限流器和气体压缩的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于气体压缩机（4）的活塞（2）与缸（3）之间的轴承构造的限流器（1）。这种气体压缩机（4）包括：至少一个保护衬垫（5），其在外部包围所述缸（3）。此外，气体压缩机（4）还包括安置于所述保护衬垫（5）与所述缸（3）之间的至少一个内腔体（6），其由缸（3）内的活塞（2）施加的压缩移动所致的排放流动而进给流体。此外，气体压缩机（4）还包括至少一个轴承构造间隙（7），其分隔活塞（2）的外壁与缸（3）的内壁。另外，气体压缩机（4）还包括至少一个限流器（1），限流器（1）具备外壳（12），外壳（12）使内腔体（6）与轴承构造间隙（7）流体地相关联。这种限流器（1）包括：至少一个限制管（8），其具备至少一个约束部分，约束部分具备大小适于限制从内腔体（6）流到轴承构造间隙（7）的气体流量的截面。本发明还涉及如上文所描述的包括限流器（1）的气体压缩机（4）。
【专利说明】限流器和气体压缩机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种被配置用来对气体压缩机的活塞与缸之间的轴承构造中所用的气体流量提供限制和/或控制的限制器元件。
[0002]本发明还涉及包括如上文所描述的至少一个限制器元件的气体压缩机。
【背景技术】
[0003]目前，很常见的是将由电动马达驱动的活塞(柱塞套(plunger set))和缸用于气体压缩机和制冷器械中，诸如家用/商业/工业电冰箱、冷冻机和空调。
[0004]在这些类型的压缩机中，电动马达驱动所述活塞，活塞继而在缸内以轴向往复运动移动以便压缩气体。通常，在此缸盖中设有吸入阀和气体排放阀，其分别调节在缸内侧的低压气体入口和高压气体出口。因此，活塞在压缩机缸内的轴向移动对吸入阀放入的气体执行压缩，增加其压力以便提供通过排放阀用于高压区域的气体流动方向。
[0005]在这种类型的气体压缩机中提到的技术挑战之一在于避免在活塞与缸之间的直接接触。因此，由于在活塞与缸之间的相对运动，需要利用安置在介于这两个零件之间的间隙中的流体形成活塞的轴承来防止它们的提早磨损。在活塞与缸之间存在流体也可以提供它们之间的摩擦减轻，这允许降低压缩机的机械损失。
[0006]线性压缩机常常使用被称作空气静力轴承构造的一种类型的轴承构造，其包括在活塞与缸之间实施气垫，避免了它们之间的接触。相比于其它类型的轴承构造，使用空气静力轴承构造是有利的，因为考虑到气体具有低于油的粘性摩擦系数，轴承构造所耗散的能量更小，这有助于更好的发动机效率。使用气体本身作为润滑剂的另一额外优点在于不存在使用油泵送系统的需要。
[0007]应当指出的是用于轴承构造的气体可以包括由压缩机泵送并且在制冷系统中使用的那些气体的一部分，在气体被压缩后，其朝向介于活塞与缸之间的间隙转移，形成气垫，气垫避免在它们之间的接触。以此方式，观察到用于轴承构造中的所有气体意味着压缩机的效率损失，因为压缩气体的主要功能是直接应用于制冷系统中以生成冷。因此，转移到轴承构造的气体体积的部分应保持最少以便不显著地损害压缩机的效率。
[0008]通常，为了获得空气静力轴承的高效操作，需要使用限流器，限流器能限制由压缩机的高压区域产生的压缩气体流动，使得存在于活塞与缸之间的间隙中的气体压力更少并且适合于该应用。换言之，这种约束目的在于允许通过限制由压缩机的高压区域产生的压缩气体的流动来进行轴承构造区域中的压力减小或控制。
[0009]发展了各种创造性配置来允许实施限制器以便提供轴承构造区域中的压力减小。
[0010]例如，美国专利申请US20040154468描述了一种限制器，其包括多孔性介质，其中多孔性条带与压缩环一起使用。这种类型配置的缺点在于需要精确地制造压缩环，除了尺寸控制难度之外，这增加了生产过程的成本。
[0011]美国专利US 6.293.684公开了一种限制器，其由沿着缸外壁安置的微通道形成，微通道与套筒(所述缸插入于其中)一起形成闭合并隔离的通道，得到多个限制器。类似于先前所提到的专利，这种类型配置的缺点在于需要精确地制造套筒，这增加了制造成本。
[0012]国际申请W0/2008/055809描述了一种限制器，其包括布置于缸壁中的微孔，利用激光制成这些微孔。同样，微孔的制造需要大量精度，这可能会不利于以有竞争力的销售(marker)成本来生产压缩机。
[0013]因此，目前仍不知道一种下面这样的对用于气体压缩机的活塞与缸之间轴承构造中的气体流量提供限制的令人满意并且高效的解决方案:这种方案表现出良好的可靠性和性能,并且其成本较低。
[0014]发明目的
本发明的第一目的在于提供一种低成本的限流器，其被配置成允许限制和/或控制在气体压缩机的活塞与缸之间的轴承构造中所用的流量/气体压力，减小或避免所述压缩机的效率损失，以便获得最佳的性能和实行。
[0015]本发明的第二目的在于提供一种限流器，其能允许通过气体压缩机转移压缩气体流动的至少一部分用于在气体压缩机的活塞与缸之间的轴承构造区域，而不显著地损害所述气体压缩机的效率。
[0016]本发明的第三目的在于提供一种限流器，其能允许限制用于气体压缩机的活塞与缸之间的轴承构造的气体流动。
[0017]本发明的第四目的在于提供一种气体压缩机，其包括根据上文所描述的目的中的任一个或者其组合的限流器。
[0018]发明的简要描述
实现本发明的第一目的、第二目的和/或第三目的的第一方式是通过提供用于气体压缩机的活塞与缸之间轴承构造的限流器。这种气体压缩机包括:至少一个保护衬垫，其在外部包围缸。此外，气体压缩机还包括安置于保护衬垫与缸之间的至少一个内腔体，其由缸内的活塞施加的压缩移动所致的排放流动而流体地进给。此外，气体压缩机还包括至少一个轴承构造间隙，其分隔活塞的外壁与缸的内壁。另外，气体压缩机还包括至少一个限流器，其具备外壳，外壳使内腔体与轴承构造间隙流体地相联结。这种限流器包括:与外壳相关联的至少一限制管，限制管具备至少一个约束部分，约束部分具备大小适于限制从内腔体流到轴承构造间隙的气体流量的截面。
[0019]实现本发明的第一目的、第二目的和/或第三目的的第二方式是通过提供一种用于气体压缩机的活塞与缸之间的轴承构造的限流器。这种气体压缩机包括:至少一个保护衬垫，其在外部包围缸。另外，气体压缩机还包括安置于保护衬垫与缸之间的至少一个内腔体,其由缸内的活塞施加的压缩移动所致的排放流动而流体地进给。此外,气体压缩机还包括至少一个轴承构造间隙，其分隔活塞的外壁与缸的内壁。此外，气体压缩机还包括至少一个限流器，限流器具备外壳，外壳使内腔体与轴承构造间隙流体地相关联。这种限流器包括:与外壳相关联的至少一限制管，具有至少一个约束部分，约束部分具备一种具有预定面积的截面。所述限制管具有预定长度，其中在约束部分的截面积与限制管的长度之间的关系被配置成最佳地限制从内腔体流到轴承构造间隙的气体流量。
[0020]通过提供一种气体压缩机而实现本发明的第四目的，气体压缩机包括:缸；活塞，其可以在缸内往复移动；以及，根据上文所描述的第一方式或第二方式的限流器。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]将参考附图，在下文中更详细地描述本发明:
图1描绘了当气体压缩机的吸入阀处于打开条件时的气体压缩机(本发明的目的)的侧视截面图，气体压缩机包括限流器的第一优选实施例(也是本发明的目的);
图2描绘了当气体压缩机的吸入阀处于闭合条件时图1所示的气体压缩机的侧视截面图；
图3描绘了图2的第一细节；
图4描绘了图2的第二细节；
图5A描绘了本发明的限流器的第一优选实施例的侧视截面图；
图5B描绘了本发明的限流器的第二优选实施例的侧视截面图；
图5C描绘了本发明的限流器的第三优选实施例的侧视截面图；
图描绘了本发明的限流器的第四优选实施例的侧视截面图；
图6描绘了本发明的限流器的第五优选实施例的前部截面图；
图7A描绘了本发明的限流器的第六优选实施例的侧视截面图；
图7B描绘了本发明的限流器的第七优选实施例的侧视截面图；
图7C描绘了本发明的限流器的第八优选实施例的侧视截面图；
图7D描绘了本发明的限流器的第九优选实施例的侧视截面图；
图7E描绘了本发明的限流器的第十优选实施例的侧视截面图。
【具体实施方式】
[0022]图1示出了根据本发明的优选实施例的线性类型的气体压缩机4。
[0023]这种气体压缩机4包括至少一活塞2、缸3和在其顶部或上部的缸盖13，缸盖13与活塞2和缸3 —起形成压缩腔室16，其中，活塞2在缸3内的轴向和振荡移动在压缩腔室16中提供气体压缩。
[0024]如在图1中可以看出，气体压缩机4还具备定位于缸盖13中的至少一个吸入阀14和排放阀15，吸入阀14和排放阀15调节进出压缩腔室16的气体。气体压缩机4还具备与线性马达相关联的促动器17，其能促动活塞2。
[0025]换言之，由所述线性马达驱动的活塞2具有形成替代线性移动的功能，能允许活塞2在缸3内移动，以便提供压缩由吸入阀14放入的气体的作用，直到其可以通过排放阀15排放到高压侧的点处。
[0026]气体压缩机4还具备定位于帽18中的排放通路20和吸入通路19，其连接气体压缩机4与制冷系统的其它部分、零件和部件。
[0027]此外，气体压缩机4还包括在外部包围缸3的至少一个保护衬垫5。
[0028]此外，气体压缩机4包括安置于保护衬垫5与缸3之间的至少一个内腔体6，内腔体由缸3内的活塞2施加的压缩移动造成的排放流动而流体地进给。内腔体6由缸3的外径和保护衬垫5的内径形成。
[0029]另外，气体压缩机4包括至少一个轴承构造间隙7，轴承构造间隙7分隔活塞2的外壁与缸3的内壁，如在图1中看出。用于轴承构造的气体优选地是通过气体压缩机4泵送并且用于制冷系统的气体本身。压缩的气体从排放照相机21通过连接通道22转移到内腔体6。
[0030]气体压缩机4包括至少一个限流器I (也是本发明的目的)，其具备使内腔体6与轴承构造间隙7流体地相关联的外壳12。外壳12的形式基本上为圆柱形或基本上为圆锥形。
[0031]如上文所提到的那样，限流器I的功能是在气体压缩机4的活塞2与缸3之间提供轴承构造。换言之，安置于内腔体6 (高压区域)与轴承构造间隙7之间的限流器I能够控制在轴承构造区域中的压力并且限制气体流动。
[0032]从图2、图3和图4，可以理解本发明的空气静力轴承的操作。通过连接通道22而连接到排放照相机21的内腔体6提供具有排放压力Pd的气体，其进给限流器I。这种气体当通过限流器I时失去压力，在轴承构造间隙7中形成中间压力Pi的气垫。这是支承活塞2并且防止它触及缸3内壁的压力。最后，气体从轴承构造间隙7流出，到达对应于气体压缩机4的吸入压力Ps的低压。
[0033]当活塞2经受某些轴向力以便靠近缸壁3、和因此限流器I时，在此区域中的轴承构造间隙7收缩(图3中:细节A)。轴承构造间隙7收缩造成气体在活塞2与缸3之间流动的区域中的气体流量的负荷损失增加。这种负荷损失增加造成通过限流器I和通过限流器I邻近区域中的轴承构造间隙7的气体流量减小。流量减小意味着气体的流动速度减小，而气体流动速度减小造成限流器I中的负荷损失减小。这种通过限流器I的气体流量的负荷损失减小允许到达限流器I的区域中的轴承构造间隙7的气体达到压力Pi’。压力Pi’大于中间压力Pi。这种压力增加用于防止活塞2在限流器I的区域中进一步靠近缸壁3，避免了在活塞2与缸3之间的接触。
[0034]另一方面，在轴承构造间隙7的相反区域中(图4:细节B)，活塞2远离缸壁3和限流器I流动。这种轴承构造间隙7的增加导致在间隙区域中气体流量的负荷损失减小，增加了通过该间隙和限流器I的气体流量。气体流动速度增加使得限制器I上的流量的负荷损失增加，这造成气体以低于中间压力Pi的压力Pi’ ’到达限流器I区域中的轴承构造间隙7。这种限流器I区域中的中间压力减小用于重新建立/形成该轴承的力平衡，防止活塞2抵紧接触在缸3的相反区域上的壁。
[0035]限流器I包括与外壳12相关联的至少一个限制管8 (或微管)，其具备至少一个约束部分，约束部分具有大小适于限制从内腔体6流到轴承构造间隙7的气体流量的截面。优选地，约束部分定位于外壳12内。因此，气体通过限制管8 (或微管)朝向轴承构造间隙7流动，形成气垫，避免在活塞2与缸3之间接触。如在图5C所示的优选实施例(第三优选实施例)、图6所示的优选实施例(第六优选实施例)、图7A所示的优选实施例(第七优选实施例)和图7E所示的优选实施例(第十优选实施例)可以看出，外壳12可以具有朝向内腔体6的倒角端部，这便于插入限制管8。
[0036]应当指出的用于轴承构造的所有气体意味着压缩机的效率损失，因为气体的主要功能是发送到制冷系统并且提供温度降低。因此，转移到轴承构造的气体应保持最少以便不损害压缩机的效率。因此，限制管8的约束部分的截面被设计成具有预定面积，并且此夕卜，限制管8被设计成具有预定长度，其中在约束部分的截面积与限制管8的长度之间的比例被配置成限制从内腔体6最佳地流到轴承构造间隙7的气体流量。优选地，基本上圆形的截面具有在30 μ m与200 μ m之间的内径。限制管8的长度可能根据实施的优选实施例不同，如在图5A、图5B、图5C、图和图6中可以看出。
[0037]换言之，考虑到施加到通过限制管8的气体流量的负荷损失与其内孔的长度和直径成比例，能通过改变这两个量度来设计所述管的大小。对于给定长度，用于气体流动的截面积越大(即，内径越大)，施加给流量的限制就越小。对于给定内径，长度越大，对气体流量的限制就越大。从这两个变量，流动截面积和长度，能实现气体压缩机4的任何轴承的所需的负荷损失。
[0038]例如，考虑到活塞2在其上死点由于存在于压缩腔室16处的高压而经受支承损失，希望缸3的这个区域的轴承提供比存在于缸3的内部部分的轴承更大的气体流量。在此情况下，能对上述两个变量之一进行作用以便实现最靠近吸入阀14和排放阀15的区域安装的限流器中的更大流量。
[0039]限制管8可以是例如用于皮下注射针制造中的微管或者通过穿透而用作放电加工(EDM)中的电极的微管。此外，限制管8优选地由金属制成，诸如不锈钢(皮下注射针)、黄铜或铜(EDM工具)。
[0040]限制管8可以通过干涉配合而与外壳12相关联。优选地，限制管8通过粘合剂或钎焊而紧固到外壳12上，能够填充在限制管8与外壳12之间的空间。
[0041]优选地，在缸3的给定部段中的至少三个限流器I和在缸3中的限流器I的至少两个部段实施于气体压缩机4中，以便维持活塞2在缸3内的平衡。此外，限流器I定位成使得即使活塞2振荡移动，它们从不暴露，即，活塞2并不离开限流器I的工作区。
[0042]优选地，限制管8基本上为圆柱形并且具有基本上圆形截面，因为外壳12的制造可以通过简单和廉价的过程来进行，诸如刺穿，并且此外，工业制造的微管通常为圆柱形。自然地，限制管8可能呈现其它截面形式。
[0043]仍然优选地(分别在图5A、图5B、图7A、图7C、图7D和图7E中示出的第一优选实施例、第二优选实施例、第六优选实施例、第八优选实施例、第九优选实施例和第十优选实施例)，限制管8具有基本上L形轮廓。
[0044]替代地，根据本发明的第三优选实施例，限制管8具有基本上L形轮廓，如图5C所
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[0045]在图所示的本发明的第四优选实施例中，限制管8通过连接器9与外壳12相关联，连接器9具有基本上L形轮廓，其中连接器9的第一端与外壳12相关联，并且连接器9的第二端与限制管8相关联。
[0046]根据本发明的第五优选实施例，限制管8从外壳12在径向延伸并且在缸3的外壁的切向，如图6所示。
[0047]根据本发明的第七优选实施例，限制管8包括末端部分23，末端部分23被配置为基本上圆锥形式，末端部分23可以插入于外壳12中，如从图7B可以看出。这种圆锥形状便于插入限流器1，以便促成实现密封。
[0048]根据图7C所示的本发明的第八实施例，限制管8插入于限制管8上的塑料部分24或塑料封装内。随后，这个套件(限制管8+塑料部分24)插入于限流器中。
[0049]根据图7D所示的本发明的第九优选实施例，限流器I包括安置于外壳12内的密封衬套11，密封衬套11在纵向包围限制管8。优选地，密封衬套11基本上为圆锥形并且由橡胶、塑料和热收缩塑料制成。密封衬套11与缸3相关联，通过胶合或干涉插入于外壳12中。
[0050]根据图7E所示的本发明的第十优选实施例，限流器I包括安置于外壳12内的密封环10，密封环10在径向包围限制管的至少一部分。优选地，密封环10包括O形环。
[0051]因此，限制管8可以具有与壁厚相同量值的长度，以及其可以更短或更长，或者甚至具有小于外径的长度，呈现圆盘形状，根据图5A所示的本发明的限流器I的第一实施例。
[0052]因此，本发明提供了固定限制管8的若干方式，以便确保在所述限制管8的外壁与外壳12的内壁之间的密封，迫使该气体通过限制管8的内孔以经受空气静力轴承操作所需的压降。换言之，本发明允许气体并不通过在限制管8与缸壁3之间的临时间隙。总之，在上文所描述的图7A至图7E中所示的优选实施例示出了确保限制管8固定和密封于外壳12中的不同方式，其中，它们可以通过上文所给出的优选实施例之一或任何组合来执行。
[0053]已经描述了优选实施例的示例，应了解本发明的范围涵盖其它可能的变型，而不是仅受到所附权利要求的内容限制，在可能的情况下包括等效物。
【权利要求】
1.一种用于气体压缩机(4)的活塞(2)与缸(3)之间的轴承构造的限流器(1)，气体压缩机(4)包括至少: -保护衬垫(5)，其在外部包围所述缸(3)； -内腔体(6)，其安置于所述保护衬垫(5)与所述缸(3)之间，内腔体(6)由在所述缸(3)内的所述活塞(2)施加的压缩移动所致排放流动来流体地进给； -轴承构造间隙(7)，其分隔所述活塞(2)的外壁与所述缸(3)的内壁；以及 -限流器(1)，其具备外壳(12)，所述外壳(12)使内腔体(6)与轴承构造间隙(7)流体地相关联， 限流器(I)的特征在于其包括与所述外壳(12)相关联的至少一个限制管(8)，限制管(8)具备至少一个约束部分，所述约束部分具备大小适于限制从所述内腔体(6)到所述轴承构造间隙(7)的气体流动的截面。
2.根据权利要求1所述的限流器，其特征在于，所述约束部分定位于所述外壳(12)内。
3.根据权利要求1或2所述的限流器，其特征在于，所述约束部分的截面基本上为圆形，所述基本上圆形截面具有在30 μ m与200 μ m之间的内径。
4.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述限制管(8)基本上为圆柱形。
5.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述限制管(8)具有基本上I形轮廓。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的限流器，其特征在于，所述限制管(8)具有基本上L形轮廓。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的限流器，其特征在于，所述限制管(8)从所述外壳(12)在径向延伸并且在所述缸(3)的外壁的切向。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的限流器，其特征在于，所述限制管(8)包括配置为基本上圆锥形状的一个末端部分(23)，所述末端部分(23)可以插入于所述外壳(12)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述限制管(8)通过干涉配合与所述外壳(12)相关联。
10.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述限制管(8)通过胶或钎焊而固定于所述外壳(12)中，所述胶或钎焊能够填充在所述限制管(8)与所述外壳(12)之间的空间。
11.根据权利要求1所述的限流器，其特征在于，所述限制管(8)通过连接器(9)与所述外壳(12)相关联，所述连接器(9)具有基本上L形轮廓，其中所述连接器(9)的第一端与所述外壳(12)相关联，并且所述连接器(9)的第二端与所述限制管(8)相关联。
12.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，其包括安置于所述外壳(12)内的至少一个密封环(10)，所述密封环(10)在径向包围所述限制管(8)的至少一部分。
13.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，其包括安置于所述外壳(12 )内的密封衬套(11)，所述密封衬套(11)在纵向包围所述限制管(8 )。
14.根据权利要求13所述的限流器，其特征在于，所述密封衬套(11)基本上为圆锥形。
15.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其特征在于，所述外壳(12)基本上为圆柱形。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的限流器，其特征在于，所述外壳(12)基本上为圆锥形。
17.根据权利要求1至14中任一项所述的限流器，其特征在于，所述外壳(12)具有朝向所述内腔体的倒角端。
18.一种用于气体压缩机的活塞(2)与缸(3)之间的空气静力轴承构造的限流器，所述气体压缩机包括至少: -保护衬垫(5)，其在外部包围所述缸(3)； -内腔体(6)，其安置于所述保护衬垫(5)与所述缸(3)之间，所述内腔体(6)由在所述缸(3)内的所述活塞(2)施加的压缩移动所致排放流动来流体地进给； -轴承构造间隙(7)，其分隔所述活塞(2)的外壁与缸(3)的内壁；以及 -限流器(1)，其具备外壳(12)，所述外壳(12)使所述内腔体(6)与所述轴承构造间隙(7)流体地相关联， 所述限流器(I)的特征在于其包括与所述外壳(12)相关联的至少一个限制管(8)，所述限制管(8)具备至少一个约束部分，所述约束部分具备一种具有预定面积的截面，所述限制管(8)具有预定长度，其中在所述约束部分的截面积与所述限制管(8)的长度之间的关系配置成限制所述气体流动，所述气体流动最佳地从内腔体(6)流到所述轴承构造间隙(7)。
19.一种气体压缩机(4)包括至少: -缸(3)； -活塞(2)，其可在所述缸(3)内往复移动； -保护衬垫(5)，其在外部包围所述缸(3)； -内腔体(6)，其安置于所述保护衬垫(5)与所述缸(3)之间，所述内腔体(6)由在所述缸(3)内的所述活塞(2)施加的压缩移动所致排放流动来流体地进给； -轴承构造间隙(7)，其分隔所述活塞(2)的外壁与缸(3)的内壁；以及 -限流器(1)，其具备外壳(12)，所述外壳(12)使所述内腔体(6)与所述轴承构造间隙(7)流体地相关联， 所述气体压缩机(4)的特征在于所述限流器(I)包括与所述外壳(12)相关联的至少一个限制管(8)，所述限制管(8)具备至少一个约束部分，所述约束部分具备大小适于限制从所述内腔体(6)到所述轴承构造间隙(7)的气体流动的截面。
【文档编号】F04B39/12GK104246222SQ201280067222
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年11月14日 优先权日:2011年11月16日
【发明者】布雷格曼梅勒 H., E. B. 利利伊 D. 申请人:惠而浦股份公司