ЛИНЕЙНЫЙ КОМПРЕССОР ХОЛОДИЛЬНОГО АППАРАТА С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ОТВОДА КОНДЕНСАТА Российский патент 2011 года по МПК F04B35/04 

Область техники

Изобретение относится к линейному компрессору или к холодильному аппарату, содержащему корпус поршня и движущийся в корпусе поршня вдоль оси возвратно-поступательно поршень компрессора, причем поршень компрессора опирается в корпусе поршня с помощью стенки корпуса, содержащей отверстия, и с помощью газообразной рабочей среды, протекающей через отверстия.

Уровень техники

В случае безмасляных линейных компрессоров поршень компрессора отделен от стенки корпуса подушкой из газообразного хладагента, который через микроотверстия через стенку корпуса поршня поступает внутрь к поршню компрессора. Для поддерживания этого газового подшипника, созданного подушкой, требуется непрерывная подача газа, так как иначе возникнет контакт поршня компрессора со стенкой корпуса, что приведет к трению и, тем самым, к износу. Известно решение, состоящее в том, чтобы для образования газовой подушки выполнить в стенке цилиндра множество микроотверстий. US 6575716 предусматривает паз, проходящий по окружности стенки корпуса, с центральным снабжающим отверстием.

Во время фазы пуска компрессора, которая обычно длится несколько минут, до того момента, пока компрессор достигнет свою рабочую температуру, часть хладагента, сжатого компрессором, может конденсироваться по причине низкой температуры при одновременно высоком давлении. Конденсат образуется в большинстве случаев на внешней стороне стенки корпуса, выполненной в виде цилиндрической гильзы, вследствие чего микроотверстия, выполненные в стенке корпуса, смачиваются и, тем самым, забиваются. Вследствие смачивания микрофорсунок подача газового потока, необходимого для газового подшипника, существенно усложняется и может привести к неработоспособности газового подшипника в том случае, если будут смочены большие участки. Этот эффект конденсации может быть еще усилен перед микроотверстием и после него, если хладагент испаряется на внутренней стенке корпуса, так как испарение далее охлаждает стенку корпуса.

Микроотверстия находятся в состоянии, забитом вследствие конденсации хладагента, как правило, около 10 минут. Это время может быть и существенно больше. Это состояние заканчивается только тогда, когда трение поршня компрессора о стенку корпуса, а также теплота сжатия достаточно нагрели всю систему, и, таким образом, превышен критический температурный диапазон.

При определенных обстоятельствах холод, вызванный испарением, может стабилизировать конденсацию хладагента, и, таким образом, теплота трения не достаточна, чтобы покинуть критический температурный диапазон, и только при существенных повреждениях линейного компрессора трение будет достаточно большим, чтобы произвести достаточно тепла. Однако эта ситуация не желательна, так как таким образом уменьшаются коэффициент полезного действия линейного компрессора и срок службы линейного компрессора.

До настоящего времени предусматривались особенно твердые покрытия поверхности поршня компрессора, которые уменьшают износ фаз трения при пуске и выбеге до допустимой величины. Однако подобные покрытия поверхности являются относительно затратными в изготовлении.

Посредством подходящего теплового мостика напорной стороны линейного компрессора с газовым подшипником может быть предотвращена длительная конденсация. С потерей мощности во время фазы пуска до сего времени приходилось мириться.

Раскрытие изобретения

Тем самым, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать линейный компрессор или холодильный аппарат, содержащий этот линейный компрессор, а также создать способ изготовления, благодаря чему срок службы и коэффициент полезного действия могут быть простым образом увеличены. Далее, задача изобретения состоит в том, чтобы создать способ охлаждения продуктов, который допускает особенно быстрое, надежное и энергосберегающее охлаждение продуктов.

Согласно изобретению эта задача решается с помощью линейного компрессора, с помощью холодильного аппарата, а также с помощью способа охлаждения, как это сказано в независимых пунктах формулы изобретения. Другие преимущественные варианты реализации и развития изобретения, которые могут применяться по отдельности или в любой комбинации друг с другом, являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Предложенный изобретением линейный компрессор содержит корпус поршня и двигающийся в корпусе поршня вдоль оси возвратно-поступательно поршень компрессора, причем поршень компрессора опирается в корпусе поршня с помощью стенки корпуса, содержащей отверстия, и с помощью рабочей среды, протекающей через отверстия, причем предусмотрено устройство для отвода конденсата рабочей среды. Рабочая среда может быть хладагентом.

Стенка корпуса с отверстиями образует газовый подшипник, который создает газовую подушку посредством непрерывного потока рабочей среды в промежуточном пространстве между поршнем компрессора и стенкой корпуса. Газовая подушка обеспечивает бесконтактное опирание поршня компрессора перед стенкой корпуса и посредством стенки корпуса. Отверстия могут иметь средний диаметр в диапазоне от 0,005 мм до 0,3 мм, особенно в диапазоне от 0,01 мм до 0,100 мм, предпочтительно в диапазоне от 0,02 до 0,04 мм. Рабочая среда может подаваться с помощью напорной подающей трубки с напорной стороны линейного компрессора. Рабочая среда может быть хладагентом.

Устройство для отвода обеспечивает отвод или отделение сконденсированной рабочей среды от отверстий. С помощью устройства для отвода предотвращается или прекращается смачивание отверстий, и, таким образом, предотвращается или по меньшей мере уменьшается забивание отверстий, следствием которого была бы по меньшей мере частичная неработоспособность газового подшипника. Уменьшенное смачивание уменьшает трение и, тем самым, износ. Как следствие этого, увеличивается срок службы линейного компрессора и его коэффициент полезного действия.

В первом варианте реализации устройство для отвода реализовано посредством углубления, выполненного в корпусе поршня, и образует сборный резервуар для конденсата рабочей среды.

Конденсат рабочей среды течет в углубление и собирается там. С помощью сборного резервуара конденсат рабочей среды течет от стенки корпуса и, тем самым, не может смочить или забить никакие другие отверстия. Углубление при этом рассчитывается таким образом, чтобы оно могло принять количество конденсата рабочей среды, которое приходится на фазу пуска линейного компрессора.

Во втором варианте реализации устройство для отвода образуется посредством того, что напорная подающая трубка для газообразной рабочей среды входит в самый нижний участок корпуса поршня.

С помощью напорной подающей трубки газообразная рабочая среда, необходимая для газового подшипника, подается к стенке корпуса. Благодаря расположению напорной подающей трубки в самом нижнем участке корпуса поршня, напорная подающая трубка служит также в качестве рециркуляционной трубки для конденсата рабочей среды. Конденсат рабочей среды может вытекать из внутреннего пространства корпуса поршня через напорную подающую трубку под действием силы тяжести.

В третьем варианте реализации предусмотрены всасывающее соединение и напорное соединение, а устройство для отвода создается посредством того, что напорное соединение образует самый нижний участок корпуса поршня.

Если конденсат рабочей среды образуется во внутреннем пространстве корпуса поршня, то конденсат рабочей среды собирается в самом нижнем участке корпуса поршня и может вытечь из корпуса поршня через напорное соединение.

Преимущественно конденсат рабочей среды подается затем под давлением из линейного компрессора в конденсатор системы охлаждения или течет под действием силы тяжести в конденсатор. При таком варианте реализации также уменьшается износ линейного компрессора, так как уменьшается степень забитости отверстий. Благодаря уменьшению количества забитых отверстий достигается уменьшение трения, вследствие чего повышается коэффициент полезного действия линейного компрессора.

В четвертом варианте реализации стенка корпуса содержит сторону, обращенную к поршню компрессора, и сторону, обращенную от поршня компрессора, а устройство для отвода образуется посредством того, что на той стороне стенки корпуса, которая обращена к поршню компрессора, особенно в непосредственной близости от отверстий, предусмотрены поры и/или пазы. Поры или пазы обладают способностью создавать капиллярные силы применительно к конденсату рабочей среды, благодаря которым конденсат рабочей среды отводится от отверстий.

Преимущественно диаметр пор или ширина пазов меньше, чем диаметр отверстий. Посредством подобного выбора размеров пор или пазов гарантируется, что капиллярные силы в порах или пазах будут больше, чем в соответствующих отверстиях, и, таким образом, жидкий конденсат рабочей среды вытягивается из отверстий наружу по причине градиента размера пор.

Поры могут быть выполнены посредством пористого материала, который является, например, агломерированным материалом или агломерированной керамикой и наносится на внешнюю сторону стенки корпуса, выполненной в виде цилиндрической гильзы.

Пазы могут быть выполнены также прямо на обращенной от поршня компрессора стороне стенки корпуса. Например, пазы могут быть выполнены в стенке корпуса посредством вырезания или выдавливания. Также и здесь силы адгезии пазов способствуют вытягиванию жидкого конденсата из отверстий.

Преимущественно в корпусе поршня, особенно на стенке корпуса и/или в ней, предусмотрен нагреватель. С помощью нагревателя конденсат рабочей среды может быть испарен. Например, нагреватель предусмотрен на стороне, обращенной от поршня компрессора. С помощью нагревателя стенка корпуса может быть нагрета до температуры выше точки конденсации рабочей среды. Эта концепция может быть принципиально реализована также отдельно и без устройства для отвода.

Работа нагревателя может быть настроена так, что она будет осуществляться только во время фаз пуска линейного компрессора. Благодаря этому, подается то количество теплоты, которое необходимо во время фазы пуска, а ненужное тепло не производится во время нормальной работы линейного компрессора.

В специальном варианте реализации линейный компрессор является безмасляным. Для уменьшения износа линейного компрессора предусмотрено особенно твердое покрытие поверхности поршня компрессора.

Стенка корпуса преимущественно выполнена в виде цилиндрической гильзы, в которой поршень компрессора двигается возвратно-поступательно.

Предложенный изобретением холодильный аппарат содержит предложенный изобретением линейный компрессор. Холодильный аппарат отличается особой долговечностью и высокой надежностью. Трение в линейном компрессоре уменьшается, и уменьшается износ поршня компрессора или стенки корпуса. Холодильный аппарат может быть холодильником, морозильником и/или кондиционером, особенно кондиционером для автомобиля.

В предложенном изобретением способе охлаждения продуктов используется предложенный изобретением холодильный аппарат. Он в состоянии быстро, надежно и энергосберегающим образом охлаждать продукты, особенно продукты питания, или держать их охлажденными.

Краткое описание чертежей

Другие преимущественные или специальные варианты реализации изобретения поясняются ниже с помощью следующих чертежей, которые не ограничивают настоящее изобретение, а только поясняют его в качестве примера. На них показано следующее.

Фиг.1 - первый вариант реализации предложенного изобретением линейного компрессора в разрезе.

Фиг.2 - второй вариант реализации предложенного изобретением линейного компрессора в разрезе.

Осуществление изобретения

Фиг.1 показывает первый вариант реализации линейного компрессора 1 в продольном разрезе с корпусом 2 поршня, причем в корпусе 2 поршня вдоль оси 3 поршень 4 компрессора двигается возвратно-поступательно с помощью поршневого штока 18. Поршень 4 компрессора опирается с помощью стенки 6 корпуса, которая содержит отверстия 5, таким образом, что рабочая среда течет через отверстия 5 и образует газовую подушку между стенкой 6 корпуса и поршнем 4 компрессора. При поддержании непрерывного газового потока через отверстия 5 поршень 4 компрессора бесконтактно направляется в стенке 6 корпуса, выполненной в виде цилиндрической гильзы. Линейный компрессор 1 содержит всасывающее соединение 9 и напорное соединение 10, которые подключаются или отключаются с помощью клапанной пластины 17 в соответствии с рабочими фазами. Корпус 2 поршня содержит углубление 7, которое служит в качестве устройства 16' для отвода конденсата рабочей среды. Образованный конденсат рабочей среды выходит из стенки 6 корпуса, выполненной в виде цилиндрической гильзы, в углубление 7 и собирается там. Этот конденсат рабочей среды теперь не может смачивать отверстия 5. Непрерывный газовый поток подается с помощью напорной подающей трубки 8 от напорного соединения 10. Стенка 6 корпуса содержит обращенную к поршню 4 компрессора сторону 11 и обращенную от поршня 4 компрессора сторону 12. На обращенной от поршня 4 компрессора стороне 12 в непосредственной близости от отверстий 5 предусмотрены поры 13 или пазы 14, которые имеют характеристический размер (то есть диаметр в случае пор и ширина в случае пазов), который меньше, чем диаметр отверстий 5. Благодаря подобному выбору размеров возникают капиллярные силы применительно к конденсату рабочей среды, которые вытягивают конденсат рабочей среды из отверстий 5. Конденсат рабочей среды, тем самым, принимается порами 13 или пазами 14, и отверстие 5 открывается и служит газовому подшипнику для поршня 4 компрессора. Поры 13 или пазы 14 представляют собой другой вариант реализации устройства 16'' для отвода. Рабочая среда подводится или отводится с помощью клапанов 21 в соответствии с рабочими фазами.

Фиг.2 показывает другой вариант реализации предложенного изобретением линейного компрессора 1, причем на стороне 12 стенки 6 корпуса, причем сторона 12 обращена от поршня 4 компрессора, предусмотрен нагреватель 15, с помощью которого стенка 6 корпуса с находящимися в ней отверстиями 5 нагревается так сильно, что не может осаждаться никакой конденсат рабочей среды или испаряется уже осадившийся конденсат рабочей среды. Температура выше, чем температура конденсации рабочей среды при среднем давлении, имеющемся в корпусе поршня. Нагрев преимущественно включается только во время фазы пуска линейного компрессора 1, а при нормальной работе линейного компрессора 1 остается выключенным. Напорное соединение 10 камеры 22 сжатия расположено в самом нижнем участке крышки 23 линейного компрессора 1, и, таким образом, собирающаяся жидкая рабочая среда, например хладагент из линейного компрессора 1 подается под давлением в конденсатор системы охлаждения (не показана) или может течь в конденсатор под действием силы тяжести. В этом варианте реализации конструкция напорного соединения 10 образует в самом нижнем участке устройство 16''' для отвода. Далее, в корпусе 2 поршня предусмотрена напорная подающая трубка 8, которая снабжает стенку 6 корпуса газообразной рабочей средой с напорной стороны 10 и входит в самом низком участке корпуса 2 поршня. Таким образом, собирающийся конденсат рабочей среды под действием силы тяжести может стекать через напорную подающую трубку 8. Напорная подающая трубка 8 служит, тем самым, в качестве рециркуляционной трубки для конденсата рабочей среды. При подходящем положении клапанной пластины 17 конденсат рабочей среды может стекать к напорному соединению 10.

Расположение напорной подающей трубки 8 в самом нижнем участке корпуса 2 поршня представляет другой вариант реализации устройства 16 для отвода.

Различные варианты устройства 16, 16', 16'', 16''' для отвода представляют различные меры по предотвращению неработоспособности газового подшипника из-за смачивания отверстий, требуемых для газового подшипника. Эти варианты могут использоваться отдельно или в любой комбинации друг с другом. Каждый из вариантов по отдельности способствует тому, чтобы меньшее количество отверстий было блокировано конденсатом рабочей среды. Вследствие этого газовый подшипник поршня 4 компрессора в корпусе 2 поршня будет работать надежнее. Как следствие этого, уменьшается износ, а также увеличиваются продолжительность службы линейного компрессора 1, а также коэффициент полезного действия.

Предложенный изобретением линейный компрессор 1 или предложенный изобретением холодильный аппарат, содержащий этот линейный компрессор 1, содержит корпус 2 поршня и двигающийся в нем возвратно-поступательно вдоль оси 3 поршень 4 компрессора, причем поршень 4 компрессора опирается в корпусе 2 поршня с помощью стенки 6 корпуса, содержащей отверстия 5, и с помощью газообразной рабочей среды, протекающей через отверстия 5, причем предусмотрено устройство 16, 16', 16'', 16''' для отвода конденсата рабочей среды, и отличается высокой продолжительностью службы и особенно высоким коэффициентом полезного действия.

Изобретение предназначено для использования в области компрессоростроения в холодильных агрегатах для охлаждения продуктов. Линейный компрессор (1) или предложенный изобретением холодильный аппарат, содержащий этот линейный компрессор (1), содержит корпус (2) поршня и движущийся в корпусе (2) поршня вдоль оси (3) возвратно-поступательно поршень (4) компрессора. Поршень (4) компрессора опирается в корпусе (2) поршня с помощью стенки (6) корпуса, содержащей отверстия (5), и с помощью газообразной рабочей среды, протекающей через отверстия (5). Предусмотрено устройство (16, 16', 16'', 16''') для отвода конденсата рабочей среды. Высокая продолжительность службы и особо высокий коэффициент полезного действия. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Линейный компрессор (1), содержащий корпус (2) поршня и выполненный возможностью движения в корпусе (2) поршня вдоль оси (3) возвратно-поступательно поршень (4) компрессора, причем поршень (4) компрессора опирается в корпусе (2) поршня с помощью стенки (6) корпуса, содержащей отверстия (5), и с помощью газообразной рабочей среды, протекающей через отверстия (5), отличающийся тем, что содержит устройство (16, 16', 16'', 16''') для отвода конденсата рабочей среды.

2. Линейный компрессор (1) по п.1, отличающийся тем, что устройство (16') для отвода образовано углублением (7), выполненным внутри корпуса (2) поршня, и образует сборный резервуар для конденсата рабочей среды.

3. Линейный компрессор (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство (16) для отвода образовано посредством того, что напорная подающая трубка (8) для газообразной рабочей среды входит в самый нижний участок корпуса (2) поршня.

4. Линейный компрессор (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что предусмотрены всасывающее соединение (9) и напорное соединение (10), а устройство (16''') для отвода создается посредством того, что напорное соединение (10) образует самый нижний участок корпуса (2) поршня.

5. Линейный компрессор (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что стенка (6) корпуса содержит сторону (11), обращенную к поршню (4) компрессора, и сторону (12), обращенную от поршня (4) компрессора, а устройство (16'') для отвода образовано посредством того, что на стороне (12) стенки (6) корпуса, которая обращена к поршню (4) компрессора, особенно в непосредственной близости от отверстий (5), предусмотрены поры (13) и/или пазы (14).

6. Линейный компрессор (1) по п.5, отличающийся тем, что диаметр пор (13) или ширина пазов (14) меньше, чем диаметр отверстий (5).

7. Линейный компрессор (1) по одному из пп.1, 2, 6, отличающийся тем, что в корпусе (2) поршня, особенно на стенке (6) корпуса, предусмотрен нагреватель (15).

8. Линейный компрессор (1) по одному из пп.1, 2, 6, отличающийся тем, что линейный компрессор (1) является безмасляным компрессором.

9. Линейный компрессор (1) по одному из пп.1, 2, 6, отличающийся тем, что стенка (6) корпуса выполнена в виде цилиндрической гильзы.

10. Холодильный аппарат, особенно холодильник и/или морозильник, содержащий линейный компрессор (1), заявленный в одном из пп.1-9.

11. Способ охлаждения продуктов с помощью холодильного аппарата, заявленного в п.10.