NL8902806A

NL8902806A - ENGINE COMPRESSOR UNIT.

Info

Publication number: NL8902806A
Application number: NL8902806A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1989-11-14
Filing date: 1989-11-14
Publication date: 1991-06-03
Also published as: EP0428212A1; JPH03168371A

Description

t.n.v. N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Motor-compressor éénheid.in the name of N.V. Philips' Incandescent lamp factories in Eindhoven Motor-compressor unit.

De uitvinding heeft betrekking op een motor-compressor éénheid omvattende een hermetisch gesloten huis, een trillingsmotor met een roterend vibrerende aandrijfas en een symmetrische dubbele vrije zuiger compressor met twee in tegengestelde richting opgesteld indentieke vrije zuigers, die in respectievelijke cylinders door de aandrijfas heen en weer beweegbaar zijn ter beïnvloeding van respectievelijke compressieruimten, met cylindereindwanden die de respectievelijke compressieruimten begrenzen en die ieder voorzien zijn van in- en uitlaatkleppen.The invention relates to a motor-compressor unit comprising a hermetically sealed housing, a vibration motor with a rotating vibrating drive shaft and a symmetrical double free piston compressor with two opposite free identical pistons arranged in reciprocating cylinders through the drive shaft. are movable to affect respective compression spaces, with cylinder end walls defining the respective compression spaces and each having inlet and outlet valves.

Een dergelijke motor-compressor is bekend uit US-A-3 937 600.Such a motor-compressor is known from US-A-3 937 600.

Een probleem bij deze typen motor-compressoren is het driften van de zuiger, dat wil zeggen het weglopen van de zuiger uit zijn middenpositie, waardoor de zuiger asymmetrisch gaat lopen en het rendement daalt.A problem with these types of motor compressors is the drift of the piston, i.e. the piston running away from its center position, causing the piston to run asymmetrically and the efficiency to decrease.

Dit probleem doet zich ook voor bij koelmachines met een enkele vrije zuiger zoals beschreven in US-A-4 058 387. Het driften van de zuiger ontstaat hierbij door een lekstroom van het werkmedium langs de zuiger van de compressieruimte naar een bufferruimte en omgekeerd.This problem also occurs with single free piston chillers as described in US-A-4 058 387. The piston drifts here due to a leakage flow of the working medium past the piston from the compression space to a buffer space and vice versa.

Het driften wordt hierbij tegengegaan door middel van een kanalensysteem waarmee op bepaalde tijdstippen de compressieruimte in verbinding met de bufferruimte wordt gebracht.Drifting is prevented by means of a channel system with which the compression space is connected to the buffer space at certain times.

US-A-3 937 600 betreft een motor-compressor waarbij een oplossing wordt gegeven om te verhinderen dat de zuigerslag te groot wordt ten gevolge van het afnemen van de resonantie-frequentie van het massa-veer systeem, waardoor het gevaar bestaat dat de zuiger tegen de cylindereindwand botst ("overstroke prevention"). Hiertoe is de compressor aan beide zijden voorzien van een gasveer cylinder. Wanneer de zuigerslag te groot wordt, stroomt in een uiterste stand van een zuiger medium vanuit de omgeving via een kanalensysteem naar de betreffende gasveer cylinder, waardoor de stijfheid van die gasveer toeneemt. Omdat nu een verschil in stijfheid van de twee gasveren ontstaat, wordt in de middenpositie van de zuigers een nivellering van de drukken in de gasveer cylinders bewerkstelligd door de gasveer cylinders via kanalen en de ruimte binnenin de dubbele zuiger momentaan met elkaar te verbinden. De veerstijfheid van het gehele massa-veer systeem neemt toe en dientengevolge ook de resonantie-frequentie totdat een normale slaglengte weer is bereikt. Deze compressor heeft een gecompliceerde constructie die met grote nauwkeurigheid vervaardigd moet worden om het gestelde doel te bereiken.US-A-3 937 600 relates to a motor-compressor where a solution is given to prevent the piston stroke from becoming too great as a result of the decrease of the resonance frequency of the mass-spring system, whereby there is a danger that the piston collides with the cylinder end wall ("overstroke prevention"). To this end, the compressor is equipped with a gas spring cylinder on both sides. When the piston stroke becomes too great, in an extreme position of a piston medium flows from the environment via a channel system to the relevant gas spring cylinder, whereby the stiffness of that gas spring increases. Since a difference in stiffness of the two gas springs now arises, a leveling of the pressures in the gas spring cylinders is effected in the middle position of the pistons by momentarily connecting the gas spring cylinders via channels and the space within the double piston. The spring stiffness of the entire mass-spring system increases and, consequently, the resonance frequency until a normal stroke length is reached again. This compressor has a complicated construction that must be manufactured with great precision to achieve the stated goal.

Het doel van de uitvinding is om bij een motor-compressor éénheid volgens de begin paragraaf het driften van de zuiger op éénvoudigde wijze te beperken.The object of the invention is to simplify the drifting of the piston in a motor-compressor unit according to the first paragraph.

De motor-compressor éénheid volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk, dat elke cylinder is voorzien van een kanaal, dat de respectievelijke compressieruimte verbindt met de ruimte tussen het huis en de compressor, waar de zuigdruk heerst, welke kanalen op gelijke afstanden van de respectievelijke cylindereindwanden liggen en door de respectievelijke zuigers afsluitbaar zijn.The motor-compressor unit according to the invention is for this purpose characterized in that each cylinder is provided with a channel connecting the respective compression space to the space between the housing and the compressor, where the suction pressure prevails, which channels are equidistant from the respective cylinder end walls and can be closed by the respective pistons.

Door deze symmetrische ligging van de kanalen vindt in beide cylinders de drukopbouw bij hetzelfde slagvolume plaats. Driftbeperking ontstaat nu doordat bij een drift van de zuiger uit de middenstand er een resulterende gemiddelde gaskracht op de zuiger werkt die tegengesteld is aan de driftrichting. Er is derhalve geen extra veerwerking (gasveren of mechanische veren) nodig om de drift te compenseren.Due to this symmetrical location of the channels, the pressure builds up at the same displacement in both cylinders. Drift restriction now arises because with a drift of the piston from the middle position, a resulting average gas force acts on the piston which is opposite to the drift direction. Therefore, no additional spring action (gas springs or mechanical springs) is required to compensate for the drift.

De grenzen voor de ligging van elk kanaal worden bepaald door enerzijds een positie van het kopse eindvlak van de zuiger wanneer deze een middenstand inneemt en anderzijds door een positie van het kopse eindvlak van de zuiger wanneer deze een maximale uiterste stand aan het einde van een zuigslag inneemt.The limits for the location of each channel are determined by a position of the end face of the piston when it occupies a center position on the one hand, and by a position of the end face of the piston when it reaches a maximum extreme position at the end of a suction stroke on the other hand takes up.

Bij voorkeur is elke kanaal daar gelegen waar zich het kopse eindvlak van de zuiger bevindt wanneer deze een uiterste stand aan het einde van een zuigslag heeft bereikt en wanneer de compressor een minimaal gewenste hoeveelheid medium verpompt.Preferably, each channel is located where the end face of the piston is located when it has reached an extreme position at the end of a suction stroke and when the compressor is pumping a minimum desired amount of medium.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van een in een tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld.The invention will now be further elucidated on the basis of an exemplary embodiment shown in a drawing.

Hierin toont:Herein shows:

Figuur 1 een motor-compressor éénheid, enFigure 1 a motor-compressor unit, and

Figuren 2 en 3 de compressor van de éénheid van figuur 1, waarbij de zuiger zich in een middenpositie respectievelijk in een maximale uiterste stand bevindt.Figures 2 and 3 show the compressor of the unit of Figure 1, the piston being in a middle position and in a maximum extreme position, respectively.

De motor-compressor éénheid volgens figuur 1 is opgebouwd uit een trillingsmotor 1 en een symmetrische dubbele vrije zuigercompressor 2. De motor en de compressor zijn in een hermetisch gesloten huis 3 aangebracht. De werking van de motor-compressor staat beschreven in EP-A-0155057, en is in het kort als volgt:The motor-compressor unit according to figure 1 is composed of a vibration motor 1 and a symmetrical double free piston compressor 2. The motor and the compressor are arranged in a hermetically sealed housing 3. The operation of the motor-compressor is described in EP-A-0155057, and is briefly as follows:

Een wisselstroom door de spoelen 4 van de trillingsmotor 1 resulteert in een roterend vibrerende beweging van de rotor 5 om de as 6. Voor elk als schuifelement gevormd rotordeel (5a, 5b, 5c, 5d) wordt het door de spoelen gegenereerde wisselende magnetische veld gesuperponeerd op het magnetische veld veroorzaakt door de permanente magneet 7.An alternating current through the coils 4 of the vibration motor 1 results in a rotary vibrating movement of the rotor 5 about the axis 6. For each rotor part formed as a sliding element (5a, 5b, 5c, 5d), the alternating magnetic field generated by the coils is superimposed on the magnetic field caused by the permanent magnet 7.

Dientengevolge krijgt de magnetische fluxdichtheid in elk rotordeel afwisselend een hoge en een lage waarde. De spoelen zijn zodanig ten opzichte van de magnetisatie richting van de permanente magneten gewikkeld, dat twee diagonaal tegenover elkaar gelegen rotordelen (5a, 5c) op hetzelfde moment een hoge magnetische fluxdichtheid ondervinden, terwijl de andere twee rotordelen (5b, 5d) een lage fluxdichtheid ondervinden. Dit veroorzaakt een beweging van de rotordelen in de luchtspleten 8 tussen de kern 9 en de statorplaten 10 waar een hoge fluxdichtheid heerst. Een wisseling van de stroomrichting zal een omkering van de beweging van de rotor 5 teweegbrengen, en aldus wordt een vibrerende beweging van de rotor verkregen. De compressor 2 wordt gevormd door twee cylinders 12, 13 in elk waarvan een identieke vrije zuiger 14, 15, die in tegengestelde richting ten opzichte van elkaar zijn opgesteld, een lineaire heen-en-weergaande beweging kan uitvoeren. De zuigers vormen één geheel en zijn in het midden door middel van een koppeling 16 met een arm 11 van de vibrerende rotor 5 verbonden.As a result, the magnetic flux density in each rotor section alternates between high and low values. The coils are wound relative to the magnetization direction of the permanent magnets such that two diagonally opposite rotor parts (5a, 5c) at the same time experience a high magnetic flux density, while the other two rotor parts (5b, 5d) experience a low flux density experience. This causes movement of the rotor parts in the air gaps 8 between the core 9 and the stator plates 10 where a high flux density prevails. A change of the direction of flow will cause a reversal of the movement of the rotor 5, and thus a vibrating movement of the rotor is obtained. The compressor 2 is formed by two cylinders 12, 13 in each of which an identical free piston 14, 15, which are arranged in opposite directions to each other, can perform a linear reciprocating movement. The pistons are integral and are connected in the center by means of a coupling 16 to an arm 11 of the vibrating rotor 5.

Afwisselend wordt door de zuigers 14, 15 in de respectievelijke compressieruimten 16, 17 medium aangezogen, gecomprimeerd en weer uitgeperst. Hiertoe zijn in cylindereindwanden 18, 19 in- en uitlaatkleppen 20, 21 aanwezig. De motor-compressor is opgenomen in een niet-weergegeven koelsysteem waarvan het lage-druk gedeelte (zuigzijde) met een ruimte 22 tussen het hermetisch gesloten huis 3 en de motor-compressor 1, 2 is verbonden. Bij een zuigslag wordt medium direct vanuit deze ruimte 22 via inlaatpoorten 23 in de compressieruimten 16, 17 aangezogen. Bij een persslag wordt medium via uitlaatpoorten 24 en een niet-weergegeven leiding naar het hoge-druk gedeelte (perszijde) van het koelsysteem geperst.Alternately, the pistons 14, 15 in the respective compression spaces 16, 17 draw in medium, compress it and squeeze it out again. To this end, inlet and outlet valves 20, 21 are present in cylinder end walls 18, 19. The motor-compressor is included in a cooling system (not shown) whose low-pressure (suction side) part is connected to a space 22 between the hermetically closed housing 3 and the motor-compressor 1, 2. With a suction stroke, medium is drawn directly from this space 22 via inlet ports 23 into the compression spaces 16, 17. In a press stroke, medium is forced through outlet ports 24 and a line (not shown) to the high pressure (discharge side) portion of the cooling system.

Om nu te voorkomen dat de dubbele zuiger 14, 15 een heen-en weergaande beweging uitvoert, die niet symmetrisch ten opzichte van de lijn 25 is, is in elke cylinder 12, 13 een kanaal 26, 27 aangebracht, die ieder de compressieruimte 16 respectievelijk 17 verbindt met de ruimte 22 en die ieder op gelijke afstand d van de cylindereindwand 18 respectievelijk 19 liggen. Bij elke compressieslag wordt eerst een kleine hoeveelheid medium via een kanaal 26, 27 naar de ruimte 22, waar een zuigdruk heerst, geperst, zodat daarna de drukopbouw in elke cylinder bij hetzelfde volume plaatsvindt. Dit houdt de zuiger 14, 15 goed in de middenpositie.In order to prevent the double piston 14, 15 from performing a reciprocating movement which is not symmetrical with respect to the line 25, a channel 26, 27 is provided in each cylinder 12, 13, each of which comprises the compression space 16 and 17 connects to the space 22 and which are each equidistant d from the cylinder end walls 18 and 19, respectively. With each compression stroke, a small amount of medium is first pressed through a channel 26, 27 to the space 22, where suction pressure prevails, so that the pressure build-up in each cylinder then takes place at the same volume. This keeps the piston 14, 15 well in the middle position.

De grenzen voor de ligging van de kanalen zijn als volgt: wanneer de zuiger 14, 15 de kleinst mogelijke slag maakt (de zuiger staat dan in feite in de middenpositie), zoals in Figuur 2 is weergegeven, ligt elk kanaal ter hoogte van het kopse eindvlak 28, 29 van de zuiger. Dit is de ene grens. Wanneer de zuiger 14, 15 de grootst mogelijke slag maakt, zoals weergegeven in Figuur 3, ligt elk kanaal ter hoogte van het kopse eindvlak 28, 29 van de zuiger wanneer deze een maximale uiterste stand aan het einde van een zuigslag inneemt. Dit is de andere grens. Deze grenzen zijn uiteraard theoretisch. In de praktijk zullen de kanalen ergens tussen deze grenzen liggen en meestal dichter bij de eerst genoemde grens.The limits for the location of the channels are as follows: when the piston 14, 15 makes the smallest possible stroke (the piston is then actually in the middle position), as shown in Figure 2, each channel is at the height of the head end face 28, 29 of the piston. This is the one limit. When the piston 14, 15 makes the largest stroke possible, as shown in Figure 3, each channel is at the height of the end face 28, 29 of the piston when it occupies a maximum extreme position at the end of a suction stroke. This is the other limit. These limits are, of course, theoretical. In practice, the channels will lie somewhere between these limits and usually closer to the first mentioned limit.

Goede resultaten zijn verkregen met een motor-compressor waarbij elk kanaal 26, 27 daar is gelegen waar zich het kopse eindvlak 28 respectievelijk 29 van de zuiger bevindt wanneer deze een uiterste stand aan het einde van een zuigslag heeft bereikt en wanneer de compressor 2 een minimaal gewenste hoeveelheid medium verpompt.Good results have been obtained with a motor-compressor, where each channel 26, 27 is located where the end face 28 and 29 of the piston is located when it has reached an extreme position at the end of a suction stroke and when the compressor 2 has a minimum pumped the desired amount of medium.

Claims

Motor-compressor unit comprising - a hermetically sealed housing (3), - a vibration motor (1) with a rotating vibrating drive shaft (6), and - a symmetrical double free piston compressor (2) with two identical free pistons arranged in opposite directions (14, 15), which are reciprocally movable in respective cylinders (12, 13) through the drive shaft (6) to affect a respective compression space (16, 17), with cylinder end walls (18, 19), which form the respective compression spaces bounding and each of which is provided with inlet and outlet valves (20, 21), characterized in that each cylinder (12, 13) is provided with a channel (26, 27) connecting the respective compression space (16, 17) with the space (22) between the housing (3) and the motor-compressor (1, 2), where the suction pressure prevails, which channels are equidistant (d) from the respective cylinder end walls (18, 19) and through the respective pistons (14, 15) are lockable.

Motor-compressor unit according to claim 1, characterized in that each channel (26, 27) is located between a position of the end face (28, 29) of the piston (14, 15) when it occupies a center position ( Figure 2) and a position of the end face of the piston when it occupies a maximum extreme position at the end of a suction stroke (Figure 3).

Motor-compressor unit according to claim 2, characterized in that each channel (26, 27) is located where the end face (28, 29) of the piston (14, 15) is located when it is in an extreme position has reached the end of a suction stroke and when the compressor is pumping a minimum desired amount of medium.