KR20220161482A - 용적식 기계, 방법, 차량 공조 시스템 및 차량 - Google Patents

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, 변위 나선(13)은, 작동 동안에 적어도 제 1 및 제 2 압축실(16a, 16b)이 작동 매체를 수용하기 위해 임시로 형성되도록 상대 나선(14) 안으로 결합하고, 변위 나선(13)은 역압력실(15)과의 유체 연결을 위한 적어도 하나의 통로 개구(17)를 가지며, 통로 개구(17)는, 작동 동안에 변위 나선(13)의 선회 운동으로 인해 통로 개구(17)가 적어도 부분적으로 제 1 압축실(16a)에 일시적으로 배치되고 이어서 적어도 부분적으로 제 2 압축실(16b)에 일시적으로 배치되도록, 변위 나선(13)에 배치된다.

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 110 913 B3에 공지되어 있다. DE 10 2017 110 913 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 용적식 기계에 대한 간단하고 비용 효과적인 구성을 가능하게 하도록 변위 나선을 상대 나선에 누르기 위한 압력의 발생을 개선하는 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 14의 주제에 의한 방법,

- 청구항 15의 주제에 의한 차량 공조 시스템, 및

- 청구항 16의 주제에 의한 차량.

구체적으로, 위의 목적은 스크롤형 용적식 기계, 특히 스크롤 압축기로 달성되며, 이 용적식 기계는 고압실, 저압실, 선회 변위 나선, 상대(counter) 나선 및 저압실과 변위 나선 사이에 배치되는 역압력실을 갖는다. 변위 나선은, 작동 동안에 적어도 제 1 및 제 2 압축실이 작동 매체를 수용하기 위해 임시로 형성되도록 상대 나선 안으로 결합하고, 변위 나선은 역압력실과의 유체 연결을 위한 적어도 하나의 통로 개구를 갖는다. 통로 개구는, 작동 동안에 변위 나선의 선회 운동으로 인해 통로 개구가 적어도 부분적으로 제 1 압축실에 일시적으로 배치되고 이어서 적어도 부분적으로 제 2 압축실에 일시적으로 배치되도록, 변위 나선에 배치된다.

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 경로 상의 운동으로 이해되어야 한다.

작동 매체는 바람직하게는 냉각 유체, 특히 바람직하게는 기체 냉각 유체, 예를 들어 CO₂를 포함한다.

적어도 제 1 압축실 및 제 2 압축실은 상대 나선과 변위 나선 사이에 배치된다. 작동 동안에 작동 매체 또는 유체는 압축실에 배치된다.

압축실은 반경 방향 외측 영역에 형성된다. 압축실은 반경 방향 내측으로 이동한다. 압축실의 이동 동안에 그 압축실의 부피는 감소한다. 이리하여, 압축실 내의 압력이 증가되거나 작동 매체가 압축된다. 결국, 압축실들은 결합하고, 이어서 서로를 해산시킨다. 이 과정은 연속적으로 일어난다.

변위 나선의 선회 운동으로 인해 통로 개구가 원형 경로에서 이동한다. 통로 개구의 원형 경로는, 통로 개구가 적어도 부분적으로 제 1 압축실에 그리고 이어서 제 2 압축실에 일시적으로 배치되도록 제 1 압축실 및 제 2 압축실과 겹치며, 역압력실과의 유체 연결이 형성된다.

다르게 표현하면, 통로 개구는 적어도 부분적으로 제 1 압축실에 그리고 이어서 제 2 압축실에 일시적으로 배치되도록 제 1 압축실과 제 2 압축실 위를 스쳐가며, 역압력실과의 유체 연결이 형성된다.

변위 나선의 선회 운동으로 인해, 통로 개구가 제 1 압축실로부터 제 2 압축 챔버로 전환된다. 그 결과, 역압력실은 제 1 압축실 및 제 2 압축실과 교대로 일시적으로 유체 연결된다.

변위 나선과 상대 나선 사이에 2개 이상의 압축 공간이 형성될 수 있고, 통로 개구는 적어도 부분적으로 2개 이상의 압축실에 일시적으로 배치될 수 있다.

본 발명은, 적어도 2개의 상이한 압축실에 통로 개구가 순차적으로 일시적으로 배치됨으로써, 변위 나선의 선회 운동을 제동하거나 그에 부정적으로 영향을 주는 마찰력이 최소화되고 동시에 변위 나선이 상대 나선에 유밀하게 충분히 접촉하도록 변위 나선을 상대 나선에 누르기 위한 압력을 발생시킬 수 있다. 변위 나선에 의해 상대 나선에 가해지는 힘은 역압력실 내의 우세한 압력에 의해 생성된다.

이로써, 역압력실을 압력에 노출시키고 그리고/또는 그 역압력실 내의 압력에 영향을 주는 추가적인 유체 연결의 필요성이 없어진다. 다르게 표현하면, 변위 나선에 있는 통로 개구는 역압력실에서 충분한 압력을 생성하기에 충분하다. 이리하여, 추가 유체 연결이 필요하지 않기 때문에, 더 컴팩트한 설계가 가능하다. 추가로, 생산 비용이 더 낮아 시간과 비용이 절약된다.

본 발명의 바람직한 실시 형태는 종속항에 기재되어 있다.

특히 바람직한 실시 형태에서, 상대 나선은 나선형 섹션을 포함하며, 제 1 압축실로부터 제 2 압축실로 전환하는 동안 통로 개구는 반경 방향으로 서로의 경계를 이루는 2개의 압축실 사이에 배치되는 적어도 하나의 나선형 섹션을 통과한다.

나선형 섹션은, 제 1 압축실과 제 2 압축실의 경계를 이루는 상대 나선 또는 변위 나선의 섹션으로 이해되어야 한다.

나선형 섹션을 통과하는 것은, 이러한 방식으로 압축실들 사이의 전환이 규정될 수 있고 통로 개구가 2개의 압축실에 서로 앞뒤로 연대순으로 배치될 수 있기 때문에, 유리하다.

"통과"라는 용어는 반경 방향 또는 반경 방향 성분을 갖는 방향으로 나선형 섹션을 가로지르는 것을 의미한다. 나선형 섹션은 완전히 및/또는 부분적으로 가로질러질 수 있다.

다른 특히 바람직한 실시 형태에서, 통로 개구는 변위 나선의 바닥의 일 부분에 배치된다.

통로 개구는 변위 나선의 바닥에 배치되는 것이 유리한데, 이렇게 하면, 나선형 섹션이 통로 개구를 통과하는 것이 더 쉽게 되기 때문이다. 추가로, 이렇게 해서 역압력실과의 곧은 최단의 가능한 연결이 이루어질 수 있다.

바닥은 나선형 섹션이 수직으로 연장되는 베이스 플레이트로 이해되어야 한다.

통로 개구는 원형, 타원형 또는 난형 단면을 갖는 것이 유리하다. 이로써, 작동 매체의 유동 특성에 영향을 주는 통로 개구의 다양한 유리한 실시 형태가 가능하게 된다. 예를 들어, 나선형 섹션을 통과하면서 작동 동안에 먼저 노출되는 통로 개구의 영역이 나선형 섹션에 의해 여전히 덮이는 영역보다 더 큰 단면을 가질 수 있다. 결과적으로, 통로 개구가 완전히 개방되기 전에도 역압력실과의 양호한 유체 연결이 이루어진다.

바람직한 실시 형태에서, 제 1 압축실은 120°내지 400°, 특히 247°내지 367°의 선회 변위 나선의 회전 각도의 각도 범위에서 역압력실과 유체적으로 연결된다.

다른 바람직한 실시 형태에서, 제 2 압축실은 270°내지 550°, 특히 376°내지 504°의 선회 변위 나선의 회전 각도의 각도 범위에서 역압력실과 유체적으로 연결된다.

제 1 및 제 2 압축실이 역압력실과 유체적으로 연결되는 회전 각도의 각도 범위는, 압축실과 역압력실 사이의 유체 연결이 선회 변위 나선의 회전 각도의 최대의 가능한 회전 영역에 걸쳐 가능하기 때문에 유리하다

제 1 및 제 2 압축실의 각도 범위는, 제 1 및 제 2 압축실 내의 압력이 역압력실 내에 충분한 압력을 발생시키고 또한 유밀한 방식으로 그리고 낮은 성능 손실로 변위 나선을 상대 나선에 누르기에 충분히 높을 때 압축실이 역압력실과 유체적으로 연결되도록 선택된다.

제 1 압축실은 84% 내지 40%, 특히 80% 내지 46%의 상대 부피로 역압력실과 유체적으로 연결되는 것이 특히 바람직하다.

제 2 압축실은 61% 내지 19%, 특히 44% 내지 24%의 상대 부피로 역압력실과 유체적으로 연결되는 것이 더 특히 바람직하다.

압축실의 상대 부피는, 0°의 회전 각도에서의 초기 부피와 관련하여 용적식 기계의 압축 사이클 동안의 특정 시점에서 압축실의 가변 부피로 이해되어야 한다. 압축실의 상대 부피가 작을수록 각 압축실의 압력이 더 커지게 된다.

압축 사이클은 압축실을 연속적으로 재형성하는 것을 특징으로 하는 주기적인 과정으로 이해되어야 한다.

제 1 및 제 2 압축실이 역압력실과 유체적으로 연결되는 상대 부피 범위가 유리한데, 그에 의해, 각각의 압축실 내의 압력이 변위 나선을 상대 나선에 유밀하게 누를 수 있게 하기에 충분히 높을 때에만 각 압축실이 역압력실과 유체적으로 연결될 수 있기 때문이다.

일 실시 형태에서, 통로 개구는 5°내지 20°의 회전 각도의 각도 범위에 대해 제 1 압축실로부터 제 2 압축실로 전환하거나 또는 그 반대로 전환하는 동안 통로 개구는 나선형 섹션을 통과하면서 폐쇄된다.

그 결과, 통로 개구가 폐쇄되는 시간 범위가 가능한 한 작게 유지될 수 있다. 보다 정확하게는, 통로 개구가 폐쇄되는 시간 범위는, 역압력실 내의 압력에 대한 영향이 매우 미미하도록 작다. 결과적으로, 통로 개구가 폐쇄되는 시간 범위는 역압력실 내의 압력이나 변위 나선에 대한 누름력에 영향을 주지 않으며, 그래서 용적식 기계의 기능에도 영향을 주지 않는다.

다른 실시 형태에서, 통로 개구는 상대 나선과 대향하는 변위 나선의 표면에 배치되는 제어 기하학적 구조를 갖는다.

예를 들어, 제어 기하학적 구조의 나선형 섹션은, 통로 개구가 압축실에 배치되기 전에 그 통로 개구를 압축실에 유체적으로 연결하는 유체 채널의 경계를 이룬다. 제어 기하학적 구조에 의해, 통로 개구는 압축실과 유체적으로 더 일찍 또는 더 오래 연결될 수 있다. 이로써, 통로 개구가 나선형 섹션에 의해 폐쇄되는 시간 범위가 줄어들 수 있다.

제어 기하학적 구조는 함몰부 및/또는 만입부를 갖는 것이 유리하다. 결과적으로, 제어 기하학적 구조는 알려진 제조 수단으로 적은 노력으로 쉽게 제조될 수 있습니다.

바람직한 실시 형태에서, 상대 나선의 나선형 섹션은 반경 방향 내부 나선형 벽 및 반경 방향 외측 나선형 벽을 가지며, 제어 기하학적 구조 및/또는 통로 개구는 폐쇄 상태에서 나선형 벽들 사이에 배치된다.

제어 기하학적 구조는 유리하게는, 제 1 및 제 2 통로 개구가 압축 사이클의 임의의 시점에서 서로 유체적으로 연결되지 않도록 설계된다. 이로써, 압축실에서의 압력 강하가 방지된다.

유리한 실시 형태에서, 변위 나선 및/또는 상대 나선은 적어도 부분적으로 모따기부를 갖는다. 이 모따기부는 나선형 섹션의 폭을 부분적으로 줄여준다. 이는 나선형 섹션을 통과하도록 통로 개구에 의해 횡단되는 회전 각도의 영역을 감소시킨다. 이렇게 해서, 모따기부는 통로 개구가 폐쇄되는 시간 범위를 단축시킬 수 있다.

본 발명의 체제 내에서, 용적식 기계를 작동시키기 위한 방법이 더 개시되고 청구되며, 작동 동안에, 변위 나선의 선회 운동으로 인해, 통로 개구가 적어도 부분적으로 제 1 압축실에 일시적으로 배치되고 이어서 적어도 부분적으로 제 2 압축실에 일시적으로 배치되며, 또한 각각의 압축실을 역압력실과 유체 연결시킨다.

용적식 기계를 갖는 차량 공조 시스템이 본 발명의 체제 내에서 개시되고 청구된다.

본 발명에 따른 용적식 기계 또는 차량 공조 시스템을 갖는 차량이 본 발명의 다른 양태로서 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 상대 나선 및 변위 나선의 개략 단면도이다.
도 2는 0°의 회전 각도에서 압축 사이클 동안 용적식 기계의 본 발명에 따른 예시적인 실시 형태의 상대 나선 및 변위 나선의 개략 단면도이다.
도 3은 60°의 회전 각도에서 도 2에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 4는 160°의 회전 각도에서 도 2에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 5는 300°의 회전 각도에서 도 2에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 6은 400°의 회전 각도에서 도 2에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 7은 460°의 회전 각도에서 도 2에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 8은 560°의 회전 각도에서 도 2에 따른 용적식 기계의 개략 단면도이다.
도 9는 용적식 기계의 본 발명에 따른 예시적인 실시 형태의 변위 나선을 통과한 단면도이다.
도 10은 용적식 기계의 본 발명에 따른 예시적인 실시 형태의 단면도이다.
도 11은 도 10에 따른 용적식 기계를 통과한 다른 단면도이다.

도 1은 용적식 기계(10)에서 변위 나선(13)과 상대 나선(14)의 배치의 개략도를 나타낸다.

변위 나선(13)과 상대 나선(14)은 서로 맞물린다. 변위 나선(13) 및 상대 나선(14)은 베이스 플레이트 또는 바닥에 수직하게 배치되는 나선형 섹션(18)을 갖는다. 바닥 또는 베이스 플레이트는 원형이다. 나선형 섹션(18)은 바닥 또는 베이스 플레이트로부터 멀어지게 연장된다. 설치된 상태에서, 변위 나선(13)의 나선형 섹션은 상대 나선(14)의 방향으로 연장되고, 상대 나선(14)의 나선형 섹션(18)은 변위 나선(13)의 방향으로 연장된다.

상대 나선(14)은 용적식 기계(10)에 고정적으로 또는 움직이지 않게 배치된다. 변위 나선(13)은 상대 나선(14)에서 선회 운동을 가능하게 하는 방식으로 용적식 기계(10)에 배치된다. 용적식 기계(10)의 구조는 도 10 및 도 11에 대한 설명에서 더 자세히 설명될 것이다. 선회 운동은 원형 경로 상에서의 운동으로 이해되어야 한다.

출구 개구(22)가 상대 나선의 중심 또는 중간점의 영역에 배치된다. 출구 개구(22)는 상대 나선(14)에 편심적으로 배치된다.

압축 사이클 동안의 변위 나선(13)의 위치는 선회 운동의 회전 각도로 표현될 수 있다. 압축 사이클은 연속적으로 반복되는 압축 과정의 통과 또는 기간으로 이해되어야 한다. 도 1은 181°의 변위 나선(13)의 회전 각도에서 용적식 기계(10)의 압축 사이클시의 한 시점을 나타낸다.

통로 개구(17)가 변위 나선(13)에 배치된다. 통로 개구(17)는 변위 나선(13)의 바닥 또는 베이스 플레이트에 배치된다. 통로 개구(17)는 변위 나선(13)의 2개의 나선형 섹션(18) 사이의 중간에 배치된다. 통로 개구(17)는 바닥의 표면에 수직으로 연장된다. 설치된 상태에서, 통로 개구(17)는 상대 나선(14)과 대향하는 베이스 플레이트의 측면과 상대 나선(14)으로부터 멀어지는 쪽으로 향하는 베이스 플레이트의 측면 사이에서 연장된다. 통로 개구(17)는 바닥 또는 베이스 플레이트의 양 측면에서 각각의 개구를 가지며, 이 개구는 바닥 또는 베이스 플레이트의 양 측면을 서로 연결한다. 달리 표현하면, 통로 개구(17)는 베이스 플레이트의 양 측면 사이에 통로를 형성한다. 통로 개구(17)는 원형 단면을 갖는다. 다른 형상도 가능하다. 통로 개구(17)는 바람직하게는 보어홀을 갖는다. 통로 개구(17)의 직경은 바람직하게는 0.1mm 내지 1mm 이다.

통로 개구(17)는 작동 매체의 유동 특성을 제어하기 위한 제어 기하학적 구조(19)를 갖는다.

제어 기하학적 구조(19)는 본질적으로 변위 나선(13)의 반경 방향으로 연장된다. 다시 말해, 제어 기하학적 구조(19)가 연장되는 방향은 반경 방향 성분을 갖는다. 제어 기하학적 구조(19)에 대해 다른 형상 및 방향이 대안적으로 가능하다. 제어 기하학적 구조(19)는 통로 개구(17)로부터 진행하고 변위 나선(13)의 외부에서 반경 방향으로 연장된다.

제어 기하학적 구조(19)는 변위 나선(13)의 바닥 또는 베이스 플레이트의 표면에 배치된다. 제어 기하학적 구조(19)는 변위 나선(13)의 바닥을 관통하지 않는다.

제어 기하학적 구조(19)는 슬릿을 갖는다. 이 슬릿은 곧게 되어 있다. 통로 개구(17)는 반경 방향 내측 단부에 배치된다. 제어 기하학적 구조의 반경 방향 외측 단부는 원형 단면을 갖는다. 다른 형상도 가능하다. 제어 기하학적 구조(19)는 바람직하게는 홈 또는 노치로 설계된다.

상대 나선(14)의 나선형 섹션(18)은 반경 방향 내측 나선형 벽(20a) 및 반경방향 외측 나선형 벽(20b)을 갖는다. 제어 기하학적 구조(19) 및 통로 개구(17)의 치수는 반경 방향 내측 나선형 벽(20a)과 반경 방향 외측 나선형 벽(20b) 사이에서 연장된다. 제어 기하학적 구조(19) 및 통로 개구(17)는 나선형 벽(20a, 20b)을 넘어 돌출하지 않는다. 달리 달하면, 제어 기하학적 구조(19)와 나선형 섹션(18)이 중첩되면, 제어 기하학적 구조(19) 및 통로 개구(17)는 측벽(20a, 20b)을 넘어 돌출하지 않고 오히려 완전히 덮인다.

변위 나선(13)과 상대 나선(14) 사이에는 제 1 압축실(16a)과 제 2 압축실(16b)이 형성된다. 압축실(16a, 16b)은 작동 매체를 수용하고 압축하기 위해 사용된다. 예를 들어, 기체 냉각제가 작동 매체로 가능하다. 압축실(16a, 16b)은 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.

변위 나선(13) 및 상대 나선(14)은 각각 나선형 벽(20a, 20b)을 따라 모따기부(21)를 갖는다. 모따기부(21)는 전체 나선형 와인딩을 따라 연장된다. 대안적으로, 모따기부(21)는 부분적으로 나선형 섹션(18)에 배치된다. 이로써, 모따기부(21)는 두 압축실(16a, 16b) 사이에서의 전환시에 나선형 섹션(18) 중에서 통로 개구(17)가 나선형 섹션(18)을 통과하는 영역에만 배치될 수 있다.

도 2 내지 도 8은 용적식 기계(10)의 압축 사이클의 다양한 상태를 개략적으로 나타낸다. 변위 나선(13) 및 상대 나선(14)의 서로에 대한 위치는 아래에서 각각의 부품의 기하학적 구조에 초점을 맞춘 스냅샷으로 설명된다.

도 2는 0°의 회전 각도에서 맞물리는 변위 나선(13)과 상대 나선(14)을 갖는 압축 사이클의 개략도를 나타낸다.

용적식 기계(10)의 압축 사이클은 0°의 회전 각도에서 시작된다. 0°의 회전 각도는, 적어도 2개의 압축실(16a, 16b) 중의 하나가 폐쇄된 상태를 나타낸다. 두 압축실은 모두 0°에서 폐쇄될 수 있다.

압축실은 변위 나선(13)과 상대 나선(14)에 의해 유밀하게 둘러싸이면 폐쇄된다.

제 1 압축실(16a)은 여전히 개방되어 있다. 제 2 압축실(16b)은 폐쇄되어 있다. 압축실(16a, 16b)은 나선(13, 14)의 반경 방향 외측 영역에 배치된다. 이전 압축 사이클의 2개의 추가적인 제 1 및 제 2 압축실(16c, 16d)이 변위 나선 및 상대 나선(14)의 반경 방향 내측 영역에 형성된다. 압축실(16a, 16b)의 상대 부피는 압축실(16c, 16d)의 상대 부피 보다 크다.

내측 압축실(23)은 변위 나선(13) 및 상대 나선(14)의 배치의 중심 영역에 배치된다. 내측 압축실(23)은 2개의 조합된 압축실로 형성된다.

추가로, 2개의 보조 출구 개구(22a, 22b) 또는 흡입 개구가 출구 개구(22)와 상대 나선(14)의 반경 방향 외측 영역 사이에 배치된다. 보조 출구 개구(22a, 22b)는 각각 상대 나선(14)의 중심으로부터 변하는 반경 방향 거리를 갖는다.

제어 기하학적 구조(19)를 갖는 통로 개구(17)는 변위 나선(13)에 배치된다. 통로 개구(17) 및 제어 기하학적 구조(19)는 상대 나선(14)의 나선형 섹션(18)에 의해 덮인다. 이러한 이유로, 통로 개구(17)는 폐쇄된다.

도 3은 60°의 변위 나선(13)의 회전 각도에서의 압축 사이클의 스냅샷을 나타낸다. 두 압축실(16a, 16b)은 도 3에서 폐쇄되어 있다. 도 3의 압축실(16a, 16b)의 상대 부피는 도 2의 압축실(16a, 16b)의 상대 부피보다 작다.

통로 개구(17) 및 제어 기하학적 구조(19)는 압축실(16d)에 배치된다. 다르게 표현하면, 통로 개구(17)는 나선형 섹션(18)에 의해 덮이거나 폐쇄되지 않는다.

도 4는 160°의 회전 각도에서의 압축 사이클의 도를 나타낸다. 압축실(16a, 16b)의 상대 부피는 전술한 도에서보다 작다.

통로 개구(17)는 상대 나선(14)의 나선형 섹션(18)에 의해 덮인다. 제어 기하학적 구조(19)는 제 1 압축실(16a) 내로 부분적으로 돌출한다. 따라서, 통로 개구(17)는 제 1 압축실(16a)과 유체적으로 연결된다.

압축실(16c, 16d)은 결합되어 내측 압축실(23)을 형성한다.

도 5는 300°의 회전 각도에서의 압축 사이클의 도를 나타낸다. 제 1 및 제 2 압축실(16a, 16b)의 상대 부피는 더 감소되었다. 새로운 압축실(16e, 16f)이 2개의 나선의 반경 방향 외측 영역에서 형성되기 시작한다.

통로 개구(17) 및 제어 기하학적 구조(19)는 제 1 압축실(16a)에 완전히 배치된다.

도 6은 400°의 회전 각도에서의 압축 사이클을 나타낸다. 2개의 새로운 압축실(16e, 16f)이 변위 나선(13, 14)의 반경 방향 외측 영역에 형성되었다. 압축 실(16a, 16b)의 상대 부피는 더 감소되었다. 통로 개구(17) 및 제어 기하학적 구조(19)의 일 섹션은 제 2 압축실(16b)에 배치된다. 제어 기하학적 구조(19)의 일부분은 상대 나선(14)의 나선형 섹션(18)에 의해 덮인다. 출구 개구(22)는 내측 압축실(23) 및 제 2 압축실(16b)에 부분적으로 배치된다.

도 7은 460°의 회전 각도에서의 압축 사이클을 나타낸다. 제 1 및 제 2 압축 실(16a, 16b)의 상대 부피는 더 감소되었다. 통로 개구(17) 및 제어 기하학적 구조(19)는 제 2 압축실(16b)에 완전히 배치된다. 출구 개구(22)는 제 2 압축실(16b)에 배치된다. 출구 개구(22)는 변위 나선(13)에 의해 부분적으로 덮인다.

도 8은 560°의 변위 나선(13)의 회전 각도에서의 압축 사이클을 나타낸다. 제 1 및 제 2 압축실(16a, 16b)은 결합되어 내측 압축실(23)을 형성한다. 출구 개구(22)는 내측 압축실(23)에 완전히 배치된다. 통로 개구(17)와 제어 기하학적 구조(19)는 새로 형성된 제 1 압축실(16e)에 완전히 배치된다.

도 9는 통로 개구(17) 및 제어 기하학적 구조(19)의 영역에서 변위 나선(13)을 통과한 단면을 나타낸다. 통로 개구(17)는 직선을 따라 연장된다. 통로 개구(17)는 변위 나선(13)의 표면에 수직하게 연장된다. 여기서 표면은 상대 나선(14)과 대향하는 표면으로 이해되어야 한다.

제어 기하학적 구조(19)는 변위 나선(13)의 표면에 배치된다. 다르게 표현하면, 제어 기하학적 구조(19)는 함몰부를 포함한다. 제어 기하학적 구조(19)에 대한 가능한 실시 형태는 예를 들어 노치 또는 홈을 포함한다. 제어 기하학적 구조(19)는 틈을 포함하는 것이 가능하며, 여기서 그 틈은 상대 나선(14)의 방향으로 개방되고 변위 나선(13)의 방향으로 폐쇄된다. 제어 기하학적 구조(19)는 변위 나선(13)의 반경 방향을 따라 연장된다. 제어 기하학적 구조에 대한 다른 정렬 및 기하학적 구조를 생각할 수 있다. 제어 기하학적 구조(19)가 직선으로 연장되어 있지 않은 것도 가능하다.

도 10 및 도 11은 각각 용적식 기계(10)의 본 발명에 따른 예시적인 실시 형태의 단면을 나타낸다.

용적식 기계(10)는 하우징(24)을 포함한다. 이 하우징(24)은 원통형 형상을 갖는다. 구동기(25)가 하우징(24)에 배치된다. 예를 들어, 전기 모터 또는 기계적 구동기(25)가 구동기(25)로서 생각할 수 있다. 구동기(25)는 축(26)과 연결되고 그 축(26)을 구동한다.

축(26)은 하우징(24)의 길이 방향으로 연장된다. 편심 핀을 갖는 편심 베어링(27)은 축(26)의 축방향 단부에 배치된다. 편심 베어링(27)은 변위 나선(13)을 축(26)에 연결한다.

하우징(24) 내부에서, 편심 베어링(27)으로부터 멀어지는 쪽으로 향하는 변위 나선(13)의 측에 상대 나선(14)이 배치된다. 상대 나선(14)은 용적식 기계(10)의 하우징(24)에 고정적으로 그리고 움직이지 않게 배치된다. 상대 나선(14)은 하우징(24)과 일체로 설계될 수 있다.

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(26)의 길이 방향에 평행한 방향으로 이동할 수 있도록 하우징(24)에 배치된다. 다시 말해, 변위 나선(13)은 상대 나선(14)의 방향으로 그리고 상대 나선(14)으로부터 멀어지게 이동될 수 있다. 통로 개구(17)는 변위 나선(13)의 바닥에 배치된다. 통로 개구(17)는 작동 중에 압축실(16)을 역압력실(15)에 연결할 수 있다.

고압실(11)이 변위 나선(13)으로부터 멀어지는 쪽으로 향하는 상대 나선(14)의 측에 배치된다.

서로 맞물리는 나선(13, 14)은 압축실(16)을 형성한다. 다르게 표현하면, 압축실(16)은 변위 나선(13)과 상대 나선(14)의 나선형 섹션(18)에 의해 경계져 있다.

작동 매체(예를 들어 냉각제)가 압축 사이클의 시작시에 나선(13, 14)의 반경 방향 외측 영역에서 흡입된다. 작동 매체는 변위 나선(13)과 상대 나선(14) 사이의 압축실(16a, 16b)에서 이송된다.

작동 중에, 축(26)의 회전 및 변위 나선(13)과 축(26) 사이의 편심 연결은 변위 나선(13)의 선회 운동을 일으킨다.

변위 나선(13)의 선회 운동은 압축실(16)의 상대 부피를 감소시킨다. 압축실(16)은 일시적이다. 압축실(16)은 나선형 어레이의 반경 방향 외측 영역에서 연속적으로 재형성되고, 이어서 나선형 어레이의 반경 방향 내부 안으로 이동하고 나선형 어레이의 반경 방향 내부에서 해산된다. 압축실의 운동 경로는 나선형이다. 도 2 내지 도 8에 나타나 있는 예시적인 실시 형태에서 최대 5개의 압축실(16, 23)이 가능하다. 여기에는 제 1 및 제 2 압축실(16)과 내측 압축실(23)을 갖는 각각의 두 쌍이 관련되어 있다. 더 많거나 더 적은 압축실(16, 23)을 포함하는 구성이 더 가능하다.

147°내지 367°의 회전 각도의 각도 범위에서, 통로 개구(17)는 제 1 압축 실(16a)과 역압력실(15) 사이에 유체 연결을 형성한다. 통로 개구(17)는 376°과 504°사이의 회전 각도의 각도 범위에서 제 2 압축실(16b) 및 역압력실(15)과 유체 연결을 형성한다. 367°과 376°사이의 회전 각도의 각도 범위에서, 통로 개구(17)는 상대 나선(14)의 나선형 섹션(18)에 의해 폐쇄된다.

통로 개구(17)는 초기에 제 1 압축실(16a)에 배치되고, 이어서 압축 사이클의 제 2 압축실(16b)에 배치된다. 통로 개구(17)는 압축 사이클당 한 번씩 압축실(16a, 16b) 중의 하나에 배치된다. 제 2 압축실(16b) 이후에, 통로 개구(17)는 다음 압축 사이클의 제 1 압축실(16c)로 이동한다.

작동 매체의 일부분은 통로 개구(17)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.

작동 동안, 제어 기하학적 구조(19)는 변위 나선과 대향하는 상대 나선(14)의 측면과 함께 유체 채널을 형성한다. 이로써, 통로 개구(17)가 압축실(16)에 완전히 또는 부분적으로 배치되기 전에 압축실(16)과 역압력실(15) 사이에 유체 연결이 형성될 수 있다.

압축된 작동 매체는 출구 개구(22)를 통과하여 고압실(11) 안으로 흐른다. 고압실(11)을 통과하여 작동 매체는 작동 회로, 특히 냉각 회로로 복귀한다. 작동 동안, 상대 나선(14)의 중간점으로부터의 변하는 거리로 인해, 보조 출구 개구(22a, 22b)가 용적식 기계(10)의 상이한 압력 범위에 배치된다.

압축 사이클은 도 2 내지 도 8에 근거하여 아래에서 설명될 것이다. 특히 압축실(16a, 16b)이 여기서 검토될 것이다.

도 2는 0°의 회전 각도에서의 압축 사이클을 나타낸다. 0°의 회전 각도에서, 적어도 2개의 압축실(16a, 16b) 중의 하나는 폐쇄된다. 제어 기하학적 구조(19)를 갖는 통로 개구(17)는 나선형 섹션(18)에 의해 완전히 덮이기 때문에, 도 2의 압축실(16) 중의 하나와 역압력실(15) 사이에는 유체 연결이 형성되지 않는다.

60°의 회전 각도(도 3 참조)에서, 제 1 및 제 2 압축실(16a, 16b)은 폐쇄된다. 압축실(16a, 16b)의 상대 부피는 회전 각도가 증가함에 따라 감소한다. 통로 개구(17) 및 제어 기하학적 구조(19)은 원형 경로에서 이동한다

160°의 회전 각도(도 4 참조)에서, 통로 개구(17)는 더 이동하였다. 통로 개구(17)는, 제 1 압축실(16a)과 제 2 압축실(16b)을 분리하는 나선형 섹션(18)에 의해 덮여 있다. 통로 개구(17)는 제 1 압축실(16a)에 배치되지 않는다.

통로 개구(17)의 제어 기하학적 구조(19)는 제 1 압축실(16a)에 부분적으로 배치된다. 제어 기하학적 구조(19) 및 나선형 섹션(18)은 채널의 경계를 이룬다. 이 채널은 역압력실(15)과 제 1 압축실(16a)을 유체적으로 연결한다.

도 5에 나타나 있는 300°의 회전 각도에서, 통로 개구(17) 및 제어 기하학적 구조(19)는 제 1 압축실(16a)에 완전히 배치된다. 작동 매체는 통로 개구(17)를 통과하여 역압력실(15) 내로 직접 흐를 수 있다.

도 5에 있는 제 1 압축실(16a) 내의 압력은 도 4의 제 1 압축실(16a) 내의 압력보다 높다. 압축실(16a, 16b) 내의 압력은 상대 부피가 감소함에 따라 상승한다.

도 6에 나타나 있는 바와 같이, 통로 개구(17)는 400°의 회전 각도로 제 2 압축실(16b)에 배치된다. 통로 개구(17) 및 제어 기하학적 구조(19)는 상대 나선형(14)의 나선형 섹션(18)을 통과했다. 나선형 섹션(18)을 통과하는 동안 통로 개구(17)는 나선형 섹션(18)에 의해 폐쇄되었다.

역압력실(15)이 압축실(16)과 연결되지 않는 시간 범위는 역압력실의 압력이 떨어지기에 충분하지 않으며, 그래서 변위 나선(13)이 더 이상 상대 나선(14)에 유밀하게 눌리지 않는다.

도 7은 460°의 회전 각도에서의 압축 사이클의 상태를 나타낸다. 통로 개구(17) 및 제어 기하학적 구조(19)는 제 2 압축실(16b)에 완전히 배치된다. 제 1 및 제 2 압축실(16a, 16b)은 결합하여 내측 압축실(23)을 형성하기 직전에 있다. 도 7에서 명백한 바와 같이, 새로운 압축 사이클이 진행중인 압축 사이클과 동시에 시작된다.

560°의 회전 각도(도 8 참조)에서, 제 1 및 제 2 압축실(16a, 16b)은 내측 압축실(23)을 형성하도록 결합되었다. 통로 개구(17)와 제어 기하학적 구조(19)는 새로운 압축 사이클의 다음 제 1 압축실(16e)에 배치된다.

여러 개의 압축 사이클이 병렬적으로 일어날 수 있다. 제 1 및 제 2 압축실(16a, 16b)과 제 1 및 제 2 압축실(16c, 16d)은 서로 다른 압축 사이클에 할당된다. 다시 말해, 각 압축 사이클은 한 쌍의 제 1 및 제 2 압축실(16a, 16b)을 포함한다.

10 용적식 기계
11 고압실
12 저압실
13 변위 나선
14 상대 나선
15 역압력실
16a 제 1 압축실
16b 제 2 압축실
16c 제 1 압축실
16d 제 2 압축실
16e 제 1 압축실
16f 제 2 압축실
17 통로 개구
18 나선형 섹션
19 제어 기하학적 구조
20a 반경 방향 내측 나선형 벽
20b 반경 방향 외측 나선형 벽
21 모따기부
22 출구 개구
22a 보조 출구 개구
22b 보조 출구 개구
23 내측 압축실
24 하우징
25 구동기
26 축
27 편심 베어링

Claims (16)

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, 상기 변위 나선(13)은, 작동 동안에 적어도 제 1 및 제 2 압축실(16a, 16b)이 작동 매체를 수용하기 위해 임시로 형성되도록 상기 상대 나선(14) 안으로 결합하고, 상기 변위 나선(13)은 역압력실(15)과의 유체 연결을 위한 적어도 하나의 통로 개구(17)를 가지며,
   상기 통로 개구(17)는, 작동 동안에 변위 나선(13)의 선회 운동으로 인해 통로 개구(17)가 적어도 부분적으로 제 1 압축실(16a)에 일시적으로 배치되고 이어서 적어도 부분적으로 제 2 압축실(16b)에 일시적으로 배치되도록, 상기 변위 나선(13)에 배치되는, 스크롤형 용적식 기계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 상대 나선(14)은 나선형 섹션(18)을 포함하며, 상기 제 1 압축실(16a)로부터 제 2 압축실(16b)로 전환하는 동안 통로 개구(17)는 반경 방향으로 서로의 경계를 이루는 2개의 압축실(16a, 16b) 사이에 배치되는 적어도 하나의 나선형 섹션(18)을 통과하는, 용적식 기계.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 통로 개구(17)는 변위 나선(13)의 바닥의 일 부분에 배치되는, 용적식 기계.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 통로 개구(17)는 원형, 타원형 또는 난형 단면을 갖는, 용적식 기계.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 압축실(16a)은 120°내지 400°, 특히 247°내지 367°의 선회 변위 나선(13)의 회전 각도의 각도 범위에서 역압력실(15)과 유체적으로 연결되는, 용적식 기계.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 압축실(16b)은 270°내지 550°, 특히 376°내지 504°의 선회 변위 나선(13)의 회전 각도의 각도 범위에서 역압력실(15)과 유체적으로 연결되는, 용적식 기계.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   제 1 압축실(16a)은 84% 내지 40%, 특히 80% 내지 46%의 상대 부피로 역압력실(15)과 유체적으로 연결되는, 용적식 기계.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   제 2 압축실(16b)은 61% 내지 19%, 특히 44% 내지 24%의 상대 부피로 역압력실(15)과 유체적으로 연결되는, 용적식 기계.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   5°내지 20°의 회전 각도의 각도 범위에 대해 제 1 압축실(16a)로부터 제 2 압축실(16b)로 전환하거나 또는 그 반대로 전환하는 동안 통로 개구(17)는 나선형 섹션(18)을 통과하면서 폐쇄되는, 용적식 기계.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로 개구(17)는 상기 상대 나선(14)과 대향하는 상기 변위 나선(13)의 표면에 배치되는 제어 기하학적 구조(19)를 갖는, 용적식 기계.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 기하학적 구조(19)는 함몰부 및/또는 만입부를 갖는, 용적식 기계.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 상대 나선(14)의 나선형 섹션(18)은 반경 방향 내측 나선형 벽(20a)과 반경 방향 외측 나선형 벽(20b)을 가지며, 상기 제어 기하학적 구조(19) 및/또는 통로 개구(17)는 폐쇄 상태에서 상기 나선형 벽(20a, 20b) 사이에 배치되는, 용적식 기계.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변위 나선(13) 및/또는 상대 나선(14)은 적어도 부분적으로 모따기부(21)를 갖는, 용적식 기계.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 용적식 기계를 작동시키기 위한 방법으로서, 작동 동안에, 변위 나선(13)의 선회 운동으로 인해, 통로 개구(17)가 적어도 부분적으로 제 1 압축실(16a)에 일시적으로 배치되고 이어서 적어도 부분적으로 제 2 압축실(16b)에 일시적으로 배치되며, 또한 각각의 압축실(16a, 16b)을 역압력실(15)과 유체 연결시키는, 용적식 기계를 작동시키기 위한 방법.
15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 용적식 기계, 특히 스크롤 압축기를 갖는 차량 공조 시스템.
16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 용적식 기계 또는 제 15 항에 따른 차량 공조 시스템을 갖는 차량.

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