[发明专利]自由活塞式膨胀压缩机

说明书

本发明提供一种自由活塞式膨胀压缩机，包括：同轴设置的压缩气缸、膨胀气缸、压缩活塞、膨胀活塞、动子部件、谐振弹簧和活塞轴；压缩气缸的两端设有敞口，压缩气缸的第一端与排气装置连接，压缩活塞套设在压缩气缸的第二端内；膨胀气缸的两端设有敞口，膨胀气缸的第一端与进排气装置连接；膨胀活塞套设在膨胀气缸的第二端内；压缩活塞通过活塞轴与膨胀活塞连接；谐振弹簧设置于活塞轴处；动子部件驱动压缩活塞、膨胀活塞和活塞轴沿轴向活动设置。本发明通过活塞轴将膨胀腔产生的机械功直接驱动压缩机，谐振弹簧作为储能元件，能够起到较好的谐振作用，改善膨胀压缩机的动力学特性，提高膨胀功回收效率，进而提升大压差系统热力循环性能。

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种自由活塞式膨胀压缩机。

背景技术

对于CO₂跨临界循环制冷系统，其系统运行压力高，节流过程损失大，导致存在系统循环性能不足的问题。大量研究工作表明：利用膨胀机构替代节流装置可以有效回收节流损失功，进而提高系统循环效率。进一步利用膨胀压缩机装置，将膨胀功产生的机械功直接驱动压缩机，能最大程度减少节流损失，是提升CO₂制冷系统性能的关键技术。

目前，应用于CO₂工质的膨胀压缩机主要有以下几种形式：活塞式、涡旋式、滚动转子式、滑片式和螺杆式等。活塞式压缩机因其耐高压，密封环可有效减小压缩过程的泄露的特点，在CO₂系统中得到广泛的应用，自由活塞式-膨胀压缩机也成为膨胀压缩机的一种重要结构形式。现有的自由活塞式-膨胀压缩机存在运动部件间隙难以控制、润滑困难，被动式驱动结构形式回收功有限等问题。因此，针对以上不足，需要提供一种泄露小、润滑好、运行效率高的CO₂型自由活塞式-膨胀压缩机。

发明内容

本发明提供一种自由活塞式膨胀压缩机，用以解决现有技术中膨胀功回收效率低的缺陷。

本发明提供一种自由活塞式膨胀压缩机，包括：同轴设置的压缩气缸、膨胀气缸、压缩活塞、膨胀活塞、动子部件、谐振弹簧和活塞轴；其中，

所述压缩气缸的两端设有敞口，所述压缩气缸的第一端与排气装置连接，所述压缩活塞套设在所述压缩气缸的第二端内；

所述膨胀气缸的两端设有敞口，所述膨胀气缸的第一端与进排气装置连接；所述膨胀活塞套设在所述膨胀气缸的第二端内；

所述压缩活塞通过所述活塞轴与所述膨胀活塞连接；

所述谐振弹簧设置于活塞轴处；

所述动子部件驱动所述压缩活塞、所述膨胀活塞和所述活塞轴沿轴向活动设置。

其中，还包括定子部件，所述定子部件包括同轴设置的内定子和外定子，所述内定子与所述外定子之间形成圆筒状气隙，所述动子部件套设于所述圆筒状气隙内；

所述动子部件包括同轴连接的动子骨架与环形永磁体，所述内定子的外侧设置励磁线圈，所述外定子包覆在所述励磁线圈的外圆周上。

其中，所述压缩活塞同轴位于所述动子部件的内侧，且所述压缩活塞的第一端连接所述动子骨架远离所述环形永磁体的一端；和/或，

还包括同轴安装在所述定子部件两端的第一连接件和第二连接件，所述压缩气缸安装于所述第一连接件上。

其中，所述膨胀活塞同轴位于所述膨胀气缸的内侧，且所述膨胀活塞的第一端连接所述活塞轴远离所述动子部件的一端；和/或，

还包括同轴安装在所述膨胀气缸两端的第三连接件和第四连接件。

其中，所述谐振弹簧包括至少一个自由端，所述谐振弹簧的各个自由端连接相应连接件的相应端；或，

所述谐振弹簧的至少一个自由端连接于所述活塞轴，所述谐振弹簧的其它自由端连接于相应连接件的相应端；