CN1576601A - 可变容量涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变容量涡旋压缩机，它包括：吸气通道，该吸气通道与吸气腔室连接；排气通道，该排气通道与排气腔室连接；旁路孔，该旁路孔穿过确定压缩空间的壁而形成；旁路通道，该旁路通道的第一端与旁路孔连接，第二端与处于低压状态的吸气腔室连接；止回阀，用于选择地使旁路通道与旁路孔连接；以及控制阀，用于选择地将低压流体以及排气通道中的高压流体中之一施加在止回阀上，以便将止回阀控制在打开和关闭位置中的一个位置上。

Description

可变容量涡旋压缩机

技术领域

本发明涉及一种涡旋压缩机，尤其是涉及一种可变容量的涡旋压缩机，该涡旋压缩机的构成是根据采用该压缩机的系统的简单操作来改变压缩容量。

背景技术

通常，冷却系统用于空调或冰箱，以便通过利用冷却循环系统中循环的制冷剂吸收和排出热量而降低封闭空间的温度。

这样的冷却系统设置成进行一系列的制冷剂压缩、冷凝、膨胀和蒸发循环。涡旋压缩机用于进行在该一系列循环中的压缩循环。

因为涡旋压缩机已经在大量公开文献中介绍，因此这里将省略对总体结构和工作的详细说明。

下面将介绍涡旋压缩机的压缩容量可变的原因。

用于特殊用途的涡旋压缩机通常通过考虑在预测它的使用环境时的最不利工作状态来进行选择，例如最大所需压缩容量状态(即，使用热泵的空调的加热操作)。

但是，通常在实际工作中，最不利状态几乎不出现。在压缩机的实际工作中，需要较小压缩容量的状态(例如空调的冷却操作)也不存在最不利状态。

因此，当考虑到最差状态而选择具有较大压缩容量的压缩机时，在高压缩比工作过程中，压缩机在低负载状态下工作，因此，系统的总工作效率降低。

因此，为了提高在正常工作状态下的总工作效率以及允许在最不利状态下的工作状态，需要具有可变压缩容量的压缩机。

为了改变涡旋压缩机的压缩容量，已经广泛使用了压缩机的电控RPM的方法。

该电控方法的优点是有效改变压缩容量。但是，需要附加部件，例如用于准确控制马达的RPM的变换器。而且，当马达以相对较高RPM旋转时，很难保证摩擦部分的可靠性。

发明内容

因此，本发明涉及一种可变容量的涡旋压缩机，该涡旋压缩机基本消除了由于相关技术的限制和缺点而引起的一个或多个问题。

本发明的目的是提供一种可变容量的涡旋压缩机，它能够在压缩机马达以恒定RPM旋转的状态下利用旁路功能来改变压缩容量。

本发明的另一目的是提供一种可变容量的涡旋压缩机，它可以通过操作使用未压缩低压流体或压缩高压流体的阀来改变压缩容量。

本发明的附加优点、目标和特征将部分在后面的说明中提出，部分将由本领域普通技术人员在学习下面的内容时了解，或者可以通过实践本发明时学到。本发明的目的和其它优点可以通过在所述说明和权利要求以及附图中特别指出的结构来实现和获得。

为了实现这些目的和其它优点，根据本发明的目的，具体和广义地说，提供了一种可变容量的涡旋压缩机，它包括：旁路孔，该旁路孔穿过确定压缩空间的壁而形成；旁路通道，该旁路通道的第一端与旁路孔连接，第二端与处于低压状态的吸气腔室连接；止回阀，用于选择地使旁路通道与旁路孔连接；以及控制阀，用于将低压流体以及排气通道中的高压流体之中的一个选择地施加在止回阀上，以便将止回阀控制在打开和关闭位置中的一个位置。

在本发明的另一方面，提供了一种可变容量涡旋压缩机，包括：旁路孔，该旁路孔形成于压缩通路上，该压缩通路确定于第一和第二涡旋部件之间；止回阀，用于控制旁路孔的打开和关闭状态；以及旁路控制器，用于至少利用由排气通道施加的压力来控制止回阀的打开/关闭操作。

在本发明的还一方面，提供了一种可变容量涡旋压缩机，它包括：旁路孔，该旁路孔形成于压缩通路上，该压缩通路确定于第一和第二涡旋部件之间；浮阀，用于控制旁路孔的打开和关闭状态；以及旁路控制器，用于通过由排气通道施加的高压流体来控制止回阀的操作。

根据本发明，涡旋压缩机的容量变化可以在不添加附加部件的情况下很容易地实现。

本发明的优点是，当用于需要容量变化的系统时，可以有效使用本发明的压缩机。

应当理解，本发明的上述总体说明以及后面的详细说明都是示例性和解释性的，以便为了更好地解释要求的发明。

附图说明

附图表示了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理，该附图将用于进一步理解本发明，并包含在本申请中构成本申请的一部分。

附图中：

图1是本发明第一实施例的涡旋压缩机的剖视图；

图2是在图1中所示的静止涡旋部件的仰视图；

图3是图1的部分“A”的放大图，其中旁路孔关闭；

图4示意表示当旁路孔关闭时涡旋部件的状态的视图；

图5是图1的部分“A”的放大图，其中旁路孔打开；

图6示意表示当旁路孔打开时涡旋部件的状态的视图；以及

图7是本发明第二实施例的涡旋压缩机的剖视图。

具体实施方式

下面将详细介绍本发明的优选实施例，本发明优选实施例的实例在附图中表示。在全部附图中，相同参考标号将用于表示相同或相似的部分。

图1表示了本发明第一实施例的涡旋压缩机的剖视图。

参考图1，本发明的涡旋压缩机包括：普通的压缩部分；旁路部分，用于改变压缩容量；以及旁路控制部分，用于控制该旁路部分。

普通的压缩部分包括：密封壳体11，用于确定封闭腔室；密封板12，该密封板12布置在密封壳体11中，以便将密封腔室分成低压吸气腔室11和高压排气腔室14；吸气通道22，该吸气通道22与吸气腔室13连接，以便向该吸气腔室13供给要压缩的流体；排气通道23，该排气通道23与排气腔室14连接，以便将压缩的流体排出该排气腔室14外；静止涡旋部件15，该静止涡旋部件15固定在密封壳体11的内周上；驱动轴19，该驱动轴19从马达(未示出)伸出，并具有偏心的上端；沿轨道运行的涡旋部件16，它与驱动轴19相连；静止螺旋涡卷(spiral wrap)17，该静止螺旋涡卷17形成于静止涡旋部件15上；旋转螺旋涡卷18，该旋转螺旋涡卷18通过与静止螺旋涡卷17的表面接触而确定了流体压缩通路；轴承21，用于稳定地支承驱动轴19；以及中心排气通道26，该中心排气通道26穿过静止涡旋部件15的中心轴线形成，以便将压缩的流体导向排气腔室14。

旁路部分包括：旁路孔24，该旁路孔24穿过静止涡旋部件15的一部分形成；止回阀25，该止回阀25形成于旁路孔24的后侧，以便控制流体的流动方向；以及旁路通道31，该旁路通道31从止回阀25分支出来，以便能够将通过旁路孔24排出的流体引向吸气腔室13。

旁路控制部分包括：控制通道30，用于形成控制压力，以便控制止回阀25的打开/关闭操作；以及控制阀29，用于使形成于控制通道30上的控制压力能够从低压和高压通道27和28中的一个有选择地供给。控制通道30穿过密封板12形成，以便与普通压缩部分的压缩空间连通。

特别是，低压通道27的第一端与控制阀29连接，第二端与吸气通道22连接，这样，吸气通道22的低压可以供给低压通道27。高压通道28的第一端与控制阀29连接，第二端与排气通道23连接，这样，排气通道23的高压可以供给该高压通道28。

同时，止回阀25可以由具有浮动部件的浮阀来形成，该浮动部件沿施加压力的方向运动，以便改变通道连接状态。

例如，如图所示，柱形部件布置在柱形壳体内，可沿施加低压的方向运动。

也可选择，止回球可运动地布置在壳体内，这样，流体通道孔可以通过该止回球而打开和关闭。也就是说，本发明可以采用任意类型的、设计成通过压力控制的阀。

此外，控制阀29可以由电磁阀形成，该电磁阀由预定控制器来控制。

下面将介绍上述可变容量涡旋压缩机的工作情况。

当驱动轴19通过马达(未示出)而旋转时，与该驱动轴19相连的、沿轨道运行的涡旋部件16旋转。这时，静止涡旋部件15处于固定状态。

当沿轨道运行的涡旋部件16旋转时，储存在吸气腔室13中的低压流体，引入形成于沿轨道运行的涡旋部件16上的旋转螺旋涡卷18、和形成于静止涡旋部件15上的静止螺旋涡卷17之间确定的空间内，然后在该空间中进行压缩。

压缩的流体通过中心排气通道26引入排气腔室14中，该中心排气通道26穿过静止涡旋部件15的中心轴线形成，在排气腔室14中的高压流体通过排气通道23排出。

同时，当止回阀25关闭时(当止回阀25沿图中向下方向运动时)，流体不能通过旁路孔24排出。但是，当止回阀25打开时(当止回阀25沿图中向上方向运动时)，流体通过旁路孔24排出，然后通过旁路通道31而由旁路进入吸气腔室13。因此，当止回阀25打开时，压缩容量降低。

为了控制止回阀25的操作，旁路控制部分还包括控制通道，该控制通道的一端与止回阀25连接，以便向该止回阀25施加控制压力。控制阀29形成于该控制通道30的另一端。通过控制阀29，选择来自低压和高压通道27和28的流体压力中的一个，并将该压力施加给控制通道30。

特别是，低压和高压通道27和28分别与吸气和排气通道22和23连接，这样，并没有在普通压缩部分中压缩的低压流体、以及在普通压缩部分中压缩的高压流体可以分别供给低压和高压通道27和28。因此，可向控制通道30有选择地供给在低压和高压通道27和28中的低压和高压流体中的一种。

更详细地说，当通过使控制阀沿图1中向上方向运动而使高压通道28与控制通道30连接时，因为向控制通道30供给高压，止回阀25通过向下运动而关闭。当止回阀25关闭时，因为旁路孔24关闭，压缩的流体不能从旁路通过。因此，可以在没有任何压缩容量损失的情况下对相当大量的流体进行压缩。

当通过使控制阀沿图1中向下方向运动而使低压通道27与控制通道30连接时，因为将低压供给控制通道30，止回阀25通过沿图1中向上运动而打开。也就是说，通过涡旋部件15和16的相互操作而使压缩的流体的压力低于在吸气通道22中的压力，因此作为浮阀的止回阀25打开。

另外，当止回阀25打开时，因为旁路孔24打开，压缩的流体通过旁路通道31而由旁路进入吸气腔室13中。因此，压缩容量减小，大量流体从旁路通过。

图2表示了图1中所示的静止涡旋部件15的仰视图。

参考图2，静止螺旋涡卷17形成于静止涡旋部件15上，且中心排气通道26穿过该静止螺旋涡卷17的中心部分而形成。旁路孔24形成于涡旋部件上并在由静止螺旋涡卷17确定的压缩空间中，因此允许压缩的流体从旁路通过。

图3和5表示了图1中的部分“A”的放大图，图4和6示意表示了旁路孔处于打开和关闭状态时涡旋部件的视图。图3和4表示了旁路孔关闭时的状态，而图5和6表示了旁路孔打开时的状态。

首先参考图3，旁路孔24形成于在螺旋涡卷17的空间部分之间的位置处，并通过止回阀25而处于关闭状态。这时，因为高压通过控制通道30供给止回阀25，该止回阀25牢固关闭旁路孔24。

参考图4，当旁路孔24关闭时，确定于静止螺旋涡卷17和沿轨道运行的螺旋涡卷18之间的压缩空间的第一吸气容积41，可以从静止螺旋涡卷17与沿轨道运行的螺旋涡卷18相遇的开始位置起形成。

下面将更详细地介绍吸气容积。

确定于相互接触的静止螺旋涡卷17和沿轨道运行的螺旋涡卷18之间的吸气容积，可以包括两个吸气容积。

一个是当静止螺旋涡卷17的内周与沿轨道运行的螺旋涡卷18的外周相遇时确定的第一吸气空间。该第一吸气空间可以表示为图4中所示的第一吸气容积41。

另一个是当静止螺旋涡卷17的外周与沿轨道运行的螺旋涡卷18的内周相遇时确定的第二吸气空间(未示出)。尽管第二吸气空间并没有在图中表示，但是可以认为该第二吸气空间通过沿轨道运行的螺旋涡卷18的沿轨道运行工作而形成。

第一吸气空间的开始点确定在由参考标记SC1(压缩开始1)表示的位置，而第二吸气空间的开始点确定在由参考标号SC2(压缩开始2)表示的位置。因为开始点SC1和SC2并不对称布置，因此这可以称为不对称工作模式。也就是说，当涡旋部件基于该涡旋部件的中心部分而对半分开时，两个开始点SC1和SC2都偏向于一半，这可以称为不对称工作模式。

参考图5，当通过使止回阀25向上运动而打开旁路孔24时，因为如上所述向控制通道30供给低压，止回阀25打开，以便使要压缩流体通过旁路孔24和旁路通道31而由旁路进入吸气腔室13中。

参考图6，在旁路孔24打开的状态下，确定在静止螺旋涡卷42和旋转螺旋涡卷18之间的第二吸气容积42的开始点，并不确定在静止螺旋涡卷17开始与旋转螺旋涡卷相遇的位置上。也就是说，应当注意，第二吸气容积42的开始点确定于越过形成旁路孔24的位置的位置上。

下面将更详细地介绍当旁路孔打开时形成的吸气容积。

这时，确定于彼此接触的静止和旋转螺旋涡卷17和18之间的吸气容积也可以分成第一和第二容积。

第一容积是当静止螺旋涡卷17的内周与旋转螺旋涡卷18的外周相遇时确定的第一吸气空间。该第一吸气空间可以表示为图6中所示的第二吸气容积42。

第二容积是当静止螺旋涡卷17的外周与旋转螺旋涡卷18的内周相遇时确定的第二吸气空间(未示出)。尽管第二吸气空间并没有在图中表示，但是可以认为该第二吸气空间通过旋转螺旋涡卷18的旋转工作而形成。

此外，因为旁路孔24形成于静止螺旋涡卷的内周附近，因此它不会干涉第二吸气空间的形成。但是，只有当旁路孔24由于旋转螺旋涡卷18的厚度而关闭时才形成第二吸气空间。也就是说，尽管第二吸气空间由于旋转螺旋涡卷18而并不受旁路孔24的存在的影响，但是通过旁路的流体量，可以根据旋转螺旋涡卷18的厚度以及形成于压缩空间中的旁路孔24的相对位置而进一步变化。当旁路孔24形成于确定压缩空间的侧壁上时，第二吸气空间的形成将与旋转螺旋涡卷的厚度无关。

在压缩开始时，第一吸气空间的开始点确定在由参考标记CS1表示的位置上，而第二吸气空间的开始点确定于由参考标号CS2表示的位置。也就是说，开始点CS1和CS2根据涡旋部件15和16的中心而对称布置。这可以称为对称工作模式。

同时，为了实现完全对称工作模式，旁路孔24形成于静止螺旋涡卷17的螺旋开始点的相对侧，该开始点基于静止涡旋部件15的中心。

当使图4中所示的第一吸气容积41与图6中所示的第二吸气容积42比较时，可以发现它们彼此不同。

第一吸气容积41大于第二吸气容积42。这表明在不对称工作模式下，可以压缩更多流体。但是，形成于不对称工作模式中的第二吸气空间，可以与形成于对称工作模式中的第二吸气空间相同。

也就是说，因为吸气空间的容积根据旁路孔24的状态(打开/关闭状态)而变化，因此，由当旁路孔关闭时形成的第一吸气容积41确定的压缩容量，以及由当旁路孔打开时形成的第二吸气容积42确定的压缩容量彼此不同。

根据一系列试验，发现当旁路孔形成于图中所示位置时，在旁路孔24关闭的状态下通过使用可能最大容积允许极限(满负载)进行压缩而获得的压缩容量，与在旁路孔24打开的状态下通过使用部分可压缩容量(部分负载)进行压缩而获得的压缩容量相比增加18％。

也就是说，根据各种因素例如旁路孔24的打开/关闭状态、止回阀25的打开/关闭状态以及控制阀29的控制状态，涡旋压缩机的工作变成对称和不对称工作模式中的一个。此外，涡旋压缩机的吸气容积根据旁路孔24的打开/关闭状态而增加或减小，从而改变涡旋压缩机的压缩容量。

例如，当控制阀29控制成使得高压通道28与控制通道30连接时，止回阀25沿图中向下方向运动，并关闭旁路孔24。第一和第二吸气空间的开始点不对称定位，以便以不对称工作模式来操作涡旋压缩机，从而增加压缩容量。因此，该不对称工作模式适于例如空调的加热模式，其中需要相当大的压缩容量。

当控制阀29控制成使得低压通道27与控制通道30连接时，止回阀25沿图中向上方向运动，并打开旁路孔24。第一和第二吸气空间的开始点对称定位，以便以对称工作模式来操作涡旋压缩机，从而降低压缩容量。因此，该对称工作模式适于例如空调的冷却模式，其中需要相对较少的压缩容量。

本发明的压缩机的用途并不局限于只用作说明书中实例的空调。也就是说，本发明的压缩机可以用于需要可变压缩容量的任意系统。

图7表示了根据本发明第二实施例的涡旋压缩机。

如图所示，本实施例的涡旋压缩机除了控制阀周围的连接结构外，其他与第一实施例的涡旋压缩机相同。

详细地说，控制通道52、控制阀53和高压通道51与第一实施例相同。但是，在本实施例中并没有形成在第一实施例中的、通过控制阀与控制通道选择连接的低压通道27。

当没有形成低压通道27时，即使当控制阀53沿图中向下方向运动，吸气通道22的低压也不供给控制通道52。

这时，因为控制通道52的内部压力低于在普通压缩部分中压缩的流体的中间压力，因此可以打开止回阀25。也就是说，当通过高压通道51和控制阀53不供给高压时，在控制通道52中的高压流体通过止回阀25排出，以便根据止回阀25来实现压力平衡。因此，当在控制通道52中实现压力平衡时，通过涡旋压缩机的工作而使压缩空间在高压环境下形成，处于压力平衡状态的止回阀25通过压缩流体而打开。

如上所述，通过简单控制该控制阀，可以很方便地允许压缩的流体从旁路通过。特别是，旁路孔的控制主要动力是选择使用由未吸入普通压缩部分中的流体形成的低压、以及由普通压缩部分压缩的流体形成的高压。

因此，涡旋压缩机的结构可以更简化，从而减小制造成本。

本发明的可变容量涡旋压缩机的优点是，它可以通过使用旁路功能而多级改变压缩容量，这可以通过简单结构来实现，同时不改变压缩马达的RPM。

此外，因为用于实现涡旋压缩机容量变化的阀，设计成通过还没有在压缩部分中压缩的流体压力、以及已经在压缩部分中压缩的流体压力来控制，同时不添加附加部件，因此可以节省涡旋压缩机的制造成本。

本领域技术人员应当理解，在本发明中可以进行各种变化和改变。因此，本发明将覆盖发明的这些变化和改变，只要它们落在附加权利要求和它们的等效物的范围内。

Claims (22)

1.一种可变容量涡旋压缩机，包括：

一旁路孔，该旁路孔穿过确定压缩空间的壁而形成；

一旁路通道，该旁路通道的第一端与旁路孔连接，第二端与处于低压状态的吸气腔室连接；

一止回阀，用于选择地使旁路通道与旁路孔连接；以及

一控制阀，用于选择地将排气通道中的低压流体以及高压流体中之一施加在止回阀上，以便将止回阀控制在打开和关闭位置中的一个位置。

2.根据权利要求1所述的可变容量涡旋压缩机，其中控制阀与(a)连接吸气通道的低压通道、(b)连接排气通道的高压通道、以及(c)连接止回阀的控制通道进行连接，从而控制压力的施加。

3.根据权利要求1所述的可变容量涡旋压缩机，其中该止回阀是浮阀。

4.根据权利要求1所述的可变容量涡旋压缩机，其中旁路孔形成于静止涡旋部件上。

5.根据权利要求1所述的可变容量涡旋压缩机，其中旁路孔形成于沿轨道运行的涡旋部件上。

6.根据权利要求1所述的可变容量涡旋压缩机，其中控制阀是电磁阀。

7.根据权利要求1所述的可变容量涡旋压缩机，其中旁路孔基于涡旋部件的中心形成于这样的位置，即形成在压缩空间的开始点的位置的相对侧。

8.根据权利要求1所述的可变容量涡旋压缩机，其中旁路孔形成于这样的位置，在该位置旁路孔可以由转动涡旋涡卷关闭。

9.根据权利要求1所述的可变容量涡旋压缩机，其中低压流体通过压缩机的吸气通道供给。

10.根据权利要求1所述的可变容量涡旋压缩机，其中控制阀与(a)连接排气通道的高压通道、以及(b)连接止回阀的控制通道进行连接，从而控制压力的施加。

11.根据权利要求1所述的可变容量涡旋压缩机，其中控制通道穿过密封板形成，该密封板使低压侧与高压侧分开。

12.一种可变容量涡旋压缩机，包括：

一旁路孔，该旁路孔形成于压缩通路上，该压缩通路确定于第一和第二涡旋部件之间；

一止回阀，用于控制旁路孔的打开和关闭状态；以及

一旁路控制器，用于至少利用由排气通道施加的压力来控制止回阀的打开/关闭操作。

13.根据权利要求12所述的可变容量涡旋压缩机，其中该旁路控制器包括：

一控制阀，用于选择地供给吸气通道的流体压力以及排气通道的流体压力中之一；以及

一控制通道，该控制通道的相对端分别与控制阀和止回阀连接，以便将由控制阀施加的流体压力施加给止回阀。

14.根据权利要求12所述的可变容量涡旋压缩机，其中该旁路控制器包括：

一控制阀，用于选择地供给排气通道的流体压力；以及

一控制通道，该控制通道的相对端分别与控制阀和止回阀连接，以便将由控制阀供给的流体压力施加给止回阀。

15.根据权利要求12所述的可变容量涡旋压缩机，其中要压缩的流体通过旁路孔排出至吸气腔室。

16.根据权利要求12所述的可变容量涡旋压缩机，其中该旁路孔设计成使得在两个吸气空间的至少一个中压缩的流体从旁路通过。

17.根据权利要求12所述的可变容量涡旋压缩机，其中旁路孔确定在形成于第一涡旋部件上的旋转涡旋涡卷的内周、和形成于第二涡旋部件上的旋转涡旋涡卷的外周之间。

18.根据权利要求12所述的可变容量涡旋压缩机，其中止回阀包括止回球，该止回球设计成通过流体压力而在空腔中自由运动。

19.一种可变容量涡旋压缩机，包括：

一旁路孔，该旁路孔形成于压缩通路上，该压缩通路确定于第一和第二涡旋部件之间；

一浮阀，用于控制旁路孔的打开和关闭状态；以及

一旁路控制器，用于通过由排气通道施加的高压流体来控制止回阀的操作。

20.根据权利要求19所述的可变容量涡旋压缩机，其中为了控制止回阀的操作，低压流体还可以从吸气通道供给旁路控制器。

21.根据权利要求19所述的可变容量涡旋压缩机，其中旁路孔形成在这样的位置，即允许涡旋压缩机采用对称和不对称工作模式的位置。

22.根据权利要求19所述的可变容量涡旋压缩机，其中旁路孔形成于确定压缩空间的侧壁上。

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