TWI666387B - 壓縮機 - Google Patents

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Abstract

一種壓縮機包含一旋轉動力源、一第一流體壓縮腔室、一第二流體壓縮腔室以及一閥門裝置。旋轉動力源具有一轉軸。旋轉動力源同時驅動第一、二流體壓縮腔室內的壓縮機構使一流體依序經第一、二流體壓縮腔室之雙段壓縮。第二流體壓縮腔室具有一第一流體出口以及一第二流體出口，第一流體出口距離旋轉動力源較第二流體出口近。閥門裝置用以控制第一流體出口之開啟或封閉。

Description

壓縮機
本發明是關於一種壓縮機，特別是關於一種單機雙段壓縮機。
節能減碳是目前各企業推行其產品或服務時努力的方向之一，對於電器而言要求的就是電源使用效率需逐漸的提高。壓縮機是空調設備的重要部份之一，用以壓縮空調設備中使用的冷媒。壓縮機的高電源使用效率也是眾廠家努力追求的方向之一。
本發明提出一種創新的壓縮機，解決先前技術的問題。
於本發明的一實施例中，一種壓縮機包含一旋轉動力源、一第一流體壓縮腔室、一第二流體壓縮腔室以及一閥門裝置。旋轉動力源具有一轉軸。旋轉動力源同時驅動第一、二流體壓縮腔室內的壓縮機構使一流體依序經第一、二流體壓縮腔室之分段壓縮。第二流體壓縮腔室具有一第一流體出口以及一第二流體出口，第一流體出口距離旋轉動力源較第二流體出口近。閥門裝置用以控制第一流體出口之開啟或封閉。
於本發明的一實施例中，第一、二流體壓縮腔室位於旋轉動力源的同一側。
於本發明的一實施例中，第一、二流體壓縮腔室位於旋轉動力源的兩相對側。
於本發明的一實施例中，閥門裝置為一控制閥，其包含一壓力腔、一軸桿以及一滑塊閥門，壓力腔驅動軸桿沿一滑動方向控制滑塊閥門，而能開啟或封閉第一流體出口。
於本發明的一實施例中，上述滑動方向平行轉軸的長度方向。
於本發明的一實施例中，上述滑動方向垂直轉軸的長度方向。
於本發明的一實施例中，壓縮機更包含一控制器，其連接至閥門裝置，用以於第一時間段開啟第一流體出口，並於第二時間段封閉第一流體出口。
於本發明的一實施例中，壓縮機更包含一溫度感測器，其連接至控制器，藉以量測流體的溫度。
於本發明的一實施例中，旋轉動力源為一電動馬達。
於本發明的一實施例中，第二流體壓縮腔室之第一、二流體出口連通至一總流體出口。
綜上所述，本發明之單機雙段壓縮機，藉由其第二流體壓縮腔室的流體輸出口開關控制，可切換為單段壓縮或雙段壓縮。因此，當某特定流體之的溫度與其壓縮過程中的壓縮比大小與功耗的關係得知後，即可於適當時機切換較佳的壓縮方式(單段壓縮或雙段壓縮)，使壓縮機的電能使用效率能 進一步提高。
以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下：
100a‧‧‧壓縮機
100b‧‧‧壓縮機
102‧‧‧旋轉動力源
104‧‧‧第一流體壓縮腔室
104a‧‧‧主動螺桿
104b‧‧‧從動螺桿
106‧‧‧第二流體壓縮腔室
106a‧‧‧主動螺桿
106b‧‧‧從動螺桿
108‧‧‧轉軸
110‧‧‧控制閥
110a‧‧‧壓力腔
110b‧‧‧軸桿
110c‧‧‧滑塊閥門
112a‧‧‧總流體出口
112b‧‧‧第二流體出口
112c‧‧‧第一流體出口
114a‧‧‧滑動方向
114b‧‧‧滑動方向
116a‧‧‧總流體出口
116b‧‧‧第二流體出口
116c‧‧‧第一流體出口
120‧‧‧控制閥
120a‧‧‧壓力腔
120b‧‧‧軸桿
120c‧‧‧滑塊閥門
130‧‧‧控制器
140‧‧‧溫度感測器
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1、2圖係繪示依照本發明一實施例之一種壓縮機的剖面圖，其中第1、2圖分別是壓縮機的兩種不同的使用模式；第3、4圖係繪示依照本發明另一實施例之一種壓縮機的剖面圖，其中第3、4圖分別是壓縮機的兩種不同的使用模式；第5圖係繪示本發明之壓縮機的閥門裝置控制方塊圖；以及第6圖係繪示本發明之壓縮機的壓縮機構的立體圖。
為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。
於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或複數個。
本發明之技術態樣是一種單機雙段壓縮機，以下將搭配第1~6圖來說明單機雙段壓縮機之具體實施方式。
請參照第1、2圖，第1、2圖係繪示依照本發明一實施例之一種壓縮機的剖面圖，其中第1、2圖分別是壓縮機的雙段壓縮模式以及單段壓縮模式。
壓縮機100a包含一旋轉動力源102、一第一流體壓縮腔室104、一第二流體壓縮腔室106以及一閥門裝置。旋轉動力源102具有一轉軸108。在本實施例中，第一流體壓縮腔室104與第二流體壓縮腔室106分別位於旋轉動力源102的兩相對側。例如，第一流體壓縮腔室104位於轉軸108的一端，而第二流體壓縮腔室106位於轉軸108的另一相對端。位於第一流體壓縮腔室104的(流體)壓縮機構連接至轉軸108的一端，而位於第二流體壓縮腔室106的(流體)壓縮機構連接至轉軸108的另一相對端。因此，旋轉動力源102同時驅動第一、二流體壓縮腔室內的壓縮機構使一流體(例如冷媒)可依序經第一、二流體壓縮腔室之分段壓縮。
在其他實施例中，第一流體壓縮腔室與第二流體壓縮腔室亦可設計位於旋轉動力源的同一側(未繪示於圖面)，例如第一流體壓縮腔室與第二流體壓縮腔室均位於轉軸的同一端，其內的流體壓縮機構均連接至轉軸的同一端。在其他實施例中，流體壓縮腔室亦能設計三個或更多，並無限定於2個。此外，閥門裝置亦可設計為兩個或更多(例如每個流體壓縮腔室均配備一個閥門裝置)，使流體壓縮比的控制更為彈性。
請參照第6圖，在本案的實施例中，位於流體壓縮腔室內的壓縮機構為一雙螺桿機構。即雙螺桿機構包含一主動螺桿以及一從動螺桿，其中的主動螺桿連接至轉軸。具體而 言，位於第一流體壓縮腔室104的主動螺桿104a連接至轉軸108的一端，位於第二流體壓縮腔室106的主動螺桿106a連接至轉軸108的另一相對端。兩主動螺桿104a與主動螺桿106a同時隨轉軸108轉動，且分別帶動從動螺桿104b以及從動螺桿106b轉動。流體即被主動螺桿與從動螺桿之間連續空間的變化所壓縮並輸出。雖本案實施例之壓縮機構為一雙螺桿機構，但並不限定於雙螺桿機構，其他壓縮機構亦能適用。
於本發明的實施例中，主動螺桿104a與從動螺桿104b之直徑大於主動螺桿106a與從動螺桿106b轉動之直徑，主動螺桿104a與從動螺桿104b之長度亦大於主動螺桿106a與從動螺桿106b轉動之長度。因此，第一流體壓縮腔室104所能產生的流體壓縮比大於第二流體壓縮腔室106的流體壓縮比。在其他實施例中，各流體壓縮腔室的壓縮比的大小並不限定於上述狀況。
請再參照第1、2圖，第一流體壓縮腔室104與第二流體壓縮腔室106依序執行流體的第一段壓縮以及第二段壓縮。若兩段均執行時，流體的壓縮比較高，若僅執行單一段時，流體的壓縮比較低。具體而言，第一流體壓縮腔室104與第二流體壓縮腔室106均執行壓縮時之流體壓縮比高於僅使用第一流體壓縮腔室104執行壓縮時之流體壓縮比。在本發明的實施例中，可控制第二流體壓縮腔室106是否執行流體壓縮，藉以控制流體的壓縮比。
第二流體壓縮腔室106具有一第一流體出口112c以及一第二流體出口112b，藉以控制是否執行壓縮。第二流體壓縮腔室106之第一、二流體出口均連通至一總流體出口 112a。第一流體出口112c以及第二流體出口112b均開啟時，因第二流體壓縮腔室大體已無封閉性，故等同於無執行流體壓縮，對於旋轉動力源102也會減輕負載。當第一流體出口112c封閉而第二流體出口112b開啟時，第二流體壓縮腔室才能執行流體壓縮，對於旋轉動力源102即產生負載。無論第二流體壓縮腔室106之第一、二流體出口的開啟與否，第二流體壓縮腔室106的壓縮機構均隨轉軸108同步轉動，但執行流體壓縮時顯然對產生旋轉動力源102較大負載。
在本發明的實施例中，第一流體出口112c距離旋轉動力源102較第二流體出口112b近，因此第一流體出口112c封閉時，第二流體壓縮腔室106的大部分內壁係大致貼近內部的壓縮機構，始能執行流體壓縮。第二流體出口112b位於第二流體壓縮腔室106的末端，遠離旋轉動力源102，不另設閥門控制，均為開啟狀態，作為壓縮後流體的出口。當第一流體出口112c開啟時，第一流體出口112c與第二流體出口112b均連通至總流體出口112a。當第一流體出口112c封閉時，僅第二流體出口112b連通至總流體出口112a。
在第1、2圖中，閥門裝置為油壓或氣壓控制閥110，其包含壓力腔110a、軸桿110b以及滑塊閥門110c。軸桿110b的一端位於壓力腔110a內，軸桿110b的另一端連接至滑塊閥門110c。壓力腔110a驅動軸桿110b沿一滑動方向114a控制滑塊閥門110c，而能開啟或封閉第一流體出口112c。於此實施例中，滑動方向114a垂直於轉軸108的長度方向，換言之，軸桿110b的長度方向亦垂直於轉軸108的長度方向。
當旋轉動力源102為一電動馬達時，若前述第一 段壓縮(由第一流體壓縮腔室104所執行)以及第二段壓縮(由第二流體壓縮腔室106所執行)同時執行時，旋轉動力源102的功耗較大且流體壓縮比較大。若僅執行第一段壓縮時，旋轉動力源102的功耗較小且流體壓縮比較小。然而，對流體(例如冷媒)而言，本發明觀察到流體於不同的狀態時(例如不同的壓力)，對高、低壓縮比的負載或功耗可能差異很大。因此，適當的調配單段壓縮或雙段壓縮的應用時機，有助於提升旋轉動力源102用電效能。
請參照第3、4圖，第3、4圖係繪示依照本發明另一實施例之一種壓縮機的剖面圖，其中第3、4圖分別是壓縮機的雙段壓縮模式以及單段壓縮模式。相似地，壓縮機100b同樣包含一旋轉動力源102、一第一流體壓縮腔室104、一第二流體壓縮腔室106以及一閥門裝置。不同之處主要在於閥門裝置，具體而言，閥門裝置為油壓或氣壓控制閥120，其包含壓力腔120a、軸桿120b以及滑塊閥門120c。軸桿120b的一端位於壓力腔120a內，軸桿120b的另一端連接至滑塊閥門120c。壓力腔120a驅動軸桿120b沿一滑動方向114b控制滑塊閥門120c，而能開啟或封閉第一流體出口116c。於此實施例中，滑動方向114b平行於轉軸108的長度方向，換言之，軸桿120b的長度方向亦平行於轉軸108的長度方向。
於本實施例中，第二流體壓縮腔室106具有一第一流體出口116c以及一第二流體出口116b，藉以控制是否執行壓縮。第二流體壓縮腔室106之第一、二流體出口均連通至一總流體出口116a。第一流體出口116c以及第二流體出口116b均開啟時，因第二流體壓縮腔室106大體已無封閉性，故 等同於無執行流體壓縮，對於旋轉動力源102也會減輕負載。當第一流體出口116c封閉而第二流體出口116b開啟時，第二流體壓縮腔室106才能執行流體壓縮，對於旋轉動力源102即產生負載。無論第二流體壓縮腔室106之第一、二流體出口的開啟與否，第二流體壓縮腔室106的壓縮機構均隨轉軸108同步轉動，但執行流體壓縮時顯然對產生旋轉動力源102較大負載。
在本發明的實施例中，第一流體出口116c距離旋轉動力源102較第二流體出口116b近，因此第一流體出口116c封閉時，第二流體壓縮腔室106的大部分內壁貼近內部的壓縮機構，始能執行流體壓縮。第二流體出口116b位於第二流體壓縮腔室106的末端，遠離旋轉動力源102，不另設閥門控制，均為開啟狀態，作為壓縮後流體的出口。當第一流體出口116c開啟時，第一流體出口116c與第二流體出口116b均連通至總流體出口116a。當第一流體出口116c封閉時，僅第二流體出口116b連通至總流體出口116a。
請參照第5圖，其繪示本發明之壓縮機的閥門裝置控制方塊圖。本發明目前觀察到流體的溫度或壓力與其壓縮過程中的壓縮比大小與功耗存在關係。因此，可藉由控制器130連接且控制油壓或氣壓控制閥(110或120)，即控制第二流體壓縮腔室106之第一流體出口(112c或116c)的開啟或封閉。例如，控制器130可控制油壓或氣壓控制閥(110或120)於第一時間段開啟第一流體出口(112c或116c)，並於第二時間段封閉第一流體出口(112c或116c)。控制器130連接亦可連接至一溫度感測器140，並藉溫度感測器140感測壓縮後 輸出流體的溫度且回饋至控制器130。於本實施例中，控制器130為一可程式控制器，藉以根據已觀察得知的流體溫度與其壓縮過程中的壓縮比大小與功耗存在關係，控制油壓或氣壓控制閥(110或120)。雖本發明使用溫度或壓力為指標控制單、雙段壓縮的切換時間點，其他物理或化學特性亦可能作為控制指標，因此不限定於此。此外，因各種流體(例如冷媒)於不同溫度、壓力或壓縮比所需的壓縮功耗差異很大，並無法提出標準化的數據作為節能的標準。
綜上所述，本發明之單機雙段壓縮機，藉由其第二流體壓縮腔室的流體輸出口開關控制，可切換為單段壓縮或雙段壓縮。因此，當某特定流體之的溫度與其壓縮過程中的壓縮比大小與功耗的關係得知後，即可於適當時機切換較佳的壓縮方式(單段壓縮或雙段壓縮)，使壓縮機的電能使用效率能進一步提高。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，於不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種壓縮機，包含：一旋轉動力源，具有一轉軸；一第一流體壓縮腔室；一第二流體壓縮腔室，該旋轉動力源同時驅動該第一、二流體壓縮腔室內的壓縮機構使一流體依序經該第一、二流體壓縮腔室之分段壓縮，其中該第二流體壓縮腔室之腔壁定義出分離的一第一流體出口以及一第二流體出口，該第一流體出口距離該旋轉動力源較該第二流體出口近；以及一閥門裝置，用以控制該第一流體出口之開啟或封閉。
  2. 如請求項1所述之壓縮機，其中該第一、二流體壓縮腔室位於該旋轉動力源的同一側。
  3. 如請求項1所述之壓縮機，其中該第一、二流體壓縮腔室位於該旋轉動力源的兩相對側。
  4. 如請求項1所述之壓縮機，其中該閥門裝置為一控制閥，其包含一壓力腔、一軸桿以及一滑塊閥門，該壓力腔驅動該軸桿沿一滑動方向控制該滑塊閥門，而能開啟或封閉該第一流體出口。
  5. 如請求項4所述之壓縮機，其中該滑動方向平行該轉軸的長度方向。
  6. 如請求項4所述之壓縮機，其中該滑動方向垂直該轉軸的長度方向。
  7. 如請求項4所述之壓縮機，更包含一控制器，其連接至該閥門裝置，藉以控制該閥門裝置於第一時間段開啟該第一流體出口，並控制該閥門裝置於第二時間段封閉該第一流體出口。
  8. 如請求項7所述之壓縮機，更包含一溫度感測器，其連接至該控制器，藉以量測流體的溫度。
  9. 如請求項1所述之壓縮機，其中該旋轉動力源為一電動馬達。
  10. 如請求項1所述之壓縮機，其中該第二流體壓縮腔室之該第一、二流體出口連通至一總流體出口。
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