CN116146448A - 热驱动压缩机及其运行方法、制冷制热装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

热驱动压缩机，包括压缩组件和热动力装置，热动力装置包括高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器、低温腔、排出器、活塞、传动机构、第一弹性器件封闭腔、用于隔离第一弹性器件封闭腔与工作腔的第一弹性器件、弹性器件压差调节装置，高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器和低温腔构成工作腔，工作腔中具有第一流体，压缩组件中具有第二流体，第一弹性器件一端固定，另一端与活塞连接，活塞、排出器和/或压缩组件连接于传动机构。其运行方法，检测弹性器件承受压差，当大于设定值时，先启动停机‑启动保护装置，降低弹性器件承受压差到设定值后，再启动热动力装置。制冷制热装置，包括蒸发器、冷凝器、膨胀装置和热驱动压缩机。

Description

热驱动压缩机及其运行方法、制冷制热装置及其运行方法

相关申请的交叉引用

本申请以申请日为“2022.08.03”、申请号为“202210927596.4”、发明创造名称为“热驱动压缩机及其运行方法、制冷制热装置及其运行方法”的中国专利申请为基础，并主张其优先权，该中国专利申请的全文在此引用至本申请中，以作为本申请的一部分。

技术领域

本发明涉及制冷机、热泵技术领域，尤其涉及一种热驱动压缩机及其运行方法、制冷制热装置及其运行方法。

背景技术

蒸气压缩制冷是制冷与制热领域广泛使用的制冷技术，其核心部件是压缩机，目前市场上制冷与制热系统中的压缩机几乎完全依赖于电机驱动。由于电力从生产到使用需要经历多次转换与传输，不仅造成电驱动压缩机运营费用高，还存在能源浪费与损耗，在此背景下，业界提出了基于发动机驱动的制冷、制热系统。由于发动机产生的机械功不需要经历机械功-电-机械功转换，而且发动机产生的废热可供家庭供暖或制热水等应用，因此，基于发动机驱动的制冷、制热系统能源利用率高，从而可大幅降低用户的制冷、制热费用。目前内燃机驱动的制冷、制热系统在大型商用和工业系统市场已经获得大量应用，然而，由于家用发动机驱动压缩机的制冷、制热系统必须要满足10年以上寿命、低噪音、10年以上免维护等需求，不同于商用有专人维护，而内燃机几十小时就需要维护，从而很难满足这些需求，使得基于发动机驱动的家庭制冷、制热系统一直无法实现商业化应用。

斯特林发动机具备低噪音、免维护、效率高、长寿命的潜力，因此，基于斯特林发动机驱动的家庭制冷、制热系统具有很好的市场前景和显著的经济效益。目前，斯特林发动机驱动的家用制冷、制热系统已具有多种技术方案，一方面，斯特林发动机驱动斯特林制冷机方案中，例如Vuilleumier machine和duplex Stirling machine都属于这个方案，该方案存在成本高、效率低、寿命较短等问题；另一方面，专利文献(US3858802A)公布了一种斯特林发动机驱动压缩机的制冷、制热方案，但该专利主要是基于曲柄连杆机构，存在侧向力产生磨损导致的寿命问题及发动机工质与制冷机工质混合的问题；专利文献(US4361008)公布了一种基于隔膜和自由活塞斯特林发动机的方案，但通过液压传递功具有效率低、隔膜很难满足寿命要求、振动大等问题，且自由活塞斯特林发动机存在频率控制较为困难的问题；专利文献(US5383334)公布了一种基于波纹管和自由活塞斯特林发动机的方案，但存在压缩机死体积较大、波纹管很难满足寿命要求、变工况需求下效率低等问题，专利文献(CN100376779C)公布了一种具有流体互联通道的方案，存在斯特林发动机工质氦气与压缩机工质CO₂混合、频率控制较为困难等问题，此外，公开文献还报道了一种基于磁耦合的斯特林发动机驱动压缩机的制冷、制热方案，存在功传递效率低、成本高的问题。因此，目前斯特林发动机驱动的制冷、制热系统受到较少关注，并至今未能实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低噪音，低振动，免维护，频率调节容易，有利于避免工质相互污染，实现长寿命、高效率的热驱动压缩机。本发明进一步提供一种上述热驱动压缩机的运行方法。本发明进一步提供一种包含上述热驱动压缩机的制冷制热装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种热驱动压缩机，包括压缩组件和热动力装置，所述热动力装置包括高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器、低温腔、排出器、活塞和气缸，所述高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器和低温腔构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件中具有第二流体，热驱动压缩机还包括传动机构、含有第三流体的第一弹性器件封闭腔、用于隔离第一弹性器件封闭腔与工作腔的第一弹性器件、以及用于调节第一弹性器件压差的弹性器件压差调节装置，所述第一弹性器件一端固定，另一端与所述活塞连接，所述活塞、所述排出器和/或所述压缩组件连接于所述传动机构。

作为上述技术方案的进一步改进：还包括含有第三流体的第二弹性器件封闭腔、以及用于隔离第二弹性器件封闭腔与工作腔的第二弹性器件，所述第二弹性器件一端固定，另一端与所述排出器连接，所述第一弹性器件封闭腔与所述第二弹性器件封闭腔连通，所述弹性器件压差调节装置与所述第二弹性器件封闭腔连接；和/或，还包括含有第三流体的第三弹性器件封闭腔、以及用于隔离第三弹性器件封闭腔与工作腔的第三弹性器件，所述第三弹性器件一端固定，另一端为自由状态，所述第一弹性器件封闭腔与所述第三弹性器件封闭腔连通，所述弹性器件压差调节装置与所述第三弹性器件封闭腔连接。

所述第一弹性器件、第二弹性器件和第三弹性器件为波纹管或隔膜，所述波纹管是焊接波纹管或液压成型波纹管；所述波纹管是液压成型波纹管时，所述活塞或所述排出器的行程与所连接的液压成型波纹管自由长度之比是0.01～0.35；所述波纹管是焊接波纹管时，所述活塞或所述排出器的行程与所连接的焊接波纹管自由长度之比是0.1～0.6。

所述第一流体为氦气和/或氢气，所述第二流体为二氧化碳、氨气、烷烃或氟利昂，所述第三流体为润滑液或润滑脂。

还包括电磁装置，所述电磁装置用于驱动活塞或排出器运动；或，所述电磁装置用于输出电能。

所述压缩组件为活塞式压缩组件、滚动转子式压缩组件或涡旋式压缩组件；所述压缩组件采用多级压缩结构或具有中间补气口。

所述第一弹性器件为波纹管时，所述波纹管内部具有导向杆，所述导向杆直径与所波纹管内径的差值为0mm～15mm。

所述弹性器件压差调节装置包括泵组件和控制阀。

一种热驱动压缩机，包括压缩组件和热动力装置，所述热动力装置包括高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器、低温腔、排出器、活塞和气缸，所述高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器和低温腔构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件中具有第二流体，热驱动压缩机含有第三流体的第一弹性器件封闭腔、用于隔离第一弹性器件封闭腔与工作腔的第一弹性器件、以及用于调节第一弹性器件压差的弹性器件压差调节装置，所述第一弹性器件一端固定，另一端与所述活塞连接；所述第二流体是二氧化碳且在305K环境温度和停机状态下，所述工作腔内压力≥1Mpa，所述压缩组件所在压缩组件腔内压力≥2Mpa；所述第二流体为氨气、烷烃或氟利昂且在305K环境温度和停机状态下，所述工作腔内压力≤2.5Mpa，和/或所述压缩组件所在压缩组件腔内压力小于第二流体在305K温度时对应的饱和压力。

一种热驱动压缩机，包括压缩组件和热动力装置，所述热动力装置包括高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器、低温腔、排出器、活塞和气缸，所述高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器和低温腔构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件中具有第二流体，热驱动压缩机含有第三流体的第一弹性器件封闭腔、用于隔离第一弹性器件封闭腔与工作腔的第一弹性器件、以及用于调节第一弹性器件压差的弹性器件压差调节装置，所述第一弹性器件一端固定，另一端与所述活塞连接；所述压缩组件具有吸气压力p1和排气压力p2，所述工作腔具有平均压力p3，所述压缩组件所在压缩组件腔内压力p是p1和p2中最接近p3的压力；和/或，所述压缩组件所在压缩组件腔内具有第一缓冲腔，所述活塞穿过所述第一缓冲腔，位于所述第一缓冲腔内所述活塞的分段直径大于位于所述压缩组件腔内所述活塞的分段直径，所述第一缓冲腔的压力为所述压缩组件的吸气压力p1或排气压力p2。

一种热驱动压缩机，包括压缩组件和热动力装置，所述热动力装置包括高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器、低温腔、排出器、活塞和气缸，所述高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器和低温腔构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件中具有第二流体，热驱动压缩机含有第三流体的第一弹性器件封闭腔、用于隔离第一弹性器件封闭腔与工作腔的第一弹性器件、以及用于调节第一弹性器件压差的弹性器件压差调节装置，所述第一弹性器件一端固定，另一端与所述活塞连接；所述压缩组件具有用于卸载所述压缩组件增压功能的卸载装置，所述卸载装置是电磁阀或电磁离合器。

一种热驱动压缩机，包括压缩组件和热动力装置，所述热动力装置包括高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器、低温腔、排出器、活塞和气缸，所述高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器和低温腔构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件中具有第二流体，热驱动压缩机还包括停机-启动保护装置、含有第三流体的第一弹性器件封闭腔、用于隔离第一弹性器件封闭腔与工作腔的第一弹性器件、以及用于调节第一弹性器件压差的弹性器件压差调节装置，所述第一弹性器件一端固定，另一端与所述活塞连接，所述停机-启动保护装置用于在停机状态下维持或平衡弹性器件压差以及在启动过程中平衡弹性器件压差。

作为上述技术方案的进一步改进：所述停机-启动保护装置包括主动式停机-启动保护装置和/或被动式停机-启动保护装置，所述主动式停机-启动保护装置用于短时间内多次调节弹性器件压差，所述被动式停机-启动保护装置用于长时间维持或平衡弹性器件压差；所述压缩组件位于压缩组件腔内，压缩组件腔内具有第二流体和第三流体；其中：

主动式停机-启动保护装置具有电驱增压泵；和/或，所述被动式停机-启动保护装置具有用于隔离工作腔和压缩组件腔的第四弹性器件，所述第四弹性器件一端固定，另一端为自由状态，自由状态下所述第四弹性器件的体积是所述排出器扫气容积的0.5～100倍；和/或，所述被动式停机-启动保护装置具有第五弹性器件，所述第五弹性器件隔离所述压缩组件腔和所述工作腔，或所述第五弹性器件隔离所述压缩组件腔和所述压缩组件的压缩腔；和/或，所述被动式停机-启动保护装置具有第二缓冲腔，所述第二缓冲腔位于工作腔与压缩组件腔；和/或，所述被动式停机-启动保护装置具有增压降压装置，所述增压降压装置具有增压降压容积腔和压缩机构，通过所述增压降压容积腔调节工作腔或所述压缩组件腔内压力；和/或，所述被动式停机-启动保护装置具有第一电磁阀和第二电磁阀，所述第一电磁阀位于所述压缩组件的入口，所述第二电磁阀位于所述压缩组件的出口；和/或，所述被动式停机-启动保护装置为容积≥10L的气液分离器，使得在305K环境温度和停机状态下所述压缩组件腔内压力小于第二流体在305K温度时对应的饱和压力；和/或，所述被动式停机-启动保护装置具有用于保护基于隔膜弹性器件的隔膜保护装置。

所述增压降压装置用于调节调节工作腔压力时，所述压缩机构具有进气阀和排气阀，所述活塞、所述气缸、所述进气阀和所述排气阀构成所述压缩机构；或，所述排出器、所述气缸、所述进气阀和所述排气阀构成所述压缩机构。

所述增压降压装置还具有第四电磁阀，所述第四电磁阀用于卸载所述压缩机构的泵气功能。

一种热驱动压缩机，包括压缩组件和热动力装置，所述热动力装置包括高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器、低温腔、排出器、活塞和气缸，所述高温腔、高温换热器、回热器、低温换热器和低温腔构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件中具有第二流体，热驱动压缩机含有第三流体的第一弹性器件封闭腔、用于隔离第一弹性器件封闭腔与工作腔的第一弹性器件、以及用于调节第一弹性器件压差的弹性器件压差调节装置，所述第一弹性器件一端固定，另一端与所述活塞连接，所述活塞穿过所述第一弹性器件封闭腔并穿过与所述活塞间隙配合的所述气缸，伸入所述压缩组件所在的压缩组件腔，所述第一弹性器件封闭腔内的第三流体可通过所述活塞与所述气缸间隙配合处泄露，所述间隙配合处位于第一弹性器件封闭腔上方。

一种上述的热驱动压缩机的运行方法，具有运行模式1或运行模式2，其中：

运行模式1：先检测弹性器件承受的压差，当检测到的弹性器件承受压差大于设定值时，先启动停机-启动保护装置，降低弹性器件承受压差到设定值后，再启动所述热动力装置；当检测到的弹性器件承受压差小于设定值时，可先启动所述停机-启动保护装置进一步降低弹性器件承受压差后再启动所述热动力装置，或直接启动所述热动力装置；

运行模式2：直接启动所述停机-启动保护装置，再启动所述热动力装置。

一种制冷制热装置，包括蒸发器、冷凝器和膨胀装置，还包括上述的热驱动压缩机，所述压缩组件压缩出的高温高压制冷剂流入所述冷凝器，在所述冷凝器换热器后经所述膨胀装置流入所述蒸发器，制冷剂从所述蒸发器流出后，回流至所述压缩组件。

作为上述技术方案的进一步改进：制热工况下，所述低温换热器的平均放热温度与所述冷凝器的冷凝温度之差≥2.5℃。

还包括燃烧器、第一烟气废热换热器和第二烟气废热换热器，所述第一烟气废热换热器和所述第二烟气废热换热器用于回收所述燃烧器所产生烟气的废热。

一种上述的制冷制热装置的运行方法，控制卸载装置或膨胀装置以实现热冷模式运行与热电模式运行。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的热驱动压缩机，通过斯特林发动机驱动压缩机，可实现低噪音；采用第一弹性器件隔离斯特林发动机工作腔与压缩组件腔，可避免发动机工质与压缩组件腔工质相互污染，实现长寿命、高效率；通过采用弹性器件压差调节装置，可消除活塞运动过程中弹性器件内外或上下压差，实现了长寿命、高可靠和免维护；通过采用传动机构，实现了活塞低重量、系统低振动、发动机与活塞之间功传递高效率与弹性器件的长寿命。

进一步地，第三流体采用润滑剂或润滑脂，可以大幅度减少摩擦与磨损问题；通过采用停机-启动保护装置，可避免停机状态下和启动过程中弹性器件压差过大对弹性器件的破坏，进一步提高了使用寿命、可靠性和免维护优点。

本发明公开的热驱动压缩机的运行方法，通过检测弹性器件承受压差，并根据弹性器件承受压差控制停机-启动保护装置，实现启动过程中弹性器件所承受压差较小，达到长寿命、高可靠和免维护。本发明公开的制冷制热装置，包括上述的热驱动压缩机，因而同样具有上述优点。本发明公开的制冷制热装置的运行方法，通过控制第三电磁阀或膨胀装置，可以实现热冷模式运行与热电模式运行，灵活性好，功能多样，操作简便。

附图说明

图1是本发明热驱动压缩机的组成示意图。

图2是本发明中的压缩组件的结构示意图。

图3是本发明热驱动压缩机实施例一的结构示意图。

图4是本发明中的弹性器件的结构示意图。

图5是本发明热驱动压缩机实施例二的结构示意图。

图6是本发明热驱动压缩机实施例三的结构示意图。

图7是本发明中多级压缩组件的结构示意图。

图8是本发明热驱动压缩机运行方法的示意图。

图9是本发明制冷制热装置的结构示意图。

图中各标号表示：1、高温腔；2、高温换热器；3、回热器；4、低温换热器；5、低温腔；6、排出器；7、活塞；8、气缸；91、第一弹性器件；92、第二弹性器件；93、第三弹性器件；94、第四弹性器件；95、第五弹性器件；10、弹性器件压差调节装置；101、泵组件；102、控制阀；103、单向阀；131、第一弹性器件封闭腔；132、第二弹性器件封闭腔；133、第三弹性器件封闭腔；14、压缩组件腔；15、压缩组件；151、第一压缩组件；152、第二压缩组件；16、传动机构；17、热动力装置；18、电磁装置；20、主动式停机-启动保护装置；21、电驱增压泵；22、被动式停机-启动保护装置；24、缓冲腔；241、第一缓冲腔；242、第二缓冲腔；25、冷凝器；26、蒸发器；27、膨胀装置；29、增压降压装置；2901、增压降压容积腔；2902、压缩机构；2903、增压降压控制阀；30、四通阀；311、第一媒介换热器；312、第二媒介换热器；32、传热媒介泵；33、散发器；34、补气阀；351、第一电磁阀；352、第二电磁阀；353、第三电磁阀；354、第四电磁阀；36、燃烧器；37、第一烟气废热换热器；38、第二烟气废热换热器；39、隔膜保护装置；40、卸载装置。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

如图1所示，一种热驱动压缩机，包括压缩组件15和热动力装置17。斯特林发动机作为外燃机，具备低噪音、长时间免维护运行的潜力，因此，本发明中的热动力装置17是基于斯特林发动机，具体地，热动力装置17包括高温腔1、高温换热器2、回热器3、低温换热器4、低温腔5、排出器6、活塞7和气缸8，所述高温腔1、高温换热器2、回热器3、低温换热器4与低温腔5构成工作腔，在排出器6的往复运动下，推动工作腔的工质在高温腔1和低温腔5之间交变流动，从而在工作腔内产生交变压强，推动活塞7输出机械功。本申请的发明人发现：输出的机械功通过活塞7或者曲轴传递给压缩组件15，具有热动力装置17与压缩组件15之间功传递效率最高的优点。因此，热动力装置17与压缩组件15之间基于活塞或曲轴的功耦合具有功传递效率高的优点。

斯特林发动机具有自由活塞与曲柄连杆两种结构，自由活塞通常被认为可以低噪音、长寿命、高可靠、高效率和免维护运行，理论上自由活塞斯特林发动机是热驱动压缩机的理想热动力源，然而，本申请的发明人发现：一方面，斯特林发动机活塞输出功与蒸气压缩系统压缩机需求功之间循环过程中会存在功的不匹配，主要是斯特林发动机循环中只有半个周期做功而压缩机吸气过程做功非常小，自由活塞斯特林发动机需要采用非常重的活塞来平衡功的不匹配，从而产生大的振动和噪音，且大的振动会导致系统相关器件损坏；另一方面，自由活塞斯特林发动机频率几乎不可调，而制冷、制热装置通常存在变频需求。因此，本发明中的热动力装置17是基于传动机构16的斯特林发动机，所述传动机构16可以是曲柄连杆、苏格兰轭或菱形传动等，通过在传动机构16上配置飞轮或者平衡块，可实现活塞重量低至1～2公斤，并具有低噪音、低振动和频率可调等优点。

进一步地，本申请的发明人发现：一方面，对于基于传动机构的斯特林发动机，由于其存在旋转运动，必然会有侧向力，导致其内部存在多处摩擦，由于斯特林发动机中不能存在润滑油，因此，相关器件之间的干摩擦导致的磨损使得基于传动机构的斯特林发动机寿命在几百小时，不适合作为家用制冷、制热系统需要10年以上运行寿命要求的动力装置；另一方面，斯特林发动机工质与压缩组件15中工质不同(工质不同包括工质种类不同，或者工质成分不同)，斯特林发动机中工质与压缩组件腔14中工质的混合不仅会降低斯特林发动机的性能，也会降低压缩组件15的性能，从而降低热驱动压缩机的节能效益。因此，本发明采用了第三流体与弹性器件的组合方式，优选地，第三流体为润滑液或润滑脂，利用第三流体对相关部位进行润滑，可大幅减小摩擦与磨损问题，并采用弹性器件来隔离工作腔与压缩组件腔内工质，避免第三流体流入工作腔，污染换热器和回热器，同时也能避免第二流体与第一流体间的混合，提升系统效率，而且，采用弹性器件密封，还能再提升系统效率，同时也能实现斯特林发动机的长寿命，保障密封与摩擦部位实现10年以上免维护和长寿命运行。优选地，弹性器件可以是波纹管或隔膜。由于隔膜具有行程短的特点，从而导致需要很大的直径，并导致机器非常重，且本申请的发明人发现：隔膜在停机及运行状态下两端压差平衡比较困难，因此，优选地，弹性器件为波纹管。

进一步地，热动力装置17中可以是alpha型、beta型或gamma型结构斯特林发动机。

由于本方案采用了传动机构16，因此，所述压缩组件15可以是活塞式压缩组件、滚动转子式压缩组件或涡旋式压缩组件等。如图2a所示，活塞式压缩组件15包括活塞式压缩组件气缸1502、活塞式压缩组件活塞1501、进气阀1503和排气阀1504；如图2b所示，滚动转子式压缩组件15包括上法兰1502a、滚动转子式压缩组件气缸1502b、下法兰1502c、曲轴1501a、滚子1501b、滑片1501c、弹簧1501d和排气阀1503；如图2c所示，涡旋式压缩组件15包括静涡旋盘1501e、动涡旋盘1501f和曲轴1501a，此外涡旋式压缩组件15可根据需要设置排气阀。

图3a示出了基于压缩组件为旋转式的热驱动压缩机。如图3b所示，压缩组件15与传动机构16共曲轴，传动机构16与活塞7连接，活塞7输出的机械功通过曲轴传递给压缩组件15。图3c示出了基于压缩组件为直线活塞式的热驱动压缩机，压缩组件15是活塞式压缩组件。

进一步地，第一弹性器件91与气缸构成第一弹性器件封闭腔131。

如图4所示，弹性器件可以是隔膜或波纹管，材料可以是橡胶或金属。由于橡胶会存在寿命衰老，优选地，弹性器件材料为金属。弹性器件为金属波纹管时，金属波纹管可以是焊接波纹管或液压成型波纹管或电沉积成型波纹管，金属波纹管结构可为S型或V型或Ω型或U型等，优选地，金属波纹管为焊接波纹管或液压成型波纹管。图4a和图4b示出了两种结构的波纹管，图4a为V型，图4b为S型，图4b为焊接型波纹管，内外都有焊缝。图4c和图4d示出了两种结构的金属隔膜。进一步地，为了满足热驱动压缩机10年以上寿命要求，本申请的发明人发现：所述波纹管是液压成型波纹管时，所述活塞或所述排出器行程与所连接的所述液压成型波纹管自由长度之比最佳范围是0.01～0.35；所述波纹管是焊接波纹管时，所述活塞或所述排出器行程与所连接的所述焊接波纹管自由长度之比最佳范围是0.1～0.6。其中，所述活塞行程是指活塞从上止点运动到下止点的距离，所述排出器行程同样定义。进一步地，所述波纹管厚度在0.05mm～1mm之间，优选地，所述波纹管厚度在0.1mm～0.3mm之间。

进一步地，工作腔中的工质为第一流体，第一流体可以是氦气、氢气、空气等，优选地，第一流体为氦气或氢气或氦气、氢气混合物。压缩组件腔14中具有第二流体和第三流体，第二流体可以是CO₂、氨气、氟利昂(如R32、R1234yf、R410A)、或烷烃类(如丙烷、丁烷)等，作为压缩组件15的工质，第三流体为润滑液或润滑脂等。第一流体和第二流体、第三流体之间通过第一弹性器件91隔离。

进一步地，如图3所示，压缩组件15或传动机构16还与电磁装置18连接，输出或输入电功。优选地，电磁装置18为电动机-发电机一体机。

进一步地，如图3所示，热驱动压缩机还包括气液分离器28，用于压缩组件15工质入口的气液分离。

进一步地，本申请的发明人发现：斯特林发动机工质平均压力受工况影响较小变化范围较小，因此，斯特林发动机工质运行压力变化范围取决于设计，可以设计得非常小甚至为零，然而，压缩组件腔中工质压力受工况影响，会大范围波动，例如，R32热泵系统冷凝压力变化范围在1.5～5MPa之间，CO₂制冷系统蒸发压力变化范围在1～5MPa之间，因此，尽管斯特林发动机工质运行压力变化可以设计得非常小，但压缩机侧这么大的压力变化，容易造成弹性器件中产生几MPa压差，从而导致大几千甚至上万牛顿的力，例如，弹性器件为波纹管时，波纹管内外压差会在波纹管内部产生应力；弹性器件为隔膜时，隔膜上下或左右压差会在隔膜内部产生应力，这些应力会显著降低弹性器件的寿命，导致弹性器件的寿命在几十小时量级。因此，本发明进一步采用了弹性器件压差调节装置10，实现热驱动压缩机工作过程中弹性器件内外或上下压差在任何制冷制热工况下都接近为零，从而支撑热驱动压缩机10年以上运行寿命。进一步地，弹性器件压差调节装置10具有用于增压第二或第三流体的泵组件101和控制阀102。泵组件101的动力源可以来自于活塞7或者电机。图5a中泵组件101的动力源来自于电机驱动，图5b中泵组件101的动力源来自于活塞7。优选地，泵组件101的动力源来自于活塞7，通过泵组件101将第二流体或第三流体增压到高压，注入第一弹性器件封闭腔131，从而实现第一弹性器件91承受压差较小。优选地，泵入第一弹性器件封闭腔131的流体为第三流体。控制阀102可以是电控阀或者自适应阀，优选地，控制阀102是自适应阀。

进一步地，本申请的发明人发现：对于本发明的基于弹性器件的热驱动压缩机，弹性器件在停机状态下承受的压差对弹性器件的长寿命运行非常关键，然而，压缩组件腔14受工况影响压力波动较大，为了满足弹性器件的长寿命需要较厚和或较长的弹性器件，从而增加了成本和死容积并降低了寿命目标值。第二流体不是二氧化碳时如是氨气、烷烃或氟利昂等时，在305K环境温度和停机状态下所述工作腔内压力≤2.5Mpa，优选为0.5MPa～2MPa。对于压缩组件腔14内压力取决于流体，如第二流体为R32，在305K环境温度下饱和压力为2.02MPa，因此，需要压缩组件腔14内压力小于第二流体在305K温度对应的饱和压力；如第二流体为丙烷，在305K环境温度下饱和压力仅为1.129MPa，此时压缩组件腔14内压力可以等于第二流体在305K温度对应的饱和压力。

第二流体是二氧化碳时，在305K环境温度和停机状态下所述工作腔内压力≥1Mpa，压缩组件腔14内压力≥2Mpa。通过这些约束，可以保证弹性器件在停机状态下承受的压差在可承受范围之内。需要指出的是，第二流体为含有二氧化碳的混合制冷剂时，如果二氧化碳比例低于50％，不应视第二流体为二氧化碳。进一步需要强调的是，所述压缩组件腔14内压力范围不仅局限于独立的热驱动压缩机，也包括结合了冷凝器、蒸发器的制冷制热装置中的热驱动压缩机。

进一步地，为了保护波纹管免遭压力破坏，第二流体不是二氧化碳且第一弹性器件91是波纹管时，第一弹性器件91的所述波纹管外表面接触第一流体，波纹管内表面接触第三流体，如图3d所示；

第二流体是二氧化碳时且第一弹性器件91是波纹管时，第一弹性器件91的所述波纹管外表面接触第三流体，波纹管内表面接触第一流体，如图3c所示。

进一步地，第一弹性器件91为波纹管时，所述波纹管内部具有导向杆，所述导向杆直径与所述波纹管内径的差值为0mm～15mm，优选的，差值为0.5～2mm。通过设置导向杆，有利于使波纹管按照设定的方向伸缩运动，并保证波纹管的形态。导向杆直径与波纹管内径的差值为0mm～15mm，避免波纹管失稳。

同理，第二弹性器件92、第三弹性器件93采用波纹管时，波纹管内部也具有导向杆。

对于与活塞连接的波纹管，活塞可以作为导向杆；对于与排出器连接的波纹管，排出器的连杆可以作为导向杆。进一步地，自适应阀的阀杆也可作为导向杆。

进一步地，如上所述，本申请的发明人发现：斯特林发动机活塞输出功与蒸气压缩系统压缩机需求功之间循环过程中会存在功的不匹配，因此，为了降低振动、噪音和平衡块或飞轮的质量，本发明中：所述压缩组件15具有吸气压力p1和排气压力p2，所述工作腔具有平均压力p3，所述压缩组件15所在压缩组件腔14内压力p是p1和p2中最接近p3的压力，如当p1与p3接近时，可让压缩组件腔14与压缩机吸气口连通，从而实现压缩组件腔14内压力p是p1；当p2与p3接近时，可让压缩组件腔14与压缩机排气口连通，从而实现压缩组件腔14内压力p是p2。当第二流体不是二氧化碳时(如是氨气、烷烃或氟利昂等时)，所述吸气压力p1是第二流体在0℃的饱和压力、排气压力p2是第二流体在35℃的饱和压力。优选地，当第二流体不是二氧化碳时，压缩组件腔14与压缩组件15排气口连通，如图3c所示，当第二流体是二氧化碳时，需要根据排气压力决定，优选地，压缩组件腔14与压缩组件15吸气口连通，图3d示出了一种压缩组件腔14与压缩组件15吸气口连通的结构，通过电控阀来控制连通；和/或，压缩组件腔14内具有第一缓冲腔241，如图3e所示，活塞7穿过第一缓冲腔241与压缩组件15连接，第一缓冲腔241内压力为压缩组件15的吸气压力p1或排气压力p2，优选地，第一缓冲腔241内压力p是p1和p2中最接近p3的压力，图3e示出了一种第一缓冲腔241与压缩组件15排气口相连的结构设计，因此，图3e中第一缓冲腔241内压力p是压缩组件15的排气压力p2，此种情况下，压缩组件腔14内压力可以是吸气压力，降低压缩组件腔14内的压力，而且，位于所述第一缓冲腔241内所述活塞7的分段直径大于位于所述压缩组件腔14内所述活塞7的分段直径，如图3e所示，第一缓冲腔241位于第一弹性器件封闭腔131与压缩组件腔14之间，第一缓冲腔241内所述活塞7的分段直径大于位于所述压缩组件腔14内所述活塞7的分段直径。

进一步地，如上所述，活塞7穿过第一弹性器件封闭腔131并穿过与活塞7间隙配合的气缸8，伸入所述压缩组件15所在的压缩组件腔14。由于活塞7与气缸8之间的间隙配合，第一弹性器件封闭腔131内的第三流体会通过活塞7与气缸8间隙配合处泄露。运行过程中，间隙配合处泄露的第三流体可以采用弹性器件压差调节装置10补充。本申请的发明人发现：由于热驱动压缩机作为制冷、制热装置，其应用需求特点导致其会频繁开启与关停，如果间隙配合处位置朝下，在停机状态下与重力作用下会发生第三流体从间隙配合处泄露，导致第一弹性器件91寿命很难满足长寿命需求。此外，第二流体为制冷剂时会部分溶解于第三流体，导致在第一弹性器件封闭腔131内会释放出气态第二流体，如果间隙配合处位置朝下，极易聚集于第一弹性器件封闭腔131内顶部，无法从间隙配合处释放，从而导致第一弹性器件91寿命很难满足长寿命需求。因此，本发明中，为了保护第一弹性器件91长寿命运行，图3f中半实心并伸入第一弹性器件封闭腔131内的箭头所示位置是活塞7与气缸8之间间隙配合处位置，因此，所述间隙配合处位置在第一弹性器件封闭腔131位置的上方，并不要求完全垂直。图中最大箭头所示为重力加速度方向，因此，重力作用不会驱使第一弹性器件封闭腔131内的第三流体从间隙配合处流出，第一弹性器件封闭腔131内如果形成了气态第二流体，气态第二流体由于密度原因将聚集在靠近间隙配合处端，并从间隙配合处逸出。此外，图5c中排出器6与气缸8间隙配合处位置同样在第二弹性器件封闭腔132位置的上方。

实施例二

进一步地，热驱动压缩机还包括第二弹性器件92，第二弹性器件92采用金属波纹管，一端连接于所述排出器6，另一端固定，另一端也可连接于活塞7。如图5c所示，第二弹性器件92一端连接于所述排出器6，另一端固定。优选地，第二弹性器件92构成的第二弹性器件封闭腔132可与第三弹性器件封闭腔133连通，以降低排出器6运动过程中容积变化所产生的压差。

进一步地，热驱动压缩机还具有第三弹性器件93及第三弹性器件封闭腔133，如图5所示，第三弹性器件93一端固定，一端自由状态，为了避免第二流体进入工作腔，自由端是封闭的，封闭端可以是平板或隔膜，优选地，如图4e所示，封闭端是隔膜。第三弹性器件封闭腔133与第一弹性器件封闭腔131连通，第三弹性器件93可以用于补偿第一弹性器件91随活塞7运动过程中导致第一弹性器件封闭腔131的体积变化，平衡第一弹性器件91承受压差。图5a还示出了一种自适应的控制阀102，自适应的控制阀102具有阀杆，阀杆的一端与第三弹性器件93连接，另一端自由。当工作腔压力高于第三弹性器件封闭腔133内压力时，第三弹性器件93被压缩，阀杆在第三弹性器件93作用下下移，第三弹性器件封闭腔133与泵组件101之间管路连通，第三流体被泵入第三弹性器件封闭腔133，第三弹性器件93开始逐渐伸长，自适应的控制阀102阀杆在第三弹性器件93作用下上移，当第三弹性器件93的体积增加到某个值时，第三弹性器件封闭腔133与泵组件101之间管路断开。为了避免第三流体回流，在控制阀102与泵组件101之间的管路上设置了单向阀103。

进一步地，所述压缩组件15为多级压缩结构或具有中间补气口。对于活塞式或滚动转子式压缩组件，如图7所示，压缩组件15包括第一压缩组件151和第二压缩组件152，第一压缩组件151具有入口a和排气口b，第二压缩组件152具有入口c和排气口d，还具有补气口e，补气口e位于第一压缩组件151排气口b和第二压缩组件152入口c之间的管路上。对于涡旋式压缩组件，在涡旋盘上具有中间补气口。

进一步地，本申请的发明人发现：作为家庭能源系统，具有多种能源输入或输出需求。虽然本发明中热动力装置与压缩组件间采用热动力装置活塞直接驱动压缩组件活塞或热动力装置驱动传动机构从而驱动压缩组件，但是仍具备多功能潜力。因此，本发明中所述压缩组件15具有卸载压缩或增压功能的卸载装置40，卸载装置40可以是电磁阀或者电磁离合器等，如图6i所示，卸载装置为第三电磁阀353，开启第三电磁阀353，压缩组件15的压缩腔与外界连通，压缩组件15虽然吸气、排气，但是不产生增压功能；关闭第三电磁阀353，压缩组件15的压缩腔与外界断开连通，压缩组件15吸气、排气，但是产生增压功能。当卸载装置40为电磁离合器时，卸载装置40一端与热动力装置17的输出轴连接，一端与压缩组件15的输入轴连接，通过通电或断电，可控制热动力装置17与压缩组件15之间的连接与断开。

实施例三

一方面，本申请的发明人发现：由于压缩组件腔中工质压力受环境温度或工况影响，会大范围波动，如，CO₂系统在不工作状态下系统内压力变化范围在1～7MPa之间；另一方面，热动力装置17中工质压力在不工作状态下变化幅值非常小，甚至可以趋近为零。因此，热驱动压缩机不工作时，工作腔与压缩组件腔中可能存在非常大的压差，从而在停机状态或者启动过程中导致弹性器件内产生巨大应力，并破坏弹性器件，使弹性器件的寿命满足不了长寿命的需求。因此，本发明的热驱动斯特林装置，还包括停机-启动保护装置，所述启动保护装置可以在热驱动压缩机停机状态下和/或启动过程中下平衡弹性器件压差。

所述停机-启动保护装置分为主动式和被动式停机-启动保护装置。优选的，主动式停机-启动保护装置20能够基于电控方式短时间内多次调节所述弹性器件压差，优选地，主动式停机-启动保护装置20可以1天～1周内多次调节弹性器件压差。被动式停机-启动保护装置22能够长时间维持或平衡所述弹性器件压差，优选地，被动式停机-启动保护装置22能够在环境温度恒定情况下维持弹性器件压差1周以上，或者经平衡后能够维持弹性器件压差1周以上。

进一步地，如图5a所示，主动式停机-启动保护装置包括电驱增压泵，即图中泵组件101为电驱增压泵。停机状态，当检测到弹性器件承受压差达到较大值时，启动电驱增压泵，给弹性器件封闭腔注入第三流体，直到弹性器件承受压差达到设定值停止第三流体注入。由于弹性器件封闭腔内工质会通过相关密封处泄露，这使得停机状态下弹性器件承受压差又会慢慢增大，这时又需要电驱增压泵给弹性器件封闭腔补充第三流体以维持或平衡弹性器件承受压差，需要补充的频率取决于密封处的泄露，因此，主动式停机-启动保护装置中具有如下特征：压差增大，主动停机-启动保护装置的电驱增压泵启动，平衡压差，然后压差又增大，主动停机-启动保护装置的电驱增压泵又启动，再平衡压差，循环进行上述过程。此外，启动电驱增压泵，也可以是增压第二流体，直到弹性器件承受压差达到某个值停止第二流体注入，同样地，停机状态，电驱增压泵需要根据停机时间长短多次给压缩组件腔多次增压，需要补充的频率取决于密封处的泄露。

进一步地，电驱增压泵可以是给第三流体增压泵，也可以是给第二流体增压的压缩机，如通过对第二流体进行压缩，实现压缩组件腔内第二流体工质压力处于高压，也可以实现弹性器件压差的平衡，保护启动过程中弹性器件运行。

进一步地，所述主动式停机-启动保护装置还包括蓄电池，实现在断电情况下也具备主动式保护功能。

进一步地，如图6a所示，所述被动式停机-启动保护装置可以采用第四弹性器件94。所述第四弹性器件一端固定，一端为自由状态，为了避免第二流体进入工作腔，自由端是封闭的，封闭端可以是金属隔膜、平板，优选地，第四弹性器件94是金属波纹管与金属隔膜组合而成的弹性器件，如图4e所示。停机状态，当工作腔压力高于压缩组件腔时，第四弹性器件体积自动增大，导致工作腔容积增大，从而降低工作腔内压力，减小工作腔与压缩组件腔之间的压差，从而降低弹性器件承受压差，因此，当环境温度恒定时，不考虑第一流体与第二流体泄露情况下，弹性器件承受压差可长时间维持。工作时，压缩组件腔14压力上升，推动第四弹性器件94使工作腔容积减小，从而增大工作腔内压力。

进一步地，如图6b所示，弹性器件压差调节装置10与第四弹性器件94连接，工作时，第四弹性器件94在弹性器件压差调节装置10的作用下，第四弹性器件94的体积可被调控，并使工作腔压力达到目标值。为了能够较大范围调节工作腔容积，自由状态下所述第四弹性器件体积是所述排出器扫气容积的0.5～100倍，第四弹性器件的体积决定了工作腔容积的变化幅度，优选地，自由状态下所述第四弹性器件体积是所述排出器扫气容积的1-20倍。排出器扫气容积是排出器面积与排出器行程的乘积，约等于高温腔的体积，其中排出器面积是基于排出器外径计算。自由状态是在指不施加力的情况下，当弹性器件为两端具有接头的弹性器件时，需要去掉接头，以消除接头重量所产生的的重力对弹性器件体积的影响。

需要指出的是，第三弹性器件93与第四弹性器件94在结构上存在相似，也都可与第一弹性器件91、第二弹性器件92相连，其区别在于功能，并使得其尺寸参数存在非常大差异：第三弹性器件93的功能是补偿第一弹性器件91或第二弹性器件92的容积变化，通常变化较小，尤其对于如图6a所示第一弹性器件91、活塞7构成的第一弹性器件封闭腔131，第一弹性器件91压缩导致的容积变化大部分被活塞7的哑铃型结构抵消，因此，第三弹性器件直径与长度通常较小，体积较小，而第四弹性器件主要用于调控工作腔工作容积，因此，第四弹性器件直径或长度较大，体积较大，本发明中，自由状态下所述第四弹性器件体积是所述排出器扫气容积的0.5～100倍，优选地，自由状态下所述第四弹性器件体积是所述排出器扫气容积的1～20倍，或者自由状态下所述第四弹性器件体积是工作腔总容积的0.2～5倍。第四弹性器件94较大的体积为其大范围调节工作腔平均压力并适应热驱动压缩机多种工况环境提供了保护。进一步地，第四弹性器件94内部同样可以具有导向杆，导向杆一端连接第四弹性器件94，另一端位于与导向杆配合的气缸中并可往复移动。

优选地，第四弹性器件是焊接波纹管。此外，对于基于金属波纹管的弹性器件体积如图4f所示，是指内部自由状态下第二流体充满所占体积。此外，对于基于金属隔膜的弹性器件体积计算如图4g所示。

进一步地，如图6c所示，被动式停机-启动保护装置还可以是增压降压装置29，增压降压装置29具有增压降压容积腔2901、压缩机构2902和增压降压控制阀2903，启动阶段，开启增压降压控制阀2903，利用压缩机构2902将增压降压容积腔2901内工质泵入工作腔，工作腔内压力升高，达到目标值后关闭增压降压控制阀2903。停机阶段，通过控制增压降压控制阀2903的开启，可调控工作腔内工质流入增压降压容积腔2901的质量，从而调节工作腔压力，最终平衡弹性器件承受压差。

进一步地，如图6f所示，增压降压装置29还可以位于第二流体侧，停机阶段，开启增压降压控制阀2903或利用增压降压控制阀2903的泄露，压缩组件腔14内工质流入增压降压容积腔2901，实现停机状态下压缩组件腔14内压力维持在设定范围，从而改善平衡弹性器件承受压差。启动或运行过程中，开启增压降压控制阀2903，利用压缩机构2902将增压降压容积腔2901内工质泵出，泵入压缩组件15或者压缩组件腔14，压缩组件腔内压力升高，实现压缩组件15的正常运行。优选地，增压降压容积腔2901的容积可以根据制冷剂质量与饱和压力1MPa下饱和蒸气密度计算，即容积等于制冷剂质量与1MPa下饱和蒸气密度之比的20％以上。此外，增压降压容积腔2901可以是气液分离器28，优选地，气液分离器28的容积等于制冷剂质量与1MPa下饱和蒸气密度之比的20％以上或气液分离器28容积≥10L，使得在305K停机状态下所述压缩组件腔14内压力小于第二流体在305K温度时对应的饱和压力，此时，增压降压装置29中可以不包括增压降压控制阀2903。需要指出的是，当用与气液分离器28连通的气瓶替换气液分离器28的控制压力功能时，气瓶容积应被视为气液分离器28的容积，或者当压缩组件腔14内的容积≥2L时，压缩组件腔14内的容积也应被视为气液分离器28的容积。进一步地，增压降压装置29位于第二流体侧时，还可以是停机阶段，开启增压降压控制阀2903或利用增压降压控制阀2903的泄露，增压降压容积腔2901内工质流入压缩组件腔14内工质，启动或运行过程中，开启增压降压控制阀2903，利用压缩机构2902将压缩组件腔14内工质内工质泵入增压降压容积腔2901。进一步地，还可以是增压降压容积腔2901内具有一种室温25℃下不凝性气体如氮气、氩气和空气等，停机阶段，不凝性气体流入压缩组件腔14，实现压缩组件腔14内具有与工作腔相当的压力，启动或运行过程中，将压缩组件腔14内不凝性气体泵入增压降压容积腔2901。为了降低不凝性气体对换热的影响，还可包括不凝性气体分离器。

进一步地，如图6d所示，被动式停机-启动保护装置还可以是第二缓冲腔24，第二缓冲腔24与压缩组件腔14之间通过曲轴连接，因此，第二缓冲腔24可以维持在一个与工作腔相当的压力状态，从而使工作腔压力不受压缩组件腔14限制，实现第一弹性器件91的长寿命运行。优选地，为了维持第二缓冲腔24内的压力，第二缓冲腔24还可具有补气装置，例如外接气瓶或者增压泵，利用增压泵将空气泵入到第二缓冲腔24之中，由于空气压力随环境温度变化较小，从而可平衡弹性器件承受压差，进一步地，第二缓冲腔24内工质为室温25℃时不凝性气体如氮气、氩气、空气等，优选地，为氮气。

进一步地，被动式停机-启动保护装置还可以是第五弹性器件95，优选地，第五弹性器件95具有弹性器件压差调节装置，如图6j所示，第五弹性器件95隔离压缩组件腔14和压缩组件15的压缩腔，因此，压缩组件腔14压力不受压缩组件15工况的影响，从而能够维持在一个与工作腔相当的压力状态，实现第一弹性器件91的长寿命运行。

进一步地，被动式停机-启动保护装置还可以是如图6e所示，该被动式停机-启动保护装置具有第二缓冲腔24以及第五弹性器件95，工作腔与压缩组件腔14之间具有第二缓冲腔24，工作腔与第二缓冲腔24之间被第五弹性器件隔离，一个第五弹性器件一端与活塞7连接，另一端固定。为了补偿活塞7运动过程中的容积变化，另一个第五弹性器件一端固定，另一端为自由状态。进一步地，两个第五弹性器件对应的弹性器件封闭腔连通，共用弹性器件压差调节装置10。因此，停机状态下，工作腔压力与压缩组件腔14存在较大压差时，可通过第二缓冲腔24进行压力过渡，避免弹性器件所处承受压差过大。

进一步地，被动式停机-启动保护装置22还可以如图6h所示，该被动式停机-启动保护装置22具有第一电磁阀351、第二电磁阀352，第一电磁阀351位于压缩组件15的入口、第二电磁阀352位于压缩组件15的出口。优选地，第一电磁阀351、第二电磁阀352断电常闭。因此，当第一电磁阀351、第二电磁阀352内泄漏几乎为零时，压缩组件腔14内压力在停机状态下受环境温度影响较小，从而实现停机状态下工作腔压力与压缩组件腔14压差在较小范围。进一步地，停机状态下压缩组件腔14内充满第三流体。进一步地，第一电磁阀351、第二电磁阀352内泄漏可满足1小时之内压缩组件腔14内压力波动≤0.1MPa。此外，热驱动压缩机运行过程中，第一电磁阀351、第二电磁阀352开启。

进一步地，当弹性器件为金属隔膜时，被动式停机-启动保护装置22还可以如图4h或4i所示，该被动式停机-启动保护装置22为隔膜保护装置39，隔膜保护装置39具有与承受设计压状态下变形的隔膜相匹配的结构，因此，隔膜的拉伸幅度会受到限制，而且由于隔膜保护装置39与变形隔膜相匹配，因此，避免了隔膜被保护装置破坏。图4i示出了另一种隔膜保护装置，隔膜保护装置39同样具有与承受设计压差状态下变形的隔膜相匹配的结构，避免了隔膜被保护装置破坏。

进一步地，所述停机-启动保护装置可以是主动式与被动式的组合，一方面采用所述被动式停机-启动保护装置降低工作腔与压缩组件腔中压差，另一方面，主动式停机-启动保护装置可进一步平衡弹性器件所承受的压差，降低第四弹性器件的性能要求，提高可靠性与寿命。此外，也可以是以上几种不同被动式停机-启动保护装置的组合。例如：图6g示出了一种基于两种不同被动式停机-启动保护装置的组合方案，工作腔侧采用了第四弹性器件94且压缩组件腔侧采用了增压降压装置29。停机阶段，工作腔侧第一流体压力通过第四弹性器件94降低到某个压力范围，压缩组件腔侧第二流体压力通过增压降压装置29降低到与第一流体压力相应范围，实现工作腔与压缩组件腔在不同环境温度下压差维持在允许范围内。优选地，停机时工作腔压力控制在1MPa以下。

进一步地，增压降压装置29用于所述第二流体增压时，增压降压装置29中的压缩机构2902可以是所述压缩组件15，如图6g所示，启动阶段，利用压缩组件15将增压降压容积腔2901内工质泵入压缩组件15，通过压缩组件15泵入到与压缩组件15相连的冷凝器25中或压缩组件腔14内，实现制冷或制热系统的正常运行。优选地，增压降压装置29中增压降压控制阀2903可以是三通阀，如图6g所示，当压缩组件15与增压降压容积腔2901通过第一增压降压控制阀2903a相通时，压缩组件15与气液分离器28通过第二增压降压控制阀2903b断开，反之亦然。

进一步地，增压降压装置29用于调节调节工作腔压力时，压缩机构2902具有进气阀2903和排气阀2904，压缩机构2902的动力源可以是活塞7或排出器6或电磁装置等，利用电磁装置作为压缩机构2902的动力源时，压缩机构2902为直线式压缩机构，消除运动过程中的侧向力，电磁装置可以是简单提供电磁力的磁铁线圈，也可以是直线电机。图6i示出了一种活塞7作为动力源的增压降压装置29，活塞7、气缸8、进气阀2903和排气阀2904构成所述压缩机构2902，活塞7向上过程，进气阀2903开启、排气阀2904关闭，增压降压容积腔2901内工质流入压缩腔，活塞7向下过程，进气阀2903关闭，压缩机构2902压缩腔内工质被压缩，当压力达到某个值时，排气阀2904开启，工质被排入工作腔，提高工作腔压力。进一步地，增压降压装置29还具有第四电磁阀354，第四电磁阀354可以卸载所述压缩机构2902的泵气功能，即当第四电磁阀354开启时，压缩机构2902虽然也吸气、排气，但是不产生增压功能或者增压非常小。当增压降压装置29为电磁装置时，增压降压装置29的卸载可通过卸载电磁力来实现。此外，增压降压装置29用于调节调节工作腔压力时，增压降压装置29也能具备调节热动力装置17输出功率的功能。

实施例四

本申请的发明人发现：即使采用了被动式停机-启动保护装置22，压缩组件腔14受工况影响也会导致在某些工况下弹性器件两端压差过大，从而可能在启动阶段破坏弹性器件。因此，本发明还涉及上述热驱动压缩机的运行方法，运行方法可以是运行模式1或运行模式2，其中运行模式1：

(1)检测弹性器件承受压差；

(2)当检测到的弹性器件承受压差大于设定值时，先启动所述停机-启动保护装置，降低弹性器件承受压差到设定值后，再启动所述热动力装置17，即活塞7或者排出器6开始往复运动；当检测到的弹性器件承受压差小于设定值时，可先启动所述停机-启动保护装置19进一步降低弹性器件承受压差后再启动所述热动力装置17，当然此时也可直接启动所述热动力装置17。

运行模式2：直接启动所述停机-启动保护装置，再启动所述热动力装置17。

进一步地，运行模式1如图8a所示，热驱动压缩机启动，检测弹性器件承受压差，根据压差决定是否需要启动所述电驱增压泵。压差设定范围为0.05MPa～+∞，优选地，压差设定范围为0.2MPa～+∞。当检测到的弹性器件承受压差小于设定值时，不需要启动电驱增压泵、直接启动热动力装置，或启动电驱增压泵继续降低弹性器件承受压差，再启动热动力装置；当检测到的弹性器件承受压差大于设定值时，需要启动电驱增压泵，首先启动电驱增压泵，平衡弹性器件压差，当弹性器件压差降到某个值例如0.2MPa后，启动热动力装置17。

运行模式2：如图8b所示，热驱动压缩机启动，直接启动电驱增压泵，再启动热动力装置17。启动电驱增压泵与启动热动力装置17的时间间隔取决于弹性器件压差，例如某些温度下长时间停止运行，弹性器件承受压差较大，需要补充弹性器件封闭腔内第三流体较多时需要时间长；当弹性器件承受压差较小，需要补充弹性器件封闭腔内第三流体较少时需要时间短。

需要指出的是，启动热动力装置17是指热动力装置17中活塞往复运动，只是启动热动力装置17的相关过程如加热而活塞静止不动不被视为启动热动力装置17。进一步地，活塞往复运动是指活塞运动频率达到5Hz以上。

进一步地，弹性器件承受压差可以是通过检测弹性器件的长度检测，也可以通过检测工作腔与弹性器件封闭腔的压差检测或者检测工作腔与压缩组件腔的压差等。

进一步地，启动热动力装置17后，通过停机-启动保护装置将工作腔和/或压缩组件15内的压力升高到设定值，例如：启动热动力装置17后，第四电磁阀354关闭，增压降压装置29工作，利用压缩机构2902将增压降压容积腔2901内工质泵入工作腔，压力达到设定目标值后，第四电磁阀354开启，压缩机构2902泵气卸载，并断开工作腔与增压降压容积腔2901管路连接，从而实现热动力装置17整车运行。并且利用电驱增压泵维持弹性器件压差在可承受压差范围之内。

实施例五

图9a示出了一种基于热驱动压缩机的制冷制热装置，包括上述热驱动压缩机、蒸发器26、冷凝器25和膨胀装置27。经压缩组件15压缩出的高温高压制冷剂流入冷凝器25，在冷凝器25换热器后经膨胀装置27流入蒸发器26，制冷剂从蒸发器26流出后，流入压缩组件15。

进一步地，图9a示出的基于热驱动压缩机的制冷制热装置还包括气液分离器28和四通阀30。图9a示出的基于热驱动压缩机的制冷制热装置还包括与冷凝器25换热的媒介换热器312、与蒸发器换热的媒介换热器311及相关传热媒介泵32，传热媒介可以是乙二醇溶液或其他传热媒介。

进一步地，图9b示出了一种具有中间补气的基于热驱动压缩机的制冷制热装置，包括上述热驱动压缩机、蒸发器26、冷凝器25、膨胀装置27、闪发器33、第一膨胀装置271、第二膨胀装置272、补气阀34，热驱动压缩机中的压缩组件15具有两级压缩或者中间补气，经压缩组件15压缩出的高温高压制冷剂流入冷凝器25，在冷凝器25换热器后经第一膨胀装置271流入闪发器33，液体经第二膨胀装置272流入蒸发器26，制冷剂从蒸发器26流出后，流入压缩组件15吸气口；闪发器33内蒸气经补气阀34流入压缩组件15的补气口。此外，图9b示出的制冷制热装置还包括气液分离器28、四通阀30、与冷凝器25换热的第二媒介换热器312、与蒸发器换热的第一媒介换热器311及相关传热媒介泵32。此外，具有中间补气的基于热驱动压缩机的制冷制热装置也可以是基于经济器的中间补气方案。

进一步地，图9c示出了一种基于热驱动压缩机的制冷制热装置，换热媒介与冷凝器25换热后，然后流向低温换热器4，吸收热动力装置17的废热，在低温换热器4内换热后流向媒介换热器312，进一步地，制热工况下低温换热器4内平均放热温度高于冷凝器25内平均放热温度或冷凝温度2.5℃以上。优选地，制热工况下低温换热器4内平均放热温度比冷凝器25内平均放热温度或冷凝温度高5℃以上。

进一步地，图9c示出的基于热驱动压缩机的制冷制热装置还包括燃烧器36、第一烟气废热换热器37和第二烟气废热换热器38，燃料和空气在燃烧器36燃烧产生的烟气与高温换热器2换热后，为了回收烟气废热，烟气先经过第一烟气废热换热器37与从低温换热器4来的换热媒介换热，然后流向媒介换热器312。进一步地，燃烧器36燃烧产生的烟气经过第一烟气废热换热器37后，流经第二烟气废热换热器38，继续回收烟气的废热，在第二烟气废热换热器38中与从蒸发器26来的低温制冷剂换热，利用低温制冷剂进一步回收烟气的废热。

实施例六

本申请的发明人发现：基于热动力装置17与压缩组件15构成的制冷制热装置还能实现高效独立发电功能，因此，本发明还涉及上述制冷制热装置的运行方法：控制第三电磁阀353，卸载热驱动压缩机压缩组件15的压缩功能，热动力装置17的输出功用于电磁装置18的发电，输出电能和废热，实现热-电模式。当膨胀装置27为电控膨胀阀时，可以将电控膨胀阀开到最大，也可几乎卸载热驱动压缩机压缩组件15的压缩功能，此时，蒸发器风机停止运转或与蒸发器换热的传热媒介泵停止运转，热动力装置17的输出功用于电磁装置18的发电，输出电能和废热，也可实现热-电模式。

进一步地，控制卸载装置40如第三电磁阀353，启动热驱动压缩机压缩组件15的压缩功能，当热动力装置17的输出功全部用于制冷制热装置中制冷工质的压缩功能，输出冷能和废热，实现热-冷模式。此外，当热动力装置17的输出功部分用于制冷制热装置中制冷工质的压缩功能，剩余部分用于电磁装置18的发电，输出冷能和电能，可实现热-冷、电模式。同样地，当电价较低时，可利用电磁装置18来输入电能，驱动压缩组件15的压缩，如果热动力装置17吸收高温热量来做功，输出冷能，可实现热、电-冷模式；如果热动力装置17不吸收高温热量来做功，可实现电-冷模式。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (19)

1.一种热驱动压缩机，包括压缩组件(15)和热动力装置(17)，所述热动力装置(17)包括高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)、低温腔(5)、排出器(6)、活塞(7)和气缸(8)，所述高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)和低温腔(5)构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件(15)中具有第二流体，其特征在于：热驱动压缩机还包括传动机构(16)、含有第三流体的第一弹性器件封闭腔(131)、用于隔离第一弹性器件封闭腔(131)与工作腔的第一弹性器件(91)、以及用于调节第一弹性器件(91)压差的弹性器件压差调节装置(10)，所述第一弹性器件(91)一端固定，另一端与所述活塞(7)连接，所述活塞(7)、所述排出器(6)和/或所述压缩组件(15)连接于所述传动机构(16)。

2.根据权利要求1所述的热驱动压缩机，其特征在于：还包括含有第三流体的第二弹性器件封闭腔(132)、以及用于隔离第二弹性器件封闭腔(132)与工作腔的第二弹性器件(92)，所述第二弹性器件(92)一端固定，另一端与所述排出器(6)连接，所述第一弹性器件封闭腔(131)与所述第二弹性器件封闭腔(132)连通，所述弹性器件压差调节装置(10)与所述第二弹性器件封闭腔(132)连接；

和/或，还包括含有第三流体的第三弹性器件封闭腔(133)、以及用于隔离第三弹性器件封闭腔(133)与工作腔的第三弹性器件(93)，所述第三弹性器件(93)一端固定，另一端为自由状态，所述第一弹性器件封闭腔(131)与所述第三弹性器件封闭腔(133)连通，所述弹性器件压差调节装置(10)与所述第三弹性器件封闭腔(133)连接。

3.根据权利要求2所述的热驱动压缩机，其特征在于：所述第一弹性器件(91)、第二弹性器件(92)和第三弹性器件(93)为波纹管或隔膜，所述波纹管是焊接波纹管或液压成型波纹管；

所述波纹管是液压成型波纹管时，所述活塞(7)或所述排出器(6)的行程与所连接的液压成型波纹管自由长度之比是0.01～0.35；

所述波纹管是焊接波纹管时，所述活塞(7)或所述排出器(6)的行程与所连接的焊接波纹管自由长度之比是0.1～0.6。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热驱动压缩机，其特征在于：还包括电磁装置(18)，所述电磁装置(18)用于驱动活塞(7)或排出器(6)运动；和/或，所述电磁装置(18)用于输出电能。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的热驱动压缩机，其特征在于：所述压缩组件(15)为活塞式压缩组件、滚动转子式压缩组件或涡旋式压缩组件；所述压缩组件(15)采用多级压缩结构或具有中间补气口。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的热驱动压缩机，其特征在于：所述第一弹性器件(91)为波纹管时，所述波纹管内部具有导向杆，所述导向杆直径与所波纹管内径的差值为0mm～15mm。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的热驱动压缩机，其特征在于：所述弹性器件压差调节装置(10)包括泵组件(101)和控制阀(102)。

8.一种热驱动压缩机，包括压缩组件(15)和热动力装置(17)，所述热动力装置(17)包括高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)、低温腔(5)、排出器(6)、活塞(7)和气缸(8)，所述高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)和低温腔(5)构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件(15)中具有第二流体，其特征在于：热驱动压缩机含有第三流体的第一弹性器件封闭腔(131)、用于隔离第一弹性器件封闭腔(131)与工作腔的第一弹性器件(91)、以及用于调节第一弹性器件(91)压差的弹性器件压差调节装置(10)，所述第一弹性器件(91)一端固定，另一端与所述活塞(7)连接；所述第二流体是二氧化碳且在305K环境温度和停机状态下，所述工作腔内压力≥1Mpa，所述压缩组件(15)所在压缩组件腔(14)内压力≥2Mpa；

所述第二流体为氨气、烷烃或氟利昂且在305K环境温度和停机状态下，所述工作腔内压力≤2.5Mpa，和/或所述压缩组件(15)所在压缩组件腔(14)内压力小于第二流体在305K温度时对应的饱和压力。

9.一种热驱动压缩机，包括压缩组件(15)和热动力装置(17)，所述热动力装置(17)包括高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)、低温腔(5)、排出器(6)、活塞(7)和气缸(8)，所述高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)和低温腔(5)构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件(15)中具有第二流体，其特征在于：热驱动压缩机含有第三流体的第一弹性器件封闭腔(131)、用于隔离第一弹性器件封闭腔(131)与工作腔的第一弹性器件(91)、以及用于调节第一弹性器件(91)压差的弹性器件压差调节装置(10)，所述第一弹性器件(91)一端固定，另一端与所述活塞(7)连接；所述压缩组件(15)具有吸气压力p1和排气压力p2，所述工作腔具有平均压力p3，所述压缩组件(15)所在压缩组件腔(14)内压力p是p1和p2中最接近p3的压力；和/或，所述压缩组件(15)所在压缩组件腔(14)内具有第一缓冲腔(241)，所述活塞(7)穿过所述第一缓冲腔(241)，位于所述第一缓冲腔(241)内所述活塞(7)的分段直径大于位于所述压缩组件腔(14)内所述活塞(7)的分段直径，所述第一缓冲腔(241)的压力为所述压缩组件(15)的吸气压力p1或排气压力p2。

10.一种热驱动压缩机，包括压缩组件(15)和热动力装置(17)，所述热动力装置(17)包括高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)、低温腔(5)、排出器(6)、活塞(7)和气缸(8)，所述高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)和低温腔(5)构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件(15)中具有第二流体，其特征在于：热驱动压缩机含有第三流体的第一弹性器件封闭腔(131)、用于隔离第一弹性器件封闭腔(131)与工作腔的第一弹性器件(91)、以及用于调节第一弹性器件(91)压差的弹性器件压差调节装置(10)，所述第一弹性器件(91)一端固定，另一端与所述活塞(7)连接；所述压缩组件(15)具有用于卸载所述压缩组件(15)增压功能的卸载装置(40)，所述卸载装置(40)是电磁阀或电磁离合器。

11.一种热驱动压缩机，包括压缩组件(15)和热动力装置(17)，所述热动力装置(17)包括高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)、低温腔(5)、排出器(6)、活塞(7)和气缸(8)，所述高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)和低温腔(5)构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件(15)中具有第二流体，其特征在于：热驱动压缩机还包括停机-启动保护装置、含有第三流体的第一弹性器件封闭腔(131)、用于隔离第一弹性器件封闭腔(131)与工作腔的第一弹性器件(91)、以及用于调节第一弹性器件(91)压差的弹性器件压差调节装置(10)，所述第一弹性器件(91)一端固定，另一端与所述活塞(7)连接，所述停机-启动保护装置用于在停机状态下维持或平衡弹性器件压差以及在启动过程中平衡弹性器件压差。

12.根据权利要求11所述的热驱动压缩机，其特征在于：所述停机-启动保护装置包括主动式停机-启动保护装置(20)和/或被动式停机-启动保护装置(22)，所述主动式停机-启动保护装置(20)用于短时间内多次调节弹性器件压差，所述被动式停机-启动保护装置(22)用于长时间维持或平衡弹性器件压差；所述压缩组件(15)位于压缩组件腔(14)内，压缩组件腔(14)内具有第二流体和第三流体；其中：

主动式停机-启动保护装置(20)具有电驱增压泵(21)；

和/或，所述被动式停机-启动保护装置(22)具有用于隔离工作腔和压缩组件腔(14)的第四弹性器件(94)，所述第四弹性器件(94)一端固定，另一端为自由状态，自由状态下所述第四弹性器件(94)的体积是所述排出器(6)扫气容积的0.5～100倍；

和/或，所述被动式停机-启动保护装置(22)具有第五弹性器件(95)，所述第五弹性器件(95)隔离所述压缩组件腔(14)和所述工作腔，或所述第五弹性器件(95)隔离所述压缩组件腔(14)和所述压缩组件(15)的压缩腔；

和/或，所述被动式停机-启动保护装置(22)具有第二缓冲腔(242)，所述第二缓冲腔(242)位于工作腔与压缩组件腔(14)之间；

和/或，所述被动式停机-启动保护装置(22)具有增压降压装置(29)，所述增压降压装置(29)具有增压降压容积腔(2901)和压缩机构(2902)，通过所述增压降压容积腔(2901)调节工作腔或所述压缩组件腔(14)内压力；

和/或，所述被动式停机-启动保护装置(22)具有第一电磁阀(351)和第二电磁阀(352)，所述第一电磁阀(351)位于所述压缩组件(15)的入口，所述第二电磁阀(352)位于所述压缩组件(15)的出口；

和/或，所述被动式停机-启动保护装置(22)为容积≥10L的气液分离器(28)，使得在305K环境温度和停机状态下所述压缩组件腔(14)内压力小于第二流体在305K温度时对应的饱和压力；

和/或，所述被动式停机-启动保护装置(22)具有用于保护基于隔膜弹性器件的隔膜保护装置(39)。

13.根据权利要求12所述的热驱动压缩机，其特征在于：所述增压降压装置(29)用于调节调节工作腔压力时，所述压缩机构(2902)具有进气阀(2903)和排气阀(2904)，所述活塞(7)、所述气缸(8)、所述进气阀(2903)和所述排气阀(2904)构成所述压缩机构(2902)；或，所述排出器(6)、所述气缸(8)、所述进气阀(2903)和所述排气阀(2904)构成所述压缩机构(2902)。

14.根据权利要求13所述的热驱动压缩机，其特征在于：所述增压降压装置(29)还具有第四电磁阀(354)，所述第四电磁阀(354)用于卸载所述压缩机构(2902)的泵气功能。

15.一种热驱动压缩机，包括压缩组件(15)和热动力装置(17)，所述热动力装置(17)包括高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)、低温腔(5)、排出器(6)、活塞(7)和气缸(8)，所述高温腔(1)、高温换热器(2)、回热器(3)、低温换热器(4)和低温腔(5)构成工作腔，所述工作腔中具有第一流体，所述压缩组件(15)中具有第二流体，其特征在于：热驱动压缩机含有第三流体的第一弹性器件封闭腔(131)、用于隔离第一弹性器件封闭腔(131)与工作腔的第一弹性器件(91)、以及用于调节第一弹性器件(91)压差的弹性器件压差调节装置(10)，所述第一弹性器件(91)一端固定，另一端与所述活塞(7)连接，所述活塞(7)穿过所述第一弹性器件封闭腔(131)并穿过与所述活塞(7)间隙配合的所述气缸(8)，伸入所述压缩组件(15)所在的压缩组件腔(14)，所述第一弹性器件封闭腔(131)内的第三流体可通过所述活塞(7)与所述气缸(8)间隙配合处泄露，所述间隙配合处位于第一弹性器件封闭腔(131)上方。

16.一种权利要求11至15中任一项所述的热驱动压缩机的运行方法，其特征在于：具有运行模式1或运行模式2，其中：

运行模式1：先检测弹性器件承受的压差，当检测到的弹性器件承受压差大于设定值时，先启动停机-启动保护装置，降低弹性器件承受压差到设定值后，再启动所述热动力装置(17)；当检测到的弹性器件承受压差小于设定值时，可先启动所述停机-启动保护装置进一步降低弹性器件承受压差后再启动所述热动力装置(17)，或直接启动所述热动力装置(17)；

运行模式2：直接启动所述停机-启动保护装置，再启动所述热动力装置(17)。

17.一种制冷制热装置，包括蒸发器(26)、冷凝器(25)和膨胀装置(27)，其特征在于：还包括权利要求1至15中任一项所述的热驱动压缩机，所述压缩组件(15)压缩出的高温高压制冷剂流入所述冷凝器(25)，在所述冷凝器(25)换热器后经所述膨胀装置(27)流入所述蒸发器(26)，制冷剂从所述蒸发器(26)流出后，回流至所述压缩组件(15)。

18.根据权利要求17所述的制冷制热装置，其特征在于：制热工况下，所述低温换热器(4)的平均放热温度与所述冷凝器(25)的冷凝温度之差≥2.5℃。

19.一种权利要求17至18中任一项所述的制冷制热装置的运行方法，其特征在于：控制卸载装置(40)或膨胀装置(27)以实现热冷模式运行与热电模式运行。

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