压缩和能量回收单元的制作方法
【专利摘要】一种压缩和能量回收单元，包括压缩机(42)和朗肯循环或赫恩循环回热器(41)，压缩机(42)由电动马达(43)驱动并且设置有润滑/冷却油系统，回热器(41)设置有叶片式膨胀器(1)并且使用与压缩机(42)的润滑/冷却油至少间接进行热交换的工作流体。
【专利说明】压缩和能量回收单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于回收来自压缩机的润滑/冷却油的热能并且用于将所述热能转化成机械能的回热器，以及涉及包括所述回热器的压缩和能量回收单元。
【背景技术】
[0002]在使用容积式旋转机器(叶片式压缩机、螺杆式压缩机、瓣式(1bed)压缩机)执行压缩空气期间，需要将相当大量的油注入机器中，这些油具有如下功能:
[0003]a)减小相对运动的旋转零件之间的摩擦系数；
[0004]b)在压缩的转换期间吸取热能以便减小压缩功；这种热的吸取实际上将压缩转换从绝热状态(非等熵的，如同涡轮增压器典型状态)改变为多变状态，并且吸收大量的热；在完全吸收热的理想假设下，压缩转换将是等温的并且所需的功是最少可能的功；以及
[0005]c)执行有效的流体密闭，这是由于在相对运动的部件之间产生了油膜:在叶片式压缩机中，例如在定子的内表面上，由离心力向外推动的叶片沿内表面滑动，产生了密封相邻单元之间的空间防止压缩空气泄漏的油膜；这种流体密闭还在压缩机本身的轴向密封(头部)上发生。
[0006]因此，油从空气吸收在压缩期间产生的热能和摩擦产生的热能。所述热能通常在经由风扇以强制方式通过空气冷却的散热器中耗散。在某些应用中，散热器也可以被其他流体冷却。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是在将热动力转换成机械动力或电动力的回热器中回收所述热动力。
[0008]前述目的通过根据权利要求1的压缩和能量回收单元而实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]为了更好地理解本发明，参照附图在下面对一些优选的实施方式进行描述，其中:
[0010]图1是本发明的压缩和能量回收单元中使用的叶片式膨胀器的截面图；
[0011]图2是图1的膨胀器的示意性轴向截面图；
[0012]图3是图1和图2的膨胀器的热力学特性的曲线图；
[0013]图4是根据本发明的压缩和回收单元的回路图，该压缩和回收单元使用图1的叶片式膨胀器；
[0014]图5和图6是从图4的回路图中表示的单元的相反侧观察的立体图；
[0015]图7是能够与外部压缩机接口以获得本发明的单元的热能回热器的回路图；
[0016]图8是图7中的回路图中表示的回热器的立体图；[0017]图9和图10是使用图8的回热器的两种不同的可能方式的示意性图示。
【具体实施方式】
[0018]参照图1和图2，根据本发明的叶片式膨胀器整体上由I指示。
[0019]膨胀器I基本包括:外部壳体2 ;容置在壳体2中的环形定子3，环形定子3具有轴线A并且设置有具有平行于轴线A且不同于轴线A的轴线B的圆柱形腔体4 ；以及基本圆柱形转子5，基本圆柱形转子5具有轴线A并且容置在腔体4中。
[0020]由于腔体4相对于转子5偏心，因此形成在转子5与定子3之间的是沿径向方向宽度可变的环形腔室6。
[0021]转子5承载多个叶片7，叶片7在环形腔室6中沿径向方向延伸并且径向地滑动以便基本以密封的方式与定子3的内表面8配合。叶片7围绕转子5周向等距地间隔开，并将环形腔室6分成具有可变容积的多个隔室9。
[0022]定子3具有在隔室6的最小径向宽度的区域中的入口端口 10和在隔室6的最大径向宽度的区域中的出口端口 11，使得每个腔室9的容积从入口端口 10到出口端口 11渐进地增大。
[0023]壳体2方便地设置成两块13、14，其中一块(13)是整体地限定头部15和外环壁16的杯状本体,另一块(14)组成壳体的另一头部。
[0024]壳体2限定包围定子3的环形腔室17，环形腔室17具有用于连接至外部液压回路的入口 18和出口 19，如将在下面更加充分地描述的。环形腔室17由头部14、15轴向地限定，并且在内侧上由定子3以及在外侧上由壁16径向地限定。
[0025]方便地，定子3设置有在环形腔室17内延伸的径向翅片20 (图1)，径向翅片20具有增大与腔室中包含的流体发生热交换的表面的目的。
[0026]膨胀器I设置有输出轴12,在不出的不例中，输出轴12与转子5成一体。输出轴12支承在头部14、15的相应的贯通底座22、23中，并且输出轴12通过其本身的轴向端部24从头部14径向地伸出，输出轴12的轴向端部24构成设计成被连接至用作发电机或其他机械负载的电流发生器或马达的动力输出装置，如将在下面更加充分地描述的。
[0027]头部15的底座23由盖25轴向地封闭。
[0028]轴12方便地设置有轴向盲孔26，除端部24之外，轴向盲孔26基本延伸贯穿轴的长度。孔26轴向地通向(give out)腔室27内，腔室27形成在盖25中并且通过形成在头部15中的通道28与环形腔室17的第一区域连通。孔26的相反端部通过径向孔29与底座22的部分30连接并且以密封的方式被一对垫圈34、35轴向地限定。孔26可以表示设计成增大热交换系数的装置(未示出)。部分30经由形成在头部14中的通道36与环形腔室17的与第一区域相对的第二区域连通。
[0029]在使用中，膨胀器I用于执行ORC(有机朗肯循环)或赫恩型(Hirn type)的热力学循环的膨胀步骤，在该步骤期间可能通过从工作流体中减去热能来在轴12处回收机械能，工作流体通常为有机流体或混合物，诸如纯的或混合物形式的氢氯氟烃、碳氟化合物或类似物。
[0030]因此，膨胀器的入口端口 10和出口端口 11分别连接至工作流体横穿的闭合回路的高压分支和低压分支。[0031]环形腔室17、轴12的孔26以及对应的连接通道和端口整体上限定加热管路37，加热管路37设计成连接至温度至少等于工作流体的入口温度的流体源。这样，膨胀在比如能够从外部接收热能的情况中执行，而不是如传统类型的膨胀器中发生的那样基本绝热地膨胀。
[0032]理想构型将是执行等温膨胀，或者如果包围腔室17的流体允许的话甚至在升高的温度下膨胀。
[0033]可以应用用于封闭系统的书面能量转换等式计算当包含气体的容积变化之后发生膨胀的气体的膨胀功。对于理想过程(无损失)而言，功可表示为:
【权利要求】
1.一种压缩和能量回收单元，包括压缩机(42)，所述压缩机(42)由电动马达(43)驱动并且设置有润滑/冷却油系统，其特征在于，所述压缩和能量回收单元包括朗肯循环或赫恩循环回热器(41)，所述回热器(41)包括叶片式膨胀器(I)并且使用与所述压缩机(42)的润滑/冷却油至少进行间接热交换的工作流体。
2.根据权利要求1所述的单元，其特征在于，所述叶片式膨胀器(I)能够机械地连接至所述压缩机(42)，以便将机械动力供应至所述压缩机(42)本身。
3.根据权利要求1所述的单元，其特征在于，所述叶片式膨胀器连接至发电机(72)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的单元，其特征在于，所述叶片式膨胀器包括:定子(3)，所述定子(3)设置有用于所 述工作流体的入口端口(10)和出口端口(11);转子(5)，所述转子(5)容置在所述定子(3)内，并且多个叶片(7)设定在所述转子(5)与所述定子(3)之间以便在所述转子(5)与所述定子(3)之间限定多个隔室(9)，所述多个隔室(9)具有在所述入口端口(10)与所述出口端口(11)之间增大的可变容积；以及加热管路(37)，所述加热管路(37)被热流体横穿并且构造为使所述定子(3)和所述转子(5)之间的至少一个与所述热流体进行热交换，以及所述加热管路(37)构造为对工作流体执行基本等温的膨胀转换。
5.根据权利要求4所述的单元，其特征在于，所述加热管路(37)包括至少部分地包围所述定子⑶的腔室(17)。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的单元，其特征在于，所述加热管路(37)包括位于所述转子(5)内部的至少一个腔体(26)。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的单元，其特征在于，所述热流体是所述压缩机(42)的所述润滑/冷却油。
8.根据权利要求4至6中的任一项所述的单元，其特征在于，所述热流体是与所述压缩机(42)的所述润滑/冷却油发生热交换的流体。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的单元，其特征在于，所述回热器包括:泵(58)；至少一个热交换器(56)，所述至少一个热交换器(56)用于利用从所述压缩机(42)的所述润滑/冷却油中吸取的热来加热和汽化所述工作流体，所述热交换器(56)连接至所述泵(58)的输送部并且连接至所述叶片式膨胀器(I)的入口 ；以及冷凝器(65 ;68)，所述冷凝器(65 ；68)连接至所述膨胀器(I)的出口并且连接至所述泵(58)的入口。
10.根据权利要求9所述的单元，其特征在于，所述单元包括闭合的油回路(50)，所述闭合的油回路(50)包括所述压缩机(42)的润滑/冷却管路(49)、所述蒸发器(I)的所述加热管路(37)以及用于加热和汽化所述工作流体的所述热交换器的级部(56)。
11.根据权利要求10所述的单元，其特征在于，所述单元包括经济器(47)，在所述经济器(47)中，所述工作流体借助于与由所述压缩机(42)产生的压缩空气的热交换而被预加热，所述经济器(47)设定在用于加热和汽化所述工作流体的所述热交换器(56)的上游。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的单元，其特征在于，所述油回路(50)包括旁路阀(51)，所述旁路阀(51)用于选择性地将所述压缩机(42)的出口(52)连接至所述膨胀器(3)或者连接至返回到所述压缩机本身的管路(53)。
13.根据权利要求2所述的单元，其特征在于，所述单元包括电磁离合器，所述电磁离合器用于以选择性的方式将所述膨胀器(3)机械地连接至所述压缩机(42)。
14.根据权利要求3所述的单元，其特征在于，所述回热器(41)设置为自主单元，所述回热器(41)能够与所述压缩机(42)接口并且特意设置有用于热流体的连接部，所述热流体由所述压缩机(42)的所述润滑/冷却油组成或由与所述压缩机(42)的所述润滑/冷却油进行热交换的流体组成。
15.一种用于从压缩机(42)的润滑/冷却油回收热能的方法，其特征在于，所述方法使用朗肯循环或赫恩循环回热器(41)，所述回热器(41)包括叶片式膨胀器(I)并且通过工作流体作用，所述工作流体与所述压缩机(42)的所述润滑/冷却油至少间接进行热交换。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述叶片式膨胀器(I)借助于所述油来保持恒温。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述叶片式膨胀器(I)借助于与所述油进行热交换的流体来保持恒温。
【文档编号】F01K25/00GK103975134SQ201180074941
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2011年9月19日 优先权日:2011年9月19日
【发明者】朱利奥·孔塔尔迪 申请人:英格恩尼马泰有限公司