CN102777252A

CN102777252A - 高压气源压缩系统

Info

Publication number: CN102777252A
Application number: CN2012100823387A
Authority: CN
Inventors: 靳北彪
Original assignee: Molecule Power Beijing Technology Co Ltd
Current assignee: Molecule Power Beijing Technology Co Ltd
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2012-11-14
Also published as: CN202611856U

Abstract

本发明公开了一种高压气源压缩系统，包括射流泵、气体接收通道和高压气体源，所述射流泵上设有射流泵动力气体喷射口、射流泵气体出口和射流泵低压气体入口，所述射流泵气体出口与所述气体接收通道连通，所述射流泵动力气体喷射口与所述高压气体源连通，所述射流泵低压气体入口与气体工质源连通，在所述气体接收通道上设压缩气体工质出口，所述高压气体源内的气体压力大于1MPa。本发明作为发动机的增压系统或压缩系统使用时，大幅度提高了系统的压缩效率。

Description

高压气源压缩系统

技术领域

本发明涉及发动机及压缩领域，尤其涉及一种高压气源压缩系统。

背景技术

无论是在气体压缩领域或在发动机领域，气体压缩是一个十分重要的过程。实现这一过程的机构一般说来有两类，一类是叶轮式压缩方式，另一类是活塞式压缩方式。然而在传统压缩过程中，气体压缩的效率较低，如何提高气体压缩效率是提高压缩气体领域以及发动机领域的节能、环保的重要问题。为此，需要发明一种新的技术方案，以解决这类问题。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高压气源压缩系统，包括射流泵、气体接收通道和高压气体源，所述射流泵上设有射流泵动力气体喷射口、射流泵气体出口和射流泵低压气体入口，所述射流泵气体出口与所述气体接收通道连通，所述射流泵动力气体喷射口与所述高压气体源连通，所述射流泵低压气体入口与气体工质源连通，在所述气体接收通道上设压缩气体工质出口，所述高压气体源内的气体压力大于1MPa。

在所述气体接收通道的气体空间部位上设压缩气体回流口，所述压缩气体回流口经压缩气体回流管与所述射流泵的低压气体区连通，所述压缩气体回流管的气体喷出指向以所述射流泵的射流方向为总体指向。

在所述射流泵动力气体喷射口外套装设置回流高压气体喷射口，在所述气体接收通道的气体空间部位上设压缩气体回流口，所述回流高压气体喷射口经压缩气体回流管与所述压缩气体回流口连通。

包括至少两个由所述射流泵和所述气体接收通道构成的压缩单元，所述压缩单元中的所述射流泵气体出口与所述气体接收通道连通，所述射流泵动力气体喷射口与所述高压气体源连通；所述压缩单元以如下方式多级串联：下一级所述压缩单元的所述射流泵的射流泵低压气体入口与上一级所述压缩单元所述气体接收通道的气体空间部位连通；第一级所述压缩单元的射流泵低压气体入口与所述气体工质源连通；最后一级所述压缩单元的所述气体接收通道上设压缩气体工质出口，所述高压气体源内的气体压力大于1MPa。

所述高压气体源设为由气体液化物源和汽化器构成。

在所述高压气体源和所述射流泵动力气体喷射口之间设高压气源动力涡轮，在所述压缩气体工质出口和所述气体接收通道之间设工质压气机，所述压气源动力涡轮对所述工质压气机输出动力。

在所述射流泵气体出口与所述气体接收通道之间设次级射流泵，所述射流泵气体出口与所述次级射流泵的次级射流泵动力气体喷射口连通，所述次级射流泵的次级射流泵气体出口与所述气体接收通道连通，所述次级射流泵的次级射流泵低压气体入口与所述气体工质源连通。

在所述压缩气体回流管上设压气机。

所述压缩气体工质出口与热动力系统的燃烧室连通。

在所述高压气体源和所述射流泵动力气体喷射口之间设加热器，所述高压气体源经所述加热器与所述射流泵动力气体喷射口连通，所述高压气体源内的高压气体在所述加热器内被加热后进入所述射流泵的射流泵动力气体喷射口以提高引射能力。

在所述气体接收通道上设散热结构，和/或在所述气体接收通道内设冷却器，和/或在所述压缩气体工质出口处设冷却器。

在所述射流泵气体出口与所述气体接收通道之间设冲压管，所述冲压管用于压缩自所述射流泵气体出口喷出的气体。

所述气体接收通道设为冲压管，所述冲压管用于压缩自所述射流泵气体出口喷出的气体。

在所述射流泵气体出口和所述气体接收通道之间，和/或在所述气体接收通道内设动力涡轮。

在所述气体工质源和所述射流泵低压气体入口之间，和/或在所述射流泵低压气体入口处，和/或在所述射流泵的低压气体区内，和/或在所述气体接收通道的气体空间部位内，和/或在所述压缩气体工质出口处设附属压气机。

在所述热动力系统的燃烧室的排气道上设排气动力涡轮。

在所述压缩气体回流管上设压气机，所述排气动力涡轮对所述压气机输出动力。

本发明所公开的高压气源压缩系统中，所述动力涡轮可以对所述压气机（含所述附属压气机）输出动力，也可以不对所述压气机（含所述附属压气机）输出动力。在所述动力涡轮对所述压气机输出动力的结构中，所述动力涡轮可以与所述压气机同轴设置。

本发明所谓的气体工质源是指大气、低压氧气、低压含氧气体或其他气体（如氦气等）等；所谓动力气体是指压缩其他气体的气体，它的压力高于射流泵的低压气体（比如大气）入口处的压力；射流泵上有射流泵低压气体入口、高压气体入口（即射流泵动力气体喷射口）和射流泵气体出口（即高压气体和低压气体混合物出口）。

本发明中，所谓的气体接收通道是指与所述射流泵出口相连通的通道（含腔体），所谓气体接收通道的气体空间部位是指气体接收通道内部的气体所在空间所对应的部位。

本发明中，“所述高压气体源设为由气体液化物源和汽化器构成”是指气体液化物源中的液化气体直接进入所述汽化器吸热形成高压气体，或者气体液化物源中的液化气体经高压液体泵进入所述汽化器吸热形成高压气体，构成高压气体源。

本发明中所谓加热器是指将气体加热的装置或将气体临界化的装置（所谓临界化包括使气体达到临界状态、超临界状态和超超临界状态）。本发明中加热器的设置是利用热能将气体加热形成更大的动力，更高效地将来自气体工质源的气态工质压缩。

本发明所谓的热动力系统是指一切包括燃烧室的热动力系统，例如活塞式发动机，燃气轮机或带燃烧室的喷管等，射流泵通过燃烧室与所述喷管连通。

本发明所谓的冲压管是指冲压发动机中的将高速气体转换成高压气体的进气道。

本发明所公开的高压气源压缩系统中，所述高压气体源内的气体压力大于1.2MPa、1.4MPa、1.6MPa、1.8MPa、2MPa、2.2MPa、2.4MPa、2.6MPa、2.8MPa、3MPa、3.2MPa、3.4MPa、3.6MPa、3.8MPa、4MPa、4.2MPa、4.4MPa、4.6MPa、4.8MPa、5MPa、5.2MPa、5.4MPa、5.6MPa、5.8MPa、6MPa、6.2MPa、6.4MPa、6.6MPa、6.8MPa、7MPa、7.2MPa、7.4MPa、7.6MPa、7.8MPa、8MPa、8.2MPa、8.4MPa、8.6MPa、8.8MPa、9MPa、9.2MPa、9.4MPa、9.6MPa、9.8MPa、10MPa、10.2MPa、10.4MPa、10.6MPa、10.8MPa、11MPa、11.2MPa、11.4MPa、11.6MPa、11.8MPa、12MPa、11MPa、11.2MPa、11.4MPa、11.6MPa、11.8MPa、12MPa、11MPa、11.2MPa、11.4MPa、11.6MPa、11.8MPa、12MPa、11MPa、11.2MPa、11.4MPa、11.6MPa、11.8MPa、12MPa、12.2MPa、12.4MPa、12.6MPa、12.8MPa、13MPa、13.2MPa、13.4MPa、13.6MPa、13.8MPa、14MPa、14.2MPa、14.4MPa、14.6MPa、14.8MPa、15MPa、17MPa、19MPa、21MPa、23MPa或大于25MPa。

本发明所公开的高压气源压缩系统中，在设有多级射流泵的结构中，可以从各级的所述气体接收通道上分别导出压缩气体，并且将套装设置在所述射流泵动力气体喷射口外的所述回流高压气体喷射口设为多层套装结构，根据各级导出的压缩气体的压力的大小，将压力大的压缩气体导入所述多层套装的回流高压气体喷射口的内层，将压力小的压缩气体导入所述多层套装的回流高压气体喷射口的外层，以进一步提高系统的效率。

本发明所公开的高压气源压缩系统中，设置压缩气体回流管的目的是将经射流泵压缩的气体的一部分作为次级动力气体导入所述回流高压气体喷射口，利用被压缩气体减少动力气体和低压气体之间的压力差，以减少能量损失，提高系统的压缩效率。

本发明中，所述压气机可以是叶轮式压气机，也可以是活塞式压气机。

本发明所公开的高压气源压缩系统中的核心部件是射流泵，一般说来射流泵的效率较低约在15%到25%左右，但是由于本发明中采用了所述压气机的气体入口经所述接收通道与所述射流泵的所述射流泵气体出口连通的形式，大幅度提高了系统的压缩效率，特别是在设置所述压缩气体回流管的结构中，可以进一步提高系统的压缩效率。

本发明的有益效果如下：

1、本发明结构简单、制造成本低、可靠性高。

2、本发明作为发动机的增压系统或压缩系统使用时，大幅度提高了系统的压缩效率。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3和图4是本发明实施例3的结构示意图；

图5和图6是本发明实施例4的结构示意图；

图7和图8是本发明实施例5的结构示意图；

图9是本发明实施例6的结构示意图；

图10是本发明实施例7的结构示意图；

图11和图12是本发明实施例8的结构示意图；

图13和图14是本发明实施例9的结构示意图；

图15和图16是本发明实施例10的结构示意图；

图17和图18是本发明实施例11的结构示意图；

图19和图20是本发明实施例12的结构示意图；

图21是本发明实施例13的结构示意图；

图22是本发明实施例14的结构示意图；

其中：1射流泵、2气体接收通道、3压气机、4气体工质源、5高压气体源、101射流泵动力气体喷射口、102射流泵气体出口、103射流泵低压气体入口、201压缩气体工质出口、1100低压气体区、2200气体空间部位、20100压缩气体回流口、20101压缩气体回流管、2007燃烧室、1133加热器、205散热结构、206冷却器、1122冲压管、1022动力涡轮、1221附属压气机、2009排气动力涡轮、100次级射流泵、1001次级射流泵动力气体喷射口、1002次级射流泵气体出口、1003次级射流泵低压气体入口、51气体液化物源、52汽化器。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的高压气源压缩系统，包括射流泵1、气体接收通道2、气体工质源4和高压气体源5，所述射流泵1的射流泵气体出口102与所述气体接收通道2连通，所述高压气体源5与所述射流泵1的射流泵动力气体喷射口101连通，所述射流泵1的射流泵低压气体入口103与所述气体工质源4连通，在所述气体接收通道2上设压缩气体工质出口201，所述高压气体源5内的气体压力大于1MPa。

实施例2

如图2所示的高压气源压缩系统，包括射流泵1、气体接收通道2、气体工质源4和高压气体源5，所述射流泵1的射流泵气体出口102与所述气体接收通道2连通，所述高压气体源5与所述射流泵1的射流泵动力气体喷射口101连通，所述射流泵1的射流泵低压气体入口103与所述气体工质源4连通，在所述气体接收通道2上设压缩气体工质出口201，所述高压气体源5内的气体压力大于2.4MPa，在所述气体接收通道2的气体空间部位2200上设压缩气体回流口20100，所述压缩气体回流口20100经压缩气体回流管20101与所述射流泵1的低压气体区1100连通，所述压缩气体回流管20101的气体喷出指向与所述射流泵1的射流方向为总体指向。

实施例3

如图3和图4所示的高压气源压缩系统，包括射流泵1、气体接收通道2、气体工质源4和高压气体源5，所述射流泵1的射流泵气体出口102与所述气体接收通道2连通，所述高压气体源5与所述射流泵1的射流泵动力气体喷射口101连通，所述射流泵1的射流泵低压气体入口103与所述气体工质源4连通，在所述气体接收通道2上设压缩气体工质出口201，所述高压气体源5内的气体压力大于5.4MPa，在所述射流泵动力气体喷射口101外套装设置回流高压气体喷射口10101，在所述气体接收通道2的气体空间部位2200上设压缩气体回流口20100，所述回流高压气体喷射口10101经压缩气体回流管20101与所述压缩气体回流口20100连通。

实施例4

如图5所示的高压气源压缩系统，包括两个射流泵1、两个气体接收通道2、气体工质源4和高压气体源5，第一个所述射流泵1的射流泵气体出口102与第一个所述气体接收通道2连通，所述高压气体源5与第一个所述射流泵1的射流泵动力气体喷射口101连通，第一个所述射流泵1的射流泵低压气体入口103与所述气体工质源4连通，

第二个所述射流泵1的射流泵气体出口102与第二个所述气体接收通道2连通，所述高压气体源5与第二个所述射流泵1的射流泵动力气体喷射口101连通，第二个所述射流泵1的射流泵低压气体入口103与所述第一个所述气体接收通道2的气体空间部位2200连通，在第二个所述气体接收通道2上设压缩气体工质出口201，所述高压气体源5内的气体压力大于9.2MPa。

根据实际需要，上述串联形式的高压气源压缩系统可以进行扩展，例如图6所示的具有三个射流泵的高压气源压缩系统。

实施例5

如图7和图8所示的高压气源压缩系统，其与实施例2的区别在于：在所述压缩气体回流管20101上设压气机3。

实施例6

如图9所示的高压气源压缩系统，其与实施例1的区别在于：所述压缩气体工质出口201与热动力系统的燃烧室2007连通。

实施例7

如图10所示的高压气源压缩系统，其与实施例1的区别在于：在所述高压气体源5和所述射流泵动力气体喷射口101之间设加热器1133，所述高压气体源5经所述加热器1133与所述射流泵动力气体喷射口101连通，所述高压气体源5内的高压气体在所述加热器1133内被加热后进入所述射流泵1的射流泵动力气体喷射口101以提高引射能力。

实施例8

如图11和12所示的高压气源压缩系统，其与实施例1的区别在于：在所述气体接收通道2上设散热结构205（如图11所示），或在所述气体接收通道2内设冷却器206（如图12所示），选择性的，还可以在所述压缩气体工质出口201处设冷却器206。

当然上述散热结构205和冷却器206也可以同时设置。

实施例9

如图13和图14所示的高压气源压缩系统，其与实施例1的区别在于：在所述射流泵气体出口102与所述气体接收通道2之间设冲压管1122，自所述射流泵气体出口102喷出的气体在所述冲压管1122中被压缩（如图13所示）；或所述气体接收通道2设为冲压管1122，自所述射流泵气体出口102喷出的气体在所述冲压管1122中被压缩（如图14所示）。

实施例10

如图15和16所示的高压气源压缩系统，其与实施例1的区别在于：在所述射流泵气体出口102和所述气体接收通道2之间，和/或在所述气体接收通道2内设动力涡轮1022。

实施例11

如图17和图18所示的高压气源压缩系统，其与实施例1的区别在于：在所述气体工质源4和所述射流泵低压气体入口103之间，和/或在所述射流泵低压气体入口103处，和/或在所述射流泵1的低压气体区1100内，和/或在所述气体接收通道2的气体空间部位2200内，和/或在所述压缩气体工质出口201处设附属压气机1221。

实施例12

如图19和20所示的高压气源压缩系统，其与实施例1的区别在于：在所述热动力系统的燃烧室2007的排气道上设排气动力涡轮2009，所述排气动力涡轮2009对所述压气机3输出动力。

实施例13

如图21所示的高压气源压缩系统，其与实施例1的区别在于：在所述射流泵气体出口102与所述气体接收通道2之间设次级射流泵100，所述射流泵气体出口102与所述次级射流泵100的次级射流泵动力气体喷射口1001连通，所述次级射流泵100的次级射流泵气体出口1002与所述气体接收通道2连通，所述次级射流泵100的次级射流泵低压气体入口1003与所述气体工质源4连通。

实施例14

如图22所示的高压气源压缩系统，其与实施例1的区别在于：所述高压气体源5设为由气体液化物源51和汽化器52构成。在所述高压气体源5和所述射流泵动力气体喷射口101之间设高压气源动力涡轮501，在所述压缩气体工质出口201和所述气体接收通道2之间设工质压气机502，所述压气源动力涡轮501对所述工质压气机502输出动力。

显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员，能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种高压气源压缩系统，包括射流泵（1）、气体接收通道（2）和高压气体源（5），其特征在于：所述射流泵（1）上设有射流泵动力气体喷射口（101）、射流泵气体出口（102）和射流泵低压气体入口（103），所述射流泵气体出口（102）与所述气体接收通道（2）连通，所述射流泵动力气体喷射口（101）与所述高压气体源（5）连通，所述射流泵低压气体入口（103）与气体工质源（4）连通，在所述气体接收通道（2）上设压缩气体工质出口（201），所述高压气体源（5）内的气体压力大于1MPa。

2.如权利要求1所述高压气源压缩系统，其特征在于：在所述气体接收通道（2）的气体空间部位（2200）上设压缩气体回流口（20100），所述压缩气体回流口（20100）经压缩气体回流管（20101）与所述射流泵（1）的低压气体区（1100）连通，所述压缩气体回流管（20101）的气体喷出指向以所述射流泵（1）的射流方向为总体指向。

3.如权利要求1所述高压气源压缩系统，其特征在于：在所述射流泵动力气体喷射口（101）外套装设置回流高压气体喷射口（10101），在所述气体接收通道（2）的气体空间部位（2200）上设压缩气体回流口（20100），所述回流高压气体喷射口（10101）经压缩气体回流管（20101）与所述压缩气体回流口（20100）连通。

4.如权利要求1所述高压气源压缩系统，其特征在于：包括至少两个由所述射流泵（1）和所述气体接收通道（2）构成的压缩单元，所述压缩单元中的所述射流泵气体出口（102）与所述气体接收通道（2）连通，所述射流泵动力气体喷射口（101）与所述高压气体源（5）连通；所述压缩单元以如下方式多级串联：下一级所述压缩单元的所述射流泵（1）的射流泵低压气体入口（103）与上一级所述压缩单元的所述气体接收通道（2）的气体空间部位（2200）连通；第一级所述压缩单元的射流泵低压气体入口（103）与所述气体工质源（4）连通；最后一级所述压缩单元的所述气体接收通道（2）上设压缩气体工质出口（201），所述高压气体源（5）内的气体压力大于1MPa。

5.根据权利要求1、2、3或4所述高压气源压缩系统，其特征在于：所述高压气体源（5）设为由气体液化物源（51）和汽化器（52）构成。

6.根据权利要求1、2、3或4所述高压气源压缩系统，其特征在于：在所述高压气体源（5）和所述射流泵动力气体喷射口（101）之间设高压气源动力涡轮（501），在所述压缩气体工质出口（201）和所述气体接收通道（2）之间设工质压气机（502），所述压气源动力涡轮（501）对所述工质压气机（502）输出动力。

7.根据权利要求1所述高压气源压缩系统，其特征在于：在所述射流泵气体出口（102）与所述气体接收通道（2）之间设次级射流泵（100），所述射流泵气体出口（102）与所述次级射流泵（100）的次级射流泵动力气体喷射口（1001）连通，所述次级射流泵（100）的次级射流泵气体出口（1002）与所述气体接收通道（2）连通，所述次级射流泵（100）的次级射流泵低压气体入口（1003）与所述气体工质源（4）连通。

8.根据权利要求2或3所述高压气源压缩系统，其特征在于：在所述压缩气体回流管（20101）上设压气机（3）。

9.根据权利要求1、2、3或4所述高压气源压缩系统，其特征在于：所述压缩气体工质出口（201）与热动力系统的燃烧室（2007）连通。

10.根据权利要求1、2、3或4所述高压气源压缩系统，其特征在于：在所述高压气体源（5）和所述射流泵动力气体喷射口（101）之间设加热器（1133）。