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[[Image:Catalan forge.jpg|thumb|180px|加泰隆尼亞的鍛造用trompe]] |
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2024年10月11日 (五) 12:55的版本
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壓縮機（英語：Compressor），是一種將氣體壓縮並同時提升氣體壓力的機械，其应用广泛，常见的应用领域包括：壓縮冷媒（如：冰箱、暖通空調，原理為熱泵與製冷循環）、壓縮空氣（如：空氣壓縮機）、壓縮氣體（如：壓縮氫氣）、提供壓縮氣體作為工业驱动動力，如：硅化工、石油化工、天然气输送等。
有些壓縮機是多段式的。多段式壓縮機可以視為將壓縮分為多段，並且用多個較小的壓縮機接續完成壓縮。以二段壓縮機為例，其中第一段壓縮先將氣體壓縮到一定壓力，再由第二段將氣體繼續加壓。一般來說，負責第二段的組件，在體積上會比負責第一段的壓縮機要小，第二段的功用是配合已壓縮的氣體，再加壓到所需的壓力。每一段壓縮機都會壓縮氣體，增加其壓力，若沒有額外冷卻的話，也會增加其溫度。
分類
壓縮機和泵浦類似，兩者都是增加流體的壓力，並且讓流體可以透過管道輸送。主要的差異是壓縮機會改變流體的密度或是體積，多半只對氣體才能達到此效果。氣體可以壓縮，液體相對來說是無法壓縮的，因此很少會將壓縮機用在液體上。
主要的氣體壓縮機分類圖示如下：
容積式壓縮機
容積式（或稱正排量式，英語：positive-displacement）壓縮機容積式壓縮機乃是將氣體導入一密閉空間中，透過壓縮原有氣體所散布的空間體積而使內部壓力上升，而將機械能轉換為壓力能。是利用機械連桿的位移，來達到壓縮氣體的效果。因為在熱力學上，因為活塞位移造成的體積增加，視為是活塞的正位移，故得其名。
往復式壓縮機
往復式壓縮機是由曲柄軸帶動活塞來壓縮氣體，可以是固定式或是移動式的，可以是單段或是多段，可以用電動機或是內燃機驅動[1][2][3]。功率介於5至30 馬力的小壓縮機，常用在汽車內，多半是间歇性的使用。大攻率的往復式壓縮機，功率可以超過1,000 hp（750 kW），常用在大型的工業設備或是石化產業中。排氣壓力範圍很廣，可以是低壓，也可以是非常高的壓力（>18000 psi或124 MPa）。這類的應用中（例如空氣的加壓），一般認為多段雙動的壓縮機是目前可購得的壓縮機中效率最高中的，但相較於同功率的旋轉動力式壓縮機，往復式壓縮機的體積較大，價格也比較貴[4]。另外一種常用在汽車車廂空氣調節的壓縮機[來源請求]，是斜盤式（swash plate）或搖擺盤（wobble plate）的壓縮機，利用軸上裝的斜盤來進行壓縮。
家用、家庭工坊或是小型工作場所用的壓縮機多半是往復式壓縮機，功率1.5 hp（1.1 kW）或是更小，會配合貯氣筒。
線性壓縮機也是往復式壓縮機，而其活塞是由線性馬達的轉子所帶動。
這類的壓縮機可以壓縮許多種類的氣體，包括冷媒、氫體以及天然氣。因此在許多不同的產業中都可以使用，也可以設定成不同的尺寸、氣缸數，或是有氣缸卸載（cylinder unloading）功能。不過其缺點是由於其餘隙體積（clearance volume）而有的較大損失，或是排氣閥以及吸氣閥產生的阻力，重量較重，因為移動件較多造成的不易保養問題，而且往復式壓縮機在其本質上就會有振動[5]。
薄膜壓縮機
薄膜壓縮機（diaphragm compressor或membrane compressor）是傳統往復式壓縮機的變形。此壓縮機是由可撓的薄膜取代活塞來壓縮氣體。薄膜的四周固定不動，中心點的往復運動是由連桿和曲柄軸來控制。薄膜壓縮機中只有缸壁和薄膜會和要壓縮的氣體接觸[1] 。
往復式壓縮機因為活塞的往復運動，在活塞和氣缸壁之間需要有間隙，也因此會有洩漏的情形，薄膜壓縮機不需要間隙，適用於壓縮有毒以及可能會爆炸的氣體。像壓縮氫氣以及壓縮天然氣就會用薄膜壓縮機進行，也可以用在其他的應用中。
離子液體活塞壓縮機
離子液體活塞壓縮機也稱為離子壓縮機（ionic compressor）或是離子液體活塞泵（ionic liquid piston pump），是一種氫氣壓縮機，不過是使用离子液体活塞，而不是像薄膜壓縮機中使用的金屬活塞。
螺旋式壓縮機
螺旋式壓縮機（Rotary screw compressors）使用二個相配合，會旋轉的正位移螺旋，強迫氣體進入較小的空間內[1][6][7]。在商業及工業上的應用多半是連續使用，可以是固定式或是行動式。其應用的功率範圍3匹馬力（2.2千瓦特）到超過1,200匹馬力（890千瓦特），壓力從低壓到相當高的壓力（>1,200 psi或8.3 MPa）。
螺旋式壓縮機的分類會依其級數、冷卻方式、驅動方式等因素來分類[8]。 目前在販售的螺旋式壓縮機可分為喷油式（Oil Flooded）、噴水式（Water Flooded）及乾式（Dry type）。壓縮機的的效率會和空氣乾燥器[需要解释]有關，空氣乾燥器的選用要選擇其體積遞送（volumetric delivery）需為壓縮機的1.5倍[9]。
目前也有使用一個螺旋[10]或是使用三個螺旋[11]的螺旋式壓縮機。
螺旋式壓縮機的可動件較少、容量較大、其振動及喘振（surging）較小，可以在不同的速度運作，一般來說效率較高。較小型的螺旋式壓縮機，或是轉速較低的螺旋式壓縮機沒有實用價格，因為壓縮孔穴之間，或是螺旋和壓縮機機殼的間隙會造成的本質漏氣[5]。需要有很精細的加工誤差，才能避免太大的漏氣損失，若非正常使用或是保養不當，很容易損壞。
旋片壓縮機
旋片壓縮機（Rotary vane compressors）其中有一個轉子，轉子內部有數個徑向的槽，上面裝有數個葉片，轉子以偏心的方式裝在一個較大的壓縮機腔室內，腔室可能是圓形的，也可能是其他較複雜的形狀。旋片壓縮機運作時，轉子會會以其圓心為中心旋轉，葉片會在槽中滑動，後面也可能有彈簧的施力，使葉片外緣和腔室的內緣相接觸[1]。因此這些旋轉的葉片形成許多逐漸變大，之後又逐漸變小的空間。旋片壓縮機和往復式壓縮機都是相當古老的壓縮機技術。
配合適當的管路連接，這類設備可以作為壓縮機或是泵來使用。可以是固定式或是活動式，可以是單級或是多級，可以由電動機或是內燃機驅動。乾式的旋片機一般會用在大量液體的輸送，壓力較低，而微油式的旋片機其容積效率較高，可以在單級下達到壓力13 bar（1,300 kPa；190 psi）。旋片壓縮機很適合由電動機驅動，其運作會比內燃機驅動的壓縮機要安靜很多。
旋片壓縮機的機械效率可以到90%[12]。
滾動活塞式
滾動活塞式（Rolling piston）壓縮機內使用的是滾動活塞，是在轉子以及葉片之間的元件 [13]。滾動活塞和靜止的葉片一起對氣體施力壓縮。
有些應用會在同一個傳動軸上裝二個不同相位的滾動活塞壓縮機，增加壓縮容量，也減少噪音以及振動[14]。。若將滾動活塞式壓縮機中的彈簧移除，即為swing compressor[15]。
在冷凍空調應用中，這類的壓縮機會稱為rotary compressor，而轉動螺旋式壓縮機會簡稱為螺旋式壓縮機（screw compressors）。
這類壓縮機在活塞和氣缸壁之間的間隙洩漏較往復式壓縮機要小，因此其效率也會比較高。在相同的壓縮機輸出下，滾動活塞式壓縮機的體積和重量都只有往復式壓縮機的40%至50%，這在產品的原材料成本以及運費上都是優勢，相較於往復式壓縮機，滾動活塞式壓縮機還有振動較小、元件較少、可靠度較高的優點。但其結構只允許壓縮能力在5冷凍噸以下，其可靠程度不如比其他型的壓縮機，因為有些壓縮機沒有間隙洩漏，相較起來，滾動活塞式壓縮機的效率會比較差[5]。
渦捲式壓縮機
渦捲式壓縮機，也稱為渦捲式泵、渦捲式真空泵，是用二個交錯的渦捲葉片來壓縮流體。渦捲葉片的幾何可能是漸伸線；阿基米德螺线或是其他複合曲線[16][17][18]。其運作平順安靜，相較於其他低壓縮能力的壓縮機，渦捲式壓縮機的可靠度較高。
渦捲式壓縮機常見的運作會讓一個渦捲固定，另一個渦捲本身不旋轉，而是繞行固定的軌道運動，會壓縮二個葉片之間的流體。
渦捲式壓縮機固定渦捲和活動渦捲之間的間隙很小，因此壓縮機的容積效率相當高。
渦捲式壓縮機比往復式壓縮機要輕、體積要小、可動作較少，也比較可靠，因此大量的用在空調以及冷凍應用上。不過其價格較貴。若在設計冷凍空調系統時，價格是重要考量因素時，會改用peltier冷卻器、滾動活塞壓縮機或是往復式壓縮機。
在1990年代初期，Volkswagen G60和G40引擎裡的G rader，就是用渦捲式壓縮機作為机械增压器。
若將渦捲式壓縮機和滾動活塞壓縮機、往復式壓縮機比較，渦捲式壓縮機零件較少，結構較簡單，因此比較可靠，而且沒有閥門，也沒有餘隙容積，因此效率較好。不過若和螺旋式壓縮機、離心式壓縮機比較，渦捲式壓縮機的效率就比較差，壓縮能力也比較低[5]。
旋轉動力式壓縮機
動力式壓縮機多半是利用葉輪的高速轉動，強制氣體高速流動以產生動能，而在通過升壓環的過程中，再透過斷面積的增加致空氣流速降低，使得氣體動能轉換為壓力能而使壓力上升。
離心式壓縮機
離心式壓縮機利用外形設計過的壓縮缸，配合在其中旋轉的圓盤或是葉輪，迫使氣體往葉輪的外圍移動，增加氣體的速度。擴壓器（漸縮導管）將動能轉換為壓力能。離心式壓縮機主要用在工廠內需連續使用的固定式設備，像是煉油廠、化學工廠、石油化工廠以及天然氣處理工廠等[1][19][20]。其壓縮能力從100匹馬力（75千瓦特）到上千馬力。若是多級的壓縮機，其輸出壓力可以超過1,000 psi（6.9 MPa）。
大型的冷凍空調系統大量的使用這類壓縮機以及螺旋式壓縮機。也有使用磁性軸承（磁浮）以及空氣軸承的離心式壓縮機。
許多大型的造雪機器（像滑雪場所使用的）會使用這種壓縮機。在內燃機引擎中也會使用離心式壓縮機（例如机械增压器及渦輪增壓器）。在小型的燃氣渦輪發動機中也會使用這類壓縮機，或是中型燃氣渦輪發動機的最終壓縮段使用。
離心式壓縮機是目前各類壓縮機裡，壓縮能力最大的，在半載下可以有高效率，若使用磁性軸承或是空氣軸承，即為無油（oil-free）壓縮機，在蒸發器以及冷凝器應用時的熱傳係數較好，相較於同壓縮能力的往復式壓縮機，重量可以減少90%，體積只有50%，產生的振動最小。不過其初期成本較高，其葉輪要在高速下運轉，需要用CNC進行精密加工，小功率的壓縮機因為成本考量，不可能使用離心式壓縮機，而且離心式壓縮機容易出現喘振（surging）的現象[5]。喘振是出現氣體回流（從排氣端流到進氣端）及正流振盪的情形，會破壞壓縮機，特是其軸承以及傳動軸。喘振是因為排氣端的壓力高過壓縮機的輸出壓力，因此氣體回流，回流後排氣端壓力又恢復正常，因此氣體再正常流動，因此氣體會在壓縮機以及其需要供應氣體的設備之間往復流動，造成振盪[5]。
混流式壓縮機
混流式壓縮機類似離心式壓縮機，但在氣體離開轉子時除了有徑向速度外，也有軸向速度。會用擴壓器將混流流動轉換為軸向流動[21]。和傳統的離心型壓縮機（同級，同壓縮比）比較，混流式壓縮機的速度是離心型壓縮機的1.5倍[22]。
非旋轉的動力式壓縮機
氣泡式壓縮機
氣泡式壓縮機（Air bubble compressor）也稱為trompe，是以水為動力的壓縮機，早在電力壓縮機發明之前就已使用。
氣泡式壓縮機利用紊流將空氣和水混合後，注入地下的壓縮缸中，在地下壓縮缸中空氣會和水分離。落下水的重量會壓迫氣體集中在壓縮缸的上方。壓縮缸的隱沒式出口讓水可以從比入口低的位置流出。壓縮缸的上方有氣體出口，壓縮空氣從上方排出。1910年時在加拿大安大略省Cobalt附近的蒙特婁河就以此原理建造了壓縮機，提供壓縮空氣給鄰近的礦坑，功率到達5,000馬力[23]。
參見
參考資料
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