PL208290B1 - Liniowy agregat sprężarkowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest liniowy agregat sprężarkowy zawierający magnes przemieszczalny w tył i w przód w zmiennym polu elektromagnetycznym, przemieszczany w cylindrze tłok napędzany przez magnes oraz osłonę, opasującą cylinder i objętość buforową, zwłaszcza do sprężania chłodziwa w urządzeniu chłodzącym, takim jak lodówka, zamrażarka i tym podobne.

Sprężarki tłokowe napędzane silnikami obrotowymi są tradycyjnie stosowane w domowych urządzeniach chłodzących. W domowym użytku jest bardzo ważne, aby sprężarki te wytwarzały tylko minimalny hałas związany z pracą. Ważnym źródłem tego hałasu jest przerywane zasysanie chłodziwa, które ma być sprężone, spowodowane ruchem tłoka do przodu i do tyłu. Przerywane zasysanie wywołuje pulsacje, które muszą być zmniejszone przez odpowiednie urządzenia tłumiące.

Powszechną zasadą stosowaną w tym celu przy projektowaniu jest przepuszczenie strumienia chłodziwa gazowego przez komory, które są skonstruowane, na przykład, jako rezonatory Helmholtza albo w podobny sposób, tak, że pulsacje są silnie tłumione i nie wydostają się na zewnątrz. Komory te są zwykle nabudowane bezpośrednio na pompie sprężarki. Pompa ta jest zamknięta w osłonie służącej do tłumienia hałasu i izolowania. Pomiędzy wlotem komór i obudową modułową sprężarki znajduje się niewielka przerwa, która umożliwia dostawanie się chłodziwa do objętości buforowej osłony otaczającej pompę.

Ostatnio opracowano tak zwane sprężarki liniowe, które obywają się bez silnika obrotowego służącego do napędzania tłoka sprężarki, a zamiast tego napędzają ten tłok bezpośrednio magnesem, który może być napędzany w celu ruchu liniowego w tył i w przód w zmiennym polu elektromagnetycznym. W wyniku tej zasady napędzania, cylinder w sprężarce liniowej jest poddany silnym drganiom wzbudzanym przez ruch do przodu i do tyłu magnesu oraz połączonego z nim tłoka.

Jeśli uczyni się próbę zastosowania zasady konstrukcyjnej znanej z budowy sprężarek napędzanych silnikiem obrotowym, w wyniku czego otwór wlotowy cylindra i kanał wlotowy osłony zawierającej cylinder leżą naprzeciwko siebie nawzajem bez wzajemnego kontaktu, tworząc kanał prowadzący do objętości buforowej, do budowy liniowych agregatów sprężarkowych, to pojawia się taki problem, że nieunikniony ruch drgający liniowego agregatu sprężarkowego moduluje przekrój kanału prowadzącego do objętości buforowej z częstotliwością rezonansową ruchomego tłoka i w ten sposób dąży do zwiększenia hałasu, a nie do jego tłumienia.

Celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie liniowego agregatu sprężarkowego z obudowanym cylindrem, w którym wytwarzanie hałasu poprzez modulację przekroju kanału prowadzącego do objętości buforowej jest skutecznie ograniczone.

Cel ten zgodnie z wynalazkiem został osiągnięty przez liniowy agregat sprężarkowy zawierający magnes przemieszczalny w tył i w przód w zmiennym polu elektromagnetycznym, przemieszczany w cylindrze tłok napędzany przez magnes, oraz osłonę, opasującą cylinder i objętość buforową, charakteryzujący się tym, że cylinder jest zamontowany w osłonie oscylacyjnie, a otwór wlotowy cylindra i kanał wlotowy osłony umieszczone są bezstykowo naprzeciw siebie, tworząc kanał prowadzący do objętości buforowej i przy czym w kanale znajduje się element dławiący.

Korzystnie, element dławiący jest utworzony przez zazębiające się ścianki przymocowane do osłony albo do cylindra.

Korzystnie, ścianki otaczają otwór wlotowy albo kanał wlotowy na kształt pierścienia.

Korzystnie, pomiędzy otworem wlotowym cylindra i komorą cylindra, przyjmującą tłok, umieszczona jest przynajmniej jedna komora tłumiąca dźwięk, przez którą przepływa sprężany czynnik.

Korzystnie, przynajmniej jedna tłumiąca dźwięk komora, przez którą przepływa sprężany czynnik, jest usytuowana w kanale wlotowym osłony.

Korzystnie, komora ma postać płaskiego cylindra, a kanał wlotowy przebiega wzdłuż osi cylindra komory.

Korzystnie, zamocowanie oscylacyjne cylindra jest utworzone przez rurę wylotową cylindra.

Korzystnie, rura wylotowa rozciąga się spiralnie dookoła cylindra.

Korzystnie, magnes, napędzający tłok, jest umieszczony w osiowym przedłużeniu tłoka.

Korzystnie, magnes, napędzający tłok, rozciąga się w kształcie pierścienia dookoła tłoka.

W urządzeniu według wynalazku element dławiący jest korzystnie tworzony przez ścianki, które są przymocowane do osłony albo do cylindra oraz które zazębiają się. Ścianki mogą mieć dowolny odpowiedni kształt, w celu spowodowania spadku ciśnienia w gazie przepływającym w przód i w tył pomiędzy otworem wlotowym i objętością buforową, w wyniku tarcia na wspomnianych ściankach.

PL 208 290 B1

Preferuje się ścianki, które otaczają otwór wlotowy albo kanał wlotowy, o kształcie pierścieniowym albo koncentrycznym.

Sam cylinder posiada jedną albo kilka komór tłumiących dźwięk pomiędzy jego otworem wlotowym i komorą roboczą, która przyjmuje tłok. Tak więc intensywne uderzenia ciśnienia wytwarzane przez tłok w komorze roboczej są częściowo przechwytywane zanim osiągną one kanał prowadzący do objętości buforowej.

Dalszym odpowiednim środkiem tłumiącym jest włożenie do kanału wlotowego osłony komory tłumiącej dźwięk, przez którą przepływa czynnik, który ma być sprężony. Komora ta może być przymocowana bezpośrednio do ścianki osłony i może posiadać płaski cylindryczny kształt, przez który przebiega kanał wlotowy, wzdłuż osi cylindra komory.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schematyczny częściowy przekrój przez pierwszy przykład wykonania liniowego agregatu sprężarkowego według wynalazku; fig. 2 - szczegółowy przekrój przez rejon głowicy liniowego agregatu sprężarkowego z fig. 1; fig. 3 - przekrój przez drugi przykład wykonania liniowego agregatu sprężarkowego.

Liniowy agregat sprężarkowy przedstawiony na fig. 1 zawiera hermetyczną metalową osłonę 1, która mieści sekcję pompową 2 i sekcję napędową 3 agregatu sprężarkowego. Sekcja napędowa 3 pokazana w przekroju zawiera zasadniczo magnes stały 4 o kształcie sztaby, który jest umieszczony w wewnętrznym wydrążeniu cewki 5 tak, że może się przemieszczać w kierunku wzdłużnym. Sprężyna przywracająca 6, w tym przypadku w postaci sprężyny śrubowej, dociska magnes 4 w kierunku sekcji pompowej 2. W wyniku przyłożenia prądu zmiennego do cewki 5 można wytworzyć w jej wnętrzu zmienne pole magnetyczne, które wzbudza magnes 4 w celu przemieszczania go w tył i w przód wzdłuż osi cewki 5.

Na magnesie 4 jest nieruchomo zamontowany tłok 7, który wchodzi w komorę roboczą 8 cylindra 9 i może być przemieszczany w niej przez ruch magnesu. Na ściance komory roboczej 8 przeciwległej do tłoka 7 znajdują się dwa otwory, każdy wyposażony w zawór 11. Zawory 10, 11 są tutaj pokazane jako zawory klapowe albo łopatkowe, ale jest zrozumiałe, że można zastosować dowolny typ zaworu, który umożliwia tylko przepływ czynnika w jednym kierunku - do komory roboczej 8 w przypadku zaworu 10, a na zewnątrz wspomnianej komory roboczej w przypadku zaworu 11.

Czynnik, który ma być sprężony, osiąga komorę roboczą 8 przez kanał wlotowy 12 w postaci odcinka rurowego, który przechodzi przez osłonę 1 i jest nieruchomo w niej zakotwiony, otwór wlotowy 13 cylindra 9 oraz szereg komór 14, 15, 16, które są zamontowane w obudowie cylindra 9 przed komorą roboczą 8.

Otwór wlotowy 13 cylindra 9 znajduje się na końcu rurowego elementu łączącego 11, który znajduje się w pewnej odległości od ścianki przedniej cylindra 9 w kierunku równoległym do kierunku ruchu magnesu 4 i tłoka 7. Ten rurowy element łączący 11 jest ustawiony w jednej linii przeciwległe do drugiego rurowego elementu łączącego 18, który tworzy część kanału wlotowego 12 łączącego się z wnętrzem osłony 1.

Rurowy element łączący 18 podtrzymuje oddalony promieniowo kołnierz 19, na którym umieszczonych jest wiele cylindrycznych ścianek 20, koncentrycznych względem osi wzdłużnej kanału wlotowego 12. Odpowiednie ścianki 21 o ułożonych odpowiednio naprzemiennie średnicach są przymocowane do przedniego boku cylindra 9 i wchodzą w każdym przypadku pomiędzy dwie ścianki 20.

Sprężany czynnik opuszcza komorę roboczą 8 przez rurę wylotową 22, która jest przymocowana na jednym końcu do cylindra 9, przebiega spiralnie dookoła cylindra 9, a na koniec przechodzi przez ścianę osłony 1. Ta rura wylotowa 22 równocześnie tworzy zawieszenie cylindra 9 w osłonie 1, które umożliwia ruch oscylacyjny cylindra 9, zwłaszcza w kierunku wzdłużnym.

Podczas pracy agregatu sprężarkowego, z każdym ruchem tłoka 7 na lewą stronę figury, czynnik zawarty w komorze roboczej 8 jest sprężany i wychodzi przez zawór wylotowy 11, kiedy tylko ciśnienie w komorze roboczej 8 przewyższy ciśnienie w rurze wylotowej 22. W tym przypadku tłok 7 wywiera ciśnienie skierowane w lewą stronę figury, działające na cylinder 9, w wyniku którego cylinder 9 może lekko ustąpić, z powodu jego sprężystego zawieszenia. Podczas tego ruchu tłoka 7 ścianki 20 i 21 są przemieszczane w kierunku siebie nawzajem, a szczelina pomiędzy końcem rurowego elementu łączącego 18 i otworu wlotowego 13 cylindra 9 zwęża się. W wyniku tej ruchliwości unika się przenoszenia głośnego stukania, które powoduje tłok 7 w jego punkcie zawracania leżącym po lewej stronie, na osłonę 1, a stąd do otoczenia agregatu sprężarkowego.

PL 208 290 B1

Kiedy następnie tłok 7 jest ciągnięty w prawą stronę przez magnes 4, a komora robocza 8 staje się znowu większa, wytwarza się w niej podciśnienie, które z jednej strony powoduje zassanie do wnętrza świeżego czynnika poprzez kanał wlotowy 12, a z drugiej strony powoduje to, że cylinder 9 podąża za tłokiem 7 nieco dalej w prawą stronę. Poszerzenie szczeliny 23 stąd wynikające nie jest jednak tak duże, aby ścianki 20, 21 w jego wyniku się rozłączyły. Zazębiające się ścianki 20, 21 działają więc jako element dławiący, który hamuje wypływ czynnika z objętości buforowej 24 do komory roboczej 8 oraz odpowiednio hamuje napływ czynnika z powrotem do objętości buforowej 24 poprzez kanał wlotowy 12 w fazie sprężania komory roboczej 8. Tak więc, nawet jeśli częstotliwość robocza liniowego agregatu sprężarkowego, to znaczy częstotliwość oscylacji magnesu 4, nakłada się z częstotliwością rezonansową objętości buforowej 24, to oscylacje ciśnienia objętości buforowej 24 są skutecznie tłumione i ich amplituda jest utrzymywana na niskim poziomie. Tak więc jeden ze składników, który przyczynia się do hałasu roboczego liniowego agregatu sprężarkowego, jest skutecznie ograniczony.

Komory 14, 15, 16 cylindra 9 podobnie pełnią funkcje tłumienia dźwięku. Są one wykonane w sposób znany sam przez się w technice tłumienia dźwięku jako rezonatory Helmholtza.

Jako dalszy element do tłumienia hałasu roboczego agregatu sprężarkowego, do kanału wlotowego 12 osłony 1 jest włożona dalsza komora tłumiąca dźwięk 25. Ta komora 25, której jedną ściankę tworzy sama obudowa modułowa 1, ma kształt płasko-cylindryczny, przy czym kanał wlotowy 12 przechodzi przez komorę 25 wzdłuż osi jej cylindra. Komora 25 także działa jako rezonator Helmholtza otworem wlotowym, który rozciąga się na całym obwodzie kanału wlotowego 12, a stąd jest szczególnie skuteczny.

Figura 3 przedstawia drugi przykład wykonania liniowego agregatu sprężarkowego, który różni się od tego z fig. 1 konstrukcją jego sekcji napędowej 3. Sekcje pompowe 2 z obydwóch przykładów wykonania są identyczne. Podczas gdy w przykładzie wykonania z fig. 1 magnes stały 4 jest umieszczony w osiowym przedłużeniu tłoka, to w przypadku przedstawionym na fig. 3 otacza on tłok 7 pierścieniowo i jest z nim na stałe połączony przez kołnierz 28, albo przez indywidualne, zorientowane promieniowo ramiona podtrzymujące. Ten pierścieniowy magnes 4 jest otoczony na zewnątrz przez cewkę 5, która może pobudzać go do oscylacji w wyniku występowania zmiennego pola magnetycznego. Skuteczne sprzężenie pola magnetycznego cewki z magnesem 4 jest zapewnione przez dwa pakiety metalowych arkuszy 26, 27, z których każdy jest umieszczony w pierścieniowej pośredniej przestrzeni pomiędzy magnesem 5 i cylindrem 9, utrzymując małą szczelinę powietrzną względem magnesu 4, albo otacza z zewnątrz magnes 4 i cewkę 5 w kształcie pierścienia.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Liniowy agregat sprężarkowy zawierający magnes przemieszczalny w tył i w przód w zmiennym polu elektromagnetycznym, przemieszczany w cylindrze tłok, napędzany przez magnes oraz osłonę, opasującą cylinder i objętość buforową, znamienny tym, że cylinder (9) jest zamontowany w osłonie (1) oscylacyjnie, a otwór wlotowy (13) cylindra (9) i kanał wlotowy (12) osłony (1) umieszczone są bezstykowo naprzeciw siebie, tworząc kanał (23) prowadzący do objętości buforowej (24) i przy czym w kanale (23) znajduje się element dławiący (20, 21).
2. 2. Liniowy agregat sprężarkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że element dławiący jest utworzony przez zazębiające się ścianki (20, 21) przymocowane do osłony (1) albo do cylindra (9).
3. 3. Liniowy agregat sprężarkowy według zastrz. 2, znamienny tym, że ścianki (20, 21) otaczają otwór wlotowy (13) albo kanał wlotowy (12) na kształt pierścienia.
4. 4. Liniowy agregat sprężarkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy otworem wlotowym (13) cylindra (9) i komorą (8) cylindra, przyjmującą tłok (7), umieszczona jest przynajmniej jedna komora tłumiąca dźwięk (14, 15, 16), przez którą przepływa sprężany czynnik.
5. 5. Liniowy agregat sprężarkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej jedna tłumiąca dźwięk komora (25), przez którą przepływa sprężany czynnik, jest usytuowana w kanale wlotowym (12) osłony (1).
6. 6. Liniowy agregat sprężarkowy według zastrz. 5, znamienny tym, że komora (25) ma postać płaskiego cylindra, a kanał wlotowy (12) przebiega wzdłuż osi cylindra komory (25).
7. 7. Liniowy agregat sprężarkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zamocowanie oscylacyjne cylindra (9) jest utworzone przez rurę wylotową (22) cylindra (9).

   PL 208 290 B1
8. 8. Liniowy agregat sprężarkowy według zastrz. 7, znamienny tym, że rura wylotowa (22) rozciąga się spiralnie dookoła cylindra (9).
9. 9. Liniowy agregat sprężarkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że magnes (4), napędzający tłok (7) jest umieszczony w osiowym przedłużeniu tłoka (7).
10. 10. Liniowy agregat sprężarkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że magnes (4), napędzający tłok (7), rozciąga się w kształcie pierścienia dookoła tłoka (7).