ЛИНЕЙНЫЙ КОМПРЕССОР, ИМЕЮЩИЙ ПОРШНЕВОЙ ШТОК С ПРЕДВАРИТЕЛЬНО СЖАТОЙ ПРУЖИНОЙ, И ХОЛОДИЛЬНЫЙ АППАРАТ
LINEAR COMPRESSOR HAVING PISTON ROD WITH PRE-COMPRESSED SPRING, AND REFRIGERATING DEVICE

Область техники
Изобретение относится к линейному компрессору, содержащему корпус поршня и двигающийся в нем вдоль оси возвратно-поступательно поршень компрессора, причем поршень компрессора через тягу соединен с приводом для возвратно-поступательного движения. Также изобретение относится к холодильному аппарату и к способу охлаждения или замораживания продуктов.
Уровень техники
Известно решение, состоящее в том, чтобы для линейных бессмазочных компрессоров поршень компрессора опирался посредством подушки из газообразного хладагента, который через микроотверстия течет через стенку корпуса поршня внутрь к поршню компрессора. Для поддержания этого газового опирания, осуществляемого посредством подушки, требуется непрерывная подача газа, так как иначе возникнет контакт поршня компрессора со стенкой корпуса. Этот контакт станет причиной трения и тем самым приведет к износу линейного компрессора. Из DE 695 26 217 Т2 следует, что особенно в случае газовых подшипников должно быть предотвращено касание поршня и цилиндра в рабочем состоянии, чтобы минимизировать трение и тем самым износ линейного компрессора.
Чтобы держать расход газа, по возможности, на небольшом уровне, а также чтобы увеличить продолжительность службы линейного компрессора, особенно в линейных компрессорах, которые имеют подобные газовые подшипники, линейное движение линейного привода должно передаваться на поршень через поршневой шток по возможности без поперечных сил.
Известный из DE 695 26 217 Т2 поршневой шток предусматривает упругий стержень или трубку, с помощью которой передаются силы. Однако простая трубка или простой упругий стержень являются недостаточными, чтобы создать необходимую комбинацию из небольшой поперечной жесткости для принятия нежелательных поперечных сил и высокой осевой жесткости для передачи рабочего хода. По этой причине специальные решения предусматривают специально выполненные в виде стержня пружинные элементы с двумя узкими участками, которые служат в качестве мест изгиба, по возможности, и обеспечивают небольшую поперечную жесткость.
Недостатком в известных решениях является то, что по причине тонких мест изгиба вероятность излома также во время нормальной работы относительно высокая. Впоследствии требуется для каждого случая применения, то есть для каждого варианта компрессора, разработать собственный специально подогнанный поршневой шток, чтобы был соблюден обусловленный конструкцией чувствительный баланс поперечной и осевой жесткости. Кроме того, привязка поршневого штока к поршню и линейному приводу является затратной по причине небольшого диаметра узких участков.
Известное из DE 695 26 217 Т2 решение имеет слишком низкую осевую жесткость. Результатом этого могут быть потеря мощности, а также неисправности во время работы, и, таким образом, линейный компрессор при определенных обстоятельствах работает малоэффективно и малонадежно.
Раскрытие изобретения
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать линейный компрессор или холодильный аппарат, причем может быть реализовано соединение поршня компрессора с приводом, жесткое в осевом направлении, но мягкое относительно поперечных сил. Далее, задача состоит в том, чтобы создать способ охлаждения или замораживания продуктов, который функционирует с высоким коэффициентом полезного действия и позволяет быстро и эффективно охладить продукты.
Эти задачи решаются согласно изобретению посредством линейного компрессора, холодильного аппарата, а также посредством способа, как это указано в независимых пунктах формулы изобретения. Другие преимущественные варианты реализации и варианты развития, которые могут комбинироваться по отдельности или в любой комбинации друг с другом, являются предметом соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения.
Предложенный изобретением линейный компрессор содержит корпус поршня и двигающийся в нем вдоль оси возвратно-поступательно поршень компрессора, причем поршень компрессора соединен через тягу с приводом для возвратно-поступательного движения, причем тяга содержит предварительно сжатую пружину, особенно винтовую пружину.
Тяга может быть образована одним или несколькими поршневыми штоками. Множество поршневых штоков может быть соединено друг с другом параллельно и/или последовательно.
Линейный компрессор может быть бессмазочным. Особенно он содержит газовый подшипник, посредством которого поршень компрессора опирается бесконтактно в корпусе поршня при возвратно-поступательном движении.
Тяга для передачи силы привода на поршень компрессора содержит предварительно сжатую пружину, то есть пружину, которая меняет свою длину только тогда, когда будет превышен заданный порог силы.
Пружина может быть изготовлена из металла, особенно из стали, а также из пластмассы или композитного материала. Особенно могут применяться пружины с волоконным усилением, такие как пружины с угольным, стеклянным усилением и/или с усилением полиарамидным волокном.
Преимущественно пружина является плотно навитой винтовой пружиной, то есть соседние витки касаются друг друга, причем преимущественно поверхности соседних витков лежат одна на другой под давлением. В случае подобной пружины должен быть превышен заданный порог силы, то есть определенное заданное значение силы, чтобы соседние витки пружины были отделены друг от друга. Между двумя соседними витками пружины вдоль поверхности соприкосновения может воздействовать давление сжатия, значение которого лежит выше нуля.
С помощью подобной тяги могут приниматься относительно большие осевые силы, в то время как относительно небольшие поперечные силы могут быть мягко демпфированы. Если пружина является плотно навитой, то сила давления может приниматься в продольном направлении боковыми поверхностями лежащих друг на друге витков, таким образом достигается большая продольная жесткость. В случае предварительно сжатой пружины продольная жесткость достигается посредством предварительного сжатия. Относительно небольшие поперечные силы могут, однако, приниматься и уравновешиваться посредством эффекта рычага. Вследствие эффекта рычага и возможности того, что виток может односторонне подниматься от соседнего с ним витка, пружина в поперечном направлении очень мягкая.
По причине предварительного сжатия силы в продольном направлении меньше приводят к дестабилизации пружины в поперечном направлении, чем в случае известных поршневых штоков.
Преимущественно, предварительное сжатие пружины больше, чем натяжение, производимое приводом в тяге. Таким образом гарантируется, что пружина не будет в дальнейшем сжиматься или растягиваться и тем самым будет достигнуто жесткое соединение между приводом и поршнем компрессора. Особенно благодаря этому предотвращается то, что тяга из-за пружины не станет колеблющейся системой.
В специальном варианте реализации тяга имеет на каждом из по меньшей мере двух участков по предварительно сжатой пружине. Однако особенно предпочтительным является, когда тяга как таковая выполнена посредством пружины. Таким образом достигается особо мягкое соединение в поперечном направлении, которое может принять самые разнообразные виды колебаний, особенно S-образную деформацию тяги.
В особо преимущественном варианте реализации изобретения тяга, особенно с пружинным участком, навинчена на привод и/или на поршень компрессора. Благодаря особенной геометрии плотно навитой винтовой пружины особенно дается возможность выполнить соединение между поршнем компрессора и приводом в виде резьбового соединения таким образом, что витки винтовой пружины на концах используются в качестве резьбы, что более надежно и экономично, чем известная техника крепления посредством склеивания или зажима.
Соотношение осевой жесткости к поперечной жесткости пружины или предложенной изобретением тяги составляет минимум 20:1, особенно минимум 50:1, предпочтительно минимум 200:1. Описанная тяга имеет благодаря своей конструкции особо хорошее соотношение осевой жесткости к поперечной жесткости. Как следствие, тот же самый узел может быть использован для различных линейных компрессоров, особенно линейных компрессоров с различными значениями мощности, например 40 Вт, 80 Вт, 120 Вт или 160 Вт. Особая подгонка тяги к соответствующему типу линейного компрессора более не требуется. Благодаря этому далее снижаются затраты на изготовление линейного компрессора.
В преимущественном варианте реализации изобретения поршень компрессора направляется в корпусе поршня с помощью стенки корпуса, содержащей отверстия, и с помощью рабочей среды, проходящей через отверстия, особенно с помощью хладагента.
В целом, с помощью предложенного изобретением линейного компрессора может быть реализована надежная работа при достижении высокого коэффициента полезного действия. Потери мощности по причине чрезмерно мягкого поршневого штока в продольном направлении предотвращаются. Также предотвращаются потери мощности по причине перекашивания поршня компрессора в корпусе поршня по причине чрезмерной поперечной жесткости поршневого штока или по причине излома поршневого штока на узком участке. Итого, тем самым уменьшается износ на линейном компрессоре и далее уменьшается подверженность линейного компрессора неисправностям.
Предложенный изобретением холодильный аппарат, особенно холодильник и/или морозильник или кондиционер, особенно кондиционер для автомобиля, содержит предложенный изобретением линейный компрессор. Преимущественные свойства предложенного изобретением линейного компрессора переносятся тем самым на холодильный аппарат и тем самым способствуют особо надежной и энергосберегающей работе холодильного аппарата, которая расширяет возможности применения холодильного аппарата, особенно, что касается передвижных областей применения.
Предложенный изобретением способ охлаждения или заморозки продуктов содержит предложенный изобретением холодильный аппарат. По причине высокой надежности, а также высокого коэффициента полезного действия холодильного аппарата возможно особо надежное и энергосберегающее охлаждение или заморозка продуктов. Это способствует особо быстрому и экономичному охлаждению или заморозке продуктов.
Краткое описание чертежей
Другие особые преимущества или особенности поясняются с помощью следующих чертежей, которые не ограничивают настоящее изобретение, а только поясняют его в качестве примера. На них показано следующее.
Фиг.1: разрез предложенного изобретением линейного компрессора.
Фиг.2: разрез фрагмента другого предложенного изобретением линейного компрессора.
Фиг.3: предложенный изобретением линейный компрессор в аксонометрической проекции.
Фиг.4: предложенный изобретением холодильный аппарат.
Осуществление изобретения
Фиг.1 показывает продольный разрез фрагмента предложенного изобретением линейного компрессора 1 с поршнем 4 компрессора. Поршень 4 компрессора содержит внутри стенки 14 корпуса привод 6 и тягу 5 для соединения поршня 4 компрессора с приводом 6, а стенка 14 корпуса для опирания содержит отверстия 12, через которые проходит рабочая среда. Выполненная в виде поршневого штока тяга 5 образуется посредством плотно навитой винтовой пружины 7, которая предварительно сжата. Сила предварительного сжатия составляет примерно от 5 до 50 Н, то есть в осевом направлении тяги 5 должно быть приложено по меньшей мере от 5 до 50 Н, чтобы отделить друг от друга соседние витки 16. Вследствие эффекта рычага в поперечном направлении требуется только от 0,14 до 1,4 Н, чтобы в указанном здесь рычаге осуществить поднятие одного витка от витка, соседнего с ним. Поршень 4 компрессора двигается возвратно-поступательно в стенке 14 корпуса, выполненной в виде цилиндрической гильзы на оси 3. Поршень 4 опирается с помощью рабочей среды 17, которая протекает между стенкой 14 корпуса и корпусом 2 поршня через отверстия 12. Протекающая рабочая среда образует газовую подушку, и таким образом создается газовый подшипник.
Фиг.2 показывает продольный разрез фрагмента другого предложенного изобретением линейного компрессора 1, причем тяга 5 является трубкообразной и создается на первом участке 8 и на втором участке 9 в виде плотно навитой пружины. Оба участка 8, 9 способствуют изгибанию тяги 5 на этих участках и тем самым способствуют особо небольшой поперечной жесткости.
Фиг.3 показывает аксонометрическую проекцию предложенного изобретением линейного компрессора 1 с приводом 6, корпусом 2 поршня, причем непоказанный на чертеже поршень компрессора приводится в действие посредством привода 6 с помощью тяги 5.
3
Давление сжатия составляет величину от 9 до 10 бар. Масса поршня 6 компрессора составляет 50 г. Рабочая частота чуть менее 50 Гц. Ход поршня компрессора составляет примерно 20 мм, а сжимаемый объем составляет величину от 1 до 9 см.
Фиг.4 показывает предложенный изобретением холодильный аппарат 13 с предложенным изобретением линейным компрессором 1 и продуктами 15, которые охлаждаются. Благодаря высокой надежности и высокому коэффициенту полезного действия предложенного изобретением линейного компрессора 1 достигается особо надежное, быстрое и энергосберегающее охлаждение продуктов 15.
Изобретение относится к линейному компрессору 1, содержащему корпус 2 поршня и двигающийся в нем вдоль оси 3 возвратно-поступательно поршень 4 компрессора, причем поршень 4 компрессора через тягу 5 соединен с приводом 6 для возвратно-поступательного движения, причем тяга 5 содержит предварительно сжатую пружину 7. Также изобретение относится к холодильному аппарату и к способу охлаждения или замораживания продуктов, причем холодильный аппарат содержит предложенный изобретением линейный компрессор 1. Изобретение отличается тем, что благодаря конструкции предварительно сжатой пружины может быть достигнуто особо хорошее соотношение осевой жесткости к поперечной жесткости соединения между приводом 6 и поршнем 4 компрессора, тем самым с помощью одного и того же узла могут быть реализованы различные компрессоры с различными значениями мощности. Тем самым уменьшается не только отклонение поршневого штока, но и количество необходимых крепежных деталей со стороны поршня и со стороны привода.