ДВУСТОРОННИЙ ЛИНЕЙНЫЙ ПРУЖИННО-ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР
TWO-WAY LINEAR SPRING-PISTON COMPRESSOR

Изобретение относится к устройствам для сжатия паров и газов и может быть использовано в холодильной технике.
Известен линейный компрессор, имеющий поршневой шток с предварительно сжатой пружиной, и холодильный аппарат (патент РФ №2451209, F04B 35/04, 2007 г.), содержащий корпус поршня и двигающийся в нем вдоль оси возвратно-поступательно поршень компрессора. Поршень компрессора через тягу соединен с приводом для возвратно-поступательного движения. Тяга содержит предварительно сжатую пружину, предпочтительно винтовую пружину, при этом предварительное сжатие пружины больше, чем натяжение, производимое приводом в тяге.
Наиболее близким по существенным признакам заявленному изобретению является линейный компрессор с коаксиально-поршневым расположением (патент US №US 6079960, F04B 35/045; F25B 9/145, 2000 г.), содержащий первый и второй цилиндры, расположенные соосно, первый поршень, расположенный с возможностью возвратно-поступательного движения внутри первого цилиндра, второй поршень, расположенный с возможностью возвратно-поступательного движения внутри второго цилиндра, камеру сжатия.
В описанных выше устройствах пружины являются вспомогательными элементами и обеспечивают возврат поршня в исходную позицию (не принимают участия в процессе сжатия). Недостатки данных решений:
- низкий КПД;
- крупные габариты компрессорного оборудования.
Задачей изобретения является разработка легкого и малогабаритного компрессора с высоким КПД.
Поставленная задача решается тем, что в двустороннем линейном пружинно-поршневом компрессоре, содержащем линейный привод, поршневой цилиндр, головки поршневого цилиндра, поршень, приводимый в движение линейным приводом, с возможностью возвратно-поступательного движения поршня внутри поршневого цилиндра вдоль оси, пружины, согласно изобретению, пружины имеют трапецеидальное сечение витка и представляют собой возвратные пружины-поршни, установленные внутри поршневого цилиндра между головками поршневого цилиндра и поршнем, при этом поршень выполнен в виде цилиндра с усеченными конусами на концах.
В этом случае при сжатии пружина будет участвовать в процессе сжатия среды. Такая конструкция позволяет значительно упростить конструкцию компрессора. Отсутствие вращающихся масс и уменьшение количества пар трения позволяет значительно увеличить механический КПД и уменьшить габаритно-весовые характеристики. Трапецеидальное сечение витка предотвращает заклинивания поршня в момент разжимания пружины.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1), где:
1 - поршень;
2 - пружина-поршень;
3 - поршневой цилиндр;
4, 6 - линейный привод;
5 - головка поршневого цилиндра.
Компрессор работает следующим образом. На обмотку линейного привода 4 или 6 подается напряжение. С внешней стороны корпуса (поршневого цилиндра) установлены электромагнитные катушки, поочередно создающие магнитное поле, под воздействием которого перемещается поршень. Под воздействием магнитного поля поршень 1 перемещается в крайнее положение, сжимая пружину-поршень 2, которая участвует в процессе сжатия газа. Поршень выполнен в виде цилиндра с усеченными конусами на концах. Пружины-поршни с трапецеидальным сечением витка при полном сжатии образуют цилиндр с отверстием в виде усеченного конуса. При сжатии поршень заполняет это отверстие в виде усеченного конуса. Поршневой цилиндр имеет установленные с торцов головки, в которых установлены клапаны для впуска и выпуска рабочего газа. После того, как сжатый газ отведен через клапаны, напряжение с обмотки снимается и подается на другую обмотку, в результате чего поршень начинает двигаться в противоположную сторону. После того как сжатый газ отведен через систему клапанов, напряжение с обмотки снимается и процесс повторяется.
Поршень частично или полностью выполнен из магнитного материала. Форма поршня позволяет полностью сжимать пружину и избегать заклинивания поршня и пружины во время работы. Компрессор отличается от имеющихся тем, что возвратный механизм (пружина) также участвует в процессе сжатия газа. Плавное регулирование давления сжатия может осуществляться посредством регулирования тока на обмотках, втягивающих поршень. Пружины выполнены из немагнитного материала и магнитное поле катушек на них не воздействует.