KR20090014091A - 단계식 용량 조절을 가진 계단식 스크롤 압축기 - Google Patents

단계식 용량 조절을 가진 계단식 스크롤 압축기 Download PDF

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Abstract

보다 높은 외부 부분과 보다 낮은 중심 부분이 존재하도록 스크롤 압축기는 계단식 랩(stepped wrap)을 가진다. 바이패스 포트는 보다 높은 부분과 보다 낮은 위치 사이의 변이 영역(transition zone)과 연합된다. 계단식 스크롤 압축기(stepped scroll compressor)에서 바이패스 포트를 제공함으로써, 종래 기술에 제공되었던 것보다 높은 용량 감소가 구현될 수 있다.

Description

단계식 용량 조절을 가진 계단식 스크롤 압축기{STEPPED SCROLL COMPRESSOR WITH STAGED CAPACITY MODULATION}
본 발명은 스크롤 랩의 높이가 계단식으로 형성되고 추가적인 바이패스 포트(bypass port)가 용량 조절을 위해 제공된 스크롤 압축기에 관한 것이다.
스크롤 압축기(Scroll compressors)가 공지되며, 냉매 압축(refrigerant compression) 산업에서 점점 보급된다. 스크롤 압축기에 있어서, 일반적으로 한 쌍의 스크롤 부재는 각각 베이스로부터 연장되는 나선형 랩(spiral wraps)을 가진 베이스(base)를 가진다. 2개의 스크롤 부재의 랩은 압축 챔버를 형성하기 위하여 내부로 끼워 맞춤된다(interfit). 2개의 스크롤 부재 중 한 스크롤 부재는 또 다른 스크롤 부재에 대하여 궤도를 그리며 이동하도록(orbit) 야기되며, 갇힌 냉매(entrapped refrigerant)가 압축되도록 궤도 운동(orbital movement)이 발생됨에 따라 상기 2개 사이에서 형성된 압축 챔버의 체적이 감소한다.
스크롤 압축기에서 공지된 한 특징은 계단식 스크롤 랩의 사용이다. 계단식 스크롤 랩에 있어서, 스크롤 랩의 중심 영역은 외부 부분보다 낮은 높이를 가진다. 그러므로, 방사상으로 나선형의 외부 부분 지점에서 변위 체적은 보다 크다. 보다 높은 압력 공간을 형성하는 중심 영역의 높이가 감소되므로, 나선형 요소의 강성함이 개선된다. 추가적으로 보다 낮은 압력 외부 영역 내 체적 변화 비율이 높은 압력 영역보다 크기 때문에, 크랭크 각도에 대한 압력이 보다 크며, 따라서 모터에 대한 토크가 감소된다. 추가적으로, 방전 챔버(discharge chamber)로 연결되는 중심 압축 포켓 내 체적이 감소되므로, 재 팽창 체적(re-expansion volume)은 전력 손실을 감소시키기 위하여 감소된다.
스크롤 압축기 내에서 공지된 또 다른 특징은 용량 감소이다. 한 용량 감소 특징에 있어서, 압축 사이클에 있어 흡입 위치에 대한 후방으로 부분적 압축된 냉매를 소통시키기 위해 포트를 개방하는 소위 바이 패스(bypass) 기능이 제공된다. 보다 적은 용량이 연합된, 에어 컨디셔닝 시스템(air conditioning system)과 같은 냉매 시스템에 대해 필요가 있을 때 용량이 감소한다.
바이패스 포트 사용을 통하여 용량 감소는 단일 높이 랩을 가지는 스크롤 압축기 상에서 제공된다. 용량 감소는 스크롤 압축기의 용량을 완전 부하 상태의 표 준 용량(nominal capacity) 100%와 대략 67%의 용량 사이에서 감소된다. 종래 기술에 있어 바이패스 포트의 위치는 33%까지 감소가 제한된다. 추가적으로 용량을 감소시키는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 그러나, 추가적으로 방사상의 내부 방향으로 바이패스 포트를 움직이는 경우 바이패스 포트가 스크롤 압축기의 방전 포트와 소통되는 가능성이 있다. 이는 바람직하다. 더욱이, 또 다른 잠재적인 방법은 스크롤 랩의 길이를 증가시키는 것이다. 그러나, 이러한 것이 발생될 때 그 외 다를 절충안이 있다.
본 발명의 공개된 실시예에 있어서, 계단식 랩을 가진 스크롤 압축기는 바이패스 포트가 제공된다. 상기 방식으로, 보다 많은 용량 감소가 구현된다. 실례에 따라, 대략 50 내지 60%의 용량 감소가 구현될 수 있다. 상기 계단식 랩의 사용은 종래 기술의 제한이 발생되지 않음을 보장하며, 보다 작은 높이로써 중심 부분이 방전 포트로부터 바이패스 포트(bypass port)를 격리하고 밀봉할 것이다.
도 1은 본 발명을 합체하는 스크롤 압축기(scroll compressor, 20)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 흡입 부분(22)은 압축기 셀(compressor shell)로 흡입 냉매(suction refrigerant)를 운반한다. 전기 모터(24)는 궤도 형성 스크롤 부재(orbiting scroll member, 26)를 순차적으로 구동하기 위하여 샤프트(25)를 구동 한다. 궤도 형성 스크롤 부재(26)는 궤도 비형성 스크롤 부재(non-orbiting scroll member, 28) 상에 랩으로 끼워 맞추는(interfit) 스크롤 랩을 포함한다. 궤도 형성 스크롤 부재가 궤도 비형성 스크롤 부재에 대하여 궤도를 형성함에 따라, 2개의 랩 사이 압축 챔버의 체적이 감소되며, 냉매(refrigerant)는 중심 방전 포트(central discharge port, 29)를 향하여 압축된다.
상기 적용예에서 도시되는 바와 같이, 궤도 형성 스크롤 부재(26)의 외부 랩 부분(38)과 궤도 비형성 스크롤 부재(28)의 외부 랩 부분(40)은 중심 부분(42 및 44)보다 큰 높이를 가진다. 이러한 구조는 상기 기술 분야에서 일반적으로 알려지고, 전술한 바와 같은 기능을 가진다. 그러나, 바이패스 포트(36) 및 바이패스 포트(bypass port, 36)를 폐쇄하는 연합된 솔레노이드 밸브(solenoid valves, 34)의 개재물(inclusion)이 특징된다(도 2참조). 솔레노이드 밸브가 개방될 때, 용량을 감소시키고자 하는 제어에 의해, 바이패스 포트(36)로 연합된 압축 챔버(41)는 바이패스 라인(bypass line, 32)으로 냉매를 통하게 하며, 모터(24)를 둘러싸는 흡입 챔버로 다시 돌아간다.
바이패스 포트가 계단식으로 형성된 랩 형상(stepped wrap configuration)과 복합되어 사용되므로, 대략 50 내지 60 %의 용량이 감소될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 스크롤 압축기(20)는 100%의 용량을 제공하기 위한 기능을 가지며 또는 보다 낮은 수준의 용량을 제공하기 위한 기능을 가지고 일반적인 용량의 40 내지 50% 수준으로 제공된다. 물론, 스크롤 압축기 설계자에게 자명한 그 외 다른 감소가 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예가 공개된다 하더라도, 상기 기술 분야의 당업자는 다소의 변형물이 본 발명의 범위 이내에서 구현될 수 있음을 인지할 수 있다. 상기와 같은 이유로, 다음의 청구항은 본 발명의 범위와 내용을 결정하기 위하여 고찰된다.
본 발명의 기술된 특징과 그 외 다른 특징은 수반되는 설명과 도면으로부터 보다 잘 이해될 것이며, 이는 간략한 설명이다.
도 1은 본 발명에서 복합된 스크롤 압축기를 통한 횡단면을 도시하는 도면.
도 2는 발명적인 스크롤 압축기의 어느 한 부분의 상단도를 도시하는 도면.

Claims (4)

  1. 스크롤 압축기에 있어서, 상기 장치는
    베이스(base) 및 상기 베이스로부터 전개되는 나선형의 랩을 가지는 제 1 스크롤 부재를 포함하며, 베이스 및 상기 베이스로부터 전개되는 나선형의 랩을 가지는 제 2 스크롤 부재를 포함하며,
    보다 높은 위치의 외부 부분과 보다 낮은 위치의 중심 부분을 가지는 상기 제 1 스크롤 부재 및/또는 제 2 스크롤 부재의 상기 랩을 포함하고,
    보다 낮은 용량이 상기 스크롤 압축기에 의해 제공될 수 있도록, 압축기 흡입 챔버에 대해 후방에 상기 제 1 스크롤 부재 및 제 2 스크롤 부재의 상기 랩들 사이에서 형성된 압축 챔버를 통하게 하기 위한 바이패스 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 밸브는 상기 바이패스 포트의 개방 및 폐쇄를 제어하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 바이패스 포트는 상기 제 2 스크롤 부재의 상기 베이스 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 스크롤 압축기에 있어서, 상기 장치는
    베이스(base) 및 상기 베이스로부터 전개되는 나선형의 랩을 가지는 제 1 스크롤 부재를 포함하며, 베이스 및 상기 베이스로부터 전개되는 나선형의 랩을 가지는 제 2 스크롤 부재를 포함하며,
    보다 높은 위치의 외부 부분과 보다 낮은 위치의 중심 부분을 가지는 상기 제 1 스크롤 부재 및/또는 제 2 스크롤 부재의 상기 랩을 포함하고,
    보다 낮은 용량이 상기 스크롤 압축기에 의해 제공될 수 있도록, 압축기 흡입 챔버에 대해 후방에 상기 제 1 스크롤 부재 및 제 2 스크롤 부재의 상기 랩들 사이에서 형성된 압축 챔버를 통하게 하기 위한 바이패스 포트를 포함하며,
    바이패스 포트의 개방 및 폐쇄를 제어하기 위해 밸브가 제공되고, 상기 제 2 스크롤 부재의 상기 베이스 내에서 바이패스 포트가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 부재.
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