具有机电致动位移件的热泵制造技术

公开一种维氏热泵，其中热和冷位移件分别通过第一和第二电磁致动器控制。第一致动器能够使热位移件在行程的第一端和第二端之间运动，而冷位移件保持静止，并且第二致动器能够使冷位移件运动，而热位移件保持静止。现有技术曲柄配置不能提供一个位移件驻留而使另一位移件运动。根据本发明专利技术的实施方式的位移件的致动提供比曲柄配置更高的性能系数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有机电致动位移件的热泵相关申请的交叉参考本申请要求2012年4月11日提交的美国临时专利申请61/622，547和2012年10月29日提交的美国临时专利申请61/719，844的优先权。
本专利技术涉及用于泵送热泵中的流体的系统和方法。
技术介绍
维氏热泵在1917年I月29日提交的美国U.S.1，275，507中公开。在维氏热泵10中，两个位移件(或活塞)设置在缸20内并限定三个腔室:热腔室22和温腔室24之间的热位移件12以及温腔室24和冷腔室26之间的冷位移件16，其例子在图1中示出。位移件12和16在缸20内往复以改变三个腔室内所含流体的体积。例如，在热位移件12位于朝着热腔室22的极端位置时，大部分流体被推动离开热腔室22，经过热热交换器28。热热交换器28联接到被供应燃料和空气的燃烧器27。流体接着运行经过热换热器30、温热交换器32、冷换热器34和冷热交换器36。元件28、30、32、34和36在缸的外部流体连接到缸20，并具有位于温热交换器32和温腔室24之间的通道38。位移件12和16被造成通过曲柄配置40往复。 通过曲柄配置40驱动的位移件12和16的运动大致是正弦的，如图2所示。位移件的高度及其在往复期间的运动作为图2的曲柄角的角度函数示出并表示为D_h和D_c。三个腔室内的热和冷位移件之间的体积在图2中还表示为:V_h、V_w和V_c。冷位移件16的运动偏离热位移件12的运动一相位角，例如90°。腔室22、24和26以很小的流动限制彼此流体联接。因此，三个腔室内的压力大致相同，但是作为时间的函数变化，如图3所示。缸内的压力在经过热交换器28的流动使得闭合系统内的气体的总体温度升高时升高，并且缸内的压力在能量经由温热交换器32汲取时降低。 维氏热泵是闭合热动态循环,其中工作流体(气体)保持在缸内。能量经过热交换器来往于热泵传输。在加热模式中，能量经由燃烧器或其他高温能量源传输到热腔室。能量也从环境传输到冷热交换器中的流体。被传输用于例如空间加热或热水加热的能量经由热交换器从温腔室汲取。由于一些能量从环境汲取，性能系数基本上在许多操作状况下超过I。这与标准炉形成对比，在标准炉中，性能系数最佳可以接近I，并且只在废气中的水蒸气凝结的炉中。热泵还可用于通过冷热交换器中汲取的能量冷却。维氏热泵已经用来生成低温温度。 经过系统建模，已经发现如果位移件之一可以在其极端位置处驻留同时另一位移件运动(反之亦然)，而不是它们都连续运动，即分离一固定相位角，系统的性能系数可以得到改善。 为了在维氏热泵中获得合理性能，作为非限定例子，工作流体是氢或氦，其被加压至Ij大约100巴。压力在缸内相对恒定，但是作为曲柄角的角度的函数变化，如图3所示。 防止任何这些气体泄漏是挑战。在现有技术的维氏热泵中，与位移件联接的转动曲柄配置可以定位在壳体外侧，使得附接到位移件的运动连接杆经过壳体的壁。围绕运动和摇动连接杆的密封存在密封挑战。替代地，转动曲柄配置位于密封壳体内，导致较沉重、体积大的热泵。
技术实现思路
为了克服现有技术的至少一个缺陷，公开一种热泵，其包括具有外壁和位于壳体内的缸套的壳体、布置在缸套内的热位移件、联接到缸和壳体中的至少一个的热位移件致动器以及电子联接到热位移件致动器的电子控制单元(ECU)。ECU可以通过例如线的实体连接、经由无线通讯或任何其他适当方式电子联接。热位移件基于从E⑶到热位移件致动器的信号在与热位移件相关的行程的第一端和与热位移件相关的行程的第二端之间在缸内往复。热位移件具有大致筒形主体、位于筒形主体的第一端处的第一盖以及联接到筒形主体的第二端的第二盖。第一盖可以与位移件的主体一体形成或通过任何适当方法(例如通过以下非限定例子:摩擦焊接、铜焊、焊接、粘接、螺栓连接和夹持)联接到位移件的主体。除了大致筒形横截面之外，热位移件的主体可具有任何形状的横截面，例如椭圆形或多边形，作为非限定例子。热泵可进一步包括:布置在缸套内的冷位移件和联接到缸和壳体中的至少一个并电子联接到ECU的冷位移件致动器。冷位移件基于从ECU到冷位移件致动器的信号在与冷位移件相关的行程的第一端和与冷位移件相关的行程的第二端之间在缸内往复。冷位移件具有大致筒形主体、联接到冷位移件的筒形主体的第一端的第三盖和联接到冷位移件的筒形主体的第二端的第四盖。 在热泵的操作期间，热位移件在与热位移件相关的行程的第一和第二端处具有可选择驻留周期，并且冷却位移件在与冷位移件相关的行程的第一和第二端处具有可选择驻留周期。 壳体具有热端和冷端。热位移件致动器是热位移件机电装置，其具有联接在与热泵相关的第一静止元件和热位移件之间的第一弹簧、联接在与热泵相关的第二静止元件和热位移件之间的第二弹簧、与热位移件相关并联接到和热泵相关的第三静止元件且电子联接到ECU的电磁体、联接到热位移件的第一铁磁元件以及联接到热位移件的第二铁磁元件。第一弹簧在朝着壳体的冷端的方向上在热位移件上施加力，并且第二弹簧在朝着壳体的热端的方向上在热位移件上施加力。如沿着热位移件在缸内的行程方向测量，第一和第二铁磁元件以预定距离隔开定位。 在一种实施方式中，第一和第二静止元件联接到缸；第三静止元件是刚性固定到壳体的冷端并延伸到壳体内的中央定位柱；热位移件的第二盖限定中央定位开口以容纳进入热位移件的柱；并且第一和第二弹簧定位在热位移件的筒形主体和缸套之间。 在另一实施方式中，第三静止元件包括刚性固定到壳体的冷端并延伸到壳体内的中央定位柱；第一和第二静止元件在远离壳体的冷端的位置处联接到柱；热位移件的第二盖限定中央定位开口以容纳进入热位移件的柱；并且第一和第二弹簧定位在热位移件内侦U。一些实施方式还包括:布置在缸套内的冷位移件。冷位移件具有大致筒形主体、联接到冷位移件的筒形主体的第一端的第三盖，以及联接到冷位移件的筒形主体的第二端的第四盖。热泵还包括冷位移件机电装置，其包括联接在与热泵相关的第四静止元件和冷位移件之间的第三弹簧、联接在与热泵相关的第五静止元件和冷位移件之间的第四弹簧、与冷位移件相关并联接到柱且电子联接到ECU的电磁体；以及联接到冷位移件的第三铁磁元件；以及联接到冷位移件的第四铁磁元件。冷位移件的第一和第二盖限定中央定位开口以容纳经过冷位移件的柱，并且第三和第四弹簧定位在冷位移件内侧。第三弹簧在朝着壳体的冷端的方向上在冷位移件上施加力，并且第四弹簧在朝着壳体的热端的方向上在冷位移件上施加力。 在热位移件位于行程的第一端时，ECU指令电磁体通过保持电流激励以作用在第一铁磁元件上以便将热位移件保持在行程的第一端处长达第一可选择驻留周期。在第一驻留周期之后，ECU指令电磁体去激励，使得由于作用在热位移件上的不平衡弹簧力，热位移件朝着行程的第二端运动。在热位移件靠近行程的第二端时，ECU指令电磁体通过足以拉动热位移件的第二铁磁元件的抓持电流激励，使得热位移件运动到行程的第二端。在热位移件位于行程的第二端时，ECU指令电磁体通过保持电流激励，以作用在第二铁磁元件上，以便将热位移件保持在行程的第二端处长达第二可选择驻留周期。在第二驻留周期之后，ECU指令电磁体去激励，使得由于作用在热位移件上的不平衡弹簧力，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热泵，包括：壳体，其具有外壁和壳体内的缸套；热位移件，其布置在缸套内，热位移件具有大致筒形主体、位于筒形主体的第一端处的第一盖和联接到筒形主体的第二端的第二盖；热位移件致动器，其联接到缸和壳体中的至少一个；以及电子控制单元(ECU)，其电子联接到热位移件致动器，其中热位移件基于从ECU到热位移件致动器的信号在与热位移件相关的行程的第一端和与热位移件相关的行程的第二端之间在缸内往复。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.11 US 61/622,547;2012.10.29 US 61/719,8441.一种热泵，包括: 壳体，其具有外壁和壳体内的缸套； 热位移件，其布置在缸套内，热位移件具有大致筒形主体、位于筒形主体的第一端处的第一盖和联接到筒形主体的第二端的第二盖； 热位移件致动器，其联接到缸和壳体中的至少一个；以及 电子控制单元(ECU)，其电子联接到热位移件致动器，其中热位移件基于从ECU到热位移件致动器的信号在与热位移件相关的行程的第一端和与热位移件相关的行程的第二端之间在缸内往复。2.根据权利要求1所述的热泵，还包括: 冷位移件，其布置在缸套内，冷位移件具有大致筒形主体、位于冷位移件的筒形主体的第一端处的第三盖和联接到冷位移件的筒形主体的第二端的第四盖；以及 冷位移件致动器，其联接到缸和壳体中的至少一个，位于壳体内并电子联接到ECU，其中冷位移件基于从ECU到冷位移件致动器的信号在与冷位移件相关的行程的第一端和与冷位移件相关的行程的第二端之间在缸内往复。3.根据权利要求2所述的热泵，其中，在热泵的操作期间，热位移件在与热位移件相关的行程的第一端和第二端处具有可选择驻留周期，并且冷位移件在与冷位移件相关的行程的第一端和第二端处具有可选择驻留周期。4.根据权利要求1所述的热泵，其中: 壳体具有热端和冷端； 热位移件致动器是热位移件机电装置，其包括: 第一弹簧，其联接在与热泵相关的第一静止元件和热位移件之间； 第二弹簧，其联接在与热泵相关的第二静止元件和热位移件之间，第一弹簧在朝着壳体的冷端的方向上在热位移件上施加力，并且第二弹簧在朝着壳体的热端的方向上在热位移件上施加力； 电磁体，与热位移件相关，联接到与热泵相关的第三静止元件并电联接到ECU ; 第一铁磁元件，其联接到热位移件；以及 第二铁磁元件，其联接到热位移件，如沿着热位移件在缸内的行程方向测量，第一铁磁元件和第二铁磁元件以预定距离隔开定位。5.根据权利要求4所述的热泵，其中: 第一静止元件和第二静止元件联接到缸； 第三静止元件包括刚性固定到壳体的冷端并延伸到壳体内的中央定位柱； 热位移件的第二盖限定中央定位开口以容纳进入热位移件的柱；以及 第一弹簧和第二弹簧定位在热位移件的筒形主体和缸套之间。6.根据权利要求4所述的热泵，其中: 第三静止元件包括刚性固定到壳体的冷端并延伸到壳体内的中央定位柱； 第一静止元件和第二静止元件在远离壳体的冷端的位置处联接到柱； 热位移件的第二盖限定中央定位开口以容纳进入热位移件的柱；以及 第一弹簧和第二弹簧定位在热位移件内侧。7.根据权利要求6所述的热泵，还包括: 冷位移件，其布置在缸套内，冷位移件具有大致筒形主体、联接到冷位移件的筒形主体的第一端的第三盖和联接到冷位移件的筒形主体的第二端的第四盖；以及冷位移件机电装置，其包括: 第三弹簧，其联接在与热泵相关的第四静止元件和冷位移件之间； 第四弹簧，其联接在与热泵相关的第五静止元件和冷位移件之间，第三弹簧在朝着壳体的冷端的方向上在冷位移件上施加力，并且第四弹簧在朝着壳体的热端的方向上在冷位移件上施加力； 电磁体，其与冷位移件相关，联接到柱并电子联接到ECU，以及 第三铁磁元件，其联接到冷位移件，以及 第四铁磁元件，其联接到冷位移件，其中冷位移件的第一盖和第二盖限定中央定位开口以容纳经过冷位移件的柱，并且第三弹簧和第四弹簧定位在冷位移件内侧。8.根据权利要求4所述的热泵，其中: 在热位移件位于行程的第一端时，ECU指令电磁体通过保持电流激励以作用在第一铁磁元件上，从而将热位移件保持在行程的第一端处长达第一可选择驻留周期； 在第一驻留周期之后，ECU指令电磁体去激励，使得由于作用在热位移件上的不平衡弹簧力，热位移件朝着行程的第二端运动； 在热位移件靠近行程的第二端时，ECU指令电磁体通过足以拉动热位移件的第二铁磁元件的抓持电流激励，使得热位移件运动到行程的第二端； 在热位移件位于行程的第二端时，ECU指令电磁体通过保持电流激励以作用在第二铁磁元件上，从而将热位移件保持在行程的第二端处长达第二可选择驻留周期；以及 在第二驻留周期之后，ECU指令电磁体去激励，使得由于作用在热位移件上的不平衡弹簧力，热位移件朝着行程的第一端运动。9.根据权利要求1所述的热泵，其中，热位移件具有位于第一盖的外表面内的第一凹槽和位于第二盖的外表面内的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·霍夫鲍尔，
申请(专利权)人：能升公司，
类型：发明
国别省市：美国;US