SK144994A3 - Gas compressor - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka plynového kompresora na dodávku stlačeného plynu, najmä kompresora na dodávku stlačeného vzduchu alebo iného plynu do zariadenia s plynovou turbínou, ktoré slúži na výrobu elektrickej energie.

Doterajší stav techniky

Kompresory na výrobu horúceho stlačeného plynu, napríklad vzduchu na spaľovanie s palivom v spaľovacej komore plynovej turbíny, sú dostatočne známe. Plyn dodávaný týmto kompresorom je ohriaty, čo vyplýva z adiabatickej povahy kompresného procesu. Pretože plyn sa v priebehu stlačovania zahrieva, na dosiahnutie požadovanej kompresie je nutné vynaložiť väčšie množstvo energie než keby teplota stlačovaného plynu zostala v priebehu stlačovania konštantná, to znamená, keby sa plyn stláčal izotermicky. Je tiež celkove nehospodárne využívať mechanickú energiu kompresora na ohrievanie objemu stlačovaného plynu.

Jedným z príkladov známych zariadení určených na stlačovanie plynu účinnejším postupom je hydraulický plynový kompresor, v ktorom sa plyn stláča smerom dole sa pohybujúcim stĺpcom kvapaliny. Plyn, ktorý je prítomný vo forme bublín, sa ochladzuje v priebehu jeho stláčania kvapalinou. Plyn sa potom oddelí od kvapaliny v spodnej časti stĺpca, kde sa tiež uskladňuje a vytvára zásobu chladného stlačeného vzduchu, využiteľnú na výrobu energie.

Tepelný motor, ktorého činnosť je založená na Cartonovom cykle, je popísaný v US-PS 3 608 311. Izotermické stlačovanie pracovnej tekutiny v tomto cykle je zaistené rozprašovaním kvapaliny do komory, obsahujúcej pracovnú tekutinu, takže plyn sa v priebehu stlačovania udržuje na konštantnej hodnote. Toto zariadenie však svojim riešením patrí medzi tepelné motory s uzavretým cyklom, v ktorom sa každý objem pracovnej tekutiny uchováva trvalé v príslušnej komore. Riešenie sa netýka plynových kompresorov, ktoré dodávajú stlačený plyn.

V doteraz známych zariadeniach s plynovou turbínou sú výstupné plyny z plynových turbín všeobecne podstatne teplejšie ako je vonkajšia teplota okolitej atmosféry, takže prebytočné teplo vypúšťaných plynov sa stráca, i keď by sa mohlo získavať späť na využiteľnú energiu, napríklad na výrobu elektrickej energie. V jednom type zariadenia s plynovými turbínami, obsahujúcom kombinovaný cyklus s plynovou turbínou a výrobou pary (CCGT) sa prebytočné teplo z výfukového plynu odvádzaného z plynovej turbíny využíva na výrobu pary, ktorou sa poháňa ďalšia turbína. I keď je tento systém CCGT účinný, vyžaduje prídavné zariadenia, ako je parný generátor zahrievaný rekuperovaným teplom a pripojená parná turbína.

Podstata vynálezu

Nedostatky týchto doteraz známych zariadení sú odstránené plynovým kompresorom a zariadením na výrobu energie, využívajúcim tento plynový kompresor podľa vynálezu, kde plynový kompresor obsahuje komoru pre plyn, ktorý sa má stláčať, piest uložený v komore, ústrojenstvo na pohon piestu do komory na stlačovanie plynu, ústrojenstvo na vytváranie kvapalinovej sprchy v komore na ochladzovanie plynu pri jeho stláčaní vnútri komory a ventilový prvok na umožnenie odvádzania stlačeného plynu z komory; podstata vynálezu spočíva v tom, že ústrojenstvo na pohon piestu obsahuje prostriedky na odovzdávanie energie, uchovávanej vo fluidnej látke, priamo piestu.

Riešenie podľa vynálezu tak zabezpečuje využiteľný zdroj stlačeného plynu, v ktorom je teplota plynu regulovaná kvapalinovou sprchou. Teplo vznikajúce pri stláčaní plynu sa prevádza do kvapôčiek rozstrekovanej kvapaliny, takže v priebehu stláčania sa môže teplota plynu regulovať do takej miery, že sa môže udržiavať na konštantnej hodnote alebo sa dokonca môže znížiť. Ak je udržiavaná teplota plynu konštantná, je množstvo energie potrebné na stlačovanie podstatne menšie než keď sa teplota nechá stúpat. Piest je tak výhodne poháňaný priamo energiou obsiahnutou vo fluidnej látke, pričom touto energiou môže byt energia obsiahnutá v stlačenom plyne alebo v spáliteľnej zmesi paliva a vzduchu, prípadne potenciálna energia kvapaliny. To umožňuje ovládanie izotermického stláčania plynu priamo z tepelného zdroja s vysokou teplotou, zatiaľ čo teplo v systéme sa odvádza pri najnižšej teplote z celého cyklu. Piest umožňuje veľmi efektívnu premenu značného množstva energie uvoľňovanej z fluidnej látky na stlačovaciu energiu odovzdávanú plynu a poskytuje možnosť dočasného uchovávania energie, uvoľňovanej z fluidnej látky, vo forme kinetickej energie piestu, na ktorý sa môže previesť značné množstvo energie a tým možno dosiahnuť stlačenie veľkého objemu plynu pri jednom zdvihu piestu, pričom rýchlosť pohybu piestu do komory sa môže regulovať zotrvačnosťou piestu tak, že stláčací proces je čo najbližší izotermickému procesu. Vynález tiež poskytuje možnosť spätného získania prebytku tepla, uvoľňovaného z fluidnej látky, na predhrievanie izotermicky stlačeného plynu. Pretože piest sa pohybuje po priamej dráhe, nie je nutné používať zložitejšie strojné súčasti a konštrukcie obsahujúce rotujúce časti, napríklad kľukový hriadeľ a podobne.

Vo výhodnom uskutočnení vynálezu obsahuje kompresor ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie, ktoré je spojené s piestom a upravené na uchovávanie dostatočného množstva kinetickej energie na umožnenie stláčania plynu piestom. V ďalšom výhodnom uskutočnení je ústrojenstvo na uchovávanie energie tvorené telesom alebo hmotou pohyblivou spolu s piestom v rovnakej fáze pohybu, pričom touto pohyblivou hmotou je s výhodou priamo piest. Prostriedky na uchovávanie kinetickej energie môžu mať s výhodou veľkú zotrvačnosť pre riadenie rýchlosti stláčania, aby bol k dispozícii dostatok času na prenos tepla zo stlačovaného a tým zahrievaného plynu do kvapôčiek rozprášenej kvapaliny, aby tak stlačovanie prebiehalo izotermicky. Ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie môže obsahovať rotačné uloženú hmotu, napríklad zotrvačník spriahnutý s piestom, takže rotačná energia hmoty sa môže pre4 vádzať piestom na stlačovaciu energiu plynu. Rotačná hmota sa môže upraviť tak, že mení smer svojho otáčania spolu so zmenou posunu piestu alebo sa otáča len v jednom smere nezávisle od smeru posunu piestu. V prvom prípade môže byť piest upevnený na rotujúcom kotúči a posuvný pohyb piestu do komory prebieha po oblúkovej dráhe, určenej otáčaním kotúča, alebo po priamej dráhe, kedy sa piest môže vykyvovať vzhľadom na kotúč.

V alternatívnom uskutočnení môže byť k piestu pripevnená ozubená tyč upravená na pohon pastorku, ktorý má buď sám dostatočnú zotrvačnú hmotu, alebo je spojený so zotrvačníkom. Spojenie piestu so zotrvačníkom sa môže realizovať tiež pomocou kľukového hriadeľa. Kompresor môže s výhodou obsahovať spojkové prvky spojené s piestom a umožňujúce priame odoberanie energie z piestu alebo priamy prenos energie na piest. Pohyb piestu možno tiež využívať na ovládanie napríklad ventilov, vstrekovacieho čerpadla na vstrekovanie a rozprašovanie kvapaliny, spojeného s kompresorom, a mechanických kompresorov, dodávajúcich horúci stlačený plyn pre pohon kompresora. Výkon piestu sa môže odoberať pomocou niektorej z vhodných mechanických spojok.

Kompresor je vo výhodnom uskutočnení opatrený ústrojenstvami na prenos kinetickej energie na uchovávacie prvky kinetickej energie. Ak je uchovávacie ústrojenstvo kinetickej energie tvorené hmotou piestu, potom tieto prostriedky na prenos energie môžu byť upravené na priame dodávanie kinetickej energie do piestu. Kompresor môže obsahovať ústrojenstvo na premenu kinetickej energie, využívanej na uvádzanie piestu do pohybu v jednom smere, na kinetickú energiu na uvádzanie piestu do pohybu v opačnom smere. Toto ústrojenstvo na premenu účinku energie umožňuje napríklad odovzdanie kinetickej energie prvkom uchovávajúcim túto kinetickú energiu tak, že piest sa pohybuje von zo stlačovacej komory a v ďalšej fáze sa pohybuje dovnútra stlačovacej komory na stlačovanie plynu. V alternatívnom uskutočnení sa môže toto ústrojenstvo využiť na premenu časti kinetickej energie, použitej na pohon piestu do komory na stlačovanie plynu, na pohon piestu v opačnom smere von z komory. Ústrojenstvá na premenu môžu obsahovať pros5 triedky na premenu kinetickej energie, uvádzajúcej piest do pohybu, na potenciálnu energiu. Prostriedky na prevádzanie kinetickej energie na potenciálnu energiu môže tvoriť napríklad hmota upravená na premiestňovanie v zvislom smere pri pohybe piestu. Touto hmotou môže byť samostatné teleso spojené s piestom alebo samotný piest.

V inom výhodnom uskutočnení vynálezu obsahuje kompresor druhú komoru a druhý piest upravený tak, že pri pohybe prvého piestu do prvej komory sa druhý piest pohybuje smerom do druhej komory, prípadne v alternatívnom uskutočnení sa druhý piest pohybuje pri pohybe prvého piestu do prvej komory von z druhej komory. Prvý a druhý piest môžu byť navzájom nepriamo spojené mechanickými prostriedkami, napríklad kľukovým hriadeľom. Takéto mechanické spojenie môže byť nastavené tak, že sa môže nastaviť relatívne fázovanie piestu na akýkoľvek fázový uhol. V ešte inom výhodnom uskutočnení môže byť prvý piest spojený s druhým piestom priamo a môže obsahovať jediné teleso, to znamená, oba piesty sú tvorené vo forme jediného telesa. Ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie môže tvoriť hmota druhého piestu, buď samostného alebo spojeného s prvým piestom.

Vo výhodnom uskutočnení vynálezu je ústrojenstvo na prevádzanie energie tvorené objemom plynu, ktorý sa nachádza v druhej komore. Kinetická energia, uchovávaná napríklad v hmote prvého piestu a druhého piestu, môže byť absorbovaná adiabatickým stlačovaním plynu v druhej komore, pričom pri premene energie sa nechá horúci stlačený plyn adiabaticky expandovať a tým sa dodá do piestu kinetická energia s opačným zmyslom, ktorá ho uvádza do pohybu smerom do prvej komory na stlačovanie plynu v prvej komore.

Podľa ďalšieho uskutočnenia je kompresor opatrený úložnou jednotkou obsahujúcou objem kvapaliny a opatrenou potrubím formujúcim piest. Úložnou jednotkou na uloženie kvapaliny je všeobecne potrubie tvaru U s dvomi zvislými ramenami, pričom na konci jedného ramena je vytvorená komora a na konci druhého ramena je prípadne vytvorená druhá komora. Kvapalina tvoriaca kvapalinový piest predstavuje dokonalé tesnenie medzi piestom a stenami komory. Tento typ kompresora môže obsahovať piest z tuhého materiálu, ktorý je uložený v potrubí medzi kvapalinovým piestom a komorou. Iný piest, obsahujúci tuhý materiál, môže byť tiež umiestnený v potrubí na strane kvapalinového piestu, odvrátenej od komory. Každý z piestov obsahujúcich tuhý materiál môže mat väčšiu hustotu než kvapalinový piest, takže veľkosť kombinovaného piestu, obsahujúceho jednak kvapalinový piest a jednak tuhé piesty, môže byť redukovaná pri zachovaní rovnakej hmotnosti. Okrem toho uloženie tuhého piestu nad kvapalným piestom zamedzuje priamemu kontaktu medzi kvapalinou a plynom a tiež tými časťami komory, ktoré môžu mať vysokú teplotu. Tuhé piesty tak zamedzujú narušovaniu rozhrania medzi kvapalinou a plynom v oblasti hladiny kvapaliny a strhávaniu alebo inému unikaniu kvapaliny do plynu.

Piest môže obsahovať tuhý materiál vo forme celistvého telesa alebo môže byť vytvorený z jedného alebo niekoľkých druhov tuhých materiálov, prípadne môže obsahovať sypký materiál, ktorý môže byť nahradený aspoň čiastočne kvapalinou. Piest a príslušná komora na uloženie piestu môžu byť usporiadané tak, že pohyb piestu do tejto komory prebieha v podstate v zvislej rovine alebo v inej alternatíve vo vodorovnej rovine. V tomto druhom uskutočnení je kompresor podľa vynálezu opatrený ložiskovými prvkami s nízkym trením na podopretie piestu a uľahčenie pohybu piestu voči komore. Ak je v inom výhodnom uskutočnení piest pohyblivý po zvislej alebo podobnej priamočiarej dráhe, nie je použitie ložiskových prvkov nutné.. Sú tiež možné také konštrukčné uskutočnenia, pri ktorých sa piest pohybuje v iných rovinách.

V jednom z ďalších výhodných uskutočnení vynálezu obsahuje ústrojenstvo na dodávanie pohonnej energie druhý ventilový prvok na ovládanie prívodu horúceho stlačeného plynu do druhej komory na pohon piestu von z tejto druhej komory. Ak sa tak nechá horúci stlačený plyn expandovať adiabaticky, väčšina energie obsiahnutej v plyne sa prevedie na kinetickú energiu uchovávacieho ústrojenstva, ktoré môže tvoriť prvý a druhý piest, pričom uchovaná kinetická energia sa potom použije na izotermické stlačovanie plynu v prvej komore. Pretože energia uvoľnená expanziou horúceho stlačeného plynu je väčšia ako energia potrebná na stlačovanie plynu, môže byť objem plynu stláčaného v prvej komore väčši ako objem horúceho plynu, expandujúceho v druhej komore. Prostriedky na uchovávanie kinetickej energie sú vytvorené podľa vynálezu tak, že energia uvoľňovaná pri expanzii horúceho stlačeného plynu sa môže využívať veľmi účinným spôsobom na izotermické stlačovanie plynu termodynamickým spôsobom. Po stlačení plynu v prvej komore môže byť následne expandovaný plyn v druhej komore stlačovaný vtláčaním druhého piestu do druhej komory. Toto sa môže dosiahnuť výhodne napríklad pri zvislom usporiadaní komory a piestu, kedy sa piest vtláča do komory pôsobením vlastnej tiaže .

Kompresor podľa vynálezu obsahuje tretí ventilový prvok, otvárateľný po expanzii plynu v druhej komore, na odvedenie expandovaného plynu z druhej komory pri zasúvaní piestu do druhej komory. V tomto príkladnom uskutočnení obsahuje kompresor ústrojenstvo na rozstrekovanie kvapaliny vo forme sprchy drobných kvapôčiek do vnútorného priestoru druhej komory, aby sa plyn v priebehu svojho stláčania ochladzoval. Pri tomto riešení sa môže horúci stlačený plyn, privádzaný do druhej komory a expandujúci adiabaticky, následne stláčať izotermicky. Plynový kompresor podľa vynálezu je ďalej opatrený podľa iného konkrétneho uskutočnenia štvrtým ventilovým prvkom, použiteľným na expanziu horúceho stlačeného plynu, privedeného druhým ventilovým prvkom, v druhej komore na privedenie prídavného množstva nízkotlakového plynu predtým, než rýchlosť pohybu druhého piestu smerom von z druhej komory klesne na nulovú hodnotu. Pri tomto konkrétnom riešení je časť kinetickej energie, získanej z horúceho stlačeného vzduchu, využitá na nasávanie prídavného množstva plynu do druhej komory pred stláčaním plynu.

Pri inom konkrétnom uskutočnení kompresora, ktorý obsahuje alebo neobsahuje druhú komoru, je ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie opatrené ďalším ventilovým prvkom, ktorý sa uvádza do činnosti pri potrebe prívodu horúceho stlačeného plynu do prvej komory, aby sa piest z tejto prvej komory vytláčal. V tomto konkrétnom uskutočnení je rovnaký plyn, aký bol použitý na vytláčanie piestu z komory v prvej polovici pracovného cyklu, stláčaný v komore v druhej polovici pracovného cyklu. Toto konkrétne uskutočnenie môže obsahovať ústrojenstvo na premenu kinetickej energie, predstavované pohybom piestu von z komory, na kinetickú energiu poháňajúcu piest do komory na stlačovanie plynu. Kompresor podľa vynálezu obsahuje tiež druhú komoru s druhým piestom, kde druhá komora obsahuje objem plynu, ktorý premieňa kinetickú energiu posúvajúceho sa piestu, poháňaného horúcim stlačeným plynom privádzaným do prvej komory, na kinetickú energiu opačného zmyslu, ktorá uvádza piest do pohybu späť do prvej komory na stlačovanie plynu. Pri pohybe piestu do druhej komory je v ňom utesnene uzavretá dávka plynu adiabaticky stláčaná, takže pri svojom rozpínaní vytláča druhý piest z druhej komory a tým sa súčasne spriahnutý prvý piest zatláča do prvej komory. V alternatívnom uskutočnení môže kompresor obsahovať iné uskutočnenie druhej komory, ktorá nie je uzavretá, ale je opatrená tretím a štvrtým ventilovým prvkom, ako bolo uvedené v predchádzajúcej časti. Kompresor podľa vynálezu môže tiež obsahovať ventilové prvky, ktoré sa uvádzajú do činnosti po expanzii horúceho stlačeného plynu, privedeného ďalším ventilovým prvkom v prvej komore a ktoré zabezpečujú privedenie prídavného množstva nízkotlakového plynu predtým, než rýchlosť pohybu druhého piestu v smere von z druhej komory poklesne na nulovú hodnotu.

Ak horúci stlačený plyn, privádzaný striedavo do prvej a druhej komory, expanduje adiabaticky, prevádza sa tepelná energia plynu výhodne na mechanickú energiu, napríklad na kinetickú energiu piestu, takže po každej expanzii horúceho stlačeného plynu sa môže nasať do každej komory prídavný objem plynu súbežne s tým, ako sa zväčšuje voľný vnútorný priestor komory. Piest nakoniec prichádza na okamih do koncovej kľudovej polohy v jednej z komôr a smer jeho pohybu sa obracia, pričom pohyb v opačnom smere je spôsobený prívodom a expandovaním horúceho stlačeného plynu do tej istej komory, ktorým je piest vytláčaný do opačnej komory, v ktorej stláča plyn pri podstatne nižšej teplote, ako bola pôvodná teplota horúceho stlačeného plynu, privádzaného v predchádzajúcej fáze. Tým sa pôvodný objem stlačeného plynu premení na väčší objem Stlačeného plynu, pričom prídavný objem plynu je výhodne získaný tepelnou energiou horúceho stlačeného plynu, privádzaného do komory.

V ešte inom výhodnom uskutočnení vynálezu obsahuje ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie prostriedky na prípravu spáliteľnej palivovej zmesi v druhej komore, jej spaľovaním sa získava hnacia energia na pohon piestu alebo iného ústrojenstva na uchovávanie kinetickej energie. Ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje v alternatívnom uskutočnení prostriedky na prívod stlačeného plynu do druhej komory a ústrojenstvo na vytváranie sprchy horúcej rozprášenej kvapaliny na zahriatie plynu v druhej komore. V ešte inom alternatívnom uskutočnení obsahuje ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie prostriedky na prívod látky produkujúcej plyn spolu s reakčným plynom na splynovanie do druhej komory. Vo všetkých týchto výhodných uskutočneniach môže ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie ďalej obsahovať prostriedky na prevedenie stlačeného plynu z prvej komory do druhej komory. Kompresor tiež s výhodou obsahuje výmenník tepla upravený na predhrievanie stlačené ho plynu, odvádzaného z prvej komory, plynom z druhej komory. Výmenník je v kompresore výhodne zapojený tak, že sa v ňom predhrieva studený stlačený plyn z prvej komory horúcim expandovaným plynom z druhej komory. Časť studeného stlačeného plynu, vychádzajúca z výmenníka tepla, sa môže využiť na pohon plynovej turbíny. Využitie časti studeného stlačeného plynu na pohon turbíny je zvlášť výhodné, ak je v horúcom expandovanom plyne, ktorý opúšťa druhú komoru, k dispozícii väčšie množstvo tepla, než je potrebné na predhrievanie celého objemu studeného stlačeného plynu, potrebného na pohon kompresora. Kompresor môže byť navrhnutý tak, že produkuje prídavné množstvo studeného stlačeného plynu na rekuperáciu tohoto nadbytočného tepla. Pri tomto riešení sa môže prebytok tepla využiť na premenu na využiteľnú energiu.

V ďalšom výhodnom konkrétnom uskutočnení vynálezu kompresor obsahuje tretiu komoru pre plyn, určený na stlačovanie, a tretí piest na stlačovanie plynu pohybom tretieho piestu do tretej komory a je opatrený ďalším ventilovým prvkom na ovládanie odvádzania stlačeného plynu z tretej komory. Tretia komora a tretí piest sú usporiadané tak, že pri pohybe druhého piestu von z druhej komory sa tretí piest zasúva do tretej komory. Pri tomto riešení možno využiť procesy, ktoré vytláčajú piest z druhej komory, na ovládanie stláčania plynu v tretej komore. V prípadoch, kedy je kompresor opatrený potrubím v tvare U, obsahujúcim kvapalinový piest tvoriaci prvý a druhý piest, možno vytvoriť tretí piest napríklad vytvorením tretej komory v tom istom ramene potrubia, ako je prvá komora. Piest obsahujúci tuhý materiál môže byt umiestnený medzi tretím piestom a treťou komorou. Ak je tuhý piest tiež umiestnený nad kvapalinovým piestom v prvej komore, môže sa pohybovať nezávisle od iných piestov alebo môže byt s nimi spojený, prípadne je nimi vytvorený vo forme jediného telesa. Ak má prvý, druhý a tretí piest obsahovať tuhé teleso, je výhodné, ak sú vytvorené vcelku ako jeden a ak môžu spoločne slúžiť ako ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie. Plyn v tretej komore môže byť stláčaný adiabaticky a stlačený plyn sa môže využívať na pohon plynovej turbíny. Ak sa použije samostatná plynová turbína na rekuperáciu prebytočného tepla v horúcom expandovanom plyne z procesu prebiehajúceho v druhej komore, môžu sa výfukové plyny z tejto samostatnej turbíny, ktoré sú ešte pomerne horúce, používať na predhrievanie studeného stlačeného plynu z prvej komory napríklad vo výmenníku tepla a tento predhriaty stlačený plyn sa môže používať na pohon plynovej turbíny, poháňanej okrem toho adiabaticky stlačeným plynom z tretej komory. V alternatívnom uskutočnení sa môže adiabaticky stlačený plyn z tretej komory i predhriaty stlačený plyn použitý na rekuperáciu prebytku tepla z výfukových plynov, privádzať do spoločnej turbíny a tým odpadá nutnosť použitia niekoľkých turbín.

V alternatívnom riešení môže byť druhý piest a druhá komora usporiadané tak, že pri pohybe prvého a tretieho piestu do svojich príslušných komôr sa druhý piest pohybuje do druhej komory. Proces v prvej komore potom v takom prípade vytláča prvý, druhý i tretí piest z ich príslušných komôr a odovzdáva kinetickú energiu príslušnému zásobníku energie, ktorým môže byť s výhodou hmotnosť všetkých troch piestov. Kompresor je opatrený prostriedkami na premenu kinetickej energie na opačne orientovanú kinetickú energiu, ktorá poháňa piesty späť do ich príslušných komôr a môže obsahovať tiež adiabatickú kompresnú/expanznú komoru, v ktorej je obsiahnutý objem plynu, a vložený piest, ktorý je spojený s ďalšími piestami, takže pri pohybe druhého piestu von z druhej komory sa ďalší piest zasúva do adiabatickej kompresnéj/expanznéj komory.

Druhý piest a druhá komora sú podľa ďalšieho vytvorenia vynálezu usporiadané tak, že pri pohybe tretieho piestu do tretej komory sa druhý piest vysúva z druhej komory. Plynový kompresor ďalej prípadne obsahuje štvrtú komoru a štvrtý piest, pričom pri pohybe druhého piestu do druhej komory sa štvrtý piest vysúva zo štvrtej komory. K hnacej energii, dodávanej procesom v druhej komore na pohon prvého a tretieho piestu do ich príslušných komôr na stlačovanie plynu, obsiahnutého v týchto komorách, sa môže pridať energia získaná ktorýmkoľvek procesom, prebiehajúcim v druhej komore, tiež v štvrtej komore, aby sa tak podporilo vrátenie druhého piestu späť do druhej komory a v dôsledku toho vysúvanie prvého a tretieho piestu z ich príslušných komôr.

Kompresor ďalej obsahuje piaty piest a piatu komoru s plynom stláčaným pohybom piateho piestu do piatej komory, pričom piaty piest a piata komora sú usporiadané tak, že pri pohybe druhého piestu do druhej komory sa piaty piest zasúva do piatej komory a kompresor obsahuje ventilový prvok na ovládanie vypúšťania stlačeného plynu z piatej komory. Piata komora sa môže prevádzkovať tak, že plyn sa v nej stláča adiabaticky a potom sa môže využiť na pohon plynovej turbíny, ktorá môže byt turbínou poháňanou adiabaticky stlačeným plynom z tretej komory. Adiabatické stlačovanie plynu v piatej komore je poháňané procesom prebiehajúcim v štvrtej komore.

Kompresor obsahuje v ďalšom výhodnom uskutočnení šiesty piest a šiestu komoru s plynom stláčaným pohybom šiesteho piestu do šiestej komory, šiesty piest a šiesta komora sú us12 poriadané tak, že pri pohybe druhého piestu do druhej komory sa šiesty piest zasúva do šiestej komory, pričom kompresor obsahuje vstrekovacie ústrojenstvo na vstrekovanie rozprášenej kvapaliny do šiestej komory na ochladzovanie stlačovaného plynu v šiestej komore a ventilový prvok na ovládanie stlačeného plynu z komory. Šiesta komora tak tvorí druhú izotermickú stlačovaciu komoru na dodávanie studeného stlačeného plynu. Izotermické stlačovanie v šiestej komore je poháňané procesom prebiehajúcim v štvrtej komore. Pri tomto konkrétnom uskutočnení kompresora teda poháňa proces v druhej komore príslušné izotermické a adiabatické stlačovacie procesy v prvej a tretej komore v priebehu prvej polovice pracovného cyklu, a proces v štvrtej komore poháňa adiabatické a izotermické stlačovacie procesy v piatej a šiestej komore v druhej polovici cyklu. Ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje prostriedky na prívod stlačeného plynu zo šiestej komory do druhej komory a/alebo štvrtej komory a môže tiež obsahovať výmenníkové prvky na odovzdávanie tepla, upravené na predhrievanie stlačeného plynu zo šiestej komory plynom z druhej a/alebo štvrtej komory. Výmenník tepla môže obsahovať rovnaké výmenníkové prvky, upravené na predhrievanie stlačeného plynu z prvej komory plynom privádzaným z druhej komory. Teplo, ktoré nie je potrebné na predhrievanie studeného stlačeného vzduchu zo šiestej komory, využívaného na pohon procesu v druhej komore a/alebo v štvrtej komore, sa môže získať privedením prídavného studeného stlačeného plynu z prvej a/alebo šiestej komory výmenníkom tepla, potom sa prebytok tepla využíva na predhrievanie prídavného stlačeného plynu, ktorý sa potom môže využívať na pohon plynovej turbíny. V každom z predchádzajúcich uskutočnení môžu byt piesty spriahnuté do tandemu a navzájom spojené napríklad pomocou utesnene uložených hriadeľov, prechádzajúcich z jednej komory do druhej. V alternatívnom uskutočnení môžu byt usporiadané najmenej dva piesty v priečnom odstupe od seba vzhľadom na smer svojho posunu do príslušných komôr a von z nich.

V prípade, kedy sa na pohon plynovej turbíny používa stlačený plyn, možno tento plyn dodávať konvenčným mechanickým kompresorom alebo možno tento plyn získavať zo studeného stla13 čeného plynu, produkovaného izotermickým kompresorom a následne predhrievaného horúcim expandovaným plynom z druhej a/alebo štvrtej komory pomocou výmenníka tepla, pričom tento plyn sa ďalej ohrieva v hlavnom ohrievacom ústrojenstve napríklad spaľovaním paliva. Výsledný horúci stlačený plyn bude mať podstatne vyššiu teplotu než plyn dodávaný mechanickým kompresorom. Veľmi horúci stlačený plyn sa potom privádza do druhej a/alebo štvrtej komory, v ktorej expanduje a poháňa kompresor. Tento veľmi horúci stlačený plyn privádzaný do druhej a/alebo štvrtej komory poháňa kompresor adiabatickou expanziou, čo predstavuje podstatne čistejší proces než proces so spaľovaním, alebo so splynovaním.

Podľa iného uskutočnenia vynálezu môže kompresor obsahovať naviac v prvej komore a druhej komore, pokiaľ ju kompresor obsahuje, ďalšiu komoru so stlačeným plynom, ďalší piest v ďalšej komore a ústrojenstvo na vtlačovanie ďalšieho piestu do ďalšej komory na stlačovanie plynu, ventilový prvok na ovládanie prevádzania stlačeného plynu z ďalšej komory a ústrojenstvo na prevádzanie stlačeného plynu z ďalšej komory do prvej komory a/alebo druhej komory. Ďalší piest je nezávislý od prvého piestu a kompresor môže obsahovať druhé ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie, spojené s ďalším piestom, do ktorého môže byť prevedené dostatočné množstvo kinetickej energie na stlačovanie plynu v ďalšej komore. Toto ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie obsahuje hmotu pohyblivú v zhodnej fáze s ďalším piestom, ktorú môže tvoriť priamo tento ďalší piest. Plyn obsiahnutý v ďalšej komore je stláčaný adiabaticky a môže sa použiť na pohon izotermického stlačovacieho procesu v prvej komore a v druhej komore, pokiaľ ju kompresor obsahuje. Adiabaticky stlačený plyn sa môže využiť aj na pohon plynovej turbíny.

Tento druh kompresora môže ďalej obsahovať ústrojenstvo na prevádzanie kinetickej energie do druhého ústrojenstva na uchovávanie kinetickej energie a môže tiež obsahovať prostriedky na premenu kinetickej energie použitej na uvádzanie ďalšieho piestu do pohybu v jednom smere na kinetickú energiu na uvádzanie ďalšieho piestu do pohybu v opačnom smere. Pros14 triedky na premenu energie obsahujú ústrojenstvo na premenu kinetickej energie, použitej na uvedenie tretieho piestu do pohybu, na potenciálnu energiu, tvorené napríklad telesom posuvným v zvislom smere v závislosti od pohybu ďalšieho piestu, pričom týmito prostriedkami môže byť vlastný ďalší piest.

Kompresor podľa vynálezu obsahuje v ďalšom výhodnom konkrétnom uskutočnení štvrtú komoru a štvrtý piest, ktoré sú usporiadané tak, že pri pohybe ďalšieho piestu do ďalšej komory sa štvrtý piest vysúva zo štvrtej komory, pričom ďalší a štvrtý piest sú vytvorené ako jediné teleso. I keď v tomto konkrétnom výhodnom uskutočnení nemusí byť kompresor opatrený druhou komorou a druhým piestom, štvrtá komora a štvrtý piest sú vytvorené tak, aby ich bolo možné odlíšiť od ostatných. Ústrojenstvo na premenu kinetickej energie je vo výhodnom uskutočnení tvorené objemom plynu, obsiahnutým v štvrtej komore, ktorý sa striedavo stláčaná ponecháva adiabaticky expandovať, aby zatláčal ďalší piest do ďalšej komory na stlačovanie plynu. Toto riešenie je zvlášť výhodné v prípadoch, kedy ústrojenstvo na prevádzanie kinetickej energie do druhých prostriedkov na uchovávanie kinetickej energie obsahuje proces prebiehajúci v druhej komore. Napríklad ústrojenstvo na prevádzanie hnacej energie na ďalší piest a prenos kinetickej energie na druhé ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie môžu obsahovať prvky zabezpečujúce prípravu spaľovacej zmesi s palivom v ďalšej komore, pričom spaľovaním tejto zmesi sa získava kinetická energia. V alternatívnom uskutočnení môže byt ústrojenstvo na odovzdávanie kinetickej energie na druhé uchovávacie ústrojenstvo kinetickej energie tvorené privádzacími prvkami na prívod stlačeného plynu do ďalšej komory a ďalším ústrojenstvom na rozprašovanie horúcej kvapaliny na ohrievanie plynu v ďalšej komore. Podľa iného výhodného uskutočnenia obsahuje ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie ďalšiemu piestu prvky ovládajúce prívod látky produkujúcej plyn spolu s reakčným plynom na splynovanie paliva do štvrtej komory. V ešte inom uskutočnení obsahuje ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie ďalšiemu piestu prvky ovládajúce prívod látky produkujúcej plyn spolu s reakčným plynom na splynovanie paliva do ďalšej komory a v inom uskutočnení obsahuje ústro15 jenstvo na dodávanie hnacej energie tretiemu piestu ventilový prvok na ovládanie prívodu horúceho stlačeného plynu do štvrtej komory, pričom expanziou tohoto plynu je dodávaná hnacia energia. Pri ktoromkoľvek z týchto výhodných uskutočnení je adiabatické stlačovanie v ďalšej komore poháňané procesom, ktorý prebieha v tej istej komore. Výsledkom tohoto procesu je, že horúci plyn v ďalšej komore expanduje a vytláča ďalší piest z ďalšej komory. Ventilový prvok, ktorý sa otvára po expanzii plynu v ďalšej komore, môže ovládať prívod plynu do komory, v ktorej je následne adiabaticky stlačený. Ventilový prvok je s výhodou umiestnený tak, že plyn sa privádza priamo na piest. V tomto uskutočnení kompresor ďalej obsahuje ventilový prvok, ktorý sa otvára na privedenie plynu do ďalšej komory a umožňuje v svojej otvorenej polohe vytlačenie horúceho stlačeného plynu z komory pohybom piestu do tejto ďalšej komory. Ventilový prvok je uvedený do funkčného stavu po vytlačení horúceho stlačeného plynu z komory. Ventilový prvok sa po vytlačení horúceho expandovaného plynu z komory uzavrie, aby sa tak umožnilo stlačenie plynu nasatého do komory po expanznom procese. Kinetická energia prenesená na druhé ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie procesom v ďalšej komore, sa môže premeniť na kinetickú energiu, ktorá uvádza ďalší piest do pohybu do ďalšej komory adiabatickým stlačovaním plynu a expanziou plynu v štvrtej komore.

V inom uskutočnení môže mať štvrtá komora ktorýkoľvek zo znakov uvedených pri popise ďalšej komory, takže proces v štvrtej komore obsahuje adiabatické stlačovanie v ďalšej komore a proces v ďalšej komore ovláda adiabatické stlačovanie v štvrtej komore. Toto uskutočnenie dodáva s výhodou adiabaticky stlačený plyn dvakrát v každom pracovnom cykle. Oddelenie plynu, ktorý má byť adiabaticky stlačovaný, od plynu spracúvaného v ďalšej komore a v štvrtej komore sa vykoná tepelným vrstvením.

Podľa iného uskutočnenia môže prebiehať adiabatické stlačovanie a proces zabezpečujúci správny priebeh tohoto adiabatic kého stlačovania v samostatných komorách. Samotné adiabatické stlačovanie môže prebiehať iba v ďalšej komore a proces uvá16 dzajúci toto adiabatické stlačovanie do chodu môže prebiehať v štvrtej komore.

V ďalšom uskutočnení vynálezu môžu byť štvrtá komora a štvrtý piest usporiadané tak, že pri pohybe ďalšieho piestu do ďalšej komory sa štvrtý piest zasúva do štvrtej komory.

V ďalšej časti popisu sa bude ďalší piest a ďalšia komora označovať ako tretí piest a tretia komora, i keď v kompresore podľa vynálezu nemusí byť v každom prípade druhý piest a druhá komora. Podobná zásada platí tiež pre označovanie štvrtého, piateho a šiesteho piestu a komory, ktoré slúži na odlišovanie jednotlivých prvkov, ale vždy treba brať do úvahy, či kompresor je alebo nie je opatrený druhým piestom a druhou komorou. Kompresor môže obsahovať piatu komoru a piaty piest, usporiadané tak, že pri pohybe tretieho piestu do tretej komory sa piaty piest vysúva z piatej komory. V tomto uskutočnení môže ústrojenstvo na odovzdávanie kinetickej energie na druhé prostriedky na uchovávanie kinetickej energie obsahovať proces v štvrtej komore, ktorým je piaty piest zatláčaný do piatej komory. Piata komora môže obsahovať objem plynu, ktorý prevádza kinetickú energiu z jedného smeru do opačného smeru a uvádza piaty piest do pohybu, ktorý potom poháňa tretí piest do tretej komory na stlačovanie plynu v tejto tretej komore.

Kompresor môže vo výhodnom uskutočnení obsahovať prostriedky zabezpečujúce priebeh procesu v piatej komore, ktorý by prevádzal kinetickú energiu na druhé uchovávacie ústrojenstvo kinetickej energie a tým poháňal ďalší piest do ďalšej komory na stlačovanie plynu vnútri komory. Ústrojenstvo na odovzdávanie kinetickej energie druhému ústrojenstvu na uchovávanie kinetickej energie môže obsahovať prostriedky na prípravu horľavej palivovej zmesi v piatej komore, pričom spaľovaním tejto zmesi sa získava kinetická energia. Ústrojenstvo na uchovávanie energie môže obsahovať prostriedky na privádzanie stlačeného plynu do piatej komory a ďalšie prostriedky na rozstrekovanie horúcej kvapaliny v piatej komore na ohrievanie plynu.

V inom uskutočnení môže byť ústrojenstvo na prevádzanie kinetickej energie na druhé uchovávacie ústrojenstvo kinetickej energie tvorené prostriedkami na prívod látky produkujúcej plyn spolu s reakčným plynom na splynovanie do piatej komory. V ešte inom uskutočnení obsahuje ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie prostriedky na prívod horúceho stlačeného plynu do piatej komory. V ďalšom uskutočnení môže byť ústrojenstvo na prevádzanie kinetickej energie na druhé uchovávacie ústrojenstvo kinetickej energie tvorené ventilovým prvkom na prívod stlačeného plynu do piatej komory.

Kompresor podľa vynálezu ďalej obsahuje šiesty piest a šiestu komoru s plynom stlačovaným pohybom šiesteho piestu do šiestej komory, šiesty piest a šiesta komora sú usporiadané tak, že pri pohybe druhého piestu do druhej komory sa šiesty piest zasúva do šiestej komory, pričom kompresor obsahuje vstrekovacie ústrojenstvo na vstrekovanie rozprášenej kvapaliny do šiestej komory na ochladzovanie stlačovaného plynu v šiestej komore a ventilový prvok na ovládanie odvádzania stlačeného plynu z komory. V tomto výhodnom uskutočnení sa uskutočňuje s výhodou adiabatické stlačovanie v dvoch komorách a energia potrebná na toto stlačovanie sa získava v dvoch ďalších komorách. Proces v tretej komore poháňa stlačovanie v tretej komore a proces v štvrtej komore poháňa adiabatické stlačovanie v šiestej komore. Tak sa výhodne adiabaticky stlačený plyn udržuje dôsledne oddelený od pracovného plynu. Toto uskutočnenie je symetrické a produkuje adiabaticky stlačený vzduch dvakrát v jednom pracovnom cykle. Adiabaticky stlačený vzduch z tretej komory i zo šiestej komory sa môže využiť na pohon izotermického stlačovania v prvej komore a ak je kompresor opatrený druhou komorou, tak i v druhej komore, a môže sa tiež využiť na pohon turbíny.

Ústrojenstvo na prevod kinetickej energie do druhých prostriedkov na uchovávanie kinetickej energie ďalej obsahuje prívodné prvky na prívod stlačeného plynu z prvej a/alebo druhej komory do tretej, štvrtej alebo piatej komory na udržovanie procesu v týchto komorách. Obsahuje tiež výmenníkové prvky na odovzdávanie tepla z horúceho expandovaného plynu, ktorý opúšťa niektorú z tretej, štvrtej alebo piatej komory stlačenému plynu z prvej a/alebo druhej komory.

Ďalšie výhodné uskutočnenie vynálezu spočíva v tom, že energia potrebná na izotermické stlačovanie sa môže získavat zo zásobníka kvapaliny. Jedno z výhodných uskutočnení plynového kompresoru poháňaného kvapalinou obsahuje potrubie a ďalší piest uložený pohyblivo v tomto potrubí a posuvný do prvej komory na stlačovanie plynu. Zásobník na uchovávanie kvapaliny je pripojený na jednom konci potrubia a kompresor ďalej obsahuje hlavný prietokový ventil na riadenie prietoku kvapaliny zo zásobníka do potrubia na pohon ďalšieho piestu v potrubí a výpustný ventilový prvok použiteľný po stlačení plynu v komore na vypúšťanie kvapaliny z potrubia. Tento ďalší piest môže byť tvorený tuhým piestom alebo kvapalinovým piestom, prípadne kombináciou obidvoch druhov materiálu a môže byt vytvorený vcelku s prvým piestom. Kompresor môže obsahovať skupinu komôr, obsahujúcich stlačovaný plyn, a skupinu piestov na stlačovanie plynu v každej komore, každý z piestov je poháňaný nezávisle spriahnutým ďalším piestom, z ktorých každý je uložený a poháňaný pozdĺž samostatného potrubia, pričom konce týchto potrubí sú napojené na spoločný zásobník. Kompresor je opatrený tiež ústrojenstvom na vracanie kvapaliny vypúšťanej príslušným výpustným ventilom do zásobníka, pričom týmto ústrojenstvom je s výhodou čerpadlo. Ak kompresor obsahuje niekoľko potrubí a príslušných piestov uskutočňujúcich stlačovanie plynu v skupine komôr, môžu byť činnosti hlavných prietokových ventilov a vypúšťacích ventilov synchronizované tak, že kvapalina sa vracia do zásobníka v rovnakej dobe, ako je z neho odoberaná, takže obsah zásobníka sa v podstate udržuje na konštantnej úrovni. Je výhodné, ak je kvapalina v zásobníku stlačovaná. Zásobník je opatrený v niektorých prípadoch komorou obsahujúcou stlačený plyn nad hladinou kvapaliny. Ak je ústrojenstvom na vracanie kvapaliny do zásobníka čerpadlo, je výhodné, že pri vybavení každého potrubia prietokovým ventilom na ovládanie piestu mimo fázy susedných piestov môže čerpadlo pracovať plynulé a s optimálnou účinnosťou, pretože sa tým dosiahne kontinuálny prítok kvapaliny do zásobníka.

Ak kompresor obsahuje kvapalinový piest, môže tiež obsahovať ústrojenstvo na zásobovanie rozstrekovacieho ústrojenstva kvapalinou z kvapalinového piestu, ktorá je potom tiež rozstrekovanou kvapalinou.

Kompresor podľa vynálezu obsahuje tiež chladiace ústrojenstvo na chladenie rozstrekovanej kvapaliny a ústrojenstvo na reguláciu veľkosti kvapôčiek. Ústrojenstvo na rozstrekovanie kvapaliny môže obsahovať čerpadlo, ktorého činnosť je časovo regulovaná tak, aby bolo uvedené do činnosti len v priebehu stlačovania plynu v komore. Ústrojenstvo na rozstrekovanie kvapaliny je vytvorené tak, že zabezpečuje rovnomerný prietok kvapaliny počas celej doby stlačovania plynu v každej komore, takže výhodným typom čerpadla je pozitívne objemové čerpadlo.

Jedno z uskutočnení vynálezu môže mať piest spojený mechanicky s rozstrekovacím čerpadlom. Také mechanické spojenie uľahčuje načasovanie činnosti čerpadla a umožňuje prenos mechanického výkonu z piestu na čerpadlo a naopak. Mechanické spojenie môže tvoriť napríklad kľukový hriadeľ, poháňaný piestom, alebo ozubená tyč na pieste, spolupracujúca s pastorkom. Rotácia kľukového hriadeľa alebo pastorka sa môže využiť na pohon rotačného čerpadla alebo sa môže previesť na posuvný pohyb na pohon piestového čerpadla. V inom uskutočnení sa môže kvapalina rozstrekovať do komory pomocou stlačeného plynu. Takáto kvapalina sa udržuje na pomerne vysokom tlaku a jej tlak sa môže v časti cyklu zvýšiť na hodnotu väčšiu než je potrebná na vstrekovanie do komory. V takom prípade môže čerpadlo dávať pozitívny výkon, ktorý sa môže využiť na pohon piestu. V inom uskutočnení môže byť kompresor vytvorený bez mechanického čerpadla a tlak potrebný na rozstrekovanie sa zabezpečuje vlastným piestom. Čerpadlo môže byť tiež poháňané elektromotorom alebo iným ústrojenstvom. Ak čerpadlo zabezpečuje dostatočný výstupný výkon, môže byť vhodné ho pripojiť ku generátoru.

Čerpadlo je tiež s výhodou opatrené ústrojenstvom na oddeľovanie kvapaliny zo stlačeného plynu odvádzaného z každej komory, pokiaľ sa kvapalina v plyne vyskytuje, ktoré je tvorené najmä odlučovačom vlhkosti. Kompresor tiež obsahuje ústrojenstvo na privádzanie oddelenej kvapaliny z odlučovača do každého rozstrekovacieho ústrojenstva. Postrekovacia kvapalina, získaná späť po izotermickom stlačovaní alebo v niektorých uskutočneniach po izotermickej expanzii, sa tak plynulé recykluje.

Plynový kompresor je opatrený ústrojenstvom na ovládanie najmenej jedného z ventilových prvkov a ich uzatváranie alebo otváranie v závislosti od polohy piestu v príslušnej komore, od tlaku plynu v jednej z komôr, od časových parametrov alebo od toho, či bolo do komory privedené dostatočné množstvo plynu. Tieto parametre sa môžu merať alebo snímať snímačmi, ktoré zabezpečujú vysielanie príslušných signálov, využívaných na ovlá danie ventilov napríklad hydraulicky, elektromagneticky a/alebo mechanicky. Snímač alebo snímače môžu byť napríklad elektromagnetické, indukčné, kapacitné, kontaktné, ultrazvukové alebo piezoelektrické. Na spracovanie a interpretáciu vysielaných signálov od snímačov možno využiť mikroprocesory.

Pri riešení podľa vynálezu možno spojiť najmenej jeden ventilový prvok s najmenej jedným piestom, takže otváranie a zatváranie ventilov je ovládané piestami. Vhodným mechanickým prostriedkom na spojenie je ozubená tyč spojená s piestom a zabiehajúca do pastorka upevneného na stene alebo základni môže byt upravený na natáčanie vačky alebo hriadeľa, ktorý otvára a/alebo zatvára vo komory. Pastorok pohon vačkového vhodnej dobe najmenej jeden ventil.

Ak kompresor obsahuje kvapalinový piest, môže byť na jeho hladine usporiadaný plavák, umiestnený najmenej v jednej komore. Plavák môže byt tuhý alebo ohybný a s výhodou tlmí vlnenie na hladine kvapaliny a znemožňuje zmiešavanie kvapaliny s plynom nad kvapalinovým piestom. Plavák môže byť vytvorený z pórovitého materiálu, aby sa rozstrekovaná kvapalina ľahšie dostávala do kvapaliny kvapalinového piestu.

Za určitých okolností je žiadúce chladenie stien komôr, pričom potreba chladenia je závislá od teploty generovanej pri rôznych procesoch vnútri komory. Steny komory môžu byť chladené studeným stlačeným chladiacim vzduchom, privádzaným najmenej z jednej izotermickej stlačovacej komory. V stenách komôr môže byť vytvorená sústava otvorov, takže chladiaci plyn môže nimi prejsť do vnútra komory, odobrať pri priechode otvormi zo stien teplo a potom expandovať spolu s ďalším expandujúcim plynom vnútri komory. Ohriaty a stlačený chladiaci vzduch sa potom môže priviesť do turbíny, kde môže expandovať. Aj pri tejto metóde je tiež možné získavať prebytok tepla späť so stien komory takým spôsobom, že toto teplo možno premeniť na využiteľnú mechanickú energiu.

V prípade, že kompresor obsahuje výmenníkové prvky na chladenie výfukových plynov z procesu najmenej v jednej komore studeným stlačeným plynom z izotermickej stlačovacej komory, môže sa výhodne použiť ústrojenstvo na odoberanie vlhkosti na oddelenie kvapaliny od studeného výfukového plynu opúšťajúceho výmenníkové ústrojenstvo. Takéto riešenie obsahuje druhý výmenník tepla na chladenie výfukového plynu z prvých výmenníkových prvkov, ústrojenstvo na odlučovanie kvapaliny z chladného plynu vystupujúceho z druhého výmenníka tepla a chladiace ústrojenstvo na zníženie teploty plynu opúšťajúceho odlučovač kvapaliny, druhý odlučovač kvapaliny na odstránenie kvapôčiek kvapaliny zo studeného plynu opúšťajúceho chladiace ústrojenstvo a prívodné prostriedky na prívod studeného výfukového plynu z druhého odlučovača vlhkosti k druhému výmenníku tepla, kde je tento plyn ohriaty chladným výfukovým plynom opúšťajúcim prvý výmenník tepla.

Vynález má tiež vzťah k zariadeniu s plynovou turbínou, ktoré obsahuje plynovú turbínu, izotermický plynový kompresor produkujúci studený stlačený plyn, výmenník tepla upravený na predhrievanie studeného stlačeného plynu horúcim nízkotlakovým plynom vystupujúcim z plynovej turbíny, hlavné ohrievacie ústrojenstvo na výrobu horúceho stlačeného plynu z predhriateho stlačeného plynu a ústrojenstvo na prívod horúceho plynu s vysokým tlakom na pohon turbíny. Predhrievacim ústrojenstvom je najmä výmenník tepla upravený na predhrievanie studeného stlačeného plynu horúcim nízkotlakovým plynom z plynovej turbíny.

Vo výhodnom uskutočnení tohoto zariadenia obsahuje hlavné ohrievacie ústrojenstvo spaľovaciu komoru na spaľovanie paliva v predhriatom stlačenom plyne a produkciu spalín vo forme horúceho plynu s vysokým tlakom.

V obmenenom uskutočnení tohoto zariadenia je hlavným ohrievacím ústrojenstvom vonkajší zdroj tepla. Týmto zdrojom tepla môže byť napríklad kúrenisko vykurované uhlím alebo vykurovacím olejom, chemické a priemyslové procesy, jadrový reaktor alebo solárna energia.

Zariadenie môže s výhodou obsahovať ústrojenstvo na prívod časti studeného stlačeného plynu na lopatky plynovej turbíny na ich chladenie. To umožňuje podstatne zvýšiť teplotu plynu vnútri turbíny, pretože medzná teplota daná odolnosťou materiálu lopatiek sa môže zvýšiť.

V ďalšej konkretizácii vynálezu obsahuje zariadenie ďalšiu plynovú turbínu a ústrojenstvo na privádzanie časti predhriateho stlačeného plynu z predhrievačej jednotky na pohon druhej plynovej turbíny. Táto alternatíva je zvlášť výhodná, ak výmenník zabezpečuje výmenu tepla medzi chladnejším plynom s vyšším merným teplom a teplejším plynom s nižším merným teplom, takže nie všetko teplo teplejšieho plynu je nutné na zvýšenie teploty chladnejšieho plynu. Zvyškové teplo sa môže s výhodou využiť na ohriatie časti studeného plynu z kompresora na pohon ďalšej plynovej turbíny.

Zariadenie podľa vynálezu obsahuje v ďalšom výhodnom uskutočnení tretiu plynovú turbínu, druhý výmenník tepla na predhrievanie časti studeného stlačeného plynu horúcim nízkotlakovým plynom opúšťajúcim ďalšiu plynovú turbínu a ústrojenstvo na privádzanie predhriateho stlačeného plynu z druhého výmenníka na pohon tretej plynovej turbíny. Izotermický kompresor je poháňaný s výhodou jednou z plynových turbín. Izotermický kompresor môže byť tvorený plynovým kompresorom alebo ktorýmkoľvek z kompresorov popísaných v predchádzajúcej časti.

V ešte inom výhodnom uskutočnení zariadenie obsahuje zásobník na skladovanie studeného stlačeného plynu z izotermického kompresora a ústrojenstvo na odoberanie uskladneného stlačeného plynu na pohon turbíny v prípade potreby.

Vynálezom je tiež vyriešené zariadenie na uchovávanie energie, ktoré obsahuje izotermický plynový kompresor, skladovací zásobník na studený stlačený plyn z izotermického kompresora a ústrojenstvo na prevádzanie stlačeného plynu z izotermického kompresora do skladovacieho zásobníka.

Vo výhodnom uskutočnení je zariadenie opatrené izotermickou expanznou jednotkou, obsahujúcou komoru s plynom, ktorá má expandovať, piestom upraveným na umožnenie expanzie plynu pohybom piestu von z komory, ústrojenstvo na rozprašovanie kvapaliny v komore na zahrievanie plynu pri jeho expanzii a ventilovým prvkom na ovládanie prívodu stlačeného plynu zo skladovacieho zásobníka do komory. Izotermická expanzná jednotka ďalej obsahuje druhú komoru na plyn stlačovaný pohybom piestu do druhej komory a ventilový prvok na ovládanie odvádzania stlačeného plynu z druhej komory. Horúci stlačený plyn, ktorým môže byt výhodne vzduch, sa môže využiť na pohon plynovej turbíny.

Plynový kompresor podľa ďalšieho alternatívneho uskutočnenia vynálezu môže byť poháňaný tiež opačne a slúžiť ako izotermická expanzná jednotka, pričom rozdiel spočíva v tom, že studený stlačený plyn sa privádza do komory, v ktorej sa nechá expandovať pohybom piestu von z komory a vstrekovacím zariadením sa do komory rozprašuje horúca kvapalina, ktorá odovzdáva svoje teplo expandujúcemu plynu, takže expanzia môže prebiehať v podstate izotermický. Energia dodaná piestu sa môže využiť na adiabatické stlačovanie expandovaného plynu v komore alebo ak je zariadenie opatrené druhou komorou, potom v druhej komore. Adiabaticky stlačený plyn sa môže využiť na pohon plynovej turbíny, napríklad vzduchovej turbíny. Tým tvorí tento kompresor/expandér ústrojenstvo na premenu studeného stlačeného plynu, uloženého v zásobníku, na využiteľný výkon.

Tento kompresor obsahuje vo výhodnom konkrétnom uskutočnení komoru s plynom určeným na stlačovanie, piest na stlačovanie plynu pri svojom pohybe do komory a ventilový prvok na ovládanie odvodu stlačeného plynu z komory, pričom hmotnosť piestu je dostatočná na to, aby všetka energia potrebná na stlačenie plynu bola uchovaná v pieste.

Kinetická energia by sa mala normálne odovzdávať piestu niektorým z procesov, obsahujúcich expanziu plynu. Energia uvoľnená pri tomto procese sa môže v priebehu času plynulé meniť. Pri použití ťažkého piestu sa všetka energia uvoľnená v priebehu procesu prevádza na kinetickú energiu piestu. Pretože je piest dostatočne ťažký, aby stačil pohltiť všetku energiu uvoľnenú v priebehu procesu, nie je nutné využívať zotrvačník, ktorý by konštrukciu zariadenia podstatne skomplikoval konštrukciou mechanického spojenia a spojok, ktoré sú naviac citlivé na opotrebovanie.

Plynový kompresor v ďalšom výhodnom uskutočnení vynálezu obsahuje piest, ústrojenstvo tvoriace komoru upravenú na prijatie plynu určeného na stlačovanie a na stlačovanie plynu pohybom komory po pieste, ústrojenstvo na rozstrekovanie kvapaliny v komore na chladenie plynu pri jeho stlačovaní a ventilový prvok na ovládanie odvádzania stlačeného plynu z komory. Piest je v tomto prípade vytvorený tak, že pri pohybe komory zostáva nehybný. Ako je odborníkom zrejmé, možno vytvoriť rad konštrukčných obmien základných uskutočnení s pohyblivým piestom a nepohyblivou komorou, ale tiež v tomto opačnom usporiadaní , v ktorom sa do pohybu uvádza komora a piest zostáva nehybný .

Pojmy horúci”, studený, chladný, použité v popise a nárokoch sa používajú v relatívnom zmysle na rozlíšenie, ktorá látka má vyššiu teplotu a nemajú vymedzovací význam na vymedzenie rozsahu teplôt v nejakých konkrétnych medziach. Pod pojmom horúca kvapalina môžu byť zahrnuté kvapaliny s teplotami, ktoré sa môžu za určitých okolností pokladať za zodpovedajúce chladnej kvapaline, zatial čo chladná kvapalina môže v niektorých prípadoch zodpovedať pomerne teplej kvapaline.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie objasnený pomocou príkladov uskutočnení zobrazených na výkresoch, kde znázorňujú obr. 1 rez príkladným uskutočnením kompresora poháňaného plynom a opatreného tekutinovým piestom, obr. 2 rez iným príkladným uskutočnením kompresora poháňaného plynom a opatreného tuhými i tekutinovými piestmi, obr. 3 rez tretím príkladným uskutočnením kompresora poháňaného plynom a obsahujúcim tuhý piest, obr. 4 rez štvrtým príkladným uskutočnením kompresora poháňaného plynom a obsahujúcim tuhý piest, obr. 5 rez piatym príkladným uskutočnením kompresora poháňaného plynom a obsahujúcim tuhý piest, obr. 6 rez šiestym príkladným uskutočnením kompresora poháňaného plynom a obsahujúcim tuhý piest, obr. 7 rez siedmym príkladným uskutočnením kompresora poháňaného plynom a obsahujúcim tuhý piest, obr. 8 rez príkladným uskutočnením kompresora poháňaného kvapalinou a obsahujúceho kvapalinový piest, obr. 9 bloková schéma príkladného uskutočnenia turbínového zariadenia s plynovou turbínou a izotermickým kompresorom, obr. 10 bloková schéma iného príkladného uskutočnenia s plynovou turbínou a izotermickým kompresorom, obr. 11 bloková schéma zariadenia vykurovaného uhlím alebo iným palivom a obsahujúceho izotermický kompresor a vzduchovú turbínu, obr. 12 bloková schéma iného príkladného uskutočnenia turbínového zariadenia, obsahujúceho plynovú i vzduchovú turbínu, obr. 13a schématické znázornenie zariadenia na skladovanie chladiaceho stlačeného plynu, obr. 13b schématické znázornenie zariadenia na využitie uskladneného stlačeného plynu na získavanie energie, obr. 14 bloková schéma zobrazujúca dve zariadenia na uchovávanie energie, obr. 15 príkladné uskutočnenie tepelne poháňaného kompresora a prídavného zariadenia na získavanie energie, obr. 16 ďalšie príkladné uskutočnenie tepelne poháňaného kompresora a prídavného zariadenia na získavanie energie, obr. 17 ešte iné príkladné uskutočnenie tepelne poháňaného kompresora s prídavným zariadením na získavanie energie, obr. 18 ďalšie príkladné uskutočnenie tepelne poháňaného kompresora a prídavného zariadenia na získavanie energie, obr. 19 alternatívne príkladné uskutočnenie tepelne poháňaného kompresora a prídavného zariadenia na získavanie energie, obr. 20 bloková schéma systému na opätovné získavanie výparov z výfukových plynov, obr. 21 bloková schéma príkladného uskutočnenia turbínového za riadenia s plynovou turbínou a uzavretým cyklom, obsahujúceho tepelne poháňaný kompresor, obr. 22 bloková schéma príkladného uskutočnenia zariadenia na výrobu energie, obsahujúceho termicky poháňaný kompresor a druhú vzduchovú turbínu, upravenú na získavanie prebytku tepla, obr. 23 príkladné uskutočnenie tepelne poháňaného kompresora s uzavretým a otvoreným cyklom, do ktorého sa teplo dodáva vstrekovaním horúcej kvapaliny, obr. 24 rez príkladným uskutočnením tepelne poháňaného kompresora, ktorý je súčastou zariadenia na výrobu energie a splyňovacieho cyklu, obr. 25 schématický rez kompresorom poháňaným plynom, ktorý je súčasťou cyklu na výrobu energie a splynovania, a obr. 26 schematický rez príkladným uskutočnením tepelne pohá27 ňaného kompresora, obsahujúceho dve alternatívne ústrojenstva na skladovanie energie.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Plynom poháňaný kompresor s kvapalinovým piestom

Súmerný

Na obr. 1 je zobrazený izotermický kompresor 1 s kvapalinovým piestom, ktorý je opatrený potrubím 2 alebo rúrou v tvare U, ktorá má podlhovastú priamu strednú časť 2, ktorá je uložená vodorovne alebo v podstate vodorovne, a dve ramená 4j_ 5, prebiehajúce v zvislom smere. Potrubie 2 je čiastočne naplnené vodou alebo inou kvapalinou, ktorá tak vytvára kvapalinový piest 7. Potrubie 2 má dostatočnú dĺžku a priemer na to, aby kvapalinový piest 7 mal dostatočnú hmotnosť na riadenie rýchlosti stlačovania. V každom zo zvislých ramien 4_, 5 je vytvorená jedna komora 9, 11 a každá z týchto dvoch komôr 9. 11 je opatrená trojicou vstupných a výstupných otvorov na riadenie vstupu a výstupu plynu do oboch komôr 9, 11 a opätovného výstupu z nich. Prvé výstupné otvory 13, 15 sú opatrené výpustnými ventilmi 17, 19. ktoré ovládajú odvádzanie chladného stlačeného plynu z každej komory 9, 11. Každý z druhých vstupných otvorov 21. 23 je opatrený ventilom 25. 27 ovládajúcim prívod regulovaného množstva horúceho stlačeného plynu do každej z komôr 9. 11. Tretie prívodné otvory 29, 31 sú opatrené ventilmi 33, 35. ktoré ovládajú regulovaný prívod pridávaného množstva plynu do každej z komôr 9, 11. Každá z komôr 9. 11 je tiež opatrená vstupnými otvormi 37, 39. ktorými možno vstrekovať sprchovaciu kvapalinu do každej komory 9, 11. Oba tieto vstupné otvory 37, 39 sú napojené potrubiami na vstrekovacie čerpadlá 43 . 44. V strednej časti 2 potrubia 2 je vytvorený výstupný otvor 41, ktorý je prepojený potrubiami na vstupné otvory 37, 39 na zaistenie zdroja kvapaliny na postrekovanie. V tomto príkladnom uskutočnení je každé vstrekovacie čerpadlo 43, 44 vytvorené vo forme pozitívneho objemového čerpadla, v ktorom sa kvapalina nasáva do čerpadlovej komory 40, 42 pra28 covnými piestami 46, 48 v dobe časovej periódy zodpovedajúcej pracovnému cyklu kompresora 1, v ktorej sa kvapalinový piest pohybuje smerom von z komory 9, 11 a vytláča kvapalinu plynulé z čerpadlových komôr 40, 42 a v ktorej sa tiež kvapalina plynulé vytláča z čerpadlových komôr 40, 42 piestami 46, 48 pri vtlačovaní plynu do komôr 9. 11 pri pohybe kvapalinových piestov 9, 11 do komôr 9, 11. Medzi výstupný otvor 41 a obe čerpadlá 43, 44 je zaradený chladiaci systém 45, ktorý ochladzuje kvapalinu nasávanú z kvapalinového piestu pred vstrekovaním kvapaliny do každej z komôr 9, 11 vo forme sprchy.

Zariadenie je tiež opatrené nádržou alebo zásobníkom 51 kvapaliny používanej potom na vytváranie sprchy, aby sa nahradili straty kvapaliny v odlučovačoch 47, 49 vlhkosti a udržovala sa v prevádzke celková zásoba kvapaliny v kvapalinovom pieste na konštantnej hodnote. Kvapalina zhromaždená v odlučovačoch 47, 49 vlhkosti môže byť vrátená, pokiaľ je to treba, do kvapalinového piestu alebo do sprchy cez zásobník 51. Zásobník 51 kvapaliny obsahuje tiež zásobu kvapaliny nutnej na postrekovanie v priebehu štartovacej fázy kompresora.

V každej komore 9. 11 môžu plávať na hladine kvapaliny kvapalinového piestu plaváky 50, 52. ktoré môžu obsahovať pórovitý alebo vláknitý materiál, ktorým môže difundovat kvapalinu použitú v kvapalinovom pieste. Plaváky 50, 52 môžu byť tuhé alebo ohybné a ich úlohou je potláčať vlnenie na hladine kvapalinového piestu a zabraňovať prenikaniu kvapaliny do vstupných otvorov, ktorými sa nasáva chladný stlačený plyn. Okrem toho umožňuje pórovitá štruktúra plavákov 50, 52 rekombináciu kvapaliny zo sprchy kvapalinou z kvapalinového piestu.

Pri prevádzke tohoto zariadenia sa privádza určité množstvo horúceho stlačeného plynu z vonkajšieho zdroja tohoto plynu, ktorým môže byť napríklad konvenčný rotačný kompresor, druhým vstupným otvorom 21 do prvej komory 9. V tomto okamihu sú ventily 17, 19 takmer uzavreté a kvapalinový piest 7 je v najvyššom mieste svojho zdvihu v prvej komore 9. Horúci stlačený plyn expanduje v prvej komore 9 a vyvolá zrýchlenie kvapalinového piestu 7 smerom k opačnej strane dlhého potrubia 2. Plyn sa pri svojom expandovaní ochladí, takže tepelná i tlaková energia plynu sa premení na kinetickú energiu kvapalinového piestu 7. Ak poklesne tlak plynu na hodnotu atmosférického tlaku alebo na hodnotu iného tlaku, pri ktorom možno získať ďalší v podstate nestlačený plyn, otvorí sa ventil 33 a umožní priviesť ďalšie množstvo plynu tretím prívodným otvorom 29. Kvapalinový piest 7 pokračuje v svojom pohybe a tým nasáva tento plyn do prvej komory 9, ktorej objem sa pri pohybe kvapalinového piestu 7 zväčšuje.

V dobe, kedy kvapalinový piest 7 dospel do mŕtveho bodu svojho zdvihu v prvej komore 9, obsahovala druhá komora 11 objem chladného expandovaného plynu, ktorý bol do nej predtým privedený vo forme horúceho stlačeného plynu druhým vstupným otvorom 23 a prídavné množstvo relatívne nestlačeného plynu, privedeného tretím prívodným otvorom 31. Pri pohybe kvapalinového piestu 7 z prvej komory 9 do druhej komory 11 sa v tejto druhej komore 11 zvyšuje vnútorný tlak. Pri stlačovaní plynu sa do druhej komory 11 vstrekuje kvapalina vo forme drobných kvapôčiek, aby sa plyn udržoval na približne konštantnej teplote. Kvapalina vo forme sprchy drobných kvapôčiek padá priestorom obsahujúcim plyn a mieša sa s kvapalinou tvoriacou kvapalinový piest 7. V tomto príkladnom uskutočnení sa sprchovacia kvapalina odoberá zo zásoby kvapaliny v potrubí 2 a čerpá sa späť do postrekovacích vstupných otvorov 37, 39 vstrekovacím čerpadlom 43, 44. keď predtým prešla chladiacim systémom 45.

V určitej fáze stlačovania dosiahne plyn v druhej komore 11 požadovaný tlak a v tomto okamihu sa zastaví postrekovanie a otvorí sa výpustný ventil 19, aby bolo možné stlačený plyn z druhej komory 11 vypustiť. V odlučovačoch 47, 49 kvapaliny sa zachytia všetky častice kvapaliny, ktoré boli strhnuté prúdom unikajúceho plynu.

Akonáhle dosiahne kvapalinový piest 7 v druhej komore 11 konečnú polohu svojho zdvihu, výpustný ventil 19 sa uzavrie a otvorí sa ventil 27. ktorým sa do druhej komory 11 privádza stanovené množstvo horúceho stlačeného plynu, ktorý tlačí kvapalinový piest 7 k druhému koncu potrubia 2. Súčasne sa uzavrie ventil 33 a objem plynu v prvej komore S, obsahujúcej chladný expandovaný plyn, privedený druhým prívodným otvorom 29_f sa v tejto prvej komore S. stláča. V priebehu stlačovania plynu obsiahnutého v prvej komore 9 prebieha súčasne potrekovanie vnútorného priestoru prvej komory 9 kvapalinou vo forme sprchy drobných kvapôčiek, aby sa teplota plynu udržovala približne na konštantnej hodnote. Kvapôčky kvapaliny padajú priestorom pre plyn a miešajú sa dole s kvapalinou tvoriacou kvapalinový piest 7. V určitom štádiu stlačovania, kedy tlak plynu dosiahol požadovanú hodnotu, sa otvorí výpustný ventil 17, ktorým potom môže stlačený plyn uniknúť z prvej komory 9. Tento unikajúci plyn prechádza odlučovačom 47 kvapaliny, v ktorom sa zachytia všetky častice kvapaliny, ktoré boli strhnuté prúdom vypúšťaného vzduchu. Prvý výstupný otvor 13 sa uzavrie, akonáhle kvapalinový piest 7 dosiahne vrchol svojho zdvihu v prvej komore 9 a ďalšie stanovené množstvo horúceho stlačeného plynu sa injektuje do malého zvyšného priestoru nad kvapalinovým piestom 7 v prvej komore 7. Tento stlačený plyn opäť začne vytláčať kvapalinový piest 7 späť k druhému koncu potrubia 2 a celý cyklus sa opakuje.

Pri priebežnej prevádzke je ovládanie ventilov 25, 27 uvoľňujúcich prívod horúceho stlačeného plynu načasované tak, že sa otvárajú v okamihu, kedy hladina kvapaliny kvapalinového piestu 7 dosiahne svoj vrchol v niektorej z komôr 9. 11. Tieto ventily 25, 27 sa opäť uzatvárajú v chvíli, kedy do priestoru týchto komôr 9. 11 preniklo stanovené množstvo plynu, čo môže byt tiež určené okamihom, kedy kvapalinový piest 7 poklesne smerom dole o stanovenú vzdialenosť.

Výpustné ventily 17, 19 pre chladný stlačený plyn sa otcyklu, kedy sa kvapalinový z komôr 9. 11. Ventily sa prekročí hodnotu tlaku vo várajú len v tej časti pracovného piest 7 pohybuje smerom do jednej otvárajú, akonáhle tlak v systéme výpustnom potrubí, avšak uzatvárajú sa ešte pred otvorením prívodných ventilov 25, 27 na prívod horúceho plynu. Je možné použit spätné ventily upravené tak, že sa môžu uviesť do čin31 nosti len pri pohybe kvapalinového piestu 7 smerom hore v príslušnej komore 9, 11. Prívodné ventily 33, 35 na ovládanie prívodu plynu s nízkym tlakom sa otvárajú, keď tlak v príslušnej komore 9, 11 poklesne pod hodnotu tlaku v zdroji nízkotlakového plynu. Pre tento účel možno tiež použit spätné ventily.

Riadenie ventilov môže byť určované hodnotami tlaku alebo zmenami hladiny kvapaliny. Na ovládanie ventilov pomocou nastavených hodnôt tlaku možno použit vnútorný mechanický systém, ktorý sa používa napríklad pre spätné ventily. V alternatívnom uskutočnení možno použiť snímače tlaku vysielajúce elektrické signály, ktoré sa môžu využívať na spúšťanie ovládačov ventilov. Pri ovládaní ventilov na základe dosiahnutia nastavenej úrovne hladiny kvapaliny síce možno tiež použiť mechanický systém, avšak praktickejšou alternatívou je použitie snímača vysielajúceho elektrický signál. Snímač výšky hladiny kvapaliny môže pracovať rôznymi spôsobmi, napríklad môže zisťovať vztlak plavákov, možno použiť meracie ústrojenstva na meranie vodivosti alebo kapacity, optické metódy alebo ultrazvukové ústrojenstva. Vlastné ventily sa môžu ovládať, to znamená, že ich otváracie ústrojenstvo môže byť poháňané elektricky alebo pomocou stlačeného vzduchu.

Sprchovací systém je konštrukčne vytvorený tak, aby produkoval veľký počet drobných kvapôčiek s takými rozsahmi rozmerov, aby sa dosiahol maximálny prenos tepla medzi kvapalinou a plynom pri čo najväčšom znížení energetických nárokov na vytvorenie účinnej sprchy. Na druhej strane však kvapôčky nemajú byť príliš malé, aby bolo možné zaistiť ich oddeľovanie od plynu jednak pôsobením gravitácie a jednak účinkom odlučovačov 47, 49. V odlučovačoch 47, 49 kvapaliny sa zachytávajú všetky častice kvapaliny, ktoré sú unášané hore do výpustného potrubia na vonkajšej strane prvých výpustných otvorov 13,

15. Odlučovače 47, 49 môžu mat rôzne konštrukčné uskutočnenia, napríklad možno použiť odlučovače využívajúce zotrvačné alebo odstredivé sily, prípadne kombináciu oboch týchto princípov.

Vstrekovacie čerpadlá 43, 44 udržujú cirkuláciu vody ale32 bo inej kvapaliny z potrubia 2 cez vonkajší chladiaci systém 45 a vstrekovacie vstupné otvory 37, 39 do potrubia 2. Pre tento účel možno použiť pozitívne objemové čerpadlo, ktoré je schopné udržovať stály prietok kvapaliny, i keď sa tlakový rozdiel vnútri oboch komôr 9. 11 mení. Pozitívnym objemovým čerpadlom môže byť piestové čerpadlo, ktorého činnosť je načasovaná súhlasne s pohybom kvapalinového piestu 2, takže doprava kvapaliny čerpadlom a jej rozstrekovanie sa uskutočňuje iba pri stlačovaní plynu. V takom prípade by nebolo nutné používať ventily na ovládanie vstrekovania kvapaliny na vytváranie sprchy drobných kvapôčiek. V alternatívnom uskutočnení, kedy sa použije odstredivé alebo diagonálne odstredivé čerpadlo, ktoré pracuje plynulé, by však bolo nutné použiť ventily na prerušenie prívodu kvapaliny. Vonkajší chladiaci systém 45 odoberá zo sprchovacej kvapaliny absorbované teplo. Znížením teploty sprchovacej kvapaliny sa znižuje potreba energie na stlačovanie daného objemu plynu. Na dosiahnutie čo najnižšej možnej teploty sprchy sa sprchovacia kvapalina vedie chladiacim systémom 45 bezprostredne pred rozprašovaním. Chladenie sa môže realizovať núteným prúdením chladného vzduchu napríklad v chladiacich vežiach alebo recirkuláciou vody z jazier, riek alebo mora.

Plaváky 50, 52. ktoré plávajú na hladine kvapalinového piestu 7 v oboch komorách 9. 11. tlmia vznik vín na hladine kvapaliny a zabraňujú priamemu prenikaniu kvapaliny do otvorov, ktorými sa privádza chladný stlačený plyn. Výhodou použitia týchto plavákov 50, 52 je tiež skutočnosť, že obmedzením unikania kvapaliny do týchto prívodných častí možno dosiahnuť väčší počet pracovných cyklov kvapalinového piestu 7 za jednotku času. V dôsledku toho sa tiež zvyšuje množstvo chladného stlačeného plynu, ktoré sa odvádza zo zariadenia danej veľkosti .

Kompresor s kvapalinovým a tuhým piestom poháňaný plynom

Okrem kvapaliny môže zaisťovať veľkú hmotnosť piestu tiež tuhý materiál. Tento tuhý materiál môže byť vybraný z látok s vysokou hustotou, ktorá je v podstate vyššia ako merná hmotnosť kvapaliny, takže rozmery kompresora sa môže s výhodou výrazne zmenšiť. Piest môže byť vytvorený celý z tuhého materiálu alebo môže byť tvorený sústavou tuhých a kvapalinových čiastkových piestov. Príklad takého uskutočnenia kompresora, obsahujúceho kvapalinové i tuhé piesty, je znázornený na obr. 2 .

Na tomto obr. 2 je znázornený kompresor 1, ktorý obsahuje potrubie 2 v tvare U, vyplnené čiastočne kvapalinou tvoriacou kvapalinový piest 7. Dva tuhé piesty 55, 57 sú podopreté na oboch koncoch kvapalinového piestu 7 a sú uložené v zvislých ramenách 4. 5 potrubia 2. Každé z ramien 4, 5 je podlhovasté a priame a je upravené tak, že tuhé piesty 55, 57 sa v nich môžu voľne pohybovať hore a dole do oboch komôr 9, 11 a zase von z nich.

Hustota materiálu tuhých piestov 55, 57 je podstatne väčšia ako hustota či merná hmotnosť kvapaliny kvapalinového piestu 7, takže celková veľkosť kombinovaného piestu pozostávajúceho z kvapalinovej časti a tuhej časti môže byť pomerne značne znížená a celé zariadenie môže byť kompaktnejšie.

V blízkosti spodných koncov tuhých piestov 55, 57 sú na ich obvodových plochách upevnené tesnenia 56, 58. ktoré majú utesniť medzeru medzi tuhými piestami 55. 57 a stenami trubiek tvoriacich ramená 4_,_5 potrubia 2. I keď majú tieto tesnenia

56, 58 zamedziť presakovaniu kvapaliny z priestoru pod tuhými piestami 55, 57, určitému úniku kvapaliny nie je možné zabrániť, takže treba uniknutú kvapalinu nahradzovať. To sa môže realizovať priamym čerpaním kvapaliny do tej časti potrubia, v ktorej sa nachádza kvapalinový piest 7.

Tuhé piesty 55 57 znemožňujú deformáciu hladiny kvapaliny kvapalinového piestu 7 a tiež zamedzujú unikaniu kvapaliny z jej hladiny do plynu v oboch komorách 9. 11. Avšak tieto tuhé piesty 55, 57 a tiež ich tesnenia 56, 58 znemožňujú zmiešanie kvapaliny zo sprchy s kvapalinou z kvapalinového piestu 7. Z toho dôvodu sa musí kvapalina na vytváranie sprchy zais34 ťovať zo samostatného zdroja a nie z kvapalinového piestu, ako to bolo v predchádzajúcom príkladnom uskutočnení. V tomto príklade sa kvapalina udržuje v nádrži alebo v zásobníku 51. z ktorého sa kvapalina privádzaná k vstrekovacím čerpadlám 43, 44 na vytváranie sprchy z drobných kvapôčiek. Sprchovacia kvapalina sa získava z komôr 9, 11 pomocou tuhých piestov 55, 57. ktoré prosto vytláčajú kvapalinu príslušnými výstupnými otvormi 13, 15 na stlačený plyn spolu s izotermicky stlačeným plynom. Kvapalina sa potom oddeľuje od stlačeného plynu vo vonkajšom odlučovači 47 vlhkosti. Kvapalina oddelená v odlučovači 47 vlhkosti sa potom vracia do zásobníka 51 kvapaliny cez najmenej jeden chladiaci systém 45 a tým sa dosahuje jej recirkulácia.

Okrem odlišného vedenia sprchovacej kvapaliny, ktorým sa táto kvapalina odvádza z komôr 9, 11, je funkcia a činnosť plynového kompresora, zobrazeného v príkladnom uskutočnení na obr. 2, v podstate rovnaká ako pri kompresore 1, zobrazenom v prvom príkladnom uskutočnení na obr. 1.

Oba popísané kompresory sú v podstate súmerné a oba sú opatrené piestom 7, ktorý sa pohybuje posuvnými vratnými pohybmi medzi dvomi komorami 9. 11. v ktorých prebiehajú zhodné procesy, to znamená striedavé rozpínanie a stlačovanie plynu. V alternatívnom príkladnom uskutočnení kompresora podľa vynálezu však môže dochádzať k stlačovaniu plynu posunom piestu len v jednom smere. Preto tiež dochádza k expanzii horúceho stlačeného plynu len na jednej strane piestu, to znamená na rovnakej strane, ako sa uskutočňuje stlačovanie alebo na opačnej strane. Takéto telesné vytvorenie kompresora sa označuje za nesúmerné usporiadanie.

Asymetrický kompresor s kvapalinovým piestom môže byť opatrený základnou trúbkou alebo potrubím v tvare U ako v príkladoch na obr. 1 a 2 alebo trúbkou či potrubím v tvare J. Jedno z ramien tohoto potrubia by malo obsahovať stlačovaciu komoru, zatiaľ čo druhé rameno by malo byť na svojom konci otvorené a prepojené s okolitou atmosférou, aby sa v ňom udržoval atmosférický tlak vzduchu, prípadne by malo byť uzavreté a obsahovať priestor pre plyn uzavretý v tomto koncovom úseku. Pri prevádzke takto riešeného kompresora sa privádza stanovené množstvo horúceho stlačeného plynu do komory, v ktorej plyn expanduje a ochladzuje sa a súčasne tlačí kvapalinový piest smerom k druhému koncu potrubia. Tlaková a tepelná energia plynu sa premení na kinetickú energiu kvapalinového piestu, pričom sa do komory v priebehu pohybu kvapalinového piestu pri vedie stanovené množstvo plynu s pomerne nízkym tlakom. Pri vysúvaní kvapalinového piestu na druhom konci potrubia smerom hore do druhého ramena potrubia sa kinetická energia mení na potenciálnu energiu, ktorej veľkosť je závislá od výšky kvapalinového piestu v potrubí, ak je potrubie na svojom druhom konci otvorené do okolitej atmosféry, alebo od kombinácie potenciálnej energie, závislej od výšky kvapalinového piestu, tlaku a tepelnej energie plynu stlačeného na kvapalinovom pieste, ak je druhý koniec potrubia uzavretý. Táto druhá možnosť by mohla byť výhodnejšia, pretože v tomto uskutočnení by druhé rameno potrubia v tvare U nemuselo mať takú veľkú výšku. Potenciálna energia sa potom premení na kinetickú energiu piestu v smere k stlačovacej komore. Ak sa plyn na konci uzavretého potrubia stláča adiabaticky, potom by sa mala potenciálna energia plynu premeniť späť na kinetickú energiu, keď sa kvapalinový piest dáva do pohybu opačným smerom a vstupuje do stlačovacej komory, aby tlačil v ňom obsiahnutý objem plynu. Plyn sa stláča izotermicky, pretože sa v priebehu stlačovania postrekuje kvapalinovou sprchou.

Kompresor s tuhým piestom poháňaný plynom

Asymetrické uskutočnenie

Ako bolo uvedené v predchádzajúcom príkladnom uskutočnení, použitie tuhého piestu je výhodné vzhľadom na to, že tuhý piest je vyrobený z materiálu s väčšou mernou hmotnosťou, čo umožňuje zmenšiť rozmery kompresora. Obr. 3 zobrazuje príklad konštrukčného riešenia kompresora, ktorý obsahuje jediný tuhý piest a ktorý je určený pre prevádzku v asymetrickom usporiadaní .

Z príkladu na obr. 3 je vidieť, že plynový kompresor obsahuje hornú komoru 8, ktorá obsahuje stlačovaný plyn a ktorá je umiestnená v podstate zvisle nad spodnou komorou 10. Medzi obomi týmito komorami 8, 10, je uložený tuhý piest 12 z tuhého materiálu, ktorý sa môže voľne pohybovať hore a dolu do hornej komory 8 a do spodnej komory 10. Horná komora je opatrená prívodným otvorom 29 pre plyn, ktorého prívod je ovládaný prívodným ventilom 33 pre plyn, a výstupným otvorom 13 na ovládanie stlačeného plynu, pričom toto odvádzanie plynu je riadené výpustným ventilom 17 na vypúšťanie plynu. Kompresor je tiež opatrený vstupným otvorom 37 na prívod kvapaliny pre vytváranie sprchy pozostávajúcej z drobných kvapôčiek kvapaliny do hornej komory 8. Spodná komora 10 je opatrená druhým vstupným otvorom 23 na prívod plynu, ovládaný vstupným ventilom 27 na riadenie prívodu plynu, a výstupným otvorom 24 na odvádzanie plynu, ktorého priepustnosť je ovládaná vypúšťacím ventilom 26 na vypúšťanie plynu.

V nasledujúcej časti popisu bude popísaný typický pracovný cyklus počnúc stavom, v ktorom je tuhý piest 12 podopretý vankúšom vytvoreným zo stlačeného plynu nad základňou spodnej komory 10.

V tejto fáze pracovného cyklu obsahuje horná komora 8 čerstvé množstvo plynu, ktorý má byť stláčaný, pričom prívodný ventil 33 a výpustný ventil 17 na prívod a vypúšťanie plynu sú uzavreté.

Do spodnej komory 10 sa privádza stanovené množstvo horúceho stlačeného plynu, napríklad z konvenčného kompresora, do spodnej komory 10 druhým vstupným otvorom 23 na prívod plynu. Horúci stlačený plyn expanduje a odovzdáva kinetickú energiu tuhému piestu 12 v tom zmysle, že tlačí tuhý piest 12 hore do hornej komory 8. V priebehu pohybu tuhého piestu 12 do hornej komory 8 dochádza k stlačovaniu plynu v hornej komore 8. Do hornej komory 8 sa pritom vstrekuje kvapalina vo forme sprchy drobných kvapalinových kvapôčiek, privádzaná vstupným otvorom pre vstrekovanú kvapalinu v priebehu stlačovacieho procesu, aby sa dosiahlo ochladzovanie stlačovaného plynu v takej miere, že stlačovanie môže byt v podstate izotermické. V určitom bode dráhy pohybu tuhého piestu 12 smerom hore sa prívodný ventil 27 na ovládanie prívodu plynu do spodnej komory 10 uzavrie a plyn v spodnej komore 10 sa rozpína adiabaticky.

Ak plyn dosiahne v hornej komore 8 určitý tlak, otvorí sa výpustný ventil 17 na vypúšťanie stlačeného plynu a zastaví sa rozprašovanie kvapaliny do vnútorného priestoru hornej komory 8, pričom stlačený plyn sa spolu s kvapôčkami rozprašovanej kvapaliny odvádza z hornej komory 8 prvým výstupným otvorom 13 na odvádzanie plynu. Ak tuhý piest 12 dosiahne svoju hornú polohu pri svojom zdvihu v priestore hornej komory 8, výpustný ventil 17 na vypúšťanie stlačeného plynu sa uzavrie a zvyšný objem plynu v hornej komore 8 môže slúžiť na absorbovanie kinetickej energie tuhého piestu 12 ešte predtým, než tento tuhý piest 12 dosadne na hornú stranu hornej komory 8. Zvyšný objem plynu sa stláča adabiaticky, takže energia zachytená v tomto zvyšku plynu môže byť opäť uvoľnená tým, že sa tento zvyšok plynu nechá adiabaticky expandovat a tým dochádza k odovzdávaniu kinetickej energie tuhému piestu 12 pre jeho pohyb v opačnom zmysle a v smere von pri hornej komore 8.

Po uvedení tuhého piestu 12 do pohybu v opačnom smere sa vypúšťací ventil 26 na vypúšťanie plynu zo spodnej komory 10 otvorí a pomerne chladný expandovaný plyn v spodnej komore 10 sa vyfukuje výstupným otvorom 24. Akonáhle tlak v hornej komore 8 klesne na hodnotu tlaku plynu vo vstupnom otvore 37 pre plyn, otvorí sa ventil 33 na ovládanie prívodu plynu v hornej komore 8a do hornej komory 8 sa pri pohybe tuhého piestu 12 smerom dole a von z hornej komory 8 nasáva plyn s pomerne nízkym tlakom.

Ak sa tuhý piest 12 premiestni až na základňu spodnej komory 10, vypúšťací ventil 26 na ovládanie vypúšťania plynu sa uzavrie a zvyšok plynu v spodnej komore 10 sa adiabaticky stláča a tým súčasne spomaľuje pohyb tuhého piestu 12 smerom dole až do úplného zastavenia a slúži tak súčasne ako vankúš medzi tuhým piestom 12 a základňou spodnej komory 10. Načasovanie uzavretia vypúšťacieho ventilu 26 na vypúšťanie plynu môže byť také, že tlak plynu v spodnej komore 10 sa v okamihu obrátenia smeru pohybu tuhého piestu 12 rovná vstupnému tlaku horúceho stlačeného plynu. Akonáhle sa tuhý piest 12 dostane do svojej koncovej polohy v spodnej komore 10, otvorí sa prívodný ventil 27 v druhom vstupnom otvore 23 na prívod horúceho stlačeného plynu a ďalšia dávka horúceho stlačeného plynu sa vpraví do spodnej komory 10 a celý cyklus sa ďalej opakuje.

V tomto príkladnom uskutočnení to môže byť iba gravitácia, ktorá zabezpečuje premenu kinetickej energie piestu v jednom smere na potenciálnu energiu, ktorá by opäť odovzdala kinetickú energiu tuhému piestu pre pohyb v druhom smere. V tomto prípade by však bola pracovná rýchlosť kompresora limitovaná gravitačnou vratnou silou. Pracovnú rýchlosť kompresora by však bolo možné v tomto prípade zvýšiť zabezpečením niekoľkých prostriedkov na pohlcovanie a odovzdávanie kinetickej energie tuhému piestu 12 väčšou rýchlosťou než by bolo možné iba pôsobením gravitácie, napríklad vytvorením vaku plynu nad tuhým piestom 12, v ktorom sa plyn stláča a expanduje v priebehu obrátenia smeru pohybu tuhého piestu 12 v hornej komore 8, ako bolo popísané v predchádzajúcej časti.

Kompresor s tuhým piestom poháňaný plynom

Symetrické uskutočnenie

V ďalšom príkladnom uskutočnení plynového kompresora, opatreného tuhým piestom 12, ktorý sa môže pohybovať priamočiaro a v zvislom smere, sa môžu urobiť také konštrukčné úpravy, že horúci stlačený plyn možno injektovať do hornej komory 2 i do spodnej komory 10, takže energia sa tuhému piestu 12 odovzdáva v oboch smeroch injektovaním a rozpínaním plynu. Kompresor sa tiež môže upraviť tak, že izotermicky stlačený plyn môže byť produkovaný v spodnej aj hornej komore. Okrem toho môže byť kompresor vytvorený tak, že prídavné množstvo plynu s pomerne nízkym tlakom sa po expanzii horúceho stlačeného plynu nasáva do každej z komôr, takže kompresor produkuje väčšie množstvo stlačeného plynu, než je potrebné na jeho pohon. Taký kompresor má súmerné konštrukčné usporiadanie v tom zmysle, že na oboch stranách tuhého piestu 12 prebieha rovnaký proces, avšak je asymetrický v tom zmysle, že hnacie a vratné sily sú ovplyvňované gravitáciou. Príkladné uskutočnenie takého kompresora je zobrazené na obr. 4.

Kompresor 1 v príkladnom uskutočnení podľa obr. 4 obsahuje hornú komoru ž, umiestnenú v podstate vertikálne nad spodnou komorou 11, a tuhý piest 12, ktorý sa môže voľne pohybovať smerom hore a dole do spodnej komory 11 alebo naopak do hornej komory 9. Na obvode tuhého piestu 12 sú prichytené tesniace prvky 14. ktoré majú zamedziť unikaniu plynu z oboch komôr S., 11 medzerou medzi tuhým piestom 12 a stenami komôr 9, 11. Každá z komôr 9. 11 je opatrená druhým vstupným otvorom 21, 23 na prívod horúceho stlačeného plynu, ovládaný prívodnými ventilmi 25. 27 na reguláciu dávky privádzaného horúceho stlačeného plynu do komory 9, 11, a prvým výstupným otvorom 13, 15 na vypúšťanie stlačeného plynu, ktorého vypúšťanie je riadené výpustnými ventilmi 17, 19. ktoré umožňujú odvádzanie studeného stlačeného plynu z jednotlivých komôr 9, 11, pričom komory 9. 11 sú ešte opatrené tretím prívodným otvorom 29, 31. otváraným a uzatváraným prívodnými ventilmi 33, 35 na ovládanie prívodu prídavného množstva plynu do jednej z komôr 9, 11. a vstupným otvorom 37, 39 na prívod a rozprašovanie kvapaliny a vytváranie rosiacej sprchy drobných kvapôčiek kvapaliny v komorách 9. 11 v priebehu stlačovania plynu.

Kvapalina privádzaná vo forme sprchy do každej zo stlačovacích komôr 9, 11 sa regeneruje a recirkuluje. Regeneračný systém obsahuje odlučovač 47, 49 vlhkosti, napojený na každý z prvých výstupných otvorov 13, 15 na odvádzanie stlačeného plynu a upravený na oddeľovanie častíc postrekovacej kvapaliny od chladného stlačeného plynu. Chladiaci systém 45 s vonkajším chladičom, napojený na každý z odlučovačov 47. 49 vlhkosti, je upravený na chladenie postrekovej kvapaliny, pričom medzi chladiaci systém a každý zo vstupných otvorov 37, 39 sú zapojené samostatné vstrekovacie čerpadlá 43, 44, ktoré prečerpávajú kvapalinu z odlučovačov 47, 49 vlhkosti cez chladiaci systém 45 do oboch stlačovacích komôr 9, 11. Čerpadlá 43., .44 sú projektované najmä pre dopravu rozstrekovanej kvapaliny do oboch komôr 9, 11 v konštantnom množstve, i keď tlak v stlačovacích komorách 9, 11 v priebehu stlačovania narastá. Zásobník 51 kvapaliny má doplňovať všetku kvapalinu, ktorá nebola privedená späť na regeneráciu alebo ktorá unikla z tohoto regeneračného systému.

Typický pracovný cyklus kompresora 1 na stlačovanie plynu, zobrazeného v príkladnom uskutočnení na obr. 4, prebieha nasledovne a začína v okamihu zastavenia tuhého piestu 12 v polohe nachádzajúcej sa tesne nad základňou spodnej komory 11, v ktorej je tuhý piest 12 podopretý vankúšom stlačeného plynu. V tomto okamihu sú všetky vstupné a výstupné ventily na riadenie prívodu a vypúšťanie plynu v hornej komore 9 aj v spodnej komore 11 uzavreté a horná komora 9 obsahuje určitý objem chladného expandovaného plynu, ktorý bol predtým do tohoto priestoru privedený druhým vstupným otvorom 21 na prívod horúceho stlačeného plynu spolu s prídavným množstvom plynu, privedeného tretím prívodným otvorom 29.

Ak tuhý piest 12 prichádza do svojej koncovej polohy v spodnej komore IX, otvorí sa prívodný ventil 27 na ovládanie prívodu horúceho stlačeného plynu a dávka tohoto horúceho stlačeného plynu sa privedie do spodnej komory 11. Po uplynutí nastaveného časového intervalu sa tento prívodný ventil 27 uzavrie. Vpustený plyn potom adiabaticky expanduje a vytláča tuhý piest 12 zo spodnej komory 11 smerom do hornej komory 9. Tým sa energia expandujúceho horúceho stlačeného plynu mení na kinetickú energiu hmotného tuhého piestu 12, ktorý je tlačený smerom hore a získava pritom potenciálnu energiu. Kinetická energia tuhého piestu 12 sa na druhej strane čiastočne mení na tlakovú energiu stlačeného plynu v hornej komore 9. Pri pohybe tuhého piestu 12 do hornej komory 9 sa plyn nachádzajúci sa v hornej komore S stláča a do hornej komory ä sa vstrekuje studená sprchovacia kvapalina, ktorá má zabrániť zahrievaniu plynu, takže jeho stláčanie môže prebiehať približne izotermicky.

Adiabatická expanzia horúceho stlačeného plynu, privádzaného do spodnej komory 11, odovzdáva tuhému piestu 12 dostatočnú kinetickú energiu pre pohyb do hornej komory 9, pričom ak tlak pôsobiaci smerom hore, vyvíjaný expandujúcim plynom v spodnej komore 11, pôsobiaci na spodnú plochu tuhého piestu 12, sa stane menším tlakom než sily pôsobiace smerom dole, vyvíjané jednak hmotnosťou piestu a jednak tlakom plynu v hornej komore ll. pokračuje tuhý piest 12 v dôsledku pôsobenia značných zotrvačných síl v pohybe smerom hore do hornej komory 9. Ak tlak plynu v spodnej komore 11 poklesne pod hodnotu tlaku v prívode prídavného plynu, otvorí sa prívodný ventil 35 na ovládanie prívodu plynu do spodnej komory 11 a prídavné množstvo plynu sa nasáva do spodnej komory 11, pokiaľ tuhy piest 12 pokračuje v svojom pohybe smerom hore.

Ak tlak plynu v hornej komore 9 dosiahne požadovanú hodnotu, otvorí sa výpustný ventil 17 na vypúšťanie tlakového plynu a chladný stlačený plyn sa odvádza spolu so strhávanými časticami postrekovačej kvapaliny z hornej komory 9 prvým výstupným otvorom 13 na odvádzanie tlakového plynu. Stlačený plyn prechádza odlučovačom 47 vlhkosti, v ktorom sa zachytáva sprchovacia kvapalina a oddeľuje od prúdu stlačeného plynu, pričom takto zachytená kvapalina sa privádza do chladiaceho systému 45, v ktorom sa ochladzuje pred svojim opätovným využitím v kvapalinovej sprche.

Ak tuhý piest 12 dosiahne svoju hornú koncovú polohu na svojej dráhe do hornej komory 9, uzavrie sa výpustný ventil 17 na vypúšťanie stlačeného plynu a zvyšok plynu, ktorý zostal v hornej komore 9, zastaví pohyb tuhého piestu 12. Načasovanie uzavretia výpustného ventilu 17 na vypúšťanie stlačeného plynu sa volí najmä tak, že v okamihu, keď sa pohyb tuhého piestu 12 obracia v hornej komore 9 do opačného smeru, sa tlak plynu v komore rovná tlaku horúceho stlačeného plynu na vstupe do komory. Akonáhle začne tuhý piest 12 stláčať zvyšok plynu, vstupný ventil 35 v spodnej komore 11 sa uzavrie, takže v tejto chvíli sú všetky vstupné a výstupné ventily v spodnej komore 11 uzavreté. Potom sa otvorí ventil 25 v druhom vstupnom otvore 21 na prívod horúceho stlačeného plynu a do hornej ko42 mory 9 sa privedie dávka horúceho stlačeného plynu druhým vstupným otvorom 21. Po uplynutí určenej doby sa ventil 25 v druhom vstupnom otvore 21 uzavrie a privedený plyn potom adiabaticky expanduje a vytláča tuhý piest 12 z hornej komory 9 smerom do spodnej komory 11. Energia expandujúceho plynu v hornej komore 9 sa tak mení na kinetickú energiu tuhého piestu 12 v smere do spodnej komory 11. Aj potenciálna energia tuhého piestu 12., vyplývajúca z jeho hmotnosti a výškovej polohy sa premieňa na kinetickú energiu. Plyn v spodnej komore 11, ktorý je tvorený určitým množstvom chladného expandovaného plynu, privedeného v predchádzajúcej fáze druhým vstupným otvorom 23 na prívod horúceho stlačeného plynu, a ďalšie množstvo prídavného plynu, privedeného tretím prívodným otvorom 31. sa stláča pohybom tuhého piestu 12 do spodnej komory 11 a postrekuje sa rozprašovanou kvapalinou, ktorá sa vstrekuje do spodnej komory 11, aby absorbovala teplo vznikajúce pri stlačovaní plynu a tým zamedzovala zvyšovanie teploty plynu, takže stlačovací proces môže byť približne izotermický. Kinetická energia tuhého piestu 12 sa tak premieňa na energiu obsiahnutú v stlačenom plyne v spodnej komore 11.

Ak tlak plynu v hornej komore 9 klesne pod hodnotu tlaku v prívode prídavného plynu, otvorí sa prívodný ventil 33 a prídavné množstvo plynu sa nasaje do hornej komory 9 v priebehu pokračujúceho pohybu tuhého piestu 12 smerom dole a von z hornej komory 9.

Ak tlak plynu v spodnej komore 11 dosiahne požadovanú hodnotu, otvorí sa výpustný ventil 19 na vypúšťanie stlačeného plynu a stlačený plyn sa spolu so sprchovacou kvapalinou odvádza prvým výstupným otvorom 15. Stlačený plyn a sprchovacia kvapalina sa potom privádzajú do odlučovača 49 vlhkosti, v ktorom sa sprchovacia kvapalina oddelí od stlačeného plynu a odvádza sa späť do chladiaceho systému 45 pred svojim opätovným využitím pre ďalšie rozstrekovanie kvapaliny.

Tesne predtým, než tuhý piest 12 dosiahne medznú polohu svojej dráhy v spodnej komore 11, uzavrie sa výpustný ventil 19 na vypúšťanie stlačeného plynu a tým zostane zvyšok stlače43 ného plynu uzavretý v spodnej komore 11 a slúži na zastavenie pohybu tuhého piestu 12.. Uzavretie tohoto výpustného ventilu 19 pre stlačený plyn je s výhodou načasované tak, aby tlak plynu v spodnej komore 11 bol v okamihu dosiahnutia mŕtveho bodu jeho zdvihu a tým v okamihu zmeny smeru jeho pohybu rovnaký ako je tlak v prívode horúceho stlačeného plynu. Po zastavení pohybu tuhého piestu 12 sa prívodný ventil 33 na prívod plynu do hornej komory 9 uzavrie, takže v hornej komore 9 sú v tomto okamihu všetky prívodné a vypúštacie ventily uzavreté. Prívodný ventil 27 na prívod horúceho stlačeného plynu sa otvorí a umožní prívod ďalšej čerstvej dávky horúceho stlačeného plynu do spodnej komory 11. Celý cyklus sa potom opakuje.

Ako už bolo spomenuté, vertikálny lineárny plynový kompresor podľa obr. 4 je súmerný iba približne, pretože jeho činnosť ovplyvňuje hmotnosť tuhého piestu 12, ktorá vyvoláva vratné sily snažiace sa stláčať tuhý piest 12 smerom k spodnej komore 11. Celkove môže byť žiadúce, aby výstupný tlak stlačeného plynu bol na výstupe spodnej komory 11, ako aj na výstupe hornej komory 9, takže stlačený plyn je dodávaný s konštantným tlakom v priebehu celého cyklu. Okrem toho môže byť výhodné, aby bol tlak horúceho stlačeného plynu pri prívode do hornej komory 9 aj do spodnej komory 11 rovnaký. Tieto výsledky možno dosiahnuť zaistením prúdenia plynu v hornej komore 9 a v spodnej komore 11 v rôznych objemoch. Objem privádzaného plynu do hornej komory 9 a do spodnej komory 11 môže byť regulovaný veľkosťou vstupných a výstupných otvorov a/alebo dĺžkou časového intervalu, počas ktorého sú prívodné ventily a výpustné ventily otvorené.

Pretože medzi hornou plochou tuhého piestu 12 a hornou stranou hornej komory 9 vždy zostane konečná medzera pri privedení tuhého piestu 12 do vratnej koncovej polohy, nie je možné dosiahnuť úplné vytlačenie kvapaliny vstrekovanej do hornej komory 9 a v tejto hornej komore 9 v každom prípade zostane zvyšok kvapaliny. Na základe doterajších zistení sa však nepredpokladá, že by táto zvyšková kvapalina vážnejšie ovplyvnila výkon kompresora. Časť kvapaliny môže tiež zostávať v spodnej komore 11 po každom kompresnom cykle, avšak odstra44 ňovanie rozprašovanej kvapaliny môže byť podporované napríklad vhodným tvarovaním základne spodnej komory 11 a umiestnením vstupných a výstupných otvorov pre plyn tak, aby kvapalina mohla zo spodnej komory 11 odtekať.

Kompresor s tuhým piestom poháňaný plynom

Asymetrické uskutočnenie

Ďalšie príkladné uskutočnenie plynového kompresora s tuhým piestom pohyblivým priamočiaro a v zvislom smere, ktorý je priradený k zariadeniu s plynovou turbínou, je zobrazené na obr. 5. V tomto príklade sa studený stlačený plyn produkuje v hornej komore 9 a v tomto ohľade má kompresor 1 podobné konštrukčné usporiadanie ako v príkladoch na obr. 3 a 4. Na rozdiel od týchto predchádzajúcich uskutočnení je spodná komora uzavretá a obsahuje určitý objem plynu, ktorý slúži ako pneumatická pružina na absorbovanie kinetickej energie tuhého piestu 12 pri jeho pohybe smerom dole a von z hornej komory 9 a na opätovné odovzdávanie kinetickej energie tuhému piestu v opačnom smere, smerom do hornej komory 9.

Ako je vidieť z obr. 5, plynový kompresor 1 obsahuje hornú komoru 9, umiestnenú v podstate vertikálne nad spodnou komorou XI, a tuhý piest 12., ktorý je upravený tak, že sa môže voľne pohybovať vratnými posuvnými pohybmi medzi oboma komorami 9. 11. Kompresor X je opatrený tesniacimi prvkami 14, ktoré majú zamedziť prenikaniu kvapaliny z jednej komory 9, 11 do druhej a ktoré sú umiestnené medzi tuhým piestom 12 a stenou komôr 9, 11. Horná komora 9 je opatrrená druhým vstupným otvorom 21 na prívod horúceho stlačeného plynu, ovládaný prívodným ventilom 25, ktorý uvoľňuje prívod horúceho stlačeného plynu do hornej komory 9, prvým výstupným otvorom 13 na vypúšťanie studeného stlačeného plynu, opatrený výpustným ventilom 17. ktorý ovláda vypúšťanie studeného stlačeného plynu z hornej komory 9, a tretím prívodným otvorom 29 na prívod plynu, opát45 reným prívodným ventilom 33, ktorý umožňuje privádzanie prídavného množstva plynu do hornej komory 9, ak tlak v tejto hornej komore 9 klesne pod určitú hodnotu.

V hornej komore ž je tiež vytvorený vstupný otvor 37 na vstrekovanie kvapalinovej sprchy v priebehu stláčania plynu.

Na spätné získavanie a chladenie postrekovačej kvapaliny zo stlačovacej hornej komory 9 po ukončení stláčania slúži systém spätného získavania kvapaliny, ktorý obsahuje odlučovač 47 vlhkosti, napojený na prvý výstupný otvor 13 hornej komory 9, ktorým sa odstraňuje postrekovacia kvapalina zo studeného stlačeného plynu, opúšťajúceho hornú komoru 9, chladiaci systém 45 napojený na odlučovač 47 vlhkosti na ochladzovanie postrekovacej kvapaliny a čerpadlo 43 zapojené medzi chladiaci systém 45 a vstupný otvor 37 na vstrekovanie kvapaliny, prečerpávanej z odlučovača 47 vlhkosti cez chladiaci systém 45 do hornej komory S, neznázornenými tryskami. V tejto sústave je tiež usporiadaný zberný zásobník 51 obsahujúci postrekovaciu kvapalinu, ktorý nahradzuje všetky straty kvapaliny vzniknuté v sústave pre spätné získavanie kvapaliny alebo uniknutej z tejto sústavy.

Spodná komora 11 obsahuje objem plynu, ktorý je pokiaľ možno stály a je trvalé utesnený vnútri spodnej komory 11. Časť tohoto plynu môže v priebehu doby uniknúť netesnosťami medzi tesniacimi prvkami 14 a stenou komôr 9, 11 alebo tuhého piestu 12, pričom pre tento účel je spodná komora 11 opatrená meracím ústrojenstvom na sledovanie množstva plynu a jeho úbytky sa môžu nahradzovať prívodom plynu vstupným otvorom, opatreným uzatváracím ventilom a napojeným na neznázornený zdroj tlakového plynu, ktorý zabezpečuje doplňovanie úbytkov ply nu.

Pracovný cyklus plynového kompresora 1 podľa príkladu z obr. 5 začína prebiehať od okamihu, kedy sa tuhý piest 12 dostal na okamih do kľudovej koncovej polohy svojho zdvihu v hornej komore 1. V tomto okamihu je prívodný ventil 17 na ovládanie vypúšťanie stlačeného plynu a prívodné ventily 25, na ovládanie prívodu plynu uzavreté a v hornej komore 9 je vak stlačeného plynu.

Akonáhle sa tuhý piest 12 uvedie do pohybu v opačnom smere, otvorí sa prívodný ventil 25 na ovládanie prívodu horúceho stlačeného plynu a tým umožní vpravenie dávky horúceho stlačeného plynu do hornej komory 9. Po uplynutí vopred stanoveného časového intervalu sa tento prívodný ventil 25 na ovládanie prívodu horúceho stlačeného plynu a horúci stlačený plyn sa nechá adiabaticky expandovať a tým poháňať tuhý piest 12 smerom dole do spodnej komory 11. Pri pohybe tuhého piestu 12 do spodnej komory 11 sa plyn v spodnej komore 11 adiabaticky stláča, takže kinetická energia dodaná tuhému piestu 12 v smere do spodnej komory 11 sa absorbuje týmto plynom vo forme tlakovej energie i vo forme tepelnej energie, ktorá sa prejaví sprievodným zvýšením teploty plynu. Akonáhle klesne tlak plynu v hornej komore 9 na hodnotu tlaku privádzaného prídavného plynu, otvorí sa prívodný ventil 33 a prídavné množstvo plynu sa nasáva do hornej komory 9 pri pokračujúcom pohybe tuhého piestu 12 smerom dole. Po absorbovaní všetkej kinetickej energie tuhého piestu 12 v plynovom vaku v spodnej komore 11 sa tuhý 12 na okamih zastaví a prívodný ventil 33 v hornej komore 9 sa uzavrie. Objem plynu v spodnej komore 11, ktorý sa stlačením zahrial, sa začne adiabaticky rozpínať a tým dodávať kinetickú energiu tuhému piestu 12, ktorý sa tak začne posúvať smerom hore do hornej komory 9. Pri spätnom pohybe tuhého piestu 12 smerom hore do hornej komory 9 sa plyn obsiahnutý v hornej komore 9 a pozostávajúci z dávky plynu privedeného predtým ako horúci stlačený plyn druhým vstupným otvorom 21 a prídavného množstva plynu s pomerne nízkym tlakom, privedeným tretím prívodným otvorom 29 stláča. V priebehu stlačovania plynu sa do vnútorného priestoru hornej komory 9 vstrekuje kvapalina vo forme sprchy drobných kvapôčiek, ktoré majú absorbovať kompresné teplo z plynu, takže celý proces môže byť v podstate izotermický. Vstrekovanie kvapaliny sa môže načasovať tak, aby začalo v okamihu, kedy teplota plynu v hornej komore 9 dosiahne teplotu postrekovačej kvapaliny. Ak tlak plynu v hornej komore 9 dosiahne požadovanú hodnotu, otvorí sa výpustný ventil 17 na vypustenie stlačeného plynu a chladný stlačený plyn sa vypúšťa spolu s postrekovacou kvapalinou z hornej komory S prvým výstupným otvorom 13.· Stlačený plyn sa spolu s postrekovacou kvapalinou privádza do odlučovača 47 vlhkosti, v ktorom sa kvapalina oddelí od plynu.

Skôr ako tuhý piest 12 dosiahne svoju hornú koncovú polohu na svojej dráhe do hornej komory 9, uzavrie sa výpustný ventil 17 na vypúšťanie stlačeného plynu a zvyšok plynu v hornej komore 9 napomáha spomaleniu a zastaveniu pohybu tuhého piestu 12. Akonáhle sa pohyb tuhého piestu 12 zastaví, otvorí sa prívodný ventil 25 na prívod horúceho stlačeného plynu a do hornej komory 9 sa privedie nová dávka horúceho stlačeného plynu druhým vstupným otvorom 21 a celý cyklus sa opakuje.

Pretože toto príkladné uskutočnenie plynového kompresora 1 podľa vynálezu má na prípravu chladného stlačeného plynu k dispozícii len jednu komoru 9, stlačený plyn sa produkuje len raz za celý pracovný cyklus. Aby sa mohol produkovať stlačený plyn v rovnomernejšom množstve v priebehu periódy jedného cyklu, možno združiť najmenej dva také plynové kompresory 1 do spriahnutej sústavy, v ktorých sa jednotlivé pracovné fázy striedajú. Ak by táto združená sústava obsahovala ešte jeden ďalší kompresor, ich pracovné cykly by boli voči sebe predsadené o 180°. V závislosti od konštrukčného riešenia združených kompresorov treba voliť také predsadenie jednotlivých pracovných fáz, ktoré by napomáhalo obmedzovať mechanické vibrácie, spôsobované zrýchľovaním a spomaľovaním pohybu tuhého piestu

12. ktorý má značnú hmotnosť.

V alternatívno príkladnom uskutočnení kompresora obsahujúceho lineárne a zvisle sa pohybujúci tuhý piest môže byť spodná komora upravená na produkciu izotermicky stlačeného plynu a na prívod horúceho stlačeného plynu na dodávanie kinetickej energie tuhému piestu pre jeho pohyb smerom hore. Horná komora môže v tomto prípade obsahovať uzavretý objem plynu, ktorý je adiabaticky stláčaný piestom pri jeho zdvihu smerujúcom hore a tým pohlcuje kinetickú energiu tuhého piestu a po zastavení pohybu tuhého piestu tento stlačený plyn expanduje a dodáva kinetickú energiu piestu pre jeho pohyb smerom dole do spodnej komory. V tomto alternatívnom uskutočnení, ktoré je v podstate obráteným usporiadaním predchádzajúceho príkladu z obr. 5, by sa mohla kinetická energia piestu pri jeho pohybe do hornej komory premenit na tlakovú energiu i na tepelnú energiu plynu v hornej komore a tiež na potenciálnu energiu, predstavovanú polohou piestu a gravitačnými silami. V ešte inom príkladnom uskutočnení sa môže horná komora úplne vynechať, takže všetka kinetická energia, ktorá sa odovzdáva tuhému piestu privádzaním horúceho stlačeného plynu do spodnej komory, sa premení na potenciálnu energiu, zaisťovanú pôsobením gravitačných síl, ktorá sa potom uvoľňuje a premieňa na kinetickú energiu, orientovanú v opačnom smere k spodnej komore a pôsobiacu na stlačovanie plynu obsiahnutého v tejto komore. Toto alternatívne príkladné uskutočnenie teda potrebuje iba jednu komoru a nevyžaduje ďalšie prídavné ústrojenstva, ktoré sú nutnou súčasťou adiabatickej stlačovacej a expanznej komory na nahradzovanie strát plynu. Výhoda izotermického stlačovania v spodnej komore spočíva v tom, že táto komora môže byť konštrukčne navrhnutá na využitie potenciálnej podpory zaisťovanej gravitáciou pri spätnom získavaní postrekovačej kvapaliny.

Kompresor s tuhým piestom poháňaný plynom

Symetrické uskutočnenie

V ďalšom príkladnom uskutočnení môže plynový kompresor podľa vynálezu obsahovať tuhý piest, ktorý sa môže pohybovať vo vodorovnej rovine. Obr. 6 znázorňuje jedno z takýchto možných uskutočnení, obsahujúce dve komory usporiadané na vodorovne navzájom priľahlých stranách kompresora a tuhý piest, ktorý sa môže pohybovať vratnými priamočiarymi pohybmi do každej z komôr a opäť sa môže vysúvať von z týchto komôr.

V tomto konkrétnom príkladnom uskutočnení kompresora podľa vynálezu, zobrazenom na obr. 6, obsahuje kompresor dve horizontálne protiľahlé komory 9. 11, z ktorých je každá opatrená vstupným otvorom 21, 23 na prívod horúceho stlačeného plynu, ktorých otváranie a uzatváranie je ovládané ventilmi

25, 27, ktorými sa riadi prívod horúceho stlačeného plynu do každej z komôr 9. 11. výstupným otvorom 13, 15 na vypúšťanie stlačeného plynu, ktorého výstup sa ovláda výpustnými ventilmi 17, 19. umožňujúcimi odvádzanie stlačeného plynu z každej komory 9, 11 tretími prívodnými otvormi 31, 33 na prívod prídavného plynu, opatrenými príslušnými ventilmi 33, 35 na ovládanie prívodu prídavného plynu, a vstupnými otvormi 37, 39 na vstrekovanie postrekovačej kvapaliny vo forme sprchy drobných kvapôčiek kvapaliny do každej z komôr 9, 11 a tým riadenie teploty plynu v komorách 9. 11. Plynový kompresor má v tomto výhodnom príkladnom uskutočnení tuhý piest 12 so značnou hmotnosťou, ktorý je podopretý valivými ložiskami 16 s tesniacimi prvkami 14 a ktorý sa môže voľne pohybovať vratnými pohybmi medzi obidvoma komorami 9, 11. Na hornej strane tuhého piestu 12 sú upravené klzné tesnenia 56, 58, ktoré sú uložené medzi tuhým piestom 12 a stenami oboch komôr 9, 11. aby zamedzovali unikaniu plynu medzerou medzi tuhým piestom 12 a stenami oboch komôr 9. 11. V tomto príkladnom uskutočnení sú oba konce tuhého piestu 12 zaoblené do rovnakého tvaru ako konce oboch komôr

Toto zariadenie je tiež opatrené zariadením pre opätovné získavanie kvapaliny používanej na sprchovanie stlačovaného plynu v priebehu jeho izotermického stlačovania v oboch komorách 9, 11 a na úpravu takto získanej kvapaliny na opätovné použitie v sprchovacom ústrojenstve. Zariadenie na spätné získavanie kvapaliny obsahuje odlučovače 47, 49 vlhkosti, ktoré sú napojené na výstupné otvory 13, 15 a ktoré majú oddeľovať sprchovaciu kvapalinu od stlačeného plynu. Výstupné otvory 13, 15 sú vytvorené v spodnej časti oboch komôr 9, 11, aby sa odvádzanie zmesi kvapaliny a plynu uľahčilo. Odlučovače 47, 49 vlhkosti sú prepojené s chladiacim systémom 45. ktorým sa má zaistiť ochladzovanie postrekovačej kvapaliny. Vstrekovacie čerpadlá 43, 44 na vstrekovanie kvapaliny do každej z komôr 9, 11 sú zapojené medzi chladiaci systém 45 a vstupné otvory 37, 39. aby sa mohlo zaistiť prečerpávanie kvapaliny z odlučovačov 47, 49 vlhkosti cez chladiaci systém 45 späť do každej z komôr 9. 11 vstrekovacími vstupnými otvormi 37, 39.

Pracovný cyklus plynového kompresora podľa tohoto príkladného uskutočnenia vynálezu začína v okamihu, kedy pracovný piest 12 dosiahne koniec svojej dráhy pohybu na pravej strane v pravej komore 11 a kedy sú všetky ventily v tejto pravej komore 11 uzavreté. Pravá komora 11 obsahuje v tej chvíli malé množstvo adiabaticky stlačeného plynu, ktoré slúži na spomaľovanie pohybu tuhého piestu 12 až do úplného zastavenia. V tomto okamihu pracovného cyklu obsahuje ľavá komora 9 objem plynu pozostávajúci jednak z prvého čiastkového objemu ochladeného expandovaného plynu, ktorý bol pôvodne privedený vo forme horúceho stlačeného plynu vstupným otvorom 21 na prívod horúceho stlačeného plynu, a z druhého čiastkového objemu plynu s pomerne nízkym tlakom, ktorý bol predtým privedený tretím prívodným otvorom 31. všetky ventily v ľavej komore 9 sú v tejto fáze uzavreté.

Po zastavení pohybu tuhého piestu 12 sa stlačený zvyšok plynu v pravej komore 11 začína rozpínať a vytláča tuhý piest 12 von z pravej komory 11. Súčasne s tým sa otvorí prívodný ventil 27 na prívod horúceho stlačeného plynu a dávka horúceho stlačeného plynu sa privedie do pravej komory 11. Po uplynutí vopred nastaveného časového intervalu sa prívodný ventil 27 na prívod horúceho stlačeného plynu uzavrie. Horúci stlačený plyn sa potom nechá adiabaticky expandovať, pričom tento expandujúci plyn tlačí tuhý piest 12 von z pravej komory 11 a smerom k ľavej komore 9. Energia získavaná expanziou plynu sa tak mení na kinetickú energiu tuhého piestu 12 v smere k ľavej komore 9. Pri svojom vstupe do ľavej komory 9 stláča tuhý piest 12 plyn obsiahnutý v tejto ľavej komore 9 a súčasne sa začne do ľavej komory 9 vstrekovať kvapalina vo forme sprchy drobných kvapôčiek, ktorými sa má v priebehu stlačovania ochladzovať stlačovaný plyn.

Ak tlak expandujúceho plynu v pravej komore 11 klesne pod stanovenú hodnotu, otvorí sa prívodný ventil 33 v prívodnom otvore 37 na prívod plynu a do pravej komory 11 sa nasaje týmto prívodným otvorom 37 prídavné množstvo plynu s pomerne nízkym tlakom.

Akonáhle dosiahne tlak plynu v ľavej komore 9 požadovanú hodnotu, zastaví sa vstrekovanie kvapaliny prvým vstupným otvorom 37 a otvorí sa výpustný ventil 17 na vypúšťanie stlačeného plynu a stlačený plyn sa odsáva spolu so sprchovacou kvapalinou z ľavej komory 9 prvým výstupným otvorom 13. Stlačený plyn a postrekovacia kvapalina prechádzajú odlučovačom 47 vlhkosti, v ktorom sa postrekovacia kvapalina oddeľuje od plynu. Postrekovacia kvapalina sa potom vedie chladiacim systémom 45. kým sa opäť použije na postrekovanie do stĺpca stlačeného plynu.

Skôr než sa tuhý piest 12 dostane do ľavej krajnej polohy svojej dráhy pohybu v ľavej komore 9, uzavrie sa ľavý výpustný ventil 17 a zvyšný objem plynu v ľavej komore 9 sa pri ďalšom pohybe tuhého piestu 12 adiabaticky stláča a postupne privádza tuhý piest 12 na okamih do kľudovej polohy. V tejto chvíli sa uzavrie prvý vstupný otvor 37 na prívod plynu do pravej komory 11. Tuhý piest 12 potom obráti smer svojho pohybu v dôsledku expanzie zvyšku plynu a súčasne sa otvorí prívodný ventil 25 na privádzanie horúceho stlačeného plynu, aby sa mohla do ľavej komory 9 vpraviť čerstvá dávka horúceho stlačeného plynu druhým vstupným otvorom 21 na prívod horúceho stlačeného plynu. Prívodný ventil 25 na privádzanie horúceho stlačeného plynu sa uzavrie po uplynutí nastaveného časového intervalu. Horúci stlačený plyn sa potom nechá adiabaticky expandovať a pritom vytláča tuhý piest 12 z ľavej komory 9 a zatláča ho späť do pravej komory 11.

V tejto fáze sú všetky vstupné ventily v pravej komore 11 uzavreté a pravá komora 11 obsahuje objem plynu, pozostávajúci z čiastkového objemu chladného expandovaného plynu, ktorý bol predtým privedený vo forme horúceho stlačeného plynu druhým vstupným otvorom 2, a z prídavného množstva plynu s pomerne nízkym tlakom, ktorý bol predtým privedený vstupným otvorom 37 s prívodným ventilom 33.. V priebehu presúvania tuhého piestu 12 do pravej komory 11 dochádza k stlačovaniu plynu a súčasne sa spustí postrekovanie stĺpca plynu sprchou kvapaliny, vstrekovanej do pravej komory 11 druhým vstupným otvorom 39. aby sa dosiahlo chladenie plynu v priebehu jeho stlačovania.

Akonáhle tlak plynu v pravej komore 11 klesne na vopred stanovenú hodnotu, otvorí sa druhý -výpustný ventil 19 a stlačený plyn sa spolu s postrekovacou kvapalinou odvádza z pravej komory 11 prvým výpustným otvorom 15. Stlačený plyn sa potom vedie spolu s postrekovacou kvapalinou odlučovačom 49 vlhkosti, v ktorom sa postrekovacia kvapalina oddelí od stlače ného plynu. Kvapalina sa potom prevádza do chladiaceho systému 45 s chladičom, v ktorom sa ochladzuje pred návratom na ďalšie využitie ako chladiacej kvapaliny v sprche.

Skôr než tuhý piest 12 dosiahne svoju pravú krajnú polohu v pravej komore 11, uzavrie sa druhý výpustný ventil 19, zastaví sa vstrekovanie kvapaliny a zvyšný plyn sa adiabaticky stláča a zastavuje postupne na okamih pohyb tuhého piestu 12. V tomto okamihu sa uzavrú všetky ventily v ľavej komore 9 a otvorí sa prívodný ventil 27 na prívod horúceho stlačeného plynu, ktorým sa privedie čerstvá dávka horúceho stlačeného plynu do pravej komory 11. v ktorej tento plyn expanduje a vytláča tuhý piest 12 von z ľavej komory 11 a tlačí ho ďalej smerom do ľavej komory 9 a celý tento cyklus sa potom opakuje.

Na základe týchto principiálnych konštrukčných zásad možno vytvoriť aj iné konkrétne uskutočnenia plynového kompresora s vodorovne pohyblivým tuhým piestom a s iným sledom pracovných operácií než ako to bolo v popísaných príkladoch. Napríklad jedna z komôr sa môže využívať ako adiabatická kompresná a expanzná komora a môže obsahovať utesnený objem plynu, ktorý sa striedavo stláča a potom necháva expandovať a tým mení kinetickú energiu, dodanú piestu a smerovanú do komory na kinetickú energiu piestu v opačnom smere von z komory. Táto komora má potom podobnú funkciu ako spodná komora 11 z príkladu na obr. 5.

Pretože je tuhý piest upravený pre pohyb vo vodorovnej rovine, musí byť opatrený prostriedkami, ktoré by tento piest pri jeho pohybe podporovali a súčasne obmedzovali na minimum trecie sily, ktoré majú snahu brzdiť pohyb piestu vo vodorovnom smere. Týmito prostriedkami môžu byť mechanické ložiská, napríklad guličkové ložiská, špeciálne navrhnuté na prenášanie hmotnosti piestu. Tiaž piestu, pôsobiaca na každé z ložísk, sa môže redukovať použitím väčšieho počtu mechanických ložísk. I keď je výhodné vytvoriť piest v čo najkompaktnejšej podobe, hmotnosť piestu na jednotku dlžky a šírky sa môže meniť súčasne s veľkosťou piestu. Piest môže mať akýkoľvek tvar a meniť sa môže aj tvar a rozmery jeho priečneho prierezu v pozdĺžnom smere. V dôsledku toho sa môže meniť tiež hmotnosť piestu pozdĺž jeho dĺžky, pričom môže byť výhodné koncentrovať hmotu piestu do jednej časti piestu na úkor druhej. V niektorých konkrétnych uskutočneniach môže byť výhodné navrhnúť podporné ložiská tak, aby niektoré z nich prispievali k neseniu podstatnej časti hmoty piestu. Na podopretie piestu je možné použiť aj iné typy valivých ložísk alebo ložísk s minimálnym trením, napríklad ložísk založených na vznášaní na magnetickej poduške alebo na tekutinovej poduške.

V niektorých uskutočneniach môže byť výhodné vytvárať sprchu z chladiacej kvapaliny, ktorá udržuje vzduch alebo plyn v kompresnej komore na približne izotermických podmienkach v priebehu jeho stlačovania, mimo kompresnej komory. Sprcha alebo chladiaca hmlovina sa môže vytvárať v samostatnej vonkajšej nádobe obsahujúcej vzduch alebo plyn. Rozprášená kvapalina vo forme drobných kvapôčiek alebo hmloviny sa potom môže nasávať do kompresnej komory spolu s vzduchom alebo iným plynom ešte pred začiatkom stlačovania.

Obr. 7 znázorňuje lineárny vertikálny plynový kompresor, podobný z obr. 5, avšak obsahujúci samostatnú nádobu, nachádzajúcu sa mimo kompresnej komory, v ktorej sa vytvára chladiaca hmlovina na chladenie plynu v priebehu jeho stláčania a mieša sa pred svojim privedením do stlačovacej komory s atmosférickým vzduchom. V tomto konkrétnom príkladnom uskutočnení na obr. 7 obsahuje kompresor 1 hornú komoru 9, umiestnenú zvisle nad spodnou komorou 11. a tuhý piest 12, ktorý je voľne pohyblivý v zvislom smere hore a dole a môže sa zasúvať do oboch komôr 9, 11 a vysúvať sa z nich. Horná komora 9 je opatrená vstupným otvorom 21 na prívod horúceho stlačeného plynu, ktorého otváranie a uzatváranie a tým aj privádzanie horúceho stlačeného plynu na stlačovanie tuhého piestu 12 smerom dole je ovládané prvým prívodným ventilom 25., prvým výstupným otvorom 13 na ovládanie ochladeného stlačeného plynu, otváraným a uzatváraným prvým výpustným ventilom 17 na ovládanie vypúštania chladného stlačeného plynu z hornej komory 9, a tretí prívodný otvor 29 s ventilom 33 na ovládanie prívodu rozprášenej kvapaliny do hornej komory 9 spolu s prídavným plynom s pomerne malým tlakom. Tretí prívodný otvor 29 na prívod plynu je spojený so samostatnou nádobou 53., v ktorej sa vytvára chladiaca hmlovina a ktorá je opatrená prívodným otvorom 54. ktorým sa môže do samostatnej nádoby 53 nasávať plyn s pomerne nízkym tlakom.

Kvapalina oddelená od ochladeného plynu, opúšťajúceho kompresnú komoru, sa privádza späť cez chladiaci systém 45 s chladičom a čerpadlo 43 späť do samostatnej nádoby 53., ktorá je generátorom chladiacej hmloviny. Rozprášená kvapalina alebo chladiaca hmlovina sa môže vytvárať v samostatnej nádobe 53 niektorým zo známych ústrojenstiev slúžiacich pre tento účel, napríklad pretláčaním kvapaliny najmenej jednou rozprašovacou tryskou. V priebehu pohybu tuhého piestu 12 smerom dole sa prívodný ventil 33 na prívod plynu otvorí a plyn sa nasáva do nádoby 53 na vytváranie chladiacej hmloviny prívodným otvorom 54 na prívod nízkotlakového plynu a strháva drobné kvapôčky kvapaliny do kompresnej komory tretím prívodným otvorom 29 na prívod plynu. Pretože sa rozprášená kvapalina privádza do kompresnej komory vo chvíli, kedy je vnútri pomerne malý tlak, a pretože rozprášená kvapalina sa privádza do komory skôr pred stlačovaním než v jeho priebehu, sa potrebný výkon čerpacieho ústrojenstva na čerpanie kvapaliny podstatne redukuje, a je možné dosiahnuť lepšie rozloženie kvapôčiek kvapaliny v plyne vnútri kompresnej komory. Pri vytváraní prúdu rozprášenej kvapaliny mimo vnútorného priestoru kompresnej komory je tiež možné dosiahnuť jemnejšie rozptýlenie kvapaliny. Pri tomto postupe napríklad možno dosiahnuť oddelenie väčších kvapôčiek a ich vrátenie do cirkulačného okruhu, výhodnejšie však je vstrekovať tieto väčšie kvapky priamo do izotermického kompresora. V niektorých prípadoch sa osvedčilo podporenie prúdenia plynu do samostatnej nádoby 53., ktorá je generátorom chladiacej hmloviny, nízkotlakovým ventilátorom. Generátor chladiacej hmloviny môže tiež obsahovať mechanické ústrojenstva, napríklad otáčajúci sa kotúč alebo rotujúce nože, ktorými by sa drobné kvapôčky ešte ďalej rozbíjali na jemnú hmlovinu.

Bez prihliadnutia na spôsob, akým sa rozstrekovaná kvapalina privádza spolu s atmosférickým vzduchom do kompresnej komory, pracuje plynový kompresor 1 podľa príkladného uskutočnenia zobrazeného na obr. 7 presne tým istým spôsobom ako kompresor 1 z príkladu na obr. 5.

Kompresor poháňaný kvapalinou

Uskutočnenie s kvapalinovým piestom

Kompresory popísané v predchádzajúcej časti popisu boli všetky poháňané horúcim stlačeným plynom. V nasledujúcich alternatívnych uskutočneniach sa na stlačovanie využíva predný koniec stĺpca kvapaliny. Prvky, v ktorých sa v týchto prípadoch uchováva najväčšia časť kinetickej energie, sú spravidla piesty so značnou vlastnou hmotnosťou, vytvorené vo forme tuhých piestov alebo kvapalinových piestov, prípadne v kombinácii oboch týchto látok, ktoré sú upravené na prevod energie z kvapaliny do stlačovacej energie na stlačovanie plynu. Príkladné uskutočnenia izotermického kompresora s kvapalinovým piestom, ktorý pracuje týmto spôsobom, je zobrazené na obr. 8.

V príkladnom uskutočnení podľa obr. 8 obsahuje izotermický kompresor 101 dve potrubia 102, 103, z ktorých každé obsahuje stredný vodorovný úsek 105, 107 a tiež kvapalinový piest 109,

111. Jeden z koncových úsekov 113, 115 potrubia 102, 103 prebieha v zvislom smere hore a obsahuje príslušnú komoru 117. 119. vytvorenú z oboch potrubí 102, 103. v ktorej prebieha stlačovanie plynu. Koncové úseky oboch potrubí 102. 103 sú vytvorené vo forme jedinej veľkej spoločnej zásobnej nádoby 127.

Vo vodorovných úsekoch 105. 107 dvoch potrubí 102, 103 sú zaradené hlavné prietokové ventily 129, 131 na ovládanie prietoku kvapaliny zo spoločnej zásobnej nádoby 127. ktorá je akumulátorom kvapaliny. Vo vodorovných úsekoch 105, 107 medzi hlavnými prietokovými ventilmi 129, 131 a zvislými koncovými úsekmi 113, 115 potrubí 102, 103 sú vytvorené výstupné otvory

133, 135. V týchto výstupných otvoroch 133, 135 sú osadené vypúšťacie ventily 137, 139 na ovládanie prietoku kvapaliny vytekajúcej z potrubia 102, 103. Medzi výstupné otvory 133,

135 a zásobnú nádobu 127 je zaradené hlavné čerpadlo 141 a zásobná nádoba 127 je upravená na doplňovanie kvapalinou odtekajúcou výstupnými otvormi 133, 135.

Podobne ako v predchádzajúcich prípadoch, je postrek rozprašovanou kvapalinou pripravovaný pre každú komoru 117 ,

119 na chladenie stlačovaného plynu. Každá komora 117, 119 je opatrená výstupným otvorom 147, 149. z ktorých každý je vybavený ventilom 151, 15, umožňujúcim odvádzanie ochladeného stlačeného plynu z každej komory 117, 119. Každá komora 117,

119 je opatrená prívodnými otvormi 155, 157 na prívod plynu, ktorými sa privádza plyn z vhodného zdroja plynu do každej komory 117, 119.

Pri prevádzke tohoto príkladného uskutočnenia kompresora pôsobí akumulátor vo forme spoločnej zásobnej nádoby 127 ako zásobník stlačenej kvapaliny, ktorý zabezpečuje potrebnú zásobu kvapaliny na vyvíjanie nárazov v kvapalinovom stĺpci na pohon kvapalinových piestov 109, 111. Načasovanie týchto nárazov je riadené hlavnými prietokovými ventilmi 129, 131. umiestnenými v potrubí 102, 103. Ak sú hlavné prietokové ventily 129, 131 otvorené, preteká nárazová vlna kvapaliny týmito hlavnými prietokovými ventilmi 129, 131 a poháňa kvapalinový piest 109,

111 do komory 117, 119 a stláča plyn obsiahnutý v komorách 117, 119. Súčasne s tým sa uvádza do činnosti rozprašovacie zariadenie na rozprašovanie postrekovačej kvapaliny, ktorou sa tak v priebehu stlačovania ochladzuje plyn v komorách 117,

119. Akonáhle tlak v komorách 117, 119 dosiahne vopred stanovenú hodnotu, otvoria sa výpustné ventily na vypúšťanie ochladeného stlačeného plynu.

Ak kvapalinový piest 109, 111 dosiahne na svojej dráhe, koncovú polohu, hlavný prietokový ventil sa uzavrie a otvorí sa vypúšťací ventil. Súčasne sa uzavrie výpustný ventil na vypúšťanie plynu a prívodný ventil na prívod plynu s nízkym tlakom sa otvorí, aby sa umožnil prívod nízkotlakového plynu na miesto odvádzania kvapaliny. Odvádzaná kvapalina sa recykluje a privádza sa späť do spoločnej zásobnej nádoby 127 hlavným čerpadlom 141.

Načasovanie činnosti oboch kvapalinových piestov 109, 111 v každom potrubí 102, 103 je také, že kvapalina sa začne vracať do akumulátora z jedného potrubia, zatiaľ čo ďalšia časť kvapaliny vyteká z akumulátora do druhého potrubia. V systéme s dvomi potrubiami je preto pracovný cyklus kvapalinového piestu v každom potrubí v opačnej fáze k druhému potrubiu. Všeobecne sa plyn nad hladinou kvapaliny stláča, ak je prítok kvapaliny väčší ako výtok a naopak dochádza k expanzii plynu, ak je prítok menší ako výtok.

Riešením podľa vynálezu sa má obmedziť na minimum kolísanie tlakových výšok a prietoku kvapaliny dodávanej čerpadlom 141, ktoré tak môže pracovať v priebehu celého cyklu v blízkosti bodu s najvyššou účinnosťou. Celý objem plynu s výhodou expanduje s zmršťuje sa adiabaticky. Akumulátor je izolovaný, aby sa tepelné straty pri stlačovaní plynu znížili na minimum. Akumulovaný plyn nie je prepojený s objemom stlačovaného plynu, takže nie je nutné, aby zloženie oboch plynov bolo zhodné. Rýchlosť výtoku kvapaliny z akumulátora je obmedzená zotrvačnosťou kvapalinového piestu, ktorá zmenšuje príliš rýchle kolísanie tlakov plynu v akumulátore.

Hlavné prietokové ventily 129, 131 iniciujú pohyb kvapalinového piestu. Tieto ovládacie ventily sa otvárajú, keď sa kvapalina má čerpať von z kompresnej komory, a uzatvárajú, keď kvapalinový piest dosiahne maximálny bod svojej dráhy v kompresnej komore. Hlavné ovládacie ventily sú rozhodujúcim prvkom izotermického kompresora, poháňaného kvapalinou. Potrubie tohoto kompresora môže byť dosť dlhé a pre správnu prevádzku kompresora je dôležité, aby sa ventily mohli uzatvárať a otvárať rýchle a často. Ventily by mali byť schopné zadržovať tlak približne 0,8 MPa. Ďalšia požiadavka kladená na použité ventily je tá, že otvorené ventily musia klásť čo najmenší odpor prietoku kvapaliny. Podmienky pre činnosť ventilov sú uľahčené tým, že ventily sa otvárajú a uzatvárajú len v okamihu, kedy prúd kvapaliny mení smer svojho pohybu a v danom okamihu má nulovú rýchlosť. I keď možno pre tento účel použiť aj iné ventily s iným konštrukčným uskutočnením, prednosť sa dáva ventilom so sústavou lamiel uložených na sústave otočných tyčiek a uložených naprieč priečneho prierezu potrubia. Lamely sú profilované, aby sa obmedzil na minimum ich odpor proti prietoku kvapaliny, ak sú otočené svojou rovinou v smere prúdenia kvapaliny.

Vypúšťacie ventily 137, 139 sú upravené tak, aby sa otvárali v okamihu, kedy kvapalinový piest dosiahne maximálny rozsah svojej dráhy a uzatvára sa, keď sa z kompresnej komory vypúšťa jej obsah. To znamená, že ventil pracuje vo fázovom rozsahu 180° vzhľadom na hlavný prietokový ventil 129, 131. Ventily na ovládanie vypúšťania kvapaliny sú s výhodou rovnakého druhu ako hlavné prietokové ventily 129, 131.

Medzi akumulátorovou zásobnou nádobou 127 a rozstrekovacím ústrojenstvom sú zaradené rozstrekovacie čerpadlá 159, 161. ktoré dodávajú kvapalinu na rozstrekovanie. Medzi rozstrekovacie čerpadlá 159, 161 a rozstrekovacie ústrojenstva sú s výhodou zaradené chladiče 163, 165 na chladenie kvapaliny. Rozstrekovacími čerpadlami 159, 161 môžu byt pozitívne objemové čerpadlá, ktoré by boli schopné zaistiť konštantný prietok kvapaliny, i keď sa tlak v kompresnej komore mení.

Základné rozdiely medzi izotermickými kompresormi poháňanými plynom alebo poháňanými kvapalinou budú popísané v nasledujúcej časti popisu. I keď sú oba typy kompresorov založené na rovnakých fyzikálnych princípoch, to znamená na využití ťažkého stĺpca kvapaliny a/alebo tuhého piestu na izotermické stlačovanie plynu, hlavná sila sa zabezpečuje rôznymi prostried kami. Pri porovnávaní kompresorov s kvapalinovým piestom je zrejmé, že plynom poháňaný systém neobsahuje veľké ventily, ponorené do kvapaliny v hlavnom potrubí kompresora. Trecie straty v kvapalinovom pieste sú v tomto prípade s plynovým pohonom obmedzené na minimum. V príkladnom uskutočnení kompresora s kvapalinovým piestom poháňaného plynovým pohonom, zobrazeného na obr. 1 sa stláčajú v priebehu každého pracovného cyklu dva objemy plynu, zatiaľ čo v kompresore poháňanom kvapalinou sa stláča len jeden objem plynu. Kvapalinou poháňaný kompresor potrebuje veľké čerpadlo ako hlavný zdroj energie, zatiaľ čo plynom poháňaný kompresor potrebuje len bežný plynový kompresor, napríklad taký, ako sa používa normálne v spojení s plynovou turbínou.

I keď sú v príkladoch na obr. 1, 2 a 8 ramená potrubia, v ktorom je vytvorený kvapalinový piest, v podstate zvislé a potrubie má svoju strednú čast popisovanú v podstate ako vodorovnú, takže celé potrubie kompresora má v podstate tvar širokého písmena U, môže byť ramená tohoto útvaru sklonené v ľubovoľnom uhle, pričom základný tvar potrubia môže byť okrem širokého tvaru tiež úzky tvar, ktorý môže byt plytký alebo hlboký. V alternatívnom uskutočnení môže byť spolu združených niekoľko trubiek tvaru U, takže jedno z ramien je rozdelené na niekoľko čiastkových ramien, ako je to znázornené na obr. 8, pričom toto riešenie sa môže využiť i pre kompresory poháňané plynom, znázornené na obr. 1 a 2. Geometria priečneho prierezu potrubia môže byt ľubovoľná, okrem výhodného kruhového tvaru prierezu možno použiť tiež oválny, elipsový, trojuholníkový, štvorcový, pravouholníkový, šesťuholníkový, mnohouholníkový alebo nepravidelný tvar. Potrubie môže mať konštantný prierez v celej svojej dĺžke alebo sa prierez môže po dĺžke potrubia meniť veľkosťou svojej prierezovej plochy a/alebo geometriou prierezu. V dôsledku toho môže byt prierezová plocha kompresnej komory väčšia alebo menšia než je prierezová plocha kvapalinového piestu. Za výhodné sa pokladá potrubie s menšou prierezovou plochou, pretože je lacnejšie a ľahšie zhotovíteľné v požadovanom tvare. Dĺžka potrubia kompresora sa môže pohybovať medzi 10 a 500 metrami a jeho priemer sa môže voliť medzi 0,2 a 10 metrami. Tieto hodnoty sú len informatívne a pochopiteľne možno použiť i dimenzie prekračujúce tieto hranice. Potrubie môže byť vytvorené tiež ako tunel v teréne, v ktorom je vytvorená stredná časť dĺžky potrubia, prípadne môže byť uložené v ryhe v zemi alebo jednoducho uložené na teréne. Je však výhodné voliť dimenzie potrubia s ohľadom na to, aby v ňom bolo možné vytvoriť kvapalinový piest s dostatočným objemom, aby bolo možné skladovať dostatočné množstvo energie vo forme kinetickej energie piestu a aby sa udržiavali čo najmenšie trecie straty medzi kvapalinou a stenou potrubia v blízkosti steny .

Namiesto izotermického kompresora poháňaného kvapalinou, ktorý má dve trúbky a dva kvapalinové piesty, sa môžu vytvoriť kompresory s jednou trúbkou alebo s viac ako dvomi trúbkami a kvapalinovými piestami. Ak sa použije jedna trúbka, hlavné čerpadlo by sa využívalo len počas doby trvajúcej polovicu pracovného cyklu kvapalinového piestu. V tejto situácii by sa dobre uplatnilo čerpadlo s vratným pohybom pracovného orgánu, napríklad piestové čerpadlo s mechanickým piestom, pracujúcim v rovnakej fáze ako kvapalinový piest. Okrem toho môže odpadnúť potreba vypúšťacieho ventilu vo vstupe vytvorenom v hlavnom potrubí.

V alternatívnom uskutočnení kompresora s kvapalinovým piestom môže hlavné potrubie ešte obsahovať tuhé piesty, ktoré sú poháňané vonkajšími hnacími prostriedkami a ktoré tak súčasne poháňajú kvapalinový piest. Tuhý piest by sa najmä posúval sem a tam vo vodorovnom úseku potrubia a po oboch stranách tohoto tuhého piestu môžu byť vytvorené kvapalinové piesty.

I keď v kompresoroch s kvapalinovými piestami môže byť postrekovacia kvapalina recirkulovaná plynulé jej odvádzaním zo základného dlhého potrubia a privádzaná späť cez chladiaci systém s chladičom pred opätovný, vstrekovaním do štipca plynu ako v príkladoch na obr. 1, 2 a 8, môže sa postrekovacia kvapalina tiež privádzať zo zdroja kvapaliny alebo zo zásobníka.

V tomto prípade by sa kvapalina súčasne odoberala zo základného potrubia, aby sa objem kvapaliny udržoval na rovnakej úrovni.

Teplo odovzdávané medzi postrekovacou kvapalinou a plynom môže spôsobiť vyparovanie časti kvapaliny alebo uvoľňovanie vý61 párov alebo nemusí k takému vyparovaniu dochádzať. To závisí v značnej miere od pôvodnej teploty kvapôčiek kvapaliny, od množstva tepla absorbovaného v kvapôčkach a od doby, počas ktorej sa plyn stláča.

Zariadenie s plynovou turbínou, spaľovacou komorou a izotermickým kompresorom

Hlavné využitie izotermického plynového kompresora sa predpokladá v zariadeniach na výrobu elektrickej energie. Kompresor by sa mohol napríklad využívať v spojení s plynovou turbínou. Na obr. 9 je zobrazené zariadenie 200 obsahujúce plynovú turbínu 201. izotermický kompresor 203, výmenník 205 tepla na predhrievanie chladného stlačeného plynu využitím horúceho plynu s nízkym tlakom, vypúšťaného z plynovej turbíny 201. a hlavný ohrievač 207. produkujúci horúci plyn s vysokým tlakom z predhriateho stlačeného plynu na pohon plynovej turbín 201. Plynová turbína 201 je upravená na pohon generátora 209 elektrickej energie. Hlavný ohrievač 207 obsahuje spaľovaciu komoru na spaľovanie paliva v predhriatom stlačenom plyne, pričom horúci stlačený plyn s vysokým tlakom je spaľovacím plynom.

Ak izotermický kompresor obsahuje plynový kompresor podľa vynálezu, potom je tento kompresor poháňaný plynovou turbínou. Napríklad pri kompresore poháňanom plynom môže horúci stlačený plyn zaisťovať konvenčný kompresor. Ako už bolo uvedené v predchádzajúcej časti, tento druh kompresora produkuje väčšie množstvo chladného stlačeného plynu než konvenčné kompresory pre daný energetický príkon. Avšak pri izotermickom kompresore poháňanom kvapalinou sa produkuje rovnaký objem chladného stlačeného plynu ako pri konvenčných kompresoroch, ale s nižšou spotrebou energie. V dôsledku toho sa spotrebúva menší podiel výkonu plynovej turbín, prípadne množstvo energie potrebnej na pohon izotermického kompresora bude rovnaké ako pri konvenčných kompresoroch, bude sa však produkopvať podstatne väčšie množstvo stlačeného plynu na na pohon plynovej turbíny.

Pretože odpadové teplo z plynovej turbíny sa využíva na predhrievanie vstupného plynu, ktorým je spravidla vzduch, nie je nutné používať na rekuperáciu tepla parný generátor a s nim spriahnutú parnú turbínu, ako to býva pri kombinovaných jednotkách s plynovou turbínou a kotolňou na výrobu pary. Pretože pri tomto zariadení sa nevyžaduje kotolňa, odpadajú tiež obmedzenia vyplývajúce pre zariadenie s plynovou turbínou z použitia zariadenia na výrobu pary. V dôsledku toho možno zvýšiť teplotu výfukových plynov z plynovej turbíny na hodnoty vyššie než sú vhodné pre parný cyklus a optimalizovať tak pracovné podmienky, aby sa dosiahol čo najlepší výkon turbíny. Bolo by možné použiť tiež plynové turbíny s viac než jedným spaľovacím stupňom, to znamená turbíny s prihrievaním. Okrem toho možno časť chladného stlačeného plynu z izotermického kompresora využiť na zvýšené chladenie lopatiek plynovej turbíny, aby bolo možné použiť vyššiu vstupnú teplotu do turbíny.

Pri tomto zariadení by bolo možné použiť ľubovoľný chladiaci systém s uzavretým cyklom, napríklad s mokrými, suchými alebo hybridnými chladiacimi vežami, alebo priame chladenie do atmosféry, prípadne s využitím zásoby studenej vody v mori, rieke alebo jazere.

V prípade, kedy je studeným stlačeným plynom vzduch a horúcim tlakovým plynom je plynný produkt spaľovania, zrejme bude k dispozícii v spalinách väčšie množstvo tepla než je potrebné na predhrievanie chladného stlačeného vzduchu v dôsledku rozdielov v tepelnej kapacite dvoch prúdov plynu. Toto prebytočné teplo sa môže využívať na iné účely ako napríklad na zahrievanie prídavného prúdu studeného stlačeného vzduchu, ktorý sa potom nechá expandovať bez spaľovania paliva v najmenej jednej vzduchovej turbíne na výrobu ďalšej energie, pričom na dosiahnutie tohoto výsledku možno využiť najmenej jeden výmenník tepla. Prídavné vzduchové turbíny a prídavné výmenníky tepla môžu byť podstatne menšie než sú hlavné časti zariadenia, pretože týmito prídavnými zariadeniami bude prúdiť len zlomok hlavného prúdu plynu. V alternatívnom uskutočnení sa môže prebytočné teplo zo spalín využívať ako prevádzkové teplo, na vyhrievanie priestorov alebo ako teplo pre ďalšie vedia jšie účely. Na obr. 10 je zobrazená bloková schéma zariadenia 300 s plynovou turbínou 301, pri ktorom je uplatnené prvé z týchto alternatívnych riešení.

Zariadenie s plynovou turbínou a pomocnými vzduchovými turbínami

Zariadenie 300 obsahuje plynovú turbínu 301. ktorá poháňa prvý generátor 309, izotermický kompresor 303 a výmenník 305 tepla na ohrievanie studeného stlačeného vzduchu z kompresora výfukovými plynmi plynovej turbíny 301. Väčšia časť predhriateho stlačeného vzduchu sa privádza do spaľovacej komory na spaľovanie v zmesi s palivom, aby sa získali spaliny pre plynovú turbínu 301, a menšia časť predhriateho stlačeného vzduchu sa privádza do vstupu prvej vzduchovej turbíny 313, ktorá poháňa druhý generátor 315. Výfukový vzduch z prvej vzduchovej turbíny 313 prechádza vzduchovým výmenníkom 317 tepla, v ktorom sa teplo prevádza medzi dvomi prúdmi vzduchu a predhrieva sa tým časť studeného stlačeného vzduchu a izotermického kompresora 303 na pohon druhej vzduchovej turbíny 319. V tomto príkladnom uskutočnení zariadenia 300 s plynovou turbínou 301 je izotermický kompresor kompresorom poháňaným plynom, konkrétne rotačným kompresorom 311, poháňaným plynovou turbínou 301.

Zariadenie s vzduchovou turbínou a izotermickým kompresorom

Namiesto hlavného ohrievača 307. obsahujúceho spaľovaciu komoru, možno použiť vonkajší zdroj tepla, ktorým môže byť kúrenisko vykurované uhlím alebo vykurovacím olejom, prípadne sa môže teplo získavať z chemických alebo priemyslových procesov, z jadrových reaktorov alebo zo slnečných pecí. Na obr. 11 je zobrazená bloková schéma zariadenia so vzduchovou turbínou 401, pri ktorom je hlavný ohrievač 407 tvorený kúreniskom, v ktorom sa spaľuje uhlie. Usporiadanie tohoto zariadenia je podobné ako na obr. 9 s tým rozdielom, že studený stlačený vzduch z izotermického kompresora 403 sa predhrieva výfukovým vzduchom zo vzduchovej turbíny 401 a predhriaty vzduch z výmenníka 405 tepla sa zahrieva hlavným ohrievačom 407. a potom sa nechá expandovať vo vzduchovej turbíne 401. spojenej s generátorom 409. Toto usporiadanie sa používa v prípadoch, kde nie je vhodné, aby splodiny spaľovania zo spaľovacej komory prechádzali turbínou. Podobný okruh by bolo možné použiť i pre iné zdroje tepla, to znamená priemyslové, chemické, solárne, jadrové, geotermálne a podobne, pri ktorých nie sú žiadne splodiny spaľovania. Základný rozdiel by spočíval v tom, že kúrenisko na uhlí by sa nahradilo iným druhom výmenníka tepla.

Rovnako ako zariadenie s plynovou turbínou, zobrazené na obr. 9, môže i toto zariadenie s vonkajším zahrievacím cyklom obsahovať stupne, v ktorých prebieha opätovné zahrievanie v priebehu expandovania vzduchu v turbíne. Základným znakom akéhokoľvek otvoreného alebo uzavretého okruhu s vonkajším zdrojom tepla, ktorý nemá spaliny ako pracovnú látku, je skutočnosť, že tepelná kapacita výfukového plynu vystupujúceho z turbíny je v podstate rovnaká ako tepelná kapacita privádzaného plynu. Tým nevzniká žiadne prebytočné teplo, ktoré by sa inak pri rozdielnych tepelných kapacitách objavovalo, takže v tejto časti okruhu nie sú použité žiadne prídavné turbíny.

Obr. 12 zobrazuje iné príkladné uskutočnenie zariadenia 450 obsahujúceho jednak plynovú turbínu 451. poháňajúcu prvý generátor 453. a vzduchovú turbínu 455. poháňajúcu druhý generátor 457. Teplo obsiahnuté vo výfukových plynoch z plynovej turbíny 451 sa získava späť tým, že sa využíva na zahrievanie privádzaného studeného stlačeného vzduchu, ktorý potom expanduje vo vzduchovej turbíne 455. Pretože vzduchová turbína 455 v konečnom stupni cyklu na výrobu elektrickej energie, kde je najnižšia teplota, označuje sa tento cyklus ako vzduchom ukončovaný cyklus alebo cyklus so vzduchovým najnižším stupňom.

Zariadenie s plynovou turbínou a vzduchovým najnižším stupňom

Ako je vidieť z obr. 12, horúci stlačený vzduch z prvého rotačného kompresora 459 sa privádza do spaľovacej komory 461. kde sa spaľuje spolu s palivom. Spaliny sa potom vedú na vstup plynovej turbíny 451. ktorá poháňa prvý generátor 453. Horúci stlačený vzduch z druhého konvenčného rotačného kompresora 463 sa privádza do izotermického kompresora 465, ktorý môže byť poháňaný plynom a môže mať konštrukčné uskutočnenie podľa niektorého z príkladov zobrazených na obr. 1 až 7. Studený stlačený vzduch z izotermického kompresora 465 je smerovaný do výmenníka 467 tepla, v ktorom sa stlačený vzduch zahrieva spalinami z plynovej turbíny 451. Horúci stlačený vzduch z výmenníka 467 tepla sa privádza na vstup vzduchovej turbíny 455. ktorá poháňa druhý generátor 457.

I keď tento cyklus ukončený vzduchovou turbínou a obsahujúci izotermický kompresor 465 nemusí byť tak účinný ako zariadenia zobrazené na obr. 9 a 10, podstatnou výhodou tohoto uskutočnenia je, že plynová turbína použitá v tomto zariadení môže byť jednou z bežne vyrábaných turbín, osadzovaných do existujúcich elektrární. Tým odpadajú náklady spojené s vývojom novej plynovej turbíny a súčasne odstraňuje potrebu nákladov na zaobstaranie kotolní používaných v CCGT.

Spôsob akumulácie a opätovného uvoľnenia energie

Izotermický kompresor sa môže využívať tiež na uchovávanie energie vo forme stlačeného plynu, napríklad vzduchu. Schémy na uchovávanie energie vo forme stlačeného plynu už existujú, ale použitie niektorého z konvenčných kompresorov znamená, že značná časť energie sa stratí vo forme tepla, ktoré unikne, takže táto časť energie sa už nemôže získať. Ak sa vzduch stláča izotermicky, spotrebuje sa v priebehu stlačovania menej energie a môže sa tak znovu získať väčšia časť pôvodnej energie. Studený stlačený vzduch sa môže skladovať vo vhodných veľkých dutinách, ktoré môžu znášať vysoké tlaky bez podstatných únikov. Pre tento účel sa môžu využívať vyťažené šachty alebo ropné studne. Najvýhodnejsírni zásobníkmi stlače66 ného plynu môžu byť vyťažené pobrežné ropné vrty, pretože tlak morskej vody zabezpečuje prirodzené vonkajšie stlačovanie, ktoré zamedzuje unikaniu vzduchu.

Aby izotermický kompresor pracoval ako izotermický expander, privádza sa studený stlačený vzduch zo zásobnej nádoby alebo zásobníka do kompresnej komory a nechá sa expandovat a pritom vytláča piest von z kompresnej komory. V priebehu expanzie sa plyn postrekuje rozprášenou kvapalinou, rozstrekovanou do komory, aby sa udržala konštantná teplota plynu alebo aby sa teplota plynu zvýšila. Tlaková a tepelná energia plynu sa premení na energiu kinetickú, ktorá je schopná buď stlačovať prostredníctvom druhého piestu určitý objem plynu v druhej komore, alebo je schopná rovnakým piestom stlačovať plyn pri svojom vratnom pohybe do kompresnej komory. Plyn sa stlačuje adiabaticky, takže sa jeho teplota zvyšuje na prevádzkovú teplotu turbíny, napríklad na 300 °C pri vzduchovej turbíne.

Obr. 13 zobrazuje podrobnejšie príklad zariadenia na uchovávanie energie, pri ktorom sa akumulovaná energia spätne získava pri prevádzke izotermického kompresora v opačnom prevádzkovom režime, kedy pracuje ako izotermický expandér. Podľa príkladu z obr. 13a zariadenie na akumuláciu energie obsahuje izotermický kompresor 501. ktorý je podobný s kompresorom z obr. 5 a ktorý je poháňaný rotačným kompresorom 503. ktorý je zase poháňaný motorom 505. Izotermický kompresor 501 obsahuje hornú komoru 509. umiestnenú zvisle na spodnú komoru 511, tuhý piest 512 voľne pohyblivý hore a dole striedavo do oboch komôr 509, 511 a zase von z komôr. Spodná komora 511 obsahuje utesnený objem plynu a slúži ako adiabatická odrazová komora, ktorá zabezpečuje pružením plynového vankúša vrátenie tuhého piestu 512 späť do hornej komory 509. Horná komora 509 je opatrená prívodným otvorom 521 na prívod 521 na prívod horúceho stlačeného vzduchu, v ktorom je osadený prívodný ventil 525 na ovládanie prívodu horúceho stlačeného vzduchu do hornej komory 509 z rotačného kompresora 503. Tretí prívodný otvor 529 na vstup vzduchu, osadený ventilom 533. je upravený na privádzanie prídavného množstva nízkotlakového vzduchu do hor67 nej komory 509 v priebehu pohybu tuhého piestu 512 smerom von. Vypúšťací otvor 513 na vypúšťanie stlačeného plynu je opatrený výpustným ventilom 517 na umožnenie odvádzania stlačeného plynu z hornej komory 509. Vypúšťací otvor 513 na vypúšťanie stlačeného plynu je prepojený cez odlučovač 547 vlhkosti s veľký zásobníkom 548. vytvoreným najmä podzemnou dutinou vo vyťaženej šachte alebo podobne, upravenej na skladovanie studeného stlačeného vzduchu. Horná komora 509 je ďalej opatrená vstupným otvorom 537. ktorým sa do vnútra vstrekuje rozprašovaná kvapalina, privádzaná od vstrekovacieho čerpadla 543. Kvapalina sa privádza do vstrekovacieho čerpadla 543 z vhodného zdroja, napríklad zo zásobníka, rieky, jazera alebo zásobnej nádrže 544 a potom sa opäť vracia z odlučovača 547 vlhkosti späť do zásobnej nádrže 544. Rozstrekovaná kvapalina, vytlačovaná z kompresnej komory po stlačovaní plynu, má v podstate teplotu svojho okolia a teplo v kvapaline sa môže akumulovať na následné využitie pri spätnej rekuperácii. V tomto prípade je výhodné akumulačnú nádrž na vodu zabezpečiť tepelnou izoláciou, aby sa obmedzilo unikanie tepla z vody do okolia.

Obr. 13b zobrazuje jedno z možných príkladných uskutočnení zariadenia na spätné získavanie energie zo skladovaného stlačovaného vzduchu, opatreného izotermickým expandérom 501.

Izotermický expandér 501 obsahuje hornú komoru 509. umiestnenú zvisle nad spodnou komorou 11, a voľne posuvný tuhý piest 512. ktorý sa môže premiestňovať v zvislom smere do oboch komôr 9. 11. Horná komora 509 je opatrená prívodným otvorom 521 na prívod studeného stlačeného plynu, umiestneným na hornom konci hornej komory 509. uzatváraným prívodným ventilom 525 a prepojeným so zásobníkom 548 stlačeného plynu. Horná komora 9 je tiež opatrená vstupným otvorom 537 na vstrekovanie rozprašovanej kvapaliny, napojeným na zásobnú nádrž 544 cez kvapalinové vstrekovacie čerpadlo 543. V určitej vzdialenosti od vrcholu hornej komory 509 je vytvorený vypúšťací otvor 513. ovládaný výpustným ventilom 517 a spojený s odlučovačom 547 vlhkosti.

Spodná komora 11 je opatrená prívodným otvorom 518 na prívod plynu, uzatváraným a otváraným ventilom 519. umožňujúcim nasávanie vzduchu do spodnej komory 11. a výstupným otvorom 527 ovládaným ventilom 529 a napojeným na vstup vzduchovej turbíny 531. Prívodný otvor 518 a vypúšťací otvor 527 sú umiestnené v stene spodnej komory 511 v určitej vzdialenosti nad základňou spodnej komory 511. Vzduchová turbína 531 je upravená na pohon generátora 533.

Typický pracovný cyklus zariadenia na spätné získavanie energie podľa obr. 13b začína v najvyššej hornej polohe tuhého piestu 512 v hornej komore 509. V tomto okamihu obsahuje spodná komora 511 čerstvý objem vzduchu, ktorý sa má stláčať, a oba jej ventily 519, 529' sú uzavreté.

Ak tuhý piest 512 príde na okamih do kľudovej polohy v hornej úvrati svojho zdvihu, otvorí sa prívodný ventil 525 na prívod stlačeného plynu a umožní tak prívod čerstvej dávky studeného stlačeného vzduchu napríklad z podzemného zásobníka 548 na skladovanie stlačeného vzduchu do hornej komory 509 prívodným otvorom 521 na prívod stlačeného plynu. Stlačený vzduch sa nechá v hornej komore 509 expandovať a tým tlačí tuhý piest 512 smerom dole. Súčasne sa do hornej komory 509 vstrekuje teplá voda, privádzaná zo zásobnej nádrže 544 na vodu, vo forme drobných rozprášených kvapôčiek. Z kvapalinovej sprchy prechádza teplo do stlačeného vzduchu v priebehu jeho expandovania a tým sa zamedzuje ochladzovanie vzduchu, takže jeho expanzia môže prebiehať približne izotermicky.

Pri pohybe tuhého piestu 512 do spodnej komory 511 dochádza k adiabatickému stlačovaniu objemu vzduchu v spodnej komore 511 a po dosiahnutí požadovanej hodnoty tlaku tohoto stlačovaného vzduchu sa otvorí ventil 529' a horúci stlačený vzduch prúdi von zo spodnej komory 511 a expanduje vo vzduchovej turbíne 531. Ak tuhý piest 12 prejde popri otvoroch 518. 527 v stene spodnej komory 511. prekryje ich a zvyšok vzduchu, uzavretý v spodnej komore 511 pod prívodným otvorom 518 a vypúšťacím otvorom 527, pri ďalšom pohybe tuhého piestu 512 sa potom stláča adiabaticky a slúži ako dočasný akumulátor zvyšnej energie tuhého piestu 512. ktorý sa využije na vrátenie tuhého piestu 512 smerom hore k jeho hornému vratnému bodu jeho dráhy v hornej komore 509.

Tuhý piest 512 prichádza na okamih do kl’udu nad základňou spodnej komory 511 a potom sa tlačí hore expandujúcim uzavretým množstvom stlačeného vzduchu. Pri obrátení smeru pohybu tuhého piestu 512 sa na hornej strane hornej komory 509 otvorí výpustný ventil 517 a expandovaný vzduch sa spolu s rozstrekovanou kvapalinou vytláča z hornej komory 509 cez odlučovač 547 vlhkosti. V ňom sa oddelí rozstrekovaná kvapalina od vzduchu a vracia sa do zásobnej nádrže 544 na vodu a vzduch sa z odlučovača 547 vlhkosti vypúšťa do atmosféry. Ak sa tuhý piest 512 pohybuje smerom hore okolo prívodného otvoru 518 na prívod vzduchu do spodnej komory 511. otvorí sa vstupný ventil 519 a čerstvá dávka vzduchu sa nasaje do spodnej komory 511. aby mohla byť v nasledujúcom cykle opäť stláčaná. Pohyb tuhého piestu 512 smerom hore je zastavený zvyškom vzduchu zachyteného v hornej komore 509 po prechode tuhého piestu 512 okolo vypúšťacieho otvoru 513. Ak tuhý piest 12 dosiahne hornú polohu svojho zdvihu v hornej komore 11, je celý jeden cyklus skončený.

I keď je v príkladoch na obr. 13a a 13b zobrazená vždy len jedna zásobná nádrž na vodu, optimálne akumulačné ústrojenstvo by malo obsahovať jednu alebo viac izolovaných zásobných nádrži, obsahujúcich studenú vodu, ktorá prešla izotermickým expandérom, a najmenej jednu izolovanú zásobnú nádrž na teplú vodu, ktorá prešla izotermickým kompresorom. V nasledujúcom akumulačnom a rekuperačnom cykle sa bude studená voda využívať na izotermické stlačovanie vzduchu, zatiaľ čo tepla voda sa bude využívať na izotermickú expanziu vzduchu.

Akumulačné a rekuperačné schémy pre skladovanie a uvoľňovanie energie, zobrazené na obr. 13a a 13b, nepotrebujú v priebehu spätného získavania energie žiadne palivo alebo vonkajší zdroj tepla. Izotermický kompresor môže byť súčasne izotermickým expandérom, modifikovaným podľa požadovanej funkcie, to znamená podľa toho, či má fungovať ako kompresor alebo ako expandér, prípadne možno použiť dve samostatné jednotky, z ktorých je jedna upravená pre izotermické stlačovanie plynu na akumuláciu energie a druhá na izotermické expandovanie plynu pri spätnom získavaní energie. .1 keď izotermické expanzia pre spätné získavanie energie vyžaduje prívod tepla, aby sa zamedzilo ochladzovanie plynu pri jeho expandovaní, potrebné teplo sa môže získavať z vody privádzanej s teplotou zodpovedajúcou teplote jej okolia. Ak je k dispozícii zdroj tepla s teplotou vyššou ako je teplota okolia, ako je to pri získavaní tepla z priemyslových procesov alebo z chladiaceho systému existujúcej elektrárne, bolo by možné dosiahnuť spätné získavanie väčšieho množstva elektrickej energie než sa pôvodne akumulovalo.

Alternatívny prístup k akumulovaniu energie spočíva vo využití podobného cyklu, ako bol popísaný v predchádzajúcej časti a zobrazený na obr. 9 až 11, ale modifikovaného pre ľahšie skladovanie studeného stlačeného vzduchu. Ak sú požiadavky na dodávaný výkon nízke, môže sa využiť prebytok výkonu na zvyšovanie tlaku v podzemnej skladovacej dutine. Ak sú nároky na dodávku energie vysoké, môže sa odoberať studený stlačený vzduch z podzemného zásobníka a využívať na dodávku maximálneho množstva energie spotrebiteľovi.

Jedna z možných schém zariadenia na opätovné získavanie uskladnenej energie, obsahujúceho izotermický kompresor a zariadenie s plynovou turbínou, popísané pri objasňovaní príkladu na obr. 9, je zobrazené na obr. 14. Časti zariadenia s plynovou turbínou, zobrazeného na obr. 14, sú presne rovnaké ako v príklade na obr. 9 a podobné súčasti sú preto označené rovnakými vzťahovými značkami. Na obr. 14 sú znázornené dve alternatívne schémy na uchovávanie energie, jedna z nich umožňuje uchovávanie tepelnej energie v ľade a druhá schéma ukazuje možnosť uchovávania energie vo forme studeného stlačeného vzduchu. V tejto druhej schéme je výstup izotermického kompresora spojený s veľkou skladovacou dutinou, v ktorej sa môže stlačený vzduch skladovať. V období s nízkymi nárokmi na dodávanú energiu sa produkuje väčšie množstvo izotermického vzduchu než je potrebné na pohon plynovej turbíny, takže tento prebytočný vzduch sa môže ukladať. V období s vyššími nárokmi na dodávku energie je množstvo izotermického vzduchu produkovaného zariadením redukované a vzduch sa preto odoberá zo skladovacej dutiny. Príťažlivosť energetického skladovacieho systému na uchovávanie energie, obsahujúceho izotermický kompresor, oproti konvenčnému skladovaciemu systému na skladovanie stlačeného vzduchu spočíva v tom, že vzduch sa stláča pri rovnakej teplote ako je skladovacia teplota a nedochádza k spotrebe energie na produkciu prebytočného tepla, ktoré sa inak musí odvádzať alebo sa musí nechať voľne unikať.

Druhá skladovacia schéma na uchovávanie energie, zobrazená na obr. 14 obsahuje chladiaci systém 213 napojený na skladovaciu nádrž 215 na skladovanie ľadu/vody. Voda zo skladovacej nádrže 215 sa môže privádzať do izotermického kompresora 203 na rozstrekovanie v priebehu stlačovania. Systém využívajúci zásobu vody alebo ľadu je výhodnou ponukou na využitie najmä v podmienkach, kedy sa vyskytujú veľké rozdiely medzi dennými a nočnými teplotami. Napríklad v noci, kedy je teplota okolia nízka a nároky na dodávku energie sú tiež nízke, môže zariadenie pracovať na plnú kapacitu, ale prebytočný výkon sa spotrebúva na pohon chladiaceho systému 213, ktorým sa voda zmrazuje na ľad a ten sa potom uchováva. V priebehu tejto doby sa plne využíva vonkajší chladiaci systém 217 s vodnou sprchou. V priebehu dňa, kedy sa vyskytujú špičkové nároky na dodávku energie, je vonkajší chladiaci systém 217 s vodnou sprchou nahradený alebo doplnený chladením zaisťovaným topením ľadu.

Existuje rad priemyslových procesov, pri ktorých prebieha v širokom merítku stlačovanie plynov vrátane vzduchu. Príklady takýchto postupov predstavuje chladenie a skvapalňovanie, ktoré sa často využívajú ako spôsoby oddeľovania alebo čistenia plynov. Stlačovací proces je obvykle náročný na spotrebu energie. Izotermický kompresor znižuje potrebu dodávaného výkonu a môže sa výhodne využívať na chladenie a/alebo skvapalňovanie mnohých rôznych plynov.

Plynové kompresory s tepelným pohonom

Kompresor poháňaný spalinami

Na obr. 15 je znázornené príkladné uskutočnenie plynového kompresora 700 s termálnym pohonom, tvoriaceho súčasť zariadenia na výrobu energie. Kompresor 700 zobrazený na obr. 15 obsahuje izotermický kompresor 701. poháňaný horúcim stlačeným plynom, a spalinový kompresor 703 poháňaný spaľovaním paliva. Plynom poháňaný izotermický kompresor 701 je veľmi podobný izotermickému kompresoru zobrazenému na obr. 5, pričom obdobné súčasti sú označené obdobnými vzťahovými číslami, zväčšenými o 700.

Spalinový kompresor 703 obsahuje horný priestor 726, umiestnený nad spodným priestorom 728. pričom oba priestory 726, 728 sú valcovíto súmerné. Priemer horného priestoru 726 je menší ako priemer spodného priestoru 728 a oba priestory 726. 728 sú usporiadané súosovo. v hornom priestore 726 je vytvorená spaľovacia komora 730, ktorá je opatrená prívodným otvorom 736 na prívod horúceho stlačeného plynu, ovládaný ventilom 738, palivovým vstupným otvorom 744 na prívod paliva a výfukovým otvorom 740 na odvádzanie spalín, ovládané ventilom 742. Prívodný otvor 736 na prívod horúceho stlačeného plynu je napojený na výstupný otvor stlačeného plynu z izotermického kompresora 701. poháňaného plynom, cez výmenník 770 tepla, v ktorom dochádza k odovzdávaniu tepla z plynu do vzduchu a v ktorom sa predhrieva studený stlačený plyn alebo vzduch, prichádzajúci z izotermického kompresora 701. výfukovými plynmi zo spaľovacej komory 726.

Spalinový kompresor 703 ďalej obsahuje adiabatickú kompresnú komoru 732. vytvorenú v hornej časti spodného priestoru 728 a opatrenú privádzacím otvorom 746 na prívod plynu, ovládaný ventilom 748. a výstupný otvor 750 na vypúšťanie stlačeného plynu, ovládané ventilom 752. ktorý je prepojený so vzduchovou turbínou 776. ktorá poháňa generátor 782. V spodnej časti spodného priestoru 728 je vytvorená adiabatické kompresná/expanzná alebo odrážacia komora 734. Spalinový kômp73 resor 703 má tuhý piest 759 so značnou vlastnou hmotnosťou, pozostávajúci z hornej časti 760, ktorej vnútorný priemer je prispôsobený vnútornému priemeru horného priestoru 726. a zo spodnej časti 762, ktorej vonkajší priemer je prispôsobený vnútornému priemeru spodného priestoru 728.

Adiabatická odrážacia komora 734 obsahuje utesnený objem vzduchu alebo iného plynu, tvorí prostriedok na premenu kinetickej energie tuhého piestu 759. ktorá smeruje dole, na kinetickú energiu smerovanú hore, ktorou je tuhý piest 759 poháňaný vratným zdvihom hore.

Okolo stien spaľovacej komory 730 je vytvorený chladiaci plášť 758, ktorý je vytvorený tiež okolo hlavy spaľovacej komory 730. v ktorej sú umiestnené prívodné a vypúšťacie ventily, pričom v chladiacom plášti 758 je zaistená cirkulácia chladiacej tekutiny, aby sa zaistilo chladenie stien spaľovacej komory 730. Chladiacou látkou je s výhodou časť studeného stlačeného vzduchu odvádzaného z izotermického kompresoru 701, ktorá je usmerňovaná do chladiaceho plášťa 758 po oddelení kvapaliny z prúdu stlačeného vzduchu v odlučovači 749 vlhkosti. Chladiaci plášť 758 je opatrený výstupným otvorom 764, ktorý je prepojený s prívodným potrubím spájajúcim výstupný otvor 750 v adiabatickej kompresnej komore 732 so vzduchovou turbínou 776. Pri tomto usporiadaní odoberá studený stlačený plyn, smerovaný do chladiaceho plášťa 758. teplo zo stien spaľovacej komory 730. pričom táto energia je s výhodou premenená na mechanický výkon expanziou horúceho stlačeného plynu opúšťajúceho chladiaci plášť 758 a vedeného do vzduchovej turbíny 776.

Plynom poháňaný izotermický kompresor 701 je poháňaný čiastočne horúcim stlačeným plynom, produkovaným spalinovým kompresorom 703 v adiabatickej kompresnej komore 732. Úlohou tohoto izotermického kompresora 701 je zaistiť značné množstvo studeného stlačeného vzduchu alebo iného oxidačného plynu s teplotou napríklad 40 °C. Izotermický kompresor 701 produkuje výrazne väčšie množstvo stlačeného vzduchu než sa k nemu musí privádzať. Studený stlačený vzduch z izotermického kompresora

701 sa zahrieva a využíva na pohon spalinového kompresora 703. Úlohou spalinového kompresora 703 je produkovať veľké množstvo horúceho stlačeného vzduchu, ktorý sa môže následne využiť na pohon turbín, slúžiacich na výrobu elektrickej energie. Ako už bolo povedané, časť horúceho stlačeného plynu, produkovaného spalinovým kompresorom 703. sa využíva na pohon izotermického kompresora 701.

Izotermický kompresor 701 má svoj výstupný otvor 713 na odvádzanie studeného stlačeného vzduchu spojený s prívodným otvorom 736 na prívod horúceho stlačeného vzduchu do spalinového kompresora 703 cez odlučovač 749 vlhkosti a výmenník 770 tepla na odovzdávanie tepla z plynu do vzduchu. S týmto výmenníkom 770 tepla je spojený výfukový otvor 740 na odvádzanie výfukových plynov zo spalinového kompresora 703. takže teplo sa z prúdu výfukových plynov zo spaľovacej komory 730 odovzdáva studenému stlačeného vzduchu, privádzanému z izotermického kompresora 701. Výstupný otvor 750 na odvádzanie horúceho stlačeného vzduchu zo spalinového kompresora 703 je spojený s prívodným otvorom 721 pre vstup horúceho stlačeného vzduchu pri izotermickom kompresore 701.

V ďalšej časti popisu bude popísaný priebeh jedného typického pracovného cyklu izotermického kompresora 701 podľa obr. 15, pričom pracovný cyklus začína v okamihu, v ktorom je tuhý piest 712 vo vrchole svojho zdvihu v izotermickej kompresnej komore 709 izotermického kompresora 701. Všetky ventily- na prívod a vypúšťanie plynu sú pri tejto izotermickej kompresnej komore 709 uzavreté.

Ak sa tuhý piest 712 dostane v svojej hornej úvrati na okamih do kľudu, otvorí sa prívodný ventil 725 na prívod horúceho stlačeného plynu, aby sa umožnilo privádzanie horúceho stlačeného vzduchu zo spalinového kompresora 703 do izotermickej kompresnej komory 709 vstupným otvorom 721 pre horúci stlačený plyn. Tlakom horúceho stlačeného plynu sa začne tuhý piest 712 poháňať zo svojej najvyššej polohy smerom dole a von z izotermickej kompresnej komory 709. Akonáhle dosiahne tuhý piest 712 vopred stanovenú polohu, prívodný ventil 725 na pri75 vod horúceho stlačeného plynu sa uzavrie a vzduch expanduje adiabaticky a pokračuje v pohone tuhého piestu 712 smerom dole. Keď tlak vzduchu v izotermickej kompresnej komore 709 klesne na vopred stanovenú hodnotu, otvorí sa plynový prívodný ventil 733 a prídavné množstvo vzduchu s nízkym tlakom, napríklad atmosférického vzduchu, sa nasaje do izotermickej kompresnej komory 709 pri pokračujúcom posuvnom pohybe tuhého piestu 712 von z izotermickej kompresnej komory 709. V tejto fáze tuhý piest 712 pokračuje v svojom posune smerom dole pôsobením značných zotrvačných síl.

Pri svojom pohybe smerom dole stláča tuhý piest 712 plyn v adiabatickej odraznej komore 711. pričom stlačovanie uzavretého objemu plynu prebieha adiabaticky. Prakticky všetka kinetická energia tuhého piestu 712 sa transformuje na energiu ply nu v adiabatickej odraznej komore 711 a tuhý piest 712 sa na okamih zastaví. V tomto okamihu sa uzavrie plynový prívodný ventil 733 v izotermickej kompresnej komore 709.

V nasledujúcom okamihu sa tuhý piest v adiabatickej odraznej komore 711 dáva do pohybu opačným smerom, pretože stlačený plyn začína expandovať a vytláča tuhý piest 712 smerom hore. Tuhý piest 712 je tak poháňaný spät do izotermickej kompresnej komory 709 a stláča vzduch v nej obsiahnutý a pozostávajúci jednak z časti studeného expandovaného vzduchu, privedeného predtým vstupným otvorom 721 zo spalinového kompresora 703. a jednak z časti prídavného vzduchu s pomerne malým tlakom, privedeného vstupným otvorom 729. Prvá fáza stlačovania je adiabatická, ale akonáhle teplota vzduchu dosiahne teplotu privádzanej rozstrekovacej kvapaliny, začne sa táto kvapalina vstrekovať a rozprašovať do izotermickej kompresnej komory 709 vstrekovacím otvorom 737 na vstrekovanie rozprašovanej kvapaliny. Priemer kvapôčiek vytváraných pri tomto rozstrekovaní a tvoriacich kvapalinovú sprchu je okolo 0,4 mm, čo poskytuje veľkú povrchovú plochu pre účinné odovzdávanie tepla, takže teplota plynu sa udržuje pod 40 °C. Bez tohoto sprchovania rozprášenou kvapalinou by teplota mohla dosiahnuť 300 °C.

Akonáhle dosiahne tlak vzduchu v izotermickej kompresnej komore 709 požadovanú hodnotu, otvorí sa výpustný ventil 717 a studený stlačený vzduch sa spolu s postrekovacou kvapalinou odvedie výstupným otvorom 713. Zmes studeného stlačeného vzduchu a postrekovačej kvapaliny sa vedie odlučovačom 749 vlhkosti, kde sa postrekovacia kvapalina oddelí a vracia sa späť vratným potrubím 753 do chladiaceho systému 745, v ktoroma sa ochladí pred svojim opätovným použitím na rozstrekovanie do chladiacej sprchy.

Skôr než tuhý piest 712 dosiahne vrchol svojho zdvihu, môže sa výpustný ventil 717 na vypúšťanie stlačeného plynu uzavrieť a zvyšná kinetická energia tuhého piestu 712 sa môže čiastočne absorbovať stlačovaním zvyšného objemu plynu v hornej časti izotermickéj kompresnej komory 709. Keď sa tuhý piest 712 na okamih zastaví vo vnútornom priestore izotermickej kompresnej komory 709, otvorí sa prívodný ventil 725 na prívod horúceho stlačeného plynu a čerstvá dávka horúceho stlačeného plynu sa privedie zo spalinového kompresora 703 do izotermickéj kompresnej komory 709 vstupným otvorom 721 pre vstup horúceho stlačeného plynu. Tuhý piest 712 sa potom poháňa smerom dole tlakom expandujúceho stlačeného vzduchu a celý cyklus sa opakuje.

Studený stlačený plyn z izotermickéj kompresnej komory 709 izotermického kompresora 701. ktorý prešiel odlučovačom 749 vlhkosti, potom prechádza výmenníkom 770 tepla, v ktorom prebieha prevod tepla z horúceho plynu do chladného vzduchu a ktorý sa vyhrieva teplom z výfukových plynov zo spalinového kompresora 703 z teploty okolo 40 °C na teplotu okolo 850 °C alebo aj viac. Táto teplota je stanovená materiálovým obmedzením výmenníka 770 tepla a potrubia spájajúceho výmenník 770 tepla so spalinovým kompresorom 703.

Vráťme sa späť k spalinovému kompresoru 703. Ak sa tuhý piest 759 dostáva na okamih do kľudovej polohy vo vrchole svojho zdvihu v spaľovacej komore 730, otvorí sa prívodný ventil 738 pre prívod horúceho stlačeného plynu a vopred stanovené množstvo predhriateho vzduchu z výmenníka 770 tepla sa privedie do spaľovacej komory 730 prívodným otvorom 736 pre pri77 vod horúceho stlačeného plynu. Potom sa prívodný ventil 738 na prívod horúceho stlačeného plynu uzavrie a do spaľovacej komory 730 sa vpraví vopred stanovené množstvo paliva palivovým vstupným otvorom 744. Palivo sa zapáli a začne horieť, čím sa vyvinie tlak na piest 759. ktorý sa tak tlačí smerom dole a von zo spaľovacej komory 730. pričom tlak plynov odovzdáva piestu 759 kinetickú energiu. Palivo sa pridáva tak, aby tlak plynov zostal približne konštantný v priebehu celého intervalu vstrekovania paliva. Po vpravení požadovaného množstva paliva sa jeho ďalšie injektovanie zastaví a spaliny expandujú približne adiabaticky a tlak klesá z tlaku približne 2 alebo 3 MPa až na približne atmosférický tlak.

V priebehu spaľovacej fázy, pri ktorej sa udržuje konštantný tlak, sa studený stlačený vzduch vháňa do chladiaceho plášťa 758 okolo spaľovacej komory 730, aby ochladzoval obvodové steny spaľovacej komory 730.

Pri pohybe piestu 759 smerom dole z jeho najvyššej polohy sa do adiabatickej kompresnej komory 732 nasáva atmosférický vzduch vzduchovým privádzacím otvorom 746. Piest 759 sa pritom pohybuje do adiabatickej odraznej komory 734 a začína stláčať v nej uzavretý objem plynu. Po uzavretí prívodného ventilu 738 na prívod stlačeného plynu a po zastavení vstrekovania paliva do spaľovacej komory 730. splodiny horenia začnú expandovat adiabaticky a pokračujú v odovzdávaní kinetickej energie piestu 759. Táto energia sa postupne absorbuje plynom obsiahnutým v odraznej komore 734. až sa nakoniec pohyb piestu 759 na okamih zastaví, pričom v tej chvíli sa prívodný ventil 748 na prívod plynu v adiabatickej kompresnej komore 732 uzavrie. Plyn v adiabatickej odraznej komore 734 sa potom začne adiabaticky rozpínať a poháňa piest 759 smerom hore tak do adiabatickej kompresnej komory 732. ako aj do spaľovacej komory 730. Pri pohybe piestu 759 do spaľovacej komory 730 sa horné plynné spaliny vytláčajú zo spaľovacej komory 730 výfukovým otvorom 740 pre výfukové plyny. Pri posuve piestu 759 do adiabatickej kompresnej komory 732. stláča vzduch, ktorý sa predtým do adiabatickej kompresnej komory 732 nasal, takže kompresné teplo zvyšuje teplotu vzduchu v priebehu tohoto procesu na hodnotu napríklad vyššiu než 300 °C. Ak vnútorný tlak adiabatickej kompresnej komory 732 dosiahne požadovaný tlak, napríklad vstupný prevádzkový tlak vzduchovej turbíny, ktorý sa môže pohybovať medzi 2a 3 MPa, otvorí sa vypúšťací ventil 752 na vypúšťanie horúceho stlačeného plynu a horúci stlačený plyn opúšťa vnútro adiabatickej kompresnej komory 732 výstupným otvorom 750 pre plyn. Piest 759 pokračuje v svojom pohybe smerom hore a potom sa vypúšťací ventil 752 na ovládanie vypúšťania horúceho stlačeného vzduchu uzavrie.

Väčšia časť horúceho stlačeného vzduchu sa využije na pohon hlavnej vzduchovej turbíny 776 a menšia časť stlačeného vzduchu sa využije na pohon izotermického kompresora 701.

Pretože v spalinách zo spalinového kompresora 703 je obsiahnuté väčšie množstvo tepla než je potrebné na zahriatie izotermicky stlačeného vzduchu, potrebného na pohon spalinového kompresora 703. prebytočné teplo sa využije na zahrievanie prídavného vzduchu z izotermického kompresora 701 a tento predhriaty stlačený vzduch, s teplotou okolo 850 °C alebo i viac sa privádza priamo do vzduchovej turbíny 776. v ktorej sa nechá expandovať a tak produkovať prídavný výkon.

Aby sa dosiahol maximálny energetický zisk z horúcich výfukových plynov, môže byť tepelne poháňaný kompresor navrhnutý tak, že teplota a tlak stlačeného plynu opúšťajúceho výmenník 770 tepla, v ktorom prebieha odovzdávanie tepla z plynu do vzduchu zodpovedá alebo takmer zodpovedá teplote a tlaku stlačeného vzduchu vychádzajúceho z adiabatickej kompresnej komory 732. To možno dosiahnuť návrhom kompresora s vysokým kompresným pomerom, napríklad medzi 25 a 40. Optimálny kompresný pomer je určený pomerom absolútnej spaľovacej teploty k absolútnej teplote výfukových plynov v mieste, kde opúšťajú spaľovaciu komoru 730. V tomto prípade je výhodné odobrať všetko prebytočné teplo v jednoduchej expanzii pridaním ďalšieho množstva vzduchu z plynovo-vzduchového výmenníka tepla do vstupného prúdu vzduchovej turbíny. Odobranim prebytočného tepla týmto spôsobom sa s výhodou odstráni nutnosť použitia samostatnej malej vzduchovej turbíny a s ňou spriahnutého generátora, čo znižuje investičné náklady výrobného zariadenia na výrobu energie. Teplo z výfukových plynov, ktoré nie je potrebné na predhrievanie studeného stlačeného plynu, privádzaného na spaľovanie, tvorí spravidla len malý podiel z celkového množstva energie a pohybuje sa okolo 12 % celkového získateľného tepla z výfukových plynov. Aby sa však čo najviac zvýšila účinnosť elektrárne alebo iného podobného zariadenia, je nutné získavať všetko prebytočné teplo zo všetkých prebiehajúcich procesov. Je preto vhodné, aby prebytočné vyfukované teplo zo spaľovacej komory 730 sa mohlo získavať rôznymi spôsobmi, pričom vhodná metóda by mala byť založená na konštrukčných parametroch zariadenia ako je kompresný pomer plynu, teplota vzduchu vstupujúceho do spaľovacej komory 730 a spaľovacia teplota konkrétneho kompresora. V niektorých prípadoch môže byť napríklad vhodné zariadiť do zariadenia viac ako jednu pomocnú vzduchovú alebo plynovú turbínu a s ňou spriahnuté výmenníky tepla a generátory elektrickej energie.

Na uvedenie kompresora 700 z kľudu do chodu je nutné vonkajšie zariadenie, ktoré by mu dodalo počiatočnú energiu na uvedenie piestu do pohybu, čo sa môže uskutočniť využitím pomerne malého axiálneho kompresora, produkujúceho horúci stlačený plyn, ktorý by pomohol spustiť izotermický kompresor. Akonáhle začne izotermický kompresor produkovať studený stlačený vzduch, môže sa využiť na spustenie spalinového kompresora.

I keď je prevádzka izotermického kompresora závislá od spalinového kompresora a naopak, relatívne fázy medzi operačným cyklom izotermického kompresora a operačným cyklom spalinového kompresora sú úplne ľubovoľné. Preto teda môže byť pracovná frekvencia izotermického kompresora rozdielna od pracovnej frekvencie spalinového kompresora. Všeobecne býva určitý časový interval medzi výstupom studeného stlačeného vzduchu z izotermického kompresora a vpravovaním predhriateho stlačeného vzduchu do spalinového kompresora. Podobne sa vždy vyskytuje určitý časový interval medzi výstupom horúceho stlačeného vzduchu do izotermického kompresora. Celý systém tak má určitú časovú konštantu, ktorá sa môže meniť v závislosti od charak80 teristických hodnôt súčastí kompresorov, napríklad od dĺžky potrubia slúžiaceho na vedenie stlačeného plynu medzi kompresormi. Konštrukcia izotermického kompresora sa môže meniť a môže mať podobu niektorého príkladu, popísaného pri objasňovaní obr. 1 až 4 alebo 6, prípadne môže byť modifikovaná, ako je to zrejmé odborníkom v tomto odbore.

Okrem toho môže mať spaľovací kompresor konštrukciu podobnú ako jeden z príkladov izotermického kompresora, popísaných v predchádzajúcich príkladoch, alebo ako modifikácie týchto príkladov, ktoré sú odborníkom zrejmé. Napríklad môže spaľovací kompresor obsahovať kombinovaný piest pozostávajúci z kvapalinových a tuhých častí, uložených v rúre tvaru U, podobnej z príkladov na obr. 2, pričom činnosť takého kompresora môže byť symetrická, takže produkuje horúci stlačený vzduch dvakrát za jeden cyklus.

Kompresor poháňaný spaľovaním

Tuhý piest v asymetrickom usporiadaní

V ešte inom príkladnom uskutočnení tepelne poháňaného kompresora môžu byť adiabatické i izometrické stlačovacie procesy priamo poháňané spaľovaním paliva a uskutočňované pomocou plného piestu.

Komora na jednej strane piestu môže slúžiť ako spaľovacia komora, v ktorej sa vyvoláva spaľovanie zmesi paliva a vzduchu alebo iného oxidantu a produkujú sa tak plynné splodiny spaľovania s vysokou teplotou, aby sa piestu dodala kinetická energia. Komora na protiľahlej strane piestu obsahuje plyn, ktorý je stláčaný a ktorý sa potom môže využiť na pohon turbíny. Pretože plynné spaliny majú podstatne väčšiu teplotu než plyn privádzaný z rotačného kompresora, dodáva sa piestu podstatne väčšia energia, pričom plyn sa môže expandovať v plnom rozsahu, čo umožní stlačovanie väčšieho objemu plynu v kompresnej komore. Vzduch alebo iná oxidačná látka, používaná na spaľovanie paliva, môže byť sama čiastočne stlačená v kompresnej komore. Vzduch alebo oxidačné látky sa môžu ochladzovať v prie81 behu stlačovania pomocou kvapalinovej sprchy, aby sa obmedzila na minimum stlačovacia práca. Vo výhodnom uskutočnení môže byť výmenník tepla usporiadaný tak, že môže predhrievať aspoň časť studeného stlačeného plynu horúcimi výfukovými plynmi zo spaľovacej komory, pričom časť takto predhriatych plynov sa môže privádzať do spaľovacej komory na spaľovanie s vhodným palivom.

Časť objemu plynu v kompresnej komore sa môže adiabaticky stlačovať a privádzať priamo na pohon plynovej turbíny. Stlačeným plynom môže byť napríklad vzduch na pohon vzduchovej turbíny, ktorý pracuje pri pomerne nízkej teploty a kde vyfukovaný plyn vzduchovej turbíny má teplotu blízku teplote okolitej atmosféry. Preto možno pokladať kombináciu plynového kompresora, poháňaného spalinami s extrémne vysokou teplotou a umožňujúceho premenu tepelnej energie na stlačovaciu energiu veľkého objemu stlačovaného vzduchu, a vzduchovej turbíny poháňanej stlačeným vzduchom, ktorý odvádza teplo pri pomerne nízkych teplotách za tepelný motor, ktorý má účinnosť n stanovenú rovnicou n = 1 - t /t , kde t je teplota, pri ktorej sa teplo uvoľňuje, a t je teplota, pri ktorej sa teplo absorbuje.

Piest môže byť upravený pre voľný pohyb hore a dole alebo v alternatívnom prípade dopredu a dozadu vo vodorovnej rovine. Príkladné uskutočnenie kompresora, pri ktorom je tuhý piest upravený pre striedavé posúvanie hore a dole v súvislom smere medzi nadväzujúcou hornou kompresnou komorou a spodnou spaľovacou komorou, je zobrazený na obr. 16 a tvorí v tomto príklade časť zariadenia na výrobu elektrickej energie.

V príklade na obr. 16 obsahuje tepelne poháňaný kompresor 500 izotermickú stlačovaciu komoru 503 a susednú adiabatickú stlačovaciu komoru 505'. ktoré sú umiestnené nad spaľovacou komorou 507. Obe stlačovacie komory 503', 505' sú od seba oddelené zvislou deliacou prepážkou 509'. ktorá vybieha z horné82 ho konca každej komory 503, 505' smerom dole. Piest 511 vytvorený z tuhého materiálu je opatrený pozdĺžnou drážkou 510. ktorá prebieha od hornej strany 512' piestu 511 smerom do jeho vnútra a v ktorej je voľne uložená spodná koncová časť deliacej prepážky 509. takže piest 511 je voľný pre pohyb hore a dole a do oboch stlačovacích komôr 503 , 505.

Spaľovacia komora 507 je opatrená prívodným otvorom 513 na prívod horúceho stlačeného vzduchu, ovládaným prívodným ventilom 515 na ovládanie vstrekovania horúceho stlačeného vzduchu do spaľovacej komory 507. vstrekovacim otvorom 517 na vstrekovanie paliva a výfukovým otvorom 519' na odvádzanie výfukových plynov, ovládaným výfukovým ventilom 521 . ktorý umožňuje vyfukovanie spalín zo spaľovacej komory 507. Spaľovacia komora 507 je obklopená chladiacim plášťom 523. ktorým môže cirkulovať chladiaci vzduch, ktorým sa chladia steny 525' spaľovacej komory 507. Každá z izotermických a adiabatických stlačovacích komôr 503, 507 je tiež opatrená prívodným otvorom 527, 529' na prívod vzduchu, ovládaným ventilom 531', 533. ktorý umožňuje nasávanie vzduchu do každej komory, a výstupným otvorom 535. 537' na vypúšťanie stlačeného vzduchu, ovládaným vypúšťacím ventilom 539, 541. ktorým sa umožňuje odvádzanie stlačeného vzduchu z každej komory. Izotermická stlačovacia komora 503 je tiež opatrená vstrekovacim otvorom 543' na vstrekovanie rozprášenej chladiacej kvapaliny. Kvapalina sa rozstrekuje pomocou vstrekovacieho čerpadla 545. ktoré nasáva postrekovaciu kvapalinu z chladiaceho systému 547.

Výstupný otvor 513 izotermickej stlačovacej komory 503 je spojený s odlučovačom 549 kvapaliny, v ktorom sa oddeľuje postrekovacia kvapalina z prúdu odsávaného stlačeného vzduchu. Výstupný otvor 537 na ovládanie stlačeného vzduchu z adiabatickej stlačovacej komory 505 je napojený na vstup hlavnej vzduchovej turbíny 551, ktorá spolu s druhou vzduchovou turbínou 553 poháňa generátor 555 na výrobu elektrickej energie.

Studený stlačený vzduch z odlučovača 549 kvapaliny sa rozvádza do troch smerov. Časť tohoto vzduchu sa vedie výmenníkom 557 tepla typu plyn-vzduch, v ktorom sa zahrieva teplom z výfukových plynov spaľovacej komory 507. Ďalšia časť studeného stlačeného vzduchu z odlučovača 549 kvapaliny sa vedie chladiacim plášťom 523 spaľovacej komory 507. aby sa dosiahlo chladenie stien 525' spaľovacej komory 507. Tretia časť studeného stlačeného vzduchu z odlučovača 549 kvapaliny sa privádza do druhého výmenníka 559 tepla typu vzduch-vzduch, v ktorom sa predhrieva vzduchom odvádzaným z druhej vzduchovej turbíny 553, aby sa potom táto časť vzduchu mohla privádzať na vstup hlavnej vzduchovej turbíny 551 spolu s hlavným prúdom horúceho stlačeného vzduchu z adiabatickej stlačovacej komory 505'.

Pracovný cyklus tohoto kompresora 500 bude popísaný v ďalšej časti počnúc okamihom, kedy sa piest 511' dostane do kľudovej koncovej polohy tesne nad základňou 508 spaľovacej komory 507 a je v tejto polohe podopretý vankúšom stlačeného vzduchu v spaľovacej komore 507. Izotermická stlačovacia komora 503' i adiabatická stlačovacia komora 505' obsahujú vzduch, nasatý do ich vnútorného priestoru prívodnými otvormi 527'. 529' na prívod vzduchu v priebehu predchádzajúceho pracovného cyklu, pričom ich prívodné ventily 531'« 533' na prívod vzduchu a vypúšťacie ventily 539, 541 sú v tejto fáze uzavreté.

Akonáhle sa piest 511' dostane do kľudovej polohy v spaľovacej komore 507. môže obrátiť smer svojho ďalšieho pohybu, pretože zachytený objem vzduchu sa začína adiabaticky rozpínať. V tejto chvíli sa. otvorí prívodný ventil 515 na prívod horúceho stlačeného vzduchu a ďalšia dávka horúceho stlačeného vzduchu sa privádza do spaľovacej komory 507 prívodným otvorom 513' stlačeného plynu. Do spaľovacej komory 507 sa potom vstrekuje vstrekovacím otvorom 527' palivo, ktoré sa mieša s horúcim privádzaným vzduchom a zapáli sa, pričom vznikajú teploty presahujúce 2000 °C. Spaliny potom expandujú pri konštantnej teplote a poháňajú piest 511' smerom hore a von zo spaľovacej komory 507.

Ak je palivom zemný plyn, dochádza k jeho zapáleniu spontánne pri prekročení teploty vzduchu 550 °C. Vonkajšie zapaľovanie bude nutné, ak teplota zahriateho vzduchu nebude dosaho84 vať túto hranicu, napríklad pri štartovaní kompresora. Niektoré druhy paliva môžu vyžadovať zapaľovanie zmesi pri každom cykle, i keď je teplota vzduchu veľmi vysoká. Rýchlosť vstrekovania paliva je regulovaná tak, aby tlak v spaľovacej komore 507 zostal približne stály. Výhodou tohoto riešenia je skutočnosť, že tlakové špičky dosahované v komore sú veľmi mierne. Z toho dôvodu potom nie je nutné vytvárať steny tlakových nádob s veľkou hrúbkou a je tiež možné obmedziť intenzitu hluku a vibrácií vznikajúcich pri chode kompresora. Určitou nevýhodou je mierne zníženie účinnosti kompresora.

Ako už bolo povedané, pri tomto uskutočnení zostáva tlak v spaľovacej komore 507 v priebehu celej spaľovacej fázy približne konštantný. V tejto fáze tiež začína piest 511' stláčať vzduch obsiahnutý vnútri izotermickej stlačovacej komory 503' a adiabatickej stlačovacej komory 505'. V priebehu stlačovania vzduchu v izotermickej stlačovacej komore 503' sa do jej vnútorného priestoru rozstrekuje kvapalina v okamihu, kedy teplota vzduchu vnútri komory 503' dosiahne teplotu rozstrekovanej kvapaliny. Kvapalina sa môže vstrekovať v konštantnom množstve. V určitom okamihu pohybu piestu 511' smerom hore sa uzavrie prívodný ventil 515 na prívod stlačeného vzduchu v spaľovacej komore 507 a vstrekovanie paliva sa zastaví. Tento okamih nastáva po vpravení odmeranej dávky paliva. V nasledujúcej fáze adiabaticky expandujú spaliny a tlak klesá až takmer na atmosférický tlak. Expanzia spalín sa premieňa na prácu pôsobiacu na piest 511' a výsledkom tohoto pôsobenia je odovzdanie kinetickej a potenciálnej energie piestu 511'. ktorý potom pokračuje v pohybe po dráhe svojho zdvihu v oboch stlačovacích komorách 503'. 505'.

Ak tlak stlačeného vzduchu vnútri adiabatickej stlačovacej komory 505' dosiahne požadovanú hodnotu, otvorí sa vypúšťací ventil 541 pre stlačený plyn a horúci stlačený plyn môže prúdiť z komory otvoreným výstupným otvorom 537'. Horúci stlačený plyn sa potom vedie do vstupu hlavnej vzduchovej turbíny 551. v ktorej dochádza k jeho expanzii a tým sa produkuje mechanická sila pre pohon generátora 555. Vstupná teplota hlavnej vzduchovej turbíny 551 a výstupná teplota adiabaticky stlačeného vzduchu z kompresora sú porovnateľné. Teplota výfukového vzduchu z hlavnej vzduchovej turbíny 551 je blízka teplote okolitej atmosféry.

Ak tlak vzduchu v izotermickej stlačovacej komore 503' dosiahne požadovanú hodnotu, otvorí sa vypúšťací ventil 539 na vypúšťanie stlačeného plynu a studený stlačený vzduch sa odsáva spolu s postrekovacou kvapalinou z izotermickej stlačovacej komory 503' výstupným otvorom 535 pre stlačený plyn a privádza sa z odlučovača 549 kvapaliny, v ktorom sa postrekovacia kvapalina oddelí od stlačeného vzduchu. Postrekovacia kvapalina sa odvádza z odlučovača 549 kvapaliny do chladiaceho systému 547' a potom sa opäť využije v ďalšom cykle na rozstrekovanie.

Časť studeného stlačeného vzduchu sa privádza z odlučovača 549 kvapaliny do výmenníka 557 tepla typu plyn-vzduch, v ktorom sa predhrieva teplom obsiahnutým vo výfukových plynoch odvádzaných zo spaľovacej komory 507 v priebehu predchádzajúcej fázy pracovného cyklu. Časť predhriateho stlačeného vzduchu, opúšťajúca výmenník 557 tepla typu plyn-vzduch, je usmerňovaná do spaľovacej komory 507 a ďalšia časť tohoto vzduchu je usmerňovaná do vstupu druhej vzduchovej turbíny 553. v ktorej sa nechá expandovať a tým produkuje mechanický výkon pre pohon generátora 555.

Časť studeného stlačeného vzduchu sa tiež vedie z odlučovača 549 kvapaliny druhým výmenníkom 559 tepla typu vzduchvzduch, v ktorom sa ohrieva výfukovým vzduchom z druhej vzduchovej turbíny 553 a potom sa tento predhriaty stlačený vzduch smeruje do hlavnej vzduchovej turbíny 551. aby tvoril doplnok hlavného horúceho stlačeného vzduchu z adiabatickej stlačovacej komory 505'.

Studený stlačený vzduch z odlučovača 549 kvapaliny sa tiež smeruje do chladiaceho plášťa 523. obklopujúceho spaľovaciu komoru 507. a má za úlohu chladiť obvodové steny 525' spaľovacej komory 507. Časť tohoto chladiaceho vzduchu sa môže tiež využiť na chladenie spodnej hlavy 514 piestu 511' v spaľovacej komore 507. Takéto chladenie sa môže zaistiť skupinou otvorov vytvorených v stenách spaľovacej komory 507. ktorými môže prechádzať vzduch z chladiaceho plášťa 523. Otvory alebo štrbiny na prívod chladiaceho vzduchu, vytvorené v bočných plochách piestu 511. zodpovedajú polohám otvorov v stenách 525' spaľovacej komory 507. Vnútro piestu 511' je upravené pre umožnenie prúdenia vzduchu zo štrbín alebo otvorov do hlavy piestu 511' na zaistenie jeho chladenia. V alternatívnom uskutočnení môžu byť priechodné otvory vytvorené v pieste tak, že umožňujú priame, avšak obmedzené prúdenie vzduchu z jednej alebo z oboch stlačovacích komôr do spodnej hlavy 514 piestu

511' .

Chladiaci vzduch prechádza prípadne z chladiaceho plášťa 523 do spaľovacej komory 507 otvormi v stenách spaľovacej komory 507. Vzduch tiež cirkuluje priechodnými otvormi a kanálikmi vytvorenými v základni 508 spaľovacej komory 507, aby základňu 508 a v nej umiestnené ventily V ďalšom obmenenom príkladnom uskutočnení opatrený takou chladiacou sústavou, pri ochladzoval túto a ventilové sedlá, môže byť kompresor ktorej chladiaci vzduch nevstupuje do spaľovacej komory 507. ale sa privádza do vzduchu prúdiaceho do hlavnej vzduchovej turbíny 551. Táto úprava umožňuje omnoho účinnejšie spätné získavanie tepla, ktoré sa dostáva do chladiaceho vzduchu.

Akonáhle piest 511' dosiahne horný bod svojho zdvihu, uzavrú sa vypúšťacie ventily 539, 541 v každej zo stlačovacích komôr 503'. 505'. takže v každej z týchto komôr 503', 505' zostane časť stlačeného vzduchu. Piest 511' v tejto fáze obracia smer svojho pohybu pôsobením zemskej tiaže a účinkom expanzie uzavretého objemu stlačeného vzduchu a začína sa pohybovať smerom von zo stlačovacích komôr 503'. 505' a smerom do spaľovacej komory 507. Ak tlak v stlačovacích komorách 503', 505' dosiahne hodnoty tlaku privádzaného vzduchu, otvoria sa príslušné prívodné ventily 531' , 533' a vzduch sa môže nasávať do oboch komôr 503'. 505' príslušnými otvormi 527'. 529'.

Ak tlak spalinových plynov v spaľovacej komore 507 dosiahne hodnotu postačujúcu na pretlačenie plynov výmenníkom 557 tepla typu plyn-vzduch a eventuálne na vytlačenie von do atmosféry, otvorí sa výfukový ventil 521' a výfukové plyny sa vytlačia zo spaľovacej komory 507 výfukovým otvorom 519 na odvádzanie výfukových plynov. Nízkotlakový chladiaci vzduch môže cirkulovať okolo plášťa spaľovacej komory 507 a môže sa privádzať do spaľovacej komory 507 v časti pracovného cyklu. Vzduch privádzaný do spaľovacej komory 507 slúži na vytlačovanie a vyfukovanie zvyškov výfukových plynov. Nízkotlakový chladiaci vzduch sa môže získavať z nasávacích hubíc, odoberajúcich vzduch priamo z okolitej atmosféry.

Skôr než sa piest 511 priblíži na minimálnu vzdialenosť od základne 508 spaľovacej komory 507 a skôr než sa všetok chladiaci vzduch vytlačí zo spaľovacej komory 507. uzavrie sa výfukový ventil 521 a zvyšný objem vzduchu a výfukových plynov sa stláča adiabaticky, pričom sa tým pohyb piestu 511 plynulé spomaľuje, až sa jeho pohyb zastaví v malom odstupe od základne 508 spaľovacej komory 507. Uzavretie výfukového ventilu 521 je načasované tak, že tlak v spaľovacej komore 507 je v okamihu zmeny smeru pohybu piestu 511 približne rovný tlaku horúceho stlačeného vzduchu, dodávaného z výmenníka tepla na začiatku spaľovacej fázy.

Ak piest 511 prichádza do kľudovej koncovej polohy v spaľovacej komore 507, uzavrú sa prívodné otvory 527', 529 v stlačovacích komorách 503. 505. Prívodný ventil 515 na prívod horúceho stlačeného plynu v spaľovacej komore 507 sa otvorí a vopred stanovené množstvo horúceho stlačeného vzduchu sa privedie z výmenníka 557 tepla typu plyn-vzduch do spaľovacej komory 507. Následne sa do spaľovacej komory 507 vstrekuje palivo vstrekovacím otvorom 517. ktoré sa potom zapáli a horenie zmesi paliva a horúceho stlačeného vzduchu poháňa piest 511 smerom hore do polohy, v ktorej začína ďalší pracovný cyklus.

V príklade na obr. 16 je použitá prídavná druhá vzduchová turbína 553 a druhý výmenník 559 tepla typu vzduch-vzduch, aby sa dosiahlo maximálne spätné získavanie tepla z horúcich plynov opúšťajúcich spaľovaciu komoru 507. Všeobecne je vo výfukových plynoch viac tepla než je potrebné na zahrievanie nasá88 vaného stlačovaného spaľovacieho vzduchu. Prebytok tepla sa využíva na zahrievanie väčšieho množstva stlačeného vzduchu, ktorého časť sa odvádza k menšej druhej turbíne 553. ktorá pracuje s vyššou vstupnou teplotou než hlavná vzduchová turbína 551. Vstupný vzduch z druhej vzduchovej turbíny 553 je ešte stále dostatočne horúci pre prídavné spätné získavanie tepla. Toto teplo sa odovzdáva v malom druhom výmenníku 559 tepla do samostatného prúdu studeného stlačeného vzduchu. Celý systém môže byť navrhnutý takým spôsobom, že výsledný horúci stlačovaný vzduch má takú teplotu a tlak, aké sú vhodné pre expanziu vzduchu v hlavnej vzduchovej turbíne, pričom v tomto prípade sa môže tento prúd pridávať k hlavnému prúdu adiabaticky stlačovaného vzduchu.

V zariadení podľa vynálezu možno použiť odlučovače vlhkosti alebo kvapaliny, z ktorých väčšina sa používa už mnoho rokov v priemysle na výrobu elektrickej energie alebo v iných aplikáciách. Príkladmi takých uskutočnení sú cyklónové odlučovače, axiálne separátory s vírivými lopatkami a odlučovače s vlnitými doskami. Pri použití ktoréhokoľvek z odlučovačov je však dôležité, aby pokles tlaku v oblasti odlučovača bol miniimálny, pretože väčší pokles tlaku by nepriaznivo ovplyvnil účinnosť kompresora.

Výmenníky tepla sú kritickými súčasťami systému kvôli vysokým teplotám výfukových plynov. Teplota výfukových plynov je jedným z kritických parametrov, ktorý určuje konštrukčný návrh celého systému. Pozdĺž stien výmenníka tepla sa vyskytuje tlakový rozdiel najmenej 1 MPa. Z tejto skutočnosti vyplýva, že napríklad rotačný rekuperačný výmenník tepla by nebol vhodným typom výmenníka pre tento druh zariadenia, pretože pri tejto konštrukcii by vznikali neriešiteľné problémy s utesnením pri takto veľkých rozdieloch tlakových hodnôt. Ventilový výmenník by bolo možné využiť, avšak aj v tomto prípade by zostávala značnou nevýhodou možnosť priečnych únikov prúdu plynu v oblasti vysokého tlaku do oblasti s nízkym tlakom. Najlepšou možnosťou je pravdepodobne protiprúdový rekuperatívny výmenník tepla. Aby sa náklady udržali na minime, bolo by vhodné voliť rôzne materiály pre časti výmenníka tepla, vystavené vysokým a nízkym teplotám.

Konštrukcia výmenníkov tepla musí byť upravená pre uľahčenie periodického čistenia povrchov výmenníka. Čistenie povrchových plôch výmenníka by sa malo vykonávať pri vyradení výmenníka z prevádzky, avšak je možné zaistiť čistenie pri plnej prevádzke.

Pri príkladnom uskutočnení zariadenia podľa obr. 16 musí mať výmenník 557 tepla, pri ktorom sa teplo odovzdáva z plynu do vzduchu, takú kapacitu, aby bol schopný buď uchovať teplo z horúcich výfukových plynov, alebo uchovať stlačený plyn, pretože k produkcii výfukového a stlačeného plynu nedochádza spravidla súčasne, ale oba tieto javy sú od seba oddelené časovým intervalom, ktorý sa rovná polovici periódy celého pracovného cyklu kvapalinového piestu.

Okrem toho zaisťuje tepelne poháňaný kompresor, zobrazený v príkladnom uskutočnení na obr. 16, ktorého výkon sa získava z adiabatického stlačovania veľkého objemu plynu, ktorý sa potom necháva expandovať vo vzduchovej turbíne, stlačenie vzduchu v diskrétnych časových intervaloch, ktoré sú pri normálnych podmienkach niekoľkosekundové. Hnacia, turbína však vyžaduje približne plynulý prúd stlačeného vzduchu. Nevhodné spojenie medzi načasovaním prúdu vzduchu v rôznych častiach systému sa môže vyrovnať použitím neznázornených akumulačných nádob, ktoré slúžia na dočasné skladovanie vzduchu. Vo väčších zariadeniach môže byť potreba akumulačných nádob nahradená použitím niekoľkých kompresných jednotiek, napríklad ôsmich až dvanástich jednotiek, ktoré sú medzi sebou prepojené potrubiami. Podobná možnosť potrubného prepojenia existuje vo vzťahu k výmenníku tepla typu plyn-vzduch, i keď by bolo v tomto prípade výhodnejšie použiť malé skupiny kompresorov, obsahujúce asi štyri jednotky, napojené na jeden z hlavných výmenníkov tepla, v ktorom prebieha odovzdávanie tepla z plynu do vzduchu.

Použitie prepojovacieho potrubia ako alternatívy k akumulačným nádobám vyžaduje riadené fázovanie kompresorových jed90 notiek. To sa môže zaisťovať mikroprocesorovým ovládaním ventilov ovládajúcich prúdenie vzduchu a spalín.

Príkladné uskutočnenie tepelne poháňaného kompresora, zobrazeného na obr. 16, má spaľovaciu komoru na jednej strane piestu a obe stlačovacie komory, to znamená adiabatickú a izotermickú komoru, na druhej strane piestu. Spaľovanie a následné expandovanie plynných splodín horenia dodávajú piestu kinetickú energiu, ten sa potom pohybuje do stlačovacích komôr a stláča objem plynu, ktorý sa v týchto komorách nachádza. Po stlačení plynu a jeho odvedení zo stlačovacích komôr piest obráti smer svojho pohybu a posúva sa späť do spaľovacej komory. Pri spätnom pohybe pôsobí na piest gravitačná sila a expanzia zvyšku plynu, ktorý zostal v stlačovacích komorách. Pohyb piestu smerom hore a dole je ovládaný rozdielnymi mechanizmami a plyn sa stláča len pri jednom smere pohybu piestu. Toto usporiadanie sa preto pokladá za asymetrické zariadenie.

Je dôležité, aby vratný zdvihový pohyb piestu smerom dole prebiehal potrebnou rýchlosťou a to sa dosiahne tým, že celá hmota piestu je usporiadaná tak, že sa posúva v smere pôsobenia vratnej sily spôsobenej gravitáciou v priebehu celej periódy vratného zdvihu. Na piest tak pôsobí v priebehu vratného pohybu maximálna vratná sila spôsobovaná gravitáciou, ktorá piestu dodáva maximálne zrýchlenie okolo 1G. Zrýchlenie dole smerujúceho pohybu sa môže ešte zvýšiť expanziou zvyšku vzduchu alebo iného plynu v najmenej jednej z adiabatických alebo izotermických stlačovacích komôr.

Dôležitým znakom tepelne poháňaného kompresora je dostatočná hmotnosť piestu, aby bola schopná dočasne uchovávať energiu získanú z expanzie spalín a premenenú na kinetickú energiu alebo potenciálnu energiu piestu. Tuhý piest môže mať rovnakú hmotnosť ako kvapalinový piest pri omnoho menšom vonkajšom objeme. Okrem toho je trenie medzi piestom a okolitými stenami celkove menšie pri tuhom pieste než pri kvapalinovom pieste vytvorenom v potrubí s najmenej jedným kolenom alebo oblúkom. Z toho dôvodu môže byť zrýchlenie piestu pri spaľovacom procese väčšie pri tuhom pieste než pri kvapalinovom pies91 te, i keď je zrýchlenie obmedzené rýchlosťou prenosu tepla medzi kvapôčkami rozstrekovanej kvapaliny a plynom v izotermickej stlačovacej komore.

I

Predpokladá sa, že na chladnom konci výmenníka tepla typu plyn-vzduch bude dosiahnutý rosný bod výfukových plynov, čo bude mať za následok kondenzáciu buď vo vlastnom výmenníku tepla alebo v komínových plynoch opúšťajúcich zariadenie. Vytváranie oblaku kondenzovaných čiastočiek na výstupe zo zaria‘ denia alebo kondenzáciou vnútri výmenníka tepla je v prípade • potreby možné zabrániť zmiešaním výfukových plynov s časťou teplého vzduchu vystupujúceho z jednej z oboch vzduchových turbín. Zariadenie na výrobu elektrickej energie môže obsahovať rad kompresorov, ktoré sú všetky upravené na pohon jedinej dvojice vzduchových turbín. Kompresory môžu byť usporiadané tak, aby každý z nich pracoval s fázami kontinuálne predsadenými oproti fázam ostatných kompresorov. Tým sa umožní kontinuálny prívod stlačeného vzduchu do turbín a tiež sa uľahčí činnosť jednotlivých kompresorov. Napríklad v dôsledku konečnej časovej konštanty systému sa môže studený stlačený vzduch, produkovaný jedným kompresorom, využiť na podporovanie spaľovacieho procesu v inom kompresore. Chladiaci vzduch na chladenie stien spaľovacej komory v priebehu výfukového zdvihu v jednom kompresore sa môže privádzať z izotermickej stlačovaí cej komory iného kompresora. Usporiadanie skupiny kompresorov a nastavenie ich činnosti s navzájom posunutými fázami napomáha obmedzovať vibrácie, vyvolávané zrýchľovaním a spomaľovaním , pohybu hmotného tuhého piestu.

V inom príkladnom uskutočnení tepelne poháňaného kompresora s jedným tuhým piestom môže byť adiabatická stlačovacia komora oddelená od izotermickej stlačovacej komory skôr v smeI í re rovnobežnom so smerom pohybu tuhého piestu než v smere ! priečnom k smeru pohybu, ako je to znázorenené na obr. 16.

í Príkladné uskutočnenie s priečnym oddelením oboch komôr je í znázornené na obr. 17, kde tvorí kompresor súčasť zariadenia i na výrobu elektrickej energie.

I í

Zariadenie zobrazené na obr. 17 je opatrené tepelne i

poháňaným kompresorom 600 obsahujúcim v podstate dve podlažia umiestnené zvisle nad sebou. Spaľovacia komora 603 je vytvorená v hornej časti horného podlažia 601 a adiabatické stlačovacia komora 605 je vytvorená v spodnej časti horného podlažia 601. Izotermická stlačovacia komora 609 je vytvorená z hornej časti spodného podlažia 607 a adiabatická stlačovacia/expanzná komora 613 je vytvorená v spodnej časti spodného podlažia 607.

Spaľovacia komora 603 je opatrená prívodným otvorom 623 na prívod horúceho stlačeného vzduchu, ovládaným prívodným ventilom 625 riadiacim prívod horúceho vzduchu do spaľovacej komory 603. vstrekovacím otvorom 627 na vstrekovanie paliva do spaľovacej komory 603 a výfukovým otvorom 629 na prívod výfukových plynov, uzatváraným výfukovým ventilom 631 na umožnenie odvádzania výfukových plynov. Prívodný otvor 623 na prívod horúceho stlačeného vzduchu a výstupný otvor na odvádzanie výfukových plynov sú pripojené k tej istej strane výmenníka 670 tepla typu plyn-vzduch.

Adiabatická stlačovacia komora 605 a izotermická stlačovacia komora 609 sú opatrené prívodnými otvormi 633, 635 na prívod vzduchu, ovládaný ventilmi 637, 639. a výstupnými otvormi 641, 643 na odvádzanie stlačeného vzduchu, riadené ventilmi 645, 647 a umožňujúce odvádzanie stlačeného vzduchu z každej z oboch komôr 605, 609.

Izotermická stlačovacia komora 609 je opatrená tiež niekoľkými vstrekovacími otvormi 648 na vstrekovanie rozprášenej kvapaliny do izotermickej stlačovacej komory 609. Rozstrekovacie trysky sú s výhodou usporiadané tak, aby boli schopné vytvoriť rovnomernú sprchu jemných kvapôčiek v celom prstencovom priestore izotermickej stlačovacej komory 609. Výstupné otvory 643 na odvádzanie stlačeného vzduchu z izotermickej stlačovacej komory 609 sú spojené s odlučovačom 680 kvapaliny, v ktorom sa oddeľuje postrekovacia kvapalina, strhávaná prúdom odvádzaného vzduchu, od stlačeného vzduchu. Odlučovač 680 kvapaliny je spojený svojim výstupom cez chladiaci systém 682 a vstrekovacie čerpadlo 650 s vstrekovacími otvormi 648. Chla93 diaci systém 682 ochladzuje kvapalinu privádzanú na opätovné rozprašovanie z odlučovača 680 kvapaliny a upravuje jej teplotu na požadovanú hodnotu. Vstrekovacie čerpadlo 650 udržuje plynulú cirkuláciu kvapaliny z odlučovača 680 kvapaliny do izotermickej stlačovacej komory 609. Zásobná nádoba 684 obsahuje zásobné množstvo postrekovacej kvapaliny, z ktorého sa doplňujú prípadné úbytky kvapaliny, ktoré sa môžu vyskytnút v celom tomto okruhu.

Výstupný otvor 641 adiabatickej stlačovacej komory 605. vytvorený na ovládanie stlačeného vzduchu, je spojený so vstupom do hlavnej vzduchovej turbíny 672. poháňajúcej generátor 674. Horúci stlačený vzduch z kompresora expanduje v hlavnej vzduchovej turbíne 672 a tým sa získava mechanický výkon na výrobu elektrickej energie. Čast studeného stlačeného vzduchu z odlučovača 680 kvapaliny je smerovaná do výmenníka 670 tepla typu plyn-vzduch, v ktorom sa tento vzduch predhrieva teplom z výfukových plynov prichádzajúcich zo spaľovacej komory 603. Časť takto predhriateho vzduchu sa potom vedie do spaľovacej komory 603 na využitie pri spaľovaní.

V spalinách sa ovšem spravidla nachádza väčšie množstvo tepla než je nutné na predhrievanie studeného stlačeného vzduchu, privádzaného na spaľovanie. Na získavanie tohoto prebytočného tepla je kompresor upravený tak, aby produkoval väčšie množstvo stlačeného vzduchu než je potrebné na zodpovedajúce udržovanie spaľovacieho procesu. Podiel tohoto zvýšeného množstva stlačeného vzduchu prechádza výmenníkom 670 tepla typu plyn/vzduch, aby absorboval prebytok tepla z výfukových plynov, je potom usmerňovaný do druhej vzduchovej turbíny 676. v ktorej sa nechá expandovať pre výrobu ďalšej využiteľnej časti mechanickej energie.

Teplota vzduchu vyfukovaného z druhej vzduchovej turbíny 676 je podstatne vyššia než teplota okolitej atmosféry a teplo z tohoto vyfukovaného vzduchu sa môže ešte získavať jeho prenesením do časti chladného stlačeného vzduchu, opúšťajúceho odlučovač 680 kvapaliny, v druhom výmenníku 678 tepla typu vzduch-vzduch. Predhriaty stlačený vzduch je potom usmernený do hlavnej vzduchovej turbíny 672. v ktorej sa nechá expandovat spolu s horúcim stlačeným vzduchom z adiabatickej stlačovacej komory 605.

Adiabatická stlačovacia/expanzná komora 613 obsahuje objem plynu, napríklad vzduchu, ktorý sa v priebehu činnosti kompresora 600 striedavo stláča a uvoľňuje, aby mohol expandovať. Tento objem plynu pôsobí ako vzduchová pružina, ktorej účelom je prevádzať kinetickú energiu piestu v jednom smere na kinetickú energiu v opačnom smere. Plyn tak tvorí prostriedok, ktorý vracia piest do horného vratného bodu svojho zdvihu, pričom tento pohyb je záverečnou operáciou jedného pracovného cyklu kompresora. Preto nie je pri tejto adiabatickej stlačovacej/expanznej komore 613 nutné používať vstupné a výstupné otvory, ovládané príslušnými ventilmi, ktoré by sa otvárali a uzatvárali v priebehu normálneho pracovného cyklu kompresora. Túto adiabatickú stlačovaciu/expanznú komoru 613 treba iba opatriť prostriedkami na nahradzovanie akéhokoľvek úniku plynu, ktoré nie sú znázornené.

Piest 615 je vytvorený z tuhého materiálu, má hornú, strednú a spodnú časť a je voľne pohyblivý v dvoch navzájom opačných smeroch po lineárnej dráhe pohybu. Horná časť 617 piestu 615 je prispôsobená svojimi rozmermi priemeru horného podlažia 601 a môže sa voľne pohybovať medzi oboma zvislými koncami tohoto prvého podlažia 601. to znamená do spaľovacej komory 603 i do adiabatickej stlačovacej komory 605. Spodná časť 619 piestu 615 je prispôsobená svojimi rozmermi priemeru spodného podlažia 607 a môže sa voľne posúvať hore a dole medzi koncovými časťami spodného podlažia 607 do izotermickej stlačovacej komory 609 i do adiabatickej stlačovacej/expanzne j komory 613. Horná časť 617 a spodná časť 619 piestu 615 sú spolu spojené a sú usporiadané v zvislom odstupe od seba, pričom spojovacou časťou je stredná časť 621. ktorá je tvorená hriadeľom s priemerom menším než majú horné a spodné oddelenia. Hriadeľ prechádza posuvne otvorom 611 vytvoreným v deliacej stene 611. oddeľujúcej horné podlažie 601 od spodného podlažia 607. V otvore 623 deliacej steny 623 je uložené kĺzne tesnenie 612. ktoré utesňuje obvod posuvného hriadeľa a zame95 dzuje prenikanie vzduchu otvorom 611 medzi adiabatickou stlačovacou komorou 605 a izotermickou stlačovacou komorou 609. Klzné tesnenie 612 je vytvorené tak, že umožňuje úplne voľné posúvanie a kĺzanie hriadeľa v otvore 611 v oboch smeroch. Medzi piestom 615 a stenami komôr sú umiestnené tesnenia 614, 616, ktoré majú zamedzovať unikaniu plynu z jednej komory do druhej.

V tomto príkladnom uskutočnení je v prípade, kedy je horná časť 617 piestu 615 v svojej najvyššej polohe v spaľovacej komore 603. voľný objem vnútri adiabatickej stlačovacej komory 605 a adiabatickej stlačovacej/expanznej komory 613 na svojom maxime, zatiaľ čo voľný prstencový objem izotermickej stlačovacej komory 609 je na svojej minimálnej hodnote. Naopak ak je horná časť 617 piestu 615 v svojej najnižšej polohe, je voľný objem spaľovacej komory 603 a izotermickej stlačovacej komory 609 na svojej maximálnej hodnote, zatiaľ čo objem adiabatickej stlačovacej/expanznej komory 613 je minimálny. Tým sa v tomto príkladnom uskutočnení spaľovacím procesom priamo ovláda adiabatický stlačovací proces, privádzanie vzduchu do izotermickej stlačovacej komory 609 a adiabatické stlačovanie plynu v adiabatickej stlačovacej/expanznej komore 613. Adiabatická expanzia plynu v adiabatickej stlačovacej/expanznej komore 613 poháňa izotermický stlačovací proces, privádzanie vzduchu do adiabatickej stlačovacej komory 605 a vytláčanie výfukových plynov zo spaľovacej komory 603.

Typický prevádzkový cyklus kompresora 600 zobrazeného v príklade na obr. 17 prebieha podľa nasledujúceho popisu a začína v okamihu, kedy sa piest 615 dostane do svojej najvyššej polohy vnútri spaľovacej komory 603 a začína obracať smer svojho pohybu na vratný pohyb. V tomto okamihu sú vypúšťacie ventily 645, 647 v oboch stlačovacích komorách 6O5_f 609 uzavreté. Adiabatická stlačovacia komora 605 obsahuje vzduch nasatý prívodným otvorom 633 plynu v priebehu predchádzajúceho pracovného cyklu, pričom prívodný ventil 637 na ovládanie prívodu plynu je uzavretý. Spodná časť 619 piestu 615 je v svojej najvyššej polohe v izotermickej stlačovacej komore 609. takže voľný objem tejto izotermickej stlačovacej komory 609 je na svojom minime a prívodný ventil 639 na prívod plynu je v tomto čase otvorený, aby sa v priebehu posuvu piestu 615 smerom dole mohol do izotermickej stlačovacej komory 609 nasávať vzduch. Spodná časť 619 piestu 615 je v tejto fáze vytiahnutá z adiabatickej stlačovacej/expanznej komory 613, takže jej voľný vnútorný objem je v tejto chvíli najväčší.

Ak piest 615 príde na okamih do kľudu vnútri spaľovacej komory 603 a obráti smer svojho pohybu, otvorí sa prívodný ventil 625 na ovládanie prívodu horúceho stlačeného plynu a do spaľovacej komory 603 sa privedie stanovená dávka horúceho stlačeného vzduchu. Do tejto spaľovacej komory 603 sa tiež vstrekuje palivo vstrekovacím otvorom 627 a zmes sa potom zapáli , aby prebiehal spaľovací proces zmesi stlačeného vzduchu a paliva. Splodiny spaľovania expandujú pri konštantnom tlaku a poháňajú piest 615 smerom dole a von zo spaľovacej komory 603 a do adiabatickéj stlačovacej komory 605. pričom horná časť piestu 615 začína stlačovať plyn obsiahnutý vo vnútornom priestore tejto adiabatickéj stlačovacej komory 605. Spodná časť 619 piestu 615 sa súčasne pohybuje smerom von z izotermickej stlačovacej komory 609 a zasúva sa do adiabatickej stlačovacej/expanznej komory 613. Pri pohybe piestu 615 smerom dole sa nasáva vzduch do zväčšujúceho sa vnútorného priestoru izotermickej stlačovacej komory 609 prívodným otvorom 635 pre vzduch. Súčasne spodná časť 619 piestu 615 stláča plyn v adiabatickej stlačovacej/expanznej komore 613.

Ak piest 615 dosiahne určitú výšku, zastaví sa vstrekovanie paliva. Splodiny spaľovania pokračujú v adiabatickom rozpínaní, pokiaľ piest 615 nedosiahne svoju spodný úvrat na konci svojho zdvihu.

Ak tlak vzduchu v adiabatickej stlačovacej komore 605 dosiahol požadovanú hodnotu, otvorí sa výpustný ventil 645 na vypúšťanie stlačeného vzduchu a horúci stlačený vzduch prúdi von z adiabatickej stlačovacej komory 605 výstupným otvorom 641 a privádza sa na vstup hlavnej vzduchovej turbíny 672. V tejto hlavnej vzduchovej turbíne 672 vzduch expanduje a produkuje mechanický výkon, ktorým je poháňaný generátor 674 na vý97 robu elektrickej energie.

Pri pokračujúcom pohybe piestu 615 smerom dole sa piest plynulé spomaľuje, keď sa jeho kinetická energia prevádza na tlakovú energiu plynu uzavretého v adiabatickej stlačovacej/ expanznej komore 613, pričom nakoniec dosiahne kinetická energia nulovú hodnotu a piest 615 sa na okamih zastaví v najnižšom bode svojho zdvihu. Akonáhle sa piest 615 na okamih zastaví a obráti smer svojho pohybu, uzavrie sa výpustný ventil 645 na odvádzanie stlačeného plynu v adiabatickej stlačovacej komore 605 a otvorí sa prívodný ventil 637 na prívod plynu, aby sa v priebehu pohybu piestu 615 smerom hore mohol do adiabatickej stlačovacej komory 605 nasávať vzduch. Súčasne s tým sa uzatvára prívodný ventil 639 izotermickej stlačovacej komory 609.

Horúci stlačený vzduch v adiabatickej stlačovacej/expanznej komore 613 sa začína rozpínať adiabaticky a tým poháňa piest 615 smerom hore a tým je spodná časť 619 piestu 615 vytláčaná z adiabatickej stlačovacej/expanznej komory 613 a smerom do izotermickej stlačovacej komory 609. Akonáhle začne piest 615 stláčať vzduch v izotermickej stlačovacej komore 609. začne sa súčasne vstrekovať do izotermickej stlačovacej komory 609 sprchovacia kvapalina vstrekovacím otvorom 648. aby sa stlačovaný vzduch ochladzoval a stlačovací proces mohol byť približne izotermický. V tejto fáze sa súčasne začína horná časť 617 piestu 615 vysúvať z adiabatickej stlačovacej komory 605 a vtláča sa do spaľovacej komory 603. V dôsledku toho sa vzduch nasáva do adiabatickej stlačovacej komory 605 prívodným otvorom 633. Ak stúpne tlak spalín na hodnotu postačujúcu na vytlačenie výfukových plynov do výmenníka 670 tepla typu plyn-vzduch a eventuálne von do atmosféry, otvorí sa výfukový ventil 631, aby umožnil vytlačenie výfukových plynov von zo spaľovacej komory 603.

Ak tlak vzduchu v izotermickej stlačovacej komore 609 dosiahne požadovanú hodnotu, otvorí sa výpustný ventil 647 na vypúšťanie stlačeného plynu a studený stlačený vzduch sa odvádza spolu s rozprášenou kvapalinou z izotermickej stlačovacej komory 609. Studený stlačený vzduch sa potom vedie spolu s rozprášenou kvapalinou do odlučovača 680 kvapaliny, v ktorom sa postrekovacia kvapalina oddelí od stlačeného vzduchu. Oddelená kvapalina sa potom privádza do chladiaceho systému 682, v ktorom sa ochladí, aby sa mohla znovu použiť na rozstrekovanie.

Časť studeného stlačeného vzduchu sa odvádza z odlučovača 680 kvapaliny do prvého výmenníka 670 tepla typu plyn/vzduch, v ktorom sa predhreje teplom z výfukových plynov, opúšťajúcich spaľovaciu komoru 603. Časť predhriateho stlačeného vzduchu je smerovaná do spaľovacej komory 603 na využitie v ďalšom cykle a iná časť vzduchu sa vedie do vstupu druhej vzduchovej turbíny 676, ktorá poháňa generátor. Časť studeného stlačeného vzduchu, opúšťajúceho odlučovač 680 kvapaliny, prechádza druhým výmenníkom 678 tepla typu vzduch/vzduch a v ňom sa predhrieva horúcimi výfukovými plynmi, opúšťajúcimi druhú vzduchovú turbínu 676. Predhriaty stlačený vzduch z druhého výmenníka 678 tepla typu vzduch/vzduch sa potom vedie do hlavnej vzduchovej turbíny 672. v ktorej dochádza k spoločnej expanzii s horúcim stlačeným plynom z adiabatickej stlačovacej komory 605.

Ak piest 615 dosiahne vrchol svojho zdvihu, uzavrie sa výfukový ventil 631 v spaľovacej komore 603, prívodný ventil 637 na prívod plynu do adiabatickej stlačovacej komory 605 a výpustný ventil 647 na ovládanie vypúšťania stlačeného plynu z izotermickej stlačovacej komory 609. pričom prívodný ventil 637 vnútri adiabatickej stlačovacej komory 605 sa otvorí. Prívodný ventil 625 horúceho stlačeného plynu v spaľovacej komore 603 sa potom otvorí, aby sa umožnil prívod čerstvej dávky horúceho stlačeného vzduchu do spaľovacej komory 603 z výmenníka 670 tepla typu plyn/vzduch. Do spaľovacej komory 603 sa vstrekuje palivo palivovým vstrekovacím otvorom 627, pričom v horúcom stlačenom vzduchu dôjde k jeho vznieteniu. Nasledujúci spaľovací proces poháňa piest 615 smerom dole a celý cyklus sa potom opakuje.

Opatrením zariadenia podľa vynálezu adiabatickou stlačovacou/expanznou komorou 613. ktorá má spomaľovať pohyb tuhého piestu 615 až do úplného zastavenia a potom obracať smer pohybu piestu 615 odpadá nutnosť použitia iných zložitejších metód, ktoré predpokladajú zaistenie pohybu plynu do komory a opäť von z komory, čo vyžaduje opatrenie vstupných a výstupných otvorov príslušnými ventilmi, ktorých činnosť musí byť presne synchronizovaná s činnosťami ďalších ústrojenstiev.

Podobne ako to bolo v predchádzajúcich príkladných uskutočneniach kompresorov podľa vynálezu, kde bolo žiadúce chladenie stien komôr, je výhodné vytvoriť tiež okolo stien spaľovacej komory 603 príkladného uskutočnenia podía obr. 17 chladiaci plášť, ktorým by mohla cirkulovať chladiaca tekutina, absorbujúca prebytočné teplo zo stien komôr. Chladiacou tekutinou môže byť časť studeného stlačeného vzduchu, produkovaného v izotermickej stlačovacej komore 609. Steny spaľovacej komory 603 môžu byť opatrené sústavou otvorov alebo kanálikov, ktoré prípadne umožňujú prechod stlačeného vzduchu alebo iného plynu do spaľovacej komory 603. v ktorej potom môže tento plyn expandovať spolu so spalinami. Keď však chladiaca tekutina absorbuje teplo zo stien spaľovacej komory 603, bude stále ešte pomerne chladná v porovnaní s teplotou spalín. Z toho dôvodu môže znamenať privádzanie pomerne chladného plynu do spaľovacej komory 603 určitú stratu účinnosti systému napríklad v dôsledku pomerne veľkej zmeny entropie. Táto transpiračná chladiaca metóda preto nie je nutne tou najefektívnejšou metódou pre spätné získavanie tepla zo stien spaľovacej komory 603.

V alternatívnom uskutočnení môže chladiaca tekutina cirkulovať okolo stien spaľovacej komory 603 a absorbovať teplo, potom sa môže viesť do ďalších častí systému, v ktorých sa teplo môže uvoľniť v časti cyklu, ktorej teplota vyhovuje teplote chladiacej tekutiny. Napríklad ak sa chladiaca tekutina izotermicky stlačí, môže sa vzduch z izotermickej stlačovacej komory a časť stlačeného vzduchu nechať cirkulovať okolo stien spaľovacej komory 603 a ohriaty stlačený vzduch potom môže byť usmernený do vzduchovej turbíny, ktorej vstupná teplota sa blíži teplote ohriateho stlačeného vzduchu.

100

Príkladné uskutočnenie tohoto spôsobu spätného získavania tepla, odobraného zo stien spaľovacej komory, je zobrazené na obr. 18. Zariadenie z príkladu 18, určené na uskutočnenie tohoto spôsobu, je v mnohých ohľadoch podobné zariadeniu z príkladu na obr. 17, takže obdobné súčasti zariadenia sú označené rovnakými vzťahovými značkami. V príklade na obr. 18 je horné podlažie 601 obklopené chladiacim plášťom 620. ktorým sa dosahuje chladenie stien spaľovacej komory 603 a prípadne tiež adiabatické stlačovacej komory 605. Odlučovač 680 kvapaliny je napojený na studenú stranu výmenníka 670 tepla typu plyn/ vzduch hlavným prívodným potrubím 618 studeného stlačeného vzduchu. Chladiace prívodné potrubie 622 chladiacej tekutiny spája chladiaci plášť 620 s hlavným prívodným potrubím 618. Chladiace prívodné potrubie 622 chladiacej tekutiny je napojené na chladiaci plášť 620 v blízkosti spodného konca horného podlažia 601, kde je teplota steny spaľovacej komory 603 pomerne nízka. Chladiaci plášť 620 prebieha až k hornému koncu spaľovacej komory 603 a je usporiadaný tak, že chladiaci vzduch môže prúdiť okolo hornej čelnej strany spaľovacej komory 603, v ktorej sú uložené prívodné ventily 625 na prívod horúceho stlačeného plynu a tiež výfukový ventil 631 pre výfukové plyny.

Výstupný otvor 641 na vypúšťanie horúceho stlačeného plynu v adiabatickej stlačovacej komore 605 je spojený s vstupom vzduchovej turbíny 672 plynovým prívodným potrubím 626. Výstupný otvor, ktorým vystupuje chladiaca tekutina z chladiaceho plášťa 620, je spojený s plynovým prívodným 626 spojovacím potrubím 624. Tento výstupný otvor, ktorým vystupuje chladiaca tekutina z chladiaceho plášťa 620. je umiestnený na hornom konci spaľovacej komory 603. kde je teplota stien najvyššia. Toto umiestnenie výstupného otvoru pre chladiacu tekutinu zaisťuje, že stlačený vzduch opúšťajúci chladiaci plášť 620, absorbuje dostatok tepla na to, aby jeho teplota zodpovedala teplote horúceho stlačeného vzduchu opúšťajúceho adiabatickú stlačovaciu komoru 605.

Príkladné uskutočnenie podľa obr. 18 je určené pre pohon jedinej vzduchovej turbíny 672 a pri tomto riešení odpadá nut101 nosť použitia ďalšej vzduchovej turbíny a s ňou spriahnutého výmenníka tepla, ktoré boli použité v zariadení na výrobu elektrickej energie podľa obr. 17. V príklade zobrazenom na obr. 18 prechádza studený stlačený vzduch, použitý na získanie prebytočného tepla z výfukových plynov vo výmenníku 670 tepla typu plyn/vzduch priamo do vstupu vzduchovej turbíny 672 prívodným potrubím 628. Toto riešenie príkladu z obr. 18 bolo už popísané pri objasňovaní príkladu znázorneného na obr. 15.

Pri prevádzke tohoto zariadenia prechádza studený stlačený vzduch z izotermickej stlačovacej komory 609 odlučovačom 680 kvapaliny a hlavná časť tohoto studeného stlačeného vzduchu je potom smerovaná do výmenníka 670 tepla typu plyn/ vzduch. Studený stlačený plyn sa predhrieva vo výmenníku 670 tepla typu plyn/vzduch a časť predhriateho stlačeného plynu, ktorý je nutný pre spaľovací proces, je smerovaná do spaľovacej komory 603. Časť predhriateho stlačeného plynu, ktorá sa využíva na odoberanie prebytočného tepla z výfukových plynov, sa vedie priamo do vzduchovej turbíny 672. v ktorej sa nechá expandovať spolu s adiabaticky stlačeným plynom z adiabatickej stlačovacej komory 605.

Časť studeného stlačeného plynu z odlučovača 680 kvapaliny sa privádza do chladiaceho plášťa 620 na chladenie stien spaľovacej komory 603. Chladiacim plášťom 620 cirkuluje stlačený plyn a získava zo stien spaľovacej komory 603 teplo a opúšťa chladiaci plášť 620 výstupnými otvormi pre chladiacu tekutinu, potom sa pridáva do hlavného prúdu adiabaticky stlačeného plynu, prúdiaceho do vzduchovej turbíny 672. Doprava chladiaceho vzduchu z odlučovača 680 kvapaliny do chladiaceho plášťa 620 a do prívodného potrubia 626. ktorým sa vedie hlavný prúd adiabaticky stlačeného plynu, sa môže riadiť neznázornenými ventilmi.

Na obr. 19 je znázornené príkladné uskutočnenie symetrického tepelne poháňaného kompresora 900, obsahujúceho vertikálne od seba oddelené komory, pričom tento kompresor 900 je súčasťou zariadenia na výrobu elektrickej energie, ktoré má podobné usporiadanie ako v predchádzajúcich príkladoch zobra102 zených na obr. 16 a 17. Kompresor 900 na obr. 19 obsahuje potrubie 901 tvaru U, ktoré je čiastočne naplnené kvapalinou tvoriacou kvapalinový piest 903. Ramená 905, 907 tohoto potrubia 901 sú lineárne a prebiehajú smerom zvisle hore. Na hornom konci oboch ramien 905, 907 je vytvorené horné podlažie 908, 910, ktorého horná časť slúži ako spaľovacia komora 909, 911 a ktorého spodná časť slúži ako adiabatická stlačovacia komora 913, 915. Spodné podlažie 912, 914 je vytvorené v každom ramene 905. 907 pod každým horným podlažím 908, 910. Každé spodné podlažie 912, 914 ramien 905, 907 slúži ako izotermická stlačovacia komora 917, 919. Adiabatická stlačovacia komora je v každom ramene 905, 907 upravená medzi izotermickou stlačovacou komorou a spaľovacou komorou, aby sa pokiaľ možno čo najviac obmedzil teplotný gradient po dĺžke každého ramena 905, 907 a tým sa obmedzilo na minimum vedenie tepla zo spaľovacej komory do izotermickej stlačovacej komory.

V každom ramene 905, 907 potrubia je uložený tuhý piest 921, 923 s väčšou mernou hmotnosťou než kvapalinový piest 903 a pozostávajúci z troch častí - z hornej, strednej a spodnej časti. Spodná časť každého tuhého piestu 921. 923 má dimenzie prispôsobené priemeru ramien 905, 907 potrubia 901 tvaru U a je podopretá zdola kvapalinovým piestom 903. pričom každý tuhý piest 921, 923 sa môže voľne pohybovať hore a dole do izotermickej stlačovacej komory 917, 919 a von z nej. Okolo spodného konca tuhých piestov 921, 923 je upravené tesnenie 984. ktoré má zamedziť presakovanie kvapaliny medzi tuhými piestmi 921, 923 a stenami komôr. Horná časť 929, 931 každého tuhého piestu 921, 923 je prispôsobená svojimi rozmermi priemeru horného podlažia 908, 910 a je voľne pohyblivá v zvislom smere medzi hornou a spodnou krajnou polohou horného podlažia 908, 910. Horná a spodná časť tuhého piestu 921, 923 sú spojené medzi sebou a v odstupe od seba v zvislom smere strednej časti 930, 932, ktorá je vytvorená vo forme hriadeľa a ktorá má priemer menší než sú priemery hornej a spodnej časti. Stredná časť 930, 932 prechádza z horného podlažia 908, 910 do spodného podlažia otvormi 933, 935 vytvorenými v deliacej stene 937, 939. ktorá od seba oddeľuje obe podlažia. Medzi stenou otvoru 933, 935 a hriadeľom je uložené klzné tesnenie 941,

103

943. ktoré má zamedziť unikanie tekutín medzi izotermickou a adiabatickou kompresnou komorou.

Ak je každý z oboch piestov 921, 923 v svojej najspodnejšej polohe v príslušnom ramene potrubia, je voľný objem v spaľovacej komore a tiež v izotermickej stlačovacej komore zväčšený na maximum, zatiaľ čo voľný vnútorný objem adiabatickej stlačovacej komory je minimálny a horná časť piestu je v svojej spodnej medznej polohe svojej dráhy v hornom podlaží ramena. Naopak ak je každý z tuhých piestov v svojej najvyššej polohe, je voľný priestor vnútri spaľovacej komory 909. 911 a izotermickej stlačovacej komory 917, 919 zmenšený na minimum, zatiaľ čo voľný vnútorný priestor vnútri adiabatickej stlačovacej komory 913, 915 je na svojom maxime, pričom horná časť piestu je v hornej medznej polohe svojej dráhy v hornom podlaží.

Každá spaľovacia komora 909, 911 je opatrená prívodným otvorom 945, 947 na prívod horúceho stlačeného plynu, ovládaný prívodným ventilom 949, 951. ktorý riadi prívod predhriateho stlačeného vzduchu alebo iného oxidačného plynu do spaľovacej komory 909, 911, vstrekovacím otvorom 953, 955 na vstrekovanie paliva do spaľovacej komory 909, 911 a výfukovým otvorom 957, 959. ovládaným výfukovým ventilom 961, 963 a riadiacim odvádzanie horúcich výfukových plynov zo spaľovacej komory 909, 911. Každá z adiabatických stlačovacích komôr 913, 915 má vstupný otvor 965, 967 na prívod plynu, ovládaný ventilom 969. 971 umožňujúcim nasávanie vzduchu do adiabatickej stlačovacej komory 913, 915 a výstupný otvor 973, 975 ovládaný ventilom 977, 979, na odvádzanie adiabaticky stlačeného plynu z adiabatickej stlačovacej komory 913, 915. Každá izotermická stlačovacia komora 917, 919 obsahuje vstupný otvor 981, 983 ovládaný ventilom 985. 987 na prívod plynu do komory a výstupným otvorom 989, 991 ovládaným ventilom 993, 995 na odvádzanie izotermicky stlačeného plynu z vnútorného priestoru izotermickej stlačovacej komory 917, 919. Každá izotermická stlačovacia komory 917. 919 obsahuje tiež skupinu vstrekovacích otvorov 918, 920, 922, 924 rozmiestnených tak, aby zaisťovali vytváranie rovnomernej sprchy drobných kvapôčiek kvapaliny po celom

104 prstencovom priereze každej komory v priebehu stlačovania.

V priebehu prevádzkového cyklu kompresora 900 zobrazeného na obr. 19 poháňa spaľovací proces v jednom ramene potrubia súčasne adiabatický stlačovací proces v rovnakom ramene a izotermický stlačovací proces v druhom ramene.

Typický prevádzkový cyklus tepelne poháňaného kompresora 900 z príkladu na obr. 19 začína pri vysunutí druhého tuhého piestu 923 do horného najvyššieho bodu jeho dráhy v druhej spaľovacej komore 911 a pri polohe prvého tuhého piestu 921 v najnižšom bode jeho zdvihovej dráhy v prvej spaľovacej komore 909. Prvá spaľovacia komora 909 obsahuje horúce stlačené plynné splodiny horenia z predchádzajúceho spaľovacieho procesu a tak prívodný ventil 949 na prívod horúceho stlačeného plynu, ako aj výfukový ventil 961 na odvádzanie výfukových plynov sú uzavreté. Izotermická stlačovacia komora 917 obsahuje vzduch, ktorý bol predtým nasatý vstupným otvorom 981 pre plyn v priebehu predchádzajúcej časti cyklu, pričom plynové prívodné a výpustné ventily 985, 993 sú uzavreté. Adiabatická stlačovacia komora 913 v druhom ramene 907 potrubia 901 tiež obsahuje vzduch privedený vstupným otvorom 967 pre plyn a vstupné a výstupné ventily 987, 995 na ovládanie prúdu plynu sú uzavreté.

Akonáhle príde tuhý piest 923 na okamih do kľudu v najvyššom mieste jeho zdvihovej dráhy a obracia smer svojho pohybu, prívodný ventil 951 horúceho stlačeného plynu sa otvorí a vopred stanovené množstvo horúceho stlačeného plynu z výmenníka 970 tepla typu plyn/vzduch sa privedie do spaľovacej komory 911_r do ktorej sa tiež vstrekuje palivo vstrekovacim otvorom 955. Zmes paliva a vzduchu sa zapáli, čo má za následok stlačovanie piestu 923 smerom dole a von zo spaľovacej komory 911 i z izotermickej stlačovacej komory 919. V počiatočnej fáze spaľovacieho procesu pokračuje vstrekovanie paliva, takže spaľovanie prebieha približne pri konštantnom tlaku. Výpustný ventil 995 izotermickej stlačovacej komory 919 na ovládanie výstupu stlačeného plynu sa uzavrie a prívodný ventil 987 na prívod plynu sa otvorí, takže do izotermickej stla105 čovacej komory 919 sa môže v priebehu výsuvného pohybu piestu 923 z tejto komory 919 nasávať vzduch.

Ak sa horná časť 911 piestu 923 pohybuje smerom dole a von zo spaľovacej komory 911. dostáva sa do adiabatickej stlačovacej komory 915 a stláča vzduch, ktorý bol do komory 915 nasatý v priebehu poslednej časti pracovného cyklu.

Pohyb druhého tuhého piestu 923 smerom dole sprevádza pohyb prvého tuhého piestu 921 smerom hore, pričom tento pohyb je ovládaný spaľovacím procesom v druhom ramene 907. V priebehu pohybu prvého tuhého piestu 921 v prvom ramene 905 je výfukový ventil 977 v adiabatickej stlačovacej komore 913 uzavretý a prívodný ventil 969 je otvorený a umožňuje tak nasávanie vzduchu do adiabatickej stlačovacej komory 913. Prívodné i vypúšťacie ventily v izotermickej stlačovacej komore 17, 919 sú uzavreté a spodná časť 925 prvého tuhého piestu 921 začína stláčať vzduch obsiahnutý v izotermickej stlačovacej komore 917. V priebehu stlačovania sa do vnútorného priestoru izotermickej stlačovacej komory 917 vstrekuje rozprášená kvapalina vstrekovacími otvormi 918 až 924, ktorá ochladzuje plyn v priebehu jeho stlačovania, takže stlačovací proces môže byť v podstate izotermický. Výfukový ventil 961 v spaľovacej komore 909 sa otvorí, keď tlak dosiahne hodnoty postačujúce na vytlačovanie spalín zo spaľovacej komory 909 cez výmenník 970 tepla typu plyn/vzduch a prípadne do atmosféry.

V určitom bode dráhy pohybu druhého tuhého piestu 923 smerom dole sa vstrekovanie paliva zastaví. Druhý tuhý piest 923 pokračuje v svojom pohybe smerom dole k spodnému bodu dráhy svojho zdvihu adiabatickou expanziou spalín.

Ak dosiahne tlak vzduchu v izotermickej stlačovacej komore 917 požadovanú hodnotu, vypúšťací ventil 993 stlačeného plynu sa otvorí a stlačený vzduch sa spolu s unášanými časticami postrekovačej kvapaliny vyfukuje z izotermickej stlačovacej komory 917 výstupným otvorom 989 pre stlačený plyn. Zmes stlačeného vzduchu a kvapôčiek postrekovačej kvapaliny sa vedie do odlučovača 972 kvapaliny, v ktorom sa kvapalina oddelí.

106

Postrekovacia kvapalina sa potom vracia do chladiaceho systému 974. v ktorom sa chladí pred opätovným použitím na postrekovanie stlačeného plynu. Časť studeného stlačeného vzduchu sa vedie z odlučovača 972 kvapaliny do výmenníka 970 tepla typu plyn/vzduch, v ktorom sa predhreje teplom z výfukových plynov zo spaľovacieho procesu. Časť predhriateho stlačeného vzduchu sa potom odvádza z výmenníka 970 tepla typu plyn/vzduch na využitie pri spaľovaní a ďalšia časť sa privádza na vstup malej vzduchovej turbíny 978.

Ak tlak vzduchu klesne v adiabatickej stlačovacej komore 915 na požadovanú hodnotu, otvorí sa výpustný ventil 979 na vypúšťanie stlačeného plynu a horúci stlačený vzduch prúdi z komory výstupným otvorom 975 a privádza sa do hlavnej vzduchovej turbíny 976. v ktorej expanduje a produkuje tak mechanický výkon pre pohon generátora 980. Teplo z výfukových plynov druhej vzduchovej turbíny 978 sa spätne získava jeho prevodom do časti studeného stlačeného vzduchu privádzaného z odlučovača 972 kvapaliny do výmenníka 982 tepla typu vzduch/vzduch. Horúci stlačený vzduch, vychádzajúci z výmenníka 982 tepla typu vzduch/vzduch, potom prichádza do hlavnej vzduchovej turbíny 976. v ktorej expanduje spolu s hlavným prúdom adiabaticky stlačeného vzduchu. Ak druhý tuhý piest 923 dosiahne spodný bod na dráhe svojho zdvihu a prvý tuhý piest 921 dosiahne svoj horný medzný bod, uzavrie sa plynový výfukový ventil 961 v spaľovacej komore 909. plynový prívodný ventil 969 v adiabatickej stlačovacej komore 913. vypúšťací ventil 993 stlačeného vzduchu v izotermickej stlačovacej komore 917. 919. výpustný ventil 979 stlačeného plynu v druhej adiabatickej stlačovacej komore 915 a prívodný ventil 987 plynu v izotermickej stlačovacej komore 919 sú uzavreté. Prívodný ventil 949 horúceho stlačeného plynu v spaľovacej komore 909 sa potom otvorí a opäť zavrie po privedení dávky horúceho stlačeného plynu do spaľovacej komory 909. Do spaľovacej komory 909 sa tiež vstrekuje palivo vstrekovacím otvorom 953 paliva, ktoré sa potom zapáli a nastáva horenie zmesi predhriateho stlačeného vzduchu a paliva, ktoré poháňa prvý tuhý piest 921 smerom dole a von tak zo spaľovacej komory 909, ako aj z izotermickej stlačovacej komory 917 a tým zahajuje jeho spätný

107 zdvih a druhú polovicu prevádzkového cyklu.

Pretože príkladné uskutočnenie kompresora 900 z obr. 19 má symetrickú konštrukciu, je druhá polovica prevádzkového cyklu podobná prvej polovici a obsahuje stlačovanie vzduchu v adiabatickéj stlačovacej komore 913 a v izotermickéj stlačovacej komore 919. privádzanie vzduchu do adiabatickéj stlačovacej komory 915 a izotermickéj stlačovacej komory 917 a vytlačovanie spalín zo spaľovacej komory 911. Všetky tieto procesy sú poháňané spaľovaním paliva v spaľovacej komore 909. Pretože všetky tieto spaľovacie a stlačovacie komory sú od seba oddelené v zvislom smere, je konštrukcia kompresora 900 pomerne jednoduchá a tiež dostatočne masívna.

V alternatívnom uskutočnení sa môže kvapalinový piest a tuhé piesty nahradiť jedným tuhým piestom. V takom prípade nebude nutné použiť potrubie tvaru U, ktorého primárnou funkciou je zadržovať kvapalinu a prevádzať pohyb jedného tuhého piestu smerom dole na stúpajúci pohyb druhého tuhého piestu a naopak. Piest sa môže upraviť pre lineárny pohyb a spaľovacie komory môžu byť usporiadané jedna nad druhou alebo môžu byť umiestnené obe v spoločnej vodorovnej rovine a tuhý piest môže oscilovať medzi nimi. Podobne môžu byť usporiadané stlačovacie komory.

V každom príkladnom uskutočnení kompresora s tuhými piestmi je možnosť, že tieto piesty môžu prebehnúť svojou koncovou polohou a vyvolať škodlivý náraz na koniec komory. Snímače a kontrolné mechanizmy, ktoré ovládajú ventily na privádzanie plynu do komôr, môžu byť vytvorené tak, aby zamedzili tomuto nebezpečenstvu. Okrem toho možno upraviť konštrukciu tuhého piestu tak, aby sa redukoval účinok takého nárazu. Napríklad koniec alebo hlava piestu môže byť vo forme zasúvacej alebo stlačovacej časti, ktorá je schopná absorbovať energiu nárazu. Tento účinok možno dosiahnuť vytvorením konca tuhého piestu ako deformačnej zóny. V alternatívnom uskutočnení môže byť koniec tuhého piestu tvorený teleskopický zasúvateľným dielcom, ktorý sa pri náraze môže zasunúť. Deformovateľný koniec tuhého piestu má byť čo najľahší, aby kinetická energia tejto časti

108 bola obmedzená na minimum.

Vo všetkých príkladných uskutočneniach podľa obr. 15 až 19 sa teplo dodáva do tepelne poháňaných kompresorov vnútorným spaľovaním paliva. Možno však tiež využiť aj iné tepelné zdroje, napríklad jadrové, solárne alebo teplo privádzané z chemických alebo priemyslových procesov, pričom príklady takýchto kompresorov s vonkajšími zdrojmi tepla budú podrobnejšie popísané v ďalšej časti popisu. Na rozlíšenie kompresorov využívajúcich vnútorné alebo vonkajšie zdroje tepla budú oba typy označované ako kompresory s vnútorným spaľovaním alebo ako externe zahrievané kompresory. Na obr. 15 až 19 sú zobrazené príklady kompresorov s vnútorným spaľovaním spolu s niektorými ďalšími súčasťami elektrárne alebo iného zariadenia na výrobu elektrickej energie vrátane najmenej jednej vzduchovej turbíny. Také systémy budú označované ako ICCAT (Internal Combustion Compresor and Air Turbíne).

Palivom pre ICCAT systémy môžu byť plynné, kvapalné alebo tuhé látky. V prípade použitia tuhých palív, napríklad uhlia, je nutné toto palivo najprv splyňovať alebo rozomlieť na veľmi jemné čiastočky, to znamená na práškové palivo, ako je to pri súčasných uhoľných elektrárňach. Inou alternatívou je použitie kúrenísk s fluidným spaľovaním, ktoré sa používajú v niektorých modernejších elektrárňach, alebo kúrenísk s reťazovými roštmi, ktoré sa používajú pri starších kotolniach. Pre niektoré druhy paliva sa bude musieť zariadenie opatriť zariadeniami na zachytávanie prachu a odsírenie spalín z výfukových plynov a z vlastného kompresora. Pre väčšinu palív bude nutné robiť meranie na regulovanie emisií oxidov dusíka buď riadením spaľovacieho procesu alebo úpravou výfukových plynov.

Splodiny horenia v spaľovacej komore všeobecne obsahujú množstvo vodnej pary. Vodná para je produkovaná v spaľovacom procese v dôsledku prítomnosti vodíka v palive. Množstvo takto produkovanej vodnej pary je závislé od druhu spaľovaného paliva, napríklad zemný plyn alebo metán (CH^) produkujú viac vodnej pary než uhlie.

109

Spôsob získavania vody z výfukových plynov

Spätné získavanie vody zo splodín horenia môže byť dôležité z niekoľkých dôvodov. Jedným z dôležitých dôvodov je zadržovanie vody, najmä demineralizovaej vody. Okrem toho môže prítomnosť vodnej pary v spalinách spôsobovať vytváranie nepriaznivo vzhľadovo pôsobiaceho oblaku nad vrcholom komína, z ktorého sú spaliny v konečnej fáze emitované. Pokiaľ by bolo možné odstrániť vodu zo spalín ešte pred ich vypúšťaním do atmosféry, nedochádzalo by k vytváraniu oblaku alebo stĺpu vodných pár nad komínom. Účinnou metódou na odstraňovanie nežiaducich znečisťujúcich látok z výfukových plynov je kondenzácia vodných pár, pričom táto metóda sa môže použiť buď ako samotná, alebo ako doplnok iných spôsobov odstraňovania nežiadúcich látok. V závislosti od typu paliva môžu obsahovať tieto znečisťujúce látky oxidy síry, oxidy dusíka, čpavok, ortuť a iné ťažké kovy a prachové častice. Ak vodná para kondenzuje, časť týchto znečisťujúcich látok sa odstráni zo spalín rozpustením v kondenzáte. V niektorých prípadoch môže byť nutné pridať určité chemické látky do kondenzátu, aby sa podporilo rozpustenie nečistôt a škodlivín do vodnej fázy. Napríklad zachytenie oxidov síry sa môže dosiahnuť pridaním vápenca alebo iných alkalických látok, ako sa to už uskutočňuje v konvenčných odsírovacích systémoch na odsírovanie dymových plynov. Možno však používať aj iné prísady na uľahčenie zachytenia iných znečisťujúcich látok.

Iné znečisťujúce látky, napríklad čpavok, sú vo vode veľmi dobre rozpustné a nie je preto potrebné používať prísady na dosiahnutie požadovaného zachytenia. Čpavok sa môže injektovať do výmenníka tepla, do spaľovacej komory alebo do spojovacích potrubí, aby sa redukovalo množstvo oxidov dusíka, ktoré vznikajú pri vysokých teplotách. V závislosti od podmienok a od množstva injektovaného čpavku môže dôjsť k tomu, že splodiny horenia budú obsahovať prebytok čpavku, takže bude nutné tento prebytok odstrániť ešte predtým, než sa spaliny vypustia do atmosféry. Kondenzácia tiež predstavuje účinnú metódu odstraňovania časticových látok, tvorených prachovými časticami

110 a časticami popolčeka, z dymových plynov. Pri niektorých palivách s vysokým obsahom popola, napríklad pri uhlí, je možné okrem kondenzačných zariadení použiť konvenčné elektrostatické zrážacie a zachycovacie zariadenia.

Zariadenie na kondenzáciu vodnej pary z výfukových plynov je schematicky znázornené na obr. 20. Toto zariadenie môže byť priamo napojené na výstupnú stranu pre chladný výfukový plyn výmenníka tepla typu plyn/vzduch, pracujúceho s vysokými teplotami a zobrazeného na ktoromkoľvek z obr. 15 až 19. Zariadenie sa však môže použiť i v iných systémoch, kde ja žiadúce odstraňovanie vody z dymových alebo iných plynov.

V príklade na obr. 20 obsahuje zariadenie nízkoteplotný výmenník 656 tepla typu plyn-plyn, ktorý je pripojený k výstupnej strane pre výfukový plyn vysokotepiotného výmenníka 649 tepla typu plyn/vzduch, ktorý slúži na ohrievanie izotermicky stlačeného vzduchu výfukovými plynmi zo spaľovacej komory kompresora. K nízkoteplotnému výmenníku 656 tepla typu plyn-plyn je pripojený chladič 658 tak, že výfukový plyn vystupujúci z nízkoteplotného výmenníka 656 tepla typu plyn-plyn prechádza chladičom 658 a vracia sa k chladnejšej strane nízkoteplotného výmenníka 656 tepla typu plyn/plyn. Prechod vzduchu chladičom na chladenie výfukových plynov je podporovaný dúchadlom 660'. ktoré môže byť umiestnené v smere prúdenia plynu buď pred chladičom alebo za ním.

Pre objasnenie činnosti tohoto zariadenia na odstraňovanie vody budú predpokladané určité teploty v rôznych miestach zariadenia, i keď sa v praxi môžu skutočne teploty líšiť od príkladných hodnôt. Výfukové plyny zo spaľovacej komory prechádzajú vysokoteplotným výmenníkom 649 tepla typu plyn/ vzduch, v ktorom sa ochladí na asi 60 °C izotermický stlačeným vzduchom z izotermickej stlačovacej komory, ktorý má teplotu okolo 40 °C. Výfukové plyny z vysoko teplotného výmenníka 649 tepla typu plyn/vzduch prechádzajú nízkoteplotným výmenníkom 656 tepla typu plyn/plyn, v ktorom sa ďalej chladí na asi 35 °C studeným výfukovým plynom, vracajúcim sa z chladiča 658. Výfukový plyn sa potom usmerňuje do chladiča, v ktorom sa

111 chladí na teplotu okolo 25 °C prúdom atmosférického vzduchu s pôvodnou teplotou okolo 15 °C a vracia sa potom do nízkoteplotného výmenníka 656 tepla typu plyn/plyn. Voda, ktorá kondenzovala z výfukových plynov v dôsledku ich ochladenia v nízkoteplotnom výmenníku 656 tepla typu plyn/plyn, sa odoberá pred privedením výfukového plynu do chladiča 658 a voda kondenzovaná v dôsledku ďalšieho chladenia v chladiči 658 sa odstraňuje po prebehnutí tohoto štádia a predtým, než sa výfukový plyn vráti do nízkoteplotného výmenníka 656 tepla typu plyn/plyn. Ochladený výfukový plyn sa vracia do nízkoteplotného výmenníka 656 tepla typu plyn/plyn, takže časť odstráneného tepla sa vracia. Suchý výfukový plyn, ktorého teplota sa zvýšila na 50 °C v nízkoteplotnom výmenníku 656 tepla typu plyn/plyn, sa potom vypúšťa do atmosféry. Opätovným zahriatím vypusteného výfukového plynu sa odstraňuje tvorba nepriaznivo pôsobiaceho oblaku nad komínom a súčasne sa zvýši stúpavosť výfukového plynu, ktorá podporuje jeho rozptýlenie v atmosfére .

I keď sa v chladiči 658 zobrazenom na obr. 20 používa na chladenie výfukových plynov vzduch, je možné použiť aj iné chladiace látky, napríklad vodu z rieky alebo jazera, z chladiacej veže alebo z mora. Ak je palivom zemný plyn, môže sa voda odstraňovať pri pomerne vysokých teplotách, pretože spaliny produkované horením tohoto paliva majú rosný bod okolo 60 °C.

Kompresory s vnútorným spaľovaním

Systém s vnútorným spaľovaním ICCAT má rad výhod oproti systému s plynovou turbínou a kombinovaným cyklom (CCGT) a konvenčným tepelným elektrárňam vykurovaným uhlím alebo vykurovacím olejom. Systém s vnútorným spaľovaním paliva neobsahuje plynovú turbínu poháňanú horúcimi spalinami zo samostatnej spaľovacej komory. Pri systéme s vnútorným spaľovaním je maximálna prevádzková teplota obmedzená teplotou, ktorej sú schopné odolávať lopatky plynovej turbíny a ktorá sa rovná asi

112

1300 °C. Pretože teplo spalín sa v systéme s vnútorným spaľovaním priamo prevádza na kinetickú energiu piestu alebo iného prostriedku na uchovávanie kinetickej energie, spojeného s piestom, môže byť pri tomto systéme maximálna teplota podstatne vyššia a môže presahovať 2000 °C.

Výfukový plyn z plynovej turbíny v systéme s kombinovaným cyklom a vonkajším spaľovaním má teplotu asi 500 °C a tento plyn sa používa na tvorbu pary pre pohon parnej turbíny. Naproti tomu pri systéme s vnútorným spaľovaním môže byť teplota výfukového plynu rádovo okolo 800 °C a plyn sa využíva na predhrievanie vstupného vzduchu do spaľovacej komory pomocou výmenníka tepla. Z toho dôvodu nepotrebuje systém s vnútorným spaľovaním výrobnú paru, čo znižuje investičné náklady.

Pri systéme s vonkajším zdrojom tepla a kombinovaným cyklom zaisťuje konvenčný rotačný kompresor horúci stlačený vstupný vzduch s teplotou asi 350 °C. Táto teplota je dosiahnutá ako výsledok prenosu tepla do stlačeného vzduchu v priebehu adiabatického stlačovacieho procesu. Teplo prevedené do vstupného plynu je produkované mechanickou energiou rotačného kompresora. Pri systéme s vnútorným spaľovaním má však vstupný plyn teplotu asi 800 °C a nezahrieva sa mechanickou energiou, ale teplom z výfukových plynov opúšťajúcich kompresor. Pri systéme s vonkajším spaľovaním teda treba zvýšiť teplotu z 350 °C na 1200 °C, zatiaľ čo v systéme s vnútorným spaľovaním sa teplota zvyšuje z 800 °C na 2000 °C. Preto je v systéme s vnútorným spaľovaním priemerná teplota, pri ktorej sa teplo dodáva do systému, podstatne vyššia než pri systéme s vonkajším spaľovaním alebo vonkajším zdrojom energie. Táto skutočnosť je veľmi výhodná predovšetkým z hľadiska Carnotovej účinnosti, definovanej v predchádzajúcej časti popisu. Okrem toho je pri systéme s vnútorným spaľovaním menšia potreba energie na stlačenie daného objemu vzduchu než to bolo pri rotačnom kompresore systému s vonkajším zdrojom tepla, pretože vstupný vzduch sa stláča izotermicky.

Väčšia časť stlačeného vzduchu, použitého na pohon tepelne poháňaného kompresora v systéme s vnútorným spaľovaním, sa

113 spotrebuje v spaľovacom procese, zatiaľ čo pri systéme s vonkajším zdrojom tepla sa veľká časť stlačeného vzduchu využíva na chladenie častí turbíny a na riedenie spalín tak, aby teplota tejto plynnej zmesi neprekročila 1300 °C.

Pri systéme s vonkajším zdrojom tepla je výstupná teplota parného zariadenia na výstupe do atmosféry okolo 80 °C. Pri systéme s vnútorným spaľovaním by bolo možné dosiahnuť nižšiu výstupnú teplotu vzduchu spalín, čo znamená menšie množstvo odpadného tepla a vyššiu účinnosť. Okrem toho sa v systéme s vnútorným spaľovaním získava potrebný výkon pomocou vzduchovej turbíny, ktorá pracuje pri pomerne nízkych teplotách a pri ktorej je teplota výfukového vzduchu blízka teplote okolitej atmosféry. Pretože vzduchová turbína pracuje pri pomerne nízkej teplote, nie je nutné chladenie a nevznikajú problémy s použitými materiálmi.

Ďalšia výhoda systému s vnútorným spaľovaním oproti zariadeniu na výrobu energie podľa obr. 9 spočíva v tom, že je možné dosiahnuť vyššie teploty, pretože chladenie lopatiek vzduchovej turbíny studeným stlačeným vzduchom môže umožniť prevádzku plynovej turbíny pri teplote okolo 1500 °C, zatiaľ čo dosiaľ to bolo len 1200 °C.

Pri starostlivom návrhu systému s vnútorným spaľovaním možno udržať množstvo odpadného tepla na minime a v ideálnom stave sa v celom prevádzkovom cykle vyskytuje len menši úsek, v ktorom prebieha odoberanie tepla a ktorým je izotermické stlačovanie. V prevádzkovom cykle sa môže okrem chladiaceho postupu, popísaného v predchádzajúcej časti, použiť ľubovoľná iná forma chladenia, napríklad s využitím mokrých, suchých alebo hybridných chladiacich veží alebo priameho chladenia do atmosféry alebo do vody v rieke, jazere alebo v mori.

Kompresor s vonkajším zdrojom tepla a vzduchová turbína

Na pohon tepelne poháňaných kompresorov možno použiť aj iné zdroje tepla než je teplo zo spaľovacieho procesu. V takom

114 prípade bude zdroj tepla vonkajším zdrojom vzhľadom na tepelne poháňaný kompresor. Systém, v ktorom taký tepelne poháňaný kompresor tvorí súčasť zariadenia na výrobu elektrickej energie, poháňajúceho vzduchovú turbínu, sa označuje ako EHCAT (Externally Heated Compressor and Air Turbíne). Ako už bolo uvedené, teplo sa môže získavať z chemických alebo priemyslových procesov, zo solárnej alebo jadrovej energie. Výhodným riešením tiež môže byť použitie vonkajšieho výmenníka tepla, upraveného na spaľovanie určitých palív, ktoré by inak nemohli byť ľahko splynované alebo spaľované vnútri vlastného kompresora. Príklady takých výmenníkov sú spaľovne odpadkov, prípadne biomasy alebo uhlia.

Obr. 21 schématický znázorňuje jedno z možných príkladných uskutočnení kompresora 701 s vonkajším zdrojom tepla, pracujúcom na systéme EHCAT. Kompresor 701 obsahuje izotermickú stlačovaciu komoru, produkujúcu studený stlačený plyn, a adiabatická stlačovaciu komoru, produkujúcu horúci stlačený plyn. 2 tohoto hľadiska môže byť kompresor rovnakého uskutočnenia ako kompresor s vnútorným spaľovaním, zobrazený na obr. 15 až 19. Avšak pri kompresore s vonkajším zdrojom tepla je spaľovacia komora kompresora s vnútorným spaľovaním nahradená expanznou komorou, do ktorej sa injektuje veľmi horúci stlačený plyn bez obsahu paliva. Tento veľmi horúci stlačený plyn expanduje a ochladzuje sa bez spaľovania a tým sa odovzdáva kinetická energia piestu alebo inému prvku na uchovávanie kinetickej energie. Z expanznej komory sa vytláča výfukový plyn do výmenníka 704 tepla typu plyn/plyn, v ktorom sa predhrieva studený stlačený plyn odvádzaný z izotermickej stlačovacej komory. Tento predhriaty plyn sa privádza do prevádzkového výmenníka 705 tepla, v ktorom sa plyn zohrieva na svoju konečnú teplotu teplom generovaným niektorým z tepelných procesov. Veľmi horúci stlačený plyn z prevádzkového výmenníka 705 tepla sa privádza do expanznej komory kompresora 701 s vonkajším zdrojom tepla pre pohon piestu. V tomto príkladnom uskutočnení sa výkon získava z kompresora 701 zahrievaného zvonku stlačovaním objemu plynu adiabaticky a expandovaním tohoto plynu vo vzduchovej turbíne 707 pre pohon generátora 708 na výrobu elektrickej energie.

115

Ak sa teplo pre pohon tepelne poháňaného kompresora získava z vonkajšieho zdroja tvoreného vonkajším výmenníkom tepla, je možné použiť také riešenie, v ktorom pracovný plyn cirkuluje v uzavretom cykle. Výhodou systému s uzavretým cyklom je to, že tlak pracovného plynu môže byť zvýšený, aby sa dosiahol zvýšený výkon zariadenia s danou veľkosťou a že možno použiť iný plyn než vzduch, s ktorým sa dosahuje zlepšený prenos tepla.

Systém s uzavretým cyklom je tiež znázornený na obr. 21, na ktorom sú znázornené tiež nutné modifikácie zo systému s otvoreným cyklom, znázornené čiarkovanými čiarami.

Studený výfukový plyn vychádzajúci z výmenníka 704 tepla typu plyn/plyn je kombinovaný s chladným nízkotlakovým výfukovým plynom z hlavnej vzduchovej turbíny 707 a táto zmes sa privádza do stlačovacej komory kompresora a časť tohoto plynu sa stláča adiabaticky pre pohon hlavného vzduchu turbíny 707 a ďalšia časť tejto zmesi sa stláča izotermický, predhrieva vnútri výmenníka 704 tepla typu plyn/plyn a privádza do prevádzkového výmenníka 705 tepla, v ktorom sa tento podiel plynu zahrieva teplom získavaným v niektorom vonkajšom tepelnom procese a potom injektuje ako veľmi horúci stlačený plyn do expanznej komory pre pohon kompresora.

Tepelná kapacita výfukového plynu opúšťajúceho kompresor 701 s vonkajším vyhrievaním je rovnaká ako pri vstupnom plyne prichádzajúcom z izotermickej stlačovacej komory. Vo výfukových plynoch opúšťajúcich kompresor 701 tak nie je žiadne zvyškové teplo na rozdiel od situácie pri kompresore s vnútorným spaľovaním. V tomto prípade príkladného uskutočnenia systému EHCAT, zobrazeného na obr. 21 nie je nutné použitie druhej plynovej turbíny a druhého výmenníka tepla, ktoré sú výhodné pri niektorých uskutočneniach kompresora z vnútorným spaľovaním. Pretože však systém s vonkajším zdrojom tepla môže prevádzkovať v širokom rozsahu teplôt, mohli by sa za určitých okolností použiť tiež najmenej dve plynové turbíny. Napríklad, ak je vonkajším zdrojom tepla kúrenisko spaľujúce palivo, po116 tom sa v závislosti od teploty výfukových plynov objavuje prebytok tepla. Obr. 22 zobrazuje príkladné uskutočnenie kompresora s vonkajším vyhrievaním, prevádzkovaný v systéme EHCAT, pri ktorom sa prebytočné teplo výfukových plynov z vonkajšej vykurovanej pece premieňa na využiteľný výkon.

Zariadenie na výrobu energie, zobrazené na obr. 22, obsahuje kúrenisko 805, ktoré slúži ako hlavný zdroj tepla na zahrievanie stlačeného vzduchu pre pohon kompresora 801 zahrievaného externe. Do kúreniska 805 sa vháňa vzduch ventilátorom 811 cez hlavný výmenník 813 tepla typu plyn/vzduch. Hlavný výmenník 813 tepla typu plyn/vzduch predhrieva vzduch vstupujúci do kúreniska 805 častou výfukových plynov odvádzaných z kúreniska 805. Hlavný výmenník 813 tepla typu plyn/vzduch predhrieva vstupný vzduch privádzaný do kúreniska 805 častou odvádzaných spalín vystupujúcich z kúreniska 805. Zariadenie na výrobu energie ďalej obsahuje druhú vzduchovú turbínu 815. ktorá poháňa druhý generátor 817 z druhého výmenníka 819 tepla typu plyn/vzduch. Časť izotermicky stlačeného vzduchu z kompresora vyhrievaného z vonkajšieho zdroja sa privádza do druhého výmenníka 819 tepla typu plyn/vzduch, ktorý je upravený na predhrievanie tohoto vzduchu časťou dymových plynov odvádzaných z kúreniska 805. Predhriaty stlačený vzduch sa potom privádza ako vstupný vzduch do druhej vzduchovej turbíny 815 na výrobu prídavnej energie. Prevádzková teplota druhej vzdochovej turbíny 815 je podstatne vyššia než pri hlavnej vzduchovej turbíne 707. takže vzduch vystupujúci z druhej vzduchovej turbíny 815 bude obsahovať podstatne väčšie množstvo tepla. Na získavanie tohoto tepla je upravený druhý výmenník 821 tepla typu vzduch/vzduch, v ktorom sa predhrieva ďalšia časť izotermicky stlačeného vzduchu, privádzaná z kompresoru 801 s vonkajším vyhrievaním, ktorá sa potom pridáva do prúdu adiabaticky stlačeného vzduchu pre pohon hlavnej vzduchovej turbíny 707. V závislosti od zloženia splodín horenia z kúreniska 805 možno do vypúšťacieho komína umiestniť čistiace ústrojenstvo 823 na čistenie spalín pred ich vypustením do atmosféry.

Druhú vzduchovú turbínu možno používať, ak vonkajším zdrojom tepla nie je spaľovanie paliva, ale teplo z priemyslo117 vých procesov, prúd odpadného tepla alebo niektorý z iných zdrojov tepla. Konkrétne usporiadanie zariadenia na výrobu energie bude potom závisiet od zdroja tepla a od toho, ako možno tento zdroj priradiť k okruhu s kompresorom, vyhrievaným externe.

Kompresor s vonkajším vyhrievaním a vstrekovaním horúcej kvapaliny

Obr. 23 znázorňuje iné príkladné uskutočnenie kompresora s vonkajším vyhrievaním, pri ktorom sa teplo prevádza do kvapaliny a nie do plynu vo vonkajšom výmenníku tepla. Tepelne poháňaný kompresor 900 má rad rovnakých znakov a súčastí ako kompresor s vnútorným spaľovaním, zobrazený na obr. 17, preto sa pri mnohých z nich použijú rovnaké vzťahové číslice, zvýšené o 300. Z toho istého dôvodu platí popis týchto rovnakých súčastí pri kompresore s vnútorným spaľovaním zahrňujúcich tuhý piest, adiabatickú a izotermickú stlačovaciu komoru a spodnú odraznú komoru spolu so systémom na odoberanie vody, vzduchovou turbínou a generátorom, tiež pre zodpovedajúce časti tepelne poháňaného kompresora, zobrazeného na obr. 23. Hlavný rozdiel medzi kompresorom a vnútorným spaľovaním a kompresorom vyhrievaným z vonkajšieho zdroja spočíva vo funkcii hornej komory a v spôsobe, akým sa teplo privádza z hornej komory, pričom tieto rozdiely budú v ďalšej časti popisu podrobnejšie objasnené.

Horná komora 903' kompresora vyhrievaného z vonkajšieho zdroja tepla je opatrená stlačeného plynu, ovládaný otvorom 923' na odvádzanie prívodným otvorom 929' na prívod prívodným ventilom 931' , výfukovým výfukového plynu, ovládané výfukovým ventilom 925'. a vstrekovacím otvorom 928 na vstrekovanie kvapaliny. Prívodný otvor 929' na prívod horúceho stlačeného plynu je spojený s výstupným otvorom 943' stlačeného plynu v izotermickej stlačovacej komore 909' pred odlučovač 980' kvapaliny a výmenník 970 tepla typu plyn/plyn. Výfukový otvor 923' pre výfukový plyn je spojený s výmenníkom 970 tepla typu plyn/plyn cez druhý odlučovač 982 kvapaliny. Vstrekovací otvor

118 na vstrekovanie rozprášenej kvapaliny je umiestnený na hornej strane expanznej hornej komory 903' a je spojený s výstupom postrekovačej kvapaliny pri druhom odlučovači 983' kvapaliny cez prevádzkový výmenník 985' a druhé vstrekovacie čerpadlo 986 na vstrekovanie chladiacej kvapaliny.

Spôsob, ktorým je poháňaný kompresor 900. bude popísaný v ďalšej časti, pričom pracovný cyklus začína v okamihu, kedy je piest 915' vo vrchole svojho zdvihu v expanznej hornej komore 903'. Ak piest 915' príde do kľudu v bode svojho maximálneho vysunutia smerom hore, otvorí sa prívodný ventil 931' a predhriaty stlačený plyn sa privedie do expanznej hornej komory 903' prívodným otvorom 929'. Súčasne sa do expanznej komory 903' vstrekuje horúca kvapalina z prevádzkového výmenníka 985' tepla vstrekovacím čerpadlom 986 na rozstrekovanie kvapaliny na jemné kvapôčky. Predhriaty stlačený plyn sa ďalej zohrieva sprchou horúcej kvapaliny a expanduje a tým poháňa kvapalinový piest smerom dole. Teplo sa prevádza zo vstrekovaných kvapôčiek kvapaliny do plynu i v priebehu expanzie plynu, aby sa teplota plynu udržovala v celom priebehu expanzného procesu.

Ak piest 915' dosiahne spodnú medzu svojho zdvihu v expanznej hornej komore 903'. obráti smer svojho ďalšieho pohybu, výfukový ventil 925' na odvádzanie výfukových plynov sa otvorí a výfukový plyn s nízkym tlakom sa spolu s rozprášenou kvapalinou vytláča z expanznej hornej komory 903' výfukovým otvorom 923' pre výstup výfukového plynu a prúdi druhým odlučovačom 983' kvapaliny, v ktorom sa postrekovacia kvapalina znovu získava. Výfukový plyn s nízkym tlakom potom prechádza výmenníkom 970 tepla typu plyn/plyn, v ktorom sa predhrieva stlačený plyn prichádzajúci z izotermickej stlačovacej komory 909' pred svojim zavedením do expanznej hornej komory 903'. Postrekovacia kvapalina, oddelená z druhého odlučovača 983 kvapaliny, sa vracia späť do prevádzkového výmenníka 985' tepla, v ktorom sa znovu ohreje pred opätovným využitím na rozstrekovanie vo forme horúcej sprchy.

Pri systéme s otvoreným cyklom, kde je použitým plynom

119 vzduch, sa výfukový plyn, opúšťajúci výmenník 970 tepla, vypúšťa do atmosféry. V uzavretom systéme sa plyn opúšťajúci výmenník 970 tepla vedie do izotermickej stlačovacej komory 909 na stláčanie. Pri tomto spôsobe sa môže plyn v uzavretom cykle recyklovať. Pri systéme s otvoreným cyklom sa okrem toho vypúšťa do atmosféry aj vzduch z výstupu turbíny 972 , zatiaľ čo pri systéme s uzavretým cyklom sa plyn vedie späť do adiabatickej stlačovacej komory 905. V tomto druhom spôsobe sa plyn použitý pre pohon turbíny 972' tiež plynulé recykluje. Kompresor s vonkajším ohrevom sa môže prevádzkovať v otvorenom i uzavretom cykle, ako je to vyznačené čiarkovanými čiarami. Na obr. 23 je tiež zobrazené, že plyn, ktorý prešiel cez adiabatickú stlačovaciu komoru 905 a turbínu 972 sa nemieša s plynom obsiahnutým v zvyšku systému. Z toho dôvodu možno používať rôzne druhy plynov v týchto dvoch samostatných obvodoch, pričom tiež jeden z obvodov môže byt otvoreným obvodom a druhý uzavretým obvodom.

Použitie vstrekovanej kvapaliny ako média na prenos tepla je výhodné preto, že vonkajší výmenník 970 tepla typu plyn/ plyn môže byť kompaktnejší a môže mať vyššiu účinnosť. Ďalšou výhodou použitia kvapaliny je skutočnosť, že teplo sa môže previesť do plynu z kvapaliny ešte v priebehu expanzie plynu, čo zlepšuje termodynamickú účinnosť zariadenia. Použitie kvapaliny ako teplonosného média limituje maximálnu teplotu zdroja tepla na takú hodnotu, ktorá môže byť pohltená vhodnou kvapalinou. Použitá kvapalina má mať zodpovedajúce fyzikálne a chemické vlastnosti, nemá byť toxická, nebezpečná pre životné prostredie a má byť pomerne lacná.

Kompresor s vonkajším ohrevom a vstrekovaním horúcej kvapaliny môže byť vhodný na výrobu energie pomocou tepelných zdrojov s nižšími teplotami, napríklad solárnych pecí, zdrojov geotermálnej energie alebo odpadného tepla s nižšou teplotou.

Pri prevádzkovom režime s uzavretým cyklom môže byť v niektorých prípadoch nutné zaistiť dodatočné chladenie plynu po jeho výstupe z turbíny, aby sa udržala stabilná teplota.

- 120 Je výhodné, že na pohon tohoto druhu kompresora možno použiť z veľkého výberu rad palív vrátane zemného plynu, ľahkých alebo ťažkých vykurovacích olejov, uhlia, biomasy a komunálnych odpadov. V ďalšej časti popisu budú objasnené zásady pre použitie rôznych palív.

Zemný plyn a ľahký vykurovací olej sú vhodnými palivami pre priame vstrekovanie a spaľovanie vnútri spaľovacej komory kompresora. V alternatívnom uskutočnení sa môžu tieto palivá spaľovať vnútri vonkajšej spaľovacej komory, ktorá je však pripojená k zahrievanej komore. Palivo sa môže vznietiť spontánne v závislosti od teploty privádzaného spaľovacieho vzduchu a/alebo od teploty vnútri spaľovacej komory, ako je to napríklad pri zápalných motoroch. Splodiny horenia v tomto prípade neobsahujú v podstate žiadne tuhé častice a veľmi malé množstvo oxidu siričitého, i keď v nich bude prítomné určité množstvo oxidov dusíka (Ν0_χ). Emisie ΝΟ_χ môžu byť redukované buď katalytickou, alebo nekatalytickou redukciou čpavkom. Pre spaľovanie ťažkých olejov, mazutu a uhlia je známy rad technologických predpisov.

Pri zariadeniach patriacich do systému ICCAT môže byť ťažký olej alebo mazut rozprášený na jemné kvapôčky zahriatím a následným vstrekovaním do expanznej komory v stanovených časových intervaloch sa môže doviesť k vzplanutiu a môže sa spaľovať v jednotke s vnútorným spaľovaním. Kvapôčky sa môžu zapáliť vo vzduchu s vysokou teplotou, privedeným z výmenníka tepla, a rýchle zhorieť. Ak je to potrebné, možno použiť zapaľovacie ústrojenstvo, ktoré môže zahrňovať vstrekovaciu jednotku na vstrekovanie iného paliva pri zahajovaní spaľovacieho procesu. Uhlie sa môže tiež injektovať do spaľovacej komory vo forme jemného prachu (práškové palivo), ktoré sa dopravuje do expanznej komory potrubím v prúde vzduchu alebo inej vhodnej dopravnej látke. V tomto prípade treba starostlivo zaistiť bezpečnosť prevádzky, aby nemohlo dôjsť k explózii práškového uhlia v dopravnej fluidnej látke. Prevádzkové podmienky potom určujú, či na dopravu uhoľného prachu je alebo nie je vhodné použiť inú fluidnú látku než vzduch.

121

V inom príkladnom uskutočnení sa môže ťažký olej, vykurovacia emulzia alebo uhlie splyňovať pomocou vzduchu alebo kyslíka vo vhodnom splynovačom zariadení. Kvapalné palivá, to znamená ťažký olej, mazut alebo vykurovacia emulzia sa ľahšie spracúvajú v splynovačom procese než uhlie, pretože nevyžadujú mlecie zariadenie na drvenie paliva a vhodnú dopravnú látku.

V ešte inom uskutočnení sa môže použiť vonkajšie tlakové kúrenisko, spaľujúce ťažký olej, vykurovacie emulzie, uhlie alebo splyňovacie palivo, na výrobu horúcich spalín, ktoré sa potom privádzajú do expanznej komory kompresora ovládaním ventilov odolávajúcich vysokým teplotám.

Pri zariadeniach patriacich do systému EHCAT môžu byť vykurovacie emulzie, ťažké oleje alebo uhlie spaľované v hlavnom vykurovacom zariadení, v ktorom sa zahrieva pracovná kvapalina pre tepelne poháňaný kompresor. Hlavné vykurovacie zariadenie môže obsahovať kúrenisko bez vnútorného pretlaku, upravené na spaľovanie paliva v predhriatom atmosférickom vzduchu a ďalej môže obsahovať výmenník tepla, ktorým prechádza pracovná fluidná látka, ktorou môže byť predhriaty stlačený vzduch z tepelne poháňaného kompresora. Predhriaty stlačený vzduch sa ohrieva teplom z kúreniska a potom sa vháňa ako veľmi horúci stlačený vzduch do expanznej komory na pohon piestu.

Ak sa palivo podrobí procesu, ktorým sa má dosiahnuť jeho splyňovanie, potom by sa mala z paliva ešte pred spaľovaním odstrániť síra. Odstraňovanie síry je výhodnejšie uskutočňovať po splynovaní, ale pred spaľovaním, pretože v tejto fáze je objem plynu podstatne menší. Síra sa tiež ľahšie odstraňuje v elementárnej forme než so sadrovcom. To znamená, že hmotnosť spracúvaného materiálu je tiež podstatne menšia. Na druhej strane ak nie je palivo splynené, treba podrobiť odsíreniu výfukové plyny zo spaľovacieho procesu ešte pred ich vypustením do atmosféry.

Kde je to možné, tam sa pokladá za výhodnejšie priame spaľovanie paliva v spaľovacej komore tepelne poháňaného kompresora než použitie vonkajšieho kúreniska, či sa už palivo

- 122 splyňuje alebo nie. Spaliny produkované spaľovaním splynovaného paliva sú všeobecne čistejšie než spaliny z priameho spaľovania tuhých alebo tažkých kvapalných palív. Voľba medzi týmito dvomi metódami však do značnej miery závisí od relatívnych cien a od prijateľnosti pre okolité prostredie.

Biomasa a komunálne odpady sa môžu tiež využívať ako palivo, ak sú pripravené vo vhodnej forme. I keď všeobecne nie je praktické sekať domový odpad alebo väčšinu druhov rastlinných materiálov na častice s veľkosťou menšou než jeden milimeter, ako je to pri príprave uhoľného prášku, možno biomasu spaľovať vo vhodne navrhnutých zariadeniach s vnútorným spaľovaním, ak sú častice dostatočne malé, aby sa dosiahlo dostatočne rýchle spálenie, v alternatívnom prípade možno biomasu tiež splyňovat. Mohla by sa napríklad splyňovať mimo kompresor v kúrenisku s pevným lôžkom alebo prípadne s fluidným lôžkom, kde môže splynovanie prebiehať ako kontinuálny proces. Pritom je žiaduce dosiahnuť maximálnu chemickú energiu produktu splyňovacieho procesu a súčasne pritom minimalizovať produkciu tepla v splynovačej fáze. Teplo získavané pri splynovaní by sa mohlo previesť pomocou výmenníka tepla na izotermický stlačený vzduch, ktorý by sa potom nechal expandovať na zvýšenie celkového výkonu systému. Získaný plyn by sa potom mohol spaľovať v systéme s vnútorným spaľovaním podobne ako pri použití zemného plynu.

Tepelne poháňaný plynový kompresor so splyňovaním

Ako už bolo uvedené v predchádzajúcej časti, splynované palivá, ako je uhlie, ťažký olej, vykurovacie emulzie alebo biomasa, predstavujú atraktívnu ponuku. Obr. 24 znázorňuje konkrétne príkladne uskutočnenie kompresora s vnútorným spaľovaním a vzduchovou turbínou, zaradeného do zariadenia na splynovanie paliva a výrobu elektrickej energie. Príklad na obr. 24 obsahuje tepelne poháňaný kompresor opatrený kvapalinovou postrekovacou sústavou pre spätné získavanie tepla a chladenie, ktorý bol popísaný pri objasňovaní obr. 17 a 18 a je opatrený masívnym vertikálne posuvným tuhým piestom. Podobné

123 časti tohoto systému sú označené rovnakými vzťahovými číslami.

Splyňovacie zariadenie vzdušnou separačnou jednotkou 652. ktorá je napojená na výstup odlučovača 680 vlhkosti na zachytenie časti chladného stlačeného vzduchu, produkovaného spaľovacím kompresorom 600. Vzdušná separačná jednotka 652 produkuje stlačený dusík i stlačený kyslík. Vzdušná separačná jednotka 652 je upravená na dodávanie stlačeného kyslíka do splyňovacej jednotky 654. v ktorej sa kyslík využíva na premenu práškového uhlia alebo iného paliva na surový vykurovací plyn, ktorý obsahuje okrem iných plynov oxid uhoľnatý a vodík. Pod splyňovaciu jednotku 654 je pripojená zberná nádoba 653 na zachytávanie strusky zo splyňovacieho procesu. Okolo splyňovacej jednotky 654 i zbernej nádoby 653 na zachytávanie strusky je vytvorený chladiaci plášť 655. ktorý umožňuje cirkuláciu chladiacej tekutiny okolo stien splyňovacej jednotky 654 a tým spätné získavanie tepla generovaného pri splynovačom procese. V tomto príkladnom uskutočnení sa stlačený dusík, produkovaný vo vzdušnej separačnej jednotke 652. využíva ako chladiaca tekutina a dusíkový výstup vzdušnej separačnej jednotky 652 je preto spojený so spodnou časťou chladiaceho plášťa 655. Horúci stlačený dusík vystupuje z horenia strany chladiaceho plášťa 655 splyňovacej jednotky 654 a vedie sa priamo na vstup vzduchovej turbíny 672. Tým sa teplo zo vzdušnej separačnej jednotky 652 získava späť vo forme, v ktorej má byť využité pre výhodnú výrobu využiteľnej energie.

Surový vykurovací plyn, vychádzajúci zo splyňovacej jednotky 654. sa privádza do nízkoteplotného výmenníka 656 typu plyn/vzduch, v ktorom sa surový plyn ochladí prívodom stlačeného dusíka zo vzdušnej separačnej jednotky 652. Horúci stlačený dusík, opúšťajúci nízkoteplotný výmenník 656 typu plyn/vzduch, sa potom vedie do vzduchovej turbíny 672. v ktorej expanduje a produkuje využiteľnú mechanickú energiu. Výstup surového plynu z nízkoteplotného výmenníka 656 typu plyn/vzduch je pripojený k cyklónovému odlučovaču 658' popolčeka, v ktorom sa surový plyn zpracúva na oddelenie všetkých popolčekových častíc. Spracúvaný plyn sa odvádza z cyklónového odlučovača 658' popolčeka do odsírovacej jednotky 662 cez vý- 124 menník 660. tepla, v ktorom sa prevádza teplo zo surového plynu do čistého plynu a v ktorom sa surový plyn ochladzuje pred zavedením do odsirovacej jednotky 662, z ktorej sa už odvádza vyčistený plyn. Čistý vykurovací plyn, opúšťajúci výmenník 660 tepla typu surový plyn/čistý plyn, sa potom privádza do spaľovacej komory spaľovacieho kompresora 600 vstrekovacim otvorom 627 na prívod paliva do spaľovacej komory 603. Časť izotermicky stlačeného vzduchu produkovaného spaľovacím kompresorom 600 sa môže využiť ako prídavok k stlačenému dusíku pre spätné získavanie tepla zo splyňovacieho procesu, pokiaľ je to potrebné.

Predpokladá sa, že tento splynovači proces bude poskytovať podstatne vyššiu účinnosť než dosiaľ známe zariadenia predovšetkým preto, že stlačený vzduch, potrebný pre vzdušnú separačnú jednotku 652. na spaľovanie a chladenie, sa stláča izotermicky, je potrebné podstatne menej kompresnej práce. Teplo zo splyňovacieho procesu sa získava takým spôsobom, že sa môže používať na ďalšie účely pri vyšších teplotách bež bolo dosiaľ možné pri známych konštrukčných riešeniach týchto systémov pre integrované elektrárne a podobné zariadenia využívajúce splyňovanie paliva. Okrem toho použitie splyňovaného paliva v systémoch s vnútorným spaľovaním a spaľovacou komorou zvyšuje účinnosť premeny čistého vykurovacieho plynu na elektrickú energiu.

V alternatívnom príkladnom uskutočnení môže splyňovací cyklus prebiehať i bez separácie vzduchu použitím izotermicky stlačeného vzduchu v splyňovacom procese a v získavaní tepla v nízkoteplotnom výmenníku 656. ktorý je umiestnený v smere prúdu plynu za splyňovacou jednotkou 654. Ak sa však použije namiesto kyslíka vzduch, je účinnosť premeny paliva na vykurovací plyn menšia, pričom je tiež nutné izotermicky stlačený vzduch predhriat pred jeho zavedením do splyňovacej jednotky 654.

Hlavnou výhodou použitia kyslíka v splyňovacom procese je skutočnosť, že vyššia teplota splynovania umožňuje dosiahnuť úplnejšiu premenu uhlíka z paliva na oxid uhoľnatý. Vyššia

125 teplota splyňovania tiež umožňuje účinnejšiu premenu tepla na mechanickú a elektrickú energiu procesom po rekuperácii tepla, prebiehajúcim od splyňovača až po vzduchovú turbínu. V ešte inom výhodnom uskutočnení môže byť výhodné použiť namiesto vzduchu kyslík tiež v spaľovacom procese. Touto voľbou sa dosiahne zníženie tvorby oxidov dusíka Ν0_χ na hodnotu zodpovedajúcu obsahu dusíka v palive. Pri splodinách horenia uhlia spaľovaného s vzduchom ako spaľovacím plynom je rosný bod pre kondenzáciu vody okolo 38 °C, čo zaisťuje malú možnosť kondenzácie vody a spätného získavania latentného tepla. Pri spaľovaní uhlia v kyslíkovej atmosfére je rosný bod spalín okolo 67 °C, takže je tu možnosť využitia latentného tepla pre predhrievanie časti stlačeného dusíka zo vzdušnej separačnej jednotky napríklad vo vzduchovej turbíne. Okrem toho pri spaľovaní uhlia v kyslíkovej atmosfére dochádza ku kondenzácii nežiaducich prímesi, napríklad síry a vody, ktoré kondenzujú, takže dymové plyny obsahujú takmer iba oxid uhličitý. Ak sa v niektorých prípadoch považuje za žiadúce získavať späť oxid uhličitý z dôvodu ochrany ovzdušia, potom majú dymové plyny správne zloženie.

Splyňovanie paliva sa môže tiež uskutočňovať v zariadení s izotermickým kompresorom a plynovou turbínou. Obr. 25 znázorňuje príkladné uskutočnenie plynom poháňaného izotermického kompresora v itegrovanom zariadení pre splyňovanie paliva a výrobu elektrickej energie. Príkladné uskutočnenie použitého izotermického kompresora bolo popísané v predchádzajúcej časti popisu pri objasňovaní príkladu z obr. 5, takže sú použité obdobné vzťahové značky, zväčšené o 800, na označenie analogických častí zariadenia. Izotermický kompresor v tomto uskutočnení obsahuje hornú komoru 809, umiestnenú zvisle nad spodnou komorou 811'. a tuhý piest 812. ktorý sa môže voľne posúvať medzi obomi komorovými priestormi. V stene hornej komory 809 je vytvorený prívodný otvor 821 na prívod horúceho stlačeného vzduchu, ovládaný ventilom 825. výpustný otvor 813 stlačeného vzduchu, uzatváraný ventilom 817. a vstrekovací otvor 837 na rozprašovanie kvapaliny. V spodnej komore 811' je uzavretý utesnený objem plynu, ktorý tvorí prostriedok pre premenu kinetickej energie tuhého piestu 812. pohybujúceho sa smerom do126 le, na kinetickú energiu pridávanú tuhému piestu 812 pre pohyb hore. Systém pre spätné získavanie vody a chladenie je rovnaký ako v príklade na obr. 5 a obsahuje odlučovač 847 vlhkosti, napojený na výstup pre stlačený plyn chladiaceho systému 845. spojeného s odlučovačom 847 vlhkosti vratným potrubím 853. pričom medzi chladiaci systém 845 a vstrekovací otvor 837 kvapaliny je zaradené vstrekovacie čerpadlo 834. Prívodný otvor 821 na prívod horúceho stlačeného vzduchu v izotermickej hornej komore 809 je napojený na výstup rotačného kompresora 861. ktorý dodáva horúci stlačený vzduch pre pohon izotermického kompresora 801.

Stlačený studený vzduch, produkovaný izotermickým kompresorom 801 sa odvádza z výpustného otvoru 813 stlačeného vzduchu cez odlučovač 847 vlhkosti a usmerňuje sa do troch smerov. Časť studeného stlačeného vzduchu sa využíva na splyňovanie a najprv sa vedie do vzduchovej separačnej jednotky 869, v ktorej sa vzduch rozloží na stlačený dusík a kyslík. Ďalšia časť studeného stlačeného vzduchu sa smeruje do spaľovacej komory 857. kde podporuje horenie a kde sa tak produkuje horúci vysokotlakový plyn pre pohon plynovej turbíny 859. ktorá je upravená pre pohon hlavného generátora 863. Studený stlačený vzduch, prichádzajúci z izotermického kompresora 801. sa pred privedením do spaľovacej komory 857 predhrieva vo výmenníku 855 tepla typu plyn/vzduch výfukovým plynom z plynovej turbíny.

Všeobecne je v tomto zariadení vo výfukových plynoch vzduchovej turbíny k dispozícii väčšie množstvo tepla než je potrebné na predhriatie studeného stlačeného vzduchu pre spaľovanie v spaľovacej komore 857. Preto sa vo výmenníku 855 tepla typu plyn/vzduch predhrieva ďalšia časť studeného stlačeného vzduchu z izotermického kompresora, aby sa toto prebytočné teplo odobralo, a tento predhriaty stlačený vzduch sa potom usmerňuje do druhej vzduchovej turbíny 865. v ktorej expanduje a poháňa druhý generátor 867.

Splyňovacie zariadenie je podobné príkladnému uskutočneniu, zobrazenému na obr. 24, a obsahuje vzduchovú separačnú

127 jednotku 869, napojenú na výstup odlučovača 847 vlhkosti. Tlakový dusík produkovaný vzduchovou separačnou jednotkou 869 sa vedie do splyňovacej jednotky 871. v ktorej sa uskutočňuje splynovanie práškového uhlia alebo iného paliva. Pod splyňovacou jednotkou 871 je umiestnená nádoba 873 na zhromažďovanie strusky zo splyňovacieho procesu. Tak splyňovacia jednotka 871. ako aj zberná nádoba 873 na zhromažďovanie strusky sú obklopené chladiacim plášťom 872. Splyňovacia jednotka 871 je opatrená výstupom splynovaného paliva, ktorý je spojený s výmenníkom tepla 875 typu plyn/vzduch. Stlačený dusíka zo vzduchovej separačnej jednotky 869 sa usmerňuje tak do chladiaceho plášťa 872. obklopujúceho splyňovaciu jednotku 871 na chladenie stien splyňovacej jednotky 871 a odoberanie prebytočného tepla, ako aj do výmenníka 855 tepla typu plyn/vzduch na chladenie surového vykurovacieho plynu zo splyňovacej jednotky 871. Horúci stlačený dusík sa privádza jednak z chladiaceho plášťa 872 a jednak z výmenníka tepla na vstup druhej vzduchovej turbíny 865, kde môže expandovať súčasne s horúcim stlačeným vzduchom z výmenníka 855 tepla typu plyn/vzduch. Výstupná strana výmenníka 875. z ktorej vystupuje studený surový vykurovací plyn, je napojená na spaľovaciu komoru 857 cez čistiaci systém na čistenie surového plynu, obsahujúci cyklónový odlučovač 877 popolčeka, výmenník 879 tepla, zaisťujúci odovzdávanie tepla medzi surovým plynom a čistým plynom, a odsírovaciu jednotku 881. Surový plyn z výmenníka 855 tepla typu plyn/vzduch sa privádza do cyklónového odlučovača 877 popolčeka, aby sa zo surového vykurovacieho plynu odstránili všetky častice popolčeka. Vykurovací plyn sa potom vedie do odsírovacej jednotky 881 cez výmenník 879 tepla, v ktorom sa odovzdáva teplo zo surového plynu do čistého plynu a v ktorom sa vykurovací plyn ochladzuje čistým plynom, opúšťajúcim odsírovaciu jednotku 881. Tento čistý vykurovací plyn po prechode výmenníkom 879 tepla typu surový plyn/čistý plyn privádza priamo do spaľovacej komory 857. v ktorej sa spaľuje spolu s predhriatym stlačeným vzduchom z výmenníka 855 tepla typu plyn/vzduch.

Systém ISOGT integrovaný so splyňovacím cyklom môže byť výhodnejší než ICCAT integrovaný splynovači systém, ak je jeho cena nižšia. Vzduchová turbína 865 a s ňou spojený generátor

128

867. ktoré sa používajú v splynovačom cykle ISOGT, produkuje značnú časť celkového výkonu, pretože teplo zo splynovania sa využíva vo vzduchovej turbíne. Rovnako ako pri integrovanom splynovačom systéme ICCAT môže sa aj pri integrovanom splynovačom systéme ISOGT vynechať separačná jednotka pre rozklad vzduchu.

Spôsob uchovávania a spätného získavania energie pomocou tepelne poháňaného kompresora

Ako bolo popísané v predchádzajúcej časti popisu pri objasňovaní príkladných uskutočnení izotermických kompresorov, poháňaných plynom a kvapalinou, môže byť tiež výhodné zahrnúť konštrukčné úpravy, ktoré majú slúžiť na uchovávanie energie v elektrárni alebo v podobnom zariadení na výrobu energie, obsahujúcom tepelne poháňaný kompresor. V priebehu nízkych nárokov na dodávku energie by v tomto prípade mohla byť väčšia časť izotermického stlačeného plynu, ktorým môže, ale tiež nemusí byť vzduch, skladovaná vo veľkých dutinách, napríklad v podzemných zásobníkoch vytvorených vo vyťažených baniach alebo ropných studniach. V energetickej špičke, kedy sú nároky na dodávku energie vysoké, sa tento stlačený vzduch odoberá z dutiny zásobníka a pridáva sa k vzduchu produkovanému kompresorom. Alternatívnou metódou uchovávania energie je chladenie a mrazenie vody v priebehu periódy, kedy sú nižšie vonkajšie nároky na dodávku energie, a následné využitie uchovávaného chladu na zvýšenie výkonu zariadenia v období, kedy sú nároky na dodávku energie vysoké.

Obr. 26 zobrazuje príkladné uskutočnenie kombinovaného zariadenia na generovanie výkonu a uchovávanie energie, ktoré poskytuje možnosť skladovania energie vo forme stlačeného vzduchu i vo forme ľadu. V tomto príkladnom uskutočnení je stlačeným plynom vzduch, kompresorom je kompresor s vnútorným spaľovaním.

Spaľovací kompresor 750' produkuje studený stlačený vzduch, ktorého aspoň časť sa vedie do výmenníka 751 tepla

129 typu plyn/vzduch, v ktorom sa vzduch predhrieva horúcimi výfukovými plynmi zo spaľovacieho kompresora 750' pred zavedením do spaľovacej komory. Z kompresora sa odoberá výkon adiabatickým stlačovaním atmosférického vzduchu a jeho expanziou vo vzduchovej turbíne 753'. ktorá poháňa generátor 755. Spaľovací kompresor 750 obsahuje ústrojenstvo na ovládanie relatívnych podielov plynov, ktoré sa stláčajú adiabaticky a izotermicky. Ak má spaľovací kompresor 750 konštrukčné uskutočnenie, ktoré bolo popísané pri objasňovaní príkladov na obr. 17 alebo 18, môže sa množstvo vzduchu stlačovaného adiabaticky regulovať jednoducho nastavením časového intervalu otvorením výpustného ventilu na vypúšťanie adiabaticky stlačeného vzduchu. Ak sa tento ventil uzavrie skoro, potom prichádza do vzduchovej turbíny menší podiel vzduchu a väčší podiel získateľnej energie sa môže využiť na izotermické stlačovanie. Na zvýšenie prietoku vzduchu do vzduchovej turbíny stačí opačné nastavenie výpustného ventilu na vypúšťanie adiabaticky stlačeného vzduchu. Na udržovanie rovnakého zdvihu piestu je nutné redukovať množstvo plynu v odraznej komore obsahujúcej uzavretú dávku plynu, čo možno ľahko realizovať napríklad opatrením odraznej komory ventilom, ktorý ovláda privádzanie alebo vypúšťanie plynu z tejto komory.

V priebehu nízkych nárokov na dodávku energie sa produkuje väčší podiel izotermicky stlačeného vzduchu než je potrebný na pohon spaľovacieho kompresora 750' a prebytok tohoto studeného stlačeného vzduchu sa odvádza do veľkej dutiny 757 _f v ktorej sa skladuje. Potom v dobe vysokých nárokov na dodávku energie sa väčšia časť výkonu produkovaného spaľovacím kompresorom 750' využíva na adiabatické stlačovanie vzduchu pre pohon vzduchovej turbíny 753'. Izotermicky stlačený vzduch na spaľovanie sa dodáva spaľovacím kompresorom 750' i veľkou dutinou 757.

Zariadenie na výrobu výkonu a uchovávanie energie v tomto príkladnom uskutočnení tiež obsahuje zásobnú nádobu 761 na vodu a ľad a chladiaci systém 763. ktorý ochladzuje alebo mrazí zásobu vody. Ako už bolo uvedené v predchádzajúcej časti popisu, teplo prevedené do rozstrekovacej kvapaliny v priebehu

- 130 izotermického stlačovanie, sa za normálnych podmienok odoberá z kompresora chladiacim systémom 759. v období s nízkymi nárokmi na dodávku energie ochladzuje chladiaci systém 763 vodu v zásobnej nádobe 761 na teplotu najmä pod bodom mrazu, takže sa vytvára ľad. Ak sú nároky na dodávku energie vysoké, chladiaci systém 763 sa môže vypnúť, aby sa zvýšil užitočný výkon a chladenie postrekovačej kvapaliny sa zaisťuje čiastočne vonkajším chladiacim systémom 759 a čiastočne rozpustením zásoby ľadu. Energetická špička s maximálnymi nárokmi na dodávku energie sa normálne vyskytuje v priebehu dňa a ak sú teploty okolia cez deň dostatočne vysoké, ľad sa môže rozpúšťať a zaisťovať studenou vodou na izotermické stlačovanie plynu. Vonkajší chladiaci systém 759' zariadenia podľa tohoto príkladného uskutočnenia, ktorý by musel odovzdávať teplo do okolitého prostredia s vyššou teplotou, nie je vhodné používať alebo by sa malo používať v tomto dennom úseku len so zníženou kapacitou. Príťažlivosť tohoto systému pre praktické využitie spočíva v tom, že zásoba ľadu sa môže vytvárať v noci, kedy sú požiadavky na dodávku energie nízke. V tomto prípade môže ísť kompresor na plný výkon a prebytok výkonu sa využíva na mrazenie vody na ľad. To poskytuje dvojakú výhodu, pretože tým sa nielen uchováva energia pre neskoršie využitie v období energetickej špičky s navyššími nárokmi na dodávku energie, ale tiež sa zlepšuje celková tepelná účinnosť zariadení znížením teploty postrekovacej kvapaliny v dobe maximálnej dodávky energie.

Čiarkované čiary na obr. 26 znamenajú, že niektoré súčasti tohoto zariadenia na uchovávanie energie alebo chladenie sa môžu využívať len v časti celého pracovného intervalu. Spôsob uchovávania energie v stlačenom vzduchu alebo v zmrazenej vode sú od seba úplne nezávislé. Zariadenie môže byť opatrené buď jedným, alebo oboma uchovávacimi systémami.

Znaky zariadenia podľa vynálezu, ktoré boli uvedené pri jednotlivých príkladných uskutočneniach, sa môžu využiť tiež v iných príkladných uskutočneniach. Okrem toho možno využiť princípy rôznych prevádzkových režimov, zahrňujúcich druhy pohonu plynových kompresorov, ktoré boli popísané pri jednotil131 vých konkrétnych príkladoch uskutočneniach, sa môžu využit aj v iných konštrukčných riešeniach. Alternatívne uskutočnenia príkladov zobrazených na výkresoch a ich funkcie sa môžu obmieňať v rámci vynálezu a v rozsahu, ktorý je zrejmý pre odborníkov v tomto odbore.

Claims (154)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Plynový kompresor obsahujúci komoru pre plyn, ktorý sa má stláčať, piest uložený v komore, ústrojenstvo na pohon piestu do komory na stlačovanie plynu, ústrojenstvo na vytváranie kvapalinovej sprchy v komore na ochladzovanie plynu pri jeho stlačovaní vnútri komory a ventilový prvok na umožnenie odvádzania stlačeného plynu z komory, vyznačený tým, že ústrojenstvo na pohon piestu obsahuje prostriedky na odovzdávanie hnacej energie, uchovávanej vo fluidnej látke, priamo piestu.
2. 2. Plynový kompresor podľa nároku 1, vyznačený tým, že obsahuje ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie, spojenej s piestom a upravené pre prijatie dostatočnej kinetickej energie na umožnenie stlačovania plynu piestom.
3. 3. Plynový kompresor podľa nároku 2, vyznačený tým, že ústrojenstvo na uchovávanie energie je tvorené hmotou pohyblivou v rovnakej fáze s piestom.
4. 4. Plynový kompresor podľa nároku 3, vyznačený tým, že pohyblivou hmotou na uchovávanie energie je piest.
5. 5. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 2 až 4, vyznačený tým, že obsahuje ústrojenstvo na prevádzanie kinetickej energie, využitej na ovládanie pohybu piestu v jednom smere, na kinetickú energiu na uvádzanie piestu do pohybu v opačnom smere.
6. 6. Plynový kompresor podľa nároku 5, vyznačený

   133 t ý m , že ústrojenstvo na prevádzanie energie obsahuje prostriedky na prevedenie kinetickej energie, využitej na uvedenie piestu do pohybu, na potenciálnu energiu.
7. 7. Plynový kompresor podľa nároku 6, vyznačený tým, že prostriedky na prevádzanie kinetickej energie na potenciálnu energiu obsahujú hmotu upravenú na premiestňovanie v zvislom smere pri pohybe piestu.
8. 8. Plynový kompresor podľa nároku 7, vyznačený t ý m , že hmotou je piest.
9. 9. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 5 až 8, vyznačený tým, že obsahuje druhú komoru a druhý piest upravený tak, že pri pohybe prvého piestu do prvej komory sa druhý piest pohybuje smerom do druhej komory.
10. 10. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 5 až 9, vyznačený tým, že obsahuje druhú komoru a druhý piest upravený tak, že pri pohybe prvého piestu do prvej komory sa druhý piest pohybuje smerom von z druhej komory.
11. 11. Plynový kompresor podľa nároku 10, vyznačený tým, že prvý a druhý piest sú vytvorené vo forme jediného telesa.
12. 12. Plynový kompresor podľa nároku 10 alebo 11, závislého od najmenej jedného z nárokov 5 až 8, vyznačený tým, že ústrojenstvo na prevádzanie kinetickej energie je tvorené objemom plynu, obsiahnutým v druhej komore.
13. 13. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1

    134 až 12, vyznačený tým, že je opatrený úložnou jednotkou obsahujúcou objem kvapaliny a tvorenou potrubím formujúcim piest.
14. 14. Plynový kompresor podľa nároku 13, vyznačený tým, že úložnou jednotkou na uloženie objemu kvapaliny je potrubie tvaru U.
15. 15. Plynový kompresor podľa nároku 14, vyznačený t ý m , že komora je vytvorená v jednom ramene potrubia tvaru

    U.
16. 16. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 11 až 15, závislých od nároku 10,vyznačený tým, že druhá komora je vytvorená v druhom ramene potrubia.
17. 17. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 13 až 16,vyznačený tým, že je opatrený piestom obsahujúcim tuhý materiál a umiestneným v potrubí medzi kvapalinovým piestom a komorou.
18. 18. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 13 až 17,vyznačený tým, že je opatrený piestom obsahujúcim tuhý materiál a umiestneným v potrubí na strane kvapalinového piestu, odvrátenej od komory.
19. 19. Plynový kompresor podľa nároku 17 alebo 18, vyznačený tým, že piest obsahujúci tuhý materiál má vyššiu hustotu než kvapalina kvapalinového piestu.
20. 20. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 17 až 19,vyznačený tým, že jeden z tuhých piestov a

    135 potrubí sú opatrené tesniacimi prvkami na riadenia alebo zamedzenie prietoku kvapaliny medzi tuhým piestom a potrubím.
21. 21. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 12, vyznačenýtým, že piest obsahuje tuhý materiál .
22. 22. Plynový kompresor podľa nároku 21, vyznačený tým, že piest a komora sú usporiadané tak, že pohyb piestu do komory prebieha v podstate v zvislej rovine.
23. 23. Plynový kompresor podľa nároku 21, vyznačený tým, že piest a komora sú usporiadané tak, že pohyb piestu do komory prebieha v podstate vo vodorovnej rovine.
24. 24. Plynový kompresor podľa nároku 23, vyznačený tým, že je opatrený ložiskovými prvkami s nízkym trením pre podopretie piestu a uľahčenie pohybu piestu voči komore.
25. 25. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 24, vyznačený tým, že komora je upravená pre priamočiary pohyb piestu do komory.
26. 26. Plynový kompresor podľa nároku 9 až 10, prípadne podľa najmenej jedného z nárokov 12 až 25, závislých od nároku 9 alebo 10, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie pohonnej energie obsahuje druhý ventilový prvok na ovládanie prívodu horúceho stlačeného plynu do druhej komory pre pohon piestu von z tejto druhej komory.
27. 27. Plynový kompresor podľa nároku 26, vyznačený tým, že obsahuje tretí ventilový prvok, otvárateľný po ex136 panzii plynu v druhej komore, na odvedenie expandovaného plynu z druhej komory pri zasúvaní piestu do druhej komory.
28. 28. Plynový kompresor podľa nároku 27, vyznačený tým, že je opatrený ovládacím ústrojenstvom na ovládanie ventilových prvkov, upraveným na uzatváranie tretieho ventilového prvku pretým, než všetok expandovaný plyn opustí druhú komoru.
29. 29. Plynový kompresor podľa nároku 26, vyznačený tým , že je opatrený tretím ventilovým prvkom, použiteľným na stlačenie plynu v druhej komore pohybom piestu do druhej komory pre umožnenie odvedenia stlačeného plynu z druhej komory.
30. 30. Plynový kompresor podľa nároku 29, vyznačený tým, že je opatrený ústrojenstvom na 'vytváranie sprchy rozprášenej kvapaliny v druhej komore na ochladzovanie plynu pri jeho stlačovaní.
31. 31. Plynový kompresor podľa nároku 29 alebo 30, vyznačený tým, že je opatrený štvrtým ventilovým prvkom, použiteľným po expanzii horúceho stlačeného plynu, privedeného druhým ventilovým prvkom, v druhej komore na privedenie prídavného množstva nízkotlakového plynu predtým, než rýchlosť pohybu druhého piestu v smere von z druhej komory klesne na nulovú hodnotu.
32. 32. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 31, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje ďalší ventilový prvok na prívod horúceho stlačeného plynu do komory na vytláčanie piestu z tejto komory.

    137
33. 33. Plynový kompresor podľa nároku 32, vyznačený tým, že obsahuje ventilový prvok, použiteľný po expanzii horúceho stlačeného plynu, privedeného ďalším ventilovým prvkom, na prívod prídavného nízkotlakového plynu predtým, než rýchlosť pohybu piestu v smere von z komory klesne na nulovú hodnotu.
34. 34. Plynový kompresor podľa nároku 9 alebo 10 alebo podľa najmenej jedného z nárokov 11 až 25, závislých od nároku 9 alebo 10, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje prostriedky na vytváranie spáliteľnej palivovej zmesi v druhej komore, ktorej spaľovaním sa získava hnacia energia.
35. 35. Plynový kompresor podľa nároku 9 alebo 10 alebo podľa najmenej jedného z nárokov 11 až 25, závislých od nároku 9 alebo 10, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje prostriedky na prívod stlačeného plynu do druhej komory a ústrojenstvo na vytváranie sprchy horúcej rozprášenej kvapaliny na zahriatie plynu v druhej komore.
36. 36. Plynový kompresor podľa nároku 9 alebo 10 alebo podľa najmenej jedného z nárokov 11 až 25, závislých od nároku 9 alebo 10, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje prostriedky na prívod látky produkujúcej plyn spolu s reakčným plynom na splynovanie do druhej komory.
37. 37. Plynový kompresor podľa nároku 9 alebo IO alebo podľa najmenej jedného z nárokov 11 až 25, závislých od nároku 9 alebo 10, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje prostriedky na prívod horúceho stlačeného plynu do druhej komory.

    138
38. 38. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 34 až 37, vyznačený tým, že obsahuje ventilový prvok na ovládanie výstupu plynu z druhej komory po expanzii plynu v druhej komore.
39. 39. Plynový kompresor podľa nároku 38, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje prevádzacie prvky na prevádzanie stlačeného plynu z prvej komory do druhej komory.
40. 40. Plynový kompresor podľa nároku 38 alebo 39, vyznačený tým, že obsahuje výmenník tepla upravený na predhrievanie stlačeného plynu, odvádzaného z prvej komory, plynom z druhej komory.
41. 41. Plynový kompresor podľa nároku 40, vyznačený tým, že je usporiadaný v kombinácii s plynovou turbínou a obsahuje ústrojenstvo na prívod predhriateho stlačeného plynu, opúšťajúceho výmenníkové prvky na odovzdávanie tepla, na pohon plynovej turbíny.
42. 42. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 26 až 41, vyznačený tým, že obsahuje tretiu komoru na plyn, určený na stlačovanie, a tretí piest na stlačovanie plynu pohybom tretieho piestu do tretej komory a je opatrený ďalším ventilovým prvkom na ovládanie odvádzania stlačeného plynu z tretej komory.
43. 43. Plynový kompresor podľa nároku 42, vyznačený tým, že tretia komora a tretí piest sú usporiadané tak, že pri pohybe druhého piestu von z druhej komory sa tretí piest zasúva do tretej komory.

    139
44. 44. Plynový kompresor podľa nároku 42 alebo 43, vyznačený tým, že druhý piest a tretí piest spolu obsahujú jednotné teleso.
45. 45. Plynový kompresor podľa nároku 44, vyznačený tým, že druhý piest a tretí piest obsahujú tuhý materiál.
46. 46. Plynový kompresor podľa nároku 45, vyznačený tým, že obsahuje spojovacie prvky na vzájomné spojenie piestu s tretím piestom.
47. 47. Plynový kompresor podľa nároku 46, vyznačený tým, že spojovacie prvky obsahujú druhý piest, tvorený tuhým materiálom.
48. 48. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 45 až 47, vyznačený tým, že je usporiadaný v kombinácii s plynovou turbínou a obsahuje ústrojenstvo na prívod stlačeného plynu z tretej komory na pohon plynovej turbíny.
49. 49. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 42 až 48, vyznačený tým, že obsahuje štvrtú komoru a štvrtý piest, pričom pri pohybe druhého piestu do druhej komory sa štvrtý piest vysúva zo štvrtej komory.
50. 50. Plynový kompresor podľa nároku 49, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje prostriedky na prívod horľavej palivovej zmesi do štvrtej komory, pričom spaľovaním zmesi sa štvrtý piest vytláča von zo štvrtej komory.

    140
51. 51. Plynový kompresor podľa nároku 49, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje prostriedky na prívod stlačeného plynu do štvrtej komory a rozstrekovacie ústrojenstvo horúcej kvapaliny na zahrievanie plynu v štvrtej komore.
52. 52. Plynový kompresor podľa nároku 49, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje prostriedky na prívod látky produkujúcej plyn spolu s reakčným plynom na splyňovanie do štvrtej komory.
53. 53. Plynový kompresor podľa nároku 49, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie obsahuje prostriedky na prívod horúceho stlačeného plynu do štvrtej komory.
54. 54. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 49 až 53, vyznačený tým, že je opatrený piatym piestom a piatou komorou obsahujúcou plyn stlačovaný pohybom piateho piestu do piatej komory, pričom piaty piest a piata komora sú usporiadané tak, že pri pohybe druhého piestu do druhej komory sa piaty piest zasúva do piatej komory a kompresor obsahuje ventilový prvok na ovládanie vypúšťania stlačeného plynu z piatej komory.
55. 55. Plynový kompresor podľa nároku 54, vyznačený tým, že je usporiadaný v kombinácii s plynovou turbínou, opatrenou napájacím ústrojenstvom na prívod stlačeného plynu z piatej komory na pohon plynovej turbíny.
56. 56.Plynový kompresor podľa nároku 54 alebo 55, vyznačený tým, že obsahuje šiesty piest a šiestu komoru s plynom stlačovaným pohybom šiesteho piestu do šiestej komory,

    141 šiesty piest a šiesta komora sú usporiadané tak, že pri pohybe druhého piestu do druhej komory sa šiesty piest zasúva do šiestej komory, pričom kompresor obsahuje vstrekovacie ústrojenstvo na vstrekovanie rozprášenej kvapaliny do šiestej komory na ochladzovanie stlačovaného plynu v šiestej komore a ventilový prvok na ovládanie odvádzania stlačeného plynu z komory.
57. 57. Plynový kompresor podľa nároku 56, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie energie obsahuje prostriedky na prívod stlačeného plynu zo šiestej komory do druhej komory a/alebo štvrtej komory.
58. 58.Plynový kompresor podľa nároku 56 alebo 57, v y z n ač e n ý tým, že obsahuje výmenníkové prvky na odovzdávanie tepla, upravené na predhrievanie stlačeného plynu zo šiestej komory plynom z druhej a/alebo štvrtej komory.
59. 59. Plynový kompresor podľa nároku 58, vyznačený tým, že je usporiadaný v kombinácii s plynovou turbínou a obsahuje ústrojenstvo na prívod predhriateho stlačeného plynu, opúšťajúceho výmenníkové prvky, na pohon plynovej turbíny.
60. 60. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 42 až 59, vyznačený tým, že ktorékoľvek najmenej dva piesty majú tandemové usporiadanie.
61. 61. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 42 až 59, vyznačený tým, že ktorékoľvek najmenej dva piesty sú umiestnené v bočnom odstupe od seba vzhľadom na smer svojho posuvného pohybu do svojich príslušných komôr a von z nich.
62. 62. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 26

    142 až 33, vyznačený tým, že je opatrený treťou komorou obsahujúcou stlačovaný plyn, tretím piestom v tretej komore a ústrojenstvom na vtláčanie tretieho piestu do tretej komory na stlačovanie plynu, ventilovým prvkom na ovládanie prevádzania stlačeného plynu z tretej komory a ústrojenstvom na prevádzanie stlačeného plynu z tretej komory do prvej komory a/alebo druhej komory.
63. 63. Plynový kompresor podľa nároku 62, vyznačený tým, že obsahuje druhé ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie, spojenej s tretím piestom, v ktorom možno uchovávať dostatočné množstvo kinetickej energie na stlačovanie plynu tretím piestom.
64. 64. Plynový kompresor podľa nároku 63, vyznačený tým, že druhé ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie obsahuje hmotu pohyblivú v zhodnej fáze s tretím piestom.
65. 65. Plynový kompresor podľa nároku 64, vyznačený tým, že hmota je tvorená tretím piestom.
66. 66. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 63 až 65, vyznačený tým, že obsahuje ústrojenstvo na prevádzanie kinetickej energie do druhého ústrojenstva na uchovávanie kinetickej energie.
67. 67. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 63 až 66, vyznačený tým, že obsahuje prostriedky na premenu kinetickej energie použitej na uvádzanie tretieho piestu do pohybu v jednom smere na kinetickú energiu na uvádzanie tretieho piestu do pohybu v opačnom smere.
68. 68. Plynový kompresor podľa nároku 67, vyznačený

    143 tým, že prostriedky na premenu energie obsahujú ústrojenstvo na premenu kinetickej energie, použitej na uvedenie tretieho piestu do pohybu, na potenciálnu energiu.
69. 69. Plynový kompresor podľa nároku 68, vyznačený tým, že prostriedky na premenu kinetickej energie obsahujú hmotu pohyblivú v zvislom smere pri posune tretieho piestu.
70. 70. Plynový kompresor podľa nároku 69, vyznačený tým, že pohyblivou hmotou je tretí piest.
71. 71. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 62, až 70, vyznačený tým, že obsahuje štvrtú komoru a štvrtý piest, ktoré sú usporiadané tak, že pri pohybe tretieho piestu do tretej komory sa štvrtý piest zasúva do štvrtej komory.
72. 72. Plynový kompresor podľa nároku 71, vyznačený tým, že tretí a štvrtý piest sú spolu vytvorené ako jednotné teleso.
73. 73. Plynový kompresor podľa nároku 71 alebo 72, v y z n ačený tým, že obsahuje piatu komoru a piaty piest, ktoré sú usporiadané tak, že pri pohybe tretieho piestu do tretej komory sa piaty piest vysúva z piatej komory.
74. 74. Plynový kompresor podľa nároku 73, závislého od najmenej jedného z nárokov 67 až 70, vyznačený tým, že ústrojenstvo na premenu kinetickej energie je tvorené objemom plynu, obsiahnutým v piatej komore.
75. 75. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 71 až 74,vyznačený tým, že tretí piest obsahuje tuhý

    144 materiál.
76. 76. Plynový kompresor podľa nároku 75, vyznačený tým, že tretí piest a tretia komora sú uporiadané tak, že pohyb tretieho piestu do tretej komory prebieha v podstate v zvislej rovine.
77. 77. Plynový kompresor podľa nároku 75, vyznačený tým, že tretí piest a tretia komora sú usporiadané tak, že pohyb tretieho piestu do tretej komory prebieha v podstate vo vodorovnej rovine.
78. 78. Plynový kompresor podľa nároku 77, vyznačený tým, že je opatrený ložiskovými prvkami s nízkym trením na podopretie tretieho piestu a upravenými na uľahčenie pohybu tretieho piestu do tretej komory.
79. 79. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 71 až 78, vyznačený tým, že tretia komora je upravená na vedenie tretieho piestu do tretej komory po lineárnej dráhe.
80. 80. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 71 až 79, vyznačený tým, že ústrojenstvo na pohon tretieho piestu obsahuje prostriedky na priamy prenos hnacej energie, obsiahnutej vo fluidnej látke, na tretí piest.
81. 81. Plynový kompresor podľa nároku 80, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie tretiemu piestu obsahuje prvky na vytváranie horľavej palivovej zmesi v štvrtej komore, pričom spaľovaním tejto zmesi sa získava dodávaná hnacia energia.

    145
82. 82. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 103 až 118, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie tretiemu piestu obsahuje prvky ovládajúce prívod stlačeného plynu do štvrtej komory a ústrojenstvo na vytváranie sprchy rozprášenej horúcej kvapaliny na ohrievanie plynu v štvrtej komore.
83. 83. Plynový kompresor podľa nároku 80, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie tretiemu piestu obsahuje prvky ovládajúce prívod látky produkujúcej plyn spolu s reakčným plynom na splynovanie paliva do štvrtej komory.
84. 84. Plynový kompresor podľa nároku 80, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie tretiemu piestu obsahuje ventilový prvok na ovládanie prívodu horúceho stlačeného plynu do štvrtej komory, pričom expanziou tohoto plynu sa dodáva hnacia energia.
85. 85. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 81 až 84, vyznačený tým, že ústrojenstvo na dodávanie hnacej energie tretiemu piestu obsahuje prívodné prostriedky na prívod stlačeného plynu z najmenej jednej z komôr a z druhej komory do štvrtej komory.
86. 86. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 81 až 85, vyznačený tým, že obsahuje výmenníkové prvky na predhrievanie stlačeného plynu z najmenej jednej z komôr a z druhej komory plynom zo štvrtej komory.
87. 87. Plynový kompresor podľa nároku 85 alebo 86, vyznačený t ý m, že je usporiadaný v kombinácii s plynovou turbínou a obsahuje ústrojenstvo na prívod predhriateho stla146 čeného plynu z výmenníkových prvkov na odovzdávanie tepla na pohon plynovej turbíny.
88. 88. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 62 až 87, vyznačený t ý m, že je usporiadaný v kombinácii s plynovou turbínou a obsahuje ústrojenstvo na prívod predhriateho stlačeného plynu z tretej komory na pohon plynovej turbíny.
89. 89. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 41, 48, 54, 59, 87 a 88 vyznačený tým, že plynovou turbínou je vzduchová turbína.
90. 90. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 2 až 26, vyznačený tým, že obsahuje potrubie a ďalší piest uložený v tomto potrubí a upravený na posun v tomto potrubí a na pohon piestu do komory, zásobník na uchovávanie kvapaliny na jednom konci potrubia, hlavný prietokový ventil na riadenie prietoku kvapaliny zo zásobníka do potrubia na pohon ďalšieho piestu v potrubí a výpustný ventilový prvok použiteľný po stlačení plynu v komore na vypustenie kvapaliny z potrubia.
91. 91. Plynový kompresor podľa nároku 90, vyznačený tým, že obsahuje druhú komoru s objemom stlačovaného plynu a druhý piest na stlačovanie tohoto objemu plynu pohybom druhého piestu do druhej komory, druhé ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie, spojené s druhým piestom, do ktorého možno uložiť dostatočné množstvo kinetickej energie na stlačenie objemu plynu, druhé potrubie a ďalší piest uložený v tomto potrubí a pohyblivý v jeho dutine na pohon druhého piestu do druhej komory, pričom zásobník je umiestnený na jednom konci druhého potrubia a kompresor obsahuje ďalej hlavný ovládací ventil na ovládanie prietoku kvapaliny zo zásobníka do druhého potrubia na pohon ďalšieho piestu v druhom potrubí a tým na

    147 pohon druhého piestu do druhej komory na stlačovanie plynu a ďalší výpustný ventilový prvok použiteľný po stlačení plynu v druhej komore na umožnenie vypúšťania kvapaliny z druhého potrubia .
92. 92. Plynový kompresor podľa nároku 90 alebo 91, vyzná č e n ý tým, že je opatrený ústrojenstvom na vrátenie kvapaliny odvádzanej vypúšťacím ventilovým prvkom alebo každým vypúšťacím ventilovým prvkom do zásobníka..
93. 93. Plynový kompresor podľa nároku 92, vyznačený tým, že ústrojenstvo na vrátenie kvapaliny obsahuje čerpadlo .
94. 94. Plynový kompresor podľa nároku 92 alebo 93 závislého od nároku 91,vyznačený tým, že obsahuje ústrojenstvo na ovládanie každého z výpustných ventilových prvkov tak, že kvapalina vypúšťaná z jedného z potrubia sa vracia do zásobníka aspoň v časti časového intervalu, v ktorom sa kvapalina privádza do ďalšieho potrubia príslušným hlavným prietokovým ventilom.
95. 95. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 90 až 94, vyznačený tým, že obsahuje ústrojenstvo na stlačovanie kvapaliny v zásobníku.
96. 96. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 95,vyznačený tým, že obsahuje kvapalinový piest opatrený ústrojenstvom na zásobovanie vstrekovacej jednotky alebo každého vstrekovacieho ústrojenstva na vytváranie sprchy rozprášenej kvapaliny kvapalinou z kvapalinového piestu, ktorá je rozstrekovanou kvapalinou.

    148
97. 97. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 96, vyznačený tým, že obsahuje kvapalinový piest a kvapalina v kvapalinovom pieste obsahuje najmenej jednu organickú kvapalinu, anorganickú kvapalinu, syntetickú kvapalinu alebo vodu.
98. 98. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 96, vyznačený tým, že obsahuje kvapalinový piest, v ktorom je uložený plavák z tuhého materiálu plávajúceho na hladine kvapalinového piestu v najmenej jednej z komôr .
99. 99. Plynový kompresor podľa nároku 98, vyznačený tým, že tuhý materiál je pórovitý.
100. 100. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov l až 99, vyznačený tým, že obsahuje chladiace ústrojenstvo na chladenie kvapaliny rozstrekovanej vo forme sprchy.
101. 101. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 100, vyznačený tým, že je opatrený ústrojenstvom na riadenie veľkosti kvapôčiek v sprche.
102. 102. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 101, vyznačený tým, že ústrojenstvo na vytváranie sprchy je opatrené čerpadlom, ktorého činnosť je synchronizovaná s dobou stláčania plynu v komore alebo v každej z komôr.
103. 103. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 102, vyznačený tým, že ústrojenstvo na vytváranie sprchy je upravené na vytváranie sprchy s riadeným prietokom kvapaliny pri stlačovaní plynu v komore alebo v každej z

     149 komôr.
104. 104. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 103, vyznačený tým, že ústrojenstvo na vytváranie sprchy obsahuje pozitívne objemové čerpadlo na stlačovanie kvapaliny pred jej. rozprašovaním.
105. 105. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 104, vyznačený tým, že obsahuje zmiešavaciu komoru napojenú na najmenej jednu z komôr a na druhú komoru, ústrojenstvo na rozprašovanie kvapaliny do zmiešavacej komory a prívod plynu do zmiešavacej komory a jeho zmiešavanie s rozstrekovanou kvapalinou a ústrojenstvo použiteľné na prívod zmesi plynu a rozprášenej kvapaliny do komory a/alebo do druhej komory.
106. 106. Plynový kompresor podľa nároku 105, závislého od najmenej jedného z nárokov 31 až 33,vyznačený tým, že ventilový prvok je tvorený ventilom použiteľným na prívod nízkotlakového prídavného plynu.
107. 107. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 106, vyznačený tým, že je opatrené ústrojenstvom na oddeľovanie kvapaliny zo stlačeného plynu odvádzaného z každej komory, pokiaľ sa kvapalina v plyne vyskytuje.
108. 108. Plynový kompresor podľa nároku 107, vyznačený tým, že ústrojenstvo na odoberanie kvapaliny obsahuje odlučovač vlhkosti.
109. 109. Plynový kompresor podľa nároku 107 alebo 108, vyznačený tým, že obsahuje ústrojenstvo na privádzanie kvapaliny z odoberacieho ústrojenstva do rozstrekovacieho

     150 ústrojenstva na tvorbu sprchy.
110. 110. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 109, vyznačený tým, že je opatrený ústrojenstvom na ovládanie najmenej jedného z ventilových prvkov a ich zatváranie alebo otváranie v závislosti od polohy piestu v príslušnej komore.
111. 111. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 109, vyznačený tým, že je opatrený ústrojenstvom na ovládanie najmenej jedného z ventilových prvkov a ich zatváranie alebo otváranie v závislosti od tlaku plynu v komore.
112. 112. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 109, vyznačený tým, že je opatrený ústrojenstvom na ovládanie najmenej jedného z ventilových prvkov a ich zatváranie alebo otváranie na vopred určenú dobu.
113. 113. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 109, vyznačený tým, že je opatrený ústrojenstvom na ovládanie najmenej jedného z ventilových prvkov a ich zatváranie, ak vopred stanovený objem plynu buď opustil komoru, alebo bol privedený do komory.
114. 114. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 113, vyznačený tým, že je opatrený ústrojenstvom na odoberanie tepla z konca a/alebo zo stien najmenej jednej z komôr.
115. 115. Plynový kompresor podľa nároku 114, vyznačený t ý m , že ústrojenstvo na odoberanie tepla obsahuje prívodné ústrojenstvo na prívod chladiacej tekutiny na koniec a/

     151 alebo steny najmenej jednej z komôr.
116. 116. Plynový kompresor podľa nároku 115, vyznačený t ý m , že prívodné ústrojenstvo na prívod chladiacej tekutiny je tvorené chladiacim plášťom, priliehajúcim na koniec a/alebo steny najmenej jednej z komôr.
117. 117. Plynový kompresor podľa nároku 115 alebo 116, vyznačený tým, že ústrojenstvo na odoberanie tepla ďalej obsahuje prívodné ústrojenstvo na vedenie studeného stlačeného plynu najmenej z jednej z komôr opatrených sprchovacím ústrojenstvom do prvkov, cez ktoré sa vedie chladiaca tekutina.
118. 118. Plynový kompresor podľa nároku 117, vyznačený t ý m, že je usporiadaný v kombinácii s plynovou turbínou opatrenou prívodnými prvkami na privádzanie stlačeného plynu, z ktorého sa odobralo teplo, z ústrojenstva na vedenie chladiacej tekutiny na pohon turbíny.
119. 119. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 118, vyznačený tým, že je opatrený prívodnými prvkami na prívod studeného stlačeného vzduchu z komory na chladenie stien najmenej jednej ďalšej komory.
120. 120. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 119, vyznačený tým, že je opatrený výmenníkom tepla a odlučovacím ústrojenstvom na oddeľovanie kvapaliny zo studeného výfukového plynu, opúšťajúceho výmenník tepla.
121. 121. Plynový kompresor podľa nárok 120, vyznačený tým, že obsahuje zahrievacie ústrojenstvo na zahrievanie výfukového plynu opúšťajúceho ústrojenstvo na oddeľovanie vlhkosti .

     152
122. 122. Plynový kompresor podľa nároku 121, vyznačený tým, že je opatrený chladičom, upraveným na chladenie výfukových plynov opúštajúcich výmenník tepla, a druhým odlučovacím ústrojenstvom na oddeľovanie kvapôčiek kvapaliny z výfukových plynov opúšťajúcich chladič, pričom zahrievacie ústrojenstvo je upravené na ohrievanie výfukových plynov, opúšťajúcich druhé odluôovacie ústrojenstvo na oddeľovanie vlhkosti .
123. 123. Plynový kompresor podľa nároku 122, vyznačený tým, že zahrievacie ústrojenstvo obsahuje druhý výmenník tepla upravený na ohrievanie výfukového plynu z chladiča výfukovým plynom z výmenníka tepla.
124. 124. Plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 26 až 33 , v y z n a č e n ý tým, že je usporiadaný v kombinácii s rotačným kompresorom alebo piestovým mechanickým kompresorom a je opatrený ústrojenstvom na prívod horúceho stlačeného plynu z kompresora do najmenej jednej prvej alebo druhej komory.
125. 125. Menič na premenu množstva stlačeného plynu, ktorý má prvú teplotu, na väčšie množstvo stlačeného plynu, ktorý má druhú teplotu, ktorá je nižšia ako prvá teplota, vyznačený tým, že obsahuje plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 31 až 33.
126. 126. Zariadenie s plynovou turbínou, vyznačené tým, že obsahuje plynovú turbínu, izotermický plynový kompresor produkujúci chladný stlačený plyn, výmenník tepla upravený na predhrievanie chladného stlačeného plynu horúcim nízkotlakovým plynom vystupujúcim z plynovej turbíny, hlavné ohrievacie ústrojenstvo na výrobu horúceho stlačeného plynu

     153 z predhriateho stlačeného plynu a ústrojenstvo na prívod horúceho plynu s vysokým tlakom na pohon turbíny.
127. 127. Zariadenie s plynovou turbínou podľa nároku 126, vyznačené tým, že hlavné zahrievacie ústrojenstvo obsahuje spaľovaciu komoru na spaľovanie paliva v predhriatom stlačenom plyne a produkciu spalín vo forme horúceho plynu s vysokým tlakom.
128. 128. Zariadenie s plynovou turbínou podľa nároku 126, vyznačené tým, že hlavné ohrievacie ústrojenstvo obsahuje vonkajší zdroj tepla.
129. 129. Zariadenie s plynovou turbínou podľa najmenej jedného z nárokov 126 až 128, vyznačené tým, že obsahuje ústrojenstvo na prívod časti chladného stlačeného plynu na lopatky plynovej turbíny na ich chladenie.
130. 130. Zariadenie s plynovou turbínou podľa najmenej jedného z nárokov 126 až 129, vyznačené tým, že obsahuje ďalšiu plynovú turbínu a ústrojenstvo na privádzanie časti predhriateho stlačeného plynu z predhrievačej jednotky na pohon druhej plynovej turbíny.
131. 131. Zariadenie s plynovou turbínou podľa nároku 130, vyznačené tým, že obsahuje tretiu plynovú turbínu, druhý výmenník tepla na predhrievanie časti chladeného stlačeného plynu horúcim nízkotlakovým plynom opúšťajúcim ďalšiu plynovú turbínu a ústrojenstvo na privádzanie predhriateho stlačeného plynu z druhého výmenníka na pohon tretej plynovej turbíny.
132. 132. Zariadenie s plynovou turbínou podľa nároku 131

     154 vyznačené tým, že treťou plynovou turbínou je vzduchová turbína.
133. 133. Zariadenie s plynovou turbínou podľa najmenej jedného z nárokov 130 až 132, vyznačené tým, že ďalšou plynovou turbínou je vzduchová turbína.
134. 134. Zariadenie s plynovou turbínou podľa najmenej jedného z nárokov 126 až 133, vyznačené tým, že obsahuje kompresor na dodávanie horúceho stlačeného plynu na pohon izotermického kompresora.
135. 135. Zariadenie s plynovou turbínou podľa nároku 134, vyznačené tým, že kompresor je poháňaný jednou z plynových turbín.
136. 136. Zariadenie s plynovou turbínou, vyznačené tým, že obsahuje plynovú turbínu, izotermický plynový kompresor produkujúci chladný stlačený plyn, výmenník tepla upravený na predhrievanie chladného stlačeného plynu a ústrojenstvom na prívod predhriateho stlačeného plynu z výmenníka tepla na pohon plynovej turbíny.
137. 137. Zariadenie s plynovou turbínou podľa nároku 136, vyznačené tým, že plynovou turbínou je vzduchová turbína.
138. 138. Zariadenie s plynovou turbínou podľa nároku 136 alebo 137, vyznačené tým, že obsahuje ďalšiu plynovú turbínu a ústrojenstvo na prívod horúceho nízkotlakového výfukového plynu z ďalšej plynovej turbíny do výmenníka tepla na predhrievanie chladného stlačeného plynu z izotermického plynového kompresora.

     155
139. 139. Zariadenie s plynovou turbínou podľa najmenej jedného z nárokov 126 až 138, vyznačené tým, že obsahuje zásobník na skladovanie chladného stlačeného plynu z izotermického kompresora a ústrojenstvo na odoberanie uskladneného stlačeného plynu na pohon turbíny v prípade potreby.
140. 140. Zariadenie s plynovou turbínou podľa nároku 139, vyznačené tým, že ústrojenstvom na odoberanie uskladneného plynu je izotermický kompresor.
141. 141. Zariadenie s plynovou turbínou podľa najmenej jedného z nárokov 126 až 139, vyznačenétým, že izotermický plynový kompresor obsahuje plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 124.
142. 142. Zariadenie na uchovávanie energie, vyznačené tým, že obsahuje izotermický plynový kompresor podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 124, skladovací zásobník na studený stlačený plyn z izotermického kompresora a ústrojenstvo na prevádzanie stlačeného plynu z izotermického kompresora do skladovacieho zásobníka.
143. 143. Zariadenie na uchovanie energie podľa nároku 142, vyznačené tým, že je opatrené izotermickou expanznou jednotkou, obsahujúcou komoru s plynom, ktorá má expandovať, piestom upraveným na umožnenie expanzie plynu pohybom piestu von z komory, ústrojenstvom na rozprašovanie kvapaliny v komore na zahrievanie plynu pri jeho expanzii a ventilovým prvkom na ovládanie prívodu stlačeného plynu zo skladovacieho zásobníka do komory.
144. 144. Zariadenie na uchovávanie energie podľa nároku 143,

     156 vyznačené tým, že izotermická expanzná jednotka ďalej obsahuje druhú komoru pre plyn stlačovaný pohybom piestu do druhej komory a ventilový prvok na ovládanie odvádzania stlačeného plynu z druhej komory.
145. 145. Plynová expanzná jednotka, vyznačená tým, že obsahuje komoru s plynom určeným na expanziu, piest umožňujúci expanziu plynu svojim pohybom smerom von z komory, ústrojenstvo na rozstrekovanie kvapaliny v komore na ohrievanie plynu pri jeho expanzii a ventilový prvok na ovládanie prívodu stlačeného plynu do komory.
146. 146. Plynový kompresor, vyznačený tým, že obsahuje komoru s plynom určeným na stlačovanie, piest na stlačovanie plynu pri svojom pohybe do komory a ventilový prvok na ovládanie odvodu stlačeného plynu z komory, pričom hmotnost piestu je dostatočná na to, aby všetka energia potrebná na stlačenie plynu bola uchovaná v pieste.
147. 147. Plynový kompresor, vyznačený tým, že obsahuje piest, ústrojenstvo tvoriace komoru upravenú na prijatie plynu určeného na stlačovanie a pre stlačovanie plynu pohybom komory po pieste, ústrojenstvo na rozstrekovanie kvapaliny v komore na chladenie plynu pri jeho stlačovaní a ventilový prvok na ovládanie odvádzania stlačeného plynu z komory.
148. 148. Plynový kompresor podľa nároku 147, vyznačený t ý m , že je opatrený ústrojenstvom na uchovávanie kinetickej energie, spojeným s ústrojenstvom tvoriacim komoru a schopný pojatľ dostatok kinetickej energie na umožnenie stlačenia plynu komorou.
149. 149. Plynový kompresor podľa nároku 148, v y z n a č e n ý t ý m , že ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie

     157 obsahuje hmotu upravenú na vykonávanie pohybu v rovnakej fáze s ústrojenstvom tvoriacim komoru.
150. 150. Plynový kompresor podľa nároku 149, vyznačené tým, že hmota je tvorená komorou.
151. 151. Plynový kompresor, vyznačený tým, že obsahuje piest, ústrojenstvo tvoriace komoru upravenú na prijatie plynu určeného na stlačovanie a pre stlačovanie plynu pohybom komory po pieste, ventilový prvok na ovládanie odvádzania stlačeného plynu z komory a ústrojenstvo na uchovávanie kinetickej energie, spojené s ústrojenstvom tvoriacim komoru a schopné prijať dostatok kinetickej energie na umožnenie stlačovania plynu ústrojenstvom tvoriacim komoru.
152. 152. Plynový kompresor podľa nároku 147, vyznačený tým, že piest je stacionárny voči pohyblivej komore.
153. 153. Plynový kompresor podľa nároku najmenej jedného z nárokov 1 až 12, vyznačený tým, že komora je stacionárna voči piestu.
154. 154. Spôsob uchovávania energie pomocou izotermicky stlačeného plynu s využitím plynového kompresora podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 153.