MÁQUINA EN ESPIRAL CON MODULACIÓN DE LA CAPACIDAD.

La presente invención está relacionada con la modulación de la capacidad de compresores y más particularmente con la modulación de la capacidad de compresores del tipo en espiral como se define en el preámbulo de la reivindicación 1. Tal compresor en espiral es conocido desde la US-A 5342186. La modulación de la capacidad es a menudo una característica deseable para incorporar en compresores para refrigeración y aires acondicionados con el propósito de acomodar mejor el amplio rango de carga al cual pueden ser sometidos los sistemas. Se han utilizado muchos enfoques diferentes para proporcionar esta característica de la modulación de la capacidad que va desde el control de la entrada de succión hasta el desvío del gas de descarga nuevamente hacia la entrada de succión. Con los compresores de tipo en espiral, a menudo se ha logrado la modulación de la capacidad a través de un enfoque de succión retrasado que comprende el suministro de puertos en diferentes posiciones que, cuando están abiertos, permiten que las cámaras de compresión formadas entre los arrollamientos en espiral que se entrelazan se comuniquen con el suministro de gas de succión retrasando así el momento en el cual comienza la compresión del gas de succión. Este método de modulación de la capacidad reduce realmente la relación de compresión del compresor. Aunque tales sistemas son efectivos para reducir la capacidad del compresor, solamente son capaces de proporcionar una cantidad predeterminada de descarga del compresor, dependiendo la cantidad de descarga de la ubicación de los puertos de descarga a lo largo de los arrollamientos. Aunque es posible proporcionar una descarga en múltiples etapas por medio de la incorporación de una pluralidad de tales puertos en diferentes sitios, este enfoque se hace costoso y requiere de un espacio adicional para acomodar los controles separados para abrir y cerrar cada juego de puertos. La Patente de los Estados Unidos No. 5.342.186 divulga una máquina de desplazamiento de fluido de tipo en espiral que tiene una espiral orbital y una espiral fija. Para desactivar el compresor, la espiral orbital se mueve axialmente apartándose de la espiral fija. El sistema de la presente invención, sin embargo, supera estas deficiencias ya que permite virtualmente un rango continuo de descarga desde un 100 por ciento o capacidad completa que desciende hasta una capacidad virtualmente de cero utilizando únicamente un juego único de controles. Además, el sistema de la presente invención permite maximizar la eficiencia de la operación del compresor y/o del sistema de refrigeración para cualquier grado deseado de descarga del compresor. La invención está definida en las reivindicaciones. En la presente invención, se puede lograr la descarga en el compresor por medio de la separación axial o radial en forma cíclica de las dos piezas en espiral durante períodos predeterminados de tiempo durante el ciclo de operación del compresor. Más específicamente, la presente invención puede proporcionar un arreglo en donde se mueve en forma axial o radial una pieza en espiral acercándose y alejándose de la otra pieza en espiral en una forma pulsada una ruta de escape en forma cíclica a través de las puntas o de los flancos de los arrollamientos desde los bolsillos de compresión a mayor presión definidos por los arrollamientos en espiral que se entrelazan hasta los bolsillos a menor presión y por último nuevamente a la succión. Por medio del control del tiempo relativo entre el encerramiento y la liberación de las puntas o los flancos de los arrollamientos en espiral, virtualmente se puede lograr cualquier grado de descarga del compresor con un solo sistema de control. Además, mediante la detección de numerosas condiciones dentro del sistema de refrigeración, se puede seleccionar la duración de la carga y descarga del compresor para cada ciclo para una capacidad dada de tal manera que se maximiza la eficiencia total del sistema. Por ejemplo, si se desea operar el compresor al 50 por ciento de la capacidad, esto se puede lograr operando el compresor alternativamente en una condición cargada durante cinco segundos y descargada durante cinco segundo o cargada durante siete segundo y descargada durante 7 segundos, cualquiera de los cuales puede proporcionar mayor eficiencia para las condiciones específicas de operación que son encontradas. Las diferentes modalidades de la presente invención descritas más adelante proporcionan una amplia variedad de arreglos por medio de los cuales una pieza en espiral puede oscilar en forma axial o radial con respecto a las otras para acomodar un rango completo de descarga del compresor. La capacidad para proporcionar un rango completo de modulación de la capacidad con un único sistema de control así como la capacidad para seleccionar la duración de la operación e carga y de descarga ayudan a proporcionar un sistema extremadamente eficiente con un costo relativamente bajo. Adicionalmente, con el propósito de mejorar aún más la eficiencia del sistema en algunas aplicaciones, puede ser deseable combinar un tipo de succión retrasado de modulación de la capacidad con el enfoque de descarga pulsada mencionada más arriba. Por ejemplo, cuando las condiciones de operación son tales que las presiones del sistema justo más debajo de la válvula de descarga están en un nivel por debajo del nivel del diseño de descarga completa, la relación de compresión del compresor da como resultado una compresión del fluido comprimido como la descargada desde la cámara de compresión siendo muy alta, una condición conocida como sobrecompresión. La forma más eficiente para reducir la capacidad bajo estas condiciones es reducir la relación de compresión del   compresor y por lo tanto la presión del fluido comprimido que sale de la cámara de compresión de tal manera que sea igual o únicamente ligeramente por encima de la presión del sistema justo más debajo de la válvula de descarga eliminando así el trabajo perdido debido a la sobrecompresión. Sin embargo, si se indica una reducción adicional en la capacidad para la condición del sistema una vez que se ha eliminado la condición de sobrecompresión, el uso de un tipo pulsado de modulación de la capacidad será más eficiente ya que evitará la creación de una condición conocida como subcompresión, que es una situación donde la presión del fluido comprimido a medida que sale de la cámara de compresión está por debajo de aquella del sistema justo más debajo de la válvula de descarga. De este modo, la presente invención también incluye un sistema en el cual se combinan los enfoques tanto de modulación de la capacidad de succión retrasada como pulsada lo cual da como resultado eficiencias incluso superiores para sistemas que probablemente encuentren tales condiciones de operación que podrían ser logradas por cualquiera de los dos enfoques de modulación de la capacidad solos. Adicionalmente, la presente invención puede incorporar también un módulo de control del motor que operará para controlar diferentes parámetros de operación del mismo para mejorar su eficiencia de operación durante períodos cuando se reduce la carga del motor debido a la descarga del compresor. Las ventajas y características adicionales de la presente invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción y de las reivindicaciones anexas tomadas en conjunto con los dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1 es una vista en sección de un compresor para refrigeración del tipo en espiral de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 es una vista en sección parcial de un compresor para refrigeración del tipo en espiral que muestra otra modalidad de la presente invención; La Figura 3 es una vista similar a aquella de la Figura 2 pero mostrando al compresor en una condición descargada; La Figura 4 es una vista en sección parcial de un compresor para refrigeración del tipo en espiral que muestra una modalidad adicional de la presente invención; La Figura 5 es una vista ampliada de la disposición de la válvula incorporada en al modalidad mostrada en la Figura 4; La Figura 6 es también una vista en sección parcial de un compresor para refrigeración del tipo en espiral que muestra otra modalidad de la presente invención; Las Figuras 7 a 15 son todas vistas en sección parcial de compresores para refrigeración de acuerdo con la presente invención en la cual la pieza en espiral que orbita oscila en forma axial para lograr la descarga del compresor; Las Figuras 16 a 22 son todas vistas en sección parcial de compresores para refrigeración de acuerdo con la presente invención en los cuales la pieza en espiral que no orbita oscila en forma axial para lograr la descarga al compresor; Las Figuras 23 a 28 son todas vistas en sección parcial de compresores para refrigeración de acuerdo... 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una primera pieza en espiral (26) que tiene una placa en el extremo y un primer arroyamiento en espiral que se extiende desde allí; una segunda pieza en espiral (32) que tiene una placa en el extremo y un segundo arroyamiento en espiral que se extiende desde allí, estando posicionadas dichas primera y segunda piezas en espiral con dichos primero y segundo arrollamientos en espiral intercalados entre sí; una estructura (38) para soportar dichas primera y segunda piezas en espiral para movimiento orbital relativo entre ellas mediante lo cual dichos primero y segundo arrollamientos en espiral definen los bolsillos móviles de fluido entre ellos cuya disminución en tamaño a medida que se mueven hasta una posición radialmente interior para comprimir un fluido allí; un eje de transmisión (18) acoplado para impulsar en forma giratoria a dicha primera pieza en espiral (26) para efectuar dicho movimiento orbital relativo entre dichas primera y segunda piezas en espiral; dichas primera y segunda piezas en espiral pudiendo ser movidas entre una primera relación normal de operación en la cual las superficies de sellamiento de dichas primera y segunda piezas en espiral están en relación de sellamiento para cerrar dichos respectivos bolsillos móviles de fluido y una segunda relación en donde al menos una de dichas superficies de sellamiento de dichas primera y segunda piezas en espiral están separadas para definir una ruta de escape entre dichos bolsillos móviles de fluido; caracterizado porque el compresor comprende además una estructura para aplicación de fuerza (56, 58, 66, 68, 78) que utiliza dicho fluido comprimido de dichos bolsillos de fluido para aplicar una fuerza a una de dichas piezas en espiral para mover dicha pieza en espiral entre dicha primera relación y dicha segunda relación en una forma pulsada en el tiempo mientras que dicho eje de transmisión (18) continua girando para modular la capacidad de dicho compresor (10); y un módulo de control (80) configurado para enviar señales a dicha estructura de aplicación de fuerza, provocando dichas señales que dicha pieza en espiral se mueva entre dicha primera relación y dicha segunda relación en dicha forma pulsada en el tiempo. 2. Un compresor de tipo en espiral de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho compresor de tipo en espiral (10) incluye una ruta de flujo de descarga (50) para conducir el fluido comprimido desde dicho compresor y una válvula de retención (51) localizada dentro de dicha ruta de flujo para evitar que se devuelva el flujo de dicho fluido comprimido. 3. Un compresor de tipo en espiral de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha primera pieza en espiral (26) gira alrededor de un primer eje y dicha segunda pieza en espiral (32) gira alrededor de un segundo eje radialmente compensado a partir de dicho primer eje. 4. Un compresor de tipo en espiral de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha estructura para aplicar una fuerza se acciona en una forma pulsada en el tiempo entre una primera posición en la cual dicha ruta de escape se forma durante un primer período de tiempo predeterminado y una segunda posición en la cual dichos bolsillos móviles de fluido están sellados unos de otros durante un segundo período de tiempo predeterminado. 5. Un compresor de tipo en espiral de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende además un sensor (82) conectado al módulo de control (80) y operativo para proporcionar una señal al mismo indicativa de las condiciones de operación, estando conectado dicho módulo de control (80) a dicha estructura de aplicación de fuerza (68) y operativo para controlar la duración de dichos primero y segundo períodos de tiempo predeterminados para modular así la capacidad de dicho compresor (10) mientras se maximiza la eficiencia del mismo para dichas condiciones de operación. 6. Un compresor de tipo en espiral como el en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha estructura para aplicación de fuerza incluye una cámara (712) y un pistón (718) dispuesto en forma móvil dentro de dicha cámara (712), pudiendo moverse dicho pistón (718) en acoplamiento con dicha primera pieza en espiral (704) para reducir el radio orbital de la misma. 7. Un compresor de tipo en espiral de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicha estructura para aplicación de fuerza incluye un pasaje (744) que suministra fluido presurizado a dicha cámara (712) para efectuar el movimiento de dicho pistón (718). 8. Un compresor de tipo en espiral de acuerdo con la reivindicación 6, en donde una válvula (742) es operativa para conectar dicha cámara (712) a un área (748) a una presión sustancialmente de succión para purgar así dicha cámara (712) y permitir el movimiento de dicho pistón (718) fuera del acoplamiento con dicha primera pieza en espiral (704). 9. Un compresor de tipo en espiral de acuerdo con cualquiera de las reivindicación anteriores, que comprende además un motor (14, 16) conectado para impulsar a dicha primera pieza en espiral (26) y un controlador de motor operativo para variar un parámetro de operación de dicho motor en respuesta a una señal de dicha estructura de aplicación de fuerza indicativa del accionamiento de la misma para mejorar así la eficiencia de dicho motor (14, 16) mientras se reduce la capacidad de dicho compresor (10). 10. Un compresor de tipo en espiral de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicho pistón (718) puede moverse entre una primera posición en la cual el radio de dicho movimiento orbital relativo tiene una primar magnitud y una segunda posición en la cual dicho pistón 718 opera para restringir el radio de dicho movimiento orbital relativo hasta 10 una magnitud menor que dicha primera magnitud para formar así una ruta de escape entre dichos bolsillos de fluido movimiento mediante la cual se reduce la capacidad de dicho compresor. 11. Un compresor de tipo en espiral de acuerdo con la reivindicación 10, mediante el cual dicho pistón (718) se mueve en forma cíclica entre dichas primera y segunda posiciones en una forma pulsada en el tiempo mediante el cual dicho pistón (718) está en dicha primera posición durante un primer período de tiempo predeterminado y en dicha segunda posición durante una segundo período de tiempo predeterminado. 12. Un compresor de tipo en espiral de acuerdo con la reivindicación 10 o en la reivindicación 11, que comprende además un sensor (82) conectado a un módulo de control (80) y operativo para proporcionar una señal al mismo 20 indicativa de las condiciones de operación, siendo dicho módulo de control (80) operativo para controlar el movimiento de dicho pistón (718) entre dichas primera y segunda posiciones y para controlar la duración de dichos primero y segundo períodos de tiempo predeterminados.   13. Un compresor de tipo en espiral de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en donde dicho pistón (718) puede ser movido dentro y fuera del acoplamiento con una superficie de dicha primera pieza en espiral (704). 21   22   23   24     26   27   28   29     31   32   33   34     36   37   38   39     41   42   43   44     46   47   48   49