KR100885599B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

조립성이 좋고. 스러스트 축받이를 필요로 하지 않고, 압축부를 양측에서 축지하는 양쪽지지 축받이 구조로 하는 것에 더하여 스크롤의 구조가 간단한 스크롤 압축기를 제공한다.

밀폐 용기(1) 내에 마련되고, 요동 기판의 양면에 거의 대칭적으로 와권치를 형성함과 함께, 중심부에 주축(7)이 관통 고정된 요동 스크롤(31)과, 주축을 관통하여 요동 스크롤의 양면에 배설되고, 각 와권치와 대응하여 각각 압축실을 형성하는 와권치를 갖는 한 쌍의 고정 스크롤(33, 34)로 이루어지는 압축부 및 주축을 구동하는 모터를 구비하고, 주축은 요동 스크롤 및 고정 스크롤의 관통부에 형성된 노치부(71)와, 이 노치부에 대응하는 평탄면을 갖는 편심구멍(72B)이 형성되고 주축의 노치부에 감합되어 주축의 길이 방향과 직교하는 방향으로 슬라이드할 수 있도록 된 슬라이더(72)와, 압축부의 양측에 배치되고, 편심 회전 운동을 하는 균형용의 밸런서를 구비한 구성으로 한다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은, 스크롤 압축기, 특히 요동 스크롤 기판(base plate)의 양면에 와권치(volute teeth)를 형성한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

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종래의 스크롤 압축기는, 예를 들면, 요동 스크롤 기판의 양면에 와권치를 형성하고, 각각의 와권치에 2개의 고정 스크롤을 대향시켜 요동 스크롤의 상하에 압축실을 형성하고, 각 스크롤을 관통하는 축에 의해 요동 스크롤을 구동하도록 한 타입의 것도 있지만, 관통한 축은 편심 축부를 구비하고 이 편심 축부를 요동 스크롤의 기판 관통부에 마련한 축받이로 축지하여 요동 스크롤을 회전 자유롭게 구동하는 것과 함께, 이 편심축부 양측의 동축부를 상기 2개의 고정 스크롤에 동일하게 관통시켜 마련한 축받이로 축지하는 구조를 취하고 있다(예를 들면 일본특개8-170592호 공보).

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특허문헌1 : 일본 특개평8-170592호 공보

발명이 해결하고자 하는 과제

종래의 스크롤 압축기는 상기한 바와 같이 구성되고, 특허문헌1에서는, 요동 스크롤 상하의 와권치 측면과 그것에 대응하는 상하에 배치된 고정 스크롤의 각각의 와권치 측면 사이에, 각각 미소 공간을 마련하여 압축실을 형성하도록 상기 관통축의 편심축부의 편심량을 설정하고 있다. 그 때문에, 압축기 동작시에 와권치 측면 간극으로부터의 동작 유체의 누설에 의한 손실이 발생하여 압축기의 성능을 좌우하기 때문에, 상기 편심축부의 편심량을 고정밀도로 기계가공 및 조립하는 것이 요구되고, 가공 비용이 증대하는 문제점이 있다.
또한, CO₂ 냉매와 같이 분자량이 작은 압축시에 종래의 프론 냉매와 비교하여 고압력차를 발생하는 냉매를 사용하는 경우에, 특히 미소 간극으로부터의 누설은 성능 저하를 발생시키는 문제가 있다.

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본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 가공 및 조립성이 좋고, 각 와권치 측면 사이의 누설 손실을 개선하고, 축받이 신뢰성도 향상시키는 씰과 축받이 구조를 갖는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명에 관한 스크롤 압축기는, 밀폐 용기 내에 마련되고, 요동 기판(orbiting base plate)의 양면에 거의 대칭적으로 와권치를 형성함과 함께, 중심부에 주축이 관통 고정된 요동 스크롤과, 상기 요동 스크롤의 양면에 배설되고, 상기 주축을 요동 스크롤의 양측에서 축받이로 지지하여 상기 각 와권치와 대응하여 각각 압축실을 형성하는 와권치를 갖는 한 쌍의 고정 스크롤로 이루어지는 압축부 및 상기 밀폐 용기 내에 마련되고, 상기 주축을 구동하는 모터를 구비하고, 상기 주축은 상기 요동 스크롤 및 고정 스크롤의 관통부에 형성된 노치부와, 이 노치부에 대응하는 평탄한 슬라이드면을 갖는 편심 구멍이 형성되고 상기 주축의 노치부가 형성된 개소에 감합되는 것과 동시에, 상기 슬라이드면에 의해 상기 주축의 길이 방향과 직교하는 방향에 슬라이드할 수 있도록 된 슬라이더를 구비하는 것이다.
또한, 상기 요동 스크롤의 편심 회전 운동에 따른 언밸런스를 맞추는 밸런서를, 상기 압축부의 양측에 배설시킨 것이다.

발명의 효과

본 발명에 관한 스크롤 압축기는 상기한 바와 같이 구성되고, 예를 들면 종형으로 하는 경우에는, 용기의 하방에 압축부를 배설하고, 상방에 모터를 배설하고, 유리 단자를 모터 상방의 상단부에 마련할 수 있기 때문에, 용기 내에 압축부와 모터를 전부 고정한 후, 최후에 리드선을 단자에 접속할 수 있기 때문에, 조립성이 좋아지는 것이다.

또한, 요동 스크롤의 양면에 거의 대칭의 와권치가 형성됨에 의해, 작동 가스의 압축에 의해 생기는 스러스트 부하가 서로 상쇄되는 결과, 스러스트 축받이를 마련할 필요가 없다.

따라서, CO₂ 가스와 같이 고압력, 고하중의 가스를 사용하는 경우에는, 주속(周速; circumferential speed)이 낮고 유막 형성이 어려운 스러스트 축받이의 유막 갈라짐에 의한 마찰 손실의 증대나 소손을 방지할 수 있다.

또한, 압축부의 양측에서 축지하는 양쪽지지 축받이 구조이기 때문에, 축에 모멘트가 발생하는 일이 없고, 따라서, 축의 경동에 의한 축받이에의 한쪽만 닿음과, 그것에 수반하는 축받이 손상의 증대나 소손을 방지할 수 있다.

또한, 요동 스크롤의 양면의 와권치는, 상술한 바와 같이, 거의 대칭적이고 높이도 거의 같게 형성되기 때문에, 구조가 간단하여 용이하게 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 베이스가 되는 압축기의 전체 구성의 한 예를 도시하는 개략 단면도.

도 2는 도 1의 압축기에서의 요동 스크롤의 구성을 도시하는 것으로, (a)는 단면도, (b)는 윗면의 구성을 도시하는 평면도, (c)는 하면의 구성을 도시하는 평면도.

도 3은 도 2에 도시하는 요동 스크롤의 중심부에 위치하는 구근부의 구성을 도시하는 것으로, (a)는 사시도, (b)는 윗면 및 하면에 마련되는 씰 링(seal ring)의 구성을 도시하는 사시도.

도 4는 구근부에서의 씰 링의 작용 효과를 설명하기 위한 설명용 단면도.

도 5는 도 1의 압축기에서의 하측 고정 스크롤의 구성을 도시하는 것으로, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 A-A선에 따른 단면도.

도 6은 도 1의 압축기에서의 주축과 압축부의 관통 구조 및 주축의 하단부의 구조를 도시하는 확대도.

도 7은 도 1의 압축기의 동작을 설명하기 위해 요동 스크롤의 공전 각도와 압축실과의 관계를 도시하는 설명도.

도 8은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 주축 및 슬라이더의 구성을 도시하는 사시도.

도 9는 실시의 형태 1의 슬라이더의 동작 원리를 설명하기 위한 설명도.

도 10은 본 발명의 실시의 형태 2에서의 제 1의 밸런서의 구성을 도시하는 사시도.

도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에서의 제 2의 밸런서의 구성을 도시하는 사시도.

도 12는 실시의 형태 2의 각 밸런서의 작용 효과를 설명하기 위한 설명도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1 : 밀폐 용기 2 : 모터

3 : 압축부 4 : 윤활유 저장실

5 : 흡입관 6 : 유리 단자

7 : 주축 8 : 토출관

9 : 제 1의 밸런서 31 : 요동 스크롤

31A : 구근부 31B : 요동 기판

31D : 요동 축받이 31E : 씰 링 홈

31F : 접합 이음매 31G : 씰 링

31H : 팁 씰 홈 31J : 올덤 홈

31K : 연통구 32 : 압축실

33 : 상측 고정 스크롤 33B : 주축받이

34 : 하측 고정 스크롤 34A : 고정 기판

34C : 주축받이 34D : 오목부

34E : 와권치 34F : 토출구

34G : 토출 유로 34H : 토출 밸브

34J : 흡입구 35 : 올덤 조인트

71 : 노치부 72 : 슬라이더

72A : 슬라이드면 72B : 편심구멍

76 : 급유 펌프 77 : 윤활유

78 : 제 2의 밸런서 91 : 감합 구멍

92 : 통체 93 : 돌출부

94 : 플랜지부

우선, 본 발명의 베이스가 되는 압축기의 구성을 도면에 의거하여 설명한다. 도 1은 종형 용기를 사용한 경우의 전체 구성의 한 예를 도시하는 개략 단면도, 도 2는 도 1의 압축기에서의 요동 스크롤의 구성을 도시하는 것으로, (a)는 후술하는 (c)의 A-A선에 따른 단면도이고, 좌측이 윗면, 우측이 하면을 나타낸다. (b)는 요동 스크롤의 윗면의 구성을 도시하는 평면도, (c)는 마찬가지로 하면의 구성을 도시하는 평면도이다.

또한, 도 3은 도 2에 도시하는 요동 스크롤의 중심부에 위치하는 구근부(球根部)의 구성을 도시하는 것으로, (a)는 구근부의 형상을 도시하는 사시도, (b)는 구근부의 윗면 및 하면에 마련되는 씰 링(seal ring)의 구성을 도시하는 사시도, 도 4는 구근부에서의 씰 링의 작용 효과를 설명하기 위한 설명용 단면도, 도 5는 도 1의 압축기에서의 고정 스크롤중, 도 1에서 하측의 고정 스크롤의 구성을 예시한 것으로, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 A-A선에 따른 단면도이다.

도 1에서, 스크롤 압축기는, 종형의 밀폐 용기(1) 내의 상방에 모터(2)를 배설하고, 하방에 압축부(3)를 부착함과 함께, 압축부(3)의 하방에 윤활유 저장실(4)을 형성하고 있다.

또한, 모터(2)와 압축부(3)의 중간부에서의 밀폐 용기(1)에 흡입 가스를 흡입하기 위한 흡입관(5)이 마련되고, 모터(2)의 상부에서의 밀폐 용기(1)의 상단에는 유리 단자(6)가 마련되어 있다.

모터(2)는 링상에 형성된 주지의 스테이터(21)와, 그 내부에서 회전할 수 있도록 지지된 로터(22)로 구성되어 있다. 또한, 로터(22)에는 주축(7)이 고정되고, 이 주축(7)이 압축부(3)를 관통하여 윤활유 저장실(4)까지 연재되어 있다. 압축부(3)와 주축과의 관계에 관해서는 후술한다.

압축부(3)는 요동 기판의 윗면과 하면에 각각 거의 대칭적이고 높이도 거의 같은 와권치가 형성된 요동 스크롤(31)과, 요동 스크롤(31)의 윗면에 대향 배치되고, 요동 스크롤(31)의 윗면 와권치와 대응하여 압축실(32)을 형성하는 와권치를 갖는 상측 고정 스크롤(33)과, 요동 스크롤(31)의 하면에 대향 배치되고, 요동 스크롤(31)의 하면 와권치와 대응하여 압축실(32)을 형성하는 와권치를 갖는 하측 고정 스크롤(34)과, 하측 고정 스크롤(34)과 요동 스크롤(31) 사이에 마련된 주지의 올덤 조인트(Oldham joint; 35)를 갖는다.

요동 스크롤(31)의 상세 구성을 도 2에 의거하여 설명한다. 이 도면에 도시하는 바와 같이 요동 스크롤(31)은, 중심부를 구성하고, 원호 등의 곡선으로 이루어지는 구근부(31A)와, 그 외주에 연재되는 원판 형상의 요동 기판(31B)을 갖는다.

구근부(31A)는, 그 확대도를 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 중심부에는 주축(7)이 관통하는 구멍(31C)이 형성되고, 그 내주벽에 요동 축받이(31D)가 마련됨과 함께, 요동 축받이(31D)의 외주측의 구근부의 양면에 씰 링 홈(seal ring groove; 31E)이 형성되고, 이 홈에 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같은 접합 이음매(abutment joint; 31F)를 갖는 씰 링(31G)이 삽입되어 있다. 씰 링(31G)의 상세에 관해서는 후술한다.

구근부(31A)에는 본래, 인벌류트 곡선(involute curve) 또는 원호에 의한 와권치가, 그 중심으로부터 바깥쪽으로 향하여 형성되는 것인데, 와권치의 권수는 압축기의 압축비에 비례하기 때문에, 예를 들면 공조 조건으로 HFC 가스가 사용되는 경우에는 압축비 3으로 운전되고, 와권치의 권수도 3권(卷) 이상이 필요하게 되지만, 저압축비의 CO₂ 가스가 사용되는 경우에는 압축비 2로 운전되고, 와권치의 권수도 2권 이상으로 되어, HFC 가스의 경우에 비하여 와권치의 권수를 1권 줄이는 것이 가능해진다.

따라서, 중심측의 1권 상당분 이상을 줄임에 의해, 구근부(31A)의 중심부에 주축관통용의 구멍(31C)을 형성하고 요동 축받이(31D)를 마련하는 것이 가능해진 것이다. 이것은 CO₂ 가스로 제한하지 않고 저압축비가 정격 조건이 되는 다른 어떠한 용도에서도 적용할 수 있다.

또한, 요동 기판(31B)의 상면 및 하면에는, 거의 대칭적이고 높이도 구근부와 거의 같은 와권치가 인벌류트 곡선 또는 원호에 의해 2권 이상 형성된다.

거의 대칭적이란, 도 2의 (a)에 도시하는 와권치의 두께(t), 높이(h), 피치(p), 권수(n)가 거의 동등하고, 그것에 의해 가스 압축시에 발생하는 스러스트 방향의 반력이 완전하게, 또는 거의 동등하게 되도록 되어 있는 것을 의미한다.

이 때문에, 요동 스크롤(31)에 작용하는 압축시의 상하 방향에 대한 스러스트 추력(推力)을 상쇄시켜서, 스러스트 방향의 부하가 실질적으로 제로로 되기 때문에, 스러스트 축받이를 없앨 수 있다.

또한, 스러스트 추력을 상쇄할 수 있기 때문에, 스크롤의 기어 높이를 낮게 하여, 그 만큼 와류의 지름 방향을 넓혀서, 이른바 얇은 팬케이크 형상으로 함에 의해 래디얼 방향력을 상대적으로 작게 할 수 있어, 저널 축받이의 신뢰성을 향상할 수 있다.

또한, 윗면 및 하면의 와권치는, 거의 대칭적으로 되어 있지만, 구체적으로는 하방을 향하여 약간의 스러스트 추력이 발생하도록, 예를 들면 상하의 압축실의 가스압에 차가 생기도록 되어 있다.

이 때문에, 요동 스크롤(31)은 하방의 와권치가 하측 고정 스크롤(34)에 압접(壓接)되고, 상방의 와권치는 상측 고정 스크롤(33)과의 사이에 간극이 생기기 때문에, 상방의 와권치의 상단면에는 도 2의 (a) (b)에 도시하는 바와 같이, 팁 씰 홈(tip seal groove; 31H)이 형성되고, 그 내부에 팁 씰(teip seal; 36)(도 6)을 장착하도록 하고 있다. 또한, 하면의 최외주부에는 올덤 조인트(35)에 대응하는 올덤 홈(31J)이 형성되어 있다.

구근부(31A)에 마련되는 씰 링(31G)은, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 단면 구형이고 접합 이음매(31F)를 갖는 링으로서 형성되고, 도 3의 (a)에 도시하는 씰 링 홈(31E)에 삽착된다. 이 씰 링(31G)은, 압축 동작시에, 주축(7)과 요동 축받이(31D)가 저압임에 대해, 와권치의 중심측은 고압으로 되기 때문에, 양자 사 이를 구획하여 누출을 방지하기 위해 구근부(31A)에 마련된다.

구획 작용은 도 4에 도시하는 바와 같이, 씰(sealing)하기 전후의 공간의 차압(差壓)에 의해 고압측인 도 4의 왼쪽 및 하방으로부터 화살표로 도시하는 바와 같이 가압되어 씰 링 홈(31E) 내에서 씰 링(31G)이 씰 링 홈(31E)의 도면에서 오른쪽 벽 및 상방의 고정 스크롤(33)에 꽉 눌려져서 접촉 씰(contact sealing)을 행하는 것이다.

이 경우, 고정 스크롤면에서는 활주 접촉이 되지만, 팁 씰과 마찬가지로, 소반경(小半徑)에서의 섭동(攝動) 운동에 의해 주속(周速)이 작은 활주이기 때문에, 마찰이나 활주 손실은 작다,

또한, 구근부(31A)에는 후술하는 바와 같이 요동 스크롤(31)의 양면의 압축실에서 압축된 가스를 합류시켜서 고정 스크롤의 토출구로 유도하기 위해 요동 기판(31B)을 상하 방향으로 관통하는 연통구(31K)가 씰 링 홈(31E)의 바깥쪽에 형성되어 있다.

이 연통구(31K)는 씰 링 홈(31E)에 따른 긴 구멍으로서 형성되고, 또는 복수개의 구멍을 인접 배치하여 실질적으로 긴 구멍과 동등한 작용을 하는 구멍으로서 형성되고, 압축실을 넘지 않고, 또한 후술하는 고정 스크롤의 토출구와 항상 연통하는 위치에 마련된다.

다음에, 고정 스크롤의 상세 구성을 도 5에 의거하여 설명한다. 도 5는, 하측 고정 스크롤(34)의 한 예를 도시한 것이다.

도 5의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 고정 기판(34A)의 중심부에 주축(7) 이 관통하는 구멍(34B)이 형성되고, 이 구멍의 내주면에 주축받이(34C)가 마련되어 있다.

고정 기판(34A)의 중심부인 주축받이(34C)의 외주부에는, 요동 스크롤(31)의 구근부(31A)를 수용하여 요동 스크롤(31)의 선회 구동을 허용하는 오목부(34D)가 형성되고, 그 외주에 요동 스크롤(31)의 인벌류트 곡선 또는 원호로 이루어지는 와권치와 동일 치수이며, 또한 위상이 180도 회전한 와권치(34E)가 2권 이상 형성되어 있다.

또한, 오목부(34D) 내에 압축 가스를 토출하기 위한 토출구(34F)를 요동 스크롤의 씰 링(31G)을 넘지 않도록 마련하고 있다.

토출구(34F)는, 또한, 고정 스크롤의 최내측 와권치의 내면에 따른 긴 구멍으로서 형성되고, 또는 복수개의 구멍을 인접 배치하여 실질적으로 긴 구멍과 동등한 작용을 하는 구멍으로서 형성되고, 요동 스크롤의 연통구(31K)와 항상 연통하는 위치에 마련되어 있다.

또한, 토출구(34F)와 연통하고, 압축 가스를 토출관(8)(도 1)을 경유하여 기외(機外)로 유도하는 토출 유로(34G)가 형성되고, 토출 유로(34G) 내에서 토출구(34F)에 대향하는 위치에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 토출 가스의 역류를 저지하는 토출 밸브(34H)가 배설되어 있다.

하측 고정 스크롤(34)의 최외주부에는 흡입 가스의 하측 압축실에의 흡입부가 되는 흡입구(34J)가 마련됨과 함께, 이 흡입구(34J)로부터 밀폐 용기 하부의 윤활유 저장실(4)에 연통하는 배출구(34K)(도 1)가 마련되고, 배출구(34K)의 윤활유 저장실(4)측에, 도 1에 도시하는 바와 같이, 체크 밸브(34L)가 마련되어 있다.

이 체크 밸브(34L)는 압축기의 시동시에 냉매 등이 섞여진 기름이 발포하여 압축기 외로 유출되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 흡입 가스의 압축실에의 흡입 경로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 상측 고정 스크롤(33)의 최외주부에 형성된 흡입구(33A)와 상술한 하측 고정 스크롤(34)의 흡입구(34J)를 포함하여 도 1에 파선 화살표(G)로 도시하는 바와 같이 형성되고, 요동 스크롤(31)의 윗면 및 하면에 형성된 각각의 압축실에 흡입 가스를 도입하도록 되어 있다.

주축(7)은 도 1에 도시하는 바와 같이, 상단부가 모터(2)의 로터(22)에 감합(嵌合)되고, 하단부는 상측 고정 스크롤(33)의 관통구멍 및 요동 스크롤(31)의 관통구멍(31C) 및 하측 고정 스크롤(34)의 관통구멍(34B)을 관통하여 윤활유 저장실(4)의 윤활유(77) 중에 침지되어 있다.

주축(7)과 압축부(3)의 관통 구조 및 주축(7)의 하단부 구조의 확대도를 도 6에 도시한다. 즉, 주축(7)과 상측 고정 스크롤(33) 사이에는 주축받이(33B)가 마련되고, 주축(7)의 주축받이(33B)와 접하는 부분부터 하단에 걸쳐서 주축(7)의 표면에 평탄면을 형성하는 노치부(71)가 형성되고, 노치부(71)에 대응하는 평탄면을 갖는 편심구멍(도시 생략)이 형성된 슬라이더(72)가 주축(7)의 노치부(71)에 감합되고, 이 슬라이더(72)의 외주면이 도 2에 도시하는 요동 스크롤(31)의 요동 축받이(31D)의 내주면과 접하도록 배설되고, 주축(7)과 함께 편심축을 구성하여 요동 축받이(31D)를 통하여 요동 스크롤(31)을 구동하도록 되어 있다.

또한, 슬라이더(72)의 윗면과 하면에는 윤활유의 경로가 되는 오목부(73)가 형성되고, 또한, 슬라이더 외주부의 요동 축받이(31D)와 접하는 면의 일부에는 윗면의 오목부(73)와 하면의 오목부(73)를 연통하는 상하 방향의 급유 홈(74)이 형성되어 있다.

주축(7)의 내부에는 하단부터 상측 고정 스크롤(33)의 주축받이(33B)에 이르는 편심한 급유 구멍(eccentric oil feed hole; 75)이 형성됨과 함께, 주축(7)의 하단에는 급유 펌프(76)가 장착되고, 이 급유 펌프(76)가 밀폐 용기(1)의 하단에서 윤활유(77)중에 침지하도록 되어 있다.

다음에, 압축기의 동작에 관해 설명한다.

흡입관(5)으로부터 밀폐 용기(1) 내로 흡입된 가스는, 우선 모터(2)의 부분에 유입하고, 모터(2)를 냉각한 후에, 상측 고정 스크롤(33)의 외주부에 마련된 흡입구(33A)로부터 파선 화살표(G)로 도시하는 바와 같이, 요동 스크롤(31)의 상하면의 압축실(32)에 받아들여진다.

그 후, 요동 스크롤(31)이 상측 및 하측 고정 스크롤(33 및 34)에 대해 자전(自轉)하지 않는 공전 운동을 하고, 주지하는 압축 원리에 의해 형성된 한 쌍의 초생달형의 압축실이 중심을 향하여 점차로 그 용적을 축소하고, 최후에 토출구(34F)인 최내실에서 한 쌍의 압축실이 연통하고, 토출 유로(34G)를 경유하여 압축기 외로 유출된다.

도 7은 요동 스크롤(31)의 공전 운동에 의해 형성된 한 쌍의 초생달형의 압축실이 중심을 향하여 점차로 그 용적을 축소하여 가는 과정을 도시한 것으로, 도 7의 (a)는 요동 스크롤(31)의 공전 각도 0°의 상태를 도시한다. 사선을 그은 부분 이 요동 스크롤의 와권치이고, 검게 칠한 부분이 고정 스크롤의 와권치이다.

도 7의 (a)의 상태에서 최외주의 압축실이 닫힘을 종료하고, 한 쌍의 초생달형의 압축실(A과 B)이 형성된다. 도 7의 (b)는 반시계 방향으로 공전 각도 90°만큼 공전한 상태를 도시한다.

한 쌍의 압축실(A, B)은 용적을 축소하면서 중심을 향하여 이동하고 있다.

도 7의 (c)는 공전 각도가 180°인 상태를 도시하고, 도 7의 (d)는 공전 각도 270°인 상태를 도시한다. 이 상태에서는 토출구(34F)인 최내실에서 압축실(A와 B)이 연통하고, 토출구(34F)로부터 토출된다.

도 7에서, 요동 스크롤(31)의 구근부(31A)의 형상은, 파선으로 도시하는 부분까지 인벌류트 곡선을 이루고, 압축실(B)의 한쪽의 경계를 형성하고 있다. 이로 인해 중심측은 압축에 기여하지 않는 최내실을 형성하는 구근부 곡선이 되고, 고정 스크롤(34)의 와권치의 내면과 조합되어 경계면을 형성한다.

토출구(34F)는 압축에 기여하지 않는 최내실에 마련되어 있고, 압축 공정중에 상술한 씰 링(31G)을 넘는 일이 없도록 위치관계가 설정되고, 충분한 유로 면적이 확보될 수 있도록 마련되어 있다. 이 때문에, 압축 공정중에 구근부(31A)에서 토출구(34F)를 완전히 막는 일이 없도록, 구근부 곡선과 고정 스크롤의 와권치의 내면의 곡선은 공간부를 확보할 수 있도록 형성되어 있다.

스크롤 압축기와 같이 조립 용적비 고정 타입의 압축기에서는, 설정된 압축비보다도 고압축비 운전이 이루어진 경우에, 최종 토출 공정에서 압축 부족 손실이 생긴다. 이 압축 부족 손실은, 예를 들면 도 7의 (d)와 같이 최내실과 압축실(A과 B)과의 연통시에 있어서, 최내실의 압력이 압축실(A, B)의 압력보다도 높은 것을 의미하고, 그 때문에 연통시에 최내실로부터 압축실(A, B)로 역류가 생기고, 그만큼, 압축 동력에 손실이 생긴다.

따라서, 톱 클리어런스 용적(top clearance volume)(토출 밸브(34H)보다 상류의 용적으로, 구체적으로는 최내실과 토출구(34F)와 연통구(31K)의 합에 상당한다)은 최소한으로 억제하고, 또한 압축실(A, B)과의 연통시에 토출구(34F)에의 유로를 충분히 확보하기 위해, 구근부(31A)에 약간의 도피부(34M)를 형성하고 있다. 도피부(34M)는 환언하면 곡률 반경을 작게 하고 폭을 넓게 하여 유로를 확보하려고 하는 것이다.

다음에, 급유에 관해 설명한다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 급유 펌프(76)에 의해 주축(7)의 하단부터 화살표로 도시하는 바와 같이 흡인된 윤활유(77)는, 주축(7) 내의 급유 구멍(75)을 통과하여 화살표로 도시하는 바와 같이 흡상되고, 상측 고정 스크롤(33)의 주축받이(33B) 내로 급유된다.

그 후, 주축에 형성된 노치부(71)의 평탄부를 통과하여 하강하여 슬라이더(72)의 윗면에 형성된 오목부(73)를 경유하여 슬라이더(72)의 외주면에 상하 방향으로 형성된 급유 홈(74)에 유입하여 슬라이더(72)를 윤활한다.

급유 홈(74)을 하강한 기름은 슬라이더 하면에 형성된 오목부(73)를 경유하여 하측 고정 스크롤(34)에 형성된 되돌림 구멍(34N)을 통과하여 주축의 중심 방향으로 흐르고, 재차 주축(7)의 노치부(71)를 하강하여 하측 고정 스크롤(34)의 주축받이(34C)를 급유하면서 주축받이(34C)의 하단부로부터 화살표로 도시하는 바와 같 이 주축 외로 배출되어, 윤활유 저장실(4)로 되돌아온다.

상술한 바와 같이 윤활유(77)는 급유로부터 배유까지 흡입 가스의 흐름과 직접 접촉하는 일 없이 폐(閉)루프를 구성하는 일련의 순환 급유 경로를 형성하고 있다.

따라서, 흡입 가스에 기름이 말려들어가 압축기 외로 유출되는 사태를 방지할 수 있다.

이 압축기는 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 예를 들면, 공조기 에너지 절약을 위해 열교환기 용적을 크게 하거나, 부하 평준화 피크 컷트 빙축열 시스템(ice thermal storage system for peak-cut and load-leveling)과 같이, 저압축비로 통상 운전되도록 튜닝된 장치에서 사용하는 경우나, 공조 운전에서 통상 운전이 저압축비가 되는 CO₂ 가스와 같은 냉매를 사용하는 경우에 적합하고, 고효율을 유지할 수 있다.

실시의 형태 1

이하, 본 발명의 실시의 형태 1을 도면에 의거하여 설명한다. 도 8은 실시의 형태 1에서의 주축 및 슬라이더의 구성을 도시하는 것으로, (a)는 주축의 구성을 도시하는 사시도, (b)는 슬라이더의 구성을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 9는, 슬라이더의 동작 원리를 설명하기 위한 설명도이다. 압축기의 전체 구성은 도 1과 같기 때문에 도시를 생략한다.

도 8의 (a)에 도시하는 주축(7)은 도의 우단(右端)이 도 1의 상방이 되고, 도의 좌단이 도 1의 하방이 된다.

노치부(71)는 주축(7)의 하단 부근의 부분에 평탄면을 형성하는 것이지만, 이 노치부(71)는 도 6에서 설명한 바와 같이, 상측 고정 스크롤(33)의 주축받이(33B)와 접하는 부분부터 주축의 하단에 걸쳐서 형성되어 있다.

또한, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 노치부(71)에 대응하는 평탄한 슬라이드면(72A)과, 이 슬라이드면(72A)을 포함하는 편심구멍(72B)을 갖는 원통형상의 슬라이더(72)를 마련하고, 이 슬라이더의 편심구멍(72B)에 슬라이드면(72A)과 노치부(71)가 대응하도록 주축(7)의 노치부(71)를 감합함과 함께, 도 6에 도시하는 바와 같이, 요동 스크롤(31)의 관통구멍(31C)에 관통시켜서, 요동 축받이(31D)의 내면에 슬라이더(72)의 외주면을 활주접촉시키도록 하고 있다.

주축(7)의 외경과 슬라이더(72)의 편심구멍(72B)의 내경은, 주축의 외경이 약간 작게 설정되어 있고, 그 결과, 노치부(71)와 슬라이드면(72A)은 서로 약간 평행하게 슬라이드할 수 있도록 되어 있다.

도 9에 의거하여 슬라이더(72)의 동작 원리를 설명한다. 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 슬라이더(72)의 중심은 요동 스크롤(31)의 중심(31X)과 동일하게 되고, 주축(7)의 중심은 고정 스크롤의 중심(34X)과 일치하도록 되어 있다. 이 때문에, 주축(7)의 중심에 대해 슬라이더(72)의 중심은 크랭크 반경에 상당하는 r만큼 편심하고 있고, 이것은 요동 스크롤(31)의 와권치와 고정 스크롤(33, 34)의 와권치가 이상적으로 서로 접촉하여 회전하는 거리와 동등하다.

주축(7)이 회전하면 요동 스크롤(31)은 원심력을 발생하고, 도 9의 (a)에 FC 로 도시하는 방향으로 힘이 작용한다. 한편, 이것과 직각 방향으로 가스 압력에 의한 반력(Fg)이 발생하기 때문에, 슬라이더(72)는 슬라이드면(72A)을 주축(7)의 노치부(71)에 꽉누름과 함께, Fc 방향으로 슬라이드하려고 한다.

이 결과, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이, 고정 스크롤의 와권치(34E)와 요동 스크롤의 와권치(31M)가 서로 접촉하고 Fc와 평형을 이루는 접촉 반력(F_R)이 발생할 때까지 슬라이드하기 때문에, 고정 스크롤과 요동 스크롤의 와권치 사이의 접촉 씰이 실현되는 것이다.

이와 같이, 슬라이더(72)에 의해 와권치 사이의 접촉 씰이 행하여지기 때문에, 와권치 사이의 누출을 최소한으로 억제하여 압축 효율이 높은 스크롤 압축기를 얻을 수 있다.

특히, CO₂ 가스와 같이 압력차가 크고, 누설되기 쉬운 가스를 사용하는 경우에는, 슬라이더(72)는 필요 불가결하다.

실시의 형태 2

다음에, 본 발명의 실시의 형태 2를 도면에 의거하여 설명한다. 도 10은 실시의 형태 2에서의 제 1의 밸런서의 구성을 도시하는 사시도, 도 11은 실시의 형태 2에서의 제 2의 밸런서의 구성을 도시하는 사시도, 도 12는 상기 각 밸런서의 작용 효과를 설명하기 위한 설명도이다. 압축기의 전체 구성은 도 1과 같기 때문에 도시를 생략한다.

도 10은 요동 스크롤의 편심 회전 운동에 수반하는 언밸런스를 평형을 이루 기 위한 밸런서의 구성을 도시하는 것이다. 실시의 형태 2에서는 후술하는 이유에 의해 2개의 밸런서를 장착하는 것이지만, 도 10은 그 중의 제 1의 밸런서를 도시하는 것이다.

제 1의 밸런서(9)는 주축(7)에의 감합 구멍(91)을 갖는 통체(92)의 일측에, 밸런서로서 작용하는 돌출부(93)를 마련한 것이다. 또한, 통체(92)의 일단에는 스러스트면을 형성하는 플랜지부(94)가 형성되어 있다.

제 1의 밸런서(9)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 모터(2)의 로터(22)와 상측 고정 스크롤(33) 사이에서 플랜지부(94)가 하방이 되도록 하여 주축(7)에 감합되고, 압축기의 상부 밸런서로서 작용하도록 되어 있다.

제 1의 밸런서(9)는, 압축기에 대한 밸런서의 역할과 함께, 모터(2)의 로터(22)의 축방향 위치결정의 역할도 하도록, 통체(92)의 길이가 설정되고, 하단부가 되는 플랜지부(94)는, 스러스트면을 형성하고, 상측 고정 스크롤(33)의 고정 기판의 윗면과 맞닿아짐에 의해, 주축(7)과 로터(22)의 전중량을 여기서 받아서 회전 활주하도록 되어 있다.

도 11은 제 2의 밸런서(78)의 구성을 도시하는 것으로, 도 1에 도시하는 급유 펌프(76)의 주면(周面)에 , 밸런서로서 작용하는 편심 두께부(78)를 급유 펌프의 전체 길이에 걸쳐 형성 또는 장착한 것이다.

구체적으로는, 펌프 내외경을 회전축에 따하 편심시킴에 의해, 급유 펌프(76)의 측벽의 두께를 국부적으로 두껍게 형성한 것이다.

이와 같이 구성함에 의해, 언밸런스 회전하도록 하고 있고, 급유 펌프와 압 축기의 하부 밸런서의 양쪽의 역할을 갖게 하고 있다.

밸런서를 급유 펌프(76)의 거의 전체 길이에 걸쳐서 형성함에 의해, 편심량을 작게 할 수 있기 때문에, 유면(油面)에 편심부가 잠겨서 회전하여도 편심부에 의한 기름의 교반 손실을 최소한으로 억제할 수 있다.

도 12는 실시의 형태 2의 작용 효과에 관해 설명하는 것이다. 통상, 요동 스크롤의 언밸런스를 평형을 이루게 하기 위해서는, (a)에 도시하는 바와 같이, 주축(7)의 한단측에서 동(動)밸런스, 정(靜) 밸런스를 취하도록 하기 위해 제 1의 밸런서(B1), 제 2의 밸런서(B2)를 도시하는 바와 같이 배치한다. 각 밸런서는 주축(7)에 수축끼워맞춤(shring fitting)하여 고정된 모터 로터의 엔드 링에 부착하는 경우가 많다.

평형을 이룸은 주지하는 바와 같이, Fc=Fc1-Fc2, Fc1×L1=Fc2×L2 가 되도록 설정된다.

그런데, 도 12의 (b)와 같이, 요동 스크롤(31)과 고정 스크롤(33, 34)이 와권치끼리 접촉하는 경우에는, 요동 스크롤(31)의 원심력을 전부 고정 스크롤(33, 34)의 와권치가 받아버리기 때문에, 주축(7)에는 Fcl과 Fc2에 의해 모멘트(M1)가 발생하고, 상하의 주축받이(33B, 34C)에서 이 모멘트를 받게 된다.

이 결과, 주축이 도시하는 바와 같이 경동(傾動)하여 회전하게 되고, 이른바 한쪽만 닿음에 의해 주축받이(33B, 34C)가 손상되거나 마모하거나 하기 쉽게 된다.

그래서 도 12의 (c)와 같이, 즉, 상술한 본 발명의 실시의 형태 2와 같이, 2개의 밸런서(B1, B2)를 주축받이(33B, 34C)를 끼우고 양측에 배치하면, 모멘트의 발생을 없애고 주축(7)을 주축받이에 평행한 상태에서 회동할 수 있고, 축받이 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 저압축비로 통상 운전되도록 튜닝된 공조기나 빙축열(氷畜熱) 시스템 또는 통상 운전이 저압축비가 되는 CO₂ 가스와 같은 냉매를 사용한 공조기에 이용할 수 있는 것이다.

Claims (13)

1. 밀폐 용기 내에 마련되고, 요동 기판의 양면에 거의 대칭적으로 와권치를 형성함과 함께, 중심부에 주축이 관통하는 요동 스크롤과,

   상기 요동 스크롤의 양면에 배설되고 상기 주축을 상기 요동 스크롤의 양측에서 축받이로 지지하여 상기 각 와권치와 대응하여 각각 압축실을 형성하는 와권치를 갖는 한 쌍의 고정 스크롤로 이루어지는 압축부, 및

   상기 밀폐 용기 내에 마련되고, 상기 주축을 구동하는 모터를 구비하고,

   상기 주축은 상기 요동 스크롤 및 고정 스크롤을 관통하는 부분에 노치부를 가지며,

   또한, 상기 요동 스크롤의 내주면과의 사이에 감합됨과 함께, 상기 주축의 상기 노치부가 감합 상태로 관통하는 편심구멍을 같는 슬라이더를 구비하고,

   상기 슬라이더의 편심구멍은 상기 주축의 상기 노치부에 대응하는 평탄한 슬라이드면을 가지며, 상기 슬라이더는 상기 슬라이드면에 의해 상기 주축의 길이 방향과 직교하는 방향으로 슬라이드할 수 있도록 이루어지며,

   상기 밀폐 용기를 수직으로 설치하고, 상기 압축부를 상기 밀폐 용기 내의 하부에 배설하고, 상기 모터를 상기 밀폐 용기 내의 상부에 배설함과 함께,

   상기 압축부의 하방의 밀폐 용기 내에 윤활유 저장실을 형성하고,

   상기 윤활유 저장실로부터 윤활유를 퍼 올리는 급유 펌프를 상기 주축의 하단에 장착하며,

   상기 압축부에 의해 상기 밀폐 용기 내를 모터부와 윤활유 저장실로 구획하고, 흡입관을 모터부에 마련하고, 토출관을 상기 압축부에 마련함과 함께,

   상기 급유 펌프에 연통하고, 상기 주축 내를 경유하여 상측 고정 스크롤 축받이에 개구하고, 요동 스크롤 축받이, 하측 고정 스크롤 축받이를 통과하여 상기 윤활유 저장실에 이르는 급유 경로를 형성하고,

   상기 압축부에, 모터부와 윤활유 저장실을 연통하는 통로를 마련하고, 이 통로의 윤활유 저장실측 개구부에 윤활유의 역류를 방지하는 체크 밸브를 마련한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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