CN1847757A - 制冷剂压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种用于制冷系统的制冷剂压缩机，其包括：至少一个气缸单元，其具有气缸外壳和在气缸外壳中可振荡运动的活塞；气缸盖，带有由至少一个气缸单元的输入流流过的吸入腔和由至少一个气缸单元的排出流流过的排出腔；以及用于中断输入流的开关阀。为了改进这种制冷剂压缩机，使得该压缩机可运行在任意的部分负载范围中，建议设有用于控制开关阀的控制装置，为了在较低的部分负载范围中操作制冷剂压缩机，该控制装置以相继连续的开关时间操作开关阀，该开关时间分别包括开关阀的一个打开时间和一个关闭时间且短于最小持续时间，在该持续时间之后在工作的制冷系统中的蒸发器的温度在输入流中断的情况下升高了大约10％。

Description

制冷剂压缩机
技术领域
本发明涉及一种用于制冷系统的制冷剂压缩机，其包括：至少一个气缸单元，其具有气缸外壳和可在气缸外壳中振荡运动的活塞；气缸盖，带有由至少一个气缸单元的输入流流过的吸入腔和由至少一个气缸单元的排出流流过的排出腔；以及用于中断输入流的开关阀。
背景技术
从现有技术中已知这样的制冷剂压缩机，在这种压缩机中通过开关阀可以持久地切断一个或多个气缸单元或者持久地打开。
通过这种解决方案，质量流量的控制仅仅根据关闭气缸单元的活塞排量和工作的气缸单元的活塞排量的比率。
发明内容
因此本发明的任务在于，如此改进前述类型的制冷剂压缩机，使得它可运行在任意部分负载范围中。
该任务在根据本发明的前述类型的制冷剂压缩机中如此完成，即设有用于控制开关阀的控制装置，为了在较低的部分负载范围中操作制冷剂压缩机，该控制装置以相继连续的开关时间操作开关阀，该开关时间分别包括开关阀的一个打开时间和一个关闭时间，该开关时间短于最小持续时间，在该最小持续时间之后在工作的制冷系统中的蒸发器的温度在输入流中断时升高了大约10％。
可以看出根据本发明的解决方案的优点在于，制冷剂压缩机，特别是活塞压缩机在较低的部分负载范围中可以在任意的部分负载中被操作，因为通过在每个开关时间内的打开时间和关闭时间的比率，要被压缩的质量流可以无级和任意地调节。
在这种情况下，用于开关时间的持续时间选择得足够短，所以由于根据本发明的制冷系统在开关时间上的反应惰性，在制冷系统的蒸发器中仅仅产生不明显的温度波动，该波动不影响温度的精确调节。
作为前述解决方案的可选方案，在前述类型的制冷剂压缩机的另一个实施例中，设有用于控制开关阀的控制装置，为了在较低的部分负载范围中操作制冷剂压缩机，该控制装置以相继连续的开关时间操作开关阀，这些开关时间分别包括开关阀的一个打开时间和一个关闭时间，该开关时间小于大约10秒。
通过开关时间的持续时间的这种限制，以根据本发明的方式同样可以在较低的部分负载范围中在任意可调节的部分负载的情况下操作制冷剂压缩机，而在制冷系统中不产生影响制冷系统的调节质量的压力波动。
在这种情况下同样有利的是，开关时间短于大约2秒。
为了能够有效地操作开关阀，优选地规定开关时间长于大约0.02秒。
更有利的是开关时间长于0.05秒，并且特别有利的是开关时间长于0.1秒。
对于开关阀的开关特别有利的是，开关时间相应的开关频率小于开关阀的固有频率。
更好的是，开关时间相应的开关频率小于开关阀固有频率的5分之一。
原则上可以想象的是，通过根据本发明的控制装置，在较低的部分负载范围中例如切断气缸单元的一部分并且仅仅以开关时间操作气缸单元的一部分。
但是一个特别合适的解决方案规定，控制装置在较低的部分负载范围中以开关时间操作制冷剂压缩机的所有气缸单元。
此外，可以想象的是，同样在较高的部分负载范围中切断仅仅一部分气缸单元并且以开关时间操作其他部分的气缸单元。
但是特别有利的是，控制装置在全部的部分负载范围中以开关时间操作所有气缸单元。
关于开关时间的持续时间可以想到不同的解决方案可能性。因此由于简单性原因特别有利的变型规定，控制装置通过时间连续的开关时间工作。
另一个特别有利的解决方案规定，控制装置根据制冷剂压缩机的传动转速改变开关时间。
关于开关阀的结构，没有提供其他的详细信息。
因此可以想象的是，如此构造开关阀，使得它直接例如电磁控制地作用于输入流。
但是由于要求高的阀力(Ventilkraefte)，已经证明有利的是开关阀是伺服阀。
在这种情况下特别有的是，伺服阀包括通过与在排出腔中的压力有关的压力控制的阀体。
为了确保阀体不会自动地呈现由于在排出腔中的压力导致的端部位置，优选地规定，阀体通过克服作用在阀体上压力而作用的弹性蓄能器施加压力。
关于通过在排出腔中的压力控制阀体，可以想象到不同的结构的解决方案。例如可以想到的是具有通过在排出腔中压力施加到隔膜的解决方案或者类似物。
一个特别合适的解决方案规定，阀体与开关活塞耦合，该开关活塞通过与在排出腔中的压力有关的压力施加压力并且在开关气缸外壳中引导，该开关活塞然后控制阀体。
关于开关活塞的加载，已经证明有利的是，开关活塞和开关气缸外壳包围开关气缸腔并且在开关气缸腔中的压力是可控制的。
此外由于结构的原因有利的是，阀体和开关活塞构成一个单元，其在开关气缸外壳中被引导。
而且在这种伺服阀中有利的是，伺服阀包括由控制装置控制的控制阀。
这样的控制阀例如构造为快速反应的电控磁阀或者类似结构的阀。
在这种情况下为了操作伺服阀，在一个有利的实施例中规定，控制阀打开或关闭在开关气缸腔和排出腔之间的连接通道，所以可以以简单的方式通过在排出腔中的压力下存在的介质对开关活塞施加压力。
为了在这种伺服阀中获得尽可能高的固有频率和因此短的开关时间，优选地规定，由开关活塞，阀体和弹性蓄能器组成的单元的固有频率至少相应于开关阀的固有频率。
开关活塞由轻型材料制造时，特别能够获得开关阀的这样高的固有频率。
这样的轻型材料例如是轻金属或者塑料，例如纤维加强塑料。
开关活塞的另一个有利的结构规定，开关活塞构成为空心体，所以因此由开关活塞，阀体和弹性蓄能器组成的单元的高的固有频率是可以实现的。
附图说明
本发明的其他特征和优点是几个实施例的下面说明以及视图的对象。在附图中示出：
图1示出根据本发明的制冷系统的示意图；
图2示出沿着线2-2穿过根据本发明的制冷系统的制冷剂压缩机的横剖面；
图3示出在开关阀的阀体的打开位置时穿过集成在气缸盖中的开关阀的剖视图；
图4示出类似于图3中的剖视图，其中开关阀的阀体的关闭位置；
图5示出包括打开时间和关闭时间的开关时间的示意图；
图6示出在制冷剂被中断时在制冷系统的情况中，蒸发器温度的特性的示意图；
图7示出穿过根据本发明的制冷剂压缩机的第二实施例的类似于图3的剖视图；以及
图8示出穿过根据本发明的制冷剂压缩机的第二实施例的类似于图4的剖视图。
具体实施方式
整体用10表示的根据本发明的制冷系统的一个实施例包括制冷剂压缩机12，管道16从压缩机的高压接头14通到整体用18表示的冷凝器，在冷凝器中压缩的制冷剂通过散热而冷凝。
液态的制冷剂从冷凝器18流入到管道20到收集器22，在收集器中液态的制冷剂聚集并且从这里开始制冷剂然后通过管道28流到用于蒸发器32的膨胀阀30。
在流过蒸发器32之后，蒸发的制冷剂通过管道34流到制冷剂压缩机12的低压接头36。
如在图2中所示，根据本发明的制冷剂压缩机12构成为活塞压缩机并且包括压缩机外壳40，在外壳中设有两个互相设置成V形的气缸组(Zylinderbnke)42a和42b，其中每个汽缸组包括至少一个，特别是两个或者多个气缸单元44。
每个气缸单元44由气缸外壳46构成，在该外壳中活塞48以振荡运动的方式运动，这样活塞48通过连杆50驱动，连杆本身设置在偏心轴54的偏心轮52上，该偏心轴例如通过电动机55驱动。
每个气缸单元44的气缸外壳46通过阀板56关闭，在阀板上设置气缸盖58。
优选地在这种情况下阀板56不是覆盖气缸组42的仅仅一个气缸外壳46，而是覆盖各个气缸组42的所有气缸外壳46；并且以相同的方式，气缸盖58同样跨接各个气缸组42的所有气缸外壳46。
压缩机外壳40此外还包括与低压接头36连接的进入通道60，该通道例如集成在压缩机外壳40中。
如在图3中以放大的比例示出，每个气缸组42与整体用70表示的开关阀关联，开关阀用于中断制冷剂的从进入通道60流到各个气缸盖58的，更确切的说通过阀板56流到气缸盖的吸入腔72的输入流74。
如果开关阀70打开，那么输入流74可能通过在阀板56中设置的进气孔76和在阀板56上设置的进气阀78进入到由各自活塞48和各自气缸外壳46以及阀板56限制的气缸腔80中，以便在气缸腔中通过活塞48的振荡运动压缩，所以排出流86通过排出孔82和排出阀84从气缸腔80中排出并且流入到气缸盖58的排出腔88中。
开关阀70构成为伺服阀，其集成在气缸盖58中并且具有阀体90，通过该阀体可关闭吸入腔72的在阀板56中设置的进气孔92。
阀体90此外设置在开关活塞(Schaltkolben)94上，其在开关气缸外壳96中被引导，所以开关活塞94通过在开关气缸腔98中存在的压力沿阀板56的方向运动，以便关闭在阀板中的进气孔92。
由开关气缸外壳96，开关活塞94和开关气缸腔98构成并且集成在气缸盖58中的开关气缸单元100在这种情况下通过控制阀110控制，并且控制阀包括可电磁运动的控制活塞112，通过该控制活塞可以关闭控制阀座114，其中设置控制活塞112和控制阀座114用于中断或者开放在开关气缸100的通向排出腔88的压力通道116和通向开关气缸腔98的压力进入通道118之间的连接。
如果开放在高压通道116和压力进入通道118之间的连接，那么开关气缸腔98处于在排出腔88中存在的高压下并且因此开关活塞94沿阀板56的方向运动并且将阀体90压靠在阀板上，以便关闭在阀板56中的进气孔92。
在这种情况下通过在开关气缸腔98中的高压作用在开关活塞94上的力克服弹性蓄能器120的力，该弹性蓄能器一方面支撑在开关气缸外壳96上并且另一方面这样作用开关活塞94，使得开关活塞离开阀板56运动并且因此将阀体90移动到开放进气孔92的位置。
特别地，开关活塞94设有压力溢流通道122，其从对着开关气缸腔98的开口通到在图4中示出的排出开口124，该排出开口在阀体90和开关活塞94的关闭进气孔92的位置中注入到吸入腔72中。在这种情况下，压力溢流通道124导致当在高压通道116和压力进入通道118之间的连接中断时在开关气缸腔98中的压力迅速降低，并且因此在弹性蓄能器120的作用下，开关活塞94连同阀体90运动到开放进气孔92的在图3中示出的位置。
开关阀70通过在图1中示出的控制装置130这样控制，使得控制装置在相继连续的开关时间SI中关闭和打开开关阀70，其中每个开关时间SI具有打开时间O和关闭时间S，其中在打开时间时在它开放位置的阀体90允许穿过进气孔92的输入流74流动，在关闭时间时如在图4中所示在关闭位置的阀体90阻塞通过进气孔92的输入流74的流动。
现在在各个开关时间SI的期间内在所有部分负载范围中，打开时间O和关闭时间S的持续时间相对于互相可以调节，所以或者打开时间O大于关闭时间或者相反。
在极端的情况下，打开时间O基本上在开关时间SI的整个期间上延伸，然而关闭时间S变得尽可能小，或者相反，关闭时间S基本上在开关时间SI的整个期间上延伸，所以打开时间O变得尽可能小。
因为在根据本发明的制冷系统10中一般通过膨胀阀30不断地进行液态制冷剂的蒸发，通过制冷剂压缩机12的制冷剂的压缩的中断导致在蒸发器32中的温度T的升高。
但是该系统设有反应惰性，所以在制冷剂从蒸发器32中吸出中断时，蒸发器32的温度T不立即升高，而是如图6所示，必需时间Z，以便升高温度D。
只要值D在数量上小于蒸发器开始温度TA的10％，那么该波动对根据本发明的制冷系统的功能无关。
由于这个原因，关闭时间SI如此选择，使得它小于持续时间Z，这段持续时间过去之后，蒸发器32的温度T从蒸发器32的温度TA开始升高了大约10％的值D，更好地大约5％，当从蒸发器32中的制冷剂的吸出突然中断并且在高压下的介质的供应在高压接头14上进行。
因此确保，在相应的开关时间SI内的打开时间O和关闭时间S对制冷系统的功能没有显著的影响，并且仅仅导致根据本发明的制冷系统的蒸发器32的很小温度波动。
通常变换时间SI的持续时间小于大约10秒，甚至更好短于大约2秒。
另一方面，为了保证足够的打开时间O，开关时间长于大约0.02秒，甚至更好地大于0.05秒并且优选地大于0.1秒。
开关时间SI的有利的工作范围设置为，它的持续时间在0.1和10秒之间。
为了保证这样短的开关时间SI，优选地规定，开关活塞94连同阀体90和弹性蓄能器120一起具有一个固有频率，其大于相应于最大开关时间SI的频率，所以开关活塞94能够实现在开关时间SI内打开时间O和关闭时间S基本上没有延迟。
由开关活塞94，阀体90和弹性蓄能器120组成的系统的固有频率优选地大于开关时间SI相应的频率至少5倍或者更好地至少10倍。
为了实现上述目的规定，开关活塞94由轻型材料制成，例如轻金属或者塑料，以便必须移动较小的质量。
在根据本发明的制冷剂压缩机的第二实施例中，在图7和8中示出作为空心体构成的开关活塞94′，以便实现尽可能小的质量以及因此尽可能高的固有频率。
根据本发明的解决方案例如为每个气缸组设置一个这样的开关阀70，所以存在相应地关闭气缸组42的所有气缸单元44的进入流的可能。
同样可以想象的是，这样设置操纵阀70，使得它控制通向整个制冷剂压缩机的所有气缸单元44的进入流74。
在有利的解决方案中，至少在较低的部分负载范围中，也就是说在最大质量流的大约1％和30％之间的范围中，控制装置130通过这样的开关时间控制所有气缸单元44。
但是在较高的部分负载范围中，例如在最大质量流的大约30％和100％之间的较高的部分负载范围中，有利的是通过相同的开关时间操作所有的气缸单元44，以便避免活塞压缩机在气缸单元44的完全关闭时产生的平衡问题。
现在控制装置130能够在制冷剂压缩机12的运行时在全负载范围中如此控制开关活塞70，使得阀体90持续地位于开放进气孔92的位置上，所以输入流74能够流向各个气缸组42的所有气缸单元44。
在这种情况下，制冷剂的最大质量流被压缩到高压H。
同样可以在零负载范围中如此控制开关活塞70，使得阀体90持续地位于它的关闭进气孔92的位置。在这种情况下，实际上没有质量流被压缩。仅仅通过压力通道116和压力供给通道118以及压力溢流通道122流过的质量流被压缩。
在部分负载范围中，控制装置130能够连续地调节任何任意的部分负载，并且更具体地说，通过增加开关时间SI的持续时间的打开时间O和关闭时间S的持续时间，这样容易地调节希望的比率。
在这种情况下，开关时间SI在所有的部分负载中可以是相等的。
但是，同样可以想象的是，开关时间SI或者按比例或者在根据偏心轴54并且因此电动机55的转速的单独步骤中变化。
例如开关时间SI的变化如此进行，使得在电动机转速较小时开关时间SI是长的并且当电动机的转速较大时开关时间是较短的。
可以看见根据本发明的解决方案的优点在于，在活塞压缩机中消耗功率与质量流量成正比，并且因此在部分负载范围中通过连续的打开时间O和关闭时间S的质量流量减小时，也可以减小活塞压缩机的消耗功率。
此外，根据本发明的解决方案可以通过质量流量的控制以如此执行制冷剂压缩机12的起始过程，以便减小制冷剂煮沸的危险。

Claims (23)

1.一种用于制冷系统的制冷剂压缩机，包括：至少一个气缸单元(44)，其具有气缸外壳(46)和可在气缸外壳(46)中振荡运动的活塞(48)；气缸盖(58)，带有由至少一个气缸单元(44)的输入流(74)流过的吸入腔(72)和由至少一个气缸单元(44)的排出流(86)流过的排出腔(88)；以及用于中断输入流(74)的开关阀(70)，其特征在于，设有用于控制开关阀(70)的控制装置(130)，为了在较低的部分负载范围中操作制冷剂压缩机(12)，该控制装置以相继连续的开关时间(SI)操作开关阀(70)，这些开关时间分别包括开关阀(70)的一个打开时间(O)和一个关闭时间(S)且短于最小的持续时间(Z)，在该持续时间之后在工作的制冷系统(10)中的蒸发器(32)的温度(T)在输入流(74)中断的情况升高了大约10％。
2.如权利要求1前序部分或权利要求1所述的制冷剂压缩机，其中设有用于控制开关阀(70)的控制装置(130)，为了在较低的部分负载范围中操作制冷剂压缩机(12)，该控制装置以相继连续的开关时间(SI)操作开关阀(70)，该开关时间小于大约10秒。
3.如权利要求2所述的制冷剂压缩机，其中开关时间短于大约2秒。
4.如前述权利要求中任一项所述的制冷剂压缩机，其中开关时间(SI)长于大约0.02秒。
5.如权利要求4所述的制冷剂压缩机，其中开关时间(SI)长于大约0.05秒。
6.如权利要求5所述的制冷剂压缩机，其中开关时间(SI)长于大约0.1秒。
7.如前述权利要求中任一项所述的制冷剂压缩机，其中开关时间(SI)相应的开关频率小于开关阀(70)的固有频率。
8.如权利要求7所述的制冷剂压缩机，其中开关时间(SI)相应的开关频率小于开关阀(70)的固有频率的5分之一。
9.如前述权利要求中任一项所述的制冷剂压缩机，其中控制装置(130)在较低的部分负载范围中以开关时间(SI)操作所有气缸单元(44)。
10.如权利要求9所述的制冷剂压缩机，其中控制装置(130)在全部的部分负载范围中以开关时间(SI)操作所有气缸单元(44)。
11.如前述权利要求中任一项所述的制冷剂压缩机，其中控制装置(130)以时间连续的开关时间(SI)工作。
12.如前述权利要求中任一项所述的制冷剂压缩机，其中控制装置(130)根据制冷剂压缩机(12)的传动转速改变开关时间(SI)。
13.如前述权利要求中任一项所述的制冷剂压缩机，其中开关阀(70)是伺服阀。
14.如权利要求13所述的制冷剂压缩机，其中伺服阀(70)包括可以由与在排出腔(88)中的压力有关的压力控制的阀体(90)。
15.如权利要求14所述的制冷剂压缩机，其中阀体(90)由克服作用在阀体(90)上的压力而作用的弹性蓄能器(120)施加压力。
16.如权利要求14或15所述的制冷剂压缩机，其中阀体(90)与开关活塞(94)耦合，该开关活塞可通过与在排出腔(88)中的压力有关的压力施加压力并且在开关气缸外壳(96)中引导。
17.如权利要求14-16中任一项所述的制冷剂压缩机，其中开关活塞(94)和开关气缸外壳(96)包围开关气缸腔(98)并且在开关气缸腔中的压力是可控制的。
18.如权利要求14-17中任一项所述的制冷剂压缩机，其中阀体(90)和开关活塞构成一个单元，其在开关气缸外壳(96)中被引导。
19.如权利要求14-18中任一项所述的制冷剂压缩机，其中伺服阀(70)包括可由控制装置(130)控制的控制阀(110)。
20.如权利要求19所述的制冷剂压缩机，其中控制阀(110)打开或关闭在开关气缸腔(98)和排出腔(88)之间的连接通道(116、118)。
21.如权利要求15-20中任一项所述的制冷剂压缩机，其中由开关活塞(94)，阀体(90)和弹性蓄能器(120)组成的单元的固有频率至少相应于开关阀(70)的固有频率。
22.如权利要求14-21中任一项所述的制冷剂压缩机，其中开关活塞由轻型材料制造。
23.如权利要求14-22中任一项所述的制冷剂压缩机，其中开关活塞(94′)构成为空心体。
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