CN100540894C - 线性压缩机 - Google Patents
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Abstract
一种线性压缩机，包括滑动地设置于气缸(15)内的活塞(9)，在所述气缸(15)内，所述活塞(9)限定第一低压室(21)和第二高压室(22)，所述活塞(9)还设有所述第一低压室(21)和第二高压室(22)之间的控制连通装置(23)，由连通阀装置(24)控制以在所述第一低压室(21)和第二高压室(22)之间建立这种连通，其特征在于，所述第一低压室(21)和第二高压室(22)具有基本相同的直径，所述活塞(9)是活动构件(6)的一部分，该活动构件(6)包括底座(7)，自该底座(7)延伸有轴(8)，在该轴(8)的一端部支撑所述活塞(9)。该线性压缩机的工作特性和效率特性不受结构、设计和运行要求和变化的影响，其结构最大限度地简化，且在不需要使如活塞、气缸盖或阀等任何压缩机零件加倍的情况下，同时保证高特性效力。
Description
本发明涉及一种线性压缩机，特别地，希望用于家庭型或工业型制冷设备。
在过去的这几年中，由于制冷设备制造商对于能依靠以不断增长的效率水平为特征的压缩机的有效性的日益增长的迫切需要，所使用的压缩机的类型已经有了逐渐的变化，即，制造商已经逐渐从传统的由旋转电动机驱动的往复式压缩机向线性类的往复式压缩机转移，即由线性电动机驱动，该线性电机通常包括：定子，相对于该定子滑动地设有移动构件，其具有由磁场产生的直线往复式运动，在该移动构件上安装有压缩机的活塞。
虽然从性能、效率和可靠性的角度考虑，线性压缩机具有很明显的优点，但是，其逐渐呈现出与其实际获得这些有利特征的能力相关的一些问题，而且这些问题可能使这些压缩机设计和制造非常复杂。首先，与传统压缩机不同，线性压缩机没有任何机械地即必然确定的上止点和下止点，所以考虑到防止同样的活塞不利地碰撞到气缸盖上，这里产生设置专用装置的需要，以控制气缸内的活塞位置。为了确保活塞的上止点位于离气缸盖非常小的间隙的位置，通常定为0.1mm的间隙，以便于最大限度地减少所谓的余隙容积，这种控制将以非常精确的程度运行。任何大一点的距离，即使仅增加毫米的十分之几，都会产生性能特性的严重下降，所以这里产生十分昂贵和精密复杂的电子式控制设备的需要，以实现这个目的。
而且，由于要保证活塞的正确行程，这些压缩机需要可利用的与移动构件的位移成比例的返回力，并且保证这个力的可利用的最简单的方法是提供一个恰当地连接于压缩机的固定底座和移动构件的机械弹簧，这样以至因此获得的机械装置能够以行频的受迫共振谐波振荡的方式工作；但是，当脱离共振条件时，装配有这种装置的线性压缩机在其整体性能特性上通常会遭到严重破坏。
将进一步注意到的是，在不意味着相当的性能损失的情况下，由于大约两个因素，制冷容量值，即可以通过现在已知类型的线性压缩机获得的制冷效果的变化不能达到很大的程度；制冷容量的这种变化例如可以是由于特定相关应用的需要；或者甚至考虑到通过使压缩机的功率输出适应于特定运行时期制冷器所需的实际制冷容量而节约能量。实际上，如已经在上面所记录的一样，由于来自相对于气缸盖的止点位置和活塞的中间振荡点的位置的限制，甚至在不改变电动机效率的情况下，后者实际上是不可改变的，活塞冲程的变化导致性能损失，并且因此从其得出压缩机性能损失。由于该限制需要系统的共振条件保持不变，所以活塞振荡频率的变化也不是可行的选择，因为其在压缩机性能不发生损失的条件下是不可能实现的。
因此，本发明的主要目的是通过提供一种线性压缩机，其中性能和效率特性无关于，即不依赖于并且不管怎样也完全不受其结构、设计和运行要求及变化影响，以消除前面提到的现有技术的技术方案中的所以缺陷。
在本发明上述目标中的一个主要目的在于，提供一种线性压缩机，其中，给出了其制冷功率输出获得宽的变化的可能性，而这些变化没有成为同样的压缩机整体性能特性退化的原因。
本发明的另一个主要目的在于提供一种线性压缩机，其中，相对于气缸盖的活塞上止点的位置可以允许更大的公差，而这不损害压缩机的整体性能特性，因此使用于控制活塞位置的装置变得简化，并因此使花费大大减少。
本发明进一步的主要目的在于通过改变活塞的行程，或其相对于中点的振幅和余隙或死容积，以确保压缩机的制冷功率输出可调节的可能性，同时使能量效率值在高水平保持不变。
还是本发明的另一个主要目的，是要提供一种线性压缩机，其结构非常简单，而同时，与现有技术中的线性压缩机相比，保证不变的或甚至可能提高的效率以及改善的运行灵活性。
不管怎样，本发明比较重要的目的在于提供一种线性压缩机，其成本低并有竞争力，并能够借助于容易获得的机器和技术制造。
根据本发明，从下面进行的描述中将变得显而易见的上述目的和优点以及进一步的目的和优点，会在结合了如在本发明的技术方案中所述的特征和特性的线性压缩机中获得。
本发明提供一种线性压缩机，包括滑动地设置于气缸内的活塞，在所述气缸内，所述活塞限定第一低压室和第二高压室，所述活塞还设有所述第一低压室和第二高压室之间的控制连通装置，由连通阀装置控制以在所述第一低压室和第二高压室之间建立这种连通，其特征在于，所述第一低压室和第二高压室具有基本相同的直径，所述活塞是活动构件的一部分，该活动构件包括底座，自该底座延伸有轴，在该轴的一端部支撑所述活塞。
本发明提供的上述线性压缩机，其中，所述第一低压室和第二高压室具有由所述气缸内活塞位置决定的可变容量。
本发明提供的上述线性压缩机，其中，所述连通装置包括至少一个设置在所述活塞上的连通孔。
本发明提供的上述线性压缩机，其中，所述轴滑动地容置在终止于凸缘的导向体内，该凸缘设有至少一个由吸入阀装置控制的吸入孔。
本发明提供的上述线性压缩机，其中，所述凸缘与所述导向体一体设置。
本发明提供的上述线性压缩机，其中，所述活塞在所述气缸内向两个方向压缩流体，因此产生两个压缩阶段，其中通过所述连通孔和所述连通阀装置，所述第一低压室的排放或输出阶段与所述第二高压室的吸入阶段同时发生。
本发明提供的上述线性压缩机，其中，所述活塞远离所述凸缘移动的移动行程，在第一低压室内被所述吸入阀装置控制而形成膨胀阶段和吸入阶段，在第二高压室内被排放阀装置控制而形成压缩阶段和排放阶段，在第一低压室的所述吸入阶段和第二高压室的所述压缩阶段期间，所述连通孔由所述连通阀装置关闭。
本发明提供的上述线性压缩机，进一步包括润滑冷却装置，润滑冷却装置包括在储存器和一个或多个周向设置于该圆筒型导向体上的第一孔之间建立连通的第一通道，和适合通过所述第一通道和所述第一孔从所述储存器向所述轴和所述导向体之间输送润滑剂的循环泵。
本发明提供的上述线性压缩机，其中，所述润滑剂进一步通过第二通道，设置在所述凸缘上的第二孔和设置在所述气缸内的第三通道，从所述导向体流入设置在所述气缸的壁内的空腔或夹套。
根据下面给出的具体的但不是唯一的实施例的描述，可以更容易地理解本发明的线性压缩机的进一步特征和优点，该实施例作为非限制性例子参照附图加以描述，其中：
图1为本发明的线性压缩机的纵向截面图；
图2为图1截面图的详细示图；
图3本发明的线性压缩机运行周期的示意表示的简图；
图4为沿相对于图1成90°的剖面的本发明的线性压缩机的示意图。
参照上面引用和列出的图示，通常以1表示的线性压缩机，包括定子体2，其主要由缠绕有线圈(未示出)的外轭3和面对外轭3设置的内轭4组成，外轭与内轭间隔设置以致形成气隙5。
线性压缩机进一步包括移动构件6，其包括底座7，从该底座以现有技术中已知的方式延伸有一对臂(未示出)，这些臂中的每个都设置有磁铁并容置于气隙5内。线性压缩机还包括轴8，轴8的端部牢固地连接有活塞9，其中，底座7牢固地连接于底盘10，该底盘10顺次连接于共振弹簧11。
如在现有技术中非常熟知的一样，通过交流电源向压缩机提供能量，引起磁通量的产生，其使移动构件6相对于定子体2履行往复式平移运动；然后通过轴8，这个运动传送给活塞9。
轴8滑动设置在终止于凸缘13的圆筒型导向体12内，该凸缘13优选与所述导向体12一体制成，并紧靠于气缸15的衬套14，在所述气缸内滑动设置有所述活塞9。凸缘13上设置有至少一个通过如簧片阀的吸入阀17控制的吸入孔16，吸入孔16与吸入管连通，吸入管包括连接于储存器19的管18，储存器19中收集有被吸入，然后流入管18最终经受压缩的气体。在一个优选方式中，吸入管安装于凸缘13和定子体2之间，以便气缸15内气体的流入从侧面开始，在侧面壁的温度是最低的。这样有助于减小在吸入阶段气体加热的程度，因此提高压缩机的效率。
气缸15由盖20封住；因此气缸15内活塞9的行程在一侧受到凸缘13的限制，在相对侧受到盖20的限制。后者设有至少一个排放或输出口25，并装备有如簧片阀的排放或输出阀装置以控制所述输出口25。
在气缸15内部，活塞9限定第一室21或如将进一步更好地说明的低压室，和第二室22或如也是将进一步更好说明的高压室，其中，这两个室是由气缸15内的活塞9的位置决定的可变容量的腔室；两个室21和22通过至少一个设置在活塞9上并由如簧片阀的连通阀装置24控制的通孔23建立相互连通。
由于这样的已获得的结构，活塞9能够在气缸15内部的两个方向交替地压缩气体，因此，形成两个压缩阶段，其中，通过设置在活塞9上的连通孔23和连通阀装置24，第一低压室21内的排放或输出阶段与第二高压室22内的吸入阶段同时发生。换句话，压缩周期被分成以180°相转变的相互间成反相两个阶段。
上述线性压缩机的工作方式如下，特别参照图2和图3所示的压缩周期图表，在图3中，对应于X轴表示气缸15内活塞9的位置，对应于Y轴表示气压值：从下止点X1开始，其中，活塞9位于与凸缘13邻近的位置，当活塞9在其行程过程中远离于凸缘13移动，保留在第一室21的余隙容积内的气体(图3中图表的A-B曲线)受到膨胀，从压力P1变为相当于吸入压力(点B)的压力P2；该压力P2使吸入阀装置17打开，结果，通过管18和吸入口16，气体从具有吸入管的储存器19被吸入到第一低压或预压室21(吸入阶段，线B-C)；在吸入阶段的最后，活塞9位于其上止点X2，上止点位于离盖20最小间隙的位置，因此，为第一低压室21限定了最大容积。
与在第一低压室21内的该吸入阶段A-B-C同时发生，并从对应于下止点X1的活塞9的位置开始，存在于第二高压室22内的气体首先被压缩，从压力P1增加排放或输出压力P3到达的压力值(曲线A-E)，其值达到使排放或输出阀装置30打开的程度，并因此实现排放，即通过盖20上的输出孔25使气体输出(输出阶段，线E-F)。在该排放或输出阶段的最后(点F)，活塞9位于相当于其上止点X2的位置，离设置有输出孔25的盖20最小间隙的位置。然后，从这个位置，活塞9的移置运动开始反向移动，因此，决定了在第二高压室22中的余隙容积内的气体的膨胀(曲线F-D)，同时，决定了保留在第一低压室21中吸入气体的压缩(曲线C-D)达到压力P1到达的值，从而在第一室21和第二室22之间建立了平衡(点D)。该压力值使设置在活塞9上的连通阀装置24打开，因此，能够通过活塞9上的通孔23使预压气体从第一室21流入第二室22(线D-A)，直到后者最终达到其移动行程的下止点X1。以这种方式，本发明的线性压缩机完成了一个相当于相互反相的两个压缩阶段的周期，如图3中对发生在第一室21中的低压阶段而言包括在点A、B、C、D之间的区域和对发生在第二室中的高压阶段而言包括在点A、E、F、D之间的区域所示。
在图1和图4中更进一步地描述了可以优选地用于本发明的线性压缩机上的润滑和冷却装置：借助于泵31，润滑剂被收集进储存器32，并使其流过第一通道33和一个或多个周向设置在圆筒型导向体12上的第一孔34，以便润滑轴8。由此，然后，润滑剂通过第二通道35、设置于凸缘13上的第二孔36和位于气缸15的衬套14上的第三通道37流入一空腔，即设置于衬套14内的夹套38内以冷却气缸15的壁，由于使气缸壁保持更低温度，从而达到既有利于热效率又提高压缩机的整体能量效率的目的。
为了润滑活塞9从而减小其在移动过程中的摩擦力，一定量的润滑剂由部分轴8的外表面带入第一低压室21。
从上面已做出的描述，可以容易地理解，本发明线性压缩机实际能够达到所有前面描述的目的和优点：实际上，通过本发明的线性压缩机，给出了即使在相当于上止点和下止点的活塞9振荡限制的情况下，仍可获得高制冷输出量的可能性，该限制可能会位于离相应的气缸端部，即盖20和凸缘13相当远距离的位置。因此，不需要如相反在现有技术中的单级压缩机所要求的一样，存在在任何情况下都要保证预定的0.1mm最小量的余隙，因此允许使用精密复杂性和精确性较低并因此花费较低的装置控制活塞9的位置。
而且，通过上述方式将压缩阶段分成两个阶段，与具有相同余隙容积的单级压缩机相比，能够获得高得多的容积效率。此外，压缩机的制冷容量输出可以根据两个因素调节：通过改变相对于上止点和下止点之间中点的活塞9的移动行程或者改变余隙容积，同时能将能量效率保持在不变的高水平以及排除了任何可估计的压缩机整体性能的降低。
这样，本发明的压缩机的工作特性和效率特性无关于，即不依靠于和不受其结构、设计和运行要求和变化的任何实质影响。
本发明的线性压缩机的进一步优点来自这样的事实，其具体表现为这样的方式以至保证了其结构最大限度地简单化，而且，在不需要使如活塞、气缸盖或阀等任何压缩机零件加倍的情况下，同时保证高特性效力。
当然，可以预见，本发明可以经过多种修改和变化，可以与多种不用的应用联合使用，都没有脱离本发明的范围。
应进一步注意到的是，每次都可以选择用于实现本发明的材料以及单个零件的形状和尺寸，以最适当地适合任何特定需要或符合任何相关应用的需要，这并不意味着任何对本发明范围的违背。
Claims (9)
1.一种线性压缩机，包括滑动地设置于气缸(15)内的活塞(9)，在所述气缸(15)内，所述活塞(9)限定第一低压室(21)和第二高压室(22)，所述活塞(9)还设有所述第一低压室(21)和第二高压室(22)之间的控制连通装置(23)，由连通阀装置(24)控制以在所述第一低压室(21)和第二高压室(22)之间建立这种连通，其特征在于，所述第一低压室(21)和第二高压室(22)具有基本相同的直径，所述活塞(9)是活动构件(6)的一部分，该活动构件(6)包括底座(7)，自该底座(7)延伸有轴(8)，在该轴(8)的一端部支撑所述活塞(9)。
2.如权利要求1所述的线性压缩机，其中，所述第一低压室(21)和第二高压室(22)具有由所述气缸(15)内活塞(9)位置决定的可变容量。
3.如权利要求1所述的线性压缩机，其中，所述连通装置包括至少一个设置在所述活塞(9)上的连通孔(23)。
4.如权利要求3所述的线性压缩机，其中，所述轴(8)滑动地容置在终止于凸缘(13)的导向体(12)内，该凸缘(13)设有至少一个由吸入阀装置(17)控制的吸入孔(16)。
5.如权利要求4所述的线性压缩机，其中，所述凸缘(13)与所述导向体(12)一体设置。
6.如权利要求3所述的线性压缩机，其中，所述活塞(9)在所述气缸(15)内向两个方向压缩流体，因此产生两个压缩阶段，其中通过所述连通孔(23)和所述连通阀装置(24)，所述第一低压室(21)的排放或输出阶段与所述第二高压室(22)的吸入阶段同时发生。
7.如权利要求4所述的线性压缩机，其中，所述活塞(9)远离所述凸缘(13)移动的移动行程，在第一低压室(21)内被所述吸入阀装置(17)控制而形成膨胀阶段(AB)和吸入阶段(BC)，在第二高压室(22)内被排放阀装置(30)控制而形成压缩阶段(AE)和排放阶段(EF)，在第一低压室(21)的所述吸入阶段和第二高压室(22)的所述压缩阶段期间，所述连通孔(23)由所述连通阀装置(24)关闭。
8.如权利要求4、5、7中任一项权利要求所述的线性压缩机，其特征在于，其进一步包括润滑冷却装置，润滑冷却装置包括在储存器(32)和一个或多个周向设置于所述导向体(12)上的第一孔(34)之间建立连通的第一通道(33)，和适合通过所述第一通道(33)和所述第一孔(34)从所述储存器(32)向所述轴(8)和所述导向体(12)之间输送润滑剂的循环泵(31)。
9.如权利要求8所述的线性压缩机，其中，所述润滑剂进一步通过第二通道(35)，设置在所述凸缘(13)上的第二孔(36)和设置在所述气缸(15)内的第三通道(37)，从所述导向体(12)流入设置在所述气缸(15)的壁内的空腔或夹套(38)。
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