用于制造压缩空气或其它气体的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造压缩空气或其它处于压力下的气体的设备，该设备包括:至少各一个高压压缩机和一个低压压缩机，和尤其是后置的气体存储器。
【背景技术】
[0002]对制造压缩空气已知的是:从周围环境的标准压力出发，经多级将空气压缩，这是因为只通过一级压缩到较高的压力是不经济的和/或带来通过多级压缩可以避免的技术问题。
[0003]典型的是将压缩空气存储在容器中并且按需求从容器中发出。当需求的波动剧烈时可能导致在容器中产生大的压差。相应困难的是:以尽可能高的效率经济地制造压缩空气。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:提供一种用于经济地制造压缩空气、尤其具有剧烈波动的压力比的压缩空气的设备。
[0005]按照本发明的设备具有权利要求1的特征。据此高压压缩机是特别是径向结构的、具有可调节的导向叶片的涡轮机，并且该高压压缩机可以交替性地在一个方向作为压缩机而在另一个方向作为膨胀机被穿流而过。优选通过低压压缩机制造压力几乎恒定的或频带宽度小的压缩空气。高压压缩机与此相反地提供压差相对大的压缩空气。
[0006]例如在高压压缩机的高压侧应提供为大约40至100巴的压缩空气。例如低压压缩机压缩至大约20巴，而高压压缩机则将该压力增加约一倍到四倍。涡轮机需要的可变性通过尤其是根据(涡轮机的高压侧相对低压侧的)压力比对转速的适配和对叶轮与螺旋部之间的导向叶片的调节得以实现，从而能够实现不同的物料流量。通过调节径向结构的涡轮机中的叶轮与螺旋部之间的导向叶片能够实现与交替变化的径向流过速度的特别好的匹配，如其在高压压缩机的高压侧的压力交替变化时表现的那样。
[0007]在确定的应用场合中，需要的压缩空气的压力明显低于存储的压缩空气的压力。因此有利地给高压压缩机配置电驱动装置，所述电驱动装置也可以作为发电机工作。优选这也适用于低压压缩机，尤其是当低压压缩机既作为压缩机又作为膨胀机被穿流而过时。当从容器中提取压缩空气时压缩空气可以被引导穿过高压压缩机且必要时也穿过低压压缩机，从而在此产生电能。为了这个目的，高压压缩机的具有可调节的导向叶片的涡轮机的构造是有益的。尽管压力比特别不同，在输出存储压缩空气时也能够以高的效率产生电能。
[0008]在按照本发明的设备中可以将尤其是涡轮机或具有往复运动活塞或旋转活塞的活塞式机器、尤其是螺旋式压缩机设置为低压压缩机。在使用涡轮机的情况下，该涡轮机优选具有固定的导向叶片或没有导向叶片。
[0009]按照本发明的另一个思路，在高压压缩机与低压压缩机之间设置有通向一涡轮机的支路，其中，该涡轮机可以配置有燃烧室并且该涡轮机尤其是与发电机连接。在输出存储压缩空气时压缩空气可以在高压压缩机中进行工作并且驱动电动机-发电机。在高压压缩机的低压侧排出的压缩空气可以被引导穿过带有配置的发电机的另一涡轮机。优选压缩空气在流向该另一涡轮机的路径上在燃烧室中被加热。另一涡轮机的效率由此在总体上得到改善。在带有驱动电动机的低压压缩机与带有发电机的另一涡轮机之间的任务分配也可能对设备的总效率有利。
[0010]本发明的主题还有:在考虑不同的实施方式和备选方案的情况下，通过使用上述的设备来制造压缩空气或其它气体和/或将其存储在容器中的方法。
[0011]特别有利的是:上述的设备可用于一种通过压缩空气或其它气体的压缩和膨胀来间接地存储电能的方法。正是在通过压缩空气存储电能时可能在存储器中出现高的压差。也可以将地质构造设置为存储器。因此，(用于存储气体的)“容器”这一概念应理解为广义的概念并且也包括地表之下的天然存在的或人工制造的空穴。较狭义地理解则涉及的是具有密封的壁的器皿。
[0012]优选高压压缩机以1.5至4之间的压力比运行。压力比指的是高压压缩机的高压侧的压力与该高压压缩机的低压侧的压力之比。在此的出发点是高压压缩机的低压侧的压力基本上等于低压压缩机的高压侧的压力，该压力在此优选假定是介于10至60巴之间的特别是尽可能恒定的压力、例如20巴。
[0013]高压压缩机的最大压力比与最小压力比之商优选大于1.3、尤其是大于1.8。
[0014]有利的是:气体在离开高压压缩机一该高压压缩机在此作为膨胀涡轮机运行——之后膨胀时利用燃料对其进行加热并且输送向带有发电机的涡轮机。这正是在回收电能方面改善了效率。
[0015]按照本发明的另一思路，低压压缩机高压侧的压力关于其平均值的波动低于+ / _15%、优选低于5%。尤其是高压压缩机高压侧的压力关于其平均值的波动高于+ / _20*%、优选超过 + / _30*%。
[0016]为了改善效率可以进一步设定:高压压缩机的低压侧在膨胀运行时与在压缩运行时相比存在略高的压力。这可以通过对高压压缩机的涡轮机的转速进行适配和对其导向叶片进行调节得以实现。优势在于:通过然后作为涡轮机工作的低压压缩机的物料流量得以提高并且能够完全地充分利用该低压压缩机的额定功率以及其运行点可以在转速相同的情况下在科迪尔图(Cordier-Diagramm)中从用于压缩机的最佳点转移到用于膨胀机的最佳点。在此设定:在膨胀运行时，低压压缩机也驱动发电机，或配置带有发电机的另一涡轮机作为低压机。
[0017]此外，可以通过已知的用于处理压缩空气的措施对根据本发明的设备和方法进行补充。这样尤其可以在两个压缩机的高压侧设置冷凝液导出器和/或干燥器用于将潮气从压缩气体中清除。此外还可以设置有冷却器或者热交换器用于将热从被压缩的气体中排出。也可以中间存储排出的热并且在膨胀运行状态下返回。尤其有利的是:通过申请人在德国的实用新型DE202011106400和DE202011106852中公开的设备而与间接存储电能有关联地进行热存储和返回。对此，在本发明的范围内明确地援引上述实用新型的内容。
[0018]在容器与高压涡轮机之间或在其它位置可以设置分配和调节阀。用于驱动高压压缩机的电动机的转速是可调节的。这也可以适用于用于驱动低压压缩机的电动机。
[0019]与低压压缩机相关联地可以使用常用的调节方法，例如在往复运动活塞的情况下将阀保持打开，在螺旋式压缩机的情况下采用吸入节流调节器或调节滑阀用于容积/旋转。如果低压压缩机是涡轮机或者涡轮压缩机，其为了几乎恒定的压力和物料流量也可以没有可调节的导向叶片并且由此以较低的费用构造。
[0020]具有可调节的导向叶片的高压压缩机尤其是构造成单级的，但是也可以包括两个或更多个串联的涡轮级。例如可以在优选转速可调节的电动机-发电机的两个轴端分别构造一个具有可调节的导向叶片的涡轮级，其中，两个涡轮级在流体技术上串联。
[0021]本发明并不局限于与压缩空气关联的应用。更确切地说，也适用其它气体的压缩和必要时的膨胀。
【附图说明】
[0022]本发明的其它特征由说明书的其余部分和权利要求中获得。下文借助附图来进一步阐述本发明的有益的实施方式。附图中:
[0023]图1示出包括高压压缩机、低压压缩机和存储容器的功能示意图；
[0024]图2示出高压压缩机的沿图1的线I1-1I的横剖视图；
[0025]图3示出另一实施方式的功能示意图，即包括另一涡轮机和设置在该涡轮机之前的燃烧室。
【具体实施方式】