KR20060099379A

KR20060099379A - 이중 수평방향 스크롤 머신

Info

Publication number: KR20060099379A
Application number: KR1020050082525A
Authority: KR
Inventors: 게리 제이 앤더슨
Original assignee: 코우프랜드코포레이션
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2006-09-19
Also published as: EP1701040A2; US20060204378A1; CN1831338A; AU2005203754A1; EP1701040A3; BRPI0503794A; TW200632216A

Abstract

압축기 시스템은 공통 셸에 배치된 한 쌍의 압축기를 포함하고 있다. 공통 구동축은 양쪽 압축기를 구동하고 구동축은 단일 모터에 의해 동력을 받는다. 압축기의 하나 또는 양쪽에는 펄스폭 변조 용량 제어 시스템 및 증기 분사 시스템이 설치될 수 있다. 하나의 압축기에 이러한 시스템이 설치되는 경우, 용량은 50% 내지 110% 사이에서 변화될 수 있다. 양쪽 압축기에 이들 시스템이 설치되는 경우, 용량은 0% 내지 120% 사이에서 변화될 수 있다. 감소된 용량 모드에서 작동할 때, 압축기의 작동시에 생성되는 소음을 감소시키기 위하여 가압 부재는 비궤도 스크롤 부재를 위치결정하고 안티 스러스트 링은 궤도 스크롤을 위치결정한다.

스크롤 머신, 베어링 하우징, 구동축, 모터, 나선형 랩

Description

이중 수평방향 스크롤 머신{DUAL HORIZONTAL SCROLL MACHINE}

도 1 은 본 발명에 따른 모터 압축 시스템의 사시도,

도 2 는 도 1에 예시된 모터 압축 시스템의 수직단면도,

도 3 은 도 1에 도시된 피스톤 조립체의 확대단면도,

도 4 는 도 3에 도시된 피스톤 조립체의 평면도,

도 5 는 증기 분사 시스템을 설명하는 도 1에 도시된 조절 압축기의 끝면도,

도 6 은 증기 분사 시스템을 설명하는 도 1에 도시된 조절 압축기의 비궤도 스크롤 부재의 측면도,

도 7 은 증기 분사 시스템을 설명하는 도 1에 도시된 조절 압축기의 비궤도 스크롤의 평면도,

도 8 은 도 1에 도시된 증기 분사 피팅의 확대단면도,

도 9 는 도 8에 도시된 피팅의 끝면도,

도 10 은 본 발명에 따른 증기 분사 시스템과 용량 제어 시스템을 이용한 냉동 시스템의 개략적인 다이어그램,

도 11 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 셸 조립체의 분해사시도,

도 12 는 도 11에 예시된 단부 캡의 단면도, 및

도 13 은 도 1 내지 10에 예시된 압축 시스템의 비궤도 스크롤 부재와 궤도 스크롤 부재를 위한 장착 시스템의 사시도.

본 발명은 모터의 마주하는 단부에 배치된 두개의 압축기가 모두 모터에 의해 구동되는 단일 셸 내에 배치된 복수의 압축기에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 압축기의 작동 동안에 발생되는 불쾌한 소음을 감소시키는 압축기에 통합된 시스템에 관한 것이다.

에너지 비용 및 유지 때문에 수요에 따라 출력이 변화될 수 있는 냉동 모터 압축기 시스템에 대한 요구가 존재한다. 이러한 요구를 충족시키기 위하여, 많은 시스템이 개발되었다. 이러한 시스템은 압축기 시스템의 출력을 변화시킬 목적으로 다중 실린더 압축기의 하나 이상의 실린더에 부하를 가하지 않거나 또는 재팽창 체적을 변화시킨다. 이 가변 용량 시스템은 비교적 복잡하며 부하가 가해지지 않은 상태에서 압축기의 효율은 최적이 아니다. 또한 가변 속도 압축기가 사용되었지만, 이 가변 속도 압축기는 비용이 많이 드는 제어를 요구한다. 적어도 시스템이 감소된 용량 조건에서 작동할 때 속도 제어의 효율뿐만 아니라 모터 압축기의 효율은 문제를 나타낸다.

또한, 최대 부하 수요를 감당하기에 충분한 단일의 압축기 대신에 필요한 최대 부하 수요와 동일한 조합 출력을 갖는 복수의 작은 모터 압축기를 포함하는 압축기 시스템이 개발되었다. 이 복수의 압축기 시스템은 부하 수요가 변할 때 독립 적으로 복수의 압축기 시스템을 각각 선택적으로 활성화 및 비활성화함으로써 압축기 시스템이 필요한 최대 부하 수요를 충족시키는 방식으로 전체 시스템을 제어하기 위한 수단을 포함한다. 이 복수의 압축기 시스템은 양호한 효율을 나타내지만 모든 윤활유가 각각의 개별적인 압축기 사이에 동일하게 분배된 상태를 유지하는 것을 보장하기 위하여 윤활유 관리를 취급하기 위한 수단을 포함하는 복잡한 배관 시스템을 필요로 한다.

복수의 압축기 시스템을 위한 추가적인 설계는 공통적인 단일의 압축기 셸에 복수의 표준 모터 압축기의 통합을 포함한다. 공통 셸은 시스템을 최대한 컴팩트하게 구성하며 동일한 오일 분배를 위한 공통 오일 섬프, 공통 흡입 가스 입구 및 공통 배출 가스 출구를 제공한다. 이러한 단일 셸 복수 압축기 시스템은 상업적으로 만족스러운 것으로 입증되었지만, 상대적으로 크고 전체 시스템을 제어하기 위한 수단이 여전히 다소 복잡하다. 복수의 압축기 시스템을 위한 또 다른 추가적인 설계는 공통 구동축의 양쪽에 배치된 한 쌍의 압축기의 통합을 포함한다. 이 설계는 크기와 복잡함을 감소시키고 융통성을 더 증가시켰으며, 양쪽 압축기에 용량 제어 시스템이 구비된다. 복수의 압축기 시스템에 용량 제어 시스템을 통합한 경우에 일어나는 하나의 문제는 압축기가 감소된 용량 또는 용량 조절 모드에서 작동될 때 한쪽 또는 양쪽 압축기에 의해서 발생되는 소음이다.

복수의 압축기 시스템에 대한 계속적인 개발은 압축기가 감소된 용량 또는 용량 조절 모드에서 작동할 때 압축기에 의해서 발생되는 소음을 감소시키는 것이었다.

본 발명은 압축기의 작동 동안에 발생되는 불쾌한 소음을 감소시키는 복수의 압축기 압축 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 단일의 구동축의 양쪽에 단일의 압축기가 배치되어 있는 복수의 압축기 압축 시스템에 관한 장치를 제공한다. 단일의 모터 회전자는 구동축의 중앙부에 가압 끼워맞춤되고 단일의 모터 회전자는 단일의 모터 고정자에 배치된다. 따라서, 양쪽 압축기는 단일 모터의 동일한 회전자와 고정자에 의해 구동된다. 복수의 압축기 시스템의 출력 제어는 압축기의 한쪽 또는 양쪽에 통합된 펄스 폭 변조 용량 제어 시스템에 의해 달성된다. 한쪽 압축기에 펄스 폭 변조 용량 제어 시스템을 통합하는 경우, 용량은 50% 내지 100%로 변화될 수 있다. 양쪽 압축기에 펄스 폭 변조 용량 제어 시스템 통합하는 경우, 용량은 0% 내지 100%로 변화될 수 있다. 한쪽 또는 양쪽 압축기의 용량은 필요할 때 이중 압축기 시스템의 범위를 더욱 증가시키기 위하여 증기 분사 시스템을 사용하여 대략 용량의 120%까지 증가 될 수 있다. 필요한 경우 하나 이상의 이들 이중 압축기/단일 모터 시스템이 단일의 셸에 통합될 수 있다.

게다가 펄스 폭 변조 용량 제어 시스템에는 압축기의 용량 조절 동안에 일어날 수 있는 소음을 감소시키기 위하여 압축기에 슬리브 가이드 스프링과 안티 스러스트(anti-thrust) 링이 구비된다. 슬리브 가이드 스프링은 슬리브 가이드 볼트의 헤드에 대하여 고정 스크롤을 가압하는 한편 안티 스러스트 링은 발생할 수 있는 궤도 스크롤 부재의 와블 운동(wobble motion)을 제한한다. 이 구성요소는 압축기의 용량 조절 동안에 소음을 감소시키도록 작용한다.

본 발명의 다른 응용에 대한 것은 이후에 설명되는 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내는 상세한 설명과 특정 실시예는 설명을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하도록 의도한 것은 아니다.

본 발명은 첨부 도면과 상세한 설명으로부터 더욱 명확하게 이해될 것이다.

이하의 바람직한 실시예의 설명은 단지 예시적인 것이며 본 발명, 응용 및 용도를 제한하는 것은 아니다.

(실시예)

도 1에는 전체적으로 도면 부호 10으로 표시된 본 발명에 따른 복수의 압축기 압축 시스템이 도시되어 있다. 압축 시스템(11)은 각각의 단부에 볼트고정된 칸막이 플레이트 조립체(14)와 단부 캡(16)을 가진 복수의 밀폐 셸 조립체(12)를 포함한다.

셸 조립체(12)는 중앙 셸(18)과 한 쌍의 중간 셸(20)을 포함하고 있고, 각각의 중간 셸(20)은 중앙 셸(18)의 대향하는 단부에 위치되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 중간 셸(20)은 중앙 셸(18)에 볼트고정된다. 하나의 중간 셸(20)은 셸 조립체(12)내의 모터에 전기 및 진단 접속을 제공하기 위한 전기 연결 통로(22)를 형성한다. 중앙 셸(18)에는 단일의 흡입 피팅(fitting)(24)과 단일의 배출 피팅(26)이 구비된다.

도 2를 참조하면, 각각의 칸막이 플레이트 조립체(14)는 외부 플레이트(28) 및 가로질러 뻗은 분리 플레이트(30)를 포함한다. 각각의 외부 플레이트(28)는 셸 조립체(12)의 각각의 중간 셸(20)과 각각의 단부 캡(16) 사이에 볼트고정된다. 각각의 분리 플레이트(30)는 압축 시스템(10)의 대향하는 단부에 배치된 배출 압력 챔버(32) 및 두 개의 칸막이 플레이트 조립체(14) 사이에 배치된 단일의 흡입 압력 챔버(34)를 밀봉한다. 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 배출 압력 챔버(32)는 중앙 셸(18)의 메인 보디로부터 이격되어 있는 도관(36)을 통하여 배출 피팅(26)과 연통한다. 마찬가지로, 도 1에 도시된 바와 같이 흡입 압력 챔버(34)는 중앙 셸(18)의 메인 보디로부터 이격되어 있는 도관(38)을 통하여 흡입 입구 피팅(24)과 연통하다. 중앙 셸(18)의 메인 보디로부터 도관(36, 38)의 분리는 중앙 셸(18)의 메인 보디와 각각의 도관 사이에 열전달을 제한한다. 필요하다면 배출 밸브(도시 생략)가 도관(36)내의 임의의 위치에 배치될 수 있다.

압축기 장착 프레임(40)은 단부 캡(16), 칸막이 플레이트 조립체(14) 및 셸 조립체(12)에 의해 형성된다.

셸 조립체(12)에 부착되는 압축 시스템(10)의 주요 요소는 한 쌍의 2-피스 메인 베어링 조립체(42)와 모터 고정자(44)를 포함한다. 양쪽 단부에 한 쌍의 편심 크랭크 핀(52)을 가진 단일 구동축 또는 크랭크축(50)은 각각의 메인 베어링 조립체(42)내에 각각 고정된 한 쌍의 베어링(54)에 회전 가능하게 저널된다. 각각의 크랭크 핀(52)은 하나의 표면에 구동 평탄부를 가지고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 이 구동 평탄부는 압축 시스템(10)에서 구동축 굽힘을 최소화하고 배출 펄스를 감소시키기 위하여 서로 180°의 회전 위상으로 떨어져 있다.

오일 펌프(58)는 메인 베어링 조립체(42)의 하나에 고정되어 있고, 오일 펌프(58)의 임펠러는 구동 핀 구멍을 사용하여 크랭크축(50)에 의해 구동된다. 크랭크축(50)은 한쪽 단부로부터 뻗어 있는 축선방향으로 뻗은 보어(62)와 반대쪽 단부로부터 뻗어 있는 축선방향으로 뻗은 보어(64)를 갖고 있다. 축선방향 보어(62)는 오일 펌프(58)로부터 윤활유를 받아서 압축 시스템(10)의 한쪽에 이 윤활유를 제공하도록 반경방향 보어와 연통하고 있다. 축선방향 보어(64)는 오일 펌프(58)로부터 윤활유를 받아서 압축 시스템(10)의 반대쪽에 이 윤활유를 제공하도록 반경방향 보어와 연통하고 있다. 반경방향 배출 구멍은 축선방향 보어(64)와 연통하고 있다. 게다가, 축선방향 보어와 축선방향 보어(64)로부터 뻗어 있는 한 쌍의 반경방향 보어가 메인 베어링 조립체(42)에 윤활유를 제공한다. 축선방향 보어(64)로부터 뻗어 있는 제2 세트의 반경방향 보어는 냉각 목적을 위해 모터 고정자(44)를 통하여 지나가는 와인딩(76)에 윤활유를 제공한다. 셸 조립체(12)의 하부는 모터 고정자(44)의 하부 단부 약간 아래의 레벨까지 윤활유로 충전되는 오일 섬프(78)를 형성한다. 오일 펌프(58)는 오일 섬프(78)로부터 오일을 빼내어 크랭크축(50)의 다양한 보어 및 구멍을 통하여 압축 시스템(10)의 구성요소에 윤활유를 공급한다.

크랭크축(50)은 모터 고정자(44), 모터 고정자(44)를 통하여 지나가는 와인딩(76) 및 크랭크축(50)에 가압 끼워맞춤되는 회전자(80)를 포함하는 전기 모터에 의해 회전가능하게 구동된다. 한 쌍의 카운터웨이트(82)가 각각의 크랭크 핀(52)에 인접한 크랭크축(50)의 대향하는 단부에 고정된다.

2-피스 메인 베어링 조립체(42)의 각각의 상부 표면에는 단부 플레이트(90) 로부터 바깥쪽으로 뻗어있는 랩(88) 또는 일반적인 나선형 베인을 가진 각각의 궤도 스크롤 부재(86)가 놓여지는 평평한 스러스트 베어링 표면(84)이 구비된다. 각각의 궤도 스크롤 부재(86)의 각각의 단부 플레이트(90)의 하부 표면으로부터 바깥쪽으로 돌출한 것은 각각의 크랭크 핀(52)이 구동가능하게 배치되는 내부 보어를 가진 구동 부싱(96)이 그 안에 회전가능하게 배치되며 그 안에 저널 베어링을 갖고 있는 원통형 허브(92)이다. 각각의 크랭크 핀(52)은 여기에 참조로 통합된 미국특허 제4,877,382에 도시된 바와 같이 반경방향으로 유연한 구동 장치를 제공하기 위하여 각각의 구동 부싱(96)의 내부 보어의 일부에 형성된 평평한 표면과 구동가능하게 결합하는 표면상에 구동 평탄부를 갖고 있다. 앞서 상세하게 설명한 바와 같이, 구동 평탄부는 서로 180° 위상으로 떨어져 있다. 또한 한 쌍의 올덤 커플링(98)이 구비되는데, 이것은 각각의 궤도 스크롤 부재(86)와 각각의 2-피스 메인 베어링 조립체(42) 사이에 제공된다. 각각의 올덤 커플링(98)은 궤도 스크롤 부재(86)의 회전을 방지하기 위하여 각각의 궤도 스크롤 부재(86) 및 각각의 비궤도 스크롤 부재(100)에 키결합된다. 원한다면, 각각의 올덤 커플링(98)은 각각의 궤도 스크롤 부재(86) 및 각각의 메인 베어링 조립체(42)에 키결합될 수 있다.

또한 각각의 비궤도 스크롤 부재(100)에는 각각의 궤도 스크롤 부재(86)의 각각의 랩(88)과 맞물려 위치되는 단부 플레이트로부터 바깥쪽으로 뻗은 랩(102)이 구비된다. 각각의 비궤도 스크롤 부재(100)는 중앙에 배치된 개방 오목부(108)와 연통하고 차례로 각각의 배출 압력 챔버(32)와 유체 연통하는 중앙에 배치된 배출 통로(106)를 갖고 있다. 또한 각각의 부동(floating) 시일 조립체(114)가 그 안에 놓여지는 각각의 비궤도 스크롤 부재(100)에 환형상 오목부(112)가 형성된다.

오목부(108, 112)와 부동 시일 조립체(114)는 각각의 랩(88, 102)에 의해 압축되는 가압 유체를 수용하는 축선방향 압력 가압 챔버를 형성하도록 협력함으로써 각각의 비궤도 스크롤 부재(100)에 축선방향 가압력을 가하며 이에 의해 각각의 랩(88, 102)의 팁을 단부 플레이트(104, 90)의 마주하는 단부 플레이트 표면과 밀봉 결합하도록 가압한다. 바람직하게 부동 시일 조립체(114)는 여기에 참고로 통합된 미국특허 제5,156,539에 상세하게 설명된 종류이다. 비궤도 스크롤 부재(100)는 여기에 참고로 통합된 상기 미국특허 제4,877,382 또는 미국특허 제5,102,316에 개시된 바와 같은 적절한 방식으로 2-피스 메인 베어링 조립체(42)에 대하여 제한된 축선방향 이동을 위해 장착되도록 설계되어 있다.

셸 조립체(12)는 흡입 입구 피팅(24)으로부터 도관(38)을 통하여 압축을 위한 가스를 수용하는 흡입 압력 챔버(34)를 형성한다. 서로 맞물린 스크롤 부재(86, 100)의 반경방향 외부 부분에서 받아들인 흡입 압력 챔버(34)내의 가스는 랩(88, 102)에 의해서 압축되고, 그 다음에 배출 통로(106) 및 오목부(108)를 통하여 배출 압력 챔버(32)로 배출된다. 압축된 가스는 도관(36) 및 배출 피팅(26)을 통하여 각각의 배출 압력 챔버(32)를 빠져나간다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 압축 시스템(10)은 독특한 용량 제어 시스템과 증기 분사 시스템을 통합한다. 압축 시스템(10)은 압축 시스템(10)의 각각의 압축기에 용량 제어 시스템(212)과 증기 분사 시스템(214)을 통합한다.

용량 제어 시스템(212)은 각각의 압축기에 대하여 동일하며 배출 피팅(216), 피스톤(218), 셸 피팅(220), 솔레노이드 밸브(222), 제어 모듈(224), 및 하나 이상의 적합한 센서를 가진 센서 어레이(226)를 포함한다. 배출 피팅(216)은 개방 오복부(108내에 나사식으로 수용되거나 또는 다른 방식으로 고정되며, 도 3에 예시된 바와 같이 배출 피팅(216)은 내부 캐비티(228) 및 복수의 배출 통로(230)를 형성한다. 배출 밸브(232)는 배출 피팅(216) 아래에 위치된다. 따라서, 가압 가스는 배출 밸브(232)를 개방하도록 배출 밸브(232)의 가압 하중을 극복하고 배출 통로(230)를 통하여 캐비티(228)내로 그리고 배출 압력 챔버(32)로 가압 가스가 유동하도록 허용한다.

이제 도 2 및 3을 참조하면, 배출 피팅(216)과 피스톤(218)의 조립이 보다 상세하게 도시되어 있다. 배출 피팅(216)은 환형상 플랜지(234)를 형성한다. 플랜지(234)에 대하여 위치된 것은 립 시일(236) 및 부동 리테이너(238) 이다. 피스톤(218)은 배출 피팅(216)에 가압 끼워맞춤되거나 또는 다른 방법으로 고정되며, 피스톤(218)은 플랜지(240)와 플랜지(234) 사이에 립 시일(236)과 부동 리테이너(238)를 샌드위치하는 환형상 플랜지(240)를 형성한다. 배출 피팅(216)은 배출 피팅(216), 피스톤(218), 립 시일(236), 부동 리테이너(238) 및 셸 피팅(220)에 의해 한정된 압력 챔버(246)와 배출 압력 챔버(32)를 유체 연결하기 위하여 배출 피팅(216)을 통하여 뻗어 있는 통로(242) 및 오리피스(244)를 형성한다. 셸 피팅(220)은 단부 캡(16)에 고정되고 배출 피팅(216), 피스톤(218), 립 시일(236) 및 부동 리테이너(238)의 조립체를 미끄럼 이동 가능하게 수용한다. 셸 피팅(220)은 도 2에 도시된 바와 같이 단부 캡(16)과 일체로 하거나, 셸 피팅(220)은 볼트 또는 당 해 기술분야에 공지된 다른 수단에 의해 단부 캡(16)에 부착되는 별개의 구성요소로 할 수 있다. 압력 챔버(246)는 튜브(250)에 의해 솔레노이드 밸브(22)에 그리고 튜브(252)를 통하여 흡입 압력 챔버(34)와 유체 연결된다. 피스톤(218), 립 시일(236) 및 부동 리테이너(238)의 조합은 셸 피팅(220)의 내부 보어와 정확한 정렬을 제공하기 위하여 스스로 중심을 맞추는 밀봉 시스템을 제공한다. 립 시일(236)과 부동 리테이너(238)은 그 안에 배출 피팅(216)이 고정되는 개방 오목부(108)의 내부 보어 사이에 어떠한 오정렬도 립 시일(236)과 부동 리테이너(238)에 의해서 수용되도록 충분한 반경방향 유연성을 갖는다.

정상적인 최대 부하 작동을 위해서 비궤도 스크롤 부재(100)를 궤도 스크롤 부재(86)와 밀봉 결합하도록 가압하기 위하여, 솔레노이드 밸브(222)는 센서 어레이(226)에 응답하는 제어 모듈(224)에 의해 비활성화(또는 활성화) 되어 튜브(250)와 튜브(252) 사이에 유체 유동을 차단한다. 이 위치에서, 압력 챔버(246)는 통로(242) 및 오리피스(244)를 통하여 배출 압력 챔버(32)와 연통한다. 압력 챔버(32, 246)내의 배출 압력의 가압 유체는 피스톤(218)의 대향하는 측면에 대하여 작용하고, 마주하는 스크롤 부재의 각각의 단부 플레이트와 각각의 스크롤 부재의 축선방향 단부를 밀봉 결합하도록 궤도 스크롤 부재(86)를 향하여 비궤도 스크롤 부재(100)의 정상적인 가압을 허용한다. 두 스크롤 부재(86, 100)의 축선방향 밀봉은 압축 시스템(10)을 100% 용량으로 작동하도록 한다.

압축 시스템(10)의 부하를 제거하기 위하여, 솔레노이드 밸브(222)는 센서 어레이(226)에 응답하여 제어 모듈(224)에 의해서 활성화(또는 비활성화) 된다. 솔레노이드 밸브(222)가 활성화(또는 비활성화) 될 때, 흡입 압력 챔버(34)는 튜브(252), 솔레노이드 밸브(222) 및 튜브(250)를 통하여 압력 챔버(246)와 직접 연통한다. 압력 챔버(246)로부터 배출 압력 가압 유체가 방출됨에 따라, 피스톤(218)의 양측의 압력차는 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 스크롤 부재의 팁의 축선방향 단부를 각각의 단부 플레이트와 분리하기 위하여 궤도 스크롤 부재(86)로부터 비궤도 스크롤 부재(100)를 멀어지게 이동시키고 높은 압력 포켓은 낮은 압력 포켓으로 그리고 결국 흡입 압력 챔버(34)로 배출된다. 오리피스(244)는 배출 압력 챔버(32)와 압력 챔버(246) 사이에 배출 가스의 유동을 제어하기 위하여 통합된다. 따라서, 압력 챔버(246)가 압축기의 흡입측에 연결될 때, 피스톤(218) 양측의 압력차가 생성된다. 웨이브 스프링(260)은 비궤도 스크롤 부재(100)의 변조 동안에 부동 시일 조립체(114)와 칸막이 플레이트 조립체(14) 사이에 밀봉 관계를 유지하기 위하여 통합된다. 두 스크롤 부재(86, 100) 사이에 갭이 생성될 때, 흡입 가스의 연속적인 압축은 제거된다. 이러한 무부하 상태가 일어날 때, 배출 밸브(232)는 폐쇄 위치로 이동하고 이에 의해 배출 압력 챔버(32) 또는 하류 냉동 시스템으로부터 고압 유체의 역류를 방지한다. 흡입 가스의 압축이 재개될 때, 솔레노이드 밸브(222)는 비활성화(또는 활성화) 되어 튜브(250, 252) 사이의 유체 유동을 다시 차단하고 통로(242)와 오리피스(244)를 통하여 배출 압력 챔버(32)에 의해서 압력 챔버(246)가 가압하도록 허용한다.

제어 모듈(224)은 압축 시스템(10)을 포함한 냉동 시스템의 그 시점에 존재하는 특정 조건을 위해 필요한 무부하의 정도를 결정하기 위하여 제어 모듈(224)을 위해 요구되는 정보를 제공하도록 센서 어레이(226)와 통신한다. 이러한 정보에 기초하여, 제어 모듈(224)은 압력 챔버(246)를 배출 압력 챔버(32) 및 흡입 압력 챔버(34)와 교대로 연통하도록 펄스폭 변조 모드에서 솔레노이드 밸브(222)를 작동한다. 펄스 폭 변조 모드에서 솔레노이드 밸브(222)가 작동되는 주파수는 압축 시스템(10)의 한 세트의 스크롤(86, 100)의 작동 용량 퍼센트를 결정한다. 검출된 조건이 변할 때, 제어 모듈(224)은 솔레노이드 밸브(222)를 위한 작동 주파수를 변화시키고 따라서 압축 시스템(10)의 한 세트의 스크롤(86, 100)이 부하 및 무부하 상태에서 작동되는 상대적인 시간 주기를 변화시킨다. 솔레노이드 밸브(222)의 작동 주파수의 변화는 완전 부하 즉 100% 용량과 완전 무부하 즉 0% 용량 사이에서, 또는 시스템 요구에 응답하여 임의의 설정치에서 한 세트의 스크롤(86, 100)이 작동하도록 한다. 이것은 압축 시스템(10)의 양 압축기가 용량 제어 시스템(212)을 포함하고 있기 때문에 0%와 100% 사이에서 압축 시스템(10)의 용량 변화 효과를 갖는다.

이제 압축 시스템(10)을 위한 증기 분사 시스템(214)이 상세하게 도시되어 있는 도 5, 6 및 7를 참조한다. 압축 시스템(10)은 양 압축기를 위한 중간 흡입 압력 챔버(34)와 배출 압력 챔버(32)의 지점에서 중간 가압 이동 챔버내로 증기를 분사하는 능력을 포함하고 있다. 각각의 증기 분사 시스템(214)을 위해, 증기 분사 피팅(270)은 셸 조립체(12)를 통하여 뻗어 있고 비궤도 스크롤 부재(100)에 고정된 분사 피팅(274)에 차례로 유체 연결되는 분사 튜브(272)에 유체 연결된다. 비궤도 스크롤 부재(100)는 분사 피팅(274)과 한쌍의 축선방향 통로(278) 사이에 각각 뻗어 있는 한 쌍의 반경방향 통로(276)를 형성한다. 축선방향 통로(278)는 압축 시스템(10)의 비궤도 스크롤 부재(100)의 양측의 이동 챔버로 개방되어 당해 기술분야에 공지되어 있는 제어 시스템에 의해 필요할 때 이동 챔버내로 증기를 분사한다.

이제 증기 분사 피팅(270)이 상세하게 도시되어 있는 도 8 및 9를 참조한다. 증기 분사 피팅(270)은 내부 부분(280)과 외부 부분(282)으로 구성된다. 내부 부분(280)은 한 단부에 분사 튜브(272)를 밀봉적으로 수용하는 L형상 통로(284)를 포함하고 있다. 외부 부분(282)은 셸 조립체(12)의 외측으로부터 내부 부분(280)과 단일체 또는 일체로 된 셸 조립체(12)의 내측으로 뻗어 있다. 용접 또는 납땜 부착부(286)는 셸 조립체(12)에 증기 분사 피팅(270)을 고정하고 밀봉한다. 외부 부분(282)은 L형상 통로(284)의 연장부인 보어(290)를 형성한다. 또한 외부 부분(280)은 냉동 시스템의 튜브가 고정되는 원통형 보어(292)를 형성한다.

도 10은 압축 시스템(10)의 증기 분사 시스템을 위한 증기를 제공하는 증기 분사 시스템(214)을 예시하고 있다. 압축 시스템(10)은 응축기(294), 제1 팽창 밸브 또는 스로틀(296), 플래시 탱크 또는 절탄기(economizer)(298), 제2 팽창 밸브 또는 스로틀(300), 증발기(302) 및 도 10에 도시된 구성요소를 상호연결하는 일련의 배관(304)을 포함하고 있는 냉동 시스템에 도시되어 있다. 압축 시스템(10)은 냉매 가스를 압축하기 위하여 모터에 의해 작동된다. 액화된 냉매는 팽창 밸브(296)를 통과하여 가스와 액체로 분리되는 플래시 탱크(298)로 확장한다. 또한 가스 냉매는 증기 분사 피팅(270)을 통하여 압축 시스템(10)에 도입되는 배관(306)을 통과한다. 한편, 나머지 액체 냉매는 팽창 밸브(300)로 확장하고, 그 다음에 증발기(302)에서 기화되어 다시 압축 시스템(10)내로 들어간다.

증기 분사 시스템(214)의 나머지 구성요소와 플래시 탱크(298)의 통합은 압축 시스템(10)의 각각의 세트의 스크롤(86, 100)의 용량을 압축 시스템(10)의 각각의 세트의 스크롤(86, 100)의 고정 용량 이상으로 증가시킬 수 있다. 일반적으로, 표준 공조 조건에서, 하나의 압축기의 용량은 압축 시스템(10)의 용량 110%에 대해 그 용량의 120%로 한 세트의 스크롤을 제공하여 대략 20% 증가될 수 있다. 만약 양쪽 압축기가 대략 20% 증가되면, 압축 시스템(10)의 용량은 정상적인 용량의 120%로 증가한다. 압축 시스템(10)의 각각의 세트의 스크롤(86, 100)의 용량을 제어할 수 있도록 하기 위하여, 배관(306)내에 솔레노이드 밸브(308)가 위치된다. 만약 양쪽 압축기에 대해 증기 분사 시스템(214)을 독립적으로 작동하는 것이 바람직하다면, 추가적인 솔레노이드 밸브(308)가 각각의 압축기를 위한 별개의 배관과 함께 통합될 수 있다. 압축 시스템(10)의 각각의 세트의 스크롤(86, 100)의 용량에서의 퍼센트 증가량은 솔레노이드 밸브(308)를 펄스폭 변조 모드에서 작동함으로써 제어될 수 있다. 압축 시스템(10)의 용량 제어 시스템(212)과 조합하여 펄스폭 변조 모드에서 작동될 때 솔레노이드 밸브(308)는 압축 시스템(10)의 용량을 0% 내지 120% 사이의 어느 곳에 위치되도록 허용한다.

이제 본 발명에 따른 셸 조립체(312)가 예시되어 있는 도 11 및 12를 참조한다. 셸 조립체(312)는 한 쌍의 단부 캡(316)과 중앙 셸(318)을 포함하고 있다. 각각의 단부 캡(316)은 중간 셸(20), 단부 캡(16) 및 도관(36)의 연장부를 포함하 는 단일 피스의 일체형 구조이며 이것은 칸막이 플레이트 조립체(14)에 대한 필요성을 제거한다. 이러한 구성요소의 통합은 복잡함과 비용을 감소시킨다. 단부 캡(316)은 부동 시일 조립체(114)와 결합하기 위한 표면(320) 및 중앙 셸(318)에 의 해 형성된 도관(36)과 연통하는 배출 통로(322)를 형성한다. 도 2와 유사하게, 배출 밸브는 도관(36)내의 어느 곳에나 위치될 수 있으며, 필요하다면 단부 캡(316)에 의해 형성된 도관(36)의 연장부를 포함할 수 있다.

중앙 셸(318)은 중앙 셸의 메인 보디로부터 분리되어 있는 도관(36) 및 배출 피팅(26)을 형성한다. 게다가, 중앙 셸(318)은 중앙 셸(318)내에 위치된 모터에 대한 진단 및 전력을 제공하기 위한 전기적인 접속 진입로(326)를 형성한다. 하나의 단부 캡(316)이 흡입 입구 피팅(24)을 형성하고 따라서 도관(38)에 대한 필요성이 제거된다.

도 2에 예시된 셸 조립체(12)내에 위치되는 모터와 압축기는 셸 조립체(312)에 조립되도록 설계되어 있다. 따라서, 도 2에 대해 상술한 모터와 압축기의 설명은 셸 조립체(312)에 또한 적용된다.

각각의 단부 캡(316)은 도 2에 예시된 것과 유사한 방식으로 용량 제어 시스템(212)을 포함하도록 적합하게 될 수 있다. 단부 캡(16)과 유사한 방식에서, 셸 피팅(220)은 단부 캡(316)과 일체로 되거나 또는 단부 캡(316)에 부착되는 별개의 구성요소가 될 수 있다.

게다가, 중앙 셸(318)은 상술한 증기 분사 시스템(214)을 통합하도록 적합하게 될 수 있다. 따라서, 도 1 내지 10에 대해 상술한 용량 제어 시스템(212)과 증 기 분사 시스템(214)의 설명은 단부 캡(316)을 통합한 셸 조립체에 적용된다.

이제 도 2 및 14를 참조하면, 비궤도 스크롤 부재(100)와 궤도 스크롤 부재(86)를 위한 장착 시스템이 예시되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 비궤도 스크롤 부재(100)는 2-피스 메인 베어링 조립체(42)에 대하여 제한된 축선방향 이동을 위해 장착된다.

비궤도 스크롤 부재(100)는 그 안에 구비된 개구(382)를 갖고 있는 플랜지 부분(380)을 포함한다. 개구(382)내에는 길다란 원통형 부싱(384)이 끼워맞춰지고, 그 하부 단부는 메인 베어링 조립체(42)상에 위치된다. 헤드 와셔(390)를 갖고 있는 볼트(388)는 부싱(384)에 구비된 축선방향으로 뻗은 보어(392)를 통하여 뻗어 메인 베어링 조립체(42)에 구비된 나사가공된 개구내로 들어간다. 예시된 바와 같이, 부싱(384)의 보어(392)는 비궤도 스크롤 부재(100)의 최종적인 정확한 위치결정이 가능하도록 그 사이에 약간의 상대적인 이동을 수용하기 위하여 볼트(388)의 직경보다 약간 큰 직경으로 되어 있다. 일단 비궤도 스크롤 부재(100)와 부싱(384)이 위치되면, 볼트(388)는 적절하게 죄여지고 이에 의해 메인 베어링 조립체(42)와 와셔(3900 사이에 부싱(384)을 확실하게 클램핑한다. 와셔(390)는 부싱(384)에 대한 균일한 둘레방향 하중을 보장할 뿐만 아니라 볼트(388)의 헤드를 위한 지지 표면을 제공하는 역할을 함으로써 볼트(388)를 최종적으로 죄는 동안에 부싱(384)의 잠재적인 변위를 회피한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 부싱(384)의 축선방향 길이는 충분히 길어서 비궤도 스크롤 부재(100)가 궤도 스크롤 부재(86) 및 메인 베어링 조립체(42)로부터 멀어지는 방향으로 부싱(384)을 따라 축선방향으 로 미끄럼 이동 가능하도록 허용한다. 이것은 이동을 제한하는 포지티브 스톱으로 작용하는 볼트(388)의 헤드 및 와셔(390)와 함께 축선방향으로 유연한 장착 배열을 제공한다. 부싱(384)의 외경은 비궤도 스크롤 부재(100)의 미끄럼 이동이 허용되도록 개구(382)의 직경보다 약간 작다.

외부로 돌출한 플랜지 부분(380)의 축선방향 중심선은 플랜지 부분(380)을 위한 반작용의 중심에 위치된다. 플랜지 부분(380)을 경험하게 되는 힘의 작용 중심과 같은 높이에 배치함으로써, 부싱(384)은 동일 평면이 될 수 있고 스크롤의 역전 모멘트의 힘은 감소 및/또는 제거된다.

부싱(384) 주위 및 비궤도 스크롤 부재(100)와 메인 베어링 조립체(42) 사이에 배치된 것은 가압 스프링(396)이다. 압축 시스템(10)의 정상적인 작동시에, 오목부(108, 112)의 가압 유체로 인하여 각각의 비궤도 스크롤 부재(100)에 대한 축선방향 가압력은 스프링(396)의 가압력을 극복하고 랩(88, 102)은 각각 플레이트(104, 90)의 마주하는 단부 플레이트 표면과 밀봉 결합하게 된다. 압축 시스템(10)의 변조시에, 랩(88, 102)과 단부 플레이트(104, 90)의 마주하는 단부 플레이트 표면 사이에 각각 갭이 생성된다. 비궤도 스크롤 부재(100)의 플랜지 부분(380)은 와셔(390)와 메인 베어링 조립체(42) 사이에 부동할 수 있다. 플랜지 부분(380)에서 부싱(384)과 개구(382) 사이에 약간의 축선방향 클리어런스와 결합된 이러한 운동은 불괘한 소음을 발생시킨다. 스프링(396)이 와셔에 대하여 비궤도 스크롤 부재(100)의 플랜지 부분(380)을 가압하므로 이들 구성요소 사이의 유극 또는 클리어런스가 제거되고 따라서 불쾌한 소음의 발생을 제거한다.

압축 시스템(10)의 변조와 관련된 다른 문제 및 불쾌한 소음의 다른 근원은 궤도 스크롤 부재(86)의 와블 운동이다. 압축 시스템(10)의 정상적인 작동시에, 궤도 스크롤 부재(86)에 대한 각각의 비궤도 스크롤 부재(100)의 축선방향 가압은 또한 메인 베어링 조립체(42)의 평평한 베어링 표면(84)에 대하여 궤도 스크롤 부재(86)를 가압한다. 압축 시스템(10)의 변조시에, 비궤도 스크롤 부재(100)에 의해 가해지는 이러한 가압 하중은 해제되고 궤도 스크롤 부재(86)와 평평한 베어링 표면(84) 사이에 클리어런스가 형성된다. 크랭크축(50)의 편심 크랭크 핀(52)에 의한 궤도 스크롤 부재(86)의 계속적인 구동은 궤도 스크롤 부재(86)를 요동시켜 불쾌한 소음을 발생할 수 있다. 안티 스러스트 링(400)은 각각의 안티 스러스트 링(400)을 각각의 2-피스 메인 베어링 조립체(42)에 부착하기 위한 복수의 플랜지(402)를 포함한다. 또한 안티 스러스트 링(400)은 궤도 스크롤 부재(86)의 단부 플레이트(90)에 인접하여 놓여진 환형상 보디(404)를 포함한다. 따라서, 궤도 스크롤 부재(86)의 단부 플레이트(90)는 안티 스러스트 링(400)의 환형상 보디(404)와 2-피스 메인 베어링 조립체(42)의 평평한 베어링 표면(84) 사이에 샌드위치된다. 이들 구성요소 사이에는 궤도 스크롤 부재(86)의 자유로운 궤도 운동이 가능하도록 약간의 클리어런스가 유지된다. 그러므로, 압축 시스템(10)의 변조가 일어날 때, 궤도 스크롤 부재(86)의 와블 운동 및 불쾌한 소음의 발생이 감소 및/또는 제거된다.

본 발명의 설명은 단지 예시적인 것이며 따라서 본 발명의 요지에서 벗어나지 않은 변경은 본 발명의 범위에 들어가는 것이다. 이러한 변경은 본 발명의 사 상 및 범위로부터 벗어난 것으로 간주 되어서는 된다.

본 발명에 따르면 압축기의 작동 동안에 발생되는 불쾌한 소음을 감소시키거나 제거할 수 있다.

Claims

제1 단부 플레이트 및 제1 단부 플레이트로부터 뻗은 제1 나선형 랩을 가지고 있는 제1 스크롤 부재;

제2 단부 플레이트 및 제2 단부 플레이트로부터 뻗은 제2 나선형 랩을 가지고 있는 제2 스크롤 부재;

상기 제1 스크롤 부재를 지지하는 제1 베어링 하우징; 및

상기 제1 베어링 하우징에 고정된 제1 안티 스러스트 플레이트를 포함하고 있고,

상기 제1 및 제2 스크롤 부재는 상기 제1 및 제2 나선형 랩이 서로 끼워진 상태로 위치되어 있으며, 상기 제1 스크롤 부재의 상기 제1 단부 플레이트는 상기 제1 안티 스러스트 플레이트와 상기 제1 베어링 하우징 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 스크롤 부재는 상기 제1 및 제2 스크롤 부재의 밀봉 표면이 제1 유체 포켓을 폐쇄하도록 밀봉 관계에 있는 제1 관계와 2개의 상기 제1 유체 포켓 사이에 누출 경로를 형성하도록 상기 제1 및 제2 스크롤 부재의 적어도 하나의 상기 밀봉 표면이 이격되어 있는 제2 관계 사이에서 상기 제1 베어링 하우징에 대하여 이동가능하고, 상기 스크롤 머신은 상기 제2 스크롤 부재를 상기 제2 관계를 향하여 가압하기 위한 가압 부재를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하 는 스크롤 머신.
제 1 항에 있어서, 상기 스크롤 머신은 상기 제1 베어링 하우징에 의해 회전가능하게 지지된 구동축을 더 포함하고 있고, 상기 구동축은 상기 제1 스크롤 부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 3 항에 있어서, 상기 스크롤 머신은 상기 구동축에 구동가능하게 결합된 모터를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 4 항에 있어서, 상기 모터는 가변 속도 모터인 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 1 항에 있어서, 상기 스크롤 머신은 상기 제1 및 제2 스크롤 부재와 관련된 용량 변조 시스템을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 6 항에 있어서, 상기 용량 변조 시스템은 펄스폭 변조 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 1 항에 있어서, 상기 스크롤 머신은 상기 제1 및 제2 스크롤 부재를 위한 증기 분사 시스템을 구현하기 위해 상기 스크롤 부재중의 하나와 연통하는 유체 분 사 피팅을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 8 항에 있어서, 상기 스크롤 머신은 상기 제1 및 제2 스크롤 부재와 관련된 용량 변조 시스템을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 9 항에 있어서, 상기 용량 변조 시스템은 펄스폭 변조 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 1 항에 있어서, 상기 스크롤 머신은

제3 단부 플레이트 및 제3 단부 플레이트로부터 뻗은 제3 나선형 랩을 가지고 있는 제3 스크롤 부재;

제4 단부 플레이트 및 제4 단부 플레이트로부터 뻗은 제4 나선형 랩을 가지고 있는 제4 스크롤 부재;

상기 제3 스크롤 부재를 지지하며 상기 제1 베어링 하우징으로부터 이격된 제2 베어링 하우징; 및

상기 제2 베어링 하우징에 고정된 제2 안티 스러스트 플레이트를 더 포함하고 있고,

상기 제3 및 제4 스크롤 부재는 제3 및 제4 나선형 랩이 서로 끼워진 상태로 위치되어 있으며, 상기 제3 스크롤 부재의 상기 제3 단부 플레이트는 상기 제2 안티 스러스트 플레이트와 상기 제2 베어링 하우징 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 11 항에 있어서,

상기 제2 스크롤 부재는 상기 제1 및 제2 스크롤 부재의 밀봉 표면이 제1 유체 포켓을 폐쇄하도록 밀봉 관계에 있는 제1 관계와 2개의 상기 제1 유체 포켓 사이에 누출 경로를 형성하도록 상기 제1 및 제2 스크롤 부재의 적어도 하나의 상기 밀봉 표면이 이격되어 있는 제2 관계 사이에서 상기 제1 베어링 하우징에 대하여 이동가능하고,

상기 제4 스크롤 부재는 상기 제3 및 제4 스크롤 부재의 밀봉 표면이 제2 유체 포켓을 폐쇄하도록 밀봉 관계에 있는 제1 관계와 2개의 상기 제2 유체 포켓 사이에 누출 경로를 형성하도록 상기 제3 및 제4 스크롤 부재의 적어도 하나의 상기 밀봉 표면이 이격되어 있는 제2 관계 사이에서 상기 제2 베어링 하우징에 대하여 이동가능하고,

상기 스크롤 머신은 상기 제2 스크롤 부재를 상기 제2 관계를 향하여 가압하기 위한 제1 가압 부재를 더 포함하고 있고,

상기 스크롤 머신은 상기 제4 스크롤 부재를 상기 제2 관계를 향하여 가압하기 위한 제2 가압 부재를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 11 항에 있어서, 상기 스크롤 머신은 상기 제1 및 제2 베어링 하우징에 의해 회전가능하게 지지된 구동축을 더 포함하고 있고, 상기 구동축은 상기 제1 및 제3 스크롤 부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 13 항에 있어서, 상기 스크롤 머신은 상기 구동축에 구동가능하게 결합된 모터를 더 포함하고 있고, 상기 모터는 상기 제1 및 제2 베어링 하우징 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 14 항에 있어서, 상기 모터는 가변 속도 모터인 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 11 항에 있어서, 상기 스크롤 머신은 상기 제1 및 제2 스크롤 부재와 관련된 제1 용량 변조 시스템과 상기 제3 및 제4 스크롤 부재와 관련된 제2 용량 변조 시스템을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 16 항에 있어서, 각각의 상기 제1 및 제2 용량 변조 시스템은 펄스폭 변조 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 11 항에 있어서, 상기 스크롤 머신은 상기 제1 및 제2 스크롤 부재를 위한 제1 증기 분사 시스템을 구현하기 위해 상기 제1 및 제2 스크롤 부재중의 하나와 연통하는 제1 유체 분사 피팅과 상기 제3 및 제4 스크롤 부재를 위한 제2 증기 분사 시스템을 구현하기 위해 상기 제3 및 제4 스크롤 부재중의 하나와 연통하는 제2 유체 분사 피팅을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 18 항에 있어서, 상기 스크롤 머신은 상기 제1 및 제2 스크롤 부재와 관련된 제1 용량 변조 시스템과 상기 제3 및 제4 스크롤 부재와 관련된 제2 용량 변조 시스템을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.
제 19 항에 있어서, 각각의 상기 제1 및 제2 용량 변조 시스템은 펄스폭 변조 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 머신.