氣態(tài)流體壓縮裝置制造方法
【專利摘要】氣態(tài)流體壓縮裝置，包括第一殼體(31)，其內(nèi)有可移動(dòng)的第一活塞(71)在第一殼體內(nèi)界定第一室(11)和第二室(12)；第二殼體(32)，其內(nèi)有可移動(dòng)的第二活塞(72)在第二殼體內(nèi)界定第三室(13)和第四室(14)；連接第一室和第四室的第一交換回路(21)，具有連接至散熱器的熱交換器(5)；連接第二室和第三室的第二交換回路(22)，具有連接至熱源的第二熱交換器(6)；以及通過防逆流裝置連接第一室和第二室的傳送通道(29)；通過這些連通的活塞的往返運(yùn)動(dòng)在出口的方向?qū)崿F(xiàn)氣態(tài)流體的壓縮。
【專利說明】氣態(tài)流體壓縮裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到壓縮液態(tài)流體的裝置，尤其涉及到再生熱壓縮機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在已有幾種從熱源壓縮氣體的技術(shù)方案。
[0003]首先，有些設(shè)備以耦合熱力發(fā)動(dòng)機(jī)與普通壓縮機(jī)為基礎(chǔ)。這些解決方案采用熱力發(fā)動(dòng)機(jī)(通常為內(nèi)燃機(jī))將熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能(通過發(fā)電機(jī))，然后將該能量或者直接通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)或者間接通過電機(jī)轉(zhuǎn)移到壓縮機(jī)。這些解決方案復(fù)雜，且產(chǎn)生污染，而且需要有效維護(hù)。
[0004]可以采用針對某些流體在特殊環(huán)境下的可行解決方案(熱化學(xué)過程)，比如制冷循環(huán)中采用的氨壓縮系統(tǒng)(吸收式熱泵或冰箱)。吸收式熱泵的缺點(diǎn)是熱力效率有限，由于有害易燃流體產(chǎn)生的安全問題，致使其住宅供熱的好處就非常有限。
[0005]還有稱作熱壓縮機(jī)的裝置。熱壓縮機(jī)是進(jìn)行吸氣、壓縮、排氣和使氣體膨脹的循環(huán)(例如機(jī)械式往復(fù)壓縮機(jī)的普通循環(huán))過程的裝置，并非通過耦合至外部發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械源而是直接通過集成熱交換器傳輸?shù)臒嵩础?br> [0006]在此類熱壓縮機(jī)中，比如美國專利2，157，229和3，413，815中所述，收到的熱量直接傳輸?shù)揭獕嚎s的流體，這樣在壓縮和排放過程中就無需任何機(jī)械元件。
[0007]在熱壓縮機(jī)中，諸如移動(dòng)活塞這樣的機(jī)械裝置壓縮一部分流體，使其在不同的循環(huán)步驟期間經(jīng)過界定冷區(qū)和熱區(qū)的不同的熱交換器。在基本定容條件下，熱交換器產(chǎn)生壓力的變化。
[0008]這些裝置的特征在于存在再生式熱交換器，在循環(huán)的不同步驟期間，一部分流體流朝一個(gè)方向流經(jīng)該再生式熱交換器，然后在朝另一個(gè)方向流經(jīng)其中。該再生式熱交換器技術(shù)尚不發(fā)達(dá)，且費(fèi)用較高，而且引起明顯的壓力下降。
[0009]這些裝置設(shè)計(jì)為單級系統(tǒng)，壓縮水平有限。對于某些壓縮應(yīng)用，有必要設(shè)置三至四個(gè)單級壓縮機(jī)級聯(lián)，并且設(shè)立一個(gè)在各階段使各級機(jī)械同步的機(jī)制。如此實(shí)施費(fèi)用較高，而且復(fù)雜，并且機(jī)械裝置增加會(huì)提高機(jī)械損耗。由于同步機(jī)構(gòu)的存在，還會(huì)產(chǎn)生滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。
[0010]例外，這些系統(tǒng)并不是自驅(qū)動(dòng)的。位移元件的移動(dòng)必定受到外部機(jī)械系統(tǒng)的控制，其中外部機(jī)械系統(tǒng)確?；钊Ｍ颠\(yùn)動(dòng)。這意味著更加復(fù)雜，處于開狀態(tài)的機(jī)械壓縮機(jī)同樣存在滲漏問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供解決上述一些或全部缺點(diǎn)的方法，從而改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)。
[0012]因此，本發(fā)明提出一種氣態(tài)流體壓縮裝置，包括:
[0013]-第一殼體，
[0014]-待壓縮氣態(tài)流體的入口，
[0015]-第一活塞，可移動(dòng)地裝配在第一殼體內(nèi)，以液密的方式在所述第一殼體內(nèi)界定出第一室和第二室，
[0016]-被壓縮氣態(tài)流體的出口，與所述第二室相連，入口與所述第一室相連，
[0017]-第二殼體，
[0018]-第二活塞，可移動(dòng)地裝配在第二殼體內(nèi)，以液密的方式在所述第二殼體內(nèi)界定出第三室和第四室，
[0019]-在第一室和第四室之間建立流體連通的第一交換回路，具有將熱量傳遞到散熱器的第一交換器，
[0020]-在第二室和第三室之間建立流體連通的第二交換回路，具有從熱源運(yùn)輸熱量的第二交換器，
[0021]-建立流體從第一室到第二室的連通的傳送通道，具有插入的防逆流裝置，
[0022]而且，其中第一活塞和第二活塞通過機(jī)械連接元件相連，通過這些活塞的往返運(yùn)動(dòng)在出口的方向?qū)崿F(xiàn)對氣態(tài)流體壓縮。
[0023]憑借這些設(shè)置，以簡單的方式，即通過活塞的機(jī)械連接以及各室之間流體的連通將兩個(gè)壓縮級結(jié)合在一起，得到的壓縮水平可能適合于某些導(dǎo)熱流體回路。
[0024]在本發(fā)明的不同實(shí)施例中，會(huì)用到以下的一個(gè)或多個(gè)設(shè)置。
[0025]在本發(fā)明的一方面，在具有主軸的封閉汽缸內(nèi)形成相繼軸向放置的第一殼體和第二殼體；機(jī)械連接元件是牢固連接第一活塞和第二活塞的桿，使所述活塞能夠沿著主軸移動(dòng)。這是使兩個(gè)壓縮級合二為一的裝置，也是特別緊湊簡潔的解決方案。
[0026]在本發(fā)明的另一方面，第一交換回路和第二交換回路額外穿過雙流逆流熱交換器，當(dāng)?shù)谝换钊偷诙钊苿?dòng)時(shí)，使氣態(tài)流體以逆流流動(dòng)。這樣可以將標(biāo)準(zhǔn)熱交換器用于再生功能，因此大大簡化了現(xiàn)有技術(shù)再生功能的設(shè)計(jì)。
[0027]在本發(fā)明的另一方面，第二熱交換器包括進(jìn)氣口回路和輸出回路，兩者都以逆流方式穿過節(jié)能熱交換器。這樣優(yōu)化了從熱源進(jìn)行熱傳遞的有效性。
[0028]在本發(fā)明的另一方面，傳送通道由輔助冷卻回路冷卻。當(dāng)氣體離開第一壓縮級時(shí)，氣體的溫度降低，從而在氣體進(jìn)入第二壓縮級時(shí)，達(dá)到適當(dāng)?shù)臏囟取?br> [0029]在本發(fā)明的另一方面，傳送通道作為帶有止回閥的開口設(shè)置在第一活塞內(nèi)。這樣就無需用外部管連接第一室和第二室。
[0030]在本發(fā)明的另一方面，壓縮裝置額外包括驅(qū)動(dòng)活塞的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括輔助室、將第一室與輔助室密封分離的輔助活塞、飛輪、連接所述飛輪與輔助活塞的連桿，輔助活塞機(jī)械連接至第一活塞與第二活塞，由此活塞的往返運(yùn)動(dòng)可以通過所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行自持。自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)封裝在殼體內(nèi)，沒有移動(dòng)元件穿過外殼，這樣就無需任何旋轉(zhuǎn)接頭或滑動(dòng)接頭確保像現(xiàn)有技術(shù)所需要的外部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的液密密封。
[0031]在本發(fā)明的另一方面，壓縮裝置額外包括耦合至飛輪的電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)的配置使得電動(dòng)機(jī)飛輪進(jìn)行初始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以便使自主驅(qū)動(dòng)初始化。
[0032]在本發(fā)明的另一方面，可以通過控制裝置以發(fā)電機(jī)模式控制發(fā)動(dòng)機(jī)，由此，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪可以減速，并且調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的旋轉(zhuǎn)速度。
[0033]在本發(fā)明的另一方面，裝置額外包括第二汽缸，放置在封閉汽缸末端，所述第二汽缸包括:
[0034]-第三殼體，[0035]-可移動(dòng)地裝配在第三殼體內(nèi)的第三活塞，在第三殼體內(nèi)以液密的方式界定第五室和第六室，
[0036]-第四殼體，
[0037]-可移動(dòng)地裝配在第四殼體內(nèi)的第四活塞，在第四殼體內(nèi)以液密的方式界定第七室和第八室，
[0038]-在第五室和第八室之間建立流體連通的第三交換回路，具有將熱量傳遞到散熱器的第三交換器，
[0039]-在第六室和第七室之間建立流體連通的第四交換回路，具有從熱源傳遞熱量的第四交換器，
[0040]-在第五室和第六室之間建立流體連通的第二傳送通道，具有插入的防逆流裝置，
[0041]其中第三活塞和第四活塞附在桿上，其中，第二室的出口與第五室相連。這樣，可以以簡單的方式在一個(gè)單元內(nèi)使四級成為整體。
[0042]在本發(fā)明的另一方面，第三殼體和第四殼體的內(nèi)部橫截面小于第一殼體和第二殼體的內(nèi)部橫截面。這樣使得所有活塞行進(jìn)的沖程相同，但是在壓縮級越高，壓力越大，而且氣態(tài)流體所占體積越小。
[0043]最后，本發(fā)明還涉及到一種熱系統(tǒng)，包括熱傳遞回路和根據(jù)上述方面中任何一方面的熱壓縮機(jī)。所討論的熱系統(tǒng)目的在于移除封閉空間內(nèi)的熱量，在這種情況下，它是空調(diào)系統(tǒng)或制冷系統(tǒng)，或者所討論的熱系統(tǒng)的目的可以是將熱量帶到封閉空間內(nèi)，在這種情況下，它是諸如住宅供熱系統(tǒng)或工業(yè)加熱系統(tǒng)這樣的加熱系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]通過閱讀作為非限制性示例的兩個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見。參考附圖，可更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0045]-圖1是根據(jù)本發(fā)明的氣態(tài)流體壓縮裝置的示意圖，
[0046]-圖2展示了圖1中壓縮裝置實(shí)現(xiàn)循環(huán)的壓時(shí)圖，
[0047]-圖3展示了圖1中壓縮裝置實(shí)現(xiàn)循環(huán)的壓力溫度圖，
[0048]-圖4是與圖1類似的視圖，但是額外顯示了自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，
[0049]-圖5和5b顯示了從圖4的平面V-V末端看到的圖4的裝置，圖5b顯示了圖5中的解決方案的替代方案，
[0050]-圖6展示了由自驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的循環(huán)的圖形，
[0051]-圖7展示了圖1中的壓縮裝置，做了少量變動(dòng)，以及
[0052]-圖8顯示了具有四個(gè)壓縮級的壓縮裝置的第二個(gè)實(shí)施例。
[0053]不同圖片中的相同參考號代表相同或相似元件。
【具體實(shí)施方式】
[0054]圖1顯示了本發(fā)明的氣態(tài)流體壓縮裝置，適合于使氣態(tài)流體在壓力Pl下由進(jìn)氣口或入口 81進(jìn)入，并且在大于Pl的壓力P2下在出口 82提供被壓縮的流體?？稍谌肟?81配備閥81a(或‘止回閥‘81a)，同時(shí)可以在出口配備閥82a( ‘止回閥’82a)。這兩個(gè)止回閥不一定在壓縮裝置附近。[0055]在所闡釋的示例中，壓縮裝置包括一個(gè)圓柱形外殼1，其包括兩個(gè)圓柱形的殼體31、32，其橫截面相同，與主軸X共軸，由密閉壁91隔離。第一活塞71可移動(dòng)地裝配在第一殼體31內(nèi)，這樣就在第一殼體31內(nèi)界定第一室11和第二室12。同樣,第二活塞72可移動(dòng)地裝配在第二殼體32內(nèi)，這樣在第二殼體32內(nèi)界定第三室13和第四室14。
[0056]活塞71、72是圓盤形式的，在其圓周上有活塞環(huán)，氣密隔離開由其分離的各室。
[0057]在所闡釋的示例中橫截面較小的桿I的機(jī)械連接元件穿過壁91與第一活塞71和第二活塞72機(jī)械連接。兩個(gè)活塞71、72朝平行于主軸X的方向與桿19 一起活動(dòng)。在桿19穿過壁91的位置，不必?fù)?dān)心密封問題，因?yàn)槿缦挛膶⒖吹降膲翰顬榱恪?br> [0058]輔助桿19a還將第一活塞79與下文將描述的驅(qū)動(dòng)活塞系的外部裝置90連接起來。
[0059]如圖1所闡釋的，裝置額外包括:
[0060]-在第一室11和第四室14之間建立流體連通的第一交換回路21,具有將熱量傳遞到散熱器50的第一交換器5，
[0061]-在第二室12和第三室13之間建立流體連通的第二交換回路22，具有從熱源60運(yùn)輸熱量的第二交換器6,
[0062]-建立流體從第一室到第二室的連通的傳送通道29，具有插入的防逆流裝置29a，這樣，氣態(tài)流體可以從第一室11流向第二室12,而不逆流。
[0063]在所闡釋的示例中，第一交換回路21和第二交換回路22穿過雙流逆流熱交換器4，也稱作再生式熱交換器；該再生式熱交換器4包括兩個(gè)管41、42，活塞活動(dòng)時(shí)，氣流在這兩個(gè)管中逆流。
[0064]第一交換回路21從連接至第一室11的末端21a經(jīng)第一交換器5的管52，然后穿過雙流交換器6的管之一 41，以便在其另一個(gè)末端21b再與第四室14連接。
[0065]第二交換回路22從連接至第二室12的末端22a經(jīng)雙流交換器4的另一個(gè)管42，然后穿過第二交換器6的管62，以便在其另一個(gè)末端22b再與第三室13連接。
[0066]在第二熱交換器6中，獨(dú)立于待壓縮氣態(tài)流體之外的助熱流體經(jīng)過已經(jīng)提到的熱耦合至管62的交換管61。在第一熱交換器5中，也是獨(dú)立于待壓縮氣態(tài)流體之外的助冷流體經(jīng)過已經(jīng)提到的熱耦合至管52的交換管51。
[0067]應(yīng)注意第一室11、第四室14以及第一交換回路21基本處于用PEl表不的相同壓力下，在溫度變化的作用下，該壓力隨時(shí)間變化而變化，在下文將對其進(jìn)行詳述。還應(yīng)該注意，活塞71、72活動(dòng)時(shí)，第一室11和第四室14的體積之和基本不變。第一室11、第四室14和第一交換回路21構(gòu)成第一壓縮級。
[0068]同樣，第二室12、第三室13以及第二交換回路22也基本處于用PE2表不的相同壓力下，在溫度變化的作用下，該壓力隨時(shí)間變化而變化，在下文將對其進(jìn)行詳述。同樣，活塞71、72活動(dòng)時(shí)，第二室12和第三室13的體積之和基本不變。第二室12、第三室13和第二交換回路22構(gòu)成第二壓縮級。
[0069]在本發(fā)明中有利的是施加在活塞系上的壓力之和是平衡的；實(shí)際上，第一活塞71上的壓差PE2-PE1由第二活塞72上的壓差PE1-PE2補(bǔ)償，應(yīng)注意桿橫截面的作用是微不足道的。
[0070]在本發(fā)明中有利的是第一殼體31 (室11、12)容納冷氣體，第二殼體32 (室13、14)容納熱氣體。隔開兩個(gè)殼體的壁91由熱絕緣材料制成，例如鋼或高性能聚合物。同樣，夕卜殼I最好由不銹鋼、鉻鎳鐵合金或高性能聚合物制成，最好具有相當(dāng)?shù)偷膶?dǎo)熱率，例如，低于50W/m/K。同樣，桿19最好由鋼或高性能聚合物材料制成，最好具有相當(dāng)?shù)偷膶?dǎo)熱率，例如，低于50W/m/K。
[0071]下面對運(yùn)轉(zhuǎn)做進(jìn)一步詳述。
[0072]活塞71、72系的交替運(yùn)動(dòng)、入口處進(jìn)氣閥81a、出口處排放止回閥82a以及傳送通道29中的傳遞止回閥29a的動(dòng)作確保了壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0073]下面根據(jù)圖2和圖3中所示的壓力變化對循環(huán)作業(yè)進(jìn)行說明。
[0074]第一交換器和第二交換器(5、6)內(nèi)的溫度縱向輪廓基本不變。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，(用來冷卻的)第一交換器5內(nèi)的溫度穩(wěn)定在50°C左右，(用來加熱的)第二交換器6內(nèi)的溫度穩(wěn)定在650°C左右。
[0075]圖1、圖2和圖3中展示了下文描述的各個(gè)步驟A、B、C、D。
[0076]步驟A
[0077]在圖1中最初在左側(cè)的活塞朝右側(cè)移動(dòng)。各個(gè)閥門是關(guān)閉的。如同我們將看到的，此時(shí)第一級中壓力PEl = P1，第二級中壓力PE2 = P2。在第一級中，氣體從第一室11 (冷部)傳遞到第四室14，期間(經(jīng)由第一交換回路21)經(jīng)過第一交換器5然后經(jīng)過雙流交換器4，其溫度從50°C左右變?yōu)?50°C左右。在基本恒容條件下，壓力PEl通過加熱上升。同時(shí)，在第二級中，氣體(經(jīng)由第二交換回路22)從溫度約為650°C的第三室13傳遞到第二室12，期間經(jīng)過第二交換器6然后經(jīng)過雙流交換器4。在基本恒容條件下，壓力PE2通過冷卻基本。該過程持續(xù)至壓力PEl略大于PE2，這樣傳遞止回閥29a(也稱作中間放風(fēng)閥)打開。
[0078]然后活塞處于中間位置，在圖1中箭頭A的末端表示左邊活塞。
[0079]步驟B
[0080]傳遞止回閥29a打開，隨后活塞71、72向右運(yùn)動(dòng)引起從第一級向第二級的逆流。在這個(gè)步驟中，壓力PEl和PE2保持基本相等，處于圖2和圖3中用PT表示的中間水平。這個(gè)步驟持續(xù)至活塞向右運(yùn)動(dòng)結(jié)束。
[0081]步驟C
[0082]現(xiàn)在活塞向左運(yùn)動(dòng)。在第一級，熱氣體從第四室14傳遞到第一室11，(經(jīng)由第一交換回路21)經(jīng)過雙流交換器4的管41，并且經(jīng)過使氣體冷卻的第一交換器5。壓力PEl下降。相反，在第二級，氣體從第二室12傳遞到第三室13，(經(jīng)由第二交換回路22)經(jīng)過與管41相反的雙流交換器4的管42，并且經(jīng)過重新加熱氣體、使壓力PE2上升的第二交換器
6。因此，在步驟開始時(shí)，中間放風(fēng)閥29a關(guān)閉。
[0083]該過程持續(xù)至壓力PEl下降至稍低于P1，壓力PE2稍高于P2。
[0084]進(jìn)氣閥81a和排放閥82a此時(shí)是打開的?；钊幱谥虚g位置，在圖1中用箭頭C的末端表示左邊活塞。
[0085]步驟D
[0086]在活塞向左運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，第一級通過進(jìn)氣閥81a在被假定為恒定的壓力Pl下吸氣(如果槽上游有足夠空間)，同時(shí)(第二級通過排放閥82a在被假定為恒定的壓力P2下排氣如果槽下游有足夠空間)。本步驟持續(xù)至活塞向左活動(dòng)結(jié)束。[0087]如圖1所示，活塞系由外殼I外面的系統(tǒng)90驅(qū)動(dòng)，墊圈88裝配在桿19上。
[0088]在本發(fā)明中，最好避免使用此類型的任何墊圈或密封。圖4、圖5、圖5b和圖6描述了嵌在外殼內(nèi)的活塞驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9，包括輔助室10，帶有密封分離第一室11與輔助室10的輔助活塞79。所述系統(tǒng)還包括飛輪77，使連桿78將所述飛輪連接至輔助活塞79。所述連桿的第一末端78a通過樞軸連接附在輔助活塞上，其第二末端78b通過樞軸連接附在飛輪上。輔助活塞79通過輔助桿19b機(jī)械連接至第一活塞和第二活塞(71、72)。
[0089]根據(jù)本發(fā)明有利的是，氣體入口穿過壓力為Pl的輔助室10。這樣壓力Pl主導(dǎo)輔助活塞79的右側(cè)，壓力PEl主導(dǎo)輔助活塞79的左側(cè)。如圖6所闡釋，在步驟A、步驟B和步驟D期間，施加在活塞系上的力為飛輪提供能量，而在步驟C中，飛輪為活塞系提供能量，記住，活塞系必須始終克服來自活塞環(huán)的摩擦力。結(jié)果，活塞的往返運(yùn)動(dòng)可以通過所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自持。
[0090]當(dāng)摩擦消耗的功率達(dá)到熱力循環(huán)釋放至輔助活塞的功率時(shí)，就確定電動(dòng)機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速以及活塞沖程的頻率。
[0091]如圖5所闡釋的，封閉輔助室10的外罩98具有通過普通附接裝置99附在汽缸I上的基底93。另外，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9可包括經(jīng)以軸線Y為中心的軸94耦合到電動(dòng)機(jī)飛輪77上的電動(dòng)機(jī)95。在圖5所示的示例中，電動(dòng)機(jī)95在外罩98內(nèi)，因此在殼體內(nèi)，在進(jìn)氣壓力Pl下氣體被限制在殼體內(nèi)。只有向發(fā)動(dòng)機(jī)供電的接線96穿過外罩的壁，但是沒有任何活動(dòng)使其能夠進(jìn)行高效密封。
[0092]在圖5b所示的變體中，發(fā)動(dòng)機(jī)是特殊形式，具有轉(zhuǎn)子圓盤97，例如，轉(zhuǎn)子圓盤是永磁體類型的，其位于殼體內(nèi)靠在壁上，還具有位于殼體內(nèi)靠在壁上的定子。在這種情況下，電磁控制電路和接線96在外面。
[0093]但是，應(yīng)該理解，發(fā)動(dòng)機(jī)可以在外面，完全在外罩98外面，但是在這種情況下，需要在軸周圍進(jìn)行旋轉(zhuǎn)式密封。
[0094]另外，所述耦合到飛輪的發(fā)動(dòng)機(jī)95適合于使發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪進(jìn)行初始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以便使自主驅(qū)動(dòng)初始化。此外，可以通過控制裝置(未顯示)以發(fā)電機(jī)模式控制發(fā)動(dòng)機(jī)，由此，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪減速，并且調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速。
[0095]正常運(yùn)行期間，為自驅(qū)動(dòng)裝置9提供的機(jī)械功率大于摩擦所致的損耗，以便有剩余的電功率可用(發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行模式)。該補(bǔ)充的電功率可被壓縮機(jī)外的包括其調(diào)整系統(tǒng)在內(nèi)的電氣設(shè)備所用，從而驅(qū)動(dòng)制冷系統(tǒng)的泵或風(fēng)扇為啟動(dòng)用電池再充電，或者供廢熱發(fā)電所需。
[0096]如圖7所示，可單獨(dú)使用某些變體，或者按照已經(jīng)描述的特征將其結(jié)合在一起使用。
[0097]輔助冷卻回路8冷卻傳送通道29，降低從第一壓縮級出來的氣體的溫度，以便在第二壓縮級入口時(shí)氣體溫度適當(dāng)。為充當(dāng)散熱器的輔助冷卻器8提供的流體可與穿過第一交換器5的管51的流體相同。在涉及到住宅供熱或工業(yè)加熱的應(yīng)用中，用作散熱器50的流體可以是普通加熱回路的流體。
[0098]作為外部傳送通道29的選擇，還可以采用內(nèi)部傳送通道2%，內(nèi)部傳送通道是作為第一活塞71內(nèi)的止回閥29b實(shí)現(xiàn)其作用的。
[0099]與第二交換器6相連的節(jié)能熱交換器7包括入口 7d、熱耦合到返回回路7b的供應(yīng)回路7a以及出口 7c。助熱流體獨(dú)立于待壓縮的氣態(tài)流體，以相反的方向從該逆流節(jié)能熱交換器流出并流回。在供應(yīng)回路7a和第二交換器6的管61之間實(shí)現(xiàn)熱量60的作用。返回回路7b將熱量傳遞到供應(yīng)回路7a，供應(yīng)回路優(yōu)化了來自熱源60的熱量作用的效率。
[0100]另一個(gè)變體是在第一交換回路和第二交換回路加上輔助部分53、56，能夠選擇性地引導(dǎo)熱交換流經(jīng)過第一交換器5和第二交換器6。更具體而言，在交換回路加上一系列十二個(gè)電磁閥(55至59和65至69)。
[0101]如圖7所示，當(dāng)活塞從左向右移動(dòng)時(shí)，電磁閥54、58、59、65、66、69設(shè)為關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)電磁閥55、56、57、64、67、68設(shè)為打開狀態(tài)。離開第一室11的流不穿過第一熱交換器5:它穿過電磁閥55，并且因此繞過第一交換器5，然后進(jìn)入交換器4的管41，并且經(jīng)由閥67、68進(jìn)入第二交換器6，所述流用虛線箭頭表示。同樣，離開第三室13的流不穿過第二熱交換器6:它穿過電磁閥64，然后進(jìn)入交換器4的管42，并且經(jīng)由閥57、56進(jìn)入第一交換器5,所述流用實(shí)線箭頭表示。
[0102]另一方面，當(dāng)活塞從右向左移動(dòng)時(shí)，電磁閥54、58、59、65、66、69設(shè)為打開狀態(tài)，同時(shí)電磁閥55、56、57、64、67、68設(shè)為關(guān)閉狀態(tài)。離開第二室12的流不穿過第一熱交換器5:它穿過電磁閥54，然后進(jìn)入交換器4的管42，并且經(jīng)由閥69、66進(jìn)入第二交換器6，所述流用帶點(diǎn)的虛線箭頭表示。同樣，離開第四室14的流不穿過第二熱交換器6:它穿過電磁閥65，因此繞過第二交換器6，然后進(jìn)入交換器4的管41，并且經(jīng)由閥59、58進(jìn)入第一交換器
5,所述流用虛線箭頭表示。
[0103]有了加到回路上的這十二個(gè)電磁閥并且進(jìn)行適當(dāng)控制，可以提高熱流，而且第一級和第二級可以共用熱交換器5和6。
[0104]在圖8中闡釋的第二個(gè)實(shí)施例涉及到通過復(fù)制第一個(gè)實(shí)施例中所述的兩級配置構(gòu)成的具有四級的壓縮機(jī)，外加:
[0105]_ 第二殼體 33，
[0106]-可移動(dòng)地裝配在第三殼體內(nèi)的第三活塞73，在所述第三殼體內(nèi)以液密的方式界定第五室15和第六室16,
[0107]-第四殼體34，
[0108]-可移動(dòng)地裝配在第四殼體內(nèi)的第四活塞74，在第四殼體內(nèi)以液密的方式界定第七室17和第八室18，
[0109]-在第五室和第八室之間建立流體連通的第三交換回路23，具有將熱量傳遞到散熱器的第三交換器5b,
[0110]-在第六室和第七室之間建立流體連通的第四交換回路24，具有從熱源運(yùn)輸熱量的第四交換器6b，
[0111]-建立流體在第五室15和第六室16之間連通的第二傳送通道28，具有插入的防逆流裝置28a。
[0112]第三活塞和第四活塞附在穿過分離第三殼體和第四殼體的第二壁92的桿19上，第二壁與已經(jīng)描述的第一壁91相似，桿19還穿過分離室14和15的壁95。
[0113]由第二室產(chǎn)生的來自第二級的出口經(jīng)由止回閥82a連接至第五室(第三級的進(jìn)氣口)的入口。各級之間的傳送通道最好穿過冷卻回路8、8a和Sb，從而避免氣態(tài)流體的過度加熱。在加熱應(yīng)用中，用于冷卻的流體最好是普通加熱回路的流體。[0114]就第一級和第二級所做的描述加上必要的變更適用于第四級和第四級的運(yùn)行。
[0115]第四級的出口經(jīng)閥83a在壓力P4下輸出壓縮氣體。
[0116]應(yīng)該注意到所述實(shí)體可以是本發(fā)明范疇內(nèi)任何形式和尺寸的，尤其是沖程/缸徑比例、止回閥形式、第一殼體和第二殼體設(shè)置等等。
[0117]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，使用的氣態(tài)流體可以選自HFC(氫氟碳化物)標(biāo)準(zhǔn)制冷齊U，比如R410A、R407C、R744或類似的。
[0118]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，可以在5Hz至IOHz (每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)300至600)的范圍內(nèi)
選擇活塞系的動(dòng)作頻率。
[0119]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，對于功率在10至20千瓦的熱泵應(yīng)用，可以在0.2升至
0.5升的范圍內(nèi)選擇壓縮機(jī)總位移(所有室容量的總和)。
[0120]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，氣態(tài)流體的操作壓力可從40巴至120巴不等。
【權(quán)利要求】
1.一種氣態(tài)流體壓縮裝置，包括: -待壓縮氣態(tài)流體的入口， -第一殼體(31), -第一活塞(71),可移動(dòng)地裝配在所述第一殼體內(nèi)，并以液密的方式在所述第一殼體內(nèi)界定出第一室(11)和第二室(12)， -被壓縮氣態(tài)流體的出口，其與所述第一室相連，所述入口與所述第一室相連， -第二殼體(32)， -第二活塞(72)，可移動(dòng)地裝配在所述第二殼體內(nèi)，并以液密的方式在所述第二殼體內(nèi)界定出第三室(13)和第四室(14)， -在所述第一室和所述第四室之間建立流體連通的第一交換回路(21)，具有一個(gè)將熱量傳遞到散熱器的第一交換器(5)， -在所述第二室和所述第三室之間建立流體連通的第二交換回路(22)，具有從熱源傳遞熱量的第二交換器(6)， -建立流體從所述第一室到所述第二室的連通的傳送通道(29)，具有插入的防逆流裝置， 其中，所述第一活塞和所述第二活塞通過機(jī)械連接元件(19)相連， 通過這些活塞的往返運(yùn)動(dòng)在所述出口的方向?qū)崿F(xiàn)氣態(tài)流體的壓縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述氣態(tài)流體壓縮裝置，其特征在于，其中，在具有主軸(X)的封閉汽缸(I)內(nèi)形成相繼軸向放置的所述第一殼體和所述第二殼體(31、32)，其中，機(jī)械連接元件是牢固連接所述第一活塞和所述第二活塞的桿(19)，使所述活塞能夠沿著主軸移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的所述氣態(tài)流體壓縮裝置，其特征在于，其中，所述第一交換回路和所述第二交換回路(21、22)額外穿過雙流逆流熱交換器(4)，以便當(dāng)所述第一活塞和所述第二活塞移動(dòng)時(shí)，使氣態(tài)流體以逆流方式流動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的氣態(tài)流體壓縮裝置，其特征在于，其中，所述第二熱交換器(6)包括進(jìn)氣口回路和輸出回路，兩者都以逆流方式穿過節(jié)能熱交換器(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的氣態(tài)流體壓縮裝置，其特征在于，其中，所述第一殼體由輔助冷卻回路(8)冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的氣態(tài)流體壓縮裝置，其特征在于，其中，傳送通道(29)作為帶有止回閥(29b)的開口設(shè)置在所述第一活塞內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一個(gè)所述的氣態(tài)流體壓縮裝置，其特征在于，額外包括驅(qū)動(dòng)活塞的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(9)，其包括輔助室(10)、將所述第一室(11)與所述輔助室(10)密封分離的輔助活塞(79)、飛輪(77)、連接所述飛輪與輔助活塞的連桿(78)，所述輔助活塞機(jī)械連接至所述第一活塞與所述第二活塞(71、72)，通過這些活塞的往返運(yùn)動(dòng)可以通過所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行自持。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣態(tài)流體壓縮裝置，其特征在于，額外包括連接至飛輪的電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)使得電動(dòng)機(jī)飛輪進(jìn)行初始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以便使自主驅(qū)動(dòng)初始化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣態(tài)流體壓縮裝置，其特征在于，其中，可以通過控制裝置以發(fā)電機(jī)模式控制發(fā)動(dòng)機(jī)，通過這些發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪可以減速，并且調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的旋轉(zhuǎn)速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中任何一項(xiàng)所述的氣態(tài)流體壓縮裝置，其特征在于，其中，裝置額外包括第二汽缸，其放置在封閉汽缸(I)末端，而且在主軸(X)上，所述第二汽缸包括: -第三殼體(33)， -可移動(dòng)地裝配在所述第三殼體內(nèi)的第三活塞(73)，在所述第三殼體內(nèi)以液密的方式界定第五室(16)和第六室(16)， -第四殼體(34)， -可移動(dòng)地裝配在所述第四殼體內(nèi)的第四活塞(74)，在所述第四殼體內(nèi)以液密的方式界定第七室(17)和第八室(18)， -在所述第五室和所述第八室之間建立流體連通的第三交換回路(23)，具有將熱量傳遞到散熱器的第三交換器(5b)， -在所述第六室和所述第七室之間建立流體連通的第四交換回路(24)，具有從熱源傳遞熱量的第四交換器(6b)， -在所述第五室(15)和所述第六室(16)之間建立流體連通的第二傳送通道(28)，具有插入的防逆流裝置(28a)， 其中所述第三活塞和所述第四活塞附在桿(19)上，其中，所述第二室的出口與所述第五室相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氣態(tài)流體壓縮裝置，其特征在于，其中，所述第三殼體和所述第四殼體(33、34)的內(nèi)部 橫截面小于所述第一殼體和所述第二殼體(31、32)的內(nèi)部橫截面。
12.熱系統(tǒng)，其包括熱傳遞回路和根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的壓縮裝置。
【文檔編號】F25B9/00GK103502641SQ201280008642
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月10日
【發(fā)明者】金-馬克·喬夫羅伊 申請人:布斯特赫特公司