CN104806525A - 变界流体机构内燃空气压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变界流体机构内燃空气压缩机,包括变界容积流体机构,两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构串联连通构成多级压缩单元的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构串联连通构成多级膨胀单元的一部分,所述多级压缩单元经燃烧室与所述多级膨胀单元连通,所述多级压缩单元与所述多级膨胀单元联动设置,在所述多级压缩单元的级间和/或在所述多级压缩单元与所述燃烧室之间设压缩空气导出口。本发明所述变界流体机构内燃空气压缩机的能耗低、功率大且成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及热能与动力领域,尤其是一种变界流体机构内燃空气压缩机。
背景技术
空气压缩机应用十分广泛,但是均需要独立的动力系统对其输入动力以完成对空气的压缩,虽然有空气压缩机与内燃机共轴设置的方案,但是空气压缩单元和动力单元之间的空气气流是相互独立的。众所周知,对于空气压缩机和内燃机来说空气流量的增加会提高系统的效率。因此,如果能够发明一种热动力单元和空气压缩单元共用或部分共用同一空气气流的空气压缩机,必将简化系统,提高效率。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出的技术方案如下:
方案1:一种变界流体机构内燃空气压缩机,包括变界容积流体机构,两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构串联连通构成多级压缩单元的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构串联连通构成多级膨胀单元的一部分,所述多级压缩单元经燃烧室与所述多级膨胀单元连通,所述多级压缩单元与所述多级膨胀单元联动设置,在所述多级压缩单元的至少一个级间和/或在所述多级压缩单元与所述燃烧室之间设压缩空气导出口。
方案2:一种变界流体机构内燃空气压缩机,包括变界容积流体机构,两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构串联连通构成多级压缩单元的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构串联连通构成多级膨胀单元的一部分,所述多级压缩单元经燃烧室与所述多级膨胀单元连通,所述多级压缩单元与所述多级膨胀单元联动设置,在所述多级压缩单元中的至少一个所述变界容积流体机构的压缩气体出口处设压缩空气导出口。
方案3:一种变界流体机构内燃空气压缩机,包括变界容积流体机构,两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构串联连通构成多级压缩单元的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构串联连通构成多级膨胀单元的一部分,所述多级压缩单元经燃烧室与所述多级膨胀单元连通,所述多级压缩单元与所述多级膨胀单元联动设置,在所述多级压缩单元中的至少一个所述变界容积流体机构上设压缩空气导出口。
方案4:在方案1的基础上,进一步使所述变界流体机构内燃空气压缩机还包括叶轮压气机和透平,所述叶轮压气机的压缩空气出口与所述多级压缩单元的空气入口连通,所述多级膨胀单元的工质出口与所述透平的工质入口连通。
方案5:在方案2的基础上,进一步使所述变界流体机构内燃空气压缩机还包括叶轮压气机和透平,所述叶轮压气机的压缩空气出口与所述多级压缩单元的空气入口连通,所述多级膨胀单元的工质出口与所述透平的工质入口连通。
方案6:在方案3的基础上,进一步使所述变界流体机构内燃空气压缩机还包括叶轮压气机和透平,所述叶轮压气机的压缩空气出口与所述多级压缩单元的空气入口连通,所述多级膨胀单元的工质出口与所述透平的工质入口连通。
方案7:一种变界流体机构内燃空气压缩机,包括变界容积流体机构,两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构串联连通构成多级压缩单元的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构串联连通构成多级膨胀单元的一部分,所述多级压缩单元经燃烧室与所述多级膨胀单元连通,所述多级压缩单元与所述多级膨胀单元联动设置,所述多级压缩单元的空气入口与叶轮压气机的压缩空气出口连通,所述多级膨胀单元的工质出口与透平的工质入口连通,所述透平与所述叶轮压气机联动设置,在所述叶轮压气机的压缩气体出口处设压缩空气导出口。
方案8:在方案1至7中任一方案的基础上,进一步在所述多级压缩单元的级间设排热器。
方案9:在方案1至7中任一方案的基础上,进一步在所述多级压缩单元上设排热器。
方案10:在方案1至7中任一方案的基础上,使所述变界容积流体机构设为滑片式流体机构、贯穿滑片式流体机构、滚动活塞式流体机构或设为摆动转子式流体机构。
方案11:在方案1至7中任一方案的基础上,进一步使所述多级压缩单元中的所述变界容积流体机构和所述多级膨胀单元中的所述变界容积流体机构设置为不同的变界容积流体机构。
方案12:在方案1至7中任一方案的基础上,进一步使所述变界流体机构内燃空气压缩机还包括发电机,所述变界流体机构内燃空气压缩机与所述发电机联动设置。
方案13:在方案1至7中任一方案的基础上,进一步使所述压缩空气导出口和储气罐连通。
方案14:在方案1至6中任一方案的基础上,进一步使所述多级膨胀单元所产生的功率等于所述多级压缩单元所消耗的功率和所述压缩空气导出口所导出的压缩空气所需要的功率的和。
方案15:在方案1至6中任一方案的基础上,进一步使所述多级膨胀单元所产生的功率大于所述多级压缩单元所消耗的功率和所述压缩空气导出口所导出的压缩空气所需要的功率的和。
方案16:在方案1至7中任一方案的基础上,在所述多级压缩单元中,所有所述变界容积流体机构中的至少一对相邻的两个所述变界容积流体机构的相位不同,使此两个所述变界容积流体机构中至少一个所述变界容积流体机构在任何情况下其气体入口和气体出口处于非连通状态。
方案17:在方案1至7中任一方案的基础上,在所述多级膨胀单元中,所有所述变界容积流体机构中的至少一对相邻的两个所述变界容积流体机构的相位不同,使此两个所述变界容积流体机构中至少一个所述变界容积流体机构在任何情况下其气体入口和气体出口处于非连通状态。
方案18:在方案16的基础上,在所述多级膨胀单元中,所有所述变界容积流体机构中的至少一对相邻的两个所述变界容积流体机构的相位不同,使此两个所述变界容积流体机构中至少一个所述变界容积流体机构在任何情况下其气体入口和气体出口处于非连通状态。
方案19:在方案1至7中任一方案的基础上,进一步使所述多级压缩单元与所述多级膨胀单元经变速机构联动设置。
本发明中,所谓的“变界容积流体机构”是指一切流体进入区内的运动件的表面和流体流出区内的运动件的表面不同的容积型流体机构,也就是说,所谓的“变界容积流体机构”是由旋转运动件形成容积变化的一切容积型流体机构,例如,滑片泵、滑片式机构(例如,滑片式压缩机或滑片式膨胀机)、偏心转子机构(例如,偏心转子压缩机或偏心转子膨胀机)、液环式机构(例如,液环式压缩机或液环式膨胀机)、罗茨式机构(例如,罗茨式压缩机或罗茨式膨胀机)、螺杆式机构(例如,螺杆式压缩机或螺杆式膨胀机)、旋转活塞式机构(例如,旋转活塞式压缩机或旋转活塞式膨胀机)、滚动活塞式机构(例如,滚动活塞式压缩机或滚动活塞式膨胀机)、摆动转子式机构(例如,摆动转子式压缩机或摆动转子式膨胀机)、单工作腔滑片式机构(例如,单工作腔滑片式压缩机或单工作腔滑片式膨胀机)、双工作腔滑片式机构(例如,双工作腔滑片式压缩机或双工作腔滑片式膨胀机)、贯穿滑片式机构(例如,贯穿滑片式压缩机或贯穿滑片式膨胀机)、齿轮流体机构(例如,齿轮压缩机或齿轮膨胀机)和转缸滚动活塞机构(例如,转缸滚动活塞压缩机或转缸滚动活塞膨胀机)等。所述变界容积流体机构可选择性地选择包括包括气缸、隔离体和缸内旋转体,且由所述气缸、所述隔离体和所述缸内旋转体三者相互配合形成容积变化的机构。
本发明中,所谓的“空气”包括大气、配方空气及一切其他含有氧气的气体。
本发明中,所谓的“A与B联动设置”是指A与B相互有驱动作用的设置方式,包括共轴设置方式。
本发明中,“所述多级压缩单元与所述多级膨胀单元联动设置”包括所述多级压缩单元与所述多级膨胀单元共轴设置,所述多级压缩单元与所述多级膨胀单元一体化设置以及所述多级膨胀单元对所述多级压缩单元间接输出动力等一切所述多级膨胀单元对所述多级压缩单元输出动力的形式,例如所述多级膨胀单元通过变速机构对所述多级压缩单元输出动力。
本发明中,某个数值A以上和某个数值A以下均包括本数A。
本发明人根据热力学的基本原理以及对宇宙现象的观察认为:在没有外部因素影响的前提下,热不可能百分之百的转换成其它任何形式的能量或物质。传统热力学第二定律中只阐述了在没有外部因素影响的前提下,热不能百分之百的转换成功,这一定律是正确的,但又是片面的。可以用通俗的语言将热定义为能量的最低形式,或者简称为宇宙的垃圾。经分析,本发明人还认为:任何生物(动物、植物、微生物、病毒和细菌)的生长过程都是放热的。经分析,本发明人还认为:任何一个过程或任何一个循环(不局限于热力学过程,例如化学反应过程、生物化学反应过程、光化学反应过程、生物生长过程、植物生长过程都包括在内)其最大做功能力守恒,本发明人认为没有光合作用的植物生长过程是不能提高其做功能力的,也就是说,豆芽的做功能力是不可能高于豆子的做功能力加上其吸收的养分的做功能力之和;之所以一棵树木的做功能力要大于树苗的做功能力,是因为阳光以光合作用的形式参与了由树苗到树木的生长过程。
本发明人认为:热机工作的基本逻辑是收敛-受热-发散。所谓收敛是工质的密度的增加过程,例如冷凝、压缩均属收敛过程,在同样的压力下,温度低的工质收敛程度大;所谓受热就是工质的吸热过程;所谓发散是指工质的密度降低的过程,例如膨胀或喷射。任何一个发散过程都会形成做功能力的降低,例如,气态的空气的做功能力要远远低于液态空气的做功能力;甲醇加水加中等温度的热生成一氧化碳和氢气,虽然所生成的一氧化碳和氢气的燃烧热大于甲醇的燃烧热20%左右,但其做功能力大于甲醇的做功能力的比例则微乎其微,其原因在于这一过程虽然吸了20%左右的热,但是生成物一氧化碳和氢气的发散程度远远大于甲醇。因此,利用温度不高的热参加化学反应是没有办法有效提高生成物的做功能力的。
本发明人认为:距离增加是熵增加的过程,冷热源之间的距离也影响效率,距离小效率高,距离大效率低。
本发明中,应根据热能与动力领域的公知技术,在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。
本发明的有益效果如下:本发明所述变界流体机构内燃空气压缩机的能耗低、功率大且成本低廉。
附图说明
图1所示的是本发明实施例1的结构示意图;
图2所示的是本发明实施例2的结构示意图;
图3所示的是本发明实施例3的结构示意图;
图4所示的是本发明实施例4的结构示意图;
图5所示的是本发明实施例5的结构示意图;
图6所示的是本发明实施例6的结构示意图;
图7所示的是本发明实施例7的结构示意图;
图8所示的是本发明实施例8的结构示意图;
图9所示的是本发明实施例9的结构示意图;
图10所示的是本发明实施例10的结构示意图;
图11所示的是本发明实施例11的结构示意图。
图中:
1变界容积流体机构;2多级压缩单元;3多级膨胀单元;4燃烧室;5压缩空气导出口;6排热器;7发电机;8叶轮压气机;9透平;10储气罐。
具体实施方式
实施例1
一种变界流体机构内燃空气压缩机,如图1所示,包括变界容积流体机构1,两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构1串联连通构成多级压缩单元2的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构1串联连通构成多级膨胀单元3的一部分,所述多级压缩单元2经燃烧室4与所述多级膨胀单元3连通,所述多级压缩单元2与所述多级膨胀单元3联动设置,在所述多级压缩单元2的至少一个级间设压缩空气导出口5。
实施例2
一种变界流体机构内燃空气压缩机,如图2所示,与实施例1的区别在于:所述压缩空气导出口5设在所述多级压缩单元2与所述燃烧室4之间。
实施例3
一种变界流体机构内燃空气压缩机,如图3所示,与实施例1的区别在于:在所述多级压缩单元2的至少一个级间和在所述多级压缩单元2与所述燃烧室4之间分别设压缩空气导出口5。
实施例4
一种变界流体机构内燃空气压缩机,如图4所示,包括变界容积流体机构1,两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构1串联连通构成多级压缩单元2的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构1串联连通构成多级膨胀单元3的一部分,所述多级压缩单元2经燃烧室4与所述多级膨胀单元3连通,所述多级压缩单元2与所述多级膨胀单元3联动设置,在所述多级压缩单元2中的至少一个所述变界容积流体机构1的压缩气体出口处设压缩空气导出口5。
实施例5
一种变界流体机构内燃空气压缩机,如图5所示,包括变界容积流体机构1,两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构1串联连通构成多级压缩单元2的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构1串联连通构成多级膨胀单元3的一部分,所述多级压缩单元2经燃烧室4与所述多级膨胀单元3连通,所述多级压缩单元2与所述多级膨胀单元3联动设置,在所述多级压缩单元2中的至少一个所述变界容积流体机构1上设压缩空气导出口5。
实施例6
一种变界流体机构内燃空气压缩机,如图6所示,与实施例1的区别在于:所述变界流体机构内燃空气压缩机还包括叶轮压气机8和透平9,所述叶轮压气机8的压缩空气出口与所述多级压缩单元2的空气入口连通,所述多级膨胀单元3的工质出口与所述透平9的工质入口连通。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例5及其可变换的实施方式均可选择性地进一步使所述变界流体机构内燃空气压缩机还包括叶轮压气机8和透平9,所述叶轮压气机8的压缩空气出口与所述多级压缩单元2的空气入口连通,所述多级膨胀单元3的工质出口与所述透平9的工质入口连通。
实施例7
一种变界流体机构内燃空气压缩机,如图7所示,包括变界容积流体机构1,两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构1串联连通构成多级压缩单元2的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构1串联连通构成多级膨胀单元3的一部分,所述多级压缩单元2经燃烧室4与所述多级膨胀单元3连通,所述多级压缩单元2与所述多级膨胀单元3联动设置,所述多级压缩单元2的空气入口与叶轮压气机8的压缩空气出口连通,所述多级膨胀单元3的工质出口与透平9的工质入口连通,所述透平9与所述叶轮压气机8联动设置,在所述叶轮压气机8的压缩气体出口处设压缩空气导出口5。
具体实施时,所述透平9与所述叶轮压气机8可以共轴设置,也可以通过变速机构实现联动的功能。
实施例8
一种变界流体机构内燃空气压缩机,如图8所示,在实施例2的基础上,进一步在所述多级压缩单元2的级间设排热器6。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例7及其可变换的实施方式均可进一步在所述多级压缩单元2的级间设排热器6。
实施例9
一种变界流体机构内燃空气压缩机,如图9所示,在实施例2的基础上,进一步在所述多级压缩单元2上设排热器6。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例7及其可变换的实施方式均可进一步在所述多级压缩单元2上设排热器6。
实施例10
一种变界流体机构内燃空气压缩机,如图10所示,在实施例1的基础上,进一步使所述变界流体机构内燃空气压缩机还包括发电机7,并使所述变界流体机构内燃空气压缩机与所述发电机7联动设置。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例7及其可变换的实施方式均可进一步使所述变界流体机构内燃空气压缩机还包括发电机7,并使所述变界流体机构内燃空气压缩机与所述发电机7联动设置。
实施例11
一种变界流体机构内燃空气压缩机,如图11所示,在实施例2的基础上,进一步使所述压缩空气导出口5和储气罐10连通。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例10及其可变换的实施方式均可进一步使所述压缩空气导出口5和储气罐10连通。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例10及其可变换的实施方式均可进一步所述多级压缩单元2中的所述变界容积流体机构1和所述多级膨胀单元3中的所述变界容积流体机构1设置为不同的变界容积流体机构1。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例11及其可变换的实施方式中所述变界容积流体机构1均可选择性地设为滑片式流体机构、贯穿滑片式流体机构、滚动活塞式流体机构或设为摆动转子式流体机构。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例11及其可变换的实施方式中所述多级膨胀单元3所产生的功率大于或等于所述多级压缩单元2所消耗的功率和所述压缩空气导出口5所导出的压缩空气所需要的功率的和。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例11及其可变换的实施方式中,在所述多级压缩单元2中,所有所述变界容积流体机构1中的至少一对相邻的两个所述变界容积流体机构1的相位不同,使此两个所述变界容积流体机构1中至少一个所述变界容积流体机构1在任何情况下其气体入口和气体出口处于非连通状态。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例11及其可变换的实施方式中,在所述多级膨胀单元3中,所有所述变界容积流体机构1中的至少一对相邻的两个所述变界容积流体机构1的相位不同,使此两个所述变界容积流体机构1中至少一个所述变界容积流体机构1在任何情况下其气体入口和气体出口处于非连通状态。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例11及其可变换的实施方式中,在所述多级压缩单元2中,所有所述变界容积流体机构1中的至少一对相邻的两个所述变界容积流体机构1的相位不同,使此两个所述变界容积流体机构1中至少一个所述变界容积流体机构1在任何情况下其气体入口和气体出口处于非连通状态;同时,使在所述多级膨胀单元3中,所有所述变界容积流体机构1中的至少一对相邻的两个所述变界容积流体机构1的相位不同,使此两个所述变界容积流体机构1中至少一个所述变界容积流体机构1在任何情况下其气体入口和气体出口处于非连通状态。
作为可变换的实施方式,实施例1至实施例11及其可变换的实施方式中,可进一步使所述多级压缩单元2与所述多级膨胀单元3经变速机构联动设置。
作为可变换的实施方式,上述实施例中,作为多级压缩单元2的基本单元的变界容积流体机构1的级数可以根据实际的需要或工况设定;
作为可变换的实施方式,上述实施例中,作为多级膨胀单元3的基本单元的变界容积流体机构1的级数可以根据实际的需要或工况设定。
作为可变换的实施方式,本发明的上述所有实施方式中,所述多级膨胀单元通过变速机构对所述多级压缩单元输出动力。
作为可变换的实施方式,本发明的上述所有实施方式中,所述多级压缩单元2可以改设为两级或四级以上。
作为可以变换的实施方式,本发明的上述所有实施方式中,所述多级膨胀单元3可以改设为两级或四级以上。
显然,本发明不限于以上实施例,根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案,可以推导出或联想出许多变型方案,所有这些变型方案,也应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种变界流体机构内燃空气压缩机,包括变界容积流体机构(1),其特征在于:两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构(1)串联连通构成多级压缩单元(2)的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构(1)串联连通构成多级膨胀单元(3)的一部分,所述多级压缩单元(2)经燃烧室(4)与所述多级膨胀单元(3)连通,所述多级压缩单元(2)与所述多级膨胀单元(3)联动设置,在所述多级压缩单元(2)的至少一个级间和/或在所述多级压缩单元(2)与所述燃烧室(4)之间设压缩空气导出口(5)。
2.一种变界流体机构内燃空气压缩机,包括变界容积流体机构(1),其特征在于:两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构(1)串联连通构成多级压缩单元(2)的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构(1)串联连通构成多级膨胀单元(3)的一部分,所述多级压缩单元(2)经燃烧室(4)与所述多级膨胀单元(3)连通,所述多级压缩单元(2)与所述多级膨胀单元(3)联动设置,在所述多级压缩单元(2)中的至少一个所述变界容积流体机构(1)的压缩气体出口处设压缩空气导出口(5)。
3.一种变界流体机构内燃空气压缩机,包括变界容积流体机构(1),其特征在于:两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构(1)串联连通构成多级压缩单元(2)的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构(1)串联连通构成多级膨胀单元(3)的一部分,所述多级压缩单元(2)经燃烧室(4)与所述多级膨胀单元(3)连通,所述多级压缩单元(2)与所述多级膨胀单元(3)联动设置,在所述多级压缩单元(2)中的至少一个所述变界容积流体机构(1)上设压缩空气导出口(5)。
4.如权利要求1所述变界流体机构内燃空气压缩机,其特征在于:所述变界流体机构内燃空气压缩机还包括叶轮压气机(8)和透平(9),所述叶轮压气机(8)的压缩空气出口与所述多级压缩单元(2)的空气入口连通,所述多级膨胀单元(3)的工质出口与所述透平(9)的工质入口连通。
5.如权利要求2所述变界流体机构内燃空气压缩机,其特征在于:所述变界流体机构内燃空气压缩机还包括叶轮压气机(8)和透平(9),所述叶轮压气机(8)的压缩空气出口与所述多级压缩单元(2)的空气入口连通,所述多级膨胀单元(3)的工质出口与所述透平(9)的工质入口连通。
6.如权利要求3所述变界流体机构内燃空气压缩机,其特征在于:所述变界流体机构内燃空气压缩机还包括叶轮压气机(8)和透平(9),所述叶轮压气机(8)的压缩空气出口与所述多级压缩单元(2)的空气入口连通,所述多级膨胀单元(3)的工质出口与所述透平(9)的工质入口连通。
7.一种变界流体机构内燃空气压缩机,包括变界容积流体机构(1),其特征在于:两个以上排量依次减少的所述变界容积流体机构(1)串联连通构成多级压缩单元(2)的一部分,两个以上排量依次增加的所述变界容积流体机构(1)串联连通构成多级膨胀单元(3)的一部分,所述多级压缩单元(2)经燃烧室(4)与所述多级膨胀单元(3)连通,所述多级压缩单元(2)与所述多级膨胀单元(3)联动设置,所述多级压缩单元(2)的空气入口与叶轮压气机(8)的压缩空气出口连通,所述多级膨胀单元(3)的工质出口与透平(9)的工质入口连通,所述透平(9)与所述叶轮压气机(8)联动设置,在所述叶轮压气机(8)的压缩气体出口处设压缩空气导出口(5)。
8.如权利要求1至7中任一项所述变界流体机构内燃空气压缩机,其特征在于:在所述多级压缩单元(2)的级间设排热器(6)。
9.如权利要求1至7中任一项所述变界流体机构内燃空气压缩机,其特征在于:在所述多级压缩单元(2)上设排热器(6)。
10.如权利要求1至7中任一项所述变界流体机构内燃空气压缩机,其特征在于:所述变界容积流体机构(1)设为滑片式流体机构、贯穿滑片式流体机构、滚动活塞式流体机构或设为摆动转子式流体机构。
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