CN101939542A - 压缩机单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压缩机单元，包括：缸体(7)和活塞(6)，所述缸体和活塞限定出压缩机腔室(12)；用于驱动缸体(7)和活塞(6)的相对运动的直线式驱动器(1)；以及至少包围缸体(7)和活塞(6)的罩壳(8)。所述压缩机单元的特征在于，压缩机腔室(12)的排出开口(13)通到罩壳(8)的内部空间(16)中。

Description

压缩机单元
技术领域
本发明涉及一种压缩机单元，包括：缸体和活塞，所述缸体和活塞限定出压缩机腔室；用于驱动缸体和活塞的相对运动的直线式驱动器；以及至少包围缸体和活塞的罩壳。
背景技术
这种罩壳通常用作待压缩的气体的蓄存器，气体从所述罩壳吸入到压缩机腔室中，且用于排放压缩的气体的管路通过内部空间被从压缩机腔室引出。
这些传统的压缩机单元的一个问题在于，充注气体的内部空间和包围着所述内部空间的罩壳不仅从压缩机吸收工作噪声，而且防止热释放到环境中。在压缩机的操作过程中在压缩机腔室中通过气体的绝热压缩而产生的热量部分地传递到缸体和活塞中，最后加热缸体和活塞周围的内部空间。该加热过程降低了在活塞的每个运动循环中吸入和压缩的气体量，从而不利地影响压缩机的效率水平。
另一问题与传统的直线式压缩机的设计相关。这些通常包括可在电磁体的气隙中往复直线运动的永磁体电枢。这些直线式驱动器的特征在于，作用在电枢上的驱动力可直接传导到活塞，而不具有互连的杠杆或类似物、因此实际上没有任何摩擦损失，但与传统的旋转驱动器相比，活塞运动的幅度未以结构特定的方式预定，而是可受作用在电枢上的磁场的强度影响。为了实现压缩机的高的效率，在活塞运动的上止点，压缩机腔室应尽可能小，而且还应防止在该止点处缸体和活塞碰到彼此，以将压缩机的工作噪声和应力保持在某一限度内。
发明内容
本发明的目的是提供一种前序部分中所述类型的压缩机单元，其能够高效地消散在压缩机腔室中释放的热量，和/或尽管具有高效率，但也可防止由于缸体和活塞撞到彼此而作用在材料上的过大应力或产生噪声。
上述目的通过这样一种压缩机单元实现，所述压缩机单元包括：限定出压缩机腔室的缸体和活塞、用于驱动缸体和活塞的相对运动的直线式驱动器以及至少包围缸体和活塞的罩壳，其中，是压缩机腔室的排出开口而不是进入开口通到罩壳的内部空间中。这样，如果压缩机单元被操作，罩壳的内部空间处于高压下。尽管通过压缩机腔室喷射的压缩气体比之前吸入的低压气体热很多，而使得缸体和活塞在基本上仅通过内部空间中的气体将它们的热量释放到周围环境中的情况下不能比静止操作中的所述气体冷，但其热传导率由于其高的密度而比未被压缩的气体的高多倍，因此可以可靠地防止缸体和活塞的过热。
由于包围缸体和活塞的罩壳中存在压缩气体而具有的进一步的作用是，压缩的气体的高压作用于活塞的后部。因此，直线式驱动器基本上仅必须在活塞克服内部空间中的压缩气体的压力从缸体回抽时的压缩机腔室的膨胀阶段中提供驱动动力。活塞的相反的运动几乎不需要任何外部驱动力，这是因为内部空间中的气体的压力基本上足以驱逐活塞。如果直线式驱动器在压缩阶段的过程中没有提供任何驱动动力，则如果压缩机腔室中的压力与罩壳的内部空间中的压力变得相同，活塞在将要到达上止点之前达到静止。在压缩阶段中直线式驱动器需要小的操作能量就足以克服该压力平衡位置和逐出压缩腔室的容纳物。在压力波动的情况下缸体和活塞可能撞到彼此的能量在该驱动能量的幅度水平上，因此与下面这种压缩机的情况相比该能量可能明显较低：在压缩阶段中直线式驱动器必须克服在压缩机腔室中产生的压力工作。
缸体中的活塞优选以气体压力的方式支撑。与用油润滑相比，气体压力支撑的优点在于，它能使实际无摩擦的活塞运动成为可能。与经由油膜的情况相比，经由气体推力轴承从活塞的热量消散的效率明显较低，但在这种情况下并不严重，这是因为活塞能够经由内部空间的高压气体输出足够的热量。
为了向气体推力轴承实现供给，孔优选设置在缸体的外壳中，所述孔将外壳与活塞的侧表面之间的间隙连通到内部空间。
而且，用于将加压的气体从压缩机腔室供给到间隙中的通道可在活塞的端面与侧表面之间延伸。如果由于压缩机腔室中的压力平衡和/或过压而使得气体经由外壳的孔从内部空间的流入终止，则这些通道便于在上止点附近维持气体推力轴承。
所述通道可被实施为孔或敞开的凹槽。
压缩机腔室的排出开口可形成在活塞中。从而，缸体的整个面可以利用，以在那里接纳进入阀，所述进入阀具有大的横截面、从而具有最小的压降。
吸入气体管路优选地经过内部空间延伸到压缩机腔室，以便快速地供给吸入气体并使得吸入空气被来自压缩机腔室的内部的加压气体最小程度地加热。
附图说明
下面，参看附图描述示例性实施例，将显见本发明的进一步的特征和优点，附图包括：
图1示出了本发明的压缩机单元的示意性截面；
图2示出了根据第一实施例的压缩机单元的放大的细节；
图3示出了根据第一实施例的压缩机单元的活塞的端面的顶视图；
图4示出了根据第二实施例的图2中的细节；以及
图5示出了根据第二实施例的活塞的端面的顶视图。
具体实施方式
图1中示出的直线式压缩机单元具有直线式驱动器1，所述直线式驱动器1具有永磁体电枢，所述永磁体电枢悬置成可在两个相对的电磁体3之间的间隙2中振荡。电磁体3分别具有E形支架，绕组环绕着支架的中心臂。电枢4通过供给电路(未示出)向电磁体3施加交变电流被激励，以沿着间隙2的纵向振荡运动，所述振荡运动受回动弹簧23控制。
压缩机包括缸体7和可在缸体7中运动的活塞6。活塞6借助于活塞杆5连接到电枢4。缸体7借助于框架部件24固定地连接到电磁体3，回动弹簧23也与框架部件24接合。包括直线式驱动器1和压缩机的所述设计结构密封地包封在罩壳8中，且悬置成可借助于弹簧(未示出)振荡，所述弹簧与框架部件24和罩壳8接合。
弹性管路9穿过罩壳8的壁延伸到缸体的前腔室10。前腔室10通过止回阀11与压缩机腔室12分离，所述压缩机腔室12由缸体7和活塞6限界。另一止回阀13与所述止回阀相对地设置在活塞6的端面14中。在这种情况下，这以圆形截锥的方式实施，且在活塞顶的通道中通过通道的侧表面形成阀座。圆形截锥的较小的底面凸出于活塞6的顶部，并且形成止挡表面。
为了有效地驱动电枢4和活塞6的振荡运动，交变电流的频率被调整为包括直线式驱动器1、压缩机和回动弹簧23的振荡系统的谐振频率。振荡运动的幅度与通过供给电路供给到电磁体3的电功率有关。这在交变电流的正半波和负半波中可以不同，特别地，电功率在驱动压缩机的膨胀运动的半波中可以比在驱动压缩运动的半波中大。
如果直线式驱动器1驱动活塞6使其做振荡运动，在压缩腔室12的膨胀阶段中，低压气体经由管路9和前腔室10吸入到压缩机腔室12中。如果在压缩机的压缩阶段将要结束时压缩机腔室12中的压力明显超过内部空间16中的压力而用于克服止回阀13的闭合力，则止回阀13打开，且被压缩的气体泄露到罩壳8的内部空间16中。在变型中，如果止回阀13相对于活塞6的顶部突出，则也可使所述止回阀通过撞击缸体的前壁上的突出部而被打开。在静止操作中，内部空间16中的压力仅比在压缩机腔室12中所达到的最大压力稍小，使得止回阀13仅在达到上止点之前短暂地打开。因此，直线式驱动器1在压缩机腔室12的总的膨胀阶段克服内部空间16的压力操作，而在压缩阶段中，内部空间16中的压力几乎足以压缩压力腔室12中的气体。因此，供给电路供给到电磁体3中的功率在驱动压缩的半波中可比在驱动膨胀的半波中明显较小。因此，不需要复杂地监测活塞运动来确保活塞6不会撞击到缸体7的端面或至少不会以过大的力撞击缸体7的端面。
图2示出了图1中的压缩机的明显放大的详细图示。显见缸体7的外壳17的、以及活塞的侧表面18和前表面14的一部分。多个细孔19延伸穿过外壳17，借助于所述细孔，假如压缩机腔室12中的压力低于内部空间16中的压力，则被压缩的空气从内部空间16流入压缩机腔室12和/或流入外壳17与侧表面18之间的间隙20中，从而形成加压的气垫。
在活塞6的压缩运动的过程中活塞6快要达到其上止点之前，在压缩机腔室12与内部空间16之间产生压力均衡，且中断通过孔19的气流。在活塞6途径压力均衡位置接近上止点时，从活塞6的端面14向着侧表面18斜角延伸的多个孔21将加压的气体流从压缩机腔室12传送到间隙20中。因此，间隙20中的气体的流动方向在活塞运动过程中反向，而在从下止点到压力均衡位置的大部分的活塞路径上，压缩机腔室12中的压力比内部空间16中的压力低，气体流过孔19和间隙20进入压缩机腔室12，在上止点附近时的气流从压缩机腔室12前进到内部空间16。从而，当活塞的速度为零且停留时间相应高时，活塞6在两个反向点处均有效地被以气体压力方式支撑，且只有在活塞通过压力均衡位置时，气体推力轴承才短暂地失效。当活塞在该点移动时，支承作用中断的时间短，且在再次利用支承作用之前，活塞6在缸体7中滑动的危险最小。
图3示出了活塞6的端面14的顶视图，其中，孔21的输入开口形成在所述端面上。虚线示出了活塞6内的孔21向着侧表面18延伸的径向路径。
图4和5分别示出了与图2和3类似的根据本发明的第二实施例的视图。活塞6的孔19在此被替换为凹槽22，所述凹槽从外侧倾斜地切到活塞的端面和侧表面。凹槽22的功能与第一实施例中的孔19的功能相同。与孔相比凹槽更容易制造。相比，孔具有较小的死区体积，使得第一实施例所能达到的效率比第二实施例的要稍高些。

Claims (16)

1.一种压缩机单元，包括：缸体(7)和活塞(6)，所述缸体和活塞限定出压缩机腔室(12)；用于驱动缸体(7)和活塞(6)的相对运动的直线式驱动器(1)；以及至少包围缸体(7)和活塞(6)的罩壳(8)，其特征在于，压缩机腔室(12)的排出开口(13)通到罩壳(8)的内部空间(16)中。
2.如权利要求1所述的压缩机单元，其特征在于，活塞(6)以气体压力的方式支撑在缸体(7)中。
3.如权利要求2所述的压缩机单元，其特征在于，缸体(7)的外壳(17)中的孔(19)将外壳(17)与活塞(6)的侧表面(18)之间的间隙(20)与内部空间(16)连通。
4.如权利要求2或3所述的压缩机单元，其特征在于，用于将加压的气体从压缩机腔室(12)供给到间隙(20)中的通道(21，22)在活塞(6)的前端面(14)与侧表面(18)之间延伸。
5.如权利要求4所述的压缩机单元，其特征在于，所述通道被实施为孔(21)。
6.如权利要求4所述的压缩机单元，其特征在于，所述通道被实施为凹槽(22)。
7.如前面权利要求中任一所述的压缩机单元，其特征在于，排出开口(13)形成在活塞(6)中。
8.如权利要求7所述的压缩机单元，其特征在于，排出开口(13)形成在活塞(6)的顶部上。
9.如前面权利要求中任一所述的压缩机单元，其特征在于，排出开口(13)用阀密封。
10.如权利要求9所述的压缩机单元，其特征在于，阀(13)被实施为止回阀。
11.如权利要求9或10所述的压缩机单元，其特征在于，止阀(13)朝向活塞(6)的内部空间开设。
12.如权利要求9-11中任一所述的压缩机单元，其特征在于，止回阀(13)的至少一个区段突出超过活塞(6)的顶部。
13.如权利要求12所述的压缩机单元，其特征在于，止回阀(13)的突出区段由吸振材料(Viton)形成。
14.如权利要求9-13中任一所述的压缩机单元，其特征在于，止回阀(13)以截头圆锥的方式实施，所述截头圆锥以其侧表面在活塞(6)的顶部中形成阀座。
15.如权利要求14所述的压缩机单元，其特征在于，截头圆锥以其较小的底面突出超过活塞(6)的顶部。
16.如前面权利要求中任一所述的压缩机单元，其特征在于，吸入气体管路(9)被引导通过内部空间(16)至压缩机腔室(12)。
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