KR100996628B1 - 용량 조정식 스크롤 압축기 - Google Patents

용량 조정식 스크롤 압축기 Download PDF

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Abstract

스크롤 압축기는 가압된 유체를 포함하는 가압 챔버를 구비하고 있다. 상기 가압 챔버내의 상기 가압된 유체는 2개의 스크롤 부재를 동시에 가압한다. 밸브 조립체는 이 가압 챔버와 상호연통하고 그리고 요청에 의해 2개의 스크롤 부재를 동시에 가압하는 하중을 제거하도록 가압된 유체를 배출한다. 이 가압하는 하중이 제거될 때, 2개의 스크롤 부재는 분리되고, 방출과 흡입사이의 누출 경로를 만들어서 스크롤 압축기의 용량을 감소시킨다.
스크롤 압축기, 구동 부재, 제 1 스크롤 부재, 제 2 스크롤 부재, 밸브 조립체, 솔레노이드 밸브, 밸브 부재.

Description

용량 조정식 스크롤 압축기{CAPACITY MODULATED SCROLL COMPRESSOR}
도 1은 본 발명에 따른 용량 조정식 시스템을 구체화하는 스크롤식 압축기의 수직단면도,
도 2는 폐쇄 위치 또는 비조정 위치에 있는 밸브 링을 도시하는 도 1의 압축기의 부분도,
도 3은 외부 셸의 상부가 제거되었을 때 도 1에 도시된 압축기의 평면도,
도 4는 수정된 밸브 링의 일부를 도시하는 확대도,
도 5는 도 1의 압축기에서 구체화된 밸브 링의 사시도,
도 6 및 도 7은 도 5에서 선 6-6 및 선 7-7을 따라서 섹션이 각각 취해진 밸브 링의 부분단면도,
도 8은 도 1의 압축기의 일부분을 형성하는 스크롤 조립체를 도시하는 부분단면도,
도 9는 도 1의 압축기에서 구체화된 작동 조립체의 확대상세도,
도 10은 외부 셸의 부분이 제거된 도 1의 압축기의 사시도,
도 11은 비오비팅 스크롤에서 제공된 가압된 유체의 공급 통로를 도시하는 도 1의 압축기의 부분단면도,
도 12는 도 1의 압축기에서 구체화된 솔레노이드 밸브 조립체의 확대단면도,
도 13은 도 12의 솔레노이드 밸브 조립체와 유사하게 도시된, 수정된 솔레노이드 밸브 조립체의 확대단면도,
도 14는 도 9의 작동 조립체와 유사하게 도시된, 도 13의 솔레노이드 밸브 조립체를 사용하기 위하여 채택된 수정된 작동 조립체의 확대단면도,
도 15는 도 12 및 도 13의 작동 조립체와 유사하게 도시된, 본 발명에 따른 모든 솔레노이드 밸브 조립체의 또다른 실시예를 도시하는 확대단면도,
도 16은 도 1과 유사한 스크롤식 압축기의 수직단면도이나, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 용량 조정식 시스템을 구체화한 수직단면도,
도 17은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 용량 조정식 시스템을 구체화하는 스크롤식 압축기의 수직단면도,
도 18은 솔레노이드 밸브 조립체가 압축기 셸의 외부에 위치되는 것을 제외하고는 도 17의 도면과 유사한 수직단면도,
도 19는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 용량 조정식 시스템을 구체화하는 스크롤식 압축기의 수직단면도,
도 20은 솔레노이드 밸브 조립체가 압축기 셸의 외부에 위치되는 것을 제외하고는 도 19의 도면과 유사한 수직단면도,
도 21은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 용량 조정식 시스템을 구체화하는 스크롤식 압축기의 수직단면도,
도 22는 솔레노이드 밸브 조립체가 압축기 셸의 외부에 위치되는 것을 제외하고는 도 21의 도면과 유사한 수직단면도,
도 23은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 용량 조정식 시스템을 구체화하는 스크롤식 압축기의 수직단면도, 그리고
도 24는 솔레노이드 밸브 조립체가 압축기 셸의 외부에 위치되는 것을 제외하고는 도 23의 도면과 유사한 수직단면도.
본 발명은 압축기의 용량 조정에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 챔버에 있는 가압 유체가 2개의 스크롤을 동시에 가압하는 챔버에서 유체 압력을 제어하기 위한 스크롤 압축기의 용량 조정에 관한 것이다.
때때로 용량 조정은 폭넓은 하중의 범위를 보다 잘 수용하기 위하여 공기 조화 및 냉동 시스템이 적용되는 압축기에서 구체화되기 위한 바람직한 특징이다. 이러한 용량 조정 특징을 제공하기 위하여 다른 많은 접근법이 사용된다. 이러한 접근법은 압축된 방출 가스를 압축기의 흡입 압력 구역뒤로 흐르도록 압축기의 흡입 입구의 제어를 받는다. 스크롤식 압축기로서, 용량 조정은 스크롤 랩이 개방될 때, 상호맞물리는 스크롤 랩 사이에서 처음에 형성된 압축 챔버를 압축기의 흡입 구역과 연통하게 하여, 밀봉된 압축 챔버가 형성되는 지점을 지연시키고, 이에 따라, 흡입 가스의 압축 시작을 지연시키는 스크롤 랩을 따라 여러 위치에 제공되는 포트를 포함하는 지연식 흡입 접근법을 사용함으로써 이루어진다. 이러한 용량 조 정 방법은 압축기의 압축 비율을 실제로 감소시키는 효과를 갖는다. 이러한 지연식 흡입 시스템이 압축기의 용량을 감소시키는데 효과적인 한편, 소정량의 압축기 언로딩이 스크롤 랩을 따라서 언로딩 포트의 위치에 의하여 결정되는 동시에 이 시스템은 상기 소정량의 언로딩을 제공한다. 여러 언로딩 포트를 상이한 위치에서 구체화함으로써 다중 단계의 언로딩을 제공할 수 있는 반면, 이러한 접근법은 고가이고 그리고 각각의 세트의 포트를 개방 및 폐쇄하기 위한 별개의 제어부를 수용하기 위하여 부가의 공간을 필요로 한다. 다중 언로딩 포트를 사용할 때 조차도, 이러한 지연식 흡입 기술을 사용하는 압축기의 0%와 100% 사이의 용량을 제어하는 것은 전형적으로 가능하지 않다.
보다 최근에, 압축기 언로딩 및 이에 따른 용량 조정은 압축기의 작동 사이클 동안의 소정 시간의 기간동안에 주기적으로 영향을 미치는 2개의 스크롤 부재의 반경방향 또는 축선방향 분리로 이루어진다. 2개의 스크롤 부재의 축선방향 언로딩 또는 축선방향 분리를 용이하게 하기 위하여, 가압 챔버는 2개의 스크롤 부재중 하나에 인접하거나 또는 그 안에 형성되고, 그리고 이러한 가압 챔버는 압축기의 방출 챔버 또는 압력 챔버에서 압축유체원과 연통하게 놓여진다. 가압 챔버에서의 유체는 압축기의 언로딩을 용이하게 하도록 압축기의 흡입 구역으로 주기적으로 배출된다.
종래의 이러한 장치는 종래 기술 분야에서 만족할만하게 이행되는 한편, 이들 장치의 설계는 가압된 유체의 유동을 제어하는데 필요한 제어 시스템 뿐만 아니라 특정 가압 챔버라는 부가물을 필요로 한다.
용량 조정식 스크롤 압축기의 계속된 발전은 이들 용량 조정식 시스템의 전반적인 제조, 설계 및 개량을 간략할 뿐만 아니라 용량 조정식 시스템의 비용을 보다 저렴하게 하기 위하여 용량 조정 장치의 간략화쪽으로 진행되고 있다.
본 발명은 압축기의 용량을 조정하기 위하여 현재의 중간정도 가압된 챔버를 흡입구로 주기적으로 환기하는 용량 조정식 압축기를 사용하는 제공한다. 이 현재의 중간정도 가압된 챔버는 압축기의 흡입 압력 구역과 방출 압력 구역 사이의 누출 통로를 밀봉하기 위하여 파티션 또는 셸과 접촉하는 플로팅 시일을 가압하도록 뿐만 아니라 2개의 스크롤을 함께 가압하도록 압축기에서 사용된다.
본 발명의 또다른 적용 분야는 이후 제공되는 상세한 설명으로부터 보다 명확해 질 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예가 나타내는 바와 같이, 상세한 설명 및 특정 실시예가 본 발명의 범주를 제한하려는 것은 아니고 오직 설명을 목적으로 함을 알 수 있다.
바람직한 실시예의 다음 설명은 단지 설명을 위한 것이고 본 출원 또는 사용에 있어서 어떠한 제한을 두려는 것은 아니다.
본 발명은 본 발명의 목적을 위하여 밀봉기, 개방 구동기 및 비-밀봉기를 포함하는 여러 상이한 타입의 스크롤기에 실행하는데 적합하면서, "노우 사이드(low side)" 타입(즉, 도 1에서 도시된 수직 위치로 설명되는 바와 같이, 밀봉 셸에의 흡입 가스에 의하여 모터 및 압축기가 냉각되는 타입)의 밀봉 스크롤 냉매 모터압축기에서 실시되면서 여기서 설명된다. 일반적 말해서, 압축기(10)는 압축기의 상 단부에서 엔드 캡(14)을 구비하는 원통형 밀봉 셸(12)을 포함한다. 엔드 캡(14)은 통상적인 방출 밸브를 선택적으로 구비하고 있는 냉매 방출 피팅(16)을 구비한다. 셸에 고정되는 다른 요소는 엔드 캡(14)이 셸(12)에 용접되는 동일 지점에서 그 주위에 대하여 용접되는 횡단하여 뻗어있는 파티션(18), 임의의 바람직한 방식으로 복수의 지점에서 셸(12)에 고정되는 2부분의 주 베어링 하우징(20), 및 셸(12) 내에서 압축기(10)의 흡입 압력 구역과 연통하게 배치되는 흡입 가스 입구 피팅(22)을 포함하고 있다.
모터 고정자(24)는 프레임(26)에 억지끼워맞춰지고 이 결과 셸(12)로 억지끼워맞춰진다. 크랭크샤프트의 상단부에서 편심 크랭크 핀(30)을 갖추고 있는 크랭크샤프트(28)는 주 베어링 하우징(20)에서의 베어링(32) 및 프레임(26)에서의 제 2 베어링(34)에 회전가능하게 저어널된다. 크랭크샤프트(28)는 크랭크샤프트(28)의 상부로 상향으로 뻗어있는 반경방향 외측으로 경사진 보다작은 직경의 보어(38)와 연통하는 통상 상대적으로 동심인 대직경의 오일펌핑 보어(36)를 하단부에서 구비하고 있다. 내부 셸(12)의 하부는 통상적인 방식으로 윤활유로 채워지고 그리고 크랭크샤프트(28)의 바닥부에서 동심의 보어(36)는 보어(38)와 연결하여 작동하는 제 1 펌프이고, 이 보어(38)는 윤활유를 윤활이 필요한 압축기(10)의 모든 여러 부분에 펌핑하도록 제 2 펌프로 작동한다.
크랭크샤프트(28)는 고정자를 통과하는 권선부(40)를 구비한 고정자(24), 그리고 하나이상의 평형추(44)를 구비하고 있고 크랭크샤프트(28)에 억지끼워맞춤되는 로우터(42)를 포함하는 전기 모터에 의하여 회전가능하게 구동된다. 통상적인 타입의 모터 프로텍터(46)는 모터 권선부(40)를 거의 폐쇄하도록 제공되어 만일 모터가 모터 프로텍터(46)의 정상 온도 범위를 초과하면 모터를 비여기시킨다.
주 베어링 하우징(20)의 상부면은 오비팅 스크롤 부재의 상부면에 있는 통상의 스파이럴 베인 또는 랩(54)을 구비한 단부 플레이트(52)를 포함하고 있는 오비팅 스크롤 부재(50)에 배치되는 환형의 평평한 스러스트 베어링 면(48), 하부면에 있는 환형의 평평한 스러스트 면(56), 그리고 크랭크 핀(30)이 구동되게 배치되는 내부 보어를 갖추고 있는 구동 부싱(62)에 회전가능하게 배치되고 그리고 허브안에 저어널 베어링(60)을 구비하고 있는 하향으로 돌출한 원통형 허브(58)를 구비하고 있다. 크랭크 핀(30)은 여기서 참조하는 미국특허 제4,877,382호에서 도시된 바와 같이, 반경방향으로 구동하는 장치를 제공하도록 구동 부싱(62)의 내부 보어의 한 부분에서 평평한 면과 구동되게 결합하는 하나의 면(도시 생략)에서의 평평한 부분을 구비하고 있다.
랩(54)은 스크롤 부재(66)의 축선방향 운동의 제한을 제공하는 임의의 소정의 방식으로 주 베어링 하우징(20)에 장착되는 비오비팅 스크롤 부재(66)의 한 부분을 형성하는 비오비팅 스파이럴 랩(64)과 맞물린다. 이러한 특정 방식으로의 장착은 본 발명에 적절하지 않다. 비오비팅 스크롤 서스펜션 시스템의 보다 상세한 설명을 위하여, 여기서 미국특허 제5,055,010호를 참조하였다.
비오비팅 스크롤 부재(66)는 단부 캡(14) 및 파티션(18)에 의하여 구획형성되는 방출 머플러 챔버(76)를 구비한 파티션(18)에 있는 개구(74)를 통하여 유체연통하는 상향의 개방 리세스(72)와 연통하는 중앙에 배치된 방출 통로를 구비하고 있다. 압력 릴리프 밸브는 방출 머플러 챔버(76)와 셸(12)의 내부 사이에 배치된다. 압력 릴리프 밸브는 방출 머플러 챔버(76)로부터 가압된 가스를 환기하도록 방출 압력 및 흡입 압력사이의 상이한 특정 압력에서 개방된다. 비오비팅 스크롤 부재(66)는 리세스(80)의 바닥부를 흡입 압력과 방출 압력 이하의 현재의 가스로부터 격리시키는데 소용되는 환형 플로팅 시일(82)을 상대적으로 축선방향 운동을 위하여 밀봉되게 배치된 평행 동축의 측벽을 구비한 환형 리세스(80)를 스크롤 부재의 상부면에서 구비하여 통로(84)(도시 생략)에 의해서 중간정도의 유체 압력원과 유체연통하게 놓여질 수 있다. 따라서 비오비팅 스크롤 부재(66)는 스크롤 부재(66)의 중앙부에 작용하는 방출 압력에 의하여 생성된 힘에 의하여 그리고 리세스(80)의 바닥부에 작용하는 중간정도의 유체 압력에 의하여 생성된 힘에 의하여 오비팅 스크롤 부재(50)에 대하여 축선방향으로 가압된다. 이러한 축선방향 운동의 제한을 위하여 스크롤 부재(66)를 지지하기 위한 여러 기술 뿐만 아니라 이러한 축선 방향 압력의 가압은 미국특허 제4,877,328호에 보다 상세하게 개시되었다.
스크롤 부재(66)에 있는 직경방향으로 대향된 슬롯(90)(하나만 도시됨)에 미끄러지게 배치된 제 1 쌍의 키(88)(하나만 도시됨) 그리고 스크롤 부재(50)에 있는 직경방향으로 대향된 슬롯에 미끄러지게 배치된 제 2 쌍의 키(도시 생략)를 구비하고 있는 링(86)을 포함하고 있는 통상의 올덤 커플링이 스크롤 부재의 상대 회전을 방해한다.
지금 도 2를 참조하면, 플로팅 시일(82)의 상세한 구성이 본 발명의 일부분에 속하지 않을지라도, 실시예의 목적에 대해서 시일(82)은 동축의 샌드위치된 구 성이고 그리고 복수의 등간격으로 직립하여 이격된 일체형 돌출부(102)를 구비한 환형 베이스 플레이트(100)를 포함하고 있다. 돌출부(102)를 수용하는 복수의 등간격으로 이격된 구멍을 구비한 환형 가스킷(106)이 플레이트(100)에 놓여있다. 돌출부(102)를 수용하는 복수의 등간격으로 이격된 구멍을 구비한 상부 시일 플레이트(110)가 가스킷(106)의 상부에 놓여진다. 시일 플레이트(110)는 상향으로 돌출한 평탄한 실링 립(116)을 플레이트의 내부 주위에 대해서 배치한다. 이러한 조립체는 118로 지시한 바와 같이 각각의 돌출부(102)의 단부를 함께 스웨이징하여 체결된다.
전체 시일 조립체는 따라서 별개의 3개의 시일, 즉, 부재번호 124의 내경 시일, 부재번호 128의 외경 시일 그리고 부재번호 130의 상부 시일을 구비한다. 시일(124)은 가스킷(106)의 내부 주위와 리세스(80)의 내벽 사이에 있다. 시일(124)은 리세스(72)에 있는 방출 압력 이하의 유체로부터 리세스(80)의 바닥부에 있는 중간 압력 이하의 유체를 격리시킨다. 시일(128)은 가스킷(106)의 외부 주위와 리세스(80)의 외벽사이에 있고, 그리고 리세스의 바닥부에 있는 중간 압력 이하의 유체를 셸(10)내의 흡입 압력에서의 유체와 격리시킨다. 시일(130)은 파티션(18)에서 개구(74)를 둘러싸는 환형 마모 링과 실링 립(116) 사이에 있고, 그리고 시일 조립체의 상부에 맞은편의 방출 압력의 유체를 흡입 압력에서 유체와 격리시킨다. 시일(82)의 상세한 구성은 여기서 참조된 미국특허 제5,156,539호에 개시되었다.
바람직하게 압축기는 가스 입구 피팅(22)에 들어가는 흡입 가스가 부분적으로 셸(12)로 새어나오고 모터를 냉각하는데 조력하는 "로우 사이드" 식이다. 적당 한 흡입 가스의 복귀 유동이 있는 동안에 모터는 소정의 온도 한계내에 있게 된다. 그러나, 이러한 유동이 상당히 저하될 때, 냉각 손실은 결국에는 모터 프로텍터(46)가 기계를 트립시키고 정지시키게 한다.
보다 더 설명하면, 스크롤 압축기(10)는 전형적으로 이와 같은 스크롤식 냉동 압축기이다. 작동중에, 흡입 가스 입구 피팅(22)을 통하여 하부 챔버로 향하는 흡입 가스는 비오비팅 스크롤 부재(66)에 대하여 오비팅 스크롤 부재(50)가 선회하는 것과 같이 가동 유체 포켓으로 빠져나간다. 가동 유체 포켓이 내측으로 이동하므로, 이러한 흡입 가스는 비오비팅 스크롤 부재(66)에 있는 상향 개방 리세스(72)를 통하여 그리고 파티션(18)에 있는 방출 개구(74)를 통하여 압축되고 이어서 방출된다. 압축된 냉매는 이때 방출 피팅(16)을 통하여 냉동 시스템으로 공급된다.
특정 경우에 대한 냉동 압축기의 선택시, 사람들은 특정 경우에 예상되는 최악의 작동 상태에 대하여 적합한 냉매 유동을 제공하도록 충분한 용량을 갖춘 압축기를 통상적으로 선택하고 그리고 충분한 안전성을 제공하도록 약간 더 큰 용량을 선택할 것이다. 그러나, 이러한 "최악의 경우"와 같은 불리한 상태는 실제 작동동안에 거의 직면하지 않고 따라서 이러한 압축기의 과도한 용량은 압축기 작동 시간중 높은 비율로 약간 하중이 걸린 상태하에서 압축기의 작동을 초래한다. 이러한 작동은 시스템의 전체 작동 효율을 감소시키게 된다. 따라서, 냉동 압축기가 계속하여 "최악의 경우"의 작동 상태를 수용하는 동안에 일반적으로 직면하는 작동 상태하에서의 전체 작동 효율을 향상시키기 위하여, 압축기(10)는 용량 조정 시스템으로 제공된다. 이 용량 조정 시스템은 압축기가 시스템의 요구를 만족하는데 필 요한 용량에서 작동하게 한다.
이 용량 조정 시스템은 비오비팅 스크롤 부재(66)에 이동가능하게 장착되는 환형 밸브 링(150), 셸(12)내에서 지지되는 작동 조립체(152), 그리고 작동 조립체의 작동을 제어하기 위한 제어 시스템(154)을 포함한다.
도 2 및 도 5 내지 도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 밸브 링(150)은 실제로 지정된 소정의 축선방향 치수 및 소정의 원주방향 치수로 제공되는 실제 직경으로 대향되고 반경방향 내측으로 뻗어있는 한쌍의 돌출부(158, 160)를 구비한 대체로 원 형상의 주몸체부(156)를 포함한다. 실제로 적합하게 지시되고 원주방향으로 뻗어있는 안내면(162, 164, 166, 168)은 개별적으로 돌출부(158, 160)의 인접하고 축선방향의 대향면을 구비한다. 게다가, 2쌍의 실제로 적합하게 지시된 원주방향으로 뻗어있는 안내면(170, 172, 174, 176)은 실제로 서로 직경방향으로 대향된 관계로 위치되고 그리고 각각의 돌출부(158, 160)로부터 원주방향으로 대략 90° 떨어진 주몸체부(156)에 제공된다. 도시한 바와 같이, 안내면(172, 174)은 안내면(162, 166)이 돌출하는 것과 같이 주몸체부(156)로부터 약간 반경방향 내측으로 더 돌출한다. 바람직하게, 안내면(172, 174, 162, 166)은 주몸체부(156)의 반경보다 약간 더 작은 반경의 원주를 따라서 축선방향으로 모두 경사지게 놓여있다. 유사하게, 안내면(170, 176)은 축선방향으로 바람직하게 경사진 안내면(164, 168)이 돌출하는 바와 같이 주몸체부(156)로부터 약간 반경방향 내측으로 돌출한다. 또한 안내면(170, 176, 164, 168)은 주몸체부(156)의 반경보다 약간 작은 반지름의 원의 주위를 따라서 놓여있고 그리고 바람직하게는 안내면(172, 174, 162, 166)을 따라서 놓여있는 원의 반경과 실질적으로 동일하다. 주몸체부(156)는 또한 단부에서 축선방향으로 뻗어있는 원주방향의 마주하는 멈춤면(180)을 포함하는 원주방향으로 뻗어있는 단차부(178)를 포함한다. 단차부(178)는 돌출부(160)와 안내면(170, 172) 사이에 위치된다. 핀 부재(182)는 단차부(178)의 축선방향으로 상향으로 뻗어서 인접하는 하나의 단부를 구비하고 있다. 밸브 링(150)은 알루미늄과 같은 적합한 금속으로부터 만들어지거나 또는 적합한 고분자 합성물로부터 선택적으로 만들어지고 그리고 핀(182)은 링에 구비된 적당한 개구로 가압되거나 또는 링과 일체로 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 밸브 링(150)은 비오비팅 스크롤 부재(66)에 이동가능하게 장착되도록 설계된다. 밸브 링(150)을 수용하기 위하여, 비오비팅 스크롤 부재(66)는 상단부에 인접하여 형성되는 환형 홈(186)을 구비하고 있는 반경방향 외측으로 마주하는 원통형 측벽부(184)를 포함한다. 비오비팅 스크롤 부재(66)에 밸브 링(150)을 조립하기 위하여, 한쌍의 직경방향으로 대향되어 실질적으로 지시되는 반경방향 내측으로 뻗어있는 노치(188, 190)는 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이 홈(186)으로 각각 개방하는 비오비팅 스크롤 부재(66)에 제공된다. 노치(188, 190)는 밸브 링(150)에서 돌출부(158, 160)의 원주 길이보다 약간 더 큰 원주로 뻗어있는 치수를 갖고 있다.
밸브 링이 조립될 때 홈(186)은 돌출부(158, 160)를 이동가능하게 수용하는 크기로 되어 있고 그리고 돌출부(158, 160)가 홈(186)으로 이동될 수 있도록 노치(188, 190)가 크기화 된다. 게다가, 원통형부(184)는 안내면(162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176)이 비오비팅 스크롤 부재(66)에 대하여 밸브 링(150)의 미끄럼가능하게 지지하는 로터리 운동을 하도록 직경을 갖추고 있다.
비오비팅 스크롤 부재(66)는 또한 홈(186)의 내부면으로 개방하고 그리고 비오비팅 스크롤 부재(66)의 단부 플레이트를 통하여 대체로 반경방향 내측으로 뻗어있는 한쌍의 대체로 직경방향으로 대향된 반경방향으로 뻗어있는 통로(192, 194)를 포함한다. 축선방향으로 뻗어있는 통로(196)가 환형 리세스(80)와 유체연통하는 통로(192)의 내부 단부에 놓여지는 경우 제 2 축선방향으로 뻗어있는 통로(198)는 환형 리세스(80)와 유체연통하는 통로(194)의 내부 단부에 놓여진다.
도 9에 가장 잘 도시된 바와 같이, 작동 조립체(152)는 피스톤 및 실린더 조립체(200)와 복귀 스프링 조립체(202)를 포함한다. 피스톤 및 실린더 조립체(200)는 피스톤(208)이 이동가능하게 안에 배치되고 하나의 단부로부터 내측으로 뻗어있는 실린더(206)를 구획형성하는 보어를 구비한 하우징(204)을 포함한다. 피스톤(208)의 외부 단부(210)는 하우징(204)의 하나의 단부로부터 축선방향 외측으로 뻗어있고 그리고 밸브 링(150)의 한 부분을 형성하는 핀(182)을 수용하는데 적합한 신장되거나 또는 타원형의 개구(212)를 포함한다. 신장되거나 또는 타원형의 개구(212)는 작동시 피스톤 단부(210)의 선형 운동과 관련하여 핀(182)의 아치형 운동을 수용할 수 있게 설계된다. 하우징(204)의 종속부(214)는 하우징(204)을 볼트(220)에 의하여 적합한 플랜지 부재(218)에 체결되게 하도록 채택된 적합한 크기의 장착 플랜지(216)에 고착된다. 이어서 플랜지(218)는 베어링 하우징(20)과 같은 것에 의하여 외부 셸(12)내에서 적합하게 지지된다.
통로(222)는 하단부로부터 상향으로 뻗어있고 이어서 실린더(206)의 내부 단부로 개방하는 측면으로 뻗어있는 통로(224)로 개방하는 종속부(214)에 제공된다. 종속부(214)에 구비된 제 2 측면으로 뻗어있는 통로(226)는 측벽을 통과하여 외측으로 개방하고 그리고 내부 단부에서 통로(22)와 연통한다. 제 2 상대적으로 작은 측면으로 뻗어있는 통로(228)는 유체 통로(224)의 대향된 방향으로 유체 통로(222)로부터 뻗어있고 그리고 하우징(204)의 단부벽(230)을 통과하여 외측으로 개방한다.
핀 부재(232)는 하우징(204)으로부터 직립으로 구비되고, 복귀 스프링(234)의 하나의 단부가 핀 부재에 연결되고 복귀 스프링(234)의 다른 하나의 단부는 핀(182)의 연장부에 연결된다. 복귀 스프링(234)은 실린더(206)가 통로(228)를 통하여 완전 환기될 때 링(150) 및 피스톤(208)을 도 9에 도시된 위치로 가압하도록 길이 및 강도가 같게된다.
도 1 , 도 10 및 도 12에 가장 잘 도시된 바와 같이, 제어 시스템(154)은 한면에서 원뿔면(240)을 포함하는 반경방향 외측으로 뻗어있는 플랜지(238)를 구비한 밸브 몸체(236)를 포함한다. 밸브 몸체(236)는 외부 셸(12)에 있는 개구(242)로 삽입되고 그리고 개구(242)의 주위 에지에 맞닿는 원뿔면(240)에 위치되고 그리고 외측으로 돌출하는 원통형부(244)를 갖춘 셸(12)에 용접된다. 밸브 몸체(236)의 원통형부(244)는 리세스 구역(248)으로 개방되고 축선방향 내측으로 뻗어있는 확대된 직경의 나사형성된 보어(246)를 포함한다.
밸브 몸체(236)는 실제로 평탄한 상부면(254)으로부터 하향으로 뻗어있고 그 리고 셸(12)에서 개구(242) 구역으로 외측으로 개방하는 제 2 측면으로 뻗어있는 통로(256)와 교차하는 제 1 통로(252)를 구비한 하우징(250)을 포함한다. 또한 제 3 통로(258)는 면(254)에서 하향으로 뻗어있고 그리고 몸체(236)의 단부에 제공된 리세스 구역(248)으로 외측으로 또한 개방하는 제 4 측면으로 뻗어있는 통로(260)와 교차한다.
매니폴드(262)는 적합한 파스너에 의하여 면(254)에 밀봉되게 체결되고 그리고 각각의 통로(258, 252)와 밀봉되어 유체 연통하도록 배치하도록 각각의 유체 라인(264, 266)의 하나의 단부에 연결하기 위하여 피팅을 포함한다.
솔레노이드 코일 조립체(268)는 밸브 몸체(236)에 밀봉되게 체결되도록 설계되고 그리고 개방 단부에 밀봉되게 체결되는 나사형성된 피팅(272)을 구비한 신장된 관형 부재(270)를 포함한다. 나사형성된 피팅(272)은 보어(246)내에서 나사연결되게 수용되고 O링(274)에 의하여 거기에 밀봉되도록 적용된다. 플런저(276)는 관형 부재(270)내에서 이동가능하게 배치되고 그리고 관형 부재(270)의 폐쇄 단부에 대하여 지탱하는 스프링(278)에 의하여 외측으로 가압된다. 밸브 부재(280)는 플런저(276)의 외부 단부에 구비되고 그리고 통로(256)를 선택적으로 폐쇄하도록 밸브 시트(282)와 상호작용한다. 솔레노이드 코일(284)은 관형 부재(270)에 위치되고 그리고 관형 부재(270)의 외단부에 나사형성된 너트에 의하여 체결된다.
가압된 유체를 작동 조립체(152)에 공급하기 위하여, 축선방향으로 뻗어있는 통로(286)는 개방 리세스(72)로부터 하향으로 뻗어있고 그리고 비오비팅 스크롤 부재(66)에 있는 대체로 반경방향으로 뻗어있는 통로(288)에 연결된다. 통로(288)는 도 11에 가장 잘 도시된 바와 같이 비오비팅 스크롤(66)의 원주 측벽을 통과하여 외측으로 개방하고 반경방향으로 뻗어있다. 유체 라인(264)의 다른 단부는 통로(288)에 밀봉되게 연결되어 압축된 공급 유체가 개방 리세스(72)로부터 밸브 몸체(236)로 공급되게 한다. 원주방향으로 신장된 개구(290)가 유체 라인(264)이 통과하기 위하여 적합하게 위치된 밸브 링(150)에 구비되는 경우 비오비팅 스크롤 부재(66)에 대하여 링(150)의 회전운동을 수용하게 한다.
밸브 몸체(236)로부터 작동 피스톤 및 실린더 조립체(200)로 가압된 유체를 공급하기 위하여, 유체 라인(266)은 밸브 몸체(236)로부터 뻗어있고 그리고 하우징(204)의 종속부(214)에 제공된 통로(226)에 연결된다.
밸브 링(150)은 단지 각각의 노치(188, 190)에 대하여 돌출부(158, 160)를 정렬시키고 그리고 돌출부(158, 160)를 환형 홈(186)으로 이동시킴으로써 비오비팅 스크롤 부재(66)에 쉽게 조립될 수 있다. 이후 밸브 링(150)은 비오비팅 스크롤 부재(66)에서 밸브 링(150)을 이동가능하게 지지하기 위하여 축선방향의 돌출부(158, 160)의 상부면 및 하부면이 안내면(162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176)과 상호작용하면서 소정의 위치로 회전된다. 이후, 작동 조립체(152)의 하우징(204)은 피스톤 단부(210)가 핀(182)을 수용하면서 장착 플랜지(218)에 위치된다. 스프링(234)의 하나의 단부는 이때 핀(232)에 연결될 수 있다. 이후, 스프링(234)의 다른 단부는 핀(182)에 연결되어 조립 공정을 완성한다.
비오비팅 스크롤 부재(66)가 밸브 링(150)의 조립전에 적합한 볼트(292)에 의하여 주베어링 하우징(20)에 전형적으로 체결되는 경우, 어떤 경우에서는 주베어 링 하우징(20)으로 비오비팅 스크롤 부재(66)의 조립전에 비오비팅 스크롤 부재(66)로 연속의 용량 조정 구성요소를 조립하는게 바람직하다. 이것은 도 4에 도시된 바와 같이 밸브 링(150)의 주위를 따라서 적합하게 위치된 복수의 원호의 절결부(294)를 단지 구비함으로써 쉽게 달성된다. 이들 절결부는 밸브 링이 비오비팅 스크롤 부재(66)에 조립되면서 볼트(292)를 체결할 수 있게 한다.
작동중에, 하나이상의 센서(296)에 의하여 감지되는 시스템 작동 상태는, 압축기(10)의 총 용량이 요구되고, 제어 모듈(298)이 솔레노이드 조립체(268)의 솔레노이드 코일(284)을 여기시키도록 센서(296)로부터의 신호에 응답해 작동하여 플런저(276)가 밸브 시트(282)와 결합하여 외부로 이동하여 유체 연통하는 통로(256, 260)에 놓이게 되는 것을 나타낸다. 실제로 방출 압력에서의 가압 유체는 개방 리세스(72)로부터 유체 라인(264)에서의 통로(286, 288), 유체 라인(266)에서의 통로(258, 260, 256, 252) 그리고 통로(226, 222, 224)를 통과하여 실린더(206)로 유동되게 한다. 이때 이러한 유체 압력은 피스톤(208)이 실린더(206)에 대하여 외측으로 이동하게 하여 돌출부(158, 160)를 통로(192, 194)에 밀봉되게 놓여지는 관계로 이동하기 위하여 밸브 링(150)을 회전시킨다. 이것은 리세스(80)내에 놓여진 중간정도로 가압된 가스가 통로(192)를 통과하여 배기 또는 환기되지 않게 한다. 압축기(10)는 이때 총 용량에서 작동할 것이다.
하중 상태가 압축기(10)의 총 용량이 필요하지 않는 것으로 변경될 때, 센서(296)는 상태를 나타내는 신호를 제어기(298)에 제공하고 다음에 솔레노이드 조립체(268)의 코일(284)을 비여기시킨다. 플런저(276)는 스프링(278)의 가압 영 향하에서 관형 부재(270)로부터 외측으로 이동하여 시트(282)와 밀봉 결합되게 밸브 부재(280)를 이동시켜서 통로(256) 및 가압된 유체의 유동을 막는다. 리세스 구역(248)이 개방 리세스(72)와 연속하여 유체 연통하여 이에 따라 방출 압력영향을 받는다. 이러한 방출 압력은 유체를 타이트하게 밸브 시트(282)와 밀봉 결합할 뿐만 아니라 이러한 관계로 동일하게 유지하는 가압 밸브 부재(280)를 조력한다.
실린더(206)에 포함된 가압 가스는 환기 통로(228)를 통하여 압축기(10)의 흡입 구역으로 되돌아 나오게 하여 통로(192, 194)가 돌출부(158, 160)에 의하여 더이상 폐쇄되지 않는 위치로 스프링(234)이 밸브 링(150)을 회전시킨다. 또한 스프링(234)은 실린더(206)에 대하여 내측으로 피스톤(208)을 이동시킨다. 이러한 위치에서, 환형 리세스(80)내에서의 중간 압력은 통로(192, 194)를 통하여 배기되거나 또는 환기된다. 중간정도의 가압된 유체의 환기는 비오비팅 스크롤 부재(66)를 오비팅 스크롤 부재(50)와 밀봉 결합하게 가압하는 가압력을 제거하도록 방출 압력의 구역과 흡입 압력의 구역 사이에서 누출을 생성한다. 이러한 누출은 압축기(10)의 용량이 0 용량으로 이동하게 한다. 스프링(300)은 플로팅 시일(82)을 상향으로 가압하고 그리고 상부 시일(130)에서 밀봉 관계를 유지한다.
밸브 링(150)이 조정 위치와 비조정 위치 사이에서 이동되는 속도는 공급 라인과 환기 통로(228)의 상대적인 크기와 직접적으로 관련됨을 알 수 있다. 즉, 통로(228)가 압축기(10)의 흡입 압력 구역으로 계속하여 개방되기 때문에, 솔레노이드 조립체(268)의 코일(284)이 여기될 때, 개방 리세스(72)로부터 유동하는 가압된 유체의 한 부분이 흡입 압력으로 계속하여 환기될 것이다. 이러한 유체의 체적은 통로(228)의 상대적인 크기만큼 제어된다. 그러나, 통로(228)가 크기면에서 줄어들면서, 실린더(206)를 환기하는데 필요한 시간은 증가하여 감소된 용량으로부터 총 용량으로 바꾸는데 필요한 시간은 증가한다.
상기 실시예가 실린더(206)로부터 작동 압력을 환기하여 압축기(10)가 감소된 용량으로 복귀하도록 하우징(204)에 제공된 통로(228)를 사용하여 설명되는 경우, 또한 통로(228)를 없앨 수 있고 밸브 몸체(236)에 있는 환기 통로와 제위치에서 상호작용한다. 이러한 실시예는 도 13 및 도 14에 도시되었다. 도 13은 통로(252)가 흡입 압력으로 계속하여 환기하여 이에 따라 실린더(206)가 라인(266)을 통하여 흡입부로 환기하도록 작동하는 환기 통로(312)와 상호작용하는 수정된 밸브 몸체(236')를 도시한다. 이어서 도 14는 환기 통로(228)가 없어진 수정된 피스톤 및 실린더 조립체(200')를 도시한다. 이와 달리 밸브 몸체(236') 및 피스톤 실린더 조립체(200')의 작동 및 기능은 상기 설명한 것과 실질적으로 동일할 것이다. 따라서, 밸브 몸체(236, 236')의 대응부, 피스톤 및 실린더 조립체(200, 200')는 실질적으로 동일하고 그리고 동일 부재번호로서 각각 지시된다.
상기 실시예가 용량 조정을 위하여 상대적으로 저가의 장치를 제공할 경우, 실린더(206)의 환기가 밸브에 의하여 제어되는 3방 솔레노이드 밸브를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 장치는 도 15에서 참조되어 설명되고 도시된다. 이러한 실시예에 있어서, 밸브 몸체(314)는 상기 설명된 방식과 동일한 방식으로 셸(12)에 체결되고 그리고 스풀 밸브(318)내에 이동가능하게 배치된 신장된 중앙 보어(316)를 포함한다. 스풀 밸브(318)는 셸(12)을 통과하여 솔레노이드 코일(320)로 외측 으로 뻗어있고 그리고 솔레노이드 코일(320)을 여기할 때 밸브 몸체(314)로부터 길이방향 외측으로 이동시킨다. 코일 스프링(322)은 코일(320)이 여기되지 않을 때 스풀 밸브(318)를 밸브 몸체(314)로 가압하도록 작동한다.
스풀 밸브(318)는 신장되고 축선방향으로 뻗어있는 중앙 통로(324)를 포함하고 통로의 내부 단부는 플러그(326)에 의하여 플러그된다. 대체로 반경방향으로 뻗어있고 축선방향으로 이격된 3개 그룹의 통로(328, 330, 332)가 구비되고, 각각의 그룹이 축선방향으로 이격된 환형 홈(334, 336, 338)으로 각각 개방하면서 각각의 그룹이 중앙 통로(324)로부터 외측으로 뻗어있는 하나이상의 이러한 통로를 포함하고 있다. 이어서 밸브 몸체(314)는 보어(316)내로 개방하는 제 1 고압 공급 통로(340)를 구비하고 그리고 압축된 유체를 밸브 몸체(314)로 공급하도록 유체 라인(264)에 연결되게 된다. 또한 밸브 몸체에 있는 제 2 통로(342)는 보어(316)로 개방하고 그리고 실린더(206)와 유체 연통하는 보어(316)를 배치하도록 외단부에서 유체 라인(266)이 연결되도록 한다. 또한 하나의 단부가 셸(12)의 흡입 압력 구역으로 개구하면서 환기 통로(344)가 보어(316)로 개방된 다른 하나의 단부를 구비한 밸브 몸체(314)에 제공된다.
작동시, 솔레노이드 코일이 비여기될 때, 환형 홈(334)이 통로(342)와 개방 연통하고 환형 홈(338)이 환기 통로(344)와 개방 연통하여 실린더(206)를 연속적으로 환기하도록 스풀 밸브(318)가 위치된다. 이때, 환형 시일이 통로(340)의 축선방향의 대향면에 놓여져서 압축된 유체의 흐름이 리세스(72) 개방을 방해하도록 스풀 밸브(318)가 위치된다. 압축기(10)의 용량을 증가시키도록 용량 조정 시스템을 작동시키는 것이 요구될 경우, 솔레노이드 코일(320)은 여기되어 스풀 밸브(318)가 밸브 몸체(314)로부터 외측으로 이동하게 한다. 이것은 환형 홈(336)이 고압 공급 통로(340)와 개방 연통하게 이동되는 경우 환형 홈(338)이 환기 통로(344)와 유체 연통하여 외부로 이동하는 결과를 초래한다. 통로(342)가 환형 홈(334)과 유체 연통하게 되므로, 통로(340)에서 가압된 유체는 스풀 밸브(318)에 있는 통로(330, 328)를 통하여 실린더(206)에 공급된다. 또한 축선방향으로 적당히 이격된 부가된 환형 시일은 스풀 밸브(318)와 보어(316) 사이에서 밀봉 관계를 보장하도록 스풀 밸브(318)에 제공된다.
상술한 바와 같이, 용량 조정 시스템은 압축기(10)의 용량을 100%의 용량 또는 0 용량이 되도록 제어할 수 있다. 또한, 펄스 폭 조정 시스템을 사용하는 상기 설명된 용량 조정 시스템을 제어함으로써, 압축기(10)의 용량은 압축기(10)를 완전히 제어하기 위하여 0 용량과 100% 용량 사이에 있는 임의의 지점에 설정될 수 있다. 예를 들면, 솔레노이드 코일 조립체(268)용 펄스 폭 조정 제어는 0 퍼센트와 100% 사이의 어딘가에서 압축기(10)를 위하여 용량을 제어한다.
지금 도 16을 참조하면, 스크롤 압축기(10')가 설명된다. 압축기(10')는 횡단하여 뻗어있는 파티션(18)이 제거되고 그리고 플로팅 시일(82)이 상부 시일(130)을 구획형성하고, 이 상부 시일이 단부 캡(14)에 배치되는 환형 마모 링(132)과 실링 립(116) 사이에 있는 것을 제외하고는 압축기(10)와 동일하다. 이러한 실시예에 있어서, 상부 시일(130)은 또한 흡입 압력에서의 유체를 시일 조립체(82)의 상부 맞은편에서 방출 압력에서의 유체와 격리한다. 방출 피팅(16')은 직접 방출 압축기를 구획형성하도록 엔드 캡(14)내에 위치되는 개구(74')위에서 엔드 캡(14)에 배치된다. 피팅(76')이 방출 피팅(16')을 엔드 캡(14)에 적합하게 체결시킨다.
압축기(10')에 대한 다음 설명은 압축기(10)에 대한 상기 설명한 것과 동일하여, 반복하지 않는다. 압축기(10)에 대하여 상기 설명한 기능, 작동 및 장점은 압축기(10')와 동일하다.
지금 도 17을 참조하면, 압축기(410)는 셸의 상단부에 용접된 엔드 캡(14)을 구비하고 있는 대체로 원통형의 밀봉된 셸(12)을 포함하여 도시된다. 엔드 캡(14)은 통상의 방출 밸브(도시 생략)를 구비하고 있는 냉매 방출 피팅(16)을 구비한다. 셸에 고정되는 다른 주요 요소는 입구 피팅(22), 엔드 캡(14)이 셸(12)에 용접되는 동일 지점의 주위에 대하여 용접되는 횡단하여 뻗어있는 파티션(18), 2편의 주 베어링 하우징(20) 및 프레임(26)을 포함한다. 프레임(26)은 2편의 주 베어링 하우징(20) 및 모터 고정자(24)를 포함하는 셸(12)내에서 위치하고 지지한다. 샤프트의 상단부에서 편심 크랭크 핀(30)을 구비한 구동 샤프트 또는 크랭크샤프트(28)는 프레임(26)에 있는 주 베어링 하우징(20)과 제 2 베어링(34)에서 베어링(32)에 회전가능하게 저어널된다. 크랭크샤프트(28)는 크랭크샤프트(28)의 상부로 상향으로 뻗어있는 반경방향 외측으로 경사진 보다작은 직경의 보어(38)와 연통하는 상대적으로 대직경의 편심 보어(36)를 하단부에서 구비하고 있다. 내부 셸(12)의 하부는 윤활유로 채워지고, 그리고 보어(36)는 윤활유를 크랭크샤프트(28)로 그리고 보어(38)로 그리고 윤활이 필요한 결국에는 압축기의 모든 여러 부분에 펌프하도록 펌프로 작동한다.
크랭크샤프트(28)는 권선부(40)가 모터를 통과하면서 모터 고정자(24) 및 크랭크샤프트(28)에 억지끼워맞춤되고 상부 평형추 및 하부 평형추를 구비한 모터 회전자(42)를 포함하는 전기 모터로 회전가능하게 구동된다.
2편의 주 베어링 하우징(20)의 상부면은 상부면에서 통상의 스파이럴 베인 또는 랩(54)을 구비한 오비팅 스크롤(50)이 배치된 평평한 스러스트 베어링면(48)을 구비한다. 오비팅 스크롤(50)의 하부면으로부터의 하향의 돌출부는 저어널 베어링(60)을 구비한 원통형 허브(58)이고 그리고 크랭크 핀(30)이 구동되게 배치되는 내부 보어를 구비한 구동 부싱(62)에 회전가능하게 배치된다. 크랭크 핀(30)은 반경방향으로 구동가능한 장치를 제공하도록 구동 부싱(62)의 내부 보어의 일부분에 형성된 평평한 면(도시 생략)과 구동가능하게 결합하는 하나의 면에서의 평평한 부분을 갖추고 있다. 또한 올덤 커플링은 오비팅 스크롤(50)과 베어링 하우징(20) 사이에 위치되어 제공된다. 이 올덤 커플링은 오비팅 스크롤 부재(50)의 회전 운동을 방지하도록 비오비팅 스크롤(466) 및 오비팅 스크롤(50)에 맞춰진다.
비오비팅 스크롤 부재(466)는 또한 오비팅 스크롤(50)의 랩(54)과 맞물려 결합하여 위치되는 랩(64)을 구비하여 제공된다. 비오비팅 스크롤(466)은 방출 머플러 챔버(74)가 엔드 캡(14) 및 파티션(18)에 의하여 구획형성되면서 파티션(18)에있는 개구(74)를 통하여 차례로 유체 연통하는 상향의 개방 리세스(72)와 연통하는 중앙에 배치된 방출 통로를 갖추고 있다. 비오비팅 스크롤 부재(466)는 스크롤 부재의 상부면에서 환형 리세스(80)를 갖추고 있고 이 환형 리세스는 평행한 동축의 측벽을 구비하고 이 측벽은 흡입 압력 하에서 있는 현재 가스로부터 리세스(80)의 바닥부를 격리하도록 소용되는 상대적으로 축선방향으로 이동하는 환형 플로팅 시일(82)에 대하여 밀봉되게 배치되어 통로(84)에 의하여 중간 유체 압력에서 가스원과 유체 연통하게 배치될 수 있다. 따라서 비오비팅 스크롤 부재(466)는 스크롤 부재(466)의 중앙부에서 작용하는 방출 압력에 의하여 생성된 힘에 의하여 그리고 리세스(80)의 바닥부에 작용하는 중간정도의 유체 압력에 의하여 생성된 힘에 의하여 랩 팁 시일을 강하하도록 오비팅 스크롤 부재(50)에 대하여 축선방향으로 가압된다. 또한 방출 가스는 파티션(18)에 부착된 환형 마모 링(132)에 대하여 작용하는 시일에 의하여 셸(12)내의 흡입 압력에서 가스로부터 밀봉된다. 비오비팅 스크롤 부재(466)는 비오비팅 스크롤 부재(466)의 축선방향(및 비회전방향) 운동의 제한을 제공하는 적당한 방식으로 베어링 하우징(20)에 장착되도록 설계된다.
바람직하게 압축기(410)는 피팅(22)을 통하여 들어가는 흡입 가스가 셸 내로 부분적으로 새어나오고 모터를 냉각하는데 조력하는 "로우 사이드" 식이다. 흡입 가스의 적합한 복귀 유동이 있는 동안에 모터는 소정의 온도 한계내에 있다. 그러나, 이러한 유동이 멈출 때, 냉각 손실은 모터 프로텍터가 기계를 트립하고 멈추게 하는 원인이 된다.
본 발명의 밸브는 중간 압력에서 가스를 작동시켜서 흡입 압력의 구역으로 유동시키고 이때 방출 압력이 흡입 압력으로 떨어진다. 방출 압력에서 가스와 직접적으로 작동하기 보다는 중간 압력에서 가스와 작동함으로써, 밸브의 비용 및 복잡한 크기가 상당히 감소된다. 하나의 실시예에 있어서, 밸브는 내부 솔레노이드에 의하여 작동되고, 그리고 다른 실시예에 있어서, 밸브는 외부 솔레노이드에 의 하여 작동된다. 본 발명의 모든 실시예가 임의의 타입의 스크롤 압축기에 완전히 적합하다는 것을 알 수 있다.
도 17에 도시된 본 발명의 실시예는 플로팅 시일(82)이 방출 가스 압력을 흡입 가스 압력으로부터 분리하는데 사용되는 경우 비오비팅 스크롤 부재(466)를 축선방향으로 밸런스를 맞추도록 상기 설명된 이중 압력 밸런싱 구성을 만든다.
솔레노이드 밸브(412)는 비오비팅 스크롤(466)내에 위치되는 통로(414)의 개폐쇄작동이 가능하다. 통로(414)는 압축기(410)의 구역이 흡입 가스를 흡입 가스 압력에서 포함하는 압축기(410)의 작동동안에 중간 압력에 있는 리세스(80)의 바닥부로부터 뻗어있다.
작동중에, 하나이상의 센서(296)에 의하여 감지되는 시스템 작동 상태가 압축기(410)의 총 용량이 요구되는 것을 나타낼 때, 제어 모듈(298)은 센서(296)로부터의 신호에 응답하여 작동하여 솔레노이드 밸브(412)를 여기시켜서 통로(414)가 압축기(410)의 흡입 구역과 연통하는 것을 방해하고, 압축기(410)는 총 용량에서 작동한다.
압축기(410)의 총 용량이 필요하지 않는 지점으로 하중 조건이 변경될 때, 센서(296)는 제어기(298)에 압축기 용량을 나타내는 신호를 제공하고 솔레노이드 밸브(412)를 비여기시켜서 압축기(410)의 흡입 구역과 연통하는 통로(414)를 배치시킨다. 환형 리세스(80)내의 중간 압력은 오비팅 스크롤 부재(50)와 밀봉 결합되는 비오비팅 스크롤 부재(466)를 가압하는 가압력을 제거하기 위하여 통로(414)를 통하여 배기 또는 환기된다. 스프링(300)은 플로팅 시일(82)을 상향으로 가압하고 그리고 상부 시일(130)에서 밀봉 관계를 유지한다. 비오비팅 스크롤(466)은 방출 압력 구역과 흡입 압력 구역의 사이에서 누출을 만들어내는 오비팅 스크롤 부재(50)로부터 멀리 가압된다. 이러한 누출은 압축기(410)의 용량을 0이 되게 한다.
상술한 바와 같이, 용량 조정 시스템은 압축기(410)의 용량이 100% 용량 또는 0이 되도록 제어할 수 있다. 또한, 펄스 폭 조정 시스템을 사용하여 솔레노이드 밸브(412)를 제어한다. 압축기(410)의 용량은 0 용량과 100% 용량 사이의 임의의 지점에서 설정되어 압축기(410)를 완전히 제어한다. 다르게 말하면, 솔레노이드 밸브(412)의 펄스 폭 조정 제어는 0%와 100% 용량 사이의 임의의 지점에서 압축기(410)를 용량 제어한다.
지금 도 18을 참조하면, 압축기(410')가 도시된다. 압축기(410')는 솔레노이드 밸브(412)가 솔레노이드 밸브(412')에 의하여 대체되는 것을 제외하고는 압축기(410)와 동일하다. 솔레노이드 밸브(412')는 솔레노이드 밸브(412)가 셸(12)내에 위치되는 것과 반대로 셸(12)의 외부에 위치된다. 유체 파이프(422)는 리세스(80)와 연통하는 솔레노이드 밸브(412')를 배치하도록 셸(12)에 부착된 피팅(424)을 통과하여 뻗어있다. 유체 파이프(426)는 압축기(410')의 흡입 압력 구역과 연통하는 솔레노이드 밸브(412')를 배치하도록 솔레노이드 밸브(412')와 흡입 입구 피팅(22) 사이에서 뻗어있다. 압축기(410') 및 솔레노이드 밸브(412')의 작동 및 기능은 압축기(410) 및 솔레노이드 밸브(412)에 대한 상기 설명과 동일하다.
지금 도 19를 참조하면, 스크롤 압축기(410")가 설명된다. 압축기(410")는 횡단하여 뻗어있는 파티션(18)이 제거되고 시일(82)이 상부 시일(130)을 구획형성하고, 이 시일이 엔드 캡(14)에 배치되는 환형 마모 링(132)과 실링 립(116) 사이에 있는 것을 제외하고는 압축기(410)와 동일하다. 이러한 실시예에 있어서, 상부 시일(130)은 시일 조립체(82)의 상부 맞은편 방출 압력에서의 유체로부터의 흡입 압력에서의 유체를 또한 격리한다. 방출 피팅(16')은 직접 방출 압축기를 구획형성하도록 엔드 캡(14)내에 위치된 개구(74")를 통과하는 엔드 캡(14)내에 위치된다.
압축기(410")에 대한 다른 상세한 설명은 압축기(410)에 대한 상기 상세한 설명과 동일하여, 반복하지 않는다. 압축기(410)에 대하여 상기 설명된 기능, 작동 및 장점은 압축기(410")에 대한 것과 동일하다.
지금 도 20을 참조하면, 스크롤 압축기(410")가 설명된다. 압축기(410")는 횡단하여 뻗어있는 파티션(18)이 제거되고 시일(82)이 상부 시일(130)을 구획형성하고, 이 시일이 엔드 캡(14)에 배치되는 환형 마모 링(132)과 실링 립(116)사이에 있는 것을 제외하고는 압축기(410')와 동일하다. 이러한 실시예에 있어서, 상부 시일(130)은 시일 조립체(83)의 상부 맞은편 방출 압력에서의 유체로부터의 흡입 압력에서의 유체를 격리시킨다. 방출 피팅(16')은 직접 방출 압축기를 구획형성하도록 엔드 캡(14)내에 위치되는 개구(74")를 통과하는 엔드 캡(14)내에 배치된다.
압축기(410")에 대한 다른 상세한 설명은 압축기(410')에 대한 상기 상세한 설명과 동일하여, 반복하지 않는다. 압축기(410', 410)에 대한 상기 설명된 기능, 작동 및 장점은 압축기(410")와 동일하다.
지금 도 21을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기(510)가 설명된다. 압축기(510)는 엔드 캡(514)과 비오비팅 스크롤 부재(566) 사이의 유체 압력을 밀봉한다. 방출 피팅(516) 및 흡입 피팅(522)은 직접 방출 스크롤 압축기에 제공하기 위하여 그리고 압축기(510)로 비압축된 가스의 복귀를 제공하기 위하여 엔드 캡(514)에 체결된다. 비오비팅 스크롤 부재(566)는 상기 설명된 비오비팅 스크롤 부재(66) 또는 임의의 다른 비오비팅 스크롤 부재로 대체되도록 설계된다. 도 21에 도시된 바와 같이, 압축기(510)의 흡입 압력 구역과 방출 압력 구역 사이의 파티션은 엔드 캡(514)과 비오비팅 스크롤 부재(566) 사이에 배치되어 있는 밀봉 시스템(520) 때문에 제거된다.
비오비팅 스크롤 부재(566)는 스크롤 랩(64)을 포함하고 그리고 환형 리세스(580), 외부 시일 홈(582) 및 내부 시일 홈(584)을 구획형성한다. 통로(586)는 외부 시일 홈(582)을 구비한 환형 리세스(580)와 상호연결된다. 환형 챔버(580)는 외부 시일 홈(582)과 내부 시일 홈(584) 사이에 위치되고 그리고 비오비팅 스크롤 부재(566)의 비오비팅 스크롤 랩(64)에 의하여 그리고 오비팅 스크롤 부재(50)의 오비팅 스크롤 랩(54)에 의하여 구획형성되는 유체 포켓으로 개방하는 유체 통로를 통과하는 압축된 유체가 제공된다. 유체 통로(84)를 통과하여 제공된 가압된 유체는 압축기의 흡입 압력과 방출 압력 사이에 있거나 또는 중간의 압력에 있다. 환형 챔버(580)내에서의 유체 압력은 2개의 스크롤 부재 사이의 팁 밀봉 특성을 강화하도록 비오비팅 스크롤 부재(566)를 오비팅 스크롤 부재(50)쪽으로 가압 한다.
플립 시일(590)은 외부 시일 홈(582)내에 배치되고 그리고 플립 시일(592)은 내부 시일 홈(584)내에 배치된다. 플립 시일(590)은 환형 리세스(580)를 흡입 압력으로부터 격리하도록 비오비팅 스크롤 부재(566) 및 엔드 캡(514)을 밀봉 결합한다. 플립 시일(592)은 환형 리세스(580)를 방출 압력으로부터 격리하도록 비오비팅 스크롤 부재(566) 및 엔드 캡(514)을 밀봉 결합한다.
상기 설명된 실시예와 유사하게, 압축기(510)는 플로팅 시일의 사용없이 비오비팅 스크롤 부재(566)를 축선방향으로 밸런스가 맞도록 상기 설명된 이중 압축 밸런싱 구성을 사용하여 방출 가스 압력을 흡입 가스 압력으로부터 격리한다.
솔레노이드 밸브(532)는 비오비팅 스크롤 부재(566)내에 위치되는 통로(534)를 개폐하도록 작동가능하다. 통로(534)는 압축기(510)의 작동동안에 중간 압력에 있는 환형 챔버(580)의 바닥부로부터 흡입 가스 압력에서의 흡입 가스를 포함하는 압축기(510)의 구역으로 뻗어있다.
작동중, 하나이상의 센서(296)에 의하여 감지되는 시스템 작동 상태는 압축기(510)의 총 용량이 필요로 하는 것을 나타낼 때, 제어 모듈(298)은 센서(296)로부터의 신호에 응답하여 작동하여 솔레노이드 밸브(532)를 여기시켜서 통로(534)가 압축기(510)의 흡입 구역과 연통하는 것을 방해하고 그리고 압축기(510)는 총 용량에서 작동한다.
압축기(510)의 총 용량이 필요하지 않는 지점에서 하중 조건이 바뀔 때, 센서(296)는 압축기의 용량을 나타내는 신호를 제어기(298)로 제공하고 솔레노이드 밸브(532)를 비여기시켜서 압축기(510)의 흡입 구역과 연통하는 통로(534)를 배치시킨다. 환형 챔버(580)내에서의 중간 압력은 오비팅 스크롤 부재(50)와 밀봉 결합하는 비오비팅 스크롤 부재(566)를 가압하는 가압력을 제거하기 위하여 통로(534)를 통하여 배기 또는 환기된다. 비오비팅 스크롤 부재(566)는 방출 압력 구역과 흡입 압력 구역 사이에서 누출을 발생시키는 오비팅 스크롤 부재(50)로부터 멀리 가압된다. 이러한 누출은 압축기(510)의 용량이 0이 되게 한다.
상기한 바와 같이, 용량 조정 시스템은 압축기(510)의 용량을 100% 용량으로 또는 0으로 제어할 수 있다. 또한 펄스 폭 조정 시스템을 사용하는 솔레노이드 밸브(532)를 제어함으로써, 압축기(510)의 용량은 압축기(510)의 0 용량과 100% 용량 사이의 임의의 지점에서 설정되어 압축기(510)의 완전 제어를 제공한다. 다르게 말하면, 솔레노이드 밸브(532)의 펄스 폭 조정 제어는 0% 용량과 100% 용량 사이의 임의의 지점에서 압축기(510)에 대한 용량 제어를 제공한다.
지금 도 22를 참조하면, 압축기(510')가 도시된다. 압축기(510')는 솔레노이드 밸브(532)가 솔레노이드 밸브(532')에 의하여 대체되는 것을 제외하고는 압축기(510)와 동일하다. 솔레노이드 밸브(532')는 솔레노이드 밸브(532)가 셸(12) 내에 위치되는 것과는 달리 셸(12)의 외측에 위치된다. 유체 파이프(542)는 환형 챔버(580)와 연통하는 솔레노이드 밸브(532')를 배치하도록 엔드 캡(514)에 부착된 피팅(544)을 통하여 뻗어있다. 유체 파이프(546)는 솔레노이드 밸브(532')와 흡입 입구 피팅(522) 사이에서 뻗어있거나 또는 압축기(510)의 흡입 압력 구역과 연통하는 솔레노이드 밸브(532')를 배치하도록 압축기(510')의 흡입 챔버에 연결된다. 압축기(510') 및 솔레노이드 밸브(532')의 기능 및 작동은 압축기(510) 및 솔레노이드 밸브(532)에 대한 상기 설명과 동일하다.
지금 도 23을 참조하면, 스크롤 압축기(510")가 설명된다. 압축기(510")는 횡단하여 뻗어있는 파티션(18)이 압축기(510")에 대하여 방출 머플러 챔버(76)를 구획형성하도록 부가되는 것을 제외하고는 압축기(510)와 동일하다. 플립 시일(590)은 흡입 압력으로부터 환형 리세스(580)를 격리하도록 비오비팅 스크롤 부재(566)와 파티션(18)을 밀봉되게 결합하는 한편, 플립 시일(592)은 방출 압력으로부터 환형 리세스(580)를 격리하도록 비오비팅 스크롤 부재(566) 및 파티션(18)을 밀봉되게 결합한다. 방출 피팅(16)(도 23에서는 도시 안됨)은 도 1에 도시된 것과 유사한 엔드 캡(14)에 체결된다.
압축기(510")에 대한 다른 상세한 설명은 압축기(510)에 대한 상기 상세한 설명과 동일하여, 여기서는 반복하지 않는다. 압축기(510)에 대한 상기 설명된 기능, 작동 및 장점은 압축기(510")와 동일하다.
지금 도 24를 참조하면, 압축기(510"')가 설명된다. 압축기(510"')는 횡단하여 뻗어있는 파티션(18)이 압축기(510")에 대하여 상기 설명된 것과 유사한 압축기(510"')에 대하여 방출 머플러 챔버(76)를 구획형성하도록 부가된 것을 제외하고는 압축기(510')와 동일하다. 플립 시일(590)은 흡입 압력으로부터 환형 리세스(580)를 격리하도록 비오비팅 스크롤 부재(566)와 파티션(18)을 밀봉되게 결합하는 한편; 플립 시일(592)은 방출 압력으로부터 환형 리세스(580)를 격리하기 위하여 비오비팅 스크롤 부재(566)와 파티션(18)을 밀봉되게 결합한다. 방출 피팅(16)(도 24에서는 도시 안됨)은 도 1에 도시된 것과 유사한 엔드 캡(14)에 체결된다.
압축기(510"')에 대한 다른 상세한 설명은 압축기(510', 510)에 대한 상기 설명과 동일하여, 여기서는 반복하지 않는다. 압축기(510', 510)에 대한 상기 설명된 기능, 작동 및 장점은 압축기(510"')와 동일하다.
본 발명의 설명은 단지 설명을 위한 것이고, 다양한 변경이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명의 범위에 속할 것이다.
스크롤 압축기는 가압된 유체를 포함하는 가압 챔버를 구비하고 있다. 상기 가압 챔버내의 상기 가압된 유체는 2개의 스크롤 부재를 동시에 가압한다. 밸브 조립체는 이 가압 챔버와 상호연통하고 그리고 요청에 의해 2개의 스크롤 부재를 동시에 가압하는 하중을 제거하도록 가압된 유체를 배출한다. 이 가압하는 하중이 제거될 때, 2개의 스크롤 부재는 분리되고, 방출과 흡입사이의 누출 경로를 만들어서 스크롤 압축기의 용량을 감소시킨다.

Claims (28)

  1. 스크롤 압축기로서,
    제 1 단부 플레이트로부터 외측으로 돌출한 제 1 스파이럴 랩을 구비하고, 리세스가 형성되어 있는 제 1 스크롤 부재;
    제 2 단부 플레이트로부터 외측으로 돌출하고 상기 제 1 스파이럴 랩과 상호맞물리는 제 2 스파이럴 랩을 구비한 제 2 스크롤 부재;
    상기 스크롤 부재를 서로에 대하여 오비팅하게 하여 상기 스파이럴 랩들이 흡입 압력에서의 흡입 압력 구역과 방출 압력에서의 방출 압력 구역 사이에서 체적이 점진적으로 변경되는 포켓을 생성하게 하는 구동 부재;
    상기 리세스에 배치된 시일; 및
    상기 스크롤 부재가 서로에 대하여 축선방향으로 이동하여 상기 흡입 압력 구역과 상기 방출 압력 구역 사이의 제 2 누출 경로를 개방하여 압축기의 출력을 조정하도록, 상기 가압된 유체를 배출하기 위한 밸브 조립체;를 포함하고 있고,
    상기 제 1 및 제 2 스크롤 부재는 서로에 대하여 축선방향 운동이 제한되도록 장착되고, 상기 리세스내에 배치된 가압된 유체에 의하여 서로를 향하여 가압되고, 그리고
    상기 시일은 상기 가압된 유체에 의하여 상기 스크롤 압축기의 하우징 쪽으로 가압되어, 상기 하우징과 상기 시일 사이에서 상기 방출 압력 구역으로부터 상기 흡입 압력 구역으로 뻗어있는 제 1 누출 경로를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가압된 유체는 상기 스크롤 압축기의 상기 흡입 압력 구역으로 배출되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 스크롤 압축기의 용량을 조정하도록 펄스 방식으로 작동되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가압된 유체는 상기 흡입 압력과 상기 방출 압력 사이의 압력에 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 스크롤 압축기는 셸을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 스크롤 부재는 상기 셸 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 상기 셸의 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 상기 셸에 부착되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 스크롤 압축기는 흡입 가스 입구를 더 포함하고, 상기 밸브 조립체는 상기 흡입 가스 입구에 부착되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 셸을 통과하여 뻗어있는 관을 더 포함하고, 상기 관은 상기 밸브 조립체와 상기 리세스를 서로 유체연통시키는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 스크롤 부재에는 상기 리세스와 상기 관 사이를 연결하는 통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 상기 셸내에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 상기 제 1 스크롤 부재에 부착되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 스크롤 부재에는 상기 리세스와 상기 밸브 조립체 사이를 연결하는 통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 상기 제 1 스크롤 부재에 회전가능하게 배치된 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 링을 회전시키기 위한 선형 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 링을 회전시키기 위한 밸브 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 밸브 부재는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 스크롤 압축기의 용량을 조정하기 위하여 펄스 방식으로 작동되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 시일은 상기 제 1 스크롤 부재와 결합하는 립 시일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  21. 제 1 항에 있어서, 셸을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 스크롤 부재가 상기 셸내에 배치되고, 상기 시일은 상기 셸과 결합하는 립 시일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 셸은 엔드 캡을 포함하고, 상기 립 시일은 상기 엔드 캡과 결합하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 흡입 압력 구역을 상기 방출 압력 구역으로부터 분리하는 파티션을 더 포함하고 그리고 상기 시일은 상기 파티션과 맞물리는 립 시일인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 셸을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 스크롤 부재는 상기 셸내에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 셸은 엔드 캡을 포함하고, 상기 하우징은 상기 셸의 상기 엔드 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  26. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 흡입 압력 구역을 상기 방출 압력 구역으로부터 분리하는 파티션을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  27. 제 1 항에 있어서, 상기 시일은:
    상기 스크롤 압축기의 상기 하우징과 상기 제 1 스크롤 부재 사이에 배치되어, 상기 리세스를 상기 방출 압력 구역으로부터 격리시키는 제 1 립 시일; 및
    상기 스크롤 압축기의 상기 하우징과 상기 제 1 스크롤 부재 사이에 배치되어, 상기 리세스를 상기 흡입 압력 구역으로부터 격리시키는 제 2 립 시일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  28. 제 1 항에 있어서, 상기 시일을 상기 하우징과 결합하도록 가압하는 상기 리세스내에 배치되는 가압 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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