壓縮和能量回收單元的制作方法
【專利摘要】一種壓縮和能量回收單元，包括壓縮機(jī)(42)和朗肯循環(huán)或赫恩循環(huán)回?zé)崞?41)，壓縮機(jī)(42)由電動馬達(dá)(43)驅(qū)動并且設(shè)置有潤滑/冷卻油系統(tǒng)，回?zé)崞?41)設(shè)置有葉片式膨脹器(1)并且使用與壓縮機(jī)(42)的潤滑/冷卻油至少間接進(jìn)行熱交換的工作流體。
【專利說明】壓縮和能量回收單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于回收來自壓縮機(jī)的潤滑/冷卻油的熱能并且用于將所述熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的回?zé)崞?，以及涉及包括所述回?zé)崞鞯膲嚎s和能量回收單元。
【背景技術(shù)】
[0002]在使用容積式旋轉(zhuǎn)機(jī)器(葉片式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)、瓣式(1bed)壓縮機(jī))執(zhí)行壓縮空氣期間，需要將相當(dāng)大量的油注入機(jī)器中，這些油具有如下功能:
[0003]a)減小相對運動的旋轉(zhuǎn)零件之間的摩擦系數(shù)；
[0004]b)在壓縮的轉(zhuǎn)換期間吸取熱能以便減小壓縮功；這種熱的吸取實際上將壓縮轉(zhuǎn)換從絕熱狀態(tài)(非等熵的，如同渦輪增壓器典型狀態(tài))改變?yōu)槎嘧儬顟B(tài)，并且吸收大量的熱；在完全吸收熱的理想假設(shè)下，壓縮轉(zhuǎn)換將是等溫的并且所需的功是最少可能的功；以及
[0005]c)執(zhí)行有效的流體密閉，這是由于在相對運動的部件之間產(chǎn)生了油膜:在葉片式壓縮機(jī)中，例如在定子的內(nèi)表面上，由離心力向外推動的葉片沿內(nèi)表面滑動，產(chǎn)生了密封相鄰單元之間的空間防止壓縮空氣泄漏的油膜；這種流體密閉還在壓縮機(jī)本身的軸向密封(頭部)上發(fā)生。
[0006]因此，油從空氣吸收在壓縮期間產(chǎn)生的熱能和摩擦產(chǎn)生的熱能。所述熱能通常在經(jīng)由風(fēng)扇以強(qiáng)制方式通過空氣冷卻的散熱器中耗散。在某些應(yīng)用中，散熱器也可以被其他流體冷卻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是在將熱動力轉(zhuǎn)換成機(jī)械動力或電動力的回?zé)崞髦谢厥账鰺釀恿Α?br> [0008]前述目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮和能量回收單元而實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]為了更好地理解本發(fā)明，參照附圖在下面對一些優(yōu)選的實施方式進(jìn)行描述，其中:
[0010]圖1是本發(fā)明的壓縮和能量回收單元中使用的葉片式膨脹器的截面圖；
[0011]圖2是圖1的膨脹器的示意性軸向截面圖；
[0012]圖3是圖1和圖2的膨脹器的熱力學(xué)特性的曲線圖；
[0013]圖4是根據(jù)本發(fā)明的壓縮和回收單元的回路圖，該壓縮和回收單元使用圖1的葉片式膨脹器；
[0014]圖5和圖6是從圖4的回路圖中表示的單元的相反側(cè)觀察的立體圖；
[0015]圖7是能夠與外部壓縮機(jī)接口以獲得本發(fā)明的單元的熱能回?zé)崞鞯幕芈穲D；
[0016]圖8是圖7中的回路圖中表示的回?zé)崞鞯牧Ⅲw圖；[0017]圖9和圖10是使用圖8的回?zé)崞鞯膬煞N不同的可能方式的示意性圖示。
【具體實施方式】
[0018]參照圖1和圖2，根據(jù)本發(fā)明的葉片式膨脹器整體上由I指示。
[0019]膨脹器I基本包括:外部殼體2 ;容置在殼體2中的環(huán)形定子3，環(huán)形定子3具有軸線A并且設(shè)置有具有平行于軸線A且不同于軸線A的軸線B的圓柱形腔體4 ；以及基本圓柱形轉(zhuǎn)子5，基本圓柱形轉(zhuǎn)子5具有軸線A并且容置在腔體4中。
[0020]由于腔體4相對于轉(zhuǎn)子5偏心，因此形成在轉(zhuǎn)子5與定子3之間的是沿徑向方向?qū)挾瓤勺兊沫h(huán)形腔室6。
[0021]轉(zhuǎn)子5承載多個葉片7，葉片7在環(huán)形腔室6中沿徑向方向延伸并且徑向地滑動以便基本以密封的方式與定子3的內(nèi)表面8配合。葉片7圍繞轉(zhuǎn)子5周向等距地間隔開，并將環(huán)形腔室6分成具有可變?nèi)莘e的多個隔室9。
[0022]定子3具有在隔室6的最小徑向?qū)挾鹊膮^(qū)域中的入口端口 10和在隔室6的最大徑向?qū)挾鹊膮^(qū)域中的出口端口 11，使得每個腔室9的容積從入口端口 10到出口端口 11漸進(jìn)地增大。
[0023]殼體2方便地設(shè)置成兩塊13、14，其中一塊(13)是整體地限定頭部15和外環(huán)壁16的杯狀本體,另一塊(14)組成殼體的另一頭部。
[0024]殼體2限定包圍定子3的環(huán)形腔室17，環(huán)形腔室17具有用于連接至外部液壓回路的入口 18和出口 19，如將在下面更加充分地描述的。環(huán)形腔室17由頭部14、15軸向地限定，并且在內(nèi)側(cè)上由定子3以及在外側(cè)上由壁16徑向地限定。
[0025]方便地，定子3設(shè)置有在環(huán)形腔室17內(nèi)延伸的徑向翅片20 (圖1)，徑向翅片20具有增大與腔室中包含的流體發(fā)生熱交換的表面的目的。
[0026]膨脹器I設(shè)置有輸出軸12,在不出的不例中，輸出軸12與轉(zhuǎn)子5成一體。輸出軸12支承在頭部14、15的相應(yīng)的貫通底座22、23中，并且輸出軸12通過其本身的軸向端部24從頭部14徑向地伸出，輸出軸12的軸向端部24構(gòu)成設(shè)計成被連接至用作發(fā)電機(jī)或其他機(jī)械負(fù)載的電流發(fā)生器或馬達(dá)的動力輸出裝置，如將在下面更加充分地描述的。
[0027]頭部15的底座23由蓋25軸向地封閉。
[0028]軸12方便地設(shè)置有軸向盲孔26，除端部24之外，軸向盲孔26基本延伸貫穿軸的長度?？?6軸向地通向(give out)腔室27內(nèi)，腔室27形成在蓋25中并且通過形成在頭部15中的通道28與環(huán)形腔室17的第一區(qū)域連通?？?6的相反端部通過徑向孔29與底座22的部分30連接并且以密封的方式被一對墊圈34、35軸向地限定?？?6可以表示設(shè)計成增大熱交換系數(shù)的裝置(未示出)。部分30經(jīng)由形成在頭部14中的通道36與環(huán)形腔室17的與第一區(qū)域相對的第二區(qū)域連通。
[0029]在使用中，膨脹器I用于執(zhí)行ORC(有機(jī)朗肯循環(huán))或赫恩型(Hirn type)的熱力學(xué)循環(huán)的膨脹步驟，在該步驟期間可能通過從工作流體中減去熱能來在軸12處回收機(jī)械能，工作流體通常為有機(jī)流體或混合物，諸如純的或混合物形式的氫氯氟烴、碳氟化合物或類似物。
[0030]因此，膨脹器的入口端口 10和出口端口 11分別連接至工作流體橫穿的閉合回路的高壓分支和低壓分支。[0031]環(huán)形腔室17、軸12的孔26以及對應(yīng)的連接通道和端口整體上限定加熱管路37，加熱管路37設(shè)計成連接至溫度至少等于工作流體的入口溫度的流體源。這樣，膨脹在比如能夠從外部接收熱能的情況中執(zhí)行，而不是如傳統(tǒng)類型的膨脹器中發(fā)生的那樣基本絕熱地膨脹。
[0032]理想構(gòu)型將是執(zhí)行等溫膨脹，或者如果包圍腔室17的流體允許的話甚至在升高的溫度下膨脹。
[0033]可以應(yīng)用用于封閉系統(tǒng)的書面能量轉(zhuǎn)換等式計算當(dāng)包含氣體的容積變化之后發(fā)生膨脹的氣體的膨脹功。對于理想過程(無損失)而言，功可表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種壓縮和能量回收單元，包括壓縮機(jī)(42)，所述壓縮機(jī)(42)由電動馬達(dá)(43)驅(qū)動并且設(shè)置有潤滑/冷卻油系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮和能量回收單元包括朗肯循環(huán)或赫恩循環(huán)回?zé)崞?41)，所述回?zé)崞?41)包括葉片式膨脹器(I)并且使用與所述壓縮機(jī)(42)的潤滑/冷卻油至少進(jìn)行間接熱交換的工作流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，所述葉片式膨脹器(I)能夠機(jī)械地連接至所述壓縮機(jī)(42)，以便將機(jī)械動力供應(yīng)至所述壓縮機(jī)(42)本身。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元，其特征在于，所述葉片式膨脹器連接至發(fā)電機(jī)(72)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的單元，其特征在于，所述葉片式膨脹器包括:定子(3)，所述定子(3)設(shè)置有用于所 述工作流體的入口端口(10)和出口端口(11);轉(zhuǎn)子(5)，所述轉(zhuǎn)子(5)容置在所述定子(3)內(nèi)，并且多個葉片(7)設(shè)定在所述轉(zhuǎn)子(5)與所述定子(3)之間以便在所述轉(zhuǎn)子(5)與所述定子(3)之間限定多個隔室(9)，所述多個隔室(9)具有在所述入口端口(10)與所述出口端口(11)之間增大的可變?nèi)莘e；以及加熱管路(37)，所述加熱管路(37)被熱流體橫穿并且構(gòu)造為使所述定子(3)和所述轉(zhuǎn)子(5)之間的至少一個與所述熱流體進(jìn)行熱交換，以及所述加熱管路(37)構(gòu)造為對工作流體執(zhí)行基本等溫的膨脹轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單元，其特征在于，所述加熱管路(37)包括至少部分地包圍所述定子⑶的腔室(17)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的單元，其特征在于，所述加熱管路(37)包括位于所述轉(zhuǎn)子(5)內(nèi)部的至少一個腔體(26)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任一項所述的單元，其特征在于，所述熱流體是所述壓縮機(jī)(42)的所述潤滑/冷卻油。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任一項所述的單元，其特征在于，所述熱流體是與所述壓縮機(jī)(42)的所述潤滑/冷卻油發(fā)生熱交換的流體。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的單元，其特征在于，所述回?zé)崞靼?泵(58)；至少一個熱交換器(56)，所述至少一個熱交換器(56)用于利用從所述壓縮機(jī)(42)的所述潤滑/冷卻油中吸取的熱來加熱和汽化所述工作流體，所述熱交換器(56)連接至所述泵(58)的輸送部并且連接至所述葉片式膨脹器(I)的入口 ；以及冷凝器(65 ;68)，所述冷凝器(65 ；68)連接至所述膨脹器(I)的出口并且連接至所述泵(58)的入口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的單元，其特征在于，所述單元包括閉合的油回路(50)，所述閉合的油回路(50)包括所述壓縮機(jī)(42)的潤滑/冷卻管路(49)、所述蒸發(fā)器(I)的所述加熱管路(37)以及用于加熱和汽化所述工作流體的所述熱交換器的級部(56)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的單元，其特征在于，所述單元包括經(jīng)濟(jì)器(47)，在所述經(jīng)濟(jì)器(47)中，所述工作流體借助于與由所述壓縮機(jī)(42)產(chǎn)生的壓縮空氣的熱交換而被預(yù)加熱，所述經(jīng)濟(jì)器(47)設(shè)定在用于加熱和汽化所述工作流體的所述熱交換器(56)的上游。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的單元，其特征在于，所述油回路(50)包括旁路閥(51)，所述旁路閥(51)用于選擇性地將所述壓縮機(jī)(42)的出口(52)連接至所述膨脹器(3)或者連接至返回到所述壓縮機(jī)本身的管路(53)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單元，其特征在于，所述單元包括電磁離合器，所述電磁離合器用于以選擇性的方式將所述膨脹器(3)機(jī)械地連接至所述壓縮機(jī)(42)。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單元，其特征在于，所述回?zé)崞?41)設(shè)置為自主單元，所述回?zé)崞?41)能夠與所述壓縮機(jī)(42)接口并且特意設(shè)置有用于熱流體的連接部，所述熱流體由所述壓縮機(jī)(42)的所述潤滑/冷卻油組成或由與所述壓縮機(jī)(42)的所述潤滑/冷卻油進(jìn)行熱交換的流體組成。
15.一種用于從壓縮機(jī)(42)的潤滑/冷卻油回收熱能的方法，其特征在于，所述方法使用朗肯循環(huán)或赫恩循環(huán)回?zé)崞?41)，所述回?zé)崞?41)包括葉片式膨脹器(I)并且通過工作流體作用，所述工作流體與所述壓縮機(jī)(42)的所述潤滑/冷卻油至少間接進(jìn)行熱交換。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述葉片式膨脹器(I)借助于所述油來保持恒溫。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述葉片式膨脹器(I)借助于與所述油進(jìn)行熱交換的流體來保持恒溫。
【文檔編號】F01K25/00GK103975134SQ201180074941
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月19日
【發(fā)明者】朱利奧·孔塔爾迪 申請人:英格恩尼馬泰有限公司