CN102472268A - 用于压缩机容量控制的旁路卸载阀 - Google Patents

Abstract

一种往复式压缩机，包括：缸体，缸盖，和旁路卸载阀组件。缸体具有设于其中的气缸。缸盖固定至缸体覆盖在气缸上，并具有与气缸选择性流体连通的吸气室和排气室。旁路卸载阀组件与缸盖可操作连通，并响应于控制信号快速循环，以允许排气室与吸气室之间的制冷剂流体连通。

Description

用于压缩机容量控制的旁路卸载阀

背景技术

通常使用系统容量控制的装置配置制冷与空调系统，从而允许系统改善温度控制精度，可靠性和能量效率。

目前制冷剂系统容量控制的最常见装置通过单元循环完成（响应于温度或系统压力上的波动开关压缩机）。但是，单元循环不允许严格的温度控制，因此，通常造成不适和/或空调/制冷空间中不期望的温度变化。

位于压缩机下游吸气线上的吸气调制阀是通常用于系统容量控制的另一种装置。但是，吸气调制阀是昂贵的，且对于系统容量控制是低效的。

与压缩机成整体的热气旁路卸载阀可用于控制压缩机容量，及由此的制冷和空调系统容量。旁路卸载阀工作以将制冷剂蒸气从排气室再循环回到吸气室。因此，当启动旁路卸载阀时，没有气缸之外压缩产生的制冷剂流。不幸的是，旁路卸载阀仅以区别增量或模式控制压缩机（和系统）容量。例如，在具有两对气缸的四缸压缩机中，通过启动邻近两对气缸之一的旁路卸载阀获得了百分之五十的容量减少。但是，在具有旁路卸载阀的四缸压缩机中不能获得例如百分之二十五的容量减少。因此，通过现有旁路卸载阀技术不能获得压缩机容量的优化控制，及由此的制冷或空调环境。

发明内容

一种往复式压缩机，包括：缸体，缸盖，和旁路卸载阀组件。缸体具有设于其中的气缸。缸盖固定至缸体覆盖在气缸上，并具有与气缸选择性流体连通的吸气室和排气室。旁路卸载阀组件与缸盖可操作连通，并响应于控制信号快速循环，以允许排气室与吸气室之间的制冷剂流体连通。

附图说明

图1A是具有电连接至旁路卸载阀组件的控制器的往复式压缩机的一个实施方式的截面图。

图1B是在缸盖上俯瞰图1A压缩机的图，该缸盖具有从其延伸的旁路卸载阀组件。

图2A是具有在负载位置的旁路卸载阀组件的图1A的压缩机的旁路卸载阀组件，缸盖，和缸体的部分截面图。

图2B是具有在卸载位置的旁路卸载阀组件的图1A的压缩机的缸体，缸盖，和旁路卸载阀组件的部分截面图。

具体实施方式

图1A显示了具有电连接至多个旁路卸载阀组件14的控制器12的往复式压缩机10的横截面。图1B显示了具有包括从其延伸的多个旁路卸载阀组件14的缸盖16的往复式压缩机10。除了旁路卸载阀组件14和缸盖16，压缩机10还包括外壳18，缸体20，缸排22，气缸23，活塞24，连杆26，曲轴28，油槽29，吸气歧管30，排气歧管32，以及止回阀34。每个缸盖16包括吸气室36和排气室38。

往复式压缩机10具有与缸盖16互联的旁路卸载阀组件14。压缩机10的外壳18具有形成缸体20的上部。缸体20分为一个或一个以上的缸排22，因为压缩机10示为多缸压缩机。缸体20限定了延伸穿过其中以邻近缸盖16的气缸23。每个缸盖16固定至缸体20并覆盖每个缸排22中的气缸23。每个缸排22具有至少一个气缸23，并可包括如图1B所示的多个气缸23。

活塞24设在气缸23中并在其中是往复可移动的。活塞24与连杆26互联，该连杆在压缩机10内内部地延伸以与曲轴28的偏心部互联。曲轴28可旋转地内部地设于压缩机10中并延伸通过油槽29。缸体20限定了吸气歧管30和排气歧管32。止回阀34从缸体20延伸进入排气歧管32。

每个缸盖16限定借助旁路卸载阀组件14的启动相互选择性连通的吸气室36和排气室38。吸气歧管30与油槽29连通或直接与吸气线连通（未示出）。吸气歧管30延伸至缸盖16以与吸气室36流体连通。排气歧管32通过邻近止回阀34的端口与排气室38选择性流体连通。排气歧管32也借助旁路卸载阀组件14的启动与吸气室36选择性流体连通。

在一个实施方式中，当压缩机10在操作的负载模式时，即禁用旁路卸载阀组件14且其不循环时，低压制冷剂通过进入口（未示出）从吸气线（未示出）进入压缩机10。气缸23内活塞24的往复运动通过油槽29将制冷剂从吸气线（未示出）抽出。将制冷剂抽入由缸体28形成的吸气歧管30，并进入缸盖16中的吸气室36。制冷剂从吸气室36流入气缸23，在该处活塞24压缩制冷剂。簧片阀（未示出）位于气缸23上方，以控制其制冷剂流。在离开气缸23后，通过簧片阀（未示出）将高压蒸气制冷剂排入排气室38。在负载模式中，制冷剂的排气压力强迫打开止回阀34，以允许制冷剂流至排气歧管32。高压蒸气制冷剂通过出气口（未示出）从排气歧管32流至加热或冷却系统的其他部件。

当压缩机10在操作的卸载模式时，即完全启动或禁用旁路卸载阀组件14且其不循环时，压缩机10如上述操作直到将制冷剂从气缸23排入排气室38时。因为启动了旁路卸载阀组件14，抽回部分旁路卸载阀组件14，允许排气室38直接与吸气室36连通。因此，由于其间的压力差，制冷剂从排气室38流至吸气室36，足够打开止回阀34的压力不出现。此外，当启动旁路卸载阀组件14时，将阀部件14的第二部分从阻挡装置撤回，允许排气歧管32与吸气室36流体连通。因此，由于其间的压力差，制冷剂从排气歧管32流至吸气室36，且基本上没有高压蒸气制冷剂通过出气口（未示出）流至加热或冷却系统的其他部件。

如随后将更详细地讨论的，可以快速循环操作一个或所有旁路卸载阀组件14（例如通过脉冲宽度调制）以提供在旁路卸载阀组件14处于卸载位置时由压缩机10所获容量与旁路卸载阀组件14处于负载位置时由压缩机10所获容量之间的连续可变容量（部分负载模式）。旁路卸载阀组件14通过以在1循环/秒与1循环/180秒之间的周期将每个或所有旁路卸载阀组件14循环在负载位置与卸载位置之间获得部分负载模式。此循环周期足够短以考虑制冷或空调系统的反应惯量。因此，仅仅小的温度波动发生在蒸发器（未示出）中，这些温度波动不损害正被制冷或调节的单元的精确调节。

图1B是从缸盖16和旁路卸载阀组件14上方俯视压缩机10的图。在图1B中，气缸23以阴影示出。如图所示，每个缸排22具有多个气缸23，其具有位于邻近每个气缸23的相应旁路卸载阀组件14。在另一实施方式中，每个缸排22具有高低级的气缸23，其具有位于气缸23的每个级上方的相应旁路卸载阀组件14。每个旁路卸载阀组件14（对应于每个气缸23）的布置允许控制器12启用或禁用至少一个旁路卸载阀组件14，以假设负载或卸载位置，同时启动至少一个旁路卸载阀组件14以快速地循环。所有旁路卸载阀组件14的快速循环，或至少一个旁路卸载阀组件14负载/卸载，同时至少一个旁路卸载阀组件的14快速循环，允许更大的压缩机10容量控制，从而允许旁路卸载阀组件14调节在约5%与100%之间的所需容量上。例如，如果压缩机10具有三个旁路卸载阀组件14，可启动或禁用以关闭（在负载位置）两个旁路卸载阀组件14，而以快速循环操作其他旁路卸载阀组件14。以这种方式，可获得在约67％至100％之间的压缩机10容量。可替代地，（在卸载位置）可打开一个旁路卸载阀组件14，（在卸载位置）可关闭第二旁路卸载阀组件14，并可快速循环操作第三旁路卸载阀组件。以这种方式，可获得在约33％至67％之间的压缩机10容量。在另一替代方案中，可打开两个旁路卸载阀组件14（在卸载位置），并可快速循环操作第三旁路卸载阀组件14，以获得从约5％或低于5%至33％的压缩机10容量。在仅有两个阀门旁路卸载阀组件14的一个实施方式中，通过操作一个旁路卸载阀组件14并打开或关闭第二旁路卸载阀组件14，可获得从约5％或低于5%至50％，以及约50％和100％的压缩机10容量。通过旁路卸载阀组件14获得的更大压缩机10容量控制允许制冷或空调系统获得改善的温度控制精度，可靠性和能量效率。

尽管将压缩机10示为具有成对气缸23的两个缸排22的四缸单级压缩机，要理解的是，可提供额外的缸排或气缸。缸排22中的一些或所有气缸可提供有旁路卸载阀组件14。可替代地，压缩机10可为具有专用级缸排或专用级气缸的多级压缩机，缸排或气缸提供有旁路卸载阀组件14。

图2A是具有在负载位置的旁路卸载阀组件14的压缩机10的部分截面图。图2B是具有在卸载位置的旁路卸载阀组件14的压缩机10的部分截面图。除了旁路卸载阀组件14，缸盖16，缸体20，气缸23，活塞24，吸气歧管30，排气歧管32和止回阀34，压缩机10包括阀板40，垫圈42，紧固件43，吸气口44A和44B，吸气阀46，排气口48A和48B，排气阀50，以及旁路口52。除了吸气室36和排气室38，缸盖16包括通道58。旁路卸载阀组件14包括通道58，通道58A和58B，高压腔60，阀座62，电磁铁64，和阀活塞66。阀活塞66包括导件68，偏压弹簧70，和内部活塞腔72。

在图2A和2B中，缸盖16覆盖缸体20和气缸23。阀板40设于缸体20与缸盖16之间。垫片42位于阀板40的顶表面和底表面上，并分别接触缸盖16和缸体20。紧固件43将缸盖16固定至缸体20，并将旁路卸载阀组件14固定至缸盖16。阀板40限定了吸气口44A和44B。吸气口44A延伸通过吸气歧管30与吸气室36之间的阀板40。吸气口44B延伸通过吸气室36与气缸23之间的阀板40。吸气阀46接触阀板40并选择性覆盖吸气口44B。吸气阀46从吸气口44B之上是选择性可移动的，以允许制冷剂进入气缸23。排气口48A延伸通过气缸23与排气室38之间的阀板40。排气阀50连接至阀板40并与阀板40相互作用以选择性覆盖和暴露排气口48A。排气口48B延伸通过排气室38与排气歧管32之间的阀板40。在图2A所示的负载位置，克服止回阀34上弹簧51的偏压并相对于排气口48B从阻挡装置移走止回阀34。在图2B所示的卸载位置，弹簧51的偏压相对于排气口48B将止回阀34保持在阻挡装置中。

旁路口52延伸通过阀板40并与通道58连通，以通过流出孔（未显示在图2A和2B中所选的截面图）连接至高压腔60，通道58延伸通过缸盖16的外壳和旁路卸载阀组件14的定子外壳部。通道58A从高压腔60通过阀座62延伸至吸气室36（在阀活塞66周围），而第二通道58B从高压腔60延伸相邻于阀活塞66。更具体地，通道58B延伸以与邻近固定导件68和偏压弹簧70的内部活塞腔72连通。阀活塞66相对于导件68是可移动的，且偏压弹簧70作用于阀活塞66上。阀活塞66的外壳限定了中空的内部活塞腔72。

在图2A和2B中，垫圈42创建了阀板40与缸盖16，以及阀板40与缸体20之间的气密密封。吸气口44A提供了制冷剂的通路，以从吸气歧管30流体连通至吸气室36。吸气口44B提供了通过活塞24从吸气室36至气缸23的往复要被抽取的制冷剂的通路。吸气阀46选择性地覆盖吸气口44B，以基本阻挡从吸气室36至气缸23的制冷剂的流体连通，并从吸气口44B之上是选择性可移动的，以允许制冷剂在活塞24冲程的吸气部分期间进入气缸23。排气口48A允许高压压缩制冷剂随活塞24的排气冲程从气缸23流体连通至排气室38。（多个）排气阀50选择性地覆盖排气口48A，以基本阻挡制冷剂从气缸23至排气室38的流体连通，直到制冷剂达到足够压力。排气口48B提供了压缩制冷剂的通路，以从排气室38流体连通至排气歧管32。在图2A所示负载位置上，克服了止回阀34上的弹簧51的偏压，并从排气口48B中的阻挡装置移走止回阀34，从而允许高压压缩制冷剂从排气室38流体连通至排气歧管32。在图2B中，阀活塞66不阻挡开口74（将在随后更详细地讨论），使得排气室38内的制冷剂不建立足够的压力以克服止回阀34上弹簧51的偏压。因为制冷剂通过开口74流至吸气室36（由于其间的压力差），而不在排气室38中建立压力，止回阀34通过端口48B留在阻挡装置中。

通道58从排气歧管32（通过旁路口52）延伸至高压腔60，以允许制冷剂与其连通。在图2A所示负载位置上，在高压腔60内接触阀座62的电磁铁64基本上阻挡了从高压腔60（通过阀座62）延伸至吸气室36的部分通道58A。因此，将制冷剂从高压腔60通过通道58B的第二部导入阀活塞66。更具体地，制冷剂流过固定导件68和偏压弹簧70进入内部活塞腔72。制冷剂引起内部压力建立在内部活塞腔72，到足以克服偏压弹簧70施加在阀活塞66上的向内（即朝包括通道58B和高压腔60的旁路卸载阀组件14的其余部分）偏压。克服此偏压后，阀活塞66在缸盖16内移动以关闭排气室38与吸气室36之间的开口74，使得基本上没有制冷剂可在其间连通。

在图2B所示的卸载位置上，控制器12（图1A）驱动电磁铁64远离在高压腔60内与阀座62（通道58A通过其延伸）的阻挡接触。因此，压力差通过通道58A将高压制冷剂从高压腔60抽取到吸气室36。通过从与阀座62的阻挡接触移走电磁铁64以允许排气歧管32与吸气室36之间的连通，从内部活塞腔72缓解压力建立，使得偏压弹簧70向内返回阀活塞66（即朝包括通道58B和高压腔60的旁路卸载阀组件14的其余部分）。阀活塞66的移动开启开口74，以允许排气室38与吸气室36之间的制冷剂连通。

如前所述，可以快速循环操作旁路卸载阀组件14，以提供在旁路卸载阀组件14在卸载模式时由压缩机10所获容量与旁路卸载阀组件14在负载位置时由压缩机10所获容量之间的连续可变容量（部分负载模式）。更具体地，控制器12可启动电磁铁64以快速循环操作，并通过以快速方式阻挡和开启通道58A提供连续可变容量，以允许/禁止排气歧管32与吸气室36之间的连通（并引起阀活塞66移动并阻挡/开启排气室38与吸气室36之间的开口74）。电磁铁64可在图2A的负载位置与图2B的卸载位置之间由系统惯量决定快速或缓慢地循环。例如，可通过蒸发器上的温度传感器（未示出）计算惯量，将此温度读数传送至随后产生旁路卸载阀组件14的控制信号的控制器12（图1A）。在一个实施方式中，旁路卸载阀组件14和电磁铁64的循环周期是在1循环/秒与1循环/180秒之间。在另一个实施方式中，循环周期在1循环/3秒与1循环/30秒之间。在又一个实施方式中，旁路卸载阀组件14的循环周期是约1循环/15秒。在压缩机具有至少两个旁路卸载阀组件的另一个实施方式中，可将一个旁路卸载阀组件配置为留在卸载位置或负载位置持续超过180秒的时间延长周期。

旁路卸载阀组件14的电磁铁64的脉冲宽度调制允许更大的压缩机10的容量控制，从而允许旁路卸载阀组件14快速循环并调节到所需压缩机10容量上。更大的压缩机10容量控制允许制冷或空调系统获得更高的温度控制精度，可靠性，和能量效率。

虽然通过参考示例实施方式已描述了本发明，本领域技术人员将理解的是，可进行各种改变并将元件替代为其等同物，而不背离本发明范围。此外，可进行许多变形以使特定情况或材料适应于本发明的教导，而不背离其主要范围。因此，本发明不意图限于公开的特定实施方式，而且本发明将包括所有落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (17)

1.一种具有气缸的往复式压缩机，所述压缩机包括：

限定气缸的缸体；

缸盖，固定至缸体覆盖在气缸上，并具有与气缸选择性流体连通的吸气室和排气室；以及

旁路卸载阀组件，与缸盖可操作连通，并响应于控制信号快速循环以允许排气室与吸气室之间的制冷剂流体连通。

2.如权利要求1所述的压缩机，其中，快速循环在卸载位置与负载位置之间，在所述卸载位置排气室与吸气室流体连通，在所述负载位置旁路卸载阀组件设置成基本限制排气室与吸气室之间的流体连通。

3.如权利要求2所述的压缩机，其中，所述压缩机包括与压缩机成整体的吸气歧管和排气歧管，并且在卸载位置排气室和排气歧管与吸气室流体连通，在负载位置旁路卸载阀组件设置成中断排气室与排气歧管和吸气室两者之间的流体连通。

4.如权利要求2所述的压缩机，其中，所述卸载位置是全卸载位置，在该位置旁路卸载阀组件不阻塞排气室与吸气室之间的流体连通。

5.如权利要求2所述的压缩机，其中，所述负载位置是全负载位置，在该位置旁路卸载阀组件设置成中断排气室与吸气室之间的流体连通。

6.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述旁路卸载阀组件的快速循环周期在1循环/秒与1循环/180秒之间。

7.如权利要求1所述的压缩机，还包括控制器，其电子启动旁路卸载阀组件以快速循环。

8.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述旁路卸载阀组件具有能以脉冲宽度调制模式操作的电磁铁，以提供快速循环。

9.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述旁路卸载阀组件的快速循环周期在1循环/3秒与1循环/30秒之间。

10.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述旁路卸载阀组件的快速循环周期约为1循环/15秒。

11.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述缸体限定具有两个或两个以上气缸的缸排。

12.如权利要求11所述的压缩机，其中，所述压缩机包括用于缸排中每个气缸的相应旁路卸载阀组件。

13.如权利要求12所述的压缩机，其中，至少一个旁路卸载阀组件能够在卸载位置与负载位置之间快速循环，在所述卸载位置排气室与吸气室流体连通，在所述负载位置旁路卸载阀组件设置成基本限制排气室与吸气室之间的流体连通。

14.如权利要求13所述的压缩机，其中，所述旁路卸载阀组件中的至少一个能够位于卸载位置或负载位置持续超过180秒的时间延长周期。

15.如权利要求13所述的压缩机，其中，所述卸载位置是全卸载位置，在该位置旁路卸载阀组件不阻塞排气室与吸气室之间的流体连通。

16.如权利要求13所述的压缩机，其中，所述负载位置是全负载位置，在该位置旁路卸载阀组件设置成中断排气室与吸气室之间的流体连通。

17.如权利要求2所述的压缩机，其中，所述快速循环向压缩机提供了在旁路卸载阀组件在卸载位置上时所获容量与旁路卸载阀组件在负载位置上时由压缩机所获容量之间的连续可变容量。

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