）を通して前記圧縮ガスを移送するための一次部品と、
前記圧縮ガスから熱を回収するために前記ガス熱交換器（２）を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２）と、
前記コンプレッサの内部構成要素の冷却のための１つ以上の液体－液体熱交換器（２．４）であって、
前記液体－液体熱交換器（２）を通してクーラントを移送するための一次部品と、
前記内部構成要素から冷却物質に熱を移送するために、前記液体－液体熱交換器（２．４）を通して前記冷却物質を移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、１つ以上の液体－液体熱交換器（２．４）と、
前記液体－液体熱交換器（２．４）及び前記２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２）を介して前記クーラントの流れを導くためのクーラント回路（５）と、
前記複数の圧縮ステージ（１．１～１．３）及び前記圧縮ガス熱交換器（２）を介してガスの流れを導くためのガス流回路（６）と、を備え、
前記コンプレッサ（１）が、
－クーラント温度、
－圧縮効率のうちの少なくとも１つを最適化するために、前記熱交換器（２）のうちのいずれかを少なくとも部分的にバイパスするための手段（１３．３）を更に備えることを特徴とする、コンプレッサ（１）。
【請求項2】
前記クーラント回路（５）は、前記液体－液体熱交換器（２．４）が直列接続のシーケンスにおける第１又は第２のものであり、かつ前記２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２）のうちの少なくとも２つが直列接続されるように、少なくとも部分的に直列に連結されており、前記液体－液体熱交換器（２．４）が、前記圧縮ガス熱交換器（２）と直列であるか、又は前記圧縮ガス熱交換器（２）のうちの少なくとも１つと並列であるかのいずれかである、請求項１に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項3】
少なくとも３つ以上のガス熱交換器（２）の前記クーラント回路（５）は、前記直列接続がコンプレッサステージ（１．１～１．３）間の前記直列接続とは少なくとも部分的に異なり、かつ前記コンプレッサステージ（１．１～１．３）の逆順序とは異なり、クーラント温度又はエネルギー含有量を最適化するように選択されるように、少なくとも部分的に直列に連結されている、請求項１又は２に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項4】
コンプレッサ（１）であって、ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージ（１．１～１．３）と、
圧縮ガスを冷却するための２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２）であって、前記２つ以上の熱交換器（２）の各々が、
前記熱交換器（２）を通して前記圧縮ガスを移送するための一次部品と、
前記圧縮ガスから熱を回収するために前記熱交換器（２）を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２）と、
前記コンプレッサの内部構成要素の冷却のための１つ以上の液体－液体熱交換器であって、
前記熱交換器（２）を通してクーラントを移送するための一次部品と、
前記内部構成要素から冷却物質に熱を移送するために、前記液体－液体熱交換器（２．４）を通して前記冷却物質を移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、１つ以上の液体－液体熱交換器と、
前記液体－液体熱交換器（２．４）及び前記２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２）を介して前記クーラントの流れを導くためのクーラント回路（５）と、
前記複数の圧縮ステージ（１．１～１．３）及び前記圧縮ガス熱交換器（２）を介してガスの流れを導くためのガス流回路（６）と、を備え、
前記クーラント回路（５）は、前記液体－液体熱交換器（２．４）が前記直列接続のシーケンスにおける前記第１又は第２のものであり、かつ前記２つ以上の圧縮ガス熱交換器のうちの少なくとも２つが直列接続されるように、少なくとも部分的に直列に連結されており、前記液体－液体熱交換器（２．４）が、前記圧縮ガス熱交換器（２）と直列であるか、又は前記圧縮ガス熱交換器（２）のうちの少なくとも１つと並列であるかのいずれかであることを特徴とする、コンプレッサ（１）。
【請求項5】
少なくとも１つの熱交換器（２）が、各圧縮ステージ（１．１～１．３）のガス出力部（１．１ｂ～１．３ｃ）と連結されている、請求項４に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項6】
前記熱交換器（２）の前記二次部品が前記クーラント回路（５）によって連結される順序が、１つ以上の所定の基準に基づいて選択される、請求項４又は５に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項7】
１つ以上の所定の基準が、－クーラント循環から出る前記クーラントを利用するプロセスに必要な熱量、
－前記コンプレッサ（１）の入力部において許容される最大空気量、
－前記コンプレッサ／１）の出力部での前記圧縮ガスの温度、
－前記コンプレッサから出る液体の温度、
－前記コンプレッサ（１）の効率、
－循環回路（５）の入力部での前記クーラントの温度、及び／又は
－異なる圧縮ステージ（１．１～１．３）間の圧力比のうちの１つ以上である、請求項６に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項8】
少なくとも１つの熱交換器（２）が、各圧縮ステージ（１．１～１．３）のガス出力部（１．１ｂ～１．３ｃ）と連結されている、請求項４～７のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項9】
前記熱交換器（２）の総数が、前記圧縮ステージ（１．１～１．３）の総数よりも少なくとも１つ多い、請求項４～８のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項10】
前記コンプレッサ（１）が、前記クーラント回路（５）によって３つ以上の前記熱交換器（２）間の相互接続を調整するための手段を備える、請求項４～９のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項11】
前記相互接続を調整するための手段が、前記コンプレッサ（１）の動作特性又は前記コンプレッサ（１）が動作している環境に基づいて、前記３つ以上の熱交換器（２）間の前記相互接続を調整するように構成されている、請求項１０に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項12】
前記相互接続を調整するための手段が、クーラント温度及び圧縮効率を最適化するために、前記相互接続を調整するか、又は３つの前記熱交換器のうちのいずれかを少なくとも部分的にバイパスするように構成されている、請求項１０又は１１に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項13】
前記熱交換器（２）が、冷却のために前記圧縮ガスを導入するためのガス入力部（２．１ａ～２．４ａ）と、冷却された前記ガスを前記一次部品から出力するためのガス出力部（２．１ｂ～２．４ｂ）と、を有する、一次部品と、
前記クーラントを導入するためのクーラント入力部（２．１ｃ～２．４ｃ）と、前記クーラントを前記二次部品から出力するためのクーラント出力部（２．１ｄ～２．４ｄ）と、を有する、二次部品と、を備える、請求項４～１２のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項14】
水冷式である追加のアフタークーラを備える、請求項４～１３のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項15】
コンプレッサ（１）であって、ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージ（１．１～１．３）と、
圧縮ガスを冷却するための３つ以上の熱交換器（２）であって、前記３つ以上の熱交換器（２）の各々が、
前記熱交換器（２）を通して前記圧縮ガスを移送するための一次部品と、
前記圧縮ガスから熱を回収するために前記熱交換器（２）を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、３つ以上の熱交換器（２）と、
前記３つ以上の熱交換器（２）を介して前記クーラントの流れを導くためのクーラント回路（５）と、
前記複数の圧縮ステージ（１．１～１．３）及び前記熱交換器（２）を介してガスの流れを導くためのガス流回路（６）と、を備え、
少なくとも３つ以上の熱交換器（２）の前記クーラント回路（５）は、直列接続が少なくとも部分的に、
コンプレッサステージ（１．１～１．３）間の前記直列接続とは異なり、かつ前記コンプレッサステージ（１．１～１．３）の逆順序とは異なり、クーラント温度又はエネルギー含有量を最適化するように選択されるように、少なくとも部分的に直列に連結されていることを特徴とする、コンプレッサ（１）。
【請求項16】
前記熱交換器（２）の前記二次部品が前記クーラント回路（５）によって連結される順序が、１つ以上の所定の基準に基づいて選択される、請求項１５に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項17】
１つ以上の所定の基準が、－クーラント循環から出る前記クーラントを利用するプロセスに必要な熱量、
－前記コンプレッサ（１）の入力部において許容される最大空気量、
－前記コンプレッサ（１）の出力部での前記圧縮ガスの温度、
－前記コンプレッサから出る液体の温度、
－前記コンプレッサ（１）の効率、
－循環回路（５）の入力部での前記クーラントの温度、及び／又は
－異なる圧縮ステージ（１．１～１．３）間の圧力比のうちの１つ以上である、請求項１６に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項18】
前記熱交換器（２）の総数が、前記圧縮ステージ（１．１～１．３）の総数よりも少なくとも１つ多い、請求項１５～１７のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項19】
前記コンプレッサ（１）が、前記クーラント回路（５）によって前記３つ以上の熱交換器（２）間の相互接続を調整するための手段を備える、請求項１５～１８のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項20】
前記相互接続を調整するための手段が、前記コンプレッサ（１）の動作特性又は前記コンプレッサ（１）が動作している環境に基づいて、前記３つ以上の熱交換器（２）間の前記相互接続を調整するように構成されている、請求項１９に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項21】
前記相互接続を調整するための手段が、クーラント温度及び圧縮効率を最適化するために、前記相互接続を調整するか、又は３つの前記熱交換器のうちのいずれかを少なくとも部分的にバイパスするように構成されている、請求項１９又は２０に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項22】
前記熱交換器（２）が、冷却のために前記圧縮ガスを導入するためのガス入力部（２．１ａ～２．４ａ）と、冷却された前記ガスを前記一次部品から出力するためのガス出力部（２．１ｂ～２．４ｂ）と、を有する、一次部品と、
前記クーラントを導入するためのクーラント入力部（２．１ｃ～２．４ｃ）と、前記クーラントを前記二次部品から出力するためのクーラント出力部（２．１ｄ～２．４ｄ）と、を有する、二次部品と、を備える、請求項１５～２１のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項23】
水冷式である追加のアフタークーラを備える、請求項１５～２２のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項24】
前記クーラント回路（５）が、外部クーラントソース（８）から前記クーラント回路（５）にクーラントを受容するためのクーラント入力部（１８）と、
前記クーラント回路（５）から前記クーラントを出すためのクーラント出力部（１９）と、を備える、請求項１５～２３のいずれか一項に記載のコンプレッサ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コンプレッサにおける熱回収のための方法に関する。方法はまた、コンプレッサであって、ガスを圧縮するための複数の圧縮ステージと、圧縮ガスを冷却するための３つ以上の熱交換器であって、３つ以上の熱交換器の各々が、少なくとも、冷却のために圧縮ガスを導入するガス入力部と、冷却されたガスを一次部品から出力するためのガス出力部と、を有する、一次部品と、クーラントを導入するためのクーラント入力部と、クーラントを二次部品から出力するためのクーラント出力部と、を有する、二次部品と、を少なくとも備える、３つ以上の熱交換器と、を備え、３つ以上の熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、複数の圧縮ステージ及び熱交換器を介してガスの流れを直列に導くためのガス流回路と、を更に備える、コンプレッサに関する。
【背景技術】
【0002】
コンプレッサは、典型的には、コンプレッサの１つ以上のコンプレッサステージによって圧縮されたガスの温度を低減するための１つ以上の熱交換器を有する。多ステージコンプレッサは、典型的には、各圧縮ステージの後に、圧縮ステージによって圧縮されたガスを冷却するための熱交換器を有する。熱交換器のクーラント入力部は、通常、水などのクーラントが各熱交換器に並列に供給されるように、並列に連結される。これは、クーラントの温度が熱交換器の各入力部で同じであることを意味する。しかしながら、各コンプレッサステージは、熱回収効率及び結果として各コンプレッサステージの効率が最適でない場合がある同じ動作パラメータを有していない場合がある。
【0003】
コンプレッサステージの入力部の温度がコンプレッサステージの効率に影響することが知られている。基本的に、入力部のガスの温度が高いほど、圧縮に必要なエネルギーが高くなる。
【0004】
熱交換器は、典型的には、一次部品及び二次部品を有する。一部の熱交換器はまた、三次部品を有することができる。コンプレッサ用途では、一次部品などの部品のうちの１つは、熱交換器を通して圧縮ガスを案内するために提供され、二次部品は、熱交換器を通してクーラントを案内するために提供される。したがって、圧縮ガスの熱の少なくとも一部は、圧縮ガスの温度がクーラントの温度よりも高いときに、圧縮ガスからクーラントに移送される。
【0005】
ある物質から別の物質への熱の移送は、ある物質から別の物質への熱回収とも呼ばれ得る。
【発明の概要】
【0006】
本発明の一部の実施形態によれば、従来技術の方法及びコンプレッサと比較して、熱回収効率及び出口部クーラント温度を改善することができる方法及び多ステージ式コンプレッサが提供されている。本発明の背後にある１つの基本的なアイデアは、クーラントが異なる熱交換器を通って流れる順序が、静的に又は動的に、圧縮パラメータに基づいて選択され得、熱回収の順序が、圧縮ガスが異なる熱交換器を通って流れる順序とは異なるように、クーラント回路を配設することである。
【0007】
冷却回路の直列接続では、１つの熱交換器の出力部からのクーラント又はクーラントの一部は、別の熱交換器の入力部に導かれる。
【0008】
本明細書では、「圧縮ステージの順序」という表現は、圧縮されるガスがコンプレッサの圧縮ステージを通って移動する順序を意味し、第１の圧縮ステージは、ガスがコンプレッサの外部から入力される圧縮ステージであり、最後のコンプレッサステージは、例えば、製造プラントで、又は処理、ろ過、乾燥などの後に利用するために、更なる処理のために圧縮ガスを出力する。しかしながら、ガスの一部をコンプレッサから取り出すことができるコンプレッサ内の中間ガス出口部を有することも可能であり得る。
【0009】
本開示の第１の態様によれば、コンプレッサが提供されており、コンプレッサは、
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための３つ以上の熱交換器であって、３つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、３つ以上の熱交換器と、
３つ以上の熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び熱交換器を介してガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
コンプレッサは、
熱交換器のうちのいずれかを少なくとも部分的にバイパスして、
－クーラント温度、
－圧縮効率のうちの少なくとも１つを最適化するための手段を更に備えることを特徴とする。
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための３つ以上の熱交換器であって、３つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、３つ以上の熱交換器と、
３つ以上の熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び熱交換器を介してガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
コンプレッサは、
熱交換器のうちのいずれかを少なくとも部分的にバイパスして、
－クーラント温度、
－圧縮効率のうちの少なくとも１つを最適化するための手段を更に備えることを特徴とする。
【0010】
一実施形態によれば、クーラント回路は、液体－液体熱交換器が直列接続のシーケンスにおける第１又は第２のものであり、かつ２つ以上の圧縮ガス熱交換器のうちの少なくとも２つが直列接続されるように、少なくとも部分的に直列に連結されており、液体－液体熱交換器は、圧縮ガス熱交換器と直列であるか、又は圧縮ガス熱交換器のうちの少なくとも１つと並列であるかのいずれかである。
【0011】
一実施形態によれば、少なくとも３つ以上の熱交換器のクーラント回路は、直列接続がコンプレッサステージ間の直列接続とは少なくとも部分的に異なり、かつコンプレッサステージの逆順序とは異なり、クーラント温度又はエネルギー含有量を最適化するように選択されるように、少なくとも部分的に直列に連結されている。
【0012】
一実施形態によれば、少なくとも１つの熱交換器は、各圧縮ステージのガス出力部と連結されている。
【0013】
一実施形態によれば、少なくとも１つの熱交換器は、各圧縮ステージのガス出力部と連結されている。
【0014】
一実施形態によれば、熱交換器の総数は、圧縮ステージの総数よりも少なくとも１つ多い。
【0015】
一実施形態によれば、バイパスするための手段は、１つ以上の制御可能なバルブを備える。
【0016】
本開示の第２の態様によれば、コンプレッサが提供されており、コンプレッサは、
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための２つ以上の圧縮ガス熱交換器であって、２つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、２つ以上の圧縮ガス熱交換器と、
コンプレッサの内部構成要素の冷却のための１つ以上の液体－液体熱交換器であって、
熱交換器を通してクーラントを移送するための一次部品と、
内部構成要素から冷却物質に熱を移送するために、液体－液体熱交換器を通して冷却物質を移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、１つ以上の液体－液体熱交換器と、
液体－液体熱交換器及び２つ以上の圧縮ガス熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び圧縮ガス熱交換器を介して直列にガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
クーラント回路は、液体－液体熱交換器が直列接続のシーケンスにおける第１又は第２のものであり、かつ２つ以上の圧縮ガス熱交換器のうちの少なくとも２つが直列接続されるように、少なくとも部分的に直列に連結されていることを特徴とする。
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための２つ以上の圧縮ガス熱交換器であって、２つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、２つ以上の圧縮ガス熱交換器と、
コンプレッサの内部構成要素の冷却のための１つ以上の液体－液体熱交換器であって、
熱交換器を通してクーラントを移送するための一次部品と、
内部構成要素から冷却物質に熱を移送するために、液体－液体熱交換器を通して冷却物質を移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、１つ以上の液体－液体熱交換器と、
液体－液体熱交換器及び２つ以上の圧縮ガス熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び圧縮ガス熱交換器を介して直列にガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
クーラント回路は、液体－液体熱交換器が直列接続のシーケンスにおける第１又は第２のものであり、かつ２つ以上の圧縮ガス熱交換器のうちの少なくとも２つが直列接続されるように、少なくとも部分的に直列に連結されていることを特徴とする。
【0017】
一実施形態によれば、少なくとも３つの冷却ステージが直列であり、その結果、クーラントが少なくとも３つの冷却ステージに提供される順序が、１つ以上の所定の基準に基づいて選択可能であるように、２つ以上の圧縮ステージを備えたコンプレッサが提供されている。
【0018】
一実施形態によれば、少なくとも３つの冷却ステージが直列であり、その結果、クーラントが少なくとも３つの冷却ステージに提供される順序が、１つ以上の所定の基準に基づいて選択可能であるように、２つ以上の圧縮ステージを備えたコンプレッサが提供されている。
【0019】
一実施形態によれば、少なくとも３つの冷却ステージが直列であり、その結果、クーラントが少なくとも３つの冷却ステージに提供される順序が、コンプレッサの動作中に調整可能であるように、２つ以上の圧縮ステージを備えたコンプレッサが提供されている。
【0020】
一実施形態によれば、コンプレッサ構成要素から（すなわち、圧縮空気からではなく）熱を移送するための三次冷却回路がまた存在し得、当該冷却回路は、圧縮空気冷却回路のいずれかと並列であるか、又はそれらと直列であり得、当該回路は、コンプレッサの動作中に調整可能であり得る。
【0021】
一実施形態によれば、コンプレッサは、空気コンプレッサである。
一実施形態によれば、少なくとも２つの冷却ステージが、流出するクーラントの温度を上昇させるために少なくとも部分的に直列であるように、２つ以上の圧縮ステージを有する空気コンプレッサが提供されている。
一実施形態によれば、少なくとも２つの冷却ステージが、流出するクーラントの温度を上昇させるために少なくとも部分的に直列であるように、２つ以上の圧縮ステージを有する空気コンプレッサが提供されている。
【0022】
一実施形態によれば、圧縮ステージと、ガス流の下流の最後の圧縮ステージの後のアフタークーラとの間に１つ以上のインタークーラを有する空気コンプレッサが提供されており、インタークーラは、アフタークーラの前に直列にある。これにより、圧縮プロセス中に空気が高温になりすぎるのを防ぐことができる。しかしながら、アフタークーラは、１つ以上のインタークーラの前に配置することもできる。
【0023】
一実施形態によれば、コンプレッサの後に圧縮空気を冷却するための追加のアフタークーラを備えた空気コンプレッサが提供されている。
【0024】
一実施形態によれば、全ての熱交換器が直列である空気コンプレッサが提供されている。
【0025】
一実施形態によれば、熱交換器の全てではなく一部のみが直列である空気コンプレッサが提供されている。
【0026】
一実施形態によれば、クーラントの流れ及び部分的又は完全に直列の冷却ステージの順序は、動作特性に基づいて調整可能である。
【0027】
一実施形態によれば、クーラントが熱交換器を通して流れる論理は、クーラント温度及び圧縮効率を最適化するように調整される。
【0028】
一実施形態によれば、冷却回路のうちの１つが熱交換器によって回収された熱を利用し、かつ冷却回路のうちの別の１つが熱を大気中に放散するように、３つの別個の冷却回路を有する空気コンプレッサが提供されている。
【0029】
一実施形態によれば、水冷式である追加のアフタークーラを備える空気コンプレッサが提供されている。
【0030】
一実施形態によれば、空冷式の追加のアフタークーラを備える空気コンプレッサが提供されている。
【0031】
一実施形態によれば、圧縮熱式乾燥機であり得る空気乾燥機を有する空気コンプレッサが提供されており、コンプレッサ出口温度は、乾燥機の効率及び製造プラントの熱利用を最適化するように選択される。
【0032】
本開示の第３の態様によれば、コンプレッサが提供されており、コンプレッサは、
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための３つ以上の熱交換器であって、３つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、３つ以上の熱交換器と、
３つ以上の熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び熱交換器を介してガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
少なくとも３つ以上の熱交換器のクーラント回路は、直列接続がコンプレッサステージ間の直列接続とは少なくとも部分的に異なり、かつコンプレッサステージの逆順序とは異なり、クーラント温度又はエネルギー含有量を最適化するように選択されるように、少なくとも部分的に直列に連結されていることを特徴とする。
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための３つ以上の熱交換器であって、３つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、３つ以上の熱交換器と、
３つ以上の熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び熱交換器を介してガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
少なくとも３つ以上の熱交換器のクーラント回路は、直列接続がコンプレッサステージ間の直列接続とは少なくとも部分的に異なり、かつコンプレッサステージの逆順序とは異なり、クーラント温度又はエネルギー含有量を最適化するように選択されるように、少なくとも部分的に直列に連結されていることを特徴とする。
【0033】
一実施形態によれば、少なくとも１つの熱交換器は、各圧縮ステージのガス出力部と連結されている。
【0034】
一実施形態によれば、熱交換器の二次部品がクーラント回路によって連結される順序は、１つ以上の所定の基準に基づいて選択される。
【0035】
一実施形態によれば、１つ以上の所定の基準は、
－クーラント循環から出るクーラントを利用するプロセスに必要な熱量、
－コンプレッサの入力部において許容される最大空気量、
－コンプレッサの出力部での圧縮ガスの温度、
－コンプレッサから出る液体の温度、
－コンプレッサの効率、
－循環回路の入力部でのクーラントの温度、及び／又は
－異なる圧縮ステージ間の圧力比のうちの１つ以上である。
－クーラント循環から出るクーラントを利用するプロセスに必要な熱量、
－コンプレッサの入力部において許容される最大空気量、
－コンプレッサの出力部での圧縮ガスの温度、
－コンプレッサから出る液体の温度、
－コンプレッサの効率、
－循環回路の入力部でのクーラントの温度、及び／又は
－異なる圧縮ステージ間の圧力比のうちの１つ以上である。
【0036】
一実施形態によれば、少なくとも１つの熱交換器は、各圧縮ステージのガス出力部と連結されている。
【0037】
一実施形態によれば、熱交換器の総数は、圧縮ステージの総数よりも少なくとも１つ多い。
【0038】
一実施形態によれば、コンプレッサは、クーラント回路によって３つ以上の熱交換器間の相互接続を調整するための手段を備える。
【0039】
一実施形態によれば、相互接続を調整するための手段は、制御可能なバルブを備える。
一実施形態によれば、相互接続を調整するための手段は、コンプレッサの動作特性又はコンプレッサが動作している環境に基づいて、３つ以上の熱交換器間の相互接続を調整するように構成されている。
一実施形態によれば、相互接続を調整するための手段は、コンプレッサの動作特性又はコンプレッサが動作している環境に基づいて、３つ以上の熱交換器間の相互接続を調整するように構成されている。
【0040】
一実施形態によれば、相互接続を調整するための手段は、クーラント温度及び圧縮効率を最適化するために、相互接続を調整するか、又は３つの熱交換器のうちのいずれかを少なくとも部分的にバイパスするように構成されている。
【0041】
一実施形態によれば、コンプレッサは、冷却回路のうちの１つが熱交換器によって回収された熱を利用するように構成され、かつ冷却回路のうちの別の１つが熱を大気中に放散するように構成されるように、２つの別個の冷却回路を備える。
【0042】
一実施形態によれば、コンプレッサは、乾燥機の効率及び製造プラントの熱利用を最適化するために、２つの別個の冷却回路を調整するように構成されている。
【0043】
一実施形態によれば、熱交換器は、
冷却のために圧縮ガスを導入するためのガス入力部と、冷却されたガスを一次部品から出力するためのガス出力部と、を有する、一次部品と、
クーラントを導入するためのクーラント入力部と、クーラントを二次部品から出力するためのクーラント出力部と、を有する、二次部品と、を備える。
冷却のために圧縮ガスを導入するためのガス入力部と、冷却されたガスを一次部品から出力するためのガス出力部と、を有する、一次部品と、
クーラントを導入するためのクーラント入力部と、クーラントを二次部品から出力するためのクーラント出力部と、を有する、二次部品と、を備える。
【0044】
一実施形態によれば、コンプレッサは、水冷式である追加のアフタークーラを備える。
一実施形態によれば、クーラント回路は、
外部クーラントソースからクーラント回路にクーラントを受容するためのクーラント入力部と、
クーラント回路からクーラントを出すためのクーラント出力部と、を備える。
一実施形態によれば、クーラント回路は、
外部クーラントソースからクーラント回路にクーラントを受容するためのクーラント入力部と、
クーラント回路からクーラントを出すためのクーラント出力部と、を備える。
【0045】
本発明は、とりわけ、コンプレッサの全体的な効率を増加することができ、かつ／又は廃棄エネルギーを少なくとも部分的に利用することができるように、異なる熱交換器の直列接続を配設する可能性に起因して、コンプレッサの熱回収効率を改善することができる。効率に影響を与え得る１つの要因は、熱交換器に入るクーラントの温度である。一部の圧縮ステージでは、クーラントをできるだけ冷たく先行する熱交換器に入力することによって達成され得る入力ガス流の低温を有することが有益であり得、一方で、一部の他の圧縮ステージでは、コンプレッサの全体的な効率を考慮して、入力ガス流のより高い温度が許容され得る。
【0046】
以下、添付の図面を参照して、本開示の一部の実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】一実施形態による、簡略化されたプロセスチャートとして、コンプレッサを示す。
【図2a】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2b】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2c】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2d】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2e】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2f】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2g】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2h】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2i】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図3】多ステージコンプレッサを利用し得るプロセスの実施例を描示する。
【発明を実施するための形態】
【0048】
図１は、いくつかの熱交換器２を有する多ステージコンプレッサ１の実施例を簡略化されたプロセスチャートとして示している。この実施例では、コンプレッサは、３つの圧縮ステージ１．１、１．２、１．３及び３つの圧縮ガス熱交換器２．１、２．２、２．３を有するが、実用的な実装形態では、コンプレッサ１はまた、２つの圧縮ステージのみ若しくは３つを超える圧縮ステージ、及び／又は３つを超える熱交換器を有することができる。更に、圧縮ステージの総数と熱交換器の総数は、同じである必要はない。
【0049】
以下では、圧縮ガス熱交換器１．１～１．３は、熱交換器１．１～１．３とも呼ばれ得、一方で、内部冷却用の熱交換器１７は、液体－液体熱交換器２．４と呼ばれる。
【0050】
各圧縮ステージ１．１、１．２、１．３は、ガス入力部１．１ａ、１．２ａ、１．３ａ、及びガス出力部１．１ｂ、１．２ｂ、１．３ｂを有する。各交換器２．１、２．２、２．３は、冷却ガス用の一次部品及びクーラント用の二次部品を有する。一次部品は、ガス入力部２．１ａ、２．２ａ、２．３ａ、及びガス出力部２．１ｂ、２．２ｂ、２．３ｂを有し、二次部品は、クーラント入力部２．１ｃ、２．２ｃ、２．３ｃ、及びクーラント出力部２．１ｄ、２．２ｄ、２．３ｄを有する。
【0051】
コンプレッサ１は、１つ以上の圧縮ステージ１．１、１．２、１．３を回転させるための少なくとも１つのモータ３を有する。一部の実施形態では、各圧縮ステージがモータ３の軸３．１ａに連結されている１つのモータ３．１のみが存在するが、図１の実施例では、全ての圧縮ステージ１．１、１．２、１．３は、第１の圧縮ステージ１．１が、第１のモータ３．１の軸３．１ａに連結され、第２の圧縮ステージ１．２が、第２のモータ３．２の軸３．２ａに連結され、第３の圧縮ステージ１．３が、第３のモータ３．３の軸３．３ａに連結されるように、個々のモータ３．１、３．２、３．３によって駆動される。なおも別の実施形態では、いくつかの圧縮ステージは、同じモータによって駆動され得、いくつかの他の圧縮ステージは、別のモータによって駆動され得る。各モータ３はまた、モータ制御回路４を有し得、又は図１の実施例に示されるような共通のモータ制御回路があり得、ここで、各モータ３．１、３．２、３．３は、同じモータ制御回路４によって制御される。
【0052】
コンプレッサ１はまた、熱交換器２の二次部品を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路５と、圧縮ステージ１．１、１．２、１．３及び熱交換器２．１、２．２、２．３を介してガスの流れを導くためのガス流回路６とを有する。
【0053】
コンプレッサ１はまた、例えば、図１に示されていないバルブ、乾燥機などの更なる構成要素を有し得ることに留意されたい。
【0054】
図１の実施形態では、圧縮されるべきガスの流れは次のとおりである。ガスは、第１の圧縮ステージ１．１のガス入力部１．１ａでガスソース７から到達する。ガスは、例えば、外気又は他のガスソースからのものである。モータ３．１は、ガスを圧縮するために第１の圧縮ステージ１．１を回転させるモータの軸３．１ａを回転させる。圧縮されたガスは、第１の圧縮ステージ１．１のガス出力部１．１ｂから出力される。ガス流回路６は、圧縮ガスを第１の圧縮ステージ１．１から第１の熱交換器２．１の一次部品のガス入力部２．１ａに運び、圧縮ガスの温度を下げ、すなわち、圧縮ガスから熱を回収する。第１の熱交換器２．１の一次部品のガス出力部２．１ｂは、第２の圧縮ステージ１．２のガス入力部１．２ａに流れ接続されており、冷却された圧縮ガスは、更なる圧縮のために第２の圧縮ステージ１．２に流れることができる。第２の圧縮ステージ１．２によって圧縮されたガスは、第２の圧縮ステージ１．２のガス出力部１．２ｂから出力される。ガス流回路６は、圧縮ガスを第２の圧縮ステージ１．２から第２の熱交換器２．２の一次部品のガス入力部２．２ａに運び、圧縮ガスから熱を回収する。第２の熱交換器２．２の一次部品のガス出力部２．２ｂは、第３の圧縮ステージ１．３のガス入力部１．３ａに流れ接続されており、冷却された圧縮ガスは、更なる圧縮のために第３の圧縮ステージ１．３に流れることができる。第３の圧縮ステージ１．３によって圧縮されたガスは、第３の圧縮ステージ１．３のガス出力部１．３ｂから出力され、かつ第３の熱交換器２．３の一次部品のガス入力部２．３ａに流れる。冷却されたガスは、例えば、乾燥のために、製造プラント、発電所などで利用するために、更なる処理のために、第３の熱交換器２．３の一次部品の出力部２．２ｄから取り出すことができる。コンプレッサ１によって圧縮されたガスの利用は、本発明の説明及び理解には基本的に無関係であり、ここではより詳細に説明しない。
【0055】
次に、図１のコンプレッサ１内のクーラントの流れをより詳細に説明する。この実施例では、熱交換器の二次部品の各々は直列であり、コンプレッサステージ１．１、１．２、１．３の順序とは異なる順序であると仮定する。順序はまた、第１の熱交換器２．１、次に第３の熱交換器２．３、次に第２の熱交換器２．２であると仮定される。したがって、クーラントソース８から取り出されたクーラントは、第１の熱交換器２．１の二次部品のクーラント入力部２．１ｃに流れている。一部の熱は、第１の熱交換器２．１内でガスからクーラントに回収され、クーラントの温度は、第１の熱交換器２．１を通して流れる間に上昇する。次いで、加熱されたクーラントは、クーラント回路５によって第１の熱交換器２．１の二次部品のクーラント出力部２．１ｄから第３の熱交換器２．３の二次部品のクーラント入力部２．３ｃに向けられる。繰り返しになるが、一部の熱は、第３の熱交換器２．３内でガスからクーラントに回収され、クーラントの温度は、第３の熱交換器２．３を通して流れる間に上昇する。次いで、加熱されたクーラントは、クーラント回路５によって第３の熱交換器２．３の二次部品のクーラント出力部２．３ｄから、更なる熱回収が生じる第２の熱交換器２．２の二次部品のクーラント入力部２．２ｃに向けられる。次いで、加熱されたクーラントは、クーラント回路５によって第２の熱交換器２．２の二次部品のクーラント出力部２．３ｄからコンプレッサ１のクーラント出力部に向けられる。加熱されたクーラント又はその一部は、例えば、製造プラント１６で利用され得る。
【0056】
熱交換器の二次部品の直列接続は、第３の熱交換器２．３、次に第１の熱交換器２．１、次に第２の熱交換器２．２であるように、上記とは異なる場合があることに留意されたい。
【0057】
【0058】
図２ａの実施例では、３ステージコンプレッサ１が圧縮空気を生成するために利用されるシステムが、描示されている。熱交換器内で循環するクーラントの順序は、第１の熱交換器２．１、次に第３の熱交換器２．３、次に第２の熱交換器２．２である。また、制御ユニット４の内部構成要素及びコンプレッサのモータ３の温度を制御するために使用されるクーラントを冷却する、液体－液体熱交換器２．４がある。この実施例では、第１の熱交換器２．１及び液体－液体熱交換器２．４のクーラント流は、クーラントが第２の熱交換器２．２及び第３の熱交換器２．３に入る前に並列であり、クーラントの温度は、第２の熱交換器２．２及び第３の熱交換器２．３よりも低くてもよい。したがって、制御ユニット及びモータの冷却効率は、液体－液体熱交換器２．４が第２の熱交換器２．２若しくは第３の熱交換器２．３と並列である場合、又は第３の熱交換器２．３の後にさえある場合よりも優れている可能性がある。
【0059】
制御ユニット４の内部構成要素及びコンプレッサ１のモータ３は、例えば、集積回路及び他の半導体、並びに他の電気部品などを含み得る。したがって、少なくとも半導体の温度をそれらの最大動作温度よりもはるかに低く維持することが有利であろう。これは、クーラント回路の初期ステージで、例えば、内部構成要素を冷却するための第１の熱交換器又は第２の熱交換器として、液体－液体熱交換器２．４にクーラントを提供することによって達成され得る。
【0060】
一実施形態によれば、コンプレッサステージの熱交換器を介して循環される同じクーラントはまた、内部冷却の熱交換器１７を介して循環される。したがって、内部構成要素によって生成された熱の少なくとも一部はまた、システムによって利用され、大気中に無駄にされない。
【0061】
この例示的な実施形態では、クーラントが第１の２．１、第３の２．３、及び第２の熱交換器２．２を通って循環した後にクーラントから熱を回収して、熱交換器を通してクーラントを再循環させる前にクーラントの温度を下げるための第５の熱交換器２．５がまた存在する。クーラントは、必要に応じて、ブロワなどの追加のクーラ１４によって更に冷却され得る。追加のクーラ１４は、例えば、モータ１５によって動力供給され得る。
【0062】
コンプレッサ１からの圧縮空気はまた、圧縮空気の温度が圧縮空気の利用位置で低くなければならないときに冷却され得る。この目的のために、ブロワ及び別のクーラ１１に動力供給するためのモータ１２などの別のクーラ１１がある。実施例によれば、追加のクーラ１１は、液体－液体熱交換器などの熱交換器である。
【0063】
コンプレッサ１はまた、クーラント及び／又はガスの流れを制御するためのバルブ１３又は複数のバルブを有し得る。例えば、第１のバルブ１３．１は、第１のバルブ１３．１が、第１の熱交換器２．１の二次部品を通るクーラントの流れを調整することができ、第２のバルブ１３．２が、液体－液体熱交換器２．４の二次部品を通るクーラントの流れを調整することができるように、クーラント循環回路８に連結される。第１のバルブ１３．１は、より少ない冷却が必要な場合、第１の熱交換器２．１の二次部品を通るクーラントの流量を減少させることができ、それぞれ、第１のバルブ１３．１は、より多くの冷却が必要な場合、第１の熱交換器２．１の二次部品を通るクーラントの流量を増加させることができる。同様の動作は、コンプレッサ１の内部回路の冷却要件に関して、第２のバルブ１３．２によって実施され得る。
【0064】
図２ａの例示的な実施形態では、第３の熱交換器２．３の二次部品に並列な第３のバルブ１３．３がある。第３のバルブ１３．３は、循環クーラントの一部又は全てが第３の熱交換器２．３をバイパスするようにすることができる。
【0065】
循環クーラントのバイパスは、最後の熱交換器にある必要はなく、他の熱交換器にも配置され得ることに留意されたい。更に、コンプレッサ１の動作中の状況に応じて、バイパスするための手段のいずれも作動させられないか、１つ又は２つ以上を作動することができるように、熱交換器をバイパスするための手段が複数あってもよい。
【0066】
そのようなバイパスのための１つの目的は、クーラントがコンプレッサ１から製造プラント１６に向けられるような構成でもクーラントを利用することができるように、コンプレッサ１の出力部でのクーラントの温度を可能な限り一定に維持することであり、このような構成では、クーラントの一定の温度が必要とされるか、又は少なくとも推奨される。更に、クーラントがバイパスされる（又はバイパスされない）方式を調整することは、クーラントの温度に影響を与える可能性があり、より高い温度が必要な場合、例えば、バイパスは使用されない場合がある。
【0067】
一部の熱はまた、エンドユーザのプロセスで利用されるコンプレッサ１から熱を回収するために、第５の熱交換器２．５によって回収され得る。例えば、熱は、プロセスで使用されるきれいな水などの液体に回収される。コンプレッサ１内で循環するクーラントは、必要に応じて、例えば、ブロワ及び別のクーラ１４に動力供給するためのモータ１５を含む追加のクーラ１４によって更に冷却され得る。
【0068】
図２ｂの実施例では、クーラント循環回路に追加の第６の熱交換器２．６があることを除いて、図２ａのシステムとほぼ同様のシステムが描示されている。第６の熱交換器２．６の一次部品は、第２の熱交換器２．２の一次部品と直列に第３の圧縮ステージ１．３のガス出力部と連結されており、第３の圧縮ステージ２．３からの圧縮ガスは、必要に応じて２つの熱交換器によって冷却され得る。第３の熱交換器２．３及び第６の熱交換器２．６の二次部品におけるクーラントの流量制御は、それぞれ、バルブ１３．３、１３．４によって制御され得る。したがって、第３のバルブ１３．３は、循環クーラントの一部又は全てが第３の熱交換器２．３をバイパスするようにすることができる。第６の熱交換器２．６の代わりに、第３の熱交換器２．３は、第１の圧縮ステージ１．１の後に圧縮ガスからの追加の熱回収を提供するための三次部品を有することができる。
【0069】
三次部品（冷却回路）は、例えば、コンプレッサ構成要素から（すなわち、圧縮空気からではなく）熱を移送するために使用され得る。三次部品は、圧縮空気冷却回路のいずれかと並列であるか、又は圧縮空気冷却回路のいずれかと直列であり得る。更に、三次部品は、コンプレッサの動作中に調整可能であり得る。
【0070】
図２ｃの実施例は、図２ａの実施例の修正バージョンである。この実施形態では、内部回路の冷却１７のためのものである液体－液体熱交換器２．４は、他の熱交換器２．１、２．２、２．３と直列である。図２ａに描示されるバルブのいくつかは省略されており、条件（例えば、クーラント及び／又は圧縮ガスの温度）がそうすることを可能にする場合、第３の熱交換器２．３の二次部品に並列なバルブ１３．３のみが、第３の熱交換器２．３をバイパスすることができるように維持される。
【0071】
図２ｄの実施例では、第１の熱交換器２．１と第２の熱交換器２．２は並列であり、バルブ１３．１、１３．２によって制御されているが、第３の熱交換器２．３と液体－液体熱交換器２．４は互いに直列であり、並列に連結された第１の熱交換器２．１と第２の熱交換器２．２は直列である。
【0072】
一実施形態によれば、循環クーラントの一部又は全ては、コンプレッサ１の外側、例えば、熱交換器２．１～２．４のうちの１つの後の大気にバイパスされ得る。
【0073】
一実施形態によれば、クーラントが熱交換器２．１～２．４を通して流れる順序は、固定されていないが、１つ以上の所定の基準に従って少なくとも部分的に修正され得る。例えば、圧縮ステージ１．１～１．３によって出力されるガスの温度を測定することができ、これに基づいて、必要に応じて順序を変更することができる。別の基準は、１つ以上の圧縮ステージ１．１～１．３の効率であり得、圧縮ステージ１．１～１．３の効率を修正する必要がある場合、熱交換器２．１～２．４の順序を、修正された効率によりよく対応するように変更することができる。なおも別の基準は、ガスの温度が他の圧縮ステージよりも高い圧縮ステージが、その特定の圧縮ステージの出力部における熱交換器がクーラント循環の始まり、例えば、熱交換器２．１～２．４のチェーンの第１のものにあるように選択されることを引き起こし得る、クーラントの温度であり得る。
【0074】
図２ｅの実施例では、第１の熱交換器２．１及び第２の熱交換器２．２を介したクーラントの流れは、開放／閉鎖バルブ１３．１～１３．６で修正され得る。例えば、第１のバルブ１３．１、第２のバルブ１３．２、第３のバルブ１３．３、及び第４のバルブ１３．４が開いており、かつ第５のバルブ１３．５及び第６のバルブ１３．６が閉じているときに、第１の熱交換器２．１と第２の熱交換器２．２は並列である。第１のバルブ１３．１、第４のバルブ１３．４、及び第５のバルブ１３．５が開いており、かつ第２のバルブ１３．２、第３のバルブ１３．３、及び第６のバルブ１３．６が閉じているときに、クーラントは、最初に第１の熱交換器２．１を通して流れ、次に第２の熱交換器２．２を通して流れる。第１のバルブ１３．１、第４のバルブ１３．４、及び第５のバルブ１３．５が閉じており、かつ第２のバルブ１３．２、第３のバルブ１３．３、及び第６のバルブ１３．６が開いているときに、クーラントは、最初に第２の熱交換器２．２を通して流れ、次に第１の熱交換器２．１を通して流れる。
【0075】
一実施形態によれば、クーラントは循環されないが、クーラントは、ソース８から入力され、クーラントの流路内の最後の熱交換器の後に、クーラントは、エンティティによって利用されるように提供されている。そのような構成の実施例を図２ｆに示しており、図２ｅの実施例とほぼ同様であるが、クーラント回路は、クーラントが、クーラント回路５にクーラント入力部１８を介してクーラントソース８から受容され、クーラントが、クーラント回路５を通して流れた後に、クーラント出力部１９を介してクーラント回路５から出るように、開いている。この例示的な実施形態では、クーラントがクーラント回路及び第５の熱交換器２．５を出た後にクーラントを冷却するための追加のクーラ１４はないが、一部の他の実施形態では、追加のクーラ１４及び／又は第５の熱交換器２．５を利用することができる。
【0076】
図２ｇの実施例では、クーラント回路の第１の熱交換器は、内部冷却１７のために、すなわち、内部構成要素１７を冷却するために使用される液体－液体熱交換器２．４であり、クーラントの温度は、コンプレッサステージによってまだ上昇していない。次いで、クーラントは、第１のコンプレッサステージ１．１を冷却するための第１の熱交換器２．１、第２のコンプレッサステージ１．２を冷却するための第２の熱交換器２．２、及び第３のコンプレッサステージ１．３を冷却するための第３の熱交換器２．３を介して循環される。また、この実施例では、クーラント回路は、クーラントが、クーラント回路５にクーラント入力部１８を介してクーラントソース８から受容され、クーラントが、クーラント回路５を通って流れた後に、クーラント出力部１９を介してクーラント回路５から出るように、開いているが、エンドユーザのプロセスの他の部分でクーラントが使用されない場合、クーラント回路５はまた閉じられ得る。閉じられたクーラント回路においても、クーラントの温度は、追加の熱交換器、例えば、図２ａに描示された第５の熱交換器を通してクーラントを循環させることによってプロセスによって利用され得ることに留意されたい。
【0077】
図２ｈの実施例では、第２の熱交換器は、内部冷却１７に使用される液体－液体熱交換器２．４であり、クーラントの温度は、第１の熱交換器２．１によって冷却される第１のコンプレッサステージ１．１でわずかに上昇し得る。次いで、クーラントは、第２のコンプレッサステージ１．２を冷却するための第２の熱交換器２．２、及び第３のコンプレッサステージ１．３を冷却するための第３の熱交換器２．３に提供されている。また、この実施例では、クーラント回路は、クーラントが、第７の熱交換器２．７を介してクーラントソース８から受容され、それにより、圧縮ガスの熱の少なくとも一部がクーラントに移送され、その結果、クーラント入力部１８でのクーラントの温度が低くなりすぎないように、開いている。第７の熱交換器２．７から、クーラントは、クーラント回路５に流れ、クーラントは、クーラント回路５を通って流れた後に、クーラント出力部１９を介してクーラント回路５から出るが、エンドユーザのプロセスの他の部分でクーラントが使用されない場合、クーラント回路５はまた閉じられ得る。
【0078】
図２ｉのクーラント回路は、クーラント回路が閉じられており、かつ第７の熱交換器２．７が第３の熱交換器２．３の後にあることを除いて、図２ｈのクーラント回路とほぼ同様であり、その結果、コンプレッサ１の出力部におけるガスの熱の少なくとも一部は、クーラントがクーラントソース８に戻って流れる前に、クーラントに移送され得る。
【0079】
図２ａ～図２ｉの異なる実施例は、更なる実施例に混合され得ることに留意されたい。一実施例として、図２ｉの配設は、第７の熱交換器２．７からのクーラントがクーラントソース８に戻って流れるのではなく、利用のために製造プラント１６の更なるステージに戻るように修正され得る。
【0080】
また、図２ｇ、図２ｈ、及び図２ｉに示される実施形態では、クーラントがコンプレッサステージを介して循環される順序は、ガスがコンプレッサステージ１．１～１．３によって圧縮される順序とは異なる場合があることに留意されたい。例えば、第１の熱交換器２．１は、第３のコンプレッサステージ１．３を冷却するために配設され得、第２の熱交換器２．２は、第１のコンプレッサステージ１．１を冷却するために配設され得、第３の熱交換器２．３は、第２のコンプレッサステージ１．２を冷却するために配設され得る。
【0081】
一部の実施形態では、コンプレッサ１又は複数のコンプレッサ１が配置されている部屋は、暖められてもよく、部屋はまた、例えば、ヒートポンプ又は冷蔵庫によって冷却されてもよい。
【0082】
２つの圧縮ステージの間にある熱交換器はまた、インタークーラと呼ばれ得、その熱交換器又は最後の圧縮ステージの後にあるそれらの熱交換器はまた、アフタークーラと呼ばれ得る。アフタークーラの前にインタークーラを直列に連結することで、圧縮プロセスで空気が高温になりすぎることを防ぐことができる。
【0083】
最後の熱交換器の後など、クーラント回路の熱交換器２．１～２．５のうちのいくつかの後にクーラントの一部又は全てをバイパスすることができる実施形態では、バイパスされたクーラントの温度は、バイパスするクーラントの量を調整することによって調節され得る。例えば、温度は、一定の値に保たれ得る。
【0084】
一実施形態によれば、バイパスされたクーラントを使用して、例えば、アフタークーラから、いくつかのエネルギーをコンプレッサ１に戻すことができる。
【0085】
一部の状況では、それ以外の場合、コンプレッサ１に入るには冷たすぎる場合、暖かい外気を使用してクーラントを温めることができる。
【0086】
一実施形態によれば、コンプレッサは、冷却回路のうちの１つが熱交換器によって回収された熱を利用し、かつ冷却回路のうちの別の１つが熱を大気中に放散するように、２つの別個の冷却回路を有する。
【0087】
一実施形態によれば、例えば、圧縮型乾燥機の熱であり得る空気乾燥機を有する空気コンプレッサが提供されている。コンプレッサ出口温度は、乾燥機の効率及び製造プラントの熱利用を最適化するように選択される。例えば、乾燥機の熱の要求がより多い場合、より多くの熱が乾燥機を通って流れる空気に回収され、より少ない熱がクーラントに回収され、それぞれ、乾燥機の熱の要求がより少ない場合、より多くの熱がクーラントに回収され得、より少ない熱が乾燥機を通って流れる空気に回収される。
【0088】
一部の実施形態によれば、最後の圧縮ステージは、温度の影響を最も受けず、その圧縮ステージにはより少ない冷却電力が提供され得、他の圧縮ステージにはより多くの冷却電力が提供され得る。言い換えると、最後の圧縮ステージの後にあるその熱交換器は、クーラントの経路内の全ての以前の熱交換器の後にクーラントを受容し得、すなわち、クーラントの下流にある最後の熱交換器である。
【0089】
一実施形態によれば、部分的又は完全に直列であるクーラントの流れ及び熱交換器２の順序は、コンプレッサ１の動作特性又はコンプレッサ１が動作している環境に基づいて調整可能である。
【0090】
一実施形態によれば、クーラントが熱交換器２を通して流れる順序を有する論理は、クーラント温度及び圧縮効率を最適化するように調整される。
【0091】
一実施形態によれば、クーラントが熱交換器２を通して流れる順序は、コンプレッサ１からのクーラント出力部１９におけるクーラントのクーラント温度及び／又はエネルギー含有量を最適化するように選択される。
【0092】
以下に、クーラントが熱交換器２．１～２．４を通して流れる順序に影響を与える可能性のあるいくつかの要因を簡単に説明する。
【0093】
－クーラント循環から出るクーラントを利用するプロセスに必要な熱量、
－コンプレッサの入力部において許容される最大空気量、
－コンプレッサの出力部での圧縮ガスの温度、
－コンプレッサから出る液体の温度、
－コンプレッサの効率、
－循環経路の入力部でのクーラントの温度、及び／又は
－異なる圧縮ステージ間の圧力比。
－コンプレッサの入力部において許容される最大空気量、
－コンプレッサの出力部での圧縮ガスの温度、
－コンプレッサから出る液体の温度、
－コンプレッサの効率、
－循環経路の入力部でのクーラントの温度、及び／又は
－異なる圧縮ステージ間の圧力比。
【0094】
コンプレッサ１内のクーラントについての経路を決定するときに考慮され得る他の要因がまた存在し得ることに留意されたい。
【0095】
クーラント、流入ガス、圧縮ガスなどの温度を決定するために、いくつかの温度センサをコンプレッサ１内の適切な場所に設置することができる。したがって、コンプレッサ１内の圧力を決定するために、いくつかの圧力センサをコンプレッサ１内の適切な場所にも設置することができる。しかしながら、これらのセンサは、図に描示されていない。
【0096】
図３は、多ステージコンプレッサ１を利用することができるプロセスの大幅に簡略化された図である。製造プラント１６のための圧縮ガス及び加熱されたクーラントを生成する、１つ以上のコンプレッサ１のためのガスのソース７及びクーラントのソース８がある。
【0097】
以下では、一実施形態による、コンプレッサ１における適応熱回収のための方法を、図２ｅの図を参照して説明する。コンプレッサ１は、３つの圧縮ステージ１．１～１．３及び３つの熱交換器２．１～２．３を有すると仮定されるが、コンプレッサ１は、正確に３つの圧縮ステージ２．１～２．３を有する必要はなく、２つだけ、又は３つより多い圧縮ステージ１．１～１．３、及び少なくとも同じ量の熱交換器２．１～２．４を有することができることは明らかである。また、バルブ１３．１～１３．６は、クーラントが第２の熱交換器２．２を介して最初に流れ、次いで第１の熱交換器２．１を介して流れるような位置に最初にあると仮定される。圧縮されるガスは、ガスソース７からコンプレッサ１の第１の圧縮ステージ１．１に流れている。ガスソースは、例えば、ガス容器又は大気であり得る。第１の圧縮ステージ１．１は、ガスを圧縮し、ガスの圧力及び温度が増加する。圧縮ガスは、第１の熱交換器２．１の一次部品に向けられる。クーラントは、第１の熱交換器２．１の二次部品に流れている。第１の熱交換器２．１では、少なくとも一部の熱がガスからクーラントに回収される。第１の熱交換器２．１から、ガスは、圧縮のために第２の圧縮ステージ１．２に流れ、更に第２の熱交換器２．２に流れる。第２の熱交換器２．２から、ガスは、第３の圧縮ステージ１．３で更に圧縮され、その後、圧縮されたガスは、第３の熱交換器２．３によって冷却され、かつ利用のために出力される。
【0098】
制御回路４は、１つ以上の温度センサ及び１つ以上の圧力センサ（図示せず）から測定信号を受信し、かつ測定信号をいくつかの所定の基準と比較して、クーラントの流路を変更する必要があるかどうかを決定する。比較が所定の基準のうちの１つ以上が満たされたことを示す場合、制御回路４は、クーラントの流路が測定された条件に対応するように、バルブ１３．１～１３．６のうちの１つ以上の状態を変更する。例えば、クーラントが第１の熱交換器２．１及び第２の熱交換器２．２を通して流れる順序は、交換され得、又は並列接続に変更され得る。
【0099】
一実施形態によれば、コンプレッサ１の出力部でのクーラントの温度は、従来技術のコンプレッサよりもはるかに高くてもよい。一実施例として、本発明が利用される場合、温度が２０℃をはるかに下回る冷たい水道水をクーラントとして使用する場合に、コンプレッサ１の出力部でのクーラントの温度は、８０℃を超える場合があり、例えば、８４℃になる場合がある。
【0100】
同じクーラントがコンプレッサ１のクーラント回路５内を循環するように、クーラントの流路を閉じる必要はないが、クーラントが外部ソース（例えば、水道水）からクーラント回路５に入り、クーラント回路５を通って流れ、かつクーラント回路５から出るように、クーラントの流路を開いてもよいことに留意されたい。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図2d】
【図2e】
【図2f】
【図2g】
【図2h】
【図2i】
【図3】
【手続補正書】
【提出日】2024-01-23
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コンプレッサ（１）であって、ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージ（１．１～１．３）と、
圧縮ガスを冷却するための２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２．１～２．３）であって、前記２つ以上のガス熱交換器（２．１～２．３）の各々が、
前記ガス熱交換器（２．１～２．３）を通して前記圧縮ガスを移送するための一次部品と、
前記圧縮ガスから熱を回収するために前記ガス熱交換器（２．１～２．３）を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２．１～２．３）と、
前記コンプレッサの内部構成要素の冷却のための１つ以上の液体－液体熱交換器であって、
前記液体－液体熱交換器（２．４）を通してクーラントを移送するための一次部品と、
前記内部構成要素からクーラントに熱を移送するために、前記液体－液体熱交換器（２．４）を通して前記クーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、１つ以上の液体－液体熱交換器と、
前記液体－液体熱交換器（２．４）及び前記２つ以上の圧縮ガス熱交換器（２．１～２．３）を介して前記クーラントの流れを導くためのクーラント回路（５）と、
前記複数の圧縮ステージ（１．１～１．３）及び前記圧縮ガス熱交換器（２）を介してガスの流れを導くためのガス流回路（６）と、を備え、
前記２つ以上の圧縮ガス熱交換器のうちの少なくとも２つが、直列接続されており、前記コンプレッサ（１）は、前記液体－液体熱交換器（２．４）が前記圧縮ガス熱交換器（２．１～２．３）と直列であるか、又は前記圧縮ガス熱交換器（２．１～２．３）のうちの少なくとも１つと並列であるかのいずれかであるように、前記クーラントの前記流れを制御するためのバルブ（１３．１、１３．２）を備えることを特徴とする、コンプレッサ（１）。
【請求項2】
前記クーラント回路（５）は、前記液体－液体熱交換器（２．４）が前記直列接続のシーケンスにおける第１又は第２のものであるように、少なくとも部分的に直列に連結されている、請求項１に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項3】
少なくとも１つの熱交換器（２．１～２．３）が、各圧縮ステージ（１．１～１．３）のガス出力部（１．１ｂ～１．３ｃ）と連結されている、請求項１または２に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項4】
前記熱交換器（２．１～２．３）の前記二次部品が前記クーラント回路（５）によって連結される順序が、１つ以上の所定の基準に基づいて選択される、請求項１または２に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項5】
１つ以上の所定の基準が、－クーラント循環から出る前記クーラントを利用するプロセスに必要な熱量、
－前記コンプレッサ（１）の入力部において許容される最大空気量、
－前記コンプレッサ（１）の出力部での前記圧縮ガスの温度、
－前記コンプレッサから出る液体の温度、
－前記コンプレッサ（１）の効率、
－循環回路（５）の入力部での前記クーラントの温度、及び／又は
－異なる圧縮ステージ（１．１～１．３）間の圧力比のうちの１つ以上である、請求項４に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項6】
少なくとも１つのガス熱交換器（２．１～２．３）が、各圧縮ステージ（１．１～１．３）のガス出力部（１．１ｂ～１．３ｃ）と連結されている、請求項１または２に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項7】
前記ガス熱交換器（２．１～２．３）の総数が、前記圧縮ステージ（１．１～１．３）の総数よりも少なくとも１つ多い、請求項１または２に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項8】
前記コンプレッサ（１）が、前記クーラント回路（５）によって前記ガス熱交換器（２．１～２．３）間の相互接続を調整するための手段を備える、請求項１または２に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項9】
前記相互接続を調整するための手段は、前記コンプレッサ（１）の動作特性又は前記コンプレッサ（１）が動作している環境に基づいて、前記ガス熱交換器（２．１～２．３）間の前記相互接続を調整するように構成されている、請求項８に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項10】
前記相互接続を調整するための手段が、クーラント温度及び圧縮効率を最適化するために、前記相互接続を調整するか、又は前記ガス熱交換器のうちのいずれかを少なくとも部分的にバイパスするように構成されている、請求項７に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項11】
前記ガス熱交換器（２．１～２．３）が、冷却のために前記圧縮ガスを導入するためのガス入力部（２．１ａ～２．４ａ）と、冷却された前記ガスを前記一次部品から出力するためのガス出力部（２．１ｂ～２．４ｂ）と、を有する、一次部品と、
前記クーラントを導入するためのクーラント入力部（２．１ｃ～２．４ｃ）と、前記クーラントを前記二次部品から出力するためのクーラント出力部（２．１ｄ～２．４ｄ）と、を有する、二次部品と、を備える、請求項１または２に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項12】
水冷式である追加のアフタークーラを備える、請求項１または２に記載のコンプレッサ（１）。
【請求項13】
クーラント温度及び圧縮効率を最適化するために、前記相互接続を調整するか、又は前記ガス熱交換器（２．１～２．３）のうちのいずれかを少なくとも部分的にバイパスするように構成されている、相互接続を調整するための手段（１３．３）を備える、請求項１または２に記載のコンプレッサ（１）。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コンプレッサにおける熱回収のための方法に関する。本発明はまた、コンプレッサであって、ガスを圧縮するための複数の圧縮ステージと、圧縮ガスを冷却するための３つ以上の熱交換器であって、３つ以上の熱交換器の各々が、少なくとも、冷却のために圧縮ガスを導入するガス入力部と、冷却されたガスを一次部品から出力するためのガス出力部と、を有する、一次部品と、クーラントを導入するためのクーラント入力部と、クーラントを二次部品から出力するためのクーラント出力部と、を有する、二次部品と、を少なくとも備える、３つ以上の熱交換器と、を備え、３つ以上の熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、複数の圧縮ステージ及び熱交換器を介してガスの流れを直列に導くためのガス流回路と、を更に備える、コンプレッサに関する。
【背景技術】
【0002】
コンプレッサは、典型的には、コンプレッサの１つ以上のコンプレッサステージによって圧縮されたガスの温度を低減するための１つ以上の熱交換器を有する。多ステージコンプレッサは、典型的には、各圧縮ステージの後に、圧縮ステージによって圧縮されたガスを冷却するための熱交換器を有する。熱交換器のクーラント入力部は、通常、水などのクーラントが各熱交換器に並列に供給されるように、並列に連結される。これは、クーラントの温度が熱交換器の各入力部で同じであることを意味する。しかしながら、各コンプレッサステージは、熱回収効率及び結果として各コンプレッサステージの効率が最適でない場合がある同じ動作パラメータを有していない場合がある。
【0003】
コンプレッサステージの入力部の温度がコンプレッサステージの効率に影響することが知られている。基本的に、入力部のガスの温度が高いほど、圧縮に必要なエネルギーが高くなる。
【0004】
熱交換器は、典型的には、一次部品及び二次部品を有する。一部の熱交換器はまた、三次部品を有することができる。コンプレッサ用途では、一次部品などの部品のうちの１つは、熱交換器を通して圧縮ガスを案内するために提供され、二次部品は、熱交換器を通してクーラントを案内するために提供される。したがって、圧縮ガスの熱の少なくとも一部は、圧縮ガスの温度がクーラントの温度よりも高いときに、圧縮ガスからクーラントに移送される。
【0005】
ある物質から別の物質への熱の移送は、ある物質から別の物質への熱回収とも呼ばれ得る。
【0006】
特許出願引用文献第ＷＯ２０２０／１９５５２８Ａ１号は、圧縮ガスを排出するためのコンプレッサ、圧縮ガスを冷却するためのアフタークーラ、冷却液をコンプレッサに供給し、冷却熱交換器によって冷却液を冷却するための第１の冷却液経路と、冷却液をアフタークーラに通し、熱回収熱交換器によって冷却液から廃熱を回収するための第２の冷却液経路と、を有する、システムを開示している。コンプレッサシステムは、第１の冷却液経路と第２の冷却液経路とを接続する複数のバイパス経路に配置された第１のバルブ及び第２のバルブと、第１の冷却液経路に配置された第３のバルブ及び第４のバルブと、制御ユニットと、を含み、制御ユニットは、第１のバルブ及び第２のバルブを閉じ、かつ第３のバルブ及び第４のバルブを開くための第１の制御を実施する。
【0007】
特許出願第ＪＰ２０１６／０７９８９４Ａ号は、熱回収熱交換器のための水の導入のための水処理設備に対する悪影響を防止しながら、ロード／アンロード機械を使用する熱回収システムを介した熱回収を開示している。熱回収熱交換器は、コンプレッサから空気冷却器まで延在する空気通路に設置され、圧縮空気と水とを熱交換して温水を作る。コンプレッサから熱回収熱交換器まで延在する空気通路と熱回収熱交換器からクーラまで延在する空気通路とは、バイパス通路によって接続される。コンプレッサからの圧縮空気が熱回収熱交換器に流れるか、又はバイパス通路に流れるかを切り替えることができる。コンプレッサは、ロード／アンロード機械として適用され得、圧縮空気は、コンプレッサがアンロード状態に保たれている間、熱回収熱交換器に導かれない。
【発明の概要】
【0008】
本発明の一部の実施形態によれば、従来技術の方法及びコンプレッサと比較して、熱回収効率及び出口部クーラント温度を改善することができる方法及び多ステージ式コンプレッサが提供されている。本発明の背後にある１つの基本的なアイデアは、クーラントが異なる熱交換器を通って流れる順序が、静的に又は動的に、圧縮パラメータに基づいて選択され得、熱回収の順序が、圧縮ガスが異なる熱交換器を通って流れる順序とは異なるように、クーラント回路を配設することである。
【0009】
冷媒回路の直列接続では、１つの熱交換器の出力部からのクーラント又はクーラントの一部は、別の熱交換器の入力部に導かれる。
【0010】
本明細書では、「圧縮ステージの順序」という表現は、圧縮されるガスがコンプレッサの圧縮ステージを通って移動する順序を意味し、第１の圧縮ステージは、ガスがコンプレッサの外部から入力される圧縮ステージであり、最後のコンプレッサステージは、例えば、製造プラントで、又は処理、ろ過、乾燥などの後に利用するために、更なる処理のために圧縮ガスを出力する。しかしながら、ガスの一部をコンプレッサから取り出すことができるコンプレッサ内の中間ガス出口部を有することも可能であり得る。
【0011】
本開示の第１の態様によれば、コンプレッサが提供されており、コンプレッサは、
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための３つ以上の熱交換器であって、３つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、３つ以上の熱交換器と、
３つ以上の熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び熱交換器を介してガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
コンプレッサは、
－クーラント温度、
－圧縮効率のうちの少なくとも１つを最適化するために、熱交換器のうちのいずれかを少なくとも部分的にバイパスするための手段を更に備えることを特徴とする。
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための３つ以上の熱交換器であって、３つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、３つ以上の熱交換器と、
３つ以上の熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び熱交換器を介してガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
コンプレッサは、
－クーラント温度、
－圧縮効率のうちの少なくとも１つを最適化するために、熱交換器のうちのいずれかを少なくとも部分的にバイパスするための手段を更に備えることを特徴とする。
【0012】
一実施形態によれば、クーラント回路は、液体－液体熱交換器が直列接続のシーケンスにおける第１又は第２のものであり、かつ２つ以上の圧縮ガス熱交換器のうちの少なくとも２つが直列接続されるように、少なくとも部分的に直列に連結されており、液体－液体熱交換器は、圧縮ガス熱交換器と直列であるか、又は圧縮ガス熱交換器のうちの少なくとも１つと並列であるかのいずれかである。
【0013】
一実施形態によれば、少なくとも３つ以上の熱交換器のクーラント回路は、直列接続がコンプレッサステージ間の直列接続とは少なくとも部分的に異なり、かつコンプレッサステージの逆順序とは異なり、クーラント温度又はエネルギー含有量を最適化するように選択されるように、少なくとも部分的に直列に連結されている。
【0014】
一実施形態によれば、少なくとも１つの熱交換器は、各圧縮ステージのガス出力部と連結されている。
【0015】
一実施形態によれば、少なくとも１つの熱交換器は、各圧縮ステージのガス出力部と連結されている。
【0016】
一実施形態によれば、熱交換器の総数は、圧縮ステージの総数よりも少なくとも１つ多い。
【0017】
一実施形態によれば、バイパスするための手段は、１つ以上の制御可能なバルブを備える。
【0018】
本開示の第２の態様によれば、コンプレッサが提供されており、コンプレッサは、
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための２つ以上の圧縮ガス熱交換器であって、２つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、２つ以上の圧縮ガス熱交換器と、
コンプレッサの内部構成要素の冷却のための１つ以上の液体－液体熱交換器であって、
熱交換器を通してクーラントを移送するための一次部品と、
内部構成要素から冷却物質に熱を移送するために、液体－液体熱交換器を通して冷却物質を移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、１つ以上の液体－液体熱交換器と、
液体－液体熱交換器及び２つ以上の圧縮ガス熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び圧縮ガス熱交換器を介して直列にガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
クーラント回路は、液体－液体熱交換器が直列接続のシーケンスにおける第１又は第２のものであり、かつ２つ以上の圧縮ガス熱交換器のうちの少なくとも２つが直列接続されるように、少なくとも部分的に直列に連結されていることを特徴とする。
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための２つ以上の圧縮ガス熱交換器であって、２つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、２つ以上の圧縮ガス熱交換器と、
コンプレッサの内部構成要素の冷却のための１つ以上の液体－液体熱交換器であって、
熱交換器を通してクーラントを移送するための一次部品と、
内部構成要素から冷却物質に熱を移送するために、液体－液体熱交換器を通して冷却物質を移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、１つ以上の液体－液体熱交換器と、
液体－液体熱交換器及び２つ以上の圧縮ガス熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び圧縮ガス熱交換器を介して直列にガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
クーラント回路は、液体－液体熱交換器が直列接続のシーケンスにおける第１又は第２のものであり、かつ２つ以上の圧縮ガス熱交換器のうちの少なくとも２つが直列接続されるように、少なくとも部分的に直列に連結されていることを特徴とする。
【0019】
一実施形態によれば、少なくとも３つの冷却ステージが直列であり、その結果、クーラントが少なくとも３つの冷却ステージに提供される順序が、１つ以上の所定の基準に基づいて選択可能であるように、２つ以上の圧縮ステージを備えたコンプレッサが提供されている。
【0020】
一実施形態によれば、少なくとも３つの冷却ステージが直列であり、その結果、クーラントが少なくとも３つの冷却ステージに提供される順序が、１つ以上の所定の基準に基づいて選択可能であるように、２つ以上の圧縮ステージを備えたコンプレッサが提供されている。
【0021】
一実施形態によれば、少なくとも３つの冷却ステージが直列であり、その結果、クーラントが少なくとも３つの冷却ステージに提供される順序が、コンプレッサの動作中に調整可能であるように、２つ以上の圧縮ステージを備えたコンプレッサが提供されている。
【0022】
一実施形態によれば、コンプレッサ構成要素から（すなわち、圧縮空気からではなく）熱を移送するための三次冷却回路がまた存在し得、当該冷却回路は、圧縮空気冷却回路のいずれかと並列であるか、又はそれらと直列であり得、当該回路は、コンプレッサの動作中に調整可能であり得る。
【0023】
一実施形態によれば、コンプレッサは、空気コンプレッサである。
一実施形態によれば、少なくとも２つの冷却ステージが、流出するクーラントの温度を上昇させるために少なくとも部分的に直列であるように、２つ以上の圧縮ステージを有する空気コンプレッサが提供されている。
一実施形態によれば、少なくとも２つの冷却ステージが、流出するクーラントの温度を上昇させるために少なくとも部分的に直列であるように、２つ以上の圧縮ステージを有する空気コンプレッサが提供されている。
【0024】
一実施形態によれば、圧縮ステージと、ガス流の下流の最後の圧縮ステージの後のアフタークーラとの間に１つ以上のインタークーラを有する空気コンプレッサが提供されており、インタークーラは、アフタークーラの前に直列にある。これにより、圧縮プロセス中に空気が高温になりすぎるのを防ぐことができる。しかしながら、アフタークーラは、１つ以上のインタークーラの前に配置することもできる。
【0025】
一実施形態によれば、コンプレッサの後に圧縮空気を冷却するための追加のアフタークーラを備えた空気コンプレッサが提供されている。
【0026】
一実施形態によれば、全ての熱交換器が直列である空気コンプレッサが提供されている。
【0027】
一実施形態によれば、熱交換器の全てではなく一部のみが直列である空気コンプレッサが提供されている。
【0028】
一実施形態によれば、クーラントの流れ及び部分的又は完全に直列の冷却ステージの順序は、動作特性に基づいて調整可能である。
【0029】
一実施形態によれば、クーラントが熱交換器を通して流れる論理は、クーラント温度及び圧縮効率を最適化するように調整される。
【0030】
一実施形態によれば、冷却回路のうちの１つが熱交換器によって回収された熱を利用し、かつ冷却回路のうちの別の１つが熱を大気中に放散するように、３つの別個の冷却回路を有する空気コンプレッサが提供されている。
【0031】
一実施形態によれば、水冷式である追加のアフタークーラを備える空気コンプレッサが提供されている。
【0032】
一実施形態によれば、空冷式の追加のアフタークーラを備える空気コンプレッサが提供されている。
【0033】
一実施形態によれば、圧縮熱式乾燥機であり得る空気乾燥機を有する空気コンプレッサが提供されており、コンプレッサ出口温度は、乾燥機の効率及び製造プラントの熱利用を最適化するように選択される。
【0034】
本開示の第３の態様によれば、コンプレッサが提供されており、コンプレッサは、
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための３つ以上の熱交換器であって、３つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、３つ以上の熱交換器と、
３つ以上の熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び熱交換器を介してガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
少なくとも３つ以上の熱交換器のクーラント回路は、直列接続がコンプレッサステージ間の直列接続とは少なくとも部分的に異なり、かつコンプレッサステージの逆順序とは異なり、クーラント温度又はエネルギー含有量を最適化するように選択されるように、少なくとも部分的に直列に連結されていることを特徴とする。
ガスを圧縮するために直列に接続された複数の圧縮ステージと、
圧縮ガスを冷却するための３つ以上の熱交換器であって、３つ以上の熱交換器の各々が、
熱交換器を通して圧縮ガスを移送するための一次部品と、
圧縮ガスから熱を回収するために熱交換器を通してクーラントを移送するための１つ以上の二次部品と、を少なくとも備える、３つ以上の熱交換器と、
３つ以上の熱交換器を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路と、
複数の圧縮ステージ及び熱交換器を介してガスの流れを導くためのガス流回路と、を備え、
少なくとも３つ以上の熱交換器のクーラント回路は、直列接続がコンプレッサステージ間の直列接続とは少なくとも部分的に異なり、かつコンプレッサステージの逆順序とは異なり、クーラント温度又はエネルギー含有量を最適化するように選択されるように、少なくとも部分的に直列に連結されていることを特徴とする。
【0035】
一実施形態によれば、少なくとも１つの熱交換器は、各圧縮ステージのガス出力部と連結されている。
【0036】
一実施形態によれば、熱交換器の二次部品がクーラント回路によって連結される順序は、１つ以上の所定の基準に基づいて選択される。
【0037】
一実施形態によれば、１つ以上の所定の基準は、
－クーラント循環から出るクーラントを利用するプロセスに必要な熱量、
－コンプレッサの入力部において許容される最大空気量、
－コンプレッサの出力部での圧縮ガスの温度、
－コンプレッサから出る液体の温度、
－コンプレッサの効率、
－循環回路の入力部でのクーラントの温度、及び／又は
－異なる圧縮ステージ間の圧力比のうちの１つ以上である。
－クーラント循環から出るクーラントを利用するプロセスに必要な熱量、
－コンプレッサの入力部において許容される最大空気量、
－コンプレッサの出力部での圧縮ガスの温度、
－コンプレッサから出る液体の温度、
－コンプレッサの効率、
－循環回路の入力部でのクーラントの温度、及び／又は
－異なる圧縮ステージ間の圧力比のうちの１つ以上である。
【0038】
一実施形態によれば、少なくとも１つの熱交換器は、各圧縮ステージのガス出力部と連結されている。
【0039】
一実施形態によれば、熱交換器の総数は、圧縮ステージの総数よりも少なくとも１つ多い。
【0040】
一実施形態によれば、コンプレッサは、クーラント回路によって３つ以上の熱交換器間の相互接続を調整するための手段を備える。
【0041】
一実施形態によれば、相互接続を調整するための手段は、制御可能なバルブを備える。
一実施形態によれば、相互接続を調整するための手段は、コンプレッサの動作特性又はコンプレッサが動作している環境に基づいて、３つ以上の熱交換器間の相互接続を調整するように構成されている。
一実施形態によれば、相互接続を調整するための手段は、コンプレッサの動作特性又はコンプレッサが動作している環境に基づいて、３つ以上の熱交換器間の相互接続を調整するように構成されている。
【0042】
一実施形態によれば、相互接続を調整するための手段は、クーラント温度及び圧縮効率を最適化するために、相互接続を調整するか、又は３つの熱交換器のうちのいずれかを少なくとも部分的にバイパスするように構成されている。
【0043】
一実施形態によれば、コンプレッサは、冷却回路のうちの１つが熱交換器によって回収された熱を利用するように構成され、かつ冷却回路のうちの別の１つが熱を大気中に放散するように構成されるように、２つの別個の冷却回路を備える。
【0044】
一実施形態によれば、コンプレッサは、乾燥機の効率及び製造プラントの熱利用を最適化するために、２つの別個の冷却回路を調整するように構成されている。
【0045】
一実施形態によれば、熱交換器は、
冷却のために圧縮ガスを導入するためのガス入力部と、冷却されたガスを一次部品から出力するためのガス出力部と、を有する、一次部品と、
クーラントを導入するためのクーラント入力部と、クーラントを二次部品から出力するためのクーラント出力部と、を有する、二次部品と、を備える。
冷却のために圧縮ガスを導入するためのガス入力部と、冷却されたガスを一次部品から出力するためのガス出力部と、を有する、一次部品と、
クーラントを導入するためのクーラント入力部と、クーラントを二次部品から出力するためのクーラント出力部と、を有する、二次部品と、を備える。
【0046】
一実施形態によれば、コンプレッサは、水冷式である追加のアフタークーラを備える。
一実施形態によれば、クーラント回路は、
外部クーラントソースからクーラント回路にクーラントを受容するためのクーラント入力部と、
クーラント回路からクーラントを出すためのクーラント出力部と、を備える。
一実施形態によれば、クーラント回路は、
外部クーラントソースからクーラント回路にクーラントを受容するためのクーラント入力部と、
クーラント回路からクーラントを出すためのクーラント出力部と、を備える。
【0047】
本発明は、とりわけ、コンプレッサの全体的な効率を増加することができ、かつ／又は廃棄エネルギーを少なくとも部分的に利用することができるように、異なる熱交換器の直列接続を配設する可能性に起因して、コンプレッサの熱回収効率を改善することができる。効率に影響を与え得る１つの要因は、熱交換器に入るクーラントの温度である。一部の圧縮ステージでは、クーラントをできるだけ冷たく先行する熱交換器に入力することによって達成され得る入力ガス流の低温を有することが有益であり得、一方で、一部の他の圧縮ステージでは、コンプレッサの全体的な効率を考慮して、入力ガス流のより高い温度が許容され得る。
【0048】
以下、添付の図面を参照して、本開示の一部の実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】一実施形態による、簡略化されたプロセスチャートとして、コンプレッサを示す。
【図2a】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2b】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2c】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2d】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2e】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2f】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2g】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2h】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図2i】一部の実施形態による、コンプレッサの異なる熱交換器間の接続のいくつかの実施例を示す。
【図3】多ステージコンプレッサを利用し得るプロセスの実施例を描示する。
【発明を実施するための形態】
【0050】
図１は、いくつかの熱交換器２を有する多ステージコンプレッサ１の実施例を簡略化されたプロセスチャートとして示している。この実施例では、コンプレッサは、３つの圧縮ステージ１．１、１．２、１．３及び３つの圧縮ガス熱交換器２．１、２．２、２．３を有するが、実用的な実装形態では、コンプレッサ１はまた、２つの圧縮ステージのみ若しくは３つを超える圧縮ステージ、及び／又は３つを超える熱交換器を有することができる。更に、圧縮ステージの総数と熱交換器の総数は、同じである必要はない。
【0051】
以下では、圧縮ガス熱交換器１．１～１．３は、熱交換器１．１～１．３とも呼ばれ得、一方で、内部冷却用の熱交換器１７は、液体－液体熱交換器２．４と呼ばれる。
【0052】
各圧縮ステージ１．１、１．２、１．３は、ガス入力部１．１ａ、１．２ａ、１．３ａ、及びガス出力部１．１ｂ、１．２ｂ、１．３ｂを有する。各交換器２．１、２．２、２．３は、冷却ガス用の一次部品及びクーラント用の二次部品を有する。一次部品は、ガス入力部２．１ａ、２．２ａ、２．３ａ、及びガス出力部２．１ｂ、２．２ｂ、２．３ｂを有し、二次部品は、クーラント入力部２．１ｃ、２．２ｃ、２．３ｃ、及びクーラント出力部２．１ｄ、２．２ｄ、２．３ｄを有する。
【0053】
コンプレッサ１は、１つ以上の圧縮ステージ１．１、１．２、１．３を回転させるための少なくとも１つのモータ３を有する。一部の実施形態では、各圧縮ステージがモータ３の軸３．１ａに連結されている１つのモータ３．１のみが存在するが、図１の実施例では、全ての圧縮ステージ１．１、１．２、１．３は、第１の圧縮ステージ１．１が、第１のモータ３．１の軸３．１ａに連結され、第２の圧縮ステージ１．２が、第２のモータ３．２の軸３．２ａに連結され、第３の圧縮ステージ１．３が、第３のモータ３．３の軸３．３ａに連結されるように、個々のモータ３．１、３．２、３．３によって駆動される。なおも別の実施形態では、いくつかの圧縮ステージは、同じモータによって駆動され得、いくつかの他の圧縮ステージは、別のモータによって駆動され得る。各モータ３はまた、モータ制御回路４を有し得、又は図１の実施例に示されるような共通のモータ制御回路があり得、ここで、各モータ３．１、３．２、３．３は、同じモータ制御回路４によって制御される。
【0054】
コンプレッサ１はまた、熱交換器２の二次部品を介してクーラントの流れを導くためのクーラント回路５と、圧縮ステージ１．１、１．２、１．３及び熱交換器２．１、２．２、２．３を介してガスの流れを導くためのガス流回路６とを有する。
【0055】
コンプレッサ１はまた、例えば、図１に示されていないバルブ、乾燥機などの更なる構成要素を有し得ることに留意されたい。
【0056】
図１の実施形態では、圧縮されるべきガスの流れは次のとおりである。ガスは、第１の圧縮ステージ１．１のガス入力部１．１ａでガスソース７から到達する。ガスは、例えば、外気又は他のガスソースからのものである。モータ３．１は、ガスを圧縮するために第１の圧縮ステージ１．１を回転させるモータの軸３．１ａを回転させる。圧縮されたガスは、第１の圧縮ステージ１．１のガス出力部１．１ｂから出力される。ガス流回路６は、圧縮ガスを第１の圧縮ステージ１．１から第１の熱交換器２．１の一次部品のガス入力部２．１ａに運び、圧縮ガスの温度を下げ、すなわち、圧縮ガスから熱を回収する。第１の熱交換器２．１の一次部品のガス出力部２．１ｂは、第２の圧縮ステージ１．２のガス入力部１．２ａに流れ接続されており、冷却された圧縮ガスは、更なる圧縮のために第２の圧縮ステージ１．２に流れることができる。第２の圧縮ステージ１．２によって圧縮されたガスは、第２の圧縮ステージ１．２のガス出力部１．２ｂから出力される。ガス流回路６は、圧縮ガスを第２の圧縮ステージ１．２から第２の熱交換器２．２の一次部品のガス入力部２．２ａに運び、圧縮ガスから熱を回収する。第２の熱交換器２．２の一次部品のガス出力部２．２ｂは、第３の圧縮ステージ１．３のガス入力部１．３ａに流れ接続されており、冷却された圧縮ガスは、更なる圧縮のために第３の圧縮ステージ１．３に流れることができる。第３の圧縮ステージ１．３によって圧縮されたガスは、第３の圧縮ステージ１．３のガス出力部１．３ｂから出力され、かつ第３の熱交換器２．３の一次部品のガス入力部２．３ａに流れる。冷却されたガスは、例えば、乾燥のために、製造プラント、発電所などで利用するために、更なる処理のために、第３の熱交換器２．３の一次部品の出力部２．２ｄから取り出すことができる。コンプレッサ１によって圧縮されたガスの利用は、本発明の説明及び理解には基本的に無関係であり、ここではより詳細に説明しない。
【0057】
次に、図１のコンプレッサ１内のクーラントの流れをより詳細に説明する。この実施例では、熱交換器の二次部品の各々は直列であり、コンプレッサステージ１．１、１．２、１．３の順序とは異なる順序であると仮定する。順序はまた、第１の熱交換器２．１、次に第３の熱交換器２．３、次に第２の熱交換器２．２であると仮定される。したがって、クーラントソース８から取り出されたクーラントは、第１の熱交換器２．１の二次部品のクーラント入力部２．１ｃに流れている。一部の熱は、第１の熱交換器２．１内でガスからクーラントに回収され、クーラントの温度は、第１の熱交換器２．１を通して流れる間に上昇する。次いで、加熱されたクーラントは、クーラント回路５によって第１の熱交換器２．１の二次部品のクーラント出力部２．１ｄから第３の熱交換器２．３の二次部品のクーラント入力部２．３ｃに向けられる。繰り返しになるが、一部の熱は、第３の熱交換器２．３内でガスからクーラントに回収され、クーラントの温度は、第３の熱交換器２．３を通して流れる間に上昇する。次いで、加熱されたクーラントは、クーラント回路５によって第３の熱交換器２．３の二次部品のクーラント出力部２．３ｄから、更なる熱回収が生じる第２の熱交換器２．２の二次部品のクーラント入力部２．２ｃに向けられる。次いで、加熱されたクーラントは、クーラント回路５によって第２の熱交換器２．２の二次部品のクーラント出力部２．３ｄからコンプレッサ１のクーラント出力部に向けられる。加熱されたクーラント又はその一部は、例えば、製造プラント１６で利用され得る。
【0058】
熱交換器の二次部品の直列接続は、第３の熱交換器２．３、次に第１の熱交換器２．１、次に第２の熱交換器２．２であるように、上記とは異なる場合があることに留意されたい。
【0059】
【0060】
図２ａの実施例では、３ステージコンプレッサ１が圧縮空気を生成するために利用されるシステムが、描示されている。熱交換器内で循環するクーラントの順序は、第１の熱交換器２．１、次に第３の熱交換器２．３、次に第２の熱交換器２．２である。また、制御ユニット４の内部構成要素及びコンプレッサのモータ３の温度を制御するために使用されるクーラントを冷却する、液体－液体熱交換器２．４がある。この実施例では、第１の熱交換器２．１及び液体－液体熱交換器２．４のクーラント流は、クーラントが第２の熱交換器２．２及び第３の熱交換器２．３に入る前に並列であり、クーラントの温度は、第２の熱交換器２．２及び第３の熱交換器２．３よりも低くてもよい。したがって、制御ユニット及びモータの冷却効率は、液体－液体熱交換器２．４が第２の熱交換器２．２若しくは第３の熱交換器２．３と並列である場合、又は第３の熱交換器２．３の後にさえある場合よりも優れている可能性がある。
【0061】
制御ユニット４の内部構成要素及びコンプレッサ１のモータ３は、例えば、集積回路及び他の半導体、並びに他の電気部品などを含み得る。したがって、少なくとも半導体の温度をそれらの最大動作温度よりもはるかに低く維持することが有利であろう。これは、クーラント回路の初期ステージで、例えば、内部構成要素を冷却するための第１の熱交換器又は第２の熱交換器として、液体－液体熱交換器２．４にクーラントを提供することによって達成され得る。
【0062】
一実施形態によれば、コンプレッサステージの熱交換器を介して循環される同じクーラントはまた、内部冷却の熱交換器１７を介して循環される。したがって、内部構成要素によって生成された熱の少なくとも一部はまた、システムによって利用され、大気中に無駄にされない。
【0063】
この例示的な実施形態では、クーラントが第１の２．１、第３の２．３、及び第２の熱交換器２．２を通って循環した後にクーラントから熱を回収して、熱交換器を通してクーラントを再循環させる前にクーラントの温度を下げるための第５の熱交換器２．５がまた存在する。クーラントは、必要に応じて、ブロワなどの追加のクーラ１４によって更に冷却され得る。追加のクーラ１４は、例えば、モータ１５によって動力供給され得る。
【0064】
コンプレッサ１からの圧縮空気はまた、圧縮空気の温度が圧縮空気の利用位置で低くなければならないときに冷却され得る。この目的のために、ブロワ及び別のクーラ１１に動力供給するためのモータ１２などの別のクーラ１１がある。実施例によれば、追加のクーラ１１は、液体－液体熱交換器などの熱交換器である。
【0065】
コンプレッサ１はまた、クーラント及び／又はガスの流れを制御するためのバルブ１３又は複数のバルブを有し得る。例えば、第１のバルブ１３．１は、第１のバルブ１３．１が、第１の熱交換器２．１の二次部品を通るクーラントの流れを調整することができ、第２のバルブ１３．２が、液体－液体熱交換器２．４の二次部品を通るクーラントの流れを調整することができるように、クーラント循環回路８に連結される。第１のバルブ１３．１は、より少ない冷却が必要な場合、第１の熱交換器２．１の二次部品を通るクーラントの流量を減少させることができ、それぞれ、第１のバルブ１３．１は、より多くの冷却が必要な場合、第１の熱交換器２．１の二次部品を通るクーラントの流量を増加させることができる。同様の動作は、コンプレッサ１の内部回路の冷却要件に関して、第２のバルブ１３．２によって実施され得る。
【0066】
図２ａの例示的な実施形態では、第３の熱交換器２．３の二次部品に並列な第３のバルブ１３．３がある。第３のバルブ１３．３は、循環クーラントの一部又は全てが第３の熱交換器２．３をバイパスするようにすることができる。
【0067】
循環クーラントのバイパスは、最後の熱交換器にある必要はなく、他の熱交換器にも配置され得ることに留意されたい。更に、コンプレッサ１の動作中の状況に応じて、バイパスするための手段のいずれも作動させられないか、１つ又は２つ以上を作動することができるように、熱交換器をバイパスするための手段が複数あってもよい。
【0068】
そのようなバイパスのための１つの目的は、クーラントがコンプレッサ１から製造プラント１６に向けられるような構成でもクーラントを利用することができるように、コンプレッサ１の出力部でのクーラントの温度を可能な限り一定に維持することであり、このような構成では、クーラントの一定の温度が必要とされるか、又は少なくとも推奨される。更に、クーラントがバイパスされる（又はバイパスされない）方式を調整することは、クーラントの温度に影響を与える可能性があり、より高い温度が必要な場合、例えば、バイパスは使用されない場合がある。
【0069】
一部の熱はまた、エンドユーザのプロセスで利用されるコンプレッサ１から熱を回収するために、第５の熱交換器２．５によって回収され得る。例えば、熱は、プロセスで使用されるきれいな水などの液体に回収される。コンプレッサ１内で循環するクーラントは、必要に応じて、例えば、ブロワ及び別のクーラ１４に動力供給するためのモータ１５を含む追加のクーラ１４によって更に冷却され得る。
【0070】
図２ｂの実施例では、クーラント循環回路に追加の第６の熱交換器２．６があることを除いて、図２ａのシステムとほぼ同様のシステムが描示されている。第６の熱交換器２．６の一次部品は、第２の熱交換器２．２の一次部品と直列に第３の圧縮ステージ１．３のガス出力部と連結されており、第３の圧縮ステージ２．３からの圧縮ガスは、必要に応じて２つの熱交換器によって冷却され得る。第３の熱交換器２．３及び第６の熱交換器２．６の二次部品におけるクーラントの流量制御は、それぞれ、バルブ１３．３、１３．４によって制御され得る。したがって、第３のバルブ１３．３は、循環クーラントの一部又は全てが第３の熱交換器２．３をバイパスするようにすることができる。第６の熱交換器２．６の代わりに、第３の熱交換器２．３は、第１の圧縮ステージ１．１の後に圧縮ガスからの追加の熱回収を提供するための三次部品を有することができる。
【0071】
三次部品（冷却回路）は、例えば、コンプレッサ構成要素から（すなわち、圧縮空気からではなく）熱を移送するために使用され得る。三次部品は、圧縮空気冷却回路のいずれかと並列であるか、又は圧縮空気冷却回路のいずれかと直列であり得る。更に、三次部品は、コンプレッサの動作中に調整可能であり得る。
【0072】
図２ｃの実施例は、図２ａの実施例の修正バージョンである。この実施形態では、内部回路の冷却１７のためのものである液体－液体熱交換器２．４は、他の熱交換器２．１、２．２、２．３と直列である。図２ａに描示されるバルブのいくつかは省略されており、条件（例えば、クーラント及び／又は圧縮ガスの温度）がそうすることを可能にする場合、第３の熱交換器２．３の二次部品に並列なバルブ１３．３のみが、第３の熱交換器２．３をバイパスすることができるように維持される。
【0073】
図２ｄの実施例では、第１の熱交換器２．１と第２の熱交換器２．２は並列であり、バルブ１３．１、１３．２によって制御されているが、第３の熱交換器２．３と液体－液体熱交換器２．４は互いに直列であり、並列に連結された第１の熱交換器２．１と第２の熱交換器２．２は直列である。
【0074】
一実施形態によれば、循環クーラントの一部又は全ては、コンプレッサ１の外側、例えば、熱交換器２．１～２．４のうちの１つの後の大気にバイパスされ得る。
【0075】
一実施形態によれば、クーラントが熱交換器２．１～２．４を通して流れる順序は、固定されていないが、１つ以上の所定の基準に従って少なくとも部分的に修正され得る。例えば、圧縮ステージ１．１～１．３によって出力されるガスの温度を測定することができ、これに基づいて、必要に応じて順序を変更することができる。別の基準は、１つ以上の圧縮ステージ１．１～１．３の効率であり得、圧縮ステージ１．１～１．３の効率を修正する必要がある場合、熱交換器２．１～２．４の順序を、修正された効率によりよく対応するように変更することができる。なおも別の基準は、ガスの温度が他の圧縮ステージよりも高い圧縮ステージが、その特定の圧縮ステージの出力部における熱交換器がクーラント循環の始まり、例えば、熱交換器２．１～２．４のチェーンの第１のものにあるように選択されることを引き起こし得る、クーラントの温度であり得る。
【0076】
図２ｅの実施例では、第１の熱交換器２．１及び第２の熱交換器２．２を介したクーラントの流れは、開放／閉鎖バルブ１３．１～１３．６で修正され得る。例えば、第１のバルブ１３．１、第２のバルブ１３．２、第３のバルブ１３．３、及び第４のバルブ１３．４が開いており、かつ第５のバルブ１３．５及び第６のバルブ１３．６が閉じているときに、第１の熱交換器２．１と第２の熱交換器２．２は並列である。第１のバルブ１３．１、第４のバルブ１３．４、及び第５のバルブ１３．５が開いており、かつ第２のバルブ１３．２、第３のバルブ１３．３、及び第６のバルブ１３．６が閉じているときに、クーラントは、最初に第１の熱交換器２．１を通して流れ、次に第２の熱交換器２．２を通して流れる。第１のバルブ１３．１、第４のバルブ１３．４、及び第５のバルブ１３．５が閉じており、かつ第２のバルブ１３．２、第３のバルブ１３．３、及び第６のバルブ１３．６が開いているときに、クーラントは、最初に第２の熱交換器２．２を通して流れ、次に第１の熱交換器２．１を通して流れる。
【0077】
一実施形態によれば、クーラントは循環されないが、クーラントは、ソース８から入力され、クーラントの流路内の最後の熱交換器の後に、クーラントは、エンティティによって利用されるように提供されている。そのような構成の実施例を図２ｆに示しており、図２ｅの実施例とほぼ同様であるが、クーラント回路は、クーラントが、クーラント回路５にクーラント入力部１８を介してクーラントソース８から受容され、クーラントが、クーラント回路５を通して流れた後に、クーラント出力部１９を介してクーラント回路５から出るように、開いている。この例示的な実施形態では、クーラントがクーラント回路及び第５の熱交換器２．５を出た後にクーラントを冷却するための追加のクーラ１４はないが、一部の他の実施形態では、追加のクーラ１４及び／又は第５の熱交換器２．５を利用することができる。
【0078】
図２ｇの実施例では、クーラント回路の第１の熱交換器は、内部冷却１７のために、すなわち、内部構成要素１７を冷却するために使用される液体－液体熱交換器２．４であり、クーラントの温度は、コンプレッサステージによってまだ上昇していない。次いで、クーラントは、第１のコンプレッサステージ１．１を冷却するための第１の熱交換器２．１、第２のコンプレッサステージ１．２を冷却するための第２の熱交換器２．２、及び第３のコンプレッサステージ１．３を冷却するための第３の熱交換器２．３を介して循環される。また、この実施例では、クーラント回路は、クーラントが、クーラント回路５にクーラント入力部１８を介してクーラントソース８から受容され、クーラントが、クーラント回路５を通って流れた後に、クーラント出力部１９を介してクーラント回路５から出るように、開いているが、エンドユーザのプロセスの他の部分でクーラントが使用されない場合、クーラント回路５はまた閉じられ得る。閉じられたクーラント回路においても、クーラントの温度は、追加の熱交換器、例えば、図２ａに描示された第５の熱交換器を通してクーラントを循環させることによってプロセスによって利用され得ることに留意されたい。
【0079】
図２ｈの実施例では、第２の熱交換器は、内部冷却１７に使用される液体－液体熱交換器２．４であり、クーラントの温度は、第１の熱交換器２．１によって冷却される第１のコンプレッサステージ１．１でわずかに上昇し得る。次いで、クーラントは、第２のコンプレッサステージ１．２を冷却するための第２の熱交換器２．２、及び第３のコンプレッサステージ１．３を冷却するための第３の熱交換器２．３に提供されている。また、この実施例では、クーラント回路は、クーラントが、第７の熱交換器２．７を介してクーラントソース８から受容され、それにより、圧縮ガスの熱の少なくとも一部がクーラントに移送され、その結果、クーラント入力部１８でのクーラントの温度が低くなりすぎないように、開いている。第７の熱交換器２．７から、クーラントは、クーラント回路５に流れ、クーラントは、クーラント回路５を通って流れた後に、クーラント出力部１９を介してクーラント回路５から出るが、エンドユーザのプロセスの他の部分でクーラントが使用されない場合、クーラント回路５はまた閉じられ得る。
【0080】
図２ｉのクーラント回路は、クーラント回路が閉じられており、かつ第７の熱交換器２．７が第３の熱交換器２．３の後にあることを除いて、図２ｈのクーラント回路とほぼ同様であり、その結果、コンプレッサ１の出力部におけるガスの熱の少なくとも一部は、クーラントがクーラントソース８に戻って流れる前に、クーラントに移送され得る。
【0081】
図２ａ～図２ｉの異なる実施例は、更なる実施例に混合され得ることに留意されたい。一実施例として、図２ｉの配設は、第７の熱交換器２．７からのクーラントがクーラントソース８に戻って流れるのではなく、利用のために製造プラント１６の更なるステージに戻るように修正され得る。
【0082】
また、図２ｇ、図２ｈ、及び図２ｉに示される実施形態では、クーラントがコンプレッサステージを介して循環される順序は、ガスがコンプレッサステージ１．１～１．３によって圧縮される順序とは異なる場合があることに留意されたい。例えば、第１の熱交換器２．１は、第３のコンプレッサステージ１．３を冷却するために配設され得、第２の熱交換器２．２は、第１のコンプレッサステージ１．１を冷却するために配設され得、第３の熱交換器２．３は、第２のコンプレッサステージ１．２を冷却するために配設され得る。
【0083】
一部の実施形態では、コンプレッサ１又は複数のコンプレッサ１が配置されている部屋は、暖められてもよく、部屋はまた、例えば、ヒートポンプ又は冷蔵庫によって冷却されてもよい。
【0084】
２つの圧縮ステージの間にある熱交換器はまた、インタークーラと呼ばれ得、その熱交換器又は最後の圧縮ステージの後にあるそれらの熱交換器はまた、アフタークーラと呼ばれ得る。アフタークーラの前にインタークーラを直列に連結することで、圧縮プロセスで空気が高温になりすぎることを防ぐことができる。
【0085】
最後の熱交換器の後など、クーラント回路の熱交換器２．１～２．５のうちのいくつかの後にクーラントの一部又は全てをバイパスすることができる実施形態では、バイパスされたクーラントの温度は、バイパスするクーラントの量を調整することによって調節され得る。例えば、温度は、一定の値に保たれ得る。
【0086】
一実施形態によれば、バイパスされたクーラントを使用して、例えば、アフタークーラから、いくつかのエネルギーをコンプレッサ１に戻すことができる。
【0087】
一部の状況では、それ以外の場合、コンプレッサ１に入るには冷たすぎる場合、暖かい外気を使用してクーラントを温めることができる。
【0088】
一実施形態によれば、コンプレッサは、冷却回路のうちの１つが熱交換器によって回収された熱を利用し、かつ冷却回路のうちの別の１つが熱を大気中に放散するように、２つの別個の冷却回路を有する。
【0089】
一実施形態によれば、例えば、圧縮型乾燥機の熱であり得る空気乾燥機を有する空気コンプレッサが提供されている。コンプレッサ出口温度は、乾燥機の効率及び製造プラントの熱利用を最適化するように選択される。例えば、乾燥機の熱の要求がより多い場合、より多くの熱が乾燥機を通って流れる空気に回収され、より少ない熱がクーラントに回収され、それぞれ、乾燥機の熱の要求がより少ない場合、より多くの熱がクーラントに回収され得、より少ない熱が乾燥機を通って流れる空気に回収される。
【0090】
一部の実施形態によれば、最後の圧縮ステージは、温度の影響を最も受けず、その圧縮ステージにはより少ない冷却電力が提供され得、他の圧縮ステージにはより多くの冷却電力が提供され得る。言い換えると、最後の圧縮ステージの後にあるその熱交換器は、クーラントの経路内の全ての以前の熱交換器の後にクーラントを受容し得、すなわち、クーラントの下流にある最後の熱交換器である。
【0091】
一実施形態によれば、部分的又は完全に直列であるクーラントの流れ及び熱交換器２の順序は、コンプレッサ１の動作特性又はコンプレッサ１が動作している環境に基づいて調整可能である。
【0092】
一実施形態によれば、クーラントが熱交換器２を通して流れる順序を有する論理は、クーラント温度及び圧縮効率を最適化するように調整される。
【0093】
一実施形態によれば、クーラントが熱交換器２を通して流れる順序は、コンプレッサ１からのクーラント出力部１９におけるクーラントのクーラント温度及び／又はエネルギー含有量を最適化するように選択される。
【0094】
以下に、クーラントが熱交換器２．１～２．４を通して流れる順序に影響を与える可能性のあるいくつかの要因を簡単に説明する。
【0095】
－クーラント循環から出るクーラントを利用するプロセスに必要な熱量、
－コンプレッサの入力部において許容される最大空気量、
－コンプレッサの出力部での圧縮ガスの温度、
－コンプレッサから出る液体の温度、
－コンプレッサの効率、
－循環経路の入力部でのクーラントの温度、及び／又は
－異なる圧縮ステージ間の圧力比。
－コンプレッサの入力部において許容される最大空気量、
－コンプレッサの出力部での圧縮ガスの温度、
－コンプレッサから出る液体の温度、
－コンプレッサの効率、
－循環経路の入力部でのクーラントの温度、及び／又は
－異なる圧縮ステージ間の圧力比。
【0096】
コンプレッサ１内のクーラントについての経路を決定するときに考慮され得る他の要因がまた存在し得ることに留意されたい。
【0097】
クーラント、流入ガス、圧縮ガスなどの温度を決定するために、いくつかの温度センサをコンプレッサ１内の適切な場所に設置することができる。したがって、コンプレッサ１内の圧力を決定するために、いくつかの圧力センサをコンプレッサ１内の適切な場所にも設置することができる。しかしながら、これらのセンサは、図に描示されていない。
【0098】
図３は、多ステージコンプレッサ１を利用することができるプロセスの大幅に簡略化された図である。製造プラント１６のための圧縮ガス及び加熱されたクーラントを生成する、１つ以上のコンプレッサ１のためのガスのソース７及びクーラントのソース８がある。
【0099】
以下では、一実施形態による、コンプレッサ１における適応熱回収のための方法を、図２ｅの図を参照して説明する。コンプレッサ１は、３つの圧縮ステージ１．１～１．３及び３つの熱交換器２．１～２．３を有すると仮定されるが、コンプレッサ１は、正確に３つの圧縮ステージ２．１～２．３を有する必要はなく、２つだけ、又は３つより多い圧縮ステージ１．１～１．３、及び少なくとも同じ量の熱交換器２．１～２．４を有することができることは明らかである。また、バルブ１３．１～１３．６は、クーラントが第２の熱交換器２．２を介して最初に流れ、次いで第１の熱交換器２．１を介して流れるような位置に最初にあると仮定される。圧縮されるガスは、ガスソース７からコンプレッサ１の第１の圧縮ステージ１．１に流れている。ガスソースは、例えば、ガス容器又は大気であり得る。第１の圧縮ステージ１．１は、ガスを圧縮し、ガスの圧力及び温度が増加する。圧縮ガスは、第１の熱交換器２．１の一次部品に向けられる。クーラントは、第１の熱交換器２．１の二次部品に流れている。第１の熱交換器２．１では、少なくとも一部の熱がガスからクーラントに回収される。第１の熱交換器２．１から、ガスは、圧縮のために第２の圧縮ステージ１．２に流れ、更に第２の熱交換器２．２に流れる。第２の熱交換器２．２から、ガスは、第３の圧縮ステージ１．３で更に圧縮され、その後、圧縮されたガスは、第３の熱交換器２．３によって冷却され、かつ利用のために出力される。
【0100】
制御回路４は、１つ以上の温度センサ及び１つ以上の圧力センサ（図示せず）から測定信号を受信し、かつ測定信号をいくつかの所定の基準と比較して、クーラントの流路を変更する必要があるかどうかを決定する。比較が所定の基準のうちの１つ以上が満たされたことを示す場合、制御回路４は、クーラントの流路が測定された条件に対応するように、バルブ１３．１～１３．６のうちの１つ以上の状態を変更する。例えば、クーラントが第１の熱交換器２．１及び第２の熱交換器２．２を通して流れる順序は、交換され得、又は並列接続に変更され得る。
【0101】
一実施形態によれば、コンプレッサ１の出力部でのクーラントの温度は、従来技術のコンプレッサよりもはるかに高くてもよい。一実施例として、本発明が利用される場合、温度が２０℃をはるかに下回る冷たい水道水をクーラントとして使用する場合に、コンプレッサ１の出力部でのクーラントの温度は、８０℃を超える場合があり、例えば、８４℃になる場合がある。
【0102】
同じクーラントがコンプレッサ１のクーラント回路５内を循環するように、クーラントの流路を閉じる必要はないが、クーラントが外部ソース（例えば、水道水）からクーラント回路５に入り、クーラント回路５を通って流れ、かつクーラント回路５から出るように、クーラントの流路を開いてもよいことに留意されたい。
【国際調査報告】