一种离心式气体压缩机 |
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| 申请号 | CN201590001207.9 | 申请日 | 2015-10-14 | 公开(公告)号 | CN207621049U | 公开(公告)日 | 2018-07-17 |
| 申请人 | 卡诺压缩机有限公司; | 发明人 | M·A·谢里; R·A·奥尔德曼; D·H·希林格; | ||||
| 摘要 | 一种离心式气体 压缩机 通过单向 阀 、窄化通道、液压阻 力 和/或毛细通道的末端尾段中的 科里奥利力 的增加，限制乳化气液混合物的流经旋转盘中的许多大致径向的毛细管通道。当压缩气泡从外周收集的乳化物中出现时，压缩气体从外周收集的压缩气液乳化物释放(超出管的末端)在弧形外周的盘形空间中。压缩气体排放口从外周空间排出气体。液体排放口从空间中排出液体。在不同的 实施例 中，通过毛细管的径向向外流动由各种 单向阀 实现，单向阀可以是通道中的单个阀或多个阀。尾段中的科里奥利力通过沿旋转方向的 角 位移 而增强。阀可与这种尾端段结合使用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种离心式气体压缩机，其具有设置在径向内侧位置处的乳化气液混合物，其特征在于，所述离心式气体压缩机包括： |
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| 说明书全文 | 一种离心式气体压缩机[0001] 本申请要求2015年10月12日提交的美国专利申请第14/880,378号、2015 年9月23日提交的美国临时专利申请第62/222,261号以及2014年10月14 日提交的美国临时专利申请第62/063,463号的优先权，上述后两个申请目前处于审中。 技术领域背景技术[0004] 现有技术的商用气体压缩机的效率差，主要是因为从实用性角度要求气体快速压缩。快速压缩使得在压缩过程中消散压缩产生的热量几乎不可能。在压缩过程中这种固有的发热(本文中称为“C热”)相比于如果进行同样的过程但立即完全移除“C热”，要求原动机多做功高达100％。典型地，原动机是内燃机或电动机。快速压缩且少量或没有移除C热的过程被称为绝热压缩。大多数目前最好的压缩机采用绝热或半绝热压缩循环。随着对于压缩机的最终目标压力增加，由于C热而损失的能量或功增加。 [0005] 等温压缩气体的做功潜能将大致等同压缩气体所需的功。然而，大部分的压缩气体被储存在不隔热压力容器中，且气体的压缩与气体的使用之间的时间使得在气体中保留热量是不现实的。因此，在压缩气体时克服C热的 50％-100％附加的功就丧失或浪费了。在立即移除所有C热时执行的压缩被称为等温压缩。如果等温压缩可以实现，则将气体压缩到给定压力所需的能量理论上几乎可减半。换言之，相同的能量或金钱支出可以产生两倍的压缩气体的量。从历史上看，等温压缩是不现实或不可能实现的，因为在实际应用中从压缩的气体移除C热要求非常多的时间和/或额外的能量。 [0006] 一篇现有技术文献公开了一种具有快速等温压缩的压缩机。1908年授予泰勒(Taylor)的第892,772号美国专利公开了一种液压空气压缩机，其利用注入了以百万计的微小球状气泡的下降水柱。当水柱从特定高度落下时，水中的气泡被压缩。泰勒使用了70英尺的压差头压力(约21米)，这产生了大约30PSI的压差来驱动压缩过程。泰勒使用了290英尺(约88米)高的尾流来产生并维持大约128psi(磅每平方英寸)的压力来驱动5000-6000马力的等温压缩机。 [0007] 彻丽(Cherry)等人于2014年5月19日提交的第14/280,780号美国专利申请、2015年1月22日公布的美国专利申请公布第20150023807号公开了一种离心压缩机，其压缩毛细管中的气体，导致径向远处的环形容器空间。离心力作用在气泡上，气泡被夹带在径向向外(远端地)移动通过可能是径向、切向或连续弯曲的毛细压缩管的液塞之间。压缩气体被收集在环形加压气体分离储存室中，于是其被收集用于工业用途。在输入侧，气液乳化液通过内侧乳化装置被供给到毛细压缩管。乳化装置可包括涡流发生器、喷射器或文丘里注射器，所有这些将气液混合物供给到毛细管的内侧端口中。毛细管形成为一系列盘，同轴地堆叠，且外盘端部向环形盘空间开放。 [0008] 授予凯勒(Keller)的美国专利第6,276,140号公开了一种通过涡轮发动机产生能量的装置。凯勒装置还使用通过一个漏斗形的竖直管或隧道供给的下降水以便压缩下降水中的气泡。凯勒的降水落差(waterfall drop)在30米到100米之间。凯勒的漏斗管的顶部处的典型直径约为2-7米，在底部处的该漏斗出口区域通常是0.7-2.0米。 [0009] 授予里斯(Rees)的美国专利第1,144,865号公开了一种旋转泵、冷凝器和压缩机。里斯的第865号专利中的旋转泵压缩机利用具有高度弯曲形状的壁的大型腔，且该腔相对于所述旋转容器不是径向的。 [0010] 方(Fong)的美国专利申请公布第2011/0030359号大体公开了一种离心分离机。斯托尔科夫(Stahlkopf)的美国专利申请公布第2011/0115223号也讨论了离心分离机。方的第359号或斯托尔科夫的第223号专利都没有讨论利用等温方式压缩水中或液体中的气泡以提取压缩空气或气体的离心压缩机。 [0011] 授予休斯(Hughes)的美国专利第1,769,260号公开了一种使用毛细管来压缩气泡的离心泵和冷凝器。然而，休斯生成气泡串的方式导致更长、更大的气泡——相应地更大的气泡浮力——使得非常难以迫使气泡朝向压缩管的远端移动。休斯的护罩是在水离开毛细管室时收集水的水槽。水槽的由面向内的凸缘所确定的深度处填充由于离心力而被捕获的水。穿过这些凸缘的水被排放到静止圆柱形外壳的内壁。毛细管室的径向外侧端部径向延伸超过形成气体密封的面向内的凸缘的内径。 [0012] 休斯的护罩设计没有显著的压差。虽然休斯的护罩通过将气液混合物投向径向偏远的内侧壁处而用作密封件，但护罩设计不能用作整流剂而迫使夹带的气泡的单向远端流动。休斯的护罩设计也不提供加压气体储存处和气/ 液分离室。休斯也没有公开回收通过叶轮给予水的动能的方法，因此等温压缩的收益将浪费在给予水的能量上。实用新型内容 [0014] 本方法通过使用以下方式产生、执行和增强毛细压缩管中的向远端单向乳化物流动：机械抑制(check)径向内侧流动、动态执行远端径向向外乳化物流动、抑制朝向管的内侧端部或近端端部的气泡浮力、抵消乳化物离开速度、以及使管直径纵向减缩以在压缩期间匹配气泡直径减小的速率。 [0015] 乳化物流动或气泡在近端方向(朝向旋转轴线)“滑动”表示装置损失的功。 [0016] 完全抑制或整流(不可逆)的乳化物沿大体径向向外方向流经毛细压缩管的被定义为单向的。其速度可变化甚至停止，但流动只能沿一个方向进行。机械制止机制是一种这样的方法，其可以加入毛细压缩管中，以产生完全向远端的单向乳化物流动。 [0017] 当使用防止逆向流动的方法时，通过毛细压缩管的强制向远端的单向乳化物流动发生。旋转专用喷射器机构和具有锥形直径的毛细压缩管是两种方法类型，它们可以加入在该装置中的毛细压缩管，以执行完全向远端的单向乳化物流动。 [0018] 当使用本实用新型的方法来增加乳化物的流速时，通过毛细压缩管的强制向远端的单向乳化物流动发生。弯曲端压缩管是一种方法类型，其可以加入该装置的毛细压缩管中，以增强向远端的单向乳化物流动。 [0019] 单独地或组合地使用这些方法中的任何一种，极大地提高了气体压缩机的生产力和效率。 [0020] 总之，压缩具有限流特性的气体、限制回流到径向向内的毛细管段的方法，首先乳化气体输入和液体输入，以提供乳化的气液混合物。将乳化的气液混合物引入形成在旋转盘中的多个毛细通道的径向内端。径向外侧的毛细通道的端部终止于盘中的一个或多个弧形外周容器空间盘形区域。当液体和压缩气体穿过毛细管并径向向外移动到末端毛细管端部和弧形外周盘形空间时，夹带的气泡在毛细管中被压缩。近端方向的流动被限制，限制大致径向向内流经毛细通道。当压缩气泡从外周收集的乳化物中显现时，在所述弧形外周盘空间从压缩的气液乳化物中释放压缩气体。 [0021] 限流、限制通过毛细管的径向向内流动并促进通过毛细管的径向向外流动，受到以下一个或多个部件的影响：机械止回阀；单向阀；摆动阀；鸭嘴阀；提升止回阀；直通单向阀；阀瓣；球阀；倾斜盘阀；和整流阀。另外，或除此之外，通过沿着多个毛细管的纵向段使毛细通道的物理尺寸变小或变窄，在毛细通道或毛细管中产生受限单向流动。这保持水活塞/塞隔离，从而几乎消除气泡浮力。 [0022] 此外，通过限制回流的大致单向流通过在毛细通道中形成的液压阻力来实现，该阻力促进径向向外流经通道或管。这是对径向向内回流的定向特定阻力。对径向向内流动的阻力大，且在该毛细管中产生这个大阻力。另一技术特征通过在毛细通道的末端尾段中建立科里奥利力来限制径向向内流动，而促进径向向外流动。科里奥利力在尾端段中执行并增强，尾端段在盘的旋转方向上角位移(从上游毛细通道轴向中心线大约90度或更大的角位移)。有时，尾端段将遵循沿着弧形外周盘形空间的内侧壁。在通常径向对准的毛细管中，科里奥利力效应与液气泡单元的径向向外或向远端的运动相反。弯曲的尾端执行科里奥利力并将液气泡单元移动到管的远端。 [0023] 还公开了一种离心式气体压缩机。该气体压缩机被供给气体和液体。该压缩机包括：旋转容器，其具有被原动机驱动而围绕轴线旋转的多个盘。压缩机中的径向内侧乳化装置供应有输入气体和输入液体，产生乳化的气液混合物。多个盘形成或承载多个大致径向的毛细通道，多个大致径向的毛细通道具有径向内侧端部，径向内侧端部具有径向内侧端口，径向内侧端口接受来自乳化装置的乳化的气液混合物。如本文所使用的，关于毛细通道的术语“大致径向”具有与专利申请第14/280,780号中相同的含义。在压缩机中，毛细通道具有终止于一个或多个弧形外周容器空间的盘形区域的外侧末端。 [0024] 气体压缩机限制毛细通道中夹带的气泡和液体沿一个方向的流动，从而促进沿远端方向的流动(“单向流动”)，使得当夹带的气泡穿过毛细通道并径向向外移动到末端毛细管端部和弧形外周空间时，被夹带的气泡被压缩。毛细通道中的限流受到以下一种或多种的影响：机械止回阀、单向阀、摆动阀、鸭嘴阀、提升止回阀、直通单向阀、瓣阀、球阀、倾斜盘阀、整流阀、毛细通道的变窄和毛细通道的物理尺寸沿其各自的纵向段减小。这个限流引起被压缩的夹带气泡和液体进入弧形外周盘形空间的大致单向径向向外的流动。弧形外周盘形空间的一个或多个气体排放口从空间中排出压缩气体。此外，弧形外周空间的一个或多个液体排放口从空间中排出液体。浮力的结果，压缩气泡从弧形外周空间中的液体中显现，并在压缩气体端口处被排放。 [0025] 与这些限流元件组合或不与这些限流元件组合，毛细通道可具有在盘的旋转方向上角位移的末端尾段。有时，尾端段从上游毛细通道轴向中心线弯曲约90度或更大，和/或具有从上游毛细通道轴向中心线至少90度的角位移。 [0026] 供给气体和液体的另一离心式气体压缩机包括旋转容器或一堆盘、原动机和产生乳化的气液混合物的内侧乳化装置。在该压缩机中，限流受在盘的旋转方向上角位移的末端尾段影响，或由其实现，并由其提供大致单向远端流动。限流(限制回流)引起被压缩的夹带气泡和液体从端部尾段和末端毛细端部向外流动到弧形外周空间中。 [0027] 本实用新型的一个目的是提供一种引起向远端流动的方向限流的压缩气体的方法和系统。 [0028] 本实用新型的另一个目的是提供采用等温压缩的方法和系统。 [0029] 在一个方案中，本实用新型申请提供了一种离心式气体压缩机，其具有设置在径向内侧位置处的乳化气液混合物，所述离心式气体压缩机包括：多个毛细通道，设置在旋转盘中，将引入所述旋转盘中的乳化气液混合物引入所述毛细通道的径向内侧端部，其中径向外侧毛细通道端部终止于一个或多个弧形外周容器空间盘形区域，使得当所述乳化气液混合物穿过所述毛细通道并径向向外移动到末端毛细管端部并进入所述弧形外周空间时，夹带的气泡被压缩；限制通道结构，通过限制经过所述毛细通道的流动来限制所述夹带的气泡的大致径向向内流动；以及压缩气体离开通道，排出在所述弧形外周空间中从压缩的气液乳化物中释放的压缩气体，其中压缩气泡从外周收集的乳化物中出现。 [0030] 在上述离心式气体压缩机中，用于限制径向向内流动的限制通道结构可具有以下的一个或多个：机械止回阀；单向阀；摆动阀；鸭嘴阀；提升止回阀；直通单向阀；瓣阀；球阀；倾斜盘阀；和整流阀；并且其中，所述阀可引起通过所述毛细通道的大致径向向外流动。 [0031] 在上述离心式气体压缩机中，用于限制径向向内流动的限制通道结构可通过沿所述毛细通道的相应的纵向段减小所述毛细通道的物理尺寸来实现，从而促进流经的大致径向向外流动。 [0032] 在上述离心式气体压缩机中，实现大致径向向外流动可由以下的一个或多个引起：所述毛细通道变窄；所述毛细通道中的窄纵向段；所述毛细通道中的机械止回阀；所述毛细通道中的单向阀；所述毛细通道中的摆动阀；所述毛细通道中的鸭嘴阀；所述毛细通道中的提升止回阀；所述毛细通道中的直通单向阀；所述毛细通道中的瓣阀；所述毛细通道中的球阀；所述毛细通道中的倾斜盘阀；以及所述毛细通道中的整流阀。 [0033] 在上述离心式气体压缩机中，用于限制径向内侧流动的限制通道结构可通过在所述毛细通道中形成液压阻力来实现，由此引起流经的大致径向向外流动。 [0034] 在上述离心式气体压缩机中，用于引起径向向外流动的限制通道结构可由所述毛细通道的末端尾段中的科里奥利力执行，从而引起通过所述尾段的向外流动。 [0035] 在上述离心式气体压缩机中，所述科里奥利力可引起尾端段中的向外流动，所述尾端段可在所述盘的旋转方向上角位移。 [0036] 在上述离心式气体压缩机中，所述科里奥利力可引起尾端段中的向外流动，且毛细通道可从上游毛细通道轴向中心线位移约90度。 [0037] 在上述离心式气体压缩机中，所述科里奥利力可引起尾端段中的向外流动，所述尾端段可具有与上游毛细通道轴向中心线成90度或更大角度的角位移。 [0038] 在另一个方案中，本实用新型申请提供了一种离心式气体压缩机，所述离心式气体压缩机被供给有气体和液体，所述离心式气体压缩机包括：旋转容器，其具有由原动机驱动而围绕轴线旋转的一个或多个盘；径向内侧乳化装置，供应有所述气体和所述液体，产生乳化气液混合物；每个盘具有多个大致径向的毛细通道，所述多个大致径向的毛细通道具有径向内侧端部，所述径向内侧端部具有径向内侧端口，所述径向内侧端口接受来自所述乳化装置的乳化气液混合物；所述毛细通道具有终止于一个或多个弧形外周容器空间盘形区域的外侧末端；限制流过所述毛细通道中的、夹带的气泡和所述液体的流动，使得当所述夹带的气泡穿过所述毛细通道并径向向外移动到末端毛细管端部和弧形外周空间时，所述夹带的气泡被压缩；其中，所述毛细通道中的所述夹带的气泡的限流通过以下一种或多种来实现：机械止回阀、单向阀、摆动阀、鸭嘴阀、提升止回阀、直通单向阀、瓣阀、球阀、倾斜盘阀、整流阀、所述毛细通道的变窄和所述毛细通道的物理尺寸沿其各自的纵向段减小；其中，所述限流引起被压缩的夹带的气泡和液体的大致径向向外流动到所述弧形外周空间中；所述弧形外周空间的一个或多个气体排放口，用于从其中排出压缩气体；以及所述弧形外周空间的一个或多个液体排放口，用于从其中排出液体；并且其中，被压缩的气泡从所述弧形外周空间中的液体出现。 [0039] 在上述离心式气体压缩机中，所述毛细通道的末端尾段可在所述盘的旋转方向上角位移。 [0040] 在上述离心式气体压缩机中，所述尾端段可从上游毛细通道轴向中心线弯曲至少90度。 [0041] 在上述离心式气体压缩机中，尾端段可具有从上游毛细通道轴向中心线大于90度的角位移。 [0042] 在又一个方案中，本实用新型申请提供了一种离心式气体压缩机，所述离心式气体压缩机被供给有气体和液体，所述离心式气体压缩机包括：旋转容器，其具有由原动机驱动而围绕轴线旋转的一个或多个盘；径向内侧乳化装置，供应有所述气体和所述液体，产生乳化气液混合物；所述多个盘具有多个大致径向的毛细通道，所述多个大致径向的毛细通道具有径向内侧端部，所述径向内侧端部具有径向内侧端口，所述径向内侧端口接受来自所述乳化装置的乳化气液混合物；所述毛细通道具有终止于一个或多个弧形外周容器空间盘形区域的外侧末端；限制所述毛细通道中夹带的气泡的流动，使得当夹带的气泡穿过所述毛细通道并径向向外移动到末端毛细管端部和弧形外周空间时，被夹带的气泡被压缩；其中，所述毛细通道中的限流由所述毛细通道的末端尾段实现，所述毛细通道的末端尾段沿所述盘的旋转方向角位移；其中，所述限流引起被压缩的夹带的气泡和液体从端部尾段和末端毛细管端部向外流动到所述弧形外周空间中；所述弧形外周空间的一个或多个气体排放口，用于从其中排出压缩气体；以及所述弧形外周空间的一个或多个液体排放口，用于从其中排出液体；并且其中，被压缩的气泡从所述弧形外周空间中的液体中出现。 [0043] 在上述离心式气体压缩机中，所述尾端段可从上游毛细通道轴向中心线弯曲至少90度。 [0045] 本实用新型的进一步的目的和优点可以在结合附图的优选实施例的详细描述中找到，在附图中： [0046] 图1示意性地示出了一种毛细管，其压缩乳化的液体—气液混合物中的气体(这些管可在单个平面或盘中，和/或被构造为一堆盘(如图1中示意性所示))； [0047] 图2示意性地示出了在弧形外周容器盘区域中的内侧位置处具有压缩气体离开端口的盘； [0048] 图3示意性地示出了作用在毛细通道中的气泡上的离心力和浮力； [0049] 图4示意性地示出了具有夹带在液体中的一些气泡的毛细通道以及设置在毛细通道中的单向阀； [0050] 图5示意性地示出了设置在毛细通道中的一不同的单向阀； [0051] 图6示意性地示出了毛细通道中的单向鸭嘴阀； [0052] 图7A、图7B和图7C示意性地示出了设置在毛细通道中的其他单向阀和整流阀； [0053] 图8示意性地示出了乳化装置的操作元件、一些毛细通道和通道的末端附近或末端处的单向阀； [0054] 图9A和9B示意性地示出了鸭嘴阀； [0055] 图10示意性地示出了气泡在毛细通道的近端处的形成，以及在具有力的箭头86、88和89的毛细通道的远端区域处形成的液压阻力效应(阻力效应作用在管中的所有气泡上，而不仅在远端气泡串上，另外说明的是，振荡力作用在管中的所有气泡上，而图仅示出了少量力矢量作为示例)； [0056] 图11示意性地示出了在毛细通道的近端处大气泡的形成、在大致近端位置处较大气泡的形成，以及当气泡被压缩时，在远端位置处的气泡在作为压缩的气液乳化混合物离开之前在弧形外周容器空间盘区域中的环形或外周区域尺寸被减小； [0057] 图12示意性地示出了盘的弧形气体收集空间和气体吹出端口中的压缩气体； [0058] 图13示意性地示出了具有尾端段的毛细通道，其在尾端受科里奥利力的作用产生压缩气液乳化混合物流动； [0059] 图14示意性地示出了毛细通道尾端段的角位移； [0060] 图15示意性地示出了具有连续较小的内径(或内部流动通道)的毛细通道，其在毛细通道中产生压缩气液混合物的单向流动； [0061] 图16示意性地示出了毛细通道，其具有一管段，该管段与较大的上游近端通道段和较小的远端下游通道段相比具有减小的流动通道段；以及 [0062] 图17示意性地示出了与毛细通道的纵向长度相比毛细通道半径(ID) 之间的尺寸关系。 [0063] 图18示出了具有多个大致径向毛细管的盘160。 [0064] 图19和图20示出了大致径向的毛细管或通道。 具体实施方式[0066] 本实用新型的一个实施例包括平坦的铝盘或背板10(图1)，在其一侧铣出两个浅的大致径向袋。这些铣出的袋被衬垫16密封到液压通道中，聚碳酸酯盖板放置在衬垫的顶部上(图中未示出)。多个毛细管(见管14) 可设置或形成在盘上。盘通过铝夹环、面垫片以及贯穿螺栓(见图1的螺栓孔37)被固定到铝背板10上。中心黄铜毂被螺接到铝背板10。保持乳化装置11的黄铜毂被加工成在前侧提供密封的液体入口20，并在后侧提供密封的加压气体收集端口60(图2)。毛细压缩管14以标称径向取向安装在铝背板10上的铣制袋(milled pocket)中的通路中，其在近端(靠近旋转轴线) 的入口28设置在环境气体入口22、23内，且刚好在乳剂喷射器26出口的远侧。液体被供给到端口20中，且通过通路24供给并从出口端口26喷出。然后液体射流与文丘里喷射区域29中的气体混合以形成文丘里管产生的气体和液体的乳化物，该乳化物被注入毛细管端口28。 [0067] 标称加压水(或其他液体)被引入密封的液体输送端口20中。两个小的射流喷射管(每侧一个，参见喷射端口26)从密封的液体输送端口20、 21运送液体，并形成对准在毛细尺寸压缩管14的径向内侧端部28的液体射流。液体射流穿过对气体环境开放的间隙29。当液体射流进入压缩管14 的入口时产生的文丘里效应捕获并夹带小气泡，从而形成乳化的气液混合物，且当在毛细管14中时，小气泡在压缩管14内形成气泡串。参见作为示例的图11。 [0068] 在压缩管14的径向外侧端部处，加压气液乳化混合物离开压缩管出口端口30，于是压缩气液乳化混合物中新的无约束气体部分、即加压气体(见图12)立即受到浮力并以气泡的形式飘向旋转中心，与液体部分分离(参见图12中的最外周收集区域110)，并被捕获在压缩气体室40内(图1和 12)。参见图12中的压缩乳化气液的流动113。在图12中，离开压缩管14 的径向外侧端部30、比在这个径向约束的乳化物(在区域110中，乳化物受离心力约束)中的气体部分更致密的区域110中的乳化混合物的液体部分，在铝背板10的液体排放柱空间105中被迫受到铣制袋的径向外侧液压限制，并进入液体排放端口116(图12)。随着加压气体115(图12)填充加压气体储存室40(图1、图12)，加压气体储存室40中的分离液体的液面受到径向向外方向的力，通过抵抗气体收集区域40的外周壁的内侧表面 103的建压(building pressure)(图12)而进入外周收集区域110。液体排放收集区域105(图12)中的分离液体穿过该装置并离开排放/吹出端口116，并直到排放/陡壁(bluff)，在此处被从气体压缩机释放。 [0069] 如图12所示，排放/吹出端口116在比液体排放柱空间110中的液压密封水平更高的液压高度处对大气开放，且与角速度、液体密度和气体密度相结合的径向高度差确定了装置将产生的最大压力。加压气体115继续被捕获在压缩气体室40中，体积增加并使该室内的排放收集空间105中的液面受到径向向外方向的力直到达到液体密封水平110的水平，在此处被捕获在压缩气体室40中的气体产生气体吹出状态，其中如图12所示气泡在径向向外侧上按液体密封水平箭头117逸出，然后径向向内浮动到排放/吹出端口 116，此处多余的气体压力被释放到大气，用作防止压缩机超过其最大压力极限的保护压力释放机制。压缩气体室40中的加压气体115通过铝背板10 中的加压气体收集端口52a(图2、图12)和黄铜毂或乳化装置11而被收集，在此经由通道54a、56、60而通过加压旋转密封端口60离开装置(图 2)。 [0070] 在一个实施例中，毛细管14的单层被设置为盘。在其他实施例中，堆叠的盘用于压缩气体。图1示意性地示出了单个毛细管14，且仅示意示出了成堆的管。每个盘上承载有多个毛细通道14。在一个实施例中，这些毛细通道14被放置在背板上，且衬垫16被放置在通常径向地设置在背板10 上的多个毛细通道14的顶部上。在一个实施例中，背板10是铝，衬垫被插在毛细通道14的层之间。也使用在衬垫上方的管上的聚碳酸酯盖板(图中未示出)。 [0071] 毛细通道不必在直接径向线(如“辐条”)中，而可大致径向地定位，与旋转轴线相切(参见原动机6和旋转8以及盘的旋转9)。图19和图20 示出了大致径向的毛细管或通道。图18示出了毛细管14与乳化装置11相切。示出了毛细管14的输入端口28。系统围绕旋转轴线150沿方向151旋转。毛细管的输出端部靠近盘12的径向内侧壁103。图20示出了毛细管14 沿旋转方向151弯曲。图19中的切向取向的毛细管朝向旋转方向151大体弯曲或位移。因此，图20中连续弯曲的毛细管14可沿图20中所示的旋转方向位移(毛细管输出端口尾随旋转方向)，或连续弯曲的毛细管可与旋转方向相反地位移(毛细管输出端口引导旋转方向)(图中未示出)。在图1、图18、图19和图20的所有这些构造中，毛细管“大致径向地定位”。 [0072] 此外，毛细通道可以以偏移方式轴向地堆叠在盘中，且毛细管的主纵向体可沿旋转方向9弯曲或与旋转方向9反向地弯曲。堆叠的管仅在图1中图示地示出。图18示出了具有多个大体径向的毛细管的盘160。径向内侧乳化装置11设置在空间162中。多个盘通过与通道166一起操作的附接系统而被保持在一起。多个盘用与相邻盘上的键元件(图中未示出)一起操作的键槽164彼此键合。键元件适配在键槽164内。 [0073] 乳化装置11相对于毛细通道14在径向内侧。液体被注射或以其他方式被引导到乳化装置11的端口20中，且液体穿过轴向通路21。液体经由大致径向的通路24被喷射并经输出端口26喷出。美国专利申请第14/280,780 号公开了若干种用于离心式气体压缩机的乳化装置。 [0074] 气体经由端口22被供给到乳化装置11中，并穿过气体端口23。当喷射的流体离开出口端口26并与区域29中的气体相交时，产生文丘里射流效应，从而产生乳化的气液混合物，该乳化的气液混合物被强制地引导到毛细管14的输入端口28中。参见图11。如稍后详细描述的，随着该乳化的气液混合物中从径向内侧的近端区域到在毛细管出口端口30处的大致径向外侧的远端区域，该乳化的气液混合物中的气体被压缩。 [0075] 在所示实施例中，为了产生压缩的气体-乳化液体混合物的大致径向向外的流动(另外说明，限制大致径向向内的流动)，毛细管14的末端离开端部30具有鸭嘴单向阀32。在压缩的气液乳化混合物(由于作用在其上的离心力增大而使气体被压缩)离开端口30和阀32之后，它进入通向弧形外周盘区域36的大致弧形外周容器空间盘区域34。 [0076] 在图1中图示地示出多个毛细管的端部处的多个单向鸭嘴阀(图中未标号)，表示盘由形成为盘的多个毛细管来形成，这些盘相互堆叠形成堆12。堆叠毛细盘的更多细节请参考第14/280,780号。 [0077] 弧形外周盘区域34、36具有一些收集空间，包括压缩气体收集空间40，该压缩气体收集空间40相对于压缩的气液乳化混合物区域36通常在压缩机的径向内侧。还参见图12中的乳化混合物收集区域110。气体收集区域40 由具有腿间隔件33、35和盘板分隔岛37或盖板垫片的盘板分离件形成。 [0078] 图2示意性地示出了压缩气体收集空间40的压缩气体排放口52a、54a、 56。一旦压缩的气泡从弧形外周盘区域36中的乳化压缩气液混合物中出现 (参见图12中的乳化混合物收集区域110)，气体就填充压缩气体空间40，并最终该压缩气体经由排气口52a离开空间40。压缩气流如图2中的箭头 50所示。压缩气体排放口通向轴向通道54a，然后通向径向通道56，直到中心轴向气体输出端口或通道60。压缩气体经由气体排放口52a、52b、通道54a、 54b和轴向通道58从气体收集空间40排出。盲孔未在这些图中示出。 [0079] 图3、图4、图5和图6示意性地示出了限流元件的操作，以实现从毛细管14的径向内侧部分到径向外侧的管的端口30的单向流动。尽管图1 示出了在毛细管14的输出端口30处的鸭嘴单向阀32，但单向或限流元件可以设计在毛细管中的任何位置。一个或多个单向阀可沿着毛细管被设置。对不同液体具有不同溶解度的不同气体可能需要一个或多个单向限流元件来获得压缩气液乳化混合物通过毛细管14的单向流动。这里的附图仅仅示出单向流动阀或整流阀的位置和类型。 [0080] 乳化液体气体的单向流动通过限制大致径向的内侧流动来获得，随着混合物的液塞由于离心力而径向向外移动，该外侧流动使得乳化混合物中的气泡被压缩。一般而言，与气泡相比，乳化混合物中的液体大致是不可压缩的。 [0081] 术语“压缩的气液乳化混合物”和其他类似术语指的是包括夹带在液体中的压缩气泡。 [0082] 图3示意性地示出了在气泡穿过毛细管14时气泡上的力。管14具有径向靠近旋转系统的旋转轴线9的近端62。毛细管14通常具有纵向轴线67。方向63的离心流动CF作用在液体上，从而沿方向61径向向外地推动气泡 60。然而，如箭头65所示的浮力BF抵消离心力CF，并用于径向向内移动气泡。如果浮力BF大于离心力CF，则液体中夹带的气泡将径向向内移动，且气泡60将不会被压缩。通过约束和限制乳化混合物的向内侧流动，气泡只能连同在毛细管中形成的压缩气液乳化物的液塞一起径向向外流动。随着液体中夹带的气泡到达旋转盘的径向向外部分，气泡被压缩。该压缩气液乳化混合物释放容器盘空间40中的压缩气体。 [0083] 在图4中，毛细管14具有径向内侧端口62。在径向内侧区域69处，在乳化物中形成气泡60。单向阀64(示意地示出)抑制夹带的气泡和液体的回流。因此，保持气泡66的液体不能径向向内向入口端口62行进，因为这种流动被示意性示出的单向阀64阻挡。在毛细管14的远端区域71中促进径向向外流动。 [0084] 图5示意性地示出了单向阀是瓣阀或摆动阀。在任一种情况下，摆动阀 68用作机械止回阀，其抑制液体和夹带的气泡66径向向内或朝向毛细管14 的输入端口62移动。阀的瓣元件或摆动元件68沿方向65移动。 [0085] 图6示意性地示出了可以设置在毛细管14的输入端口62之间的某个中间位置处的鸭嘴阀70。该阀也在管的远端区域36或末端30处。参见图1。 [0086] 图7A示意性地示出了具有枢转瓣构件72的摆动阀或倾斜盘阀。图7A、图7B和图7C中的偏置元件示意性地示出为弹簧元件76。然而，可以使用任何类型的偏置元件，诸如弹簧、压缩构件、可压缩塞或销等。摆动元件 72可以是柔性的，使得该元件产生其自身的偏置力(其中弹簧76是由摆动面板72的结构特征产生的推回力的例证)。摆动元件72适配到形成在毛细管14a的设计位置处的座74。 [0088] 图7C示意性地示出了具有球形元件78的球形止回阀，该球形元件坐落在毛细管14c的阀座74。 [0089] 单向阀有时在文献中被认为整流阀并讨论。整流阀只允许一个方向上流动并阻止反方向的流动。例如，当部分波浪碰撞隔离壁时，实现大规模的经整流的水流。越过壁的波浪被整流为单向流。 [0090] 图8示意性地示出了乳化装置11，其相对于在背板10上发现的旋转盘上的其他物品放置在径向内侧位置(参见图1)。可以使用几种不同类型的用于气体压缩机的乳化装置。 [0091] 在图8中，气体被供给到乳化装置11的输入端口22中，且在区域29 中，由从输出端口26喷射到文丘里射流区域29中的液体来产生文丘里射流。随后，乳化的气液混合物被迫进入毛细管14的入口端口28中。在毛细管 14的径向外端部30处，鸭嘴单向阀32限制压缩气液乳化混合物径向向内流动，并促进其径向输出流动。压缩的气体乳化物被捕获在图1的空间34 中。 [0092] 图9A和9B示意性地示出了安装在毛细管14中或毛细管14上的鸭嘴阀32。作为示例，尺寸“a”约为1.7mm，长度“b”约为2.5mm，基部尺寸“c”约为0.5mm。在图9B中，长度“d”约为2.2mm，阀的嘴部分略大于长度“d”的一半。 [0093] 对于产生、执行和增强单向远端乳化物流动的讨论如下。作用在气泡之间的液塞的质量的离心力(液体质量×角速度的平方×半径)驱动气泡径向向外(向远端)，直到径向向内(向近端)作用的气泡的浮力等于或大于离心力，此时完全拒绝来自射流喷射管的新液体。 [0094] 在一个实施例中，气泡串(见图10)同样作用于具有固有共振的多重质量-弹簧-质量-弹簧系统，此处不可压缩的液塞用作质量，且可压缩(柔性) 的气泡作为弹簧。该共振与作用在乳化物的气体和液体部分上的浮力和离心力结合，以在气泡串中产生振荡行为，这有效地将压缩毛细管中的液体或气体的远端流动限制或甚至阻挡在某一角速度范围内。 [0095] 该装置做一定量的功以将气泡串内的一定气泡从压缩管14的近端推向远端。所述气泡在近端方向上的任何运动都会通过装置损失功并损失生产率——降低效率。因此，压缩管14中的远端单向乳化物流动(气泡串)的产生、执行和增强对于高效的装置操作至关重要。 [0097] 图10示意性地示出了在毛细管14的近端28处的早期气泡形成84，以及在管中的径向远端位置处完全形成的气泡。力线86、88和90表示由穿过毛细管14的液塞引起的液压系统的质量-弹簧-质量振荡，这些液塞通常被气泡隔开。质量-弹簧-质量系统中存在机械阻力。在物理学中，其为经历简单简谐运动的系统上的力与系统中的颗粒的速度之比。换言之，机械阻力是在受到简谐力时结构抵抗运动的程度的测量。它使力与作用在机械系统上的速度相关。结构上的一点的机械阻力是该点处施加的力与该点处产生的速度之比。请参见http://www.cqe.northwestern.edu/sk/EA3/EA3_weak_couple.pdf；以及http://www.bksv.com/doc/17-179.pdf；以及 http://dictionary.reference.com/browse/mechanical-impedance； https://en.wikipedia.org/wiki/Mechanical_impedance；以及 http://www.engineering.ucsb.edu/～paden/ME104/notes/Phasor-analysis-of-mech anical-systems-rev-A.pdf。 [0098] 科学文献还讨论了液压阻力。例如，在题为“Study on the Hydraulic Impedance of Surge Tank(关于调压室液压阻力的研究)”的文章中，讨论围绕调压室(简单调压室和阻抗式调压室两者)的液压阻力的估算为中心。调压室对水力发电的加压输送系统的液压振动的影响是研究的主题。调查显示，如果调压室的液压阻力系数增大，则系统的衰减系数减小。液压涡轮机的液压阻力几乎对系统的频率没有影响，系统的频率接近管的偶数阶频率。参见IEEE机械自动化与控制工程(MACE)的出版物，2011年第二届国际会议，会议日期：2011年7月15日-17日，2624-2627页；印刷ISBN： 978-1-4244-9436-1，作者：Wen-tao Feng(冯文韬)。 [0099] 因此，气泡-液塞串的质量-弹簧-质量振荡作用呈现促进毛细管中产生的单向远端流动的液压阻力。管的阻力是对气泡-液塞串的向近端或回流的阻力。换言之，压缩的气液乳化混合物穿过毛细管沿一个方向径向向外朝向管的远端部流动。 [0100] 对于压缩的气液乳化物通过毛细管14的径向向外流动，认为图10所示的气泡串类似于具有固有处所的多个质量-弹簧-质量-弹簧系统。通常不可压缩的液塞用作质量，可压缩的、通常是柔性的气泡用作毛细管14中的弹簧。振荡行为有效地限制乳化的压缩气液混合物通过压缩管的流动。对于图10，这些力86、88、90作用在毛细管14中的所有气泡上，并不限于在管的远端处所示的最后三个或四个气泡。 [0101] 下面将讨论用于产生向远端的单向的乳化流动的一些方法。机械止回机构是可以加入毛细压缩管14中以产生完全单向流动的一类装置。该类装置包括旋启止回式、球式、倾斜盘式、直通式(in-line)、提升式、瓣式和鸭嘴式装置等。机械止回机构可以沿着压缩管14的长度单独地或连续地被放置在任何位置，以产生使气泡串不能向近端乳化流动的条件。该理念的一个实施例可见位于压缩管14的径向外侧端30处的鸭嘴止回阀32(图1)。 [0102] 该装置中的强制单向流动也可以通过以下两种方法实现。 [0103] 乳化装置11中的液体喷射器经由沿着毛细压缩管的长度在入口端部处或中间位置处引导的喷射射流的惯性提供向远端的动能的相当大但不完全的单向止回效果。液体质量的向远端的惯性(速度乘以质量)抵消压缩管 14的入口部分28中气泡的向近端的浮力，并有助于保持向远端的乳化流动。一旦反向压力超过喷射器的最大压力比，则向近端的乳化流动或完全流动阻塞仍可发生，但液体喷射器(文丘里管组26、28、29)与其他方法结合则用于增强作用在液塞上的离心力，该液塞将气泡串中的气泡向远推。 [0104] 锥形压缩管(见图15)是沿其从近端移动到远端的长度直径减小的压缩管14。在等温压缩的情况下，气体体积的减少与压力的变化成正比。例如，在气泡串中夹带的空气在近端处进入压缩管14并形成全直径气泡，在其两侧密封液体。随着气泡沿远端方向移动，乳化物上的压力迅速增加，且体积相应地减小。球的半径减小了其体积的立方根，因此气泡在进入管不久之后显著收缩，并开始被拉开不能与压缩管14的壁完全接触，但是随着其在压缩管中进一步向远端行进，收缩更缓慢。只要气泡保持与毛细管壁的全直径接触，浮力及液体找到其自身水平的倾向就不能起作用，然而，如果允许液体滑过气泡，则浮力起作用，且气泡经历相对于液体向近端的运动。气泡的浮力的减小与其体积的减小成比例，并最终减小到气泡不再形成足以通过液体的上升速率以克服向远端的液体速度的程度。因此，只要管壁保持与气泡的完全接触，则锥形压缩管14(图15)就可实现向远端的单向乳化流动。压缩管130的锥化率必须特别地设计成装置的设计操作参数，且主要由旋转的内外径、液体密度、气体密度和旋转速度决定。 [0105] 如图17所示，包括锥形毛细压缩管的内径在特定半径处的计算的示例。 [0106] 增强向远端的乳化流动的方法如下。气泡浮力是与旋转参考系中向远端的乳化物惯性相反的主要的力。当浮力矢量总是与塞的惯性矢量相反时，该主要力抵消液塞的惯性，只有当液体被允许围绕气泡通过，并随其移动使气体体积位移时主要力才是明显的。直径小于毛细管14的气泡将允许液体沿远端方向上绕过它们，引起气泡相对于液体向近端运动，且用以通过摩擦阻挡向远端方向的液流。 [0107] 进入毛细压缩管14的气体/液体乳化物的气体部分处于其近端入口28 的远端的最高处(参见图10中的近端气泡形成)。使用波义耳定律(Boyle's law)，当乳化物被迫通过压缩管14向远端时，乳化物的气体部分因被压缩而减小，考虑到离心力，乳化物具有更高的单位密度。当液体质量移动通过毛细压缩管14时液体质量的加速度和所产生的惯性是将气体部分驱动到远端并因此压缩气体部分的主要动力。 [0108] 图11示意性地示出了毛细管14且在管14的远端中间区域101中具有一连串的气泡，且在下游远端区域103及更远处具有一连串的其他气泡105、 107和109。这些更下游的气泡107、109由于气体的压缩而变小。压缩的气液乳化混合物进入弧形外周容器空间盘形区域36，如结合图1所讨论的，以及如后面结合图12所讨论的。公式为： [0109] 离心力＝mωωr。 [0110] 邻近毛细管14的力图示出了沿Y轴的气泡浮力，该气泡浮力随着气泡从毛细管14中的内侧位置径向移动到外侧位置而减小。该气泡浮力曲线通常与有效重量对照，且毛细管14中的液体部分的体积通常恒定。液塞的“有效重量”是施加到其上的离心力的函数。整个系统(毛细管14和行进的乳化气液混合物)通过图11所示的旋转力或离心力来实现。 [0111] 作用在气泡之间的液塞的质量上的离心力径向向外(即，沿远端方向) 驱动气泡，直到径向向内作用的气泡的浮力(即近端力)等于或大于这些惯性力和离心力，此时来自射流喷射管24、26(图1)的新液体被全部喷射。 [0112] 图12示意性地示出了盘的平面图。从乳化装置11以及从液体喷射端口 26喷出液体。在被气体充满的空间29中，产生文丘里射流，由此乳化的气液混合物进入毛细管14的输入端口28。随着夹带的气泡径向向外移动，气体被压缩，且压缩的气液乳化混合物如箭头113所示离开毛细管14的径向远末端30。由于整个系统是旋转的，所以乳化的压缩气液混合物最初被设置成沿着内壁表面103靠近毛细管的出口。高度压缩的气体在外周区域110 中离开混合物，在区域110中留下液体部分。弧形外周容器空间区域36的外部延伸是外周收集区域110。图1所示的空间36位于沿着盘叠的径向内侧壁表面103。压缩的气泡来自被迫靠在管14的出口附近的区域110中的内壁103的压缩气液乳化混合物，且没有浮力的压缩的气泡与该混合物分离，淹没较大的气体容器空间40。在图12中，这由随机气体箭头115示出。气体在气体离开端口52a处离开弧形容器空间40。另请参见图2。 [0113] 随着加压气体115填充弧形加压气体储存室40，外周空间110中的液面受到累积压力被迫沿径向向外方向进入液体柱排放区域105。分离的液体穿过装置并通过排放端口或吹出端口116离开，在此处其被压缩机释放。排放和吹出通道116向大气开放，其处于比外周收集区域110的径向外侧处的液体压力密封水平更高的液压水平。排放空间105中的水柱决定压缩机装置将产生的最大压力。加压气体115继续被捕获在压缩气体室40中，体积增加且迫使(在有限空间110中的)液面将液体推入(见箭头117)室的吹出空间105，直到达到被捕获在压缩气体室40中的气体产生气体吹出条件的时机，其中气泡在外周空间105的径向向外侧上的液体密封(见箭头117 的气泡)之下逸出，然后径向向内飘到排放吹出端口116，此处过量的气体压力被释放到大气中，作为防止气体压缩机超过其最大压力极限的保护性压力释放机构。被迫进入排放柱105的压缩气体被释放到大气，作为防止压缩机超过其最大压力极限的保护性压力释放机构。压缩气体室40中的加压气体115通过铝背板10(图1、图2)中的加压气体收集端口52a收集，最终通过径向内侧的黄铜毂，此处压缩气体通过加压旋转密封端口离开。 [0114] 图13示意性地示出了毛细管14，该毛细管具有尾端段120，该尾端段在旋转方向9上角位移。图13中的尾端段从毛细管的相邻的轴向中心线弯曲超过90度。图14示出了毛细管14，该毛细管具有尾端段120，该尾端段从毛细管14的大致纵向中心线119角位移大约90°。参见图14中的角位移121。尾端段可弯曲且可贴靠容器空间40的壁103。参见图1和图13中的示意线103。角位移通常从弯曲的尾端段的上游、毛细管的大致径向的轴向中心线123识别。 [0115] 回到图13，尾端段120大致跟随旋转盘的内侧表面103。参见图1。使用角位移末端段，由于在末端段中产生的科里奥利力(Coriolis force)，径向内侧流动被限制而径向向外流动被促进。在物理学中，科里奥利效应是当相对于旋转参考系描述运动时运动物体的偏转。在顺时针旋转的参考系中，偏转到物体的运动的左侧；在一个逆时针旋转中，偏转到右边。科里奥利效应起作用，由此在旋转系统中运动的质量经受垂直于运动方向和旋转轴线作用的力(科里奥利力)。在地球上，该效应倾向于在北半球将运动物体偏转到西部，而在南半球将运动物体偏转到东部，且对于气旋天气系统的形成至关重要。另外，米里亚姆·韦伯斯特字典(Miriam Webster dictionary)将科里奥利力量定义为由于地球的旋转使北半球中的物体(如投射物或气流)偏转移动到右侧，使南半球中的物体(如投射物或气流)偏转移动到左侧的一种明显的力。 [0116] 尾端段中的科里奥利效应增加了夹带的压缩气泡与毛细管14的侧壁的分离，从而驱使气泡从管的输出端口喷出。 [0117] 乳化加速仅发生在压缩管14的径向部分中，并将乳化物带到最大速度，该最大速度接近铝背板10(图1)在尾端弯曲部120(图13)处的径向速度。 [0118] 捕获在毛细压缩管14中的压缩气液乳化混合物在其达到尾端的弯曲部时改变方向。实证研究已经确定，在至少正交旋转平面形成尾端弯曲部时，使得尾端弯曲部的外半径达到压缩的外部设计半径，创造了增强并有助于向远端的乳化物流动的条件。压缩管14的尾端可以平放在加压储存室的径向外部内壁上，或可以朝向旋转轴线向后(沿旋转参考系向上)弯曲超过90°。 [0119] 尾端弯曲部面向的方向影响压缩管14的性能。如果会发生的话，尾端在旋转平面弯曲且尾随旋转方向被执行地最好，且尾端在旋转平面弯曲但引导旋转方向被执行地较差。尾端在平行于旋转轴线但偏离旋转轴线的任一方向上弯曲显示出比没有尾端弯曲的压缩管14改进的性能。 [0120] 图15、图16和图17示意性地示出了另一结构，以限制液体中夹带的气泡的径向向内流动，并促进气液乳化混合物中的压缩气体的径向向外流动。图15示意性地示出了毛细管130可以从其径向内侧端口28到其径向远端端口30逐渐被锥形化。换言之，例如管长度为0.5，该毛细管的直径或内部通道横截面尺寸比管长度为3.5的示例大得多，管长度为3.5的毛细管具有小得多的横截面通道面积。 [0121] 图16示出了毛细管132具有从输入端口28延伸直到纵向部分134的大致恒定或一致的横截面尺寸。在部分134中，毛细管的横截面尺寸变窄，直到管到达纵向远端部分136。在该位置，毛细管具有恒定但是较小的横截面通道流动。这通向输出端口30。 [0122] 图17示出了毛细管的半径相比于毛细管的长度的变化。 [0123] 图18示出了具有多个大致径向毛细管的盘160。径向内侧乳化装置11 设置在空间162中。多个盘通过与通道166一起操作的附接系统保持在一起。多个盘通过与相邻盘上的键元件(图中未示出)一起操作的键槽164彼此键合。键元件适配在键槽164内。 [0124] 图19和图20示出了大致径向的毛细管或通道。图18示出了毛细管14 与乳化装置11相切。示出了毛细管14的输入端口28。系统围绕旋转轴线 150沿方向151旋转。毛细管的输出端部靠近盘12的径向内侧壁103。图 20示出了毛细管14沿旋转方向151弯曲。图19中的切向取向的毛细管朝向旋转方向151大体弯曲或位移。因此，图20中连续弯曲的毛细管14可沿图20中所示的旋转方向位移(毛细管输出端口尾随旋转方向)，或连续弯曲的毛细管可与旋转方向相反地位移(毛细管输出端口通向旋转方向)(图中未示出)。在图1、图18、图19和图20的所有这些构造中，毛细管“大致径向地定位”。 |
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