專利名稱：采用能力可控、可以單級(jí)或多級(jí)運(yùn)行的壓縮機(jī)的制冷系統(tǒng)的制作方法
運(yùn)輸制冷中對(duì)冰淇淋需要-20°F的溫度、對(duì)于一些冷凍食品而言需要0°F的溫度、對(duì)于花、新鮮水果和蔬菜需要40°F的溫度。一輛掛車也可以有幾個(gè)其中的負(fù)載需要不同溫度要求的分隔室。對(duì)于某些貨物諸如水果、蔬菜和花而言，必須對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，以防這些貨物過(guò)早熟化或開(kāi)花。此外，環(huán)境溫度的變化范圍可以從-20°F或-20°F以下到110°F或110°F以上。由于在一次行程中所遇到的環(huán)境溫度可能有較大的變化范圍，以及變化范圍很寬的負(fù)載溫度要求，因此，對(duì)制冷能力也提出了范圍較寬的要求。運(yùn)輸制冷場(chǎng)合需要多級(jí)壓縮機(jī)，那是因?yàn)槎嗉?jí)壓縮機(jī)提供了比傳統(tǒng)單級(jí)壓縮機(jī)有所改進(jìn)的制冷能力而成本費(fèi)用增加得不多。但是采用目前已有的多級(jí)壓縮機(jī)技術(shù)對(duì)使用者來(lái)說(shuō)是比較困難的，因?yàn)檫@種技術(shù)需要相當(dāng)多的外部閥和管道，并具有許多使壓縮機(jī)能安全運(yùn)行所必要的應(yīng)用限制。日本專利53-133,257揭示了一種多級(jí)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)。共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利第5,577,390涉及多級(jí)壓縮機(jī)的運(yùn)行，共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)第08/360,483，現(xiàn)在的美國(guó)專利第5,577,390，涉及多級(jí)壓縮機(jī)中的能力控制。共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利4,938,029、4,986,084和5,062,274揭示了響應(yīng)負(fù)載要求可以減小運(yùn)行能力的結(jié)構(gòu)，而美國(guó)專利5,016,477揭示了具有級(jí)間冷卻的兩級(jí)壓縮機(jī)。在具有多級(jí)壓縮的往復(fù)制冷壓縮機(jī)中，中壓氣體可以通過(guò)曲軸箱油槽輸送。在低溫場(chǎng)合采用這種方式其工作是相當(dāng)好的，可以提高效率，但是，在中溫和高溫場(chǎng)合就會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題。較高的曲軸箱壓力會(huì)產(chǎn)生低效率的油粘度、使止推墊圈負(fù)載以及軸承負(fù)載增加。
有一種具有多排氣缸的壓縮機(jī)可以在低溫運(yùn)行時(shí)作多級(jí)運(yùn)行，對(duì)于中溫和高溫運(yùn)行則以一個(gè)單級(jí)或多個(gè)平行的單級(jí)運(yùn)行。另外，當(dāng)壓縮機(jī)處在兩級(jí)運(yùn)行時(shí)可采用節(jié)約器。單級(jí)與多級(jí)運(yùn)行之間的轉(zhuǎn)換由一微處理器進(jìn)行控制，即，微處理器在負(fù)載下降的情況下響應(yīng)檢測(cè)到的吸入側(cè)或曲軸箱油槽壓力或箱的溫度而進(jìn)行轉(zhuǎn)換。多級(jí)運(yùn)行時(shí)通過(guò)使用節(jié)約器可以提高能力，同時(shí)可以降低各級(jí)之間的壓力差異。而通過(guò)使第一級(jí)旁路回到吸入側(cè)、在第一級(jí)中采用吸入截止、旁路整個(gè)第一級(jí)或旁路高級(jí)則可減小運(yùn)行能力。
假定一六缸壓縮機(jī)構(gòu)成每一排為兩個(gè)的三排氣缸，兩個(gè)外側(cè)排或端部排(即兩個(gè)外側(cè)或端部排氣缸，在此省略氣缸二字，以下同)用于低級(jí)排氣缸。低級(jí)排中的一個(gè)排(LS-1)設(shè)置有氣缸蓋結(jié)構(gòu)，該氣缸蓋結(jié)構(gòu)允許把節(jié)約器氣體引入氣缸蓋排出側(cè)。另一個(gè)低級(jí)排的氣缸(LS-2)可設(shè)置有一標(biāo)準(zhǔn)的(通常的)吸入截止卸載頭。壓縮機(jī)的中心排氣缸可作為高級(jí)氣缸(HS)并設(shè)置有允許LS-2的排出氣體穿過(guò)而到達(dá)HS內(nèi)部HS吸入側(cè)的氣缸蓋。采用一閥板，該閥板可阻斷吸入氣體從曲軸箱流入HS的吸入側(cè)。
本發(fā)明通過(guò)把吸入氣直接輸送到曲軸箱并使級(jí)間氣體的輸送內(nèi)部化來(lái)簡(jiǎn)化多級(jí)壓縮機(jī)的應(yīng)用和控制。連接到壓縮機(jī)的管子僅僅是傳統(tǒng)的吸入和排出連接管加上一個(gè)用于引導(dǎo)節(jié)約器氣體的連接管。與一般的單級(jí)系統(tǒng)相比，所需要增加的系統(tǒng)部件只是一個(gè)節(jié)約器、一個(gè)節(jié)約器膨脹閥、一個(gè)節(jié)約器液體管道螺線管閥和旁路管道閥。
對(duì)本發(fā)明的壓縮機(jī)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的能力可以進(jìn)行六種工作方式的控制。這六種方式是單級(jí)運(yùn)行，兩個(gè)氣缸/一排，LS-1加載；單級(jí)運(yùn)行，LS-1和LS-2都加載；改進(jìn)的多級(jí)運(yùn)行，一個(gè)低級(jí)排LS-1兩個(gè)氣缸泵入高級(jí)排HS，節(jié)約器可以工作或不工作；以及傳統(tǒng)的多級(jí)運(yùn)行，使LS-1和LS-2都泵入HS，節(jié)約器可以工作或不工作。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種簡(jiǎn)化的多級(jí)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，它能使吸入氣通過(guò)曲軸箱輸送。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是簡(jiǎn)化用在運(yùn)輸和/或固定/商用制冷系統(tǒng)中的多級(jí)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種壓縮機(jī)，這種壓縮機(jī)可以進(jìn)行多級(jí)和單級(jí)運(yùn)行，單級(jí)運(yùn)行時(shí)，可以是一個(gè)單級(jí)或多個(gè)平行單級(jí)。這些目的和將在下文變得顯而易見(jiàn)的其它目的是通過(guò)本發(fā)明的來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
基本上，對(duì)吸入或曲軸箱油槽壓力和/或箱或區(qū)域溫度加以檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果作出響應(yīng)，壓縮機(jī)可以作多級(jí)或單級(jí)運(yùn)行。單級(jí)運(yùn)行可以是多排氣缸并聯(lián)或在多級(jí)運(yùn)行中卸載第一級(jí)或第二級(jí)，在多級(jí)運(yùn)行中可以使用節(jié)約器。


圖1是采用本發(fā)明壓縮機(jī)的一制冷系統(tǒng)的示意圖；圖2是壓縮機(jī)的示意圖；圖3是高側(cè)氣缸蓋的視圖；以及圖4是沿圖3的線4-4截取的剖視圖。
微處理器100對(duì)圖1中的制冷系統(tǒng)10進(jìn)行全面的控制。微處理器100接受指示冷卻要求的區(qū)段或區(qū)域輸入信息并對(duì)此作出反應(yīng)，在用于運(yùn)輸制冷系統(tǒng)時(shí)啟動(dòng)和/或接合驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)12的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)，在用于固定/商用制冷系統(tǒng)時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)12的電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。
壓力傳感器40檢測(cè)在曲軸箱14中的吸入壓力，該壓力傳感器40是壓縮機(jī)12運(yùn)行的第一級(jí)的主要指示器，當(dāng)檢測(cè)到的壓力在預(yù)定值之上時(shí)，它指示出對(duì)壓縮機(jī)12進(jìn)行加載的需要。微處理器100響應(yīng)由壓力傳感器40檢測(cè)到的壓力和區(qū)段或區(qū)域輸入信息通過(guò)控制螺線管閥SV-1至SV-4來(lái)控制壓縮機(jī)12的能力，由此控制系統(tǒng)10。SV-1是常開(kāi)閥，SV-2至SV-4是常閉閥。閥SV-2至SV-4中只有一個(gè)在任何時(shí)候都可以打開(kāi)。閥SV-2和SV-3以及它們所在的管道可被認(rèn)為是冗余的或交替使用的，通常在一個(gè)系統(tǒng)中只有一個(gè)螺線管閥起作用。
電動(dòng)機(jī)(未示出)通過(guò)一曲軸(未示出)來(lái)往復(fù)驅(qū)動(dòng)諸活塞(未示出)。曲軸位于其底部具有一油槽的的曲軸箱14中。壓縮機(jī)12具有分別連接于制冷系統(tǒng)10的蒸發(fā)器20和冷凝器22的一吸入管道16和一排出管道18。節(jié)約器30和熱膨脹裝置TXV32串聯(lián)在冷凝器22與蒸發(fā)器20之間。吸入管道16包括曲軸箱14并分成兩路，一路是送到第一低級(jí)排LS-1氣缸的管道16-1，一路是含有吸入截止閥SV-1并輸送到第二低級(jí)排LS-2氣缸的管道16-2。當(dāng)SV-1(閥省略，以下同)打開(kāi)時(shí)，第一和第二排即LS-1和LS-2把熱的中壓制冷劑氣體排入用作高級(jí)HS的吸入強(qiáng)制通風(fēng)的強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)M之中。從高級(jí)HS排出的熱高壓氣體通過(guò)排出管道18以排出壓力PD供應(yīng)給冷凝器22。在冷凝器22中，熱制冷劑氣體把熱量釋放給冷凝器的空氣中，借以冷卻壓縮氣體，并使制冷劑由氣態(tài)變成液態(tài)。當(dāng)螺線管閥SV-4關(guān)閉時(shí)，液態(tài)制冷劑由冷凝器22經(jīng)液體管道24和不工作的節(jié)約器30流到恒溫膨脹閥TXV32。當(dāng)液態(tài)制冷劑通過(guò)TXV32的小孔時(shí)，其中的一些液態(tài)制冷劑汽化成氣體(閃蒸氣體)。氣液混合制冷劑通過(guò)管道26到蒸發(fā)器20。通過(guò)蒸發(fā)器的空氣中的熱量被制冷劑吸收，使其余的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器20的盤管中蒸發(fā)。然后在蒸發(fā)器壓力PEVAP下的蒸發(fā)的制冷劑通過(guò)吸入管道16和曲軸箱14流入管道16-1和16-2分別通向壓縮機(jī)12的低級(jí)LS-1和LS-2，以完成流體的流通回路。
通過(guò)打開(kāi)螺線管閥SV-4，微處理器100把一部分液態(tài)制冷劑從液體管道24轉(zhuǎn)入分支管道24-1，允許制冷劑在TXV34的控制之下流過(guò)節(jié)約器30，由此使節(jié)約器30工作。當(dāng)伺服閥SV-4和TXV34打開(kāi)時(shí)，膨脹的制冷劑以節(jié)約器的壓力PECON通過(guò)管道24-1供應(yīng)給強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)M，該強(qiáng)制通風(fēng)M相當(dāng)于低級(jí)排LS-1和LS-2的排出強(qiáng)制通風(fēng)和高級(jí)排HS的吸入氣強(qiáng)制通風(fēng)。當(dāng)SV-1和SV-4打開(kāi)時(shí)，可獲得最大能力。關(guān)閉螺線管閥SV-1，吸入截止而使低級(jí)排LS-2卸載，此時(shí)就可通過(guò)減少系統(tǒng)的流量來(lái)減小總能力，這種能力的減小與節(jié)約器是否工作無(wú)關(guān)。
當(dāng)關(guān)閉螺線管閥SV-4時(shí)，節(jié)約器不工作，就可實(shí)現(xiàn)能力減小的兩級(jí)運(yùn)行。關(guān)閉螺線管閥SV-1由此低級(jí)排LS-2因吸入截?cái)喽遁d就可使能力進(jìn)一步減小。通過(guò)打開(kāi)閥SV-2使第一級(jí)旁路，從而使高級(jí)排HS承擔(dān)全部泵送工作，或通過(guò)打開(kāi)閥SV-3使第二級(jí)旁路可實(shí)現(xiàn)制冷能力減小的單級(jí)運(yùn)行。當(dāng)打開(kāi)閥SV-3時(shí)，低級(jí)排LS-1和LS-2都能泵送，或通過(guò)關(guān)閉SV-1使LS-2卸載。如上所述，SV-2和SV-3一般是交替使用的。
當(dāng)閥SV-4打開(kāi)而閥SV-1關(guān)閉時(shí)，節(jié)約器運(yùn)行，此時(shí)LS-1泵入HS。LS-2因SV-1關(guān)閉而截止。通過(guò)熱氣體旁路也可實(shí)現(xiàn)LS-2的卸載。關(guān)閉SV-4就使節(jié)約器停止工作。
當(dāng)SV-4和SV-1關(guān)閉而SV-3打開(kāi)時(shí)，進(jìn)入單級(jí)運(yùn)行，LS-1擔(dān)當(dāng)全部工作。如果SV-1打開(kāi)，則進(jìn)入平行的單級(jí)運(yùn)行，此時(shí)LS-1和LS-2同時(shí)工作。
如上所述，本發(fā)明的高級(jí)排HS需要一經(jīng)改變的氣缸蓋。請(qǐng)參閱圖2，從圖中可以看出，管道16-1輸送到LS-1的吸入腔L，管道16-2輸送到LS-2的吸入腔L。彼此流體連通的諸腔M表示LS-1和LS-2的排出腔和HS的吸入腔。LS-2的腔M通過(guò)一經(jīng)過(guò)HS的氣缸蓋50的腔H的通道50-4與HS的腔M流體連通。現(xiàn)請(qǐng)參閱圖3和4，從圖中可以看出隔板50-1把氣缸蓋50分割成腔M和腔H。閥板(未示出)與氣缸蓋50共同構(gòu)成HS的腔M和S。為了提供螺栓位置和所需的流動(dòng)橫截面，設(shè)置輸入口50-2和50-3?？?0-2和50-3與通道50-4和HS的閥板(未示出)中的相應(yīng)口對(duì)齊。從而與LS-2的腔M流體連通。因此，從LS-2的腔M到HS的M的流體路徑依次包括在HS的閥板中的諸口即口50-2和50-3和通向HS的腔M的通道50-4。如圖2所示，LS-1的腔M通過(guò)一流體路徑與HS的腔M連接，但它不需要像通道50-4那樣對(duì)氣缸蓋50作專門的改變。
權(quán)利要求
1.一種制冷系統(tǒng)(10)，具有一閉合的回路，它依次包括一多級(jí)壓縮機(jī)(12)、一冷凝器(22)、一節(jié)約器(30)、一膨脹裝置(32)和一蒸發(fā)器(20)，一分支管道(24-1)連接于所述閉合回路、處于所述冷凝器和所述節(jié)約器中間，并具有一包括第一閥(SV-4)、一膨脹裝置(34)和所述節(jié)約器的流動(dòng)路徑，該分支管道連接于所述壓縮機(jī)的級(jí)間部位，所述系統(tǒng)包括一響應(yīng)區(qū)段(或區(qū)域)和系統(tǒng)輸入信息來(lái)控制所述系統(tǒng)的微處理器(100)，所述壓縮機(jī)包括一至少包括兩排(LS-1，LS-2)的第一級(jí)；一第二級(jí)；卸載所述第一級(jí)的所述排中的一排氣缸的裝置(SV-1)；卸載所述第一級(jí)和第二級(jí)兩級(jí)之一的裝置(SV-2，SV-3)；控制所述第一閥的所述微處理器，用來(lái)卸載所述排中的一排氣缸的所述裝置和用來(lái)卸載所述第一級(jí)和第二級(jí)兩級(jí)之一的所述裝置，由此所述系統(tǒng)可作單級(jí)、用或不用節(jié)約器以及卸載或不卸載所述第一級(jí)的所述排中的所述一排氣缸的兩級(jí)運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于，用于卸載所述第一級(jí)和第二級(jí)兩級(jí)之一的所述裝置卸載所述第一級(jí)。
3.如權(quán)利要求2所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于，用于卸載所述第一級(jí)和第二級(jí)兩級(jí)之一的所述裝置包括一第二閥。
4.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于，用于卸載所述第一級(jí)和第二級(jí)兩級(jí)之一的所述裝置卸載所述第二級(jí)。
5.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述第一級(jí)的所述排具有排出腔，所述第二級(jí)具有一吸入腔，所述排出腔和所述吸入腔流體連通。
6.如權(quán)利要求5所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述第二級(jí)有一排出腔，所述第一級(jí)的所述排出腔與所述的第二級(jí)的所述吸入腔通過(guò)一流體路徑而流體連通，所述流體路徑穿過(guò)所述第二級(jí)的所述排出腔。
全文摘要
一種具有多排氣缸的壓縮機(jī)可以作多級(jí)、單級(jí)和多個(gè)平行的單級(jí)運(yùn)行,作多級(jí)運(yùn)行時(shí),可以用或不用節(jié)約器。在多級(jí)運(yùn)行過(guò)程中,低級(jí)排氣缸中一個(gè)氣缸排可以卸載,以減小第一級(jí)的輸出,或可將第二級(jí)旁路以作單級(jí)運(yùn)行。
文檔編號(hào)F04B25/00GK1188219SQ97126038
公開(kāi)日1998年7月22日 申請(qǐng)日期1997年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月2日
發(fā)明者邁克爾·J·多默, 布魯斯·A·弗雷澤 申請(qǐng)人:運(yùn)載器有限公司