CN1176026A - 线性电机压缩机及其在制冷系统中的应用 - Google Patents

Abstract

一种有内装线性电机的压缩机(10;100;200;300;500)包括:一圆柱外壳(20;120;210;510),其两端装有相对的两个电磁铁(30;130;230;530),每一电磁铁有圆形内磁极(36;136)和同轴的环形外磁极(34;134)。一自由活塞(50;150;250;560;600)位于外壳内两电磁铁之间,将外壳内部分为两个室(Ⅰ,Ⅱ)。活塞上带有永磁铁(40;140;145;561;610),形成内外磁极(44,46,141,146),其上有锥形的表面部分(43,49,141,146)与电磁铁的对应磁极(34;36;134;136)互补。可使用滑动磁极片(630,660)来增加冲程长度并减小活塞总重量。通过装配阀门(61,63,65;161,165)形成联接压缩机输入端和输出端的单向流体通道。运行中,电磁铁和永磁铁的互补表面形成同心力沿轴向驱动自由活塞并同时保持其磁悬浮,以此将活塞移动的摩擦阻力及其磨损减为最小。通过在活塞和每一电磁铁之间形成缓冲装置,包括气体,弹簧和/或磁缓冲,可防止两者之间的直接冲撞。一个可移动支座(280;580)响应于输出气压的变化自动调整活塞的冲程长度。润滑剂循环回路(285,283,212,211,221)使活塞得到润滑。通过磁偶合安排(570,545,555)进一步改善压缩机的能量效率。应用时多个压缩机可串级连接以产生高压输出。

Description

线性电机压缩机及其在制冷系统中的应用

本发明所属技术领域

本发明涉及一种线性电机和一种采用该电机的压缩机。它还涉及一种泵以及一种利用该压缩机和泵并适用于制冷或空调的制冷系统。本发明的背景技术

众所周知，常规的往复式压缩机是由一台旋转电机来驱动，其内部是利用曲轴或凸轮机构将电机的旋转运动转换为一个或多个活塞的往复运动。这类压缩机有以下缺点。首先，这样的安排工作效率不高。这是由于其电输入必须驱动一系列的机械部件，其中不可避免地包括了电机转子，曲轴，活塞杆和活塞头。这样在对工作媒介做出有用功之前维持这一系列部件运行本身就要消耗大量能量。其二，由于从旋转到往复式运动的转换，活塞头不可避免地要承受侧向力并由此产生摩擦和损耗以及不需要的发热。为了解决这一问题，必须采用为活动部件供应润滑油的额外安排使整个机构得到润滑和冷却，这就增加了结构的复杂性和电机的额外负担。此外，由于以上原因这类压缩机的部件必须采用高强度材料精加工制造，因此成本高。最后，这类压缩机一旦造出，即只能在很窄的额定工作条件下运行，极少应付工作条件或负载变化的灵活行。

众所周知，轴流泵是通过电机驱动推动器在管线内产生流体的轴向流动。为装入推动器，管线须形成一角度使电机轴在成角处穿过管壁与推动器联接，否则的话则需采用更复杂的齿轮系统。使用这种泵使管线排布难度增加，另一方面，通过管壁的旋转轴的可靠密封实现起来很难并易于磨损。

众所周知，常规的汽体压缩式制冷系统对造成严重的环境危害负有责任。总地来说，这些危害在于以下三个方面。首先，由于这类系统每天24小时全年不断地工作(例如冰箱或冻箱)或整季度地工作(如空调机)，因此消耗大量能源。这一巨大消耗间接地造成了发电过程中产生的温室气体在大气层的蓄积。其次，这类系统使用氟利昂类气体(CFC，HCFC)作制冷剂，直接造成对臭氧层的损害。第三，常规系统使用大量金属材料如铜和铝制造导热部件，如凝集器和蒸发器，消耗大量自然资源。本发明概述

本发明第一个总的目的是提供一种线性电机或压缩机以克服已有技术中的上述问题和缺点。

根据本发明的一个方面，它提供一种往复式电动机和/或一种利用该电机的压缩机，其中包括：两个具有同轴磁极并相向安置的磁驱动部件；一个往复部件，它作为压缩机的活塞可移动地置于上述两驱动部件之间并有与它们同轴的磁极；以及为上述驱动部件和/或往复部件供能的装置，以此产生它们之间的交变电磁场；其中上述每一驱动部件的磁极包括一个第一极性的外磁极和位于其内的一个第二极性的内磁极，而上述两驱动部件间的往复部件具有互补磁极以此形成一个推拉式合力对使该往复部件产生往复运动。

作为一个优选方案，每一驱动部件可以是一个具有圆锥磁极面的电磁铁，而往复部件具有永磁铁形成的极面，以此造成同心驱动力使往复部件产生磁悬浮。

上述活塞可有一个径向磁化的永磁铁和一个分流装置来调整它到驱动部件的磁通量。此外，可通过安装滑动极片来提高活塞的灵活性和灵敏性以达到更好的能量效率。作为一个优选方案，可在压缩机内装配一个润滑剂循环回路以保持活塞的滑动部件得到润滑。通过采用流体动力学装置或磁装置可使活塞在往复运动中产生旋转，以此改善其润滑效果并减少磨损。另外，可用缓冲装置产生缓冲效果使往复部件在其移动到末端位置时得到保护，这包括流体缓冲，弹簧缓冲和/或磁缓冲。此外，缓冲装置还可用于平衡往复部件在相反方向的运动以提高其能量效率。驱动部件可有磁耦合装置以此根据往复部件的位置选择性地调整每一驱动部件的磁通量。整个机构既可用直流电也可用交流电。它还包括传感装置，可根据该往复部件向末端位置的移动来调整交流电流或切变直流电流。至少一个驱动部件可安装为能根据输出压力调位的方式，以此对负载变化自动补偿。

完全“悬浮”的活塞可减少磨擦以确保长久的工作寿命。在高压应用时，多个往复式压缩机可串级联接形成累积的高压输出，这样可通过标准模块的组合来满足范围广泛的应用要求。

此外，本发明的第二个总目的是提供一种轴流泵/船用推进器，以克服常规产品的问题。

根据本发明的另一个方面，它提供了一种轴流泵/船用推进器，其中包括：一个空心外壳，该外壳内带有一个定子并限定一个圆柱形内空间；一个装在该内空间里的空心转子，它带有推动流体从其内部流过的装置；以及用于产生旋转磁场以驱动转子旋转的电磁装置；其中该转子由悬浮轴承支持，以此在转动时对其提供旋转和止推承载。该轴承可包括对转子的旋转和/或轴向运动敏感的装置使其维持在一个平衡的位置。最好该轴承包括在转子外表面上形成的至少一条螺纹，以此当转子旋转时在定子和转子的间隙内产生一外围轴承流。

再者，它还提供了使旋转部件在旋转时悬浮的轴承机构。该机构最好包括由环形磁铁构成的磁性轴向对位和悬浮安排。它还可包括保持旋转部件在转动中自平衡的分流装置。此外，它还提供了一种轴流泵/船用推进器，其中的流体推动装置是由一个或多个柔性螺旋叶片构成，该叶片可响应于输入功率或工作负载的变化而轴向压缩。该轴流泵可有两个同轴的驱动部件，它们的驱动装置的螺旋方向相反，这样当它们以相反方向旋转时可互相抵消各自的涡流作用。中央驱动部件可由枢轴承来支撑。另外，可装配一个圆锥推进器来增进轴向流动。该泵还可用做发动机或流量计。

为了便于理解，除非另有说明，在下文中本发明的轴流泵/船用推进器将作为一个泵来描述。

另外，本发明的第三个总的目的是提供一个环境友好的制冷系统及其部件，它们易于制造，使用对环境危害较小的材料并且其运行的能量效率高。

根据本发明的另一个方面，它提供了一个制冷系统，包括：将热量从一个冷发生部件转移到一个热排放部件的机构和与该热排放部件热偶合的冷却回路；其中在该回路中循环的冷却剂含有至少一种可蒸发成分，并且该回路具有促进该可蒸发成分蒸发的装置。最好该冷却剂包括至少一种吸热性盐以通过吸热溶解使该热排放部件冷却。该系统还可有一个冷冻剂回路使冷能扩散。最好，该冷冻剂还可在有低价供电时用做储冷材料。该系统可使用对环境无害的制冷剂，如：二氧化碳，氨气或丙烷等，以避免对环境的危害。

此外，它还提供了一个压缩组件，包括多个串级联接的压缩机使制冷剂在其中逐步压缩，和用于循环冷却剂的冷却剂通道；其中制冷剂通道和冷却剂通道间形成热偶合以使制冷剂被压缩时产生的热量可被冷却剂吸收并带走。

此外，它还提供了一种回路，它通过循环有至少两种成分的冷却剂而使一个热源冷却，该回路包括：与该热源热偶合配置的热吸收部分和与该热吸收部分流体连通的热扩散部分；其中该热吸收部分安排为有冷却剂出口的上部，有冷却剂进口的下部和与该热源偶合的中间区，在中间区有导流装置以此在从下部到上部的冷却剂流中形成稳定的温度梯度，这样该冷却剂溶液的至少一个成分可蒸发并经出口循环到上述热扩散部。最好将热电元件装在该中间区以提高温度来促进蒸发。上述热扩散部分内可形成相对低压或使用一个压缩机来促进蒸发。

除此以外，它还提供了一种除霜配置，包括一个热电部件，它的一个热级与冷发生部件偶合而另一热极与一热交换部件偶合；和一个控制对该热电部件供电的单元以改变其热传输方向，由此选择性地将该配置的运行由集霜方式变换为除霜方式。

最后，它还提供了具有冷冻剂回路的制冷系统的运行方法，包括以下步骤：

a.将一控制单元设定为可针对是否有低价供电而在两种运行方式中选择一种；

b.在得不到低价供电时使系统按第一方式运行，将该冷冻剂降至第一温度并使其循环；和

c.有低价供电时使系统按第二方式运行，将该冷冻剂降到第二温度使其凝结，以此在其中储存潜能。

应当指出，本文中使用的“低价”材料或“低价”供电等词既包含有商业上的意义，也含有生态学的意义，即造成较少的环境损害和易于回收并再生使用。附图的简要说明

本发明的上述目的，方面，特征，优点，以及结构和功能性细节将在以下参照附图对实施方案的说明中明确展示，在以下附图中：

图1是根据本发明第一实施方案的一台压缩机沿中轴的截面图；

图2是沿图1所示平面B-B截出的截面图；

图3是第二实施方案压缩机的截面图；

图4是根据第三实施方案的一压缩机组件的截面图；

图5是沿图4中平面C-C的截面图；

图6A和6B是第四实施方案压缩机的截面图；

图7A和7B是图6A和6B中所示活塞560的截面图；

图8A和8B是图6A和6B所示电磁铁530及其缓冲结构540和550的截面图；

图9A和9B是根据第五实施方案的活塞截面图；

图10A和10B是分别沿图9A所示平面C-C和D-D的磁铁盘610和磁铁环640’的截面图；

图11是根据本发明的泵/船用推进器的第一实施方案的截面图；

图12是图11中转子40的透视图；

图13是泵/船用推进器第二实施方案的截面图；

图14是泵/船用推进器第三实施方案的截面图；

图15A和15B是泵/船用推进器第四实施方案的截面图；

图16是第四实施方案中转子组件的透视图；

图17是显示图15A和15B局部细节的放大截面图；

图18是第五实施方案的截面图；

图19A至19D示出第五实施方案的不同部件；

图20是第六实施方案的截面图；

图21是一方框图，展示了本发明制冷系统的基本概念和各部份间的运行和功能关系；

图22A至22C是根据本发明的冻箱截面图；

图23A至23C是图21和22A所示储热库400的细节和不同安排；

图24A和24C是冷却柱310不同实施方案的截面图；

图25A和25B是除霜机构的截面图；和

图26示出控制方法的流程图。本发明的优选实施例

首先描述的是根据本发明第一个总的方面的各实施方案的细节。

在以下的说明中，为了便于理解，所展示的各实施方案按压缩机来描述。同样的概念也可应用于液体泵或真空泵。因此，除另有说明外，压缩机一词应解释为包括所有这些应用。还有通过简单地将阀门和密封部件去除，同一概念可用于生产线性电机。

图1和2示出一台压缩机10，它包括外壳20，装在外壳两端的两个电磁铁30和外壳内的一个自由活塞50，它将其内空间分为两个室I和II。外壳20为一圆筒，它可以有外部的肋和或叶片以增强其机械强度和散热性能，这一点在它用作气体压缩机时尤为重要。外壳可由任何非磁性材料制成，如塑料，纤维增强树脂，陶瓷，铝，铜，不锈钢等等。在用作制冷系统的压缩机时，最好采用金属材料以达到良好的散热性。其内表面上可用常规方法形成一个低摩擦和耐磨损涂层(图中未示出)。

两个电磁铁30具有基本上相同的结构，每个都有环形磁芯，其上带有外磁极34和同轴内磁极36，它通过联接部31与外极相联。在磁极34和36之间的空间内装有一个圆线圈32。磁极34有一个由锥面部分33形成的外极面和与外壳20的内表面接触的柱面部分。两个密封圈35装在这一柱面部分以保证电磁铁30与外壳20间不漏气的接触，它们通过固定部件21来固定。内磁极36有一中央孔，其构成包括小的通孔部分37，圆柱中间部分38和延伸到其自由端的圆锥部分39。每个电磁铁30的通孔37的一端覆盖有单向阀61或65以形成壳体20的外部与每一压缩室I和II之间的单向流体通道。磁极34和36的前缘由非磁性部件321分隔开，它可以是线圈32的圈框的一部分。电磁铁30的磁芯可由任何“软”磁材料制成，如铁，钢或铁氧体，它可由模压或铸造来制成，或通过冲压由粘合剂(如树脂)粘合的磁性材料颗粒来制造。

活塞50为轴对称，也相对于垂直轴的中央面而对称，即其左半部为右半部的镜面反射。活塞50有非磁性材料构成的支撑框架，包括外圆筒51，内管53和将外筒51与内管53联接的中央盘55，盘55的材料厚于筒51或管53并有多个肋57和59以增强盘55与筒51以及管53的联接。筒51和管59同轴，中央盘55与它们的中轴垂直。筒51的外表面每端有一密封圈52。它由低摩擦和耐摩擦材料做成，以形成与壳20内表面的密封接触。为进一步减少摩擦阻力，密封圈52可有多个螺纹。盘55的中心有一个通孔47，它构成压缩室I和II之间唯一的通过单向阀63的流体通道。活塞50在其每一侧带有永磁铁40，它形成的结构与对应电磁铁30的两个磁极互补。这就是说，每一永磁铁40有一中央磁极46，它的圆锥外表面部分49对应于电磁铁内磁极36上的圆锥极面部分39，而环形外磁极44有一圆锥内极面部分43对应于外磁极34的圆锥外表面部分33。内外两磁极46和44由非磁性盘55上形成的磁性层41实现磁联接，这使两个磁铁40相互磁绝缘。如图1左手侧所示，永磁铁40被吸向压缩机10左端的电磁铁30，这使它们之间的对应磁极相互接近。管53的前端有密封圈54，它与左侧电磁铁30的内磁极36的中部38形成密封接触。

活塞50的支撑框可由注塑，铸造或冲压而形成。最好它和外壳20是相同材料，这样在运行时它们的热膨胀相同。磁铁40可在支持框制成后由一单独的铸造或冲压步骤制成。最好使用稀土族材料制成磁铁40，使其具有高磁强度和低重量。只要能够提供足够的磁场强度和所需的整体形状，磁铁40可以是框架上的一个簿层甚至一个磁性涂层的膜。中央管53和筒51的表面上可以在形成磁铁层之前先有一层导磁材料层使它们的轴向端导磁。

由于外壳20和活塞50的支持框均为非磁性，两对永磁铁40和电磁铁30间实现磁分离。电磁铁30和永磁铁40间磁极的极性安排为当两个电磁铁同时通电时，它们对活塞50产生一个推-拉式合力，迫使它移向压缩机10的一端(图1中示为左侧端)。当电流改变方向时，该推拉式合力也逆转方向迫使活塞移向另一端。磁极安排的一个方式是使两个电磁铁30的内磁极36为相同极性而两个永磁铁40的内磁极为不同极性。例如像图1所示左手侧为S而右手侧为N。

电磁铁30的锥面部分30和39以及永磁铁40的锥面部分43和49的作用是在允许活塞运动有一相对较长冲程的同时减少它们之间空隙的宽度。如图1所示，最大的气隙宽度分别为l1和l2，而冲程长度为l3，显著地比它们都长。当活塞位于一端时，一对磁铁间将有最小的空隙。如图1中的左侧对。在这种状态下，当通过线圈32的电流逆转方向时，这对磁铁间将产生最大的排斥力。这将补偿另一对磁铁间因空隙最大而造成的较弱吸引力，当一侧的空隙增加时另一侧将减少使两侧的推-拉式合力能够稳定。因为磁通量围绕中轴均匀分布，这一安排还有减少壳体外漏磁的作用。由此又产生每一对磁铁间均匀分布的同心驱动力。这样的驱动力实现了活塞的磁悬浮和轴向对位，因而使活塞50与外壳20间的摩擦为最小。因为活塞50是压缩机的唯一的运动部件，上述环形磁场的“悬浮”作用使压缩机的工作寿命显著延长。

通过压缩机10的流体回路由三个单向阀61，63和65构成。它们将输入端(图1中所示的右手端)联入压缩室II，然后到压缩室I，最后到输出端。阀门61，63和65可以是任何常规类型，如瓣阀，盘阀或球阀。

如图1中所示：活塞中央管53左侧自由端上的密封圈54也作为一个阀门阻止液体从压缩室I流到输出阀65，因此压缩室I内的剩余空间成为一个“死”空间，使内部的流体被封在其内不能流出。这一设计使其作为缓冲而防止活塞50撞击压缩机左端的电磁铁30。活塞另一端的密封圈54在反向冲程中产生同样的作用。这一缓冲空间的大小要根据流体是气体或液体来确定，并且它可以很容易地通过改变密封圈54在管53上轴向的位置来调整。在用作气体压缩机时，该空间需要相对较大以使封闭在该空间内的气体能被压缩，所以密封圈54应位于管53每一端的前缘，使该空间作为一个气体弹簧工作。而在液泵应用中，该空间应较小，密封圈可后移甚至去掉，因为管53的每一端与相应的孔38的内壁间的空隙已足够小并可限制液流速度从而有效地缓冲活塞的移动。当活塞50的两个反方向冲程有不同阻力时，如由高输出压产生的高输出冲程阻力，管53两端的密封圈可位于相对各自前缘的不同位置，这样可有不同的缓冲作用以此平衡活塞的移动。

现在应当清楚，尽管活塞50本身可由轻材料制作并带有易碎的永磁铁，由于上述均匀分布的驱动力和流体缓冲安排，仍使其得到充分的保护并经久耐用。

为了控制目的，每一电磁铁30的通孔38内装有一传感器70用来探测活塞50的位置。传感器70可以是一系列简单的电触点，当它与导电的密封圈54接触时即接通。传感器也可以是电容式或磁性，可无接触地产生传感信号。传感器70的输出信号被用于针对负载变化控制电磁铁30的线圈32中的电流。例如：当电磁铁由交流输入供能时，将传感器70的信号与输入电流的相位做比较即可知电流是否过大或过小。输入电流过大时，对活塞的磁驱动力也大，所以活塞50会移动较快而达到末端位置较早，反之输入太小时，磁力也小使活塞移动慢，这样它达到末端位置会延迟或根本无法到达传感器的位置。这会被传感器查出并相应调整输入电流。使用直流电时，传感器70的信号可用于切换直流输入使活塞往复运动。

图3示出一台压缩机100，它有圆筒外壳120，通过支持盘121固定在外壳两端的两个电磁铁130和在两个电磁铁之间的活塞150。盘121上还装有输入阀161。每个电磁铁130有一个环形磁芯提供两个磁极134和136及装在它们之间的线圈132。中央磁极136内形成了一个中央锥形空腔139。活塞150带有一个两端为锥形的中央永磁铁140，一个圆筒永磁铁145和一个非磁性材料的环形部件153，它将两个磁铁140和145固定为一体。围绕磁铁145有一个非磁性材料的圆筒151，它最好与外壳材料120为同一材料。圆筒151上有密封圈156，与上述第一实施方案类似。当活塞被吸向一电磁铁时，永磁铁140的尖端的形状使其能进入电磁铁130的中央空腔139。两个电磁铁的磁极方向安排相同，也就是说，当每一线圈132通有电流时，中央磁极均为北极。在这种情况下，如图3所示，活塞150在左侧端受吸引而从右侧端受排斥。通过改变线圈132中的电流方向，活塞反向移动。输入阀161安排在两端，这样当活塞150从右向左移时，右端的阀门161打开使流体进入压缩室II，同时左端的输出阀165打开使流体从压缩室I中推出。当活塞到达图3所示末端位置，外圆筒151的前缘堵住输出阀165而形成一个缓冲空间，类似于上述第一实施方案。在本实施方案中，第二个永磁铁145对其运行并非必不可少。如果磁铁140所形成的磁场有足够的强度，可用一磁性材料件代替磁铁145。本实施方案提供了充分平衡的运行方式，这是由于活塞的左和右冲程具有完全相同的流体压缩功能，并承受完全相同的移动阻力，若将两个等同的压缩机100同轴安排，并使它们的活塞按相反方向运行(即通过反向电联接)这一对压缩机将提供一个高度平衡的安排，使两个活塞的冲击力总是相互抵销，使这一对压缩机作为一个整体几乎毫无振动。显而易见，这一安排对要求低噪音低振动的应用将极为有利。

图4示出根据第三优选方案的一个压缩机组件。在第二页附图上的图5是沿图4中平面C-C所取的截面图，示出活塞250的细节。图4中，该组件为两个串连压缩机200和300形成的多极安排，其中的两个压缩机结构相似。两者间的区别为第一级压缩机200比次级压缩机300大一号，这样气体性工作介质可逐步地压缩。如果工作介质为液体，由于其不可压缩的特性，这一串组件应由同等大小的泵来构成，但它们的工作原理是相同的。显而易见，为了更高压的输出，可连入更多的压缩机并且在压缩机之间可使用联接部件。以下说明中仅对压缩机200的细节予以描述。压缩机200有一圆筒形外壳210，其内有内衬层220；两个电磁铁230；一个自由活塞250和一个可移动支撑座280。电磁铁和活塞的工作方式与上述方案相似。

图4和5中，内衬部件220是通过热装配固定在外壳210里，即通过将一个冷的内衬220装入一个加热膨胀的外壳210这样当外壳冷却后即牢固地箍住内衬。通过压缩机200的单向流体通道是由输入阀261，活塞阀263和输出阀265构成。如图5中所示，活塞阀是由活塞盘上形成的多个成角通孔262构成，它们将流体导向外切线方向。由虚线所示的阀门瓣促进这种外向流，以造成活塞的旋转，如箭头R所示。

在活塞250和每一电磁铁230及230’之间，有一个由密封圈271和273形成的缓冲机构。当活塞250向上移至图4所示的末端位置时，活塞筒内表面上的密封圈271与上端电磁铁230的外圆柱面相作用形成活塞筒前缘与电磁铁230的支持盘上输入阀261之间的一个环形气垫。与此同时，内密封圈273与电磁铁230的中央腔接触形成中央腔237内的中央气垫。这两个气垫保护活塞不撞击上电磁铁230。当活塞下移到底端时，另一内密封圈273将阻塞输出阀265，形成活塞盘与下电磁铁230的顶端之间的气垫。电磁铁230’周围的润滑剂285也有缓冲作用。

可移动支座280带有下电磁铁230’和输出阀265。支座280有底盘281，套筒282和偏压弹簧284，该弹簧将底盘推离活塞。套筒282的前缘与内衬220的下缘形成滑动接触，并限定一个环室212，其中装有弹簧284。套筒282还作为一个停止部件，当它与室212的顶部接触时即限定了支座280的最高位置。支座280的移动范围由双箭头符号286示出。运行时，如果输出气压低，例如当压缩机启动时，弹簧284将支座280下推到下一级压缩机300的前缘。在这一位置活塞有最长的冲程，所以压缩机输出为最大。随输出压逐步升高，底盘281的底面上的合力将最终变得大于弹簧284的偏压力，使支座280被迫上移。这一移动使冲程减小因此减小每一冲程的输出。此外，由于冲程减小，磁路中的平均磁隙也减小，其效果是增强驱动力产生更高的输出压。当系统中产生一个足够大的输出压下降时，例如在系统输出端增加了压缩介质的排放时，支座280将在弹簧284的偏压力作用下立即恢复其原始位置，这时压缩机即可在最大输出率工作。这就是说，压缩机自动地从一个低压高输出运行变为高压低输出运行，或与此相反。当一多级配置中的多个压缩机串级连接时，上述自动调整功能即更为有利，因为每个压缩机均可调整其自身的流率使之与其它压缩机相匹配，使整个系列实现负载的均匀分布。

压缩机200内使用的润滑剂285使活塞250的外表面以及内衬220的内表面得到润滑。该润滑剂最终将流到围绕下电磁铁230’的收集区内。一个润滑剂循环回路包括以下部分：套筒282内表面上形成的凹槽283，环室212，外壳210和内衬220之间形成的凹槽211，以及将润滑剂返回到活塞上去的通孔221。

凹槽211和282要做的足够小使其能靠毛细作用将润滑剂吸入槽内。当活塞250下移时，液面上增加的压力有助于液体进入环室212，然后进入毛细槽211，同时另一端的孔221暴露在活塞的低压侧，容许润滑液从槽内流出。当活塞返程上移时，阀门263开放，使活塞按前述方式旋转，因此使润滑剂均匀地分布到内衬220的整个内表面上，形成活塞外表面与内衬内表面的润滑剂膜。这一润滑膜同时改善了活塞的密封。孔221的位置保证了它们在活塞处于上端位置时被封闭，因此不会造成活塞两侧漏气。

图6A到8B示出根据第四实施方案的压缩机500。图6A和6B为截面图，示出压缩机运行时不同部件的位置变化。图7A示出活塞560的更多细节。图7B是沿图7A中平面B-B所取的截面图。与此类似，图8A和8B示出电磁铁530以及缓冲装置540与550的细节。

在图6A中，压缩机500有一外壳510和内衬511，均类似于图4和5中的相应部件；一自由活塞560，其上带有一磁分流机构570；两个电磁铁530和530’，一个装在端盘520上，另一个装在可移动支座580上。每一个电磁铁有保护活塞560的外和内缓冲机构540，550或540’，550’。端盘520和可移动支座580还分别装有流体入口521和523以及出口582。非磁性钢制成的内衬511以及可移动支座580均类似于图4中的相应部件220和280并以相同方式工作，以提供润滑剂循环和冲程自动调整。当压缩机500用于液体时，例如它可用作高压液压泵或无渗漏应用，其活塞可由工作介质来润滑，因此不需要上述润滑剂循环回路。这时可在支座580的外周形成多个输出孔，以此与上端盘520的输入孔521相配。

若从流体压缩的角度来分析，活塞的下冲程将流体经上端盘520上的输入孔521和523吸入，并同时将已在压缩机内的流体经底支座580的输出孔582输出。相比之下，上冲程则仅将流体从活塞上侧移至其下侧而不产生输出。这就是说，两个冲程并不平衡，下冲程作出多数有用功而上冲程仅为复位动作。这种不平衡的活塞运动使压缩机能量效率降低。为解决这一问题，压缩机500的内部做了安排来平衡两冲程，以将活塞上移的动能转化为不同缓冲机构内的能量贮备，然后将其在活塞下移时释出。这些安排包括与两个电磁铁530和530’相配的内外缓冲器540，550，540’和550’以及磁分流机构570内的弹簧。

图7A中，活塞560有一环形主磁铁561。永磁铁561的极性是在其径向，例如其外缘为南极而内缘为北极。磁环561的厚度从其外缘向内增加；以保证内外极面大小相似并且与磁通方向垂直的截面积的大小在沿磁通的方向上不变化，以避免局部的磁饱和。磁环561的外缘上固定有一圆筒形磁性部件562，作为外磁极的磁极件，而内磁极上固定有基本上为管形的磁极件563，以此形成两者之间总体上为径向的磁通流量，如图7A中的虚线所示。

磁环561是夹在两个保护部件564和564’之间以保护这一相对易碎部件不被机械震荡所损坏，并且也将磁环及其内外磁极件固定为一体。两个部件564和564’可在磁环和磁极件组装后由注塑形成，最好是用充气塑料或泡沫橡胶，以此形成一个具有良好机械强度而重量轻的一体化结构。部件564和564’还限定了与两个电磁铁的极面紧密匹配的平滑表面，以减少活塞面与驱动电磁铁之间的“死”空间。部件564’上还有装配阀门片566的凹槽。亦如图7B中所示，磁环561和保护件564和564’上有多个成角的通孔565，它们由阀门片566封闭以使活塞560沿方向R旋转，类似于前一实施方案。

内磁极件563有一中央支持部分567，它载有一个磁分流机构570。分流机构570由通过非磁性杆572相联接的两个永磁铁571和571’构成。杆572可移动地支撑在中央部567上，其上还有密封圈以防止它们的滑动接触面之间的漏气。两个弹簧573和574分别装在中央部567和每一磁铁571及571’之间以提供偏压力。弹簧使用了低摩擦垫圈使分流结构相对于活塞可转动。弹簧573和574用磁性钢制成，所以它们还可通过内磁极件563提供磁铁571或571’与磁环561之间的磁联接。分流磁铁的极性安排为两者均受磁环561的内磁极件的吸引。分流磁铁571或571’的前表面盖有一柔性保护层，例如橡胶。

活塞的磁回路包括两个分支，每一分支内有磁极件562的一个前缘与磁铁571或571’的磁极面之间的一个空气隙，它用于同一个对应的电磁铁发生作用。主磁铁561构成两个支路共享的公共部分。图7A中，磁分流机构571相对于磁环561处于一中性位置，在此两个分路具有如虚线所示同等的磁通分布。然而，这一平衡的磁通分布是不稳定的，因为分流器570相对于磁环561的一个很轻微的轴向移动将使一个分路的磁通量增加而使另一个减少。换句话说，从磁通分布的角度来看分流器570的作用是一个磁路开关，它通过自己的轴向位置决定哪一个磁分路会有总磁通量的较大部分。通过将两个弹簧573和574安排为一个推-拉式合力对，即上弹簧573为一压簧，它的伸张力将磁通571上推并离开磁环561，下弹簧574为一拉簧，它的收缩力将磁铁571’拉向磁环561，上述磁路开关可有一个预定的自然位置，这使其还可用作一个缓冲机构。在无外力时，分流器570的最终位置是磁铁571’与内磁极件563的下端接触并通过杆572将另一磁铁571推到一个远离内磁极件563上端的位置。在这一位置上，下磁分路的磁通量将远大于上分路。运行时，活塞必须在其复位冲程克服弹簧573和574的偏压力，然后在输出冲程将能量释放出来。此外，分流器570的轴向移动将主磁通量从活塞的一端切换到另一端，以此更有效地与电磁铁530或530’相作用，如下文所述。

图8A为一部分截面图，将电磁铁530和外缓冲器540的右半部的截面示出而它们的左半部以前视图示出。它还示出顶端板520和内缓冲器550的细节。除非另有说明，压缩机底端对应的部件530’，540’和550’的细节基本相同。

更具体地说，端板520固定在外壳510上并装有电磁铁530和它的缓冲机构。在端板520上有一系列的外进气孔521和内进气孔523，它们分别与环形电磁铁530的外缘和中央孔相对应，并覆盖有阀门辫522和524以形成单向阀。阀门辫522和524的细节在图8B中未示出，但它们类似于图7B中的阀门辫566。电磁铁530的新特征包括在其内和外锥形磁极面上形成的成角的槽536和537，以及对立端上的槽534和535，所有这些槽均为轴向。形成这些槽是为了便于流体从孔521和523进入压缩室并同时有助于使电磁铁530冷却和减少磁芯材料中的涡电流。如图6B中所示，外磁极531表面的槽534和536相互不联接，同样内磁极533表面上的槽535和537也不联接。在每一表面上，两组槽之间保留了一个没有槽的狭环带，它与两个缓冲器540和550的密封圈547或557相配合以提供气体缓冲作用。

电磁铁530配有环绕它的外缓冲器540和中央孔内的内缓冲器550。缓冲器540包括一个由压簧549压下的缓冲环541。环541有多个轴向伸展的定位指件542，每个指件有装在槽534内的钩端543，以此由槽534的长度限定缓冲器的移动范围，如图6A和6B中所示。环541及其指件542由非磁性的刚性材料制成如铝或塑料，以提供良好的机械强度。环541上带有一个磁性材料的磁通偶合器544，它的形状是一个环上带有多个有钩端546的指件545。指件545是由柔性并有弹性的材料制成使其受磁力吸引时容易弯曲。指端546是刚性的，它们的功能是通过钩住外磁极531的前缘来限制缓冲器向上移动的范围。指件545的形状使其在缓冲环位于收缩位时可与外磁极531的锥形极面紧密配合，如图8A中所示。锥形面上可形成浅槽这样可使指件545进入其中以此形成与活塞560的对应极面相配合的光滑磁极面，如上文所述。密封圈547是夹在环541和544之间，这样当其与外磁极531上的环带接触时可形成一个气垫。与外缓冲器540相似，内缓冲器550有一个非磁性刚性材料的缓冲环551，受到弹簧559的偏压。环551有多个定位指件552，每个上有装在槽535中的钩端553以限定其移动范围。磁通偶合器554有多个弹性指件555，每个上有与外缓冲器540的相应指端546相匹配的钩端556。环551和554之间装有密封圈557，以形成电磁铁530的中央孔内的气垫。内缓冲器550还有永磁铁558，其极性与分流磁铁571相排斥，以此对活塞560提供磁缓冲。缓冲器540和550的运作将在下文说明。

以下结合图6A和6B说明压缩机500的运作。图中示出活塞560的不同位置以及缓冲和驱动机构的变化。

首先，详细说明缓冲机构的运行。如图6A所示，活塞560移至其上端位置，在此它受到两个缓冲器540和550很好的保护，它们包括通过密封圈547和557的作用提供气体缓冲，压缩弹簧549和559的弹簧缓冲以及中央磁铁558与分流磁铁571互相排斥产生的磁缓冲。图6B中，活塞560是在下冲程中途，如箭头A所示。在此特定位置，除了电磁铁的磁驱动力之外，活塞的外筒磁极件被外缓冲环541向下推，而分流器570则被内缓冲器550推下。当活塞向底端移动时，被压缩流体所产生的阻力将提供主要的缓冲作用，在移动到末端时还会有缓冲器540和550的作用，而流体本身则从输出孔582被压出。除此之外，环绕电磁铁530’外围下部的润滑剂也有助于对活塞移动到末端时的缓冲，因此缓冲器540’和550’不需提供气体缓冲作用，即环547’和557’不具有密封效果。

如上文所述，由于活塞上移冲程的工作负载小于其下移冲程的负载，所选用的上缓冲弹簧549和559要强于下缓冲弹簧549’和559’。这就是说，活塞的上移冲程基本上是单独由电磁铁的推拉式合力来驱动并且活塞上冲程的动能被转化为弹簧549和559的弹性势能以帮助活塞的下冲程。永磁铁558和558’可提供进一步的补偿，这是通过将永磁铁558安排为阻止活塞上移同时永磁铁558’吸引其下移，形成另一个推-拉式合力对。最后，如上所述，分流机构570的弹簧573和574也迫使活塞向下。由于这些相互补偿的安排，两个电磁铁对活塞上冲程的推拉式合力的相当一部分被转化到使活塞的下移冲程更为有力，以此有效地平衡活塞的移动。

图6A中，活塞560被驱动到上端，在此活塞磁回路的上分支被包括到电磁铁530的磁路之中。这时底端电磁铁530’的磁路由缓冲器540’和550’的磁性指件545’和555’所“关闭”，这是由于指件被弹簧推起并被电磁铁磁化使它们相互吸引直至发生弯曲使指端接触。这一磁偶合增加了电磁铁的自感因此减少了此时通过其线圈的电流。因为此时电磁铁与活塞间距离很大，它对活塞的移动没有重要的影响。换句话讲，这是在其作用最小时节省了电磁铁530’的电能消耗。图6B中，电磁铁的电流方向已反转而驱动活塞560下移，这使下分流磁铁571’首先与缓冲器550’接触并将指件545’和555’间的磁偶合分离。一旦分离后，指件545’即被活塞外磁极件的下缘所吸引而在电磁铁530’和活塞外磁极之间形成更有效的磁连接，而指件555’则被吸到分流磁铁571’上。这些接触形成了活塞磁路下分支与电磁铁530’之间的直接连通，使它们的相互吸引增强。另一方面，一旦活塞从上端电磁铁530移开，它就产生出足够的空间使因磁性相互吸引的指件545和555能够弯曲并相互接触。发生这种情况时，电磁铁530通向活塞560的磁通量即被有效地“关闭”。

由以上说明可清楚地看出，通过配备磁偶合机构，当一个电磁铁不再对驱动活塞移动有效时，它即被“关闭”，这样它在无效时刻的电能消耗可显著降低并改善压缩机整体的能量效率。此外，这一安排通过减小平均气隙的大小来改善活塞与电磁铁之间的磁连接，使磁通量和磁联接的有效性增加。这由以下事实表明：运行时活塞的冲程为图6A左侧示出的长度S，而分流磁铁571’与磁性指件555’之间的最大气隙仅为g(图6A中所示)，它远小于S。此外，每个缓冲机构540，550，540’和550’均有一可移动范围d，它略小于冲程长度s的一半，这就是说，在其运行的大多数时间内活塞560及其分流器570与至少一个缓冲器直接接触，使缓冲器作为磁极的延伸在活塞与电磁铁之间起作用。

图9A到10B示出根据第五个实施方案的活塞600。这个活塞可用于前一个实施方案的压缩机中代替活塞560，并且它适用于大尺寸的压缩机。图9A和9B是显示其运行中不同部件位置变化的截面图。图10A是沿图9A中平面C-C所取的截面图，示出磁环610的细节，图10B是沿用图9A中平面D-D所取的截面图，示出磁环640’的细节。

图9A和9B中，活塞600有一个环形永磁铁盘610夹在保护层620和620’之间。外磁极件630与盘610的外缘嵌合，内磁极件与其内缘嵌合。内磁极件660带有一个动态磁分流装置650，其工作方式与前一方案相似。更具体地说，如图10A所示，盘610有在其内外缘上沿轴向形成的多个内通道612和外通道613。盘两面上的保护层620和620’由模压塑料或橡胶制成并覆盖盘的两面，并且它们通过上述通道联为一体使磁盘“包笼”在内。这一结构保护易碎的磁盘并限定了成角的阀门孔611，它由阀门件621覆盖。

现在回到图9A，外磁极件630包括一个用软磁材料制成的圆筒631，它与装有两个滑动密封圈614的盘610的外缘成滑动接触。两个永磁铁环640分装在圆筒631的两端，以此在活塞磁路的两个分支上各提供一个辅助磁铁。每个环640和640’与圆筒631之间夹有一个密封圈634。一对弹簧633和633’被分别装在每个环640和密封圈614之间，使盘610受到相对于环640的偏压力。内磁极件660包括与盘610的内缘相接触的磁性筒662，它的两端装有两个磁性端盖661，其内部填有非磁性填料663(如充气塑料)。分流器650有两个永磁帽651和651’，通过非磁性管652相连，该管由填料663支撑在内磁极件660上并由密封圈664密封。一对弹簧653和653’使分流器650受到相对于磁极件660的偏压力。磁帽651或651’的形状为有一前表面形成与图6A和6B中的电磁铁相配合的磁极面，和一个后极面与端盖661或661’相配合。磁帽651和651’形成活塞的两个磁路分支另一端的辅助磁铁。如图9A和9B所示，主磁铁和辅助磁铁的极性安排为使每一辅助磁铁均受到主磁铁610的吸引。运行时，盘610在两个电磁铁的作用下沿筒631向一端滑动。图9A示出盘位于下端，在这一位置它的下保护层620’与磁环640’和磁帽651’均保持接触以形成一个光滑的活塞面与下电磁铁的极面相配(图中未示出)。在这一位置，盘610的内磁极通过内磁极件660的筒662和盖端661’与磁帽651’磁连接。从下电磁铁的角度来看，活塞600表现为一个强有力的永磁铁。

如图9B所示，一旦两个电磁铁的电流反转，活塞组件即被迫上移，如图中左侧的箭头A所示。与此同时，因为盘610不再受下电磁铁的吸引，它被弹簧633和633’推动沿筒631上移。与此类似，内磁极件660也被弹簧653和653’向上推动直至盖端661’的上缘与盘610接触并与其一同移动。由于内磁极件660很轻并且其移动不受到显著的流体阻力，它与盘610相比移动地更快，这样它就有效地将盘的主磁通从其下分支切换到其上分支，就像对前一实施方案的描述。同样，这些弹簧可安排成能提供更多的向下方的偏压力，以此平衡活塞的移动。还有，活塞600的缓冲和磁偶合作用可以是相同的。运行时，盘610及其保护层620和620’可沿外磁极件630滑动一个距离S1，这是附加于(图6A所示的)活塞的冲程长度S之上。这就是说，在未增加磁极件运动的情况下，活塞的有效冲程长度被增加，以使活塞能响应于电磁铁的驱动力有更好的灵活性。外磁极件630所减少的移动保证了整体能量效率的改进，因为钢筒631占活塞总量的很大部分。为使活塞部件得到润滑，筒631上有多个小孔，这样润滑剂可进入盘610的外缘与筒631内表面之间的空隙。此外，盘610的每个面与对应的保护层620和620’之间夹有一个纤维层615，以此为润滑剂提供毛细通道以进入盘610的内缘与内磁极件660之间的空隙。

最后，另一附加特征是：如图10B所示，磁环640和640’的前磁极面上有多个浅槽641和641’它们与图6B中外磁极531上形成的槽对应。在运行过程中，这些槽的作用是使活塞旋转这样使这些槽能互相对位，类似于步进电机磁芯上的齿形结构。通过将两个环640和640’上的槽沿园周错位排列，它们将与成角阀门孔611的作用一起确保活塞600在往复运动过程中连续旋转，以此改善其润滑并减少磨损。槽641内填有非磁性材料以形成一光滑活塞面。工业应用

以上公开的往复运动机构可用于多种不同用途。由于各实施方案的管状结构，它们在满足以有系统设计或硬件管路的需求上有特殊优势，这是因为这样的压缩机或泵可很容易地装在已有系统中任何一个需要驱动力的位置上，而无需重新设计或改变已有硬件。为了满足对输出压和流率的各种要求，可将标准模件串联或并联使用。压缩机的管状结构还有利于散热，因此适于在制冷或空调中应用。

以上仅为示例说明，它同时表明上述的不同特征。如磁极的极性和/或形状以及阀门安排的气流方向等，均可通过将上述特征以不同方式的组合而加以修改和演变。例如，上述安排的截面形状均描述为圆筒形，但它也可以由基本上对称的多边形所取代，特别是当多边形的边数较大时。此外，带有永磁铁的活塞具有重量轻，因此效率高的优点。显而易见，电磁铁也可用在活塞上，它的优点是其磁性不受温度的影响，适合于高温应用。另一方面，当活塞为电磁铁时，外壳内的两个驱动磁铁可使用永磁铁，以此来减少电机/压缩机的总重量。

以下说明根据本发明第二总的方面的发明细节。

图11和12示出泵10，它有一个圆柱定子20和装在定子两端的两个端盖30，以限定一个圆柱内空间，其内装有转子40。每个端盖30有与定子和转子同轴的中央孔形成沿泵10的转轴方向的流体通道。定子20有外壳22和带有绕组26以及虚线所示的孔28的磁芯24。磁芯24和转子40之间形成气隙72，以在绕组26接通电流时产生一个旋转磁场，如同一台常规电机。两端盖30总体结构相同，即有一环形平壁部分32，一个限定中央开口的环形斜壁部分36和套筒部分34。每一端盖由多个固定件82将其外缘固定在定子20上，而其靠近中央开口的内缘由固定件84固定到管90上。在斜壁部分36的内表面上有多个径向延伸的槽38，它们从盖30的中央开口的内缘穿过套筒34进入端盖和定子之间的室74内。两个室74之间由孔28实现流体连通，并通过槽38连到气隙72。密封部件61，62和64保证盖30和定子20之间以及盖和管道90之间的密封，这样使泵与管道之间为无渗漏联接。

图12中，转子40包括管42，其外表面上带有固定在两个支持部件46之间的磁芯44。磁芯44的构造可以如同一个鼠笼式电机，使它能在定子20所产生的旋转磁场作用下旋转。管42的内表面上有形状为一螺旋叶片的推进部件48，这样当转子40旋转时，叶片48驱动中央通道中的流体沿轴向流动。如箭头A所示，转子40的外表面上有多条螺纹49，它们可由切削磁芯44的表面来形成，或由外加一个表面上预先形成了凸棱的套筒，并且这一套筒可由弹性材料制成。转子40由两个机械轴承50来支撑，每个轴承有装在转子40一端的内轴承件54和多个滚柱56。轴承50的目的是对转子40既提供旋转承载，也提供止推承载，以保证其与定子同轴并平滑旋转。转子40的每端有装在密封圈槽43(图12中所示)里的密封圈63，提供转子40与端盖30间的密封接触。这一安排保证气隙72与箭头A所表示的轴向主液流之间密封，这样液流所携带的赃物不会进入气隙72。若管路中输送的是腐蚀性流体，有效地密封安排还保护泵的其它部件不受腐蚀，因为只有端盖30，密封圈63，管42和叶片48直接与腐蚀性流体接触。

通过在气隙72内充入润滑-冷却介质，在转子40和泵身内表面之间可形成一个润滑/冷却安排。因为气隙72与室74流体连通，同一介质可经通道38和磁芯24的孔28循环，这样既可作为转子外表面以及轴承50的润滑剂，也可作为绕组26和磁芯24的冷却剂。转子40外表面上的螺纹49的螺旋方向与内部叶片48方向相反，这样它驱动介质在气隙72内沿反方向流动并经通道38进入泵左端的室74。为了这一目的，常规的变压器油可用作该介质。应当注意，该介质的周缘缓冲作用也作为一个液体轴承帮助减轻机械轴承50的负担。为了增强液体轴承的作用，可以装入加弹簧偏压的单向阀(图中未示出)，例如可将其装在室74中以阻挡润滑油流入，这样只有当气隙72内的油压被转子40的旋转作用升高到高于该偏压值时，即当转子40的旋转超过一特定转速时，油液才开始循环。泵身上可装有一个小供油箱(未示出)，用于向该润滑-冷却系统供油以补充经密封圈向主液流渗漏的部分。为了这一目的，可由一弹簧加压的活塞在油箱内维持稳定油压。这一类的装置在已有技术中已知，无需进一步说明。当定子绕组26接通供电时，定子与转子之间即形成一旋转磁场驱动转子旋转。如图11所示，转子的旋转方向为箭头R时，液流方向为箭头A。叶片48迫使中央通道内的液体沿轴向流动，与此的同时转子本身受到一反作用推力。通过控制供电的方向及磁场旋转方向可使液流方向反转。另一方面，当转子40转动时，其外表面上的螺纹49产生沿箭头B所示方向的润滑-冷却油的外围流，它与转子内的轴流方向相反。这是因为其螺旋方向与叶片48相反，这样它就总是提供一个反向止推力来帮助平衡转子的径向和轴向的位置并减小轴承上的推力。应注意，当转子转速增加时，也就是转子受到加大的推力时，螺纹49将产生增大的外围液流而带来增大的平衡作用。这就是说，这一安排对转子运动的变化很敏感并可提供自平衡效果来自动补偿这些变化。润滑油的反向流动还使上游侧(图11的左手侧)的油压增高以防止赃物进入气隙72，并使密封圈63得到良好润滑。在这一安排中只要密封圈63不损坏，特别是在承受更多轴流反向推力的上游侧密封圈没有损坏，该泵即可正常运行，因为所有其它部件均不易被磨损。

图13所示出第二实施方案的泵100，其基本结构与前一方案类似。定子120和转子140安排为一个无刷直流电机，转子上装有一组永磁铁144，最好为稀土材料磁铁。这使其适用于要求对转速和方向均易于控制的应用中，例如船用推进器。装在泵身内的转子140为一“自由”转子，其含义为在运行时该转子被磁性力和液压力完全提升和悬浮，与任何支撑部件均无直接的实体接触。如图13中所示，转子140的每一端有一个距离为“d”的空间，它允许转子能有限地轴向移动。转子的这一充分悬浮的状态是由以下悬浮轴承机构来维持。

首先，一个磁性轴向对位机构的构成包括定子磁芯124内表面上的多个非磁性或高磁阻环127和转子外表面上同等数目的类似的环147。当定子与转子轴向对齐时，这两组环也相互配对。这些环将定子与转子间的磁偶合分隔为多个分离区，这样只有当这些区完全轴向对位时才能实现最大的磁偶合，如图13所示完全对位时形成一个中性位置。转子的任何轴向偏移将使这些区产生错位，因此增加由转子和定子形成的磁回路中的总磁阻因而减小磁通量。这一机构对转子的任何轴向移动均高度敏感并可在定子和转子间产生一个轴向力促使转子返回其中性位置。当磁铁144为强稀土材料时，即使绕组126的电流切断时它们仍能产生反对转子错位的强对位力。

第二，每一磁悬浮轴承150有装在端盖130内的一环锥形电磁铁154和装在转子140末端与之相配的环锥形永磁铁152。电磁铁154有一U形截面的磁芯157，一个装在磁芯槽内的圆环线圈155和覆盖在磁芯线圈上的非磁性件156。当线圈155内有电流时，U形磁芯两臂之间的磁通穿过部件156以形成从其轴向看均匀分布的环形磁场。其极性可通过改变线圈内电流方向来改变。环形永磁铁152有一类似U形截面，其内有一非磁性部件153将磁铁的两极N和S分开。显而易见，两个磁铁152和154将根据线圈155内的电流方向产生相互间的排斥或吸引力。这两个磁铁被安排为使它们相对的表面为互补的圆锥(类似于图12所示的轴承件52)这样它们之间形成的向心力促使他们保持同轴关系。非磁性部件153和156最好是用低摩擦材料制成，如铜，轴承钢或特氟隆塑料，这样它们之间可以有低摩擦滑动接触，以此作为对转子轴向移动的进一步的缓冲安排。

该悬浮机构的运行原理如下。在定子接通电流之前，每一电磁铁154供等值电流，以此从转子两端产生两个方向相反强度相同的排斥力。这两个反向力将转子“夹持”在其中性的平衡位置，同时使其在泵身内径向悬浮。当定子接通工作电流时，它驱动悬浮转子旋转，与定子工作电流的平均值成比例的控制信号被输入每个电磁铁154，其作用是使转子上游(图13的左手端)的排斥力增大同时使另一端的排斥力减小，该控制信号的综合作用是一个指向转子下游端的一个净力，它对转子的移动敏感并有利于平衡由轴向液流在转子上产生的反推力。这样可自动维持转子的轴向位置。通过改变定子电流方向使旋转方向逆转时，供应给电磁铁154的控制信号方向也改变，以此自动地产生一个反向的平衡力。为了对该灵敏的悬浮轴承做进一步的精密调整，泵身两端可装配传感器166以持续地监控转子的轴向位置。传感器的输出信号被送入一个控制单元(图中未示出)以进一步调整电磁铁154的电流，这样当检测到转子的显著位移时，可进一步调整轴承150，例如在一端产生排斥力而另一端产生吸引力使转子返回其中性位置。传感器166可为任何常规类型，如电容性传感器，霍尔效应传感器，光或红外传感器或超声传感器。

第三，转子140的外表面上形成的螺纹149的工作方式与前一实施方案相似，即产生一个外围流体缓冲层起流体轴承作用。这一流体轴承的构成是通过从转子的下流端将液体吸入，如图13中转子左手端处的箭头In，然后驱动它回流并使其在转子上游端返回，如箭头Out所示。通过在转子140的每端装一个截留环160，这一流体轴承还对转子的轴向振荡起阻尼作用。例如，当转子经受一个突然增大的推力时(如输出阻力突然增大或输入电功率增大)转子会被迫后移。这就使上游端的截流环160靠近部件154，因此部分地阻塞回流循环的出口。输出减少则导致磁铁152和154之间的空间内液压增加(该空间为气隙172的一部分)，这就会阻止转子进一步的轴向移动。这一阻尼效果对转子突然移动起作用，以此保护自由转子不撞击泵身。转子轴向位置的逐渐变化主要是由上述磁对位和悬浮轴承150所提供的力来抗衡。

图13中还示出管142与第一实施方案相比其厚度增加。这是通过使用轻材料形成一飘浮结构，如使用塑料或树脂，或使用有槽或腔的金属材料填入轻材料来减轻其总重量。其目的是使转子140作为一个整体有与被传输液体接近的比重，这样当泵内充满液体时，转子可在液体中“飘浮”。这将有助于使转子在液体中悬浮并在其悬浮时减少其相对于定子的径向和轴向振荡。管形件142在每端的部分143形成液体出入的狭窄口，其作用是增加末端处的液流速度。这是为了减少液流所携带的固体颗粒(如砂粒或铁锈等)进入转子与定子之间的气隙172的机会。当液流携带固体颗粒到达转子140的输入端时(图13的左手侧)，这些颗粒被从气隙172流出的回流冲到主液流的中央，如箭头Out所示。回流的环形输出加入到主流内并进一步增加由部分143所限定的窄入口处的流速。这有助于将固体颗粒带入空心转子。一旦颗粒进入转子，由于它们比液体重，离心力的作用使它们附在流体通道的内表面上并随轴流向前移动，当它们移到出口端时，部分143的形状使液流加速并将颗粒沿箭头S所示的曲线方向“射出”，使它们没有机会进入空隙172。

图14示出泵的第三实施方案，它实际上是将第二实施方案改装为直立使用。因此，本图中未改变部件的参考号与图13中相同。当泵100用于直立位置时，防止固体颗粒进入空隙172的要求即不再如此重要并且由部分143形成的窄出入口不再必需。在这种情况下，转子140须支持在它之上整个液柱的重量所以它承受一个大得多的反向作用力。为补偿转子140承受的液体重量，泵的下端装有一个附加的磁性轴承190，它包括装在端盖130上的环形磁芯194和线圈195所构成的电磁铁，以及装在转子140上的永磁铁192。永磁铁192安排为相对于电磁铁194不完全轴向对位，这样电磁铁通电时永磁铁192以及转子140即受到一个向上的磁力以抗衡转子上液体的重量。显然转子的每端上都可再多装轴承以产生足够的平衡力。图14中的安排可用作一台发电机，当向下的水流驱动转子时磁铁144与线圈126作用将能发电。如果将其制得小而轻，还可用作流量计。

图15A到17示出泵200，它有一外壳220和二个端盖230，每个盖上带有一个轴承电磁铁250，类似于图13。外壳220内两个定子210和210’由带有中央轴承件240的环形隔离器221分开，这将在以下参照图17详述。两定子限定的圆柱内空间内有由两个空心转子260和260’形成的转子组件，每个转子与一个对应定子相配，一环形接头270将两转子互相联接。转子组件内装有推进机构280。两定子的电连接(图中未示出)使它们可产生相同的旋转磁场驱动两转子一同转动。图16为转子组件的透视图，图17示出接头270与两转子间联接的细节。每个转子260或260’的总体结构和轴承安排与图13所示相似。

推进机构280包括：固定在转子组件两端的两个固定环281和281’和夹在两环之间的衬管282；装在管282内的多个柔性弹性材料制成的螺旋叶片283；绕管282外表面安装的两个螺旋弹簧284和286。叶片283的外径略大于管282的内径，所以当叶片装入管内时自然外张与管形成紧密配合。每一叶片283有多个从其外缘沿径向伸出的栓柱288，均匀地沿叶片长度分布，这些栓柱装在管282壁上形成的对应槽287中以使叶片与管282保持实体衔接。管282外的两弹簧284和286为相反的螺旋方向，其中弹簧284与叶片283螺旋方向相同，并且每一弹簧有一端固定在管的一端上而另一端接到连接环285上，该环也是可滑动地装在管282上。这样的安排允许弹簧和叶片平滑地滑动。各栓柱均与弹簧接触使叶片受到弹簧的偏压。在图15所示状况下，弹簧284倾向于沿轴向伸张而弹簧286倾向于收缩，这样它们在叶片上产生一个偏压合力将叶片推向泵的下游端(即图15A的右手端)并使叶片处于充分伸展的状态。各个槽287的形状和方向均互不相同并且这组槽的安排方式是它们的长度沿箭头A所示液流方向逐步增加。这就是说叶片的下游端相对地较“自由”，因为其栓柱装在较长的槽中使其有更大余地来移动，相比之下上游端的栓柱基本上是固定死的。这一安排的目的是通过允许各栓柱288在不同的槽287中滑动使叶片283在泵工作过程中可被压缩，同时保持叶片始终与管282嵌合。叶片283被压缩时，它们倾向于在径向扩张但这一径向扩张受到管282的限制。其结果是叶片在两端受压时产生扭转。每个槽的形状和长度使它能够容纳这一扭转因素以确保叶片压缩时的平滑移动。

运行时，当旋转的转子组件产生向前的推进力时，流体将产生使叶片压缩的反作用力。在低负载运行时，这一反向力由叶片的弹性和两个弹簧284和286来平衡。当反作用力增加到超过一极限时，例如当输出阻力或输入动力有一大增加时叶片上的反作用力则会克服所有偏压力而使叶片被压缩。发生这种情况时会使弹簧的偏压力增大，从而在一个新的位置上达成一个新的平衡。由于这时的叶片被压缩到一个较小的间距(对照图15B中的P2与图15A中的P1)，泵的运行将重新稳定为一个较高输出压和较小的流率而不影响转子的转速。装有这种可调推进机构的泵可自动并瞬时响应于输出阻力或输入功率的变化，从低压高流率工作状态转变为高压低流率状态，或与之相反，而无须损害其能量效率。这使泵能在很宽范围的工作条件下运行并在启动和减速过程中提供平稳的运行。当把这种泵用作船用推进器时(例如用在快艇上)这种可调性能即非常理想，因为这时迅速地加速/减速以及在条件变化时的平稳过度对良好的操作性能是必不可少的。

图17中，推进机构280被去除以显示中央轴承240和环形接头270细节的截面和部分展示图。中央轴承件240与环形接头270的结合同磁铁264和264’一起提供了磁性和流体轴承效果。为便于理解，这两个方面分别说明。

环形接头270有一个磁性材料(如铁)制的底环271，它通过嵌合连接274将两个转子260和260’连为一整体的转子组件。底环271还作为连接两磁铁264和264’的磁桥从而形成一个完整的磁环，其上有与电磁铁240的磁芯241的两个环形磁极相匹配的对应磁极，其间由一非磁性部件243分隔。运行时，当线圈242通电时，电磁铁240和永磁铁264和264’形成一个悬浮对，它们的相应磁极相对形成互为排斥的反对关系，以此将转子组件“锁定”在以上说明的中性位置。

液体进入泵的结构内时，它通过槽287进入管282和转子组件内表面之间的空隙。基环271有几行小孔273(在图16中也示出)，其上盖有一过滤片272，它可吸收进入空隙的液体。转子组件开始旋转时，部件272吸收的液体被离心力通过孔273甩出以形成图16中箭头S所示的切线方向的液流。甩出液的这一切向液流被分流部件243内表面上的分流缘244等分为两个分离的液流，每一液流的宽度为“d”，并由导向翼245或245’引导到相应的螺纹269或269’处以形成由箭头B所代表的两个反向轴承流。每一轴承流通道的剩余部分与图13中所示类似。由于两个轴承流产生大小相等反向相反的轴承力，它们为保持转子组件处于其中性位置作出进一步的贡献。分流缘244每侧的宽度d和轴向对位部件217及267的宽度大致相等。运行时，旋转的转子组件总是保持在其中性位置每侧的一个小轴向范围d之内，尽管除了该轴承安排外没有其它实体支持。每当转子组件被迫从其中性位置偏移时，例如由于轴流造成的反向推力，基环271也会相对于固定的分流缘244而移动，这使分流缘244一侧的孔增加而对侧则相应减小。这一变化造成两个轴承流之间的不平衡，而每一轴承流B下游端的截流环268和268’的作用使这一不平衡增强。因为平衡点的移动，转子组件从其中性位置的任何进一步移动将遇到更大的阻力，直至其稳定在一新的平衡位置。此外，当转子组件从其中性位置移动的距离接近于长度“d”时，环217和267间的错位将为最大，造成最大的对位力使转子组件返回其中性位置，并进一步限制转子组件从其中性位置偏移。还应指出，根据每一端盖上安装的传感器(图13中的166)所提供的检测信号可进行附加的悬浮控制，如上文所述。

泵200可按以下程序组装。首先，通过在电磁铁上模压形成分隔器221并同时形成部件243可将电磁铁240和分隔器221制成一个部件。然后将两个定子210和210’装在模压件两侧并将三者装入外壳220以形成筒状定子结构。此后，将接头270置于定子结构的空间内并从两端将两转子260和206’嵌接到接头上以形成转子组件。转子组件装好后，即可组装推进机构280。先将端环281’装在转子组件一端，然后从另一端滑入管282和弹簧以及叶片。管282由其前端凸起缘289’与环281’嵌合并由其另一端上虚线289所示的凸棱与转子260内表面上形成的槽嵌合，这样转子组件可带动管282转动。然后将环281固定在另一端。最后将端盖230装在外壳上完成组装。

图18示出第五实施方案的泵300。图19A是图18中轴承机构380的放大图；图19B是沿图19A中线B-B所取的轴承机构380的截面图；图19C是图18中推进器350的截面图；图19D是沿图19C中线D-D所取的推进器350的截面图。泵300为直立式。它有外壳320，上盖330和基座340。外壳320内有定子310，它有轴向对位环317，如同对图13的说明，和一个转子组件，其构成包括一空心转子360，连在转子底端的推进器350以及装在转子内靠近其上端的枢轴承机构380。一支撑杆370(图中未示出其截面)也装在转子内从底座340延伸到轴承380。

更具体地说，外壳320有一圆柱部分限定了容纳定子310和转子360的上电机室和一扩展的下部326，它与基座340共同限定容纳推进器350的推进器室。外壳320的圆环部分324将两室分开并构成定子310的支撑。围绕部分326的下部有液体输入孔328，其上盖有过滤层391。基座340有一个大体为锥形并伸入推进器室的中央部分342，它与外壳部分326限定一个环锥形内空间，容纳类似形状的推进器350。基座340还有可调支点以保持泵身直立。基座上的液体输入孔344盖有第二过滤层392。使用过滤层391和392的目的是防止固体颗粒进入泵内损坏流体轴承的螺纹和表面。当泵用于清洁液体、高粘液体或糊状物时，无需过滤层。底部342的中央有一圆柱形凸台，它有截面为多边形的中央孔346，用于容纳杆370的底端，以下将进一步说明。截流环348装在圆柱凸台上以产生流体轴承作用，也将在以下将进一步说明。端盖330与前述实施方案相似，其顶部有螺纹332用于连接管道或软管。

转子360与图14中相似，它有磁铁364和与定子310相匹配的轴向对位环367，推进液流的内螺旋叶片366，构成流体轴承的外螺纹369和装在顶端的截流环368。空心转子360内装有支撑杆370，其上有螺旋叶片372，它的螺旋方向与叶片366相反。杆370的下端有一多边形接头嵌接在底座340的多边形孔346内使杆不能转动。杆的上端装有极硬材料的轴承座376，与枢轴承380的尖端形成万向支点。

在图19A和19B中，轴承机构380包括环381，其上有多个同转子端部362嵌接的连接齿384。齿384保证环381固定在转子上使机构380作为一个整体在泵的运行中与转子一同旋转。中央部分383由多个连接部件382连到环381上。当转子转动时，这些连接部件还起推进叶片的作用。中央部分383有一六边形孔容纳相同截面形状的栓385，使其与转子一同旋转。栓385由其上端的螺帽固定并由弹簧388将其推向下端。栓385下端的尖部386由极硬材料制成，如陶瓷、玻璃或超硬合金，以此与类似材料的轴承座376形成单点轴承接触。使用弹簧388保证尖端386总是压在底座376上，这样尽管转子组件作为一个整体可有小程度轴向移动，如图18中的距离“d”，仍可避免它在负载或驱动电流突然变化时与轴承座直接冲击。应注意，运行时除流体轴承和对位安排的作用外，由部件380、360和350构成整个转子组件单独由尖端386支撑在底座376上，它提供了高稳定、低磨损和低旋转阻力的万向支点。因此这一方案中未使用磁性轴承。

图19C和19D示出推进器350的细节，它通过嵌合环358固定在转子360的下端，与其一起转动。嵌合环本身可做成一分离部件然后由类似嵌合安排固定到推进器上。嵌合机构可类似于图19A所示环381的构造。推进器350有一空心锥体352，其上带有外叶片354和内螺纹356。叶片和螺纹的螺旋方向相同，这样当推进器与转子一同旋转时，叶片356产生由孔328到转子的向上液流，与此同时螺纹356亦产生向上轴承流使推进器“漂浮”在底座部分342的外表面上。该轴承流最终被迫流过截流环348并通过圆柱部分357的内表面与底座340的中央突出部外表面之间的环形空隙进入空心转子。这样，当转子组件以稳速转动时，由螺纹369在转子的外表面形成的液体轴承流以及由螺纹356在锥体352的内表面形成的轴承流将产生联合的轴承作用使整个组件“漂浮”并得到润滑，因此而显著地减少枢尖386承担的负载。

运行时，一旦转子360在定子310产生的磁驱动力作用下开始转动时，它将带动推进器350和轴承机构380共同旋转。由孔328和344吸入推进器室的液体受到叶片354和螺纹356的作用力向上流动并进入空心转子，在此又受到转动叶片366和杆370上的固定叶片372的作用而向上流动。用于叶片372的螺旋方向与叶片366相反，它们的共同作用是减少在它们之间流过的液流的涡流成分并增加向上的推动力，因此产生显著增加的输出压。这一向上液流进一步受到推进器350上的叶片359以及轴承380的叶片382的促进作用，这两组叶片均与转子一同转动。

当负载或电输入有一突然变化时，转子组件会趋于轴向移动。这一趋势由枢轴承380的弹性轴承力以及两个截流环348和368来补偿。例如假设连接到顶盖330上的软管在输出压作用下破裂而使输出压突然下降，整个转子组件将不可避免地向上移动，这种情况下截流环368将阻塞转子360外表面上液体轴承的液体入口，同时由下截流环348限定的空隙将增大很多以至推进器350内表面上的螺纹356将不能产生轴承作用。这就是说，两个液体轴承均停止产生向上的轴承力所以整个转子组件将移动到一个新的平衡位置。当转子组件下移时(例如由于输出压增大)，以上安排以相反方式工作使系统自动平衡。由于泵300有两组液体输入孔328和344，它可很方便地用作一个混合泵，将孔328用于主液流而孔344用于添加第二成分使其在空心转子与主液流充分混合。它还可用在主液流为高粘性或粘稠混合物的情况下，这时可通过孔344将润滑剂或稀释剂注入以使系统得到润滑并减小流动阻力。该泵所有的结构部件，除电或磁部件以及高硬度的万向轴承尖和基座外，均可用模压塑料或树脂制作，易于实现高精度和低成本。

图20示出第六实施方案泵400的截面图，该泵有一个外壳420，内装由分隔器421隔离的两个定子410和410’以及两个转子460和460’，均装在两端盖430和430’之间，每个端盖带有一万向轴承480和480’。总地来讲，定子/转子组合410和460的工作方式与图14中所示相似，即在它们之间形成有液体和磁性轴承以及磁性轴向对位安排。定子/转子组合410’和460’的运行与之类似。转子460’的新特征包括与螺旋叶片466’以及空心转子一体化的中央推进杆470’。杆470’有一多边形孔，其上端与中央推进杆470的连接部474嵌合，该杆与图18中所示中央杆370相似。空心部件470’的下部与端盖430’所支撑万向轴承480’的基座相嵌合，而推进杆470的上端带有装在端盖430内的另一万向轴承480的轴承座。这就是说，推进器杆470和整个转子460’的组合体是“卡”在两个轴承480和480’之间并共同旋转。轴承480和480’的结构类似于图18A和18B所示的轴承380，除外沿轴向安排的连接部件382，它们不起推进叶片的作用。

运行时，转子按箭头“R”的方向转动，产生方向“A”上的轴流。另一方面，转子460’和杆470在底部箭头“r″所示的相反方向转动并产生方向″a″的轴流。这一安排保证两组螺旋叶片总是抵销彼此对液流产生的涡流作用而同时增进相同的轴向驱动力。这就是说，在不损失流速的情况下，可达到显著增进的输出压。转子460’的制造方式可以是首先制作中央推进器470’以及一体化的螺旋叶片466’。它可以制成内表面上有螺旋槽的分离部件，该槽与叶片466’的外缘匹配。然后通过将叶片旋入槽内使推进器470’装进转子460’。可用粘合剂将叶片466’粘在转子体内。由于这些部件可很容易地用塑料或树脂来制造，成本很低。泵400适用于形成流率稳定的高压流束。在高压应用时，可将多个泵简单地连接起来。由于其结构紧凑，它可很方便装在管路的出口处，使整个管线传输流体介质时以较低的内压运行，这样使用和维护高压管路以及结构的成本均得以避免而无需降低操作要求。工业应用

本申请中公开的各个简单并高度对称的结构使它们适合于大批量生产和高水平的质量控制，因此使单件成本很低。端盖和外壳应由非磁性材料制作，如不锈钢，铜，塑料或纤维增强树脂。与此类似，转子的管状部件联同推进叶片也应由非磁性材料制作，螺旋叶片可先制成一个分离部件，然后焊到管内或围绕其铸成或模压形成管状。另一方法是将整个结构铸造在一圆柱形模具上，上有螺旋槽以形成叶片，然后将成形产品从模具上旋下还可用一连续铸造工艺形成有内叶片的长管，然后将其切为所需长度成为管形转子部件，如图11中所示，叶片的数目，高度h，螺距p和推进角α均可改变或调整以适应不同应用的需求。

转子内叶片的构造提供了一个无阻塞结构，它可推进得以进入管路内的任何物体在其自身中通过，因此它适合于范围广泛的应用，特别是用于处理带有较高固体成分的液流，例如用作船用推进器，泥浆泵，污水泵，驱动或注射糊状或高粘度混合物的专用泵等等。相对较长的螺旋叶片可在整个长度上使应力均匀分布，使它能承受较大负载而不造成应力过高。由于该泵可以是全密封式，它还适合于潜泵应用或无渗漏应用。此外，由于泵的形状可大致地与一段管道相同，这类泵可很容易地装在已有管路的任何一个所需的位置上，并且多个泵可在同一管路上串联以增加总的驱动力，或可将其中一个或数个闲置作为备用泵。当一个闲置泵装入管路后，其转子可自由转动因而不会对通过其中的液流产生显著的阻力。液体轴承螺纹也可在定子内表面形成，用于取代转子外表面的螺纹或与其共同起作用。但是，从机加工的角度来讲，将它们做在转子外表面上较容易。在以上说明中，“螺纹”一词应当解释为既包括突起的棱也包括凹槽。凹槽比较容易制作并也可产生满意效果，特别是当它们由弹性材料制造。值得一提的是在附图中轴承螺纹的大小有些夸张，以便与于识别。实践中它们可以很小以保证活动部件之间的紧密配合。在较小的泵中，磁悬浮轴承150可由相互排斥的两个永磁铁构成，而不用电磁铁154。这可减小功耗和重量。

以下说明根据本发明第三个总的方面的各实施方案的细节。

图21中，制冷系统10有分别由虚线框100，200，300，400所代表的四个功能单元，每个功能单元中有一不同的工作介质，而它们相互间通过热偶合形成一个串级热传输链。系统10中还包括与各方框电连接的控制单元500。

方框100是由一蒸汽压缩回路形成的主制冷机构。它包括压缩机组件110，凝集器120，两者均装在一冷却柱310内，干燥器130，扩张阀140，位于储冷库210内的蒸发器150，以及蓄积器160。除了压缩机组件110和凝集器120外，回路100的其余部件均可用已有商用部件。方框200代表在热绝缘和密封的空间内的一冷冻液循环回路。该回路包括储冷库210，其内存有抗冻液并使上述回路100的蒸发器150淹没在其中。其流体通道的构成包括输出连接220，循环泵230和回流连接240，它回连到储冷库210。方框300是由一冷却剂循环回路构成的冷却机构，它包括一冷却柱310，压缩机320，它连接在柱310的冷却剂出口和方框400内的冷却剂通道330的输入端之间。方框400为一储热库。通道330的输出端经管340和控制阀350连接到柱310的冷却剂输入端。控制单元500分别经由控制线501连接到压缩机组件110，控制线502到抗冻剂循环泵230，控制线503到压缩机320，控制线504到控制阀350，以及信号线505，506，507，和508到传感器511，512，513和514，分别装在储热库400，封闭空间200，储冷库210和冷却柱310内。

总地来讲，在串级系统10中热量是从其右手侧，即方框200侧传向其左手侧，即方框400，并在此扩散到环境空气中去。本发明的基本概念是使主制冷机构100两侧的热交换均得到改善，它既包括热接收侧，即吸收热量的蒸发器150，也包括热排斥侧，即排出热量的组件110和凝集器120。运行时，蒸发器150将冷能(即负热能)直接传输给储冷库210内的抗冻液，然后抗冻液在由泵230驱动的强制对流作用下将冷能扩散到空间200的内存物(即当其用作冷冻箱时)或在其用于空调机时扩散到气流中去。因为所用液体的主要成分为水，与空气相比其导热性要好得多并有更高的比热，这一安排工作起来要比用蒸发器通过热传导和自然对流直接冷却空气要好得多。另一方面，由压缩机组件110产生的热量被直接传输给冷却柱310内的冷却剂，这再次提供了比将热量直接排放到环境空气中更有效的热传输方式。由于回路100所释放的热量被用于在回路300中造成冷却剂溶液的循环，而该溶液具有可挥发成分和/或吸热盐成分，这样冷却回路300可通过蒸发潜热的形式将压缩机组件110产生的热量带走，这比用显热的方式将热量带走更有效，并且它还可引起盐的吸热溶解使凝集器120内的制冷剂冷却，因此使整个热交换进一步改进。

由于上述有益作用是通过利用按常规方式排放到环境中去的废热来产生，这使整个能量消耗降低。

任何超额热量将暂时存在储热库400中，利用其作为热缓冲器以确保系统在正常运行时各部分均不会过热。由于有了这一热缓冲器，虽然压缩机组件是间断性工作，系统作为一个整体可持续地释放热量。由于冷和热两侧的效率均得到改善使其不再需要很大的热交换面积，回路100的实际尺寸可显著的减小，这使每一压缩循环中制冷剂实际流过的循环路程的长度大大减小。这意味着整个流动阻力被减小，因此，进一步改善效率并降低成本。最后，由于回路的尺寸被减小为最小，回路内所需制冷剂总量也减小，这样，当系统中使用对环境无害但有毒或可燃性制冷剂时，如氨或内烷时，减小制冷剂总量使其易于达到安全要求。以上对本发明的基本概念所作说明参照了一个蒸汽压缩式主制冷机构。然而，同样的原理也可用于其它制冷机构，如吸收式，热电式(利用怕尔帖效应)或磁性制冷(利用热磁效应)。压缩式制冷为优选方案，因为它是迄今为止能量效率最高并且在现存系统中应用最广泛的方式。

在以下说明中，方框200的细节将参照图22A到22C予以说明，储热库400参照图23A到23C，冷却柱310参照图24A到24C，除霜安排600参照图25A到25B，控制方法在流程图26中展示。

图22A是沿图22B所示平面A-A所取的截面图，图22B是沿图22A中平面B-B所取的截面图，而图22C是沿图22B的平面C-C所取的截面图。图22A中，冻箱200有一绝热箱体201，绝热门202和用于支撑物品的多个格架203。为了易于展示，冷却柱310被示为附在箱体201的背后，实际上它可以装在箱体201的隔热墙内，如图22B所示，储热库(热库)400是在冻箱200的顶上，但它也可在其它位置。例如，在一较大的系统中，更实际的方法是将热库装在室外以达到最大能量效率。柱310通过压缩机320连接到库400内的冷却剂回路330，该回路再经管道340和一个溶液收集器341连接到柱310的底部。收集器341的位置使其能够维持柱310内的适当液平面，如下文详述。压缩机320安排为与热库400热联接，这样它在运行时产生的热量由库400内的储热物质所吸收。控制单元500装在冻箱200的前表面顶部。

在冻箱200内，储冷库(冷库)210装在其内空间的顶壁上，该冷库210有一导热材料制成的底壁211，其上装有蒸发器150这样它们形成一整体化的冷发生部件。冷库210内装有冷冻剂212，将蒸发器150淹没。冷冻剂212可以是商业销售的防冻剂溶液。通过控制该溶液的浓度可以保证冷冻剂的凝集点要比冻箱内应维持的温度要低几度。这样就可以通过将冻箱内的温度有意地降低至其凝集点以下使冷冻剂用作储冷材料。值得一提的是，一旦开始形成冰结晶，剩余的冷冻剂液体将有更高的抗冻化合物成分因此其冰点更低。也就是说，冷冻液不像纯水那样有一单独的冰点，与之相反它是在一个温度范围内凝集。最终该溶液将冻结为一冰糊并在其内储存潜冷能。这一冷能在冰糊溶化时释放出来。冷库210上部有一顶空间以容纳冰糊冻结时的体积膨胀。为了下文所述的控制目的，液体的温度由箱210内的热传感器513监测，而冻箱200内的空气温度由传感器512监测。在冷库210下装有一深冻/除霜系统600。

图22B和22C中，在包括门202的内表面在内的四个侧壁上均形成了循环通道220，将冷库210连接到箱体201的底壁上形成的收集室221。门内表面上形成的通道220是由软管225(图22B中示出其中一根)连通，这样门的移动不会影响冷冻液的循环。一小型循环泵230与收集室221相连并将其内的液体经管道240返回冷库210。泵230和管240埋在箱体201的隔热层中。图22B中还示出两个纵向的拐角通道633，它们构成空气循环通道。箱体201和门202可由模压塑料材料制成，最好用充气塑料以提供良好的强度和隔热

性能。通过形成多个内棱204可增加强度并且还为发泡隔热材料提供良好的附着部位。泵230可以是任何常规类型，但优选方案为以上对本发明的第二个总的方面所述的小型无阻塞轴流泵。

如图22C所示，通道220是由一平板上形成的通道部件223所限定，它也是由模压塑料材料制成，并覆盖有一柔性膜222，它最好是有至少一层金属箔层的叠层材料。通道的中央形成了一个中央支持件224以增强柔性膜对通道底部的附着力。部件223和224对通道220内的液体重量提供了主要的支撑力，它使柔性膜222所承受的应力减小。以这一方式，徊形通道220形成了一层抗冻液221使冻箱200的整个内表面均得到覆盖。在一大型系统中，格架203上也可形成这种通道，以进一步增加热交换面积的总和。通过使用极薄并导热的柔性膜222，通道220的液体212与冻箱200的内空间之间形成了一个良好的热交换表面。另一方面，膜222的柔韧性能使其很适合于在如上所述的储冷方式时应付液体冻结时的膨胀。由于叠层膜222有塑料表层，它能保护其金属箔层不受防冻剂的潜在腐蚀作用。这类薄膜已用于例如食品，和饮料包装，它们可以通过黏合剂或热粘结容易地固定到支撑部件223和224上，无论是否使用其它固定装置，由以上说明可看出，除了冷库210，蒸发器150和除霜系统600之外，整个箱体201和门202均可由模压塑料制成，因此具有更好的隔热性能和更低的制造成本。它还使整个箱体在其工作寿命之后更易于再生使用。

图23A和23B为俯视图，示出图22A的热库400的两个实施方案。这两个方案的区别是图23A示出一S形蒸汽通道330而图23B为一盘旋通道。图23C为沿图23A中平面C-C所取的截面图。如图23A到23C所示，热库400有一基本上扁平的外壳，它由两个壳身部件401构成，两者在机构上可完全相同。每一部件401有多个外棱402和内部分隔墙403，它们将库400的内部分隔为多个室(如图23A所示)或是一个中央室401’和一外盘旋室，如图23B所示。使用时中央室401’提供一热区，可方便地用于将从冻箱中取出的冷冻产品解冻。冷却剂回路330由两片柔性导热膜332构成，它们可以是类似于图22C中所示膜222。两片膜332被夹在两外壳部件401之间并由一支持部件331所分开，该支撑部件可以是一根带孔的管道或是一螺旋线圈。支撑部件331的作用是使两片膜332分开以防止低压时通道330被封闭，如下文所详述。外壳401的内表面上形成了多个内棱404，以此增加其强度并在膜332受其内压而膨胀时对其提供支撑，如图23C中的虚线所示。每个室中充有相变储热物质410，用于通过膜332而接收热量并以显热以及当温度升至其熔点时以溶解潜热的方式存储该热量。

库400的热存储容量应足够大以能应付热天的需要。为了增加库400的存储容量和热交换效率，最好在不同室内使用不同的储热材料，这样通道330的蒸汽入口端的室内材料的相变温度(熔点)可高于通道下游端的材料。在这样的安排中，沿通道330可形成一温度梯度，使每个室均可在一定温度范围内从蒸汽流中吸收热量，使热量沿通道330的整个长度均匀分布。为了控制目的，温度是由掩埋在储热材料中的传感器511监测。输入端的相变温度可设为75℃左右，它低于柱310的蒸汽温度，而输出端可设为30℃左右，它应高于实际可遇到的环境高温，以保证夏季高温时储热材料不会从环境空气中吸收热量。通过选择不同的储热材料，可很容易地调整这些温度值以满足不同气候条件的需求。为了这一目的，很多材料可用在热库400中，它们可以是水合无机盐以及它们的共晶混合物或可逆盐对，适当的例子包括：六水合氯化钙(熔点29℃)；十水合硫酸钙(熔点32℃)；四水合溴化钙(熔点33.8℃)；六水合溴化钙(熔点34.3℃)；六水合硝酸锌(熔点35℃)；十水合碳酸钠(熔点35℃)；十二水合磷酸氢二钠(熔点35.5℃)；五水合硫代硫酸钙(熔点50℃)；三水合乙酸钠(熔点58℃)；和八水合氢氧化钡(熔点75℃)。

当库400为低温时，即所有储热材料均为凝固状态时，储热材料410上方形成图23C所示的真空区420，这是用于应付通道330的膨胀，如虚线332’所示。通道330上下两方的空间有流体连通以允许材料410溶化时可在每一室内流动。这时通道330内为低气压使热库准备好接收来自柱310的蒸汽输出。蒸汽进入通道330后便凝结在膜332的内表面并将热量主要以溶解热的形式传递给储热材料410，并最终通过导热外壳401及其内脊403和404和外棱402以自然对流方式将热量释放到环境空气中。外壳可由金属材料制作，但为降低成本，也可由塑料模压制成外壳401然后覆以导热涂层或金属膜以增加其导热性能。内脊和外棱相互交叉的构型保证外壳有足够的机械强度以承受内压的变化，同时起散热翼片的作用。外壳壁可相对较簿以增加导热性能。使用塑料材料的优点还包括可防止储热物质410的腐蚀作用。同样，主要的考虑是提供高效、低成本和可再生利用的结构。

图24A是冷却柱310的一个实施方案的截面图，其内的压缩机组件310仅示出外形，不是截面图。图24C是另一实施方案的局部图。图24B是沿图24C中平面B-B所取的截面图。图24A中，冷却柱有一管形外壳310。外壳310的上端是与压缩机320相连的一蒸汽输出口，下端是通过控制阀350与收集器341连接的冷却剂输入口。外壳310内安排有压缩机组件110，其上端与覆盖有隔热层109的抽气管108连接，该抽气管连至蓄积器160，而其下端则与凝集器120连接。该凝集器由一金属螺旋盘管构成并连至干燥器130，如图21所示。在蓄积器160和管108之间可附加一压缩机对制冷剂预加压，使其在进入外壳310之前温度和压力均升高。

压缩机组件110包括一系列的压缩机110A、110B和110C以及用于容纳加压制冷剂的室111A、111B和111C。它们形成一多极系列使制冷剂在其中逐步被加压。压缩机110A到110C最好为以上结合本发明第一个总的方面所说明的自由活塞式压缩机。压缩机110A与室111A连接，后者再连至下一级压缩机110B并依此类推。它们的外表面可由同一个导热材料制成的圆筒部件构成，以达到良好的热交换。每个室111A至111C中可形成内部翼片，如图24B所示，以进一步增进热交换效率和机械强度，这样圆柱部件的壁可相对较薄。压缩机的数目可以改变以满足不同制冷剂或不同应用的要求。这就是说，整个安排对满足不同要求有高度灵活性。

组件110从上至下依次装有以下部件：端盖115、环圈114、环绕室111A的内热交换部件117、从压缩机110B向下伸展到室111C的螺旋翼片116、其下连接到凝集器120。传感器514装在靠近翼片116上端处。如图24B所示，四个热电部件112沿圆周装在内热交换部件117的外圆周表面与外热交换部件113的内圆周表面之间。内热交换部件有向内伸展的翼片以形成与室111A的热接触，而外热交换部件有沿径向外展的翼片。它们的功能将在以下说明。管型外壳310内靠上端处有一蒸汽分离器311，它是一块有空隙或通孔的板，可允许蒸汽通过但不许蒸汽携带的液滴通过。热交换部件113的下方有一导流部件312，它有一管状部分316，其上端有领圈313和在管状部分316外表面上形成的多个平行排列的螺旋翼片315。外壳310的底端装有喷嘴352，其内有一单向阀351使冷却剂可流出但不能返回。颗粒分离器353盖在喷嘴352上，其作用是作为一过滤器允许从喷嘴流出的液体通过但不允许固体颗粒进入喷嘴。

所用冷却剂最好是由氨的水溶液(氨水)溶解一种或多种吸热盐构成。可适用的盐包括：硝酸铵、硫氰酸钾、氯铵、硝酸钾、尿素、等等，以及它们的混合物。氨水的浓度为在常温时低于其饱和浓度，即在浓度范围20-35wt％，其确切值可根据当地气候决定。硝酸铵与尿素的混合盐为优选方案，因为它们的价格很低(两者均为普通化肥)。混合液中还可加入二氧化炭以增加其可挥发成分。

从运行角度看，柱形外壳310的内空间分为以下功能区。首先，其顶部形成一蒸汽室301，其内氨和水的混合蒸汽可上升到蒸汽出口，蒸汽室301的下方是沸腾区302，由热电部件112和外热交换部件113构成。沸腾区302之下的空间由导流部件312分隔成外部析出区303，它是外壳310与导流部件上管状部分316之间的环形空间，和内部蒸发区304，它是管状部分316的内表面与压缩机组件110的外表面之间的环形空间，并且该区向上延伸到帽115。导流部件312的下方为盐室305，其底部连接冷却剂输入喷嘴352。

以下参照附图23A至23C、24A和24B说明回路300的运行。压缩机组件110开始工作时，它从抽气管108将气化制冷剂吸入并通过压缩机110A至110C以及室111A至111C的系列将制冷剂逐步压缩。在这一过程中，由于气压增加组件110和凝集器120的温度开始上升。与此同时阀门350打开允许收集器内的氨水通过喷嘴353进入盐室305并形成向上液流直至液面达到沸腾区302的下部。由于供应溶液的收集器341的相对纵向位置，液面稳定在沸腾区302内。

在这一过程中室305内一定量的盐颗粒被氨水溶解并产生吸热作用使盐室温度降为0℃左右，因此室305内的部分凝集器盘管120受到冷却使其内的制冷剂有效地凝集为液体，尽管盘管的总长度很短。

盐室305内形成的饱和盐溶液向上流入由导流部件312的内表面限定的内蒸发区304。一旦这一向上液流与凝集器120的上游部份以及压缩机组件110相接触，由于如上所述这些部件温度较高，该饱和溶液的温度也开始升高。其效果是：一方面氨在溶液中的溶解度下降，使氨气开始蒸发(如内蒸发区304中小圆圈所示)，而另一方面，它使盐的溶解度升高而饱和度降低使它仍溶解在液体之中，尽管氨挥发后盐的相对浓度提高。由于螺旋热交换翼片116的存在，内蒸发区304中的冷却溶液的向上液流与压缩机组件110有极为良好的热接触，并使后者得到冷却。从组件110传输给区304中的冷却液流的热量造成沿着流体路径的温度增加，因而使更多的氨蒸发，形成一强气泡流。最后这一气泡流通过内热交换部件117与室111A之间的空隙，并由帽115向下导入沸腾区302。这一气泡流的温度由传感器514持续监测，这样图21中的控制单元可通过控制阀350调整流速，并调整通过热电部件112的电流以保持组件110的温度稳定，以此来补偿负载的变化。

气泡流中的蒸汽直接升入蒸汽室301，如图中小圆圈所示，而从端盖115流出的气泡流中的液体部分进入沸腾区302。沸腾区302内的外热交换部件113与热电部件112的热端保持热连接，以接受由它们的怕尔帖效应而从室111A经内热交换器117传递的热量，如图24B所示。作出这一安排是为了维持外热交换部件113升温到冷却溶液的沸点，同时这也是整个柱310内的最高温度，这样沸腾区内相当数量的水分被蒸发。由于区302内的高温，溶液中盐分的溶解度进一步提高以此在部分水蒸发后形成很高盐浓度的溶液。这一浓溶液比在其下方的外析出区303内的溶液比重高，这使它通过导流部件312的领圈部分313上形成的通孔314而下沉。高浓溶液进入区303后，它由翼315的引导向下流动并同时通过薄壁316将热量传给内区304中的液体。随着该溶液在下流过程中逐步被冷却其盐分的溶解亦下降并开始形成盐晶体颗粒，如区203中小加号所示。这些颗粒首先降落到翼315的斜坡表面上然后下滑进入盐室305并在新一次盐循环周期中由流入的氨水再次溶解。

由以上说明可见，在单元500基于传感器514的检测值所作出的控制下，在内蒸发区304，沸腾区302，外析出区303和盐室305之间进行着一个动态循环。因此可在约为0℃的盐室305和约为100℃的沸腾区302之间形成一个稳定的沿柱310轴向的温度梯度。这是由于区304中的螺旋翼片116以及区303中螺旋凸缘315的缓流作用，它防止了每个区内由涡流造成的液体混合。导流部件312由模压塑料制成以形成凸缘315，它与筒壁316相比相对较厚，而壁可由导热材料制成，例如可环绕一金属管316模压形成凸缘315。这样可促进外区304和303之间沿径向的热交换而降低每一区内沿轴向的热交换。柱外壳310由塑料制成并有一热反射的内表面，所以它提供良好的热绝缘以帮助维持其轴向的热梯度。由于以下两个相互支持的因素，减少了运行中的能量损耗，使系统的效率显著改善。首先，整个压缩序列受冷却剂流的冷却使压缩机损失减小同时在制冷剂进入凝集器120之前从中带走相当的热量。第二，盐室内的冷却作用使凝集器中制冷剂的凝集压降低，因此减少了系统中的凝集损失和节流阀损失。凝集压下降还使利用对环境无害的制冷剂变得实际可行，例如使用二氧化碳或无水氨，它们本来只能在高得多的气压下凝集。

在柱310的顶端，蒸汽室301内氨和水的混合蒸汽在压缩机320的抽吸作用下形成一向上气流，该压缩机可与组件10中的压缩机为同一类型。压缩机320与热电部件112之间形成了一个互补的关系，它们通过在室301内维持一低气压而促使水蒸发，它还降低了沸腾区302内盐溶液的沸点使部件112的效率改善，反之部件112也改善了压缩机的效率。

参见图23C，当混合蒸汽进入通道330时，其中的水分首先在柔性膜332上凝集并将热量释放给储热材料410。然后凝集水将吸收氨蒸汽以形成氨水。这一过程缓解了通道330内的气压增加使后来的蒸汽可继续进入。通过使用柔性膜332，通道330可在蒸汽压作用下膨胀并增加其总的热交换面积，并由此增加水的凝结和氨的吸收。氨的吸收是一放热过程，其释放出的热量传递给储热物质410。最后，通道330中形成的氨水经连接管340流入收集器341以进行下一周期的溶液循环。为了促进回流，热库400向通道330的输出端倾斜使回流主要是靠重力完成。然而实际的流速是由阀门350在单元500的控制下来决定。

当冻箱内的温度低于一预定值使压缩机组件停止工作时，阀门350被关闭而停止氨水溶剂的流入。同时压缩机320被切换到一低功率运行状态而容许混合蒸汽流出，这样柱310中的冷却液由于进一步的蒸发而逐渐冷却。这还使更多的盐分析出并下沉到盐室305。与此类似，热库400通过将储存的热量散发到环境空气中而冷却，使通道330内的蒸汽凝结和溶解并在通道内产生低气压。由于压缩机320在持续运行，这时它的作用更类似于一个活性单向阀并且耗能很低，它在蒸汽室301内造成一低气压，进而造成更多的水分蒸发，因此使柱内部进一步冷却，尽管柱壳310本身提供了良好的热绝缘并防止通过其外壁散热。单向阀351和控制阀350有助于防止盐粒进入管道340。在这一最终状态下，绝大部分的盐均以固体颗粒的形式聚集在盐室305内而大部分溶剂，即氨水，聚集在通道330和收集器341内。由于库400和收集器341的温度将最终接近于环境温度(室温)，它们收集的氨水将低于饱和浓度，即形成一个弱溶液以便于在下一个阶段吸收氨蒸汽。当压缩机组件110按间断式并且是以相对较短的工作期而较长的闲置期的方式工作时，以上方式将非常有利。因为氨主要是在工作期内蒸发而水分则在全部时间内蒸发。

图24C示出冷却柱310的第二实施方案，这一方案与图24A的区别在于阀门件115’，支持件118和弹簧119所形成的阀门组件以及装在导流件312的领圈部分313之下并覆盖通孔314的阀门瓣319取代了图24A中的帽115。运行时，阀门件115’由弹簧119加压使内蒸发区304封闭，与此同时阀门瓣319将通孔314封闭。换一方式，部件115’也可由磁力吸引，有无弹簧119均可。这就是说，沸腾区302和蒸汽室301均与内外两区304和303分隔，这容许压缩机320的作用形成一低气压。这一低气压与沸腾区内热交换部件113的高温共同作用促使水分蒸发以使适当比例的水蒸汽与氨气一同进入热库400并形成氨水。在这一时期内，内蒸发区304内形成一高气压，它与蒸汽室301年的低气压共同作用下将最终克服阀门件115’偏压力并使其开放。一旦阀门开放，气泡流将冲入沸腾区，同时瓣阀门319也打开使沸腾区内的高浓度溶液进入下方的外析出区303。这一方式形成了间断性的局部冷却剂循环，它可使该过程中形成的水和氨蒸汽的分量平衡。为了控制的目的，单元500利用传感器514提供的平均温度值来平衡这一间断性运行。由于不同蒸汽成分蒸发量的平衡，该方案可用于持续性运行或相对较短闲置期间的间断运行。

图24C中还示出组件110下端的第二个热电安排。它的构成包括内热交换部件117’，热电部件112’和外热交换部件113’。它们的工作方式与上述部件112，113和117相同，但方向相反，即部件113’为这一安排中的冷端，它使外区303中的溶液冷却以促使更多的盐分析出。如上所述，它也是用于维持柱310内的温度梯度。

图25A示出除霜系统600的细节，它包括装在冷库210底面的热电部件610和装在其下方的热交换部件620。部件610由一组帕尔帖元件(Peltier Elements)构成并由一隔热部件所环绕，以此将部件620与冷库210分隔开并吸收两者间的热应力。冷库210之下由一活页部件631和分隔板632形成一空间630，该活页部件还用作收集碎冰的部件。如图22B中亦示出，两个角通道633向下方伸延。两个小风扇640分别装在每一后角落内用于从部件620的前缘吸入空气，然后驱动空气进入冻箱的内空间。图25B示出部件620有一底座621与热电元件610的底面直接接触，还有多个向下伸展的翼片622，将底座621与合叶631之间的空间分隔为多个平行通道。基座上形成了多个凹室623，每个室对应一个热电元件。一个测冰系统的构成包括装在热交换部件620一侧的发光二极管(LED)661和装在其对侧的光检测器662。翼片622上形成了一系列小孔663允许LED620的光束通过并被检测器接收。

除霜系统600可按两种不同方式工作，第一为深冻方式、第二为除霜/集冰方式。

当系统600以第一方式工作时，供给热电元件组610的电流为第一方向，这时每一元件601的上表面温度升高并将热量传给蒸发器150，而其底面温度下降使部件620降到低于蒸发器和冷库210内防冻剂的温度。这就是说，热交换部件620成为冻箱200内最冷的部件，它可低于-30℃，即低于用氨做制冷剂时的工作温度范围。同时风扇640使空气流过翼片622限定的通道并在其内脱水，空气中的水分变为冰霜。然后干燥的冷空气由风扇640驱动向下进入角通道633并在其底部释放到冻箱200的内空间。由于凹室623的温度低于冻箱内任何其它部位，冰霜聚集在这些室内，使冻箱内其它部位无霜。当收集在室623内的冰霜达到一定量时，光通道663将被阻塞使检测器662检出这一状态，控制单元500将系统切换到除霜运行。

在除霜方式中，系统向热电元件供应一反向大电流，使这些元件的工作方式转换为从冷库吸收热量并将其传输到热交换器620使其温度迅速升高。部件620的温度变化引起凹室623的侧壁发生膨胀并产生热冲击使脆弱的积冰碎裂。这些碎冰落到集冰部件631上并使其下摆，如图中虚线631’所示，以此将碎冰送入装在门202内面的收冰斗650中。部件620上的集冰被清除后，传感器662即可收到LED661发出的光信号使系统运行返回第一方式。

以上除霜运行过程中，热交换部件620所产生的热冲击将积冰实体清除，而产生这一结果所需能量和时间均很小，因为它不同于常规方式并且不需将积冰溶化。另一方面，由于积冰是由纯水构成，除下的碎冰本身也是很有价值的商品并适合于人类消费。在这一意义上，整个运行安排不造成任何浪费。显而易见，这一安排还可用于制冰或速冻目的。为此，单元500可有一控制钮让使用者选择制冰或速冻新鲜食品。这时仅需将一盘水或产品放入冻箱200，最好在底层靠近角通道633的出气口，然后按下控制钮启动系统600的深冻方式。经预定程序后，除霜方式自动启动并可由一光信号显示碎冰已收集在冰斗650中可供使用。

以下结合附图21和26说明根据本发明的制冷系统的控制方法。控制单元500的运行是基于不断地对四个温度值作出的估价。它们包括：t₁，由热库400内的传感器511检测，表明通道330输出端处储热物质的温度；t₂，由冻箱200内的传感器512检测，表明其内部的温度；t₃，由冷库210内的传感器513检测，表明防冻液的温度；和t₄，由蒸发区内的传感器514检测，如上文所述。实践中，每一传感器511至514可由装在相应部件不同部位的一组检测元件构成，并且温度值t₁至t₄可以是每组检测元件的平均值。热库中的温度传感器511可由用于同一控制目的的一个压力传感器所取代，这样可根据通道330中的蒸汽压进行控制。为了便于说明，图21中标出系统各部位一组控制参数的预定参考值，这些值适合于一台标准的四星(****)冻箱，其内部温度应控制在-14℃以下。对应于这一设定值，储冷库210内防冻液的冰点可调为约-20℃，即防冻液在-20℃时开始出现冰结晶，而温度降到-28℃时即可认为它已充分冻结。为了实用目的，例如在英格兰，可将预计最高室温假设为30℃以下，所以将这一值选为热库400内通道330输出端处储热物质的熔点。运行中，只要t₁不超过这一熔点，即可推定热库400仍未达到其全部储热容量。显而易见，所给出的数值仅为示范值，条件变化时应重新调整。

从控制的角度来看，系统可按以下任何一种方式运行：

(a)全容量制冷运行(全冷)

在这种方式中，制冷回路100、冷却回路300、冷冻剂回路200以及热电系统600(以其深冻方式)均以各自的最大容量运行。这是由控制单元500启动压缩机组件110、热电部件112、压缩机320、控制阀350、泵230、热电部件610和风扇640(图25A所示)而实现这一运行方式。

(b)深冷冻运行(深冻)

这种方式所要达到的目的是在冷库210中实现全容量储冷。系统运行与以上方式(a)基本相同，除外泵230不工作以允许防冻液冻结。

(c)经济制冷运行(经济制冷)

这一方式与以上方式(a)的区别是系统600(包括风扇640)不工作以降低能耗。

(d)空气循环运行(气冷)

在这一方式中只有风扇640工作使冻箱200内的空气循环。空气在空间630被储冷库210中冻结的防冻液降温。

(e)除霜运行(除霜)

这种方式时系统600按前述程序切换到除霜方式并在积冰清除后自动返回。这可在全冷(a)或深冻(b)的过程中自动发生。

(f)暂停

在这一方式中控制单元500将系统关闭一个预定的时间，例如十分钟，但压缩机320至少在这一期间的前一部分内作为单通阀维持低功率运行，如前文所述。当冻箱门打开时，这一方式延长到关门时为至。

图26示出控制单元500的控制逻辑图。该单元基于一个有适当外围部件的CPU。图26中，第一步骤S000是每一控制周期的起点。每一周期完成后，例如在步骤S006，程序即返回到起点。一旦程序启动，首先在步骤S001核实冻箱门是否打开。若答案为“是”，程序进入步骤S005并切换为“暂停”。如上所述，这一方式在整个开门期间维持不变而关门时自动终止。单元500可有报警设施以警告使用者开门时间过长或门未关好。一旦门关闭，程序即进入步骤S002从传感器511到514读取温度值t₁、t₂、t₃和t₄。然后在步骤S003核查t1的数值以确定热库400是否充热到其全容量。若答案为“是”，程序进入步骤S005并暂停片刻，允许热库散热。否则的话，它进入步骤S004以确定是否有低价供电。这可以通过核查不同供电终端的电压。在使用非高峰供电时，这一步骤可以是简单地核对控制单元的计时器以判断是否为正确时间。若答案为“是”，系统切换到低价供电并执行步骤S100，在此它核查t₃是否低于-28℃以确定冷箱210是否达到其全容量。若答案为“是”，它进入步骤S005并暂停片刻，例如十分钟。然后经步骤S006返回起点S000。若步骤S100的答案为“否”，即冷库210未完全充足，控制单元执行步骤S101核查t₃的值以确定冷库210内的防冻液是否部分冻结。若答案为“是”，系统在步骤S103开始“深冻”方式，否则的话，它进入步骤S102以确定t₃是否低于-14℃。如果为“是”，说明防冻液仍可循环，系统在步骤S104以“全冷”方式工作。运行开始后，测冰系统在步骤S105核查积冰，若答案为“是”，它在步骤S106启动除霜运行，然后返回。若步骤S102的答案为“否”，它表明防冻液的温度较高，则进入步骤S207“经济制冷”。这将避免系统超载，例如在初始启动时。然后它返回以开始下一控制周期。

如果在步骤S004发现没有低价供电，控制单元500执行步骤S200以确定t2的值是否高于0℃，即冻箱200内部是否温度过高。这可能发生在冻箱刚启用时，或门打开一长时间或刚刚装入大量新鲜物品。若答案为“是”，它进入步骤S102，以后的步骤将与上述相同。若步骤S200的答案为“否”，它在步骤S201核实制冰/速冻按钮是否按下。若答案为“是”，它进入步骤S101根据t3的值决定开始全冷运行还是深冻运行。若步骤S201的答案为“否”，即没有深冻指令，在步骤S204核查t2的值决定内部温度是否可接受，即是否低于-14℃，若答案为“是”，系统在步骤S005切换到“暂停”状态，然后重新启动，否则的话在步骤S205核实t3的值以确定抗冻液是否仍冻结。若答案为“是”，系统在步骤S206开始用风扇640进行空气循环。在这一期间内冻箱内部由冷库210所储能量保持低温。实践中，这一运行将可应付内部温度的短暂变化。例如当迅速打开门后热空气流入所造成的升温。若步骤S205答案为“否”，系统在步骤S207以“经济制冷”方式运行，这是在没有低价供电时的运行方式。一旦在步骤S103，S104，S206或S207开始了某一方式的运行，控制单元并不停止其运行，而是等到以后的控制周期内它发现停止该运行的控制指标已存在时，例如在步骤S001，S003，S100或S204。

通过在不同方式间选择性地切换，系统得以改进效率。例如，若将系统设计为可在午夜后充分利用非高峰期供电，通过将系统在步骤S104切换为全冷方式或在步骤S103为深冻方式，冻箱内可降温到-28℃以下。这时极大量的冷能量不仅可存储在冷库210以及图22A至22C所示通道220内冻结的抗冻液中，它还存在格架203所支撑的物品内。当不再有低价供电之后，所存储的冷能量将能在很长时期内保持制冷机构闲置，因此减小了日间使用“昂贵”供电的数量。在这种情况下，由于冷能是在午夜后至凌晨的

一段时间内存储起来，这时的环境温度最低并且冻箱开门的机会也最小，使整个制冷效率为最高。工业应用

在以上说明中使用了一台冻箱来揭示本发明的构思。显而易见，同一构思也可用于其它应用。

例如可用在冰箱中无论其有无冻室，制冷展品箱或柜，冷冻室，冷冻车辆，舰船或飞机，或空调系统。

使用非高峰供电的构思也可同样用于其它类型的低价供电。如太阳能，风能，潮汐等。在移动式应用中低价供电可为地面供电相对于机载或船载发电机供电。其它类型的供电也可结合使用。例如白天使用太阳能，夜间使用电网的非高峰供电，结合以随时产生的风力供电。在冷却溶液中，若氨气不适用时，例如系统中有铜部件时，也可使用其它可蒸发成分，如甲醇，乙醇和/或二氧化碳。当系统的散热不构成问题时，则不需要储热库；并且在空调或相对较高温度的冰箱中制冰/速冷设施也不需要。在后者的情况下，可用已知的高凝点储冷胶代替抗冻液用于存储0℃以上的冷能，适用于空调系统。

应当注意，根据本发明第二个总目的的各实施方案有以下可获专利的方面。

1.一种轴流泵/船用推进器包括：一空心泵身；装在泵身内并限定一内空间的定子；该内空间中有推进装置的管状转子；在内空间产生旋转磁场的电磁装置；其中该转子由产生旋转和止推承载的悬浮装置所支撑，以此响应于其旋转和/或轴向运动而将其保持在一平衡位置。

2.以上第一方面的装置，其中转子或定子两者之间空隙的至少一个表面上有螺旋装置，用于在转子旋转时形成外缘流。

3.以上任一方面的装置，进一步包括转子每端用于封闭该空隙的密封装置，这样可将一润滑和/或冷却液充入该封闭空隙。

4.以上方面3的装置，进一步包括向该空隙供应该润滑和/或冷却液并使其在恒定压力下循环的装置。

5.以上任何方面的装置，其中定子和转子对应部位上装有高磁阻环形部件以在两者间形成一磁性对位机构。

6.以上任何方面的装置，其中所述承载装置包括磁悬浮安排，它包括：具有两个环形磁极的电磁铁和有匹配磁极的永磁铁，这样可通过电磁铁的电流控制两者间的排斥或吸引力。

7.以上方面6的装置，其中电磁铁和永磁铁的磁极安排为可形成互补的圆柱和/或圆锥表面以提供旋转和/或止推悬浮。

8.以上方面6或7的装置，进一步包括一控制单元和检测装置，用于调整供给悬浮安排的电流以维持转子的轴向位置。

9.以上任何方面的装置，其中该转子一轴向端装有一截流环，当转子移向该端时该环限制周缘流的流动。

10.以上任何方面的装置，其中悬浮轴承包括分流装置以形成两个反向的周缘流，以此保持转子位置的自平衡。

11.以上任何方面的装置，其中该推进装置包括一个或多个柔性螺旋叶片，它们可响应于输入功率或否负载的变化而被压缩。

12.以上方面11的装置，其中该叶片受到弹性偏压而使其轴向扩展。

13.以上任何方面的装置，其中该推进装置包括两个有相反螺旋反向的同轴螺旋装置，以此相互抵销涡流作用而产生高压输出。

14.以上方面13的装置，进一步包括第二组转子，定子和电磁装置，以在相反方向旋转。

15.以上方面13或14的装置，其中所述的两螺旋装置中位于中央的装置由一枢轴承支撑。

16.以上任何方面的装置，其中所述推进装置包括一锥形推进器。

应当注意，根据本发明第三个总目的的各实施方案有以下可获专利的方面。

1.一制冷系统包括：将热量从冷发生部件传递到热排放部件的一个主制冷机构，和与该机构的热排斥部件热联接的回路；其中一种有可蒸发成分的冷却剂在该回路中循环，并且回路中有促使该成分蒸发的装置由此通过蒸发作用改进该主制冷机构的工作效率。

2.以上方面1的系统，其中该回路中有吸热式盐通过其吸热溶解产生冷却效果。

3.以上方面1或2的系统，其中该制冷剂为氨的水溶液或二氧化炭水溶液。

4.以上任何方面的系统，其中该促进装置包括一热电部件，其冷侧与上述热排斥部件接触而其热侧与冷却溶液接触以提供促进该蒸发作用的升温。

5.以上任何方面的系统，其中该促进装置还包括一蒸汽泵。

6.以上任何方面的系统，其中该回路进一步包括：与该热排放部件热偶合的一个热吸收部件和与该热吸收部分有流体连通的热扩散部分；其中该热吸收部分的上部有一冷却剂输出口，下部有一冷却剂输入口，并有与热排放部件热接触的一个中央区；该区有缓流装置用在上下部之间建立稳定的热梯度，这样冷却剂的可蒸发成分可在上部蒸发流入热扩散部分中并在其中凝集。

7.以上方面6与方面2相结合的系统，其中该热吸收部分进一步包括导流装置，它将该中央区分隔为第一和第二部分，第一部分限定与该热排放部件热接触的一个蒸发区，区内该冷却剂成分蒸发，第二部分限定与第一部分流体连通的析出区，这样冷却剂中的上述吸热盐可析出并沉入下部。

8.以上方面7的系统，其中热吸收部分的下部形成一盐室以对该热排放部件产生吸热盐冷却作用。

9.以上任何方面的系统，进一步包括与上述冷发生部件热接触的一个冷冻剂回路，用于改进其热交换效率。

10.一种用于以上任何方面的系统中的气体压缩组件，包括多个串级连接的压缩机，这样可使制冷剂逐级压缩后供给一制冷回路；其中该压缩机构成为与冷却剂回路接触的热排放部件，这样通过循环该冷却剂将它们产生的热量吸收并带走。

11.以上方面10的组件，进一步包括与该压缩机序列下游端连接的凝集装置，它还与上述冷却剂回路热偶合。

12.一种用于制冷系统的储热库，包括一导热外壳，外壳内有导热柔性壁的流体通道，和充入该外壳和通道之间的至少一种储热材料，用于从通过该通道的流体中吸收热量；其中该外壳分隔为有不同储热材料的多个室，并且在通道上游端的室内其储热材料的熔点要高于通道下游端室内的熔点。

13.一种除霜安排包括：一热电部件，它的一个热极与制冷系统的冷发生部件偶合，而另一热极与一热交换部件偶合；和一个控制单元，用于改变向该热电部件供电的方向以逆转其热传输方向，由此而选择性地将该热交换部件从集霜方式变为除霜方式。

14.以上方面13的安排，进一步包括检测该热交换部件上积冰量并将这一情况通知控制单元的装置。

15.以上方面13或14的安排，进一步包括在除霜运行中将所除掉的冰收集起来的装置，它包括一合叶机构将冰送入斗内。

16.具有抗冻剂回路的制冷系统操作方法，包括以下步骤：(a)将一方式控制单元设定为可根据是否有低价电供应而在两个运行方式中做出选择；(b)在没有低电压时以第一方式工作并使抗冻剂冷却到仍可以循环的温度；(c)有低价电时以第二方式工作并将抗冻剂冻结以在其中储存冷能量。

17.以上方面16的方法，进一步包括步骤：(d)在上述第二方式工作时在被制冷空间内造成空气循环；或(e)在与热电部件联接的热交换部件上造成冰霜的蓄积；(f)通过反转该热电部件的工作而除霜。

Claims (17)

1.一种线性电机(10；100；200；300；500)，其特征在于包括：两个相对的磁驱动部件(30；130；230；530)；位于该驱动部件之间的一个往复部件(50；150；250；560；600)；和为该驱动和/或往复部件供能的装置；其中每一驱动部件有第一极性的外磁极(34；134)和位于外磁极内第二极性的同轴内磁极(36；136)，而该往复部件有互补磁极，这样当供能时，两驱动部件将在往复部件上产生一对推-拉式合力使其线性运动。

2.一种线性电机压缩机(10；100；200；300；500)，其特征在于包括：一圆筒(20；120；210；510)，其两端装有相对的两个磁驱动部件(30；130；230；530)并在其间限定一内空间；该内空间中两驱动部件之间有一往复部件形成一活塞(50；150；250；560；600)；形成进与出该内空间的单向流体通道的阀门装置(61，63，65；161，165)；以及为该驱动和/或往复部件供能的装置；其中每一驱动部件有第一极性的外磁极(34；134)和位于外磁极内第二极性的同轴内磁极(36；136)，而该往复部件有互补磁极，这样当供能时，两驱动部件将在往复部件上产生一对推-拉式合力使其线性运动。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述驱动部件为电磁铁而往复部件带有永磁铁。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述往复部件的磁极由电磁铁形式。

5.根据以上任一权利要求所述的装置，其中所述驱动和往复部件的磁极为环形并有相互匹配并大体为锥形的极面。

6.根据以上任一权利要求所述的装置，其中所述往复部件带有两个相互磁绝缘的磁铁，每个磁铁形成与驱动部件相对的内外磁极。

7.根据权利要求1到5中任何一项所述的装置，其中所述往复部件有一磁铁带有沿径向的磁极和内外磁极件以提供与驱动部件相对的极面。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述磁铁受到相对于内和/或外磁极件的偏压力。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其中所述往复部件有用于调整到上述驱动部件磁通量的可移动磁分流机构。

10.根据权利要求9所述的装置，进一步包括装在该分流机构每一轴向端和/或上述外磁极件上的次极永磁铁。

11.根据以上任一权利要求所述的装置，其中所述往复和驱动部件受缓冲装置保护，它包括：流体缓冲、弹性缓冲和/或磁缓冲装置。

12.根据以上权利要求9到11中任一项所述的装置，其中所述的偏压装置、分流机构、和/或缓冲装置适用于平衡所述往复部件的轴向运动。

13.根据以上任一权利要求所述的装置，进一步包括带有活动部件的磁偶合装置，用于选择性地调整每一驱动部件的磁通量。

14.根据以上任一权利要求所述的装置，进一步包括检测往复部件位置的装置以及根据此而调整电流的装置。

15.根据以上任一权利要求所述的装置，进一步包括至少一个驱动部件的可移动支撑装置，以及响应于该往复部件上的负载的位置偏压装置。

16.根据以上任一权利要求所述的装置，进一步包括用于循环润滑剂的毛细装置。

17.根据以上权利要求2到16中任一项所述的装置，其中该活塞有流体通道或磁装置使其在往复运动中产生旋转。

Images