用於壓縮機容量控制的旁路卸載閥的製作方法

2023-06-05 11:06:31 1

專利名稱：用於壓縮機容量控制的旁路卸載閥的製作方法
用於壓縮機容量控制的旁路卸載閥
背景技術：
通常使用系統容量控制的裝置配置製冷與空調系統，從而允許系統改善溫度控制精度，可靠性和能量效率。目前製冷劑系統容量控制的最常見裝置通過單元循環完成(響應於溫度或系統壓力上的波動開關壓縮機)。但是，單元循環不允許嚴格的溫度控制，因此，通常造成不適和/ 或空調/製冷空間中不期望的溫度變化。位於壓縮機下遊吸氣線上的吸氣調製閥是通常用於系統容量控制的另一種裝置。 但是，吸氣調製閥是昂貴的，且對於系統容量控制是低效的。與壓縮機成整體的熱氣旁路卸載閥可用於控制壓縮機容量，及由此的製冷和空調系統容量。旁路卸載閥工作以將製冷劑蒸氣從排氣室再循環回到吸氣室。因此，當啟動旁路卸載閥時，沒有氣缸之外壓縮產生的製冷劑流。不幸的是，旁路卸載閥僅以區別增量或模式控制壓縮機(和系統)容量。例如，在具有兩對氣缸的四缸壓縮機中，通過啟動鄰近兩對氣缸之一的旁路卸載閥獲得了百分之五十的容量減少。但是，在具有旁路卸載閥的四缸壓縮機中不能獲得例如百分之二十五的容量減少。因此，通過現有旁路卸載閥技術不能獲得壓縮機容量的優化控制，及由此的製冷或空調環境。

發明內容
一種往復式壓縮機，包括缸體，缸蓋，和旁路卸載閥組件。缸體具有設於其中的氣缸。缸蓋固定至缸體覆蓋在氣缸上，並具有與氣缸選擇性流體連通的吸氣室和排氣室。旁路卸載閥組件與缸蓋可操作連通，並響應於控制信號快速循環，以允許排氣室與吸氣室之間的製冷劑流體連通。


圖IA是具有電連接至旁路卸載閥組件的控制器的往復式壓縮機的一個實施方式的截面圖。圖IB是在缸蓋上俯瞰圖IA壓縮機的圖，該缸蓋具有從其延伸的旁路卸載閥組件。圖2A是具有在負載位置的旁路卸載閥組件的圖IA的壓縮機的旁路卸載閥組件， 缸蓋，和缸體的部分截面圖。圖2B是具有在卸載位置的旁路卸載閥組件的圖IA的壓縮機的缸體，缸蓋，和旁路卸載閥組件的部分截面圖。
具體實施例方式圖IA顯示了具有電連接至多個旁路卸載閥組件14的控制器12的往復式壓縮機 10的橫截面。圖IB顯示了具有包括從其延伸的多個旁路卸載閥組件14的缸蓋16的往復式壓縮機10。除了旁路卸載閥組件14和缸蓋16，壓縮機10還包括外殼18，缸體20，缸排 22，氣缸23，活塞M，連杆26，曲軸28，油槽29，吸氣歧管30，排氣歧管32，以及止回閥34。每個缸蓋16包括吸氣室36和排氣室38。往復式壓縮機10具有與缸蓋16互聯的旁路卸載閥組件14。壓縮機10的外殼18 具有形成缸體20的上部。缸體20分為一個或一個以上的缸排22，因為壓縮機10示為多缸壓縮機。缸體20限定了延伸穿過其中以鄰近缸蓋16的氣缸23。每個缸蓋16固定至缸體 20並覆蓋每個缸排22中的氣缸23。每個缸排22具有至少一個氣缸23，並可包括如圖IB 所示的多個氣缸23。活塞M設在氣缸23中並在其中是往復可移動的。活塞M與連杆沈互聯，該連杆在壓縮機10內內部地延伸以與曲軸28的偏心部互聯。曲軸28可旋轉地內部地設於壓縮機10中並延伸通過油槽四。缸體20限定了吸氣歧管30和排氣歧管32。止回閥34從缸體20延伸進入排氣歧管32。每個缸蓋16限定藉助旁路卸載閥組件14的啟動相互選擇性連通的吸氣室36和排氣室38。吸氣歧管30與油槽四連通或直接與吸氣線連通(未示出)。吸氣歧管30延伸至缸蓋16以與吸氣室36流體連通。排氣歧管32通過鄰近止回閥34的埠與排氣室38 選擇性流體連通。排氣歧管32也藉助旁路卸載閥組件14的啟動與吸氣室36選擇性流體連通。在一個實施方式中，當壓縮機10在操作的負載模式時，即禁用旁路卸載閥組件14 且其不循環時，低壓製冷劑通過進入口(未示出)從吸氣線(未示出)進入壓縮機10。氣缸23 內活塞M的往復運動通過油槽四將製冷劑從吸氣線(未示出)抽出。將製冷劑抽入由缸體 28形成的吸氣歧管30，並進入缸蓋16中的吸氣室36。製冷劑從吸氣室36流入氣缸23，在該處活塞M壓縮製冷劑。簧片閥(未示出)位於氣缸23上方，以控制其製冷劑流。在離開氣缸23後，通過簧片閥(未示出)將高壓蒸氣製冷劑排入排氣室38。在負載模式中，製冷劑的排氣壓力強迫打開止回閥34，以允許製冷劑流至排氣歧管32。高壓蒸氣製冷劑通過出氣口(未示出)從排氣歧管32流至加熱或冷卻系統的其他部件。當壓縮機10在操作的卸載模式時，即完全啟動或禁用旁路卸載閥組件14且其不循環時，壓縮機10如上述操作直到將製冷劑從氣缸23排入排氣室38時。因為啟動了旁路卸載閥組件14，抽回部分旁路卸載閥組件14，允許排氣室38直接與吸氣室36連通。因此， 由於其間的壓力差，製冷劑從排氣室38流至吸氣室36，足夠打開止回閥34的壓力不出現。 此外，當啟動旁路卸載閥組件14時，將閥部件14的第二部分從阻擋裝置撤回，允許排氣歧管32與吸氣室36流體連通。因此，由於其間的壓力差，製冷劑從排氣歧管32流至吸氣室 36，且基本上沒有高壓蒸氣製冷劑通過出氣口(未示出)流至加熱或冷卻系統的其他部件。如隨後將更詳細地討論的，可以快速循環操作一個或所有旁路卸載閥組件14 (例如通過脈衝寬度調製)以提供在旁路卸載閥組件14處於卸載位置時由壓縮機10所獲容量與旁路卸載閥組件14處於負載位置時由壓縮機10所獲容量之間的連續可變容量(部分負載模式)。旁路卸載閥組件14通過以在1循環/秒與1循環/180秒之間的周期將每個或所有旁路卸載閥組件14循環在負載位置與卸載位置之間獲得部分負載模式。此循環周期足夠短以考慮製冷或空調系統的反應慣量。因此，僅僅小的溫度波動發生在蒸發器(未示出) 中，這些溫度波動不損害正被製冷或調節的單元的精確調節。圖IB是從缸蓋16和旁路卸載閥組件14上方俯視壓縮機10的圖。在圖IB中，氣缸23以陰影示出。如圖所示，每個缸排22具有多個氣缸23，其具有位於鄰近每個氣缸23的相應旁路卸載閥組件14。在另一實施方式中，每個缸排22具有高低級的氣缸23，其具有位於氣缸23的每個級上方的相應旁路卸載閥組件14。每個旁路卸載閥組件14 (對應於每個氣缸23)的布置允許控制器12啟用或禁用至少一個旁路卸載閥組件14，以假設負載或卸載位置，同時啟動至少一個旁路卸載閥組件14以快速地循環。所有旁路卸載閥組件14的快速循環，或至少一個旁路卸載閥組件14負載/卸載，同時至少一個旁路卸載閥組件的14快速循環，允許更大的壓縮機10容量控制，從而允許旁路卸載閥組件14調節在約5%與100% 之間的所需容量上。例如，如果壓縮機10具有三個旁路卸載閥組件14，可啟動或禁用以關閉(在負載位置)兩個旁路卸載閥組件14，而以快速循環操作其他旁路卸載閥組件14。以這種方式，可獲得在約67%至100%之間的壓縮機10容量。可替代地，(在卸載位置)可打開一個旁路卸載閥組件14，(在卸載位置)可關閉第二旁路卸載閥組件14，並可快速循環操作第三旁路卸載閥組件。以這種方式，可獲得在約33%至67%之間的壓縮機10容量。在另一替代方案中，可打開兩個旁路卸載閥組件14 (在卸載位置)，並可快速循環操作第三旁路卸載閥組件14，以獲得從約5%或低於5%至33%的壓縮機10容量。在僅有兩個閥門旁路卸載閥組件14的一個實施方式中，通過操作一個旁路卸載閥組件14並打開或關閉第二旁路卸載閥組件14，可獲得從約5%或低於5%至50%，以及約50%和100%的壓縮機10容量。通過旁路卸載閥組件14獲得的更大壓縮機10容量控制允許製冷或空調系統獲得改善的溫度控制精度，可靠性和能量效率。儘管將壓縮機10示為具有成對氣缸23的兩個缸排22的四缸單級壓縮機，要理解的是，可提供額外的缸排或氣缸。缸排22中的一些或所有氣缸可提供有旁路卸載閥組件 14。可替代地，壓縮機10可為具有專用級缸排或專用級氣缸的多級壓縮機，缸排或氣缸提供有旁路卸載閥組件14。圖2A是具有在負載位置的旁路卸載閥組件14的壓縮機10的部分截面圖。圖2B 是具有在卸載位置的旁路卸載閥組件14的壓縮機10的部分截面圖。除了旁路卸載閥組件 14，缸蓋16，缸體20，氣缸23，活塞24，吸氣歧管30，排氣歧管32和止回閥34，壓縮機10包括閥板40，墊圈42，緊固件43，吸氣口 44A和44B，吸氣閥46，排氣口 48A和48B，排氣閥50， 以及旁路口 52。除了吸氣室36和排氣室38，缸蓋16包括通道58。旁路卸載閥組件14包括通道58，通道58A和58B，高壓腔60，閥座62，電磁鐵64，和閥活塞66。閥活塞66包括導件68，偏壓彈簧70，和內部活塞腔72。在圖2A和2B中，缸蓋16覆蓋缸體20和氣缸23。閥板40設於缸體20與缸蓋16 之間。墊片42位於閥板40的頂表面和底表面上，並分別接觸缸蓋16和缸體20。緊固件 43將缸蓋16固定至缸體20，並將旁路卸載閥組件14固定至缸蓋16。閥板40限定了吸氣口 44A和44B。吸氣口 44A延伸通過吸氣歧管30與吸氣室36之間的閥板40。吸氣口 44B 延伸通過吸氣室36與氣缸23之間的閥板40。吸氣閥46接觸閥板40並選擇性覆蓋吸氣口 44B。吸氣閥46從吸氣口 44B之上是選擇性可移動的，以允許製冷劑進入氣缸23。排氣口 48A延伸通過氣缸23與排氣室38之間的閥板40。排氣閥50連接至閥板40並與閥板 40相互作用以選擇性覆蓋和暴露排氣口 48A。排氣口 48B延伸通過排氣室38與排氣歧管 32之間的閥板40。在圖2A所示的負載位置，克服止回閥34上彈簧51的偏壓並相對於排氣口 48B從阻擋裝置移走止回閥34。在圖2B所示的卸載位置，彈簧51的偏壓相對於排氣口 48B將止回閥34保持在阻擋裝置中。
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旁路口 52延伸通過閥板40並與通道58連通，以通過流出孔(未顯示在圖2A和2B 中所選的截面圖)連接至高壓腔60，通道58延伸通過缸蓋16的外殼和旁路卸載閥組件14 的定子外殼部。通道58A從高壓腔60通過閥座62延伸至吸氣室36 (在閥活塞66周圍)， 而第二通道58B從高壓腔60延伸相鄰於閥活塞66。更具體地，通道58B延伸以與鄰近固定導件68和偏壓彈簧70的內部活塞腔72連通。閥活塞66相對於導件68是可移動的，且偏壓彈簧70作用於閥活塞66上。閥活塞66的外殼限定了中空的內部活塞腔72。在圖2A和2B中，墊圈42創建了閥板40與缸蓋16，以及閥板40與缸體20之間的氣密密封。吸氣口 44A提供了製冷劑的通路，以從吸氣歧管30流體連通至吸氣室36。吸氣口 44B提供了通過活塞M從吸氣室36至氣缸23的往復要被抽取的製冷劑的通路。吸氣閥46選擇性地覆蓋吸氣口 44B，以基本阻擋從吸氣室36至氣缸23的製冷劑的流體連通，並從吸氣口 44B之上是選擇性可移動的，以允許製冷劑在活塞M衝程的吸氣部分期間進入氣缸23。排氣口 48A允許高壓壓縮製冷劑隨活塞M的排氣衝程從氣缸23流體連通至排氣室 38。(多個)排氣閥50選擇性地覆蓋排氣口 48A，以基本阻擋製冷劑從氣缸23至排氣室38 的流體連通，直到製冷劑達到足夠壓力。排氣口 48B提供了壓縮製冷劑的通路，以從排氣室 38流體連通至排氣歧管32。在圖2A所示負載位置上，克服了止回閥34上的彈簧51的偏壓，並從排氣口 48B中的阻擋裝置移走止回閥34，從而允許高壓壓縮製冷劑從排氣室38流體連通至排氣歧管32。在圖2B中，閥活塞66不阻擋開口 74 (將在隨後更詳細地討論)，使得排氣室38內的製冷劑不建立足夠的壓力以克服止回閥34上彈簧51的偏壓。因為製冷劑通過開口 74流至吸氣室36 (由於其間的壓力差)，而不在排氣室38中建立壓力，止回閥 34通過埠 48B留在阻擋裝置中。通道58從排氣歧管32 (通過旁路口 52)延伸至高壓腔60，以允許製冷劑與其連通。在圖2A所示負載位置上，在高壓腔60內接觸閥座62的電磁鐵64基本上阻擋了從高壓腔60 (通過閥座62)延伸至吸氣室36的部分通道58A。因此，將製冷劑從高壓腔60通過通道58B的第二部導入閥活塞66。更具體地，製冷劑流過固定導件68和偏壓彈簧70進入內部活塞腔72。製冷劑引起內部壓力建立在內部活塞腔72，到足以克服偏壓彈簧70施加在閥活塞66上的向內(即朝包括通道58B和高壓腔60的旁路卸載閥組件14的其餘部分) 偏壓。克服此偏壓後，閥活塞66在缸蓋16內移動以關閉排氣室38與吸氣室36之間的開口 74，使得基本上沒有製冷劑可在其間連通。在圖2B所示的卸載位置上，控制器12 (圖1A)驅動電磁鐵64遠離在高壓腔60內與閥座62 (通道58A通過其延伸)的阻擋接觸。因此，壓力差通過通道58A將高壓製冷劑從高壓腔60抽取到吸氣室36。通過從與閥座62的阻擋接觸移走電磁鐵64以允許排氣歧管32與吸氣室36之間的連通，從內部活塞腔72緩解壓力建立，使得偏壓彈簧70向內返回閥活塞66 (即朝包括通道58B和高壓腔60的旁路卸載閥組件14的其餘部分)。閥活塞66 的移動開啟開口 74，以允許排氣室38與吸氣室36之間的製冷劑連通。如前所述，可以快速循環操作旁路卸載閥組件14，以提供在旁路卸載閥組件14在卸載模式時由壓縮機10所獲容量與旁路卸載閥組件14在負載位置時由壓縮機10所獲容量之間的連續可變容量(部分負載模式)。更具體地，控制器12可啟動電磁鐵64以快速循環操作，並通過以快速方式阻擋和開啟通道58A提供連續可變容量，以允許/禁止排氣歧管 32與吸氣室36之間的連通(並引起閥活塞66移動並阻擋/開啟排氣室38與吸氣室36之間的開口 74)。電磁鐵64可在圖2A的負載位置與圖2B的卸載位置之間由系統慣量決定快速或緩慢地循環。例如，可通過蒸發器上的溫度傳感器(未示出)計算慣量，將此溫度讀數傳送至隨後產生旁路卸載閥組件14的控制信號的控制器12 (圖1A)。在一個實施方式中， 旁路卸載閥組件14和電磁鐵64的循環周期是在1循環/秒與1循環/180秒之間。在另一個實施方式中，循環周期在1循環/3秒與1循環/30秒之間。在又一個實施方式中，旁路卸載閥組件14的循環周期是約1循環/15秒。在壓縮機具有至少兩個旁路卸載閥組件的另一個實施方式中，可將一個旁路卸載閥組件配置為留在卸載位置或負載位置持續超過 180秒的時間延長周期。旁路卸載閥組件14的電磁鐵64的脈衝寬度調製允許更大的壓縮機10的容量控制，從而允許旁路卸載閥組件14快速循環並調節到所需壓縮機10容量上。更大的壓縮機 10容量控制允許製冷或空調系統獲得更高的溫度控制精度，可靠性，和能量效率。雖然通過參考示例實施方式已描述了本發明，本領域技術人員將理解的是，可進行各種改變並將元件替代為其等同物，而不背離本發明範圍。此外，可進行許多變形以使特定情況或材料適應於本發明的教導，而不背離其主要範圍。因此，本發明不意圖限於公開的特定實施方式，而且本發明將包括所有落入所附權利要求範圍內的所有實施方式。
權利要求
1.一種具有氣缸的往復式壓縮機，所述壓縮機包括 限定氣缸的缸體；缸蓋，固定至缸體覆蓋在氣缸上，並具有與氣缸選擇性流體連通的吸氣室和排氣室；以及旁路卸載閥組件，與缸蓋可操作連通，並響應於控制信號快速循環以允許排氣室與吸氣室之間的製冷劑流體連通。
2.如權利要求1所述的壓縮機，其中，快速循環在卸載位置與負載位置之間，在所述卸載位置排氣室與吸氣室流體連通，在所述負載位置旁路卸載閥組件設置成基本限制排氣室與吸氣室之間的流體連通。
3.如權利要求2所述的壓縮機，其中，所述壓縮機包括與壓縮機成整體的吸氣歧管和排氣歧管，並且在卸載位置排氣室和排氣歧管與吸氣室流體連通，在負載位置旁路卸載閥組件設置成中斷排氣室與排氣歧管和吸氣室兩者之間的流體連通。
4.如權利要求2所述的壓縮機，其中，所述卸載位置是全卸載位置，在該位置旁路卸載閥組件不阻塞排氣室與吸氣室之間的流體連通。
5.如權利要求2所述的壓縮機，其中，所述負載位置是全負載位置，在該位置旁路卸載閥組件設置成中斷排氣室與吸氣室之間的流體連通。
6.如權利要求1所述的壓縮機，其中，所述旁路卸載閥組件的快速循環周期在1循環/ 秒與1循環/180秒之間。
7.如權利要求1所述的壓縮機，還包括控制器，其電子啟動旁路卸載閥組件以快速循環。
8.如權利要求1所述的壓縮機，其中，所述旁路卸載閥組件具有能以脈衝寬度調製模式操作的電磁鐵，以提供快速循環。
9.如權利要求1所述的壓縮機，其中，所述旁路卸載閥組件的快速循環周期在1循環 /3秒與1循環/30秒之間。
10.如權利要求1所述的壓縮機，其中，所述旁路卸載閥組件的快速循環周期約為1循環/15秒。
11.如權利要求1所述的壓縮機，其中，所述缸體限定具有兩個或兩個以上氣缸的缸排。
12.如權利要求11所述的壓縮機，其中，所述壓縮機包括用於缸排中每個氣缸的相應旁路卸載閥組件。
13.如權利要求12所述的壓縮機，其中，至少一個旁路卸載閥組件能夠在卸載位置與負載位置之間快速循環，在所述卸載位置排氣室與吸氣室流體連通，在所述負載位置旁路卸載閥組件設置成基本限制排氣室與吸氣室之間的流體連通。
14.如權利要求13所述的壓縮機，其中，所述旁路卸載閥組件中的至少一個能夠位於卸載位置或負載位置持續超過180秒的時間延長周期。
15.如權利要求13所述的壓縮機，其中，所述卸載位置是全卸載位置，在該位置旁路卸載閥組件不阻塞排氣室與吸氣室之間的流體連通。
16.如權利要求13所述的壓縮機，其中，所述負載位置是全負載位置，在該位置旁路卸載閥組件設置成中斷排氣室與吸氣室之間的流體連通。
17.如權利要求2所述的壓縮機，其中，所述快速循環向壓縮機提供了在旁路卸載閥組件在卸載位置上時所獲容量與旁路卸載閥組件在負載位置上時由壓縮機所獲容量之間的連續可變容量。
全文摘要
一種往復式壓縮機，包括缸體，缸蓋，和旁路卸載閥組件。缸體具有設於其中的氣缸。缸蓋固定至缸體覆蓋在氣缸上，並具有與氣缸選擇性流體連通的吸氣室和排氣室。旁路卸載閥組件與缸蓋可操作連通，並響應於控制信號快速循環，以允許排氣室與吸氣室之間的製冷劑流體連通。
文檔編號F04B49/00GK102472268SQ201080030645
公開日2012年5月23日 申請日期2010年5月24日 優先權日2009年7月6日
發明者利夫森 A., F. 塔拉斯 M. 申請人:開利公司