專利名稱：氣體壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供應(yīng)壓縮氣體用的氣體壓縮機(jī)，特別涉及在燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備中供應(yīng)壓縮空氣或其它氣體用的壓縮機(jī)。
產(chǎn)生熱壓縮氣體(如在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室內(nèi)與燃料一起燃燒的空氣)用的壓縮機(jī)，是眾所周知的。由壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣體受到加熱，因?yàn)樗抢脡嚎s周期的絕熱特性來(lái)壓縮的。由于氣體在壓縮期間受到加熱，比起如果在壓縮期間氣體的溫度保持恒定即如果氣體受到等溫壓縮來(lái)，為了達(dá)到所要的壓縮程度就需要更多的能量。使用壓縮機(jī)的機(jī)械能去加熱被壓縮氣體，這通常也是低效率的。
已知的用于更有效地壓縮氣體的設(shè)備的一個(gè)例子是液壓氣體壓縮機(jī)，其中氣體在向下移動(dòng)的液柱中受到壓縮。以氣泡形式存在的氣體在壓縮期間受到液體的冷卻。氣體而后在液柱的底部與液體分離，它方便地貯存在那里，形成一個(gè)冷壓縮氣體源，該氣源隨后可用于發(fā)電。
美國(guó)專利No.3608311中說(shuō)明了一種其運(yùn)行基于卡諾循環(huán)原理的熱機(jī)。循環(huán)中工作流體的等溫壓縮是通過將一種液體噴射到含工作流體的室中從而使氣體溫度在壓縮期間保持恒定來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是，這種設(shè)備與熱機(jī)有關(guān)并且由一種封閉循環(huán)的熱機(jī)組成，其中每一份一定體積的工作流體永久性地保留在一個(gè)相應(yīng)的室內(nèi)。它跟供應(yīng)壓縮氣體的氣體壓縮機(jī)無(wú)關(guān)。
在常規(guī)的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備內(nèi)，從燃?xì)廨啓C(jī)出來(lái)的排放氣體通常比周圍大氣的環(huán)境溫度要熱得多，因此排放氣體的余熱可能浪費(fèi)掉，除非它能重新轉(zhuǎn)化為有用的能量，例如發(fā)電。在一種特定類型的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備即聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽設(shè)備(CCGT)中，從燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的排放氣體中的余熱被轉(zhuǎn)化為蒸汽以驅(qū)動(dòng)第二級(jí)輪機(jī)。雖然CCGT效率高，但它需要額外的設(shè)備如熱回收蒸汽發(fā)生器和相應(yīng)的蒸汽輪機(jī)。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種氣體壓縮機(jī)，它包括一個(gè)包含待壓縮氣體的室、室中的一個(gè)活塞和將活塞驅(qū)動(dòng)到室中以壓縮氣體的機(jī)構(gòu)、形成在室中的液體噴霧以便在壓縮時(shí)冷卻其中氣體的機(jī)構(gòu)，以及使壓縮氣體能夠從室內(nèi)抽出的閥門機(jī)構(gòu)，其中上述驅(qū)動(dòng)活塞的機(jī)構(gòu)包括將貯存在流體中的驅(qū)動(dòng)能量直接傳遞給活塞的機(jī)構(gòu)。
因此，本發(fā)明提供一種有用的壓縮氣體源，其中氣體溫度受液體噴霧控制。壓縮熱被傳遞給噴霧中的小液滴，使得在壓縮期間，氣體溫度可以受到控制而保持恒定或降低。如果氣體的溫度保持恒定，壓縮所需的能量比如果溫度允許升高時(shí)的壓縮所需能量要少得多。有利的是，活塞由流體中貯存的能量直接驅(qū)動(dòng)，這種能量可以是貯存在壓縮氣體或可燃燃料/空氣混合物中的能量或液體的熱能。這使得能夠從極高溫度的熱源直接驅(qū)動(dòng)等溫壓縮，而系統(tǒng)中的熱量在周期中的最低溫度下排出?；钊沽黧w釋放的大能量非常有效地轉(zhuǎn)化為氣體的壓縮能量，并以這樣一種方式提供了將從流體作為動(dòng)能釋放的能量暫時(shí)貯存的機(jī)會(huì)，即大的能量可以轉(zhuǎn)移到活塞上，因而大體積的氣體可以被壓縮，但是活塞移動(dòng)到室內(nèi)的速率可以由活塞的慣性控制，使得壓縮過程盡可能接近等溫。本發(fā)明也提供機(jī)會(huì)回收從流體釋放的過剩熱量，以預(yù)熱等溫壓縮氣體。其次，因?yàn)榛钊侵苯域?qū)動(dòng)的，所以不需要包括曲軸之類轉(zhuǎn)動(dòng)部件的較復(fù)雜的機(jī)械裝置。
在一種優(yōu)選實(shí)施例中，壓縮機(jī)包括配接到活塞上的動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)，從而足夠的動(dòng)能可能傳送到活塞上，使活塞能夠壓縮氣體。有利的是，動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)設(shè)置成與活塞同相位運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，而在一種優(yōu)選實(shí)施例中，質(zhì)量可以由活塞本身提供。有利的是，動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)可以具有大的慣性，以控制壓縮速率，使得能夠有充分的時(shí)間用于將壓縮熱傳送給噴霧，從而使壓縮是等溫的。動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的塊體，例如一個(gè)飛輪，它配接在活塞上，使得塊體的轉(zhuǎn)動(dòng)能量通過活塞轉(zhuǎn)化為氣體的壓縮能量?？赊D(zhuǎn)動(dòng)的塊體可以設(shè)置成與活塞反向或只沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，與活塞的運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)。在前一種情況下，活塞可以安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)盤上，活塞進(jìn)入室中的運(yùn)動(dòng)是沿著一條由轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的弧形或沿著一條直線路徑進(jìn)行的，同時(shí)使活塞能夠相對(duì)于轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)。
另一種辦法是，活塞上可以連接一個(gè)齒條，齒條被設(shè)置成驅(qū)動(dòng)一個(gè)齒輪，或者是齒輪形成轉(zhuǎn)動(dòng)塊體，或者將一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)塊體連接在齒輪上。在后一種情況下，活塞可以通過一個(gè)曲軸配接到轉(zhuǎn)動(dòng)塊體上。有利的是，壓縮機(jī)可以包括配接到活塞上的配接機(jī)構(gòu)，使動(dòng)力能夠從活塞上直接引出或直接提供給活塞?；钊囊环N輸出傳動(dòng)可以用于傳動(dòng)(例如)與壓縮機(jī)連接的閥門和液體噴霧注射泵及機(jī)械壓縮機(jī)，機(jī)械式壓縮機(jī)提供熱壓縮氣體以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。活塞的動(dòng)力可以通過任何合適的機(jī)械嚙合引出來(lái)。
在一種優(yōu)選實(shí)施例中，壓縮機(jī)包括將動(dòng)能傳送給動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)。如果動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)由活塞塊體提供，那末傳送機(jī)構(gòu)可以被設(shè)置成將動(dòng)能直接傳送給活塞。壓縮機(jī)可以包括一種機(jī)構(gòu)，把用于使活塞沿一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為使活塞沿另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)(例如)可使動(dòng)能傳送給動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)，使得活塞移出壓縮室，隨后又使得活塞移入壓縮室，以壓縮氣體。或者是，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可以用于將某些用來(lái)驅(qū)動(dòng)活塞進(jìn)入室內(nèi)以壓縮氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換來(lái)驅(qū)動(dòng)活塞沿另一方向移出室外。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可以包括把用于使活塞運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能的機(jī)構(gòu)。例如，可以通過設(shè)置一個(gè)塊體在活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)形成的垂直位移來(lái)把動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能。這可以是一個(gè)單獨(dú)的塊體，或者可以是由活塞本身形成的塊體。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，壓縮機(jī)包括一個(gè)第二室和一個(gè)第二活塞，每個(gè)設(shè)置成在活塞移入室內(nèi)時(shí)第二活塞就移出第二室。第一和第二活塞可以間接地用機(jī)械方法連接在一起，例如用一個(gè)曲軸。這種連接可以適用于預(yù)先將活塞的相對(duì)取相調(diào)置到任何相角?；蛘呤牵谝缓偷诙钊梢灾苯拥剡B接在一起并可以組成一個(gè)整體，即形成一個(gè)單獨(dú)的活塞。動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)可以由第二活塞的塊體單獨(dú)形成，或由它與第一活塞的塊體共同形成。
在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括在第二室中的一個(gè)氣團(tuán)。因此，貯存在例如第一和第二活塞塊體上的動(dòng)能可以被第二室中氣體的絕熱壓縮吸收，并隨后使相當(dāng)熱的壓縮氣體絕熱膨脹，將動(dòng)能傳給在另一方向的活塞，從而驅(qū)動(dòng)第一活塞進(jìn)入第一室，以壓縮其中的氣體。
在一個(gè)實(shí)施例中，氣體壓縮機(jī)包括一個(gè)用于容放一股液體的容放機(jī)構(gòu)，并包括構(gòu)成活塞的導(dǎo)管。容放機(jī)構(gòu)被大體成形為U形導(dǎo)管，在導(dǎo)管的一個(gè)臂中形成室，在導(dǎo)管的另一臂中形成第二室(如果有一個(gè)的話)。液體活塞中的液體最好在活塞和室壁之間造成理想的密封。這種形式的壓縮機(jī)可以包括固體材料構(gòu)成的活塞，該活塞配置在液體活塞和室之間的導(dǎo)管中。另一個(gè)由固體材料構(gòu)成的活塞也可以配置在導(dǎo)管中，位于與室分開的液體活塞的另一側(cè)上。每個(gè)固體活塞的密度可以大于液體活塞中液體的密度。因此包括固體和液體成份的復(fù)合活塞的尺寸，對(duì)于給定質(zhì)量的活塞，可以減小。此外，在液體活塞的上面使用固體活塞可以防止液體、氣體和較熱的室的那些部分之間的直接接觸。固體活塞也可以防止在液體表面上的界面擾動(dòng)和防止液體的夾雜物進(jìn)入氣體。
在另外一個(gè)實(shí)施例中，活塞包括固體材料，而且在其結(jié)構(gòu)中可以包括不同的固體材料，而且還可以封裝液體材料，作為整塊的一部分。活塞和室可以如此配置，使活塞進(jìn)入室的運(yùn)動(dòng)基本上沿一垂直平面，或基本上沿一個(gè)水平面。在后一配置中，低摩擦的軸承機(jī)構(gòu)可以被提供來(lái)支承活塞，以便于活塞相對(duì)于室運(yùn)動(dòng)。如果活塞被設(shè)置成進(jìn)行垂直和直線運(yùn)動(dòng)，則最好不要軸承機(jī)構(gòu)。還設(shè)想了另一種活塞沿其它平面運(yùn)動(dòng)的配置。
在一個(gè)實(shí)施例中，傳遞驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括第二閥門機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可被操作，使熱壓縮氣體進(jìn)入第二室，以便將第二活塞移出第二室。因此，如果允許熱壓縮氣體絕熱膨脹，則氣體的大部分能量將傳給動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)。該貯存機(jī)構(gòu)可以由第一和第二活塞塊提供，被貯存的能量然后可以用來(lái)進(jìn)行第一室中氣體的等溫壓縮。因?yàn)橛蔁釅嚎s氣體膨脹釋放的能量大于那種氣體達(dá)到等溫壓縮所需的能量，所以在第一室中被壓縮的氣體質(zhì)量可以大于第二室中膨脹的熱氣體的質(zhì)量。動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)能使由熱壓縮氣體膨脹而釋放出的能量用熱力學(xué)上有效的方法用于氣體的等溫壓縮。在第一室中壓縮氣體之后，在第二室中膨脹的氣體隨即通過驅(qū)動(dòng)第二活塞進(jìn)入第二室而被壓縮。這可以被達(dá)到，例如在垂直配置中，可以利用活塞在其自身重量的作用下下降來(lái)達(dá)到。
壓縮機(jī)可以包括第三閥門機(jī)構(gòu)，在利用活塞運(yùn)動(dòng)進(jìn)入第二室的方法使第二室中的氣體被壓縮之后，該第三閥門可被操作，使壓縮氣體從第二室中排出。在這個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)最好在第二室中包括形成液體噴霧的機(jī)構(gòu)，以便在壓縮期間冷卻氣體。這樣，引入第二室的并使其絕熱膨脹的熱壓縮氣體隨后可以被等溫壓縮。氣體壓縮機(jī)還可以包括第四閥門機(jī)構(gòu)，在由第二閥門機(jī)構(gòu)引入的熱壓縮氣體在第二室中膨脹之后，該第四閥門機(jī)構(gòu)可被操作，吸入另外的低壓氣體，之后，第二活塞沿移出第二室方向的速度達(dá)到零。這樣，從熱壓縮氣體得到的一部分動(dòng)能被用來(lái)將另外的氣體吸入到第二室中，隨后，氣體被壓縮。
在另一個(gè)實(shí)施例中，或者用或者不用第二室，傳送驅(qū)動(dòng)能量的機(jī)構(gòu)還包括另一個(gè)閥門機(jī)構(gòu)，該閥門機(jī)構(gòu)可被操作使熱壓縮氣體進(jìn)入第一室，驅(qū)動(dòng)活塞移出第一室。在這個(gè)實(shí)施例中，在上半個(gè)工作周期用來(lái)驅(qū)動(dòng)活塞移出室的一些氣體在下半個(gè)工作周期在室中被壓縮。這個(gè)實(shí)施例可以包括轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，將通過活塞運(yùn)動(dòng)移出室所得到的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成使活塞運(yùn)動(dòng)進(jìn)入室以壓縮空氣的動(dòng)能?？梢蕴峁┑诙液偷诙钊?，第二室包含一團(tuán)氣體，該氣體將引入第一室的熱壓縮氣體給與的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)活塞返回第一室以壓縮氣體的動(dòng)能。這樣，當(dāng)?shù)诙钊\(yùn)動(dòng)進(jìn)入第二室時(shí)，其中氣體被絕熱壓縮，隨后絕熱膨脹，驅(qū)動(dòng)第二活塞移出第二室，并驅(qū)動(dòng)第一活塞移入第一室?；蛘撸瑝嚎s機(jī)可以包含具有如上所述的第二、第三和第四閥門機(jī)構(gòu)的第二室。壓縮機(jī)還可以包括閥門機(jī)構(gòu)，在由另外的閥門機(jī)構(gòu)引入的熱壓縮氣體在第一室中膨脹之后，該閥門可被操作，以吸入另外的低壓氣體，之后，活塞沿移出室的方向的速度達(dá)到零。
有利的是，如果交替引入第一和第二室的熱壓縮氣體絕熱膨脹，則氣體的熱能可方便地轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，例如活塞的動(dòng)能，所以另外的氣體在每次膨脹之后可被允許進(jìn)入每個(gè)室，因?yàn)槭业目罩捏w積增加了。然后活塞瞬間停留在一個(gè)室中，由于熱壓縮氣體注入同一室并在其中膨脹，活塞反向運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)活塞進(jìn)入另一室，壓縮其中溫度比先前引入的熱壓縮氣體的初始溫度低得多的氣體。這樣，給定質(zhì)量的壓縮氣體被轉(zhuǎn)換成較大質(zhì)量的壓縮氣體，因此利用引入到室中的熱壓縮氣體的熱壓可以有效地增加附加的質(zhì)量。
在另一個(gè)實(shí)施例中，傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括在第二室中提供可燃性燃料混合物的機(jī)構(gòu)，因此，利用它的燃燒可將動(dòng)能給與活塞或其它的動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括使壓縮氣體進(jìn)入第二室的機(jī)構(gòu)以及形成熱液體噴霧以加熱第二室中氣體的另外機(jī)構(gòu)。另一種方法是，傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括一種機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)讓為發(fā)生氣化用的氣體產(chǎn)生介質(zhì)同反應(yīng)氣體一起進(jìn)入第二室。在這些實(shí)施例的每個(gè)中，傳送驅(qū)動(dòng)能量的機(jī)構(gòu)還可以包括將壓縮氣體從第一室輸送到第二室的機(jī)構(gòu)。熱交換器機(jī)構(gòu)最好被配置用從第二室來(lái)的熱膨脹氣體來(lái)預(yù)加熱來(lái)自第一室的冷壓縮氣體。一些離開熱交換器的預(yù)熱的壓縮氣體可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)。如果在離開第二室的熱膨脹氣體中可利用的熱量比要求驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)而預(yù)熱大量冷壓縮氣體所需的熱量多，則應(yīng)用一些冷壓縮氣體來(lái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)渦輪機(jī)是特別有利的。可把壓縮機(jī)設(shè)計(jì)成為能產(chǎn)生額外的冷壓縮氣體，使之回收這部分剩余的熱量。按照這種方式，可以回收剩余的熱量，使其轉(zhuǎn)換成有用的動(dòng)力。
壓縮機(jī)可以包括容放待壓縮氣體和第三活塞的第三室，利用該第三活塞運(yùn)動(dòng)進(jìn)入第三室而壓縮氣體。該第三室還包括使壓縮氣體從第三室排出的閥門機(jī)構(gòu)。第三室和第三活塞可以配置成當(dāng)?shù)诙钊瞥龅诙視r(shí)，第三活塞移入第三室。這樣，驅(qū)動(dòng)第二活塞移出第二室的過程可以用來(lái)壓縮第三室中的氣體。在壓縮機(jī)包括U形導(dǎo)管(U形導(dǎo)管包含構(gòu)成第一和第二活塞的液體活塞)的地方，可以利用例如將第三室設(shè)置在與第一室相同的導(dǎo)管臂中這種方法來(lái)構(gòu)成第三活塞。包含固體材料的活塞可以配置在第三活塞和第三室之間。如果固體活塞也放在第一室的液體活塞之上，則固體活塞可以設(shè)置成可以互相獨(dú)立地移動(dòng)或連接在一起，固體活塞例如可以包括一個(gè)整體。在第一、第二和第三活塞都包括固體材料時(shí)，這些活塞實(shí)際上可以成形為一個(gè)整體，共同用來(lái)形成動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)。第三室中的氣體可以被絕熱壓縮，壓縮的氣體可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)。如果用單獨(dú)的氣體渦輪機(jī)來(lái)回收從第二室過程中來(lái)的熱膨脹氣體中的過剩熱量，則單獨(dú)的氣體渦輪機(jī)的排放氣體(仍然是相當(dāng)熱的)可以用來(lái)預(yù)熱從第一室來(lái)的(例如用熱交換器)一些冷壓縮氣體，并且這種預(yù)熱的壓縮氣體可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)用第三室來(lái)的絕熱壓縮氣體驅(qū)動(dòng)的氣體渦輪機(jī)。另一種方法是，從第三室來(lái)的絕熱壓縮氣體和用于從排放氣體中回收過剩熱量的被預(yù)熱的壓縮氣體都可以引導(dǎo)到一個(gè)單一的渦輪機(jī)，因此避免了需要一個(gè)以上的渦輪機(jī)。
在另一個(gè)可供選擇的配置中，第二室和第二活塞分別被配置成當(dāng)?shù)谝缓偷谌钊迫胂鄳?yīng)的室時(shí)，第二活塞移入第二室。然后第二室中發(fā)生的過程驅(qū)動(dòng)第一、第二和第三活塞移出它們各自的室，將動(dòng)能給與動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)最好是各活塞的組合質(zhì)量。提供了將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)活塞返回到它們各自室的動(dòng)能的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以包括含有一團(tuán)氣體的絕熱壓縮/膨脹室和連接到其它活塞的有關(guān)活塞，使得第二活塞移出第二室時(shí)，另一個(gè)活塞移入絕熱/膨脹室。
在另一個(gè)實(shí)施例中，第二室和第二活塞分別配置成當(dāng)?shù)谝缓偷谌钊迫胨鼈兏髯缘氖視r(shí)，第二活塞移出第二室。氣體壓縮機(jī)可以包括第四室和第四活塞，它們分別配置成當(dāng)?shù)诙钊迫氲诙視r(shí)，第四活塞移出第四室。除了利用第二室中的過程傳送驅(qū)動(dòng)能量以驅(qū)動(dòng)第一和第三活塞進(jìn)入他們各自的室而壓縮其中氣體之外，包括上述任何一個(gè)與第二室有關(guān)的過程可以被安排發(fā)生在第四室，以驅(qū)動(dòng)第二活塞返回到第二室，隨后第一和第三活塞移出它們各自的室。
氣體壓縮機(jī)還可以包括第五活塞和第五室，后者包含由于第五活塞移入第五室而被壓縮的氣體，第五活塞和第五室被設(shè)置成當(dāng)?shù)诙钊迫氲诙視r(shí)，第五活塞移入第五室，壓縮機(jī)還包括使壓縮氣體從第五室排出的閥門機(jī)構(gòu)。第五室可以用來(lái)絕熱壓縮氣體，該壓縮氣體隨后可被用于驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)，該氣體渦輪機(jī)可以是同一個(gè)由第三室來(lái)的絕熱壓縮氣體驅(qū)動(dòng)的氣體渦輪機(jī)。在第五室中的絕熱壓縮用第四室中的過程來(lái)驅(qū)動(dòng)。
此外，壓縮機(jī)可以包括第六活塞和第六室，后者包含由于第六活塞移入第六室而被壓縮的氣體，第六活塞和第六室被設(shè)置成當(dāng)?shù)诙钊迫氲诙視r(shí)，第六活塞移入第六室，壓縮機(jī)還包括在第六室中形成液體噴霧以冷卻其中正受壓縮的氣體的機(jī)構(gòu)和另一個(gè)使壓縮氣體從第六室中排出的閥門機(jī)構(gòu)。第六室因此形成生產(chǎn)冷壓縮氣體的第二等溫壓縮室。在第六室中的等溫壓縮也由第四室中的過程驅(qū)動(dòng)。因此在這種形式的壓縮機(jī)中，第二室中的工作過程在半個(gè)工作周期期間內(nèi)分別驅(qū)動(dòng)在第一和第三室中的等溫和絕熱壓縮過程，面在第四室中的過程在另一個(gè)半工作周期期間內(nèi)分別驅(qū)動(dòng)在第五和第六室中的絕熱和等溫壓縮過程。傳送驅(qū)動(dòng)能量的機(jī)構(gòu)還可以包括將壓縮氣體從第六室輸送到第二和(或)第四室的機(jī)構(gòu)，還可以包括熱交換器機(jī)構(gòu)，用從第二室和(或)第四室來(lái)的氣體預(yù)熱從第六室來(lái)的壓縮氣體。熱交換器機(jī)構(gòu)可以包括同樣的用從第二室來(lái)的氣體來(lái)預(yù)熱從第一室來(lái)的壓縮氣體的熱交換機(jī)構(gòu)體。不需要預(yù)熱從第六室來(lái)的冷壓縮氣體(該冷壓縮氣體是驅(qū)動(dòng)第二和(或)第四室中過程所需要的)的熱量可以利用從第一和(或)第六室來(lái)的另外的冷壓縮氣體通過熱交換機(jī)構(gòu)進(jìn)行回收，因此，過剩的熱量被用來(lái)預(yù)熱另外的壓縮氣體，然后用這種氣體來(lái)驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)。在上述任何一個(gè)實(shí)施例中，任何兩個(gè)或多個(gè)活塞可以被設(shè)置成串列布置，例如用一根或多根從一個(gè)室穿到下一個(gè)室的密封的軸棒相互連接。另一種辦法是，任何兩個(gè)或多個(gè)活塞可以相對(duì)于它們移入和移出各自室的方向橫向和分開一段距離。
當(dāng)應(yīng)用熱壓縮氣體來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)，可以用常規(guī)的機(jī)械壓縮機(jī)提供氣體，也可用等溫壓縮機(jī)本身產(chǎn)生的冷壓縮氣體，該氣體然后利用熱交換器用從第二和(或)第四室來(lái)的熱膨脹氣體預(yù)熱并再于主加熱器中利用例如燃料的燃燒來(lái)進(jìn)行加熱。最后的熱壓縮氣體的溫度一般遠(yuǎn)高于由機(jī)械壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣體溫度。很熱的壓縮氣體然后被引入到第二和(或)第四室，在其中氣體膨脹從而驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。引入到第二和(或)第四室的熱壓縮氣體最好利用簡(jiǎn)單的絕熱膨脹來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，因而是一個(gè)比燃燒或氣化法更為清潔的過程。
在另一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)除第一室和第二室外，如果還有一個(gè)，由包括另一個(gè)容納待壓縮氣體的室、另一個(gè)活塞、閥門機(jī)構(gòu)和將壓縮氣體從該另一個(gè)室輸送到第一和(或)第二室的機(jī)構(gòu)。該另一個(gè)活塞由于其移入該另一個(gè)室而壓縮氣體，該閥門裝置使壓縮氣體從該另一個(gè)室內(nèi)排出。該另一個(gè)活塞與第一個(gè)活塞無(wú)關(guān)，壓縮機(jī)可以包括連于該另一個(gè)活塞的第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)，可以將足夠的動(dòng)能給與該機(jī)構(gòu)，使該另一個(gè)活塞壓縮在該另一個(gè)室中的氣體。第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)與該另一個(gè)活塞同相運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量塊，該質(zhì)量塊可方便地由該另一個(gè)活塞形成。包含于該另一個(gè)室中的氣體被絕熱壓縮，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)在第一室和第二室(如果有一個(gè))中的等溫壓縮過程。絕熱壓縮氣體也可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)。
這種形式的壓縮機(jī)還可以包括將動(dòng)能傳給第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，后者將用來(lái)使該另一個(gè)活塞沿一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為使其沿另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可以包括將用來(lái)使活塞動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)例如由一個(gè)當(dāng)該另一個(gè)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)作垂直移動(dòng)的質(zhì)量塊構(gòu)成，該質(zhì)量塊可以由該另一個(gè)活塞本身的質(zhì)量構(gòu)成。
壓縮機(jī)還可以包括第四室和第四活塞，分別設(shè)置成當(dāng)該另一個(gè)活塞移入該另一個(gè)室時(shí)，第四活塞移出第四室，而該另一個(gè)活塞和第四活塞可以共同構(gòu)成一個(gè)整體。雖然在此實(shí)施例中可以沒有第二室和第二活塞，但是為了將一個(gè)室和活塞與另一個(gè)區(qū)別開，所以如此稱作第四室和第四活塞。轉(zhuǎn)換該另一個(gè)活塞運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能的機(jī)構(gòu)可以包括包含于第四室中的一團(tuán)氣體，該氣體可以交替地被壓縮和進(jìn)行絕熱膨脹，以驅(qū)動(dòng)該另一個(gè)活塞進(jìn)入該另一個(gè)室壓縮氣體，當(dāng)將動(dòng)能傳給第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)包括一個(gè)在該另一個(gè)室中的工作過程時(shí)是特別有利的。例如，將驅(qū)動(dòng)能傳送到該另一個(gè)活塞和將動(dòng)能傳送到第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)可以包括在該另一個(gè)室中提供可燃性燃料混合物的機(jī)構(gòu)，由此其中的燃燒過程產(chǎn)生動(dòng)能。另一種方法是，將動(dòng)能傳送到第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)可以包括使壓縮氣體進(jìn)入該另一個(gè)室的機(jī)構(gòu)和另一個(gè)機(jī)構(gòu)，后者形成熱液體的噴霧以加熱在該另一個(gè)室中的氣體。在另一個(gè)實(shí)施例中，傳送驅(qū)動(dòng)能到該另一個(gè)活塞上的機(jī)構(gòu)包括為產(chǎn)生氣化使產(chǎn)生氣體的介質(zhì)和反應(yīng)氣體可以一齊進(jìn)入該另一個(gè)室的機(jī)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，傳送驅(qū)動(dòng)能到該另一個(gè)活塞的機(jī)構(gòu)可以包括允許熱壓縮氣體進(jìn)入該另一個(gè)室的閥門機(jī)構(gòu)。這樣，在任何一個(gè)上述實(shí)施例中，可以利用發(fā)生在該另一個(gè)室中的過程來(lái)驅(qū)動(dòng)在同一個(gè)室中的絕熱壓縮。過程的結(jié)果是，在該另一個(gè)室中的熱氣體膨脹并驅(qū)動(dòng)該另一個(gè)活塞移出該另一個(gè)室。在該另一個(gè)室中的氣體膨脹之后可操作的閥門機(jī)構(gòu)可以被提供來(lái)將氣體排入隨后將被絕熱壓縮的室。閥門機(jī)構(gòu)可以設(shè)置得使氣體直接在活塞的上面進(jìn)入。在此實(shí)施例中，壓縮機(jī)還包括在氣體引入該另一個(gè)室之后可操作的閥門機(jī)構(gòu)，使得當(dāng)活塞移入到該另一個(gè)室中時(shí)，熱膨脹氣體可以從室中排出。在熱膨脹氣體排出室之后，閥門機(jī)構(gòu)被關(guān)閉，使氣體排入膨脹過程之后的室內(nèi)而被壓縮。由該另一室內(nèi)的過程傳給第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的動(dòng)能可以轉(zhuǎn)換成由第四室中的氣體的絕熱壓縮和膨脹使該另一個(gè)活塞移入該另一室的動(dòng)能。
在另外一個(gè)實(shí)施例中，第四室相對(duì)于該另一個(gè)室可以包含任一個(gè)上述的特點(diǎn)，因而第四室的工作過程驅(qū)動(dòng)該另一個(gè)室中的絕熱壓縮，及在該另一個(gè)室中的過程驅(qū)動(dòng)第四室中的絕熱壓縮。有利的是，這個(gè)實(shí)施例在一個(gè)完全操作周期期間產(chǎn)生兩次絕熱壓縮氣體。待絕熱壓縮的氣體與在該另一個(gè)室和第四室中的作業(yè)氣體的分離可用自然的熱分層來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，絕熱壓縮和驅(qū)動(dòng)絕熱壓縮的過程發(fā)生在分開的室內(nèi)。這樣，絕熱壓縮僅發(fā)生在該另一個(gè)室內(nèi)，而驅(qū)動(dòng)絕熱壓縮的過程則發(fā)生在第四室中。
在另外一個(gè)實(shí)施例中，第四室和第四活塞可以分別設(shè)置成當(dāng)該另一個(gè)活塞移入該另一個(gè)室時(shí)，第四活塞移入第四室。以后將該另一個(gè)活塞和另一個(gè)室分別稱作第三活塞和第三室，雖然可以沒有第二活塞和第二室。同樣，盡管可以沒有第二室，但用語(yǔ)第四、第五和第六是將一個(gè)活塞或室與另一個(gè)活塞或室加以區(qū)別。壓縮機(jī)還可以包括第五室和第五活塞，分別配置成當(dāng)?shù)谌钊迫氲谌視r(shí)，第五活塞移出第五室。在這個(gè)實(shí)施例中，將動(dòng)能傳送到第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)可以包括在第四室中的驅(qū)動(dòng)第五活塞進(jìn)入第五室的過程。第五室可以包含一團(tuán)氣體，它將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成使第五活塞運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，以便驅(qū)動(dòng)第三活塞進(jìn)入第三室壓縮其中的氣體。
在另一個(gè)實(shí)施例中，氣體壓縮機(jī)可以包括形成第五室中的過程使動(dòng)能傳給第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，由此可驅(qū)動(dòng)該另一個(gè)活塞進(jìn)入該另一個(gè)室以壓縮其中的氣體。因此，將動(dòng)能傳送到第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)可以包括在第五室中提供可燃性燃料混合物的機(jī)構(gòu)，混合物的燃燒傳送動(dòng)能。另外一種方法是，動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)可以包括使壓縮氣體可以進(jìn)入第五室的機(jī)構(gòu)和在第五室中形成加熱氣體用的熱液體噴霧的一個(gè)機(jī)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，使動(dòng)能傳送到第二動(dòng)能貯存裝置的機(jī)構(gòu)可以包括讓產(chǎn)生氣體的介質(zhì)和反應(yīng)氣體一起進(jìn)入第五室的機(jī)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，使動(dòng)能傳輸?shù)降诙?dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)可以包括可操作地使熱壓縮氣體進(jìn)入第五室的閥門機(jī)構(gòu)。
氣體壓縮機(jī)可以包括包含待壓縮的氣體的第六室，第六活塞與第六室被設(shè)置成當(dāng)?shù)谖寤钊迫氲谖迨視r(shí)，第六活塞移入第六室，壓縮機(jī)還可以包括使壓縮氣體從第六室排出的閥門機(jī)構(gòu)。這樣，在本實(shí)施例中，在兩個(gè)室中進(jìn)行了絕熱壓縮，在另外兩個(gè)室中進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)壓縮的過程。在第五室中的工作過程驅(qū)動(dòng)第三室中的壓縮，在第四室中的工作過程驅(qū)動(dòng)第六室中的絕熱壓縮。因此有利的是，絕熱壓縮氣體完全與作業(yè)氣體保持分開。另外，此實(shí)施例是對(duì)稱的，每個(gè)工作周期產(chǎn)生兩次絕熱壓縮氣體。從第三和第六室中的每個(gè)室來(lái)的絕熱壓縮氣體可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)第一室(如果還有，加上第二室)內(nèi)的等溫壓縮，也可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使動(dòng)能傳送到第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)還包括將壓縮氣體從第一室和(或)第二室按要求輸送到第三、第四或第五室以及驅(qū)動(dòng)其中一個(gè)工作過程的機(jī)構(gòu)。最好提供熱交換機(jī)構(gòu)，用第三、第四或第五室中任何一個(gè)室出來(lái)的熱膨脹作業(yè)氣體的熱量來(lái)預(yù)熱從第一和(或)第二室來(lái)的壓縮氣體。
在壓縮機(jī)的另一個(gè)實(shí)施例中，等溫壓縮需用的能量由一個(gè)液體池供給。液體驅(qū)動(dòng)氣體壓縮機(jī)的一種形式包括導(dǎo)管和另一個(gè)活塞，后者設(shè)置在導(dǎo)管內(nèi)并沿其移動(dòng)，并且驅(qū)動(dòng)第一活塞進(jìn)入第一室以壓縮其中的氣體。包含液體的池連接于導(dǎo)管的一端上，壓縮機(jī)還包括主流閥門，用以控制從液池到導(dǎo)管的液流，以驅(qū)動(dòng)所說(shuō)的另一個(gè)活塞沿導(dǎo)管移動(dòng)。壓縮機(jī)還包括排放閥門機(jī)構(gòu)，用于在第一室中的氣體壓縮之后使液體從導(dǎo)管排出。所述的另一個(gè)活塞可以包括一個(gè)液體或固體活塞，或兩者結(jié)合的活塞，可以與第一活塞形成整體。壓縮機(jī)可以包括許多包含待壓縮氣體的室和在每一個(gè)室中壓縮氣體的活塞，每個(gè)活塞由另一個(gè)有關(guān)的活塞單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，每個(gè)活塞沿分開的導(dǎo)管被驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)管的一端被連接在共用的液體池上。壓縮機(jī)最好包括將通過一個(gè)或每個(gè)閥門排放機(jī)構(gòu)排放的液體返回到液池的機(jī)構(gòu)，返回機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)泵。當(dāng)壓縮機(jī)包括許多導(dǎo)管和在許多室中驅(qū)動(dòng)壓縮過程的有關(guān)活塞時(shí)，主流閥門和排放閥門可以定時(shí)操作，使得當(dāng)液體從其中排出時(shí)便同時(shí)使排出的液體返回液池，所以液池的存量基本上保持恒定。在優(yōu)選實(shí)施例中，壓縮機(jī)還包括對(duì)液池中的液體加壓的機(jī)構(gòu)。液池可以包括一個(gè)密封一團(tuán)受壓氣體在液體上方的室。當(dāng)將液體返回液池的機(jī)構(gòu)包括一個(gè)泵時(shí)，應(yīng)當(dāng)知道，采用在每個(gè)導(dǎo)管上設(shè)置主流閥門機(jī)構(gòu)以控制各閥門不同相操作的方法，泵可以連續(xù)地以最佳效率運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樾枰獙⒁后w連續(xù)輸送到水池。
方便的是，當(dāng)壓縮機(jī)包括液體活塞時(shí)，壓縮機(jī)可以包括向一個(gè)或每個(gè)噴霧形成機(jī)構(gòu)供應(yīng)液體的機(jī)構(gòu)，供應(yīng)的液體取自液體活塞，用作噴霧的液體。
壓縮機(jī)最好包括用于冷卻噴霧用液體的冷卻機(jī)構(gòu)，最好還包括用于控制噴霧中霧滴尺寸的裝置。噴霧形成機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)泵，該泵僅當(dāng)在一個(gè)室或每個(gè)室中的氣體被壓縮時(shí)才操作。噴霧形成機(jī)構(gòu)最好被設(shè)置成在所述室或每個(gè)室中的氣體正被壓縮的同時(shí)能提供恒定流速的噴霧，噴霧形成機(jī)構(gòu)可以包括正排量泵。
一個(gè)實(shí)施例可以包括用機(jī)械方式將活塞連接到噴霧泵上的機(jī)構(gòu)。有利的是，這種機(jī)械連接件有助于噴霧液體注射定時(shí)，并使機(jī)械動(dòng)力可以從活塞傳到泵和相反的傳送。機(jī)構(gòu)連接件可以包括例如由活塞或連接在活塞上用來(lái)驅(qū)動(dòng)小齒輪的齒條驅(qū)動(dòng)的曲軸。曲軸或小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)可以驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式泵，或可以轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)往復(fù)式泵。在一些實(shí)施例中，噴霧液體隨壓縮氣體從壓縮室中排出。這種液體處于相當(dāng)高的壓力，在一部分操作周期中，其壓力可能高于將噴霧液體注入室中所需要的壓力。在這種情況下，泵可以產(chǎn)生強(qiáng)制傳動(dòng)動(dòng)力，該動(dòng)力可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)活塞。另外一種辦法是，壓縮機(jī)可以不設(shè)置機(jī)械泵，用于噴射噴霧的壓力由活塞本身提供。另一種辦法是，可以用電或用一些其它的機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)泵。如果泵提供凈動(dòng)力輸出，則連接泵來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)是合適的。
在一種優(yōu)選實(shí)施例中，壓縮機(jī)包括將來(lái)自所述一個(gè)室或每個(gè)室的壓縮氣體中的液體抽出的機(jī)構(gòu)，再有，還可以包括水分分離器。壓縮機(jī)最好還包括將來(lái)自提取機(jī)構(gòu)的液體輸送到一個(gè)或每個(gè)噴霧形成機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)。因此有利的是，在等溫壓縮之后(或者在有些實(shí)施例中是等溫膨脹之后)回收的噴霧液體可以連續(xù)地再循環(huán)。
壓縮機(jī)可以包括用于控制的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以根據(jù)許多參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)，例如在相應(yīng)室中活塞的位置、在某個(gè)室中氣體的壓力、時(shí)間相關(guān)性或預(yù)定質(zhì)量或體積的氣體離開或進(jìn)入一個(gè)室的時(shí)間，來(lái)控制閥門機(jī)構(gòu)中一個(gè)或多個(gè)機(jī)構(gòu)的開或關(guān)。這種參數(shù)可以用傳感器測(cè)量或檢測(cè)，提供相應(yīng)的用于控制閥門的輸出信號(hào)，例如用液壓、電磁和(或)機(jī)構(gòu)法來(lái)控制閥門。傳感器或這些傳感器可以例如是電磁的、電感的、電容的、電觸點(diǎn)的、超聲的或壓電的。微機(jī)或其它類型的計(jì)算機(jī)可被設(shè)置來(lái)處理和分析傳感器輸出的信號(hào)。
在一個(gè)實(shí)施例中，閥門機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)可以機(jī)構(gòu)地連接到一個(gè)或多個(gè)活塞上，使得活塞可以驅(qū)動(dòng)閥門機(jī)構(gòu)啟開和(或)開閉。連接在活塞上的齒條可以構(gòu)成合適的機(jī)械連接件，該齒條被設(shè)置來(lái)驅(qū)動(dòng)安裝在例如室的壁或座上的齒輪。齒輪被設(shè)置來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪或驅(qū)動(dòng)在適當(dāng)時(shí)間啟開和(或)關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)閥門的凸輪軸。
當(dāng)壓縮機(jī)包括液體活塞時(shí)，一個(gè)固體材料浮子可以被設(shè)置漂浮在至少一個(gè)室中的液體活塞的表面上。浮子可以是硬的，也可是軟的，它對(duì)抑制活塞表面的擾動(dòng)和阻止液體的夾雜物進(jìn)入液體活塞之上的氣體中是有效的，上述二種浮子均為勢(shì)位降機(jī)構(gòu)。浮子最好用多孔性材料制作，以便于噴霧液體與液體活塞中的液體結(jié)合。
在有些情況下，取決于在室中發(fā)生的過程所產(chǎn)生的熱量，需要冷卻室的壁。室壁可以用來(lái)自一個(gè)或多個(gè)等溫壓縮室的冷壓縮氣體冷卻。室壁上可以形成許多孔，使得冷卻氣體在吸收室壁上的熱之后可以進(jìn)入室內(nèi)，與室內(nèi)的其它膨脹氣體一起膨脹。另一個(gè)辦法是，加熱壓縮的冷卻氣體可以通到渦輪機(jī)中并在其中膨脹。有利的是，兩種方法都能以轉(zhuǎn)換為有用機(jī)械動(dòng)力的方式從室壁上回收過剩的熱量。
當(dāng)壓縮機(jī)包括用等溫壓縮室來(lái)的冷壓縮氣體冷卻從某個(gè)室中發(fā)生的過程中排出的排放氣體的熱交換裝置時(shí)，需要提供除去離開熱交換機(jī)構(gòu)的冷的排放氣體中液體的水分除去機(jī)構(gòu)。這樣一種裝置可以包括下面幾種機(jī)構(gòu);冷卻從第一熱交換機(jī)構(gòu)來(lái)的排放氣體的第二熱交換機(jī)構(gòu)，除去離開第二熱交換機(jī)構(gòu)的較冷排放氣體中水分的機(jī)構(gòu)，降低離開水分除去機(jī)構(gòu)的較冷排放氣體溫度的冷卻器，除去離開冷卻器的更冷氣體中水分的第二水分除去機(jī)構(gòu)和將更冷的排放氣體從第二水分除去機(jī)構(gòu)輸送到第二熱交換器的機(jī)構(gòu)，在此熱交換機(jī)構(gòu)中，更冷的排放氣體由離開第一熱交換器的冷排放氣體加熱。
本發(fā)明的另一方面提供了燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，包括氣體渦輪機(jī)、產(chǎn)生更冷壓縮氣體的等溫壓縮機(jī)、預(yù)熱更冷壓縮氣體的機(jī)構(gòu)、用預(yù)熱的壓縮空氣產(chǎn)生熱的高壓氣體的主加熱器和輸送高溫高壓氣體驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。預(yù)熱機(jī)構(gòu)最好包括熱交換器，該熱交換器用來(lái)預(yù)熱由離開氣體渦輪機(jī)的熱的低壓氣體得到的更冷壓縮氣體。
在本發(fā)明這個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，主加熱器包括燃燒室，該燃燒室在預(yù)熱的增壓氣體中燃燒燃料并產(chǎn)生作為高溫高壓氣體的燃燒氣體。
在本發(fā)明這個(gè)方面的另一個(gè)實(shí)施例中，主加熱器包括外部加熱源。該外部加熱源可以是例如燃煤或燃油爐、化學(xué)的或工業(yè)過程、核反應(yīng)堆或太陽(yáng)爐。
有利的是，氣體渦輪機(jī)設(shè)備可以包括用于將部分冷壓縮空氣輸送到渦輪機(jī)葉片使其冷卻的機(jī)構(gòu)。這能使在氣體渦輪機(jī)中由渦輪機(jī)葉片設(shè)定的任何溫度上限可以增加。
在一個(gè)實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備可以包括另一個(gè)氣體渦輪機(jī)和用于輸送熱交換器中部分熱壓縮氣體來(lái)驅(qū)動(dòng)該另一個(gè)氣體渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。當(dāng)熱交換器在較大比熱的較冷氣體和較低比熱的較熱氣體之間交換熱量時(shí)，這是特別有利的，不是所有的較熱氣體中的熱量都需要來(lái)提高較冷氣體的溫度。剩余的熱量可以方便地加熱一部分壓縮機(jī)來(lái)的冷氣體，以驅(qū)動(dòng)另一個(gè)氣體渦輪機(jī)。
上述實(shí)施例中還可以包括第三氣體渦輪機(jī)，及用來(lái)預(yù)熱由離開另一個(gè)氣體渦輪機(jī)的熱的低壓氣體得到的部分更冷壓縮氣體的第二熱交換器，和輸送預(yù)熱氣體以驅(qū)動(dòng)第三氣體渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。絕熱壓縮最好用其中一個(gè)氣體渦輪機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。絕熱壓縮機(jī)可以包括氣體壓縮機(jī)或上述任何一個(gè)實(shí)施例所提到的壓縮機(jī)。
在本發(fā)明這方面的另一個(gè)實(shí)施例中，燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備還可以包括一個(gè)用于貯存來(lái)自等溫壓縮機(jī)的更冷壓縮氣體的容器和用于回收貯存的壓縮氣體以便在需要時(shí)驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一個(gè)能量貯存設(shè)備，包括如上所述的等溫氣體壓縮機(jī)、用于貯存來(lái)自壓縮機(jī)的更冷壓縮空氣的貯存容器和將氣體從壓縮機(jī)輸送到貯存容器的機(jī)構(gòu)。
能量貯存設(shè)備最好包括一個(gè)等溫膨脹器，它包括一個(gè)容納待膨脹氣體的室，一個(gè)由于其移出該室而使氣體膨脹的活塞，一個(gè)用于在室中形成液體噴霧以加熱其中膨脹氣體的機(jī)構(gòu)和使壓縮氣體可以從貯存容器進(jìn)入室的機(jī)構(gòu)。絕熱膨脹器還可以包括第二室和閥門機(jī)構(gòu)，前者貯存待由活塞進(jìn)入第二室而壓縮的氣體，后者使壓縮氣體可以從第二室中排出。有利的是，可以是空氣的熱壓縮氣體來(lái)驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)。
按照本發(fā)明不同方面的氣體壓縮機(jī)可以作為一個(gè)等溫氣體膨脹器被向反驅(qū)動(dòng)，差別是，冷壓縮空氣被引入到室中，并利用活塞移出室使其膨脹。在室中形成液體噴霧的機(jī)構(gòu)在膨脹期間將熱量轉(zhuǎn)移給氣體，使得膨脹是近似等溫的。傳給活塞或通過活塞的能量可以用來(lái)絕熱壓縮在室中膨脹的氣體，或者如果有第二室，可以用來(lái)絕熱壓縮第二室中氣體。絕熱壓縮的氣體然后可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)，例如空氣渦輪機(jī)。因此，氣體壓縮機(jī)/膨脹機(jī)提供了一種將貯存在貯存容器中的冷壓縮氣體轉(zhuǎn)換為有用動(dòng)力的裝置。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種氣體壓縮機(jī)，包括容納待壓縮氣體的室、利用其移入室而壓縮氣體的活塞、使壓縮氣體可以從室中排出的閥門裝置。其中，活塞的質(zhì)量足以使壓縮氣體所需的所有能量貯存在活塞上。
動(dòng)能通常通過一些涉及氣體膨脹的過程傳給活塞。過程中釋放的能量可以隨時(shí)間連續(xù)變化。有利的是，可以用一個(gè)重的活塞將過程中釋放的所有能量轉(zhuǎn)換成活塞的動(dòng)能。此外，因?yàn)榛钊?，足以貯存由過程釋放的動(dòng)能，所以不需要飛輪，這就省去了對(duì)磨損很敏感的連接機(jī)構(gòu)和連接件。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種氣體壓縮機(jī)，包括活塞、構(gòu)成容納待壓縮氣體的室并利用室在活塞上的運(yùn)動(dòng)而壓縮氣體的機(jī)構(gòu)、用于在室中形成液體噴霧而冷卻其中受壓縮氣體的機(jī)構(gòu)和使壓縮氣體從室中排出的閥門機(jī)構(gòu)。在本發(fā)明的這個(gè)方面中，活塞相對(duì)于室的運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)保持靜止。象熟知這種技術(shù)的人知道的那樣，所說(shuō)的關(guān)于包括可動(dòng)活塞和不動(dòng)室的壓縮機(jī)的各種實(shí)施例可以改變、變更或變型?？梢允挂粋€(gè)或每一個(gè)室運(yùn)動(dòng)，而活塞保持靜止。
在整個(gè)說(shuō)明和權(quán)利要求書中所用的用語(yǔ)“熱”和“冷”或“更冷”是在相對(duì)意義上使用，用于區(qū)別溫度較高和溫度較低的狀態(tài)，不是用來(lái)將溫度限制在某個(gè)特定的值或范圍。因此用語(yǔ)“熱”包括通常認(rèn)為是“冷”的溫度，而用語(yǔ)“冷”包括通常認(rèn)為是“熱”的溫度。
現(xiàn)在參考


本發(fā)明實(shí)施例的例子，這些附圖是圖1示出氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的一個(gè)實(shí)施例，它包括一個(gè)液體活塞;
圖2示出氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的另一個(gè)實(shí)施例，包括液體和固體兩種活塞;
圖3示出氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的第三實(shí)施例，包括一個(gè)固體活塞;
圖4示出氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的第四實(shí)施例，包括一個(gè)固件活塞;
圖5示出氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的第五實(shí)施例，包括一個(gè)固體活塞;
圖6示出氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的第六實(shí)施例，包括一個(gè)固體活塞;
圖7示出氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的第七實(shí)施例，包括一個(gè)固體活塞;
圖8示出氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)的一個(gè)實(shí)施例，包括一個(gè)液體活塞;
圖9是方框圖，示出燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，包括一個(gè)等溫壓縮機(jī);
圖10是方框圖，示出另一個(gè)裝入等溫壓縮機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例;
圖11示出燒煤或燒其它燃料裝置的實(shí)施例，裝有等溫壓縮機(jī)和空氣渦輪機(jī);
圖12是方框圖，示出包括氣體渦輪機(jī)和空氣渦輪機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例;
圖13a示出貯存更冷壓縮氣體的裝置;
圖13b示出回收貯存的壓縮氣體以產(chǎn)生動(dòng)力的裝置;
圖14是方框圖，圖示出兩種能量貯存裝置的設(shè)置;
圖15示出熱動(dòng)力壓縮機(jī)和附加發(fā)電設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例;
圖16示出熱動(dòng)力壓縮機(jī)和附加發(fā)電設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例;
圖17示出熱動(dòng)力壓縮機(jī)與附加發(fā)電設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例;
圖18示出熱動(dòng)力壓縮機(jī)與附加的發(fā)電設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例;
圖19示出熱動(dòng)力壓縮機(jī)與附加的發(fā)電設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例;
圖20是方框圖，示出從排放氣體中回收蒸氣的系統(tǒng);
圖21是方框圖，示出包括熱動(dòng)力壓縮機(jī)的封閉循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例;
圖22是方框圖，示出發(fā)電設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，發(fā)電設(shè)備包括熱動(dòng)力壓縮機(jī)和用于回收剩余熱量的空氣渦輪機(jī);
圖23示出封閉和開放的循環(huán)熱動(dòng)力壓縮機(jī)的實(shí)施例，其中，采用噴射熱液體的方法提供熱量;
圖24示出裝入發(fā)電和氣化循環(huán)系統(tǒng)中的熱動(dòng)力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的一個(gè)實(shí)施例;
圖25示出裝入發(fā)電和氣化循環(huán)系統(tǒng)中的氣體驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的一個(gè)實(shí)施例;
圖26示出包括兩個(gè)可替換的能量貯存裝置的熱動(dòng)力壓縮機(jī)的一個(gè)實(shí)施例。
(氣體驅(qū)動(dòng)的液體活塞壓縮機(jī))/(對(duì)稱)參考圖1，通常用1表示的液體活塞等溫壓縮機(jī)包括一個(gè)通常為U形的長(zhǎng)導(dǎo)管2，該導(dǎo)管有一個(gè)水平的或近似水平的細(xì)長(zhǎng)的直線形中間區(qū)段3和兩個(gè)向上垂直延伸的臂4和5。導(dǎo)管2部分地填充水或某種其它液體，從而形成一個(gè)液體活塞7。導(dǎo)管2具有足夠的長(zhǎng)度和直徑，使液體活塞具有控制壓縮率所需要的質(zhì)量。垂直的臂4和5中形成室9和11。每個(gè)室設(shè)置許多個(gè)入口和出口，用于控制進(jìn)出每個(gè)室的空氣?？?3和15具有閥門17和19，以便允許冷壓縮氣體從每個(gè)室中抽出來(lái)。口21和23具有閥門25和27，使質(zhì)量受控的熱壓縮氣體能夠進(jìn)入每個(gè)室，而口29和31受閥門33和35控制，用于使附加量的氣體進(jìn)入每個(gè)室。每個(gè)室9和11設(shè)置了一個(gè)額外的口37和39，以便能夠向每個(gè)室中注入液體噴霧。噴霧注射泵43、44連接到相應(yīng)的噴霧注射口37、39上。導(dǎo)管2的中間區(qū)段3中形成一個(gè)出口41，連接到每個(gè)泵43、44上，用于將液體從液體活塞供應(yīng)到口37和39上，以便噴霧。在本實(shí)施例中，每個(gè)泵都是正排量泵，其中，當(dāng)液體活塞正在室9、11之外移動(dòng)的壓縮機(jī)運(yùn)行周期期間，液體由活塞板46、48抽入泵室40、42中;當(dāng)液體活塞移入室9、11中而氣體在室9、11中受到壓縮時(shí)，活塞板46、48連續(xù)地迫使液體流出泵室40、42。冷卻器45連接在出口41和泵43、44之間，以便在液體作為噴霧注入每個(gè)室9和11之前冷卻從液體活塞抽出的液體。
設(shè)置了一個(gè)用于液體噴霧的水池或水箱51，以便補(bǔ)充在水分分離器47、49中損失的液體，從而使液體活塞的總量在運(yùn)行期間保持恒定。需要時(shí)，水分分離器47、49收集的液體可以通過水箱51返回到液體活塞或噴霧中。液體的水箱51在壓縮機(jī)起動(dòng)期間也為噴霧提供液體。
可以設(shè)置浮子50和52，以漂浮在每個(gè)室9、11中的液體活塞的表面上，浮子可以由一種多孔的或纖維狀的材料構(gòu)成，液體活塞中使用的液體能夠通過浮子擴(kuò)散。浮子可以是剛性的或柔性的。浮子抑制活塞表面的波浪并阻止液體的夾帶物進(jìn)入冷壓縮氣體的入口。此外，浮子50、52的多孔性便于從液體噴射流來(lái)的液體與活塞中的液體重新結(jié)合。
在運(yùn)行中，從外部氣源如常規(guī)的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)來(lái)的一定量熱壓縮氣體通過入口21注入室9內(nèi)。此時(shí)閥門17和33已經(jīng)關(guān)閉，而液體活塞7位于室9中其沖程的頂部。熱壓縮空氣在室9中膨脹，導(dǎo)致液體活塞7向著長(zhǎng)管2的相對(duì)端部加速。因?yàn)闅怏w膨脹時(shí)變冷，所以氣體的熱能和壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊?的動(dòng)能。當(dāng)氣體的壓力下降到大氣壓時(shí)(或下降到可以利用相對(duì)未增壓的附加氣體的某種其它壓力時(shí))，閥門33打開，使一定體積的附加氣體通過口29進(jìn)入。液體活塞7繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，將氣體抽入室9的膨脹體積中。
當(dāng)液體活塞7位于室9中其沖程的頂部時(shí)，室11包含一定體積的氣體，包括早先作為一定量熱壓縮氣體通過口23引入的一定量的冷膨脹氣體和通過口31引入的附加量的相對(duì)未增壓氣體。當(dāng)液體活塞7從室9中移出而進(jìn)入室11時(shí)，室11中的氣體受到壓縮。當(dāng)氣體受到壓縮時(shí)，液體以小液滴形式噴入室11，使氣體保持在近似恒定的溫度。噴霧中的液體通過氣體空間降下并與形成液體活塞7的液體混合。在本實(shí)施例中，噴霧液體從管子2的液體中抽出并利用泵43和44通過冷卻器45泵回噴霧入口37和39中。
在壓縮的一定階段，室11中的氣體將達(dá)到所需的壓力，此時(shí)液體停止注入，而閥門19打開，使氣體能夠從室中流出。分離器47和49用于除去氣體中夾帶的任何液體。
當(dāng)室11中的液體活塞7達(dá)到其沖程的頂部時(shí)，出口閥門19關(guān)閉，閥門27打開，將一定量的熱壓縮氣體注入室11中，以便將液體活塞7推到管子2的另一端。同時(shí)，閥門33關(guān)閉，而室9中由通過口21進(jìn)入的一定量冷膨脹氣體和通過口29進(jìn)入的一定量補(bǔ)充氣體組成的一定體積的氣體在室9中受到壓縮。當(dāng)氣體受到壓縮時(shí)，液體以小液滴形式噴入室9，使氣體保持在近似恒定的溫度。噴霧中的液體通過氣體空間降下并與形成液體活塞7的液體混合。在壓縮的一定階段，氣體將達(dá)到所需的壓力，此時(shí)閥門17打開，使氣體能夠從室中流出。氣體通過分離器47，以除去氣體中夾帶的任何液體。當(dāng)液體活塞達(dá)到室9中其沖程的頂部時(shí)，出口閥門13關(guān)閉，而另一定量的熱壓縮氣體注入留在室9中的殘余小體積。這部分氣體推動(dòng)液體活塞7回到管子2的另一端，于是周期受到重復(fù)。
在穩(wěn)定的運(yùn)行中，當(dāng)液體高度達(dá)到室9和11中其行程的頂部時(shí)，熱壓縮氣體入口閥門25和27定時(shí)打開。當(dāng)一個(gè)預(yù)定體積的氣體進(jìn)入一個(gè)室時(shí)，它們重新關(guān)閉。當(dāng)液體活塞下降一個(gè)預(yù)定距離時(shí)，這種情況就可能發(fā)生了。
只有在液體活塞正移入室9和11中的一個(gè)的那部分周期期間，冷壓縮氣體出口閥門17和19才打開。當(dāng)系統(tǒng)中的壓力超過出口管的工作壓力時(shí)閥門打開，但在熱氣體入口閥門25和27打開之前關(guān)閉。可以使用單向閥(止回閥)，僅僅當(dāng)液體活塞在該特定的室內(nèi)正向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們才受到控制而運(yùn)行。當(dāng)相應(yīng)的室9或11中的壓力下降到低壓氣體源的壓力之下時(shí)，低壓氣體入口閥門33和35就打開。單向閥可以用于此目的。
閥門的操作可以由壓力決定，而水的高度可以變化。就壓力而言，可以使用一個(gè)內(nèi)部機(jī)械系統(tǒng)，如一個(gè)單向閥存在的系統(tǒng)。另一種辦法是，可以使用壓力傳感器，以產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，該電信號(hào)可以用來(lái)觸發(fā)一個(gè)閥門驅(qū)動(dòng)器。就液體高度而言，雖然一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)是可能的，但產(chǎn)生電信號(hào)的傳感器是一種更為實(shí)用的替代方法。液體高度傳感器可以用許多不同方式來(lái)工作，如浮子浮標(biāo)的控測(cè)，使用電導(dǎo)計(jì)或電容計(jì)，光學(xué)方法或使用超聲波技術(shù)。閥門本身可以用電或壓縮空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)(即作為動(dòng)力)。
液體噴霧系統(tǒng)用來(lái)產(chǎn)生大量的處于特定大小范圍的小液滴，它們使液體和氣體之間的熱交換達(dá)到最大，而產(chǎn)生噴霧的動(dòng)力消耗減到最小。從或者利用重力或者利用分離器47和49的作用來(lái)從氣體中分離小液滴的觀點(diǎn)看，同樣重要的是小液滴不能太小。分離器除去在出口13和15的另一側(cè)上被向上載帶進(jìn)入支管的任何小液滴。分離器可以采用各種類型。例如，可以使用慣性式分離器或離心式分離器或這兩種分離器的某種結(jié)合。
噴霧泵43和44使水循環(huán)，從管子2經(jīng)過外部的冷卻器45和注射噴霧口37和39回到管子2中。為此目的可以使用一臺(tái)正排量泵，以便當(dāng)室9或11中的壓力差變化時(shí)使流速保持恒定。正排量泵可以是一種活塞型泵，它可以定時(shí)工作，與液體活塞7的運(yùn)動(dòng)同相位，使得只有在壓縮氣體時(shí)產(chǎn)生噴射。在這種情況下，不需要用閥門來(lái)控制噴霧的注射。另一種辦法是，如果使用離心泵或混流泵并連續(xù)運(yùn)行，那么就需要噴霧閥門。外部冷卻器45排除被液體噴霧吸收的熱量。降低噴霧溫度能減少壓縮一定量氣體所需的能量。為了使噴霧能達(dá)到盡可能最低的溫度，噴霧液體緊接在噴射之前通過冷卻器。冷卻可以通過強(qiáng)制通風(fēng)空氣冷卻、使用冷卻塔或從湖、河、海中再循環(huán)水的辦法來(lái)進(jìn)行。
在每個(gè)室中漂浮在液體活塞表面上的浮子50和52抑制波浪并限制液體的夾帶物進(jìn)入冷壓縮氣體入口。使用浮子的優(yōu)點(diǎn)是，阻止液體的夾帶物可以使液體活塞在一定時(shí)間內(nèi)工作更多周期。因此，這將增加一定尺寸的壓縮機(jī)的冷壓縮空氣的產(chǎn)量。
液體/固體活塞氣體驅(qū)動(dòng)式壓縮機(jī)除了可以用液體形成大質(zhì)量活塞外，活塞質(zhì)量也可以用固體物質(zhì)形成?？梢赃x用密度比液體高得多的固體物質(zhì)，從而可以有利地大大縮小壓縮機(jī)的尺寸?；钊梢酝耆霉腆w物質(zhì)制成，也可以包括多個(gè)固體活塞和液體活塞的聯(lián)用。圖2表示一種同時(shí)具有液體活塞和固體活塞的氣體壓縮機(jī)。
參考圖2，壓縮機(jī)1包括一個(gè)通常為U形的導(dǎo)管2，部分填充形成液體活塞7的液體。固體活塞55、57由導(dǎo)管2的每個(gè)支臂4、5中的液體活塞支承。每個(gè)臂4、5為細(xì)長(zhǎng)的直線形，設(shè)置得使固體活塞55、57能自由地進(jìn)行進(jìn)出室9、11的垂直直線運(yùn)動(dòng)。
固體活塞55、57的密度大于液體活塞7中液體的密度，使得包括固體和液體組成部分的組合活塞的總尺寸可以相當(dāng)緊湊。密封固體活塞55、57和導(dǎo)管2的臂4、5之間的間隙用的密封件56、58設(shè)置在固體活塞55、57的底部上面并靠近底部。雖然密封件56、58的目的是防止液體從固體活塞55、57下面逸出，但不可避免地會(huì)發(fā)生某些泄漏，在這種情況下必須補(bǔ)充漏失的液體。這一點(diǎn)可以通過將液體直接泵入包含液體活塞的導(dǎo)管區(qū)段來(lái)做到。
固體活塞55、57方便地抑制了液體活塞7表面的界面擾動(dòng)，同時(shí)防止液體的夾帶物從液體表面進(jìn)入氣體。但是，固體活塞55、57及其相應(yīng)的密封件56、58將防止液體噴霧中使用的液體與液體活塞中的液體相結(jié)合。因此，噴霧所用的液體由單獨(dú)的液體源供給，而不是如上述實(shí)施例那樣由液體活塞本身供給。在現(xiàn)在的實(shí)施例中，液體保持在水箱或水池51中，后者將液體供應(yīng)給噴霧注射泵43和44。噴霧液體通過活塞55、57的作用從室9、11中除去，固體活塞簡(jiǎn)單地將液體連同等溫壓縮氣體一起通過相應(yīng)的壓縮氣體出口13、15推出。液體而后在一個(gè)外部水分分離器47中與壓縮氣體分離。在水分分離器47中分離出的液體通過一個(gè)或多個(gè)冷卻器45返回水箱51，等待再循環(huán)。
除了將噴霧液體從室中除去的方式以外，圖2中表示的氣體壓縮機(jī)的運(yùn)行基本上與上述參考圖1的壓縮機(jī)的運(yùn)行相同。
到目前為止所說(shuō)明的壓縮機(jī)基本上都是對(duì)稱型的，在于它們都有一個(gè)在兩個(gè)室之間來(lái)回驅(qū)動(dòng)的活塞，在每個(gè)室中發(fā)生同樣的過程，即交替的氣體膨脹和壓縮。但是，在另一種實(shí)施例中，壓縮可以只在活塞的一側(cè)進(jìn)行，使得壓縮只通過活塞沿一個(gè)方向的位移來(lái)完成。同樣，將動(dòng)能傳送給活塞以用于氣體壓縮的熱壓縮氣體的膨脹也可以只在活塞的一側(cè)產(chǎn)生，也就是在壓縮的同一側(cè)或在相反的一側(cè)。這樣一種實(shí)施例可以稱為非對(duì)稱性的。
在一種具有液體活塞的非對(duì)稱性壓縮機(jī)中，管子可以制成圖1和圖2所示的“U”形或制成“J”形。管子的一條臂可以構(gòu)成壓縮室，而另一條臂可以是開放的端部并暴露于大氣壓，或者是封閉的，其中包封了一個(gè)氣體空間。在運(yùn)行中，一定量的熱壓縮空氣注入室內(nèi)，在那里膨脹和冷卻，迫使液體活塞移向管子的另一端。氣體的壓力和熱能轉(zhuǎn)化為液體活塞的動(dòng)能，而當(dāng)液體活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定體積的相對(duì)低壓的氣體能夠進(jìn)入室內(nèi)。當(dāng)液體活塞在管子的另一端中升高時(shí)，如果管子的端部是開放的，那么動(dòng)能就轉(zhuǎn)換成為由于活塞在管子中的高度而產(chǎn)生的勢(shì)能;如果管子的端部是封閉的，那么動(dòng)能就轉(zhuǎn)換成為由于液體活塞的高度而產(chǎn)生的勢(shì)能和液體活塞上方壓縮氣體的壓力和熱能的復(fù)合。后一種情況更好，因?yàn)楣茏拥谋鄄恍枰芨?。熱能而后轉(zhuǎn)換為活塞沿壓縮室方向的動(dòng)能。如果封閉管子端部處的氣體是絕熱壓縮的，那么當(dāng)液體活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣體的勢(shì)能將重新轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，并進(jìn)入壓縮室壓縮氣體體積。通過使液體噴霧，氣體受到等溫壓縮。
(固體活塞氣體驅(qū)動(dòng)式壓縮機(jī))/(非對(duì)稱型)如上所述，使用由高密度物質(zhì)制成的固體活塞以減小壓縮機(jī)的體積，可能是有利的。圖3表示一種具有單個(gè)固體活塞的壓縮機(jī)的實(shí)施例，這種壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)成以非對(duì)稱模式運(yùn)行。
參考圖3，氣體壓縮機(jī)包括一個(gè)含有待壓縮氣體的上室8，基本上垂直地設(shè)置在下室10的上方。一個(gè)由固體物質(zhì)組成的活塞12自由地上下移動(dòng)，進(jìn)出上下室8、10。上室8具有一個(gè)由氣體入口閥33控制的氣體入口29和一個(gè)由氣體出口閥17控制的壓縮氣體出口13。液體噴霧注射口37用于將液體噴霧注射到上室8中。下室10具有一個(gè)由氣體入口閥27控制的氣體入口23和一個(gè)由氣體出口閥26控制的氣體出口24。
現(xiàn)在說(shuō)明壓縮機(jī)的一個(gè)典型的運(yùn)行周期，從固體活塞12處于靜止?fàn)顟B(tài)并由壓縮氣體墊支承在緊靠下室10的底部的上方開始。
此時(shí)，上室8包含一定量的等待壓縮的新鮮氣體，而氣體入口閥33和出口閥17是關(guān)閉的。
從一個(gè)合適的氣體源如常規(guī)的壓縮機(jī)來(lái)的一定量的熱壓縮氣體通過氣體入口23注入下室10。熱壓縮空氣膨脹，將動(dòng)能傳送給活塞并迫使活塞12向上進(jìn)入上室8。當(dāng)活塞12移入上室8時(shí)，上室中的氣體受到壓縮。在壓縮期間，液體通過噴霧注射口37噴入上室8，以冷卻氣體，使得壓縮可以基本上是等溫的。在活塞12向上運(yùn)動(dòng)期間的某些時(shí)間，下室10中的氣體入口閥27關(guān)閉，而下室中的氣體絕熱膨脹。
當(dāng)上室8中的氣體達(dá)到一定壓力時(shí)，壓縮氣體出口閥17打開，液體噴霧停止，壓縮氣體連同噴霧液體一起通過氣體出口13從室中流出。當(dāng)活塞12達(dá)到上室8中活塞沖程的頂部時(shí)，壓縮氣體出口閥17關(guān)閉，上室8中的剩余氣體在固體活塞進(jìn)入室的頂部處?kù)o止位置之前可以起吸收固體活塞的動(dòng)能的作用。這部分剩余氣體受到絕熱壓縮，因此其中貯存的能量可以通過允許氣體絕熱膨脹來(lái)釋放，從而將動(dòng)能傳送給沿另一方向的活塞12，使其移出上室外。
一旦活塞12反轉(zhuǎn)方向，下室10中的氣體出口閥門26打開，下室中的較冷膨脹氣體通過氣體出口24排出。當(dāng)上室中的壓力下降到氣體入口壓力時(shí)，上室8中的氣體入口閥33打開，而當(dāng)活塞12向下移到上室外時(shí)，相對(duì)低壓的氣體就流入上室8內(nèi)。
當(dāng)活塞12接近下室10的底部時(shí)，氣體出口閥26關(guān)閉，下室中的剩余氣體受到絕熱壓縮，延緩了活塞的向下運(yùn)動(dòng)，并在活塞12和室的底部之間起氣墊的作用。氣體出口閥門26的關(guān)閉時(shí)間可以這樣預(yù)定，使得下室中氣體的壓力在活塞反轉(zhuǎn)時(shí)等于熱壓縮氣體的入口壓力。當(dāng)活塞到達(dá)下室中的靜止位置時(shí)，壓縮氣體入口27打開，一股新鮮的熱壓縮氣體注入下室，于是周期就開始重復(fù)。
在本實(shí)施例中，單獨(dú)的重力就可以形成一種將活塞沿一個(gè)方向的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成沿另一方向給活塞傳送動(dòng)能的勢(shì)能裝置。在這種情況下，壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率將受到重力恢復(fù)的限制。但是，可以通過提供某種機(jī)構(gòu)在比重力提供的速率更大的速率下吸收和傳送活塞的動(dòng)能，例如，如上所述，在活塞上方提供一個(gè)壓縮氣袋，該氣袋在活塞于上室中反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)期間膨脹。
(固體活塞氣體驅(qū)動(dòng)式壓縮機(jī))/(對(duì)稱型)在另一種氣體壓縮機(jī)的實(shí)施例中，一個(gè)固體活塞被設(shè)置成沿垂直方向直線運(yùn)動(dòng)，也可以設(shè)置機(jī)構(gòu)既向下室也向上室注射熱壓縮氣體，使得通過氣體的注射和膨脹沿兩個(gè)方向給活塞傳送能量。同樣，可以修改壓縮機(jī)，使得等溫壓縮氣體既在上室也在下室中產(chǎn)生。其次，壓縮機(jī)可以這樣設(shè)置，使得在熱壓縮氣體膨脹之后一個(gè)附加量的相對(duì)低壓的氣體被引入每個(gè)室，使得壓縮機(jī)產(chǎn)生比驅(qū)動(dòng)它所需的更大量的壓縮氣體。這樣一種壓縮機(jī)在活塞的兩邊產(chǎn)生同樣的過程這個(gè)意義上說(shuō)是對(duì)稱的，但是在驅(qū)動(dòng)力和恢復(fù)力受重力的偏置這個(gè)意義上說(shuō)是非對(duì)稱的。這種形式的氣體壓縮機(jī)的一個(gè)例子示于圖4。
參考圖4，氣體壓縮機(jī)1包括一個(gè)基本上設(shè)置在下室11垂直上方的上室9和一個(gè)上下自由移動(dòng)而進(jìn)出上下室的固體活塞12。在活塞12和室壁之間設(shè)置了密封機(jī)構(gòu)14，用于防止氣體從每個(gè)室泄漏。每個(gè)室9、11各有一個(gè)由壓縮氣體入口閥25、27控制在熱壓縮氣體入口21、23，用于將一股熱壓縮氣體引入室內(nèi);各有一個(gè)由壓縮氣體出口閥17、19控制的壓縮氣體出口13、15，用于使冷壓縮氣體能夠從室內(nèi)引出;各有一個(gè)由氣體入口閥33、35控制的氣體入口29、31，用于使附加量的氣體進(jìn)入室內(nèi);以及各有一個(gè)液體噴霧注射入口37、39，用于在壓縮期間將一股液體噴霧引入室內(nèi)。
噴入每個(gè)壓縮室的液體受到回收并重新循環(huán)。液體回收系統(tǒng)包括一個(gè)連接在每個(gè)壓縮氣體出口13、15上的水分分離器47、49，用于從冷壓縮氣體中分離噴霧液體;一個(gè)連接在每個(gè)水分分離器47、49上的冷卻系統(tǒng)45，用于冷卻噴霧液;以及連接在冷卻系統(tǒng)和每個(gè)噴霧注射口37、39之間的獨(dú)立的泵43、44，用于從水分分離器47、49泵出液體，通過冷卻系統(tǒng)45進(jìn)入壓縮室9、11。泵最好設(shè)計(jì)成為當(dāng)壓縮室中的壓力在壓縮期間增大時(shí)能以恒定速率將噴霧液體泵入室內(nèi)。設(shè)置了一個(gè)聯(lián)管箱51，用來(lái)補(bǔ)充沒有回收的液體或從回收系統(tǒng)中損失的液體。
圖4所示的氣體壓縮機(jī)1的一個(gè)典型的運(yùn)行周期進(jìn)行如下由固體活塞12暫時(shí)地靜止在下室11的底部的緊上方并由壓縮氣體墊支承開始。此時(shí)，上下室9、11中的所有氣體入口和出口閥都關(guān)閉，上室中包含一團(tuán)早先通過熱壓縮氣體入口21引入的冷膨脹氣體，還有一團(tuán)早先通過氣體入口29引入的附加氣體。
當(dāng)活塞12在下室11中停止下來(lái)的時(shí)候，熱壓縮空氣入口閥27打開，一股熱壓縮空氣引入下室。在預(yù)定的一段時(shí)間后，入口閥關(guān)閉。而后氣體絕熱膨脹，迫使活塞12離開下室11進(jìn)入上室9。這樣，熱壓縮空氣的膨脹能量轉(zhuǎn)換成塊狀固體活塞的動(dòng)能，活塞被向上推并獲得勢(shì)能。轉(zhuǎn)過來(lái)，活塞的動(dòng)能部分轉(zhuǎn)換成上室9中壓縮空氣的壓縮能量。當(dāng)活塞12移入上室9中時(shí)，上室9中的空氣受到壓縮，同時(shí)冷的液體噴霧被注入上室9，以防止氣體受熱，使壓縮可以近于等溫。
引入下室11的熱壓縮氣體的絕熱膨脹沿上室9的方向?qū)⒆銐虻膭?dòng)能傳送給活塞12，使得下室11中膨脹氣體產(chǎn)生的作用在活塞12上的向上推力變成小于作用在活塞12上的向下力時(shí)(向下力是由于活塞的質(zhì)量與上室中氣體的重量和壓力而引起的)，活塞12由于其慣性很大，將繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)入上室9內(nèi)。當(dāng)下室中空氣的壓力下降到低于附加氣源的壓力時(shí)，下室中的空氣入口閥35打開，而當(dāng)活塞繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定量的附加氣體被引入下室。
當(dāng)上室中的氣體壓力達(dá)到所需值時(shí)，壓縮空氣出口閥17打開，冷壓縮空氣連同噴霧液體通過壓縮空氣出口13從上室流出。壓縮氣體通過水分分離器47，在那里從壓縮空氣中除去噴霧液體，提取的液體進(jìn)入冷卻器45，在冷卻器中冷卻后重新用于液體噴霧中。
當(dāng)活塞12在上室9中達(dá)到其行程極限時(shí)，壓縮空氣出口閥17關(guān)閉，而上室中殘留的任何剩余氣體將使活塞12處于靜止。氣體出口閥17的關(guān)閉最好這樣定時(shí)，使得在上室9中活塞反轉(zhuǎn)時(shí)，室中氣體壓力等于熱壓縮氣體入口壓力。在活塞停止下來(lái)時(shí)，下室中的氣體入口閥35關(guān)閉，因此此時(shí)下室11中的所有氣體入口和出口閥都關(guān)閉。而后熱壓縮氣體入口25打開，一股熱壓縮氣體通過熱壓縮氣體入口21引入上室。在預(yù)定時(shí)間后，氣體入口閥關(guān)閉，而后氣體絕熱膨脹，迫使活塞12移出上室9進(jìn)入下室11。這樣，上室中氣體膨脹的能量轉(zhuǎn)換成活塞沿下室方向的動(dòng)能?；钊捎谄滟|(zhì)量和高度而產(chǎn)生的勢(shì)能同時(shí)轉(zhuǎn)換成動(dòng)能。下室中氣體(包括一定量的早先通過熱壓縮氣體入口23引入的冷膨脹氣體和一定量的通過氣體入口31引入的附加氣體)在活塞12運(yùn)動(dòng)時(shí)被壓縮到下室11中，同時(shí)一股液體的噴霧被射入下室以便吸收氣體壓縮產(chǎn)生的熱量，從而防止氣體溫度升高，使得壓縮過程可以近似于等溫。這樣，活塞的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成下室11中氣體的壓縮能。
當(dāng)上室9中的氣體壓力下降到附加氣體的供應(yīng)壓力以下時(shí)，氣體入口閥33打開，當(dāng)活塞12繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)而移出上室9時(shí)，一定量的附加氣體被引入上室9。
當(dāng)下室11中的氣體壓力達(dá)到所需值時(shí)，壓縮氣體出口閥19打開，壓縮氣體連同噴霧液體從下室通過壓縮氣體出口15引出。壓縮氣體和噴霧液體通過水分分離器49，在那里從壓縮氣體中除去噴霧液體，而后將液體通入冷卻器45，然后重新用于液體噴霧。
剛巧在活塞12達(dá)到下室11中其行程極限之前，壓縮氣體出口閥19關(guān)閉，將剩余的壓縮氣體留在下室中，其作用使活塞停止下來(lái)。氣體出口閥的關(guān)閉時(shí)間最好這樣預(yù)定，使得下室中的氣體壓力在活塞反轉(zhuǎn)時(shí)等于熱壓縮氣體入口壓力。當(dāng)活塞停下來(lái)時(shí)，上室中的氣體入口閥33關(guān)閉，使上室9中的所有氣體入口和出口閥都關(guān)閉。熱壓縮氣體入口閥27打開，將一股新鮮的熱壓縮氣體引入下室。而后周期開始重復(fù)。
如此所述，圖4所示的垂直直線性氣體壓縮機(jī)由于向著下室給恢復(fù)力加偏壓的活塞重量而僅僅是近似地對(duì)稱的。通常，上下室中的壓縮氣體出口壓力最好相等，使得壓縮氣體在整個(gè)周期中能夠以恒定壓力供應(yīng)。其次，上下室中的熱壓縮氣體入口壓力最好也是相等的。通過在上下室中供應(yīng)不同量的氣流可以達(dá)到上述每個(gè)目的。氣體進(jìn)入上下室的流量可以按照氣體出入口的大小和/或氣體出入口閥門打開期間的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)控制。
由于當(dāng)活塞停止下來(lái)時(shí)活塞和上室頂部之間最后始終存在一定間隙，因此并非所有的上室中的噴霧液體都被排出，有一些液體始終留在上室中。但是，不希望剩余的液體嚴(yán)重影響壓縮機(jī)的性能。在每個(gè)壓縮周期后下室中也可以殘留一些液體，但是，通過(例如)改變下室底部的形狀和選定氣體出入口的位置可以有助于除去噴霧液體，使得可以將液體排出室外。
圖5表示在一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備中采用的具有一個(gè)直線形垂直運(yùn)動(dòng)固體活塞的氣體壓縮機(jī)的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，上室中產(chǎn)生冷壓縮空氣，在這一方面，該壓縮機(jī)與圖3和圖4中表示的實(shí)施例相似。但是，與上面的實(shí)施例不同，下室是關(guān)閉的并包含一團(tuán)氣體，這團(tuán)氣體起彈簧的作用，以便當(dāng)活塞向下行進(jìn)移出上室時(shí)吸收活塞的動(dòng)能，并將動(dòng)能重新傳送給沿相反方向進(jìn)入上室的活塞。
(固體活塞氣體驅(qū)動(dòng)式壓縮機(jī))
(非對(duì)稱型)參考圖5，氣體壓縮機(jī)1包括一個(gè)基本上位于下室11垂直上方的上室9和一個(gè)設(shè)置在兩室之間自由振蕩的固體活塞12。壓縮機(jī)1在活塞和室壁之間包括密封機(jī)構(gòu)14，以防止氣體從任何一個(gè)室中泄漏。上室9有一個(gè)由閥門25控制的熱壓縮氣體入口21，允許熱壓縮氣體進(jìn)入室內(nèi);一個(gè)由閥門17控制的冷壓縮氣體出口13，允許冷壓縮氣體從室內(nèi)引出;以及一個(gè)由閥門33控制的氣體入口29，允許當(dāng)室內(nèi)的氣壓降到一定值以下時(shí)一定量的附加氣體進(jìn)入上室9。
上室中同時(shí)形成一個(gè)噴霧注射口37′，用于在壓縮期間注射液體噴霧。一個(gè)回收系統(tǒng)設(shè)置用于在壓縮后從壓縮室回收和冷卻噴霧液體。回收系統(tǒng)包括連接上室的出口13的水分分離器47，用于從離開室的冷壓縮空氣中除去噴霧液體;一個(gè)連接水分分離器47的冷卻系統(tǒng)45，用于冷卻噴霧液體;以及一個(gè)連接在冷卻系統(tǒng)45和上室9的噴霧注射口13之間的泵43，用于從水分分離器47泵出液體，通過冷卻系統(tǒng)45并經(jīng)過一個(gè)噴霧嘴(未圖示)噴入上室9。設(shè)置了一個(gè)含有噴霧液體的聯(lián)管箱，用于補(bǔ)充沒有回收的或從回收系統(tǒng)損失掉的液體。
下室11包含一定體積的氣體，它們盡可能永久性地密封在室11中。一些氣體可能會(huì)不可避免地通過固體活塞和室壁之間的密封件14從下室泄漏，但可以采取措施補(bǔ)充從下室損失的氣體，例如在下室中設(shè)置一個(gè)由閥門控制的氣體入口，允許從一個(gè)合適的增壓源補(bǔ)充氣體。
圖5表示的壓縮機(jī)的一個(gè)典型操作周期進(jìn)行如下，從固體活塞12暫時(shí)地停止在上室9中其沖程的頂部開始。此時(shí)，壓縮氣體出口閥17和氣體入口閥25、33被關(guān)閉，而室內(nèi)可包含一團(tuán)壓縮氣體。
當(dāng)活塞反轉(zhuǎn)方向時(shí)，熱壓縮氣體入口閥25打開，引入一股熱壓縮氣體到上室中。在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔后，熱壓縮氣體入口閥25關(guān)閉，同時(shí)熱壓縮氣體絕熱膨脹，將活塞12向下推出上室。當(dāng)活塞12移入下室11時(shí)，下室中的氣體受到絕熱壓縮，使得沿下室方向傳送給活塞12的動(dòng)能作為壓力能和熱能被氣體所吸收，熱能導(dǎo)致氣體溫度隨之升高。當(dāng)上室9中的膨脹氣體的壓力降低到附加氣體供應(yīng)源的入口壓力時(shí)，氣體入口閥33打開，隨著活塞12的繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，一定量的附加氣體被引入上室。當(dāng)活塞的所有動(dòng)能都已被下室中的氣體吸收時(shí)，活塞暫時(shí)停止下來(lái)，而上室中的氣體入口閥33關(guān)閉。而后下室中現(xiàn)在已熱了的壓縮氣體絕熱膨脹，將動(dòng)能向著上室9方向傳送給活塞12。當(dāng)活塞移回到上室9中時(shí)，上室中的氣體受到壓縮，上室中的氣體包括先前作為熱壓縮氣體通過氣體入口13引入的氣體量和通過氣體入口29引入的相對(duì)低壓的氣體的附加量。當(dāng)氣體受到壓縮后，液體以小液滴的形式噴入上室，以便從氣體吸收壓縮熱，使得壓縮過程可以近似地等溫。當(dāng)上室中的氣體溫度達(dá)到噴霧液體的溫度后，預(yù)定時(shí)間的噴霧就開始注射。當(dāng)上室9中的氣體壓縮達(dá)到所需值時(shí)，壓縮氣體出口閥17打開，冷壓縮氣體連同噴霧液體一起通過氣體出口13從上室中引出。壓縮氣體和噴霧液體通到水分分離器47，在那里從氣體中除去噴霧液體。
在活塞到達(dá)上室中其行程的極限之前，壓縮氣體出口閥17關(guān)閉，而上室中剩余的氣體有助于活塞停止下來(lái)。當(dāng)活塞停止下來(lái)時(shí)，熱壓縮氣體入口閥25打開，一股新鮮的熱壓縮氣體通過氣體入口21引入上室9，以重復(fù)下一個(gè)周期。
因?yàn)檫@個(gè)實(shí)施例只有一個(gè)室用于產(chǎn)生冷壓縮氣體，所以壓縮氣體每周期只生產(chǎn)一次。為了在周期的時(shí)間內(nèi)以更恒定的速率產(chǎn)生氣體，還可以設(shè)置一或多個(gè)這樣的氣體壓縮機(jī)，彼此以錯(cuò)開的相位運(yùn)行。例如，如果再設(shè)置一個(gè)壓縮機(jī)，它們的運(yùn)行周期可以相隔180°。相位的隔開依賴于壓縮機(jī)如何設(shè)置，它可以用來(lái)幫助防止由于塊狀固體活塞的加速和減速而產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)。
在具有垂直直線運(yùn)動(dòng)的固體活塞的壓縮機(jī)的另一種實(shí)施例中，下室可以修改成產(chǎn)生等溫壓縮氣體，并用于引入熱壓縮氣體，以便沿向上方向?qū)?dòng)能傳送給活塞。上室可用來(lái)封閉一團(tuán)氣體，這團(tuán)氣體受到活塞在向上沖程中的絕熱壓縮，以吸收活塞的動(dòng)能，而后膨脹，向下沿下室方向?qū)?dòng)能傳送給活塞。在這個(gè)基本上是圖5所示實(shí)施例的反轉(zhuǎn)形式的實(shí)施例中，活塞沿上室方向的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為上室中氣體的壓縮能和熱能以及由于重力而產(chǎn)生的勢(shì)能。或者，上室可以完全省去，使得由熱壓縮氣體引入下室而傳送給固體活塞的全部動(dòng)能都轉(zhuǎn)換為由于重力而產(chǎn)生的勢(shì)能，而后釋放為沿相反方向?qū)χ率业膭?dòng)能，以壓縮下室中的氣體。這樣，有利的是，這個(gè)特殊的實(shí)施例只需要一個(gè)室，并不需要補(bǔ)充損失的氣體用的與絕熱壓縮/膨脹室有關(guān)的輔助設(shè)備。在下室中完成等溫壓縮的優(yōu)點(diǎn)是該室可以設(shè)計(jì)成在除去噴霧液體的過程中利用了由重力提供的勢(shì)能相助。
(固體活塞氣體驅(qū)動(dòng)式壓縮機(jī))/(對(duì)稱型)在另一種實(shí)施例中，氣體壓縮機(jī)可以包括一個(gè)被設(shè)置成沿水平面運(yùn)動(dòng)的固體活塞。圖6表示一個(gè)此種實(shí)施例的例子，該實(shí)施例包括兩個(gè)沿水平相對(duì)的室和一個(gè)大的固體活塞，后者被設(shè)置成沿直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)出每個(gè)室。
參考圖6，氣體壓縮機(jī)包括兩個(gè)水平相對(duì)的室9、11，每個(gè)室有由閥門25、27控制的熱壓縮氣體入口21、23，用于將熱壓縮氣體引入每個(gè)室;有由閥門17、19控制的壓縮氣體出口13、15，用于使壓縮氣體能夠從每個(gè)室引出;由氣體入口閥35、37控制的氣體入口31、33，用于使附加氣體能夠進(jìn)入每個(gè)室;以及噴霧注射口37′、39，用于將液體噴霧注射進(jìn)每個(gè)室，以控制氣體溫度。氣體壓縮機(jī)具有一個(gè)由耐摩軸承14、16支承的大的固體活塞12，該活塞可在兩室9、11之間自由振蕩。在活塞和每個(gè)室的壁之間設(shè)置了一個(gè)滑動(dòng)密封件56、58，以防止氣體通過活塞12和室壁之間的間隙泄漏。在這個(gè)實(shí)施例中，活塞12的兩端是弧形的，室9、11的兩端也是弧形的。
設(shè)置了一個(gè)回收系統(tǒng)，以便在每個(gè)室中氣體等溫壓縮之后回收噴霧中使用的液體，并處理液體以便重新用于噴霧。回收系統(tǒng)包括連接到各自的壓縮氣體出口13、15上的水分分離器47、49，用于從壓縮氣體除去噴霧液體。出口形成于每個(gè)室的下部，以便于除去噴霧液體。水分分離器47、49連接到冷卻系統(tǒng)45上，以冷卻噴霧液體。每個(gè)室有一個(gè)泵43、44連接在冷卻系統(tǒng)45和噴霧注射口37′、39之間，用于通過冷卻系統(tǒng)從水分分離器47、49泵出液體，并通過噴霧注射口返回到每個(gè)室中。
這種實(shí)施例的氣體壓縮機(jī)的運(yùn)行周期進(jìn)行如下從活塞12位于右室11中活塞行程的極限位置而室11中所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)開始。右室11包含少量的絕熱壓縮氣體，用于使活塞停止下來(lái)。此時(shí)，左室包含一定量的氣體，包括一定量的先前作為熱壓縮氣體通過熱壓縮氣體入口21引入的冷卻的膨脹氣體和一定量的先前通過氣體入口31引入的相對(duì)低壓的氣體。左室9中的所有閥門都是關(guān)閉的。
在活塞停止下來(lái)以后，右室中殘留的壓縮氣體開始膨脹并將活塞12推出右室。同時(shí)，熱壓縮氣體入口閥27打開，一股熱壓縮氣體被引入右室。在一定的預(yù)定時(shí)間間隔后，氣體入口閥27關(guān)閉。而后熱壓縮氣體絕熱膨脹，迫使活塞12離開右室11并進(jìn)入左室9。這樣，膨脹能轉(zhuǎn)換為活塞沿左室9方向的動(dòng)能。當(dāng)活塞12移入左室9時(shí)，氣體受到壓縮，同時(shí)噴霧形式的液體注入室內(nèi)，以便在壓縮期間冷卻氣體。
當(dāng)右室11中膨脹氣體的壓力下降到預(yù)定值以下時(shí)，氣體入口閥37打開，一定量附加的相對(duì)低壓氣體被通過氣體入口33引入右室。
當(dāng)左室9中的氣體壓力達(dá)到所需值時(shí)，通過口37′注射噴霧就停止，壓縮氣體出口閥17打開，壓縮氣體連同噴霧液體一起通過壓縮氣體出口13從室內(nèi)引出。壓縮氣體和噴霧液體通過水分分離器47，在分離器中從氣體內(nèi)除去噴霧液體。而后噴霧液體通過冷卻器45，然后重新使用在噴霧中。
在活塞12達(dá)到左室9中其行程的極限時(shí)，壓縮氣體出口閥17關(guān)閉，室中的剩余氣體受到絕熱壓縮，使活塞暫時(shí)停止下來(lái)。此時(shí)右室11中的氣體入口閥37關(guān)閉。而后活塞當(dāng)剩余氣體膨脹時(shí)反轉(zhuǎn)方向，此時(shí)，熱壓縮氣體入口閥25打開，一股新鮮的熱壓縮氣體通過熱壓縮氣體入口21注入左室9。在一定的預(yù)定時(shí)間間隔后閥門25關(guān)閉。而后熱壓縮氣體絕熱膨脹，迫使活塞12離開左室9返回到右室11中。
右室11中所有的入口閥和出口閥都關(guān)閉，室11包含一定量的氣體，包括先前作為熱壓縮氣體通過入口23引入的一定量的冷卻的膨脹氣體和先前通過入口33引入的一定量的相對(duì)低壓的附加氣體。當(dāng)活塞12移入右室11時(shí)，氣體受到壓縮，同時(shí)一股液體噴霧通過噴霧注射口39注入室內(nèi)，以便在壓縮期間冷卻氣體。
當(dāng)左室9中的氣體壓力下降到某預(yù)定值，氣體入口閥17打開，一定量的相對(duì)低壓的附加氣體通過氣體入口13引入左室9。
當(dāng)右室11中的氣體壓力達(dá)到所需值，壓縮氣體出口閥19打開，壓縮氣體連同噴霧液體一起通過出口15從室中引出。而后壓縮氣體和噴霧液體通過水分分離器49，在那里從壓縮氣體中除去噴霧液體。液體而后通到冷卻器45，在那里受到冷卻，然后返回用作噴霧液體。
在活塞到達(dá)右室11中其行程的極限之前，壓縮氣體出口閥19關(guān)閉，噴霧注射停止，剩余氣體受到絕熱壓縮，使活塞12暫時(shí)停止下來(lái)。此時(shí)左室9中的所有閥門都關(guān)閉，而熱壓縮氣體入口閥27打開，將一股新鮮的熱壓縮氣體引入右室11，氣體膨脹，迫使活塞離開右室并進(jìn)入左室，以重復(fù)下一個(gè)周期。
也仔細(xì)考慮了具有水平移動(dòng)的固體活塞并具有不同于上述的運(yùn)行方式的其它形式的氣體壓縮機(jī)。例如，一個(gè)室可以用作絕熱壓縮/膨脹室并包含一團(tuán)密封的氣體，該氣體交替地絕熱壓縮和膨脹，將沿室的方向傳送給活塞的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為活塞沿另一方向離開室的動(dòng)能。這樣，室將起與圖5所示的下室相似的作用。
因?yàn)楣腆w活塞被設(shè)置成沿水平面運(yùn)動(dòng)，所以必須設(shè)置某些機(jī)構(gòu)以支承活塞，同時(shí)最好盡可能減小會(huì)阻礙活塞水平運(yùn)動(dòng)的摩擦力。支承軸承可以是機(jī)械軸承，例如特別設(shè)計(jì)用于支承活塞重量的滾柱軸承。每個(gè)軸承支承的活塞重量可以通過增加軸承數(shù)目來(lái)減少。雖然最好將活塞制造得盡可能緊湊，但是每單位長(zhǎng)度和寬度的活塞重量可以通過相應(yīng)地定活塞的大小來(lái)變化?；钊梢允侨魏涡螤?，可以沿其長(zhǎng)度改變截面幾何形狀和大小。這樣，活塞的質(zhì)量可以沿其長(zhǎng)度變化，而且它可以適當(dāng)?shù)貙⒒钊|(zhì)量集中在活塞的一部分，使它比另一部分更多。在某些應(yīng)用中，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)支承軸承，使其在活塞的總質(zhì)量中占有顯著的比例。也可以使用其它類型的耐磨軸承來(lái)支承活塞，例如那些其運(yùn)行以磁懸浮或加壓流體懸浮的原理為基礎(chǔ)的活塞。
在某些應(yīng)用中，在壓縮室外產(chǎn)生液體噴霧是有利的，這種噴霧使壓縮室內(nèi)的空氣或氣體在壓縮期間保持在近等溫狀態(tài)。噴霧可以在含空氣或其它氣體的獨(dú)立外部容器中產(chǎn)生。而后液體噴霧可以在壓縮之前與該空氣或其它氣體一起引入壓縮室。
圖7表示一種直線型垂直氣體壓縮機(jī)，類似于圖5所示的那種，但包括一個(gè)在壓縮室外部的獨(dú)立容器，容器中產(chǎn)生在壓縮期間冷卻氣體用的霧并使霧與大氣空氣混合，然后進(jìn)入壓縮室。參考圖7，壓縮機(jī)同包括一個(gè)垂直地設(shè)置在下室11上方的上室9和一個(gè)自由振蕩垂直進(jìn)出每個(gè)室的固體活塞12。上室9有一個(gè)由閥門25控制的熱壓縮氣體入口21，用于允許熱壓縮氣體進(jìn)入室內(nèi)向下推動(dòng)活塞12;一個(gè)由閥門17控制的冷壓縮氣體出口13，允許冷壓縮氣體從室內(nèi)引出;以及一個(gè)由閥門33控制的氣體入口29，允許液體噴霧與附加的相對(duì)低壓氣體一起引入室內(nèi)。氣體入口29連接到一個(gè)產(chǎn)生霧的獨(dú)立容器55上。設(shè)置了一個(gè)氣體入口57，允許氣體被引入霧發(fā)生器55內(nèi)。
從離開壓縮室的冷壓縮氣體分離的液體由泵43重新循環(huán)，通過冷卻器45返回霧發(fā)生器55。液體噴霧可以利用任何常規(guī)的方法在霧發(fā)生器55內(nèi)發(fā)生，例如利用迫使液體通過一或多個(gè)噴霧噴嘴的方法。在活塞12向下運(yùn)動(dòng)期間，氣體入口閥33打開，氣體通過氣體入口57引入霧發(fā)生器55，將細(xì)液滴通過氣體入口29掃入壓縮室。因?yàn)楫?dāng)壓縮室中的壓力相對(duì)低時(shí)液體噴霧被引入壓縮室，并且因?yàn)閲婌F被允許在壓縮之前而不是在壓縮期間產(chǎn)生，所以泵吸液體的功減小了，小液滴在壓縮室內(nèi)在氣體中的更好分布應(yīng)當(dāng)是可以達(dá)到的。通過在壓縮室外面形成噴霧，也可能獲得更細(xì)噴霧。例如，分離出更大的液滴并將它們重新循環(huán)而不是將它們注入等溫壓縮機(jī)可能是值得的。也可以采用低壓風(fēng)扇幫助氣體吹入霧發(fā)生器。霧發(fā)生器也可以聯(lián)用一個(gè)機(jī)械裝置如旋轉(zhuǎn)盤或旋轉(zhuǎn)葉片，用于將小液滴粉碎成細(xì)霧。
除了液體噴霧和大氣空氣引入壓縮室的方式外，圖7所示的氣體壓縮機(jī)的運(yùn)行情況與上面參考圖5說(shuō)明的氣體壓縮機(jī)完全相同。
(液體驅(qū)動(dòng)式壓縮機(jī))/(液體活塞型)上面說(shuō)明的壓縮機(jī)的實(shí)施例都是用熱壓縮氣體驅(qū)動(dòng)的。驅(qū)動(dòng)壓縮的另一種方法是使用液體位差。動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)可以由一個(gè)大的活塞(不管是固體的、液體的還是固液聯(lián)用的)方便地形成，活塞被設(shè)置成將液體的能量轉(zhuǎn)換成氣體的壓縮能。圖8表示一種以此種方式運(yùn)行的液體活塞等溫壓縮機(jī)。
參考圖8，等溫壓縮機(jī)包括兩根管子102和103，每根管子有一個(gè)水平設(shè)置的中區(qū)105和107，而且每根管子包含一個(gè)液體活塞109和111。每根管子102和103的一個(gè)端區(qū)113和115垂直向上延伸，端區(qū)中分別形成待壓縮氣體用的室117和119。每根管子102和103的另一端區(qū)形成一個(gè)單獨(dú)的大容器127。
主流閥129和131設(shè)置在管子102和103的水平區(qū)段105和107中，以控制從儲(chǔ)液器127來(lái)的液體流。出口133和135形成于水平區(qū)段105和107中，位于主流閥129、131和管子102、103的垂直區(qū)段113、115之間。排水閥137和139設(shè)置在出口133和135中，以控制從管子102和103排出的液體流。主泵141連接在出口133、135和儲(chǔ)液器127之間，以便用通過出口133和135排出的液體重新注入儲(chǔ)液器。
如以前一樣，對(duì)每個(gè)室117和119提供液體噴霧，用以冷卻壓縮氣體。每個(gè)室117和119設(shè)有氣體出口147和149，每個(gè)出口有一個(gè)閥門151和153，允許冷壓縮氣體從每個(gè)室117和119引出。每個(gè)室有一個(gè)氣體入口155和157，允許氣體從一個(gè)合適的氣源進(jìn)入每個(gè)室。
在運(yùn)行中，儲(chǔ)液器的作用是儲(chǔ)存加壓液體，以提供液流浪涌(波動(dòng))來(lái)驅(qū)動(dòng)液體活塞109和111。這些浪涌的計(jì)時(shí)由位于管子102和103內(nèi)的主流閥129和131控制。當(dāng)一個(gè)主流閥打開時(shí)，液體的浪涌通過該閥門流動(dòng)，驅(qū)動(dòng)液體活塞進(jìn)入室內(nèi)并壓縮氣體。同時(shí)，與該室相聯(lián)結(jié)的噴霧噴發(fā)，以便在壓縮期間冷卻氣體。當(dāng)室中的壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，壓縮氣體的出口閥門就打開了。
當(dāng)液體活塞達(dá)到其行程的頂部時(shí)，主流閥關(guān)閉，排水閥打開。同時(shí)氣體出口閥關(guān)閉而氣體入口閥打開，允許低壓氣體取代排出液體。排出液體由主泵141再循環(huán)泵回儲(chǔ)液器。
最好是，每根管子中液體活塞109和111的運(yùn)行計(jì)時(shí)是這樣的，即液體從一根管子返回儲(chǔ)液器，而同時(shí)液體又從儲(chǔ)液器流出，進(jìn)入另一管子。因此，在一個(gè)雙管系統(tǒng)中，兩根管子中的液體活塞應(yīng)當(dāng)互成反相。通常，液體高度上方的氣體當(dāng)流入液流超過流出液流時(shí)受到壓縮，當(dāng)流出液流超過流入液流時(shí)膨脹。目標(biāo)是盡可能減小由泵141傳送的液位和液流的變化，使得泵的運(yùn)行能夠始終接近其效率最高點(diǎn)。最好是氣體的體積絕熱地膨脹和收縮。儲(chǔ)液器是絕熱的，以便在儲(chǔ)液器氣體壓縮時(shí)盡可能減小熱量。儲(chǔ)液器氣體并不連接到被壓縮的氣體上，這兩種氣體的組成確實(shí)不需要相同。有利的是，儲(chǔ)液器出來(lái)的液體的流動(dòng)速率受液體活塞貫性的限制，這防止儲(chǔ)液器中的氣體壓力變化太大。
主流閥129和131起動(dòng)液體活塞的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)液體泵出壓縮室時(shí)，這些控制閥門打開。當(dāng)液體活塞在壓縮室中達(dá)到其行程的最大點(diǎn)時(shí)，這些控制閥門關(guān)閉。主要控制閥門是液體驅(qū)動(dòng)等溫壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件。管子直徑可以十分大，但是重要的是，閥門能夠迅速而經(jīng)常地打開和關(guān)閉。閥門需要阻擋也許為8巴的壓力。其次的要求是當(dāng)打開時(shí)閥門必須產(chǎn)生盡可能小的流動(dòng)阻力。還有一個(gè)特點(diǎn)是，只有當(dāng)液體流的方向反轉(zhuǎn)并暫時(shí)處于速度為零時(shí)閥門才打開或關(guān)閉。雖然其它的閥門設(shè)計(jì)對(duì)這項(xiàng)功能是可能的，但閥門最好包括支承在橫穿管子截面的許多根棒上的一組隔柵。當(dāng)隔柵與液流對(duì)準(zhǔn)時(shí)，隔柵的外形將使液流的阻力減到最小。
排液閥137和139被設(shè)計(jì)成當(dāng)液體活塞達(dá)到其行程的最大范圍時(shí)打開，當(dāng)壓縮室排液時(shí)關(guān)閉。這意味著，排液閥的運(yùn)行與主流閥129和131錯(cuò)開180°的相位。排液閥的類型最好與主流閥相同。
噴霧泵159和161連接在儲(chǔ)液器和噴霧口之間，以供應(yīng)噴霧用的液體。最好是，冷卻器163和165連接在噴霧泵159、161和冷卻液體的噴霧之間。噴霧泵可以是正排量泵類型的泵，以便保證當(dāng)壓縮室中的壓力變化時(shí)液流是恒定的。
到目前為止說(shuō)明的氣體驅(qū)動(dòng)的和液體驅(qū)動(dòng)的等溫壓縮器之間的主要差別如下。雖然兩種類型的壓縮器都以同樣的物理原理為基礎(chǔ)，即使用大的液體和/或固體活塞來(lái)進(jìn)行等溫壓縮，但主要?jiǎng)恿κ怯貌煌b置提供的。與液體活塞壓縮機(jī)相比，氣體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒有浸在主管線的液體中的大閥門。因此在氣體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中液體活塞的摩擦耗能減到最小。圖1所示的氣體驅(qū)動(dòng)液體活塞壓縮機(jī)的實(shí)施例在液體活塞的每個(gè)周期中壓縮兩個(gè)體積的氣體，而在液體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)中每周期只壓縮一個(gè)體積的氣體。液體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)通常需要一個(gè)大泵作為主要?jiǎng)恿υ?，而氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)需要一個(gè)常規(guī)的氣體壓縮機(jī)，例如通?？梢赃B接在氣體渦輪機(jī)上的那種。
雖然圖1、2、8中形成液體活塞的管子的臂大體上是垂直的，而且管子被說(shuō)明為具有近似水平的中間區(qū)段，使管子的形狀為U形，但是臂可以以任何角度傾斜，而該U形可以是寬的、窄的、淺的或深的?？梢匀鐖D8所示那樣聯(lián)用幾個(gè)U形管，使得一個(gè)臂在幾個(gè)管子之間分擔(dān)作用，雖然這也可以同樣應(yīng)用于圖1和圖2所示的氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)中。管子的截面可以具有任何幾何形狀，特別可以是圓形的、卵形的、橢圓形的、三角形的、方形的、矩形的、六角形的、多邊形的或不規(guī)則形狀。管子的截面可以沿其長(zhǎng)度不變，也可以變化截面的面積或幾何形狀。這樣，壓縮室的截面面積可以大于或小于形成液體活塞的導(dǎo)管部分。有利的是，截面面積較小的導(dǎo)管制造時(shí)花費(fèi)較小，也不太復(fù)雜。管子的長(zhǎng)度可以在10至500米之間，而其直徑可以在0.2至10米之間。但是，這些尺寸是示例性的，對(duì)某些用途可以使用這些范圍以外的數(shù)值。管子可以形成為通過地下的隧道，作為其長(zhǎng)度的水平部分，或者可以安置在隧道中，或簡(jiǎn)單地由地面支承。但是，最好管子的尺寸能罩住大的液體活塞，以便能量可以作為活塞的動(dòng)能貯存起來(lái)，同時(shí)使得由于緊靠管子表面的液體流動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦損失保持最小。
也可以使用具有一個(gè)或多于兩個(gè)的管子和液體活塞的液體驅(qū)動(dòng)等溫壓縮機(jī)來(lái)代替具有兩個(gè)管子和液體活塞的上述壓縮機(jī)投入運(yùn)行。如果使用一根管子，主泵將只需在液體活塞整個(gè)周期的一半期間運(yùn)行。利用包括一個(gè)與液體活塞同相運(yùn)行的機(jī)械活塞的往復(fù)式泵，上述工作可以很好地完成。其次，可以不再需要在主管中形成的出口的排液閥了。
另一種辦法是，具有液體活塞的壓縮機(jī)的實(shí)施例可以包括一個(gè)設(shè)置在主管中的機(jī)械式固體活塞，該固體活塞由某種外部裝置驅(qū)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)液體活塞。固體活塞最好在主管的水平區(qū)段中往復(fù)振蕩，在固體活塞的兩邊可以有液體活塞。
雖然，在參考液體活塞壓縮機(jī)的情況下，液體噴霧可以連續(xù)地再循環(huán)，方法是將噴霧從大管引出，將其循環(huán)通過外部冷卻器，然后將其注入氣體中，如圖1、2、8所示的實(shí)施例中那樣，但是液體噴霧也可以從大的供應(yīng)源或水池引來(lái)。在這種情況下，液體將同時(shí)從大管排出，以保持存液大致恒定。
在噴霧和氣體之間傳送的熱量可以包含一些蒸汽的蒸發(fā)，也可以不包含，這很大程度上取決于噴霧中小液滴的起始溫度，小液滴所吸收的熱量，以及氣體受壓縮的時(shí)間。
具有燃燒室和等溫壓縮機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備等溫氣體壓縮機(jī)的主要應(yīng)用預(yù)期是在發(fā)電領(lǐng)域中。例如，壓縮機(jī)可以與氣體渦輪機(jī)連用。參考圖9，一個(gè)通常用200表示的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備包括一個(gè)氣體渦輪機(jī)201，一個(gè)等溫壓縮機(jī)203，一個(gè)利用離開氣體渦輪機(jī)201的低壓熱氣體來(lái)預(yù)熱冷壓縮氣體的熱交換器205，以及一個(gè)從預(yù)熱壓縮氣體所產(chǎn)生高壓熱氣體以驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)201的主加熱器207。氣體渦輪機(jī)201用來(lái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)209。主加熱器207包括一個(gè)在預(yù)熱增壓氣體中燃燒燃料用的燃燒室，由此產(chǎn)生的高壓熱氣體為燃燒氣體。
如果等溫壓縮機(jī)由一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的氣體壓縮機(jī)組成，那么它通常利用渦輪機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。例如，在氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)中，熱壓縮氣體可以通過一個(gè)常規(guī)的壓縮機(jī)來(lái)提供。如上所述，這種類型的等溫壓縮機(jī)對(duì)一定的能量輸入產(chǎn)生的冷壓縮氣體比常規(guī)壓縮機(jī)產(chǎn)生的量更大。但是，在液體驅(qū)動(dòng)的等溫壓縮機(jī)中，產(chǎn)生的氣體量與常規(guī)壓縮機(jī)相等，但需要的能量較小。因此，或者是驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)過程中消耗的渦輪機(jī)動(dòng)力更少，或者是驅(qū)動(dòng)等溫壓縮機(jī)的能量與常規(guī)壓縮機(jī)相同而產(chǎn)生的用于驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)的氣體量更大。
因?yàn)闅怏w渦輪機(jī)排出的熱量被用于預(yù)熱通常為空氣的輸入氣體，所以不需要回收熱量的蒸汽發(fā)電機(jī)和聯(lián)合循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)及蒸汽設(shè)備所要求的有關(guān)的蒸汽輪機(jī)。因?yàn)椴恍枰羝O(shè)置，所以排除了蒸汽設(shè)備對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備施加的限制。因此，氣體渦輪機(jī)來(lái)的排氣溫度可以增大到大于蒸汽循環(huán)的相應(yīng)值，并最有利于獲得氣體渦輪機(jī)的最好性能。這可以包括使用多于一個(gè)燃燒級(jí)(即氣體渦輪機(jī)再加熱)的氣體渦輪機(jī)。其次，可以使用一定比例的從等溫壓縮機(jī)出來(lái)的冷壓縮氣體以提高氣體渦輪機(jī)葉片的冷卻程度，從而可以獲得更高的渦輪機(jī)入口溫度。
循環(huán)過程可以使用任何形式的冷卻系統(tǒng)，例如濕式、干式或聯(lián)合式的冷卻塔或連接大氣或江河湖海之類水體的直接冷卻。
在冷壓縮氣體為空氣而高壓熱氣體為燃燒氣態(tài)產(chǎn)物的情況下，通常在燃燒氣體中可以利用的熱量比預(yù)熱冷壓縮空氣(依靠?jī)蓚€(gè)氣流的熱容量的差異)所需的熱量多。這個(gè)多余的熱量可以用于另外的目的，例如加熱附加的冷壓縮空氣流，后者而后膨脹(不燃燒燃料)通過一或多個(gè)空氣渦輪機(jī)以產(chǎn)生更多的動(dòng)力，有可能利用一或多個(gè)輔助的熱交換器來(lái)做到這一點(diǎn)。附加的空氣渦輪機(jī)和輔助的熱交換器將比系統(tǒng)的主要部件小得多，因?yàn)橥ㄟ^這部分回路的氣流將僅僅為主流的一部分?；蛘呤牵紵龤怏w來(lái)的附加熱量可用于提供過程熱量、空間加熱或某些其它外部目的的熱量。圖10表示一種燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備300的框圖，該設(shè)備是實(shí)施這些變化方案中的第一種。
燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備及輔助空氣渦輪機(jī)設(shè)備一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備300包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)第一發(fā)電機(jī)309的氣體渦輪機(jī)301，一個(gè)等溫壓縮機(jī)303，一個(gè)用氣體渦輪機(jī)301的排出氣體加熱從壓縮機(jī)來(lái)的較冷壓縮空氣用的熱交換器305。大部分預(yù)熱壓縮空氣被送入燃室，用于與燃料一起燃燒，以便為氣體渦輪機(jī)301提供燃燒氣體，而一部分預(yù)熱燃燒空氣被送入驅(qū)動(dòng)第二發(fā)電機(jī)315的第一空氣渦輪機(jī)313的入口。從空氣渦輪機(jī)313來(lái)的排出空氣通過空氣對(duì)空氣熱交換器317預(yù)熱一部分從等溫壓縮機(jī)來(lái)的更冷壓縮空氣，以驅(qū)動(dòng)第二空氣渦輪機(jī)319。在這種燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的實(shí)施例中，等溫壓縮機(jī)是一種氣體驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)，它由旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)311驅(qū)動(dòng)，后者由氣體渦輪機(jī)301驅(qū)動(dòng)。
空氣渦輪機(jī)設(shè)備及等溫壓縮機(jī)主加熱器307可以不是由燃燒室組成，而由外部熱源組成，它可以是一種燃煤爐或燃油爐、由化學(xué)過程或工業(yè)過程產(chǎn)生的熱、一個(gè)核反應(yīng)堆或一個(gè)太陽(yáng)爐。圖11表示一個(gè)包括一臺(tái)空氣渦輪機(jī)401的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的框圖，其中主加熱器407為燃煤爐。設(shè)備配置類似于圖9所示，但從等溫壓縮機(jī)來(lái)的很冷壓縮空氣受從空氣渦輪機(jī)來(lái)的排出空氣的預(yù)熱，而從熱交換器來(lái)的預(yù)熱空氣受主加熱器407的加熱，然后在空氣渦輪機(jī)中膨脹。這種配置用于不希望有燃燒室的燃燒產(chǎn)物通過渦輪機(jī)的情況。一種非常相似的回路將用于不存在燃燒產(chǎn)物的熱源(如工業(yè)的、化學(xué)的、太陽(yáng)的、核能的、地?zé)岬?。主要差別在于燃煤爐將由另一類熱交換器代替。
至于圖9所示的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，外部加熱周期在渦輪機(jī)中空氣的膨脹期間可包括再加熱階段。任何在工作流體中沒有燃燒產(chǎn)物的開放或封閉的外部加熱周期的特點(diǎn)是，從渦輪機(jī)來(lái)的排出氣體的熱容量基本上與入口氣體的熱容量相同。因此，不存在由于兩股氣流的熱容量差異而產(chǎn)生的多余熱量，而且因此在這部分回路中不存在附加的渦輪機(jī)。
圖12表示通常用450指示的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的另一實(shí)施例，它包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)第一發(fā)電機(jī)453的氣體渦輪機(jī)451和一個(gè)驅(qū)動(dòng)第二發(fā)電機(jī)457的空氣渦輪機(jī)455。從氣體渦輪機(jī)451來(lái)的排出氣體中的熱量通過加熱一股很冷壓縮空氣來(lái)回收，后者然后通過空氣渦輪機(jī)455膨脹。因?yàn)樵诎l(fā)電周期的最終低溫階段使用了一個(gè)空氣渦輪機(jī)，所以該周期被稱為空氣墊底周期。
空氣墊底周期的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備參考圖12，從第一旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)459來(lái)的熱壓縮空氣被送入燃燒室461，用于與燃料一起燃燒。燃燒氣體而后送入驅(qū)動(dòng)第一發(fā)電機(jī)453的氣體渦輪機(jī)451的入口。從第二常規(guī)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)463來(lái)的熱壓縮空氣被送入等溫壓縮機(jī)465，后者可以是一種圖1至圖7任何一圖所示的上述類型的氣體驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。從等溫壓縮機(jī)465來(lái)的很冷壓縮空氣被導(dǎo)向熱交換器467，在交換器中壓縮空氣用從氣體渦輪機(jī)451來(lái)的排出熱氣加熱。從熱交換器467來(lái)的熱壓縮空氣被送入驅(qū)動(dòng)第二發(fā)電機(jī)457的空氣渦輪機(jī)455的入口。
雖然利用等溫壓縮機(jī)的空氣墊底周期可能不如圖9和圖10所示的周期效率高，但這種周期的一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是，這種周期中使用的氣體渦輪機(jī)可以是現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備中目前采用的那些氣體渦輪機(jī)中的一種。因此，這種實(shí)施例免去了研制新型氣體渦輪機(jī)的花費(fèi)，同時(shí)也免去了在一個(gè)CCGT(聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽設(shè)備)中使用的蒸汽設(shè)備的基建費(fèi)用。
能量貯存和回收方法等溫壓縮機(jī)可以用于以壓縮氣體(例如空氣)的形式貯存能量。已經(jīng)存在以壓縮氣體形式貯存能量的設(shè)計(jì)，但使用常規(guī)的壓縮機(jī)意味著有顯著百分比的能量以熱的形式耗散而不能利用。如果空氣被等溫地壓縮，少量的能量在壓縮過程中消耗，而更大部分的原始能量得到利用。冷壓縮空氣可以貯存在一個(gè)適當(dāng)大的可以承受所加壓力而不會(huì)過度滲漏的空腔中。例如，廢棄的礦井或油井可用于此目的?？萁叩暮Ｉ嫌途膬?yōu)點(diǎn)是，海洋會(huì)提供一個(gè)天然的外部增壓，可以防止?jié)B漏。
總的來(lái)說(shuō)，為把等溫壓縮機(jī)作為等溫膨脹機(jī)來(lái)操作，將冷壓縮空氣從貯存容器引入壓縮室，使其膨脹，驅(qū)使活塞離開該室。當(dāng)氣體膨脹時(shí)，液體噴射入室，以保持氣體溫度恒定或提高氣體溫度。氣體的壓力能(和熱能)可以轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，該動(dòng)能或者給第二活塞用于在第二室中壓縮一股氣體或者用于在其返回沖程中進(jìn)入壓縮室時(shí)壓縮氣體。氣體絕熱地壓縮，這樣它的溫度就可以上升到渦輪機(jī)的工作溫度，例如對(duì)空氣渦輪機(jī)約為300℃的溫度。
圖13詳細(xì)示出一個(gè)能量貯存設(shè)計(jì)。在該設(shè)計(jì)中，貯存的能量可以通過反向運(yùn)行等溫壓縮機(jī)使其作為等溫膨脹機(jī)來(lái)回收。參考圖13a，能量貯存裝置包括一個(gè)等溫壓縮機(jī)501，它類似于圖5示出的，由一個(gè)自身被電動(dòng)機(jī)505驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)503驅(qū)動(dòng)。壓縮機(jī)包括一個(gè)上室509，垂直設(shè)置在下室511上面;一個(gè)可以垂直地上下運(yùn)動(dòng)出入每個(gè)室的固體活塞。下室511包括一個(gè)密封的氣體體積，該室可以用作一個(gè)絕熱的反沖室，驅(qū)使活塞回到壓縮室509。上室509有一個(gè)熱壓縮空氣入口521，由閥門525控制，用于使熱壓縮空氣通過旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)進(jìn)入該室。空氣入口529由閥門533控制，它可以使附加量的低壓空氣在活塞512向外運(yùn)動(dòng)期間進(jìn)入上室509。壓縮氣體出口513由閥門517控制，使壓縮空氣可以從室內(nèi)通過該口排出。壓縮氣體出口513通過水分分離器連接到通向用于貯存冷壓縮空氣的大空腔，如廢礦井。上室509有一個(gè)液體噴霧注射口537，液體可通過該注射口由注射泵543噴入室內(nèi)。液體從一個(gè)合適的水源例如水池、江河、湖泊或水箱544進(jìn)入注射泵，并接著從水分分離器返回到水箱或水池544。在壓縮后由壓縮室排出的噴霧液體一般處于高于周圍環(huán)境溫度的溫度，液體中的熱量可以貯存，以便隨后在能量回收期間利用。在這一種情況下，最好使水箱絕熱，以防止熱量從貯存的水中傳送到四周。
圖13b示出一個(gè)從貯存的壓縮空氣中回收能量的可能設(shè)計(jì)，它包括一個(gè)等溫膨脹機(jī)，通常用501表示。
等溫膨脹機(jī)501包括一個(gè)上室509，垂直設(shè)置在下室511的上面;一個(gè)可以自由振蕩而垂直出入各室的固體活塞512。上室有一個(gè)位于室頂部的冷壓縮氣體入口521，由閥門525控制，該入口521連接在壓縮氣體貯存容器548上。上室也有一個(gè)液體噴霧注射口537，通過液體噴霧注射泵543連接于水箱544上。氣體出口管513由在上室壁上距頂部一段距離的閥門517控制，該出口513與水分分離器547相連。
下室511有一個(gè)氣體入口518，由閥門519控制，用來(lái)讓空氣進(jìn)入室內(nèi)，以及一個(gè)由閥門529控制的壓縮空氣出口527，與空氣渦輪機(jī)531的輸入口相連。氣體入口和出口517、527位于室壁上，距下室底部一段距離?？諝鉁u輪機(jī)531被用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)533。
圖13b中所示的能量回收裝置的典型操作周期如下一開始，活塞512處于上室509中其最大高度的位置。這時(shí)，下室511包含了一股待壓縮的新鮮空氣，同時(shí)入口和出口519、529關(guān)閉。
當(dāng)活塞暫時(shí)停在其沖程頂部時(shí)，壓縮氣體入口閥525打開，一股新鮮的冷壓縮空氣通過氣體入口521從壓縮空氣貯存容器548進(jìn)入上室509。壓縮空氣隨后膨脹，迫使活塞下降。同時(shí)，熱水以噴霧形式從水箱544注射到上室。當(dāng)壓縮空氣膨脹時(shí)，液體噴霧將熱量傳給壓縮空氣，以防止空氣冷卻，因而膨脹過程近似等溫。
當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下室，下室中的空氣被絕熱壓縮，當(dāng)空氣壓力達(dá)到需要值時(shí)，氣體出口閥529打開，熱壓縮空氣排出下室并在空氣渦輪機(jī)531中膨脹。當(dāng)活塞512通過氣體入口和出口518、527時(shí)，封閉在氣體出口下邊的室內(nèi)剩余空氣被絕熱壓縮，并用來(lái)將活塞的剩余能量暫時(shí)貯存起來(lái)，以使活塞返回到上室中其沖程頂部。
活塞暫時(shí)停止在下室底部上方，然后隨著密封的熱壓縮空氣的膨脹而向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上室中的氣體出口閥517打開，膨脹的氣體連同噴霧液體通過水分分離器547從室中排出。噴霧液體從空氣中分離并回到水箱544，而空氣從水分分離器排到大氣中。當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)通過下室中的空氣入口518時(shí)，空氣入口閥519打開，一股新鮮空氣引入室內(nèi)，以備下一個(gè)周期期間壓縮。當(dāng)活塞通過氣體出口513時(shí)，向上運(yùn)動(dòng)的活塞由于密封在上室中的剩余空氣的作用而停止。最后，活塞到達(dá)上室的沖程頂部，完成了該周期。
盡管圖13a和13b各自顯示一個(gè)單獨(dú)的貯水容器，但最佳貯存方法還是要包括一個(gè)或多個(gè)貯存已通過等溫膨脹機(jī)的很冷水的絕熱貯水箱和一個(gè)或多個(gè)貯存已通過等溫壓縮機(jī)的溫水的絕熱貯水箱。在下一個(gè)貯存和回收周期中，很冷水將用于等溫壓縮，而溫水則用于等溫膨脹。
圖13a和13b中顯示的上述能量貯存和回收設(shè)計(jì)并不要求在能量回收期間用任何燃料或外部熱源。等溫壓縮機(jī)和等溫膨脹機(jī)可以是根據(jù)其功能(或者作為壓縮機(jī)，或者作為膨脹機(jī))進(jìn)行必要變化的同一個(gè)單元，也可以提供兩個(gè)分開的單元，一個(gè)特別用于等溫壓縮氣體以貯存能量，另一個(gè)用于等溫膨脹氣體以回收能量。盡管回收能量的等溫膨脹要求輸入熱量來(lái)防止膨脹時(shí)空氣冷卻，但是這種熱量可以由與環(huán)境等溫的水來(lái)提供。如果有高于環(huán)境溫度的熱源(例如來(lái)自工業(yè)過程或來(lái)自現(xiàn)有的發(fā)電廠冷卻系統(tǒng))可以利用，那么它將可能返回比原來(lái)貯存的要更多的電能。
另一種貯存能量的途徑是采用一個(gè)同先前說(shuō)明的并在圖9至11中表示的周期相近似的周期，但具有貯存冷壓縮空氣的設(shè)施。當(dāng)動(dòng)力需求低時(shí)，多余的動(dòng)力用于給空腔增壓。當(dāng)動(dòng)力需求高時(shí)，冷空氣從空腔中引出，盡可能大的動(dòng)力被傳送給用戶。
圖14表示一種用與圖9有關(guān)的上述等溫壓縮機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備實(shí)施的可行的能量貯存回收設(shè)計(jì)圖。圖14中所示的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的部件同圖9中的完全一樣，因而相同的部件用相同的編號(hào)標(biāo)示。圖14表示兩種可選擇的能量貯存設(shè)計(jì)，一種可包括以冰的形式貯存熱能，另一種則以上述很冷壓縮空氣的形式貯存能量。在后一種設(shè)計(jì)中，等溫壓縮機(jī)的輸出連接一個(gè)能貯存壓縮空氣的大空腔。當(dāng)動(dòng)力需求低時(shí)，產(chǎn)生的等溫空氣多于驅(qū)動(dòng)空氣渦輪機(jī)裝置所需要的，于是這部分空氣被貯存起來(lái)。當(dāng)動(dòng)力需求高時(shí)，裝置產(chǎn)生的等溫空氣量減少，于是從貯存腔中引出空氣。同常規(guī)的壓縮空氣貯存系統(tǒng)相比，等溫壓縮能量貯存系統(tǒng)的吸引力在于，當(dāng)空氣被壓縮和貯存時(shí)其溫度是相同的，能量沒有消耗在產(chǎn)生可能被浪費(fèi)的多余熱量的過程中。
圖14中所示的第二種能量貯存設(shè)計(jì)包括一個(gè)連接冰/水貯存箱的制冷系統(tǒng)213。從貯存箱215來(lái)的水可以提供給等溫壓縮機(jī)203，以用于在壓縮期間噴霧。當(dāng)日夜溫差很大時(shí)，冰/水熱貯存系統(tǒng)是一個(gè)有吸引力的方案。通常在夜間周圍環(huán)境溫度低，但動(dòng)力需求也低。設(shè)備可以以滿功率運(yùn)行，多余的動(dòng)力用于驅(qū)使制冷系統(tǒng)213冰凍水，并以冰的形式貯存。此時(shí)，外部噴水冷卻系統(tǒng)217將得以充分利用。在白天，動(dòng)力需求高，噴水冷卻系統(tǒng)217將由冰的融化所產(chǎn)生的冷卻作用來(lái)替代或補(bǔ)充。
有各種不同的工業(yè)過程涉及大規(guī)模的氣體壓縮，包括空氣的壓縮。這方面的例子如冷凍和液化，這常被用作分離和純化氣體的方法。壓縮過程是能量密集的過程。等溫壓縮機(jī)減少了動(dòng)力消耗，并可用于各種各樣氣體的冷凍和(或)液化。
熱動(dòng)力氣體壓縮機(jī)燃料燃燒驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)圖15示出作為設(shè)備中一個(gè)部件的熱動(dòng)力氣體壓縮機(jī)的一個(gè)實(shí)施例。參照?qǐng)D15，總的用700表示的壓縮機(jī)包括由熱壓縮氣體驅(qū)動(dòng)的氣體壓縮機(jī)701和由燃料燃燒驅(qū)動(dòng)的燃燒壓縮機(jī)703。氣體驅(qū)動(dòng)等溫壓縮機(jī)701很類似于上述參考圖5說(shuō)明的等溫壓縮機(jī)，前面加700的相同編號(hào)表示相同的部件。
燃燒壓縮機(jī)703包括配置在下隔間728上面的上隔間726，每個(gè)隔間圓筒形對(duì)稱。上隔間726的直徑小于下隔間的直徑，隔間大體上軸向準(zhǔn)直。燃燒室730成形于上隔間726中并具有由閥738控制的熱壓縮氣體入口736、一燃料注入口744和由閥742控制的排放氣出口740。熱壓縮氣體入口736通過氣體-空氣熱交換器770連接到氣體驅(qū)動(dòng)的等溫壓縮機(jī)701的壓縮氣體出口上，熱交換器770用來(lái)自燃燒室的排放氣體預(yù)熱來(lái)自等溫壓縮機(jī)701的冷壓縮氣體或空氣。
燃燒壓縮機(jī)703還包括在下隔間728上部分中形成的絕熱壓縮室732，壓縮室732具有由閥748控制的氣體入口746和由閥752控制并連接到驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)782用的空氣渦輪機(jī)776上的壓縮氣體出口750。絕熱壓縮/膨脹室或反沖室734形成于下隔間728的下部中。燃燒壓縮機(jī)具有由上部分760和下部分762構(gòu)成的大質(zhì)量的固體活塞759，上部分的尺寸等于上隔間726的直徑，下部分的直徑等于下隔間728的直徑。
絕熱反沖室734包含密封的空氣或氣體，形成用于將活塞向下指向的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成它的向上指向的動(dòng)能以驅(qū)動(dòng)活塞的返回沖程的機(jī)構(gòu)。
冷卻外套758圍繞著燃燒室壁，也蓋在設(shè)有氣體入口和出口閥的燃燒器的頭部上方，它提供循環(huán)的冷卻流體以冷卻燃燒室壁。來(lái)自等溫壓縮機(jī)701的部分冷壓縮空氣可方便地構(gòu)成冷卻流體，在壓縮空氣中的水分已經(jīng)被水分分離器749除去之后，該壓縮空氣便可通到冷卻外套758中。冷卻外套758具有出口764，該出口連接于將絕熱壓縮室732上的壓縮氣體出口750連接到空氣渦輪機(jī)776上的輸送管上。因此，通向冷卻外套的冷壓縮氣體從燃燒室壁上回收熱量，并在空氣渦輪機(jī)776中使離開冷卻外套的熱壓縮氣體膨脹，利用這種方法將這種能量轉(zhuǎn)換成有用的機(jī)械動(dòng)力。
等溫氣體壓縮機(jī)701由燃燒壓縮機(jī)703在絕熱壓縮室732中產(chǎn)生的部分熱壓縮氣體驅(qū)動(dòng)。氣體壓縮機(jī)701的作用是提供大量的溫度例如為40℃的冷壓縮空氣或其它氧化劑。壓縮機(jī)701產(chǎn)生大量的、比驅(qū)動(dòng)它所用的量大得多的壓縮空氣。加熱來(lái)自等溫壓縮機(jī)701的冷壓縮空氣，然后用于驅(qū)動(dòng)燃燒壓縮機(jī)703。燃燒壓縮機(jī)的作用是產(chǎn)生大量的隨后可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)空氣渦輪機(jī)進(jìn)而進(jìn)行發(fā)電的熱壓縮空氣。如上所述，由燃燒壓縮機(jī)產(chǎn)生的部分熱壓縮空氣被用來(lái)驅(qū)動(dòng)等溫壓縮機(jī)701。
等溫壓縮機(jī)701的很冷壓縮空氣出口713通過水分分離器749和氣體-空氣熱交換器770連接到燃燒壓縮機(jī)的熱壓縮空氣入口736上。燃燒壓縮機(jī)的排放氣出口740連接在氣體-空氣熱交換器770上，使得離開燃燒室的熱排放氣體中的熱量被傳遞到來(lái)自等溫壓縮機(jī)701的冷壓縮空氣。燃燒壓縮機(jī)的壓縮空氣出口750連接到等溫壓縮機(jī)701的熱壓縮空氣入口721上。
現(xiàn)在從活塞712位于等溫壓縮機(jī)701的等溫壓縮室709中的沖程頂端的時(shí)間點(diǎn)開始說(shuō)明示于圖15中的壓縮機(jī)的典型運(yùn)行周期。此時(shí)在等溫壓縮室中的所有氣體入口和出口閥都關(guān)閉。
當(dāng)活塞712暫時(shí)達(dá)到靜止時(shí)，熱壓縮氣體入口閥725打開，使熱壓縮空氣從燃燒壓縮機(jī)703通過熱壓縮氣體入口721進(jìn)入室709。它驅(qū)動(dòng)活塞712向下，從其最高位置移出室709。當(dāng)活塞達(dá)到預(yù)定的位置時(shí)，壓縮氣體入口閥725關(guān)閉，空氣絕熱膨脹并繼續(xù)驅(qū)動(dòng)活塞向下。當(dāng)室709中的空氣壓力降低到某個(gè)預(yù)定值時(shí)，氣體入口閥733打開，附加的相對(duì)低壓的空氣(即大氣壓)在活塞712繼續(xù)移出室709時(shí)被吸入室709中。在這個(gè)階段，活塞712由于它的慣性大而繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)活塞向下移動(dòng)時(shí)，它將絕熱反沖室711中的氣體向下壓，這種壓縮是絕熱的?；钊膭?dòng)能最后都轉(zhuǎn)換成在反沖室711中的氣體能量，活塞暫時(shí)達(dá)到靜止。此時(shí)在等溫壓縮室中的氣體入口閥733關(guān)閉。
當(dāng)反沖室711中的氣體開始膨脹驅(qū)動(dòng)活塞向上時(shí)，活塞便反向運(yùn)動(dòng)?；钊?12被驅(qū)動(dòng)返回等溫壓縮室，壓縮其中的空氣，其中的空氣包括大量的先前從燃燒壓縮機(jī)703通過入口721引入的冷膨脹氣體和大量附加的通過入口729引入的相對(duì)低壓的空氣。起初的壓縮是絕熱的，但當(dāng)空氣達(dá)到現(xiàn)有的噴霧液體的溫度時(shí)，液體便通過噴霧注入口737注入到壓縮室709。形成液體噴霧的液滴直徑典型約為0.4mm，這提供了很大的熱量傳遞面積，使得空氣的溫度保持在約40℃以下。不用噴霧溫度將超過300℃。
當(dāng)壓縮室709中的壓力達(dá)到要求值時(shí)，壓縮空氣出口閥717打開，冷壓縮空氣便隨同噴霧液體一起通過氣體出口713從室中排中。冷壓縮空氣和噴霧液體的混合物通到水分分離器749，在那里噴霧液體被分離出來(lái)并通過回水管753返回冷卻系統(tǒng)745，在冷卻系統(tǒng)中被冷卻，然后重新用于噴霧。
在活塞712達(dá)到其沖程頂端之前，壓縮氣體出口閥717關(guān)閉，活塞所保留的動(dòng)能可以由在室709頂端的壓縮的殘留氣體部分吸收。當(dāng)活塞712在室709中暫時(shí)達(dá)到靜止時(shí)，熱壓縮氣體入口閥725打開，一股新鮮的從燃燒壓縮機(jī)703來(lái)的熱壓縮空氣便通過熱壓縮氣入口721進(jìn)入到室709中?；钊缓笥膳蛎浀膲嚎s空氣驅(qū)動(dòng)向下，重復(fù)運(yùn)行周期。
來(lái)自等溫壓縮機(jī)701的壓縮室709的冷壓縮空氣在通過水分分離器749之后通到氣體-空氣熱交換器770，在其中，它由來(lái)自燃燒壓縮機(jī)的排放氣體的熱量加熱，從例如約40℃的溫度升高到約850℃或更高的溫度。這個(gè)溫度受到熱交換器770所用材料和從熱交換器到燃燒壓縮機(jī)的管道配置的限制。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到燃燒壓縮機(jī)703，當(dāng)活塞759暫時(shí)停在燃燒室730中的沖程的頂端時(shí)，熱壓縮空氣入口閥738打開，預(yù)定量的預(yù)熱空氣便從熱交換器770通過熱壓縮氣入口736引入到室730中。空氣入口閥738然后關(guān)閉，預(yù)定量的燃料通過燃料注入口744注入到室730中。燃料點(diǎn)火并發(fā)生燃燒，驅(qū)動(dòng)活塞759向下，并移出燃燒室730，由此將動(dòng)能傳給活塞。以這樣一種方式加入燃料，使得在燃料注入期間氣體壓力幾乎保持恒定。當(dāng)所需量的燃料被注入時(shí)，停止燃料注入，燃燒氣體近似絕熱膨脹，從約20或30巴的壓力下降到接近大氣壓。
在恒定壓力燃燒狀態(tài)期間，冷壓縮空氣被注入到包圍燃燒室730的冷卻外套758中以冷卻燃燒室壁。
當(dāng)活塞759從其最高位置向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，大氣便通過氣體入口746進(jìn)入絕熱壓縮室732，同時(shí)活塞移入絕熱反沖室734并開始?jí)嚎s密封的氣體。在壓縮氣入口閥738已經(jīng)關(guān)閉和已停止向燃燒室注入燃料之后，燃燒氣體絕熱膨脹并繼續(xù)將動(dòng)能傳給活塞712。這個(gè)能量由絕熱反沖室734中的氣體吸收，最后活塞暫時(shí)達(dá)到靜止，在此時(shí)，在絕熱壓縮室732中的氣體入口閥748關(guān)閉。在絕熱反沖室734中的氣體然后開始絕熱膨脹，驅(qū)動(dòng)活塞向上進(jìn)入絕熱壓縮室732和燃燒室730。當(dāng)活塞移入燃燒室730時(shí)，熱燃燒氣體通過排放氣出口740排出燃燒室。當(dāng)活塞向上移入壓縮室732時(shí)，它絕熱壓縮先前引入室內(nèi)的空氣，使得壓縮熱在這個(gè)過程期間將空氣的溫度增加到例如300℃以上。當(dāng)絕熱壓縮室732中的空氣達(dá)到要求的壓力，例如達(dá)到操作空氣渦輪機(jī)的入口壓力(它可在20和30巴之間)時(shí)，熱壓縮氣入口閥752打開，熱壓縮氣體通過氣體出口750離開壓縮室732?；钊?59繼續(xù)移到其沖程的頂端，隨后熱壓縮氣出口閥752關(guān)閉。
大部分熱壓縮空氣被用來(lái)驅(qū)動(dòng)空氣渦輪機(jī)776，但一部分壓縮空氣被用來(lái)驅(qū)動(dòng)等溫壓縮機(jī)701。
因?yàn)樵趤?lái)自燃燒壓縮機(jī)703的排放氣體中具有比加熱用來(lái)驅(qū)動(dòng)燃燒壓縮機(jī)的絕熱壓縮空氣所需熱量多的熱量可供利用，所以多余的熱量可用來(lái)加熱來(lái)自等溫壓縮機(jī)的附加空氣，這種預(yù)熱的壓縮空氣具有約850℃或更高的溫度，可以直接通到空氣渦輪機(jī)776，在其中它膨脹產(chǎn)生附加的動(dòng)力。
為了從熱排放氣體中回收最大的能量，熱動(dòng)力壓縮機(jī)應(yīng)設(shè)計(jì)成使離開氣體-空氣熱交換器770的壓縮空氣的溫度和壓力與來(lái)自絕熱壓縮室732的壓縮空氣的溫度和壓力匹配或近乎匹配。采用設(shè)計(jì)具有高壓縮比(例如25至40)的壓縮機(jī)的方法這是可以作到的。最佳壓縮比由絕對(duì)燃燒溫度與離開燃燒室時(shí)的排放氣體的絕對(duì)溫度之比決定。在這種情況下，采用簡(jiǎn)單地將來(lái)自氣體-空氣熱交換器的多余空氣加入到空氣渦輪機(jī)的進(jìn)入氣流中的方法，很方便地通過單次膨脹取出所有多余熱量。用這種方式回收多余的熱量是有利的，它不需要單獨(dú)的小空氣渦輪機(jī)和有關(guān)的發(fā)電機(jī)，因此減少了設(shè)備投資費(fèi)用。在排放氣體中不需要預(yù)熱供燃燒用的冷壓縮氣體的熱量通常是排放氣體中總的可利用熱量的一小部分(約12%)。但為了將設(shè)備的效率提到最大，很有必要是從任何一個(gè)過程中回收所有的多余熱量。還應(yīng)當(dāng)注意到，來(lái)自燃燒室的多余的排出熱量可以以各種方式回收，合適的方法依賴于具體壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)(例如氣體壓縮比、進(jìn)入燃燒室的空氣入口溫度和燃燒溫度)。例如，在某些應(yīng)用中，裝入一個(gè)以上的輔助空氣或氣體渦輪機(jī)、有關(guān)的熱交換器和發(fā)電機(jī)。
為了從停頓狀態(tài)起動(dòng)壓縮機(jī)700，需要提供使活塞開始運(yùn)動(dòng)的初始能量的外部機(jī)構(gòu)。通過一個(gè)相對(duì)小的軸向式壓縮機(jī)產(chǎn)生熱壓縮空氣來(lái)起動(dòng)等溫壓縮機(jī)便可以作到這一點(diǎn)。一旦等溫壓縮機(jī)產(chǎn)生冷壓縮空氣，它便可以用來(lái)起動(dòng)燃燒壓縮機(jī)。
雖然等溫壓縮機(jī)的操作依賴于燃燒壓縮機(jī)，倒過來(lái)也如此，但是在等溫壓縮機(jī)的運(yùn)行周期和燃燒壓縮機(jī)的運(yùn)行周期之間的相對(duì)位相是完全任意的。另外，等溫壓縮機(jī)的操作頻率可以不同于燃燒壓縮機(jī)的操作頻率。一般地講，在冷壓縮機(jī)的冷壓縮空氣的輸出和將預(yù)熱的壓縮空氣注入到燃燒壓縮機(jī)之間具有一定的時(shí)間間隔。同樣，在燃燒壓縮機(jī)的熱壓縮空氣的輸出和將熱壓縮空氣注入到等溫壓縮機(jī)之間也具有一定的時(shí)間間隔。因此，系統(tǒng)具有一定的時(shí)間常數(shù)，該常數(shù)將依賴于部件的特性，例如依賴于在壓縮機(jī)之間用于通過壓縮氣體的管子的長(zhǎng)度而改變。等溫壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)可以變成與圖1-4或圖6相當(dāng)?shù)纳鲜鋈魏我环N結(jié)構(gòu)，或者進(jìn)行對(duì)熟知這種技術(shù)的的來(lái)說(shuō)是顯而易見的改型。
此外，燃燒壓縮機(jī)也可以具有本文所述的任何一種等溫壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)，或者進(jìn)行對(duì)熟知這種技術(shù)的人來(lái)說(shuō)是顯而易見的改型。例如，燃燒壓縮機(jī)可以包括設(shè)置在U形導(dǎo)管中的固體/液體復(fù)合活塞，類似于上述圖2的活塞。同時(shí)，燃燒壓縮機(jī)的操作可以是對(duì)稱的，使得它在每個(gè)運(yùn)行周期產(chǎn)生兩次熱壓縮空氣。
燃料燃燒驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)固體活塞-非對(duì)稱在熱動(dòng)力壓縮機(jī)的另一個(gè)實(shí)施例中，可以利用燃料燃燒通過一個(gè)活塞直接驅(qū)動(dòng)絕熱和等溫壓縮。
在活塞一側(cè)的室用作燃燒室，燃料和空氣或其它氧化劑的混合物在其中點(diǎn)火燃燒，產(chǎn)生高溫燃燒氣體，將動(dòng)能傳給活塞。在活塞另一側(cè)的室包含待壓縮的氣體，該氣體隨后被用來(lái)驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)。因?yàn)槿紵龤怏w的溫度一般比從旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)來(lái)的氣體的溫度高得多，所以如果讓氣體完全膨脹，則可以將更大的能量傳送給活塞，使更大量的氣體可以在壓縮室中壓縮。用于燃燒燃料的空氣或其它的氧化劑本身可以在壓縮室的一部分中壓縮。空氣/氧化劑在壓縮期間可用液體噴霧冷卻，以便使壓縮功減到最小。有利的是設(shè)置一個(gè)熱交換器來(lái)用燃燒室來(lái)的熱排放氣體預(yù)熱至少一部分冷壓縮氣體，并將一部分這種預(yù)熱的氣體引入到燃燒室，用于和適當(dāng)?shù)娜剂先紵?br> 壓縮室中的部分氣體可以絕熱壓縮并直接輸送去驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)。壓縮氣體可以是例如驅(qū)動(dòng)空氣渦輪機(jī)的空氣，空氣渦輪機(jī)工作在相對(duì)低溫條件下，其排放氣很接近于大氣的環(huán)境溫度。因此，由極高溫度的燃燒氣驅(qū)動(dòng)的氣體壓縮機(jī)能使熱能轉(zhuǎn)換成大量壓縮空氣的壓縮能，而由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的空氣渦輪機(jī)能在相對(duì)低溫下排出熱量，這種氣體壓縮機(jī)和這種空氣渦輪機(jī)的結(jié)合可以認(rèn)為是一種其操作接近于理想卡諾循環(huán)的熱機(jī)，其效率為η＝1-t1/t2，式中t1是放出熱量時(shí)的溫度，t2是吸收熱量的溫度。
活塞可以設(shè)置成上下運(yùn)動(dòng)，或者設(shè)置成在一個(gè)水平面上來(lái)回運(yùn)動(dòng)。固體活塞被設(shè)置為在相鄰的上部壓縮室和下部燃燒室之間進(jìn)行垂直上下振蕩的一個(gè)實(shí)施例作為設(shè)備的一個(gè)部件被示于圖16。
參照?qǐng)D16，總的用500表示的熱動(dòng)力壓縮機(jī)包括等溫壓縮室503和相鄰的絕熱壓縮室505，這兩個(gè)室503、505位于燃燒室507之上。壓縮室503、505由一個(gè)從每個(gè)室的頂端向下延伸的垂直隔板509分開。包括固體物質(zhì)的活塞511其上加工有槽口510，該槽口從活塞511的頂端512向下延伸以容納垂直隔板509，使得活塞可以自由上下移動(dòng)，移入和移出等溫和絕熱壓縮室503、505。
燃燒室507具有由熱壓縮空氣入口閥515控制的熱壓縮空氣入口513，用于將熱壓縮空氣注射到室內(nèi)，還有一個(gè)燃料注入口517及一個(gè)由排氣出口閥521控制的排氣出口519，以便使熱排放氣從室507中排出。燃燒室由一個(gè)冷卻外套523包圍，冷卻空氣通過外套循環(huán)冷卻燃燒室壁525。每個(gè)等溫和絕熱壓縮室503、505具有由閥531、533控制的空氣入口527、529，以便使空氣進(jìn)入到每個(gè)室中;還具有由壓縮空氣出口閥539、541控制的壓縮空氣出口535、537，以便使壓縮空氣從每個(gè)室中排出。等溫壓縮室503還具有用于注射冷液體噴霧的液體噴霧口543。利用泵545注射噴霧，該泵從冷卻系統(tǒng)547抽出噴霧液體。
等溫壓縮室503的壓縮空氣出口535連接到分離夾帶于壓縮空氣中噴霧液體的水分分離器549上。絕熱壓縮室505的壓縮空氣出口537連接到主空氣渦輪機(jī)551的輸入口上，該空氣渦輪機(jī)551和第二空氣渦輪機(jī)553共同驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)555。
從水分分離器549出來(lái)的冷壓縮空氣分三路。部分空氣通到氣體-空氣熱交換器557，在其中，它受到來(lái)自燃燒室507的排放氣體熱量的加熱。水分分離器549的部分冷壓縮空氣通到燃燒室507的冷卻外套523，以冷卻燃燒室壁525。水分分離器的另一部分冷壓縮空氣通到空氣-空氣熱交換器559，在其中它由來(lái)自第二空氣渦輪機(jī)553的排放空氣預(yù)熱，并隨來(lái)自絕熱壓縮室505的熱壓縮空氣主流一起通到主空氣渦輪機(jī)551的輸入口。
現(xiàn)在從活塞511暫時(shí)停留在燃燒室507的底部508的緊上方并由燃燒室中的壓縮空氣袋支承開始，說(shuō)明壓縮機(jī)500的典型運(yùn)行周期。每個(gè)絕熱和等溫壓縮室503、505包含在先前一部分運(yùn)行周期期間通過它們各自的氣體入口529、527進(jìn)入的空氣，它們相應(yīng)的氣體入口閥533、535和氣體出口閥539、541現(xiàn)在是關(guān)閉的。
當(dāng)活塞停在燃燒室507中以后，當(dāng)密封在其中的空氣開始絕熱膨脹時(shí)，活塞便反向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，熱壓縮空氣入口閥515打開，一股熱壓縮空氣便通過壓縮空氣入口513引入室中。燃燒通過燃料注入口517注入室中，與熱的進(jìn)入空氣混合并著火燃燒，產(chǎn)生溫度超過2000℃的燃燒氣體。而后燃燒氣體在恒壓下膨脹，向上驅(qū)動(dòng)活塞并移出燃燒室。
如果燃料是天然氣，則當(dāng)空氣溫度在大約550℃以上時(shí)便自然著火。如果空氣被加熱到較低的溫度，例如在起動(dòng)時(shí)的溫度，則需要外部點(diǎn)火。有些燃料即使空氣溫度很高也需要在每個(gè)運(yùn)行周期點(diǎn)火?？刂迫剂献⑷胨俣?，使得燃燒室507中的壓力保持基本恒定。這種作法的優(yōu)點(diǎn)是在容器中達(dá)到的峰壓是很適中的。這就避免需要很厚的壓力容器壁，并限制了操作期間的噪聲和振動(dòng)。代價(jià)是效率有些降低。
在燃燒階段，燃燒室中的壓力保持基本恒定。在同時(shí)，活塞511開始?jí)嚎s包含在等溫和絕熱壓縮室503、505中的空氣。在壓縮等溫壓縮室中的空氣期間，液體噴霧被注入室中，以冷卻氣體并吸收壓縮產(chǎn)生的熱。當(dāng)壓縮室中空氣的溫度達(dá)到噴霧液體的溫度時(shí)便可開始將液體噴霧注射到室中?？梢砸院愣ǖ乃俾首⑸鋰婌F液體。在活塞511向上運(yùn)動(dòng)期間的一定時(shí)間，在燃燒室中的壓縮空氣入口閥515關(guān)閉，停止注入燃料。這可以是預(yù)定量的燃料已經(jīng)被注入完的時(shí)間。然后燃燒氣絕熱膨脹，其壓力一直下降到或許接近大氣壓。燃燒氣體的膨脹對(duì)活塞511作功，結(jié)果，它獲得了動(dòng)能和勢(shì)能，并繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，到達(dá)它的在每個(gè)壓縮室503、505中的沖程的頂端。
當(dāng)在絕熱壓縮室505中的壓縮空氣的壓力達(dá)到要求值時(shí)，壓縮氣體出口閥門541打開，熱壓縮氣體便通過壓縮氣體出口537流出室。然后熱壓縮氣體通到主空氣渦輪機(jī)551的入口，在渦輪機(jī)551中壓縮氣體膨脹，產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)555。主空氣渦輪機(jī)的入口溫度和從壓縮機(jī)來(lái)的絕熱壓縮空氣的出口溫度最好是匹配的。主空氣渦輪機(jī)的排放空氣的溫度接近于大氣的環(huán)境溫度。
當(dāng)?shù)葴貕嚎s室503中空氣的壓力達(dá)到要求值時(shí)，壓縮氣體出口閥539打開，冷壓縮空氣隨同噴霧液通過壓縮氣體出口535流出室進(jìn)入水分分離器549，在其中，噴霧液體與壓縮空氣分離。由水分分離器來(lái)的噴霧液體通過冷卻系統(tǒng)547，然后再重新用于噴霧。
水分分離器549的部分冷壓縮空氣被通到氣體-空氣熱交換器557，在其中它由先前部分運(yùn)行周期從燃燒室排出的排出氣體的熱量預(yù)熱。一些離開氣體-空氣熱交換器557的預(yù)熱壓縮空氣被引導(dǎo)到燃燒室507，一些被引導(dǎo)到第二空氣渦輪機(jī)553的入口，在該渦輪機(jī)553中，這些氣體膨脹，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)555的機(jī)械動(dòng)力。
水分分離器549的一些冷壓縮空氣穿過空氣-空氣熱交換器559，在其中，它由第二空氣渦輪機(jī)553排出的排出空氣加熱，已被預(yù)熱的這些壓縮空氣然后被補(bǔ)加到由絕熱壓縮室505出來(lái)的熱壓縮空氣主流中，引導(dǎo)到主渦輪機(jī)551。
水分分離器549中的冷壓縮氣也被引導(dǎo)到包圍燃燒室的冷卻外套523中，以冷卻燃燒室壁。這種冷卻空氣有些也可以用來(lái)冷卻燃燒室中的活塞頭514。利用燃燒壁上的許多孔可以作到這一點(diǎn)，以此空氣可以從冷卻外套523流過這些孔。在活塞的側(cè)面上形成了許多在位置上與室壁上孔對(duì)應(yīng)的孔或槽?；钊膬?nèi)側(cè)被設(shè)計(jì)成可使空氣從這些槽或孔流到活塞頭，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其冷卻。另一種方法是在活塞上形成通道，該通道可允許直接的但受限的空氣流從一個(gè)或兩個(gè)壓縮室通到活塞頭514。
冷卻空氣最終是從冷卻外套523穿過燃燒室壁上的孔進(jìn)入燃燒室的?？諝庖餐ㄟ^在燃燒室507的底部508上形成的空氣通道循環(huán)以冷卻底部、閥和閥座?；蛘?，設(shè)備也可以設(shè)計(jì)為使冷卻空氣不進(jìn)入燃燒室而是加到去主空氣渦輪機(jī)的空氣流中。這可以更有效地回收給與冷卻空氣的熱量。
當(dāng)活塞511已經(jīng)達(dá)到其沖程的頂部時(shí)，在每個(gè)壓縮室503、505中的壓縮氣體出口閥門539、541關(guān)閉，使得在每一個(gè)室中保留一些壓縮空氣。在重力的作用下和由于密封的壓縮空氣的膨脹，活塞511反方向運(yùn)動(dòng)，開始移出壓縮室并進(jìn)入燃燒室507。當(dāng)壓縮室的壓力達(dá)到入口空氣壓力時(shí)，相應(yīng)的氣體入口閥527、533打開，空氣通過相應(yīng)的氣體入口535、537進(jìn)入室中。
當(dāng)燃燒室中燃燒氣體的壓力達(dá)到足以推動(dòng)通過氣體-空氣熱交換器557并最后排到大氣的值時(shí)，排放閥521打開，排放氣通過排氣出口519排出燃燒室。低壓冷卻空氣可以沿著燃燒室外套循環(huán)，并在這部分運(yùn)行周期期間引入到燃燒室。進(jìn)入燃燒室的空氣起著替換和沖洗剩余排放氣的作用。低壓冷卻空氣可以配以風(fēng)扇而直接從大氣中抽取。
在活塞511達(dá)到燃燒室507的底部508之前和在所有的冷卻空氣被壓出燃燒室507之前，排放閥521關(guān)閉，剩余空氣和任何排放氣被絕熱壓縮，減緩了活塞運(yùn)動(dòng)并最后使活塞511停在燃燒室底部的緊上方。排放閥521的關(guān)閉時(shí)間這樣決定，使得在活塞反向時(shí)刻燃燒室的壓力近似等于在燃燒階段開始時(shí)由熱交換器傳送的熱壓縮空氣的壓力。
當(dāng)活塞在燃燒室中停下來(lái)時(shí)，在壓縮室503、505中的氣體入口閥門527、529關(guān)閉。在燃燒室中的熱壓縮氣入口閥515打開，預(yù)定量的熱壓縮空氣從氣體-空氣熱交換器557引入到燃燒室。燃料通過燃料注入口517注入到室中，使燃料著火，燃料-熱壓縮空氣混合物的燃燒結(jié)果是驅(qū)動(dòng)活塞511向上，開始下一個(gè)運(yùn)行周期。
參考圖16，為了從離開燃燒室507的熱氣體中最大回收熱量，提供了另外的空氣渦輪機(jī)553和空氣-空氣熱交換器559。一般說(shuō)來(lái)，在排放氣體中的熱量比加熱新進(jìn)入的壓縮燃燒空氣所需的熱量多。過剩的熱量可用來(lái)加熱更多的轉(zhuǎn)到第二個(gè)較小的空氣渦輪機(jī)553的壓縮空氣，它工作時(shí)的入口溫度比主空氣渦輪機(jī)551高。第二級(jí)空氣渦輪機(jī)553的出口空氣對(duì)于附加熱量的回收仍然是足夠熱的。在小熱交換器559中這種熱量被傳送到分開的冷壓縮空氣流中。該系統(tǒng)可以這樣設(shè)計(jì)，使最終的熱壓縮空氣處于適合于在主空氣渦輪機(jī)中膨脹的溫度和壓力，在這種情況下，這種熱壓縮空氣流可以加入絕熱壓縮空氣的主流中。
已有一系列水分分離器設(shè)計(jì)，其中大部分已在電力工業(yè)和其它地方用了許多年，普通的例子是旋流分離器、軸向旋轉(zhuǎn)葉片分離器和波紋板分離器。然而不管用那種分離器，重要的是使由分離器造成的壓力損失減至最小，因?yàn)檫@將影響壓縮機(jī)的效率。
因?yàn)榕欧艢怏w的高溫，熱交換器是系統(tǒng)重要的部件。排放溫度的確是決定整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。穿過熱交換器壁的壓差至少為10巴。這意味著，由于有這樣的壓差，密封有困難，不適合選擇轉(zhuǎn)動(dòng)回?zé)崾綗峤粨Q器?？梢允褂瞄y門回?zé)崞?，但由于所涉及的是較大容量，仍有顯著的液流從高壓到低壓橫向滲漏。因此最好的選擇或許是逆流回收熱交換器。為使成本降至最小，對(duì)于熱交換器的高低溫部件可以用不同的材料。
需要定期清潔熱交換器表面的設(shè)備，或許在系統(tǒng)不負(fù)載時(shí)清潔，但也可以考慮負(fù)載時(shí)用的清潔系統(tǒng)。
參照?qǐng)D16，氣體-空氣熱交換器557必需具有或者貯存來(lái)自熱排放氣熱量的容量，或者貯存壓縮氣體的容量，因?yàn)榕欧艢夂蛪嚎s氣不是同時(shí)產(chǎn)生，而是相隔一段時(shí)間，該時(shí)間等于液體活塞一個(gè)完全運(yùn)行周期的一半。
另外，示于圖16的熱動(dòng)力壓縮機(jī)(其動(dòng)力通過絕熱壓縮待通過空氣渦輪機(jī)膨脹的大量氣體取出)僅在分開的時(shí)間間隔，通常為幾秒鐘的間隔提供壓縮空氣。然而動(dòng)力渦輪機(jī)需要近似連續(xù)的壓縮空氣流。在系統(tǒng)的不同部分這種空氣流工作時(shí)間不匹配可以利用暫時(shí)貯存空氣的貯存容器(未示出)來(lái)克服。然而，在大型裝備中可以采用以方便的方式使支管連在一起的若干個(gè)壓縮機(jī)單元(或許約8個(gè)或12個(gè))，這樣可以避免使用貯存容器。也可用類似的選擇方案用于氣體-空氣熱交換器，雖然在這種情況下，用較小組的壓縮機(jī)(或許4個(gè))連接在主氣體-空氣熱交換器的一個(gè)上可能是有利的。
利用支管裝置替代貯存容器意味著需要控制壓縮機(jī)單元的相位。利用微處理機(jī)控制空氣和燃燒氣體閥門便可以作到這一點(diǎn)。
示于圖16的熱動(dòng)力壓縮機(jī)實(shí)施例在活塞的一側(cè)具燃燒室，在活塞的另一側(cè)具有絕熱和等溫壓縮兩個(gè)室。燃燒氣體的燃燒和隨后的膨脹將動(dòng)能加到活塞上，活塞隨后進(jìn)入壓縮室壓縮其中的氣體。在氣體已經(jīng)壓縮和排出每個(gè)壓縮室之后，活塞以向運(yùn)動(dòng)返回燃燒室。活塞的返回運(yùn)動(dòng)由重力和剩留在壓縮室中的壓縮氣體膨脹驅(qū)動(dòng)?；钊南蚯昂头祷貨_程由不同的機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，氣體僅在活塞沿一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)被壓縮。因此此實(shí)施例是非對(duì)稱性裝置。
重要的是活塞的向下返回沖程應(yīng)具有合理的速度，通過使活塞的整個(gè)質(zhì)量在整返回沖程期間沿著重力施加的恢復(fù)力方向運(yùn)動(dòng)便可以作到這一點(diǎn)。因此，由于重力的最大恢復(fù)力在返回期間被加到活塞上，這意味著最大的向下加速度為1g左右。向下的加速度通過在絕熱和等溫壓縮室中的至少一個(gè)室中殘留空氣或其它氣體的膨脹可以進(jìn)一步增加。
熱動(dòng)力壓縮機(jī)一個(gè)重要的特征是，活塞具有足以暫時(shí)貯存燃燒氣體膨脹能量的質(zhì)量，該能量作為活塞的動(dòng)能或勢(shì)能貯存起來(lái)。固體活塞可以以更緊湊的組合達(dá)到與液體活塞相同的質(zhì)量。如果使用固體活塞而不用具有一處或多處彎曲的液體活塞，則活塞產(chǎn)生的摩擦總的說(shuō)比較小。因此，由燃燒過程產(chǎn)生的加速度，固體活塞大于液體活塞，雖然加速度最后受到在液體噴霧霧滴和等溫壓縮箱中氣體之間的熱傳遞速率的限制。
可以料到，排放氣體的露點(diǎn)可以在氣體-空氣熱交換氣的冷端達(dá)到，冷凝或者發(fā)生在熱交換器本身中，或者發(fā)生在煙囪的羽煙中。通過使排放氣體同兩個(gè)空氣渦輪機(jī)之一排出的一些暖空氣混合的方法可以避免這種煙囪羽煙，如果需要，也可用此法避免熱交換器中的冷凝。設(shè)備可以包括許多種配置來(lái)驅(qū)動(dòng)一對(duì)空氣渦輪機(jī)的壓縮機(jī)。壓縮機(jī)被設(shè)置在彼此錯(cuò)開的相位。這樣便可以使熱壓縮空氣連續(xù)地供給空氣渦輪機(jī)并簡(jiǎn)化每個(gè)壓縮機(jī)的操作。例如，由于在系統(tǒng)中限定的時(shí)間恒定，在一個(gè)壓縮機(jī)中產(chǎn)生的冷壓縮空氣可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)在另一壓縮機(jī)中的燃燒過程。在排放沖程期間用于冷卻一個(gè)壓縮機(jī)中各燃燒室壁的冷卻空氣可以由另一個(gè)壓縮機(jī)的等溫壓縮室供給。使壓縮機(jī)錯(cuò)開位相操作也有助于減小由大質(zhì)量固體活塞的加速和減速產(chǎn)生的振動(dòng)。
在另一個(gè)只有一個(gè)固體活塞的熱動(dòng)力壓縮機(jī)實(shí)施例中，等溫和絕熱壓縮室可以沿平行于固體活塞運(yùn)動(dòng)的方向分開，而不是如圖16所示的沿其運(yùn)動(dòng)的橫向方向分開。體現(xiàn)這一特征的一個(gè)實(shí)施例作為設(shè)備的一個(gè)構(gòu)件示于圖17。
參照?qǐng)D17，總的由600表示的熱動(dòng)力壓縮機(jī)基本上包括兩個(gè)垂直配置的隔間，一個(gè)在另一個(gè)上面。燃燒室603形成于上隔間601的上部分，絕熱壓縮室605形成于上隔間601的下部分。等溫壓縮室609形成于下隔間607的上部分，而絕熱壓縮/膨脹室613則形成于下隔間607的下部分。
燃燒室603具有由閥625控制的使壓縮空氣進(jìn)入室中的空氣入口623，一個(gè)用于將燃料注入室中的燃料注入口627和由閥631控制的使排放氣體從燃燒室603排出的氣體出口629。壓縮空氣入口623和排放氣體出口連接在氣體-空氣熱交換器670的同一側(cè)。
絕熱壓縮室605和等溫壓縮室609分別具有由閥637、639控制的使空氣吸入各自室605、609的空氣入口633、635，和由閥645、647控制的使壓縮空氣從各自室抽出的壓縮空氣出口641、643。
等溫壓縮室609也具有許多用于將液體噴霧注入室中的液體噴霧注入口648。各噴嘴最好配置成在整個(gè)環(huán)形容器中形成均勻噴霧。在等溫壓縮室609中的壓縮空氣出口643被連接到分離壓縮空氣中噴霧液體的水分分離器680。水分分離器680通過冷卻系統(tǒng)682和噴霧注入泵650連接到噴霧注入口648。冷卻系統(tǒng)682冷卻水分分離器來(lái)的噴霧液體，然后冷卻的液體重新用于噴霧。泵650使液體連續(xù)地從水分分離器680循環(huán)到等溫壓縮室。包含備用噴霧液體的貯水箱684被提供來(lái)補(bǔ)充在回路中損失的液體。
在絕熱壓縮室605中的壓縮空氣出口641被連接到主空氣渦輪機(jī)672的入口上，該空氣輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)674。從壓縮機(jī)來(lái)的熱壓縮空氣在空氣渦輪機(jī)672膨脹形成發(fā)電的機(jī)械動(dòng)力。水分分離器的部分冷壓縮空氣通到氣體-空氣熱交換器670中，在其中，它由燃燒室來(lái)的排放氣體的熱量預(yù)熱。一些預(yù)熱的空氣然后通到燃燒室603供燃燒使用。
然而，通常在排放氣體中具有比預(yù)熱用于燃燒的冷壓縮空氣所需熱量多的熱量可被利用。為了回收這種多余的熱量，壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生更大量的、比實(shí)際上用來(lái)燃燒的量還大的壓縮空氣。一部分多余的壓縮空氣穿過氣體-空氣熱交換器670，吸收排放氣體中的熱量，然后通到第二空氣渦輪機(jī)676，在其中，它膨脹產(chǎn)生有用的機(jī)械動(dòng)力。
從第二空氣渦輪機(jī)676中排放的排放空氣的溫度顯著高于環(huán)境的大氣溫度，該排放空氣中的熱量可以利用在空氣-空氣熱交換器678中將熱量傳遞給部分離開水分分離器680的冷壓縮空氣的方法進(jìn)行回收。預(yù)熱的壓縮空氣然后通到空氣渦輪機(jī)672，在該渦輪機(jī)中，它同來(lái)自絕熱壓縮室605來(lái)的熱壓縮空氣一起膨脹。
絕熱壓縮室613包括大量在壓縮機(jī)操作期間交替受到壓縮或膨脹的氣體，例如空氣。該氣體起著彈簧的作用，其作用是將在一個(gè)方向上的活塞的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為相反方向上的活塞的動(dòng)能。該氣體提供了一個(gè)機(jī)構(gòu)，利用該機(jī)構(gòu)，活塞可以返回到其沖程的頂端完成壓縮機(jī)的運(yùn)行周期。因此該室不需要由在壓縮機(jī)的正常運(yùn)行周期進(jìn)行打開和關(guān)閉的閥控制的氣體入口和出口。但是可以要求有補(bǔ)充氣體的機(jī)構(gòu)(未示出)，以補(bǔ)充從室中漏出的氣體。
包括固體物質(zhì)的活塞615具有上部、中部和下部，可以沿直線垂直地自由振蕩?；钊?15的上部分617的尺寸是上隔間601的直徑，它可以在該隔間的垂直末端之間自由上下運(yùn)動(dòng)，移入或移出燃燒室和絕熱壓縮室603、605。活塞615的下部分619的尺寸為下隔間607的直徑，它可在所在隔間的垂直末端之間自由上下運(yùn)動(dòng)，移入和移出等溫壓縮室609和絕熱壓縮/膨脹室613?；钊?15的上下部分617、619由中間部分621連接在一起并垂直分開一段距離，該中間部分包括其直徑小于上下隔間的直徑的軸棒。該軸棒穿過在隔板611上形成的孔623。所述隔板將上下隔間分開?；瑒?dòng)密封件612裝在孔611上，它密封軸棒，防止空氣穿過在絕熱壓縮室605和等溫壓縮室609之間的孔611。滑動(dòng)密封件612被設(shè)計(jì)成能使軸棒在兩個(gè)方向上通過孔611自由滑動(dòng)。密封件614、616安裝在活塞和室壁之間以防止氣體從一個(gè)室滲漏到另一個(gè)室。
在這個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)活塞615的上部分617處于燃燒室中其最高高度時(shí)，在絕熱壓縮室605和絕熱壓縮/膨脹室613中的空的體積達(dá)到最大，而在等溫壓縮室609中的空的環(huán)形體積達(dá)到最小。相反，當(dāng)活塞615的上部分617處于其最低高度時(shí)，在燃燒室和等溫壓縮室603和609中的空體積達(dá)到最大，而在絕熱壓縮室605和絕熱壓縮室613中的空體積達(dá)到最小。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，燃燒過程直接驅(qū)動(dòng)絕熱壓縮過程、將空氣引入到等溫壓縮室中并在絕熱壓縮/膨脹室中絕熱壓縮氣體。在絕熱壓縮/膨脹室613中的氣體絕熱膨脹驅(qū)動(dòng)等溫壓縮過程，將空氣引入到絕熱壓縮室605中，并從燃燒室603中排出排放氣體。
示出圖17的壓縮機(jī)600的典型運(yùn)行周期進(jìn)行如下，從活塞615位于燃燒室603中其最大高度并即將反轉(zhuǎn)方向開始。此時(shí)，氣體出口閥645、647在各自燃燒室605、609中是關(guān)閉的。絕熱壓縮室605包含在運(yùn)行周期的先前部分通過氣體入口633進(jìn)入的空氣，并且氣體入口閥637現(xiàn)在是關(guān)閉的。活塞615的下部分619位于等溫壓縮室609中的最上高度，因而壓縮室中的空體積最小，而在氣體入口閥639是開的，使空氣可以在活塞向下沖程期間被抽入室中。活塞615的下部分619移出絕熱壓縮/膨脹室，使其中的空體積得以充分?jǐn)U大。
當(dāng)活塞615暫時(shí)停在燃燒室603并要反轉(zhuǎn)方向時(shí)，熱壓縮氣入口閥625打開，預(yù)定量的熱壓縮空氣被引入到燃燒室。燃料通過燃料注入口注入燃燒室，并點(diǎn)火，導(dǎo)致熱壓縮空氣/燃料混合物燃燒。燃燒氣體在恒定壓力下膨脹，驅(qū)動(dòng)活塞向下移出燃燒室603并進(jìn)入絕熱壓縮室605，活塞的上部分開始?jí)嚎s其中的空氣。同時(shí)，活塞615的下部分619移出等溫壓縮室609并進(jìn)入絕熱壓縮/膨脹室613。當(dāng)活塞向下移動(dòng)時(shí)，空氣通過氣體入口635進(jìn)入等溫壓縮室609中擴(kuò)大的體積。同時(shí)，活塞的下部分壓縮包含于絕熱壓縮/膨脹室613中的氣體。
當(dāng)活塞615達(dá)到某個(gè)高度時(shí)，停止燃料注入。燃燒氣體繼續(xù)絕熱膨脹，直到活塞615達(dá)到其沖程的底部。
當(dāng)絕熱壓縮室605中的空氣壓力達(dá)到要求值時(shí)，壓縮氣體出口閥645打開，熱壓縮氣體通過壓縮氣體出口641流出絕熱壓縮室605并通過主空氣渦輪機(jī)672的入口。熱壓縮空氣在空氣渦輪機(jī)中膨脹，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)674的機(jī)械動(dòng)力。
活塞615在繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)逐漸被阻緩，因?yàn)樗膭?dòng)能被轉(zhuǎn)換成絕熱壓縮/膨脹室613中氣體的壓縮能。最后，活塞的動(dòng)能達(dá)到零，并暫時(shí)在停在其沖程的底部。當(dāng)活塞615暫時(shí)停止并反轉(zhuǎn)方向時(shí)，在絕熱壓縮室605中的壓縮氣體出口閥645關(guān)閉，氣體入口閥637打開，使得在活塞615向上運(yùn)動(dòng)期間空氣可以進(jìn)入室中。同時(shí)，在等溫壓縮室609中的氣體入口閥639關(guān)閉。
在絕熱壓縮/膨脹室613中的熱壓縮氣體開始絕熱膨脹，驅(qū)動(dòng)活塞向上，使下部分移出室613并進(jìn)入等溫壓縮室609。當(dāng)活塞開始?jí)嚎s等溫壓縮室609中的空氣時(shí)，液體通過噴霧注射口648被噴入室609以冷卻空氣，因此壓縮過程是近似等溫的。同時(shí)，活塞615的上部分617開始移出絕熱壓縮室605并移入燃燒室603。隨后，空氣通過氣體入口633進(jìn)入絕熱壓縮室。當(dāng)燃燒氣體的壓力達(dá)到足以推動(dòng)排放氣通過氣體-空氣熱交換器670并最后排入大氣的值時(shí)，排放氣出口閥631打開，使排放氣從燃燒室603排出。
當(dāng)?shù)葴貕嚎s室609中的空氣壓力達(dá)到需要值時(shí)，壓縮氣體出口閥647打開，冷壓縮空氣連同噴霧液體一起排出等溫壓縮室609。冷壓縮空氣和噴霧液體然后通到水分分離器680，在水分分離器中，液體從壓縮空氣中分離出來(lái)。分離出的液體然后通到冷卻液體的冷卻系統(tǒng)682，然后再用于噴霧。
從水分分離器來(lái)的一部分冷壓縮空氣穿過氣體-空氣熱交換器670，在熱交換器中，它由離開燃燒室603的排放氣的熱量加熱。一些預(yù)熱的壓縮空氣通到燃燒室，供下一個(gè)周期使用，一些通到驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)674的第二空氣渦輪機(jī)676的入口。還有一部分離開水分分離器680的冷壓縮空氣穿過空氣-空氣熱交換器678，在該熱交換器中，它由離開第二空氣渦輪機(jī)676的熱排放空氣預(yù)熱。從空氣-空氣熱交換器678來(lái)的預(yù)熱壓縮空氣然后通到主空氣渦輪機(jī)672，在該空氣渦輪機(jī)中，它隨同來(lái)自絕熱壓縮室605的熱壓縮空氣一起膨脹。
當(dāng)活塞615達(dá)到其沖程的頂部時(shí)，在燃燒室603中的排放閥631、在絕熱壓縮室605中的氣體入口閥637和在等溫壓縮室609中的壓縮氣體出口閥647都關(guān)閉。在燃燒室603中的熱壓縮氣體入口閥625然后打開，使從氣體-空氣熱交換器670來(lái)的一股新鮮的熱壓縮室可以進(jìn)入到燃燒室中。燃料通過燃料注射口627注入燃燒室，在熱壓縮氣體中被點(diǎn)燃。所產(chǎn)生的燃燒驅(qū)動(dòng)活塞向下，重復(fù)運(yùn)行周期。
通過構(gòu)成絕熱壓縮/膨脹室來(lái)減緩在其沖程底部的活塞的運(yùn)動(dòng)和使其運(yùn)動(dòng)反向，可以避免采用更復(fù)雜的方法，這些方法包括氣體進(jìn)出室內(nèi)的運(yùn)動(dòng)并需要精確定時(shí)開閉閥門。
如前述任何一個(gè)實(shí)施例中需要冷卻室壁一樣，在圖17所示實(shí)施例的燃燒室壁的周圍可以設(shè)置冷卻外套，冷卻液體可以通過冷卻外套循環(huán)以吸收室壁的熱。冷卻流體可以包括在等溫壓縮室中產(chǎn)生的一部分冷壓縮氣體。燃燒室壁可以具有許多在其上形成的孔，以使壓縮空氣(或其它氣體)可以最終進(jìn)入燃燒室，與燃燒氣體一起膨脹。但是，即使在冷卻流體已經(jīng)吸收了燃燒室壁的熱以后，同燃燒氣體的溫度相比，它仍然是相當(dāng)冷的。因此，引入相當(dāng)冷的氣體到燃燒室可能引起系統(tǒng)效率的損失(例如由于熵的變化相當(dāng)大)。這樣，泄漏冷卻法不一定是回收燃燒室壁熱量的最有效的方法。
或者，冷卻流體可以沿著燃燒室壁循環(huán)以吸收熱量，然后再通到系統(tǒng)的另一部分，吸收的熱可以在其溫度更接近于加熱的冷卻氣流溫度的這部分中在部分周期期間釋放出來(lái)。如果冷卻流體被等溫壓縮，例如等溫壓縮室來(lái)的空氣，則可使一部分壓縮空氣沿燃燒室壁循環(huán)，然后使加熱的壓縮空氣通到其入口溫度接近于加熱的壓縮空氣溫度的空氣渦輪機(jī)。
包含這種回收燃燒室壁熱量的方法的實(shí)施例示于圖18。圖18所示的實(shí)施例在很多方面類似于圖17所示實(shí)施例。相同的部件用相同的編號(hào)表示。參考圖18，上隔間601由冷卻外套620包圍以實(shí)現(xiàn)燃燒室603壁和可能對(duì)絕熱壓縮室605壁的冷卻。水分分離器680通過冷壓縮氣主輸送管618連接到氣體-空氣熱交換器670的冷側(cè)。冷卻液體輸送線622將冷卻外套620連接到主輸送管618。冷卻流體傳輸送管622與冷卻外套連接處靠近上隔間601的下端部，在那個(gè)地方燃燒室壁的溫度相對(duì)來(lái)說(shuō)是冷的。冷卻外套620延伸至燃燒室的頂端并設(shè)置得使冷卻空氣能夠流過裝有熱壓縮氣體入口閥625的排氣出口閥631的燃燒室的頂部。
在絕熱壓縮室605中的熱壓縮氣體出口641通過氣體輸送管626連接在空氣渦輪機(jī)672的入口上。在冷卻外套620的冷卻流體出口通過輸送管624連接到氣體輸送管626上。冷卻外套的冷卻流體出口位于溫度最高的燃燒室603的頂部。這種冷卻流體入口的配置保證了離開冷卻套的壓縮空氣可以吸收足夠的熱量，使得壓縮空氣的溫度與離開絕熱壓縮室605的熱壓縮空氣的溫度相當(dāng)。
圖18所示實(shí)施例被設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)單個(gè)空氣渦輪機(jī)672，不需要使用第二級(jí)空氣渦輪機(jī)和示于圖17設(shè)備中包括的有關(guān)的熱交換器。在圖18所示的實(shí)施例中，在氣體-空氣熱交換器670中用于回收排放氣體中剩余熱量的冷壓縮氣體通過氣體輸送管628直接通到氣體輸送管628直接通到空氣渦輪機(jī)672的入口。示于圖18實(shí)施例的這個(gè)方面已經(jīng)在示于圖15的相關(guān)的實(shí)施例中說(shuō)明。
在操作中，等溫壓縮室609來(lái)的冷壓縮氣體穿過水分分離器680，壓縮氣體的主要部分然后通到氣體-空氣熱交換器670。冷壓縮氣體在熱交換器670中被預(yù)熱，供燃燒用的一部分預(yù)熱的壓縮氣體通向燃燒室603?；厥张欧艢怏w中過剩熱量的那部分預(yù)熱的壓縮氣體直接通到空氣渦輪機(jī)672，在空氣渦輪機(jī)中，它隨同來(lái)自絕熱壓縮室605的絕熱壓縮氣體一起膨脹。
來(lái)自水分分離器的一部分冷壓縮氣體通到冷卻外套620以冷卻燃燒室壁。壓縮氣體流過冷卻外套，得到燃燒室壁的熱量，最后通過冷卻流體出口離開，匯入流向空氣渦輪機(jī)672的絕熱壓縮氣體的主流中?？梢杂瞄y門(未示出)來(lái)控制來(lái)自水分分離器的流過冷卻外套并進(jìn)入輸送絕熱壓縮氣主流的輸送管626中的冷卻氣流。
包括垂直分開的室的對(duì)稱熱動(dòng)力壓縮機(jī)的實(shí)施例連同配置的發(fā)電設(shè)備示于圖19，發(fā)電設(shè)備的配置法類似于上述的關(guān)于圖16和17的方法，參照?qǐng)D19，總的用900表示的壓縮機(jī)包括部分充有構(gòu)成液體活塞903液體的U形導(dǎo)管901。導(dǎo)管901的壁905和907是直的，垂直向上延伸。隔間908、910與每個(gè)壁905、907的端部鄰接，其上部分用作燃燒室909、911，其下部分用作絕熱壓縮室913、915。下隔間912、912位于各自上隔間908、910之下，構(gòu)成于各自的臂905、907上。下隔間分別用作等溫壓縮室917、919。在每個(gè)臂中的絕熱壓縮室被設(shè)置在燃燒室和等溫壓縮室之間，以便盡可能減少沿臂的長(zhǎng)度的熱梯度，因而使燃燒室到等溫壓縮室的熱傳導(dǎo)減至最小。
密度高于液體活塞903的固體活塞921、923設(shè)置在導(dǎo)管901的每個(gè)臂905、907中，主要包括上中下三個(gè)部分。每個(gè)活塞921、923的下部分尺寸等于導(dǎo)管901的臂905、907的直徑，下部分由液體活塞903從下面支承，可以自由上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)出等溫壓縮室917、919。密封件984靠近活塞的下緣安裝以防止液體在活塞和室壁之間滲漏。固體活塞921、923的上部分929、931的尺寸等于上隔間908、910的直徑，上部分可以在上隔間908、910的上下盡頭之間自由垂直運(yùn)動(dòng)。固體活塞921、923的上下部分被連接在一起并由中部分930、932垂直分開一段距離，中部分呈軸棒的形式，其直徑小于上下部的直徑。中部分930、932從隔間到下隔間，穿過在分開上下隔間的隔板937、939上形成的孔933、935?；瑒?dòng)密封件941、943安裝在孔933、935和軸棒之間以防止氣體在等溫和絕熱壓縮室之間滲漏。
當(dāng)每個(gè)固體活塞在各自導(dǎo)管的相應(yīng)臂中處于其最低高度時(shí)，在燃燒室和等溫壓縮室中的空的體積充分?jǐn)U大，達(dá)到最大。同時(shí)，在絕熱壓縮室中的空的體積則為最小，活塞的上部分在上隔間中處于其行程的下部極限。相反，當(dāng)每個(gè)固體活塞位于其最高高度時(shí)，在燃燒室和等溫壓縮室中的空的體積處于最小，而絕熱壓縮室中的空的體積則達(dá)到最大，活塞的上部分在上隔間中位于其行程的上部極限。
每個(gè)燃燒室909、911有由閥949、951控制的熱壓縮空氣入口945、947，用于將預(yù)熱壓縮空氣或其它氧化氣體引入到室內(nèi);有用于將燃料注入室內(nèi)的燃料注入口953、955;有由閥961、963控制的排放氣出口957、959，用于使熱的排放氣排出燃燒室。每個(gè)絕熱壓縮室913、915有由閥969、971控制的氣體入口965、967，以便使氣體進(jìn)入室中，還有由閥977、979控制的壓縮氣體出口973、975，以便使絕熱壓縮氣體可以排出室。每個(gè)等溫壓縮室917、919包括由閥985、987控制的氣體入981、983，以便使氣體進(jìn)入室中，還有由閥993、995控制的壓縮氣體出口989、991，用于使等溫壓縮氣體排出壓縮室。每個(gè)等溫壓縮室還包括許多噴霧注射口918、920、922、924，用于在壓縮期間在每個(gè)室的整個(gè)環(huán)形體積內(nèi)提供均勻的液體噴霧。
在圖19所示的壓縮機(jī)的操作周期中，在導(dǎo)管一個(gè)臂中的燃燒過程同時(shí)驅(qū)動(dòng)在同一臂中的絕熱壓縮過程和另一個(gè)臂中的等溫壓縮過程。
圖19所示的熱動(dòng)力壓縮機(jī)的典型操作周期如下，從活塞923位于燃燒室911中其沖程頂端和活塞921位于燃燒室909中其沖程底部開始。燃燒室909包括先前燃燒的熱膨脹燃燒氣體，并且熱壓縮氣體入口閥949的排放氣出口閥961關(guān)閉。等溫壓縮室917包含在先前一部分操作周期期間通過氣體入口981早先進(jìn)入的空氣，氣體入口和出口閥985、993是關(guān)閉的。在導(dǎo)管901的另一個(gè)臂907中的絕熱壓縮室915也包含先前通過氣體入口967引入的空氣，并且氣體入口和出口閥987、995是關(guān)閉的。
當(dāng)固體活塞923暫時(shí)停在其沖程頂端并反向時(shí)，熱壓縮氣體入口閥951打開，從氣體-空氣熱交換器970來(lái)的預(yù)定量的熱壓縮氣體被引入到燃燒室911中。燃料通過燃料注入口955注入到燃燒室911中。燃料點(diǎn)火，引起燃料-空氣混合物燃燒，驅(qū)動(dòng)活塞923下降，移出燃燒室911和等溫壓縮室919。開初，燃料繼續(xù)允許進(jìn)入燃燒室，所以燃燒發(fā)生在近似恒壓的條件下。在等溫壓縮室919中的壓縮氣體出口閥995關(guān)閉，氣體入口閥987打開，使得當(dāng)活塞移出壓縮室919時(shí)允許空氣進(jìn)入到室中。
當(dāng)活塞923的上部分931向下移出燃燒室911時(shí)，它移入絕熱壓縮室915并壓縮先前在進(jìn)行周期的最后部分期間引入到室中的空氣。
固體活塞923的向下運(yùn)動(dòng)伴隨著另一個(gè)活塞921的向上運(yùn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)由相對(duì)臂907中的燃燒過程驅(qū)動(dòng)。在臂905中的固體活塞921向上運(yùn)動(dòng)期間，在絕熱壓縮室913中的壓縮氣體出口閥977關(guān)閉，并且氣體入口閥969打開，使空氣進(jìn)入到室中。在等溫壓縮室917中的氣體入口和出口閥都關(guān)閉，活塞921的下部分925開始?jí)嚎s在等溫壓縮室中的空氣。在壓縮期間，冷液體噴霧通過噴霧注射口918、924注射入等溫壓縮室，以冷卻空氣，因而壓縮是近似等溫的。當(dāng)壓力達(dá)到足以驅(qū)動(dòng)壓縮氣體排出燃燒室，通過氣體-空氣熱交換器并最終排放到大氣的壓力時(shí)，在燃燒室909中的排放閥961打開。
在固體活塞923向下運(yùn)動(dòng)期間的某個(gè)時(shí)間，停止注入燃料。活塞923繼續(xù)由燃燒氣體的絕熱膨脹向下驅(qū)動(dòng)到其沖程的底部。
當(dāng)?shù)葴貕嚎s室917中的空氣壓力達(dá)到需要值時(shí)，壓縮氣體出口閥993打開，壓縮空氣連同噴霧液體通過壓縮氣體出口989從室中排出。壓縮氣體和噴霧液體的混合物穿過分離噴霧液體的水分分離器972。噴霧液體然后回到冷卻系統(tǒng)974，在那里它被冷卻，然后重新用于液體噴霧。一部分冷壓縮空氣從水分分離器通到氣體-空氣熱交換器970，在該交換器中，它由燃燒過程的熱排放氣的熱預(yù)熱。一部分預(yù)熱的壓縮空氣然后從氣體-空氣熱交換器970出來(lái)供燃燒使用，另一部分通到小空氣渦輪機(jī)978的入口。
當(dāng)絕熱壓縮室915中的空氣壓力達(dá)到要求值時(shí)，壓縮氣體出口閥979打開，熱壓縮空氣通過壓縮氣體出口975流出室并通到它在其中膨脹的主空氣渦輪機(jī)976，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)980的機(jī)械動(dòng)力。在空氣-空氣熱交換器982中通過將第二空氣渦輪機(jī)978的排放氣的熱量傳送給來(lái)自水分分離器972的部分冷壓縮空氣，可以回收這部分熱量。離開空氣-空氣熱交換器的熱壓縮空氣然后通到主空氣渦輪機(jī)976，在該空氣渦輪機(jī)中，它隨同絕熱壓縮空氣主流一起膨脹。當(dāng)固體活塞923達(dá)到其沖程底部和活塞921達(dá)到其沖程的頂端時(shí)，在燃燒室909中的排放氣出口閥961、在絕熱壓縮室913中的氣體入口閥969、在壓縮室917中的壓縮氣體出口閥993、在絕熱壓縮室915中的壓縮氣體出口閥979和等溫壓縮室919中的氣體入口閥987都關(guān)閉。在燃燒室909中的熱壓縮氣體入口閥949然后打開，隨后在使一股熱壓縮氣體進(jìn)入室之后立即關(guān)閉。燃料通過燃料注入口953注入燃燒室中。燃料點(diǎn)火，由預(yù)熱壓縮空氣和燃料的混合物形成燃燒驅(qū)動(dòng)活塞921向下，移出燃燒室909，并移出等溫壓縮室917，開始活塞的返回沖程和運(yùn)行周期的第二半周期。
因?yàn)槭居趫D19的壓縮機(jī)實(shí)施例是對(duì)稱裝置，所以第二半運(yùn)行周期在以下方面類似于第一半周期在絕熱和等溫壓縮室913和919中的空氣的壓縮、空氣引入絕熱和等溫壓縮室915和917和燃燒氣體從燃燒室911中的排出。這些過程都由燃燒室909中的燃燒驅(qū)動(dòng)。由于具有垂直分開的各種燃燒和壓縮室，所以壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且也堅(jiān)固。
在另一個(gè)實(shí)施例中，液體和固體活塞可以用單個(gè)的固體活塞代替。在這種情況下，將不再需要其主要作用是盛放液體和將一部分活塞的向下運(yùn)動(dòng)變成另一部分活塞的向上運(yùn)動(dòng)(反之亦然)的U形導(dǎo)管。活塞可以設(shè)置成直線運(yùn)動(dòng)，燃燒室可以設(shè)置為一個(gè)燃燒室在另一個(gè)燃燒室的下面，或者兩個(gè)在同一水平面上。壓縮室可以類似設(shè)置。
在有固體活塞的氣體壓縮機(jī)的任何一個(gè)實(shí)施例中，活塞有可能越程，致使在室的端部發(fā)生損傷性碰撞。傳感器和控制閥門用的使氣體注入室中的控制機(jī)構(gòu)可以用來(lái)防止這種現(xiàn)象。另外，還希望采用一種減緩這種碰撞影響的方法來(lái)制作活塞。例如，活塞的端部或頭部可以設(shè)計(jì)成是可收縮(壓扁)的，使得碰撞能量被吸收。將活塞的端部成形為起皺區(qū)域便可以達(dá)到這個(gè)目的?；蛘?，活塞的端部可以設(shè)計(jì)為在碰撞時(shí)向內(nèi)嵌入?？墒湛s的頭部應(yīng)當(dāng)盡可能輕，使得這部分活塞的動(dòng)能可以減至最小。
在圖15至19所示的所有實(shí)施例中，由燃料的內(nèi)部燃燒將熱量提供給熱動(dòng)力壓縮機(jī)。但是也可以使用其它的熱源，例如核熱、太陽(yáng)熱、化學(xué)熱和工業(yè)過程的熱，可替代的熱源的實(shí)施例在下面詳細(xì)敘述。為區(qū)分使用內(nèi)熱源和外熱源的壓縮機(jī)，分別稱之為內(nèi)燃式壓縮機(jī)和外熱式壓縮機(jī)。圖15至19示出內(nèi)燃?jí)嚎s機(jī)的實(shí)施例以及適合于發(fā)電的系統(tǒng)的部件，至少包括一個(gè)空氣渦輪機(jī)。這種系統(tǒng)稱為“內(nèi)燃?jí)嚎s機(jī)和空氣渦輪機(jī)”系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱為ICCAT)。
在ICCAT系統(tǒng)中用的燃料可以是氣體的、液體的或固體的。在使用固體燃料例如煤的情況下，必須使燃料氣化或?qū)⑵淠コ杉?xì)粒(即粉化的燃料)，如像在現(xiàn)有的燃煤發(fā)電廠中所作的一樣。另外的替代方法是如同有些現(xiàn)代發(fā)電廠一樣具有流化床燃燒器，或像過去所作的那樣具有鏈?zhǔn)綘t篦燃燒器。對(duì)有些燃料，還必須設(shè)置機(jī)構(gòu)來(lái)除去排放氣中和壓縮機(jī)自身中的粉粒和二氧化硫。對(duì)于大多數(shù)的燃料還需要采用措施控制放出氮的氧化物，或者采用控制燃燒過程的方法，或者采用處理排放氣的方法。
燃燒室的排放氣一般包含大量水蒸汽。由于在燃料中存在氫，所以燃燒過程本身產(chǎn)生水蒸氣。產(chǎn)生水蒸氣的量依賴于燃燒用的燃料。例如，天然氣或甲烷(CH4)產(chǎn)生的水蒸氣比煤多。
出于各種原因，從燃燒氣體中回收水是重要的。保護(hù)水是一個(gè)重要原因，特別是如果已經(jīng)被軟化了。另外，水蒸氣的存在可能在最后放出排放氣的煙囪上形成難看的羽煙。如果在放入大氣之前除去燃燒氣體中的水分，則在煙囪上方不會(huì)形成羽煙。水蒸氣凝聚是一種從排放氣中除去一些不希望有的污染物的最有效的方法，這種方法可以單獨(dú)使用，或作為其它控制方法的補(bǔ)充方法。依賴于燃料的類型，這些污染物可以包括硫的氧化物、氮的氧化物、氨氣、汞、其它的重金屬和塵粒。如果水蒸氣被冷凝，一部分這些污染物由于溶解在冷凝中而從排放氣中除去。在有些情況下還必須加入某些化學(xué)試劑到冷凝水中以便于污染物溶于水相中。例如，加入石灰或一些其它堿可以捕獲硫的氧化物，如在常規(guī)的煙道氣體脫硫系統(tǒng)所作的一樣?？梢圆捎闷渌奶砑觿﹣?lái)促使其它污染物的捕獲。
一些污染物例如氨氣是很容易溶于水的，不需要添加劑便可獲得充分的捕獲?？梢詫睔庾⑷氲綗峤粨Q器、燃燒室或連接的管道中以減少在高溫下形成的氮的氧化物。根據(jù)條件和注入的氨氣量，可能發(fā)生燃燒氣中具有過量的氨的情況，因此需要在放入大氣之前除去排放氣中的氨。從排放氣中除去包括灰粒的顆粒物凝聚也是一種重要方法。對(duì)于灰分顯著的燃料如煤，除了凝聚外還可以采用常規(guī)的靜電沉降法。
從排放氣中冷凝水蒸氣的裝置示意示于圖20。所示裝置可以直加在在圖15至19中任何一個(gè)圖所示的高溫氣體-空氣熱交換器的冷排放氣的出口側(cè)。但是，該裝置可以用到需要從排放氣或其它氣體中回收水的系統(tǒng)中。
參考圖20，低溫氣體-氣體熱交換器656連接到高溫氣體-空氣熱交換器649的排放氣出口側(cè)，熱交換器649利用壓縮機(jī)燃燒室的排放氣加熱等溫壓縮空氣。冷卻器658連接在氣體-氣體熱交換器656上，使得氣體-氣體熱交換器656來(lái)的排放氣穿過冷卻器658并返回到氣體-氣體熱交換器656的低溫側(cè)。風(fēng)扇660被設(shè)置來(lái)迫使空氣通過冷卻器，以冷卻排放氣體。風(fēng)扇可以位于冷卻器的上游或其下游。
為了舉例說(shuō)明水回收裝置操作的目的，在裝置中不同的點(diǎn)上假設(shè)了各種溫度，雖然在實(shí)際上這些溫度可能會(huì)完全不同的。燃燒室的排放氣穿過高溫氣體-空氣熱交換649，在該交換器649中，它由等溫壓縮室來(lái)的溫度約為40℃的等溫壓縮空氣冷卻到約60℃。來(lái)自氣體-空氣熱交換器649的排放氣穿過低溫氣體-氣體熱交換器656，在其中它進(jìn)一步由從冷卻器658返回的冷排放氣冷卻到約35℃。排放氣然后通到冷卻器，在其中它由初始溫度約為15℃的大氣流冷卻到約25℃的溫度，然后回到氣體-氣體熱交換器656。除去作為在氣體-氣體熱交換器656中冷卻的結(jié)果而從排放氣中冷凝的水，然后使排放氣通到冷卻器658，在這個(gè)階段之后除去在冷凝器658中進(jìn)一步冷卻所冷凝的水，然后使排放氣回到氣體-氣體熱交換器656。冷卻的排放氣被返回到氣體-氣體熱交換器656，這樣一些被除去的熱被回收。在氣體-氣體熱交換器656中溫度升高到約50℃的干燥排放氣然后被排放到大氣中。重新加熱排放氣體消除了在煙囪上面形成不好看的蒸氣羽煙，同時(shí)還增加了排放氣的浮性，有助它消散到大氣中。
雖然示于圖20的冷卻器658用空氣來(lái)冷卻燃燒氣體，但其它的冷卻方法例如用江河湖海或冷卻塔的水來(lái)冷卻也是可能的，可以考慮使用。如果燃料是天然氣，水的回收可以在相當(dāng)高的溫度下實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橛扇紵a(chǎn)生的煙道氣體露點(diǎn)溫度約為60℃。
內(nèi)燃?jí)嚎s機(jī)ICCAT系統(tǒng)和聯(lián)合周期的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)(CCGT)以及常規(guī)的燃煤和燃油蒸氣設(shè)備相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。ICCAT系統(tǒng)沒有由單獨(dú)燃燒室產(chǎn)生的熱燃燒氣體驅(qū)動(dòng)的氣體渦輪機(jī)。在CCGT中最大溫度受到氣體渦輪機(jī)葉片能夠忍受的最大溫度的限制，約為1300℃。因?yàn)樵贗CCAT系統(tǒng)中燃燒氣體的熱量被直接轉(zhuǎn)換為活塞(或者連接在活塞上的貯存動(dòng)能的其它一些機(jī)構(gòu))的動(dòng)能，所以最大溫度極限是很大的，應(yīng)當(dāng)超過2000℃。
在CCGT中氣體渦輪機(jī)的排氣溫度約為500℃，此氣體被用來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)蒸氣渦輪機(jī)的蒸氣。然而，在ICCAT系統(tǒng)中排放氣的溫度達(dá)到的800℃的溫度，并用來(lái)通過熱交換器加熱燃燒室的進(jìn)入空氣。這樣，ICCAT系統(tǒng)不需要蒸氣設(shè)備，減少了投資費(fèi)用。
在CCGT設(shè)備中，常規(guī)的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)提供溫度約為350℃的熱壓縮入口空氣。此溫度是作為在絕熱壓縮過程期間熱被傳輸?shù)綁嚎s空氣的結(jié)果而達(dá)到的。傳到入口氣體的熱是由旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的機(jī)械能提供的。然而，在ICCAT系統(tǒng)中，入口空氣的溫度約為800℃，它不用機(jī)械能加熱而用壓縮機(jī)來(lái)的排放氣中的熱量加熱。因此在CCGT系統(tǒng)中溫度從350℃升到1200℃，而在ICCAT系統(tǒng)中溫度則從800℃提高到2000℃。因此在ICCAT系統(tǒng)中，熱量被加入到系統(tǒng)的平均溫度遠(yuǎn)高于在CCGT系統(tǒng)中的平均溫度。從以前定義的卡諾效率的觀點(diǎn)看，這是很有利的。另外，因?yàn)槿肟诳諝獗坏葴貕嚎s，所以壓縮給定量氣體所需的能量遠(yuǎn)小于在CCGT系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)所要求的能量。
在ICCAT系統(tǒng)中用來(lái)驅(qū)動(dòng)熱動(dòng)力壓縮機(jī)的大部分壓縮空氣消耗在燃燒過程中，而在CCGT系統(tǒng)中需要大量的壓縮空氣來(lái)冷卻渦輪機(jī)的部件并稀釋燃燒氣體，使氣體溫度不超過約1300℃的溫度。
在CCGT系統(tǒng)中，蒸氣設(shè)備排到大氣的出口溫度約80℃。在ICCAT系統(tǒng)中，空氣和燃燒氣體可以達(dá)到更低的排放溫度，這意味著廢熱較少，效率較高。另外，在ICCAT系統(tǒng)中，動(dòng)力由空氣渦輪機(jī)輸出，這種空氣渦輪機(jī)操作在相當(dāng)?shù)偷臏囟龋某隹跍囟冉咏诖髿鉁囟?。因?yàn)榭諝鉁u輪機(jī)操作在相當(dāng)?shù)偷臏囟?，所以不需要冷卻，也沒有材料方面的問題。
雖然用很冷壓縮空氣冷卻氣體渦輪機(jī)葉片可以使渦輪機(jī)工作在約1500℃的溫度而不是1200℃，但因?yàn)镮CCAT系統(tǒng)可以達(dá)到更高的溫度，所以ICCAT系統(tǒng)優(yōu)于圖9所示的發(fā)電廠。
采用周密設(shè)計(jì)的ICCAT系統(tǒng)，廢熱應(yīng)當(dāng)保持在最小，在理想情況下，排出顯著熱量的一部分周期只在等溫壓縮期間。除了上述概括的冷卻方式以外，在操作周期中還可采用任何一種冷卻方式，如濕冷、干冷，或混合冷卻塔，或用大氣、或用江湖海的水體直接冷卻。
外熱式壓縮機(jī)和空氣渦輪機(jī)可以采用另外的熱源代替由燃燒過程產(chǎn)生的熱量來(lái)驅(qū)動(dòng)熱動(dòng)力壓縮機(jī)。在這種情況下，熱源對(duì)熱動(dòng)力壓縮機(jī)一般是外加的。這種系統(tǒng)(在這種系統(tǒng)中，熱動(dòng)力壓縮機(jī)作為發(fā)電廠一個(gè)驅(qū)動(dòng)空氣渦輪機(jī)的部件是有效的)稱作“外熱式壓縮機(jī)和空氣渦輪機(jī)系統(tǒng)”(EHCAT)。如上所述，熱量可以化學(xué)或工業(yè)過程，或由太陽(yáng)能或核能提供。對(duì)于對(duì)不容易氣化或在壓縮機(jī)中燃燒的某些燃料的燃料最好采用外部熱交換器。例子是廢物的焚化，還可以是生物質(zhì)和煤的燃燒。
圖21示意示出在EHCAT系統(tǒng)中操作的外熱式壓縮機(jī)的一個(gè)實(shí)施例。壓縮機(jī)701包括一個(gè)產(chǎn)生冷壓縮氣體的等溫壓縮室和產(chǎn)生熱壓縮氣體的絕熱壓縮室，在這方面，壓縮機(jī)可以類似于圖15至19中任何一個(gè)圖中所示的內(nèi)燃?jí)嚎s機(jī)。但是在外熱式壓縮機(jī)中，一個(gè)注入很熱壓縮氣體的不用燃料的膨脹室代替了內(nèi)燃?jí)嚎s機(jī)的燃燒室。很熱的壓縮氣體在沒有燃燒情況下膨脹和冷卻，將動(dòng)能傳遞給活塞或其它能量貯存機(jī)構(gòu)。熱排放氣由膨脹室排出并進(jìn)入氣體-氣體熱交換器703以預(yù)熱從等溫壓縮室排出的冷壓縮空氣。預(yù)熱的氣體通到過程熱交換器705，在該交換器中氣體由某些熱交換過程產(chǎn)生的熱到其最后的溫度。從過程熱交換器705來(lái)的很熱的氣體被輸送到外熱式壓縮機(jī)的膨脹室以驅(qū)動(dòng)活塞。在這個(gè)實(shí)施例中，通過絕熱壓縮大量氣體并使該氣體通過氣體渦輪機(jī)膨脹而從外熱式壓縮機(jī)獲取動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)709。
如果驅(qū)動(dòng)熱動(dòng)力壓縮機(jī)的熱量由外部熱交換器提供，則可以安排工作氣體在一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)。封閉循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于一個(gè)給定大小的設(shè)備，為了得到較高的輸出，可以增加工作氣體的壓力，而且可以選擇不是空氣的工作氣體以改善熱傳輸。
封閉的循環(huán)系統(tǒng)也示于圖21，它是由虛線表示的開路循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過必須的改變得到的。
從氣體-氣體熱交換器703出來(lái)的冷排放氣與主渦輪機(jī)的冷低壓排放氣合在一起，并使該氣體進(jìn)入壓縮機(jī)的壓縮室，其中一部分被絕熱壓縮以驅(qū)動(dòng)主氣體渦輪機(jī)707，一部分被等溫壓縮，由氣體-氣體熱交換器703預(yù)熱后通到過程熱交換器705，使其受到某些外部熱過程所產(chǎn)生的熱加熱，然后作為很熱的壓縮氣體注入膨脹室以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。
外熱式壓縮機(jī)701的排放氣的熱容量與等溫壓縮室入口氣體的熱容量是一致的。因此在壓縮機(jī)排放氣中沒有多余的熱，與內(nèi)燃?jí)嚎s機(jī)的情況相反。在這種情況下，在ICCAT系統(tǒng)中的某些應(yīng)用中需要的第二氣體渦輪機(jī)和第二熱交換器在EHCAT系統(tǒng)中不再需要，如圖21所示。然而，外部過程熱可以在一個(gè)相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)被利用，在這種情況下，可以使用兩個(gè)或多個(gè)氣體渦輪機(jī)。例如，如果外部熱交換器是一個(gè)燒燃料爐子，由根據(jù)排放氣體的溫度，可能有多余的熱量。圖22示出一個(gè)用在EHCAT系統(tǒng)中的外熱式壓縮機(jī)的實(shí)施例，在這個(gè)系統(tǒng)中外部火爐的排放氣的多余熱量被換轉(zhuǎn)成有用的動(dòng)力。
示于圖22的發(fā)電廠包括用作主加熱器的爐子805，用于加熱壓縮空氣以驅(qū)動(dòng)外熱式壓縮機(jī)801。風(fēng)扇811通過主氣體-空氣熱交換器813將空氣送到爐子805。氣體-空氣加熱器813利用爐子排出的部分排放氣預(yù)熱通到爐子805的入口空氣。發(fā)電廠還包括驅(qū)動(dòng)第二發(fā)電機(jī)817的第二空氣渦輪機(jī)815和第二氣體-空氣熱交換器819。外熱式壓縮機(jī)來(lái)的部分等溫壓縮空氣被送到第二氣體-空氣熱交換器819，該交換器819用爐子805的部分排放氣預(yù)熱該空氣。被預(yù)熱的壓縮空氣然后作為入口空氣被送到產(chǎn)生附加動(dòng)力的第二空氣渦輪機(jī)815。第二空氣渦輪機(jī)815的操作溫度比主空氣渦氣輪807高得多，所以第二空氣渦輪機(jī)815的排放空氣包含了相當(dāng)多的熱量。第二空氣-空氣熱交換器821通過預(yù)熱從外熱式壓縮機(jī)801來(lái)的另一部分等溫壓縮空氣的方法回收這部分熱量，被預(yù)熱的這部分等溫壓縮空氣然后被加到絕熱壓縮空氣流中，用以驅(qū)動(dòng)主空氣渦輪機(jī)807。依賴于爐子的排放氣的組成，在排放氣放入大氣之前，加一個(gè)清潔排放氣的裝置823。
當(dāng)外部熱源不是燃燒燃料，而是一個(gè)工業(yè)過程、廢熱蒸氣或某些其它的熱源，也可以使用第二空氣渦輪機(jī)。具體的設(shè)備依賴于熱源和它如何與外熱式壓縮機(jī)的管路匹配。
熱液體注射的外熱式壓縮機(jī)圖23示出一個(gè)其中熱量被傳送給液體而不是傳送給外部熱交換器中氣體的外熱式壓縮機(jī)的實(shí)施例。用900表示的外熱式壓縮機(jī)同上述參考圖17的燃燒壓縮機(jī)有很多相似之處，其中編號(hào)增加300的同一編號(hào)表示相同的部件。因此，包括固體活塞、絕熱和等溫壓縮室、下部反沖室，以及水回收系統(tǒng)、燃燒壓縮機(jī)的空氣渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的這些部件的說(shuō)明完全適用于圖23所示的熱動(dòng)力壓縮機(jī)。內(nèi)燃?jí)嚎s機(jī)和外熱式壓縮機(jī)之間的主要差別涉及上部室的作用和熱量傳送進(jìn)上部室的方法，現(xiàn)在對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。
外熱式壓縮機(jī)的上室903具有由閥931控制的壓縮氣體入口929、由閥925控制的排放氣出口923和一個(gè)噴霧液體注射口928。熱壓縮氣體入口929通過水分分離器980和氣體-氣體熱交換器970連接在等溫壓縮室909上的壓縮氣體出口943上。排放氣出口923通過第二水分分離器982連接在氣體-氣體熱交換器970上。位于膨脹室903頂端的液體噴霧注射口通過過程熱交換器985和第二液體噴霧注射泵986連接在水分分離器983的噴霧液體出口上。
現(xiàn)在說(shuō)明壓縮機(jī)被驅(qū)動(dòng)的方式，從活塞915位于膨脹室903中沖程的頂部開始。當(dāng)活塞在其最大高度位置停下來(lái)時(shí)，氣體入口閥931打開，預(yù)熱的壓縮空氣通過氣體入口929引入到膨脹室903。此時(shí)，過程熱交換器985來(lái)的熱液體由噴霧注射泵986注射到膨脹室903中。預(yù)熱的壓縮空氣體然后進(jìn)一步由液體噴霧加熱并膨脹，驅(qū)動(dòng)固體活塞向下，為了在整個(gè)膨脹過程中保持氣體溫度不變，在氣體繼續(xù)膨脹時(shí)，使熱量從注射的霧滴上傳到氣體中。
當(dāng)活塞到達(dá)在膨脹室903中其沖程的底部而反轉(zhuǎn)方向時(shí)，排放氣出口閥925打開，低壓排放氣連同噴霧液體一起通過排放氣出口923排出膨脹室，并通過水分分離器983除去噴霧液體。低壓排放氣然后流過氣體-氣體熱交換器970，在該交換器970中等溫壓縮室909來(lái)的壓縮氣體被預(yù)熱，然后引入到膨脹室903中。在水分分離器983中分出的噴霧液體轉(zhuǎn)回到過程熱交換器985，在該交換器985，它再被加熱，然后重新用于噴霧。
在氣體是空氣的開路循環(huán)系統(tǒng)中，離開熱交換器970的排放空氣被排到大氣。在封閉循環(huán)系統(tǒng)中，離開熱交換器970的氣體通到等溫壓縮室909中進(jìn)行壓縮。在這種方法中，氣體可以在封閉系統(tǒng)中連續(xù)再循環(huán)。另外，在開路循環(huán)系統(tǒng)中，排放空氣是從空氣渦輪機(jī)972中排出的，而在封閉循環(huán)系統(tǒng)中，氣體返回到絕熱壓縮室905。在后一種情況下，用來(lái)驅(qū)動(dòng)空氣渦輪機(jī)972的氣體也連續(xù)地再循環(huán)。這樣，外熱式壓縮機(jī)可以操作在開路循環(huán)系統(tǒng)中，也可以操作在由虛線所示的封閉循環(huán)系統(tǒng)中。在圖23中可以看到，穿過絕熱壓縮室和空氣渦輪機(jī)的氣體不與系統(tǒng)其余部分中的氣體混和。因此在這兩個(gè)回路中可以有兩種不同的氣體，實(shí)際上一個(gè)回路是開路循環(huán)，而另一個(gè)是封閉循環(huán)。
使用噴射的液體作為熱傳輸介質(zhì)有利于外部熱交換器970更緊湊和更有效率。用液體的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是熱可以在整個(gè)膨脹期間連續(xù)供給注入的氣體，這改善了熱力學(xué)效率。用液體作熱傳輸介質(zhì)使熱源的最大溫度局限于可由適當(dāng)?shù)囊后w調(diào)節(jié)的溫度。使用的液體最好具有滿意的物理和化學(xué)性質(zhì)，無(wú)毒，不污染環(huán)境，而且還要廉價(jià)。
帶有熱液體注射的外熱式壓縮機(jī)適合于用低溫?zé)嵩蠢缣?yáng)能、地?zé)崮芑虻蜏貜U熱發(fā)電。
在封閉循環(huán)操作的情況下，為了保持穩(wěn)定的溫度，在氣體離開空氣渦輪機(jī)之后，還需要對(duì)其提供附加的冷卻。
有利的是，熱動(dòng)務(wù)壓縮機(jī)可以用范圍很廣的不同燃料操作，包括天然氣、輕油和重油、乳化油、煤、生物質(zhì)或生活廢料?，F(xiàn)在說(shuō)明使用可燃性燃料的各種方案。
天燃?xì)夂洼p油具有適合于直接注入和在加熱的燃燒室中燃燒的形式。另外，這些燃料可以在加熱的室的外部的但與該室連接的燃燒室中燃燒。依賴于進(jìn)入燃燒室的空氣的溫度和/或壓力，燃料可以自發(fā)地點(diǎn)燃。例如象柴油機(jī)中發(fā)生的情況那樣。燃燒產(chǎn)物中雖然有一定量的一氧化氮存在，但基本上沒有微粒，二氧化硫也極少。采用催化法或與氨的非催化還原法可以限制放出一氧化氮。用于燃燒重油、乳化油或煤的方案很多。
對(duì)于ICCAT系統(tǒng)，重油和乳化油可以用加熱法霧化為細(xì)滴，然后在要求的時(shí)間間隔注射到膨脹室并以內(nèi)燃方式燃燒。霧滴可以在熱交換器來(lái)的高溫空氣中點(diǎn)燃和快速燃燒。如果需要可以使用點(diǎn)燃系統(tǒng)，這種系統(tǒng)包括例如注入另一種燃料以起動(dòng)燃燒過程。煤也可以以細(xì)塵狀(粉化燃料)形式注入燃燒室，細(xì)塵狀的煤沿著管道用空氣流或其它合適的傳輸介質(zhì)送入膨脹室。重要的是應(yīng)當(dāng)保證沒有煤塵在傳輸介質(zhì)中發(fā)生過早爆炸的危險(xiǎn)。這可能導(dǎo)致選擇空氣以外的流體來(lái)傳輸煤塵，也可以不這樣選擇。
在另外一個(gè)實(shí)施例中，重油、乳化油或煤可以用空氣或氧在一個(gè)合適的氣化設(shè)備中氣化。液體燃料即乳化油或重油在氣化過程中處理起來(lái)比煤簡(jiǎn)單，因?yàn)椴恍枰屑?xì)燃料的研磨機(jī)或合適的氣體傳輸介質(zhì)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，采用重油、乳化油、煤或氣化燃料的外部加壓爐燃燒來(lái)生產(chǎn)在高溫閥門控制下進(jìn)入壓縮機(jī)膨脹室的熱燃燒氣體。
對(duì)于EHCAT系統(tǒng)，乳化油、重油或煤可以在主加熱器中燃燒以加熱熱動(dòng)力壓縮機(jī)用的工作流體。主加熱器包括一個(gè)用來(lái)在預(yù)熱的大氣空氣中燃燒燃料的不加壓的爐子，還可包括一個(gè)通過工作流體的熱交換器，該流體可以是來(lái)自熱動(dòng)力壓縮機(jī)的預(yù)熱的壓縮空氣。預(yù)熱的壓縮空氣由爐子的熱加熱，然后作為很熱的壓縮空氣注入到膨脹室以驅(qū)動(dòng)活塞。
如果燃料經(jīng)受某種形式的氣化，則最好在燃燒階段之前除去硫。在氣化之后燃燒之前除去硫是有利的，因?yàn)闅怏w體積很小。另外，硫可能以元素的形式而不是作為石膏狀被提出。這意味著，產(chǎn)品物質(zhì)的量也是很少的。另一方面，如果燃料不氣化，則燃燒過程的排放氣應(yīng)當(dāng)進(jìn)行脫硫，然后再排入大氣。
不管燃料是否氣化，在可能時(shí)，燃料最好在熱動(dòng)力壓縮機(jī)的燃燒室中直接燃燒，而不使用外部爐。由氣化燃料產(chǎn)生的燃燒氣體一般比固體或重流體燃料直接燃燒產(chǎn)生的燃燒氣體清潔。但是，這兩種方法之間的選擇很大程度上依賴于相對(duì)費(fèi)用和環(huán)境可接受的程度。
如果制備成合適的形式，生物量和生活廢料也可以用作燃料。雖然一般地講將生活廢料或大部分形式的生物量切碎成亞厘米尺寸的顆粒，象粉化煤一樣是不實(shí)際的，但是如果顆粒小，足以達(dá)到顯著程度的燒盡，則生物量可以在適當(dāng)設(shè)計(jì)的內(nèi)燃系統(tǒng)中燃燒。另外，生物質(zhì)可以氣化。在一個(gè)實(shí)施例中，生物量可以在外部在一個(gè)固定床中或可能在一個(gè)液化床中被氣化，在那里，氣化可以作為一個(gè)連續(xù)過程發(fā)生?？梢杂醚鯕饣蛘呖諝狻ＯＭ麑饣a(chǎn)品的化學(xué)能增到最大，使氣化階段產(chǎn)生的熱減少到最小?？梢岳脽峤粨Q器將氣化熱傳輸給等溫壓縮空氣，隨后使其膨脹，以增加系統(tǒng)的動(dòng)力輸出。氣體可以在一個(gè)類似于用天燃?xì)庀到y(tǒng)的ICCAT系統(tǒng)中燃燒。
帶氣化裝置的熱動(dòng)力燃?xì)鈮嚎s機(jī)如上所述，在燃燒壓縮機(jī)中使用氣化燃料如煤、重油、乳化油或生物質(zhì)是一種有吸引力的選擇方案。圖24表示內(nèi)燃?jí)嚎s機(jī)和空氣渦輪機(jī)的一種實(shí)施例在一個(gè)氣化和動(dòng)力聯(lián)合循環(huán)上的應(yīng)用。參考圖24，熱動(dòng)力壓縮機(jī)連同噴霧液體回收和冷卻系統(tǒng)一起已經(jīng)在上面參考圖17和18說(shuō)明過了，該系統(tǒng)包括一個(gè)大的垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)的固體活塞。相同的部件用相同的編號(hào)標(biāo)示。
氣化裝置包括一個(gè)連接在水分分離器680的輸出上的空氣分離單元652，用以接收一部分由燃燒壓縮機(jī)600產(chǎn)生的冷卻壓縮空氣?？諝夥蛛x單元產(chǎn)生增壓的氮?dú)夂驮鰤旱难鯕?。空氣分離單元652對(duì)氣化器654供應(yīng)增壓氧，氧在氣化器中用于將粉煤(或其它燃料)轉(zhuǎn)化為原始燃?xì)猓笳叱似渌鼩怏w外還包括一氧化碳和氫。容器653連接在氣化器654的下方，用以收集氣化過程產(chǎn)生的灰渣。在氣化器654和灰渣收集容器653的周圍設(shè)置了一個(gè)冷卻套655，以便使冷卻流體圍繞氣化器的壁循環(huán)，從而能夠回收由氣化過程產(chǎn)生的熱量。在這種實(shí)施例中，空氣分離單元652中產(chǎn)生的增壓氮起冷卻流體的作用，而空氣分離單元652輸出的氮連接到冷卻套655的下部。在氣化冷卻套的頂部附近設(shè)置了一個(gè)熱壓縮氮?dú)獬隹?，該出口直接連接空氣渦輪機(jī)672的入口。這樣，從氣化器來(lái)的熱量以一種能夠方便地轉(zhuǎn)化成有用動(dòng)力的形式回收。
氣化器654的原始燃?xì)廨敵鲞B接氣體對(duì)空氣交換器656。原始燃?xì)庠诮粨Q器中被空氣分離單元652來(lái)的另一股增壓氮?dú)馑鋮s。離開氣體對(duì)空氣熱交換器656的熱壓縮氮被引向空氣渦輪機(jī)672，在空氣渦輪機(jī)中氮受到膨脹，產(chǎn)生有用的機(jī)械動(dòng)力。氣體對(duì)空氣熱交換器656輸出的原始燃?xì)膺B接到一個(gè)旋流收灰器658上，在收灰器中原始燃?xì)馐艿教幚硪猿セ曳?。而后從旋流收灰?58出來(lái)的處理后的燃?xì)馔ㄟ^一個(gè)原始燃?xì)?凈化燃?xì)鉄峤粨Q器660引向除硫單元662，原始燃?xì)庠谠摻粨Q器中先冷卻再引入上述的除硫單元662，隨后凈化燃?xì)怆x開除硫單元。離開原始燃?xì)?凈化燃?xì)鉄峤粨Q器660的凈化燃?xì)舛笸ㄟ^燃料注射口627引向燃燒壓縮機(jī)600的燃燒室，以便在燃燒室603中燃燒。如果需要的話，燃燒壓縮機(jī)中產(chǎn)生的等溫壓縮空氣的一部分可以用于補(bǔ)充增壓氮?dú)?，以回收從氣化過程來(lái)的熱量。
由于下列因素，預(yù)期這種氣化裝置傳送的效率顯著高于目前的設(shè)計(jì)。因?yàn)榭諝夥蛛x單元、燃燒和冷卻所需要的增壓空氣是等溫壓縮的，所以需要的壓縮功較少。氣化熱量以這樣一種方式回收，使得它是在比聯(lián)合氣化動(dòng)力裝置的目前設(shè)計(jì)中通常的可能溫度更高的溫度下使用的。此外，在一個(gè)ICCAT(內(nèi)燃?jí)嚎s機(jī)和空氣渦輪機(jī))燃燒室中氣化燃料的使用提高了凈化燃?xì)鈱?duì)電力的轉(zhuǎn)換效率。
在另一種實(shí)施例中，氣化循環(huán)的完成不需要隔離空氣，而是通過在氣化過程中使用等溫壓縮空氣和將等溫壓縮空氣用于氣化器654下游的熱交換器656中的熱轉(zhuǎn)移。但是，如果使用空氣，燃料對(duì)燃料氣體的轉(zhuǎn)換效率比較低，而在將空氣引入氣化器之前先預(yù)熱等溫壓縮空氣則是重要的。
在氣化循環(huán)中使用氧的主要好處是，氣化溫度較高，使得能夠?qū)⑷剂现械奶急容^完全地轉(zhuǎn)化為一氧化碳。氣化溫度較高也可以通過從氣化器到空氣渦輪機(jī)的熱回收過程提高將熱量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能和電能的效率。在另一種實(shí)施例中，在燃燒過程中使用氧而不是使用空氣可能是有利的。這可以限制由于燃料中的氮而造成的一氧化氮(NOX)的生成量。對(duì)于在空氣中燃燒的煤的燃燒產(chǎn)物，水冷凝的露點(diǎn)為約38℃，這使得極少可能冷凝這種水分并回收任何潛熱。在氧中燃燒煤的情況下，露點(diǎn)約為67℃，因此有可能使用潛熱預(yù)熱(例如)從空氣渦輪機(jī)的空氣分離單元來(lái)的某些壓縮氮。其次，對(duì)于在氧中燃燒煤的情況，在污染物如硫被除去和水被冷凝的情況下，燃燒產(chǎn)物幾乎完全由一氧化碳組成。如果為了環(huán)境原因必須回收一氧化碳，那么氣體應(yīng)處于適當(dāng)?shù)男问健?br> 燃料的氣化也可以在等溫壓縮機(jī)和氣體渦輪機(jī)循環(huán)中完成。圖25表示一種氣化和動(dòng)力聯(lián)合裝置中的氣體驅(qū)動(dòng)等溫壓縮機(jī)的實(shí)施例。特定的等溫壓縮機(jī)實(shí)施例先前曾參考圖5說(shuō)明，因此相同的部件用相同的編號(hào)增加800來(lái)表示。特別是，等溫壓縮機(jī)包括一個(gè)垂直地設(shè)置在下室811上方的上室809和一個(gè)自由地垂直振動(dòng)出入每個(gè)室的大固體活塞。上室具有一個(gè)由閥門825控制的熱壓縮空氣入口821，一個(gè)由閥門817控制的壓縮空氣出口813，以及一個(gè)噴霧注射口837。下室包含一定密封體積的氣體，后者提供將活塞沿向下方向的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成沿向上方向的動(dòng)能的裝置。水回收和冷卻系統(tǒng)與上面圖5的有關(guān)說(shuō)明相同，它包括一個(gè)連接壓縮氣體出口的水分分離器847，一個(gè)通過返回線路853連接水分分離器的冷卻器845，以及一個(gè)連接在冷卻器845和噴霧注射口837之間的注射泵834。等溫壓縮室809中的壓縮氣體入口821連接旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)861的出口，后者提供熱壓縮空氣，以驅(qū)動(dòng)等溫壓縮機(jī)801。
等溫壓縮機(jī)中產(chǎn)生的冷壓縮空氣通過水分分離器847從壓縮空氣出口813引出，基本上分三路。一部分冷壓縮空氣用于氣化并先引向空氣分離單元869，在該處壓縮空氣分離為增壓氮?dú)夂驮鰤貉酢Ｒ徊糠掷鋲嚎s空氣引向燃燒室857，在該處空氣燃燒，提供熱高壓燃?xì)庖则?qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)859。氣體渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)主發(fā)電機(jī)863。在引入燃燒室857之前，從等溫壓縮機(jī)來(lái)的冷壓縮空氣在氣體對(duì)空氣加熱器855中與從氣體渦輪機(jī)來(lái)的排放氣體一起預(yù)熱。
通常，從氣體渦輪機(jī)來(lái)的排放氣體中可以利用的熱量大于預(yù)熱在燃燒室857中燃燒用的冷壓縮空氣所需的熱量。因此，在氣體對(duì)空氣加熱器855中預(yù)熱從等溫壓縮機(jī)來(lái)的另一部分冷壓縮空氣以回收這部分余熱，而這部分預(yù)熱的壓縮空氣被引向空氣渦輪機(jī)865，在那里空氣膨脹以驅(qū)動(dòng)第二發(fā)電機(jī)867。
氣化裝置類似于上述與圖24所示實(shí)施例有關(guān)的裝置，包括一個(gè)連接到水分分離器847的輸出上的空氣分離單元869。在空氣分離單元869中產(chǎn)生的增壓氧被引向氣化器871，在那里粉煤或其它燃料受到氣化。容器873連接在氣化器下面，以收集從氣化過程產(chǎn)生的渣灰。氣化器871和渣灰收集容器873受到冷卻套872的包圍。氣化器有一個(gè)連接到氣體對(duì)空氣熱交換器875上的氣化燃料出口。從空氣分離單元869出來(lái)的增壓氮?dú)庖驀@氣化器871以冷卻氣化器壁和回收余熱的冷卻套，同時(shí)也通過氣體對(duì)空氣熱交換器875冷卻從氣化器來(lái)的原始燃?xì)狻睦鋮s套和熱交換器來(lái)的熱壓縮氮?dú)庖蚩諝鉁u輪機(jī)865的輸入口，在空氣渦輪機(jī)865中熱壓縮氮?dú)馀c從氣體對(duì)空氣加熱器855來(lái)的熱壓縮空氣一起膨脹。氣體對(duì)空氣熱交換器875的冷原始燃?xì)獬隹趥?cè)通過一個(gè)燃?xì)鈨艋到y(tǒng)連接到燃燒室857上，該燃?xì)鈨艋到y(tǒng)包括一個(gè)旋流收灰器877、一個(gè)原始燃?xì)鈱?duì)凈化燃?xì)鉄峤粨Q器879和一個(gè)除硫單元881。從氣體對(duì)空氣熱交換器875來(lái)的原始燃?xì)獗煌ㄈ胄鞒移?77，以便從原始燃?xì)庵谐ト魏位曳?。燃?xì)舛笸ㄟ^原始燃?xì)鈱?duì)凈化燃?xì)鉄峤粨Q器879通入除硫單元881，在熱交換器中燃料氣體受離開除硫單元的凈化燃?xì)獾睦鋮s。這股凈化燃?xì)庠谕ㄟ^原始燃?xì)鈱?duì)凈化燃?xì)鉄峤粨Q器879之后直接送入燃燒室857，在燃燒室中凈化燃?xì)馀c從燃?xì)鈱?duì)空氣熱交換器855來(lái)的預(yù)熱壓縮空氣一起燃燒。
如果費(fèi)用較低的話，ISOGT(等溫壓縮機(jī)和氣體渦輪機(jī))的聯(lián)合氣化循環(huán)可以優(yōu)先于ICCAT(內(nèi)燃?jí)嚎s機(jī)和空氣渦輪機(jī))的聯(lián)合氣化循環(huán)。在ISOGT氣化循環(huán)中采用的空氣渦輪機(jī)865及其聯(lián)用的發(fā)電機(jī)867將產(chǎn)生總動(dòng)力的大部分，因?yàn)闅饣療崾窃诳諝鉁u輪機(jī)中回收的。與ICCAT聯(lián)合氣化循環(huán)一樣，在ISOGT聯(lián)合氣化循環(huán)中也可以省去空氣分離單元。
用熱動(dòng)力壓縮機(jī)進(jìn)行能量貯存和回收的方法如上面有關(guān)氣體驅(qū)動(dòng)和液體驅(qū)動(dòng)的等溫壓縮機(jī)中所說(shuō)明的，在聯(lián)用熱驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的發(fā)電廠中包括熱貯存設(shè)施也可能是有利的。在動(dòng)力需求低的期間，大比率的等溫壓縮氣體(它可以是也可以不是空氣)可以貯存在一個(gè)大的空腔內(nèi)，如一個(gè)廢棄的礦井或油井內(nèi)。當(dāng)動(dòng)力需求高時(shí)，冷壓縮氣體而后從空腔中釋放，以補(bǔ)充壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣體。能量貯存的另一種方法是，在外界動(dòng)力需求低的期間冷凍和冰凍水，而后當(dāng)需求高時(shí)使用這種貯存的冷來(lái)增加動(dòng)力輸出。
圖26表示一種發(fā)電和貯能聯(lián)合設(shè)備的實(shí)施例，它包括以壓縮氣體形式或冰的形式貯存能量的設(shè)施。在這種實(shí)施例中，壓縮氣體為空氣，而壓縮機(jī)為內(nèi)燃?jí)嚎s機(jī)。
燃燒壓縮機(jī)750產(chǎn)生冷壓縮空氣，至少其中一部分被送入氣體對(duì)空氣熱交換器751，在交換器中空氣受從壓縮機(jī)來(lái)的熱排放氣體的預(yù)熱，然后被注入燃燒室。通過絕熱地壓縮大氣空氣并通過空氣渦輪機(jī)753膨脹壓縮空氣而從壓縮機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，該動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)755。燃燒壓縮機(jī)750包括控制絕熱地和等溫地壓縮的氣體的相對(duì)比例的機(jī)構(gòu)。如果燃燒壓縮機(jī)具有上述參考圖17和18的形式，那么絕熱地壓縮的空氣量可以簡(jiǎn)單地通過調(diào)整絕熱空氣出口閥的計(jì)時(shí)來(lái)控制。如果出口閥關(guān)閉得早，那么進(jìn)入空氣渦輪機(jī)的空氣就少，可以用于等溫壓縮的能量比率就大。為了增大進(jìn)入空氣渦輪機(jī)的空氣流，可以對(duì)絕熱出口閥進(jìn)行反向調(diào)節(jié)。為了保持同樣的活塞沖程，有必要減少反沖室中的氣體量，而這一點(diǎn)可以相當(dāng)容易地做到，比如在反沖室中設(shè)置一個(gè)閥門，用以控制出入反沖室的氣體。
在需求低的時(shí)期，產(chǎn)生的等溫壓縮空氣多于驅(qū)動(dòng)燃燒壓縮機(jī)所需要的量，而剩余的冷壓縮空氣被引入貯存空氣的大空腔757。然后，在需求高的時(shí)期，燃燒壓縮室750中得到的大部分動(dòng)力被用于絕熱地壓縮空氣，以驅(qū)動(dòng)空氣渦輪機(jī)753。燃燒所需的等溫壓縮空氣由燃燒壓縮機(jī)和大空腔757提供。
發(fā)電和貯能設(shè)備也包括一個(gè)冰/水貯存箱761和一個(gè)冷卻或制冷貯存水用的制冷系統(tǒng)763。如上所述，在等溫壓縮期間傳送給噴霧液體的熱量通常利用冷卻系統(tǒng)759從壓縮機(jī)中引出。在需求低的時(shí)期，制冷系統(tǒng)763最好將熱貯存箱761中的水冷卻到低于水的冰點(diǎn)的溫度，使得能夠結(jié)冰。當(dāng)動(dòng)力需求高時(shí)，制冷系統(tǒng)可以關(guān)閉，以盡可能增加凈動(dòng)力輸出，而液體噴霧的冷卻，部分依靠外部冷卻系統(tǒng)759，部分依靠貯存的冰的熔化。最大的需求通常在白天，如果環(huán)境溫度高，冰可以熔化，為等溫壓縮提供涼水。外部設(shè)備的冷卻系統(tǒng)759必須將熱量排放到高的環(huán)境溫度中，此時(shí)該系統(tǒng)可以不用，也可以以較小功率使用。這個(gè)系統(tǒng)的吸引力在于，冰的貯存可以在夜間進(jìn)行，此時(shí)動(dòng)力需求低，周圍溫度也低。在這種情況下，壓縮機(jī)可以滿功率運(yùn)行，多余的動(dòng)力用于冰凍水以產(chǎn)生冰。這產(chǎn)生雙重好處，因?yàn)椴粌H是能量被貯存起來(lái)用于在需求最大時(shí)釋放出來(lái)，而且由于在需求最大時(shí)降低了很冷噴霧的溫度，從而提高了系統(tǒng)的總熱效率。
圖26中的虛線表示，能量貯存或冷卻裝置中的特定部件可以只用于部分時(shí)間。壓縮空氣貯存法和冰-水貯存法是互相獨(dú)立的。裝置可以只包括一種貯存系統(tǒng)，也可以兩種都包括。
有關(guān)的特定實(shí)施例中說(shuō)明的特點(diǎn)可以包括在其它實(shí)施例中。此外，各種運(yùn)行周期的原理包括特定實(shí)施例中說(shuō)明的驅(qū)動(dòng)氣體壓縮機(jī)的各種方法可以應(yīng)用于其他實(shí)施例。對(duì)于那些精通本技術(shù)的人來(lái)說(shuō)，上述實(shí)施例及其運(yùn)行周期顯然都可以變化。
權(quán)利要求
1.一種氣體壓縮機(jī)，包括一個(gè)包含待壓縮氣體的室，一個(gè)在室中的活塞和驅(qū)動(dòng)活塞進(jìn)入室中以壓縮氣體的機(jī)構(gòu)，在室中形成液體噴霧以冷卻在室中被壓縮的氣體的機(jī)構(gòu)，以及允許壓縮氣體從室中引出的閥門機(jī)構(gòu)，其中上述驅(qū)動(dòng)活塞的機(jī)構(gòu)包括將流體中貯存的驅(qū)動(dòng)能量直接傳送給活塞的機(jī)構(gòu)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于還包括接合到上述活塞上的動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)，并且有足夠的動(dòng)能可以傳送給它，使得上述活塞能夠壓縮氣體。
3.一種如權(quán)利要求2所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)包括一個(gè)設(shè)置成與上述活塞同相運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量。
4.一種如權(quán)利要求3所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述質(zhì)量是由上述活塞提供的。
5.一種如權(quán)利要求2至4中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括將用于沿一個(gè)方向傳送運(yùn)動(dòng)給活塞的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成沿另一方向傳送運(yùn)動(dòng)給活塞的動(dòng)能的機(jī)構(gòu)。
6.一種如權(quán)利要求5所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括將用于傳送運(yùn)動(dòng)給活塞的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能的機(jī)構(gòu)。
7.一種如權(quán)利要求6所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能的機(jī)構(gòu)包括一個(gè)設(shè)置成隨上述活塞運(yùn)動(dòng)而垂直移動(dòng)的質(zhì)量塊。
8.一種如權(quán)利要求7所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述質(zhì)量塊是由上述活塞提供的。
9.一種如權(quán)利要求5至8中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括一個(gè)第二室和一個(gè)第二活塞，每個(gè)設(shè)置成當(dāng)上述活塞運(yùn)動(dòng)到上述室中時(shí)，所述第二活塞運(yùn)動(dòng)到第二室中。
10.一種如權(quán)利要求5至9中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括一個(gè)第二室和一個(gè)第二活塞，每個(gè)設(shè)置成當(dāng)上述活塞運(yùn)動(dòng)到上述室中時(shí)，所述第二活塞運(yùn)動(dòng)到第二室外。
11.一種如權(quán)利要求10所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述第一和第二活塞一起組成一個(gè)單一的整體。
12.一種如從屬于權(quán)利要求5至8中任何一項(xiàng)的權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一團(tuán)包含在上述第二室中的氣體。
13.一種如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括包含一股液體用的容置機(jī)構(gòu)，并包括一個(gè)形成上述活塞的導(dǎo)管。
14.一種如權(quán)利要求13所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述容置機(jī)構(gòu)是由一個(gè)通常為U形的導(dǎo)管形成的。
15.一種如權(quán)利要求14所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述室是U形導(dǎo)管的一個(gè)臂。
16.一種如從屬于權(quán)利要求10的權(quán)利要求11至15中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，所述第二室是上述導(dǎo)管的另一臂。
17.一種如權(quán)利要求13至16中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于有一個(gè)包括固體物質(zhì)的并設(shè)置在上述導(dǎo)管內(nèi)位于上述液體活塞和上述室之間的活塞。
18.一種如權(quán)利要求13至17中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于有一個(gè)包括固體物質(zhì)的并設(shè)置在上述導(dǎo)管內(nèi)位于上述液體活塞離開所述室的一側(cè)的活塞。
19.一種如權(quán)利要求17或18所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述包括固體物質(zhì)的活塞具有比液體活塞中液體更大的密度。
20.一種如權(quán)利要求17至19中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述活塞和上述導(dǎo)管的一個(gè)包括密封機(jī)構(gòu)，用以控制或防止液體在固體活塞和上述導(dǎo)管之間流動(dòng)。
21.一種如權(quán)利要求1至12中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，所述活塞包括一種固體。
22.一種如權(quán)利要求21所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述活塞和上述室是這樣設(shè)置的，使得活塞進(jìn)入室的運(yùn)動(dòng)位于大體垂直的平面中。
23.一種如權(quán)利要求21所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述活塞和上述室是這樣設(shè)置的，使得上述活塞進(jìn)入室的運(yùn)動(dòng)位于大體水平的平面中。
24.一種如權(quán)利要求23所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于還包括低摩擦軸承機(jī)構(gòu)，用以支承上述活塞并適合于方便上述活塞相對(duì)于上述室的運(yùn)動(dòng)。
25.一種如權(quán)利要求1至24中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述室適合于上述活塞進(jìn)入上述室的線性運(yùn)動(dòng)。
26.一種如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10或從屬于權(quán)利要求9或10的權(quán)利要求12至25中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括可以操作以允許熱壓縮氣體進(jìn)入上述第二室以驅(qū)動(dòng)上述第二活塞從第二室出去的第二閥門機(jī)構(gòu)。
27.一種如權(quán)利要求26所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括在上述第二室中氣體膨脹后可以操作以允許膨脹氣體由于活塞進(jìn)入上述第二室的運(yùn)動(dòng)而離開上述第二室的第三閥門機(jī)構(gòu)。
28.一種如權(quán)利要求27所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括設(shè)置成在所有膨脹氣體離開上述第二室之前閉上述第三閥門機(jī)構(gòu)的閥門控制機(jī)構(gòu)。
29.一種如權(quán)利要求26所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括可以在由于上述活塞進(jìn)入上述第二室的運(yùn)動(dòng)而在第二室中壓縮氣體之后進(jìn)行操作的第三閥門機(jī)構(gòu)，以允許壓縮氣體從第二室中引出。
30.一種如權(quán)利要求29所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括在上述第二室中形成液體噴霧以便在室中壓縮后冷卻氣體的機(jī)構(gòu)。
31.一種如權(quán)利要求29或30所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括在上述第二室中可以在由上述第二閥門機(jī)構(gòu)引入的熱壓縮氣體膨脹后進(jìn)行操作的第四閥門機(jī)構(gòu)，以便在上述第二活塞沿離開上述第二室的方向的速度達(dá)到零之前引入附加的低壓氣體。
32.一種如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求中所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括另一個(gè)可以操作以允許熱壓縮氣體進(jìn)入上述室以驅(qū)動(dòng)活塞離開該室的閥門機(jī)構(gòu)。
33.一種如權(quán)利要求32所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括可以在上述室中由上述另一個(gè)閥門機(jī)構(gòu)引入的熱壓縮氣體膨脹后進(jìn)行操作的閥門機(jī)構(gòu)，以便在上述活塞沿離開上述室的方向的速度達(dá)到零之前引入附加的低壓氣體。
34.一種如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10或從屬于權(quán)利要求9或10的權(quán)利要求11至25中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括在所述第二室中可燃的燃料混合物而由此使第二室中的燃燒傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)。
35.一種如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10或從屬于權(quán)利要求9或10的權(quán)利要求11至25中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括允許壓縮氣體進(jìn)入上述第二室的機(jī)構(gòu)和形成熱液體噴霧以加熱第二室中氣體的另外的機(jī)構(gòu)。
36.一種如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10或從屬于權(quán)利要求9或10的權(quán)利要求11至25中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括允許產(chǎn)生氣體的介質(zhì)與氣化用的反應(yīng)氣體一起進(jìn)入上述第二室的機(jī)構(gòu)。
37.一種如權(quán)利要求9或10或從屬于權(quán)利要求9或10的權(quán)利要求11至25中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括允許熱壓縮氣體進(jìn)入上述第二室的機(jī)構(gòu)。
38.一種如權(quán)利要求34至37中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，包括在上述第二室中氣體膨脹之后從上述第二室中引出氣體的閥門機(jī)構(gòu)。
39.一種如權(quán)利要求38所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括將壓縮氣體從上述室送入上述第二室的機(jī)構(gòu)。
40.一種如權(quán)利要求38或39所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括設(shè)置成用從上述第二室來(lái)的氣體預(yù)熱從上述室來(lái)的壓縮氣體的熱交換器機(jī)構(gòu)。
41.一種如權(quán)利要求40所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，當(dāng)與一臺(tái)氣體渦輪機(jī)聯(lián)用時(shí)，包括供給離開上述熱交換器機(jī)構(gòu)的預(yù)熱壓縮氣體以驅(qū)動(dòng)上述氣體渦輪機(jī)用的機(jī)構(gòu)。
42.一種如權(quán)利要求26至41中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，包括一個(gè)包含待壓縮氣體的第三室和一個(gè)第三活塞，第三活塞運(yùn)動(dòng)進(jìn)入第三室以壓縮上述氣體，并包括允許壓縮氣體從上述第三室引出的另外的閥門機(jī)構(gòu)。
43.一種如權(quán)利要求42所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述第三室和第三活塞是這樣設(shè)置的，使得當(dāng)上述第二活塞移出上述第二室時(shí)，上述第三活塞移入第三室。
44.一種如權(quán)利要求42或43所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述第二活塞和第三活塞一起組成一個(gè)單一的整體。
45.一種如權(quán)利要求44所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述活塞和第三活塞每個(gè)包括一種固體物質(zhì)。
46.一種如權(quán)利要求45所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，包括將上述活塞和第三活塞連接在一起的連接機(jī)構(gòu)。
47.一種如權(quán)利要求46所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述連接機(jī)構(gòu)包括上述由固體物質(zhì)構(gòu)成的第二活塞。
48.一種如權(quán)利要求42至47中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，當(dāng)與一臺(tái)氣體渦輪機(jī)聯(lián)用時(shí)，包括供給從上述第三室來(lái)的壓縮氣體以驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)用的機(jī)構(gòu)。
49.一種如權(quán)利要求42至48中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括一個(gè)第四室和一個(gè)第四活塞，每個(gè)是這樣設(shè)置的，使得在上述第二活塞移入上述第二室時(shí)，該第四活塞移出上述第四室。
50.一種如權(quán)利要求49所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括在上述第四室中提供可燃的燃料混合物而由此使第四室中的燃燒驅(qū)動(dòng)第四活塞離開第四室的機(jī)構(gòu)。
51.一種如權(quán)利要求49所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括允許壓縮氣體進(jìn)入上述第四室的機(jī)構(gòu)和形成熱液體噴霧以加熱第四室中上述氣體的另外的機(jī)構(gòu)。
52.一種如權(quán)利要求49所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括允許一種生產(chǎn)氣體的介質(zhì)與氣化用的反應(yīng)氣體一起進(jìn)入上述第四室的機(jī)構(gòu)。
53.一種如權(quán)利要求49所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括允許熱壓縮氣體進(jìn)入上述第四室的機(jī)構(gòu)。
54.一種如權(quán)利要求49至53中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，還包括一個(gè)第五活塞和一個(gè)第五室，后者包含由于第五活塞移入第五室而被壓縮的氣體，該第五活塞和第五室是這樣設(shè)置的，使得在上述第二活塞移入第二室時(shí)，該第五活塞移入第五室，該壓縮機(jī)還包括允許壓縮氣體從第五室引出的另外的閥門機(jī)構(gòu)。
55.一種如權(quán)利要求54所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于當(dāng)與一臺(tái)氣體渦輪機(jī)聯(lián)用時(shí)，包括供給從上述第五室來(lái)的壓縮氣體以驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)用的機(jī)構(gòu)。
56.一種如權(quán)利要求54或55所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括一個(gè)第六活塞和一個(gè)第六室，后者包含由于第六活塞移入第六室而被壓縮的氣體，該第六活塞和第六室是這樣設(shè)置的，使得在上述第二活塞移入第二室時(shí)，該第六活塞移入第六室，該壓縮機(jī)還包括在第六室中形成一股液體噴霧以冷卻在第六室中壓縮的氣體的機(jī)構(gòu)，以及允許壓縮氣體從室中引出的另外的閥門機(jī)構(gòu)。
57.一種如權(quán)利要求56中所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)包括將壓縮氣體從第六室供給到第二或第四室中用的機(jī)構(gòu)。
58.一種如權(quán)利要求56或57所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括設(shè)置成用上述第二和(或)第四室來(lái)的氣體預(yù)熱從第六室來(lái)的壓縮氣體的熱交換器機(jī)構(gòu)。
59.一種如權(quán)利要求58所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于當(dāng)與一臺(tái)氣體渦輪機(jī)聯(lián)用時(shí)，包括供給離開上述熱交換器機(jī)構(gòu)的預(yù)熱壓縮氣體以驅(qū)動(dòng)上述氣體渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。
60.一種如權(quán)利要求42至59中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，任何兩個(gè)或更多個(gè)活塞是串聯(lián)的。
61.一種如權(quán)利要求42至59中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，任何兩個(gè)或更多個(gè)上述活塞相對(duì)于其移入移出相應(yīng)的室的方向是側(cè)向間隔安置的。
62.一種如權(quán)利要求26至33中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，還包括一個(gè)包含待壓縮氣體的第三室;一個(gè)在第三室中的第三活塞和驅(qū)動(dòng)第三活塞進(jìn)入第三室以壓縮氣體的機(jī)構(gòu);允許壓縮氣體從第三室中引出的閥門機(jī)構(gòu);以及將從第三室來(lái)的壓縮氣體供給上述室和(或)第二室的機(jī)構(gòu)。
63.一種如權(quán)利要求62所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括接合到上述第三活塞上的第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)，能夠?qū)⒆銐虻膭?dòng)能傳送給第三活塞，使其能夠壓縮上述氣體。
64.一種如權(quán)利要求63所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)包括一個(gè)設(shè)置成與上述第三活塞同相運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量塊。
65.一種如權(quán)利要求64所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述質(zhì)量塊是由上述第三活塞提供的。
66.一種如權(quán)利要求63至65中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括將動(dòng)能傳送給上述第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)。
67.一種如權(quán)利要求63至66中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，包括將用于沿一個(gè)方向傳送運(yùn)動(dòng)給第三活塞的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為沿另一方向傳送運(yùn)動(dòng)給第三活塞的動(dòng)能的機(jī)構(gòu)。
68.一種如權(quán)利要求67所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括將用于傳送運(yùn)動(dòng)給第三活塞的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能的機(jī)構(gòu)。
69.一種如權(quán)利要求68是所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能的機(jī)構(gòu)包括一個(gè)設(shè)置成在上述第三活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)垂直位移的質(zhì)量塊。
70.一種如權(quán)利要求69中所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述質(zhì)量塊是由上述第三活塞提供的。
71.一種如權(quán)利要求62至70中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括一個(gè)第四室和一個(gè)第四活塞，每個(gè)是這樣設(shè)置的，使得在上述第三活塞移入第三室時(shí)，第四活塞移入第四室。
72.一種如權(quán)利要求71所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述第三和第四活塞一起組成一個(gè)單一的整體。
73.一種如權(quán)利要求71或72所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于還包括一個(gè)第五室和一個(gè)第五活塞，每個(gè)是這樣設(shè)置的，使得在上述第三活塞進(jìn)入第三室時(shí)，第五活塞移出第五室。
74.一種如從屬于權(quán)利要求67至70中任何一項(xiàng)的權(quán)利要求73所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括一團(tuán)包含在上述第五室中的氣體。
75.一種如權(quán)利要求71至74中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述第三活塞包括一種固體物質(zhì)。
76.一種如權(quán)利要求75所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述第三活塞和第三室是這樣設(shè)置的，使得第三活塞進(jìn)入第三室的運(yùn)動(dòng)位于大體垂直的平面中。
77.一種如權(quán)利要求75所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述第三活塞和第三室是這樣設(shè)置的，使得第三活塞進(jìn)入第三室的運(yùn)動(dòng)位于大體水平的平面中。
78.一種如權(quán)利要求77所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于還包括低摩擦軸承機(jī)構(gòu)，用以支承上述第三活塞并適合于方便第三活塞相對(duì)于第三室的運(yùn)動(dòng)。
79.一種如權(quán)利要求71至78中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述第三室適合于上述第三活塞進(jìn)入第三室的線性運(yùn)動(dòng)。
80.一種如權(quán)利要求71至79中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述驅(qū)動(dòng)第三活塞的機(jī)構(gòu)包括將貯存在流體中的驅(qū)動(dòng)能直接傳送給該第三活塞的機(jī)構(gòu)。
81.一種如權(quán)利要求80所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述將驅(qū)動(dòng)能傳送給第三活塞的機(jī)構(gòu)包括在上述第四室中提供可燃的燃料混合物而由此第四室中的燃燒傳送驅(qū)動(dòng)能的機(jī)構(gòu)。
82.一種如權(quán)利要求80所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述將驅(qū)動(dòng)能傳送給第三活塞的機(jī)構(gòu)包括允許壓縮氣體進(jìn)入第四室的機(jī)構(gòu)和形成熱液體的噴霧以加熱第四室中氣體的另外的機(jī)構(gòu)。
83.一種如權(quán)利要求80所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述將驅(qū)動(dòng)能傳送給第三活塞的機(jī)構(gòu)包括允許產(chǎn)生氣體的介質(zhì)與氣化用的反應(yīng)氣體一起進(jìn)入第四室的機(jī)構(gòu)。
84.一種如權(quán)利要求80所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述將驅(qū)動(dòng)能傳送給第三活塞的機(jī)構(gòu)包括可以操作以允許熱壓縮氣體進(jìn)入第四室而由此第四室中的膨脹傳送上述驅(qū)動(dòng)能的閥門機(jī)構(gòu)。
85.一種如權(quán)利要求81至84中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述將驅(qū)動(dòng)能傳送給第三活塞的機(jī)構(gòu)還包括將從上述室和第二室中至少一個(gè)來(lái)的壓縮氣體供給上述第四室的機(jī)構(gòu)。
86.一種如權(quán)利要求81至85中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，包括設(shè)置成用從上述第四室來(lái)的氣體預(yù)熱從上述室和第二室中至少一個(gè)來(lái)的壓縮氣體。
87.一種如權(quán)利要求85或86所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于當(dāng)與一臺(tái)氣體渦輪機(jī)聯(lián)用時(shí)，包括供給從上述熱交換器機(jī)構(gòu)來(lái)的預(yù)熱壓縮氣體以驅(qū)動(dòng)該氣體渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。
88.一種如權(quán)利要求62至87中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于當(dāng)與一臺(tái)氣體渦輪機(jī)聯(lián)用時(shí)，包括供給從上述第三室來(lái)的熱壓縮氣體以驅(qū)動(dòng)該氣體渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。
89.一種如權(quán)利要求41、48、54、59、87或88中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述氣體渦輪機(jī)是一種空氣渦輪機(jī)。
90.一種如權(quán)利要求2至26中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，包括一個(gè)導(dǎo)管和一個(gè)設(shè)置在該導(dǎo)管內(nèi)并沿導(dǎo)管移動(dòng)而驅(qū)動(dòng)上述活塞進(jìn)入上述室的另外的活塞，一個(gè)位于該導(dǎo)管的一端用于包含液體的水池，活塞還包括一個(gè)可以操作而控制從該水池進(jìn)入導(dǎo)管的液流以便沿導(dǎo)管驅(qū)動(dòng)上述另外的活塞的主流閥，和在上述室中壓縮氣體后可以操作以允許液體從上述導(dǎo)管中排放的排放閥門機(jī)構(gòu)。
91.一種如權(quán)利要求90所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括一個(gè)包含待壓縮氣體的第二室和一個(gè)通過第二活塞移入第二室而壓縮氣體的第二活塞;接合在上述第二活塞上而可以將足夠的動(dòng)能傳送給第二活塞以使其壓縮上述氣體的第二動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu);一個(gè)第二導(dǎo)管和一個(gè)設(shè)置在該第二導(dǎo)管內(nèi)并沿第二導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)而驅(qū)動(dòng)第二活塞進(jìn)入第二室的另外的活塞;其中，上述水池位于上述第二導(dǎo)管的一端，而且該壓縮機(jī)包括另一個(gè)主流閥，可以操作而控制從上述水池來(lái)的液流進(jìn)入第二導(dǎo)管，以便沿第二導(dǎo)管驅(qū)動(dòng)上述另一個(gè)活塞，從而驅(qū)動(dòng)第二活塞進(jìn)入第二室以壓縮上述氣體，還包括另一個(gè)排放閥門機(jī)構(gòu)，可以在上述第二室內(nèi)壓縮氣體之后操作，以允許液體從上述第二導(dǎo)管中排放。
92.一種如權(quán)利要求90或91所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括使通過那一個(gè)或每個(gè)閥門排放機(jī)構(gòu)排放的液體返回到上述水池中去的機(jī)構(gòu)。
93.一種如權(quán)利要求92所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述返回機(jī)構(gòu)包括一個(gè)泵。
94.一種如從屬權(quán)利要求91的權(quán)利要求92或93所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括控制每個(gè)上述排放閥門機(jī)構(gòu)用的機(jī)構(gòu)，使得從一個(gè)上述導(dǎo)管中排放的液體返回上述水池，至少有一部分時(shí)間液體通過相應(yīng)的主流閥流入其它導(dǎo)管。
95.一種如權(quán)利要求90至94中任何一項(xiàng)所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于還包括使上述水池中液體增壓的機(jī)構(gòu)。
96.一種如前面任一個(gè)權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，包括一個(gè)液體活塞，后者組成提供那一個(gè)或每個(gè)形成噴霧的機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，利用從該液體活塞中來(lái)的液體作為噴霧中的液體。
97.一種如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括一個(gè)液體活塞，液體活塞中的液體是由有機(jī)液體、無(wú)機(jī)液體、合成液體或水中的一種或多種組成的。
98.一種如前面所述的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括一個(gè)液體活塞，包括一個(gè)漂浮在至少一個(gè)室中的液體活塞表面上的由固體物質(zhì)構(gòu)成的浮子。
99.一種如權(quán)利要求98所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述固體物質(zhì)是多孔的。
100.一種如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括用于冷卻在噴霧中使用的液體的冷卻機(jī)構(gòu)。
101.一種如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括用于控制噴霧中小液滴粒徑的機(jī)構(gòu)。
102.一種如前面任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述形成噴霧的機(jī)構(gòu)包括一個(gè)預(yù)定時(shí)間只在那一個(gè)或每個(gè)室中的氣體受到壓縮時(shí)才操作的泵。
103.一種如前面任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述形成噴霧的機(jī)構(gòu)設(shè)置成在那一個(gè)或每個(gè)室中的氣體受到壓縮時(shí)提供一個(gè)流動(dòng)速率受到控制的噴霧。
104.一種如前面任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述形成噴霧的機(jī)構(gòu)包括一個(gè)正排量泵，以便在形成噴霧之前使液體增壓。
105.一種如前面的任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括一個(gè)連接至少一個(gè)上述室和上述第二室的混合室;在該混合室中形成液體噴霧的機(jī)構(gòu);允許氣體進(jìn)入該混合室與上述噴霧混合的機(jī)構(gòu);以及可以操作以允許氣體噴霧混合物進(jìn)入上述室和(或)上述第二室的機(jī)構(gòu)。
106.一種如從屬權(quán)利要求31至33中任何一項(xiàng)的權(quán)利要求105的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述閥門機(jī)構(gòu)包括可以操作以引進(jìn)附加的低壓氣體的閥門機(jī)構(gòu)。
107.一種如前面的任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，包括從那一個(gè)或每個(gè)室引入的壓縮氣體中提取液體(如果有的話)的機(jī)構(gòu)。
108.一種如權(quán)利要求107所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述提取液體的機(jī)構(gòu)包括一個(gè)水分分離器。
109.一種如權(quán)利要求107或108所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括將從上述提取機(jī)構(gòu)來(lái)的液體供給那一個(gè)或每個(gè)形成噴霧的機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)。
110.一種如前面任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，包括取決于相應(yīng)室中活塞的位置而控制任何一個(gè)或多個(gè)上述閥門機(jī)構(gòu)打開或關(guān)閉用的機(jī)構(gòu)。
111.一種如前面任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括取決于室中氣體壓力而控制任何一個(gè)或多個(gè)上述閥門機(jī)構(gòu)打開或關(guān)閉用的機(jī)構(gòu)。
112.一種如前面任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，包括控制上述任何一個(gè)或多個(gè)閥門機(jī)構(gòu)打開或關(guān)閉一段預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的機(jī)構(gòu)。
113.一種如前面任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括一種機(jī)構(gòu)，當(dāng)預(yù)定量的氣體離開或進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，該機(jī)構(gòu)控制上述任何一個(gè)或多個(gè)閥門機(jī)構(gòu)關(guān)閉。
114.一種如前面的任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括從上述室中的至少一個(gè)室的端部和(或)壁上提取熱量的機(jī)構(gòu)。
115.一種如權(quán)利要求114所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述提取熱量的裝置包括靠近上述端部和(或)壁的輸送冷卻流體的機(jī)構(gòu)。
116.一種如權(quán)利要求115所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述輸送機(jī)構(gòu)包括靠近上述端部和(或)壁而形成的冷卻外套。
117.一種如權(quán)利要求115或116所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述提取熱量機(jī)構(gòu)還包括將包含噴霧形成機(jī)構(gòu)的室中的至少一個(gè)室來(lái)的冷壓縮氣體輸送到冷卻流體輸送機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)。
118.一種如權(quán)利要求117所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，當(dāng)該壓縮機(jī)與氣體渦輪機(jī)聯(lián)用時(shí)，包括在提取上述熱量之后傳送來(lái)自上述冷卻流體輸送機(jī)構(gòu)的壓縮氣體去驅(qū)動(dòng)上述氣體渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。
119.一種如前面任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括傳送上述室的冷壓縮空氣去冷卻其它室中至少一個(gè)室的壁的機(jī)構(gòu)。
120.一種如前面的任何權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，包括上述熱交換器機(jī)構(gòu)，還包括用于除去離開上述熱交換器機(jī)構(gòu)的冷卻排放氣中液體的水分除去機(jī)構(gòu)。
121.一種如權(quán)利要求120所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于還包括用于加熱離開上述水分除去機(jī)構(gòu)的排放氣體的機(jī)構(gòu)。
122.一種如權(quán)利要求121所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于還包括用于冷卻離開上述熱交換器機(jī)構(gòu)的排放氣體的冷卻器，和用于除去離開上述冷卻器的排放氣體中液體的第二水分除去機(jī)構(gòu)，其中上述加熱機(jī)構(gòu)被設(shè)置來(lái)加熱離開上述第二水分除去機(jī)構(gòu)的排放氣體。
123.一種如權(quán)利要求122所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述加熱機(jī)構(gòu)包括用上述熱交換器機(jī)構(gòu)來(lái)的排放氣體加熱上述冷卻器來(lái)的排放氣體的第二熱交換器機(jī)構(gòu)。
124.一種如權(quán)利要求26-33中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于當(dāng)與一個(gè)旋轉(zhuǎn)式或往復(fù)式機(jī)械壓縮機(jī)聯(lián)用時(shí)，包括將壓縮機(jī)來(lái)的熱壓縮氣體輸送到上述第一和第二室中的至少一個(gè)室中的機(jī)構(gòu)。
125.一種如權(quán)利要求31-33中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器將處于第一溫度的一定量壓縮氣體轉(zhuǎn)換成處于低于第一溫度的第二溫度的較大量壓縮氣體。
126.一種燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，包括氣體渦輪機(jī)、產(chǎn)生冷壓縮氣體的等溫氣體壓縮機(jī)、用于由離開所述氣體渦輪機(jī)的熱低壓氣體預(yù)熱冷壓縮空氣的熱交換器、用預(yù)熱壓縮氣體產(chǎn)生熱高壓氣體的主加熱器和將熱高壓氣體輸送去驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。
127.一種如權(quán)利要求126所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于，上述主加熱器包括在預(yù)熱增壓氣體中燃燒燃料并產(chǎn)生作為熱高壓氣體的燃燒氣體的燃燒室。
128.一種如權(quán)利要求126所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于，上述主加熱器包括外部熱源。
129.一種如權(quán)利要求126-128中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于包括用于將部分上述冷壓縮氣體輸送至氣體渦輪機(jī)葉片以對(duì)其冷卻的機(jī)構(gòu)。
130.一種如權(quán)利要求126-129中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于還包括另一個(gè)氣體渦輪機(jī)和一個(gè)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)供給從上述預(yù)熱機(jī)構(gòu)來(lái)的部分預(yù)熱壓縮氣體以驅(qū)動(dòng)上述另一個(gè)氣體渦輪機(jī)。
131.一種如權(quán)利要求130所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于還包括第三氣體渦輪機(jī)，用離開上述另一個(gè)氣體渦輪機(jī)的熱低壓氣體預(yù)熱部分很冷壓縮氣體的第二熱交換器機(jī)構(gòu)，以及輸送上述第二熱交換器機(jī)構(gòu)的預(yù)熱壓縮氣體來(lái)驅(qū)動(dòng)上述第三氣體渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。
132.一種如權(quán)利要求131所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于，上述第三氣體渦輪機(jī)是空氣渦輪機(jī)。
133.一種如權(quán)利要求130-132中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于，上述另一氣體渦輪機(jī)是空氣渦輪機(jī)。
134.一種如權(quán)利要求126-133中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于包括提供熱壓縮氣體來(lái)驅(qū)動(dòng)上述等溫壓縮機(jī)的壓縮機(jī)。
135.一種如權(quán)利要求134所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于，上述壓縮機(jī)由上述氣體渦輪機(jī)中的一個(gè)驅(qū)動(dòng)。
136.一種燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，包括氣體渦輪機(jī)、產(chǎn)生很冷壓縮空氣的等溫氣體壓縮機(jī)、預(yù)熱很冷壓縮空氣的熱交換器機(jī)構(gòu)和輸送上述熱交換器的預(yù)熱壓縮空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)上述氣體渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。
137.一種如權(quán)利要求136所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于，上述氣體渦輪機(jī)是空氣渦輪機(jī)。
138.一種如權(quán)利要求136或137所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于，包括另一個(gè)氣體渦輪機(jī)和一個(gè)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)將上述另一個(gè)氣體渦輪機(jī)來(lái)的熱低壓排放氣體輸送到上述熱交換器機(jī)構(gòu)，以預(yù)熱從上述等溫氣體壓縮機(jī)來(lái)的很冷壓縮氣體。
139.一種如權(quán)利要求126-138中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于，包括用于貯存上述等溫壓縮機(jī)來(lái)的很冷壓縮氣體的容器和用于回收上述貯存的壓縮氣體以便在需要時(shí)驅(qū)動(dòng)上述氣體渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。
140.一種如權(quán)利要求139所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于，上述回收裝置包括上述等溫壓縮機(jī)。
141.一種如權(quán)利要求126-139中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，其特征在于，上述等溫氣體壓縮機(jī)包括如權(quán)利要求1-124中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)。
142.一種能量貯存設(shè)備，包括如權(quán)利要求1-124中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的等溫氣體壓縮機(jī)，用于貯存上述壓縮機(jī)來(lái)的很冷壓縮空氣的貯存容器，以及將上述壓縮機(jī)來(lái)的壓縮氣體輸送到上述貯存容器的機(jī)構(gòu)。
143.一種如權(quán)利要求142所述的能量貯存設(shè)備，其特征在于包括含有一個(gè)容納待膨脹氣體的室的等溫膨脹機(jī)，一個(gè)由于其運(yùn)動(dòng)移出上述室而使上述氣體膨脹的活塞，在室中形成液體噴霧以便在壓縮時(shí)加熱其中氣體的機(jī)構(gòu)，以及可使壓縮氣體從上述貯存容器進(jìn)入室的閥門機(jī)構(gòu)。
144.一種如權(quán)利要求143所述的能量貯存設(shè)備，其特征在于，上述等溫膨脹機(jī)還包括由于上述活塞運(yùn)動(dòng)進(jìn)入其中而壓縮其中裝有的待壓縮氣體的第二室和使壓縮氣體可以從上述第二室排出的閥門機(jī)構(gòu)。
145.一種氣體膨脹機(jī)，包括容納待膨脹氣體的室，由于其運(yùn)動(dòng)移出上述室而使上述氣體膨脹的活塞，在室中形成液體噴霧以便在壓縮時(shí)加熱其中氣體的機(jī)構(gòu)，以及使壓縮氣體進(jìn)入室的閥門機(jī)構(gòu)。
146.一種氣體壓縮機(jī)，包括容納待壓縮氣體的室，及由于其運(yùn)動(dòng)進(jìn)入該室而壓縮氣體的活塞和允許壓縮氣體從室中排出的閥門機(jī)構(gòu)，其中，活塞的質(zhì)量足以使壓縮上述氣體所需的所有能量可以貯存在上述活塞中。
147.一種氣體壓縮機(jī)，包括活塞;形成容納待壓縮氣體的室的和利用上述室在上述活塞上運(yùn)動(dòng)而壓縮氣體的機(jī)構(gòu);在室中形成液體噴霧以便在壓縮時(shí)冷卻其中氣體的機(jī)構(gòu);以及使壓縮氣體可以從室中排出的閥門機(jī)構(gòu)。
148.一種如權(quán)利要求147所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于包括連接在上述構(gòu)成室的機(jī)構(gòu)上的動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)，可以將足夠的動(dòng)能傳遞給該動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)，從而使上述室壓縮上述氣體。
149.一種如權(quán)利要求148所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述動(dòng)能貯存裝置包括一個(gè)同上述形成室的機(jī)構(gòu)同相運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量塊。
150.一種如權(quán)利要求149所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述質(zhì)量塊由上述室提供。
151.一種氣體壓縮機(jī)，包括活塞，形成容納待壓縮氣體的室的機(jī)構(gòu)，利用形成室的上述機(jī)構(gòu)在上述活塞上的運(yùn)動(dòng)而壓縮氣體，使壓縮氣體可以從室排出的閥門機(jī)構(gòu)，與上述構(gòu)成室的機(jī)構(gòu)連接的動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)，可以將足夠的動(dòng)能加在該動(dòng)能貯存機(jī)構(gòu)上，使上述構(gòu)成室的機(jī)構(gòu)壓縮上述氣體。
152.一種如權(quán)利要求151所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述活塞相對(duì)于上述室的運(yùn)動(dòng)被設(shè)置成是靜止的。
153.一種如權(quán)利要求1-12中任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的氣體壓縮機(jī)，其特征在于，上述室相對(duì)于上述活塞是靜止的。
154.一種通過利用上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述氣體壓縮機(jī)等溫壓縮氣體而貯存能量的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及在燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備中提供壓縮氣體(如空氣)以供發(fā)電的氣體壓縮機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的一個(gè)問題是如何使熱能最大地轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)力，使一定功率輸出所用燃料較少。氣體壓縮機(jī)包括含待壓縮氣體的室、室中活塞、驅(qū)動(dòng)活塞壓縮氣體的機(jī)構(gòu)和在室中形成液體噴霧以冷卻壓縮氣體近似形成等溫壓縮的機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)活塞的機(jī)構(gòu)包括將貯存流體中的驅(qū)動(dòng)能量直接傳送給活塞的機(jī)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，用燃料提供驅(qū)動(dòng)。燃燒過程的熱排放氣體可以用來(lái)預(yù)熱等溫壓縮氣體。
文檔編號(hào)F02C7/143GK1105103SQ9310809
公開日1995年7月12日 申請(qǐng)日期1993年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月29日
發(fā)明者M·W·E·康尼 申請(qǐng)人:國(guó)家電力有限公司