離心氣體壓縮機(jī)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離心氣體壓縮機(jī)，一種用于在徑向地通向環(huán)形收集腔的多個(gè)毛細(xì)通道中使用離心力壓縮氣體的方法，以及一種用于離心氣體壓縮的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體壓縮機(jī)用于消費(fèi)市場(chǎng)(給籃球、玩具和輪胎充氣)和工業(yè)市場(chǎng)(壓縮空氣以用于運(yùn)輸、為氣動(dòng)工具提供動(dòng)力以及用于從井口為使用者分配天然氣)中的很多物品。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的商用氣體壓縮機(jī)的效率差，主要是因?yàn)闅怏w要被快速壓縮的實(shí)用性要求?？焖賶嚎s使得幾乎不可能在壓縮過程中使壓縮的熱量消散。在壓縮過程中的這種固有發(fā)熱(本文中稱為“C熱”)相比于如果完全去除“C熱”時(shí)完成同樣的過程，使得所需的來自原動(dòng)機(jī)的物理工作多出100 %。典型地，原動(dòng)機(jī)是內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)。很少或沒有去除C熱的快速壓縮過程被稱為絕熱壓縮。本領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的最新水平的壓縮機(jī)采用絕熱或半絕熱壓縮循環(huán)。隨著對(duì)于壓縮機(jī)的最終目標(biāo)壓力增加，由于C熱而損失的能量或功增加。
[0004]如果C熱能與壓縮氣體一起被儲(chǔ)存，則壓縮氣體的做功潛能將大致相當(dāng)于壓縮氣體所需的功。然而，大部分的壓縮氣體儲(chǔ)存在不隔熱壓力容器中且氣體的壓縮與氣體的使用之間的時(shí)間使得在氣體中保留熱量是不現(xiàn)實(shí)的。因此，用以壓縮氣體的這50%-100%附加的功喪失或浪費(fèi)了。在去除所有的C熱時(shí)完成壓縮被稱為等溫壓縮。如果等溫壓縮可以實(shí)現(xiàn)，則為了從壓縮氣體獲得相同的有用功輸出所需的能量理論上可減半。換句話說，對(duì)于在能量或金錢方面的相同量的成本，可以產(chǎn)生兩倍的壓縮氣體的量。從歷史上看，等溫壓縮是不現(xiàn)實(shí)或不可能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)镃熱從壓縮裝置的壁被去除的時(shí)間強(qiáng)制要求非常緩慢的壓縮循環(huán)，使得熱去除可與通過壓縮產(chǎn)生的熱保持同步。
[0005]只有一種類型的現(xiàn)有技術(shù)壓縮機(jī)展示出快速等溫壓縮。泰勒(Taylor)在1908年獲得的第892772號(hào)美國專利公開了一種液壓空氣壓縮機(jī)，其利用注入了以百萬計(jì)的微小球狀氣泡的下降水柱。當(dāng)下降水柱從特定高度落下時(shí)，水中的氣泡被壓縮。泰勒使用了70英尺(近21m)的壓差頭壓力(約21米)，這產(chǎn)生了大約128psi(鎊每平方英寸)(8.8bar)的壓力來驅(qū)動(dòng)5000-6000馬力的等溫壓縮機(jī)。
[0006]凱勒(Keller)的第6276140號(hào)美國專利公開了一種通過渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生能量的裝置。凱勒裝置還使用通過一個(gè)漏斗形的豎直管或隧道供應(yīng)的下降水以便壓縮下降水中的氣泡。在凱勒的降水落差(waterfall drop)在30米到100米之間。在凱勒漏斗管的頂部處的典型直徑約為2-7米，在底部處的該漏斗出口區(qū)域通常是0.7-2.0米。
[0007]里斯(Rees)的第1144865號(hào)美國專利公開了一種旋轉(zhuǎn)栗、冷凝器和壓縮機(jī)。然而，里斯‘865旋轉(zhuǎn)栗壓縮機(jī)利用具有高度彎曲形的壁的大型腔，且該腔相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)容器不是徑向的。在波拉德(Pollard)的第871626號(hào)美國專利中公開了一種渦輪空氣壓縮機(jī)。
[0008]方(Fong)的第2011/0030359號(hào)美國專利申請(qǐng)公開在963、964、959和983段中大體公開了一種離心分離機(jī)。然而，沒有離心分離機(jī)的細(xì)節(jié)。斯托爾科夫(Stahlkopf)的第2011/0115223號(hào)美國專利申請(qǐng)公開也討論了離心分離機(jī)。方的‘359或斯托爾科夫的‘223都沒有討論這樣一種離心壓縮機(jī)，其以等溫方式壓縮水中或液體中的氣泡，以提取壓縮空氣或氣體。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的是提供一種離心氣體壓縮機(jī)和一種用于壓縮液體中夾帶的氣體或乳狀劑或氣-液混合物的方法。
[0010]本發(fā)明的另一目的是提供一種離心氣體壓縮機(jī)和一種本質(zhì)上基本上是等溫的方法。
[0011]離心氣體壓縮機(jī)提供了一種用于壓縮液體中夾帶的氣體的方法。容器可繞具有多個(gè)毛細(xì)通道(capillary passage)的軸線旋轉(zhuǎn)，上述多個(gè)毛細(xì)通道徑向地通向終止于大致環(huán)狀的容器空間的徑向外側(cè)端。氣體和液體的乳狀劑供給到多個(gè)毛細(xì)管通道的徑向內(nèi)側(cè)端。容器的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致氣泡形成在毛細(xì)通道中，且在毛細(xì)管中朝向毛細(xì)管的徑向外側(cè)端壓縮氣泡。壓縮氣泡被收集到被迫使進(jìn)入到環(huán)形容器空間中的液-氣混合物中。壓縮機(jī)排出從環(huán)形容器空間中的氣-液混合物中因浮力出現(xiàn)的氣泡中釋放的壓縮氣體。毛細(xì)管可以是(i)相對(duì)于容器的旋轉(zhuǎn)軸大體上徑向的，(i i)相對(duì)于容器的旋轉(zhuǎn)軸大體上切向的，或(i i i)沿容器的旋轉(zhuǎn)方向向前、或者沿與容器的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向向后連續(xù)彎曲的?？拷萜鞯膹较騼?nèi)側(cè)區(qū)域的氣體和液體入口排出液體和氣體。每個(gè)毛細(xì)管是微通路(micro-channel )，且具有小的、大體上均勻的橫截面，這引起靠近毛細(xì)管的徑向內(nèi)側(cè)部的氣泡的形成。在借助一個(gè)噴射器(該噴射器將氣體噴射到液體中或?qū)⒁后w噴射到氣體中)或渦流發(fā)生器的文丘里注射器將混合物供給到毛細(xì)管之前，創(chuàng)造形成氣-液乳狀劑。來自徑向內(nèi)側(cè)容器腔的所得的乳狀劑被供給到毛細(xì)管。
[0012]乳狀劑經(jīng)由以下之一被供給到毛細(xì)管:從渦流部到毛細(xì)管的大體上徑向通道，從渦流部到毛細(xì)管的切向通道，或從渦流部到毛細(xì)管的文丘里效應(yīng)通道。氣體在等溫過程中被壓縮。壓縮機(jī)等溫地壓縮被毛細(xì)管捕獲的氣泡。
[0013]離心氣體壓縮機(jī)經(jīng)由單個(gè)或經(jīng)由單獨(dú)的入口供給氣體和液體。該容器通過原動(dòng)機(jī)繞其軸線旋轉(zhuǎn)。徑向內(nèi)側(cè)腔中的乳化裝置供應(yīng)氣體和液體，進(jìn)而將乳化的氣-液混合物供給到毛細(xì)管中。乳化裝置包括下述中的一個(gè):噴射器、文丘里注射器或渦流發(fā)生器。在另一個(gè)實(shí)施例中，渦流發(fā)生器是噴射器或文丘里注射器的上游。噴射器或文丘里注射器限定流體地聯(lián)接到毛細(xì)管的多個(gè)毛細(xì)入口通路。每個(gè)毛細(xì)入口通路具有縱向中心線，該縱向中心線大體上與相應(yīng)的毛細(xì)管的縱向中心線對(duì)準(zhǔn)。每個(gè)毛細(xì)管入口通路具有到徑向內(nèi)側(cè)腔敞開的徑向內(nèi)側(cè)末端，且入口可為:垂直于容器的旋轉(zhuǎn)軸線；相切于容器的旋轉(zhuǎn)軸線；或形成為文丘里效應(yīng)通道的流體入口。毛細(xì)管被限定在一些盤中。這些盤彼此靠近地堆疊，與容器同軸。每個(gè)盤的徑向內(nèi)側(cè)邊緣限定毛細(xì)管的徑向內(nèi)側(cè)末端。徑向外側(cè)盤邊緣限定毛細(xì)管的徑向外側(cè)末端，并對(duì)環(huán)形容器空間敞開。
【附圖說明】
[0014]本發(fā)明的進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)可以在結(jié)合附圖時(shí)的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中找至IJ，附圖中:
[0015]圖1示意性示出了離心氣體壓縮機(jī)的一個(gè)基本實(shí)施例；
[0016]圖2示意性示出了離心氣體壓縮機(jī)的一個(gè)基本操作以及用于壓縮所夾帶的氣體以及液體的方法；
[0017]圖3示意性示出了毛細(xì)管中夾帶的被液塞分開的氣泡；
[0018]圖4示意性示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其示出了具有少量毛細(xì)管和通道的離心氣體壓縮機(jī)；
[0019]圖5示意性示出了用于圖4中示出的壓縮機(jī)的外部容器；
[0020]圖6示意性示出了離心氣體壓縮機(jī)的又一實(shí)施例，其中容器具有葉輪盒，該葉輪盒將氣液混合物供給到形成在盤中的毛細(xì)管中，其中盤沿著容器的旋轉(zhuǎn)軸線同軸地堆疊以作為輪疊(wheel stack)；
[0021 ]圖7示意性示出了具有多個(gè)徑向設(shè)置的毛細(xì)通道或管的輪或盤；
[0022]圖8示意性示出了一疊輪(盤)，每個(gè)盤限定一定數(shù)量的徑向毛細(xì)管；
[0023]圖9示意性示出了兩個(gè)輪或盤的小弧段(約2-3度)以及盤中的徑向毛細(xì)管或通道；
[0024]圖1OA和圖1OB不意性不出了較小直徑的壓縮機(jī)盤(圖6到圖9不出了大直徑的壓縮機(jī))，其中圖1OA沒有示出壓縮機(jī)盤徑向內(nèi)側(cè)的葉輪或乳化裝置，也沒有示出將氣液混合物供給到壓縮機(jī)盤的毛細(xì)管的葉輪；
[0025]圖1lA和圖1lB示意性示出了具有渦流發(fā)生器和毛細(xì)入口通路的葉輪(乳化裝置)，以及通向徑向設(shè)置的毛細(xì)通道或管(毛細(xì)通道主要由壓縮盤限定)的入口通路；
[0026]圖12示意性示出了在相對(duì)于容器的旋轉(zhuǎn)軸線的切線角度具有毛細(xì)入口噴嘴的葉輪(乳化裝置)；
[0027]圖13A、圖13B和圖13C示意性說明了插入在第一毛細(xì)通路與第二毛細(xì)通路之間的文丘里噴射裝置(另一乳化裝置)，其中第二毛細(xì)通路通向徑向設(shè)置的毛細(xì)通道；
[0028]圖14示意性示出具有上游渦流發(fā)生器和噴射器噴射組或文丘里注射器組的乳化裝置，其中，來自徑向內(nèi)側(cè)供給腔的液體被噴射到空氣或氣體空間(或間隙)，隨后被迫使進(jìn)入示意性示出的毛細(xì)管的內(nèi)側(cè)末端；
[0029]圖15A和圖15B示意性示出了具有雙壁篩網(wǎng)的另一乳化裝置(圖15B中的雙壁篩網(wǎng)的外篩網(wǎng)壁形成為具有螺旋、突出篩網(wǎng)波動(dòng)部分的渦流發(fā)生器，參見圖15B中具有突出篩網(wǎng)波動(dòng)部分的示意性橫截面);
[0030]圖15C示意性示出了乳化裝置，其中氣體被供給到在固定的定子中的徑向內(nèi)側(cè)空間，燒結(jié)金屬或其它材料制成的篩網(wǎng)引起氣體的乳化以及將液體供給到圍繞燒結(jié)篩網(wǎng)的環(huán)形空間，因此乳化的氣液混合物被供給到毛細(xì)管的徑向內(nèi)側(cè)端口 ；
[0031]圖16