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KR101101593B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

스크롤 압축기 Download PDF

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KR101101593B1
KR101101593B1 KR1020067001284A KR20067001284A KR101101593B1 KR 101101593 B1 KR101101593 B1 KR 101101593B1 KR 1020067001284 A KR1020067001284 A KR 1020067001284A KR 20067001284 A KR20067001284 A KR 20067001284A KR 101101593 B1 KR101101593 B1 KR 101101593B1
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테루유키 아카자와
노보루 이이다
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파나소닉 주식회사
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Abstract

본 발명은, 경판으로부터 스크롤 랩이 융기한 고정 스크롤부품(2) 및 선회 스크롤부품(4)을 맞물리게 하여 쌍방간에 압축실(5)을 형성하고, 선회 스크롤부품(4)을 자전구속기구에 의한 자전의 구속하에서 원궤도를 따라서 선회시켰을 때 압축실(5)이 용적을 바꾸면서 이동함으로써, 흡입, 압축, 토출을 실시하는 스크롤 압축기에 있어서, 랩(4a)에 있어서의 경판(4b)과 반대측의 끝단면에 리세스(14)를 형성하고, 리세스(14)와 경판(4b) 배면을 연결하는 연결통로(15)를 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은, 경판으로부터 스크롤 랩이 융기한 고정 스크롤부품 및 선회 스크롤부품을 맞물리게 하여 쌍방간에 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전의 구속하에 원궤도를 따라서 선회시켰을 때 압축실이 용적을 바꾸면서 이동함으로써, 흡입, 압축, 토출을 실시하는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
냉동 공조용의 밀폐형 압축기로서는, 왕복식(reciprocating type), 로터리식, 스크롤식이 있고, 이러한 방식은 모두 가정용, 업무용의 냉동공조분야에서 사용되어 오고 있다. 현재는 비용, 성능면 등에서 각각의 특징을 살려서 개발을 하고 있다.
그 중에서도 압축기구 및 전동기구를 용기에 수납한 압축기는, 방음과 메인터넌스가 불필요하게 되는 것을 의도한 소위 밀폐형 압축기로 대표되고, 스크롤 압축기와 로터리 압축기가 주류가 되고 있다. 스크롤 압축기는, 일반적으로, 경판으로부터 스크롤 랩이 융기한 고정 스크롤부품 및 선회 스크롤부품을 맞물리게 하여 쌍방간에 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전의 구속하에서 원궤도를 따라서 선회시켰을 때 압축실이 용적을 바꾸면서 이동함으로써 흡입, 압축, 토출을 행하며, 선회 스크롤부품의 바깥둘레부 및 스크롤 랩 배면에 소 정의 배압(背壓)을 윤활용의 오일에 의해 인가하여, 선회 스크롤부품이 고정 스크롤부품으로부터 떨어져 전복하지 않도록 하고 있다.
종래 기술에 의한 스크롤 압축기를 예로 들어 나타낸다. 도 7은 스크롤 압축기 단면도이다. 흡입관(1)에 의하여 흡입된 냉매가스는, 랩부(2a)와 경판(2b)으로 이루어지는 고정 스크롤부품(2)의 흡입실(3)을 거쳐, 랩부(4a)와 경판(4b)으로 이루어지는 선회 스크롤부품(4)과 맞물려 형성되는 압축실(5)에 갇혀져, 중심을 향해 용적을 감소시키면서 압축되어, 토출포트(6)로부터 토출된다. 고정 스크롤부품(2)과 축받이(7)에 둘러싸여 형성되는 배압실(8)은 선회 스크롤부품(4)이 고정 스크롤부품(2)으로부터 떨어지지 않을 만큼의 배압을 항상 가지고 있을 필요가 있다. 그러나, 이 배압이 과잉이 되면, 선회 스크롤부품(4)이 고정 스크롤부품(2)에 강하게 밀어붙여져서, 스크롤 미끄럼운동부의 이상 마모나 입력 증가를 초래하게 된다. 이 때문에 배압은 항상 일정하게 유지할 필요가 있다. 따라서, 배압조정기구(9)를 설치하고 있다. 배압조정기구(9)는, 배압실(8)로부터 고정 스크롤부품(2)의 내부를 통해 흡입실(3)과 연통하고 있는 통로(10)에, 밸브(11)를 설치한 것으로, 배압실(8)의 압력이 설정압력보다 높아지면 밸브(11)가 열리고, 배압실(8)의 오일이 흡입실(3)로 공급되어 배압실내를 일정한 중간압으로 유지하고 있다. 선회 스크롤부품(4)의 배면에는 상술한 중간력이 인가되어, 운전중에 전복하는 것을 억제하고 있다. 전복하면 고정 스크롤부품(2)과 선회 스크롤부품(4)이 떨어져 버려, 그 부분에 누설이 발생해버린다. 또, 흡입실(3)로 공급된 오일은 선회운동과 함께 압축실(5)로 이동하여, 압축실 사이의 누설방지에 도움이 되고 있다.
또한, 스크롤의 랩부의 이빨(tooth) 끝면에, 상대측의 경판과 미끄럼운동 가능하게 접촉하고, 이빨 끝면으로부터의 누설을 저감시키기 위해서 칩씨일을 장착하고, 또한 칩 씨일의 배면에 윤활유를 공급시키는 칩씨일 홈을 형성하고 있다. 이것에 의해서, 칩씨일의 배면에 배압을 인가하여 이빨 끝면의 누설을 방지하면서, 윤활유에 의해서 칩씨일이 접촉하는 것에 의한 미끄럼운동 손실의 증대를 방지하고 있는 것도 있다.
(특허문헌 1)
일본 특허공개 평성 6-288361호 공보
그러나, 고정 스크롤부품과 선회 스크롤부품과의 사이에 형성되는 각 압축실은 압축작용을 행할 때에는, 각 랩부의 이빨 끝면의 틈새를 크게 하는 경우, 그곳으로부터 누설이 증대하여, 성능저하를 초래한다고 하는 문제를 가지고 있었다. 또한, 각 랩부의 이빨 끝면의 틈새를 작게 하는 경우, 과부하시의 열변형이나 압력변형에 의해 이빨 끝면이 강하게 접촉하여 갤링(Galling)이나 이상 마모가 발생한다고 하는 과제를 가지고 있었다.
또한, 이산화탄소를 냉매로서 이용한 경우, 압축기의 토출압력과 흡입압력의 압력차이는, 프레온을 냉매로 하는 종래의 냉동 사이클의 압력차이의 약 7∼10배 이상 높다. 이 때문에, 고정 스크롤부품과 선회 스크롤부품과의 사이에 형성되는 각 압축실은, 압축작용을 행할 때에는 각 랩부의 이빨 끝면으로부터의 누설이 더욱 증대하여, 성능저하를 초래한다고 하는 문제를 가지고 있었다.
또한, 칩씨일 배면에 공급되는 윤활유의 양을 적절히 컨트롤하는 것은 곤란 하고, 칩씨일 배면을 통하여 압축실에 윤활유가 과잉으로 공급되는 것에 의해서, 냉매가 과열되어 성능이 저하하거나, 부품 개수의 증가 및 가공공정의 증가에 의해 생산성을 저하시킨다고 하는 문제를 가지고 있었다. 또한, 이산화탄소를 냉매로서 이용한 경우, 압축기의 토출압력과 흡입압력의 압력차이는, 프레온을 냉매로 하는 종래의 냉동 사이클의 압력차이의 약 7∼10배 이상 높다. 이 때문에, 압축실에 들어오는 윤활유는 많아져서, 더욱더 성능의 저하를 일으키고 있었다.
따라서, 본 발명은, 상기 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 간단하고 저비용을 꾀한 구성으로 하면서도, 고효율 및 고신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기는, 경판으로부터 스크롤 랩이 융기한 고정 스크롤부품, 및 경판으로부터 스크롤 랩이 융기한 선회 스크롤부품을 맞물리게 하여 쌍방간에 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전의 구속하에서 원궤도를 따라서 선회시켰을 때 압축실이 용적을 바꾸면서 이동함으로써, 흡입, 압축, 토출을 실시하는 스크롤 압축기에 있어서, 랩에 있어서의 경판과 반대측의 끝단면에 리세스(recess)를 형성하고, 리세스와 경판 배면을 연결하는 연결 통로를 형성한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 압축실에 공급된 윤활유는 이빨 끝면을 윤활하기 때문에, 갤링이나 이상마모가 발생하지 않는다. 또한, 압축실에 공급된 윤활유는 씰링 오일로서도 작용하여, 랩부의 이빨 끝면으로부터의 누설을 저감시킬 수 있다. 또한, 칩씨일을 설치하지 않아도 좋기 때문에 부품 개수를 늘리는 일이 없이, 비용을 낮게 억제할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 리세스를 선회 스크롤부품의 안둘레측에 형성하고, 리세스를 압축실로 개구시킨 것이다.
본 실시형태에 의하면, 윤활유가 선회 스크롤부품의 안둘레측에 보다 많이 공급되므로, 선회 스크롤부품의 안둘레측의 압축실의 씰링성을 더 높이고, 랩부의 측벽으로부터의 누설을 저감시키는 효과를 높일 수 있다.
본 발명의 제 3 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 리세스를 선회 스크롤부품의 바깥둘레측에 형성하고, 리세스를 압축실로 개구시킨 것이다.
본 실시형태에 의하면, 윤활유가 선회 스크롤부품의 바깥둘레측에 보다 많이 공급되므로, 선회 스크롤부품의 바깥둘레측의 압축실의 씰링성을 더 높이고, 랩부의 측벽으로부터의 누설을 저감시키는 효과를 높일 수 있다.
본 발명의 제 4 실시형태는, 제 2 또는 제 3 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 리세스의 개구면에 있는 압축실에 있어서, 압축실을 형성하는 선회 스크롤부품의 랩부와 고정 스크롤부품의 랩부와의 2개의 접촉점 사이의 선회 스크롤부품의 랩을 따른 길이에 대해서, 리세스에 있어서의 압축실로의 개구면의 길이를 짧게 구성한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 리세스가 개구되고 있는 압축실과, 그 압축실로부터 토출측으로 형성된 압축실, 또는 흡입측으로 형성된 압축실이 연통하는 일이 없기 때문에, 압축실간의 누설을 최소한으로 할 수 있다.
본 발명의 제 5 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 냉매로서 HFC계 냉매 또는 HCFC계 냉매를 이용한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 압축실에 공급되는 윤활유를 적절히 컨트롤할 수 있어 고효율인 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 6에 기재된 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 냉매로서 이산화탄소를 이용한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 프레온을 냉매로 하는 종래의 냉동 사이클의 압력차이의 약 7∼10배 이상 높은 경우라 하더라도, 압축실에 공급되는 윤활유를 적절히 컨트롤할 수 있고, 고효율인 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시예를 나타내는 스크롤 압축기의 단면도,
도 2는, 본 발명의 일실시예를 나타내는 선회 스크롤부품과 리세스의 확대도,
도 3은, 본 발명의 일실시예를 나타내는 스크롤 압축기의 압축 행정도,
도 4는, 칩씨일 홈에 칩씨일이 삽입되었을 때의 운전중의 위치를 나타내는 단면도,
도 5는, 칩 씨일이 있는 경우의 스크롤 압축기의 압축 행정도,
도 6은, 압력차이와 윤활유량의 관계를 나타낸 그래프,
도 7은, 종래예를 나타내는 스크롤 압축기의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 제 1 실시예를 나타낸다. 상기 도면에는, 이 실시예의 스크롤 압축기와 종래의 스크롤 압축기와의 차이를 명확하기 위해서, 도 7과 동일 혹은 기능적으로 동등한 것에는, 동일한 부호를 붙이고 있다. 밀폐용기의 하부에 고인 윤활유는, 샤프트(13)의 내부에 형성된 통로(13A)를 통해, 선회 스크롤부품(4)내에 형성된 스로틀구멍(12)에서 감압된 후, 배압실(8)에 공급된다. 또한, 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 앞끝단에 리세스(14)을 형성하고, 리세스(14)와 경판(4b)의 배면을 연결하는 연결통로(15)를 형성하고 있다. 또한, 본 실시예에서는 흡입관(1) 및 흡입실(3)과 배압조정기구(9)가 겹치기 때문에, 편의적으로 샤프트(13)를 중심으로 하여 좌우로 나누어 도시한다.
이 구성에 의하면, 리세스(14)로부터 공급된 윤활유는, 압축실(5)에 갇혀 중심을 향해 이동하기 때문에, 과부하시의 열변형이나 압력변형에 의해 이빨 끝면이 강하게 접촉하는 선회 스크롤(4)의 랩부(4a)의 중심부에 있어서, 이빨 끝면을 윤활하여 갤링이나 이상마모의 발생을 막을 수 있다. 또한, 리세스(14)로부터 공급된 윤활유는 씰링 오일로서도 작용하여, 랩부의 이빨 끝면으로부터의 누설을 저감시킬 수 있다.
또한, 리세스(14)가 개구하고 있는 안쪽의 압축실(5)1에, 윤활유가 보다 많이 공급되므로, 리세스(14)가 개구하고 있는 안쪽의 압축실의 랩부의 측벽으로부터의 누설을 저감시키는 효과를 높일 수 있다.
또한, 리세스(14)를, 선회 스크롤부품(4)의 바깥둘레측에 형성하고, 압축실(5)로 개구하고 있는 경우(도시하지 않음)에는, 리세스(14)가 개구하고 있는 바깥쪽의 압축실(5)2에, 윤활유가 보다 많이 공급되므로, 리세스(14)가 개구하고 있는 바깥쪽의 압축실의 랩부의 측벽으로부터의 누설을 저감시키는 효과를 높일 수 있다.
또한, 리세스(14)의 개구면에 있는 압축실(5)에 있어서, 압축실(5)을 형성하는 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)와 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 2개의 접촉점 사이의, 선회 스크롤부품(4)의 랩을 따른 길이에 대해서, 리세스(14)에 있어서의 압축실(5)로의 개구면의 길이(14a)를 짧게 구성한다. 그 경우, 리세스(14)가 개구하고 있는 압축실(5)과, 그 압축실(5)로부터 토출측으로 형성된 압축실 또는 토출공간(5a)이 연통하는 일이 없고, 리세스(14)가 개구하고 있는 압축실(5)과, 흡입측에 형성된 압축실 또는 흡입공간(5b)이 연통하는 일이 없기 때문에, 압축실간의 누설을 최소한으로 하면서, 압축실(5)에 윤활유를 공급할 수 있다.
도 4와 도 5에 제 2 실시예를 나타낸다. HFC계 냉매인 R410A를 이용한 경우의 스크롤 압축기에 있어서, 칩씨일 홈(16b)에 윤활유를 공급시키는 연결통로(15)를 형성한 경우의 압축실로의 급유량에 대해서 설명한다. 칩씨일 홈(16b)에 삽입된 칩씨일(16a)은, 안둘레측의 압축실(51)과 바깥둘레측의 압축실(52)과의 압력차이에 의해서 칩씨일 홈(16b)의 바깥둘레측으로 밀려져서 결과적으로 안둘레측의 압축실(51)과의 틈새(17a)가 생긴다.
또한, 압축실(5)을 형성하는 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)와 고정 스크롤 부품(2)의 랩부(2a)의 2개의 접촉점(18a, 18b) 사이에 칩씨일 홈(16b)에 윤활유를 공급시키는 연결통로(15)가 있는 경우를 생각한다. 연결통로(15)가 연통하고 있는 경판(4b)의 배면은 토출압력의 윤활유로 채워져 있으므로, 연결통로(15)가 칩씨일 홈(16b)에 면하고 있는 장소의 윤활유의 압력도 토출압력이 된다. 그 결과, 칩씨일(16a)의 배면과 칩씨일 홈(16b)과의 틈새에 있어서의 연결통로(15)보다도 토출측(중심측)의 틈새(17b)는 토출가스가 채워지고, 연결통로(15)보다도 흡입측(바깥둘레측)의 틈새(17c)는 연결통로(15)를 통해온 윤활유로 채워지게 된다.
즉, 윤활유는 경판(4b)으로부터 연결통로(15)를 통하여, 칩씨일(16a)의 배면과 칩씨일 홈(16b)과의 사이에 있어서의 흡입측의 틈새(17c)로 흐르면서, 압축실(5)에 윤활유가 공급되게 된다.
또한, 압축실(5)내의 압력은, 회전에 따라 흡입압력으로부터 토출압력으로 변화하지만, 연결통로(15)를 통해 나오는 윤활유는 토출압력이므로, 압축실(5)이 토출압력보다 낮을 때만 압축실(5)에 윤활유가 공급된다.
이상의 것을 고려하여, 압축실(5)에 공급되는 윤활유의 양을, 압축실(5)을 형성하는 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)와 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)와의 2개의 접촉점(18a, 18b) 중, 흡입측(바깥둘레측)의 접점(18b)과 연결통로(15)와의 사이의 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)를 따른 길이와, 압축실(51)내 압력과 토출압력과의 차압을 곱한 양에 대해서, 압축실(5)에 공급되는 윤활유의 양을 정리한 것을 도 6에 나타낸다.
도 6을 보고 알 수 있는 바와 같이, 누설에 기여하는 바깥둘레측의 접점 (18b)과 연결통로(15)와의 사이의 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)를 따른 길이와, 압축실(5)내 압력과 토출압력과의 차압을 곱한 양에 대해서 비례관계가 되지만, 칩씨일(16a)을 설치한 경우는, 누설에 기여하는 길이는 자유롭게 조절할 수 없다.
따라서, 리세스(14)에 있어서의 압축실(5)로 개구하는 길이(14a)를 정하는 것에 의해서, 도 5에 나타낸 것과 같은 관계로, 압축실에 공급되는 윤활유를 적절히 컨트롤할 수 있다. 결과적으로, 냉매과열로 성능을 저하시키는 일 없이 누설을 방지하면서, 미끄럼운동부의 윤활유로서 필요한 양을 임의로 결정하여 공급할 수 있으므로, 고효율인 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또한, 냉매를, 프레온을 냉매로 하는 종래의 냉동사이클의 압력차이의 약 7∼10배 이상 높은 이산화탄소로 하는 경우에서도, 압축실에 공급되는 윤활유를 적절히 컨트롤할 수 있어 고효율인 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 스크롤 압축기는, 가정용, 업무용의 냉동공조분야에서 사용되는 밀폐형 압축기로서 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 경판으로부터 스크롤 랩이 융기한 고정 스크롤부품, 및 경판으로부터 스크롤 랩이 융기한 선회 스크롤부품을 맞물리게 하여 쌍방간에 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전의 구속하에 원궤도를 따라서 선회시켰을 때 압축실이 용적을 바꾸면서 이동함으로써, 흡입, 압축, 토출을 행하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 랩에 있어서의 경판과 반대측의 끝단면에 리세스(recess)를 형성하고, 상기 리세스와 상기 경판 배면을 연결하는 연결통로를 형성하며,
    상기 리세스를 상기 선회 스크롤부품의 안둘레측에 형성하고, 상기 리세스를 상기 압축실로 개구시킨 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 경판으로부터 스크롤 랩이 융기한 고정 스크롤부품, 및 경판으로부터 스크롤 랩이 융기한 선회 스크롤부품을 맞물리게 하여 쌍방간에 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전의 구속하에 원궤도를 따라서 선회시켰을 때 압축실이 용적을 바꾸면서 이동함으로써, 흡입, 압축, 토출을 행하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 랩에 있어서의 경판과 반대측의 끝단면에 리세스(recess)를 형성하고, 상기 리세스와 상기 경판 배면을 연결하는 연결통로를 형성하며,
    상기 리세스를 상기 선회 스크롤부품의 바깥둘레측에 형성하고, 상기 리세스를 상기 압축실로 개구시킨 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 리세스의 개구면에 있는 상기 압축실에 있어서, 상기 압축실을 형성하는 상기 선회 스크롤부품의 랩부와 상기 고정 스크롤부품의 랩부와의 2개의 접촉점 사이의, 상기 선회 스크롤부품의 랩을 따른 길 이에 대해서, 상기 리세스에 있어서의 상기 압축실로의 개구면의 길이를 짧게 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 냉매로서 HFC계 냉매 또는 HCFC계 냉매를 이용한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 냉매로서 이산화탄소를 이용한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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