CN1423054A - 流体压缩设备 - Google Patents

Abstract

一种流体压缩设备,其包括:缸体；至少一个流体吸入口；至少一对长槽形的流体排放口；在缸体的缸膛中往复运动的活塞；用于有选择地打开和关闭缸体流体排放口的排放阀组件；和缸盖,其通过与缸体相连而形成与缸体的流体排放口相通的排放室,并具有排放室的流体排出通道。其中当活塞在缸体的缸膛中往复运动使流体吸入口被有选择地打开时,流体被吸入,当缸膛中的流体压力达到了预定的值,流体排放口被阀门活塞的运动打开,流体通过流体排放口排出,因此提高了压缩机的效率。由于不需要独立的吸入阀,压缩机的结构得到简化。而且,由于在传统缸膛中存在的余隙容积被消除或者减小,压缩液体可以完全排出。

Description

流体压缩设备

技术领域

本发明总的来说涉及一种压缩设备，特别涉及一种利用活塞的往复直线运动对流体进行压缩、泵吸和排放的设备。

背景技术

一种用于流体压缩的传统设备的典型实例示于图1和图2中。

图1和图2为横截面示意图，其中示出了用于流体压缩的传统设备的结构和运转。图中标号10表示缸体，20表示活塞，30表示阀片，40表示缸盖。

如图1和图2所示，缸体10具有缸膛11，缸膛11具有预定的直径，并沿纵向穿过缸体。活塞20安装在缸体10的缸膛11内，可以在其中往复运动。

阀片30靠近缸体10安装。阀片30具有设置在其中的流体吸入口31和流体排放口32。另外，阀片30上设置有吸入阀33(在图2中的虚影处显示得最为清楚)和排放阀34(在图1中显示得最为清楚)，分别用于打开和关闭流体吸入口31和流体排放口32。

此外，缸盖40安装在缸体10设置阀片30的一侧，并在上面设置有流体吸入室41和流体排放室42。流体吸入室41和流体排放室42分别与阀片30的流体吸入口31和流体排放口32相连。而且，分别与流体吸入室41和流体排放室42相通的流体吸入歧管43和流体排出歧管44与缸盖40相连。

在具有上述结构的传统流体压缩设备中，活塞20接收到来自活塞驱动源(图中未示出)的能量，在缸膛11中往复运动，从而吸入、压缩并排出流体。活塞20是在缸体10的缸膛11中运动。

更明确地讲，当活塞20从缸膛11的顶部死点T向缸膛11的底部死点B(图2)移动时，如图2所示，由于缸膛11内部与流体吸入室41内部的压力存在差别，吸入阀33打开阀片30的流体吸入口31。因此，流体通过流体吸入歧管43、缸盖40的流体吸入室41和阀片30的流体吸入口31被吸入缸体10的缸膛11内部。缸盖40流体排放室42中的压力高于缸膛11中的压力，因此排放阀34保持在关闭位置(如图2所示)，由此将流体排放口32封闭。

另一方面，当活塞20从缸膛11的底部死点B(图2)向缸膛11的顶部死点T(图1)移动时，在活塞下冲程的过程中吸入缸膛11的流体被逐渐压缩。最后，如图1所示，当活塞20到达顶部死点T时，缸膛11中的压力变得高于缸盖40流体排放室42中的压力，因而排放阀34打开阀片30的流体排放口32。因此，压缩流体通过阀片30的流体排放口32排入缸盖40的流体排放室42内，并通过流体排出歧管44排出。此时，缸盖40流体吸入室41中的压力低于缸膛11中的压力，因此吸入阀33保持在关闭位置(如图1所示)，由此将流体排放口32封闭。

此外，当活塞20再次向底部死点B移动时，流体吸入口31通过吸入阀33打开，流体排放口32通过排放阀34关闭，因而导致流体被从流体吸入室41吸入。此后，当活塞20再次向缸膛11的顶部死点T移动时，吸入的流体在连续的运转周期中被反复压缩并排出。

但是，在上述的传统流体压缩设备中，通过活塞20压缩的流体没有被全部排出。压缩流体的一部分遗留在阀片30的流体排放口32中。因此，当流体被吸入时，换言之，当活塞20从顶部死点T向底部死点B移动时，具有很高压力的遗留流体在活塞20的下冲程移动中会再次膨胀。由于高压流体的再次膨胀，在流体吸入程序的开始阶段，换言之，当活塞20向底部死点B移动时，缸膛11的压力低于缸盖40的流体排放室42，但是其压力高于流体吸入室41的压力。因此，当活塞20开始其下冲程，向底部死点B移动时，吸入并不是立即发生。然而，在缸膛11的压力变得低于流体吸入室41的压力之后，当活塞20完全移动至底部死点B时，吸入阀33打开，新的流体被吸入。因此，在传统的流体压缩设备中，由于遗留在流体排放口32中的高压流体在每个冲程周期中会产生缸膛11的余隙容积，因此吸入至缸膛11中的流体量减少，并导致效率低下。

而且，由于传统的流体压缩设备必须使用具有复杂结构的吸入阀33和排放阀34来打开流体吸入口31和流体排放口32，装配压缩机设备很复杂。此外，对此没有好的制造方法，并且该结构导致制造成本升高。

发明内容

本发明的目的是提供一种流体压缩设备，该设备能够使压缩流体完全排出，由此除去传统缸膛中存在的余隙容积，从而增加效率。

本发明的另一目的是提供一种流体压缩设备，通过提供能够不使用单独的吸入阀装置就能打开或关闭流体吸入口的活塞，并提供具有简单结构的排放阀组件，该装置能够减小制造成本并提高装配的简易性和生产率。

上述目的的实现是通过提供一种流体压缩设备，其包括：缸体，该缸体具有沿纵向穿过缸体并具有预定直径的缸膛；至少一个流体吸入口，其在横向方向上穿过缸膛；至少一对长槽形的流体排放口，它们制成在缸膛端部的两侧并具有一个开口；活塞，在缸体的缸膛中往复运动；排放阀组件，其可移动地安装在缸膛上，以便有选择地打开和关闭缸体的流体排放口，排放阀组件包括阀门活塞，阀门活塞具有凸缘，用于限制排放阀组件的运动；和缸盖，其用于通过与缸体相连形成与缸体的流体排放口相通的排放室，缸盖具有排放室的流体排出通道。

根据上述流体压缩设备，当流体吸入口通过活塞在缸体的缸膛中的往复运动被有选择地打开和关闭时，流体被吸入。另外，当阀门活塞受到缸膛中增加的流体压力的推动时，阀门活塞将流体排放口打开，流体通过流体排放口排出。因此，由于具有复杂结构的传统吸入阀被去掉，并且排放阀的结构变得更简单，因此流体压缩设备的装配和生产率得到改善。而且，生产成本也将显著降低。另外，因为缸膛中的高压压缩流体通过排放口完全排出，由于缸膛中的遗留流体而产生的余隙容积被消除，因而压缩效率将得到提高。

根据本发明的优选实施例，在流体压缩设备中，活塞顶部死点的位置设置在略微超过缸膛端部的位置上，因此，由于活塞和阀门活塞在顶部死点彼此接触，缸膛中的流体被完全排出。

另外，流体吸入口紧接地设置在底部死点的前面，即活塞的最大回缩位置上，因此，由于当活塞到达底部死点时流体吸入口被突然打开，流体被缸膛中产生的真空迅速吸入。

排放阀组件最好包括：在缸膛中运动的阀门活塞，阀门活塞具有凸缘，用于通过与缸膛的端壁接触限制阀门活塞的运动，凸缘具有大致形成在其中心位置上的第一凸起；支撑板，设置在缸盖中并与阀门活塞相距预定的距离，支撑板中具有形成在其中并与第一凸起相对应的第二凸起，和以第二凸起为中心放射状制成的多个流体通道；弹性件，其设置在阀门活塞和支撑板之间，弹性件用于弹性地支撑阀门活塞沿阀门活塞关闭流体排放口的方向移动。

另外，缸体可以制成圆形外观或者正方形外观。

流体吸入口可以设置在缸体的相对两侧上，或者两个以上的流体吸入口以预定的间隔在延伸在整个缸体上设置。

流体吸入口可以制成锥形，或者制成两层口，其中一个口具有较大的直径，而第二个口具有较小的直径，或者使用由这两种类型的口混合而成的口。

而且，通过切除缸体至少一侧的一部分，能够将流体吸入口制作得具有更大的吸入区域。在这种情况下，由于流体吸入口的面积变大，流体可以被更高效地吸入缸膛。

附图说明

结合附图，本发明的上述及其他目的和特性和可以通过下面对优选实施例的详细描述得到更好的理解，其中：

图1和图2为显示了传统流体压缩设备的结构和运转的剖面示意图；

图3为根据本发明第一优选实施例的流体压缩设备的剖开的拆分透视图；

图4至图6为剖面图，说明了图3所示的根据本发明第一优选实施例的流体压缩设备的结构和运转；

图7A至图7G显示了根据本发明的流体压缩设备的缸体和流体吸入口的其他优选实施例；

图8为透视图，显示了根据本发明的流体压缩设备的缸体和流体吸入口的另一个优选实施例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

图3为剖开分解透视图，显示了根据本发明的第一优选实施例的流体压缩设备。图4至图6为剖面图，说明了图3所示的根据本发明第一优选实施例的流体压缩设备的结果和运转。

如图3至图6所示，根据本发明的流体压缩设备包括缸体100、活塞200、排放阀组件300和缸盖400。

缸体100包含缸膛110，缸膛110具有预定的直径，并沿纵向穿过缸体100，相对于缸膛110以直角穿过缸膛110的至少一个流体吸入口130，至少一对长槽形的流体排放口150，它们制成在缸膛110端部的两侧并具有一个开口。而且，缸体100具有连接凸起170，用以将缸盖400连接到其上。

缸体100可以制成具有圆形外观，如图7A至图7G所示，或者制成具有正方形外观，如图8所示。缸体100在理论上可以制成许多形状中的任一种形状。因此缸体100的外观不能认为由下述根据本发明的优选实施例所限定。

此外，在本优选实施例中，流体吸入口130与缸膛110以直角相交，但是本发明并不局限于所示实例。换言之，如果希望获得某类流体流动或者结构，流体吸入口130可以制成与缸膛110成预定的角度(包括钝角或锐角)。

活塞200设置在缸体100的缸膛110中并往复运动，活塞200从独立的驱动源(未显示)获得能量，从而在缸膛110中往复运动，由此吸入并压缩流体。活塞200最好具有中空的轴心以减轻其负荷。基于同样的原因，可以用铝合金制成活塞200。

排放阀组件300具有阀门活塞310，阀门活塞310可移动地安装在缸膛110上，以便有选择地打开和关闭缸膛110的流体排放口150(图4和图5)。

阀门活塞310为圆形体，具有与缸膛110内径几乎相同的直径，并且在阀门活塞310的一个纵向端制成有凸缘311，由于其与限定缸膛110端部的缸壁相接触，因而限制了阀门活塞310周围的流体流动。因此，阀门活塞310通过上冲程期间移动并且未完全延伸至缸膛110内而打开和关闭流体排放口150。大致在凸缘311的中心制成第一凸起312。

排放阀组件300还包括支撑板320，其设置在缸盖400中并离开阀门活塞310预定的距离，设置在阀门活塞310和支撑板320之间的弹性件330，其用于弹性地支撑阀门活塞310沿关闭流体排放口150的方向移动。因此，在流体吸引下冲程期间，此时缸膛110中没有压力，阀门活塞310通过弹性件330保持在初始状态，由此关闭流体排放口150。当施加在缸膛110上的压力高时，换言之，流体压缩上冲程中，由于阀门活塞310克服弹性件330的阻力并受到缸膛110中产生的流体高压的推动，阀门活塞310打开流体排放口150并允许流体排出。支撑板320具有第二凸起321，其大致制成在其正面中心处，并与阀门活塞310的第一凸起312相应并相对。放射状地制成至少三个流体通道322(图3)，他们距离相等并且与第二凸起321的外缘相距预定的长度。

如图4和图5所示，支撑板320可以安装在缸体100连接凸起170的端部，由于所示缸盖400与连接凸起170相连，但连接方法并不局限于上述实例。作为选择，支撑板320可以通过其他方法进行安装，例如通过焊接。同时，压缩螺旋弹簧可以被用作弹性件330，并且在这种情况下压缩螺旋弹簧通过分别制成在阀门活塞310和支撑板320上的第一和第二凸起312和321支撑。而且，弹性件330可以使用任何类型的弹性件，包括压缩螺旋弹簧或板簧。

缸盖400与缸体100的连接凸起170相连接，并且在缸盖400中制成与流体排放口150相通的排放室410。另外，在缸盖400上制成与排放室410相通的流体排出通道420。所安装的缸盖400的结构并不局限于一种类型，如本发明的优选实施例中所述，缸盖400可以使用螺钉进行安装。

在图3至图6中，流体吸入歧管500在吸入口130处伸入缸体100。

根据具有上述结构的流体压缩设备，运转按照下面的步骤进行。当流体吸入口130被在缸膛110中往复地运动的活塞200有选择地打开时，缸膛110中产生的真空将流体迅速吸入。并且当阀门活塞310被缸膛110中产生的高压流体推动时，流体排放口150被打开，流体被全部排出。

通过使用图4至图6所示的本发明，这种结构获得了显著的效果。参看图4至图6，活塞200顶部死点T的位置设定得略微超过缸膛110的端部。因此，由于活塞200与阀门活塞310在顶部死点T互相接触，缸膛110中的压缩流体可以被完全排出。换言之，在传统压缩机中未能被排出的高压流体在本发明中不会保留在缸膛110中，因此余隙容积被有效消除。

本发明的第二种结构是，流体吸入口130刚好设置在活塞200的底部死点B之前。在此由于活塞200通过在缸膛110中往复运动自动有选择地打开和关闭流体吸入口130，并不需要独立的吸入阀装置来打开和关闭流体吸入口130，因此没有设置独立的吸入阀装置。所以，当活塞200到达底部死点B时，流体吸入口130立即打开，流体被缸膛110中的真空吸入力迅速吸入。另外，由于此处并不需要传统压缩机具有的结构复杂的独立的吸入阀装置，压缩机的结构可以得到简化。而且，由于流体被迅速吸入和排出，缸体的冷却效果具有某种程度的增强。

同时，在根据本发明的流体压缩设备的运转中，当流体吸入口130被活塞200的运动突然打开时，流体被吸入以清理流体吸入口130。但是，当流体通过流体吸入口130被吸入时，由于流体吸入口130的位置，清理时间很短。因此吸入的流体量可能比所需的少。考虑到这个事实，如图7A至7G所示，在本发明中在与缸体100相应的位置上制成了至少两个流体吸入口130和130′，这样更多的流体可以被迅速吸入缸膛110。

根据其他的实施例，流体吸入口630和630′可以是：锥形，从缸体100的外表面至其内部尺寸逐渐缩小，如图7A所示；或者可以使用双层口730和730′，它们具有直径较大的部分和直径较小的部分，如图7B所示；另外，其中一个流体吸入口830可以为双层结构，并具有直径较大的部分和直径较小的部分，而另一个流体吸入口830′可以制成具有预定直径的孔，如图7C所示；作为选择，两个流体吸入口930和930′可以制成为具有预定直径的圆孔形，如图7D所示。

此外，在缸体100的整个外表面上可以制成多个流体吸入口1030，目的是获得较大的面积以吸入流体，如图7G所示。另外，缸体100的一部分可以被切除，以制成一个或多个与缸膛110相通的凹槽1130，如图7E所示。

在图7F所示的实例中，切除部分形成圆周凹槽1232，凹槽1232沿缸体100外表面具有预定的宽度和长度，并且以预定的间隔放射状地制成多个流体吸入口830，它们从切除部分凹槽1232伸入缸膛110中。

图8说明了本发明的另外一个优选实施例。如图8所示，缸体100为正方形。切除部分形成凹槽1332，凹槽1332与穿过缸体100的缸膛110相通，并且可以制成在正方形缸体100的一个侧面或者两个侧面上。流体吸入口1330和1330′制成在凹槽1332与缸膛110的相交处。在这种情况下，流体吸入口的面积被加大，因此流体可以被更容易地吸入缸膛110。

在下文中将参照图4至图6对根据本发明的具有上述结构的流体压缩设备的运转进行说明。图4至图6中显示的结构只是代表性的，运转同样适用于其他上述实施例。

图4显示了活塞200完全移动至缸膛110的底部死点B。当活塞200移动至底部死点B时，被活塞200关闭的流体吸入口130被打开，因此流体可以通过流体吸入口130被吸入缸膛110。当活塞200开始从顶部死点T向底部死点B移动时，缸膛110的流体排放口150被阀门活塞310关闭，在循环间隔期间流体吸入口130也被活塞200关闭，其中活塞200受外部驱动源(未显示)的推动向底部死点B移动。因此，缸膛110内部形成负压或者真空。因为活塞200进一步向底部死点B移动，负压增加。最终，当活塞200打开流体吸入口130时，吸入口此前被活塞200关闭，由于活塞200到达底部死点B，流体通过流体吸入口130被迅速吸入。

当流体被全部吸入时，活塞200开始通过从底部死点B向顶部死点T移动对吸入的流体进行压缩。此时，流体吸入口130通过活塞200的运动关闭，并且由于弹性件330和设置在其外面的排放室410的压力使阀门活塞310保持在初始状态，阀门活塞310关闭流体排放口150。因此，由于活塞200被外部驱动源(未显示)推向顶部死点T，其中的流体被慢慢压缩。

图5显示了活塞200完全移动至顶部死点T的状态。当活塞200进一步向顶部死点T移动时，流体被压缩的程度更高。当活塞200移动至预定的位置时，流体压力与弹性地支撑阀门活塞310的弹性件330的抵抗力之间的平衡被打破，即流体压力大于弹性件的抵抗力。因此，阀门活塞310被推出，流体排放口150打开。最终，压缩后的高压流体被排出至排放室410中。此后，活塞200仍会移动至顶部死点T，使缸膛110中的流体能够被完全排出。在上述过程中，活塞200与阀门活塞310互相接触。这种接触几乎与活塞200与阀门活塞310之间的流体被排出同时发生，因此活塞200与阀门活塞310的接触不会造成任何损害，因为彼此之间的高压流体形成缓冲区。如上所述，活塞200移动至顶部死点T，顶部死点T设置在超过缸膛110末端的位置点上，因此在缸膛110中没有遗留压缩流体，余隙容积变为零。

图6显示了在移动至顶部死点T之后完成压缩的活塞200将流体吸引流向底部死点B的过程。如图6所示，活塞200向底部死点B移动。在这里，阀门活塞310由于受到弹性件330的推力返回初始位置，将流体排放口150关闭，并且当活塞200从顶部死点T向底部死点B移动时，活塞200关闭流体吸入口130。由于活塞200向底部死点B移动，在缸膛110中获得了真空。由于循环的下冲程继续进行，活塞200移动至底部死点B，如图4所示。于是流体吸入口130突然打开，由于缸膛110中的压力流体通过流体吸入口130被迅速吸入缸膛110中。此后，上述吸入和压缩循环过程反复进行。通过持续反复进行上述过程，流体被吸入、压缩并排出。

以上同时显示并说明了用于吸收、压缩和排出流体(特别是气体)的装置。但是，对本领域熟知的技术人员知道，本发明也可以应用于抽吸液体的设备，例如抽水机。

如本发明所述，经过压缩的高压流体并未停留在缸膛中。因此，传统压缩机的余隙容积可以被消除，余隙容积是由于先前遗留的流体重新膨胀产生的。因此可以提高压缩效率，并且由于这个事实，当把具有本发明结构的压缩机应用在冰箱或空气过滤器的制冷循环中时，制冷和冷却能够得到显著改善。

而且，根据本发明，由于省略了具有复杂结构的吸入阀，并采用了结构简洁的排放阀，压缩机的整个结构变得简单，并且压缩机的元件可以更容易地并自动化地装配。从而降低了生产成本。

另外，根据本发明，省略了传统的吸入阀，并且排放阀的运转得到改善。因此，由于不产生由阀接触带来的噪音，根据本发明的压缩机可以更安静地运转。

因此，根据本发明，可以提供一种具有很高的压缩比、可靠性和良好结构的压缩机或者抽水机。并且压缩机或者抽水机的装配得到简化，成本降低。

虽然通过上面的实施例详细描述了本发明，但本发明并不局限于所述实施例，对于本领域的技术人员来说，可以理解在不偏离本发明的发明精神和由权利要求所限定的发明范围内，对实施例的修改和变化是都可以的。

Claims (19)

1.一种流体压缩设备，其包括：

缸体，该缸体包括沿纵向穿过缸体并具有预定的直径的缸膛，在与缸膛相交的方向上贯穿的至少一个流体吸入口，至少一对长槽形的流体排放口，它们制成在缸膛端部的两侧并具有一个开口；

在缸体的缸膛中往复运动的活塞；

排放阀组件，其可移动地设置在缸膛上，用于有选择地打开和关闭缸体的流体排放口，该排放阀组件包括阀门活塞，阀门活塞具有用于限制排放阀组件运动的凸缘；和

缸盖，其用于通过与缸体相连而形成与缸体流体排放口相通的排放室，

其中当活塞在缸体的缸膛中往复运动使流体吸入口被有选择地打开时，流体被吸入，当缸膛中的流体压力达到了预定的值，流体排放口通过阀门活塞的运动被打开，流体通过流体排放口排出。

2.根据权利要求1所述的流体压缩设备，其中活塞顶部死点的位置设置在略微超过缸膛端部的点上，因此，当活塞和阀门活塞在顶部死点相互接触时，缸膛中的压缩流体被完全排出。

3.根据权利要求1所述的流体压缩设备，其中流体吸入口紧接地设置在底部死点之前，所述底部死点是由活塞的最大回缩位置限定的，因此，活塞回缩使流体排放口与缸膛之间流体相通，并且由于当活塞到达底部死点时流体吸入口被突然打开，流体通过缸膛中产生的真空被吸入。

4.根据权利要求1所述的流体压缩设备，其中所述排放阀组件包括：

在缸膛中运动的阀门活塞，阀门活塞具有凸缘，该凸缘用于通过与缸膛的端壁接触限制阀门活塞的运动并具有大概形成在其中心的第一凸起；

设置在缸盖中的支撑板，其与阀门活塞相距预定的距离，该支撑板具有形成在其中并与第一凸起相对应的第二凸起，及邻近第二凸起的中心放射状制成的多个流体通道；和

设置在阀门活塞和支撑板之间的弹性件，该弹性件弹性支撑阀门活塞并推动阀门活塞在阀门活塞关闭流体排放口的方向上移动。

5.根据权利要求4所述的流体压缩设备，其中所述阀门活塞是中空的。

6.根据权利要求4所述的流体压缩设备，其中所述弹性件包括压缩螺旋弹簧。

7.根据权利要求3所述的流体压缩设备，其中缸体的轮廓为圆形。

8.根据权利要求7所述的流体压缩设备，其中至少两个流体吸入口设置在缸体上彼此相对的位置上。

9.根据权利要求8所述的流体压缩设备，其中所述流体吸入口为锥形。

10.根据权利要求8所述的流体压缩设备，其中所述流体吸入口为双层，具有直径较大的第一部分和具有直径较小的第二部分。

11.根据权利要求8所述的流体压缩设备，其中一个流体吸入口为双层部分，其具有直径较大的部分和直径较小的部分，而另一个流体吸入口为锥形口。

12.根据权利要求7所述的流体压缩设备，其中在缸体的外周边上设置了多个相互隔开预定间隔的流体吸入口。

13.根据权利要求12所述的流体压缩设备，其中所述多个流体吸入口包括具有预定直径的孔。

14.根据权利要求7所述的流体压缩设备，其中在缸体的外周边上邻近流体吸入口的位置上设置了具有预定宽度和长度的切除部分，包括具有预定直径的孔的多个流体吸入口设置在切除部分上，并且相互隔开预定的间隔。

15.根据权利要求7所述的流体压缩设备，其中通过贯穿缸体一部分的横向切口，所述流体吸入口具有更大的吸入区域。

16.根据权利要求15所述的流体压缩设备，其中至少两个流体吸入口以彼此相对的关系设置在缸体径向相对的侧面上。

17.根据权利要求3所述的流体压缩设备，其中所述缸体的轮廓为正方形。

18.根据权利要求17所述的流体压缩设备，其中通过贯穿缸体一部分的横向切口，所述流体吸入口具有更大的吸入区域。

19.根据权利要求18所述的流体压缩设备，其中至少两个流体吸入口以彼此相对的关系设置在缸体径向相对的侧面上。

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