压缩装置

摘要

本发明的压缩装置具备压缩机、热交换器、膨胀机、动力回收部、冷凝器、泵、将膨胀机旁通的旁通流路和旁通阀。在用来使动作介质流到旁通流路中的旁通条件成立的情况下，将旁通阀打开，动作介质经由旁通流路在热交换器与冷凝器之间循环，由此在热交换器中由动作介质将从压缩机吐出的压缩气体冷却。这样，不论膨胀机的驱动状态如何，都能够在热交换器中通过动作介质进行压缩气体的冷却。

权利要求

1.一种压缩装置，其特征在于，

具备：

压缩机，将气体压缩；和

热能回收部，通过利用使用动作介质的兰肯循环，将从上述压缩机吐出的压缩气体的热能回收；

上述热能回收部具备：

热交换器，通过使压缩气体与动作介质热交换，将压缩气体的热回收；

膨胀机，使在上述热交换器中与压缩气体热交换后的动作介质膨胀；

动力回收部，将来自上述膨胀机的动力回收；

冷凝器，使从上述膨胀机流出的动作介质冷凝；

泵，将从上述冷凝器流出的动作介质向上述热交换器输送；

循环流路，将上述热交换器、上述膨胀机、上述冷凝器及上述泵连接；

旁通流路，以将上述膨胀机旁通的方式连接在上述循环流路上；

旁通阀，将上述旁通流路开闭；

截止阀，将向上述膨胀机的动作介质的流入切断；和控制部，控制上述旁通阀及上述截止阀，将动作介质穿过上述膨胀机在上述循环流路中循环的状态和动作介质穿过上述旁通流路在上述循环流路中循环的状态切换；

还具备；

温度传感器，设在上述热交换器与上述膨胀机之间的上述循环流路中，检测动作介质的温度；和压力传感器，设在上述热交换器与上述膨胀机之间的上述循环流路中，检测动作介质的压力；

上述控制部使用由上述温度传感器求出的温度和由上述压力传感器求出的压力，求出动作介质的过热度；

当动作介质穿过上述旁通流路在上述循环流路中循环的状态时，控制上述泵的转速，调整向上述热交换器的动作介质的流入量，以使上述过热度成为预先设定的下限值以上且预先设定的上限值以下，上述下限值为0以上的数。

2.如权利要求1所述的压缩装置，其特征在于，上述控制部进行控制，以当预先设定的上述膨胀机的停止条件成立时，将上述膨胀机停止并使动作介质穿过上述旁通流路在上述循环流路中循环。

3.如权利要求1所述的压缩装置，其特征在于，上述热交换器具备：

气体流路，从上述压缩机吐出的压缩气体经过该气体流路；

第1流路，动作介质在该第1流路中流动，并且该第1流路配置在能够进行该动作介质与压缩气体的热交换的位置；和第2流路，用来将压缩气体冷却的冷却流体在该第2流路中流动，并且该第2流路配置在能够进行该冷却流体与压缩气体的热交换的位置。

4.如权利要求3所述的压缩装置，其特征在于，上述第1流路在上述热交换器内配置在比上述第2流路更靠上述压缩气体流中的上游侧。

5.如权利要求3所述的压缩装置，其特征在于，上述气体流路是上述热交换器的箱体的内部空间；

上述第1流路及上述第2流路是在上述内部空间中一边蜿蜒一边延伸的管；

在上述第1流路的外表面及上述第2流路的外表面上形成有多个翅片。

说明书

压缩装置

技术领域

[0001] 本发明涉及压缩装置。

背景技术

[0002] 以往已知有将从压缩机吐出的压缩气体具有的热能回收的压缩装置。例如，在专利文献1中公开了一种压缩机，所述压缩机具备：压缩机主体；热交换器，使从压缩机主体吐出的压缩空气与动作流体热交换；膨胀机，使从热交换器流出的动作流体膨胀；发电机，连接在膨胀机上；冷凝器，使从膨胀机流出的动作流体冷凝；和循环泵，将从冷凝器流出的动作流体向热交换器输送。在该压缩机中，在热交换器中动作介质从压缩空气获取的热能被膨胀机及发电机回收，另一方面，压缩空气在热交换器中被动作流体冷却后被向外部供给。

[0003] 专利文献1：特开2011－012659号公报。

[0004] 在上述专利文献1所记载的压缩机中，如果在膨胀机的维护时等膨胀机的驱动被停止，则动作流体不能在连结热交换器和膨胀机的流路内循环，在热交换器中不再充分进行由动作流体进行的压缩空气的冷却。结果，发生压缩机也必须被停止的可能性。

[0005] 同样，在膨胀机的低速旋转时，动作流体也不能在上述流路内充分地循环，所以在热交换器中不再进行压缩空气的充分的冷却。

发明内容

[0006] 本发明是鉴于上述课题而做出的，目的是不论膨胀机的驱动状态如何、在热交换器中都进行由动作介质进行的压缩气体的冷却。

[0007] 作为用来解决上述课题的手段，本发明的压缩装置具备：压缩机，将气体压缩；和热能回收部，通过利用使用动作介质的兰肯循环，将从上述压缩机吐出的压缩气体的热能回收；上述热能回收部具备：热交换器，通过使压缩气体与动作介质热交换，将压缩气体的热回收；膨胀机，使在上述热交换器中与压缩气体热交换后的动作介质膨胀；动力回收部，将来自上述膨胀机的动力回收；冷凝器，使从上述膨胀机流出的动作介质冷凝；泵，将从上述冷凝器流出的动作介质向上述热交换器输送；循环流路，将上述热交换器、上述膨胀机、上述冷凝器及上述泵连接；旁通流路，以将上述膨胀机旁通的方式连接在上述循环流路上；旁通阀，将上述旁通流路开闭；截止阀，将向上述膨胀机的动作介质的流入切断；和控制部，控制上述旁通阀及上述截止阀，将动作介质穿过上述膨胀机在上述循环流路中循环的状态和动作介质穿过上述旁通流路在上述循环流路中循环的状态切换。

[0008] 在本发明中，当在压缩机的驱动中规定的条件成立时，不论膨胀机的驱动状态如何，动作介质都一边经由旁通流路绕过膨胀机一边在循环流路内继续循环，所以在热交换器中能够进行由动作介质进行的压缩气体的冷却。

[0009] 在上述结构的压缩装置中，优选的是，还具备；温度传感器，设在上述热交换器与上述膨胀机之间的上述循环流路中，检测动作介质的温度；和压力传感器，设在上述热交换器与上述膨胀机之间的上述循环流路中，检测动作介质的压力；上述控制部使用由上述温度传感器求出的温度和由上述压力传感器求出的压力，求出动作介质的过热度；当动作介质穿过上述旁通流路在上述循环流路中循环的状态时，控制上述泵的转速，调整向上述热交换器的动作介质的流入量，以使上述过热度成为预先设定的下限值以上且预先设定的上限值以下，上述下限值为0以上的数。

[0010] 如果这样，则以液相流入到热交换器中的动作介质以饱和蒸汽或过热蒸汽的状态从热交换器流出。即，能够利用动作介质的潜热，与仅利用显热的情况相比能够有效率地进行压缩气体的冷却。此外，通过抑制过热度的上升，能够抑制动作介质的显热量，能够更有效率地将压缩气体冷却。

[0011] 在上述结构的压缩装置中，优选的是，上述控制部进行控制，以当预先设定的上述膨胀机的停止条件成立时，将上述膨胀机停止并使动作介质穿过上述旁通流路在上述循环流路中循环。

[0012] 如果这样，则即使膨胀机是停止的状态，动作介质也能够在循环流路中循环，能够将压缩气体冷却。

[0013] 在上述结构的压缩装置中，优选的是，上述热交换器具备：气体流路，从上述压缩机吐出的压缩气体经过该气体流路；第1流路，动作介质在该第1流路中流动，并且该第1流路配置在能够进行该动作介质与压缩气体的热交换的位置；和第2流路，用来将压缩气体冷却的冷却流体在该第2流路中流动，并且该第2流路配置在能够进行该冷却流体与压缩气体的热交换的位置。

[0014] 如果这样，则在气体流路中流动的压缩气体被在第1流路中流动的动作介质冷却，进而也被在第2流路中流动的冷却流体冷却。

[0015] 更优选的是，上述第1流路在上述热交换器内配置在比上述第2流路更靠上述压缩气体流中的上游侧。

[0016] 如果这样，则在由在第2流路中流动的冷却流体将压缩气体冷却之前，该压缩气体具有的热能被在第1流路中流动的动作介质有效地回收，所以动作介质能够从压缩气体回收更多的能量。

[0017] 在具有上述第1流路和上述第2流路的情况下，优选的是，上述气体流路是上述热交换器的箱体的内部空间；上述第1流路及上述第2流路是在上述内部空间中一边蜿蜒一边延伸的管；在上述第1流路的外表面及上述第2流路的外表面上形成有多个翅片。

[0018] 在该形态中，热交换器是所谓的翅片管式，压缩气体穿过箱体的内部空间，所以与使压缩气体穿过配管的情况相比能够降低在压缩气体中发生的压力损失。进而，由于第1流路及第2流路是蜿蜒延伸的管，所以能够效率良好地进行从压缩气体的热回收。此外，通过设置翅片，压缩气体与第1流路的接触面积及压缩气体与第2流路的接触面积分别变大，所以压缩气体的冷却效率进一步提高。

[0019] 如以上这样，根据本发明，不论膨胀机的驱动状态如何，在热交换器中都能够进行由动作介质进行的压缩气体的冷却。

附图说明

[0020] 图1是表示本发明的一实施方式的压缩装置的结构的概略的图。

[0021] 图2是表示控制部的控制内容的流程图。

具体实施方式

[0022] 一边参照图1及图2一边对本发明的一实施方式的压缩装置1进行说明。

[0023] 如图1所示，本压缩装置1具备将气体（在本实施方式中将空气）压缩的压缩机10和热能回收部20。

[0024] 热能回收部20通过利用使用动作介质的兰肯循环，将从压缩机10吐出的压缩气体具有的热能回收。具体而言，热能回收部20具备热交换器30、膨胀机42、作为动力回收部的发电机43、冷凝器44、泵46、循环流路48、旁通流路49、旁通阀V1、截止阀V2和控制部50。在本实施方式中，作为动作介质而使用比水低沸点的有机流体。

[0025] 热交换器30是翅片管式，具备压缩气体经过的气体流路32、第1流路34和第2流路36。在热交换器30的箱体39内收容着气体流路32、第1流路34及第2流路36。气体流路32是形成在箱体39中的内部空间，第1流路34及第2流路36是在该内部空间中一边蜿蜒一边延伸的管。在第1流路34的外表面上形成有多个翅片35。在第2流路36的外表面上形成有多个翅片
37。第2流路36在气体流路32中的压缩气体的流动方向上配置在比第1流路34靠下游侧。

[0026] 在第1流路34的端部连接着循环流路48，在第2流路36的端部连接着冷却流体流路60。动作介质在循环流路48内循环，用来将压缩气体冷却的冷却流体（在本实施方式中是冷却水）在冷却流体流路60内流动。因此，被从压缩机10吐出的压缩气体在气体流路32中通过与在第1流路34中流动的动作介质热交换而被冷却后，通过与在第2流路36中流动的冷却流体热交换进一步被冷却后被向外部供给。另外，冷却流体也可以是冷却水以外。

[0027] 循环流路48将热交换器30、膨胀机42、冷凝器44及泵46依次串联连接。

[0028] 膨胀机42设在循环流路48中的热交换器30的下游侧的部位。在本实施方式中，作为膨胀机42，使用螺旋膨胀机，所述螺旋膨胀机具有被从热交换器30流出的气相的动作介质的膨胀能量旋转驱动的一对螺旋转子。另外，作为膨胀机42也可以使用离心式或涡旋型等。

[0029] 发电机43连接在膨胀机42上。在发电机43中，作为附带设备而设有调整输出的逆变器或变换器等电子设备。发电机43具有连接在膨胀机42的一对螺旋转子中的至少一方上的旋转轴。发电机43通过上述旋转轴随着上述螺旋转子的旋转而旋转，来产生电力。

[0030] 冷凝器44设在循环流路48中的膨胀机42的下游侧的部位。冷凝器44通过将动作介质用冷却流体冷却而使其冷凝（液化）。在本实施方式中，作为在冷凝器44中与动作介质热交换的流体，使用在热交换器30中使用的冷却流体。通过在冷凝器44与热交换器30之间共用冷却流体，能够使压缩装置1小型化。

[0031] 泵46设在循环流路48中的冷凝器44的下游侧的部位（冷凝器44与热交换器30之间的部位）。泵46将由冷凝器44冷凝后的液相的动作介质加压到规定的压力而向热交换器30送出。作为泵46，使用具备叶轮作为转子的离心泵、或转子由一对齿轮构成的齿轮泵、螺旋泵、次摆线泵等。

[0032] 旁通流路49以将膨胀机42旁通的方式连接在循环流路48上。具体而言，旁通流路49的一端（上游侧的端部）连接在循环流路48中的热交换器30与膨胀机42之间的部位上，旁通流路49的另一端（下游侧的端部）连接在循环流路48中的膨胀机42与冷凝器44之间的部位上。

[0033] 旁通阀V1设在旁通流路49上。作为旁通阀V1而使用开闭阀或流量调整阀。在膨胀机42的额定旋转时（即，热能回收部20的通常的运转时）旁通阀V1被关闭，在旁通阀V1被打开的情况下，动作介质经由旁通流路49向冷凝器44流入。

[0034] 截止阀V2设在循环流路48中的比该循环流路48与旁通流路49的上游侧的端部的连接部靠下游侧且比膨胀机42靠上游侧的部位。在膨胀机42的额定旋转时，截止阀V2被开放，在截止阀V2被关闭的情况下，动作介质向膨胀机42的流入被切断。

[0035] 控制部50具有控制膨胀机42的驱动的膨胀机控制部51、控制旁通阀V1及截止阀V2的开闭的阀控制部52、和控制液相的动作介质向热交换器30的流入量的流入量控制部53。

[0036] 流入量控制部53在膨胀机42的额定旋转时控制泵46的转速。由此，调整向热交换器30流入的液相的动作介质的流入量，将从热交换器30流出的气相的动作介质的过热度维持为一定。在本实施方式中，基于设在循环流路48中的热交换器30与膨胀机42之间的温度传感器55及压力传感器56的检测值计算动作介质的过热度。

[0037] 膨胀机控制部51在预先决定的膨胀机42或发电机43的停止条件成立时将膨胀机42停止。具体而言，当由操作者向压缩装置1输入了停止指示时，通过膨胀机控制部51将膨胀机42停止。进而，当向膨胀机42流入的动作介质的压力或温度、膨胀机42或发电机43的转速、从发电机43输出的电力的频率或发电机43内的温度的至少1个超过了各自的规定的许容范围时，也通过膨胀机控制部51将膨胀机42停止。但是，可以当由控制部50检测到表示发电机43中附带的逆变器或变换器等电子设备的故障的信号时，当由操作者指示紧急停止时，当冷凝器44内（或在带有储液器的情况下该储液器内）的动作介质的液面不到设定值时，当检测到在膨胀机42或发电机43中使用的轴承磨损时，也将膨胀机42停止。

[0038] 在压缩装置1的驱动时，进行由压缩机10进行的气体的压缩，高温的压缩气体向热交换器30流入。在热能回收部20中，随着压缩机10的起动而泵46被起动，动作介质在循环流路48内循环。此外，将冷却流体向冷凝器44及热交换器30送出。另外，压缩机10的起动、泵46的起动及冷却流体向热交换器30的送出并不一定需要同时进行。流入到热交换器30中的液相的动作介质通过与压缩气体的热交换而被加热，作为气相的动作介质向膨胀机42流入。另一方面，压缩气体通过与动作介质的热交换及与冷却流体的热交换而被冷却，向需求地流动。

[0039] 在膨胀机42中，通过动作介质的膨胀将螺旋转子驱动，由发电机43进行发电。从膨胀机42流出的动作介质被冷凝器44冷凝，被泵46再次向热交换器30送出。

[0040] 在压缩机10驱动的期间中，更准确地讲，在压缩气体流入到热交换器30中的期间中，在用来使动作介质流到旁通流路49中的旁通条件成立的情况下，通过阀控制部52将旁通阀V1打开、将截止阀V2关闭。在本实施方式中，上述旁通条件与上述停止条件相同。即，阀控制部52当在压缩机10的驱动中停止条件成立时，将旁通阀V1打开并将截止阀V2关闭。在热能回收部20中，即使膨胀机42是停止的状态，也继续泵46的驱动，动作介质经由旁通流路49在循环流路48（更准确地讲，循环流路48中的连结冷凝器44、泵46及热交换器30的流路部分）中循环。此外，向冷凝器44的冷却流体的供给也继续。在以下的说明中，将旁通阀V1被开放的状态下的循环流路48内的动作介质的循环称作“强制循环”。

[0041] 接着，一边参照图2一边对强制循环时的控制部50的控制内容进行说明。

[0042] 如已述那样，如果上述停止条件成立，则膨胀机控制部51将膨胀机42停止，阀控制部52将旁通阀V1打开并将截止阀V2关闭（步骤S10）。另外，阀控制部52的控制既可以与膨胀机控制部51的控制同时进行，或者也可以在膨胀机控制部51的控制的前后进行。

[0043] 接着，流入量控制部53基于温度传感器55及压力传感器56的各检测值导出过热度S（步骤S11），判定上述过热度S是否是0以上（步骤S12）。如果结果判定为上述过热度S不到0（步骤S12中为否），即，向热交换器30的液相的动作介质的流入量较多而液相的动作介质从热交换器30流出，则流入量控制部53将泵46的转速降低（步骤S13），向步骤S11返回。此时的泵46的转速的减少量基于预先准备的表来决定。

[0044] 另一方面，如果判定为上述过热度S是0以上（步骤S12中为是），则判定上述过热度S是否是预先设定的上限值S1以下（步骤S14）。

[0045] 在过热度S比上限值S1大的情况下（步骤S14中为否），即，在向热交换器30的动作介质的流入量较少而气相的动作介质的温度过度上升的情况下，流入量控制部53将泵46的转速提高（步骤S15），向步骤S11返回。此时的泵46的转速的增加量基于预先准备的表来决定。

[0046] 在过热度S是0以上且上限值S1以下的情况下（步骤S14中为是），不变更泵46的转速而向步骤S11返回。

[0047] 通过以上说明的流入量控制部53的控制，在强制循环时，将动作介质的过热度维持在作为下限值的0以上且作为上限值的S1以下的一定范围内。由此，能够较多利用动作介质的潜热，与液相的动作介质从热交换器30流出的情况、或温度过度高的气相的动作介质从热交换器30流出的情况相比，能够有效率地进行压缩气体的冷却。但是，如果在过热度比0稍高的状态下气相的动作介质从热交换器30流出，则有通过在达到膨胀机42的中途动作介质放热而成为气液二相的状态、向膨胀机42流入的情况。因此，在步骤S12中，也可以考虑成为气液二相状态而将比0稍高的数设定为上述下限值。

[0048] 以上，对压缩装置1的构造及动作进行了说明，但在以往的压缩装置中，如果在压缩机的驱动中停止条件成立而膨胀机停止，则动作介质不能经由膨胀机在循环流路中循环。相对于此，在压缩装置1中，即使膨胀机42被停止，动作介质也经由旁通流路49在循环流路48中继续循环。由此，能够在热交换器30中继续由动作介质进行的压缩气体的冷却。

[0049] 在压缩装置1中，只要是当停止条件成立时将旁通阀V1开放的结构，膨胀机42并不需要完全停止。由于膨胀机42稍稍旋转，所以成为动作介质的一部分在膨胀机42中流动、动作介质的大部分在旁通流路49中流动。在此情况下，也通过流入量控制部53调整泵46的转速，以使流入到热交换器30中的动作介质的过热度成为下限值以上且上限值S1以下。

[0050] 在本实施方式中，第1流路34在热交换器30内配置在比第2流路36靠上游侧，所以在用在第2流路36中流动的冷却流体将压缩气体冷却之前，该压缩气体具有的热能被在第1流路34中流动的动作介质有效地回收。由此，动作介质能够从压缩气体回收更多的能量。

[0051] 在热交换器30中，由于压缩气体穿过箱体39的内部空间，所以与使压缩气体穿过配管的情况相比，能够减小在压缩气体中发生的压力损失。进而，由于第1流路34及第2流路36是蜿蜒延伸的管，所以能够效率良好地进行从压缩气体的热回收。进而，由于在第1流路
34的外表面及第2流路36的外表面上形成有多个翅片35、37，所以压缩气体与第1流路34的接触面积及压缩气体与第2流路36的接触面积分别变大，由此压缩气体的冷却效率提高。另外，应被认为的是：此次公开的实施方式在全部的方面都是例示而不是限制性的。本发明的范围不是由上述实施方式的说明、而是由权利要求书表示，还包含与权利要求书等价的意义及范围内的全部变更。

[0052] 例如也可以是，在热能回收部20的起动时，更具体地讲，在膨胀机42为转速比额定旋转时低的低速旋转时，旁通阀V1被开放，动作介质经由旁通流路49在循环流路48中循环。另外，动作介质的一部分经过膨胀机42。在此情况下，也通过流入量控制部53调整泵46的转速，以使流入到热交换器30中的动作介质的过热度成为下限值以上且上限值S1以下。

[0053] 这样，用来使动作介质流到旁通流路49中的旁通条件并不一定需要与上述停止条件相同，可以将膨胀机42的停止时或低速旋转时、即动作介质不能经由膨胀机42充分在循环流路48中循环时设定为旁通条件。结果，不论膨胀机42的驱动状态如何，在热交换器30中都通过动作介质将压缩气体冷却。

[0054] 此外，在上述实施方式中，也可以在旁通流路49中除了旁通阀V1以外还设置膨胀阀。如果这样，则通过在膨胀机42的停止时调整膨胀阀的开度并使气相的动作介质膨胀，即使是使用冷却能力较低的冷凝器44的情况，也能够可靠地使动作介质冷凝。

[0055] 此外，在上述实施方式中，表示了在强制循环时流入量控制部53通过控制泵46的转速来调整液相的动作介质向热交换器30的流入量的例子，但该流入量的调整的方法并不限定于此。例如也可以是，设置以将泵46旁通的方式连接到循环流路48上的返回流路、和设在该返回流路中的返回阀，流入量控制部53通过调整返回阀的开度来调整液相的动作介质向热交换器30的流入量。

[0056] 此外，在上述实施方式中，表示了压缩装置1具有单一的压缩机10及单一的热交换器30的例子，但压缩装置1也可以分别具有两个以上压缩机及热交换器。例如，在压缩机及热交换器分别设有两个的情况下，将气体的流路设计为，从第1的压缩机吐出的压缩气体在被第1热交换器冷却后被第2压缩机进一步压缩，被第2热交换器冷却后被向外部供给。各热交换器既可以在动作介质的循环流路48上串联配置，也可以并联地配置。

[0057] 在上述实施方式中，第1流路34及第2流路36也可以形成在不同的热交换器内。在通过动作介质将压缩气体充分冷却的情况下，也可以从热交换器30中将第2流路36省略。

[0058] 作为控制旁通流路49中的动作介质的流动的旁通阀，也可以利用将从热交换器30向旁通流路49的动作介质的流动和从热交换器30向膨胀机42的动作介质的流动切换的切换阀。在上述实施方式中，作为动力回收部也可以将旋转机械连接在膨胀机42上。

[0059] 在冷却流体流路60上，热交换器30的第2流路36及冷凝器44（的冷却流体流过的通路）也可以并联地配置。此外，在冷却流体流路60上，冷凝器44也可以位于第2流路36的下游。

[0060] 作为热交换器30，也可以利用板式等其他热交换器。在发电机43中并不一定需要设置逆变器或变换器。