KR20180103722A - 나선 원리에 따른 용적형 기계, 용적형 기계를 작동시키기 위한 방법, 용적형 스파이럴, 차량 공기 조화 시스템, 및 차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나선 원리에 따른 용적형 기계, 특히 스크롤(scroll) 압축기(10)에 관한 것으로, 고압 챔버(40)를 포함하는 고압 영역(47), 저압 챔버(30), 및 궤도 운동하는 용적형 스파이럴(31)을 가지며, 작동 매체를 수용하기 위해 용적형 스파이럴(31)과 상대 스파이럴(32) 사이에 압축 챔버(65a, 65b, 65c, 65d, 65e)가 형성되도록 용적형 스파이럴은 상대 스파이럴(32)에 결합하고, 저압 챔버(30)와 용적형 스파이럴(31) 사이에는 상대 압력 챔버(50)가 구성된다. 본 발명에 따라면, 용적형 스파이럴(31)은 적어도 2개의 통로(60, 61)를 가지며, 이들 통로는 적어도 일시적으로 상대 압력 챔버(50)와 압축 챔버(65a, 65b, 65c, 65d, 65e) 중 적어도 하나의 사이에 유체 연결을 이루며, 제1 통로(60)는 본질적으로 용적형 스파이럴(31)의 중심 부분(38)에 구성되어 있고, 적어도 하나의 제2 통로(61)는 용적형 스파이럴(31)의 초기 영역(37)에 구성되어 있다.

Description

나선 원리에 따른 용적형 기계, 용적형 기계를 작동시키기 위한 방법, 용적형 스파이럴, 차량 공기 조화 시스템, 및 차량{POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINE ACCORDING TO THE SPIRAL PRINCIPLE, METHOD FOR OPERATING A POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINE, POSITIVE-DISPLACEMENT SPIRAL, VEHICLE AIR-CONDITIONING SYSTEM AND VEHICLE}
본 발명은 나선 원리에 따른 용적형 기계, 특히 스크롤(scroll) 압축기에 관한 것으로, 이 용적형 기계는, 고압 챔버를 포함화는 고압 영역을 가지며, 또한 저압 챔버 및 궤도 운동하는 용적형 스파이럴을 더 가지며, 작동 매체를 수용하기 위해 상기 용적형 스파이럴과 상대(counterpart) 스파이럴 사이에 압축 챔버가 형성되도록 용적형 스파이럴은 상대 스파이럴에 결합하고, 저압 챔버와 상기 용적형 스파이럴 사이에는 상대(counterpart) 압력 챔버가 구성되어 있다. 또한, 본 발명은 나선 원리에 따른 용적형 기계, 특히 스크롤(scroll) 압축기를 위한 용적형 스파이럴에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 용적형 기계를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 본 발명에 따른 용적형 기계를 갖는 차량 공기 조화 시스템 및 차량에 관한 것이다.
스크롤 압축기 및/또는 스크롤 팽창기가 종래 기술에 오랫 동안 알려져 있다. 이것들은 고압 챔버, 저압 챔버 및 궤도 운동하는 용적형 스파이럴을 포함한다. 작동 매체를 수용하기 위해 용적형 스파이럴과 상대 스파이럴 사이에 압축 챔버가 형성되도록, 궤도 운동하는 용적형 스파이럴은, 예컨대 EP 2 806 164 A1에 도시되어 있는 바와 같이, 상대 스파이럴에 결합한다. 저압 챔버와 용적형 스파이럴 사이에 수용 공간, 즉 상대 압력 챔버가 구성된다. 이러한 종류의 상대 압력 챔버는 또한 배압 공간으로 알려져 있다. 상대 압력 챔버의 도움으로 또는 배압 공간의 도움으로, 궤도 운동하는 용적형 스파이럴에 작용하는 압력을 형성할 수 있다. 결과적인 힘이 축방향으로 발생되고, 그 결과, 용적형 스파이럴이 상대 스파이럴에 눌려 스파이럴이 서로에 대해 시일링된다.
본 발명의 목적은, 상대 압력 챔버 자체 내의 압력이 유리한 방식으로 설정될 수 있도록 나선 원리에 따른 용적형 기계를 개량하는 것이다. 가변 배압 시스템 또는 가변 상대 압력 시스템이 제공되어야 하며, 여기서 상대 압력 챔버 내의 압력은 다른 작동 압력에 기초하여 설정될 수 있다. 본 발명의 목적은 또한 개량된 용적형 스파이럴을 특정하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은, 용적형 기계를 작동시키는 개량된 방법을 특정하는 것이다. 추가로, 본 발명의 목적은, 나선 원리에 따른 개량된 용적형 기계를 갖는 차량 공기 조화 시스템 및/또는 차량을 특정하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 나선 원리에 따른 용적형 기계에 대해서는 특허 청구항 1의 내용으로 달성되고, 용적형 스파이럴에 대해서는 특허 청구항 10의 내용으로 달성되고, 용적형 기계를 작동시키기 위한 방법에 대해서는 특허 청구항 11의 내용으로 달성되며, 차량 공기 조화 시스템에 대해서는 특허 청구항 13의 내용으로 달성되고, 또한 차량에 대해서는 특허 청구항 14의 내용으로 달성된다.
나선 원리에 따른 본 발명의 용적형 기계 및/또는 용적형 기계를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 유리하고 편리한 구성은 종속 청구항에 명시되어 있다.
본 발명은 나선 원리에 따른 용적형 기계, 특히 스크롤 압축기를 특정하는 아이디어에 기반하며, 이 용적형 기계는, 고압 챔버, 저압 챔버, 및 궤도 운동하는 용적형 스파이럴을 가지며, 작동 매체를 수용하기 위해 상기 용적형 스파이럴과 상대 스파이럴 사이에 압축 챔버가 형성되도록 용적형 스파이럴은 상대 스파이럴에 결합한다. 저압 챔버와 용적형 스파이럴 사이에는 상대 압력 챔버(배압 공간으로 알려져 있음)가 구성되어 있다.
본 발명에 따르면, 용적형 스파이럴은 적어도 2개의 통로를 가지며, 상기 통로는 적어도 일시적으로 상기 상대 압력 챔버와 상기 압축 챔버 중 적어도 하나의 사이에 유체 연결을 이루며, 제1 통로는 본질적으로 상기 용적형 스파이럴의 중심 부분에 구성되어 있고, 적어도 하나의 제2 통로는 상기 용적형 스파이럴의 초기 영역에 구성되어 있다.
적어도 2개의 통로를 구성함으로써, 압축 챔버 중 적어도 하나와 상대 압력 챔버 사이에 유체 연결이 이루어진다. 결과적으로, 배압 시스템 또는 상대 압력 시스템이 제공될 수 있고, 상대 압력 챔버 내의 압력은 용적형 기계의 고압과 흡입 압력 또는 저압 사이의 균형에 의해 설정될 수 있다.
상대 스파이럴은 바람직하게는 완전 고정된 방식으로 용적형 기계에 설치된다. 다시 말해, 상대 스파이럴은 축방향으로 움직일 수 없고 또한 회전도 할 수 없다. 용적형 스파이럴은 상대 스파이럴에 대해 축방향으로 움직일 수 있다. 따라서, 궤도 운동하는, 즉 회전 운동하는 용적형 스파이럴은 축방향으로 추가로 움직일 수 있다. 여기서, 용적형 스파이럴은 상대 스파이럴의 방향으로 또한 상대 스파이럴로부터 멀어지는 방향으로 움직일 수 있다.
축방향으로 용적형 스파이럴로부터 상대 스파이럴에 작용하는 접촉 압력은 상대 압력 챔버내의 전술한 압력으로 설정될 수 있다. 다시 말해, 축방향으로 용적형 스파이럴로부터 상대 스파이럴에 작용하는 힘은 바람직하게 상대 압력 챔버내의 압력으로 얻어지게 된다. 축방향으로 용적형 스파이럴로부터 상대 스파이럴에 작용하는 접촉 압력은 상대 압력 챔버내의 압력의 함수로 설정될 수 있다.
바람직하게는, 용적형 스파이럴은 항상 상대 스파이럴에 대한 어떤 접촉 압력을 가지고 작용하며, 그래서 두 스파이럴의 배치의 기밀성이 보장된다. 상대 스파이럴에 대한 접촉 압력은 바람직하게는, 압축기의 현재 작동점(작동 압력/회전 속도)에서의 기밀성을 위해 필요한 것보다 높은 접촉 압력이 상대 스파이럴에 작용하지 않도록 설정된다. 이와 관련하여, 증가된 접촉 압력은 용적형 기계의 성능 손실을 야기할 것이다.
저압 챔버로부터 작동 매체, 특히 냉각제를 수용하여, 특히 흡입하고 그 작동 매체를 압축해 고압 챔버 안으로 방출하기 위해, 반경 방향 내측으로 이동하는 압축 챔버가 용적형 스파이럴과 상대 스파이럴 사이에 형성된다. 본 발명의 이 실시 형태에 따르면, 용적형 기계는 특히 스크롤 압축기로서 작동한다. 다시 말해, 이 용적형 기계는 스크롤 압축기이다.
제1 통로 및/또는 적어도 제2 통로는 바람직하게는 용적형 스파이럴의 기부의 일부분에 구성된다. 이는, 제1 통로 및/또는 제2 통로는 특히 용적형 스파이럴의 나선형 플랭크 부분에 구성되지 않는다는 것을 의미한다.
제1 통로 및/또는 적어도 제2 통로는 바람직하게는 용적형 스파이럴의 기부에 대해 본질적으로 수직으로 구성되는 통로(들)로서 구성된다. 바람직하게는, 제1 통로 및/또는 적어도 제2 통로는 구멍(들)이다. 이 경우 제1 통로는 바람직하게는 0.1 mm - 1.0 mm의 직경을 갖는다. 적어도 제2 통로는 바람직하게는 0.1 mm - 1.0 mm의 직경을 갖는다.
용적형 스파이럴의 중심 부분은 특히, 용적형 스파이럴의 중심점을 형성하지는 않지만 용적형 스파이럴의 중심점의 근처에 구성되는 용적형 스파이럴의 일부분을 의미하는 것으로 이해된다. 이 경우 중심 부분은 용적형 스파이럴의 두 플랭크 사이에 형성된다. 예컨대, 제1 통로는 두 플랭크 부분 사이에서 중앙에 구성된다. 또한, 제1 통로는 2개의 플랭크 부분에 대해 편심적으로 배치될 수 있다.
제1 통로는 바람직하게는 용적형 스파이럴의 중심점에 대해 제1 나선형 권회부에 구성된다.
용적용 스파이럴의 제2 통로는 바람직하게는 용적형 스파이럴의 중심점에 대해 용적형 스파이럴의 제2 권회부 및/또는 최외측 나선형 권회부에 구성된다. 특히 용적형 스파이럴의 초기 영역은, 냉각제가 저압 챔버로부터 수용되는, 특히 흡입되는 용적형 스파이럴의 영역을 나타낸다. 초기 영역은 흡입 영역이라고도 할 수 있다.
용적형 스파이럴의 초기 영역은, 용적형 스파이럴의 두 플랭크 사이에 구성되어 있는 흡입 냉각제의 제1 유동 부분이다.
바람직하게는, 제1 통로와 제2 통로는 용적형 스파이럴의 중심점에 대해 직선 상에 있지 않고, 중심점에 대해 편심 배치된다.
바람직하게는, 제1 통로는 이러한 종류의 용적형 스파이럴의 일부분에 구성되어 있고, 상기 용적형 기계의 활성화 상태에서 상대 압축 챔버 용적의 95% 내지 85%, 특히 92% 내지 88%, 특히 90%가 도달되면 상기 제1 통로가 개방되고, 개방 후에, 상기 용적형 스파이럴이 180°내지 360°, 특히 255°내지 315°, 특히 270°의 회전 각도로 회전하는 동안에 개방된 상태로 유지된다. 제1 통로가 위치되는 이 설명된 부분은, 용적형 스파이럴의 설명된 중심 부분에 위치되고, 바람직하게는 그 중심 부분이다. 다시 말해, 제1 통로의 개방 후에, 제1 통로가 개방된 상태에서, 용적형 스파이럴은 추가 180°내지 360°, 특히 추가 255°내지 315°, 특히 추가 270°로 회전될 수 있다. 제1 통로의 개방 상태는, 제1 통로가 상대 스파이럴, 특히 나선형 요소 또는 나선형 플랭크 부분으로 덮히지 않는 것을 나타낸다.
제2 통로는 바람직하게는 이러한 종류의 용적형 스파이럴의 일부분에 구성되어 있고, 제2 통로는, 최대 상대 압축 챔버 용적이 도달되면 폐쇄되고, 폐쇄 전에, 용적형 스파이럴이 180°내지 360°, 특히 255°내지 315°, 특히 270°의 회전 각도로 회전하는 동안에 개방되어 있다. 최대 압축 챔버 용적은 용적형 스파이럴의 할당된 회전 각도(αVmax)에 대응한다. 할당된 회전 각도를 기준으로, ±30°의 허용 공차 범위가 가능하다. 다시 말해, αVmax ±30°의 회전 각도가 도달되면 제2 통로가 폐쇄된다.
다시 말해, 용적형 스파이럴의 제2 통로(61)는 압축 과정의 시작 전에 폐쇄된다. 따라서, 제2 통로는 용적형 기계의 적어도 0°각도에서 폐쇄된다. 바람직하게는, 제2 통로(61)의 폐쇄는 이미 용적형 기계의 0°각도가 도달되기 전에 일어난다.
특히, 제2 통로는 최대 상대 압축 챔버 용적이 도달되기 전에 폐쇄된다. 그 전에, 즉 상기 값이 도달되기 전에, 제2 통로는 개방되어 있다. 제2 통로가 폐쇄되기 전에, 용적형 스파이럴이 180°내지 360°, 특히 255°내지 315°, 특히 270°의 회전 각도로 회전하는 동안에 제2 통로는 개방되어 있을 수 있다. 또한 이와 관련하여, 제2 통로의 개방은, 제2 통로가 상대 스파이럴, 특히 상대 스파이럴의 플랭크 부분으로 덮히거나 폐쇄되지 않는 상태를 나타낸다.
또한, 제1 통로는 70°내지 360°, 특히 75°내지 355°, 특히 80°내지 350°의 용적형 기계의 회전 각도에서 개방될 수 있다. 특정된 범위의 제1 각도 값은 항상 제1 통로의 개방 과정 동안에 존재하는 용적형 기계의 각도에 관계된다.
앞에서 언급한 바와 같이, 용적형 기계의 0°각도는 용적형 스파이럴과 상대 스파이럴 사이의 압축의 시작을 나타낸다. 용적형 기계의 0°각도는 적어도 2개의 압축 챔버 중의 하나가 폐쇄되어 있는 상태를 나타낸다.
제2 통로는 바람직하게는 -410°내지 40°, 특히 -365°내지 -5°, 특히 -320°내지 -50°의 용적형 기계의 회전 각도에서 개방된다. 용적형 기계의 회전 각도의 음의 값은 용적형 기계의 0°각도에 대한 것으로 해석되어야 한다. 다시 말해, 음의 각도는 압축 시작 전의 과정 또는 회전 운동에 관계된다.
다시 말해, 적어도 2개의 통로, 즉 제1 통로 및 적어도 제2 통로는 용적형 스파이럴의 그러한 부분에 구성되고, 개방 또는 개방 시간 및 폐쇄 또는 ?쇄 시간에 대한 위에서 언급된 조건이 얻어질 수 있다. 그러므로, 통로의 배치에 대한 다른 기하학적 설계가 용적형 기계의 크기의 함수로 이루어질 수 있다. 그러나, 전술한 바는, 통로의 개방 및 폐쇄에 대해 언급된 조건에 대해, 구성될 용적형 기계 모두에 해당된다.
바람직하게는, 배출각에 도달하기 전에 제1 통로는 적어도 10°의 회전 각도, 특히 적어도 20°의 회전 각도, 특히 적어도 30°의 회전 각도에서 폐쇄된다. 배출각은, 압축 챔버에서 압축된 가스가 고압 챔버 안으로 충분히 배출되고 이에 따라 압축 챔버내의 압력이 갑자기 감소하는 회전 각도를 나타낸다. 다시 말해, 제1 통로는 배출각이 도달되기 전에 폐쇄되는데, 특히 배출각이 도달되기 전 적어도 10°, 배출각이 도달되기 전 적어도 20°, 특히 배출각이 도달되기 전 적어도 30°에서 ?쇄된다. 이는, 압축 챔버에 존재하고 고압 챔버 안으로 배출되지 않은 압축 가스가 압축 챔버에 남아 있는 것을 의미한다. 배출 또는 방출되지 않은 잔류 압축 가스는 상대 압력 챔버 또는 배압 공간에 도달해서는 안 된다. 그러므로, 제1 통로는 배출각이 도달되기 전에 적절한 시간에 폐쇄될 것이다.
제1 통로 및 제2 통로의 설명된 개방 또는 개방 시간 때문에, 가변 배압 시스템 또는 가변 상대 압력 시스템이 제공될 수 있고, 상대 압력 챔버 내의 압력은 얻어질 고압과 저압 챔버내의 저압 또는 흡입 압력 사이의 균형에 기초하여 매우 유리한 방식으로 설정될 수 있다.
이와 관련하여, 용적형 스파이럴의 초기 영역에 구성되는 제2 통로의 설계는 특히 유리하다. 따라서, 내부 압축 챔버 내의 압력 및 용적형 스파이럴의 초기 영역 내의 압력에 관한 정보 모두가 본 발명에 따른 용적형 기계의 도움으로 얻어질 수 있다.
배압 또는 상대 압력은 압축 챔버 내의 압축된 고압 때문에 반작용 축방향 힘 보다 항상 높지만, 다른 작동 단계에서의 배압은 종래의 용적형 기계의 경우 보다 낮게 설정될 수 있고, 그래서 본 발명에 따른 용적형 기계의 도움으로 더 효과적인 압축 과정이 실현될 수 있다.
특히 압축 과정의 흡입 단계에서 기체 역학적 효과가 생기게 된다. 예컨대 흡입 영역에서 과소 압력이 생길 수 있다. 이러한 종류의 과소 압력에 의해, 용적형 스파이럴이 자동적으로 상대 스파이럴에 눌리게 되며, 그래서, 이때 압축 과정에서, 낮은 상대 압력이 상대 압력 챔버에서 설정될 수 있다. 전체적으로, 압축 챔버로부터 가능한 한 많은 정보를 얻을 수 있기 때문에 용적형 기계의 각 부분에서의 실제 압력을 얻을 수 있다는 이점이 있으며, 압축 챔버는 용적형 스파이럴의 초기 영역 또는 흡입 영역에 또한 그로부터 떨어져 위치되고 배압 또는 상대 압력을 발생시킬 수 있다.
용적형 기계의 활성화 상태에서, 즉, 용적형 스파이럴이 상대 스파이럴에서 궤도 운동을 하는 경우에, 복수의 압축 챔버가 형성되며, 이 압축 챔버의 공간은 용적형 스파이럴의 외측 반경 방향 원주에서 중심 쪽으로 가면서 더 작게 되고, 그래서, 원주에서 수용되어 있는 냉각제 가스가 압축된다. 최종 압축 압력은 용적형 스파이럴의 축방향 영역에서, 특히, 용적형 스파이럴의 중심 부분에서 도달되며, 얻어진 고압에서 냉각제 가스가 축방향으로 배출된다. 이를 위해, 상대 스파이럴은 개구를 가지고 있어, 고압 영역, 특히 고압 챔버에의 유체 연결이 형성된다.
상대 압력 챔버와 압축 챔버 중 적어도 하나의 사이의 일시적인 유체 연결은 통로의 배치 및 용적형 스파이럴의 궤도 운동에 의해 가능하게 된다.
또한, 압축 과정의 어떤 시간 기간에서, 용적형 스파이럴의 양 통로는 열려 있고 그래서 상대 압력 챔버와 적어도 2개의 압축 챔버 사이의 유체 연결이 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 압축 과정의 시작시에 양 통로가 폐쇄되도록, 즉 양 통로가 상대 스파이럴의 나선형 플랭크 부분으로 덮히도록 통로가 용적형 스파이럴에 배치된다.
또한, 용적형 기계는, 용적형 기계의 고압 영역에서부터 상대 압력 챔버까지 가스 연결 라인이 구성되도록 용적형 기계가 구성될 수 있다. 예컨대, 가스 연결 라인은 고압 챔버에서부터 상대 압력 챔버까지 구성된다. 가스 연결 라인은 상대 스파이럴에 구성될 수 있고 고압 챔버를 상대 압력 챔버에 연결할 수 있다. 본 발명의 추가 실시 형태에서, 가스 연결 라인은 용적형 기계의 하우징에 구성될 수 있다.
또한, 용적형 기계의 고압 영역에서부터 상기 저압 챔버까지 오일 복귀 채널이 구성될 수 있다. 따라서, 압축 과정에서 오일 유동과 냉각제 가스 유동이 서로 분리될 수 있다. 다시 말해, 오일 복귀 채널은 바람직하게 가스 연결 라인과 분리된다.
그러나, 용적형 스파이럴의 제2 통로(용적형 스파이럴의 초기 영역과 상대 압력 챔버 사이의 일시적인 유체 연결을 이룸)는 용적형 기계의 흡입 영역 또는 저압 영역, 특히, 저압 챔버에의 연결을 이루지 않는다. 냉각제의 질량 유동은 제2 통로의 영역에서, 즉 스파이럴의 초기 영역에서 흡입되어, 두 스파이럴 사이, 즉 용적형 스파이럴과 상대 스파이럴 사이에서 압축 과정의 방향으로만 전달 또는 수송된다. 질량 유동은 상대 압력 챔버로부터 저압 영역, 특히 저압 챔버 안으로 갈 수 없다. 결과적으로, 가변 배압 시스템 또는 가변 상대 압력 시스템이 제공될 수 있는데, 이러한 시스템에서, 상대 압력 챔버의 압력은 고압과 저압 또는 흡입 압력 사이의 균형에 의해 설정된다.
본 발명의 추가 실시 형태에서, 적어도 제2 통로에 노즐이 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 용적형 기계는 전기적으로 그리고/또는 전동적으로(electromotively) 구동되는 용적형 기계 또는 기계식 구동기를 갖는 용적형 기계로서 구성될 수 있다.
본 발명의 일 동등한 양태는, 나선 원리에 따른 용적형 기계를 위한 용적형 스파이럴, 특히 본 발명에 따른 용적형 기계를 위한 용적형 스파이럴에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 용적형 스파이럴은 적어도 2개의 통로를 가지며, 제1 통로는 본질적으로 상기 용적형 스파이럴의 중심 부분에 구성되고, 적어도 하나의 제2 통로는 상기 용적형 스파이럴의 초기 영역에 구성된다.
본 발명에 따른 용적형 스파이럴의 구성에 대해서는, 전술한 바, 특히, 제1 통로 및/또는 적어도 제2 통로와 이들 통로의 서로에 대한 상대적 배치 또는 압축 챔버 중의 적어도 하나 또는 다양한 압축 챔버 내의 지배적인 부피에 대한 전술한 바를 참조하면 된다. 본 발명에 따른 용적형 기계와 관련하여 이미 언급한 바와 유사한 이점이 얻어진다.
본 발명의 추가 양태는, 본 발명에 따른 용적형 기계를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 상대 압축 챔버 용적의 95% 내지 85%, 특히 92% 내지 88%, 특히 90%가 도달되면 제1 통로가 개방되고, 개방 후에, 상기 용적형 스파이럴이 180°내지 360°, 특히 255°내지 315°, 특히 270°의 회전 각도로 회전하는 동안에 개방된 상태로 유지된다는 사실에 기반하고 있다.
또한, 제2 통로는, 상대 압축 챔버 용적의 1.02 배 내지 1.03 배, 특히 최대 상대 압축 챔버 용적이 도달되면 폐쇄되고, 폐쇄 전에, 용적형 스파이럴이 180°내지 360°, 특히 255°내지 315°, 특히 270°의 회전 각도로 회전하는 동안에 개방되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가 설계에 대해서는, 전술한 바, 특히, 통로의 개방 및/또는 폐쇄 시간 또는 개방 기간에 대한 전술한 바를 참조하면 된다. 본 발명에 따른 용적형 기계와 관련하여 이미 언급한 바와 유사한 이점이 얻어진다.
본 발명의 추가적인 동등한 양태는, 본 발명에 따른 용적형 기계, 특히 본 발명에 따른 스크롤 압축기를 가지고 있는 차량 공기 조화 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 용적형 기계 및/또는 용적형 기계를 위한 본 발명에 따른 용적형 스파이럴과 관련하여 이미 언급한 바와 유사한 이점이 얻어진다.
본 발명의 추가적인 동등한 양태는, 본 발명에 따른 용적형 기계 및/또는 본 발명에 따른 차량 공기 조화 시스템을 가지고 있는 차량, 특히 하이브리드 차량에 관한 것이다. 본 발명에 따른 용적형 기계 및/또는 용적형 기계를 위한 본 발명에 따른 용적형 스파이럴과 관련하여 이미 언급한 바와 유사한 이점이 얻어진다. 특히, 본 발명에 따른 차량은 전기 하이브리드 차량이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시 형태에 기초하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 용적형 스파이럴을 사시 평면도로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 용적형 기계, 특히 스크롤 압축기의 종단면을 나타낸다.
도 3a 및 3b는, 상대 스파이럴에서 궤도 운동을 수행하는 용적형 스파이럴 상으로 본 평면도로 본 발명에 따른 용적형 기계의 다양한 위치 및 방법 상태를 나타낸 것으로, 상대 스파이럴의 기부는 도시되어 있지 않다.
도 4는 본 발명에 따른 용적형 기계의 작동 원리를 개략적으로 도시한다.
도 5는 통로의 개방 시간 기간을 회전각의 함수로 나타낸 것이다.
도 6은 R134a 냉각제의 사용과 관련하여 압축 챔버내의 압력을 회전각 및 선택된 흡입 압력의 함수로 나타낸 것이다.
도 7은 R134a 냉각제의 사용과 관련하여 압축 챔버로부터 고압 챔버 안으로 들어가는 방출 사이클 및 제1 통로의 개방 단계를 나타낸다.
도 8은 흡입 압력과 관련된 폐쇄력 및 얻어질 최종 압력을 나타낸다.
도 9는 흡입 단계 동안의 압력 거동을 나타낸다.
도 10은 R134a 냉각제에 대해 배압 곡선을 나타내고 추가로 압축 압력을
나타낸다.
이하, 동일한 부분 및 동일한 효과를 갖는 부분에 대해 동일한 참조 번호를 사용한다.
본 발명에 따른 용적형 스파이럴(31)이 도 1에 도시되어 있다. 이는 특히 도 2의 예시적인 실시 형태에 따른 용적형 기계, 특히, 스크롤 압축기(10) 안에 설치되기 위해 사용된다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 용적형 스파이럴(31)은 기부(34)를 포함한다. 이 기부(34)는 용적형 스파이럴(31)의 후방 벽이라고도 할 수 있다. 기부(34)는 원형으로 구성되고 둥근 판의 형상을 가지고 있다. 나선형 플랭크 부분(36a, 36b, 36c)을 갖는 스파이럴(35)이 기부(34) 상에 구성되어 있다.
나선형 요소(35)는 중심점(M)에서 시작하여 초기 영역(37)까지 연장되어 있다.
2개의 통로, 즉 제1 통로(60)와 제2 통로(61)가 기부(34)에 구성되어 있다. 통로(60, 61)는 관통 구멍이고, 이 관통 구멍은 본질적으로 기부(34)의 표면에 수직하게 있다. 이 경우 제1 통로(60)는 용적형 스파이럴(31)의 중심 부분(38)에 구성되어 있다. 이와는 달리, 제2 통로(61)는 용적형 스파이럴(31)의 초기 영역(37)에 구성되어 있다.
제1 통로(60)는 기부(34)의 일부분에 구성되어 있고, 제1 통로(60)는 나선형 플랭크 부분(36a, 36b) 사이에 편심적으로 구성되어 있다. 이와는 달리, 제2 통로(61)는 나선형 플랭크 부분(36b, 36c) 사이에 편심적으로 구성되어 있다. 나선형 플랭크 부분(36c, 36b) 사이에 구성되어 있는 덕트(39)의 부분은 초기 영역(37)으로서 이해되며, 개구(37a)에서 시작하는 그 부분은 대략 스파이럴 덕트(39)의 총 길이의 최대 10%의 영역에 대응한다. 스파이럴 턱트(39)의 총 길이는 개구(37a)에서부터 시작하여 스파이럴 덕트(39)의 단부(39a)까지 형성되어 있다. 단부(39a)는 냉각제의 유동 방향으로 스파이럴 덕트(39)의 마지막 부분이다. 도시되어 있는 실시예에서, 단부(39a)는 만곡된 형태로 구성되어 있다.
도 1에 도시되어 있는 용적형 스파이럴(31)은 도 2의 예시적인 실시 형태에 따른 스크롤 압축기(10)에 설치된다. 이 스크롤 압축기(10)는 예컨대 차량 공기 조화 시스템의 압축기로서 작용할 수 있다. CO2 차량 공기 조화 시스템과 같은 차량 공기 조화 시스템은 일반적으로 가스 냉각기, 내부 열 교환기, 스로틀, 증발기, 및 압축기를 가지고 있다. 따라서 압축기는 나타나 있는 스크롤 압축기일 수 있다. 다시 말해 스크롤 압축기(10)는 나선 원리에 따른 용적용 기계이다.
도시되어 있는 스크롤 압축기(10)는 벨트 풀리 형태의 기계식 구동기(11)를 가지고 있다. 사용 중에, 벨트 풀리(11)는 전기 모터 또는 내연 엔진에 연결된다. 대안적으로, 스크롤 압축기는 전기식 또는 전동적으로(electromotively) 구동될 수 있다.
스크롤 압축기(10)는 상측 하우징 부분(21)을 갖는 하우징(20)을 추가로 포함하고, 그 상측 하우징 부분은 스크롤 압축기(10)의 고압 영역(47)을 폐쇄한다. 하우징 격벽(22)이 하우징(20) 안에 구성되어 있는데, 이 하우징 격벽은 저압 챔버(30)를 한정한다. 저압 챔버(30)는 또한 흡입 공간이라고도 할 수 있다. 하우징 기부(23)에 관통 개구가 구성되어 있는데. 구동축(12)이 그 관통 개구를 통해 연장되어 있다. 하우징(20)의 외부에 배치되어 있는 축 단부(13)는 구동기(14)에 회전 고정적으로 연결되며, 구동기는 하우징(20)에 장착되어 있는 벨트 풀리, 즉 기계식 구동기(11)에 회전 가능하게 결합되며, 따라서 토크가 벨트 풀리로부터 구동축(12)에 전달될 수 있다.
구동축(12)은 한편으로 하우징 기부(23)에 또한 다른 한편으로는 하우징 격벽(22)에 회전 가능하게 장착된다. 하우징 기부(23)에 대한 구동축(12)의 밀봉은 제1 축 시일(23)에 의해 이루어지고, 하우징 격벽(22)에 대한 밀봉은 제2 축 시일(25)에 의해 이루어진다.
스크롤 압축기(10)는 용적형 스파이럴(31)과 상대 스파이럴(32)을 더 포함한다. 용적형 스파이럴(31)과 상대 스파이럴(32)은 서로에 결합한다. 상대 스파이럴(32)은 바람직하게는 원주 방향 및 반경 방향 모두로 고정된다. 구동축(12)에 결합되어 있는 가동 용적형 스파이럴(31)은 원형 경로를 그리며, 그래서 복수의 가스 포켓 또는 밀봉 챔버(65a, 65b, 65c, 65d)가 그 자체 알려져 있는 방식으로 이 운동에 의해 발생되며, 가스 포켓 또는 밀봉 챔버는 용적형 스파이럴(31)과 상대 스파이럴(32) 사이에서 반경 방향 내측으로 이동하게 된다.
이 궤도 운동에 의해, 작동 매체, 특히 냉각제가 흡입되고, 또한 추가 나선형 운동 및 밀봉 챔버(65a, 65b, 65c, 65d)의 관련된 크기 감소로 밀봉된다. 작동 매체, 특히 냉각제는 반경 방향 외측에서 반경 방향 외측으로 가면서 예컨대 선형적으로 점점 더 압축되고, 상대 스파이럴(32)의 중심 부분에서 고압 챔버(40) 안으로 방출된다.
용적형 스파이럴(31)의 궤도 운동을 발생시키기 위해 편심 베어링(26)이 구성되며, 이 편심 베어링은 편심 핀(27)에 의해 구동축(12)에 연결된다. 편심 베어링(26)과 용적형 스파이럴(31)은 상대 스파이럴(32)에 대해 편심적으로 배치된다. 압축 챔버(65a, 65b, 65c)는 상대 스파이럴(32)에 대한 용적형 스파이럴(31)의 베어링에 의해 압밀한(pressure-tight) 방식으로 서로 분리되어 있다.
고압 챔버(40)가 유동 방향으로 상대 스파이럴(32)의 하류에 배치되며 출구(48)에 의해 상대 스파이럴(32)과 유체 연결된다. 바람직하게 출구(48)는 정확하게 상대 스파이럴(32)의 중심점에 배치되지 않고, 최내측 압축 챔버(65a)의 영역에서 편심적으로 위치되며, 그 최내측 압축 챔버는 용적형 스파이럴(31)과 상대 스파이럴(32) 사이에 형성된다. 이는, 출구(48)는 편심 베어링(26)의 베어링 부싱(28)으로 덮히지 않고 완전 압축된 작동 매체가 고압 챔버(40) 안으로 방출될 수 있음을 의미한다.
상대 스파이럴(32)의 기부(33)는 어떤 부분에서 고압 챔버(40)의 기부를 형성한다. 기부(33)는 고압 챔버(40) 보다 넓다. 고압 챔버(40)는 측면에서 측벽(41)에 의해 경계져 있다. 상대 스파이럴(32)의 기부(33)와 대향하는 측벽(41)의 단부에 오목부(42)가 형성되어 있고, 이 오목부에 밀봉 링(43)이 배치된다. 측벽(41)은 원주 벽이고, 이 원주 벽은 상대 스파이럴(32)의 스탑을 형성한다. 고압 챔버(40)는 상측 하우징 부분(21)에 구성된다. 이는 회전 대칭형 단면을 가지고 있다.
고압 챔버(40)에 모여 있는 압축 작동 매체, 즉 냉각 가스는 출구(44)를 통해 고압 챔버(40) 밖으로 나가 오일 분리기(45) 안으로 유입하고, 본 경우에 그 오일 분리기는 사이클론 분리기로 구성되어 있다. 압축 작동 매체, 즉 압축 냉각 가스는 오일 분리기(45)와 개구(46)를 통해 예시적인 공기 조화 시스템의 회로 안으로 유입한다.
상대 스파이럴(32)에 대한 용적형 스파이럴(31)의 접촉 압력에 대한 제어는, 용적형 스파이럴(31)의 기부(34)에 대응 압력이 가해지도록 이루어진다. 상대(counterpart) 압력 챔버(50)(배압 공간이라고도 함)가 또한 구성된다. 편심 베어링(26)은 상대 압력 챔버(50)에 위치된다. 상대 압력 챔버(50)는 용적형 스파이럴(31)의 기부(34)와 하우징 격벽(22)에 의해 경계져 있다.
상대 압력 챔버(50)는 앞에서 설명한 제2 축 시일(25)에 의해 저압 챔버(30)로부터 유밀한(fluid-tight) 방식으로 분리되어 있다. 밀봉 및 슬라이딩 링(29)이 하우징 격벽(22)의 환형 홈에 위치한다. 그러므로 용적형 스파이럴(31)은 밀봉 및 슬라이딩 링(29)에서 축방향으로 지지되고 그 링 상에서 슬라이딩하게 된다.
마찬가지로 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 용적형 스파이럴(31)의 통로(60, 61)는 적어도 일시적으로 상대 압력 챔버(50)와 도시되어 있는 압축 챔버(65a, 65c) 사이의 유체 연결을 이룰 수 있다. 단면도에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, 제1 통로(60)는 본질적으로 중심 부분(38)에 구성되어 있고, 제2 통로는 용적형 스파이럴(31)의 초기 영역(37)에 구성되어 있다.
상대 스파이럴(32)의 나선형 요소(66), 특히 나선형 플랭크 부분(67a, 67b)은 통로(60, 61)를 일시적으로 폐쇄할 수 있다. 다시 말해, 통로(60, 61)는 예컨대 나선형 플랭크 부분(67a, 67b)에 대한 대응하는 변위에 의해 동시적으로 그리고/또는 시간차를 두고 열리게 되며, 그래서 작동 매체가 압축 챔버(65a 및/또는 65b 및/또는 65c 및/또는 65d)로부터 상대 압력 챔버(50)의 방향으로 흐를 수 있게 된다.
도 2에 더 도시되어 있는 바와 같이, 가스 연결 라인(70)이 용적형 기계 또는 스크롤 압축기(10)의 고압 영역(47)에서부터 상대 압력 챔버(50)까지 구성되어 있다. 가스 연결 라인(70)은 오일 분리기(45)의 하류에 구성되어 있어, 실제로는 오일이 아닌 가스만 가스 연결 라인(70)을 통해 전달된다. 스로틀(71)이 가스 연결 라인(70)에 구성되어 있다.
본 발명의 대안적인 설계(미도시)에서, 상대 스파이럴(32)에 가스 연결 라인이 구성될 수 있다. 이러한 종류의 가스 연결 라인은 고압 챔버(40)에서터 상대 압력 챔버(50)까지의 연결을 이룰 수 있다.
냉각제의 질량 유동은 이 영역에서 흡입되어 압축 과정의 방향으로, 즉 두 스파이럴(31, 32) 사이의 압축 챔버(65a, 65b, 65c, 65d)의 방향으로만 전달되기 때문에, 제2 통로(61)는 저압 챔버(30) 내로의 연결을 이루지 않음을 언급해 두고자 한다. 질량 유동은 상대 압력 챔버(50)로부터 저압 챔버(30) 안으로 갈 수 없다.
도 2에 더 나타나 있는 바와 같이, 스로틀(76)을 갖는 오일 복귀 채널(75)이 고압 영역(47)에서부터 시작하여 구성되어 있다. 이러한 종류의 오일 복귀 채널(75)은 오일 복귀를 보장하기 위해 고압 영역(47)과 저압 영역(30)을 서로 연결한다. 따라서, 개별적인 오일 복귀 및 개별적인 가스 복귀가 실현될 수 있다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기의 도움으로 또는 본 발명에 따른 용적형 스파이럴(31)의 사용의 도움으로, 가변 배압 시스템, 즉 가변 상대 압력 시스템이 구성될 수 있는데, 이러한 시스템에서, 상대 압력 챔버(50)의 압력은 고압 영역(47) 내의 고압과 저압 챔버(30) 내의 흡입 압력 또는 저압 사이의 균형에 의해 설정된다.
이는 특히 통로(60, 61)의 배치에 기반한다. 압축 과정의 시간에 따라 스파이럴(31, 32)의 서로에 대한 다양한 위치가 나타나며, 그래서, 도 3a 및 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 두 통로(60, 61) 중의 하나가 자유롭게 되거나 두 통로 모두가 자유롭게 되지 않으며, 또한 각각의 압축 챔버와 상대 압력 챔버(50) 사이의 연결이 이루어질 수 있다.
용적형 스파이럴(31)을 위쪽에서 본 것이 도 3a 및 3b에 도시되어 있는데, 여기서 상대 스파이럴(32)의 나선형 요소(66) 또는 나선형 플랭크 부분(67a, 67b)을 볼 수 있다. 이와는 달리, 상대 스파이럴(32)의 기부(33)는 볼 수 없다.
도 3a에서, 두 통로(60, 61)는 폐쇄되어 있는데, 즉 상대 스파이럴(32)의 나선형 요소(66) 또는 나선형 플랭크 부분(67a, 67b)이 통로(60, 61)를 덮고 있다. 다시 말해, 도 3a에는, 압축 과정의 0°위치가 도시되어 있는 것이다. 이 경우, 냉각제는 이미 흡입되었고, 대응하는 압축 챔버(65a - 65e)가 형성되었다. 압축 챔버(65e)는 유동 방향으로 가장 먼저 폐쇄되는 압축 챔버이다.
이와는 달리, 도 3b에는 80°위치가 도시되어 있다. 이 위치에서는 제1 통로(60)만 열려 있다. 이는 도 5에서 상세히 설명하는 바와 같이 상대 용적의 90% 점에 대응한다.
도 3a에서는, 압축 챔버(65a - 65e)와 상대 압력 챔버(50) 사이의 유체 연결은 가능하지 않다. 이와는 달리, 도 3b에서는, 제1 통로(60)가 열려 있어, 압축 챔버(65c)와 상대 압력 챔버(50) 사이의 유체 연결이 이루어질 수 있다.
도 4에, 본 발명에 따른 용적형 기계의 기본 원리가 개략적으로 도시되어 있다. 저압 챔버 또는 흡입 챔버(30), 고압 챔버(40), 상대 압력 챔버 및 배압 공간(50)을 볼 수 있다. 오일 복귀 채널(75)이 고압 챔버(40)와 저압 챔버(30) 사이에 구성되어 있다. 따라서 오일 복귀는 고압 챔버(40)와 저압 챔버(30) 사이에서만 일어나게 된다. 별도로, 가스 연결 라인(70)이 고압 챔버(40)와 상대 압력 챔버(50) 사이에 구성되어 있다. 용적형 스파이럴(31)에 있는 제1 통로(60)와 제2 통로(61)를 마찬가지로 볼 수 있다. 통로(60, 61)가 구성되어 있기 때문에, 압축 챔버(65a - 65e)와 상대 압력 챔버(50) 사이의 연결이 가능하다.
스크롤 압축기의 용적 변화 곡선이 도 5에 도시되어 있다. 이 용적 변화 곡선은 원리적으로 모든 스크롤 압축기에 대해 대략 동일하고 또한 사용되는 냉각제에 대해서는 독립적이다. 이 경우 0°의 회전 각도(회전각)는 스크롤 압축기에서 압축 과정의 시작을 나타낸다. 마찬가지로 그래프 THS-1 및 THS-2를 볼 수 있다. 이 경우, THS-1는, 압축 챔버 내의 상대 용적의 함수로 제1 통로(60)가 열리는 압축 과정시의 시간을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 통로(60)는 이러한 종류의 부분, 특히, 이러한 종류의 용적형 스파이럴(31)의 중심 부분(38)에 구성되어 있고, 상대 압축 챔버 용적의 90%가 도달되면 제1 통로(60)가 용적형 기계의 활성화 상태에서 개방되고, 이어서, 개방 후에 용적형 스파이럴(31)이 다음에 270°의 회전 각도로 회전하는 동안에 개방된 상태로 유지된다. 본 경우에 제1 통로(60)는 80°의 회전각에서 열린다. 이와는 달리, 제1 통로의 폐쇄는 350°의 회전각에서 일어난다.
또한, 제2 통로(61)의 폐쇄 시간(THS-2)이 도 5에 나타나 있다. 따라서, 용적형 스파이럴(31)의 초기 영역(37)에 구성되어 있는 제2 통로(61)는 최대 상대 압축 챔버 용적(Vmax)이 존재할 때 폐쇄될 것이다. 따라서 폐쇄는 -50°의 회전 각도에서 일어나는데, 여기서 음의 회전 각도는 스크롤 압축기(10)의 0°각도에 대한 것으로 해석되어야 하며, 이 각도에서 압축 과정이 시작한다. 따라서, 폐쇄 전에 제2 통로(61)는 대략 270°동안 열려 있게 된다.
다시 말해, 제2 통로(61)는 이러한 종류의 용적형 스파이럴(31)의 일부분에 구성되고, 제2 통로(61)는 최대 상대 압축 챔버 용적이 도달되면 폐쇄되고, 폐쇄전에, 용적형 스파이럴(31)이 270°의 회전 각도로 회전하는 동안에는 개방되어 있다.
통로(60, 61)의 개방 시간 기간이 마찬가지로 도 6에 도시되어 있다. 이 도시는 스크롤 압축기(10)에 대응하고, 여기서 R134a이 냉각제로 사용된다. 도시되어 있는 그래프는 냉각제 종속적이다. 또한 그래프는 3 bar, 1 bar 및 6 bar의 서로 다른 흡입 압력(pS)에 대해 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 압축 챔버내의 압력(챔버 압력)의 거동은 회전 각도(회전각)의 함수로 도시되어 있다. 1 bar의 흡입 압력 또는 낮은 압력의 경우, 압축 곡선은 비교적 평평하게 진행하고, 반면 6 bar의 흡입 압력에서 압축 곡선은 비교적 가파르게 진행한다. 3 bar, 1 bar 및 6 bar의 흡입 압력은 -25℃, 0℃ 및 25℃의 각각의 포화 온도/증발 온도(υ'')를 나타낸다. 표준 스크롤 압축기는 차량 공기 조화 시스템에서 -25℃ 내지 +25℃ 온도 범위에서 대응 온도를 제공해야 하고, 그래서 흡입 압력(pS)은 1 bar 내지 6 bar의 범위에서 변하게 된다.
도 7에는, 회전 각도(회전각)의 함수로 압축 챔버내의 압력(챔버 압력)을 도시하는 그래프가 나타나 있다. 이 경우, 현재의 압축 사이클은 굵은 실선으로 도시되어 있다. 이전 사이클 및 다음 사이클은 더 얇은 선으로 나타나 있다. 현재의 압축 사이클에 대해, 제1 통로(60)의 개방 기간(THS-1) 및 제2 통로(61)의 개방 기간(THS-2)이 추가로 도시되어 있다.
20 bar의 압축 압력이 얻어짐을 알 수 있으며, 여기서 그래프의 평평한 상측 부분은 방출 한계(80)를 나타낸다. 이 한계(80)에서, 압축 가스는 고압 챔버(40) 안으로 방출된다. 방출은 대략 180°내지 360°의 회전 각도에서 일어난다. 그래프는 소위 배출각(81)을 더 나타내고 있다. 이 배출각(81)은, 마지막 압축 가스가 고압 챔버 안으로 방출되고 이어서 압축 챔버내의 압력이 갑자기 떨어지는 시간에 관계된다. 압축 챔버에서 압축된 가스는 완전히 방출되지는 않는다. 잔류 가스가 압축 챔버에 남아 있게 된다. 그러나 이 잔류 가스는 상대 압력 챔버(50) 안으로 방출되어서는 안 되고, 그래서, 배출각(81)이 도달되기 전에 제1 개구(60)는 폐쇄되어야 한다. 도 7에 따르면, 배출각(81)이 도달되기 전에 제1 통로(60)는 적어도 30°동안 폐쇄될 것이다. 영역(82)(현재 압축 사이클의 그래프와 그 위쪽에 있는 점선 사이에 형성됨)은, 고압 챔버 안으로 방출되지 않은 이전 압축 사이클의 잔류 가스를 나타낸다.
도 8에는, 용적형 스파이럴(31)과 상대 스파이럴(32)에 관계되는 상대 폐쇄력을 나타내는 영역이 도시되어 있다. 이는 흡입 압력 및 얻어질 최종 압력(배출 압력)의 함수로 도시되어 있다. 명백한 바와 같이, 최종 압력이 증가함에 따라, 폐쇄력도 증가되어야 한다. 도 8의 도시는 R134a 작동 매체로 작동되는 스크롤 압축기에 관한 것이다. 실제로, 안전을 위해, 도 8에 도시되어 있는 것 보다 높은 폐쇄력이 발생된다.
이와는 달리, 압축 과정의 흡입 단계에서의 동적 효과가 도 9에 도시되어 있다. 이 도시는 R134a 냉각제를 사용하는 압축에 관한 것이다. 따라서 흡입 단계 또는 용적형 스파이럴의 흡입 영역에서 과소 압력이 발생할 수 있다. 과소 압력의 경우, 상대 압력 챔버에 증가된 압력이 존재해서는 안 되고, 과소 압력에 의해 이미 두 스파이럴(31, 32)이 서로에 눌리게 된다. 3.0 bar의 교차점을 통과하는 수평선과 흡입 단계에서 압축 챔버내의 압력을 나타내는 그래프 사이의 영역(83)은, -360° 내지 -50°의 회전 각도(회전각) 동안에 제2 통로(62)의 대응 개방에 의해 검출된다.
전체적으로, 본 발명에 따른 용적형 기계 또는 본 발명에 따른 스크롤 압축기로 인해 기술적 이점이 얻어지고, 다양한 압축 단계 및 압축 챔버의 다양한 부분에서 복수의 압력을 검출함으로써 상대 챔버내의 압력이 더 최적으로, 특히 더 낮게 설정될 수 있다.
도 10에는, 한편으로 상대 챔버 압력(배압)의 곡선 및 다른 한편으로는 압축 챔버 압력(챔버 압력)의 곡선이 회전 각도(회전각)의 함수로 도시되어 있다. 아래쪽 도시에는, 제1 통로(60) 및 제2 통로(61)의 개방 구간이 또한 도시되어 있다. 또한 이들 그래프는 R134a 냉각제와 관련하여 생성된 것이다. 매우 명확히 나타나 있는 바와 같이, 압축 챔버내의 압력(챔버 압력)이 증가하면 이에 따라 상대 압력 챔버내의 압력이 낮아지게 되며, 따라서 이에 대한 대책을 실행하는 것이 필요하다.
10 스크롤 압축기
11 기계식 구동기
12 구동 축
13 축 단부
14 구동기
15 원주 벽
20 하우징
21 상측 하우징 부분
22 하우징 격벽
23 하우징 기부
24 제1 축 시일
25 제2 축 시일
26 편심 베어링
27 편심 핀
28 베어링 부싱
29 슬라이딩 링
30 저압 챔버
31 용적형 스파이럴
32 상대 스파이럴
33 기부, 상대 스파이럴
34 기부, 용적형 스파이럴
35 나선형 요소
36a, 36b, 36c 나선형 플랭크 부분
37 초기 영역
37a 개구
38 중심 부분
39 스파이럴 덕트
39a 단부
40 고압 챔버
41 측벽
42 오목부
43 밀봉 링
44 출구
45 오일 분리기
46 개구
47 고압 영역
48 출구
50 상대 압력 챔버
60 제1 통로
61 제2 통로
65a, 65b, 65c, 65d, 65e 압축 챔버
66 나선형 요소
67a, 67b 나선형 플랭크 부분
70 가스 연결 라인
71 스로틀
75 오일 복귀 채널
76 스로틀
80 방출 한계
81 배출각
82 영역
83 영역
M 중심점, 용적형 스파이럴

Claims (14)

  1. 나선 원리에 따른 용적형 기계, 특히 스크롤(scroll) 압축기(10)로서, 고압 챔버(40)를 포함하는 고압 영역(47), 저압 챔버(30), 및 궤도 운동하는 용적형 스파이럴(31)을 가지며, 작동 매체를 수용하기 위해 상기 용적형 스파이럴(31)과 상대 스파이럴(32) 사이에 압축 챔버(65a, 65b, 65c, 65d, 65e)가 형성되도록 상기 용적형 스파이럴은 상기 상대 스파이럴(32)에 결합하고, 상기 저압 챔버(30)와 상기 용적형 스파이럴(31) 사이에는 상대 압력 챔버(50)가 구성되어 있으며,
    상기 용적형 스파이럴(31)은 적어도 2개의 통로(60, 61)를 가지며, 상기 통로는 적어도 일시적으로 상기 상대 압력 챔버(50)와 상기 압축 챔버(65a, 65b, 65c, 65d, 65e) 중 적어도 하나의 사이에 유체 연결을 이루며, 제1 통로(60)가 본질적으로 상기 용적형 스파이럴(31)의 중심 부분(38)에 구성되어 있고, 적어도 하나의 제2 통로(61)가 상기 용적형 스파이럴(31)의 초기 영역(37)에 구성되어 있는, 용적형 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 통로(60) 및/또는 상기 적어도 하나의 제2 통로(61)는 상기 용적형 스파이럴(31)의 기부(34)의 일부분에 구성되어 있는, 용적형 기계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 통로(60)는 이러한 종류의 용적형 스파이럴(31)의 일부분에 구성되어 있고, 상기 용적형 기계의 활성화 상태에서 상대 압축 챔버 용적의 95% 내지 85%, 특히 92% 내지 88%, 특히 90%가 도달되면 상기 제1 통로(60)가 개방되고, 또한 개방 후에, 상기 용적형 스파이럴(31)이 180°내지 360°, 특히 255°내지 315°, 특히 270°의 회전 각도로 회전하는 동안에 개방된 상태로 유지되는, 용적형 기계.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 통로(61)는 이러한 종류의 용적형 스파이럴(31)의 일부분에 구성되어 있고, 상기 제2 통로(61)는, 최대 압축 챔버 용적(Vmax)이 도달되면 폐쇄되고, 폐쇄 전에, 상기 용적형 스파이럴(31)이 180°내지 360°, 특히 255°내지 315°, 특히 270°의 회전 각도로 회전하는 동안에 개방되어 있는, 용적형 기계.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최대 압축 챔버 용적(Vmax)은 αVmax의 회전 각도에 할당되고, αVmax ±30°의 회전 각도가 도달되면, 특히 αVmax의 회전 각도가 도달되면 상기 제2 통로(61)가 폐쇄되는, 용적형 기계.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    배출각이 도달되기 전에 상기 제1 통로(60)는 적어도 10°의 회전 각도, 특히 적어도 20°의 회전 각도, 특히 적어도 30°의 회전 각도에서 폐쇄되는, 용적형 기계.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용적형 기계의 고압 영역(47)에서부터 상기 상대 압력 챔버(50)까지 가스 연결 라인(70)이 형성되어 있는, 용적형 기계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스 연결 라인은 하우징(20)에 구성되어 있고 상기 고압 챔버(40)를 상대 압력 챔버(50)에 연결하는, 용적형 기계.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용적형 기계의 고압 영역(47)에서부터 상기 저압 챔버(60)까지 오일 복귀 채널(75)이 형성되어 있는, 용적형 기계.
  10. 나선 원리에 따른 용적형 기계, 특히 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 용적형 기계를 위한 용적형 스파이럴로서,
    상기 용적형 스파이럴은 적어도 2개의 통로(60, 61)를 가지며, 제1 통로(60)가 본질적으로 상기 용적형 스파이럴(31)의 중심 부분(38)에 형성되어 있고, 적어도 하나의 제2 통로(61)가 상기 용적형 스파이럴(31)의 흡입 영역(37)에 형성되어 있는, 용적형 스파이럴.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 용적형 기계를 작동시키기 위한 방법으로서,
    상대 압축 챔버 용적의 95% 내지 85%, 특히 92% 내지 88%, 특히 90%가 도달되면 제1 통로(60)가 개방되고, 또한 개방 후에, 상기 용적형 스파이럴(31)이 180°내지 360°, 특히 255°내지 315°, 특히 270°의 회전 각도로 회전하는 동안에 개방된 상태로 유지되는, 용적형 스파이럴을 작동시키기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    제2 통로(61)는, 최대 상대 압축 챔버 용적(Vmax)이 도달되면 폐쇄되고, 또한 폐쇄 전에, 상기 용적형 스파이럴(31)이 180°내지 360°, 특히 255°내지 315°, 특히 270°의 회전 각도로 회전하는 동안에 개방되어 있는, 용적형 스파이럴을 작동시키기 위한 방법.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 용적형 기계, 특히 스크롤 압축기(10)를 가지고 있는 차량 공기 조화 시스템.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 용적형 기계 및/또는 제13항에 따른 차량 공기 조화 시스템을 가지고 있는 차량.
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