用于压缩低压气体的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于压缩低压气体的设备和方法。它尤其适用于沼气的压缩。

背景技术

收集可用的低压气体以将其压缩到高压会带来技术和经济困难。执行这种压缩的各种压缩器技术是存在的。这些各种技术非常耗能。

为了获得所需的压缩比，压缩机可以包括具有中间冷却的多个压缩级，这使得该方法更加复杂。

压缩机可以是不同类型的压缩机，其配置可选自：

-正排量压缩机(往复式或螺杆式压缩机)，其可提供间歇的功率流。在这些技术中，气体被压缩到很小的体积，从而增加了压强。

-动态压缩机(离心式或轴流式压缩机)，其可提供连续的功率流。在离心式压缩机中，动能被转换成势能，从而增加了流体的压强。

正排量压缩机需要经常维护，只能以低流量运行，运行时间较短，并且耗能大。

动态压缩机对负载的组成和流量变化敏感，具有有限的压缩比，并且能耗大。

发明内容

本发明旨在弥补所有或部分这些缺点。

为此，根据第一方面，本发明设想了一种用于压缩低压气体的设备，设备包括：

-至少一个压缩室，包括：

-用于低压气体的入口，

-用于高压气体的出口，

-用于流体的入口，

-用于流体的出口，以及

-活塞，位于气体入口和出口以及流体入口和出口之间，活塞的一面在气体入口和出口侧，活塞的另一面在流体入口和出口侧；

-在连接压缩室的流体入口和流体出口的流体回路上布置的流体移动装置；以及

-用于测量压缩室内的气体压强的装置以及当测量出的压强小于预定极限值时使气体再循环到压缩室的入口的回路。

由于这些设置，减少了压缩气体的能量成本。压缩室内流体压强的增加会引起活塞移动并压缩气体。并且压缩流体比压缩气体使用更少的能量。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括构造成防止在气体入口中的气体回流的止回阀。

这些实施例使得可以防止气体向压缩室入口回流。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括构造成将流体保持在压缩室中的流体保持阀。

这些实施例使得可以通过将流体的出口限制到限定的压强来提供改进的气体压缩。

在一些实施例中，移动装置构造成使得排出流体的压强在30至70巴之间。

在一些实施例中，移动装置是泵。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括用于流体回路的串联的多个压缩室，一个压缩室的流体出口连接至另一压缩室的流体入口。

这些实施例使得可以共享流体回路。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括用于气体的并联的多个压缩室，每个压缩室包括独立于任何其他压缩室的气体入口和出口。

这些实施例使得可以同时压缩多种气体。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括用于测量压缩室内的气体压强的装置以及用于根据测量的压强打开压缩室的气体出口的装置。

根据第二方面，本发明设想了一种用于压缩低压气体的方法，其包括：

-将低压气体输入压缩室的步骤；

-将流体输入压缩室的步骤；

-移动活塞的步骤，活塞位于气体入口和出口以及流体入口和出口之间，活塞的一面在气体入口和出口侧，活塞的另一面在流体入口和出口侧；

-从压缩室输出高压气体的步骤；

-从压缩室输出流体的步骤；

-使流体在连接压缩室的流体入口和流体出口的流体回路上移动的步骤；以及

-测量压缩室内的气体压强的步骤以及当测量出的压强小于预定极限值时使气体再循环到压缩室的入口的步骤。

由于作为本发明主题的方法的特定目的、优点和特征与作为本发明主题的设备的特定目的、优点和特征相似，因此在此不再赘述。

附图说明

本发明的其他优点、目的和特定特征将从以下对作为本发明主题的设备和方法的至少一个特定实施例的非限制性描述中变得显而易见，参考包括在附录中的附图，其中:

-图1示意性地示出了作为本发明主题的设备的第一特定实施例；

-图2示意性地示出了作为本发明主题的设备的第二特定实施例；以及

-图3以逻辑图的形式示意性地示出了作为本发明主题的方法的一系列特定步骤。

具体实施方式

以非限制性方式给出本描述，其中实施例的每个特征可以以有利的方式与任何其他实施例的任何其他特征组合。

请注意，附图不是按比例绘制的。

注意这里，术语“气体”包括天然气、沼气和合成气。

注意这里，术语“流体”是指任何流体。优选地，设想使用不可压缩的粘性流体。

图1未按比例示出了作为本发明主题的设备100的实施例的示意图。该用于压缩低压气体的设备100包括：

-至少一个压缩室105，包括：

-用于低压气体的入口110，

-用于高压气体的出口115

-用于流体的入口120，

-用于流体的出口125，以及

-活塞130，其一方面位于气体入口和出口之间，另一方面位于流体入口和出口之间；

-位于连接压缩室的流体入口和流体出口的流体回路上的流体移动装置135；以及

-用于测量压缩室内的气体压强的装置165以及当所测量的压强小于预定极限值时使气体再循环到压缩室的入口的回路160。

压缩室105例如由围绕给定容积的不可渗透的壁形成，活塞130在该给定容积中操作。优选地，不可渗透的壁上的唯一开口是：

-用于低压气体的入口110；

-用于高压气体的出口115；

-用于流体的入口120；以及

-用于流体的出口125。

压缩室105例如可以具有圆柱体的内部容积。术语“圆柱体”是指绕轴线旋转的圆筒。

但是，压缩室105的内部容积可以是允许活塞130移动的任何类型。这通常意味着相对于活塞130的运动轴线具有恒定的横截面。

该活塞130构成了流体和气体之间的不可渗透的分隔。压缩室105构造成允许气体的压强增加到例如超过50巴、100巴或200巴。优选地，进入压缩室105的气体的压强超过3或4巴，以及优选地超过7巴。

气体入口110和出口115以及流体入口120和出口125中的每个元件例如是压缩室105中的开口。根据这些元件的性质，这些元件110、115、120和125中的每个优选地与用于输送气体或流体的管线相关联。

在一些优选的变型中，气体入口110和出口115以及流体入口120和出口125中的至少一个元件配备有止回阀140。该止回阀140例如可以直接安装在压缩室105的开口上或在该开口的下游，例如在与所讨论的元件相关联的管线的位置处。

这种止回阀140例如构造成防止气体入口110中的气体回流。

在一些变型中，根据相关联的元件，至少一个止回阀140被可以阻止气体或流体通过的阀或任何其他类型的设备代替。

在一些变型中，设备100包括构造成将流体保持在压缩室105中的流体保持阀145。该阀145可以是本领域技术人员已知的任何类型，并且适合于流体回路150中的工作压强。该阀145可直接安装在压缩室105的出口上或沿回路150安装。

注意，气体入口110和出口115以及流体入口120和出口125中的每个元件可以由参与相同功能的多个相同类型的子元件形成。例如，气体入口110可以由压缩室105中的多个开口构成，每个开口由单独的管线或由与其他开口共用的管线来供应。

活塞130例如是沿着压缩室105的轴线移动的不可渗透的表面或膜。该活塞130可以由固定在活塞130的一个或另一个运动端的轴引导。

移动装置135可以是允许流体在流体回路中移动的任何类型。移动装置135的选择取决于回路150的尺寸和该回路150的总压降。

优选地，移动装置135被构造成使得流出的流体的压强在30至70巴之间。但是，设备100可以以任何压强值(优选地低于300巴)进行压缩。

优选地，移动装置135是泵。

在一些优选地实施例中，作为本发明主题的设备100包括用于流体回路150的串联的多个压缩室105，一个压缩室的流体出口125连接到另一压缩室的流体入口120。

在该变型中，从最接近流体移动装置135的排出的腔室开始，依次填充腔室105。一旦操作完成，则将流体输送到第二腔室105，依此类推。

在图2所示的另一变型中，腔室105被同时填充。该填充例如由供应各个压缩室105的主回路执行。

在一些优选实施例中，作为本发明主题的设备100包括用于气体的并联的多个压缩室105，每个压缩室包括独立于任何其他压缩室的气体入口110和出口115。

在一些优选实施例中，作为本发明主题的设备100包括用于测量压缩室105内的气体压强的装置165和当所测量出的压强小于预定极限值时，使气体再循环到压缩室的入口的回路160。

压强测量装置165例如是位于压缩室105内部、在活塞130的气体侧或在活塞130的流体侧的压强传感器。

在一些变型中，压强测量装置165是机械的或电子的，并且通过捕获活塞130在腔室中的位置来操作。当该活塞130在其运动轴线上到达预定位置时，通过测量装置165推导出气体压强。

可以在设备100的设计期间设置该预定极限值，或者该预定极限值是可变的且可以经由通过有线或无线控制连接连接到设备100的中央控制电路来记录该预定极限值。

在一些优选实施例中，作为本发明主题的设备100包括用于测量压缩室105内的气体压强的装置165和用于根据测量出的压强打开压缩室气体出口115的装置170。

打开装置170例如属于排出装置。在该示例中，排出装置构成为测量装置165和打开装置170两者。该排出装置被校准至设定压强。

在一些变型中，一旦达到目标压强就打开排气阀，该排气阀在阈值压强下关闭。这些压强标准将由操作员根据使用情况进行选择。

参考以下对设备100的操作方法200的描述，将更好地理解参考图1描述的设备100的操作。

图3示意性地示出了作为本发明主题的方法200的特定步骤的逻辑图。该用于压缩低压气体的方法200包括：

-将低压气体输入压缩室的步骤205；

-将流体输入压缩室的步骤210；

-移动活塞的步骤215，活塞位于气体入口和出口以及流体入口和出口之间，活塞的一面在气体入口和出口侧，活塞的另一面在流体入口和出口侧；

-从压缩室输出高压气体的步骤220；

-从压缩室输出流体的步骤225；

-使流体在连接压缩室的流体入口和流体出口的流体回路上移动的步骤230。

优选地，压缩室中的压强最初低于将气体输送到压缩室的气体入口的管线中的压强。这可以通过向上游的气体加压或通过降低压缩室的流体部分中的压强来实现。

为了实现这种压强降低，例如，在移动装置工作时关闭流体入口的入口侧上的阀。这使得活塞朝着流体出口移动，这降低了压缩室的气体部分(其气体出口也关闭)内的压强。可选地，气体入口也关闭。

在仅关闭气体出口的情况下，产生了通过气体入口抽吸气体的抽吸机构，并逐渐填充压缩室的气体部分。这意味着在作为本发明主题的方法200中不必使用专用于所供应的气体的移动装置。

不管允许气体进入压缩室的解决方案如何，一旦进入气体，气体就会发现其被限制在压缩室的专用于气体的可变容积中。

激活移动装置135，使得压缩室的流体部分充满流体，该流体逐渐使活塞向着气体出口移动，从而压缩了该气体。

一旦达到所需的气体压强，气体便朝压缩室的气体出口释放。为了促进气体的输出，流体可以继续循环，以使活塞继续移动，直到朝着气体出口完全或几乎完全排空气体。

为了排空在压缩室的流体部分中包括的流体，压缩室的流体出口是打开的。

因此，可以看出，可以通过以下方式产生气体的抽吸/压缩/排出循环：

-关闭气体出口，

-关闭流体入口，

-打开气体入口，

-打开流体出口，

-启动流体移动装置，

从而使得气体被吸入压缩室，接下来：

-关闭气体入口，

-打开流体入口，

-关闭流体出口，

-启动流体移动装置，

从而使得气体被压缩，接下来：

-打开气体出口，

-启动流体移动装置，

从而使得气体被排出。

作为本发明主题的方法200例如通过利用作为本发明主题并参考图1和3描述的设备100或300之一来执行。