r>[0040]以下說明只是舉例性的示范實施方式，而不是對實施本發(fā)明所需要的特征的組合的限制。
[0041]本發(fā)明涉及液壓氣體壓縮機(HGC)，例如在十九世紀后期由查爾斯.泰勒研發(fā)。如圖1所示，HGC1包括具有進水口 3和出水口 4的下導井2。進水口 3與諸如河流等活水的自然源或人工源流體連通。進氣口 5位于下導井2的進水口 3處或其附近。進氣口 5通過不同的機構將空氣或氣體注入在下導井2內(nèi)向下流動的水流中。下導井2在埋于地面下的腔室6內(nèi)終止。上升井8的長度可根據(jù)期望的氣體壓縮量變化。腔室6位于地面以下越深且進而上升井2延伸越長，則氣體壓縮量越大。100米或更大的深度產(chǎn)生足夠壓縮以允許壓縮氣體在工業(yè)應用中使用。
[0042]在操作中，腔室6容納壓縮氣體與主要以水的形式存在的液體的組合物。壓縮氣體能通過壓縮氣體出口 7被排出，該壓縮氣體出口與能將壓縮氣體輸送至一個或多個終端的網(wǎng)絡相互連接，這將在下文中詳加討論。上升井8具有連接至腔室6的入口 9和與表面水體流體連通的出口 10，所述上升井將水從腔室6輸送至表面水體。表面水體可直接或間接地連通至同樣的水源，該水源供應下導井2并可以是完全獨立的水道。在某些情況下，排出井8可直接或間接地連接至位于表面水體處的栗并返回至給下導井2供水的初始水源。如果排出井8直接連至栗，則冷卻換熱器可以與導管串聯(lián)加設，以轉移在水中積聚的任何熱量。
[0043]要注意的是本文所述的液壓氣體壓縮機不僅用于壓縮空氣，而且可壓縮其它氣體。為了當前討論，“空氣”和“氣體”可互換使用以表示同樣物質(zhì)。舉一個非限制性的例子，可以在本發(fā)明的液壓氣體壓縮機中使用甲烷(天然氣)。另外，在閉環(huán)應用中，氣體可以呈制冷劑形式，例如但不限于R22或R134a。相似地，在以上和以下的描述中已經(jīng)或?qū)岬绞褂盟鳛榱鬟^系統(tǒng)的液體。在本發(fā)明的其它實施例中，水的使用可被其它液體替代，尤其在液體通過栗返回至下導井入口的情況下。對于本發(fā)明的氣體分離實施例，可以基于待分離的氣態(tài)混合物中的氣態(tài)物質(zhì)在所選液體中的壓差溶解度來選擇替代的液體。水由于其相對于其它溶劑的可用性和低成本而成為最廣泛選擇的溶劑，但在本文中“水”和“液體”可互換使用以表示同樣物質(zhì)。
[0044]在一個實施例中，通過HGC1排出的壓縮氣體可被用于降低流動至礦的空氣的溫度(圖4)。在這種情況下，根據(jù)壓縮氣體通過終止于礦通風井或通風巷30的網(wǎng)絡輸送至礦還是被暫時儲存在接收器中，壓縮空氣出口直接或間接地與通過礦通風井或通風巷30向下流動至礦31的氣流混合。在一個實施例中，在能使氣體等熵膨脹的理想裝置中使用來自HGC1的壓縮氣體會通過具有(419.14-271.94)千焦/千克(kj/kg) x3.8 (千克/秒)kg/s=560千瓦(kWth)的冷卻能力產(chǎn)生-126.1攝氏度(°C )的壓縮氣體的3.8kg/s氣流，該氣流能通過直接混合接觸輸送至大量礦通風空氣(見圖3)。這樣的冷卻能力足以使800立方米/秒(m3/s) (1695120立方英尺/分鐘(cfm))的井底通風流入量降低0.58°C。在另一例子中，在實施更深層采礦的場合下可以達到約600米或更深的深度，可通過這樣的系統(tǒng)產(chǎn)生56巴表壓的11.2kg/s的空氣，該空氣如果等熵膨脹則能使相等量的通風空氣冷卻
2.4Γ。
[0045]與冷卻所述空氣一樣，從HGC1被引入通風空氣的壓縮氣體能通過噴嘴到達成形為與圖4中的135類似的礦導氣管，使該實施例可以用作集成的礦空氣冷卻器和礦空氣增壓風機。
[0046]在另一實施例中，HGC的概念作為閉環(huán)HGC50來提供。在此情況下，下導井102不與自然水體流體連通，而是水被回收利用并通過栗110被送入下導井102。在水進入下導井102之前或同時，周圍空氣經(jīng)氣體入口 112被注入水流中?？蛇x地，在栗110與下導井102入口之間，通水管道能變窄且管道壁相對于變窄部分適當?shù)爻梢唤嵌纫孕纬膳c文丘里射流器類似的裝置，在文丘里射流器的窄部，周圍空氣經(jīng)氣體入口 112被吸入系統(tǒng)中。
[0047]氣水混合物從下導井向下流動至氣液分離器系統(tǒng)或旋流器122。與上述氣態(tài)混合物分離系統(tǒng)類似，當空氣/水混合物從下導井102向下流動時，空氣中的氧氣(02)會溶于水而氮氣(N2)會被壓縮并且在附接于氣液分離器系統(tǒng)122的壓縮氣體出口 123處以氣體形式被釋放。
[0048]從高壓氣液分離器系統(tǒng)122排出的氮氣能被轉移至礦進氣通風井。接收容器60可與壓縮空氣出口 123串聯(lián)以儲存在氣液分離器系統(tǒng)122處產(chǎn)生的壓縮氣體。調(diào)節(jié)器和/或閥61可沿著壓縮氣體出口 123長度布置以控制進入接收容器60和/或礦進氣通風井的流速。為提高系統(tǒng)的整體冷卻效率，進氣通風井30可被構造成在環(huán)境空氣從表面被吸入礦巷道31之前類似于文丘里噴射栗135。在此情況下，壓縮氣體出口 123在文丘里射流栗135的入口處或附近終止，從而允許環(huán)境空氣富含壓縮氮氣。
[0049]在進氣通風井或進氣通風巷30被構造成類似于文丘里射流栗135的實施例中，進氣通風井30的直徑在頸部段90處被減小，其中朝向頸部段90的進氣通風井壁平緩傾斜，離開頸部段90的壁更平緩地傾斜。這種布置允許具有與環(huán)境空氣相似的濃度的較冷空氣被吸入礦巷道31并通過主礦用風機經(jīng)上升排出井158被排出。
[0050]離開高壓氣液分離器系統(tǒng)122的水含有溶于其中的氧氣和少得多的氮氣。當水從上升井140向上流動時，至少一部分溶于水中的氧氣和氮氣被等溫降壓，使得當氣水混合物被輸送至第二低壓氣液分離器150時，氧氣和氮氣通過排放端口 151被排出，該排放端口在一些應用中終止于沿進氣通風井30的位置。第二氣液分離器或低壓氣液分離器150可被設計成類似于高壓氣液分離器122，或者能根據(jù)安裝和應用具有不同的結構。無論如何，第二氣液分離器可利用強制離心分離從液體中分離出氣體。由于流過排放端口 151的氣體主要含有氧氣和少得多的氮氣，故該氣體可被添加至要被吸入進氣通風井30的環(huán)境空氣中以增加其中的氧氣濃度。這允許最終到達礦巷道31的空氣在其中含有的氧氣和氮氣的百分比方面具有一致性，其與環(huán)境空氣更加類似。
[0051]離開第二氣液分離器150的水通過栗110回到系統(tǒng)。
[0052]如上所述，在深層礦或其它類型的礦的冷卻中使用HAC相比于目前所用的傳統(tǒng)壓縮機和/或大功率風機單元能顯著節(jié)能。
[0053]在另一實施例中，流過進氣口 5的氣態(tài)混合物來自于工廠21的排氣管20 (圖2)。在大多數(shù)情況下，工廠21是化石燃料電廠，因此燃燒氣體主要包括二氧化碳、水蒸汽和氮氣并具有濃度小得多的不期望的物質(zhì)如氮氧化合物和二氧化硫，并且如果工廠通過大量過?？諝膺\行，則可能有未燃的碳氫化合物或氧氣。為了本發(fā)明的示范性討論，假設燃燒氣體僅含有二氧化碳、水和氮氣。
[0054]當燃燒氣泡與下導井2中的水形成接觸時，水蒸汽會易于凝結成水(如果水在通過作為熱回收計劃的一部分的HAC之前還沒有變成冷凝物)。這會產(chǎn)生二氧化碳和氮氣的組合物的氣泡流。
[0055]規(guī)定氣體的壓力溶解度的亨利定律(Henry’ s Law)的表達式(參見例如1999年發(fā)表在 http://www.henrys-law.0rg 上的 the useful compilat1n of Henry’s Lawconstants in Sander 或刊載于 1984 年的 J.Phys.Chem.Ref Datal3 (2)第 563-600 頁的Battino等人的文獻，兩者均通過參引并入本文)為:
[0056]Pi= K iX；
[0057]其中，？1是氣相氣態(tài)物質(zhì)i的局部壓力，L是用于物質(zhì)i的亨利常數(shù)，而Xl是所述物質(zhì)在溶劑(水)中的最大摩爾分數(shù)(濃度)，即溶解度。氮氣的亨利常數(shù)是155.88兆帕/ (摩爾/立方分米)(MPa/ (mol/dm3))，二氧化碳的亨利常數(shù)是2937MPa/ (mol/dm3)。由此，顯而易見的是二氧化碳在水中的壓力溶解度比氮氣在水中的壓力溶解度高至少一個數(shù)