[发明专利]气体介质压缩的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用以对气体介质，尤其对空气进行压缩的方法和装置。

在压缩机技术领域，人们作出了多方努力。对工作过程产生的热量，在过程中或过程外加以再利用，以改善能量平衡，并由此提高总效率。

在DE-A-29 12 190生成压缩空气的设计是大家熟悉的。在该设计中，一台多缸活塞式内燃机的排气端与废气涡轮增压器的驱动侧相连，由废气涡轮增压器的新鲜空气压缩机吸入并压缩的空气经过中间冷却器导入内燃机的吸气侧。在中间冷却器之后，从通向内燃机的管道上引出一支管，支管与一小型活塞压缩机的吸气侧相连接。活塞压缩机的出气压力管与使用压缩空气的附助机组相连，在汽车上这些机组常是制动系统、空气弹簧、车门开启装置等。这样的设计省去了活塞压气机的附加空气滤清器，并通过降低压缩终点温度使活塞压气机的热负荷减小。

此外，在EP-A-0 248 640中以内燃机驱动压气机，从而产生高温高压气体的方法也是为世人所熟知的。该方法中将内燃机释放的余热用作提高被压缩后的气体温度，尽管这种方法改善了总效率，但它在某些使用场合受到了限制，并且对通常需要冷却的压缩空气不能采用。

在DE-A-31 34 844中另一种多级压气机的方法是众所周知的，在各级压气机之间设有冷却器，它们是热泵的组成部分，由此使压缩过程产生的热量转换成外部可利用的热量，这样得到的热量在过程内部不加以利用，这样虽然改善了压气机的能量平衡，但必须设置对回收能量进行利用的外部过程，对一台单独的压气机而言，这种提高效率的形式是毫无意义的。

本发明者的一项过去的尚未公布的申请(DE 41 23 208)是关于产生压缩空气的压气机设备，其中压气机由内燃机驱动，在压气机的进气管和/或出气压力管设有由内燃机废气驱动的废气涡轮增压器，由此在排气压力较高时，可有效地利用废气中具有的动能。当排气温度和气流量较小时，该方法尤其适用。较高的排气背压对内燃机而言意味着较高的排气功，并由此导致功率损失，这同样意味着对压气机驱动功率的减小。当所遇的排气背压最小时，也就是相对大气压排放时，内燃机则获得最大的功率。

本发明的目的是提供一种对于气体介质，尤其是对空气进行压缩的改进的方法和装置，以使压气机设备的总效率得到提高。

本发明可用于固定的压气机设备，但最好适用于移动装置，例如用于建筑方面要求的产生压缩空气的装置。对于总效率在此定义为必需的驱动能量与被压缩的气体量之比。

一种对气体介质，尤其对空气进行压缩的方法，其中被吸入的气体借助于内燃机所驱动的压气机，从较低的出口压力，通常为大气环境压力，被压缩到预定的终点压力，内燃机排气气流的能量被作用到涡轮增压器的驱动侧，它对被吸入的气体在进入压气机之前进行预压缩，和/或对压气机排出的已被压缩了的气体进行后压缩，其特征是，利用内燃机的排气对闭式或开式液-汽循环系统中处于压力下的液体进行汽化，并将蒸汽送至涡轮增压器的驱动侧。

本发明还提供实现上述方法的装置，它有一台压气机，该压气机轴与内燃机连接，所述装置至少具有一台涡轮增压器，它装在压气机的进气管和/或出气压力管上，它的驱动侧由内燃机的排气提供能量，其特征是，涡轮增压器是蒸汽涡轮增压器，其驱动侧安装在一闭式或开式的液-汽循环系统中，该系统具有一冷凝器，贮水箱，供水泵和汽化器。

本发明的方法的特点是，驱动压气机的内燃机的排气气流被用以汽化-闭式或开式液-汽循环系统中的液体，并且最好使之过热。蒸汽被引导到蒸汽涡轮增压器的驱动侧，设置在液-汽循环系统中的废气热交换器或汽化器只产生极微小的通常可忽略的气阻，同时起到消音器的功能。这意味着根据本发明的方法，通过蒸汽涡轮增压器而被压缩的气体介质，在被压缩前和/或压缩后对内燃机基本上不存在反作用，由此而使总效平提高。

本发明的方法可以根据不同设备方案及设计有所变化。诸如最好将过热的蒸汽气流分开，每一部分系统各导入多个(通常为两个)蒸汽涡轮增压器的驱动侧，用以预压缩或后压缩。气流的划分可被选择或附加调节，这可由对分流气体旁通开启或关闭而实现。也可以实行串联连接，此时顺序通过多个蒸汽涡轮增压器的驱动侧。另一个可选择的方式是，排气在对液体汽化作用后被用在中间加热器上，这样，蒸汽气流在离开第一级蒸汽涡轮增压器后又导入一热交换器，所述排气同样也被引入此热交换器。根据汽化器及热交换器各自的布置，也可根据需要，将排气首先导入中间加热的热交换器，而后导入汽化器。