KR20120069713A - 팁 씰을 갖는 스크롤 압축기를 위한 최적화된 배출 포트 - Google Patents

Abstract

스크롤 압축기는 제1 베이스, 제1 베이스로부터 돌출하는 제1 스크롤 리브 및 배출 포트를 갖는 제1 압축기 몸체를 포함한다. 제2 압축기 몸체는 제2 베이스 및 제2 베이스로부터 돌출하는 제2 리브를 갖는다. 제1 및 제2 리브는 흡입 및 배출 포트 사이에 적어도 하나의 압축 챔버를 형성할 수 있도록 서로를 상호 수용한다. 제1 및 제2 압축기 몸체들 사이에서 상대적인 움직임은 흡입에서 배출 포트까지 유체를 압축하기 위하여 적용된다. 스크롤 압축기는 제2 리브로부터 축방향으로 돌출하는 팁 씰을 추가적으로 포함한다. 상기 팁 씰은 압축 챔버를 밀봉하기 위하여 제1 베이스와 맞물릴 수 있도록 적용된다. 상기 배출 포트는 내부 면접 반경을 포함하고, 이는 배출 포트 부근에서 팁 씰의 길이를 내부 면접 반경이 없을 때의 것보다 더 크게 한다.

Description

팁 씰을 갖는 스크롤 압축기를 위한 최적화된 배출 포트{OPTIMIZED DISCHARGE PORT FOR SCROLL COMPRESSOR WITH TIP SEALS}

본 발명은 냉매를 압축하기 위한 스크롤 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스크롤 압축기들의 스크롤 압축기 몸체들 사이의 밀봉 및 스크롤 압축기 몸체들로부터 압축된 유체의 배출에 관한 것이다.

스크롤 압축기는 냉동, 공기조화, 산업용 냉각 및 냉동고와 같은 응용분야 및/또는 압축 유체가 사용되는 응용분야를 위한 냉매를 압축하는데 사용되는 압축기이다. 종래의 스크롤 압축기는 예를들면 Hasemann의 미국특허 6,398,530, Kammhoff 등의 미국특허 6,814,551, Kammhoff 등의 미국특허 6,960,070 및 Kammhoff 등의 미국특허 7,112,046 에 예시되어 있고, 이들은 모두 본 출원의 양수인과 밀접한 관계인 Bitzer entity에 양도되어 있다. 본 게시물이 이와 같은 또는 다른 스크롤 압축기 디자인을 충족할 수 있는 개량된 것에 속하기 때문에, 미국특허 6,398,530; 7,112,046; 6,814,551; 및 6,960,070 의 모든 게시물은 여기서 전체로써 참고로 결합되어 있다.

이와 같은 특허들에 의해 예시된 바와 같이, 스크롤 압축기는 통상적으로 그 안에 스크롤 압축기가 담겨있는 외부 하우징을 포함한다. 스크롤 압축기는 제1 및 제2 스크롤 압축기 부재를 포함한다. 제1 압축기 부재는 통상적으로 고정되어 배열되고 외부 하우징에 고정되어 있다. 제2 스크롤 압축기 부재는 각각의 베이스들 위에 있고 서로 맞물려 있는 각각의 스크롤 리브들 사이에서 냉매를 압축하기 위해 상기 제1 스크롤 압축기 부재에 대하여 움직일 수 있도록 구성된다. 통상적으로 제2, 또는 이동 스크롤 압축기 부재는 냉매를 압축하기 위한 목적 하에 중심축에 대하여 선회궤도 경로로 구동되고, 냉매는 제1 스크롤 압축기 부재의 중앙에 있는 배출포트를 통해 배출된다. 일반적으로 전자 모터와 같은 적절한 구동 유닛이 상기 이동 스크롤 부재를 구동하기 위하여 같은 하우징 내에 제공된다.

미국 특허 7,112,046호에 예시된 바와 같이, 각각의 스크롤 압축기 몸체의 나선형 스크롤 리브들의 팁(tip)은 축방향으로 뻗어있고, 그 안의 나선형 그루브(groove)들이 다른 스크롤 압축기 몸체의 베이스에 맞물려 있는 나선형 팁 씰(seal, 밀봉)에 위치하게 된다.(예를 들어, 팁 씰의 그루브를 도시하는 '046 특허의 도 7 참조) 이와 같은 팁 씰은 하나의 스크롤 압축기 몸체의 스크롤 팁과 다른 스크롤 압축기 몸체의 베이스 사이에서 축방향 압축 씰(seal, 밀봉)을 제공하게 되고, 이에 의해 고압 상태의 내부 압축 챔버로부터 스크롤 리브의 주변부에 형성되는 저압 상태의 외부 챔버로의 압축된 유체 누설을 방지하게 된다.

통상적으로, 스크롤 팁 씰은 매우 효율적이고 매우 좋은 밀봉 성능을 제공하고, 그에 의해 높은 압축 효율을 유지하게 된다. 그러나, 본 출원에 의해 분명하게 될 수 있듯이, 팁 씰은 불행하게도 나선형 스크롤 리브의 내부 부분에서 및 배출 포트에 인접한 팁 씰의 끝단부 둘레에서 효율 손실이 문제될 수 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것이다.

본 발명은 최적화된 배출 포트를 갖는 스크롤 압축기 부재를 제공하는 것에 대하여 제시한다. 본 발명은 개별적으로 또는 조합되어 요구되고 특허받을 만한 몇 가지 특징들을 갖지만, 하기의 것에 제한되지는 않는다.

일반적으로, 본 발명의 한 특징은 배출 포트에서 후퇴 영역을 통합하는 형상 변화에 의해 팁 씰 팽창을 수용하는 동안에 통상적인 배출 포트 영역으로 스크롤 팁 압축기 몸체의 팁 씰을 연장하기 위한 대비이다. 전체적인 효율성 개선은 배출 포트의 크기를 줄이는 것에 의한 몇 가지 손실에도 불구하고, 밀봉 효율 개선으로 실현될 수 있다.

본 발명의 한 가지 더욱 세부적인 특징은 제1 베이스, 상기 제1 베이스로부터 돌출하는 제1 리브 및 배출 포트를 갖는 제1 압축기 몸체를 갖는 스크롤 압축기를 제공한다. 제2 압축기 몸체는 제2 베이스 및 상기 제2 베이스로부터 돌출하는 제2 리브를 갖는다. 제1 및 제2 리브는 흡입 및 배출 포트 사이에 적어도 하나의 압축 챔버를 형성할 수 있도록 서로를 상호 수용한다. 제1 및 제2 압축기 몸체들 사이에서 상대적인 움직임은 흡입으로부터 배출 포트까지 유체를 압축하기 위하여 적용된다. 상기 스크롤 압축기는 제2 리브로부터 축방향으로 돌출하는 팁 씰을 추가적으로 포함한다. 상기 팁 씰은 압축 챔버를 밀봉하기 위하여 제1 베이스와 맞물린다. 상기 배출 포트는 내부 면접 반경을 포함하고, 이는 배출 포트의 부근에 팁 씰의 길이가 내부 면접 반경이 없을 때의 것보다 더 크게 될 수 있도록 한다.

본 발명의 다른 세부적인 특징은 제1 베이스, 상기 제1 베이스로부터 돌출하는 제1 스크롤 리브 및 배출 포트를 갖는 제1 스크롤 압축기 몸체를 포함하는 유체를 압축하기 위한 스크롤 압축기를 제공한다. 제1 스크롤 리브는 상기 배출 포트에 종단을 갖고, 상기 배출 포트는 상기 종단에 꼭지점을 갖는다. 상기 스크롤 압축기는 제2 베이스 및 제2 베이스로부터 돌출하는 제2 스크롤 리브를 갖는 제2 스크롤 압축기 몸체를 추가적으로 포함한다. 상기 제1 및 제2 베이스는 축방향으로 일정간격 이격되고, 상기 제1 및 제2 스크롤 리브들은 흡입 영역과 배출 포트 사이에 적어도 하나의 압축 챔버를 형성할 수 있도록 서로를 상호 수용한다. 상기 제1 및 제2 스크롤 압축기 몸체들 사이에서 상대적인 움직임은 흡입 영역에서 배출 포트까지 유체를 압축하기 위하여 적용된다. 팁 씰은 상기 제2 스크롤 리브로부터 축방향으로 돌출하고 적어도 하나의 압축 챔버를 밀봉하기 위하여 제1 베이스와 기밀하게 맞물린다. 상기 팁 씰은 씰 팁 끝단 근접 배출 포트(seal tip end proximate the discharge port)를 갖고 배출 포트까지 이격된 관계에서 상대적인 움직임 동안 스크롤 팁 씰 경로를 갖는다. 더욱이, 상기 배출 포트는 제1 스크롤 리브의 곡률을 따르는 제1 스크롤 리브의 내부면을 따라 꼭지점으로부터 연장하는 제1 모서리 부분을 갖는다. 상기 배출 포트는 또한 상기 꼭지점으로부터 연장하는 제2 모서리 부분을 갖는다. 상기 제2 모서리 부분은 제1 모서리 부분과 비교할 때 후퇴 영역을 갖는다. 상기 후퇴 영역은 팁 씰의 스윕 움직임을 수용할 수 있도록 스크롤 팁 씰 경로에 근접해 있다.

또 다른 특징으로, 본 발명은 제1 베이스, 상기 제1 베이스로부터 돌출하는 제1 스크롤 리브 및 배출 포트를 갖는 유체를 압축하기 위한 스크롤 압축기를 제공한다. 상기 스크롤 압축기는 또한 제2 베이스 및 제2 베이스로부터 돌출하는 제2 스크롤 리브를 포함하는 제2 스크롤 압축기 몸체를 갖는다. 상기 제1 및 제2 베이스는 축방향으로 일정간격 이격되어 있다. 상기 제1 및 제2 스크롤 리브들은 흡입 영역과 배출 포트 사이에 적어도 하나의 압축 챔버를 형성할 수 있도록 서로를 상호 수용한다. 제1 및 제2 스크롤 압축기 몸체들 사이에서 상대적인 움직임은 흡입 영역에서 토출 포트까지 유체를 압축하기 위하여 적용된다. 더욱이, 상기 스크롤 압축기는 상기 제2 스크롤 리브로부터 축방향을 돌출하고 적어도 하나의 압축 챔버를 밀봉하기 위하여 제1 베이스와 기밀하게 맞물리는 팁 씰을 포함한다. 상기 스크롤 압축기는 또한 통상적인 배출 포트 영역 안으로 팁 씰의 스윕 움직임을 수용하기 위하여 배출 포트 안으로 형성되는 수단을 갖고, 이는 제2 스크롤 리브 상에서 팁 씰이 늘어나는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 다른 특징들, 본 발명의 목적 및 장점은 도면을 참고하여 아래의 상세한 설명을 통해 더욱 명확하게 될 것이다.

명세서와 함께 그 일부로 첨부한 도면은 본 발명의 다양한 특징을 도시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기 어셈블리의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스크롤 압축기의 실시예의 상부 부분의 부분 절개 사시도이다.
도 3은 도 2와 다른 구조적 특징을 도시하기 위해 다른 각도 및 다른 부분을 선택하고 확대한 도면이다.
도 4는 도 1의 실시예의 하부 부분의 부분 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장된 역 트러스트 존을 도시하고 있는 제1 스크롤 압축기 부재의 하부측의 사시도이다.
도 6은 스크롤 압축기 몸체의 부분 단면 및 절개 사시도이다.
도 7A 및 도 7B는 밀봉 팁 영역에 대한 확장된 트러스트 영역의 높이를 나타내는 두개의 다른 변형예(정확한 크기로 도시된 것이 아님)를 도시하는 스크롤 리브를 따른 단면도이다.
도 8A는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기 부재의 사시도이다.
도 8B는 도 8A의 스크롤 압축기 부재에 결합될 수 있는 통상적인 배출 포트의 확대도이다.
도 8C는 본 발명의 실시예에 따라 도 8A의 스크롤 압축기 부재에 결합될 수 있는 최적화된 배출 포트의 확대도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 선회 스크롤 팁 씰 경로를 도시하고 있는 최적화된 배출 포트의 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 선회 스크롤 팁 씰 경로를 도시하고 있는 최적화된 배출 포트의 다른 실시예이다.
본 발명은 임의의 바람직한 실시예에 대하여 설명될 것이지만, 이러한 실시예들이 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다. 반대로, 다른 모든 대체물, 수정, 등가물이 본 발명의 특허청구범위에 의해 정해지는 본 발명의 범위 내에 포함될 것이다.

본 발명에서 인용된 공개문헌, 특허출원 및 특허를 비롯한 모든 참조자료는 그 전체 내용이 개별적이고 구체적으로 참조로서 포함되는 것과 마찬가지로 본 발명에서 참조로서 포함된다.

본 발명의 일 실시예가 도 9에 도시된 바와 같이 개선된 팁 씰링(sealing) 및 배출 포트 배열을 포함하는 스크롤 압축기 어셈블리(10)와 같이 도시된다. 이러한 배열의 상세한 설명에 앞서, 스크롤 압축기 어셈블리(10)에 관한 상세한 설명이 선행될 것이다.

스크롤 압축기(10)는 구동 유닛(16)에 의해 구동될 수 있는 스크롤 압축기(14)가 내장되는 외부 하우징(12)을 포함한다. 도 1에서, 스크롤 압축기 어셈블리는 냉동, 산업용 냉각, 냉동, 공기 조화 또는 다른 응용을 위해 냉동 회로에 배열될 수 있다. 적절한 연결 포트가 냉동 회로와의 연결을 위해 제공되고 또한 외부 하우징(12)를 통과하여 뻗어있는 냉매 유입 포트(18)와 냉매 유출 포트(20)를 포함한다. 스크롤 압축기 어셈블리(10)는 구동 유닛(16)의 작동에 의해 동작하게 되고, 구동 유닛은 스크롤 압축기(14)를 구동하고 그에 의해 냉매 유입 포트(18)로 들어오고 냉매 유출 포트(20)로 고압 상태로 압축되어 나가는 냉매 또는 다른 유체를 압축하게 된다.

외부 하우징(12)는 다양한 형상이 가능하다. 바람직한 실시예에서, 상기 외부 하우징은 복수개의 셀 섹션을 포함하고 이는 바람직하게는 중앙 원통형 하우징 섹션(24), 상부 끝단 하우징 섹션(26) 및 하부 끝단 하우징 섹션(28)을 포함하는 3개의 셀 섹션이 될 수 있다. 바람직하게는, 상기 하우징 섹션들(24, 26, 28)은 적합한 시트 스틸(sheet steel)로 형성되고 외부 하우징(12)의 영속적인 밀봉을 이루도록 서로 용접 접합된다. 그러나, 만약 하우징의 분해를 원하는 경우, 메탈 캐스딩 또는 기계 가공된 요소를 포함할 수 있는 다른 하우징 제작이 가능하다.

중앙 하우징 섹션(24)은 바람직하게는 원통형이고 텔레스코픽하게 상부 및 하부 끝단 하우징 섹션(26, 28)과 끼워 맞춤된다. 이는 스크롤 압축기(14) 및 구동 유닛(16)을 하우징하기 위해 밀봉된 챔버(30)를 형성하게 된다. 각각의 상부 및 하부 끝단 하우징 섹션(26, 28)은 돔 형태이고 각각의 원통형 측벽 영역(32, 34)을 포함하게 되어 상기 중앙 섹션(24)과 짝이 맞도록 하고 외부 하우징(12)의 상부 및 하부 끝단의 폐쇄를 제공한다. 도 1에서와 같이, 상부 측벽 영역(32)은 텔레스코픽하게 상기 중앙 하우징 섹션(24)을 덮고 있고 또한 중앙 하우징 섹션(24)의 상부 끝단에 원형 용접 영역을 따라 외부에서 용접된다. 유사하게 하부 끝단 하우징 섹션(28)의 하부 측벽 영역(34)은 중앙 하우징 섹션(24)에 끼워맞춤되고(그러나, 중앙 하우징 섹션(24)의 외부보다 내부에 장착되도록 도시된다) 원형 용접 영역에 의해 외부에서 용접된다.

상기 구동 유닛(16)은 바람직하게는 전기 모터 어셈블리(40)의 형태를 취할 수 있고, 이는 상부 및 하부 베어링 부재(42, 44)에 의해 지지될 수 있다. 상기 모터 어셈블리(40)는 축(46)을 회전시키고 구동하게 된다. 전기 모터 어셈블리(40)는 외부 중공형 모터 하우징(48), 전기 코일을 포함하는 스테이터(50) 및 함께 회전하기 위한 구동 축(46)에 결합되는 로터(52)를 포함한다. 스테이터(50)에 전원을 공급하면 로터(52)를 회전가능하게 구동시키고 이에 의해 중앙 축(54)를 중심으로 구동 축(46)을 회전시키게 된다.

도 1 및 도 4에서, 하부 베어링 부재(44)는 중앙 원통형 허브(58)를 포함하고, 이는 구동 축(46)의 회전 지지를 위해 결합되는 원통형 베어링(60)을 제공하는 중앙 부싱(bushing) 및 개구부를 포함한다. 복수개의 암(62) 및 통상적으로 적어도 세개의 암이 바람직하게는 균등한 각도 간격으로 베어링 중앙 허브(58)로부터 방사상 외측으로 돌출된다. 이러한 지지 암(62)은 하부 외부 하우징 섹션(28)의 하부 측벽 영역(34)의 원주형 모서리 끝단에 의해 제공되는 원주형 장착면(64)과 맞물리고 그에 장착된다. 이와 같이, 하부 하우징 섹션(28)은 하부 베어링 부재(44)를 위치시키고, 지지하고 또한 장착하는데 사용되고, 또한 그에 의해 스크롤 압축기 어셈블리의 내부 구성요소들이 지지될 수 있도록 베이스로서 기능하게 된다.

하부 베어링 부재(44)는 차례로 중앙 허브(58)의 상부를 따라 외측으로 돌출되는 하부 베어링 부재(44)의 플레이트형 선반 영역(68)에 형성되는 원주형 시트(circular seat)(66)에 의해 원통형 모터 하우징(48)을 지지한다. 지지 암(62)은 중앙 하우징 섹션의 내부 직경에 대해 딱 맞는 공차를 갖도록 하는 것이 또한 바람직하다. 암(62)은 하부 베어링 부재(44)를 중앙으로 위치시키도록 중앙 하우징 섹션(24)의 내부 직경 표면과 맞물릴 수 있고, 또한 이에 의해 중앙 축(54)의 위치를 유지할 수 있다. 이는 하부 베어링 부재(44) 및 외부 하우징(12) 사이의 간섭 및 억지 끼워맞춤 지지 배열에 의해 가능하다.(도 4 참조) 다른 보다 바람직한 구성에 따르면, 도 1에 도시한 바와 같이, 하부 베어링은 중앙 섹션(24)에 차례로 부착되는 하부 하우징 섹션(28)과 맞물린다. 이와 같이, 외부 모터 하우징(48)은 하부 베어링 부재(44)의 단차진 시트(66)를 따라 간섭 및 억지 끼워맞춤 지지될 수 있다. 도시한 바와 같이, 나사들이 모터 하우징을 하부 베어링 부재(44)에 견고하게 결합하기 위해 사용될 수 있다.

구동 축(46)은 중앙 축(54)과 동심원으로 배열되는 복수개의 점진적으로 작아지는 직경의 섹션(46a-46d)이 형성된다. 가장 작은 직경 섹션(46d)은 하부 베어링 부재(44) 상에서 구동 축(46)의 축방향 지지를 위한 단차(72)를 제공하는 다음으로 가장 작은 섹션(46c)을 갖추어 하부 베어링 부재(44) 내에서 회전할 수 있도록 저널된다. 가장 큰 섹션(46a)은 상부 베어링 부재(42) 내에서 회전할 수 있도록 저널된다.

구동 축(46)은 추가적으로 중심 축(54)에 대하여 오프셋이 형성되는 오프셋 축을 중심으로 원통형 구동 면(75)을 갖는 오프셋 편심 구동 섹션(74)을 포함한다. 이러한 오프셋 구동 섹션(74)은 구동 축(46)이 중심 축(54) 주위로 회전될 때 선회 궤도로 스크롤 압축기의 이동 부재를 구동하도록 스크롤 압축기(14)의 이동 스크롤 부재의 캐비티 내에 지지된다. 이러한 베어링 표면들 모두의 윤활을 제공하기 위해, 외부 하우징(12)은 하부 끝단에 오일 윤활 섬프(sump, 76)를 제공하여 적당한 오일 윤활이 제공되도록 한다. 구동 축(46)은 오일 윤활 파이프 및 임펠러(78)를 포함하고 이는 구동 축이 회전할 때 오일 펌프 같이 작동하고 그에 의해 오일을 윤활 섬프(76) 밖으로 또한 구동 축(46) 내에 형성되는 내부 윤활 통로(80)로 펌프하게 된다. 구동 축(46)의 회전 동안, 원심력이 중력에 대항하여 윤활 통로(80)을 통해 윤활 오일을 끌어올리도록 작용하게 된다. 윤활 통로(80)는 적절한 베어링 표면에 원심력을 통해 오일을 공급하도록 도시한 바와 같은 많은 방사상 통로를 포함하고 있고 그에 의해 슬라이딩 표면을 윤활하게 된다.

상부 베어링 부재(42)는 구동 축(46)의 가장 큰 섹션(46a)이 회전을 위해 지지되는 중심 베어링 허브(84)를 포함한다. 지지 웨브(86)는 베어링 허브(84)로부터 외측으로 뻗어있고 이는 외부 말단 지지 림(88)과 합쳐진다. 지지 웨브(86)를 따라 원통형 모터 하우징(48)의 상부 끝단과 억지 끼워맞춤될 수 있는 중공형 단차 장착면(90)이 제공되고 이에 의해 축방향 및 원주방향 위치가 제공된다. 모터 하우징(48)은 또한 상부 베어링 부재(42)에 나사로 결합될 수 있다. 외부 말단 지지림(88)은 또한 외부 하우징(12)와 억지 끼워맞춤될 수 있는 외부 중공형 단차 장착면(92)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 외부 말단 림(88)은 장착면(92)과 축방향으로 맞물리게 되고, 축(54)에 수직인 측면 평면에 맞물린다는 것이고 직경을 관통하지 않는다. 중심을 제공하기 위해 중심 하우징 섹션(24)과 지지림(88) 사이의 표면(92) 바로 밑에 직경 맞춤(diametric fit)이 제공된다. 상세하게는, 텔레스코프 형성되는 중심 및 상부 끝단 하우징 섹션(24, 26)들 사이에 내부 원형 단차(94)가 형성되고, 이는 상부 베어링 부재(42)의 외부 중공형 단차(92)에 축방향으로 또한 원주방향으로 위치한다.

상부 베어링 부재(42)는 또한 축방향 트러스트 면(96)을 거친 베어링 지지를 통해 이동 스크롤 부재에 축방향 트러스트 지지를 제공한다. 이것이 단일 구성요소에 의해 일체로 될 수 있는 반면에, 단차진 중공형 인터페이스(100)를 따라 상부 베어링 부재(42)의 상부 부분에 끼워맞춰지는 분리된 칼라(collar) 부재(98)에 의해 제공되는 것으로 도시된다. 칼라 부재(98)는 중앙 개구부(102)를 형성하고 이는 편심 오프셋 구동 섹션(74)의 수용부를 제공하는데 충분한 크기이고 이동 스크롤 압축기 부재(112)의 수용부 내에 제공되는 선회 편심 운동을 허용하게 된다.

스크롤 압축기(14)를 보다 상세하게 살펴보면, 스크롤 압축기 몸체가 제1 및 제2 스크롤 압축기 몸체에 의해 제공되고 이는 바람직하게는 상대적으로 고정형의 제1 스크롤 압축기 부재(110) 및 제1 스크롤 압축기 부재(110)에 대하여 이동가능한 제2 스크롤 압축기 부재(112)를 포함한다. 제2 스크롤 압축기 부재(112)는 냉매를 압축하기 위하여 제1 스크롤 압축기 부재(110)에 대하여 선회궤도 움직임을 갖도록 배열된다. 제1 스크롤 압축기 부재는 평판형 베이스(116)로부터 축방향으로 돌출되는 제1 리브(14)를 포함하고 나선형으로 형성된다. 유사하게, 제2 이동 스크롤 압축기 몸체(112)는 평판형 베이스(120)로부터 축방향으로 돌출되는 제2 스크롤 리브(118)를 포함하고 유사한 나선형으로 형성된다. 상기 스크롤 리브(114,118)는 각각의 다른 압축기 몸체(112,110)의 각각의 베이스 표면(120)에 밀봉가능하게 서로 맞물린다. 챔버(122) 내에서, 냉매의 점진적인 압축이 이루어진다. 냉매는 외부 방사상 영역 내의 스크롤 리브(114, 118)를 둘러싸는 유입영역(124)를 통해 초기 낮은 압력으로 흐르게 된다.(도 2-3 참조) 챔버(122) 내의 점진적인 압축에 따라(챔버가 내부방향으로 점진적으로 방사상으로 형성되기 때문에), 냉매는 제1 스크롤 압축기 부재(110)의 베이스(116) 내에서 중앙에 형성되는 배출 포트(126)를 통해 배출된다. 고압으로 압축되는 냉매는 스크롤 압축기의 운전동안 배출 포트(126)를 통해 챔버(122)를 빠져나갈 수 있게 된다.

이동 스크롤 압축기 몸체(112)는 구동 축(46)의 편심 오프셋 구동 섹션(74)과 맞물린다. 보다 상세하게는, 이동 스크롤 압축기 몸체(112)의 수용부는 그 안에 제공되는 슬라이딩 가능한 베어링 표면과 함께 편심 오프셋 구동 섹션(74)을 미끄러질 수 있게 수용하는 원통형 부싱 구동 허브(128)를 포함한다. 세부적으로, 편심 오프셋 구동 섹션(74)은 구동 축(46)이 중심 축(54)을 중심으로 회전하는 동안 중심 축(54) 중심으로 선회궤도 경로로 제2 스크롤 압축기 부재(112)를 움직이도록 원통형 구동 허브(128)에 맞물린다. 이러한 오프셋 관계가 중심축(54)에 대하여 무게 불균형을 초래하는 것을 고려하면, 어셈블리는 바람직하게는 구동 축(46)에 대해 고정된 각도 방향으로 장착되는 균형추(130)를 포함한다. 균형추(130)는 편심 오프셋 구동 섹션(74) 및 선회 궤도 경로로 구동되는 이동 스크롤 압축기 몸체(112)에 의해 야기되는 무게 불균형에 오프셋으로 작용하게 된다.(다른 것들 중에서, 스크롤 리브가 불균형하게 된다) 균형추(130)는 부착 칼라(collar, 132) 및 오프셋 무게 영역(134)을 포함하게 되고, 이는 무게 균형 효과를 제공하게 되고, 그에 의해 균형 목적을 위한 하부 균형추(135)와 함께 중심 축(54) 중심으로 회전하는 구성요소들의 전체 무게의 균형을 이루게 된다. 이는 내부 균형 또는 관성력을 없애는 것에 의해 전체 어셈블리의 진동과 노이즈의 감소를 제공하게 된다.

도 1-3을 참고로, 특히 도 2에서, 스크롤 압축기의 안내 이동을 볼 수 있다. 제1 스크롤 압축기 부재(110)에 대하여 이동 스크롤 압축기 몸체(112)의 선회궤도 이동을 안내하기 위해, 적절한 키 커플링(140)이 제공될 수 있다. 키 커플링은 스크롤 압축기 분야에서 "올드함 커플링"이라고 종종 불리는 것이다. 본 실시예에서, 키 커플링(140)은 외부 링 몸체(142)를 포함하고 제1 수평축(146)을 따라 선형적으로 배열되는 두 개의 제1 키(144)를 포함하고 이는 선형적으로 배열되고 제1 축(146)을 따라 정렬되는 두 개의 각각의 키웨이 트랙(148) 내에서 근접하여 선형적으로 슬라이딩된다. 상기 키 웨이 트랙(148)은 고정 제1 스크롤 압축기 부재(110)에 의해 형성되어 제1 수평축(146)을 따른 키 커플링(140)의 선형적 움직임이 외부 하우징(12)에 대하여 선형적 움직임이 되고 또한 중심 축(54)에 대하여 수직이 된다. 키는 슬롯, 그루브 또는 도시한 바와 같이, 키 커플링(140)의 링 몸체(142)로부터 돌출되는 돌출부를 포함할 수 있다. 이러한 제1 수평축(146) 상에서의 움직임의 제어는 제2 스크롤 압축기 부재(112)의 전체 선회궤도 경로의 일부를 안내하게 된다.

이에 더하여, 키 커플링은 4개의 제2 키(152)를 포함하고, 제2 키(152)의 서로 대향하는 쌍들은 제1 수평축(146)에 수직인 제2 횡단 수평축(154)에 대하여 실질적으로 수평하게 선형적으로 배열된다. 제2 키(152)의 두 개의 세트들은 이동 스크롤 압축기 몸체(112)의 대향하는 측면에서 베이스(120)로부터 돌출되는 돌출 슬라이딩 가이드 부분(156)을 수용하도록 작동하게 된다. 상기 가이드 부분(156)은 선형적으로 맞물리고 제2 키(152)의 세트들을 따라 가이드 부분(156)의 슬라이딩 선형 안내 움직임에 의해 제2 횡단 수평축을 따라 선형 움직임을 안내하게 된다.

키 커플링(140)에 의해, 제2 스크롤 압축기 부재(112)는 제1 수평축(146) 및 제2 횡단 수평축(154)을 따라 제1 스크롤 압축기 부재(110)에 대하여 제한된 움직임을 갖는다. 이는 이동 스크롤 몸체의 어떠한 관계된 회전을 방지하게 되고 단지 트랜스레이셔널 모션(translational motion) 만을 허용하게 된다. 보다 상세하게, 상기 제1 스크롤 압축기 부재(10)는 키 커플링(140)의 움직임이 제1 수평축(146)을 따라 선형적인 움직임이 되도록 제한하고; 차례로, 키 커플링(140)은 제1 수평축(146)을 따라 움직일 때 이동 스크롤(112)을 그와 함께 제1 수평축을 따라 운반한다. 이에 더하여, 이동 스크롤 압축기 몸체는 제2 키(152) 사이에 수용되고 슬라이딩되는 가이드 부분(156)에 의해 제공되는 상대적인 슬라이딩 움직임에 의해 제2 횡단 수평축(154)을 따라 키 커플링(140)에 대하여 독립적으로 움직일 수 있다. 두개의 상호 수직 축(146, 154)에서 유사한 움직임을 허용하는 것에 의해, 이동 스크롤 압축기 몸체(112)의 원통형 구동 허브(128) 상에서 구동 축(46)의 편심 오프셋 구동 섹션(74)에 의해 제공되는 편심 모션은 제1 스크롤 압축기 부재(110)에 대한 이동 스크롤 압축기 몸체(112)의 선회 궤도 경로 움직임으로 바뀌게 된다.

제1 스크롤 압축기 부재(110)를 보다 상세하게 설명하면, 몸체(110)는 그들 사이에서 축방향으로 또한 수직방향으로 뻗어있는 연장부에 의해 상부 베어링 부재(42)에 고정되고 또한 제2 스크롤 압축기 부재(112)의 외측을 따라 고정된다. 실시예에 도시한 바와 같이, 제1 스크롤 압축기 부재(110)는 베이스(116)로부터의 스크롤 리브와 같은 측면에서 돌출되는 복수개의 축방향 돌출 레그(158, 도 2)를 포함한다. 이러한 레그(158)는 상부 베어링 부재(42)의 상부측에 맞물리고 장착된다. 바람직하게는, 볼트(160, 도 2)가 제1 스크롤 압축기 부재(110)를 상부 베어링 부재(42)에 체결하기 위해 제공된다. 볼트(160)는 제1 스크롤 압축기 부재의 레그(158)를 통과하여 축방향으로 뻗어있고 상부 베어링 부재(42)의 대응하는 나사부분에 체결되고 나사결합된다.

제1 스크롤 압축기 부재(110)의 추가적인 지지 및 고정을 위해, 제1 스크롤 압축기 부재의 외부 말단은 외부 하우징(12)의 내부 원통형 표면에 대해 또한 보다 상세하게는 상부 끝단 하우징 섹션(26)에 대해 근접하여 수용되는 원통형 표면(162)을 포함한다. 상기 표면(162) 및 측벽(32) 사이의 공차 갭은 압축기 어셈블리 상의 상부 하우징(26) 어셈블리를 허용하고 다음으로 O-링 씰(164)을 포함하는 것에 기여하게 된다. O-링 씰(164)은 원통형 장착 표면(162) 및 외부 하우징(12) 사이의 영역을 밀봉하여 압축된 고압 유체로부터 외부 하우징(12) 내의 비 압축 섹션/섬프 영역으로의 누설 경로를 방지하게 된다. 상기 씰(164)은 방사상 외부방향으로 면접하는 중공형 그루브(166)에 놓여질 수 있다.

도 1-3에서 또한 특히 도 3에서, 고정 스크롤(110)의 상부측(예를 들면, 스크롤 리브의 반대측)은 부유가능한 배플(baffle) 부재(170)를 지지한다. 제1 스크롤 압축기 부재(110)의 상부측은 중공형의 보다 상세하게는 원통형의 내부 허브 영역(172)과 베이스(116)의 방사상 확장되는 디스크 영역(176)에 의해 연결되는 외부방향으로 배열되는 말단 림(174)을 포함한다. 허브(172) 및 림(174) 사이에는 배플 부재(170)가 수용되는 중공형 피스톤형 챔버(178)가 제공된다. 이러한 배열에서, 배플부재(170)와 제1 스크롤 압축기 부재(110)의 조합은 하우징(12) 내의 고압 챔버(180)와 저압 영역을 구분하는 역할을 하게 된다. 배플 부재(170)가 제1 스크롤 압축기 부재(110)의 외부 말단 림(174) 내에 방사상으로 맞물리고 구속되는 것으로 도시되는 반면에, 이와 다르게 배플 부재(170)는 외부 하우징(12)의 내부 표면에 대하여 원통형으로 직접 배열될 수 있다.

실시예에 도시된 바와 같이, 또한 특히 도 3에서, 배플 부재(170)는 내부 허브 영역(184), 디스크 영역(186) 및 외부 말단 림 영역(188)을 포함한다. 구조를 강화하는 것을 제공하기 위해, 허브 영역(184) 및 말단 림 영역(188) 사이의 디스크 영역(186)의 상부측을 따라 연장되는 복수개의 방사상으로 뻗어있는 리브(190)는 일체로 제공될 수 있고 바람직하게는 중심축(54)에 대하여 등 각도로 배열될 수 있다. 배플 부재(170)는 외부 하우징(12)의 나머지로부터 고압 챔버(180)를 분리하게 되는 것에 부가하여 또한 제1 스크롤 압축기 부재(110)의 내부 영역으로부터 또한 제1 스크롤 압축기 부재(110)의 외부 말단 영역으로 고압 챔버(180)에 의해 생성되는 압력 하중을 전달하는데 기여한다.

외부 말단 영역에서, 압력 하중은 외부 하우징(12)에 전달될 수 있고 또한 그에 보다 직접적으로 전해질 수 있으며, 그러므로 구성요소에 가해지는 스트레스를 피하거나 적어도 최소화하는 것 및 실질적으로 스크롤 몸체와 같은 동작 구성요소의 변형 또는 편향을 피하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 배플 부재(170)는 제1 스크롤 압축기 부재(110)에 대하여 내부 말단 영역을 따라 부유가능하다. 이는 예를 들면, 제1 스크롤 압축기 부재의 상호 원통형 슬라이딩 표면들과 각각의 허브 영역들을 따른 배플 부재 사이의 슬라이딩 원통형 인터페이스(192)에 의해 달성될 수 있다.

고압 챔버(180)에서 압축된 고압 냉매가 배플 부재(170)에 작용하기 때문에, 실질적으로 어떠한 하중도 내부 영역에 전달되지 않을 수 있다. 대신, 축방향 접촉 인터페이스 링(194)이 각각의 림 영역이 제1 스크롤 압축기 부재(110) 및 배플 부재(170)에 형성되는 곳인 방사상 외부 말단부에 제공된다. 바람직하게는, 중공형 축방향 갭(196)이 배플 부재(170)의 최내부측 직경부분과 제1 스크롤 압축기 부재(110)의 상부측 사이에 제공된다. 중공형 축방향 갭(196)은 배플 부재의 방사상 최내부 부분과 스크롤 부재 사이에 형성되고 고압 챔버(180) 내에 압축되는 고압 냉매에 의해 야기되는 압력 하중에 응당하여 그 크기를 감소하도록 한다. 상기 갭(196)은 압력과 하중의 릴리프(relief)시 그 크기가 확장할 수 있게 된다.

하중 전달을 가장 효과적으로 가능하게 하기 위하여, 중공형 중간 또는 하부 압력 챔버(198)가 배플 부재(170) 및 제1 스크롤 압축기 부재(110) 사이에 형성된다. 이러한 중간 또는 하부 압력 챔버는 낮은 섬프(sump) 압력 또는 중간 압력(예를 들면, 제1 스크롤 압축기 부재를 통해 형성되고 개별적인 압축 챔버(122)들 중의 하나를 챔버(198)와 연결하는 유체 연결 통로를 통과하는)에 맞춰질 수 있다. 하중 전달 특성은 그러므로 최적의 하중/변형 관리를 위해 선택되는 낮은 또는 중간 압력에 기초하여 구성될 수 있다. 각각의 경우에, 운전동안 중간 또는 낮은 압력 챔버(198) 내에 담겨지는 압력은 실질적으로 고압 챔버(180)보다 낮으며 그에 의해 압력 차이 및 배플 부재(170)를 지나 발생하는 하중을 야기하게 된다.

누설을 방지하거나 하중 전달을 보다 원활하게 하기 위해, 내부 및 외부 밀봉(204, 206)이 제공될 수 있고, 이들 모두는 회복이 가능하며, 탄성의 O-링 씰 부재가 될 수 있다. 내부 씰(204)는 바람직하게는 방사상 씰이고 배플 부재(170)의 내부 직경부를 따라 형성되는 내부 그루브(208)에 방사상 내측에서 면접하도록 배열된다. 유사하게 외부 씰(206)이 말단 림 영역(188) 내의 배플 부재(170)의 외부 직경부를 따라 형성되는 외부 그루브(210)에 방사상으로 외측으로 면접하도록 배열될 수 있다. 방사상 씰은 외부 영역에 도시되는 반면에, 축방향 씰은 축방향 접촉 인터페이스 링(194)을 따라 제공될 수 있다.

배플 부재(170)가 찍어낸 스틸 요소일 수 있는 반면에, 바람직하게는 도시한 바와 같이, 배플 부재(170)는 캐스트 및/또는 기계가공된 부재(또한 알루미늄이 될 수 있다)를 포함하게 되고 상술한 바와 같은 많은 구조적 특징을 갖는 확대된 능력을 제공하게 된다. 배플 부재를 이러한 방법으로 제작하는 것에 의해, 이러한 배플의 헤비 스탬핑(heavy stamping)을 피할 수 있게 된다.

이에 더하여, 배플 부재(170)는 제1 스크롤 압축기 부재(110)에 구속될 수 있다. 상세하게는, 도시된 바와 같이, 배플 부재(170)의 내부 허브 영역(184)의 방사상 내측 돌출 중공형 플랜지(214)가 멈춤 플레이트(212)와 제1 스크롤 압축기 부재(110) 사이에서 축방향으로 잡히게 된다. 멈춤 플레이트(212)는 볼트(216)로 제1 스크롤 압축기 부재(110)에 장착된다. 멈춤 플레이트(212)는 제1 스크롤 압축기 부재(110)의 내측 허브(172)를 방사상으로 덮도록 돌출되는 외측 리지(ledge, 218)를 포함한다. 멈춤 플레이트 리지(218)는 배플 부재(170)를 위한 멈춤 및 유지의 기능을 하게 된다. 이러한 방법으로, 멈춤 플레이트(212)는 배플 부재(170)가 제1 스크롤 압축기 부재(110)에 유지되도록 하여 배플 부재(170)가 그에 의해 전달되도록 하게 된다.

도시한 바와 같이, 멈춤 플레이트(212)는 체크 밸브(220)의 일부가 될 수 있다. 체크 밸브는 내측 허브(172) 내의 제1 스크롤 압축기 부재의 유출부분에 형성되는 챔버 내에 포함되는 이동 밸브 플레이트 요소(222)를 포함한다. 멈춤 플레이트(212)는 이동 밸브 플레이트 요소(222)가 배열되는 체크 밸브 챔버(224)를 막게 된다. 체크 밸브 챔버 내에 중심축(54)을 따라 체크 밸브(220)의 이동을 가이드하는 원통형 가이드 벽 표면(226)이 제공된다. 오목부(228)가 가이드 벽(226)의 상부 섹션에 제공되어 이동 밸브 플레이트 요소(222)가 밸브 시트(230) 위로 올려질 때 체크 밸브를 통과하여 압축된 냉매가 통과하도록 하게 된다. 개구부(232)가 스크롤 압축기로부터 고압 챔버(180) 내로의 압축 가스의 이동을 가능하게 하기 위해 멈춤 플레이트(212) 내에 제공된다. 스크롤 압축기가 작동중일 때 체크 밸브는 한방향으로의 흐름을 허용하도록 작동하고, 압축된 냉매는 밸브 플레이트 요소(222)가 밸브 시트(230)를 벗어나게 되는 것에 의해 배출 포트(126)을 통해 스크롤 압축기 몸체를 벗어나는 것을 허용하게 된다. 그러나, 구동유닛이 멈추어 스크롤 압축기가 더이상 작동하지 않는 경우, 고압 챔버(180) 내에 담겨진 고압이 이동 밸브 플레이트 요소(222)를 밸브 시트(230)로 원위치 시키게 된다. 이는 체크 밸브(220)를 닫게 되고 이에 의해 압축된 냉매가 스크롤 압축기로 역류하게 되는 것을 방지하게 된다.

운전 중에, 스크롤 압축기 어셈블리(10)는 하우징 유입 포트(18)에서 낮은 압력의 냉매를 받도록 작동하고 하우징 유출 포트(20)를 통해 배출 생성될 수 있는 고압 챔버(180)에 배달하기 위해 냉매를 압축하도록 작동한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 내부 도관(234)은 하우징(12)에 내부적으로 연결되어 저압 냉매를 모터 하우징 유입구(238)을 거쳐 유입 포트(18)로부터 모터 하우징 내로 안내하게 된다. 이는 저압 냉매가 모터를 통과하여 흐르도록 허용하게 되고 이에 의해 모터의 운전에 의해 야기될 수 있는 모터로부터의 열을 냉각하고 전달하게 된다. 저압 냉매는 모터 하우징을 통해 길이방향으로 지나가고, 또한 중심축(54)을 중심으로 등각으로 배열되는 복수개의 모터 하우징 유출구(240, 도 2)를 통과하여 배출될 수 있는 상부 끝단을 향해 내부의 빈 공간을 통과하여 지나갈 수 있게 된다.

모터 하우징 유출구(240)는 모터 하우징(48), 상부 베어링 부재(42) 또는 모터 하우징 및 상부 베어링 부재의 조합(예를 들어 도 2와 같이 그들 사이에 형성되는 갭에 의해) 중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다. 모터 하우징 유출구(240)를 떠날 때, 저압 냉매는 모터 하우징 및 외부 하우징 사이에 형성되는 중공형 챔버(242)에 들어오게 된다. 거기에서, 저압 냉매는 베어링 부재(42) 및 하우징(12) 사이의 갭을 생성하기 위해 상부 베어링 부재(42)의 대향하는 측의 오목부에 의해 형성되는 한쌍의 대향하는 외부 말단 쓰루 포트(through port, 244)를 통해 상부 베어링 부재를 통과할 수 있게 된다.

쓰루 포트(244)는 모터 하우징 유출구(240)에 대해 소정 각도로 배열될 수 있다. 상부 베어링 부재(42)를 통과하여, 저압 냉매는 결국 스크롤 압축기 몸체(110, 112)의 흡입영역(124)에 들어간다. 흡입 영역(124)으로부터, 저압 냉매는 최종적으로 서로 반대방향의 스크롤 리브(114, 118)들에 들어가게 되고(하나가 제1 스크롤 압축기 부재의 각각으로 흡입된다) 또한 배출 포트(126)에서 챔버를 통해 최대 압축 상태에 도달하게 되는 곳으로 점진적으로 압축되고 거기에서 체크밸브를 통과하게 되고 고압 챔버(180)로 들어가게 된다. 거기에서부터, 고압 압축 냉매는 스크롤 압축기 어셈블리(10)로부터 냉매 하우징 유출 포트(20)를 통하여 지나갈 수 있게 된다.

일 실시예에서 스크롤 압축기 몸체들(110, 112)이 축방향으로 함께 집중될 때 축방향 하중을 전달하도록 확장된 트러스트 영역을 포함할 수 있다. 예를 들면, 스크롤 몸체들은 스크롤 몸체들 사이의 역 운전 및 진공 상태를 일으킬 수 있는 부적절한 장착(예를 들면, 역 와이어링)의 경우 축방향으로 함께 힘이 가해질 수 있다.

확장된 트러스트 영역은 도 5 및 도 6, 7a 및 7b를 참고로 하여 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 각각의 스크롤 리브(114, 118)의 팁(246)은 팁 씰(tip seal, 250)이 구속되는 나선형의 그루브(248, 도 7a 및 7b 참고)를 형성하게 된다. 팁 씰(250)은 나선형으로 될 수 있고, 팁(246)으로부터 축방향으로 돌출되고 다른 스크롤 몸체의 베이스와 맞물리게 된다. 이는 밀봉 및 각각의 스크롤 리브(114, 118) 사이에 형성되는 압축 챔버들(122) 사이의 압력 손실을 방지하는 것을 제공한다. 상세하게는, 팁 씰(250)은 압축기 몸체 베이스(116, 120)와 맞물리게 되어 그들 사이의 축방향 씰(seal, 밀봉)을 제공하고 그에 의해 스크롤 리브(114, 118)의 외부측에서 고압 내부 챔버(122)로부터 저압 외부 챔버(122)로의 스크롤 팁을 통해 본 영역을 따른 유체 누설을 방지하게 된다. 씰은 스크롤들이 함께 당겨질 때 압축될 수도 압축되지 않을 수도 있다. 상세하게는, 씰의 축방향 높이는 그루브 깊이와 동일하거나 작을 수 있어 실이 그루브 내에서 완전하게 움직일 수 있는 공간을 갖게 한다. 이에 더하여, 상업적인 몇몇의 팁 씰 설계는 금속으로 형성되고 탄성적이지 않게 된다. 본 발명의 실시예는 이러한 모든 종류의 팁 씰에 적용할 수 있게 된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 각각의 스크롤 리브(114, 118)에 대하여 도면번호 252로 도시한 바와 같은 얇은 스크롤 팁 너비를 유지하는 것이 보다 바람직하게 된다. 이런 결과로 또한 팁 씰(250)의 리텐션을 가능하게 하는 나선형 그루브(248)로 인하여, 다른 스크롤 몸체의 베이스와 면접하게 되는 표면적 또는 스크롤 팁 페이스(face, 254)는 보다 작은 표면적을 갖게 되고 팁 씰(250)의 각각의 측에서 더 얇은 금속 영역으로 나뉘어지게된다.

이와 같이, 스크롤 몸체들이 축방향으로 함께 압박되는 경우의 축방향 하중을 전달하기 위해, 실시예에서는 스크롤 리브(114)의 내부 밀봉 영역(258) 주위로 확장되는 확장된 트러스트 존(256)을 포함하게 된다. 바람직하게는, 도시한 바와 같이, 확장된 트러스트 존은 고정 스크롤 압축기 몸체(110)에 의해 제공된다. 이 트러스트 존(256)은 중공형이고 내부 밀봉 영역(258)을 둘러싸게 된다. "둘러싸는 것"에 의해, 감싸면서 뻗어있는 것을 의미하고, 바람직하게는 제1 수평축(146)을 따른 이동을 촉진하거나 가이드 하도록 제공되는 키 웨이 트랙(148)에 의한 작은 간섭을 제외하고는 연속적이 된다.

상기 트러스트 존(256)은 외부 밀봉 영역(260)으로 명명되는 밀봉을 제공하는 하나의 영역과, 어떠한 팁 씰링도 없고 그 대신 단지 트러스트 페이스(thrust face, 추력면, 264)를 제공하는 트러스트 리브(262)에 의해 제공되는 비 밀봉 영역을 포함하는 두 개의 다른 영역을 포함하게 된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 외부 밀봉 영역(260)은 내부 밀봉 영역(258)을 위한 스크롤 팁 너비(252)에 대하여 보다 넓은 스크롤 팁 페이스(도면번호 266)를 갖게 된다. 외부 씰링 영역(260)은 이동 스크롤 압축기 몸체(112)의 스크롤 리브(118)가 고정 스크롤 리브(114)의 외측 부분에 대향하여 내측을 따라 수용되는 것을 고려하여 나선형 팁 씰(250)의 외측에 더 넓게 제공되고 허용되게 된다. 그러므로, 외부 밀봉 영역(260)을 따른 더 넓은 팁 페이스가 적용된다. 상기 내부 및 외부 밀봉 영역은 확장된 더 넓은 트러스트 페이스(264)를 따라 밀봉이 없는 트러스트 리브(262)으로 이끄는 교차부분(268)에 의해 만나거나 구분된다.

추가적으로, 상기 트러스트 존(256) 및 트러스트 페이스(264)는 바람직하게는 고정 스크롤 압축기 몸체(110)의 대향하는 측에 배열되는 브리지(270)로 확장된다. 브리지(270)는 트러스트 리브(262)와 스크롤 리브(114)를 연결하고 냉매가 점진적인 압축을 위해 스크롤 압축기로 들어올 수 있도록 하는 흡입 영역(124)을 촉진시키도록 제공되는 유입 개구부에서 갭 사이를 연결하게 된다. 도시한 바와 같이, 트러스트 리브(262)는 외부 스크롤 랩(wrap)의 일부의 형상을 갖고 그 안에 수용되는 이동 스크롤 리브(118)의 외부 부분에 적용되도록 한다.

확장된 트러스트 존 특징이 스크롤 압축기 몸체들(110, 112) 각각 또는 모두에 제공될 수 있는 반면에, 바람직하게는 상기 확장된 트러스트 존(256)은 도시한 바와 같이 고정 스크롤 압축기 몸체(110)에 제공된다. 이러한 경우에, 장착 렉(leg, 158)의 제공과 함께, 트러스트 존(256)은 렉(158)이 그룹으로 제공되는 직경부 내측에 포함된다.

도 7a 및 7b에서, 확장된 트러스트 존은 도 7a 도시한 바와 같이 스크롤 리브 팁(246)과 같이 같은 위치에 놓일 수 있고, 또는 도 7b에 도시한 바와 같이 팁 씰의 확장부와 스크롤 리브 팁(246)의 중간 높이로 약간 더 올려질 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 팁 씰은 그루브로부터 축방향으로 돌출되지 않을 수 있다.

향상된 팁 씰링 및 배출 포트 배열(11)로 돌아가서, 도 8A, 8B, 8C, 9를 살펴본다. 비교를 위해, 보다 통상적인 배출 포트(300) 배열이 제공된다. 도 8A는 통상적인 배출 포트(300)를 갖는 제1 스크롤 압축기 부재(110)의 사시도이다. 도 8B는 통상적인 배출 포트(300)의 확대도이고, 도 8C는 본 발명의 일 실시예에 따른 최적화된 배출 포트(320)의 확대도이다. 통상적인 배출 포트(300)는 꼭지점(302)을 포함한다. 통상적인 배출 포트(300)에서, 대칭축(304)이 꼭지점(302)을 통과하여 도시될 수 있고 이에 의해 대칭축(304)이 통상적인 배출 포트(300)를 실질적으로 대칭인 두개의 부분으로 구분하게 되어(즉, 여기서 두개의 부분은 동일하지는 않으나 유사한 형상을 갖는다) 제1 흐름 영역(first flow area)(306)이 제2 흐름 영역(second flow area)(308)과 크기 및 형상에서 유사하게 된다.

도 8C는 스크롤 팁(246) 상의 나선형 팁 씰(250)을 사용하도록 구성된 최적화된 배출 포트(320)의 실시예를 도시하는 것이고, 여기서 최적화된 배출 포트(320) 전후에서 나선형 팁 씰(250)의 길이는 통상적인 배출 포트(300)에 사용되는 것보다 길게 된다. 최적화된 배출 포트(320)는 꼭지점(322) 및 제1 스크롤 리브(114)의 내측을 따라 꼭지점(322)으로부터 뻗어있는 제1 모서리 부분(324)을 포함하고 제1 스크롤 리브(114)의 곡선을 따르게 된다. 최적화된 배출 포트(320)는 또한 후퇴 영역(326)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 후퇴 영역(326)은 꼭지점(322)으로부터 뻗어있는 제1 외측 돌출 부분(330)을 포함한다. 중간 내측 돌출 부분(332)은 최적화된 배출 포트(320)가 형성되는 다른 모든 반경과 반대의 방향의 반경을 갖는 곡선을 갖게 되고, 상기 제1 외측 돌출 부분(330)으로부터 뻗어나오고, 중간 내측 돌출 부분(332)으로부터 뻗어있는 제2 외측 돌출 부분(334)으로 도달하게 된다. 중간 내측 돌출 부분(332)은 최적화된 배출 포트(320)의 외부에 그 중심(도시하지 않음)이 존재하는 반경을 갖는다.제2 외측 돌출 부분(334)은 중간 내측 돌출 부분(332)으로부터 후퇴 영역(326)의 끝단에 뻗어있게 된다. 또한 다른 실시예에서, 후퇴 영역(326)은 실질적으로 제1 및 제2 외측 돌출 부분(330)을 연결하는 실질적인 선형 부분을 가질 수 있고, 또한 스크롤 팁 씰 경로(348)를 충분히 피할 수 있는 다른 형상이 가능하다.

제2 모서리 부분(328)의 특정한 형상에 상관없이, 후퇴 부분(326)은 통상적인 배출 포트(300)의 대응하는 제2 흐름 영역(308)보다 작은 배출 포트를 통한 흐름 영역을 나타내게 된다. 이 컨셉은 후술하는 예시에 도시되어 있다. 후퇴 영역(326)의 끝단에서의 선택점(336)에서, 제1 코드(338)가 꼭지점(322) 및 선택점(336)을 연결한다. 제2 코드(340)는, 제1 코드(338)과 같은 길이이고, 꼭지점(322)으로부터 제1 모서리 부분(324)을 따라 제2 점(342)으로 뻗게 된다. 본 발명의 일 실시예에서, 최적화된 배출 포트(320)는 제1 코드(338)와 제2 모서리 부분(328) 사이의 제1 흐름 영역(344)을 갖고, 제1 흐름 영역은 제2 코드(340) 및 제1 모서리 부분(324) 사이의 제2 흐름 영역(346)보다 적어도 25% 더 작게 된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 제1 흐름 영역(344)은 제2 흐름 영역(346)보다 적어도 50% 더 작게 된다. 후퇴 영역(326) 내의 흐름 영역에도 불구하고, 최적화된 배출 포트(320)의 각각의 부분은 압축 냉매의 배출을 위한 실질적인 흐름 면적을 갖는다.

도 9는 최적화된 배출 포트(320)의 확대도이고, 최적화된 배출 포트(320)에 인접한 팁 씰(250)의 끝단(350)에 이은 선회하는 스크롤 팁 씰 경로(348)의 도시를 포함하고 있다. 본 발명에서, 상기 팁 씰(250)은 스크롤 압축기 부재가 통상적인 배출 포트(300)를 갖는 경우 가능한 것보다 더 최적화된 배출 포트(320)에 가깝게 확장되도록 길어질 수 있다. 통상적인 배출 포트(300)에서, 선회 스크롤 팁 씰(348)의 선형 경로, 또는 씰 스윕(sweep) 반경은 팁 씰(250)의 일부가 압축 운전 동안 배출 포트(300)의 모서리를 반복적으로 지나가는 것을 야기하게 되고, 이에 따라 팁 씰(250)에 데미지를 가하게 되고 스크롤 압축기의 효율을 감소시키게 된다. 그러나, 제2 모서리 부분(328)의 중간 내측 돌출 부분(332)은 팁 씰(250)의 일부와의 중첩을 방지하게 된다.

간극 영역(냉매 유출 포트)은 바람직하게는 원호형 영역이고, 적절하게 팁 씰 경로 및 최적화된 배출 포트(320)를 구분하여 운전의 변화를 적용하게 한다. 이러한 모든 것은 압축기 효율의 증가를 위한 팁 씰(250)의 신뢰할 만한 사용을 허용하게 한다. 결과적으로, 중간 내측 돌출 부분(332)의 크기 및 위치는 선회 스크롤 팁 씰 경로(348)의 씰 스윕 반경에 의해 결정된다. 다른 대칭축(358)(도 8B에 도시한 대칭축(304)와 유사함)은 꼭지점(322)를 지나고, 상기 대칭 부분(362)이 대쉬 곡선(364)에 의해 도시되는 통상적인 배출 부분(300)과 같은 형상을 갖는다면, 이에 의해 상기 다른 대칭축(358)은 최적화된 배출 포트(320)를 두 개의 실질적인 대칭 부분(360, 362)으로 나누게 된다. 그러나, 최적화된 배출 포트(320)의 후퇴 영역(326)에서 감소된 흐름 면적은 대칭 부분(362)이 대칭 부분(360)보다 작게 되는 것을 초래한다.

도 9에서, 후퇴 영역(326)은 내부 면접 반경에 의해 도시되고, 후퇴 영역(326)은 다른 형상을 또한 포함할 수 있다. 도 10은 후퇴 영역(326)이 선형 부분(372)을 포함하는 최적화된 배출 부분(370)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이러한 다른 구성은 간극 영역(냉매 유출 포트)을 감소시키고, 그러나 여전히 최적화된 배출 포트(370)의 경계와 선회 스크롤 팁 씰의 씰 스윕 반경 사이의 적절한 공간을 유지하고 있으며, 이에 더하여 압축기 효율을 증가하기 위한 확장된 팁 씰(250)의 사용을 허용하게 된다.

상술한 바와 같이, 제1 스크롤 부재의 경계에서의 유입구로부터 배출 포트에 또는 스크롤 부재의 중심 부근으로 이동하면서 냉매는 점진적으로 고압으로 된다. 스크롤 압축기의 고압 영역으로부터 상대적으로 저압인 영역으로의 어떠한 누설도 압축기의 효율을 감소시키게 된다. 팁 씰(250)의 끝단(350)은 스크롤 리브(116)의 일측에서 고압 영역(354)으로부터 스크롤 리브(116)의 다른 측에서 상대적으로 저압인 영역(356)으로 냉매의 누설 경로를 나타내게 된다. 최적화된 배출 포트(320)에 더 가까운 확장된 팁 씰(250)은 예측되는 누설 경로의 크기를 감소시키게 되고, 스크롤 압축기의 효율을 증가시키게 된다.

15에서 35 톤-용량의 스크롤 압축기에서, 이동 제2 스크롤 압축기 부재(112) 상의 팁 씰의 끝단(350)은 스크롤 리브(118)의 말단부(즉, 최적화된 배출 포트(320)에 근접한 끝단)로부터 대략 32 에서 35 밀리미터(직선으로 측정)로 떨어져서 배열될 수 있다. 최적화된 배출 포트의 흐름 면적은 700 에서 950 제곱미터의 범위에 있을 수 있다. 바람직하게는 간극 영역(352)은 2.0 mm 의 최소 스팬을 갖는다.

본 발명을 기술하는 문맥(구체적으로는 첨부된 특허청구범위)에 사용된 "하나" 및 "전술한(상기)" 등의 용어는 본원에 달리 기재하거나 문맥상 명백히 모순되지 않는다면 단수 및 복수 형태를 모두 포함하는 것으로 해석해야 한다. "구비", "가짐", "포함" 및 "함유"라는 용어는 달리 언급하지 않는 한 "제한 없는 용어(open ended term)", 즉 (해당 내용을) 포함하지만 그에 한정되지 않는 용어로 해석해야 한다. 본원에서 여러 값들의 범위들을 기재하는 것은 그 범위에 속하는 각각의 값을 개별적으로 참조하는 축약방법일 뿐이며, 각각의 값은 본원에 개별적으로 개재되는 것과 마찬가지로 본원에 포함된다. 본원에 기재한 모든 방법들은 본원에 달리 기재하거나 문맥상 명백히 모순되지 않는다면 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의 또는 모든 예 또는 바람직한 용어(예를 들면 "등" 또는 "~와 같은")의 사용은 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것일 뿐이며 달리 특허청구범위에 정의되지 않는 한 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 어떠한 용어라도, 특허청구범위에 정의되지 않은 것을 본 발명의 실시에 필수적인 요소로 나타내는 것은 없다.

본 발명의 실시를 위해 발명자가 인지하는 최선 모드를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다. 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자(당업자)는 전술한 상세한 설명으로부터 바람직한 실시예를 변형할 수 있을 것이다. 발명자는 당업자가 그와 같은 변형물을 적절하게 채용할 것을 예상하며, 본 발명은 본원에 특정된 것과 달리 실행되도록 의도되었다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법이 허용하는 한 첨부한 특허청구범위에 정의된 주제의 모든 수정물과 등가물을 포함한다. 또한, 전술한 요소들의 모든 조합의 가능한 모든 변형물은 본원에 달리 기재하거나 문맥상 명백히 모순되지 않는 한 본 발명에 포함된다.

Claims (18)

1. 제1 베이스, 상기 제1 베이스로부터 돌출하는 제1 스크롤 리브 및 배출 포트를 갖는 제1 스크롤 압축기 몸체;
   제2 베이스 및 제2 베이스로부터 돌출하는 제2 베이스를 갖는 제2 스크롤 압축기 몸체;
   제1 및 제2 베이스는 흡입 영역과 배출 포트 사이에 적어도 하나의 압축 챔버를 형성할 수 있도록 서로를 상호 수용하는 제1 및 제2 스크롤 리브를 갖추어 축방향으로 일정간격 이격되고, 제1 및 제2 스크롤 압축기 몸체 사이에서 상대적인 움직임은 상기 흡입 영역으로부터 배출 포트까지 유체를 압축하기 위하여 적용되고, 그리고
   상기 제2 스크롤 리브로부터 축방향으로 돌출하고 상기 적어도 하나의 압축 챔버를 밀봉하기 위하여 제1 베이스와 기밀하게 맞물리는 팁 씰;
   상기 배출 포트의 형상은 중심이 배출 포트의 외부 둘레에 배열되는 내부 면접 반경을 포함하고, 그리고
   상기 내부 면접 반경은 배출 포트 부근에서 팁 씰의 길이를 내부 면접 반경이 없을 때의 것보다 더 크게 하는 특징으로 하는 유체를 압축하기 위한 스크롤 압축기.
2. 제 1항에 있어서, 내부 면접 반경의 곡률은 배출 포트가 구성되는 것으로부터 모든 다른 반경들의 방향과 반대인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
3. 제 1항에 있어서, 스크롤 압축기가 작동하는 동안 상기 제1 스크롤 압축기 부재는 상대적으로 고정되고, 상기 제2 스크롤 압축기 부재는 상기 제1 스크롤 압축기 부재에 대하여 이동가능하게 설정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 내부 면접 반경의 크기 및 위치는 상기 스크롤 팁 씰 단부의 원운동에 의해 규정되는 씰 스윕 반경에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 제2 모서리 부분은
   상기 꼭지점으로부터 연장하는 제1 외부 돌출 부분;
   상기 제1 외부 돌출 부분으로부터 연장하는 중간 내부 돌출 부분; 및
   상기 중간 내부 돌출 부분으로부터 연장하는 제2 외부 돌출 부분;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 팁 씰은 나선형의 팁 씰인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
7. 제1 베이스, 상기 제1 베이스로부터 돌출하고 배출 포트에서 종단을 갖는 제1 스크롤 리브 및 상기 종단에서 꼭지점을 갖는 배출 포트를 포함하는 제1 스크롤 압축기 몸체;
   제2 베이스 및 상기 제2 베이스로부터 돌출하는 제2 스크롤 리브를 포함하는 제2 스크롤 압축기 몸체;
   상기 제1 및 제2 베이스는 흡입 영역과 배출 포트 사이에 적어도 하나의 압축 챔버를 형성할 수 있도록 서로를 상호 수용하는 제1 및 제2 스크롤 리브를 갖추어 축방향으로 일정간격 이격되고,
   제 1 및 제2 스크롤 압축기 몸체들 사이에서 상대적인 움직임은 상기 흡입 영역으로부터 배출 포트까지 유체를 압축하기 위하여 적용되고, 그리고
   상기 제2 스크롤 리브로부터 축방향으로 돌출하고 적어도 하나의 압축 챔버를 밀봉하기 위하여 제1 베이스와 기밀하게 맞물리는 팁 씰;
   상기 팁 씰은 씰 팁 끝단 근접 배출 포트를 갖고 상기 배출 포트와 이격된 관계에서 상대적인 움직임을 하는 동안 스크롤 팁 씰 경로를 갖고,
   상기 배출 포트는 제1 스크롤 리브의 곡률을 따르는 제1 스크롤 리브의 내부를 따라 꼭지점으로부터 연장하는 제1 모서리 부분을 갖고, 제2 모서리 부분은 상기 꼭지점으로부터 연장하여 상기 제1 모서리 부분과 비교했을 때 후퇴 영역을 갖고, 상기 후퇴 영역은 팁 씰의 스윕 움직임을 수용할 수 있도록 스크롤 팁 씰 경로에 가장 근접한 부분인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
8. 제 7항에 있어서, 상기 꼭지점 및 후퇴 영역을 따라 선택된 포인트는 제1 코드의 끝단 포인트를 포함하고, 제2 코드 및 제1 모서리 부분에 의해 규정되는 제2 흐름 면적(flow area)과 비교할 때 상기 제2 모서리 부분과의 조합은 배출 포트 내에서 경감된 흐름 면적을 규정하고, 상기 제2 코드는 상기 제1 모서리 부분을 따른 포인트에 꼭지점을 연결하고, 이는 상기 제1 코드와 같은 길이인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
9. 제 8항에 있어서, 상기 선택된 포인트는 상기 후퇴 영역의 끝단에 위치하고, 상기 경감된 흐름 면적(reduced flow area)은 제2 흐름 면적보다 적어도 25% 더 작은 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
10. 제 9항에 있어서, 상기 경감된 흐름 면적은 상기 제2 흐름 면적보다 적어도 50% 더 작은 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
11. 제 7항에 있어서, 상기 후퇴영역은 중심이 배출 포트의 외부에 위치되는 내부 면접 반경을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
12. 제 11항에 있어서, 상기 내부 면접 반경은 상기 내부 면접 반경이 없을 때보다 배출 포트의 부근에서 더 큰 팁 씰 길이를 허용하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
13. 제 12항에 있어서, 상기 내부 면접 반경의 크기 및 위치는 상기 스크롤 팁 씰 끝단의 원운동에 의해 규정되는 씰 스윕 반경에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
14. 제1 베이스, 상기 제1 베이스로부터 돌출하는 제1 스크롤 리브 및 배출 포트를 갖는 제1 스크롤 압축기 몸체;
    제2 베이스 및 상기 제2 베이스로부터 돌출하는 제2 스크롤 리브를 갖는 제2 스크롤 압축기 몸체;
    제1 및 제2 베이스는 흡입 영역과 배출 포트 사이에 적어도 하나의 압축 챔버를 형성할 수 있도록 서로를 상호 수용하는 제 1 및 제2 스크롤 리브를 갖추어 축방향으로 이격되고, 제1 및 제2 스크롤 압축기 몸체들 사이의 상대적인 움직임은 상기 흡입 영역으로부터 배출 포트까지 유체를 압축하기 위하여 적용되고, 그리고
    상기 제2 스크롤 리브로부터 축방향으로 돌출하고 적어도 하나의 압축 챔버를 밀봉하기 위하여 제1 베이스와 기밀하게 맞물리는 팁 씰;
    제2 스크롤 리브 상에 팁 씹을 연장할 수 있도록 하기 위하여 통상적인 배출 포트 영역 안으로 팁 씰의 스윕 움직임을 수용하기 위한 배출 포트 내에 형성되는 수단;을 포함하는 스크롤 압축기.
15. 제 14항에 있어서, 상기 배출 포트의 형상은 스크롤 팁 씰의 스윕 움직임에 의해 규정되는 제1 베이스 근접 경로 안으로 형성되는 개구부의 주변 모서리에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
16. 제 14항에 있어서, 상기 배출 포트의 형상은 중심이 배출 포트의 외부 둘레에 위치되는 내부 면접 반경을 포함하고, 그리고
    상기 내부 면접 반경은 배출 포트 부근의 팁 씰의 길이를 내부 면접 반경이 없을 때의 것보다 더 크게 하는 특징으로 하는 유체를 압축하기 위한 스크롤 압축기.
17. 제 14항에 있어서, 상기 내부 면접 반경의 크기 및 위치는 상기 스크롤 팁 씰 끝단의 원운동에 의해 규정되는 씰 스윕 반경에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
18. 제 14항에 있어서, 상기 팁 씰은 나선형의 팁 씰인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.

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