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气体等温压缩机技术专利及等温热力循环概论

发布时间:2021-02-28 23:59内容来源:网络整理 点击:

  首先声明,本文没有任何推翻现有基础理论的内容,是严格依据现有理论,以解决一个工程问题为切入点,对热力循环进行理论上的优化,可以显著提高热力循环的效率,有些优化可能因为成本或者材料方面的原因,不能实现,但理论绝对有较大突破。这个工程问题就是气体等温吸放热问题,

  解决的工程问题的办法就是气体等温压缩,对工质进行等温压缩,可以显著降低热力循环中的放热温度,以提高热效率和效率。

  先介绍如何进行进行气体的等温压缩,气体的表面传热系数很低,想要实现实用的气体等温压缩,压缩腔室必须要有很大的散热面积,本发明的基本原理就是在并行多通道换热器中增加一套液体循环系统,液体和气体交替进入热交换器,液体把气体分割开,形成若干压缩腔,液体和气体同步流向出口,本发明专利的具体实施方案,可以确保压缩过程中,液体气体按图示受控流动,不会混合,可以在一个散热器通道内制造不同的压力范围。

  液体将在受控的情况下,传递压缩力矩,逐步压缩气体空间,气体受压缩温度升高以后,热量将及时从散热器流失,因为换热器热交换面积远大于普通压缩机,散热功率足够大,气体温度升高非常有限,近似理论等温压缩。气体和液体完成压缩,从出口分离,气体流向出口,液体进入下一次循环

  气体压缩末端,热量产生的速率升高,而和其接触的换热器内表面积在减少,因此,还应该在散热器内表面,布置具有扰流和辅助散热的金属丝或者金属片,扰流是把层流变为紊流,以增强热交换,末端增加布置密度辅助吸热,并把热量传递给液体,并增加一个辅助散热器,完成辅助散热。以上即是等温压缩机的基本原理,本发明专利是如果控制液体传递压缩力矩,完成上述过程,且可反向运转,使气体在膨胀过程吸收热量,进行等温膨胀过程。

  本发明结构简单,具有压缩机类别中最大的散热面积,加工要求低,无汽缸活塞摩擦损失,也没有气门阀门等运动部件,气体流动损失小,但是增加了克服压缩液粘滞力的损失。可靠性好,成本低,压缩曲线无限接近理论等温压缩曲线,理论上可提供的压力,只受材料强度限制,大约可提供活塞式压缩机级别的压力。

  压缩液应选择挥发率低,流动粘度低,流动性好,性能稳定,无毒,不与压缩气体发生化学反应的液体,如有微量挥发,则应当不易在高温下与工质发生化学反应。压缩液工作温度不高,抗高温要求不高。

  气体的低传热系数,是等温压缩难于实现的最根本原因,不管是变容压缩机还是速度压缩机,都难以在提高散热面积和减少摩擦损耗之间找到平衡点,等温效果好不好,一个最重要的指标就是看有多少可用的散热面积,目前气压机多采用多级压缩,中间冷却的方案,期望尽可能接近理论等温线,但是也增加了气门等附属机构,造成气体流动阻力增大,损耗增加,增加的运动部件也使可靠性下降,热力学领域则用汽液相变替代了等温过程,这也造成吸热端的不可逆损失,本发明很好的解决了这些矛盾,为热力学开辟了一条新的道路。

  本发明的等温压缩机,只是解决了一个工程上的问题,实现了气态工质的等温吸放热,减少了不可逆损失,推进了现实中热力学循环理论上的优化,没有推翻任何现有基础理论。以下简单定性分析一下,气态工质等温吸放热以后,对热力循环的改进。

  主要用途和技术效果

  1气体压缩机

  本发明有多种用途,等温压缩机单独用于压缩气体,可替代单级和多级压气机,因为具有最所有压气机中最大的散热面积,因此最接近理论等温压缩线,具有最小的理论功耗,相比单级或者多级压气机,有节能约10%到40%的节能效果,也可用于一些特殊的,高温易发生危险或者变质的气体压缩。也可作为空气储能压缩机。使空气储能损耗降低10%到20%

  图片来自潘颢丹,贾冯睿编著《工程热力学》,在此致谢

  在PV示功图中,1-7为理论绝热线,本等温压缩机的理论功耗为1-4绝热压缩理论功耗为1-7-4’,三级压缩理论功耗为1-2-2’-3-3’-4-4’,实际中等温压缩机高于理论的热力损耗主要包括两个因素,冷却风量与热交换面积。单位时间内的冷却风量的热容量,与被压缩气体的热容量之间的比值,和等温压缩实际温度与同压力下的绝热压缩温度之间的比值,成正比关系,实际温度与换热面积与换热系数的乘积成反比关系,

  先求出T3的值,再用下列公式求出T4与T3的差,加上T3结果就是T4

  所以环境温度和压缩前是t1,压缩过程中和完成以后,气体实际温度是t4

  2:热机

  除了单独作为气体压缩机,更大的作用是作为热力循环中的工质压缩机,参与到热力循环中,可以最大效率的完成理想热力循环,虽然卡诺循环中同样有对气态工质进行等温压缩的过程,但卡诺循环,对于热源的要求是等温放热,这个在实际中,是极少有的,多数热源的热源与温度都呈函数正比关系,如果有可以等温放热的热源,直接应用卡诺循环即可,本文只介绍变温热源的理想热力循环,四种理想循环的基础热力循环模式,根据实际工况,以及技术难度和经济性,进行修正或者联合。

  热机循环,等温压缩-等压吸热-绝热膨胀

  制冷循环,等温压缩-绝热膨胀-等压吸热

  制热循环,等温膨胀-绝热压缩-等压放热

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