用作热泵的装置（１０’）包括压缩室构件（４０’）、允许气体进入所述压缩室构件的进气构件（３０’）、用于压缩所述压缩室构件内包含的气体的压缩构件（６０’）、用于接收被所述压缩构件压缩的气体的热能的热交换器构件、用于容置与热交换器构件接触后的气体的膨胀室构件（１２４’）、使容置于膨胀室构件内的气体膨胀的膨胀构件（１２０’），以及用于在膨胀后从膨胀室构件排出气体的排气构件（１００’）。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及用作热泵的装置，尤其但非专有地涉及设置成当作为热泵运转时采用大气作为热源的装置。此外，依照本专利技术的装置也可设置为作为制冷机(例如空调部件)或热机。
技术介绍
传统的用于对建筑物之类供暖的热泵采用闭合蒸汽循环运转的工作流，并且一般经由热交换器从地面或水箱获得热量供应。这种设置中采用的热交换器一般与热泵本身相分离，并且通常是相当大的，特别是若为地源或需要静止的或流动的水源。此类设备工作流通常以闭合循环工作，并且从热交换器获得的热量经由另一热交换器被抽吸到热负载。一般用作此类热泵中的工作流的冷却剂/制冷剂通常是潜在的污染物。现有技术在热泵中采用大气作为热源，但由于环境空气每单位体积的能量较低，一般需要采用低效能的空气动力压缩机(或鼓风机)来处理所需的高容积流量。这种设置中采用的热交换器元件由于空气中的湿气，通常也易受到积冰的影响。因此本专利技术满足了改进热泵的需要，改进的热泵采用大气作为热源，可克服或至少缓解现有技术存在的一些问题。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供了一种用作热泵的装置，其包括：压缩室构件、允许气体进入压缩室构件的进气构件、用于压缩所述压缩室构件内包含的气体的压缩构件、用于接收被压缩构件压缩的气体的热能的热交换器构件、用于容置与热交换器构件接触之后的气体的膨胀室构件、使容置于膨胀室构件内的气体膨胀的膨胀构件，以及用于在膨胀后从装置排出气体的排气构件。所述气体可为来自周围大气的空气。这样，提供了一种热泵，其中大气既可用作热源也可用作工作流(例如，单相工作流)。有利的是，采用大气作为工作流意味着不必采用具有潜在污染的冷却剂。此外，由于热源和工作流可为一体，所以热泵的大小和复杂度可显著减小。例如，可将热泵设置成，使得装置总容积中相当大比例是热力驱动的。这样，热泵可被容置在配置成易于安装的单个紧凑部件内。.此外，由于所有的热交换可在部件自身内发生，本专利技术无需大而复杂的热交换器。压缩可为基本等熵的或绝热的。热交换可为基本等压的。膨胀可为基本等熵的或绝热的。进气构件可包括与压缩构件流连通的至少一个进气孔。例如，压缩构件可置于外壳中，并且进气构件可包括外壳中的孔阵列。孔阵列使用中可位于外壳的下部(例如，底部)。或者，孔的阵列使用中可位于外壳的上部(例如，顶面)。进气构件可进一步包括至少一个进气阀，用于控制气体进入压缩室构件。当被启动时，该至少一个进气阀可被配置成密封所述或相应的进气孔。所述至少一个进气阀可为-->止回阀。所述至少一个进气阀可包括被动控制的进气阀。例如，所述至少一个进气阀可包括压力驱动进气阀(例如簧片阀或盘状阀)。进气阀可被设置为当密封其相应的孔时保持轻松关闭的。所述至少一个进气阀可被设置为保持关闭，同时所述或相应的排气阀开启(如下所示)。在另一实施例中，所述至少一个进气阀包括主动控制的进气阀(例如盘状阀或回转阀)。所述至少一个进气阀可设置为当阀两侧的压力相等时是开启的。或者，所述至少一个阀可包括从所述至少一个进气孔延伸的通道，以及设置为沿着通道中第一位置和第二位置之间的部分自由移动的部件，所述第一位置阻塞所述至少一个进气孔，所述第二位置与进气孔相隔开。这样，可构成阀(以下称为“球阀”)，在其内部件的移动可通过部件内的压力差自动启动。部件可基本为球形(以下称为“球部件”)。部件可由塑料材料构成。有利地，对于球部件，第一和第二位置之间的距离只需为球直径的一半。因而，在球直径为3毫米的情形中，球仅需移置1.5毫米以完全密封/开启进气阀。这样，压缩室构件仅需要少量空间供球的移动。此外，由于球部件轻且仅移动少量距离，所以甚至当每分钟开和关1500次时，球阀也可被平稳地操作。在一具体的实施例中，进气构件包括3000个此类的球阀，各球由塑料材料构成，具有较低的比重。这样，与传统的金属盘状阀相比，所设置的阀中可移动部分(例如球)具有低惯性。压缩构件可包括压缩活塞构件，用于压缩在压缩室构件内包含的气体。压缩活塞构件可与驱动构件相连接，驱动构件用于驱动压缩室构件内的压缩活塞构件以压缩其中包含的气体。压缩活塞构件的有效活塞直径与活塞行程长度之比至少为2∶1。有利地，此比率允许近似等熵压缩(并且因此循环效率高)，其原因在于，虽然与具有更多相等尺度的传统活塞相比，该活塞构件每单位体积压缩气体具有较高的表面积，但是与活塞表面相接触的气体有效地近似停滞，然而汽缸壁在不可避免地运动中要接触气体，并且通过这样设置将汽缸壁面积比例减小。当与活塞面积相比，减小汽缸壁面积，将使流经传导面的气体减至最少。此比例的其它优点包括：i)相对较大的气团可低速移动；ii)当活塞移动不太远时，机械损耗较低；iii)与压缩活塞构件相关联的密封中，当活塞移动不太远并且/或对于给定的行程每次循环中的各密封提供更多的空气时，密封的摩擦损耗较少；iv)与压缩活塞构件相关联的外围密封中的渗漏影响与传统比例的活塞相比较小。在活塞直径与活塞行程长度之比为2∶1的情形中，活塞面积与汽缸壁面积的比例是1∶1。相反，在标准的柴油机中，活塞直径与活塞行程长度之比大约为1∶1，并且活塞面积与汽缸壁面积的比例是1∶2。在一实施例中，有效活塞直径与活塞行程长度的比例至少是3∶1。在另一尤其较佳的实施例中，有效活塞直径与活塞行程长度的比例至少是4∶1。4∶1或更大的比例与传统比率的活塞相比，在效率上有显著的改进。例如，有效活塞直径可为大约500毫米，并且有效行程长度在30到70毫米之间。-->压缩活塞构件可包括单压缩活塞。为了平衡运转，单压缩活塞可设置成与配重构成反相运转(例如180度异相)。或者，压缩活塞构件可包括多个压缩活塞。这样，作用在活塞构件上的质量力和承载力更易平衡。在多个压缩活塞的情形中，有效活塞直径与活塞行程长度之比被定义为合成的有效活塞直径与平均活塞行程长度之比。在多个压缩活塞的情形中，可将两个或多个活塞设置成异相移动。各活塞可，例如，等间距地滞后于邻近区域。例如，在n个活塞的情形中，各活塞与邻近活塞的相位可差(1/n)*360°。这样，驱动构件承受的是更恒定的负载力，因而减少了对飞轮的需要，并且允许使用单个高速(恒定功率)电动机。若需要更多的功率，也允许将额外的压缩器/膨胀器模块毫无困难地添加到装置中。在一实施例中，多个活塞沿轴线横向隔开。在另一实施例中，多个活塞围绕中心轴沿圆周隔开。例如，压缩活塞构件可包括一对沿直径相对的活塞(例如对动式设置)。相对的活塞可被设置为压缩隔开的气体体积。在一实施例中，相对的压缩活塞反相运转。这样，可平衡活塞的动作。在压缩活塞构件包括单压缩活塞的情形中，压缩室构件可包括单压缩室，用于容置单压缩活塞。在压缩活塞构件包括多个压缩活塞的情形中，压缩室构件可包括多个分立的压缩室，各与相应的压缩活塞相关联。各压缩室至少有一相应的进气阀。所述或各压缩活塞可从第一位置移动至第二位置，当所述或各压缩活塞可从第一位置移动至第二位置时，对所述或各相应的压缩室内包含的气体进行压缩。进气构件可设置成，当所述或各相应的压缩活塞移动到第一位置时，允许气体进入所述或各压缩室。例如，至少一个进气阀可设置成，当所述或相应的压缩活塞从第二位置移动到第一位置时(例如上述压缩阶段后)是开启的。一旦气体进入所述或各压缩室，压缩室被密本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种活塞组件，包括：活塞构件；以及室构件，用于容置所述活塞构件；其中所述活塞构件其有效活塞直径与活塞行程长度之比至少为２∶１，并且包括多个位于所述活塞的工作面上的活塞孔，各活塞孔具有允许气体通过所述活塞构件的导出阀。
【技术特征摘要】
GB 2005-3-23 0506006.61.一种活塞组件，包括：活塞构件；以及室构件，用于容置所述活塞构件；其中所述活塞构件其有效活塞直径与活塞行程长度之比至少为2∶1，并且包括多个位于所述活塞的工作面上的活塞孔，各活塞孔具有允许气体通过所述活塞构件的导出阀。2.如权利要求1所述的装置，其中所述有效活塞直径与活塞行程长度之比至少为3∶1。3.如权利要求2所述的装置，其中所述有效活塞直径与活塞行程长度之比至少为4∶1。4.如权利要求1-3中任意一项所述的装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森塞巴斯蒂安豪斯，詹姆斯麦克纳斯滕，
申请(专利权)人：乔纳森塞巴斯蒂安豪斯，詹姆斯麦克纳斯滕，
类型：发明
国别省市：GB[英国]
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