TWI695145B - 高密度空氣的製造方法及利用方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種不會無意義地提高壓力及溫度並且能夠有效率地製造高密度空氣之方法。

本發明所揭示之高密度空氣的製造方法係將細微水粒W與原料空氣A混合來生成比該原料空氣A更低壓的含水空氣A1，藉由對該含水空氣A1補足與上述原料空氣A的氣壓之壓差，一邊促進該含水空氣A1內的細微水粒W之氣化，一邊縮小同含水空氣A1的體積來製造高密度空氣A2。

Description

高密度空氣的製造方法及利用方法
本發明係關於一種高密度空氣的製造方法及利用該製造方法所製造而成的高密度空氣之利用方法。
習知技術中，作為對包含空氣的氣體進行高密度化的方法，係使用壓縮機等的壓縮裝置強制地對氣體進行壓縮之方法為眾人所周知，在該方法中，伴隨對氣體之壓縮會產生熱而對壓縮裝置造成龐大的負擔。
下述專利文獻1揭示有下述方法，關於一種使用壓縮裝置強制地對氣體進行壓縮之方法，作為該壓縮裝置係使用水循環式空氣壓縮機，藉由循環水將壓縮裝置本身冷卻來減輕施加在壓縮裝置的負擔。
另外，下述專利文獻2揭示有下述方法，關於一種使用壓縮裝置強制地對合成氣體進行壓縮之方法，作為該壓縮裝置係使用能夠同時地進行合成氣體的壓縮與冷卻之熱動力學壓縮機，藉由將水作為冷卻材料直接注入該熱動力學壓縮機一邊冷卻合成氣體一邊對其進行壓縮，來減輕施加在壓縮裝置的負擔。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]特開2007-162485號公報
[專利文獻2]特表2011-504447號公報
然而，在上述各專利文獻的方法中，會因為對氣體經由強制性壓縮所獲得的熱能進行冷卻而失去一部分，使得效率較差。
本發明係提供一種廢棄強制性地壓縮原料空氣之步驟的效率良好地製造高密度空氣的方法，並且提供一種有效率地利用藉由該製造方法所製造而成的高密度空氣所具有的能量之方法。
彙總上述內容，本發明所揭示之高密度空氣的製造方法係將細微水粒與原料空氣混合來生成比該原料空氣更低壓的含水空氣，再藉由對該含水空氣補足與上述原料空氣之壓力的壓差，一邊促進該含水空氣內的細微水粒之氣化，一邊縮小同含水空氣之體積來製造高密度空氣的方法，其不會無意義地提高壓力及溫度而能夠有效率地製造高密度空氣。
作為補足上述含水空氣的壓力之手段，較佳為使用送風機或壓縮機。
並且，作為藉由上述本發明所揭示之高密度空氣的製造方法所製造而成的高密度空氣之利用方法，係與比該高密度空氣更高壓的蒸氣一起作為外燃機關的作動氣體來利用，使該高密度空氣與蒸氣同時地作用在外燃機關，或是設置時間差使該高密度空氣與蒸氣作用在外燃機關，能夠一邊使上述高密度空氣適當地受讓上述高壓蒸氣的熱能，一邊有效率地使外燃機關動作。
又，將藉由本發明所揭示之高密度空氣的製造方法所製造而成的高密度空氣作為內燃機關的助燃氣體來利用，會達成有效利用高密度且包含較多氧氣的上述高密度空氣。
依據本發明所揭示之高密度空氣的製造方法，能夠效率良好地將空氣高密度化。
並且，依據本發明所揭示之高密度空氣的利用方法，能夠有效地將高密度空氣作用在外燃機關或內燃機關。
1‧‧‧含水空氣生成手段
1a‧‧‧空氣供給手段
1b‧‧‧細微水粒供給手段
2‧‧‧壓差補足手段(送風機或壓縮機)
3‧‧‧貯藏手段
4‧‧‧熱機關(外燃機關或內燃機關)
5‧‧‧蒸氣供給手段
A‧‧‧原料空氣
A1‧‧‧含水空氣
A2‧‧‧高密度空氣
W‧‧‧細微水粒
S‧‧‧蒸氣
第1圖係表示本發明所揭示之高密度空氣的製造裝置 之基本構造例的概略圖。
第2圖係原料空氣、含有水分的空氣及高密度空氣之概略圖。
以下，依據第1圖、第2圖來說明用以實施本發明的最佳之形態。
本發明所揭示之高密度空氣的製造方法係如第1圖所示，首先經由空氣供給手段1a將期望量的原料空氣A供給至具有密閉空間的含水空氣生成手段1內。接著，經由具有噴嘴等的噴出口之細微水粒供給手段1b將多數的細微水粒W噴射至該供給後的原料空氣A，使細微水粒W與該原料空氣A混合。
在本發明中，作為上述原料空氣A係使用包含大氣的常溫常壓之空氣為佳。但，本發明的原料空氣A的溫度及壓力係因應實施可任意設定，而能夠適當地調整。並且，上述細微水粒W係為了增大表面積而盡可能地作成細微的水粒(小滴)，其粒徑或溫度、供給量係藉由原料空氣A的溫度或壓力、供給量等而能夠適當地調整。
如上所述，藉由在含水空氣生成手段1內使細微水粒W與原料空氣A混合來生成含水空氣A1。亦即，混合在原料空氣A內的多數的細微水粒W會與該原料空氣A氣液接觸來一邊奪取同原料空氣A的熱一邊存在於該原料空氣A內，在本發明中，將包含該多數的細微 水粒W之空氣稱為含水空氣A1。
換句話說，上述細微水粒W係形成為下述狀態：將從原料空氣A奪取的熱作為蒸發潛熱一邊保持一邊存在於原料空氣A內。另外，本發明中，在含水空氣A1內會使細微水粒W的一部分氣化，不排除形成為濕蒸氣的情況。
如上所述，含水空氣A1會形成為比原料空氣A更低溫，並且伴隨上述情事會形成為比原料空氣A更低壓。另外，如第2圖所示，含水空氣A1相較於原料空氣A也會使體積更進一步地縮小。
亦即，當原料空氣A的溫度、壓力及體積係分別設為T、P、V(以下相同)，且含水空氣A1的溫度、壓力及體積係分別設為T1、P1、V1(以下相同)時，會形成為：溫度是T>T1，壓力是P>P1，體積是V>V1的關係。
接著，如第1圖所示，上述含水空氣A1係經由壓差補足手段2來補足與原料空氣A的壓力差，亦即補足原料空氣A的壓力P與含水空氣A1的壓力P1之壓差(P1-P)，藉此製造高密度空氣A2。此時，會加壓至原料空氣A原本具有的壓力P為止，相較於強制性壓縮，亦即加壓至比原料空氣A原本所具有的壓力P更高壓的情況，能夠抑制所產生的熱。並且，此時即使因為將含水空氣A1內的細微水粒W氣化，也會抑制所產生的熱。
作為上述壓差補足手段2，係使用壓力風扇、 風扇、鼓風機等的已知的送風機或是已知的壓縮機，一邊補足壓差一邊移送至儲槽等的貯藏手段3。特別是在使用送風機作為壓差補足手段2的情況，能夠有效率地進行上述壓差的補足與上述移送。
雖然如上所述製造而成的高密度空氣A2係形成為比含水空氣A1更高溫高壓，會一邊促進細微水粒W的氣化，一邊如第2圖所示使體積形成比含水空氣A1更小，但壓力係與原料空氣A的壓力相同。
亦即，當高密度空氣A2的的溫度、壓力及體積係分別設為T2、P2、V2(以下相同)時，形成為：溫度是T2>T1，壓力是P=P2>P1，體積是V>V1>V2的關係。另外，原料空氣A的溫度T與高密度空氣A2的溫度T2之關係是藉由所含有的細微水粒W的量或氣化的細微水粒W的量等使兩者相同或使其中一方變高。
並且，製造而成的高密度空氣A2係如下所述，從上述貯藏手段3供給至作為熱機關4的外燃機關或內燃機關來進行利用。
其次，說明關於本發明所揭示之高密度空氣的利用方法。
首先，說明關於將如上所述製造而成的高密度空氣A2當作作為熱機關4的外燃機關，例如已知的蒸氣渦輪等的外燃構造之渦輪、已知的自由活塞、以及已知的旋轉機等的作動氣體進行利用的情況。
該情況，雖然亦可直接將高密度空氣A2作為 作動氣體進行利用，但較佳為與比該高密度空氣A2更高壓的蒸氣S一起進行利用。
亦即，如第1圖所示，當熱機關4為外燃機關的情況時，在將高密度空氣A2供給至該熱機關4時會經由蒸氣供給手段5一起供給蒸氣S。
高密度空氣A2與蒸氣S係同時地作用在外燃機關4。
或是，設置時間差使高密度空氣A2與蒸氣S作用在外燃機關4。詳細而言，藉由高密度空氣A2與蒸氣S的其中一方之氣體使外燃機關4開始動作後，再藉由供給另外一方的氣體使同外燃機關4的動作繼續，能夠利用較低的供給壓力順暢地供給後來供給的氣體(上述另外一方的氣體)。
作為具體例，在供給上述其中一方的氣體時會停止上述另一方的氣體之供給，而在供給上述另一方的氣體時會停止上述其中一方的氣體之供給。或者，當結束上述其中一方的氣體之供給時，會開始同步進行上述另一方的氣體之供給。
藉由使高密度空氣A2為蒸氣S的凝結點且無冷凝的氣體或是蒸氣S的凝固點且無冷凝的氣體，高密度空氣A2會回收蒸氣S所排出的凝結熱或凝固熱，再藉由該熱回收使本身膨脹來將該氣體壓力作用在外燃機關4。因此，高密度空氣A2能夠一邊適當地受讓蒸氣S的熱能，一邊有效地使外燃機關4作動。
另外，在本發明中，在將高密度空氣A2作為外燃機關4的作動氣體進行利用時，不排除因應所需調整高密度空氣A2的溫度、濕度、壓力來進行利用之情形。
其次，說明關於將如上所述製造而成的高密度空氣A2當作作為熱機關4的內燃機關，例如已知的氣體蒸氣渦輪等的內燃構造之渦輪、已知的氫氣引擎、汽油引擎、噴射引擎等的引擎、以及已知的鍋爐等的助燃氣體進行利用的情況。
該情況下，係將高密度空氣A2供給至內燃機關4，並且藉由該內燃機關4的汽缸等進行壓縮來提高燃料的燃燒效率而進行利用。高密度空氣A2係高密度且包含較多氧氣，會有效地提高燃燒效率。並且，高密度空氣A2包含較多蒸氣與細微水粒W，並且該細微水粒W也會氣化而成為蒸氣，再作用於內燃機關。
另外，在本發明中，在將高密度空氣A2作為內燃機關4的助燃氣體進行利用時，也不排除因應所需調整高密度空氣A2的溫度、濕度、壓力來進行利用之情形。
如以上說明，本發明所揭示之高密度空氣的製造方法係不會強制性地壓縮原料空氣A，並且將其與細微水粒W混合來形成含水空氣A1，藉由補足該含水空氣A1的壓力P1與上述原料空氣A的壓力P之壓力的壓差(P1-P)，不會無意義地提高壓力及溫度，因此會消除使一旦上升後的溫度下降造成損失熱能等的能源損失，而能夠 效率良好地製造高密度空氣A2。
並且，只要將藉由上述製造方法所製造而成的高密度空氣A2與比該高密度空氣A2更高壓的蒸氣S一起作為外燃機關的作動氣體進行利用，就能夠有效地使外燃機關作動。
再者，只要將藉由上述製造方法製造而成的高密度空氣A2作為內燃機關的助燃氣體進行利用，就能夠有效地提高內燃機關的燃燒效率。
1‧‧‧含水空氣生成手段
1a‧‧‧空氣供給手段
1b‧‧‧細微水粒供給手段
2‧‧‧壓差補足手段(送風機或壓縮機)
3‧‧‧貯藏手段
4‧‧‧熱機關(外燃機關或內燃機關)
5‧‧‧蒸氣供給手段
A‧‧‧原料空氣
A1‧‧‧含水空氣
A2‧‧‧高密度空氣
W‧‧‧細微水粒
S‧‧‧蒸氣

Claims (7)

  1. 一種高密度空氣的製造方法，其特徵為：將細微水粒與原料空氣混合來生成比該原料空氣更低壓的含水空氣，藉由對該含水空氣補足與上述原料空氣的氣壓之壓差，一邊促進該含水空氣內的細微水粒的氣化，一邊縮小同含水空氣的體積來製造高密度空氣。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之高密度空氣的製造方法，其中，作為補足上述含水空氣的氣壓之手段係使用送風機。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之高密度空氣的製造方法，其中，作為補足上述含水空氣的氣壓之手段係使用壓縮機。
  4. 一種高密度空氣的利用方法，其特徵為：將藉由上述申請專利範圍第1項至第3項任一項所製造而成的高密度空氣與比該高密度空氣更高壓的蒸氣一起作為外燃機關的作動氣體進行利用。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載之高密度空氣的利用方法，其中，使上述高密度空氣與上述蒸氣同時地作用在上述外燃機關。
  6. 如申請專利範圍第4項所記載之高密度空氣的利用方法，其中，設置時間差使上述高密度空氣與上述蒸氣作用在上述外燃機關。
  7. 一種高密度空氣的利用方法，其特徵為：將藉由上述申請專利範圍第1項至第3項任一項所製造而成的高 密度空氣作為內燃機關的助燃氣體進行利用。
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