CN115244299A - 制冷剂压缩机 - Google Patents

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Abstract

用于制冷设备的制冷剂压缩机(12)，包括电机(60)、至少两个气缸组(42)和用于激活和停用至少一个气缸组(42)以便激活或停用其制冷剂排放的机械功率控制单元(70)，其中，制冷剂压缩机(12)为了在多种部分功率状态下运行而能以至少两个不同的运行模式(B)运行，其中每种运行模式都设定与其他运行模式不同的对气缸组(12)的激活或停用，其中，为制冷剂压缩机(12)分配用于电机(60)的转速控制的变频器(132)，其中为制冷剂压缩机(12)分配运行状态控制装置(130)，根据输入给运行状态控制装置的功率请求信号(LA)、并且为了制冷剂压缩机(12)在符合该功率请求信号(LA)的部分功率状态下的运行，该运行状态控制装置使制冷剂压缩机(12)以一种从至少两个不同的运行模式(B)中选择的运行模式以及与所选择的运行模式适配的转速运行，以实现这种部分功率状态。

Description

制冷剂压缩机
技术领域
本发明涉及一种用于制冷设备的制冷剂压缩机，包括电机、至少两个气缸组以及分配给每个气缸组的气缸盖和机械功率控制单元，其中每个气缸组都具有至少一个分别具有气缸壳体的气缸单元和被电机驱动且能振荡运动的活塞，所述气缸盖具有被进入流穿流的进入室和被排出流穿过的排出室，所述机械功率控制单元用于激活和停用相应的气缸组以便激活或停用气缸组的制冷剂排放。
背景技术
这种制冷剂压缩机由现有技术、例如WO 2018/065071 A1已知。
在这些制冷剂压缩机中存在需要尽可能理想地使其运行的问题。
发明内容
按照本发明，在开始时提到的类型的制冷剂压缩机的情况下，该任务通过如下方式解决，即，制冷剂压缩机为了在各部分功率状态下运行而能以至少两个不同的运行模式运行，其中，每种运行模式都设定与其他运行模式不同的对气缸组的激活或停用，制冷剂压缩机包括用于电机的转速控制的变频器，运行状态控制装置被分配给制冷剂压缩机，根据输入给运行状态控制装置的功率请求信号、并且为了制冷剂压缩机在符合该功率请求信号的部分功率状态下的运行，该运行状态控制装置使制冷剂压缩机以一种从至少两个不同的运行模式中选择的运行模式以及电机的与所选择的运行模式适配的转速运行，以实现这种部分功率状态。
按照本发明的解决方案的优点在于，为了制冷剂压缩机在各部分功率状态下的运行，提供至少两个、优选多个运行模式，利用这些运行模式，运行状态控制装置可以使制冷剂压缩机优化地运行，其中，在每种运行模式下，通过使电机的转速在最小转速和最大转速之间改变、尤其是无级地改变，可以实现多种部分功率状态。
尤其，可以由此在具有最高制冷剂排放的运行模式和具有最低制冷剂排放的运行模式中，通过在最大转速和最小转速之间改变转速来实现最大的部分功率状态或者最小的部分功率状态。
因此，通过将运行模式的选择与转速的尤其无级的选择相组合来提供多种部分功率状态。
在使用CO2作为制冷剂时，按照本发明的解决方案是尤其有利的。
在不同的运行模式中优选规定，运行状态控制装置使制冷剂压缩机在第一运行模式下运行，伴随所有气缸组的激活并且转速适配于该第一运行模式，其中，所述第一运行模式尤其能用于接近最大功率的部分功率范围内的运行状态。
此外，优选还规定，运行状态控制装置使制冷剂压缩机在至少一个另外的运行模式下运行，其中至少一个气缸组停用并且至少一个气缸组激活并且伴随电机的转速适配于该运行模式。
这意味着，在这种情况下，针对尤其适用于实现具有中等的或较低的功率的功率请求信号的部分功率范围，使用仅一部分气缸组被激活的运行模式。
在按照本发明的解决方案中特别有利的是，运行状态控制装置在能由多种运行模式实现的部分功率状态下选择一种运行模式，该运行模式在该部分功率状态下实现最高的相对效率或最高的COP或实现电机的最低的电功率消耗。
这种选择例如可以通过如下方式实现，即运行状态控制装置针对每种运行模式和每种部分功率状态都已存储关于相对效率或COP或电机的电功率消耗的信息。
对此备选地，一种有利的解决方案规定，运行状态控制装置针对为了实现一种部分功率状态而分别可能的运行模式确定相对效率或COP或电机的电功率消耗，并且通过比较已确定的相对效率或COP或电功率消耗来选择运行模式。
尤其在这种情况下规定，控制装置为了确定相对效率或COP而针对每个运行模式都存储了数据，或者在运行期间、尤其通过检测电机的电功率消耗而存储数据并且在将来使用所述数据。
此外，同样有利的是，通过检测吸入压力和/或制冷剂压缩机处的高压，由运行状态控制装置确定相对效率或COP或电功率消耗，因为这些参数影响相应的部分功率状态下的相应的运行模式的相对效率。
此外，优选规定，控制装置考虑制冷剂、部分功率状态、电机的功率消耗和/或转速来确定相对效率或COP或电功率消耗。
相对效率或COP或电功率消耗是通过如下方式确定：控制装置视乎吸入压力和/或高压和/或制冷剂和/或部分功率状态和/或功率消耗来选出已经存储的相对效率或COP或电功率消耗，还是通过计算确定，尤其取决于运行状态控制装置的设计以及确定相对效率或COP或电功率消耗时的复杂性和精确度。
对于简化工作方式来说，例如存在如下可能性：为了确定运行模式的相对效率或COP，使要实现的部分功率状态分成阈值以上的和阈值以下的部分功率状态，并且在阈值以上的部分功率状态中、在必需较高的电机转速的运行模式中接受较高的相对效率或COP或者较低的电功率消耗并且选择这些运行模式，并且在阈值以下的部分功率状态中、并且在必需较低的电机转速的运行模式中接受较高的相对效率或COP或较低的电功率消耗并且因此选择这些运行模式。
关于停用和激活气缸组的方法同样可设想各种解决方案。
因此，在一种有利的解决方案中规定，运行状态控制装置在第一类型的运行模式中持续保持具有气缸组的固定预定的停用和激活的运行模式，以实现由功率请求信号所要求的部分功率状态。
这意味着，在第一类型的运行模式中，气缸组的激活和停用在实现部分功率状态时持续保持并且不改变。
然而，另一种有利的解决方案规定，运行状态控制装置通过在定义的换挡区间内按节拍地停用和激活至少一个气缸组，使制冷剂压缩机以至少一个与第二类型的运行模式相对应的运行模式运行，其中，尤其在该运行模式中，在实现相应的部分功率状态时，至少一个气缸组在换挡区间内时间上成比例的停用和激活是恒定的。
这意味着，第二类型的运行模式中，在特定的时间段内的换挡区间内停用气缸组并且在相应的另外的时间段内激活气缸组，并且在实现相应的部分功率状态时，该运行模式使这种时间上成比例的停用和激活保持恒定。
关于前面对按照本发明的解决方案的阐述，还没有详细探讨每个气缸组的激活和停用应该怎样进行。
因此，一种有利的解决方案规定，每个气缸组的激活和停用借助由运行状态控制装置控制的机械功率控制单元进行。
这意味着，运行状态控制装置操控每个气缸组的机械功率控制单元。
在此，机械功率控制单元在制冷剂压缩机中原则上可以设置在任意位置。
特别有利的是，机械功率控制单元分配给气缸组的气缸盖。
此外，以有利的方式规定，机械功率控制单元为了相应的气缸组的激活或停用而控制进入气缸盖的进入室的进入流。
这意味着，功率控制单元会中断进入进入室的进入流，从而停用相应的气缸组，反之亦然。
另一种有利的解决方案规定，功率控制单元为了激活或停用相应的气缸组而在气缸盖中将排出室与进入室连接。
这意味着，在这种情况下，功率控制单元将排出室与进入室直连，从而可以在无转矩波动的情况下驱动气缸组，这种解决方案尤其适用于CO2作为制冷剂的情况。
关于运行状态控制装置，例如规定其可以是与变频器分开的控制装置。
这意味着，例如在变频器集成到制冷剂压缩机中时，运行状态控制装置单独地布置，例如布置在制冷剂压缩机上或独立于制冷剂压缩机布置。
对此备选地，也可以将运行状态控制装置布置在容纳变频器的壳体中，在最简单的情况下，这种壳体布置在压缩机壳体上或者压缩机壳体中。
制冷剂压缩机的一种有利的实施方式规定，气缸组并行运行地工作。
尤其当制冷剂压缩机的每个气缸组具有至少两个气缸单元时，能实现有利的功率输出。
当制冷剂压缩机有多于两个气缸组时，运行模式的数量可以尽可能多。
此外，本发明涉及一种制冷设备，包括制冷剂压缩机、高压侧的热交换器、膨胀机构和低压侧的热交换器。
按照本发明，在这种制冷设备中，为了优化其运行，规定制冷剂压缩机根据前述实施方式之一构造。
此外，优选规定，制冷设备具有设备控制装置，其例如根据待冷却的物品产生功率请求信号。
在这种情况下，也存在如下可能性：运行状态控制装置布置在设备控制装置的壳体中。
因此，按照本发明的解决方案的前述说明尤其包括由以下编号的实施方式定义的各种特征组合：
1.用于制冷设备(10)的制冷剂压缩机(12)，包括电机(60)、至少两个气缸组(42)以及分配给每个气缸组(42)的气缸盖(58)和机械功率控制单元(70)，其中，每个气缸组具有至少一个气缸单元(44)，所述气缸单元分别具有至少一个气缸壳体(46)和至少一个被电机(60)驱动的且能振荡运动的活塞(48)，所述气缸盖具有被进入流(74)穿流的进入室(72、162)和被排出流(86)穿流的排出室(88、164)，所述机械功率控制单元用于激活和停用至少一个气缸组(42)，以便激活或停用气缸组的制冷剂排放，其中，制冷剂压缩机(12)为了在多种部分功率状态下运行而能以至少两个不同的运行模式运行，其中每种运行模式都设定与其他运行模式(B)不同的对气缸组(42)的激活或停用，为制冷剂压缩机(12)分配用于电机(60)的转速控制的变频器(132)，为制冷剂压缩机(12)分配运行状态控制装置(130)，根据输入给运行状态控制装置的功率请求信号(LA)、并且为了制冷剂压缩机(12)在符合该功率请求信号(LA)的部分功率状态下的运行，该运行状态控制装置使制冷剂压缩机(12)以一种从至少两个不同的运行模式(B)中选择的运行模式(B)以及电机(60)的与所选择的运行模式(B)适配的转速运行，以实现这种部分功率状态。
2.根据实施方式1所述的制冷剂压缩机，其中，运行状态控制装置(132)使制冷剂压缩机(12)在第一运行模式(B1)下运行，伴随所有气缸组(42)的激活以及电机(60)的转速对第一运行模式(B1)的适配。
3.根据实施方式1或2所述的制冷剂压缩机，其中，运行状态控制装置使制冷剂压缩机(12)在至少一个另外的运行模式(B)下运行，其中至少一个气缸组(42)停用并且至少一个气缸组(42)激活并且伴随电机(60)的转速对该运行模式(B)的适配。
4.根据上述实施方式之一所述的制冷剂压缩机，其中，运行状态控制装置(130)在能由多种运行模式(B)实现的部分功率状态下选择一种运行模式(B)，该运行模式在该部分功率状态下实现最高的相对效率或最高的COP或实现电机(60)的最低的电功率消耗。
5.根据实施方式4所述的制冷剂压缩机，其中，运行状态控制装置(130)针对分别为了实现一种部分功率状态而可能的运行模式(B)确定相对效率或COP或电机(60)的电功率消耗，并且通过比较已确定的相对效率或COP或电功率消耗来选择运行模式(B)。
6.根据实施方式4或5所述的制冷剂压缩机，其中，运行状态控制装置(130)为了针对每种运行模式(B)确定相对效率或COP或电功率消耗针对每种运行模式(B)而已经存储数据。
7.根据实施方式4至6之一所述的制冷剂压缩机，其中，通过检测吸入压力(PS)和/或制冷剂压缩机(12)处的高压(PH)，由运行状态控制装置(130)确定相对效率或COP或电功率消耗。
8.根据实施方式4至7之一所述的制冷剂压缩机，其中，运行状态控制装置(130)考虑制冷剂、部分功率状态、电机(60)的功率消耗和/或转速以确定相对效率或COP或电功率消耗。
9.根据上述实施方式之一所述的制冷剂压缩机，其中，为了确定运行模式的相对效率或COP，使要实现的部分功率状态分成阈值(PHG)以上的和阈值(PHG)以下的部分功率状态，并且在阈值(PHG)以上的部分功率状态中并且在必需电机(60)的较高的转速的运行模式(B)中接受较高的相对效率或COP或者较低的电功率消耗并且因此选择这些运行模式，并且在阈值(PHG)以下的部分功率状态中并且在必需电机(60)的较低的转速的运行模式中接受较高的相对效率或COP或较低的电功率消耗并且因此选择这些运行模式。
10.根据上述实施方式之一所述的制冷剂压缩机，其中，运行状态控制装置(130)在第一类型的运行模式中持续保持具有气缸组(42)的固定预定的停用和激活的运行模式(B)，以实现由功率请求信号(LA)所要求的部分功率状态。
11.根据上述实施方式之一所述的制冷剂压缩机，其中，运行状态控制装置(130)通过在定义的换挡区间(SI)内按节拍地停用和激活至少一个气缸组(42)，使制冷剂压缩机(12)以至少一个与第二类型的运行模式相对应的运行模式(B)运行，其中，尤其在该运行模式(B)中，在实现相应的部分功率状态时，至少一个气缸组(42)在换挡区间(SI)内时间上成比例的停用和激活是恒定的。
12.根据上述实施方式之一所述的制冷剂压缩机，其中，每个气缸组(42)的激活和停用借助由运行状态控制装置(130)控制的机械功率控制单元(70)进行。
13.根据实施方式12所述的制冷剂压缩机，其中，机械功率控制单元(70)分配给气缸组(42)的气缸盖(58)。
14.根据实施方式12或13所述的制冷剂压缩机，其中，机械功率控制单元(70)为了相应的气缸组(42)的激活或停用而控制进入气缸盖(58)的进入室(72)的进入流(74)。
15.根据实施方式1至14之一所述的制冷剂压缩机，其中，功率控制单元(70)为了相应的气缸组(42')的激活或停用而在气缸盖(58)中将排出室(164)与进入室(162)相连接。
16.根据上述实施方式之一所述的制冷剂压缩机，其中，运行状态控制装置(130)是与变频器(132)分开的运行状态控制装置。
17.根据实施方式1至16之一所述的制冷剂压缩机，其中，运行状态控制装置(130)布置在容纳变频器(132)的壳体(40)中。
18.根据上述实施方式之一所述制冷剂压缩机，其中，制冷剂压缩机(12)的各气缸组(42)并行运行地工作。
19.根据上述实施方式之一所述的制冷剂压缩机，其中，制冷剂压缩机(12)的每个气缸组(42)都具有至少两个气缸单元(44)。
20.根据上述实施方式之一所述的制冷剂压缩机，其中，制冷剂压缩机(12)具有多于两个的气缸组(42)。
21.制冷设备，包括制冷剂压缩机(12)、高压侧的热交换器(18)、膨胀机构(30)和低压侧的热交换器(32)，其中，制冷剂压缩机(12)根据上述实施方式之一所述地构造。
22.根据实施方式21所述的制冷设备，其中，制冷设备(10)具有设备控制装置(138)，所述设备控制装置产生功率请求信号(LA)。
23.根据实施方式22所述的制冷设备，其中，运行状态控制装置(130)布置在设备控制装置(138)的壳体中。
附图说明
本发明的其他特征和优点是随后的说明书以及一些实施例的视图的主题。
图中：
图1示出根据本发明的制冷设备的示意性视图；
图2示出沿着线2-2穿过根据本发明的制冷设备的制冷剂压缩机的横截面；
图3示出穿过集成到气缸盖中的机械功率控制单元的截面，其中，机械功率控制单元的阀体处于打开位置；
图4示出类似于图3的截面，其中，机械功率控制单元的阀体处于关闭位置；
图5示出包括打开区间和关闭区间的换挡区间的示意图；
图6示出制冷设备中的低压侧的热交换器在制冷剂的压缩中断时的温度曲线的示意图；
图7示出用于示出根据本发明的工作方式的流程图；
图8示出按照图2的制冷剂压缩机在第一和第二运行模式下的功率状态的视图；
图9示出制冷剂压缩机的第二实施例的视图，其结构原理与第一实施例的结构原理相对应；
图10示出按照图9的制冷剂压缩机在第一、第二和第三运行模式下的功率状态的视图；
图11示出按照本发明的制冷剂压缩机的第三实施例的侧视图；
图12示出按照本发明的制冷剂压缩机的第三实施例的正视图；
图13示出沿着图11中的线13-13的半面错开的截面；
图14示出按照本发明的制冷剂压缩机的第三实施例的纵截面；
图15示出在进入室和排出室之间的连接通道打开的情况下，沿着图11中的线15-15的截面；
图16示出在排出室和进入室之间的连接通道关闭的情况下，类似图15的截面。
具体实施方式
整体以10标记的、按照本发明的制冷设备的实施例包括制冷剂压缩机12，管线16从制冷剂压缩机的高压接头14导向至整体以18标记的高压侧的热交换器，在该热交换器中，压缩后的制冷剂通过将热量导出至散热器(例如循环的环境空气或其他冷却介质)而冷凝。
管线20中的液态的制冷剂从高压侧的热交换器18流到收集器22，在该收集器中收集液态的制冷剂，并且液态的制冷剂接着从该收集器出发，经过管线28流到用于低压侧的热交换器32的膨胀阀30。
在穿流低压侧的热交换器32之后，汽化的制冷剂经过管线34流到制冷剂压缩机12的低压接头36。
如图2所示，按照本发明的制冷剂压缩机12构造为活塞式压缩机并且包括压缩机壳体40，在压缩机壳体中例如设有两个彼此成V形的、并行工作的气缸组42a和42b，其中每个气缸组包括至少一个、尤其两个或多个气缸单元44。
每个所述气缸单元44由气缸壳体46形成，活塞48在气缸壳体中能通过如下方式振荡运动：活塞48能通过连杆50驱动，连杆本身位于偏心轮轴54的偏心轮52上或者被曲轴驱动，曲轴例如由电机60驱动，电机可以构造为同步或异步电机。
每个气缸单元44的气缸壳体46由阀板56封闭，在阀板上布置有气缸盖58。
在此，阀板56优选不是仅覆盖一个气缸单元44的气缸壳体46，而是覆盖相应的气缸组42的所有气缸壳体46，并且气缸盖58以相同的方式同样跨接相应的气缸组42的所有气缸壳体46。
此外，压缩机壳体40还包括与低压接头36连接的进入通道62，该进入通道例如集成在压缩机壳体40中。
如在图3中放大所示，为至少一个气缸组42(图中为每个气缸组42)分配一个整体以70标记的机械功率控制单元，其用于允许制冷剂的从进入通道62进入相应的气缸盖58(而且是进入气缸盖的进入室72且穿过阀板56)的进入流74，以便因此激活相应的气缸组42，或者用于中断所述进入流，以便因此停用相应的气缸组42。
如果机械功率控制单元70是打开的(如图3所示)，则进入流74有机会经过设置在阀板56中的进入口76和设置在阀板56上的进入阀78进入由相应的活塞48和气缸壳体46以及阀板56限定的气缸室80，以便在该气缸室中被活塞48的振荡运动压缩，从而排出流86经由排出口82和排出阀84从气缸室80排出并且进入气缸盖58的排出室88中。
机械功率控制单元70例如构造为伺服阀，该伺服阀集成在气缸盖58中并且具有阀体90，进入室72的设置在阀板56中的流入口92能利用该阀体关闭。
此外，阀体90设置在换挡活塞94上，该换挡活塞在换挡缸壳体96中引导，从而换挡活塞94通过存在于换挡缸室98中的压力能朝向阀板56运动，以便关闭该阀板中的流入口92。
由换挡缸壳体96、换挡活塞94和换挡缸室98形成的换挡缸单元100集成到气缸盖58中，在此，换挡缸单元能通过控制阀110控制，该控制阀包括能电磁式运动的控制活塞112，控制阀座114能利用该控制活塞关闭，其中，控制活塞112和控制阀座114设置用于中断或释放用于换挡缸100的、通向出口室88的高压通道116与通向换挡缸室98的压力供应通道118之间的连接。
如果释放高压通道116与压力供应通道118之间的连接，那么换挡缸室98处于在排出室88中存在的高压下，并且换挡活塞94因此朝向阀板56运动并且将阀体90压到阀板上，以便关闭阀板56中的流入口92(图4)。
在这种情况下，通过换挡缸室98中的高压而作用于换挡活塞94的力抵抗弹性蓄能器120的力，该弹性蓄能器一方面支撑在换挡缸壳体96上，另一方面这样作用于换挡活塞94，使得换挡活塞运动远离阀板56运动，并且换挡活塞因此使阀体90运动到释放流入口92的位置中。
尤其，换挡活塞94配设有泄压通道122，该泄压通道从朝向换挡缸室98的开口通向图4中示出的排出口124，该排出口在阀体90的和换挡活塞94的关闭流入口92的位置中通向流入室72。在此，在中断高压通道116和压力供应通道118之间的连接的情况下，泄压通道124使得换挡缸室98中的压力迅速下降并且因此使换挡活塞94在弹性蓄能器120的作用下连同阀体90一起运动到释放流入口92的、图3所示的位置中。
机械功率控制单元70能由图1中示出的运行状态控制装置130这样操控，使得通过所述状态控制装置可以关闭和打开机械功率控制单元70，以便激活或停用相应的气缸组42a、42b，并且因此使制冷剂压缩机12运行至定义了气缸组42的激活和停用的范围的运行模式B中。
此外，电机60也能通过运行状态控制装置130控制，尤其通过操控电机60的变频器132来控制，以便使电机可以转速可变地运行并且借此可以在使用适当的运行模式时实现所必需的负载状态或部分功率状态。
此外，运行状态控制装置130检测制冷剂压缩机12的相应的负载状态或部分功率状态，例如通过借助布置在低压接头36附近或者布置在低压接头36处的吸入压力传感器134测量吸入压力PS并且通过借助布置在高压接头14附近或者布置在高压接头14处的高压传感器136测量高压PH来检测。
此外，借助变频器132也能够检测电机60消耗的电功率。
此外，还向运行状态控制装置130传输功率请求信号LA，该功率请求信号由设备控制装置138生成，该设备控制装置检测低压侧的热交换器32所请求的、用于冷却对象146(例如冷却室)的制冷功率，例如通过分配给低压侧的热交换器32的温度传感器142和144来检测，所述温度传感器允许检测穿流低压侧的热交换器32与对象146的(例如在低压侧热交换器32前后的)介质148的温度，并且允许将所述温度与介质146的所要求的温度相比较。
运行状态控制装置130能够使制冷设备10的制冷功率适配于冷却对象146所必需的制冷功率(所需的制冷功率由功率请求信号LA预设)，这一方面通过选择适当的运行模式B并且另一方面通过借助变频器132调节电机60的转速实现。
不过，在这种情况下，只有由电机60的设计所限的转速范围能用于转速的调整，在选择适当的运行模式时同样要考虑这一转速范围。
在部分功率状态下可能的运行模式B例如可以设定：
-制冷剂压缩机12的如下运行：所有气缸组42都处于激活状态下并且仅通过由变频器132调整电机12的转速来适配于部分功率状态，
-制冷剂压缩机12的如下运行：具有激活的和未激活的气缸组42并且通过变频器132使电机12的转速适配于激活的和未激活的气缸组的程度，
-制冷剂压缩机12的如下运行：具有仅一个激活的气缸组42并且通过由变频器调整电机12的转速来适配于部分功率状态。
在第一类型的运行模式下，至少一个所述气缸组42a、42b的激活或停用例如可以在相应的部分功率状态的整个时间段内进行，从而例如在需要部分功率状态为满负载状态的X％的特定时间段内，持续停用一个气缸组42并且制冷剂压缩机12利用另外的激活的气缸组42工作，并且此外，通过对变频器132的相应操控进行电机的转速的相应调整。
对此备选地，在第二类型的运行模式下，也可以在部分功率状态的时间段内，按节拍地激活或停用至少一个气缸组42a、42b或两个气缸组42，并且此外，通过对变频器132的操控以适当的方式调整电机60的转速。
为此，机械功率控制单元70能由图1示出的运行状态控制装置130这样操控，使得在连续的换挡区间SI内通过运行状态控制装置关闭和打开机械功率控制单元70，其中，每个换挡区间SI具有打开区间O和关闭区间S，在打开区间内，阀体90处于其释放的位置中，允许进入流74穿流通过流入口92并且激活相应的气缸组42，在关闭区间内，阀体90(如图4所示)处于其关闭位置中，阻止进入流74穿流通过流入口92并且因此停用相应的气缸组42。
在相应的换挡区间SI的持续时间内，打开区间O和关闭区间S的持续时间现在可以相对于彼此可变地调整，以指定相应的运行模式，使得要么打开区间O大于关闭区间，要么反过来。
在极端情况下，打开区间O基本上可以在换挡区间SI的整个持续时间上延伸，而关闭区间S变得任意小，或者也可以反过来，关闭区间S基本上在换挡区间SI的整个持续时间上延伸，从而打开区间O变得任意小。
因为在按照本发明的制冷设备10中通常通过膨胀阀30持续地汽化液态的制冷剂，所以制冷剂压缩机12对制冷剂的压缩的中断导致低压侧的热交换器32中的温度T的升高。
不过，这种系统具有反应惰性，从而在中断从低压侧的热交换器32抽出制冷剂时，低压侧的热交换器32的温度T不是立即升高，而是如图6所示，需要一段持续时间Z来升高值D。
只要值D小于低压侧的热交换器的出口温度TA的10％，那么这种波动对于按照本发明的制冷设备的功能来说是无关紧要的。
基于所述原因，换挡区间SI选择为小于持续时间Z，当突然中断从低压侧的热交换器32抽出制冷剂以及突然中断在高压接头14供应处于高压下的介质时，所述持续时间Z持续到低压侧的热交换器32的温度T从低压侧的热交换器32的温度TA开始，升高大约10％、优选大约5％的数值D为止。
因此，确保了相应的换挡区间SI内的打开区间O和关闭区间S对制冷设备的功能的影响很小，并且仅导致按照本发明的制冷设备的低压侧的热交换器32的微小的温度波动。
换挡区间SI的持续时间通常短于大约10秒、优选短于大约5秒。
另一方面，为了确保足够的打开区间O，换挡区间长于大约1秒、优选长于2秒。
优选的运行范围提供持续时间在2秒至10秒之间的换挡区间SI。
为了确保这样短的换挡区间SI，优选设定换挡活塞94连同阀体90和弹性蓄能器120一起具有比与最大的换挡区间SI相对应的频率要高的固有频率，从而换挡活塞94能够在换挡区间SI内基本上无延迟地实现打开区间O和关闭区间S。
由换挡活塞94、阀体90和弹性蓄能器120组成的系统的固有频率优选比与换挡区间SI对应的频率高至少5倍或优选至少10倍。
此外，运行状态控制装置130能够识别或检测制冷剂压缩机12在相应的运行模式中并且在相应的负载状态或部分功率状态下的相对效率或COP，其中，相对效率或COP尤其取决于所使用的制冷剂、电机60的转速、激活的气缸组42的数量和高压PH与吸入压力PS的比。
在准确计算的情况下，相对效率或COP例如根据如下出版物的内容来确定：
制冷用的压缩机和冷凝装置-性能测试和测试方法-第1部分，制冷剂压缩机，
尤其是第4.1.5.2章和例如欧洲标准的公式7，
CEN/TC 113，日期2014-04,prEN 13 771-1:2014。
因此，借助运行状态控制装置130，在制冷剂压缩机12中存在如下可能性：在为了实现功率请求信号所要求的部分功率状态而提供多种运行模式的情况下，考虑尽可能高的效率(表现为尽可能高的相对效率或COP或者电机60的尽可能低的电功率消耗)，在部分功率状态下优化制冷剂压缩机12的运行，而且是通过选择制冷剂压缩机12的适当的运行模式来优化，并且规定，通过对变频器132的操控，来控制或调节对电机60的在这种部分功率状态下适用于相应的运行模式的转速，以便在所预设的部分功率状态下执行运行。
可以提前这样考虑或确定对相对效率或COP或者相应可能的运行模式B的电功率消耗，或者可以在制冷剂压缩机12持续运行时，通过查询在测试运行期间提前确定的且在运行状态控制装置130中存储的数据，来考虑或确定对相对效率或COP或者相应可能的运行模式B的电功率消耗。为此，为用于这种部分功率状态的相应可能的运行模式或者一组可能的部分功率状态的相应可能的运行模式B分别分配相对效率或COP或电功率消耗，从而运行状态控制装置130能针对由功率请求信号LA所要求的部分功率状态选择具有最有利的相对效率或COP或者最低的电功率消耗的运行模式B，并且能按照该运行模式B运行制冷剂压缩机12。
另一种可能性规定：在相应的部分功率状态下以可能的运行模式B运行制冷剂压缩机12，并且在每个运行状态下检测电机60消耗的功率，从而运行状态控制装置130接着能够将具有最低的电功率消耗的运行模式B评估为最高效率，以及能够存储该运行模式，并且能够将来仅将运行模式B作为具有最高效率的运行模式用于该部分功率状态。
在图7中示出通过运行状态控制装置130选择可能的运行模式B的工作方式。
首先，在运行状态控制装置130接收功率请求LA时，检查是否只有一种运行模式B或多种运行模式B被提供用于实现该功率请求LA。
在接近制冷剂压缩机12的最大功率的部分功率状态下，通常仅提供一种运行模式Bx，即，在这种运行模式下所有气缸组42都完全激活并且通过调节驱动电机60的转速来进行对部分功率状态的适配。
在处于中等或低功率范围的部分功率状态下，通常提供多种运行模式By至Bz供选择，这取决于存在多少气缸组42以及制冷剂压缩机12是否能以第一类型的运行模式和/或第二类型的运行模式运行。
接着，对于这些运行模式，分别确定电机60的用于实现所要求的部分功率状态所必需的转速，并且接着基于此以前述方式和方法考虑或确定相对效率或COP或电功率消耗。
利用分配给相应的运行模式By至Bz的相对效率或COP或电功率消耗，可以选择具有最佳相对效率或COP或最低电功率消耗的运行模式，接着由运行状态控制装置130将这种运行模式用于制冷剂压缩机12的运行，以便实现由负载请求信号LA所要求的部分状态。
先前阐述的一般工作方式随后能够以开始时描述的制冷剂压缩机12的实施例为例，借助用于确定相对效率或COP或电功率消耗的简化的工作方式详细阐述。
在根据第一实施例具有两个气缸组42a和42b的制冷剂压缩机中，在部分功率状态下，在限于第一类型的运行模式时仅存在如下可能，即以两个气缸组42a、42b处于激活状态的第一运行模式B1运行制冷剂压缩机，或者以第二运行模式B2运行制冷压缩机，在该第二运行模式中，仅激活气缸组42a、42b的其中一个气缸组并且停用另一个，如图8所示。
在运行模式B1、B2中的每个运行模式下都可以借助变频器132改变电机60的转速，例如在25Hz至70Hz之间进行改变。
因为所有气缸组42a、42b在超过50％的部分功率状态下必须是激活的，所以这些仅能在运行模式B1下实现，并且低于35％的部分功率状态能仅通过停用气缸组42a、42b的其中一个气缸组进而仅以运行模式B2实现，从而仅在35％至50％之间的部分功率状态下可以通过考虑相对效率或COP进行优化，因为制冷剂压缩机12在35％至50％之间的部分功率状态下可以以第一运行模式B1或第二运行模式B2运行。
因此，在第一运行模式B1和第二运行模式B2之间的选择可以通过确定该运行模式的相对效率或COP实现。
为了例如可以简化地考虑相对效率或COP或电功率消耗，将在35％至70％之间的可能的部分功率状态分成两组，更确切地说，在最简单的情况下，这取决于由高压传感器136检测的高压PH。
例如，在某种制冷剂的情况下，如果高压PH大于高压阈值PHG，就选择运行模式B2，如果高压PH低于阈值PHG，就选择运行模式B1。
在根据第一类型的运行模式B1和B2的情况下，分别不断地激活或停用相应的气缸组，并且这在实现部分功率状态的整个时间内进行。
然而，基于可以同样地实现第二类型的运行模式(其中可以在连续的换挡区间SI期间时间上成比例地进行相应的气缸组42的激活或停用)的事实，按照本发明的制冷剂压缩机的第一实施例提供了如下可能性：例如在仅选择其中一个气缸组42的情况下，通过对这一个气缸组42在换挡区间SI内例如以1:1的比例进行激活和停用的节拍化以及对另一个气缸组42的停用，选择运行模式B2'，在该运行模式中甚至可能出现更低的部分功率状态，其中，例如在17％至25％之间的部分功率范围内存在如下可能性：同样在考虑相对效率或COP的情况下通过在运行状态B2或运行状态B2'之间的选择来优化制冷剂压缩机12的运行，其中，例如同样在高压PH高于高压阈值PHG的情况下选择运行模式B2'，而在高压PH低于阈值PHG的情况下选择运行模式B2。
然而，根据所使用的制冷剂，这些关系也可以反过来。
如果按照第二实施例使用具有三个气缸组42a、42b和42c的制冷剂压缩机12'(图9)，例如每个气缸组42具有各两个气缸，其中，所述气缸组42a、42b和42c中的每个气缸组都能借助相关联的机械功率控制单元70单独激活或停用，那么如图10所示，可以存在三个运行模式B1、B2、B3，即，所有气缸组42a、42b和42c都处于激活状态下的第一运行模式B1，其中两个气缸组42处于激活状态下的第二运行模式B2，和其中仅一个气缸组42处于激活模式下的第三运行模式。
关于具体的结构，第二实施例与第一实施例相对应。
在该实施例中，在部分功率状态处于35％至65％的范围内时存在在运行模式B1和B2之间选择的可能性，并且在23％至33％的范围内时存在在运行模式B2和B3之间选择的可能性。
同样在所述第二实施例中，出于简化确定相对效率的工作方式的原因，通过设定高压阈值PHG将部分功率状态分成两组，其中，在高压PH高于高压阈值PHG时，在运行模式B1和B2之间进行选择时选择运行模式B2、并且在运行模式B2和B3之间进行选择时选择运行模式B3，而在高压PH低于高压阈值PHG的情况下，在运行模式B1和B2之间进行选择时选择运行模式B1、并且在运行模式B2和B3之间进行选择时选择运行模式B2。
此外，能以与第一实施例中相同的方式，利用运行模式B1实现最大的部分功率状态，并且利用运行模式B3以及利用对电机60的转速的相应的调整来实现最小的部分功率状态。
制冷剂压缩机12”的第三实施例尤其适用于CO2作为制冷剂的情况，该制冷剂压缩机包括高压接头14”和低压接头36”。
如图13所示，制冷剂压缩机12”构造为活塞式压缩机并且包括压缩机壳体40”，在压缩机壳体中例如设有两个彼此成V形的、并行工作的气缸组42”a和42”b，其中每个气缸组包括至少一个、尤其两个或更多的气缸单元44”。
每个所述气缸单元44”由气缸壳体46”形成，活塞48”在气缸壳体中能通过如下方式振荡运动：活塞48”能通过各一个连杆50”驱动，连杆本身位于偏心轮轴54”的偏心轮52”上，该偏心轮轴例如由可以构造为同步或异步电机的电机60”驱动。
每个气缸单元44”的气缸壳体46”由阀板56”封闭，在阀板上布置有气缸盖58”。
在此，阀板56”优选不是仅覆盖一个气缸组42”的气缸壳体46”，而是覆盖相应的气缸组42”的所有气缸壳体46”，并且气缸盖58”以相同的方式同样跨接相应的气缸组42”的所有气缸壳体46”。
此外，压缩机壳体40”还包括与低压接头36”连接的进入通道62”，该进入通道例如集成在压缩机壳体40”中。
如图15和图16所示，在气缸盖42”a和42”b中的每个气缸盖中分别设有进入室162和排出室164，所述进入室和排出室分配给相应的气缸组42”的两个气缸单元44”。
进入室162尤其处于气缸组42”的气缸单元44”的进入口172之上。
此外，排出室164处于气缸单元44”的设在阀板56”中的排出口174之上，排出口174设有位于阀板56”上的排出阀176，并且排出室164尤其直接与所述排出阀相邻。
如图15和图16中所示，每个气缸盖42”包括外壳体182，该外壳体扩过相应的阀板56”并且包围进入室162和排出室164，所述进入室和排出室本身又通过在外壳体182内延伸的分隔体184彼此分隔，其中，分隔体184从相应的阀板56”突出并且延伸经过进入室162并且跨过该进入室。
因此，在阀板56”的区域中，排出室164位于进入室162侧面的旁边，然而在外壳体182和分隔体184之间至少局部在进入室162之上延伸。
为了进行对制冷剂压缩机12”的功率的运行状态控制，即为了进行压缩机输送效率的运行状态控制，为每个气缸盖58”分配由运行状态控制装置130主动操控的机械功率控制单元70”，利用所述机械功率控制单元可以关闭或打开排出室164与进入室162之间的连接通道192，其中，与气缸盖58”相关联的气缸单元44”在连接通道192关闭时(图16)以全功率压缩制冷剂并且在连接通道192打开时不压缩制冷剂，因为制冷剂从排出室164回流到进入室162中。
在此，连接通道192延伸通过设置在分隔体184中的插入件194，该插入件形成朝向排出室164的密封座196并且与排出室164的包围密封座196的且与密封座连接的部分邻接。
此外，密封座196朝向封闭活塞202，该封闭活塞例如能利用由金属构造的密封区域204放到密封座196上，以便密封地关闭连接通道192，并且该封闭活塞能从密封座192抬起一定距离，使得密封区域204与密封座196间隔开，进而可以使制冷剂从排出室162涌到进入室164中。
在此优选的是，封闭活塞202与具有密封座196的插入件194同轴并且借助活塞环206在引导孔208中密封地引导，该引导孔由气缸盖58”的模制在外壳体182上的引导套筒体212形成。
优选的是，封闭活塞202本身或者至少密封区域204由金属、例如有色金属制成，所述金属的硬度低于密封座196的金属的硬度，密封座例如由钢、尤其是硬化钢制成。
为了能实现封闭活塞202的快速运动，封闭活塞202在关闭位置和打开位置之间的行程尤其处于连接通道192的平均直径的四分之一至二分之一的范围内。
在此，封闭活塞202限定了压力室214，该压力室设在封闭活塞202的背对着密封区域204的一侧，并且通过封闭体216在与封闭活塞202对置的一侧上关闭。
压力室216的体积尤其小，它在封闭活塞的打开位置中时小于在封闭活塞202的关闭位置中时的压力室216的最大体积的三分之一、优选小于其四分之一、更优选地小于其五分之一、再优选地小于其六分之一并且还优选地小于其八分之一。
此外，在压力室216中还设置有压力弹簧218，该压力弹簧一方面支撑在封闭体216上并且另一方面对封闭活塞202沿其置于密封座196上的关闭位置的方向起作用。
根据压力室216的压力加载，封闭活塞202能运动到图15所示的其打开位置中或图16所示的其关闭位置中。
为此，封闭活塞202被节流通道222贯穿，该节流通道从压力室214穿过封闭活塞202延伸至一通口，该通口在朝向密封座196的一侧径向位于密封区域之外，然而由于其径向位于密封区域204之外，所以在封闭活塞202的关闭位置中，该通口允许处于排出室164中的压力下的且环流经过密封座196的制冷剂进入，并且将制冷剂节流地输送给压力室214。
此外，泄压通道224导向至压力室214，更确切地说，例如通过封闭体216导向至压力室214，该泄压通道能通过整体以226标记的电磁阀与减压通道228连接，该减压通道与进入室162连接。
电磁阀226例如构造成具有阀体232，利用该阀体可以中断或建立在减压通道228和泄压通道224之间的连接。
如果在泄压通道224和减压通道228之间建立了连接，则压力室214中主要是吸入压力，而封闭活塞202在其朝向排出室164的一侧受到排出室64中的压力的作用并且因此运动到其打开位置中。
然而，如果在减压通道228和泄压通道224之间的连接被阀体232中断，则压力弹簧218将封闭活塞202压到密封座196上并且高压还通过节流通道222流入压力室214，从而在压力室214中形成高压，除了压缩弹簧218的作用，该高压也将封闭活塞202连同密封元件204压到密封座196上。
如果电磁阀226的阀体232建立了在泄压通道224和减压通道228之间的连接(这使得压力室214中出现吸入压力)，那么封闭活塞202尤其构造成径向延伸超过密封座196延伸，从而即使封闭活塞202处于关闭位置，处于密封座196径向外部的且承受高压的活塞表面也会使得封闭活塞202逆着压力弹簧218的力运动到打开位置中(图15所示)，。
处于吸入压力下的制冷剂的输送通过在压缩机壳体40”中凹入成型的输送通道62”进行，该输送通道导向至通向阀板56”的进入口，处于吸入压力下的制冷剂通过该进入口流向阀板56”中的穿通孔236并且通过该穿通孔转移到进入室162中。
此外，如图15和图16所示，排出室164导向至设在阀板56”中的排出口242，处于排出室164中的压力下的制冷剂通过该排出口转移到设在压缩机壳体中的排出通道244中并且能够流向高压接头16”。
尤其为阀板56'的排出口244分配止回阀246，该止回阀保持在阀板56'上并且在封闭活塞202处于打开位置的情况下、进而在制冷剂从排出室164涌入进入室162的情况下，确保排出通道244中的压力不会下降，而是由关闭的止回阀246维持。
制冷剂压缩机12”的第三实施例能以与第一实施例相同的方式运行，从而关于其在运行模式B1、B2和B2'下的运行，可以完全参考关于第一实施例的说明。

Claims (23)

1.用于制冷设备(10)的制冷剂压缩机(12)，包括电机(60)、至少两个气缸组(42)以及分配给每个气缸组(42)的气缸盖(58)和机械功率控制单元(70)，其中，每个气缸组具有至少一个气缸单元(44)，所述气缸单元分别具有至少一个气缸壳体(46)和至少一个被电机(60)驱动的且能振荡运动的活塞(48)，所述气缸盖具有被进入流(74)穿流的进入室(72、162)和被排出流(86)穿流的排出室(88、164)，所述机械功率控制单元用于激活和停用至少一个气缸组(42)，以便激活或停用气缸组的制冷剂排放，
其特征在于，制冷剂压缩机(12)为了在多种部分功率状态下运行而能以至少两个不同的运行模式运行，其中每种运行模式都设定与其他运行模式(B)不同的对气缸组(42)的激活或停用，为制冷剂压缩机(12)分配用于电机(60)的转速控制的变频器(132)，为制冷剂压缩机(12)分配运行状态控制装置(130)，根据输入给运行状态控制装置的功率请求信号(LA)、并且为了制冷剂压缩机(12)在符合该功率请求信号(LA)的部分功率状态下的运行，该运行状态控制装置使制冷剂压缩机(12)以一种从至少两个不同的运行模式(B)中选择的运行模式(B)以及电机(60)的与所选择的运行模式(B)适配的转速运行，以实现这种部分功率状态。
2.根据权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，运行状态控制装置(132)使制冷剂压缩机(12)在第一运行模式(B1)下运行，伴随所有气缸组(42)的激活以及电机(60)的转速对第一运行模式(B1)的适配。
3.根据权利要求1或2所述的制冷剂压缩机，其特征在于，运行状态控制装置使制冷剂压缩机(12)在至少一个另外的运行模式(B)下运行，其中至少一个气缸组(42)停用并且至少一个气缸组(42)激活并且伴随电机(60)的转速对该运行模式(B)的适配。
4.根据上述权利要求之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，运行状态控制装置(130)在能由多种运行模式(B)实现的部分功率状态下选择一种运行模式(B)，该运行模式在该部分功率状态下实现最高的相对效率或最高的COP或实现电机(60)的最低的电功率消耗。
5.根据权利要求4所述的制冷剂压缩机，其特征在于，运行状态控制装置(130)针对分别为了实现一种部分功率状态而可能的运行模式(B)确定相对效率或COP或电机(60)的电功率消耗，并且通过比较已确定的相对效率或COP或电功率消耗来选择运行模式(B)。
6.根据权利要求4或5所述的制冷剂压缩机，其特征在于，运行状态控制装置(130)为了针对每种运行模式(B)确定相对效率或COP或电功率消耗而已经存储数据。
7.根据权利要求4至6之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，通过检测吸入压力(PS)和/或制冷剂压缩机(12)处的高压(PH)，由运行状态控制装置(130)确定相对效率或COP或电功率消耗。
8.根据权利要求4至7之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，运行状态控制装置(130)考虑制冷剂、部分功率状态、电机(60)的功率消耗和/或转速，以确定相对效率或COP或电功率消耗。
9.根据上述权利要求之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，为了确定运行模式的相对效率或COP，使要实现的部分功率状态分成阈值(PHG)以上的和阈值(PHG)以下的部分功率状态，并且在阈值(PHG)以上的部分功率状态中、并且在必需电机(60)的较高的转速的运行模式(B)中接受较高的相对效率或COP或者较低的电功率消耗并且因此选择这些运行模式，并且在阈值(PHG)以下的部分功率状态中、并且在必需电机(60)的较低的转速的运行模式中接受较高的相对效率或COP或较低的电功率消耗并且因此选择这些运行模式。
10.根据上述权利要求之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，运行状态控制装置(130)在第一类型的运行模式中持续保持具有气缸组(42)的固定预定的停用和激活的运行模式(B)，以实现由功率请求信号(LA)所要求的部分功率状态。
11.根据上述权利要求之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，运行状态控制装置(130)通过在定义的换挡区间(SI)内按节拍地停用和激活至少一个气缸组(42)，使制冷剂压缩机(12)以至少一个与第二类型的运行模式相对应的运行模式(B)运行，其中，尤其在该运行模式(B)中，在实现相应的部分功率状态时，至少一个气缸组(42)在换挡区间(SI)内时间上成比例的停用和激活是恒定的。
12.根据上述权利要求之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，每个气缸组(42)的激活和停用借助由运行状态控制装置(130)控制的机械功率控制单元(70)进行。
13.根据权利要求12所述的制冷剂压缩机，其特征在于，机械功率控制单元(70)分配给气缸组(42)的气缸盖(58)。
14.根据权利要求12或13所述的制冷剂压缩机，其特征在于，机械功率控制单元(70)为了相应的气缸组(42)的激活或停用而控制进入气缸盖(58)的进入室(72)的进入流(74)。
15.根据权利要求1至14之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，功率控制单元(70)为了相应的气缸组(42')的激活或停用而在气缸盖(58)中将排出室(164)与进入室(162)相连接。
16.根据上述权利要求之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，运行状态控制装置(130)是与变频器(132)分开的运行状态控制装置。
17.根据权利要求1至16之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，运行状态控制装置(130)布置在容纳变频器(132)的壳体(40)中。
18.根据上述权利要求之一所述制冷剂压缩机，其特征在于，制冷剂压缩机(12)的各气缸组(42)并行运行地工作。
19.根据上述权利要求之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，制冷剂压缩机(12)的每个气缸组(42)都具有至少两个气缸单元(44)。
20.根据上述权利要求之一所述的制冷剂压缩机，其特征在于，制冷剂压缩机(12)具有多于两个的气缸组(42)。
21.制冷设备，包括制冷剂压缩机(12)、高压侧的热交换器(18)、膨胀机构(30)和低压侧的热交换器(32)，其特征在于，制冷剂压缩机(12)根据上述权利要求之一所述地构造。
22.根据权利要求21所述的制冷设备，其特征在于，制冷设备(10)具有设备控制装置(138)，所述设备控制装置产生功率请求信号(LA)。
23.根据权利要求22所述的制冷设备，其特征在于，运行状态控制装置(130)布置在设备控制装置(138)的壳体中。
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