KR20040007297A - 이중 체적비 스크롤 기계 - Google Patents

이중 체적비 스크롤 기계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개개의 설계 압력비에 따라 형성된 복수의 체적비를 갖는 스크롤 기계를 제공한다. 하나 이상의 형성된 체적비의 통합은 단일의 압축기가 하나 이상의 작동조건을 위해 최적화되도록 허용한다. 압축기를 위한 작동 엔벨롭은 형성된 여러 체적비가 선택되도록 결정한다. 각각의 체적비는 스크롤 기계의 포켓중 하나와 배출 챔버 사이에 뻗은 배출 통로를 포함시킨다. 최대 체적비를 제외하고는 배출 통로를 통하여 유동을 제어하는 밸브를 이용한다.

Description

이중 체적비 스크롤 기계{DUAL VOLUME-RATIO SCROLL MACHINE}
본 발명은 스크롤 기계에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 플립 또는 플립 시일을 이용하는 다기능 시일 시스템을 가진 이중 체적비 스크롤 기계에 관한 것이다.
다양한 타입의 유체의 변위를 위해 사용되는 스크롤 기계와 같이 당해 기술분야에 일반적으로 알려진 기계의 종류가 존재한다. 이들 스크롤 기계는 팽창기, 변위 엔진, 펌프, 압축기 등의 형태가 될 수 있으며 본 발명의 특징은 이들 기계의 하나에 적용가능하다. 하지만, 예시적인 목적을 위해 개시된 실시예는 밀폐 냉매 압축기의 형태이다.
스크롤 타입 장치는 현저한 장점을 가지고 있는 것으로 인정되었다. 예를 들어, 스크롤 기계는 높은 등엔트로피 및 체적 효율을 가지고 있으며 작고 가볍다. 커다란 왕복 부품(예를 들면, 피스톤, 커넥팅로드, 등)을 사용하지 않기 때문에 스크롤 기계는 다른 압축기보다 조용하며 진동이 적다. 모든 유체 유동은 일방향에서 이루어지는 동시에 복수의 대향하는 포켓에서 압축되어 압력에 의한 진동이 작다. 또한 사용되는 가동 부품이 상대적으로 적고, 스크롤 사이에 상대적으로 낮은 운동 속도 및 유체 오염에 대한 허용으로 인하여 이들 기계는 높은 신뢰성과 내구성을 갖는다.
일반적으로, 스크롤 장치는 스크롤 부재를 한정하도록 별개의 끝판에 각각 장착된 유사한 형태의 두개의 나선형 랩을 포함하고 있다. 두개의 스크롤 부재는 서로 180도 회전가능하게 변위되는 스크롤 랩의 하나와 함께 상호맞춤된다. 이 장치는 다른 스크롤 부재(비선회 스크롤)에 대하여 하나의 스크롤 부재(선회 스크롤 부재)가 선회하므로써 작동하여 개개의 랩의 플랭크 사이에 가동 라인 접촉을 생성한다. 이들 가동 라인 접촉은 초승달 형태의 격리된 소정 유체의 가동 포켓을 생성한다. 나선형 스크롤 랩은 통상적으로 안으로 감겨진 원과 같이 형성된다. 이상적으로, 작동시에 스크롤 부재 사이에 상대적인 회전은 없고, 운동은 순수하게 곡선의 병진이다(몸체의 어떠한 라인의 회전도 없다). 스크롤 부재 사이의 상대적인 회전은 올덤 커플링의 사용으로 금지된다.
가동 유체 포켓은 처리되는 유체를 유체 입구가 구비된 스크롤 기계의 제 1 구역으로부터 유체 출구가 구비된 스크롤 기계의 제 2 구역으로 운반한다. 제 1 구역으로부터 제 2 구역으로 이동할 때 밀봉된 포켓의 체적은 변화한다. 어느 한 시점에서 적어도 한 쌍의 밀봉된 포켓이 존재하게 되며, 한번에 여러 쌍의 밀봉된 포켓이 존재할 때 각각의 쌍은 상이한 체적을 갖게 된다. 압축기에서, 제 2 구역은 제 1 구역보다 높은 압력에 있게 되며 기계안의 중앙에 배치되고, 제 1 구역은 기계의 외부 둘레에 위치된다.
접촉의 두가지 타입은 스크롤 부재 사이에 형성된 유체 포켓을 한정한다. 첫째, 방사상의 힘에 의해 야기된 랩(wrap)의 플랭크 또는 나선형 면 사이의 축선방향으로 뻗은 접선 접촉이 있다("플랭크 밀봉(flank sealing)"). 둘째, 대향하는 끝판과 각각의 랩의 평면 에지 표면("팁") 사이의 축선방향 힘에 의해 야기된 면적 접촉이 있다("팁 밀봉(tip sealing)"). 높은 효율을 위해 두가지 타입의 접촉에 대하여 양호한 밀봉이 달성되어야 하지만, 본 발명은 팁 밀봉에 대한 것이다.
효율을 최대화하기 위하여, 누출이 최소화되도록 각각의 스크롤 부재의 랩 팁을 다른 스크롤의 끝판과 밀봉되게 맞물리는 것이 중요하다. 팁 시일(조립이 아주 어렵고 신뢰성에 문제가 자주 나타난다)을 사용하는 것 이외에 달성된 하나의 방식은 스크롤 부재중 하나를 다른 스크롤 부재에 대항하여 축선방향으로 가압하도록 압력하의 유체를 사용하는 것이다. 물론, 이것은 소정 압력에서 가압 유체를 격리하기 위하여 시일을 필요로 한다. 따라서, 스크롤 기계 분야에는 축선방향의 가압을 용이하게 하는 향상된 시일을 포함하는 축선방향의 가압 기술에 대한 계속적인 요구가 존재한다.
도 1 은 본 발명에 따라 밀봉 시스템과 이중 체적비를 통합한 스크롤 타입 냉매 압축기의 종단면도,
도 2 는 2-2 선을 따라 취한 도 1에 도시된 냉매 압축기의 단면도,
도 3 은 압축기에 통합된 압력 방출 시스템을 나타내는 도 1에 도시된 스크롤 타입 냉매 압축기의 부분종단면도,
도 4 는 칸막이가 생략되어 2-2 선을 따라 취한 도 1에 도시된 냉매 압축기의 단면도,
도 5 는 두개의 설계 압력비로 공조 응용을 하기 위한 통상적인 압축기 작동 엔벨롭(envelope)을 나타낸 도면,
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기의 부분확대도,
도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기의 부분확대도,
도 8 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기의 부분확대도,
도 9 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기의 부분확대도,
도 10 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기의 부분확대도,
도 11 은 도 3에 도시된 본 발명에 따른 밀봉 시스템 부분의 확대평면도,
도 12 는 도 2에 도시된 원4-4의 확대종단면도,
도 13 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시일 홈의 단면도,
도 14 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시일 홈의 단면도,
도 15 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 시스템을 통합한 스크롤 타입 냉매 압축기의 부분종단면도,
도 16 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 시스템을 통합한 스크롤 타입 냉매 압축기의 부분종단면도,
도 17 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 시스템을 통합한 스크롤 타입 냉매 압축기의 부분종단면도,
도 18 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 시스템을 통합한 스크롤 타입 냉매 압축기의 부분종단면도,
도 19 는 도 18과 유사하지만 또한 용량 조절 시스템을 통합한 스크롤 타입 냉매 압축기의 부분종단면도,
도 20 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 시스템을 통합한 스크롤 타입 냉매 압축기의 부분종단면도,
도 21 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 시스템을 통합한 스크롤 타입 냉매 압축기의 부분종단면도,
도 22 는 도 21과 유사하지만 또한 용량 조절 시스템을 통합한 스크롤 타입 냉매 압축기의 부분종단면도,
도 23A∼23H 는 본 발명에 따른 다양한 시일 홈 형상을 나타내는 확대단면도,
도 24 는 성형된 평탄한 최상부 시일의 단면도, 그리고
도 25 는 L형상의 작동 상태에서 플립 시일의 단면도이다.
본 발명의 한 관점은 스크롤 타입 장치의 축선방향의 가압 챔버를 위한 몇가지 독특한 밀봉 시스템을 가진 장치를 제공한다. 본 발명의 시일은 팁 밀봉을 향상시키기 위해 필요한 축선방향의 가압력을 제공하기 위하여 스크롤 압축기에 통합되며 배출 압력, 배출 압력 및 독립적인 중간 압력, 또는 중간 압력만을 사용하는 기계에 사용하는데 적합하게 되어 있다. 더욱이, 본 발명의 시일은 선회 스크롤 부재쪽으로 비선회 스크롤 부재를 가압하는 응용에 사용하는데 특히 적합하다.
공조 응용을 위한 스크롤 압축기로 사용되는 전형적인 스크롤 기계는 단일 체적비 장치이다. 스크롤 압축기의 체적비는 배출 개방 개시시의 가스 체적에 대한 흡입 폐쇄시에 가두어진 가스 체적의 비이다. 전형적인 스크롤 압축기의 체적비는 초기 흡입 포켓의 크기와 활성 스크롤 랩의 길이에 의해서 고정되기 때문에 형성된다. 형성된 체적비와 압축되는 냉매의 타입은 압력비 부조화로 인해 손실되는 압축을 피하도록 압축기를 위한 단일 설계 압력비를 결정한다. 설계 압력비는 대체로 일차적인 압축기 정격 포인트에 가깝게 조화되도록 선택되지만, 이차적인 정격 포인트쪽으로 편향될 수 있다.
공조 응용을 위한 스크롤 압축기 설계 시방서는 통상적으로 스크롤 부재를 구동하는 모터가 과열되지 않고 감소된 공급 전압을 견딜 수 있어야 한다는 필요조건을 포함한다. 이런 감소된 공급 전압에서 작동하는 동안, 압축기는 고부하 작동조건에서 작동해야 한다. 모터가 감소된 공급 전압 필요조건에 맞는 크기로 될 때, 일반적으로 모터에 대한 설계 변경은 일차적인 압축기 정격 포인트에서의 모터 효율을 최대화하기 위한 요구와 상충된다. 통상적으로, 모터 출력 토크의 증가는 모터의 낮은 전압 작동을 향상시키지만 또한 일차적인 정격 포인트에서 압축기 효율을 감소시킨다. 반대로, 여전히 낮은 전압 시방서를 충족시키면서 모터 토크 설계에서 이루어지는 어떠한 감소는 압축기 일차적인 정격 포인트에서 보다 높은 효율로 작동하는 모터의 선택을 허용한다.
본 발명의 다른 관점은 형성된 복수의 체적비와 그에 상응하는 설계 압력비를 통하여 스크롤 압축기의 작동 효율을 향상시킨다. 예시적인 목적을 위해서, 본발명은 형성된 두개의 체적비와 두개의 상응하는 설계 압력비를 가진 압축기로 설명된다. 원한다면 추가적인 체적비와 이에 상응하는 설계 압력비가 압축기에 통합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 다른 장점 및 목적은 상세한 설명, 청구항, 및 첨부된 도면을 통하여 당업자에게 보다 분명해 질 것이다.
본 발명의 다른 적용 분야는 이후의 상세한 설명으로부터 분명해 질 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명과 특정 실시예는 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
(바람직한 실시예의 상세한 설명)
본 발명의 원리는 상이한 종류의 많은 스크롤 기계에 적용될 수 있지만, 여기에서는 예시적인 목적을 위해 밀폐형 스크롤 압축기에 실시된 것으로 설명되며, 특히 공조 및 냉동 시스템을 위한 냉매의 압축에 특별한 유용함을 갖고 있다.
바람직한 실시예의 설명은 단지 예시적인 것이며 본 발명 및 응용 또는 사용을 제한하는 것이 아니다. 여러 도면을 통하여 같거나 또는 상응하는 부품에 같은 참조번호를 지정한 도면을 참조하면, 도 1과 2에는 참조번호 10으로 지정되어 있고 본 발명에 따른 독특한 이중 체적비 시스템을 통합한 스크롤 압축기가 도시되어 있다. 스크롤 압축기(10)는 상단부에 용접된 캡(14) 그리고 하단부에 일체로 형성된 복수의 장착 다리(도시생략)를 가진 베이스(16)를 가지고 있는 대체로 원통형인 밀폐 셸(12)을 포함하고 있다. 캡(14)에는 보편적인 배출 밸브(도시생략)를 가질 수 있는 냉매 배출 맞춤부(18)가 구비된다. 셸에 부착된 다른 주요 요소는 셸(12)에용접되는 캡(14)과 같은 지점에서 주위에 용접되는 가로질러 뻗은 칸막이(22), 셸(12)에 적절하게 고정되는 메인 베어링 하우징(24) 및 각각 셸(12)에 적절하게 고정되는 복수의 방사상으로 밖으로 뻗은 레그(leg)를 가진 하부 베어링 하우징(26)을 포함하고 있다. 단면이 대체로 정방형이지만 모서리가 둥근 모터 고정자(28)는 셸(12)내에 프레스 끼워맞춤된다. 고정자의 둥근 모서리 사이의 평탄부는 고정자와 셸 사이에 통로를 제공하는데, 이것은 셸의 상부로부터 바닥으로 윤활제의 복귀 유동을 용이하게 한다.
상단부에 편심 크랭크 핀(32)을 가진 구동 샤프트 또는 크랭크샤프트(30)는 메인 베어링 하우징(24)의 베어링(34)과 하부 베어링 하우징(26)의 제 2 베어링(36)에 회전가능하게 저널된다. 크랭크샤프트(30)는 하단부에서 크랭크샤프트(30)의 상부로 위쪽으로 뻗은 방사상으로 밖으로 경사진 보다 작은 직경의 보어(40)와 연통하는 상대적으로 큰 직경인 동심의 보어(38)를 가지고 있다. 보어(38)내에 배치된 것은 교반기(42)이다. 셸(12) 내부의 아래부분은 회전자(46)의 하단부보다 약간 위의 레벨까지 윤활유로 채워지는 오일통(44)을 형성하며, 보어(38)는 크랭크샤프트(30)와 통로(40)내로 그리고 궁극적으로 윤활이 필요한 압축기의 다양한 모든 부분에 윤활유체를 공급하는 펌프로 작동한다.
크랭크샤프트(30)는 고정자(28), 권선(48) 및 크랭크샤프트(30)상에 프레스 끼워맞춤된 회전자(46)를 포함하고 있고 각각 상부 및 하부 카운터 웨이트(50,52)를 가진 전기 모터에 의해 회전가능하게 구동된다.
메인 베어링 하우징(24)의 상부 표면에는 끝판(60)으로부터 위쪽으로 뻗은보편적인 나선형 베인 또는 랩(58)을 가진 선회 스크롤 부재(56)가 배치되는 환형상의 평탄한 스러스트 베어링 표면(54)이 구비된다. 선회 스크롤 부재(56)의 끝판(60)의 하부 표면으로부터 아래쪽으로 돌출한 것은 그 안에 저널 베어링(62)을 가진 원통형 허브이며 크랭크 핀(32)이 구동하게 배치되는 내부 보어(66)를 가진 구동 부싱(64)이 회전가능하게 배치된다. 크랭크 핀(32)은 보어(66)의 부분에 형성된 평탄한 표면(도시생략)을 구동하게 결합하는 하나의 표면상에 평탄부를 가지고 있어 참조로 여기에 통합된 미국특허 4,877,382에 도시된 바와 같이 방사상으로 구동하는 배열을 제공한다. 또한 선회 스크롤 부재(56)와 베어링 하우징(24) 사이에 위치되며 선회 스크롤 부재(56)와 비선회 스크롤 부재(70)를 고정하는 올덤 커플링(68)이 제공되어 선회 스크롤 부재(56)의 회전운동을 방지한다.
또한 선회 스크롤 부재(56)의 랩(58)과 서로 맞물림하여 위치되는 끝판(74)으로부터 아래쪽으로 뻗은 랩(72)을 가진 비선회 스크롤 부재(70)가 구비된다. 비선회 스크롤 부재(70)는 캡(14)과 칸막이(22)에 의해 한정된 배출 머플러 챔버(80)와 차례로 유체 연통하는 위로 개방된 오목부(78)와 연통하는 중앙에 배치된 배출 통로(76)를 가지고 있다. 또한 제 1 및 제 2 환형상 오목부(82,84)가 비선회 스크롤 부재(70)에 형성된다. 비선회 스크롤 부재(70)에 축선방향의 가압력을 발휘하도록 오목부(82,84)는 랩(58,72)에 의해 압축되는 가압유체를 수용하는 축선방향의 가압챔버를 한정하므로써 끝판(74,60)의 대향하는 끝판 표면과 각각 밀봉 맞물림하게 개개의 랩(58,72)의 팁을 가압한다. 가장 바깥쪽 오목부(82)는 통로(86)를 통하여 가압유체를 수용하며 가장 안쪽 오목부(84)는 복수의 통로(88)를 통하여 가압유체를 수용한다. 비선회 스크롤 부재(70)와 칸막이(22) 사이에 배치된 것은 세개의 환형상 압력 작동식 플립 시일(90,92,94)이다. 시일(90,92)은 흡입 챔버(96)와 가장 안쪽 오목부(84)로부터 가장 바깥쪽 오목부(82)를 격리하는 한편 시일(92,94)은 가장 바깥쪽 오목부(82)와 배출 챔버(80)로부터 가장 안쪽 오목부(84)를 격리한다.
머플러 플레이트(22)는 비선회 스크롤 부재(70)의 오목부(78)로부터 압축된 냉매를 수용하는 중앙에 배치된 배출 포트(100)를 포함하고 있다. 압축기(10)가 전체 용량 또는 최대 설계 압력비에서 작동할 때, 포트(100)는 배출 챔버(80)로 압축된 냉매를 배출한다. 머플러 플레이트(22)는 또한 배출 포트(100)로부터 방사상으로 바깥쪽에 배치된 복수의 배출 통로(102)를 포함하고 있다. 통로(102)는 가장 안쪽 오목부(84)의 위에 위치되는 방사상의 거리에 원주방향으로 이격되어 있다. 압축기(10)가 감소된 용량 또는 보다 낮은 설계 압력비에서 작동할 때, 통로(102)는 배출 챔버(80)로 압축된 냉매를 배출한다. 통로(102)를 통한 냉매의 유동은 칸막이(22)상에 장착된 밸브(104)에 의해 제어된다. 밸브 스톱(106)은 통로(102)를 커버하고 폐쇄하도록 머플러 플레이트(22)상에 밸브(104)를 위치시키고 유지한다.
이제 도 3과 4를 참조하면, 온도 보호시스템(110)과 압력 방출 시스템(112)이 예시되어 있다. 온도 보호시스템(110)은 축선방향으로 뻗은 통로(114), 방사상으로 뻗은 통로(116), 바이메탈 디스크(118) 및 리테이너(120)를 포함하고 있다. 축선방향의 통로(114)는 방사상의 통로(116)와 교차하여 오목부(84)를 흡입 챔버(96)와 연결한다. 바이메탈 디스크(118)는 원형 보어(122)내에 배치되며 축선방향의 통로(114)를 폐쇄하도록 축선방향의 통로(114)와 결합하는 중앙에 배치된 압흔부(124)를 포함하고 있다. 바이메탈 디스크(118)는 리테이너(120)에 의해 보어(122)내의 제위치에 유지된다. 오목부(84)안의 냉매의 온도가 소정 온도를 초과할 때, 바이메탈 디스크(118)는 통로(114)로부터 압흔부(124)를 떨어지도록 스냅 개방하거나 또는 돔형상내로 이동한다. 그후에 냉매는 디스크(118)의 복수의 구멍(126)을 통하여 오목부(84)로부터 통로(114)내로, 통로(116)내로 그리고 흡입 챔버(96)내로 유동한다. 오목부(82)내의 가압 가스는 환형상 시일(92)의 밀봉 손실에 의해 오목부(84)로 배출되게 된다.
오목부(84)내의 가압 가스가 배출될 때, 환형상 시일(92)은 인접한 오목부(82,84) 사이의 압력차에 의해 부분적으로 작용되기 때문에 시일(90,94)과 마찬가지로 밀봉을 상실한다. 따라서 오목부(84)안의 가압 유체의 손실은 오목부(82)와 오목부(84) 사이에 유체의 누출을 야기한다. 이것은 오목부(82,84)내의 가압 유체에 의해 제공된 축선방향의 가압력을 제거하고, 배출 챔버(80)와 흡입 챔버(96) 사이에 누출 경로를 초래하는 스크롤 랩 팁과 대향하는 끝판의 분리를 허용한다. 이런 누출 경로는 압축기(10)내에서 과도한 온도가 형성되는 것을 방지하게 된다.
압력 방출 시스템(112)는 축선방향으로 뻗은 통로(128), 방사상으로 뻗은 통로(130), 압력 방출 밸브 조립체(132)를 포함하고 있다. 축선방향의 통로(128)는 방사상의 통로(130)와 교차하여 오목부(84)를 흡입 챔버(96)와 연결한다. 압력 방출 밸브 조립체(132)는 통로(130)의 외부 끝에 배치된 원형 보어(134)내에 배치된다. 압력 방출 밸브 조립체(132)는 당해 기술분야에 공지되어 있으며 따라서 상세하게 설명하지 않는다. 오목부(84)내의 냉매의 압력이 소정 압력을 초과할 때, 압력 방출 밸브 조립체(132)는 오목부(84)와 흡입 챔버(96) 사이에 유체 유동을 허용하도록 개방된다. 밸브 조립체(132)에 의한 유체 압력의 발산은 온도보호 시스템(110)에 대하여 설명된 동일 방식으로 압축기(10)에 영향을 미친다. 밸브 조립체(132)에 의해 생성된 누출 경로는 압축기(10)내의 과도한 압력의 형성을 방지한다. 만약 오목부(84)와 연통하는 압축된 포켓이 크랭크 사이클 동안에 배출 압력에 노출되면, 과도한 배출 압력에 대한 밸브 조립체(132)의 응답은 향상된다. 이것은 상부 설계 압력비(140)와 하부 설계 압력(142)(도 5) 사이에 압축되는데 필요한 활성 스크롤 랩(58,72)의 길이가 360도 보다 작은 경우이다.
이제 도 5를 참조하면, 공조 응용을 위한 전형적인 압축기 작동 엔벨롭이 예시되어 있다. 도시된 것은 상부 설계 압력비(140)와 하부 설계 압력비(142)에 대한 상대적인 위치이다. 상부 설계 압력비(140)는 낮은 전압 모터 테스트 포인트에서 압축기(10)의 작동을 최적화하도록 선택된다. 압축기(10)가 이 포인트에서 작동될 때, 스크롤 부재(56,70)에 의해 압축되는 냉매는 배출 통로(76), 오목부(78) 및 배출 포트(100)를 통하여 배출 챔버(80)로 들어간다. 배출 통로(102)는 배출 챔버(80)내의 유체 압력에 의해서 칸막이(22)에 대항하여 가압되는 밸브(104)에 의해 폐쇄된다. 설계 압력비(140)에서 압축기(10)의 전체적인 효율을 증가시키는 것은 정격 포인트에서 증가된 모터 효율을 산출하는 설계 모터 토오크가 감소되도록 허용한다. 하부 설계 압력비(142)는 효율을 더욱 향상시키기 위해 압축기(10)에대한 정격 포인트와 조화되도록 선택된다.
그러므로, 만약 압축기(10)를 위한 작동 포인트가 하부 설계 압력비(142)보다 높으면, 스크롤 포켓내의 가스는 통로(76), 오목부(78) 및 포트(100)를 통하여 배출되는 정규의 방식으로 랩(58,72)의 전체 길이를 따라 압축된다. 만약 압축기(10)를 위한 작동 포인트가 하부 설계 압력비(142) 이거나 또는 그보다 낮으면, 스크롤 포켓내의 가스는 스크롤 랩(58,72)의 내부 끝에 도달하기 전에 밸브(104) 개방에 의해서 통로(102)를 통하여 배출될 수 있다. 보다 빠른 가스의 배출은 압축비의 부조화로 인한 손실을 회피하게 한다.
가장 바깥쪽 오목부(82)는 스크롤 압축 포켓에서 가스 분리력의 부분을 상쇄하는 통상적인 방식으로 작용한다. 오목부(82)내의 유체 압력은 비선회 스크롤 부재(70)의 베인 팁을 선회 스크롤 부재(56)의 끝판(60)과 접촉하게 그리고 선회 스크롤 부재(56)의 베인 팁을 비선회 스크롤 부재(70)의 끝판(74)과 접촉하게 축선방향으로 가압한다. 가장 안쪽 오목부(84)는 압축기(10)의 작동 조건이 하부 설계 압력비(142) 미만일 때는 감소된 압력에서 그리고 압축기(10)의 작동 조건이 하부 설계 압력비(142)일 때 또는 그 이상일 때는 증가된 압력에서 통상적인 방식으로 작용한다. 이런 모드에서, 오목부(84)는 팁 접촉력을 최소화하도록 부가적인 기회를 제공하므로 축선방향의 압력평형을 향상시키는데 사용될 수 있다.
조기 배출 종료를 위해 사용된 축선방향 통로(88,102)에 의해 생성된 재팽창 손실을 최소화하기 위하여, 가장 안쪽 오목부(84)에 의해 한정된 체적은 최소로 유지되어야 한다. 이에 대한 변경은 도 1과 6에 도시된 바와 같이 오목부(84)내로배플판(150)을 통합하는 것이 될 수 있다. 배플판(150)은 압축 포켓으로부터 오목부(84)내로 통과하는 가스의 체적을 제어한다. 배플판(150)은 밸브 플레이트(104)가 작동하는 방식과 유사하게 작동한다. 배플판(150)은 각운동이 제한되지만 오목부(84)내에서 축선방향 운동이 가능하다. 배플판(150)이 오목부(84)의 바닥에서 비선회 스크롤 부재(70)와 접촉할 때, 오목부(84)내로 가스의 유동은 최소화된다. 아주 작은 브리드 구멍(152)만이 압축 포켓을 오목부(84)와 연결한다. 브리드 구멍(152)은 축선방향 통로(88)의 하나와 일렬로 되어 있다. 따라서 팽창 손실은 최소화된다. 배플판(150)이 오목부(84)의 바닥으로부터 이격될 때, 조기 배출을 위한 충분한 가스 유동은 배플판(150)에서 파생된 복수의 구멍(154)을 통하여 유동한다. 복수의 구멍(154)의 각각은 개개의 통로(102)와 일렬로 되어 있지만 통로(88)와는 일렬로 되어 있지 않다. 배플판(150)을 사용하고 상술한 바와 같이 압력비(140)과 압력비(142) 사이에 360도의 활성 스크롤 길이를 가짐으로써 압력 방출 밸브 조립체(132)의 응답을 최적화할 때, 증가된 응답을 위한 교체는 배플판(150) 개방 가능성이 된다.
이제 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 비선회 스크롤 부재(70)의 오목부(78,84)의 확대된 부분이 도시되어 있다. 본 실시예에서, 배출 밸브(160)는 오목부(78)내에 배치된다. 배출 밸브(160)는 밸브 시트(162), 밸브 플레이트(164) 및 리테이너(166)를 포함하고 있다.
이제 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 비선회 스크롤 부재(70)의 오목부(78,84)의 확대된 부분이 도시되어 있다. 본 실시예에서밸브(104)와 배플판(150)은 복수의 연결부재(170)에 의해서 연결된다. 연결부재(170)는 밸브(140)와 배플판(150)이 함께 이동하게 한다. 밸브(104)와 배플판(150)을 연결하는 이점은 둘 사이에 어떠한 동적 상호작용을 회피하는 것이다.
이제 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 비선회 스크롤 부재(70)의 오목부(78,84)의 확대된 부분이 도시되어 있다. 본 실시예에서 밸브(104)와 배플판(150)은 하나의 단일 밸브(104')로 대체된다. 하나의 단일 밸브(104')를 사용하는 것은 동적 상호작용이 회피되는 도 7에 예시된 것과 같은 장점을 갖는다.
이제 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 비선회 스크롤 부재(270)의 오목부(78,84)의 확대된 부분이 도시되어 있다. 한쌍의 방사상 통로(302)가 칸막이(22)를 통한 복수의 통로(102)를 대체하는 것을 제외하고 스크롤 부재(270)는 스크롤 부재(70)와 동일하다. 또한, 오목부(78)의 주위를 따라 배치되는 만곡된 가요성 밸브(304)는 밸브(104)를 대체한다. 밸브(104)가 통로(102)를 개방하는 방식과 유사한 방식으로 만곡된 가요성 밸브(304)는 구부러지고 그에 따라 방사상 통로(302)를 개방하도록 설계된 가요성 실린더이다. 이러한 설계의 장점은 통로(102)를 포함하지 않는 표준 칸막이(22)가 이용될 수 있다는 것이다. 본 실시예는 방사상 통로(302)와 가요성 밸브(304)를 개시하고 있지만, 통로(302)와 밸브(304)를 생략하고 그리고 가장 안쪽 오목부(84)와 배출 챔버(80) 사이에 밸브를 작용하게 하는 플립 시일(94)을 설계하는 것도 본 발명의 범주에 들어간다. 시일(94)은 압력 작동식 시일이므로, 오목부(84)내의 압력을 초과하는 배출챔버(80)내의 보다 높은 압력이 플립 시일(94)을 작동시킨다. 따라서, 만약 오목부(84)내의 압력이 배출 챔버(80)내의 압력을 초과하면, 플립 시일(94)은 개방되고 고압가스의 통과를 허용하도록 설계된다.
이제 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 비선회 스크롤 부재(370)의 오목부(78,84)의 확대된 부분이 도시되어 있다. 한쌍의 방사상 통로(402)가 칸막이(22)를 통한 복수의 통로(102)를 대체하는 것을 제외하고 스크롤 부재(370)는 스크롤 부재(70)와 동일하다. 또한, 밸브(404)는 유지 스프링(406)에 의해서 통로(402)에 대항하여 가압된다. 밸브 가이드(408)는 밸브(402)의 운동을 제어한다. 밸브(104)가 통로(102)를 개방하는 방식과 유사한 방식으로 밸브(404)는 방사상 통로(402)를 개방하도록 설계된다. 이러한 설계의 장점은 통로(102)를 포함하지 않는 표준 칸막이(22)가 이용될 수 있다는 것이다.
특별히 예시하지는 않았지만, 밸브가 통로(402)를 개방하며 배플판(150)과 동등한 방식으로 통로(88)를 통하여 생성된 재팽창 손실을 최소화하는 기능을 수행하도록 각각의 밸브(404)를 형성하는 것도 본 발명의 범주에 들어간다.
도 1, 2, 11 및 12를 참조하면, 플립 시일(90,92,94)은 설치시에 L자 환형상 시일로 각각 형성된다. 외부 플립 시일(90)은 비선회 스크롤 부재(70)내에 위치된 홈(200)내에 배치된다. 도 1, 2 및 12에 도시된 바와 같이, 플립 시일(90)의 하나의 레그는 홈(200)내로 뻗어 있는 반면에 다른 레그는 대체로 수평으로 뻗어서 비선회 스크롤 부재(70)와 머플러 플레이트(22) 사이에 밀봉을 제공한다. 플립 시일(90)은 오목부(82)를 압축기(10)의 흡입 영역으로부터 격리하도록 작용한다.플립 시일(90)의 초기 성형 직경은 홈(200)의 직경보다 작아서, 홈(200)에 플립 시일(90)을 조립하기 위해서는 플립 시일(90)을 늘리는 것이 필요하다. 바람직하게, 강철 구성요소와 접하는 경우에 플립 시일(90)은 10% 유리를 함유한 등록상표 Teflon 재료로 제작된다.
중앙 플립 시일(92)은 비선회 스크롤 부재(70)내에 배치된 홈(204)안에 위치된다. 도 1, 2 및 12에 도시된 바와 같이, 플립 시일(92)의 하나의 레그는 홈(204)내로 뻗어 있는 반면에 다른 레그는 대체로 수평으로 뻗어서 비선회 스크롤 부재(70)와 머플러 플레이트(22) 사이에 밀봉을 제공한다. 플립 시일(92)은 오목부(82)를 오목부(84)의 바닥으로부터 격리하도록 작용한다. 플립 시일(92)의 초기 성형 직경은 홈(204)의 직경보다 작아서, 홈(204)에 플립 시일(92)을 조립하기 위해서는 플립 시일(92)을 늘리는 것이 필요하다. 바람직하게, 강철 구성요소와 접하는 경우에 플립 시일(92)은 10% 유리를 함유한 등록상표 Teflon 재료로 제작된다.
내부 플립 시일(94)은 비선회 스크롤 부재(70)내에 위치된 홈(208)안에 배치된다. 도 1, 2 및 12에 도시된 바와 같이, 플립 시일(94)의 하나의 레그는 홈(208)내로 뻗어 있는 반면에 다른 레그는 대체로 수평으로 뻗어서 비선회 스크롤 부재(70)와 머플러 플레이트(22) 사이에 밀봉을 제공한다. 플립 시일(94)은 오목부(84)를 압축기(10)의 흡입영역으로부터 격리하도록 작용한다. 플립 시일(94)의 초기 성형 직경은 홈(208)의 직경보다 작아서, 홈(208)에 플립 시일(94)을 조립하기 위해서는 플립 시일(94)을 늘리는 것이 필요하다. 바람직하게, 강철 구성요소와 접하는 경우에 플립 시일(94)은 10% 유리를 함유한 등록상표 Teflon 재료로 제작된다.
따라서 시일(90,92,94)은 세가지 별개인 밀봉; 즉 시일(94)의 안쪽 밀봉, 시일(90)의 바깥쪽 밀봉, 및 시일(92)의 중간쪽 밀봉을 제공한다. 머플러 플레이트(22)와 시일(94) 사이의 밀봉은 오목부(84)에 중간 압력하의 유체를 배출 압력하의 유체로부터 격리한다. 머플러 플레이트(22)와 시일(90) 사이의 밀봉은 오목부(82)에 중간 압력하의 유체를 흡입 압력하의 유체로부터 격리한다. 머플러 플레이트(22)와 시일(92) 사이의 밀봉은 오목부(84)에 중간 압력하의 유체를 오목부(82)에 상이한 중간 압력하의 유체로부터 격리한다. 시일(90,92,94)은 아래에 설명된 바와 같이 압력 작동식 시일이다.
홈(200,204,208)은 모두 비슷한 형상이다. 홈(200)은 아래에 설명될 것이다. 홈(204,208)은 홈(200)과 동일한 특징을 갖고 있다는 것이 이해될 것이다. 홈(200)은 대체로 수직인 외부 벽(240), 대체로 수직인 내부 벽(242) 및 언더컷 부분(244)을 포함하고 있다. 벽(240)과 벽(242) 사이의 거리인 홈(200)의 폭은 시일(90)의 폭보다 약간 크게 설계된다. 이렇게 하는 목적은 가압 유체를 홈(82)으로부터 시일(90)과 벽(240) 사이의 영역내로 공급하는 것이다. 이 영역내의 가압 유체는 벽(240)에 대항하여 가압되는 시일(90)에 작용하고 따라서 벽(240)과 시일(90) 사이의 밀봉 특성을 강화한다. 도 12에 도시된 바와 같이 언더컷 부분(244)은 시일(90)의 대체로 수평인 부분 아래에 놓이도록 위치된다. 언더컷 부분(244)의 목적은 오목부(82)내에 가압 유체를 제공하여 머플러 플레이트(22)에대항하여 가압하는 시일(92)의 수평 부분에 작용하므로써 밀봉특성을 강화한다. 따라서, 오목부(82)내의 가압 유체는 시일(90)을 가압하도록 시일(90)의 내부 표면에 대하여 반작용한다. 위에서 언급한 바와 같이, 홈(204,208)은 홈(200)과 동일하며 따라서 시일(92,94)을 위해 동일한 압력 활동을 제공한다. 도 23A∼23H는 홈(200,204,208)을 위한 추가적인 형태를 나타낸다.
본 발명의 독특한 L자 시일(90,92,94)은 구조가 상대적으로 간단하고, 설치와 검사가 용이하고, 복합적인 밀봉 기능을 효과적으로 제공한다. 본 발명의 독특한 밀봉 시스템은 제위치에 당겨져 있으며 압력이 작용되는 세개의 플립 시일(90,92,94)을 포함하고 있다. 본 발명의 독특한 시일 조립체는 압축기의 전체적인 제조비용을 감소시키고, 시일 조립체를 위한 구성요소의 수를 감소시키고, 시일 마모를 최소화 함으로써 내구성을 향상시키고, 압축기의 전체적인 크기를 증가시키지 않고 배출 맥동의 향상된 제동을 위해서 배출 머플러 체적을 증가시키도록 공간을 제공한다.
또한 본 발명의 시일은 범람을 개시하는 동안에 어느 정도의 완화를 제공한다. 시일(90,92,94)은 한 방향으로만 밀봉하도록 설계된다. 그러므로 이들 시일은 넘치기 시작하는 동안에 중간 챔버 또는 오목부(82,84)로부터 배출 챔버로 고압 유체를 방출하도록 사용될 수 있으며, 따라서 내부 스크롤 압력을 감소시키며 결과적인 응력과 소음을 감소시킨다.
이제 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 홈(300)이 예시되어 있다. 홈(300)은 밖으로 경사진 외부 벽(340), 대체로 수직인 내부 벽(242) 및 언더컷 부분(244)을 포함한다. 따라서, 밖으로 경사진 외부 벽(340)이 대체로 수직인 외부 벽(240)을 대체하는 것을 제외하고 홈(300)은 홈(200)과 동일하다. 홈(300)과 시일(90)의 기능, 작동 및 장점은 상술한 홈(200) 및 시일(90)과 동일하다. 외부 벽의 경사는 시일(90)을 가압하도록 시일(90)의 내부 표면에 대항하여 반작용하도록 오목부(82)내의 가압 유체의 능력을 향상시킨다. 홈(200,204,208)은 각각 홈(300)과 동일하게 형성될 수 있다는 것이 이해된다.
이제 도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 홈(400)이 예시되어 있다. 홈(400)은 밖으로 경사진 외부 벽(340)과 대체로 수직인 내부 벽(442)을 포함하고 있다. 따라서, 언더컷 부분(244)이 생략되었다는 것을 제외하고 홈(400)은 홈(300)과 동일하다. 홈(300)과 시일(90)의 기능, 작동 및 장점은 상술한 홈(200)과 홈(300) 및 시일(90)과 동일하다. 시일(90) 아래에 웨이브 스프링(450)을 통합함으로써 언더컷 부분(244)의 생략이 가능하게 된다. 웨이브 스프링(450)은 머플러 플레이트(22)를 향해 위쪽으로 시일(90)의 수평 부분을 가압하므로써 시일(90)을 가압하기 위해 시일(90)의 내부 표면에 대항하여 반작용하도록 오목부(82)내의 가압 가스를 위한 통로를 제공한다. 홈(200,204,208)은 각각 홈(400)과 동일하게 형성될 수 있다는 것이 이해된다.
이제 도 15를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 시스템(420)이 도시되어 있다. 밀봉 시스템(420)은 칸막이(422)와 비선회 스크롤 부재(470) 사이의 유체 압력을 밀봉한다. 비선회 스크롤 부재(470)는 비선회 스크롤 부재(70) 또는 설명된 다른 비선회 스크롤 부재를 대체하도록 설계되어 있다. 유사한 방식으로, 칸막이(422)는 상술한 압축기에서의 칸막이(22)를 대체하도록 설계되어 있다.
비선회 스크롤 부재(470)는 스크롤 랩(72)을 포함하고 있으며 이것은 환형상 오목부(484), 외부 시일 홈(486) 및 내부 시일 홈(488)을 한정한다. 환형상 오목부(484)는 외부 시일 홈(486)과 내부 시일 홈(488) 사이에 배치되어 있으며 비선회 스크롤 부재(470)의 비선회 스크롤 랩(72)과 선회 스크롤 부재(56)의 선회 스크롤 랩(58)에 의해 한정된 유체 포켓으로 개방하는 유체 통로(88)를 통하여 압축 유체가 제공된다. 유체 통로(88)를 통하여 제공된 가압 유체는 중간 압력 또는 압축기의 흡입 압력과 배출 압력 사이의 압력하에 있다. 환형상 오목부(484)내의 유체 압력은 비선회 스크롤 부재(470)를 선회 스크롤 부재(56)쪽으로 가압하므로 두 스크롤 부재 사이의 팁 밀봉 특성을 향상시킨다.
플립 시일(490)은 외부 시일 홈(486)내에 배치되어 있고 플립 시일(492)은 내부 시일 홈(488)내에 배치되어 있다. 플립 시일(490)은 비선회 스크롤 부재(470)와 칸막이(422)를 밀봉하여 맞물림하므로 환형상 오목부(484)를 흡입 압력으로부터 격리한다. 플립 시일(492)은 비선회 스크롤 부재(470)와 칸막이(422)를 밀봉 맞물림하므로 환형상 오목부(484)를 배출 압력으로부터 격리한다. 도 15에 도시되지 않았지만, 비선회 스크롤 부재(470)는 온도 보호시스템(110)을 포함할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 비선회 스크롤 부재(470)는 원하는 경우 압력 방출 시스템(112)을 포함할 수 있다.
이제 도 16을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 시스템(520)이 도시되어 있다. 밀봉 시스템(520)은 칸막이(522)와 비선회 스크롤 부재(570) 사이의 유체 압력을 밀봉한다. 비선회 스크롤 부재(570)는 비선회 스크롤 부재(70) 또는 설명된 다른 비선회 스크롤 부재를 대체하도록 설계되어 있다. 유사한 방식으로, 칸막이(522)는 칸막이(22) 또는 상술한 다른 칸막이를 대체하도록 설계되어 있다.
비선회 스크롤 부재(570)는 스크롤 랩(72)을 포함하고 있으며 이것은 환형상 오목부(584), 외부 시일 홈(586) 및 내부 시일 홈(588)을 한정한다. 환형상 오목부(584)는 외부 시일 홈(586)과 내부 시일 홈(588) 사이에 배치되어 있으며 비선회 스크롤 부재(570)의 비선회 스크롤 랩(72)과 선회 스크롤 부재(56)의 선회 스크롤 랩(58)에 의해 한정된 유체 포켓으로 개방하는 유체 통로(88)를 통하여 압축 유체가 제공된다. 유체 통로(88)를 통하여 제공된 가압 유체는 중간 압력 또는 압축기의 흡입 압력과 배출 압력 사이의 압력하에 있다. 환형상 오목부(586)내의 유체 압력은 비선회 스크롤 부재(570)를 선회 스크롤 부재(56)쪽으로 가압하므로 두 스크롤 부재 사이의 팁 밀봉 특성을 향상시킨다.
플립 시일(590)은 외부 시일 홈(586)내에 배치되어 있고 플립 시일(592)은 내부 시일 홈(588)내에 배치되어 있다. 플립 시일(590)은 비선회 스크롤 부재(570)와 칸막이(522)를 밀봉하여 맞물림하므로 환형상 오목부(584)를 흡입 압력으로부터 격리한다. 플립 시일(592)은 비선회 스크롤 부재(570)와 칸막이(522)를 밀봉 맞물림하므로 환형상 오목부(584)를 배출 압력으로부터 격리한다. 도 16에 도시되지 않았지만, 비선회 스크롤 부재(570)는 온도 보호시스템(110)을 포함할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 비선회 스크롤 부재(570)는 원하는 경우 압력방출 시스템(112)을 포함할 수 있다.
이제 도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 시스템(620)이 도시되어 있다. 밀봉 시스템(620)은 칸막이(622)와 비선회 스크롤 부재(670) 사이의 유체 압력을 밀봉한다. 비선회 스크롤 부재(670)는 비선회 스크롤 부재(70) 또는 설명된 다른 비선회 스크롤 부재를 대체하도록 설계되어 있다. 유사한 방식으로, 칸막이(622)는 칸막이(22) 또는 상술한 다른 칸막이를 대체하도록 설계되어 있다.
비선회 스크롤 부재(670)는 스크롤 랩(72)을 포함하고 있으며 환형상 오목부(684)를 한정한다. 칸막이(622)는 외부 시일 홈(686)과 내부 시일 홈(688)을 한정한다. 환형상 오목부(684)는 외부 시일 홈(686)과 내부 시일 홈(688) 사이에 배치되어 있으며 비선회 스크롤 부재(670)의 비선회 스크롤 랩(72)과 선회 스크롤 부재(56)의 선회 스크롤 랩(58)에 의해 한정된 유체 포켓으로 개방하는 유체 통로(88)를 통하여 압축 유체가 제공된다. 유체 통로(88)를 통하여 제공된 가압 유체는 중간 압력 또는 압축기의 흡입 압력과 배출 압력 사이의 압력하에 있다. 오목부(684)내의 유체 압력은 비선회 스크롤 부재(270)를 선회 스크롤 부재(56)쪽으로 가압하므로 두 스크롤 부재 사이의 팁 밀봉 특성을 향상시킨다.
플립 시일(690)은 외부 시일 홈(686)내에 배치되어 있고 플립 시일(692)은 내부 시일 홈(608)내에 배치되어 있다. 플립 시일(690)은 비선회 스크롤 부재(670)와 칸막이(622)를 밀봉하여 맞물림하므로 환형상 오목부(684)를 흡입 압력으로부터 격리한다. 플립 시일(692)은 비선회 스크롤 부재(670)와 칸막이(622)를 밀봉 맞물림하므로 환형상 오목부(684)를 배출 압력으로부터 격리한다. 도 17에 도시되지 않았지만, 비선회 스크롤 부재(670)는 온도 보호시스템(110)을 포함할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 비선회 스크롤 부재(670)는 원하는 경우 압력 방출 시스템(112)을 포함할 수 있다.
이제 도 18을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 시스템(720)이 도시되어 있다. 밀봉 시스템(720)은 캡(714)과 비선회 스크롤 부재(770) 사이의 유체 압력을 밀봉한다. 배출 맞춤부(718)와 흡입 맞춤부(722)는 직접 배출 스크롤 압축기를 위해 그리고 압축기에 감압된 가스를 복귀시키기 위해 캡(714)에 고정된다. 비선회 스크롤 부재(770)는 비선회 스크롤 부재(70) 또는 설명된 다른 비선회 스크롤 부재를 대체하도록 설계되어 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 밀봉 시스템(720)이 캡(714)과 비선회 스크롤 부재(770) 사이에 배치되기 때문에 압축기의 흡입 압력 구역과 배출 압력 구역 사이의 칸막이는 생략되었다.
비선회 스크롤 부재(770)는 스크롤 랩(72)을 포함하고 있으며 이것은 환형상 오목부(784), 외부 시일 홈(786) 및 내부 시일 홈(788)을 한정한다. 통로(782)는 외부 시일 홈(686)과 환형상 오목부(784)를 서로 연결시킨다. 환형상 챔버(784)는 외부 시일 홈(786)과 내부 시일 홈(788) 사이에 배치되어 있으며 비선회 스크롤 부재(770)의 비선회 스크롤 랩(72)과 선회 스크롤 부재(56)의 선회 스크롤 랩(58)에 의해 한정된 유체 포켓으로 개방하는 유체 통로(88)를 통하여 압축 유체가 제공된다. 유체 통로(88)를 통하여 제공된 가압 유체는 중간 압력 또는 압축기의 흡입 압력과 배출 압력 사이의 압력하에 있다. 환형상 챔버(784)내의 유체 압력은 비선회 스크롤 부재(770)를 선회 스크롤 부재(56)쪽으로 가압하므로 두 스크롤 부재 사이의 팁 밀봉 특성을 향상시킨다.
플립 시일(790)은 외부 시일 홈(786)내에 배치되어 있고 플립 시일(792)은 내부 시일 홈(788)내에 배치되어 있다. 플립 시일(790)은 비선회 스크롤 부재(770)와 캡(714)을 밀봉 맞물림하므로 환형상 오목부(784)를 흡입 압력으로부터 격리한다. 플립 시일(792)은 비선회 스크롤 부재(770)와 캡(714)을 밀봉 맞물림하므로 환형상 오목부(784)를 배출 압력으로부터 격리한다. 도 18에 도시되지 않았지만, 비선회 스크롤 부재(770)는 온도 보호시스템(110) 및/또는 원하는 경우 압력 방출 시스템(112)을 포함할 수 있다.
이제 도 19를 참조하면, 도 18에 예시된 압축기는 증기 분사 시스템(730)을 통합한 것이 도시되어 있다. 증기 분사 시스템(730)은 캡(714)을 통하여 뻗어 있고 비선회 스크롤 부재(770)를 통하여 뻗어 있는 증기 분사 통로(734)와 연통하는 분사 파이프(732)를 포함하고 있다. 평탄한 최상부 시일(736)은 분사 파이프(732)와 비선회 스크롤 부재(770) 사이의 경계를 밀봉할 뿐만 아니라 증기 분사 통로(734)와 환형상 오목부(786) 사이의 시일을 제공한다. 증기 분사 통로(734)는 스크롤 부재(770,56)의 스크롤 랩(72,58)에 의해 각각 형성된 유체 포켓중의 하나 이상과 연통한다. 증기 분사 시스템(730)은 바람직하게는 솔레노이드 밸브인 밸브(738), 압축 증기의 공급원에 이르는 연결 파이프(740)를 더 포함하고 있다. 압축기를 위한 추가적인 용량이 요구될 때, 증기 분사 시스템(730)은 당해 기술분야에 공지된 바와 같이 압축기내로 가압 증기를 분사하도록 활성화 될 수 있다.증기 분사 시스템은 당해 기술분야에 공지되어 있으므로 이 시스템에 대한 설명은 여기에 포함되지 않을 것이다. 펄스 폭 변조 모드에서 증기 분사 시스템을 작동하므로써, 압축기의 용량은 그 전체 용량과 증기 분사 시스템(730)에 의해 제공될 때 그 전체 용량 이상의 용량 사이에서 증가될 수 있다.
이제 도 20을 참조하면, 본 발명에 따른 밀봉 시스템(820)이 도시되어 있다. 밀봉 시스템(820)은 칸막이(822)와 비선회 스크롤 부재(870) 사이의 유체 압력을 밀봉한다. 비선회 스크롤 부재(870)는 비선회 스크롤 부재(70) 또는 설명된 다른 비선회 스크롤 부재를 대체하도록 설계되어 있다. 칸막이(822)는 칸막이(22) 또는 상술한 다른 칸막이를 대체하도록 설계되어 있다.
비선회 스크롤 부재(870)는 스크롤 랩(72)을 포함하고 있으며 환형상 챔버(884)를 한정한다. 칸막이(822)는 외부 시일 홈(886)과 내부 시일 홈(888)을 한정한다. 환형상 챔버(884)는 외부 시일 홈(886)과 내부 시일 홈(888) 사이에 배치되어 있으며 비선회 스크롤 부재(870)의 비선회 스크롤 랩(72)과 선회 스크롤 부재(56)의 선회 스크롤 랩(58)에 의해 한정된 유체 포켓으로 개방하는 유체 통로(88)를 통하여 압축 유체가 제공된다. 유체 통로(88)를 통하여 제공된 가압 유체는 중간 압력 또는 압축기의 흡입 압력과 배출 압력 사이의 압력하에 있다. 환형상 챔버(684)내의 유체 압력은 비선회 스크롤 부재(870)를 선회 스크롤 부재(56)쪽으로 가압하므로 두 스크롤 부재 사이의 팁 밀봉 특성을 향상시킨다.
플립 시일(890)은 외부 시일 홈(886)내에 배치되어 있고 플립 시일(892)은 내부 시일 홈(888)내에 배치되어 있다. 플립 시일(890)은 비선회 스크롤부재(870)와 칸막이(822)를 맞물림하므로 환형상 챔버(884)를 흡입 압력으로부터 격리한다. 플립 시일(892)은 비선회 스크롤 부재(870)와 칸막이(822)를 밀봉 맞물림하므로 환형상 챔버(884)를 배출 압력으로부터 격리한다. 도 20에 도시되지 않았지만, 비선회 스크롤 부재(870)는 온도 보호시스템(110)을 포함할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 비선회 스크롤 부재(870)는 원하는 경우 압력 방출 시스템(112)을 포함할 수 있다.
이제 도 21을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 시스템(920)이 도시되어 있다. 밀봉 시스템(920)은 캡(914)과 비선회 스크롤 부재(970) 사이의 유체 압력을 밀봉한다. 배출 맞춤부(918)는 직접 배출 스크롤 압축기를 위해 제공되는 캡(914)에 고정된다. 비선회 스크롤 부재(970)는 비선회 스크롤 부재(70) 또는 설명된 다른 비선회 스크롤 부재를 대체하도록 설계되어 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 밀봉 시스템(920)이 캡(914)과 비선회 스크롤 부재(970) 사이에 배치되기 때문에 압축기의 흡입 압력 구역과 배출 압력 구역 사이의 칸막이는 생략되었다.
비선회 스크롤 부재(970)는 스크롤 랩(72)을 포함하고 있으며 이것은 환형상 오목부(984)를 한정한다. 환형상 오목부(984)내에 배치된 것은 플로팅 시일(950)이다. 플로팅 시일(950)과 축선방향의 가압에 대한 기본 개념은 양수인의 미국특허 제4,877,382 에 상세하게 개시되어 있으며, 개시된 내용은 여기에 참고로 통합되었다. 플로팅 시일(950)은 베이스 링(952), 밀봉 링(954), 외부 플립 시일(990) 및 내부 플립 시일(992)을 포함하고 있다. 플립 시일(990,992)은 링(952,954) 사이에 샌드위치되어 있고 베이스 링(952)과 일체인 복수의 포스트(956)에 의해서 제 위치에 유지된다. 밀봉 링(954)은 복수의 포스트(956)에 대응하는 복수의 구멍(958)을 포함하고 있다. 베이스 링(952), 시일(990,992) 및 밀봉 링(954)이 일단 조립되면, 포스트(956)는 플로팅 시일(950)의 조립을 완료하기 위하여 버섯모양으로 퍼진다. 시일(990,992)이 별개의 구성요소로 설명되었지만, 단일 구성요소가 복수의 포스트(956)에 대응하는 복수의 구멍을 포함하고 있는 단일 구성요소를 구비한 시일(990,992)을 제공하는 것도 본 발명의 범위내에 있는 것이다.
환형상 오목부(984)에는 비선회 스크로 부재(970)의 비선회 스크롤 랩(72)과 선회 스크롤 부재(56)의 선회 스크롤 랩(58)에 의해 한정된 유체 포켓으로 개방하는 유체 통로(88)를 통하여 압축 유체가 제공된다. 유체 통로(88)를 통하여 제공된 가압 유체는 중간 압력 또는 압축기의 흡입 압력과 배출 압력 사이의 압력하에 있다. 환형상 오목부(984)내의 유체 압력은 비선회 스크롤 부재(970)를 선회 스크롤 부재(56)쪽으로 가압하므로 두 스크롤 부재 사이의 팁 밀봉 특성을 향상시킨다. 게다가, 환형상 오목부(984)내의 유체 압력은 플로팅 시일 부재(950)를 압축기의 상부 캡(914)에 대하여 가압한다. 밀봉 링(954)은 상부 캡(914)을 맞물림하므로 압축기의 흡입 압력 영역을 압축기의 배출 영역으로부터 밀봉한다. 플립 시일(990)은 비선회 스크롤 부재(970)와 시일(952,54)을 밀봉하여 맞물림하므로 환형상 오목부(984)를 배출 압력으로부터 격리한다. 도 21에 도시되지 않았지만, 비선회 스크롤 부재(970)는 온도 보호시스템(110) 및/또는 압력 방출 시스템(112)을 포함할 수 있다.
이제 도 22를 참조하면, 도 21에 예시된 압축기는 증기 분사 시스템(730)을 통합한 것이 도시되어 있다. 증기 분사 시스템(930)은 커플링(932)과 분사 파이프(934)를 포함하고 있다. 분사 파이프(934)는 캡(914)을 통하여 뻗어 있고 커플링(932)을 통하여 뻗어 있는 증기 분사 통로(936)와 연통하고 있다. 플립 시일(938)은 커플링(932)과 분사 파이프(934) 사이의 경계를 밀봉한다. 증기 분사 통로(936)는 스크롤 부재(770,56)의 스크롤 랩(72,58)에 의해 각각 형성된 유체 포켓중의 하나 또는 그 이상으로 개방하도록 비선회 스크롤 부재(970)를 통하여 뻗은 증기 분사 통로(940)와 연통한다. 증기 분사 시스템(930)은 바람직하게는 솔레노이드 밸브인 밸브(942), 압축 증기의 공급원에 이르는 연결 파이프(944)를 더 포함하고 있다. 압축기를 위한 추가적인 용량이 수용될 때, 증기 분사 시스템(930)은 당해 기술분야에 공지된 바와 같이 압축기내로 가압 증기를 분사하도록 활성화 될 수 있다. 증기 분사 시스템은 당해 기술분야에 공지되어 있으므로 이 시스템에 대한 설명은 여기에 포함되지 않을 것이다. 펄스 폭 변조 모드에서 증기 분사 시스템(930)을 작동하므로써, 압축기의 용량은 그 전체 용량과 증기 분사 시스템(930)에 의해 제공될 때 그 전체 용량 이상의 용량 사이에서 증가될 수 있다.
이제 도 23A∼23H를 참조하면, 상술한 시일 홈의 다양한 형태가 예시되어 있다. 도 23A는 직사각형의 형태를 갖는 시일 홈(1100)을 예시한다. 도 23B는 일직선의 부분(1112)과 테이퍼진 부분(1114)을 한정하는 한쪽을 갖는 시일 홈(1110)을 예시한다. 이것은 홈(1110)내에 조립된 시일의 에지가 부분(1112,1114)의 하나에 대하여 밀봉되는 바람직한 홈 형태이다. 홈(1110)의 다른쪽은 일직선의 벽이다.도 23C는 테이퍼진 제1 부분(1122)과 테이퍼진 제2 부분(1124)을 한정하는 한쪽을 갖는 시일 홈(1120)을 예시한다. 홈(1120)내에 조립된 시일의 에지는 부분(1122,1124)의 하나에 대하여 밀봉된다. 홈(1120)의 다른쪽은 일직선의 벽이다.
도 23D는 반대로 테이퍼진 벽(1132)을 한정하는 한쪽을 갖는 시일 홈(1130)을 예시한다. 홈(1130)내에 조립된 시일의 에지는 반대로 테이퍼진 벽(1132)에 대하여 밀봉된다. 홈(1130)의 다른쪽은 일직선의 벽이다. 도 23E는 반대로 테이퍼진 제1 부분(1142)과 반대로 테이퍼진 제2 부분(1144)을 한정하는 한쪽 벽을 갖는 시일 홈(1140)을 예시한다. 홈(1140)내에 조립된 시일의 에지는 부분(1142,1144)의 하나에 대하여 밀봉된다. 홈(1140)의 다른쪽은 일직선의 벽이다. 도 23F는 반대로 테이퍼진 부분(1152)과 테이퍼진 부분(1154)을 한정하는 한쪽을 갖는 시일 홈(1150)을 예시한다. 홈(1150)내에 조립된 시일의 에지는 부분(1152,1154)의 하나에 대하여 밀봉된다. 홈(1150)의 다른쪽은 일직선의 벽이다.
도 23G는 반대로 테이퍼진 부분(1162), 일직선의 부분(1164) 및 테이퍼진 부분(1166)을 한정하는 한쪽을 갖는 시일 홈(1160)을 예시한다. 홈(1160)내에 조립된 시일의 에지는 부분(1162,1164,1166)의 하나에 대하여 밀봉된다. 홈(1160)의 다른쪽은 일직선의 벽이다. 도 23H는 만곡된 벽(1172)을 한정하는 한쪽을 갖는 시일 홈(1170)을 예시한다. 홈(1170)내에 조립된 시일의 에지는 만곡된 벽(1172)에 대하여 밀봉된다. 홈(1170)의 다른쪽은 일직선이다.
이제 도 24 및 25를 참조하면, 플립 시일(90)이 예시되어 있다. 도 24는 성형된 상태의 플립 시일(90)을 예시한다. 강철 구성요소와 접하는 경우에 플립 시일(90)은 바람직하게 10% 함유한 등록상표 Teflon 재료로 제작된다. 플립 시일(90)은 도 24에 도시된 바와 같이 한쪽 표면내로 뻗어 있는 노치(98)를 가진 환형상으로 성형된다. 노치(98)는 플립 시일(90)을 도 25에 도시된 바와 같은 L자 형태로 구부리는 것을 용이하게 한다. 도 24 및 25는 평탄한 최상부 시일(90)을 도시하고 있지만, 플립 시일(92,94,490,492,590,592,690,692,790,792,890,892,990, 992)은 모두 노치(98)를 가진 것으로 제작된다.
특별히 예시하지는 않았지만, 증기 분사 시스템(730,930)은 증기 분사 대신에 지연된 흡입 폐쇄를 제공하도록 설계될 수 있다. 지연된 흡입 폐쇄를 위해 설계되었을 때, 시스템(730,930)은 스크롤 랩에 의해서 한정된 폐쇄된 포켓의하나와 압축기의 흡입 영역 사이에 뻗을 수 있다. 지연된 흡입 폐쇄 시스템은 당해 기술분야에 공지된 바와 같이 용량 조절을 위해 제공되며 또한 펄스 폭 변조 방식으로 작동될 수 있다. 게다가, 도 19 및 22에 도시된 증기 분사 시스템은 예시된 본 발명의 어떠한 실시예에도 통합될 수 있다.
상세한 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하고 있지만, 본 발명은 첨부된 청구항의 범주와 공정한 취지에서 벗어나지 않고 개량, 변경 및 교체될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명에 따라, 스크롤 타입 장치의 축선방향의 가압 챔버를 위한 독특한 밀봉 시스템을 가진 장치가 제공된다. 본 발명의 시일은 팁 밀봉을 향상시키기 위해 필요한 축선방향의 가압력을 제공하기 위하여 스크롤 압축기에 통합되며 배출 압력, 배출 압력 및 독립적인 중간 압력, 또는 중간 압력만을 사용하는 기계에 사용하는데 적합하다. 더욱이, 본 발명의 시일은 선회 스크롤 부재쪽으로 비선회 스크롤 부재를 가압하는 응용에 사용하는데 특히 적합하다.
본 발명에 의하면, 형성된 복수의 체적비와 그에 상응하는 설계 압력비를 통하여 스크롤 압축기의 작동 효율을 향상시킨다.

Claims (27)

  1. 제 1 끝판으로부터 바깥쪽으로 돌출한 제 1 나선형 랩을 가진 제 1 스크롤 부재;
    상기 제 1 나선형 랩이 끼워지며 제 2 끝판으로부터 바깥쪽으로 돌출한 제 2 나선형 랩을 가진 제 2 스크롤 부재;
    흡입 압력하의 흡입 압력 구역과 배출 압력하의 배출 압력 구역 사이에 점진적으로 체적이 변하는 포켓을 생성하기 위하여 상기 나선형 랩을 서로에 대하여 선회하도록 하는 구동 부재;
    상기 제 1 스크롤 부재에 인접하여 배치된 전체적으로 평탄한 제 1 및 제 2 평탄부를 가진 판 부재;
    상기 판 부재와 상기 제 1 끝판을 통하여 뻗어 있고 상기 포켓중의 하나를 상기 배출 압력 구역과 유체 연통하게 하는 배출 통로;
    상기 판 부재의 전체적으로 평탄한 상기 제 1 평탄부와 상기 제 1 끝판 사이에 배치되고 상기 배출 통로를 둘러싸는 제 1 환형상 립 시일;
    환형상 립 시일 사이에 제 1 챔버를 한정하기 위하여 상기 판 부재의 전체적으로 평탄한 상기 제 2 평탄부와 상기 제 1 끝판 사이에 배치되고 상기 제 1 환형상 립 시일을 둘러싸는 제 2 환형상 립 시일;
    상기 제 1 스크롤 부재를 상기 제 2 스크롤 부재쪽으로 가압하기 위하여 압축 유체를 상기 흡입 압력과 상기 배출 압력 중간의 압력하에서 상기 챔버와 유체연통하게 하는 통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 평탄부는 이격된 평행한 평면에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 평탄부는 동일 평면에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 환형상 립 시일중 하나가 시일 홈에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 시일 홈은 상기 제 1 스크롤 부재에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 시일 홈은 상기 판 부재에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 시일 홈은 전체적으로 직사각형 형태인 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 시일 홈은 테이퍼진 부분을 한정하는 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 시일 홈은 이중 테이퍼진 부분을 한정하는 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 시일 홈은 반대의 테이퍼를 한정하는 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 시일 홈은 반대의 이중 테이퍼를 한정하는 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  12. 제 4 항에 있어서, 상기 시일 홈은 반대의 립을 한정하는 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  13. 제 4 항에 있어서, 상기 시일 홈은 테이퍼진 제 1 테이퍼 부분, 평탄부, 테이퍼진 제 2 테이퍼 부분을 한정하는 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  14. 제 4 항에 있어서, 상기 시일 홈은 만곡부를 한정하는 벽을 포함하는 것을특징으로 하는 스크롤 기계.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 판 부재는 상기 배출 압력 구역과 상기 흡입 압력 구역 사이에 배치된 중앙부를 갖는 칸막이 인 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  16. 제 1 항에 있어서, 제 2 립 시일과 제 3 립 시일 사이에 제 2 챔버를 한정하기 위하여 상기 판 부재와 상기 제 1 끝판 사이에 배치되고 상기 제 2 립 시일을 둘러싸는 상기 제 3 환형상 립 시일;
    상기 제 2 챔버와 유체 연통하여 유체가 압축되도록 하므로써 상기 제 1 스크롤 부재를 상기 제 2 스크롤 부재쪽으로 가압하는 통로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 챔버에 공급된 유체는 상기 제 1 챔버에 공급된 유체의 압력과 다른 압력하에 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 챔버에 공급된 유체는 배출 압력하에 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 셸은 최상부, 바닥부 및 측면을 가지고 있으며, 상기 판부재는 상기 셸의 최상부인 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 스크롤 부재와 상기 판부재중의 하나에 의해 한정되는 시일 홈을 더 포함하고 있고, 상기 제 1 및 제 2 환형상 립 시일중의 하나는 상기 시일 홈에 배치되고, 상기 시일 홈은 자유로운 상태에서 상기 하나의 환형상 립 시일의 직경보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  21. 제 1 끝판으로부터 바깥쪽으로 돌출한 제 1 나선형 랩을 가진 제 1 스크롤 부재;
    상기 제 1 나선형 랩이 끼워지며 제 2 끝판으로부터 바깥쪽으로 돌출한 제 2 나선형 랩을 가진 제 2 스크롤 부재;
    흡입 압력하의 흡입 압력 구역과 배출 압력하의 배출 압력 구역 사이에 점진적으로 체적이 변하는 포켓을 생성하기 위하여 상기 나선형 랩을 서로에 대하여 선회하도록 하는 구동 부재;
    상기 제 1 스크롤 부재에 인접하여 배치된 판 부재;
    상기 판 부재와 상기 제 1 끝판을 통하여 뻗어 있고 상기 포켓중의 하나를 상기 배출 압력 구역과 유체 연통하게 하는 배출 통로;
    상기 제 1 스크롤 부재에 의해 한정된 챔버;
    상기 챔버에 배치되고 상기 판 부재와 밀봉 맞물림하는 플로팅 시일;
    상기 플로팅 시일과 상기 제 1 스크롤 부재 사이에 배치되고 상기 배출 통로를 둘러싸는 제 1 환형상 립 시일;
    상기 플로팅 시일과 상기 제 1 스크롤 부재 사이에 배치되고 상기 제 1 환형상 립 시일을 둘러싸는 제 2 환형상 립 시일;
    상기 제 1 스크롤 부재를 상기 제 2 스크롤 부재쪽으로 가압하기 위하여 압축 유체를 상기 흡입 압력과 상기 배출 압력 중간의 압력하에서 상기 챔버와 유체 연통하게 하는 통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  22. 제 1 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 환형상 립 시일중 하나는 원웨이 시일인 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  23. 제 1 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 환형상 립 시일중 하나는 L자 시일인 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  24. 제 1 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 환형상 립 시일중 하나는 노치를 한정하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  25. 제 1 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 환형상 립 시일중 하나는 등록상표 Teflon 으로 제작되는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  26. 제 1 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 스크롤 기계는 증기 분사 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
  27. 제 1 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 스크롤 기계는 용량 조절 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
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