用于压缩气态流体的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于压缩气态流体的装置，具体而言，涉及热驱动型蓄热式压缩机。
【背景技术】
[0002]已经存在多种利用热源压缩气体的技术方案。
[0003]在那些如专利US2，157，229以及US3，413，815描述的热驱动蓄热式压缩机中，接收的热量被直接传输给待压缩的流体，消除了对用于压缩和排放步骤的任何机械元件的需要。
[0004]在专利US2，157, 229以及US3，413，815中，配气活塞可移动地安装在外壳中并且交替地朝向加热工具或朝冷却工具替换液体。该配气活塞附在连接到控制机构的控制杆上。
[0005]这些装置被设计成单级系统，将压缩率限制到低或中等值。对于一些需要显著压缩率的压缩应用来说，必须增加单级压缩机的数量(通过串联放置两个，三个或四个)，以及在不同级的控制机制之间建立起机械同步。由于机械元件数量的增加，这增加了实际运行的成本和复杂度，同时增加了机械损耗。此外，由于同步机制的出现，每个阶段在密封性上都有失败的风险。
[0006]需要对这种多级热驱动压缩机，特别是它们的结构进行优化。具体而言，提供基于带有通用组件的模块结构的具有单级，二级或四级的压缩机是有利的。
[0007]也需要增加工作寿命和/或减少检修需要，特别是驱动机构的检修。
【发明内容】
[0008]为此，提出了一种用于压缩气态流体的装置，包括:
[0009]-待压缩气态流体的入口和已压缩气态流体的出口，
[0010]-含有气态流体的圆柱形主外壳，
[0011]-至少一个第一室，热耦合到适于向气态流体加热的热源上，
[0012]-至少一个第二室，热耦合到冷源上，以便将热量从气态流体传送给冷源，
[0013]-至少一个安装在圆柱形套筒上的活塞组件(pistonassembly)，以便在轴向上移动并且将所述主外壳内的第一室和第二室隔开，
[0014]-至少一个蓄热式换热器，围绕套筒呈圆周式设置并且通过至少一条第一连通线路在第一和第二室之间建立流体连通，第一室包括至少一个第一连通通道，该第一连通通道设置在外壳的第一端并且与第一连通线路连接，第二室包括至少一个第二连通通道，该第二连通通道设置在外壳的第二端并且与第一连通线路连接，第一室，第二室，与第一连通线路构成第一压缩级；
[0015]其中，该装置包括多个以端口的形式设置在外壳的第一和第二端之间的中段内的第三和第四通道，多个第三和第四通道的预先设置是为了可能设置在主外壳内第一和第二室之间的第三和第四室的流体连通。
[0016]通过这些方案，从这种单级压缩机中可以很容易获得一种带有两级压缩的压缩机。
[0017]在本发明的一个方面，该装置可以在相同主外壳内额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，活塞组件包括通过杆彼此连接并且设置在固定分隔器的各边上的第一和第二活塞，至少一条第二连通线路，其在第三和第四室之间通过蓄热器建立连通，第三室，第四室以及第二连通线路构成第二压缩级，功能性地连续地放置在第一级后；以便获得二级压缩机，特别适用于提高产热量以及优化两级之间的同步。
[0018]在本发明的不同实施例中，可能使用如下一种或多种方案。
[0019]在本发明的一个方面，蓄热器能够包括至少两个蓄热器环形部件，彼此独立，该组环形部件构成环，其设置在第一固定分隔器附近的套筒周围；这是为了组织蓄热功能而特别优化的配置。
[0020]在本发明的另一个方面，装置可以包括N级，N从一组包括2，3，4，6，8的值中选择，其中蓄热器被分成N个环形部件，每个都有360° /N的弧度，彼此独立，这样从基本的单级压缩机中确保了模块化。
[0021]在本发明的一个方面，该装置可以额外包括第三级和第四级(N = 4)，第三级由热室、冷室和第三连通线路构成，第四阶段由热室、冷室和第四连通线路构成；从而四级压缩机可以在模块化基础上获得，其体系结构与二级压缩机相似。
[0022]在本发明的另一个方面，第四级的室可以插入在第三级的室之间，第三级的室插入在第二级的室之间，而第二级的室被插在第一级的室之间；借助这种方法，得到一种特别合适的设置，用于将四级安装在单缸内并且特别适于最优化隔热。
[0023]在本发明的另一个方面，该装置可以额外包括用于驱动包括辅助室的活塞组件的系统，固定在活塞组件上并且被轴向导向的杆，与杆连接的连杆，以及连接到连杆上的飞轮，通过这种方式活塞组件可以通过所述驱动系统自我维持来回移动。
[0024]在本发明的另一个方面，第一连通线路和/或第二连通线路和/或第三或第四连通线路可以包括至少一个外部部分，其设置在蓄热器和外壳的至少一端之间的与热源和/或冷源分别紧邻的位置；这样对于各条连通线路热交换都被最大化。
[0025]在本发明的另一个方面，第二连通线路和/或第三或第四连通线路包括钻孔，非对称芯子插入该钻孔，借此，具有最大化热耦合的外部部分很容易工业化生产。
[0026]最后，本发明也涉及一种热力系统，包括热传输电路和上述压缩装置。所讨论的热力系统适用于将热能从封闭位置移除，并且在这种情况下是冷却或制冷系统，但是所讨论的热力系统也可仅适于向封闭位置增加热能，并且在这种情况下是供热系统，例如住宅供热或工业供热。
【附图说明】
[0027]通过阅读本发明的下述作为非限定示例的实施例的描述将更容易理解本发明的其它特点、方面和优势。通过附图也会更容易理解本发明，其中:
[0028]-图1是本发明具有两级压缩的气态流体压缩装置的轴向截面示意图，
[0029]-图2是图1所示装置的横向截面示意图，
[0030]-图3a和3b是本发明具有四级压缩的气态流体压缩装置的轴向截面示意图，
[0031]-图4是图3所示装置的横向截面示意图，
[0032]-图5是本发明具有单级压缩的气态流体压缩装置的轴向截面示意图，
[0033]-图6是图5所示装置的横向截面示意图，
[0034]-图7是四级装置运行时的热动力循环图，
[0035]-图8是自承驱动装置的循环图，
[0036]-图9示出可放置具有单级，二级或四级压缩的压缩装置的压缩缸，
[0037]-图10示出自承驱动装置，
[0038]-图11示出了图3所示装置的变体，以及
[0039]-图12，12A，12B，12C示出了各实施例中的连通线路的具体视图。
【具体实施方式】
[0040]在各种附图中，相同的附图标记号用于表示相同或相似元件。
[0041]图1显示了用于压缩气态流体的装置1，适于通过入口或通风口 81使气态流体(也称为“工作流体”)在压强Pi下进入，从出口 82在压强P2下提供被压缩流体。
[0042]在图1所示的示例中，压缩装置包括两个压缩级，但是在本发明中，可以很容易获得带有相同体系结构的单级或四级装置，将如下所示。
[0043]装置最好沿轴Z垂直设置，并且具有具有轴Z外形呈圆柱形的主外壳2。在所示示例中，装置包括设置在上部区域的热部16以及设置在下部区域的冷部15。热部热耦合到热源6上，最好邻近设置在主外壳的热部16的周围，以便为装置的热部提供热量。
[0044]同样地，冷部被热耦合在冷源5上，以便将热量从装置的冷部移除。冷源可以是，例如，邻近设置在主外壳2的冷部15周围或者以任何能够建立良好热耦合的其它方式。
[0045]至少一个位于主外壳2内的活塞组件7，安装在套筒50(或“缸”)内，以便在轴向Z上移动。套筒50是具有轴Z的圆柱形并且其直径小于主外壳2的直径。
[0046]在图1的二级示例中，活塞组件7包括第一活塞71和第二活塞72，通过杆8彼此连接。在两个活塞71，72之间设置固定分隔器61，位于外壳2上端2b和外壳2下端2a间的中间高度处。固定分隔器61在热部16和冷部15之间进行隔热。环18围绕着杆而提供密封和导向功能。杆8通过驱动装置被来回交替驱动，该驱动装置未在图l，3a，3b中显示，然而其中一个可能的实施例将在下文中描述。
[0047]对于冷部15，在第一活塞71与外壳2