TWI473703B - 活塞組及其壓縮機 - Google Patents

Description

活塞組及其壓縮機

本發明是有關於一種活塞組及其壓縮機，特別是關於一種具有增益空氣壓縮機之進出氣效能之活塞組及其壓縮機。

目前產業上通行之空氣壓縮機，係為利用機械式之方法來壓縮氣體的體積，當氣體被壓縮後而氣積變小時，其原具有之壓力便會增大，故可利用經過壓縮空氣來驅動機器或其他用途。習知之空氣壓縮機大多分為往復式、離心式及軸流式等三種，其中往復式大多利用一活塞於壓縮機之汽缸中進行往復運動，藉此以達到壓縮空氣之目的。而現行之活塞設計大多分為二種，一為使用鐵氟龍噴塗方式，另一為使用鐵氟龍環方式。

請參閱第1圖，其係為習知使用鐵氟龍噴塗方式，其通常於活塞10之一端設有一凸環部101，以藉由凸環部101與壓縮機之汽缸內壁緊密地接觸，以使活塞10進行往復運動時，可確實地達到壓縮空氣之目的。為避免活塞10在往復運動時，凸環部101與汽缸內壁之的磨擦或磨損，故相關業者大多於製造活塞10時，會將活塞10進行噴塗，使活塞10具有一鐵氟龍層102。然，凸環部101與活塞10大多為一體成型製成，因此相關業者於製造時，多半選擇直接將活塞10浸泡於鐵氟龍溶液中， 使浸泡的部分表面均具有一層鐵氟龍層102。但在實際運用時，活塞10僅只有凸環部101與汽缸內壁有實質上之接觸，也因此浪費了許多的生產成本及資源。再者，為因應鐵氟龍層102之存在，於活塞10與汽缸內壁之間大多留一略微之間隙，但也因為該間隙使其具有洩漏之問題，而導致制冷能力之下降。

請參閱第2圖，其係為習知使用鐵氟龍環方式，其通常於活塞10之二端分別設置一環形凹槽103，並分別以一鐵氟龍環11套入該環形凹槽103內，藉此以期達成尤如習知使用鐵氟龍噴塗方式之功效。然，此種設計於壓力作動及熱膨脹等方面存有缺陷，故於實際運用時，可能於活塞10進行往復運動時，鐵氟龍環11發生斷裂或毀損之現象，進而產生壓縮機之汽缸之摩損。

綜觀前述問題，本發明之發明人思索並設計一種活塞組及其壓縮機，以針對現有技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種活塞組及其壓縮機，以解決習知技術之成本增加及製冷能力下降之問題。

根據本發明之目的，提出一種活塞組，係設置於一壓縮機之一汽缸，其包含了一活塞及二活塞環。活塞為一桿狀結構，且鄰近其二端之週緣處分別向內凹設一環 形狀之凹槽，各凹槽之一底面設有至少一環形狀之凸部。二活塞環分別套設於活塞之二凹槽內。

其中，各至少一凸部由軸心向外凸設而成，且由其底部至頂部之距離可為0.15~0.2公釐(mm)。

其中，各至少一凸部之剖面可為一三角形狀結構、一矩形狀結構或一連接凹槽之二側壁之弧形狀結構，各至少一凸部之剖面為矩形狀結構，且各至少一凸部之一側壁可連接各凹槽之其中一側壁。

其中，各活塞環於作動時可產生形變而形成一椎形狀之環狀結構，並具有一第一開口及一第二開口，且第一開口之尺寸可大於第二開口之尺寸，活塞之該二端邊緣分別設有一斜角，各活塞環可分別利用各第二開口及各斜角由活塞之二端套設於二凹槽。

根據本發明之目的，另提出一種壓縮機，其包含：一壓縮機本體及一活塞組。其中壓縮機本體具有一汽缸。活塞組設置於汽缸，其包含了一活塞及二活塞環。活塞為一桿狀結構，且鄰近其二端之週緣處分別向內凹設一環形狀之凹槽；各凹槽之一底面由軸心向外凸設有至少一環形狀之凸部，且各至少一凸部之底部至頂部之距離為0.05~0.3公釐(mm)。二活塞環分別套設於活塞之二凹槽內。

其中，各至少一凸部由其底部至頂部之距離可為0.15~0.2公釐(mm)。

根據本發明之目的，再提出一種活塞組，係設置於 一壓縮機之一汽缸，其包含一活塞及一活塞環。活塞為一桿狀結構，且鄰近其一端之週緣向內凹設一環形狀之凹槽；凹槽之一底面設有至少一環形狀之凸部，鄰近其另一端之週緣之至少一部份向軸心凹設有一容室，而凹槽與容室之間向軸心凹設有一環形狀之凹陷部。活塞環套設於活塞之凹槽內。

其中，至少一凸部由其底部至頂部之距離可為0.15~0.2公釐(mm)。

其中，各至少一凸部之剖面可為一三角形狀結構、一矩形狀結構或一連接凹槽之二側壁之弧形狀結構，各至少一凸部之剖面為矩形狀結構，且各至少一凸部之一側壁可連接各凹槽之其中一側壁。

其中，各活塞環於作動時可產生形變而形成一椎形狀之環狀結構，並具有一第一開口及一第二開口，且第一開口之尺寸可大於第二開口之尺寸，活塞之該二端邊緣分別設有一斜角，各活塞環可分別利用各第二開口及各斜角由活塞之二端套設於二凹槽。

承上所述，依本發明之活塞組及其壓縮機，其可具有一或多個下述優點：

(1)此活塞組及其壓縮機可藉由至少一凸部及其適當尺寸之設計，使得套設於凹槽內之活塞環可確實且完全地與汽缸內壁接觸，藉此可有效地提高制冷能力。

(2)此活塞組及其壓縮機可藉由至少一凸部及其適當尺寸之設計，以減少活塞環斷裂或毀損的可能性。

為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱第3圖及第4圖，第3圖係為本發明之活塞組之第一實施例之第一示意圖；第4圖係為本發明之活塞組之第一實施例之第二示意圖。如圖所示，本發明提供一種活塞組1，其適用於一壓縮機2，且活塞組1設置於壓縮機2之汽缸21中，以進行往復運動進而達到壓縮氣體之目的。活塞組1包含了一活塞10及二活塞環12。活塞10為一桿狀結構，而於鄰近活塞10之二端處的週緣分別向內凹設有一環形狀之凹槽104，且凹槽104之一底面向外凸設有一環形狀之凸部1041。二活塞環12其較佳地可於其表面塗佈有鐵氟龍之環狀體；二活塞環12分別地套設於凹槽內104。當活塞組1於壓縮機2之汽缸21中進行往復運動時，氣體分別會由活塞10之二端面進入汽缸21，以使活塞環12由軸心向外撐開，進而於汽缸21之側壁產生緊密的接觸，以達到壓縮氣體之目的。

其中值得注意的是，凸部1041由底部至頂部之距離 為0.05~0.3公釐(mm)，且較佳地為0.15~0.2公釐(mm)。當凸部1041之尺寸過小時，則活塞10於壓縮機2之汽缸21中進行往復運動後，所能產生的扭力值下降至0~9公斤-平方公分(kg-cm²)，此時因扭力值過小之關係，則造壓縮機2的製冷能力或壓縮空氣能力不足。又當凸部1041之尺寸過大時，則活塞10於壓縮機2之汽缸21中進行往復運動後，所能產生的扭力值會大於31公斤-平方公分(kg-cm²)，因壓縮機2的製冷能力或壓縮空氣能力僅須對應適當之扭力值即可，也因此即便扭力值的上升並不會對壓縮機2的製冷能力或壓縮空氣能力帶來提升之作用，反而會因活塞環12與汽缸21內壁之磨擦力增加，而使得壓縮機2須產生更大的馬力來促使活塞組1進行往復運動，進而產生了提供至壓縮機2之能量上的浪費，且相對地其造成使用上的危險性存在，故適當的規範凸部1041之尺寸範圍，有助於有效地增加其效能。

將上述之設計規格下的壓縮機進行測試時，則可獲得下列表一及表二之結果。

由上表一可進一步得知，在相同條件下，當凸部1041之尺寸過小(低於0.15mm)時，其性能係數(1.32及2.00)會分別小於本發明所設計之規格(0.15~0.2mm)的性能係數(1.62及2.22)；而當凸部1041之尺寸過大(高於0.2mm)時，其性能係數(1.63及2.25)雖與本發明所設計之規格之性能係數(1.62及2.22)差距不高， 但其會帶來額外的能量消耗；也就是說，本發明所設計之規格之扭力(16.42、14.34)與凸部1041之尺寸過大之扭力(17.34、15.67)二者間之差異，可得知凸部1041之尺寸過大會帶來扭力的增加，而扭力之增加亦即帶來耗油量之增加；再者，凸部1041之尺寸過大亦會為溫度帶來影響，尤如本發明所設計之規格之排出溫度(230、218)與凸部1041之尺寸過大之排出溫度(248、229)之差異；故可得知凸部1041之尺寸超過本發明所設計之規格繼續之增加，並不會為性能帶來有效地之影響；但卻會對能量消耗與溫度帶來影響，且能量消耗或溫度的提高，即連帶造使用上的危險性之提高。又或者是，由上表二可得知低於或高於本發明所設計之規格對於噪音之影響。本發明所設計之規格(凸部1041由底部至頂部之距離為0.15~0.2mm)，可在相同條件下獲得較佳地性能係數，且減少過多的能量耗消，故本發明所設計之規格(凸部1041由底部至頂部之距離為0.15~0.2mm)係為一最佳之設計規格。

請進一步一併參閱第5圖，其係為本發明之活塞組之第一實施例之組裝示意圖。如圖所示，活塞環12於未組裝前可為一中央具有孔洞之圓盤體，而將其向一預定方向翻折後，可使活塞環12產生變形，以形成一椎形狀之環狀結構。而此時活塞環12具有一第一開口121及一第二開口122，且第一開口121之內圓徑尺寸大於第二開口122之內圓徑尺寸。另一方面，活塞10之二端的邊緣上可設有一斜角105；此時二活塞環12分別可利用其 第二開口122套向活塞10之一端，也藉由活塞10上之斜角105，而可使得活塞環12可順應著斜角105之斜面，而套於活塞10之桿體上，並進而進入活塞10之凹槽104中，以完成活塞組1之組裝。

請進一步一併參閱第6至9圖，其係為活塞10之凸部1041之各種態樣示意圖。於本發明中活塞10之凸部1041之剖面可為其可為三角形狀結構、矩形狀結構或弧形狀結構。若當凸部1041之數量為複數個時，其係為間隔地設置，如第6圖所示。若當凸部1041之剖面為矩形結構時，凸部1041之一側可於凹槽的其中一側壁相連接，以形成如階梯狀之形式，如第7、8圖所示。又若當凸部1041之剖面為弧形狀結構時，其可為連接凹槽104之二側壁之弧形結構(如第9圖所示)，亦可為未於二側壁相連接之弧形結構，於此係以連接凹槽104之二側壁之弧形結構作為示範，但不以此為限。

請參閱第10圖，其係為本發明之活塞組之第二實施例之示意圖。本實施例與上述之實施例類似，其類似之部分於此不再贅述。如圖所示，本發之活塞組1亦可應用至可變式壓縮機2。活塞組1包含了一活塞10及一活塞環12。活塞10為一桿狀結構。活塞10鄰近其一端之週緣向內凹設一環形狀之凹槽104。而凹槽104之一底面設有至少一環形狀之凸部1041。活塞10鄰近其另一端之週緣之至少一部份向軸心凹設有一容室106，而凹槽104與容室106之間向軸心凹設有一環形狀之凹陷部107。活塞環12則套設於活塞10之凹槽104內。

同樣地，凸部1041由底部至頂部之距離為0.05~0.3公釐(mm)，且較佳地為0.15~0.2公釐(mm)。且其凸部1041之剖面形狀可為三角形狀結構、矩形狀結構或弧形狀結構等非平面形狀。

綜上所述之，本發明利用活塞與活塞環之分離設置，且進一的於活塞環之外表面上塗佈鐵氟龍層，以有效地減少習知技術將活塞浸泡於鐵氟龍溶液中所造成的浪費。更利用於凹槽內設置一凸部，以藉由凸部之設置以克服活塞環之於壓力作動或受熱膨脹時易斷裂之缺陷，更可利用將凸部設置於適當範圍，以進一步的增加其效能(如製冷能力或壓縮空氣之效果)。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧活塞組

10‧‧‧活塞

101‧‧‧凸環部

102‧‧‧鐵氟龍層

103‧‧‧環形凹槽

104‧‧‧凹槽

1041‧‧‧凸部

105‧‧‧斜角

106‧‧‧容室

107‧‧‧凹陷部

11‧‧‧鐵氟龍環

12‧‧‧活塞環

121‧‧‧第一開口

122‧‧‧第二開口

2‧‧‧壓縮機

21‧‧‧壓縮機之汽缸

第1圖 係為本發明之習知使用鐵氟龍噴塗方式之示意圖。

第2圖 係為本發明之習知使用鐵氟龍環方式之示意圖。

第3圖 係為本發明之活塞組之第一實施例之示意圖。

第4圖 係為本發明之活塞組之第一實施例之第二示意圖。

第5圖 係為本發明之活塞組之第一實施例之組裝示意圖。

第6圖 係為本發明之活塞組之第一實施例之第三示意圖。

第7圖 係為本發明之活塞組之第一實施例之第四示意圖。

第8圖 係為本發明之活塞組之第一實施例之第五示意圖。

第9圖 係為本發明之活塞組之第一實施例之第六示意圖。

第10圖 係為本發明之活塞組之第二實施例之示意圖。

1‧‧‧活塞組

10‧‧‧活塞

104‧‧‧凹槽

1041‧‧‧凸部

12‧‧‧活塞環

Claims (4)

1. 一種活塞組，係設置於一壓縮機之一汽缸，其包含：一活塞，係鄰近其二端之週緣處分別向內凹設一環形狀之凹槽，各該凹槽之一底面設有至少一環形狀之凸部；以及二活塞環，係分別套設於該活塞之各該凹槽內；其中各該至少一凸部由軸心向外凸設而成，且由其底部至頂部之距離為0.15~0.2公釐(mm)。
2. 一種壓縮機，其包含：一壓縮機本體，係具有一汽缸；以及一活塞組，係設置於該汽缸，其包含：一活塞，係鄰近其二端之週緣處分別向內凹設一環形狀之凹槽，各該凹槽之一底面由軸心向外凸設有至少一環形狀之凸部，且各該至少一凸部之底部至頂部之距離為0.05~0.3公釐(mm)；以及二活塞環，係分別套設於該活塞之該二凹槽內。
3. 如申請專利範圍第2項所述之壓縮機，其中各該至少一凸部由其底部至頂部之距離為0.15~0.2公釐(mm)。
4. 一種活塞組，係設置於一壓縮機之一汽缸，其包含：一活塞，係鄰近其一端之週緣向內凹設一環形狀 之凹槽，該凹槽之一底面設有至少一環形狀之凸部，鄰近其另一端之週緣之至少一部份向軸心凹設有一容室，而該凹槽與該容室之間向軸心凹設有一環形狀之凹陷部；以及一活塞環，係套設於該活塞之該凹槽內；其中該至少一凸部由其底部至頂部之距離為0.15~0.2公釐(mm)。