CN1504705A - 变声速增压气体压缩方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明的变声速增压气体压缩方法与装置，利用气液两相均匀混合体在超音速流动，遇到阻力会发生压力激波的原理，以液态工质引射常(低)压气体，通过变声速增压器，让其成为较高压力的气液混合工质，经冷却介质冷却，成为常温较高压力的气液混合工质，进入贮气(液)罐。液态工质从贮气(液)罐导出，作为引射工质在系统中循环运行。气态工质从贮气(液)罐导出，供气体用户使用。本发明的方法与装置，消耗较少的电能，即可把常(低)压气体压缩成较高压力的气体，且噪声较小。

Description

变声速增压气体压缩方法与装置

本发明涉及一种以变声速增压技术，把常(低)压气体压缩成具有较高压力的气体，并使之用于工业，农业、航海，航天等用气部门的方法与装置。

目前，应用最广泛的气体压缩装置是以电能为动力的气体压缩机。其原则性系统如图1。

在图1所示系统中，常(低)压气体由A端进入压缩机1，经压缩后成为具有较高温度与压力的气体，从压缩机1的出口端输出，进入冷却器2，冷却介质从C端进入冷却器2。冷却介质吸收热量，温度升高后从D端排出。具有较高温度与压力的气体放出热量，温度降低成为常温较高压力气体，从冷却器2的内腔出口端导出，进入贮气罐3。贮气罐3内的常温较高压力的气体由B端导出，供气体用户使用。这种传统的气体压缩方式由于采用压缩机1直接压缩气体，故，电能消耗高，且，压缩机1运行时噪声较大。

本发明的目的在于，对传统的气体压缩方法进行变改。创建一种变声速增压气体压缩方法与相应的装置，以节省气体压缩时的电能消耗与减少噪声。

本发明的目的是通过以下方法来实现的：

利用泵增压技术，对液态工质进行增压处理，使液态工质具备一定压力，凭借该压力让其在变声速增压气体压缩系统中循环运行。

以具有一定压力的常温液态工质引射常(低)压气体，共同进入变声速增压器，并以超音速流动。气液两相流在通过变声速增压器后成为具有较高温度与压力的气液混合体，之后，导入冷却器。

用冷却介质冷却具有较高温度与压力的气液混合体，让其成为常温较高压力的气液混合体，之后，导入贮气(液)罐。

在贮气(液)罐内，液体凭借比重大贮存于罐底，达到与气体分离的目的，液体从贮气(液)罐导出，在系统中循环运行。气体从贮气(液)罐导出，供气体用户使用。

本发明的变声速增压气体压缩系统运行时，贮气(液)罐内的常温液态工质经液态工质加压泵加压后，成为具有一定压力的液态工质。泵入变声速增压器，引射常(低)压气体。气液两相流体在通过变声速增压器后，成为具有较高温度与压力的气液混合体。导入冷却器，与冷却介质进行热交换，放出热量被冷却成常温较高压力的气液混合体。导入贮气(液)罐，经气液分离后，气态工质从贮气(液)罐导出，供气体用户使用。

本发明的变声速增压气体压缩方法与装置。较传统的气体压缩机法可大大节省用于气体压缩时电能的消耗，且运行时噪声较小。

下面结合附图对本发明的变声速增压气体压缩方法与装置进行详细说明。

图1为先有技术中的以电动压缩机为动力的气体压缩方法示意图。

图2为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第一实施例。

图3为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第二实施例。

图4为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第三实施例。

图5为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第四实施例。

图6为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第五实施例。

图7为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第六实施例。

图2为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第一实施例。本发明的变声速增压气体压缩装置包括了——贮气(液)罐，——液态工质加压泵，——变声速增压器和冷却器。

在图2中，标号1表示为贮气(液)罐。贮气(液)罐1的出口与液态工质加压泵2的入口端相接。液态工质输送泵2的出口端与变声速增压器3的入口端相接。加压泵2的功能是将从贮气(液)罐1导出的常温液态工质增压，再将增压后的液态工质导入变声速增压器3。

变声速增压器3的另一个入口端系常(低)压气体入口，其出口端与冷却器4的内腔入口相接。具有一定压力的液态工质进入变声速增压器3，引射常(低)压气体并以超音速流动，使其遭遇阻力，引发压力激波。气液两相流体以较高的压力从变声速增压器3导出，进入冷却器4。

冷却器4内腔的出口端与贮气(液)罐1的入口端相接。其外腔的入口端系冷却介质入口，外腔的出口端系冷却介质出口。具有较高温度与压力的气液混合体通过冷却器4的内腔时，与冷却器4外腔流过的冷却介质进行热交换。冷却介质从冷却器4的B端流入冷却器4的外腔，与内腔通过的具有较高温度的气液混合体进行热交换。冷却介质吸收热量，温度升高，从冷却器4的外腔出口端C导出。气液混合体放出热量，温度降低，从冷却器4内腔的出口端导出，进入贮气(液)罐1。

进入贮气(液)罐1的气液混合体，依据不同的比重，液态工质贮存于罐底部，而气体则贮存于罐的上部。气态工质从贮气(液)罐1上部导出，供气体用户使用。液态工质从贮气(液)罐导出，循环运行。

图3为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第二实施例。

本发明的变声速增压气体压缩装置包括了——贮气(液)罐，——液态工质加压泵——变声速增压器和冷却器。

本实施例的目的是，对传统的气体压缩系统进行改造，用变声速增压气体压缩装置，压缩常(低)压气体，在为用户提供较高压力的气体的同时，又可为用户提供具有较高压力与温度的液态工质。

图3中，标号2为液态工质加压泵，常温液态工质从A端导入液态工质加压泵2的入口，液态工质加压泵2的出口端与变声速增加器3的入口端相接。液态工质经加压泵2加压后，成为具有一定压力的液态工质，导入变声增压器3。

变声速增压器3的另一入口端系常(低)压气体入口，出口端与贮气(液)罐1的入口端相接。具有一定压力的液态工质进入变声速增压器3，引射常(低)压气体，并以超音速流动，使其遭遇阻力，引发压力激波。气液两相流体以较高压力从变声速增压器3导出，进入贮气(液)罐1。

贮气(液)罐1有两个出口端，下部F出口端系具有较高温度与压力的液态工质出口，上部出口端系较高压力的气体出口。较高温度与压力的气液混合工质进入贮气(液)罐1。依据不同的比重，液态工质贮存于罐1底部，而气体则贮存于罐1上部。液态工质从贮气(液)罐1底部F处导出供热用户使用。气体则从贮气(液)罐1顶部导出，进入冷却器4。

冷却器4内腔的出口端系常温高压气体出口。其外腔的入口端系冷却介质入口，外腔的出口端系冷却介质出口。具有较高温度与压力的气体通过冷却器4的内腔时，与冷却器4外腔流过的冷却介质进行热交换。冷却介质从冷却器4的D端流入冷却器4的外腔，与内腔流过的具有较高温度与压力的气体进行热交换。冷却介质吸收热量，温度升高，从冷却器4的外腔出口端C导出。具有较高温度与压力的气体，放出热量，温度降低，成为常温较高压力的气体，从冷却器4内腔的出口端E导出，供气体用户使用。

图4为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第三实施例，本发明的变声速增压气体压缩装置包括了——液态制冷剂贮罐，——液态制冷剂加压泵，——变声速增压器，——冷凝器，——节流阀，——热交换器。

本实施例的目的是，对传统的制冷、空调气体压缩系统进行改造，用变声速增压气体压缩装置压缩常(低)压制冷剂气体，让其具备较高压力，经冷却介质冷却使其冷凝，以确保制冷、空调循环得以继续。

图4中，标号1系液态制冷剂贮罐，常温液态制冷剂从贮液罐1导出，进入液态制剂加压泵2的入口，液态制冷剂加压泵2的出口端与变声速增压器3的入口端相接。液态制冷剂经加压泵2加压后，成为具有一定压力的液态制冷剂，一部分导入节流阀5，一部分导入变声速增加器3。变声速增压器3的另一入口端系常(低)压制冷剂气体入口，出口端与冷凝器4内腔入口端相接。具有一定压力的液态制冷剂进入变声速增压器3，引射常(低)压气体制冷剂，并以超音速流动，使其遭遇阻力，引发压力激波，汽液两相流以较高压力从变声速增压器3导出，进入冷凝器4。

冷凝器4内腔出口端系常温较高压力的液态制冷剂出口。其外腔的入口端系冷却介质入口，外腔的出口端系冷却介质出口。具有较高温度与压力的汽液混合制冷剂通过冷凝器4的内腔时，与冷凝器4外腔流过的冷却介质进行热交换。冷却介质从冷凝器4的C端流入冷凝器4的外腔，与内腔流过的具有较高温度与压力的汽液制冷剂进行热交换。冷却介质吸收热量，温度升高，从冷凝器4的外腔出口端D导出。具有较高温度与压力的汽液制冷剂，放出热量，汽态制冷剂冷凝，与液态制冷剂共同成为具有较高压力的常温液态制冷剂。从冷凝器4内腔的出口端导出，进入液态制冷剂贮罐1。

液态制冷剂贮罐1的出口与液态制冷剂加压泵2的入口端相接。流入液态制冷剂贮罐1的常温液态制冷剂从液态制冷剂贮罐1导出，进入液态制冷剂加压泵2，循环运行。

从液态制冷剂加压泵2的出口端引出一股具有一定压力的常温液态制冷剂，导入节流阀5。节流阀5的出口端与热交换器6内腔入口端相接。具有一定压力的常温液态制冷剂，导入热交换器6。

热交换器6内控的出口端与变声速增压器3的入口端相接，其外腔的入口端系常温载冷剂入口，外腔的出口端系低温载冷剂出口。流经节流阀5成为常温低压的液态制冷剂，在热交换器6内，吸收热量，蒸发，汽化，成为低温低压汽态制冷剂，从热交换器6内腔出口端导出，进入变声速增压器3。常温载冷剂从热交换器6外腔入口端A导入，与从内腔流过的具有较低温度的汽，液制冷剂进行热交换，放出热量，温度降低，成为低温载冷剂，从热交换器6外腔出口端B导出，供冷量用户使用。

本实施例的实施，可在消耗电能较少的情况下，为用户提供冷量，且产生较小的噪声。

图5为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第四实施例，本发明的变声速增压气体压缩装置包括了一蒸汽冷凝热回收器，一液态工质输送泵，一热交换器和一变声速增压器。

在图5中，标号1表示了蒸汽冷凝热回收器。

蒸汽冷凝热回收器1的出口与液态工质输送泵2的入口端相接。液态工质输送泵2的出口端与热交换器3的内腔入口端相接。输送泵2的功能是将从蒸汽冷凝热回收器1出来的具有较高温度的液态工质增压，再将增压后的液态工质泵入热交换器3的内腔。

具有较高温度的液态工质在压力下通过热交换器3的内腔时，与热交换器3的外腔流过的二次常温载热体进行热交换。二次常温载热体从热交换器3的B端流入热交换器3的外腔，与内腔通过的具有较高温度的液态工质进行热量交换。二次常温载热体吸收热量，温度升高，成为具有较高温度的二次载热体，从热交换器3的外腔C端输出，对外供热用户使用。内腔的具有较高温度的液态工质，放出热量，温度降低，成为具有一定压力的常温液态工质，从热交换器3的内腔输出端导入与其相接的变声速增压器4。

变声速增压器4的出口端与蒸汽冷凝热回收器1的上方入口端相接。变声速增压器4还有一个入口是低压蒸汽的输入端。当具有一定压力的常温液态工质通过变声速增压器4时，它作为动力源，引射蒸汽用户排出的低压蒸汽。在变声速增压器4内，汽液两相均匀混合体以超音速流动，使其遭遇阻力，引发压力激波，汽液两相流体以较高的压力从变声速增压器4输出，进入蒸汽冷凝热回收器1。

进入蒸汽冷凝热回收器1的具有较高压力的汽液混合物中的蒸汽，在相应的压力下冷凝，成为具有较高温度的凝结水。同时，放出冷凝热，加热常温液态工质，使其共同成为具有较高温度的液态工质。

以具有较高温度的液态工质为热源，通过液态工质输送泵2把一次热源载热体泵入热交换器3，通过热交换对外输出热量。具有较高温度的液态工质放出热量，成为常温液态工质，从热交换器3流出，进入系统循环运行。

以具有较高温度的液态工质为热源，通过一次热源载热体出口D与E把热量提供给制冷、发电用户及其他热用户。

图6为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第五实施例，本发明的变声速增压气体压缩转置包括了——蒸汽冷凝热回收器，——凝结水泵和变声速增压器。

本实施例的目的是，对传统的发电厂汽轮机排汽冷凝方式进行改变，用一部分汽轮机排汽冷凝热加热另一部分由汽轮机排汽冷凝而成的凝结水，使其共同成为具有较高温度的凝结水，用于锅炉给水，以节省锅炉给水加热、除氧所用蒸汽量。

图6中，标号2为传统发电厂中的汽轮机，其尾部排出的低压蒸汽部分被引出，导入变声速增压器8。另一部分汽轮机2排出的低压蒸汽进入凝汽器4与冷却水进行热交换，放出冷凝热，被冷凝成常温凝结水，经凝结水泵5，泵入变声速增压器8。

变声速增压器8的出口与蒸汽冷凝热回收器9的入口端相接。导入蒸汽冷凝热回收器9的蒸汽在相应压力下冷凝，成为具有较高温度的凝结水，同时，放出冷凝热，加热常温凝结水，使其共同成为具有较高温度的凝结水。

蒸汽冷凝热回收器9的出口端与凝结水泵10的入口端相接。具有较高温度的凝结水经凝结水泵10泵入除氧器6，除氧后由锅炉给水泵7泵入锅炉1，循环使用。

图7为本发明的变声速增压气体压缩方法与装置的第六实施例。本发明的变声速增压气体压缩装置包括了一蒸汽冷凝热回收器，一凝结水泵，一变声速增压器与一低品位热能制冷发电站装置。

本实施例的目的是，对传统的发电厂汽轮机排汽冷凝方式进行变改。用其排汽冷凝热加热除盐水，以其被加热的除盐水为热源对外供热以及供发电厂锅炉用水，以提高发申厂整体热能利用率。

图7中，标号为2的汽轮机，其尾部排出的低压蒸汽不再(或部分)进入凝汽器4，而是通过导出管直接(或部分)进入变声速增压器8。

变声速增压器8的另一入口与低品位热能制冷发电站设备中的蒸发器15的外腔出口端相接。变声速增压器8的出口与蒸汽冷凝热回收器9的入口端相接。

由低品位热能制冷发电站设备蒸发器15外腔导出的具有一定压力的常温脱盐水进入变声速增压器8，引射由汽轮机2尾部排出的低压蒸汽。汽液两相混合体从变声速增压器8导出时，成为具有较高压力的汽液均匀混合体。

汽液均匀混合体进入蒸汽冷凝热回收器9后，蒸汽在相应压力下冷凝，成为具有较高温度的凝结水，同时，放出冷凝热，加热常温除盐水，使其共同成为具有较高温度的除盐水。

蒸汽冷凝热回收器9的出口端与凝结水泵10的入口端相接。凝结水泵有两台，一台凝结水泵10的出口端与除氧器6的入口端相接。另一台凝结水泵10的出口端与蒸发器15外腔的入口端相接。

具有较高温度的除盐水经凝结水泵10泵出，进入除氧器6，经除氧后作为锅炉用水由锅炉给水泵7送入锅炉，循环使用。

具有较高温度的除盐水经凝结水泵10泵出，进入蒸发器15的外腔，与通过内腔的低沸点工质进行热交换。放出热量，温度降低，成为具有一定压力的常温除盐水，从蒸发器15的外腔出口导出，进入变声速增压器8引射低压蒸汽，汽液两相均匀混合体从变声速增压器8导出，进入蒸汽冷凝热回收器9，之后，再循环运行。

本实施例的实施，将使发电厂整休热能利用率提高25％。

上面所介绍的几个实施例，只是利用变声速增压气体压缩方法进行气体压缩的具体实例。当然，普通技术人员在本发明的思想启发之下，不经过创造性的构思，可以得到其他的构形，这些都属于本发明方法与装置的专利保护范围。

(低品位热能制冷发电站装置已获中国发明专利证书，)

(专利号ZL 96 1 111 71.2。)

Claims (8)

1、一种变声速增压气体压缩方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

增压：利用泵增压技术，对液态工质进行增压处理，使液态工质具备一定压力，凭借该压力使其在气体压缩系统中循环运行。

引射：以具有一定压力的常温液态工质，引射常(低)压气体，共同进入变声速增压器，使其共同成为较高压力的气液混合体。

贮存：利用贮气(液)罐贮存常温较高压力的气液混合体，凭借气液比重不同，液态工质贮存于罐底，并使气液分离。

2、一种根据权力要求1的变声速增压气体压缩方法，其特征在于，还包括下述步骤：

冷却：用冷却介质冷却具有较高温度与压力的气液混合体，使其成为常温较高压力的气液混合体。

3、一种根据权力要求2的变声速增压气体压缩方法，其特征在于，还包括以下步骤：引射气态工质的液态工质可以是水，也可以是液态制冷剂，液氨、液氧、液氮、液氢，液态二氧化硫、液态二氧化碳，液态天然气与液态人工煤气等。

4、一种根据权力要求3的变声速增压气体压缩方法，其特征在于，被压缩的气体是空气，也可以是制冷剂气体，氨气、氧气、氮气、氢气、天然气、人工煤气、二氧化硫气体、二氧化碳气体、水蒸汽等。

5、一种根据权力要求4的变声速增压气体压缩方法，其特征在于被压缩的气体用于工业、农业、航海、航空及其他需用高压气体的场所。

6、一种根据权力要求5的变声速增压气体压缩方法，其特征在于，通过冷却器的冷却介质，可以是低温或常温液体，也可以是低温或常温气体。

7、一种根据权力要求6的变声速增压气体压缩方法，其特征在于，既可为气体用户提供压力较高的气体，又可为热用户提供温度较高的热水，用于供热与采暖及供低品位热能制冷发电站作热源与制冷、发电。

8、一种变声速增压气体压缩装置，包括一贮气(液)罐——液态工质输送泵——冷却器。

其特征在于，还包括——变声速增压器。

贮气(液)罐1的出口与液态工质加压泵2的入口端相接，液态工质加压泵2的出口端与变声速增压器3的入口端相接。

变声速增压器3还有一个入口与常(低)压气体相接，变声速增压器3的输出端与冷却器4内腔的入口端相接。

冷却器4的内腔的出口端与贮气(液)罐1的入口相接，冷却器4外腔的输入端为低温或常温冷却介质输入端，输出端为温度有所升高后的冷却介质输出端。

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