DE102004026567B4

DE102004026567B4 - Linearkompressor

Info

Publication number: DE102004026567B4
Application number: DE102004026567A
Authority: DE
Inventors: Jong Koo Lee; Gye Young Song
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: DE102004026567A1; US20040247466A1; KR100565485B1; US7566206B2; DE102004026567A8; CN100334350C; JP2004360701A; KR20040105078A; BRPI0401740A; CN1573109A

Abstract

Linearkompressor enthaltend:
– einen Linearmotor (130), der einen Stator (S) und einen Läufer (M) aufweist, um eine lineare Antriebskraft zu erzeugen;
– einen stationären Zylinder (109) mit einer in diesem ausgebildeten ersten Kompressionskammer (C1), wobei der stationäre Zylinder (109) in seinem vorderen Teil ein Auslassteil mit einem Auslassventil (150) aufweist,
– einen mit dem Läufer (M) gekoppelten beweglichen Kolben (140), der in linearer Richtung vorwärts und rückwärts bewegbar ist, um ein Fluid in der ersten Kompressionskammer (C1) zu komprimieren,
– eine zweite Kompressionskammer (C2) innerhalb des beweglichen Kolbens (140),
– eine erste Ventileinrichtung (148) am beweglichen Kolben (140), die die zweite Kompressionskammer (C2) von der ersten Kompressionskammer (C1) trennt; und
– einen stationären Kolben (172), der fest mit dem Linearkompressor verbunden ist und so mit dem beweglichen Kolben (140) zusammenwirkt, dass das Fluid in der zweiten Kompressionskammer (C2) komprimiert wird, wenn der bewegliche Kolben...

Description

Priorität: 4. Juni, 2003, Republik Korea, 2003-35930 (P)

Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Linearkompressor.
Im Allgemeinen ist ein Linearkompressor so aufgebaut, dass eine lineare Antriebskraft von einem Linearmotor an einen Kolben übertragen wird, der in einem Zylinder linear hin- und herbewegt wird, wodurch ein Fluid, wie ein Kühlmittelgas, eingeleitet, komprimiert und ausgestoßen wird.
Die 1 ist ein Längsschnitt, der einen herkömmlichen Linearkompressor zeigt. Wie es in der 1 dargestellt ist, verfügt der herkömmliche Linearkompressor über ein Innengehäuse 10, das innerhalb eines hermetisch abgedichteten Behälters 1 montiert ist. Das Innengehäuse 10 ist mit der Form eines Zylinders vorgegebener Länge ausgebildet. An einer Seite des Innengehäuses 10 ist eine hintere Abdeckung 20 mit einem darin ausgebildeten Fluideinlasskanal 18 befestigt.
Innerhalb des Innengehäuses 10 ist ein Linearmotor 30 zum Erzeugen einer Antriebskraft angebracht. Mit dem Linearmotor 30 ist ein Kolben 40 mit einem in ihm ausgebildeten Fluidströmungskanal 38 verbunden. Am Kolben ist ein Einlassventil 50 zum Öffnen und Schließen des Fluidströmungskanals 38 angebracht. Am anderen Ende des Innengehäuses 10 ist ein Zylinderblock 60 mit einem Zylinder 58 befestigt, in den der Kolben 40 beweglich so eingesetzt ist, dass er in ihm vor und zurück bewegt werden kann.
Am Zylinderblock 60 ist ein Auslassventil 70 zum Öffnen des Zylinders 58, um das komprimierte Fluid auszustoßen, und zum Schließen des Zylinders 58 angebracht. Das Auslassventil 70 bildet gemeinsam mit dem Zylinder 58 und dem Kolben 40 eine Kompressionskammer C.
Mit dem hermetisch abgedichteten Behälter 1 ist eine Einlasseleitung 2 verbunden, durch die ein Fluid von außen in ihn eingelassen wird, wobei diese Einlassleitung 2 an der Vorderseite des Fluideinlasskanals 18 der hinteren Abdeckung 20 angebracht ist.
Das Einlassventil 50 ist in Form einer Platte ausgebildet. Eine Seite der Platte ist am Kolben 40 befestigt, und die Platte wird elastisch umgebogen, um den Fluidströmungskanal 38 des Kolbens 40 zu öffnen und zu schließen.
Das Auslassventil 70 verfügt über eine Auslassabdeckung 72, die am Zylinderblock 60 angebracht ist und an einer Seite mit einer Auslassleitung verbunden ist; und einen Ventilkörper 76, der durch eine Feder 74 gehalten wird, die in der Auslassabdeckung 72 angebracht ist, um den Zylinder zu öffnen und zu schließen.
Nun wird der Betrieb des herkömmlichen Linearkompressors mit dem oben angegebenen Aufbau beschrieben.
Wenn dem Linearmotor 30 ein elektrischer Strom zugeführt wird, wird er so betrieben, dass der Kolben 40 im Zylinder 58 linear hin- und herläuft. Dabei werden das Auslassventil 70 und das Einlassventil 50 geöffnet und geschlossen.
Dabei wird das Fluid durch die Einlassleitung 2 in den hermetisch abgedichteten Behälter 1 eingeleitet. Anschließend wird das Fluid durch den Fluideinlasskanal 18 der hinteren Abdeckung 20 und den Fluidströmungskanal 38 des Kolbens 40 in die Kompressionskammer C geleitet. Das in die Kompressionskammer C eingeleitete Fluid wird durch die lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens 40 komprimiert. Das komprimierte gasförmige Fluid auf hoher Temperatur und mit hohem Druck wird durch das Auslassventil 70 und die Auslassleitung aus dem Behälter 1 ausgestoßen.
Jedoch verfügt dieser Linearkompressor nur über eine einzelne Kompressionskammer, die im Zylinderblock 60 angeordnet ist, mit dem Ergebnis, dass das in den Kompressor eingeleitete Fluid in der Kompressionskammer C zwischen dem Kolben 40 und dem Auslassventil 70 nur einmal komprimiert wird und dann ausgestoßen wird. Demgemäß bestehen beim herkömmlichen Linearkompressor Probleme dahingehend, dass sein Kompressions-Wirkungsgrad sehr niedrig ist und sein Funktionsvermögen eingeschränkt ist.
US 6,127,750 A beschreibt einen elektromagnetisch angetriebenen Hubkolbenkompressor, der eine erste und zweite Kompressionskammer aufweist, dabei sind mehrere Kammern und Hohlräume über Einwegventile hintereinander liegend angeordnet, um eine Flüssigkeit von einer Seite des Hubkolbenkompressors durch die Kammern und Hohlräume hindurch zur anderen Seite zu befördern und dabei zu komprimieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Linearkompressor mit einem verbesserten Kompressionswirkungsgrad zu schaffen, der bei Verwendung von zwei Kompressionsstufen mit einem reduzierten Volumen realisierbar ist.
Diese Aufgabe ist durch die Linearkompressoren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildungen des Linearkompressors gemäß dem Anspruch 1 sind in abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
Die erfindungsgemäßen Linearkompressoren verfügen über mehrere Kompressionskammern, wodurch ein Fluid sukzessive in mehrstufiger Weise komprimiert wird, bevor es ausgestoßen wird, wodurch der Kompressions-Wirkungsgrad deutlich verbessert ist. Außerdem sind die Gesamtabmessungen des Linearkompressors bei gleicher Leistung wie der eines herkömmlichen Linearkompressors verringert.
Bei einem erfindungsgemäßen Linearkompressor sind die Kompressionskammern zum Komprimieren des Fluids so angeordnet, dass sie miteinander in Verbindung stehen. Das Fluid, z. B. ein Kühlmittel, wird zunächst in einer der Kompressionskammern komprimiert, und dann wird es in der Nächsten komprimiert. Demgemäß ist der Kompressions-Wirkungsgrad für das Fluid hoch.
Auch verfügt ein erfindungsgemäßer Linearkompressor über eine Ventilbetätigungseinheit zum zwangsweisen öffnen einer der Kompressionskammern. Demgemäß ist das Kompressionsvermögen des Linearkompressors mittels dieser Einheit variabel.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher beschrieben.
1 ist ein Längsschnitt, der einen herkömmlichen Linearkompressor zeigt;
2 ist ein Längsschnitt, der einen Linearkompressor gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 ist eine Schnittansicht des Linearkompressors gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die Hauptkomponenten desselben im Zustand zeigt, in dem sich ein erster Kolben und ein zweiter Zylinder vorwärts zu bewegen beginnen;
4 ist eine der 3 entsprechende Schnittansicht, jedoch für einen Zustand, in dem die Vorwärtsbewegung des ersten Kolbens und des zweiten Zylinders beendet ist;
5 ist eine der 3 entsprechende Schnittansicht, jedoch für den Zustand, dass sich der erste Kolben und der zweite Zylinder rückwärts zu bewegen beginnen;
6 ist eine der 3 entsprechende Schnittansicht, jedoch für den Zustand, dass die Rückwärtsbewegung des ersten Kolbens und des zweiten Zylinders beendet ist; und
7 bis 10 sind den 3 bis 6 entsprechende Schnittansichten, jedoch für einen Linearkompressor gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Es ist zu beachten, dass zahlreiche Linearkompressoren gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vorgeschlagen werden könnten, dass hier jedoch nur die aktuell bevorzugtesten Ausführungsformen beschrieben werden.
Wie es in der 2 dargestellt ist, verfügt die erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearkompressors über einen hermetisch abgedichteten Behälter 100, der Folgendes aufweist: einen unteren Behälter 102, dessen oberer Teil offen ist; und eine obere Abdeckung 104 zum Abdecken des geöffneten oberen Teils des unteren Behälters 102.
Im Behälter 100 ist ein Zylinderblock 110 angebracht, der über einen in ihm ausgebildeten ersten Zylinder 109 verfügt. Der Zylinderblock 110 ist auf einem ersten Dämpfer 106 platziert, der an einer Seite des unteren Behälters 102 montiert ist, um auf ihn wirkende Stöße zu absorbieren. Im Behälter 100 ist auch eine hintere Abdeckung 120 mit einer in ihr ausgebildeten Einlassöffnung 120a angebracht, durch die ein Fluid eingeleitet wird. Die hintere Abdeckung 120 ist auf einem zweiten Dämpfer 108 platziert, der an der anderen Seite des unteren Behälters 102 montiert ist, so dass auf sie wirkende Stöße absorbiert werden.
Zwischen dem Zylinderblock 110 und der hinteren Abdeckung 120 ist ein Linearmotor 130 zum Erzeugen einer Antriebskraft, die zum Komprimieren des Fluids erforderlich ist, angeordnet. Mit dem Linearmotor 130 ist ein erster Kolben 140 zum Einleiten des Fluids in den ersten Zylinder 109 und zum Komprimieren desselben im ersten Zylinder 109, während er in diesem hin- und herläuft, verbunden.
Der Linearmotor 130 verfügt über einen Stator S und einen Läufer M. Der Stator S verfügt über einen äußeren Außenkern 131; einen Innenkern 132, der so angeordnet ist, dass er vom Außenkern 131 um einen vorgegebenen Zwischenraum beabstandet ist; und eine um den Außenkern 131 gewundene Spule 133. Der Läufer M verfügt über einen Magnet 134, der auf Grund einer um die Spule 133 herum erzeugten Magnetkraft vorwärts/rückwärts läuft; und einen Magnetrahmen 136, der zwischen dem Außenkern 131 und dem Innenkern 132 so angeordnet ist, dass er sich vorwärts/rückwärts bewegt. Der Magnet 134 ist am Magnetrahmen 136 befestigt, der wiederum am ersten Kolben 140 angebracht ist.
Der Außenkern 131 ist zwischen dem Zylinderblock 110 und der hinteren Abdeckung 120 angeordnet, wobei er an diesen durch geeignete Befestigungselemente befestigt ist. Der Innenkern 132 ist durch geeignete Befestigungselemente am Zylinderblock 110 befestigt. Der Magnetrahmen 136 ist durch geeignete Befestigungselemente am ersten Kolben 140 befestigt.
Ein Teil des ersten Kolbens 140 ist in den ersten Zylinder 109 eingesetzt, und er läuft in diesem vor und zurück. Am Ende des anderen Teils des ersten Kolbens 140 ist ein Flansch 142 ausgebildet, der sich in der radialen Richtung erstreckt und der durch geeignete Befestigungselemente am Magnetrahmen 136 befestigt ist.
Der erste Kolben 140 wird durch eine erste Feder 144, die zwischen einer Fläche des Flanschs 142 und dem Zylinderblock 110 angeordnet ist, und eine zweite Feder 145 elastisch gehalten, die zwischen der anderen Fläche des Flanschs 142 und der hinteren Abdeckung 120 angebracht ist, damit der erste Kolben 140 gemeinsam mit dem Läufer M des Linearmotors 130 hin- und herläuft.
Durch den ersten Kolben 140 ist in der Längsrichtung hindurch ein erster Fluidströmungskanal 146 ausgebildet. Dieser erste Fluidströmungskanal 146 steht mit dem Inneren des ersten Zylinders 109 in Verbindung, damit durch den ersten Kolben 140 Fluid in ihn eingeleitet wird.
Vorzugsweise kann das erste Einlassventil 148 ein Plattenventil sein, dessen eine Seite am Vorderende des Kolbens 140 befestigt ist, wobei ein Teil desselben, das dem Fluidströmungskanal 146 des Kolbens 140 entspricht, elastisch umgebogen ist, damit die Öffnung des Fluidströmungskanals 146 des Kolbens 140 geöffnet oder geschlossen wird.
Demgemäß wird dann, wenn der erste Kolben 140 zur hinteren Abdeckung 120 hin rückwärts bewegt wird, derjenige Teil des ersten Einlassventils 148, der dem Fluidströmungskanal 146 des Kolbens 140 entspricht, durch das im Fluidströmungskanal 146 vorhandene Fluid in der Richtung entgegengesetzt zur hinteren Abdeckung 120 umgebogen, wodurch der Fluidströmungskanal 146 geöffnet wird. Wenn dagegen der erste Kolben 140 vorwärts zu einem Auslassventil 150 hin bewegt wird, wird derjenige Teil des ersten Einlassventils 148, der dem Fluidströmungskanal 146 des Kolbens 140 entspricht, durch das im ersten Zylinder 109 vorhandene Fluid und mittels der einen elastischen Kraft in der Richtung entgegengesetzt zum Auslassventil 150 gestreckt, wodurch der Fluidströmungskanal 146 geschlossen wird.
Das im Linearkompressor vorhandene Auslassventil 150 ist vorhanden, um den ersten Zylinder 109 zu öffnen/zu schließen. Das Auslassventil 150 definiert gemeinsam mit dem ersten Zylinder 109 und dem ersten Kolben 140 eine erste Kompressionskammer C1.
Das Auslassventil 150 ist mit Folgendem versehen: einer inneren Auslassabdeckung 152, die am Zylinderblock 110 angebracht ist und mit dem ersten Zylinder 109 in Verbindung steht, wobei an ihrer einen Seite ein Fluidauslassloch 151 ausgebildet ist; einer äußeren Auslassabdeckung 154, die außerhalb der inneren Auslassabdeckung 152 angebracht ist und von dieser beabstandet ist; und einem Ventilkörper 158, der elastisch durch eine Feder 156 gehalten wird, die in der inneren Auslassabdeckung 152 angebracht ist, um den ersten Zylinder 109 zu öffnen und zu schließen.
Demgemäß wird, wenn der Druck des Fluids in der ersten Kom pressionskammer C1 größer als die elastische Kraft der Feder 156 ist, der Ventilkörper 158 durch das Fluid weggedrückt, so dass der erste Zylinder 109 geöffnet wird. Andererseits wird, wenn der Druck des Fluids in der ersten Kompressionskammer C1 kleiner als die elastische Kraft der Feder 156 ist, der Ventilkörper 158 durch die Feder 156 weggedrückt, so dass der erste Zylinder 109 geschlossen wird.
Der Linearkompressor verfügt ferner über einen zweiten Zylinder 162, der am ersten Kolben 140 angebracht ist, so dass er sich gemeinsam mit diesem hin- und herbewegt, wobei er über einen zweiten Fluidströmungskanal 160 verfügt, der in der Längsrichtung durch ihn hindurch so ausgebildet ist, dass er mit dem ersten Fluidströmungskanal 146 in Verbindung steht; und einen zweiten Kolben 172, der an der hinteren Abdeckung 120 angebracht ist, um ein Fluid in den zweiten Fluidströmungskanal 160 des zweiten Zylinders 162 zu liefern und das im ersten Fluidströmungskanal 146 und im zweiten Fluidströmungskanal 160 existierende Fluid zu komprimieren, wenn der zweite Zylinder 162 nach vorne bewegt wird. Der zweite Fluidströmungskanal 160 bildet gemeinsam mit dem ersten Fluidströmungskanal 146 eine zweite Kompressionskammer C2.
Der zweite Zylinder 162 ist in Form eines Hohlzylinders ausgebildet, durch den hindurch der zweite Fluidströmungskanal 160 ausgebildet ist. Ein Ende des zweiten Zylinders 162 ist fest am Flansch 142 des ersten Kolbens 140 so angebracht, dass der zweite Zylinder 162 in der Richtung der Vorwärts/Rückwärts-Bewegung des ersten Kolbens 140, entgegengesetzt zum ersten Einlassventil 148, angeordnet ist.
Ein Ende des zweiten Kolbens 172 ist an der hinteren Abdeckung 120 befestigt. Der Außendurchmesser des zweiten Kolbens 172 ist kleiner als der Innendurchmesser des zweiten Zylinders 162, so dass er in diesem hin- und herläuft, wenn der zweite Zylinder 162 vorwärts und rückwärts bewegt wird.
Auch ist der zweite Kolben 172 mit der Form eines Hohlzylinders ausgebildet, durch dessen Längsrichtung hindurch ein dritter Fluidströmungskanal 170 ausgebildet ist. Der dritte Fluidströmungskanal 170 steht mit der Einlassöffnung 120a und dem zweiten Fluidströmungskanal 160 in Verbindung. Der zweite Kolben 162 ist mit einem zweiten Einlassventil 180 versehen, um den dritten Fluidströmungskanal 170 zu öffnen und zu schließen.
Vorzugsweise ist das zweite Einlassventil 180 ein Plattenventil, dessen eine Seite am zweiten Zylinder 172 befestigt ist, wobei derjenige Teil desselben, der dem dritten Fluidströmungskanal 170 des zweiten Zylinders 172 entspricht, elastisch umgebogen ist.
Demgemäß wird dann, wenn der erste Kolben 140 und der zweite Zylinder 162 zum Auslassventil 150 hin bewegt werden, derjenige Teil des zweiten Einlassventils 180, der dem dritten Fluidströmungskanal 170 entspricht, auf Grund der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidströmungskanal 146 und 160 und dem dritten Fluidströmungskanal 170 zum Auslassventil 150 hin umgebogen, wodurch der dritte Fluidströmungskanal 170 geöffnet wird. Andererseits verschließt, wenn der erste Kolben 140 und der zweite Zylinder 162 rückwärts zur Einlassöffnung 120a der hinteren Abdeckung 120 bewegt werden, das zweite Einlassventil 180 auf Grund des im ersten Fluidströmungskanal 146 um im zweiten Fluidströmungskanal 160 vorhandenen Fluids sowie auf Grund der eigenen elastischen Kraft den dritten Fluidströmungskanal 170.
Eine Einsetznut 122 ist an der hinteren Abdeckung 120 ausgebildet, und in sie ist ein Ende des zweiten Kolbens 172 eingesetzt.
Eine Einlassverbindungsleitung 200 ist so mit dem hermetisch abgedichteten Behälter 100 verbunden, dass sie in diesen eindringt. Durch diese Einlassverbindungsleitung 200 wird von außen her ein Fluid in den Behälter 100 eingeleitet. Mit der äußeren Auslassabdeckung 154 des Auslassventils 150 ist eine Auslassleitung 202 verbunden, durch die das Fluid, das durch das Auslassventil 150 eingeleitet wurde, strömen kann. Die Bezugszahl 204 kennzeichnet eine Schleifenleitung, deren eines Ende mit der Auslassleitung 202 verbunden ist, und die Bezugszahl 206 kennzeichnet eine Auslassverbindungsleitung, deren eines Ende mit der Schleifenleitung 204 verbunden ist. Die Auslassverbindungleitung 206 durchdringt den Behälter 100 in solcher Weise, dass sie sich nach außen erstreckt.
Nun wird der Betrieb des Linearkompressors mit dem vorstehend angegebenen Aufbau detailliert beschrieben.
Wenn der Spule 133 des Linearmotors 130 ein elektrischer Strom zugeführt wird, wird um die Spule 133 herum ein Magnetfeld erzeugt, und der Magnet 134 wird auf Grund desselben vorwärts und rückwärts bewegt. Die Vorwärts/Rückwärts-Bewegung des Magneten 134 wird über den Magnetrahmen 136 an den ersten Kolben 140 und den zweiten Zylinder 162 übertragen. Demgemäß werden der erste Kolben 140 und der zweite Zylinder 162 zwischen dem Ventilkörper 158 des Auslassventils 150 und der Einlassöffnung 120a der hinteren Abdeckung 120 linear hin- und herbewegt.
Der erste Kolben 140 wird im ersten Zylinder 109 vorwärts bewegt, so dass das Innere der ersten Kompressionskammer C1 durch ihn komprimiert wird. Der zweite Zylinder 162 wird entlang dem zweiten Kolben 172 rückwärts bewegt, so dass das Innere der zweiten Kompressionskammer C2 durch den zweiten Kolben 172 komprimiert wird. Das erste Einlassventil 148, das zweite Einlassventil 180 und das Auslassventil 150 werden auf Grund der Hin- und Herbewegung des ersten Kolbens 140 und des zweiten Zylinders 162 geöffnet oder geschlossen. Im Ergebnis wird das Fluid komprimiert, während es sukzessive die zweite Kompressionskammer C2 und die erste Kompressionskammer C1 durchläuft.
Nun wird ein Prozess zum Komprimieren des Fluids entsprechend der Hin- und Herbewegung des ersten Kolbens 140 und des zweiten Zylinders 162 unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 detailliert beschrieben.
Wenn der erste Kolben 140 und der zweite Zylinder 162 zum Auslassventil 150 hin vorwärts bewegt werden, wie es in den 3 und 4 dargestellt ist, wird derjenige Teil des ersten Einlassventils 148, der dem ersten Fluidströmungskanal 146 entspricht, auf Grund der Druckdifferenz zwischen der ersten Kompressionskammer C1 und der zweiten Kompressionskammer C2 oder auf Grund der eigenen elastischen Kraft geschlossen. Im Ergebnis wird das in der ersten Kompressionskammer C1 vorhandene Fluid komprimiert, und anschließend wird es durch das Auslassventil 150 ausgelassen. Derjenige Teil des zweiten Einlassventils 180, der dem dritten Fluidströmungskanal 170 entspricht, wird auf Grund der Druckdifferenz zwischen der zweiten Kompressionskammer C2 und dem dritten Fluidströmungskanal 170 zum Auslassventil 150 hin geöffnet. Im Ergebnis wird das außerhalb der hinteren Abdeckung 120 existierende Fluid durch die Einlassöffnung 120a der hinteren Abdeckung 120 und dem dritten Fluidströmungskanal 170 des dritten Kolbens 172 in die zweite Kompressionskammer C2 eingeleitet.
Das heißt, dass dann, wenn der erste Kolben 140 und der zweite Zylinder 162 vorwärts bewegt werden, das Fluid in der ersten Kompressionskammer C1 komprimiert wird und es dann von dieser ausgegeben wird, wobei es in die zweite Kompressionskammer C2 eingeleitet wird.
Wenn der erste Kolben 140 und der zweite Zylinder 162 zur Einlassöffnung 120a der hinteren Abdeckung 120 rückwärts bewegt werden, wie es in den 5 und 6 dargestellt ist, wird das in der zweiten Kompressionskammer C2 vorhandene Fluid komprimiert, und derjenige Teil des zweiten Einlassventils 180, der dem dritten Fluidströmungskanal 170 entspricht, wird auf Grund der Druckdifferenz zwischen der zweiten Kompressionskammer C2 und dem dritten Fluidströmungskanal 170 oder auf Grund der eigenen elastischen Kraft geschlossen. Derjenige Teil des ersten Einlassventils 148, der dem ersten Fluidströmungskanal 146 entspricht, wird auf Grund der Druckdifferenz zwischen der ersten Kompressionskammer C1 und der zweiten Kompressionskammer C2 zum Auslassventil 150 hin geöffnet. Im Ergebnis wird das in der zweiten Kompressionskammer C2 komprimierte Fluid in die erste Kompressionskammer C1 eingeleitet.
Das heißt, dass dann, wenn der erste Kolben 140 und der zweite Zylinder 162 rückwärts bewegt werden, das in der zweiten Kompressionskammer C2 komprimierte Fluid in die erste Kompressionskammer C1 eingeleitet wird, während das Fluid in der zweiten Kompressionskammer C2 komprimiert wird, wobei es dann in die erste Kompressionskammer C1 eingeleitet wird.
Die durch die 7 bis 10 veranschaulichte zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearkompressors ist mit dem Linearkompressor gemäß der oben beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform hinsichtlich der Konstruktion und des Betriebs mit der Ausnahme identisch, dass bei der zweiten Ausführungsform ferner eine Ventilbetätigungseinheit 210 zum Betätigen des zweiten Einlassventils 180 vorhanden ist. Daher sind Elemente des Linearkompressors gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die solchen bei der ersten Ausführungsform entsprechen, mit denselben Bezugszahlen wie dort gekennzeichnet, und eine zugehörige detaillierte Beschreibung wird nicht angegeben.
Die Ventilbetätigungseinheit 210 verfügt über ein Stellglied 212, das an der Außenseite der anderen Abdeckung 120 angebracht ist; eine mit dem Stellglied 212 verbundene Schubstange 216, die im dritten Fluidströmungskanal 170 angebracht ist und die bei ihrer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung denjenigen Teil des zweiten Einlassventils 180, der dem dritten Fluidströmungskanal 170 entspricht, zum Auslassventil 150 hin wegdrückt.
Vorzugsweise ist das Stellglied 212 ein übliches Spulenstellglied. Alternativ besteht es aus einer Zahnstange und einem Ritzel zum Umsetzen einer Rotationskraft eines Motors in eine geradlinige Bewegung, damit die Schubstange 216 linear bewegt wird.
Bei einem mit dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung versehenen Linearkompressor ist es möglich, dass derjenige Teil des zweiten Einlassventils 180, der dem dritten Fluidströmungskanal 170 entspricht, auf Grund der Schubstange 216 durch den Betrieb des Stellglieds 212 geöffnet bleibt. In diesem Fall wird das Fluid in die erste Kompressionskammer C1 eingeleitet, und es wird dann ausgestoßen, während es nicht in der zweiten Kompressionskammer C2 komprimiert wird. Im Ergebnis ist das Kompressionsvermögen des Linearkompressors im Vergleich zu demjenigen gering, wie es vorliegt, wenn derjenige Teil des zweiten Einlassventils 180, der dem dritten Fluidströmungskanal 170 entspricht, wiederholt geöffnet oder geschlossen wird.
Beim Linearkompressor gemäß der zweiten bevorzugten Ausfüh rungsform kann das Kompressionsvermögen leicht mittels der Ventilbetätigungseinheit 210 eingestellt werden.
Wie es aus der obigen Beschreibung erkennbar ist, ist durch die Erfindung ein Linearkompressor mit mehreren Kompressionskammern zum Komprimieren von Fluid geschaffen, die so angeordnet sind, dass sie miteinander in Verbindung stehen, wobei ein Fluid, z. B. ein Kühlmittel, als Erstes in einer der Kompressionskammern komprimiert wird und es dann in einer weiteren Kompressionskammer komprimiert wird, bevor es ausgestoßen wird, wodurch der Kompressions-Wirkungsgrad für das Fluid verbessert ist.
Der erfindungsgemäße Linearkompressor verfügt über einen Nebenzylinder mit einer in ihm ausgebildeten ersten Kompressionskammer sowie einen zweiten Zylinder, der an einem ersten Kolben angebracht ist, der gemeinsam mit einem Linearmotor vorwärts/rückwärts bewegbar ist. Im ersten Kolben und im zweiten Zylinder ist eine zweite Kompressionskammer ausgebildet. Der erfindungsgemäße Linearkompressor verfügt auch über einen zweiten Kolben, durch den die zweite Kompressionskammer komprimiert wird, wenn der erste Kolben und der zweite Zylinder vorwärts bewegt werden. Demgemäß ist die Konstruktion des Linearkompressors, in dem mehrere Kompressionskammern ausgebildet sind, sehr einfach, wodurch die Gesamtabmessungen desselben minimiert sind.
Gemäß einer Weiterbildung verfügt die Grundkonstruktion eines erfindungsgemäßen Linearkompressors zusätzlich über eine bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum zwangsweisen Öffnen einer der Kompressionskammern, wodurch das Kompressionsvermögen des Linearkompressors variabel ist.

Claims

Linearkompressor enthaltend: – einen Linearmotor (130), der einen Stator (S) und einen Läufer (M) aufweist, um eine lineare Antriebskraft zu erzeugen; – einen stationären Zylinder (109) mit einer in diesem ausgebildeten ersten Kompressionskammer (C1), wobei der stationäre Zylinder (109) in seinem vorderen Teil ein Auslassteil mit einem Auslassventil (150) aufweist, – einen mit dem Läufer (M) gekoppelten beweglichen Kolben (140), der in linearer Richtung vorwärts und rückwärts bewegbar ist, um ein Fluid in der ersten Kompressionskammer (C1) zu komprimieren, – eine zweite Kompressionskammer (C2) innerhalb des beweglichen Kolbens (140), – eine erste Ventileinrichtung (148) am beweglichen Kolben (140), die die zweite Kompressionskammer (C2) von der ersten Kompressionskammer (C1) trennt; und – einen stationären Kolben (172), der fest mit dem Linearkompressor verbunden ist und so mit dem beweglichen Kolben (140) zusammenwirkt, dass das Fluid in der zweiten Kompressionskammer (C2) komprimiert wird, wenn der bewegliche Kolben (140) hin- und herläuft, wobei der stationäre Kolben (172) einen in ihm ausgebildeten Fluidströmungskanal (170) aufweist, durch den das Fluid eingeleitet wird, – eine zweite Ventileinrichtung (180) zwischen Fluidströmungskanal (170) und der zweiten Kompressionskammer (C2), wobei das Auslassventil (150) öffnet, wenn der Druck in der ersten Kompressionskammer (C1) höher als ein vorgegebener Druck ist, und die erste Ventileinrichtung (148) öffnet, wenn der bewegliche Kolben (140) rückwärts zum stationären Kolben (172) bewegt wird und die zweite Ventileinrichtung (180) öffnet, wenn der bewegliche Kolben (140) vorwärts zum stationären Zylinder (109) bewegt wird.
Linearkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Kolben (172) in den beweglichen Zylinder (162) eingesetzt ist.
Linearkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Kolben (140) Folgendes aufweist: – ein linear beweglicher Kolbenteil, der teilweise in den stationären Zylinder (109) eingesetzt ist; und – ein beweglicher Zylinderteil (162), der mit der Rückseite des Kolbenteils verbunden ist, wobei der stationäre Kolben (172) in den beweglichen Zylinderteil (162) eingesetzt ist.
Linearkompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der Kolbenteil an seiner Rückseite einen Flansch (142) aufweist, der an dem Läufer (M) des Linearmotors (130) befestigt ist; und – der bewegliche Zylinderteil (162) fest an der Rückseite des Flanschs (142) angebracht ist.
Linearkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Ventileinrichtung Plattenventile sind, die an den Vorderenden des beweglichen Kolbens (140) bzw. des stationären Kolbens (172) vorhanden sind.
Linearkompressor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Stellvorrichtung zum Öffnen/Schliessen der zweiten Ventileinrichtung.
Linearkompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweite Ventileinrichtung ein Plattenventil ist, das im vorderen Teil des stationären Kolbens (172) vorhanden ist; und – die Stellvorrichtung ein Stellglied (212) zum Erzeugen einer Antriebskraft auf Grundlage eines externen Signals und eine Schubstange (216) enthält, die zwischen dem Stellglied (212) und der zweiten Ventileinrichtung angeordnet ist, um das Plattenventil der zweiten Ventileinrichtung entsprechend dem Betrieb des Stellglieds (212) zu bewegen.
Linearkompressor nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Kolben (140) einen in ihm ausbildeten ersten Fluidströmungskanal (146) aufweist, der mit dem Inneren des stationären ersten Zylinders (109) in Verbindung steht; und – der bewegliche Kolben (140) an seinem hinteren Teil mit einem zweiten Zylinder (162) verbunden ist, so dass sich der zweite Zylinder (162) gemeinsam mit diesem bewegt, wobei der zweite Zylinder (162) einen in ihm ausgebildeten zweiten Fluidströmungskanal (160) aufweist, der mit dem ersten Fluidströmungskanal (146) in Verbindung steht; und – eine hintere Abdeckung (120) mit einer Einlassöffnung (120a) im Linearkompressor vorhanden ist; und – der stationäre Kolben (172) in den zweiten Zylinder (162) eingesetzt ist, so dass ein Fluid im ersten Fluidströmungskanal (148) und zweiten Fluidströmungskanal (160) komprimiert wird, wenn der bewegliche Kolben (140) und der zweite Zylinder (162) hin- und herlaufen, wobei im stationären Kolben (172) ein dritter Fluidströmungskanal (170) ausgebildet ist und die Einlassöffnung (120a) der hinteren Abdeckung (120) über diesen dritten Fluidströmungskanal (170) mit dem zweiten Fluidströmungskanal (160) verbunden ist; und – die zweite Ventileinrichtung (180) am vorderen Teil des stationären Kolbens (172) vorhanden ist, um den dritten Fluidströmungskanal (170) zu öffnen oder zu schliessen.