KR100350744B1

KR100350744B1 - 스쿠루압축기의용량제어용밸브시스템및밸브제조법

Info

Publication number: KR100350744B1
Application number: KR1019950035246A
Authority: KR
Inventors: 잰에이.주에체; 존큐.리차드슨; 아더알.레골트
Original assignee: 콜텍인더스트리즈인코포레이티드
Priority date: 1994-11-23
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 2002-11-30
Also published as: USRE36274E; US5694682A; KR960018246A; TW340897B; CA2161907A1; GB9524004D0; US5556271A; GB2295661B; USRE36281E; GB2295661A

Abstract

가변 용량 스쿠루 압축기의 압축챔버와 연결되는 리프트 밸브는 밸브하우징, 밸브하우징안에 왕복가능하게 수용되는 피스톤 및 피스톤에 연결된 제1단부와 하우징으로부터 뻗은 제2단부를 가진 샤프트를 포함한다. 밸브는 또한 압축챔버에 노출된 밸브표면을 가진 샤프트의 제2단부에 연결된 밸브요소와 하우징안에서 피스톤을 왕복시키기 위한 왕복운동기구를 포함한다. 왕복운동기구는 피스톤의 일측부에 인접한 하우징과 연결된 제1압력통로와 피스톤의 반대측부에 인접한 하우징과 연결된 제2압력통로를 포함하는데, 밸브표면은 스쿠루 압축기의 용량을 변화시키기 위하여, 제1 및 제2압력통로들중 적어도 하나에 대한 유체압력의 적용에 응답하여 가변 용량 스쿠루 압축기의 압축챔버를 향해, 그리고 그로부터 떨어지도록 양으로 이동된다. 더우기, 리프트 밸브는 가변 용량 스쿠루 압축기의 압축챔버의 제조와 함께 일체로 제조된다. 이러한 제조공정은 작동위치에서 적어도 하나의 리프트 밸브를 가변 용량 스쿠루 압축기의 하우징에 고정시키는 것을 포함한다. 일단 하우징에 고정되면, 샤프트와 밸브요소는 밸브하우징으로부터 완전히 연장되어 그러한 위치에 유지됨으로써 압축챔버의 내측면과 밸브표면을 동시에 가공하여, 가변 용량 스쿠루 압축기가 전용량으로 작동할때, 밸브표면이 압축챔버의 내벽의 연속체를 형성한다.

Description

스쿠루 압축기의 용량제어용 밸브시스템 및 밸브 제조법

본 발명은 스쿠루 압축기의 용량을 제어하기 위한 밸브 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 스쿠루 압축기의 용량을 제어하기 위한 이중작용 리프트밸브들 및 그러한 이중작용 리프트밸브들의 제조에 관한 것이다.

여기에 설명된 타입의 로타리 스쿠루 압축기들은 두개의 단부벽들과 이들 사이에 뻗어있는 원통벽에 의해 한정된 작업공간내에 설치된 두개의 로우터들을 포함한다. 원통벽은 두개의 교차 실린더들 형태를 갖고 있으며, 각각은 로우터들을 하나씩 내장하게 된다. 각각의 로우터들은 수장형태의 압축챔버들을 형성하도록 서로맞물린, 나선형태로 뻗은 로브들과 그루브들을 갖추고 있다. 이러한 챔버들내에서 가스유체가 스쿠루 압축기를 통해 입력채널로부터 출력채널까지 이동하고 압축된다. 충전단계동안 각각의 압축챔버는 입력채널과 연결되고, 압축단계동안 체적이 점점 감소하며, 방출 단계동안 출력채널과 연결된다. 이러한 로타리 스쿠루 압축기는 미국특허 제 4,435,139 호에 발표되어 있다.

이러한 종류의 로타리 스쿠루 압축기들은 종종 압축기의 용량을 위해 예정된 체적비를 조절하기 위한 밸브들을 갖추고 있다. 연속조절이 필요할 때, 슬라이드 밸브들이 종종 사용되지만, 다른 방법의 조절이 필요할 때는 리프트 밸브들을 사용하는 것으로 충분하다. 그러한 리프트 밸브들은 압축기의 원통벽내에 설치되거나, 단부벽들중 하나, 여기서는 고압 단부벽내에 설치될 수 있다.

일정한 회전수로 작동하는 스쿠루 압축기들의 용량을 조절하기 위한 여러 해결책들이 제안되어왔다. 이러한 해결책중 하나는 1992년 4월 28일 특허된 미국특허 제 5,108,269 호에 발표되어 있다. 이 해결책은 방사상으로 배치된 원통측벽내의 밸브들이 열리도록 하여 압력 또는 출력 매니폴드를 가진 특정 압축챔버와 통하도록 한다. 그러나 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 그러한 밸브들에서 누설간극 밸브에 기인한 압축손실이 밸브들과 로우터들 사이에서 전체 용량이 실현될 수 없을 정도로 발생하게 된다.

위에 기술된 해결책들 가운데, 압축기의 원통부분을 구성하는 전통적인 슬라이드 타입밸브들의 사용은, 압축기의 일정한 작업 압축비에서 제어범위의 큰쪽 부분내의 상대적으로 일정한 예정 압력비가 축방향의 방출포트의 적절한 치수화에 의해 발생될 수 있는 가능성과 넓은 제어범위를 제공하는 장점을 갖고 있다. 슬라이드 밸브들의 주요 단점은 이들이 근소한 간극들과 정확한 센터링이 요구된다는 점에서 제조비용이 비싸다는 것이다. 더우기, 유압 시스템으로 구성된 작동시스템 또한 상대적으로 비싸고 복잡하다.

또하나의 해결책은 로타리 타입밸브를 사용하는 것인데, 여기서 밸브들은 원통내에 형성된 슬롯들과 연결되며, 이를 통해 가스가 흡입구까지 재순환되어 부분적인 부하를 만들어낸다. 이러한 밸브배열은 종래의 슬라이드 밸브 타입들 보다 제조하기가 저렴하다는 장점을 갖고 있지만, 용량제어가 슬라이드 밸브만큼 정확하지 않다. 더우기, 부하가 감소하면서 예정압력비가 감소하게 된다. 더우기, 특히 더 높은 부하 및 전부하에서 로우터 구멍들을 따라 슬롯들을 가로질러 누설이 발생한다. 이러한 단점은 제7b도와 관련하여 아래에 더욱 상세히 설명될 것이다. 따라서, 리프트 밸브들의 사용이 제조비용 및 작업비용을 최소화하기 위한 필요는 물론 정확한 용량제어를 위한 필요 사이에서 경제적인 균형을 이루게 한다는 것이 결정되어 왔다. 이러한 타입의 리프트 밸브들은 공지되어 왔으며 원통내의 연속적인 압축노드들이 서로 연결되도록 허용하므로써 압축기의 용량을 효과적으로 감소시킨다. 그러한 밸브의 하나가 1984년 6월 12일자 특허된 미국특허 제 4,453,900 에 발표되어 있다. 더우기, 그러한 밸브들은 압축기의 흡입축에 압축된 유체를 반환하는 재순환 경로와 상위의 압축노드를 연결시킬 수 있다. 그러나 리프트 밸브의 구멍은 압축기의 내부압력은 물론 압축 스프링에 직접 의존한다. 그러나 그러한 밸브들의 작동은 그러한 리프트 밸브의 배치를 자주 저하시키는 마찰, 부식 및 다른 환경요소들로 인해 신뢰성이 없게된다. 더우기, 밸브요소의 형태가 원통과 근사한 형태를 가진 반면, 밸브요소는 예정된 간극내에서 주조 또는 다른 공정에 의해 독립적으로 형성된다. 그러한 밸브요소들을 경제적으로 제조하기 위하여 간극은 다소 느슨해져 압축 챔버들 사이에서 압축된 유체의 누설을 일으키므로써 압축기 효율을 저하시킨다.

분명히, 오일이 채워지는 로타리 스쿠루 타입 압축기의 용량을 제어하기 위한 밸브시스템을 정확히 제어하고 저렴하게 제조하는 것이 필요하다. 그러한 밸브시스템은 무간극으로 제조될 수 있는 다수의 일렬로 배치된 리프트 밸브들을 포함하는데, 각각 개방되었을때, 예정된 양만큼 압축기 용량을 감소시킨다.

본 발명의 주목적은 공지된 밸브시스템들과 관련된 상기 단점들을 극복하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 스쿠루 압축기의 용량을 효과적으로 제어하기 위한 일련의 리프트 밸브들을 제공하는 것이다.

본 발명의 또하나의 목적은 리프트 밸브의 위치와 따라서, 스쿠루 압축기의 용량을 정확히 제어하기 위한 일련의 이중작용 리프트 밸브들을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 밸브로부터의 누설과 그러한 밸브안으로의 오일누설을 방지하기 위해 밸브의 노출단부 근처에 경로 샤프트실을 제공함으로써 이중 작동 리프트 밸브들의 신뢰성있는 작동을 보증하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 밸브주변의 누설로 인한 작업손실이 최소화되고 조립비용이 감소하게되는 일련의 리프트 밸브들을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 스쿠루 압축기의 압축챔버로 노출된 각 밸브표면이 스쿠루 챔버의 압축챔버의 표면의 효과적은 연속체를 형성하게되는 스쿠루 압축기의 용량을 조절하기 위한 일련의 이중작용 리프트 밸브들을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 작업손실은 물론 제조비용을 줄이기 위하여 스쿠루 압축기의 압축챔버의 표면을 가공하는 것과 동시에 각 밸브의 표면을 가공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 스쿠루 압축기의 작업챔버의 표면의 가공동안 각 밸브의 표면을 확실히 정확하게 축방향으로 배치하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 스쿠루 압축기의 작동시는 물론 압축기 챔버의 표면 가공동안 각 밸브표면의 방사상 배치를 유지하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 각 리프트 밸브 하우징이 단일 주조유닛으로 되어 관련밸브들과 관련된 누설을 최소화하여 조립비용을 감소시키는 일련의 리프트 밸브들을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적들은 가변 용량 스쿠루 압축기의 압축챔버와 연결된 일련의 리프트 밸브들 각각이 밸브하우징, 밸브하우징내에서 왕복운동하도록 수납된 피스톤 및 피스톤에 연결된 제1단부와 하우징으로부터 뻗은 제2단부를 가진 샤프트를 포함하므로써 달성된다. 각각의 밸브는 또한 압축챔버에 노출된 밸브표면을 가진 샤프트의 제2단부에 연결된 밸브요소와 피스톤을 하우징안에서 왕복운동시키기 위한 왕복기구를 포함한다. 왕복기구는 피스톤의 제1측부에 인접한 하우징과 연결된 제1압력통로와 피스톤의 반대측부에 인접한 하우징과 연결된 제2압력통로를포함하는데, 여기서 밸브표면은 스쿠루 압축기의 용량을 변화시키기 위해 제1압력통로와 제2압력통로중 적어도 하나에 유체압력을 적용한 것에 대한 응답으로써 가변 용량 스쿠루 압축기를 향해, 그리고 압축기로부터 떨어져 확실히 이동된다.

추가적으로, 리프트 밸브는 가변 용량 스쿠루 압축기의 압축챔버의 제조와 함께 통합적으로 제조된다. 이러한 제조공정은 작동위치에 있는 가변 용량 스쿠루 압축기의 원통부분에 적어도 하나의 리프트 밸브를 고정하는 것을 포함한다. 위에 언급된 바와 같이, 리프트 밸브는 밸브하우징, 밸브하우징으로부터 뻗어 그안에서 왕복운동하도록 수납된 샤프트 및 샤프트의 원단부에 고정된 밸브요소의 밸브표면을 포함한다. 하우징에 일단 고정되면, 샤프트와 결과적으로 밸브요소는 밸브하우징으로부터 완전히 뻗게된다. 공정은 또한 샤프트를 완전히 뻗은 상태로 유지하는 동시에, 압축챔버와 밸브표면의 내측표면을 가공하는 것을 포함하여 가변 용량 스쿠루 압축기가 전용량으로 작동할때 밸브표면이 압력챔버의 내벽의 연속체를 형성하도록 한다. 이러한 방법으로 밸브구조물과 압축챔버의 표면 사이에 무간극이 보장된다.

이러한 본 발명의 장점들은 첨부된 도면들과 관련하여 기술된 하기의 상세한설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 로타리 스쿠루 압축기용의 개량된 리프트 밸브들과 그러한 밸브들의 개량된 제조방법에 관한 것이다. 제1도는 본 발명이 쉽게 적용될 수 있는 압축기 시스템(100)을 나타내는 개략도이다. 압축기 시스템(100)은 개량된 오일 충전 로타리 스쿠루압축기(102)와 전자 제어 시스템(104)을 포함한다. 본 발명의 선호된실시예에 있어서, 여러개의 욜량 감소 리프트 밸브들(332)은 물론 압축기(102)가 함께 계류중인 미국 특허 출원번호 제 08/346,251 호에 기술된 전자 제어시스템에 따라 제어되는데, 상기 출원은 제목이 "로타리 스쿠루 압축기용 시스템 및 방법"이며, 발명자는 스티븐 센터와 폴 버렐이며 1994년 11월 23일 출원되었고 본 출원과 같은 양수인에게 양도되었다.

상기 출원은 본 출원명세서에 참고로 삽입되며, 전자 제어시스템의 상세한 명세서의 주요근원을 구성하게 된다. 그러나 본 발명의 작동과 가장 관련이 많은 제어시스템의 특징들은 발명적인 용량감소 리프트 밸브들의 사용을 용이하게 하기 위해 충분히 상세하게 설명될 것이다. 제1도를 참고하면, 압축기(102)는 전기모터(214)에 의해 작동된다. 전자 제어시스템(104)은 제어하우징(236)(시스템의 주요 전자제어 성분들을 포함)과 시스템을 위한 릴레이들과 스위치기어를 포함하는 릴레이 하우징(106)을 포함한다. 압축기의 공기단부(314)는 공기/윤활유 저장소(312)에 연결되는데, 이것은 에어출력부(346)에 공기를 공급한다.

위에 설명된 바와 같이, 압축기(102)에는 4개의 용량 감소 리프트 밸브들이 제공된다. 작동시, 각각의 밸브들은 압축기 스쿠루의 일부를 효과적으로 우회하도록 작동하여 압축기(102)의 용량을 약 12.5% 로 감소시킨다. 따라서, 하나의 밸브를 개방하므로써 출력용량을 12.5% 감소시키며, 모든 4 밸브들을 개방함으로써 압축기 용량을 50% 감소시킨다. 용량 감소 밸브들을 하나에서 4개까지 개방함으로써 25% 및 37.5% 같은 중간 레벨의 용량감소가 일어난다. 간단히 하기 위해 하나의 용량 감소밸브(322)만이 제1도에 도시된다. 용량 감소밸브들 각각은 이중작용 공기작동 밸브이며, 전자 제어 시스템(104)으로부터의 신호에 따라 4경로 솔레노이드 밸브에 의해 제어된다. 4개의 욜양감소 리프트 밸브들을 조절하기 위한 4 경로 솔레노이드 밸브들은 도면에서 SV1, SV2, SV3 및 SV4 로 표시된다.

압축기(102)는 2압축기(102)에 공급된 입력 공기량을 변화시키기 위해 조절가능한 입력밸브(336)을 갖고있다. 입력밸브(336)가 닫힐때, 압축기(102)에는 공기가 공급되지 않으므로 압축기(102)는 "무부하"상태이며 최소 압축부하로 자유롭게 작동한다. 입력밸브(336)가 완전히 열릴때 압축기는 "부하"상태이며 공기가 공급된다. 입력밸브(336)는 또한 "조절된" 작동모드에서 부분적으로 열리도록 조절될 수 있으므로써 압축기(102)가 부분적으로만 부하를 받게된다. 입력밸브(336)의 작동은 전자 제어시스템(104)으로부터의 신호에 응답하는 솔레노이드 밸브들(SV5,SV7)에 의해 제어된다. 작동시 밸브 SV5 는 입력밸브(336)를 닫아 압축기(102)를 무부하상태로 유지한다. 작동시 밸브 SV7 은 입력밸브(336)를 부분적으로 닫음으로써 압축기(102)에 부분적인 부하를 준다. 밸브 SV7은 비례조절기에 연결된다. 따라서, 작동시 밸브 SV7은 비례조절기를 통해 입력밸브(336)에 저장소(312)내의 압력과 함께 변하는 폐쇄압력을 제공한다. 시스템 압력이 증가할 때, 밸브 SV7 의 작동과 동시에 입력밸브(336)의 폐쇄량이 또한 증가한다. 전자 제어시스템(106)은 또한, 무부하상태와 정지상태에 있을때 시스템으로부터 압력을 방출하도록 작동될 수 있는 송풍밸브(SV6)에 연결된다.

제2도를 참조할때, 이제 압축기(102)가 더욱 상세하게 설명된다. 특히, 압축기(102)는 베어링하우징들(12,14)내에 들어있는 베어링 어셈블리들(8,10)에 의해지지되는 주축(6)을 구동시키는 전기구동모터(214)에 의해 구동되는 동속 오일충전 로타리 스쿠루 타입의 압축기이다. 모든 작동상태에서 효율적인 윤활유 주입을 제공하기 위해 양배기 윤활유 펌프(16)가 주축(6)의 단부에 배치된다. 제1로우터(18)가 주축(6)에 고정되며 제2로우터(20)가 주축(6)에 평행하게 설치된 제2로타리축에 고정된다. 제2축은 베어링 하우징(22)내에 설치된다. 위에 논의된 바와 같이, 스쿠루 타입의 압축기는 스쿠루 압축기가 전용량에서 작동할때 제2도에 도시된 폐쇄위치와 완전 개방위치 사이에서 제어가능하게 움직이는 입력밸브(336)를 포함한다. 더우기 스쿠루 압축기가 전용량 미만으로 작동할때 입력밸브(336)는 완전 개방과 완전 폐쇄위치 사이에 배치될 수 있으며, 또는 위에 언급된 출원에 기술된 바와 같은 위치 사이에서 요동하게 된다.

위에 논의된 바와 같이, 리프트 밸브들(322,324,326,328)은 압축기(102)의 원통(26)안에 형성된 압축챔버(24)와 연결된다. 제2도에 도시된 바와 같이, 원통(26)내에는 하나의 구멍(28)이 제공되어 압축노드들 사이에 연결을 선택적으로 제공할 수 있으며 결과적으로 압축기(102)의 용량을 감소시킨다. 또한, 구멍(28)은 압축기의 흡입측에 압축된 유체를 반환하기 위해 원통 하우징내의 통로(29)와 연결될 수 있다. 위에 논의된 바와 같이, 개방상태에 있을때 밸브들 각각은 압축기 스쿠루의 일부를 효과적으로 우회하도록 작동하여 압축기 용량을 약 12.5% 정도 감소시킨다. 따라서, 4개의 밸브를 모두 개방함으로써 압축기의 용량이 50% 감소하게 된다. 본 발명의 기초를 구성하는 것은 리프트 밸브들(322,324,326,328)을 제조하는 구조와 공정이다. 따라서, 이러한 밸브들은 이후 상세하게 설명될 것이다.

제3도는 본 발명의 선호된 실시에에 따른 공기 제어선 연결부들과 공기 제어기구의 블록 다이어그램이다. 다시, 이 제어시스템은 위에 언급된 출원에서 상세히 논의되어 있으며 여기서는 간단히 설명될 것이다. 공기 제어기구는 압력스위치(304)를 가진 제어판(302), 공기필터 지시스위치(306), 라인 압력변환기(308) 및 저장소 압력변환기(310)를 포함한다. 저장소(312)의 분리소기구들(311)이 라인필터 오리피스들(316), 사이트게잊들(318)과 라인필터들(320)을 통해 압축기(102)의 공기단부 저압점(314)에 연결된다.

4경로 솔레노이드 밸브들(SV1-SV4)은 각각 제어 리프트 밸브들(322,324,326,328)에 연결된다. 밸브들(SV1-SV4)은 4경로 양작용 솔레노이드 밸브들이다. 밸브들의 공기공급 입력부는 압력조절기(330)와 자동 직렬필터(332)를 통해 저장소(312)의 압축공기 출력부에 연결된다. 압력조절기(330)는 압축기 시스템(100)이 125psi 이상의 전부하 압력으로 작동하지 않는다면, 제거될 수 있다. 밸브들(SV1-SV4)은 또한 두개의 선들에 의해 공기필터(334) 아래, 압축기(102)의 공기흡입 포트상에 설치된 입력밸브(336) 위에, 저압점(333)에 연결될 수 있다. 이러한 두선들은 밸브들의 각 방향의 행정을 위해서, 밸브들(SV1-SV4)을 위한 배기포트들을 제공한다.

단일작용 리프트 밸브들 보다는 이중작용 리프트 밸브들(322,324,326,328)이 압축기시스템(100)에 관련하여 큰 장점을 제공한다. 이러한 특징은 아래에 상세히 기술된다.

저장소 공기출력부(337)는 저장소(312)에 연결되어 압축기의 압축공기 출력을 소비자의 서비스 공기 파이프 시스템에 전달하므로써 압축기 시스템(100)에 의해 발생한 압축공기상에 작동하는 기구에 전달한다. 공기출력부(337)는 후속쿨러(339)를 통해 최소압 체크밸브(341)에 연결되며, 그 출력부는 서비스 공기출력부(346)이 소비자 서비스 공기파이프 시스템에 연결된다. 저장소 공기출력부(337)는 또한 머플러(343)에 연결된 솔레노이드 작동 송풍밸브(SV6)에 연결된다. 송풍밸브(SV6)가 작동될때, 저장소의 공기압은 머플러(343)를 통해 대기로 방출된다.

저장소(312)의 압축공기 출력부(312)는 공기라인에 의해 저장소 압력변환기(310)에 연결되며, 기계적인 압력 게이지(338)가 저장소(312)에 인접한 동일라인에 연결된다. 유사하게, 저장소(312)의 압축 공기 출력부는 자동 라인필터(340)의 입력부에 연결된다. 자동 라인 필터(340)의 출력부는 셔틀밸브(34)의 하나의 공기 입력측과 압력조절기(344)의 입력부에 연결된다. 압력조절기(344)의 출력부는 3 경로 솔레노이드 밸브(SV7)의 비공유 연결부에 연결된다. 셔틀밸브(342)의 다른 공기 입력측은 압축기 시스템(100) 의 서비스 공기출력부(346)에서 소비자 서비스 공기 파이프 시스템에 연결된다.

셔틀밸브(342)의 출력부는 압력스위치(304)와 3 경로 솔레노이드 밸브(SV5)의 비공유 연결부에 연결된다. 3 경로 솔레노이드 밸브(SV5)의 공유연결부는 셔틀밸브(350)의 하나의 공기 입력측에 연결된다. 셔틀밸브(350)의 다른 공기입력측은 3경로 솔레노이드 밸브(SV7)의 공유 연결부에 연결된다. 각각의 3경로 솔레노이드 밸브들(SV5,SV7)의 나머지 비공유 연결부는 배기를 위해 개방된다. 셔틀밸브(350)의 출력부는 공기파이프에 의해 게이지/압력조절기(354)의 입력부에 연결된다. 게이지/압력조절기(354)의 출력부는 입력밸브(336)의 제어측에 연결된다.

이러한 특수 공기연결 구조들과 3 경로 밸브들(SV5,SV7)의 사용은 중요한데, 그 이유는 이들이 입력밸브(336)가 시동시 매우 빠르게 작동공기압을 수용하여 입력밸브(336)가 즉시 닫혀 압축기(102)의 무부하 시동을 제공하기 때문이다. 시동시, 저장소(312)에는 압력이 존재하지 않는다. 그러나, 외부 저장소에 저장된 압력 및/또는 다른 압축기들이 작동하여 서비스 공기선에 압력을 가하기 때문에 압축기의 서비스 공기선에는 압력이 가해지게 된다. 서비스 공기압력이 존재할때 저장소(312)가 가압되기전에 시동제어를 위해 이 압력을 사용하는 것이 이롭다.

시동시, 서비스 공기라인내의 압력의 존재와 저장소(312)내의 압력의 부재가 셔틀밸브(342)에 힘을 가하여 서비스 공기라인을 3경로 솔레노이드밸브(SV5)에 연결시킨다. 그다음 3 경로 솔레노이드 밸브(SV5)는 서비스 공기압력은 셔틀밸브(350)에 전달하는 반면, 3경로 솔레노이드밸브(SV7)은 공유연결부를 배기단부에 연결시키도록 제어된다. 서비스 공기압력은 셔틀밸브(350)에 힘을 가하여 서비스 공기압력을 입력밸브(336)를 제어하기 위해 연결시킨다. 그다음 밸브(SV5)가 작동하여 모터(214) 시동에 앞서 압축기(102)에서 부하를 제거한다. 이러한 방법으로, 압축기 시스템(100)은 무부하로 시작되어 시동 동력사용과 순간전류를 최소화할 수 있게 된다. 저장소(312)에 충분한 압력이 있을때 3경로 솔레노이드밸브(SV5)를 향해 셔틀밸브(342)를 이동시키도록 저장소(312)로부터 공기를 공급하여 저장소 공기를 입력밸브(336)의 제어측에 전달한다.

제4도에서, 스쿠루 압축기 하우징의 원통부분(26)이 상세히 도시되어 있다. 원통부분(26)은 주조에 의해 형성되며 각각의 로우터들을 수용하도록 가공된다. 원통벽은 두개의 교차실린더의 형태를 갖는데, 이들 각각은 로우터들(18,20)중 하나씩을 감싸고 있다. 제2도에 관하여 위에 논의된 바와 같이, 2 리프트 밸브들(322,324,326,328)중 리프트밸브(322)만이 구멍들(28)을 통해 원통내의 압축챔버(24)와 연결되는 것으로 도시된다. 이중작용 리프트밸브(322)는 이들 볼트들(325)을 통해 원통(26)에 고정시키기 위한 장착플랜지(323)를 포함한다. 원통(26)과 리프트밸브를 정확히 정렬하기 위하여, 원통(26)은 물론 플랜지(323)내에 마주보는 볼트구멍들(321)이 엇갈린다. 그렇게 함으로써 리프트밸브는 한 방향으로만 설치될 수 있다. 또한, 원통(26)과 장착플랜지(323) 사이를 밀봉시키기 위한 가스켓(327)이 제공된다. 나머지 리프트 밸브들(324,326,328)은 같은 방식으로 원통(26)에 장착된다.

본 발명에 따라, 더욱 효율적인 스쿠루 압축기를 형성하기 위하여, 각각의 이중작용 리프트밸브들은 제4도에 관하여 논의된 방식으로 원통(26)에 고정되며 원통(26)내의 압축챔버(24)의 표면(25)과 함께 가공된다. 제5,6,7a도를 참조할때, 원통(26)의 압축챔버(24)안에 노출된 표면(402)이 원통(26)의 압축챔버(24)의 가공과 함께 가공되기 때문에 오목한 형태를 갖는다는 것은 주목할만하다.

제5도를 참조할때, 이중작용 리프트밸브(322)는 피스톤(도시되지 않음)과 피스톤스템(412)을 수용하는 하우징(410)을 포함한다. 오목면(402)을 포함하는 밸브요소(414)가 피스톤스템(412)과 일체로 형성된다. 추가적으로, 제7a도에 도시된 바와 같이 밸브가 완전히 펼쳐진 위치에 있을때 원통(26)을 향해 밸브를 배치하기 위해 하나의 플랜지(416)가 제공된다. 다시, 이중작용 리프트 밸브는 밸브를 적절히고정하기 위해 하우징(410)과 함께 주조되는 장착 플랜지(323)를 포함한다. 플랜지(416)를 지나서 누설될 수 있는 오일을 밀봉하는 것은 물론 하우징(410)내의 압축공기를 밀봉하기 위하여, 그경로 샤프트실(418)이 하우징(410)단부에 고정된다. 리프트밸브(322)의 내부가 제6도와 관련하여 이제부터 더욱 상세히 기술될 것이다.

제6도에서, 피스톤스템(412)은 하우징(410)내에 왕복 가능하게 수용된 피스톤부재(411)와 일체로 형성된다. 피스톤스템(412)과 피스톤부재(411)는 공지된 방법으로 서로 고정된 독립 유닛들일 수도 있다. 더우기, 하우징(410)은 일체형 실린더 케이스의 형태라는 것을 주목해야 한다. 상기 리프트 밸브들과 함께 밸브케이스 또는 하우징(410)은 밀봉 가스켓들과 볼트들을 사용하여 서로고정된 다중 섹션들로부터 형성된다. 그러나, 일체형 하우징을 주조하므로써 상기 누설점이 제거되며, 또한 리프트밸브를 조립하기 위한 시간도 감소된다. 더우기, 일체 구조와 함께, 볼트구멍들(321)은 물론 플랜지(323)가 리프트밸브(322)가 일방향으로 원통상에 설치되어 그러한 밸브들이 위에 언급된 바와 같이 선적 또는 서비스를 위해 제거될때, 리프트 밸브들의 부정확한 설치를 제거할 수 있게한다. 다시, 402 를 위한 오목면이 압축챔버(324)안에 올바른 방향을 갖도록 리프트밸브들이 최초 제조되는 방향으로 리프트 밸브들이 설치되는 것이 중요하나 추가적으로, 피스톤(411)과 피스톤스템(412)이 제조후 하우징(410)에 관하여 방향을 바꾸지 않도록 하기 위하여, 피스톤(411)내에 형성된 사각구멍(416)안에 사각핀(414)이 수용된다. 그렇게 함으로써, 사각핀(414)은 하우징(410)에 관하여 피스톤(411)의 회전을 방지하게 된다. 제6도에 도시된 특정 실시예가 사각핀(414)과 사각구멍(416)을 포함하는 반면, 하우징(410)에 관하여 피스톤(411)의 방향을 유지하기 위한 기구가 사용될 수 있다. 압축챔버(324)내의 오목면(402)의 적절한 방향이 중요하다. 그러한 방향은 모든 가능한 수단에 의해 유지될 수 있다.

리프트밸브(322)를 조립할때, 두개의 압력챔버가 형성되는데, 하나는 하우징(410) 단부와 피스톤(411) 사이의 압력챔버(418)이고, 다른 하나는 피스톤부재(411)와 2경로 샤프트실(418) 사이에 형성된 제2압력챔버(426)이다. 위에 기술된 바와 같이, 2경로 샤프트실(418)은 압력챔버(426)안의 압축공기를 안쪽에서 밀봉하고 밸브외부의 오일을 바깥쪽에서 밀봉한다.

위에 기술된 바와 같이, 리프트 밸브들(322,324,326,328) 각각은 각각 4 경로 솔레노이드 밸브들(SV1, SV2, SV3, SV4)에 의해 작동되고 정지된다. 즉, 하우징(410)안에서 피스톤을 조작하기 위하여 압축공기가 압력챔버들(424,426)중 하나에 제공될 수 있으며, 다른 하나는 배기된다. 즉, 밸브(414)를 완전히 뻗은 폐쇄위치로 강제하기 위하여, 통로(425)을 통해 배기된다. 양 통로들(425,427)로부터 각각 응축물이 적절히 배수되도록 한다. 또한, 스쿠루 압축기를 전용량 미만으로 작동시키기를 원한다면, 하나이상의 리프트 밸브들의 통로를 통해 압력챔버에 압축공기를 공급하는 반면, 압력챔버(424)는 통로(425)를 통해 배기되어 피스톤과 밸브요소(414)를 개방위치로 이동시킨다. 위에 기술된 바와 같이, 4경로 솔레노이드 밸브들(SV1,SV2,SV3,SV4)은 압축기 시스템에 대한 요구에 따라 압력챔버들(424,426)을 선택적으로 압축하거나 배기시키도록 제어된다. 압력챔버들(424,426)을 서로 격리시키기 위하여, 피스톤(411)에는 실들(428,430)이 제공된다. 또한, 실(432)이 하우징(410)의 개방단부에 고정된 2경로 샤프트실안에 제공된다.

위에 기술된 바와 같이, 밸브요소(414)의 표면은 원통(26)의 압축챔버(24)의 표면가공과 함께 일체로 가공된다. 즉, 압축챔버 측벽들(25)의 최종가공 동안 로우터들과 그러한 측별 사이의 필요공차를 형성하기 위하여, 각각의 리프트 밸브들(322,324,326,328)은 원통(26)에 고정된 그들의 작동위치에 배치된다. 이러한 점에서, 피스톤(411)과 밸브요소(414)는 가공공정 전반에 걸쳐, 특히 표면(402) 자체가 가공될때 완전히 뻗은 위치에서 가공되어야 한다. 그렇게 하기 위하여, 압역챔버(424)는 밸브요소(414)가 완전히 뻗은 위치에 유지되어 액체를 압축할 수 없게 하도록된 압축 유압유체 또는 오일로 채워진다. 따라서, 리프트 밸브들(322,324,326,328)이 원통에 고정되면, 압축챔버(424)는 압축될 수 없는 유체로 채워지며, 이때 압축챔버(24), 벽(25)의 최종가공이 수행된다. 그렇게 함으로써 밸브요소(414)의 표면(402)은 정확히 조화되어, 로우터가 표면(402) 위로 지나갈때 로우터 주변의 누설을 최소화하는 압축챔버(24)의 벽(25)의 연속체를 형성한다.

제7A-7C도를 참조할때, 기존의 밸브 시스템들을 능가하는 본 발명의 독특한 장점이 분명하게 된다. 본 발명은 제7a도에 도시되는데 여기서 밸브요소(414)는 완전히 연장된 위치에 배치된다. 제7A도로부터 보여지는 바와 같이, 밸브요소(414)의표면(402)은 원통(26)의 압축챔버(24)의 표면(25)의 연속체를 형성한다. 따라서, 로우터(18)가 밸브요소(414)를 지나 회전할때, 밸브요소(414)의 표면(402)와 로우터(18) 사이에는 누설이 없게된다. 이것이 달성되는 이유는 표면(402)이 원통(26)의 표면(25)과 함께 일체로 가공되기 때문이다. 더우기, 밸브요소(414)의 배치는 이중작용 리프트 밸브내의 피스톤의 양의 이동때문에 확실하게 된다. 상기 기존장치들이 오목면들을 가진 리프트 밸브들을 나타내는 반면, 그러한 리프트 밸브들은 독립 제조공정에 의해 형성되며 압축기 하우징안에 배치된다. 따라서, 이러한 리프트 밸브표면들은 예정된 공차안에서 제조되며, 그러나 그러한 제조공정은 압축챔버 표면(25)의 곡률을 복제할 수 없으며, 따라서 로우터에 의한 누설이 그러한 시스템에도 존재할 수 있을 것이다.

제7B도를 참조하면, 가변 용량설계의 회전 및 나선밸브를 사용할때 원통(26')의 바닥 중심선 근처에 다수의 포트들(50)이 제공된다. 위에 논의된 바와 같이, 이러한 포트들은 하우징물질이 두꺼운만큼 깊게 형성되어, 결과적으로 더 높은 압력 압축 포켓내의 공기가 로우터들이 포트들을 지날때 로우터들(18,20)의 첨단부를 주위에 취입된다. 명백히 장치의 효율은 크게 감소하며 전용량이 달성될 수 없다.

제7C도에 도시된 포핏 타입 밸브는 시스템의 효율감소를 일으키는 로우터(18) 주위의 공기취입을 허용하는 밸브요소(54)상의 평면(52)을 포함한다. 더우기, 그러한 포킷 타입 밸브는 밸브들을 달기위해 단일작용 피스톤에 의존하게 되므로써 밸브를 개방위치로 이동시키기 위하여 내부 공기압력 및/또는 스피링벽에의존한다. 자주, 개방압력이 낮아서, 이러한 밸브장치가 정지되거나 오동작하여 부분 부하상태에서 사용자에게 최대 절약을 제공하기에 실패하게 된다.

명백히, 압축챔버벽의 가공과 함께 가공되는 밸브요소를 구비한 단일밸브 실린더 캐스팅을 가진 이중작용 리프트 밸브들을 사용함으로써 이로운 용량 제어시스템이 제공되는데, 여기서 이중작용 리프트 밸브들이 폐쇄위치에 있을때 압축기는 100% 효율을 달성할 수 있으며, 바라는대로 용량감소를 정확히 제어할 수 있다.

본 발명이 언급된 실시예들을 참조하여 기술되는 동안, 본 발명이 본 발명의 영역과 사상을 벗어나지 않고 여기에 기술된 바와 다르게 실시될 수 있다는 것을 기술자들은 알것이다. 따라서, 본 발명의 사상과 영역은 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

제 1 도는 본 발명이 쉽게 적용될 수 있는 스쿠루 타입 압축기와 그 제어를 지원하는 시스템의 개략도.

제 2 도는 본 발명에 따른 밸브들이 합체된 스쿠루 압축기의 부분 절개 사시도.

제 3 도는 본 발명에 따른 스쿠루 압축기의 전작동을 나타내는 블록개략도.

제 4 도는 본 발명을 실현할 스쿠루 압축기 하우징의 사시도.

제 5 도는 본 발명에 따른 리프트 밸브의 단면도.

제 6 도는 본 발명에 따른 리프트 밸브의 횡단면도.

제 7A 도는 스쿠루 압축기 하우징내에서 작동하는 본 발명에 따른 리프트 밸브의 횡단면도.

제 7B 도는 스쿠루 압축기 하우징내에서 작동하는 종래기술의 나선 또는 회전밸브의 횡단면도.

제 7C 도는 스쿠루 압축기 하우징내에서 작동하는 종래기술의 리프트 밸브의 횡단면도.

부호설명

12,14 ... 베어링 하우징 16 ... 윤활유 펌프

18 ... 제1로우터 20 ... 제2로우터

22 ... 베어링 하우징 28 ... 구멍

100 ...압축기 시스템 102 ... 로타리 스쿠루 압축기

104 ... 전자 제어 시스템 106 ... 릴레이 하우징

214 ... 전자모터 236 ... 제어하우징

302 ... 제어패널 304 ... 압력 스위치

306 ... 공기필터 지시 스위치 308 ... 선압력 변환기

310 ... 저장소 압력변환기 311 ... 분리 제거기

312 ... 저장소 320 ... 선필터

314 ... 공기단부 322 ... 리프트 밸브

Claims

가변 용량 스쿠루 압축기에 사용된 리프트 밸브를 제조하는 방법에 있어서;

적어도 하나의 리프트 밸브를 작동위치에서 가변용량 스쿠루 압축기의 하우징에 고정시키며, 상기 리프트 밸브는 밸브하우징, 상기 밸브하우징으로부터 뻗어 그안으로 왕복가능하게 수납되는 샤프트 및 상기 샤프트의 원단부에 고정된 밸브표면을 포함하며;

상기 샤프트가 상기 밸브하우징으로부터 완전히 연장되며;

상기 샤프트를 상기의 완전히 뻗은 위치에 유지하며;

상기 압축기의 내부면과 상기 밸브표면을 동시에 가공하며;

여기서 상기 밸브표면이 상기 가변용량 스쿠루 압축기가 전용량으로 작동할때 상기 압축기 하우징의 연속체를 형성하도록 구성된 리프트 밸브 제조방법.
가변 용량 스쿠루 압축기에서 압축기의 압축챔버와 연결되는 리프트 밸브에 있어서;

밸브 하우징;

상기 밸브 하우징내에 왕복가능하게 수용되는 피스톤;

상기 피스톤에 연결된 제1단부와 상기 하우징으로부터 뻗은 제2단부를 가진 샤프트;

상기샤프트의 상기 제2단부에 연결되고 상기 압축챔버에 노출된 밸브표면;및

상기 하우징안에서 상기 피스톤을 이동시키기 위한 이동수단을 포함하며;

상기 이동수단이, 상기 피스톤의 일측에 인접한 상기 하우징과 연결되며 가변 용량 스쿠루 압축기의 출력압력과 입력압력중 하나와 선택적으로 유체 연결된 제1압력통로와, 상기 피스톤의 반대측에 인접한 상기 하우징과 연결되며 가변 용량 스쿠루 압축기의 입력압력과 출력압력중 하나와 선택적으로 유체연결된 제2압력통로를 포함하며;

상기 밸브표면이 상기 제1압력통로에 대한 입력유체 압력의 선택적 적용과 상기 제2압력통로에 대한 출력 유체압력의 선택적 적용에 응답하여 가변 용량 스쿠루 압축기의 압축챔버를 향해 양으로 이동하며, 상기 제1압력통로에 대한 출력 유체압력의 선택적 적용과 스쿠루 압축기의 용량을 변화시키기 위하여 상기 제2압력통로에 대한 입력유체 압력의 선택적 적용에 응답하여 가변 용량 스쿠루 압축기의 압축챔버로부터 떨어져 양으로 이동하도록 구성된 리프트 밸브.
제 1 항에 있어서, 가공단계동안 상기 밸브하우징에 관하여 상기 밸브표면의 각도를 유지하는 단계를 또한 포함하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 샤프트를 상기의 완전히 뻗은 위치에 유지하기 위한 상기 단계가 상기 밸브하우징의 적어도 하나의 챔버에 압력을 가하는 것을 포함하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 챔버가 압축될 수 없는 유체로 가압되는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 압축될 수 없는 유체가 오일인 방법.
제 1 항에 있어서, 다수의 리프트 밸브들이 상기 압축기 하우징의 상기 내측면을 가공하는 상기 단계에 앞서 상기 하우징에 고정되는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 밸브표면이 상기 피스톤이 완전히 연장된 위치에 있을때, 상기 압축챔버의 내측면의 연속체를 형성하는 리프트 밸브.
제 2 항에 있어서, 상기 밸브하우징에 관하여 상기 밸브표면의 회전적인 위치를 유지하기 위한 정렬수단을 또한 포함하는 리프트 밸브.
제 9 항에 있어서, 상기 정렬수단이 상기 밸브하우징의 베이스로부터 뻗은 수스터드와 상기 스터드를 수용하기 위해 상기 피스톤안에 형성된 협동하는 암리셉터클을 포함하는 리프트 밸브.
제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2압력통로들이 상기 하우징의 하부표면내에 형성된 리프트 밸브.
제 2 항에 있어서, 압축기내의 유체가 상기 하우징에 들어가는 것을 방해하고 유체가 상기 하우징으로부터 빠져나가는 것을 방지하기 위해 상기 하우징과 상기 샤프트 사이에 형성된 이중 샤프트실 수단을 또한 포함하는 리프트 밸브.
제 2 항에 있어서, 상기 밸브하우징을 압축기상의 에정된 위치에 장착하기 위한 장착수단을 또한 포함하는 리프트 밸브.
제 8 항에 있어서, 상기 밸브표면이 오목면인 리프트 밸브.
제 14 항에 있어서, 상기 밸브표면이 압축챔버의 가공과 동시에 가공되는 리프트 밸브.
제 2 항에 있어서, 상기 밸브하우징이 단일 단위주형으로 형성된 리프트 밸브.
로타리 스쿠루 압축기의 출력용량을 변화시키기 위한 시스템에 있어서;

다수의 이중작용 리프트 밸브들이 압축기의 압축챔버에 인접하게 장착되어 연결되고, 상기 이중작용 리프트 밸브들이 밸브하우징, 상기 밸브하우징안에 왕복가능하게 수용되어 상기 밸브하우징을 제1 및 제2챔버들로 나누는 피스톤, 상기 피스톤에 고정된 제1단부를 가진 상기 밸브하우징으로부터 뻗어 그안에 왕복가능하게 수용된 샤프트 및 상기 샤프트의 제2단부에 고정되어 압축챔버에 노출된 밸브표면을 포함하며;

제1압력통로가 상기 하우징내의 제1챔버와 연결되며, 상기 제2압력통로가 가변 용량 스쿠루 압축기의 입력압력과 출력압력중 하나와 선택적으로 유체 연결되며;

제2압력통로가 상기 하우징내의 상기 제2챔버와 연결되며, 상기 제2압력통로가 가변 용량 스쿠루 압축기의 입력압력과 출력압력중 하나와 선택적으로 유체 연결되며;

상기 샤프트와 상기 밸브표면을 상기 압축챔버를 향해 또한 그로부터 떨어지도록 수축하고 연장시키기 위해, 상기 하우징내의 상기 제1 및 제2챔버들중 하나를 상기 입력 및 출력압력에 선택적으로 연결하고 제1 및 제2챔버들중 다른 하나를 상기 입력 및 출력압력중 다른 하나에 선택적으로 연결시킴으로써 상기 하우징내의 상기 피스톤의 배치를 제어하기 위한 제어수단을 포함하는 시스템.
제 17 항에 있어서, 상기 밸브표면이, 상기 피스톤이 완전히 연장된 위치에 있을때, 상기 압축챔버의 내측면의 연속체를 형성하는 시스템.
제 17 항에 있어서, 밸브하우징에 관하여 밸브표면의 회전적인 위치를 유지하기 위한 정렬수단을 또한 포함하는 시스템.
제 17 항에 있어서, 압축기내의 유체가 상기 하우징에 들어가는 것을 방지하고 유체가 상기 하우징으로부터 빠져나가는 것을 방지하기 위해 상기 하우징과 상기 샤프트 사이에 형성된 이중 샤프트실 수단을 또한 포함하는 시스템.
제 17 항에 있어서, 상기 제어수단이 압축기의 출력부에 예정된 압력을 유지하기 위해 중앙 처리장치로부터 수신된 제어신호에 응답하여 상기 제1 및 제2챔버들의 가압 및 배기를 선택적으로 제어하기 위한 다수의 전자 제어밸브들을 포함하는 시스템.