[发明专利]压缩方法和装置

说明书

本申请涉及气体的抽吸和压缩领域。

发明背景

用在致冷、空气调节和工业中的气体压缩设备消耗一大部分所产生的 电能。气体抽吸效率(gas pumping efficiency)的增加将导致二氧化碳排放 的减少。以地下或海洋深度的压力隔绝二氧化碳的提议依赖于使用以下压 缩方法，该压缩方法有效并还能克服例如相变和当压缩不纯的气体混合物 时压缩机零件的材料腐蚀问题。压缩机效率的小变化可决定碳隔离是否在 商业上可行。

有效的压缩要求尽可能少的动能施加到气体分子。这暗示气体包(gas packet)应尽可能缓慢地移动通过压缩机，而没有突然的加速。运动的方 向应优选为直线。应没有可能导致形成高速振动的容积突变。由于气体噪 声由气体的动能发起，因此，平滑且轻轻地压缩的压缩机在工作中将是安 静的。

通过泄漏或热传导向后扩散到入口气体或压缩室里较少压缩的气体 的压缩热是压缩机低效而要求额外的做功能量的原因，额外的做功能量等 于进入压缩机之前以及在压缩机里的气体获得的任何增加的热量。一些压 缩热流进压缩机的壁里。因为不能足够迅速地除掉这种热，因此壁保持是 热的，热保持在气体里，且需要的功增加。因此期望，当压缩和加热气体 时，应在气体运动通过压缩机时从气体除掉一些或全部的压缩热。按照惯 例，这是通过冷却压缩机壁或通过注水来完成的。然而，在活塞和汽缸压 缩机中，气体被压缩到由不变的但是逐渐减少的表面限定的容积里，因此， 在过程期间，不大有可能除掉压缩热。升高的越高，效率损失越大。

已知类型的压缩机典型地遭受趋向于降低效率的问题，该问题包括但 不限于这里描述的这些，也就是：

●把大量动能施加到被压缩气体

●气体的突然加速导致高噪声水平和能量损失

●高气体流速导致被压缩气体的摩擦生热，导致增加做功需求

●压缩热反馈回到进气，导致增加做功需求

●可变的内表面区域导致从被压缩气体除掉压缩热的能力的降低

●内部部件之间的高摩擦速度导致磨损和摩擦损失

●低的中间阶段压缩(low inter-stage compression)上升

●相对于气体处理速率的大物理尺寸

发明简述

本发明在权利要求中陈述。

在本发明的一个实施方式中，提供了一种包括汽缸和转子的压缩机， 由此，转子在汽缸的内圆周上往复移动，且夹点(pinch point)在转子外 围最靠近汽缸内壁的点处形成。转子在汽缸的内圆周上往复移动，使得夹 点高速运动，优选地，以超音速的速度运动。在一个实施方式中，转子在 汽缸的内圆周上滚动，使得转子表面相对于汽缸壁的速度低或为零，因此 降低了部件和被压缩气体的磨损或摩擦生热，这里称为“滚动(rolling)”， 因此帮助提高压缩机效率。可选地，转子表面上的条阀装置(strip valve arrangement)允许气体进入转子和汽缸之间形成的室里。可选地，汽缸壁 上的条阀装置允许气体从室离开，并且可选地，包括致动装置(actuation means)来控制它的打开位置。

在本发明的另一实施方式中，提供了一种包括汽缸和转子的压缩机， 由此，转子在汽缸的内圆周上往复移动，且夹点在转子外围最靠近汽缸内 壁的点处形成。转子运动，使得夹点高速运动，优选地，以超音速的速度 运动。转子在汽缸的内圆周上旋转，使得转子外围上的固定点保持接近夹 点，这里称为“旋转(rotating)”。可选地，转子上的进出口(port)允许 气体经由与汽缸的轴向端部连通的通路进入和离开。

在另一实施方式中，转子在汽缸上绕轨道运行，使得转子自身没有旋 转，这里称为“轨道运行(orbiting)”。

本发明的实施方式包括用于允许压缩气体进入室并用于允许压缩气 体离开室的阀装置。

本发明的实施方式包括用于调整转子表面和汽缸的内圆周之间的运 行间隙的装置。

本发明的实施方式包括用于使转子和相关联的旋转零件的旋转质量 平衡的装置。这种平衡装置可选地是可调整的。

为了增加压缩机的效率，本发明的实施方式包括转子表面特征(rotor surface feature)。

现在将参考附图，经由例子来描述本发明的实施方式，附图如下：

图1-压缩机机壳和转子的示意图

图2a到2g-“滚动”转子操作