[发明专利]用作热泵的装置,以及包含该装置的制冷机和热机

说明书

技术领域

本发明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，依照本发明的装置也可设置为作为制冷机(例如空调部件)或热机。

背景技术

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。

因此本发明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。

发明内容

本发明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，本发明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。