本文中公開的主題涉及對用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)的系統(tǒng)的改善。

背景技術(shù)：

往復(fù)式壓縮機(jī)用在若干工業(yè)領(lǐng)域中以用于增加氣體的壓力。往復(fù)式壓縮機(jī)的典型應(yīng)用是在精煉廠，例如，在重整器、氫化裂解器和加氫處理器設(shè)備中。還可在聚合物工業(yè)中發(fā)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)的典型應(yīng)用，以用于乙烯和衍生物的制造。

往復(fù)式壓縮機(jī)典型地由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)馬達(dá)由來自電功率分配網(wǎng)絡(luò)的電能供能。在一些已知的實(shí)施例中，往復(fù)式壓縮機(jī)由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(諸如往復(fù)式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)(Otto engine))驅(qū)動(dòng)。在其他裝備中，蒸汽渦輪用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)。因此通常需要大量的高品質(zhì)能量以用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

應(yīng)用往復(fù)式壓縮機(jī)的工業(yè)場所通常產(chǎn)生廢熱量。本公開建議利用熱量，具體而言低溫?zé)崃亢?或廢熱量，以降低對系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的往復(fù)式壓縮機(jī)的功率消耗量。

根據(jù)本公開，提供用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)的系統(tǒng)，其包括：

往復(fù)式壓縮機(jī)，其具有至少一個(gè)缸、能夠在所述缸中滑動(dòng)地移動(dòng)的活塞、用于在所述缸中移動(dòng)所述活塞的曲柄軸；

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有熱端部、冷端部和輸出軸；

驅(qū)動(dòng)連接件，其在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸與往復(fù)式壓縮機(jī)的曲柄軸之間；

熱量源，其布置且構(gòu)造成用于對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端部提供熱量。

往復(fù)式壓縮機(jī)可為雙效壓縮機(jī)，且包括一個(gè)或更多個(gè)缸和滑動(dòng)地布置在其中的活塞，活塞由曲柄軸驅(qū)動(dòng)?；钊山?jīng)由相應(yīng)的活塞桿和十字頭而連接于曲柄軸。在優(yōu)選實(shí)施例中，出于廢熱量回收(whr)目的，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)利用來自熱能源的廢熱量。

在一些實(shí)施例中，可提供包括焚燒器的熱量源，以用于焚燒燃料且對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)提供熱能。

在一些實(shí)施例中，焚燒器可與廢熱量源結(jié)合。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)能夠機(jī)械地連接，以便它們以基本上相同的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。齒輪箱可因此被省去，且系統(tǒng)的總體效率可改善。

當(dāng)可通過斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)獲得的機(jī)械功率不足以驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)時(shí)，可與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合地提供補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)器，以提供補(bǔ)充機(jī)械功率。

在一些實(shí)施例中，補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)器包括電動(dòng)機(jī)器。優(yōu)選地，電動(dòng)機(jī)器是可逆電動(dòng)機(jī)器，能夠以發(fā)電機(jī)或以馬達(dá)模式選擇性地操作。當(dāng)作為發(fā)電機(jī)操作時(shí)，電動(dòng)機(jī)器將來自斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的過剩的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率。當(dāng)以馬達(dá)模式操作時(shí)，電動(dòng)機(jī)器可作為輔助機(jī)構(gòu)操作，以補(bǔ)充機(jī)械功率來驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)。在優(yōu)選實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)器是可變速度電動(dòng)機(jī)器，其例如通過可變頻率驅(qū)動(dòng)器而連接于電功率分配網(wǎng)絡(luò)。電動(dòng)機(jī)器可作為啟動(dòng)器操作以啟動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。在其他實(shí)施例中，可提供分開的啟動(dòng)器。

特征和實(shí)施例在下面公開，并且在形成本說明書的整體部分的所附權(quán)利要求中進(jìn)一步得到闡述。上面的簡要描述闡述了本發(fā)明的各種實(shí)施例的特征，以便可更好地理解隨后的詳細(xì)描述，且以便可更好地理解對本領(lǐng)域的當(dāng)前貢獻(xiàn)。當(dāng)然，存在本發(fā)明的將在下文中描述并且其將在所附權(quán)利要求中提出的其他特征。在該方面中，在解釋本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的各種實(shí)施例在它們的應(yīng)用中不限于在下列描述中闡述或在附圖中例示的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和構(gòu)件的布置。本發(fā)明能夠有其他實(shí)施例并且以各種方式實(shí)踐和實(shí)現(xiàn)。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，在本文中采用的措詞和用語用于說明的目的，并且不應(yīng)認(rèn)為是限制。

因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本公開所基于的構(gòu)思可易于用作用于設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的若干目的的其他結(jié)構(gòu)、方法、和/或系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因而，重要的是，權(quán)利要求認(rèn)為包括這種等同構(gòu)造，只要它們不脫離本發(fā)明的精神和范圍。

附圖說明

將容易地獲得本發(fā)明的公開實(shí)施例及其附帶優(yōu)點(diǎn)中的許多的更完全的理解，這是因?yàn)橥ㄟ^當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)參考下列詳細(xì)描述，它們變得更好理解，在附圖中：

圖1A例示雙效往復(fù)式壓縮機(jī)的截面圖；

圖1B例示多缸往復(fù)式壓縮機(jī)的示意頂部平面視圖；

圖2例示α類型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的截面示意圖；

圖3到8例示根據(jù)本公開的系統(tǒng)的各種實(shí)施例；

圖9和10例示根據(jù)本公開的系統(tǒng)在精煉設(shè)備中的兩個(gè)示范應(yīng)用。

具體實(shí)施方式

示范實(shí)施例的下列詳細(xì)描述參照附圖。不同附圖中的相同參考標(biāo)號標(biāo)識相同或相似的元件。此外，附圖不一定是按照比例繪制的。此外，下列詳細(xì)描述不限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求限定的。

貫穿說明書對“一個(gè)實(shí)施例”、或“實(shí)施例”、或“一些實(shí)施例”的參照指的是，聯(lián)系實(shí)施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在所公開的主題的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”或“在一些實(shí)施例中”貫穿說明書在各種位置中的出現(xiàn)不一定指相同的實(shí)施例。此外，具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中。

在圖1A中示出雙效往復(fù)式壓縮機(jī)的截面圖，其可用在根據(jù)本文中公開的主題的系統(tǒng)中。

根據(jù)本公開的系統(tǒng)可包括一個(gè)或更多個(gè)往復(fù)式壓縮機(jī)。在一些實(shí)施例中，使用雙效往復(fù)式壓縮機(jī)。參考圖2，在一個(gè)實(shí)施例中，雙效往復(fù)式壓縮機(jī)1包括缸3，缸3具有容納活塞7的內(nèi)柱狀腔5?；钊?根據(jù)雙箭頭f7在腔5內(nèi)側(cè)往復(fù)地移動(dòng)。壓縮機(jī)可包括多于一個(gè)的缸-活塞布置，活塞由公共的曲柄軸驅(qū)動(dòng)。該活塞將缸3的腔5分離成兩個(gè)室。

腔5具有頭端部和曲柄端部，它們可由相應(yīng)的封閉元件9和11封閉。該封閉元件可被約束于柱狀筒13。封閉元件11可設(shè)有通道，活塞桿15可延伸穿過該通道。填密罩17可提供圍繞活塞桿15的密封。活塞7將缸13的內(nèi)腔5分成相應(yīng)的第一室19和第二室21，它們還分別稱為頭端部室和曲柄端部室。

各第一和第二室19和21通過相應(yīng)的吸入閥和排出閥連接于未示出的吸入管道和排出管道。在一些實(shí)施例中，吸入閥和排出閥可為自動(dòng)閥，例如，所謂的環(huán)形閥等。用于第一和第二室19和21的吸入閥布置分別被標(biāo)注為23和25。在27處示出用于第一室19的排出閥組件，而在29處示出第二室21的排出閥組件。取決于往復(fù)式壓縮機(jī)的尺寸和設(shè)計(jì)，用于兩個(gè)室19和21中的各室的吸入閥和排出閥的數(shù)量可為不同的。

活塞7和活塞桿15的往復(fù)移動(dòng)可由曲柄軸31通過連接桿33控制。連接桿33可在35處鉸接至十字頭37，十字頭37可設(shè)有與滑動(dòng)表面41滑動(dòng)接觸的十字頭滑瓦39。曲柄軸31的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)被轉(zhuǎn)換成十字頭37的根據(jù)雙箭頭f37的往復(fù)直線移動(dòng)。活塞桿15可通過第一端部15A連接于十字頭37，且通過第二端部15B連接于活塞7，且將移動(dòng)從十字頭37傳送至活塞7。

往復(fù)式壓縮機(jī)1可包括一個(gè)或更多個(gè)缸。在圖1B的示意頂部平面視圖中，作為示例例示包括四個(gè)缸3的往復(fù)式壓縮機(jī)1的實(shí)施例。

如將參考圖3至6所更詳細(xì)描述的，往復(fù)式壓縮機(jī)1可由與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)；在一些實(shí)施例中，僅斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可用于驅(qū)動(dòng)該往復(fù)式壓縮機(jī)。電動(dòng)馬達(dá)可用作啟動(dòng)器。

在圖2中例示α類型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的示意截面圖。所謂α類型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50包括第一缸51，第一活塞53能夠在第一缸51中滑動(dòng)地移動(dòng)。第二缸55還提供為相對于缸51成例如90°地定向。第二活塞57滑動(dòng)地布置在第二缸55中。

第一連接桿59將第一活塞53連接于曲柄銷61，曲柄銷61形成輸出63的一部分。第二連接桿65將第二活塞57連接于相同的輸出63。飛輪67可安裝在輸出軸63上。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50可包括熱端部，該熱端部具有加熱器69，加熱器69接收來自熱量源71的熱量。加熱器與第一缸51的內(nèi)部流動(dòng)地連通。流動(dòng)路徑將加熱器69連接于回?zé)崞?regenerator)73、冷卻器75和第二缸55的內(nèi)部。冷卻器75可與冷源或熱沉(heat sink)熱接觸，且形成斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的冷端部。熱沉可為周圍空氣。在一些實(shí)施例中，具有冷卻回路(例如，水冷卻回路)的冷卻器可用作熱沉。在圖2中，通過進(jìn)口和出口歧管77和79示意地表示冷卻回路。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的操作對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的，且在本文中將不詳細(xì)描述。一般來說，包括在封閉的系統(tǒng)中的工作氣體遭受包括循環(huán)壓縮、加熱、膨脹和冷卻的熱循環(huán)，該封閉的系統(tǒng)由缸-活塞51、53、缸-活塞系統(tǒng)55-57、加熱器69、回?zé)崞?3、冷卻器75和相關(guān)管路的內(nèi)體積形成。由斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50中的工作氣體執(zhí)行的熱動(dòng)力循環(huán)將由熱源71輸送至斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端部的熱能的一部分轉(zhuǎn)換成可在輸出軸63上獲得的有用機(jī)械功率。

圖2中示出的α類型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的若干可能構(gòu)造中的僅一個(gè)。其他有用的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)布置為β類型和γ類型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，它們將不在本文中描述且它們對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。

本文中公開的系統(tǒng)的各種實(shí)施例可使用如圖2中示意地示出的α類型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、或是適合用于將可從熱能源或熱量源71獲得的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的任何其他合適的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造，機(jī)械功率用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1并且/或者產(chǎn)生電功率，如將在下面描述的。

圖3示出根據(jù)本公開的往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)81的第一實(shí)施例。往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)81可為更綜合的工業(yè)設(shè)備的一部分，在該工業(yè)設(shè)備中提供一個(gè)或更多個(gè)過程，例如，包括渦輪機(jī)，諸如蒸汽或燃?xì)鉁u輪、往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、熱交換器、加熱器、鍋爐和其他裝備。廢熱量可作為存在于設(shè)備中的一個(gè)或更多個(gè)過程中的副產(chǎn)物而產(chǎn)生。根據(jù)本文中公開的往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)的一些實(shí)施例，可獲得的廢熱量的至少一部分用于對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)供能，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)又驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)。例如，廢熱量可被從來自一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(諸如燃?xì)鉁u輪)的排氣燃燒氣體或從蒸汽渦輪布置中的冷凝蒸汽回收。

在其他實(shí)施例中，用于對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)供能的熱量可由太陽能收集器補(bǔ)充。

多于一個(gè)的熱功率源可結(jié)合以對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)供能，該多于一個(gè)的熱功率源處于待回收的廢熱量的形式或任何其他形式。

往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)81可包括往復(fù)式壓縮機(jī)，往復(fù)式壓縮機(jī)又包括例如四個(gè)缸3和曲柄軸31。盡管在圖3中例示四個(gè)缸，但本文中公開的往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)的其他實(shí)施例可設(shè)有一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、五個(gè)或更多個(gè)缸。

往復(fù)式壓縮機(jī)1的曲柄軸31通過軸83連接于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的輸出軸63，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50接收來自在71處示意地示出的一個(gè)或更多個(gè)熱能源或熱量源的熱能。如果需要，則離合器85可提供在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50和往復(fù)式壓縮機(jī)1之間，以使斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50從往復(fù)式壓縮機(jī)1機(jī)械地?cái)嚅_連接。在其他實(shí)施例中，可省略離合器85。在又一實(shí)施例中，可與離合器85結(jié)合或替換其在軸83上提供彈性接頭。

根據(jù)一些實(shí)施例，可沿斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸系(shaft line)提供一個(gè)或更多個(gè)飛輪。飛輪87在圖3中示意地例示在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸63和往復(fù)式壓縮機(jī)1之間。

來自熱能源71的熱量H1被輸送至熱端部，即輸送至斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的加熱器69。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50將熱能的一部分轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率，該機(jī)械功率用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1。如由圖3中的箭頭H2示意地表示的，在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端部處，在其冷卻器或熱沉75處排出未被轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的低溫?zé)崮堋?/p>

如在上面提及的，被輸送至斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50熱端部的熱能H1可為在布置往復(fù)式壓縮機(jī)1的工業(yè)設(shè)施中獲得的任何種類的熱能。優(yōu)選地，熱能H1是來自(例如在精煉設(shè)備或聚合物生產(chǎn)設(shè)備中的)不同工業(yè)過程的廢熱量。圖3的系統(tǒng)81因此允許回收廢熱量，且使用所述熱量來驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1。

圖4示意地例示往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)82的又一實(shí)施例，該往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)82利用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50以用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1。在圖4中，相同的參考標(biāo)號指示與圖3實(shí)施例的構(gòu)件、部分或元件對應(yīng)的構(gòu)件、部分或元件。

在圖4中，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)在一側(cè)上通過軸83與往復(fù)式壓縮機(jī)1驅(qū)動(dòng)地連接，且通過又一軸89與不同的驅(qū)動(dòng)器91連接。在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器91可為電動(dòng)馬達(dá)或內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(例如往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī))。在一些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器91可用作斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的啟動(dòng)器。

優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)器91的旋轉(zhuǎn)速度與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)1的曲柄軸的旋轉(zhuǎn)速度基本上相同，使得不需要齒輪箱或其他速度操縱裝置。

可沿軸89和/或沿軸83提供一個(gè)或更多個(gè)離合器，以沿軸系使機(jī)械的一個(gè)零件與另一個(gè)機(jī)械地?cái)嚅_連接。

在其他實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器91可通過軸93而直接地連接于往復(fù)式壓縮機(jī)1。在此情形中，往復(fù)式壓縮機(jī)1的曲柄軸33具有第一端部和第二端部，該第一端部通過軸83驅(qū)動(dòng)地連接于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的輸出軸63，該第二端部通過軸93驅(qū)動(dòng)地連接于驅(qū)動(dòng)器91。

圖5示意地例示根據(jù)本公開的往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)84的又一實(shí)施例。相同的參考標(biāo)號指示與圖3和4的實(shí)施例中相同或等同的構(gòu)件。系統(tǒng)84包括往復(fù)式壓縮機(jī)1。往復(fù)式壓縮機(jī)1可包括由曲柄軸31驅(qū)動(dòng)的一個(gè)或更多個(gè)缸3。曲柄軸31通過軸83驅(qū)動(dòng)地連接于具有輸出軸63的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50。離合器85可提供在曲柄軸31與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的輸出軸63之間。還可將至少一個(gè)飛輪87安裝在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50和往復(fù)式壓縮機(jī)1之間的軸系上。在圖5的示意圖中，分別以實(shí)線和虛線示出用于飛輪87的兩個(gè)備選位置。

往復(fù)式壓縮機(jī)1的曲柄軸31還可驅(qū)動(dòng)地連接于電動(dòng)機(jī)器97(優(yōu)選為可逆電動(dòng)機(jī)器，其可選擇性地作為電動(dòng)馬達(dá)或作為發(fā)電機(jī)來操作)。在一些實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)器97可連接于曲柄軸31的相對于與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50輸出軸63連接的端部相反的端部。參考標(biāo)號99指示將電動(dòng)機(jī)器97連接于往復(fù)式壓縮機(jī)1的曲柄軸31的軸系。離合器101可提供在往復(fù)式壓縮機(jī)1和電動(dòng)機(jī)器97之間。

根據(jù)一些實(shí)施例，電動(dòng)機(jī)器97連接于電功率分配網(wǎng)絡(luò)G，取決于系統(tǒng)84的操作條件，電功率分配網(wǎng)絡(luò)G提供用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)器97的電功率、或者接收由電動(dòng)機(jī)器97生成的電功率?？梢砸钥勺兊乃俣闰?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)器97，例如，通過置于電功率分配網(wǎng)絡(luò)G與電動(dòng)機(jī)器97之間的可變頻率驅(qū)動(dòng)器103。

熱能源71對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的熱端部提供熱量H1，而在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的冷端部處排出低溫?zé)崃縃2。

可如下地操作系統(tǒng)84。

如果可從源71獲得熱能(例如廢熱量)，則熱能用于對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50供能，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50將熱能的一部分轉(zhuǎn)換成在其輸出軸63上的有用機(jī)械功率。使離合器85接合，且往復(fù)式壓縮機(jī)1可通過完全地或部分地由斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50提供的功率驅(qū)動(dòng)而被驅(qū)動(dòng)。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50可借助于電動(dòng)機(jī)器97而啟動(dòng)。如果由一旦啟動(dòng)的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50生成的機(jī)械功率足以驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1，則可關(guān)掉電動(dòng)機(jī)器97。如果在往復(fù)式壓縮機(jī)1與電動(dòng)機(jī)器97之間提供離合器101，則當(dāng)關(guān)掉電動(dòng)機(jī)器97時(shí)可使離合器斷開接合。備選地，離合器可保持接合和/或可完全省略。電動(dòng)機(jī)器97然后將空轉(zhuǎn)地旋轉(zhuǎn)，而往復(fù)式壓縮機(jī)1由斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。

如果由斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50生成的機(jī)械功率不足以驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1，則電動(dòng)機(jī)器97可以以馬達(dá)模式操作且作用為輔助機(jī)構(gòu)，從而提供補(bǔ)充機(jī)械功率，該機(jī)械功率與由斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50提供的功率結(jié)合足以用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1。使離合器101接合(如果存在)。

系統(tǒng)84的機(jī)器，即斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50、往復(fù)式壓縮機(jī)1和電動(dòng)機(jī)器97可以以相同的速度旋轉(zhuǎn)。可通過往復(fù)式壓縮機(jī)1的操作條件來規(guī)定旋轉(zhuǎn)速度?？赏ㄟ^可變頻率驅(qū)動(dòng)器103相應(yīng)地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)器97的旋轉(zhuǎn)速度。

如果由斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50生成的功率多于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1所需的功率，則過量的機(jī)械功率可通過軸系99轉(zhuǎn)移至電動(dòng)機(jī)器97，且后者可以以發(fā)電機(jī)模式操作，從而將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率。后者被注入電功率分配網(wǎng)絡(luò)G中。與系統(tǒng)84的旋轉(zhuǎn)速度無關(guān)，借助于可變頻率驅(qū)動(dòng)器103獲得合適的電動(dòng)頻率。

如果不通過斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50提供功率，則可使離合器85斷開接合，且往復(fù)式壓縮機(jī)1可僅由電動(dòng)機(jī)器97驅(qū)動(dòng)，以馬達(dá)模式操作后者。

通過圖5的布置，熱能(甚至在相對低的溫度下)可被轉(zhuǎn)換成有用的機(jī)械功率，以降低來自網(wǎng)絡(luò)G的電功率的消耗量，或者在某些操作條件下，除了驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1之外，可用于輸送網(wǎng)絡(luò)G上的電功率。由于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50與電動(dòng)機(jī)器97的結(jié)合，故可與可從源71獲得的熱能的量無關(guān)地，根據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)1的操作條件來適當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng)84，以便可在所需的條件下操作往復(fù)式壓縮機(jī)1，即使可從源71獲得很少的熱能或不可獲得熱能。

圖6示意地例示根據(jù)本公開的用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1的系統(tǒng)86的又一實(shí)施例。圖3、4和5中的相同參考標(biāo)號用于指示相同或?qū)?yīng)的部分或元件。往復(fù)式壓縮機(jī)1的曲柄軸31形成軸系的一部分，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50、電動(dòng)機(jī)器97和又一驅(qū)動(dòng)器(例如往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105)沿該軸系布置。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105例如可為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)86的機(jī)器連接，以便各種機(jī)械的旋轉(zhuǎn)速度基本上相同，且可省去齒輪箱。

在一些實(shí)施例中，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50可布置在軸系的一個(gè)端部處，且往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105可布置在其相反端部處，而往復(fù)式壓縮機(jī)1和電動(dòng)機(jī)器97布置在其間。往復(fù)式壓縮機(jī)1可直接位于往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105附近，而電動(dòng)機(jī)器97可位于往復(fù)式壓縮機(jī)1和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50之間。

在一些實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)器97的穿通軸107在一個(gè)端部處驅(qū)動(dòng)地連接于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的輸出軸63。離合器109可提供在電動(dòng)機(jī)器97的軸107與斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的輸出軸63之間。又一離合器111可提供在電動(dòng)機(jī)器97的軸107電動(dòng)機(jī)器與往復(fù)式壓縮機(jī)的曲柄軸31之間。

往復(fù)式壓縮機(jī)1的曲柄軸31可在與電動(dòng)機(jī)器97相反的端部處連接于往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105。在一些實(shí)施例中，離合器113可布置在曲柄軸31與往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105的軸115之間。

一個(gè)或更多個(gè)飛輪可沿軸系布置在合適位置中。在一些實(shí)施例中，往復(fù)式機(jī)器，即往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105、往復(fù)式壓縮機(jī)1和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50各自設(shè)有其自己的飛輪(未示出)。在其他實(shí)施例中，僅一個(gè)或兩個(gè)飛輪可沿軸系布置在合適的場所中。

可對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的熱端部提供來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105的廢熱量。這通過在117處示意地示出的熱量轉(zhuǎn)移回路來示意地表示。H1代表從往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105轉(zhuǎn)移至斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的熱端部的廢熱量?？蓮淖詢?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105排出的排氣燃燒氣體回收廢熱量。可從往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)(例如，從在往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105中循環(huán)的冷卻水)回收熱量。還可從所述發(fā)動(dòng)機(jī)105的潤滑系統(tǒng)的油回收熱量。僅一個(gè)、兩個(gè)或所有的三個(gè)廢熱量源可用于對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50供能。因此，往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105提供朝向斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的熱能源或熱量源。

圖6例示封閉的熱量轉(zhuǎn)移回路117，熱量轉(zhuǎn)移回路117例如用于使用循環(huán)穿過內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105的相同冷卻液體來從往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105的冷卻系統(tǒng)回收熱量。在其他實(shí)施例中，可使用中間回路(其中輔助熱量轉(zhuǎn)移介質(zhì)循環(huán))，從而借助于例如熱交換器從在往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105中循環(huán)的冷卻液體移除熱量，且將移除的熱量轉(zhuǎn)移至斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的熱端部。

如果在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的熱端部的出口處，在封閉環(huán)路117中循環(huán)的熱量轉(zhuǎn)移介質(zhì)或冷卻液體的溫度仍然太高而不能夠提供往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105的足夠致冷，則可沿封閉環(huán)路117的返回分支提供輔助熱交換器119。

可如下地操作圖6的系統(tǒng)86。

可通過完全由往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105、或通過電動(dòng)機(jī)器97、或通過斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50提供的功率來驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1旋轉(zhuǎn)。在一些操作條件中，可通過結(jié)合的兩個(gè)或全部三個(gè)驅(qū)動(dòng)器105、50和97來驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1。

如果僅電功率用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1，例如，如果沒有熱量可用于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50且出于無論什么原因關(guān)閉往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105，則可使離合器113和109斷開接合，且電動(dòng)機(jī)器97可通過軸107和離合器111(如果提供)直接地驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1。

在其他操作條件中，往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105可為操作的，且可通過軸115和離合器113(如果提供)使用從其生成的機(jī)械功率來驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1的曲柄軸31。來自往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105的廢熱量可用于驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50又提供驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1所需的功率的一部分。由斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50生成的機(jī)械功率借助于雙端部軸107、接合的離合器109和111(如果存在)流過電動(dòng)機(jī)器97。電動(dòng)機(jī)器97是有飛輪的。因此通過來自往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105和來自斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的組合功率來驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1。

如果由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105和由斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50(如果運(yùn)行)提供的功率比驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1所需的功率高，則可通過以發(fā)電機(jī)模式操作的電動(dòng)機(jī)器97將過量的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換成電功率。可變頻率驅(qū)動(dòng)器103用于在將由電動(dòng)機(jī)器97生成的電功率輸送至電功率分配網(wǎng)絡(luò)G之前，在所需的頻率下轉(zhuǎn)換電功率。

仍可提供外部熱量源71，例如，如果可獲得來自另一過程的廢熱量。H3代表由附加熱量源71對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50的熱端部提供的附加熱量。

在一些操作條件中，如果例如通過熱量源71提供足夠的廢熱量，則內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105可保持不操作，且可能通過使離合器113斷開接合而與曲柄軸31斷開接合?？赏耆ㄟ^斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50或通過斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50與電動(dòng)機(jī)器97結(jié)合而提供用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)1的機(jī)械功率。

圖7和8示意地例示根據(jù)本公開的系統(tǒng)的另一實(shí)施例。相同的參考標(biāo)號指示先前描述圖中的相同部分或構(gòu)件，或與其等同的部分或構(gòu)件。

具體而言，圖7例示與圖5的布置類似的布置，其中，飛輪87已在往復(fù)式壓縮機(jī)1和電動(dòng)機(jī)器97之間的軸系部分上移動(dòng)。

圖8例示與圖6類似的布置，其中已省略內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)105，且完全通過熱量源71(例如，廢熱量回收源)提供去往斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)50熱端部的熱量H1。

本文中公開的主題的示范實(shí)施例可應(yīng)用在使用往復(fù)式壓縮機(jī)且可獲得廢熱量源(例如熱交換器等)的若干工業(yè)設(shè)備中。圖9和10示意地例示本文中公開的主題的可能應(yīng)用的分別在加氫處理器和在重整器中的兩個(gè)示例。

更具體而言，圖9例示加氫處理器流程圖。該設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)本身是已知的，且將不詳細(xì)地描述。該設(shè)備可包括送入原料泵201、預(yù)加熱交換器203、加熱器205和反應(yīng)器207。通過相對于來自泵201的進(jìn)入原料交換熱量來在預(yù)加熱交換器203中部分地冷卻來自反應(yīng)器的輸出流。該設(shè)備還包括在反應(yīng)器207下游的冷卻器210。將來自反應(yīng)器207的處理流輸送至氫分離器209。通過往復(fù)式壓縮機(jī)211壓縮氣態(tài)氫，且使其朝預(yù)加熱交換器203的冷側(cè)再循環(huán)，同時(shí)將流的液體部分輸送至穩(wěn)定器215。通過氫補(bǔ)給往復(fù)式壓縮機(jī)213來泵送進(jìn)口氫，將其添加至來自往復(fù)式壓縮機(jī)211的氫流，且添加至來自送入原料泵201的原料。如上所述，一個(gè)或兩個(gè)往復(fù)式壓縮機(jī)211和213可以驅(qū)動(dòng)地連接于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。

來自熱交換器210的廢熱量可用于對斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)供以能量，提供該斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)以用于驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)213，如通過熱量轉(zhuǎn)移環(huán)路217示意性地表示的。備選地或除了轉(zhuǎn)移環(huán)路217之外，熱量轉(zhuǎn)移環(huán)路可用于將廢熱量輸送至驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)211的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖10示意地例示重整器流程圖，其包括石腦油送入泵301，石腦油送入泵301將處理流輸送穿過熔爐302和兩個(gè)連續(xù)地布置的再加熱熔爐303、304。反應(yīng)器305、306、307布置在各熔爐302、303、304的下游。來自反應(yīng)器307的碳?xì)浠衔锪髟诶鋮s器309中液化，且隨后分別在高壓分離器311和低壓分離器313中分離成液相和氣相。來自低壓分離器313的液體被供給至穩(wěn)定器315，從穩(wěn)定器315，從頂部部分提取輕氣體且在冷卻器316中冷卻該輕氣體，同時(shí)通過重整油泵317提取液體。

該設(shè)備還包括氫再循環(huán)往復(fù)式壓縮機(jī)319，來自分離器311的氣體被輸送至該氫再循環(huán)往復(fù)式壓縮機(jī)319。來自往復(fù)式壓縮機(jī)319的泵送的氫被供給至熔爐302。

又一往復(fù)式壓縮機(jī)321接收來自低壓分離器313的氫，且將氫輸送至下游過程。

如上文所公開的，往復(fù)式壓縮機(jī)319或往復(fù)式壓縮機(jī)321或二者可驅(qū)動(dòng)地連接于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，以便至少部分地從液化冷卻器309、穩(wěn)定器315的冷卻器316中的一者或二者回收廢熱量。在示范裝備中，第一熱量回收環(huán)路325將廢熱量從液化冷卻器309轉(zhuǎn)移至斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)319S，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)319S驅(qū)動(dòng)地連接于往復(fù)式壓縮機(jī)319S。第二熱量回收環(huán)路327將廢熱量從冷卻器316轉(zhuǎn)移至斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)321S，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)321S驅(qū)動(dòng)地連接于往復(fù)式壓縮機(jī)321。

在上面公開的實(shí)施例中，已參照熱量源71，熱能(例如，回收的廢熱量)從熱量源提供至斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)70的熱端部。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端部可處于周圍溫度或室溫，且可例如通過周圍空氣或水來冷卻。此種布置在可獲得廢熱量源的情形中是特別有用的，諸如在精煉設(shè)備等中。在其他實(shí)施例中，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端部可處于室溫或周圍溫度，且冷卻端部可例如與冷流體流接觸。此外，在此種布置中，熱源和冷源之間的溫度差可通過利用現(xiàn)有的冷流體流(諸如可在再汽化設(shè)備中獲得的那些，在再汽化設(shè)備處，使液化天然氣(LNG)再次處于氣態(tài)狀態(tài))來獲得。

盡管已在附圖中示出，且通過與若干個(gè)示范實(shí)施例聯(lián)系具體且詳細(xì)地在上面全面地描述了本文中描述的主題的公開實(shí)施例，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的是，許多修改、改變、和省略都是可能的，而不本質(zhì)上脫離在本文中闡述的新穎教導(dǎo)、原則和構(gòu)思，以及在所附權(quán)利要求中陳述的主題的優(yōu)點(diǎn)。因此，公開的創(chuàng)新的適當(dāng)范圍應(yīng)當(dāng)僅由所附權(quán)利要求的最寬泛解釋來決定，以便涵蓋所有這種修改、改變、和省略?？刹煌亟Y(jié)合各種實(shí)施例的不同特征、結(jié)構(gòu)和手段。