专利名称：带风箱压缩器的空气处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及带风箱(或膜盒)压缩器的空气处理装置，风箱压缩器由设在风箱中的两相隔的膜片构成，该两膜片由分别以预定速度加热的记忆的成形合金元件引起膨胀以收缩。
本发明的空气处理装置由记忆成形合金元件致动。这些记忆成形合金元件使膜片运动而使空气运动。使用由记忆成形合金元件致动的膜片的流体泵是已知的，如US3606592所公开的。该专利公开了一种安装在外壳内的单膜片，由于膜片的记忆成形合金的加热冷却而使膜片运动时使流体位移通过外壳两侧的出入口。也已知使用电致动收缩元件用作生化系统的置换装置的泵，如US3827406中公开的。本发明使用这类概念使一对相隔的膜片位移起风箱的作用，更具体地说是一个压缩器，它依次冷却及位移装在风箱中的膜片周围的环境空气。
已经有要求提供能在轻重量的应用中使用少量动力可冷却大量空气的空气处理装置，并要求该装置可包装成很紧凑的形式用在各种用途中，如用在军事用途中提供对空气控制装置有效的冷却。这种要求导出了本发明空气处理装置的开发。
现有技术的压缩器包括具有压电膜片的压缩器，其中如钛酸钡之类的压电陶瓷材料交替脉动提供直接的机械输出。虽然对于某些应用是成功的，但是这些装置的缺点是压电材料的较小的位移，导致功率消耗大，效率低，电源电路及阀系统复杂，因此导致这类装置不适合于压缩器或泵的用途。
因此，本发明的目的是提供一种空气处理装置，其体积小、重量轻、操作简单、可靠，在冷却空气时可使大量空气位移通过，并且使用很低的能源可达到这些可能性。
本发明的另一目的是提供一种空气处理装置，它使用装在风箱中的两个间隔的记忆成形的膜片形成的风箱压缩器，并且其可以被记忆成形合金元件致动而膨胀收缩，其中各膜片具有两个分开的记忆成形合金元件层，它们相互电绝缘，各层可引起各膜片膨胀收缩。
为实现本发明上述目的，本发明提供了一种空气处理装置，包括一风箱，其中固定着一风箱压缩器，风箱压缩器由具有记忆成形合金元件的两个相隔的膜片构成；使记忆成形合金元件加热的装置；使膜片以预定速度膨胀及收缩的开关装置，所述的膜片固定成相隔的密封关系，在其中限定了一内室；在所述的内室中的进气口及出气口；与所述的进出气口相配合的可使致冷剂进入及流出的单向阀；与所述的进出气口相连的冷凝器，使所述的冷凝剂在一封闭的管路里流动，所述的冷凝器有一冷凝旋管；与所述的冷凝器配合的空气位移装置；所述的风箱内有一单向的气流通道；左膨胀时所述的膜片通过抽吸把所述的致冷剂抽进所述的进气口，减压及因而引起所述的致冷剂蒸发，当膨胀时冷却所述的膜片；所述的膨胀的膜片通过热交换冷却在单向气流通道中的空气， 同时位移在所述通道中的空气，所述的膜片收缩时使蒸发的致冷剂流体通过所述的出口排到所述的冷凝室中。
下面参照
本发明的一个最佳实施例，附图中图1示出了按照本发明最佳实施例结构的空气处理装置的横剖面图；图2是示出风箱和设在其中的膜片的结构的剖面图；图3是图2的端视图；图4是沿图2中A-A线剖切的剖面图，示出膜片处在收缩及膨胀状态；图5是沿图2中B-B线剖切的剖面图，示出膜片处在收缩及膨胀状态；和图6是一个示意图示出连接及控制电源对记忆合金元件供电使它们振荡风箱压缩器的膜片。
参见附图，更具体参见图1，图中标号10总的表示按照本发明一个最佳实施例结构的空气处理装置的实例。空气处理装置10具有一个支座或连结架11，其上装着风箱12，风箱12中固定着一个风箱压缩器13。压缩器13由两个间隔的记忆成形膜片14，14’构成，它们被压缩器支架16固定成隔开的关系固定在风箱室15中，下面还要参照图2，3详细说明。
风箱室15设有进口孔17及出口孔18可使空气进入及逸出风箱室。进口孔及出口孔各设有单向阀19，20可形成单向气流通过风箱室。在风箱压缩器膜片14，14’之间的空间限定了一个内室21，该室设有进气口22及出气口23。一单向阀24与进气口22相配合，而单向阀25与出气口23相连(如图2所示)。这些阀允许在内室21中的致冷剂液体进入及流出。。
其中有冷凝旋管27的冷凝器26在图1中示出装在风箱12附近，并与进气口22及出气口23连接使从内室21中排出的气体可冷凝并且作为流体通过文丘里管41(图5)通过进气口22再接纳入以蒸发进入内室21，下面将说明。以风扇28形式的空气位移装置使冷凝旋管27冷却，但应指出也可设置及安装与图1不同的其它冷却装置。
下面参见图2-5，图中示出了风箱压缩器的结构和操作。膜片一般是由半刚性的增强塑料网制成的矩形膜片，塑料网粘接在内外橡皮之间。还有两个分开的记忆成形合金元件29，30层(见图2)，它们相互是电绝缘的。其中一层，也就是图4中所示的内丝层29在加热时使膜片收缩，而另一丝层30(见图5)在加热时使膜片膨胀。这些记忆成形合金元件被合适的装置加热，如图6所示，这些加热装置由9V直流电池31构成。电池31通过可以是手动的机械开关32或一开关电路33与风箱连接，开关电路33可设定成使风箱以特定速度或频率振荡。开关电路33可通过一对配电线路34使电源31与记忆成形合金元件中一层连接(在图2中示出与内丝层29连接)，或通过配电线路35与第二或外层记忆成形合金元件30连接。
一个与非门36起到方形波发生器的作用，并提供方形波电源加热丝的整个长度，还设有一莫夫赛特(moffset)晶体管37，在与非门不能处理记忆成形合金元件要求的电流时作为风箱的记忆成形合金元件之间的接口。与非门36设有偶合电路元件38。
如图2所示，记忆成形合金元件是设成平行间隔的直丝，在相对端与配电线路34，35连接。如图4所示，内丝层29设成与膜片14，14’在它们收缩位置相延伸的平面中，而另一个记忆成形合金元件30层设成当记忆成形合金元件加热时，在与膜片膨胀位置相延伸的平面中。
如图2所示，膜片被包着风箱压缩器内室的出口和进口的颈延伸部39，40支承着与风箱12间隔着。
专门参见图1，4及5，可见当热施加到外记忆成形合金元件30层，膜片14，14’将膨胀因而抽出一部分致冷剂通过与进气口22相配的文丘里管41，因而使在冷凝器26中冷凝的液态致冷剂在内室21中蒸发。由于膜片膨胀因而使室膨胀引起的内室的压力降低使致冷剂蒸发，蒸汽使膜片14、14’冷却。膨胀的膜片也冷却风箱室15中的空气，同时强制冷却空气通过风箱室15的出口18逸出因此在该出口提供冷却空气使环境冷却。
如图4所示，在图的左侧的膨胀周期，当电流从外丝层30切断加到内丝层29时，外丝层30迅速冷却。随后外丝层30膨胀保持它们通常的直的状态与收缩的膜片相延伸，如图4右侧所示。这使膜片迅速朝向彼此运动，使内层21内的气体通过出气口23排出，进入冷凝旋管27中。
风箱设有至少相对的成形的光滑壁以接纳膨胀的膜片与其相对。膜片也相对它们相对的壁支承在一个固定位置。用在膜片结构中的橡胶是在低温具弹性的类型并可以承受迅速的弯曲。橡胶还不会与致冷剂反应及渗透入致冷剂。记忆成形合金元件固定埋在膜片中。这里所示的记忆成形合金元件是钛酸镍构成，可在57℃反应，在℃时可被致冷剂在1/120秒内冷却。这些线层当它们被流过的电流加热线变直及变短时，也有约61psig的反射强度来压缩流体。
还应指出风箱是一个由合适的塑料材料构成的密封外壳。壁成形为如提供改进的层状的空气流及空气通过进气口及出气口迅速的进入及排出。
冷凝器26的冷凝旋管内还设有吸收材料，防止由于装置的位置或安装而导致的未冷凝气体对致冷剂流动到风箱压气器的阻碍。例如，如果装置设成倒放，就会引起对致冷剂流的阻碍。吸收材料可以是浸透的海绵状材料的形式，如活性碳9(见图1)，放在风箱压缩器进气口处的冷凝旋管的管座(未示出)内。一根油绳也可以延伸进冷凝旋管中。由于有很多冷凝管，油绳的毛细作用必须足够。为了克服这方面的问题，吸收剂活性碳材料可帮助吸收压力下的气泡。在冷却时，所有气体应变成液体。但是，在膜片的吸气冲程，在海绵的吸气侧的压力的降低，它使通过文丘里管进入风箱的零度气体蒸发。在许多可用的合适的致冷剂以外，该应用中可选择的致冷剂是Gentron 123(注册商标)，它是代替CFC-11的很低的臭氧贫化的化合物。开关电路33也可以用电脑控制，如技术上很显而易见的。记忆成形合金元件可用硅润滑剂简单地涂覆它们来绝缘或可用其它合适的产品用作绝缘剂。
为了延长寿命而不使丝降级，正式规定这些丝不缩短多于6％成直线位置。通过引入一对膜片，可维持该要求的体积。另外，虽然这里所示的记忆成形合金被直流电池提供通过丝的电流而加热，相信这些丝也可以在它们最大膨胀点处被电加热元件加热。也可以通过电磁感应加热。也可以对丝的表面涂层进行介电加热。
如前面所述，本发明的空气处理装置10的一个应用是使喷气战斗机的导航器设备冷却，设备设计成可保持10Cu、ft/min的气流速，及降低空气温度50°F。即使环境温度达到100°F，也可以实现上述指标。装置也可装9V电池，可连续工作2小时，电池也可用备用充电电池代替。
只要对本发明的改型层在本申请权利要求书的范围内，对本发明实施例的实例的任何其它改型都属于本发明的范围。
权利要求
1.一种空气处理装置，包括一风箱，其中固定着一风箱压缩器，风箱压缩器由具有记忆成形合金元件的两个相隔的膜片构成；使记忆成形合金元件加热的装置；使膜片以预定速度膨胀及收缩的开关装置，所述的膜片固定成相隔的密封关系，在其中限定了一内室；在所述的内室中的进气口及出气口；与所述的进出气口相配合的可使致冷剂进入及流出的单向阀；与所述的进出气口相连的冷凝器，使所述的冷凝剂在一封闭的管路里流动，所述的冷凝器有一冷凝旋管；与所述的冷凝器配合的空气位移装置；所述的风箱内有一单向的气流通道；在膨胀时所述的膜片通过抽吸把所述的致冷剂抽进所述的进气口，减压及因而引起所述的致冷剂蒸发，当膨胀时冷却所述的膜片；所述的膨胀的膜片通过热交换冷却在单向气流通道中的空气，同时位移在所述通道中的空气，所述的膜片收缩时使蒸发的致冷剂流体通过所述的出口排到所述的冷凝室中。
2.按照权利要求、所述的空气处理装置，其特征在于所述的膜片设有相互电绝缘的两个隔开的记忆成形合金元件层，当记忆成形合金元件加热时一个所述的层收缩，而另一个所述的层在加热时膨胀。
3.按照权利要求2所述的空气处理装置，其特征在于所述的记忆成形合金元件层中的一层的两相对端连在与膜片在收缩位置相延伸的平面中，和所述的记忆成形合金元件层中的另一层的两相对端连在与膜片在膨胀位置相延伸的平面中。
4.按照权利要求3所述的空气处理装置，其特征在于所述的使记忆成形合金元件加热的装置是直流电电池，它通过所述的开关装置与所述的记忆成形合金元件相连使电流流过所述的记忆成形合金元件使它们收缩因而使所述的膜片收缩。
5.按照权利要求4所述的空气处理装置，其特征在于所述的电流从正方波脉动供电电压产生，因此所述的记忆成形合金元件将均匀地加热其全长。
6.按照权利要求1所述的空气处理装置，其特征在于所述的膜片支承成与邻近所述膜片的膨胀膜片的至少所述的风箱的两相对的壁隔开。
7.按照权利要求4所述的空气处理，其特征在于所述的膜片总的是由半刚性增强塑料网粘在内外橡皮之间构成的矩形膜片，所述的记忆成形合金元件固定在所述的网中。
8.按照权利要求7所述的空气处理装置，其特征在于所述的橡皮是在低温具弹性的类型并可以承受迅速的弯曲，且不会与致冷剂反应及渗透入致冷剂。
9.按照权利要求2所述的空气处理装置，其特征在于所述的记忆成形合金元件是埋在所述的膜片中的直的合金丝。
10.按照权利要求9所述的空气处理装置，其特征在于所述的记忆成形合金元件层包括多条所述的丝，设成以平行间隔的关系设在各所述的膜片中，所述的丝涂有硅润滑剂，它们的相对端与电源配电线路连接。
11.按照权利要求10所述的空气处理装置，其特征在于所述的丝由钛酸镍制成，可在57℃反应，在0℃时可被致冷剂在1/120秒内冷却，所述的丝结合具有61psig的反射强度，在所述的丝加热时所述的丝变直及缩短时可压缩所述的致冷剂流体。
12.按照权利要求1所述的空气处理装置，其特征在于所述的风箱是一个密封的外壳，具有一进口及一出口，所述的气流通道限定在所述的进出口之间，在所述的风箱压缩器附近，一个单向阀与所述的进出口相连，所述的外壳具有内壁，它们与所述的风箱压缩器充气形状一致，以改进层状的气流，并使空气迅速地吸入及排出所述的进出口。
13.按照权利要求1所述的空气处理装置，其特征在于在所述的冷凝旋管中设有吸收材料，防止由于所述的装置和所述的冷凝器的位移而导致的未冷凝气体对致冷剂流动到风箱压气器的阻碍。
14.按照权利要求13所述的空气处理装置，其特征在于所述的吸收材料是浸透的海绵状材料，放在风箱压缩器进口处的冷凝旋管的管座内，一根油绳延伸进所述的冷凝旋管中。
15.按照权利要求14所述的空气处理装置，其特征在于所述的浸透的海绵状材料是活性碳。
16.按照权利村注14所述的空气处理装置，其特征在于的所述的直流电池与包括一与非门并在预定频率脉动的正方波电路相连。
17.按照权利要求16所述的空气处理装置，其特征在于所述的开关装置是计算机控制开关电路。
18.按照权利要求1所述的空气处理装置，其特征在于所述的装置是具有把所述的气体以气态或液态贮存起来的贮存装置的气体压缩器。
全文摘要
一种空气处理装置(10)，具有一风箱(12)，其中装着风箱压缩器(13)，它由具有记忆成型合金元件埋在其中的两个相隔的膜片(14、141)构成。通过选择地加热记忆成型合金元件使膜片(14、141)收缩和膨胀。风箱压缩器(13)支承在风箱(15)中与其隔开，因而空气流可通过风箱，当风箱膨胀时，风箱(15)中的空气冷却及排出。当风箱压缩器(13)的膜片(14，141)收缩时，很多空气吸入风箱(15)中，在风箱中致冷剂排入冷凝室(26)冷凝成液体。当致冷剂进入风箱其蒸发，并在膨胀状态冷却壁，膜片(14、141)起热交换剂的作用冷却风箱(15)中的空气及排出它们。
文档编号F04B45/027GK1158154SQ95192624
公开日1997年8月27日 申请日期1995年2月17日 优先权日1994年2月18日
发明者罗伯特·麦考斯兰 申请人:米克罗库尔公司