气态流体的热压缩装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]目前已有多个技术解决方案通过热源实现对气体的压缩。
[0003]在例如文献US2157 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。
[0004]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。
[0005]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】
[0006]鉴于以上原因，首先，提出一种气态流体压缩装置，其包括:
[0007]-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，
[0008]-储存气态流体的工作壳体，
[0009]-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，
[0010]-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，
[0011]-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，
[0012]-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，
[0013]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，
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]除了导向装置和杆密封性之外，此装置的另一方面在于，通过限制热腔室和冷腔室之间的直接热传导交换，从而提高了装置性能。
[0026]事实上，可以提出一种气态流体压缩装置，其包括:
[0027]-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，
[0028]-储存气态流体的工作壳体，该壳体基本围绕着轴线，并通过两个组装在一起的第一壳体和第二壳体来划定其界限。
[0029]工作壳体包括:
[0030]-第一腔室，其热耦合至热源，该热源适于向所述气态流体提供热量，
[0031 ]-第二腔室，其热耦合至冷源，以便将气态流体的热量传送至该冷源，
[0032]-安装在圆柱形外壳中的可移动活塞，此活塞沿着轴的方向布置，并将第一腔室
[0033]与第二腔室隔开，通过一个与活塞连接的杆可以控制此活塞进行轴向往复运动，
[0034]-安装在活塞周围蓄热式热交换器，它将第一腔室和第二腔室联通，
[0035]-热连通通道，它将第一腔室的至少一个开口与蓄热式热交换器连接起来，此热连通通道大体上围绕着轴线，且
[0036]其中，由隔热环形圆柱体形成的第一绝热屏被安插在活塞与热连通通道之间，而第一绝热屏和第一壳体之间的径向间隙，形成了热连通通道。
[0037]从而限制了热传导的效应，特别是中间轴向部分的热传导，并且冷热部位之间的绝大多数热交换效应由工作流体的物理对流来实现。
[0038]根据一个补充方面，第一壳体为金属制品，呈隔热环形区域，其具有轴向环形且其热传导率更低;这项设计进一步限制了沿轴向方向的热传导效应。
[0039]根据一个补充方面，热传导系数低的环形部分被封闭在套箍中；从而保证了稳定的机械强度。
[0040]根据一个补充方面，热传导系数低的环形部分(形成隔热环形区域)，可整体地在第一壳体内实现，通过在绝热屏周围分布多个挖空部分(凹槽)；该内部几何形状易于掌握，是较为简单的解决方案。
[0041]根据一个补充方面，形成热连通通道的间隙宽度可以小于4毫米，甚至可以小于2毫米;这样可以限制热连通通道的容量，并因此当活塞处于最高点时，包括从第一腔室和工作流体热通道到换热器的热气体容量，小于15%的活塞最低点和最高点之间排出的容量。
[0042]根据一个补充方面，第一壳体以及绝热屏的上半部和活塞的上半部有一个半球形穹顶样式的端部，这种形状是抵抗压力的最佳形状。
[0043]根据一个补充方面，活塞的上半部的导热率较低;这有助于限制热流从较热部位流向较冷部位。
[0044]根据一个补充方面，第一壳体和第二壳体直接组装中间没有零件;这种设计既简单又坚固；
[0045]根据一个补充方面，第一壳体包括布置在圆顶形的上部和隔热套筒区域的第一加强凸缘，以及第二加强凸缘，其作为固定于第二壳体的凸缘;这样有助于增加第一外壳的机械强度。
[0046]根据所公开装置的另一方面，该装置与上文提及的导向装置、可动杆的密封性以及轴向热传导的限制作用无关，第二腔室和工作流体的冷通道形成为一个零件(在此称其为第二壳体，或“冷结构零件”或“冷却器”)，这些通道通过机械穿孔加工而形成。
[0047]事实上，提出一种气态流体压缩装置，其包括:
[0048]-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，
[0049]-储存气态流体的工作壳体，并通过两个组装在一起的第一壳体和第二壳体来划定其界限。
[0050]工作壳体包括:
[0051]-第一腔室，其热耦合至热源，该热源适于向所述气态流体提供热量，
[0052]-第二腔室，其热耦合至冷源，以便将气态流体的热量传送至该冷源，
[0053]-安装在圆柱形外壳上