JP7216106B2 - 冷凍と機械式圧縮とを交互に行うガス状流体圧縮 - Google Patents
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Description
何十年にもわたって、ガス状流体圧縮の効率向上を実現する必要性がよく認識されてきた。ガス状流体を圧縮するためのシステムおよび方法を提供するにあたり、熱力学的性能の改善および構造における簡潔さの改善を達成する多くの試みがあった。知識のある科学者および熟練した発明者は、熱力学の原理を利用して、効率が改善されそれによりエネルギの節約および技術の全体的な進歩が可能な、空気などのガスの圧縮を提供するよう努めてきた。
したがって、本発明は、改善された効率でガスを圧縮するためのシステムおよび方法を提供するという基本的な目的に基づいている。
本明細書に開示されるガス状流体圧縮システムおよび方法は、様々な実施形態の対象となる。しかし、当業者が本発明を理解し、適切な場合に実施できることを確実にするために、本明細書で明らかにされるより広い発明の特定の好ましい実施形態を以下に説明し、添付の図面に示す。したがって、本発明の特定の実施形態を詳細に説明する前に、以下の構成の詳細および発明概念の説明は、本発明の多くの可能な出現の単なる例であることを明確にしなければならない。
Claims (22)
- ガスを初期圧力から出口圧力まで圧縮するためのガス圧縮システムであって、
第1の圧縮バンクであって、該第1の圧縮バンクは、第1のガス状流体圧縮機および該第1のガス状流体圧縮機に流体的に接続された第1のカスケード式ヒートポンプ中間冷却器を有するガス圧縮の段を備え、前記ガスを吸気圧力から第1の高められたゲージ圧力にするように動作する前記第1の圧縮バンクと、
前記第1の圧縮バンクから前記ガスを受け取るよう流体的に結合された第2の圧縮バンクであって、該第2の圧縮バンクは、第2のガス状流体圧縮機および該第2のガス状流体圧縮機に流体的に結合された第2のカスケード式ヒートポンプ中間冷却器を有するガス圧縮の段を備え、前記ガスを前記出口圧力にするように動作する前記第2の圧縮バンクと、
を備え、
前記第1のカスケード式ヒートポンプ中間冷却器および前記第2のカスケード式ヒートポンプ中間冷却器のそれぞれは、少なくとも高温区域および低温区域を有し、前記高温区域および低温区域のそれぞれは、前記ガスから熱を除去するように構成された、独立して動作可能な中間冷却器コアを有し、前記低温区域の前記中間冷却器コアは、前記高温区域により冷却された後の前記ガスを受け取るように構成され、
前記高温区域は、前記低温区域よりもより高い温度で、前記ガスから熱を除去するように構成され、
前記低温区域は、前記高温区域の前記中間冷却器コアと熱的に結合する凝縮器を有し、前記低温区域は、前記高温区域の前記中間冷却器コアの温度を、前記低温区域の凝縮温度の基礎として使用する、
ことを特徴とするガス圧縮システム。 - 前記出口圧力は、前記第1の高められたゲージ圧力よりも大きいことを特徴とする、請求項1記載のガス圧縮システム。
- 前記カスケード式ヒートポンプ中間冷却器は、前記低温区域の後に流体的に配置され、前記低温区域により冷却された後の前記ガスから熱を除去するように構成された、独立して動作可能な中間冷却器コアを有する第3の温度区域をさらに有し、
前記第3の温度区域は、前記低温区域の温度よりも低い温度で、前記ガスから熱を除去するように構成されている、
請求項1記載のガス圧縮システム。 - 前記第1の圧縮バンクは、ブロワ圧縮バンクを備え、前記第1の圧縮バンクの前記ガス圧縮の段の前記第1のガス状流体圧縮機は、高圧ブロワを備え、前記第2の圧縮バンクは、機械式圧縮バンクを備え、前記機械式圧縮バンクの前記ガス圧縮の段の前記第2のガス状流体圧縮機は、機械式圧縮機を備えることを特徴する、請求項1記載のガス圧縮システム。
- 前記機械式圧縮バンクの前記ガス圧縮の段の前記第2のガス状流体圧縮機は、回転圧縮機または往復動圧縮機を備える機械式圧縮機を備えることを特徴とする、請求項4記載のガス圧縮システム。
- 前記機械式圧縮バンクの前記ガス圧縮の段の前記第2のガス状流体圧縮機は往復動圧縮機を備えることを特徴とする、請求項5記載のガス圧縮システム。
- 前記ブロワ圧縮バンクは、複数段のガス圧縮を備え、それぞれの前記段は高圧ブロワガス状流体圧縮機および該高圧ブロワガス状流体圧縮機に流体的に結合されたヒートポンプ中間冷却器を有し、前記機械式圧縮バンクは、複数段のガス圧縮を備え、該複数段のそれぞれは、機械式ガス状流体圧縮機および該機械式ガス状流体圧縮機に流体的に結合されたヒートポンプ中間冷却器を有することを特徴とする、請求項4記載のガス圧縮システム。
- 前記ブロワ圧縮バンクは、少なくとも4段のガス圧縮を備え、それぞれの前記段は、高圧ブロワガス状流体圧縮機および該高圧ブロワガス状流体圧縮機に流体的に結合されたヒートポンプ中間冷却器を有することを特徴とする、請求項7記載のガス圧縮システム。
- 前記機械式圧縮バンクは、少なくとも3段のガス圧縮を備え、それぞれの前記段は、機械式ガス状流体圧縮機および該機械式ガス状流体圧縮機に流体的に結合されたヒートポンプ中間冷却器を有することを特徴とする、請求項8記載のガス圧縮システム。
- 前記ガス圧縮システムは、該ガス圧縮システムの流出口をさらに備え、前記機械式圧縮バンクは、最終段のガス圧縮をさらに備え、該最終段は、ヒートポンプ中間冷却器が機械式ガス状流体圧縮機と前記流出口との間に流体的に介装されることなく、前記機械式ガス状流体圧縮機を有することを特徴とする、請求項7記載のガス圧縮システム。
- 前記ガス圧縮システムは、該ガス圧縮システムの流出口をさらに備え、かつ作動流体の動きから電力を発生させるガス駆動発電機をさらに備え、前記ガス駆動発電機は、前記流出口に流体的に結合されている、請求項1記載のガス圧縮システム。
- それぞれの前記カスケード式ヒートポンプ中間冷却器に流体的に結合された水トラップをさらに備え、該水トラップは凝縮水を除去するよう動作することを特徴とする、請求項7記載のガス圧縮システム。
- ガスを初期圧力から出口圧力まで圧縮するためのガス圧縮システムであって、
複数段のガス圧縮を有する第1の圧縮バンクであって、それぞれの前記段がガス状流体圧縮機および該ガス状流体圧縮機に流体的に連結されたカスケード式ヒートポンプ中間冷却器を有する、前記第1の圧縮バンクを備え、
前記カスケード式ヒートポンプ中間冷却器のそれぞれは、少なくとも高温区域および低温区域を有し、前記高温区域および低温区域のそれぞれは、前記ガスから熱を除去するように構成された、独立して動作可能な中間冷却器コアを有し、前記低温区域の前記中間冷却器コアは、前記高温区域により冷却された後の前記ガスを受け取るように構成され、
前記高温区域は、前記低温区域よりもより高い温度で、前記ガスから熱を除去するように構成され、
前記低温区域は、前記高温区域の前記中間冷却器コアと熱的に結合する凝縮器を有し、前記低温区域は、前記高温区域の前記中間冷却器コアの温度を、前記低温区域の凝縮温度の基礎として使用する、
ことを特徴とするガス圧縮システム。 - 前記第1の圧縮バンクからの前記ガスを受け取るよう流体的に結合された第2の圧縮バンクをさらに備え、前記第2の圧縮バンクは、ガス状流体圧縮機および該ガス状流体圧縮機に流体的に結合されたヒートポンプ中間冷却器を有する複数段のガス圧縮を備え、前記第2の圧縮バンクは前記ガスを前記出口圧力にするよう動作することを特徴とする、請求項13記載のガス圧縮システム。
- 前記カスケード式ヒートポンプ中間冷却器は、前記低温区域の後に流体的に配置され、前記低温区域により冷却された後の前記ガスから熱を除去するように構成された、独立して動作可能な中間冷却器コアを有する第3の温度区域をさらに有し、
前記第3の温度区域は、前記低温区域の温度よりも低い温度で、前記ガスから熱を除去するように構成されている、
請求項13記載のガス圧縮システム。 - 前記第1の圧縮バンクは、ブロワ圧縮バンクを備え、前記第1の圧縮バンクのそれぞれの前記段のガス圧縮における前記ガス状流体圧縮機は、高圧ブロワを備え、前記第2の圧縮バンクは、機械式圧縮バンクを備え、前記機械式圧縮バンクのそれぞれの前記段のガス圧縮における前記ガス状流体圧縮機は、機械式圧縮機を備えることを特徴とする、請求項14記載のガス圧縮システム。
- 前記機械式圧縮機は回転圧縮機または往復動圧縮機を備えることを特徴とする、請求項16記載のガス圧縮システム。
- 前記ガス状流体圧縮機は往復動圧縮機を備えることを特徴とする、請求項17記載のガス圧縮システム。
- 前記ブロワ圧縮バンクは、少なくとも4段のガス圧縮を備え、それぞれの前記段は、高圧ブロワガス状流体圧縮機および該高圧ブロワガス状流体圧縮機に流体的に結合されたヒートポンプ中間冷却器を有することを特徴とする、請求項16記載のガス圧縮システム。
- 前記機械式圧縮バンクは、少なくとも3段のガス圧縮を備え、それぞれの前記段は、機械式ガス状流体圧縮機および該機械式ガス状流体圧縮機に流体的に結合されたヒートポンプ中間冷却器を有することを特徴とする、請求項19記載のガス圧縮システム。
- 前記ガス圧縮システムは、該ガス圧縮システムの流出口をさらに備え、かつ最終段のガス圧縮をさらに備え、該最終段は、機械式ガス状流体圧縮機と前記流出口との間にヒートポンプ中間冷却器が流体的に介装されることなく、前記機械式ガス状流体圧縮機を有することを特徴とする、請求項13記載のガス圧縮システム。
- 前記ガス圧縮システムは、該ガス圧縮システムの流出口をさらに備え、かつ作動流体の動きから電力を発生させるガス駆動発電機をさらに備え、前記ガス駆動発電機は、前記流出口に流体的に結合されている、請求項13記載のガス圧縮システム。
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