專利名稱：線性電機壓縮機及其在制冷系統(tǒng)中的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種線性電機和一種采用該電機的壓縮機。它還涉及一種泵以及一種利用該壓縮機和泵并適用于制冷或空調的制冷系統(tǒng)。本發(fā)明的背景技術眾所周知，常規(guī)的往復式壓縮機是由一臺旋轉電機來驅動，其內部是利用曲軸或凸輪機構將電機的旋轉運動轉換為一個或多個活塞的往復運動。這類壓縮機有以下缺點。首先，這樣的安排工作效率不高。這是由于其電輸入必須驅動一系列的機械部件，其中不可避免地包括了電機轉子，曲軸，活塞桿和活塞頭。這樣在對工作媒介做出有用功之前維持這一系列部件運行本身就要消耗大量能量。其二，由于從旋轉到往復式運動的轉換，活塞頭不可避免地要承受側向力并由此產(chǎn)生摩擦和損耗以及不需要的發(fā)熱。為了解決這一問題，必須采用為活動部件供應潤滑油的額外安排使整個機構得到潤滑和冷卻，這就增加了結構的復雜性和電機的額外負擔。此外，由于以上原因這類壓縮機的部件必須采用高強度材料精加工制造，因此成本高。最后，這類壓縮機一旦造出，即只能在很窄的額定工作條件下運行，極少應付工作條件或負載變化的靈活行。
眾所周知，軸流泵是通過電機驅動推動器在管線內產(chǎn)生流體的軸向流動。為裝入推動器，管線須形成一角度使電機軸在成角處穿過管壁與推動器聯(lián)接，否則的話則需采用更復雜的齒輪系統(tǒng)。使用這種泵使管線排布難度增加，另一方面，通過管壁的旋轉軸的可靠密封實現(xiàn)起來很難并易于磨損。
眾所周知，常規(guī)的汽體壓縮式制冷系統(tǒng)對造成嚴重的環(huán)境危害負有責任?？偟貋碚f，這些危害在于以下三個方面。首先，由于這類系統(tǒng)每天24小時全年不斷地工作(例如冰箱或凍箱)或整季度地工作(如空調機)，因此消耗大量能源。這一巨大消耗間接地造成了發(fā)電過程中產(chǎn)生的溫室氣體在大氣層的蓄積。其次，這類系統(tǒng)使用氟利昂類氣體(CFC，HCFC)作制冷劑，直接造成對臭氧層的損害。第三，常規(guī)系統(tǒng)使用大量金屬材料如銅和鋁制造導熱部件，如凝集器和蒸發(fā)器，消耗大量自然資源。本發(fā)明概述本發(fā)明第一個總的目的是提供一種線性電機或壓縮機以克服已有技術中的上述問題和缺點。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，它提供一種往復式電動機和/或一種利用該電機的壓縮機，其中包括兩個具有同軸磁極并相向安置的磁驅動部件；一個往復部件，它作為壓縮機的活塞可移動地置于上述兩驅動部件之間并有與它們同軸的磁極；以及為上述驅動部件和/或往復部件供能的裝置，以此產(chǎn)生它們之間的交變電磁場；其中上述每一驅動部件的磁極包括一個第一極性的外磁極和位于其內的一個第二極性的內磁極，而上述兩驅動部件間的往復部件具有互補磁極以此形成一個推拉式合力對使該往復部件產(chǎn)生往復運動。
作為一個優(yōu)選方案，每一驅動部件可以是一個具有圓錐磁極面的電磁鐵，而往復部件具有永磁鐵形成的極面，以此造成同心驅動力使往復部件產(chǎn)生磁懸浮。
上述活塞可有一個徑向磁化的永磁鐵和一個分流裝置來調整它到驅動部件的磁通量。此外，可通過安裝滑動極片來提高活塞的靈活性和靈敏性以達到更好的能量效率。作為一個優(yōu)選方案，可在壓縮機內裝配一個潤滑劑循環(huán)回路以保持活塞的滑動部件得到潤滑。通過采用流體動力學裝置或磁裝置可使活塞在往復運動中產(chǎn)生旋轉，以此改善其潤滑效果并減少磨損。另外，可用緩沖裝置產(chǎn)生緩沖效果使往復部件在其移動到末端位置時得到保護，這包括流體緩沖，彈簧緩沖和/或磁緩沖。此外，緩沖裝置還可用于平衡往復部件在相反方向的運動以提高其能量效率。驅動部件可有磁耦合裝置以此根據(jù)往復部件的位置選擇性地調整每一驅動部件的磁通量。整個機構既可用直流電也可用交流電。它還包括傳感裝置，可根據(jù)該往復部件向末端位置的移動來調整交流電流或切變直流電流。至少一個驅動部件可安裝為能根據(jù)輸出壓力調位的方式，以此對負載變化自動補償。
完全“懸浮”的活塞可減少磨擦以確保長久的工作壽命。在高壓應用時，多個往復式壓縮機可串級聯(lián)接形成累積的高壓輸出，這樣可通過標準模塊的組合來滿足范圍廣泛的應用要求。
此外，本發(fā)明的第二個總目的是提供一種軸流泵/船用推進器，以克服常規(guī)產(chǎn)品的問題。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，它提供了一種軸流泵/船用推進器，其中包括一個空心外殼，該外殼內帶有一個定子并限定一個圓柱形內空間；一個裝在該內空間里的空心轉子，它帶有推動流體從其內部流過的裝置；以及用于產(chǎn)生旋轉磁場以驅動轉子旋轉的電磁裝置；其中該轉子由懸浮軸承支持，以此在轉動時對其提供旋轉和止推承載。該軸承可包括對轉子的旋轉和/或軸向運動敏感的裝置使其維持在一個平衡的位置。最好該軸承包括在轉子外表面上形成的至少一條螺紋，以此當轉子旋轉時在定子和轉子的間隙內產(chǎn)生一外圍軸承流。
再者，它還提供了使旋轉部件在旋轉時懸浮的軸承機構。該機構最好包括由環(huán)形磁鐵構成的磁性軸向對位和懸浮安排。它還可包括保持旋轉部件在轉動中自平衡的分流裝置。此外，它還提供了一種軸流泵/船用推進器，其中的流體推動裝置是由一個或多個柔性螺旋葉片構成，該葉片可響應于輸入功率或工作負載的變化而軸向壓縮。該軸流泵可有兩個同軸的驅動部件，它們的驅動裝置的螺旋方向相反，這樣當它們以相反方向旋轉時可互相抵消各自的渦流作用。中央驅動部件可由樞軸承來支撐。另外，可裝配一個圓錐推進器來增進軸向流動。該泵還可用做發(fā)動機或流量計。
為了便于理解，除非另有說明，在下文中本發(fā)明的軸流泵/船用推進器將作為一個泵來描述。
另外，本發(fā)明的第三個總的目的是提供一個環(huán)境友好的制冷系統(tǒng)及其部件，它們易于制造，使用對環(huán)境危害較小的材料并且其運行的能量效率高。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，它提供了一個制冷系統(tǒng)，包括將熱量從一個冷發(fā)生部件轉移到一個熱排放部件的機構和與該熱排放部件熱偶合的冷卻回路；其中在該回路中循環(huán)的冷卻劑含有至少一種可蒸發(fā)成分，并且該回路具有促進該可蒸發(fā)成分蒸發(fā)的裝置。最好該冷卻劑包括至少一種吸熱性鹽以通過吸熱溶解使該熱排放部件冷卻。該系統(tǒng)還可有一個冷凍劑回路使冷能擴散。最好，該冷凍劑還可在有低價供電時用做儲冷材料。該系統(tǒng)可使用對環(huán)境無害的制冷劑，如二氧化碳，氨氣或丙烷等，以避免對環(huán)境的危害。
此外，它還提供了一個壓縮組件，包括多個串級聯(lián)接的壓縮機使制冷劑在其中逐步壓縮，和用于循環(huán)冷卻劑的冷卻劑通道；其中制冷劑通道和冷卻劑通道間形成熱偶合以使制冷劑被壓縮時產(chǎn)生的熱量可被冷卻劑吸收并帶走。
此外，它還提供了一種回路，它通過循環(huán)有至少兩種成分的冷卻劑而使一個熱源冷卻，該回路包括與該熱源熱偶合配置的熱吸收部分和與該熱吸收部分流體連通的熱擴散部分；其中該熱吸收部分安排為有冷卻劑出口的上部，有冷卻劑進口的下部和與該熱源偶合的中間區(qū)，在中間區(qū)有導流裝置以此在從下部到上部的冷卻劑流中形成穩(wěn)定的溫度梯度，這樣該冷卻劑溶液的至少一個成分可蒸發(fā)并經(jīng)出口循環(huán)到上述熱擴散部。最好將熱電元件裝在該中間區(qū)以提高溫度來促進蒸發(fā)。上述熱擴散部分內可形成相對低壓或使用一個壓縮機來促進蒸發(fā)。
除此以外，它還提供了一種除霜配置，包括一個熱電部件，它的一個熱級與冷發(fā)生部件偶合而另一熱極與一熱交換部件偶合；和一個控制對該熱電部件供電的單元以改變其熱傳輸方向，由此選擇性地將該配置的運行由集霜方式變換為除霜方式。
最后，它還提供了具有冷凍劑回路的制冷系統(tǒng)的運行方法，包括以下步驟a.將一控制單元設定為可針對是否有低價供電而在兩種運行方式中選擇一種；b.在得不到低價供電時使系統(tǒng)按第一方式運行，將該冷凍劑降至第一溫度并使其循環(huán)；和c.有低價供電時使系統(tǒng)按第二方式運行，將該冷凍劑降到第二溫度使其凝結，以此在其中儲存潛能。
應當指出，本文中使用的“低價”材料或“低價”供電等詞既包含有商業(yè)上的意義，也含有生態(tài)學的意義，即造成較少的環(huán)境損害和易于回收并再生使用。附圖的簡要說明本發(fā)明的上述目的，方面，特征，優(yōu)點，以及結構和功能性細節(jié)將在以下參照附圖對實施方案的說明中明確展示，在以下附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的一臺壓縮機沿中軸的截面圖；圖2是沿圖1所示平面B-B截出的截面圖；圖3是第二實施方案壓縮機的截面圖；圖4是根據(jù)第三實施方案的一壓縮機組件的截面圖；圖5是沿圖4中平面C-C的截面圖；圖6A和6B是第四實施方案壓縮機的截面圖；圖7A和7B是圖6A和6B中所示活塞560的截面圖；圖8A和8B是圖6A和6B所示電磁鐵530及其緩沖結構540和550的截面圖；圖9A和9B是根據(jù)第五實施方案的活塞截面圖10A和10B是分別沿圖9A所示平面C-C和D-D的磁鐵盤610和磁鐵環(huán)640’的截面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的泵/船用推進器的第一實施方案的截面圖；圖12是圖11中轉子40的透視圖；圖13是泵/船用推進器第二實施方案的截面圖；圖14是泵/船用推進器第三實施方案的截面圖；圖15A和15B是泵/船用推進器第四實施方案的截面圖；圖16是第四實施方案中轉子組件的透視圖；圖17是顯示圖15A和15B局部細節(jié)的放大截面圖；圖18是第五實施方案的截面圖；圖19A至19D示出第五實施方案的不同部件；圖20是第六實施方案的截面圖；圖21是一方框圖，展示了本發(fā)明制冷系統(tǒng)的基本概念和各部份間的運行和功能關系；圖22A至22C是根據(jù)本發(fā)明的凍箱截面圖；圖23A至23C是圖21和22A所示儲熱庫400的細節(jié)和不同安排；圖24A和24C是冷卻柱310不同實施方案的截面圖；圖25A和25B是除霜機構的截面圖；和圖26示出控制方法的流程圖。本發(fā)明的優(yōu)選實施例首先描述的是根據(jù)本發(fā)明第一個總的方面的各實施方案的細節(jié)。
在以下的說明中，為了便于理解，所展示的各實施方案按壓縮機來描述。同樣的概念也可應用于液體泵或真空泵。因此，除另有說明外，壓縮機一詞應解釋為包括所有這些應用。還有通過簡單地將閥門和密封部件去除，同一概念可用于生產(chǎn)線性電機。
圖1和2示出一臺壓縮機10，它包括外殼20，裝在外殼兩端的兩個電磁鐵30和外殼內的一個自由活塞50，它將其內空間分為兩個室I和II。外殼20為一圓筒，它可以有外部的肋和或葉片以增強其機械強度和散熱性能，這一點在它用作氣體壓縮機時尤為重要。外殼可由任何非磁性材料制成，如塑料，纖維增強樹脂，陶瓷，鋁，銅，不銹鋼等等。在用作制冷系統(tǒng)的壓縮機時，最好采用金屬材料以達到良好的散熱性。其內表面上可用常規(guī)方法形成一個低摩擦和耐磨損涂層(圖中未示出)。
兩個電磁鐵30具有基本上相同的結構，每個都有環(huán)形磁芯，其上帶有外磁極34和同軸內磁極36，它通過聯(lián)接部31與外極相聯(lián)。在磁極34和36之間的空間內裝有一個圓線圈32。磁極34有一個由錐面部分33形成的外極面和與外殼20的內表面接觸的柱面部分。兩個密封圈35裝在這一柱面部分以保證電磁鐵30與外殼20間不漏氣的接觸，它們通過固定部件21來固定。內磁極36有一中央孔，其構成包括小的通孔部分37，圓柱中間部分38和延伸到其自由端的圓錐部分39。每個電磁鐵30的通孔37的一端覆蓋有單向閥61或65以形成殼體20的外部與每一壓縮室I和II之間的單向流體通道。磁極34和36的前緣由非磁性部件321分隔開，它可以是線圈32的圈框的一部分。電磁鐵30的磁芯可由任何“軟”磁材料制成，如鐵，鋼或鐵氧體，它可由模壓或鑄造來制成，或通過沖壓由粘合劑(如樹脂)粘合的磁性材料顆粒來制造。
活塞50為軸對稱，也相對于垂直軸的中央面而對稱，即其左半部為右半部的鏡面反射?；钊?0有非磁性材料構成的支撐框架，包括外圓筒51，內管53和將外筒51與內管53聯(lián)接的中央盤55，盤55的材料厚于筒51或管53并有多個肋57和59以增強盤55與筒51以及管53的聯(lián)接。筒51和管59同軸，中央盤55與它們的中軸垂直。筒51的外表面每端有一密封圈52。它由低摩擦和耐摩擦材料做成，以形成與殼20內表面的密封接觸。為進一步減少摩擦阻力，密封圈52可有多個螺紋。盤55的中心有一個通孔47，它構成壓縮室I和II之間唯一的通過單向閥63的流體通道?；钊?0在其每一側帶有永磁鐵40，它形成的結構與對應電磁鐵30的兩個磁極互補。這就是說，每一永磁鐵40有一中央磁極46，它的圓錐外表面部分49對應于電磁鐵內磁極36上的圓錐極面部分39，而環(huán)形外磁極44有一圓錐內極面部分43對應于外磁極34的圓錐外表面部分33。內外兩磁極46和44由非磁性盤55上形成的磁性層41實現(xiàn)磁聯(lián)接，這使兩個磁鐵40相互磁絕緣。如圖1左手側所示，永磁鐵40被吸向壓縮機10左端的電磁鐵30，這使它們之間的對應磁極相互接近。管53的前端有密封圈54，它與左側電磁鐵30的內磁極36的中部38形成密封接觸。
活塞50的支撐框可由注塑，鑄造或沖壓而形成。最好它和外殼20是相同材料，這樣在運行時它們的熱膨脹相同。磁鐵40可在支持框制成后由一單獨的鑄造或沖壓步驟制成。最好使用稀土族材料制成磁鐵40，使其具有高磁強度和低重量。只要能夠提供足夠的磁場強度和所需的整體形狀，磁鐵40可以是框架上的一個簿層甚至一個磁性涂層的膜。中央管53和筒51的表面上可以在形成磁鐵層之前先有一層導磁材料層使它們的軸向端導磁。
由于外殼20和活塞50的支持框均為非磁性，兩對永磁鐵40和電磁鐵30間實現(xiàn)磁分離。電磁鐵30和永磁鐵40間磁極的極性安排為當兩個電磁鐵同時通電時，它們對活塞50產(chǎn)生一個推-拉式合力，迫使它移向壓縮機10的一端(圖1中示為左側端)。當電流改變方向時，該推拉式合力也逆轉方向迫使活塞移向另一端。磁極安排的一個方式是使兩個電磁鐵30的內磁極36為相同極性而兩個永磁鐵40的內磁極為不同極性。例如像圖1所示左手側為S而右手側為N。
電磁鐵30的錐面部分30和39以及永磁鐵40的錐面部分43和49的作用是在允許活塞運動有一相對較長沖程的同時減少它們之間空隙的寬度。如圖1所示，最大的氣隙寬度分別為l1和l2，而沖程長度為l3，顯著地比它們都長。當活塞位于一端時，一對磁鐵間將有最小的空隙。如圖1中的左側對。在這種狀態(tài)下，當通過線圈32的電流逆轉方向時，這對磁鐵間將產(chǎn)生最大的排斥力。這將補償另一對磁鐵間因空隙最大而造成的較弱吸引力，當一側的空隙增加時另一側將減少使兩側的推-拉式合力能夠穩(wěn)定。因為磁通量圍繞中軸均勻分布，這一安排還有減少殼體外漏磁的作用。由此又產(chǎn)生每一對磁鐵間均勻分布的同心驅動力。這樣的驅動力實現(xiàn)了活塞的磁懸浮和軸向對位，因而使活塞50與外殼20間的摩擦為最小。因為活塞50是壓縮機的唯一的運動部件，上述環(huán)形磁場的“懸浮”作用使壓縮機的工作壽命顯著延長。
通過壓縮機10的流體回路由三個單向閥61，63和65構成。它們將輸入端(圖1中所示的右手端)聯(lián)入壓縮室II，然后到壓縮室I，最后到輸出端。閥門61，63和65可以是任何常規(guī)類型，如瓣閥，盤閥或球閥。
如圖1中所示活塞中央管53左側自由端上的密封圈54也作為一個閥門阻止液體從壓縮室I流到輸出閥65，因此壓縮室I內的剩余空間成為一個“死”空間，使內部的流體被封在其內不能流出。這一設計使其作為緩沖而防止活塞50撞擊壓縮機左端的電磁鐵30?；钊硪欢说拿芊馊?4在反向沖程中產(chǎn)生同樣的作用。這一緩沖空間的大小要根據(jù)流體是氣體或液體來確定，并且它可以很容易地通過改變密封圈54在管53上軸向的位置來調整。在用作氣體壓縮機時，該空間需要相對較大以使封閉在該空間內的氣體能被壓縮，所以密封圈54應位于管53每一端的前緣，使該空間作為一個氣體彈簧工作。而在液泵應用中，該空間應較小，密封圈可后移甚至去掉，因為管53的每一端與相應的孔38的內壁間的空隙已足夠小并可限制液流速度從而有效地緩沖活塞的移動。當活塞50的兩個反方向沖程有不同阻力時，如由高輸出壓產(chǎn)生的高輸出沖程阻力，管53兩端的密封圈可位于相對各自前緣的不同位置，這樣可有不同的緩沖作用以此平衡活塞的移動。
現(xiàn)在應當清楚，盡管活塞50本身可由輕材料制作并帶有易碎的永磁鐵，由于上述均勻分布的驅動力和流體緩沖安排，仍使其得到充分的保護并經(jīng)久耐用。
為了控制目的，每一電磁鐵30的通孔38內裝有一傳感器70用來探測活塞50的位置。傳感器70可以是一系列簡單的電觸點，當它與導電的密封圈54接觸時即接通。傳感器也可以是電容式或磁性，可無接觸地產(chǎn)生傳感信號。傳感器70的輸出信號被用于針對負載變化控制電磁鐵30的線圈32中的電流。例如當電磁鐵由交流輸入供能時，將傳感器70的信號與輸入電流的相位做比較即可知電流是否過大或過小。輸入電流過大時，對活塞的磁驅動力也大，所以活塞50會移動較快而達到末端位置較早，反之輸入太小時，磁力也小使活塞移動慢，這樣它達到末端位置會延遲或根本無法到達傳感器的位置。這會被傳感器查出并相應調整輸入電流。使用直流電時，傳感器70的信號可用于切換直流輸入使活塞往復運動。
圖3示出一臺壓縮機100，它有圓筒外殼120，通過支持盤121固定在外殼兩端的兩個電磁鐵130和在兩個電磁鐵之間的活塞150。盤121上還裝有輸入閥161。每個電磁鐵130有一個環(huán)形磁芯提供兩個磁極134和136及裝在它們之間的線圈132。中央磁極136內形成了一個中央錐形空腔139。活塞150帶有一個兩端為錐形的中央永磁鐵140，一個圓筒永磁鐵145和一個非磁性材料的環(huán)形部件153，它將兩個磁鐵140和145固定為一體。圍繞磁鐵145有一個非磁性材料的圓筒151，它最好與外殼材料120為同一材料。圓筒151上有密封圈156，與上述第一實施方案類似。當活塞被吸向一電磁鐵時，永磁鐵140的尖端的形狀使其能進入電磁鐵130的中央空腔139。兩個電磁鐵的磁極方向安排相同，也就是說，當每一線圈132通有電流時，中央磁極均為北極。在這種情況下，如圖3所示，活塞150在左側端受吸引而從右側端受排斥。通過改變線圈132中的電流方向，活塞反向移動。輸入閥161安排在兩端，這樣當活塞150從右向左移時，右端的閥門161打開使流體進入壓縮室II，同時左端的輸出閥165打開使流體從壓縮室I中推出。當活塞到達圖3所示末端位置，外圓筒151的前緣堵住輸出閥165而形成一個緩沖空間，類似于上述第一實施方案。在本實施方案中，第二個永磁鐵145對其運行并非必不可少。如果磁鐵140所形成的磁場有足夠的強度，可用一磁性材料件代替磁鐵145。本實施方案提供了充分平衡的運行方式，這是由于活塞的左和右沖程具有完全相同的流體壓縮功能，并承受完全相同的移動阻力，若將兩個等同的壓縮機100同軸安排，并使它們的活塞按相反方向運行(即通過反向電聯(lián)接)這一對壓縮機將提供一個高度平衡的安排，使兩個活塞的沖擊力總是相互抵銷，使這一對壓縮機作為一個整體幾乎毫無振動。顯而易見，這一安排對要求低噪音低振動的應用將極為有利。
圖4示出根據(jù)第三優(yōu)選方案的一個壓縮機組件。在第二頁附圖上的圖5是沿圖4中平面C-C所取的截面圖，示出活塞250的細節(jié)。圖4中，該組件為兩個串連壓縮機200和300形成的多極安排，其中的兩個壓縮機結構相似。兩者間的區(qū)別為第一級壓縮機200比次級壓縮機300大一號，這樣氣體性工作介質可逐步地壓縮。如果工作介質為液體，由于其不可壓縮的特性，這一串組件應由同等大小的泵來構成，但它們的工作原理是相同的。顯而易見，為了更高壓的輸出，可連入更多的壓縮機并且在壓縮機之間可使用聯(lián)接部件。以下說明中僅對壓縮機200的細節(jié)予以描述。壓縮機200有一圓筒形外殼210，其內有內襯層220；兩個電磁鐵230；一個自由活塞250和一個可移動支撐座280。電磁鐵和活塞的工作方式與上述方案相似。
圖4和5中，內襯部件220是通過熱裝配固定在外殼210里，即通過將一個冷的內襯220裝入一個加熱膨脹的外殼210這樣當外殼冷卻后即牢固地箍住內襯。通過壓縮機200的單向流體通道是由輸入閥261，活塞閥263和輸出閥265構成。如圖5中所示，活塞閥是由活塞盤上形成的多個成角通孔262構成，它們將流體導向外切線方向。由虛線所示的閥門瓣促進這種外向流，以造成活塞的旋轉，如箭頭R所示。
在活塞250和每一電磁鐵230及230’之間，有一個由密封圈271和273形成的緩沖機構。當活塞250向上移至圖4所示的末端位置時，活塞筒內表面上的密封圈271與上端電磁鐵230的外圓柱面相作用形成活塞筒前緣與電磁鐵230的支持盤上輸入閥261之間的一個環(huán)形氣墊。與此同時，內密封圈273與電磁鐵230的中央腔接觸形成中央腔237內的中央氣墊。這兩個氣墊保護活塞不撞擊上電磁鐵230。當活塞下移到底端時，另一內密封圈273將阻塞輸出閥265，形成活塞盤與下電磁鐵230的頂端之間的氣墊。電磁鐵230’周圍的潤滑劑285也有緩沖作用。
可移動支座280帶有下電磁鐵230’和輸出閥265。支座280有底盤281，套筒282和偏壓彈簧284，該彈簧將底盤推離活塞。套筒282的前緣與內襯220的下緣形成滑動接觸，并限定一個環(huán)室212，其中裝有彈簧284。套筒282還作為一個停止部件，當它與室212的頂部接觸時即限定了支座280的最高位置。支座280的移動范圍由雙箭頭符號286示出。運行時，如果輸出氣壓低，例如當壓縮機啟動時，彈簧284將支座280下推到下一級壓縮機300的前緣。在這一位置活塞有最長的沖程，所以壓縮機輸出為最大。隨輸出壓逐步升高，底盤281的底面上的合力將最終變得大于彈簧284的偏壓力，使支座280被迫上移。這一移動使沖程減小因此減小每一沖程的輸出。此外，由于沖程減小，磁路中的平均磁隙也減小，其效果是增強驅動力產(chǎn)生更高的輸出壓。當系統(tǒng)中產(chǎn)生一個足夠大的輸出壓下降時，例如在系統(tǒng)輸出端增加了壓縮介質的排放時，支座280將在彈簧284的偏壓力作用下立即恢復其原始位置，這時壓縮機即可在最大輸出率工作。這就是說，壓縮機自動地從一個低壓高輸出運行變?yōu)楦邏旱洼敵鲞\行，或與此相反。當一多級配置中的多個壓縮機串級連接時，上述自動調整功能即更為有利，因為每個壓縮機均可調整其自身的流率使之與其它壓縮機相匹配，使整個系列實現(xiàn)負載的均勻分布。
壓縮機200內使用的潤滑劑285使活塞250的外表面以及內襯220的內表面得到潤滑。該潤滑劑最終將流到圍繞下電磁鐵230’的收集區(qū)內。一個潤滑劑循環(huán)回路包括以下部分套筒282內表面上形成的凹槽283，環(huán)室212，外殼210和內襯220之間形成的凹槽211，以及將潤滑劑返回到活塞上去的通孔221。
凹槽211和282要做的足夠小使其能靠毛細作用將潤滑劑吸入槽內。當活塞250下移時，液面上增加的壓力有助于液體進入環(huán)室212，然后進入毛細槽211，同時另一端的孔221暴露在活塞的低壓側，容許潤滑液從槽內流出。當活塞返程上移時，閥門263開放，使活塞按前述方式旋轉，因此使?jié)櫥瑒┚鶆虻胤植嫉絻纫r220的整個內表面上，形成活塞外表面與內襯內表面的潤滑劑膜。這一潤滑膜同時改善了活塞的密封?？?21的位置保證了它們在活塞處于上端位置時被封閉，因此不會造成活塞兩側漏氣。
圖6A到8B示出根據(jù)第四實施方案的壓縮機500。圖6A和6B為截面圖，示出壓縮機運行時不同部件的位置變化。圖7A示出活塞560的更多細節(jié)。圖7B是沿圖7A中平面B-B所取的截面圖。與此類似，圖8A和8B示出電磁鐵530以及緩沖裝置540與550的細節(jié)。
在圖6A中，壓縮機500有一外殼510和內襯511，均類似于圖4和5中的相應部件；一自由活塞560，其上帶有一磁分流機構570；兩個電磁鐵530和530’，一個裝在端盤520上，另一個裝在可移動支座580上。每一個電磁鐵有保護活塞560的外和內緩沖機構540，550或540’，550’。端盤520和可移動支座580還分別裝有流體入口521和523以及出口582。非磁性鋼制成的內襯511以及可移動支座580均類似于圖4中的相應部件220和280并以相同方式工作，以提供潤滑劑循環(huán)和沖程自動調整。當壓縮機500用于液體時，例如它可用作高壓液壓泵或無滲漏應用，其活塞可由工作介質來潤滑，因此不需要上述潤滑劑循環(huán)回路。這時可在支座580的外周形成多個輸出孔，以此與上端盤520的輸入孔521相配。
若從流體壓縮的角度來分析，活塞的下沖程將流體經(jīng)上端盤520上的輸入孔521和523吸入，并同時將已在壓縮機內的流體經(jīng)底支座580的輸出孔582輸出。相比之下，上沖程則僅將流體從活塞上側移至其下側而不產(chǎn)生輸出。這就是說，兩個沖程并不平衡，下沖程作出多數(shù)有用功而上沖程僅為復位動作。這種不平衡的活塞運動使壓縮機能量效率降低。為解決這一問題，壓縮機500的內部做了安排來平衡兩沖程，以將活塞上移的動能轉化為不同緩沖機構內的能量貯備，然后將其在活塞下移時釋出。這些安排包括與兩個電磁鐵530和530’相配的內外緩沖器540，550，540’和550’以及磁分流機構570內的彈簧。
圖7A中，活塞560有一環(huán)形主磁鐵561。永磁鐵561的極性是在其徑向，例如其外緣為南極而內緣為北極。磁環(huán)561的厚度從其外緣向內增加；以保證內外極面大小相似并且與磁通方向垂直的截面積的大小在沿磁通的方向上不變化，以避免局部的磁飽和。磁環(huán)561的外緣上固定有一圓筒形磁性部件562，作為外磁極的磁極件，而內磁極上固定有基本上為管形的磁極件563，以此形成兩者之間總體上為徑向的磁通流量，如圖7A中的虛線所示。
磁環(huán)561是夾在兩個保護部件564和564’之間以保護這一相對易碎部件不被機械震蕩所損壞，并且也將磁環(huán)及其內外磁極件固定為一體。兩個部件564和564’可在磁環(huán)和磁極件組裝后由注塑形成，最好是用充氣塑料或泡沫橡膠，以此形成一個具有良好機械強度而重量輕的一體化結構。部件564和564’還限定了與兩個電磁鐵的極面緊密匹配的平滑表面，以減少活塞面與驅動電磁鐵之間的“死”空間。部件564’上還有裝配閥門片566的凹槽。亦如圖7B中所示，磁環(huán)561和保護件564和564’上有多個成角的通孔565，它們由閥門片566封閉以使活塞560沿方向R旋轉，類似于前一實施方案。
內磁極件563有一中央支持部分567，它載有一個磁分流機構570。分流機構570由通過非磁性桿572相聯(lián)接的兩個永磁鐵571和571’構成。桿572可移動地支撐在中央部567上，其上還有密封圈以防止它們的滑動接觸面之間的漏氣。兩個彈簧573和574分別裝在中央部567和每一磁鐵571及571’之間以提供偏壓力。彈簧使用了低摩擦墊圈使分流結構相對于活塞可轉動。彈簧573和574用磁性鋼制成，所以它們還可通過內磁極件563提供磁鐵571或571’與磁環(huán)561之間的磁聯(lián)接。分流磁鐵的極性安排為兩者均受磁環(huán)561的內磁極件的吸引。分流磁鐵571或571’的前表面蓋有一柔性保護層，例如橡膠。
活塞的磁回路包括兩個分支，每一分支內有磁極件562的一個前緣與磁鐵571或571’的磁極面之間的一個空氣隙，它用于同一個對應的電磁鐵發(fā)生作用。主磁鐵561構成兩個支路共享的公共部分。圖7A中，磁分流機構571相對于磁環(huán)561處于一中性位置，在此兩個分路具有如虛線所示同等的磁通分布。然而，這一平衡的磁通分布是不穩(wěn)定的，因為分流器570相對于磁環(huán)561的一個很輕微的軸向移動將使一個分路的磁通量增加而使另一個減少。換句話說，從磁通分布的角度來看分流器570的作用是一個磁路開關，它通過自己的軸向位置決定哪一個磁分路會有總磁通量的較大部分。通過將兩個彈簧573和574安排為一個推-拉式合力對，即上彈簧573為一壓簧，它的伸張力將磁通571上推并離開磁環(huán)561，下彈簧574為一拉簧，它的收縮力將磁鐵571’拉向磁環(huán)561，上述磁路開關可有一個預定的自然位置，這使其還可用作一個緩沖機構。在無外力時，分流器570的最終位置是磁鐵571’與內磁極件563的下端接觸并通過桿572將另一磁鐵571推到一個遠離內磁極件563上端的位置。在這一位置上，下磁分路的磁通量將遠大于上分路。運行時，活塞必須在其復位沖程克服彈簧573和574的偏壓力，然后在輸出沖程將能量釋放出來。此外，分流器570的軸向移動將主磁通量從活塞的一端切換到另一端，以此更有效地與電磁鐵530或530’相作用，如下文所述。
圖8A為一部分截面圖，將電磁鐵530和外緩沖器540的右半部的截面示出而它們的左半部以前視圖示出。它還示出頂端板520和內緩沖器550的細節(jié)。除非另有說明，壓縮機底端對應的部件530’，540’和550’的細節(jié)基本相同。
更具體地說，端板520固定在外殼510上并裝有電磁鐵530和它的緩沖機構。在端板520上有一系列的外進氣孔521和內進氣孔523，它們分別與環(huán)形電磁鐵530的外緣和中央孔相對應，并覆蓋有閥門辮522和524以形成單向閥。閥門辮522和524的細節(jié)在圖8B中未示出，但它們類似于圖7B中的閥門辮566。電磁鐵530的新特征包括在其內和外錐形磁極面上形成的成角的槽536和537，以及對立端上的槽534和535，所有這些槽均為軸向。形成這些槽是為了便于流體從孔521和523進入壓縮室并同時有助于使電磁鐵530冷卻和減少磁芯材料中的渦電流。如圖6B中所示，外磁極531表面的槽534和536相互不聯(lián)接，同樣內磁極533表面上的槽535和537也不聯(lián)接。在每一表面上，兩組槽之間保留了一個沒有槽的狹環(huán)帶，它與兩個緩沖器540和550的密封圈547或557相配合以提供氣體緩沖作用。
電磁鐵530配有環(huán)繞它的外緩沖器540和中央孔內的內緩沖器550。緩沖器540包括一個由壓簧549壓下的緩沖環(huán)541。環(huán)541有多個軸向伸展的定位指件542，每個指件有裝在槽534內的鉤端543，以此由槽534的長度限定緩沖器的移動范圍，如圖6A和6B中所示。環(huán)541及其指件542由非磁性的剛性材料制成如鋁或塑料，以提供良好的機械強度。環(huán)541上帶有一個磁性材料的磁通偶合器544，它的形狀是一個環(huán)上帶有多個有鉤端546的指件545。指件545是由柔性并有彈性的材料制成使其受磁力吸引時容易彎曲。指端546是剛性的，它們的功能是通過鉤住外磁極531的前緣來限制緩沖器向上移動的范圍。指件545的形狀使其在緩沖環(huán)位于收縮位時可與外磁極531的錐形極面緊密配合，如圖8A中所示。錐形面上可形成淺槽這樣可使指件545進入其中以此形成與活塞560的對應極面相配合的光滑磁極面，如上文所述。密封圈547是夾在環(huán)541和544之間，這樣當其與外磁極531上的環(huán)帶接觸時可形成一個氣墊。與外緩沖器540相似，內緩沖器550有一個非磁性剛性材料的緩沖環(huán)551，受到彈簧559的偏壓。環(huán)551有多個定位指件552，每個上有裝在槽535中的鉤端553以限定其移動范圍。磁通偶合器554有多個彈性指件555，每個上有與外緩沖器540的相應指端546相匹配的鉤端556。環(huán)551和554之間裝有密封圈557，以形成電磁鐵530的中央孔內的氣墊。內緩沖器550還有永磁鐵558，其極性與分流磁鐵571相排斥，以此對活塞560提供磁緩沖。緩沖器540和550的運作將在下文說明。
以下結合圖6A和6B說明壓縮機500的運作。圖中示出活塞560的不同位置以及緩沖和驅動機構的變化。
首先，詳細說明緩沖機構的運行。如圖6A所示，活塞560移至其上端位置，在此它受到兩個緩沖器540和550很好的保護，它們包括通過密封圈547和557的作用提供氣體緩沖，壓縮彈簧549和559的彈簧緩沖以及中央磁鐵558與分流磁鐵571互相排斥產(chǎn)生的磁緩沖。圖6B中，活塞560是在下沖程中途，如箭頭A所示。在此特定位置，除了電磁鐵的磁驅動力之外，活塞的外筒磁極件被外緩沖環(huán)541向下推，而分流器570則被內緩沖器550推下。當活塞向底端移動時，被壓縮流體所產(chǎn)生的阻力將提供主要的緩沖作用，在移動到末端時還會有緩沖器540和550的作用，而流體本身則從輸出孔582被壓出。除此之外，環(huán)繞電磁鐵530’外圍下部的潤滑劑也有助于對活塞移動到末端時的緩沖，因此緩沖器540’和550’不需提供氣體緩沖作用，即環(huán)547’和557’不具有密封效果。
如上文所述，由于活塞上移沖程的工作負載小于其下移沖程的負載，所選用的上緩沖彈簧549和559要強于下緩沖彈簧549’和559’。這就是說，活塞的上移沖程基本上是單獨由電磁鐵的推拉式合力來驅動并且活塞上沖程的動能被轉化為彈簧549和559的彈性勢能以幫助活塞的下沖程。永磁鐵558和558’可提供進一步的補償，這是通過將永磁鐵558安排為阻止活塞上移同時永磁鐵558’吸引其下移，形成另一個推-拉式合力對。最后，如上所述，分流機構570的彈簧573和574也迫使活塞向下。由于這些相互補償?shù)陌才?，兩個電磁鐵對活塞上沖程的推拉式合力的相當一部分被轉化到使活塞的下移沖程更為有力，以此有效地平衡活塞的移動。
圖6A中，活塞560被驅動到上端，在此活塞磁回路的上分支被包括到電磁鐵530的磁路之中。這時底端電磁鐵530’的磁路由緩沖器540’和550’的磁性指件545’和555’所“關閉”，這是由于指件被彈簧推起并被電磁鐵磁化使它們相互吸引直至發(fā)生彎曲使指端接觸。這一磁偶合增加了電磁鐵的自感因此減少了此時通過其線圈的電流。因為此時電磁鐵與活塞間距離很大，它對活塞的移動沒有重要的影響。換句話講，這是在其作用最小時節(jié)省了電磁鐵530’的電能消耗。圖6B中，電磁鐵的電流方向已反轉而驅動活塞560下移，這使下分流磁鐵571’首先與緩沖器550’接觸并將指件545’和555’間的磁偶合分離。一旦分離后，指件545’即被活塞外磁極件的下緣所吸引而在電磁鐵530’和活塞外磁極之間形成更有效的磁連接，而指件555’則被吸到分流磁鐵571’上。這些接觸形成了活塞磁路下分支與電磁鐵530’之間的直接連通，使它們的相互吸引增強。另一方面，一旦活塞從上端電磁鐵530移開，它就產(chǎn)生出足夠的空間使因磁性相互吸引的指件545和555能夠彎曲并相互接觸。發(fā)生這種情況時，電磁鐵530通向活塞560的磁通量即被有效地“關閉”。
由以上說明可清楚地看出，通過配備磁偶合機構，當一個電磁鐵不再對驅動活塞移動有效時，它即被“關閉”，這樣它在無效時刻的電能消耗可顯著降低并改善壓縮機整體的能量效率。此外，這一安排通過減小平均氣隙的大小來改善活塞與電磁鐵之間的磁連接，使磁通量和磁聯(lián)接的有效性增加。這由以下事實表明運行時活塞的沖程為圖6A左側示出的長度S，而分流磁鐵571’與磁性指件555’之間的最大氣隙僅為g(圖6A中所示)，它遠小于S。此外，每個緩沖機構540，550，540’和550’均有一可移動范圍d，它略小于沖程長度s的一半，這就是說，在其運行的大多數(shù)時間內活塞560及其分流器570與至少一個緩沖器直接接觸，使緩沖器作為磁極的延伸在活塞與電磁鐵之間起作用。
圖9A到10B示出根據(jù)第五個實施方案的活塞600。這個活塞可用于前一個實施方案的壓縮機中代替活塞560，并且它適用于大尺寸的壓縮機。圖9A和9B是顯示其運行中不同部件位置變化的截面圖。圖10A是沿圖9A中平面C-C所取的截面圖，示出磁環(huán)610的細節(jié)，圖10B是沿用圖9A中平面D-D所取的截面圖，示出磁環(huán)640’的細節(jié)。
圖9A和9B中，活塞600有一個環(huán)形永磁鐵盤610夾在保護層620和620’之間。外磁極件630與盤610的外緣嵌合，內磁極件與其內緣嵌合。內磁極件660帶有一個動態(tài)磁分流裝置650，其工作方式與前一方案相似。更具體地說，如圖10A所示，盤610有在其內外緣上沿軸向形成的多個內通道612和外通道613。盤兩面上的保護層620和620’由模壓塑料或橡膠制成并覆蓋盤的兩面，并且它們通過上述通道聯(lián)為一體使磁盤“包籠”在內。這一結構保護易碎的磁盤并限定了成角的閥門孔611，它由閥門件621覆蓋。
現(xiàn)在回到圖9A，外磁極件630包括一個用軟磁材料制成的圓筒631，它與裝有兩個滑動密封圈614的盤610的外緣成滑動接觸。兩個永磁鐵環(huán)640分裝在圓筒631的兩端，以此在活塞磁路的兩個分支上各提供一個輔助磁鐵。每個環(huán)640和640’與圓筒631之間夾有一個密封圈634。一對彈簧633和633’被分別裝在每個環(huán)640和密封圈614之間，使盤610受到相對于環(huán)640的偏壓力。內磁極件660包括與盤610的內緣相接觸的磁性筒662，它的兩端裝有兩個磁性端蓋661，其內部填有非磁性填料663(如充氣塑料)。分流器650有兩個永磁帽651和651’，通過非磁性管652相連，該管由填料663支撐在內磁極件660上并由密封圈664密封。一對彈簧653和653’使分流器650受到相對于磁極件660的偏壓力。磁帽651或651’的形狀為有一前表面形成與圖6A和6B中的電磁鐵相配合的磁極面，和一個后極面與端蓋661或661’相配合。磁帽651和651’形成活塞的兩個磁路分支另一端的輔助磁鐵。如圖9A和9B所示，主磁鐵和輔助磁鐵的極性安排為使每一輔助磁鐵均受到主磁鐵610的吸引。運行時，盤610在兩個電磁鐵的作用下沿筒631向一端滑動。圖9A示出盤位于下端，在這一位置它的下保護層620’與磁環(huán)640’和磁帽651’均保持接觸以形成一個光滑的活塞面與下電磁鐵的極面相配(圖中未示出)。在這一位置，盤610的內磁極通過內磁極件660的筒662和蓋端661’與磁帽651’磁連接。從下電磁鐵的角度來看，活塞600表現(xiàn)為一個強有力的永磁鐵。
如圖9B所示，一旦兩個電磁鐵的電流反轉，活塞組件即被迫上移，如圖中左側的箭頭A所示。與此同時，因為盤610不再受下電磁鐵的吸引，它被彈簧633和633’推動沿筒631上移。與此類似，內磁極件660也被彈簧653和653’向上推動直至蓋端661’的上緣與盤610接觸并與其一同移動。由于內磁極件660很輕并且其移動不受到顯著的流體阻力，它與盤610相比移動地更快，這樣它就有效地將盤的主磁通從其下分支切換到其上分支，就像對前一實施方案的描述。同樣，這些彈簧可安排成能提供更多的向下方的偏壓力，以此平衡活塞的移動。還有，活塞600的緩沖和磁偶合作用可以是相同的。運行時，盤610及其保護層620和620’可沿外磁極件630滑動一個距離S1，這是附加于(圖6A所示的)活塞的沖程長度S之上。這就是說，在未增加磁極件運動的情況下，活塞的有效沖程長度被增加，以使活塞能響應于電磁鐵的驅動力有更好的靈活性。外磁極件630所減少的移動保證了整體能量效率的改進，因為鋼筒631占活塞總量的很大部分。為使活塞部件得到潤滑，筒631上有多個小孔，這樣潤滑劑可進入盤610的外緣與筒631內表面之間的空隙。此外，盤610的每個面與對應的保護層620和620’之間夾有一個纖維層615，以此為潤滑劑提供毛細通道以進入盤610的內緣與內磁極件660之間的空隙。
最后，另一附加特征是如圖10B所示，磁環(huán)640和640’的前磁極面上有多個淺槽641和641’它們與圖6B中外磁極531上形成的槽對應。在運行過程中，這些槽的作用是使活塞旋轉這樣使這些槽能互相對位，類似于步進電機磁芯上的齒形結構。通過將兩個環(huán)640和640’上的槽沿園周錯位排列，它們將與成角閥門孔611的作用一起確保活塞600在往復運動過程中連續(xù)旋轉，以此改善其潤滑并減少磨損。槽641內填有非磁性材料以形成一光滑活塞面。工業(yè)應用以上公開的往復運動機構可用于多種不同用途。由于各實施方案的管狀結構，它們在滿足以有系統(tǒng)設計或硬件管路的需求上有特殊優(yōu)勢，這是因為這樣的壓縮機或泵可很容易地裝在已有系統(tǒng)中任何一個需要驅動力的位置上，而無需重新設計或改變已有硬件。為了滿足對輸出壓和流率的各種要求，可將標準模件串聯(lián)或并聯(lián)使用。壓縮機的管狀結構還有利于散熱，因此適于在制冷或空調中應用。
以上僅為示例說明，它同時表明上述的不同特征。如磁極的極性和/或形狀以及閥門安排的氣流方向等，均可通過將上述特征以不同方式的組合而加以修改和演變。例如，上述安排的截面形狀均描述為圓筒形，但它也可以由基本上對稱的多邊形所取代，特別是當多邊形的邊數(shù)較大時。此外，帶有永磁鐵的活塞具有重量輕，因此效率高的優(yōu)點。顯而易見，電磁鐵也可用在活塞上，它的優(yōu)點是其磁性不受溫度的影響，適合于高溫應用。另一方面，當活塞為電磁鐵時，外殼內的兩個驅動磁鐵可使用永磁鐵，以此來減少電機/壓縮機的總重量。
以下說明根據(jù)本發(fā)明第二總的方面的發(fā)明細節(jié)。
圖11和12示出泵10，它有一個圓柱定子20和裝在定子兩端的兩個端蓋30，以限定一個圓柱內空間，其內裝有轉子40。每個端蓋30有與定子和轉子同軸的中央孔形成沿泵10的轉軸方向的流體通道。定子20有外殼22和帶有繞組26以及虛線所示的孔28的磁芯24。磁芯24和轉子40之間形成氣隙72，以在繞組26接通電流時產(chǎn)生一個旋轉磁場，如同一臺常規(guī)電機。兩端蓋30總體結構相同，即有一環(huán)形平壁部分32，一個限定中央開口的環(huán)形斜壁部分36和套筒部分34。每一端蓋由多個固定件82將其外緣固定在定子20上，而其靠近中央開口的內緣由固定件84固定到管90上。在斜壁部分36的內表面上有多個徑向延伸的槽38，它們從蓋30的中央開口的內緣穿過套筒34進入端蓋和定子之間的室74內。兩個室74之間由孔28實現(xiàn)流體連通，并通過槽38連到氣隙72。密封部件61，62和64保證蓋30和定子20之間以及蓋和管道90之間的密封，這樣使泵與管道之間為無滲漏聯(lián)接。
圖12中，轉子40包括管42，其外表面上帶有固定在兩個支持部件46之間的磁芯44。磁芯44的構造可以如同一個鼠籠式電機，使它能在定子20所產(chǎn)生的旋轉磁場作用下旋轉。管42的內表面上有形狀為一螺旋葉片的推進部件48，這樣當轉子40旋轉時，葉片48驅動中央通道中的流體沿軸向流動。如箭頭A所示，轉子40的外表面上有多條螺紋49，它們可由切削磁芯44的表面來形成，或由外加一個表面上預先形成了凸棱的套筒，并且這一套筒可由彈性材料制成。轉子40由兩個機械軸承50來支撐，每個軸承有裝在轉子40一端的內軸承件54和多個滾柱56。軸承50的目的是對轉子40既提供旋轉承載，也提供止推承載，以保證其與定子同軸并平滑旋轉。轉子40的每端有裝在密封圈槽43(圖12中所示)里的密封圈63，提供轉子40與端蓋30間的密封接觸。這一安排保證氣隙72與箭頭A所表示的軸向主液流之間密封，這樣液流所攜帶的贓物不會進入氣隙72。若管路中輸送的是腐蝕性流體，有效地密封安排還保護泵的其它部件不受腐蝕，因為只有端蓋30，密封圈63，管42和葉片48直接與腐蝕性流體接觸。
通過在氣隙72內充入潤滑-冷卻介質，在轉子40和泵身內表面之間可形成一個潤滑/冷卻安排。因為氣隙72與室74流體連通，同一介質可經(jīng)通道38和磁芯24的孔28循環(huán)，這樣既可作為轉子外表面以及軸承50的潤滑劑，也可作為繞組26和磁芯24的冷卻劑。轉子40外表面上的螺紋49的螺旋方向與內部葉片48方向相反，這樣它驅動介質在氣隙72內沿反方向流動并經(jīng)通道38進入泵左端的室74。為了這一目的，常規(guī)的變壓器油可用作該介質。應當注意，該介質的周緣緩沖作用也作為一個液體軸承幫助減輕機械軸承50的負擔。為了增強液體軸承的作用，可以裝入加彈簧偏壓的單向閥(圖中未示出)，例如可將其裝在室74中以阻擋潤滑油流入，這樣只有當氣隙72內的油壓被轉子40的旋轉作用升高到高于該偏壓值時，即當轉子40的旋轉超過一特定轉速時，油液才開始循環(huán)。泵身上可裝有一個小供油箱(未示出)，用于向該潤滑-冷卻系統(tǒng)供油以補充經(jīng)密封圈向主液流滲漏的部分。為了這一目的，可由一彈簧加壓的活塞在油箱內維持穩(wěn)定油壓。這一類的裝置在已有技術中已知，無需進一步說明。當定子繞組26接通供電時，定子與轉子之間即形成一旋轉磁場驅動轉子旋轉。如圖11所示，轉子的旋轉方向為箭頭R時，液流方向為箭頭A。葉片48迫使中央通道內的液體沿軸向流動，與此的同時轉子本身受到一反作用推力。通過控制供電的方向及磁場旋轉方向可使液流方向反轉。另一方面，當轉子40轉動時，其外表面上的螺紋49產(chǎn)生沿箭頭B所示方向的潤滑-冷卻油的外圍流，它與轉子內的軸流方向相反。這是因為其螺旋方向與葉片48相反，這樣它就總是提供一個反向止推力來幫助平衡轉子的徑向和軸向的位置并減小軸承上的推力。應注意，當轉子轉速增加時，也就是轉子受到加大的推力時，螺紋49將產(chǎn)生增大的外圍液流而帶來增大的平衡作用。這就是說，這一安排對轉子運動的變化很敏感并可提供自平衡效果來自動補償這些變化。潤滑油的反向流動還使上游側(圖11的左手側)的油壓增高以防止贓物進入氣隙72，并使密封圈63得到良好潤滑。在這一安排中只要密封圈63不損壞，特別是在承受更多軸流反向推力的上游側密封圈沒有損壞，該泵即可正常運行，因為所有其它部件均不易被磨損。
圖13所示出第二實施方案的泵100，其基本結構與前一方案類似。定子120和轉子140安排為一個無刷直流電機，轉子上裝有一組永磁鐵144，最好為稀土材料磁鐵。這使其適用于要求對轉速和方向均易于控制的應用中，例如船用推進器。裝在泵身內的轉子140為一“自由”轉子，其含義為在運行時該轉子被磁性力和液壓力完全提升和懸浮，與任何支撐部件均無直接的實體接觸。如圖13中所示，轉子140的每一端有一個距離為“d”的空間，它允許轉子能有限地軸向移動。轉子的這一充分懸浮的狀態(tài)是由以下懸浮軸承機構來維持。
首先，一個磁性軸向對位機構的構成包括定子磁芯124內表面上的多個非磁性或高磁阻環(huán)127和轉子外表面上同等數(shù)目的類似的環(huán)147。當定子與轉子軸向對齊時，這兩組環(huán)也相互配對。這些環(huán)將定子與轉子間的磁偶合分隔為多個分離區(qū)，這樣只有當這些區(qū)完全軸向對位時才能實現(xiàn)最大的磁偶合，如圖13所示完全對位時形成一個中性位置。轉子的任何軸向偏移將使這些區(qū)產(chǎn)生錯位，因此增加由轉子和定子形成的磁回路中的總磁阻因而減小磁通量。這一機構對轉子的任何軸向移動均高度敏感并可在定子和轉子間產(chǎn)生一個軸向力促使轉子返回其中性位置。當磁鐵144為強稀土材料時，即使繞組126的電流切斷時它們仍能產(chǎn)生反對轉子錯位的強對位力。
第二，每一磁懸浮軸承150有裝在端蓋130內的一環(huán)錐形電磁鐵154和裝在轉子140末端與之相配的環(huán)錐形永磁鐵152。電磁鐵154有一U形截面的磁芯157，一個裝在磁芯槽內的圓環(huán)線圈155和覆蓋在磁芯線圈上的非磁性件156。當線圈155內有電流時，U形磁芯兩臂之間的磁通穿過部件156以形成從其軸向看均勻分布的環(huán)形磁場。其極性可通過改變線圈內電流方向來改變。環(huán)形永磁鐵152有一類似U形截面，其內有一非磁性部件153將磁鐵的兩極N和S分開。顯而易見，兩個磁鐵152和154將根據(jù)線圈155內的電流方向產(chǎn)生相互間的排斥或吸引力。這兩個磁鐵被安排為使它們相對的表面為互補的圓錐(類似于圖12所示的軸承件52)這樣它們之間形成的向心力促使他們保持同軸關系。非磁性部件153和156最好是用低摩擦材料制成，如銅，軸承鋼或特氟隆塑料，這樣它們之間可以有低摩擦滑動接觸，以此作為對轉子軸向移動的進一步的緩沖安排。
該懸浮機構的運行原理如下。在定子接通電流之前，每一電磁鐵154供等值電流，以此從轉子兩端產(chǎn)生兩個方向相反強度相同的排斥力。這兩個反向力將轉子“夾持”在其中性的平衡位置，同時使其在泵身內徑向懸浮。當定子接通工作電流時，它驅動懸浮轉子旋轉，與定子工作電流的平均值成比例的控制信號被輸入每個電磁鐵154，其作用是使轉子上游(圖13的左手端)的排斥力增大同時使另一端的排斥力減小，該控制信號的綜合作用是一個指向轉子下游端的一個凈力，它對轉子的移動敏感并有利于平衡由軸向液流在轉子上產(chǎn)生的反推力。這樣可自動維持轉子的軸向位置。通過改變定子電流方向使旋轉方向逆轉時，供應給電磁鐵154的控制信號方向也改變，以此自動地產(chǎn)生一個反向的平衡力。為了對該靈敏的懸浮軸承做進一步的精密調整，泵身兩端可裝配傳感器166以持續(xù)地監(jiān)控轉子的軸向位置。傳感器的輸出信號被送入一個控制單元(圖中未示出)以進一步調整電磁鐵154的電流，這樣當檢測到轉子的顯著位移時，可進一步調整軸承150，例如在一端產(chǎn)生排斥力而另一端產(chǎn)生吸引力使轉子返回其中性位置。傳感器166可為任何常規(guī)類型，如電容性傳感器，霍爾效應傳感器，光或紅外傳感器或超聲傳感器。
第三，轉子140的外表面上形成的螺紋149的工作方式與前一實施方案相似，即產(chǎn)生一個外圍流體緩沖層起流體軸承作用。這一流體軸承的構成是通過從轉子的下流端將液體吸入，如圖13中轉子左手端處的箭頭In，然后驅動它回流并使其在轉子上游端返回，如箭頭Out所示。通過在轉子140的每端裝一個截留環(huán)160，這一流體軸承還對轉子的軸向振蕩起阻尼作用。例如，當轉子經(jīng)受一個突然增大的推力時(如輸出阻力突然增大或輸入電功率增大)轉子會被迫后移。這就使上游端的截流環(huán)160靠近部件154，因此部分地阻塞回流循環(huán)的出口。輸出減少則導致磁鐵152和154之間的空間內液壓增加(該空間為氣隙172的一部分)，這就會阻止轉子進一步的軸向移動。這一阻尼效果對轉子突然移動起作用，以此保護自由轉子不撞擊泵身。轉子軸向位置的逐漸變化主要是由上述磁對位和懸浮軸承150所提供的力來抗衡。
圖13中還示出管142與第一實施方案相比其厚度增加。這是通過使用輕材料形成一飄浮結構，如使用塑料或樹脂，或使用有槽或腔的金屬材料填入輕材料來減輕其總重量。其目的是使轉子140作為一個整體有與被傳輸液體接近的比重，這樣當泵內充滿液體時，轉子可在液體中“飄浮”。這將有助于使轉子在液體中懸浮并在其懸浮時減少其相對于定子的徑向和軸向振蕩。管形件142在每端的部分143形成液體出入的狹窄口，其作用是增加末端處的液流速度。這是為了減少液流所攜帶的固體顆粒(如砂粒或鐵銹等)進入轉子與定子之間的氣隙172的機會。當液流攜帶固體顆粒到達轉子140的輸入端時(圖13的左手側)，這些顆粒被從氣隙172流出的回流沖到主液流的中央，如箭頭Out所示?；亓鞯沫h(huán)形輸出加入到主流內并進一步增加由部分143所限定的窄入口處的流速。這有助于將固體顆粒帶入空心轉子。一旦顆粒進入轉子，由于它們比液體重，離心力的作用使它們附在流體通道的內表面上并隨軸流向前移動，當它們移到出口端時，部分143的形狀使液流加速并將顆粒沿箭頭S所示的曲線方向“射出”，使它們沒有機會進入空隙172。
圖14示出泵的第三實施方案，它實際上是將第二實施方案改裝為直立使用。因此，本圖中未改變部件的參考號與圖13中相同。當泵100用于直立位置時，防止固體顆粒進入空隙172的要求即不再如此重要并且由部分143形成的窄出入口不再必需。在這種情況下，轉子140須支持在它之上整個液柱的重量所以它承受一個大得多的反向作用力。為補償轉子140承受的液體重量，泵的下端裝有一個附加的磁性軸承190，它包括裝在端蓋130上的環(huán)形磁芯194和線圈195所構成的電磁鐵，以及裝在轉子140上的永磁鐵192。永磁鐵192安排為相對于電磁鐵194不完全軸向對位，這樣電磁鐵通電時永磁鐵192以及轉子140即受到一個向上的磁力以抗衡轉子上液體的重量。顯然轉子的每端上都可再多裝軸承以產(chǎn)生足夠的平衡力。圖14中的安排可用作一臺發(fā)電機，當向下的水流驅動轉子時磁鐵144與線圈126作用將能發(fā)電。如果將其制得小而輕，還可用作流量計。
圖15A到17示出泵200，它有一外殼220和二個端蓋230，每個蓋上帶有一個軸承電磁鐵250，類似于圖13。外殼220內兩個定子210和210’由帶有中央軸承件240的環(huán)形隔離器221分開，這將在以下參照圖17詳述。兩定子限定的圓柱內空間內有由兩個空心轉子260和260’形成的轉子組件，每個轉子與一個對應定子相配，一環(huán)形接頭270將兩轉子互相聯(lián)接。轉子組件內裝有推進機構280。兩定子的電連接(圖中未示出)使它們可產(chǎn)生相同的旋轉磁場驅動兩轉子一同轉動。圖16為轉子組件的透視圖，圖17示出接頭270與兩轉子間聯(lián)接的細節(jié)。每個轉子260或260’的總體結構和軸承安排與圖13所示相似。
推進機構280包括固定在轉子組件兩端的兩個固定環(huán)281和281’和夾在兩環(huán)之間的襯管282；裝在管282內的多個柔性彈性材料制成的螺旋葉片283；繞管282外表面安裝的兩個螺旋彈簧284和286。葉片283的外徑略大于管282的內徑，所以當葉片裝入管內時自然外張與管形成緊密配合。每一葉片283有多個從其外緣沿徑向伸出的栓柱288，均勻地沿葉片長度分布，這些栓柱裝在管282壁上形成的對應槽287中以使葉片與管282保持實體銜接。管282外的兩彈簧284和286為相反的螺旋方向，其中彈簧284與葉片283螺旋方向相同，并且每一彈簧有一端固定在管的一端上而另一端接到連接環(huán)285上，該環(huán)也是可滑動地裝在管282上。這樣的安排允許彈簧和葉片平滑地滑動。各栓柱均與彈簧接觸使葉片受到彈簧的偏壓。在圖15所示狀況下，彈簧284傾向于沿軸向伸張而彈簧286傾向于收縮，這樣它們在葉片上產(chǎn)生一個偏壓合力將葉片推向泵的下游端(即圖15A的右手端)并使葉片處于充分伸展的狀態(tài)。各個槽287的形狀和方向均互不相同并且這組槽的安排方式是它們的長度沿箭頭A所示液流方向逐步增加。這就是說葉片的下游端相對地較“自由”，因為其栓柱裝在較長的槽中使其有更大余地來移動，相比之下上游端的栓柱基本上是固定死的。這一安排的目的是通過允許各栓柱288在不同的槽287中滑動使葉片283在泵工作過程中可被壓縮，同時保持葉片始終與管282嵌合。葉片283被壓縮時，它們傾向于在徑向擴張但這一徑向擴張受到管282的限制。其結果是葉片在兩端受壓時產(chǎn)生扭轉。每個槽的形狀和長度使它能夠容納這一扭轉因素以確保葉片壓縮時的平滑移動。
運行時，當旋轉的轉子組件產(chǎn)生向前的推進力時，流體將產(chǎn)生使葉片壓縮的反作用力。在低負載運行時，這一反向力由葉片的彈性和兩個彈簧284和286來平衡。當反作用力增加到超過一極限時，例如當輸出阻力或輸入動力有一大增加時葉片上的反作用力則會克服所有偏壓力而使葉片被壓縮。發(fā)生這種情況時會使彈簧的偏壓力增大，從而在一個新的位置上達成一個新的平衡。由于這時的葉片被壓縮到一個較小的間距(對照圖15B中的P2與圖15A中的P1)，泵的運行將重新穩(wěn)定為一個較高輸出壓和較小的流率而不影響轉子的轉速。裝有這種可調推進機構的泵可自動并瞬時響應于輸出阻力或輸入功率的變化，從低壓高流率工作狀態(tài)轉變?yōu)楦邏旱土髀薁顟B(tài)，或與之相反，而無須損害其能量效率。這使泵能在很寬范圍的工作條件下運行并在啟動和減速過程中提供平穩(wěn)的運行。當把這種泵用作船用推進器時(例如用在快艇上)這種可調性能即非常理想，因為這時迅速地加速/減速以及在條件變化時的平穩(wěn)過度對良好的操作性能是必不可少的。
圖17中，推進機構280被去除以顯示中央軸承240和環(huán)形接頭270細節(jié)的截面和部分展示圖。中央軸承件240與環(huán)形接頭270的結合同磁鐵264和264’一起提供了磁性和流體軸承效果。為便于理解，這兩個方面分別說明。
環(huán)形接頭270有一個磁性材料(如鐵)制的底環(huán)271，它通過嵌合連接274將兩個轉子260和260’連為一整體的轉子組件。底環(huán)271還作為連接兩磁鐵264和264’的磁橋從而形成一個完整的磁環(huán)，其上有與電磁鐵240的磁芯241的兩個環(huán)形磁極相匹配的對應磁極，其間由一非磁性部件243分隔。運行時，當線圈242通電時，電磁鐵240和永磁鐵264和264’形成一個懸浮對，它們的相應磁極相對形成互為排斥的反對關系，以此將轉子組件“鎖定”在以上說明的中性位置。
液體進入泵的結構內時，它通過槽287進入管282和轉子組件內表面之間的空隙?；h(huán)271有幾行小孔273(在圖16中也示出)，其上蓋有一過濾片272，它可吸收進入空隙的液體。轉子組件開始旋轉時，部件272吸收的液體被離心力通過孔273甩出以形成圖16中箭頭S所示的切線方向的液流。甩出液的這一切向液流被分流部件243內表面上的分流緣244等分為兩個分離的液流，每一液流的寬度為“d”，并由導向翼245或245’引導到相應的螺紋269或269’處以形成由箭頭B所代表的兩個反向軸承流。每一軸承流通道的剩余部分與圖13中所示類似。由于兩個軸承流產(chǎn)生大小相等反向相反的軸承力，它們?yōu)楸３洲D子組件處于其中性位置作出進一步的貢獻。分流緣244每側的寬度d和軸向對位部件217及267的寬度大致相等。運行時，旋轉的轉子組件總是保持在其中性位置每側的一個小軸向范圍d之內，盡管除了該軸承安排外沒有其它實體支持。每當轉子組件被迫從其中性位置偏移時，例如由于軸流造成的反向推力，基環(huán)271也會相對于固定的分流緣244而移動，這使分流緣244一側的孔增加而對側則相應減小。這一變化造成兩個軸承流之間的不平衡，而每一軸承流B下游端的截流環(huán)268和268’的作用使這一不平衡增強。因為平衡點的移動，轉子組件從其中性位置的任何進一步移動將遇到更大的阻力，直至其穩(wěn)定在一新的平衡位置。此外，當轉子組件從其中性位置移動的距離接近于長度“d”時，環(huán)217和267間的錯位將為最大，造成最大的對位力使轉子組件返回其中性位置，并進一步限制轉子組件從其中性位置偏移。還應指出，根據(jù)每一端蓋上安裝的傳感器(圖13中的166)所提供的檢測信號可進行附加的懸浮控制，如上文所述。
泵200可按以下程序組裝。首先，通過在電磁鐵上模壓形成分隔器221并同時形成部件243可將電磁鐵240和分隔器221制成一個部件。然后將兩個定子210和210’裝在模壓件兩側并將三者裝入外殼220以形成筒狀定子結構。此后，將接頭270置于定子結構的空間內并從兩端將兩轉子260和206’嵌接到接頭上以形成轉子組件。轉子組件裝好后，即可組裝推進機構280。先將端環(huán)281’裝在轉子組件一端，然后從另一端滑入管282和彈簧以及葉片。管282由其前端凸起緣289’與環(huán)281’嵌合并由其另一端上虛線289所示的凸棱與轉子260內表面上形成的槽嵌合，這樣轉子組件可帶動管282轉動。然后將環(huán)281固定在另一端。最后將端蓋230裝在外殼上完成組裝。
圖18示出第五實施方案的泵300。圖19A是圖18中軸承機構380的放大圖；圖19B是沿圖19A中線B-B所取的軸承機構380的截面圖；圖19C是圖18中推進器350的截面圖；圖19D是沿圖19C中線D-D所取的推進器350的截面圖。泵300為直立式。它有外殼320，上蓋330和基座340。外殼320內有定子310，它有軸向對位環(huán)317，如同對圖13的說明，和一個轉子組件，其構成包括一空心轉子360，連在轉子底端的推進器350以及裝在轉子內靠近其上端的樞軸承機構380。一支撐桿370(圖中未示出其截面)也裝在轉子內從底座340延伸到軸承380。
更具體地說，外殼320有一圓柱部分限定了容納定子310和轉子360的上電機室和一擴展的下部326，它與基座340共同限定容納推進器350的推進器室。外殼320的圓環(huán)部分324將兩室分開并構成定子310的支撐。圍繞部分326的下部有液體輸入孔328，其上蓋有過濾層391?；?40有一個大體為錐形并伸入推進器室的中央部分342，它與外殼部分326限定一個環(huán)錐形內空間，容納類似形狀的推進器350?；?40還有可調支點以保持泵身直立?；系囊后w輸入孔344蓋有第二過濾層392。使用過濾層391和392的目的是防止固體顆粒進入泵內損壞流體軸承的螺紋和表面。當泵用于清潔液體、高粘液體或糊狀物時，無需過濾層。底部342的中央有一圓柱形凸臺，它有截面為多邊形的中央孔346，用于容納桿370的底端，以下將進一步說明。截流環(huán)348裝在圓柱凸臺上以產(chǎn)生流體軸承作用，也將在以下將進一步說明。端蓋330與前述實施方案相似，其頂部有螺紋332用于連接管道或軟管。
轉子360與圖14中相似，它有磁鐵364和與定子310相匹配的軸向對位環(huán)367，推進液流的內螺旋葉片366，構成流體軸承的外螺紋369和裝在頂端的截流環(huán)368?？招霓D子360內裝有支撐桿370，其上有螺旋葉片372，它的螺旋方向與葉片366相反。桿370的下端有一多邊形接頭嵌接在底座340的多邊形孔346內使桿不能轉動。桿的上端裝有極硬材料的軸承座376，與樞軸承380的尖端形成萬向支點。
在圖19A和19B中，軸承機構380包括環(huán)381，其上有多個同轉子端部362嵌接的連接齒384。齒384保證環(huán)381固定在轉子上使機構380作為一個整體在泵的運行中與轉子一同旋轉。中央部分383由多個連接部件382連到環(huán)381上。當轉子轉動時，這些連接部件還起推進葉片的作用。中央部分383有一六邊形孔容納相同截面形狀的栓385，使其與轉子一同旋轉。栓385由其上端的螺帽固定并由彈簧388將其推向下端。栓385下端的尖部386由極硬材料制成，如陶瓷、玻璃或超硬合金，以此與類似材料的軸承座376形成單點軸承接觸。使用彈簧388保證尖端386總是壓在底座376上，這樣盡管轉子組件作為一個整體可有小程度軸向移動，如圖18中的距離“d”，仍可避免它在負載或驅動電流突然變化時與軸承座直接沖擊。應注意，運行時除流體軸承和對位安排的作用外，由部件380、360和350構成整個轉子組件單獨由尖端386支撐在底座376上，它提供了高穩(wěn)定、低磨損和低旋轉阻力的萬向支點。因此這一方案中未使用磁性軸承。
圖19C和19D示出推進器350的細節(jié)，它通過嵌合環(huán)358固定在轉子360的下端，與其一起轉動。嵌合環(huán)本身可做成一分離部件然后由類似嵌合安排固定到推進器上。嵌合機構可類似于圖19A所示環(huán)381的構造。推進器350有一空心錐體352，其上帶有外葉片354和內螺紋356。葉片和螺紋的螺旋方向相同，這樣當推進器與轉子一同旋轉時，葉片356產(chǎn)生由孔328到轉子的向上液流，與此同時螺紋356亦產(chǎn)生向上軸承流使推進器“漂浮”在底座部分342的外表面上。該軸承流最終被迫流過截流環(huán)348并通過圓柱部分357的內表面與底座340的中央突出部外表面之間的環(huán)形空隙進入空心轉子。這樣，當轉子組件以穩(wěn)速轉動時，由螺紋369在轉子的外表面形成的液體軸承流以及由螺紋356在錐體352的內表面形成的軸承流將產(chǎn)生聯(lián)合的軸承作用使整個組件“漂浮”并得到潤滑，因此而顯著地減少樞尖386承擔的負載。
運行時，一旦轉子360在定子310產(chǎn)生的磁驅動力作用下開始轉動時，它將帶動推進器350和軸承機構380共同旋轉。由孔328和344吸入推進器室的液體受到葉片354和螺紋356的作用力向上流動并進入空心轉子，在此又受到轉動葉片366和桿370上的固定葉片372的作用而向上流動。用于葉片372的螺旋方向與葉片366相反，它們的共同作用是減少在它們之間流過的液流的渦流成分并增加向上的推動力，因此產(chǎn)生顯著增加的輸出壓。這一向上液流進一步受到推進器350上的葉片359以及軸承380的葉片382的促進作用，這兩組葉片均與轉子一同轉動。
當負載或電輸入有一突然變化時，轉子組件會趨于軸向移動。這一趨勢由樞軸承380的彈性軸承力以及兩個截流環(huán)348和368來補償。例如假設連接到頂蓋330上的軟管在輸出壓作用下破裂而使輸出壓突然下降，整個轉子組件將不可避免地向上移動，這種情況下截流環(huán)368將阻塞轉子360外表面上液體軸承的液體入口，同時由下截流環(huán)348限定的空隙將增大很多以至推進器350內表面上的螺紋356將不能產(chǎn)生軸承作用。這就是說，兩個液體軸承均停止產(chǎn)生向上的軸承力所以整個轉子組件將移動到一個新的平衡位置。當轉子組件下移時(例如由于輸出壓增大)，以上安排以相反方式工作使系統(tǒng)自動平衡。由于泵300有兩組液體輸入孔328和344，它可很方便地用作一個混合泵，將孔328用于主液流而孔344用于添加第二成分使其在空心轉子與主液流充分混合。它還可用在主液流為高粘性或粘稠混合物的情況下，這時可通過孔344將潤滑劑或稀釋劑注入以使系統(tǒng)得到潤滑并減小流動阻力。該泵所有的結構部件，除電或磁部件以及高硬度的萬向軸承尖和基座外，均可用模壓塑料或樹脂制作，易于實現(xiàn)高精度和低成本。
圖20示出第六實施方案泵400的截面圖，該泵有一個外殼420，內裝由分隔器421隔離的兩個定子410和410’以及兩個轉子460和460’，均裝在兩端蓋430和430’之間，每個端蓋帶有一萬向軸承480和480’。總地來講，定子/轉子組合410和460的工作方式與圖14中所示相似，即在它們之間形成有液體和磁性軸承以及磁性軸向對位安排。定子/轉子組合410’和460’的運行與之類似。轉子460’的新特征包括與螺旋葉片466’以及空心轉子一體化的中央推進桿470’。桿470’有一多邊形孔，其上端與中央推進桿470的連接部474嵌合，該桿與圖18中所示中央桿370相似?？招牟考?70’的下部與端蓋430’所支撐萬向軸承480’的基座相嵌合，而推進桿470的上端帶有裝在端蓋430內的另一萬向軸承480的軸承座。這就是說，推進器桿470和整個轉子460’的組合體是“卡”在兩個軸承480和480’之間并共同旋轉。軸承480和480’的結構類似于圖18A和18B所示的軸承380，除外沿軸向安排的連接部件382，它們不起推進葉片的作用。
運行時，轉子按箭頭“R”的方向轉動，產(chǎn)生方向“A”上的軸流。另一方面，轉子460’和桿470在底部箭頭“r″所示的相反方向轉動并產(chǎn)生方向″a″的軸流。這一安排保證兩組螺旋葉片總是抵銷彼此對液流產(chǎn)生的渦流作用而同時增進相同的軸向驅動力。這就是說，在不損失流速的情況下，可達到顯著增進的輸出壓。轉子460’的制造方式可以是首先制作中央推進器470’以及一體化的螺旋葉片466’。它可以制成內表面上有螺旋槽的分離部件，該槽與葉片466’的外緣匹配。然后通過將葉片旋入槽內使推進器470’裝進轉子460’?？捎谜澈蟿⑷~片466’粘在轉子體內。由于這些部件可很容易地用塑料或樹脂來制造，成本很低。泵400適用于形成流率穩(wěn)定的高壓流束。在高壓應用時，可將多個泵簡單地連接起來。由于其結構緊湊，它可很方便裝在管路的出口處，使整個管線傳輸流體介質時以較低的內壓運行，這樣使用和維護高壓管路以及結構的成本均得以避免而無需降低操作要求。工業(yè)應用本申請中公開的各個簡單并高度對稱的結構使它們適合于大批量生產(chǎn)和高水平的質量控制，因此使單件成本很低。端蓋和外殼應由非磁性材料制作，如不銹鋼，銅，塑料或纖維增強樹脂。與此類似，轉子的管狀部件聯(lián)同推進葉片也應由非磁性材料制作，螺旋葉片可先制成一個分離部件，然后焊到管內或圍繞其鑄成或模壓形成管狀。另一方法是將整個結構鑄造在一圓柱形模具上，上有螺旋槽以形成葉片，然后將成形產(chǎn)品從模具上旋下還可用一連續(xù)鑄造工藝形成有內葉片的長管，然后將其切為所需長度成為管形轉子部件，如圖11中所示，葉片的數(shù)目，高度h，螺距p和推進角α均可改變或調整以適應不同應用的需求。
轉子內葉片的構造提供了一個無阻塞結構，它可推進得以進入管路內的任何物體在其自身中通過，因此它適合于范圍廣泛的應用，特別是用于處理帶有較高固體成分的液流，例如用作船用推進器，泥漿泵，污水泵，驅動或注射糊狀或高粘度混合物的專用泵等等。相對較長的螺旋葉片可在整個長度上使應力均勻分布，使它能承受較大負載而不造成應力過高。由于該泵可以是全密封式，它還適合于潛泵應用或無滲漏應用。此外，由于泵的形狀可大致地與一段管道相同，這類泵可很容易地裝在已有管路的任何一個所需的位置上，并且多個泵可在同一管路上串聯(lián)以增加總的驅動力，或可將其中一個或數(shù)個閑置作為備用泵。當一個閑置泵裝入管路后，其轉子可自由轉動因而不會對通過其中的液流產(chǎn)生顯著的阻力。液體軸承螺紋也可在定子內表面形成，用于取代轉子外表面的螺紋或與其共同起作用。但是，從機加工的角度來講，將它們做在轉子外表面上較容易。在以上說明中，“螺紋”一詞應當解釋為既包括突起的棱也包括凹槽。凹槽比較容易制作并也可產(chǎn)生滿意效果，特別是當它們由彈性材料制造。值得一提的是在附圖中軸承螺紋的大小有些夸張，以便與于識別。實踐中它們可以很小以保證活動部件之間的緊密配合。在較小的泵中，磁懸浮軸承150可由相互排斥的兩個永磁鐵構成，而不用電磁鐵154。這可減小功耗和重量。
以下說明根據(jù)本發(fā)明第三個總的方面的各實施方案的細節(jié)。
圖21中，制冷系統(tǒng)10有分別由虛線框100，200，300，400所代表的四個功能單元，每個功能單元中有一不同的工作介質，而它們相互間通過熱偶合形成一個串級熱傳輸鏈。系統(tǒng)10中還包括與各方框電連接的控制單元500。
方框100是由一蒸汽壓縮回路形成的主制冷機構。它包括壓縮機組件110，凝集器120，兩者均裝在一冷卻柱310內，干燥器130，擴張閥140，位于儲冷庫210內的蒸發(fā)器150，以及蓄積器160。除了壓縮機組件110和凝集器120外，回路100的其余部件均可用已有商用部件。方框200代表在熱絕緣和密封的空間內的一冷凍液循環(huán)回路。該回路包括儲冷庫210，其內存有抗凍液并使上述回路100的蒸發(fā)器150淹沒在其中。其流體通道的構成包括輸出連接220，循環(huán)泵230和回流連接240，它回連到儲冷庫210。方框300是由一冷卻劑循環(huán)回路構成的冷卻機構，它包括一冷卻柱310，壓縮機320，它連接在柱310的冷卻劑出口和方框400內的冷卻劑通道330的輸入端之間。方框400為一儲熱庫。通道330的輸出端經(jīng)管340和控制閥350連接到柱310的冷卻劑輸入端。控制單元500分別經(jīng)由控制線501連接到壓縮機組件110，控制線502到抗凍劑循環(huán)泵230，控制線503到壓縮機320，控制線504到控制閥350，以及信號線505，506，507，和508到傳感器511，512，513和514，分別裝在儲熱庫400，封閉空間200，儲冷庫210和冷卻柱310內。
總地來講，在串級系統(tǒng)10中熱量是從其右手側，即方框200側傳向其左手側，即方框400，并在此擴散到環(huán)境空氣中去。本發(fā)明的基本概念是使主制冷機構100兩側的熱交換均得到改善，它既包括熱接收側，即吸收熱量的蒸發(fā)器150，也包括熱排斥側，即排出熱量的組件110和凝集器120。運行時，蒸發(fā)器150將冷能(即負熱能)直接傳輸給儲冷庫210內的抗凍液，然后抗凍液在由泵230驅動的強制對流作用下將冷能擴散到空間200的內存物(即當其用作冷凍箱時)或在其用于空調機時擴散到氣流中去。因為所用液體的主要成分為水，與空氣相比其導熱性要好得多并有更高的比熱，這一安排工作起來要比用蒸發(fā)器通過熱傳導和自然對流直接冷卻空氣要好得多。另一方面，由壓縮機組件110產(chǎn)生的熱量被直接傳輸給冷卻柱310內的冷卻劑，這再次提供了比將熱量直接排放到環(huán)境空氣中更有效的熱傳輸方式。由于回路100所釋放的熱量被用于在回路300中造成冷卻劑溶液的循環(huán)，而該溶液具有可揮發(fā)成分和/或吸熱鹽成分，這樣冷卻回路300可通過蒸發(fā)潛熱的形式將壓縮機組件110產(chǎn)生的熱量帶走，這比用顯熱的方式將熱量帶走更有效，并且它還可引起鹽的吸熱溶解使凝集器120內的制冷劑冷卻，因此使整個熱交換進一步改進。
由于上述有益作用是通過利用按常規(guī)方式排放到環(huán)境中去的廢熱來產(chǎn)生，這使整個能量消耗降低。
任何超額熱量將暫時存在儲熱庫400中，利用其作為熱緩沖器以確保系統(tǒng)在正常運行時各部分均不會過熱。由于有了這一熱緩沖器，雖然壓縮機組件是間斷性工作，系統(tǒng)作為一個整體可持續(xù)地釋放熱量。由于冷和熱兩側的效率均得到改善使其不再需要很大的熱交換面積，回路100的實際尺寸可顯著的減小，這使每一壓縮循環(huán)中制冷劑實際流過的循環(huán)路程的長度大大減小。這意味著整個流動阻力被減小，因此，進一步改善效率并降低成本。最后，由于回路的尺寸被減小為最小，回路內所需制冷劑總量也減小，這樣，當系統(tǒng)中使用對環(huán)境無害但有毒或可燃性制冷劑時，如氨或內烷時，減小制冷劑總量使其易于達到安全要求。以上對本發(fā)明的基本概念所作說明參照了一個蒸汽壓縮式主制冷機構。然而，同樣的原理也可用于其它制冷機構，如吸收式，熱電式(利用怕爾帖效應)或磁性制冷(利用熱磁效應)。壓縮式制冷為優(yōu)選方案，因為它是迄今為止能量效率最高并且在現(xiàn)存系統(tǒng)中應用最廣泛的方式。
在以下說明中，方框200的細節(jié)將參照圖22A到22C予以說明，儲熱庫400參照圖23A到23C，冷卻柱310參照圖24A到24C，除霜安排600參照圖25A到25B，控制方法在流程圖26中展示。
圖22A是沿圖22B所示平面A-A所取的截面圖，圖22B是沿圖22A中平面B-B所取的截面圖，而圖22C是沿圖22B的平面C-C所取的截面圖。圖22A中，凍箱200有一絕熱箱體201，絕熱門202和用于支撐物品的多個格架203。為了易于展示，冷卻柱310被示為附在箱體201的背后，實際上它可以裝在箱體201的隔熱墻內，如圖22B所示，儲熱庫(熱庫)400是在凍箱200的頂上，但它也可在其它位置。例如，在一較大的系統(tǒng)中，更實際的方法是將熱庫裝在室外以達到最大能量效率。柱310通過壓縮機320連接到庫400內的冷卻劑回路330，該回路再經(jīng)管道340和一個溶液收集器341連接到柱310的底部。收集器341的位置使其能夠維持柱310內的適當液平面，如下文詳述。壓縮機320安排為與熱庫400熱聯(lián)接，這樣它在運行時產(chǎn)生的熱量由庫400內的儲熱物質所吸收。控制單元500裝在凍箱200的前表面頂部。
在凍箱200內，儲冷庫(冷庫)210裝在其內空間的頂壁上，該冷庫210有一導熱材料制成的底壁211，其上裝有蒸發(fā)器150這樣它們形成一整體化的冷發(fā)生部件。冷庫210內裝有冷凍劑212，將蒸發(fā)器150淹沒。冷凍劑212可以是商業(yè)銷售的防凍劑溶液。通過控制該溶液的濃度可以保證冷凍劑的凝集點要比凍箱內應維持的溫度要低幾度。這樣就可以通過將凍箱內的溫度有意地降低至其凝集點以下使冷凍劑用作儲冷材料。值得一提的是，一旦開始形成冰結晶，剩余的冷凍劑液體將有更高的抗凍化合物成分因此其冰點更低。也就是說，冷凍液不像純水那樣有一單獨的冰點，與之相反它是在一個溫度范圍內凝集。最終該溶液將凍結為一冰糊并在其內儲存潛冷能。這一冷能在冰糊溶化時釋放出來。冷庫210上部有一頂空間以容納冰糊凍結時的體積膨脹。為了下文所述的控制目的，液體的溫度由箱210內的熱傳感器513監(jiān)測，而凍箱200內的空氣溫度由傳感器512監(jiān)測。在冷庫210下裝有一深凍/除霜系統(tǒng)600。
圖22B和22C中，在包括門202的內表面在內的四個側壁上均形成了循環(huán)通道220，將冷庫210連接到箱體201的底壁上形成的收集室221。門內表面上形成的通道220是由軟管225(圖22B中示出其中一根)連通，這樣門的移動不會影響冷凍液的循環(huán)。一小型循環(huán)泵230與收集室221相連并將其內的液體經(jīng)管道240返回冷庫210。泵230和管240埋在箱體201的隔熱層中。圖22B中還示出兩個縱向的拐角通道633，它們構成空氣循環(huán)通道。箱體201和門202可由模壓塑料材料制成，最好用充氣塑料以提供良好的強度和隔熱性能。通過形成多個內棱204可增加強度并且還為發(fā)泡隔熱材料提供良好的附著部位。泵230可以是任何常規(guī)類型，但優(yōu)選方案為以上對本發(fā)明的第二個總的方面所述的小型無阻塞軸流泵。
如圖22C所示，通道220是由一平板上形成的通道部件223所限定，它也是由模壓塑料材料制成，并覆蓋有一柔性膜222，它最好是有至少一層金屬箔層的疊層材料。通道的中央形成了一個中央支持件224以增強柔性膜對通道底部的附著力。部件223和224對通道220內的液體重量提供了主要的支撐力，它使柔性膜222所承受的應力減小。以這一方式，徊形通道220形成了一層抗凍液221使凍箱200的整個內表面均得到覆蓋。在一大型系統(tǒng)中，格架203上也可形成這種通道，以進一步增加熱交換面積的總和。通過使用極薄并導熱的柔性膜222，通道220的液體212與凍箱200的內空間之間形成了一個良好的熱交換表面。另一方面，膜222的柔韌性能使其很適合于在如上所述的儲冷方式時應付液體凍結時的膨脹。由于疊層膜222有塑料表層，它能保護其金屬箔層不受防凍劑的潛在腐蝕作用。這類薄膜已用于例如食品，和飲料包裝，它們可以通過黏合劑或熱粘結容易地固定到支撐部件223和224上，無論是否使用其它固定裝置，由以上說明可看出，除了冷庫210，蒸發(fā)器150和除霜系統(tǒng)600之外，整個箱體201和門202均可由模壓塑料制成，因此具有更好的隔熱性能和更低的制造成本。它還使整個箱體在其工作壽命之后更易于再生使用。
圖23A和23B為俯視圖，示出圖22A的熱庫400的兩個實施方案。這兩個方案的區(qū)別是圖23A示出一S形蒸汽通道330而圖23B為一盤旋通道。圖23C為沿圖23A中平面C-C所取的截面圖。如圖23A到23C所示，熱庫400有一基本上扁平的外殼，它由兩個殼身部件401構成，兩者在機構上可完全相同。每一部件401有多個外棱402和內部分隔墻403，它們將庫400的內部分隔為多個室(如圖23A所示)或是一個中央室401’和一外盤旋室，如圖23B所示。使用時中央室401’提供一熱區(qū)，可方便地用于將從凍箱中取出的冷凍產(chǎn)品解凍。冷卻劑回路330由兩片柔性導熱膜332構成，它們可以是類似于圖22C中所示膜222。兩片膜332被夾在兩外殼部件401之間并由一支持部件331所分開，該支撐部件可以是一根帶孔的管道或是一螺旋線圈。支撐部件331的作用是使兩片膜332分開以防止低壓時通道330被封閉，如下文所詳述。外殼401的內表面上形成了多個內棱404，以此增加其強度并在膜332受其內壓而膨脹時對其提供支撐，如圖23C中的虛線所示。每個室中充有相變儲熱物質410，用于通過膜332而接收熱量并以顯熱以及當溫度升至其熔點時以溶解潛熱的方式存儲該熱量。
庫400的熱存儲容量應足夠大以能應付熱天的需要。為了增加庫400的存儲容量和熱交換效率，最好在不同室內使用不同的儲熱材料，這樣通道330的蒸汽入口端的室內材料的相變溫度(熔點)可高于通道下游端的材料。在這樣的安排中，沿通道330可形成一溫度梯度，使每個室均可在一定溫度范圍內從蒸汽流中吸收熱量，使熱量沿通道330的整個長度均勻分布。為了控制目的，溫度是由掩埋在儲熱材料中的傳感器511監(jiān)測。輸入端的相變溫度可設為75℃左右，它低于柱310的蒸汽溫度，而輸出端可設為30℃左右，它應高于實際可遇到的環(huán)境高溫，以保證夏季高溫時儲熱材料不會從環(huán)境空氣中吸收熱量。通過選擇不同的儲熱材料，可很容易地調整這些溫度值以滿足不同氣候條件的需求。為了這一目的，很多材料可用在熱庫400中，它們可以是水合無機鹽以及它們的共晶混合物或可逆鹽對，適當?shù)睦影下然}(熔點29℃)；十水合硫酸鈣(熔點32℃)；四水合溴化鈣(熔點33.8℃)；六水合溴化鈣(熔點34.3℃)；六水合硝酸鋅(熔點35℃)；十水合碳酸鈉(熔點35℃)；十二水合磷酸氫二鈉(熔點35.5℃)；五水合硫代硫酸鈣(熔點50℃)；三水合乙酸鈉(熔點58℃)；和八水合氫氧化鋇(熔點75℃)。
當庫400為低溫時，即所有儲熱材料均為凝固狀態(tài)時，儲熱材料410上方形成圖23C所示的真空區(qū)420，這是用于應付通道330的膨脹，如虛線332’所示。通道330上下兩方的空間有流體連通以允許材料410溶化時可在每一室內流動。這時通道330內為低氣壓使熱庫準備好接收來自柱310的蒸汽輸出。蒸汽進入通道330后便凝結在膜332的內表面并將熱量主要以溶解熱的形式傳遞給儲熱材料410，并最終通過導熱外殼401及其內脊403和404和外棱402以自然對流方式將熱量釋放到環(huán)境空氣中。外殼可由金屬材料制作，但為降低成本，也可由塑料模壓制成外殼401然后覆以導熱涂層或金屬膜以增加其導熱性能。內脊和外棱相互交叉的構型保證外殼有足夠的機械強度以承受內壓的變化，同時起散熱翼片的作用。外殼壁可相對較簿以增加導熱性能。使用塑料材料的優(yōu)點還包括可防止儲熱物質410的腐蝕作用。同樣，主要的考慮是提供高效、低成本和可再生利用的結構。
圖24A是冷卻柱310的一個實施方案的截面圖，其內的壓縮機組件310僅示出外形，不是截面圖。圖24C是另一實施方案的局部圖。圖24B是沿圖24C中平面B-B所取的截面圖。圖24A中，冷卻柱有一管形外殼310。外殼310的上端是與壓縮機320相連的一蒸汽輸出口，下端是通過控制閥350與收集器341連接的冷卻劑輸入口。外殼310內安排有壓縮機組件110，其上端與覆蓋有隔熱層109的抽氣管108連接，該抽氣管連至蓄積器160，而其下端則與凝集器120連接。該凝集器由一金屬螺旋盤管構成并連至干燥器130，如圖21所示。在蓄積器160和管108之間可附加一壓縮機對制冷劑預加壓，使其在進入外殼310之前溫度和壓力均升高。
壓縮機組件110包括一系列的壓縮機110A、110B和110C以及用于容納加壓制冷劑的室111A、111B和111C。它們形成一多極系列使制冷劑在其中逐步被加壓。壓縮機110A到110C最好為以上結合本發(fā)明第一個總的方面所說明的自由活塞式壓縮機。壓縮機110A與室111A連接，后者再連至下一級壓縮機110B并依此類推。它們的外表面可由同一個導熱材料制成的圓筒部件構成，以達到良好的熱交換。每個室111A至111C中可形成內部翼片，如圖24B所示，以進一步增進熱交換效率和機械強度，這樣圓柱部件的壁可相對較薄。壓縮機的數(shù)目可以改變以滿足不同制冷劑或不同應用的要求。這就是說，整個安排對滿足不同要求有高度靈活性。
組件110從上至下依次裝有以下部件端蓋115、環(huán)圈114、環(huán)繞室111A的內熱交換部件117、從壓縮機110B向下伸展到室111C的螺旋翼片116、其下連接到凝集器120。傳感器514裝在靠近翼片116上端處。如圖24B所示，四個熱電部件112沿圓周裝在內熱交換部件117的外圓周表面與外熱交換部件113的內圓周表面之間。內熱交換部件有向內伸展的翼片以形成與室111A的熱接觸，而外熱交換部件有沿徑向外展的翼片。它們的功能將在以下說明。管型外殼310內靠上端處有一蒸汽分離器311，它是一塊有空隙或通孔的板，可允許蒸汽通過但不許蒸汽攜帶的液滴通過。熱交換部件113的下方有一導流部件312，它有一管狀部分316，其上端有領圈313和在管狀部分316外表面上形成的多個平行排列的螺旋翼片315。外殼310的底端裝有噴嘴352，其內有一單向閥351使冷卻劑可流出但不能返回。顆粒分離器353蓋在噴嘴352上，其作用是作為一過濾器允許從噴嘴流出的液體通過但不允許固體顆粒進入噴嘴。
所用冷卻劑最好是由氨的水溶液(氨水)溶解一種或多種吸熱鹽構成?？蛇m用的鹽包括硝酸銨、硫氰酸鉀、氯銨、硝酸鉀、尿素、等等，以及它們的混合物。氨水的濃度為在常溫時低于其飽和濃度，即在濃度范圍20-35wt％，其確切值可根據(jù)當?shù)貧夂驔Q定。硝酸銨與尿素的混合鹽為優(yōu)選方案，因為它們的價格很低(兩者均為普通化肥)?；旌弦褐羞€可加入二氧化炭以增加其可揮發(fā)成分。
從運行角度看，柱形外殼310的內空間分為以下功能區(qū)。首先，其頂部形成一蒸汽室301，其內氨和水的混合蒸汽可上升到蒸汽出口，蒸汽室301的下方是沸騰區(qū)302，由熱電部件112和外熱交換部件113構成。沸騰區(qū)302之下的空間由導流部件312分隔成外部析出區(qū)303，它是外殼310與導流部件上管狀部分316之間的環(huán)形空間，和內部蒸發(fā)區(qū)304，它是管狀部分316的內表面與壓縮機組件110的外表面之間的環(huán)形空間，并且該區(qū)向上延伸到帽115。導流部件312的下方為鹽室305，其底部連接冷卻劑輸入噴嘴352。
以下參照附圖23A至23C、24A和24B說明回路300的運行。壓縮機組件110開始工作時，它從抽氣管108將氣化制冷劑吸入并通過壓縮機110A至110C以及室111A至111C的系列將制冷劑逐步壓縮。在這一過程中，由于氣壓增加組件110和凝集器120的溫度開始上升。與此同時閥門350打開允許收集器內的氨水通過噴嘴353進入鹽室305并形成向上液流直至液面達到沸騰區(qū)302的下部。由于供應溶液的收集器341的相對縱向位置，液面穩(wěn)定在沸騰區(qū)302內。
在這一過程中室305內一定量的鹽顆粒被氨水溶解并產(chǎn)生吸熱作用使鹽室溫度降為0℃左右，因此室305內的部分凝集器盤管120受到冷卻使其內的制冷劑有效地凝集為液體，盡管盤管的總長度很短。
鹽室305內形成的飽和鹽溶液向上流入由導流部件312的內表面限定的內蒸發(fā)區(qū)304。一旦這一向上液流與凝集器120的上游部份以及壓縮機組件110相接觸，由于如上所述這些部件溫度較高，該飽和溶液的溫度也開始升高。其效果是一方面氨在溶液中的溶解度下降，使氨氣開始蒸發(fā)(如內蒸發(fā)區(qū)304中小圓圈所示)，而另一方面，它使鹽的溶解度升高而飽和度降低使它仍溶解在液體之中，盡管氨揮發(fā)后鹽的相對濃度提高。由于螺旋熱交換翼片116的存在，內蒸發(fā)區(qū)304中的冷卻溶液的向上液流與壓縮機組件110有極為良好的熱接觸，并使后者得到冷卻。從組件110傳輸給區(qū)304中的冷卻液流的熱量造成沿著流體路徑的溫度增加，因而使更多的氨蒸發(fā)，形成一強氣泡流。最后這一氣泡流通過內熱交換部件117與室111A之間的空隙，并由帽115向下導入沸騰區(qū)302。這一氣泡流的溫度由傳感器514持續(xù)監(jiān)測，這樣圖21中的控制單元可通過控制閥350調整流速，并調整通過熱電部件112的電流以保持組件110的溫度穩(wěn)定，以此來補償負載的變化。
氣泡流中的蒸汽直接升入蒸汽室301，如圖中小圓圈所示，而從端蓋115流出的氣泡流中的液體部分進入沸騰區(qū)302。沸騰區(qū)302內的外熱交換部件113與熱電部件112的熱端保持熱連接，以接受由它們的怕爾帖效應而從室111A經(jīng)內熱交換器117傳遞的熱量，如圖24B所示。作出這一安排是為了維持外熱交換部件113升溫到冷卻溶液的沸點，同時這也是整個柱310內的最高溫度，這樣沸騰區(qū)內相當數(shù)量的水分被蒸發(fā)。由于區(qū)302內的高溫，溶液中鹽分的溶解度進一步提高以此在部分水蒸發(fā)后形成很高鹽濃度的溶液。這一濃溶液比在其下方的外析出區(qū)303內的溶液比重高，這使它通過導流部件312的領圈部分313上形成的通孔314而下沉。高濃溶液進入?yún)^(qū)303后，它由翼315的引導向下流動并同時通過薄壁316將熱量傳給內區(qū)304中的液體。隨著該溶液在下流過程中逐步被冷卻其鹽分的溶解亦下降并開始形成鹽晶體顆粒，如區(qū)203中小加號所示。這些顆粒首先降落到翼315的斜坡表面上然后下滑進入鹽室305并在新一次鹽循環(huán)周期中由流入的氨水再次溶解。
由以上說明可見，在單元500基于傳感器514的檢測值所作出的控制下，在內蒸發(fā)區(qū)304，沸騰區(qū)302，外析出區(qū)303和鹽室305之間進行著一個動態(tài)循環(huán)。因此可在約為0℃的鹽室305和約為100℃的沸騰區(qū)302之間形成一個穩(wěn)定的沿柱310軸向的溫度梯度。這是由于區(qū)304中的螺旋翼片116以及區(qū)303中螺旋凸緣315的緩流作用，它防止了每個區(qū)內由渦流造成的液體混合。導流部件312由模壓塑料制成以形成凸緣315，它與筒壁316相比相對較厚，而壁可由導熱材料制成，例如可環(huán)繞一金屬管316模壓形成凸緣315。這樣可促進外區(qū)304和303之間沿徑向的熱交換而降低每一區(qū)內沿軸向的熱交換。柱外殼310由塑料制成并有一熱反射的內表面，所以它提供良好的熱絕緣以幫助維持其軸向的熱梯度。由于以下兩個相互支持的因素，減少了運行中的能量損耗，使系統(tǒng)的效率顯著改善。首先，整個壓縮序列受冷卻劑流的冷卻使壓縮機損失減小同時在制冷劑進入凝集器120之前從中帶走相當?shù)臒崃?。第二，鹽室內的冷卻作用使凝集器中制冷劑的凝集壓降低，因此減少了系統(tǒng)中的凝集損失和節(jié)流閥損失。凝集壓下降還使利用對環(huán)境無害的制冷劑變得實際可行，例如使用二氧化碳或無水氨，它們本來只能在高得多的氣壓下凝集。
在柱310的頂端，蒸汽室301內氨和水的混合蒸汽在壓縮機320的抽吸作用下形成一向上氣流，該壓縮機可與組件10中的壓縮機為同一類型。壓縮機320與熱電部件112之間形成了一個互補的關系，它們通過在室301內維持一低氣壓而促使水蒸發(fā)，它還降低了沸騰區(qū)302內鹽溶液的沸點使部件112的效率改善，反之部件112也改善了壓縮機的效率。
參見圖23C，當混合蒸汽進入通道330時，其中的水分首先在柔性膜332上凝集并將熱量釋放給儲熱材料410。然后凝集水將吸收氨蒸汽以形成氨水。這一過程緩解了通道330內的氣壓增加使后來的蒸汽可繼續(xù)進入。通過使用柔性膜332，通道330可在蒸汽壓作用下膨脹并增加其總的熱交換面積，并由此增加水的凝結和氨的吸收。氨的吸收是一放熱過程，其釋放出的熱量傳遞給儲熱物質410。最后，通道330中形成的氨水經(jīng)連接管340流入收集器341以進行下一周期的溶液循環(huán)。為了促進回流，熱庫400向通道330的輸出端傾斜使回流主要是靠重力完成。然而實際的流速是由閥門350在單元500的控制下來決定。
當凍箱內的溫度低于一預定值使壓縮機組件停止工作時，閥門350被關閉而停止氨水溶劑的流入。同時壓縮機320被切換到一低功率運行狀態(tài)而容許混合蒸汽流出，這樣柱310中的冷卻液由于進一步的蒸發(fā)而逐漸冷卻。這還使更多的鹽分析出并下沉到鹽室305。與此類似，熱庫400通過將儲存的熱量散發(fā)到環(huán)境空氣中而冷卻，使通道330內的蒸汽凝結和溶解并在通道內產(chǎn)生低氣壓。由于壓縮機320在持續(xù)運行，這時它的作用更類似于一個活性單向閥并且耗能很低，它在蒸汽室301內造成一低氣壓，進而造成更多的水分蒸發(fā)，因此使柱內部進一步冷卻，盡管柱殼310本身提供了良好的熱絕緣并防止通過其外壁散熱。單向閥351和控制閥350有助于防止鹽粒進入管道340。在這一最終狀態(tài)下，絕大部分的鹽均以固體顆粒的形式聚集在鹽室305內而大部分溶劑，即氨水，聚集在通道330和收集器341內。由于庫400和收集器341的溫度將最終接近于環(huán)境溫度(室溫)，它們收集的氨水將低于飽和濃度，即形成一個弱溶液以便于在下一個階段吸收氨蒸汽。當壓縮機組件110按間斷式并且是以相對較短的工作期而較長的閑置期的方式工作時，以上方式將非常有利。因為氨主要是在工作期內蒸發(fā)而水分則在全部時間內蒸發(fā)。
圖24C示出冷卻柱310的第二實施方案，這一方案與圖24A的區(qū)別在于閥門件115’，支持件118和彈簧119所形成的閥門組件以及裝在導流件312的領圈部分313之下并覆蓋通孔314的閥門瓣319取代了圖24A中的帽115。運行時，閥門件115’由彈簧119加壓使內蒸發(fā)區(qū)304封閉，與此同時閥門瓣319將通孔314封閉。換一方式，部件115’也可由磁力吸引，有無彈簧119均可。這就是說，沸騰區(qū)302和蒸汽室301均與內外兩區(qū)304和303分隔，這容許壓縮機320的作用形成一低氣壓。這一低氣壓與沸騰區(qū)內熱交換部件113的高溫共同作用促使水分蒸發(fā)以使適當比例的水蒸汽與氨氣一同進入熱庫400并形成氨水。在這一時期內，內蒸發(fā)區(qū)304內形成一高氣壓，它與蒸汽室301年的低氣壓共同作用下將最終克服閥門件115’偏壓力并使其開放。一旦閥門開放，氣泡流將沖入沸騰區(qū)，同時瓣閥門319也打開使沸騰區(qū)內的高濃度溶液進入下方的外析出區(qū)303。這一方式形成了間斷性的局部冷卻劑循環(huán)，它可使該過程中形成的水和氨蒸汽的分量平衡。為了控制的目的，單元500利用傳感器514提供的平均溫度值來平衡這一間斷性運行。由于不同蒸汽成分蒸發(fā)量的平衡，該方案可用于持續(xù)性運行或相對較短閑置期間的間斷運行。
圖24C中還示出組件110下端的第二個熱電安排。它的構成包括內熱交換部件117’，熱電部件112’和外熱交換部件113’。它們的工作方式與上述部件112，113和117相同，但方向相反，即部件113’為這一安排中的冷端，它使外區(qū)303中的溶液冷卻以促使更多的鹽分析出。如上所述，它也是用于維持柱310內的溫度梯度。
圖25A示出除霜系統(tǒng)600的細節(jié)，它包括裝在冷庫210底面的熱電部件610和裝在其下方的熱交換部件620。部件610由一組帕爾帖元件(Peltier Elements)構成并由一隔熱部件所環(huán)繞，以此將部件620與冷庫210分隔開并吸收兩者間的熱應力。冷庫210之下由一活頁部件631和分隔板632形成一空間630，該活頁部件還用作收集碎冰的部件。如圖22B中亦示出，兩個角通道633向下方伸延。兩個小風扇640分別裝在每一后角落內用于從部件620的前緣吸入空氣，然后驅動空氣進入凍箱的內空間。圖25B示出部件620有一底座621與熱電元件610的底面直接接觸，還有多個向下伸展的翼片622，將底座621與合葉631之間的空間分隔為多個平行通道?；闲纬闪硕鄠€凹室623，每個室對應一個熱電元件。一個測冰系統(tǒng)的構成包括裝在熱交換部件620一側的發(fā)光二極管(LED)661和裝在其對側的光檢測器662。翼片622上形成了一系列小孔663允許LED620的光束通過并被檢測器接收。
除霜系統(tǒng)600可按兩種不同方式工作，第一為深凍方式、第二為除霜/集冰方式。
當系統(tǒng)600以第一方式工作時，供給熱電元件組610的電流為第一方向，這時每一元件601的上表面溫度升高并將熱量傳給蒸發(fā)器150，而其底面溫度下降使部件620降到低于蒸發(fā)器和冷庫210內防凍劑的溫度。這就是說，熱交換部件620成為凍箱200內最冷的部件，它可低于-30℃，即低于用氨做制冷劑時的工作溫度范圍。同時風扇640使空氣流過翼片622限定的通道并在其內脫水，空氣中的水分變?yōu)楸?。然后干燥的冷空氣由風扇640驅動向下進入角通道633并在其底部釋放到凍箱200的內空間。由于凹室623的溫度低于凍箱內任何其它部位，冰霜聚集在這些室內，使凍箱內其它部位無霜。當收集在室623內的冰霜達到一定量時，光通道663將被阻塞使檢測器662檢出這一狀態(tài)，控制單元500將系統(tǒng)切換到除霜運行。
在除霜方式中，系統(tǒng)向熱電元件供應一反向大電流，使這些元件的工作方式轉換為從冷庫吸收熱量并將其傳輸?shù)綗峤粨Q器620使其溫度迅速升高。部件620的溫度變化引起凹室623的側壁發(fā)生膨脹并產(chǎn)生熱沖擊使脆弱的積冰碎裂。這些碎冰落到集冰部件631上并使其下擺，如圖中虛線631’所示，以此將碎冰送入裝在門202內面的收冰斗650中。部件620上的集冰被清除后，傳感器662即可收到LED661發(fā)出的光信號使系統(tǒng)運行返回第一方式。
以上除霜運行過程中，熱交換部件620所產(chǎn)生的熱沖擊將積冰實體清除，而產(chǎn)生這一結果所需能量和時間均很小，因為它不同于常規(guī)方式并且不需將積冰溶化。另一方面，由于積冰是由純水構成，除下的碎冰本身也是很有價值的商品并適合于人類消費。在這一意義上，整個運行安排不造成任何浪費。顯而易見，這一安排還可用于制冰或速凍目的。為此，單元500可有一控制鈕讓使用者選擇制冰或速凍新鮮食品。這時僅需將一盤水或產(chǎn)品放入凍箱200，最好在底層靠近角通道633的出氣口，然后按下控制鈕啟動系統(tǒng)600的深凍方式。經(jīng)預定程序后，除霜方式自動啟動并可由一光信號顯示碎冰已收集在冰斗650中可供使用。
以下結合附圖21和26說明根據(jù)本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的控制方法?？刂茊卧?00的運行是基于不斷地對四個溫度值作出的估價。它們包括t1，由熱庫400內的傳感器511檢測，表明通道330輸出端處儲熱物質的溫度；t2，由凍箱200內的傳感器512檢測，表明其內部的溫度；t3，由冷庫210內的傳感器513檢測，表明防凍液的溫度；和t4，由蒸發(fā)區(qū)內的傳感器514檢測，如上文所述。實踐中，每一傳感器511至514可由裝在相應部件不同部位的一組檢測元件構成，并且溫度值t1至t4可以是每組檢測元件的平均值。熱庫中的溫度傳感器511可由用于同一控制目的的一個壓力傳感器所取代，這樣可根據(jù)通道330中的蒸汽壓進行控制。為了便于說明，圖21中標出系統(tǒng)各部位一組控制參數(shù)的預定參考值，這些值適合于一臺標準的四星(****)凍箱，其內部溫度應控制在-14℃以下。對應于這一設定值，儲冷庫210內防凍液的冰點可調為約-20℃，即防凍液在-20℃時開始出現(xiàn)冰結晶，而溫度降到-28℃時即可認為它已充分凍結。為了實用目的，例如在英格蘭，可將預計最高室溫假設為30℃以下，所以將這一值選為熱庫400內通道330輸出端處儲熱物質的熔點。運行中，只要t1不超過這一熔點，即可推定熱庫400仍未達到其全部儲熱容量。顯而易見，所給出的數(shù)值僅為示范值，條件變化時應重新調整。
從控制的角度來看，系統(tǒng)可按以下任何一種方式運行(a)全容量制冷運行(全冷)在這種方式中，制冷回路100、冷卻回路300、冷凍劑回路200以及熱電系統(tǒng)600(以其深凍方式)均以各自的最大容量運行。這是由控制單元500啟動壓縮機組件110、熱電部件112、壓縮機320、控制閥350、泵230、熱電部件610和風扇640(圖25A所示)而實現(xiàn)這一運行方式。
(b)深冷凍運行(深凍)這種方式所要達到的目的是在冷庫210中實現(xiàn)全容量儲冷。系統(tǒng)運行與以上方式(a)基本相同，除外泵230不工作以允許防凍液凍結。
(c)經(jīng)濟制冷運行(經(jīng)濟制冷)這一方式與以上方式(a)的區(qū)別是系統(tǒng)600(包括風扇640)不工作以降低能耗。
(d)空氣循環(huán)運行(氣冷)在這一方式中只有風扇640工作使凍箱200內的空氣循環(huán)?？諝庠诳臻g630被儲冷庫210中凍結的防凍液降溫。
(e)除霜運行(除霜)這種方式時系統(tǒng)600按前述程序切換到除霜方式并在積冰清除后自動返回。這可在全冷(a)或深凍(b)的過程中自動發(fā)生。
(f)暫停在這一方式中控制單元500將系統(tǒng)關閉一個預定的時間，例如十分鐘，但壓縮機320至少在這一期間的前一部分內作為單通閥維持低功率運行，如前文所述。當凍箱門打開時，這一方式延長到關門時為至。
圖26示出控制單元500的控制邏輯圖。該單元基于一個有適當外圍部件的CPU。圖26中，第一步驟S000是每一控制周期的起點。每一周期完成后，例如在步驟S006，程序即返回到起點。一旦程序啟動，首先在步驟S001核實凍箱門是否打開。若答案為“是”，程序進入步驟S005并切換為“暫?！?。如上所述，這一方式在整個開門期間維持不變而關門時自動終止。單元500可有報警設施以警告使用者開門時間過長或門未關好。一旦門關閉，程序即進入步驟S002從傳感器511到514讀取溫度值t1、t2、t3和t4。然后在步驟S003核查t1的數(shù)值以確定熱庫400是否充熱到其全容量。若答案為“是”，程序進入步驟S005并暫停片刻，允許熱庫散熱。否則的話，它進入步驟S004以確定是否有低價供電。這可以通過核查不同供電終端的電壓。在使用非高峰供電時，這一步驟可以是簡單地核對控制單元的計時器以判斷是否為正確時間。若答案為“是”，系統(tǒng)切換到低價供電并執(zhí)行步驟S100，在此它核查t3是否低于-28℃以確定冷箱210是否達到其全容量。若答案為“是”，它進入步驟S005并暫停片刻，例如十分鐘。然后經(jīng)步驟S006返回起點S000。若步驟S100的答案為“否”，即冷庫210未完全充足，控制單元執(zhí)行步驟S101核查t3的值以確定冷庫210內的防凍液是否部分凍結。若答案為“是”，系統(tǒng)在步驟S103開始“深凍”方式，否則的話，它進入步驟S102以確定t3是否低于-14℃。如果為“是”，說明防凍液仍可循環(huán)，系統(tǒng)在步驟S104以“全冷”方式工作。運行開始后，測冰系統(tǒng)在步驟S105核查積冰，若答案為“是”，它在步驟S106啟動除霜運行，然后返回。若步驟S102的答案為“否”，它表明防凍液的溫度較高，則進入步驟S207“經(jīng)濟制冷”。這將避免系統(tǒng)超載，例如在初始啟動時。然后它返回以開始下一控制周期。
如果在步驟S004發(fā)現(xiàn)沒有低價供電，控制單元500執(zhí)行步驟S200以確定t2的值是否高于0℃，即凍箱200內部是否溫度過高。這可能發(fā)生在凍箱剛啟用時，或門打開一長時間或剛剛裝入大量新鮮物品。若答案為“是”，它進入步驟S102，以后的步驟將與上述相同。若步驟S200的答案為“否”，它在步驟S201核實制冰/速凍按鈕是否按下。若答案為“是”，它進入步驟S101根據(jù)t3的值決定開始全冷運行還是深凍運行。若步驟S201的答案為“否”，即沒有深凍指令，在步驟S204核查t2的值決定內部溫度是否可接受，即是否低于-14℃，若答案為“是”，系統(tǒng)在步驟S005切換到“暫?！睜顟B(tài)，然后重新啟動，否則的話在步驟S205核實t3的值以確定抗凍液是否仍凍結。若答案為“是”，系統(tǒng)在步驟S206開始用風扇640進行空氣循環(huán)。在這一期間內凍箱內部由冷庫210所儲能量保持低溫。實踐中，這一運行將可應付內部溫度的短暫變化。例如當迅速打開門后熱空氣流入所造成的升溫。若步驟S205答案為“否”，系統(tǒng)在步驟S207以“經(jīng)濟制冷”方式運行，這是在沒有低價供電時的運行方式。一旦在步驟S103，S104，S206或S207開始了某一方式的運行，控制單元并不停止其運行，而是等到以后的控制周期內它發(fā)現(xiàn)停止該運行的控制指標已存在時，例如在步驟S001，S003，S100或S204。
通過在不同方式間選擇性地切換，系統(tǒng)得以改進效率。例如，若將系統(tǒng)設計為可在午夜后充分利用非高峰期供電，通過將系統(tǒng)在步驟S104切換為全冷方式或在步驟S103為深凍方式，凍箱內可降溫到-28℃以下。這時極大量的冷能量不僅可存儲在冷庫210以及圖22A至22C所示通道220內凍結的抗凍液中，它還存在格架203所支撐的物品內。當不再有低價供電之后，所存儲的冷能量將能在很長時期內保持制冷機構閑置，因此減小了日間使用“昂貴”供電的數(shù)量。在這種情況下，由于冷能是在午夜后至凌晨的一段時間內存儲起來，這時的環(huán)境溫度最低并且凍箱開門的機會也最小，使整個制冷效率為最高。工業(yè)應用在以上說明中使用了一臺凍箱來揭示本發(fā)明的構思。顯而易見，同一構思也可用于其它應用。
例如可用在冰箱中無論其有無凍室，制冷展品箱或柜，冷凍室，冷凍車輛，艦船或飛機，或空調系統(tǒng)。
使用非高峰供電的構思也可同樣用于其它類型的低價供電。如太陽能，風能，潮汐等。在移動式應用中低價供電可為地面供電相對于機載或船載發(fā)電機供電。其它類型的供電也可結合使用。例如白天使用太陽能，夜間使用電網(wǎng)的非高峰供電，結合以隨時產(chǎn)生的風力供電。在冷卻溶液中，若氨氣不適用時，例如系統(tǒng)中有銅部件時，也可使用其它可蒸發(fā)成分，如甲醇，乙醇和/或二氧化碳。當系統(tǒng)的散熱不構成問題時，則不需要儲熱庫；并且在空調或相對較高溫度的冰箱中制冰/速冷設施也不需要。在后者的情況下，可用已知的高凝點儲冷膠代替抗凍液用于存儲0℃以上的冷能，適用于空調系統(tǒng)。
應當注意，根據(jù)本發(fā)明第二個總目的的各實施方案有以下可獲專利的方面。
1.一種軸流泵/船用推進器包括一空心泵身；裝在泵身內并限定一內空間的定子；該內空間中有推進裝置的管狀轉子；在內空間產(chǎn)生旋轉磁場的電磁裝置；其中該轉子由產(chǎn)生旋轉和止推承載的懸浮裝置所支撐，以此響應于其旋轉和/或軸向運動而將其保持在一平衡位置。
2.以上第一方面的裝置，其中轉子或定子兩者之間空隙的至少一個表面上有螺旋裝置，用于在轉子旋轉時形成外緣流。
3.以上任一方面的裝置，進一步包括轉子每端用于封閉該空隙的密封裝置，這樣可將一潤滑和/或冷卻液充入該封閉空隙。
4.以上方面3的裝置，進一步包括向該空隙供應該潤滑和/或冷卻液并使其在恒定壓力下循環(huán)的裝置。
5.以上任何方面的裝置，其中定子和轉子對應部位上裝有高磁阻環(huán)形部件以在兩者間形成一磁性對位機構。
6.以上任何方面的裝置，其中所述承載裝置包括磁懸浮安排，它包括具有兩個環(huán)形磁極的電磁鐵和有匹配磁極的永磁鐵，這樣可通過電磁鐵的電流控制兩者間的排斥或吸引力。
7.以上方面6的裝置，其中電磁鐵和永磁鐵的磁極安排為可形成互補的圓柱和/或圓錐表面以提供旋轉和/或止推懸浮。
8.以上方面6或7的裝置，進一步包括一控制單元和檢測裝置，用于調整供給懸浮安排的電流以維持轉子的軸向位置。
9.以上任何方面的裝置，其中該轉子一軸向端裝有一截流環(huán)，當轉子移向該端時該環(huán)限制周緣流的流動。
10.以上任何方面的裝置，其中懸浮軸承包括分流裝置以形成兩個反向的周緣流，以此保持轉子位置的自平衡。
11.以上任何方面的裝置，其中該推進裝置包括一個或多個柔性螺旋葉片，它們可響應于輸入功率或否負載的變化而被壓縮。
12.以上方面11的裝置，其中該葉片受到彈性偏壓而使其軸向擴展。
13.以上任何方面的裝置，其中該推進裝置包括兩個有相反螺旋反向的同軸螺旋裝置，以此相互抵銷渦流作用而產(chǎn)生高壓輸出。
14.以上方面13的裝置，進一步包括第二組轉子，定子和電磁裝置，以在相反方向旋轉。
15.以上方面13或14的裝置，其中所述的兩螺旋裝置中位于中央的裝置由一樞軸承支撐。
16.以上任何方面的裝置，其中所述推進裝置包括一錐形推進器。
應當注意，根據(jù)本發(fā)明第三個總目的的各實施方案有以下可獲專利的方面。
1.一制冷系統(tǒng)包括將熱量從冷發(fā)生部件傳遞到熱排放部件的一個主制冷機構，和與該機構的熱排斥部件熱聯(lián)接的回路；其中一種有可蒸發(fā)成分的冷卻劑在該回路中循環(huán)，并且回路中有促使該成分蒸發(fā)的裝置由此通過蒸發(fā)作用改進該主制冷機構的工作效率。
2.以上方面1的系統(tǒng)，其中該回路中有吸熱式鹽通過其吸熱溶解產(chǎn)生冷卻效果。
3.以上方面1或2的系統(tǒng)，其中該制冷劑為氨的水溶液或二氧化炭水溶液。
4.以上任何方面的系統(tǒng)，其中該促進裝置包括一熱電部件，其冷側與上述熱排斥部件接觸而其熱側與冷卻溶液接觸以提供促進該蒸發(fā)作用的升溫。
5.以上任何方面的系統(tǒng)，其中該促進裝置還包括一蒸汽泵。
6.以上任何方面的系統(tǒng)，其中該回路進一步包括與該熱排放部件熱偶合的一個熱吸收部件和與該熱吸收部分有流體連通的熱擴散部分；其中該熱吸收部分的上部有一冷卻劑輸出口，下部有一冷卻劑輸入口，并有與熱排放部件熱接觸的一個中央?yún)^(qū)；該區(qū)有緩流裝置用在上下部之間建立穩(wěn)定的熱梯度，這樣冷卻劑的可蒸發(fā)成分可在上部蒸發(fā)流入熱擴散部分中并在其中凝集。
7.以上方面6與方面2相結合的系統(tǒng)，其中該熱吸收部分進一步包括導流裝置，它將該中央?yún)^(qū)分隔為第一和第二部分，第一部分限定與該熱排放部件熱接觸的一個蒸發(fā)區(qū)，區(qū)內該冷卻劑成分蒸發(fā)，第二部分限定與第一部分流體連通的析出區(qū)，這樣冷卻劑中的上述吸熱鹽可析出并沉入下部。
8.以上方面7的系統(tǒng)，其中熱吸收部分的下部形成一鹽室以對該熱排放部件產(chǎn)生吸熱鹽冷卻作用。
9.以上任何方面的系統(tǒng)，進一步包括與上述冷發(fā)生部件熱接觸的一個冷凍劑回路，用于改進其熱交換效率。
10.一種用于以上任何方面的系統(tǒng)中的氣體壓縮組件，包括多個串級連接的壓縮機，這樣可使制冷劑逐級壓縮后供給一制冷回路；其中該壓縮機構成為與冷卻劑回路接觸的熱排放部件，這樣通過循環(huán)該冷卻劑將它們產(chǎn)生的熱量吸收并帶走。
11.以上方面10的組件，進一步包括與該壓縮機序列下游端連接的凝集裝置，它還與上述冷卻劑回路熱偶合。
12.一種用于制冷系統(tǒng)的儲熱庫，包括一導熱外殼，外殼內有導熱柔性壁的流體通道，和充入該外殼和通道之間的至少一種儲熱材料，用于從通過該通道的流體中吸收熱量；其中該外殼分隔為有不同儲熱材料的多個室，并且在通道上游端的室內其儲熱材料的熔點要高于通道下游端室內的熔點。
13.一種除霜安排包括一熱電部件，它的一個熱極與制冷系統(tǒng)的冷發(fā)生部件偶合，而另一熱極與一熱交換部件偶合；和一個控制單元，用于改變向該熱電部件供電的方向以逆轉其熱傳輸方向，由此而選擇性地將該熱交換部件從集霜方式變?yōu)槌绞健?br> 14.以上方面13的安排，進一步包括檢測該熱交換部件上積冰量并將這一情況通知控制單元的裝置。
15.以上方面13或14的安排，進一步包括在除霜運行中將所除掉的冰收集起來的裝置，它包括一合葉機構將冰送入斗內。
16.具有抗凍劑回路的制冷系統(tǒng)操作方法，包括以下步驟(a)將一方式控制單元設定為可根據(jù)是否有低價電供應而在兩個運行方式中做出選擇；(b)在沒有低電壓時以第一方式工作并使抗凍劑冷卻到仍可以循環(huán)的溫度；(c)有低價電時以第二方式工作并將抗凍劑凍結以在其中儲存冷能量。
17.以上方面16的方法，進一步包括步驟(d)在上述第二方式工作時在被制冷空間內造成空氣循環(huán)；或(e)在與熱電部件聯(lián)接的熱交換部件上造成冰霜的蓄積；(f)通過反轉該熱電部件的工作而除霜。
權利要求
1.一種線性電機(10；100；200；300；500)，其特征在于包括兩個相對的磁驅動部件(30；130；230；530)；位于該驅動部件之間的一個往復部件(50；150；250；560；600)；和為該驅動和/或往復部件供能的裝置；其中每一驅動部件有第一極性的外磁極(34；134)和位于外磁極內第二極性的同軸內磁極(36；136)，而該往復部件有互補磁極，這樣當供能時，兩驅動部件將在往復部件上產(chǎn)生一對推-拉式合力使其線性運動。
2.一種線性電機壓縮機(10；100；200；300；500)，其特征在于包括一圓筒(20；120；210；510)，其兩端裝有相對的兩個磁驅動部件(30；130；230；530)并在其間限定一內空間；該內空間中兩驅動部件之間有一往復部件形成一活塞(50；150；250；560；600)；形成進與出該內空間的單向流體通道的閥門裝置(61，63，65；161，165)；以及為該驅動和/或往復部件供能的裝置；其中每一驅動部件有第一極性的外磁極(34；134)和位于外磁極內第二極性的同軸內磁極(36；136)，而該往復部件有互補磁極，這樣當供能時，兩驅動部件將在往復部件上產(chǎn)生一對推-拉式合力使其線性運動。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其中所述驅動部件為電磁鐵而往復部件帶有永磁鐵。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其中所述往復部件的磁極由電磁鐵形式。
5.根據(jù)以上任一權利要求所述的裝置，其中所述驅動和往復部件的磁極為環(huán)形并有相互匹配并大體為錐形的極面。
6.根據(jù)以上任一權利要求所述的裝置，其中所述往復部件帶有兩個相互磁絕緣的磁鐵，每個磁鐵形成與驅動部件相對的內外磁極。
7.根據(jù)權利要求1到5中任何一項所述的裝置，其中所述往復部件有一磁鐵帶有沿徑向的磁極和內外磁極件以提供與驅動部件相對的極面。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中所述磁鐵受到相對于內和/或外磁極件的偏壓力。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的裝置，其中所述往復部件有用于調整到上述驅動部件磁通量的可移動磁分流機構。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，進一步包括裝在該分流機構每一軸向端和/或上述外磁極件上的次極永磁鐵。
11.根據(jù)以上任一權利要求所述的裝置，其中所述往復和驅動部件受緩沖裝置保護，它包括流體緩沖、彈性緩沖和/或磁緩沖裝置。
12.根據(jù)以上權利要求9到11中任一項所述的裝置，其中所述的偏壓裝置、分流機構、和/或緩沖裝置適用于平衡所述往復部件的軸向運動。
13.根據(jù)以上任一權利要求所述的裝置，進一步包括帶有活動部件的磁偶合裝置，用于選擇性地調整每一驅動部件的磁通量。
14.根據(jù)以上任一權利要求所述的裝置，進一步包括檢測往復部件位置的裝置以及根據(jù)此而調整電流的裝置。
15.根據(jù)以上任一權利要求所述的裝置，進一步包括至少一個驅動部件的可移動支撐裝置，以及響應于該往復部件上的負載的位置偏壓裝置。
16.根據(jù)以上任一權利要求所述的裝置，進一步包括用于循環(huán)潤滑劑的毛細裝置。
17.根據(jù)以上權利要求2到16中任一項所述的裝置，其中該活塞有流體通道或磁裝置使其在往復運動中產(chǎn)生旋轉。
全文摘要
一種有內裝線性電機的壓縮機(10;100;200;300;500)包括:一圓柱外殼(20;120;210;510),其兩端裝有相對的兩個電磁鐵(30;130;230;530),每一電磁鐵有圓形內磁極(36;136)和同軸的環(huán)形外磁極(34;134)。一自由活塞(50;150;250;560;600)位于外殼內兩電磁鐵之間,將外殼內部分為兩個室(Ⅰ,Ⅱ)。活塞上帶有永磁鐵(40;140;145;561;610),形成內外磁極(44,46,141,146),其上有錐形的表面部分(43,49,141,146)與電磁鐵的對應磁極(34;36;134;136)互補。可使用滑動磁極片(630,660)來增加沖程長度并減小活塞總重量。通過裝配閥門(61,63,65;161,165)形成聯(lián)接壓縮機輸入端和輸出端的單向流體通道。運行中,電磁鐵和永磁鐵的互補表面形成同心力沿軸向驅動自由活塞并同時保持其磁懸浮,以此將活塞移動的摩擦阻力及其磨損減為最小。通過在活塞和每一電磁鐵之間形成緩沖裝置,包括氣體,彈簧和/或磁緩沖,可防止兩者之間的直接沖撞。一個可移動支座(280;580)響應于輸出氣壓的變化自動調整活塞的沖程長度。潤滑劑循環(huán)回路(285,283,212,211,221)使活塞得到潤滑。通過磁偶合安排(570,545,555)進一步改善壓縮機的能量效率。應用時多個壓縮機可串級連接以產(chǎn)生高壓輸出。
文檔編號F04D29/04GK1176026SQ9619197
公開日1998年3月11日 申請日期1996年3月29日 優(yōu)先權日1995年4月3日
發(fā)明者張衛(wèi)民 申請人:張衛(wèi)民