ГАЗОВЫЙ КОМПРЕССОР С МАСЛЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
OIL-COOLED GAS COMPRESSOR

Область техники
Настоящее изобретение относится к газовому компрессору с масляным охлаждением, а более конкретно к возможности регенерации отходящего тепла от воздушного компрессора с масляным охлаждением.
Уровень техники
2
Говорят, что от двадцати до двадцати пяти процентов энергии, расходуемой всем заводом, соответствует общей энергии, расходуемой газовыми компрессорами, такими как воздушный компрессор, и является весьма эффективным возвращать отходящее тепло от газового компрессора. В особенности, ожидается, что в будущем будет придаваться большее значение использованию отходящего тепла от газового компрессора с целью снижения выделения CO в связи с глобальным потеплением.
Газовый компрессор состоит из: корпуса компрессора, сжимающего такой газ, как воздух, охлаждающей системы, поглощающей вырабатываемое при сжатии тепло, двигателя в качестве источника мощности привода и т.д. Более того, в газовом компрессоре, где входная мощность двигателя составляет 100%, поглощенное в охлаждающей системе количество тепла соответствует 90% от этого или более, это количество тепла обычно выделяется в наружный воздух, и большая часть энергии выбрасывается в воздух.
Для уменьшения количества отходящего тепла активизировалось достижение более высокой эффективности корпуса компрессора и двигателя, однако результатом этого являются максимально лишь несколько процентов, что, следовательно, выдвигает требования к эффективному использованию отходящего тепла от газового компрессора.
Случаи эффективного использования отходящего тепла от газового компрессора включают в себя: использование для нагрева воздуха, использование для нагрева воды и использование для предварительного нагрева питающей воды для бойлеров, что пока еще находится на стадии изучения.
Описанием этого типа традиционного уровня техники является, например, патент Японии No.4329875 (патентный документ 1). В этом патентном документе 1 компрессор приводится в действие с использованием пара, а выработанное в компрессоре тепло используется для предварительного нагрева подаваемой к бойлеру воды (питающей воды), снижая таким образом потребляемую бойлером энергию.
Документы, относящиеся к традиционному уровню техники
Патентные документы
Патентный документ 1: патент Японии No.4329875.
Сущность изобретения
Проблемы, подлежащие решению посредством изобретения
В описанном выше патентном документе 1 выработанное воздушным компрессором тепло используется для предварительного нагрева питающей бойлер воды, в качестве системы охлаждения воздушного компрессора используется водяная система охлаждения, выработанное воздушным компрессором тепло поглощается водой водяной системы охлаждения, и эта подогретая вода смешивается с подаваемой к бойлеру водой для повышения, таким образом, температуры подаваемой к бойлеру воды и уменьшения расходуемой бойлером энергии.
В этом изобретении необходим контроль в отношении количества вырабатываемого воздушным компрессором тепла и нагрузки на бойлере, приводя к той проблеме, что этот контроль является сложным. Кроме того, система охлаждения воздушного компрессора применима только для водяного охлаждения и описанное в патентном документе 1 изобретение не применимо в случае, когда охлаждающая система является системой компрессора с воздушным охлаждением, в случае которой возникает проблема, что выделяемое воздушным компрессором тепло не может быть эффективно использовано.
Кроме того, в качестве традиционного газового компрессора с масляным охлаждением существует компрессор, который нагревает воду через теплообменник для регенерации отходящего тепла от масла (смазочного масла), нагреваемого при использовании для охлаждения компрессора, или вырабатываемого компрессором сжатого газа, и возвращает отходящее тепло. Однако нагрузка на оборудование для генерации тепла легко изменяется и температура масла и выходящего из теплообменника для регенерации отходящего тепла сжатого газа колеблется. Кроме того, в зависимости от состояния использования пользователем сжатого газа скорость течения сжатого газа сильно колеблется, вследствие чего температура масла и сжатого воздуха, выходящего из теплообменника для регенерации отходящего тепла, колеблется. Так, температура масла, возвращаемого к компрессору для охлаждения компрессора, колеблется, так что температура компрессора колеблется, и колебания температуры поставляемого потребителю сжатого газа также увеличивается. Следовательно, было сложно обеспечить надежность компрессора и поставку сжатого газа с постоянной температурой. Далее, в случае, когда нагрузка использования компрессора с масляным охлаждением и нагрузка оборудования для регенерации отходящего тепла, возвращающего тепло газового компрессора для эффективного использования, не согласуются друг с другом, газовый компрессор останавливается защитным оборудованием.
Объектом настоящего изобретения является разработка газового компрессора с масляным охлаждением, способного возвращать тепло от нагретого в результате использования масла (смазочного материала) для охлаждения компрессора, а также способного подавлять колебания температуры компрессора путем регулирования температуры возвращаемого к компрессору масла для охлаждения компрессора, даже если нагрузка на возвращающее отходящее тепло оборудование изменяется.
Средства для решения проблемы
Настоящее изобретение, решающее описанную выше проблему, относится к газовому компрессору с масляным охлаждением, включающему в себя: корпус компрессора, масляный сепаратор, выделяющий масло из выходящего из корпуса компрессора сжатого газа, газопровод для направления пользователю отделенного от масла масляным сепаратором сжатого газа, и маслопровод для возвращения к компрессору масла, отделенного масляным сепаратором. Газовый компрессор с масляным охлаждением также включает в себя: охлаждаемый воздухом теплообменник для охлаждения протекающего по маслопроводу масла, охлаждающий вентилятор, выполненный с возможностью регулировки частоты вращения для направления охлаждающего воздушного потока к охлаждаемому воздухом теплообменнику, и теплообменник для регенерации отходящего тепла, оснащенный расположенным выше по потоку охлаждаемым воздухом теплообменником для возвращения тепла от протекающего по маслопроводу масла, причем частота вращения охлаждающего вентилятора регулируется так, что температура выходящего из корпуса компрессора сжатого газа находится в заданном диапазоне.
В вышеописанном компрессоре может быть предусмотрен температурный датчик выходящего газа, регистрирующий температуру выходящего из корпуса компрессора сжатого газа, и частота вращения охлаждающего вентилятора может регулироваться в соответствии с температурой, зарегистрированной температурным датчиком выходящего газа.
Кроме того, является предпочтительным, что охлаждаемый воздухом теплообменник также охлаждает протекающий по газопроводу сжатый газ  и что теплообменник для регенерации отходящего тепла также возвращает тепло от протекающего по газопроводу сжатого газа, и охлаждаемый воздухом теплообменник и теплообменник для регенерации отходящего тепла могут быть последовательно соединены с маслопроводом и газопроводом.
Далее, является предпочтительным, что предусмотрен температурный датчик, регистрирующий температуру выходящего из теплообменника для регенерации отходящего тепла газа, и температурный датчик, регистрирующий температуру выходящего из теплообменника для регенерации отходящего тепла масла, и что частота вращения охлаждающего вентилятора может регулироваться в соответствии с температурой сжатого гази и масла, зарегистрированной температурными датчиками, и температурой выходящего газа, зарегистрированной температурным датчиком выходящего газа.
Корпус компрессора, масляный сепаратор и охлаждаемый воздухом теплообменник могут быть помещены в один кожух для образования компрессорного блока, теплообменник для регенерации отходящего тепла может быть помещен в другой кожух для образования блока регенерации отходящего тепла, и компрессорный блок и блок регенерации отходящего тепла соединены друг с другом трубопроводами. Кроме того, является предпочтительным, что газовый компрессор с масляным охлаждением является винтовым воздушным компрессором с масляным охлаждением.
Является предпочтительным предусмотреть: масляную байпасную трубу для протекания выходящего из масляного сепаратора масла напрямую к охлаждаемому воздухом теплообменнику без протекания к теплообменнику для регенерации отходящего тепла и масляный переключающий клапан, переключающий масло от масляного сепаратора между протеканием к теплообменнику для регенерации отходящего тепла и протеканием к масляной байпасной трубе. Кроме того, дополнительно является предпочтительным предусмотреть: газовую байпасную трубу для протекания выходящего из масляного сепаратора сжатого газа напрямую к охлаждаемому воздухом теплообменнику без протекания сжатого газа к теплообменнику для регенерации отходящего тепла, и газовый переключающий клапан, переключающий газ от масляного сепаратора между протеканием к теплообменнику для регенерации отходящего тепла и протеканием к газовой байпасной трубе.
Теплообменник для регенерации отходящего тепла соединен с циркуляционным трубопроводом для направления текучей среды от внешнего оборудования для регенерации отходящего тепла и возвращения подвергнутой теплообмену текучей среды к оборудованию для регенерации отходящего тепла, и циркуляционный трубопровод включает в себя датчик регистрации протекающей воды, что делает возможным управление масляным переключающим клапаном на основании информации о протекающей воде, полученной датчиком регистрации протекающей воды. Кроме того, циркуляционный трубопровод включает в себя датчик температуры, что делает возможным управление переключающим масло клапаном на основании информации о температуре от датчика температуры.
Несколько единиц оборудования для регенерации отходящего тепла могут быть соединены параллельно с циркуляционным трубопроводом и могут избирательно соединяться на основании информации о температуре от датчика температуры.
Эффект изобретения
Согласно настоящему изобретению можно регенерировать отходящее тепло из нагретого при использовании для охлаждения компрессора масла, а также быстро изменять температуру возвращаемого к компрессору масла для охлаждения компрессора за счет регулирования скорости вращения охлаждающего вентилятора, даже если нагрузка на оборудование для регенерации отходящего тепла изменяется, что, следовательно, делает возможным регулировать температуру выходящего из компрессора сжатого газа в заданном диапазоне. Это, следовательно, позволяет создать газовый компрессор с масляным охлаждением, способный подавлять колебания температуры компрессора.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является принципиальной схемой, демонстрирующей первый вариант осуществления газового компрессора с масляным охлаждением согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 является принципиальной схемой, демонстрирующей второй вариант осуществления газового компрессора с масляным охлаждением согласно настоящему изобретению.
Фиг.3 является принципиальной схемой, демонстрирующей третий вариант осуществления газового компрессора с масляным охлаждением согласно настоящему изобретению.
Варианты осуществления изобретения
Ниже будут описаны варианты осуществления компрессора с масляным охлаждением согласно настоящему изобретению.
Первый вариант осуществления
Фиг.1 является принципиальной схемой, демонстрирующей первый вариант осуществления газового компрессора с масляным охлаждением согласно настоящему изобретению. На этой фигуре ссылочное обозначение 3 обозначает корпус компрессора, и в этом варианте осуществления он образован воздушным компрессором с масляным охлаждением. Корпус компрессора приводится в действие двигателем 4, посредством которого засосанный в компрессорный блок 20 воздух (газ) поступает в корпус 3 компрессора через всасывающий фильтр 1 и всасывающий дроссельный клапан 2, затем сжимается и выпускается и затем течет в масляный сепаратор (масляный бак) 6. Собравшееся на дне масляного сепаратора 6 масло подается через маслопровод 7, регулирующий температуру клапан 9 и масляный фильтр 16 в камеру сжатия со сжатием в корпусе 3 компрессора, и осуществляется охлаждение сжатого воздуха. Кроме того, сжатый воздух и введенное масло выходят через выпускное отверстие корпуса 3 компрессора, в то время как они смешаны друг с другом. После того как температура содержащего это масло сжатого воздуха зарегистрирована датчиком 5 температуры на выходе (датчик температуры на выходе из корпуса компрессора) (Т1), этот сжатый воздух входит в масляный сепаратор 6, и масло подвергается центробежному отделению от сжатого воздуха и собирается на дне масляного сепаратора 6.
С другой стороны, отделенный от масла сжатый воздух вытекает по газопроводу (воздухопроводу) 8 над масляным сепаратором 6 и течет в теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла, состоящий из охлаждаемого водой теплообменника. Собирающееся на дне масляного сепаратора 6 масло вытекает по маслопроводу и направляется регулирующим температуру клапаном 9 к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла, когда температура масла высокая, и напрямую к масляному фильтру 16, когда температура масла низкая. Теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла соединен с оборудованием 19 для регенерации отходящего тепла. Когда это оборудование 19 для регенерации отходящего тепла находится в работе, оборудование 19 для регенерации отходящего тепла перемещает по кругу свою охлаждающую воду (текучую среду) посредством циркуляционного трубопровода (входная труба 17 охлаждающей воды и выходная труба 18 охлаждающей воды) через теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла и направляет там охлаждающую воду от входной трубы 17 охлаждающей воды теплообменника 10 для регенерации отходящего тепла и собирает теплую воду от выходной трубы 18 для сбора вырабатываемого в корпусе 3 компрессора количества тепла. То есть, в теплообменнике 10 для регенерации отходящего тепла протекающее по маслопроводу 7 высокотемпературное масло и протекающий по газопроводу 8 высокотемпературный сжатый воздух подвергаются теплообмену с охлаждающей водой из оборудования 19 для регенерации отходящего тепла, посредством чего охлаждающая вода нагревается, а сжатый воздух и масло охлаждаются.
Температура сжатого выходящего из теплообменника 10 для регенерации отходящего тепла воздуха регистрируется датчиком 11 (ТА) температуры, и воздух течет к охлаждаемому воздухом теплообменнику 13, а температура масла аналогичным образом регистрируется датчиком 12 (ТО) температуры, и масло течет к охлаждаемому воздухом теплообменнику 13. В этом охлаждаемом воздухом теплообменнике 13 для достижения малой разности температур между температурой выходящего сжатого воздуха на выходе из корпуса компрессора, которая регистрируется датчиком 5 температуры на выходе, и заданной температурой на выходе, принимая во внимание зарегистрированную датчиками 11 и 12 температуры температуру сжатого воздуха и масла, двигатель 15 вентилятора подвергается регулированию посредством инвертора. Как результат, скорость вращения охлаждающего вентилятора 14 изменяется для охлаждения до должной температуры вводимого в компрессор масла, и это охлажденное масло вводится в корпус 3 компрессора через масляный фильтр 16. Дополнительно охлажденный в охлаждаемом воздухом теплообменнике 13 сжатый воздух поставляется как сжатый воздух за пределы компрессорного блока 20.
Управление изменением скорости вращения охлаждающего вентилятора 14 посредством инверторного управления двигателем 15 вентилятора будет описано подробнее. Скорость вращения охлаждающего вентилятора 14 регулируется так, что величина теплообмена в охлаждаемом воздухом теплообменнике 13 увеличивается, когда величина теплообмена в теплообменнике 10 для регенерации отходящего тепла мала (когда величина регенерации отходящего тепла на оборудовании 19 для регенерации отходящего тепла мала), и величина теплообмена в охлаждаемом воздухом теплообменнике 13 уменьшается, когда величина теплообмена в теплообменнике 10 для регенерации отходящего тепла велика. Соответственно, разрешенные величины теплообмена в теплообменнике 10 для регенерации отходящего тепла и в охлаждаемом воздухом теплообменнике 13 рассчитаны как соответствующие величины, которые позволяют раздельно перерабатывать общее количество тепла, вырабатываемого в корпусе 3 компрессора. Так, когда в теплообменнике 10 для регенерации отходящего тепла осуществляется максимальная регенерация тепла, температура выходящих из теплообменника 10 для регенерации отходящего тепла масла и сжатого воздуха удовлетворительно снижена, так что двигатель 15 вентилятора в охлаждаемом воздухом теплообменнике 13 может быть остановлен.
В случае винтового воздушного компрессора с масляным охлаждением число циркуляций залитого в компрессорный блок 20 масла (число циркуляций масла, которое выходит из корпуса компрессора и затем снова возвращается в корпус компрессора) типично составляет приблизительно от 2 до 5 раз в минуту, так что изменение скорости вращения охлаждающего вентилятора 14 приводит к относительно чувствительному изменению зарегистрированной датчиком 5 температуры на выходе температуры выходящего сжатого воздуха. Следовательно, путем осуществления инверторного управления, которое изменяет скорость вращения охлаждающего вентилятора 14 в соответствии с температурой датчика 5 температуры на выходе, можно регулировать температуру выходящего из компрессора сжатого воздуха приблизительно на уровне целевой температуры на выходе (температура на выходе в заданном диапазоне). В этом варианте осуществления, поскольку также предусмотрены датчик 11 (ТА) температуры и датчик 12 (ТО) температуры, температуры текущих к охлаждаемому воздухом теплообменнику 13 сжатого воздуха и масла известны, что дает возможность регулирования скорости вращения охлаждающего вентилятора также с учетом температурной информации от этих датчиков 11 и 12 температуры, делая, таким образом, возможным более быстрое и точное приведение температуры сжатого воздуха, который выходит из корпуса компрессора, ближе к целевой температуре.
Второй вариант осуществления
Фиг.2 является принципиальной схемой, демонстрирующей второй вариант осуществления газового компрессора с масляным охлаждением согласно настоящему изобретению. На фиг.2 части, обозначенные такими же ссылочными обозначениями, что и на фиг.1, обозначают одинаковые или идентичные части.
Первый вариант осуществления был описан выше со ссылкой на пример, в котором корпус 3 компрессора, масляный сепаратор (масляный бак) 6, теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла (охлаждаемый водой теплообменник), охлаждаемый воздухом теплообменник 13 и т.п. установлены в компрессорном блоке 20. Однако в этом втором варианте осуществления, в дополнение к компрессорному блоку 20, отдельно предусмотрен блок 21 для регенерации отходящего тепла. В этом блоке 21 для регенерации отходящего тепла предусмотрены теплообменник для регенерации отходящего тепла (охлаждаемый водой теплообменник), датчик 11 (ТА) температуры, регистрирующий температуру выходящего из теплообменника 10 для регенерации отходящего тепла сжатого воздуха, датчик 12 (ТО) температуры, регистрирующий температуру также выходящего из теплообменника 10 для регенерации отходящего тепла масла, и т.п. С другой стороны, в компрессорном блоке 20 предусмотрены корпус 3 компрессора, масляный сепаратор 6, охлаждаемый воздухом теплообменник 13 и т.п. Однако, в отличие от первого варианта осуществления, не предусмотрен теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла. Блок 21 для регенерации отходящего тепла соединен с компрессорным блоком 20 посредством маслопровода 7 и соединен с оборудованием 19 для регенерации отходящего тепла циркуляционными трубами (входная труба 17 охлаждающей воды и выходная труба 18 охлаждающей воды). В остальном конфигурация аналогична конфигурации показанного на фиг.1 первого варианта осуществления.
В этом варианте осуществления корпус 3 компрессора, масляный сепаратор 6 и охлаждаемый воздухом теплообменник 13 помещены в один кожух для образования компрессорного блока 20, а теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла помещен в другой кожух для образования блока 21 для регенерации отходящего тепла. Тогда, поскольку компрессорный блок 20 и блок 21 для регенерации отходящего тепла соединены друг с другой трубами, обеспечивается такой же эффект, как и в первом варианте осуществления, и поскольку блок 21 для утилизации отходящего тепла является отдельным компонентом, компрессорный блок 20 может быть уменьшен по размеру, что, например, позволяет его легко переносить. Кроме того, предусмотрен эффект, заключающийся в том, что в случае, когда с помощью оборудования 19 для регенерации отходящего тепла регенерация отходящего тепла не выполняется, для работы может быть установлен только уменьшенный по размеру компрессорный блок 20. Кроме того, поскольку компрессорный блок 20 и блок 21 для регенерации отходящего тепла могут быть установлены отдельно друг от друга, обеспечивается эффект увеличения свободы монтажа.
Третий вариант осуществления
Фиг.3 является принципиальной схемой, демонстрирующей третий вариант осуществления газового компрессора с масляным охлаждением согласно настоящему изобретению. На фиг.3 части, обозначенные такими же ссылочными обозначениями, что и на фиг.1, обозначают одинаковые или идентичные части.
В первом и втором вариантах осуществления масло и сжатый воздух, выходящие из масляного сепаратора 6, протекают по маслопроводу 7 и газопроводу 8 и втекают в охлаждаемый водой теплообменник 13. Однако в этом третьем варианте осуществления для того, чтобы разрешить маслу и сжатому воздуху течь непосредственно к охлаждаемому воздухом теплообменнику 13, обходя теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла, предусмотрены масляная байпасная труба 22 и газовая байпасная труба 23. Кроме того, чтобы разрешить выбор в отношении того, текут ли выходящие из масляного сепаратора 6 масло и сжатый воздух к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла или напрямую к охлаждаемому воздухом теплообменнику 13 (то есть, байпасным трубам 22 и 23), предусмотрены масляный переключающий клапан и газовый переключающий клапан.
В этом варианте осуществления масляный переключающий клапан составлен из двух двухходовых клапанов 24 и 25 (электромагнитные клапаны) и газовый переключающий клапан также составлен из двух двухходовых клапанов 26 и 27 (электромагнитные клапаны). То есть масляная байпасная труба 22 и маслопровод 7 ниже по потоку от раздвоенной части масляной байпасной трубы соответственно оснащены двухходовыми клапанами 24 и 25 для образования масляного переключающего клапана, а газовая байпасная труба 23 и газопровод 8 ниже по потоку от раздвоенной части газовой байпасной трубы соответственно оснащены двухходовыми клапанами для образования газового переключающего клапана.
В этом варианте осуществления показан пример, в котором масляный переключающий клапан и газовый переключающий клапан образованы путем использования двух двухходовых клапанов, однако вместо двух двухходовых клапанов для образования каждого из них может быть использован трехходовой клапан.
Кроме того, в этом варианте осуществления на циркуляционных трубах (входная труба 17 охлаждающей воды и выходная труба 18 охлаждающей воды), соединяющих вместе оборудование 19 для регенерация отходящего тепла и теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла, предусмотрены: датчик 28 (P) регистрации протекающей воды для обнаружения, имеется ли протекающая вода, или регистрации скорости течения, и датчик 29 (Tw) температуры для регистрации температуры охлаждающей воды, протекающей по циркуляционному трубопроводу. В этом варианте осуществления датчик 28 регистрации протекающей воды и датчик температуры 29 предусмотрены на входной трубе 17 охлаждающей воды циркуляционного трубопровода, однако могут быть предусмотрены и на выходной трубе 18 охлаждающей воды.
В этом варианте осуществления датчик 28 регистрации протекающей воды образован датчиком давления и использует тот факт, что давление выше, когда имеется, по меньшей мере, предварительно заданное количество протекающей воды, чем когда нет протекающей воды. Наличие или отсутствие протекающей воды обнаруживается путем регистрации этого давления. Необходимо отметить, что датчик 28 регистрации протекающей воды не ограничивается датчиком давления, но может быть объемным расходомером или расходомером импеллерного типа, таким как шестеренчатый расходомер, который измеряет скорость течения охлаждающей воды, протекающей по циркуляционному трубопроводу, а также может быть применим любой тип, который может проверять поток.
Что касается датчика 29 температуры, то выходящая из оборудования 19 для регенерации отходящего тепла охлаждающая вода может регистрироваться скорее в случае, когда датчик 29 температуры предусмотрен на входной трубе 17, чем на выходной трубе 18, чтобы температура охлаждающей воды в оборудовании 19 для регенерации отходящего тепла могла быть известна с более высокой точностью.
Далее, в этом варианте осуществления предусмотрено не только оборудование 19 для регенерации отходящего тепла, но и оборудование 30 для регенерации отходящего тепла, и охлаждающая вода оборудования 19 для регенерации отходящего тепла или оборудования 30 для регенерации отходящего тепла может быть выборочно направлена к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла по циркуляционной трубе 17 или 18 путем использования трехходового клапана 31 или 32.
Ссылочное обозначение 33 обозначает регулятор, регулирующий частоту вращения двигателя 15 вентилятора, и в этот регулятор вводится информация о температуре на выходе от датчика 5 температуры на выходе и информация о температуре масла от датчиков 11 и 12 температуры, расположенных ниже по потоку от теплообменника 10 для регенерации отходящего тепла. На основании этих фрагментов информации о температуре для достижения малой разности температур между зарегистрированной датчиком 5 температуры на выходе температурой на выходе сжатого воздуха и заданной целевой температурой регулятор 33 управляет двигателем 15 вентилятора посредством инвертора 34, изменяет частоту вращения охлаждающего вентилятора 14 и охлаждает подаваемое в корпус 3 компрессора через масляный фильтр 16 масло.
Необходимо отметить, что в первом и втором вариантах осуществления регулятор 33 и инвертор 34, описанные в третьем варианте осуществления, не показаны, однако показанные на фиг.3 регулятор 33 и инвертор 34 аналогичным образом предусмотрены в первом и втором вариантах осуществления.
Ссылочное обозначение 35 обозначает регулятор для управления масляными переключающими клапанами 24 и 25 и газовыми переключающими клапанами 26 и 27, и в этот регулятор 35 вводится информация от датчика 28 регистрации протекающей воды и информация о температуре от датчика 29 температуры.
В первом и втором вариантах осуществления, даже если охлаждающая вода от оборудования 19 для регенерации отходящего тепла не подается к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла (циркуляция воды между оборудованием 19 для регенерации отходящего тепла и теплообменником 10 для регенерации отходящего тепла прекращается), высокотемпературное масло и сжатый воздух из масляного сепаратора 6 протекают к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла через маслопровод 7 и газопровод 8. Так, вода (охлаждающая вода), остающаяся на пути, по которому охлаждающая вода течет в теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла, нагревается высокотемпературным маслом и сжатым воздухом с испарением, в результате чего концентрация соли увеличивается, и как результат действия иона хлора теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла подвергается местному коррозионному воздействию, приводящему к возможности перфорирования и повреждения.
Наоборот, в третьем варианте осуществления, поскольку на циркуляционном трубопроводе (входная труба 17 охлаждающей воды) в компрессорном блоке 20 предусмотрен датчик 28 регистрации протекающей воды, о том, имеется или нет циркуляция охлаждающей воды к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла, и равна или нет величина циркуляции заданной величине или она больше заданной величины, можно судить по регулятору 35. Если сделан вывод, что циркуляция отсутствует, или если величина циркуляции равна или меньше, чем заданное значение, масляные переключающие клапаны 24 и 25 (двухходовые клапаны) и газовые переключающие клапаны 26 и 27 (двухходовые клапаны) могут управляться регулятором 35, чтобы направить высокотемпературное масло и сжатый воздух из масляного сепаратора 6 к охлаждаемому воздухом теплообменнику 13 через масляную байпасную трубу 22 и газовую байпасную трубу 23 соответственно. Следовательно, становится возможным не направлять высокотемпературное масло и сжатый воздух к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла, позволяя таким образом предотвращать коррозию теплообменника 10 для регенерации отходящего тепла.
В этом варианте осуществления регулятор 35 осуществляет автоматическое управление масляными переключающими клапанами 24 и 25 и газовыми переключающими клапанами 26 и 27, однако переключение переключающих клапанов 24 и 25 и газовых переключающих клапанов 26 и 27 может быть выполнено вручную в соответствии с результатами регистрации датчиком 28 регистрации протекающей воды.
Кроме того, в этом варианте осуществления датчик 29 температуры предусмотрен также на входной трубе 17 охлаждающей воды в компрессорный блок 20, так что может быть измерена температура (Tw) охлаждающей воды, циркулирующей между оборудованием 19 или 30 для регенерации отходящего тепла и теплообменником 10 для регенерации отходящего тепла. Это обеспечивает следующие эффекты.
Рассмотрим случай, когда оборудование 19 для регенерации отходящего тепла предусмотрено как бак для хранения теплой воды, и охлаждающая вода в этом баке для хранения теплой воды циркулирует через теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла посредством циркуляционных труб 17 и 18, вызывая таким образом повышение температуры до целевой температуры TW2 для оборудования 19 для регенерации отходящей воды для обеспечения теплой водой. В этом случае температура охлаждающей циркулирующей через циркуляционный трубопровод воды может быть зарегистрирована датчиком 29 (Tw) температуры, позволяя регулятору 35 судить о том, достигла или нет охлаждающая вода (теплая вода) в баке для хранения теплой воды (оборудование 19 для регенерации отходящего тепла) целевой температуры TW2. Следовательно, после вывода о том, что охлаждающая вода в баке для хранения теплой воды достигла целевой температуры TW2, регулятор 35 переключает масляные переключающие клапаны 24 и 25 и газовые переключающие клапаны 26 и 27 (двухходовые клапаны 24 и 26 открываются, а двухходовые клапаны 25 и 27 закрываются). Как результат, циркуляция высокотемпературного масла и сжатого воздуха к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла может быть прекращена, что, следовательно, приводит температуру теплой воды в баке для хранения теплой воды (оборудование 19 для регенерации отходящего тепла) к целевой температуре TW2.
Кроме того, в случае, когда датчик 29 температуры обнаружил, что температура теплой воды в баке для хранения теплой воды (оборудование 19 для регенерации отходящего тепла) снизилась и стала равной температуре (TW2-α), ниже, чем целевая температура TW2 на заранее заданную температуру α, регулятор 35 переключает масляные переключающие клапаны 24 и 25 и газовые переключающие клапаны 26 и 27 (двухходовые клапаны 24 и 26 закрываются, а двухходовые клапаны 25 и 27 открываются). Как результат, высокотемпературное масло и сжатый воздух могут циркулировать к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла, делая возможным поддержание температуры теплой воды в баке для хранения теплой воды в пределах целевого температурного диапазона.
Далее, в случае, когда предусмотрены несколько подключенных к компрессорному блоку 20 единиц оборудования для регенерации отходящего тепла (оборудование для регенерации отходящего тепла 19 и 30), наличие датчика 29 температуры в компрессорном блоке 20 делает возможным управление трехходовыми клапанами 31 и 32 на стороне оборудования 19 и 30 для регенерации отходящего тепла на основании информации о температуре от датчика 29 температуры. То есть, управление переключением может быть выполнено так, что когда охлаждающая вода в первом оборудовании 19 для регенерации отходящего тепла циркулирует через теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла и когда зарегистрированная датчиком 29 температуры температура достигает целевой температуры TW2, охлаждающая вода второго оборудования 30 для регенерации отходящего тепла циркулирует через теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла, что делает возможной регенерацию отходящего тепла несколькими единицами оборудования для регенерации отходящего тепла. Необходимо отметить, что число единиц оборудования для регенерации отходящего тепла не ограничивается двумя, и можно также аналогичным образом предусмотреть три или более единиц оборудования.
В описанных выше вариантах осуществления теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла предпочтительно образован пластинчатым теплообменником. Кроме того, в качестве пластинчатого теплообменника предпочтительным является теплообменник, который может осуществлять теплообмен между тремя текучими средами, включая масло, сжатый воздух и охлаждающую воду, при использовании одного пластинчатого теплообменника, однако могут быть объединены с образованием теплообменника 10 для регенерации отходящего тепла два пластинчатых теплообменника, включая пластинчатый теплообменник, осуществляющий теплообмен между маслом и охлаждающей водой, и пластинчатый холодильник, осуществляющий теплообмен между сжатым воздухом и охлаждающей водой.
Кроме того, в описанном выше теплообменнике 10 для регенерации отходящего тепла тепло регенерируется и из высокотемпературного масла и из высокотемпературного сжатого воздуха из масляного сепаратора, однако тепло может регенерироваться только из масла, теплоемкость которого выше, чем теплоемкость воздуха.
Необходимо отметить, что в каждом из описанных выше вариантов осуществления теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла является охлаждаемым водой теплообменником, однако теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла не ограничивается типом с водяным охлаждением, но он может быть также выполнен как охлаждаемый воздухом теплообменник.
Кроме того, показанный в качестве примера газовый компрессор с масляным охлаждением согласно изобретению является винтовым воздушным компрессором с масляным охлаждением, однако газовый компрессор с масляным охлаждением не ограничивается винтовым компрессором, а аналогичным образом применимым является также и другой тип компрессора, такой как, например, спиральный компрессор.
Кроме того, сжимаемая компрессором среда не ограничивается воздухом, а аналогичным образом является также применимым компрессор, который сжимает другие газы. Кроме того, источник привода может быть иным, чем электродвигатель (например, двигатель внутреннего сгорания или турбина).
Вышеописанные варианты осуществления были описаны со ссылкой на пример, в котором теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла и охлаждаемый воздухом теплообменник 13 выполнены отдельно друг от друга, однако два теплообменника могут быть выполнены как единое целое.
Как описано выше, в этом варианте осуществления в качестве охлаждающей системы охлаждаемого маслом компрессора в дополнение к охлаждаемому воздухом теплообменнику, как главной первой охлаждающей системе, в качестве второй охлаждающей системы предусмотрен теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла, и охлаждающая способность охлаждаемого воздухом теплообменника 13 регулируется в соответствии с колебаниями нагрузки на теплообменник 10 для регенерации отходящего тепла и с тем, используется он или нет, так что требуемое количество отходящего тепла от компрессора с масляным охлаждением может регенерироваться теплообменником 10 для регенерации отходящего тепла, когда необходимо в соответствии с нагрузкой на оборудование 19 для регенерации отходящего тепла.
Кроме того, становится возможным регулировать колебания температуры компрессора и колебания температуры поставляемого потребителю сжатого воздуха в узком диапазоне независимо от нагрузки на оборудование 19 для регенерации отходящего тепла и количества поставляемого потребителю сжатого воздуха.
Следовательно, согласно этому варианту осуществления тепло может быть одновременно регенерировано из нагретого в результате использования для охлаждения компрессора масла и выходящего из компрессора газа, делая таким образом возможной в высшей степени эффективную регенерацию отходящего тепла. Кроме того, температура возвращающегося к компрессору для охлаждения компрессора масла может быть быстро изменена регулированием скорости вращения охлаждающего вентилятора, даже если нагрузка на оборудование для регенерации отходящего тепла изменяется, что, следовательно, может доводить температуру выходящего из компрессора сжатого газа более близко к целевой температуре. Как результат, изменения температуры компрессора могут регулироваться в узком диапазоне, что может обеспечить создание газового компрессора с масляным охлаждением, способного подавлять колебания температуры поставляемого потребителю сжатого газа и поставлять сжатый газ при постоянной температуре.
Кроме того, как описано в третьем варианте осуществления, за счет использования масляной байпасной трубы 22, газовой байпасной трубы 23, масляных переключающих клапанов 24 и 25 и газовых переключающих клапанов 26 и 27 и, кроме того, использования циркуляционных труб 17 и 18 с датчиком 28 регистрации протекающей воды и датчиком 29 температуры могут быть обеспечены следующие эффекты.
Поскольку датчик 28 регистрации протекающей воды может обнаруживать, что циркуляция охлаждающей воды к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла отсутствует или циркуляция охлаждающей воды к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла достигла заданного количества или более низкого, то управление масляными переключающими клапанами и газовыми переключающими клапанами делает возможным протекание масла и сжатого воздуха из масляного сепаратора 6 к охлаждаемому воздухом теплообменнику 13 через масляную байпасную трубу и предотвращает это протекание к теплообменнику для регенерации отходящего тепла. Это, следовательно, может предотвратить перфорирование и повреждение теплообменника для регенерации отходящего тепла, являющихся результатом коррозии.
Кроме того, температура протекающей по циркуляционной трубе охлаждающей воды может быть зарегистрирована датчиком 29 температуры, позволяя тем самым делать вывод о том, что температура охлаждающей воды в оборудовании 19 для регенерации отходящего тепла достигла целевой температуры или превысила ее или снизилась до уровня ниже целевой температуры на определенную величину, на основании чего циркуляция масла и сжатого воздуха к теплообменнику 10 для регенерации отходящего тепла может быть остановлена/включена посредством масляных переключающих клапанов и газовых переключающих клапанов, делая таким образом возможным доведение температуры охлаждающей воды в оборудовании для регенерации отходящего тепла до требуемой для поставки пользователю целевой температуры или поддержания ее в целевом диапазоне температур.
Описание ссылочных обозначений
1
всасывающий фильтр,
2
всасывающий дроссельный клапан,
3
корпус компрессора,
4
главный двигатель,
5
датчик температуры на выходе,
6
масляный сепаратор (масляный бак),
7
маслопровод,
8
газопровод (воздухопровод),
9
регулирующий температуру клапан,
10
теплообменник для регенерации отходящего тепла (охлаждаемый водой теплообменник),
11
датчик температуры (ТА),
12
датчик температуры (ТО),
13
охлаждаемый воздухом теплообменник,
14
охлаждающий вентилятор,
15
двигатель вентилятора,
16
масляный фильтр,
17, 18
циркуляционная труба (17: входная труба охлаждающей воды, 18: выходная труба охлаждающей воды),
19, 30
оборудование для регенерации отходящего тепла,
20
компрессорный блок,
21
блок регенерации отходящего тепла,
22
масляная байпасная труба,
23
газовая байпасная труба,
24, 25
масляный переключающий клапан (24, 25 двухходовой клапан),
26, 27
газовый переключающий клапан (26, 27 двухходовой клапан),
28
датчик регистрации протекающей воды (P),
29
датчик температуры (Tw),
31, 32
трехходовой клапан,
33, 35
регулятор,
34
инвертор.