ES2323658T3 - 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 culata (40), una cámara de descarga (48) en la culata (40) en comunicación conductora de presión con los cilindros (20) y una cámara de aspiración (46) en la culata (40) en comunicación conductora 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), un montaje de pistón de control (42) en la culata (40) que tiene un pistón (60) móvil en una dirección mediante fluido a presión de descarga para cerrar dicho montaje de pistón de control (42) y en la dirección opuesta mediante fluido a presión de aspiración para abrir dicho montaje de pistón de control (42), una electroválvula de fluido (68) para accionar dicho montaje de pistón de control (42), estando dicha electroválvula (68) montada en la culata (40) para conectar dicho montaje de pistón de control (42) a la cámara de aspiración (46) para permitir que el fluido a presión de aspiración abra dicho montaje de pistón de control (42) cuando se desea cargar dicho al menos un cilindro (20) y que incluye un miembro de asiento de válvula (76), y un conducto (70) que se extiende en parte a través de dicho miembro de asiento de válvula (76) y que incluye un orificio de restricción de flujo (90) dispuesto entre dicha cámara de descarga (48) y dicho montaje de pistón de control (42), caracterizado porque dicho orificio (90) está separado de dicho miembro de asiento de válvula (76) y restringe el flujo hacia dicha electroválvula (68).
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 de refrigeración de tipo de
pistones alternativos que incorpora modulación de capacidad
mediante la utilización de aspiración bloqueada.
Los sistemas de refrigeración y
acondicionamiento de aire son utilizados comúnmente bajo una amplia
gama de condiciones de carga debido a condiciones ambientales
cambiantes. Para conseguir efectiva y eficientemente el
enfriamiento deseado bajo estas condiciones cambiantes, es ventajoso
incorporar un sistema que varíe la capacidad del compresor de
refrigeración en el sistema.
Se ha desarrollado una amplia variedad de
sistemas para conseguir la modulación de capacidad. Los diversos
tipos de control de descarga y capacidad que se encuentran en la
técnica anterior para compresores de refrigeración han estado
sometidos a 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
tuberías externas u otros componentes que son sometidos a daños
durante el envío y/o posibles daños accidentales después de la
instalación. Además, el trabajo de campo requerido en la instalación
y mantenimiento de estos sistemas externos está sometido a error,
lo cual crea problemas durante el funcionamiento real y aumenta los
costes del trabajo de campo.
Otros diseños para sistemas de modulación de
capacidad se instalan durante la fabricación del compresor. Estos
diseños tienen todos los componentes principales internos al propio
compresor excepto un único componente que es típicamente el único
elemento que requiere revisión durante la duración esperable del
compresor. Este único componente externo se construye de tal manera
que sea fácilmente accesible para revisar aunque estando colocado
aun así para limitar el peligro de daño accidental.
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. El documento US
3.578.883 desvela la parte precaracterizadora de la reivindicación
1.
La invención se describe en las
reivindicaciones. Una realización de la presente invención provee a
la técnica de 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 se suministra al
pistón durante la activación es estrangulado para reducir la
velocidad de impacto del pistón. La reducción de la velocidad de
impacto del pistón mejora la fiabilidad y durabilidad del pistón,
las juntas del pistón y el asiento del pistón.
Más áreas de aplicabilidad de la presente
invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada
provista en lo sucesivo. Debe entenderse que la intención de la
descripción detallada y los ejemplos específicos, aunque
indicadores de la realización preferida de la invención, es sólo con
propósitos de ilustración y su intención no es limitar el alcance
de la invención.
La presente invención se comprenderá más
completamente a partir de la descripción detallada y los dibujos
acompañantes, en los que:
La Figura 1 es una vista fragmentaria en alzado,
desde un extremo, parcialmente en corte, de un compresor
alternativo radial de tres bancos que incorpora el sistema de
modulación de capacidad de acuerdo con la presente invención;
La Figura 2 es una vista transversal a escala
ampliada de la válvula de descarga interna mostrada en la Figura 1
en una posición de plena capacidad;
La Figura 3 es una vista transversal a escala
ampliada de la válvula de descarga interna mostrada en la Figura 2
con la válvula descargadora en una posición de capacidad
reducida;
La Figura 4 es una vista transversal a escala
ampliada de una válvula de descarga interna de acuerdo con otra
realización de la presente invención con la válvula de descarga en
una posición de plena capacidad; y
La Figura 5 es una vista transversal a escala
ampliada de la válvula de descarga interna mostrada en la Figura 4
con la válvula de descarga en una posición de capacidad
reducida.
La siguiente descripción de la(s)
realización(es) preferida(s) es de naturaleza
meramente ejemplar y su intención no es limitar de ningún modo la
invención, su aplicación o sus usos.
Haciendo referencia ahora a los dibujos, en los
que los números de referencia iguales designan partes iguales o
correspondientes a lo largo de las varias vistas, en la Figura 1 se
muestra una porción de cuerpo o bloque de cilindros de un compresor
de refrigeración de cilindros múltiples de acuerdo con la presente
invención y que está designado en general por el número de
referencia 10. El compresor 10 ilustra tres bancos de cilindros 12,
14 y 16. Aunque sólo se ilustran los bancos de cilindros 14 y 16, ha
de entenderse que cada banco de cilindros puede contener uno, dos o
más cilindros y que la construcción ilustrada tipifica la práctica
comercial conocida y es meramente ilustrativa en lo que concierne
al propio compresor.
Cada banco de cilindros 12, 14 y 16 define un
cilindro de compresión 20 dentro del cual está dispuesto de manera
deslizante un pistón 22. El banco de cilindros 14 se ilustra con un
sistema de control de capacidad 24 mientras que el banco de
cilindros 16 se ilustra sin el sistema de control de capacidad 24.
Como se detalla más adelante, uno o más bancos de cilindros 12, 14
y 16 pueden incluir el sistema de control de capacidad 24. El banco
de cilindros 16 incluye una culata 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 a su vez está abierta a la entrada
del compresor. La cámara de descarga 30 está en comunicación con la
salida del compresor 10 a través de un conducto de descarga (no
mostrado).
Haciendo referencia ahora a las Figuras 1 y 2,
se ilustra que el banco de cilindros 14 incorpora el sistema de
control de capacidad 24. El sistema de control de capacidad 24
comprende una culata 40, un montaje de pistón de control 42 y un
montaje de electroválvula 44. La culata 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 culata 40 define un conducto de presión de descarga
52 que se extiende entre la cámara de descarga 48 y el montaje de
electroválvula 44, un conducto de presión de aspiración 54 (Figura
2) que se extiende entre la cámara de aspiración 46 y el montaje de
electroválvula 44 y un conducto de control 56 que se extiende entre
el montaje de electroválvula 44 y una cámara de control 58 definida
por la culata 40.
El montaje de pistón de control 42 está
dispuesto de manera deslizante dentro de la cámara de control 58 y
comprende un cuerpo de válvula o pistón 60 y un muelle de
solicitación 62. El pistón 60 está dispuesto de manera deslizante
dentro de la cámara de control 58 con una junta dispuesta entre el
pistón 60 y la cámara de control 58. El muelle de solicitación 62
está dispuesto entre el pistón 60 y el banco de cilindros 14 con
una junta 64 unida al pistón 60. La junta 64 encaja el banco de
cilindros 14 en el conducto de aspiración del bloque 50 cuando el
montaje de pistón 42 está en su posición cerrada. El muelle de
solicitación 62 empuja al montaje de pistón 42 a una posición
abierta.
El montaje de electroválvula 44 comprende un
bloque de válvula 66 y una electroválvula 68. El bloque de válvula
66 está fijado a la culata 40 y define un conducto de control de
descarga 70 en comunicación con el 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 asiento de
válvula de descarga 76 está dispuesto entre el conducto de control
de descarga 70 y el conducto de control común 74 y un asiento de
válvula
de aspiración 78 está dispuesto entre el conducto de control de aspiración 72 y el conducto de control común 74.
de aspiración 78 está dispuesto entre el conducto de control de aspiración 72 y el conducto de control común 74.
La electroválvula 68 incluye un solenoide 80 y
una válvula de aguja 82. La válvula de aguja 82 está dispuesta
entre los asientos de válvula 76 y 78 y se desplaza 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 está bloqueada pero se permite la
comunicación entre el conducto de control de aspiración 72 y el
conducto de control común 74. En su segunda posición, se permite la
comunicación entre el conducto de control de descarga 70 y el
conducto de control común 74 pero se prohíbe la comunicación entre
el conducto de control de aspiración 72 y el conducto de control
común 74. La válvula de aguja 82 y, de este modo, la electroválvula
68 es empujada normalmente a su primera posición por un miembro de
solicitación 84 que permite la plena capacidad del compresor 10. La
activación del solenoide 80 desplaza la válvula de aguja 82 y, de
este modo, la electroválvula 68 a su segunda posición, lo que tiene
como resultado el funcionamiento del compresor 10 a una capacidad
reducida.
Haciendo referencia ahora a la Figura 2, el
sistema de control de capacidad 24 se ilustra en su posición de
plena capacidad o primera posición. En esta posición, el solenoide
80 es desactivado y la válvula de aguja 82 es empujada contra el
asiento de válvula de descarga 76. La solicitación de la válvula de
aguja 82 contra el asiento de válvula de descarga 76 cierra el
conducto de control de descarga 70 y abre el conducto de control de
aspiración 72. De este modo, la cámara de control 58 está en
comunicación la cámara de aspiración común del compresor 10 a
través del conducto de control común 74, el asiento de válvula de
aspiración 78, el conducto de control de aspiración 72 y el
conducto de presión de aspiración 54. El fluido a la presión de
aspiración reacciona tanto contra la superficie superior como la
superficie inferior del pistón 60 y el pistón 60 es empujado en
sentido opuesto al banco de cilindros 14 por el muelle de
solicitación 62. El movimiento del pistón 60 en sentido opuesto al
banco de cilindros 14 pone al conducto de aspiración 50 en
comunicación con la cámara de aspiración 46, permitiendo el libre
flujo del gas de aspiración y el funcionamiento a plena capacidad
del banco de cilindros 14.
Haciendo referencia ahora a la Figura 3, se
ilustra el sistema de control de capacidad 24 en su posición de
capacidad reducida o segunda posición. En esta posición, el
solenoide 80 es activado y la válvula de aguja 82 es empujada
contra el asiento de válvula de aspiración 78. La solicitación de la
válvula de aguja 82 contra el asiento de válvula de aspiración 78
cierra el conducto de control de aspiración 72 y abre el conducto de
control de descarga 70. De este modo, la cámara de control 58 está
en comunicación con la presión de descarga procedente de la salida
del compresor 10 a través del conducto de control común 74, el
asiento de válvula de descarga 76, el conducto de control de
descarga 70 y el conducto de presión de descarga 52. El fluido a la
presión de descarga reacciona contra la superficie superior del
pistón 60 para empujar al pistón 60 a encajar con el banco de
cilindros 14 contra la fuerza producida por el muelle de
solicitación 62. El encaje del pistón 60 y la junta 64 con el banco
de cilindros 14 cierra el conducto de aspiración 50 que bloquea la
entrada del fluido a la presión de aspiración en la cámara de
aspiración 46. La capacidad del banco de cilindros 14 se reduce
esencialmente a cero. El conducto de control de descarga 70 está
provisto de un orificio 90 que limita el flujo de fluido a la
presión de descarga desde el conducto de control 70 hasta la cámara
de control 58. Limitando el flujo de fluido a la presión de
descarga dentro de la cámara de control 58, se reduce la velocidad
del pistón 60, lo cual disminuye entonces la fuerza de impacto entre
el pistón 60 y el banco de cilindros 14. La disminución de la
fuerza de impacto reduce el daño y el desgaste sobre el pistón 60,
la junta 64 y el asiento en el banco de cilindros 14. Esto, a su
vez, mejora significativamente la fiabilidad del compresor 10.
En la realización preferida, 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
preferentemente entre 0,762 cm (0,030 pulgadas) y 0,127 cm (0,050
pulgadas).
Estos datos se calculan en la siguiente lista de
valores usando ecuaciones perfectamente conocidas:
Aunque se describe que la presente invención
tiene sólo el banco de cilindros 14 que incorpora el sistema de
control de capacidad 24, entra dentro del alcance de la presente
invención incluir el sistema de control de capacidad 24 en más de
un banco de cilindros pero no todos los bloques de cilindros porque
se requiere el fluido de descarga a presión para el movimiento del
pistón 60. Con la presente invención teniendo tres bancos de
cilindros, la incorporación de un sistema de control de capacidad
permite que la capacidad del compresor 10 varíe entre 2/3 de la
capacidad y plena capacidad. La incorporación de dos sistemas de
control de capacidad 24 permite que la capacidad del compresor 10
varíe entre 1/3 de la capacidad y plena capacidad.
Se describe que el solenoide 80 es desactivado
para poner la válvula de aguja 82 en una primera posición que
provee plena capacidad y es activado para poner la válvula de aguja
82 en una segunda posición que provee capacidad reducida. Entra
dentro del alcance de la presente invención utilizar el solenoide 80
en un modo de modulación de anchura de impulsos para proveer un
número infinitesimal de capacidades entre la capacidad totalmente
reducida y la plena capacidad. 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 en
cualquier capacidad entre 1/3 de la capacidad y plena capacidad.
Haciendo referencia ahora 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 que el orificio 90 ha sido trasladado del
conducto de control de descarga 70 a una junta de estanqueidad 92
dispuesta entre la culata 40 y el bloque de válvula 66. El
funcionamiento y función del sistema de control de capacidad 124 es
idéntico al descrito anteriormente para el sistema de control de
capacidad 24. La Figura 4 ilustra el sistema de control de
capacidad 124 a plena capacidad y la Figura 5 ilustra el sistema de
control de capacidad 124 a capacidad reducida.
La descripción de la invención es de naturaleza
meramente ejemplar y, por lo tanto, la intención es que las
variaciones que no se aparten del alcance de las reivindicaciones
adjuntas entren dentro del alcance de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es sólo por conveniencia del lector. No forma parte del
documento de patente europea. Aun cuando se ha tenido mucho cuidado
al compilar las referencias, no pueden excluirse errores u
omisiones y la Oficina Europea de Patentes declina toda
responsabilidad a este respecto.
\bullet US 3578883 A [0005]
Claims (19)
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 culata (40), una cámara de descarga
(48) en la culata (40) en comunicación conductora de presión con
los cilindros (20) y una cámara de aspiración (46) en la culata (40)
en comunicación conductora 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), un montaje de pistón de
control (42) en la culata (40) que tiene un pistón (60) móvil en
una dirección mediante fluido a presión de descarga para cerrar
dicho montaje de pistón de control (42) y en la dirección opuesta
mediante fluido a presión de aspiración para abrir dicho montaje de
pistón de control (42), una electroválvula de fluido (68) para
accionar dicho montaje de pistón de control (42), estando dicha
electroválvula (68) montada en la culata (40) para conectar dicho
montaje de pistón de control (42) a la cámara de aspiración (46)
para permitir que el fluido a presión de aspiración abra dicho
montaje de pistón de control (42) cuando se desea cargar dicho al
menos un cilindro (20) y que incluye un miembro de asiento de
válvula (76), y un conducto (70) que se extiende en parte a través
de dicho miembro de asiento de válvula (76) y que incluye un
orificio de restricción de flujo (90) dispuesto entre dicha cámara
de descarga (48) y dicho montaje de pistón de control (42),
caracterizado porque dicho orificio (90) está separado de
dicho miembro de asiento de válvula (76) y restringe el flujo hacia
dicha electroválvula (68).
2. El compresor (10) según la reivindicación 1,
que además comprende un solenoide (80) para abrir dicha
electroválvula (68).
3. El compresor (10) según la reivindicación 1 ó
2, que además comprende un miembro de solicitación (84) para
empujar dicha electroválvula (68) a dicha posición abierta.
4. El compresor (10) según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que además comprende un miembro de
solicitación (62) para empujar dicho pistón (60) a su posición
abierta.
5. El compresor (10) según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que además comprende una junta de
estanqueidad (92) y un bloque de válvula (66), estando la junta de
estanqueidad (92) dispuesta entre el bloque de válvula (66) y la
culata (40).
6. Un compresor (10) según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que la relación del
diámetro de dicho pistón al del orificio está comprendida entre
50,0:1 y 16,7:1.
7. Un compresor (10) según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la relación del diámetro de
dicho pistón al del orificio está comprendida entre 33,3:1 y
20.0:1.
8. Un compresor (10) según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la relación del área de
dicho pistón a la del orificio está comprendida entre 2500:1 y
277:1.
9. Un compresor (10) según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la relación del área de
dicho pistón a la del orificio está comprendida entre 1110:1 y
401:1.
10. Un compresor (10) según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que la relación de la
cilindrada de dicho pistón al diámetro del orificio está comprendida
entre 12,1:1 y 4,05:1.
11. Un compresor (10) según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que la relación de la
cilindrada de dicho pistón al diámetro del orificio está comprendida
entre 8,1:1 y 4,86:1.
12. Un compresor (10) según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que la relación de la
cilindrada de dicho pistón al área del orificio está comprendida
entre 77,4:1 y 85,9:1.
13. Un compresor (10) según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que la relación de la
cilindrada de dicho pistón al área del orificio está comprendida
entre 344:1 y 124:1.
14. Un compresor (10) según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que dicho pistón (60) tiene
un diámetro de 2,54 cm (1,0 pulgadas) y el diámetro de dicho
orificio (90) está comprendido entre 0,0508 cm (0,020 pulgadas) y
0,1524 cm (0,060 pulgadas).
15. Un compresor (10) según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que dicho pistón (60) tiene
un diámetro de 2,54 cm (1,0 pulgadas) y el diámetro de dicho
orificio (90) está comprendido entre 0,0762 cm (0,030 pulgadas) y
0,127 cm (0,050 pulgadas).
16. Un compresor (10) según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que dicho pistón (60) tiene
una cilindrada de 6,5 x 10^{-11} m^{3} (0,243 pulgadas cúbicas)
y el diámetro de dicho orificio (90) está comprendido entre 0,0508
cm (0,020 pulgadas) y 0,1524 cm (0,060 pulgadas).
\newpage
17. Un compresor (10) según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que el pistón (60) tiene
una cilindrada de 6,5 x 10^{-11} m^{3} (0,243 pulgadas cúbicas)
y el diámetro de dicho orificio (90) está comprendido entre 0,0762
cm (0,030 pulgadas) y 0,127 cm (0,050 pulgadas).
18. Un compresor (10) según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que dicha cámara de
descarga (48) está en comunicación conductora de presión con todos
los cilindros (20).
19. Un compresor (10) según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que dicho orificio (90)
restringe el flujo a dicha electroválvula (68) suficientemente para
reducir la velocidad y el impacto del pistón cuando dicha válvula
de descarga (42) se cierra, aumentando así la fiabilidad y la
durabilidad.
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