用于使用液体压缩气体的方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种用于压缩气体的方法包含将第一腔室内一定体积的气体维持在第一压力下。迫使经加压液体经由具有弯曲构型的喷嘴进入所述第一腔室中。基于附壁效应，所述液体将所述体积的气体压缩为大于所述第一压力的第二压力。使所述液体与所述气体在第二腔室中分离，同时将所述气体维持在所述第二压力下以提供经压缩干燥气体。
【专利说明】用于使用液体压缩气体的方法和系统
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2012年5月22日提交的标题为“SimpleFill，a Novel Way toCompress NG for Fast At-Home Refill”的美国临时专利申请N0.61/650，101 的权益,该临时专利申请的公开内容全文以引用的方式明确地并入本文中。
[0003]发明背景
[0004]经压缩气体在若干不同应用中可用。举例来说，经压缩天然气车辆包含用于储存用于推进的经压缩天然气的舱。所述舱在高压力下储存气体以供由车辆的引擎使用。当前，用于将气体从低压力源(例如，住宅线路)压缩到高压力舱(例如，车辆储存舱)的方法包含使用直接机械压缩。这些直接机械压缩方法使用可在气缸内移动的往复式活塞来压缩气体。在使用中，这些系统可能维修和/或维护起来较昂贵且困难。
发明概要
[0005]本文呈现的概念的一个方面包含一种压缩气体的方法。所述方法包含将第一腔室内一定体积的气体维持在第一压力下。迫使经加压液体进入第一腔室中。所述经加压液体将所述体积的气体压缩为大于所述第一压力的第二压力。使所述液体与所述气体在第二腔室中分离，同时将所述气体维持在所述第二压力下以提供经压缩干燥气体。
[0006]另一方面包含一种用于压缩气体的系统。所述系统包含其中储存液体的液舱，以及流体耦合到所述液舱且经配置以压缩一定体积的气体的压缩腔室。分离组合件流体耦合到所述压缩腔室且经配置以将液体与所述体积的气体分离。泵组合件流体耦合到液舱、压缩腔室和分离组合件。泵组合件在操作期间经配置以将经加压液体从液舱提供到压缩腔室以将所述体积的气体从第一压力压缩到第二压力。泵组合件还将第二压力下的所述体积的气体转移到分离组合件且将第二压力下的所述体积的气体注射到分离组合件以将液体与所述体积的气体分离从而产生经压缩干燥气体。
[0007]用于使用液体压缩气体的另一实施例方法包含在低压力腔室中维持第一体积的气体，以及在高压力腔室中维持第二体积的气体。高压力腔室可流体连接到低压力腔室。另夕卜，低压力和高压力腔室的每一者可包含附壁喷嘴。附壁喷嘴可经配置以增加压缩期间液体中气体的夹带。所述方法还可包含将经加压液体经由所述附壁喷嘴提供到所述低压力腔室中，其中所述经加压液体将所述第一体积的气体压缩为第一压力。另外，所述方法还可包含将经加压液体经由所述附壁喷嘴提供到所述高压力腔室中，其中所述经加压液体将所述第二体积的气体压缩为大于第一压力的第二压力。经加压液体可同时提供到低压力和高压力腔室。
[0008]任选地，所述方法还可包含提供经配置以将经加压液体供应到低压力腔室的第一泵，以及经配置以将经加压液体供应到高压力腔室的第二泵。另外，第一和第二泵可任选地串联布置。作为替代或另外，所述方法可包含以相同马达驱动第一和第二泵。
[0009]作为替代或另外，所述方法还可任选地包含操作布置在低压力与高压力腔室之间的控制阀。控制阀可经配置以控制低压力与高压力腔室之间的经加压液体和气体的至少一者的流动。举例来说，所述高压力腔室可相对于所述低压力腔室定位在较高高度，使得当所述控制阀处于打开位置时所述经加压液体通过重力在所述高压力与低压力腔室之间流动。
[0010]任选地，所述方法还可包含从流体连接到低压力和高压力腔室的液舱提供经加压液体。所述液舱中可储存液体。
[0011]任选地，所述方法还可包含在流体连接到所述高压力腔室的分离器组合件中将所述液体与所述气体分离，同时将所述气体维持在近似第二压力下。
[0012]任选地，在低压力和高压力腔室的至少一者中压缩气体的过程可近似为等温的。
[0013]作为替代或另外，经加压液体可为水、汽油、柴油以及水与乙二醇的混合物中的至少一者。
[0014]任选地，所述方法还可包含通过形成至少一个液体射流将经加压液体经由附壁喷嘴提供到低压力和高压力腔室的至少一者；在弯曲表面上接收液体射流，以及沿着弯曲表面引导液体射流以在液体射流中产生低压力和高紊流的区域。
[0015]用于使用液体压缩气体的另一系统可包含经配置用于将气体压缩到第一压力的低压力腔室，和经配置用于将气体压缩到大于第一压力的第二压力的高压力腔室。低压力和高压力腔室的每一者可包含附壁喷嘴。附壁喷嘴可经配置以增加压缩期间液体中气体的夹带。所述系统还可包含泵组合件，其具有与低压力腔室成流体连接的第一泵和与高压力腔室成流体连接的第二泵。第一和第二泵可分别经配置以经由附壁喷嘴将液体供应到低压力和高压力腔室。通过将液体供应到低压力和高压力腔室，腔室中的气体可分别被压缩到第一和第二压力。另外，第二泵可与第一泵串联布置。
[0016]任选地，所述第一和第二泵可分别经配置以将液体供应到所述低压力和高压力腔室以同时将气体压缩到所述第一和第二压力。
[0017]作为替代或另外，泵组合件可包含经配置以驱动第一和第二泵的马达。
[0018]所述系统还可任选地包含布置在低压力与高压力腔室之间的控制阀。控制阀可经配置以控制低压力与高压力腔室之间的液体和气体的至少一者的流动。
[0019]任选地，所述高压力腔室可相对于所述低压力腔室定位在较高高度，使得当所述控制阀处于打开位置时所述液体通过重力在所述高压力与低压力腔室之间流动。
[0020]作为替代或另外，所述系统可任选地包含液舱，其流体连接到低压力和高压力腔室以及泵组合件。所述液舱中可储存液体。
[0021]任选地，所述系统可包含流体连接到高压力腔室的分离器组合件。分离器组合件可经配置以将液体与气体分离，同时将气体维持在近似第二压力下。
[0022]任选地，在低压力和高压力腔室的至少一者中压缩气体的过程可近似为等温的。
[0023]作为替代或另外，所述液体可为水、汽油、柴油以及水与乙二醇的混合物中的至少一者O
[0024]任选地，附壁喷嘴的每一者可包含具有用于形成液体射流的至少一个槽的射流板，以及与所述射流板成流体连接的弯曲进入部分。所述弯曲进入部分可接收液体射流。所述弯曲进入部分还可经配置以当所述液体射流沿着所述弯曲进入部分流动时在所述液体射流中产生低压力和高紊流的区域。
[0025]附图简述
[0026]图1是用于使用液体压缩气体的系统的不意图。
[0027]图2是在图1的系统中使用的压缩腔室的示意截面图。
[0028]图3是用于将液体递送到图2中说明的压缩腔室的喷嘴的示意部分截面图。
[0029]图4是图1的系统中使用的分离组合件的示意图。
[0030]图5是图4的分离组合件的一部分的示意截面图。
[0031]图6是用于使用液体压缩气体的另一系统的不意图。
[0032]详细描述
[0033]图1是能够实施使用经加压液体(例如，水、汽油、柴油燃料)来压缩气体(例如，天然气、氢气、惰性气体)的过程的系统10的示意图。任选地，本发明预期经加压液体可为例如水与乙二醇(MEG)等液体的混合物。流体混合物可用于确保极端温度下的操作。将了解，系统10可包含例如阀等组件以促进流体在系统内的转移。如所说明，系统10包含第一低压力(LP)压缩腔室11、第二高压力(HP)压缩腔室12、转移阀13、泵组合件14、分离组合件15，和液舱16。系统10中这些组件的细节在下文提供。然而，一般来说，系统10在压缩期间利用与用于冷却气体的技术结合的液体压缩(LP腔室11内的第一阶段，和HP腔室12内的第二阶段)的两个阶段。在压缩期间，液体活塞在相应腔室内形成且操作以压缩腔室内的气体以及提供适宜的媒介用于从经压缩气体进行热传递。在替代实施方案中，系统10可仅包含单一压缩腔室。此实施方案中的单一压缩腔室将以与本文论述的腔室11和12类似的方式操作。
[0034]在用于压缩的一个实施例方法中，气体在低压力(例如,不大于25巴,近似0.5巴或更小)下从源18(例如，住宅天然气线路)进入系统10。在第一压缩阶段中，通过使用泵组合件14从舱16提供的液体将气体压缩到LP腔室11中的较高中间压力(例如，近似20-22巴)。在一个实施方案中，LP腔室11可具有固定内部体积(例如，约20升)。随后，在第二压缩阶段中，同样通过使用泵组合件14从舱16提供的液体将气体压缩到HP腔室12中的依然较高储存压力(例如，至少200巴，近似400巴)。在一个实施方案中，HP腔室12也具有固定内部体积(例如,约2升)。
[0035]一旦气体在LP腔室11中压缩为中间压力，就使用转移阀13将气体转移到HP腔室12。在一个实施方案中，泵组合件14包含至少两个泵，其用于将液体引入到腔室11和12使得气体被压缩到所要排出气体压力。在一个实施例中，泵组合件14包含经设计以实现系统10内流体的高流动/低压力的第一泵，以及经设计以实现系统10内流体的高压力/低流动的第二泵。不管泵组合件14的配置如何，排出HP腔室12的气体接着经过滤以移除分离组合件15中的水或其它杂质，随后递送到储存舱(例如，位于车辆上)。
[0036]用于压缩的液体在舱16中持续再循环和储存。在一个实施方案中，液体以来自经压缩气体源18的经压缩气体加压。在一个实施方案中，源18包含一或多个阀以控制气体到舱16的进入。转移阀13可控制气体从舱16到腔室11的进入以及气体从LP腔室11到HP腔室12的进入。泵组合件14经配置以将液体从舱16提供到LP腔室11、HP腔室12，且从分离组合件15接收液体。视需要，舱16可包含一或多个冷却特征(例如，外部冷却鳍片)以耗散液体中的残余热。
[0037]任选地，转移阀13可为三向阀。应理解，转移阀13可经电学控制(例如，通过将控制信号发送到转移阀13而再定位)。举例来说，转移阀13可控制当在第一位置中时气体从气体源18到LP腔室11中的进入，转移阀13可控制当在第二位置中时气体从气体源18到HP腔室12中的进入，且转移阀13可控制当在第三位置中时气体在LP腔室11与HP腔室12之间的流动。举例来说，在第一位置中，转移阀13控制气体从气体源18到LP腔室11中的流动。如上文论述，气体可接着在LP腔室11中通过将液体引入到LP腔室11中而压缩到中间压力。当气体压缩到中间压力时，转移阀13可再定位到第三位置以便控制气体在LP腔室11与HP腔室12之间的流动。任选地，当气体从LP腔室11流动到HP腔室12时，可继续引入液体，且在一些实现方式中，液体可从LP腔室11流动到HP腔室12。进入HP腔室12的液体可防止气体从HP腔室12向后流动到LP腔室11。接着，当少量液体从LP腔室11引入到HP腔室12中时，转移阀13可再定位到第二位置以控制气体从气体源18到HP腔室12中的进入。如上文论述，气体可接着在HP腔室12中通过将液体引入到HP腔室12中而被压缩到储存压力。
[0038]LP腔室11和HP腔室12原理上相同操作，且为简洁起见，下文仅详细论述LP腔室11。相对于LP腔室11阐释的原理适用于HP腔室12的结构和操作。如下文更详细论述，腔室的每一者包含液体活塞，其可操作以利用附壁喷嘴压缩气体，所述附壁喷嘴具有操作以将液体注射到相应腔室中的弯曲构型。一般来说，将一定体积的气体引入到腔室中。随后经由喷嘴将液体注射到腔室中，且根据附壁效应，当液体沿着喷嘴流动时夹带气体。当液体液面在腔室中升高时，形成液体活塞。另外，附壁喷嘴和压缩腔室经设计以增强当气体正在腔室内压缩时气体的循环。归因于腔室内的液体，液体可在气体以高热传递速率和接近等温压缩(即，气体压缩期间腔室内温度的最小改变)被压缩时使气体冷却。
[0039]图2展示LP腔室11的横截面，其中经由气体入口 30引入到腔室11中的气体使用经由液体入口 32引入的液体压缩。入口 32流体耦合到喷嘴34，喷嘴34将腔室11划分在上部部分36与下部部分38之间。一定体积的气体39定位在上部部分36和下部部分38中以用于压缩。喷嘴34根据附壁效应操作以归因于液体到喷嘴34中的引入而在腔室中夹带气体39。特定来说，归因于附壁效应，当液体以高速率在弯曲表面(即，喷嘴34)上方流动时，也将夹带喷嘴34周围的高气体流(即，来自上部部分36的气体39)。应理解，对于附壁应用，主要流体(例如,液体)与次要流体(例如,气体)体积流量之间的比率显著高于以喷射器可实现的比率，例如所述比率可在近似10与80之间。喷嘴34还充当转移泵，其使用液体夹带气体且经由腔室11循环液体-气体混合物。当液体液面升高时，腔室11中的气体被压缩。
[0040]喷嘴34可采取许多形式。在所说明的实施方案中，喷嘴34沿着进入部分40会合到咽喉部分42。在一个实施方案中，液体使用泵组合件14以高速度(例如，至少lOm/s)从入口 32注射到喷嘴34中，且在咽喉部分42处排出以形成从喷嘴34延伸的液体锥44。引入到喷嘴34的液体以气旋方式沿着进入部分40流动，如箭头46指示。一旦排出咽喉部分42，液体就继续以气旋方式流动以形成液体锥44。在所说明的实施方案中，进入部分40围绕喷嘴34的纵轴成轴对称。在一个实施方案中，弯曲进入部分40可界定抛物线构型，其包含一或多个结构特征(例如，槽)以沿着进入部分40在液体流中产生所要紊流。作为替代或另外，如图3所示，弯曲进入部分40可界定具有平滑表面的抛物线构型。作为替代或另夕卜，抛物线构型可包含例如阶梯等一或多个结构特征(例如，隆起、凸起部分等)以沿着弯曲进入部分40在液体流中产生紊流。在液体流动期间，附壁效应将保持液体射流(其在下文详细论述)，其附接到弯曲进入部分40以便在进入部分40上方产生低压力和高紊流的区域48。归因于区域48中产生的低压力和高紊流，液体射流中的气体夹带从上部部分36最大化，将气体带到下部部分38。作为替代或另外，液体射流中的一或多者可界定弯曲壁射流。归因于曲率对液体射流的外部部分中的紊流的失稳效应，有可能增加液体射流中的气体夹带量。这可增加气体与液体之间的混合的量，且因此还可增加热传递的量。
[0041]喷嘴34还包含钟形部分50，其沿着喷嘴34的纵轴相对于咽喉部分42安置在腔室内。通过改变部分50的垂直位置，咽喉部分42的最小横截面52可变化。原理上，较大最小横截面52将允许从进入部分40到锥体44的较高气流。然而，较小最小横截面52将致使气体速度直接增加且增强腔室11内气体与液体的混合物的紊流度。基于实验，所要最大热传递可通过调整腔室11内的流体的流动、速度和紊流而确定。
[0042]在液体通过咽喉部分42之后，液体在来自钟形构型50的辅助下形成锥体44。在一个实施方案中，由进入部分40和锥体44界定的角大于90度。另外或独立地，可在进入部分40中引入漩涡组件以在喷嘴34附近产生气旋流。关于钟形部分50，锥体44可相对于进入部分40界定比钟形部分50与进入部分40之间的对应角大的角。在此配置中，钟形部分50与锥体44之间的流将具有扩散器效应，在区54处钟形部分50的末端处的气体压力关于腔室11内的平均气体压力稍许增加。此扩散过程还可增加腔室11内的紊流。由于此配置，气体将趋向于通过传递穿过锥体44和/或穿过形成在腔室11中的液体活塞56而在锥体44的底部逃逸。随着更多液体进入腔室11，液体活塞56的体积增加以压缩腔室11内的空气。
[0043]最终，气体从锥体44逃逸，如箭头58描绘。一旦从锥体44排出，气体就经由定位在喷嘴34周围的再循环通道64遵循箭头60被汲取到上部部分36。在一个实施方案中，归因于喷嘴34的配置，腔室11内的气体将针对每一压缩周期循环至少二十次。针对HP腔室12，可使用小型低头再循环泵来实现较大数目的再循环周期以抵抗HP腔室12的减小的热交换表面。
[0044]图3说明喷嘴34的部分截面图。在一个实施方案中，进入部分40由单一整体形成。一个实施方案包含流构型40，其具有由抛物线描述(以简化形式)的几何形状，其中倾斜轴近似30-45度且D/a比率为2.5到4。在一个实施方案中，进入部分40可如美国专利N0.3，337，121中所描述而形成。
[0045]液体流从入口 32经由保持板66和覆盖板68而提供。在替代实施方案中，板66和68可由单一板形成。液体接着提供到由第一板70和第二板72形成的递送歧管。第一板70界定供液体流动到第二板72中提供的孔隙76的中心通道74。经由孔隙76提供的液体提供到流体耦合到进入部分40的射流板78。射流板78界定多个槽80。任选地，提供在第二板72中的孔隙76可与射流板78中的槽80对准。在液体进入到槽80中后，液体射流(例如，图3中的液体射流80A)即刻形成且被提供到进入部分40。另外，槽80的每一者可界定喷嘴使得液体射流的速度随着其移动穿过喷嘴的会合部分而增加，然后提供到进入部分40。本公开案预期槽80可例如通过激光切割射流板78而形成。本公开案预期槽80的数目和之间的间隔可变化以实现所要效果，例如气体和液体的所要夹带量以及气体与液体之间的热传递。另外，槽80形成在再循环通道64附近以增强液体和气体混合。任选地，槽80和再循环通道64可交错。
[0046]在所说明的实施方案中，槽80定向为30度角(相对于腔室11的外圆周的切线)以便产生进入槽80的液体的顺时针漩涡运动。本公开案预期所述槽可定向为除30度以外的角度以产生所述漩涡运动。作为替代或另外，槽80不沿着腔室11的半径(例如，从腔室11的中心到圆周延伸的线)近似定向。尽管可利用不同配置，但所说明实施方案中的槽80的每一者从进入点会合，且由于流体流经槽80而形成的液体射流在进入进入部分40后接着岔开到液体射流的每一者的一般汇流。射流板78的变化可包含槽80的漩涡角的参数变化、每一槽80的汇流距离、板厚度、槽80的排出区域，以及槽80的排出角。在一个实施方案中，射流板78可由例如6061铝或不锈钢等适宜的金属合金制成。
[0047]图4示意说明分离组合件15，其从HP腔室12接收高压力压缩的气体。所述经压缩气体归因于LP腔室11和HP腔室12内发生的压缩而与液体/气体混合物中的水混合。分离组合件15包含形成腔室的分离器82，以及任选地用于将气体与液体分离且产生经压缩干燥气体的马达叶片84。来自HP腔室12的经压缩气体由于泵组合件14的操作首先递送到气旋分离器82的入口 86。气旋分离器82说明性地包含外部管道88和定位在外部管道88内的内部管道90。在一个实施方案中，外部管道88和内部管道90两者为金属的(例如，铸铁、不锈钢)。气体经由入口 86以稍许向下角度且与外部管道88的内壁92相切而引入到外部管道88以便产生漩涡。漩涡内的离心力操作以将液体与气体分离。特定来说，液体被迫抵靠内壁92且沿着壁92朝向分离器82的底部行进。在漩涡旋转减弱之后，气体由内部管道90转移到马达叶片84。特定来说，气体转动180度进入内部管道90中，因为液体归因于其高惯性具有在外部管道88的底部处集合的倾向。
[0048]图5说明马达叶片84的一部分，其经由入口 94从内部管道90接收经压缩气体。在一个实施方案中，马达叶片84由塑料材料形成且定位在外壳95内。马达叶片84可由无润滑高化学阻力滚动轴承支撑。马达叶片84由来自源自内部管道90的气体的流动的能量驱动。在通过入口 94之后，气体使用至少一个喷嘴96 (说明其中两个)在高速度(例如，近似50mls的速度)下加速且以低角度递送到涡轮机98，涡轮机98包含多个沿圆周间隔的弯曲叶片。涡轮机98建置为马达叶片84的一部分且位于马达叶片84的底部处。喷嘴96在经定位以接收来自入口 94的流的轴承载体100中雕刻。将了解，可利用喷嘴96的不同配置(例如，喷嘴的数目、喷嘴的进入和排出角)。
[0049]图6是用于实施使用经加压液体来压缩气体的过程的另一系统60的示意图。系统60包含LP腔室11、HP腔室12和液体舱16。这些系统组件在上文参看图1详细论述且因此在下文不再进一步详细论述。应理解，系统60可包含例如阀、管道等组件以促进系统60内的流体(例如，经加压液体和/或气体)的转移。类似于图1，气体可从气体源18供应到系统60。止回阀或双向阀24可沿着气体供应线路提供以防止当压缩过程开始时气体返回到舱16。另外，液体可从液体源18A供应到舱16。
[0050]同样类似于图1，在图6中，气体可在第一压缩阶段期间由从舱16提供的液体在LP腔室11中压缩到较高中间压力。随后，在第二压缩阶段中，气体可由从舱16提供的液体在HP腔室12中压缩到依然较高储存压力。另外，如上文参看图1论述，在第二压缩阶段之后，气体可流动到流体连接到HP腔室12的分离器组合件，在分离器组合件处液体可从气体移除使得留下干燥经压缩气体。在图6中，泵组合件可包含多个泵，例如两个泵22A-22B。泵22A-22B可用于将水供应到LP腔室11和HP腔室12。换句话说，泵22A-22B可用于为液体活塞提供动力。特定来说，泵22A可用于将液体供应到LP腔室11，且泵22B可用于将液体供应到HP腔室12。
[0051]任选地，泵22A可为高流动低压力泵，其适于LP腔室11的流动要求。举例来说，泵22A可为多阶离心泵。作为替代或另外，泵22B可为低流动高压力泵，其适于HP腔室12的流动要求。举例来说，泵22B可为径向活塞泵。另外，泵22A-22B可任选地流体串联连接。如图6所示，泵22A可将液体提供到LP腔室11和泵22B两者。在此配置中，泵22A可为泵22B提供吸入头。另外，根据此配置，当泵22A-22B串联操作时，可在相同时间(例如，同时)在LP和HP腔室中向LP腔室11和HP腔室12供应液体(且可执行压缩)。举例来说，为压缩LP腔室11中的气体，液体可从舱16抽吸到LP腔室11的顶部，在LP腔室11的顶部液体经由附壁喷嘴注射，这导致气体的夹带和液体与气体之间的热传递。同时，液体可从舱16抽吸到HP腔室12的顶部，在HP腔室12的顶部液体经由附壁喷嘴注射，这导致气体的夹带和液体与气体之间的热传递。因此批量执行压缩过程，其中两个液体活塞同时操作。另外，泵22A-22B及其在系统60中的布置可经选择以使能量消耗最小化。
[0052]作为替代或另外，控制阀26可提供在LP腔室11与HP腔室12之间。控制阀26可控制LP与HP腔室之间流体(例如，气体和/或液体)的流动。任选地，HP腔室12可布置或定位在LP腔室11上方(例如，相对于LP腔室11处于较高高度)。在此配置中，当控制阀26在打开位置中(例如，允许流体在LP与HP腔室之间流动)时，LP腔室11中的经压缩气体可转移到HP腔室12中。另外，如图6所示，液体从HP腔室12返回(例如，用于在先前周期期间压缩气体的液体)穿过LP腔室11。因此，借助重力，液体还可经由控制阀26从HP腔室12转移到LP腔室11。如上文论述，液体可接着最终返回到舱16，在舱16处液体可任选地例如通过对流冷却，随后在后续压缩周期期间再用于注射到LP和HP腔室中。在此配置中，单一控制阀(例如，控制阀26)可用于在LP与HP腔室之间转移气体和液体两者。因此，有可能减少原本将对于从HP腔室12驱逐经压缩气体为必需的扫气工作。
[0053]尽管本公开案已参考优选实施方案描述，但本领域的技术人员将认识到，可在不脱离本公开案的精神和范围的情况下作出形式和细节上的改变。
【权利要求】
1.一种用于使用液体压缩气体的方法，其包括: 维持低压力腔室中第一体积的气体，所述低压力腔室包括附壁喷嘴； 维持高压力腔室中第二体积的气体，所述高压力腔室流体连接到所述低压力腔室且包括附壁喷嘴； 将经加压液体经由所述附壁喷嘴提供到所述低压力腔室中，其中所述经加压液体将所述第一体积的气体压缩为第一压力；以及 将经加压液体经由所述附壁喷嘴提供到所述高压力腔室中，其中所述经加压液体将所述第二体积的气体压缩为大于所述第一压力的第二压力，其中将经加压液体同时提供到所述低压力和高压力腔室，且其中用于所述低压力和高压力腔室的所述附壁喷嘴经配置以在压缩期间增加所述经加压液体中气体的夹带。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括: 提供经配置以将经加压液体供应到所述低压力腔室的第一泵；以及 提供经配置以将经加压液体供应到所述高压力腔室的第二泵，其中所述第一和第二泵串联布置。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括用相同马达驱动所述第一和第二泵。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其还包括操作布置在所述低压力与高压力腔室之间的控制阀，其中所述控制阀经配置以控制所述低压力与高压力腔室之间的经加压液体和气体的至少一者的流动。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述高压力腔室相对于所述低压力腔室定位在较高高度，且其中当所述控制阀处于打开位置时所述经加压液体通过重力在所述高压力与低压力腔室之间流动。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的方法，其还包括从流体连接到所述低压力和高压力腔室的液舱将经加压液体提供到所述低压力和高压力腔室，其中所述液舱中储存所述液体。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的方法，其还包括在流体连接到所述高压力腔室的分离器组合件中将所述经加压液体与所述气体分离，同时将所述气体维持在近似所述第二压力下。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的方法，其中在所述低压力和高压力腔室的至少一者中压缩气体近似为等温的。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的方法，其中所述经加压液体是水、汽油、柴油以及水与乙二醇的混合物中的至少一者。
10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的方法，其中将经加压液体经由所述附壁喷嘴提供到所述低压力和高压力腔室的至少一者还包括: 形成至少一个液体射流； 在弯曲表面上接收所述液体射流；以及 沿着所述弯曲表面引导所述液体射流以在所述液体射流中产生低压力和高紊流的区域。
11.一种用于使用液体压缩气体的系统，其包括: 低压力腔室，其经配置用于将气体压缩到第一压力，所述低压力腔室包括附壁喷嘴； 高压力腔室，其经配置用于将气体压缩到大于所述第一压力的第二压力，所述高压力腔室流体连接到所述低压力腔室且包括附壁喷嘴；以及 泵组合件，其包括: 第一泵，其与所述低压力腔室成流体连接且经配置以经由所述附壁喷嘴将液体供应到所述低压力腔室以将气体压缩到所述第一压力；以及 第二泵，其与所述高压力腔室成流体连接且经配置以经由所述附壁喷嘴将液体供应到所述高压力腔室以将气体压缩到所述第二压力，其中所述第二泵与所述第一泵串联布置，且其中用于所述低压力和高压力腔室的所述附壁喷嘴经配置以在压缩期间增加所述液体中气体的夹带。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一和第二泵分别经配置以将液体供应到所述低压力和高压力腔室以同时将气体压缩到所述第一和第二压力。
13.根据权利要求11-12中任一权利要求所述的系统，其中所述泵组合件包括经配置以驱动所述第一和第二泵的马达。
14.根据权利要求11-13中任一权利要求所述的系统，其还包括布置在所述低压力与高压力腔室之间的控制阀，其中所述控制阀经配置以控制所述低压力与高压力腔室之间的液体和气体的至少一者的流动。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述高压力腔室相对于所述低压力腔室定位在较高高度，且其中当所述控制阀处于打开位置时所述液体通过重力在所述高压力与低压力腔室之间流动。
16.根据权利要求11-15中任一权利要求所述的系统，其还包括液舱，所述液舱流体连接到所述低压力和高压力腔室以及所述泵组合件，其中所述液舱中储存所述液体。
17.根据权利要求11-16中任一权利要求所述的系统，其还包括分离器组合件，所述分离器组合件流体连接到所述高压力腔室，其中所述分离器组合件经配置以将所述液体与所述气体分离，同时将所述气体维持在近似所述第二压力下。
18.根据权利要求11-17中任一权利要求所述的系统，其中在所述低压力和高压力腔室的至少一者中压缩气体近似为等温的。
19.根据权利要求11-18中任一权利要求所述的系统，其中所述液体是水、汽油、柴油以及水与乙二醇的混合物中的至少一者。
20.根据权利要求11-19中任一权利要求所述的系统，其中所述附壁喷嘴的每一者包括: 射流板，其具有用于形成液体射流的至少一个槽；以及 弯曲进入部分，其与所述射流板成流体连接，所述弯曲进入部分接收所述液体射流，其中所述弯曲进入部分经配置以当所述液体射流沿着所述弯曲进入部分流动时在所述液体射流中产生低压力和高紊流的区域。
【文档编号】F17C5/06GK104379984SQ201380026927
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年5月22日 优先权日:2012年5月22日
【发明者】科德林-格瑞·坎泰米尔, 法比奥·基亚拉, 马尔赛格·卡诺瓦, 詹姆斯·杜兰德 申请人:俄亥俄州国家创新基金会