DE60133268T2 - Thermokinetischer verdichter - Google Patents

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DE60133268T2
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    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S261/00Gas and liquid contact apparatus
    • Y10S261/78Sonic flow

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kompressor für Luft oder für jedes andere Gas mit geringem Selbstkostenpreis, dessen Hauptenergie, die in dem Kompressionszyklus verwendet wird, keine mechanische oder elektrische Energie wie in den meisten Kompressoren ist, sondern direkt Wärmeenergie; dieser Kompressor weist keinen anderen beweglichen Teil, der einem Verschleiß unterliegt, auf, und die Energieverluste aufgrund von Reibungen sowie der Wärmeüberschuss der kalten Quelle des Zyklus können zurückgewonnen werden, um in dem Kompressionszyklus wieder verwendet zu werden oder um Dampf unter Druck zu erzeugen, der, mit dem komprimierten Gas gemischt, dessen Durchsatz erhöht.
  • Diese Vorrichtung wird beim Komprimieren oder beim Herstellen von teilweisem Vakuum oder jedem Industriegas angewandt, aber ihr Wärmezyklus bedingt, dass sie insbesondere für das Herstellen von Wärmeenergiekraftwerken mit hoher Leistung bestimmt ist, für die Herstellung von Energiesparsystemen, wie zum Beispiel dem mechanischen Neukomprimieren von Dampf oder für die Rückgewinnung und Rückumwandlung von Restwärmeenergie.
  • Gemäß dem derzeitigen Stand der Technik bestehen die Kompressoren aus Vorrichtungen, in welchen die Kompressionsenergie des Gases in Form von mechanischer Energie geliefert wird: Verdrängerverdichter, Turboverdichter oder Axialverdichter usw. oder in Form potenzieller Energie oder kinetischer Energie eines anderen Antriebsgases, was wieder eine Form mechanischer Energie ist: Ejektoren.
  • Ferner gibt es Vorrichtungen des Typs „Ejektoren", bei welchen die mechanische Kompressionsenergie als Ursprung die kinetische Energie eines Antriebsgases oder einer Antriebsflüssigkeit hat, was der Fall in den Patenten Nr. BE 537 693 , GB 928 661 und EP 0514 914 ist, oder auch in einer Vorrichtung, die nur Gasgemische ohne Gegenwart von Flüssigkeit betrifft, wie das der Fall des Patents Nr. US 3 915 222 ist. Die Betriebskonzepte selbst dieser Vorrichtungen unterscheiden sich stark vom Gegenstand des vorliegenden Patents, bei dem die Kompressionsenergie weder die mechanische noch die kinetische Energie eines Antriebsfluids ist, sondern nur Wärmeenergie mit unerlässlichem Mischen des zu komprimierenden Gases mit Flüssigkeit, deren Verdampfen es erlaubt, die Wärme zu absorbieren und an der kalten Quelle des Zyklus abzuleiten.
  • Die Kompressoren, die dem Stand der Technik entsprechen, erfordern eine umfassende Instandhaltung aufgrund der mechanischen Reibungen und daraus hervorgehenden Abnutzungen, und sie weisen geringe Energieleistungen auf, ja sogar sehr geringe bei Ejektoren, die im Wesentlichen auf Folgendes zurückzuführen sind:
    • – auf die mehrfachen Umwandlungen von Energie in den verwendeten Ausstattungen: Verbrennungsmotoren oder Turbinen zum Umwandeln der Wärmeenergie in mechanische oder elektrische Energie, eventuell Wechselstromgeneratoren und Elektromotoren zum Wiederumwandeln der elektrischen Energie in mechanische Energie, schließlich Kompressoren zum Übermitteln der mechanischen Energie an das zu komprimierende Gas,
    • – auf die relativ niedrigen Temperaturen, die bei der ersten Umwandlung der Wärmeenergie in mechanische Energie in den Elektrizitätswerken verwendet werden,
    • – auf das Erhitzen des zu komprimierenden Gases bei seinem Komprimieren, was es unweigerlich von einer adiabatischen Kompression entfernt,
    • – auf die mechanischen Reibungen und Bewegungsenergieverluste des zu komprimierenden Gases,
    • – auf das Nichtzurückgewinnen im gesamten Zyklus der Wärmeenergien, die aus dem Komprimieren, den Reibungsverlusten und der kalten Quelle des Motors oder der Turbine hervorgehen,
    • – auf die mechanischen Abnutzungen,
    • – auf die Ablagerungen und Verschmutzungen auf den Luftkompressoren: Sogar häufiges Waschen der Kompressoren der Gasturbinen kann die Auswirkung dieser Verschmutzungen nicht mindern.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die weder mechanische noch Bewegungsenergie zum Antreiben verwendet, sondern nur Wärmeenergie zum Komprimieren des Gases, erlaubt es, den meisten dieser Nachteile durch den Gebrauch eines unterschiedlichen Zyklus abzuhelfen, der darin besteht, das zu komprimierende Gas vorzubereiten und ihm direkt Wärmeenergie zuzuführen, dieses Letztere mit einer Schall- oder Überschallgeschwindigkeit durch Entspannungsdüsen zu entspannen, eine Hochgeschwindigkeitswärmeentnahme und daher bei niedriger Temperatur durch Zerstäuben und kontrolliertes Verdampfen von Flüssigkeit, die in einer Entspannungs-Kühlsprühdüse verteilt wird, durchzuführen, wobei es die Sprühdüse erlaubt, eine hohe Geschwindigkeit beizubehalten, und dieses Gas schließlich wieder in einer Sprühdüse zur adiabatischen Kompression zu komprimieren, um seine Geschwindigkeit auf einen normalen Strömungswert zurückzubringen; die Entspannungssprühdüsen, Entspannungs-/Kühlsprühdüsen und Sprühdüse zur adiabatischen Kompression können mit einem System mit variabler Geometrie ausgestattet werden, das es erlaubt, die Querschnitte ihrer Eingangs- und/oder Ausgangshälse anzupassen, um unter anderem den Durchsatz und die Kompressionsrate der Vorrichtung einzustellen. Die Entnahme von Wärme bei niedriger Temperatur verursacht einen beträchtlichen Entropieabfall in dem zu komprimierenden Gas, was zu einem Druck am Ausgang der Vorrichtung führt, der viel höher ist als der Eingangsdruck.
  • Bei dieser Vorrichtung werden die Energieverluste, die auf die Lastverluste des zu komprimierenden Gases sowie auf die Wärmeverluste über die Wände der Vorrichtung zurückzuführen sind, in Form von Wärme wieder in das zu komprimierende Gas eingeführt, und verringern daher um ebensoviel die ursprüngliche Wärmezufuhr.
  • Ebenso wird die überschüssige Wärme der kalten Quelle durch das Verdampfen der zerstäubten Flüssigkeit abgeleitet, was den Durchsatz an komprimiertem Gas am Ausgang der Vorrichtung um ebenso viel erhöht; diese Erhöhung des Durchsatzes, die am Ausgang der Vorrichtung durch Kondensation eliminiert werden kann, ist für bestimmte Anwendungen der Vorrichtungen von Nutzen, und insbesondere für das Herstellen von Wärmekraftwerken, in welchen sie sehr vorteilhaft die Dampfgeneratoren in den Dampfwerken und insbesondere in den Werken mit kombinierten Zyklen ersetzt.
  • Die vorliegende Erfindung hat daher eine Vorrichtung gemäß den Bestimmungen der unabhängigen Ansprüche 1, 3 und 4 zur Aufgabe. Die Erfindung zielt insbesondere auf die charakteristischen Punkte und Ausführungsformen ab, die in den abhängigen Ansprüchen 2 und 5 bis 10 beschrieben und beansprucht sind.
  • Die Stoß- oder Kompressionswellen, die sich eventuell in dem Überschallteil des Stroms entwickeln können, können eliminiert oder zu der Ausgangsöffnung der Vorrichtung verlagert werden, wie das in den unten stehenden Varianten ausführlich beschrieben ist.
  • BASISVERSION 1
  • Gemäß ihrem einfachsten Konzept, das wir Basisversion 1 nennen, die auf 1 dargestellt ist, verwendet die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Unterschall- oder Schallgeschwindigkeitsströmen; sie weist eine Ansaugleitung auf, die zur Vorbehandlung und zum Erwärmen des zu komprimierenden Gases ausgestattet ist, eine optionale Einlasskammer C, die dazu bestimmt ist, den Gasstrom zu beruhigen, bevor er in einen Entspannungsteil C1 eingelassen wird, der des erlaubt, seine Geschwindigkeit bis zu eventuell der Schallgeschwindigkeit zu erhöhen, eine Übergangszone N, eine konvergierende Sprühdüse zum Entspannen/Kühlen C2, ein Kühlsystem R, das aus einer Einheit von Düsen zum Zerstäuben von Wasser (oder einer anderen Flüssigkeit) besteht, deren Durchsatz und/oder Position ausgehend von außerhalb der Vorrichtung her einstellbar sind, und die entlang der Zonen N und C2 verteilt und dazu bestimmt sind, die Hitze des zu komprimierenden Gases durch Verdampfen der eingespritzten Flüssigkeit zu extrahieren, und schließlich ein divergierendes Element zur adiabatischen Kompression D, die dazu bestimmt ist, das Gas zu komprimieren, indem seine Geschwindigkeit bis auf eine normale Strömungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 10 bis 50 m/s vor seinem Einlassen in eine Kompressorvorkammer T und seinem Fördern in einer Evakuierungsleitung verringert wird.
  • Die Übergangszone N stellt eine ununterbrochene Verbindung zwischen den Enden C1 und C2 mit einer Mantellinie mit monotonem Gefälle und ohne Abwinkelung sicher.
  • Die Ansaugung ist mit Elementen ausgestattet, die es erlauben, das zu komprimierende Gas zu erwärmen, wie zum Beispiel: Wärmeaustauscher E1, E2, ..., En, die direkt oder mit Hilfe eines Zwischenfluids die Restwärme verwenden, die in dem komprimierten Gas am Ausgang der Vorrichtung enthalten ist, oder jede andere Wärmequelle, die anderswo verfügbar ist, Brenner B, der mit Kraftstoff versorgt wird, Entspannungsturbine TB; diese Elemente sind dazu bestimmt, das zu komprimierende Gas zu erhitzen, wenn seine Temperatur am Eingang der Vorrichtung nicht ausreichend hoch ist; je nach dem Bedarf, für welchen das zu komprimierende Gas bestimmt ist, kann die Ansaugung mit zusätzlichen Elementen ausgestattet werden, wie zum Beispiel: Ansaugfilter F, Schalldämmer S, Primärkompressor CP zum Inbetriebsetzen der Vorrichtung.
  • Ebenso und je nach Einsatzkontext der Vorrichtung kann die Evakuierungsleitung mit folgenden Elementen ausgestattet sein: Heißgasrecyclingsysteme, Wärmeaustauscher E'1, E'2, ..., E'n, die das Rückgewinnen der Restwärme erlauben, die in dem komprimierten Gas der Vorrichtung enthalten ist, Schalldämmer S'; diese Ausstattungen können auch nur mit einem Teil des komprimierten Gases versorgt werden und können stromabwärts eines Brenners oder einer Turbine installiert werden, wenn die Vorrichtung zu einem Erzeugen mechanischer oder elektrischer Energie bestimmt ist.
  • Das Erwärmen des Gases stromaufwärts von C erlaubt es, es zu überhitzen, um seine Temperatur von der Sättigungstemperatur mit der zerstäubten Flüssigkeit zu entfernen; je nach angestrebter Kompressionsrate und der angestrebten Leistung, kann sich die Überhitzungstemperatur von 100°C bis über 1500°C erstrecken.
  • Bei seinem Fließen in der konvergierenden Entspannungs-/Kühlsprühdüse C2 wird das Gas ständig entspannt und in der konvergierenden Sprühdüse beschleunigt und gleichzeitig durch das Verdampfen der zerstäubten Flüssigkeit abgekühlt, was sein Zusammenziehen im Schall- oder Unterschallbereich verursacht und daher einen Geschwindigkeitsabfall mit Abfallen der Entropie und Druckerhöhung, was die Tendenz zur Geschwindigkeitssteigerung aufgrund der konvergierenden Sprühdüse mindert oder eliminiert: Die Verteilung der Zerstäubung und des Verdampfens entlang der neutralen Zone N und der Sprühdüse C2 erlaubt es, das Gleichgewicht zwischen den Steigerungs- und Verringerungstendenzen der Geschwindigkeit herzustellen und daher eine Wärmeentnahme durchzuführen und gleichzeitig eine optimale Schall- oder Unterschallgeschwindigkeit entlang der ganzen Achse von C2 beizubehalten.
  • Dazu erlaubt es das Kühlsystem R, die Verteilung der Kühlung entlang der Achse von C2 durch jedes Mittel einzustellen, das das Einstellen des Durchsatzes und der Position jeder Düse gestattet; eine Ausführungsform, die auf 1.1 dargestellt ist, zeigt Düsen, die in den radialen Rippen angeordnet sind, die entlang der Achse 02 verteilt sind, mit der Möglichkeit, manuell oder automatisch von außen her den in jede Düsenreihe mit Hilfe externer Schieber eingespritzten Flüssigkeitsdurchsatz einzustellen; eine zweite bevorzugte Ausführungsform, die auf 1.2 dargestellt ist, zeigt Sprühdüsen, die entlang der Achse der Vorrichtung in den Zonen N und C2 verteilt und am Ende konzentrischer axial gleitender Röhren angeordnet sind; die Röhren werden von Gewindelagern am Ende der Einlasskammer getragen, wobei es diese Gewinde erlauben, manuell oder automatisch von außen her die Position jeder Zerstäubungsdüse einzustellen; externe Schieber erlauben das Einstellen des Durchsatzes jeder Düse.
  • Natürlich kann die Vorrichtung mit einer einzigen Zerstäubungsdüse konzipiert werden, sie weist dann aber eine verschlechterte Leistung auf.
  • Um die Länge der Zone C2 und daher die Lastverluste des zu komprimierenden Gases durch die Vorrichtung hindurch zu verringern, sind die ausgewählten Zerstäubungsdüsen vorzugsweise Düsen mit hoher Einspritzgeschwindigkeit und minimalen Tröpfchengrößen, wie zum Beispiel Hochdruckdüsen mit Unterstützung mit Druckluft oder Dampf und eventuell mit Ultraschall oder mit Mikrowellen.
  • Bei Gastemperaturen am Eingang von C, die kleiner sind als 300°C, können die Teile C, C1, N, C2, D und T aus kohlenstoffhaltigem Stahl, nicht rostendem Stahl oder jedem anderen Werkstoff hergestellt werden, der mit dem zu komprimierenden Gas vereinbar ist und eine gute mechanische Festigkeit und gute Scheuerfestgkeit bei 300°C aufweist; bei Gastemperaturen am Eingang von C, die größer sind als 300°C, können diese Teile zum Beispiel aus Kohlenstoffstahl hergestellt werden, der innen mit Wärmedämmung oder feuerfestem Material beschichtet ist, aus Kohlenstoffstahl oder nicht rostendem Stahl mit Doppelmantel, der mit Wasser oder dem zu komprimierenden Gas gekühlt wird, aus Keramik oder jedem anderen Werkstoff, der gute mechanische Festigkeit und eine gute Scheuerfestigkeit bei hohen Temperaturen aufweist.
  • Als Ausführungsbeispiel erlaubt es die Vorrichtung gemäß 1, nahezu 30.000 Nm3/Stunde Luft von 1 bar A auf 2,5 bar A ausgehend von den folgenden Elementen zu komprimieren:
    • – Eine Luftansaugleitung mit Innendurchmesser 0,6 m aus Kohlenstoffstahl mit einem Starthauptkompressor, der einen Überdruck von 100 mbar entwickeln kann, und einem Brenner, der mit Erdgas funktioniert, mit Innenbeschichtung der Ansaugleitung mit feuerfestem Beton auf der Ebene des Brenners und stromabwärts; der Brenner erlaubt es, die Luft auf eine Temperatur von etwa 1200°C aufzuwärmen.
    • – Eine zylindrische Einlasskammer C mit Länge 1,5 m und Durchmesser von etwa 1,2 m
    • – Eine zylindrische konvergierende Sprühdüse C1 mit Länge 0,6 m und Ausgangsdurchmesser 0,6 m
    • – Eine zylindrische Übergangszone N mit Durchmesser 0,6 m und Länge 0,3 m Eine Sprühdüse C2 mit Eingangsdurchmesser 0,6 m, Ausgangsdurchmesser von etwa 0,35 m und Gesamtlänge von etwa 1 m
    • – Eine divergierende Düse D mit Eingangsdurchmesser 0,35 m und Länge 0,3 m
    • – Eine Kompressorvorkammer T mit Durchmesser 0,6 m und Länge 0,7 m
    • – Einen Wärmeaustauscher zwischen komprimierter Luft am Ausgang von T und der Luft an der Ansaugung.
  • Die Einlasskammer C besteht aus Kohlenstoffstahl, der innen mit feuerfestem Beton beschichtet ist, während C1, N, C2, D und T aus Kohlenstoffstahl mit Doppelmantel, gekühlt durch Zirkulation der zu komprimierenden Luft vor ihrem Eintreten in die Luftansaugung gekühlt wird; die Zerstäubungsdüsen, die installiert sind auf und versorgt werden von einem System konzentrischer gleitender Röhren aus Kohlenstoffstahl mit Außendurchmesser 60 mm, die die Einlasskammer durchqueren, werden in 02 verteilt und erlauben das Einspritzen von etwa 4,7 kg/Sekunde Wasser mit 200 m/Sekunde mit mittlerer Tröpfchengröße von etwa 10 μm.
  • VARIANTE 2
  • Eine Variante 2, die ein Strömen mit Schall- oder Unterschallgeschwindigkeit betrifft, die auf den 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 dargestellt ist, erlaubt das Einstellen des Durchsatzes des zu komprimierenden Gases, der Kompressionsrate und der Energieleistung der Vorrichtung. Bei dieser Variante werden die Entspannungs- /Kühlsprühdüse C2 und das divergierende Element zur adiabatischen Kompression D der Basisversion 1 durch eine konvergierende Sprühdüse und eine divergierende Sprühdüse mit jeweils variabler Geometrie ersetzt, was es erlaubt, den Ausgangsquerschnitt von C2 und den Eingangsquerschnitt von D anzupassen und daher den Querschnitt des Halses zwischen C2 und D; das System mit variabler Geometrie, das von außerhalb der Vorrichtung her gesteuert wird, erzielt man durch jeden Mechanismus, der es erlaubt, den Durchgangsquerschnitt des Halses der Vorrichtung zu modifizieren, wie zum Beispiel durch den Einsatz verformbarer Wände auf den Sprühdüsen C2 und D, wie in dem Beispiel der 2.1 dargestellt, oder durch das Hinzufügen eines Profilkerns K oder K1, der axial in den Zonen N, C2 und D gleiten kann und auf einer Welle befestigt ist, die ein Ende oder beide Enden der Vorrichtung durchquert und es erlaubt, die Position des Kerns von außen her wie in den Beispielen der 2.2, 2.3 und 2.4 einzustellen.
  • Das Beispiel der 2.1 betrifft eine Sprühdüse mit kreisförmigem Querschnitt mit verformbaren Wänden; die Zone C2 und die Zone D bestehen aus biegsamen Stahlklingen, die sich überlagern und regelmäßig auf den Mantellinien der Vorrichtung angeordnet sind, und ihre Enden werden auf die Ränder der, Übergangszone N und der Kompressorvorkammer geschweißt; kreisförmige Spannschellen oder jedes andere System, wie zum Beispiel Zylinder usw. erlauben es, den zentralen Querschnitt der Vorrichtung zu modifizieren, der daher den Hals der Zonen C2 und D bildet.
  • Die anderen Elemente der Vorrichtung sind mit denen, die für die Basisversion 1 beschrieben wurden, identisch. Das Ausführungsbeispiel, das auf 2.1 dargestellt ist, weist die gleichen Leistungen wie das vorhergehende Beispiel, das die Basisversion 1 betrifft, auf, mit der Möglichkeit, den Durchsatz und die Kompressionsrate des zu komprimierenden Gases zu ändern.
  • Das Beispiel der 2.2 betrifft eine Sprühdüse mit rechteckigem Querschnitt; es ist mit einem einstellbaren System versehen, das aus einem Kern K besteht, der axial in den Zonen N, C2 und D gleiten kann, und dessen Achse auf einer Welle befestigt ist, die ein Ende oder beide Enden der Vorrichtung durchquert; die axiale Position des Kerns K kann manuell oder automatisch von außen her durch ein Gewinde, das auf einem Lager angeordnet ist, durch einen externen Zylinder oder jedes andere externe System, eingestellt werden.
  • Die Zerstäubungsdüsen sind in den Zonen N und C2 verteilt.
  • Die anderen Elemente der Vorrichtung sind mit denen, die in der Basisversion 1 beschrieben wurden, identisch.
  • Der Kern K ist ein Teil mit rechteckigem Querschnitt, von dem zwei Seiten parallel entgegen gesetzt zu der Achse neben den Seiten der Sprühdüse liegen; die zwei anderen Seiten des Kerns haben ein aerodynamisches Profil, das es erlaubt, die Lastverluste des zu komprimierenden Gases zu minimieren; jeder von ihnen besteht aus einem stromaufwärtigen Teil K' mit konstantem oder in die Strömungsrichtung des Gases zunehmendem Querschnitt, einem stromabwärtigen Teil K''' mit in die Strömungsrichtung des Gases abnehmendem Querschnitt, und einem Zwischenteil K'', dessen ununterbrochenes winkelloses Profil die Verbindung zwischen der Mantellinie von K' und der von K''' sicherstellt.
  • Die Teile K''' des Kerns K gleiten in dem Hals zwischen der Entspannungs-/Kühlsprühdüse C2 und dem divergierenden Teil zur adiabatischen Entspannung D.
  • Je nach der für die Vorrichtung angestrebten Anwendung und je nach den Temperaturen des zu komprimierenden Gases am Eingang der Einlasskammer C, kann der Kern K aus Kohlenstoffstahl für Temperaturen unter 300°C, aus nicht rostendem Stahl, Stahl mit Kühlung durch interne Zirkulation von Kühlmittel, aus Keramik oder jedem anderen Werkstoff hergestellt werden, der eine gute Scheuerfestigkeit bei den Umsetzungstemperaturen aufweist.
  • Das Beispiel der 2.3 betrifft eine Vorrichtung mit kreisförmigem Querschnitt; es ist mit einem einstellbaren System bestehend aus einem Kern K, der axial in den Zonen N, C2 und D gleitet, ausgestattet, wobei der Kern auf einer Welle befestigt ist, die ein Ende oder beide Enden der Vorrichtung durchquert; die axiale Position des Kerns K kann manuell oder automatisch von außen her durch ein Gewinde, das auf einem Lager angeordnet ist, durch einen externen Zylinder oder durch jedes andere externe System eingestellt werden.
  • Die Zerstäubungsdüsen sind in den Zonen N und C2 verteilt.
  • Die anderen Elemente der Vorrichtung sind identisch mit den in der Basisversion 1 beschriebenen.
  • Der Kern K ist ein Teil mit voller Rotation, dessen aerodynamisches Profil es erlaubt, die Lastverluste des zu komprimierenden Gases zu minimieren; er besteht aus einem stromaufwärtigen Teil K' mit konstantem oder in die Strömungsrichtung des Gases zunehmendem Querschnitt, einem stromabwärtigen Teil K''' mit in die Strömungsrichtung des Gases abnehmendem Querschnitt, und einem Zwischenteil K'', dessen ununterbrochene Mantellinie (ohne Winkel) die Verbindung zwischen der Mantellinie von K' und der von K''' sicherstellt.
  • Der Teil K''' des Kerns K gleitet in dem Hals zwischen der Entspannungs-/Kühlsprühdüse C2 und dem divergierenden Element zur adiabatischen Entspannung D.
  • Je nach der für die Vorrichtung angestrebten Anwendung und den Temperaturen des zu komprimierenden Gases am Eingang der Einlasskammer C, kann der Kern K aus Kohlenstoffstahl für Temperaturen unter 300°C, aus nicht rostendem Stahl, aus Stahl mit interner Kühlung durch Zirkulation von Kühlmittel, aus Keramik oder aus jedem anderen Werkstoff hergestellt werden, der eine gute Scheuerfestigkeit und Beständigkeit bei den Umsetzungstemperaturen aufweist.
  • Das auf 2.3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine durchgehende Welle K, die von einem Lager getragen wird, das in der Einlasskammer platziert ist, und von einem zweiten Lager am Ende der Kompressorvorkammer T, wobei dieses Letztere ein Einstellgewinde der Position des Kerns und der Zerstäubungsdüsen aufweist.
  • Bei dem Strömen des zu komprimierenden Gases in dem konvergierenden Entspannungs-/Kühlteil C2 bildet der Freiraum zwischen K''' und C2 eine konvergierende Sprühdüse, die die gleiche Aufgabe sicherstellt wie die konvergierende Kompressions-/Kühlsprühdüse C2, die in der Variante 1 beschrieben wurde; der Hals, das heißt der minimale Durchgangsquerschnitt dieser konvergierenden Sprühdüse, befindet sich leicht stromaufwärts des Ausgangshalses von C2, und sein Querschnitt Ss kann jederzeit von außen her durch Einstellen der axialen Position des Kerns K geändert werden.
  • Diese Einstellung des Querschnitts Ss am Hals erlaubt es begleitet von einem Anpassen des Durchsatzes der zerstäubten Flüssigkeit, den Durchsatz des zu komprimierenden Fluids zu ändern oder auch die Kompressionsrate und die Energieleistung der Vorrichtung durch Ändern der Erwärmungstemperatur des Gases am Eingang der Einlasskammer zu ändern.
  • Das auf 2.3 dargestellte Ausführungsbeispiel weist die gleichen Leistungen auf wie das vorhergehende Beispiel, das den Basisfall 1 betrifft, mit den folgenden Änderungen, die es erlauben, den Durchsatz und die Kompressionsrate des zu komprimierenden Gases anzupassen:
    • – der Durchmesser der Übergangszone N wird 0,5 m,
    • – der Eingangs- und der Ausgangsdurchmesser der konvergierenden Entspannungs-/Kühlsprühdüse C2 werden jeweils zu 0,45 m und 0,22 m,
    • – der Eingangsdurchmesser des divergierenden Elements D wird 0,22 m,
    • – Hinzufügen eines Kerns K aus nicht rostendem Stahl, gekühlt durch interne Zirkulation von Wasser mit maximalem Durchmesser 0,3 m, Mindestdurchmesser 0,1 m am Ausgang von K''' und Gesamtlänge 1,0 m, mit Positionseinstellgewinde.
  • Das Beispiel der 2.4 betrifft ebenfalls eine Vorrichtung mit kreisförmigem Querschnitt; das Prinzip ist identisch mit dem der Variante 2.3, aber der Kern ist hier stromabwärts der Vorrichtung installiert.
  • Die Vorrichtung ist mit einem Kern K1 ausgestattet, der axial in den Zonen N, C2, D und T gleitet, und dessen Achse auf einer Welle befestigt ist, die ein Ende oder beide Enden der Vorrichtung durchquert; die axiale Position des Kerns K1 kann manuell oder automatisch von außen her durch ein Gewinde, das auf einem Lager angeordnet ist, durch einen externen Zylinder oder jedes andere externe System eingestellt werden.
  • Die Zerstäubungsdüsen sind in den Zonen N und C2 verteilt.
  • Die anderen Elemente der Vorrichtung sind mit den in der Basisversion 1 beschriebenen identisch.
  • Der Kern K1 ist ein Teil mit voller Rotation, dessen aerodynamisches Profil es erlaubt, die Lastverluste des zu komprimierenden Gases zu minimieren; er besteht aus einem stromaufwärtigen Teil K'1 mit in die Strömungsrichtung des Gases zunehmendem Querschnitt, einem stromabwärtigen Teil K'''1 mit konstantem oder in die Strömungsrichtung des Gases abnehmendem Querschnitt, und einem Zwischenteil K''1, dessen ununterbrochene Mantellinie ohne Winkel die Verbindung zwischen der Mantellinie von K'1 und der von K'''1 sicherstellt.
  • Der Teil K'1 des Kerns gleitet in dem Hals zwischen der Entspannungs-/Kühlsprühdüse C2 und dem divergierenden Element zur adiabatischen Entspannung D.
  • Je nach der für die Vorrichtung angestrebten Anwendung und den Temperaturen des zu komprimierenden Gases am Eingang der Einlasskammer C, kann der Kern K1 aus Kohlenstoffstahl für Temperaturen unter 300°C, aus nicht rostendem Stahl, aus durch interne Zirkulation von Kühlmittel gekühltem Stahl, aus Keramik oder aus jedem anderen Werkstoff hergestellt werden, der eine gute Scheuerfestigkeit und Beständigkeit bei den Umsetzungstemperaturen aufweist.
  • Das auf 2.4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine den Kern K1 komplett durchquerende Welle, die auf Lagern ruht, die in der Einlasskammer und in der Kompressorvorkammer platziert sind, wobei Letzteres ein Positionseinstellgewinde aufweist.
  • Bei dem Strömen des zu komprimierenden Gases in der Zone C2 bildet der Freiraum zwischen K1 und der Leitung C2 eine konvergierende Sprühdüse, die die gleiche Aufgabe sicherstellt wie die konvergierende Kompressions-/Kühlsprühdüse C2, die in der Basisversion 1 beschrieben ist; der Hals, das heißt der Mindestdurchgangsquerschnitt stromabwärts dieser konvergierenden Sprühdüse befindet sich allgemein stromabwärts des Ausgangshalses von C2, und sein Querschnitt Ss kann jederzeit von außen her durch Justieren der axialen Position des Kerns K1 geändert werden.
  • Dieses Justieren des Querschnitts Ss am Hals erlaubt begleitet von einem Justieren des Durchsatzes der zerstäubten Flüssigkeit das Ändern des Durchsatzes des zu komprimierenden Fluids, oder auch das Ändern der Kompressionsrate und Energieleistung der Vorrichtung durch Ändern der Erwärmungstemperatur des Gases am Eingang der Einlasskammer.
  • Als Ausführungsbeispiel weist die auf 2.4 dargestellte Vorrichtung die gleichen Leistungen wie das Ausführungsbeispiel in Zusammenhang mit dem Basisfall 1 auf, mit den folgenden Änderungen, die es erlauben, den Durchsatz und die Kompressionsrate des zu komprimierenden Gases einzustellen:
    • – der Eingangs- und der Ausgangsdurchmesser der konvergierenden Entspannungs-/Kühlsprühdüse C2 werden jeweils 0,60 m und 0,36 m,
    • – der Eingangsdurchmesser des divergierenden Elements D wird 0,36 m und seine Länge wird 0,5 m,
    • – Hinzufügen eines Kerns K aus nicht rostendem Stahl, gekühlt durch interne Wasserzirkulation mit maximalem Durchmesser 0,35 m, Mindestdurchmesser 0,07 am Eingang von K' und am Ausgang von K''', mit Gesamtlänge 1,0 m, getragen von einer Welle mit Durchmesser 70 mm, die auf Lagern ruht, die in C und T installiert sind, mit Einstellgewinde ihrer Position.
    • – Das Zerstäubungsdüsensystem ist gleich wie das des Ausführungsbeispiels des Basisfalls 1, aber die gleitenden Röhren sind in der Tragwelle des Kerns untergebracht.
  • VARIANTE 3
  • Eine Variante 3, die ein Überschallströmen in der Kühlzone betrifft, ist auf 3 dargestellt; sie erlaubt es, die Energieleistung der Vorrichtung, wie sie in der Basisversion 1 beschrieben ist, durch Erzielen eines großen Temperaturunterschieds des Fluids zwischen dem Eintreten in die Einlasskammer C und der Kühlzone zu verbessern.
  • Die Änderungen im Vergleich zu der Basisversion 1 betreffen einerseits den Einsatz des konvergierenden Elements zum Entspannen C1, in dem das zu komprimierende Fluid systematisch bis zu der Schallgeschwindigkeit entspannt wird, und andererseits das Ersetzen der Übergangszone N und der Sprühdüse C2 durch eine divergierende Überschallentspannungssprühdüse D1, gefolgt von einer Übergangszone NT, einer konvergierenden Kompressions-/Kühlsprühdüse C3 und einer konvergierenden Sprühdüse zur adiabatischen Kompression C4; das Zerstäubungsdüsensystem R, das gleich ist wie das der Basisversion 1, ist in der Zone C3 installiert und eventuell, wie unten beschrieben, in den Zonen D1 oder NT.
  • Die Übergangszone NT stellt eine ununterbrochene Verbindung zwischen den Enden von D1 und C3 mit einer Mantellinie mit monotonem Gefälle und ohne Winkel sicher.
  • Die anderen Elemente der Vorrichtung sind mit denen in der Basisversion 1 beschriebenen identisch.
  • Das zu komprimierende Fluid wird stromaufwärts der Zone C bis zu einer Temperatur erhitzt, die 1000 bis 1500°C weit überschreiten kann, dann entlang der Zonen C1 und D1, die eine konvergierende/divergierende Überschallentspannungssprühdüse mit Schallgeschwindigkeit am Hals bilden, bis zu einem Druck Pa und einer Geschwindigkeit Va und einer Temperatur Ta entspannt und schließlich mit Temperaturanstieg in der konvergierenden Kompressions-/Kühlsprühdüse C3 komprimiert, wobei gleichzeitig in der gleichen Sprühdüse C3 Hitze durch Verdampfen von zerstäubter Flüssigkeit entnommen wird; die konvergierende Sprühdüse zur adiabatischen Kompression C4 erlaubt es, das Fluid vor seinem adiabatischen Unterschallkomprimieren in dem divergierenden Element zur adiabatischen Kompression D und seinem Ableiten auf die Schallgeschwindigkeit zurückzubringen.
  • Das Zerstäubungssystem besteht aus einer Reihe von Düsen, deren Positionen und/oder Durchsätze manuell oder automatisch von außen her gemäß dem gleichen Konzept wie bei der Basisversion 1 eingestellt werden können; die Entnahme von Wärme durch Verdampfen der zerstäubten Tröpfchen kann in der Zone D1 erfolgen, wobei sich der Zyklus daher einem isobaren Kühlen nähert, aber dieser Fall hat nur wenig praktische Bedeutung: wir erwähnen in der folgenden Beschreibung nur die Entnahme von Wärme, die in den Zonen NT oder C3 mit einem Zyklus erfolgt, der sich einer isothermen Umwandlung nähert, wobei die Zerstäubungsdüsen in der Zone C3 und eventuell durch Vorwegnahme in der Übergangszone NT verteilt sind, um die zeitliche Verschiebung zwischen der Zerstäubung und der Verdampfung zu berücksichtigen.
  • Die theoretische Energieleistung der Vorrichtung ist umso höher als die Temperatur des zu komprimierenden Gases am Eingang von C hoch und die Entspannungstemperatur Ta niedrig ist, wobei Letztere jedoch höher bleibt als die Sättigungstemperatur Ts des Gases im Vergleich zur zerstäubten Flüssigkeit, denn der Temperaturunterschied DT = Ta – Ts ist für das Verdampfen der zerstäubten Flüssigkeit am Eingang der Zonen NT und C3 erforderlich; in dem Sonderfall, in dem Ta kleiner ist als Ts, beginnen die Verdampfung der zerstäubten Flüssigkeit und daher die Wärmeentnahme in dem zu komprimierenden Gas erst in C3, wenn unter der Einwirkung der Kompression- die tatsächliche Temperatur des Gases seine Sättigungstemperatur überschritten hat.
  • Die Verdampfung der zerstäubten Flüssigkeit und die Wärmeentnahme in den Zonen NT und C3 sind umso schneller als die zerstäubten Tröpfchen klein sind und als der Temperaturunterschied DT = Ta – Ts hoch ist, mit als direkter Folge eine Verringerung der Länge von C3 und eine Verringerung des Lastverlustes des zu komprimierenden Gases durch C3; in der Praxis führen Tröpfchenmaße in der Größenordnung von 5 bis 30 μm und Temperaturunterschiede DT = Ta – Ts in der Größenordnung von 10°C bis 100°C zu Bemessungen der Vorrichtung und Lastverlusten des Gases durch C3, die ganz und gar akzeptabel sind.
  • Die Bemessung der Vorrichtung hängt natürlich in erster Linie von dem Durchsatz und den Charakteristiken des zu komprimierenden Gases ab, sowie von dem angestrebten Ausgangsdruck; da diese Kriterien unveränderlich sind, ergeben sich die Auswahl der Erwärmungstemperatur des Gases stromaufwärts von C, der Entspannungsrate durch C und C2 und der Tröpfchenmaße aus einem Kompromiss zwischen den auf dem Markt verfügbaren Standardausstattungen: Zerstäubungsdüsentypen, Werkstoffe usw., und den Maßen und dem Preis der Vorrichtung und ihrer Energieleistung.
  • Als Ausführungsbeispiel erlaubt es ein Luftkompressor bestehend aus einer Vorrichtung gemäß 3, nahezu 20.000 Nm3 pro Stunde Luft ausgehend von den folgenden Elementen von 1 bar A auf 1,5 bar A zu komprimieren:
    • – eine Luftansaugung mit Innendurchmesser 0,47 m aus Kohlenstoffstahl, innen mit feuerfestem Beton verkleidet, mit einem Starthauptkompressor, der einen Überdruck von 500 mbar entwickeln kann, und einem Brenner, der mit Erdgas funktioniert und es erlaubt, die Luft auf 1000°C zu erhitzen,
    • – eine Einlasskammer C mit Durchmesser 0,97 m und Länge 1, 16 m,
    • – eine konvergierende Unterschallentspannungssprühdüse C1 mit Durchmesser am Hals von etwa 0,295 m und Länge 0,670 m,
    • – eine divergierende Überschallentspannungssprühdüse D1 mit Eingangsdurchmesser von etwa 0,295 m mit Ausgangsdurchmesser von etwa 0,388 m und Länge 0,2 m, in der die Luft bis auf 0,1 bar A, etwa 370°C und 1160 m/s entspannt wird,
    • – eine konvergierende Kompressions-/Kühlsprühdüse C3 und eine konvergierende Sprühdüse zur adiabatischen Kompression C4 mit Eingangsdurchmesser von etwa 0,388 m, Durchmesser am Hals von etwa 0,209 m und Länge 1 m,
    • – ein divergierendes Element zur adiabatischen Kompression D mit Eingangsdurchmesser 0,209 m, Ausgangsdurchmesser von etwa 0,7 m und Länge 1 m,
    • – eine Kompressorvorkammer T mit Durchmesser 0,7 m und Länge 0,84 m,
    • – ein Zerstäubungsdüsensystem mit Ultraschall mit Druckluftunterstützung, das pro Sekunde 1,22 kg Wasser mit einem Tröpfchendurchmesser von etwa 5 μm zerstäuben kann,
    • – ein Wärmeaustauscher, der es erlaubt, die Druckluft am Ausgang von T abzukühlen und die Luft vor ihrem Eintreten in C auf etwa 480°C zu erwärmen.
  • Die Einlasskammer C wird aus Kohlenstoffstahl, innen mit feuerfestem Beton beschichtet, hergestellt, während C1, D1, C3, C4, D und T aus Kohlenstoffstahl mit Doppelmantel gekühlt durch zu komprimierende Luft vor ihrem Eintritt in die Luftansaugung hergestellt sind; die Zerstäubungsdüsen mit Ultraschall, die auf einem System konzentrischer gleitender Röhren installiert und von ihm versorgt werden, aus Kohlenstoffstahl mit Außendurchmesser 40 mm, die die Einlasskammer durchqueren, sind in C3 verteilt.
  • VARIANTE 4
  • Eine Variante 4, die ebenfalls ein Überschallströmen betrifft, ist auf 4 dargestellt; sie geht aus der Variante 3 hervor und erlaubt es, deren Konzept zu vereinfachen, indem das System der Zerstäubungsdüsen, die entlang der Achse der Vorrichtung verteilt sind, durch eine einzige axiale Düse oder durch radiale Düsen ersetzt wird, die am Eingang der Zone C3 oder in der Übergangszone NT platziert wird oder werden, wobei letztere Anordnung es erlaubt, die zeitliche Verschiebung zwischen dem Zerstäuben und dem Verdampfen der eingespritzten Flüssigkeit vorwegzunehmen; der Durchsatz und die axiale Position dieser Düsen können manuell oder automatisch von außerhalb der Vorrichtung her eingestellt werden.
  • Die anderen Elemente der Vorrichtung sind identisch mit denen, die für die Variante 3 beschrieben wurden.
  • 4 stellt ein Ausführungsbeispiel mit einer einzigen Düse dar, die sich auf der Achse der Vorrichtung befindet, an dem Ende einer Welle, die die Einlasskammer durchquert und deren Durchsatz und Position manuell oder automatisch von außen her eingestellt werden können; 4.1 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit mehreren axialen Düsen des gleichen Typs dar, und 4.2 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel mit Düsen mit einstellbarem Durchsatz dar, die auf radialen Rippen angeordnet sind. Das Beispiel der 4, das das praktischste ist, wird in dem Rest der Beschreibung allein erwähnt.
  • Bei dieser Variante wird der gesamte Durchsatz an zerstäubtem Fluid zu Beginn des Wärmeentnahmezyklus in die Zone NT oder am Eingang von C3 eingespritzt; das zu komprimierende Gas wird am Eingang von C3 rasch durch das Verdampfen eines Teils der Tröpfchen gesättigt, der Rest der Tröpfchen bleibt in dem gasförmigen Strom suspendiert; im Laufe seines Fortschreitens in der Kompressions-/Kühlsprühdüse C3 wird das Gas unter Anheben seiner Temperatur und Entfernen von dem vorhergehenden Sättigungszustand komprimiert, was das zusätzliche Zerstäuben von Tröpfchen erlaubt; dieses kontinuierliche Gleichgewicht erlaubt es, Wärme aus dem zu komprimierenden Gases entlang der ganzen Zone C3 oder bis zum kompletten Verdampfen der eingespritzten Tröpfchen zu extrahieren, und dies unter Erhalten des zu komprimierenden Gases entlang der ganzen Achse von C3 in einem Zustand, der seiner Sättigung sehr nahe ist; in jedem Punkt dieser Achse gleicht sich der Temperaturunterschied DT zwischen der tatsächlichen Temperatur des Gases und seiner Sättigungstemperatur auf seinem Minimum in Abhängigkeit von den Maßen der Tröpfchen und den Wärmeaustauschkoeffizienten und Gasdiffusionskoeffizienten aus; die Variante 4 erlaubt es daher, den thermodynamischen Zyklus der Vorrichtung zu optimieren, indem die kalte Quelle auf der Mindesttemperatur, die mit dem Prozess kompatibel ist, gehalten wird.
  • Als Ausführungsbeispiel weist die auf 4 dargestellte Vorrichtung die gleichen Elemente und die gleichen Leistungen wie das Ausführungsbeispiel der Variante 3 auf, mit Ausnahme des Ersetzens des Zerstäubungsdüsensystems durch eine einzige axiale Düse.
  • VARIANTE 5
  • Eine Variante 5, die ein Überschallströmen betrifft, geht aus der Variante 3 oder der Variante 4 hervor und erlaubt es, den Durchsatz des zu komprimierenden Gases, die Kompressionsrate und die Energieleistung der Vorrichtung jederzeit einzustellen; bei dieser Variante werden das konvergierende Element C1 und das divergierende Element D1 der Varianten 3 und 4 durch eine konvergierende Sprühdüse gefolgt von einer divergierenden Sprühdüse, beide mit variabler Geometrie, ersetzt, was es erlaubt, den Querschnitt des Halses zwischen diesen zwei Sprühdüsen anzupassen; das System mit variabler Geometrie, das von außerhalb der Vorrichtung her gesteuert wird, erzielt man durch jeden Mechanismus, der es erlaubt, den Durchgangsquerschnitt des Halses zwischen C1 und D1 wie die Mechanismen, die in den folgenden Beispielen beschrieben sind, zu ändern.
  • Bei dem Beispiel der 5 erzielt man das System mit variabler Geometrie durch Ersetzen von C1 und D1 durch eine konvergierende Sprühdüse CG mit variabler Geometrie, gefolgt von einer optionalen Übergangszone NT1 und dann von einer divergierenden Sprühdüse DG ebenfalls mit variabler Geometrie, alle drei mit verformbaren Wänden, um den Querschnitt des Halses zwischen den zwei Sprühdüsen zu modifizieren; das System mit verformbarer Wand kann vom gleichen Typ wie der sein, der in Absatz 2.1 beschrieben und zum Beispiel auf 2.1 dargestellt wurde.
  • In Abhängigkeit von den Einsatzbedingungen der Vorrichtung kann die Sprühdüse DG mit einem System mit variabler Geometrie ausgestattet werden, das es ihr erlaubt, auch leicht konvergierend zu sein, um die Inbetriebnahme der Vorrichtung unter Unterschallbedingungen zu erleichtern.
  • Die Übergangszone NT1 stellt eine kontinuierliche Verbindung zwischen den Enden von CG und DG mit einer Mantellinie mit monotonem Gefälle und ohne Winkel dar.
  • Da die Geschwindigkeit des zu komprimierenden Gases in dem ersten Hals der Vorrichtung und in dem zweiten Hals so weit wie möglich Schallgeschwindigkeit sein muss, erlaubt es diese Möglichkeit, ihren Querschnitt zu modifizieren, die Temperatur und den Durchsatz des zu komprimierenden Gases am Ausgang der Einlasskammer voneinander unabhängig zu machen und gleichzeitig die Auflage des Schallgeschwindigkeitsströmens in diesem Hals einzuhalten; das erlaubt es, entweder den Durchsatz des zu komprimierenden Gases oder seine Temperatur am Eingang des ersten Halses und eventuell den Durchsatz an zerstäubter Flüssigkeit zu ändern, was eine Änderung der Kompressionsrate der Vorrichtung und ihrer Leistung nach sich zieht, oder beide gleichzeitig.
  • Die anderen Elemente der Vorrichtung sind mit denen in der Variante 3 oder Variante 4 beschriebenen identisch.
  • Bei dem bevorzugten Beispiel der 5.1 wird die divergierende Überschallentspannungssprühdüse D1 der Varianten 3 oder 4 durch ein einstellbares System ersetzt, das aus einer optionalen Übergangszone NT' gefolgt von einer vorzugsweise leicht divergierenden Leitung N2 besteht, mit Hinzufügen eines Profilkerns K2, der axial in dem konvergierenden Unterschallentspannungselement C1, in der Übergangszone NT' und in der Leitung N2 gleitet; der Kern ist an einer Welle befestigt, die zum Beispiel das ein Ende oder beide Enden der Vorrichtung durchquert; die axiale Position des Kerns K2 kann manuell oder automatisch von außerhalb der Vorrichtung her durch ein auf einem Lager angeordnetes Gewinde, durch einen externen Zylinder oder durch jedes andere System, das dies erlaubt, eingestellt werden.
  • Das Zerstäubungssystem kann in der Zone NT, in der Zone C3 oder am stromabwärtigen Ende von K'''2 untergebracht werden: siehe unten.
  • Der Kern K2 ist ein Teil, dessen aerodynamisches Profil es erlaubt, die Lastverluste des zu komprimierenden Gases zu minimieren; er besteht aus einem stromaufwärtigen Teil K'2 mit konstantem oder in die Strömungsrichtung des Gases zunehmendem Querschnitt, aus einem stromabwärtigen Teil K'''2 mit einem in die Strömungsrichtung des Gases abnehmenden Querschnitt und aus einem Zwischenteil K''2, dessen kontinuierliche Mantellinie ohne Winkel die Verbindung zwischen der Mantellinie von K'2 und der von K'''2 sicherstellt.
  • Der Teil K'''2 des Kerns K2 ist in dem konvergierenden Unterschallentspannungselement C1, in der Übergangszone NT' und in der Leitung N2 untergebracht.
  • Je nach der für die Vorrichtung angestrebten Anwendung und in Abhängigkeit von den Temperaturen des zu komprimierenden Gases am Eingang der Verbrennungskammer C, kann der Kern K2 aus Kohlenstoffstahl für Temperaturen unter 300°C, aus nicht rostendem Stahl, aus Stahl gekühlt durch interne Zirkulation von Kühlmittel, aus Keramik oder aus jedem anderen Werkstoff hergestellt werden, der eine gute Scheuerfestigkeit und Beständigkeit bei den Umsetzungstemperaturen aufweist.
  • Das auf 5.1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen Kern K2, der von einer Welle getragen wird, die ihn axial durchquert, die selbst auf einem Lager ruht, das in der Einlasskammer angeordnet ist und ein Positionseinstellgewinde aufweist; bei diesem Beispiel ist eine einzige Zerstäubungsdüse am stromabwärtigen Ende des Teils K'''2 des Kerns K2 installiert.
  • Beim Strömen des zu komprimierenden Gases in dem konvergierenden Entspannungselement C1 bildet der freie Raum zwischen K'2 und C1 eine konvergierende Unterschallentspannungssprühdüse, die die gleiche Aufgabe erfüllt wie die konvergierende Unterschallentspannungssprühdüse C1 der Varianten 4 oder 5, und der freie Raum zwischen K'''2, NT' und N2 bildet seinerseits eine divergierende Überschallentspannungsdüse, die die gleiche Aufgabe erfüllt wie die Sprühdüse D1 der Varianten 3 oder 4; der Hals, das heißt der Mindestdurchgangsquerschnitt zwischen diesen zwei Sprühdüsen der 5.1, liegt allgemein zwischen dem maximalen Querschnitt von K2 und dem Ausgangsquerschnitt von C1, und sein Querschnitt Ss kann jederzeit von außen her durch Anpassen der axialen Position des Kerns K2 modifiziert werden.
  • Je nach den Einsatzbedingungen der Vorrichtung, kann die Leitung N2 leicht konvergierend sein, um das Inbetriebnehmen der Vorrichtung unter Unterschallbedingungen zu erleichtern.
  • Als Ausführungsbeispiel weist eine Vorrichtung gemäß 5.1 die gleichen Leistungen wie das Ausführungsbeispiel für die Variante 4 auf, mit den folgenden Änderungen, die es erlauben, den Durchsatz und die Kompressionsrate des zu komprimierenden Gases anzupassen:
    • – Ersetzen des divergierenden Überschallentspannungselements D1 durch eine Übergangszone NT' und eine divergierende Leitung N2, wobei die Einheit einen Eingangsdurchmesser von etwa 0,295 m, einen Ausgangsdurchmesser von etwa 0,388 m und eine Länge von 0,2 m aufweist, wobei die Luft dort auf 0,1 bar A entspannt wird; die Übergangszone NT' und das divergierende Element N2 bestehen aus Kohlenstoffstahl mit Doppelmantel,
    • – Hinzufügen eines Kerns K2 aus nicht rostendem Stahl, gekühlt durch interne Wasserzirkulation mit maximalem Durchmesser 0,293 m, Mindestdurchmesser 0,04 m am Eingang von K'2 und am Ausgang von K'''2, mit Gesamtlänge 0,9 m, getragen von einer Welle mit Durchmesser 40 mm, die auf einem Lager ruht, das in C installiert ist, mit Einstellgewinde seiner Position.
    • – Die Zerstäubungsdüse ist identisch mit der des Ausführungsbeispiels der Variante 4, aber die gleitende Röhre, die ihr Versorgen mit Wasser erlaubt, ist in der Tragwelle des Kerns K2 untergebracht.
  • VARIANTE 6
  • Eine Variante 6, die ein Überschallströmen betrifft, geht aus der Variante 3 oder der Variante 4, die oben beschrieben sind, hervor, und erlaubt es ebenfalls, jederzeit die Kompressionsrate und/oder die Leistung der Vorrichtung wie bei der Variante 5 zu modifizieren; sie erlaubt es ferner, die eventuellen Druck- oder Stoßwellen, die sich in bestimmten Fällen in den Zonen D1, NT oder C3 der Varianten 3 oder 4 entwickeln können, zu eliminieren oder zu dem Ausgang der Vorrichtung zu verlagern; das Konzept dieser Variante ist identisch mit dem der Variante 5, aber die variable Geometrie betrifft den zweiten Hals der Vorrichtung; bei dieser Variante werden die Zonen C3, C4 und D der Varianten 3 und 4 durch ein System mit variabler Geometrie ersetzt, das von außerhalb der Vorrichtung her gesteuert wird und es erlaubt, den Querschnitt des Halses zwischen C3 und D zu modifizieren; das System mit variabler Geometrie erzielt man durch jeden Mechanismus, der es erlaubt, den Querschnitt dieses Halses zu ändern, wie zum Beispiel die in den folgenden Beispielen beschriebenen.
  • Bei dem Beispiel der 6 erzielt man das System mit variabler Geometrie durch Ersetzen von C3, C4 und D durch eine Sprühdüse CG1 mit verformbaren Wänden, die eingestellt werden kann, um vorzugsweise bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung leicht divergierend zu sein, dann in der Folge konvergierend, wobei diese Sprühdüse als konvergierende Entspannungs-/Kühlsprühdüse C3 und konvergierende Sprühdüse zur adiabatischen Kompression C4 dient; auf CG1 folgt eine divergierende Sprühdüse DG1 ebenfalls mit verformbaren Wänden, wobei die Sprühdüse DG1 als divergierende Sprühdüse zur adiabatischen Kompression D dient. Das System mit verformbaren Wänden kann des gleichen Typs sein wie das in Absatz 2.1 und zum Beispiel auf 2.1 beschriebene.
  • Da die Geschwindigkeit des zu komprimierenden Gases vorzugsweise in dem zweiten Hals der Vorrichtung Schallgeschwindigkeit sein muss, erlaubt es diese Möglichkeit, seinen Querschnitt zu modifizieren, die Temperatur, den Druck und den Durchsatz des komprimierten Gases am Ausgang des konvergierenden Elements zur adiabatischen Entspannung unabhängig zu machen und gleichzeitig die Auflage des Schallgeschwindigkeitsströmens in diesem Hals einzuhalten; das erlaubt es, entweder den Durchsatz des zu komprimierenden Gases oder seine Temperatur am Eingang des zweiten Halses durch Ändern der Temperatur in C oder durch Ändern des Durchsatzes an zerstäubter Flüssigkeit zu ändern, was eine Änderung der Kompressionsrate der Vorrichtung und ihrer Leistung oder beider gleichzeitig bewirkt.
  • Bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung wird schließlich die erste Sprühdüse mit variabler Geometrie in einer leicht divergierenden Position gehalten, bis die Kompressionsrate der Vorrichtung ausreichend hoch ist, damit die Druckwelle, die sich in D1 entwickeln kann, in die zweite divergierende Sprühdüse DG verlagert wird; nach diesem Evakuieren der Druckwelle können die zwei Sprühdüsen mit variabler Geometrie ihre Betriebsposition einnehmen, während sich die Druckwelle allmählich zu dem Ausgang der Vorrichtung allmählich entfernt, während sich die zwei Sprühdüsen mit variabler Geometrie ihrer Betriebsposition nähern.
  • Die anderen Elemente der Vorrichtung sind mit denen in den Varianten 3 oder 4 beschriebenen identisch.
  • Bei dem bevorzugten Beispiel der 6.1 werden die konvergierende Kompressions-/Kühlsprühdüse C3 und die konvergierende Sprühdüse zur adiabatischen Überschallkompression C4 der Varianten 3 oder 4 durch eine Leitung N3, die leicht divergierend ist, vorzugsweise mit einem Eingangsdurchmesser leicht größer als der von D1 ersetzt, in deren Innerem axial ein Profilkern K3 gleiten kann, der auf einer Welle befestigt ist, die zum Beispiel ein Ende oder beide Enden der Vorrichtung durchquert und es erlaubt, die Position von K3 einzustellen; die Position des Kerns K3 kann manuell oder automatisch von außerhalb der Vorrichtung her durch ein auf einem Lager angeordnetes Gewinde, durch einen Zylinder oder durch jedes andere externe System, das dies erlaubt, eingestellt werden.
  • Die Zerstäubungsdüse ist in der Zone NT oder N3 untergebracht.
  • Bei einem vereinfachten Konzept können die divergierende Leitung D und eventuell die Kompressorvorkammer T einfach aus einer Verlängerung der leicht divergierenden Leitung N3 bestehen.
  • Die anderen Elemente der Vorrichtung sind identisch mit den in der Variante 3 oder der Variante 4 beschriebenen.
  • Der Kern K3 ist ein Teil, dessen aerodynamisches Profil es erlaubt, die Lastverluste des zu komprimierenden Gases zu minimieren; er besteht aus einem stromaufwärtigen Teil K'3 mit in die Strömungsrichtung des Gases zunehmendem Querschnitt, einem stromabwärtigen Teil K'''3 mit konstantem oder in die Strömungsrichtung des Gases abnehmendem Querschnitt, und aus einem Zwischenteil K''3, dessen kontinuierliche Mantellinie ohne Winkel die Verbindung zwischen der Mantellinie von K'3 und der von K'''3 sicherstellt.
  • Der Teil K'3 des Kerns K3 befindet sich in der Leitung N3.
  • Je nach der für die Vorrichtung angestrebten Anwendung und in Abhängigkeit von den Temperaturen des zu komprimierenden Gases am Ausgang des divergierenden Überschallentspannungselements D1, kann der Kern K3 aus Kohlenstoffstahl für Temperaturen unter 300°C, aus nicht rostendem Stahl, aus Stahl gekühlt durch interne Zirkulation von Kühlmittel, aus Keramik oder aus jedem anderen Werkstoff hergestellt werden, der eine gute Scheuerfestigkeit und Beständigkeit bei den Umsetzungstemperaturen aufweist.
  • Das auf 6.1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Welle, die den Kern K3 ganz durchquert und auf Lagern ruht, die in der Einlasskammer und in der Kompressorvorkammer platziert sind, wobei Letzteres einen Positionseinstellmotor aufweist; die Zerstäubungsdüse wird am Ende einer auf der Welle gleitenden Röhre platziert.
  • Bei dem Strömen des zu komprimierenden Gases in der Leitung N3 bildet der freie Raum zwischen K'3 und der Leitung N3 eine konvergierende Sprühdüse, die die gleiche Aufgabe erfüllt wie die konvergierende Kompressions-/Kühlsprühdüse C3 und die konvergierende Sprühdüse zur adiabatischen Überschallkompression C4 der Variante 3 oder der Variante 4, und der freie Raum zwischen K'''3 und D bildet eine divergierende Sprühdüse, die die gleiche Aufgabe erfüllt wie die konvergierende Sprühdüse zur adiabatischen Kompression D, die in der Variante 3 oder der Variante 4 beschrieben ist; der Hals, das heißt der Mindestdurchgangsquerschnitt zwischen diesen zwei Sprühdüsen, liegt im Allgemeinen zwischen dem Ausgang der Leitung N3 und dem maximalen Durchmesser von K''3, und sein Querschnitt Ss kann jederzeit von außen her durch Einstellen der axialen Position des Kerns K3 geändert werden; diese Einstellung des Querschnitts an dem Hals erlaubt Folgendes:
    • – Bei der Inbetriebnahme: komplettes Zurückziehen des Kerns K3 aus der Leitung N3, so dass die ursprüngliche Druckwelle, die sich beim Überschallbetrieb in einer divergierenden Sprühdüse entwickeln kann, wenn der von dem Hauptstartkompressor gelieferte Überdruck ausreichend hoch ist, stromabwärts des Ausgangs der Leitung N3 liegt; dieser Überdruck sowie der maximale Durchmesser von K3 werden derart ausgewählt, dass, wenn der Kern K3 allmählich in die Leitung N3 eingeführt wird, die Zone, in der sich die Druckwelle befindet, immer divergierend bleibt, und dass die Druckwelle dort bleibt, bis K3 seinen endgültigen Platz in N3 einnimmt.
    • – Beim ordnungsgemäßen Betrieb: die Temperatur, den Druck und den Durchsatz des zu komprimierenden Gases am Ausgang des zweiten Halses voneinander unabhängig zu machen, was der Vorrichtung die gleichen Vorteile verleiht wie die des Beispiels der 6: Möglichkeit des Einstellens des Durchsatzes, der Kompressionsrate oder der Leistung.
  • Als Ausführungsbeispiel weist eine Vorrichtung gemäß 6.1 die gleichen Leistungen wie das Ausführungsbeispiel für die Variante 4 auf, wobei es die folgenden Änderungen erlauben, den Durchsatz und die Kompressionsrate des zu komprimierenden Gases einzustellen:
    • – Ersetzen der konvergierenden Sprühdüsen C3 und C4 durch eine Leitung N3, die einen Eingangsdurchmesser von etwa 0,388 m, einen Ausgangsdurchmesser von etwa 0,390 m und eine Länge von 1,0 m aufweist; die Leitung N3 wird aus Kohlenstoffstahl mit Doppelmantel hergestellt,
    • – Ersetzen des divergierenden Elements D mit Eingangsdurchmesser 0,209 m durch ein divergierendes Element D mit gleicher Konzeption aber Eingangsdurchmesser 0,390 m,
    • – Hinzufügen eines Kerns K3 aus nicht rostendem Stahl, gekühlt durch interne Wasserzirkulation mit maximalem Durchmesser 0,388 m, Mindestdurchmesser 0,04 m am Eingang von K'3 und am Ausgang von K'''3, Gesamtlänge von 1,2 m, getragen von einer Welle mit Durchmesser 40 mm, die auf einem Lager ruht, das in T mit Einstellgewinde seiner Position installiert ist, und auf einem zweiten Lager, das am Ende von C installiert ist,
    • – die Zerstäubungsdüse ist gleich wie die des Ausführungsbeispiels der Variante 4, aber die gleitende Röhre, die das Zuführen von Wasser erlaubt, ist in der Tragwelle des Kerns K3 untergebracht.
  • VARIANTE 7
  • Eine Variante 7, die ein Überschallströmen betrifft, geht aus der gleichzeitigen Anwendung der Varianten 5 und 6 auf einer gleichen Vorrichtung hervor und erlaubt es, von außen her, unabhängig voneinander und jederzeit die Querschnitte der zwei Hälse der Vorrichtung einzustellen und daher den Durchsatz an zu komprimierendem Gas, die Kompressionsrate der Vorrichtung und ihre Energieleistung zu ändern und es ihr gleichzeitig zu erlauben, die eventuellen Druck- oder Stoßwellen, die sich in bestimmten Fällen in den divergierenden Überschallelementen der Varianten 3, 4 oder 5 entwickeln können, zu eliminieren oder zu ihrem Ausgang zu verlagern; bei dieser Variante werden die Zonen C3, C4 und D der Variante 5 wie für die Variante 6 durch eine Sprühdüse mit variabler Geometrie ersetzt, die eingestellt werden kann, um bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung leicht divergierend zu sein, dann in der Folge konvergierend, gefolgt von einer divergierenden Sprühdüse mit variabler Geometrie; der Durchmesser des Halses zwischen den zwei Sprühdüsen kann ständig an den Durchmesser des ersten Halses der Vorrichtung angepasst werden, das heißt an den Durchsatz und an die physikalischen Bedingungen des zu komprimierenden Gases am Einlass, sowie an die physikalischen Bedingungen am Ausgang der Vorrichtung, das heißt an den Durchsatz an zerstäubter Flüssigkeit und daher an die Kompressionsrate und die Leistung der Vorrichtung.
  • Die anderen Elemente der Vorrichtung sind identisch mit den in der Variante 5 beschriebenen. Diese Variante weist daher die kombinierten Vorteile der Varianten 5 und 6 auf.
  • In dem Beispiel der 7 erzielt man die Systeme mit variabler Geometrie durch den Einsatz von Sprühdüsen mit verformbaren Wänden des gleichen Typs wie der, der in Absatz 2.1 beschrieben und zum Beispiel auf 2.1 beschrieben ist.
  • Bei dem bevorzugten Beispiel der 7.1 werden die konvergierende Kompressions-/Sprühdüse C3 und die konvergierende Sprühdüse zur adiabatischen Überschallkompression C4 der 5.1 durch eine Leitung N3, die vorzugsweise leicht divergierend ist, ersetzt, vorzugsweise mit einem Eingangsdurchmesser leicht größer als der von D1, in deren Innerem axial ein Kern K3 gleiten kann, dessen Achse auf einer Welle befestigt ist, die zum Beispiel ein Ende oder beide Enden der Vorrichtung durchquert; die axiale Position des Kerns K3 kann manuell oder automatisch von außerhalb der Vorrichtung her durch ein Gewinde, das auf einem Lager angeordnet ist, durch einen externen Zylinder oder durch jedes andere externe System, das dies erlaubt, eingestellt werden.
  • Bei einem vereinfachten Konzept können die Zonen N2, NT, N3, D und T in einer einzigen Leitung mit leicht divergierendem Querschnitt gruppiert werden.
  • Der Kern K3 ist ein Teil mit voller Rotation, dessen aerodynamisches Profil es erlaubt, die Lastverluste des zu komprimierenden Gases zu minimieren; er besteht aus einem stromaufwärtigen Teil K'3 mit in die Strömungsrichtung des Gases zunehmendem Querschnitt, einem stromabwärtigen Teil K'''3 mit konstantem oder in die Strömungsrichtung des Gases abnehmendem Querschnitt, und aus einem Zwischenteil K''3, dessen ununterbrochene Mantellinie ohne Winkel die Verbindung zwischen der Mantellinie von K'3 und der von K'''3 sicherstellt.
  • Der Teil K'3 des Kerns K3 ist in der Leitung N3 untergebracht.
  • Die Zerstäubungsdüse ist in einer der Zonen N2, NT oder N3 zwischen K'''2, dem stromabwärtigen Ende von K2 und K'3, dem stromaufwärtigen Ende von K3 untergebracht.
  • Die anderen Elemente der Vorrichtung sind gleich wie die der Variante 5.
  • Je nach der für die Vorrichtung angestrebten Anwendung und gemäß den Temperaturen des zu komprimierenden Gases am Ausgang des divergierenden Überschallentspannungselements D1, kann der Kern K3 aus Kohlenstoffstahl für Temperaturen unter 300°C, aus nicht rostendem Stahl, aus Stahl gekühlt durch interne Zirkulation von Kühlflüssigkeit, aus Keramik oder aus jedem anderen Werkstoff hergestellt werden, der eine gute Scheuerfestigkeit und Beständigkeit bei den umgesetzten Temperaturen aufweist.
  • Das Ausführungsbeispiel, das auf 7.1 dargestellt ist, zeigt eine Welle, die den Kern K2 und den Kern K3 ganz durchquert und auf Lagern ruht, die in der Verbrennungskammer und in der Kompressorvorkammer platziert sind; jedes Lager umfasst einen Motor, der es erlaubt, die axiale Position jedes der Kerne einzustellen, und die Zerstäubungsdüse ist direkt auf dem stromabwärtigen Ende von K3'''2 installiert.
  • Wie bei dem Beispiel der 5.1, weist der freie Raum zwischen K2, C1, NT' und N2 einen ersten Hals mit Querschnitt S's auf, der von außen her durch Einstellen der axialen Position des Kerns K2 eingestellt werden kann.
  • Ebenso, wie in dem Beispiel der 6.1, weist der freie Raum zwischen K3, N3 und D einen zweiten Hals mit Querschnitt Ss auf, der von außen her durch Einstellen der axialen Position des Kerns K3 einstellbar ist.
  • Diese Einstellmöglichkeiten des Querschnitts jedes Halses verleihen dem Beispiel der 7.1 die kombinierten Vorteile der Beispiele der 5.1 und 6.1, die oben beschrieben wurden.
  • Als Ausführungsbeispiel kann eine Vorrichtung nach 7.1, die es erlaubt, nahezu 20.000 Nm3 Luft von 1 bar A auf 2,5 bar A zu komprimieren, und die es erlaubt, den Durchsatz und die Kompressionsrate des zu komprimierenden Gases einzustellen, erzielt werden, indem man die folgenden Änderungen an dem Ausführungsbeispiel der Variante 5 durchführt:
    • – Ersetzen von NT' und N2 durch eine divergierende Sprühdüse mit gleichem Eingangsdurchmesser aber Länge 1,5 m und Ausgangsdurchmesser von etwa 1,034 m, die es erlaubt, Luft auf 0,004 bar A zu entspannen.
    • – Ersetzen der konvergierenden Sprühdüsen C3 und C4 durch eine Leitung N3, die einen Eingangsdurchmesser von etwa 1,034 m, einen Ausgangsdurchmesser von etwa 1,036 m und eine Länge von 2,0 m aufweist; die Leitung N3 ist aus Doppelmantel-Kohlenstoffstahl hergestellt,
    • – Ersetzen des divergierenden Elements D mit Eingangsdurchmesser 0,209 m durch ein divergierendes Element D mit gleicher Konzeption aber Eingangsdurchmesser gleich 1,036 m, Ausgangsdurchmesser gleich 1,176 m und Länge 2,0 m,
    • – Ersetzen der Kammer T durch eine Kammer mit gleicher Konzeption aber Durchmesser 1,176 m und Länge 1,41 m,
    • – Hinzufügen eines Kerns K3 aus nicht rostendem Stahl, gekühlt durch interne Wasserzirkulation mit maximalem Durchmesser 1,034 m, Mindestdurchmesser 0,06 m am Eingang von K'3 und am Ausgang von K'''3, Gesamtlänge 3,1 m, getragen von einer Welle mit Durchmesser 60 mm, die auf einem in T installierten Lager, mit Einstellgewinde seiner Position, auf einem zweitem Lager installiert auf C und auf einem dritten Zwischenlager ruht,
    • – die Zerstäubungsdüse hat die gleiche Konzeption wie die des Ausführungsbeispiels der Variante 4, aber der Zerstäubungswasserdurchsatz ist auf 1,0 kg pro Sekunde reduziert, und die Düse wird durch eine gleitende Röhre versorgt, die in der Trägerwelle des Kerns K3 untergebracht ist.
  • VARIANTE 8
  • Eine Variante 8, die die Zerstäubungsdüsen der Basisoption 1 oder der Varianten 2 bis 7, die oben beschrieben wurden, betrifft, ist auf 8 dargestellt; sie besteht darin, als Hilfsfluid zum Zerstäuben einen Teil des komprimierten Gases zu verwenden, das von der Vorrichtung erzeugt wird, oder Dampf, der durch Wärmerückgewinnung auf dem komprimiertem Gas stromabwärts der Kompressorvorkammer erzeugt wird. Diese Variante erlaubt es, die Größe der Zerstäubungströpfchenflüssigkeit zu verringern und ihre Anfangsgeschwindigkeit ohne zusätzliches Beisteuern von mechanischer externer Energie zu steigern und daher die Energieleistung der Vorrichtung zu verbessern.
  • Das Beispiel der 8 betrifft den gleichen Anlagentyp wie der der 7.1, es ist aber mit einer Unterstützung beim Zerstäuben ausgehend von komprimierter Luft, die am Ausgang der Vorrichtung entnommen wird, ausgestattet.
  • Als Ausführungsbeispiel kann man eine Vorrichtung nach 8, die es erlaubt, nahezu 20.000 Nm3 Luft von 1 bar A auf 2,5 bar zu verdichten, und die es erlaubt, den Durchsatz und die Kompressionsrate des zu komprimierenden Gases einzustellen, erzielen, indem man die folgenden Änderungen an dem Ausführungsbeispiel der Variante 7 vornimmt:
    • – der Ausgangsdurchmesser von C1 wird 0,322 m,
    • – Ersetzen von NT' und N2 durch eine divergierende Sprühdüse mit gleicher Konzeption aber einem Eingangsdurchmesser 0,322 m, Ausgangsdurchmesser 1,042 m und Länge 1,439 m, die es erlaubt, die Luft auf 0,004 bar A zu entspannen,
    • – Ersetzen der Leitung N3 durch ein neue Leitung mit gleicher Konzeption aber Eingangsdurchmesser von etwa 1,042 m, Ausgangsdurchmesser von etwa 1,044 m und Länge 2,086 m,
    • – das Zerstäuben wird durch den Einsatz von 0,26 kg/Sekunde Gemisch aus „komprimierter Luft-Dampf", das am Ausgang der Vorrichtung entnommen wird, unterstützt,
    • – der Zerstäubungswasserdurchsatz wird auf 0,61 kg/Sekunde verringert,
    • – Ersetzen des Kerns K3 durch einen neuen Kern mit maximalem Durchmesser 1043 mm, Mindestdurchmessern 137 mm an den Enden K'3 und K'''3 und Länge 3,1 m, getragen von einer Welle mit Durchmesser 140 mm, in deren Innerem Zerstäubungswasser und Luft zum Unterstützen des Zerstäubens zirkulieren.
  • VARIANTE 9
  • Eine Variante 9, die die Zerstäubungsdüsen der Basisoption 1 oder der Varianten 2 bis 8, die oben beschrieben wurden, betrifft, ist auf 9 dargestellt; sie besteht darin, die in den Zerstäubungsdüsen verwendete Flüssigkeit vor ihrem Einführen in die Düsen durch den Einsatz der auf dem komprimiertem Gas stromabwärts der Kompressorvorkammer T rückgewonnenen Wärme zu erwärmen, wobei die Rückgewinnung eventuell bis zur Kondensation des Dampfs zerstäubter Flüssigkeit gehen kann; beim Entspannen der zu zerstäubenden Flüssigkeit erlaubt es dieses Überhitzen, die Größe der Tröpfchen zu verringern und ihre Anfangsgeschwindigkeit zu steigern, indem die Zufuhr an externer mechanischer Energie minimiert wird, und daher die Energieleistung der Vorrichtung zu verbessern.
  • Bei Bedarf und mangels an oder ergänzend zu dieser stromabwärts der Kompressorvorkammer wiedergewonnenen Wärme, kann jede andere interne Wärmequelle der Vorrichtung verwendet werden, wie zum Beispiel die in den Doppelmänteln zurückgewonnene Wärme oder jede Wärmequelle außerhalb der Vorrichtung.
  • Das Beispiel der 9 betrifft den gleichen Anlagentyp wie der der 8, bei dem die zu zerstäubende Flüssigkeit zuvor in einem Wärmeaustauscher, der auf der Ableitung des komprimierten Gases installiert ist, erwärmt wird.
  • Als Ausführungsbeispiel kann eine Vorrichtung nach 9, die die gleichen Maße und gleichen Leistungen aufweist wie das Ausführungsbeispiel der Variante 8, mit zusätzlich einer Ausgangstemperatur der komprimierten Luft erhöht um 20°C erzielt werden, indem man auf der Ableitung einen Wärmeaustauscher E'1 hinzufügt, der es erlaubt, das Zerstäubungswasser auf 40°C vorzuwärmen.
  • VARIANTE 10
  • Eine Variante 10 betrifft die parallele Installation oder Serieninstallation mehrerer in der Basisoption 1 und den Varianten 2 bis 9 beschriebenen Vorrichtungen, um ihre Herstellung zu erleichtern, Kompressionsraten zu erzielen, die durch eine einzige Vorrichtung nicht erzielt werden können, die Gesamtleistung der Anlage zu verbessern oder auch die Inbetriebnahme der Anlage zu erleichtern; die Vorrichtungen können voneinander wie bei dem Beispiel der 10, das unten beschrieben wird, getrennt oder ineinander wie in dem Beispiel der 10.1, die zwei parallel in einem gleichen Mantel installierte Vorrichtungen betrifft, verschachtelt sein, oder wie bei den Beispielen der 10.2, 10.3 und 10.4, bei welchen zwei Vorrichtungen nach den Ansprüchen 2 und 9 in Serie und ineinander verschachtelt mit der Ansaugleitung, der Einlasskammer C, den konvergierenden Elementen C1 und C2 und dem gemeinsamen Eingangskern, der als Kern K für die erste Unterschallvorrichtung und Kern K2 für die zweite Überschallvorrichtung dient, installiert werden. Das Beispiel der 10 erlaubt das Inbetriebnehmen einer Überschall-Luftkompressionsvorrichtung mit hoher Kompressionsrate mit Hilfe eines Startkompressors mit niedriger Leistung. Es besteht aus zwei getrennten, in Serie installierten Vorrichtungen: eine erste Schallgeschwindigkeitsvorrichtung gemäß 2.3 mit stromaufwärtigem Kern, der ein Einstellen des Luftdurchsatzes erlaubt, und deren Ansaugleitung ein Filter, einen Schalldämmer, einen Kompressor und einen Heizölbrenner enthält, gefolgt von einer stromabwärtigen Überschallvorrichtung gemäß 9 mit stromaufwärtigem und stromabwärtigem Kern, deren Ansaugleitung einen Aufwärmwärmeaustauscher für Luft mit Hilfe eines Wärmefluids aufweist; die Ableitung der stromabwärtigen Vorrichtung weist einen Rückgewinnungswärmeaustauscher auf, der es erlaubt, das Wärmefluid wieder zu erwärmen, gefolgt von einem zweiten Rückgewinnungswärmeaustauscher, der es erlaubt, das Zerstäubungswasser aufzuwärmen.
  • Die erst stromaufwärtige Vorrichtung wird nur bei der Inbetriebnahme der Anlage verwendet, um einen ausreichenden Überdruck sicherzustellen, um das Starten der zweiten Vorrichtung zu erlauben, wonach die erste Vorrichtung gestoppt wird.
  • Die zweite stromabwärtige Vorrichtung gemäß 9, die beim ordnungsgemäßen Betrieb verwendet wird und daher leistungsfähig sein muss, weist zusätzlich einen Wärmerückgewinner auf, der es erlaubt, die Luft am Einlass aufzuwärmen, einen zweiten Rückgewinner, der es erlaubt, das Zerstäubungswasser aufzuwärmen, und eine Unterstützung beim Zerstäuben durch den Einsatz von komprimierter Luft, die am Ausgang der Anlage entnommen wird.
  • Das Beispiel der 10.1 erlaubt das Herstellen eines Kompressors mit sehr großer Kapazität durch den parallelen Einsatz zweier identischer Vorrichtungen wie die, die auf 8 dargestellt ist; die zwei parallel installierten Vorrichtungen sind ineinander verschachtelt, wobei die Kerne jeder der Vorrichtung in einem gemeinsamen Mantel installiert sind; dies Anordnung erlaubt es, die Größe der Kerne zu verringern, die auf einer einzigen Vorrichtung mit sehr großer Kapazität zu groß würden.
  • Das Beispiel der 10.2 ist eine vereinfachte Version des Beispiels der 10, bei der die zwei Vorrichtungen verschachtelt sind; es besteht aus einer Überschallvorrichtung gemäß 9, bei der die Leitungen N2, NT, N3 und D in einer einzigen leicht divergierenden Leitung gruppiert sind, und bei der die Zone C1 die Aufgabe der Zonen C1 und C2 der Schallgeschwindigkeitsvorrichtung, die auf 2.3 dargestellt ist, übernehmen kann; der Kern K2 der Überschallvorrichtung weist Zerstäubungsdüsen auf, die entlang seiner Achse verteilt sind, und kann die Aufgabe des Kerns K1 der Schallgeschwindigkeitsvorrichtung, die auf 2.3 dargestellt ist, übernehmen.
  • Bei der Inbetriebnahme der Anlage wird der Kern K3 ganz aus der Kompressorvorkammer T herausgezogen; der Kompressor, der Brenner und die Zerstäubungsdüsen des Kerns K1 werden in Betrieb genommen, und der stromaufwärtige Teil der Vorrichtung wird allein als eine Schallgeschwindigkeitsanlage verwendet; wenn der Druck stromabwärts von C2 ausreichend hoch ist, wird der Kompressor gestoppt, der stromabwärtige Überschallteil der Vorrichtung wird ebenfalls in Betrieb genommen, und, wenn der Druck in der Kompressorvorkammer ausreichend hoch ist, werden die Zerstäubungsdüsen des Kerns K1, das heißt die der Schallgeschwindigkeitsvorrichtung allmählich gestoppt; die ganze Anlage funktioniert daher nur als eine Überschallvorrichtung, und die Einstellungen des Durchsatzes, der Kompressionsrate und der Leistung der Anlage können durch Einstellen des Brenners, des Durchsatzes an Zerstäubungsflüssigkeit und der Positionen von K2 und K3 durchgeführt werden.
  • Das Beispiel der 10.3 ist ebenfalls eine vereinfachte Version einer Schallgeschwindigkeitsvorrichtung, die in einer Überschallvorrichtung verschachtelt ist, um die Inbetriebnahme zu erleichtern; es besteht aus einer Überschallvorrichtung gemäß 7 mit Sprühdüsen mit durch verformbare Wände variabler Geometrie, in welchen das konvergierende Element CG der Überschallvorrichtung die Aufgabe der konvergierenden Elemente C1 und C2 der Schallgeschwindigkeitsvorrichtung, die auf 2.3 dargestellt ist, übernehmen kann; das konvergierende Element CG der Überschallvorrichtung weist zusätzlich Zerstäubungsdüsen R auf, die entlang seiner Achse verteilt sind und die die gleiche Aufgabe erfüllen wie die Zerstäubungsdüsen, die in der Zone C2 der Schallgeschwindigkeitsvorrichtung verteilt sind.
  • Bei der Inbetriebnahme der Anlage wird die Leitung CG1 auf Startposition, leicht divergierend gestellt; der Kompressor, der Brenner und die Zerstäubungsdüsen der Schallgeschwindigkeitsvorrichtung werden in Betrieb genommen, und der stromaufwärtige Teil der Vorrichtung wird allein verwendet, nämlich als Schallgeschwindigkeitsanlage; wenn der Druck stromabwärts von C2 ausreichend hoch ist, wird der Kompressor gestoppt, der stromabwärtige Überschallteil der Vorrichtung wird ebenfalls in Betrieb genommen und, wenn der Druck in der Kompressorvorkammer ausreichend hoch ist, werden auch die Zerstäubungsdüsen der Schallgeschwindigkeitsvorrichtung allmählich gestoppt; die ganze Anlage funktioniert daher nur wie eine Überschallvorrichtung und die Einstellungen von Durchsatz, Kompressionsrate und Leistung der Anlage können durch Einstellen des Brenners, des Durchsatzes an Zerstäubungsflüssigkeit und der Querschnitte jedes der Hälse der Vorrichtung durchgeführt werden.
  • Das Beispiel der 10.4 erlaubt es sehr vereinfacht, das gleiche Ergebnis wie die Beispiele der 10 und 10.2 zu erzielen, es erlaubt es nämlich, eine Überschall-Luftkompressionsvorrichtung mit hoher Kompressionsrate mit Hilfe eines Startkompressors mit niedriger Leistung in Betrieb zu nehmen; es besteht aus einer Überschallvorrichtung gemäß 8 und aus einer Schallgeschwindigkeitsvorrichtung gemäß 2.4, die in Serie und ineinander verschachtelt installiert sind. Bei dieser Anlage sind die Leitungen NT', N2, NT und N3 in einer einzigen leicht konvergierenden Leitung gruppiert, und der Kern K3 sowie die Zerstäubungsdüse R der Überschallvorrichtung werden auch als Kern K1 und als Düse R der Schallgeschwindigkeitsvorrichtung, wenn diese Letztere verwendet wird, verwendet.
  • Bei der Inbetriebnahme der Anlage wird nur die Schallgeschwindigkeitsvorrichtung verwendet, wobei der Kern K2 komplett in C zurückgezogen ist, bis ein ausreichender Druckgewinn erzielt wird, um die Inbetriebnahme der Überschallvorrichtung zu gestatten, das heißt, das Einführen von K2 in C1 zu erlauben, um ein divergierendes Element zu schaffen.
  • Als Ausführungsbeispiel kann eine Vorrichtung gemäß 10.2, die es erlaubt, nahezu 20.000 Nm3 Luft von 1 bar A auf 2,5 bar A zu komprimieren, und die es erlaubt, den Durchsatz und die Kompressionsrate des zu komprimierenden Gases einzustellen, mit einem Startkompressor erzielt werden, der einen Überdruck von nur 100 mbar erzeugt, indem die folgenden Änderungen an dem Ausführungsbeispiel der Variante 8 vorgenommen werden:
    • – das konvergierende Element C1 wird durch ein konvergierendes Element mit gleicher Konzeption ersetzt, das die Aufgabe von C1 hinsichtlich des Überschallbetriebs und von C1 + C2 hinsichtlich des Schallgeschwindigkeitsbetriebs erfüllt, mit gleichem Eingangs- und Ausgangsdurchmesser aber Länge 1,5 m,
    • – Ersetzen des Eingangskerns K2 durch einen neuen Kern, der die Aufgabe von K2 hinsichtlich des Überschallbetriebs und von K hinsichtlich des Schallgeschwindigkeitsbetriebs erfüllt, mit gleichen Durchmessern aber Gesamtlänge 1,3 m; sein stromabwärtiger Teil K''', der in C1 gleitet, weist auf seinem Umfang die Zerstäubungsdüsen auf, die für den Schallgeschwindigkeitsbetrieb erforderlich sind.
  • INDUSTRIELLE ANWENDUNG DER ERFINDUNG
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei industriellen Verfahren Anwendungen finden, die komprimierte Gase, Druckluft oder Wasserdampf umsetzen, mit ganz besonderer Bedeutung für Wärmekraftwerke: siehe Beispiele 5, 6, 7, 8 und 9 unten; sie erlaubt es zum Beispiel, die folgenden Anlagen mit wettbewerbsfähigen Ausstattungs-, Wartungskosten und Energieleistungen herzustellen:
    • 1. Anlagen zum Erzeugen komprimierter Luft oder komprimierter Gase zum Decken der Industrieerfordernisse und Erzeugen sehr hoher Durchsätze, von 1000 Nm3/h bis zu mehreren Millionen Nm3/h, mit Drücken zwischen 1,5 bar A und 20 bar A, ja sogar darüber.
    • 2. Vakuumsysteme, die große Luft- oder Gasdurchsätze umsetzen, um industriellen Bedarf, den Bedarf thermodynamischer Teststände, wie zum Beispiel aeronautischer, klimatischer Teststände usw. zu decken.
    • 3. Einsatz der Restwärme von Rauchgasen in Leistungsheizkesseln zum Herstellen des teilweisen Vakuums ihrer Verbrennungskammern, was den ständigen Gebrauch der Zuggebläse vermeidet und es erlaubt, mehrere hunderte oder tausende kW Strom zu sparen.
    • 4. Mechanisches Wiederverdichten von Dampf mit niedrigem Druck, wie zum Beispiel der Wasserdampf, wobei die eingespritzte Flüssigkeit Wasser ist, um Dampf mit höherem Druck zu erzielen; bei diesem Beispiel weist die Ansaugleitung bei Bedarf einen Wärmeaustauscher auf, der es erlaubt, den Niederdruckdampf zu überhitzen.
    • 5. Wärmekraftwerke mit Dampf, bei welchen die Kessel mit Hochdruckdampf durch die gleiche Vorrichtung wie die ersetzt werden, die in dem vorhergehenden Beispiel beschrieben ist; bei derartigen Kraftwerken wird der wieder komprimierte Dampf überhitzt und dann durch Turbinen hindurch entspannt, bevor er zu dem Eingang der Vorrichtung zurückgeführt wird, wobei die Dampfkondensatoren nur noch erforderlich sind, um bei niedriger Temperatur einen Dampfdurchsatz gleich dem Wasserdurchsatz, der in die Vorrichtung eingespritzt wird, zu kondensieren. Bei derartigen Kraftwerken ist die Wärmequelle des thermodynamischen Zyklus nahe 500 bis 700°C viel höher als die der herkömmlichen Kraftwerke: 250°C bis 310°C, was dem Sieden des Dampfs von 40 bis 100 bar entspricht; sie erlaubt daher Energieleistungen die deutlich höher sind und 45% überschreiten könne.
    • 6. Wärmekraftwerke mit Gasturbinen, bei welchen eine Vorrichtung zum Beispiel gemäß 9 aber ohne Brenner, die auf dem Rauchgaskreislauf stromabwärts der Turbine installiert wird, die latente Wärme der Rauchgase verwendet, um einen Teil der Rauchgase wiederzukomprimieren, bevor sie stromabwärts des Kompressors der Gasturbine wieder eingespritzt werden und es erlauben, den Durchsatz und daher die von diesem Kompressor verbrauchte Leistung entsprechend zu verringern; ein derartiger Zyklus erlaubt es zum Beispiel, die Leistung einer Gasturbine, natürlich mittels entsprechenden Anpassungen, von 27% auf nahezu 45% zu erhöhen.
    • 7. Wärmekraftwerke mit Gasturbinen, bei welchen eine Vorrichtung zum Beispiel gemäß der 9 aber ohne Brenner, die auf dem Rauchgaskreislauf stromabwärts der Turbine installiert wird, die latente Wärme der Rauchgase verwendet, um ein Vakuum zu schaffen, das es erlaubt, die Leistung der Gasturbine zu verbessern; ein derartiger Zyklus erlaubt es ebenfalls, die Leistung einer Gasturbine, natürlich anhand entsprechender Anpassungen der Turbine, von 27% auf nahezu 45% zu erhöhen.
    • 8. Wärmekraftwerke, die den Kompressionszyklus der Vorrichtung verwenden und zum Beispiel aus der Vorrichtung gemäß 10.1 mit zusätzlich einer Luftturbine TB bestehen, die stromabwärts des Brenners der Ansaugleitung installiert wird, und aus Luft- Dampf-Turbinen, die auf der Ableitung installiert werden; ein derartiger Zyklus erlaubt es, Leistungen von über 56% zu erzielen, indem man die verschiedenen Verluste des Systems berücksichtigt: Wärmeverluste, Lastverluste der Vorrichtung, Verluste durch Reibung, isentrope Leistung der Turbine usw.
    • 9. Wärmekraftwerke, die den Kompressionszyklus der Vorrichtung verwenden und zum Beispiel aus der Vorrichtung gemäß 10.1 ohne Brenner B auf der Ansaugleitung bestehen, aber mit einem Brenner und einer Luft-Dampf-Turbine, die auf der Ableitung stromaufwärts des Wärmeaustauschers E'1 installiert werden; ein derartiger Zyklus erlaubt es, Leistungen über 60% zu erzielen, wobei die verschiedenen Verluste des Systems berücksichtigt werden: Wärmeverluste, Lastverluste der Vorrichtung, Reibungsverluste, isentrope Leistung der Turbine usw.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Komprimieren von Luft oder eines beliebigen Gases, dadurch gekennzeichnet, dass sie Elemente aufweist, die dazu bestimmt sind, das zu komprimierende Gas vorzubehandeln und ihm Wärmeenergie zu liefern, wenn seine Temperatur nicht hoch genug ist, Elemente, die dazu bestimmt sind, dieses Letztere auf eine Schallgeschwindigkeit durch eine Entspannungssprühdüse zu entspannen, eine Entnahme von Wärme mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Temperatur durch Zerstäuben und kontrolliertes Verdampfen von Flüssigkeit durchzuführen, die in einer Entspannungs-/Kühlsprühdüse verteilt wird, und schließlich Elemente, die dazu bestimmt sind, dieses Gas in einer Sprühdüse zur adiabatischen Kompression wieder zu komprimieren, um seine Geschwindigkeit auf einen Unterschallströmungswert zurückzubringen; die Vorrichtung besteht der Reihe nach aus Folgendem: – eine Ansaugleitung, die Ausstattungen aufweist, die dazu bestimmt sind, das zu komprimierende Gas aufzuwärmen, – eine Einlasskammer (C) – ein konvergierendes Entspannungselement (C1), das es erlaubt, seine Geschwindigkeit bis zu der Schallgeschwindigkeit zu erhöhen, – eine Übergangszone (N), – eine konvergierende Entspannungs-/Kühlsprühdüse (C2), – ein Kühlsystem (R), bestehend aus einer Einheit von Flüssigkeitszerstäubungsdüsen mit von außerhalb der Vorrichtung her einstellbarem Durchsatz und einstellbarer Position und die entlang der Zonen (N) und (C2) verteilt sind und es erlauben, eine optimale Schallgeschwindigkeit oder Unterschallgeschwindigkeit entlang der ganzen Achse von (C2) aufrechtzuerhalten, – ein divergierendes Element zur adiabatischen Kompression (D), das dazu bestimmt ist, das Gas zu komprimieren, indem seine Geschwindigkeit bis auf eine normale Unterschallströmungsgeschwindigkeit verringert wird, – eine Kompressorvorkammer (T), – eine Ableitung, die Hilfsausstattungen aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungs-/Kühlsprühdüse (C2) und das divergierende Element zur adiabatischen Kompression (D) aus einer konvergierenden Sprühdüse und einer divergierenden Sprühdüse bestehen, beide mit variabler Geometrie, was es erlaubt, den Ausgangsquerschnitt von (C2) und den Eingangsquerschnitt von (D) anzupassen und daher den Querschnitt des Halses zwischen (C2) und (D); das System mit variabler Geometrie, das von außerhalb der Vorrichtung her gesteuert wird, wird durch jeden Mechanismus erzielt, der es erlaubt, den Durchgangsquerschnitt des Halses der Vorrichtung derart zu ändern, wie zum Beispiel der Einsatz verformbarer Wände auf den Sprühdüsen (C2) und (D) oder das Hinzufügen eines Profilkerns (K) oder (K1), der axial in den Zonen (N), (C2) und (D) gleiten kann, wobei dieser Kern selbst auf einer Welle befestigt ist, die ein Ende oder beide Enden der Vorrichtung durchquert und es erlaubt, die Position des Kerns von außen her einzustellen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Erzielen einer Überschallströmung in der Kühlzone, indem das konvergierende Entspannungselement (C1) verwendet wird, um das zu komprimierende Gas bis zu der Schallgeschwindigkeit zu entspannen, und indem die Übergangszone (N) und die konvergierende Entspannungs-/Kühlsprühdüse (C2) durch eine divergierende Überschallentspannungssprühdüse (D1) ersetzt werden, gefolgt von einer Übergangszone (NT), einer konvergierenden Kompressions-/Kühlsprühdüse (C3) und einer konvergierenden Sprühdüse zur adiabatischen Kompression (C4), wobei das Zerstäubungsdüsensystem (R) in der Zone (C3) und eventuell in den Zonen (D1) und/oder (NT) installiert ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch das Ersetzen des Systems aus Zerstäubungsdüsen, die entlang der Achse der Vorrichtung verteilt sind, durch eine einzige axiale Düse oder durch radiale Düsen, die am Eingang der Zone (C3) oder in der Übergangszone (NT) platziert ist oder sind, wobei der Durchsatz und die axiale Position dieser Düsen von außerhalb der Vorrichtung her manuell oder automatisch eingestellt werden können.
  5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das konvergierende Element (C1) und das divergierende Element (D1) aus einer konvergierenden Sprühdüse gefolgt von einer divergierenden Sprühdüse hergestellt sind, beide mit variabler Geometrie, was es erlaubt, den Querschnitt des Halses zwischen diesen zwei Sprühdüsen anzupassen, wobei das System mit variabler Geometrie, das von außerhalb der Vorrichtung her gesteuert wird, durch jeden Mechanismus erzielt wird, der es erlaubt, den Durchgangsquerschnitt des Halses zwischen (C1) und (D1) zu ändern.
  6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonen (C3), (C4) und (D) durch ein System mit variabler Geometrie hergestellt werden, das von außerhalb der Vorrichtung her gesteuert wird und es erlaubt, den Querschnitt des Halses zwischen (C3) und (D) zu ändern, wobei das System mit variabler Geometrie durch jeden Mechanismus erzielt wird, der es erlaubt, den Querschnitt diese Halses zu ändern.
  7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, gekennzeichnet durch das gleichzeitige Anwenden der Ansprüche 5 und 6 auf einer gleichen Vorrichtung, und die es erlaubt, von außen her jederzeit und unabhängig voneinander die Querschnitte der zwei Hälse der Vorrichtung einzustellen.
  8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsdüsen als Hilfsfluid beim Zerstäuben einen Teil des komprimierten Gases verwenden, das von der Vorrichtung erzeugt wird, oder Dampf, der durch Wärmerückgewinnung auf dem komprimierten Gas stromabwärts der Kompressorvorkammer erzeugt wird.
  9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Zerstäubungsdüsen verwendete Flüssigkeit vor ihrem Einführen in die Düsen durch Einsatz der auf dem komprimiertem Gas stromabwärts der Kompressorvorkammer (T) zurückgewonnenen Wärme aufgewärmt wird und mangels dieser Wärme oder ergänzend zu dieser zurückgewonnenen Wärme durch jede andere Wärmequelle.
  10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Installation in Serie oder parallel mehrerer oben beschriebener Vorrichtungen, wobei die Vorrichtungen voneinander getrennt oder ineinander verschachtelt sein können.
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Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9106317D0 (en) * 1991-03-25 1991-05-08 Nat Res Dev Material having a passage therethrough
US8788829B2 (en) 2006-08-17 2014-07-22 Aol Inc. System and method for interapplication communications
JP2009002845A (ja) * 2007-06-22 2009-01-08 Micronics Japan Co Ltd 接触子及び接続装置
FR2919717A1 (fr) * 2007-11-06 2009-02-06 Air Liquide Procede et appareil de separation d'air avec compression de produit
FR2924109B1 (fr) * 2007-11-26 2010-11-26 Air Liquide Procede et installation de production d'un gaz de synthese refroidi et comprime
FR2919920A1 (fr) * 2007-12-14 2009-02-13 Air Liquide Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
FR2927407B1 (fr) * 2008-02-07 2010-05-07 Air Liquide Procede et appareil de separation des gaz de l'air.
WO2009108079A2 (en) * 2008-02-22 2009-09-03 Siemens Aktiengesellschaft Method and plant for generating mechanical or electrical power from waste heat and apparatus for a power plant
WO2009116889A1 (en) * 2008-03-19 2009-09-24 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus for use in a plant for generating electrical or mechanical power from waste heat and use of such an apparatus
US20100307156A1 (en) 2009-06-04 2010-12-09 Bollinger Benjamin R Systems and Methods for Improving Drivetrain Efficiency for Compressed Gas Energy Storage and Recovery Systems
US8037678B2 (en) 2009-09-11 2011-10-18 Sustainx, Inc. Energy storage and generation systems and methods using coupled cylinder assemblies
US8250863B2 (en) 2008-04-09 2012-08-28 Sustainx, Inc. Heat exchange with compressed gas in energy-storage systems
US20110266810A1 (en) 2009-11-03 2011-11-03 Mcbride Troy O Systems and methods for compressed-gas energy storage using coupled cylinder assemblies
US8677744B2 (en) 2008-04-09 2014-03-25 SustaioX, Inc. Fluid circulation in energy storage and recovery systems
US7958731B2 (en) 2009-01-20 2011-06-14 Sustainx, Inc. Systems and methods for combined thermal and compressed gas energy conversion systems
EP2280841A2 (de) 2008-04-09 2011-02-09 Sustainx, Inc. Systeme und verfahren zur energiespeicherung und & 8209;rückgewinnung unter verwendung von druckgas
US8225606B2 (en) 2008-04-09 2012-07-24 Sustainx, Inc. Systems and methods for energy storage and recovery using rapid isothermal gas expansion and compression
US8240140B2 (en) 2008-04-09 2012-08-14 Sustainx, Inc. High-efficiency energy-conversion based on fluid expansion and compression
US8479505B2 (en) 2008-04-09 2013-07-09 Sustainx, Inc. Systems and methods for reducing dead volume in compressed-gas energy storage systems
US8474255B2 (en) 2008-04-09 2013-07-02 Sustainx, Inc. Forming liquid sprays in compressed-gas energy storage systems for effective heat exchange
US8359856B2 (en) 2008-04-09 2013-01-29 Sustainx Inc. Systems and methods for efficient pumping of high-pressure fluids for energy storage and recovery
US7802426B2 (en) 2008-06-09 2010-09-28 Sustainx, Inc. System and method for rapid isothermal gas expansion and compression for energy storage
US8448433B2 (en) 2008-04-09 2013-05-28 Sustainx, Inc. Systems and methods for energy storage and recovery using gas expansion and compression
FR2934993A1 (fr) * 2008-08-12 2010-02-19 Air Liquide Valorisation de la chaleur des fumees d'un four a verre a l'aide d'un compresseur thermocinetique
US7963110B2 (en) 2009-03-12 2011-06-21 Sustainx, Inc. Systems and methods for improving drivetrain efficiency for compressed gas energy storage
FR2943656A1 (fr) * 2009-03-25 2010-10-01 Air Liquide Procede et installation de production d'hydrogene mettant en oeuvre un compresseur thermocinetique
FR2943657A1 (fr) * 2009-03-25 2010-10-01 Air Liquide Procede et installation de production d'hydrogene refroidi et comprime
US8104274B2 (en) 2009-06-04 2012-01-31 Sustainx, Inc. Increased power in compressed-gas energy storage and recovery
US8191362B2 (en) 2010-04-08 2012-06-05 Sustainx, Inc. Systems and methods for reducing dead volume in compressed-gas energy storage systems
US8171728B2 (en) 2010-04-08 2012-05-08 Sustainx, Inc. High-efficiency liquid heat exchange in compressed-gas energy storage systems
US8234863B2 (en) 2010-05-14 2012-08-07 Sustainx, Inc. Forming liquid sprays in compressed-gas energy storage systems for effective heat exchange
US8495872B2 (en) 2010-08-20 2013-07-30 Sustainx, Inc. Energy storage and recovery utilizing low-pressure thermal conditioning for heat exchange with high-pressure gas
US8453997B2 (en) * 2010-11-20 2013-06-04 Fisonic Holding Limited Supersonic nozzle
US8578708B2 (en) 2010-11-30 2013-11-12 Sustainx, Inc. Fluid-flow control in energy storage and recovery systems
RU2455532C1 (ru) * 2011-01-20 2012-07-10 Виталий Васильевич Сальков Разгонное устройство
KR20140031319A (ko) 2011-05-17 2014-03-12 서스테인쓰, 인크. 압축 공기 에너지 저장 시스템 내의 효율적인 2상 열전달을 위한 시스템 및 방법
US20130091834A1 (en) 2011-10-14 2013-04-18 Sustainx, Inc. Dead-volume management in compressed-gas energy storage and recovery systems
FR2981981B1 (fr) * 2011-10-28 2014-12-19 Helios Energy Partners Procede de conversion en energie mecanique d’une energie thermique, dispositif faisant application, et dispositif particulierement adapte a la mise en œuvre dudit procede
RU2468260C1 (ru) * 2012-01-24 2012-11-27 Владимир Леонидович Письменный Способ повышения давления газа
US9686903B2 (en) * 2014-06-17 2017-06-27 Cnh Industrial Canada, Ltd. Optimizing product flow in a drop chute by controlling the shape and position of vortices present in the system
US11292056B2 (en) * 2018-07-06 2022-04-05 Divergent Technologies, Inc. Cold-spray nozzle
RO133288A0 (ro) * 2018-09-26 2019-04-30 Dumitru Oncescu Procedeu şi instalaţie - pompă energetică, de joasă temperatură - motosinteză

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE537693A (de) *
US891901A (en) * 1905-08-04 1908-06-30 Max Blieden Internal-combustion engine.
US1134365A (en) * 1913-12-01 1915-04-06 Llewellyn T Barnes Carbureter.
US2926493A (en) * 1955-03-07 1960-03-01 Babcock & Wilcox Co Gas turbine with waste heat steam generator
GB928661A (en) * 1960-10-28 1963-06-12 Rolls Royce Improvements in or relating to pumps
US3369361A (en) * 1966-03-07 1968-02-20 Gale M. Craig Gas turbine power plant with sub-atmospheric spray-cooled turbine discharge into exhaust compressor
US3915222A (en) * 1969-05-19 1975-10-28 Francis R Hull Compressible fluid contact heat exchanger
US3782116A (en) * 1971-03-10 1974-01-01 Trw Inc Foam cooling and acoustic damping for internal combustion engines
FR2359626A2 (fr) * 1976-07-28 1978-02-24 Sacilor Procede et dispositif d'epuration de gaz ou de fumees poussiereuses
FR2377836A1 (fr) * 1977-01-25 1978-08-18 Rhone Poulenc Ind Procede et dispositif pour la mise en contact de produits sous forme de plusieurs phases et separation des produits du melange et application
US4272499A (en) * 1979-11-28 1981-06-09 Lone Star Steel Company Process and apparatus for the removal of particulate matter and reactive or water soluble gases from carrier gases
US4867918A (en) * 1987-12-30 1989-09-19 Union Carbide Corporation Gas dispersion process and system
US5262091A (en) * 1991-05-22 1993-11-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Steam injector system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001061196A1 (fr) 2001-08-23
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