专利名称：热泵系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种能够为住宅或其它应用提供制冷和制热需要的热泵系统。本发明尤其涉及通过利用热力发动机实现这种制冷或制热的热泵系统。具体而言，本发明涉及这样一种热泵系统，其中所述热力发动机和系统中的其它器件，以能够极大地提高了效率以及其它工作性能的方式协同工作。
背景技术：
热泵在很早以前就被知晓，并在制热、通风和空气调节工业中使用。热泵能够得到广泛应用以及受到如此重视的一个重要原因是同样的器件可以既被用于制冷也被用于制热，而大多数其它的系统则需要采用大量的独立元器件以实现制冷和制热功能。传统上，热泵系统使用压缩机，压缩机由电机驱动以将制冷剂循环通过将气态形式的制冷剂转换为液态制冷器，和通过分别从待被冷却或加热的区域吸收热量或传递热量的蒸发器。
对于大部分部件，热泵系统的工艺改进涉及工作流体的改良以及系统元器件的改进。对于工作流体，开发了各种制冷剂尤其是各种碳氟化合物，它们在某些装置或操作范围中显示了优良的性能。对于系统元器件，在改进系统的压缩机、冷凝器、蒸发器和其它辅助器件的操作和性能上，也做了大量的工作。但是，由于这些技术相对开发的时间比较早以及这些技术的发展状态，近些年在这些技术上的研发仅在操作和性能上获得了很小的改进。
人们开始尝试开发热力驱动的热泵。在这个方面，发动机驱动和吸收式热泵是这种类型热泵的典型代表。由于多方原因，热力驱动热泵并没有受到商业接受和认同。一般地说，这种装置往往非常复杂，其元器件既精密复杂又十分昂贵。此外，这些系统中的许多都需要使用非常规制冷剂的工作流体，例如氨或者溴化锂。举例而言，由于氨是有毒气体，使用这些非常规工作流体就需要拥有制热、通风和空气调节行业通常没有的安装、维修和保养人员。由于在工作流体的技术和元器件的改进上具有限制，以及热力驱动热泵系统缺少商业认可，所以在相当长的一段时间，这些系统在技术上基本没有改进。
采用热力发动机和常规工作流体的热力驱动热泵虽然得到了发展，但是却具有几个典型的缺点。例如，在热力发动机活塞的每次动力冲程的最后，热力发动机缸内残余了具有高达约300°F温度和约160p.s.i.压力的流体。当这些流体被排放到冷凝器时，就损失了大量的动能和热能，从而极大地降低了整个系统的效率。
这种热力驱动热泵所面临的另一个问题是最好将热力发动机和压缩机组合在单个的机架内，该机架应该具有将热力发动机活塞连接到压缩机活塞的活塞杆。由于热力发动机内和压缩机内的工作流体的最优性能基本不同，所以它们必然要采用两种不同的制冷剂。在这种情况下，通常会遇到的问题是高压工作流体最终会穿过各种密封迁移到低压工作流，从而会不利地改变低压工作流体的工作性能。
设计热力发动机中的另一个困难是提供能够有效地在高蒸汽压力工作冲程和排出冲程之间转换的阀门。当传统的阀门进行转换时，蒸汽吹入缸内的速度过快，使得整个热泵剧烈振动或摇摆，从而将缩短热力发动机的寿命并且使人感到不舒服。在减慢阀门转换移动方面的努力获得了成功，因为当阀门缓慢地从高气压位置移动到排出位置时蒸汽将能够利用阀门泄漏。
关于热力发动机中的另一个众所周知的困难是当设备尚未启动和温度较低时热力发动机的启动问题。当动力部件热发生器或蒸发器首次将热蒸汽传送到热力发动机的动力腔时，蒸汽在驱动活塞之前就已冷凝。由于热发生器的工作流体的总量有限，这样在热力发动机的动力腔达到工作温度前，工作流体的量就会减少。这将造成热发生器的过度加热，并可能使工作流体灼热，从而在热泵能够再次正常工作前需要进行大量维修。
由于上述各种因素或这些因素的组合，热力驱动热泵系统没有获得商业认可。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种可以采用专用热驱动的热泵系统。本发明的另一个目的是提供这样一种热泵系统，其中动力部件中的工作流体在热发生器或蒸发器中通过任意的热源(例如高效气炉)被汽化。本发明的又一个目的在于提供这样一种热泵系统，其有助于改变能力辅助或动力，例如结合太阳能、生物气或其它可以产生热能的能源。
本发明的另一个目的是提供这样一种热泵系统，其中，动力部件的热力发动机和压缩机部件的压缩机组成了联合或合并的装置。本发明的又一个目的是提供这种联合热力发动机和压缩机组件，其不需要在发动机和压缩机之间通过流体相互连接。本发明的再一个目的是提供这样一种联合热力发动机和压缩机组件，其中热力发动机的活塞和压缩机在机械上相互连接。本发明的再另一个目的是提供这种联合热力发动机和压缩机组件，其通过采用两个间隔开的中间设有加压水的滚动隔膜(rolling diaphragm)封条，防止工作流体从高压侧向低压侧迁移。隔膜和水结合形成了有效的屏障防止制冷剂移动。
本发明的又一个目的是提供这样一种热泵系统，其中采用独特的阀门控制流体流入、流出容纳热力发动机活塞的腔体。本发明的另一个目的是提供这种阀门，所述阀门通过平滑、无滑动的运动(positivemotion)提供动力和排出冲程之间的转换，这在活塞动力腔在排出和高压操作状态之间转换时防止任何渗漏。本发明的再一个目的是提供这样一种阀门，其不需要电力或机械转换机制就能实现阀门操作。
本发明的另一个目的是提供一种热泵系统，其自动地解决当系统尚未运转，并且热力发动机处于室温时，通常会遇到的冷启动问题。本发明的又一个目的是提供与热力发动机的缸体邻接的预热腔，其容纳来自热发生器的蒸汽并将冷凝物返流到热力发动机中直到热力发动机缸体已经足够热，这样，能够使用热蒸汽立即驱动活塞进入动力冲程而启动系统。本发明的再一个目的是提供这样一种预热腔，该预热腔是包围陶瓷缸壁的环形柱体，其通过来自环形预热腔的热蒸汽的传导被加热。本发明的另外一个目的是提供这样一种预热腔，该预热腔设置于产生热蒸汽工作流体的热发生器的上方，这种设置被排放成使最初形成于预热腔内的任何冷凝物仅通过重力就返流至热发生器中，从而再次转化成热蒸汽。
本发明的再一个目的是提供这样一种热泵系统，其中来自热力发动机活塞的动力冲程结束时的排放动能被用于辅助动力冲程。本发明的另一个目的是利用来自热力发动机的排放，以对驱动泵的涡轮进行操作，从而在热力发动机活塞的背面产生真空状态，以协助进行热力发动机活塞的动力冲程。本发明的又一个目的是提供涡轮推进器和泵装置，其可以仅通过热力发动机腔排出的蒸汽驱动，或者能够通过电机或太阳能电机的辅助进一步提高热力发动机的操作效率。
本发明的又一个目的是提供这样一种热泵系统，其中，由于整个系统工作在相对较低的温度，所以所有的移动器件和密封区域能够由相对成本较低的陶瓷材料构成。本发明的另一个目的是提供这样一种热泵系统，其中移动器件和密封区域所采用的陶瓷材料通过提供能够封住流体且滑动摩擦力很小的接合，从而增加热泵系统的效率。本发明的再一个目的是提供这样一种热泵系统，其在热力发动机部件中可采用每小时仅需更少的热量就能实现汽化转换的工作流体，从而热泵系统的整个效率获得了相当大地提高。
本发明的再一个目的是提供这样一种热泵系统，其中，使用冷凝泵将工作流体从冷凝器传输到热力发动机系统的热发生器。本发明的另一个目的是提供这样一种热泵系统，其中冷凝泵是活塞驱动冷凝泵。本发明的又一个目的是提供这样一种热泵系统，其中活塞驱动冷凝泵的活塞与热力发动机的活塞接合，从而随着压缩机和热力发动机活塞的运动而被驱动。
本发明的另一个目的是提供这样一种热泵系统，其能够很容易地使用各种热交换器，和其它能够进一步优化热力发动机系统和压缩机系统的整体效率的设计特征。本发明的又一个目的是提供这样一种热泵系统，其中热交换器是三管类型的热交换器，并用于加热水，例如放置在贮水池、热水加热器等内的水。本发明的再一个目的是提供一种热泵系统，其中，来自压缩机的制冷剂和来自热力发动机的工作流体被导入三管式热交换器中。本发明的又一个目的是提供这样一种热泵系统，其中来自制冷剂和工作流体的热量被传输到贮水池、热水加热器等内的水中。
一般而言，本发明设计了一种热泵系统，包括热发生器；热力发动机，由热发生器对所述热力发动机供应热力发动机工作流体，所述热力发动机具有热力发动机缸腔、热力发动机活塞、和热力发动机活塞杆；预热腔，使用热力发动机工作流对热力发动机缸腔进行加热；冷凝泵，对所述热力发动机提供热力发动机工作流体；压缩机，由所述热力发动机使用压缩机工作流体进行驱动，并具有压缩机缸腔、压缩机活塞、和压缩机活塞杆；分隔器，使热力发动机活塞杆和压缩机活塞杆隔离和接合；以及密封组件，联合分隔器使热力发动机工作流体和压缩机工作流体隔离；阀门组件，与热力发动机缸腔相连通，并用于控制热力发动机工作流体进、出热力发动机。
图1是显示体现本发明概念的示意性热泵系统的主要示意图，其显示了主要器件之间的连接；图2是图1中的联合热力发动机和压缩机组件的部分放大示意剖面图；图3是使活塞杆与热力发动机的活塞和压缩机组件的活塞相连接的密封组件的部分放大示意剖面图；图4是用于作为动力活塞的位置函数，而控制工作流体进、出热力发动机活塞腔的阀门的部分放大示意剖面图；图5是采用可选的涡轮电机，和图4中示出的阀门的改进形式的热泵系统的剖面部分的放大示意图；图6是热泵系统在泵冲程结束时的可选的活塞驱动冷凝泵的正视图，其部分以剖面显示，并示意性地显示了连接关系；图7是类似于图6所示的活塞驱动冷凝泵的视图，其显示了位于泵冲程的不同位置的活塞；
图8是与水加热系统一起使用的热泵系统的主要示意图。
优选实施方式在图1中用附图标记10一般性地显示了体现本发明概念的示例性热泵系统。尽管这里描述和显示的示例性热泵系统10尤其适用于以住宅为目的而使用的3顿容量(three-ton unit)类型的应用，但是可以根据不同的需要采用更大或者更小的单位，并且本发明能够很容易地适用于车辆或者其它应用，尤其适用于可利用过剩热量的情况。
热泵系统10具有用附图标记11一般性地表示的动力部件，动力部件用于连接或驱动用附图标记12一般性地表示的压缩机部件。通过下面的描述可以得知，动力部件11采用朗肯循环(Rankin cycle)，压缩机部件12采用蒸汽压缩循环。因此，在动力部件11和压缩机部件12采用不同的工作流体，这将在下文中进行详细描述。动力部件11具有用附图标记15一般性地表示的常规热发生器或蒸发器，该常规热发生器或蒸发器通过燃料进入管道16接收燃料和空气混合物，燃料和混合物由燃烧器17点燃以加热发生器15中的一连串带有散热片的旋管(finned coils)中的工作流体18。尽管图1中的装置设想(contemplate)使用传统的高效燃烧天然气或丙烷的热发生器，但可以理解，根据燃料的可用性以及相关因素，还能够采用其他的热源(例如燃气锅炉等)，以对旋管19中的工作流体18进行加热，从而在发生器15中的膨胀室19’中产生饱和蒸汽条件。
为使动力部件11获得最大的效率，优选的工作流体是制冷剂，其中存储在液体中使其达到的沸点的潜热必须很低。一种特别适合的产品是HFC-72，它比传统的R113制冷剂提高了40％的效率，该产品也可以用于本发明。还应该理解的是，其他具有相似特征的氟氯碳氢化合物或制冷剂也能够用于本发明。
通过动力部件的高压气管20，热蒸汽工作流体18从发生器15的膨胀室19’被提供到用附图标记25一般性地表示的联合热力发动机和压缩机组件中。如图1和图2所示，热力发动机和压缩机组件25具有由附图标记26一般性地表示的热力发动机部件，该热力发动机部件26具有通常为圆筒形的放大的缸架27。热力发动机部件26具有上端盖28和下端盖29，从而和缸架27一起形成闭合的热力发动机部件26。与圆筒形的缸架27向内径向相隔的内缸壁30在上端盖28和下端盖29之间延伸。这样，在圆筒形的缸架27和内缸壁30之间形成环状预热腔31。优选地，内缸壁30由陶瓷材料形成，例如水合硅酸铝(aluminasilicate)或其它具有光滑表面并能导热的材料。热力发动机活塞32设置在内缸壁30内部。热力发动机活塞32有益地具有径向外面层33，外面层33可以采用与内缸壁30相似的陶瓷构成，用于封住流体并与内缸壁30具有低的滑动摩擦接合。
预热腔31用于克服通常会困扰温热泵的冷启动问题。在打开螺线管(未示出)将热力发动机和压缩机组件转至操作状态之前，开动发生器15产生热蒸汽，并通过高压气管20将热蒸汽传送到预热腔31中。起初，该热蒸汽通过预热腔31中的低温壁而冷凝。然后，因为发生器15被有意地设置在预热腔31的下方，所以冷凝的液体由于重力作用又返流回高压气管。随后，该冷凝的蒸汽在膨胀室19’中再次被转换为热高压气体，并再次通过高压气管20传送到预热腔31中。最后，预热腔31基本达到与发生器15中的旋管19相同的温度，并停止预热腔31中的冷凝。此时，打开螺线管从而使得热力发动机和压缩机组件25开始操作。值得注意的是，预热腔31中的热量通过陶瓷的内缸壁30被传递到面层33、活塞32以及热力发动机部件26的缸腔34中。预热腔31还能用作膨胀箱以储存热的增压蒸汽，根据热力发动机和压缩机组件25的操作规定，该热的增压蒸汽能被立即在热力发动机部件26中使用。
参考图2和图3，热力发动机活塞32与在热力发动机缸腔34内向上延伸的热力发动机活塞杆35连接。热力发动机部件26的上端盖28具有容纳热力发动机活塞杆35的轴向延伸的圆筒形颈部36。该圆筒形颈部36终止于径向延伸的凸缘37，该凸缘37是用附图标记38一般性地表示的密封组件的一部分。
热力发动机部件26的热力发动机活塞杆35与联合热力发动机和压缩机组件25的压缩机相互连接，该压缩机用附图标记40一般性地表示。压缩机40在多个方面具有与热力发动机26相似的结构设置。尤其是压缩机40具有通常为圆筒形的缸架41。压缩机40具有上端盖42和下端盖43，从而和缸架41一起形成了闭合的压缩机40。压缩机活塞44设置在缸架41内部。压缩机活塞44上可以设置有与热力发动机活塞32的面层33类似的径向外面层45。与热力发动机部件26类似，缸架41和活塞44的面层45可以采用陶瓷，用于封住流体并与热力发动机部件26的内缸壁30和面层33具有低的滑动摩擦接合，如上所述。缸架41和上端盖42以及下端盖43限定了压缩机缸腔，压缩机活塞44在压缩机缸腔内移动。
压缩机活塞44与压缩机活塞杆47相连接，该活塞杆47在压缩机缸腔46内向下延伸。下端盖43具有容纳压缩机活塞杆47的轴向延伸的圆筒形颈部48。该圆筒形颈部48终止于径向延伸的凸缘49，凸缘49与热力发动机部件26的上端盖28的凸缘37匹配接合，从而形成密封组件38的另一部件。圆形隔板50将热力发动机活塞杆35的上端和压缩机活塞杆47的下端隔开。
密封组件38还具有第一弹性隔膜51，该弹性隔膜51位于圆形隔板50和压缩机活塞杆47的一端之间，并在压缩机活塞杆47和下端盖43的圆筒形颈部48之间延伸至凸缘49的径向表面，并在该径向表面终止于外凸缘折边(bead)52。第二弹性隔膜53位于圆形隔板50和热力发动机活塞杆35的顶端之间，并在活塞杆35和上端盖28的圆筒形颈部36之间延伸至凸缘37的径向表面，在该径向表面终止于外凸缘折边54。环形插入件55将凸缘折边52和54隔离，其厚度与圆形隔板50的厚度基本相同。第一隔膜51和第二隔膜52具有圆周密封件56，分别位于环形插入件55和凸缘49和37的径向表面之间。当位于如图3所示的、活塞32和44基本位于缸腔34和46的冲程中间的配置时，凸缘37和49通过多个紧固件57接合，紧固件57例如是机器螺钉或其它接合元件。当按照图3所示的方式安装隔膜51和53时，活塞杆35和47通过紧固件58结合，该紧固件58将圆形隔板50以及隔膜51和53固定在图3所示的位置。隔膜51、53随着活塞杆85、47的移动像普通的滚动隔膜一样工作。虽然隔膜51、53可以由织物加强性的低渗透弹性物构成，在使用了多年经过了上百万次操作循环后，这并不能使其排除工作流体在压缩机部件和热力发动机部件之间的渗漏。
在本发明的优选结构中，流体F分别在活塞35与上端盖28的圆筒形颈部36以及活塞47与下端盖43的圆筒形颈部48之间的区域设置在隔膜51和53之间。可以理解，通过采用压力大约为150p.s.i.的流体F，或者当特殊的热泵系统10的动力部件11和压缩机部件12之间的压力适当时，压缩机缸腔46和热力发动机缸腔34之间能够实现有效的密封。本发明中优选的流体F是水，或者其它不会吸收会从制冷剂中游离出来的氟里昂(freon)分子的流体。通过位于环形插入件55中的填充管59，流体F能够有效地在隔膜51和53之间进出。
来自热力发生器15的饱和蒸汽通过用附图标记一般性地示为60的阀门组件进、出热力发动机和压缩机组件25的热力发动机部件26。参见附图中的图1、图2和图4，阀门组件60可以便利地安装到热力发动机部件26，阀门组件60尤其可以便利地安装到下端盖29从而可以直接连通热力发动机部件26的缸腔34。如图所示，阀门组件60具有通常为圆筒形的机架，该机架上具有用以容纳一直延伸到热力发动机部件26的下端盖29中的紧固件(例如机器螺钉63)的多个钻孔62。阀门组件60还具有机座64，该机座64和机架61以及下端盖29一起限定了能够选择性地与热力发动机部件26的缸腔34相连通的闭合腔。
阀门组件60包括阀门元件(用附图标记65一般性地表示)。该阀门元件65具有伸长的圆筒形杆66。在杆66的一个末端带有进口控制活塞67，另一末端带有流控制绕轴门(spool gate)68。进口控制活塞67和流控制绕轴门68都在阀门组件60的机架61内相对于套管69进行操作。进口控制活塞67和套管69可以优选地采用如前所述的陶瓷材料制成，用于封住流体并在上述部件之间具有低的滑动摩擦。阀杆66的上部、套管69、以及绕轴门68的下端和进口控制活塞67的上表之间的空间限定出热力发动机排出腔70。该热力发动机排出腔70与和热力发动机排出管72相互连接的一个或多个热力发动机排出端口71相连通。
用于对热力发动机部件26供应能量的高压、高温工作流体18被供应到高压气进入端口75。如图所示，高压气进入端口由高压气管76提供输入，该高压气管76可以源自预热腔31(图2)。可选择地，高压气管76能够源自热力发生器15或者是高压气管20的支管。高压气进入端口75与密封装置77连通，该密封装置形成于沿整个套管69的周围延伸的机架61内。通过这种方式，可以预热和加热套管69和进口控制活塞67，从而最大限度的减少在阀门组件60内生产冷凝的可能。套管进入管78与密封装置77连通。如图4所示，当阀门元件65位于在图中所显示的动力冲程位置时，套管进入管78与活塞进入管79连通。当阀门元件65位于如图4中虚线所示的排出位置65’以及位于如图2所示的位置时，套管进入管78与活塞进入管79不连通。活塞进入管79与缸杆进入管80相连通，缸杆进入管80连接杠杆66上端的输入孔81，该输入孔81与热力发动机部件26的缸腔34的内部连通。还应该认识到，当阀门元件65位于如图4所示的排出位置65’时，排出腔70敞开并连通热力发动机缸腔34，从而热力发动机排出管72也敞开并与热力发动机缸腔34连通。进口控制活塞67上也可以设置贯通通风口82，该贯通通风口82轴向延伸控制活塞67的长度进入至通风孔83，该通风孔83与发动机冷凝器102相连接以排除由于阀门组件60中的流体泄漏可能引起的压力累积。
如图4所示，阀门组件60的机架61底部承载导向活塞85。该导向活塞85在整个垂直移动范围被导向活塞套管86包裹。导向活塞85和导向活塞套管86类似地也可以采用上述陶瓷构成，用于封住流体并使导向活塞85和导向活塞套管86之间的接合具有低的滑动摩擦。导向活塞85上带有通常为倒T形结构的整体成形的杆伸长部87。杆伸长部87具有突出耦合器88，突耦合器88为圆筒状并在其外表面具有螺纹89。缸杆66具有孔90，孔90具有内螺纹以螺纹接合地容纳导向活塞85的突出耦合器88。杆伸长部87由含铁金属构成，其目的将在下面清楚地描述。
环形磁体91安装在机架61中，并与导向活塞管套86邻接并沿导向活塞管套86的径向向内延伸。环形磁体91具有保持环形缓冲器93的圆周凹部92。环形缓冲器93减缓导向活塞85，并且因此在阀门元件65向上移动到如图4所示的排出位置65’时，减缓阀门元件65的停止。
导向活塞85的底部与杆伸长部87相对的位置承载环状缓冲块95，环状缓冲块95减缓当导向活塞85位于如图4中实线所示的阀门组件65的动力冲程位置时的到达压力。压缩弹簧96安装在阀门组件60的基座64的钻孔中。当磁体91松开导向活塞85时，弹簧96对活塞进行平衡，以减缓活塞下落到如图4中实线所示的动力冲程位置。
装有弹簧96的孔97与阀门组件60的机架61中的导向转换管进入端98连通。导向转换管99从导向转换管进入端98延伸至热力发动机缸腔34的端口100(图2)。如图2所示，端口100位于在垂直位置限定热力发动机缸腔34的内缸壁30上，当热力发动机活塞位于虚线位置32’所示的向上的动力冲程的末端时，端口100恰好位于热力发动机活塞32的下方。
在操作中，如图2和图4所示，阀门组件60与热力发动机和压缩机组件25以下述方式操作。在热力发动机部件26的动力冲程正要开始之前，热力发动机活塞32位于热力发动机缸腔34底部的虚线位置32”。阀门组件60位于如图4中实线所示的动力冲程位置，并且活塞32推动阀门元件65向下移动。热力发动机部件具有出口端101，该出口端101优选地位于上端盖28上并与阀门组件60(图1)连接，以移除来自热力发动机活塞32上方的热力发动机缸腔34的压力。
热力发动机和压缩机组件25的压缩机40同时具有带有压缩机高压气检测阀106的压缩机高压气出口端105，该压缩机高压气检测阀106是打开的，并与压缩机高压气管107连接。压缩机高压气出口端105位于压缩机缸腔46的上端，并优选地位于上端盖42中。压缩机低压气进入端110也位于上端盖42上，压缩机低压气进入端110通过压缩机低压气检测阀111进行操作。检测阀111与压缩机低压气管112连接，压缩机低压气管112是从室内蒸发器115(图1)出来的回流管。当动力冲程开始时，压缩机低压气检测阀111处于关闭位置。如图1和图3所示，压缩机低压气管112分出与压缩机低压气供给端117相连接的支路低压气管116，该压缩机低压气供给端117通过设置在压缩机40的下端盖43中与压缩机活塞44的下侧连通。通过循环操作，持续地将低压气体供给低压气供给端117。
如上所述，当预热结束时，通过打开高压气进入管76上的螺旋管120开启动力冲程。当阀门组件60位于动力冲程位置时，向位于热力发动机活塞32下方的热力发动机缸腔34提供高压气，该热力发动机活塞32在动力冲程中受驱动向上运动。随着支路低压气管116在压缩机活塞44下方提供低压气以辅助动力冲程，压缩机活塞44同时地在其动力冲程中移动。在动力冲程过程中，迫使高压气体从压缩机缸腔46通过压缩机高压气检测阀106传送到压缩机高压气管107中。
当热力发动机活塞32到达动力冲程的末端位置32’时，导向转换管99通过端口100连通，使得热力发动机腔34的位于热力发动机活塞32下方的部分能够将高压气体通过导向转换管99传送到阀门组件60中。高压气体进入导向转换管进入端98并作用于导向活塞85。热力发动机缸腔内具有同样的压力并作用于绕轴门68的上表面。由于导向活塞85的表面积比绕轴门68的表面积大的多，所以阀门组件60必然向上移动至前述的排出位置，即如图4所示的阀门元件65的位置65’。如上所述，这时热力发动机缸腔34与热力发动机排出管72连通。
同时，压缩机活塞44在压缩机缸腔46的顶部到达动力冲程的末端。此时，压缩机高压检测阀106关闭，压缩机低压检测阀111打开。由于压缩机低压气进入管112和支路低压气管116的气压相等，所以压缩机活塞44上面和下面的气压相等。但是，由于压缩机活塞44上表面的流体工作面积大于压缩机活塞44下表面的工作面积，借助压缩机活塞杆47，在热力发动机活塞32的回流或排出冲程过程中，压缩机活塞46向下移动驱动发动机活塞32。在排出冲程过程中，借助阀门组件60的弹簧96，磁体91将导向活塞85和阀门元件65保持在排出位置并使位于排出位置。此外，锁定管103(图2和图4)连通热力发动机缸腔34的底部和位于在排出位置85’处的导向活塞85下面的导向活塞腔94。因此，排出的压力施加到导向活塞85的下表面以确保即使在最热的时候冷凝器中聚集的压力也不会使导向活塞85过早地转换离开排出位置。
紧接热力发动机活塞32的排出冲程的末端，活塞32的下表面与阀门元件65的绕轴门68物理接合，并缓慢地将阀门元件65从排出位置推至动力冲程位置。部分地关闭的阀门元件65减缓热力发动机活塞32的下降，而在热力发动机活塞32下面积累压力。热力发动机活塞32的动作将导向活塞85从其与磁体91的接合中移开。此时，当导向活塞85向下移动接合到阀门组件60的机座64上的缓冲块95时，弹簧96延迟导向活塞85的下降，以此完成热力发动机活塞32的排出冲程。随着导向阀85开始向下移动，锁定管103被封闭。导向活塞腔94内的所有过剩气体将通过转换管99排入发动机冷凝器102中。导向活塞腔94的顶部设有连接到发动机冷凝器102的通风管104，即使在最热的时候，通风管104也能够排除导向活塞85上面聚集的压力(图4)。这样，如上所述，阀门组件60位于动力冲程位置，热力发动机和压缩机组件25开始下一次循环。
流入流出压缩机部件40的工作流体(通常为R22)基本上与传统的热泵操作一致，在我先前的第5,129,236号美国专利中描述了其工作原理。如图1所示，从压缩机40中传输到高压气管107的高压制冷剂被导入作为减温器125使用的热力交换器，在热力交换器通过将热量释放给如下所述的动力部件11的管道中的流体，高压制冷剂在一定程度上被降温。高压气制冷剂从减温器125排入到与四通阀127相连的高压降温气管126中。在具有了能够提供实现制冷和制热操作所必须的流动反向功能四通阀127后，压缩机部件12的其余器件可基本实现传统的热泵系统器件和操作。
在空气调节或制冷操作模式下，四通阀127实现高压降温气管126和将气态的制冷剂传送到标准的空气调节冷凝器130中的冷凝器气管128之间的连接。随着制冷剂转换为液态，冷凝器130将气态制冷剂中的热能转移到周围的空气中。液态制冷剂从冷凝器130经冷凝器液体管131(其将冷凝器液体导引通过膨胀检测阀132)排出至蒸发器115，在蒸发器115处，液态制冷剂吸收来自待制冷区域的在蒸发器115内循环的空气中的热量并转化成为气态制冷剂。该制冷剂从蒸发器115通过与四通阀127相连接的蒸发器气管133排出。在制冷模式下，阀127连通蒸发器气管115和压缩机低压气管112连接，制冷剂通过压缩机低压气管112返流回压缩机40。
在制热操作模式下，压缩机40以同样的方式操作。在本实施例中，四通阀127将高压降温气管126和蒸发器气管133连通。蒸发器气管133中的制冷剂气体被传送到蒸发器115中并在蒸发器115中凝结，以将所冷凝的潜热释放到待加热区域的空气中。在蒸发器115中被冷凝成液态的制冷剂通过膨胀检测阀132排出到冷凝器液体管131，冷凝器液体管131将该液态的制冷剂传递到冷凝器130中。通过从冷凝器130中吸收释放热以及从周围空气吸收蒸发所必须的热量，冷凝器130中的液态制冷剂转化为气态。在冷凝器130中形成的气态制冷剂通过与四通阀127连接的冷凝器气管128排放。在制热模式下，四通阀127连通冷凝器气管128和压缩机低压气管112，使气态制冷剂返流回压缩机40。
参考图1和图2，热力发动机排出管72中的温度降低且压力减小的工作流体18被传送到三通阀135，三通阀135通常与热力发动机换热器气体输入管136相连，换热器气体输入管136将流体传送到作为热交换器使用的热力发动机换热器137。如下文所述，随着其它流经热力发动机换热器137的流体在一定程度上被加热，气体的温度有所降低。发动机冷凝器气体入口管138将温度降低了的气体传送到发动机冷凝器102中。发动机冷凝器102可以是普通的空气调节冷凝器，其中，通过风扇139，周围的空气经过容纳了气体的螺旋管表面，以降到足够低到能使气体转换成液体的温度。
在制热模式下，三通阀135可以将热力发动机排出管72内的气体通过换热器支路管139直接传送到发动机冷凝器气体入口管138并传送到发动机冷凝器102中。这样就使得热力发动机换热器137内的其它流体不会增加热量。
发动机冷凝器102中的冷凝液通过与冷凝泵141相连的冷凝液体出口管140排出。尽管冷凝泵141可以采用各种泵，但一个实施例是采用在我先前的第5,129,236号美国专利中描述的隔膜泵。采用这种隔膜泵设计的冷凝泵141直接连接动力部件11，并与热力发动机缸腔34连通以获得动力。
可选择地，冷凝泵141也能够是活塞驱动冷凝泵，其在图6和图7中用附图标记141’一般性地表示。活塞驱动冷凝泵141’包括带有圆筒形空腔241的机架240。圆筒形空腔241内容纳具有内表面243的陶瓷管套242。具有顶部表面252和底部表面253的泵活塞250位于陶瓷管套242的内部。优选地，泵活塞250具有径向的外面层251，外面层251可以由内表面243所采用的陶瓷制成，从而封住流体并与管套242的内表面243之间的接合具有低的滑动摩擦。如下文所述，泵活塞250在陶瓷管套242的内部往复运动，从而实现冷凝泵141’的泵作用。
泵活塞250的顶部表面252与驱动杆254的一端相连。驱动杆254的另一端与热力发动机活塞32相连。热力发动机活塞32在缸腔34内的往复运动相应地使得泵活塞250在陶瓷管套242内往复运动。泵活塞250的往复运动通过增加或减少泵腔255的大小，从而实现冷凝泵141’的泵作用。
泵活塞250的底部表面253、陶瓷管套242的内表面243和圆筒形空腔241的低部形成泵腔255。在热力发动机活塞32的动力冲程过程中，泵活塞250将向上移动，从而将冷凝液通过冷凝液出口管140和入口260从冷凝器102抽入到泵腔255(图7)中。此外，在热力发动机活塞32的排出冲程中，泵活塞150将向下移动，从而将冷凝液从处于压力下的泵腔255通过出口261排出到冷凝泵出口管142中。检测阀266和267分别设置在入口260和出口261中，用以通过阻止冷凝液通过入口260和出口261倒流，从而便利冷凝液以适当的方向流动。如图6所示，由于泵活塞250位于其行程的底部，所以所有的冷凝液都被排出，泵腔255的具有最小的排量(displacement)。
活塞驱动冷凝泵141’利用了动力和热力发动机活塞32的排出冲程所提供的能量。然而，由于热力发动机活塞32必须在高温下工作，所以热量通过驱动杆254转移到泵活塞250上。转移到泵活塞250上的热量可以使抽入到冷凝泵141’中的冷凝液蒸发。这种蒸发作用所形成的蒸汽可能会导致汽封，从而阻碍活塞驱动冷凝泵141’将冷凝液吸入到泵腔255中。
为了消除这种潜在的问题，泵活塞250和泵腔255必须和冷凝器102的出口一样冷或者比其更冷以防止冷凝液蒸发。为了帮助防止这种蒸发，在冷却腔270中抽入和排出单独的冷冻液。冷却腔270部分地由设置在圆筒形空腔241上部的圆筒形陶瓷封条262形成。圆筒形陶瓷封条262的内表面263的大小正好和驱动杆254密封地接合。如图6和图7所示，驱动杆254结合圆筒形陶瓷封条262、陶瓷管套242的内表面243以及泵活塞250的顶表面252一起形成了冷却腔270。
和泵腔255一样，冷却腔270的大小取决于泵活塞250的位置，并且泵活塞250的往复运动实现了泵作用。此外，冷却腔270通过转换管271与冷凝器102的最冷部分连通。因此，随着活塞的往复，冷冻液从冷凝器102通过转换管271抽取并被抽入到冷却腔270中，或者冷冻液从冷却腔270排回到冷凝器102中。因此，冷冻液能够移除来自冷凝泵141’中的多余热量，并通过阻止冷凝液的蒸发防止汽封。
另外，为了帮助阻止上述的蒸发，活塞驱动冷凝泵141’的机架240还能够设置多个散热片272。提供风扇273将空气吹向冷凝泵141’，优选地，散热片272将进一步移除多余的热量。
冷凝泵141和141’的任一实施方式的操作都是将受压的冷凝液通过冷凝泵出口管142排放经过热力发生器15的通风换热器145。经过通风换热器145的液体从排出的蒸汽中吸收热量，并传递到穿过电磁阀147的通风换热器出口管146，电磁阀147通常将通风换热器出口管146连接到发动机换热器137，如上所述，发动机换热器137处的热量来自热力发动机排出管72。此后，发动机换热器液体出口管140将冷凝液导经减温器125，减温器125处的热量来自压缩机部件12的压缩机高压气管107。加热后的冷凝液通过与热力发生器15相连的减温器液体出口管150流出减温器125，并且在流经热力发生器15的旋管19后冷凝液回到起始的压力和温度。
可选地，在流入发生器15之前，减温器液体出口管150中的回流液态冷凝物可以被进一步加热。例如，可选择的能量补充可以是太阳能、生物气(biogas)或其它能够产生热量的可用燃料。包含一个或多个太阳电池板的太阳能收集器151尤其适合为热泵系统10提供操作所需的全部或部分热量。当来自太阳能收集器151的热量可用时，太阳电池板可以通过减温器液体出口管150中的温控螺线管152相互连接。
当室外空气的温度低于使发动机冷凝器102中的蒸汽凝结所需温度时，在热泵系统10的制热模式使用中，可以驱动恒温(themostatically)控制螺线阀147。当螺线阀147在这种温度条件下被驱动时，从通风换热器145排出的液态冷凝物被导入与减温器液体出口管150相连的冷凝物回流管153，以在热力发动机15和/或太阳能收集器151处被再加热。
结合图2描述了采用通风换热器145的另一方式。在本实施例中，从室内蒸发器115回流入压缩机低压气管112中的液体在被导入压缩机40之前先被导入通过通风换热器145。这样，就将通风温度降低到普通空调炉的温度，同时压缩机低压气管112和116获得一定的热量，从而在压缩机活塞44的动力冲程过程中，通过支路低压气供给端117向压缩机活塞44提供大量的辅助热能。如果对该流程进行改进，则从冷凝泵141流出通过冷凝泵出口管142的冷凝液无需经过通风换热器145，即直接流入发动机换热器137和减温器125中。
图5显示了涡轮助动器的可选改进结构(一般性地用附图标记155表示)用于提高图1中所示热泵系统10的效率。涡轮助动器具有设置在热力发动机排出管72内的涡轮组件(用附图标记156一般性地表示)。涡轮组件156具有涡轮机叶轮157，该涡轮机叶轮157由热力发动机排出管72中的蒸汽驱动以进行高速转动。涡轮机叶轮157紧固在涡轮轴158上，涡轮轴158上非转动式地承载涡轮叶轮泵159，优选地，涡轮叶轮泵159的直径比涡轮机叶轮157足够小，以使涡轮机叶轮157能够很容易地驱动叶轮泵159。真空罐160与涡轮组件156相连，真空罐160与涡轮组件输入管161相连，涡轮组件输入管161与叶轮泵159连通。涡轮组件输出管162连接到叶轮泵的出口端，并从其延伸至发动机冷凝器102，发动机冷凝器102保持在充分地高于真空罐160现有的降低真空压的人工气压下。
发动机冷凝器102和真空罐160可通过热力发动机部件26的上端盖28中的出口端101有选择地与热力发动机活塞32上方的热力发动机缸腔34相连接。为此，真空管163从出口端101延伸至用附图标记165一般性地表示的流动选择阀。流动选择阀165可以有益地设置在阀门组件60的下部，阀门组件60的操作方式如前所述。流动选择阀165具有孔阀(ported valve)166，孔阀166可以将真空管163与冷凝器连接管167或者与真空罐连接管168连接。孔阀166可以很方便地连接到阀门组件60的伸长机架170中的导向活塞85，并随导向活塞85移动。在热力发动机活塞32的整个排出冲程过程中(到达并包括图5所示的位置)，流动选择阀165将冷凝器连接管167和真空管163连通，使得热力发动机缸腔34具有冷凝器的压力，因此在排出冲程中热力发动机活塞32两端的压力均衡。在排出冲程中，通过流动选择阀165真空罐连接管168和真空管163之间不连通。
当阀门组件60从排出冲程位置移动到动力冲程位置时，冷凝器连接管167与真空管163断开连通，而真空罐连接管168和真空管163之间通过流动选择阀165连通。因此，在动力冲程过程中，热力发动机缸腔34和真空罐160连接。这在动力冲程过程中极大地减少了作用于热力发动机活塞32上的反向压力，从而充分地提高了热力发动机部件26的操作效率。根据动力冲程的设定以及流动选择阀165相应的驱动，真空罐160能够立即快速抽空发动机缸腔34。可以理解，涡轮助动器155能够进一步优化热泵系统10中的能量利用，从而使其效率最大化。
在本发明的另一个实施方式中，热泵系统10能够用于加热贮液器，例如储存于一个或多个蓄水池P、热水加热器等中的水。如图8所示，用附图标记为180一般性地表示的热交换器用于加热蓄水池P，并同时作为冷凝器用以冷却来自高压排出管107的高压制冷剂，及来自热力发动机排出管72的工作流体18。优选地，热交换机180采用带有三个同心管的三管式结构。例如，第一管181放置在第二管182内，第二管182放置在第三管183内。不过，为了更好地进行说明，在图8中热交换器180采用并排放置的三管式结构。第一管181与高压气管107连接，并使高压制冷剂流经热交换器180。第二管或中间管182通过水池出口管184和水池入口管185与蓄水池P连接，并使水从蓄水池P流经热交换器180。第三管183与热力发动机排出管72相连，并使气态的工作流体18流经热交换机180。
当第一管181中的高压制冷剂流经热交换器180时，高压制冷剂从气态凝结为液态，从而将冷凝潜热释放给热交换机180。因此，来自高压制冷剂的冷凝潜热被传递到第二管182中的蓄水中。此外，工作流体18还将其冷凝潜热传递到第二管182中的蓄水中。例如，气态的工作流体18通过热力发动机排出管72流入第三管183中。如图8所示，当涡轮助动器155被可选地使用时，工作流体18从热力发动机部件26流出，并被导入涡轮组件156。如上所述，工作流体18作用于涡轮机叶轮157上使其高速转动，从而驱动叶轮泵159。工作流体18从涡轮组件156中流出后，被导入热交换器180中(在热交换器180中，工作流体18流经第三管183)，并将工作流体18的冷凝潜热传递给第二管182中的蓄水。随着冷凝潜热被传递到第二管182中的池水，第三管183内的工作流体18从气体转化为液体。
正如图5所示的结构，当使用涡轮助动器155时，流动选择阀165相应于热泵系统10的排出冲程和动力冲程控制工作流体18流入和流出热力发动机缸腔34。在动力冲程过程中，来自热力发动机缸腔34的工作流体18通过流动选择阀165被导入回流管193和第三管183中。此外，在动力冲程过程中，来自回流管193的工作流体通过流动选择阀165被导入热力发动机缸腔34中。如上所述，工作流体18流入和流出热力发动机缸腔的运动能够提高热泵系统10的效率。
为便于讨论，在动力冲程过程中工作流体18开始流动。例如，流动选择阀165连通真空管163和真空罐控制管162，从而将工作流体18从热力发动机缸腔34中移出。随者工作流体流经流动选择阀165，工作流体18被导经真空罐控制管162、真空罐160以及涡轮组件输入管161。随后，叶轮泵159通过涡轮组件输入管162将工作流体18抽入到回流管193。在排出冲程过程中，回流管193内充满了工作流体18使得回流管193和流动选择阀165之间的流体连接。
当注入回流管193后，所有多余的工作流体18被导入第三管183。除了使工作流体18流经热交换器180外，第三管183也用于储存工作流体18。例如，如下所述，涡轮组件输出管162连接在第三管183上位于工作流体18在热力发动机排出管72和液体出口管192之间进行循环的上游位置。这样，当回流管193被注满后，第三管183具有空间以储存工作流体18。
在动力冲程过程中，工作流体18停止流动。例如，流动选择阀165连通真空管和回流管193，以对热力发动机缸腔34注入工作流体18。当工作流体18流经流动选择阀165时，工作流体从第三管183中吸出，直到注满热力发动机缸腔34，并且这个过程再次开始。
如上所述，热交换器180可以作为冷凝器，同时加热池水，并冷却第一管181中的高压制冷剂和第三管中的气态工作流体18。因此，不需要使用常规的冷凝器。但是，必须使用蒸发器190和热发生器15分别实现蒸汽压缩循环和朗肯循环。例如，在制冷剂成为气态后通过低压气管191返回压缩机40之前，处于液态的高压制冷剂从热交换器180排出，并被导入蒸发器190。此外，蒸发器190利用风扇194吹动加热后的空气而进行局部加热，该空气是通吸收过来自三管式热交换器180的多余热量而被加热的。另外，工作流体18处于液态从热交换器180中流出，并通过液体出口管192被导入冷凝泵141中。最后，冷凝泵141将工作流体18泵取到热力发动机15中，使得工作流体18变成气态返回热力发动机部件26中。
因此显而易见，本文所公开的热泵系统实现了本发明的一个或多个上述目的，并且相对现有技术实现了其有益效果。本领域技术人员应当认识到对优选实施方式的各种改变可以在不背离本发明的精神和范围下做出，本发明的保护范围仅由所附的权利要求的范围限定。
权利要求
1.一种热泵系统，包括热发生器；热力发动机，由所述热发生器为其提供热力发动机工作流体，并具有热力发动机缸腔、热力发动机活塞和热力发动机活塞杆；预热腔，使用所述热力发动机工作流加热所述热力发动机缸腔；冷凝泵，向所述热力发动机提供所述热力发动机工作流体；压缩机，由所述热力发动机使用压缩机工作流体驱动，并具有压缩机缸腔、压缩机活塞和压缩机活塞杆；分隔器，将所述热力发动机活塞杆和所述压缩机活塞杆隔离和接合；密封组件，联合所述分隔器将所述热力发动机工作流体和所述压缩机工作流体隔离；阀门组件，与所述热力发动机缸腔相连通，并用于控制所述热力发动机工作流体进、出所述热力发动机。
2.如权利要求1所述的热泵系统，进一步包括涡轮助动器，用以提高所述热力发动机的效率。
3.如权利要求2所述的热泵系统，其中，所述涡轮助动器通过热力发动机的排出提供动力，并操作以减少所述热力发动机活塞上的反向压力。
4.如权利要求1所述的热泵系统，其中，所述预热腔是包围所述热力发动机缸腔的环形腔。
5.如权利要求1所述的热泵系统，其中，所述密封组件包括一对在其间设有加压液体的滚动隔膜。
6.如权利要求5所述的热泵系统，其中，所述加压液体是水。
7.如权利要求1所述的热泵系统，其中，所述热力发动机缸腔和所述压缩机缸腔由陶瓷材料构造。
8.如权利要求1所述的热泵系统，其中，所述冷凝泵将所述热力发动机工作流体从冷凝器传输到所述热力发动机。
9.如权利要求8所述的热泵系统，其中，所述冷凝泵具有机架，所述机架具有用于容纳泵活塞的圆筒形腔，所述泵活塞通过驱动轴与所述热力发动机活塞相连接，所述冷凝泵还具有与形成于所述圆筒形腔的下部的泵腔相连通的输入和输出管。
10.如权利要求9所述的热泵系统，其中，所述冷凝泵由所述热力发动机驱动，以使所述泵活塞在所述圆桶形腔内往复运动，并使所述热力发动机工作流体经过所述泵腔在所述冷凝器和所述热发生器之间传递。
11.如权利要求8所述的热泵系统，其中，所述冷凝泵具有冷却腔，并且随着所述泵活塞在所述圆筒形腔内往复运动，从所述冷却腔吸入和吸出冷却液。
12.如权利要求11所述的热泵系统，其中，所述冷却腔由所述圆筒形腔的上部、所述驱动轴、所述泵活塞的上表面和陶瓷封条形成，所述陶瓷封条设置在所述圆筒形腔的所述上部，其大小能够与所述驱动杆密封地接合。
13.如权利要求1所述的热泵系统，进一步包括用于接收来自所述热泵系统的热量的热交换器。
14.如权利要求13所述的热泵系统，其中，所述热交换器容纳所述压缩机工作流体。
15.如权利要求13所述的热泵系统，其中，所述热交换器是容纳所述压缩机工作流体、所述热力发动机工作流体以及待加热流体的三管式热交换器。
16.如权利要求15所述的热泵系统，其中，所述待加热流体是来自热水器和贮水池中的至少一个的可选择的水。
17.一种热泵系统，包括用于加热工作流体的热发生器、具有机架的热力发动机、位于所述机架内的缸壁、位于所述机架和所述缸壁之间的预热腔、以及连接所述热力发动机和所述预热腔的管，从而使得在所述热力发动机开始工作前，由所述热发生器供给到所述预热腔的工作流体对所述缸壁进行加热。
18.如权利要求17所述的热泵系统，其中，所述预热腔是所述机架和所述缸壁之间的环形空间。
19.如权利要求17所述的热泵系统，其中，所述缸壁容有活塞并由导热陶瓷材料构成，从而使所述缸壁中的热量传输到所述活塞。
20.如权利要求17所述的热泵系统，其中，所述机架高于所述热发生器，从而使所述工作流体在所述预热腔中形成的任何冷凝物都能够通过所述管回流到所述加热腔。
21.一种热泵系统，包括热力发动机，对热力发动机工作流体进行操作，并具有热力发动机缸腔、热力发动机活塞和热力发动机活塞杆；压缩机，对压缩机工作流体进行操作，并具有压缩机缸腔、压缩机活塞和压缩机活塞杆；分隔器，对所述热力发动机活塞杆和所述压缩机活塞杆进行隔离和接合；密封组件，使所述热力发动机工作流体和所述压缩机工作流体保持隔离。
22.如权利要求21所述的热泵系统，其中，所述密封组件包括一对在其间设有加压液体的滚动隔膜。
23.如权利要求22所述的热泵系统，其中，所述加压液体被选择成能阻止所述工作流体的成分在它们之间进行迁移。
24.如权利要求22所述的热泵系统，其中，所述加压液体是水。
25.如权利要求22所述的热泵系统，其中，所述滚动隔膜具有通过环形插入件隔离的凸缘折边，所述环形插入件具有用于控制所述加压液体的出现和压力的填充管。
26.一种热泵系统，包括热力发动机，具有热力发动机缸腔，和能够在所述热力发动机缸腔内移动的热力发动机活塞；阀门组件，具有阀杆和位于所述阀杆上的进口控制活塞，所述进口控制活塞可移动，以将所述热力发动机缸腔选择性地连接到所述热力发动机活塞的带有高温加压工作流体源的一侧，用于所述热力发动机活塞的动力冲程，或在所述热力发动机活塞的排出冲程过程中连接到所述热力发动机活塞的带有热力发动机排出管的一侧，所述阀门组件还具有位于所述阀杆上的导向活塞，用以移动所述进口控制活塞从而开始所述热力发动机活塞的排出冲程。
27.如权利要求26所述的热泵系统，其中，所述阀门组件具有与所述阀杆相接合的流控制门，所述流控制门在所述热力发动机活塞的排出冲程过程中延伸至热力发动机缸腔内，并在所述热力发动机活塞的动力冲程过程中从热力发动机缸腔内收回。
28.如权利要求27所述的热泵系统，其中，所述流动控制门与所述热力发动机活塞接合，并在排出冲程的末端收回，以将进口控制活塞设置到动力冲程位置。
29.如权利要求28所述的热泵系统，其中，当所述进口控制活塞位于排出冲程位置时，所述导向活塞磁性地被保持，直到所述热力发动机活塞与所述流控制门接合，并移动所述阀杆。
30.如权利要求29所述的热泵系统，其中，当所述热力发动机活塞克服了所述磁性保持力时，作用于所述导向活塞的弹簧减缓其移动。
31.如权利要求30所述的热泵系统，其中，所述导向活塞承载的缓冲块对处于动力冲程位置的所述导向活塞的到达进行缓冲。
32.如权利要求26所述的热泵系统，其中，缓冲器缓冲处于排出冲程位置的所述导向阀的到达。
33.如权利要求26所述的热泵系统，其中，在动力冲程结束时所述热力发动机缸腔的端口与所述导向活塞相连通，并且所述导向活塞的表面积比所述流控制门的表面积大，从而使所述热力发动机缸腔内的排出压力将所述流控制门和所述进口控制活塞移动到排出冲程位置。
34.如权利要求26所述的热泵系统，进一步包括压缩机，所述压缩机具有与所述热力发动机活塞相连接的压缩机活塞，在所述热力发动机活塞的排出冲程过程中所述压缩机活塞驱动所述热力发动机活基。
35.如权利要求26所述的热泵系统，其中，锁定管将所述热力发动机缸腔和所述导向活塞连接，以在排出冲程过程中使所述导向活塞保持在排出冲程位置。
36.一种热泵系统，包括，热力发动机，具有热力发动机缸腔，和能够在所述热力发动机缸腔中移动的热力发动机活塞；涡轮助动器，由来自所述热力发动机活塞的高压侧的排出驱动；真空罐，被所述涡轮助动器抽空；发动机冷凝器；以及流控制阀，在所述热力发动机活塞的动力冲程过程中，所述流控制阀使所述热力发动机活塞的低压侧与所述真空罐连通，并在所述热力发动机活塞的排出冲程过程中，所述流控制阀使所述热力发动机的低压侧与所述冷凝器连通，从而在所述热力发动机活塞的动力冲程过程中降低所述热力发动机活塞的反向压力，并在所述热力发动机活塞的排出冲程过程中均衡所述热力发动机活塞的反向压力。
37.如权利要求36所述的热泵系统，其中，所述涡轮助动器包括涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮由来自所述热力发动机活塞的高压侧的排出进行驱动。
38.如权利要求37所述的热泵系统，其中，所述涡轮助动器包括由所述涡轮机叶轮驱动的泵，所述泵具有与所述真空罐相连的输入管，和与所述发动机冷凝器相连的输出管，从而在所述真空罐内保持降低的压力。
39.如权利要求36所述的热泵系统，其中，所述流控制阀由阀门组件驱动控制工作流体进、出所述热力发动机缸腔。
40.一种冷凝泵，包括机架，具有圆筒形空腔；泵活塞，设置在所述圆筒形空腔内；驱动杆，与所述泵活塞接合；输入管和输出管，与形成于所述圆筒形空腔下部的泵腔相连通；以及冷却腔，由所述圆筒形空腔的上部、所述驱动杆、所述泵活塞的上表面、和所述圆筒形空腔的所述上部中的陶瓷封条形成，其大小设置成与所述驱动杆紧密结合。
41.如权利要求40所述的冷凝泵，其中，所述泵活塞在所述圆筒形空腔内往复运动，从而将工作流体从冷凝器通过所述泵腔传输到热发生器中。
42.如权利要求40所述的冷凝泵，其中，随着所述泵活塞在所述圆筒形空腔内进行往复运动，冷却液被吸入和抽出所述冷却腔。
43.一种热泵系统，包括热发生器；热力发动机，具有热力发动机活塞杆，并由所述热发生器供应热力发动机工作流体；压缩机，具有压缩机活塞杆，所述压缩机活塞杆由所述热力发动机使用压缩机工作流体驱动；分隔器，隔离和接合所述热力发动机活塞杆和所述压缩机活塞杆；密封组件，联合所述分隔器将所述热力发动机工作流体和所述压缩机工作流体隔离；热交换器，与贮液器相连，从而将所述热力发动机工作流体和所述压缩机工作流体导入所述热交换器中。
44.如权利要求43所述的热泵系统，其中，所述贮液器是从热水器和蓄水池中选择出的至少一个，并且所述热交换器是接收所述热力发动机工作流体、所述压缩机工作流体和来自所述贮液器中的流体的三管式热交换器。
全文摘要
一种热泵系统(10)，包括热发生器(15)；热力发动机(26)，由所述热发生器(15)对其提供热力发动机工作流体(18)，并具有热力发动机缸腔(34)、热力发动机活塞(32)、和热力发动机活塞杆(35)；预热腔(31)，使用所述热力发动机工作流(18)加热所述热力发动机缸腔(34)；压缩机(40)，由所述热力发动机(26)使用压缩机工作流体驱动，并具有压缩机缸腔(46)、压缩机活塞(44)、和压缩机活塞杆(47)；分隔器(50)，隔离和接合所述热力发动机活塞杆(35)和所述压缩机活塞杆(47)；密封组件(38)，联合所述分隔器(50)对所述热力发动机工作流体(18)和所述压缩机工作流体进行隔离；阀门组件(60)，与所述热力发动机缸腔(34)相连通，并用于控制所述热力发动机工作流体(18)进出所述热力发动机(26)。
文档编号F25B27/00GK1798945SQ200480014934
公开日2006年7月5日 申请日期2004年5月25日 优先权日2003年5月29日
发明者佛瑞德·D·所罗门 申请人:佛瑞德·D·所罗门