[发明专利]气态流体的热压缩装置及包括该压缩装置的热力系统

说明书

技术领域

本项发明涉及气态流体的热压缩装置，特别适用于蓄热式压缩机。

背景技术

目前已有多个技术解决方案通过热源实现对气体的压缩。

在例如文献US2 157 229和US3 413 815所述的热压缩机中，吸收的热量被直接传送到待压缩的流体中，使其得以在压缩和排出阶段中避免接触到任何机械元件。

在文献US2 157 229和US3 413 815中，置换活塞可活动地被安装在壳体中，以便交替地使流体朝着热源或者冷源的方向流动。该置换活塞与控制杆连接。该置换活塞和/或其相应的控制杆相互摩擦并产生磨损，这就限制了这种压缩机的使用寿命或者需要对其进行定期维护。除此之外，还可以对压缩机内的热交换效率以及置换活塞的控制原理做进一步的优化。

因此，首要的需求便是延长压缩机的使用寿命和/或减少其所需的维护。其次，另一个持续关注的焦点便是提高压缩机内的热交换效率，进而提高其性能。除此之外，如何更好地控制置换活塞的运动也是另一个关注焦点。最后，还需要满足的一个需求就是以吸引人的成本来生产压缩机的主要部件。以上需求促使提供一种蓄热式热压缩机，这种压缩机的性能更优，同时更具有竞争力并且非常适合工业制造。

发明内容

鉴于以上原因，首先，提出一种气态流体压缩装置，其包括：

-用于待压缩的气态流体的入口以及用于被压缩过的气态流体的出口，

-储存气态流体的工作壳体，

-第一腔室，其热耦合至热源，所述热源适于向所述气态流体提供热量，

-第二腔室，其热耦合至冷源，以便将所述气态流体的热量传送至所述冷源，

-活塞，其安装成能在圆柱形外壳内的沿着轴向移动，并且其在所述工作壳体内将所述第一腔室与所述第二腔室隔开，所述活塞通过与所述活塞联结的杆被移动，

-蓄热式热交换器和几个使所述第一腔室和所述第二腔室处于流体联通的通道，

其中，杆被装配在与所述壳体联结的圆柱形套筒内，且所述杆通过线性导向系统被引导进行轴向平移，以便于在无需接触所述外壳的情况下引导所述活塞，

其特征在于，固定在圆柱形套筒上的圆柱形的密封环围绕所述杆，所述密封环和所述杆之间留有2至20微米的径向间隙，以便于极大地限制沿着可动的杆的、流向和来自辅助腔室(23)的气态流体的通过。

上述设计可以显著地减少摩擦，包括活塞与外壳之间的摩擦，以及杆和与其相对应的密封装置之间的摩擦，而这能够保持与压力交替周期相匹配的密封性能。由此还可以减少运动零件的磨损从而降低维护操作的频率甚至完全取消维护操作。此外，由于摩擦的减少，还能够提高热压缩的性能。

在本发明项下的不同实施例中，我们还可以采用下列一项和/或其它多项设计。

根据本发明的一方面，活塞可以配有外边缘，该外边缘设置在靠近外壳处，并且活塞的外边缘与外壳之间留有5至30微米的功能间隙，优选情况下，最好取约10微米的间隙，从而活塞的外边缘在外壳中被无摩擦地引导；由此可以实现零接触、零摩擦，同时也确保了装置在交替周期的动态模式下具有良好的密封性。

根据本发明的另一方面，线性导向系统可以是圆柱形滚珠轴承装置；这是一个有效的解决方案，通过这些滚珠的滚动，可以精确地引导可动杆的运动，并且它们产生的摩擦是微乎其微的。

根据本发明的另一方面，线性导向系统可以配置有由聚四氟乙烯(PTFE)材料制成的滑动轴承；这也是一个有效解决方案，它可以精确引导可动杆移动，并且产生极小的摩擦和磨损。

根据本发明的另一方面，，压缩装置中没有装润滑液；这样使得压缩装置更为简易，并且排除了各种因使用润滑剂而出现的问题，例如污染设备或者润滑液与工作流体混合的情况。

根据本发明的另一方面，通过冷却的气态流体的流偏转装置进行冷却；从而防止杆变热并且限制杆从较热区域移至较冷区域时产生的热量转移。

根据本发明的另一方面，杆的直径可以大于活塞直径的四分之一；由此产生足够大的压差以维持传动装置的自主驱动周期的运转；此外，导向的精确度也得到了提高。

根据本发明的另一方面，该装置还可以装配有自主驱动装置，所述自主驱动装置作用在所述杆的端部；且所述自主驱动装置包括与所述杆连接的连杆，以及与所述连杆连接的惯性飞轮。从而使得该装置在稳定状态下能够实现自主操作。

根据本发明的另一方面，自主驱动装置布置在填充有气态流体的辅助腔室中，密封环被插在于第二腔室和辅助腔室之间；从而优化了装配有自主驱动系统的装置的整体密封性。