KR960009872B1 - 압력비 응답식 언로더 - Google Patents

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Abstract

없음.

Description

압력비 응답식 언로더
제1도는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 부분 수직 단면도.
제2도는 본 발명의 변형예에 의한 스크롤 압축기의 부분 수직 단면도.
제3도는 본 발명에 의한 밸브의 분해 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 110 : 압축기12 : 고정 스크롤
12-1, 14-1 : 랩12-2, 22-1, 114-7 : 포트
12-3, 12-5, 20-6, 114-4 : 구멍12-4, 114-8 : 통로
12-6, 114-5 : 바이패스 14, 114 : 선회 스크롤
18 : 흡입 공간19 : 토출 공간
20 : 밸브20-1, 20-4 : 원통부
20-2 : 홈20-3, 20-5 : 환형 구역
20-7 : 원형구역21 : O링
22 : 밸브 시트
스크롤(scroll) 압축기에서 갇힌 체적은 루넷(lunette)형이고 고정 및 선회 스크롤의 랩(wrap) 또는 요소와 스크롤들의 단부판 사이에 한정된다. 루넷은 약 360°로 연장되고 루넷의 단부는 고정 및 선회 스크롤의 랩 사이의 접점을 한정한다. 상기 접점은, 갇힌 체적이 유출구 포트에 노출될 때까지 크기가 계속 감소됨에 따라, 랩의 중심을 향해 연속적으로 이동된다는 점에서 일시적이다. 갇힌 체적이 감소됨에 따라 항상 증가하는 압력은 고정 스크롤에 대하여 선회 스크롤을 축방향으로 그리고 반경 방향으로 이동시키는 경향이 있는 단부판 및 랩에 작용한다.
고정 스크롤로부터 이격된 선회 스크롤의 반경 방향의 이동은 반경 방향 추종을 통하여 제어된다. 편심부싱, 진동 링크 연결부 및 슬라이더 블록이 반경 방향 추종을 달성하기 위해 개시되었다. 각 접근 방식은 궁극적으로 랩을 밀봉 접촉상태로 유지하기 위한, 크랭크축의 회전을 통해 발생된 원심력에 의존한다.
고정 스크롤로부터 이격된 선회 스크롤의 축방향 이동은 추력을 발생시킨다. 선회 스크롤, 크랭크축 및 회전자의 무게는, 압축기가 수직인가 또는 수평인가. 그리고 수직이라면 모터가 선회 스크롤의 위인가 또는 아래인가에 따라서 추력과 같이 작용하거나 반대로 작용하거나 또는 별 영향을 미치지 않을 수 있다. 또한 최고 압력은 최소 체적에 대응하여 최대 드러스트 하중이 선회스크롤의 중앙부의 제한된 구역에 형성되게 한다. 추력은 스크롤을 크랭크 케이스에 대하여 큰 잠재적 마찰 부하로 가압하여 마멸을 일으킨다. 드러스트 베어링 및 선회 스크롤상의 유체 압력 후방 바이어스와 같은 여러가지 접근 방식이 추력에 대항하기 위해 사용되었다. 외부 압력원 뿐만 아니라 갇힌 체적으로부터의 중간 압력 및 토출 압력이 후방 바이어스를 제공하기 위해 사용되었다. 미합중국 특허 제3,600,114호 제3,924,977호 및 3,994,633호는 스크롤을 바이어스하는 힘을 제공하기 위해 단일 유압 챔버를 사용하는 방식을 도시한다. 상기 접근 방식은 어떤 작동 조건에서는 매우 큰 총 추력을 희생하여 선회 스크롤에 바이어스하는 힘을 제공한다. 전술한 바와 같이 고압은 선회 스크롤의 중앙의 비교적 작은 면적에 집중된다. 후방 바이어스 구역이 유사하게 위치되면, 약간의 추력이 후방 바이어스의 반경 방향 외측으로 위치되므로, 티핑(tipping)의 가능성이 있다. 또한, 선회 스크롤의 후방에서의 사용 가능한 넓은 면적으로 추력을 훨씬 능가하는 후방 바이어스를 제공하는 것이 가능하다.
시스템이 위치한 상태에 따라 압추기는 다양한 압력 및 온도 조건하에 놓인다. 작동 압력 및 온도 조건에 따라 압축기는 설계보다 높은 압력비에서 작동할 수도 있다. 부하의 손실, 응축기 팬의 고장 및 열 펌프의 극한이 과도하게 높은 압력비를 발생시킬 수 있는 상태들이다. 높은 압력비에서의 작동은 과도한 추력면 마멸을 일으킬 수 있는 높은 토출 온도 및 선회 스크롤의 과도한 흔들림의 원인이 될 수 있다.
흡입 바이패스로의 토출은 밸브에 의하여 제공되고 제어된다. 밸브는, 차별구역에 작용하는 흡입 및 토출 압력 뿐만 아니라 중간 압력에 의해서도 작동된다.
본 발명의 하나의 목적은 스크롤 압축기가 설계 범위를 벗어난 높은 압력비에서 작동하는 것을 방지하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 스크롤 압축기가 과도하게 높은 압력비에서 작동할 수 있는 시간을 제한하는 것이다. 상기 목적 및 이하에서 명백해지는 다른 목적이 본 발명에 의해 달성된다.
기본적으로 중간 압력은 차별 구역 밸브에 작용하여 흡입 바이패스로의 토출을 차단한다. 개방 바이어스가 차별 구역에 작용하는 토출 압력에 의하여 제공된다.
흡입 압력도 차별 구역에 작용하나, 이는 중간 압력에 대항하는 구역에 작용하기 때문에, 이는 단지 그 구역에 작용하는 총압력차를 결정하는 역할을 한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 이해하기 위해 첨부 도면과 관련하여 상세히 설명 하기로 한다.
제1도에서 참조부호 10은 고정 스크롤(12) 및 선회 스크롤(14)를 갖는 수직, 저축 밀봉 스크롤 압축기를 가리킨다. 고정 스크롤(12)는 랩(12-1)과, 구멍(12-3)과 유체 연통하는 토출 포트(12-2)와, 중간 압력 구역으로부터 구멍(12-5)로 연장되는 블리드(bleed) 통로(12-4)와, 구멍(12-3)으로부터 구멍(12-5)로 연장되는 바이패스(12-6)을 갖는다. 밸브(20)이 구벙(12-5)에 왕복 가능하게 위치한다. 흡입 공간(18)에 이르는 포트 22-1을 갖는 밸브 시트(22)가 구멍(12-5)위에 놓인다. 선회 스크롤(14)는 랩(14-1)과, 슬라이더 블록(17)을 통해 크랭크축(16)에 작동가능하게 연결된 보스(14-2)를 갖는다. 선회 스크롤(14)는 크랭크 케이스(26)에 의해 지지되고 축방향 추종 구조를 한정하기 위해 협동한다.
제3도에서, 밸브(20)은 O-링 시일(21)을 수용하는 홈(20-2)를 갖는 제1원통부(20-1)을 갖는다. O-링 시일(21)은 블리드 통로(12-4) 및 바이패스(12-6) 사이에 위치하여 그 사이의 유체 연통을 방지하도록 구멍(12-5)와 협동한다. 제1원통부(20-1)은 환형 구역(20-3,A3)를 갖고, 제2원통부(20-4)가 환형부로부터 연장된다. 제2원통부(20-4)는 구멍(20-6)과 원형 구역(20-7, A2)에 의해 한정되는 얕은 리세스를 갖고 상기 구멍(20-6)은 밸브 시트(22)에 안착되는 환형 구역(20-5)에 의해 둘러싸인다. 제1도를 보면 제1원통부(20-1)이 원통형 구역(20-8,A1)에 의해 한정되는 단부를 갖는 것을 알 수 있다.
제1도의 장치의 작동시, 선회 시크롤(14)는 크랭크축(16) 및 슬라이더 블록(17)을 통하여 모터(11)에 의해 구동되고 올드햄(Oldham) 커플링(15)에 의하여 선회 운동을 유지한다. 선회 스크롤(14)가 모터(11)에 의해 구동될 때, 랩(12-1, 14-1)은 협동하여 가스를 흡입 공간(18)로부터 빼내고 압축하여 토출 포트(12-2), 구멍(12-3) 및 토출관(13)을 순차적으로 거쳐 토출 공간(19)로 보낸다.
고온의 압축된 가스는 토출 공간(19)로부터 (도시되지 않은)냉동 시스템으로 이동된다. 상기 작동은 통상적인 것이다. 압축 과정의 중간에서의 압력이 통로(14-3)을 통해 환형 챔버(40)과 연통함으로써 축방향 추종력을 제공한다. 또한 압축 과정의 중간에서의 압력은 블리드 통로(12-4)를 통해 구멍(12-5)로 연통하여, 포트(22-1)을 둘러싸고 환형 구역(20-5)를 밸브 시트(22)에 안착시키는 경향이 있는 밸브(20)의 구역(20-8, A1)에 대해 작용한다. O링(21)이 밸브(20) 및 구멍(12-5) 사이를 밀봉시킨다. 구멍(12-3)의 유압이, O링(21)에 의해 구역(20-8, A1)으로부터 분리된 위치에 있는 바이패스(12-6)을 통하여 구멍(12-5)와 연통된다. 바이패스(12-6)을 통해 구멍(12-5)에 공급된 유압은 환형 구역(20-3, A3)에 작용하는 밸브(20)을 밸브 시트(22)로부터 이격시키려는 경향을 갖는다. 흡입공간(18)로 부터의 흡입 압력(Ps)가 밸브포트(22-1)을 통하여 구멍(20-6)에 공급되어 구역(20-7, A2)에 작용한다. 압축기(10)이 설계 범위내에서 작동할 때 구역(20-7, A2)에 작용하는 흡입 압력(PS)와 결합하여, 구역(20-8, A1)에 작용하는 중간 압력(P1)는 밸브(20)을 밸브 시트(22)에 안착시킨 상태로 유지하여 구역(20-3, A3)에 작용하는 토출 압력(PD)에 대항하여 포트(22-1)을 차단하기에 충분하다.
구역(20-7,A2및 20-3,A3)는 밸브(20)이 소정 작동 압력 비에서 개방되어 배출가스기 압축기(10)의 흡입 공간(18)로 바이패스되어 높은 압력비에서의 압축기 작동을 효과적으로 제하하는 값으로 선택된다. 밸브(20)은 P1A1=PDA3+PSA2또는 CPDA3=PSA2+PSA2(C는 압축 과정의 스크롤의 형상 및 블리드 통로(12-4)의 위치의 함수인 상수이다.) 또는 작동 압력비일 때, 개방된다. 상기 상태 이하의 어떤 압력비에도 밸브(20)은 폐쇄된 상태를 유지한다. 밸브(20)이 안착되었을 때 환형 구역(20-5)에 작용하는 압력 및 압력 구배는 설명을 쓸모없이 복잡하게 하고 본 발명의 이해에 도움이 되지 않기 때문에 무시하였으나 밸브(20)의 설계시에는 반드시 고려해야 한다.
제2도를 보면, 제1도의 장치가 구역(20-8,A1)이 축방향 추종 구조의 후방챔버(40)의 중간 압력(P1)를 받도록 밸브(20)을 압축기(110)의 선회 스크롤(114)의 구멍(114-4)에 재위치시킴으로써 변경되었다. 바이패스(12-6)는 바이패스(114-5)로 대체되었고, 밸브 시트(22)는 그안에 성형된 밸브 포트(114-7)을 갖는 환형 시트(114-6)에 의해 대체되었다. 밸브 포트(114-7)은 통로(114-8)을 통해 흡입공간(18)과 연통된다. 밸브(20)의 재배치 이외에는 제2도의 실시예는 제1도의 실시예와 동일하게 작동된다. 특히 축방향 추종 챔버(40)으로 부터의 중간 압력은 밸브(20)에 작용하여 구역(20-3)에 작용하는 토출 압력에 의해 대항되는 밀페 바이어스를 제공한다. 구역(20-3, A3)에 작용하는 토출 압력(PD)가 밸브(20)을 이격시키기에 충분하면, 압축기(10/110)을 언로드(unload)하는 경향이 있는 흡입 방패스로의 토출이 존재한다. 밸브(20)의 개방시의 압력의 동적 균형 및 개방의 정도등은 압축기(10/110)을 완전히 언로드 하기에 충분하지 않을 수도 있다.
그러나 압축기(10/110)내에서 고압에서 저압으로의 누설의 발생시의 고온, 고압 가스는 모터 보호기(50)이 신속히 가열되어 압축기(10/110)이 정지되는 것을 보장한다.
이제까지 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 설명하였지만 당해 기술분야에 숙련된 자에게는 다른 변경도 가능하다. 그러므로 본 발명의 범주는 청구 범위의 범주에 의해서만 제한된다.

Claims (5)

  1. 제1스크롤(12), 상기 제1스크롤에 대해 선회하는 제2스크롤(14) 및 흡입 공간(18)을 갖는 밀봉 스크롤 압축기 수단(10/110)용 압력비 응답식 언로더에 있어서, 상기 흡입 공간과 유체 연통하는 밸브 포트(22-1, 114-7)을 포함하는 밸브시트(22, 114-6)과, 밸브 수단(20)과, 상기 밸브 수단을 이격시키기 위해 상기 밸브수단상의 제1구역(20-3)에 토출 압력을 공급하는 수단(12-6, 114-5)와, 상기 제1구역보다 크고 상기 제1구역에 대항하도록 위치된 상기 밸브 수단상의 제2구역(20-8)에 중간 압력을 공급함으로써 중간 압력이 토출 압력대 흡입 압력의 비가 소정의 값 이하로 유지되는 한 상기 밸브 수단이 안착되도록 하는 수단(12-4, 14-3, 40)을 포함하고, 상기 밸브 수단은 상기 밸브 시트에 안차된 제1위치 및 상기 밸브시트로부터 이격된 제2위치 사이로 이동가능하고 토출 압력을 공급하는 상기 수단과 상기 흡입 공간 사이의 유체 연통을 가능하게 하는 것을 특징으로하는 압력비 응답식 언로더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브 수단이 상기 제2스크롤에 위치되는 것을 특징으로 하는 압력비 응답식 언로더.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2구역이 상기 스크롤 압축기 수단에 축방향 추종을 제공하는 유압 챔버(40)에 노출된 것을 특징으로 하는 압력비 응답식 언로더.
  4. 제1항에 있어서, 상기 밸브 수단이 상기 제1스크롤에 위치된 것을 특징으로 하는 압력비 응답식 언로더.
  5. 제1항에 있어서, 상기 밸브 수단이 구멍(12-5)와, 상기 구멍에 밀봉 수용되는 원통부(20-1)과, 상기 제2구역을 한정하는 상기 원통부의 제1단부와, 상기 제1구역을 한정하는 환형 표면(20-3)을 한정하기 위해 상기 원통부의 제2단부로부터 연장되는 원통부(20-4)를 포함하고, 상기 원통부는 상기 밸브 수단이 밀페되었을 때 상기 밸브 시트에 안착되는 단부(20-5)를 갖는 것을 특징으로 하는 압력비 응답식 언로더.
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