ES2296876T3 - Compresor con modulacion de capacidad de aspiracion bloqueada. - Google Patents
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Abstract
Un compresor de refrigeración (10) que tiene un bloque de cilindros (12, 14, 16) que define una pluralidad de cilindros (20) y que tiene una tapa de cilindro (40), una cámara de descarga (48) en la tapa de cilindro (40) en comunicación de conducción de presión con todos los cilindros (20) y una cámara de aspiración (46) en la tapa de cilindro (40) en comunicación de conducción de presión con al menos uno de los cilindros (20), un conducto (54) para conectar la entrada del compresor a dicha cámara de aspiración (46), una unidad de pistón de control (42) en la tapa de cilindro (40) con un pistón (60) movible en una cámara de control (58) en una dirección mediante fluido a presión de descarga para cerrar dicha unidad de pistón de control (42) y en la dirección opuesta mediante fluido a presión de aspiración para abrir dicha unidad de pistón de control (42), un sistema de control de capacidad (24) para activar dicha unidad de pistón de control (42), incluyendo dicho sistema de control de capacidad (24) una válvula de aguja (82) y un bloque de válvulas (66) montado en la tapa de cilindro (40) para conectar dicha unidad de pistón de control (42) a la cámara de aspiración (46) para permitir que el fluido a presión de aspiración abra dicha unidad de pistón de control (42) cuando se desee para cargar dicho al menos un cilindro (20), y caracterizado por una obturación (92) con un orificio (90) dispuesta entre dicha tapa de cilindro (40) y dicho bloque de válvulas (66), restringiendo dicho orificio (90) el flujo a dicha cámara de control (58)10 bastante como para reducir la velocidad del pistón y el impacto cuando dicha unidad de pistón de control (42) se cierra, aumentando de esta manera la fiabilidad y la durabilidad.
Description
Compresor con modulación de capacidad de
aspiración bloqueada.
La presente invención se refiere en general a
compresores de refrigeración. Más particularmente, la presente
invención se refiere a un compresor alternativo de refrigeración de
tipo pistón que incorpora modulación de la capacidad mediante la
utilización de aspiración bloqueada.
Los sistemas de refrigeración y
acondicionamiento de aire funcionan normalmente bajo una amplia
gama de condiciones de carga debido a condiciones ambientales
cambiantes. Con el fin de conseguir eficaz y eficientemente el
enfriamiento deseado bajo estas condiciones cambiantes, resulta
ventajoso incorporar un sistema que varía la capacidad del compresor
de refrigeración en el sistema.
Con el fin de conseguir la modulación de la
capacidad, se ha desarrollado una gran variedad de sistemas. Todos
los diversos tipos de control de descarga y capacidad encontrados
en la técnica anterior para compresores de refrigeración han
presentado diversos inconvenientes y/o problemas de durabilidad.
Algunos de estos sistemas de la técnica anterior han funcionado
satisfactoriamente pero han requerido una cantidad sustancial de
tubos externos u otros componentes que sufren daños durante el
envío y/o posibles daños accidentales después de su instalación.
Además, el trabajo de campo requerido para la instalación y el
mantenimiento de estos sistemas externos es objeto de errores que
crean incidencias durante el funcionamiento real e incrementa los
costes de trabajo de campo.
Otros diseños para sistemas de modulación de
capacidad son instalados durante la fabricación del compresor.
Estos diseños tienen todos los principales componentes internos al
propio compresor excepto un solo componente que es típicamente el
único elemento que requiere revisiones durante la vida prevista del
compresor. Este único componente externo es construido de forma que
es fácilmente accesible para su revisión mientras está aún siendo
colocado para limitar el peligro de daños accidentales. El
documento US 3.578.883 describe la parte precaracterizadora de la
reivindicación 1.
Aunque los sistemas internos de la técnica
anterior han demostrado funcionar satisfactoriamente, aún existe la
necesidad de mejorar tanto la fiabilidad como la durabilidad de
estos sistemas de modulación de capacidad.
La invención se define en las reivindicaciones.
Una forma de realización de la presente invención proporciona a la
técnica un sistema de modulación de capacidad que utiliza un pistón
para bloquear la entrada de aspiración para reducir la capacidad
del compresor. El gas a alta presión que es suministrado al pistón
durante la activación es estrangulado con el fin de disminuir la
velocidad de impacto del pistón. La disminución de la velocidad de
impacto del pistón mejora la fiabilidad y durabilidad del pistón,
las juntas del pistón y el alojamiento del pistón.
Otras áreas de aplicabilidad de la presente
invención serán aparentes a partir de la descripción detallada
proporcionada a continuación. Debería entenderse que la descripción
detallada y los ejemplos específicos, aunque indican la forma de
realización preferida de la invención, están destinados a servir
sólo como ilustración y no están destinados a limitar el alcance de
la invención.
La presente invención se comprenderá de forma
más completa a partir de la descripción detallada y los dibujos
adjuntos, en los cuales:
La Figura 1 es un alzado fragmentado de extremo
parcialmente seccionado de un compresor alternativo radial de tres
grupos que incorpora el sistema de modulación de capacidad de
acuerdo con la presente invención;
la Figura 2 es una vista en sección ampliada de
una válvula de liberación interna en una posición de capacidad
completa;
la Figura 3 es una vista en sección ampliada de
la válvula de liberación interna mostrada en la Figura 2 con la
válvula de liberación en una posición de capacidad reducida;
la Figura 4 es una vista en sección ampliada de
una válvula de liberación interna de acuerdo con otra forma de
realización de la presente invención con la válvula de liberación
en una posición de capacidad completa; y
la Figura 5 es una vista en sección ampliada de
la válvula de liberación interna mostrada en la Figura 4 con la
válvula de liberación en una posición de capacidad reducida.
La siguiente descripción de las realizaciones
preferidas es meramente ejemplar en su naturaleza y no está
destinada de ninguna manera a limitar la invención, su aplicación o
sus usos.
Haciendo ahora referencia a los dibujos en los
que los números de referencia designan partes similares o
correspondientes a través de las diversas vistas, se muestra en la
Figura 1 un cuerpo o parte de bloque de cilindros de un compresor
de refrigeración de múltiples cilindros de acuerdo con la presente
invención y que se designa generalmente con el número de referencia
10. El compresor 10 ilustra tres grupos de cilindros 12, 14 y 16.
Aunque sólo se ilustran los grupos de cilindros 14 y 16, hay que
entender que cada grupo de cilindros puede contener uno, dos o más
cilindros y que la construcción ilustrada representa la práctica
comercial conocida y es meramente ilustrativa en lo que al propio
compresor se refiere.
Cada grupo de cilindros 12, 14 y 16 define un
cilindro de compresión 20 en el cual un pistón 22 está dispuesto de
forma deslizante. El grupo de cilindros 14 es ilustrado con un
sistema de control de capacidad 24, mientras que el grupo de
cilindros 16 es ilustrado sin un sistema de control de capacidad 24.
Tal y como se detalla más adelante, uno o más grupos de cilindros
12, 14 y 16 pueden incluir un sistema de control de capacidad 24.
El grupo de cilindros 16 incluye una tapa de cilindro 26 que cierra
el cilindro 20 y que define una cámara de aspiración 28 y una
cámara de descarga 30. Una válvula de aspiración 32 controla la
comunicación entre la cámara de aspiración 28 y el cilindro 20 y una
válvula de descarga 34 controla la comunicación entre la cámara de
descarga 30 y el cilindro 20. Un conducto de aspiración 36 se
extiende entre la cámara de aspiración 28 y una cámara de
aspiración común (no mostrada) del compresor 10, que está a su vez
abierta a la entrada del compresor. La cámara de descarga 30 se
encuentra en comunicación con la salida del compresor 10 a través
de un conducto de descarga (no mostrado).
Las Figuras 2 y 3 muestran una disposición no
reivindicada que es útil para explicar la invención, la cual se
muestra en las Figuras 4 y 5.
Haciendo ahora referencia a las Figuras 1 y 2,
el grupo de cilindros 14 es ilustrado con un sistema de control de
capacidad 24. El sistema de control de capacidad 24 comprende una
tapa de cilindro 40, una unidad de pistón de control 42 y una unidad
de válvula de solenoide 44. La tapa de cilindro 40 cierra el
cilindro 20 y define una cámara de aspiración 46 y una cámara de
descarga 48. Una válvula de aspiración 32 controla la comunicación
entre la cámara de aspiración 46 y el cilindro 20 y una válvula de
descarga 34 controla la comunicación entre la cámara de descarga 48
y el cilindro 20. Un conducto de aspiración 50 se extiende entre la
cámara de aspiración 46 y la cámara de aspiración común del
compresor 10. La cámara de descarga 48 está en comunicación con la
salida del compresor 10 a través de un conducto de descarga (no
mostrado). La tapa de cilindro 40 define un conducto de presión de
descarga 52 que se extiende entre la cámara de descarga 48 y la
unidad de válvula de solenoide 44, un conducto de presión de
aspiración 54 (Figura 2) que se extiende entre la cámara de
aspiración 46 y la unidad de válvula de solenoide 44 y un conducto
de control 56 que
se extiende entre la unidad de válvula de solenoide 44 y la cámara de control 58 definida por la tapa de cilindro 40.
se extiende entre la unidad de válvula de solenoide 44 y la cámara de control 58 definida por la tapa de cilindro 40.
La unidad de pistón de control 42 está dispuesta
de forma deslizante dentro de la cámara de control 58 y comprende
un cuerpo de válvula o pistón 60 y un resorte 62. El pistón 60 está
dispuesto de forma deslizante dentro de la cámara de control 58 con
una junta dispuesta entre el pistón 60 y la cámara de control 58.
El resorte 62 está dispuesto entre el pistón 60 y el grupo de
cilindros 14 con una junta 64 unida al pistón 60. La junta 64
engrana el grupo de cilindros 14 para bloquear el conducto de
aspiración 50 cuando la unidad de pistón 42 está en su posición
cerrada. El resorte 62 empuja a la unidad de pistón 42 a una
posición abierta.
La unidad de válvula de solenoide 44 comprende
un bloque de válvulas 66 y una válvula de solenoide 68. El bloque
de válvulas 66 está asegurado a la tapa de cilindro 40 y define un
conducto de control de descarga 70 en comunicación con un conducto
de presión de descarga 52, un conducto de control de aspiración 72
en comunicación con el conducto de presión de aspiración 54 y un
conducto de control común 74 en comunicación con el conducto de
control 56. Un alojamiento de válvula de descarga 76 está dispuesto
entre el conducto de control de descarga 70 y un conducto de control
común 74 y un alojamiento de válvula de aspiración 78 está dispuesto
entre el conducto de control de aspiración 72 y el conducto de
control común 74.
La válvula de solenoide 68 incluye un solenoide
80 y una válvula de aguja 82. La válvula de aguja 82 está dispuesta
entre los alojamientos de válvula 76 y 78 y se mueve entre una
primera posición y una segunda posición. En su primera posición, la
comunicación entre el conducto de control de descarga 70 y el
conducto de control común 74 se bloquea, pero la comunicación entre
el conducto de control de aspiración 72 y el conducto de control
común 74 se permite. En su segunda posición, la comunicación entre
el conducto de control de descarga 70 y el conducto de control
común 74 se permite pero la comunicación entre el conducto de
control de aspiración 72 y el conducto de control común 74 se
prohíbe. La válvula de aguja 82 y, por tanto, la válvula de
solenoide 68 es normalmente desviada a su primera posición por un
elemento de desvío 84 que permite una capacidad completa para el
compresor 10. La activación del solenoide 80 mueve la válvula de
aguja 82 y, por tanto, la válvula de solenoide 68 a su segunda
posición, lo que da como resultado el funcionamiento del compresor
10 a capacidad reducida.
Haciendo ahora referencia a la Figura 2, el
sistema de control de capacidad 24 se ilustra en su capacidad
completa o primera posición. En esta posición, el solenoide 80 es
desenergizado y la válvula de aguja 82 es desviada contra el
alojamiento de válvula de descarga 76. El desvío de la válvula de
aguja 82 contra el alojamiento de la válvula de descarga 76 cierra
el conducto de control de descarga 70 y abre el conducto de control
de aspiración 72. Por tanto, la cámara de control 58 está en
comunicación con la cámara de aspiración común del compresor 10 a
través del conducto de control común 74, el alojamiento de válvula
de aspiración 78, el conducto de control de aspiración 72 y el
conducto de presión de aspiración 54. El fluido a presión de
aspiración reacciona contra las superficies superior e inferior del
pistón 60 y el pistón 60 es alejado del grupo de cilindros 14
mediante el resorte 62. El movimiento del pistón 60 lejos del grupo
de cilindros 14 sitúa al conducto de aspiración 50 en comunicación
con la cámara de aspiración 46, permitiendo el flujo libre de gas
de aspiración y el funcionamiento a capacidad completa del grupo de
cilindros 14.
Haciendo ahora referencia a la Figura 3, el
sistema de control de capacidad 24 es ilustrado en su capacidad
reducida o segunda posición. En esta posición, el solenoide 80 es
energizado y la válvula de aguja 82 es desviada contra el
alojamiento de válvula de aspiración 78. El desvío de la válvula de
aguja 82 contra el alojamiento de válvula de aspiración 78 cierra el
conducto de control de aspiración 72 y abre el conducto de control
de descarga 70. Por tanto, la cámara de control 58 está en
comunicación con la presión de descarga de la salida del compresor
10 a través del conducto de control común 74, el alojamiento de
válvula de descarga 76, el conducto de control de descarga 70 y el
conducto de presión de descarga 52. El fluido a presión de descarga
reacciona contra la superficie superior del pistón 60 para empujar
al pistón 60 a engranarse con el grupo de cilindros 14 contra la
fuerza producida por el resorte 62. El engranaje del pistón 60 y la
junta 64 con el grupo de cilindros 14 cierra el conducto de
aspiración 50, lo que evita que el fluido a presión de aspiración
se introduzca en la cámara de aspiración 46. La capacidad del grupo
de cilindros 14 es esencialmente reducida a cero. El conducto de
control de descarga 70 está provisto de un orificio 90 que limita el
flujo de fluido a presión de descarga del conducto de control 70 a
la cámara de control 58. Al limitar el flujo de fluido a presión de
descarga en la cámara de control 58, la velocidad del pistón 60 se
reduce, lo cual disminuye entonces la fuerza de impacto entre el
pistón 60 y el grupo de cilindros 14. La disminución de la fuerza
de impacto reduce daños y el desgaste del pistón 60, la junta 64 y
el alojamiento sobre el grupo de cilindros 14. Esto, a su vez,
mejora significativamente la fiabilidad del compresor 10.
En este ejemplo, el pistón 60 tiene un diámetro
de aproximadamente una pulgada (2,54 cm) y una carrera de
aproximadamente 0,7874 cm (0,310 pulgadas). Con estas dimensiones,
el diámetro preferido para el orificio 90 está entre 0,508 cm
(0,020 pulgadas) y 0,1524 cm (0,060 pulgadas) y, más
preferiblemente, entre 0,762 cm (0,030 pulgadas) y 0,127 cm (0,050
pulgadas).
Estos datos corresponden a la siguiente lista de
valores usando ecuaciones bien conocidas:
Aunque la presente invención se describe con un
único grupo de cilindros 14 que incorpora un sistema de control de
capacidad 24, está dentro del alcance de la presente invención
incluir un sistema de control de capacidad 24 en más de un grupo de
cilindros pero no todos los bloques de cilindros, ya que el fluido
presurizado de descarga es necesario para el movimiento del pistón
60. Al tener la presente invención tres grupos de cilindros, la
incorporación de un sistema de control de capacidad permite que la
capacidad del compresor 10 varíe entre 2/3 de capacidad y capacidad
completa. La incorporación de dos sistemas de control de capacidad
24 permite que la capacidad del compresor 10 varíe entre 1/3 de
capacidad y capacidad completa.
El solenoide 80 se describe como desenergizado
para situar la válvula de aguja 82 en una primera posición, lo cual
proporciona una capacidad completa y como energizado para situar la
válvula de aguja 82 en una segunda posición, lo cual proporciona
capacidad reducida. Está dentro del alcance de la presente
invención hacer funcionar el solenoide 80 en un modo de modulación
por anchura de impulso con el fin de proporcionar un número
infinitesimal de capacidades entre la capacidad totalmente reducida
y la capacidad completa. De esta manera e incorporando el sistema
de control de capacidad 24 en dos de los bloques de cilindros, la
capacidad del compresor 10 puede seleccionarse entre cualquier
capacidad entre 1/3 de capacidad y capacidad completa.
Haciendo ahora referencia a las Figuras 4 y 5,
se ilustra un sistema de control de capacidad 124. El sistema de
control de capacidad 124 es el mismo que el sistema de control de
capacidad 24 excepto por el hecho de que el orificio 90 ha sido
trasladado desde el conducto de control de descarga 70 a una
obturación 92 dispuesta entre la tapa de cilindro 40 y el bloque de
válvulas 66. La operación y el funcionamiento del sistema de
control de capacidad 124 son idénticos al descrito anteriormente
para el sistema de control de capacidad 24. La Figura 4 ilustra el
sistema de control de capacidad 124 a capacidad completa y la
Figura 5 ilustra el sistema de control de capacidad 124 a capacidad
reducida.
La descripción de la invención es meramente
ejemplar en su naturaleza y, por tanto, dentro del alcance de la
invención se contemplan variaciones que no se alejen del alcance de
las reivindicaciones adjuntas.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante tiene como único fin servir de ayuda al lector. No
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
extremo cuidado al recopilar las referencias, no pueden excluirse
errores u omisiones y la Oficina Europea de Patentes declina
cualquier responsabilidad a este respecto.
\bullet US 3578883 A [0004]
Claims (17)
1. Un compresor de refrigeración (10) que tiene
un bloque de cilindros (12, 14, 16) que define una pluralidad de
cilindros (20) y que tiene una tapa de cilindro (40), una cámara de
descarga (48) en la tapa de cilindro (40) en comunicación de
conducción de presión con todos los cilindros (20) y una cámara de
aspiración (46) en la tapa de cilindro (40) en comunicación de
conducción de presión con al menos uno de los cilindros (20), un
conducto (54) para conectar la entrada del compresor a dicha cámara
de aspiración (46), una unidad de pistón de control (42) en la tapa
de cilindro (40) con un pistón (60) movible en una cámara de
control (58) en una dirección mediante fluido a presión de descarga
para cerrar dicha unidad de pistón de control (42) y en la
dirección opuesta mediante fluido a presión de aspiración para abrir
dicha unidad de pistón de control (42), un sistema de control de
capacidad (24) para activar dicha unidad de pistón de control (42),
incluyendo dicho sistema de control de capacidad (24) una válvula
de aguja (82) y un bloque de válvulas (66) montado en la tapa de
cilindro (40) para conectar dicha unidad de pistón de control (42)
a la cámara de aspiración (46) para permitir que el fluido a
presión de aspiración abra dicha unidad de pistón de control (42)
cuando se desee para cargar dicho al menos un cilindro (20), y
caracterizado por una obturación (92) con un orificio (90)
dispuesta entre dicha tapa de cilindro (40) y dicho bloque de
válvulas (66), restringiendo dicho orificio (90) el flujo a dicha
cámara de control (58)10 bastante como para reducir la
velocidad del pistón y el impacto cuando dicha unidad de pistón de
control (42) se cierra, aumentando de esta manera la fiabilidad y
la durabilidad.
2. El compresor (10) de acuerdo con la
reivindicación 1, que comprende además un solenoide (80) para abrir
dicha válvula de aguja (82).
3. El compresor (10) de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, que comprende además un elemento de desvío
(84) para empujar dicha válvula de aguja (82) a dicha posición
abierta.
4. El compresor (10) de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además
un resorte (62) para empujar a dicho pistón (60) a su posición
abierta.
5. El compresor (10) según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho
sistema de control de capacidad (24) incluye un elemento de
alojamiento de válvula (76) y un paso de control de descarga (70)
que se extiende en parte a través de dicho elemento de alojamiento
de válvula (76), estando dicho orificio (90) separado de dicho
elemento de alojamiento de válvula (76).
6. Un compresor (10) según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la
relación de diámetros de dicho pistón a orificio varía entre 50,0:1
y 16,7:1.
7. Un compresor (10) según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la
relación de diámetros de dicho pistón a orificio varía entre 33,3:1
y 20,0:1.
8. Un compresor (10) según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la
relación de áreas de dicho pistón a orificio varía entre 2500:1 y
277:1.
9. Un compresor (10) según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la
relación de áreas de dicho pistón a orificio varía entre 1110:1 y
401:1.
10. Un compresor (10) según se reivindica en una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la
relación de desplazamiento de dicho pistón a diámetro de orificio
varía entre 12,2:1 y 4,05:1.
11. Un compresor (10) según se reivindica en
una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la
relación de desplazamiento de dicho pistón a diámetro de orificio
varía entre 8,1:1 y 4,86:1.
12. Un compresor (10) según se reivindica en
una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la
relación de desplazamiento de dicho pistón a área de orificio varía
entre 77,4:1 y 85,9:1.
13. Un compresor (10) según se reivindica en
una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la
relación de desplazamiento de dicho pistón a área de orificio varía
entre 344:1 y 124:1.
14. Un compresor (10) según se reivindica en
una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho
pistón (60) tiene un diámetro de 2,54 cm (1,0 pulgadas) y el
diámetro de dicho orificio (90) varía entre 0,0508 cm (0,020
pulgadas) y 0,1524 cm (0,060 pulgadas).
15. Un compresor (10) según se reivindica en
una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho
pistón (60) tiene un diámetro de 2,54 cm (1,0 pulgadas) y el
diámetro de dicho orificio (90) varía entre 0,0762 cm (0,030
pulgadas) y 0,127 cm (0,050 pulgadas).
16. Un compresor (10) según se reivindica en
una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho
pistón (60) tiene un desplazamiento de 6,5 x 10^{-11}m^{3}
(0,243 pulgadas cúbicas) y el diámetro de dicho orificio (90) varía
entre 0,0508 cm (0,020 pulgadas) y 0,1524 cm (0,050 pulgadas).
17. Un compresor (10) según se reivindica en
una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho
pistón (60) tiene un desplazamiento de 6,53 x 10^{-11}m^{3}
(0,243 pulgadas cúbicas) y el diámetro de dicho orificio (90) varía
entre 0,0762 cm (0,030 pulgadas) y 0,127 cm (0,050 pulgadas).
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