DE10203703A1

DE10203703A1 - Gasverdichtungsvorrichtung für einen Kolbenverdichter

Info

Publication number: DE10203703A1
Application number: DE10203703A
Authority: DE
Inventors: Hyeong Kook Lee; Jong Tae Heo
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: CN1401900A; JP4130548B2; KR20030015693A; JP2003065228A; CN1190592C; KR100438605B1; US6676388B2; US20030035743A1; ITMI20020144A0; ITMI20020144A1; DE10203703B4

Abstract

Eine Gasverdichtungsvorrichtung für einen Kolbenverdichter umfaßt: einen Kolbenmotor, der eine lineare hin- und hergehende Antriebskraft erzeugt; einen Verdichtungszylinder, der in einem vorher bestimmten Abstand zum Kolbenmotor angeordnet ist; einen Positionssteuerungszylinder, der in einem vorher bestimmten Abstand zum Verdichtungszylinder angeordnet ist; einen variablen Anfangspositionskolben, der in den Positionssteuerungszylinder und den Verdichtungszylinder eingefügt ist und in dem Verdichtungszylinder und dem Positionssteuerungszylinder linear hin und her bewegt wird; und eine Drucksteuerungseinheit, die einen Druck im Positionssteuerungszylinder mit dem Druck des Gases, das aus der Ablaßkammer abgelassen wurde, steuert. Deshalb kann die Gasverdichtungsmenge durch Steuerung des Hubabstandes des variablen Anfangspositionskolbens entsprechend der Spannungssteuerung des Motors und gleichzeitig durch Steuerung der Bezugsposition des variablen Anfangspositionskolbens für den Hubabstand des variablen Anfangspositionskolbens gesteuert werden. Da der obere Freiraum des variablen Anfangspositionskolbens ständig aufrechterhalten bleibt, kann das Gas so weit wie erforderlich verdichtet werden, eine Leistungsfähigkeit des Systems kann durch Verhinderung eines Kühlgasverdichtungsverlustes erhöht werden. Und da das Totvolumen minimiert ist, kann eine Leistungsfähigkeit des Verdichters durch Verhinderung eines Wiederausdehnungsverlusts verbessert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasverdichtungsvorrichtung für einen Kolbenverdichter, und insbesondere eine Gasverdichtungsvorrichtung für einen Kolbenverdichter, die in der Lage ist, einen Kolbenhubabstand zu steuern, um eine Verdichtungsmenge eines verdichteten Gases zu steuern, und die in der Lage ist, ein Totvolumen zu minimieren.

2. Beschreibung des technischen Hintergrunds

Im allgemeinen verdichtet ein Verdichter eine Flüssigkeit. Ein Kolbenverdichter der vorliegenden Erfindung arbeitet so, daß ein Kolben, der direkt mit einem Motor verbunden ist, welcher eine lineare hin- und hergehende Antriebskraft erzeugt, in einem Zylinder linear und hin und her bewegt wird, um ein Kühlgas zu verdichten.
Wie in Fig. 1 gezeigt enthält der Kolbenverdichter einen geschlossenen Behälter 10, einen Kolbenmotor 20, der in dem geschlossenen Behälter 10 eingerichtet ist und eine lineare hin- und hergehende Antriebskraft erzeugt, einen hinteren Rahmen 30 und einen mittleren Rahmen 40, die jeweils beide Seiten des. Motors 20 unterstützen, einen vorderen Rahmen 50, der mit einer Seite des mittleren Rahmens 40 verkuppelt ist, einen Zylinder 60, der so mit dem vorderen Rahmen 50 verkuppelt ist, daß er einen vorher bestimmten Abstand entlang einer axialen Richtung zum Kolbenmotor 20 aufweist; einen Kolben 70, der mit dem Kolbenmotor 20 verbunden und in den Zylinder 60 eingefügt ist, und der eine lineare Hin- und Herbewegung durchführt, wenn er die lineare hin- und hergehende Antriebskraft vom Kolbenmotor 20 empfängt; eine Ventilanordnung 80, die mit dem Zylinder 60 und dem Kolben 70 kombiniert ist und gemäß eines Druckunterschieds, welcher durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 70 erzeugt wird, Gas ansaugt und in den Zylinder abläßt; und eine Resonanzfedereinheit 90, welche die lineare Hin- und Herbewegung des Kolbenmotors 20 und des Kolbens 70 elastisch unterstützt.
Der Kolbenmotor 20 umfaßt einen zylindrischen äußeren Ständer 21, der starr mit dem hinteren Rahmen 30 und dem mittleren Rahmen 40 verkuppelt ist; einen inneren Ständer 22, der mit einem bestimmten Abstand in den äußeren Ständer 21 eingefügt ist; eine Wicklungsspule 23, die innerhalb des äußeren Ständers 21 gewickelt ist; und einen Anker (A), der jeweils mit einem bestimmten Abstand linear und hin- und her beweglich zwischen dem äußeren Ständer 21 und dem inneren Ständer 22 eingefügt ist.
Der Anker (A) umfaßt einen zylindrischen Magnethalter 24 und eine Vielzahl von Dauermagneten 25, die mit der äußeren umfänglichen Seite des Magnethalters 24 entlang der umfänglichen Richtung in regelmäßigen Abständen verkuppelt sind. Der Anker (A) ist mit dem Kolben 70 verkuppelt.
Die Resonanzfedereinheit 90 umfaßt einen Halter 91, der gebogen ausgebildet ist, um eine vorher bestimmte Fläche aufzuweisen, dessen eine Seite mit einer Seite des Kolbens 70 oder des Ankers (A) verkuppelt ist, so daß der Halter zwischen dem vorderen Rahmen 50 und dem mittleren Rahmen 40 angeordnet sein kann, eine vordere Feder 92, die zwischen dem vorderen Rahmen 40 und dem mittleren Rahmen 50 angeordnet ist, und eine hintere Feder 93, die zwischen dem Halter 91 und dem mittleren Rahmen 40 angeordnet ist.
Der Ventilzusammenbau 80 umfaßt eine Ablaßumkleidung 81, welche den Verdichtungsraum (P) des Zylinders 60 abdeckt, ein Ablaßventil 82, das in der Ablaßumkleidung 81 angeordnet ist und den Verdichtungsraum (P) des Zylinders 60 öffnet und schließt, eine Ventilfeder 83, die das Ablaßventil 82 elastisch unterstützt, und ein Saugventil 84, das mit einem Ende des Kolbens 70 verkuppelt ist und einen Kühlmittelsaugkanal (F) öffnet und schließt, der im Kolben 70 ausgebildet ist.
Ein Ablaßrohr 2 ist mit einer Seite der Ablaßumkleidung 81 verkuppelt, um Gas, das auf hohe Temperatur und hohen Druck verdichtet ist, dem Ablaß zuzuführen, und ein Saugrohr 1 zur Zuleitung des Kühlgases in den geschlossenen Behälter 10 ist mit einer Seite des geschlossenen Behälters 10 verkuppelt, so daß es an der Seite des hinteren Rahmens 30 angeordnet ist.
Es wird nun der Betrieb des herkömmlichen Kolbenverdichters, der wie oben beschrieben gebaut ist, erklärt.
Zuerst wird, wenn Leistung auf den Kolbenmotor 20 angewendet wird und Strom durch die Wickelspule 23 fließt, der Anker (A), der den Dauermagneten 25 aufweist, aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Fluß, der an dem äußeren Ständer 21 und dem inneren Ständer 22 durch den Strom, der durch die Wicklungsspule 23 fließt, gebildet ist, und dem Dauermagneten 25 linear und hin und her bewegt.
Wenn die lineare hin- und hergehende Antriebskraft des Ankers (A) auf den Kolben 70 übertragen wird, wird der Kolben 70 im Verdichtungsraum (P) innerhalb des Zylinders 60 linear und hin und her bewegt, und gleichzeitig wird der Ventilzusammenbau 80 betrieben, so daß Gas in den Verdichtungsraum (P) des Zylinders gesaugt, verdichtet und abgelassen wird. Und dieser Vorgang wird wiederholt durchgeführt.
Die Resonanzfedereinheit 90 speichert die lineare kinetische Hin- und Herbewegungskraft des Kolbenmotors 20 als eine elastische Energie und gibt sie ab und verursacht eine Resonanzbewegung.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist der Kolbenverdichter so zusammengesetzt, daß seine anfängliche Position (a) auf eine Weise eingerichtet ist, daß der Endabschnitt des Kolbens 70, der innerhalb des Zylinders 60 angeordnet ist, am Zentrum eines äußersten oberen Totpunkts (H_max) und eines äußersten unteren Totpunkts (L_max) angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen den zwei Punkten einen äußersten Hubabstand (S_max) darstellt.
Im allgemeinen wird, wenn eine Spannung einer Leistung gesteuert wird, ein beliebiger Hubabstand (S1) zwischen einem beliebigen oberen Totpunkt (H1) und einem beliebigen unteren Totpunkt (L1) mit Bezug auf die anfängliche Position (a), das genaue Zentrum des äußersten oberen Totpunkts (H_max) und des äußersten unteren Totpunkts (L_max), bewegt, um das Kühlgas zu verdichten.
Das heißt, daß in dem Fall, wenn eine relativ hohe Kühlgasmenge im Verdichtungsraum (P) des Zylinders 60 verdichtet und abgelassen werden soll, der Hubabstand (S2) des Kolbens 70 erhöht wird, wie in Fig. 3 gezeigt, wobei er jedoch unter dem äußersten Hubabstand (S_max) bleibt, um die Menge des verdichteten Kühlgases zu erhöhen.
Wenn nun eine relativ geringe Kühlgasmenge im Verdichtungsraum (P) des Zylinders 60 verdichtet und abgelassen werden soll, wird der Hubabstand (S3) des Kolbens 70 verringert, wie in Fig. 4 gezeigt.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Kolben auf der Grundlage der anfänglichen Position (a), des genauen Zentrums des äußersten oberen Totpunkts (H_max) und des äußersten unteren Totpunkts (L_max), bewegt. Wenn der Hubabstand des Kolbens 70 also verlängert wird, wird der Abstand zwischen dem oberen Totpunkt des Kolbens 70 und der unteren Oberfläche des Ablaßventils 82, d. h. der obere Freiraum, verkürzt. Wenn nun der Hubabstand des Kolbens 70 verkürzt wird, wird der obere Freiraum, d. h. der Abstand zwischen dem oberen Totpunkt des Kolbens 70 und dem Ablaßventil 82, verlängert.
Obwohl die herkömmliche Bauweise insoweit einen Vorteil aufweist, als die Verdichtungsmenge des Kühlgases durch Steuerung des Hubabstandes unter der Spannungssteuerung steuerbar ist, so daß das Gas so weit wie gewünscht verdichtet werden kann, so wird jedoch der obere Freiraum erhöht, da der Kolben entlang des Hubabstands bewegt wird, der auf der Grundlage der anfänglichen Position, der Mitte zwischen dem äußersten oberen Totpunkt und dem äußersten unteren Totpunkt, eingerichtet ist. Aufgrund des erhöhten oberen Freiraums wird ein Totvolumen erhöht, wodurch eine Verdichtungseffizienz herabgesetzt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasverdichtungsvorrichtung für einen Kolbenverdichter bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Kolbenhubabstand zur Steuerung einer Verdichtungsmenge eines Kühlgases zu steuern, und die in der Lage ist, ein Totvolumen zu minimieren.
Zur Erzielung dieser und anderer Vorteile und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung, wie hierin ausgeführt und ausführlich beschrieben, ist eine Gasverdichtungsvorrichtung für einen Kolbenverdichter vorgesehen, umfassend: einen Kolbenmotor, der eine lineare hin- und hergehende Antriebskraft erzeugt; einen Verdichtungszylinder, der in einem vorher bestimmten Abstand zum Kolbenmotor angeordnet ist; einen Positionssteuerungszylinder, der in einem vorher bestimmten Abstand zum Verdichtungszylinder angeordnet ist; einen variablen Anfangspositionskolben, der in den Positionssteuerungszylinder und den Verdichtungszylinder eingefügt ist, mit dem Kolbenmotor verkuppelt ist, eine Antriebskraft vom Kolbenmotor empfängt und in dem Verdichtungszylinder und dem Positionssteuerungszylinder linear und hin und her bewegt wird; eine Resonanzfeder, die eine Resonanzbewegung des variablen Anfangspositionskolbens verursacht; eine Ablaßumkleidung, die so verkuppelt ist, daß sie einen Endabschnitt des Verdichtungszylinders abdeckt und eine Ablaßkammer zum Ablassen eines verdichteten Gases bildet; eine Ventileinheit zum Ansaugen von Gas in den Verdichtungszylinder durch einen Gassaugkanal, der im variablen Anfangspositionskolben gebildet ist, gemäß der linearen Hin- und Herbewegung des variablen Anfangspositionskolbens, und Ablassen des Gases, das in dem Verdichtungszylinder verdichtet wurde, in die Ablaßkammer der Ablaßumkleidung; ein Verbindungsrohr zur Leitung eines Teils des Gasdrucks, der in die Ablaßkammer der Ablaßumkleidung abgelassen wurde, in den Positionssteuerungszylinder; und eine Drucksteuerungseinheit, die an einer Seite des Verbindungsrohrs befestigt ist und einen Druck im Positionssteuerungszylinder mit dem Druck des Gases, das aus der Ablaßkammer abgelassen wurde, steuert.
Die oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die beigefügten Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiteres Verstehen der Erfindung bereitzustellen, und die in der Beschreibung enthalten sind und ein Teil von ihr bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erklären.
Fig. 1 ist eine vertikale Querschnittansicht, die einen Kolbenverdichter gemäß der herkömmlichen Technik zeigt;
Fig. 2 ist eine Querschnittansicht, die einen äußersten oberen Totpunkt, einen äußersten unteren Totpunkt und einen beliebigen Hubabstand (S1) der Bewegung eines Kolbens zeigt, wenn der Kolbenverdichter ein Kühlgas eines Verdichters gemäß der herkömmlichen Technik verdichtet;
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht, die einen Hubabstand (S2) der Bewegung des Kolbens zeigt, wenn eine relativ hohe Menge des Kühlgases gemäß der herkömmlichen Technik verdichtet wird;
Fig. 4 ist eine Querschnittansicht, die einen Hubabstand (S3) der Bewegung des Kolbens zeigt, wenn eine relativ geringe Menge des Kühlgases gemäß der herkömmlichen Technik verdichtet wird;
Fig. 5 ist eine vertikale Querschnittansicht, die einen Kolbenverdichter zeigt, welcher eine Gasverdichtungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
Fig. 6 ist eine Querschnittansicht, die eine geänderte anfängliche Position (a4) und einen Hubabstand (S4) in dem Falle zeigt, wenn eine relativ hohe Menge einer Kühlgasverdichtungsmenge vorhanden ist, wenn das Kühlgas des Kolbenverdichters verdichtet wird; und
Fig. 7 ist eine Querschnittansicht, die eine geänderte anfängliche Position (a5) und einen Hubabstand (S5) in dem Falle zeigt, wenn eine relativ geringe Menge einer Kühlgasverdichtungsmenge vorhanden ist, wenn das Kühlgas des Kolbenverdichters verdichtet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es wird nun detailliert auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die in den beiliegenden Zeichnungen beispielhaft dargestellt sind.
Fig. 5 ist eine vertikale Querschnittansicht, die einen Kolbenverdichter zeigt, welcher eine Gasverdichtungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
Erstens ist, wie in Fig. 5 gezeigt, in einem Kolbenverdichter ein Kolbenmotor 20 zur Erzeugung der linearen hin- und hergehenden Antriebskraft in einem Behälter 10 befestigt, der einen vorher bestimmten Innenraum aufweist, und ein hinterer Rahmen 30 und ein mittlerer Rahmen 40 sind an beiden Seiten des Kolbenmotors 20 verkuppelt.
Der Kolbenmotor 20 umfaßt einen zylindrischen äußeren Ständer 21, der starr mit dem hinteren Rahmen 30 und dem mittleren Rahmen 40 verkuppelt ist, einen inneren Ständer 22, der mit einem bestimmten Abstand in den äußeren Ständer 21 eingefügt ist; eine Wicklungsspule 23, die mit dem äußeren Ständer 21 verkuppelt ist, und einen Anker (A), der linear und hin- und her beweglich zwischen dem äußeren Ständer 21 und dem inneren Ständer 22 eingefügt ist.
Der innere Ständer 22 ist so ausgebildet, daß er eine zylindrische Form mit einer vorher bestimmten Dicke und Breite aufweist.
Der Anker (A) enthält einen zylindrischen Magnethalter 24 und eine Vielzahl von Dauermagneten 25, die mit dem Magnethalter 24 in einem vorher bestimmten Abstand verkuppelt sind.
Ein vorderer Rahmen 50, der eine vorher bestimmte Form aufweist, ist mit dem mittleren Rahmen 40 verkuppelt, und ein Verdichtungszylinder 100 ist in ein Durchgangsloch gekuppelt, das so ausgebildet ist, daß es den vorderen Rahmen 50 durchdringt.
Ein Anfangspositionssteuerungszylinder 110 ist am inneren Ständer 22 des Kolbenmotors angekuppelt und der variable Anfangspositionskolben 120, der in den Verdichtungszylinder 100 und den Anfangspositionssteuerungszylinder 110 eingefügt ist, ist mit dem Anker (A) des Kolbenmotors 20 verbunden.
Der Verdichtungszylinder 100 umfaßt einen Zylinderkörperabschnitt 101 mit einer vorher bestimmten Länge und einen Absatzabschnitt 102, der erweitert so an einem Endabschnitt des Zylinderkörperabschnitts 101 ausgebildet ist, daß er eine vorher bestimmte Breite und Höhe aufweist.
Der Zylinderkörperabschnitt 101 des Verdichtungszylinders 100 ist in das Durchgangsloch des vorderen Rahmens 50 eingefügt, und der Absatzabschnitt 102 ist am Endabschnitt des vorderen Rahmens 50 in Eingriff genommen.
Der Anfangspositionssteuerungszylinder 110 umfaßt einen Zylinderkörperabschnitt 111, der mit einer geschlossenen Seite ausgebildet ist; einen Zusatzabschnitt 113, der gebogen und erweitert mit einer vorher bestimmten Fläche an einem Endabschnitt der geöffneten Seite des Körperabschnitts ausgebildet ist, wobei er eine Vielzahl von Gasdurchgangslöchern 112 aufweist, durch welche das Kühlgas strömt, und mit einem anderen Teil kombiniert ist; und ein Verbindungsloch, das so ausgebildet ist, daß eine Seite des Zylinderkörperabschnitts 111 durchdringt.
Der variable Anfangspositionskolben 120 umfaßt einen zylindrischen Körperabschnitt 121, der eine vorher bestimmte Länge aufweist und dessen beide Enden geschlossen sind, wobei die beiden Enden in den Verdichtungszylinder 100 und in den Anfangspositionssteuerungszylinder 110 eingefügt sind, einen Verbindungshalter 122, der erweitert so ausgebildet ist, daß er eine vorher bestimmte Fläche zu einer äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Körperabschnitts 121 aufweist, und einen Kühlgassaugkanal, der ein Saugloch 123, das an einer Seite des zylindrischen Körperabschnitts 121 ausgebildet ist, und ein Ausflußloch 124 aufweist, durch welches das Kühlgas, das in das Saugloch 123 gesaugt wurde, durch den zylindrischen Körperabschnitt 121 in den Verdichtungszylinder 100 eingeführt wird.
Beim variablen Anfangspositionskolben 120 ist die Seite des zylindrischen Körperabschnitts 121, an der das Ausflußloch 124 ausgebildet ist, in den Verdichtungszylinder 100 eingefügt, die entgegengesetzte Seite des zylindrischen Körperabschnitts 121 ist in den Anfangspositionssteuerungszylinder 110 eingefügt, und der Verbindungshalter 122 ist mit dem Anker (A) des Kolbenmotors 20 verbunden.
Eine Vielzahl von Resonanzfedern 130, die den variablen Anfangspositionskolben 120 unterstützen, sind an beiden Seiten des Verbindungshalters 122 des variablen Anfangspositionskolbens 120 angeordnet.
Das heißt, die Vielzahl von Resonanzfedern 130 sind zwischen einer Seite des Verbindungshalters 122 des variablen Anfangspositionskolbens 120 und dem mittleren Rahmen 40 verkuppelt, die Vielzahl von Resonanzfedern 130sind zwischen der Außenseite des Verbindungshalters 122 des variablen Anfangspositionskolbens 120 und dem vorderen Rahmen 50 verkuppelt.
Eine Ablaßumkleidung 140 ist an einem Endabschnitt des Verdichtungszylinders 100 verkuppelt, um den Verdichtungszylinder 100 abzudecken. Die Ablaßumkleidung 140 bildet eine Ablaßkammer (D) zum Ablassen des Kühlgases, das im Verdichtungszylinder 100 verdichtet wurde.
Eine Ventileinheit 150 ist vorgesehen, um das Gas durch den Gassaugkanal, der im variablen Anfangspositionskolben 120 ausgebildet ist, gemäß der linearen Hin- und Herbewegung des variablen Anfangspositionskolbens 120 in den Verdichtungszylinder 100 zu saugen, und das Gas, das im Verdichtungszylinder verdichtet wurde, in die Ablaßkammer (D) der Ablaßumkleidung 140 abzulassen.
Die Ventileinheit 150 umfaßt ein Ablaßventil 151, das in der Ablaßumkleidung 140 angeordnet ist, um den Innenraum des Verdichtungszylinders 100 zu öffnen und zu schließen, eine Ventilfeder 152, die das Ablaßventil 151 elastisch unterstützt, und ein Saugventil 153, das mit einem Ende des variablen Anfangspositionskolbens 120 verkuppelt ist, um das Ausflußloch 124, das im variablen Anfangspositionskolben 120 ausgebildet ist, zu öffnen und zu schließen.
Ein Ablaßrohr 2 ist mit einer Seite der Ablaßumkleidung 140 verkuppelt, um das Hochdruckgas, das in die Ablaßkammer (D) abgelassen wurde, dem Ablaß nach außerhalb zuzuführen, und ein Verbindungsrohr 160 ist angekoppelt, um einen Teil des Kühlgases, das in das Ablaßrohr 2 abgelassen wurde, der Einführung in den variablen Anfangspositionskolben 120 zuzuleiten.
Das Verbindungsrohr 150 umfaßt ein Druckreglerventil 170, das an dessen einer Seite ausgebildet und in der Lage ist, einen Druck des Kühlgases zu steuern, welches in den variablen Anfangspositionskolben 120 eingeleitet wird. Es wird als Druckreglerventil 170 ein elektronisches Ventil bevorzugt, das in drei Richtungen zur Durchleitung einer Richtung eines Durchstroms bewegbar ist.
Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Saugrohr zur Einleitung des Kühlgases.
Es wird nun die Betriebswirkung der Gasverdichtungsvorrichtung für einen Kolbenverdichter beschrieben.
Zuerst wird, wenn Leistung auf den Kolbenmotor 20 angewendet wird und Strom durch die Wickelspule 23 fließt, der Anker (A), der den Dauermagneten 25 aufweist, aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Fluß, der an dem äußeren Ständer 21 und dem inneren Ständer 22 durch den Strom, der durch die Wicklungsspule 23 fließt, gebildet ist, und dem Dauermagneten 25 linear und hin und her bewegt.
Wenn die lineare hin- und hergehende Antriebskraft des Ankers (A) auf den variablen Anfangspositionskolben 120 übertragen wird, wird der variable Anfangspositionskolben 120 im Verdichtungszylinder 100 und im Anfangspositionssteuerungszylinder 110 linear und hin und her bewegt, und gleichzeitig wird die Ventileinheit 150 betrieben, so daß das Kühlgas in den Innenraum des Verdichtungszylinders 100 gesaugt, verdichtet und abgelassen wird. Und dieser Vorgang wird wiederholt durchgeführt.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Kühlgas auf eine Weise in den Verdichtungszylinder 100 gesaugt, daß das Kühlgas, welches in das Saugrohr 1 gesaugt wird, aufgrund eines Druckunterschieds im Verdichtungszylinder 100 durch ein Loch (nicht gezeigt) strömt, das durchdringend am mittleren Abschnitt des hinteren Rahmens 30 ausgebildet ist, und durch das Gasdurchgangsloch 112 des Anfangspositionssteuerungszylinders 110 in das Saugloch 123 des variablen Anfangspositionskolbens 120 gesaugt wird.
Das Kühlgas, das in das Saugloch 123 des variablen Anfangspositionskolbens 120 gesaugt wird, durchströmt das Innere und wird durch das Ausflußloch 124, das am Endabschnitt des variablen Anfangspositionskolbens 120 und des Saugventils 153 ausgebildet ist, in den Innenraum des Verdichtungszylinders 100 gesaugt.
Das Kühlgas, das, nachdem es im Verdichtungszylinder 100 verdichtet wurde, abgelassen wird, durchströmt die Ablaßkammer (D) der Ablaßumkleidung 140 und wird durch das Ablaßrohr 2 nach außerhalb abgelassen, und ein Teil des Hochdruckkühlgases, das in das Ablaßrohr 2 abgelassen wurde, wird durch das Verbindungsrohr 160 in den Innenraum des Anfangspositionssteuerungszylinders 110 eingeleitet, so daß ein Innenraumdruck des Anfangspositionssteuerungszylinders 110 auf einem vorher eingerichteten Druckstatus aufrechterhalten wird, um eine anfängliche Position des variablen Anfangspositionskolbens 120 einzurichten. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Druckreglerventil 170 im geöffneten Status.
Die Vielzahl von Resonanzfedern 130 speichern die lineare Hin- und Herbewegungskraft des Kolbenmotors 20 als eine elastische Energie und geben sie ab und verursachen gleichzeitig eine Resonanzbewegung.
Die anfängliche Position des variablen Anfangspositionskolbens 120 ist auf der Grundlage des Endabschnitts des variablen Anfangspositionskolbens 120 angeordnet, der im Verdichtungszylinder 100 angeordnet ist, und der Bezugsendabschnitt des variablen Anfangspositionskolbens 120 ist zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt des variablen Anfangspositionskolbens 120 angeordnet, d. h. genau im Zentrum des Hubabstands.
Nachdem die anfängliche Position des Bezugsendabschnitts des variablen Anfangspositionskolbens 120 an einer beliebigen Bezugsposition, die gesteuert werden soll, angeordnet ist, wird eine Leistungsspannung gesteuert, wodurch die Position des oberen Totpunkts und des unteren Totpunkts der anfänglichen Position des variablen Anfangspositionskolbens 120, d. h., der Hubabstand, gesteuert wird.
Infolgedessen wird, wenn eine relativ hohe Menge Kühlgas abgelassen werden soll, der Hubabstand so gesteuert, daß er groß ist, während, wenn eine relativ geringe Menge Kühlgas abgelassen werden soll, der Hubabstand so gesteuert wird, daß er gering ist.
Wenn der Öffnungsgrad des Verbindungsrohrs 160 zur selben Zeit gesteuert wird, wenn die Leistung gesteuert wird, wird ein Teil des Hochdruckkühlgases, das in das Ablaßrohr 2 abgelassen wurde, nachdem es aus dem Verdichtungszylinder 100 abgelassen wurde, in den Anfangspositionssteuerungszylinder 110 eingeleitet, um den Druck im Anfangspositionssteuerungszylinder 110 zu steuern.
Dementsprechend wird der variable Anfangspositionskolben 120 aufgrund des Drucks im Anfangspositionssteuerungszylinder 110 in den Verdichtungszylinder 100 bewegt, oder er wird in den Anfangspositionssteuerungszylinder 110 bewegt und dort hin- und herbewegt.
Der Anfangspositionssteuerungszylinder 110 dient dank des Drucks des Kühlgases, das hineingefüllt wird, wenn der variable Anfangspositionskolben 120 hin- und herbewegt wird, als Gasfeder.
Mit anderen Worten, in einem Status, in dem eine anfängliche Position des variablen Anfangspositionskolbens 120 entsprechend dem Druckstatus im Anfangspositionssteuerungszylinder 110 zum Verdichtungszylinder 100 bewegt wird, saugt der variable Anfangspositionskolben 120 das Kühlgas an, verdichtet es und läßt es ab, während er sich im Hubabstand, der durch die Spannung gesteuert wird, bewegt.
Fig. 6 ist eine Querschnittansicht, die eine geänderte anfängliche Position (a4) und einen Hubabstand (S4) in dem Falle zeigt, wenn eine relativ hohe Menge einer Kühlgasverdichtungsmenge vorhanden ist, wenn das Kühlgas des Kolbenverdichters verdichtet wird.
Wie in Fig. 6 gezeigt, wird in einem Status, in dem der Bezugsendabschnitt des variablen Anfangspositionskolbens 120 im genauen Zentrumsabschnitt (a) zwischen einem äußersten oberen Totpunkt (H_max) und einem äußersten unteren Totpunkt (L_max) angeordnet ist, wenn eine hohe Kühlgasmenge, jedoch weniger als die maximal verfügbare Gasverdichtungsmenge, verdichtet werden soll, die Spannung der Leistung so gesteuert, daß ein Hubabstand (S4) des variablen Anfangspositionskolbens 120 erhalten wird, der für die eingerichtete Verdichtungsmenge geeignet ist, und gleichzeitig wird durch Steuerung des Druckreglerventils 170 ein Teil des Hochdruckkühlgases in den Anfangspositionssteuerungszylinder 110 eingeleitet, um einen vorher eingerichteten Druckstatus zu erreichen.
Wenn der Bezugsendabschnitt des variablen Anfangspositionskolbens 120 so bewegt wird, daß er an der Bezugsposition (a4) angeordnet ist, wird der variable Anfangspositionskolben 120 durch geeignete Spannungssteuerung zum oberen Totpunkt (H4) oder zum unteren Totpunkt (L4) bewegt, wodurch das Kühlgas verdichtet wird.
Fig. 7 ist eine Querschnittansicht, die eine geänderte anfängliche Position (a5) und einen Hubabstand (S5) in dem Falle zeigt, wenn eine relativ geringe Menge einer Kühlgasverdichtungsmenge vorhanden ist, wenn das Kühlgas des Kolbenverdichters verdichtet wird.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wird, wenn eine geringere Menge von Kühlgas verdichtet wird, die Leistungsspannung so gesteuert, daß ein Hubabstand (S5) erhalten wird, der für die eingerichtete Verdichtungsmenge geeignet ist, und gleichzeitig wird das Druckreglerventil 170 so gesteuert, daß der Druck im Anfangspositionssteuerungszylinder 110erhöht wird. Dann wird die Bezugsendposition des variablen Anfangspositionskolbens 120 von der eingerichteten Bezugsposition (a4) zum Verdichtungszylinder 100 bewegt, so daß sie an der Position (a5) angeordnet ist, wo der variable Anfangspositionskolben 120 im Hubabstand (S5) hin- und herbewegt wird, um das Kühlgas zu verdichten.
D. h., daß der Hubabstand des variablen Anfangspositionskolbens 120 abhängig von der Verdichtungsmenge des Kühlgases, das abgelassen werden soll, gesteuert wird, und die anfängliche Position des variablen Anfangspositionskolbens 120 wird gesteuert, so daß der obere Freiraum des variablen Anfangspositionskolbens 120 kontinuierlich auf einem bestimmten Abstand aufrechterhalten werden kann.
Folglich wird, wenn der Hubabstand vergrößert wird, um eine relativ hohe Menge des Kühlgases zu verdichten, der Druck im Anfangspositionssteuerungszylinder 110 erhöht, so daß die Bezugsposition des variablen Anfangspositionskolbens 120 so weit in Richtung des Verdichtungszylinders 100 bewegt wird, wie die Differenz zwischen dem äußersten Hubabstand und dem vorher eingerichteten Hubabstand beträgt, wodurch der obere Freiraum des variablen Anfangspositionskolbens 120 kontinuierlich aufrechterhalten bleibt.
Wenn nun der Hubabstand verringert wird, um eine relativ geringe Menge des Kühlgases zu verdichten, wird der Druck im Anfangspositionssteuerungszylinder 110 erhöht, so daß die Bezugsposition des variablen Anfangspositionskolbens 120 in Richtung des Verdichtungszylinders 100 bewegt wird, wodurch der obere Freiraum des variablen Anfangspositionskolbens 120 kontinuierlich aufrechterhalten bleibt.
Entsprechend bleibt, selbst wenn die anfängliche Position des variablen Anfangspositionskolbens 120 durch Verwendung des Anfangspositionssteuerungszylinders 110 zur Verdichtungsmenge des Kühlgases, das abgelassen werden soll, geändert würde, der obere Freiraum des variablen Anfangspositionskolbens 120 kontinuierlich aufrechterhalten, so daß ein Totvolumen verringert werden kann.
Wie insoweit beschrieben weist die Gasverdichtungsvorrichtung für einen Kolbenverdichter zahlreiche Vorteile auf.
Erstens kann z. B. die Gasverdichtungsmenge durch Steuerung des Hubabstandes des variablen Anfangspositionskolbens entsprechend der Spannungssteuerung des Motors und gleichzeitig durch Steuerung der Bezugsposition des variablen Anfangspositionskolbens für den Hubabstand des variablen Anfangspositionskolbens gesteuert werden.
Zweitens kann, da der obere Freiraum des variablen Anfangspositionskolbens ständig aufrechterhalten bleibt, das Gas so weit wie erforderlich verdichtet werden, eine Leistungsfähigkeit des Systems kann durch Verhinderung eines Kühlgasverdichtungsverlusts erhöht werden.
Schließlich kann, da das Totvolumen minimiert ist, eine Leistungsfähigkeit des Verdichters durch Verhinderung eines Wiederausdehnungsverlusts verbessert werden.
Da die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt sein kann, ohne von ihrem Geist oder wesentlichen ihrer Merkmale abzuweichen, sollte es sich außerdem verstehen, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen, wenn nicht anders angegeben, durch keine der Details der vorausgehenden Beschreibung begrenzt sind, sondern eher allgemein innerhalb ihres Geists und Anwendungsgebiets wie in den beigefügten Ansprüchen definiert aufgefaßt werden sollen, und daher sollen alle Änderungen und Modifikationen innerhalb der Abgrenzungen der Ansprüche, oder Äquivalenten dieser Abgrenzungen, durch die beigefügten Ansprüche umfaßt sein.

Claims

1. Gasverdichtungsvorrichtung für einen Kolbenverdichter, umfassend:
einen Kolbenmotor, der eine lineare hin- und hergehende Antriebskraft erzeugt;
einen Verdichtungszylinder, der in einem vorher bestimmten Abstand zum Kolbenmotor angeordnet ist;
einen Positionssteuerungszylinder, der in einem vorher bestimmten Abstand zum Verdichtungszylinder angeordnet ist;
einen variablen Anfangspositionskolben, der in den Positionssteuerungszylinder und den Verdichtungszylinder eingefügt ist, mit dem Kolbenmotor verkuppelt ist, eine Antriebskraft vom Kolbenmotor empfängt und in dem Verdichtungszylinder und dem Positionssteuerungszylinder linear und hin und her bewegt wird;
eine Resonanzfeder, die eine Resonanzbewegung des variablen Anfangspositionskolbens verursacht;
eine Ablaßumkleidung, die an einem Endabschnitt des Verdichtungszylinders verkuppelt ist und eine Ablaßkammer zum Ablassen eines verdichteten Gases bildet;
eine Ventileinheit zum Ansaugen von Gas in den Verdichtungszylinder durch einen Gassaugkanal, der im variablen Anfangspositionskolben gebildet ist, gemäß der linearen Hin- und Herbewegung des variablen Anfangspositionskolbens, und Ablassen des Gases, das in dem Verdichtungszylinder verdichtet ist, in die Ablaßkammer der Ablaßumkleidung;
ein Verbindungsrohr zur Leitung eines Teils des Gasdrucks, der in die Ablaßkammer der Ablaßumkleidung abgelassen ist, in den Positionssteuerungszylinder; und
eine Drucksteuerungseinheit, die an einer Seite des Verbindungsrohrs befestigt ist und einen Druck im Positionssteuerungszylinder mit dem Druck des Gases, das aus der Ablaßkammer abgelassen ist, steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Positionssteuerungszylinder umfaßt:
einen Zylinderkörperabschnitt, der mit einer geschlossenen Seite ausgebildet ist;
einen Zusatzabschnitt, der gebogen und erweitert mit einer vorher bestimmten Fläche an einem Endabschnitt der geöffneten Seite des Körperabschnitts ausgebildet ist, wobei er eine Vielzahl von Gasdurchgangslöchern aufweist und mit einem anderen Teil kombiniert ist; und
ein Verbindungsloch, das an einer Seite des Zylinderkörperabschnitts ausgebildet ist und an das eine Seite des Verbindungsrohres gekuppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der variable Anfangspositionskolben umfaßt:
einen zylindrischen Körperabschnitt, der eine vorher bestimmte Länge aufweist und dessen beide Enden geschlossen sind, wobei die beiden Enden in den Verdichtungszylinder und in den Anfangspositionssteuerungszylinder eingefügt sind;
einen Verbindungshalter, der erweitert so ausgebildet ist, daß er eine vorher bestimmte Fläche zu einer äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Körperabschnitts aufweist, wobei er die Resonanzfeder hält und mit dem Motor verbunden ist; und
einen Gassaugkanal, der ein Saugloch, das an einer Seite des zylindrischen Körperabschnitts ausgebildet ist, und ein Ausflußloch aufweist, durch welches Kühlgas, das in das Saugloch gesaugt ist, durch den zylindrischen Körperabschnitt in den Verdichtungszylinder 100 eingeleitet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ablaßrohr zum Ablassen eines Kühlgases nach außerhalb an einer Seite der Ablaßumkleidung ausgebildet ist und eine Seite des Verbindungsrohrs mit dem Ablaßrohr in Verbindung steht.