CN106593824B - 一种线性热压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热压缩机技术领域，公开了一种线性热压缩机，包括壳体，所述壳体内设置有活塞组件，所述活塞组件包括活塞、连接在活塞两侧的第一连杆和第二连杆、与所述第一连杆同侧设置的第一板弹簧以及与所述第二连杆同侧设置的第二板弹簧。本发明线性热压缩机利用板弹簧较大的径向力，可以保证活塞不偏离气隙(气缸)的中心轴线，避免了活塞运动不稳定情况的发生，同时，本发明线性热压缩机可以利用板弹簧的轴向形变，抵消活塞运动中的惯性力，避免了撞缸的危险，并通过板弹簧限制了活塞的行程，精确控制了热压缩机的扫气容积。

Description

一种线性热压缩机

技术领域

本发明涉及热压缩机技术领域，尤其涉及一种线性热压缩机。

背景技术

目前随着石油、天然气、煤炭资源的日益短缺，研究以天然气、沼气、生物质、太阳能以及工业过程中的废热等能源驱动发动机(压缩机)的相关技术，对于促进能源的综合利用、改善当前使用单一的化石资源能源结构状况和减少环境污染，具有重要的意义。热压缩机就是一种利用废热驱动的典型动力机械。

热压缩机技术源于斯特林发动机技术，它是一种外燃、闭式循环热力发动机，它接近于理想的热力循环即概括性卡诺循环，因此，同温度下其理论效率高。它具有两个明显优点：一是能利用各种能源，无论是常用的液体燃料，还是气体燃料或固体燃料，甚至余热、太阳能、化学反应能和放射性同位素能源，只要是能产生一定温度的热量，热压缩机就可以工作；二是振动噪音低、排放污染小，具有良好的环境特性。所以热压缩机在热电冷联产、太阳能综合利用、工业余热废汽回收利用等方面，具有很大优势。

现有技术主要采用曲柄连杆机构或单个永磁式直线振荡电机驱动的结构，这种压缩机在气隙中的运动不太稳定，容易偏离气隙中心轴线，不但增大活塞运动阻力，不利于压缩机的平稳运行，同时，也导致系统的振动较大、启动温度较高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种线性热压缩机，本发明要解决的技术问题是解决现有热压缩机运动不稳定、容易偏离气隙中心轴线的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种线性热压缩机，包括壳体，所述壳体内设置有活塞组件，所述活塞组件包括活塞、连接在活塞两侧的第一连杆和第二连杆、与所述第一连杆同侧设置的第一板弹簧以及与所述第二连杆同侧设置的第二板弹簧，

其中，所述活塞将所述壳体形成的腔室分割为热腔和冷腔，所述第一板弹簧和所述第二板弹簧分别与所述活塞的两侧面平行间距设置，所述第一板弹簧和所述第二板弹簧的外缘分别固定连接在所述壳体内壁上，

所述第一连杆设置在所述热腔侧，所述第一连杆的一端穿过所述第一板弹簧的中部与所述活塞的热腔侧固定连接，所述第一连杆的另一端穿过所述壳体的一端侧壁与驱动组件连接，所述第一连杆与所述第一板弹簧固定连接，

所述第二连杆设置在所述冷腔内，所述第二连杆的一端与所述第二板弹簧的中部固定连接，所述第二连杆的另一端与所述活塞的冷腔侧固定连接。

进一步地，所述壳体的内壁上对应所述热腔设置有加热器，所述壳体的内壁上对应所述冷腔设置有冷却器，所述加热器内设置有热气体通道，所述热气体通道通过热气孔与所述热腔连通，所述冷却器内设置有冷气体通道，所述冷气体通道通过冷气孔与所述冷腔连通，所述加热器与所述冷却器之间设置有连通热气体通道与所述冷气体通道的蓄能器。

进一步地，所述第一板弹簧的外缘与所述加热器固定连接，所述第二板弹簧的外缘与所述冷却器固定连接。

进一步地，所述第一板弹簧和所述第二板弹簧形状相同，包括与所述壳体的内径适配的平面金属板以及在所述平面金属板上开设的螺旋形型线孔。

进一步地，所述第一板弹簧将所述热腔分割为通过型线孔相互连通的第一热腔和第二热腔，所述第二板弹簧将所述冷腔分割为通过型线孔相互连通的第一冷腔和第二冷腔。

进一步地，所述壳体内设置有两套活塞组件，两套活塞组件分别设置在所述壳体中部的两侧，两个活塞相对面之间形成共用的冷腔，两个活塞相背离的侧面与所述壳体的两端侧壁之间分别形成热腔。

进一步地，两个热腔以壳体长度方向的中线对称设置。

进一步地，所述第一板弹簧和所述第二板弹簧的直径相同且比所述活塞的直径大1-100微米。

进一步地，所述驱动组件为直线电机。

进一步地，所述第一板弹簧与所述加热器、第二板弹簧与所述冷却器分别焊接连接；

所述第一板弹簧与所述第一连杆、所述第二板弹簧与所述第二连杆分别焊接连接。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明线性热压缩机利用板弹簧较大的径向力，可以保证活塞不偏离气隙(壳体)的中心轴线，避免了活塞运动不稳定情况的发生，同时，本发明线性热压缩机可以利用板弹簧的轴向形变，抵消活塞运动中的惯性力，避免了撞缸的危险，并通过板弹簧限制了活塞的行程，精确控制了热压缩机的扫气容积。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例线性热压缩机的剖视示意图；

图2是本发明实施例线性热压缩机的板弹簧的示意图。

图中：1：直线电机；2：第一连杆；3：第一板弹簧；4：加热器；5：壳体；6：蓄能器；7：活塞；8：冷却器；9：第二连杆；10：第二板弹簧；11a：第一热腔，11b：第二热腔；12：间隙；13a：第一冷腔，13b：第二冷腔；14：型线孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1所示，本实施例线性热压缩机包括壳体5，所述壳体5内设置有活塞组件，所述活塞组件包括活塞7、连接在活塞7两侧的第一连杆2和第二连杆9、与所述第一连杆2同侧设置的第一板弹簧3以及与所述第二连杆9同侧设置的第二板弹簧10。

其中，所述活塞7将所述壳体5形成的腔室分割为热腔和冷腔，所述第一板弹簧3和所述第二板弹簧10分别与所述活塞的两侧面平行间距设置，所述第一板弹簧3和所述第二板弹簧10的外缘分别固定连接在所述壳体内壁上。所述第一连杆2设置在所述热腔侧，所述第一连杆2的一端穿过所述第一板弹簧3的中部与所述活塞7的热腔侧固定连接，所述第一连杆2的另一端穿过所述壳体5的一侧壁与驱动组件连接，所述第一连杆2与所述第一板弹簧3固定连接。所述第二连杆9设置在所述冷腔内，所述第二连杆9的一端与所述第二板弹簧3的中部固定连接，所述第二连杆9的另一端与所述活塞7的冷腔侧固定连接。

本发明实施例线性热压缩机，通过第一板弹簧3和第二板弹簧10的支撑活塞7，利用板弹簧的径向力保证活塞7与气缸的相对位置，避免了活塞偏离壳体5的气隙轴线，活塞7运动不稳定情况的发生；同时，本发明线性热压缩机的活塞7在运动过程中对第一板弹簧3、第二板弹簧10中部进行拉伸，这样就可以利用板弹簧的轴向形变，抵消活塞7运动中的惯性力，避免了撞缸的危险，并通过板弹簧限制了活塞7的行程，精确控制了热压缩机的扫气容积。

如图1所示，本发明实施例提供的线性热压缩机的热腔和冷腔分别通过加热器和冷却器实现其效果。具体地，所述壳体5的内壁上对应所述热腔设置有加热器4，对应所述冷腔设置有冷却器8，所述加热器4上内设置有热气体通道，所述热气体通道通过热气孔与所述热腔连通，所述冷却器8内设置有冷气体通道，所述冷气体通道通过冷气孔与所述冷腔连通，所述加热器4与所述冷却器8之间通过设置有连通热气体通道与所述冷气体通道的蓄能器6。

进一步，为了安装方便，所述第一板弹簧3和所述第二板弹簧10的轴线与所述壳体5的轴线一致，所述第一板弹簧3的外缘与所述加热器4连接固定，所述第二板弹簧10的外缘与所述冷却器8连接固定。

可以理解的是，本实施例线性热压缩机的加热器4、蓄能器6、冷却器8以及壳体5侧壁共同形成了热压缩机的气缸，其中，热腔是由加热器4、壳体5侧壁以及活塞7分割而成，冷腔是由冷却器8、壳体5侧壁以及活塞7分割而成。冷却器8是具有冷却功能的流道，其布置在冷腔的外侧，加热器4是具有加热功能的流道，布置在热腔的外侧，冷却器8和加热器4之间通过蓄能器6连通，气体可以在通过加热器4、蓄能器6、冷却器8依次连通的通道实现在热腔和冷腔中的自由流动，其中，蓄能器6具有储能的作用，当冷气体通过时，将储存的热量释放给冷气体，并将冷量储存在蓄能器6内，当热气体通过时，将储存的冷量释放给热气体，并将热量储存在蓄能器6内。

活塞7在热腔内沿壳体5的径向移动，所述第一连杆2穿过所述壳体5的一端与驱动所述活塞7运动的驱动组件连接，也即活塞的驱动端连接在壳体5设置热腔的一侧。

本实施例驱动组件优选的为直线电机1，当然也可以是能够驱动活塞运动的其他部件例如液压缸等。

如图1所示，所述壳体内设置有两套活塞组件，且分别设置在所述壳体中部的两侧，两个活塞7相对面之间形成共用的冷腔，两个活塞7相背离的侧面与所述壳体5两端的侧壁之间分别形成热腔。

作为一种优选，两个热腔以壳体5长度方向的中线对称设置，也即线性热压缩机左右两侧完全对称布置。

可以理解的是，所述线性热压缩机左右两侧完全对称布置，两侧共用第二冷腔，线性对称布置可以减小运动过程中的振动，提高运行可靠性。两个活塞7的第一连杆2均连接有直线电机1，进而直线电机1通过第一连杆2与活塞7相连，在直线电机1的带动下，两侧活塞7可以沿相反方向直线运动，气体在热腔与冷腔之间循环流动。

如图1所示，当两个活塞7处于壳体最内侧时，系统内大部分气体处于热腔中，系统内温度最高，压力最高，当活塞7从内侧分别向两侧运动时，热腔内的热气体经过蓄能器6流向冷腔，该过程中经过冷却器8冷却，气体温度降低，压力降低，从而形成周期性的压力变化。热腔和冷腔之间存在微压差，因此，活塞7仅需要克服流动阻力而消耗很少的功，也即由于热腔和冷腔的压差是由加热器4产生的热量传递给热腔内的气体后产生，而并非是通过直线电机1驱动活塞7的移动形成，换言之，直线电机1仅仅是驱动克服流动阻力而不需要做功驱动活塞7在热腔和冷腔之间形成压差，所以直线电机的功耗达到最低；从而热压缩机可以利用工业废热、太能能、化学反应热等为加热器4提供热量，驱动热压缩机对气体的压缩工作。

作为一种优选，所述第一板弹簧3和所述第二板弹簧10的直径相同且比所述活塞7的直径大1-100微米。可以理解的是，这样的结构在活塞7与蓄能器6之间形成了微米级的间隙12。

第一板弹簧3和第二板弹簧10将活塞7从两侧支撑起来，从而在壳体5内壁的蓄能器6与活塞7之间形成微米级的间隙12，由于板弹簧较大的径向力作用，即使热压缩机水平放置时，活塞7运动过程中也能保证该间隙12不变，并在间隙12中形成一层气膜，壁面活塞与气缸之间的摩擦，降低活塞运动的阻力。

可以理解的是微米级的间隙12相对于蓄能器内的气体通道，其气体的阻力较大，所以气体优选的是通过蓄能器在热腔和冷腔内流通，也即间隙12内的气体流通量特别小，并不会影响系统的工作，可以忽略。

作为一种可选实施例，如图2所示，本实施例线性热压缩机的第一板弹簧3和所述第二板弹簧10形状相同也即是相同类型的板弹簧，所述板弹簧包括与所述壳体的内径一致的平面金属板以及在所述平面金属板上开设的螺旋形型线孔14。

如图1所示，作为一种实现方案，所述第一板弹簧3设置在热腔的中间部位，并将所述热腔分割为通过型线孔相互连通的第一热腔11a和第二热腔11b；所述第二板弹簧设置在所述冷腔内部位，并将所述冷腔分割为通过型线孔相互连通的第一冷腔13a和第二冷腔13b(图1中由于冷腔共用，所以冷却腔室分割成相互连通的3个腔室，但是也可以理解为一个第二板弹簧10形成了两个腔室，只不过第二腔室是两个第二板弹簧共同形成的)。

第一板弹簧3将热腔分割成第一热腔11a和第二热腔11b，气体可以通过第一板弹簧3的型线孔14在两个热腔之间流动，第二板弹簧10将冷腔分割成第一冷腔13a和第二冷腔13b，气体可以通过第二板弹簧10的型线孔14在两个热腔之间流动，这样第一板弹簧3和第二板弹簧10可以在热腔和冷腔中有两侧方向的轴向形变，且可以保证活塞向壳体内侧或外侧相对称的行程。可以理解的是，这样的结构可以更好的保证两个板弹簧轴向形变，从而更好的抵消活塞运动过程中的惯性力，避免撞缸的危险，另外，通过板弹簧可以限制活塞的行程，精确控制热压缩机的扫气容积。

作为一种实现形式，所述第一板弹簧3与所述加热器4、第二板弹簧10与所述冷却器8分别焊接连接。

所述第一板弹簧3与所述第一连杆2、所述第二板弹簧10与所述第二连杆9分别焊接连接。

焊接的连接固定方式，可以很好将板弹簧与壳体5、连杆连接固定，同时，焊接的方式也是一种对这种连接结构最有效、最方便的加工工艺。

使用时，热腔内通入气体，两个活塞在直线电机的作用下均向壳体的中心移动，在加热器的作用下，热腔内的气体受热后与冷腔形成微压差，同时活塞在直线电机的作用下，向壳体的两端移动，热腔内的气体通过加热器、蓄能器、冷却器流向冷却腔室，冷却腔室内的气体进而压缩到相应的装置中。

综上所述，本发明实施例具有以下有益效果：

1、活塞7两侧通过板弹簧支撑，利用板弹簧的径向力保证活塞7与气缸之间的间隙，使活塞7与壳体之间形成一层气体膜，降低活塞7运动过程的阻力，减少直线电机1的能耗；

2、通过板弹簧的形变抵消活塞7运动过程的惯性力，并精确控制热压缩机的扫气容积；

3、热压缩机采用对称布置，减小工作过程的振动，提高其可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种线性热压缩机，其特征在于：包括壳体，所述壳体内设置有活塞组件，所述活塞组件包括活塞、连接在活塞两侧的第一连杆和第二连杆、与所述第一连杆同侧设置的第一板弹簧以及与所述第二连杆同侧设置的第二板弹簧，

其中，所述活塞将所述壳体形成的腔室分割为热腔和冷腔，所述第一板弹簧和所述第二板弹簧分别与所述活塞的两侧面平行间距设置，所述第一板弹簧和所述第二板弹簧的外缘分别固定连接在所述壳体内壁上，

所述第一连杆设置在所述热腔侧，所述第一连杆的一端穿过所述第一板弹簧的中部与所述活塞的热腔侧固定连接，所述第一连杆的另一端穿过所述壳体的一端侧壁与驱动组件连接，所述第一连杆与所述第一板弹簧固定连接，

所述第二连杆设置在所述冷腔内，所述第二连杆的一端与所述第二板弹簧的中部固定连接，所述第二连杆的另一端与所述活塞的冷腔侧固定连接。

2.根据权利要求1所述的线性热压缩机，其特征在于：所述壳体的内壁上对应所述热腔设置有加热器，所述壳体的内壁上对应所述冷腔设置有冷却器，所述加热器内设置有热气体通道，所述热气体通道通过热气孔与所述热腔连通，所述冷却器内设置有冷气体通道，所述冷气体通道通过冷气孔与所述冷腔连通，所述加热器与所述冷却器之间设置有连通热气体通道与所述冷气体通道的蓄能器。

3.根据权利要求2所述的线性热压缩机，其特征在于：所述第一板弹簧的外缘与所述加热器固定连接，所述第二板弹簧的外缘与所述冷却器固定连接。

4.根据权利要求1所述的线性热压缩机，其特征在于：所述第一板弹簧和所述第二板弹簧形状相同，所述第一板弹簧包括与所述壳体的内径适配的平面金属板以及在所述平面金属板上开设的螺旋形型线孔。

5.根据权利要求4所述的线性热压缩机，其特征在于：所述第一板弹簧将所述热腔分割为通过型线孔相互连通的第一热腔和第二热腔，所述第二板弹簧将所述冷腔分割为通过型线孔相互连通的第一冷腔和第二冷腔。

6.根据权利要求1所述的线性热压缩机，其特征在于：所述壳体内设置有两套活塞组件，两套活塞组件分别设置在所述壳体中部的两侧，两个活塞相对面之间形成共用的冷腔，两个活塞相背离的侧面与所述壳体的两端侧壁之间分别形成热腔。

7.根据权利要求6所述的线性热压缩机，其特征在于：两个热腔以壳体长度方向的中线对称设置。

8.根据权利要求1-7任一项所述的线性热压缩机，其特征在于：所述第一板弹簧和所述第二板弹簧的直径相同且比所述活塞的直径大1-100微米。

9.根据权利要求1-7任一项所述的线性热压缩机，其特征在于：所述驱动组件为直线电机。

10.根据权利要求3所述的线性热压缩机，其特征在于：所述第一板弹簧与所述加热器、第二板弹簧与所述冷却器分别焊接连接；

所述第一板弹簧与所述第一连杆、所述第二板弹簧与所述第二连杆分别焊接连接。