KR20100025539A - 용량 변조 압축기 - Google Patents

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크리스토퍼 스토버
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에머슨 클리메이트 테크놀로지즈 인코퍼레이티드
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Abstract

열펌프 시스템은 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기, 압축기, 그리고 유체 도관을 포함할 수 있다. 상기 압축기는 압축기의 제 1 작동 용량, 제 2 작동 용량 및 제 3 작동 용량을 제공하는 용량 변조 시스템을 포함할 수 있다. 제 2 작동 용량은 제 1 작동 용량보다 작고 제 3 작동 용량보다 클 수 있다. 상기 유체 도관은 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기와 압축기 사이에 유체 연통을 제공할 수 있다. 상기 유체 도관은 냉각 모드 동안에 압축기로부터 제 1 열교환기로 그리고 제 1 열교환기로부터 제 2 열교환기로의 제 1 유동 경로와 가열 모드 동안에 압축기로부터 제 2 열교환기로 그리고 제 2 열교환기로부터 제 1 열교환기로의 제 2 유동 경로를 형성할 수 있다. 상기 압축기는 가열 모드 동안에는 제 1 작동 용량으로 작동하고 냉각 모드 동안에는 제 2 작동 용량으로 작동할 수 있다.
열펌프 시스템, 제 1 열교환기, 제 2 열교환기, 압축기, 유체 도관, 용량 변조 시스템, 제 1 유동 경로, 제 2 유동 경로, 가열 모드, 냉각 모드

Description

용량 변조 압축기{CAPACITY MODULATED COMPRESSOR}
본 발명은 열펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용량 변조 시스템을 포함하는 열펌프 시스템의 압축기에 관한 것이다.
본 항목에서의 진술은 단지 본 발명과 관련된 배경 지식을 제공하는 것이며 종래 기술을 구성하지 않을 수 있다.
2-스텝 용량 변조 시스템을 가진 열펌프 시스템은 냉각 모드에서 작동할 때 개선된 시스템 작동을 제공할 수 있다. 보다 상세하게는, 제 1 압축기 용량은 냉각 모드에서 작동할 때의 시스템 작동 용량과 관련될 수 있고 제 2 용량은 냉각 모드 동안에 개선된 경부하 성능(light load performance)을 위해 압축기 용량을 감소시키도록 사용될 수 있다. 가열 모드에서 열펌프 시스템이 작동하기 위해서는 냉각 모드에서 요구되는 것보다 더 많은 압축기 용량을 필요로 할 수 있다. 따라서, 가열 모드에 필요한 열을 제공하기 위해서는 부가적인 열원(heat source)이 필요할 수 있다. 대체 실시형태로서, 압축기가 가열 모드에서 적절한 가열 성능을 제공할 수 있도록 하기 위해서 압축기용 시스템 정격 용량(system rated capacity)은 냉각 모드에서 필요로 하는 용량보다 더 크게 될 수 있다. 그러나, 이러한 과대한 시스템-정격 용량은 냉각 모드에서 비능률적인 압축기 동작을 유발할 수 있 다.
따라서, 압축기는 쉘 및 이 쉘 내에 수납된 압축 메카니즘을 포함할 수 있다. 상기 압축 메카니즘은 제 1 스크롤 부재 및 제 2 스크롤 부재를 포함할 수 있고, 상기 제 1 스크롤 부재 및 제 2 스크롤 부재는 상호간에 상대적인 선회 변위(relative orbital displacement)를 하도록 지지되어 있다. 제 1 스크롤 부재 및 제 2 스크롤 부재는 각각 단부 플레이트를 가질 수 있고, 상기 단부 플레이트는 단부 플레이트로부터 뻗어 있으며 복수의 포켓을 형성하기 위해 서로 맞물리게 결합되는 나선형 랩(wrap)을 가지고 있다. 제 1 통로는 제 1 스크롤 부재에 배치되어 있으며 제 1 스크롤 부재의 외측 부분으로부터 상기 복수의 포켓 중의 제 1 포켓 속으로 뻗어 있을 수 있다. 제 2 통로는 제 1 스크롤 부재에 배치되어 있으며 제 1 포켓에 대하여 반경방향 안쪽으로 배치된 상기 복수의 포켓 중의 제 2 포켓 속으로 뻗어 있을 수 있다. 또한 상기 압축기는 제 1 통로 및 제 2 통로를 선택적으로 개폐하여 제 1 통로 및 제 2 통로 모두가 폐쇄되어 있는 제 1 작동 용량, 제 1 통로는 개방되고 제 2 통로는 폐쇄되어 있는 제 2 작동 용량, 그리고 제 2 통로가 개방되어 있는 제 3 작동 용량을 제공하는 밸브 조립체를 포함할 수도 있다. 상기 압축기는 열펌프 시스템 내에 배치될 수 있고, 이 경우 제 1 작동 용량은 열펌프 시스템의 가열 모드에 대응하고 제 3 작동 용량은 열펌프 시스템의 냉각 모드에 대응한다.
열펌프 시스템은 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기, 압축기, 그리고 유체 도관을 포함할 수 있다. 상기 압축기는 압축기의 제 1 작동 용량, 제 2 작동 용량 및 제 3 작동 용량을 제공하는 용량 변조 시스템을 포함할 수 있다. 제 2 작동 용량은 제 1 작동 용량보다 작고 제 3 작동 용량보다 크게 될 수 있다. 상기 유체 도관은 제 1 열교환기, 제 2 열교환기, 그리고 압축기 사이에 유체 연통을 제공할 수 있다. 상기 유체 도관은 냉각 모드로 작동할 때에 압축기로부터 제 1 열교환기로 그리고 제 1 열교환기로부터 제 2 열교환기로의 제 1 유동 경로와 가열 모드로 작동할 때에 압축기로부터 제 2 열교환기로 그리고 제 2 열교환기로부터 제 1 열교환기로의 제 2 유동 경로를 형성할 수 있다. 상기 압축기는 가열 모드 동안에는 제 1 작동 용량으로 작동하고 냉각 모드 동안에는 제 2 작동 용량으로 작동할 수 있다.
열펌프 시스템 내의 스크롤 압축기를 작동시키는 방법은, 제 1 압력에서 작동하는 스크롤 압축기의 제 1 스크롤 부재와 제 2 스크롤 부재의 맞물리게 결합된 랩에 의해 형성된 복수의 포켓 중의 제 1 포켓과 연통되어 있는 제 1 누출 경로를 밀봉하고 상기 제 1 압력보다 큰 제 2 압력에서 작동하는 스크롤 압축기의 제 1 스크롤 부재와 제 2 스크롤 부재의 맞물리게 결합된 랩에 의해 형성된 복수의 포켓 중의 제 2 포켓과 연통되어 있는 제 2 누출 경로를 밀봉하여 열펌프 시스템의 가열 모드 동안에 제 1 작동 용량으로 압축기를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 제 1 누출 경로를 개방하고 제 2 누출 경로를 폐쇄하여 열펌프 시스템의 냉각 모드 동안에 제 1 작동 용량으로부터 감소된 제 2 작동 용량으로 압축기를 작동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, 제 2 누출 경로를 개방하여 상기 냉각 모드 동안에 제 2 작동 용량으로부터 감소된 제 3 작동 용량으로 압축기를 작동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 분야에서의 사용가능성은 아래의 상세한 설명부분으로부터 알 수 있다. 아래의 상세한 설명 및 특정 실시예는 단지 예시를 위한 것이며 본 발명의 영역을 제한하기 위한 것은 아니다.
본 명세서에 첨부된 도면은 단지 예시를 위한 것이지 어떠한 식으로도 본 발명의 영역을 제한하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 열펌프 시스템의 개략도이고;
도 2는 도 1의 열펌프 시스템의 압축기의 단면도이고;
도 3은 도 2의 압축기의 비-선회 스크롤 및 용량 변조 시스템의 단면도이고;
도 4는 도 2의 압축기의 비-선회 스크롤 및 용량 변조 시스템의 부가적인 단면도이고;
도 5는 도 2의 압축기의 비-선회 스크롤 및 용량 변조 시스템의 부가적인 단면도이고; 그리고
도 6은 도 2의 압축기의 비-선회 스크롤 및 용량 변조 시스템의 사시도이다.
아래의 상세한 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며 본 발명의 개시내용, 적용범위, 또는 사용범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 첨부된 도면 전체에 걸쳐 서, 유사한 참조 번호는 유사하거나 대등한 부품 및 특징부를 나타낸다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 열펌프 시스템(10)은 실내 유닛(12) 및 실외 유닛(14)을 포함할 수 있다. 실내 유닛(12)은 실내 코일 즉 열교환기(16) 및 모터(20)에 의해 구동되는 가변 속력 실내 팬(18)을 포함할 수 있다. 실내 코일(16) 및 실내 팬(18)은 캐비넷(22)으로 둘러싸일 수 있고 이로 인해 실내 팬(18)이 주위 공기를 실내 코일(16)을 가로질러 이동하게 할 수 있다. 실외 유닛(14)은 실외 코일 즉 열교환기(24) 및 모터(28)에 의해 구동되는 가변 속력 실외 팬(26)을 포함할 수 있다. 실외 코일(24) 및 실외 팬(26)은 보호 하우징(30)으로 둘러싸일 수 있고 이로 인해 실외 팬(26)이 열전달을 향상시키도록 주위의 실외 공기를 실외 코일(24)을 가로질러서 흡입할 수 있다. 실외 유닛(14)은 실내 코일(16) 및 실외 코일(24)과 연통되어 있는 압축기(32)를 더 포함할 수 있다.
압축기(32), 실내 코일(16) 및 실외 코일(24) 사이의 연통로는 대체로 루프를 형성할 수 있고, 압축기(32), 실내 코일(16) 및 실외 코일(24)은 실내 코일(16)과 실외 코일(24) 사이에 위치된 팽창 장치(33)와 서로 연속적으로 배치될 수 있다. 압축기(32), 실내 코일(16) 및 실외 코일(24) 사이의 유동의 방향이 제 1 방향과 제 2 방향으로 역전될 수 있도록, 열펌프 시스템(10)은 압축기(32)와 실내 코일 및 실외 코일(16, 24) 사이에 배치된 역전 밸브(reversing valve)(34)를 더 포함할 수 있다. 제 1 방향에서는, 열펌프 시스템(10)이 "냉각"이라고 표시된 화살표에 의해 지시된 방향으로 유동을 제공하는 냉각 모드로 작동한다. 냉각 모드에서는, 압축기(32)가 유체를 실외 코일(24)로 이송한다. 그러면 상기 유체는 실내 코일(16)로 이동한 다음 압축기(32)로 되돌아온다. 냉각 모드에서는, 실내 코일(16)이 증발기 코일로서의 기능을 수행하고 실외 코일(24)은 응축기 코일로서의 기능을 수행한다. 제 2 방향에서는, 열펌프 시스템(10)이 "가열"이라고 표시된 화살표에 의해 지시된 방향으로 유동을 제공하는 가열 모드로 작동한다. 가열 모드에서는, 유동이 역전되어, 유체가 압축기(32)로부터 실내 코일(16)을 거쳐 실외 코일(24)로 이동한 다음, 압축기(32)로 되돌아온다. 가열 모드에서는, 실내 코일(16)이 응축기 코일로서의 기능을 수행하고 실외 코일(24)은 증발기 코일로서의 기능을 수행한다.
예시를 위한 목적으로, 압축기(32)는 로우 사이드(low-side) 타입의 밀폐 스크롤 냉매-압축기로 도시되어 있는데, 이 경우 모터 및 압축기는 도 2에 종단면도로 도시되어 있는 바와 같이, 밀폐 쉘 내의 흡입 가스에 의해 냉각된다. 압축기(32)는 원통형 밀폐 쉘(116), 압축 메카니즘(118), 메인 베어링 하우징(120), 모터 조립체(122), 냉매 배출 이음쇠(124), 그리고 흡입 가스 입구 이음쇠(126)를 포함할 수 있다. 밀폐 쉘(116)은 압축 메카니즘(118), 메인 베어링 하우징(120), 그리고 모터 조립체(122)를 수용할 수 있다. 밀폐 쉘(116)은 밀폐 쉘의 상부 단부에 있는 단부 캡(128)과 가로질러서 뻗어 있는 칸막이(129)를 포함할 수 있다. 냉매 배출 이음쇠(124)는 단부 캡(128)의 개구(130)에서 밀폐 쉘(116)에 부착될 수 있다. 흡입 가스 입구 이음쇠(126)는 개구(132)에서 밀폐 쉘(116)에 부착될 수 있다. 압축 메카니즘(118)은 모터 조립체(122)에 의해 구동되고 메인 베어링 하우징(120)에 의해 지지될 수 있다. 메인 베어링 하우징(120)은 임의의 적절한 방식 으로 복수의 지점에서 밀폐 쉘(116)에 부착될 수 있다.
모터 조립체(122)는 대체로 모터(134), 프레임(136) 및 구동 샤프트(138)를 포함할 수 있다. 모터(134)는 모터 고정자(140) 및 회전자(142)를 포함할 수 있다. 모터 고정자(140)는 프레임(136)에 압력 끼워맞춤될 수 있고, 프레임(136)은 밀폐 쉘(116)에 압력 끼워맞춤될 수 있다. 구동 샤프트(138)는 회전자(142)에 의해 회전가능하게 구동될 수 있다. 권선부(144)는 고정자(140)를 관통할 수 있다. 회전자(142)는 구동 샤프트(138)에 압력 끼워맞춤될 수 있다. 모터 프로텍터(146)는 권선부(144)에 근접하게 설치될 수 있고 이로 인해 권선부(144)가 통상의 온도 범위를 초과하는 경우 모터 프로텍터(146)가 모터(134)에 전원을 차단한다.
구동 샤프트(138)는 평면부(149)를 가진 편심 크랭크 핀(148) 및 상부 단부(152)에 있는 카운터웨이트(150)를 포함할 수 있다. 구동 샤프트(138)는 메인 베어링 하우징(120) 내의 제 1 베어링(154)에 회전가능하게 지지된 제 1 저널 부분(153) 및 프레임(136) 내의 제 2 베어링(156)에 회전가능하게 지지된 제 2 저널 부분(155)을 포함할 수 있다. 구동 샤프트(138)는 오일 펌핑 동심 보어(oil-pumping concentric bore)(158) 및 하부 단부(160)에 있는 카운터웨이트(159)를 포함할 수 있다. 동심 보어(158)는 구동 샤프트(138)의 상부 단부(152)로 뻗어 있으며 반경방향 바깥쪽으로 경사져 있는 비교적 작은 직경의 보어(162)와 연통될 수 있다. 밀폐 쉘(116)의 하부 내측 부분은 윤활유로 채워질 수 있다. 동심 보어(158)는 보어(162)와 함께 펌프 작용을 하여 압축기(32)의 다양한 부분에 윤활 유체를 분배할 수 있다.
압축 메카니즘(118)은 대체로 선회 스크롤(164) 및 비-선회 스크롤(166)을 포함할 수 있다. 선회 스크롤(164)은 상부 표면에는 나선형 베인 즉 랩(170)을 가지고 있고 하부 표면에는 환형상의 편평한 스러스트(thrust) 표면(172)을 가지고 있는 단부 플레이트(168)를 포함할 수 있다. 이 스러스트 표면(172)은 메인 베어링 하우징(120)의 상부 표면에 있는 환형상의 편평한 스러스트 베어링 표면(174)과 간섭할 수 있다. 원통형 허브(176)가 스러스트 표면(172)으로부터 아래쪽으로 돌출할 수 있고 회전가능하게 배치된 구동 부시(180)를 가지고 있는 저널 베어링(178)을 포함할 수 있다. 구동 부시(180)는 크랭크 핀(148)이 구동가능하게 배치되는 내측 보어를 포함할 수 있다. 크랭크 핀 평면부(149)는 구동 부시(180)의 내측 보어의 일부분의 편평한 표면과 구동가능하게 결합하여 반경방향으로 유연한 구동 장치를 제공할 수 있다.
비-선회 스크롤 부재(166)는 하부 표면(186)에 나선형 랩(184)을 가지고 있는 단부 플레이트(182)를 포함할 수 있다. 나선형 랩(184)은 선회 스크롤 부재(164)의 랩(170)과 맞물림 결합을 형성하여, 입구 포켓(188), 중간 포켓(190, 192, 194, 196) 및 출구 포켓(198)을 만들 수 있다. 비-선회 스크롤 부재(166)는 출구 포켓(198)과 연통되어 있는 중심에 배치된 배출 통로(200) 및 칸막이(129)에 있는 개구(203)를 통하여 배출 머플러(201)와 유체 연통될 수 있는 위쪽으로 개방된 리세스(202)를 가질 수 있다. 배출 머플러(201)는 배출 이음쇠(124)와 연통될 수 있고 단부 캡(128)과 칸막이(129)에 의해 형성될 수 있다.
비-선회 스크롤 부재(166)는 상부 표면에 평행한 동축의 측벽을 가지고 있는 환형 리세스(204)를 포함할 수 있고, 상기 환형 리세스(204)에는 환형 플로팅 시일(205)이 상대적인 축방향의 변위를 위해 밀봉되게 배치되어 있다. 상기 환형 리세스(204)의 바닥부는 플로팅 시일(205)에 의해 흡입 압력 및 배출 압력하에서 가스가 존재하지 않게 격리될 수 있고 이로 인해 통로(206)(도 3 내지 도 5에 도시되어 있음)에 의해 중간 유체 압력의 공급원과 유체 연통되게 배치될 수 있다. 통로(206)는 중간 포켓(190, 192, 194, 196) 속으로 뻗어 있을 수 있다. 따라서 비-선회 스크롤 부재(166)는, 스크롤 부재(166)의 중심 부분에 작용하는 배출 압력에 의해 발생된 힘과 리세스(204)의 바닥부에 작용하는 중간 유체 압력에 의해 발생된 힘에 의해 선회 스크롤 부재(164)에 대항하여 축방향으로 가압될 수 있다. 제한된 축방향의 이동을 위해 스크롤 부재(166)를 지지하는 다양한 부가적인 기술이 압축기(32)에 구체화될 수도 있다.
스크롤 부재(164, 166)의 상대적인 회전은 올덤 커플링(Oldham coupling)에 의해 방지될 수 있고, 올덤 커플링은 대체로 비-선회 스크롤(166)의 정반대로 대향하는 슬롯(216)(도면상으로는 한 개만 도시되어 있음)에 미끄럼이동가능하게 배치된 한 쌍의 제 1 키(214)(도면상으로는 한 개만 도시되어 있음)와 선회 스크롤(164)의 정반대로 대향하는 슬롯에 미끄럼이동가능하게 배치된 한 쌍의 제 2 키(도시되지 않음)를 가지고 있는 링(212)을 포함할 수 있다.
부가적으로 도 3 내지 도 5를 참고하면, 비-선회 스크롤 부재(166)는 외부 측벽(226)을 관통하여 중간 유체 포켓(190, 192, 194, 196) 속으로 뻗어 있는 제 1 통로, 제 2 통로, 제 3 통로 및 제 4 통로(218, 220, 222, 224)를 포함할 수 있다. 제 1 통로, 제 2 통로, 제 3 통로 및 제 4 통로(218, 220, 222, 224)는 각각 출구에 배치된 시일(225)을 포함할 수 있다. 제 3 통로와 제 4 통로(222, 224) 중의 하나 또는 양자 모두는 제 1 통로 및 제 2 통로(218, 220)보다 더 길게 반경방향 안쪽으로 뻗은 부분을 가질 수 있다. 부가적으로 도 6을 참고하면, 용량 변조 시스템(228)이 비-선회 스크롤 부재(166)에 결합될 수 있다.
용량 변조 시스템(228)은 변조 링(230) 및 작동 메카니즘(232)을 포함할 수 있다. 시일(225)이 변조 링(230)과 결합될 수 있다. 변조 링(230)은 비-선회 스크롤 부재(166)의 외부 측벽(226) 둘레에 회전가능하게 배치된 대체로 환형의 몸체(body)를 포함할 수 있다. 변조 링(230)은 제 1 부분 및 제 2 부분(234, 236)을 포함할 수 있고, 상기 제 1 부분 및 제 2 부분(234, 236)은, 아래에서 설명하는 바와 같이, 중간 유체 포켓(190, 192, 194, 196) 중의 하나 이상에 대해 선택적으로 배출구를 만들어주기 위해 상기 제 1 부분 및 제 2 부분(234, 236)을 관통하여 뻗어 있는 제 1 유동 경로(238, 239) 및 제 2 유동 경로(240, 241)를 각각 가지고 있다. 작동 메카니즘(232)과의 결합을 위해 핀(242)이 변조 링(230)으로부터 뻗어 있을 수 있다.
작동 메카니즘(232)은 신장가능하고 후퇴가능한 아암(244)을 가지고 있는 솔레노이드의 형태로 될 수 있다. 코일 스프링과 같은 가압 부재(도시되지 않음)는 통상적으로 아암(244)을 신장된 위치로 가압할 수 있다. 아암(244)은 아암(244)의 단부(250)에 리세스(248)를 포함할 수 있다. 아래에서 설명하는 바와 같이, 변조 링(230)의 작동을 위해서 핀(242)이 리세스(248)속으로 뻗어 있을 수 있다.
작동 메카니즘(232)은 변조 링(230)을 도 3 내지 도 5에 도시된 3개의 위치로 회전시킬 수 있다. 제 1 위치(도 3에 도시되어 있음)에서는, 압축기(32)가 최대 용량에서 작동한다. 최대 용량에서는, 변조 링(230)의 제 1 부분 및 제 2 부분(234, 236)이 비-선회 스크롤 부재(166)의 제 1 통로, 제 2 통로, 제 3 통로 및 제 4 통로(218, 220, 222, 224)를 밀봉한다. 보다 상세하게는, 제 1 위치에서, 제 1 유동 경로(238, 239)는 제 1 통로 및 제 2 통로(218, 220)와 연통되어 있지 않고, 제 2 유동 경로(240, 241)는 제 3 통로 및 제 4 통로(222, 224)와 연통되어 있지 않다. 용량은 아암(244)의 후퇴 및 이로 인한 변조 링(230)의 시계 방향으로 제 2 위치(도 4에 도시되어 있음)로의 회전에 의해 그리고 아암(244)의 신장 및 이로 인한 변조 링(230)의 반시계 방향으로 제 3 위치(도 5에 도시되어 있음)로의 회전에 의해 조절될 수 있다.
제 2 용량은 제 1 용량보다 작다. 제 2 용량에서는, 아암(244)이 가장 안쪽 위치에 있을 수 있고 변조 링(230)은 제 1 유동 경로(238, 239)를 비-선회 스크롤 부재(166)의 제 1 통로 및 제 2 통로(218, 220)와 정렬되게 할 수 있다. 부가적으로 용량은 제 3 용량(도 5에 도시되어 있음)으로 조절될 수 있는데, 이 경우 변조 링(230)은 제 3 위치로 회전된다. 제 3 용량은 제 2 용량보다 작다. 제 3 용량에서는, 아암(244)이 가장 바깥쪽 위치로 신장되어 변조 링(230)을 반시계 방향으로 제 2 위치로부터 제 3 위치로 회전시킬 수 있다. 제 3 위치는 비-선회 스크롤 부재(166)의 제 3 통로 및 제 4 통로(222, 224)와 제 1 유동 경로(238, 239) 사이의 정렬 그리고 비-선회 스크롤 부재(166)의 제 1 통로 및 제 2 통로(218, 220)와 제 2 유동 경로(240, 241) 사이의 정렬을 제공할 수 있다.
상기한 바와 같이, 비-선회 스크롤 부재(166)의 제 3 통로 및 제 4 통로(222, 224)의 더 길게 반경방향 안쪽으로 뻗은 부분으로 인해서 제 1 용량이 제 2 용량보다 크고 제 3 용량은 제 2 용량보다 작다. 제 1 통로, 제 2 통로, 제 3 통로 및 제 4 통로(218, 220, 222, 224)의 반경방향 안쪽으로 뻗은 부분은 비-선회 스크롤 부재(166)의 랩 길이(wrap length)를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 비-선회 스크롤 부재(166)는 대략 1330도의 랩 각도를 가질 수 있다. 제 1 통로 및 제 2 통로(218, 220)는 나선의 기초원(base circle)로부터 대략 1000도의 랩 각도로 비-선회 스크롤 부재로 뻗을 수 있다. 따라서, 제 1 통로 및 제 2 통로(218, 220)가 제 1 유동 경로(238, 239)와 연통되어 있는 제 2 용량에서는, 비-선회 스크롤 부재(166)의 랩 각도가 실제로 1000도로 감소된다. 제 3 통로 및 제 4 통로(222, 224)는 나선의 기초원로부터 대략 660도의 랩 각도로 비-선회 스크롤 부재로 뻗을 수 있다. 따라서, 제 1 통로 및 제 2 통로(218, 220)가 제 2 유동 경로(240, 241)와 연통되어 있고 제 3 통로 및 제 4 통로(222, 224)가 제 1 유동 경로(238, 239)와 연통되어 있는 제 3 용량에서는, 비-선회 스크롤 부재(166)의 랩 각도가 실제로 660도로 감소된다.
스크롤 포켓 부피는 랩 각도에 대체로 비례할 수 있다. 따라서, 상기한 예에 따르면, 제 1 용량은 제 2 용량보다 대체로 33 퍼센트 더 클 수 있고 제 3 용량은 제 2 용량보다 대체로 33 퍼센트 더 작을 수 있다. 그러나, 제 1 용량은 제 2 용량보다 대체로 10 내지 35 퍼센트 더 클 수 있고 제 3 용량은 제 2 용량보다 대 체로 10 내지 35 퍼센트 더 작을 수 있다. 변조 링(230)은 상기한 3개의 용량을 제공하기 위해 일정한 위치에 유지될 수 있다. 대체 실시형태로서, 변조 링(230)은 중간 용량을 제공하기 위해 신속하게 회전될 수 있다.
압축기(32)의 사이즈는, 열펌프 시스템(10)이 냉각 모드로 작동할 때 제 2 용량이 압축기(32)의 시스템 정격 용량에 대응하도록 될 수 있다. 압축기(32)는, 열펌프 시스템(10)이 가열 모드로 작동할 때 제 1 용량 및 제 2 용량으로 작동할 수 있다. 제 1 용량은 가열 모드에서의 작동을 위해 부가적인 용량을 제공할 수 있다. 보다 상세하게는, 압축기(32)가 제 1 용량으로 작동할 때 제공된 부가적인 용량은 열펌프 시스템(10)에서의 예비 가열(back-up heat)에 대한 필요성을 감소시킬 수 있고 HSPF(Heating Seasonal Performance Factor)를 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 압축기(32)가 제 2 용량에서 3톤 냉각 용량을 위한 사이즈로 되고 제 1 용량에서 4톤 냉각 용량을 가지는 경우, 열펌프 시스템(10)은 고정 용량 압축기를 가진 열펌프 시스템보다 대략 6퍼센트까지 더 큰 HSPF 값을 가질 수 있다.
압축기(32)는, 열펌프 시스템(10)이 냉각 모드로 작동할 때 제 2 용량 및 제 3 용량으로 작동할 수 있다. 보다 상세하게는, 제 3 용량은 경부하(light load) 냉각 모드에서 열펌프 시스템(10)의 보다 효율적인 작동을 제공할 수 있다. 압축기(32)가 제 3 용량에서 작동할 때 제공된 감소된 용량은 열펌프 시스템(10)이 냉각 모드에서 작동할 때 SEER(Seasonal Energy Efficiency Ratio)을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 압축기(32)가 제 2 용량에서 3톤 냉각 용량을 위한 사이즈로 되고 제 3 용량에서 2톤 냉각 용량을 가지는 경우, 열펌프 시스템(10)은 고정 용량 압축 기를 가진 동일한 시스템보다 대략 7퍼센트까지 더 큰 SEER 값을 제공할 수 있다. 감소된 용량과 가변 속력 실내 팬 및 실외 팬(18, 26)을 결합한 경우에는 고정 용량 압축기를 가지며 가변 속력 실내 팬 및 실외 팬을 가지고 있지 않은 동일한 시스템보다 18퍼센트까지 더 큰 SEER 값을 제공할 수 있다.

Claims (26)

  1. 압축기로서,
    쉘;
    상기 쉘 내에 수용되어 있으며 상호간에 상대적인 선회 변위를 하도록 지지된 제 1 스크롤 부재 및 제 2 스크롤 부재를 포함하고 있고, 상기 제 1 스크롤 부재 및 제 2 스크롤 부재는 각각 단부 플레이트를 포함하고 있고, 상기 단부 플레이트는 단부 플레이트로부터 뻗어 있는 나선형 랩을 가지고 있고, 상기 제 1 스크롤 부재 및 제 2 스크롤 부재의 상기 나선형 랩은 서로 맞물리게 결합되어 복수의 포켓을 형성하는, 압축 메카니즘;
    상기 제 1 스크롤 부재 내에 배치되어 있으며 상기 제 1 스크롤 부재의 외측 부분으로부터 상기 복수의 포켓 중의 제 1 포켓 속으로 뻗어 있는 제 1 통로;
    상기 제 1 스크롤 부재 내에 배치되어 있으며 상기 제 1 포켓에 대하여 반경방향 안쪽으로 배치된 상기 복수의 포켓 중의 제 2 포켓 속으로 뻗어 있는 제 2 통로; 그리고
    상기 제 1 통로 및 제 2 통로를 선택적으로 개폐하여 상기 제 1 통로 및 제 2 통로 모두가 폐쇄되어 있는 제 1 작동 용량, 상기 제 1 통로는 개방되고 상기 제 2 통로는 폐쇄되어 있는 제 2 작동 용량 그리고 상기 제 2 통로가 개방되어 있는 제 3 작동 용량을 제공하는 밸브 조립체를 포함하고 있고,
    상기 압축기는, 상기 제 1 작동 용량이 열펌프 시스템의 가열 모드에 대응하 고 상기 제 3 작동 용량은 열펌프 시스템의 냉각 모드에 대응하는 열펌프 시스템 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압축 메카니즘은 상기 제 2 작동 용량으로 작동할 때 냉각 모드 시스템 정격 용량으로 작동하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 작동 용량은 상기 제 1 작동 용량보다 작고 상기 제 3 작동 용량보다 큰 것을 특징으로 하는 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 작동 용량은 상기 제 2 작동 용량보다 10 내지 35 퍼센트 더 큰 것을 특징으로 하는 압축기.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 3 작동 용량은 상기 제 2 작동 용량보다 10 내지 35 퍼센트 더 작은 것을 특징으로 하는 압축기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 스크롤 부재 내에 배치된 제 3 통로 및 제 4 통로를 더 포함하고 있고, 상기 제 3 통로는 상기 제 1 스크롤 부재의 외측 부분으로부터 상기 복수의 포켓 중의 제 3 포켓 속으로 뻗어 있고 상기 제 4 통로는 상기 제 1 스크롤 부재의 외측 부분으로부터 상기 복수의 포켓 중의 제 4 포켓 속으로 뻗어 있으며, 상기 제 4 포켓은 상기 제 1 포켓 및 제 3 포켓에 대하여 반경방향 안쪽으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 작동 용량은 상기 제 1 통로, 제 2 통로, 제 3 통로 및 제 4 통로를 폐쇄하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 작동 용량은 상기 제 2 통로 및 제 4 통로를 폐쇄하고 상기 제 1 통로 및 제 3 통로를 개방하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 3 작동 용량은 상기 제 2 통로 및 제 4 통로를 개방하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 3 작동 용량은 상기 제 1 통로 및 제 3 통로를 개방하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 스크롤 부재는 비-선회 스크롤 부재인 것을 특징으로 하는 압축기.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 작동 용량은 상기 제 1 통로를 개방하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 상기 제 1 스크롤 부재의 외부 측벽 둘레에 배치되어 있으며 상기 제 1 통로 및 제 2 통로를 선택적으로 개방하기 위해서 상기 제 1 작동 용량, 제 2 작동 용량 및 제 3 작동 용량에 대응하는 제 1 위치, 제 2 위치 및 제 3 위치로 변위가능한 변조 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 밸브 조립체는 상기 변조 링을 상기 제 1 위치, 제 2 위치 및 제 3 위치로 변위시키기 위해서 솔레노이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  15. 열펌프 시스템으로서,
    제 1 열교환기;
    제 2 열교환기;
    용량 변조 시스템을 포함하는 압축기; 및
    상기 제 1 열교환기, 상기 제 2 열교환기 및 상기 압축기 사이의 유체 연통을 제공하는 유체 도관을 포함하고 있고;
    상기 용량 변조 시스템은 상기 압축기의 제 1 작동 용량, 제 2 작동 용량 및 제 3 작동 용량을 제공하고, 상기 제 2 작동 용량은 상기 제 1 작동 용량보다 작고 상기 제 3 작동 용량보다 크고,
    상기 유체 도관은 냉각 모드로 작동할 때의 상기 압축기로부터 상기 제 1 열교환기로 그리고 상기 제 1 열교환기로부터 상기 제 2 열교환기로의 제 1 유동 경로 및 가열 모드로 작동할 때의 상기 압축기로부터 상기 제 2 열교환기로 그리고 상기 제 2 열교환기로부터 상기 제 1 열교환기로의 제 2 유동 경로를 형성하고, 상기 압축기는 상기 가열 모드 동안에는 상기 제 1 작동 용량으로 작동하고 상기 냉각 모드 동안에는 상기 제 2 작동 용량으로 작동하는 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 압축기는 상기 제 2 작동 용량에 상응하는 상기 냉각 모드용 시스템 정격 용량을 포함하는 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 작동 용량은 상기 제 2 작동 용량보다 10 내지 35 퍼센트 더 큰 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 제 3 작동 용량은 상기 제 2 작동 용량보다 10 내지 35 퍼센트 더 작은 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 압축기는 스크롤 압축기인 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템.
  20. 열펌프 시스템 내의 스크롤 압축기를 작동시키는 방법으로서,
    제 1 압력에서 작동하는 스크롤 압축기의 제 1 스크롤 부재와 제 2 스크롤 부재의 맞물리게 결합된 랩에 의해 형성된 복수의 포켓 중의 제 1 포켓과 연통되어 있는 제 1 누출 경로를 밀봉하고 상기 제 1 압력보다 큰 제 2 압력에서 작동하는 스크롤 압축기의 제 1 스크롤 부재와 제 2 스크롤 부재의 맞물리게 결합된 랩에 의해 형성된 복수의 포켓 중의 제 2 포켓과 연통되어 있는 제 2 누출 경로를 밀봉하여 열펌프 시스템의 가열 모드 동안에 제 1 작동 용량으로 압축기를 작동시키는 단계;
    제 1 누출 경로를 개방하고 제 2 누출 경로를 폐쇄하여 열펌프 시스템의 냉각 모드 동안에 제 1 작동 용량으로부터 감소된 제 2 작동 용량으로 압축기를 작동시키는 단계; 그리고
    제 2 누출 경로를 개방하여 상기 냉각 모드 동안에 제 2 작동 용량으로부터 감소된 제 3 작동 용량으로 압축기를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템 내의 스크롤 압축기를 작동시키는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 작동 용량으로 압축기를 작동시키는 단계는 제 2 작동 용량보다 적어도 10 퍼센트 더 큰 용량으로 압축기를 작동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템 내의 스크롤 압축기를 작동시키는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 제 3 작동 용량으로 압축기를 작동시키는 단계는 제 2 작동 용량보다 적어도 10 퍼센트 더 작은 용량으로 압축기를 작동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템 내의 스크롤 압축기를 작동시키는 방법.
  23. 제 20 항에 있어서, SEER(Seasonal Energy Efficiency Ratio) 값이 제 3 작동 용량에서의 압축기의 작동을 통하여 냉각 모드 동안 제 2 작동 용량에서의 작동에 비하여 증가되는 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템 내의 스크롤 압축기를 작동시키는 방법.
  24. 제 20 항에 있어서, HSPF(Heating Seasonal Performance Factor) 값이 제 1 작동 용량에서의 압축기의 작동을 통하여 가열 모드 동안 제 2 작동 용량에서의 작동에 비하여 증가되는 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템 내의 스크롤 압축기를 작동시키는 방법.
  25. 제 20 항에 있어서, 제 2 작동 용량은 냉각 모드의 시스템 정격 용량인 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템 내의 스크롤 압축기를 작동시키는 방법.
  26. 제 20 항에 있어서, 제 1 누출 경로를 개방시켜서 제 3 작동 용량으로 압축 기를 작동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템 내의 스크롤 압축기를 작동시키는 방법.
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