CN101903656B - 线性压缩器组合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线性压缩器组合装置，其包括封壳(1)和主压缩器，所述主压缩器被安装成能够在封壳(1)中振荡，进而主压缩器包括由两个移动元件(10，21)之一所限定的主压缩器腔(23)，所述两个移动元件(10，21)能够以线性方式相对于彼此进行振荡，其中预压缩器腔(33)由所述两个移动元件中的第一移动元件(10，31)和固定到封壳上的元件(32)所限定。

Description

线性压缩器组合装置

技术领域

本发明涉及一种压缩器组合装置，尤其是一种用于在致冷装置中压缩致冷剂的线性压缩器组合装置。

背景技术

致冷装置用的压缩器是冰箱内的主要耗能部件，因此理想的是压缩器尽可能高效率地运行。效率的显著限制因素是能量损失，其发生于致冷剂在低压下被吸入到压缩器时。结果使得，所发生的能量损失与Δp dV/dt成比例，其中Δp代表压缩器入口处的压降，dV/dt代表体积流率。另一方面，压缩器出口处的压降不具有显著的影响，因为在出口处的体积流率显著较低。损失的另一主要原因是致冷剂在压缩之前受到加热，因为加热导致在每个循环中被吸入压缩器的致冷剂的量减少。这种加热特别地存在于封装式压缩器中，例如在美国专利US 5358 386A1所公开，其中压缩器安装在封壳中且从围绕其的封壳中吸入致冷剂。致冷剂在吸入之前被容纳在封壳中的时间越长，致冷剂从压缩器吸收的废热就越多。

本发明权利要求1的前序部分所描述的线性压缩器组合装置公开在美国专利US 6 328 544B1中，其中封壳的入口端口与压缩器的吸入端口正好相反，该压缩器安装在封壳中。这是为了使得致冷剂从入口端口到压缩器的行进距离最小化，以使得致冷剂在封壳中受到加热的时间更少。因为压缩器在操作过程中会振荡，入口端口和吸入端口并不总是彼此相对，从而压缩器在其部分的移动过程中也从封壳吸入温热的致冷剂。压缩器的移动也使得刚被吸入的致冷剂与已被吸入封壳内一段时间的致冷剂相混合。

发明内容

本发明的目的是提供一种效率更高的线性压缩器组合装置。

上述目的通过以下内容来实现，其中一种线性压缩器组合装置包括封壳和主压缩器，所述主压缩器被安装成能够在封壳中振荡，并且主压缩器包括限定了两个移动元件的主压缩器腔，所述两个移动元件能够以线性方式相对于彼此进行振荡，其中预压缩器腔由所述两个移动元件中的第一移动元件和固定到封壳上的元件所限定。移动元件的振荡移动使得主压缩器在封壳中振荡。因为预压缩腔由移动元件之一连同固定到封壳上的元件来形成，主压缩器朝向封壳内壁的振荡可在其进入主压缩器之前用来压缩致冷剂。与此相关联的体积减少进而减少了与压缩器入口处的压降相关的损失Δp dV/dt。此外，与此相关联的体积减少还削弱了与封壳相关的主压缩器振荡(其是压缩器中操作噪音的主要原因)。

如果所述固定到封壳上的元件和第二移动元件彼此相反地位于第一移动元件的两侧，则可通过主压缩器腔和预压缩器腔来有利地获得推-拉体积变化。这意味着，在主压缩器腔吸入时致冷剂总是在预压缩器腔中受到压缩，从而使得预压缩理想地有利于进气过程(induction process)。

如果主压缩器的重心位于预压缩器腔平行于主压缩器移动方向的对称轴线之一上，则对于主压缩器的振荡移动具有特别的优点。从而，这样使得振荡力总是沿对称轴起作用，且不会发生引发主压缩器进行旋转或滚动移动(其将损害振荡效率)的转矩。

特别的，如果第一移动元件是缸体且第二移动元件是位于主压缩器腔中的活塞，则由活塞在缸体中前后移动所引起的主压缩器的振荡可有利地产生额外的压缩效果。

对于预压缩器腔和主压缩器腔之间的较短连接而言，优选的是连接着压缩器腔的通道延伸穿过第一移动元件。这样能够使得致冷剂通过较短的路径到达主压缩器腔，而不会受到不必要的加热。

如果封壳的吸入端口引入到预压缩器腔内，则会产生在致冷剂快速传递方面的额外优点。通过这种方式，刚被吸入到封壳中的致冷剂几乎立刻被输送到压缩器，同时最多是少量的受热致冷剂从封壳的内腔与之一起地流入到预压缩器腔内。

此外，如果吸入端口和通道额外地从相反的方向引入到预压缩器腔内，则会产生额外的有益效果，因为致冷剂从吸入端口携带的动量会立刻将致冷剂向前推送到通道内。

特别的，如果吸入端口和通道位于一条直线上，则可实现流线型结构，以使得致冷剂的流率可被进一步优化。

还可避免流入到预压缩器腔内的致冷剂的任何不必要的压力损失，进而预压缩器腔在进口侧未由阀所封闭。这会由于构件数量的减少而带来结构上的优点。

此外，优选的是预压缩器腔通过一开口而与围绕所述移动元件的封壳的内腔相连通。通过这种方式，形成预压缩器腔的构件可在彼此上面进行滑动而不进行接触，同时使得由压缩器的操作所产生的噪音最小化。这也防止从主压缩器泄露出来的致冷剂在封壳中累积堵塞。

优选的，所述开口在预压缩器腔处于第一死点结构时大体关闭，且在预压缩器腔处于第二死点结构时打开。第一死点结构例如发生在主压缩器腔的膨胀阶段或预压缩器腔的压缩阶段的一个结尾处；第二死点结构例如发生在主压缩器腔的膨胀阶段或预压缩器腔的压缩阶段的开始时。如果开口在第一死点结构中被关闭，这确保了预压缩器腔的被预压缩内容物尽可能完全地转移到主压缩器腔内，且不会无用地浸透到封壳的内部。另一方面，在第二死点周围，在预压缩器腔和封壳的内腔之间实现压力平衡，从而致冷剂不会在内腔中累积。

特别地，如果所述开口的尺寸随着靠近第二死点结构而增加，会使得增强上述效果。

为了使得开口的尺寸可变，在本发明的一个优选实施例中，限定了预压缩器腔的所述元件中的至少一个具有这样的周向表面，其沿振荡方向发生偏离。

附图说明

通过参考所附附图以及包含有示例性实施例的说明，本发明的其他特征和优势将变得清楚：

图1是根据本发明的线性压缩器组合装置的示意性剖面图；

图2是本发明第一实施例的预压缩器腔的示意性剖视图；

图3是本发明第二实施例的预压缩器腔的示意性剖视图；

图4是本发明第三实施例的预压缩器腔的示意性剖视图；

图5是本发明第四实施例的预压缩器腔的示意性剖视图；

具体实施方式

图1显示穿过根据本发明的线性压缩器组合装置的示意性剖视图。封壳1包封着线性压缩器(直至密封地包封着吸入端口19以及图1中未示的压力端口)，其中能够看到线性压缩器的缸体10和位于缸体10内侧的活动活塞21。线性压缩器的驱动单元(未示)包括以公知的方式通过活塞杆16连接到活塞21上的永磁衔铁，所述永磁衔铁安装在电磁铁的空气间隙中，以使得永磁衔铁能够沿活塞杆16的方向振荡且受到振荡磁场的作用。

具有驱动单元、缸体10和活塞21的整个线性压缩器依次地安装在封壳中，以使得其能够振荡。这所带来的效果是，当活塞21被驱动单元推动进行振荡运动时，活塞21和缸体10进行相反的移动。

缸体10具有管状的壳体20以及包封着壳体20一端的前壁22。吸入通道24轴向延伸穿过前壁22。止回阀25设置在引入到主压缩器腔23(其由缸体10和活塞21限定)内的通道端部，并使得致冷剂单向地流出吸入通道24并流入主压缩器腔23。

壳体20和前壁22是中空的，同时通过止回阀26以及通过在壳体20内部上分布的多个孔29，由所述壳体20和前壁22所限定的腔体30与主压缩器腔23相连通，其中所述止回阀26使得致冷剂单向地流出主压缩器腔23并流入腔体30。

活塞21和缸体10的前后移动使得致冷剂通过吸入通道24被吸入到主压缩器腔23内，并在压力作用下被推出进入腔体30。经孔29从那里回流到缸体10内部的致冷剂形成了气垫(gas cushion)，并且最终从缸体的开口后端(未示)流出进入封壳的内腔体18，其中活塞21在气垫上无接触地前后振荡。

引自腔体30的压力管线27延伸到线圈内和/或弯曲(未示)到压力端口，该压力端口设置在和吸入端口19相反的封壳1一端。未用于维持气垫的受压致冷剂在该压力端口处排出。

吸入通道24穿过从前壁22突伸的突伸件31而延伸到封壳1的吸入端口19，所述突伸件31可在被固定到封壳1上的管部件32中沿轴向移动。所述突伸件31和管部件32限定了预压缩器腔33。预压缩器腔33和主压缩器腔23的共同对称轴线34沿着吸入端口19和吸入通道24延伸。所述预压缩器腔33没有在吸入端口19处被止回阀所阻塞或封闭。

在主压缩器腔23的进气阶段，当活塞21移动离开前壁22时，缸体10朝向吸入端口19移动，同时带动突伸件31随其一起移动。预压缩器腔33的尺寸因此得到减少，并且容纳在其中的致冷剂得到预压缩。这种预压缩减少了必须流经止回阀25的致冷剂的体积，从而减少了在止回阀25处发生的损耗。此外，预压缩器腔33中的过压确保了，当主压缩器腔23中的负压已经大体平衡时，进一步的致冷剂朝向进气阶段的末端流入到主压缩器腔23内。通过这种方式，在压缩器的每个移动循环中被吸入到主压缩器腔23内的致冷剂量显著地大于在具有相同大小的主压缩器腔、但不具有预压缩器腔的传统压缩器的情形。

在预压缩器腔33中发生的压缩衰减了压缩器的振荡。因为压缩器腔23、33具有相同的对称轴34，在两个腔中产生的力位于同一条线上，因此不存在引起压缩器滚动以及可能导致相对移动的两个腔中的部件进行摩擦接触的转矩。

图2-5显示了本发明的不同实施例，其中每个图显示了沿对称轴34穿过预压缩器腔33的放大剖面图。

图2是图1的预压缩器腔33的放大图。管部件32的直径沿着轴34保持恒定，与作为活塞31而操作的突伸件31的情形相同。突伸件31的直径略微小于管部件32的直径，以使得两者在移动过程中不会彼此相互接触。这防止了在预压缩器腔33中产生研磨噪音，以及防止来自驱动单元和主压缩器腔23的结构相关噪音被传递到封壳1处并由其发出。

在预压缩器腔33的压缩阶段，通过吸入端口19被吸入的一部分致冷剂可能通过在突伸件31和管部件32之间的开口35泄露到内腔18。然而，泄露量会随着其所流经的开口35长度的增加而减少，从而在压缩阶段的末端处的死点附近的损失最小，且致冷剂能够被有效地传递至主压缩器腔23。在随后的膨胀阶段，致冷剂通过开口35从内腔18被吸回到预压缩器腔33内。

图2显示了在下死点位置处的突伸件31，其中预压缩器腔33具有最大体积，并且在突伸件31的上死点位置处，预压缩器腔33具有最小的体积，如细阴影轮廓线31’所示。

突伸件31相对于管部件32的移动自由度被设置成使得两者从未完全地彼此脱离开接合。如果突伸件31能够完全地从管部件32处释放，则突伸件31的任何横向移动可能意味着其不能够返回到管部件32内，这将使得压缩器变得堵塞。因而，从内腔18流入到预压缩器腔33内的致冷剂必须流经开口35。这产生了这样一个问题：尽管细的开口35是必要的以使得尽可能多的致冷剂从预压缩器腔33传送到主压缩器腔23，但是太细的开口35会阻止内腔18中的致冷剂回流到预压缩器腔33内，这反过来讲对于效率而言是不利的。

在这方面的改进实施例如图3所示，其中突伸件31面朝吸入端口19的一端凸出地弯曲，且管部件32以与之相互补的方式在吸入端口附近凸出地弯曲。即使突伸件31的移动自由度如此之大以至于其在下死点从管部件32处脱离接合，但是突伸件31的弯曲前表面也可确保其能够可靠地重新接合到管部件32内。然而，没有必要使得突伸件31的移动自由度如此之大以至于发生以下情形：当如图3所示突伸件31的弯曲区域在下死点区域和管部件32的开口端相平齐时，开口35是如此之宽以致其不再能够对从内腔18流入到预压缩腔33的致冷剂入流提供任何显著的阻碍。

在图4所示的实施例中，面朝吸入端口19的突伸件31端部成截头锥体形状，其中截头锥体的较小表面区域朝向吸入端口19，且管部件32的内壁具有沿直径方向相反的凹部，以便容纳着突伸件31。截头锥体的轴线与预压缩腔33的对称轴34相重合。突伸件31的壳表面36的周边偏离开压缩器的振荡移动方向，同时突伸件31的最小周边延伸到锥体的截头尖端。

类似地，该实施例允许突伸件31相对于管部件32进行较大自由度的移动。然而，开口35的密封效果(当在压缩阶段的末尾靠近突伸件31的上死点时，如图中的细阴影轮廓线31’所示)没有如图2、3中所示实施例那样地有效。

图2和4的实施例的特征相组合成为图5所示的实施方式。在此情况下，突伸件31面朝管部件32的端部再次具有截头圆锥形的部分，其向内成锥形，然后沿管部件32的方向延伸并具有均匀直径的区段，以使得壳表面36具有一梯度。类似地，在管部件32的内壁上的凹槽的一个区段在最大凹槽的区域中具有均匀的直径，而内壁的形状沿直径方向与突伸件31的梯度相反。

在膨胀阶段的结尾，在突伸件31和管部件32之间具有最大的距离，尽管当突伸件31在压缩阶段的末端时靠近管部件32时发生的突伸件31和管部件32的互锁会密封着开口35，但是足够量的致冷剂通过开口35从内腔18被吸入到预压缩腔33内，从而预压缩腔33实现了高效的压缩效果。

在上述的本发明的每个实施例中，面朝着封壳1的内腔18的管部件32被固定到封壳1上，同时作为活塞而操作的突伸件31可与管部件32相关联地进行移动，进而可与封壳1相关联地移动。在本发明的进一步实施例中，突伸件31和管部件32也可互换，以使得被连接到封壳1上的吸入端口19的端部抵靠着突伸到内腔18内的突伸件31，且面朝着吸入端口19的吸入通道24的端部抵靠着管部件32，所述管部件32可相对于突伸件31、进而可相对于封壳1进行移动。

同时，不同于图1所示(其中，直径小于缸体10的突伸件31从前壁22突伸出来)，前壁22自身也可作为预压缩腔33的活塞而插入到管部件32内。

Claims (15)

1.一种线性压缩器组合装置，其包括封壳(1)和主压缩器，所述主压缩器被安装成能够在封壳(1)中进行振荡，进而主压缩器包括由两个移动元件(10，21)所限定的主压缩器腔(23)，所述两个移动元件(10，21)能够以线性方式相对于彼此进行振荡，其特征在于：预压缩器腔(33)由所述两个移动元件中的第一移动元件(10，31)和固定到封壳上的元件(32)所限定。

2.如权利要求1所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：所述固定到封壳上的元件(32)和第二移动元件(21)彼此相反地位于第一移动元件(10，31)的两侧。

3.如权利要求1所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：主压缩器的重心位于预压缩器腔(33)的平行于主压缩器移动方向的对称轴线(34)上。

4.如权利要求2所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：第一移动元件是缸体(10)，第二移动元件(21)是位于主压缩器腔(23)中的活塞。

5.如在前权利要求1-4中任一所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：连接着所述压缩器腔(23，33)的通道(24)延伸穿过第一移动元件(10)。

6.如权利要求1-4中任一所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：封壳(1)的吸入端口(19)引入到预压缩器腔(33)内。

7.如权利要求5所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：吸入端口(19)和通道(24)从相反的方向引入到预压缩器腔(33)内。

8.如权利要求7所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：吸入端口(19)和通道(24)位于一条直线(34)上。

9.如权利要求1-4中任一所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：预压缩器腔(33)在进口侧未由阀所封闭。

10.如权利要求1-4中任一所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：预压缩器腔(33)通过一开口(35)而与围绕所述移动元件(10，21)的封壳(1)的内腔(18)相连通。

11.如权利要求10所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：所述开口(35)在预压缩器腔(33)处于第一死点结构时大体关闭，且在预压缩器腔(33)处于第二死点结构时打开。

12.如权利要求10所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：所述开口(35)的横截面随着预压缩器腔(33)靠近第二死点结构而增加。

13.如权利要求1-4中任一所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：限定了预压缩器腔(33)的所述元件(31，32)中的至少一个具有这样的周向表面，其沿振荡方向(17)发生偏离。

14.如权利要求2所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：主压缩器的重心位于预压缩器腔(33)的平行于主压缩器移动方向的对称轴线(34)上。

15.如权利要求14所述的线性压缩器组合装置，其特征在于：第一移动元件是缸体(10)，第二移动元件(21)是位于主压缩器腔(23)中的活塞。

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