[发明专利]集成有毛细管道气体压缩机的能量回收循环涡轮

说明书

具有旋转中空壳体和独立旋转涡轮的离心气体压缩机，该离心压缩机在毛细管道中压缩气泡，并且从液体排出件(有时候为液体回收器)中回收能量。壳体可旋转地保持具有涡轮的内部阀芯。输入毛细管的气液乳液在径向远端环形区域处生成压缩的气液乳液，该环形区域位于阀芯内的环形湖中。压缩的气体离开湖并被排出。溢出液体的涡轮动叶边缘驱动涡轮，将角速度/角动量转化为轴扭矩作为回收能量。动叶捕获的液体被回收到毛细管输入口。

技术领域

本发明涉及将能量回收涡轮子系统集成到气体压缩机中的方法和系统，利用压缩机旋转主壳体生成和包含的离心力，该气体压缩机使用微通道毛细管道来压缩毛细管道中夹带的气体，其中能量回收涡轮相对于旋转主壳体独立旋转。本发明还涉及不包括能量回收的液体循环气体压缩机。

背景技术

气体压缩机用于在消费市场(为篮球、玩具和轮胎充气)和工业市场(液化气体、压缩气体以用于运输燃料、用于为气动工具提供动力以及用于将天然气从井口分配给用户)中的很多项目。

现有技术的商用气体压缩机的效率低，主要由于实用性需要气体快速压缩。快速压缩使得在压缩过程中几乎无法散发压缩热量。在压缩过程中固有的升温(这里称为“压缩热量”)要求原动机所做的物理功比在同样过程中完全立即去除“压缩热量”时所做的功多了高达100％。通常，原动机是内燃机或电动机。很少或没有去除压缩热量的快速压缩过程被称为绝热压缩。大多数现有的压缩机采用绝热压缩循环或半绝热压缩循环。随着压缩机最终目标压力的增加，由压缩热量引起的能量或功的损失增加。这就是为什么使用多级压缩(其间具有中间冷却器)来达到较高的最终压力。

如果在压缩气体仍然热的时候迅速使用该压缩气体，则压缩气体的功势大致相当于压缩气体所需的功。然而，大多数的压缩气体都储存在非绝缘的压力容器中，压缩气体和使用气体之间的时间使得保留气体中的热量显得不切实际。因此，用于在压缩气体时克服压缩热量的这50-100％的额外功是损失或浪费。在立即去除所有压缩热量时进行的压缩称为等温压缩。如果能够实现等温压缩，将气体压缩至给定压力所需的能量理论上能够减少将近一半。换句话说，用相同的能量成本或金钱成本能够生产两倍的压缩气体量。历史上，等温压缩是不实际的或不可能实现的，因为在实际使用时从压缩气体中去除压缩热量需要太多的时间和/或内部传热表面积。

一种现有技术压缩机证明了快速等温压缩，其为泰勒(Taylor)1908年获得的美国专利，专利号为892,772。泰勒的772号公开了液压空气压缩机，该压缩机利用了注入数百万个微小球形气泡的下落水柱。当水柱从特定高度落下时，水中的气泡被压缩。泰勒的772号系统采用70英尺(约21米)的压头差，产生约128psi(磅/平方英寸)的压力，以驱动5000-6000马力的等温压缩机。

为了使液压气泡、等温压缩机具有便携性和实用性，彻丽(Cherry)等人于2014年5月19日提交了美国专利申请，专利申请公开号为20150023807(彻丽的807)，序列号为14/280780(其内容通过引用并入文中)，该申请公开了使用离心力将水柱的物理尺寸缩小至少1000倍，从而达到了工业压力。离心力作用于液体段塞之间夹带的气泡，液体段塞通过径向、切向或连续弯曲的毛细压缩管道沿径向(远离旋转轴线)向外移动。将压缩的气体收集在环形增压气体分离和储存腔内，以便收集后供工业使用。通过内侧乳化装置将气液乳液输入毛细压缩管道。该乳化装置可包括涡流发生器、喷射器或文丘里注射器，都将气液混合物输入毛细管道的内侧端。毛细管道形成为一系列圆盘，同轴地堆叠，并且圆盘外端朝环形空间敞开。

彻丽等人于2015年9月23日提交的美国专利申请，专利申请序列号为62/222261(彻丽的261)，(其内容通过引用并入文中)，公开了对彻丽等人在807中公开的装置和方法的改进，彻丽等人的807使用了定向限流技术以确保乳液流过离心式气泡压缩机的毛细压缩管道，其只能沿径向向外移动。