液压空气压缩机：一个古怪的想法

在加拿大北部大学的劳伦特大学，一支受过良好受过良好教育的个人团队，由Dean Millar教授领导，Bharti工程学院的全教授，正在努力再次制作旧的新人。他们的努力旨在开发用于世界的商业上可行的液压空气压缩机（HACS），特别是因为这些装置可以更有效地生产压缩空气等温，而不是与典型的机械空气压缩机一起产生压缩空气。

在追求这一目标方面，该团队正在建立工程概念，用于在100多年前开发Dominion Cotton Mills，Magog，Quebec，Magog，Quebec的第一家液压空气压缩机。然后，HAC的基本原理在全球17个地点生产压缩空气，其中包括100多年前加拿大安大略省钴附近的衣衫褴褛的大腿。本文讨论了这一十年的发展局域力发展，劳伦坦大学安大略省的持续工作，使概念现代化。

该示范HAC在加拿大萨德伯里的动态地球上建造，并为旅游开放，让游客看看该技术。照片由Electrale Innovation Limited提供。

泰勒的液压空气压缩机

Millar教授表示，他对HAC技术的兴趣开始于一系列陈诗。

“I was at the local Vale smelter in Sudbury studying the design of a direct-contact heat exchanger, and then someone told me to go have a look at an industrial heritage website where I came across a diagram of Taylor’s Hydraulic Air Compressor at Ragged Chutes,” Millar said. “At first I thought I was looking at a 100-year-old direct contact heat exchanger, but then realized this device was both an air compressor and a heat exchanger, and the design could be used to improve compression efficiency compared to current methods.”

Millar是一名采矿工程师，他也在他在英国波发电的形成阶段削减他的牙齿，很着迷。这是一个奇妙的有趣项目的开始，改善查尔斯Havelock Taylor的设计，使其对行业更有用。泰勒是一个新的布伦瑞克商人和工程师。

正如故事的那样，当泰勒在冬季条件下注意到某些东西时，它是在1895年在魁北克的水坝的建设阶段。具体而言，通过坝溢洪道的水流在河冰下携带气泡，然后推动形成冰圆形。当探测圆顶时，泰勒注意到冰下的空气由于水的重量而被压缩。

泰勒立即实现了这种现象的商业用途，并开始在他的蒙特利尔仓库中进行液压空气压缩机模型;他很快有足够的信心说服投资者形成泰勒空气压缩机公司，建立一个用于统治纺织品的第一家商业液压空气压缩机，一个155马力（HP）组装，效率为52％。该单位运行成功，直到1953年织物编织机技术发生变化和压力不得不增加。

另外两位空气压缩机建于1800年代后期，其中包括1,354英尺的木质羽流，一个在加拿大的彼得堡升降锁，占全球公司的兴趣。在1900年代初，另外两家植物建于华盛顿州和密歇根，压力达到117 psi。其他植物在德国和秘鲁建造。

足够的空气来电力多矿山

泰勒的加冕成就是在钴河蒙特利尔河上的衣衫褴褛的河道的发展。1884年，在此占地面积约300英里，在加拿大多伦多以北约300英里，大约100英里，在安大略省东北大约100英里，矿物沉积，钴和镍的矿物沉积物。

传输的电力不可用，煤炭力量被认为太贵，因此它落在矿山开发商上，以经济的方式来发电矿山电动工具和钻头，这是有些是今天的动力运行。泰勒参观了该地区，找到了适合液压空气压缩机的条件，因此建立了建立了附近的蒙特利尔河以提供水力的计划。

这款HAC于1910年建造和放置在服务中，绝不是一个小型设备。空气压缩机的容量在120 psi压缩通过双降液者的压力下为40,000 cfm，直径为8.5英尺，深度341英尺雕刻到加拿大盾岩。用于将空气与水分离的地下洞穴，宽度为927英尺，宽度为26英尺。使用40公里的24英寸钢管，空气压缩机在该地区连接到大约30米。系统中有足够的压缩空气容积，通过空气压缩机关闭各个矿井。

利用河水在衣衫褴褛的滑槽

糙坡槽的HAC利用河水流经糙坡槽急流的高程变化，为洞穴网络提供水流。这条河并没有提供将水压缩到120psi所需的全部341英尺的水头，它只需要先推动水通过入口竖井，然后通过分离室，然后通过将水返回到河流的排泄竖井。

当水流入进气井时，它携带着气泡。当空气进入水柱越来越深时，就会发生压缩。与普通的空压机不同，压缩空气的温度不会明显上升，使得压缩过程如图1所示是等温的，这是压缩气体最有效的方式。压力调节由泄放系统提供。随着空气压力的增加，地下硐室的水位降低，露出了吹出管的末端。这是旧的破烂槽空压机最令人印象深刻的部分。压缩空气和水的喷射在空中形成了高达220英尺的烟柱。

图1:液压压缩机接近等温(灰虚线)。因此，压缩空气的生产比标准的多变压缩机(黑实线)需要更少的工作。图表由Electrale创新有限公司提供。

该空气压缩机没有移动部件，无需外部能量输入。一旦支付其建筑成本，它基本上就70年的寿命而获得了免费的压缩空气。然而，在其应用设计中的空气压缩机需要良好的河水和地面非常深的孔，并且在需要压缩空气的情况下并不总是可用的条件。然而，一些这些要求存在于现代矿场。随着对设计的一些修改，劳伦坦大学团队感受到可行的HAC可以在没有河水的情况下建造。（有关Ragged Chute Hac的更多信息，请访问http://www.cobaltmininglegacy.ca/power.php。）

制作新的新人

当采矿业正在寻找有效电压器冷却器时，恢复液压空气压缩机的使用恢复使用，以降低超深矿井的环境空气温度。如果这可以经济地完成，可以延长矿山的深度，延长一些矿物的生命十年或两个。

经过几年的研究，一组组织撰写了一篇论文《现代液压空压机的概念设计》，并在2015年能源系统效率、成本、优化、模拟和环境影响国际会议上发表。本文建议在科学北方的动态地球的萨德伯里建造一个HAC演示单元。该单元的建设已于2017年夏天完成。它被用于测试，以证明预测的效率和商业规模的空气压缩机的可行性。

示范单元与缠结的滑槽空气压缩机不同，因为用于在进气轴上提供在进气中的水中的水流的水头，以及气泡的夹带，由平行泵系统提供。此外，水流在闭环中运行，而不是一次通过设计。

现代设计的HAC机组预计将提供比标准螺杆式空气压缩机更长的使用寿命，而且由于很少的移动部件，安装后更容易维护。该单位是可变流量由于设计，使它容易匹配输出的需求。该产品提供了凉爽和清洁的无油空气，不包含过多的湿气，这可能是由风冷空气压缩机在炎热的环境中产生的。

为了演示和测试目的，大学实际上有三种型号的HAC单位，包括用于展示图1中所示的基本原理，实验室大小的模型和动态地球的单位的桌面“波特哈克”单元，包括大约30psi。

这个PortaHAC桌面单元演示了小型HAC的基本原理。工作模型的视频可以在https://www.youtube.com/watch?v=Sqn0nThkPh4&feature=youtu.be。

这种大约15英尺高的实验室级HAC用于受控环境中的基本测试。Alex Hutchison（图为）是一个具有Electreed Innovation Limited的项目工程师。他在现代HAC的发展中发挥了关键作用。

使用非常精确的仪器对这些装置进行了广泛的测试，证实了现代闭环设计产生压缩空气的效率在预期的71%左右。在比功率方面，演示装置在31 psi放电压力下达到10.9 kW / 100 cfm，同时产生244 scfm压缩空气。在HAC演示机上通过实验证实的最重要的理论预测是，压缩过程中空气的温升始终如一地重复在0.01°C量级上——几乎是等温的!

工作正在进行全球许多感兴趣的客户的HAC单位的设计。Electreed Innovation Limited是一家由Millar的一家公司组成的公司，他也是公司首席执行官，是促进现代HAC商业发展的业务。该公司的估计显示了14 kW / 100 CFM的特定功率，预计将在140 psi下产生5,000 acfm的无油空气的示例系统，如图2所示。

图2:所示为采矿行业大规模HAC的概念图，该HAC在140 psi、14千瓦/100 cfm的比功率下可产生5000 acfm。该装置预计有20年以上的使用寿命。图片由Electrale创新有限公司提供。

“我们正在寻求为地下和地上安装开发商用大型液压空气压缩机。”Millar教授说。“想想一个没有转子或顶部的大型风力涡轮机。这可能是现代HAC单元的配置，其中没有矿井使用。“

他说，正在继续努力开发非常大规模的HAC机组，似乎规模越大，效率越高，也越经济。

大型应用的能源效率

开发现代HAC的工作表明，一些旧的想法可以再次成为新的，并将有助于为大型工业应用提供节能解决方案。HAC装置可以通过一个简单的过程产生大流量的高质量压缩空气，只需要很少的维护，并持续几十年。而地面的HAC单位是天空的极限!

有关HAC项目的更多信息，请联系Dean Millar，CEO，Electredent Innovations Limited，电子邮件：dmillar@eleterale.com;电话：705-918-1613或访问https://electrale.com/。

有关本文的更多信息，请联系Ron Marshall，Marshall压缩空气咨询，电话：204-806-2085，电子邮件：ronm@mts.net.。

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