CN1190592C - 往复式压缩机的气体压缩装置 - Google Patents

Abstract

一种往复式压缩机的气体压缩装置，包括：一台直线往复式电动机；一个离开往复式电动机预定距离的压缩气缸；一个在离开压缩气缸预定距离的位置控制气缸；一个插入压缩气缸和位置控制气缸内且在其中作直线往复运动的原始位置可变式活塞；以及一个压力控制装置，它安装在连接管的一侧，并将该位置控制气缸内的压力控制为从排气室排出来的气体的压力。因此，可以根据需要的量来压缩致冷剂气体，由于防止了致冷剂气体的压缩损失，系统的效率提高了；又由于无效容积减小了，防止了再膨胀损失，压缩机的效率提高了。

Description

往复式压缩机的气体压缩装置

技术领域

本发明涉及一种往复式压缩机的气体压缩装置，更具体的说，涉及一种能够控制活塞行程的距离，以控制受压缩的致冷剂气体的压缩量，并且能够最大限度减小无效容积。

背景技术

通常，压缩机是压缩流体的。本发明的往复式压缩机是这样运转的，即，活塞直接与产生直线往复驱动力的电动机连接，在气缸内作直线往复运动，以便压缩致冷剂气体。

如图1所示，往复式压缩机包括下列部件：一个封闭的容器10；一台安装在该封闭容器10内，并产生直线往复驱动力的往复式电动机20；一个后机架30和一个中间机架40，分别支承电动机20的两端；一个与中间机架40的一端联接的前机架50；一个气缸60，它联接在前机架50上，沿轴向与往复式电动机20隔开预定的距离；一个活塞70，它与往复式电动机20连接，并插入气缸60内，当接受往复式电动机20的直线往复驱动力时，能在气缸60内作直线往复运动；一个与气缸60和活塞70组合在一起的阀组件80，它随着由于活塞70的往复运动所产生的压力差，将气体吸入和排出气缸；以及一个弹性地支承着往复式电动机20和活塞70的直线往复运动的谐振弹簧组件90。

往复式电动机20包括下列构件：一个固定联接在后机架30和中间机架40上的圆筒形外定子21；一个插入外定子21内，隔开一定距离的内定子22；一个卷绕在外定子21内部的绕组线圈23；以及一个插入外定子21与内定子22之间，分别与两者隔开一定距离，并作直线往复运动的衔铁A。

衔铁A包括一个圆筒形磁铁夹持器24，和沿着圆周方向，以相等的间隔联接在该磁铁夹持器24上的多个永久磁铁25。上述衔铁A联接在活塞70上。

谐振弹簧组件90包括下列构件：一个具有一定面积的弯曲的支承件91，其一端与活塞70或衔铁A的一个表面联接，以使该支承件的位置能处于前机架50与中间机架40之间；一个位于前机架50与支承件91之间的前弹簧92；以及一个位于支承件91与中间机架40之间的后弹簧93。

阀组件80包括下列构件：一个盖住气缸60的压缩空间P的排气盖81；一个设置在排气盖81内部，用以敞开和关闭气缸60的压缩空间P的排气阀82；一个弹性地支承着排气阀82的阀门弹簧83；以及一个联接在活塞70的端部，用以打开和关闭在活塞70上形成的致冷剂吸气通道F的吸气阀84。

一根排气管2连接在排气盖81的一侧，用以导引压缩到高温高压将要排出的气体；一根用来将致冷剂气体导入封闭的容器10内部的吸气管1连接在封闭的容器10的一侧，亦即，其位置在后机架30的一侧。

下面，描述具有上述结构的现有往复式压缩机的工作过程。

首先，当电流通过绕组线圈23，向往复式电动机20供入动力时，由于电流流过绕组线圈23和永久磁铁25，而在外定子21与内定子22所产生的磁力线之间的相互作用，使得带有永久磁铁25的衔铁A作直线的往复运动。

由于衔铁A的直线往复驱动力传递给活塞70，于是活塞70便在气缸内部的压缩空间P内作直线往复运动。与此同时，阀组件80动作，于是气体便吸入气缸的压缩空间P内受到压缩后排出。这样的过程反复进行。

弹簧组件90把往复式电动机20的线性往复运动的动能作为弹性能储存起来，然后再释放出来，并形成谐振运动。

如图2所示，这种往复式压缩机装配后的原始位置a是这样设定的，即，位于气缸60内部的活塞70的端部的位置，处于最大上死点H_max和最大下死点L_max的中点，在上述两个死点之间的距离就是最大行程的距离S_max。

通常，电源的电压是受到控制的，在随机的上死点H1与随机的下死点L1之间的随机行程距离S1，则随着原始位置a和此时的最大上死点H_max和最大下死点L_max的中点移动，以便压缩致冷剂气体。

这就是说，如图3所示，如果气缸60的压缩空间P中要压缩的致冷剂气体的量比较多，那么活塞70的行程距离S2就加长，虽然仍小于最大行程的距离S_max，以增加经过压缩的致冷剂气体的量。

同时，如图4所示，如果气缸60的压缩空间P中要压缩的致冷剂气体的量比较少，则活塞70的行程距离S3就要短些。

此时，活塞是以原始位置a为基点，也就是以当时的最大上死点H_max和最大下死点L_max的中点为基点来运动的。因此，如果活塞70的行程距离过大，那么，在活塞70的上死点与排气阀82的底面之间的距离，即，上间隙就缩小了。同时，如果活塞70的行程距离过小，则上间隙，即活塞70的上死点与排气阀82的底面之间的距离就加大了。

但是，虽然这种现有的结构具有通过控制电压来控制活塞行程，以控制受压缩的致冷剂气体的量的优点，从而能够按照需要的多少来压缩气体，但是，由于活塞总是根据所设定的原始位置，即最大上死点与最大下死点之间的中点，在行程距离上移动，所以上间隙增大了。由于上间隙增大，无效容积也增大，压缩机的效率降低了。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种往复式压缩机的气体压缩装置，它能够根据对受压缩的致冷剂气体的控制来控制活塞的行程距离，并能把无效容积减少到最少。

为达到本发明在本说明书中所述的上述和其他目的和优点，提供了一种往复式压缩机的气体压缩装置，它包括下列部件：一台产生直线往复驱动力的往复式电动机；一个设置在离开往复式电动机预定距离的位置上的压缩气缸；一个设置在离开压缩气缸预定距离的位置上的位置控制气缸；一个插入压缩气缸和位置控制气缸内的原始位置可变式活塞，它与往复式电动机连接，接受该往复式电动机的驱动力，并在压缩气缸和位置控制气缸内作直线往复运动；一个与原始位置可变式活塞的谐振运动协调的谐振弹簧；一个盖住压缩气缸的端部，形成用于排出受压缩气体的排气室的排气盖；一个阀组件，它用于通过一条在原始位置可变式活塞内部行程的吸气通道，随着原始位置可变式活塞的直线往复运动，将气体吸入压缩气缸内，并将在压缩气缸内经过压缩的气体排入排气盖的排气室内；一根连接管，它用于将一部分排入排气盖的排气室内的经过压缩的气体引导到位置控制气缸内；以及一个压力控制装置，它安装在连接管的一侧，并将该位置控制气缸内的压力控制为从排气室排出来的气体的压力。

附图简述

下列附图可用于进一步了解本发明，并成为本说明书的一部分，共同描述本发明的实施例，解释本发明的原理。附图中：

图1是现有技术中的往复式压缩机的垂直截面图；

图2是断面图，表示当按照现有技术中的往复式压缩机压缩气体时，活塞运动时的最大上死点，最大下死点和随机行程距离S1；

图3是断面图，表示按照现有技术，如果压缩的致冷剂气体量比较多时，活塞运动的行程距离S2；

图4是断面图，表示按照现有技术，如果压缩的致冷剂气体量比较少时，活塞运动的行程距离S3；

图5是按照本发明的一个优选实施例的具有气体压缩装置的往复式压缩机的垂直断面图；

图6是断面图，表示当往复式压缩机在压缩致冷剂气体时，如果致冷剂气体量比较多，变化后的原始位置a4和行程距离S4；以及

图7是断面图，表示当往复式压缩机在压缩致冷剂气体时，如果致冷剂气体量比较少，变化后的原始位置a5和行程距离S5。

优选实施例详述

下面，参照附图详细描述本发明的优选实施例。

图5是按照本发明的一个优选实施例的具有气体压缩装置的往复式压缩机的垂直断面图。

首先，如图5所示，在一台往复式压缩机中，一台往复式电动机20安装在一个有一个预定的内部空间的容器10中，用以产生线性往复驱动力，还有联接在该往复式电动机20两端的后机架30和中间机架40。

往复式电动机20包括下列构件：一个固定联接在后机架30和中间机架40上的圆筒形外定子21；一个插入外定子21内，与其隔开一定距离的内定子22；一个联接在外定子21内部的绕组线圈23；以及一个插入外定子21与内定子22之间，作直线往复运动的衔铁A。

上述内定子22做成圆筒形，具有预定的厚度和宽度。

衔铁A包括一个圆筒形的磁铁夹持器24，和多个联接在磁铁夹持器24上，隔开预定距离的永久磁铁25。

一个具有预定形状的前机架50联接在中间机架40上，而一个压缩气缸100则联接在穿过前机架50的通孔中。

一个原始位置控制气缸110连接在往复式电动机的内定子22上，而原始位置可变式活塞120则插入压缩气缸100内，并且原始位置控制气缸110与往复式电动机20的衔铁A联接。

压缩气缸100包括一个具有预定长度的气缸体部分101，和一个从气缸体部分101延伸出来，具有预定宽度和高度的台阶部分102。

压缩气缸100的气缸体部分101插入前机架的通孔内，而台阶部分102则与前机架50的端部接触。

原始位置控制气缸110包括：一端封闭的气缸体部分111；一个安装部分113，它在缸体部分开口的一侧弯曲地延伸出一个预定的面积，并且有多个通气孔112，致冷剂气体就通过这些孔，并通过这些孔与不同的零件连接；以及一个穿过气缸体部分111一端的连接孔。

在原始位置控制气缸110中，安装部分113固定安装在内定子22的一端，并且气缸体部分111位于该内定子22内部。

原始位置可变式活塞120包括：一个圆筒体部分121，它有预定的长度，两端封闭，其一端插入压缩气缸100内，其另一端插入原始位置控制气缸110内；一个从圆筒体部分121的外圆周表面向外延伸形成的，具有预定面积的连接支承件122；以及一条致冷剂气体吸气通道，它在圆筒体部分121的一端有一个吸气孔123，和一个流出孔124，通过吸气孔123吸入的致冷剂气体，通过圆筒体部分121，从流出孔124流入压缩气缸100内。

至于原始位置可变式活塞120本身，其圆筒体部分121上有流出孔124的一端插入压缩气缸100内，圆筒体部分121的相对的另一端则插入原始位置控制气缸110内，并且连接支承件122连接在往复式电动机20的衔铁A上。

多个支承着原始位置可变式活塞120的谐振弹簧130设置在原始位置可变式活塞120的连接支承件122的两侧。

即，有多个谐振弹簧130联接在原始位置可变式活塞120的连接支承件122的一个表面与中间机架40之间，而另外多个谐振弹簧130则联接在原始位置可变式活塞120的连接支承件122与前机架50之间。

排气盖140联接在压缩气缸100的一个端部上，盖住压缩气缸100。排气盖140有一个排气室D，用于排出在压缩气缸100内经过压缩的致冷剂气体。

设置了一个阀组件150，用于随着原始位置可变式活塞120的直线往复运动，通过在原始位置可变式活塞120内部形成的吸气通道，把气体吸入压缩气缸100内，并把在压缩气缸100内经过压缩的气体排入排气盖140的排气室D内。

阀组件150包括：一个设置在排气盖140内部的排气阀151，用于打开和关闭压缩气  100的内部空间；一个弹性地支承着排气阀151的阀弹簧152；以及一个联接在原始位置可变式活塞120的一端的吸气阀153，用于打开和关闭在该原始位置可变式活塞120内部形成的流出孔124。

一根排气管2连接在排气盖140的一侧，用以将排入排气室D内的高压气体排到外部去，一根连接在排气管2上的连接管160用来将排入排气管2内的一部分致冷剂气体引入原始位置控制气缸110内。

在连接管160的一端有一个压力控制阀170，它能够控制流入原始位置控制气缸110中的致冷剂气体的压力。

优选地，一个可以改变流通方向的三通电磁阀用作压力控制阀170。

标号1表示用于引入致冷剂气体的吸气管。

下面，描述本发明的往复式压缩机的气体压缩装置的运转效果。

首先，当电流通过绕组线圈23时，便有动力供入往复式电动机20中，由于电流流过绕组线圈23和永久磁铁25而在外定子21与内定子22中所产生的磁力线之间的相互作用，使得带有永久磁铁25的衔铁A作直线往复运动。

由于衔铁A的直线往复驱动力传递给原始位置可变式活塞120，于是原始位置可变式活塞120便在压缩气缸100和原始位置控制气缸110内作直线往复运动。与此同时，阀组件150工作，于是致冷剂气体便吸入气缸的压缩气缸100内，受到压缩后排出。这样的过程反复进行。

此时，致冷剂气体是这样吸入压缩气缸100的，即，由于压缩气缸100内部的压力差，致冷剂气体便通过在后机架30的中央部分形成的通孔吸入吸气管1内，然后再通过原始位置控制气缸110上的通气孔112吸入原始位置可变式活塞120的吸气孔123内。

吸入原始位置可变式活塞120的吸气孔123内的致冷剂通过其内部后，通过在原始位置可变式活塞120端部形成的流出孔124和吸气阀153，吸入压缩气缸100的内部空间。

在压缩气缸100中经过压缩之后的致冷剂气体流过排气盖140的排气室D，并通过排气管2排到外部，其中，一部分排入排气管2的高压致冷剂气体，则通过连接管160流入原始位置控制气缸110的内部空间，结果，原始位置控制气缸110的内部空间中的压力便保持在设定原始位置可变式活塞120的原始位置的预先设定的压力下。此时，压力控制阀170处于打开状态。

多个谐振弹簧130把往复式电动机20的直线往复运动力作为弹性能储存和释放出来，与此同时，还诱发一个谐振运动。

原始位置可变式活塞120的原始位置在位于压缩气缸100内部的原始位置可变式活塞120端部的基面上，而原始位置可变式活塞120的基准端部则位于原始位置可变式活塞的上死点与下死点之间，即，在行程距离的正中央。

然后，在原始位置可变式活塞120的基准端部的原始位置定位在所控制的随机基准位置上之后，控制电源的电压，从而控制原始位置可变式活塞120的上死点和下死点的位置，即，行程的距离。

结果，如果要吸入的致冷剂气体的量比较多，就可以把行程的距离控制得大些，而如果要吸入的致冷剂气体的量比较少，就把行程距离控制得小些。

如果在控制电源的同时，控制连接管160的打开程度，则从压缩气缸100中排出之后，排入排气管2内的一部分高压致冷剂气体，便流入原始位置控制气缸110内，以控制该气缸内部的压力。

因此，原始位置可变式活塞120便由于原始位置控制气缸110的内部压力而向压缩气缸100内部移动，或者向原始位置控制气缸110内移动，并在其中作往复运动。

原始位置控制气缸110的作用是，当原始位置可变式活塞120作往复运动时，借助于充满其中的致冷剂气体的压力，起气体弹簧的作用。

换言之，当原始位置可变式活塞120的原始位置，随着原始位置控制气缸110内部的压力状态，向压缩气缸100内移动时，原始位置可变式活塞120在吸入，压缩和排出致冷剂气体的同时，在受到电压控制的距离上移动。

图6是断面图，表示当往复式压缩机在压缩致冷剂气体时，如果致冷剂气体量比较多，变化后的原始位置a4和行程距离S4。

如图6所示，当原始位置可变式活塞120的基准端部处于最大上死点H_max和最大下死点L_max之间的正中央位置a上时，如果要压缩更多的致冷剂气体，但少于最大气体压缩量，就可以控制电源的电压，使得原始位置可变式活塞120的原始位置的行程距离S4与设定的压缩量相适应，与此同时，借助于控制压力控制阀170，使一部分高压致冷剂气体流入原始位置控制气缸110内，以便达到预先设定的压力状态。

当原始位置可变式活塞120的基准端部移动并定位在基准位置a4上时，原始位置可变式活塞120便随着电压的控制，移动到上死点H4或下死点L4，从而压缩致冷剂气体。

图7是断面图，表示当往复式压缩机在压缩致冷剂气体时，如果致冷剂气体量比较少，变化后的原始位置a5和行程距离S5。

如图7所示，如果压缩的致冷剂气体少，电源的电压就随着所设定的两压缩致冷剂气体的量，控制为较小的行程距离S5，与此同时，控制压力控制阀170，增大原始位置控制气缸110内部的压力。然后，是原始位置可变式活塞120的基准端部从设定的基准位置a4向压缩气缸100移动，以便定位在位置a5上，活塞120就以行程距离S5作往复运动，压缩致冷剂气体。

即，原始位置可变式活塞120的行程距离的控制决定于要排出的压缩致冷剂气体的量，并控制原始位置可变式活塞120的原始位置，这样，原始位置可变式活塞120的顶部间隙就能始终保持某一个距离。

因此，当行程距离增大，压缩的致冷剂气体量较多时，原始位置控制气缸110内部的压力就增大，结果，原始位置可变式活塞120的基准位置就向压缩气缸100方向移动，其移动量与最大行程距离与预先设定的行程距离之间的差相适应，从而恒定地保持原始位置可变式活塞120的顶部间隙。

同时，当行程距离减小，压缩的致冷剂气体量较少时，原始位置控制气缸110内部的压力就增大，结果，原始位置可变式活塞120的基准位置就向压缩气缸100方向移动，从而恒定地保持原始位置可变式活塞120的顶部间隙。

因此，即使由于为要排出的经过压缩的致冷剂气体的量而采用了原始位置控制气缸110，原始位置可变式活塞120的原始位置改变了，但原始位置可变式活塞120的顶部间隙却恒定地保持着，结果，就能减少无效容积。

如上所述，本发明的往复式压缩机的气体压缩装置有多个优点。

这些优点是，例如，首先，借助于根据对电动机电压的控制来控制原始位置可变式活塞的行程距离，就能控制气体的压缩量，并且，与此同时，就能借助于控制原始位置可变式活塞的基准位置来控制原始位置可变式活塞的行程距离。

其次，由于原始位置可变式活塞的顶部间隙能恒定地保持，所以就能根据需要量来压缩致冷剂气体，防止了压缩致冷剂气体的损失，提高了系统的效率。

最后，由于无效容积减少到最少，防止了再膨胀损失，压缩机的效率提高了。

本发明可在不脱离其构思或基本特征的前提下以各种不同的方式实施，所以，应该理解，除非有特别规定，以上所描述的实施例并不是限定在已经描述过的细节上，而是可以在本申请的权利要求书所确定的构思范围内广泛地以各种方式实施。因此，所有落入本申请的权利要求书范围内的改变和变型，或者其等同物都包括在该权利要求书中。

Claims (4)

1.一种往复式压缩机，包括：

一个封闭的容器；一台安装在该封闭容器内，并产生直线往复驱动力的往复式电动机；一个后机架和一个中间机架，分别支承电动机的两端；一个与中间机架的一端联接的前机架；一个气缸，它联接在前机架上，沿轴向与往复式电动机隔开预定的距离；一个活塞，它与往复式电动机连接，并插入气缸内，当接受往复式电动机的直线往复驱动力时，能在气缸内作直线往复运动；一个与气缸和活塞组合在一起的阀组件，它随着由于活塞的往复运动所产生的压力差，将气体吸入和排出气缸；以及一个弹性地支承着往复式电动机和活塞的直线往复运动的谐振弹簧组件，

其特征在于，改进包括：

一个气体压缩装置，它包括：

一个设置在离开上述压缩气缸预定距离的位置上的位置控制气缸；

一个插入上述压缩气缸和位置控制气缸内的原始位置可变式活塞，它与上述往复式电动机连接，接受该往复式电动机的驱动力，并在上述压缩气缸和位置控制气缸内作直线往复运动；

一根连接管，它用于将一部分排入排气盖的排气室内的经过压缩的气体引导到位置控制气缸内；以及

一个压力控制装置，它安装在连接管的一侧，并将该位置控制气缸内的压力控制为从排气室排出来的气体的压力。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述位置控制气缸包括：

一端封闭的气缸体部分；

安装部分，它在缸体部分开口的一侧弯曲地延伸出一个预定的面积，并且有多个通气孔，并与不同的零件连接；以及

一个穿过上述气缸体部分一端的连接孔，上述连接管的一端与其连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述原始位置可变式活塞包括：

一个圆筒体部分，它有预定的长度，两端封闭，其一端插入压缩气缸内，其另一端插入原始位置控制气缸内；

一个从圆筒体部分的外圆周表面向外延伸形成的，具有预定面积的连接支承件；以及

一条吸气通道，它在圆筒体部分的一端有一个吸气孔，和一个流出孔，通过吸气孔吸入的致冷剂气体，通过圆筒体部分，从流出孔流入压缩气缸内。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在上述排气盖一侧形成一个用于向外排出致冷剂气体的排气管，并且上述连接管的一端与上述排气管联通。

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