氣態(tài)流體的熱壓縮裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本項(xiàng)發(fā)明涉及氣態(tài)流體的熱壓縮裝置，特別適用于蓄熱式壓縮機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前已有多個技術(shù)解決方案通過熱源實(shí)現(xiàn)對氣體的壓縮。
[0003]在例如文獻(xiàn)US2157 229和US3 413 815所述的熱壓縮機(jī)中，吸收的熱量被直接傳送到待壓縮的流體中，使其得以在壓縮和排出階段中避免接觸到任何機(jī)械元件。
[0004]在文獻(xiàn)US2 157 229和US3 413 815中，置換活塞可活動地被安裝在殼體中，以便交替地使流體朝著熱源或者冷源的方向流動。該置換活塞與控制桿連接。該置換活塞和/或其相應(yīng)的控制桿相互摩擦并產(chǎn)生磨損，這就限制了這種壓縮機(jī)的使用壽命或者需要對其進(jìn)行定期維護(hù)。除此之外，還可以對壓縮機(jī)內(nèi)的熱交換效率以及置換活塞的控制原理做進(jìn)一步的優(yōu)化。
[0005]因此，首要的需求便是延長壓縮機(jī)的使用壽命和/或減少其所需的維護(hù)。其次，另一個持續(xù)關(guān)注的焦點(diǎn)便是提高壓縮機(jī)內(nèi)的熱交換效率，進(jìn)而提高其性能。除此之外，如何更好地控制置換活塞的運(yùn)動也是另一個關(guān)注焦點(diǎn)。最后，還需要滿足的一個需求就是以吸引人的成本來生產(chǎn)壓縮機(jī)的主要部件。以上需求促使提供一種蓄熱式熱壓縮機(jī)，這種壓縮機(jī)的性能更優(yōu)，同時(shí)更具有競爭力并且非常適合工業(yè)制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上原因，首先，提出一種氣態(tài)流體壓縮裝置，其包括:
[0007]-用于待壓縮的氣態(tài)流體的入口以及用于被壓縮過的氣態(tài)流體的出口，
[0008]-儲存氣態(tài)流體的工作殼體，
[0009]-第一腔室，其熱耦合至熱源，所述熱源適于向所述氣態(tài)流體提供熱量，
[0010]-第二腔室，其熱耦合至冷源，以便將所述氣態(tài)流體的熱量傳送至所述冷源，
[0011]-活塞，其安裝成能在圓柱形外殼內(nèi)的沿著軸向移動，并且其在所述工作殼體內(nèi)將所述第一腔室與所述第二腔室隔開，所述活塞通過與所述活塞聯(lián)結(jié)的桿被移動，
[0012]-蓄熱式熱交換器和幾個使所述第一腔室和所述第二腔室處于流體聯(lián)通的通道，
[0013]其中，桿被裝配在與所述殼體聯(lián)結(jié)的圓柱形套筒內(nèi)，且所述桿通過線性導(dǎo)向系統(tǒng)被引導(dǎo)進(jìn)行軸向平移，以便于在無需接觸所述外殼的情況下引導(dǎo)所述活塞，
[0014]其特征在于，固定在圓柱形套筒上的圓柱形的密封環(huán)圍繞所述桿，所述密封環(huán)和所述桿之間留有2至20微米的徑向間隙，以便于極大地限制沿著可動的桿的、流向和來自輔助腔室(23)的氣態(tài)流體的通過。
[0015]上述設(shè)計(jì)可以顯著地減少摩擦，包括活塞與外殼之間的摩擦，以及桿和與其相對應(yīng)的密封裝置之間的摩擦，而這能夠保持與壓力交替周期相匹配的密封性能。由此還可以減少運(yùn)動零件的磨損從而降低維護(hù)操作的頻率甚至完全取消維護(hù)操作。此外，由于摩擦的減少，還能夠提高熱壓縮的性能。
[0016]在本發(fā)明項(xiàng)下的不同實(shí)施例中，我們還可以采用下列一項(xiàng)和/或其它多項(xiàng)設(shè)計(jì)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一方面，活塞可以配有外邊緣，該外邊緣設(shè)置在靠近外殼處，并且活塞的外邊緣與外殼之間留有5至30微米的功能間隙，優(yōu)選情況下，最好取約10微米的間隙，從而活塞的外邊緣在外殼中被無摩擦地引導(dǎo)；由此可以實(shí)現(xiàn)零接觸、零摩擦，同時(shí)也確保了裝置在交替周期的動態(tài)模式下具有良好的密封性。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，線性導(dǎo)向系統(tǒng)可以是圓柱形滾珠軸承裝置;這是一個有效的解決方案，通過這些滾珠的滾動，可以精確地引導(dǎo)可動桿的運(yùn)動，并且它們產(chǎn)生的摩擦是微乎其微的。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，線性導(dǎo)向系統(tǒng)可以配置有由聚四氟乙烯(PTFE)材料制成的滑動軸承;這也是一個有效解決方案，它可以精確引導(dǎo)可動桿移動，并且產(chǎn)生極小的摩擦和磨損。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，，壓縮裝置中沒有裝潤滑液;這樣使得壓縮裝置更為簡易，并且排除了各種因使用潤滑劑而出現(xiàn)的問題，例如污染設(shè)備或者潤滑液與工作流體混合的情況。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過冷卻的氣態(tài)流體的流偏轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行冷卻；從而防止桿變熱并且限制桿從較熱區(qū)域移至較冷區(qū)域時(shí)產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，桿的直徑可以大于活塞直徑的四分之一；由此產(chǎn)生足夠大的壓差以維持傳動裝置的自主驅(qū)動周期的運(yùn)轉(zhuǎn);此外，導(dǎo)向的精確度也得到了提高。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該裝置還可以裝配有自主驅(qū)動裝置，所述自主驅(qū)動裝置作用在所述桿的端部;且所述自主驅(qū)動裝置包括與所述桿連接的連桿，以及與所述連桿連接的慣性飛輪。從而使得該裝置在穩(wěn)定狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)自主操作。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，自主驅(qū)動裝置布置在填充有氣態(tài)流體的輔助腔室中，密封環(huán)被插在于第二腔室和輔助腔室之間；從而優(yōu)化了裝配有自主驅(qū)動系統(tǒng)的裝置的整體密封性。
[0025]除了導(dǎo)向裝置和桿密封性之外，此裝置的另一方面在于，通過限制熱腔室和冷腔室之間的直接熱傳導(dǎo)交換，從而提高了裝置性能。
[0026]事實(shí)上，可以提出一種氣態(tài)流體壓縮裝置，其包括:
[0027]-用于待壓縮的氣態(tài)流體的入口以及用于被壓縮過的氣態(tài)流體的出口，
[0028]-儲存氣態(tài)流體的工作殼體，該殼體基本圍繞著軸線，并通過兩個組裝在一起的第一殼體和第二殼體來劃定其界限。
[0029]工作殼體包括:
[0030]-第一腔室，其熱耦合至熱源，該熱源適于向所述氣態(tài)流體提供熱量，
[0031 ]-第二腔室，其熱耦合至冷源，以便將氣態(tài)流體的熱量傳送至該冷源，
[0032]-安裝在圓柱形外殼中的可移動活塞，此活塞沿著軸的方向布置，并將第一腔室
[0033]與第二腔室隔開，通過一個與活塞連接的桿可以控制此活塞進(jìn)行軸向往復(fù)運(yùn)動，
[0034]-安裝在活塞周圍蓄熱式熱交換器，它將第一腔室和第二腔室聯(lián)通，
[0035]-熱連通通道，它將第一腔室的至少一個開口與蓄熱式熱交換器連接起來，此熱連通通道大體上圍繞著軸線，且
[0036]其中，由隔熱環(huán)形圓柱體形成的第一絕熱屏被安插在活塞與熱連通通道之間，而第一絕熱屏和第一殼體之間的徑向間隙，形成了熱連通通道。
[0037]從而限制了熱傳導(dǎo)的效應(yīng)，特別是中間軸向部分的熱傳導(dǎo)，并且冷熱部位之間的絕大多數(shù)熱交換效應(yīng)由工作流體的物理對流來實(shí)現(xiàn)。
[0038]根據(jù)一個補(bǔ)充方面，第一殼體為金屬制品，呈隔熱環(huán)形區(qū)域，其具有軸向環(huán)形且其熱傳導(dǎo)率更低;這項(xiàng)設(shè)計(jì)進(jìn)一步限制了沿軸向方向的熱傳導(dǎo)效應(yīng)。
[0039]根據(jù)一個補(bǔ)充方面，熱傳導(dǎo)系數(shù)低的環(huán)形部分被封閉在套箍中；從而保證了穩(wěn)定的機(jī)械強(qiáng)度。
[0040]根據(jù)一個補(bǔ)充方面，熱傳導(dǎo)系數(shù)低的環(huán)形部分(形成隔熱環(huán)形區(qū)域)，可整體地在第一殼體內(nèi)實(shí)現(xiàn)，通過在絕熱屏周圍分布多個挖空部分(凹槽)；該內(nèi)部幾何形狀易于掌握，是較為簡單的解決方案。
[0041]根據(jù)一個補(bǔ)充方面，形成熱連通通道的間隙寬度可以小于4毫米，甚至可以小于2毫米;這樣可以限制熱連通通道的容量，并因此當(dāng)活塞處于最高點(diǎn)時(shí)，包括從第一腔室和工作流體熱通道到換熱器的熱氣體容量，小于15%的活塞最低點(diǎn)和最高點(diǎn)之間排出的容量。
[0042]根據(jù)一個補(bǔ)充方面，第一殼體以及絕熱屏的上半部和活塞的上半部有一個半球形穹頂樣式的端部，這種形狀是抵抗壓力的最佳形狀。
[0043]根據(jù)一個補(bǔ)充方面，活塞的上半部的導(dǎo)熱率較低;這有助于限制熱流從較熱部位流向較冷部位。
[0044]根據(jù)一個補(bǔ)充方面，第一殼體和第二殼體直接組裝中間沒有零件;這種設(shè)計(jì)既簡單又堅(jiān)固；
[0045]根據(jù)一個補(bǔ)充方面，第一殼體包括布置在圓頂形的上部和隔熱套筒區(qū)域的第一加強(qiáng)凸緣，以及第二加強(qiáng)凸緣，其作為固定于第二殼體的凸緣;這樣有助于增加第一外殼的機(jī)械強(qiáng)度。
[0046]根據(jù)所公開裝置的另一方面，該裝置與上文提及的導(dǎo)向裝置、可動桿的密封性以及軸向熱傳導(dǎo)的限制作用無關(guān)，第二腔室和工作流體的冷通道形成為一個零件(在此稱其為第二殼體，或“冷結(jié)構(gòu)零件”或“冷卻器”)，這些通道通過機(jī)械穿孔加工而形成。
[0047]事實(shí)上，提出一種氣態(tài)流體壓縮裝置，其包括:
[0048]-用于待壓縮的氣態(tài)流體的入口以及用于被壓縮過的氣態(tài)流體的出口，
[0049]-儲存氣態(tài)流體的工作殼體，并通過兩個組裝在一起的第一殼體和第二殼體來劃定其界限。
[0050]工作殼體包括:
[0051]-第一腔室，其熱耦合至熱源，該熱源適于向所述氣態(tài)流體提供熱量，
[0052]-第二腔室，其熱耦合至冷源，以便將氣態(tài)流體的熱量傳送至該冷源，
[0053]-安裝在圓柱形外殼上