KR100326853B1

KR100326853B1 - 스크롤 콤프레사의 베어링 윤활 시스템

Info

Publication number: KR100326853B1
Application number: KR1019990023561A
Authority: KR
Inventors: 우터 로버트이; 대비드케이.할러
Original assignee: 다릴 피. 맥도날드; 테쿰세 프로덕츠 캄파니
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2002-03-04
Also published as: CA2275813A1; FR2780106A1; CN1249403A; AU3577999A; CA2275816A1; KR20000011321A; FR2780109A1; US6196814B1; FR2780107A1; AU3577799A; KR20000006361A; FR2780106B1; AU3577699A; AU749370B2; FR2780108B1; AU3577899A; FR2780107B1; CA2275789C; CN1126871C; CA2275789A1

Abstract

스크롤 콤프레사는 흡입 압력하에 유체를 받아들이는 흡입 압력실(98)과 배출 압력하에 유체를 배출하는 배출 압력실(110)을 갖고 있으며, 흡입 압력실과 배출 압력실에 연결된 스크롤 부재(56,58), 고정 및 궤도 스크롤 부재에 의하여 형성된 중간 압력실(81), 오일 저장조(46), 모터(32) 및 모터와 궤도 스크롤 부재에 연결된 크랭크샤프트(34)를 포함함. 크랭크샤프트는 오일 저장조까지 연장된 길이 방향의 오일 통로(52,54)와 전술한 오일 통로를 방사방향의 외부에 연결하는 제1 통공(624)을 갖고 있음. 로울러(82)는 크랭크샤프트 외주 표면 주위에 설치되어 궤도 스크롤 부재와 크랭크샤프트를 연결함. 로울러는 내주 및 외주 표면과 전술한 제1 통공에 연결되어 오일 통로에서 이송되는 오일을 외부로 공급하는 제2 통공(622)을 갖고 있음. 베어링(57)은 로울러와 궤도 스크롤 부재 사이에 설치되었음. 오일 수집 공간부(55)는 베어링에 근접되게 형성되었으며, 궤도 스크롤의 이면(636)과 로울러 및 크랭크샤프트의 단부 표면에 의하여 형성됨. 중간 압력실과 오일 수집 공간부는 서로 연결되었음. 오일은 베어링을 통하여 제2 통공으로부터 오일 수집 공간부로 이송됨. 전술한 오일 수집 공간과 고정 및 궤도 스크롤 부재 사이의 중간 압력 공간부 사이에 제3의 통공(626)이 형성되어 오일이 전술한 제3의 통공을 통하여 오일 수집 공간으로부터 중간 압력 공간으로 공급되게 되었음.

Description

스크롤 콤프레사의 베어링 윤활 시스템{BEARING LUBRICATION SYSTEM FOR A SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 밀폐형 스크롤 콤프레사에 관계되는 것으로서, 특히 스크롤 콤프레사의 베어링 윤활 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 인용된 출원인의 미국특허 5,306,126호에는 전형적인 스크롤 콤프레사의 작동에 대하여 구체적으로 설명되어 있다.

전형적으로 흡입 압력 하에 냉매를 받아들이도록 된 스크롤 메카니즘을 포함하는 스크롤 타입의 밀폐형 콤프레사는 흡입압력하에 받아들인 냉매를 압축하고 높은 배출 압력하에 압축된 냉매를 배출한다. 이러한 스크롤 콤프레사는 전형적으로 냉동 또는 냉장기, 에어 컨디션 및 이와 유사한 냉각 시스템에 사용되고 있다. 전형적인 스크롤 메카니즘은 회전 스크롤 부재와 고정 스크롤 부재를 포함하는데, 변형된 형태에서는 공동 회전하는 스크롤 부재들을 포함할 수도 있다. 이러한 스크롤 콤프레사들은 각개 스크롤 부재들이 압축 작동 중에 선회하면서 서로 작용하여 압축실을 형성하는 표면과 나선형 격벽을 갖고 있다.

스크롤 콤프레사들은 고압형 콤프레사와 같은 다양한 형태를 갖고 있으며, 하우징 내부와 윤활유 저장조는 기본적으로 배출압력 하에 놓인다. 크랭크샤프트는 오일 저장조까지 연장되고 콤프레사의 여러 윤활 부위에 연결된 축방향 오일 이송통로를 갖고 있다. 축방향 오일 이송통로는 크랭크샤프트 자체 내부에 길이방향으로 형성되었으며, 그 연장 단부가 오일 저장조 내의 오일 속에 잠기도록 되었다. 윤활유 저장조가 배출압력 하에 놓였을 때 오일은 오일 표면에 가하여지는 배출 냉매 가스 압력에 의하여 오일 이송 통로를 거쳐 콤프레사 메카니즘 속으로 상향 송출되게 되었다. 물론 이러한 오일의 송출은 저장조 내의 오일과 윤활 부위로 이송되는 오일 간의 압력차를 필요로 한다. 원심 펌프와 정변위 펌프 같은 다양한 형태의 오일 펌프들이 오일을 오일 저장조로부터 크랭크샤프트의 오일 통로를 거쳐 콤프레사 메카니즘의 윤활 부위로 이송하는데 사용되고 있다.

일반적으로 오일은 콤프레사 메카니즘을 윤활시킨 다음에는 콤프레사로부터 압축된 냉매와 함께 배출되어 냉동 시스템을 순환하여 흡입 가스와 함께 콤프레사로 회수되지 않고 즉시 오일 저장조로 회수되도록 하는 수단이 요구된다. 오일이 냉동 시스템으로 순환되면 열교환기의 내면에 피복되어 냉동 시스템의 효율을 저하시키게 되고 오일 저장조로 순환되기 전에 냉동 시스템의 부품에 축적되는 문제가 나타날 수 있다. 서로 맞물린 스크롤 격벽을 윤활시키고 밀봉작용을 향상시키기 위하여 일정량의 오일이 스크롤 내부로 공급될 필요성이 있다. 맞물린 스크롤 격벽 사이로 공급되는 오일은 콤프레사 어쌤블리로부터 압축 가스와 함께 공급된다. 따라서, 대량의 오일이 압축가스와 함께 배출되지 않으면서 소량의 오일 만이 스크롤 격벽 사이로 공급되도록 하는 통로가 필요하다. 또한 오일이 콤프레사의 부품들을 윤활시키는데 사용된 후에는 즉시 재사용할 수 있도록 오일을 저장조로 순환시키는 것이 필요하다.

더구나, 맞물린 스크롤 격벽 사이의 냉매 압력이 배출압력 보다 높았을 때와 같이 콤프레사가 순간적으로 작동을 중단하는 경우가 나타날 수도 있다. 냉매 가스는 맞물린 스크롤 격벽 사이로부터 배출 압력 하의 윤활 시스템의 일부를 통하여 배기될 수도 있다. 오일은 냉매 가스에 의하여 윤활 표면으로부터 씻겨나갈 수도 있으므로 냉매가 베어링을 통하여 흐르면서 오일을 씻어내지 않고 전술한 통로를 통하여 콤프레사 어쌤블리의 배출압력실로 배출되도록 하는 냉매용 통로를 형성할 필요가 있다.

본 발명에 의한 스크롤 콤프레사에서는 오일이 단부가 폐쇄된 크랭크샤프트 내의 오일 통로로부터 크랭크핀과 로울러에 형성된 횡공을 통하여 공급된다. 횡공을 통하여 공급된 오일은 로울러 베어링을 윤활시키고, 일부는 베어링을 통하여 크랭크핀 및 로울러의 상면과로울러와 크랭크핀이 설치된 궤도 스크롤 허브의 저면 사이에 형성된 오일 갤러리로 흐른다. 오일 갤러리에서 나온 오일은 스크롤 단부판에 형성된 통공을 통하여 스크롤들 사이의 중간 압력실로 이송된다. 통공을 통하여 이송된 오일의 다른 일부는 로울러 베어링을 통하여 원륜상 갤러리로 하향 유출된 다음 오일 저장조를 포함하는 콤프레사의 배출압력실로 이송된다. 크랭크샤프트의 결합 부분에 형성된 다른 횡공에서는 오일이 크랭크샤프트의 오일 통로로부터 주 크랭크케이스 베어링으로 공급된다.

추가로, 배출 통로가 크랭크핀의 원통형 외주면과 크랭크핀이 설치된 로울러 구멍의 내주면에 의하여 형성된다. 이러한 통로를 통한 배출은 특정한 작동 조건하에서 스크롤 단부판을 통하여 크랭크핀과 로울러의 상단에 있는 오일 갤러리로 유입될 수 있는 중간 압력 냉매가 콤프레사의 배출 압력 가스실로 들어갈수 있는 부분으로 흐르도록 하여 스크롤 구동 베어링으로부터 오일이 씻겨나가는 것을 방지한다.

도1은 본 발명에 의한 스크롤 콤프레사의 종단면도,

도2는 도1에 도시된 콤프레사의 내부를 보여주는 평면도,

도3은 도1에 도시된 콤프레사의 고정 스크롤 부재와 프레임의 밀봉 결합상태를 보여 주는 부분 확대 단면도,

도4는 도1에 도시된 콤프레사의 고정 스크롤 부재 저면도,

도5는 도4에 도시된 고정 스크롤 부재의 평면도,

도6은 도4에 도시되 고정 스크롤 부재의 설치상태를 보여 주는 부분 단면도,

도7은 도4에 도시된 고정 스크롤 부재의 일부분을 보여 주는 부분 단면도,

도8은 도5의 8-8 선에서 본 단면도,

도9는 고정 스크롤 부재의 나선형 스크롤 격벽의 내단부를 보여 주는 부분 확대도,

도10은 도1에 도시된 스크롤 콤프레사의 궤도 스크롤 부재를 보여 주는 저면도,

도11은 도10의 궤도 스크롤 부재를 보여 주는 평면도,

도12는 궤도 스크롤 부재의 허브 부분을 보여 주는 부분 단면도,

도13은 스크롤 부재의 스크롤 격벽의 내단부를 보여 주는 부분 확대도,

도14는 도11의 14-14 선에서 본 단면도,

도15는 도14의 점선 부분의 확대도,

도16은 궤도 스크롤 부재와 프레임 사이에 설치된 제1 형태의 밀봉 링을 설치한 상태를 보여주는 부분 확대 단면도,

도17은 다른 형태의 밀봉 링을 설치한 상태를 보여 주는 부분 확대 단면도,

도18은 고정 스크롤 부재와 프레임 사이에 설치되는 밀봉링의 한 예를 보여주는 평면도,

도19는 도3에 인용된 밀봉 구조의 변형된 예를 보여 주는 부분 확대 단면도,

도20은 도1의 스크롤 콤프레사에 사용된 올덤 링의 한 예를 보여 주는 사시도,

도21는 도20에 도시된 올덤 링의 저면도,

도22는 도20에 도시된 올덤 링의 평면도,

도23은 도20에 도시된 올덤 링의 일측 측면도

도24는 도20에 도시된 올덤 링의 반대측 측면도,

도25는 올덤 링의 다른 형태를 보여 주는 평면도,

도26은 도1의 26-26 선에서 본 횡단면도,

도27은 도1에 도시된 콤프레사에 사용되는 첵밸브의 한 예를 보여 주는 정면도,

도28은 도27에 도시되 첵밸브의 좌측면도,

도29는 도1의 콤프레사에 사용된 첵밸브를 지지하는 밸브 지지구의 한 예를 보여 주는 정면도,

도30은 도29에 도시된 밸브 지지구의 평면도,

도31은 도29에 도시된 밸브 지지구의 좌측면도,

도32는 첵밸브 조립체에 사용되는 로울 스프링 핀을 보여 주는 단부도,

도33은 도32에 도시된 로울 스프링 핀의 정면도,

도34는 첵밸브 어쌤블리에 사용되는 부싱의 측면도,

도35는 첵밸브 어쌤블리의 다른 예를 보여 주는 평면도,

도36은 도35에 도시된 밸브의 배면도,

도37은 도35에 도시된 밸브의 우측면도,

도38은 배출 첵밸브 조립체에 사용하는 제3의 밸브를 보여 주는 평면도,

도39는 도38에 도시된 밸브의 배면도,

도40은 도38에 도시된 밸브의 우측면도,

도41은 배출 첵밸브가 결합된 도1에 도시된 콤프레사의 고정 스크롤 부재를 보여 주는 단면도,

도42는 다른 형태의 배출 첵밸브가 결합된 도1에 도시된 콤프레사의 고정 스크롤 부재를 보여 주는 단면도,

도43은 첵밸브 조립체에 사용하는 제2 형태의 밸브 지지구를 보여 주는 정면도,

도44는 도43에 도시된 밸브 지지구의 좌측면도,

도45는 도43에 도시된 밸브 지지구의 평면도,

도46은 가스 흐름 전환 메카니즘의 한 예를 보여 주는 측면도,

도47은 도46에 도시된 가스 흐름 전환 메카니즘의 평면도,

도48은 도46에 도시된 가스 흐름 전환 메카니즘의 정면도,

도49는 가스 흐름 전환 메카니즘의 제2 형태를 보여 주는 측면도,

도50은 도49에 도시된 가스 흐름 전환 메카니즘의 평면도,

도51은 도49에 도시된 가스 흐름 전환 메카니즘의 정면도,

도52는 가스 흐름 전환 메카니즘의 제3 형태를 보여 주는 측면도,

도53은 도52에 도시된 가스 흐름 전환 메카니즘의 평면도,

도54는 도52에 도시된 가스 흐름 전환 메카니즘의 정면도,

도55는 도1에 도시된 컴프레사의 크랭크샤프트를 보여 주는 측면도,

도56은 도55의 56-56선 단면도,

도57은 도55에 도시된 크랭크샤프트의 저면도,

도58은 도55에 도시된 크랭크샤프트의 평면도,

도59는 도1에 도시된 콤프레사의 베어링 윤활 시스템과 연관되는 오일 갤러리를 보여 주는 도55의 크랭크샤프트 부분 확대도,

도60은 도55에 도시된 크랭크샤프트의 상단부 부분 확대도,

도61A는 도1에 도시된 콤프레사의 편심 로울러를 보여 주는 저면도,

도61B는 도61A에 도시된 편심 로울러의 측면도,

도61C는 도61A의 61C-61C 선 단면도,

도62는 도61A의 62-62 선 단면도,

도63A는 도1에 도시된 콤프레사의 제1 부분 확대도,

도63B는 도1에 도시된 콤프레사의 제2 부분 확대도,

도64는 도63A의 64-64 선 단면도,

도65는 제1 형태의 정변위 펌프가 설치된 도1의 콤프레사의 하단부 단면도,

도66은 도65에 유사하게 도시된 정변위 펌프의 작동상태를 보여주는 단면도,

도67은 오일 펌프를 제거한 상태의 콤프레사 저면을 보여 주는 저면도,

도68은 하부 베어링과 정변위 오일 펌프를 보여주는 분해 사시도,

도69는 하부 베어링과 정변위 오일 펌프 하우징의 결합상태를 보여 주는 단면도,

도70은 도 69의 펌프 하우징의 하단부 확대 단면도,

도71은 도69의 하부 베어링의 상단부 확대 단면도,

도72는 도69의 하우징의 오일펌프 유입공을 보여주는 부분 확대 단면도,

도73은 도69의 하부 베어링과 펌프 하우징의 저면도,

도74는 도68의 오일 펌프의 펌프 베인의 평면도,

도75는 도74 펌프 베인의 측면도,

도76은 도68의 오일 펌프의 전환 포트 플레이트의 평면도,

도77은 도76의 전환 포트 플레이트의 우측면도,

도78은 도76의 전환 포트 플레이트의 저면도,

도79는 도76의 전환 포트 플레이트의 사시도,

도80은 제2 형태의 정변위 오일 펌프를 보여주는 분해 사시도,

도81은 조립된 도80의 오일 펌프의 단면도,

도82는 선회 링크 방사방향 콤플라이언스 메카니즘에 관련돤 힘에 대한 도표,

도83은 100 내지 1000 lbf 범위에서 변화하는 접선방향 가스 힘에서의 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 유격에 따른 플랭크 접촉력 대 궤도반경 변화의 값을 보여주는 도표,

도84는 0.010인치의 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 중심 유격에서 접선 방향 가스 힘에 대한 플랭크 밀봉력 대 크랭크샤프트 각도의 값을 보여 주는 도표,

도85는 고부하 콤프레사에서 접선방향 가스 힘의 변화 대 크랭크샤프트 각도의 값을 보여 주는 도표,

도86은 0.020인치의 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 중심 유격과 도85에 도시된 바와 같은 접선방향 가스 힘의 변화에서 플랭크 밀봉력 대 크랭크샤프트 각도의 값을 보여 주는 도표,

도87은 다양한 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 중심 유격 값에서 피크피크 크랭크샤프트 토크 부하 변수 대 크랭크샤프트 각도의 계산치를 보여주는 도표,

도88은 다양한 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 중심 유격 값에서 피크피크 크랭크샤프트 토크 부하 변수 대 방사방향 콤플라이언스의 계산치를 보여주는 도표,

도89는 고정 스크롤 중심선에 대한 크랭크샤프트 중심 축 유격을 보여주는도1에 도시된 콤프레사의 89-89선에서 본 평면도,

도90은 고정 스크롤 부재의 중심선을 보여주는 도1의 90-90선에서 본 저면도,

도91은 고정 스크롤 부재의 중심선을 보여주는 도1의 91-91선에서 본 저면도,

도92는 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 중심 유격을 보여주는 도91의 부분 확대도.

본 발명은 흡입 압력하에 유체를 받아들이는 흡입 압력실과 전술한 흡입 압력실과 배출 압력실에 연결된 서로 맞물린 스크롤 부재들을 포함하고 배출 압력 하에 유체를 배출하는 배출 압력실, 고정 및 궤도 스크롤 부재에 의하여 형성되는 중간 압력실, 오일 저장조, 전기 모터 및 모터와 궤도 스크롤 부재에 회전할 수 있게 결합된 샤프트를 포함하는 스크롤 콤프레사를 제공한다. 샤프트는 오일 저장조에 연통되어 오일을 받아들이는 길이방향으로 형성된 오일 이송 통로를 갖고 있다. 이 샤프트는 전술한 길이방향 오일 통로에 연결되고 오일 통로를 샤프트의 외부와 방사방향으로 연결하는 방사방향의 통공을 갖고 있다. 로울러는 샤프트의 외주면에 설치되며, 이 로울러를 통하여 궤도 스크롤 부재가 샤프트에 결합된다. 로울러는 원통형 내주 표면과 외주 표면을 갖고 있으며, 오일 저장조로부터 오일 통로를통하여 이송되는 오일이 외주 표면으로 공급되도록 하는 제1 및 제2 통공을 갖고 있다. 베어링은 로울러 외주 표면과 궤도 스크롤 부재 사이에 설치되었다. 오일 수집 공간은 베어링에 근접하게 위치하고 있으며, 궤도 스크롤의 이면, 로울러의 단부 표면 및 샤프트의 단부 표면에 의하여 형성된다. 중간 압력실과 오일 수집 공간은 서로 연통되었다. 오일은 제2 통공으로부터 베어링을 통하여 오일 수집 공간으로 공급된다. 오일 수집 공간과 고정 및 궤도 스크롤 부재의 격벽 사이의 중간 압력실 사이에는 제3의 통공이 형성되어 있어서 오일이 제3의 통로를 통하여 오일 수집 공간으로부터 중간 압력실로 공급되게 되었다.

본 발명은 또한 흡입 압력하에 유체를 받아들이는 흡입 압력실과 전술한 흡입 압력실과 배출 압력실에 연결된 서로 맞물린 스크롤 부재들을 포함하고 배출 압력 하에 유체를 배출하는 배출 압력실, 방사방향의 외부 표면을 갖고 모터와 궤도 스크롤 부재에 회전할 수 있게 결합된 샤프트 및 샤프트의 외주 표면에 설치되어 궤도 스크롤 부재를 샤프트에 연결하는 로울러를 포함하는 스크롤 콤프레사를 제공한다. 로울러는 내부 및 외부 원주상 표면을 갖고 있고, 베어링은 로울러의 외부 표면과 궤도 스크롤 부재 사이에 설치된다. 베어링에 인접하여 궤도 스크롤 부재의 이면, 로울러의 축방향 단부 표면 및 샤프트의 단부 표면에 의하여 형성된 공간부가 위치하고 있다. 전술한 공간부와 고정 및 궤도 스크롤 격벽 사이의 중간 압력실은 통공으로 연결되었다. 로울러 내주 표면과 샤프트의 외주 표면 사이에는 길이방향의 간극이 형성되었다. 중간 압력실과 배출 압력실 사이에는 배기공이 형성되어 이 배기공에서 공간부와 간극 사이의 압력이 배출 압력 보다 큰 경우베어링을 통한 흐름을 방지하는 유통로가 형성되었다.

이하 본 발명을 도면에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면들에서 동일한 부품에 대하여는 동일한 부호를 부여한다. 도면 및 도면에 의하여 설명된 내용은 본 발명을 이해하기 쉽도록 가장 바람직한 실시 형태를 예를 들어 설명하기 위한 것이고 발명의 범위를 한정시키기 위한 것이 아니다.

도면에는 수직 샤프트를 갖는 스크롤 콤프레사(20)를 예를 들어 도시하였으나, 본 발명이 도시된 형태의 스크롤 콤프레사에 국한되는 것은 아니다.

도1에 따르면, 스크롤 콤프레사(20)는 상부 하우징 부분(24), 중간 하우징 부분(26) 및 하부 하우징 부분(28)으로 구성된 하우징(22)을 갖고 있다. 변형된 형태에서는 중간 부분(26)과 하단 부분(28)이 단일 하부 하우징으로 결합될 수도 있다. 하우징 부분(24),(26),(28)들은 용접등의 방법으로 연결되어 밀봉 결합되었다. 하부 하우징 부분(28)은 콤프레사(20)를 수직으로 설치하는 취부 플렌지로서의 역할을 한다. 그러나 본 발명은 수평형 콤프레사에도 적용된다. 하우징(22) 내에는 모터(32), 하부 베어링(36)에 의하여 지지된 크랭크샤프트(34) 및 스크롤 메카니즘(38)이 설치되었다. 모터(32)는 고정자(40)와 내부에 크랭크샤프트(34)가 설치되는 구멍(44)을 갖고 있는 회전자(42)로 구성된다. 오일 저장조(46)에 수용된 오일은 오일 공급원으로부터 공급받고 유입구(50)에서 정변위 오일 펌프(48) 속으로 유입되고 오일 펌프(48)를 통하여 하부 오일 통로(52) 속으로 배출된다. 윤활유는 통로(52),(54)를 따라 이동하고 베어링(57),(59)과 다음에 설명하는 서로물려 있는 스크롤 나선형 격벽 사이로 공급된다.

스크롤 메카니즘(38)은 고정 스크롤 부재(56), 궤도 스크롤 부재(58) 및 주 베어링 프레임(60)으로 구성되었다. 고정 스크롤 부재(56)는 주 베어링 프레임(60)에 볼트(62)와 같은 다수의 부착 수단에 의하여 고정되었다. 이 고정 스크롤 부재(56)는 평평한 표면(66), 측벽(67) 및 표면(66)으로부터 하향 돌출된 나선형 격벽(68)을 갖는 평평한 스크롤 단부판(64)을 포함한다. 궤도 스크롤 부재(58)는 평평한 이면(72), 평평한 상면(74) 및 전술한 상면(74)으로부터 상향 돌출된 나선형 격벽(76) 및 평평한 단부판(70)을 포함한다. 절전형 콤프레사(20)에서는 궤도 스크롤 판(70)의 이면(72)이 드러스트 베어링 표면(78)에서 주 베어링(60)에 결합된다.

스크롤 메카니즘(38)은 고정 스크롤 부재(56)와 궤도 스크롤 부재(58)를 고정 격벽(68)과 궤도 격벽(76)이 서로 맞물리도록 결합시켜 조립한다. 적당한 콤프레사의 작동을 위하여는 고정 스크롤 부재(56)와 궤도 스크롤 부재(58)를 서로 결합시켰을 때, 격벽(68),(76)의 단부 표면이 표면(66),(74)에 밀봉 결합되도록 표면(66),(74)과 격벽(68),(76)을 제작하여야 한다. 콤프레사 작동 중에는 궤도 스크롤 부재(58)의 이면(72)이 드러스트 표면(78)로부터 약간 떨어져서 궤도 스크롤 부재(58)가 고정 스크롤 부재(56)에 대하여 상대적인 축방향 운동을 할수 있도록 되었다. 크랭크샤프트(34)의 상단에는 크랭크핀(61)이 형성되고, 이 크랭크핀(61)에 선회 메카니즘(80)을 포함하는 원통형 로울러(82)가 결합되었다. 도61A에 따르면, 로울러(82)는 크랭크핀(61)을 받아들이는 축공(84)과 크랭크샤프트 연결 부분(606)의 단부 표면에 형성된 구멍(620)에 삽입 고정되는 제어 핀(83)을 받아들이는 편심 축공(618)을 갖고 있다(도56 참조). 전술한 로울러(82)는 크랭크핀(61) 주위를 회전하게 되었으며, 이러한 회전 운동은 편심 축공(618)에 느슨하게 결합된 제어 핀(83)에 의하여 상대적으로 제한된다(도61 참조). 크랭크샤프트(34)가 모터(32)에 의하여 회전하면 원통형 로울러(82)와 올덤 커플링(93)은 궤도 스크롤 부재(58)가 고정 스크롤 부재(56)에 대하여 상대적인 선회운동을 하게 한다. 이러한 방법으로 선회 메카니즘(80)은 고정 나선형 격벽(68)과 궤도 격벽(76) 사이의 밀봉 결합을 촉진하는 방사방향 콤플라이언스 메카니즘으로서의 역할을 한다.

콤프레사(20)의 작동 중에는 흡입 압력 하의 냉매가 고정 스크롤 부재(56)의 횡공(88)(도4,8)에 밀봉 결합된 흡입관(86)(도2)을 통하여 흡입된다. 횡공(88)에 대한 흡입관(86)의 밀봉은 O-링(90)에 의하여 달성된다(도8 참조). 고정 스크롤 부재(56)에 형성된 흡입구(88)는 흡입관(86)을 받아들이도록 되었으며, 고정 스크롤 부재(56)와 흡입관(86) 사이의 밀봉을 달성하는 O-링(90)은 흡입구(88)의 주벽에 형성된 원륜상 홈에 설치된다. 흡입관(86)은 이 흡입관(86)과 하우징(22)의 구멍(94)에 용접된 흡입관 어댑터(92)에 의하여 콤프레사(20)에 고정된다(도2 참조). 흡입관(86)은 냉매가 냉동 시스템(도시하지 않았음) 또는 기타 냉각 시스템과 고정 스크롤 부재(56) 및 프레임(60)으로 형성된 흡입 압력실 사이로 흐르도록 하는 흡입 압력 냉매 통로(96)를 구성한다.

흡입 압력 하의 냉매는 흡입 통로(96)를 따라서 흡입실(98)로 들어가서 스크롤 메카니즘(38)에 의하여 압축된다. 궤도 스크롤 부재(58)가 고정 스크롤 부재(56)에 대한 상대적인 선회운동을 하면 흡입실(98) 내의 냉매는 고정 격벽(68)과 궤도 격벽(76)에 의하여 형성된 밀폐 포켓 내에서 압축된다. 궤도 스크롤 부재(58)가 선회를 계속하면 냉매 포켓이 배출구(100) 쪽을 향하여 방사방향으로 내측으로 이동한다. 냉매 포켓이 스크롤 격벽(68),(76)을 따라서 배출구(100) 쪽으로 이동하는 동안 그들의 부피가 축소되면서 냉매 압력이 증가하게 된다. 이러한 스크롤 셋트 내에서의 냉매 압력 증가는 스크롤 부재들을 축방향으로 분리하는 작용을 한다. 이러한 축방향으로 분리하는 힘이 과하면 스크롤 격벽들의 단부가 상대 스크롤 부재의 표면에서 분리되어 포켓으로부터 압축된 냉매가 누출되게 되고, 그 결과 냉각 효율의 손실을 가져오게 된다. 따라서 냉매 포켓으로부터의 냉매 유출을 방지하여 냉매가 그대로 유지되도록 하기 위하여는 스크롤 셋트 내의 축방향 분리력을 능가하는 대항력을 궤도 스크롤 부재의 이면에 가하여야 한다. 그러나 축방향 대항력이 너무 크면 또 다른 효율의 저하를 가져올 수 있다. 따라서, 너무 크지 않은 축방향 대항력을 나타내도록 콤프레사를 설계할 때는 스크롤 셋트에 작용하는 모든 힘을 고려하여야 한다.

스크롤 셋트 내에서의 압축 사이클이 완성되기 위하여는 배출 압력하의 냉매가 고정 스크롤 부재(56)의 단부판(64)에 형성된 배출구(100)를 통하여 상향 배출되어 배출 첵밸브 어쌤블리(102)로 배출되어야 한다. 스크롤 격벽들로부터 고압의 냉매가 용이하게 배출되도록 하기 위하여는 도9에 도시된 바와 같이 고정 스크롤 부재(56)의 표면(66)에 콩팥형 홈(101)을 형성할 수도 있다. 이 경우 배출구(100)는 홈(101)에 형성된다. 전술한 목적을 위하여 도11에 도시된 바와 같이 궤도 스크롤 부재(58')의 표면에 콩팥형 홈(101')를 형성할 수도 있다. 압축된 냉매는 배출구(100)를 통하여 스크롤 셋트들 사이로부터 배출 가스 흐름 전환 메카니즘(106)의 내면과 고정 스크롤 부재(56)의 상면(108)에 의하여 형성된 배출 플레넘 챔버(104) 속으로 분출된다. 압축 냉매는 하우징 챔버(110) 속으로 주입된 다음 배출관(112)(도2)을 통하여 콤프레사에 연결된 냉동 또는 공기냉각 시스템 속으로 배출된다.

정상적인 작동 중 콤프레사(20) 내에서 나타나는 변화하는 압력 하에 다양한 유체간의 관계를 설명하기 위하여 전형적인 냉동 시스템에 사용하는 콤프레사를 시험하였다. 냉매가 정상적인 냉각 사이클 중에 통상적인 냉각 시스템을 통하여 흐르는 경우 흡입 압력 하에 콤프레사 내로 흡입되는 유체는 시스템 변화와 관계되는 부하에 따라 변화한다. 부하가 증가하면 유입되는 유체의 흡입 압력은 증가하고, 부하가 감소하면 흡입 압력이 감소한다. 스크롤 셋트 속으로 들어가서 압축 포켓을 형성하는 유체는 흡입 압력 하에 놓이기 때문에 흡입 압력이 변하면 압축 포켓 속의 유체 압력도 변한다. 따라서, 압축 포켓 내의 냉매의 중간 압력이 증가하게 되고 흡입 압력은 감소하게 된다. 흡입 압력의 변화는 스크롤 셋트 내의 축방향 분리력을 변화시킨다. 흡입 압력이 감소하면 스크롤 셋트 내의 축 방향 분리력이 감소되고 스크롤 셋트를 일체로 결합되게 유지하는데 필요한 축방향 바이어스력의 필수적인 수준도 감소한다. 이러한 현상은 콤프레사의 작동 외피가 흡입 압력과 함께 변할 수 있다는 동력학적 현상이다. 축류 콤플라이언스 힘은 압축 포켓으로부터 나오고 흡입 압력의 변동에 영향받기 때문에 콤프레사(20)의 효과적인 외피가 유지되어야 한다. 축류 콤플라언스 힘의 실질적인 크기는 구멍(85)의 위치(도12)와 챔버(81)의 용량에 의하여 부분적으로 결정된다.

원륜상 챔버(81)는 궤도 스크롤 부재(58)의 이면(72)와 베어링(60)의 상면에 의하여 형성된다. 이 원륜상 챔버(81)는 스크롤 셋트 내에 형성된 압축 포켓 내의 유체와 구멍(85)을 통하여 연결되는 중간 압력실을 구성한다. 압축 포켓 내의 유체는 배출 압력과 흡입 압력의 중간 압력이다. 비록 오일과 접촉 표면의 자연 밀봉상태에 의하여 충분한 밀봉 효과가 얻어지지만, 도시된 예에서는 원륜상 밀봉 링(114),(116)이 전술한 중간 압력실을 주변에 위치하는 흡입 및 배출 압력실로부터 분리하도록 되었다. 밀봉 링(114)은 밀봉 링(116) 보다 직경이 크게 형성되었다.

도12에 따르면, 궤도 스크롤 부재(58)의 단부판(70)에 구멍(85)이 형성되었으며, 이 구멍(85)이 압축 포켓과 중간 압력실(81)을 연결하고 있다. 이러한 구성은 하나의 특별한 예이므로 본 발명이 이러한 특수한 구성에 한정되는 것은 아니다.

고정 스크롤 부재(56)와 프레임(60) 사이에는 콤프레사의 배출측과 흡입측을 분리하는 밀봉 O-링(118)이 설치되었다. 도3에 따르면, 고정 스크롤 부재(56)와 프레임(60)은 각각 접촉 표면(120),(122)을 갖고 있다. 전술한 고정 스크롤 부재(56)와 프레임(60)의 표면(120),(122)과 측면(124),(126)은 슬라이딩되게 결합된다. 프레임(60)은 축 방향의 원륜상 표면(128)을 갖고 있고 고정 스크롤부재(56)는 프레임의 표면(128)에 대향되는 축방향의 계단식 표면(130)을 갖고 있다. 또한 프레임(60)은 표면(128)까지 상향 연장되었으나 고정 스크롤 부재(56)의 접촉 표면(130)까지는 연장되지 아니한 원륜상 립(132)을 갖고 있다. 표면(126),(128),(130)과 립(132)의 내주면은 통상적인 밀봉링(118)이 설치되는 챔버를 형성한다. 밀봉 링(118)은 EPDM 고무와 같은 통상적인 밀봉 재료로 제조된다. 이 밀봉 링(118)은 표면(128),(130)과 접촉하면서 두 표면 사이에서 밀봉작용을 한다. 고정 스크롤 부재(56)를 프레임(60)에 조립하면 밀봉 링(118)은 표면(128)에 설치되어 립(132)에 의하여 지직된다. 표면(120),(122)이 서로 접촉하면 밀봉 링(118)은 표면(128),(130) 사이에서 밀봉작용을 하여 콤프레사의 흡입부와 배출부를 밀봉되게 분리시킨다.

도18은 밀봉 O-링(118')을 포함하는 다른 형태의 밀봉 구조를 보여주고 있는데, 이 밀봉 링(118')은 내주면에 다수의 아이렛(134)을 갖고 있으며, 도19에 도시된 바와 같이 고정 스크롤 부재(56')와 프레임(60') 사이를 밀봉시킨다. 전술한 아이렛에는 고정 스크롤 부재(56')를 프레임(60')에 고정시키는 볼트(62)가 삽입된다(도1 참조). 이 변형된 예에서는 고정 스크롤 부재(56')가 프레임(60')의 표면(122')에 접촉하는 축방향의 표면(120')을 갖고 있다. 프레임(60')의 측면(124')은 고정 스크롤 부재(56')의 측면(126')에 슬라이딩되게 결합된다. 고정 스크롤 부재(56')는 축방향의 표면(130')으로 구성되는 턱을 갖고 있으며, 프레임(60')은 절두 원추형 표면(128')을 갖는 원륜상 턱을 갖고 있다. 볼트(62)가 아이렛(134)을 관통하도록 하여 고정 스크롤 부재(56')를 프레임(60')에 조립하면,밀봉 링(118')은 고정 스크롤 부재(56')의 측면(136)과 원륜상 표면(130') 및 프레임(60')의 원추형 표면(128)에 밀봉 접촉한다. 따라서 전술한 변형된 예에서는 밀봉링이 고정 스크롤 부재 및 프레임을 축방향과 측면에서 밀봉 결합시킨다.

도20 내지 24는 콤프레사(20)에 사용된 올덤 커플링의 한 예를 보여준다. 올덤 커플링(93)은 양 단부까지 연장된 두 쌍의 탭(204),(206); (208),(210)을 갖고 있으며, 고정 스크롤 부재(56)와 회전 스크롤 부재(58)사이에 설치되었다. 각개 탭(204),(206),(208),(210)은 4각 단면을 갖고 있으며, 각개 탭 쌍은 동일 방향으로 배치되었다. 도22에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 탭(204),(206)은 다른 쌍의 탭(208),(210)이 배열된 방향에 대하여 직각으로되는 방향으로 배치되었다. 도26에 따르면 올덤 커플링(93)은 고정 스크롤 부재(56)의 홈(202)에 설치되었다. 도26에는 홈(202)과 올덤 커플링(93)이 수직으로 표시된 선으로 표시되었다. 그리고 홈(202)과 올덤 커플링(93)이 중복되는 부분은 교차되는 선으로 표시되었다. 도41, 42 및 91은 고정 스크롤 부재(56)의 홈(202)을 보여주고 있다. 도26에 도시된 바와 같이, 고정 스크롤 부재(56)는 대향되는 측면에 올덤 커플링 탭(204),(206)이 슬라이딩되게 설치되는 장방형 홈(212),(214)을 갖고 있으며, 이 장방형 홈(212),(214)은 흡입관 횡공(88)이 형성된 방향을 따라 평면(220)에 평행하게 형성되었다. 평면(220)은 궤도 스크롤 부재(58)가 그 최대 팁핑 모멘트에 도달하는 평면인 평면(222)에 대하여 수직으로 놓여 있다. 궤도 스크롤 부재(58)는 탭(206),(208)이 슬라이딩되게 결합되는 한 쌍의 장방형 홈(216),(218)을 갖고 있다. 궤도 스크롤 부재(58)는 상대적인 회전운동을 할수 없도록 올덤 커플링(93)에 의하여 고정 스크롤 부재(56)에 키로 고정된다. 그러나 궤도 스크롤 부재(58)는 홈(212),(214),(216),(218) 내에서 슬라이딩되는 탭(204),(206),(208),(210)에 의하여 안내되는 선회운동 범위 내에서 고정 스크롤 부재(56)에 대하여 상대적인 선회운동을 할 수 있게 되었다. 도26에 도시된 바와 같이 탭(204),(206)들이 홈(212),(214)의 한 쪽 끝에 위치한 경우에는 흡입구(88)가 위치한 평면(222) 측(도26의 하부 우측)에 있는 올덤 커플링(93)의 외주면은 홈(202)의 인접 내측벽(203)에 대단히 근접되게 된다. 유사하게, 탭(204),(206)이 홈(212),(214)의 반대 쪽 끝에 위치한 경우에는 (도시하지 않았음) 흡입구(88)가 위치한 평면(222) 측(도26의 상부 좌측)에 있는 올덤 커플링(93)의 외주면은 홈(202)의 인접 내측벽(203)에 대단히 근접되게 된다. 따라서, 홈(202)은 올덤 커플링(93)이 평면(220)에 놓여 있는 축(24)을 따라 왕복운동을 할 수 있는 크기로 되었음을 알 수 있다. 이 올덤 커플링(93)을 받아들이는데 필요한 공간은 최소한도로 되는 것이 바람직하다.

도20 내지 24에 따르면, 올덤 커플링(93)의 대향 축방향 단부(224),(226)들은 패드 표면(228 내지 236)을 갖고 있다. 패드 표면(228a),(232a),(234a),(236a)은 올덤 커플링(93)의 일측면에 형성되고, 측면(224)으로 가려진 올덤 커플링(93)의 반대 측면에는 동일한 형태의 패드 표면이 형성되었다. 도25는 올덤 커플링(93)에 유사하지만 금속 가공 공정으로 제조되지 않고 분말 야금법으로 제조된 변형된 형태의 올덤 커플링(93')이 도시되었다. 이 올덤 커플링(93')은 각개 탭의 주위를 둘러싸는 물질 면적이 약간 크게되었다는 근본적인 차이가 있다.

도1에 따르면, 올덤 커플링(93),(93')은 고정 스크롤 부재(56)와 궤도 스크롤 부재(58) 사이에 설치되었다. 또한 궤도 스크롤 부재(58)의 표면(74)은 스크롤 격벽(76)의 외측까지 연장되고 올덤 커플링(93),(93')의 저면에 위치하는 외주 표면 부분(205)을 갖고 있다. 유사하게 고정 스크롤 부재(56)의 홈진 부분(202)은 올덤 커플링(93),(93')의 상면(224)에 대향되는 하향 표면(238)(도91)을 갖고 있다. 올덤 커플링(93),(93')의 반대 측면에 있는 패드(228 내지 236)는 표면(205),(238)에 슬라이딩되게 접촉한다. 도22 내지 25에 따르면, 패드 표면(228a),(228b)은 평면(22)의 반대 측에 놓이는 부분을 갖고 있다.

도22, 24 및 25는 올덤 커플링(93),(93')의 중앙을 관통하도록 연장된 축(240)을 보여주고 있는데, 이 축(240)은 평면(220)에 놓여 있다. 콤프레사가 작동하는 중에는 궤도 스크롤 부재(58)가 축(240)에 평행한 평면(220) 주위에서 끝나는 경향이 있다. 궤도 스크롤 부재(58)가 평면(222)에서 끝나는 경우에는 표면(74) 외측의 표면(205)이 평면(220)의 반대측에서 올덤 커플링(93),(93')의 측면(226)에 있는 패드 표면 부분과 접촉하도록 압압된다. 도1,22,24 및 25에 따르면 궤도 스크롤 부재(58)가 평면(222)에서 축(240)과 인접 평면(220)에 평행한 축 주위를 시계방향으로 회전하면 표면 부분(205)의 일 부분은 패드(234b),(236b) 및 표면(228a)의 일부와 접촉하는 올덤 커플링(93),(93')과 접촉하면서 상향 선회한다. 이러한 작용은 패드 표면(234a),(236a) 및 표면(228a)의 일부(모두 도22,25의 평면(220)의 좌측)를 고정 스크롤 부재(56)의 홈(202)에 인접한 인접 단부 표면(238)에 접촉하도록 압압한다. 반대로, 궤도 스크롤 부재(58)가 도24에 도시한 바와 같이 축(24)과 인접 평면(220)에 평행한 축 주위를 시계 반대방향으로 회전하면 표면 부분(205)의 반대측 부분은 패드(230b),(232b) 및 표면(228b)과 접촉하는 올덤 링에 접촉하도록 상향 선회한다. 이러한 작용은 패드 표면(230a),(232a) 및 표면(228a)의 일부(모두 도22,25의 평면(220)의 우측)를 고정 스크롤 부재(56)의 홈(202) 에 인접한 인접 단부 표면(238)에 접촉하도록 압압한다. 평면(222)에서의 궤도 스크롤 부재(58)의 회전은 콤프레사 작동 중 시계방향과 시계 반대방향으로 반복된다. 따라서, 올덤 커플링(93),(93')의 이동은 궤도 스크롤 부재의 표면(205)을 지지하여 그 회전을 방지하도록 배치되었음을 알 수 있다. 도26에서 알 수 있는 바와 같이 궤도 스크롤 부재(58)의 표면(205)은 궤도 스크롤 부재의 진동 팁핑 모멘트의 최대치에 대항하는 위치에서 올덤 링에 의하여 지지되고 궤도 스크롤 부재의 흔들림을 방지한다.

콤프레사의 작동을 중단한 후에는 궤도 스크롤 부재(58)가 모터(32)에 의하여 더 이상 선회운동을 하지않고 배출구(100)과 흡입구(88) 사이의 압력차를 포함하는 가스 압력에 감응하여 자유롭게 운동하게된다. 더구나, 콤프레사의 작동 중단 후에는 배출실 내에 수용된 유체와 배출실내에 수용된 유체 보다 낮은 압력 하에 있는 스크롤 셋트 내에 수용된 유체 사이에 압력차가 나타난다. 두 내용물이 압력평형에 도달하기 위하여 냉매 유체는 배출실로부터 스크롤 셋트 내부로 역류된다. 이러한 압력차는 궤도 스크롤 부재(58)에 작용하여 궤도 스크롤 부재가 고정 스크롤 부재에 대하여 반대방향으로 선회하도록 한다. 이러한 역선회는 냉매가 반대방향에 있는 배출구(100) 측으로 흘러서 흡입구(88)를 통하여 냉동 시스템 속으로 배출되도록 한다. 콤프레사의 작동이 중단된 동안 나타나는 스크롤의 역회전 문제는 오래 전부터 스크롤 콤프레사에서 나타났다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 첵 밸브(102)가 사용되고 있는바, 이 첵 밸브는 배출실로부터 스크롤 셋트 내부로 흐르는 유체를 이용하여 첵 밸브를 배출구가 닫히는 쪽으로 신속하게 이동시키므로서 역류를 차단한다. 이와 같은 방법으로 역 선회가 방지되고 점진적인 평형이 달성된다.

도1 및 27-45에는 콤프레사(20)에 사용될 수 있는 각종의 부품들과 첵밸브 조립체(102),(102')의 예들이 도시되었다. 이러한 예들은 고정 스크롤 부재(56)의 배출구(100)에 설치하는 경질 플라스틱 또는 금속제 회동 밸브를 포함하는데, 이들은 밸브 지지구(310 또는 324)에 의하여 지지된다. 도27,28;35-37;38-40에는 다양한 형태의 밸브(302),(302'),(302')들이 도시되었다. 밸브들은 로올 스프링 핀(320)을 설치하기 위한 지지돌기(309) 또는 축공(322)을 갖고 있으며, 이 축공에는 부싱(318)이 설치될 수도 있다. 지지돌기(309) 또는 축공(322)은 밸브 지지구에 있는 부싱 홈(318),(318')에 지지된다.

콤프레사 작동 중에는 흡입압력 하의 냉매가 고정 스크롤 부재(56)에 형성된 횡공(88)에 밀봉 결합된 흡입관(86)을 통하여 고정 스크롤 부재(56)와 프레임(60)으로 구성된 흡입 압력실(98) 속으로 유입된다. 흡입 압력 냉매는 스크롤 메카니즘(38)에 의하여 압축된다. 궤도 스크롤 부재(58)가 고정 스크롤 부재(56)에 대항하는 상대적인 선회운동을 하면 흡입 압력실(98) 내의 냉매는 고정 격벽(68)과 궤도 격벽(76) 사이에서 압축되면서 부피가 줄어들고 냉매 압력이 증가하면서배출구(100)를 향하여 중심부 쪽으로 이동한다.

배출 압력 하의 냉매는 배출구(100)를 통하여 상향 배출되면서 밸브(302),(302'),(302')의 이면(306)을 밀어서 밸브를 개방하면서 배출되게 된다. 이어서 냉매는 배출 가스흐름 전환 메카니즘(106)과 고정 스크롤 부재(56)의 상면(108)으로 구성된 배출 플러넘 또는 배출실(108) 속으로 분출된다. 압축된 냉매는 배출 가스흐름 전환 메카니즘(106)으로부터 콤프레사(20)를 냉동 시스템에 연결하는 배출관(112)이 연결된 하우징 챔버(110) 속으로 배출된다.

배출 첵밸브(102),(102')는 콤프레사 작동 중단시 냉매의 역류를 방지하여 스크롤 메카니즘(38)의 역회전을 방지한다. 도42-45에 따르면, 첵밸브(102)는 전면(304), 배면(306) 및 회전부(308)을 갖고 있는 4각형 밸브판(302)과 밸브 지지구(324), 부싱(318) 및 스프링 핀(320)으로 구성되었다. 배면(306)은 배출구(100) 보다 크게 형성되었다. 핀(320)은 회전부(308)에 형성된 구멍(322)속으로 삽입되게 되었으며 밸브판(302)의 반대측에 있는 부싱(318)으로 고정된다. 부싱(318)은 밸브 지지구(324)의 양 측 부싱 홈(316)에 회전할 수 있게 설치되었다. 콤프레사 작동 중에는 전면(304)과 배면(306)에 작용하는 냉매에 의하여 밸브판(302)이 고정 스크롤 부재(56)에 고정되도록 지지구(324)에 대하여 상대적으로 회동한다. 밸브 지지구(324)는 볼트 등에 의하여 고정 스크롤 부재에 고정되는 두 개의 지지편(312)을 갖고 있으며 밸브판 상방에 설치된다. 밸브 조립체에서는 스프링 핀(320)이 밸브판(302)의 구멍(322)에 삽입되고 부싱(318)은 핀의 단부에 고정된다. 밸브 지지구(324)는 부싱이 삽입되는 두 개의 구멍과 고정 스크롤 부재(56)에 고정시키기 위한 취부편을 갖고 있다. 이 밸브 어쌤블리는 볼트 등에 의하여 고정 스크롤 부재(56)에 설치 고정된다. 도35-37에 도시된 변형된 밸브(302') 및 도38-40에 도시된 밸브(302')는 일체로된 부싱(309)을 갖고 있으나 스프링 핀은 없으며, 전술한 지지구(310),(324)와 함게 사용된다.

밸브(302)는 배면(306)에 가하여지는 배출 냉매의 압력에 의하여 밸브 정지구(314),(314') 쪽으로 압압된다. 특히, 밸브(302)는 배면(306)에 가하여지는 압력이 해소되면 중력에 의하여 폐쇄위치로 복구되는 경향이 있다. 콤프레사의 작동이 중단된 경우에는 배출 압력 하우징 챔버(110) 내의 냉매가 배출구(100)를 통하여 흡입 압력실(98) 속으로 이동한다. 냉매는 밸브 정지구(314)의 구멍(326)을 통하여 밸브(302)의 전면(304)에 작용하여 밸브(302)를 배출구(100) 쪽으로 신속하게 회동시켜 밸브(302)의 배면(306)이 배출구(100)를 덮도록 배출구를 둘러싸는 표면(108)에 밀봉 결합된다. 전술한 구멍(326)은 콤프레사 작동 중 밸브판이 밸브 정지구(314)의 전면에 밀착되는 것을 방지하는 역할도 한다. 이러한 구성에 의하면 냉매가 배출 압력 하우징 챔버(110)로부터 흡입 통로(96)를 통하여 흡입실(98)로 역류되는 현상이 방지되게 된다. 밸브 지지구(310)를 사용하는 배출 첵밸브도 유사하게 작용한다. 이 밸브 지지구에서는 밸브 정지구(314')에 콤프레사 작동 중단 시 역류 배출 가스에 노출되는 밸브 전면(304)을 갖고 있다. 밸브 정지구(314)에 해당하는 정지구(314')를 갖는 밸브는 밸브의 전면(304)의 마모가 덜 될 것으로 기대된다.

이러한 본 발명의 구성에 의하면 하우징 챔버(110)가 흡입실(98)로부터 효과적으로 밀봉되므로 압력차가 효과적으로 감소되어 궤도 스크롤 부재(58)의 역회전이 방지되게 된다. 양측의 스크롤 격벽 사이에 형성된 스크롤 압축실 내에 수용된 압축 냉매는 스크롤 메카니즘(38)에 작용하여 궤도 스크롤 부재(58)의 격벽들을 고정 스크롤 부재(56)의 격벽들로부터 방사방향으로 분리되도록 한다. 따라서 스크롤 부재들은 더 이상 둘 사이의 밀봉상태를 유지하지 않게되고 그 결과 스크롤 셋트 내에 수용된 냉매가 격벽(68),(76)으로부터 누출되게 되어 스크롤 메카니즘(38) 내에 압력 평형이 이루어지게 된다.

정상적인 콤프레사 작동 중에는 배출 압력하의 냉매가 첵밸브를 개방시키면서 배출실을 통하여 배출된다. 콤프레사 작동 중에 나타날 수 있는 압력 진동에 따른 첵밸브의 닫힘현상을 방지하고 딸각거리는 소리를 방지하기 위하여 압압 스프링(도시하지 않았음)을 설치할 수도 있다.

도1에 따르면, 배출 가스 흐름 전환 메카니즘(106)이 고정 스크롤 부재(56)의 원륜상 돌기(402)를 둘러싸도록 고정 스크롤 부재(56)에 설치되었다. 도46,47 및 48에는 배출가스 흐름 전환 메카니즘의 한 형태가 도시되었고, 도49 및 50에는 배출가스 흐름 전환 메카니즘의 다른 형태가 도시되었으며, 도52,53 및 54에는 배출가스 흐름 전환 메카니즘의 또 다른 형태가 도시되었다. 배출가스 흐름 전환 메카니즘은 고정 스크롤 부재(56)의 원륜상 돌기(402) 외주(404)에 형성된 원륜상 홈에 결합되게 부착할수 있다. 변형된 예에서는 원륜상 돌기에 노치를 형성하여 배출가스 흐름 전환 메카니즘의 하단부 외주를 협지하도록 할 수도 있다. 그 외 잠금 장치등의 유사한 장치를 이용하여 배출가스 흐름 전환 메카니즘을 고정 스크롤부재에 고정할 수도 있다. 제3의 배출가스 흐름 전환 메카니즘(106')(도53)에서 알 수 있는 바와 같이, 배출가스 흐름 전환 메카니즘은 고정 스크롤 부재(56)의 표면(108)(도5)에 형성된 다수의 탭 공(416)위에 일열로 정열되는 다수의 구멍(414)을 갖고 있으며, 이 배출가스 흐름 전환 메카니즘은 볼트(도시하지 않았음)로 고정 스크롤 부재에 부착된다.

콤프레사 작동 중에는 압축된 냉매가 배출구(100)로부터 배출 첵밸브(102)를 통하여 배출가스 흐름 전환 메카니즘의 내면과 고정 스크롤 부재(56)의 상면(108)에 의하여 형성된 배출실(104) 속으로 배출된다. 배출가스 흐름 전환 메카니즘(106)은 배출구(406)를 통하여 배출실(104)로부터 배출되는 배출 가스가 하우징(22)과 고정 스크롤 부재(56)사이에 형성된 간극(408)(도1,2)으로 향하도록 하고, 이어서 고정자 권선(410)이 설치된 모터 과전압 보호기(41)로 흐르도록 통로(411)를 따라 하우징 챔버(110) 속으로 하향 유도한다. 배출가스 흐름 전환 메카니즘은 뜨거운 배출 가스가 바로 모터 보호기속으로 들어가 모터를 손상시키는 것을 방지하는 역할을 한다.

도49-51에 도시된 바와 같은 배출가스 흐름 전환 메카니즘은 배출구(406')에 배출 가스를 간극(408) 쪽으로 하향 유도하기 위한 하향 연장된 후드(412)를 갖고 있다.

배출 첵밸브(102)는 밸브가 개방되었을 때 밸브가 신속하게 폐쇄되도록 전면(304)이 콤프레사의 가동 중단에 따라 배출구(406)를 통하여 챔버(110)로부터 배출실(104)로 역류되는 배출가스 압력에 노출되도록 가수 전환 메카니즘의 배출구가 위치하게 설치된다.

도1의 스크롤 콤프레사는 중간 압력하의 냉매가 주입되어 궤도 스크롤 부재(58)를 고정 스크롤 부재(56)를 포함하는 축류 컴플라이언스 속으로 미는 중간 압력실(81)을 갖고 있다. 이 중간 압력실(81)은 궤도 스크롤 부재(58)와 주 베어링 또는 프레임(60)의 표면에 의하여 형성되고, 궤도 스크롤 부재(58)의 저면(72),(506)에 형성된 홈(502),(504)에 설치되어 프레임(60)의 표면에 슬라이딩 접촉하는 원륜상 밀봉 링(114),(116)에 의하여 외부로부터 밀봉된다. 도1, 10 및 14에 따르면, 전술한 중간 압력실(81)은 프레임(60)에 형성된 턱과 궤도 스크롤 부재(58)의 허브(516)사이에 형성된 공간부로 구성되었다. 밀봉 링(114),(116)은 중간 압력실(81)을 흡입 압력 구역과 배출 압력 구역으로부터 밀봉한다.

도12에 따르면, 궤도 스크롤 부재(58)의 허부(516)는 표면(72)에 연결되는 측면(508)을 갖고 있다. 측면(508)은 표면(72)으로부터 허브(516)의 저면(506)까지 연장되었으며, 원륜상 표면(512)을 갖는 원륜상 홈(510)을 갖고 있다. 궤도 스크롤 부재(58)에는 표면(512)으로부터 표면(74)까지 관통된 통공(85)을 갖고 있으며, 이 통공은 중간 압력실(81)을 궤도 및 고정 스크롤사이의 압축실에 연결한다. 도12에 도시된 바와 같이 통공(85)은 표면(512)으로부터 표면(74)까지 연장된 경사진 단일 통로로 형성되었다. 그러나 변형된 형태에서는 통공(85)이 표면(74)에서 허브(516)의 측면(508)에 평행하게 형성되는 하향 형성된 제1 통공과 제1 통공에 연결되도록 홈(51)의 측면에 수평으로 형성된 제2 통공으로 구성되도록 할 수도 있다. 그러나 전술한 통로는 제작의 편이 상 도12와 같이 단일 경사 통로로 형성하는 것이 바람직 하다.

도17에 따르면, 밀봉 링(116)은 홈((504) 내에 설치되어 허브(516)의 단부 표면(506)에 대향되는 프레임(60)의 평면(514)에 슬라이딩되게 접촉한다. 홈(504)의 내측에 위치하는 허브 저면(506) 부분, 즉 도17의 우측 부분은 오일로 채워지는 배출압력하에 놓여 있다. 도17에 도시된 바와 같이 밀봉 링(116)은 C-형 채널을 갖는 외부 동체 부분(518)과 전술한 C-형 채널 내에 결합된 C-형 채널을 갖는 내부 보강 부분(520)으로 구성되었으며, 채널의 개방 부분이 내측으로 향하도록 설치된다. 전술한 밀봉 링의 동체 부분(518)은 표면(514)과의 접촉 시 내마모성이 적은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 기타의 내마모성 물질로 제조될 수 있다. 내부 보강 부분(520)은 배출 압력 하의 오일에 노출되어 있어서, 배출 압력에 의하여 축 방향 및 방사방향으로 팽창되면서 밀봉 링(116)의 외 표면과 홈(504)의 내면 및 프레임의 표면(514) 사이에 밀봉작용이 나타나게 된다.

도14 및 16에 따르면, 궤도 스크롤 부재(58)는 내부에 밀봉 링(114)이 설치되는 홈(502)을 갖고 있다. 밀봉 링(114)은 C-형 채널을 갖는 외부 동체 부분(522)과 전술한 C-형 채널 내에 결합된 C-형 채널을 갖는 내부 보강 부분(524)으로 구성되었으며, 채널의 개방 부분이 내측으로 향하도록 설치된다. 전술한 동체 부분(522)의 C-형 채널은 중간 압력실(81) 내의 중간 압력 유체에 노출되도록 개방되어 있어서, 전술한 유체 압력이 밀봉 링(114)을 홈(502) 내에서 외측으로 밀어 밀봉 링(114)이 홈(502)의 내면과 프레임(60)의 표면(78)에 밀봉 결합되게 한다. 전술한 밀봉 링의 동체 부분(522)은 표면(78)과의 접촉 시 내마모성이 적은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 기타의 내마모성 물질로 제조될 수 있다. 내부 보강 부분(524)은 도16에 도시된 바와 같은 관상 단면을 갖는 파커 부품번호 에프에스16029로 형성될 수도 있다. 전술한 밀봉 링(114)은 홈(504)에 설치될 수 있어야 한다. 또한 밀봉 링(116)도 홈(502)에 설치될 수 있어야 한다. 중간 압력실(81) 내의 압력은 1998. 3. 13 출원된 미국특허출원 제09/042,092호에 기재된 밸브에 의하여 조절될 수 있다.

도1에 따르면, 주 베어링 또는 프레임(60)은 크랭크샤프트(34)의 결합부(606)가 측면에서 지지되는 베어링(59)을 갖는 하단 베어링 부분(602)을 포함한다. 크랭크샤프트 결합부분(606)에는 결합 부분(606)의 외주에서 크랭크샤프트 내의 상부 오일 통로(54)로 관통된 횡공(608)(도55, 56)을 갖고 있다. 오일 통로(54)로 순환되는 오일의 일부는 베어링(59)을 윤활시키기 위하여 횡공(608)으로 주입된다. 횡공(608)으로부터 베어링(59)으로 공급되는 오일은 크랭크샤프트 결합 부분(606)의 외주를 따라 밑으로 흘러서 평형추(614)에서 방사방향으로 분배된 다음 오일 저장조(46)에 회수된다. 또한 횡공(608)에서 공급되는 오일은 베어링(59)을 따라 상부로 이동하여 결합 부분(606)의 외주를 따라 원륜상 갤러리(610) 속으로 들어간 다음 프레임(60)의 통공(612)을 통하여 하우징 챔버(110)와 오일 저장조(46)로 회수된다. 통공(612)은 이 통공을 통하여 배출되는 오일을 균형추(612)가 받아서 배출관(112)의 반대측 콤프레사 내주면으로 분산할 수 있도록 프레임(60)에 위치하고 있다. 오일 통로(54)의 개방 단부(732)는 플러그(616)로 폐쇄되었다.

로울러(82)의 방사방향 오일 통로(622)와 크랭크핀(61)의 방사방향 오일 통로(624)는 실질적인 연결상태를 유지하도록 되었다(도61C). 로울러(82)는 비록 크랭크핀(61) 주위를 회전하지만, 그 회전 운동은 제어 핀(83)의 양측에 결합된 구멍(618)에 의하여 제한된다. 횡공(608)을 지나서 크랭크샤프트의 오일 통로(54)를 통하여 흐르는 나머지 오일은 베어링(57)을 윤활시키기 위하여 오일 통공(622),(624)으로 공급된다. 오일 통로(54)는 크랭크샤프트(34)의 회전축에 대하여 일정한 각도로 꾸부러지게 형성되었으므로 이 오일 통로(54)는 다음에 설명하는 오일 저장조(46)내에 설치된 펌프(48)와 연관되게 사용되는 원심펌프의 역할을 한다. 따라서 방사방향 오일 통공(608),(624)에 도달한 오일의 압력은 실질적인 배출압력인 오일 저장조(46) 내의 오일 압력 보다 높게된다. 베어링(57)을 통하여 흐르는 오일은 오일 통공(626)을 통하여 스크롤 격벽 사이의 중간 압력 부분에 연결된 오일 수집 공간 또는 갤러리(55)(도15, 63B)로 상향 이동한다. 오일 갤러리(55) 내의 오일은 배출 압력하에 놓이게 되며, 갤러리(55)와 스크롤 사이의 중간 압력 부분간의 압력차에 의하여 오일 통공(626) 속으로 흐른다. 통공(626)을 통하여 스크롤들 사이로 이동한 오일은 스크롤 격벽들을 냉각하고 밀봉하며 윤활시키는데 이용된다. 베어링(57)을 통하여 흐르는 나머지 오일은 원륜상 오일 갤러리(610)(도1)와 연결된 원륜상 오일 갤러리(632)를 향하여 하향 이동한다.

도64에 도시된 바와 같이 로울러(82)의 축공(84)은 완전한 원형이 아니고 내주면의 일측에 삽입되는 크랭크핀(61)의 외주면과의 사이에 공간부(633)가 형성되도록 형성되었다. 이 공간부(633)는 콤프레사 작동 중 스크롤 격벽 사이의 중간 압력이 배출 압력 보다 높은 경우 베어링(57)을 통한 가스의 역류를 방지하는 배기 통로 부분을 형성한다. 도63A의 화살표(635)로 표시한 유로에서 알수 있는 바와 같이 콤프레사가 시동할 때 나타나는 중간 압력이 배출압력 보다 높은 경우에는 냉매가 통공(626)을 통하여 오일 갤러리(55) 속으로 배출되고 축공(84)과 크랭크핀(61)의 외주면 사이에 형성된 공간부(633)를 통하여 축공(84) 주위의 로울러 단부 표면과 크랭크핀(61) 사이에 형성된 카운터 싱크(628) 속으로 배출된다. 이 부분은 로울러(82)의 저면에 형성된 방사방향 홈(630)에 연결된다. 이와 같이 배출된 냉매는 오일 갤러리(632) 속으로 흐를 수도 있고 프레임(60)의 통공(612)을 통하여 콤프레사 하우징 챔버(110)로 흐를 수도 있다. 이와 같은 방법으로 시동 중의 오일 배출이 오일 갤러리(55)가 베어링(57)으로의 오일 흐름을 억제하는 선까지 압력을 받지 않도록 하고 또한 전술한 바와 같이 시동 중의 냉매 배출에 의하여 오일을 베어링(57)으로부터 배출한다.

도14, 15 및 63에 따르면, 궤도 스크롤 부재(58)의 허브(516) 내저면(636)에는 2-3mm 높이의 원통형 융출부(634)가 하향 돌출되었다. 이 융출부(634)는 예를 들면 10-15mm의 직경을 갖고 있으며, 그 표면은 크랭크핀(61) 및/또는 로울러(82)의 상단 표면에 접촉하게 되었다. 이 융출부(634)는 로울러와 크랭크핀의 상단 표면 전체가 최소한도로 마모되도록 크랭크핀(61)과 로울러(82)를 지지하는 역할을 하는 드러스트 베어링으로 작용한다. 융출부(634), 크랭크핀(61) 및 로울러(82)의 접촉 표면은 융출부와 크랭크핀 및 로울러 간의 상대적인 속도가 가장 낮은 허브(516)와 로울러(82)의 중앙선에 근접하게 위치하고 있어서 접촉 부위의 마모가 최소한도로 된다.

정변위 오일 펌프(48)는 콤프레사 하우징(22) 내의 오일 저장조(46) 내에 삽입되도록 크랭크샤프트(34)의 하단부에 설치된다. 도65 내지 79에는 전술한 오일 펌프의 한 형태가 도시되었고, 도80 및 81에는 다른 형태의 오일 펌프가 도시되었다. 도65 및 66에 도시된 정변위 펌프(48)는 크랭크샤프트(34)의 하단부(702)에 설치되어 베어링(36)으로 지지되었다.

펌프는 펌프 동체(704), 나일라트론(상표임) 지에스와 같은 물질로 성형한 베인(706), 상면이 베인(706)의 하단 표면에 슬라이딩되게 접촉하는 전환 디스크(708), 지지 핀(710), 왓셔(713), 원형 지지판(715) 및 스냅 링(712)으로 구성되었다. 펌프 부속품들은 도68에 도시된 바와 같이 조립되며, 왓셔(713)는 펌프 부품들이 서로 견고하게 결합되도록 밀착시키는 역할을 한다. 동체(704)의 하단부 내주면에는 스냅 링(712)이 삽입 지지되는 홈이 형성되었다. 도55-57에 도시된 바와 같이 크랭크샤프트(34)의 하단부(702)에는 샤프트 하단부(702)의 직경보다 큰 직경을 갖는 로타리 베인(706)이 삽입 고정되는 홈(714)이 형성되었으며, 전술한 로타리 베인은 크랭크샤프트(34)의 회전에 따라 회전하게 되었다. 전술한 베인은 홈(714) 내에서 슬라이딩되면서 동체(704)에 형성된 펌프 실린더(716)와 접촉한다. 도65 및 73에 따르면, 펌프 실린더(716)는 베어링(36)의 부분(709) 보다 큰 직경을 갖고 있으며, 전술한 베어링 부분에 대하여 편심으로 되게 설치되었다. 또한 펌프 실린더(716)의 중앙선은 크랭크샤프트(34) 및 하부 오일 통로(52)의 중앙선에 대하여 편심으로 되도록 위치한다.

베어링(36)의 부분(709)의 직경은 부분(709)과 샤프트 단부(702)와의 사이에 간극이 형성되도록 하부 샤프트 단부(702)의 직경 보다 약간 크게 형성되어 있어서, 이 간극을 통하여 펌프로부터 오일이 누출되어 베어링(36)의 결합 부분(717)과 표면(726)에 의하여 지지된 크랭크샤프트(34)의 하단 결합 부분(719)을 윤활시키도록 되었다.

샤프트(34)가 회전하면 베인(706)이 샤프트 홈(714)에서 왕복운동을 하면서 그 양 단부(744),(746)(도74, 75)가 펌프 실린더(716)의 원통형 주벽에서 슬라이딩된다. 전술한 베인의 양 단부(744),(746)는 베인(706)의 다방향 운동을 촉진한다. 베인은 중앙에 스프링을 갖고 있을 수도 있고, 분리된 중간 스프링(도시하지 않았음)에 의하여 연결된 두 단부를 갖는 투-피스 형태로된 것일 수도 있다. 중간 스프링은 베인의 단부를 보다 효과적인 펌핑작용을 할수 있도록 동체의 내면 쪽으로 벌어지게 한다. 이러한 변형된 베인의 구조는 베인의 단부(744),(746)들이 펌프 실린더(716)의 원통형 내주벽에 더 밀착되도록 하여 펌프 누출을 감소시킬 수 있다. 펌프는 하부 베어링(36)을 윤활시키기 위하여 약간의 누출이 나타나도록 되었다. 베인(706)이 펌프 실린더(716)에서 회전할 때 누출되는 오일은 샤프트 하단(702)과 베어링(34)의 부분(709) 사이에 형성된 작은 간극을 통하여 위로 이동하여 상부에 있는 결합부와 드러스트 베어링의 윤활에 이용된다. 이와 같이 콤프레사(20)의 하부 베어링(36)은 하부 통로(52)에 의하여 압송되는 오일에 의하여 윤활되지 않고 누출되는 오일에 의하여 윤활된다.

도66에 따르면, 오일 저장조(46)의 오일은 유입구(50)를 통하여 펌프 속으로들어가서 베인(706)에 의하여 전환 포트 플레이트(708)의 상면에 형성된 앵커형 입구(718) 속으로 들어가고, 여기에서 부피의 감소에 따라 오일은 중앙 전환 배출구(720)속으로 압송된 다음 축방향 오일 통로 입구(722)로 상향 이동하여 베인(706)의 양 측에 있는 스칼로프(750),(752)를 통과한다. 펌프의 편심 특성과 회전 베인의 작용에 의하여 중앙 전환 배출구(720)는 앵커형 입구보다 낮은 압력으로 된다. 전환 포트 플레이트의 앵커 형태는 크랭크샤프트의 회전 방향에 관계없이 펌핑작용을 하도록 하여 오일이 두 앵커 지축에 근접하게 위치하는 유입구(718) 속으로 들어간다. 이와 같이 오일은 콤프레사의 작동이 중단되어 역회전하는 중에도 콤프레사의 윤활 부위까지 공급된다. 전환 포트 플레이트의 저면에는 환형 지지핀 채널(711)이 형성되어 지지핀(710)이 슬라이딩되게 삽입 지지되었다. 지지핀(710)은 펌프 유입구(50) 하방의 펌프 실린더(716)(도68, 73)의 측벽에 형성된 노치(754)에 지지되어 펌프 동체에 고정된다.

하부 베어링 드러스트 왓셔(724)는 크랭크샤프트(34)를 위한 드러스트 베어링 표면을 제공하는 하부 드러스트 베어링 표면 또는 턱(726)에 지지된다. 펌프(48)로부터 누출되는 오일은 샤프트 하단(702)과 하부 베어링 부분(709)사이의 공간부를 통하여 상향 이동하여 크랭크샤프트 드러스트 표면(726)과 드러스트 왓셔(724) 사이 및 크랭크샤프트 결합부(719)와 베어링 결합부(717) 사이에 윤활유로서 공급된다. 드러스트 왓셔(724)에는 윤활유를 드러스트 표면(726)으로 이송하는데 도움이 되는 홈(도시하지 않았음)이 형성될 수도 있다. 또한 펌프 동체에는 오일이 펌프 메카니즘으로부터 드러스트 표면으로 누출되도록 하는 홈(도시하지 않았음)이 형성될 수도 있다. 또한 하부 베어링의 결합 표면에 대한 회전 윤활을 제공하기 위하여 평평한 홈 또는 평면부(728)(도55, 56)를 크랭크샤프트의 결합부(719)의 외주에 형성할 수도 있다. 이와 같은 방법에 의하면 크랭크샤프트의 오일 통로를 따라 이동하는 기본적인 압송 유체가 아닌 펌프로부터 누출되는 유체가 하부 베어링에 대한 회전 및 드러스트 윤활을 제공하게 된다. 이러한 사실은 기본 펌프 오일이 크랭크샤프트의 목적지까지 이송되는 것을 촉진한다. 따라서 이러한 펌프는 펌프 동체와 샤프트 결합면간의 비교적 느슨한 공차를 허용하는 콤프레사 하부 베어링을 윤활하는 수단을 제공한다.

도1에 따르면, 오일 저장조(48)의 오일은 하부 오일 통로(52)에서 상향 이동하여 상부 만곡 오일 통로(54)로 이동한다. 상부 오일 통로(54)의 만곡된 형태는 펌프로부터 상향 압송되는 기본 오일에 원심 펌핑 효과를 부여한다. 상부 통로(54)의 상단(732)은 플러그(616)로 폐쇄되었다. 통로(54)로 압송되는 오일의 일부는 샤프트 결합부분(606)(도55, 56)에 형성된 횡공(608)을 통하여 배출되어 베어링(59)으로 배출된다. 통로(54)로 압송되는 나머지 오일은 크랭크핀(61)에 형성된 횡공(624) 및 로울러(82)에 형성된 횡공(622)으로 배출되어 베어링(57)으로 공급된다(도63B). 이어서 오일은 베어링(57)에서 상향 이동하여 크랭크핀(61)과 편심 로울러(82)의 상면 및 궤도 스크롤 부재(58)의 표면에 의하여 형성된 오일 갤러리(55) 속으로 흐른다. 오일은 궤도 스크롤 부재(58)에 형성된 축 방향의 통로(626)를 통하여 스크롤 셋트 내부로 유입된다.

도80 및 81에 도시된 바와 같은 변형 오일 펌프(48')는 전술한 기능을 갖고있지만 하부 베어링이 없는 콤프레사에 사용하기 위한 것으로서 구조적으로 전술한 펌프(48)와 차이가 있다. 이 오일 펌프(48')는 콤프레사 하우징(22) 또는 기타의 고정 수단에 설치된 비회전 스프링(738)을 포함한다. 이 스프링(738)은 오일 펌프 동체(704')를 하우징 내에서 수직으로 지지하며, 크랭크 샤프트의 단부에 부착된 축 방향의 내부 오일 통로(742)를 포함하는 샤프트 연장부(740)에 회전되지 않도록 설치되었다. 샤프트 연장부(740)에는 샤프트(34)의 홈(714)과 유사한 홈(714')이 형성되었다. 베인(706')은 왕복운동을 할 수 있도록 홈 내에 설치되었으며, 전술한 바와 같이 홈에 의하여 회전되도록 되었다. 펌프(48')는 파형 왓셔(713), 지지판(715) 및 스냅 링(712) 대신에 펌프 부속품들이 서로 밀접되도록 압착하는 스플릿 스프링 왓셔(712')를 사용할 수도 있다. 펌프(48)도 유사하게 개량될 수 있다. 베인(706'), 전환 포트 플레이트(708') 및 지지 핀(710')은 전술한 첫 번째 형태의 펌프의 부품들과 거의 동일하고, 펌프(48')의 기능도 전술한 펌프(48)와 거의 동일하다.

전술한 설명은 스크롤 콤프레사에 사용한 예에 대한 것이지만 숙련된 기술자들은 펌프(48),(48')가 로타리 콤프레사와 왕복 피스톤 콤프레사에도 이용될 수 있음을 알수 있을 것이다. 콤프레사(20)는 고정 스크롤 부재 중심선(802)과 크랭크샤프트 중심선(S) 사이에 편차가 있을 수 있다. 이러한 편차는 쿠랭크 암과 방사방향 콤플라이언스에 나쁜 영향을 주어 크랭크샤프트 토크의 주기적인 변화와 스크롤 격벽들의 밀폐력을 감소시킨다. 콤프레사는 슬라이더 블록 방사방향 콤플라이언스 또는 스윙 링크 방사방향 콤플라이언스 메카니즘과 결합시켜 사용할 수도 있다.

다음의 설명에 사용하는 부호들은 다음의 의미를 갖는다.

e 선회 반경(편향도);

b 크랭크핀(61) 중심선(P)으로부터 매스 O의 궤도 스크롤 중심까지의 거리;

d 크랭크핀(61) 중심선(P)으로부터 매스 R의 편심 선회 링크 중심까지의 거리;

r 크랭크핀(61) 중심선(P)으로부터 크랭크샤프트(34) 중심선(S)까지의 거리;

D 고정 스크롤 격벽 중심선으로부터 크랭크샤프트 중심선까지의 거리;

F 힘;

M 매스;

O 궤도 스크롤 중심선과 매스의 중심;

P 크랭크핀(61) 중심선;

R 매스의 선회 링크 중심;S 크랭크샤프트(34) 중심선과 회전축;

RPM 분당 회전수;

첨자

b 선회 링크;

§ 프랭크 밀봉;

ib 선회 링크 관성;

P 구동 핀;

s 궤도 스크롤;

tg 접선방향, 가스;

rg 방사방향, 가스;

tp 접선방향, 편심 핀;

rp 방사방향, 편심 핀;

그리스 문자 부호

θ 방사방향 컴플라이언스(상) 각도;

α 매스 각 편형의 선회 링크;

ξ 크랭크샤프트 각도

스크롤 콤프레사는 조용한 작동, 액체 압송 능력 및 높은 에너지 효율이라는 세가지 특성에서 다른 형태의 가스 압축장치와 구분된다. 스크롤 콤프레사는 액체 흡입 중 기계적인 손상을 받지 않는 다는 점에서 왕복 또는 로타리 콤프레사보다 나은 이점이 있다. 이러한 현상은 스크롤들이 액체 압축에 따라 이들을 서로 분리하는 방사방향 콤플라이언스 메카니즘을 갖는데 기인한다. 이 경우 콤프레사는 단지 펌프로만 작용한다. 전형적인 방사방향 콤플라이언스 메카니즘은 구동력을 마모를 분산시키기 위하여 접선 방향 힘과 격벽 간의 플랭크 접촉과 그에 따른 압축포켓 속의 밀봉이 달성되도록 하는 압축력과 방사방향 성분으로 나눈다.

스크롤 콤프레사의 또 하나의 장점은 각개 크랭크샤프트 사이클에서 압축 가스가 오직 두 개의 구멍을 갖는 다수의 포켓으로 분배된다는 것이다. 크랭크샤프트 토크는 압축력 벡타와 크랭크샤프트 회전축 간의 거리에 관계되는 압축력과 토크 암에 비례한다. 크랭크샤프트 토크를 측정하는 수단은 최대 압축력에서 일어나는 거리의 최소치를 갖도록 벡타에 대한 거리를 변화시키는 것이다. 그러나 상응하는 플랭크 밀봉력의 증가가 나타날 수 있다. 선회 링크 방사방향 콤플러이언스 메카니즘은 이러한 변화를 조정한다.

스크롤 콤프레사에 사용하는 방사방향 콤플라이언스 메카니즘은 슬라이더 블록이다. 스크롤 콤프레사의 토크 변화를 감소시키기 위한 슬라이더 블록의 능력은 다음의 계산식으로 나타낸다. 슬라이더 블록은 크랭크샤프트 회전 중 궤도 스크롤이 매스의 중심을 이동시킨다. 이러한 중심 이동의 부수 효과는 원심력과 그에 따른 방사방향 플랭크 밀봉력이 크랭크샤프트 각도와 함께 변화한다는 것이다.

이 연구에 사용된 방사방향 콤플라이언스 메카니즘은 도면에 의한 설명에서 예시된 바와 같은 선회링크이다. 이 선회링크에 대한 힘은 도82에 표시하였다.

궤도 스크롤 중심선(O)에 대한 모멘트와 X 및 Y 방향에 대한 힘의 균형을 수학식 1-3에 기재한다.

식중, F_is=M*(2*π*RPM/60)²*e 이고,

고정 스크롤은 도82에 도시된 궤적을 구획하는 유격에 의하여 이동한다. 결과적으로, 선회 반경(편심율)은 크랭크샤프트 각도에 따라 변한다.

수학식1에서 알 수 있는 바와 같이 도89 및 90에 따른 크랭크샤프트 중심(S) 유격(D)에 대한 고정 스크롤 중심선(802)은 원심력에 의한 플랭크 접촉력 변화를 가져온다. 선회링크는 부수적인 효과를 가져온다. 원심력은 동일한 방법으로 플랭크 밀봉력을 변화시키고, 포지티브 유격은 매스(O)의 스크롤 중심과 크랭크 회전축(S)간의 거리를 증가시키며, 그에 따라 플랭크 접촉력이 증가한다. 더구나, 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 중심 유격(D)은 방사방향 콤플라이언스 각도(θ)의 증가를 가져온다. 증가된 방사방향 콤플라이언스 각도는 구동력의 방사방향 성분에 의하여 플랭크 접촉력을 감소시킨다. 따라서 선회 링크 메카니즘은 고유의보상효과를 갖고 있다.

크랭크 샤프트에 대한 고정 스크롤 유격은 (도82의 라인을 따르는 것으로 가정됨) 방사방향 콤플라이언스 각도의 변화를 가져온다. 표1은 유격 값과 방사방향 콤플라이언스 각도의 관계를 보여 준다.

유격, 인치	-0.10	-0.08	-0.06	-0.04	-0.02	0.00	0.02	0.04	0.06	0.80	0.10
콤플라이언스 각도, 。	-14.1	-10.2	-6.8	-3.8	-1.1	1.4	3.7	5.9	8.0	10.0	12.0

도83은 수학식 1-3에 의하여 얻어지는 접선 방향 가스 힘의 임의 수치에 따른 궤도 반경 변화에 대한 플랭크 접촉력을 도시한 것이다.

도83은 100 내지 1000 lbf 범위에서 변하는 가스 접선방향 힘에 대한 플랭크 접촉력을 보여 준다. 가스 방사방향 힘은 가스 접선방향 힘의 10%로 되는 것으로 가정한다. 수학식에 나타난 기타의 수치는 전형적인 4톤 스크롤 콤프레사에 대한 것이다. X-축 상의 변수는 고정 스크롤 유격을 나타낸다. 포지티브 유격은 크랭크샤프트 중심선으로부터 이동한 궤도 스크롤 중심선에 해당한다. 수학식 1-3은 다음의 변화가 대항 효과를 갖고 있음을 보여 준다: (1) 일반적으로, 가스 접선방향 힘은 프랭크 밀봉력을 증가시킨다. (2) 궤도 스크롤과 선회 링크 원심력의 증가는 플랭크 밀봉력을 증가 시킨다.

도83의 곡선은 프랭크 밀봉력에 영향을 미치는 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트의 유격이 접선방향 가스 힘에 따라 달라짐을 보여 준다. 400 lbf 보다 적은접지방향 가스 힘에서는 프랭크 접촉력이 궤도 반경을 증가시키므로서 증가한다. 400 lbf 보다 큰 접지방향 가스 힘에서는 프랭크 접촉력이 궤도 반경을 증가시키므로서 감소한다. 400 lbf의 가스 접선방향 힘에서는 프랭크 밀봉력의 변화가 무시할 정도이다. 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 유격이 -0.075인치인 경우에는 플랭크 접촉력이 일정하다.

궤도 반경(e) 값은 크랭크샤프트 중심 유격에 따라 사인형으로 변화한다. 도83에 도시된 플랭크 밀봉력은 0.010인치의 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 유격(D)에서의 도84의 크랭크샤프트 각도(ξ)에 대하여 작성한 것이다. 궤도 스크롤 편심율은 크랭크샤프트 각도의 함수로서 다음과 같이 계산된다.

e(ξ)=D*sin(ξ)

식중, ξ는 크랭크샤프트 각도이다.

도84는 0.010인치 유격의 방사방향 콤플라이언스에서의 접선방형 여러 값에 대한 크랭크샤프트의 플랭크 밀봉력을 보여준다. 플랭크 밀봉력은 접선방향 가스 힘에 반비례한다. 그러나, 유격 효과는 접선방향 가스 힘이 증가함에 따라 질적으로 변화한다. 가장 선택적인 위상 각도에서는 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 중심 유격이 최대 밀봉력을 감소시키고 최소 밀봉력을 증가시킨다. 이러한 선택적 효과는 도84에 인용된 180°의 크랭크샤프트 각도에서의 위상 각도에서 볼수 있다.

예를 들면, 고부하 상태에서 작동하는 스크롤 콤프레사에서 측정되는 바와 같은 크랭크샤프트 각도에 대한 접선방향 가스 힘의 변화는 도5에 도시되었다. 이러한 조건에서의 방사방향 가스 힘(F_rg)은 평균 접선방향 가스 힘(F_tg)의 10% 정도이다.

도86은 고정 스크롤에 대한 크랭크 중심 유격(D)에서의 크랭크샤프트 각도에 대한 플랭크 밀봉력과 도85에 도시된 접선방향 가스 힘의 변화을 보여 준다. 유격과 압력 변화 사이의 위상에 대한 8개의 상이한 값이 나타났다. 이러한 수치는 도85에 도시된 접선방향 가스 힘 변화에 대한 도84에서 강조한 유격효과를 보여 준다. 프랭크 밀봉력은 가스 접선방향 힘에 반비례한다. 플랭크 밀봉력 변화는 약 90°의 위상각도에서 감소할 수 있다. 도87은 크랭크샤프트 각도에 대한 토크의 계산치를 보여준다.

고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 중심 유격을 더 이해하기 쉽게 하기 위하여 수개의 유격 값 대 위상 각도에 대한 피크피크 변화를 도88에 도시하였다. 도88에서 크랭크샤프트 토크 변화의 직선 교정이 얻어질 수 있는 주어진 유격에 대한 위상 각도 변화를 결정할 수 있다. 도86으로부터 플랭크 밀봉력 변화를 최소화할 수 있는 특정 위상 각도를 얻을 수 있다.

전술한 설명에서 알 수 있는 바와 같이 고정 스크롤에 대한 크랭크샤프트 유격의 효과는 슬라이더 블록의 경우 보다 선회 링크의 경우에 더 복잡하다. 원심력은 방사방향 콤플라이언스 각도보다 플랭크 밀봉력에 대하여 대항력을 갖고 있다. 고정 스크롤 유격의 적당한 선택은 토크 변화를 감소시킴과 동시에 플랭크 접촉력을 감소시킴을 알 수 있다. 이러한 사실은 최소의 프랭크 접촉력으로 만족할 정도의 밀봉이 이루어짐을 나타낸다. 최대 밀봉력의 최저 값은 보다 적은 마모 부하를 의미하므로 본 발명에 의하면 소음이 없으면서 효율적인 콤프레사를 얻을 수 있게된다.

도면에 의한 설명은 본 발명을 이해하기 쉽도록 가장 바람직한 형태를 예로 들어서 설명한 것이다. 따라서 전술한 본 발명의 원리를 이용하여 일부의 구조를 변경하거나 용도를 변경하는 것도 본 발명의 범위에 속한다.

본 발명에 의하면 베어링 표면 사이에 윤활유가 원활하게 공급되므로 압축 효율이 향상되고 수명이 연장되는 효과가 있다.

Claims

평평한 표면(66)으로부터 돌출된 나선형 격벽(68)을 갖고 있는 고정 스크롤 부재(56), 평평한 표면(74)으로부터 돌출된 나선형 격벽(76)을 갖고 있고 두 스크롤 부재들의 격벽 단부가 대향되는 스크롤 부재의 평평한 표면에 밀봉 접촉하면서 맞물려 두 스크롤 부재의 상대적인 회전에 의하여 흡입 및 배출 압력실에 연통된 두 스크롤 격벽 사이에서 냉매가 압축되도록 고정 스크롤 부재에 결합되는 궤도 스크롤 부재(58), 전술한 고정 및 스크롤 부재 중의 하나에 의하여 형성되고 흡입 배출 중간 압력 공급원에 연통되어 고정 및 궤도 스크롤 부재가 서로 밀봉되도록 궤도 스크롤 부재에 미는 힘을 유도하는 유체 압력을 발생하는 중간 압력실(81), 오일 저장조(46), 전기 모터(32), 전술한 모터 및 궤도 스크롤 부재에 결합되고 오일 저장조까지 연장된 길이 방향의 오일 통로(52,54)와 전술한 오일 통로를 방사방향의 외부에 연결하는 제1 통공(624)을 갖고 있는 크랭크샤프트(34), 내주 및 외주 표면과 전술한 제1 통공에 연결되어 오일 통로에서 이송되는 오일을 외부로 공급하는 제2 통공(622)을 갖고 있으며 크랭크샤프트에 궤도 스크롤 부재가 결합되도록 크랭크샤프트의 외주에 설치되는 로울러(82), 및 로울러와 궤도 스크롤 부재 사이에 설치되고 주위에 궤도 스크롤의 이면(636)과 로울러 및 크랭크샤프트의 단부 표면에 의하여 형성되고 전술한 제2 통공으로부터 오일을 받아들이게된 오일 수집 공간(55)을 갖고 있는 베어링(57)을 포함하는, 흡입 압력하에 유체를 받아들이는 흡입 압력실(98)과 배출 압력하에 유체를 배출하는 배출 압력실(110)을 갖고 있는 스크롤 콤프레사에 있어서, 전술한 오일 수집 공간과 고정 및 궤도 스크롤 부재 사이의 중간 압력 공간 사이에 제3의 통공(626)이 형성되어 오일이 전술한 제3의 통공을 통하여 오일 수집 공간으로부터 중간 압력 공간으로 공급되게 되었고, 전술한 중간 압력실과 오일 수집 공간은 서로 연통되게 되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제1항에서, 전술한 베어링이 제1 베어링이고, 전술한 크랭크샤프트의 방사방향 외주 표면은 제1 크랭크샤프트 외주 표면이며, 제2 베어링(59)에 지지되는 크랭크샤프트의 제2 외주 표면에는 크랭크샤프트의 오일 이송 통로에 연결되는 제4의 통공이 형성되어 오일이 이 제4 통공을 통하여 오일 통로로부터 외부의 베어링으로 공급되게 되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제2항에서, 전술한 제4 통공이 제1 통공의 하방에 형성되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제2항에서, 전술한 제2 베어링 주위에 중간 압력실과 연결된 원륜상 오일 갤러리(610)가 형성되고, 오일은 제2 베어링을 통하여 제4 통공으로부터 원륜상 오일 갤러리 내로 수집되게 되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제4항에서, 전술한 오일 갤러리가 배출 압력실과 연결되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제5항에서, 전술한 오일 저장조가 전술한 배출 압력실 내에 형성되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제4항에서, 전술한 원륜상 오일 갤러리가 전술한 제2 베어링을 통하여 제2 통공과 연결되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제1항에서, 전술한 제1 및 제2 통공이 일정한 유체 연결로 유지됨을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제8항에서, 전술한 로울러가 크랭크샤프트에 대하여 회전할수 있게 되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제1항에서, 전술한 길이방향의 오일 통로가 크랭크샤프트의 전체 길이에 걸쳐 형성되고 상단부는 플러그(616)에 의하여 폐쇄되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제1항에서, 전술한 베어링에 인접하여 전술한 배출 압력실과 연결된 원륜상 오일 갤러리(632)를 갖고 있음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
평평한 표면(66)으로부터 돌출된 나선형 격벽(68)을 갖고 있는 고정 스크롤 부재(56), 평평한 표면(74)으로부터 돌출된 나선형 격벽(76)을 갖고 있고 두 스크롤 부재들의 격벽 단부가 대향되는 스크롤 부재의 평평한 표면에 밀봉 접촉하면서 맞물려 두 스크롤 부재의 상대적인 회전에 의하여 흡입 및 배출 압력실에 연통된 두 스크롤 격벽 사이에서 냉매가 압축되도록 고정 스크롤 부재에 결합되는 궤도 스크롤 부재(58), 전기 모터(32), 전술한 모터 및 궤도 스크롤 부재에 결합되고 외주 표면을 갖고 있는 크랭크샤프트(34), 내주 및 외주 표면을 갖고 있고 크랭크샤프트에 궤도 스크롤 부재가 결합되도록 크랭크샤프트의 외주에 설치되는 로울러(82), 및 로울러와 궤도 스크롤 부재 사이에 설치되고 주위에 궤도 스크롤의 이면(636)과 로울러 및 크랭크샤프트의 단부 표면에 의하여 형성되고 전술한 제2 통공으로부터 오일을 받아들이게된 오일 수집 공간(55)을 갖고 있는 베어링을 포함하는, 흡입 압력하에 유체를 받아들이는 흡입 압력실(98)과 배출 압력하에 유체를 배출하는 배출 압력실(110)을 갖고 있는 스크롤 콤프레사에 있어서, 전술한 오일 수집 공간과 고정 및 궤도 스크롤 부재 사이의 중간 압력 공간 사이에 제3의 통공(626)이 형성되고, 로울러 내주 표면과 크랭크샤프트의 외측면 사이에 길이방향 간극이 형성되었으며, 중간 압력 공간부와 배출 압력실 사이에 전술한 통공, 전술한 공간부 및 전술한 간극으로 연결되는 배출로가 형성되어 중간 압력 공간부 내의 배출압력보다 큰 압력하의 유체가 전술한 베어링을 통하여 흐르지 않도록하는 유로를 제공함을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제12항에서, 전술한 로울러의 제2 축방향 단부 표면이 로울러의 내외 주면을 연결하는 채널(630)을 갖고 있고, 배출로는 전술한 채널을 따라 연장되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제13항에서, 전술한 제2 축방향 로울러 단부 표면이 전술한 크랭크샤프트 방사방향 외주 표면을 둘러싸는 전술한 간극과 홈 사이에 위치한 카운터 싱크(628)를 갖고 있고, 전술한 간극과 홈은 카운터 싱크에 의하여 연결되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제13항에서, 전술한 궤도 스크롤 부재가 전술한 베어링에 인접한 오일 갤러리(632)를 갖고 있고, 전술한 오일 갤러리는 배출 압력실과 연결되었으며, 전술한 채널은 카운터싱크 측으로 개방되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제13항에서, 전술한 제2 로울러의 축방향 단부 표면과 로울러 내주 표면의 연결이 카운터싱크(628)에 의하여 이루어지고, 전술한 채널은 카운터싱크 측으로 개방되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제12항에서, 전술한 베어링이 배출 압력 하에 있고, 베어링에 공급된 오일의 일부가 전술한 공간부에 수집되며, 최소한 일부의 오일은 전술한 공간부로부터 전술한 통공을 통하여 중간 압력 공간부로 이송되어 고정 및 궤도 스크롤 부재들을 윤활시키게 되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.
제17항에서, 배출 압력실에 연결된 원륜상 오일 갤러리(632)가 전술한 베어링에 인접하게 형성되었으며, 베어링으로 공급되는 오일의 일부가 전술한 오일 갤러리 내에 수집되게 되었음을 특징으로 하는 스크롤 콤프레사.