KR20060064580A - 스크롤형 압축기 - Google Patents

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Abstract

스크롤 압축기는 용량변조 시스템을 포함하고 있다. 용량변조 시스템은 비-선회 스크롤에 연결되어 있고 압력챔버가 압축기의 흡입챔버와 연통되어질 때 비-선회 스크롤을 선회 스크롤과의 맞물림을 해체하는 피스톤을 가지고 있다. 챔버가 배출챔버와 연통되어질 때 비-선회 스크롤 부재는 운동하여 선회 스크롤과 맞물림체결을 한다. 압력챔버가 흡입챔버로부터의 유체와 연통되어질 때 두 스크롤 간의 맞물림체결은 깨어진다. 솔레노이드 밸브는 압력챔버 및 흡입챔버사이의 연통을 제어한다. 밸브를 펄스폭 변조 모드로 작동시킴으로써, 압축기의 용량은 제로에서 100% 사이에서 무한대로 변화될 수 있다.
스크롤 압축기, 솔레노이드 밸브, 올덤커플링, 분할판, 크랭크 샤프트, 압력챔버, 흡입챔버, 플래쉬탱크

Description

스크롤형 압축기{A SCROLL-TYPE COMPRESSOR}
본 발명을 실행하기 위해 의도된 현재 최선의 모드를 도시하고 있는 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 완전 용량에서 작동하는 스크롤형 냉동 압축기의 부분도;
도 2는 감소된 용량에서 작동하는 도 1에 도시된 스크롤형 냉동기의 부분도;
도 3은 도 2에 도시된 화살표 3-3의 방향에서 취해진 링 및 가압장치의 상세도;
도 4는 완전 용량에서 작동하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스크롤형 냉동 압축기의 부분도;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스크롤형 냉동 압축기의 부분도;
도 6은 도 5에 도시된 압축기의 평면도;
도 7은 도 5에 도시된 피스톤 조립체의 확대도;
도 8은 도 7에 도시된 배출피팅의 평면도;
도 9는 도 5에 도시된 가압스프링의 상승된 도면;
도 10은 도 5에 도시된 비-선회 스크롤 부재의 측면도;
도 11은 도 10에 도시된 비-선회 스크롤 부재의 단면 평면도;
도 12는 도 5에 도시된 분사피팅의 확대도;
도 13은 도 12에 도시하고 있는 피팅의 끝 도면;
도 14는 본 발명에 따른 용량제어 시스템을 이용하는 냉동 시스템의 개략도;
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉동 시스템의 개략도; 및
도 16은 본 발명에 따른 용량제어 시스템을 사용하고 있는 압축기의 용량을 도시하는 그래프.
본 발명은 스크롤형 압축기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 스크롤형 압축기의 용량변조에 관한 것이다.
스크롤형 압축기는 공기조화 및 열 펌프 용도로 뿐만 아니라 냉동 시스템 내의 압축기로서의 사용이 더욱 더 대중화되고 있다. 스크롤형 압축기의 대중화는 주로 매우 효율적인 작동성능 때문이다. 일반적으로, 이 기계는 한 쌍의 서로 맞물려 있는 나선형 랩을 포함하는데, 외부흡입 포트로부터 중앙배출 포트를 향해 이동할 때 크기가 점진적으로 줄어드는 하나 또는 그 이상의 이동 챔버를 형성하기 위해서 랩 중 하나는 다른 랩에 대하여 선회하게 된다. 적당한 구동축을 통해서 스크롤 부재를 구동시키기 위해 작동하는 전기모터가 통상 제공된다. 정상적인 작동동안, 이 스크롤형 압축기는 일정한 압축률을 가지도록 설계된다.
공기 조화 및 냉동 시스템은 광범위한 로딩 요구를 경험한다. 이 광범위한 로딩 요구를 충족시키기 위해 고정된 압축률의 압축기를 사용하는 것은 시스템의 설계자에게 여러가지 문제점을 드러낼 수 있다. 일정한 압축률의 압축기를 광범위한 로딩 요구에 맞게 개조하는 한 방법은 용량변조 시스템을 압축기내에 포함하는 것이다. 시스템들이 겪을수도 있는 광범위한 로딩을 더 잘 수용하기 위해서 공기조화 및 냉동 시스템 내에 포함하기에는 용량변조가 바람직한 특성임이 입증되었다. 많은 다른 접근법들이 이 용량변조 특성을 제공하기 위해 이용되어 왔다. 이 종래기술의 시스템들은 흡입구의 제어에서부터 압축배출가스를 우회시켜 압축기의 흡입구역 내로 곧장 되돌리는 것 까지 포함한다. 스크롤형 압축기로, 용량변조는 지연흡입 접근법을 통해서 흔히 달성되어 왔는데 이 접근법은 압축챔버의 경로를 따라 다양한 위치에서의 공급포트로 이루어지며, 개방되었을 때, 맞물림 스크롤 랩 사이에 형성되어 있는 압축챔버를 흡입가스 공급부와 연통되게 해서 흡입가스의 압축이 시작되는 지점을 지연시킨다. 이 지연흡입방법의 용량변조는 압축기의 압축률을 실제로 감소시킨다. 그러한 시스템들은 압축기의 용량을 감소시키는데에는 효과적이지만, 단지 미리 설정된 또는 단계적인 양의 압축기 언로딩만을 제공할 수 있다. 언로딩의 양 또는 단계의 크기는 랩 또는 압축과정을 따라 언로딩포트의 위치에 의존한다. 비록 압축과정을 따라 다른 위치에 다수의 언로딩포트를 포함함으로써 여러 단계의 언로딩을 제공하는 것이 가능하지만, 이러한 접근법은 포트의 수가 증가됨에 따라 더욱 더 비싸지고 일련의 포트에서 각 포트를 개방하고 폐쇄하기 위한 분리 제어를 수용하기 위한 추가공간을 요구한다.
그러나, 본 발명은 100% 완전 용량 감소로부터 거의 제로 용량까지의 용량변조성능을 가진 무한가변용량 시스템을 허용함으로써 이러한 결점들을 극복한다. 나아가, 본 발명의 시스템은 압축기 및/또는 냉동 시스템의 작동효율이 원했던 소정의 압축기 언로딩에 대해 최대화되도록 한다.
본 발명에서, 압축기 언로딩은 압축기의 작동사이클동안 두 스크롤 부재의 축방향의 분리를 주기적으로 일으킴으로써 달성된다. 더욱 엄밀히 말하면, 본 발명은 펄스폭 변조 모드로 작동하는 솔레노이드밸브에 의해 하나의 스크롤 부재가 다른 스크롤 부재에 대하여 축방향으로 이동되는 배열부를 제공한다. 솔레노이드 밸브를 위한 펄스폭 변조 작동 모드는 맞물림 스크롤 랩에 의해 형성되는 고 압축 포켓으로부터 저 압축 포켓까지 랩의 팁을 가로질러 누출로를 제공하고 궁극적으로 흡입부로 되돌린다. 펄스폭 변조 주파수를 제어해서 스크롤 랩 팁의 시일링과 언시일링의 상대 시간을 제어함으로써, 무한한 정도의 압축기 언로딩이 단일 제어 시스템으로 달성될 수 있다. 나아가, 냉동 시스템 내에서의 다양한 상태를 감지함으로써, 전반적인 시스템 효율이 최대화되는 정도로 각 사이클 동안 압축기 로딩 및 언로딩 기간이 소정의 용량을 위해 선택되어질 수 있다.
아래에 설명된 본 발명의 실시예는 전 범위의 압축기 언로딩을 수용하기 위해서 하나의 스크롤 부재가 다른 스크롤 부재에 대하여 축방향으로 왕복운동될 수 있게 하는 아주 다양한 배열부를 제공한다. 로디드(loaded) 및 언로디드(unloaded) 작동 기간을 선택하는 성능뿐만 아니라 단일 시스템으로 전 범위의 용 량변조를 제공하는 성능은 비교적 저가에서 아주 효율적인 시스템을 제공하는데 같이 작용한다.
본 발명의 다른 이점 및 목적은 후술하는 실시예, 첨부된 청구항 및 도면으로부터 그 기술분야의 당업자에게 명백해 질 것이다.
(바람직한 실시예의 상세한 설명)
여러 도면을 통해 같은 참조번호는 같은 또는 일치하는 부품을 나타내는 도면을 이제 참조하면, 본 발명에 따른 독특한 용량제어 시스템을 포함하고 있고 전체적으로 참조번호 10으로 나타내는 스크롤 압축기가 도 1에 도시되어 있다. 스크롤 압축기(10)는 미국 특허 제 5,102,316 호에서 기술되어 있다. 스크롤 압축기(10)는 외부덮개(12)로 이루어져 있는데, 외부덮개(12)의 내부에는 고정자(14) 및 로터(16)를 포함하는 구동모터, 로터(16)가 체결되어 있는 크랭크 샤프트(18), 크랭크 샤프트(18) 및 압축기 조립체(24)를 회전가능 하게 지지하기 위한 상부 베어링 하우징(20) 및 하부 베어링 하우징(도시 생략)이 배치되어 있다.
압축기 조립체(24)는 선회 스크롤 부재(26)를 포함하고 있는데 부재(26)는 상부 베어링 하우징(20) 위에 지지되어 있고 크랭크핀(28) 및 드라이브 부싱(30)을 통하여 크랭크 샤프트(18)에 구동성 있게 연결되어 있다. 비-선회 스크롤 부재(32)는 선회 스크롤 부재(26)와 맞물림 체결로 위치해 있고 다수의 볼트(34) 및 관련 슬리브 부재(36)에 의해 축방향으로 이동성 있게 상부 베어링 하우징(20)에 체결되어 있다. 스크롤 부재(26,27)과 함께 동작하는 올덤 커플링(38)이 제공되어 부재사이의 상대회전을 방지한다. 덮개(12) 상단부근에 분할판(40)이 제공되고 덮 개(12)의 내부를 덮개의 상단에서의 배출챔버(42) 및 덮개의 하단에서의 흡입챔버(44)로 분할하는 역할을 한다.
작동중에, 선회 스크롤 부재(26)가 비-선회 스크롤 부재(32)에 대해 선회함에 따라, 흡입가스가 흡입피팅(46)을 통해 덮개(12)의 흡입챔버(44) 내로 유도된다. 흡입챔버(44)로부터, 흡입가스는 비-선회 스크롤 부재(32)에 제공되는 입구(48)를 통해 압축기(24) 내로 흡입된다. 스크롤 부재(26,32)에 제공되는 맞물림 스크롤 랩은 스크롤 부재(26)의 선회 운동의 결과로서 방사상 내향으로 이동해 들어 갈 때 크기가 점진적으로 줄어드는 가스의 이동포켓을 형성하여 입구(48)를 통해 들어오는 흡입가스를 압축한다. 그리고 나서, 압축가스는 스크롤 부재(32)에 제공되는 허브(50) 및 분할판(40)에 형성되어 있는 통로(52)를 통하여 배출챔버(42) 내로 배출된다. 더 바람직하게 압력응답 배출밸브(54)가 허브(50) 내에 장착되어 제공된다.
비-선회 스크롤 부재(32)에는 부재(32)의 상부 면에 형성되어 있는 환형의 오목부(56)가 또한 제공된다. 플로팅 시일(58)이 오목부(56) 내에 배치되어 있고 시일(58) 및 오목부(56) 사이의 가압가스에 의해 분할판(40)에 대하여 가압되어 흡입챔버(44)를 배출챔버(42)로부터 밀봉한다. 통로(60)는 비-선회 스크롤 부재(32)를 통해 뻗어 있어 시일(58) 및 오목부(56) 사이의 가압가스를 오목부(56)에 공급한다.
용량제어 시스템(66)이 압축기(10)와 관련하여 도시되어 있다. 제어 시스템(66)은 배출피팅(68), 피스톤(70), 덮개피팅(72), 3-웨이 솔레노이드 밸브(74), 제 어 모듈(76) 및 하나 또는 그 이상의 적당한 센서를 갖춘 센서 어레이(78)를 포함하고 있다. 배출피팅(68)은 허브(50) 내에 나사식으로 수용 또는 체결된다. 배출피팅(68)은 내부 공동부(80) 및 다수의 배출통로(82)를 형성한다. 배출밸브(54)가 공동부(80) 내에 배치되어 있다. 그래서, 가압가스는 배출밸브(54)의 가압 로드를 극복하여 배출밸브(54)를 개방하고 가압가스가 공동부(80) 내로 유동하게 하며, 통로(82)를 통하여 배출챔버(42) 내로 유동하게 한다.
이제 도 1 및 도 3을 참조하면, 배출피팅(68)에 있는 다수의 탭(84)을 피스톤(70)에 형성되어 있는 대응하는 다수의 슬롯(86)에 최초로 정렬시킴으로써 배출피팅(68)은 피스톤(70)에 조립된다. 그리고나서, 배출피팅(68)은 도 3에 도시된 위치까지 회전되어 탭(84)은 슬롯(86)과 어긋나게 된다. 정렬 핀(88)은 코일스프링(90)이 두 구성요소를 함께 가압하는 동안 탭(84)과 슬롯(86)사이의 어긋남을 유지시킨다.
덮개피팅(72)은 덮개(12)에 밀봉성 있게 체결되고 피스톤(70)을 미끄럼 가능하게 수용한다. 피스톤(70)과 덮개피팅(72)은 압력챔버(92)를 형성한다. 압력챔버(92)는 튜브(94)에 의하여 솔레노이드(74)에 유체적으로 연결되어 있다. 솔레노이드 밸브(74)는 튜브(96)를 통하여 배출챔버(42)와 역시 유체연통되어 있고 튜브(98)를 통하여 흡입피팅(46)과 연통되어 있고 따라서 흡입챔버(44)와 유체연통되어 있다. 시일(100)은 피스톤(70)과 덮개피팅(72)사이에 위치해 있다. 피스톤(70), 시일(100) 및 덮개피팅(72)의 조합은 셀프-센터링 시일링 시스템을 제공해서 피스톤(70)과 덮개피팅(72)사이에 정확한 정렬을 제공한다.
도 1에 도시된 바와 같이 정상적인 완전 로드 동작동안 비-선회 스크롤 부재(32)를 가압하여 선회 스크롤 부재(26)와 밀봉성 있게 맞물리게 하기 위하여 솔레노이드 밸브(74)는 도 1에 도시된 위치까지 제어모듈(74)에 의하여 비작동(또는 작동)된다. 이 위치에서, 배출챔버(42)는 튜브(96), 솔레노이드 밸브(74) 및 튜브(94)를 통하여 챔버(92)와 직접 연통되어 있다. 챔버(42,92) 내에 배출압력 상태에 있는 가압유체는 피스톤(70)의 양 반대 면에 대하여 작용해서 도 1에 도시된 바와 같이 선회 스크롤 부재(26)쪽으로 비-선회 스크롤 부재(32)의 정상적인 가압을 허용해서 각 스크롤 부재의 축 끝을 반대 스크롤 부재의 각각의 엔드 플레이트에 밀봉성 있게 맞물리게 한다. 두 스크롤 부재(26,32)의 축방향에서의 밀봉은 압축기(24)가 100% 용량에서 작동하게 한다.
압축기(24)를 언로드하기 위하여, 도 2에 도시된 위치까지 제어모듈(76)에 의해 솔레노이드 밸브(74)가 작동(또는 비작동)될 것이다. 이 위치에서, 흡입챔버(44)는 흡입피팅(46), 튜브(98), 솔레노이드 밸브(74) 및 튜브(94)를 통해 챔버(92)와 직접 연결되어 있다. 배출압력 가압유체가 챔버(92)로부터 흡입부로 방출됨으로써, 피스톤(70)의 양 반대 면사이의 압력차는 비-선회 스크롤 부재(32)를 도 2에 도시된 바와 같이 상승시켜 각 스크롤 부재의 팁의 축방향 끝을 그들 각각의 엔드 플레이트와 분리시켜 고 가압 포켓은 저 가압 포켓으로 가스를 누출하고 결과적으로 흡입챔버(44)로 누출하도록 한다. 도 9에 도시되어 있는 웨이브 스프링(104)은 비-선회 스크롤 부재(32)의 변조동안 플로팅 시일(58)과 분할판(40)사이의 밀봉관계를 유지한다. 갭(102)의 발생은 흡입가스의 계속되는 압축을 충분히 제거 할 것이다. 이 언로딩이 발생할 때, 배출밸브(54)가 폐쇄위치로 이동함에 따라서 배출챔버(42) 또는 하류의 냉동 시스템으로부터 고 가압유체의 역류를 방지한다. 흡입가스의 압축이 재개되고자 할 때, 솔레노이드 밸브(74)는 챔버(92)와 배출챔버(42)사이의 유체 연통이 다시 생기는 도 1에 도시된 위치까지 비작동(또는 작동)될 것이다. 이것은 배출압력 상태에 있는 유체가 피스톤(70)에 대해 다시 작용하도록 해서 스크롤 부재(26,32)를 축방향으로 맞물리게한다. 축방향으로 밀봉성 맞물림은 압축기(24)의 압축동작을 다시 발생시킨다.
제어모듈(76)은 센서어레이(78)와 연통되어 스크롤 압축기(10)를 포함하고 있는 냉동 시스템의 연통된 시점에서의 특정한 상태를 위해 요구되어지는 언로딩의 정도를 제어모듈(76)이 결정하는데 요구되어지는 정보를 제공한다. 이 정보를 기초로 해서, 제어모듈(76)은 펄스폭 변조 모드로 솔레노이드 밸브(74)를 작동시켜 챔버(92)를 배출챔버(42) 및 흡입챔버(44)와 교대로 연통된 상태로 되게 한다. 솔레노이드(74)가 펄스폭 변조 모드에서 작동되는 주파수는 압축기(24)의 퍼센트 작동용량을 결정할 것이다. 감지된 상태가 변함에 따라, 제어모듈(76)은 솔레노이드 밸브(74)의 작동 주파수를 변화시켜서 압축기(24)가 로디드(loaded) 또는 언로디드(unloaded) 상태에서 작동되는 상대 시간 간격을 변화시킨다. 솔레노이드 밸브(74)의 작동주파수의 변화는 전 로디드 또는 100% 용량 및 완전 언로디드 또는 0% 용량사이에서, 또는 시스템 요구에 응답하여 100% 용량 및 0% 용량 사이에 있는 수 많은 설정 중 어느 한 설정에서 압축기가 작동하게 한다.
이제 도 4를 참조하면, 전체적으로 참조번호 166으로서 나타내어 지는 본 발 명의 또 다른 실시예에 따른 독특한 용량제어 시스템이 도시되어 있다. 용량제어시스템(166) 역시 압축기(10)와 관련해서 도시되어 있다. 용량제어 시스템(166)은 용량제어 시스템(66)과 유사하나 3-웨이 솔레노이드 밸브(74) 대신에 2-웨이 솔레노이드 밸브(174)를 사용한다. 제어시스템(166)은 배출피팅(68), 피스톤(170), 덮개피팅(72), 솔레노이드 밸브(174), 제어모듈(76) 및 센서 어레이(78)를 포함하고 있다.
피스톤(170)은 피스톤(170)이 압력챔버(92)와 배출챔버(42)사이에 뻗어 있는 통로(106) 및 오리피스(108)를 형성한다는 점을 제외하고는 피스톤(70)과 동일하다. 통로(106) 및 오리피스(108)의 포함은 3-웨이 솔레노이드(74)대신에 2-웨이 솔레노이드(174)의 사용 및 튜브(96)의 제거를 허용한다. 튜브(96)를 제거함으로써, 피팅과 덮개(12)를 통하는 구멍 또한 제거된다. 피스톤(170)과 시일 피팅(72)사이에 시일(100)이 위치해서 피스톤(170)과 피팅(72)를 위한 셀프 얼라이닝 시일링 시스템을 제공한다.
솔레노이드(174)는 솔레노이드(74)와 유사한 방법으로 작동한다. 압력챔버(92)는 튜브(94)에 의해 솔레노이드(174)에 유체적으로 연결되어 있다. 솔레노이드 밸브(174)는 튜브(98)에 의해 흡입피팅(46)과 연통되어 있고 그래서 흡입챔버(44)와 또한 유체연통되어 있다.
정상적인 완전 로드 동작동안 비-선회 스크롤 부재(32)를 가압해서 선회 스크롤 부재(26)과 밀봉성 있게 맞물리게 하기 위하여, 솔레노이드 밸브(174)가 제어모듈(76)에 의해 비작동(또는 작동)되어서 튜브(94)와 튜브(98)사이의 유체유동을 차단한다. 이 위치에서, 챔버(92)는 통로(106)와 오리피스(108)를 통해 배출챔버(42)와 연통되어 있다. 챔버(42,92) 내에서 배출압력 상태에 있는 가압유체는 피스톤(170)의 양 반대 면에 대하여 작용해서 선회 스크롤 부재(26)쪽으로 비-선회 스크롤 부재(32)의 정상적인 가압을 허용하며 각 스크롤 부재의 축방향 끝을 반대 스크롤 부재의 각각의 엔드 플레이트에 밀봉성 있게 맞물리게 한다. 두 스크롤 부재(26 ,32)의 축방향에서의 밀봉은 압축기(24)가 100% 용량에서 작동하게 한다.
압축기(24)를 언로드하기 위하여, 솔레노이드 밸브(174)는 도 4에 도시된 위치까지 제어모듈(76)에 의해 작동(또는 비작동)될 것이다. 이 위치에서, 흡입챔버(44)는 흡입피팅(46), 튜브(98), 솔레노이드 밸브(174) 및 튜브(94)를 통해서 챔버(92)와 직접 연통되어 있다. 배출압력 가압유체가 챔버(92)로부터 흡입부로 방출됨으로써, 피스톤(170)의 양 반대 면사이의 압력차이가 비-선회 스크롤 부재(32)를 인상시켜 각 스크롤부재(32)의 팁의 축방향 끝을 각각의 엔드 플레이트과 분리시키고 고 가압 포켓은 저 가압 포켓으로 가스를 누출하고 결과적으로 흡입챔버(44)로 누출할 것이다. 오리피스(108)는 배출챔버(42)와 챔버(92)사이의 배출가스의 유동을 제어하기 위해 포함되어 있다. 그래서, 챔버(92)가 압축기의 흡입부에 연결되질 때, 피스톤(170)의 양 반대면 사이의 압력차이가 생길 것이다. 웨이브 스프링(104)이 이 실시예에서 또한 포함되어 비-선회 스크롤 부재의 변조동안 플로팅시일(58)과 분할판(40)사이의 밀봉관계를 유지한다. 갭(102)이 만들어 질 때 흡입가스의 계속되는 압축이 제거될 것이다. 이러한 언로딩이 일어날 때, 배출 밸브(54)는 폐쇄위치까지 이동함으로써 배출챔버(42)로부터 하류의 냉동 시스템으로의 고 가압 유체의 역류를 방지한다. 흡입가스의 압축이 재개되고자 할 때, 솔레노이드 밸브(174)가 비작동되어서 튜브(94,98)사이의 유체유동을 차단하여 챔버(92)가 통로(106)와 오리피스(108)를 통하여 배출챔버(42)에 의해 압축되게 한다. 도 1-3에서 도시된 실시예와 유사하게, 제어모듈(76)은 센서 어레이(78)와 연통되어 요구되는 언로딩의 정도를 결정해서 솔레노이드 밸브가 펄스폭 변조 모드에서 작동되는 주파수를 제어모듈(76)이 결정하는데 요구되는 정보를 제공한다.
이제 도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 독특한 용량제어 시스템을 포함하고 전체적으로 참조번호(210)으로 나타내어 지는 스크롤 압축기가 도시되어 있다.
스크롤 압축기(210)는 외부덮개(212)로 이루어져 있는데, 외부덮개(212)의 내부에는 고정자(214) 및 로터(216)를 포함하고 있는 구동모터, 로터(216)가 체결되어 있는 크랭크 샤프트(218), 크랭크 샤프트(218) 및 압축기 조립체(224)를 회전성 있게 지지하기 위한 상부 베어링 하우징(220) 및 하부 베어링 하우징(222)이 배치되어 있다.
압축기 조립체(224)는 상부 베어링 하우징(220)위에 지지되어 있고 크랭크핀(228) 및 드라이브 부싱(230)을 통해 크랭트샤프트(218)에 구동성이 있게 연결되어 있는 선회스크롤 부재(226)을 포함한다. 비-선회 스크롤 부재(232)는 선회 스크롤 부재(226)과 맞물림 체결로 위치해 있고 상부 베어링 하우징(220)에 다수의 볼트(도시 생략) 및 관련 슬리브 부재(도시 생략)에 의해 축방향으로 이동성 있게 체결되어 있다. 스크롤 부재(226,232)와 함께 작동하는 올덤커플링(238)이 제공되어 부재사이의 상대회전을 방지한다. 덮개(212)의 상단부근에 분할판(240)이 제공되어 덮개(212)의 내부를 덮개의 상단에서의 배출챔버(242) 및 덮개의 하단에서의 흡입챔버(244)로 분할하는 역할을 한다.
작동중에, 선회 스크롤 부재(226)가 스크롤 부재(232)에 대해 선회함에 따라, 흡입가스가 흡입피팅(246)을 통해 덮개(212)의 흡입챔버(244) 내로 유도된다. 흡입챔버(244)로부터, 흡입가스는 비-선회 스크롤 부재(232)에 제공되는 입구(248)를 통해 압축기(224) 내로 흡입된다. 스크롤 부재(226,232)에 제공되는 맞물림 스크롤 랩은 스크롤 부재(226)의 선회운동의 결과로서 방사상 내향으로 이동해 들어 갈 때 크기가 점진적으로 줄어드는 가스의 이동포켓을 형성하여 입구(248)를 통해 들어오는 흡입가스를 압축한다. 그리고 나서 압축가스는 스크롤 부재(236)에 제공되는 배출포트(250) 및 분할판(240)에 형성된 통로(252)를 통하여 배출챔버(242) 내로 배출된다. 더 바람직하게 압력반응 배출밸브(254)가 배출포트(250) 내에 장착되어 제공된다.
비-선회 스크롤 부재(232)에는 부재의 상부 면에 형성된 환형의 오목부(256)가 또한 제공된다. 플로팅 시일(258)이 오목부(256) 내부에 배치되어 있고 플로팅 시일과 오목부 사이의 가압가스에 의해 분할판(240)에 대하여 가압되어 흡입챔버(244)를 배출챔버(242)로부터 밀봉한다. 통로(260)는 비-선회 스크롤 부재(232)를 통해 뻗어있어 플로팅 시일과 오목부 사이에 있는 가압가스를 오목부(256)에 공급한다.
용량변조 시스템(266)이 압축기(210)와 관련하여 도시되어 있다. 제어 시스 템(266)은 배출피팅(268), 피스톤(270), 덮개피팅(272), 솔레노이드 밸브(174), 제어모듈(76) 및 하나 또는 그 이상의 적당한 센서를 갖춘 센서 어레이(78)를 포함하고 있다. 배출피팅(268)은 배출포트(250) 내에 나사식으로 수용 또는 체결된다. 배출피팅(268)은 내부 공동부(280) 및 다수의 배출통로(282)를 형성한다. 배출밸브(254)가 피팅(268)의 아래에 그리고 공동부(280)의 아래에 배치되어 있다. 그래서, 가압가스는 배출밸브(254)의 가압 로드를 극복하여 배출밸브(254)를 개방하고 가압가스가 공동부(280) 내로 유동하게 하며, 통로(282)를 통하여 배출챔버(242) 내로 유동하게 한다.
이제 도 5, 7 및 8을 참조하면, 배출피팅(268) 및 피스톤(270)의 조립체가 좀 더 자세히 도시되어 있다. 배출피팅(268)은 환형 플랜지(284)를 형성한다. 립 시일(286) 및 플로팅 리테이너(288)가 플랜지(284)에 바싹 붙어 장착되어 있다. 피스톤(270)은 배출피팅(268)에 압착 끼워맞춤 또는 장착되고 피스톤(270)은 시일(286) 및 리테이너(288)를 플랜지(290) 및 플랜지(284) 사이에 끼우는 환형 플랜지(284)를 형성한다. 배출피팅(268)은 배출피팅(268)을 통하여 뻗어 있는 통로(106) 및 오리피스(108)를 형성해서 배출챔버(242)를 배출피팅(268), 피스톤(270), 시일(286), 리테이너(288) 및 덮개(212)에 의해 형성되는 압력챔버(292)와 유체적으로 연결한다. 덮개피팅(272)은 덮개(212)에 의해 형성되는 보어의 내부에 단단히 고정되고 배출피팅(268), 피스톤(270), 시일(286), 리테이너(288)의 조립체를 미끄럼으로 수용한다. 압력챔버(292)는 튜브(94)에 의해 솔레노이드(174)에 그리고 튜브(98)를 통하여 흡입피팅(246)과 그래서 흡입챔버(244)에 유체적으로 연결된다. 피 스톤(270), 시일(286) 및 플로팅 리테이너(288)의 조합은 셀프-센터링 시일링 시스템을 제공하여 덮개피팅(272)의 내부 보어에 정확한 정렬을 제공한다. 시일(286) 및 플로팅 리테이너(288)는 피팅(272)의 내부 보어와 내부에 배출피팅(268)이 체결되어 있는 배출포트(250)의 내부 보어사이에 어떤 어긋남이 시일(286) 및 플로팅 리테이너(288)에 의해 수용될 수 있을 정도로 충분한 방사형 컴플라이언스를 포함한다.
정상적인 완전 로드 작동동안 비-선회 스크롤 부재(232)를 가압해서 선회 스크롤 부재(226)와 밀봉성 있게 맞물리게 하기 위하여, 솔레노이드 밸브(174)는 제어 모듈(76)에 의해 비작동(또는 작동)되어 튜브(94)와 튜브(98)사이의 유체 유동을 차단한다. 이 위치에서, 챔버(292)는 통로(106)와 오리피스(108)를 통하여 배출 챔버(242)와 연통된다. 챔버(242,292) 내의 배출 압력의 상태에 있는 가압 유체는 피스톤(270)의 양 반대 면에 대하여 작용해서 비-선회 스크롤 부재(232)를 선회 스크롤 부재(226)쪽으로 정상적인 가압을 허용하고 각 스크롤 부재의 축방향 끝을 반대 스크롤 부재의 각각의 엔드 플레이트에 밀봉성 있게 맞물리게 한다. 두 스크롤 부재(226,232)의 축방향의 밀봉성은 압축기(224)가 100% 용량에서 작동하게 한다.
압축기(224)를 언로드하기 위하여, 솔레노이드 밸브(174)는 도 4에 도시된 위치까지 제어 모듈(76)에 의해 작동(또는 비작동)될 것이다. 이 위치에서, 흡입 챔버(244)는 흡입 피팅(246), 튜브(98), 솔레노이드 밸브(174) 및 튜브(94)를 통하여 챔버(292)와 직접 연통되어 있다. 배출압력 가압 유체가 챔버(292)로부터 흡입부로 방출됨으로써, 피스톤(270)의 양 반대 면사이의 압력차이는 비-선회 스크롤 부재(232)를 인상시켜 각 스크롤 부재의 팁의 축방향 끝을 각각의 엔드 플레이트와 분리시키고 고 가압 포켓은 저 가압 포켓으로 가스를 누출하고 결과적으로 흡입챔버(244)로 누출할 것이다. 오리피스(108)가 배출 챔버(242)와 챔버(292)사이의 배출 가스의 유동을 제어하기 위하여 포함된다. 그래서, 챔버(292)가 압축기의 흡입측에 연결될 때, 피스톤(270)의 반대 면사이의 압력 차가 발생될 것이다. 웨이브 스프링(104)이 이 실시예에 또한 포함되어 비-선회 스크롤 부재(232)의 변조동안 플로팅 시일(258)과 분할판(240)사이의 밀봉관계를 유지한다. 갭(102)이 만들어질 때, 흡입가스의 계속되는 압축이 제거될 것이다. 이 언로딩이 발생할 때, 배출밸브(254)는 폐쇄위치로 이동해서 배출챔버(242)로부터 하류의 냉동시스템으로의 고압유체의 역류를 방지한다. 흡입가스의 압축이 재개되고자 할 때, 솔레노이드 밸브(174)는 비작동(또는 작동)되어 튜브(94)와 튜브(98)사이의 유체 유동을 다시 차단하며 챔버(292)가 통로(106) 및 오리피스(108)를 통하여 배출챔버(242)에 의해 가압되게 한다. 도 1-3에서 도시된 실시예와 유사하게, 제어모듈(76)은 센서 어레이(78)와 연통되어 요구되는 언로딩의 정도를 결정해서 솔레노이드 밸브가 펄스폭변조 모드에서 작동되는 주파수를 제어모듈(76)이 결정하는데 요구되는 정보를 제공한다.
이제 도 6, 10 및 11을 참고하면, 압축기(210)를 위한 유체 분사 시스템이 좀 더 상세히 도시되어 있다. 압축기(210)는 유체가 흡입챔버(244)와 배출챔버(242) 중간의 한 지점에서 중간의 가압 이동챔버 내로 분사되게 하는 성능을 포함한다. 유체분사피팅(310)은 덮개(212)를 통하여 뻗어있고 분사튜브(312)에 유체적 으로 연결되어 있으며 차례로 분사튜브(312)는 유체적으로 비-선회 스크롤 부재(232)에 체결된 분사피팅(314)에 연결된다. 비-선회 스크롤 부재(232)는 한 쌍의 방사형 통로(316)를 형성하는데 통로(318) 각각은 한 쌍의 축방향 통로(318) 및 분사피팅(314) 사이에 뻗어 있다. 축방향 통로(318)는 압축기(224)의 비-선회 스크롤 부재(232)의 양 반대 면에 있는 이동챔버에 개방되어, 종래에 잘 알려져 있는 제어시스템에 의해 요구되어 지는 바와 같이, 이 이동챔버 내로 유체를 분사한다.
이제 도 12 및 13을 참고하면, 피팅(310)이 좀 더 상세히 도시되어 있다. 피팅(310)은 내부 부분(320), 및 외부 부분(322)으로 구성되어 있다. 내부 부분(320)은 한 끝에서 분사 튜브(312)를 밀봉성있게 수용하는 L-형상 통로(324)를 포함한다. 외부 부분(322)은 덮개(212)의 외부로부터 덮개(212)의 내부로 뻗어 있어 여기에서 내부 부분(320)과 하나 또는 일체가 된다. 용접 또는 납땜 접합(326)은 피팅(310)을 셀(212)에 단단히 고정하고 밀봉한다. 외부 부분(322)은 L-형상 통로(324)의 확장인 보어(330)을 형성한다. 외부 부분(322)은 냉동 시스템의 관이 단단히 고정되는 원통형의 보어(332)도 또한 형성한다.
도 14는 압축기(210)의 유체 분사 시스템을 위한 유체를 제공하는 증기 분사 시스템을 도시하고 있다. 응축기(350), 제 1 팽창 밸브 또는 스로틀(352), 플래쉬 탱크 또는 절약 장치(354), 제 2 팽창 밸브 또는 스로틀(356), 증발기(358) 및 도 14에 도시된 바와 같이 구성요소들을 상호 연결하는 일련의 파이핑(360)을 포함하고 있는 냉동 시스템 내에 압축기(210)가 도시되어 있다. 압축기(210)는 모터에 의해 작동되어 냉매 가스를 압축한다. 그리고 나서 압축가스는 응축기(350)에 의 해 액화된다. 액화된 냉매는 팽창 밸브(352)를 통과하고 가스와 액체로 분리되는 플래쉬 탱크(354) 내에서 팽창한다. 더 나아가 기체 냉매는 파이핑(362)을 통과해서 피팅(310)을 통하여 압축기(210) 내로 도입된다. 반면에, 남아 있는 액체 냉매는 팽창 밸브(356)에서 더욱 팽창하고, 그리고 나서 증발기(358)에서 기화되고 다시 압축기(210) 내로 취해진다.
증기 분사 시스템의 플래쉬 탱크(354)와 잔류기의 포함은 압축기의 용량을 압축기(210)의 고정된 용량 이상으로 증가시킨다. 전형적으로, 표준 공기조화 조건에서, 압축기의 용량은 약 20% 까지 증가되어 압축기에 도 16의 그래프에 도시된 바와 같이 120% 의 용량을 제공할 수 있다. 압축기(210)의 용량의 제어가 가능하게 하기 위하여, 솔레노이드 밸브(364)가 파이핑(362) 내부에 배치되어 있다. 압축기의 퍼센트 용량의 증가량은 펄스폭 변조 모드에서 솔레노이드 밸브(364)를 작동시킴으로써 제어될 수 있다. 솔레노이드 밸브(364)는 압축기(210)의 용량제어 시스템(266)과 조합하여 펄스폭 변조 모드에서 작동될 때 압축기(210)의 용량이 도 16에 도시된 라인을 따라 어느 곳이든지 위치될 수 있게 한다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉동 시스템의 개략도를 도시하고 있다. 도 15에 도시된 냉동 시스템은 플래쉬 탱크(354)가 열 교환기(354')로 대체되어 있다는 것을 제외하고는 도 14에 도시된 냉동 시스템과 같다. 압축기(210)는 모터에 의해 작동되어 냉매 가스를 압축한다. 그리고나서 압축가스는 응축기(350)에 의해 액화된다. 그리고나서 액화 냉매는 열교환기(354')의 액체측으로 경로가 정해지고 반면에 액화냉매의 제 2 부분은 팽창밸브(352)를 통과하고 그리고나서 가 스와 액체상태에서 열교환기(354')의 증기측으로 경로가 정해진다. 팽창밸브(352)를 통과하는 냉매 부분은 직접 열교환기를 통과하는 냉매 부분에 의해 가열되어 압축기(210) 내로의 분사를 위한 증기를 제공한다. 그리고나서 이 가스 냉매는 파이핑(362)을 통과해서 피팅(310)을 통해 압축기(210) 내로 도입된다. 반면에, 직접 열교환기(354')를 통과하는 액체냉매는 팽창밸브(356)에서 팽창하고 그리고나서 증발기(358)에서 증기화되어 다시 압축기(210)의 흡입측으로 취해진다. 도 14에 도시된 시스템과 유사하게, 솔레노이드 밸브(364)는 파이핑(362) 내에 위치되어 압축기의 용량을 용량제어 시스템(266)과 조합하여 사용될 때 도 16에 도시된 라인을 따라 어느 곳이든지 위치되게 한다.
상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하고 있지만, 본 발명은 첨부된 청구항의 적절한 의미와 범주를 벗어나지 않고서 수정, 변경,변화가 가능하다는 것을 이해해야만 한다.
본 발명은 100% 완전 용량 감소로부터 거의 제로 용량까지의 용량변조성능을 가진 무한가변용량 시스템을 허용함으로써 종래 기술의 결점들을 극복한다. 나아가, 본 발명의 시스템은 압축기 및/또는 냉동 시스템의 작동효율이 원했던 소정의 압축기 언로딩에 대해 최대화되도록 한다.
그리고, 본 발명은 펄스폭 변조 주파수를 제어해서 스크롤 랩 팁의 시일링과 언시일링의 상대 시간을 제어함으로써, 무한한 정도의 압축기 언로딩이 단일 제어 시스템으로 달성될 수 있다. 나아가, 냉동 시스템 내에서의 다양한 상태를 감 지함으로써, 전반적인 시스템 효율이 최대화되는 정도로 각 사이클 동안 압축기 로딩 및 언로딩 기간이 소정의 용량을 위해 선택되어질 수 있다.
그리고, 로디드 및 언로디드 작동 기간을 선택하는 성능뿐만 아니라 단일 시스템으로 전 범위의 용량변조를 제공하는 성능은 비교적 저가에서 아주 효율적인 시스템을 제공하게 된다.

Claims (14)

  1. 제 1 엔드 플레이트 및 제 1 엔드 플레이트로부터 뻗어 있는 제 1 나선형 랩을 갖추고 있는 제 1 스크롤 부재;
    제 2 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트로부터 뻗어 있는 제 2 나선형 랩을 갖추고 있는 제 2 스크롤 부재;
    상기 스크롤 부재를 서로 상대적인 선회를 하게 해서 상기 나선형 랩이 흡입압력 구역과 배출압력 구역 사이에서 체적을 점진적으로 변화시키는 포켓을 만들게 하는 구동 부재;
    상기 제 1 및 제 2 스크롤 부재의 시일링 표면이 상기 포켓을 폐쇄하는 시일링 관계에 있는 제 1 관계와 상기 제 1 및 제 2 스크롤 부재의 상기 시일링 표면 중 적어도 하나가 분리 이격되어 있어서 상기 포켓 사이의 누출로를 형성하는 제 2 관계 사이에서 상기 제 1 및 제 2 스크롤 부재의 운동을 위한 기구; 및
    유체를 상기 포켓 중 적어도 하나의 포켓 내로 분사하기 위한 상기 스크롤 부재 중 하나의 스크롤 부재와 관련된 유체분사 시스템으로 구성되어 있고,
    상기 제 1 및 제 2 스크롤 부재는 상기 제 1 및 제 2 나선형 랩이 서로 맞물려 있는 상태로 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기구는 펄스폭 변조 모드로 작동되는 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기구는 솔레노이드 밸브를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 펄스폭 변조 모드로 작동되는 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 기구는 상기 제 1 스크롤에 체결되어 있는 유체구동 피스톤을 포함하고 있고, 상기 피스톤은 상기 제 1 스크롤에 힘을 가해서 상기 제 1 스크롤이 상기 제 1 관계와 제 2 관계 사이에서 이동시키도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 구동 부재는 상기 제 1 스크롤 부재가 상기 제 2 관계에 있을 때 작동을 계속하는 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 유체구동 피스톤은 상기 스크롤형 압축기의 용량을 변조하기 위해 시간펄스방식으로 작동되는 것을 특징으로 하는 스크롤형 기게.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 유체분사 시스템은 상기 스크롤 부재 중 상기 하나의 스크롤 부재에 상기 유체의 유동을 제어하기 위해 솔레노이드 밸브를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  9. 제 2 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 포켓 중 상기 적어도 하나의 포켓 내로 분사되는 상기 유체는 증기인 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 유체분사 시스템은 상기 스크롤 부재 중 상기 하나의 스크롤 부재에 상기 유체의 유동을 제어하기 위해 솔레노이드 밸브를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  11. 제 1 엔드 플레이트 및 제 1 엔드 플레이트로부터 뻗어 있는 제 1 나선형 랩을 갖추고 있는 제 1 스크롤 부재;
    제 2 엔드 플레이트 및 제 2 엔드 플레이트로부터 뻗어 있는 제 2 나선형 랩을 갖추고 있는 제 2 스크롤 부재;
    상기 스크롤 부재를 서로 상대적인 선회를 하게 해서 상기 나선형 랩이 흡입압력 구역과 배출압력 구역 사이에서 체적을 점진적으로 변화시키는 포켓을 만들게 하는 구동 부재; 및
    유체를 상기 포켓 중 적어도 하나의 포켓 내로 분사하기 위한 상기 스크롤 부재 중 하나의 스크롤 부재와 관련된 유체분사 시스템을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 스크롤 부재는 상기 제 1 및 제 2 나선형 랩이 서로 맞물려 있는 상태로 위치하고 있고,
    상기 유체분사 시스템은 상기 포켓 중 상기 적어도 하나의 포켓 내로 분사되는 상기 유체를 제어하기 위한 밸브를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 밸브는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  13. 제 8 항 또는 제 10 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는 펄스폭 변조 모드로 작동되는 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 포켓 중 하나의 포켓 내로 분사되는 상기 유체는 증기인 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기.
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