CN117569994A - 直线压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直线压缩机，涉及压缩机技术领域。直线压缩机包括壳体和设置于所述壳体内的第一气缸、第一活塞、第二气缸、第二活塞、连接件、定子、动子和背腔；所述第一气缸包括第一压缩腔，所述第一活塞可活动地设置于所述第一压缩腔，所述第二气缸包括第二压缩腔，所述第二活塞可活动地设置于所述第二压缩腔，所述第一气缸和所述第二气缸同轴设置，所述第一活塞和所述第二活塞同轴设置且通过所述连接件相连，以实现同步运动；所述定子和所述动子设置于相对靠近所述第一气缸的一侧，所述动子固定于所述连接件且与所述第一活塞同步运动。本发明提供的直线压缩机，有利于消除活塞漂移，优化直线压缩机的输出性能。

Description

直线压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种直线压缩机。

背景技术

直线压缩机是一种广泛应用于交变流动的制冷机或发电机系统的压缩机，能够将低压气体压缩为高压气体。

直线压缩机一般包括定子、动子、气缸和板簧，其中动子包括活塞，在交流电的驱动下，动子发生直线往复运动，在气缸的压缩腔内产生压力波，从而将电能转化为机械能。

在直线压缩机工作过程中，由于压缩腔的平均压力高于背腔，在背腔与压缩腔的压差作用下，活塞会偏离初始平衡位置，即发生活塞漂移现象。漂移造成活塞的有效行程减小，严重偏离设计工况，使直线压缩机的性能恶化。如何有效抑制活塞的漂移是实现直线压缩机高效运行的前提条件。

现有技术中的直线压缩机，一般将板簧与动子相连，通过板簧的弹性回复力阻止活塞漂移，但是通常板簧的刚度较小，容易发生形变，很难将活塞的漂移程度降低到理想的范围。

发明内容

本发明提供一种直线压缩机，用以解决现有技术中直线压缩机的活塞容易产生漂移的技术问题。

本发明提供一种直线压缩机，包括壳体和设置于所述壳体内的第一气缸、第一活塞、第二气缸、第二活塞、连接件、定子、动子和背腔；

所述第一气缸包括第一压缩腔，所述第一活塞可活动地设置于所述第一压缩腔，所述第二气缸包括第二压缩腔，所述第二活塞可活动地设置于所述第二压缩腔，所述第一气缸和所述第二气缸同轴设置，所述第一活塞和所述第二活塞同轴设置且通过所述连接件相连，以实现同步运动；

所述定子和所述动子设置于相对靠近所述第一气缸的一侧，所述动子固定于所述连接件且与所述第一活塞同步运动。

根据本发明提供的一种直线压缩机，所述壳体设置有进气通道，所述进气通道与所述背腔相连通。

根据本发明提供的一种直线压缩机，所述壳体内设有第一排气腔和第二排气腔，所述第一排气腔设置有第一排气通道，所述第二排气腔设置有第二排气通道；

所述第一排气腔用于与所述第一压缩腔相连通，所述第二排气腔用于与所述第二压缩腔相连通。

根据本发明提供的一种直线压缩机，所述第一气缸设置有与所述第一排气腔相连通的第一单向阀，所述第一单向阀的导通方向为从所述第一压缩腔至所述第一排气腔；

所述第二气缸设置有与所述第二排气腔相连通的第二单向阀，所述第二单向阀的导通方向为从所述第二压缩腔至所述第二排气腔；

所述第一排气腔与所述第二排气腔相连通。

根据本发明提供的一种直线压缩机，所述直线压缩机还包括换热器，所述进气通道、所述第一单向阀和所述第二单向阀的排气端均设置有所述换热器。

根据本发明提供的一种直线压缩机，所述第一活塞包括第一通道，所述第一通道分别与所述背腔和所述第一压缩腔相连通，所述第二活塞包括第二通道，所述第二通道分别与所述背腔和所述第二压缩腔相连通。

根据本发明提供的一种直线压缩机，所述第一通道为多个，多个所述第一通道沿垂直于所述第一活塞轴向的方向间隔分布；和/或

所述第二通道为多个，多个所述第二通道沿垂直于所述第二活塞轴向的方向间隔分布。

根据本发明提供的一种直线压缩机，所述第一通道靠近所述第一压缩腔的一端设置有第三单向阀，所述第三单向阀的导通方向为从所述第一通道至所述第一压缩腔；

所述第二通道靠近所述第二压缩腔的一端设置有第四单向阀，所述第四单向阀的导通方向为从所述第二通道至所述第二压缩腔。

根据本发明提供的一种直线压缩机，所述连接件在垂直于自身轴向的方向上具有弯曲能力。

本发明提供的直线压缩机，通过将定子和动子设置于相对靠近第一气缸的一侧，动子固定于连接件且与第一活塞同步运动，使第一活塞作为驱动活塞，第二活塞作为从动活塞；由于第一压缩腔和第二压缩腔的平均压力均高于背腔压力，因此在压差的作用下，第一活塞具有向背腔漂移的趋势，第二活塞同样具有向背腔漂移的趋势，而第一活塞和第二活塞同轴设置且通过连接件相连，第一活塞和第二活塞无法沿自身轴向发生相对运动，且第一活塞与背腔的压差力与第二活塞和背腔的压差力的作用方向相反，两个压差力相互抵消，进而使第一活塞和第二活塞均不发生漂移，消除了直线压缩机的活塞漂移，优化了直线压缩机的输出性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的直线压缩机的结构示意图。

附图标记：

1：壳体；110：进气通道；2：第一气缸；21：第一压缩腔；22：第一单向阀；3：第一活塞；31：第一通道；32：第三单向阀；4：第二气缸；41：第二压缩腔；42：第二单向阀；5：第二活塞；51：第二通道；52：第四单向阀；6：连接件；7：背腔；8：第一排气腔；81：第一排气通道；9：第二排气腔；91：第二排气通道；10：定子；101：导磁件；102：线圈；11：动子；12：换热器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作出创造性劳动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，需要理解的是，术语“左”、“右”、“内”、“外”、“轴向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供的直线压缩机包括壳体1和设置于壳体1内的第一气缸2、第一活塞3、第二气缸4、第二活塞5、连接件6、定子10、动子11和背腔7。

第一气缸2包括第一压缩腔21，第一活塞3可活动地设置于第一压缩腔21，第二气缸4包括第二压缩腔41，第二活塞5可活动地设置于第二压缩腔41，第一气缸2和第二气缸4同轴设置，第一活塞3和第二活塞5同轴设置且通过连接件6相连，以实现同步运动。

定子10和动子11设置于相对靠近第一气缸2的一侧，动子11固定于连接件6且与第一活塞3同步运动。

在一个具体的实施例中，定子10包括导磁件101和线圈102，导磁件101为导磁硅钢片，动子11包括永磁体和连接第一活塞3与永磁体的支架。通电导体在磁场中受到安培力的作用，若电流是交变的，则在通电导体上产生的力也是交变的，因此，动子11在交变安培力的作用下带动第一活塞3作直线往复运动。

如图1所示，第一气缸2和第一活塞3位于驱动侧，第二气缸4和第二活塞5位于从动侧。连接件6呈杆状或柱状，其一端与第一活塞3相连，另一端与第二活塞5相连，实现第一活塞3和第二活塞5沿轴向的刚性连接，使二者能够同步运动。在交变电流的作用下，动子11带动第一活塞3沿自身轴向作直线往复运动，进而带动第二活塞5同步作直线往复运动。

第一活塞3和第一气缸2的内壁之间具有微小的间隙，第一活塞3通过板簧支撑或气浮支撑的原理悬浮于第一气缸2内，与第一气缸2的内壁不产生机械摩擦，减少了磨损，不仅提高了第一活塞3和第一气缸2的寿命，还提高了直线压缩机的工作效率，同时由于第一活塞3和第一气缸2的内壁之间不需要润滑油，还降低了运行成本，能够使用于更多的场合。第二活塞5和第二气缸4的连接关系与第一活塞3和第一气缸2的连接关系同理，在此不再赘述。

第一气缸2和第二气缸4的大小和形状可以相同，也可以不同；相应地，第一活塞3和第二活塞5的大小和形状可以相同，也可以不同。例如图1所示，第一气缸2和第二气缸4的大小和形状相同，第一活塞3和第二活塞5的大小和形状相同。

背腔7包括第一活塞3和第二活塞5之间的空间。显然，在直线压缩机的工作过程中，第一压缩腔21和第二压缩腔41的平均压力均高于背腔7压力。第一压缩腔21与背腔7的压差力作用在第一活塞3上，使第一活塞3具有向背腔7漂移的趋势；同理，第二压缩腔41与背腔7的压差力作用在第二活塞5上，使第二活塞5具有向背腔7漂移的趋势。由于第一活塞3和第二活塞5通过连接件6相连且同步运动，不能发生轴向相对运动，且第一压缩腔21与背腔7的压差力和第二压缩腔41与背腔7的压差力方向相反，两个压差力相互抵消，最终使第一活塞3和第二活塞5均不会沿轴向发生漂移。

本发明提供的直线压缩机，通过将定子10和动子11设置于相对靠近第一气缸2的一侧，动子11固定于连接件6且与第一活塞3同步运动，使第一活塞3作为驱动活塞，第二活塞5作为从动活塞；由于第一压缩腔21和第二压缩腔41的平均压力均高于背腔7压力，因此在压差的作用下，第一活塞3具有向背腔7漂移的趋势，第二活塞5同样具有向背腔7漂移的趋势，而第一活塞3和第二活塞5同轴设置且通过连接件6相连，第一活塞3和第二活塞5无法沿自身轴向发生相对运动，且第一活塞3与背腔7的压差力与第二活塞5和背腔7的压差力的作用方向相反，两个压差力相互抵消，进而使第一活塞3和第二活塞5均不发生漂移，消除了直线压缩机的活塞漂移，优化了直线压缩机的输出性能。

进一步地，壳体1设置有进气通道110，进气通道110与背腔7相连通。

进气通道110与气源相连通，低压气源通过进气通道110进入背腔7中，经压缩后作为高压气体排出。

具体地，壳体1内设有第一排气腔8和第二排气腔9，第一排气腔8设置有第一排气通道81，第二排气腔9设置有第二排气通道91。

第一排气腔8用于与第一压缩腔21相连通，第二排气腔9用于与第二压缩腔41相连通。

低压气源通过进气通道110进入背腔7中，经第一压缩腔21和第二压缩腔41压缩后成为高压气体，并从第一排气通道81或第二排气通道91排出。

如图1所示，第一排气腔8和第二排气腔9分别位于壳体1的左右两侧，第一排气腔8位于驱动侧，第二排气腔9位于从动侧。第一气缸2和第二气缸4均具有背板，第一气缸2的背板用于将第一排气腔8和背腔7分隔开，第二气缸4的背板用于将第二排气腔9和背腔7分隔开。

在一个具体的实施例中，第一气缸2设置有与第一排气腔8相连通的第一单向阀22，第一单向阀22的导通方向为从第一压缩腔21至第一排气腔8。第二气缸4设置有与第二排气腔9相连通的第二单向阀42，第二单向阀42的导通方向为从第二压缩腔41至第二排气腔9。第一排气腔8与第二排气腔9相连通。

在第一压缩腔21的压力大于第一排气腔8的压力时，第一单向阀22导通，气体从第一压缩腔21流入第一排气腔8，并从第一排气通道81排出。在第二压缩腔41的压力大于第二排气腔9的压力时，第二单向阀42导通，气体从第二压缩腔41流入第二排气腔9，并从第二排气通道91排出。在该实施例中，利用第一活塞3和第二活塞5的往复运动，以及第一单向阀22和第二单向阀42的有序开闭，直线压缩机可以将低压气体压缩成高压气体并排出。

具体地，第一排气腔8和第二排气腔9通过管道等实现相互连通，以保证第一排气腔8和第二排气腔9内部的气体压力相同，有利于提高从第一排气通道81和第二排气通道91排出的高压气体的压力的一致性。

进一步地，直线压缩机还包括换热器12，进气通道110、第一单向阀22和第二单向阀42的排气端均设置有换热器12。

如图1所示，在背腔7内靠近进气通道110的位置设有一换热器12，换热器12用于冷却低压气体，使进入背腔7的低压气体温度降低，有利于提升直线压缩机的压缩效果。

第一气缸2背板上第一单向阀22处设有换热器12，第二气缸4背板上第二单向阀42处也设有换热器12，两处的换热器12均用于降低气体温度，防止被压缩后的高压气体温度过高，对后续器件造成影响。

第一活塞3包括第一通道31，第一通道31分别与背腔7和第一压缩腔21相连通，第二活塞5包括第二通道51，第二通道51分别与背腔7和第二压缩腔41相连通。

如图1所示，第一通道31的延伸方向平行于第一活塞3的轴向，第二通道51的延伸方向平行于第二活塞5的轴向，背腔7内的气体能够通过第一通道31进入第一压缩腔21、通过第二通道51进入第二压缩腔41，从而经第一活塞3或第二活塞5压缩后进入第一排气腔8或第二排气腔9，作为高压气体排出。

第一通道31和第二通道51可以为一个或多个，例如，第一通道31为多个，多个第一通道31沿垂直于第一活塞3轴向的方向间隔分布；和/或，第二通道51为多个，多个第二通道51沿垂直于第二活塞5轴向的方向间隔分布。

如图1所示，第一通道31和第二通道51均为两个，两个第一通道31沿垂直于第一活塞3轴向的方向间隔分布，两个第二通道51沿垂直于第二活塞5轴向的方向间隔分布，有助于提高气体流动速率，提升气体压缩效率。

进一步地，第一通道31靠近第一压缩腔21的一端设置有第三单向阀32，第三单向阀32的导通方向为从第一通道31至第一压缩腔21。第二通道51靠近第二压缩腔41的一端设置有第四单向阀52，第四单向阀52的导通方向为从第二通道51至第二压缩腔41。

可以理解的是，在第一通道31或第二通道51为多个的情况下，第三单向阀32或第四单向阀52对应地设置多个，也即，每一第一通道31靠近第一压缩腔21的一端均设置有第三单向阀32，每一第二通道51靠近第二压缩腔41的一端设置有第四单向阀52。

在背腔7内的压力大于第一压缩腔21的压力时，背腔7内的气体通过第一通道31和第三单向阀32进入第一压缩腔21内；在背腔7内的压力大于第二压缩腔41的压力时，背腔7内的气体通过第二通道51和第四单向阀52进入第二压缩腔41内。

在一个具体的实施例中，直线压缩机的工作原理为：低压气体通过进气通道110进入壳体1内，气体经换热器12冷却后进入背腔7；当第一活塞3在动子11的带动下向靠近背腔7的方向运动时，第一压缩腔21的容积逐渐增大，第一压缩腔21内的气体压力逐渐降低，当第一压缩腔21内的气体压力低于背腔7内的气体压力时，第三单向阀32导通，背腔7内的气体通过第一通道31进入第一压缩腔21；当第一活塞3向背离背腔7的方向运动时，第一压缩腔21的容积逐渐减小，第一压缩腔21内的气体被压缩，气体压力逐渐升高，当第一压缩腔21内的气体压力高于第一排气腔8内的气体压力时，第一单向阀22导通，第一压缩腔21内的高压气体进入第一排气腔8，在被换热器12冷却后从第一排气通道81排出。气体从第二排气腔9排出的原理与上述过程类似，在此不再赘述。

在一个可选的实施例中，连接件6在垂直于自身轴向的方向上具有弯曲能力。

示例性地，连接件6由弹簧钢材料制成，不仅在垂直于自身轴向的方向上具有弯曲能力，还能保证第一活塞3与第二活塞5的连接强度。

连接件6的直径远小于第一活塞3或第二活塞5的直径，例如连接件6的直径为第一活塞3或第二活塞5的直径的1/10。连接件6在自身的径向上具有一定的弯曲能力，其在径向的最大弯折形变量为0.1mm量级，但在连接件6的轴向，相对于第一活塞3和第二活塞5的运动行程，连接件6的轴向形变量微小到可以忽略不计，可以近似认为连接件6不能被拉长或缩短。

在理想情况下，如果第一气缸2和第二气缸4是完全同轴的，那么第一活塞3和第二活塞5可以完全刚性连接，通过外圆磨等加工方式使第一活塞3和第二活塞5达到较高的同轴程度，即可实现活塞在气缸内的无摩擦顺畅运动。然而，在实际情况下，受到气缸安装面的平整度、平行度、壳体受力变形等因素的影响，第一气缸2和第二气缸4难以达到理想的同轴度，特别是在壳体1受气体压力产生变形的情况下，两个气缸的同轴度的变化量是比较大的，很容易达到100微米的量级，容易造成气缸与活塞之间产生严重摩擦甚至卡死，影响直线压缩机的正常使用。

而本实施例中的连接件6具有一定的弹性，其在垂直于自身轴向的方向上具有弯曲能力，即便第一气缸2与第二气缸4的同轴度不理想，由于连接件6在自身径向具有形变能力，第一活塞3和第二活塞5也能沿自身径向产生相对运动，以自动适应两个气缸之间的中心轴偏差，实现活塞在气缸中的无摩擦顺畅运动。

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 (9)

1.一种直线压缩机，其特征在于，包括壳体和设置于所述壳体内的第一气缸、第一活塞、第二气缸、第二活塞、连接件、定子、动子和背腔；

所述第一气缸包括第一压缩腔，所述第一活塞可活动地设置于所述第一压缩腔，所述第二气缸包括第二压缩腔，所述第二活塞可活动地设置于所述第二压缩腔，所述第一气缸和所述第二气缸同轴设置，所述第一活塞和所述第二活塞同轴设置且通过所述连接件相连，以实现同步运动；

所述定子和所述动子设置于相对靠近所述第一气缸的一侧，所述动子固定于所述连接件且与所述第一活塞同步运动。

2.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，所述壳体设置有进气通道，所述进气通道与所述背腔相连通。

3.根据权利要求2所述的直线压缩机，其特征在于，所述壳体内设有第一排气腔和第二排气腔，所述第一排气腔设置有第一排气通道，所述第二排气腔设置有第二排气通道；

所述第一排气腔用于与所述第一压缩腔相连通，所述第二排气腔用于与所述第二压缩腔相连通。

4.根据权利要求3所述的直线压缩机，其特征在于，所述第一气缸设置有与所述第一排气腔相连通的第一单向阀，所述第一单向阀的导通方向为从所述第一压缩腔至所述第一排气腔；

所述第二气缸设置有与所述第二排气腔相连通的第二单向阀，所述第二单向阀的导通方向为从所述第二压缩腔至所述第二排气腔；

所述第一排气腔与所述第二排气腔相连通。

5.根据权利要求4所述的直线压缩机，其特征在于，所述直线压缩机还包括换热器，所述进气通道、所述第一单向阀和所述第二单向阀的排气端均设置有所述换热器。

6.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，所述第一活塞包括第一通道，所述第一通道分别与所述背腔和所述第一压缩腔相连通，所述第二活塞包括第二通道，所述第二通道分别与所述背腔和所述第二压缩腔相连通。

7.根据权利要求6所述的直线压缩机，其特征在于，所述第一通道为多个，多个所述第一通道沿垂直于所述第一活塞轴向的方向间隔分布；和/或

所述第二通道为多个，多个所述第二通道沿垂直于所述第二活塞轴向的方向间隔分布。

8.根据权利要求6所述的直线压缩机，其特征在于，所述第一通道靠近所述第一压缩腔的一端设置有第三单向阀，所述第三单向阀的导通方向为从所述第一通道至所述第一压缩腔；

所述第二通道靠近所述第二压缩腔的一端设置有第四单向阀，所述第四单向阀的导通方向为从所述第二通道至所述第二压缩腔。

9.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，所述连接件在垂直于自身轴向的方向上具有弯曲能力。