[发明专利]利用交替制冷和机械压缩的气态流体压缩

说明书

一种气体压缩系统(10)，该气体压缩系统(10)利用第一鼓风机压缩组(20)和第二机械压缩组(30)将气体从初始压力压缩到出口压力。各个压缩组具有气体压缩的多个级，所述多个级具有气态流体压缩机(12、22、28、34、42、46)和热泵中冷器(16、24、31、36、44、48)。该热泵中冷器(16、24、31、36、44、48)包括具有高温段(56)、中温段(58)和低温段(60)的级联式热泵中冷器(16、24、31、36、44、48)，各个温度段具有中冷器芯(66)。鼓风机压缩组(20)的各个级具有高压鼓风机(12、22、28、34)，而机械压缩机组(30)的各个级具有机械压缩机(42、46)。

专利合作条约

国际申请

利用交替制冷和机械压缩的气态流体压缩

Mark J.Maynard

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年1月18日提交的美国临时专利申请No.62/618720的优先权，其通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及用于气体压缩的系统和方法。更具体地，本文公开了用于空气和其他气态流体的压缩系统和方法，其中，通过机械压缩机的操作进行的压缩与通过制冷剂热泵操作进行的热量去除和背压降低交替进行。

背景技术

几十年来，对于实现提高气态流体压缩效率的需求已被广泛认知。在提供用于压缩气态流体的系统和方法方面，已经进行了许多尝试来实现改进的热力学性能和简洁的结构。知识渊博的科学家和技术娴熟的发明人已努力利用热力学原理，以提供具有改进效率的气体(诸如空气)压缩，从而实现能源节约和技术的全面进步。

例如，1938年，H.F.Parker关于Air Compressor System申请了美国专利No.2,280,845。在该专利中，Parker寻求比以前实施的更接近理想的等温循环，这样做是为了降低给定输出所需的功耗。Parker提出将一种不可压缩、吸热、载热的介质(即水雾状的水)与压缩气体混合以降低压缩气体的温度，从而接近理想的等温循环。在压缩之后，Parker教导要分离和去除载热水，以及随之而来的从压缩气体的压缩中产生的大部分热量。

最近，美国专利No.8,572,959(Ingersoll等人)描述了Systems,Methods andDevices for the Management of Heat Removal within a Compression and/orExpansion Device or System。在Ingersoll等人的系统中，液体被移入压力容器，以压缩压力容器内的气体。在压缩和/或膨胀过程中，热量被传递到用于压缩空气的液体中，并且液体净化系统去除热能已经传递到的液体中的至少一部分。液体可以被冷却，然后在系统内循环使用。

这些和其他用于气态流体压缩的系统和方法模拟了热力学原理。热泵和制冷系统依赖于热泵和制冷的热力循环。在热泵中，利用机械功或热源将热量从源位置移动到另一个位置，即散热器。在加热器中，散热器被加热。在制冷中，目标是对热源进行冷却。

Sadi Carnot于1824年用数学方法阐述了制冷循环的原理。热泵或热机以与制冷循环相反的方式操作。热泵和制冷循环通常分为蒸气吸收、蒸气压缩、气体循环或Stirling循环。