MXPA06011843A - Compresor lineal. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a un compresor lineal que comprende un piston (9) colocado deslizablemente dentro de un cilindro (15), el piston (9) define una primera camara (21) de baja presion y una segunda camara (22) de alta presion, el piston se proporcionar adicionalmente con un medio (23) de comunicacion entre la primera y segunda camara (21, 22) el cual es controlado por un medio (24) de valvula para establecer dicha comunicacion entre las mismas.

Description

COMPRESOR LINEAL DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un compresor lineal, en particular diseñado para uso en equipo de refrigeración tipo casero o tipo industrial. En el curso de estos últimos años, debido a una necesidad que se siente cada vez más por parte de los fabricantes de equipo de refrigeración para poder ser capaces de basarse en la disponibilidad de compresores caracterizados por un nivel de eficiencia cada vez mayor, se ha producido un cambio gradual en el tipo de compresores utilizados, es decir, los fabricantes gradualmente se han desplazado desde los compresores reciprocantes convencionales impulsados por un motor eléctrico giratorio a compresores reciprocantes de la clase lineal, es decir, impulsados por un motor eléctrico lineal que consiste generalmente de un estator en relación al cual se distribuye deslizablemente, con un movimiento reciprocante lineal, generado por un campo magnético, un elemento móvil sobre el cual se monta el pistón del compresor. Aunque claramente ventajoso desde los puntos de vista de funcionamiento, eficacia y confiabilidad, los compresores lineales generalmente presentan ciertos problemas respecto a la capacidad de obtener en realidad dichas características favorables de los mismos, y estos problemas pueden hacer que estos compresores sean de un diseño y construcción más bien complejos. En primer lugar, a diferencia de los compresores convencionales, los compresores lineales no tienen ningún centro muerto superior e inferior determinado mecánicamente, es decir, de manera positiva, de manera que aquí surge la necesidad de un sistema especial que se proporcione para controlar la posición del pistón dentro del cilindro, con el fin de evitar que los mismos pistones golpeen contra la cabeza del cilindro dañándola. Dicho control debe operar con una gran precisión con el fin de asegurar que el centro muerto superior del pistón se encuentre a una distancia muy reducida de la cabeza del cilindro, generalmente en el orden de 0.1 .mm, de manera que se minimice el denominado volumen de espacio libre. Cualquier distancia mayor, incluso de algunas décimas de milímetro, podría generar una caída drástica en las características de funcionamiento de manera que surge la necesidad de suministro de controles muy costosos y sofisticados de tipo electrónico simplemente para este fin. Además, estos compresores lineales requieren que esté disponible una fuerza de retorno proporcionada al desplazamiento del elemento móvil con el fin de asegurar una carrera de desplazamiento correcto del pistón, y el método más sencillo disponible para asegurar esta fuerza se encuentra en suministrar un resorte mecánico conectado debidamente tanto a la basa estacionaria del compresor como al elemento móvil, de manera que, de este modo, se obtiene un sistema mecánico capaz de trabajar de manera a un oscilador armónico resonante forzado en la frecuencia de línea; no obstante, los compresores lineales equipados con un sistema de esta clase generalmente experimentan un deterioro notable en sus características de funcionamiento general de los mismos cuando se desvían de esta condición de resonancia. Se tiene noticia además de •• que el valor de la capacidad de refrigeración, es decir, el efecto de enfriamiento que se puede obtener con compresores lineales de la clase conocida actualmente no puede variar en un grado significativo, es decir, en un factor de aproximadamente 2 sin que esto implique una pérdida considerable de desempeño; dicha variación en la capacidad de refrigeración se puede requerir, por ejemplo, al considerar las necesidades relacionadas con la aplicación particular o incluso con el objetivo de ahorrar energía al adaptar el gasto en potencia del compresor a la capacidad de refrigeración real necesaria por el refrigerador en un período de operación dado del mismo. De hecho, dado que esto ya ha sido indicado en lo anterior, una variación en - la carrera del pistón arrastra una pérdida de desempeño debido a las limitaciones que se derivan de la posición del centro muerto - en relación a la cabeza de cilindro y la posición del punto de oscilación medio del pistón, incluso este último ' es prácticamente inmodificable sin una reducción en la eficiencia del motor y por lo tanto en el desempeño del compresor que resulta de esto. Tampoco una variación en la frecuencia de oscilación del pistón es una opción factible dado que no se puede llevar a la práctica sin generar una pérdida en el desempeño del compresor debido a la limitación que requiere que la condición de resonancia del sistema se mantenga sin alteraciones. Por lo tanto, un objetivo principal de la presente invención es corregir todos los inconvenientes mencionados antes de las soluciones de la técnica anterior al proporcionar un compresor lineal en el cual las características de desempeño y eficiencia no estén en relación con, es decir, no estén condicionadas de manera alguna y no sean alteradas sustancialmente de modo alguno por la construcción, diseño y requerimientos de operación y variaciones de los mismos. Un propósito principal de la presente invención dentro del objetivo indicado antes del mismo es proporcionar un compresor lineal en el cual se genere la posibilidad de obtener amplias variaciones en la salida de potencia de refrigeración del mismo sin que estas variaciones determinen un deterioro en las características de desempeño general del mismo compresor. Otro propósito principal de la presente invención es proporcionar un compresor lineal en el cual la colocación del centro muerto superior del pistón en relación a la cabeza del cilindro pueda permitir tolerancias mayores sin que esto perjudique las características de desempeño general del compresor y de esta manera permite que los sistemas utilizados para controlar la posición del pistón se simplifiquen y por lo tanto se vuelvan menos costosos . Un propósito adicional principal de la presente invención es asegurar la posibilidad de que se pueda modular el gasto de potencia de refrigeración del compresor al hacer variar la carrera del pistón o la amplitud de oscilación del mismo en relación al punto medio y el volumen de espacio libre o muerto y al mismo tiempo mantener valores de eficiencia de. energía sin alteraciones, en un nivel alto. - Otro propósito principal adicional de la presente invención es proporcionar un compresor lineal que sea de construcción simplificada de manera significativa y que al mismo tiempo asegure una eficiencia sin variación o posiblemente mejorada junto con una flexibilidad aumentada - - en su operación, en comparación con los compresores lineales de la técnica anterior. Finalmente, aunque no menos importante, el propósito de la presente invención es proporcionar un compresor lineal con costos bajos y competitivos y que sea capaz de fabricarse con el uso de la maquinaria y técnica disponibles actualmente . De acuerdo con la presente invención, los objetivos y ventajas indicados en lo anterior junto con otros adicionales se volverán evidentes a partir de la ' descripción que se proporciona en lo siguiente y que alcanzan en un compresor lineal que incorpora los rasgos y características como se describen en la reivindicación 1 anexa . Los rasgos y ventajas adicionales del compresor lineal de acuerdo con la presente invención se pueden comprender con mayor facilidad a partir de la descripción que se proporciona en lo siguiente de una modalidad particular, aunque no la única, la cual se ilustra a modo de ejemplo no limitante con referencia a los dibujos anexos, los cuales:, la figura 1 es una vista en sección longitudinal de un compresor lineal de acuerdo con la presente invención; - la figura 2 es una vista detallada de la vista en sección de la figura 1; - la figura 3 es una vista diagramática de una representación esquemática del ciclo de operación de un compresor lineal de acuerdo con la presente invención; - la figura 4 es una vista, a lo largo de un plano de sección a 90° con respecto a la figura 1, de un compresor lineal de acuerdo con la presente invención. Con referencia a las figuras mencionadas e incluidas en lo anterior, el compresor lineal, que generalmente se indica con el número 1, comprende un cuerpo 2 estator que. está constituido sustancialmente por un yugo 3 exterior alrededor del cual se enrolla una bobina (no • mostrada) y un yugo 4 interior orientado hacia el yugo 3 exterior y separado de este último de manera que define un espacio 5 de aire. El compresor lineal comprende además un elemento 6 móvil que comprende una placa 7 de base desde la cual se extienden un par de brazos (no mostrado) de una manera conocida en dicha técnica, estos brazos se proporcionan con un imán y están alojados dentro del espacio 5 de aire. El compresor - lineal también comprende una flecha 8, en la porción de extremo de la misma existe unido firmemente un pistón 9 en donde la placa 7 de base se une firmemente a una bandeja 10 la cual a su vez está conectada a un resorte 11 de resonancia.

Como se conoce muy bien en la técnica, la energización del compresor con un suministro de corriente alterna da lugar a la generación de un flujo magnético que provoca que el elemento 6 móvil realice un movimiento de traslación reciprocante (de vaivén) en relación al cuerpo 2 estator; vía la flecha 8, este movimiento después se transmite al pistón 9. La flecha 8 está colocada deslizablemente dentro de un cuerpo 12 de guía cilindrico que termina con un reborde 13 el cual se obtiene ventajosamente de manera integral con el cuerpo 12 de guía y contra este topa el revestimiento 14 de un cilindro 15, dentro del cual se encuentra deslizablemente el pistón 9. El reborde 13 se proporciona con por lo menos un orificio 16 de succión controlado por un medio 17 de válvula de succión tal como una válvula de láminas, en comunicación con el conducto de succión que comprende un conducto 18 conectado a un depósito 19 en el cual se recolecta el gas que es admitido, el cual después fluye hacia el conducto 18 para finalmente experimentar compresión. De una manera ventajosa, . el conducto - de succión se acopla entre el reborde 13 y el cuerpo 2 estator de manera que la admisión del gas en el cilindro 15 se lleva a cabo desde el lado en el cual la temperatura de la pared se encuentra en un valor más bajo. Esto contribuye a reducir el grado con el cual el gas se calienta durante la fase de succión con lo que se refuerza la eficiencia del compresor. El cilindro 15 está cerrado por una cabeza 20; la carrera del pistón 9 dentro del cilindro 15 por lo tanto está limitada, por un lado, por el reborde 13 y, por el lado opuesto, por la cabeza 20. Esta última se proporciona con por lo menos un orificio 25 de escape o suministro que se proporciona con un medio 30 de válvula de escape o suministro, por ejemplo una válvula de láminas para controlar el orificio 25 de suministro. Dentro del cilindro 15, el pistón 9 define una primera cámara 21, o una cámara de baja presión como se explicará mejor posteriormente, y una segunda cámara 22, o cámara de alta presión, como también se explicará mejor posteriormente, ambas cámaras en las cuales están volúmenes variables dependiendo de la posición del pistón 9 en el cilindro 15; Las dos cámaras 21 y 22 se colocan en comunicación entre sí vía por lo menos una abertura pasante 23 que se proporciona en el pistón 9 y que es controlada por el medio 24 de válvula de comunicación, tal como una válvula de láminas. Gracias a la configuración obtenida de esta manera, el pistón 9 es capaz de comprimir de manera alternada el gas en cualquier dirección dentro del cilindro 15 y de esta manera genera dos etapas de compresión en las cuales la fase de escape o suministro en la primera cámara 21 de baja presión se produce al mismo tiempo que la fase de succión en la segunda cámara 22 de alta presión a través de la abertura 23 de comunicación y el medio 24 de válvula de comunicación que se proporciona en el pistón 9. En otras palabras, el ciclo de compresión se divide en dos etapas en oposición de fase una con respecto a la otra, con un desplazamiento de fase de 180°. La forma en la cual trabaja el compresor lineal descrito en lo anterior es la siguiente, con referencia particular a la figura 2 y el diagrama del ciclo de compresión que se ilustra en la figura 3, en el cual en correspondencia al eje de las abscisas se representa la posición del pistón 9 en el cilindro 15 y en correspondencia con el eje de las ordenadas se representa el valor de la presión de gas; partiendo del centro Xi muerto inferior, en el cual el pistón 9 se coloca adyacente al reborde 13, conforme el pistón 9 se desplaza alejándose del reborde 13' durante su carrera, el gas contenido en el volumen de espacio libre de la primera cámara 21 (curva A-B del diagrama en la figura 3) experimenta una expansión desde la presión Pi a la presión P2 que corresponde a la presión de succión (punto B) ; esta presión P2 provoca que se abra el medio 17 de válvula de succión y, como un resultado, el gas que va a ser admitido desde el depósito - 19 del conducto de succión dentro de la primera cámara 21 de baja presión o de precompresión a través del conducto 18 y el orificio 16 de succión (fase de succión, línea B-C) ; al final de la fase de succión, el pistón 9 se encuentra en el centro X2 muerto superior el cual se encuentra situado a una distancia mínima del cabezal 20, por lo que se define el volumen máximo para la primera cámara 21 de baja presión. Al mismo tiempo que se lleva a cabo esta fase de succión A-B-C en la primera cámara 21 de baja presión y, comenzando desde la posición del pistón 9 que corresponde al centro Xx muerto inferior, el gas que sale en la • segunda cámara 22 de alta presión se comprime primero desde la presión Px hasta el punto en el cual se alcanza la presión P3 de escape o suministro (curva A-E) , cuyo valor es tal que provoca que el medio 30 de válvula de escape o suministro se abra y por lo tanto se lleve a cabo el escape, es decir, el suministro del gas a través del orificio 25 de suministro en el cabezal 20 (fase de suministro, línea E-F) . Al final de esta fase de escape o suministro (punto F) , el pistón 9 está en una posición que corresponde a su centro X2 muerto superior, a una distancia mínima del cabezal 20 en donde se encuentra el orificio 25 de suministro. Desde esta posición, el movimiento de desplazamiento del pistón 9 comienza a invertirse por lo que se determina la expansión del gas en el volumen del espacio libre en la segunda cámara 22 de alta presión (curva F-D) y al mismo tiempo, la compresión del gas de succión contenido en la primera cámara 21 de baja presión (curva C-D) hasta el punto en el cual se alcanza la presión Pi estableciendo un equilibrio entre la primera cámara 21 y la segunda cámara 22 (punto D) . Este valor de presión provoca que el medio 24 de válvula de comunicación proporcionado sobre el pistón 9 se abra por lo que habilita al gas precomprimido para que fluya desde la primera cámara 21 hacia la segunda cámara 22 vía el orificio pasante 23 en el pistón 9 (línea D-A) hasta que finalmente alcanza el centro Xi muerto inferior en su carrera de desplazamiento. De esta manera, el compresor lineal de acuerdo con la presente invención realiza un ciclo que corresponde a dos etapas de compresión en oposición de fase con respecto a la otra, como se indica en la figura 3 por el área comprendida entre los puntos A, B, C y D en lo que respecta a la etapa de baja presión que se lleva a cabo en la primera cámara 21, y el área comprendida entre los puntos A, E, F y D en lo que respecta a la etapa de alta presión que se lleva a cabo en la segunda cámara 22. En las figuras 1 y 4 se ilustra adicionalmente un sistema de lubricación y enfriamiento que ventajosamente se puede utilizar en un compresor lineal de acuerdo con la presente invención: con la ayuda de la bomba 31, el lubricante se recolecta en el depósito 32 y se provoca que fluya a través de un primer canal 33 y uno o más primeros orificios 34 que se proporcionan circunferencialmente en el cuerpo 12 de guía cilindrico de manera que lubrican la flecha 8. Desde este lugar, el lubricante después fluye, a través de un segundo canal 35, a un segundo orificio 36 que se proporciona en el reborde 13 y un tercer canal 37 en el revestimiento 14 del cilindro 15 dentro de un espacio hueco, es decir, la chaqueta 38 que se proporciona en el revestimiento 14 para enfriar la pared de cilindro 15 con el objetivo de mantenerla a una temperatura inferior con el propósito de favorecer la eficiencia térmica y reforzar la eficiencia de energía total del compresor. Con el fin de lubricar el pistón 9 y reducir las fricciones durante el desplazamiento del mismo, se arrastra cierta cantidad de lubricante por la superficie exterior de la porción de la flecha 8 que entra a la primera cámara 21 de baja presión. A partir de la descripción que se proporciona en lo anterior por lo tanto se puede apreciar con facilidad que el compresor lineal de acuerdo con la presente invención en realidad es capaz de alcanzar la totalidad de los objetivos y ventajas indicados en lo anterior: de hecho, con el compresor lineal de acuerdo con la presente invención se genera la posibilidad de que se obtengan altos rendimientos de refrigeración incluso en presencia de límites de oscilación del pistón 9 -que corresponde a los centros muertos superior e inferior- que pueden estar situados a una distancia considerable de las porciones del cabezal del cilindro respectivo, es decir, el cabezal 20 y el reborde .13. Por lo tanto no existe necesidad de que se aseguren en cualquier caso espacios libres mínimos del orden de magnitud de 0.1 mm como se requería, por el contrario, en los compresores de una sola etapa de la técnica anterior, y de esta manera se permite el uso de sistemas menos sofisticados y precisos y por lo tanto menos costosos para controlar la posición del pistón 9. Además, el fraccionamiento de la manera descrita en lo anterior de la fase de compresión en dos etapas permite que se obtengan eficiencias volumétricas mucho mayores en comparación con los compresores de una sola etapa por la misma cantidad de volumen de espacio libre. Además, la salida de capacidad de refrigeración del compresor se puede modular hasta en un factor de 2 al hacer variar la carrera de desplazamiento del pistón 9 en relación al punto medio entre el centro muerto superior y el centro muerto inferior o al hacer variar el volumen del espacio libre y al mismo tiempo mantener la eficiencia de energía en un nivel elevado sin alteraciones y excluir - cualquier deterioro apreciable en el funcionamiento total del compresor. De esta manera, las características de funcionamiento y eficiencia del compresor de acuerdo con la presente invención no están relacionadas, es decir, no están sujetas y de cualquier manera no están afectadas sustancialmente por la construcción, diseño y requerimientos de operación y variaciones de los mismos. Una ventaja adicional del compresor lineal de acuerdo con la presente invención se deriva del hecho de que su modalidad en esta manera asegura un grado máximo de sencillez en su construcción y, al mismo tiempo, capacidades de alto desempeño sin necesidad de que se duplique parte constitutiva alguna del compresor, tal como pistón, el cabezal de cilindro o las válvulas. Por supuesto, se apreciará que la presente invención se puede someter a numerosas modificaciones y variantes y que se puede utilizar junto con numerosas aplicaciones diferentes sin apartarse del alcance de la presente invención. Se debe hacer notar además que los materiales utilizados para implementar la presente invención así como las formas y el tamaño de las partes constitutivas individuales en cada caso se pueden seleccionar de manera que se adapten de manera más adecuada a alguna necesidad en particular o que cumplan con algún requerimiento relacionado con la aplicación sin que esto implique una desviación del alcance de la presente invención.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Compresor lineal que comprende un pistón colocado deslizablemente dentro de un cilindro, el pistón define en el cilindro una primera cámara de baja presión y una segunda cámara de alta presión, el pistón se proporciona adicionalmente con un medio de comunicación entre la primera y segunda cámara, las cuales son controladas por un medio de válvula para establecer dicha comunicación entre las mismas, caracterizado porque la primera y segunda cámara tienen sustancialmente el mismo diámetro, el pistón es parte de un elemento móvil que comprende una placa de base desde la cual se extiende una flecha (que soporta al pistón en una porción de extremo del mismo.

2. Compresor lineal como se describe en la reivindicación 1 , en donde la primera y segunda cámara tienen un volumen que es variable dependiendo de la posición del pistón en el cilindro.

3. Compresor lineal como se describe en la reivindicación 1, en donde el medio de comunicación comprende por lo menos una abertura de comunicación que se proporciona en el pistón.

4. Compresor lineal como se describe en la reivindicación 3, en donde la flecha se acomoda - deslizablemente dentro de un cuerpo de guía terminado por un reborde que se proporciona con por lo menos un orificio de succión controlado por un medio de válvula de succión.

5. Compresor lineal como se describe en la reivindicación 4, en donde el reborde se proporciona integral con el cuerpo de guía.

6. Compresor lineal como se describe en la reivindicación 3 , en donde el pistón comprime un fluido en cualquier dirección dentro del cilindro, por lo que genera dos etapas de compresión en las cuales la fase de escape o suministro en la primera cámara de baja presión se produce de manera concurrente a la fase de succión en la segunda cámara de alta presión a través de la abertura de comunicación en el medio de válvula de comunicación.

7. Compresor lineal como se describe en las reivindicaciones 3 y 4 , en donde la carrera de desplazamiento del pistón moviéndose alejándose del reborde genera, en la primera cámara (de baja presión, la fase de expansión (AB) y la fase de succión (BC) controlada por el medio de válvula de succión y, en la segunda cámara de alta presión,' la fase de compresión (AE) y la fase de escape (EF) controlada por el medio de válvula de escape, la abertura de comunicación es cerrada por el medio de válvula de comunicación durante la fase de succión en la primera cámara de baja presión y la fase de compresión en la segunda cámara de alta presión.

8. Compresor lineal como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes o combinaciones del mismo, caracterizado porque comprende además un sistema de lubricación y enfriamiento que comprende un primer canal que establece una comunicación entre un depósito y uno o más primeros orificios que se proporcionan circunferencialmente en el cuerpo de guía cilindrico y una bomba circulante adaptada para suministrar un lubricante entre la flecha y el cuerpo de guía desde el depósito a través del primer canal y los primeros orificios .

9. Compresor lineal de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el lubricante fluye además desde el cuerpo de guía a través de un segundo canal, un segundo orificio proporcionado en el reborde y un tercer canal que se proporciona en el cilindro, en un espacio hueco o chaqueta que se obtiene en una pared del cilindro.