KR101973307B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents
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Abstract
스크롤 압축기(100; 200)는: 고정형 스크롤 부재(20; 220) 및 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)를 포함하는 압축 메커니즘(CM)으로서, 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)는 결합 위치와 분리 위치 사이에서 축방향으로 이동될 수 있고, 결합 위치에서 궤도운동 스크롤 부재(30; 230) 및 고정형 스크롤 부재(20; 220)가 서로 축방향으로 결합되어 유체 압축을 위한 일련의 압축 챔버(C1, C2, C3)를 형성하고, 분리 위치에서는 궤도운동 스크롤 부재(30; 230) 및 고정형 스크롤 부재(20; 220)가 축방향으로 서로 분리되는, 압축 메커니즘(CM); 압축 메커니즘(CM)을 지지하기에 적합한, 주 베어링 하우징(50; 250); 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)와 주 베어링 하우징(50; 250) 사이에 형성된 배압 챔버(B)로서, 궤도운동 스크롤 부재(30; 230) 또는 고정형 스크롤 부재(20; 220) 내에 제공된 연통 통로(35; 235)를 통해서 적어도 하나의 압축 챔버(C2)와 연통되고, 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)를 결합 위치를 향해서 편향시키기 위해서 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)에 배압을 인가하기에 적합한, 배압 챔버(B); 및 배압 챔버(B)와 압축 메커니즘(CM)의 가스 흡입 지역 사이에 제공되고, 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)가 축방향으로 이동될 때, 밀봉을 유지할 수 있는 제1 밀봉 장치(180; 180a; 180b; 280)를 포함한다. 스크롤 압축기는 효율을 개선할 수 있고 파워 소비를 줄일 수 있다.
Description
본원은 2015년 2월 4일자로 중국 특허청에 출원된 "스크롤 압축기"라는 명칭의 중국 특허출원 제201510058036.X호 및 2015년 2월 4일자로 중국 특허청에 출원된 "스크롤 압축기"라는 명칭의 중국 특허출원 제201520079596.9호의 우선권 이익 향유를 주장하고, 그 특허출원의 전체 개시 내용은 본원에서 참조로 포함된다.
본원은 스크롤 압축기에 관한 것이다.
본 항목의 내용은 단지, 종래 기술을 구성하지 않을 수 있는, 본 개시 내용과 관련된 배경 정보를 제공한다.
축방향 유연성(flexibility)을 가지는 스크롤 압축기에서, 궤도운동 스크롤 부재(orbiting scroll member)가 비-궤도운동 스크롤 부재와 축방향으로 결합될 수 있게 하는 배압을 궤도운동 스크롤 부재에 제공하도록, 배압 챔버가 궤도운동 스크롤 부재측에 제공된다는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 설계의 경우에, 액체 타격과 같은 바람직하지 못한 동작 조건에서, 배압이 감소되어 궤도운동 스크롤 부재 및 비-궤도운동 스크롤 부재가 축방향으로 결합되지 못할 가능성이 있고, 이는 압축기가 정상적으로 작업하지 못하게 할 수 있고 압축기의 동작 신뢰성을 감소시킬 수 있으며, 또한 파워 소비의 낭비를 유발할 수 있다.
그에 따라, 신뢰성이 더 개선된 스크롤 압축기가 요구되고 있다.
본원의 하나 이상의 실시예의 하나의 목적은 신뢰성이 더 개선된 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해서, 본원의 일 양태에 따라, 스크롤 압축기가 제공되고, 그러한 스크롤 압축기는: 압축 메커니즘, 주 베어링 하우징, 배압 챔버 및 제1 밀봉 수단을 포함한다. 압축 메커니즘은 비-궤도운동 스크롤 부재 및 궤도운동 스크롤 부재를 포함한다. 궤도운동 스크롤 부재는 결합 위치와 분리 위치 사이에서 축방향으로 이동될 수 있다. 결합 위치에서, 궤도운동 스크롤 부재 및 비-궤도운동 스크롤 부재가 서로 축방향으로 결합되어 유체를 압축하기 위한 일련의 압축 챔버를 형성하고, 분리 위치에서, 궤도운동 스크롤 부재는 비-궤도운동 스크롤 부재로부터 축방향으로 분리된다. 주 베어링 하우징은 압축 메커니즘을 지지하도록 구성된다. 배압 챔버는 궤도운동 스크롤 부재와 주 베어링 하우징 사이에 형성된다. 배압 챔버는 궤도운동 스크롤 부재 또는 비-궤도운동 스크롤 부재 내에 제공된 연통 통로를 통해서 적어도 하나의 압축 챔버와 연통되고, 결합 위치를 향해서 궤도운동 스크롤 부재를 편향시키기 위해서 궤도운동 스크롤 부재에 배압을 인가하도록 구성된다. 제1 밀봉 수단은 배압 챔버와 압축 메커니즘의 흡입 구역 사이에 제공되고, 궤도운동 스크롤 부재가 축방향으로 변위될 때 밀봉을 유지할 수 있다.
그러한 스크롤 압축기에서, 압축 메커니즘 내의 압축 챔버는 제1 밀봉 수단에 의해서 배압 챔버로부터 항상 격리되어 유지된다. 압축기가 냉간-시동될 때, 배압 챔버 내에서 압력을 신속하게 생성할 수 있고, 그에 따라 궤도운동 스크롤 부재 및 비-궤도운동 스크롤 부재가 신속하게 결합될 수 있게 하며, 이는 압축기의 시동 속도의 가속을 돕는다. 압축기가 언로딩될(unload) 때, 압축 메커니즘 내의 압축 챔버가 연통되고 압력이 흡입 압력으로 방출된다. 이러한 경우에, 배압 챔버 내의 압력은 방출되지 않고, 그에 따라, 압축 메커니즘이 다시 결합될 필요가 있을 때, 배압 챔버 내의 압력은 궤도운동 스크롤 부재가 비-궤도운동 스크롤 부재를 향해서 신속하게 이동될 수 있게 하고 축방향 밀봉이 형성되며, 그에 의해서 압축기의 효율을 개선하고 파워 소비를 감소시킨다.
선택적으로, 제1 밀봉 수단은 궤도운동 스크롤 부재 및 비-궤도운동 스크롤 부재 중 하나 내에 위치되는 제1 외주방향 홈 내에 배열되고 궤도운동 스크롤 부재 및 비-궤도운동 스크롤 부재 중 다른 하나에 대해서 맞닿는다(abut). 대안적으로, 제1 밀봉 수단은 궤도운동 스크롤 부재 및 주 베어링 하우징 중 하나 내에 위치되는 제1 외주방향 홈 내에 배열되고 궤도운동 스크롤 부재 및 주 베어링 하우징 중 다른 하나에 대해서 맞닿는다.
그러한 스크롤 압축기에서, 제1 밀봉 수단의 위치가 유연하게 배열될 수 있다.
선택적으로, 제1 밀봉 수단은 제1 외주방향 홈 내에 배열된 제1 밀봉 부재 및 제1 밀봉 부재와 제1 외주방향 홈 사이에 위치된 제1 탄성 요소를 포함하고, 그러한 제1 탄성 요소는 편향력을 제1 밀봉 부재에 인가한다.
그러한 스크롤 압축기에서, 제1 밀봉 수단은, 궤도운동 스크롤 부재가 이동될 때, 밀봉 유지를 보장할 수 있다.
선택적으로, 제1 밀봉 수단은 제1 통로 및 제1 외주방향 홈 내에 배열된 제1 밀봉 부재를 포함한다. 제1 통로는 압축 메커니즘의 흡입 압력 보다 높은 압력을 제1 외주방향 홈 내로 도입하여, 편향력을 제1 밀봉 부재의 하단부 표면에 인가한다.
선택적으로, 스크롤 압축기는 고압측 압축기(high side compressor)이고, 제1 통로는 배압 구역 내의 압력 또는 압축 메커니즘의 외부 환경 내의 압력을 제1 외주방향 홈 내로 도입한다. 대안적으로, 스크롤 압축기는 저압측 압축기이고, 제1 통로는 배압 구역 내의 압력을 제1 외주방향 홈 내로 도입한다.
탄성 요소 대신에 기계적 가공을 이용하는 것에 의해서, 부품의 수를 줄일 수 있고 비용을 절감할 수 있다.
선택적으로, 제1 밀봉 수단은 제1 외주방향 홈 내에 매립된 제1 밀봉 부재를 포함하고, 제1 밀봉 부재는 제1 외주방향 홈의 반경방향 치수 보다 작은 반경방향 치수를 갖는다.
단순한 밀봉 부재를 이용하는 것에 의해서, 부품의 수를 줄일 수 있고 비용을 절감할 수 있다.
선택적으로, 스크롤 압축기는 제2 밀봉 수단을 더 포함한다. 제2 밀봉 수단은 궤도운동 스크롤 부재의 허브의 축방향 단부 면 및 주 베어링 하우징 중 하나 내에 위치되는 제2 외주방향 홈 내에 배열되고 축방향 단부 면 및 주 베어링 하우징 중 다른 하나에 대해서 맞닿는다. 궤도운동 스크롤 부재가 축방향으로 변위될 때, 제2 밀봉 수단은 밀봉을 유지할 수 있다.
스크롤 압축기가 저압측 스크롤 압축기인 경우에, 궤도운동 스크롤 부재의 허브의 축방향 단부 면과 주 베어링 하우징 사이에 제2 밀봉 수단을 배열하는 것은 제1 밀봉 수단, 제2 밀봉 수단 및 올덤 커플링(Oldham coupling)의 위치들이 축방향으로 오프셋될 수 있게 하고, 올덤 커플링이 조정을 위한 더 큰 공간을 가질 수 있게 한다. 또한, 제2 밀봉 수단이 더 작게 만들어질 수 있고, 이는 배압 챔버 면적의 확장을 촉진하여, 축방향 힘을 최적화하고 압축기 성능을 개선한다.
선택적으로, 제2 밀봉 수단은 제2 외주방향 홈 내에 배열된 제2 밀봉 부재 및 제2 밀봉 부재와 제2 외주방향 홈 사이에 위치된 제2 탄성 요소를 포함하고, 그러한 제2 탄성 요소는 편향력을 제2 밀봉 부재에 인가한다.
선택적으로, 궤도운동 스크롤 부재의 스크롤 베인 및 비-궤도운동 스크롤 부재의 스크롤 베인이 트윈 스크롤의 형태이다.
트윈 스크롤의 형태를 이용하는 것에 의해서, 밀봉 부재의 조정 범위를 크게 할 수 있고 배압 구역의 힘 인가 면적의 설계를 도울 수 있으며, 그에 의해서 스크롤 세트의 축방향 힘을 더 최적화할 수 있고 비교적 소형인 구조의 경우에 대한 적응성을 개선할 수 있다.
본원의 하나 이상의 실시예의 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로부터 보다 더 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본원이 적용될 수 있는 스크롤 압축기의 축방향 단면도를 도시한다.
도 2는 통상적인 기술의 스크롤 압축기의 부분적 단면도를 도시한다.
도 3a는 본원의 제1 실시예에 따른 스크롤 압축기의 부분적인 단면도를 도시한다.
도 3b 및 도 3c는 도 3a의 부분(P1)의 확대도를 도시하며, 여기에서 도 3b는 궤도운동 스크롤 부재가 비-궤도운동 스크롤 부재와 결합된 상태를 도시하며, 도 3c는 궤도운동 스크롤 부재가 비-궤도운동 스크롤 부재로부터 분리된 상태를 도시한다.
도 3d는 도 3a의 부분(P2)의 확대도를 도시한다.
도 4 내지 도 9는 본원의 제1 실시예에 따른 스크롤 압축기의 변형예의 부분적인 단면도를 도시한다.
도 10a 내지 도 10h는 단일 스크롤 경우와 트윈 스크롤 경우의 비교를 도시한다.
도 11은 본원의 제2 실시예에 따른 스크롤 압축기의 축방향 단면도를 도시한다.
도 12는 본원의 제2 실시예에 따른 스크롤 압축기의 부분적인 단면도를 도시한다.
도 13은 본원의 제2 실시예에 따른 스크롤 압축기의 변형예의 부분적인 단면도를 도시한다.
도 1은 본원이 적용될 수 있는 스크롤 압축기의 축방향 단면도를 도시한다.
도 2는 통상적인 기술의 스크롤 압축기의 부분적 단면도를 도시한다.
도 3a는 본원의 제1 실시예에 따른 스크롤 압축기의 부분적인 단면도를 도시한다.
도 3b 및 도 3c는 도 3a의 부분(P1)의 확대도를 도시하며, 여기에서 도 3b는 궤도운동 스크롤 부재가 비-궤도운동 스크롤 부재와 결합된 상태를 도시하며, 도 3c는 궤도운동 스크롤 부재가 비-궤도운동 스크롤 부재로부터 분리된 상태를 도시한다.
도 3d는 도 3a의 부분(P2)의 확대도를 도시한다.
도 4 내지 도 9는 본원의 제1 실시예에 따른 스크롤 압축기의 변형예의 부분적인 단면도를 도시한다.
도 10a 내지 도 10h는 단일 스크롤 경우와 트윈 스크롤 경우의 비교를 도시한다.
도 11은 본원의 제2 실시예에 따른 스크롤 압축기의 축방향 단면도를 도시한다.
도 12는 본원의 제2 실시예에 따른 스크롤 압축기의 부분적인 단면도를 도시한다.
도 13은 본원의 제2 실시예에 따른 스크롤 압축기의 변형예의 부분적인 단면도를 도시한다.
바람직한 실시예에 관한 이하의 설명은 단지 예시적인 것이고, 결코 본원 및 그 적용예 또는 이용을 제한하지 않는다. 도면 전반을 통해서 유사한 부품을 나타내기 위해서 유사한 참조 번호를 사용하였고, 유사한 부품의 구성에 관한 설명은 반복하지 않을 것이다.
본원이 적용될 수 있는 스크롤 압축기(1)의 기본적인 구성 및 동작 원리가 도 1을 참조하여 이하에서 설명될 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 스크롤 압축기(이하에서 또한 압축기로 지칭된다)(1)는 실질적으로 폐쇄된 하우징(10)을 포함한다. 하우징(10)은 압축기(1)의 내부 공간을 형성한다. 도면의 예에서, 하우징(10)은 일반적으로 원통형인 본체 부분(12), 상단부 커버(14), 및 하단부 커버(16)로 이루어질 수 있다. 이러한 하우징(10)의 구성요소는, 예를 들어, 용접, 볼트체결, 또는 기타와 같은 임의의 적합한 수단에 의해서 서로 연결될 수 있다.
하우징(10)은 작업 유체의 흡입을 위한 유체 유입구 피팅(17) 및 압축된 작업 유체를 방출하기 위한 유체 배출구 피팅(18)을 구비할 수 있다. 하우징(10) 내에, 유체를 압축할 수 있는 압축 메커니즘(CM)이 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 스크롤 압축기(1)는 고압측 설계에 속한다. 관련 기술 분야에서, 구동 메커니즘이 배출 압력 구역(즉, 고압 구역) 내에 위치되는 압축기는 일반적으로 고압측 압축기로 지칭되고, 구동 메커니즘이 흡입 압력 구역(즉, 저압 구역) 내에 위치되는 압축기는 저압측 압축기로 지칭된다.
도면에 도시된 설계에서, 압축 메커니즘(CM)은 또한 배출 압력 구역 내에 있고, 압축하고자 하는 작업 유체가 압축 메커니즘(CM) 내측의 흡입 챔버로 직접적으로 공급된다. 구체적으로, 유체 유입구 피팅(17)이 압축 메커니즘(CM)에 밀폐식으로 연결되어, 압축하고자 하는 작업 유체를 압축 메커니즘(CM)에 공급한다.
압축 메커니즘(CM)을 구동하기 위한 구동 메커니즘(40)은, 예를 들어, 고정자(42) 및 회전자(43)로 이루어진 모터를 포함할 수 있다. 고정자(42)는 임의의 적합한 방식으로 하우징(10)에 대해서 고정될 수 있다. 회전자(43)는 고정자(42) 내에서 회전될 수 있고, 구동 샤프트(45)는 회전자(43) 내에 제공된다. 구동 샤프트(45)는 주 베어링 하우징(50) 및 하부 베어링 하우징(60)에 의해서 지지된다. 편심 크랭크 핀(46)이 구동 샤프트(45)의 일 단부에 형성된다. 궤도운동 스크롤 부재(30)를 구동하기 위해서, 편심 크랭크 핀(46)이 언로딩 부싱(48)을 통해서 궤도운동 스크롤 부재(30)의 허브(32) 내로 피팅된다. 윤활 오일 통로(47)(부분적으로만 도시됨)가 또한 구동 샤프트(45) 내에 형성된다. 윤활 오일 통로(47)의 일 단부(즉, 구동 샤프트(45)의 하부 단부)는 하우징(10)의 하부측 내에 형성된 윤활 오일 홈 내에 위치된다. 그러한 윤활 오일 통로(47)의 일 단부에, 오일 펌핑 장치(49)가 제공될 수 있다.
이러한 예에서, 구동 메커니즘(40)이 하우징(10) 내에 제공된다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 소위 개방 압축기 설계의 경우에, 구동 메커니즘(40)이 또한 하우징(10)의 외측에 제공될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도면에 도시된 예에서, 압축 메커니즘(CM)은 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 및 궤도운동 스크롤 부재(30)를 포함할 수 있다. 비-궤도운동 스크롤 부재(20)는 하우징(10)에 대해서 임의의 적합한 방식으로 고정될 수 있고, 예를 들어 후술되는 주 베어링 하우징(50)에 대해서 볼트에 의해서 고정될 수 있다.
도 2는 통상적인 기술의 압축 메커니즘(CM)의 상세도를 도시한다. 단면 위치로 인해서, 도 1의 연통 통로(35)는 도 2에서 확인되지 않는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 비-궤도운동 스크롤 부재(20)는 비-궤도운동 스크롤 부재 단부 판(24), 비-궤도운동 스크롤 부재 단부 판(24)의 일 측면에 형성된 비-궤도운동 스크롤 부재 베인(26), 및 비-궤도운동 스크롤 부재(20)의 반경방향 최외측 측면 상에 위치된 주변 벽 부분(22)을 포함할 수 있다. 주변 벽 부분(22)은 비-궤도운동 스크롤 부재 베인(26)의 일부를 구성할 수 있다. 배출 포트(28)는 비-궤도운동 스크롤 부재 단부 판(24)의 실질적으로 중앙의 부분에 형성된다. 궤도운동 스크롤 부재(30)는 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34), 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34)의 일 측면에 형성된 궤도운동 스크롤 부재 베인(36), 및 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34)의 타 측면에 형성된 허브(32)를 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 및 궤도운동 스크롤 부재(30)의 베인의 각각이 단일 스크롤을 형성하도록 설계된다. 압축 메커니즘(CM)을 지지하도록 구성된 주 베어링 하우징(50)은 임의의 적합한 방식에 의해서 하우징(10)에 대해서 고정될 수 있다. 궤도운동 스크롤 부재(30)가 구동 메커니즘(40)에 의해서 구동되어 비-궤도운동 스크롤 부재(20)에 대해서 병진 회전됨으로써(즉, 궤도운동 스크롤 부재(30)의 중심 축은 회전 반경(Ror_1)에서 비-궤도운동 스크롤 부재(20)의 중앙 축 주위로 회전되고, 궤도운동 스크롤 부재(30) 자체는 그 자체의 중앙 축을 중심으로 회전되지 않는다) 유체 압축을 달성할 수 있다. 병진 회전은 비-궤도운동 스크롤 부재(20)와 궤도운동 스크롤 부재(30) 사이에 제공된 올덤 커플링(58)에 의해서 실현된다.
비-궤도운동 스크롤 부재 베인(26)은 궤도운동 스크롤 부재 베인(36)과 결합되어, 비-궤도운동 스크롤 부재 단부 판(24) 및 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34)과 함께, 일련의 압축 챔버(C1, C2, C3 ...)를 형성할 수 있고, 그 챔버들의 부피는 반경방향 외부 측면으로부터 반경방향 내부 측면까지 점진적으로 감소되어 유체를 압축한다. 그에 따라, 반경방향으로 최외측의 압축 챔버(C1)는 저압 챔버 또는 흡입 챔버로 지칭되고, 중압 챔버(C2)는 중압 챔버로서 지칭되고, 그리고 반경방향 최내측 압축 챔버(C3)는 고압 챔버 또는 방출 챔버로서 지칭된다. 배출 포트(28)는 고압 챔버(C3)와 유체 연통될 수 있다. 저압 챔버, 중압 챔버 및 고압 챔버에 대한 언급은 단지 설명의 편의를 위해서 이용된 것이고, 실제 압축기에서, 이러한 압축 챔버들 내측의 압력들이 점진적으로 증가될 수 있고 압축 챔버의 수는 3개로 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
압축기(1)의 정상 동작에서, 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 및 궤도운동 스크롤 부재(30)는 서로 반경방향으로 결합되어 작업 유체를 압축할 것이다. 또한, 스크롤 세트에 특정 정도의 축방향 유연성을 제공하여 압축기의 신뢰성 및 안전성을 높이기 위해서, 배압 챔버가 일반적으로 궤도운동 스크롤 부재(30)와 주 베어링 하우징 사이에 제공된다. 배압 챔버(B)는 궤도운동 스크롤 부재(30)(예를 들어, 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34)) 내에 형성된 연통 통로(35)(도 1 참조)를 통해서 압축 챔버(예를 들어, 중압 챔버(C2))와 연통되고, 그에 의해서 배압 챔버(B) 내에 배압을 축적하여, 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 및 궤도운동 스크롤 부재(30)가 배압의 작용 하에서 서로 신뢰 가능하게 결합될 수 있게 한다. 연통 통로가 압축 챔버 내의 압력을 배압 챔버 내로 도입하기만 한다면, 연통 통로가 또한 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 내에 형성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 압축기 설계에서, 배압 챔버(B)는 궤도운동 스크롤 부재(30) 측에 제공되고 주 베어링 하우징(50) 내측의 공간 내에 위치되며, 배압 챔버(B)는 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 및 궤도운동 스크롤 부재(30)와 함께 주 베어링 하우징(50)에 의해서 형성된다.
도 2를 참조하면, 비-궤도운동 스크롤 부재(20)의 주변 벽 부분(22)의 부분이, 예를 들어, 주 베어링 하우징(50)의 제1 부분(52)과 밀폐식으로 결합되고, 그 부분 모두는 그 사이에 제공된 가스켓 및 그 사이에 연결된 볼트에 의해서 밀폐식으로 결합되어, 배압 챔버(B)를 외부 압력(고압측 설계에서, 외부 압력은 고압이다)으로부터 격리시킨다. 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 및 주 베어링 하우징(50) 양자 모두가 고정된 부재이기 때문에, 그 양자 사이의 밀봉 결합이 용이하게 성취될 수 있다. 배압 챔버(B)의, 궤도운동 스크롤 부재(30)와 연관된, 밀봉 표면은 이하에서 특별히 강조되어 설명된다.
압축 메커니즘(CM) 및 구동 메커니즘(40) 모두가 전체적으로 고압측에 있기 때문에, 고압은 또한 궤도운동 스크롤 부재(30)의 허브(32) 내에 존재한다. 결과적으로, 압축기의 정상 동작 중에, 배압 챔버(B) 내의 배압 및 허브(32) 내의 압력의 결과적인 힘은 압축 챔버(C1, C2 및 C3) 내의 작업 유체 압력의 결과적인 힘 보다 크고, 그에 의해서 궤도운동 스크롤 부재(30) 및 비-궤도운동 스크롤 부재(20)가 밀봉 부분(Sc)에서 서로 축방향으로 결합될 수 있게 하고, 궤도운동 스크롤 부재(30)가 결합 위치에 있게 할 수 있다.
압축기가, 예를 들어, 액체 타격과 같은 동작 조건에 있을 때, 챔버(C1, C2 및 C3) 내의 작업 유체의 압력의 결과적인 힘(도면의 하향 방향)은 배압 챔버(B) 내의 배압 및 허브(32) 내의 압력의 결과적인 힘(도면에서 상향 방향) 보다 클 것이고, 그에 의해서, 궤도운동 스크롤 부재(30) 및 비-궤도운동 스크롤 부재(20)는 밀봉 부분(Sc)에서 미리 결정된 거리(또한 부유량(floating amount)으로서 지칭된다) 만큼 서로 축방향으로 분리되고, 그에 따라 압축 챔버들이 연통되게 하고 감압되게 하며, 그에 의해서 압축 메커니즘을 손상되지 않게 보호한다.
그러나, 전술한 경우에서 압축 메커니즘이 재-결합될 필요가 있을 때, 궤도운동 스크롤 부재(30) 및 비-궤도운동 스크롤 부재(20)는 분리된 상태에 있고, 이때, 밀봉 부분(Sc)은 흡입 챔버(C1)를 배압 챔버(B)로부터 격리시킬 수 없고, 그에 따라 배압 챔버(B) 내에서 배압을 구축하기 어렵고, 스크롤 세트가 정상 압축을 달성하기 어렵다. 또한, 압축기의 동작에서, 압축 챔버 내의 압력이 변화되거나 요동되기 때문에, 스크롤 세트 또는 하나의 스크롤 부재의 과다 회전(overturning)이 발생될 수 있다. 이러한 경우에, 이는 또한, 밀봉 부분(Sc) 내의 밀봉이 실패하게 할 수 있고, 중압 챔버(C2) 및 저압 챔버(C1)가 서로 연통되게 하며, 그에 따라 중압 챔버(C2) 내의 압력의 감소 및 비-궤도운동 스크롤 부재(20)로부터의 궤도운동 스크롤 부재(30)의 분리를 초래할 수 있으며, 압축기의 기계적 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 궤도운동 스크롤 부재(30)가 과다 회전될 때, 궤도운동 스크롤 부재(30)와 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 사이의 마모는 밀봉 부분(Sc)에 부정적인 영향을 미칠 수 있고 압축기의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다.
그에 따라, 통상적인 기술에서, 밀봉 부분(Sc)에서의 누출을 감소시키기 위해서, 시동시에 가능한 한 신속하게 배압을 설정할 수 있게 하기 위해서 그리고 스크롤 부재가 상당히 과다 회전되는 것을 방지할 수 있게 하기 위해서, 궤도운동 스크롤 부재의 부유량을 적게 설계할 필요가 있다. 그러나, 적은 부유량의 설계에서, 많은 다른 문제에 직면할 수 있다. 예를 들어, 액체 타격과 같은 비정상적인 동작 조건에 직면할 때, 적은 부유량은 비-궤도운동 스크롤 부재(20)로부터의 궤도운동 스크롤 부재(30)의 불충분한 정도의 분리를 유발할 수 있고, 다시 말해서 완전 감압화가 달성될 수 없다. 또한, 압축 메커니즘(CM) 내의 온도가 변화되기 때문에, 궤도운동 스크롤 부재(30) 및 비-궤도운동 스크롤 부재(20)가 약간 변형될 수 있다. 부유량이 작을 때, 과다 회전된 후에 변형된 궤도운동 스크롤 부재(30)가 변형된 비-궤도운동 스크롤 부재(20)와 부딪히기 쉽고, 그에 따라 정상 결합으로 복귀하기가 용이하지 않다. 또한, 적은 부유량은 관련 부품 각각의 높은 프로세싱 정밀도를 요구하고, 이는 제조 상의 어려움 및 비용을 부가한다.
이러한 목적을 위해서, 발명자들은, 이러한 스크롤 압축기에서, 밀봉 부분(Sc)이 이중 밀봉 효과를 제공하는 것, 즉 압축 챔버의 형성을 위한 밀봉 표면을 제공하는 것, 그리고 배압 챔버(B)를 압축 챔버로부터 격리하는 것을 혁신적으로 발견하였다. 그러한 밀봉 부분(Sc)은 통상적인 부유 궤도운동 스크롤 압축기의 가장 일반적인 배열이고, 그에 따라 많은 기술자는 이러한 것이 이중 밀봉 효과를 실제로 가지고 있다는 것을 인지하지 못한다. 그러나, 이러한 기능적 커플링은, 배압 챔버(B)에 영향을 미치지 않고, 압축 챔버가 감압될 수 없게 한다. 본 발명자들은, 압축 챔버를 형성하는 밀봉 부분이 배압 챔버(B)를 압축 챔버로부터 격리시키기 위한 밀봉 부분으로부터 분리되는 경우에, 전술한 문제가 만족스럽게 해결될 수 있다는 것을 깨달았다.
구체적으로, 밀봉 부분(Sc)의 압축 챔버를 밀봉하는 기능(즉, 압축 챔버 밀봉 부분(Sc)으로서의 기능) 만이 유지되고, 배압 챔버(B)를 압축 챔버로부터 격리하는 밀봉 부분(Sc)의 기능은 삭제되며, 부가적인 제1 밀봉 수단(180)을 이용하여 배압 챔버(B)를 압축 챔버로부터 격리시키는 것을 가정한다.
배압 챔버의 밀봉을 고려한 본원의 제1 실시예에 따른 고압측 스크롤 압축기(100)의 개선예를 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 이하에서 설명할 것이다. 스크롤 압축기(1)의 부분과 상이한 스크롤 압축기(100)의 부분 만이 도면에 도시되어 있고, 스크롤 압축기(1)의 요소와 동일한 요소는 동일한 참조 번호로 표시하고 구체적으로 설명하지 않는다. 스크롤 압축기(1)의 구성요소와 상이한 스크롤 압축기(100)의 구성요소를 이하에서 설명하고, 그러한 구성요소는 각각 1로 시작하는 상응하는 참조 번호로 표시하였다.
이러한 실시예에서, 배압 챔버(B)를 압축 챔버로부터 격리시키기 위해서, 부가적인 제1 밀봉 수단(180)이 제공된다. 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 수단(180)은, 궤도운동 스크롤 부재(30)의 축방향 부유 및 과다 회전을 수용하기 위해서 축방향으로 변위될 수 있다. 밀봉 수단(180)은 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34) 내의 (제1 외주방향 홈으로서의) 외주방향 홈(182) 내에 매립되고, 예를 들어, (제1 밀봉 부재로서의) O-형상의 밀봉 링(184) 및 (제1 탄성 요소로서의) 압축 스프링(186)을 포함하며, 밀봉 링(184)은 압축 스프링(186)의 작용 하에서 비-궤도운동 스크롤 부재의 주변 벽 부분(22)에 대해서 맞닿는다.
스크롤 압축기(100)의 동작 중에, 도 3b에 도시된 바와 같이, 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34) 내의 연통 통로(35)는 압축 챔버 중 하나(예를 들어, 중압 챔버(C2)) 내의 압력을 배압 챔버(B) 내로 도입하여 배압을 축적함으로써 궤도운동 스크롤 부재(30)가 비-궤도운동 스크롤 부재(20)와 함께 폐쇄될 수 있게 하며, 다시 말해서 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34)은 압축 챔버 밀봉 부분(Sc)에서 비-궤도운동 스크롤 부재의 주변 벽 부분(22)과 밀폐식으로 결합된다. 또한, 밀봉 링(184)은 외주방향 홈(182) 내로 매립되고, 그에 따라, 궤도운동 스크롤 부재(30)가 병진 회전될 때, 밀봉 링(184)의 마모가 감소될 수 있다.
압축기(100)가 정지되거나 비정상인 경우에 궤도운동 스크롤 부재(30)가 비-궤도운동 스크롤 부재(20)로부터 분리될 때, 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34) 및 비-궤도운동 스크롤 부재 단부 판(24)은 압축 챔버 밀봉 부분(Sc)에서 분리되고, 이에 대해서는 도 3c를 참조할 수 있다. 밀봉 부분(Sc)에서의 분리로, 압축 챔버들(C1, C2 및 C3)은 궤도운동 스크롤 부재 및 비-궤도운동 스크롤 부재의 베인들 및 단부 판들 사이의 축방향 간극을 통해서 연통되고, 압축 챔버들 내의 압력은 유체 유입구 피팅(17)을 통해서 방출된다. 동시에, 압축 스프링(186)은 밀봉 링(184)을 외측으로 밀고, 그에 따라 밀봉 링(184)을 비-궤도운동 스크롤 부재 단부 판(24)에 대해서 맞닿게 유지하고, 즉 제1 밀봉 수단(180)은 밀봉을 유지한다. 밀봉은 제1 밀봉 수단(180)에 의해서 유지되고, 그에 따라, 배압 챔버(B) 내의 압력은, 압축 챔버로 누출되지 않고 그리고 압축 챔버 내의 압력과 함께 방출되지 않고, 실질적으로 유지될 수 있다. 이러한 경우에 압축 메커니즘이 다시 결합될 필요가 있을 때, 배압 챔버(B) 내의 압력이 궤도운동 스크롤 부재(30)를 비-궤도운동 스크롤 부재(20)를 향해 신속하게 이동시킬 수 있고 밀봉 부분(Sc)에서 밀봉을 형성할 수 있다.
또한, 압축기(100)가 정상적인 중단 이후에 냉간-시동될 때, 제1 밀봉 수단(180)은 배압 챔버(B) 내의 압력 축적 속도를 높일 수 있고, 그에 의해서 압축기(100)의 시동 가속을 도울 수 있다.
제1 밀봉 수단(180)을 제공하는 것에 의해서, 배압 챔버(B)가 압축 챔버로부터 항상 분리될 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 압축 챔버 밀봉 부분(Sc)에서의 누출을 방지할 필요가 없기 때문에, 궤도운동 스크롤 부재(30)의 부유량에 대한 특별한 요건이 존재하지 않으며, 부유량을 크게 설계할 수 있으며, 그에 따라, 궤도운동 스크롤 부재(30), 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 및 주 베어링 하우징(50)의 정밀도 요건이 완화될 수 있고, 그에 의해서 비용을 절감할 수 있다. 또한, 부유량이 크기 때문에, 압축 챔버가 신속하게 감압될 수 있고, 그리고 궤도운동 스크롤 부재(30)의 이동 가능한 범위가 크기 때문에, 궤도운동 스크롤 부재(30)는, 과다 회전된 이후에, 충돌 없이, 비-궤도운동 스크롤 부재(20)와의 결합을 위한 위치로 용이하게 복귀된다.
비록 전술한 고압측 스크롤 압축기의 제1 실시예에서, 제1 밀봉 수단(180)이 궤도운동 스크롤 부재(30) 내의 외주방향 홈(182) 내에 배열되고 비-궤도운동 스크롤 부재(20)에 대면되지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 수단(180)이 또한 비-궤도운동 스크롤 부재(20)(예를 들어, 비-궤도운동 스크롤 부재의 주변 벽 부분(22)) 내에 위치된 외주방향 홈 내에 배열될 수 있고 궤도운동 스크롤 부재(30)(궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34))에 대면될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 대안적으로, 제1 밀봉 수단(180)은 궤도운동 스크롤 부재(30)와 주 베어링 하우징(50) 사이의 대향 표면들에 제공될 수 있고, 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 주 베어링 하우징(50) 상에 제공될 수 있다. 도 5에 도시된 경우에, 배압 챔버(B)의 반경방향 외부 측면은 제1 밀봉 수단(180)의 밀봉 링(184)에 의해서 형성된다. 즉, 제1 밀봉 수단(180)은 배압 챔버(B)를 압축 챔버로부터 격리시키기 위한 밀봉 표면을 형성하고, 압축 챔버를 형성하는 밀봉 표면은 여전히 압축 챔버 밀봉 부분(Sc)에 의해서 제공된다. 비록 도시하지는 않았지만, 제1 밀봉 수단(180)이 또한 주 베어링 하우징(50) 상에 제공되고 궤도운동 스크롤 부재(30)에 대면되는 것이 또한 고려된다. 이러한 변형예는 전술한 제1 밀봉 수단(180)의 기술적 효과와 동일한 기술적 효과를 달성할 수 있고, 여기에서 더 설명하지 않을 것이다.
또한, 제1 실시예에서, 도 3a 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 궤도운동 스크롤 부재(30)의 허브(32)의 (축방향 단부 면으로서 도시된) 적어도 일부가 제2 밀봉 수단(190)에 의해서 주 베어링 하우징(50)의 제2 부분(54)과 직접적으로 밀폐식으로 결합된다.
제2 밀봉 수단(190)은 허브(32)의 축방향 단부 면 및 주 베어링 하우징(50) 중 하나 내에 위치된(주 베어링 하우징(50) 내에 제공된 것으로 도시됨) 외주방향 홈(192)(제2 외주방향 홈) 내에 제공되어, 배압 챔버(B)를 외부 고압 환경으로부터 격리시킨다. 도 3d를 참조하면, 제2 밀봉 수단(190)은 외주방향 홈(192)에 의해서 지지되는 압축 스프링(196)(제2 탄성 요소) 및 압축 스프링(196)에 의해서 지지되는 O-형상의 밀봉 링(194)(제2 밀봉 부재)을 포함한다. 밀봉 링(194)은 압축 스프링(196)의 작용 하에서 허브(32) 및 주 베어링 하우징(50) 중 다른 하나에 대해서 맞닿는다(허브(32)에 대해서 맞닿는 것으로 도시됨). 제2 밀봉 수단(190)이 축방향으로 변위되거나 변형되어(이하에서, 변위로 통칭함), 궤도운동 스크롤 부재(30)의 축방향 부유를 허용할 수 있고, 즉 궤도운동 스크롤 부재(30)가 변위될 때 밀봉을 유지할 수 있다.
전술한 설명에서, 제1 밀봉 수단(180) 및 제2 밀봉 수단(190)의 각각에 대해서, 밀봉 부재로서 O-형상의 밀봉 링이 사용되고 탄성 요소로서 압축 스프링이 사용되지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 생각할 수 있는 다른 형상의 밀봉 부재 및 다른 형태의 탄성 요소가 또한 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 대안적으로, 밀봉 부재 및 탄성 요소는, 궤도운동 스크롤 부재가 결합 위치에 있을 때 압축되고 궤도운동 스크롤 부재가 분리 위치에 있을 때 밀봉을 달성하기 위해서 자동적으로 연장되는 일체형 탄성 밀봉 부재일 수 있다.
제1 밀봉 수단은 또한 다른 변형예를 가질 수 있다. 변형예의 하나로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 수단(180a)이 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34)의 외주방향 홈(182) 내에 매립되고 비-궤도운동 스크롤 부재의 주변 벽 부분(22)에 대면된다. 밀봉 수단(180a)은 O-형상의 밀봉 링(184)을 또한 포함하나, 밀봉 수단(180)과 달리, 밀봉 수단(180a)은 압축 스프링(186)을 포함하지 않고 배압 챔버(B)로부터 외주방향 홈(182) 내로 연장되는 통로(188)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 압축기(100)가 중단되거나 비정상적 또는 기타일 때, 궤도운동 스크롤 부재(30)는 비-궤도운동 스크롤 부재(20)로부터 분리되고(밀봉 부분들(Sc)이 분리된다), 압축 챔버(C1, C2 및 C3) 내의 압력은 압축 챔버(C1, C2 및 C3)의 연통으로 인해서 균일해지고 방출된다. 이러한 경우에, 배압 챔버(B) 내의 압력은 압축 챔버 내의 압력 보다 높을 수 있다. 그에 따라, 배압 챔버(B) 내의 압력이 통로(188)를 통해서 외주방향 홈(182) 내로 도입되고 밀봉 링(184)의 하단부 표면 상에 작용한다. 밀봉 링(184)은 비-궤도운동 스크롤 부재(20)(구체적으로, 주변 벽 부분(22))를 향해서 외측으로 밀리고, 그에 따라 밀봉 링(184)이 비-궤도운동 스크롤 부재의 주변 벽 부분(22)에 대해서 맞닿게 되어 제1 밀봉 수단(180)을 밀봉 유지한다. 제1 밀봉 수단(180a)의 밀봉은, 압축 챔버로의 압력 누출이 없이 그리고 압축 챔버 내의 압력과 함께하는 압력의 방출이 없이, 배압 챔버(B) 내의 압력을 실질적으로 유지할 수 있다. 그에 따라, 제1 밀봉 수단(180a)은 또한 압축 챔버 밀봉 부분(Sc)과 독립적인 밀봉 표면을 제공하고, 그에 따라 압축 챔버 내의 압력 방출은 배압 챔버(B) 내의 압력에 영향을 미치지 않을 것이고, 그에 의해서 전술한 제1 밀봉 수단(180)에 의해서 달성될 수 있는 것과 동일한 효과를 달성할 것이다. 또한, 스프링(186)을 대체하기 위해서 통로(188)를 이용하는 것에 의해서, 기계적 가공으로 스프링 부재의 제공을 대체함으로써 비용을 절감할 수 있고 밀봉 수단(180a)의 동작 신뢰성을 개선할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 수단(180a)은 또한 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 상에 제공될 수 있고 궤도운동 스크롤 부재(30)에 대면될 수 있다. 제1 밀봉 수단(180a)은 또한 통로(188)를 통해서 배압 챔버(B)의 압력을 외주방향 홈(182) 내로 도입한다. 또한, 스크롤 압축기(100)가 고압측 압축기이고 압축 메커니즘(CM)이 전체적으로 고압 환경이기 때문에, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 수단(180a)의 통로(188)는, 압축 메커니즘(CM) 외측의 고압 환경과 연통되는 것으로 제공될 수 있다. 이러한 경우의 각각에서, 제1 밀봉 수단(180a)은 배압 챔버(B)를 압축 챔버로부터 격리시키기 위한 밀봉 표면을 형성하고, 압축 챔버를 형성하는 밀봉 표면은 여전히 압축 챔버 밀봉 부분(Sc)에 의해서 제공된다. 전술한 예로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 통로(188)가 배압 챔버(B) 내의 압력 보다 높은 압력을 외주방향 홈(182) 내로 도입하기만 한다면, 통로(188)가 다양한 형태로 구현될 수 있다.
제1 밀봉 수단의 추가적인 변형예로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 수단(180b)은 외주방향 홈(182) 내에 제공된 O-형상의 밀봉 링(184)만을 포함한다. 외주방향 홈(182)의 반경방향 및 축방향 치수는 밀봉 링(184)의 반경방향 및 축방향 치수 각각 보다 크고, 그에 따라 밀봉 링(184)이 외주방향 홈(182) 내에서 이동될 수 있게 한다.
압축기(100)의 동작 프로세스에서, 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 및 궤도운동 스크롤 부재(30)는 밀봉 부분(Sc)에서 서로에 대해서 밀접하게 피팅되고, 밀봉 링(184)은 마모 방지를 위해서 외주방향 홈(182) 내로 자유롭게 후퇴된다. 비정상적인 것이 발생되거나 궤도운동 스크롤 부재(30)가 분리 위치에 있을 때, 제1 밀봉 수단(180b)의 밀봉 링(184)의 반경방향 내부 측면에 흡입 압력 구역이 있고, 그 반경방향 외부 측면에 배압 구역(B)이 있으며, 그리고 배압 구역(B) 내의 압력이 흡입 압력 구역 내의 압력 보다 높기 때문에, 밀봉 링(184)은 외주방향 홈(182)의 측벽에 대해서 가압된다(F1 참조). 또한, 배압 구역(B) 내의 압력이 밀봉 링(184)의 후방 표면에 전달될 수 있고, 그에 따라 밀봉 링(184)을 궤도운동 스크롤 부재(30)에 대해서 가압할 수 있다(F2 참조). 즉, 비-궤도운동 스크롤 부재(20) 및 궤도운동 스크롤 부재(30)가 분리될 때, 제1 밀봉 수단(180b)은 밀봉을 유지한다.
따라서, 모든 이러한 변형예는 전술한 제1 밀봉 수단(180)에 의해서 달성되는 기술적 효과와 동일한 기술적 효과를 달성할 수 있고, 그러한 기술적 효과를 다시 설명하지 않을 것이다.
바람직하게, 스크롤 압축기(100)의 궤도운동 스크롤 부재(30) 및 비-궤도운동 스크롤 부재(20)는 단일 스크롤(도 10a 참조)의 형태가 아니고, 트윈 스크롤의 형태이다(도 10b 참조). 궤도운동 스크롤 부재(30)의 예만이 도 10b에 도시되어 있고, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 비-궤도운동 스크롤 부재(20)가 정합되는 베인 형상을 갖는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
압축 메커니즘(CM)의 동작 중에, 궤도운동 스크롤 부재의 중앙 축은 회전 반경(Ror)을 가지고 비-궤도운동 스크롤 부재의 중앙 축 주위로 회전된다. 궤도운동 스크롤 부재가 최우측 위치(도 10c 참조)로 이동될 때 밀봉 링(184)이 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(34)의 주변 연부로부터 노출되지 않아야 하고, 그리고 궤도운동 스크롤 부재가 최좌측 위치(도 10d 참조)로 이동될 때 밀봉 링(184)이 올덤 커플링(58)을 수용하도록 구성된 활주 홈(33)으로 진입할 수 없어야 한다.
회전 반경(Ror_1)을 가지는 단일 스크롤의 경우에, 궤도운동 스크롤 부재가 최우측 위치로 이동될 때, 도 10e를 참조하면, 밀봉 링은 현재 위치로부터 좌측으로 DL1의 거리 만큼 조정될 수 있고, 다시 말해서, 밀봉 링은 범위(DL1) 내에서 임의 위치에 배열될 수 있고, 밀봉 링은 궤도운동 스크롤 부재의 주변 연부로부터 노출되지 않을 것이다. 궤도운동 스크롤 부재가 최좌측 위치로 이동될 때, 도 10f를 참조하면, 밀봉 링은 현재 위치로부터 우측으로 DR1의 거리 만큼 조정될 수 있고, 다시 말해서, 밀봉 링은 범위(DR1) 내에서 임의 위치에 배열될 수 있고, 밀봉 링은 활주 홈(33)으로 진입하지 않을 것이다.
회전 반경(Ror_2)을 가지는 트윈 스크롤의 경우에, 궤도운동 스크롤 부재가 최우측 위치로 이동될 때, 도 10g를 참조하면, 밀봉 링(184)은 현재 위치로부터 좌측으로 DL2의 거리 만큼 조정될 수 있고, 다시 말해서, 밀봉 링(184)은 범위(DL2) 내에서 임의 위치에 배열될 수 있고, 밀봉 링(184)은 궤도운동 스크롤 부재의 주변 연부로부터 노출되지 않을 것이다. 궤도운동 스크롤 부재가 최좌측 위치로 이동될 때, 도 10h를 참조하면, 밀봉 링(184)은 현재 위치로부터 우측으로 DR2의 거리 만큼 조정될 수 있고, 다시 말해서, 밀봉 링(184)은 범위(DR2) 내에서 임의 위치에 배열될 수 있고, 밀봉 링(184)은 활주 홈(33)으로 진입하지 않을 것이다.
모선들의 펼침 각도들(unfolding angles of the generating lines)이 동일한 경우에, 트윈 스크롤의 회전 반경(Ror_2)은 단일 스크롤의 회전 반경(Ror_1)의 대략 절반이다. 그에 따라, 단일 스크롤 경우의 회전 범위에 비해서 궤도운동 스크롤 부재(30)의 회전 범위가 작고, 이는 밀봉 링의 셋팅 범위(즉, 밀봉 링의 조정 범위)가 더 커질 수 있게 한다. 도 10e를 도 10g와 비교하는 것 그리고 도 10f를 도 10h와 비교하는 것으로부터, 밀봉 링의 좌측방향 조정 범위가: DL2>DL1이고 밀봉 링의 우측방향 조정 범위가: DR2>DR1라는 것을 확인할 수 있다.
밀봉 링(184)의 위치는 배압 구역(B)의, 궤도운동 스크롤 부재(30)에 압력을 인가하기 위한, 면적에 영향을 미칠 수 있고, 그에 따라, 밀봉 링의 조정 범위를 증가시키는 것에 의해서, 배압 구역의 힘 인가 면적의 설계를 도울 수 있고, 그에 의해서, 스크롤 세트의 축방향 힘이 더 최적화될 수 있다. 또한, 밀봉 링의 조정 범위를 증가시키는 것은 궤도운동 스크롤 부재의 단부 판의 치수를 상응하게 감소시킬 수 있고, 그에 따라, 구조가 비교적 소형인 경우에, 더 적합하게 설계가 이루어질 수 있게 한다.
도 11 및 도 12를 참조하여, 본원의 제2 실시예에 따른 스크롤 압축기(200)를 이하에서 설명한다. 전술한 제1 내지 제4 실시예와 달리, 스크롤 압축기(200)는 저압측 압축기이고, 다시 말해서, 압축 메커니즘(CM)이 흡입 압력 구역에, 즉 저압 구역에 위치된다.
스크롤 압축기(200)는 실질적으로 폐쇄된 하우징(210)을 포함하고, 압축 메커니즘(CM)의 비-궤도운동 스크롤 부재(220)는 하우징과 밀폐식으로 결합되어 하우징(210)의 내부 공간을 저압측과 고압측으로 분할한다. (주 베어링 하우징(250) 및 하부 베어링 하우징(260)에 의해서 지지되는) 구동 샤프트(245)에 의해서 압축 메커니즘(CM)을 구동하는 구동 메커니즘(240)은 저압측 내에 즉, 흡입 압력 하에 배열된다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 소위 개방 압축기 설계의 경우에, 구동 메커니즘(240)이 또한 하우징(210)의 외측에 제공될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 하우징(210)은 작업 유체의 흡입을 위한 유체 유입구 피팅(217) 및 압축된 작업 유체를 방출하기 위한 유체 배출구 피팅(218)을 구비할 수 있다.
스크롤 압축기(200)의 압축 메커니즘(CM)은 스크롤 압축기의 압축 메커니즘(CM)의 구조와 실질적으로 동일한 구조를 가지며, 궤도운동 스크롤 부재(230) 및 비-궤도운동 스크롤 부재(220)를 포함한다. 즉, 본원의 제1 실시예에 따른 스크롤 압축기(100)의 압축 메커니즘(CM)이 저압측 압축기에 적용될 수 있다.
스크롤 압축기(200)에서, 실질적으로 기밀인(airtight) 배압 챔버(B)가 궤도운동 스크롤 부재(230) 측의 주 베어링 하우징(250) 내측의 공간 내에 제공된다. 배압 챔버(B)는 궤도운동 스크롤 부재(230), 비-궤도운동 스크롤 부재(220) 및 주 베어링 하우징(250) 모두에 의해서 형성된다. 배압 챔버(B)는 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(234) 내에 형성된 연통 통로(235)를 통해서 압축 챔버(예를 들어, 중압 챔버(C2))와 연통되고, 그에 의해서 배압 챔버(B) 내에 배압을 축적한다. 연통 통로(235)가 또한 비-궤도운동 스크롤 부재(220) 내에 제공될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비-궤도운동 스크롤 부재(220)는 또한 압축 챔버 밀봉 부분(Sc)에서 궤도운동 스크롤 부재(230)와 축방향으로 밀폐식으로 결합되며, 이에 대해서는 다시 설명하지 않을 것이다.
도 12를 참조하면, 스크롤 압축기(200)에서, 제1 실시예의 제2 밀봉 수단과 동일한, 제2 밀봉 수단(290)은, 주 베어링 하우징(250)이 궤도운동 스크롤 부재(230)의 허브(232)에 대면되는 표면에 제공된다. 제2 밀봉 수단(290)은 배압 챔버(B)를 외부 저압 환경으로부터 격리시킨다. 제2 밀봉 수단(290)이 축방향으로 변위될 수 있어, 궤도운동 스크롤 부재(230)의 축방향 부유를 허용한다. 밀봉 수단(290)은 밀봉 수단(190)의 구조와 유사한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 밀봉 수단(290)은 궤도운동 스크롤 부재의 허브(232)의 축방향 단부 면 및 주 베어링 하우징(250) 중 하나 내에 위치된 외주방향 홈(292)(제2 외주방향 홈) 내에 배열되고, O-형상의 밀봉 링(294)(제2 밀봉 링) 및 압축 스프링(296)(제2 탄성 요소)을 포함한다. 밀봉 링(294)은, 압축 스프링(296)의 작용 하에서, 궤도운동 스크롤 부재의 허브(232)의 축방향 단부 면 및 주 베어링 하우징(250) 중 다른 하나에 대해서 맞닿는다.
저압측 압축기의 일부 통상적인 설계에서, 제2 밀봉 수단은 궤도운동 스크롤 부재의 허브의 축방향 단부 면에 배열되지 않고, 궤도운동 스크롤 부재와 주 베어링 하우징 사이의 올덤 커플링과 실질적으로 동일한 축방향 위치에 배열되고, 예를 들어 궤도운동 스크롤 부재 단부 판과 주 베어링 하우징의 표면들에 대향하여 배열된다. 이러한 경우에, 제1 밀봉 수단, 제2 밀봉 수단 및 올덤 커플링은 실질적으로 동일한 축방향 위치에 배치되어, 이러한 구성요소들의 위치를 조정하기 어렵게 만들고, 이러한 구성요소들을 배열하기 위한 공간을 제공하기 위해서 궤도운동 스크롤 부재 단부 판의 치수를 크게 설계할 필요가 종종 있다.
이러한 실시예에서, 제2 밀봉 수단(290)을 제1 밀봉 수단(280) 및 올덤 커플링(258)으로부터 축방향으로 오프셋되게 배열하는 것에 의해서, 올덤 커플링이 큰 공간 내에서 조정될 수 있다. 예를 들어, 올덤 커플링은 제1 밀봉 수단(280)(이하에서 설명됨)의 반경방향 내부 측면 내에 배열될 수 있고, 이러한 경우에, 올덤 커플링은 비교적 작은 질량 및 보다 양호한 동적 균형을 갖는다. 올덤 커플링은 또한 제1 밀봉 수단(280)의 반경방향 외부 측면 내에 배열될 수 있고, 이러한 경우에, 키이들(keys) 사이의 거리가 증가되고, 키이가 받는 힘이 감소되며, 키이 및 상응하는 키이 홈의 마모가 감소되고, 그 서비스 수명이 개선된다. 배열 위치는 실제적인 적용예를 기초로 유연하게 선택될 수 있다.
또한, 제2 밀봉 수단(290)을 궤도운동 스크롤 부재(230)의 허브(232)의 축방향 단부 면에 배열하는 것에 의해서, 제2 밀봉 수단(290)이 작게 제작될 수 있으며, 그에 따라 배압 챔버 면적의 확장을 도와서, 축방향 힘을 최적화할 수 있고 압축기의 성능을 개선할 수 있다.
또한, 주 베어링 하우징(250)의 치수는 제2 밀봉 수단(290)의 치수에만 영향을 미칠 수 있으나, 올덤 커플링(258) 및 제1 밀봉 수단(280)에는 거의 영향을 미치지 않으며, 그에 따라 해결책이 넓은 적용성을 갖게 할 수 있다.
제2 밀봉 부재가 제1 밀봉 수단(280) 및 올덤 커플링 중 적어도 하나와 동일한 축방향 위치를 가지지 않는 한, 제2 밀봉 수단(190)은 또한 주 베어링 하우징(250)과 궤도운동 스크롤 부재(230)의 다른 부분 사이에 배열될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 제1 밀봉 수단과 동일한 제1 밀봉 수단(280)이 궤도운동 스크롤 부재(230)와 주 베어링 하우징(250) 사이에 제공되고, 제1 밀봉 수단(280)은 궤도운동 스크롤 부재(230)의 축방향 부유 및 과다 회전을 수용하기 위해서 축방향으로 변위될 수 있다. 제1 밀봉 수단(280)은 주 베어링 하우징(250) 내의 외주방향 홈(282)(제1 외주방향 홈) 내에 매립되고, 예를 들어, O-형상의 밀봉 링(284)(제1 밀봉 부재) 및 압축 스프링(286)(제1 탄성 요소)을 포함한다. 밀봉 링(284)은 압축 스프링(286)의 작용 하에서 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(234)에 대해서 맞닿는다.
제1 밀봉 수단(280)을 제공하는 것에 의해서, 배압 챔버(B)가 압축 챔버로부터 항상 분리될 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 압축 챔버 밀봉 부분(Sc)에서의 누출을 방지할 필요가 없기 때문에, 스크롤 압축기(100)와 관련하여 전술한 장점을 실현할 수 있을 것이다.
제1 실시예의 경우와 유사하게, 제2 실시예에서 제1 밀봉 수단(180)의 위치가 또한 변화될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉 수단(180)은 궤도운동 스크롤 부재 단부 판(234) 내의 외주방향 홈(282) 내에 제공되고 비-궤도운동 스크롤 부재(220)의 주변 벽 부분(222)에 대해서 맞닿는다. 이러한 배열에서, 제2 밀봉 수단(290) 및 제1 밀봉 수단(280) 모두가 조정을 위한 더 큰 공간을 가질 수 있고, 그에 따라 축방향 힘의 최적화를 도울 수 있다.
또한, 제1 밀봉 수단(280), 제2 밀봉 수단(290), 및 올덤 커플링(258)은 축방향으로 어긋나고, 즉 동일한 축방향 위치에 배치되지 않는다. 이러한 방식으로, 올덤 커플링(258)의 설계는 밀봉 수단의 위치 및 치수에 의해서 더 이상 제한되지 않을 것이고, 그 조정 공간이 더 커지며, 그에 따라 구조의 추가적인 최적화를 돕는다.
본원의 여러 실시예와 관련하여 본원을 설명하였지만, 호환성의 경우에, 일 실시예와 관련하여 설명된 기술적 특징이 다른 실시예와 관련하여 설명된 기술적 특징과 조합될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 예를 들어, 모든 이하의 특징: 궤도운동 스크롤 부재, 비-궤도운동 스크롤 부재 또는 주 베어링 하우징 상에 배열된 제1 밀봉 수단; 압축 스프링, 가스 압력을 도입하기 위한 통로, 또는 배압 챔버 내의 압력에 의해서만 제어되는 독립적인 밀봉 부재(2개의 밀봉 수단이 상이한 구조들을 가질 수 있다)를 이용하는 제1 밀봉 수단 및 제2 밀봉 수단; 배압 구역 또는 외부 고압 구역으로부터 도입되는 압력; 이용되는 트윈 스크롤; 고압측 또는 저압측에 배열된 압축 메커니즘 등이 임의적으로 조합될 수 있고, 모든 조합은 본원의 범위에 포함된다.
본원의 여러 실시예를 본원에서 구체적으로 설명하였지만, 본원은 본원에서 구체적으로 설명되고 묘사된 특정 실시예로 제한되지 않고, 본원의 본질 및 범위로부터 벗어나지 않고도, 다른 변경예 및 수정예가 관련 기술 분야의 통상의 기술자에 의해서 실시될 수 있다. 모든 변경예 및 수정예는 본원의 범위 내에 포함된다. 또한, 본원에서 설명된 모든 구성요소는 기술적으로 균등한 다른 구성요소에 의해서 대체될 수 있을 것이다는 점이 이해된다.
Claims (12)
- 스크롤 압축기이며:
비-궤도운동 스크롤 부재(20; 220) 및 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)를 포함하는 압축 메커니즘(CM)으로서, 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)는 결합 위치와 분리 위치 사이에서 축방향으로 변위될 수 있고, 상기 결합 위치에서는 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230) 및 상기 비-궤도운동 스크롤 부재(20; 220)가 서로 축방향으로 결합되어 유체 압축을 위한 일련의 압축 챔버(C1; C2; C3)를 형성하고, 상기 분리 위치에서는 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)가 상기 비-궤도운동 스크롤 부재(20; 220)로부터 축방향으로 분리되는, 압축 메커니즘(CM);
상기 압축 메커니즘(CM)을 지지하도록 구성된 주 베어링 하우징(50; 250);
상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)와 상기 주 베어링 하우징(50; 250) 사이에 형성된 배압 챔버(B)로서, 상기 배압 챔버는 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230) 또는 상기 비-궤도운동 스크롤 부재(20; 220) 내에 제공된 연통 통로(35; 235)를 통해서 상기 압축 챔버 중 적어도 하나의 압축 챔버(C2)와 연통되고, 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)에 배압을 인가하여 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)를 상기 결합 위치를 향해서 편향시키도록 구성되는, 배압 챔버(B);
상기 배압 챔버(B)와 상기 압축 메커니즘(CM)의 흡입 구역 사이에 제공되고, 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)가 축방향으로 변위될 때, 밀봉을 유지할 수 있는 제1 밀봉 수단(180; 180a; 180b; 280); 및
상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)의 허브(32; 232)의 축방향 단부 면 및 상기 주 베어링 하우징(50; 250) 중 하나 내에 위치되는 제2 외주방향 홈(192; 292) 내에 배열되고, 상기 축방향 단부 면 및 상기 주 베어링 하우징(50; 250) 중 다른 하나에 대해서 맞닿으며, 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)가 축방향으로 변위될 때 밀봉을 유지할 수 있는, 제2 밀봉 수단(190; 290)을 포함하는, 스크롤 압축기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 밀봉 수단(180; 180a; 180b; 280)은 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230) 및 상기 비-궤도운동 스크롤 부재(20; 220) 중 하나 내에 위치되는 제1 외주방향 홈(182; 282) 내에 배열되고 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230) 및 상기 비-궤도운동 스크롤 부재(20; 220) 중 다른 하나에 대해서 맞닿는, 스크롤 압축기. - 제1항에 있어서,
상기 제1 밀봉 수단(180; 180a; 180b; 280)은 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230) 및 상기 주 베어링 하우징(50; 250) 중 하나 내에 위치되는 제1 외주방향 홈(182; 282) 내에 배열되고 상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230) 및 상기 주 베어링 하우징(50; 250) 중 다른 하나에 대해서 맞닿는, 스크롤 압축기. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 밀봉 수단(180; 180a; 180b; 280)은 상기 제1 외주방향 홈(182; 282) 내에 배열된 제1 밀봉 부재(184; 284)를 포함하는, 스크롤 압축기. - 제4항에 있어서,
상기 제1 밀봉 수단(180; 280)은 상기 제1 밀봉 부재(184; 284)와 제1 외주방향 홈(182; 282) 사이에 위치된 제1 탄성 요소(186; 286)를 더 포함하고, 상기 제1 탄성 요소(186; 286)는 편향력을 상기 제1 밀봉 부재(184; 284)에 인가하는, 스크롤 압축기. - 제4항에 있어서,
상기 제1 밀봉 부재(184; 284)의 반경방향 치수는 상기 제1 외주방향 홈(182; 282)의 반경방향 치수 보다 작은, 스크롤 압축기. - 제4항에 있어서,
상기 제1 밀봉 수단(180a)은 제1 통로(188)를 더 포함하고, 상기 제1 통로(188)는 상기 압축 메커니즘(CM)의 흡입 압력 보다 높은 압력을 상기 제1 외주방향 홈(182) 내로 도입하고, 그에 따라 편향력을 상기 제1 밀봉 부재(184)의 하단부 표면에 인가하는, 스크롤 압축기. - 제7항에 있어서,
상기 스크롤 압축기는 고압측 압축기이고, 상기 제1 통로(188)는 상기 배압 챔버(B) 내의 압력 또는 상기 압축 메커니즘(CM)의 외부 환경 내의 압력을 상기 제1 외주방향 홈(182) 내로 도입하는, 스크롤 압축기. - 제7항에 있어서,
상기 스크롤 압축기는 저압측 압축기이고, 상기 제1 통로는 상기 배압 챔버(B) 내의 압력을 상기 제1 외주방향 홈 내로 도입하는, 스크롤 압축기. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제2 밀봉 수단(190; 290)은 상기 제2 외주방향 홈(192; 292) 내에 배열된 제2 밀봉 부재(194; 294) 및 상기 제2 밀봉 부재(194; 294)와 상기 제2 외주방향 홈(192; 292) 사이에 위치된 제2 탄성 요소(196; 296)를 포함하고, 상기 제2 탄성 요소(196; 296)는 편향력을 상기 제2 밀봉 부재(194; 294)에 인가하는, 스크롤 압축기. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 궤도운동 스크롤 부재(30; 230)의 스크롤 베인 및 상기 비-궤도운동 스크롤 부재(20; 220)의 스크롤 베인이 트윈 스크롤의 형태인, 스크롤 압축기.
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