使用比例阀控制的螺杆式压缩机中的无级可变体积比的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用在被配置以执行制冷的闭环系统中的可变效率的螺杆式压缩机。该可变效率的螺杆式压缩机包含：一个入口端口，以将制冷剂抽入到该可变效率的螺杆式压缩机中；一个或多个旋转螺杆，与该入口端口流体连通以压缩该制冷剂，以形成压缩制冷剂；一个排放端口，与该旋转螺杆流体连通，以接收该压缩制冷剂和排放该制冷剂，其中该排放端口包含：一个可调整的活塞，在该排放端口中能够从体积较高的第一位置移动至体积较低的第二位置，该可调整的活塞被布置且定位以响应于需求的改变来调整该排放端口的体积。
【专利说明】使用比例阀控制的螺杆式压缩机中的无级可变体积比
【技术领域】
[0001]本申请总体涉及可变容量螺杆式压缩机和具有可变容量螺杆式压缩机的系统，且更具体地涉及无级可变容量螺杆式压缩机。
【背景技术】
[0002]在正位移(positive-displacement)压缩机中，可以既通过速度调制又通过吸入节流(suct1n throttling)来获得容量控制，以减少抽入(drawn)到压缩机内的蒸汽或气体的体积。正位移压缩机包含例如往复式(reciprocating)压缩机、旋转式(rotary)压缩机、涡旋式(scroll)压缩机、螺杆式压缩机。螺杆式压缩机(也被称为螺旋叶瓣(helicallobe)旋转压缩机)是空气压缩机制冷、水冷机(water chiller)以及天然气加工业中众所周知的。
[0003]往复式压缩机利用在气缸(cylinder)中可移动的活塞(piston)。该活塞被附接至连接杆(rod),该连接杆被附接至曲柄(crank)。电动马达驱动该曲柄，该曲柄导致该活塞在该气缸中往复运动，增加和减小该气缸内的体积。当该活塞在其冲程的顶部处时，流体通过阀被引入到该气缸中。当该活塞在其冲程的底部处时，该流体被压缩且通过阀从该气缸移除。
[0004]涡旋式压缩机在两个涡形管(scroll)之间生成一系列新月形的气阱(pocket)，该新月形的气阱接收流体用于压缩。通常，一个涡形管被固定且另一个在该固定的涡形管周围绕行。当动作发生时，所述两个形体之间的气阱被慢慢地推到该两个涡形管的中心。这减少了流体的体积。
[0005]旋转式压缩机有两种普遍类型:静止叶片(stat1nary blade)压缩机和旋转叶片压缩机。旋转叶片旋转式压缩机上的叶片或轮叶(vanes)在圆柱形外罩(housing)内随着轴旋转。在静止叶片压缩机中，该静止叶片具有的叶片保持静止且是该外罩组件的部分，而气缸经由该气缸内的偏心轴上的辊(roller)在该外罩组件内旋转。在两种类型中，叶片为流体提供了持续的密封。来自吸入管线(line)的低压流体被抽入到开口中。当叶片旋转时，流体填充该叶片后面的空间。在叶片前面的蒸汽空间内集聚(trap)的流体被压缩，直到它能够被推到压缩机排出口(exhaust)中。
[0006]螺杆式压缩机一般包含安装在中空、双管外壳(double-barreled casing)内部的分立的轴上的两个圆柱形转子。该压缩机外壳的侧壁通常形成两个平行的、交叠的气缸，所述气缸以所述转子的轴平行于地面的方式并排地容纳所述转子。螺杆式压缩机转子通常在它们的外表面上具有螺旋形地延伸的叶瓣和沟槽(groove)，在该转子的周缘上形成大螺纹。在运行过程中，通过一个转子上的叶瓣与另一个转子上的对应的沟槽啮合来使该转子的螺纹啮合在一起，以在该转子之间形成一系列间隙。这些间隙形成持续的压缩腔，该压缩腔与该外壳的一端处的入口( inlet)开口或“端口 ”连通，从而当该转子转动时持续地减少体积，且朝着在该外壳的相对端处的排放(discharge)端口压缩气体。
[0007]各种类型的压缩机所共有的是入口、出口和工作腔。压缩机入口有时也被称作“吸入”或“低压侧”，而排放被称作“出口”或“高压侧”。制冷剂气体在穿过该入口之后在该工作腔中被压缩到较高压力。机械装置作用在该制冷剂气体上，以将它从第一压力压缩到第二腔。各种正位移压缩机中用于压缩制冷气体的机械装置不同。然后，该压缩制冷气体从该压缩机通过出口或排放端口至制冷系统的其余部分。
[0008]螺杆式压缩机转子彼此相互啮合且在外罩内以相反的方向同步旋转。该转子运行以吹扫气体通过该外罩从外罩一端处的进气(intake)歧管到该外罩的另一端处的出气(output)歧管。商业上可购得的螺杆式压缩机最通常包含具有四个叶瓣的带螺纹的轴或螺旋形转子，然而，已经有其他螺杆式压缩机被设计成具有五个或更多个叶瓣；然而，可能使用具有2-5个叶瓣的转子。通常通过润滑轴承(lubricated bearings)将该转子轴支撑在该外罩的端壁处。
[0009]针对这样的压缩机的容量控制可以提供从100%容量到少于10%容量的持续调制、良好的部分负载(part-load)效率、无负载启动以及不变的可靠性。在一制冷系统中，也可以基于用于正在被冷却的空间的温度设置点来调节容量。在压缩机处理气体的其他系统中，可以调节容量以为压缩机充分地加载扭矩生成器(torque generator)或原动机(primemover)(涡轮机或发动机驱动器)。然而，所有当前可用的方法是昂贵的且增加了初始投资装备的成本。
[0010]在期望系统的初始成本和系统的运行都是经济的冷冻器(chiller)应用中，期望体积比可变的应用。在一种螺杆式压缩机中，体积比或压缩比Vi是压缩开始时沟槽的体积与当排放端口开始打开时同一沟槽的体积的比。因此，通过确定该排放端口的尺寸和形状来确定螺杆式压缩机中的体积比。
[0011]为了最大的效率，在压缩期间，沟槽中生成的压力应准确地等于当该体积开始对其打开时排放管路中的压力。如果情况并非如此，无论发生过压缩(over-compress1n)还是低压缩(under-compress1n),都导致效率的内部损失。这种效率损失增加了功率消耗和/或噪声，同时降低了效率。
[0012]如果系统的运行条件很少改变，则可能指定将提供良好效率的固定体积比的压缩机。但是因为过压缩会对压缩机造成损害，所以压缩机被设计以限制过压缩，这样它们不经常以过压缩模式运行。被设计以限制过压缩的压缩机常常被设计以在最严酷的运行条件下以最大的或基本最大的压缩运转。当不在最严酷的运行条件下时，被设计以限制过压缩的固定体积比的压缩机将以低压缩模式运转，这将至少导致降低的效率。
[0013]需要的是允许依赖于压缩机经历的条件而调整体积比的系统。这将在运行条件改变导致制冷需求的改变时允许调整该压缩机排放体积以改变该排放体积，且因此改变该体积比，从而允许该压缩机以增加的或提高的效率运行。
【发明内容】
[0014]本发明涉及正位移、可变效率压缩机，其中的排放端口的体积包含一个用于响应于需求的改变来调整该排放端口体积的装置，使得该压缩机可以响应于该需求以最大效率或接近最大效率运行。
[0015]在一个示例性实施方案中，可变效率的螺杆式压缩机包含:一个入口端口，以将制冷剂抽入到可变效率的螺杆式压缩机中；至少一个旋转螺杆，与该入口端口流体连通以压缩该制冷剂，以形成压缩制冷剂气体；一个排放端口，具有与旋转螺杆流体连通的体积，以接收该压缩制冷剂气体且排放该压缩制冷剂气体，其中该排放端口包含:一个可调整的活塞，其在该排放端口中能够从体积较高的第一位置移动到体积被减少或降低的第二位置，可调整的活塞被布置且定位以响应于需求的改变来调整该排放端口的体积。螺杆式压缩机可以包含同步化以一起旋转的多个旋转螺杆。
[0016]在另一个示例性实施方案中，可变效率的制冷系统包含:一个压缩机，其压缩制冷剂气体，以产生压缩制冷剂气体；一个功率源，为该压缩机提供功率；一个控制面板，调制该功率源；一个冷凝器(condenser)，与使该压缩制冷剂气体冷凝成高压压缩液体的压缩机流体连通；蒸发器(evaporator),与该冷凝器流体连通且与该压缩机流体连通；一个膨胀阀，被定位在该冷凝器和该蒸发器之间，其中该膨胀阀接收冷凝的、高压制冷剂液体且膨胀该冷凝的制冷剂，以减小压力，从而形成用于蒸发器的气体和液体的雾状物，且其中该压缩机是可变效率的螺杆式压缩机。该可变效率的螺杆式压缩机还包含:一个入口端口，以将制冷剂气体抽入到该可变效率的螺杆式压缩机中；一个或多个旋转螺杆，与该入口端口流体连通，以压缩该制冷剂，形成压缩制冷剂；一个排放端口，与该旋转螺杆流体连通，以接收该压缩制冷剂气体和排放该压缩制冷剂气体，其中该排放端口包含:一个可调整的活塞，在该排放端口中能够从体积较高的第一位置移动到体积较低的第二位置，且能够移动至该第一位置与该第二位置之间的任何中间位置，该可调整的活塞被布置且定位以响应于需求的改变来调整该排放端口的体积。
[0017]在另一个示例性实施方案中，可变效率的螺杆式压缩机系统包含:一个入口端口，以将制冷剂抽入到该可变效率的螺杆式压缩机中；一个或多个旋转螺杆，与入口端口流体连通，以压缩该制冷剂，压缩该制冷剂气体；一个排放端口，与该旋转螺杆流体连通，以接收该压缩制冷剂气体且排放该制冷剂，其中该排放端口包含:一个可调整的活塞，能够从为该排放端口提供最大体积的第一位置移动到为该排放端口提供最小体积的第二位置，且能够移动到在该第一位置与该第二位置之间的任何中间位置，该中间位置响应于需求的改变来提供中间体积。
[0018]从下面结合附图的优选的实施方案的更详细的描述中，本发明的其他特征和优点将变得明显，其中该附图通过实施例的方式例示了本发明的原理。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1示意性地描绘了用于制冷的闭环系统；
[0020]图2示意性地例示了被配置以用作图1的闭环系统的一种螺杆式压缩机；
[0021]图3描绘了图2的螺杆式压缩机的截面视图，透过外罩示出了螺杆式压缩机的内部部件，该视图还示出了在排放端口中具有活塞的排放端口 ；
[0022]图4描绘了图2和图3的螺杆式压缩机中的、在排放端口中缩回的活塞的横截面视图；
[0023]图5描绘了图2和图3的螺杆式压缩机中的、在排放端口中延伸的活塞的横截面视图；以及
[0024]图6示意性地描绘了活塞变化控制过程。
【具体实施方式】
[0025]参照图1和图2，示出了闭环制冷系统(制冷系统)21的原理图。制冷系统21包含制冷剂28作为工作流体。制冷剂28通过压缩机23 (诸如螺杆式压缩机38)被压缩，形成压缩制冷剂气体24。压缩机23由功率源10提供功率，且功率源10通过控制面板22被调制。来自压缩机23的压缩制冷剂气体24通过排放端口 48 (图3)被排放，排放端口 48与冷凝器25流体连通。冷凝器25使压缩制冷剂气体24冷凝成液体制冷剂26。冷凝器25是热交换器，该热交换器提供该制冷剂与热传递媒介的热交换连通，该热传递媒介移除了当压缩制冷剂气体24冷凝成液体制冷剂26时由于压缩制冷剂气体24经受状态改变导致的冷凝的热量。该热传递媒介包括但不限制于大气层空气(空气或加压空气)、液体(优选地水)或其组合。液体制冷剂26与膨胀阀31流体连通，当液体制冷剂26流至蒸发器27时，膨胀阀31使至少一部分液体制冷剂26膨胀成制冷剂28。制冷系统21中从压缩机23的排放端口 48至膨胀阀31被认为是制冷系统21的高压侧。
[0026]当气体横穿膨胀阀31时，膨胀阀31减小了具有较高压力的液体制冷剂26的压力，将液体制冷剂26转变成具有较低压力的气体和小滴液体的雾状物，同时蒸发器27接收来自膨胀阀31的该雾状物。蒸发器27与热传递媒介处于热交换连通。当制冷剂雾状物在蒸发器27中状态改变成制冷剂气体时，热量被从该热交换媒介吸收，冷却该热传递媒介。该被冷却的热传递媒介可以被直接用来冷却或制冷一区域，例如，当将该热传递媒介从待要被冷却的区域空气循环经过该蒸发器时。替代地，该热传递媒介可以是液体，诸如与该蒸发器成热交换关系的、被送到冷冻器的水。然后，来自蒸发器的制冷剂28(现在是低压气体)被返回到压缩机23的吸入侧上的入口端口 44，以完成制冷系统21的闭环。紧接在膨胀阀31后的制冷系统21至压缩机23的吸入侧被认为是制冷系统21的低压侧。
[0027]参照图2和图3，在一个实施方案中，图1的制冷系统21中的正位移压缩机23可以是螺杆式压缩机38。图3在穿过压缩机外罩的横截面图中描绘了螺杆式压缩机38的一些内部部件。该压缩机外罩封罩有在运行腔内工作的螺杆式压缩机的一个或多个旋转螺杆52。运行腔基于旋转螺杆52的位置变化长度。当旋转螺杆52彼此未对准时，运行腔具有增加的长度。当旋转螺杆52彼此啮合对准时，运行腔具有减小的长度。螺杆式压缩机38包含被连接至功率源10的控制面板22，功率源10为驱动一个或多个旋转螺杆52的马达43提供功率。旋转螺杆52包含螺旋形沟槽，每个沟槽在入口端口 44与排放端口 48之间的体积减小。穿过压缩机的螺旋形沟槽的体积的减小，将通过入口端口 44进入螺杆式压缩机38的制冷剂气体28压缩，在排放端口 48处提供高压压缩气体24。
[0028]在一个实施方案中，螺杆式压缩机38包含如现有技术中已知的润滑系统。润滑系统包含:润滑油32 (通常是完全脱水的、不含蜡的且不起泡的专门配方的矿物油)；油泵，以在压力下将油递送到所有支承表面；以及油分离器(oil s印arator)29，它是图1中的可选的部件，当压缩机23是螺杆式压缩机38时它存在。润滑油32与尚开螺杆式压缩机38的压缩制冷剂气体24分开。然后，润滑油32被返回至螺杆式压缩机38的低压侧，以密封旋转螺杆52之间的空隙(clearance)，以及旋转螺杆52与气缸之间的空隙。
[0029]螺杆式压缩机38与油分离器29流体连通。来自蒸发器27的低压制冷剂28和润滑油32在入口端口 44处被引入到螺杆式压缩机38的吸入侧，以润滑螺杆式压缩机38的旋转螺杆52。一旦在螺杆式压缩机38内被压缩，压缩制冷剂气体24和润滑油32的混合物就从螺杆式压缩机的排放端口 48被排放到油分离器29中，在油分离器29中，夹带在压缩制冷剂气体24中的细微分散的颗粒形式的润滑油32的雾状物与压缩制冷剂气体24分离。油分离器保持压缩机排放处或附近的气体压力。在分离之后，压缩制冷剂气体24离开油分离器29且被提供至制冷系统21中的冷凝器25。油分离器29的排出口(exit)可以被认为该油分离器排放端口。为了简单起见，在此将它称作油分离器29的排出口或油分离器排出□。
[0030]参照图3，在一个实施方案中，可以看到螺杆式压缩机38的内在机构(internalmechanisms)。从马达43延伸的轴50被连接至一对螺杆52的至少一个旋转螺杆52。一对旋转螺杆52的一个旋转螺杆52可以是静止的，或者该对中的两个螺杆52可以都是旋转的，通过使用使旋转螺杆52的旋转同步化的转子同步时序齿轮(rotor-synchronized timinggears)驱动。制冷剂28通过入口端口 44进入螺杆式压缩机38，且在螺杆52的螺旋形沟槽中被压缩。压缩制冷剂气体24被排放到排放端口 48中，排放端口 48与制冷系统21中的下游冷凝器25和可选的油分离器29流体连通。如在图3中看到的，活塞54被定位在排放端口 48中。活塞54通过经由被联接至排放端口 48的比例阀56馈送的压力压迫移动。通过比例阀的压力由偏置装置(biasing means)来平衡。活塞54在排放端口 48中的位置覆盖或未覆盖转子孔洞(bore) 60与排放端口 48之间的旁路孔眼(hole) 58。
[0031]图4提供了定位在排放端口 48中的活塞54的另一个视图。参照图4，在一个实施方案中，示出了螺杆式压缩机38的穿过其中心从上面观察的部分水平横截面视图，该视图提供了排放端口 48的细节视图。在图4中，旋转螺杆52是不可见的，因为该视图是取自旋转螺杆52的下方。然而，此视图示出了由压缩制冷剂气体24所采取的进入到排放端口 48中的路径。使用弹簧46将活塞54在排放端口 48中偏置以将活塞54紧固在排放端口 48中，尽管可以使用任何其他可变形的紧固设备或偏置装置将活塞54选择性地压迫至排放端口 48中的一个位置。活塞54还包含用于O型环插入的至少一个O型沟槽62。O型环可以由下述材料制成，该材料包含但不限制于，氯丁橡胶、氯丁二烯、其他耐制冷剂流体的弹性体复合物，或其组合。将O型环定位在活塞54的O型环沟槽62中，消除了排放端口 48内活塞54周围的压缩制冷剂气体24的泄漏。另外，用于与活塞54结合使用防止压缩制冷剂气体24泄漏的密封件包含压缩密封件、机械密封件以及类似物。在图4中，活塞54被示出处于第一位置，充分地缩回到排放端口 48中。与图5中示出的活塞54的第二位置相比，活塞54的第一位置为排放端口 48提供有较高体积。这意味着在与排放端口 48相对的活塞54的一侧上的流体的压力(借助于通过比例阀56的流体流的辅助)小于由偏压装置(在此是弹簧46)提供的力，导致偏置装置移动至松懈位置，同时将活塞推到为排放端口 48提供最大的体积的位置。
[0032]图5是螺杆式压缩机38的穿过其中心从上面观察的部分水平横截面视图，该视图提供了排放端口 48的细节视图。图5与图4相同，除了活塞54在排放端口 48中被完全地延伸到使该排放端口的体积最小的第二位置。在该第二位置，活塞54覆盖孔口(apertures)或旁路孔眼58，且与如图4中示出的活塞54处于其第一位置时相比，排放端口 48具有较低的体积。当活塞54后面的来自比例阀56的压力增加时，弹簧46被拉长，克服来自偏置装直的力，此处弹黃46压迫活塞54在排放端口 48中移动，在图5中为向下移动。当减小和/或移除来自比例阀56的压力时，活塞54通过弹簧46缩回，弹簧压迫该活塞返回图4中描绘的位置或返回中间位置。弹簧46或偏置装置将提供一个力来平衡由来自比例阀56的流体施加的压力，使得可以通过控制通过比例阀56施加至该活塞的流体压力，来实现该活塞54的在排放端口 48之内的在图4中示出的最大体积位置和图5中示出的最小体积位置之间的任何中间位置。
[0033]图4和图5描绘了活塞54在排放端口 48中处于两个极端位置，分别地，在第一位置中排放端口 48具有较高体积(图4-最大体积)，且在第二位置中排放端口 48具有较低体积(图5-最小体积)。本领域中的技术人员应理解,活塞54可以被定位在排放端口 48中的图4中描绘的第一位置(最大体积)与图5中描述的第二位置(最小体积)之间的任何位置处，以依赖于活塞54在端口 48中的位置来提供排放端口体积，该排放端口体积是随着该排放端口中的活塞的位置可变的。活塞54总体可以由任何适合密封旁路孔眼58的材料制成，同时也是在排放端口 48中可滑动的。馈送自比例阀56的压力维持活塞54处于预定位置，该预定位置是根据下面所讨论的被监控的参数而建立的。
[0034]图6描绘了示例性控制过程61。在控制过程61中，基于通过控制器(诸如可以位于控制面板22上)监控的参考压力65和油压力67来调整电压信号64的值。比例阀56接收来自控制面板的电压信号64且响应于电压信号64的值来调节被提供至排放端口 48的压力。来自比例阀56的压力进而如上面讨论的控制活塞54在排放端口 48中的位置。
[0035]体积比Vi是吸入体积与排放体积的比，且代表对螺杆式压缩机38的运行效率的测量。该体积比由排放端口 48的尺寸和形状确定。与排放端口 48相关联的体积指的是排放端口体积。该吸入体积是在压缩之前在旋转螺杆52的螺旋形沟槽内的体积。在一个实施方案中，该对旋转螺杆52具有凸形螺旋形沟槽和凹形螺旋形沟槽。该凸形沟槽与该凹形螺旋形沟槽啮合以压缩制冷剂28。该排放体积是旋转螺杆52恰好啮合在到排放端口 48的一个开口之前的体积。更具体地，体积比被设置为:Vi= €:1/κ,其中Vi是体积比，e是压缩t匕，且K是制冷剂常数。对于制冷剂134A，K是1.18。
[0036]参照图4，在一个实施方案中，与处于第二位置的活塞54相比，处于第一位置的活塞54为排放端口 48提供有较高的体积。来自螺杆的压缩制冷剂气体24被排放到具有所述较高体积的排放端口 48中，实现了减小的体积比，因为对于固定的吸入体积，排放体积增加导致更小的体积比。在减小需求的时段期间——诸如当环境温度低时——诸如在冬月期间和/或在维护时段，减小的体积比增加了螺杆式压缩机38和制冷系统21的效率。如在此使用的，环境温度指的是测量时间时的外界(environmental)温度。因此,在需求减小期间，如果增加排放端口的体积(这减小体积比)，就提高了螺杆式压缩机的效率。
[0037]参照图5，在一个实施方案中，与处于图4的第一位置的活塞54相比，处于第二位置的活塞54为排放端口 48提供有较低的体积。排放到具有较低体积的排放端口 48中的压缩制冷剂气体24提供了增加的或较高的体积比。在增加需求的时段——诸如在启动期间和/或当环境温度高时一诸如在夏月期间，增加的体积比增加了螺杆式压缩机38和制冷系统21的效率。因此，在需求增加期间，如果减小排放端口的体积(这增大体积比)，就提高了螺杆式压缩机的效率。
[0038]本领域的技术人员还将认识到，在中间需求的时段期间，如果需要，体积比Vi可以被调整至图4和5中示出的极端位置之间的中间位置。中间调整是在较高需求与较低需求之间的条件所期望的，诸如在春季和秋季期间可能发生的条件期间。为了增加制冷系统21在各种运行条件下的效率，可持续变化的体积比Vi是期望的。
[0039]在一个实施方案中，较高的环境温度所期望的是较高的体积比Vp该环境温度是在一个季节期间一个地理区的当前的或现在的外界温度。在较高的环境温度下——诸如在夏月以及晚春或早秋期间可能发生的，所期望的是较高的运行压力，且由向第二位置偏置的活塞54产生的排放端口 48的较低的体积提供了这样的较高的压力(图5)。排放端口 48处的压缩制冷剂气体24的较高的压力增加了蒸发器27处的下游压力，这进而增加了该系统的冷却容量。压缩制冷剂气体压力的增加代表由螺杆式压缩机38所做的功增加。功的增加代表螺杆式压缩机38能量使用增加，但是当需求高时，螺杆式压缩机38以更有效率的方式被运行。
[0040]在一个实施方案中，较低的环境温度——诸如在冬季期间或在早春或晚秋期间可能发生的，所需要的是较低的体积比Vitj较低的环境温度允许较低的运行压力，且由向第一位置偏置的活塞54产生的排放端口 48的较大的体积提供了较低的压力(图4)。排放端口48处的压缩制冷剂气体24的较低的压力减小了蒸发器27处的下游压力，这进而减小了该系统的冷却容量，当环境较冷时是期望的。在一个实施方案中，该压力的减小代表由螺杆式压缩机38执行的工作减小，这导致较低的环境温度条件下提高的螺杆式压缩机效率。在一个实施方案中，通过使体积比\与制冷系统21的当前需求匹配，螺杆式压缩机38被更有效率的运行，且来自螺杆式压缩机38运行的噪声也被减少。
[0041]在一个实施方案中，电压信号64的值基于参考压力65和/或油压力67而变化。参考压力65包含但不限制于，头压力、冷凝器压力、体积比，或以上的组合。油压力67的改变跟随排放压力的改变。随着参考压力65和/或油压力67增加或减少，电压信号64的值被相应地调整。响应于电压信号64的值的调整，比例阀56将到排放端口 48的压力增加或减小。随着需求的改变，该压力调整从比例阀56向排放端口 48移动活塞54，活塞54调整该排放端口体积以增加效率。通过任何方便的方法来确定活塞54在排放端口 48中的位置。
[0042]比例阀56可以是与定位在控制面板22处的或与控制面板22连通的控制器连通，该控制器还可监控参考压力，诸如油压力、头压力、冷凝器压力或其组合。控制器还监控环境温度、被冷却的空间的温度或制冷系统或冷却系统的相关的可测量的参数，如本领域技术人员所熟知的。然后，该控制器可以基于该被监控的值中的一个或多个来生成电压信号，该被监控的值的信号被提供至比例阀56以改变活塞54在排放端口 48中的位置。该控制器可以基于包含这些被监控的值的一个或多个的算法来生成该电压，或该控制器可以基于一个预定的表格来生成该电压，使用所述表格的控制器基于该被监控的条件的值来确定期望的电压值，从而向比例阀56提供该电压，并响应于该被监控的条件来移动活塞54。
[0043]通过使用具有活塞54的排放端口 48来提供可变排放体积，可以制造在任何气候中不被中断使用且增加效率的螺杆式压缩机38。在不停止或拆卸螺杆式压缩机38的情况下，可以通过持续地监控运行条件或环境条件或二者，来调整螺杆式压缩机38的体积比Vi,由此提供制冷系统21的增加的效率。另外，螺杆式压缩机38具有的连续可变的体积比Vi在运行期间可被连续调节以匹配制冷系统21的需求，以提供增加的效率。
[0044]虽然已经参照优选的实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以进行各种变化且等价物可以替代其元件。此外，在不偏离本发明的基本范围的前提下，可以根据本发明的教导进行许多改型以适应特定情况或材料。因此，本发明并非受限制于公开的作为实施本发明的最优方式所公开的具体的实施实施方案，而是本发明将包含落入所附权利要求的范围内的所有实施方案。
【权利要求】
1.一种正位移、可变效率的压缩机，包括: 一个入口端口，将制冷剂气体抽入到该正位移、可变效率的压缩机中； 一个工作腔，接收来自该入口端口的制冷剂气体； 一个用于在该工作腔中将该制冷剂气体从第一压力压缩到第二压力的装置； 一个用于改变该工作腔的体积的装置； 一个排放端口，提供压缩的制冷剂气体从该工作腔到一个制冷系统的流体连通；以及 其中该用于改变工作腔的体积的装置响应于需求的改变来调整该工作腔的体积。
2.一种正位移、可变效率的螺杆式压缩机，包括: 一个入口端口，将制冷剂气体抽入到该螺杆式压缩机中； 至少一个旋转螺杆，与该入口端口流体连通，以压缩该制冷剂气体； 一个排放端口，与该至少一个旋转螺杆流体连通，以接收且排放压缩的制冷剂气体； 一个活塞，被定位在该排放端口中，该活塞能够从该排放端口的体积为最大体积的第一位置移动到该排放端口的体积为最小体积的第二位置，且能够移动到中间位置，在该中间位置处，该排放端口的体积是介于该最大体积和该最小体积之间； 其中该活塞被布置且 定位在该排放端口中，响应于需求的改变来调整该排放端口的体积；以及 一个用于偏置的装置，被附接至该活塞。
3.根据权利要求2所述的螺杆式压缩机，其中所述用于偏置的装置是一个弹簧，该弹簧在该活塞与来自该至少一个旋转螺杆的制冷剂气体排放相对的一侧上被附接到该活塞。
4.根据权利要求2所述的螺杆式压缩机，还包括一个比例阀，该比例阀在该活塞与来自该至少一个旋转螺杆的制冷剂气体排放相对的一侧上与所述排放端口流体连通，该比例阀向该活塞施加流体压力， 优选地，其中该比例阀响应于该压缩机的至少一个条件，该比例阀调整施加至该活塞的该流体压力，从而在该排放端口中移动该活塞且为该排放端口提供一个预定的体积；进一步优选地，其中该至少一个条件包含参考制冷剂压力和参考油压力中的至少一个。
5.根据权利要求3所述的螺杆式压缩机，还包括一个比例阀，该比例阀在该活塞附接至该弹簧的一侧上与所述排放端口流体连通，且向该活塞施加流体压力以抗衡来自该弹簧的弹簧力。
6.—种可变效率的制冷系统,包含: 一个正位移压缩机，具有一个工作体积和一个用于压缩制冷剂气体的装置； 一个功率源，为该压缩机提供功率； 一个控制面板，调制该功率源； 一个冷凝器，与将压缩的制冷剂气体冷凝成压缩液体的该压缩机流体连通； 一个蒸发器，与该冷凝器和该压缩机流体连通； 一个膨胀阀，被定位在该冷凝器与该蒸发器之间，该膨胀阀接收压缩的制冷剂液体且膨胀该压缩的制冷剂液体，形成气体和液体的雾状物；以及其中该压缩机是可变效率的螺杆式压缩机，还包括: 一个入口端口，将制冷剂气体抽入到该螺杆式压缩机中；至少一个旋转螺杆，与该入口端口流体连通，以压缩该制冷剂气体； 一个排放端口，与该至少一个旋转螺杆流体连通，以接收和排放该压缩的制冷剂气体； 一个活塞，被定位在该排放端口中，该活塞能够从该排放端口的体积为最大体积的第一位置移动到该排放端口的体积为最小体积的第二位置，且能够移动至中间位置，在该中间位置处，该排放端口的体积是介于该最大体积和该最小体积之间； 其中该活塞被布置且定位在该排放端口中，响应于需求的改变来调整该排放端口的体积；以及 一个用于偏置的装置，被附接至该活塞； 优选地，该制冷系统还包含与该蒸发器热交换连通的水，该水通过该蒸发器被冷却且被提供至一个冷冻器，其中来自该冷冻器的被冷冻的水能够被用于冷却远程区域； 优选地，该制冷系统还包含一种与该蒸发器热交换连通的热传递媒介，其中被该蒸发器冷却的该热传递媒介冷却一个中间区域； 优选地，该制冷系统是一个闭环系统。
7.—种可变效率的螺杆式压缩机系统，包括: 一个入口端口，以将制 冷剂吸入到该可变效率的螺杆式压缩机中； 一个或多个旋转螺杆，与该入口端口流体连通，以压缩该制冷剂，形成压缩制冷剂； 一个排放端口，与该旋转螺杆流体连通，以接收该压缩制冷剂和排放该制冷剂； 其中该排放端口包含一个可调整的活塞，该活塞能够移动至在第一位置与第二位置之间的任何位置，以提供一个中间体积。
8.根据权利要求7所述的螺杆式压缩机系统，其中该压缩机的效率大体由该可调整的活塞在该排放端口中的位置来确定。
9.根据权利要求7所述的螺杆式压缩机系统，其中该压缩机被制造且该体积比是基于使用该可变效率的螺杆式压缩机的一个预定地理区域的气候可调整的，以增加效率。
10.一种用于响应于需求的改变来调整螺杆式压缩机的体积比的方法，包括下列步骤: 提供一个螺杆式压缩机，该螺杆式压缩机包含: 一个入口端口，将制冷剂气体抽入到该螺杆式压缩机中， 至少一个旋转螺杆，与该入口端口流体连通，以压缩该制冷剂气体， 一个排放端口，与该至少一个旋转螺杆流体连通，以接收和排放压缩的制冷剂气体， 一个活塞，被定位在该排放端口中，该活塞能够从该排放端口的体积为最大体积的第一位置移动至该排放端口的体积为最小体积的第二位置，且能够移动至中间位置，在该中间位置处，该排放端口的体积介于该最大体积和该最小体积之间， 其中该活塞被布置且定位在该排放端口中，响应于需求的改变来调整该排放端口的体积，以及 一个弹簧，被附接至该活塞； 监控该压缩机的指示需求的改变的至少一个条件； 在该活塞被附接至该弹簧的一侧上，提供一个与该排放端口流体连通的比例阀； 将流体压力施加至该活塞以抗衡来自该弹簧的该弹簧力；以及通过调整由该比例阀施加至该活塞的流体压力来调整该活塞的位置，从而响应于该需求的改变，在该排放 端口中移动该活塞且为该排放端口提供一个预定体积。
【文档编号】F04C29/12GK104047853SQ201410088064
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2013年3月14日
【发明者】小P·奈米特 申请人:江森自控科技公司