使用比例閥控制的螺桿式壓縮機(jī)中的無級可變體積比的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用在被配置以執(zhí)行制冷的閉環(huán)系統(tǒng)中的可變效率的螺桿式壓縮機(jī)。該可變效率的螺桿式壓縮機(jī)包含：一個(gè)入口端口，以將制冷劑抽入到該可變效率的螺桿式壓縮機(jī)中；一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿，與該入口端口流體連通以壓縮該制冷劑，以形成壓縮制冷劑；一個(gè)排放端口，與該旋轉(zhuǎn)螺桿流體連通，以接收該壓縮制冷劑和排放該制冷劑，其中該排放端口包含：一個(gè)可調(diào)整的活塞，在該排放端口中能夠從體積較高的第一位置移動至體積較低的第二位置，該可調(diào)整的活塞被布置且定位以響應(yīng)于需求的改變來調(diào)整該排放端口的體積。
【專利說明】使用比例閥控制的螺桿式壓縮機(jī)中的無級可變體積比

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請總體涉及可變?nèi)萘柯輻U式壓縮機(jī)和具有可變?nèi)萘柯輻U式壓縮機(jī)的系統(tǒng)，且更具體地涉及無級可變?nèi)萘柯輻U式壓縮機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]在正位移(positive-displacement)壓縮機(jī)中，可以既通過速度調(diào)制又通過吸入節(jié)流(suct1n throttling)來獲得容量控制，以減少抽入(drawn)到壓縮機(jī)內(nèi)的蒸汽或氣體的體積。正位移壓縮機(jī)包含例如往復(fù)式(reciprocating)壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)式(rotary)壓縮機(jī)、渦旋式(scroll)壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)(也被稱為螺旋葉瓣(helicallobe)旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī))是空氣壓縮機(jī)制冷、水冷機(jī)(water chiller)以及天然氣加工業(yè)中眾所周知的。
[0003]往復(fù)式壓縮機(jī)利用在氣缸(cylinder)中可移動的活塞(piston)。該活塞被附接至連接桿(rod),該連接桿被附接至曲柄(crank)。電動馬達(dá)驅(qū)動該曲柄，該曲柄導(dǎo)致該活塞在該氣缸中往復(fù)運(yùn)動，增加和減小該氣缸內(nèi)的體積。當(dāng)該活塞在其沖程的頂部處時(shí)，流體通過閥被引入到該氣缸中。當(dāng)該活塞在其沖程的底部處時(shí)，該流體被壓縮且通過閥從該氣缸移除。
[0004]渦旋式壓縮機(jī)在兩個(gè)渦形管(scroll)之間生成一系列新月形的氣阱(pocket)，該新月形的氣阱接收流體用于壓縮。通常，一個(gè)渦形管被固定且另一個(gè)在該固定的渦形管周圍繞行。當(dāng)動作發(fā)生時(shí)，所述兩個(gè)形體之間的氣阱被慢慢地推到該兩個(gè)渦形管的中心。這減少了流體的體積。
[0005]旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)有兩種普遍類型:靜止葉片(stat1nary blade)壓縮機(jī)和旋轉(zhuǎn)葉片壓縮機(jī)。旋轉(zhuǎn)葉片旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)上的葉片或輪葉(vanes)在圓柱形外罩(housing)內(nèi)隨著軸旋轉(zhuǎn)。在靜止葉片壓縮機(jī)中，該靜止葉片具有的葉片保持靜止且是該外罩組件的部分，而氣缸經(jīng)由該氣缸內(nèi)的偏心軸上的輥(roller)在該外罩組件內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在兩種類型中，葉片為流體提供了持續(xù)的密封。來自吸入管線(line)的低壓流體被抽入到開口中。當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體填充該葉片后面的空間。在葉片前面的蒸汽空間內(nèi)集聚(trap)的流體被壓縮，直到它能夠被推到壓縮機(jī)排出口(exhaust)中。
[0006]螺桿式壓縮機(jī)一般包含安裝在中空、雙管外殼(double-barreled casing)內(nèi)部的分立的軸上的兩個(gè)圓柱形轉(zhuǎn)子。該壓縮機(jī)外殼的側(cè)壁通常形成兩個(gè)平行的、交疊的氣缸，所述氣缸以所述轉(zhuǎn)子的軸平行于地面的方式并排地容納所述轉(zhuǎn)子。螺桿式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子通常在它們的外表面上具有螺旋形地延伸的葉瓣和溝槽(groove)，在該轉(zhuǎn)子的周緣上形成大螺紋。在運(yùn)行過程中，通過一個(gè)轉(zhuǎn)子上的葉瓣與另一個(gè)轉(zhuǎn)子上的對應(yīng)的溝槽嚙合來使該轉(zhuǎn)子的螺紋嚙合在一起，以在該轉(zhuǎn)子之間形成一系列間隙。這些間隙形成持續(xù)的壓縮腔，該壓縮腔與該外殼的一端處的入口( inlet)開口或“端口 ”連通，從而當(dāng)該轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)持續(xù)地減少體積，且朝著在該外殼的相對端處的排放(discharge)端口壓縮氣體。
[0007]各種類型的壓縮機(jī)所共有的是入口、出口和工作腔。壓縮機(jī)入口有時(shí)也被稱作“吸入”或“低壓側(cè)”，而排放被稱作“出口”或“高壓側(cè)”。制冷劑氣體在穿過該入口之后在該工作腔中被壓縮到較高壓力。機(jī)械裝置作用在該制冷劑氣體上，以將它從第一壓力壓縮到第二腔。各種正位移壓縮機(jī)中用于壓縮制冷氣體的機(jī)械裝置不同。然后，該壓縮制冷氣體從該壓縮機(jī)通過出口或排放端口至制冷系統(tǒng)的其余部分。
[0008]螺桿式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子彼此相互嚙合且在外罩內(nèi)以相反的方向同步旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)子運(yùn)行以吹掃氣體通過該外罩從外罩一端處的進(jìn)氣(intake)歧管到該外罩的另一端處的出氣(output)歧管。商業(yè)上可購得的螺桿式壓縮機(jī)最通常包含具有四個(gè)葉瓣的帶螺紋的軸或螺旋形轉(zhuǎn)子，然而，已經(jīng)有其他螺桿式壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)成具有五個(gè)或更多個(gè)葉瓣；然而，可能使用具有2-5個(gè)葉瓣的轉(zhuǎn)子。通常通過潤滑軸承(lubricated bearings)將該轉(zhuǎn)子軸支撐在該外罩的端壁處。
[0009]針對這樣的壓縮機(jī)的容量控制可以提供從100%容量到少于10%容量的持續(xù)調(diào)制、良好的部分負(fù)載(part-load)效率、無負(fù)載啟動以及不變的可靠性。在一制冷系統(tǒng)中，也可以基于用于正在被冷卻的空間的溫度設(shè)置點(diǎn)來調(diào)節(jié)容量。在壓縮機(jī)處理氣體的其他系統(tǒng)中，可以調(diào)節(jié)容量以為壓縮機(jī)充分地加載扭矩生成器(torque generator)或原動機(jī)(primemover)(渦輪機(jī)或發(fā)動機(jī)驅(qū)動器)。然而，所有當(dāng)前可用的方法是昂貴的且增加了初始投資裝備的成本。
[0010]在期望系統(tǒng)的初始成本和系統(tǒng)的運(yùn)行都是經(jīng)濟(jì)的冷凍器(chiller)應(yīng)用中，期望體積比可變的應(yīng)用。在一種螺桿式壓縮機(jī)中，體積比或壓縮比Vi是壓縮開始時(shí)溝槽的體積與當(dāng)排放端口開始打開時(shí)同一溝槽的體積的比。因此，通過確定該排放端口的尺寸和形狀來確定螺桿式壓縮機(jī)中的體積比。
[0011]為了最大的效率，在壓縮期間，溝槽中生成的壓力應(yīng)準(zhǔn)確地等于當(dāng)該體積開始對其打開時(shí)排放管路中的壓力。如果情況并非如此，無論發(fā)生過壓縮(over-compress1n)還是低壓縮(under-compress1n),都導(dǎo)致效率的內(nèi)部損失。這種效率損失增加了功率消耗和/或噪聲，同時(shí)降低了效率。
[0012]如果系統(tǒng)的運(yùn)行條件很少改變，則可能指定將提供良好效率的固定體積比的壓縮機(jī)。但是因?yàn)檫^壓縮會對壓縮機(jī)造成損害，所以壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)以限制過壓縮，這樣它們不經(jīng)常以過壓縮模式運(yùn)行。被設(shè)計(jì)以限制過壓縮的壓縮機(jī)常常被設(shè)計(jì)以在最嚴(yán)酷的運(yùn)行條件下以最大的或基本最大的壓縮運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)不在最嚴(yán)酷的運(yùn)行條件下時(shí)，被設(shè)計(jì)以限制過壓縮的固定體積比的壓縮機(jī)將以低壓縮模式運(yùn)轉(zhuǎn)，這將至少導(dǎo)致降低的效率。
[0013]需要的是允許依賴于壓縮機(jī)經(jīng)歷的條件而調(diào)整體積比的系統(tǒng)。這將在運(yùn)行條件改變導(dǎo)致制冷需求的改變時(shí)允許調(diào)整該壓縮機(jī)排放體積以改變該排放體積，且因此改變該體積比，從而允許該壓縮機(jī)以增加的或提高的效率運(yùn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明涉及正位移、可變效率壓縮機(jī)，其中的排放端口的體積包含一個(gè)用于響應(yīng)于需求的改變來調(diào)整該排放端口體積的裝置，使得該壓縮機(jī)可以響應(yīng)于該需求以最大效率或接近最大效率運(yùn)行。
[0015]在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，可變效率的螺桿式壓縮機(jī)包含:一個(gè)入口端口，以將制冷劑抽入到可變效率的螺桿式壓縮機(jī)中；至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿，與該入口端口流體連通以壓縮該制冷劑，以形成壓縮制冷劑氣體；一個(gè)排放端口，具有與旋轉(zhuǎn)螺桿流體連通的體積，以接收該壓縮制冷劑氣體且排放該壓縮制冷劑氣體，其中該排放端口包含:一個(gè)可調(diào)整的活塞，其在該排放端口中能夠從體積較高的第一位置移動到體積被減少或降低的第二位置，可調(diào)整的活塞被布置且定位以響應(yīng)于需求的改變來調(diào)整該排放端口的體積。螺桿式壓縮機(jī)可以包含同步化以一起旋轉(zhuǎn)的多個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿。
[0016]在另一個(gè)示例性實(shí)施方案中，可變效率的制冷系統(tǒng)包含:一個(gè)壓縮機(jī)，其壓縮制冷劑氣體，以產(chǎn)生壓縮制冷劑氣體；一個(gè)功率源，為該壓縮機(jī)提供功率；一個(gè)控制面板，調(diào)制該功率源；一個(gè)冷凝器(condenser)，與使該壓縮制冷劑氣體冷凝成高壓壓縮液體的壓縮機(jī)流體連通；蒸發(fā)器(evaporator),與該冷凝器流體連通且與該壓縮機(jī)流體連通；一個(gè)膨脹閥，被定位在該冷凝器和該蒸發(fā)器之間，其中該膨脹閥接收冷凝的、高壓制冷劑液體且膨脹該冷凝的制冷劑，以減小壓力，從而形成用于蒸發(fā)器的氣體和液體的霧狀物，且其中該壓縮機(jī)是可變效率的螺桿式壓縮機(jī)。該可變效率的螺桿式壓縮機(jī)還包含:一個(gè)入口端口，以將制冷劑氣體抽入到該可變效率的螺桿式壓縮機(jī)中；一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿，與該入口端口流體連通，以壓縮該制冷劑，形成壓縮制冷劑；一個(gè)排放端口，與該旋轉(zhuǎn)螺桿流體連通，以接收該壓縮制冷劑氣體和排放該壓縮制冷劑氣體，其中該排放端口包含:一個(gè)可調(diào)整的活塞，在該排放端口中能夠從體積較高的第一位置移動到體積較低的第二位置，且能夠移動至該第一位置與該第二位置之間的任何中間位置，該可調(diào)整的活塞被布置且定位以響應(yīng)于需求的改變來調(diào)整該排放端口的體積。
[0017]在另一個(gè)示例性實(shí)施方案中，可變效率的螺桿式壓縮機(jī)系統(tǒng)包含:一個(gè)入口端口，以將制冷劑抽入到該可變效率的螺桿式壓縮機(jī)中；一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿，與入口端口流體連通，以壓縮該制冷劑，壓縮該制冷劑氣體；一個(gè)排放端口，與該旋轉(zhuǎn)螺桿流體連通，以接收該壓縮制冷劑氣體且排放該制冷劑，其中該排放端口包含:一個(gè)可調(diào)整的活塞，能夠從為該排放端口提供最大體積的第一位置移動到為該排放端口提供最小體積的第二位置，且能夠移動到在該第一位置與該第二位置之間的任何中間位置，該中間位置響應(yīng)于需求的改變來提供中間體積。
[0018]從下面結(jié)合附圖的優(yōu)選的實(shí)施方案的更詳細(xì)的描述中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，其中該附圖通過實(shí)施例的方式例示了本發(fā)明的原理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1示意性地描繪了用于制冷的閉環(huán)系統(tǒng)；
[0020]圖2示意性地例示了被配置以用作圖1的閉環(huán)系統(tǒng)的一種螺桿式壓縮機(jī)；
[0021]圖3描繪了圖2的螺桿式壓縮機(jī)的截面視圖，透過外罩示出了螺桿式壓縮機(jī)的內(nèi)部部件，該視圖還示出了在排放端口中具有活塞的排放端口 ；
[0022]圖4描繪了圖2和圖3的螺桿式壓縮機(jī)中的、在排放端口中縮回的活塞的橫截面視圖；
[0023]圖5描繪了圖2和圖3的螺桿式壓縮機(jī)中的、在排放端口中延伸的活塞的橫截面視圖；以及
[0024]圖6示意性地描繪了活塞變化控制過程。

【具體實(shí)施方式】
[0025]參照圖1和圖2，示出了閉環(huán)制冷系統(tǒng)(制冷系統(tǒng))21的原理圖。制冷系統(tǒng)21包含制冷劑28作為工作流體。制冷劑28通過壓縮機(jī)23 (諸如螺桿式壓縮機(jī)38)被壓縮，形成壓縮制冷劑氣體24。壓縮機(jī)23由功率源10提供功率，且功率源10通過控制面板22被調(diào)制。來自壓縮機(jī)23的壓縮制冷劑氣體24通過排放端口 48 (圖3)被排放，排放端口 48與冷凝器25流體連通。冷凝器25使壓縮制冷劑氣體24冷凝成液體制冷劑26。冷凝器25是熱交換器，該熱交換器提供該制冷劑與熱傳遞媒介的熱交換連通，該熱傳遞媒介移除了當(dāng)壓縮制冷劑氣體24冷凝成液體制冷劑26時(shí)由于壓縮制冷劑氣體24經(jīng)受狀態(tài)改變導(dǎo)致的冷凝的熱量。該熱傳遞媒介包括但不限制于大氣層空氣(空氣或加壓空氣)、液體(優(yōu)選地水)或其組合。液體制冷劑26與膨脹閥31流體連通，當(dāng)液體制冷劑26流至蒸發(fā)器27時(shí)，膨脹閥31使至少一部分液體制冷劑26膨脹成制冷劑28。制冷系統(tǒng)21中從壓縮機(jī)23的排放端口 48至膨脹閥31被認(rèn)為是制冷系統(tǒng)21的高壓側(cè)。
[0026]當(dāng)氣體橫穿膨脹閥31時(shí)，膨脹閥31減小了具有較高壓力的液體制冷劑26的壓力，將液體制冷劑26轉(zhuǎn)變成具有較低壓力的氣體和小滴液體的霧狀物，同時(shí)蒸發(fā)器27接收來自膨脹閥31的該霧狀物。蒸發(fā)器27與熱傳遞媒介處于熱交換連通。當(dāng)制冷劑霧狀物在蒸發(fā)器27中狀態(tài)改變成制冷劑氣體時(shí)，熱量被從該熱交換媒介吸收，冷卻該熱傳遞媒介。該被冷卻的熱傳遞媒介可以被直接用來冷卻或制冷一區(qū)域，例如，當(dāng)將該熱傳遞媒介從待要被冷卻的區(qū)域空氣循環(huán)經(jīng)過該蒸發(fā)器時(shí)。替代地，該熱傳遞媒介可以是液體，諸如與該蒸發(fā)器成熱交換關(guān)系的、被送到冷凍器的水。然后，來自蒸發(fā)器的制冷劑28(現(xiàn)在是低壓氣體)被返回到壓縮機(jī)23的吸入側(cè)上的入口端口 44，以完成制冷系統(tǒng)21的閉環(huán)。緊接在膨脹閥31后的制冷系統(tǒng)21至壓縮機(jī)23的吸入側(cè)被認(rèn)為是制冷系統(tǒng)21的低壓側(cè)。
[0027]參照圖2和圖3，在一個(gè)實(shí)施方案中，圖1的制冷系統(tǒng)21中的正位移壓縮機(jī)23可以是螺桿式壓縮機(jī)38。圖3在穿過壓縮機(jī)外罩的橫截面圖中描繪了螺桿式壓縮機(jī)38的一些內(nèi)部部件。該壓縮機(jī)外罩封罩有在運(yùn)行腔內(nèi)工作的螺桿式壓縮機(jī)的一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿52。運(yùn)行腔基于旋轉(zhuǎn)螺桿52的位置變化長度。當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺桿52彼此未對準(zhǔn)時(shí)，運(yùn)行腔具有增加的長度。當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺桿52彼此嚙合對準(zhǔn)時(shí)，運(yùn)行腔具有減小的長度。螺桿式壓縮機(jī)38包含被連接至功率源10的控制面板22，功率源10為驅(qū)動一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿52的馬達(dá)43提供功率。旋轉(zhuǎn)螺桿52包含螺旋形溝槽，每個(gè)溝槽在入口端口 44與排放端口 48之間的體積減小。穿過壓縮機(jī)的螺旋形溝槽的體積的減小，將通過入口端口 44進(jìn)入螺桿式壓縮機(jī)38的制冷劑氣體28壓縮，在排放端口 48處提供高壓壓縮氣體24。
[0028]在一個(gè)實(shí)施方案中，螺桿式壓縮機(jī)38包含如現(xiàn)有技術(shù)中已知的潤滑系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)包含:潤滑油32 (通常是完全脫水的、不含蠟的且不起泡的專門配方的礦物油)；油泵，以在壓力下將油遞送到所有支承表面；以及油分離器(oil s印arator)29，它是圖1中的可選的部件，當(dāng)壓縮機(jī)23是螺桿式壓縮機(jī)38時(shí)它存在。潤滑油32與尚開螺桿式壓縮機(jī)38的壓縮制冷劑氣體24分開。然后，潤滑油32被返回至螺桿式壓縮機(jī)38的低壓側(cè)，以密封旋轉(zhuǎn)螺桿52之間的空隙(clearance)，以及旋轉(zhuǎn)螺桿52與氣缸之間的空隙。
[0029]螺桿式壓縮機(jī)38與油分離器29流體連通。來自蒸發(fā)器27的低壓制冷劑28和潤滑油32在入口端口 44處被引入到螺桿式壓縮機(jī)38的吸入側(cè)，以潤滑螺桿式壓縮機(jī)38的旋轉(zhuǎn)螺桿52。一旦在螺桿式壓縮機(jī)38內(nèi)被壓縮，壓縮制冷劑氣體24和潤滑油32的混合物就從螺桿式壓縮機(jī)的排放端口 48被排放到油分離器29中，在油分離器29中，夾帶在壓縮制冷劑氣體24中的細(xì)微分散的顆粒形式的潤滑油32的霧狀物與壓縮制冷劑氣體24分離。油分離器保持壓縮機(jī)排放處或附近的氣體壓力。在分離之后，壓縮制冷劑氣體24離開油分離器29且被提供至制冷系統(tǒng)21中的冷凝器25。油分離器29的排出口(exit)可以被認(rèn)為該油分離器排放端口。為了簡單起見，在此將它稱作油分離器29的排出口或油分離器排出□。
[0030]參照圖3，在一個(gè)實(shí)施方案中，可以看到螺桿式壓縮機(jī)38的內(nèi)在機(jī)構(gòu)(internalmechanisms)。從馬達(dá)43延伸的軸50被連接至一對螺桿52的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿52。一對旋轉(zhuǎn)螺桿52的一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿52可以是靜止的，或者該對中的兩個(gè)螺桿52可以都是旋轉(zhuǎn)的，通過使用使旋轉(zhuǎn)螺桿52的旋轉(zhuǎn)同步化的轉(zhuǎn)子同步時(shí)序齒輪(rotor-synchronized timinggears)驅(qū)動。制冷劑28通過入口端口 44進(jìn)入螺桿式壓縮機(jī)38，且在螺桿52的螺旋形溝槽中被壓縮。壓縮制冷劑氣體24被排放到排放端口 48中，排放端口 48與制冷系統(tǒng)21中的下游冷凝器25和可選的油分離器29流體連通。如在圖3中看到的，活塞54被定位在排放端口 48中?；钊?4通過經(jīng)由被聯(lián)接至排放端口 48的比例閥56饋送的壓力壓迫移動。通過比例閥的壓力由偏置裝置(biasing means)來平衡?；钊?4在排放端口 48中的位置覆蓋或未覆蓋轉(zhuǎn)子孔洞(bore) 60與排放端口 48之間的旁路孔眼(hole) 58。
[0031]圖4提供了定位在排放端口 48中的活塞54的另一個(gè)視圖。參照圖4，在一個(gè)實(shí)施方案中，示出了螺桿式壓縮機(jī)38的穿過其中心從上面觀察的部分水平橫截面視圖，該視圖提供了排放端口 48的細(xì)節(jié)視圖。在圖4中，旋轉(zhuǎn)螺桿52是不可見的，因?yàn)樵撘晥D是取自旋轉(zhuǎn)螺桿52的下方。然而，此視圖示出了由壓縮制冷劑氣體24所采取的進(jìn)入到排放端口 48中的路徑。使用彈簧46將活塞54在排放端口 48中偏置以將活塞54緊固在排放端口 48中，盡管可以使用任何其他可變形的緊固設(shè)備或偏置裝置將活塞54選擇性地壓迫至排放端口 48中的一個(gè)位置。活塞54還包含用于O型環(huán)插入的至少一個(gè)O型溝槽62。O型環(huán)可以由下述材料制成，該材料包含但不限制于，氯丁橡膠、氯丁二烯、其他耐制冷劑流體的彈性體復(fù)合物，或其組合。將O型環(huán)定位在活塞54的O型環(huán)溝槽62中，消除了排放端口 48內(nèi)活塞54周圍的壓縮制冷劑氣體24的泄漏。另外，用于與活塞54結(jié)合使用防止壓縮制冷劑氣體24泄漏的密封件包含壓縮密封件、機(jī)械密封件以及類似物。在圖4中，活塞54被示出處于第一位置，充分地縮回到排放端口 48中。與圖5中示出的活塞54的第二位置相比，活塞54的第一位置為排放端口 48提供有較高體積。這意味著在與排放端口 48相對的活塞54的一側(cè)上的流體的壓力(借助于通過比例閥56的流體流的輔助)小于由偏壓裝置(在此是彈簧46)提供的力，導(dǎo)致偏置裝置移動至松懈位置，同時(shí)將活塞推到為排放端口 48提供最大的體積的位置。
[0032]圖5是螺桿式壓縮機(jī)38的穿過其中心從上面觀察的部分水平橫截面視圖，該視圖提供了排放端口 48的細(xì)節(jié)視圖。圖5與圖4相同，除了活塞54在排放端口 48中被完全地延伸到使該排放端口的體積最小的第二位置。在該第二位置，活塞54覆蓋孔口(apertures)或旁路孔眼58，且與如圖4中示出的活塞54處于其第一位置時(shí)相比，排放端口 48具有較低的體積。當(dāng)活塞54后面的來自比例閥56的壓力增加時(shí)，彈簧46被拉長，克服來自偏置裝直的力，此處彈黃46壓迫活塞54在排放端口 48中移動，在圖5中為向下移動。當(dāng)減小和/或移除來自比例閥56的壓力時(shí)，活塞54通過彈簧46縮回，彈簧壓迫該活塞返回圖4中描繪的位置或返回中間位置。彈簧46或偏置裝置將提供一個(gè)力來平衡由來自比例閥56的流體施加的壓力，使得可以通過控制通過比例閥56施加至該活塞的流體壓力，來實(shí)現(xiàn)該活塞54的在排放端口 48之內(nèi)的在圖4中示出的最大體積位置和圖5中示出的最小體積位置之間的任何中間位置。
[0033]圖4和圖5描繪了活塞54在排放端口 48中處于兩個(gè)極端位置，分別地，在第一位置中排放端口 48具有較高體積(圖4-最大體積)，且在第二位置中排放端口 48具有較低體積(圖5-最小體積)。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)理解,活塞54可以被定位在排放端口 48中的圖4中描繪的第一位置(最大體積)與圖5中描述的第二位置(最小體積)之間的任何位置處，以依賴于活塞54在端口 48中的位置來提供排放端口體積，該排放端口體積是隨著該排放端口中的活塞的位置可變的?；钊?4總體可以由任何適合密封旁路孔眼58的材料制成，同時(shí)也是在排放端口 48中可滑動的。饋送自比例閥56的壓力維持活塞54處于預(yù)定位置，該預(yù)定位置是根據(jù)下面所討論的被監(jiān)控的參數(shù)而建立的。
[0034]圖6描繪了示例性控制過程61。在控制過程61中，基于通過控制器(諸如可以位于控制面板22上)監(jiān)控的參考壓力65和油壓力67來調(diào)整電壓信號64的值。比例閥56接收來自控制面板的電壓信號64且響應(yīng)于電壓信號64的值來調(diào)節(jié)被提供至排放端口 48的壓力。來自比例閥56的壓力進(jìn)而如上面討論的控制活塞54在排放端口 48中的位置。
[0035]體積比Vi是吸入體積與排放體積的比，且代表對螺桿式壓縮機(jī)38的運(yùn)行效率的測量。該體積比由排放端口 48的尺寸和形狀確定。與排放端口 48相關(guān)聯(lián)的體積指的是排放端口體積。該吸入體積是在壓縮之前在旋轉(zhuǎn)螺桿52的螺旋形溝槽內(nèi)的體積。在一個(gè)實(shí)施方案中，該對旋轉(zhuǎn)螺桿52具有凸形螺旋形溝槽和凹形螺旋形溝槽。該凸形溝槽與該凹形螺旋形溝槽嚙合以壓縮制冷劑28。該排放體積是旋轉(zhuǎn)螺桿52恰好嚙合在到排放端口 48的一個(gè)開口之前的體積。更具體地，體積比被設(shè)置為:Vi= €:1/κ,其中Vi是體積比，e是壓縮t匕，且K是制冷劑常數(shù)。對于制冷劑134A，K是1.18。
[0036]參照圖4，在一個(gè)實(shí)施方案中，與處于第二位置的活塞54相比，處于第一位置的活塞54為排放端口 48提供有較高的體積。來自螺桿的壓縮制冷劑氣體24被排放到具有所述較高體積的排放端口 48中，實(shí)現(xiàn)了減小的體積比，因?yàn)閷τ诠潭ǖ奈塍w積，排放體積增加導(dǎo)致更小的體積比。在減小需求的時(shí)段期間——諸如當(dāng)環(huán)境溫度低時(shí)——諸如在冬月期間和/或在維護(hù)時(shí)段，減小的體積比增加了螺桿式壓縮機(jī)38和制冷系統(tǒng)21的效率。如在此使用的，環(huán)境溫度指的是測量時(shí)間時(shí)的外界(environmental)溫度。因此,在需求減小期間，如果增加排放端口的體積(這減小體積比)，就提高了螺桿式壓縮機(jī)的效率。
[0037]參照圖5，在一個(gè)實(shí)施方案中，與處于圖4的第一位置的活塞54相比，處于第二位置的活塞54為排放端口 48提供有較低的體積。排放到具有較低體積的排放端口 48中的壓縮制冷劑氣體24提供了增加的或較高的體積比。在增加需求的時(shí)段——諸如在啟動期間和/或當(dāng)環(huán)境溫度高時(shí)一諸如在夏月期間，增加的體積比增加了螺桿式壓縮機(jī)38和制冷系統(tǒng)21的效率。因此，在需求增加期間，如果減小排放端口的體積(這增大體積比)，就提高了螺桿式壓縮機(jī)的效率。
[0038]本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將認(rèn)識到，在中間需求的時(shí)段期間，如果需要，體積比Vi可以被調(diào)整至圖4和5中示出的極端位置之間的中間位置。中間調(diào)整是在較高需求與較低需求之間的條件所期望的，諸如在春季和秋季期間可能發(fā)生的條件期間。為了增加制冷系統(tǒng)21在各種運(yùn)行條件下的效率，可持續(xù)變化的體積比Vi是期望的。
[0039]在一個(gè)實(shí)施方案中，較高的環(huán)境溫度所期望的是較高的體積比Vp該環(huán)境溫度是在一個(gè)季節(jié)期間一個(gè)地理區(qū)的當(dāng)前的或現(xiàn)在的外界溫度。在較高的環(huán)境溫度下——諸如在夏月以及晚春或早秋期間可能發(fā)生的，所期望的是較高的運(yùn)行壓力，且由向第二位置偏置的活塞54產(chǎn)生的排放端口 48的較低的體積提供了這樣的較高的壓力(圖5)。排放端口 48處的壓縮制冷劑氣體24的較高的壓力增加了蒸發(fā)器27處的下游壓力，這進(jìn)而增加了該系統(tǒng)的冷卻容量。壓縮制冷劑氣體壓力的增加代表由螺桿式壓縮機(jī)38所做的功增加。功的增加代表螺桿式壓縮機(jī)38能量使用增加，但是當(dāng)需求高時(shí)，螺桿式壓縮機(jī)38以更有效率的方式被運(yùn)行。
[0040]在一個(gè)實(shí)施方案中，較低的環(huán)境溫度——諸如在冬季期間或在早春或晚秋期間可能發(fā)生的，所需要的是較低的體積比Vitj較低的環(huán)境溫度允許較低的運(yùn)行壓力，且由向第一位置偏置的活塞54產(chǎn)生的排放端口 48的較大的體積提供了較低的壓力(圖4)。排放端口48處的壓縮制冷劑氣體24的較低的壓力減小了蒸發(fā)器27處的下游壓力，這進(jìn)而減小了該系統(tǒng)的冷卻容量，當(dāng)環(huán)境較冷時(shí)是期望的。在一個(gè)實(shí)施方案中，該壓力的減小代表由螺桿式壓縮機(jī)38執(zhí)行的工作減小，這導(dǎo)致較低的環(huán)境溫度條件下提高的螺桿式壓縮機(jī)效率。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過使體積比\與制冷系統(tǒng)21的當(dāng)前需求匹配，螺桿式壓縮機(jī)38被更有效率的運(yùn)行，且來自螺桿式壓縮機(jī)38運(yùn)行的噪聲也被減少。
[0041]在一個(gè)實(shí)施方案中，電壓信號64的值基于參考壓力65和/或油壓力67而變化。參考壓力65包含但不限制于，頭壓力、冷凝器壓力、體積比，或以上的組合。油壓力67的改變跟隨排放壓力的改變。隨著參考壓力65和/或油壓力67增加或減少，電壓信號64的值被相應(yīng)地調(diào)整。響應(yīng)于電壓信號64的值的調(diào)整，比例閥56將到排放端口 48的壓力增加或減小。隨著需求的改變，該壓力調(diào)整從比例閥56向排放端口 48移動活塞54，活塞54調(diào)整該排放端口體積以增加效率。通過任何方便的方法來確定活塞54在排放端口 48中的位置。
[0042]比例閥56可以是與定位在控制面板22處的或與控制面板22連通的控制器連通，該控制器還可監(jiān)控參考壓力，諸如油壓力、頭壓力、冷凝器壓力或其組合。控制器還監(jiān)控環(huán)境溫度、被冷卻的空間的溫度或制冷系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)的相關(guān)的可測量的參數(shù)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。然后，該控制器可以基于該被監(jiān)控的值中的一個(gè)或多個(gè)來生成電壓信號，該被監(jiān)控的值的信號被提供至比例閥56以改變活塞54在排放端口 48中的位置。該控制器可以基于包含這些被監(jiān)控的值的一個(gè)或多個(gè)的算法來生成該電壓，或該控制器可以基于一個(gè)預(yù)定的表格來生成該電壓，使用所述表格的控制器基于該被監(jiān)控的條件的值來確定期望的電壓值，從而向比例閥56提供該電壓，并響應(yīng)于該被監(jiān)控的條件來移動活塞54。
[0043]通過使用具有活塞54的排放端口 48來提供可變排放體積，可以制造在任何氣候中不被中斷使用且增加效率的螺桿式壓縮機(jī)38。在不停止或拆卸螺桿式壓縮機(jī)38的情況下，可以通過持續(xù)地監(jiān)控運(yùn)行條件或環(huán)境條件或二者，來調(diào)整螺桿式壓縮機(jī)38的體積比Vi,由此提供制冷系統(tǒng)21的增加的效率。另外，螺桿式壓縮機(jī)38具有的連續(xù)可變的體積比Vi在運(yùn)行期間可被連續(xù)調(diào)節(jié)以匹配制冷系統(tǒng)21的需求，以提供增加的效率。
[0044]雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，可以進(jìn)行各種變化且等價(jià)物可以替代其元件。此外，在不偏離本發(fā)明的基本范圍的前提下，可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)進(jìn)行許多改型以適應(yīng)特定情況或材料。因此，本發(fā)明并非受限制于公開的作為實(shí)施本發(fā)明的最優(yōu)方式所公開的具體的實(shí)施實(shí)施方案，而是本發(fā)明將包含落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施方案。
【權(quán)利要求】
1.一種正位移、可變效率的壓縮機(jī)，包括: 一個(gè)入口端口，將制冷劑氣體抽入到該正位移、可變效率的壓縮機(jī)中； 一個(gè)工作腔，接收來自該入口端口的制冷劑氣體； 一個(gè)用于在該工作腔中將該制冷劑氣體從第一壓力壓縮到第二壓力的裝置； 一個(gè)用于改變該工作腔的體積的裝置； 一個(gè)排放端口，提供壓縮的制冷劑氣體從該工作腔到一個(gè)制冷系統(tǒng)的流體連通；以及 其中該用于改變工作腔的體積的裝置響應(yīng)于需求的改變來調(diào)整該工作腔的體積。
2.一種正位移、可變效率的螺桿式壓縮機(jī)，包括: 一個(gè)入口端口，將制冷劑氣體抽入到該螺桿式壓縮機(jī)中； 至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿，與該入口端口流體連通，以壓縮該制冷劑氣體； 一個(gè)排放端口，與該至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿流體連通，以接收且排放壓縮的制冷劑氣體； 一個(gè)活塞，被定位在該排放端口中，該活塞能夠從該排放端口的體積為最大體積的第一位置移動到該排放端口的體積為最小體積的第二位置，且能夠移動到中間位置，在該中間位置處，該排放端口的體積是介于該最大體積和該最小體積之間； 其中該活塞被布置且 定位在該排放端口中，響應(yīng)于需求的改變來調(diào)整該排放端口的體積；以及 一個(gè)用于偏置的裝置，被附接至該活塞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺桿式壓縮機(jī)，其中所述用于偏置的裝置是一個(gè)彈簧，該彈簧在該活塞與來自該至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿的制冷劑氣體排放相對的一側(cè)上被附接到該活塞。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺桿式壓縮機(jī)，還包括一個(gè)比例閥，該比例閥在該活塞與來自該至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿的制冷劑氣體排放相對的一側(cè)上與所述排放端口流體連通，該比例閥向該活塞施加流體壓力， 優(yōu)選地，其中該比例閥響應(yīng)于該壓縮機(jī)的至少一個(gè)條件，該比例閥調(diào)整施加至該活塞的該流體壓力，從而在該排放端口中移動該活塞且為該排放端口提供一個(gè)預(yù)定的體積；進(jìn)一步優(yōu)選地，其中該至少一個(gè)條件包含參考制冷劑壓力和參考油壓力中的至少一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺桿式壓縮機(jī)，還包括一個(gè)比例閥，該比例閥在該活塞附接至該彈簧的一側(cè)上與所述排放端口流體連通，且向該活塞施加流體壓力以抗衡來自該彈簧的彈簧力。
6.—種可變效率的制冷系統(tǒng),包含: 一個(gè)正位移壓縮機(jī)，具有一個(gè)工作體積和一個(gè)用于壓縮制冷劑氣體的裝置； 一個(gè)功率源，為該壓縮機(jī)提供功率； 一個(gè)控制面板，調(diào)制該功率源； 一個(gè)冷凝器，與將壓縮的制冷劑氣體冷凝成壓縮液體的該壓縮機(jī)流體連通； 一個(gè)蒸發(fā)器，與該冷凝器和該壓縮機(jī)流體連通； 一個(gè)膨脹閥，被定位在該冷凝器與該蒸發(fā)器之間，該膨脹閥接收壓縮的制冷劑液體且膨脹該壓縮的制冷劑液體，形成氣體和液體的霧狀物；以及其中該壓縮機(jī)是可變效率的螺桿式壓縮機(jī)，還包括: 一個(gè)入口端口，將制冷劑氣體抽入到該螺桿式壓縮機(jī)中；至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿，與該入口端口流體連通，以壓縮該制冷劑氣體； 一個(gè)排放端口，與該至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿流體連通，以接收和排放該壓縮的制冷劑氣體； 一個(gè)活塞，被定位在該排放端口中，該活塞能夠從該排放端口的體積為最大體積的第一位置移動到該排放端口的體積為最小體積的第二位置，且能夠移動至中間位置，在該中間位置處，該排放端口的體積是介于該最大體積和該最小體積之間； 其中該活塞被布置且定位在該排放端口中，響應(yīng)于需求的改變來調(diào)整該排放端口的體積；以及 一個(gè)用于偏置的裝置，被附接至該活塞； 優(yōu)選地，該制冷系統(tǒng)還包含與該蒸發(fā)器熱交換連通的水，該水通過該蒸發(fā)器被冷卻且被提供至一個(gè)冷凍器，其中來自該冷凍器的被冷凍的水能夠被用于冷卻遠(yuǎn)程區(qū)域； 優(yōu)選地，該制冷系統(tǒng)還包含一種與該蒸發(fā)器熱交換連通的熱傳遞媒介，其中被該蒸發(fā)器冷卻的該熱傳遞媒介冷卻一個(gè)中間區(qū)域； 優(yōu)選地，該制冷系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。
7.—種可變效率的螺桿式壓縮機(jī)系統(tǒng)，包括: 一個(gè)入口端口，以將制 冷劑吸入到該可變效率的螺桿式壓縮機(jī)中； 一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿，與該入口端口流體連通，以壓縮該制冷劑，形成壓縮制冷劑； 一個(gè)排放端口，與該旋轉(zhuǎn)螺桿流體連通，以接收該壓縮制冷劑和排放該制冷劑； 其中該排放端口包含一個(gè)可調(diào)整的活塞，該活塞能夠移動至在第一位置與第二位置之間的任何位置，以提供一個(gè)中間體積。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的螺桿式壓縮機(jī)系統(tǒng)，其中該壓縮機(jī)的效率大體由該可調(diào)整的活塞在該排放端口中的位置來確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的螺桿式壓縮機(jī)系統(tǒng)，其中該壓縮機(jī)被制造且該體積比是基于使用該可變效率的螺桿式壓縮機(jī)的一個(gè)預(yù)定地理區(qū)域的氣候可調(diào)整的，以增加效率。
10.一種用于響應(yīng)于需求的改變來調(diào)整螺桿式壓縮機(jī)的體積比的方法，包括下列步驟: 提供一個(gè)螺桿式壓縮機(jī)，該螺桿式壓縮機(jī)包含: 一個(gè)入口端口，將制冷劑氣體抽入到該螺桿式壓縮機(jī)中， 至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿，與該入口端口流體連通，以壓縮該制冷劑氣體， 一個(gè)排放端口，與該至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿流體連通，以接收和排放壓縮的制冷劑氣體， 一個(gè)活塞，被定位在該排放端口中，該活塞能夠從該排放端口的體積為最大體積的第一位置移動至該排放端口的體積為最小體積的第二位置，且能夠移動至中間位置，在該中間位置處，該排放端口的體積介于該最大體積和該最小體積之間， 其中該活塞被布置且定位在該排放端口中，響應(yīng)于需求的改變來調(diào)整該排放端口的體積，以及 一個(gè)彈簧，被附接至該活塞； 監(jiān)控該壓縮機(jī)的指示需求的改變的至少一個(gè)條件； 在該活塞被附接至該彈簧的一側(cè)上，提供一個(gè)與該排放端口流體連通的比例閥； 將流體壓力施加至該活塞以抗衡來自該彈簧的該彈簧力；以及通過調(diào)整由該比例閥施加至該活塞的流體壓力來調(diào)整該活塞的位置，從而響應(yīng)于該需求的改變，在該排放 端口中移動該活塞且為該排放端口提供一個(gè)預(yù)定體積。
【文檔編號】F04C29/12GK104047853SQ201410088064
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】小P·奈米特 申請人:江森自控科技公司