TWI499750B - 多滑片式壓縮機以及分段式壓縮方法 - Google Patents

多滑片式壓縮機以及分段式壓縮方法 Download PDF

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Description

多滑片式壓縮機以及分段式壓縮方法
本發明是有關一種多滑片式壓縮機及分段式壓縮方法，尤指一種採用對應滑片設置架構的迴轉式壓縮機，以分段式排氣來降低轉子運轉時所需輸出功耗與磨耗，提升壓縮機的工作壽命。
壓縮機係為冷氣機或空調等設備所必須使用的裝置，而迴轉式壓縮機因以下的各項特性，而因現今的精密機械加工技術的進步，使其可應用在小型或微型壓縮裝置上更為廣泛，而目前小型或微型迴轉式壓縮機多採用滾動轉子式：(1)零部件少，結構簡單；(2)易損零件少，運行可靠；(3)沒有吸氣閥片，餘隙容積小，輸氣系數較高；(4)在相同製冷量情況下，壓縮機體積小，重量輕，運轉平衡；(5)運轉所需耗電較低且低噪音；(6)加工精度要求較高；請參閱第1圖所示，其為現行的滾動轉子型態之迴轉式壓縮機的內部結構，其於一圓形的氣缸體3中具有一壓縮室9，而氣缸體3分別設有一進氣通道7與一排氣通道5，且其分別相通於壓縮室9，而為防止運轉時高壓蒸氣倒流，於排氣通道5中設有一可選擇性密封之排氣閥6，汽缸體3軸線與主軸共線，於主軸上的壓縮室9內設置有一可被外部馬達(未標示)驅動旋轉之偏心輪2，而一鋼質的薄壁彈性之活塞套筒1套設於偏心輪2之外部，該偏心輪2與活塞套筒1係又稱為環形轉子(下述將以轉子稱之)，轉子一側係與汽 缸體3內壁緊密接觸，而且轉子外表面與汽缸體3內壁形成月牙形的壓縮室9，而於進氣通道7與排氣通道5間的汽缸體3設有一容置室G，而該容置室G中設有一滑片4，滑片4一端與活塞套筒1外壁接觸，而其另一端耦接一可伸縮之彈性元件8，而滑片4可於容置室G中自由地往復移動。
請參閱第2A~2D圖所示，其為滾動轉子型態之迴轉式壓縮機的運作過程，當主軸旋轉帶動轉子沿著汽缸體3內壁滾動，使月牙形壓縮室9的位置隨之變動，但壓縮室9的總容積不會變化，而在彈性元件8的作用下，滑片4一端持續與轉子緊密接觸，將壓縮室9分隔而形成兩個壓力腔部，位於進氣通道7處的壓力腔部稱為進氣腔，位於排氣通道5處的壓力腔部稱為排氣腔，在轉子朝逆時方向滾動程序中，進氣腔容積逐漸擴大而壓力降低(低壓腔)進行吸氣，與此同時，排氣腔容積逐漸縮小將內部的氣體進行壓縮，當排氣腔(高壓腔)內的壓力升高到一定程度時，因壓差而頂開排氣閥6進行排氣，並依此方式持續循環實現吸氣-壓縮-排氣的工作循環過程，而一個循環過程使壓縮室9在壓縮過程產生低壓腔與高壓腔之間相當大的壓差，使得驅動轉子的馬達所需相對較大的扭力輸出，所耗的功也較大。
承上所述，請參閱第3A~3D圖所示，其為習知迴轉式壓縮機的運轉異常說明，壓縮機在循環過程中所產生的極大的壓差，使得滑片4受到一側向作用力F而呈現傾斜狀態，該側向作用力F即為該壓差與作用於滑片4表面積的乘積，故壓差越大，側向作用力F越大，而側向作用力F作用於滑片4時，將因力矩作用而使得位於容置室G中的滑片4形成槓桿之抗力點，其易使得滑片4於往復移動時變得不順暢，而在長期的運轉下，滑片4與活塞套筒1壁面間因長期的磨擦而逐漸增加的磨損，使得滑片4與活塞套筒1壁面偶發性的分離產生了間隙，造成了泄露損失而限制了工作壽命與效率的提高，而又因彈性元件8的作用力使得分離的滑片4再次與活塞套筒1再次接觸時發生撞擊而產生了噪音，再者，與滑片4耦接之彈性元 件8也因側向作用力F產生的力矩加速彈性疲乏，使得分離的機率逐漸增加而產生洩漏損失與噪音逐漸增加，而使得大大降低了壓縮機工作壽命與效率。
有鑑於此，為改善上述之問題，本發明係揭露一種多滑片式壓縮機及分段式壓縮方法，其技術特徵在於轉子於一次循環運轉的過程產生分段壓縮與分段排氣，有效降低馬達的所需輸出功，該多滑片式壓縮機包含有：一中空之氣缸體，其係具有一壓縮室、複數個進氣通道、複數個排氣通道與複數個容置室，而進氣通道、容置室、排氣通道係沿氣缸體以一順時針方向依序設置，而該些進氣通道、容置室與排氣通道係分別相通於壓縮室與氣缸體外部，排氣通道中設有一閥件，其係用以密封該排氣通道，一活塞套筒，其係設於壓縮室中，活塞套筒之部分外周壁與氣缸體內壁接觸，活塞套筒套設於一偏心輪外部，而偏心輪一端耦接一設於氣缸體外部之馬達，複數個滑片，每一滑片係設於容置室中，滑片一端與活塞套筒外壁接觸，而設於容置室之滑片可於一軸向上自由移動，以及至少一連桿件，其係為設於氣缸體之外部且不與氣缸體接觸之桿件，連桿件一端耦接其一該滑片一端，另一端耦接另一滑片一端，而前述之該些耦接端係為遠離該活塞套筒之該滑片之一端。
其中，分別與該些滑片耦接之該連桿件係隨著該些滑片於該軸向移動而移動，而分別與該連桿件耦接之該些滑片係設於同一軸線上且相互平行，再者，前述之進氣通道、排氣通道與容置室的數量係分別對應於滑片的數量。
基於上述之技術特徵，本發明所揭露之一種多滑片式壓縮機及分段式壓縮方法，其可於一循環運轉中具有第一階段進氣-壓縮-第一階段排氣-第二階段進氣-壓縮-第二階段排氣的方 式，甚至更多階段的進氣-壓縮-排氣的過程，改變習知技術以單一滑片藉由彈簧的往復拉伸/壓縮來進行，而因本發明之多滑片式壓縮機的轉子於一次循環運轉的過程產生分段壓縮與分段排氣，使得馬達的所需輸出功得以降低，而且可將側向作用力分散於各個滑片，而得以可大幅降低習知技術的異常發生，並有效延長工作壽命與效率。
1‧‧‧活塞套筒
2‧‧‧偏心輪
3‧‧‧汽缸體
4‧‧‧滑片
5‧‧‧排氣通道
6‧‧‧排氣閥
7‧‧‧進氣通道
8‧‧‧彈性元件
9‧‧‧壓縮室
10‧‧‧活塞套筒
20‧‧‧偏心輪
30‧‧‧氣缸體
41‧‧‧第一滑片
42‧‧‧第二滑片
51‧‧‧第一排氣通道
52‧‧‧第二排氣通道
61‧‧‧第一閥件
62‧‧‧第二閥件
71‧‧‧第一進氣通道
72‧‧‧第二進氣通道
80‧‧‧連桿件
90‧‧‧壓縮室
800‧‧‧連桿件
810‧‧‧第一彈性元件
820‧‧‧第二彈性元件
G‧‧‧容置室
G1‧‧‧第一容置室
G2.‧‧‧第二容置室
F‧‧‧側向作用力
第1圖係為習知滾動轉子型態之迴轉式壓縮機的內部結構示意圖。
第2A~2D圖係為習知迴轉式壓縮機的運轉過程示意圖。
第3A~3C圖係為習知迴轉式壓縮機的運轉異常示意圖。
第4圖係為本發明之多滑片式壓縮機其一結構型態示意圖。
第5A~5D圖係為本發明之多滑片式壓縮機其一運轉過程示意圖。
第6圖係為本發明之多滑片式壓縮機另一結構型態示意圖。
第7A~7D圖係為本發明之多滑片式壓縮機另一運轉過程示意圖。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下，而下述實施例首先於硬體架構部分作說明，並輔以該系統之應用方法進行敘述。
本發明係揭露一種多滑片式壓縮機及分段壓縮之方法，其利用對稱式滑片架構的迴轉式壓縮機，以分段式進氣-壓縮-排氣來降低轉子運轉時的輸出的功率與磨耗，提升壓縮機的工作壽命與噪音。
請參考第4圖所示，本發明揭露一多滑片式壓縮機，其主要適用於迴轉式壓縮機，該多滑片式壓縮機係包含一中空之氣缸體30、一活塞套筒10、 一偏心輪20、一第一滑片41、一第二滑片42與一兩端分別耦接第一滑片41與第二滑片42的一連桿件80。
汽缸體30係可為一圓形、方形或多邊形之型態的缸體，在此不限制，而圓形中空部分係為一壓縮室90，汽缸體30具有一分別對應設置的第一進氣通道71與一第二進氣通道72，以及一分別對應設置的一第一排氣通道51與一第二排氣通道52，於第一進氣通道71與第二排氣通道52之間設有一第一容置室G1，於第二進氣通道72與第一排氣通道51之間設有一第二容置室G2，而第一排氣通道51與第二排氣通道52中分別具有一第一排氣閥61與一第二排氣閥62。
承上所述，第一進氣通道71、第二進氣通道72、第一排氣通道51、第二排氣通道52、第一容置室G1與第二容置室G2係分別相通於壓縮室90與汽缸體30的外部，而當壓縮室90中的壓力未大於汽缸體30外部的壓力達一定壓差時，第一排氣閥61與第二排氣閥62係處於閉合狀態，以隔絕流體於壓縮室90與汽缸體30外部之間流通。
活塞套筒10係設於壓縮室90中，活塞套筒10的部分外周壁與汽缸體30的內壁接觸，而偏心輪20設於活塞套筒10中且其一端耦接於外部之馬達(未標示)，下述中偏心輪20與活塞套筒10係以轉子稱之，而該馬達可為一變極馬達，其係用以驅動偏心輪20並帶動活塞套筒10以不同轉速且沿著氣缸體30的內壁滾動，而該馬達的的極數(pole)在此不限制，依實際需求作設計。
第一滑片41與第二滑片42係分別設於第一容置室G1與第二容置室G2中，第一滑片41與第二滑片42之一端分別抵觸於活塞套筒10之外壁，另一端係分別耦接連桿件80，而與活塞套筒10接觸之該滑片端部係呈一圓弧狀，與該滑片(41/42)與連桿件80的耦接型態可為螺絲鎖固方式、銷件穿 設固定方式等等，在此不限定，依實際需求做設計，而第一滑片41與第二滑片42係可分別於一軸向上自由移動並將壓縮室90隔離成兩個腔體部分，而連桿件80係可為一圍繞汽缸體30外周壁且不與汽缸體30外周壁接觸之桿件，其可為弧狀型態、ㄈ狀型態或U狀型態等等，在此不限定，依實際需求做設計，進一步說明，連桿件80一端耦接第一滑片41一端，而另一端耦接第二滑片42一端，而前述之該些耦接端係為遠離活塞套筒10之該些滑片(41/42)之一端。
承上所述，當馬達驅動轉子沿著汽缸體30內壁開始滾動，請參閱第5A~5D圖所示，此為本發明壓縮機的運轉示意說明，活塞套筒10由初始位置移動至左側位置時，第一滑片71與第二滑片72則分別朝壓縮室90內部與外部移動，使得左側腔體上半部分的容積增加(容積的改變而產生相對於外部的低壓環境)造成外部氣體由第一進氣通道71進入壓縮室90中，而轉子持續滾動並將進入的氣體進行壓縮，當左側腔體下半部的氣體壓縮達至一定高壓時，使得第一閥件61被頂開而使高壓氣體經由第一排氣通道51逐漸向外部洩出，而當活塞套筒10由左側位置移動至下方位置時則完成第一階段排氣動作，當完成排氣動作後，該左半部腔體的壓力隨之下降而因容積增加，使得第一閥件61回歸至閉合的狀態且外部氣體再度由第一進氣通道71持續進入壓縮室90中。
承上所述，轉子持續朝氣缸體30內壁持續滾動使得活塞套筒10由下方位置移至右側位置時，使得右側腔體上半部分的容積增加(容積的改變而產生相對於外部的低壓環境)造成外部氣體由第二進氣通道72進入壓縮室90中，而轉子持續滾動並將由第二進氣通道72進入的氣體進行壓縮，當右側腔體下半部的氣體壓縮達至一定高壓時，使得第二閥件62被頂開而使高壓氣體經由第二排氣通道52逐漸向外部洩出，而當活塞套筒10由右側位 置移動至初始位置時則完成第二階段排氣動作，當完成排氣動作後，該右半部腔體的壓力隨之下降而因容積增加，使得第二閥件62回歸至閉合的狀態且外部氣體再度由第二進氣通道71進入壓縮室90中，並持續發生上述該第一階段進氣-壓縮-第一階段排氣-第二階段進氣-壓縮-第二階段排氣的運轉過程，而連桿件80則隨著第一滑片71與第二滑片72分別於一軸向上相對的移動而進行往復式的移動，本實施例中，連桿件80係隨著該些滑片(41/42)於該軸向上移動而移動，而分別與連桿件80耦接之滑片(41/42)係設於同一軸線上且相互平行。
承上所述，請配合參考第6圖所示，此為本發明之多滑片式壓縮機的另一實施例，以下所述僅針對於前一實施例的主要差異進行說明，相似部分不在另行贅述，而相似部分的元件符號則沿用前一實施例所述圖式中的元件符號。
本實施例中所述之一連桿件800係於兩端分別設有一第一彈性元件810與一第二彈性元件820，而第一彈性元件810兩端係分別耦接於連桿件800一端與第一滑片41之一端，第二彈性元件820的兩端係分別耦接於連桿件800另一端與第二滑片41之一端，而前述之彈性元件(810/820)可為一壓縮彈簧。
請參考第7A~7D圖所示，此為本實施例之運轉示意說明，其與前一實施例相似的部分於此不在贅述，主要差異在於壓縮機在循環運轉過程中，第一滑片41與第二滑片42係分別藉由第一彈性元件810與第二彈性元件820的作用力抵靠於活塞套筒10的外周壁，而第一滑片41與第二滑片42於該軸向相對移動係藉由第一彈性元件810與第二彈性元件820的拉伸與壓縮過程，而連桿件800係於運轉過程中保持固定，進一步說明，連桿件800不隨著該些滑片(41/42)於該軸向上移動而移動，而分別與連桿 件800耦接之滑片(41/42)係可選擇性設置於同一軸線上或不同軸線上，而分別與連桿件800耦接之滑片(41/42)係可選擇性為相互平行或不平行。
進一步說明，上述之本發明之多滑片式壓縮機不限於一組對應設置的第一滑片41、第二滑片42與連桿件(80/800)的組合，更可具有二組或其以上對應設置的滑片與連桿件的組合，並且因應多組設置，而於氣缸體30設有相對應組數的進氣通道、排氣通道與容置室，在此不限制，視實際壓縮機的噸數需求做設計，其主要目的在於藉由分段進氣與分段排氣的壓縮/洩壓的方法，以達成本案所欲解決的問題。
本發明之分段式壓縮方法相較於習知技術在於：該壓縮機之轉子於完成一周360度轉動中，轉子由0度~180度的轉動過程中，依序產生第一階段進氣、第一階段壓縮、第一階段排氣；轉子由180度~360度的轉動過程中，依序產生第二階段進氣、第二階段壓縮、第二階段排氣；其中，轉子由180度~360度的轉動過程中，第一階段進氣係持續發生，而第一階段進氣與第二階段進氣係經由不同的進氣通道，第一階段排氣與第二階段排氣係經由不同的排氣通道。
承上所述，本發明之壓縮機之技術特徵在於一循環運轉中具有第一階段進氣-壓縮-第一階段排氣-第二階段進氣-壓縮-第二階段排氣的方式，甚至更多階段的進氣-壓縮-排氣的過程，改變習知技術以單一滑片藉由彈簧的往復拉伸/壓縮來進行，而且每一滑片的移動路徑長僅有習知技術的一半，因本發明之多滑片式壓縮機的轉子於一次循環運轉的過程產生分段壓縮與分段排氣，使得壓縮機於運轉過程中壓縮氣體量不變，但馬達的所需輸出功得以降低且側向作用力F亦分散於第一滑片41與 第二滑片42，而得以可大幅降低習知技術的異常發生，並有效延長工作壽命與效率。
惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離上述揭示之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變、修飾或是等效元件之數量變更，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧活塞套筒
20‧‧‧偏心輪
30‧‧‧氣缸體
41‧‧‧第一滑片
42‧‧‧第二滑片
51‧‧‧第一排氣通道
52‧‧‧第二排氣通道
61‧‧‧第一閥件
62‧‧‧第二閥件
71‧‧‧第一進氣通道
72‧‧‧第二進氣通道
80‧‧‧連桿件
90‧‧‧壓縮室
G1‧‧‧第一容置室
G2‧‧‧第二容置室

Claims (5)

  1. 一種多滑片式壓縮機，其包含有：一中空之氣缸體，其係具有：一壓縮室、複數個進氣通道、複數個排氣通道與複數個容置室，而該進氣通道、該容置室、，該排氣通道係沿該氣缸體以一順時針方向依序設置，而該些進氣通道、該些容置室與該些排氣通道係分別相通於該壓縮室與該氣缸體外部，該排氣通道中設有一閥件，該閥件係用以密封該排氣通道；一活塞套筒，其係設於該壓縮室中，該活塞套筒之部分外周壁與該氣缸體內壁接觸，而該活塞套筒套設於一偏心輪外部，該偏心輪一端耦接一設於該氣缸體外部之馬達；複數個滑片，每一該滑片係設於該容置室中，該滑片一端與該活塞套筒外壁接觸，而設於該容置室之該滑片可於一軸向上自由移動；以及至少一連桿件，其係為設於該氣缸體之外部且不與該氣缸體接觸之桿件，該連桿件一端耦接其一該滑片一端，該連桿件另一端耦接另一該滑片一端，而前述之該些耦接端係為遠離該活塞套筒之該滑片之一端，其中分別與該些滑片耦接之該連桿件係隨著該些滑片於該軸向上移動而移動，而分別與該連桿件耦接之該些滑片係設於同一軸線上且相互平行。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多滑片式壓縮機，其中該進氣通道、該排氣通道與該容置室的數量係分別對應於該滑片的數量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之多滑片式壓縮機，其中該滑片與該連桿件的耦接型態可為螺絲鎖固方式或銷件穿設固定方式。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之多滑片式壓縮機，其中該連桿件可為弧狀型態、ㄈ狀型態或U狀型態。
  5. 一種分段式壓縮方法，其適用於迴轉式壓縮機，該多段式進氣與排氣之 方法包含以下步驟：提供一具有至少兩個滑片、至少兩個進氣通道與至少兩個排氣通道之壓縮機，而該些滑片之一端係分別耦接一連桿件，其中分別與該些滑片耦接之該連桿件係隨著該些滑片於一軸向上移動而移動，而分別與該連桿件耦接之該些滑片係設於同一軸線上且相互平行；該壓縮機之轉子於完成一周360度轉動中，該轉子由0度~180度的轉動過程中，依序產生第一階段進氣、第一階段壓縮、第一階段排氣；該轉子由180度~360度的轉動過程中，依序產生第二階段進氣、第二階段壓縮、第二階段排氣；其中，該轉子由180度~360度的轉動過程中，第一階段進氣係持續發生，而該第一階段進氣與該第二階段進氣係經由不同的該進氣通道，該第一階段排氣與該第二階段排氣係經由不同的該排氣通道。
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