變容式旋轉壓縮機及其控制方法

2023-10-21 04:47:22

專利名稱：變容式旋轉壓縮機及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種變容式旋轉壓縮機及其控制方法，特別是涉及一種空調系統用變容式旋轉壓縮機及其控制方法。
背景技術：
目前，變頻壓縮機可通過改變壓縮機轉速來實現汽缸總排量的改變，而雙汽缸的旋轉式壓縮機在通過容量控制進行汽缸總排量改變方面也具有極強的優勢。相比之下，同規格的容量控制壓縮機比採用變頻技術的壓縮機具有效率比較高、製作成本比較低、系統控制比較簡單、應用範圍比較寬，性能比較可靠的特點。
常見的雙汽缸的旋轉式壓縮機採用兩個相同排量的汽缸，當其工作時，其中的一個汽缸一直保持壓縮的工作狀態，另一個汽缸既可以工作，也可以不工作，整個壓縮機對外的工作能力在100％和50％之間進行兩段式轉換。但是這種結構的雙汽缸的旋轉式壓縮機在其進行工作能力轉換時，變化幅度比較大，其節能性和人體的舒適性都比較差。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種結構簡單合理、製作成本低、節能效果和人體舒適性好都比較好的三段式能力切換的變容式旋轉壓縮機及其控制方法，以克服現有技術中的不足之處。
本發明解決上述技術問題採用的技術方案是一種變容式旋轉壓縮機，包括設置在壓縮機殼體內的兩個汽缸A和B，兩個汽缸中分別設置有活塞和滑片，汽缸之間設置有隔板，殼體內還設置有驅動活塞的偏心曲軸，支撐曲軸的上、下軸承，其結構特徵是壓縮機殼體外設置有控制壓縮機三段容量轉換的控制閥裝置。
上述的控制閥裝置包括設置在閥殼體內的閥座，和壓接在閥座上的滑塊，滑塊與曲軸相接，設置在閥殼體內用於支撐曲軸的閥軸承，驅動曲軸運轉的電機，閥座上設置有連接於滑片腔A和B或兩個汽缸A和B吸入管的兩個輸出孔A和B，曲軸與電機中的閥轉子相接，電機中驅動轉子正、反轉的閥定子設置在閥殼體外側；閥殼體側面有高壓管，其一端與閥殼體內的高壓腔室相通，其另一端與壓縮機的高壓腔室相通；其中，上、下軸承、隔板和兩個汽缸A和B分別圍成滑片腔A和B。
上述的輸出管A一端與輸出孔A相通，其另一端與滑片腔A相通，輸出管B一端與輸出孔B相通，其另一端與滑片腔B相通；輸出孔A和B於閥座上沿周向呈60°～120°布置，通孔E和F於滑塊上沿周向呈60°～120°設置；輸出孔A和B於閥座上沿周向布置，滑塊上沿周向設置有兩個分別與輸出孔A和B相對應的通孔E和F；滑塊中心處設置有長圓孔，當滑塊轉動時，該長圓孔的長度滿足其連通到輸出孔A或B中的任何一個。
上述的控制閥裝置還包括設置在第一閥座中心處，與壓縮機低壓側腔室相通的第一輸入孔C；第一滑塊中心處設置有與第一輸入孔C相連通的第一長圓孔，當第一滑塊轉動時，第一長圓孔的長度滿足其連通第一輸入孔C到第一輸出孔A或B中的任何一個；第一高壓管一端與壓縮機或系統的高壓腔室相通，另一端與閥殼體高壓側腔室相通。
上述的控制閥裝置還包括設置在第二閥座中心處，與壓縮機低壓側腔室相通的第二輸入孔C；第二滑塊中心處設置有與第二輸入孔C相連通的第二長圓孔，當第二滑塊轉動時，第二長圓孔的長度滿足其連通第二輸入孔C到第二輸出孔A或B中的任何一個；第二高壓管一端與壓縮機高壓側腔室相通，另一端與閥殼體高壓側腔室相通；第二曲軸和第二閥軸承之間通過螺紋連接，其頂端與閥轉子相接，其底端穿過第二閥軸承和第二滑塊上的第二長圓孔後，與設置在第二閥座上的第二輸入孔C相接；第二曲軸底端為倒錐形結構，與其配合的第二輸入孔C也為倒錐形結構；第二高壓管一端與壓縮機或系統高壓側腔室相通，另一端與閥殼體高壓側腔室相通。
上述的控制閥裝置還包括設置在第三滑塊中心處的第三長圓孔，當第三滑塊轉動時，第三長圓孔的長度滿足其連通到第三輸出孔A或B中的任何一個；其中，第三滑塊呈倒T字形結構，其頂部與第三曲軸相接，第三滑塊的中部杆狀部分設置有通氣孔，閥殼體近中央的部分設置有第三閥軸承與第三滑塊的中部杆狀部分套接，第三閥軸承上方與閥殼體內壁之間圍成上部腔室，通氣孔上端位於上部腔室所在部分設置有連通孔，上部腔室側面設置有第三高壓管與壓縮機的高壓腔室相通；第三閥軸承下方與閥殼體內壁之間圍成下部腔室，下部腔室側面設置有第三輸入管，第三輸入管與壓縮機或系統低壓的相連通；輸出管A一端與輸出孔A相通，其另一端與汽缸A的吸入管相通，輸出管B一端與輸出孔B相通，其另一端與汽缸B的吸入管相通；第三輸出孔A和B於第三閥座上沿周向布置，第三滑塊上沿周向設置有兩個分別與輸出孔A和B相對應的第三通孔E和F。
上述的控制閥裝置包括設置在閥殼體下部設置有圓柱狀汽缸，汽缸中設置有第四滑塊，第四滑塊與第四曲軸相接，第四曲軸上部為螺紋，汽缸側面設置有第四輸出管A、第四輸出管B和第四輸入管；第四輸出管A和第四輸出管B分別連結壓縮機的汽缸A和B的滑片腔，另外，第四輸入管連接壓縮機吸入管，設置在閥殼體上的第四高壓管與壓縮機的高壓腔室相通；第四滑塊為上下兩層，第四曲軸串接整個第四滑塊，圓柱狀汽缸與上下兩層滑塊分別圍成上、中、下三個空腔，第四曲軸中設置有連通上、下兩個空腔的通道，上、下兩個空腔均為高壓腔室，中間的空腔為低壓腔室，第四輸出管A和第四輸出管B分別與上、下腔室相通，第四輸入管與中部低壓腔室相通。
上述的汽缸A和B排量不同，排量小的汽缸滑片背部有將滑片壓在活塞側的彈簧，排量大的汽缸滑片背部無彈簧。
一種交容式旋轉壓縮機控制方法，其特徵是控制閥裝置通過滑塊三個步驟的動作實現三種壓力切換，最後輸出到壓縮機的滑片腔或汽缸中以實現三段式容量轉換控制當為滑片腔壓力切換方式時，控制閥裝置的兩個輸出孔分別與壓縮機汽缸A和B的滑片腔相連通，且控制閥裝置的第一個輸入孔與壓縮機或系統的低壓側壓力相連通時，控制閥裝置的第二個輸入孔與壓縮機或系統的高壓側相連通，其中，以壓縮機殼體內壓作為系統的高壓側；控制閥裝置通過電機驅使其上設置的滑塊的三個步驟的動作，使兩個輸出孔的壓力分別在高壓側和高壓側，高壓側和低壓側，低壓側和高壓側的三種模式之間進行來回切換，實現壓縮機三段式容量轉換控制；或者，當為汽缸壓力切換方式時，控制閥裝置的兩個輸出孔分別與壓縮機汽缸A和B的吸入管相連通，且控制閥裝置的第一個輸入孔與壓縮機或系統的高壓側壓力相連通，第二個輸入孔與壓縮機或系統的低壓側壓力相連通時，控制閥裝置通過電機驅使其上設置的滑塊的三個步驟的動作，使兩個輸出孔的壓力分別在低壓側和低壓側，低壓側和高壓側，高壓側和低壓側的三種模式之間進行來回切換，實現壓縮機三段式容量轉換控制；其中，兩個汽缸A和B排量大小不同。
上述的當為滑片腔壓力切換方式時，控制閥裝置通過電機驅使其上設置的滑塊的三個步驟的動作，連通第一輸入孔和兩個輸出孔中的任何一個，或者都不連通，並同時連通第二輸入孔與兩個輸出孔，或者連通第二輸入孔與兩個輸出孔中的任何一個，從而使兩個輸出孔的壓力分別在高壓側和高壓側，高壓側和低壓側，低壓側和高壓側的三種模式之間進行來回切換，實現壓縮機三段式容量轉換控制；或者，當為汽缸壓力切換方式時，控制閥裝置通過電機驅使其上設置的滑塊的三個步驟的動作，連通第一輸入孔和兩個輸出孔或者其中的任何一個；並同時連通第二輸入孔和兩個輸出孔中的任何一個，或者都不連通，從而使兩個輸出孔的壓力分別在低壓側和低壓側，低壓側和高壓側，高壓側和低壓側的三種模式之間進行來回切換，實現壓縮機三段式容量轉換控制。
上述的三段容量轉換控制中的三種模式可以前後依序交替切換，也可以去掉中間任一模式，而只在剩餘兩模式之間直接來回切換。
上述的交容式旋轉壓縮機的電機所需運轉電容器的容量採用大小兩種Rc2和Rc3，其中Rc3＜Rc2，如果三段式容量控制的壓縮機按工作能力依次分為三種，那麼，最小工作能力模式對應較小容量的電容器Rc3，較大工作能力模式對應較大容量的電容器Rc2，最大工作能力模式對應較小容量的電容器和較大容量的電容器的疊加Rc3+Rc2；或者在不改變壓縮機容量模式的情況下對電機運轉電容器的容量進行切換。
本發明採用三步驟控制使滑片腔內的壓力，或者控制汽缸壓力在高、低壓之間進行獨立切換，其中，三步驟的基本關鍵在於滑塊上設置兩個用於壓力切換的輸出孔和一個用於低壓或高壓的輸入孔，當使用滑片腔壓力切換方式時，兩個輸出孔壓力在高壓側和高壓側，高壓側和低壓側，低壓側和高壓側之間切換。
當使用汽缸壓力切換方式時，兩個輸出孔壓力在低壓側和低壓側，低壓側和高壓側，高壓側和低壓側之間切換。
當壓縮機或系統在運轉過程中，通過控制各模式下工作時間的變化，可以時間單位時間內製冷量的無極調節。
本發明啟動功率小、噪聲低，運轉平穩、節能效果和人體舒適性都比較好。


圖1為本發明一實施例結構示意圖。
圖2為滑片壓力切換方式的壓縮機及控制閥局部剖視放大結構示意圖。
圖3-圖5為圖2中X-X剖視放大的三種工作狀態結構示意圖。
圖6為低換向力矩時控制閥的剖視放大結構示意圖。
圖7為圖6中Y-Y剖面結構示意圖。
圖8為汽缸壓力切換方式的壓縮機及控制閥局部剖視放大結構示意圖。
圖9為圖8中Z-Z剖面結構示意圖。
圖10為壓縮機局部工作電路11-圖13為滑片腔壓力切換方式的活塞控制閥剖視放大結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。
圖中，1為旋轉式壓縮機，2為高壓出管，3為冷凝器，4為膨脹閥，5為蒸發器，6為儲液器，7為控制閥，10為汽缸A，11為汽缸B，12為隔板，13為上軸承，14為下軸承，15為滑片腔A，16為滑片腔B，17為彈簧，21為圓柱殼體，22為第一閥座，22′為第二閥座，22″為第三閥座，23為第一滑塊，23′為第二滑塊，23″為第三滑塊，23′″為第四滑塊，23.1為第一通孔F，23.1′為第二通孔F，23.1″為第三通孔F，23.2為第一通孔E，23.2′為第二通孔E，23.2″為第三通孔E，24為第一曲軸，24′為第二曲軸，24″為第三曲軸，24′″為第四曲軸，25為第一閥軸承，25′為第二閥軸承，42為第三閥軸承，26為閥轉子，27為閥定子，28為輸出管A，28′″為第四輸出管A，29為輸出管B，29′″為第四輸出管B，30為第一高壓管，30′為第二高壓管，30″為第三高壓管，30′″為第四高壓管，31為輸入管，31′″為第四輸入管，32為第一長圓孔，32′為第二長圓孔，32″為第三長圓孔，33為第一輸出孔A，33′為第二輸出孔A，33″為第三輸出孔A，33′″為第四輸出孔A，34為第一輸出孔B，34′為第二輸出孔B，34″為第三輸出孔B，34′″為第四輸出孔B，35為第一輸入孔C，，35′為第二輸入孔C，35′″為第四輸入孔C，37為通氣孔，38為上部腔室，39為下部腔室，40為吸入管A，41為吸入管B，43為第三輸入管C，45為連通孔，50為圓柱汽缸，51為通道，52為上空腔，53為下空腔。
參見圖1，為本變容式旋轉壓縮機搭載在製冷和制熱空調中的冷凍循環系統圖，在這裡介紹製冷時的冷凍系統。壓縮機1從儲液器吸入低壓氣體，進行壓縮後，從高壓出管2排出高壓氣體。之後，經過冷凝器3冷凝後的液態冷媒通過膨脹閥4減壓，經過蒸發器5蒸發，變成低壓的冷媒回到儲液器6，再次被壓縮機吸入後壓縮。在這裡，控制閥裝置7裝在壓縮機的外部，它的作用是使有兩個汽缸的變容式旋轉壓縮機在運行中，獨立的汽缸持續壓縮工作或停止工作，從而壓縮機運行中製冷能力切換為三段。因此，兩個汽缸排量不同。
比如，空調的製冷運行中，當需要急速製冷的時候，如在盛夏的高溫天氣時需要壓縮機發揮最高的製冷能力時，按最大模式運行；當室溫降低接近目標溫度時要將壓縮機的運行切換為中間能力，按中間模式運行，降低製冷能力；當室溫進一步到達目標溫度時，就需要切換為低製冷能力運行，按最小模式運行。於是根據製冷負荷，隨時切換製冷能力，既可以進行舒適的空氣調節，也可以防止製冷能力的浪費，提高了空調的效率。
換句話說，變容式旋轉壓縮機，也就是帶容量控制的旋轉式壓縮機具有和使用交頻器的旋轉式壓縮機相同的能力控制功能。
使雙汽缸的旋轉式壓縮機進行控制能力切換的方法，下面將會介紹「滑片腔壓力切換方式」和「汽缸壓力切換方式」兩種。
下面首先介紹滑片腔壓力切換方式，之後再介紹汽缸壓力切換方式。
滑片腔壓力切換方式通過滑片腔壓力切換方式進行汽缸的工作和停止進行控制時，首先需要密封滑片腔在高壓，低壓之間進行壓力切換。如果滑片腔在高壓側的話，就象普通旋轉式壓縮機那樣，滑片壓緊活塞外圓面有壓縮作用。但是，如果滑片腔在低壓側的話，滑片不會從滑片腔滑出無壓縮作用。在這種情況下，活塞雖然旋轉但不壓縮，形成空轉。
參見圖2-圖5，雙汽缸的旋轉式壓縮機中設置有兩個汽缸A10和B11，它們的滑片腔是(也就是滑片背部的空腔部分)通過隔板12、汽缸中的上、下兩個軸承13和14進行密封，構成滑片腔A15和滑片腔B16。其中，排量小的汽缸滑片腔B內設置有將滑片壓在活塞側的彈簧17，壓縮機的殼體外部附帶的控制閥裝置7包括設置在閥殼體21內的第一閥座22，和壓接在第一閥座22上的第一滑塊23，第一滑塊23與第一曲軸24相接，設置在閥殼體21內用於支撐第一曲軸24的第一閥軸承25，驅動第一曲軸24運轉的電機，第一曲軸24與電機中的閥轉子26相接，電機中驅動轉子正、反轉的閥定子27設置在閥殼體21外側；電機為步進電機，可以檢出閥轉子的旋轉角度。第一閥座22上設置有連接於滑片腔A15和滑片腔B16的第一輸出孔A33和第一輸出孔B34，第一輸出孔A33和B34於第一閥座22上沿周向呈60°～120°布置；第一通孔E23.2和F23.1於第一滑塊23上沿周向呈60°～120°設置，第一通孔E23.2和F23.1分別與第一輸出孔A和B相對應；閥殼體21側面有第一高壓管30，其一端與閥殼體21內的高壓腔室相通，其另一端與壓縮機的高壓腔室相通；控制閥裝置還包括設置在第一閥座22中心處，與壓縮機低壓側腔室相通的第一輸入孔C35；第一滑塊23中心處設置有與第一輸入孔C35相連通的第一長圓孔32，其中第一長圓孔32的長度滿足其連通第一輸入孔C35到第一輸出孔A33或B34中的任何一個。輸出管A28一端與第一輸出孔A33相通，其另一端與滑片腔A15相通，輸出管B29一端與第一輸出孔B34相通，其另一端與滑片腔B16相通。圓柱殼體21內為高壓側，輸入管31連到吸入管等低壓側，第一輸入孔C35為低壓側。
第一滑塊23上的第一長圓孔32是密封的，因為第一輸入孔C35為低壓側，所以第一長圓孔的壓力為低壓。
第一滑塊23通過步進電機，按60～120°的間隔進行旋轉，本實施例中選用120°。
當控制閥處於最大模式時，見圖3，第一長圓孔32的旋轉角度為0°。即是說，第一長圓孔32距第一輸出孔A33和第一輸出孔B34各為120°，所以不會和第一輸出孔A33或第一輸出孔B34連通。但是，第一輸出孔A33和B34和第一滑塊上的第一通孔E23.2及F23.1是一致的，所以兩個孔是開放狀態，第一輸出孔A和B的壓力和圓柱殼體21內壓相同，為高壓側。
當第一滑塊23按順時針方向旋轉120°就進入中間模式，見圖4，第一長圓孔32和第一輸出孔B34連通，第一輸出孔B34為低壓側。另一方面，第一輸出孔A33為開放狀態，所以第一輸出孔A33為高壓側。
當第一滑塊23按順時針方向再旋轉120°就進入最小模式。此時，第一長圓孔32和第一輸出孔A33連通，第一輸出孔A33為低壓側。另一方面，第一輸出孔B34處於開放狀態，第一輸出孔B34為高壓側。
下面整理一下上述內容，當第一滑塊23的第一長圓孔32在最大模式時，處在與第一輸出孔A33或B34沒連通的位置時，輸出管A28和輸出管B29為高壓側，滑片室A和滑片室B為高壓側。汽缸A和B均有滑片滑出轉入通常的壓縮的工作狀態。
當第一滑塊23的第一長圓孔32在中間模式時，第一滑塊23處於與第一輸出孔B34連通的位置，輸出管B29為低壓側，但輸出管A28為高壓側，所以滑片室A為高壓側，滑片室B為低壓側。因此，汽缸A有滑片滑出轉入通常的壓縮工作狀態。但是，汽缸B的滑片不能滑出，收納在滑片腔內，不進行壓縮。
當第一滑塊23的第一長圓孔32在最小模式時，處於和第一輸出孔A33連通的位置，輸出管B29為高壓側，輸出管A28為低壓側，汽缸A為非工作狀態，汽缸B為工作狀態。
對雙汽缸的開關組合，可以進行三種容量控制。另外，如上所述，使滑塊分別旋轉120°就可以使模式按1，2和3的順序進行切換，如果需要在最大模式和中間模式之間進行往復切換時，即是說從最大模式到中間模式這樣來回的切換運行，就要先將滑塊從最大模式始順時針旋轉120°到中間模式，再旋轉240°回到最大模式。周而復始，就可以重複最大模式和中間模式，就這樣為了省略中間不需要的最小模式而使滑塊旋轉240°就可以了。這一點在實際的系統控制中是非常重要的功能。
參見圖6-圖7，第二滑塊23′的第二長圓孔32′為低壓側，但第二滑塊23′外部為高壓側。因此，第二滑塊23′被壓在第二閥座22′的上方，產生止推力。當步進電機的力矩充分大時，可以克服止推力使第二滑塊23′旋轉，但當其力矩小時，就不能驅動第二滑塊23′旋轉。如果能夠平衡第二滑塊23′內外壓力，就可以在較小力矩的情況下驅動第二滑塊23′旋轉。
第二曲軸24′和第二閥軸承25′之間通過螺紋連接，其頂端與閥轉子26相接，其底端穿過第二閥軸承25′和第二滑塊23′上的第二長圓孔32′後，與設置在第二閥座22′上的第二輸入孔C35′相接；第二曲軸24′底端為倒錐形結構，與其配合的第二輸入孔C35′也為倒錐形結構。由於第二曲軸24′與第二閥軸承25′之間通過螺紋連接，當閥轉子26旋轉時，第二曲軸24′一邊上下運動，一邊可以打開或關閉第二輸入孔C35′。
壓縮機運轉時，第二輸入孔C35′經常是開啟的。壓縮機在運行中切換模式時，首先是第二曲軸24′往右旋轉關閉第二輸入孔C35′。因此，第二滑塊23′不管在最大模式，中間模式或最小模式的任何位置，第二滑塊23′內壓都是高壓；那是因為第二滑塊23′的空間容積小，而且第二閥座22′面的氣體密封不夠完全嚴密，當第二滑塊23′內壓為高壓側的話，第二滑塊23′已經不產生止推力了，所以小力矩就可以使第二滑塊23′自由旋轉。
當第二滑塊23′旋轉到規定位置的時候，第二曲軸24′就向左旋轉打開第二輸入孔C35′，於是，第二滑塊23′的第二長圓孔32′為低壓側，再次對第二滑塊23′產生止推力，第二滑塊23′就再次固定在第二閥座22′上。就這樣完成模式切換。
雙汽缸旋轉式壓縮機中任一方汽缸開始壓縮時，殼體壓力就開始上升，另一方汽缸的滑片同時滑出以進行壓縮。因此，可以省略其中一個汽缸中的彈簧。
如果在排量小的汽缸中設置彈簧的話，啟動時的壓縮就從排量小的汽缸開始，啟動負荷小，具有減小電機力矩，並減小壓縮機震動的優點。
出於與上述內容相同的理由，推薦壓縮機停機時一般也要切換到排量較小的汽缸後再停機。如果最小模式是作為最小能力的狀態，就用最小模式停機，那麼壓縮機停機時產生的震動可以實現最小化。
參見圖8，汽缸壓力切換方式是使連接汽缸入口吸入管的壓力在低壓和高壓間進行切換的方法。如果是低壓的話可以進行通常的壓縮，但高壓的話，滑片和活塞不能壓緊，收納在滑片腔中。就是說，活塞雖然可以旋轉但只是空轉，無壓縮。
其中，第三滑塊23″呈倒T字形結構，其頂部與第三曲軸24″相接，其中部杆狀部分設置有通氣孔37，通氣孔37的下端設置有第三輸入孔C35″，閥殼體21近中央的部分設置有第三閥軸承42與第三滑塊23″中部杆狀部分套接，第三閥軸承42上方與閥殼體21內壁之間圍成上部腔室38，通氣孔37上端於上部腔室38所在部分設置有連通孔45，上部腔室38側面設置有高壓管30″與壓縮機的高壓腔室相通；第三閥軸承42下方與閥殼體21內壁之間圍成下部腔室39，下部腔室39側面設置有第三輸入管43，第三輸入管43與儲液器6的出口相連通。連通孔45和第三輸入孔35″在高壓側；下部腔室39為低壓側第三滑塊23″將如圖3-圖5所示按順時針方向間隔120°進行旋轉。其中，通過「汽缸壓力切換方式」進行三段式容量控制的方法與「滑片腔壓力切換方式」在原理上是同等的，但是，其中不同的是輸出孔和輸入孔的壓力相反。
如果最小製冷能力為最小模式，那麼我們很容易知道減小汽缸B的排量，將導致整個壓縮機的最小製冷能力也會隨之減小。但是，汽缸A+B的總排量一定的情況下，如果單獨減少汽缸B的排量，那麼汽缸A的排量就會增加，其中，最大模式和中間模式的能力差變小；另一方面，中間模式和最小模式的能力差變大。假如儘可能的減小最小製冷能力，壓縮機能達到的能力可變範圍可以增寬，但是各模式之間的能力差的平衡就會惡化，其直接缺點將是三段式能力控制的效果會總體減弱。
下面顯示了汽缸A+B的總排量一定，變動汽缸B的排量時，最小模式運行(最小能力時)和COP(是指壓縮機的能效比，即壓縮機製冷量與輸入的電功率之比)之間的關係。在這裡，Vd＝汽缸A的排量(Vd1)+汽缸B的排量(Vd2)，實驗結果和模擬結果顯示，Vd＝1，Vd1＝0.6～0.7，Vd2＝0.4～0.3時，季節能耗是最好的。比如，汽缸A的排量是7.0cc，汽缸B的排量是3.0cc的話，壓縮汽缸A和B時(最大模式)，排量為10cc，按100％的能力運行；只有壓縮汽缸A的話(中間模式)，排量為7.0cc，按70％的能力運行；只有壓縮汽缸B的話(最小模式)，排量為3.0cc，按30％的能力運行。
參見圖10，旋轉式壓縮機為提高壓縮機電機的力矩，以及提高效率，通常使用運轉電容器RC，但需要根據壓縮機的運轉負荷優化電容器的容量。因此，三段式容量控制旋轉式壓縮機，也需要根據各種模式選擇最佳的電容器容量。圖中，表示控制成本上升時提高效率的電容器容量選擇方法，即是說運行負荷最少的最小模式時選擇Rc3，接著運行負荷較少的中間模式選擇Rc2，最後負荷最大的最大模式時選擇Rc2+Rc3，以擴大電容器容量。
但是，如果空調製冷運行時室外溫度非常高，運行負荷大於壓縮機實力以上的時候，或者電壓異常低的情況。這類異常情況時有時不能繼續最大模式的運行，而只能切換為中間模式運行。但是，中間模式運行時電機力矩都不足的情況下，運行電容器的容量只能選擇和最大模式相同，作為Rc2+Rc3，以彌補電機力矩不足。
相反，當最大模式或中間模式運行中壓縮機的運行負荷小時，可以分別使用中間模式，最小模式的運轉電容器提高電機效率。為了提高壓縮機及電機的效率，至少應當準備兩種運行電容器，並選擇最佳運行電容器組合。
下邊顯示了通過改變某段內在各模式下的運轉時間來改變壓縮機或系統對能力的無極調節。設定汽缸A+汽缸B的單位時間的冷量為Q』，汽缸A的單位時間的冷量為Qa；汽缸B單位時間的冷量為Qb；在運轉時間T內，汽缸A+汽缸B模式下的運轉時間為T』；汽缸A模式下運轉時間為Ta；汽缸B運轉模式運轉時間為Tb；則在時間T內壓縮機的冷量為Q＝Q』×T』+Qa×Ta+Qb×Tb；時間T內壓縮機有停機時間，因此T≥T』+Ta+Tb；由於各模式下壓縮機或系統的冷量不同，通過改變各模式下單位時間內運轉時間的構成比例，與壓縮機的停機相結合，從而實現從壓縮機冷量從最小0到最大Q』×T的無極調節。
參見圖11-圖13，前面所提到的滑塊工作方式均是旋轉的，下面將簡單說明滑塊往復工作的情形。控制閥裝置包括設置在閥殼體21下部設置有圓柱狀汽缸50，汽缸中設置有第四滑塊23″′，第四滑塊23″′與第四曲軸24″′相接，第四曲軸24″′上部為螺紋，壓縮機汽缸側面設置有第四輸出管A28″′、第四輸出管B29″′和第四輸入管31″′；第四高壓管30″′；第四輸出管A28″′和第四輸出管B29″′分別連結壓縮機的汽缸A和B的滑片腔，另外，第四輸入管31″′連接壓縮機吸入管，第四高壓管30″′與壓縮機的高壓腔室相通；第四滑塊23″′為上下兩層，第四曲軸24″′串接整個滑塊，圓柱狀汽缸50與上、下兩層滑塊分別圍成上中下三個空腔，第四曲軸24″′中設置有連通上空腔52和下空腔53的通道51，上、下兩個空腔均為高壓腔室，也就是高壓側Pd；中間的空腔為低壓腔室，也就是低壓側Ps，第四輸出管A28″′和第四輸出管B29″′分別與上、下高壓空腔相通，第四輸入管與中部低壓空腔相通。第四滑塊23″′的兩端為圓板狀，其上下移動時和圓柱汽缸壁之間有很小的間隙。另一方面，第四滑塊23″′上部的曲軸為螺紋結構，當閥轉子26帶動第四曲軸24″′旋轉時，第四滑塊23″′就可以上下運動。該活塞行程1中第四輸出管A28″′和B29″′，位於低壓側，為最大模式；行程2中第四輸出管A28″′為高壓側，第四輸出管B29″′為低壓側，為中間模式；行程3則相反，第四輸出管B29″′高壓側，但第四輸出管A28″′為低壓側，為最小模式。
以上是在圓柱汽缸中通過圓板形第四滑塊23″′上下往復運動，將輸出管A28″′和B29″′的壓力切換為三種狀態來進行三段式模式切換的範例。
權利要求
1.一種變容式旋轉壓縮機，包括設置在壓縮機殼體內的兩個汽缸A和B(10和11)，兩個汽缸中分別設置有活塞和滑片，汽缸之間設置有隔板(12)，殼體內還設置有驅動活塞的偏心曲軸，支撐曲軸的上、下軸承(13和14)，其特徵是所述的壓縮機殼體外設置有控制壓縮機三段容量轉換的控制閥裝置。
2.根據權利要求1所述的變容式旋轉壓縮機，其特徵是所述的控制閥裝置包括設置在閥殼體(21)內的閥座，和壓接在閥座上的滑塊，滑塊與曲軸相接，設置在閥殼體內用於支撐曲軸的閥軸承，驅動曲軸運轉的電機，閥座上設置有連接於滑片腔A和B(15和16)或兩個汽缸A和B(10和11)吸入管的兩個輸出孔A和B，曲軸與電機中的閥轉子(26)相接，電機中驅動轉子正、反轉的閥定子(27)設置在閥殼體(21)外側；閥殼體(21)側面有高壓管，其一端與閥殼體(21)內的高壓腔室相通，其另一端與壓縮機的高壓腔室相通；其中，上、下軸承、隔板和兩個汽缸A和B分別圍成滑片腔A和B(15和16)。
3.根據權利要求2所述的變容式旋轉壓縮機，其特徵是所述的輸出管A一端與輸出孔A相通，其另一端與滑片腔A(15)相通，輸出管B一端與輸出孔B相通，其另一端與滑片腔B(16)相通；輸出孔A和B於閥座上沿周向呈60°～120°布置，通孔E和F於滑塊上沿周向呈60°～120°設置；輸出孔A和B於閥座上沿周向布置，滑塊上沿周向設置有兩個分別與輸出孔A和B相對應的通孔E和F；滑塊中心處設置有長圓孔，當滑塊轉動時，該長圓孔的長度滿足其連通到輸出孔A或B中的任何一個。
4.根據權利要求3所述的變容式旋轉壓縮機，其特徵是所述的控制閥裝置還包括設置在第一閥座(22)中心處，與壓縮機低壓側腔室相通的第一輸入孔C(35)；第一滑塊(23)中心處設置有與第一輸入孔C(35)相連通的第一長圓孔(32)，當第一滑塊轉動時，第一長圓孔的長度滿足其連通第一輸入孔C到第一輸出孔A(33)或B(34)中的任何一個；第一高壓管(30)一端與壓縮機高壓側腔室相通，另一端與閥殼體(21)高壓側腔室相通。
5.根據權利要求3所述的變容式旋轉壓縮機，其特徵是所述的控制閥裝置還包括設置在第二閥座(22′)中心處，與壓縮機低壓側腔室相通的第二輸入孔C(35′)；第二滑塊(23′)中心處設置有與第二輸入孔C(35′)相連通的第二長圓孔(32′)，當第二滑塊轉動時，第二長圓孔的長度滿足其連通第二輸入孔C到第二輸出孔A(33′)或B(34′)中的任何一個；第二高壓管(30′)一端與壓縮機高壓側腔室相通，另一端與閥殼體(21)高壓側腔室相通；第二曲軸(24′)和第二閥軸承(25′)之間通過螺紋連接，其頂端與閥轉子(26)相接，其底端穿過第二閥軸承和第二滑塊(23′)上的第二長圓孔(32′)後，與設置在第二閥座(22′)上的第二輸入孔C(35′)相接；第二曲軸底端為倒錐形結構，與其配合的第二輸入孔C也為倒錐形結構；第二高壓管(30′)一端與壓縮機或系統高壓側腔室相通，另一端與閥殼體(21)高壓側腔室相通。
6.根據權利要求3所述的變容式旋轉壓縮機，其特徵是所述的控制閥裝置還包括設置在第三滑塊(23")中心處的第三長圓孔(32")，當第三滑塊轉動時，第三長圓孔的長度滿足其連通到第三輸出孔A(33")或B(34")中的任何一個；其中，第三滑塊(23")呈倒T字形結構，其頂部與第三曲軸(24")相接，第三滑塊的中部杆狀部分設置有通氣孔(37)，閥殼體(21)近中央的部分設置有第三閥軸承(42)與第三滑塊的中部杆狀部分套接，第三閥軸承上方與閥殼體內壁之間圍成上部腔室(38)，通氣孔上端位於上部腔室所在部分設置有連通孔(45)，上部腔室側面設置有第三高壓管(30")與壓縮機的高壓腔室相通；第三閥軸承下方與閥殼體內壁之間圍成下部腔室(39)，下部腔室側面設置有第三輸入管(43)，第三輸入管與壓縮機或系統低壓的出口相連通；輸出管A一端與輸出孔A相通，其另一端與汽缸A(10)的吸入管相通，輸出管B一端與輸出孔B相通，其另一端與汽缸B(111)的吸入管相通；第三輸出孔A和B於第三閥座上沿周向布置，第三滑塊上沿周向設置有兩個分別與輸出孔A和B相對應的第三通孔E和F。
7.根據權利要求2所述的變容式旋轉壓縮機，其特徵是所述的控制閥裝置包括設置在閥殼體(21)下部設置有圓柱狀汽缸(50)，汽缸中設置有第四滑塊(23)，第四滑塊與第四曲軸(24)相接，第四曲軸上部為螺紋，汽缸側面設置有第四輸出管A(28)、第四輸出管B(29)和第四輸入管(31)；第四輸出管A和第四輸出管B分別連結壓縮機的汽缸A和B(10和11)的滑片腔，另外，第四輸入管連接壓縮機吸入管，設置在閥殼體上的第四高壓管(30)與壓縮機的高壓腔室相通；第四滑塊為上下兩層，第四曲軸串接整個第四滑塊，圓柱狀汽缸與上下兩層滑塊分別圍成上、中、下三個空腔，第四曲軸中設置有連通上、下兩個空腔(52和53)的通道(51)，上、下兩個空腔均為高壓腔室，中間的空腔為低壓腔室，第四輸出管A和第四輸出管B分別與上、下腔室相通，第四輸入管與中部低壓腔室相通。
8.根據權利要求1或2所述的變容式旋轉壓縮機，其特徵是所述的汽缸A和B(10和11)排量不同，排量小的汽缸滑片背部有將滑片壓在活塞側的彈簧(17)，排量大的汽缸滑片背部無彈簧。
9.一種變容式旋轉壓縮機控制方法，其特徵是控制閥裝置通過滑塊三個步驟的動作實現三種壓力切換，最後輸出到壓縮機的滑片腔或汽缸中以實現三段式容量轉換控制當為滑片腔壓力切換方式時，控制閥裝置的兩個輸出孔分別與壓縮機汽缸A和B的滑片腔相連通，且控制閥裝置的第一個輸入孔與壓縮機或系統的低壓側壓力相連通時，控制閥裝置的第二個輸入孔與壓縮機或系統的高壓側相連通，其中，以壓縮機殼體內壓作為系統的高壓側；控制閥裝置通過電機驅使其上設置的滑塊的三個步驟的動作，使兩個輸出孔的壓力分別在高壓側和高壓側，高壓側和低壓側，低壓側和高壓側的三種模式之間進行來回切換，實現壓縮機三段式容量轉換控制；或者，當為汽缸壓力切換方式時，控制閥裝置的兩個輸出孔分別與壓縮機汽缸A和B的吸入管相連通，且控制閥裝置的第一個輸入孔與壓縮機或系統的高壓側壓力相連通，第二個輸入孔與壓縮機或系統的低壓側壓力相連通時，控制閥裝置通過電機驅使其上設置的滑塊的三個步驟的動作，使兩個輸出孔的壓力分別在低壓側和低壓側，低壓側和高壓側，高壓側和低壓側的三種模式之間進行來回切換，實現壓縮機三段式容量轉換控制；其中，兩個汽缸A和B排量大小不同。
10.根據權利要求9所述的變容式旋轉壓縮機控制方法，其特徵是所述的當為滑片腔壓力切換方式時，控制閥裝置通過電機驅使其上設置的滑塊的三個步驟的動作，連通第一輸入孔和兩個輸出孔中的任何一個，或者都不連通，並同時連通第二輸入孔與兩個輸出孔，或者連通第二輸入孔與兩個輸出孔中的任何一個，從而使兩個輸出孔的壓力分別在高壓側和高壓側，高壓側和低壓側，低壓側和高壓側的三種模式之間進行來回切換，實現壓縮機三段式容量轉換控制；或者，當為汽缸壓力切換方式時，控制閥裝置通過電機驅使其上設置的滑塊的三個步驟的動作，連通第一輸入孔和兩個輸出孔或者其中的任何一個；並同時連通第二輸入孔和兩個輸出孔中的任何一個，或者都不連通，從而使兩個輸出孔的壓力分別在低壓側和低壓側，低壓側和高壓側，高壓側和低壓側的三種模式之間進行來回切換，實現壓縮機三段式容量轉換控制。
11.根據權利要求9所述的變容式旋轉壓縮機控制方法，其特徵是所述的三段容量轉換控制中的三種模式可以前後依序交替切換，也可以去掉中間任一模式，而只在剩餘兩模式之間直接來回切換。
12.根據權利要求9所述的變容式旋轉壓縮機控制方法，其特徵是所述的變容式旋轉壓縮機的電機所需運轉電容器的容量採用大小兩種Rc2和Rc3，其中Rc3＜Rc2，如果三段式容量控制的壓縮機按工作能力依次分為三種，那麼，最小工作能力模式對應較小容量的電容器Rc3，較大工作能力模式對應較大容量的電容器Rc2，最大工作能力模式對應較小容量的電容器和較大容量的電容器的疊加Rc3+Rc2；或者在不改變壓縮機容量模式的情況下對電機運轉電容器的容量進行切換。
13.根據權利要求9所述的變容式旋轉壓縮機控制方法，其特徵是在各模式運轉的時間長短可以任意控制，這樣同調節各模式下運轉時間可以實現在單位時間內壓縮機或系統製冷量的無極調節。
全文摘要
一種變容式旋轉壓縮機，包括設置在壓縮機殼體內的工作容積不同的兩個汽缸A和B，兩個汽缸中分別設置有活塞和滑片，汽缸之間設置有隔板，殼體內還設置有驅動活塞的偏心曲軸，支撐曲軸的上、下軸承，其結構特徵是壓縮機殼體外設置有控制壓縮機三段容量轉換的控制閥裝置。控制閥裝置包括設置在閥殼體內的閥座，和壓接在閥座上的滑塊，滑塊與曲軸相接，設置在閥殼體內用於支撐曲軸的閥軸承，驅動曲軸運轉的電機，閥座上設置有連接於滑片腔A和B或兩個汽缸A和B吸入管的兩個輸出孔A和B，閥中的曲軸與電機中的閥轉子相接，電機中驅動轉子正、反轉的閥定子設置在閥殼體外側。本發明啟動功率小、噪聲低，運轉平穩、節能效果和人體舒適性都比較好。
文檔編號F04C28/24GK1936334SQ20061012263
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月30日 優先權日2006年9月30日
發明者邵海波 申請人:美的集團有限公司