KR0173578B1 - 배압용 캡을 이용하여 배압실을 형성하는 스크롤형 유체 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 맞물려 조립되어 있는 고정 스크롤이 선회 스크롤 사이의 공간에 서로 압력이 각기 다른 초승달 형상의 포켓의 분리력에 의해 고정 스크롤이 축선 방향의 상부 방향으로 움직이려고 하는 힘이 발생할 때, 이 축선 방향의 움직임에 따라서 스크롤 랩 선단부의 씰링이 파괴되어 유체의 누설이 발생되어 압축 효율이 떨어지게 된다. 이를 방지하기 위하여 분리력의 반대 방향으로 힘을 가하여 고정 스크롤을 움직이지 못하게 하기 위해서 일종의 캡 형상의 배압용 캡을 선회 스크롤의 저면 홈부분에 설치하게 되는데, 본 발명은 상프레임과 선회 스크롤 사이에 각 미끄럼면을 두어 그사이에 밀봉하여 설치되는 배압용 캡으로 스크롤의 축선 방향 바이어스가 좌우 요동 없이 안정적으로 바이어스 될 수 있는 효과가 있다.

Description

배압용 캡을 이용하여 배압실을 형성하는 스크롤형 유체 기계

제1도는 본 발명의 구성을 나타내는 부분 단면도.

제2도는 내압에 의한 선회 스크롤의 변형 상태를 나타내는 부분 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 구성에 의한 내압의 분포를 나타내는 부분 단면도.

제4도는 본 발명에 따른 구성을 확대한 부분 단면도.

제5도는 본 발명에 따른 구성에 윤활유 공급 유로를 확대한 부분 단면도.

제6도는 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타내는 부분 확대 단면도.

제7도는 내압에 의한 스크롤 부재사이의 구성을 나타내는 부분 확대 단면도.

제8도는 본 발명에 따른 배압에 의한 스크롤 부재 사이의 구성을 나타내는 부분 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 반경 방향 미끄럼부 20 : 축선 방향 미끄럼부

30 : 고정스크롤 31 : 고정스크롤 밀봉면

32 : 고정스크롤 선단부 33 : 고정스크롤 랩

34 : 포켓부 35 : 선회스크롤 랩

40 : 선회스크롤 41 : 선회스크롤 밀봉면

42 : 선회스크롤 선단부 43 : 선회스크롤 단부관

50 : 상 프레임 60 : 고 저압 분리관

61 : 씰부재 62 : 토출포트

63 : 배축 챔버 70 : 회전축

71 : 회전축 커플링 80 : 오울드함 커플링

90 : 중간 챔버 100 : 상 챔버

101 : 배출구 110 : 배압용 유로

111 : 배압실 120 : 배압캡 자전 방지 핀

130 : 고정 볼트 140 : 오일 공급 유로

150 : 오일 포켓 210 : 배압용 캡

211 : 씰부재

본 발명은 배압용 캡으로 배압을 발생시켜 선회스크롤 단부관에 유체 압축시 발행하는 고열 및 고압을 막아주게 하는 배압용 캡을 이용하여 배압을 형성하는 스크롤형 유체 기계에 관한 것이다.

일반적으로, 스크롤 압축 장치는 원형 단부관과 스파이럴 또는 인벌류트 랩을 형성하는 한 개의 스크롤 부재가 다른 스크롤 부재에 대하여 180' 회전 이동된 채 두 스크롤 부재들이 서로 함께 끼워져 각 덮개들의 측면들 사이의 복수의 선 접촉부를 형성한다. 또한 한 스크롤 부재를 다른 스크롤 부재에 대해 편심축과 자전 방지 기능을 하는 오울드함 커플링에 의해 일정 부재가 축 방향 바이어스에 의해 두개의 스크롤 부재 사이에 밀봉면을 형성하여, 두 부재 내에 유체의 이동식 밀폐된 초승달 모양의 포켓들이 만들어진다. 이상적으로 작동중인 두 부재들 사이에서는 어떤 상대 회전도 없다. 즉, 운동은 곡선 병진 운동이다. 유체 포켓들은 흡입 유체를 포함하는 스크롤형 장치의 임의의 한 영역에서 토출 압력을 포함하는 임의의 토출포트가 갖는 영역까지 처리되는 유체를 포함한다. 밀봉 포켓이 토출포트 쪽으로 이동함에 따라 밀봉 포켓의 체적이 변화한다. 어느 한 순간에 적어도 한 쌍의 밀봉 포켓들이 있을 때와, 동시에 여러 쌍의 밀봉 포켓이 있을 때, 각각의 포켓 쌍은 서로 다른 체적을 가지게 된다. 이때 스크롤 장치는 토출포트의 영역의 압력은 흡입 유체를 포함하는 영역의 압력보다 높게 된다. 여기서, 두 스크롤 부재 사이의 접축부로 두 스크롤 부재들의 측면 또는 나선 면들 사이에서 반경 반향의 함에 의해서 야기되는 이동선 접촉부 즉, 측면들 사이에 축선 방향 순응력에 야기되는 밀봉면 접촉부로 표현되며, 스크롤 부재들 사이에 이동식 밀폐된 초승달 모양의 유체 포켓을 형성한다. 따라서 상기 두 형태의 접촉들의 효과적인 밀봉은 높은 냉동 효율을 얻기 위한 필수 요건이다. 스크롤 장치의 장점은 왕복동식 압축기의 극간 체적에서 발생되는 재팽창이 일어나지 않으며, 압축되는 동안의 유체 누설은 상기 두 접촉면들을 효과적으로 밀봉시킴으로써, 유체 누설을 최소화하여 높은 체적 효율을 가지며, 모든 유체 유동이 다수의 대향 표켓들 내의 동시 압축으로 인해 일방향이기 때문에 유체 압축시 진동이 적으며, 기동 토오크 변화가 왕복동식 압축기에 비해1/10 정도로 구동 모타의 내구성을 향상시켰으며, 왕복 부품들이 없어 보다 정숙하고 진동이 적으며 사용 부품의 수가 현저히 적어 소정 용량에 비해 경량이고 소형화 할 수 있느 장점을 구비한다.

종래에는 압축 유체를 이용하여 선회스크롤(40)을 고정스크롤(30)쪽으로 축선 방향 바이어스 함으로써, 축선 방향의 복원력을 발생시킨 반면, 이로 인해 두 스크롤 부재 사이의 축선 방향 분리력을 평행시키기 위한 복원력과 스크롤 부재의 선회 운동에서 비롯되는 관성 부하를 극복해야 하는 문제점이 발생하였고, 압력 발생 방향 힘들에 의해서 야기되는 선회스크롤(40)의 경사 모우멘트를 평형시키는 장치가 필요하게 되었으며, 이 장치는 회전축(70)의 일정 회전 속도에서만 효과적인 작용을 하게 되어 축선 방향 평행력을 비교적 크게 하여야 하는 문제점이 있었다. 또한 고정 볼트(130)의 체결력에 의하여 고정스크롤(30)과 상 프레임(50)의 위치가 정위치를 벗어나 틀어질 우려가 있으므로 이를 방지하기 위한 별도의 핀이나 부재를 이용하면 슬라이더 홀과 부싱과 사이에 슬라이더 면이 넓지 못하여 고정스크롤(30) 동작이 안정적이지 못한 문제점이 발생하였다. 또한 선회 스크롤 단부판(43)에 압축 유체에 의한 내압을 받게 되면, 외주면보다 토출 압력 부위인 중앙부가 압력이 더 높게 되어, 이로 인해서, 중앙부에 고열 및 고압에 의해, 도면 제2도에 도시된 바와 같이, 선회스크롤(40)의 변형이 발생하며, 이러한 상태는 제7도에서와 같이, 스크롤랩(33)과 (35)의 면접촉들의 누설을 발생시켜 스크롤 압축기의 체적 효율을 저하시키는 문제점이 발생하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 운전시 스크롤 내압에 의한 고정스크롤 상부면의 상하 방향 이동을 억제하는 효과를 내면서 구조상으로 복잡하지 않는 장치를 사용하여 고정스크롤이 축선 방향 바이어스 하도록 하고, 배압용 캡으로 배압을 발생시켜 선회스크롤 단부판에 유체 압축시 발생하는 고열 및 고압을 막아주게 하는 배압용 캡을 이용하여 배압을 형성하는 스크롤형 유체 기계를 제공함에 그 목적이 있다.

상기과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선회스크롤 중앙 하부에 내압과 반대 방향의 힘을 주도록 하는 반력과 이로 인해 내압이 상쇄되도록 하고, 한 운전시 스크롤 내압에 의한 고정 스크롤 상부면의 상하 방향 이동을 억제하며, 별도의 핀이나 부재를 사용하지 않고 고정스크롤의 회전운동을 안정적으로 유지하는 효과를 내는 배압실 압력을 형성하는 것을 특징으로 한다.

이에 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 실시예를 나타낸 것으로서, 압축기의 상부인 유체 압축 부분의 일 단면을 도시한 것이다. 그 저면 안쪽으로 축선 방향 미끄럼부(20)를 형성하는 고정스크롤(30)이 그 상면 윗쪽으로 축선 방향 미끄럼부(20)를 형성하는 상 프레임(50)에 고정 볼트(130)로 체결되어 고정되어 있으며, 고저압 분리과(60)과 고정스크롤(30)의 상측 상 챔버(60)와 일정한 간격을 두고 배출 챔버(63)를 형성하며, 고정 스크롤(30)과 고저압 분리관(60)은 그 사이에 씰부재(61)에 의해 기밀을 유지하며, 그 중앙 내부에는 압축된 유체의 배출 통로인 토출포트(61)가 구성된다. 토출포트(61)은 배출 챔버(63)를 거쳐 배출구(101)을 통해 압축된 유체를 배출하게 된다. 스크롤(30) 상면에 선회 스크롤(40)이 서로 고정스크롤 밀봉면(31)과 선회스크롤 밀봉면(41)을 형성하며, 나선형의 스크롤 랩(33)와 (35)가 서로 밀봉되어 끼워지며, 고정 스크롤 선단부(32)와 선회 스크롤 선단부(42)는 서로 동일한 길이를 가지며 기밀을 유지하게 된다. 오울드함 커플링(80)은 고정 스크롤(30)과 선회스크롤(40)사이의 상대적인 회전 운동으로 인한 운동의 불안정함을 방지하기 위하여 선회스크롤(40)의 저면에 설치된다. 선회스크롤(40) 저면홈부분에는 캡 형상의 배압용 캡(210)이 설치되고, 배압용 캡(210)과 선회스크롤의 홈부분과의 사이에 공간부인 배압실(111)이 형성되며, 이 배압실(111)의 윗쪽으로 포켓부(43)으로 통하는 구멍인 배압용 유로(110)가 뚫려 있다. 이 배압실(111)의 기밀을 유지하기 위한 씰부재(211)가 배압용 캡(210)의 상단에 링형상으로 끼워져 있으며, 배압용 배압캡 자전 방지용 핀(120)이 배압용 캡(210) 저면과 고정스크롤(30)에 설치된다.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 스크롤 유체 기계는 다수개의 고정 볼트(130)에 의해 일정한 구속력을 가지고 고정스크롤(30)과 상 프레임(50)이 견고하게 조립되어 있으며, 상 프레임(50)은 중간 챔버(90)에 견고히 조립되어져 있다. 운전전에는 고정 스크롤 선단부(32)와 선회 스크롤 밀봉면(41)이 소정 간격으로 이격되어져 있으며, 운전이 시작되면 스크롤 부재의 외주면에서부터 물리적으로 중앙부에 유체가 이동되며, 이때 압력은 상당히 상승하게 되고, 최종적으로 고정스크롤(30) 중앙에 형성된 토출포트(62)로 배출된다. 이 배출된 압축유체는 상 챔버(100)내면의 일정한 체적인 배출 챔버(63)에 잠시 정체한 후, 다시 배출구(101)를 통해 압축기 외부로 토출된다. 이런 운전중에 선회스크롤(40)의 원형이 단부판(43)에 형성되어져 있는 배압용 유로(110)를 소정의 압축 유체가 배압실(111)로 유입된다. 운전중에 스크롤 내부의 압축실 내에서 내압을 받아 고정스크롤(30)은 상부 방향으로 움직이려고 하고, 동시에 선회스크롤(40)은 하부 방향으로 움직이려는 반대 방향의 힘이 생기게 되는데, 고정스크롤 부재(30)는 견고하게 고정되어 있기 때문에, 더 이상의 이동이 없으며, 선회스크롤(40)은 상프레임(50)에 의해 하부 방향으로의 이동이 정지되게 된다. 이로 인해 제2도에 도시한 바와 같이, 스크롤 단부판(43)의 고열 및 고압에 의한 팽창을 방지하는 힘이 필요하게 된다. 본 발명은 제3도에 도시된 바와 같이 이를 방지하기 위해 배압실(111)내에 유입된 압력을 이용하여, 상기 압력이 배압용 캡(210)의 하부 방향으로 이동시키게 하여 배압용 캡(210)은 압력을 받아 소정의 하부 방향 위치로 움직이게 되고, 상 프레임(50)의 반경 방향 미끄럼면(10)에 의해 더 이상의 이동이 제한되도록 한 것이다. 계속하여 배압이 상승하여 스크롤 내압보다 더 크게 되면 선회스크롤(40)은 상부 방향으로 움직여 일정 간격 이격되어져 있던 고정스크롤 선단부(32)와 선회스크롤 밀봉면(41)의 상기 틈새 누설이 억제되어 압축기의 체적 효율이 향상된다. 상기 배압실(111)의 압력 평형을 위해 씰부재(211)를 이용하여 배압 누설을 방지하고, 반경 방향 미끄럼부(10)는 원활하게 움직일 수 있도록 가공되어 있으며, 제4도내지 제6도에 도시된 바와 같이, 배압 작용에 따른 축선 방향 미끄럼부(20) 및 선회 운동을 위한 편심축 작용에 따른 반경 방향 미끄럼부(10)에서의 미끄럼 운동을 원활히 할 수 있도록 비산 율활 방식을 이용하여 내압이 가장 큰 위치에 작용하도록 선회스크롤(40)의 중앙부에 형성된 윤활유 공급 유로(140)와, 이와 연통하여 배압용 캡(210) 측면에 형성되는 오일 포켓(150)이 미끄럼부(10)와 (20)에 윤활유를 공급하게 되며, 배압용 배압캡 자전 방지용 핀(120)이 배압용 캡(210)의 회전을 방지시키게 된다. 제8도는 압축 유체에 의한 내압을 동시에 상하 각 방향으로 압력을 받는 스크롤 부재 사이의 틈새 간격을 배압실(111)의 배압으로 효과적으로 그 간격을 상쇄시키도록 하는 것이다.

위와같이 본 발명에 따른 고정스크롤이 축선 방향으로 움직임이 안정적으로 이루어지게 하기 위해서 일종의 캡 형상의 배압용 캡을 선회스크롤의 저면 홈부분에 설치하게 되는데, 배압용 캠이 없을 경우에 고정스크롤은 축선 방향과 평행하게 움직이지 않고 좌우 요동을 하기 때문에 스크롤 랩 부위의 손상을 입히게 되므로, 이를 방지하기 위해서 본 발명은 상 프레임과 선회스크롤 사이에 각 미끄럼면을 두어 그 사이에 밀봉하여 설치되는 배압용 캡으로 스크롤의 축선 방향 바이어스가 좌우 요동없이 안정적으로 바이어스 될 수 있게 한 것이다.

Claims (2)

1. 스크롤 부재의 상면으로 압축 유체에 의한 내압을 받고 그 저면 중앙으로 이 내압에 반하는 배압을 받을 수 있도록, 배압용 캡을 이용하여 배압실을 형성하는 스크롤형 유체 기계에 있어서, 배압 작용을 할 수 있도록 가장 큰 내압 작용을 받는 중앙부에 형성된 캡 형상의 배압용 캡과, 상기 배압용 캡의 상면에서 내압 작용을 상쇄할 수 있도록 그 반대편에 위치하여 기밀을 유지하는 배압실과, 상기 스크롤 부재와 배압용 캡 사이에서 기밀 유지를 형성하는 씰부재와, 상기 배압용 캡이 설치되어 접촉되어 부위에 캡의 움직임을 원할하게 하도록 하는 축선 방향과 반경 방향의 미끄럼부와, 상기 스크롤 부재와 배압용 캡을 연결하여 고정시키도록 축선 방향으로 끼워지는 적어도 한개 이상의 배압캡 자전 방지용 핀과, 상기 미끄럼부의 윤활유 공급을 위해서 상기 스크롤 부재에 형성되는 오일 공급 유로로 이루어진 것을 특징으로 하는 배압용 캡을 이용하여 배압실을 형성하는 스크롤형 유체 기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 배압용 유로는 상기 스크롤 부재의 중앙을 통하여 상기 미끄럼부에 연통되도록 별도의 오일 포켓을 상기 배압용 캡의 측면에 형성되게 한 것을 특징으로 하는 배압용 캡을 이용하여 배압실을 형성하는 스크롤형 유체 기계.