CN113286941A - 用于压缩机和发动机的冷却活塞和气缸 - Google Patents

Abstract

提供系统(60)及其压缩组件(300、400)。在一个示例方面，一种系统(60)包括冷却流体回路(80)和可滑动地容纳在壳体(110)的腔室(112)内的活塞(120)。壳体(110)限定了入口通路(142)和出口通路(144)。入口通路(142)接收来自冷却流体回路(80)的冷却流体(CF)，例如油或制冷剂。冷却流体(CF)流入入口通路(142)，并向下游流入由活塞(120)沿其外表面(125)限定的入口凹槽(156)。冷却流体(CF)向下游流到由活塞(120)的活塞头(122)限定的冷却通道(154)，然后流入由活塞(120)沿其外表面(125)限定的出口凹槽(158)。然后冷却流体(CF)流入壳体(110)的出口通路(144)，并返回到冷却流体回路(80)。冷却流体(CF)穿过通路(142、144)、凹槽(156、158)和通道(154)从壳体(110)和活塞(120)移除热量。

Description

用于压缩机和发动机的冷却活塞和气缸

技术领域

本发明总体上涉及用于压缩机和往复式发动机的具有冷却特性的活塞和气缸布置。

背景技术

冰箱器具通常包括一台压缩机。在冰箱器具的运行期间，压缩机运行以提供压缩的制冷剂。冰箱器具利用此类压缩的制冷剂来冷却器具的隔室和位于其中的食物。近来，线性压缩机已被用于压缩冰箱器具的制冷剂。线性压缩机可包括可滑动地容纳在气缸的腔室内的活塞。活塞在腔室内前后滑动以压缩制冷剂。定位在气缸的气缸盖中的阀可以允许制冷剂进出腔室。

在压缩过程的压缩阶段或冲程结束时，气缸和阀的温度通常接近压缩的气态制冷剂的排放温度。在压缩过程中，传热方向可能发生变化，这取决于气缸内部的气体温度。例如，当气体温度低于气缸壁的温度时，热通量为正，热量从气缸壁传递到气态制冷剂。当气态制冷剂达到与气缸壁相同的温度时，热通量为零。当气体温度大于气缸壁的温度时，热通量为负值，热量从气态制冷剂传递到气缸壁上。传热方向的变化不仅发生在压缩阶段，也发生在膨胀阶段或压缩过程的冲程中。

在某些情况下，气态制冷剂的高排放温度加热气缸壁并且导致气态制冷剂在气缸内过热，致使压缩机效率的降低。压缩机效率下降的幅度主要由气缸壁温度决定。此外，许多传统压缩机接近等熵压缩运行或尽可能接近等熵压缩运行。虽然使压缩机接近等熵压缩运行会防止某些通常与更有效的过程(例如，湿压缩)相关的问题，但等熵压缩的效率却不如其他压缩过程(诸如例如，等温压缩)高。因此，常规压缩机通常不使用使压缩机效率最大化的压缩过程来操作。

因此，解决上述一个或多个挑战的系统及其压缩组件将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践来了解。

在一个示例实施例中，提供了一种系统。该系统包括配置为接收冷却流体的冷却流体回路。该系统还包括压缩组件。该压缩组件包括限定腔室的壳体、入口通路和出口通路，该入口通路与该冷却流体回路流体连通并配置为接收该冷却流体，该出口通路与该冷却流体回路流体连通并配置为将该冷却流体返回该冷却流体回路。此外，压缩组件包括可滑动地容纳在壳体腔室内的活塞，该活塞具有活塞头和外表面，该活塞头限定冷却通道，并且该活塞限定沿着该活塞的该外表面的入口凹槽和出口凹槽。其中该活塞的该入口凹槽将壳体的入口通路与该活塞的该冷却通道流体连接，并且其中该活塞的该出口凹槽将该活塞的该冷却通道与该壳体的该出口通路流体连接。

在另一示例实施例中，提供了限定轴向方向、径向方向和圆周方向的压缩组件。该压缩组件包括限定腔室的壳体、入口通路和出口通路，该入口通路配置为从冷却流体回路接收冷却流体，该出口通路配置为将该冷却流体返回该冷却流体回路。进一步地，该压缩组件包括沿该轴向方向可滑动地容纳在该壳体的该腔室内的活塞，该活塞可在上止点位置和下止点位置之间移动以限定该活塞的冲程，该活塞具有活塞头和外表面，该活塞头限定了冷却通道，该活塞在该活塞的该外表面上限定了沿该轴向方向纵向延伸的入口凹槽，以及在该活塞的该外表面上限定了沿该轴向方向纵向延伸的出口凹槽，该入口凹槽沿该圆周方向与该出口凹槽间隔开。在该活塞的整个冲程中，该活塞的该入口凹槽将该壳体的该入口通路与该活塞的该冷却通道流体连接，并且其中在该活塞的整个冲程中，该活塞的该出口凹槽将该活塞的该冷却通道与该壳体的该出口通路流体连接。

参照下面的描述和所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图说明

参考附图，在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整和可行的公开，包括其最佳模式，其中：

图1提供了根据本主题的示例实施例的冰箱器具的正视图；

图2提供了图1的冰箱器具的制冷系统的示意图；

图3提供了根据本主题的示例实施例的线性压缩机的示意图；

图4提供了根据本主题的示例实施例的可滑动地容纳在图3的线性压缩机的壳体的腔室内并且定位在上止点位置的活塞的特写示意图；

图5提供了图4的可滑动地容纳在在腔室内并且定位在下止点位置的活塞的示意图；

图6提供了根据本主题的示例实施例的示例活塞的透视图；

图7提供了沿图6的线7-7截取的图6的活塞的透视截面图；

图8提供了沿图6的线8-8截取的图6的活塞的透视截面图；

图9和图10提供了根据本主题的示例实施例的图6至图8中可滑动地容纳在壳体的腔室内的活塞的透视截面图；

图11至图13提供了根据本主题的示例实施例的另一示例活塞的各种透视图；

图14提供了根据本主题的示例实施例的可滑动地容纳在示例压缩组件的壳体的腔室内的活塞的特写示意图；

图15提供了根据本主题的示例实施例的可滑动地容纳在示例压缩组件的壳体的腔室内的活塞的示意截面图；并且

图16提供了根据本主题的示例实施例的另一种线性压缩机的示意图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例是通过解释本发明的方式提供的，并不是对本发明的限制。实际上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

如本文所使用，诸如“近似”、“基本上”或“约”等近似术语是指在所述值的百分之十(10％)误差容限内。此外，如本文所使用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以将一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体的来源方向，并且“下游”是指流体的目标方向。

图1提供了一种包括密封制冷系统60(图2)的冰箱器具10。应当理解的是，术语“冰箱器具”在本文中以一般意义使用，涵盖任何方式的制冷器具，诸如冷冻机、冰箱/冷冻机组合，以及任何类型或型号的常规冰箱。此外，应当理解的是，本主题不限于用于器具。因此，本主题可以用于任何其他合适的目的，诸如空调或热泵内的蒸气压缩、空气压缩机以及往复式发动机应用。

在图1所示的示例实施例中，冰箱器具10被描述为具有限定若干内部储存隔室的箱体或壳体12的立式冰箱。具体地，冰箱器具10包括具有门16的上部新鲜食品隔室14和具有上部抽屉20和下部抽屉22的下部冷冻隔室18。抽屉20、22可以是“拉出式”抽屉，因为它们可以在合适的滑动机构上手动地移入和移出冷冻隔室18。

图2提供了包括示例系统60的冰箱器具10的示意图，该示例系统是图2所描绘的实施例中的密封制冷系统。如图所示，机械隔室62含有用于执行蒸气压缩循环以冷却冰箱器具10内的空气的部件。密封制冷系统60包括压缩组件，该压缩组件是图2所描绘的实施例中的线性压缩机100。密封制冷系统60还包括串联连接并填充有制冷剂的冷凝器66、膨胀装置68和蒸发器70。对于该实施例，密封制冷系统60还包括吸入管线热交换器(SLHX)74。如本领域技术人员将理解的那样，制冷系统60可包括另外的部件，例如，至少一个另外的蒸发器、压缩机、膨胀装置和/或冷凝器。作为示例，制冷系统60可以包括两个蒸发器。

在制冷系统60内，气态制冷剂流入线性压缩机100，该线性压缩机工作以增加制冷剂的压力。制冷剂的压缩升高其温度，该温度通过使气态制冷剂通过冷凝器66而降低。在冷凝器66内，发生与环境空气的热交换，以便冷却制冷剂并且使制冷剂冷凝成液态。如箭头A_C所示，使用风扇72使空气流过冷凝器66，以便提供强制对流，以便在冷凝器66内的制冷剂与环境空气之间进行更快速和有效的热交换。因此，如本领域技术人员将理解的那样，增加通过冷凝器66的空气流可以例如通过改善其中所含制冷剂的冷却来提高冷凝器66的效率。

膨胀装置(例如阀门、毛细管或其他限制装置)68从冷凝器66接收液态制冷剂。液态制冷剂从膨胀装置68进入蒸发器70。当离开膨胀装置68并进入蒸发器70时，液态制冷剂的压力和温度下降。由于制冷剂的压降和相变，相对于冰箱器具10的隔室14、18，蒸发器70是冷的。这样，产生了冷气并且对冰箱器具10的隔室14、18制冷。因此，蒸发器70是一种热交换器，其将热量从经过蒸发器70的空气传递到流过蒸发器70的制冷剂。SLHX74使已经离开蒸发器70的气态制冷剂中的蒸气过热，并且使已经离开冷凝器66的液态制冷剂过冷。

如图2进一步所描绘的，系统60包括冷却流体回路80。一定量的冷却流体(例如，制冷剂)可以沿着冷却流体回路80循环并且顺流到达线性压缩机100的热交换器140。正如下文将详细解释的那样，线性压缩机100的热交换器140可操作来冷却线性压缩机100的气缸和活塞，以最终改善线性压缩机100的性能，并减少气态制冷剂压缩所需的热力学功。

对于该实施例，来自蒸气压缩循环的一定量的液态制冷剂可以被转移到冷却流体回路80中。具体地，如图2所示，一定量的液态制冷剂可以在冷凝器66的出口的下游和膨胀装置68的上游被转移到冷却流体回路80中。在一些替代实施例中，液态制冷剂可做膨胀装置68的下游和蒸发器70的上游被转移到冷却流体回路80中。流体控制装置82沿着冷却流体回路80定位，并且可操作以选择性地控制通过冷却流体回路80的冷却流体(例如，制冷剂)的流量。对于图2所描绘的实施例，流体控制装置82是电磁阀。然而，在其他实施例中，流体控制装置82可以是另一种合适类型的能够选择性地控制通过冷却流体回路80的冷却流体的流量的阀或装置。如图2进一步所示，毛细管84可以选择性地沿着冷却流体回路80定位，例如，用于进一步计量流过冷却流体回路80的冷却流体的流量。因此，转移到冷却流体回路80的冷却流体(例如，液态制冷剂)的流量可由流体控制装置82控制，并可由毛细管84进一步测量，然后流向下游的线性压缩机100的热交换器140，并最终通过冷凝器66返回。

冰箱器具10包括各种温度传感器。对于该实施例，冰箱器具10的系统60包括温度传感器86，该温度传感器可操作以感测线性压缩机100的出口处(或更具体地，在线性压缩机100的气缸所限定的出口通路处)的冷却流体(例如，液态制冷剂)的出口温度，如下文将进一步解释的那样。冰箱器具10还包括隔室温度传感器88，该隔室温度传感器可操作以感测冰箱器具10的一个或多个冷却室(例如，新鲜食品隔室14和冷冻隔室18)内的空气温度。在一些实施例中，冰箱器具10可包括多个隔室温度传感器。例如，冰箱器具10可以包括一个或多个用于感测新鲜食品隔室14内空气的隔室温度传感器，以及一个或多个用于感测冷冻隔室18内空气的隔室温度传感器。温度传感器86和隔室温度传感器88可以是任何合适类型的温度传感器。

冰箱器具10包括控制器90。控制器90与冰箱装置10的各种部件通信耦合，该各种部件包括但不限于流体控制装置82、温度传感器86、隔室温度传感器88、风扇72(或其电动马达)、膨胀装置68、蒸发器70的风扇(或其电动马达)等。在控制器90中产生的或由该控制器产生的控制信号操作冰箱器具10，包括系统60的各种部件，诸如例如，上面列出的部件。如本文所使用，控制器90可以指一个或多个微处理器或半导体装置，并且不必限于单个元件。处理装置可以被编程以操作冰箱器具10。处理装置可以包括一个或多个存储元件(例如，非暂时性储存介质)或者与该一个或多个存储元件相关联。在一些此类实施例中，存储元件包括电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。通常，存储元件可以储存可由处理装置访问的信息，包括可由处理装置执行的指令。可选地，该指令可以是软件或任何一组指令和/或数据，当被处理装置执行时，该任何一组指令和/或数据使得处理装置执行操作。

总的来说，制冷回路中的蒸气压缩循环部件、相关联的风扇和相关联的隔室有时被称为密封制冷系统，该密封制冷系统可操作以迫使冷空气通过制冷隔室14、18。图2所描绘的制冷系统60仅作为示例提供。因此，待使用的制冷系统的其他配置也在本主题的范围内。

图3提供了根据本主题的示例实施例的线性压缩机100的示意图。如图3所示，线性压缩机100被封闭在密闭或气密的外壳104中。密闭外壳104可例如阻止或防止制冷剂在线性压缩机100处从制冷系统60(图2)泄漏或逸出。密闭外壳104可以是金属密闭外壳，或者可以由任何合适类型的金属(诸如，钢)构造或由其制成。线性压缩机100限定轴向方向A、径向方向R和围绕轴向方向A延伸三百六十度(360°)的圆周方向C。

线性压缩机100包括封闭在密闭外壳104内的气缸或壳体110。壳体110限定了沿着轴向方向A纵向延伸的腔室112。壳体110还包括阀，该阀在线性压缩机100压缩制冷剂R的过程中允许制冷剂(显示为“R”)进入和离开腔室112。线性压缩机100还包括可滑动地容纳在壳体110的腔室112内的活塞120。具体地，活塞120可沿第一轴线A1在上止点位置(图3)和下止点位置(图4)之间移动或滑动。第一轴线A1沿着轴向方向A延伸。例如，当线性压缩机100不运转时，活塞120可以采取默认位置。活塞120具有活塞头122和裙部124，该裙部从活塞头122例如沿轴向方向A纵向地延伸。在活塞120在腔室112内滑动期间，活塞120压缩腔室112内的制冷剂R。

活塞120通过连杆126与驱动组件128联接。驱动组件128可操作以使活塞120在腔室112内沿轴向方向A移动或往复运动。在一些示例实施例中，驱动组件128包括具有至少一个驱动线圈(未示出)的马达(未示出)。驱动线圈配置为用于选择性地促使活塞120在腔室112内沿轴向方向A滑动。具体地，如本领域技术人员将理解的那样，驱动线圈从电源(未示出)接收电流，以便产生磁场，磁场与磁体作用，并促使活塞120沿轴向方向A移动，以便压缩腔室112内的制冷剂R。具体地，驱动线圈可使活塞120在上止点位置和下止点位置之间滑动。

作为示例，活塞120可以从上止点位置在腔室112内沿着轴向方向A朝向下止点位置滑动，即活塞120的膨胀冲程。在活塞120的膨胀冲程期间，进气/吸气阀130允许制冷剂R进入腔室112。进气/吸气阀130容纳于壳体110的气缸或壳体头114内。当活塞120到达下止点位置时，活塞120改变方向并在腔室112中向上止点位置滑动，即活塞120的压缩冲程。在活塞120的压缩冲程期间，在膨胀冲程期间进入腔室112的制冷剂R被压缩，直到制冷剂R达到特定压力。现在处于较高压力和温度的压缩的制冷剂R通过排放阀132离开腔室112。以此类方式，制冷剂R在腔室112内被活塞120压缩。排气阀132以邻近进气/吸气阀130的方式容纳于壳体头114中。

在线性压缩机100的操作期间，活塞120往复运动以压缩制冷剂R，并且压缩的制冷剂R通过排出阀132流出腔室112。压缩的制冷剂R从排放阀132被引导到排放导管134中。排放导管134在排放阀132和密闭外壳104之间延伸，使得压缩的制冷剂R可通过排放导管134从排放阀132流到密闭外壳104。通过排放导管134向下游流动的制冷剂R可以是液态制冷剂，并且可以向下游流向冷凝器66(图2)。排放导管134可以是与制冷剂一起适配使用的塑料管。例如，排放导管134可以是聚四氟乙烯塑料管、聚乙烯塑料管或尼龙塑料管。

如图3进一步所示，线性压缩机100包括热交换器140。热交换器140由壳体110和活塞120所限定的各种通路、凹槽和通道形成，这些通路，凹槽和通道各自配置为接收冷却流体，诸如例如来自冷却流体回路80的制冷剂、来自润滑回路的油或一些其他合适的冷却流体。在本实施例中，如上所述，冷却流体CF是从冷却流体回路80中分流出来的制冷剂R。具体地，循环通过冷却流体回路80(图2)的冷却流体CF流过壳体110和活塞120以最终冷却壳体110和活塞120，如上所述，这可以提供改善的压缩机性能并减少用于气态制冷剂的压缩所需的热力学功。

图4提供了根据本主题的示例实施例的在下止点位置处可滑动地容纳在壳体110的腔室112内的活塞120的特写示意图。此外，图4描绘了热交换器140的特写视图。如图所示，壳体110限定与冷却流体回路80流体连通的入口通路142。入口通路142在入口146和出口148之间延伸。入口通路142的入口146与冷却流体回路80(图2)流体连通。值得注意的是，入口通路142的出口148被限定在至少部分地限定了腔室112的壳体110的内表面116处。壳体110还限定了与冷却流体回路80流体连通的出口通路144。出口通路144在入口150和出口152之间延伸。如图所描绘，出口通路144的入口150限定在至少部分地限定腔室112的壳体110的内表面116处。出口通路144的出口152与冷却流体回路80(图3)流体连通。

进一步地，活塞120限定冷却通道154、入口凹槽156和出口凹槽158。更具体地，活塞头122限定冷却通道154，并且由活塞120沿着活塞120的外表面125限定入口凹槽156和出口凹槽158。入口凹槽156和出口凹槽158例如沿着圆周方向C彼此间隔开，并且两者都沿着轴向方向A纵向延伸。沿活塞头122的至少一部分和沿裙部124的至少一部分在活塞120的外表面125处轴向地限定入口凹槽156。类似地，沿活塞头122的至少一部分和沿裙部124的至少一部分在活塞120的外表面125处轴向地限定出口凹槽158。活塞120的入口凹槽156将壳体110的入口通路142与活塞120的冷却通道154流体连接。活塞120的出口凹槽158将活塞120的冷却通道154与壳体110的出口通路144流体连接。因此，冷却流体CF(例如，制冷剂、油等)可流过壳体110的入口通路142并流入活塞120的裙部124的入口凹槽156，流过活塞头122的冷却通道154，沿着裙部124的出口凹槽158流动，并且可以通过壳体110的出口通路144流出热交换器140，其中，冷却流体CF可以返回到冷却流体回路80，并且向下游流到冷凝器66(图2)。

值得注意的是，如图3和图4所示，入口凹槽156在上止点位置(图3)和下止点位置(图4)将壳体110的入口通路142与冷却通道154流体连接。此外，出口凹槽158在上止点位置(图3)和下止点位置(图4)将冷却通道154与壳体110的出口通路144流体连接。换句话说，通过活塞120的上止点位置和下止点位置之间的冲程，入口通路142的出口148与由活塞120限定的入口凹槽156的至少一部分在轴向和径向上对准，并且出口通路144的入口150与活塞120的出口凹槽158的至少一部分在轴向和径向上对准。以此类方式，连续流动的冷却流体CF可以通过热交换器140循环，除其他益处和优点外，这可以防止或减少当活塞120往复运动时冷却流体CF晃荡，并且当冷却流体CF可以通过热交换器140连续循环时还提供强化冷却。

如图4进一步所示，壳体110的腔室112具有沿轴向方向A在腔室112的第一端113和第二端115之间延伸的轴向长度L_C。如图所描绘，由壳体110限定的入口通路142沿轴向方向A延伸一距离，该距离是腔室112的轴向长度L_C的至少一半。以类似的方式，由壳体110限定的出口通路144沿轴向方向A延伸一距离，该距离是腔室112的轴向长度L_C的至少一半。以这种方式，冷却流体CF可以向壳体110提供增强的冷却，并且可以最终降低气态制冷剂的排放温度。在一些实施例中，入口通路142至少从腔室112的第一端113轴向延伸至一轴向位置，该轴向位置沿轴向方向A比活塞120的活塞头122的顶部或第一表面127更进一步朝向腔室112的第二端115。以这种方式，穿过入口通路142和出口通路144的冷却流体CF可以沿整个轴向长度冷却壳体110，气态制冷剂可以在该整个轴向长度上接触壳体110的环形内表面116。

图5提供了可滑动地容纳在壳体110的腔室112内并位于下止点位置的活塞120的示意图。如图所示，对于该实施例，壳体110限定一个或多个将壳体110的入口通路142与壳体110的出口通路144流体连接的壳体通道。具体地，壳体110限定了围绕腔室112环形地延伸并且将入口通路142与出口通路144流体连接的第一壳体通道181，围绕腔室112环形地延伸并且将入口通路142与出口通路144流体连接的第二壳体通道182，以及围绕腔室112环形地延伸并且将入口通路142与出口通路144流体连接的第三壳体通道183。壳体通道181、182、182例如沿着轴向方向A彼此间隔开，并且通过入口通路142的沿轴向方向A纵向延伸的轴向部分143以及通过出口通路144的沿着轴向方向A纵向延伸的轴向部分145彼此流体连接。通常，壳体通道181、182、183配置为接收冷却流体CF，因此壳体通道181、182、183围绕腔室112在圆周方向上提供冷却，例如在图5所示的各种轴向位置上。尽管在图5中描绘了三(3)个壳体通道，但是，将理解的是，壳体110可限定多于或少于三(3)个壳体通道181、182、183。

进一步在一些实施例中，壳体110可限定一个或多个在一个或多个壳体通道之间轴向地延伸的轴向壳体通道。例如，第一轴向壳体通道可在第一壳体通道181、第二壳体通道182和第三壳体通道183之间轴向延伸并将它们流体连接。进一步地，第二第一轴向壳体通道可在第一壳体通道181、第二壳体通道182和第三壳体通道183之间轴向延伸并将它们流体连接，并且可与第一壳体通道181径向相对地定位(即，第一轴向壳体通道可以与第二轴向壳体通道隔开一百八十度(180°))。在此类实施例中，第一轴向壳体通道可与入口通路142周向间隔开九十度(90°)，因此，第二轴向壳体通道可与出口通路144周向间隔开九十度(90°)。此外，在一些实施例中，壳体110可限定单个环形壳体通道，该环形壳体通道围绕腔室112延伸三百六十度(360°)。在此类实施例中，入口通路142包括入口146和出口148，但是入口通路142的轴向部分可以与环形壳体通道成一体。同样，出口通路144包括入口150和出口152，但是出口通路144的轴向部分可以与环形壳体通道成一体。

此外，在一些替代实施例中，壳体110将入口通路142和出口通路144限定为穿过壳体110的径向孔。在此类实施例中，壳体110限定没有沿轴向方向A纵向延伸的轴向部分的入口通路142和出口通路144(例如，没有轴向部分143、145)。进一步地，在一些实施例中，壳体110不需要限定壳体通道，并且可以仅包括冷却流体入口(例如，径向孔)和活塞120的冷却流体出口。

图6、图7和图8提供了根据本主题的示例实施例的活塞120的各种视图。具体地，图6提供了活塞120的透视图，图7提供了活塞120的透视截面图，其描绘了沿图6的线7-7剖开的活塞120，并且图8提供了活塞120的透视截面图，其描绘了沿图6的线8-8剖开的活塞120。

如图所示，入口凹槽156沿活塞120的外表面125限定。入口凹槽156具有凹槽宽度W1、凹槽长度L1(图8)和凹槽深度D1。入口凹槽156的凹槽宽度W1沿着圆周方向C延伸，入口凹槽156的凹槽长度L1沿着轴向方向A延伸，并且凹槽深度D1沿着径向方向R延伸。通常，入口凹槽156沿着轴向方向A纵向延伸，并且凹入或底切到活塞120的外表面125中。入口凹槽156沿活塞头122的至少一部分并沿着裙部124的至少一部分在活塞120的外表面125处轴向延伸。

出口凹槽158配置为与入口凹槽156类似的方式。即，出口槽158沿着活塞120的外表面125限定。出口凹槽158具有凹槽宽度W2(图7)、凹槽长度L2(图8)和凹槽深度D2(图7)。出口凹槽158的凹槽宽度W2沿圆周方向C延伸，出口凹槽158的凹槽长度L2沿轴向方向A延伸，凹槽深度D2沿径向方向R延伸。此外，如图所示，入口凹槽156和出口凹槽158沿着圆周方向C彼此间隔开。

通常，出口凹槽158沿轴向方向A纵向延伸，并且凹进或底切到活塞120的外表面125中。入口凹槽156沿活塞头122的至少一部分并沿着裙部124的至少一部分在活塞120的外表面125处轴向延伸。如图8中最佳所示，活塞120沿轴向方向A在第一端164和第二端166之间延伸。活塞120的裙部124具有在第二壁123的底表面与活塞120的底端166之间延伸的轴向长度L_S。入口凹槽156和出口凹槽158沿轴向方向A延伸裙部124的轴向长度L_S的至少一半。以此方式，无论活塞120在腔室112内的轴向位置如何，入口通路142的出口148都可以流体连接到活塞120的入口凹槽156，并且无论活塞120在腔室112内的轴向位置如何，出口通路144的入口150都可以流体连接到活塞120的出口凹槽158。

如图7和图8中最佳所示，入口凹槽156与冷却通道154例如在冷却通道154的入口处流体连接，并且出口凹槽158与冷却通道154例如在冷却通道154的出口处流体连接。通常，冷却通道154由活塞头122限定。更具体地，例如沿着轴向方向A在活塞头122的第一壁121(图8)和第二壁123之间限定冷却通道154。第一壁121与第二壁123例如沿着轴向方向A间隔开。冷却通道154具有宽度W3，该宽度W3沿径向方向R在活塞120的外壁160(图7)和中心毂162之间延伸。中心毂162具有联轴器168(图8)，该联轴器朝着活塞120的第二端166轴向延伸，并且限定了沿轴向方向A纵向延伸的沉孔170。联轴器168配置为用于接纳连杆126(图3和图4)。活塞120的活塞头122还限定了在第一壁121和第二壁123之间沿轴向方向A延伸穿过其中的进气口172。

冷却通道154具有沿轴向方向A在第一壁121和第二壁123之间延伸的深度D3。冷却通道154在入口凹槽156和出口凹槽158之间延伸。对于该实施例，冷却通道154围绕第一轴线A1周向延伸，以连接入口凹槽156和出口凹槽158。对于图7所描绘的实施例，活塞120的冷却通道154沿圆周方向C围绕第一轴线A1延伸等于或大于一百八十度(180°)。如图7所示，冷却通道154大体在径向方向上相对于进气口172延伸。在一些实施例中，活塞头122可以不限定进气口，因此可以将冷却通道154限定为使得冷却通道154围绕第一轴线A1环形地延伸。

图9和图10提供了根据本主题的示例实施例的图6至图8中的可滑动容纳在壳体110的腔室112内的活塞120的透视截面图。在图9中，活塞120显示在上止点位置。在图10中，活塞120显示在下止点位置。现在将描述一种典型方式，其中在压缩过程中产生的热量可以通过热交换器140(图4)从壳体110和活塞120中去除。

大体上参考图9和图10，冷却流体CF(例如，制冷剂、油等)可从冷却流体回路80(图2)流入如图9和图10所示的由壳体110限定的入口通路142。当冷却流体CF穿过入口通路142时，冷却流体CF从壳体110的相对热的壁吸取热量。在一些实施例中，诸如图9和图10中所示的实施例，冷却流体CF可以经由环形壳体通道180环形地围绕腔室112流动。环形壳体通道180将入口通路142和出口通路144流体连接，并与之成为一体。当冷却流体CF穿过环形壳体通道180时，冷却流体CF可以从壳体110的相对热的壁中吸取热量。一定量的冷却流体CF从入口通路142流入沿着活塞120的外表面125限定或凹进该活塞的该外表面内的入口凹槽156中。如上所述，无论活塞120在腔室112内的轴向位置如何，入口通路142的出口148均与活塞120的入口凹槽156流体连接。当活塞120在腔室112内往复运动时，冷却流体CF流入入口凹槽156，并从活塞120的裙部124和壳体110的内表面116吸取热量。冷却流体CF继续向下游进入由活塞120的活塞头122限定的冷却通道154。冷却流体CF大体上通过冷却通道154周向流动，并且从活塞头122的各个壁吸取热量。重要的是，冷却流体CF从活塞头122的第一壁121吸取热量，该第一壁是活塞120的前导壁，其与腔室112中的气态制冷剂相互作用。在一些实施例中，由活塞头122限定的冷却通道154与排放阀132(图3)在径向和周向上(至少部分地)对准以改善对活塞120的区域的冷却，该活塞的该区域迫使压缩的气态制冷剂通过排放阀132进入排放导管134(图3)。

冷却流体CF离开由活塞头122限定的冷却通道154，并向下游流入出口凹槽158。当活塞120在腔室112内往复运动时，冷却流体CF从活塞120的裙部124和壳体110的内表面116吸取热量。冷却流体CF继续向下游，并通过出口通路144的入口150进入出口通路144。如上所述，无论活塞120在腔室112内的轴向位置如何，出口通路144的入口150都与出口凹槽158流体连接。从出口凹槽158通过入口150流动的冷却流体CF可以与通过环形壳体通道180在腔室112周围环形流动的冷却流体混合。混合的冷却流体CF返回到冷却流体回路80(图2)。例如，冷却流体CF可以直接返回到冷凝器66(图2)上游和压缩机100(图2)下游的制冷系统60(图2)的主导管，或者可替代地，冷却流体可被引导至排放导管134(如图3中的虚线所示)，在该排放导管处，冷却流体CF可与通过密闭外壳104离开线性压缩机100的压缩的气态制冷剂混合。

以上述方式吸取在压缩过程中产生的热量具有许多优点和益处。例如，从壳体110和活塞120移除或吸取热量降低了在腔室内压缩的气态制冷剂或油的排放温度。进一步地，热量的移除使压缩过程朝着更加等温的过程移动，因此，这减少了压缩所需的热力学功。可能会实现或达到的另外的优点和益处未具体列出。

在一些实施例中，参考图2和图3，可以控制通过热交换器140的冷却流体CF的流量，以在满足隔室14、18的冷却需要的同时从壳体110和活塞120去除热量。在此类实施例中，控制器90配置为在线性压缩机100的出口处或线性压缩机100的出口下游和冷凝器66上游的位置处接收指示冷却流体CF的温度的一个或多个信号。例如，该信号可以指示出口通路144(图4)内的冷却流体CF的温度。例如，控制器90可以从温度传感器86接收一个或多个信号。进一步地，在一些实施例中，控制器90配置为接收指示冰箱器具10的一个或多个隔室14、18内空气温度的一个或多个隔室温度信号。例如，控制器90可以从隔室温度传感器88接收一个或多个隔室温度信号。

另外，控制器90配置为至少部分地基于从温度传感器86接收的一个或多个信号和从隔室温度传感器88接收的一个或多个隔室温度信号来确定用于将冷却流体输送到活塞120和壳体110的第一流量。而且，控制器90配置为控制流体控制装置82，以在第一流量下选择性地控制通过活塞120和壳体110的冷却流体的流量。以此方式，可以控制输送到热交换器140的制冷剂的体积或量，并且因此在确保满足隔室14和18的温度需求的同时，控制提供给活塞120和壳体110的冷却量。

图11、图12和图13提供了根据本主题的示例实施例的另一示例活塞200的各种视图。具体地，图11提供了活塞200的透视图。图12提供了活塞200的透视截面图。图13提供了活塞200的透视图，其中，出于说明性目的，活塞200的活塞头206的第二壁212被移除。图11至图13的活塞200可用于本文所述的压缩组件和系统，诸如图3所示的线性压缩机100。如图所示，活塞200沿着轴向方向A在第一端202和第二端204之间延伸。活塞200具有大体上位于第一端202处的活塞头206和例如沿轴向方向A纵向地从活塞头206延伸至活塞200的第二端204的裙部208。在活塞200在腔室内滑动期间，活塞200可压缩制冷剂或燃料源。

如图12和图13最佳所示，活塞200限定冷却通道214、入口凹槽220和出口凹槽222。更具体地，活塞头206限定冷却通道214，并且由活塞200沿着活塞200的外表面228限定入口凹槽220和出口凹槽222。入口凹槽220和出口凹槽222例如沿圆周方向C彼此间隔开，并且两者均沿轴向方向A纵向延伸。对于该实施例，入口凹槽220被限定为与出口凹槽222径向相对(即，入口凹槽220沿圆周方向C与出口凹槽222间隔一百八十度(180°))。因此，冷却通道214的入口216在径向上与冷却通道214的出口218相对。第一径向方向R1在冷却通道214的入口216和出口218之间延伸以供参考。

沿活塞头206的至少一部分并且沿裙部208的至少一部分在活塞200的外表面228处轴向限定入口凹槽220。类似地，沿活塞头206的至少一部分并且沿裙部208的至少一部分在活塞200的外表面228处轴向限定出口凹槽222。活塞200的入口凹槽220可将壳体的入口通路(在该实施例中未示出)与活塞200的冷却通道214流体连接。活塞200的出口凹槽222可将活塞200的冷却通道214与壳体的出口通路(在该实施例中未示出)流体连接。因此，冷却流体(例如，制冷剂、油等)可以流经壳体的入口通路并流入活塞200的入口凹槽220，流经活塞头206的冷却通道214，沿着出口凹槽222，并且可以流经壳体的出口通路，在该出口通路处，冷却流体可以返回到冷却流体回路(在该实施例中未示出)。以这种方式，压缩过程中产生的热量被从壳体和设置在壳体的腔室中的活塞移除。因此，可以降低在腔室内被压缩的气态制冷剂或油的排出温度，并且可以实现更加等温的过程，这减少了压缩组件的热力学功。

冷却通道214由活塞头206限定，使得其形成大体上的圆柱形腔。具体地，冷却通道214具有深度D4(图13)，该深度D4在活塞头206的第一壁210和第二壁212(图12；在图13中移除)之间例如沿着轴向方向A延伸。深度D4形成冷却通道214的圆柱形腔的轴向高度或长度。冷却通道214具有在活塞200的内缘230的相对侧之间延伸的基部直径BD4(图13)。如图所示，基部直径BD4基本上沿活塞200的所有径向长度或直径延伸，例如超过活塞200的径向长度的约百分之九十(90％)。因此，第一壁210的大部分，即与在腔室内被活塞200压缩的热气态制冷剂或油相互作用的壁，可以被冷却流体冷却。具体地，在图11至图13的实施例中，约百分之九十(90％)或更多的第一壁210可被冷却流体冷却。

进一步地，如图12和图13所示，多个肋片224从第一壁210沿轴向方向A凸出到冷却通道214中。通常，肋片224增加了冷却流体可以接触的表面积，因此肋片224增加了活塞200与冷却流体之间的热传递。对于该实施例，肋片224沿着第一径向方向R1纵向延伸，并且沿着垂直于第一径向方向R1的方向彼此间隔开。与入口216和出口218径向方向对准的肋片224的第一肋片226具有肋片224的最长径向长度(例如，沿着第一径向方向R1)。从第一肋片226沿垂直于第一径向方向R1的方向向外延伸的每个连续肋片224的径向长度减小。对于该实施例，肋片224从第一壁210凸出到冷却通道214中的距离小于深度D4。然而，在替代实施例中，肋片224可以在第一壁210和第二壁212之间延伸。在一些实施例中，活塞200可以例如经由3D打印过程被附加地制造。以这种方式，肋片224和活塞200的限定冷却通道214的表面可以被印刷为具有各种形状和表面光洁度，诸如例如多孔或粗糙的表面。

图14提供了根据本主题的示例实施例的可滑动容纳在压缩组件300的壳体310的腔室312内的活塞320的特写示意图。除下文规定外，图14的压缩组件300的壳体310和活塞320与图4的线性压缩机100的壳体110和活塞120类似地配置。如图14所示，一个或多个通路、凹槽或通道可以含有或接纳泡沫金属部件330。具体地，对于图13的实施例，泡沫金属部件330设置在由活塞320的活塞头322限定的冷却通道354内。对于该实施例，泡沫金属部件330基本上充满了冷却通道354的全部体积。尽管未示出，但是在一些替代示例性实施例中，泡沫金属部件330可以定位在入口通路342和/或出口通路344内。在其他实施例中，泡沫金属部件330可以定位在入口凹槽356和/或出口凹槽358内。

通常，泡沫金属部件330可以通过促进将热传递到冷却流体CF来促进移除压缩过程中产生的热量。具体地，泡沫金属部件330增加了冷却流体CF可能接触的表面积，因此，金属泡沫部件330可以增加活塞320/壳体310与冷却流体CF之间的热传递。泡沫金属部件330可以使流过热交换器140的冷却流体CF表现出更大的湍流，这最终促进了向冷却流体CF的热传递。泡沫金属部件330可以具有由具有多个孔的金属形成的蜂窝结构。

图15提供了根据本主题的示例实施例的可滑动容纳在示例压缩组件400的壳体410的腔室412内的活塞420的示意截面图。除下文规定外，图15的压缩组件400的壳体410和活塞420与图4的线性压缩机100的壳体110和活塞120类似地配置。

如图15所示，壳体410限定了多个壳体通道，包括第一壳体通道481、第二壳体通道482和第三壳体通道483。壳体通道481、482、483沿着轴向方向A彼此间隔开，并且每个壳体通道围绕壳体410的腔室412环形地延伸。此外，壳体通道481、482、483各自在径向相对的位置处通过入口通路442和出口通路444流体连接。值得注意的是，壳体110在壳体410的外表面418处限定入口通路442、出口通路444和壳体通道481、482、483。外表面418与限定腔室412的壳体410的内表面416径向间隔开。由于在壳体410的外表面418处限定了入口通路442、出口通路444和壳体通道481、482、483，所以使加工此类通路和壳体通道变得更容易。如图15所示，为了封闭通路和壳体通道，将壳体盖430附接或装配在壳体410上。壳体盖430可以限定第一径向孔以限定入口通路442的入口446，和第二径向孔以限定出口通路444的出口452。

进一步地，如图15所描绘的，可以将多个肋片434加工到活塞头422的第一壁421中，并且可以限定冷却通道454。此后，活塞盖432可以附接到活塞420或以其他方式连接到该活塞，使得其形成活塞头422的第二壁423并包围冷却通道454。在此类布置下，制造活塞420的容易度提高了。

图16提供了根据本主题的示例实施例的另一线性压缩机500的示意图。除下文规定外，图16的线性压缩机500与图3的线性压缩机100的配置相似。

对于图16所描绘的实施例，冷却流体回路530是闭环回路，并且配置为接收冷却流体CF，例如油。冷却流体回路530被完全封闭或完全封装在密闭外壳504内，因此，冷却流体CF从冷却流体回路530的任何泄漏都含在密闭外壳504内。冷却流体回路530可以包括在一端与壳体510的入口通路542的入口546流体连接并且在另一端与出口通路544的出口552流体连接的管或导管。在一些实施例中，冷却流体CF通过活塞520在壳体510的腔室512内的往复运动而循环通过冷却流体回路530。冷却流体CF可以被驱动通过冷却流体回路530，使得从壳体510和活塞520的相对热的表面和壁移除或吸取热量。在一些实施例中，有利地，冷却流体回路530保持在相同的高度，例如沿轴向方向A保持相同的高度。进一步地，对于图16所描绘的实施例，不需要将来自蒸气压缩循环的制冷剂引导至压缩机500的热交换器540。

进一步地，在一些示例性实施例中，循环装置532可沿着冷却流体回路530任选地定位，例如以循环或驱动冷却流体CF通过冷却流体回路530。作为一个示例，循环装置532可以是泵。例如，泵可以是定位在线性压缩机500的油槽中的泵。在一些实施例中，控制器534例如经由合适的有线或无线通信链路与循环装置532通信耦合。控制器534可操作以控制循环装置532。例如，控制器534可以例如基于来自温度传感器的一个或多个温度信号控制循环装置532，以增加或减少冷却流体回路530内冷却流体CF的流量。控制器534可以类似地配置为图2的控制器90。

此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例包括与权利要求的文字语言没有不同的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的文字语言无实质性差异的等效结构元素，则它们旨在处于权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种系统，包括：

冷却流体回路，所述冷却流体回路配置为接收冷却流体；

压缩组件，包括：

壳体，所述壳体限定腔室、入口通路和出口通路，所述入口通路与所述冷却流体回路流体连通并且配置为接收所述冷却流体，所述出口通路与所述冷却流体回路流体连通并且配置为使所述冷却流体返回到所述冷却流体回路；

活塞，所述活塞可滑动地容纳在所述壳体的所述腔室内，所述活塞具有活塞头和外表面，所述活塞头限定冷却通道，并且所述活塞沿着所述活塞的所述外表面限定入口凹槽和出口凹槽，其中所述活塞的所述入口凹槽将所述壳体的所述入口通路与所述活塞的所述冷却通道流体连接，并且其中所述活塞的所述出口凹槽将所述活塞的所述冷却通道与所述壳体的所述出口通路流体连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述活塞可在所述壳体的所述腔室内的上止点位置与下止点位置之间滑动，并且其中所述活塞的所述入口凹槽在所述上止点位置和所述下止点位置都将所述壳体的所述入口通路与所述活塞的所述冷却通道流体连接，并且其中所述活塞的所述出口凹槽在所述上止点位置和所述下止点位置都将所述活塞的所述冷却通道与所述壳体的所述出口通路流体连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述活塞的冲程被限定在所述上止点位置与所述下止点位置之间，并且其中所述壳体的所述入口通路具有出口，并且所述壳体的所述出口通路具有入口，并且其中通过所述活塞的所述冲程，所述入口通路的所述出口与所述活塞的所述入口凹槽的至少一部分轴向和径向对准，并且所述出口通路的所述入口与所述活塞的所述出口凹槽的至少一部分轴向和径向对准。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述活塞头限定多个凸出到所述冷却通道中的肋片。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述壳体限定一个或多个壳体通道，所述一个或多个壳体通道将所述壳体的所述入口通路与所述出口通路流体连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述一个或多个壳体通道中的至少一个围绕所述壳体环形地延伸，以将所述入口通路与所述出口通路流体连接。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述压缩组件限定轴向方向、径向方向和圆周方向，并且其中所述活塞可沿着沿所述轴向方向延伸的第一轴线滑动，并且其中所述活塞头的所述冷却通道沿所述圆周方向围绕所述第一轴线延伸等于或大于一百八十度(180°)。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述压缩组件限定轴向方向、径向方向和圆周方向，并且其中所述活塞具有裙部，所述裙部具有轴向长度，并且其中所述入口凹槽和所述出口凹槽沿着所述轴向方向延伸至少所述裙部的所述轴向长度的一半。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述压缩组件限定轴向方向、径向方向和圆周方向，并且其中所述壳体的所述腔室具有沿所述轴向方向在第一端和第二端之间延伸的轴向长度，并且其中所述壳体的所述入口通路和所述出口通路沿所述轴向方向延伸的距离为所述腔室的所述轴向长度的至少一半。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述压缩组件限定轴向方向、径向方向和圆周方向，并且其中所述腔室沿着所述轴向方向在第一端和第二端之间延伸，并且其中所述壳体的所述入口通路和所述出口通路均至少从所述腔室的所述第一端沿所述轴向方向延伸至轴向位置，所述轴向位置沿轴向方向比所述活塞头的第一表面更靠近所述腔室的所述第二端。

11.根据权利要求1所述的系统，还包括：

温度传感器，所述温度传感器可操作以感测所述壳体的所述出口通路处的所述冷却流体的出口温度；

流体控制装置，所述流体控制装置可操作以选择性地控制通过所述壳体和所述活塞的所述冷却流体的流量；和

控制器，所述控制器与所述温度传感器和所述流体控制装置通信耦合，所述控制器配置为：

接收指示在所述壳体的所述出口通路处的所述冷却流体的所述出口温度的一个或多个信号；

至少部分地基于所述一个或多个信号确定用于冷却所述壳体和所述活塞的第一流量；

控制所述流体控制装置以选择性地控制以所述第一流量通过所述壳体和所述活塞的所述冷却流体的流量。

12.根据权利要求1所述的系统，其中由所述活塞头限定的所述冷却通道在所述活塞的外壁与所述活塞的中心毂之间延伸。

13.根据权利要求1所述的系统，还包括：

密闭外壳，其中所述压缩组件和所述冷却流体回路被完全封装在所述密闭外壳内。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却流体是制冷剂。

15.一种压缩组件，所述压缩组件限定了轴向方向、径向方向和圆周方向，所述压缩组件包括：

壳体，所述壳体限定腔室、入口通路和出口通路，所述入口通路配置为从冷却流体回路接收冷却流体，并且所述出口通路配置为使所述冷却流体返回到所述冷却流体回路；和

活塞，所述活塞沿所述轴向方向可滑动地容纳在所述壳体的所述腔室内并且可在上止点位置和下止点位置之间移动以限定所述活塞的冲程，所述活塞具有活塞头和外表面，所述活塞头限定冷却通道，所述活塞在所述活塞的所述外表面上限定沿所述轴向方向纵向延伸的入口凹槽并在所述活塞的所述外表面上限定沿所述轴向方向纵向延伸的出口凹槽，所述入口凹槽与所述出口凹槽沿所述圆周方向间隔开，并且

其中，在所述活塞的整个所述冲程中，所述活塞的所述入口凹槽将所述壳体的所述入口通路与所述活塞的所述冷却通道流体连接，并且其中，在所述活塞的整个所述冲程中，所述活塞的所述出口凹槽将所述活塞的所述冷却通道与所述壳体的所述出口通路流体连接。

16.根据权利要求15所述的压缩组件，其中所述压缩组件是器具的线性压缩机。

17.根据权利要求15所述的压缩组件，其中所述壳体具有外表面和与所述外表面径向间隔开的内表面，并且其中所述壳体沿所述外表面限定一个或多个壳体通道，并且其中所述一个或多个壳体通道与所述入口通路和所述出口通路中的至少一个流体连接，并且其中所述压缩组件还包括：

壳体盖，所述壳体盖附接到或装配在所述壳体上，使得所述一个或多个壳体通道被封闭。

18.根据权利要求15所述的压缩组件，其中所述活塞的所述活塞头具有至少部分地限定所述冷却通道的第一壁，并且其中所述压缩组件还包括：

活塞帽，所述活塞帽附接到所述活塞头，并且定位成使得所述活塞帽与所述第一壁在径向上间隔开并且形成所述活塞头的第二壁以包围所述冷却通道。

19.根据权利要求15所述的压缩组件，还包括：

泡沫金属部件，所述泡沫金属部件设置在所述冷却通道、所述入口通路和所述出口通路中的至少一者中。

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