KR20220160691A - 용적식 기계, 방법, 차량 공조 시스템 및 차량 - Google Patents

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크리스티안 부슈
요헨 본트
마르쿠스 오틀
로만 레서
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오이티 게엠베하
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Abstract

본 발명은 스크롤(scroll)형 용적식 기계, 특히 스크롤 압축기에 관한 것으로, 이는 고압실(11), 저압실(12), 선회 변위 나선(13), 상대(counter) 나선(14) 및 저압실(12)과 변위 나선(13) 사이에 배치되는 역압력실(15)을 가지며, 출구 개구(16)가 고압 영역에서 상대 나선(14)에 배치되며, 압축된 작동 매체가 작동 동안에 출구 개구를 통해 고압실(11) 안으로 유입하며, 변위 나선(13)은 역압력실(15)과의 유체 연결을 위한 적어도 하나의 제 1 및 제 2 통로 개구(17a, 17b)를 가지며, 적어도 제 1 통로 개구(17a)는 출구 개구(16)의 영역에 배치되며, 그래서, 작동 동안에 제 1 통로 개구(17a)와 출구 개구(16)는 적어도 부분적으로 일시적으로 겹친다.

Description

용적식 기계, 방법, 차량 공조 시스템 및 차량
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 스크롤형 용적식(positive displacement) 기계에 관한 것이다. 본 발명은 또한 방법, 차량 공조 시스템 및 차량에 관한 것이다.
서두에서 언급된 종류의 용적식 기계는 DE 10 2017 105 175 B3에 공지되어 있다. DE 10 2017 105 175 B3에는 변위 나선 및 상대(counter) 나선을 포함하는 스크롤 압축기가 기재되어 있다. 변위 나선은 상대 나선 안으로 결합한다. 선회하는 변위 나선은 냉각제가 압축되는 압축실을 형성한다. 냉각제의 압축을 가능하게 하려면 변위 나선이 상대 나선에 단단히 맞닿아야 한다. 따라서, 변위 나선이 상대 나선에 눌려지는 것이 유리하다. 이를 위해, 역압력실이 상대 나선으로부터 멀어지는 쪽으로 향하는 변위 나선의 측에 배치된다. 이러한 역압력실은 배압실이라는 명칭으로도 알려져 있다. 역압력실 또는 배압실은 압력을 증대시키는 기능을 한다. 이를 위해, 변위 나선은 2개의 개구를 포함하고, 이들 개구는 역압력실 또는 배압실을 압축실과 유체적으로 연결한다. 배압실의 압력은, 변위 나선을 상대 나선에 누르는 힘으로 변위 나선에 작용하며, 그래서 두 나선은 서로에 대해 유밀하게(fluid tight) 시일링된다.
서두에서 언급된 종류의 알려진 스크롤 압축기에서, 역압력실의 압력은, 변위 나선이 상대 나선에 유밀한 방식으로 맞닿도록 변위 나선을 상대 나선에 누를 만큼 충분히 높아야 한다. 그러나, 압력은 마찰력이 생기게 할 정도로 높지 않아야 하는데, 그 마찰력은 변위 나선의 선회 운동을 감속시키거나 성능 손실을 초래한다.
역압력실이 변위 나선을 상대 나선에 누르도록 충분히 높은 압력을 제공하고 그러는 과정에서 가능한 한 성능 손실을 최소화하는 것이 구성적인 비용과 관련된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 변위 나선을 상대 나선에 누르기 위한 역압력실 내의 압력의 발생을 개선하여 용적식 기계에 대한 간단하고 비용 효과적인 구성을 가능하게 하는 용적식 기계를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 방법, 차량 공조 시스템 및 차량을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 위의 목적은 다음과 관련하여 달성된다:
- 청구항 1의 주제에 의한 용적식 기계,
- 청구항 12의 주제에 의한 방법,
- 청구항 13의 주제에 의한 차량 공조 시스템, 및
- 청구항 14의 주제에 의한 차량.
구체적으로, 위의 목적은 스크롤형 용적식 기계, 특히 스크롤 압축기로 달성되며, 이는 고압실, 저압실, 선회 변위 나선, 상대 나선) 및 저압실과 변위 나선) 사이에 배치되는 역압력실을 가지며, 출구 개구가 고압 영역에서 상대 나선에 배치되며, 압축된 작동 매체가 작동 동안에 출구 개구를 통해 고압실 안으로 유입하며, 변위 나선은 역압력실과의 유체 연결을 위한 적어도 하나의 제 1 및 제 2 통로 개구를 가지며, 적어도 제 1 통로 개구는 출구 개구의 영역에 배치되며, 그래서, 작동 동안에 제 1 통로 개구와 출구 개구는 적어도 부분적으로 일시적으로 겹친다.
고압실은 압축된 작동 매체가 회로(예컨대, 냉각 회로)에 다시 공급되기 전에 흐르는 영역이다.
저압실은 흡입실이라고도 할 수 있다. 가스는 상대 나선과 변위 나선 사이에서 반경 방향 외부로부터 저압실 밖으로 흐른다.
변위 나선의 선회 운동은 원형 경로에서의 운동으로 이해되어야 한다.
작동 매체는 바람직하게는 냉각 유체, 특히 바람직하게는 기체 냉각 유체, 예를 들어 CO2를 포함한다.
출구 개구는 상대 나선의 중심 또는 중간에 배치된다. 즉, 출구 개구는 상대 나선의 중간점의 영역에 배치된다.
출구 개구는 유리하게는 밸브를 갖는다. 압축 후 작동 매체는 출구 개구를 통해 고압실 안으로 흐른다. 작동 매체는 고압실을 통해 다시 작동 회로, 특히 냉각 회로에 공급된다.
제 1 출구 개구 및 제 2 출구 개구는 각각 역압력실과의 유체 연결을 이룬다.
적어도 제 1 통로 개구는 중심 출구 개구의 영역에 배치된다. 통로 개구는 변위 나선에 배치되고 출구 개구는 상대 나선에 배치된다. 따라서, 제 1 통로 개구는 출구 개구의 반대편에 배치된다. 그 결과, 제 1 통로 개구는 고압 영역에 적어도 일시적으로 배치될 수 있다.
제 1 통로 개구 및 출구 개구는 서로 오프셋된 평행한 평면에 배치되고, 용적식 기계의 작동 동안에 적어도 부분적으로 일시적으로 겹친다. 여기서 겹침은, 두 평면의 평면도에서 볼 때, 제 1 통로 개구가 출구 개구의 외부 윤곽에 접하고 교차하며 그리고/또는 접촉한다는 것을 의미한다.
다시 말해서, 겹침은, 평행한 평면들이 서로 중첩될 때, 변위 나선의 작동 중 적어도 한 시점에서 제 1 통로 개구와 출구 개구가 적어도 하나의 공통 교차를 갖도록 해석되어야 한다.
이의 이점은, 변위 나선을 상대 나선에 누르기 위해 역압력실에 충분히 높은 압력이 생성될 수 있다는 것이다.
제 1 통로 개구와 출구 개구는 적어도 부분적으로 일시적으로 겹치기 때문에 제 1 통로 개구는 변위 나선의 회전 각도의 가능한 가장 큰 각도 범위에 걸쳐 그래서 가능한 가장 긴 시간에 걸쳐 고압 영역에 유지되고, 역압력실과의 유체 연결을 이룬다.
유체 연결은 역압력실 내의 압력을 발생시킨다. 제 1 통로 개구를 출구 개구의 영역에 일시적으로 배치함으로써, 변위 나선을 상대 나선에 누르기 위한 압력은, 변위 나선이 동시에 상대 나선에 충분히 유밀하게 접촉하여 배치되는 동안에,변위 나선의 선회 운동을 감속시키고 또한 성능 손실을 야기하는 마찰력이 가능한 한 낮게 유지되도록 조절된다.
또한, 2개의 통로 개구는 역압력실과의 연속적인 유체 연결을 허용한다. 결과적으로, 역압력실과의 추가 유체 연결이 필요하지 않다. 이로써, 용적식 기계의 더 컴팩트하고 비용 효과적인 설계가 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태는 종속항에 기재되어 있다.
특히 바람직한 실시 형태에서, 제 2 통로 개구는 작동 동안에 고압 영역의 압력보다 낮은 압력을 갖는 변위 나선의 일 영역에 배치된다.
이로써, 예를 들어 압축실의 압축된 작동 매체가 변위 나선에 역압력실의 방향으로 큰 힘을 가할 때 역압력실이 고압에 노출될 수 있다. 압축된 작동 매체가 변위 나선에 가하는 압력이 낮으면, 역압력실의 압력도 낮게 설정되어 성능 손실을 최소화할 수 있다.
다른 특히 바람직한 실시 형태에서, 제 1 통로 개구는 435°내지 650°의 선회 변위 나선의 회전 각도의 각도 범위에서 역압력실과 유체적으로 연결된다.
제 1 통로 개구가 역압력실과 유체적으로 연결되는 회전 각도의 각도 범위가 유리한데, 왜냐하면, 이것이 선회 변위 나선의 회전 각도의 가능한 가장 큰 영역에 걸쳐 압축실과 역압력실 사이의 유체 연결을 가능하게 하기 때문이다. 추가로, 작동 매체의 압축 및 이에 따른 큰 회전 각도 후의 압력이 높으며, 그래서 역압력실은 충분히 높은 압력에 노출될 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 제 1 통로 개구는 출구 개구와 1% 내지 100%, 특히 10% 내지 90%, 특히 20% 내지 80%, 특히 30% 내지 70%, 특히 40% 내지 60%로 일시적으로 겹친다.
가능한 가장 큰 겹침은, 제 1 통로 개구가 가능한 오랫동안 용적식 기계의 고압 영역에 배치될 수 있게 한다. 이는 제 1 통로 개구가 개방되는 유리하게 큰 시간 범위를 가능하게 한다. 다른 단계의 겹침을 통해, 제 1 통로 개구와 출구 개구가 서로 겹치는 시간 범위를 조정할 수 있다.
다른 바람직한 실시 형태에서, 적어도 제 1 및 제 2 압축실은 작동 동안에 작동 매체를 일시적으로 수용하도록 설계되고, 제 2 통로 개구는 변위 나선에 배치되어, 작동 동안에 변위 나선의 선회 운동으로 인해 제 2 통로 개구가 적어도 부분적으로 제 1 압축실에 일시적으로 배치되고, 이어서 적어도 부분적으로 제 2 압축실에 일시적으로 배치된다.
그 결과, 역압력실은 제 2 통로 개구에 의해 제 1 압축실 및 제 2 압축실과 교대로 일시적으로 추가로 유체적으로 연결된다. 이로써, 역압력실은 압축실 중의 적어도 하나 및/또는 출구 영역의 고압 영역과 유체적으로 연결될 수 있다.
제 2 통로 개구는 제 1 압축실에 95°내지 250°의 선회 변위 나선의 회전 각도의 각도 범위로, 그리고 제 2 압축실에는 285°내지 650°의 각도 범위로 배치되는 것이 특히 바람직하다.
제 2 통로 개구가 제 1 및 제 2 압축실에 일시적으로 배치되는 회전 각도의 각도 범위는, 제 2 통로 개구가 역압력실과 가능한 한 오랫동안 유체적으로 연결되기 때문에, 유리하다.
더욱이, 큰 회전 각도가 주어지면 압축실에서 압축이 진행되었다. 이렇게 해서, 역압력실은 작은 회전 각도가 주어지는 경우 보다 더 높은 압력에 노출될 수 있다. 다르게 표현하면, 통로 개구는, 압축실의 압력이 역압력실에 충분한 압력을 생성하고 유밀한 방식으로 그리고 낮은 성능 손실로 변위 나선을 상대 나선에 누르기에 충분히 높은 회전 각도에서 시작하여 제 1 또는 제 2 압축실에 배치된다.
제 1 및/또는 제 2 통로 개구는 변위 나선의 바닥의 일 부분에 배치되는 것이 바람직하다. 이것이 유리한데, 왜냐하면, 그렇게 하면 상대 나선이 통로 개구를 통과하는 것이 용이하게 되기 때문이다.
추가로, 이렇게 해서, 역압력실과의 곧은 그리고 가능한 가장 짧은 연결이 이루어질 수 있다.
제 1 통로 개구는 제 2 통로 개구보다 더 작은 직경을 가지며, 그 직경은 0.1 mm 내지 1 mm 인 것이 유리하다.
특히, 제 1 통로 개구는 0.3 mm의 직경을 가지며 그리고/또는 제 2 통로 개구는 0.5 mm의 직경을 갖는 것이 유리하다.
직경이 다르기 때문에, 제 1 및 제 2 통로 개구부를 압축실의 압력에 맞게 조정할 수 있다. 서로 맞물리는 나선의 반경 방향 내측 영역에서, 작동 매체의 압축 레벨 및 압력은 서로 맞물리는 나선의 반경 방향 외측 영역에서 보다 높다. 제 1 통로 개구는 높은 압축 레벨을 갖는 변위 나선의 반경 방향 내측 영역에 배치된다. 제 2 통로 개구는, 바람직하게, 반경 방향 내측 영역에서 보다 낮은 압축 레벨을 갖는 반경 방향 외측 영역에 배치된다. 제 1 통로 개구의 직경이 더 작아서, 높은 압축 레벨을 갖는 영역 또는 고압 영역으로부터 역압력실 안으로 가는 유체 유동을 제한한다. 압력은 반경 방향 외측 영역에서 더 낮으며, 그래서 변위 나선을 상대 나선에 누르기에 충분한 압력에 역압력실을 노출시키기 위해서는 제 2 통로 개구의 더 큰 직경이 유리하다.
유리한 실시 형태에서, 제 1 및/또는 제 2 통로 개구는 원형, 타원형 또는 난형 단면을 갖는다.
이로써, 작동 매체의 유동 특성에 영향을 주는 통로 개구의 다양한 유리한 실시 형태가 가능하다. 예컨대, 상대 나선을 통과하면서 작동 동안에 먼저 노출되는 제 1 통로 개구의 영역이, 여전히 상대 나선에 의해 덮이는 영역 보다 더 큰 단면을 가질 수 있다. 결과적으로, 통로 개구가 완전히 개방되기 전에도 역압력실과의 충분한 유체 연결이 이루어진다.
바람직한 실시 형태에서, 변위 나선 및/또는 상대 나선은 적어도 부분적으로 모따기부를 갖는다.
그 모따기부는 상대 나선을 통과하도록 제 1 및/또는 제 2 통로 개구에 의해 횡단되는 회전 각도의 영역을 감소시킬 수 있다. 이렇게 해서, 모따기부는 통로 개구가 폐쇄되는 시간 범위를 단축시킬 수 있다.
본 발명의 체제 내에서, 용적식 기계를 작동시키기 위한 방법이 더 개시되고 청구되며, 용적식 기계의 작동 동안에, 제 1 통로 개구의 적어도 일부분은 상대 나선에 중심에 배치되는 출구 개구와 일시적으로 겹치며, 역압력실과의 유체 연결이 형성된다.
차량 공조 시스템 및 차량 공조 시스템을 갖는 차량이 본 발명의 체제 내에서 개시되고 청구된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시 형태에 기초하여 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 용적식 기계의 본 발명에 따른 예시적인 실시 형태의 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 용적식 기계의 추가 단면도이다.
도 3은 용적식 기계의 본 발명에 따른 예시적인 실시 형태의 상대 나선과 변위 나선의 개략 단면도이다.
도 4는 0°의 회전 각도에서 압축 사이클 동안에 용적식 기계의 본 발명에 따른 예시적인 실시 형태의 상대 나선과 변위 나선의 개략 단면도이다.
도 5는 120°의 회전 각도에서 도 4에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 6은 260°의 회전 각도에서 도 4에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 7은 360°의 회전 각도에서 도 4에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 8은 460°의 회전 각도에서 도 4에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 9는 500°의 회전 각도에서 도 4에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 10은 600°의 회전 각도에서 도 4에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 11은 720°의 회전 각도에서 도 4에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 1 및 도 2 각각은 예컨대 차량 공조 시스템에 사용되는 종류의 용적식 기계(10)의 본 발명에 따른 예시적인 실시 형태의 단면도를 나타낸다.
용적식 기계(10)는 하우징(19)을 포함한다. 이 하우징(19)은 원통형 형상을 갖는다. 구동기(20)가 하우징(19)에 배치된다. 예를 들어, 전기 모터 또는 기계적 구동기가 구동기(20)로서 가능하다. 구동기(20)는 축(21)과 연결된다.
축(21)은 하우징(19)의 길이 방향으로 연장된다. 편심 핀(23)을 갖는 편심 베어링(22)이 축(21)의 축방향 단부에 배치된다. 편심 베어링(22)은 변위 나선(13)을 축(21)에 연결한다.
하우징(19) 내부에서, 편심 베어링(22)으로부터 멀어지는 쪽으로 향하는 변위 나선(13)의 측에 상대 나선(14)이 배치된다. 상대 나선(14)은 용적식 기계(10)의 하우징(19)에 고정적으로 그리고 움직이지 않게 배치된다. 상대 나선(14)은 하우징(19)과 일체로 설계될 수 있다.
고압실(11)이 변위 나선(13)으로부터 멀어지는 쪽으로 향하는 상대 나선(14)의 측에 배치된다
출구 개구(16)가 상대 나선(14)에 중심에 배치된다. 출구 개구(16)는 고압실과 변위 나선(13)과 대향하는 상대 나선(14)의 측면 사이에 연장된다.
저압실(12)이 상대 나선(14)으로부터 멀어지는 쪽으로 향하는 변위 나선(13)의 측에 배치된다. 역압력실(15)이 저압실(12)과 변위 나선(13) 사이에 배치된다.
변위 나선(13)은 축(21)의 길이 방향에 평행한 방향으로 이동할 수 있도록 하우징(19)에 배치된다. 다시 말해, 변위 나선(13)은 상대 나선(14)의 방향으로 그리고 상대 나선(14)으로부터 멀어지게 이동될 수 있다. 도 2에서 명백한 바와 같이, 제 1 및 제 2 통로 개구(17a, 17b)가 변위 나선(13)의 바닥에 배치된다.
제 1 통로 개구(17a)는 변위 나선(13)의 반경 방향 내측 영역에 배치된다. 제 2 통로 개구(17b)는 변위 나선(13)의 반경 방향 외측 영역에 배치된다. 제 1 및 제 2 통로 개구(17a, 17b)는 바닥의 표면에 수직으로 연장된다. 설치된 상태에서, 통로 개구(17a, 17b)는 상대 나선(14)과 대향하는 바닥의 측면과 상대 나선(14)으로부터 멀어지는 쪽으로 향하는 바닥의 측면 사이에서 연장된다.
통로 개구(17a, 17b) 각각은 바닥의 양측면에서 개구를 가지며, 이는 바닥의 두 측면을 서로 연결한다. 다르게 표현하면, 통로 개구(17)는 변위 나선(13)의 바닥의 두 측면 사이에 통로를 형성한다. 통로 개구(17a, 17b)는 역압력실(15)과의 유체 연결을 형성한다.
통로 개구(17a, 17b)는 원형 단면을 갖는다. 다른 형상, 예컨대 타원형, 난형 또는 다각형과 같은 다른 형상도 가능하다. 통로 개구(17a, 17b)는 바람직하게는 보어홀을 갖는다. 통로 개구(17a, 17b)의 직경은 바람직하게는 0.1 mm 내지 1 mm 이다. 특히, 제 1 통로 개구(17a)의 직경은 0.3 mm이고, 제 2 통로 개구(17b)의 직경은 0.5 mm이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 용적식 기계(10)에 사용될 수 있는 종류의 변위 나선(13) 및 상대 나선(14)의 개략도를 나타낸다.
변위 나선(13) 및 상대 나선(14)은 각각 나선형 섹션(24) 및 바닥을 갖는다. 나선형 섹션(24)은 각각 변위 나선(13) 및 상대 나선(14)의 바닥에 수직으로 배치된다. 나선형 섹션(24)은 나선형 또는 헬리컬의 기하학적 구조를 갖는다. 설치된 상태에서, 변위 나선(13)의 나선형 섹션(24)은 상대 나선(14)의 방향으로 연장되고, 상대 나선(14)의 나선형 섹션(24)은 변위 나선(13)의 방향으로 연장된다. 변위 나선(13)과 상대 나선(14)의 나선형 섹션(24)은 서로 맞물린다. 작동 동안에 나선형 섹션(24)은 각각 서로 대향하는 나선(13, 14)의 바닥과 접촉한다.
서로 맞물리는 나선(13, 14)은 압축실(18a, 18b)을 형성한다. 다르게 표현하면, 압축실(18a, 18b)은 변위 나선(13)과 상대 나선(14)의 나선형 섹션(24)에 의해 경계져 있다.
출구 개구(16)는 상대 나선(14)에 중심에 그리고 편심적으로 배치된다. 2개의 보조 출구 개구(25a, 25b)가 출구 개구(16)의 옆에서 상대 나선(14)에 배치된다. 보조 출구 개구(25a, 25b)는 예비 출구라고도 할 수 있다. 보조 출구 개구(25a, 25b)는 상대 나선(14)의 중심으로부터 반경 방향상으로 이격되어 있다.
내측 압축실(26)이 2개의 맞물리는 나선(13, 14)의 반경 방향 내측 영역에 배치된다. 따라서 출구 개구와 관련하여, "중심 또는 중간에 배치되는"이라는 표현은, 출구 개구가 내측 압축실(26)(변위 나선(13)과 상대 나선(14)에 의해 경계짐)과 적어도 부분적으로 일시적으로 겹치는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
도 4 내지 도 11은 용적식 기계(10)의 압축 사이클의 다양한 상태를 개략적으로 나타낸다. 변위 나선(13)과 상대 나선(14)의 서로에 대한 위치는 아래에서 각 부품의 기하학적 구조 및 그의 기능 또는 효과에 촛점을 맞춘 스냅샷으로 설명된다. 구조 면에서 도 4 내지 도 11에 나타나 있는 나선 어레이는 도 3에 나타나 있는 나선 어레이에 본질적으로 대응한다.
압축 사이클은 연속적으로 반복되는 압축 과정의 통과 또는 기간으로 이해되어야 한다.
압축 사이클 동안의 변위 나선(13)의 위치는 선회 운동의 회전 각도로 표현될 수 있다. 도 4에서 변위 나선(13)의 회전 각도는 0°이다.
도 4는 반경 방향 외측 영역에 있는 제 1 및 제 2 압축실(18a, 18b)을 나타낸다. 두 압축실(18a, 18b)은 폐쇄된다.
압축실(18)은 변위 나선(13) 및 상대 나선(14)의 나선형 섹션(24)에 의해 유밀하게 에워싸일 때 폐쇄된다.
다른 각각의 제 1 및 제 2 압축실(18c, 18d)은 나선(13, 14)의 반경 방향 내측 영역에 배치된다. 압축실(18c, 18d)은 각각 압축실(18a, 18b)보다 더 작은 상대 부피를 갖는다.
압축실(18)의 상대 부피는, 0°의 회전 각도에서의 압축실(18)의 초기 부피와 관련하여 용적식 기계(10)의 압축 사이클 동안의 특정 시점에서 압축실(18)의 가변 부피로 이해되어야 한다.
제 1 통로 개구(17a)는 상대 나선(14)의 나선형 섹션(24)에 의해 덮인다. 제2 통로 개구(17b)는 제 2 압축실(18d)에 배치된다. 따라서, 제 1 통로 개구(17a)는 폐쇄되고, 제 2 통로 개구(17b)는 개방된다. 그 결과, 제 2 압축실(18d)과 역압력실(15) 사이에 유체 연결이 존재하고, 변위 나선(13)이 상대 나선(14)에 눌리게 된다.
도 5는 120°의 회전 각도에서의 스냅샷을 보여준다. 압축실(18a, 18b)은 반경 방향 내측으로 이동하였다. 압축실(18a, 18b)의 상대 부피의 크기는 감소되었다.
압축실(18a, 18b)의 상대 부피는 회전 각도가 증가함에 따라 감소한다. 상대 부피의 감소는 압축실(18a, 18b)의 압력을 상승시킨다.
압축실(18c, 18d)은 결합하여 내측 압축실(26)을 형성한다. 내측 압축실(26)은 바람직하게는 제 1 통로 개구(17a)가 배치되는 고압 영역에 대응한다.
제 1 통로 개구(17a)는 내측 압축실(26) 또는 고압 영역에 배치된다. 제 1 통로 개구(17a)는 출구 개구(16)와 겹친다. 제 2 통로 개구(17b)는 제 1 압축실(18a)에 배치된다. 따라서 두 통로 개구(17a, 17b)가 개방되어, 역압력실(15)과의 유체 연결을 가능하게 한다.
"겹침"이라는 용어는 양 개구(17a, 16)가 적어도 부분적으로 서로 상하로 배치되는 것을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 제 1 통로 개구(17a)는 상대 나선형(14)의 방향으로 출구 개구(16)로부터 이격된다. 다르게 표현하면, 통로 개구(17a)는 적어도 부분적으로 출구 개구(16)를 덮고, 뒤덮거나 교차한다.
제 1 통로 개구(17a)의 단면 겹침으로 인해, 역압력실(15)에서 최고의 가능한 압력이 설정될 수 있다. 그 추가 결과로서, 역압력실(15)은 가장 긴 가능한 시간 범위 또는 큰 회전 각도 범위에 대해 고압 영역과 유체적으로 연결된다.
도 6은 260°의 회전 각도에서의 압축 사이클의 도를 나타낸다.
제 1 및 제2 압축실(18a, 18b)은 반경 방향 내측으로 더 이동하였다. 내측 압축실(26)와 제 1 및 제 2 압축실(18a, 18b)의 상대 부피는 크기가 감소되었다. 따라서, 압축실(18a, 18b)의 압력은 더 증가하였다.
제 1 통로 개구(17a)는 여전히 내측 압축실(26)에 배치된다. 제 1 통로 개구(17a)는 더 이상 출구 개구(16)와 겹치지 않는다. 제 2 통로 개구(17b)는 상대 나선(14)의 나선형 섹션(24)에 의해 덮여 있다. 도 6의 역압력실(15) 내의 압력은 제 1 통로 개구(17a)와 내측 압축실 사이의 유체 연결에 기인한다.
도 7은 360°의 회전 각도에서의 압축 사이클의 스냅샷을 보여준다.
2개의 새로운 압축실(18e, 18f)이 변위 나선(13)과 상대 나선(14)의 반경 방향 외측 영역에 형성되었다.
제 1 및 제 2 압축실(18a, 18b)은 중심 또는 출구 개구(16)의 방향으로 더 이동하였다. 내측 압축실(26)의 상대 부피는 크기가 더 감소하였다. 출구 개구(16)는 부분적으로 내측 압축실(26)에 배치된다. 즉, 내측 압축실(26)의 단면은 출구 개구(16)의 단면보다 작다.
제 1 통로 개구(17a)는 상대 나선(14)의 나선형 섹션(24)에 의해 덮이고, 따라서 폐쇄된다. 나선형 섹션(24)을 통과한 후, 제 2 통로 개구(17b)는 제 2 압축실(18b)에 배치되고 개방된다.
도 8은 460°의 회전 각도에서의 압축 과정을 보여준다.
압축실(18e, 18f)은 출구(16)의 방향으로 더 이동하였다. 압축실(18e, 18f)의 상대 부피는 크기가 더 감소하였다.
제 1 및 제 2 압축실(18c, 18d)을 결합하여 생성된 내측 압축실(26)은 해산되었다. 제 1 및 제 2 압축실(18a, 18b)은 결합되어 새로운 내측 압축실(26)을 형성하였다.
제 1 통로 개구(17a)는 내측 압축실(26)에 배치된다. 제 1 통로 개구(17a)는 출구 개구(16)와 겹친다. 제 2 통로 개구(17b)는 제 1 압축실(18c)과 내측 압축실(26) 사이에서 연장되는 상대 나선(14)의 나선형 섹션(24)에 의해 부분적으로 덮인다. 제 2 통로 개구(17b)는 부분적으로 개방된다.
제 1 통로 개구(17a)는 고압 영역 또는 내측 압축실(26) 및 역압력실(15)과의 유체 연결을 이룬다. 여기서, 이는, 제 2 통로 개구(17b)는 아직 완전히 개방되지 않고 부분적으로만 개방되기 때문에, 역압력실(15) 내의 압력에 대해 유리한 영향을 주며, 그래서 이 시점에서 낮은 압력이 제 1 통로 개구(17a) 없이 압축 사이클에서 설정될 것이다.
도 9는 500°에서의 압축 사이클의 스냅샷을 보여준다.
압축실(18e, 18f) 및 내측 압축실(26)의 상대 부피는 크기가 더 감소하였다.
출구 개구(16)는 내측 압축실(26)에 완전히 배치된다. 제 1 통로 개구(17a)는 여전히 내측 압축실(26)에 배치되고 출구 개구(16)와 겹친다. 제 2 통로 개구(17b)는 더 이상 부분적으로가 아니라 오히려 완전히 제 1 압축실(18e)에 배치된다. 두 통로 개구(17a, 17b)는 개방되고 역압력실(15)과 유체적으로 연결된다.
도 10에서, 출구 개구(16)는 여전히 600°의 회전 각도에서 내측 압축실(26)에 배치되어 있다. 제 1 통로 개구(17a)는 출구 개구(16)를 덮지 않는다.
제 2 통로 개구(17b)는 제 1 압축실(18e)에 배치된다. 제 2 통로 개구(17b)는 나선형 섹션(24)에 접선 방향으로 접한다.
도 11은 본질적으로 360°의 회전 각도에서의 상태에 대응하는 압축 사이클의 상태를 나타내며(도 7 참조), 도 11의 내측 압축실(26)은, 도 7에 나타나 있는 상태와는 반대로, 압축실(18a, 18b)로부터 발생하였다.
축(21)은 구동기(20)와 작동적으로 연결된다. 작동 동안, 축(21)의 회전 및 축(21)과 변위 나선(13)의 편심 연결은 변위 나선(13)의 선회 운동을 생성한다.
작동 매체(예를 들어 냉각제)가 압축 사이클의 시작시에 나선(13, 14)의 반경 방향 외측 영역에서 저압실(12) 밖으로 흡입된다. 작동 매체는 변위 나선(13)과 상대 나선(14) 사이의 압축실(18)에서 이송된다. 변위 나선(13)의 선회 운동은 작동 매체를 압축시키기 위해 압축실(18)의 상대 부피를 감소시킨다.
압축실(18)은 압축 사이클 동안 해산된다. 다시 말해, 압축실(18)은 일시적이다. 압축실(18)은 작동 동안 나선 어레이의 반경 방향 외측 영역에서 연속적으로 재형성되고, 이어서 나선 어레이의 반경 방향 내부 안으로 이동하게 된다. 압축실(18)은 나선형 이동 경로를 갖는다. 제 1 및 제 2 압축실(18a, 18b)은 나선(13, 14)의 반경 방향 내부에서 결합되어 초기에 내측 압축실(26)을 형성한다. 내측 압축실(26)이 해산될 때까지, 내측 압축실(26)의 상대 부피가 더 감소한다. 그 직후에, 새로운 내측 압축실(26)이 2개의 후속하는 제 1 및 제 2 압축실(18c, 18d)에 의해 형성된다.
압축된 작동 매체는 출구 개구(16)를 통해 내측 압축실(26) 밖으로 유출하여 고압실(11) 안으로 들어가게 된다.
도 4 내지 도 11에 나타나 있는 예시적인 실시 형태에서 최대 5개의 압축실(18, 26)이 가능하다. 여기에는 제 1 및 제 2 압축실(18a, 18b) 및 내측 압축실(26)을 갖는 각각의 두 쌍이 관련되어 있다. 더 많거나 더 적은 압축실(18, 26)을 포함하는 구성이 더 가능하다.
변위 나선(13)의 선회 운동은 수동 개구(17a, 17b)가 원형 경로에서 이동하도록 한다. 통로 개구(17a, 17b)는 작동 동안에 압축실(18, 26)을 역압력실(15)과 유체적으로 연결하여 변위 나선(13)에 충분한 압력을 가하고 그에 의해 변위 나선을 상대 나선(14)에 누른다.
압축 사이클에서, 통로 개구(17a, 17b)는 바람직하게 다음 각도 범위에서 개방된다. 제 1 통로 개구(17a)는 435°와 650°사이의 회전 각도의 각도 범위에서 내측 압축실(26)과 역압력실(15) 사이에 유체 연결을 형성한다. 95°내지 250°의 회전 각도의 각도 범위에서, 제 2 통로 개구(17b)는 제 1 압축실(18a) 및 역압력실(15)과 유체 연결을 형성한다. 285°내지 650°의 각도 범위에서, 제 2 통로 개구(17b)는 제 2 압축실(18b)에 배치된다. 250°내지 285°의 회전 각도의 각도 범위에서, 제 2 통로 개구(17b)는 상대 나선(14)의 나선형 섹션(24)에 의해 덮인다. 제 2 통로 개구(17b)가 상대 나선에 의해 덮일 때 제 1 통로 개구(17a)는 개방되는 것이 바람직하지만 반드시 그럴 필요는 없고, 그 반대도 가능하다. 도 6에 나타나 있는 260°의 회전 각도에서의 스냅샷에서, 제 2 통로 개구(17b)는 폐쇄된다. 이전 압축 사이클은 아직 끝나지 않았다. 이전 압축 사이클의 회전 각도의 위치는 도 6에서 대략 620°에 대응한다. 이러한 이유로 제 1 통로 개구(17a)는 내측 압축실(26)에 배치되어 역압력실(15)과의 유체 연결을 가능하게 한다.
용적식 기계(10)의 작동 동안에, 제 2 통로 개구(17b)는 초기에 제 1 압축실(18a)에 배치되고, 이어서 압축 사이클의 제 2 압축실(18b)에 배치된다. 제 2 통로 개구(17b)는 압축 사이클당 한 번씩 압축실(18a, 18b) 중의 하나에 배치된다. 제 2 압축실(18b) 이후에, 제 2 통로 개구(17b)는 다음 압축 사이클의 제 1 압축실(18c)로 이동한다.
작동 매체의 일부분은 통로 개구(17a, 17b)를 통해 역압력실(15) 안으로 흐른다. 이로써, 역압력실(15)의 압력이 증가하게 된다. 압력은 축방향으로 변위 나선(13)에 힘을 가한다. 그 힘은 상대 나선(14)의 방향으로 작용한다. 변위 나선(13)은 축 방향으로 움직일 수 있기 때문에, 그 변위 나선은 상대 나선(14)에 눌려지게 된다. 변위 나선(13)이 상대 나선(14)에 눌리면, 최저의 가능한 성능 손실로 작동 매체의 압축이 일어나게 된다.
도 4 내지 도 11에 나타나 있는 예시적인 실시 형태에서, 여러 개의 압축 사이클이 시간 지연을 두고 동시에 일어난다. 제 1 및 제 2 압축실(18a, 18b)과 제 1 및 제 2 압축실(18c, 18d)은 서로 다른 압축 사이클에 할당된다. 즉, 각 압축 사이클은 한 쌍의 제 1 및 제 2 압축실(18a, 18b)을 포함한다.
10 용적식 기계
11 고압실
12 저압실
13 변위 나선
14 상대 나선
15 역압력실
16 출구 개구
17a 제 1 통로 개구
17b 제 2 통로 개구
18a 제 1 압축실
18b 제 2 압축실
18c 제 1 압축실
18d 제 2 압축실
18e 제 1 압축실
18f 제 2 압축실
19 하우징
20 구동기
21 축
22 편심 베어링
23 편심 핀
24 나선형 섹션
25a 보조 출구 개구
25b 보조 출구 개구
26 내측 압축실

Claims (14)

  1. 스크롤(scroll)형 용적식(positive displacement) 기계, 특히 스크롤 압축기로서, 고압실(11), 저압실(12), 선회 변위 나선(13), 상대(counter) 나선(14) 및 상기 저압실(12)과 변위 나선(13) 사이에 배치되는 역압력실(15)을 가지며, 출구 개구(16)가 고압 영역에서 상대 나선(14)에 배치되며, 압축된 작동 매체가 작동 동안에 상기 출구 개구를 통해 고압실(11) 안으로 유입하며, 상기 변위 나선(13)은 역압력실(15)과의 유체 연결을 위한 적어도 하나의 제 1 및 제 2 통로 개구(17a, 17b)를 가지며,
    적어도 상기 제 1 통로 개구(17a)는 출구 개구(16)의 영역에 배치되며, 그래서, 작동 동안에 상기 제 1 통로 개구(17a)와 출구 개구(16)는 적어도 부분적으로 일시적으로 겹치는, 스크롤형 용적식 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 통로 개구(17b)는, 작동 동안에 고압 영역 내의 압력 보다 낮은 압력을 갖는 변위 나선(13)의 일 영역에 배치되는, 용적식 기계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 통로 개구(17a)는 435°내지 650°의 선회 변위 나선(13)의 회전 각도의 각도 범위에서 역압력실(15)과 유체적으로 연결되는, 용적식 기계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 통로 개구(17a)는 출구 개구(16)와 1% 내지 100%, 특히 10% 내지 90%, 특히 20% 내지 80%, 특히 30% 내지 70%, 특히 40% 내지 60%로 일시적으로 겹치는, 용적식 기계.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 제 1 및 제 2 압축실(18a, 18b)은 작동 동안에 작동 매체를 일시적으로 수용하도록 설계되고, 제 2 통로 개구(17b)는 상기 변위 나선(13)에 배치되어, 작동 동안에 변위 나선(13)의 선회 운동으로 인해 제 2 통로 개구(17b)가 적어도 부분적으로 제 1 압축실(18a)에 일시적으로 배치되고, 이어서 적어도 부분적으로 제 2 압축실(18b)에 일시적으로 배치되는, 용적식 기계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 통로 개구(17b)는 상기 제 1 압축실(18a)에 95°내지 250°의 선회 변위 나선(13)의 회전 각도의 각도 범위로, 그리고 제 2 압축실(18b)에는 285°내지 650°의 각도 범위로 배치되는, 용적식 기계.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 및/또는 제 2 통로 개구(17a, 17b)는 상기 변위 나선(13)의 바닥의 일 부분에 배치되는, 용적식 기계.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 및/또는 제 2 통로 개구(17a, 17b)는 원형, 타원형 또는 난형 단면을 갖는, 용적식 기계.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 통로 개구(17a)는 제 2 통로 개구(17b)보다 더 작은 직경을 가지며, 그 직경은 0.1 mm 내지 1 mm 인, 용적식 기계.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 통로 개구(17a)는 0.3 mm의 직경을 가지며 그리고/또는 제 2 통로 개구(17b)는 0.5 mm의 직경을 갖는, 용적식 기계.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변위 나선(13) 및/또는 상대 나선(14)은 적어도 부분적으로 모따기부를 갖는, 용적식 기계.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 용적식 기계를 작동시키기 위한 방법으로서, 상기 용적식 기계(10)의 작동 동안에, 제 1 통로 개구(17a)의 적어도 일 부분은 상대 나선(14)에 중심에 배치되는 출구 개구(16)와 일시적으로 겹치며, 역압력실(15)과의 유체 연결이 형성되는, 용적식 기계를 작동시키기 위한 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 용적식 기계, 특히 스크롤 압축기를 갖는 차량 공조 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 용적식 기계 또는 제 13 항에 따른 차량 공조 시스템을 갖는 차량.
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