一种等焓压缩机的制作方法

本发明涉及压缩机技术领域，特别是一种等焓压缩机。

背景技术：

气体压缩机属于通用机械技术领域，广泛应用于制冷制热和各种气体压缩，其耗电量占社会发电量的10～15％。压缩机是提升气体压力的设备，但是在提升压力的同时，也产生了大量的往往占压缩机总功耗95％的热量，这些热量绝大多数都是系统不需要的，还需要增加散热器把它处理掉，因此温度的升高引起的功率消耗只能造成能量的巨大丧失。

目前，市面上有的将压缩机升高的温度形成的热量用作其他用途，例如加热水、加热室内空气等，这些回收利用热量的方法成效甚微，本末倒置，怎么才能不产生这种不必要的损失呢？

气体压缩的目的是为了得到势能压力，通过物理学知识可知，只要将气体压缩，就需要作功，用机械能压缩气体转变为热能和势能，将1kg的1个大气压，从20摄氏度的空气绝热压缩到8个大气压,根据等熵压缩公式，就需要压缩功率239千瓦，而增加势能所需要的功率不到1千瓦，所以目前的空压机效率只有0.3％左右。

而申请人设计的一种等焓压缩机，利用压缩机出口升高的温度对工质在进口处气体进行进行加温，实现等压增焓，让热交换器完成了热压缩,压缩机本身只完成势能的压缩,就新构成了一种等焓压缩机，对外部而言被压缩的工质只产生了压力变化，而温度基本不变。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能有效降低功耗、结构简单、易于实施的等焓压缩机。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种等焓压缩机，包括气体压缩机本体、热交换器；

所述的气体压缩机本体具有进气管路和出气管路，热交换器具有低压回路和高压回路，热交换器的低压回路位于进气管路上，热交换器的高压回路位于出气管路上，实现等焓热交换。

具体地，所述的气体压缩机本体具有进口端和出口端，热交换器具有低压进气端、低压出气端、高压进气端、高压出气端；

所述的进气管路中包括进气管，进气管、低压进气端、低压出气端、进口端依次相连；

所述的出气管路中包括出气管，出口端、高压进气端、高压出气端、出气管依次相连。

优选地，可以是一个气体压缩机本体与热交换器设置，形成等焓压缩机；也可以多个气体压缩机本体串联，每一个气体压缩机本体均对应设置有热交换器，然后形成等焓压缩机，即单级等焓压缩机提升的压力不够时，可采用多个等焓压缩机串联而成为一个高升压比的等焓压缩机。

优选地，热交换器的容量应等于压缩机等熵压缩时增加的焓值。

进一步地，所述的气体压缩机本体和热交换器相邻设置。能够避免热量在低压回路和高压回路中逸散，尽量趋近于等焓热交换。并且多个气体压缩机本体之间也相邻集中设置。

优选地，为了最大限度的接近等焓压缩，气体压缩机本体和热交换器都设置有保温层，起到良好的保温作用。

本发明具有以下优点：

(1)本方案以热交换器所产生的等焓热交换与气体压缩机本体进行结合，形成等焓压缩，与普通的压缩机相比，本方案能有效降低功耗，且气体压缩机本体对应的电机所需功率下降95％以上；

(2)由于气体压缩机本体对应电机所需功率下降95％以上，该电机的体积和成本都可大大降低，而噪音和占地面积都将大大缩小，对节能减排气候变化将带来显著的效益；

(3)热交换器与气体压缩机本体结合构成的等焓压缩机，结构简单，易于实施；特别是等焓压缩的实现，量变产生质变，会产生大量派生应用，从而影响到各行各业各个领域。

附图说明

图1为单个等焓压缩机的连接示意图；

图2为多个等焓压缩机串联的连接示意图；

图中：1-高压出气端，2-高压进气端，3-低压进气端，4-低压出气端，5-出口端，6-进口端，7-热交换器，8-气体压缩机本体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1和图2所示，一种等焓压缩机，包括气体压缩机本体8、热交换器7；气体压缩机本体8具有进气管路和出气管路，热交换器7具有低压回路和高压回路，热交换器7的低压回路位于进气管路上，热交换器7的高压回路位于出气管路上，实现等焓热交换。

所谓等焓热交换，是指焓值不变的热交换。本方案中热交换器7的等焓热交换+气体压缩机本体8所形成的压缩＝普通意义上的等焓压缩。等焓压缩，是一种认为受控压缩过程，采用的是理想气体(即分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力，理想气体是实际气体在低压高温时的抽象)，不能绝对达到等焓，只能是趋于等焓。

在理想情况下，简单地说，焓值计算公式为h＝e+pv，h表示焓值，e表示热能，p表示压力，v表示体积，等焓热交换是低压回路处的焓值h低压回路＝高压回路处的焓值h高压回路，即e低压回路+p低压回路v低压回路＝e高压回路+p高压回路v高压回路。若是等焓压缩，热交换器7让低压回路和高压回路的温度基本维持不变(实际会有一定变化，但变化不大)，即e低压回路≈e高压回路，那么p低压回路v低压回路≈p高压回路v高压回路，即只是通过气体压缩机本体8压缩体积，达到气体压力的变化，因此气体压缩机本体8所做的功不会形成热量的损失。

通过等焓压缩理论可知，在整个等焓压缩过程中，气体压缩机本体8的出口端5产生的热量必须全部反馈到气体压缩机本体8的低温的进口端6。对气体压缩机本体8而言，工作时的温度仍然等于等熵压缩温度，并且不能用其他冷却介质对其进行冷却，因为在这种情况下，对气体压缩机本体或热交换器7进行冷却带走的能量都是有效能量的浪费；反之，需要对气体压缩机本体8和热交换器7，即整个等焓压缩机进行合理的保温，以免浪费能量。气体压缩机本体8因不能冷却带来的温度升高，可采用提高气体压缩机本体8的耐温能力，或降低进口端6气体的温度来解决。该理论反应到本方案中(即气体通过热交换器7等焓热交换后、再在气体压缩机本体8压缩的作用下)，产生的实际情况是：经热交换后，这些气体在气体压缩机本体8的作用下进行升压，虽然温度同样会升高，但热交换器高压出口即等焓压缩机高压输出端温升减低了很多(相比于等熵压缩高压输出端气体的温升而言)，并且温度升高的数值只有几摄氏度或十几摄氏度，因此所需要的功率消耗明显大幅下降了。

为了实现等焓热交换，具体地：气体压缩机本体8具有进口端6和出口端5，热交换器7具有低压进气端3、低压出气端4、高压进气端2、高压出气端1。低压回路中包括进气管，进气管、低压进气端3、低压出气端4、进口端6依次相连；高压回路中包括出气管，出口端5、高压进气端2、高压出气端1、出气管依次相连。

具体地，本方案的工作过程是：低压气体经低压进气端3吸入后被高压进气端2的高温气体加热增焓再由低压出气端4送入气体压缩机本体8的进口端6，被气体压缩机本体8压缩后的高温高压气体从其出口端5输送给热交换器7的高压进气端2；热交换器7的高压端2中的气体将高温热量传递给低压进气端3降温降焓以后从高压出气端1输出，其温度变化不大，但压力已经升高。由此可以看出，热交换器7高低压回路之间的热交换完成了热压缩任务，而气体压缩机本体8完成势能的压缩，二者不断循环，紧密合作从而实现等焓压缩。

本方案中，一个等焓压缩机，可以是一个气体压缩机本体8与热交换器7设置，即形成单级的等焓压缩机。当单级的等焓压缩机提升的压力不够时，也可以多个气体压缩机本体8串联，每一个气体压缩机本体8均对应设置有热交换器7，从而形成一个高升压比的多级等焓压缩机。

本实施例中，为了避免热量在低压回路和高压回路中逸散，尽量趋近于等焓热交换，气体压缩机本体8和热交换器7相邻设置。若有多个气体压缩机本体8，相互之间也相邻集中设置。

本实施例中，所述的热交换器7在高压出气端1处设置有气压检测表。便于直观地看到气压情况。

下面以实际计算作为例子，本方案中采用的等焓压缩相比于等熵压缩，所产生的优势：

例如：将初始温度为15.6℃的1kmol空气，从0.1033mpa的大气压(即初始压强p1＝1kg/cm)压缩到1.76mpa大气压(即压缩后压强p2＝17.6kg/cm)。

若采用单机等熵压缩，等熵压缩功：

其中，k-空气绝热指数，为1.4；

n-摩尔数，此处为1000mol-1k；

r-气体常数，等于8.314；

t-热力学温度，当为0摄氏度时＝热力学温度273.1k(开耳文)。

通过简单地等熵计算可知，其温度升到了375.8℃。

因此等熵压缩的结果是：

由于1kmol空气＝29kg，因此每1kg空气压缩功＝10482.2÷29＝361.5kg，

并且同时温度也从15.6℃升到了375.8℃。

若采用本方案的等焓压缩：

所谓等焓压缩，但不是严格的等焓，因为增加气体势能，需要压缩机做功。

增加的势能＝17.6kg-1kg＝16.6kg，

由于1kw＝102n·m，因此增加的势能＝mg÷102＝16.6kg×9.8÷102＝1.6kw。

等熵压缩与等焓压缩的比较，根据上述数据可知(在实现同样的增压功能时，暂时不计压缩机的自身损耗时)：1.6/361.5＝0.0044，

即等焓压缩消耗的功，只有等熵压缩消耗功的0.0044，可见本方案节能的效果极为惊人。

单位质量的气体等焓压缩时，压力升高后，分子间运动加剧，会使温度略有提升，不同的气体工作于不同的区间，温度的升高都不同，一般为几摄氏度到十几摄氏度不等，但仍然属于是等焓压缩范畴。

本方案中，气体压缩机本体8、热交换器7都是应用十分广泛的通用设备，任何一种压缩机和热交换器代替本方案的气体压缩机本体和热交换器，所形成的等焓压缩机，都属于本发明的保护范畴。