專利名稱：帶有流量控制傳感器的壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓縮機，尤其是涉及壓縮機(例如可變速壓縮機)的 溫度控制。
背景技術(shù)：
壓縮機經(jīng)常采用冷卻劑(例如油)來冷卻；作中的壓縮機。油還 用作運動部件之間的潤滑劑，并加強運動部件之間的密封以提高壓縮 效率。在工作中，冷卻劑既通過摩擦加熱又通過接觸壓縮流體和運動 零件而加熱。壓縮機系統(tǒng)典型地包括冷卻器，該冷卻器接收和冷卻冷 卻劑以將溫度維持在一個希望的溫度范圍內(nèi)。為了維持溫度， 一部分 未冷卻的冷卻劑通常與已冷卻的冷卻劑混合以維持冷卻劑入口溫度。 然而，在采用了可變速壓縮機的系統(tǒng)中，壓縮機出口溫度變化非常大。 這種變化導(dǎo)致壓縮機系統(tǒng)工作不穩(wěn)定或工作效率低。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，本發(fā)明提供一種排出具有預(yù)定溫度的壓縮流體
流的壓縮機。該壓縮機包括傳感器，該傳感器定位成測量表示壓縮 流體溫度的第一溫度；冷卻劑源。冷卻器定位成接收來自冷卻劑源的 第一冷卻劑流并排出已冷卻的冷卻劑流。閥定位成接收該已冷卻的冷 卻劑流和來自冷卻劑源的第二冷卻劑流。該閥構(gòu)造成將冷卻劑流排至 壓縮機，該冷卻劑流具有已冷卻的冷卻劑流對第二冷卻劑流的比率， 該比率隨第一溫度而變化。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供一種壓縮機系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括壓 縮機，該壓縮機構(gòu)造成接收冷卻劑流和流體流并排出具有一溫度的壓 縮流體流。源定位成接收壓縮流體流并將該壓縮流體流分離成冷卻劑 和壓縮氣體。冷卻器定位成接收來自該源的笫一冷卻劑流并排出已冷 卻的冷卻劑。旁路通道定位成接收來自該源的第二冷卻劑流。傳感器 構(gòu)造成測量壓縮流體流的排放溫度?？刂崎y可隨所測量的排放溫度而 移動，以改變已冷卻的冷卻劑流量和來自該源的第二冷卻劑流的流量，并將冷卻劑流引至壓縮機。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供一種壓縮流體的方法。該方法包 括將冷卻劑流引至壓縮機，開動壓縮機以產(chǎn)生具有排放溫度的壓縮流 體流，以及將該冷卻劑流與壓縮流體流分離。該方法進一步包括將冷 卻劑流收集在貯液器中，將已收集的冷卻劑的一部分引至冷卻器并從 冷卻器排出已冷卻的冷卻劑流。該方法進一步包括將閥定位成接收已 冷卻的冷卻劑流和已收集的冷卻劑的第二部分，并根據(jù)排放溫度移動 該閥以改變已冷卻的冷卻劑流和第二部分流中的至少 一種。
本發(fā)明的其它方面通過詳細描述的說明書和附圖將會變得很明顯。


圖i是包括實施本發(fā)明的控制閥的壓縮機系統(tǒng)的示意圖2是圖1的控制閥的示意圖；及
圖3是適合用在圖1的壓縮機系統(tǒng)中的另一個控制閥的示意圖。
具體實施例方式
在詳細說明本發(fā)明的任何實施例之前，首先要說明的是本發(fā)明的 應(yīng)用不限于下列說明書所說明的或下列附圖所顯示的結(jié)構(gòu)細節(jié)和零件 排列。本發(fā)明具有其它爽施例，并可以以各種方式實施。還有，本文 所用措詞和術(shù)語只是用于描述目的，不應(yīng)被視為是限定。本文中使用 "包括"、"包含"、或"具有，，及它們的變化形式都是意指既包括 列在其后面的項目及其等同物，又包括另外的項目。除非具有相反的
說明或限定，術(shù)語"安裝"、"連接，，、"支撐，，、和"聯(lián)接，，以及 它們的變化形式含義很廣，包括直接和間接的安裝、連接、支撐和聯(lián)
接。另外，"連接"和"聯(lián)接"不限于物理和機械的連接或聯(lián)接。 圖1顯示了流體壓縮系統(tǒng)5，該系統(tǒng)包括壓縮機IO、冷卻劑源15、
分離器20、分流器25、冷卻劑冷卻器30、熱交換器35、閥40和傳感器
45。壓縮機10在壓縮機入口 50處接收處于大氣壓或接近大氣壓的流體
流，在壓縮機出口55處排出壓縮流體流。在一個實施例中，壓縮機IO
為旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機。在其它結(jié)構(gòu)中，可采用其它種類的壓縮機
10，例如離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式、等等。另外，盡管圖示的是單級壓縮機，但是根據(jù)需要其它結(jié)構(gòu)可以采用多級壓縮機。
在一些實施例中，空氣被壓縮，而在其它一些實施例中，壓縮機
io壓縮其它氣體、液體或它們的混合物。本說明書描述工作或壓縮流 體為空氣。但是，如果需要也可采用其它流體。壓縮機10優(yōu)選地是可 變速壓縮機，其在第一高速和第二低速之間工作。壓縮機10還能在處
于第一高速和第二低速之間的速度范圍內(nèi)的任何速度下工作。在一些
實施例中，壓縮機速度是步進的(incremental)，因此它可以增加至 處于該速度范圍內(nèi)的一組中間速度。在其它實施例中，壓縮機速度是 非步進的，因此該速度可以是處于該速度范圍內(nèi)的任何速度。
在壓縮過程中，壓縮機10通過做機械功產(chǎn)生熱。通過按一定路線 傳送冷卻劑(例如油)通過該壓縮才凡10以p及收熱量，從而將該熱量從 壓縮機10移走。除了提供冷卻之外，冷卻劑還用作運動部件之間的潤 滑劑并增強那些運動部件之間的密封。雖然本文提及的冷卻劑通常是 油，但是石油以及非石油基冷卻劑也可使用。
冷卻劑源15包括分離器20或潤滑劑分離器，并在冷卻劑源入口60 處接收冷卻劑與空氣的混合流。分離器20工作以將空氣與冷卻劑分離。 在一個優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，使用的是旋風(fēng)分離器，當(dāng)然使用其它類型的分離 器也是可能的。壓縮空氣從空氣出口65處排出并被引向所需的應(yīng)用場 合，例如氣動工具，氣動設(shè)備等等。冷卻劑源15的尺寸制造成可保持 一定量的冷卻劑70,且從冷卻劑源出口75處排出該冷卻劑。
分流器25沿第一冷卻劑蜂徑80或第二冷卻劑路徑85引導(dǎo)冷卻劑。 第一冷卻劑路徑80自冷卻劑源15延伸穿過冷卻劑冷卻器30。第二冷卻 劑路徑85自冷卻劑源15延伸，繞過冷卻器30，然后被引入閥40中。
冷卻劑冷卻器30包括熱交換器35，該熱交換器屬于適合從流體中 移走熱的類型(例如，翅片管、板翅、殼管等等)。冷卻劑冷卻器30 從冷卻器入口86處接收冷卻劑流并從冷卻器出口87處排出已冷卻的冷 卻劑流。該冷卻劑然后被引至閥40。
閥40構(gòu)造成有選擇地限制沿第二冷卻劑路徑85的流動。閥40可以 是任何適合對流過通道的流動進行限制的閥，例如球閥、蝶閥、閘閥、 球心閥、等等。閥40在完全打開和完全關(guān)閉之間移動。閥40可處于完 全打開的位置、處于完全關(guān)閉的位置、或處于位于前兩個位置之間的 任何中間位置。在一個實施例中，閥40是手動的，使得操作者能移動一致動器以決定閥40的位置。在另一個實施例中，閥40是自動的，使 得閥根據(jù)傳感器4 5的測量溫度進行移動。
傳感器45定位成測量從壓縮機出口55排出的冷卻劑與壓縮空氣的 混合物的溫度。傳感器45與閥40進行通訊，使得閥40能根據(jù)該測量溫 度進行打開或關(guān)閉。在一些實施例中，傳感器45是機械傳感器(例如， 雙金屬傳感器或恒溫蠟傳感器(thermostatic wax sensor))， 而在其 它實施例中，傳感器45為電傳感器(例如，熱電偶，熱敏電阻)。在 一些結(jié)構(gòu)中，傳感器45和閥40組合成一個部件，該部件檢測溫度并對 該溫度做出響應(yīng)以控制沿第二流路85引導(dǎo)的冷卻劑量。
組合在一起的傳感器45和閥40或控制器的一個實施例包括恒溫蠟 元件，該元件根據(jù)溫度的變化而膨脹和收縮。當(dāng)溫度升高時，該蠟元 件膨脹以移動膜片或活塞，進而限制或切斷流過第二流路85的冷卻劑 流。當(dāng)溫度降低時，該蠟元件收縮以移動膜片或活塞，進而增大開口 并允許大量冷卻劑流過第二流路85。圖1的岡40結(jié)合有傳感器45，表示 為一種兩通恒溫控制閥。
圖2示意性地繪出了圖1的兩通恒溫控制閥40更多的細節(jié)。所示閥 40包括閥殼90、可變的開口或孔95、及溫度傳感器45。閥"在第一閥 入口 IOO處接收來自冷卻器30的冷卻劑流，并通過第二閥入口 105接收 來自第二路徑85的冷卻劑流。流過第一和第二入口IOO、 105的流匯合 成一個流，該流自閥出口110離開該閥?？勺冮_口95的開口與溫度傳感 器45可操作地聯(lián)接，使得該溫度傳感器45能控制該可變開口95?？勺?開口95根據(jù)溫度傳感器45限制通過第二入口105的冷卻劑流量。溫度傳 感器45定位成測量從壓蛐機出口55排出的空氣與冷卻劑的混合物的壓 縮機排放溫度。該壓縮機排放溫度隨壓縮機10的運轉(zhuǎn)速度以及其它因 素的變化而變化。傳感器45測量這個溫度并根據(jù)該測量溫度直接控制 該第二流。
在圖2所示的實施例中，流過第一閥入口 100的流不是由岡40直接 控制的。對第一閥入口100的流的唯一限制是閥出口110的尺寸。例如， 如果可變開口95處于完全打開的位置，從第一閥入口100引入并通過出 口 IIO的冷卻劑量則會減少，因為允許最大量的冷卻劑從第二閥入口 105流入并通過出口IIO。因此，經(jīng)由閥的總冷卻劑輸出量保持基本恒 定，可變開口95改變通過第二閥入口105的流在出口110處的總輸出量中的百分比。
在其它結(jié)構(gòu)中，采用了在圖3中示意性示出的三通閥115，而不是 圖2的兩通閥40。圖3所示實施例與圖2所示實施例相似。然而，除了置 于第二閥入口105和閥出口110之間的第二可變開口95之外，三通閥ll5 還包括置于第一閥入口100和閥出口110之間的第一可變開口120。在流 出閥出口110之前，第一和笫二可變開口120、 95分別改變從第一和第 二閥入口IOO、 105流過的流的多少。在圖示的實施例中，第一和第二 可變開口120、 95響應(yīng)于傳感器45所檢測到的溫度。然而，在其它實施 例中，第一和第二可變開口120、 95設(shè)有各自的第一和第二溫度傳感器。 當(dāng)溫度太高時，第一可變開口120增加孔U0的尺寸以允許增加來自第 一閥入口100的已冷卻的冷卻劑流，然而，第二可變開口95卻減小孔95 的尺寸以限制來自第二閥入口105的冷卻劑流。相反地，當(dāng)溫度太低時， 第一可變開口 120限制來自笫一閥入口 IOO的已冷卻的冷卻劑流，而第 二可變開口 95則增加流過孔95的冷卻劑流以增加來自第二閥入口 105 的流。
參考圖l，在工作時，壓縮機10吸入處于大氣壓或接近大氣壓的空 氣和處于第一低溫的冷卻劑70。壓縮機10排出壓縮空氣和處于第二高 溫的冷卻劑70。用溫度傳感器45測量壓縮機排放溫度。壓縮空氣和排 出的冷卻劑70然后被引導(dǎo)進入冷卻劑源15中，在冷卻劑源15中，壓縮 空氣與所排出的冷卻劑70分離。壓縮空氣被導(dǎo)向所需的應(yīng)用場合，例 如模制設(shè)備、氣動工具、氣動控制器、等等。所排出的冷卻劑70被收 集并保持在冷卻劑源15中。冷卻劑7 O被從冷卻劑源15中吸出并被導(dǎo)入 第一路徑80或第二路徑85中。第一路徑80經(jīng)過冷卻劑冷卻器30，以在 冷卻劑70被引導(dǎo)至閥之前從冷卻劑70移走一些熱量。笫二路徑85繞過 冷卻劑冷卻器30直接流至岡40、 115。這樣，通向壓縮機入口50的冷卻 劑的溫度處于已冷卻的冷卻劑的溫度與旁路冷卻劑的溫度之間。
在圖2所示的實施例中，閥40包括一個可變開口95，該可變開口95 定位成選擇性地限制流過第二閥入口 105的冷卻劑流，而流過笫 一閥入 口 IOO的冷卻劑流基本上不受限制?？勺冮_口 95根據(jù)從壓縮機10排出的 混合的壓縮空氣和冷卻劑的測量溫度來改變來自第二路徑85的冷卻劑 流量。當(dāng)所測量的壓縮機排放溫度增加時，可變開口95進一步限制從 第二閥入口105流過閥40的冷卻劑，從而降低出口流體溫度。流過出口110的流被引入壓縮機入口 50中。
相反地，當(dāng)壓縮機排放溫度降低時，可變開口95打開以允許增加 自笫二流路85流過閥40的流量。因此，允許更大百分比的未冷卻的或 旁路的冷卻劑流過閥出口IIO，從而增加冷卻劑70的溫度。流過閥出口 110的流被引入壓縮機入口50中。通過這種方式，圖2的閥控制了壓縮 機出口溫度，同時維持了通向壓縮機的基本恒定的流量。
在圖3所示的實施例中，閥115包括位于來自第一閥入口100的冷卻 劑流上的第一可變開口120和位于來自第二閥入口105的冷卻劑流上的 第二可變開口95?？勺冮_口120、 95各自選擇性地根據(jù)最大程度地限制、 部分地限制或最低程度地限制流過閥115的冷卻劑70的流量而進行變 化。第一和第二可變開口120、 95以相反的方式做出響應(yīng)，以便對從壓 縮機10排出的空氣和冷卻劑的混合物的溫度變化提供更快的響應(yīng)。例 如，當(dāng)混合物溫度降低時，第一可變開口120進一步限制來自第一閥入 口100的流，而第二可變開口95則降低對來自第二閥入口105的流的限 制。相反地，當(dāng)混合物溫度升高時，第一可變開口120降低對來自第一 閥入口100的流的限制，而第二可變開口95則進一步限制來自第二閥入 口105的流。盡管三通閥115允許來自第一閥入口100的流和來自第二閥 入口 105的流這二者的變化，但自三通閥115排出的總流量保持基本恒 定。
三通閥115允許將來自第一閥入口100的第一冷卻劑流或來自第二 閥入口105的第二冷卻劑流控制和減少到零。兩通閥40允許將這兩種流 中的僅一種控制和減少到零。剩余的流基本上不受控制。因此，三通 閥115能反應(yīng)更快，并能達到兩通閥4 0所不能達到的溫度極限。
在下面的權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點。
權(quán)利要求
1. 一種壓縮機，其構(gòu)造成排出壓縮流體流，該壓縮機包括傳感器，該傳感器定位成測量第一溫度，該第一溫度表示所述壓縮流體流的溫度；冷卻劑源；冷卻器，該冷卻器定位成接收來自所述冷卻劑源的第一冷卻劑流并排出已冷卻的冷卻劑流；及閥，該閥定位成接收所述已冷卻的冷卻劑流和來自所述冷卻劑源的第二冷卻劑流，并排出具有一冷卻劑溫度的第三冷卻劑流，該閥能在第一位置和第二位置之間移動以根據(jù)所述第一溫度改變所述冷卻劑溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述傳感器定位成鄰近所 述壓縮才幾的出口， ^使得所述第一溫度為壓縮機排放溫度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述壓縮流體流包括冷卻 劑和壓縮氣體的混合物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述閥構(gòu)造成主動改變所 述第 一 冷卻劑流，所述旁路冷卻劑流根據(jù)所述第二冷卻劑流的流量變 化而變化，使得第三冷卻劑流具有基本恒定的流量而不論所述閥在什 么位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述閥構(gòu)造成主動改變所 述笫二冷卻劑流，所述已冷卻的冷卻劑流4艮據(jù)所述第二冷卻劑流的流 量變化而變化，使得第三冷卻劑流具有基本恒定的流量而不論所述閥 在什么位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述閥構(gòu)造成主動改變所 述已冷卻的冷卻劑流和所述已冷卻的第二冷卻劑流，使得第三冷卻劑 流也變化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述傳感器為機械傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所漆的^縮機，其中，所述機械傳感器包括蠟元 件，該蠟元件隨溫度的升高而膨脹，以改變通過所述閥的所述第一冷 卻劑流和第二冷卻劑流中的至少 一種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述冷卻劑源包括潤滑劑 分離器。
10. —種壓縮;f凡系統(tǒng)，包括壓縮機，該壓縮機構(gòu)造成接收冷卻劑流和流體流，并排出具有一溫度的壓縮流體流；源，該源定位成接收所述壓縮流體流并將所述壓縮流體流分離成冷卻劑和壓縮氣體；冷卻器，該冷卻器定位成接收來自所述源的第一冷卻劑流并排出已冷卻的冷卻劑；旁路通道，該旁路通道定位成接收來自所述源的第二冷卻劑流； 傳感器，該傳感器構(gòu)造成測量所述壓縮流體流的排放溫度；及 控制閥，該控制閥能根據(jù)所測量的排放溫度進行移動，以改變所述已冷卻的冷卻劑的流量和來自所述源的所述第二冷卻劑流的流量并將冷卻劑流引至所述壓縮機。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述控制閥構(gòu)造 成在零和百分之一百之間直接改變所述已冷卻的冷卻劑的流量，并間 接改變所述第二冷卻劑流，使得流至所述壓縮機的冷卻劑流保持基本 恒定。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1Q所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述控制閥構(gòu)造 成在零和百分之一百之間直接改變所述第二冷卻劑流，并間接改變所 述已冷卻的冷卻劑流，使得流至所述壓縮機的冷卻劑流保持基本恒定。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括 蠟元件，該蠟元件隨溫度升高而膨脹，以改變通過所述閥的所述第一 冷卻劑流和笫二冷卻劑流中的至少 一種。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述控制閥能移 動到限制所述第二冷卻劑流流過所述輸出的第 一位置、允許第二冷卻 劑流以最大流量流過所述輸出的第二位置、和允許第二冷卻劑流以中 間流量流過所述輸出的第三位置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓縮機系統(tǒng)，其中，所述控制閥是能移動的，以直接改變所述第一冷卻劑流和笫二冷卻劑流，進而輸出可 變流。 ，
16. —種壓縮流體的方法，該方法包括 將冷卻劑流引至壓縮機；開動所述壓縮機以產(chǎn)生具有排放溫度的壓縮流體流；將所述冷卻劑流與所述壓縮流體流中分離； 將所述冷卻劑流收集在貯液器中； 將已收集的冷卻劑的一部分引至冷卻器； 從所述冷卻器排出已冷卻的冷卻劑流；將閥定位成接收所述已冷卻的冷卻劑流和所述已收集的冷卻劑的 第二部分；根據(jù)所述的排放溫度移動所述閥，以改變所述已冷卻的冷卻劑流 和所述第二部分流中的至少一種。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括改變通過所述閥的 所述冷卻劑的第二部分流與所述已冷卻的冷卻劑流的比率，以產(chǎn)生所 述冷卻劑流。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括改變引至所述壓縮 機的冷卻劑量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括在第一位置和第二 位置之間移動所述閥，以在最小流量和最大流量之間改變所述第二冷 卻劑流的流量。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括改變所述已冷卻的 冷卻劑流和所述已收集的冷卻劑的第二部分這兩者。
全文摘要
一種帶有流量控制傳感器的壓縮機，該壓縮機排出具有預(yù)定溫度的壓縮流體流。該壓縮機包括傳感器，該傳感器定位成測量表示所述壓縮流體流溫度的第一溫度；冷卻劑源；冷卻器，該冷卻器定位成接收來自所述冷卻劑源的第一冷卻劑流和排出已冷卻的冷卻劑流；及閥，該閥定位成接收所述已冷卻的冷卻劑流和來自所述冷卻劑源的第二冷卻劑流。該閥構(gòu)造成向壓縮機排出冷卻劑流，該冷卻劑流具有已冷卻的冷卻劑對第二冷卻劑流的比率，而該比率隨所述第一溫度而變化。
文檔編號F04D29/58GK101435426SQ200810175439
公開日2009年5月20日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者P·A·斯卡皮納托 申請人:英格索爾-蘭德公司