KR19980048041A - 용량변환식 스크롤머신 - Google Patents

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KR19980048041A
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크리스토퍼 스토퍼 로버트
나나 브룩크 리차드
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진-럭 마크 카일랫
코프랜드 코퍼레이션
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
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    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/10—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber
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Abstract

완전 및 감소용량작동사이에서 변환을 달성하도록 단일 액츄에이터를 채용한 효과적이고 신뢰할 수 있고 저렴한 변환시스템을 합체한 스크롤타입의 냉동압축기가 개시되어 있다. 본 발명의 변환시스템은 하나 이상의 언로딩통로를 동시에 개폐하도록 작동하는 난오비팅스크롤 상에서 회전가능하게 지지하는 환형의 밸브링을 포함하여 압축기의 작동중에 대향된 압축포켓 사이에서 천이 압력불균형의 가능성 조차도 회피하거나 또는 대안 실시예 중의 하나에서 올드 햄 커플링상의 소음감소 토션부하를 제공하도록 제어된 불균형을 제공한다. 더욱이, 본 발명의 변환 시스템은 개시 및 폐쇄시에 감소된 용량을 제공하여 더 효과적이고 저개시토크모터의 사용을 가능하게 하고 폐쇄시 소음발생역회전의 잠재성을 감소시킨다.

Description

용량변환식 스크롤머신
제1도는 본 발명의 용량변환시스템을 합체한 밀봉 스트롤 압축기의 부분단면도,
제2도는 밸브링이 폐쇄위치에 있으며 제1도에 도시된 압축기의 일부분의 확대도,
제3도는 외부셀의 상부부분이 제거되어 있으며 제1도에 도시된 압축기의 평면도,
제4도는 제1도의 압축기에 합체된 밸브링의 사시도,
제5도 및 제6도는 각각 제4도의 선 5-5 및 선 6-6에 따라 취해진 밸브링의 단면도,
제7도는 제1도의 선 7-7에 따라 취해지고 압축기의 일부분을 형성하는 스크롤 조립체를 도시한 부분단면도,
제8도는 본 발명에 따라 제1도의 압축기에 합체된 작동조립체의 확대도,
제9도는 본 발명에 따라 밸브링을 제거한 난오비팅스크롤의 평면도,
제10도는 제9도의 선 10-10을 따라 취해진 난오비팅스크롤의 부분단면도,
제11도는 제9도에 도시된 난오비팅스크롤의 일부분의 확대상세도,
제12도는 본 발명에 따라 작동조립체의 밸브링 사이의 상호연결을 도시한 확대상세도,
제13도는 제1도와 유사하지만 본 발명의 다른 실시예를 도시한 부분단면도,
제14도는 제13도에 도시한 실시예에 합체된 작동조립체의 확대상세도,
제15도는 제1도와 유사하지만 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 부분단면도,
제16도는 본 발명에 따라 변형된 액츄에이터 하우징의 사시도,
제17도 및 제19도는 제17도와 유사하지만 본 발명의 변형된 실시예를 도시한 도면,
제20도 및 제21도는 제8도와 유사하지만 본 발명에 따른 상이한 2개의 조립체를 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 압축기14 : 오비팅스크롤부재
16 : 난오비팅스트롤부재18, 20 : 스파이럴랩
22, 24 : 이동유체포켓28 : 구동축
36 : 머플러판38 : 하부챔버
40 : 방출챔버50 : 밸브링
[발명의 배경 및 요약]
본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이며 보다 상세하게는 이러한 압축기를 위한 지연 흡입형의 용량변환시스템에 관한 것이다.
공기조화시스템은 변화하는 환경조건으로 인해 넓은 범위의 부하조건하에서 통상 작동된다. 이러한 변화하는 조건하에서 바람직한 냉각을 효과적으로 달성하기 위하여, 이러한 시스템내에 사용되는 압축기의 용량을 변화시키는 수단을 합체하는 것은 바람직하다.
다양한 시스템은 이러한 용량변환을 달성하기 위하여 개발되어 왔으며 이들 시스템의 대부분은 스크롤부재에 의해서 형성된 이동유체포켓의 초기 밀봉시점을 지연한다.
하나의 형태에 있어서, 이러한 시스템은 통상 흡입압력과 외단쌍의 이동유체포켓 사이에서 연통하는 한쌍의 벤트통로를 통상 사용한다. 전형적으로, 이러한 통로는 랩의 외부끝의 밀봉지점의 360°내의 통상의 위치에서 이동유체포켓내로 개구되어 있다. 다수의 시스템은 2개의 유체포켓사이에서 압력균형을 보장하도록 밸브가 동시에 작동되게 하는 이러한 각각의 벤트통로용 분리밸브부재를 사용한다.
그 외의 시스템은 2개의 벤트통로를 유체연통상태로 위치시키기 위하여 부가적인통로를 사용하여 용량변환을 제어하기 위해 단일 밸브를 사용할 수 있다.
상술된 제1타입의 시스템은 2개의 밸브가 동시에 작동될 수 없는 가능성이 있다. 예컨대, 2개의 밸브중의 하나가 고장나면, 압력불균형은 올드햄 커플링(Oldham coupling)상에서 응력을 증가시키는 2개의 유체포켓사이에서 발생되며 이에 따라 압축기의 수명을 감소시킨다. 더욱, 이러한 압력불균형은 작동소음을 받아들일 수 없는 레벨로 증가시킬 수 있다. 2개의 밸브사이의 작동속도차는 천이 압력불균형을 발생시키는 불쾌한 소음으로 될 수 있다.
상술된 제2타입의 시스템은 제1시스템에서 문제시되는 압력불균형이 제거되었지만, 2개의 벤트통로를 상호연결하기 위해서 스크롤 끝판을 가로지는 링킹통로를 제공하는데 부가적으로 값비싼 기계가공을 필요로 한다. 부가적으로, 이러한 링킹통로는 완전용량모드로 작동될 때 압축기의 재팽창체적을 증가시키며 따라서 그 효율을 감소시킨다.
하지만, 본 발명은 밴트통로를 동시에 개폐하도록 단일 액츄에티어에 의해서 작동되는 단일밸브링을 제공하여 유체포캣 내에서의 천이압력불균형의 어떤 가능성도 피할수 있음으로써 이들 및 다른 문제점을 극복한다.
본 발명의 밸브링은 난오비팅스트롤부재상에 회전가능하게 장착되는 환형의 링의 형상으로 되어 있고 하나, 둘 또는 그 이상의 벤트통로를 동시에 개폐하게 작동하는 부분을 포함하고 있다. 하나의 형태로, 단일 액츄에이터는 밸브부재를 개방감소용량위치로부터 페쇄위치로 바람직하게 이동시키도록 작동되며 복귀스프링은 밸브부재를 바람직한 개방위치로 복귀하도록 작동된다. 다른 형태에 있어서, 복귀스프링은 생략하며 액츄에이터는 밸브부재를 개방위치와 폐쇄위치 사이에서 구동하도록 작동한다. 따라서 최소개수의 부품은 용량변환을 달성하는데 필요하다.
더욱, 본 발명의 용량변환시스템은 압축기가 개시 및 폐쇄시에서 감소된 용량모드로 된다. 감소된 용량개시모드는 압축기가 실질적으로 더 작은 체적의 냉매를 압축하기 때문에 필요로 하는 개시통크 개시토크를 감소시킨다. 이 감소된 개시토크는 저토크 고효율모터의 사용을 가능하게 한다. 또한, 폐쇄시에 감소된 용량작동은 스크롤의 소음발생 가역회전의 가능성 및 정도를 감소시킨다. 또한, 본 발명의 시스템은 작동시스템이 고장나면, 압축기가 감소 또는 변환용량모드로 연속작동할 수 있도록 설계되어 있다. 이것은 통상 직면하는 작동조건하에서 압축기가 대부분 운전중에 변환 또는 감소용량모드로 사용되기 때문에 바람직하다.
본 발명의 부가적인 이점 특징은 수분한 도면을 참조하여 다음의 설명 및 첨부된 청구범위로부터 이해될 것이다.
[바람직한 실시예의 설명]
도면 참조하면 특히 제1도을 참조하면, 10으로 표시되어 있고 본 발명에 따른 용량변환시스템을 합체한 밀봉스크롤타입의 냉동 압축기가 도시되어 있다. 압축기(10)는1988년 8월 30일자로 특허되고 본 발명과 동일한 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제4,767,283호에 개시된 타입이며 이것의 상세는 참고문헌으로 여기에 첨부되었다. 압축기(10)는 스크롤부재(14, 16)의 외주로부터 내측으로 이동함에 따라 크기가 점진적으로 감소되는 이동유체포켓(22, 24)을 형성하는 기립인터리브형 스파이럴 랩18을 각각 포함하는 오비팅 및 난오비팅스크롤부재(14, 16)가 배치된 외부셀(12)을 포함하고 있다.
메인베어링하우징(26)은 외부셸(12)에 의해서 지지되고 난오비팅스크롤부재(16)에 대한 상대적인 궤도운동을 위하여 차례로 오비팅스크롤부재(14)를 이동가능하게 지지한다. 난오비팅스크롤부재(16)는 1995년 4월 18일자로 특허되고 본 발명과 동일한 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제5,407,335호에 개시된 적당한 방식으로 거기에 대해서 제한된 축방향 운동을 위하여 메인베어링하우징에 의해서 지지되고 고정되어 있으며, 이것의 상세는 참고문헌으로서 여기에 첨부되었다.
구동축(28)은 메인베어링하우징(26)에 의해서 회전가능하게 지지되고 오비팅스크롤부재(14)에 구동가능하게 연결된 상부 끝에 있는 편심핀(30)을 포함하고 있다.
모터로터(32)는 구동축(28)의 하부 끝에 체결되고 외부셸(12)에 의해서 회전가능한 구동축(28)에 지지된 스테이터(34)와 협동한다.
외부셸(12)은 그 내부가 흡입압력측의 제1하부챔버(38)와 방출압력측의 상부챔버(40)로 분할되는 머플러판(36)을 포함하고 있다. 흡입입구(42)는 압축하기 위한 냉매를 공급하는 하부챔버(38)내로 개구되어 있으며 방출출구(44)는 압축된 냉매를 냉동시스템으로 향하도록 방출챔버(40)에 제공되어 있다.
상술된 바와 같이, 스크롤 압축기(12)는 전형적인 스크롤타입의 냉동압축기이다. 작동중에, 흡입입구(42)를 통하여 하부챔버(38)로 향한 흡입가스는 오비팅스크롤부재(14)가 난오비팅스크롤부재(16)에 대해서 오비팅함에 따라 이동유체포켓(22, 24)내로 발췌된다. 이동유체포켓(22, 24)이 내측으로 이동함에 따라, 이러한 흡입가스는 압축되고 그 다음에 난오비팅스크롤부재(16)내의 중심방출통로와 머플러판(36)내의 방출개구부(48)를 통하여 방출챔버(40)내로 방출된다. 압축된 냉매는 그 다음에 방출출구(44)를통하여 냉동시스템에 공급된다. 특정적용을 위하여 냉동압축기를 선택함에 있어서, 사용자는 그 적용에서 예상되는 최악의 작동조건에서는 적당한 냉매유동을 제공하도록 충분한 용량을 가진 압축기를 통상 선택할 수 있고 여유안전한계를 제공하도록 비교적 더 큰 용량을 선택할 수 있다. 하지만, 이러한 최악의 경우악조건은 실제 작동중에 거의 발생되지 않으며 따라서 이러한 초과용량의 압축기는 작동시간의 높은 비율을 차지하는 낮은 부하조건하에서 작동된다. 이러한 작동은 시스템의 전체작동효율을 감소시킨다. 따라서 냉동압축기가 최악의 경우의 작동조건을 수용하면서 통상의 작동조건하에서의 전체작동효율을 개량하기 위하여, 용량변환시스템을 구비한 압축기(10)가 제공된다.
본 발명의 용량변환시스템은, 난비오팅스크롤부재(16)상에서 이동가능하게 장착된 환형의 밸브링(50), 난오비팅스크롤부재(16)상에서 지지하는 작동조립체(52) 및 작동조립체의 작동을 제어하는 제어시스템(54)을 포함하고 있다. 제2도 및 제4도 내지 제6도에 도시된 바와 같이, 밸브링(50)은 소정의 축방향 및 원주치수가 동일하게 제공되고 반경방향으로 대향되고 방사내측으로 뻗어 있는 한쌍의 돌출부(58, 60)를 가진 원형 메인몸체부분(56)을 포함하고 있다. 실질적으로 동일하고 원주방향으로 뻗어 있는 안내표면(62, 64 및 66, 68)은 돌출부(58, 60)의 축방향 양면에 인접하여 제공되어 있다. 부가적으로, 실질적으로 동일하고 원주방향으로 뻗어 있고 축방향으로 이격된 2쌍의 안내표면(70, 72 및 74, 76)은 메인몸체(56)상에 제공되고 이 메인몸체(56)는 서로 반경방향으로 대향된 관계로 위치되고 각각의 돌출부(58, 60)로부터 대략 90°로 원주방향으로 이격되어 있다. 도시된 바와 같이, 안내표면(72, 74)는 안내표면(62, 66)과 같이 메인몸체(56)로부터 약간 방사상 내측으로 돌출한다. 바람직하게, 안내표면(72, 74, 62 및 66)은 축방향으로 모두 정렬되어 있고 메인몸체(56)의 반경보다약간 더 작은 반경의 원주위를 따라 놓여 있다. 마찬가지로, 안내표면(70, 76)은 바람직하게 축방향으로 정렬된 안내표면(64, 68)과 같이 메인몸체(56)로부터 약간 방사상 내측으로 돌출하여 있다. 또한 표면(70, 76, 64, 68)은 메인몸체(56)의 반경보다 더 작은 반경의 원주위를 따라 놓여있으며 바람직하게는 표면(72, 74 및 62, 66)이 놓여 있는 원의 반경과 실질적으로 동일하다. 또한, 메인몸체(56)는 한쪽끝에서 축방향으로 뻗어 있고 원주방향으로 뻗어 있고 원주방향으로 향한 정지표면(79)을 구비하는 원주방향으로 뻗어 있는 단차부(78)를 포함하고 있다. 단차부(78)는 돌출부(60)와 안내표면(70, 72)사이에 위치되어 있다. 핀부재(80)는 단차부(78)의 한쪽 끝에 인접하여 축방향 상향으로 뻗어 있다. 밸브링(50)은 알루미늄과 같은 적당한 금속으로 제조될 수 있거나 또는 적당한 조성물로 형성될 수 있으며 핀(80)은 거기에 제공된 적당한 개구부 내로 압입되거나 밸브링에 일체로 형성된다.
상술한 바와 같이 밸브링(50)은 난오비팅스크롤부재(16)상에 이동가능하게 장착되어 있다. 밸브링(50)을 수용하기 위하여 난오비팅스크롤부재(16)는 상부 끝에 인접하여 형성된 환형의 홈(84)을 가지고 있고 방시상 외측으로 향한 원통형 측벽부분(82)을 포함하고 있다. 밸브링(50)이 난오비팅스크롤부재(16)에 조립되도록, 반경방향으로 대향되고 실질적으로 동일하고 방사상 내측으로 뻗어 있는 한쌍의 노치(86, 88)는 제3도에 도시된 바와 난오비팅스크롤부재(16)내에 제공되고 홈(84)내로 각각 개구되어 있다. 노치(86, 88)는 밸브링(50)상의 돌출부(58, 60)의 원주넓이보다 약간 더 큰 원주방향으로 뻗어 있는 치수를 가지고 있다.
홈(84)은 밸브링이 조립될 때 돌출부(58, 60)를 이동가능하게 수용하도록 하는 크기로 되어 있으며 노치(86, 88)는 돌출부가 홈(84)내에서 이동될 수 있도록 하는 크기로 되어 있다. 부가적으로, 원통형 부분(82)은 안내표면(62, 64, 66, 68, 70, 72, 74 및 76)과 같은 직경을 가지고 있고 난오비팅스크롤부재(16)에 대해 밸브링(50)의 회전운동을 미끄럼이동 가능하게 지지한다.
난오비팅스크롤부재(16)는 또한 홈(84)의 내부표면으로 개구되고 난오비팅스크롤부재(16)의 끝판을 통하여 방사상 내측으로 뻗어 있는 한쌍의 반경방향으로 대향되고 방사상으로 뻗어 있는 통로(90, 92)를 포함하고 있다. 축방향으로 뻗어 잇는 통로(94)는 이동유체포켓(22)과 유체연통상태로 통로(90)의 끝에 위치되는 한편, 축방향으로 뻗어 있는 통로(96)는 이동유체포켓(24)과 유체연통상태로 통로(92)의 내부끝에 위치되어있다. 바람직하게, 통로(94, 96)는 오비팅스크롤부재(14)의 랩의 폭보다 더 큰 폭을 가지지 않고 그 개구부의 크기가 최대로 되도록 구형상으로 되어 있다.
통로(94)는 스크롤랩(20)의 내부측벽표면에 인접하여 위치되고 통로(96)는 스크롤랩(20)의 외부측벽표면에 인접하여 위치된다. 대안적으로 통로(94, 96)는 그 위를 통과하는 바와같이 개구부가 오비팅스크롤부재(14)의 방사상 내부측으로 뻗어 있지 않는 것과 같이 그 직경이 형성되더라도 필요하다면 둥글게 할 수 있다.
작동조립체(52)는, 피스톤 및 실린더 조립체(98)와 복귀스프링조립체(99)를 포함하고 있다. 피스톤 및 실린더 조립체(98)는 한쪽끝으로부터 내측으로 뻗어 있는 실린더(104)를 형성하는 보어를 가진 하우징(100)을 포함하고 있고 그 보어내에서는 피스톤(106)이 이동가능하게 배치된다. 피스톤(106)의 외부끝(107)은 하우징(100)의 한쪽끝으로부터 축방향 외측으로 돌출하라고 밸브링(50)의 일부분을 형성하는 핀(80)을 형성하도록 된 가늘고 긴 개구부(108)를 포함하고 있다. 가늘고 긴 또는 타원형 개구부(108)는 작동중에 피스톤(107)의 선형운동에 대해 핀(80)의 아치형운동을 수용하도록 되어 있다. 하우징(100)의 종속부분(110)은 유체통로(114)가 제8도에 도시된 바와 같이 상향으로 뻗어 있는 대직경 개구부(112)를 포함하고 있다.
유체통로(114)는 실린더내로 개구되고 축방향으로 뻗어 있는 통로(116)와 교차한다.
비교적 작고 측방향으로 뻗어 있는 제2통로(118)는 유체통로(116)의 반대방향으로 유체통로(114)로부터 뻗어 있고 하우징(100)의 끝벽(120)을 통하여 외측으로 개구되어 있다.
또한, 하우징(100)은 일체적으로 형성되고 거기로부터 상향 및 측방향 외측으로 돌출한 장착플랜지(122)를 포함하고 있다. 장착플랜지(122)는 난오비팅스크롤부재(16)상에 제공된 플랫(124)상에 안착되어 있으며 위치결정핀(130, 132) 각각을 수용하기 위한 한쌍의 이격된 개구부(126, 128) 및 난오비팅스크롤부재(16)내의 나사식보어(136)내에 수용된 적당한 체결나사식 패스너(134)를 수용하기 위한 중심개구부를 포함하고 있다.
제11도에 도시된 바와 같이, 위치결정핀(130, 132)은 난오비팅스크롤부재(16)의 플랫(124)상에 제공된 적당한 개구부내로 초기에 압입되고 작동중 뿐만 아니라 조립중에도 하우징(100)을 적당한 위치에서 유지하는데 사용되며 이에 따라 위치결정핀을 체결하기 위한 다수의 나사식 패스너의 필요성을 제거한다.
적당한 L형 연결구(138)는 셸(12)에 체결되고 유체라인(140)에 연결하도록 된 외부 끝을 통하여 외측으로 뻗어 있다. 대직경 개구부(142)는 연결부(138)에 제공되어 있고 탄성유체커플링(144)의 한쪽끝을 수용하도록 되어 있다.
유체커플링(144)의 유체의 대향끝은 하우징(100)내에 제공된 대직경개구부(112)내에 수용되어 있으며 이에 따라 유체가 유체라인으로부터 연결구(138)와 커플링(144)을 통하여 하우징(100)내의 실린더(104)로 향할 수 있다. 오링(146, 148)과 같은 적당한 시일은 대직경 개구부(112, 142)와 기밀밀봉관계를 보장하도록 커플링(144)의 인접한 대향 끝에 제공될 수 있다. 유체커플링(144)는 탄성재질로 되어 있으며 복잡한 축방향 장착배열로 인해 난오비팅스크롤부재(16)의 약간의 축방향운동을 수용하도록 개구부(112, 142)내에 미끄럼이동 가능하게 끼워진다.
복귀스프링 조립체(99)는 하우징(100)의 장착플랜지(122)에 중첩되어 맞닿도록 된 유지판(150)을 포함하고 있다. 또한, 리테이너판은 위치결정핀(130, 132)을 수용하기 위한 한쌍의 이격된 개구부, 및 유지판(150)과 하우징(100)양자를 난오비팅스크롤부재(16)에 체결하는데 사용되는 나사식 패스터(134)를 수용하기 위한 중심개구부를 포함하고 있다. 위치결정핀(130, 132)의 사용은 유지판을 제위치에서 유지하는데 사용되어 다수의 나사식 패스너의 필요성을 제거한다. 유지판(150)은 하우징에 대해 중첩이격관계로 뻗어있으며 헬리컬 코일스프링(154)의 한쪽끝이 체결되는 종속핀(152)을 포함하고 있다. 스프링(154)의 대향끝은 밸브링(50)상에 제공된 기립핀(80)에 체결되어 있다.
밸브링(50)는 단지 돌출부(58, 60)를 각각의 노치(86, 88)에 대해 정렬시키고 돌출부(58, 60)를 환형의 홈(84)으로 이동시킴으로써 난오비팅스크롤부재(16)에 쉽게 조립될 수 있다. 그후 밸브링(50)은 밸브링(50)을 난오비팅스크롤부재 상에서 회전가능하게 지지하도록 안내표면(62, 64, 66, 68, 70, 72, 74 및 76)과 협동하는 돌출부(58, 60)의 축방향 상부 및 하부표면을 바람직한 위치로 회전시킨다. 그후, 작동조립체(52)의 하우징(100)은 피스톤끝(107)이 핀(80)을 수용하는 상태로 위치결정핀(130, 132)상에 위치될 수 있다. 그 다음에, 스프링(154)의 한쪽끝은 핀(152)에 연결될 수 있고, 유지판은 위치결정핀(130, 312)에 조립될 수 있고 나사식패스터(134)은 설치될 수 있다. 그후에, 스프링의 다른쪽끝은 핀(80)에 연결될 수 있고 따라서 조립과정을 완료한다.
상술한 바와 같이, 난오비팅스크롤부재(16)가 밸브링(50)과 작동조립체(52)의 조립전에 적당한 볼트(155)에 의해서 메인베어링하우징(26)에 체결되지만, 어떤 경우에는 난오비팅스크부재(16)를 메인베어링하우징(26)에 조립하기 전에 이들 용량변환구성요소를 난오비팅스크롤부재에 조립하는 것이 바람직하다. 이것은 밸브링이 난오비팅스크롤부재(16)에 조립된 상태로 절취부가 체결볼트(155)로의 접근을 허용하는 밸브링(50)의 주위를 따라 복수의 적당하게 위치된 아치형 절취부를 제공함으로써 쉽게 달성될 수 있다. 이러한 변경은 제17도에 도시되어 있다.
제1도를 재참조하면, 제어시스템(54)은 한쪽끝이 방출출구(44)에 연결되고 다른쪽끝이 2방향 솔레노이드 밸브(158)에 연결된 유체라인(156)을 포함하고 있다.
제어시스템의 일부분을 형성하는 유체라인(140)은 또한 솔레노이드 밸브(158)에 연결되어 있다. 제어모듈(160)은 더모스탯(162)으로부터 수용된 신호에 반응하는 바와 같이 시스템 작동조건에 반응하여 솔레노이드 밸브(158)의 작동을 제어하는데 사용된다.
작동중에, 제어모듈(160)은 솔레노이드 밸브(158)가 폐쇄위치에 있어 압축기가 개시중에 유체라인(156, 140)사이의 유체연통을 차단하는 것이 보장된다. 그 결과 작동조립체(52)의 실린더(104)는 통로(116, 118)를 통하여 챔버(38)내의 흡입압력과 통기되며 이에 따라 복귀스프링(154)에 의해서 발휘된 힘이 제1도에 도시된 위치에서 밸브링(50)을 유지할 수 있으며 여기에서 돌출부(58, 60)는 통로(90, 92)로부터 원주방향으로 이격된다. 따라서, 이동유체포켓(22, 24)은 이동유체포켓이 통로(94, 96)와의 유체연통상태로 더 이상 유지되지 않은 지점에서 이동유체포켓이 내측으로 이동될 때까지 그 외부끝에서 스크롤랩의 플랭크 표면의 초기 밀봉후 통로(94, 90 및 96, 92)를 통하여 흡입압력하의 하부챔버(38)와 유체연통상태로 유지된다. 따라서, 유체통로(90, 92)가 흡입가스챔버(38)와 개방연통상태로 있도록 밸브링(50)이 제위치에 있으면, 스크롤랩(18, 20)의 효과적인 작동길이는 감소되며 압축기의 압축비 및 용량은 감소된다.
압축기용량의 변환 또는 감소의 정도는 통로(94, 96)의 위치결정에 기초한 소정의 범위내에서 선택될 수 있다. 이들 통로는 트레일링 플랭크표면이 밀봉맞물림상태로 이동되는 지점으로부터 내측으로 360°에 이르기까지의 어떤 지점에서 각각의 흡입포켓과 연통상태로 있도록 위치될 수 있다.
이 통로가 이보다 더 내측으로 위치되면, 포켓내의 유체의 압축은 시작되며 그러므로 그 통기는 손실작동 및 효율감소를 야기한다. 통로(90, 92)가 개시에서의 흡입압력과 개방연통상태로 있는 것을 보장함으로써 압축기를 위하여 필요한 개시토크는 실질적으로 감소된다. 이것은 더욱 효과적으로 낮은 개시토크를 가진 모터의 사용을 가능하게 하며 따라서 전체 시스템 효율에 기여한다.
좌우간 제어모듈(160)에 의해서 수용된 시스템조건이 표시되는 한, 압축기(10)는 이 감소된 용량모드로 계속 작동된다. 하지만, 더모스탯(162)으로부터 제어기(160)로의 신호에 의해서 표시된 바와 같이 부가적용 용량이 필요한 시스템조건이 표시되면, 제어기(160)는 솔레노이드 밸브(158)를 개방위치로 작동시키며 따라서 방출압력하의 유체를 방출출구(44)로부터, 유체라인(156, 140), 연결구(158), 커플링(144) 및 통로(114, 116)를 통하여 실린더(104)로 향한다. 실린더(104)로의 방출압력유체의 공급으로부터 발생되는 힘은 스프링(154)에 의해서 발휘된 힘을 극복하여 피스톤(106)을 실린더(104)로부터 외측으로 구동시키고 정지표면(79)이 하우징(100)상에 제공된 맞닿음 표면(164)과 맞닿음 상태로 이동될 때까지 제3도에 도시된 바와 같이 밸브링이 시계방향으로 회전되도록 한다. 밸브링(50)이 이러한 위치에 있으면, 돌출부(58, 60)는 홈(84)을 따라 제2도에 도시된 바와 같이 중첩되어 통로(92, 90)를 폐쇄하는 위치로 이동되어 흡입유체포켓의 통기 및 완전정격용량으로의 압축기 용량의 증가를 방지한다.
시스템 작동조건이 요구하는 한, 솔레노이드 밸브는 여자화된 개방위치에서 유지되며 이에 따라 피스톤(106)을 신장된 위치에서 유지하여 압축기를 완전정격용량에서 유지하도록 실린더(104)로의 방출유체압력의 공급을 유지한다.
시스템 조건이 감소된 변환용량을 보증한 복귀를 표시하면, 제어모듈(160)은 솔레노이드(158)를 비여자화하며 이에따라 라인(156, 140)사이의 유체연통을 폐쇄한다.
그 다음에, 실린더(104)에서 뿐만 아니라 라인에서의 방출유체압력은 통로(118)를 통하여 챔버(38)내의 흡입압력과 통기되어 통로(90, 92)가 흡입압력하의 챔버와 개방유체연통상태로 있는 초기위치로 스프링(154)이 작동링을 복귀시킨다.
돌출부(58, 60)가 하나의 환형의 링 상에 제공되기 때문에, 통로(92, 90)의 동시 개폐는 보장된다. 이것은 천이 압력불균형이 증가된 응력 및/또는 작동소음으로 될 수 있는 2개의 이동흡입유체포켓사이에서 조차 발생되지 않는 것을 보장된다.
더욱이, 솔레노이드 밸브가 통상 폐쇄된 위치에 있도록 선택되기 때문에 솔레노이드 밸브 또는 제어모듈의 고장은 압축기의 연속작동을 방지한다. 이러한 특징은 대부분 압축기 전체용량작동모드로 작동될 수 없는 고효율 저개시토크모터의 사용을 도모한다. 부가적으로, 본 발명의 변환시스템은 압축기가 폐쇄시에 작동의 감소된 변환용량모드로 복귀하도록 바람직하게 설계되었으며 이것은 역회전으로 인해 폐쇄소음을 감소하는데 사용된다.
상술된 본 발명의 변환시스템이 압축기의 용량을 제어하기 위하여 극히 효과적인 포지티브 작동수단을 제공하지만, 벤트통로(118)로의 방출가스의 연속적인 통기는 어떤적용에 있어서 바람직하지 않을 수 있으며 또한 변환된 용량작동과 완전용량작동사이의 전환속도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 변형실시에는 벤트통로(118)가 생략된 제13도 및 제14도에 도시되어 있다.
이 바람직한 실시예에 있어서, 3방향 솔레노이드 밸브(166)는 2방향 솔레노이드 밸브(158)에 사용되며 유체라인(168)은 솔레노이드 밸브(166)를 흡입입구(42')에 연결한다.
압축기와 변환시스템의 나머지 부분은 이전에 설명된 것과 동일하고 동일번호에 프레임 부호를 표시하였다. 더욱이, 이 실시예의 작동은 압축기(10')가 감소된 용량모드로 작동되면 솔레노이드 밸브가 유체라인(140')을 유체라인(168)을 통하여 흡입입구(42')와의 유체연통상태로 하는 비여자화 위치에 있는 것을 제외하고는 상술된 작동과 실질적을 동일하다.
본 발명의 다른 실시예(170)는 대응구성요소가 이중프라임부호를 사용한 동일참조번호로 표시된 제15도에 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 솔레노이드밸브(158)는 압축기셸(12)내측에 위치되고 거기로부터 머플러판(36)을 통하여 방출챔버(40)로 뻗어 있는 유체라인(172)과 합체한다. 이 실시예는 솔레노이드 밸브(158)로부터 제어모듈(160)로의 전기연결이 셸(12)을 통하여 뻗는 것만을 필요로 하는 어떤 외부배관작업의 필요성을 제거한다. 이 실시예의 기능 및 작동은 그렇지 않으면 상술된 기능 및 작동과 실질적으로 동일하다. 필요하면, 제13도의 실시예를 참조하여 설명된 3방향 솔레노이드 밸브는 2방향 솔레노이드 밸브(158)로 대체될 수 있다.
제16도를 참조하면, 변형된 작동하우징(174)이 도시되어 있다. 하우징(174)은 핀(176)이 그 끝중간에 제공된 것을 제외하고 상술된 하우징(100)과 실질적으로 동일하다. 핀(176)은 스프링(154)의 한쪽끝을 위한 체결포스트를 제공하여 상술한 바와 같이 분리유지판의 필요성을 제거한다. 핀(176)은 하우징(174)과 일체로 형성되거나 또는 하우징에 제공된 적당한 개구부내로 압입된다. 또한, 제16도에 도시된 바와 같이, 위치결정핀(130, 132)을 난오비팅스크롤부재(16)내로 압입하는 위치에 있어서, 이 위치결정핀은 하우징(174 또는 100)의 유지판 부재내의 적당한 구멍내로 압입될 수 있거나 필요하다면 하우징에 일체로 형성될 수도 있다. 제17도는 난오비팅스크롤부재(178)가 대략 90°만큼 통로(94, 96)의 위치로부터 원주내측으로 전진한 위치에 위치되는 한쌍의 반경방향 대향통로를 구비한 본 발명의 변형된 실시예를 도시하고 있다. 상술한 바와 같이 통로(180, 182)는 실질적으로 상술된 동일방식으로 밸브부재의 위치결정에 반응하여 흡입압력하의 면적과 선택적으로 연통하는 방사상 외측으로 뻗어 있는 통로(181, 183)와 각각 연통한다. 통로(180, 182)가 360°보다 더 크게 원주방향 내측으로 위치되기 때문에, 흡입가스의 어떤 압축은 흡입압력과 통기하기전에 발생하며, 하지만 압축의 정도는 대부분의 경우에 있어서 대단히 작으며 이들 통로가 얼마나 멀리 내측에 위치되는 것에 좌우된다.
본 발명의 다른 변형실시예는 제8도에 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서 난오비팅스크롤부재(184)는 2쌍의 통로(186, 188, 190, 192)를 구비하고 있다.
통로(90, 92)에 대응하는 방사상으로 뻗어 있는 통로(194, 196)를 통하여 흡입압력하의 면적과 선택적으로 연통한다. 통로(190, 192)는 통로(186, 188)의 원주방향 내측으로 각각 위치되고 각각은 스크롤부재(184)의 코드를 따라 뻗어 있고 각각의 통로(194, 196)에 바로 인접한 주위표면 상에서 외측으로 개구된 통로(198, 200)를 포함하고 있다. 이 실시예에 있어서, 밸브부재(50)상의 돌출부(58, 60)는 각쌍의 통로(194, 198 및 196, 200)를 선택적으로 개폐하도록 하는 크기로 되어 있다.
이 실시예에 있어서, 압축은 오비팅과 난오비팅스크롤부재의 플랭크 표면의 밀봉맞물림의 트레일링 지점이 내부쌍의 통로(190, 192)를 넘어서 원주내측으로 이동될 때까지 시작되지 않는다. 따라서 이 실시예는 제17도의 실시예에서 발생하는 작은 압축으로 인해 손실일을 피하지만 여분의 쌍의 통로를 제공하기 위하여 부가적인 기계가공을 필요로 한다. 이 실시예의 작동은 그렇지 않으면 상술된 작동과 실질적으로 동일하다. 제18도에 있어서, 그 스텝을 구비한 계획된 변환은, 상술된 바와 같이 통상적인 비여자화 위치에 있을때의 제1최대레벨의 변환, 돌출부(58, 60)가 통로(198, 200)에 중첩되고 폐쇄하는 제1소정의 거리로 밸브부재(50)를 원주방향으로 이동시키도록 작동될 때의 제2중간레벨의 변환 및 돌출부가 양쌍의 통로와 중첩되고 폐쇄하도록 밸브부재가 원주거리로 더 이동되는 제3완전부하조건을 달성하도록 액츄에이터 조립체를 변환시킴으로써 제공될 수 있다.
어떤 적용에 있어서는 상술된 실시예에 의해서 달성될 수 있는 것보다 더 적은 정도의 변환을 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 실시예는 압축챔버중의 단지 하나내로 개구되고 통로(206)를 통하여 흡입하기 위하여 챔버와 선택적으로 통기하는 단일통로(204)를 구비하고 있다. 상기와 같이, 흡입압력과의 통로(206)의 연통은 상술된 동일방식으로 밸브부재(50)에 의해서 제어될 수 있다. 단일통로의 사이에 의한 변환이 압축포켓사이에서 압력불균형으로 되지만, 이 경우에 있어서 이러한 불균형은 올드햄 커플링의 토션부하를 제공함에 있어서 유리한 효과를 가질 수 있어서 유리한 가능한한 소음을 감소시킬 수 있다.
상기 실시예가 피스톤과 실린더 배열을 사용한 액츄에이터 조립체에 대해서 모두 설명되었지만, 본 발명은 또한 밸브부재(50)의 원주운동을 달성할 수 있는 다른타입의 액츄에이터를 활용할 수 있다. 예컨대 제20도에 도시된 바와 같이, 작동조립체(52)는 솔레노이드 작동 조립체(208)로 대체할 수 있다. 작동조립체(208)는 밸브부재(50)의 핀에 연결된 로드부재(210)와 복귀스프링(212)를 포함하고 있는 작동조립체(52)와 유사하다. 하지만, 하우징(214)은 밸브부재의 원주회전운동을 달성하기 위하여 로드부재(210)가 거기에 대해 외측으로 이동하도록 여자화될 때 작동하는 솔레노이드 코일(216)을 수용하고 있다. 솔레노이드 코일(216)이 비여자화되면, 복귀스프링(212)은 로드부재(210)를 후퇴시키기 위하여 작동하고 밸브부재(50)를 초기 변환 위치로 회전시킨다. 솔레노이드 코일(216)의 여자화 및 비여자화는 상술된 방식과 동일한 방식으로 제어된다. 제21도는 218로 표시된 다른 변형 작동조립체를 도시하고 있다. 작동조립체(218)는 랙(222)을 구동시키기 위하여 작동하는 가역모터구동피니온기어(220)를 사용하고 이 외부끝은 밸브부재(50)의 핀(80)에 연결되어 있다. 이 실시예에 있어서, 가역모터구동피니언기어(220)는 상술된 방식과 동일한 방식으로 밸브부재(50)를 변환위치로 또한 변환위치로부터 이동하도록 랙(22)이 구동하게 작동되어 복귀스프링의 필요성을 제거한다. 대안적으로, 피니온기어(220)는 밸브부재를 완전부하위치로 이동시키고 유지하도록 랙(22)이 구동하게 작동되어 구동모터, 기어 또는 랙의 고장의 경우에 안전장치의 특징을 제공한다.
제20도와 제21도에 있어서, 작동조립체는 상술된 방식과 동일한 방식으로 난오비팅스크롤부재에 체결된다. 더욱이, 이러한 작동조립체 중의 하나는 상술된 실시예들중의 어느 하나에 사용될 수 있다.
이해된 바와 같이, 본 발명의 용량변환시스템은 단지 적은 수의 구성요소의 제조 및 조립을 필요로 하는 스크롤타입의 냉동압축기의 용량을 변환하기 위하여 극히 신뢰성있는 안전장치배열을 제공한다. 더욱이, 변환시스템이 압축기의 감소된 용량개시를 보장하도록 설계되었기 때문에 전체효율에 있어서 더 큰 계량은 더욱 효과적인 저개시토크모터의 사용에 의해서 달성된다.
개시된 본 발명의 바람직한 실시예가 상술된 이점 및 특징을 제공하는 것은 명백하지만, 본 발명은 첨부된 청구범위의 적당한 범위 또는 적당한 의미로 부터 이탈하지 않고 수정, 변화 및 변경을 할 수 있다.

Claims (19)

  1. 제1끝판과 거리로부터 기립하는 제1스파이럴랩을 가진 제1스크롤부재,
    상기 제1 및 제2스파이럴 랩은 상기 랩의 상대적인 궤도운동에 따라 방사상 외부위치로부터 방사상 내부위치로 이동할 때에 크기가 작아지는 2개의 이동유체포켓을 형성하도록 삽입되며 제2끝판과 거기로부터 기립하는 제2스파이럴 랩을 가진 제2스크롤부재,
    제1의 상기 이동유체포켓과 실질적인 흡입압력하의 면적사이에서 뻗어 있는 제1유체통로,
    제2의 상기 이동유체포켓과 실질적인 흡입압력하의 면적 사이에서 뻗어 있는 제2유체 통로, 및
    상기 제1 및 제2유체통로를 실질적으로 동시에 개폐하여 상기 스크롤 타입의 용량을 변환시키도록 작동하는 단일 밸브부재
    로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스트롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브부재는 상기 유체통로의 양자가 동시에 완전하게 개방하도록 하는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밸브부재는 상기 유체통로의 양자가 동시에 완전하게 폐쇄하도록 하는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  4. 제1항 내지 제3항중의 어느 한항에 있어서, 상기 밸브부재는 완전개방위치와 완전폐쇄위치의 중간위치를 가지고 있으며 이에 따라 중간정도의 변환이 달성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  5. 제1항 내지 제4항중의 어느 한항에 있어서, 상기 제1 및 제2통로가 실질적인 흡입압력과 연통하는 비여자화위치와 상기 제1 및 제2통로가 실질적인 압력하의 상기 면적으로부터 폐쇄되는 제2여자화 위치사이에서 상기 밸브부재를 이동시키도록 작동하는 조립체를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 작동조립체는 상기 압축기와 개시될 때 비여자화되어 상기 압축기를 구동하기 위하여 저개시토크모터를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압추긱의 용량변환시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 작동조립체는 상기 압축기의 폐쇄되면 비여자화되는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  8. 제5항, 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 작동조립체는 유체압력에 의해서 작동되는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  9. 제5항 내지 제8항에 있어서, 상기 작동조립체는 상기 밸브부재의 운동을 실행시키기 위한 솔네노이드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  10. 제1항 내지 제9항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브부재는 상기 제1 및 제2스크롤부재 중의 하나에 회전가능하게 지지되는 환형의 링인 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 환형의 링은 상기 제1 및 제2통로 각각에 대한 중첩관게의 안팎으로 이동가능한 제1 및 제2부분을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  12. 제5항 내지 제11항에 있어서, 상기 작동조립체는 실린더내에 이동가능하게 배치된 피스톤을 포함하고 있으며, 상기 피스톤은 압축된 유체를 상기 실린더에 선택적으로 공급하기 위하여 상기 밸브부재와 유체라인에 연결되어 있으며 이에 따라 상기 피스톤은 제1방향에서의 상기 밸브부재를 상기 제1위치로부터 상기 제2위치로 이동하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 작동조립체는 압축된 유체의 상기 공급이 중단되면 상기 밸브부재를 상기 제2위치로부터 상기 제1위치로 이동하도록 작동하는 복귀부재를 포함하고 있는 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  14. 제12항 및 제13항중의 어느 한항에 있어서, 상기 압축된 유체는 상기 압축기에 의해서 방축된 압축냉매로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량 변환시스템.
  15. 제5항 내지 제14항중의 어느 한항에 있어서, 상기 작동조립체는, 상기 밸브부재에 연결된 랙과 상기 랙을 구동시키기 위하여 작동하는 모터구동 피니온기어를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  16. 제1항 내지 제15항중의 어느 한항에 있어서, 상기 제1의 상기 이동유체포켓과 연통하는 제3유체통로와 상기 제2의 상기 이동유체포켓과 연통하는 제4유체통로를 더 포함하고 있으며, 상기 제3유체통로는 상기 제1유체로부터 원주방향 내측에 위치되어 있으며, 상기 제4유체통로는 상기 제2유체통로의 원주방향 내측에 위치되어 있으며, 상기 단일 밸브는 제3 및 제4유체통로를 실질적으로 동시에 개폐하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 단일 밸브부재는 상기 제1유체통로, 상기 제2유체통로, 상기 제3유체통로 및 상기 제4유체통로가 개방되는 제1위치로부터 상기 제3 및 제4유체통로가 폐쇄되는 제2위치로 이동가능한 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량 변환시스템.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 밸브부재는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4통로가 폐쇄되는 제3위치로 이동가능한 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
  19. 제1항 내지 제18항에 있어서, 상기 밸브부재는 상기 개방과 폐쇄위치의 중간위치에서 작동되며 이에 따라 중간정도의 변환이 달성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 타입 압축기의 용량변환시스템.
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