用于壓縮氣態(tài)流體的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于壓縮氣態(tài)流體的裝置，具體而言，涉及熱驅(qū)動(dòng)型蓄熱式壓縮機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)存在多種利用熱源壓縮氣體的技術(shù)方案。
[0003]在那些如專利US2，157，229以及US3，413，815描述的熱驅(qū)動(dòng)蓄熱式壓縮機(jī)中，接收的熱量被直接傳輸給待壓縮的流體，消除了對(duì)用于壓縮和排放步驟的任何機(jī)械元件的需要。
[0004]在專利US2，157, 229以及US3，413，815中，配氣活塞可移動(dòng)地安裝在外殼中并且交替地朝向加熱工具或朝冷卻工具替換液體。該配氣活塞附在連接到控制機(jī)構(gòu)的控制桿上。
[0005]這些裝置被設(shè)計(jì)成單級(jí)系統(tǒng)，將壓縮率限制到低或中等值。對(duì)于一些需要顯著壓縮率的壓縮應(yīng)用來(lái)說(shuō)，必須增加單級(jí)壓縮機(jī)的數(shù)量(通過(guò)串聯(lián)放置兩個(gè)，三個(gè)或四個(gè))，以及在不同級(jí)的控制機(jī)制之間建立起機(jī)械同步。由于機(jī)械元件數(shù)量的增加，這增加了實(shí)際運(yùn)行的成本和復(fù)雜度，同時(shí)增加了機(jī)械損耗。此外，由于同步機(jī)制的出現(xiàn)，每個(gè)階段在密封性上都有失敗的風(fēng)險(xiǎn)。
[0006]需要對(duì)這種多級(jí)熱驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，特別是它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。具體而言，提供基于帶有通用組件的模塊結(jié)構(gòu)的具有單級(jí)，二級(jí)或四級(jí)的壓縮機(jī)是有利的。
[0007]也需要增加工作壽命和/或減少檢修需要，特別是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的檢修。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為此，提出了一種用于壓縮氣態(tài)流體的裝置，包括:
[0009]-待壓縮氣態(tài)流體的入口和已壓縮氣態(tài)流體的出口，
[0010]-含有氣態(tài)流體的圓柱形主外殼，
[0011]-至少一個(gè)第一室，熱耦合到適于向氣態(tài)流體加熱的熱源上，
[0012]-至少一個(gè)第二室，熱耦合到冷源上，以便將熱量從氣態(tài)流體傳送給冷源，
[0013]-至少一個(gè)安裝在圓柱形套筒上的活塞組件(pistonassembly)，以便在軸向上移動(dòng)并且將所述主外殼內(nèi)的第一室和第二室隔開(kāi)，
[0014]-至少一個(gè)蓄熱式換熱器，圍繞套筒呈圓周式設(shè)置并且通過(guò)至少一條第一連通線路在第一和第二室之間建立流體連通，第一室包括至少一個(gè)第一連通通道，該第一連通通道設(shè)置在外殼的第一端并且與第一連通線路連接，第二室包括至少一個(gè)第二連通通道，該第二連通通道設(shè)置在外殼的第二端并且與第一連通線路連接，第一室，第二室，與第一連通線路構(gòu)成第一壓縮級(jí)；
[0015]其中，該裝置包括多個(gè)以端口的形式設(shè)置在外殼的第一和第二端之間的中段內(nèi)的第三和第四通道，多個(gè)第三和第四通道的預(yù)先設(shè)置是為了可能設(shè)置在主外殼內(nèi)第一和第二室之間的第三和第四室的流體連通。
[0016]通過(guò)這些方案，從這種單級(jí)壓縮機(jī)中可以很容易獲得一種帶有兩級(jí)壓縮的壓縮機(jī)。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)方面，該裝置可以在相同主外殼內(nèi)額外包括所述第三和第四室以及分隔第三和第四室的第一固定分隔器，活塞組件包括通過(guò)桿彼此連接并且設(shè)置在固定分隔器的各邊上的第一和第二活塞，至少一條第二連通線路，其在第三和第四室之間通過(guò)蓄熱器建立連通，第三室，第四室以及第二連通線路構(gòu)成第二壓縮級(jí)，功能性地連續(xù)地放置在第一級(jí)后；以便獲得二級(jí)壓縮機(jī)，特別適用于提高產(chǎn)熱量以及優(yōu)化兩級(jí)之間的同步。
[0018]在本發(fā)明的不同實(shí)施例中，可能使用如下一種或多種方案。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)方面，蓄熱器能夠包括至少兩個(gè)蓄熱器環(huán)形部件，彼此獨(dú)立，該組環(huán)形部件構(gòu)成環(huán)，其設(shè)置在第一固定分隔器附近的套筒周圍；這是為了組織蓄熱功能而特別優(yōu)化的配置。
[0020]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，裝置可以包括N級(jí)，N從一組包括2，3，4，6，8的值中選擇，其中蓄熱器被分成N個(gè)環(huán)形部件，每個(gè)都有360° /N的弧度，彼此獨(dú)立，這樣從基本的單級(jí)壓縮機(jī)中確保了模塊化。
[0021]在本發(fā)明的一個(gè)方面，該裝置可以額外包括第三級(jí)和第四級(jí)(N = 4)，第三級(jí)由熱室、冷室和第三連通線路構(gòu)成，第四階段由熱室、冷室和第四連通線路構(gòu)成；從而四級(jí)壓縮機(jī)可以在模塊化基礎(chǔ)上獲得，其體系結(jié)構(gòu)與二級(jí)壓縮機(jī)相似。
[0022]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，第四級(jí)的室可以插入在第三級(jí)的室之間，第三級(jí)的室插入在第二級(jí)的室之間，而第二級(jí)的室被插在第一級(jí)的室之間；借助這種方法，得到一種特別合適的設(shè)置，用于將四級(jí)安裝在單缸內(nèi)并且特別適于最優(yōu)化隔熱。
[0023]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，該裝置可以額外包括用于驅(qū)動(dòng)包括輔助室的活塞組件的系統(tǒng)，固定在活塞組件上并且被軸向?qū)虻臈U，與桿連接的連桿，以及連接到連桿上的飛輪，通過(guò)這種方式活塞組件可以通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自我維持來(lái)回移動(dòng)。
[0024]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，第一連通線路和/或第二連通線路和/或第三或第四連通線路可以包括至少一個(gè)外部部分，其設(shè)置在蓄熱器和外殼的至少一端之間的與熱源和/或冷源分別緊鄰的位置；這樣對(duì)于各條連通線路熱交換都被最大化。
[0025]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，第二連通線路和/或第三或第四連通線路包括鉆孔，非對(duì)稱芯子插入該鉆孔，借此，具有最大化熱耦合的外部部分很容易工業(yè)化生產(chǎn)。
[0026]最后，本發(fā)明也涉及一種熱力系統(tǒng)，包括熱傳輸電路和上述壓縮裝置。所討論的熱力系統(tǒng)適用于將熱能從封閉位置移除，并且在這種情況下是冷卻或制冷系統(tǒng)，但是所討論的熱力系統(tǒng)也可僅適于向封閉位置增加熱能，并且在這種情況下是供熱系統(tǒng)，例如住宅供熱或工業(yè)供熱。
【附圖說(shuō)明】
[0027]通過(guò)閱讀本發(fā)明的下述作為非限定示例的實(shí)施例的描述將更容易理解本發(fā)明的其它特點(diǎn)、方面和優(yōu)勢(shì)。通過(guò)附圖也會(huì)更容易理解本發(fā)明，其中:
[0028]-圖1是本發(fā)明具有兩級(jí)壓縮的氣態(tài)流體壓縮裝置的軸向截面示意圖，
[0029]-圖2是圖1所示裝置的橫向截面示意圖，
[0030]-圖3a和3b是本發(fā)明具有四級(jí)壓縮的氣態(tài)流體壓縮裝置的軸向截面示意圖，
[0031]-圖4是圖3所示裝置的橫向截面示意圖，
[0032]-圖5是本發(fā)明具有單級(jí)壓縮的氣態(tài)流體壓縮裝置的軸向截面示意圖，
[0033]-圖6是圖5所示裝置的橫向截面示意圖，
[0034]-圖7是四級(jí)裝置運(yùn)行時(shí)的熱動(dòng)力循環(huán)圖，
[0035]-圖8是自承驅(qū)動(dòng)裝置的循環(huán)圖，
[0036]-圖9示出可放置具有單級(jí)，二級(jí)或四級(jí)壓縮的壓縮裝置的壓縮缸，
[0037]-圖10示出自承驅(qū)動(dòng)裝置，
[0038]-圖11示出了圖3所示裝置的變體，以及
[0039]-圖12，12A，12B，12C示出了各實(shí)施例中的連通線路的具體視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]在各種附圖中，相同的附圖標(biāo)記號(hào)用于表示相同或相似元件。
[0041]圖1顯示了用于壓縮氣態(tài)流體的裝置1，適于通過(guò)入口或通風(fēng)口 81使氣態(tài)流體(也稱為“工作流體”)在壓強(qiáng)Pi下進(jìn)入，從出口 82在壓強(qiáng)P2下提供被壓縮流體。
[0042]在圖1所示的示例中，壓縮裝置包括兩個(gè)壓縮級(jí)，但是在本發(fā)明中，可以很容易獲得帶有相同體系結(jié)構(gòu)的單級(jí)或四級(jí)裝置，將如下所示。
[0043]裝置最好沿軸Z垂直設(shè)置，并且具有具有軸Z外形呈圓柱形的主外殼2。在所示示例中，裝置包括設(shè)置在上部區(qū)域的熱部16以及設(shè)置在下部區(qū)域的冷部15。熱部熱耦合到熱源6上，最好鄰近設(shè)置在主外殼的熱部16的周圍，以便為裝置的熱部提供熱量。
[0044]同樣地，冷部被熱耦合在冷源5上，以便將熱量從裝置的冷部移除。冷源可以是，例如，鄰近設(shè)置在主外殼2的冷部15周圍或者以任何能夠建立良好熱耦合的其它方式。
[0045]至少一個(gè)位于主外殼2內(nèi)的活塞組件7，安裝在套筒50(或“缸”)內(nèi)，以便在軸向Z上移動(dòng)。套筒50是具有軸Z的圓柱形并且其直徑小于主外殼2的直徑。
[0046]在圖1的二級(jí)示例中，活塞組件7包括第一活塞71和第二活塞72，通過(guò)桿8彼此連接。在兩個(gè)活塞71，72之間設(shè)置固定分隔器61，位于外殼2上端2b和外殼2下端2a間的中間高度處。固定分隔器61在熱部16和冷部15之間進(jìn)行隔熱。環(huán)18圍繞著桿而提供密封和導(dǎo)向功能。桿8通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置被來(lái)回交替驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)裝置未在圖l，3a，3b中顯示，然而其中一個(gè)可能的實(shí)施例將在下文中描述。
[0047]對(duì)于冷部15，在第一活塞71與外殼2