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KR100345424B1 - 개방형 압축기 - Google Patents

개방형 압축기 Download PDF

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KR100345424B1
KR100345424B1 KR1020000029925A KR20000029925A KR100345424B1 KR 100345424 B1 KR100345424 B1 KR 100345424B1 KR 1020000029925 A KR1020000029925 A KR 1020000029925A KR 20000029925 A KR20000029925 A KR 20000029925A KR 100345424 B1 KR100345424 B1 KR 100345424B1
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low pressure
seal
sealing
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KR1020000029925A
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이토다카히데
다케우치마코토
우카이데츠조우
Original Assignee
미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명은 운전시의 윤활 성능의 향상이나 특히 정지시의 작동 가스의 누설 방지를 도모하고, 냉동 사이클의 고 효율적이고 건전한 운전을 확보하는 개방형 압축기를 제공한다.
이 압축기(1)는 하우징(1A)의 프론트 케이스(4)에 메인 베어링(6)을 통해 회전가능하게 지지된 크랭크축(5)이 회전함으로써, 도입한 작동 가스를 압축하여, 소정의 고압으로 하고 나서 토출하는 것으로서, 메인 베어링(6)과 그 축방향 외측에 형성된 샤프트 시일(28)의 사이에 설치되고, 샤프트 시일(28)이 형성된 공간을 하우징(1A)의 저압실(15)로부터 구획하여 밀봉실(30)을 형성하는 칸막이 수단(31)[예를 들어, 래버린스 시일(labyrinth seal)]과, 하우징(1A)에 밀봉실(30)과 연통하여 형성되고, 또한 밀봉실(30)에 윤활제를 공급하기 위한 밀봉실 윤활제 공급 통로(29)를 구비하되, 칸막이 수단(31)은 압축기의 운전시에 있어서 밀봉실(30)에 공급된 고압의 윤활제를 저압실(15)로 누출시킨다.

Description

개방형 압축기{OPEN TYPE SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은 개방형 압축기에 관한 것으로, 특히 이산화 탄소(CO2) 등의 초임계 영역에서 냉매를 사용하는 증기 압축 냉동 사이클에 적합한 개방형 압축기에 관한 것이다.
최근, 환경 보호라는 관점에서, 증기 압축식 냉동 사이클에 있어서, 냉매의 탈(脫) 플레온(fleon) 대책의 하나로서, 작동 가스(냉매 가스)로서 이산화탄소(CO2)를 사용한 냉동 사이클(이하, CO2사이클)이 제안되고 있다(예를 들어, 일본 특허 공고 공보 제 95-18602 호). 이 CO2사이클의 작동은 플레온을 사용한 종래의 증기 압축식 냉동 사이클과 마찬가지이다. 즉, 도 6(CO2몰리에르 선도)의 A-B-C-D-A로 표시되는 바와 같이, 압축기에 의해 기상(氣相) 상태의 CO2를 압축하고(A-B), 이 고온 압축의 기상 상태의 CO2를 방열기(가스 냉각기)에 의해 냉각한다(B-C). 그리고, 감압기에 의해 감압하여(C-D), 기액상(氣液상相) 상태로 된 CO2를 증발시켜(D-A), 증발 잠열을 공기 등의 외부 유체로부터 빼앗아 외부 유체를 냉각한다.
그런데, CO2의 임계 온도는 약 31°로 종래의 냉매인 플레온의 임계점 온도에 비해서 낮기 때문에, 여름철 등 외기 온도가 높을 때에는, 방열기측에서의 CO2의 온도가 CO2의 임계점 온도보다 높아지게 된다. 즉, 방열기 출구측에 있어서 CO2는 응축되지 않는다(선분 BC가 포화액선 SL과 교차하지 않음). 또한, 방열기 출구측(C점)의 상태는 압축기의 토출 압력과 방열기 출구측에서의 CO2온도에 의해 결정되고, 방열기 출구측에서의 CO2온도는 방열기의 방열 능력과 외기 온도(제어 불가)에 의해서 결정하기 때문에, 방열기 출구에서의 온도는 실질적으로는 제어할 수 없다. 따라서, 방열기 출구측(C점)의 상태는 압축기의 토출 압력(방열기 출구측 압력)을 제어함으로써 제어 가능하게 된다. 여름철 등 외기 온도가 높을 때에는, 충분한 냉각 능력(엔탈비 차)을 확보하기 위해서는, E-F-G-H-E로 표시되는 바와 같이 방열기 출구측 압력을 높게 할 필요가 있다. 그 때문에, 압축기의 운전 압력을 종래의 플레온을 이용한 냉동 사이클에 비해 높게 할 필요가 있다.
차량용 공기 조화 장치를 예로 하면, 상기 압축기의 운전 압력은 종래의R134(플레온)에서는 3kg/㎠ 정도인 것에 대하여 CO2에서는 40kg/㎠ 정도로 높고, 또한 운전 정지 압력은 R134(플레온)에서는 15kg/㎠ 정도인 것에 대하여 CO2에서는 100kg/㎠ 정도로 높아진다. 따라서, CO2사이클에 있어서는 대기압과 압축기 내압의 차압이 커지기 때문에, 운전시 및 정지시에 있어서 압축기의 샤프트 밀봉부에서의 가스 누설이 염려된다. 즉, 통상의 압축기에 있어서 운전시에는 윤활유가 압축기내에 충분히 공급되고, 이 윤활유의 일부가 샤프트 밀봉부에 공급되지만, 윤활유의 압력을 충분히 높게는 유지할 수 없기 때문에, 샤프트 밀봉부에서의 가스 누설이 일어나기 쉽다. 또한, 특히 운전 정지시에 있어서 상기 샤프트 밀봉부에 윤활유가 충분하게 공급되지 않기 때문에, 샤프트 밀봉부의 가스 누설이 일어나기 쉽고, 또한 압축기의 재운전시에 상기 샤프트 밀봉부가 손상될 우려도 있다. 이상의 점에서 CO2사이클의 운전은 효율적이라고는 할 수 없으며, 이 개선이 강하게 요망되고 있다.
또한, 일본 특허 공고 공보 제 91-6350 호에는, 스크류 압축기의 축 단부를 밀봉하기 위한 축봉 장치로서, 상기 축 단부에 메커니컬 시일과 래버린스 시일(labyrinth seal)으로서의 슬라이드 베어링을 떨어지게 배치하여 이들 사이를 밀봉실로 하고, 이 밀봉실에, 펌프실내의 가스 압력보다 높은 압력으로 윤활제를 보냄으로써, 펌프실내의 가스의 누설을 방지하는 것이 개시되어 있다. 그러나 이 축봉 장치는, 압축기의 운전시에 단지 가스 누설을 방지하는 것이고, 압축기의 기계실(펌프실)을 윤활하는 것이 아니다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 운전시의 윤활 성능의 향상이나 특히 정지시의 작동 가스의 누설 방지를 도모하여, 냉동 사이클의 고 효율적이고 건전한 운전을 확보할 수 있는 개방형 압축기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 크랭크 케이스의 저압실에 베어링을 통해 회전가능하게 지지된 크랭크축이 회전함으로써, 상기 저압실에 도입한 작동 가스를 압축하고, 소정의 고압으로 하고 나서 토출하는 개방형 압축기에 있어서, 상기 크랭크축의 상기 베어링의 축방향 외측에 형성된 샤프트 시일과, 상기 베어링과 상기 샤프트 시일 사이에 설치되고, 상기 샤프트 시일이 형성된 공간을 상기 저압실로부터 구획하여 밀봉실로 하는 칸막이 수단과, 상기 크랭크 케이스에 상기 밀봉실과 연통하여 형성되고, 또한 상기 밀봉실에 윤활제를 공급하기 위한 밀봉실 윤활제 공급 통로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 개방형 압축기에서는, 그 운전시에는 고압의 윤활제를 밀봉실 윤활제 공급 통로를 통해서, 칸막이 수단에 의해 구획된 밀봉실내에 공급하여 충만시킴으로써, 이 충만한 고압의 윤활제에 의해 샤프트 시일로부터의 작동 가스 누설을 방지한다.
청구항 2 기재의 발명에서는, 상기 칸막이 수단은 비접촉형의 래버린스 시일이며, 이 래버린스 시일은 압축기의 운전시에 있어서 상기 밀봉실에 공급된 고압의 윤활제를 상기 저압실에 누출시키는 것이다. 즉, 비접촉형의 밀봉 수단에는 그 구성 부재간에 간극을 갖고, 이 간극으로부터 소요의 누출 기능을 확보한다.
이 발명에서는, 압축기의 운전시에는 고압의 윤활제를 밀봉실 윤활제 공급 통로를 통해서 밀봉실내에 공급함으로써, 밀봉실에 충만한 윤활제의 압력이 크랭크 케이스내의 저압실(기계실)의 압력보다 충분히 낮아지므로, 래버린스 시일은 밀봉실내에 충만한 윤활제의 일부를 저압실에 누출시키는 작용을 한다. 이 누출된 윤활제에 의해 저압실의 윤활이 가능해지는 한편, 압축기의 정지시에는 밀봉실과 저압실의 압력이 거의 동등하게 되기 때문에, 밀봉실내에 충만한 윤활제는 래버린스 시일에 의해 유지되어 누출되지 않는다. 따라서, 밀봉실에 고압의 윤활제가 충만하기 때문에, 샤프트 시일로부터의 작동 가스 누설을 확실히 방지할 수 있다.
청구항 3 기재의 발명에서는, 상기 칸막이 수단은 메커니컬 시일 또는 축 시일 등의 밀봉 장치에 누설 통로를 형성한 접촉 시일이다. 즉, 완전 밀봉을 목적으로 하는 접촉 시일의 구성 부재에, 소망하는 누설을 확보하는 누설 통로를 형성함으로써, 상기 래버린스 시일과 마찬가지의 누출 기능을 확보한다.
또한, 청구항 4와 같이, 상기 크랭크 케이스에 상기 저압실과 연통하여 형성되고, 또한 상기 저압실에 윤활제를 공급하기 위한 저압실 윤활제 공급 통로를 구비하고 있음으로써, 운전시에 윤활제를 저압실 윤활제 공급 통로를 거쳐서 직접 저압실에 공급할 수 있다.
또한, 청구항 5 기재의 발명은, 상기 밀봉실, 또는 상기 밀봉실 및 상기 저압실에 윤활제로서의 윤활유를 공급하는 윤활유 공급 수단으로서, 상기 토출된 고압의 작동 가스의 배관에 설치되고, 이 작동 가스로부터 윤활유를 분리하기 위한 오일 분리기와, 이 오일 분리기에서 분리된 윤활유를 상기 밀봉실 윤활제 공급 통로에, 또는 상기 밀봉실 윤활제 공급 통로 및 저압실 윤활제 공급 통로에 복귀시키기 위한 윤활유 복귀 배관을 구비하고 있는 것이다.
본 발명에서는, 상기 밀봉실, 또는 상기 밀봉실 및 상기 저압실에 공급하는 윤활유로서, 압축기의 토출구로부터의 작동 가스내에 포함되어 있는 윤활유를 오일 분리기에 의해 분리하고, 이 분리된 윤활유를 재이용함으로써, 운전 비용을 저감할 수 있다.
그리고, 본 발명은 청구항 6과 같이, 작동 가스로서 이산화탄소를 사용한 냉동 사이클에 사용되는, 운전 압력이 높고 작동 가스 누설이 일어나기 쉬운 개방형 압축기에 적용하는 것이 효과적이다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 관한 개방형 압축기의 일 실시예의 종단면도,
도 2는 도 1에 나타낸 밀봉실 근방의 확대도,
도 3은 밀봉실 근방의 다른 형태를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 관한 개방형 압축기의 다른 실시예의 종단면도,
도 5는 증기 압축식 냉동 사이클을 나타내는 모식도,
도 6은 CO2의 몰리에르 선도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
S : CO2사이클 1 : 개방형 압축기
1A : 하우징 2 : 하우징 본체
4 : 프론트 케이스(크랭크 케이스) 5 : 크랭크축
6 : 메인 베어링 8 : 고정 스크롤
9 : 선회 스크롤 13 : 배압 블럭
15 : 저압실(흡입실, 기계실) 16 : 고압실
27 : 자전 방지 링 28 : 메커니컬 시일(샤프트 시일)
29 : 밀봉실 윤활유 공급 통로(밀봉실 윤활제 공급 통로)
29a : 저압실 윤활유 공급 통로(저압실 윤활제 공급 통로)
30 : 밀봉실 31 : 래버린스 시일(칸막이 수단)
42 : 오일 분리기(오일 세퍼레이터) 43 : 복귀 배관
43a : 분기 배관
다음에, 본 발명에 관한 개방형 압축기의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
우선, 본 발명의 개방형 압축기를 구비한 CO2사이클에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 이 CO2사이클(S)은 예를 들어 차량용 공기 조화 장치에 적용한 것으로, 참조부호(1)는 기상(氣相) 상태의 CO2를 압축하는 개방형 압축기이다. 개방형 압축기(1)는 도시하지 않은 구동원(예를 들어, 엔진 등)으로부터 구동력을 얻어구동한다. 참조부호(1a)는 개방형 압축기(1)에 의해 압축된 CO2를 외기 등과의 사이에서 열교환하여 냉각하는 방열기(가스 냉각기)이며, 참조부호(1c)는 방열기(1a) 출구측에서의 CO2온도에 따라 방열기(1a) 출구측 압력을 제어하는 압력 제어 밸브이다. CO2는 이 압력 제어 밸브(1b) 및 스로틀(1c)에 의해 감압되어 저온 저압의 기액 2상 상태의 CO2로 된다. 참조부호(1d)는 차 실내의 공기 냉각 수단을 이루는 증발기(흡열기)로서, 기액 2상(相) 상태의 CO2는 증발기(1d) 내에서 기화(증발)할 때에, 차 실내 공기로부터 증발 잠열을 빼앗아 차 실내 공기를 냉각한다. 참조부호(1e)는 기상 상태의 CO2를 일시적으로 축적하는 어큐뮬레이터이다. 그리고, 개방형 압축기(1), 방열기(1a), 압력 제어 밸브(1b), 스로틀(1c), 증발기(1d) 및 어큐뮬레이터(1e)는 각각 배관(1f)에 의해서 접속되어 폐 회로를 형성하고 있다.
다음에, 개방형 압축기(1)의 일 실시예에 대하여 도 l 및 도 2(도 1의 밀봉실 근방의 단면도)를 참조하여 설명한다.
개방형 압축기(1)의 하우징(1A)(케이스)은 컵형상의 케이스 본체(2)와, 여기에 볼트(3)에 의해 체결된 프론트 케이스(4)(크랭크 케이스)로 구성되어 있다. 크랭크축(5)은 프론트 케이스(4)를 관통하고, 메인 베어링(6) 및 서브 베어링(7)을 통해 프론트 케이스(4)에 회전가능하게 지지되어 있다. 크랭크축(5)에는 도시하지 않은 차량 엔진의 회전이 공지의 전자 클러치(32)를 거쳐서 전동되게 되어 있다. 또한, 참조부호(32a, 32b)는 각각 전자 클러치(32)의 코일 및 풀리를 나타내고 있다.
하우징(1A)의 내부에는 고정 스크롤(8) 및 선회 스크롤(9)이 배치되어 있다.
고정 스크롤(8)은 단부 판(10)과 그 내면에 세워져 설치된 와류형상 돌기(랩)(11)를 구비하고, 이 단부 판(10)의 배면에는 배압 블럭(13)이 볼트(12)에 의해 분해 가능하게 고정되어 있다. 배압 블럭(13)의 내주면 및 외주면에는 O 링(14a, 14b)이 각각 매설되어 있고, 이들 O 링(14a, l4b)은 케이스 본체(2)의 내주면에 밀접하고, 케이스 본체(2)내의 저압실(15)(흡입실)로부터 후술하는 고압실(토출 챔버)(16)이 격리되어 있다. 이 고압실(16)은 배압 블럭(13)의 내부 공간(13a)과, 고정 스크롤(8)의 단부 판(10)의 배면에 형성된 오목부(10a)로 구성되어 있다.
선회 스크롤(9)은 단부 판(17)과 그 내면에 세워져 설치된 와류형상 돌기(랩)(18)를 구비하고, 이 와류형상 돌기(18)는 상기 고정 스크롤(8)의 와류형상 돌기(11)와 실질적으로 동일한 형상을 갖고 있다.
고정 스크롤(8)과 프론트 케이스(4) 사이에는 링형상의 판 스프링(20a)이 배치되어 있고, 이 판 스프링(20a)은 복수의 볼트(20b)를 거쳐서, 둘레 방향으로 교대로 고정 스크롤(8) 및 프론트 케이스(4)에 체결되어 있다. 이에 따라, 고정 스크롤(8)은 그 축방향에 있어서만 판 스프링(20a)의 최대 휨량만큼 이동이 허용되어 있다(플로트 구조). 또한, 링형상의 판 스프링(20a) 및 볼트(20b)에 의해 고정 스크롤 지지 장치(20)가 구성되어 있다. 상기 배압 블럭(13)의 배면 돌출부와 하우징(1A) 사이에는 간극(c)이 형성되어 있음으로써, 이 배압 블럭(13)은 고정 스크롤(8)과 함께 상기 축방향으로 가동되도록 되어 있다. 고정 스크롤(8)과 선회스크롤(9)은 서로 공전 선회 반경만큼 편심되고, 또한 180°만큼 위상을 어긋나게 하여 도시한 바와 같이 맞물리게 되며, 와류형상 돌기(11)의 선단에 매설된 칩 시일(도시하지 않음)은 단부 판(17)의 내면에 밀접하고, 와류형상 돌기(18)의 선단에 매설된 칩 시일(도시하지 않음)은 단부 판(10)의 내면에 밀접하고, 또한 각 와류형상 돌기(11, 18)의 측면과 서로 복수개소에서 밀착한다. 또한, 각 와류형상 돌기(11, 18)에는 칩 시일을 형성하지 않는 경우가 있는데, 이 경우 각 와류형상 돌기(11, 18)의 선단이 단부 판(17, 10)의 내면에 각각 밀착한다. 이러한 구성에 의해, 와류형상의 중심에 대하여 거의 점대칭을 이루는 복수의 밀폐 공간(21a, 21b)이 한계된다. 고정 스크롤(8)과 선회 스크롤(9) 사이에는, 선회 스크롤(9)의 자전을 저지하여 공전을 허용하는 자전 방지 링(27)[올덤 접수(接手): Oldham's catch]이 형성되어 있다.
단부 판(l7)의 외면 중앙부에 형성된 원통형의 보스(22)의 내부에는 드라이브 부시(23)가, 래이디얼 베어링을 겸하는 선회 베어링(24)(드라이브 베어링)을 거쳐서 회동가능하게 수용되고, 이 드라이브 부시(23)에 천공하여 설치된 관통 구멍(25)내에는 크랭크축(5)의 내측 단부에 돌출하여 설치된 편심축(26)이 회동가능하게 서로 맞물려져 있다. 또한, 단부 판(17)의 외면의 외주연과 프론트 케이스(4) 사이에는, 선회 스크롤(9)을 지지하기 위한 스러스트 볼 베어링(19)이 배치되어 있다.
크랭크축(5)의 외주에는 후술하는 공지의 메커니컬 시일(28)(샤프트 시일)이 배치되어 있고, 이 메커니컬 시일(28)은 메인 베어링(6)의 외측에 형성되어 있다.또한, 프론트 케이스(4)에는 밀봉실 윤활유 공급 통로(29)(밀봉실 윤활제 공급 통로)가 형성되고, 그 일단은 프론트 케이스(4) 내부의 후술하는 밀봉실(30)(유류실)에 연통하고 있다. 밀봉실(30)은 후술하는 비접촉형의 래버린스 시일(31)(칸막이 수단)에 의해 저압실(15)과 격리되어 있다. 또한, 칸막이 수단으로서는 래버린스 시일(31)에 한하지 않고, 후술하는 바와 같이, 메커니컬 시일 또는 축 시일 등의 밀봉 장치에 누설 통로를 형성한 접촉 시일을 채용하더라도 무방하다. 밀봉실 윤활유 공급 통로(29)를 거쳐서 고압의 윤활유(윤활제)를 밀봉실(30)에 공급하게 되어 있다. 즉, 토출구(38)로부터 토출되어 고압의 작동 가스의 배관(1f)에는, 이 작동 가스로부터 윤활유를 분리하기 위한 오일 분리기(42)(오일 세퍼레이터)가 설치되어 있고, 오일 분리기(42)에 의해 포집한 윤활유는 복귀 배관(43)을 통해 상기 밀봉실 윤활유 공급 통로(29)에 도입된다.
여기서, 상기 밀봉실(30)의 근방에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
본 실시예의 메커니컬 시일(28)은 예컨대 슬라이드 환식 축 밀봉 장치로서, 프론트 케이스(4)에 고정된 예컨대 합성 고무제의 시트 링(28a)(고무 팩킹)과, 크랭크축(5)과 함께 회전하는 예컨대 탄소강제의 종동 링(28b)(슬라이드 고리)을 구비하고, 이 종동 링(28b)은 바이어스 부재(28c)에 의해 시트 링(28a)에 압접되어 있음으로써, 크랭크축(5)의 회전에 따라 시트 링(28a)에 대하여 섭동한다. 또한, 이와 같은 메커니컬 시일(28)은 예컨대 본 출원인의 출원에 관한 일본 실용 공고 공보 제 92-33424 호 또는, 개정 냉동 공학(발행처 : 주식회사 코로나사, 발행일 : 1975년 7월 20일)의 제 141 페이지∼l48 페이지에 기재되어 있다.
본 발명에 관한 칸막이 수단(31)[본 실시예에서는 비접촉형의 래버린스 시일(31)]은 프론트 케이스(4)측에 고정된 링형상의 밀봉 본체(31a)(구성 부재)와, 이 밀봉 본체(31a)의 내주부에 여유롭게 끼워넣어진 링형상의 칩(31b)(구성 부재)으로 구성되어 있다. 이 칩(31b)의 외주부와 밀봉 본체(31a)의 내주부 사이에는 지극히 미소한 간극이 형성되어 비접촉으로 되어 있고, 이 간극을 고압의 윤활유가 통과할 수 있게 되어 있다. 밀봉 본체(31a)의 외주부는 두꺼운 몸통부(40)로 되어 있고, 이 두꺼운 몸통부(40)는 메인 베어링(6)의 외륜(6a)에 의해서, 프론트 케이스(4)의 내면에 가압 밀착되어 있음으로써, 프론트 케이스(4)에 고정되어 있다. 또한, 메인 베어링(6)은 크랭크축(5)의 차양부(5a)에 의해서 도 2의 좌측으로 가압됨으로써, 밀봉 본체(31a)를 고정하고 있다. 칩(31b)은 탄성체로 형성되고, 그 내주면이 크랭크축(5)에 가압하고 있다. 이러한 구성에 의해, 래버린스 시일(31)은 밀봉실(30)을 저압실(15)로부터 격리하고 있다. 래버린스 시일(31)의 특징으로는, 압축기의 운전시에 있어서 밀봉실(30)에 공급된 고압의 윤활유에 의해 칩(31b)이 탄성 변형하여, 이 윤활유의 일부를 상기 간극을 통해서 저압실(15) 측으로 누출시키는 것이다.
다음에, 개방형 압축기(1)의 동작에 대하여 설명한다.
전자 클러치의 코일에 통전하여, 차량 엔진의 회전을 크랭크축(5)에 전동시키면, 크랭크축(5)의 회전은 편심축(26), 관통 구멍(25), 드라이브 부시(23), 선회 베어링(24), 보스(22)로 이루어지는 선회 구동 기구를 거쳐서 선회 스크롤(9)이 구동되고, 선회 스크롤(9)은 자전 방지 링(17)에 의해서 그 자전을 저지받으면서 공전 선회 반경을 반경으로 하는 원 궤도 위를 공전 선회 운동한다.
선회 스크롤(9)이 공전 선회 운동하면, 쌍방의 와류형상 랩(11, 18)의 선 접점부가 점차로 와류의 중심 방향으로 이동하고, 그 결과 밀폐 공간(21a, 21b)(압축실)이 용적을 감소시키면서, 와류의 중심 방향으로 이동한다. 이에 따라 흡입구(도시하지 않음)를 지나 흡입실(15)로 유입된 작동 가스(화살표 A 참조)가, 쌍방의 와류형상 돌기(11, 18)와의 외종단 개구부로부터 밀폐 공간(21a) 내에 취입되고, 압축되면서 중심부(21c)에 도달하고, 여기서부터 고정 스크롤(8)의 단부 판(10)에 천공 설치된 토출 포트(34)를 지나, 토출 밸브(35)를 가압 개방하여 고압실(16)로 토출되고, 또한 토출구(38)로부터 유출된다. 이와 같이, 선회 스크롤(9)의 선회에 의해, 흡입실(15)로부터 도입한 유체를 상기 밀폐 공간(21a, 21b) 내에서 압축하여, 이 압축 가스를 토출한다.
오일 분리기(42)에서 포집한 윤활유는, 복귀 배관(43) 및 밀봉실 윤활유 공급 통로(29)를 통해서 밀봉실(30)내에 공급함으로써, 밀봉실(30)에 충만한 윤활유의 압력이 하우징(1A)내의 저압실(15)(기계실)의 압력보다 충분히 높게 되기 때문에, 래버린스 시일(3l)은 그 칩(31b)이 탄성 변형하여, 이 윤활유의 일부를 저압실(15)측으로 누출시키는 작용을 한다. 이에 따라, 상기 충만한 고압의 윤활유에 의해 샤프트 시일(28)로부터의 작동 가스 누설을 방지할 수 있으며, 또한 상기 누출한 윤활유에 의해 저압실(15)의 윤활도 가능해진다.
전자 클러치(32)의 코일(32a)에의 통전을 해제하여, 크랭크축(5)에의 회전력의 전동을 끊으면, 개방형 압축기(1)의 운전은 정지되어, 밀봉실(30)과저압실(15)(기계실)의 압력이 거의 동등하게 되기 때문에, 래버린스 시일(31)은 그 칩(31b)이 탄성 변형하지 않고, 밀봉실(30) 내에 충만한 윤활유를 유지하고 누출시키지 않는다. 이와 같이 밀봉실(30)에 고압의 윤활유가 충만하기 때문에, 샤프트 시일(28)로부터의 작동 가스 누설을 확실하게 방지할 수 있다.
여기서, 칸막이 수단의 다른 형태에 대하여 설명한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 칸막이 수단으로서의 래버린스 시일(51)은, 프론트 케이스(4)측에 고정된 링형상의 제 1 밀봉부(51a)(구성 부재)와, 크랭크축(5)에 고정된 링형상의 제 2 밀봉부(51b)(구성 부재)로 구성되어 있다. 제 1 밀봉부(51a)의 외주부는 두꺼운 몸통부(52)로 되어 있고, 이 두꺼운 몸통부(52)는 메인 베어링(6)의 외륜(6a)에 의해, 프론트 케이스(4)의 내면(52)에 가압 밀착되어 있음으로써, 프론트 케이스(4)에 고정되어 있다. 제 2 밀봉부(51b)의 내주부는 두꺼운 몸통부(53)로 되어 있고, 이 두꺼운 몸통부(53)는 크랭크축(5)의 대경부(5b)의 단면에 고정되어 있다. 제 1 밀봉부(51a)의 내주부와 제 2 밀봉부(51b)의 외주부 사이에는 지극히 미소한 간극이 형성되어 비접촉으로 되어 있다. 이러한 구성에 의해, 래버린스 시일(51)은 유류실(30)을 저압실(15)로부터 격리하고 있다. 압축기의 운전시에 있어서 밀봉실(30)에 공급된 고압의 윤활유의 일부는, 제 1 밀봉부(51a) 및 제 2 밀봉부(51b) 사이의 상기 간극으로부터 저압실(15) 측으로 누출된다. 그 밖의 구성은 도 2의 것과 마찬가지이다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 칸막이 수단으로서 래버린스 시일을 이용했지만, 이것에 한정되지 않고, 메커니컬 시일 또는 축 시일 등의 밀봉 장치에 누설 통로를 형성한 접촉 시일을 채용하여도 된다. 즉, 완전 밀봉을 목적으로 하는 접촉 시일의 구성 부재에, 소망하는 누설을 확보하는 누설 통로를 형성함으로써, 상기 래버린스 시일과 마찬가지의 누출 기능을 확보할 수 있다.
다음에, 본 발명에 관한 개방형 압축기의 다른 형태에 대하여 설명한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 컵형상 본체(2)에 저압실과 연통하는 윤활유 공급 통로(29a)(저압실 윤활제 공급 통로)를 형성하고, 윤활유 공급 통로(29a)에 복귀 배관(43)의 분기관(43a)을 접속한 것이다. 운전시에는 윤활유를 저압실 윤활제 공급 통로(29a)를 거쳐서 직접 저압실(15)에 공급하기 때문에, 저압실(15)의 윤활성이 더욱 향상된다.
상기 각 실시예에서는 개방형 압축기를, CO2를 작동 가스로 하는 CO2사이클에 적용하였지만, 이것에 한정하지 않고, 통상의 플레온 등을 작동 가스로 하는 증기 압축식 냉동 사이클에 적용하더라도 무방하다.
또한, 상기 각 실시예에서는, 토출한 고압의 작동 가스로부터 분리한 윤활유를 밀봉실(또는 밀봉실 및 저압실)에 도입하여 재사용함으로써, 런닝 코스트의 저감에 기여할 수 있지만, 이것에 한정하지 않고, 윤활유를 저장하는 탱크를 별도로 설치하여, 이 탱크로부터 윤활유를 고압 상태로 밀봉실(또는 밀봉실 및 저압실)에 도입하는 구성으로 하여도 무방하다.
본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 이하에 기재하는 효과를 나타낸다.
청구항 1 기재의 발명은, 개방형 압축기에서는, 그 운전시에는 고압의 윤활제를 밀봉실 윤활제 공급 통로를 통해서 칸막이 수단에 의해 구획된 밀봉실내에 공급하여 충만시킴으로써, 이 충만한 고압의 윤활제에 의해 샤프트 시일로부터의 작동 가스 누설을 방지한다.
청구항 2 기재의 발명에서는, 상기 칸막이 수단은 비접촉형의 래버린스 시일이고, 이 래버린스 시일은 압축기의 운전시에 있어서 상기 밀봉실에 공급된 고압의 윤활제를 상기 저압실에 누출시키는 것이다. 즉, 비접촉형의 밀봉 수단에는 그 구성 부재간에 간극을 갖고, 이 간극으로부터 소요의 누출 기능을 확보한다.
본 발명에서는, 압축기의 운전시에는 고압의 윤활제를 밀봉실 윤활제 공급 통로를 통해서 밀봉실내에 공급함으로써, 밀봉실에 충만한 윤활제의 압력이 크랭크 케이스내의 저압실(기계실)의 압력보다 충분히 낮아지기 때문에, 래버린스 시일은 밀봉실내에 충만한 윤활제의 일부를 저압실에 누출시키는 작용을 한다. 이 누출한 윤활제에 의해 저압실의 윤활이 가능해진다. 한편, 압축기의 정지시에는, 밀봉실과 저압실의 압력이 거의 동등하게 되기 때문에, 밀봉실내에 충만한 윤활제는 래버린스 시일로 유지되어 누출되지 않는다. 따라서, 밀봉실에 고압의 윤활제가 충만하기 때문에, 샤프트 시일로부터의 작동 가스 누설을 확실하게 방지할 수 있다. 게다가, 압축기의 재운전시에 상기 샤프트 시일의 손상 염려도 없다. 이상과 같은점에서, 냉동 사이클의 운전을 효율적으로 실행할 수 있다.
청구항 3 기재의 발명에서는, 상기 칸막이 수단은 메커니컬 시일 또는 축 시일 등 밀봉 장치에 누설 통로를 형성한 접촉 시일이다. 즉, 완전 밀봉을 목적으로 하는 접촉 시일의 구성 부재에, 소망하는 누설을 확보하는 누설 통로를 형성함으로써, 상기 래버린스 시일과 마찬가지의 누출 기능을 확보한다.
또한, 청구항 4 기재의 발명은, 운전시에 윤활제를 저압실 윤활제 공급 통로를 통하여 직접 저압실에 공급할 수 있기 때문에, 저압실의 윤활을 더욱 효율적으로 실행할 수 있다.
청구항 5 기재의 발명은, 토출된 작동 가스에 포함되어 있는 윤활유를 윤활 외에 작동 가스 누설을 위해서 재이용함으로써, 압축기의 운전 비용을 저감할 수 있다.
청구항 6 기재의 발명은, 작동 가스로서 이산화탄소를 사용한 냉동 사이클에 사용되는, 운전 압력이 높고 작동 가스 누설이 일어나기 쉬운 개방형 압축기에 적용함으로써, 상기 효과가 특히 유효한 것으로 된다.

Claims (6)

  1. 크랭크 케이스의 저압실에 베어링을 통해 회전가능하게 지지된 크랭크축이 회전함으로써, 상기 저압실에 도입한 작동 가스를 압축하고, 소정의 고압으로부터 토출하는 개방형 압축기에 있어서, 상기 크랭크축의 상기 베어링의 축방향 외측에 형성된 샤프트 시일과, 상기 베어링과 상기 샤프트 시일 사이에 설치되고, 상기 샤프트 시일이 형성된 공간을 상기 저압실로부터 구획하여 밀봉실로 하는 칸막이 수단과, 상기 크랭크 케이스에 상기 밀봉실과 연통하여 형성되고, 또한 상기 밀봉실에 윤활제를 공급하기 위한 밀봉실 윤활제 공급 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는
    개방형 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 칸막이 수단은 비접촉형의 래버린스 시일(labyrinth seal)이며, 이 래버린스 시일은 압축기의 운전시에 있어서 상기 밀봉실에 공급된 고압의 윤활제를 상기 저압실에 누출시키는
    개방형 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 칸막이 수단은 메커니컬 시일 또는 축 시일 등의 밀봉 장치에 누설 통로를 형성한 접촉 시일인
    개방형 압축기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크랭크 케이스에 상기 저압실과 연통하여 형성되고, 또한 상기 저압실에 윤활제를 공급하기 위한 저압실 윤활제 공급 통로를 구비하고 있는
    개방형 압축기.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉실, 또는 상기 밀봉실 및 상기 저압실에 윤활제로서의 윤활유를 공급하는 윤활유 공급 수단으로서, 상기 토출된 고압의 작동 가스의 배관에 설치되고, 이 작동 가스로부터 윤활유를 분리하기 위한 오일 분리기와, 이 오일 분리기에 의해 분리된 윤활유를 상기 밀봉실 윤활제 공급 통로에, 또는 상기 밀봉실 윤활제 공급 통로 및 저압실 윤활제 공급 통로에 복귀시키기 위한 윤활유 복귀 배관을 구비하고 있는
    개방형 압축기.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 가스는 이산화탄소인
    개방형 압축기.
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