变容式旋转压缩机及其控制方法

专利名称：变容式旋转压缩机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种变容式旋转压缩机及其控制方法，特别是涉及一种空调系统用变容式旋转压缩机及其控制方法。
背景技术：
目前，变频压缩机可通过改变压缩机转速来实现汽缸总排量的改变，而双汽缸的旋转式压缩机在通过容量控制进行汽缸总排量改变方面也具有极强的优势。相比之下，同规格的容量控制压缩机比采用变频技术的压缩机具有效率比较高、制作成本比较低、系统控制比较简单、应用范围比较宽，性能比较可靠的特点。
常见的双汽缸的旋转式压缩机采用两个相同排量的汽缸，当其工作时，其中的一个汽缸一直保持压缩的工作状态，另一个汽缸既可以工作，也可以不工作，整个压缩机对外的工作能力在100％和50％之间进行两段式转换。但是这种结构的双汽缸的旋转式压缩机在其进行工作能力转换时，变化幅度比较大，其节能性和人体的舒适性都比较差。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单合理、制作成本低、节能效果和人体舒适性好都比较好的三段式能力切换的变容式旋转压缩机及其控制方法，以克服现有技术中的不足之处。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是一种变容式旋转压缩机，包括设置在压缩机壳体内的两个汽缸A和B，两个汽缸中分别设置有活塞和滑片，汽缸之间设置有隔板，壳体内还设置有驱动活塞的偏心曲轴，支撑曲轴的上、下轴承，其结构特征是压缩机壳体外设置有控制压缩机三段容量转换的控制阀装置。
上述的控制阀装置包括设置在阀壳体内的阀座，和压接在阀座上的滑块，滑块与曲轴相接，设置在阀壳体内用于支撑曲轴的阀轴承，驱动曲轴运转的电机，阀座上设置有连接于滑片腔A和B或两个汽缸A和B吸入管的两个输出孔A和B，曲轴与电机中的阀转子相接，电机中驱动转子正、反转的阀定子设置在阀壳体外侧；阀壳体侧面有高压管，其一端与阀壳体内的高压腔室相通，其另一端与压缩机的高压腔室相通；其中，上、下轴承、隔板和两个汽缸A和B分别围成滑片腔A和B。
上述的输出管A一端与输出孔A相通，其另一端与滑片腔A相通，输出管B一端与输出孔B相通，其另一端与滑片腔B相通；输出孔A和B于阀座上沿周向呈60°～120°布置，通孔E和F于滑块上沿周向呈60°～120°设置；输出孔A和B于阀座上沿周向布置，滑块上沿周向设置有两个分别与输出孔A和B相对应的通孔E和F；滑块中心处设置有长圆孔，当滑块转动时，该长圆孔的长度满足其连通到输出孔A或B中的任何一个。
上述的控制阀装置还包括设置在第一阀座中心处，与压缩机低压侧腔室相通的第一输入孔C；第一滑块中心处设置有与第一输入孔C相连通的第一长圆孔，当第一滑块转动时，第一长圆孔的长度满足其连通第一输入孔C到第一输出孔A或B中的任何一个；第一高压管一端与压缩机或系统的高压腔室相通，另一端与阀壳体高压侧腔室相通。
上述的控制阀装置还包括设置在第二阀座中心处，与压缩机低压侧腔室相通的第二输入孔C；第二滑块中心处设置有与第二输入孔C相连通的第二长圆孔，当第二滑块转动时，第二长圆孔的长度满足其连通第二输入孔C到第二输出孔A或B中的任何一个；第二高压管一端与压缩机高压侧腔室相通，另一端与阀壳体高压侧腔室相通；第二曲轴和第二阀轴承之间通过螺纹连接，其顶端与阀转子相接，其底端穿过第二阀轴承和第二滑块上的第二长圆孔后，与设置在第二阀座上的第二输入孔C相接；第二曲轴底端为倒锥形结构，与其配合的第二输入孔C也为倒锥形结构；第二高压管一端与压缩机或系统高压侧腔室相通，另一端与阀壳体高压侧腔室相通。
上述的控制阀装置还包括设置在第三滑块中心处的第三长圆孔，当第三滑块转动时，第三长圆孔的长度满足其连通到第三输出孔A或B中的任何一个；其中，第三滑块呈倒T字形结构，其顶部与第三曲轴相接，第三滑块的中部杆状部分设置有通气孔，阀壳体近中央的部分设置有第三阀轴承与第三滑块的中部杆状部分套接，第三阀轴承上方与阀壳体内壁之间围成上部腔室，通气孔上端位于上部腔室所在部分设置有连通孔，上部腔室侧面设置有第三高压管与压缩机的高压腔室相通；第三阀轴承下方与阀壳体内壁之间围成下部腔室，下部腔室侧面设置有第三输入管，第三输入管与压缩机或系统低压的相连通；输出管A一端与输出孔A相通，其另一端与汽缸A的吸入管相通，输出管B一端与输出孔B相通，其另一端与汽缸B的吸入管相通；第三输出孔A和B于第三阀座上沿周向布置，第三滑块上沿周向设置有两个分别与输出孔A和B相对应的第三通孔E和F。
上述的控制阀装置包括设置在阀壳体下部设置有圆柱状汽缸，汽缸中设置有第四滑块，第四滑块与第四曲轴相接，第四曲轴上部为螺纹，汽缸侧面设置有第四输出管A、第四输出管B和第四输入管；第四输出管A和第四输出管B分别连结压缩机的汽缸A和B的滑片腔，另外，第四输入管连接压缩机吸入管，设置在阀壳体上的第四高压管与压缩机的高压腔室相通；第四滑块为上下两层，第四曲轴串接整个第四滑块，圆柱状汽缸与上下两层滑块分别围成上、中、下三个空腔，第四曲轴中设置有连通上、下两个空腔的通道，上、下两个空腔均为高压腔室，中间的空腔为低压腔室，第四输出管A和第四输出管B分别与上、下腔室相通，第四输入管与中部低压腔室相通。
上述的汽缸A和B排量不同，排量小的汽缸滑片背部有将滑片压在活塞侧的弹簧，排量大的汽缸滑片背部无弹簧。
一种交容式旋转压缩机控制方法，其特征是控制阀装置通过滑块三个步骤的动作实现三种压力切换，最后输出到压缩机的滑片腔或汽缸中以实现三段式容量转换控制当为滑片腔压力切换方式时，控制阀装置的两个输出孔分别与压缩机汽缸A和B的滑片腔相连通，且控制阀装置的第一个输入孔与压缩机或系统的低压侧压力相连通时，控制阀装置的第二个输入孔与压缩机或系统的高压侧相连通，其中，以压缩机壳体内压作为系统的高压侧；控制阀装置通过电机驱使其上设置的滑块的三个步骤的动作，使两个输出孔的压力分别在高压侧和高压侧，高压侧和低压侧，低压侧和高压侧的三种模式之间进行来回切换，实现压缩机三段式容量转换控制；或者，当为汽缸压力切换方式时，控制阀装置的两个输出孔分别与压缩机汽缸A和B的吸入管相连通，且控制阀装置的第一个输入孔与压缩机或系统的高压侧压力相连通，第二个输入孔与压缩机或系统的低压侧压力相连通时，控制阀装置通过电机驱使其上设置的滑块的三个步骤的动作，使两个输出孔的压力分别在低压侧和低压侧，低压侧和高压侧，高压侧和低压侧的三种模式之间进行来回切换，实现压缩机三段式容量转换控制；其中，两个汽缸A和B排量大小不同。
上述的当为滑片腔压力切换方式时，控制阀装置通过电机驱使其上设置的滑块的三个步骤的动作，连通第一输入孔和两个输出孔中的任何一个，或者都不连通，并同时连通第二输入孔与两个输出孔，或者连通第二输入孔与两个输出孔中的任何一个，从而使两个输出孔的压力分别在高压侧和高压侧，高压侧和低压侧，低压侧和高压侧的三种模式之间进行来回切换，实现压缩机三段式容量转换控制；或者，当为汽缸压力切换方式时，控制阀装置通过电机驱使其上设置的滑块的三个步骤的动作，连通第一输入孔和两个输出孔或者其中的任何一个；并同时连通第二输入孔和两个输出孔中的任何一个，或者都不连通，从而使两个输出孔的压力分别在低压侧和低压侧，低压侧和高压侧，高压侧和低压侧的三种模式之间进行来回切换，实现压缩机三段式容量转换控制。
上述的三段容量转换控制中的三种模式可以前后依序交替切换，也可以去掉中间任一模式，而只在剩余两模式之间直接来回切换。
上述的交容式旋转压缩机的电机所需运转电容器的容量采用大小两种Rc2和Rc3，其中Rc3＜Rc2，如果三段式容量控制的压缩机按工作能力依次分为三种，那么，最小工作能力模式对应较小容量的电容器Rc3，较大工作能力模式对应较大容量的电容器Rc2，最大工作能力模式对应较小容量的电容器和较大容量的电容器的叠加Rc3+Rc2；或者在不改变压缩机容量模式的情况下对电机运转电容器的容量进行切换。
本发明采用三步骤控制使滑片腔内的压力，或者控制汽缸压力在高、低压之间进行独立切换，其中，三步骤的基本关键在于滑块上设置两个用于压力切换的输出孔和一个用于低压或高压的输入孔，当使用滑片腔压力切换方式时，两个输出孔压力在高压侧和高压侧，高压侧和低压侧，低压侧和高压侧之间切换。
当使用汽缸压力切换方式时，两个输出孔压力在低压侧和低压侧，低压侧和高压侧，高压侧和低压侧之间切换。
当压缩机或系统在运转过程中，通过控制各模式下工作时间的变化，可以时间单位时间内制冷量的无极调节。
本发明启动功率小、噪声低，运转平稳、节能效果和人体舒适性都比较好。


图1为本发明一实施例结构示意图。
图2为滑片压力切换方式的压缩机及控制阀局部剖视放大结构示意图。
图3-图5为图2中X-X剖视放大的三种工作状态结构示意图。
图6为低换向力矩时控制阀的剖视放大结构示意图。
图7为图6中Y-Y剖面结构示意图。
图8为汽缸压力切换方式的压缩机及控制阀局部剖视放大结构示意图。
图9为图8中Z-Z剖面结构示意图。
图10为压缩机局部工作电路11-图13为滑片腔压力切换方式的活塞控制阀剖视放大结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
图中，1为旋转式压缩机，2为高压出管，3为冷凝器，4为膨胀阀，5为蒸发器，6为储液器，7为控制阀，10为汽缸A，11为汽缸B，12为隔板，13为上轴承，14为下轴承，15为滑片腔A，16为滑片腔B，17为弹簧，21为圆柱壳体，22为第一阀座，22′为第二阀座，22″为第三阀座，23为第一滑块，23′为第二滑块，23″为第三滑块，23′″为第四滑块，23.1为第一通孔F，23.1′为第二通孔F，23.1″为第三通孔F，23.2为第一通孔E，23.2′为第二通孔E，23.2″为第三通孔E，24为第一曲轴，24′为第二曲轴，24″为第三曲轴，24′″为第四曲轴，25为第一阀轴承，25′为第二阀轴承，42为第三阀轴承，26为阀转子，27为阀定子，28为输出管A，28′″为第四输出管A，29为输出管B，29′″为第四输出管B，30为第一高压管，30′为第二高压管，30″为第三高压管，30′″为第四高压管，31为输入管，31′″为第四输入管，32为第一长圆孔，32′为第二长圆孔，32″为第三长圆孔，33为第一输出孔A，33′为第二输出孔A，33″为第三输出孔A，33′″为第四输出孔A，34为第一输出孔B，34′为第二输出孔B，34″为第三输出孔B，34′″为第四输出孔B，35为第一输入孔C，，35′为第二输入孔C，35′″为第四输入孔C，37为通气孔，38为上部腔室，39为下部腔室，40为吸入管A，41为吸入管B，43为第三输入管C，45为连通孔，50为圆柱汽缸，51为通道，52为上空腔，53为下空腔。
参见图1，为本变容式旋转压缩机搭载在制冷和制热空调中的冷冻循环系统图，在这里介绍制冷时的冷冻系统。压缩机1从储液器吸入低压气体，进行压缩后，从高压出管2排出高压气体。之后，经过冷凝器3冷凝后的液态冷媒通过膨胀阀4減压，经过蒸发器5蒸发，变成低压的冷媒回到储液器6，再次被压缩机吸入后压缩。在这里，控制阀装置7装在压缩机的外部，它的作用是使有两个汽缸的变容式旋转压缩机在运行中，独立的汽缸持续压缩工作或停止工作，从而压缩机运行中制冷能力切换为三段。因此，两个汽缸排量不同。
比如，空调的制冷运行中，当需要急速制冷的时候，如在盛夏的高温天气时需要压缩机发挥最高的制冷能力时，按最大模式运行；当室温降低接近目标温度时要将压缩机的运行切换为中间能力，按中间模式运行，降低制冷能力；当室温进一步到达目标温度时，就需要切换为低制冷能力运行，按最小模式运行。于是根据制冷负荷，随时切换制冷能力，既可以进行舒适的空气调节，也可以防止制冷能力的浪费，提高了空调的效率。
换句话说，变容式旋转压缩机，也就是带容量控制的旋转式压缩机具有和使用交频器的旋转式压缩机相同的能力控制功能。
使双汽缸的旋转式压缩机进行控制能力切换的方法，下面将会介绍“滑片腔压力切换方式”和“汽缸压力切换方式”两种。
下面首先介绍滑片腔压力切换方式，之后再介绍汽缸压力切换方式。
滑片腔压力切换方式通过滑片腔压力切换方式进行汽缸的工作和停止进行控制时，首先需要密封滑片腔在高压，低压之间进行压力切换。如果滑片腔在高压侧的话，就象普通旋转式压缩机那样，滑片压紧活塞外圆面有压缩作用。但是，如果滑片腔在低压侧的话，滑片不会从滑片腔滑出无压缩作用。在这种情况下，活塞虽然旋转但不压缩，形成空转。
参见图2-图5，双汽缸的旋转式压缩机中设置有两个汽缸A10和B11，它们的滑片腔是(也就是滑片背部的空腔部分)通过隔板12、汽缸中的上、下两个轴承13和14进行密封，构成滑片腔A15和滑片腔B16。其中，排量小的汽缸滑片腔B内设置有将滑片压在活塞侧的弹簧17，压缩机的壳体外部附带的控制阀装置7包括设置在阀壳体21内的第一阀座22，和压接在第一阀座22上的第一滑块23，第一滑块23与第一曲轴24相接，设置在阀壳体21内用于支撑第一曲轴24的第一阀轴承25，驱动第一曲轴24运转的电机，第一曲轴24与电机中的阀转子26相接，电机中驱动转子正、反转的阀定子27设置在阀壳体21外侧；电机为步进电机，可以检出阀转子的旋转角度。第一阀座22上设置有连接于滑片腔A15和滑片腔B16的第一输出孔A33和第一输出孔B34，第一输出孔A33和B34于第一阀座22上沿周向呈60°～120°布置；第一通孔E23.2和F23.1于第一滑块23上沿周向呈60°～120°设置，第一通孔E23.2和F23.1分别与第一输出孔A和B相对应；阀壳体21侧面有第一高压管30，其一端与阀壳体21内的高压腔室相通，其另一端与压缩机的高压腔室相通；控制阀装置还包括设置在第一阀座22中心处，与压缩机低压侧腔室相通的第一输入孔C35；第一滑块23中心处设置有与第一输入孔C35相连通的第一长圆孔32，其中第一长圆孔32的长度满足其连通第一输入孔C35到第一输出孔A33或B34中的任何一个。输出管A28一端与第一输出孔A33相通，其另一端与滑片腔A15相通，输出管B29一端与第一输出孔B34相通，其另一端与滑片腔B16相通。圆柱壳体21内为高压侧，输入管31连到吸入管等低压侧，第一输入孔C35为低压侧。
第一滑块23上的第一长圆孔32是密封的，因为第一输入孔C35为低压侧，所以第一长圆孔的压力为低压。
第一滑块23通过步进电机，按60～120°的间隔进行旋转，本实施例中选用120°。
当控制阀处于最大模式时，见图3，第一长圆孔32的旋转角度为0°。即是说，第一长圆孔32距第一输出孔A33和第一输出孔B34各为120°，所以不会和第一输出孔A33或第一输出孔B34连通。但是，第一输出孔A33和B34和第一滑块上的第一通孔E23.2及F23.1是一致的，所以两个孔是开放状态，第一输出孔A和B的压力和圆柱壳体21内压相同，为高压侧。
当第一滑块23按顺时针方向旋转120°就进入中间模式，见图4，第一长圆孔32和第一输出孔B34连通，第一输出孔B34为低压侧。另一方面，第一输出孔A33为开放状态，所以第一输出孔A33为高压侧。
当第一滑块23按顺时针方向再旋转120°就进入最小模式。此时，第一长圆孔32和第一输出孔A33连通，第一输出孔A33为低压侧。另一方面，第一输出孔B34处于开放状态，第一输出孔B34为高压侧。
下面整理一下上述内容，当第一滑块23的第一长圆孔32在最大模式时，处在与第一输出孔A33或B34没连通的位置时，输出管A28和输出管B29为高压侧，滑片室A和滑片室B为高压侧。汽缸A和B均有滑片滑出转入通常的压缩的工作状态。
当第一滑块23的第一长圆孔32在中间模式时，第一滑块23处于与第一输出孔B34连通的位置，输出管B29为低压侧，但输出管A28为高压侧，所以滑片室A为高压侧，滑片室B为低压侧。因此，汽缸A有滑片滑出转入通常的压缩工作状态。但是，汽缸B的滑片不能滑出，收纳在滑片腔内，不进行压缩。
当第一滑块23的第一长圆孔32在最小模式时，处于和第一输出孔A33连通的位置，输出管B29为高压侧，输出管A28为低压侧，汽缸A为非工作状态，汽缸B为工作状态。
对双汽缸的开关组合，可以进行三种容量控制。另外，如上所述，使滑块分别旋转120°就可以使模式按1，2和3的顺序进行切换，如果需要在最大模式和中间模式之间进行往复切换时，即是说从最大模式到中间模式这样来回的切换运行，就要先将滑块从最大模式始顺时针旋转120°到中间模式，再旋转240°回到最大模式。周而复始，就可以重复最大模式和中间模式，就这样为了省略中间不需要的最小模式而使滑块旋转240°就可以了。这一点在实际的系统控制中是非常重要的功能。
参见图6-图7，第二滑块23′的第二长圆孔32′为低压侧，但第二滑块23′外部为高压侧。因此，第二滑块23′被压在第二阀座22′的上方，产生止推力。当步进电机的力矩充分大时，可以克服止推力使第二滑块23′旋转，但当其力矩小时，就不能驱动第二滑块23′旋转。如果能够平衡第二滑块23′内外压力，就可以在较小力矩的情况下驱动第二滑块23′旋转。
第二曲轴24′和第二阀轴承25′之间通过螺纹连接，其顶端与阀转子26相接，其底端穿过第二阀轴承25′和第二滑块23′上的第二长圆孔32′后，与设置在第二阀座22′上的第二输入孔C35′相接；第二曲轴24′底端为倒锥形结构，与其配合的第二输入孔C35′也为倒锥形结构。由于第二曲轴24′与第二阀轴承25′之间通过螺纹连接，当阀转子26旋转时，第二曲轴24′一边上下运动，一边可以打开或关闭第二输入孔C35′。
压缩机运转时，第二输入孔C35′经常是开启的。压缩机在运行中切换模式时，首先是第二曲轴24′往右旋转关闭第二输入孔C35′。因此，第二滑块23′不管在最大模式，中间模式或最小模式的任何位置，第二滑块23′内压都是高压；那是因为第二滑块23′的空间容积小，而且第二阀座22′面的气体密封不够完全严密，当第二滑块23′内压为高压侧的话，第二滑块23′已经不产生止推力了，所以小力矩就可以使第二滑块23′自由旋转。
当第二滑块23′旋转到规定位置的时候，第二曲轴24′就向左旋转打开第二输入孔C35′，于是，第二滑块23′的第二长圆孔32′为低压侧，再次对第二滑块23′产生止推力，第二滑块23′就再次固定在第二阀座22′上。就这样完成模式切换。
双汽缸旋转式压缩机中任一方汽缸开始压缩时，壳体压力就开始上升，另一方汽缸的滑片同时滑出以进行压缩。因此，可以省略其中一个汽缸中的弹簧。
如果在排量小的汽缸中设置弹簧的话，启动时的压缩就从排量小的汽缸开始，启动负荷小，具有减小电机力矩，并减小压缩机震动的优点。
出于与上述内容相同的理由，推荐压缩机停机时一般也要切换到排量较小的汽缸后再停机。如果最小模式是作为最小能力的状态，就用最小模式停机，那么压缩机停机时产生的震动可以实现最小化。
参见图8，汽缸压力切换方式是使连接汽缸入口吸入管的压力在低压和高压间进行切换的方法。如果是低压的话可以进行通常的压缩，但高压的话，滑片和活塞不能压紧，收纳在滑片腔中。就是说，活塞虽然可以旋转但只是空转，无压缩。
其中，第三滑块23″呈倒T字形结构，其顶部与第三曲轴24″相接，其中部杆状部分设置有通气孔37，通气孔37的下端设置有第三输入孔C35″，阀壳体21近中央的部分设置有第三阀轴承42与第三滑块23″中部杆状部分套接，第三阀轴承42上方与阀壳体21内壁之间围成上部腔室38，通气孔37上端于上部腔室38所在部分设置有连通孔45，上部腔室38侧面设置有高压管30″与压缩机的高压腔室相通；第三阀轴承42下方与阀壳体21内壁之间围成下部腔室39，下部腔室39侧面设置有第三输入管43，第三输入管43与储液器6的出口相连通。连通孔45和第三输入孔35″在高压侧；下部腔室39为低压侧第三滑块23″将如图3-图5所示按顺时针方向间隔120°进行旋转。其中，通过“汽缸压力切换方式”进行三段式容量控制的方法与“滑片腔压力切换方式”在原理上是同等的，但是，其中不同的是输出孔和输入孔的压力相反。
如果最小制冷能力为最小模式，那么我们很容易知道减小汽缸B的排量，将导致整个压缩机的最小制冷能力也会随之减小。但是，汽缸A+B的总排量一定的情况下，如果单独减少汽缸B的排量，那么汽缸A的排量就会增加，其中，最大模式和中间模式的能力差变小；另一方面，中间模式和最小模式的能力差变大。假如尽可能的减小最小制冷能力，压缩机能达到的能力可变范围可以增宽，但是各模式之间的能力差的平衡就会恶化，其直接缺点将是三段式能力控制的效果会总体减弱。
下面显示了汽缸A+B的总排量一定，变动汽缸B的排量时，最小模式运行(最小能力时)和COP(是指压缩机的能效比，即压缩机制冷量与输入的电功率之比)之间的关系。在这里，Vd＝汽缸A的排量(Vd1)+汽缸B的排量(Vd2)，实验结果和模拟结果显示，Vd＝1，Vd1＝0.6～0.7，Vd2＝0.4～0.3时，季节能耗是最好的。比如，汽缸A的排量是7.0cc，汽缸B的排量是3.0cc的话，压缩汽缸A和B时(最大模式)，排量为10cc，按100％的能力运行；只有压缩汽缸A的话(中间模式)，排量为7.0cc，按70％的能力运行；只有压缩汽缸B的话(最小模式)，排量为3.0cc，按30％的能力运行。
参见图10，旋转式压缩机为提高压缩机电机的力矩，以及提高效率，通常使用运转电容器RC，但需要根据压缩机的运转负荷优化电容器的容量。因此，三段式容量控制旋转式压缩机，也需要根据各种模式选择最佳的电容器容量。图中，表示控制成本上升时提高效率的电容器容量选择方法，即是说运行负荷最少的最小模式时选择Rc3，接着运行负荷较少的中间模式选择Rc2，最后负荷最大的最大模式时选择Rc2+Rc3，以扩大电容器容量。
但是，如果空调制冷运行时室外温度非常高，运行负荷大于压缩机实力以上的时候，或者电压异常低的情况。这类异常情况时有时不能继续最大模式的运行，而只能切换为中间模式运行。但是，中间模式运行时电机力矩都不足的情况下，运行电容器的容量只能选择和最大模式相同，作为Rc2+Rc3，以弥补电机力矩不足。
相反，当最大模式或中间模式运行中压缩机的运行负荷小时，可以分别使用中间模式，最小模式的运转电容器提高电机效率。为了提高压缩机及电机的效率，至少应当准备两种运行电容器，并选择最佳运行电容器组合。
下边显示了通过改变某段内在各模式下的运转时间来改变压缩机或系统对能力的无极调节。设定汽缸A+汽缸B的单位时间的冷量为Q’，汽缸A的单位时间的冷量为Qa；汽缸B单位时间的冷量为Qb；在运转时间T内，汽缸A+汽缸B模式下的运转时间为T’；汽缸A模式下运转时间为Ta；汽缸B运转模式运转时间为Tb；则在时间T内压缩机的冷量为Q＝Q’×T’+Qa×Ta+Qb×Tb；时间T内压缩机有停机时间，因此T≥T’+Ta+Tb；由于各模式下压缩机或系统的冷量不同，通过改变各模式下单位时间内运转时间的构成比例，与压缩机的停机相结合，从而实现从压缩机冷量从最小0到最大Q’×T的无极调节。
参见图11-图13，前面所提到的滑块工作方式均是旋转的，下面将简单说明滑块往复工作的情形。控制阀装置包括设置在阀壳体21下部设置有圆柱状汽缸50，汽缸中设置有第四滑块23″′，第四滑块23″′与第四曲轴24″′相接，第四曲轴24″′上部为螺纹，压缩机汽缸侧面设置有第四输出管A28″′、第四输出管B29″′和第四输入管31″′；第四高压管30″′；第四输出管A28″′和第四输出管B29″′分别连结压缩机的汽缸A和B的滑片腔，另外，第四输入管31″′连接压缩机吸入管，第四高压管30″′与压缩机的高压腔室相通；第四滑块23″′为上下两层，第四曲轴24″′串接整个滑块，圆柱状汽缸50与上、下两层滑块分别围成上中下三个空腔，第四曲轴24″′中设置有连通上空腔52和下空腔53的通道51，上、下两个空腔均为高压腔室，也就是高压侧Pd；中间的空腔为低压腔室，也就是低压侧Ps，第四输出管A28″′和第四输出管B29″′分别与上、下高压空腔相通，第四输入管与中部低压空腔相通。第四滑块23″′的两端为圆板状，其上下移动时和圆柱汽缸壁之间有很小的间隙。另一方面，第四滑块23″′上部的曲轴为螺纹结构，当阀转子26带动第四曲轴24″′旋转时，第四滑块23″′就可以上下运动。该活塞行程1中第四输出管A28″′和B29″′，位于低压侧，为最大模式；行程2中第四输出管A28″′为高压侧，第四输出管B29″′为低压侧，为中间模式；行程3则相反，第四输出管B29″′高压侧，但第四输出管A28″′为低压侧，为最小模式。
以上是在圆柱汽缸中通过圆板形第四滑块23″′上下往复运动，将输出管A28″′和B29″′的压力切换为三种状态来进行三段式模式切换的范例。
权利要求
1.一种变容式旋转压缩机，包括设置在压缩机壳体内的两个汽缸A和B(10和11)，两个汽缸中分别设置有活塞和滑片，汽缸之间设置有隔板(12)，壳体内还设置有驱动活塞的偏心曲轴，支撑曲轴的上、下轴承(13和14)，其特征是所述的压缩机壳体外设置有控制压缩机三段容量转换的控制阀装置。
2.根据权利要求1所述的变容式旋转压缩机，其特征是所述的控制阀装置包括设置在阀壳体(21)内的阀座，和压接在阀座上的滑块，滑块与曲轴相接，设置在阀壳体内用于支撑曲轴的阀轴承，驱动曲轴运转的电机，阀座上设置有连接于滑片腔A和B(15和16)或两个汽缸A和B(10和11)吸入管的两个输出孔A和B，曲轴与电机中的阀转子(26)相接，电机中驱动转子正、反转的阀定子(27)设置在阀壳体(21)外侧；阀壳体(21)侧面有高压管，其一端与阀壳体(21)内的高压腔室相通，其另一端与压缩机的高压腔室相通；其中，上、下轴承、隔板和两个汽缸A和B分别围成滑片腔A和B(15和16)。
3.根据权利要求2所述的变容式旋转压缩机，其特征是所述的输出管A一端与输出孔A相通，其另一端与滑片腔A(15)相通，输出管B一端与输出孔B相通，其另一端与滑片腔B(16)相通；输出孔A和B于阀座上沿周向呈60°～120°布置，通孔E和F于滑块上沿周向呈60°～120°设置；输出孔A和B于阀座上沿周向布置，滑块上沿周向设置有两个分别与输出孔A和B相对应的通孔E和F；滑块中心处设置有长圆孔，当滑块转动时，该长圆孔的长度满足其连通到输出孔A或B中的任何一个。
4.根据权利要求3所述的变容式旋转压缩机，其特征是所述的控制阀装置还包括设置在第一阀座(22)中心处，与压缩机低压侧腔室相通的第一输入孔C(35)；第一滑块(23)中心处设置有与第一输入孔C(35)相连通的第一长圆孔(32)，当第一滑块转动时，第一长圆孔的长度满足其连通第一输入孔C到第一输出孔A(33)或B(34)中的任何一个；第一高压管(30)一端与压缩机高压侧腔室相通，另一端与阀壳体(21)高压侧腔室相通。
5.根据权利要求3所述的变容式旋转压缩机，其特征是所述的控制阀装置还包括设置在第二阀座(22′)中心处，与压缩机低压侧腔室相通的第二输入孔C(35′)；第二滑块(23′)中心处设置有与第二输入孔C(35′)相连通的第二长圆孔(32′)，当第二滑块转动时，第二长圆孔的长度满足其连通第二输入孔C到第二输出孔A(33′)或B(34′)中的任何一个；第二高压管(30′)一端与压缩机高压侧腔室相通，另一端与阀壳体(21)高压侧腔室相通；第二曲轴(24′)和第二阀轴承(25′)之间通过螺纹连接，其顶端与阀转子(26)相接，其底端穿过第二阀轴承和第二滑块(23′)上的第二长圆孔(32′)后，与设置在第二阀座(22′)上的第二输入孔C(35′)相接；第二曲轴底端为倒锥形结构，与其配合的第二输入孔C也为倒锥形结构；第二高压管(30′)一端与压缩机或系统高压侧腔室相通，另一端与阀壳体(21)高压侧腔室相通。
6.根据权利要求3所述的变容式旋转压缩机，其特征是所述的控制阀装置还包括设置在第三滑块(23")中心处的第三长圆孔(32")，当第三滑块转动时，第三长圆孔的长度满足其连通到第三输出孔A(33")或B(34")中的任何一个；其中，第三滑块(23")呈倒T字形结构，其顶部与第三曲轴(24")相接，第三滑块的中部杆状部分设置有通气孔(37)，阀壳体(21)近中央的部分设置有第三阀轴承(42)与第三滑块的中部杆状部分套接，第三阀轴承上方与阀壳体内壁之间围成上部腔室(38)，通气孔上端位于上部腔室所在部分设置有连通孔(45)，上部腔室侧面设置有第三高压管(30")与压缩机的高压腔室相通；第三阀轴承下方与阀壳体内壁之间围成下部腔室(39)，下部腔室侧面设置有第三输入管(43)，第三输入管与压缩机或系统低压的出口相连通；输出管A一端与输出孔A相通，其另一端与汽缸A(10)的吸入管相通，输出管B一端与输出孔B相通，其另一端与汽缸B(111)的吸入管相通；第三输出孔A和B于第三阀座上沿周向布置，第三滑块上沿周向设置有两个分别与输出孔A和B相对应的第三通孔E和F。
7.根据权利要求2所述的变容式旋转压缩机，其特征是所述的控制阀装置包括设置在阀壳体(21)下部设置有圆柱状汽缸(50)，汽缸中设置有第四滑块(23)，第四滑块与第四曲轴(24)相接，第四曲轴上部为螺纹，汽缸侧面设置有第四输出管A(28)、第四输出管B(29)和第四输入管(31)；第四输出管A和第四输出管B分别连结压缩机的汽缸A和B(10和11)的滑片腔，另外，第四输入管连接压缩机吸入管，设置在阀壳体上的第四高压管(30)与压缩机的高压腔室相通；第四滑块为上下两层，第四曲轴串接整个第四滑块，圆柱状汽缸与上下两层滑块分别围成上、中、下三个空腔，第四曲轴中设置有连通上、下两个空腔(52和53)的通道(51)，上、下两个空腔均为高压腔室，中间的空腔为低压腔室，第四输出管A和第四输出管B分别与上、下腔室相通，第四输入管与中部低压腔室相通。
8.根据权利要求1或2所述的变容式旋转压缩机，其特征是所述的汽缸A和B(10和11)排量不同，排量小的汽缸滑片背部有将滑片压在活塞侧的弹簧(17)，排量大的汽缸滑片背部无弹簧。
9.一种变容式旋转压缩机控制方法，其特征是控制阀装置通过滑块三个步骤的动作实现三种压力切换，最后输出到压缩机的滑片腔或汽缸中以实现三段式容量转换控制当为滑片腔压力切换方式时，控制阀装置的两个输出孔分别与压缩机汽缸A和B的滑片腔相连通，且控制阀装置的第一个输入孔与压缩机或系统的低压侧压力相连通时，控制阀装置的第二个输入孔与压缩机或系统的高压侧相连通，其中，以压缩机壳体内压作为系统的高压侧；控制阀装置通过电机驱使其上设置的滑块的三个步骤的动作，使两个输出孔的压力分别在高压侧和高压侧，高压侧和低压侧，低压侧和高压侧的三种模式之间进行来回切换，实现压缩机三段式容量转换控制；或者，当为汽缸压力切换方式时，控制阀装置的两个输出孔分别与压缩机汽缸A和B的吸入管相连通，且控制阀装置的第一个输入孔与压缩机或系统的高压侧压力相连通，第二个输入孔与压缩机或系统的低压侧压力相连通时，控制阀装置通过电机驱使其上设置的滑块的三个步骤的动作，使两个输出孔的压力分别在低压侧和低压侧，低压侧和高压侧，高压侧和低压侧的三种模式之间进行来回切换，实现压缩机三段式容量转换控制；其中，两个汽缸A和B排量大小不同。
10.根据权利要求9所述的变容式旋转压缩机控制方法，其特征是所述的当为滑片腔压力切换方式时，控制阀装置通过电机驱使其上设置的滑块的三个步骤的动作，连通第一输入孔和两个输出孔中的任何一个，或者都不连通，并同时连通第二输入孔与两个输出孔，或者连通第二输入孔与两个输出孔中的任何一个，从而使两个输出孔的压力分别在高压侧和高压侧，高压侧和低压侧，低压侧和高压侧的三种模式之间进行来回切换，实现压缩机三段式容量转换控制；或者，当为汽缸压力切换方式时，控制阀装置通过电机驱使其上设置的滑块的三个步骤的动作，连通第一输入孔和两个输出孔或者其中的任何一个；并同时连通第二输入孔和两个输出孔中的任何一个，或者都不连通，从而使两个输出孔的压力分别在低压侧和低压侧，低压侧和高压侧，高压侧和低压侧的三种模式之间进行来回切换，实现压缩机三段式容量转换控制。
11.根据权利要求9所述的变容式旋转压缩机控制方法，其特征是所述的三段容量转换控制中的三种模式可以前后依序交替切换，也可以去掉中间任一模式，而只在剩余两模式之间直接来回切换。
12.根据权利要求9所述的变容式旋转压缩机控制方法，其特征是所述的变容式旋转压缩机的电机所需运转电容器的容量采用大小两种Rc2和Rc3，其中Rc3＜Rc2，如果三段式容量控制的压缩机按工作能力依次分为三种，那么，最小工作能力模式对应较小容量的电容器Rc3，较大工作能力模式对应较大容量的电容器Rc2，最大工作能力模式对应较小容量的电容器和较大容量的电容器的叠加Rc3+Rc2；或者在不改变压缩机容量模式的情况下对电机运转电容器的容量进行切换。
13.根据权利要求9所述的变容式旋转压缩机控制方法，其特征是在各模式运转的时间长短可以任意控制，这样同调节各模式下运转时间可以实现在单位时间内压缩机或系统制冷量的无极调节。
全文摘要
一种变容式旋转压缩机，包括设置在压缩机壳体内的工作容积不同的两个汽缸A和B，两个汽缸中分别设置有活塞和滑片，汽缸之间设置有隔板，壳体内还设置有驱动活塞的偏心曲轴，支撑曲轴的上、下轴承，其结构特征是压缩机壳体外设置有控制压缩机三段容量转换的控制阀装置。控制阀装置包括设置在阀壳体内的阀座，和压接在阀座上的滑块，滑块与曲轴相接，设置在阀壳体内用于支撑曲轴的阀轴承，驱动曲轴运转的电机，阀座上设置有连接于滑片腔A和B或两个汽缸A和B吸入管的两个输出孔A和B，阀中的曲轴与电机中的阀转子相接，电机中驱动转子正、反转的阀定子设置在阀壳体外侧。本发明启动功率小、噪声低，运转平稳、节能效果和人体舒适性都比较好。
文档编号F04C28/24GK1936334SQ20061012263
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月30日 优先权日2006年9月30日
发明者邵海波 申请人:美的集团有限公司