KR0173582B1 - 스크롤형 유체기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤형 유체기계에 관한 것으로, 구조가 단순하여 조립이 용이하고, 고정 및 선회 스크롤부재의 축방향 바이어싱시, 안정적으로 유지시켜 고정 및 선회스크롤부재의 틸팅(tilting)현상을 방지하며, 이로인해 스크롤 랩 선단부의 밀봉이 안정적으로 유지되도록 하고, 압축된 유체가 고온, 고압의 상태로 토출되므로써 발생된 열과 압력에 의하여 스크롤부재간의 변형을 저지하도록 한 것으로, 밀봉쉘과, 이 밀봉쉘안에 구비되어 압축작용을 일으키는 고정스크롤 부재 및 선회스크롤부재와, 선회스크롤부재의 하부에 고정된 프레임과, 전동기에 의해 구동되는 회전축으로 구성된 스크롤형 유체기계에 있어서, 고정스크롤부재의 상부에 구비되는 분리판에 복수개의 토출구가 형성되고, 이 토출구로부터 발생하는 복원력을 전 압축부위에 균일하게 제공하기 위해 고압부위와 저압부위가 완전히 분리된 균일한 배압실이 형성되며, 축선방향에 제공된 복원력에 따라 고정 스크롤부재의 틸링현상과 슬라이드면의 끼움이 없이 안정적으로 운동할 수 있도록 프레임의 전체 원주면에 고른 슬라이드면이 형성되고, 상기 선회스크롤부재의 회전력에 의해 발생되는 관성력으로 인해 고정 스크롤부재가 회전하려고 하는 것을 구속하고, 축선방향으로 움직이는 거리를 제한할 수 있도록 하는 회전방지블럭이 구비된 것이다.

Description

스크롤형 유체기계

제1도는 본 발명에 따른 스크롤형 유체기계의 수직 단면도.

제2도는 다른 방향에서 절단한 제1도의 스크롤형 유체기계의 일부 확대 단면도.

제3도는 제1도의 평단면도.

제4도(A)는 제3도의 A부 확대단면도.

제4도(B)는 제4도(A)의 위치결정용 블럭을 도시한 사시도.

제5도른 토출부위의 역류방지를 위한 첵크밸브를 도시한 일부 단면도.

제6도는 제5도의 단면도.

제7도는 축직각방향 순응력을 주기 위해 회전축 상단부위를 도시한 단면도.

제8도는 제7도의 8-8선에 따른 단면도.

제9도는 고정 및 선회 스크롤부재의 주변 설치상태를 나타낸 확대단면도.

제10도는 제9도의 10-10선에 따른 단면도.

제11도는 모터 고정자의 조립상태를 나타낸 단면도.

제12도는 모터 고정자의 고정상태와 회전축의 조립상태를 나타낸 단면도.

제13도는 흡입유체를 안내하는 흡입통로를 나타낸 단면도.

제14도는 제13도의 평단면도.

제15도는 은활유 회수통로를 나타낸 단면도.

제16도는 제15도의 16-16선에 따른 단면도.

제17도는 토출구의 상태를 도시한 단면도.

제18도튼 제16도의 토출구의 단면의 일부를 생략한 상태에서의 단면도.

제19도는 모터 고정자 및 상.하 프레임의 조립상태를 나타낸 단면도.

제20도는 축방향 순응을 위한 슬라이드면의 상세한 단면도.

제21도는 제19도의 평단면도.

제22도는 본 발명의 하부부분을 나타낸 단면도.

제23도는 제22도의 23-23선에 따른 단면도.

제24도는 본 발명에 따라 밀봉쉘 하부의 용접상태를 도시한 단면도.

제25도는 선회스크롤부재의 축수부분의 윤활구조를 나타낸 단면도.

제26도는 제25도의 26-26선에 따른 단면도.

제27도는 본 발명에 따른 배압실의 구조를 나타낸 단면도.

제28도는 본 발명에 따른 선회스크롤 랩 부분을 도시한 평면도.

제29도는 제28도의 29-29선에 따른 단면도.

제30도는 제28도의 B부분을 확대도시한 도면.

제31도는 종래의 스크롤형 유체기계를 나타낸 단면도.

제32도는 제31도의 32-32선에 따른 단면도.

제33도는 종래의 수직방향 순응력을 제공하기 위한 슬라이드블럭의 설치상태를 도시한 단면도.

제34도는 제33도의 위치결정용 블럭의 사시도.

제35도는 종래의 스크롤형 압축기의 다른 실시예의 단면도.

제36도는 종래의 스크롤형 압축기의 또 다른 실시예의 평단면도.

제37도는 종래의 장착수단을 도시한 단면도.

제38도는 제37도의 다른실시예를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

a : 최대값 d : 깊이

h : 높이 2 : 밀봉쉘

4 : 상부 프레임 4a : 윤활면

4b : 벽면 4c : 홈

6 : 전동기 8 : 압축실

10 : 회전축 10a : 편심돌기부

l0b : 곡선홈 l0C : 하단부

12 : 하부프레임 14 : 선회스크롤부재

14a,20a : 랩선단부 20b : 홈

16 : 오울드함 커플링 18 : 홈

20 : 고정스크롤부재 22 : 나사

24 : 위치결정용 블럭 24a : 측면부

24b : 상단부 26,28 : 미끄럼면

30 : 회전자 32 : 상부 베어링

34 : 윤활유통로 36 : 밸런스 웨이트

37 : 흡입포트 38 . 흡입유체 유로

40 : 흡입구 42 : 회수공

44 : 윤활유 및 냉매 통로 46 : 레이디얼 커플링

46a : 홈 46b,46c : 슬라이드면

48 : 베어링 50 : 접촉부

52 : 스프링 54 : 커플링 상단부

56 : 곡선홈 58 : 배압실

60 : 토출구 62,64 : 누설차단부재

66 : 분리판 68 : 토출챔버

70 : 역류방지용 밸브 72 : 밸브 플레이트

74 : 측면구멍 76 : 베어링면

78 : 볼트 80 : 전동기 고정자

82 : 노즐판 84 : 오일팬

86 : 펌핑용 구멍 88 : 오일홈

90 : 오일포켓 92 : 오일회수구멍

94 : 요홈부 95 : 구멍

96 : 윤활면 98 : 자석

100 : 간격 102 : 용접부

104 : 첵크밸브 106 : 배압홀

본 발명은 스크롤형 유체기계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기체성 유체를 압축 또는 펌핑하기 위해 사용되는 스크롤형 유체기계에 관한 것이다.

일반적으로, 스크롤형 유체기계는 여러 분야에서 적용되어 왔으며, 팽창기, 이동엔진, 유체펌프, 압축기등에 주로 적용되었다.

이러한 스크롤형 유체기계는 원형 단부판과 스파이럴 또는 인벌류트 랩을 형성하는 한개의 스크롤부재가 다른 스크롤부재에 대하여 180°회전이동된 채 두 스크롤부재들이 서로 함께 끼워져서 각 덮개들의 측면들 사이에 복수개의 초승달 모양의 선 접촉부 밀봉면들이 형성되어진다. 이러한 장치는 하나의 스크롤부재를 다른 스크롤부재에 대하여 편심축과 자전방지기능을 하는 오울드함 커플링에 의해 일정한 궤도를 따라 선회운동하여 작동한다. 각 부재들의 측면들 사이에 이동 선접촉부와 한 스크롤부재가 축 방향 바이어스에 의해 두개의 스크롤부재 사이에 밀봉면 접촉부를 형성하여 두 부재내에 유체의 이동식 밀폐된 초승달모양의 밀봉면들이 만들어진다. 이상적으로, 작동중인 두 부재들 사이에서는 어떤 상태의 회전도 없다. 즉 운동은 순수 곡선병진운동인 것이다.

유체 밀봉면들은 흡입유체를 포함하는 스크롤형 장치의 임의의 한 영역에서 토출 유체를 포함하는 임의의 토출포트를 갖는 영역까지 처리되는 유체를 포함한다. 밀봉면이 토출포트쪽으로 이동함에따라 밀봉면의 체적이 변화한다. 어느 한 순간에 적어도 한쌍의 밀봉면들이 있을때와, 동시에 여러쌍의 밀봉면들이 있을때, 각각의 밀봉면 쌍은 서로 다른 체적과 압력을 가진다. 여기서, 흡입상태의 유체의 압력보다 토출상태의 유체의 압력을 얼마나 높게 하느냐는 인벌류트형의 랩의 형상에 따른 각도의 크기에 따라 조정할 수 있다 스크롤 장치에서 토출포트 영역의 유체압력은 흡입유체를 포함하는 영역의 압력보다 더 높다.

두 형태의 접촉부들은 먼저 두 스크롤부재들의 나선면들의 측면 접촉면에서의 반경방향의 원심력에 의해 발생되는 관성력과 경사 모멘트의 힘의 평형을 얼마나 안정적으로 유지시킬 수 있는 구조를 마련하는가에 의해 측면접촉부의 효과적인 밀봉면 형성이 결정된다.

또한, 각 부재의 선단부들과 밀봉면 사이에서 축선방향으로 작용하는 축선 분리력을 상쇄시킬 수 있는 최적의 복원력을 제공함으로서 랩 선단부의 밀봉면을 최적의 상태로 유지시켜 고압부 초승달 모양의 밀봉면에 있는 유체가 저압부 초숭달모양의 밀봉면으로 역류하지 않도록 하는 구조를 갖게 하는 것이 중요하다. 따라서, 상기 두 형태(측면접촉부밀봉, 랩선단부 밀봉) 밀봉면들의 밀봉상태를 얼마나 효과적으로 유지시킬 수 있는 방법을 채택하는것이 높은 효율을 얻기 위한 필요충분조건인 것이다.

스크롤형 유체기계의 장점으로는 왕복동식 압축기에서 발생되는 재팽창이 일어나지 않으며, 압축되는 동안의 가스누설은 상기 두 접촉면들에 의해서 효과적인 밀봉으로 가스누설이 최소화되어 높은 체적효율을 가지며, 모든 유체유동이 다수의 대향 밀봉면들 내의 동시 압축으로 인해 일방향이기 때문에 압력발생에 의한 진동이 적으며, 토오크 변화의 진폭이 다른 압축기보다 1/10정도이기때문에 유체는 거의 일정하게 토출되고, 토출가스 압력변화량은 거의 없다. 또한, 왕복동식에 비해 크기가 작고 사용부품의 수가 현처히 적기때문에 소정 용량에 비해서 경량이고 소형화될 수 있으며, 소음 및 진동이 적다.

이러한 스크롤형 유체기계는 다수 제안되었는바, 예컨데 미국 특허 제3874827호 및 제4767293호에 개시된 바와 같이, 고정 스크롤부재를 축방향으로 밀어주어 스크롤 랩의 선단부 밀봉을 위해 압축실내에서 일정한 압력을 추출하여 별도의 압력실(배압실)을 고정 스크롤부재의 상부에 구축하여 고정 스크롤부재를 축방향으로 밀어서 랩 선단부 밀봉면을 구성하는 방법이 제안되었고, 또한 미국 특허 제3884599호, 제3924977호, 제4192152호 등에서와 같이 고정 및 선회 스크롤부재를 축방향으로 바이어싱하기 위한 압력매체를 만들기 위한 스크롤 압축실내에서 압력을 추출하여 별도의 배압실을 형성하여 사용하였다 이때, 별도의 배압실에서 형성된 압력실내의 압력에 의해서 고정 및 선회스크롤부재의 축방향으로 바이어싱하는데, 이 움직임이 안정적이지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 보다 구체적인 종래의 예를 첨부된 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.

제30도는 종래의 스크롤형 유체기계를 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이 종래의 스크롤형 유체기계는 밀봉쉘(200)안에 구비된 프레임(202)에 별도의 L자형 링(204)을 볼트(206)를 통해 고정하고, 고정스크롤부재(208)의 축선방향으로 슬라이드가능하도록 안내면(210)(212)을 형성하며, 선회스크롤부재(207)와 결합되어 있는 고정 스크롤부재(208)의 상.하 방향으로 이동하는 것을 한정하기 위하여 제31,32,33도에 도시된 바와 같이 슬라이드 블럭(214)을 프레임(202)에 형성된 홈(216)안으로 고정용 볼트(218)의 나사부(220)로 고정판(222)에 고정하고, 이때 슬라이드블럭(214)은 프레임(202)상에 선회되어 있는 홈(216)에 삽입되어 슬라이드면(224)을 따라 볼트(218)에 형성된 축(226)의 적은 틈새를 따라 상/하 이동되도록 구성되어 있다.

또한, 제34도 내지 제37도에 도시된 다른 실시예를 보면, 프레임(202)의 상부 위치에 고정 스크롤부재(208)의 축방향으로 부싱(228)을 개재시키고, 볼트(230)를 끼워 볼트(230)의 나사부(232)가 프레임(202)에 결합되어 고정되도록 한 것과, 제37도에 도시된 바와 같이 고정스크롤부재(208)안에 상기와 같은 부싱(228)슬 개재시키지 않고, 바로 볼트(234)를 삽입한 다음, 볼트(234)의 나사부(236)가 프레임(202)에 결합되어 고정되도록 한 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 스크롤형 유체기계는 축방향 순응력을 주기 위한 구조가 복잡하고, 기능이 부품별로 분류되어 본래의 기능을 원활하게 수행하기 위해서는 상당한 조립정밀도와 가공 정밀도를 요하며, 많은 구성품들을 필요로 하는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 해소하기 위해 구조가 단순하여 조립이 용이하고, 고정 및 선회 스크롤부재의 축방향 바이어싱시, 안정적으로 유지시켜 고정 및 선회스크롤부재의 틸팅(tilting)현상을 방지하며, 이로인해 스크롤 랩 선단부의 밀봉이 안정적으로 유지되도록 하고, 압축된 유체가 고온,고압의 상태로 토출되므로써 발생된 열과 압력에 의하여 스크롤부재간의 변형을 저지하도록 함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 토출구의 형성과 복원력을 전압축부위에 균일하게 제공하기 위해 고압부위와 저압부위가 완전히 분리된 균일한 배압실을 형성하고, 축선방향에 제공된 복원력에 따라 고정 스크롤부재의 틸팅현상과 슬라이드면의 끼움이 없이 안정적으로 운동할 수 있도록 프레임의 전체 원주면에 고른 슬라이드면을 제공함을 특징으로 한다.

또한, 선회스크롤부재의 회전력에 의해 발생되는 관성력으로 인해 고정 스크롤부재가 회전하려고 하는 것을 구속하고, 축선방향으로 움직이는 거리를 제한할 수 있도록 하는 위치결정용 블럭을 구비함을 특징으로 한다.

또한, 선회스크롤부재의 회전운동을 곡선 병진운동으로 변환시키는 오울드함 커플링의 구조를 개선하여 선회스크롤부재의 직선운동을 부여하는 슬라이드홈을 선회스크롤부재의 하부에 형성하므로써 선회스크롤부재의 오울드함 커플링의 장착을 위한 돌기를 제거하고, 그로인해 선회스크롤부재의 제작성을 보완하며, 제품의 외경크기를 대폭 감소시켜 장치의 외형을 소형화하면서 오울드함 커플링의 외경도 비례하여 작아져 동일한 구조로서 강성을 보완할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

또 흡입가스의 방향을 스크롤부재의 홉입구까지 유도해주는 흡입유체유로를 프레임의 측면에 마련하여 흡입된 냉매에 포함되어 있는 오일을 분리하는 분리판 역할을 수행하며, 분리된 오일이 프레임 하단에 형성된 구멍을 따라 안정적으로 하부의 오일팬까지 도달될 수 있도록 함을 특징으로 한다.

또한, 프레임의 측면에 접촉되는 냉각된 냉매에 의해 프레임의 냉각효과를 극대화시키고, 흡입된 냉매가 분산되지 않고, 바로 흡입구로 빨려들어감으로써 흡입가스의 과열에 의한 효율의 저하를 방지할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

그리고, 윤활경로를 단축하여 윤활유의 유동저항을 감소시켜 모터의 축동력을 최소화하여 기계의 효율을 증대시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또 모든 구성품의 형상을 단순화하여 제조시 공정시간을 단축시키고, 구동 부품의 용접부분을 배제시켜 축수부위의 동심도 맞추기를 손쉽게 하므로써 용접변형에 의한 윤활마찰부위의 마찰손실을 줄일 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명을 잘 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이 밀봉쉘(2)과, 이 밀봉쉘(2)안에 구비된 상부 프레임(4)과, 본 장치를 구동시키는 전동기(6)와, 유체를 압축하는 압축실(8)과, 중앙에 배치된 회전축(10)을 지지해주는 하부 프레임 (12)으로 구분된다.

여기서, 상기 상부 프레임(4)은 밀봉쉘(2)에 수개의 위치 외부에서 가입하여 밀봉쉘(2)을 변형시켜 상부 프레임(4)에 확실하게 고정되어 본 유체기계의 운전시 회전체 상부가 요동하지 않고 안정적으로 회전운동을 할 수 있도록 지지하는 역할을 한다.

또한, 상기 밀봉쉘(2)안에 고정된 상부 프레임(4)은 상부의 평탄한 윤활면(4a)에 유체를 압축시켜주는 선회스크롤부재(14)가 회전축(10)의 회전운동을 곡선병진운동으로 바꾸어주는 오울드함 커플링(16)이 상부 프레임(4)의 윤활면(4a)에 평행하게 형성된 홈(18)에 장착되어 이 홈(18)부위를 따라 좌/우로 직선운동을 하도록 되어 있으며, 선회스크롤부재(14)의 하부 평탄면(14a)에 홈(18)과 마주보고 조립되어져 선회스크롤부재(14)가 일정한 구속운동인 곡선병진운동을 하면서 유체의 압축을 진행한다.

또한, 상부 프레임(4)에 조립되어 있는 또 하나의 중요한 부품인 고정 스크롤부재(20)가 상부 프레임(4)에 결합되는 나사(22)부위에 위치결정용 블럭(24)과 함께 조립되어 축방향으로 일정거리만큼 상/하로 구속 미끄럼운동을 하도록 되어 있다. 이때 제2도에 도시된 바와 같이 고정스크롤부재(20)는 상부 프레임(4)의 외부 원주면의 미끄럼면(26)과 고정 스크롤부재(20)의 외측에 형성된 미끄럼면(28)이 서로 접촉되어 안정되게 축방향 직선운동을 할 수 있도록 넓게 차지하고 있다.

상기 고정스크롤부재(20)의 외주 미끄럼면(28)과 상부 프레임(4)의 미끄럼면(26)사이에는 일정한 간격의 틈새가 형성되는데, 이 틈새는 미끄럼면(26)(28)의 상/하방향 높이와 밀접한 상관관계를 가지므로 이에 따른 최적 틈새를 적용하여 상/하 미끄럼 운동시 틸팅현상이 발생하지 않도록 한다. 또한, 상기 고정스크롤부재(20)의 일측에는 홈(20a)이 형성되어 있다.

또한, 상부프레임(4)은 하방향으로 길게 원통형의 벽면(4b)이 형성되어 있고, 상면에는 상기 홈(20a)에 연하여 홈(4c)이 형성되어 있으며, 그 내부에 회전축(10) 및. 전동기 회전자(30)와 조립되어 회전운동을 할때, 동일 축선상에서 안정적으로 회전운동을 할 수 있도록 하기 위한 상부 베어링(32)이 고정되어 전동기(8)의 회전력을 상부의 곡선병진운동을 하면서 유체를 압축시키는 2개의 스크롤부재(14)(20)의 관성력과 경사모멘트 축방향의 반발력등을 안정적으로 유지하면서 본 유체기계의 힘의 평형상태를 유지시켜주는 상부 지지점 역할을 한다.

한편, 본 발명의 유체기계 상부의 구성요소(상부 프레임(4), 선회스크롤부재(14), 오울드함 커플링(16)등)의 윤활계통을 설명하면 다음과 같다.

회전축(10)의 내부에 편심되게 세로 방향으로 형성되어 있는 윤활유 통로(34)를 통해 상승하는 윤활유는 상호마찰부위의 윤활을 하여 마찰운동에 의해 발생되는 열을 제거해줌은 물론, 일정한 유막을 형성해주어 움직이는 부품의 안정적인 운동을 보장해준다. 그리고, 회전축(10)의 회전운동에 의한 선회스크롤부재(14)의 곡선병진운동에 의해 발생되는 원심력의 불평형을 해소하기 위하여 회전축(10)에 조립된 회전자(30)에 밸런스 웨이트(36)가 부착되어 있어 평형을 유지시컥주어 상부 베어링(32)의 편마모를 방지해준다.

제2도에서 보는바와 같이 상부 프레임(4)의 벽면(4b)에는 흡입포트(37)와 연통되는 흡입유체 유로(38)가 형성되어 있는데, 이 흡입유체 유로(38)는 안내면 역할과 오일을 분리해주는 역할을 하므로써 흡입유체가 비산되지 않고 고정 스크롤부내(20)에 구비된 흡입구(40)까지 최단거리로 관로흐름 저항없이 압축실(8)로 유입되도록 하는 것이다 따라서, 분리된 윤활유는 흡입유체유로(38)의 하단에 형성된 회수공(42)을 통해 하부의 윤활유 저장부에 안정적으로 회수될 수 있도록 되어 있다.

이러한 구성은 제22도 및 제23도에 도시되어 있는데, 상부 프레임(4)의 하부에 형성되어 있는 윤활유 및 냉매통로(44)를 통해 밀봉쉘(2)벽을 타고 하부까지 회수될 수 있으며, 부품수도 대폭적으로 감소되는 것이다.

상기 상부 프레임(4)과 연관된 구성요소로서, 곡선병진운동중에 발생되는 축직각방향의 관성력과 경사모멘트의 안정적인 흡수역할을 할 수 있도록 하는 레이디얼 커플링(46)이 구비되어 있다. 이 레이디얼 커플링(46)은 선회스크롤부재(14)의 하단 중심부 구멍의 베어링(48)과 회전축(10)의 편심돌기부(10a)사이에 조립되어져 회전축(10)의 회전시 발생되는 축 직각방향의 관성력과 이에 따른 경사모멘트를 수용할 수 있는 것이다.

이것은 제7도 및 제8도에 상세하게 도시되어 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 레이디얼 커플링(46)의 내부 홈(46a)에 조립되어진 회전축(10)의 편심돌기부(10a)가 홈(46a)의 양측에 형성된 슬라이드면(46b)(46c)을 따라 축 직각방향의 좌/우로 움직이므로써 압축실(8)내에 이물 혼입이나 기계의 기동, 정지등의 이상이 발생하였을때, 2개의 스크롤부재(14)(20)의 랩 접촉부(50)의 손상을 방지할 수 있는 것이다. 그러나, 이때 순간적으로 원심력의 불평형에 의해 경사모멘트의 균형이 파괴되어 이상 접촉음과 진동 소음이 발생되며, 압축실(8)내의 압축유체 누설이 발생한다. 따라서, 이러한 점을 감안하여 순간적으로 발생하는 관성력과 경사모멘트의 불평형을 수용할 수 있도록 스프링(52)이 설치되어 있다. 이 스프링(52)은 축선방향 관성력에 의해 이탈되는 것을 방지하기 위해 회전축(10)와 편심돌기부(10a)의 일측면에 곡선홈(10b)을 형성하여 스프링(52)과 곡선홈(10b)의 하단부(10c)에 의해 이탈되지 않는 것이다. 또한, 상기 레이디얼 커플링(46)의 일단에는 절단면(466)이 형성되어 베어링과의 공간부가 형성되도록 되어 있다.

본 발명은 곡선 병진운동을 하는 선회스크롤부재(14)와 한쌍이 되어 조립되어 있는 고정스크롤부재(20)의 랩 선단부에서 축방향의 반발력에 대응하는 또 다른 힘을 구성하는 구조를 갖게 되어 있는바, 이에 대한 설명은 다음과 같다.

즉, 상기 상부 프레임(4)과 일정한 구속 안내면 역할을 하는 위치 결정용 블럭(24)에 의해 조립되어져 있는 고정 스크롤부재(20)는 랩 선단부(14a)(20a)의 밀착성을 양호하게 하기 위해 별도 마련된 배압실(58)전부위에 균일한 반발력을 받게하여 과다한 랩선단부 밀착에 의한 마찰손실을 최소화할 수 있도록 토출구(60)를 양쪽 2개소 이상으로 분리.형성하여 중압부에 보다 넓은 면적으로 균일한 배압실(58)이 형성되도록 되어 있는 것이다. 이 배압실(58)을 구성하기 위한 압력은 압축이 진행되고 있는 동안에는 반달형 밀봉면에서 추출하여 사용하며, 낮은 압력과 높은 압력의 배압실(58)내의 유입과 누설을 방지하기 위해서 누설차단부재(62)(64)가 분리판(66)의 안쪽면에 배치되어 있다. 상기 토출구(60)를 2개 이상으로 분리 형성하므로써 토출유속이 낮아지고, 이에따른 압력손실과 토출시 발생하는 소음을 최소화할 수 있는 것이다. 아울러, 토출압력이 압축실(8)내의 선단부 밀봉면에 직접 작용하지 않음으로써 중앙부의 고온발열이 분산되어 고정 스크롤부재(20)전반에 걸쳐 열 평형을 균일하게 유지시킬 수 있도록 하여 중앙부의 온도에 대한 고정스크롤부재(20)의 열팽창에 의해 고압부위의 선단부(14a)(20a)틈새가 발생되어 압축 유체의 누설이 발생하는 것을 효과적으로 대응할 수 있는 것이다. 또한, 고정 스크롤부재(20)의 강성을 보강하여 압력에 의한 변형을 최소화하여 고정 스크롤부재(20)의 랩 선단부(20a)의 밀봉을 최적화할 수 있다. 또한 토출유체가 압축성 유체이므로 토출된 유체가 토출챔버(68)내에 넓게 확산되어 배압실(58)을 형성하는 경우, 유체의 압축성때문에 시차가 발생하게된다. 이러한 시차가 발생하는 것을 감안하여 전체적인 배압실(58)을 고정 스크롤부재(20)의 가장 근접한 곳에 설치하므로써 유체에 의한 재압축 반발력을 형성하는 시간을 최단시간화하므로써 축방향 순응력을 정밀하게 제어할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 제16도 및 제17도에 도시된 바와 같이 토출구(60)에 직접적으로 역류방지용 밸브(70)를 설치하여 기계의 정지시 고압실내에 있는 고온/고압 유체의 순간적인 역류에 의한 역회전 방지를 최단시간내에 실현할 수 있으며, 이에따른 랩의 손상을 최소화할 수 있도록 되어 있다.

또한, 제5도 및 제6도는 토출구(60)에 설치된 역류방지용 밸브(70)의 구조가 잘 나타나 있다. 이 역류방지용 밸브(70)와 밸브 플레이트(72)의 구성만으로 되어 있어 제작이 용이한 것이다.

이 역류방지용 밸브(70)의 유체 배출구도 원주방향으로 형성된 측면구멍(74)을 통해 나오도록 되어 있고, 측면 하부에는 절개부(75)가 형성되어 있기 때문에 토출구(60)에 직접 조립되어 있는 역류방지용 밸브(70)의 구성으로 역류에 의한 역회전을 최단시간내에 정지시켜 회전축(10)에 역회전 방지용 구조를 별도 구성하지 않아도 되어 장치의 구성이 더욱 단순해지는 것이다

한편, 상긴 회전축(10)의 안정적 구동을 위해 하부를 지지하기 위해 베어링면(76)이 형성된 하부 프레임(12)은 제12도에 도시된 바와 같이 상부 프레임(4)과 볼트(78)로 체결되어 상부 프레임(4)의 상단부와 하부 프레임(12)의 하단부가 동일 축선상에서 전동기 고정자(80)를 안정적으로 고정 유지시켜 기계가공에 의한 동축도 관리가 원활하게 이루어져 조립이 용이해진다. 또한, 제11도 내지 제14도에 도시된 바와 같이 전동기 고정자(80)는 상/하단부가 상부 프레임(4)에 열박음부 처리되어 있고, 상부 프레임(4)은 상/하단부가 밀봉쉘(2)에 압력받음처리되어 안정적으로 고정되며, 이때 전동기 고정자(80)의 아래로 흘러내리는 것을 상부 프레임(4)과 볼트(78)에 의해 단단하게 조립되어 있는 하부 프레임(12)에 형성되어 있는 정지턱(82)에 의해 안정적으로 조립되어 있다.

본 발명의 하부 프레임(12)은 용접에 의한 고정이 아니므로 고정시, 용접에 의한 변형으로 회전축(10)의 동심도 관리상 어려움을 근본적으로 배제시킬 수 있는 구조를 가지며, 베어링면(76)부위의 직경을 최대로 하여 강성을 최대한 보강하였으며, 윤활용 오일을 공급하기 위한 펌핑용 노즐판(82)을 최소화하여 부품수를 대폭적으로 줄일 수 있다.

다음으로, 냉각 및 윤활을 위한 윤활계통의 구조를 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 밀봉쉘(2)의 하단부에 형성된 오일팬(84)에서 회전축(10)의 하단부에 있는 펌핑용 구떵(86)을 통하여 유입된 윤활유는 일정간격으로 편심되면서 형성되어 있는 윤활유통로(34)로 회전축(10)의 원심력에 의해 발생된 위치에너지에 의해 오일이 상부로 펌핑된다. 펌핑되는 윤활유는 제25도에 도시된 바와 같이 일차로 상부 프레임(4)상에 설치되어 있는 상부 베어링(32)부위에 윤활을 하고, 이때 윤활유는 상부 베어링(32)면에 가공되어진 오일홈(88)을 따라 이동하면서 전체부위를 윤활하고, 이 오일은 상부 프레임(4)의 오일포켓(90)의 일측 횡방향에 형성된 오일회수구멍(92)까지 유입된다. 상부 프레임(4)의 상부 평탄면과 선회스크롤부재(14)의 하단부 평탄면, 그리고 오울드함 커플링(16)운동면의 윤활은 제15도 및 제25도에 도시된 바와 같이 상부 프레임(4)의 오일포켓(90)에 담겨진 오일이 선회스크롤부재(14)의 순수 곡선병진운동과 오울드함 커플링(16)의 병진운동에 의해 발생된 원심력에 의해 고깔모양의 오일분사현상이 발생하는데, 이 오일은 상부 프레임(4)의 상단부 평탄면에 형성된 요홈부(94)를 따라 이동하여 양 평탄면 접촉부에 일정한 유막을 형성한다. 이렇게 형성된 윤활막은 마찰열을 흡수하여 요홈부(94) 하단과 회전축(10) 윤활후 회수되는 오일회수구멍(92)을 통하여 회수된 오일은 밀봉쉘(2)의 벽을 타고 내려와 제21도에 도시된 바와 같이 오일배출공(44)을 통해 하부 오일팬(84)안으로 회수된다. 선회스크롤부재(14)의 하단부 베어링(48)과 상부 프레임(4) 상단부 베어링(32)의 윤활홈은 제25도에 도시된 바와 같이 외주면을 따라 스파이럴 형상의 오일홈(88)으로 회전축(10)의 중앙부 구멍을 통하여 공급된 오일이 베어링 전면부위의 윤활을 담당하고, 상부의 열려진 홈을 통하여 상부 프레임(4)의 오일포켓(90)으로 배출된다. 이 오일은 선회스크롤부재(14)의 하부에 형성된 베어링(48)과 레이디얼 커플링(46)이 조립되어져 있어 레이디얼 커플링(46)의 측면에 가공된 평탄면(466)과 베어링(48)사이에 형성된 홈과 베어링(48)면에 형성된 스파이럴홈을 따라 공급되어 윤활을 하고, 윤활이 완료된 오일이 베어링(48)상부 일측에 형성된 구멍(95)을 통해 배출된다. 또한 오일포켓(90)의 오일이 회전축(10)과 선회스크롤부재(14)의 회전운동에 의해서 발생된 원심력에 의해 고깔모양으로 비산되어 선회스크롤부재(14)와 상부 프레임(4)의 상면의 윤활면(96)에 상부 프레임(4) 상면에 형성된 2개 이상의 요홈부(94)를 따라 윤활면까지 도달되어 윤활을 수행하고, 윤활을 마친 오일은 제9도에 도시된 바와 같이 오일 회수용인 1개 이상의 회수공(42)을 통하여 밀봉쉘(2)의 벽면을 타고 하부에 설치된 오일팬(84)으로 회수된다.

이상과 같은 윤활계통은 유로의 길이가 단축되고, 공급과 회수가 원활하게 이루어지면서 충분한 윤활, 냉각작용과 윤활유 유로의 길이를 최단거리화하여 손실을 감소시킨다.

펌핑구멍을 통하여 공급되는 오일의 양을 적절하게 조절하기 위하여 제12도에 도시된 바와 같이 회전축(10)의 상/하단부에 오일배출공에 의해 을활유의 순환량을 적절하게 조절하며, 윤활유속의 냉매에 의한 내부저항도 함께 제거할 수 있도록 되어 있다.

오일팬(84)의 하단부 위에는 자석(98)이 구비되어 있는데, 이 자석(98)은 내부로 흡입된 이물질을 자력에 의해 끌어당겨 마찰부위의 손상을 줄일 수 있다.

첨부도면 제4도(a)(b)도는 1개 이상의 위치결정용 블럭(24)이 상부 프레임(4)과 고정스크롤부재(20)에 끼워져 나사(22)를 통해 고정되어 있는데, 이 위치 결정용 블럭(24)은 압축실(8)내에서 발생된 회전모멘트에 의해 고정스크롤부재(20)가 회전하려는 것을 측면부(24a)에 의해 차단하고, 압축실(8)내에서 발생되는 축방향의 반발력은 위치결정용 블럭(24)의 상단부(24b)에 의해 차단한다. 이때 축방향의 반발력의 차단높이는 제4도 및 제13도에 도치된 바와 같이 위치결정용 블럭(24)의 높이(h)와 상부 프레임(4)과 고정 스크롤부재(20)에 가공 되어진 홈의 깊이(d)를 다음과 같은 관계식에 의해 결정된다.

즉, a≥h-d이다. (1)

위 (1)식에서 a는 고정 스크롤부재(20)의 랩높이의 허용공차와 선회스크롤부재(14)의 랩의 허용공차의 최대값으로 결정되며, 이 값 a는 본 발명의 유체기계의 기동시 부하를 최소화할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

또한, 고정 스크롤부재(20)의 안정적인 축선 방향 운동을 위해 제19도에 도시된 바와 같이 고정 스크롤부재(20)의 외경과 상부 프레임(4)의 원주면에 최적의 상/하 운동이 이루어질 수 있는 간격(100)을 유지시킬 수 있도록 되어 있다.

또한, 제28도 내지 제30도에 도시된 바와 같이 선회스크롤부재(14)의 랩차공시 흡입이 이루어지는 구간은 본래의 랩두께(t)보다 얇게(t-x)가공하여 흡입유체의 공간을 최대로 확보하며, 가공시간도 단축될 수 있도록 한 것이다.

또, 밀봉쉘(2)과 하부 오일팬(84)의 결합은 제12도에 도시된 바와 같이 오일팬(84)의 단부를 절곡한 절곡부(84a)를 형성하여 밀봉쉘(2)과의 용접수행시 용접부(102) 비산물 자체가 밀봉쉘(2)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

또한, 제2도에서 보는 바와 같이 토출챔버(68)의 일측면에 별도의 첵크밸브(104)를 설치하여 조립시 냉매를 충전하고, 내부를 진동처리하는 등의 작업을 편리하게 할 수 있다.

위와 같이 본 발명은 조립이 매우 간편하면서도 구조를 대폭적으로 단순화시키고, 축선방향 운동을 보다 안정적으로 수행할 수 있으며, 기계의 운전시 고정스크롤부재 및 선회스크롤부재의 틸팅현상을 미연에 방지하고, 윤활계통을 개선하여 원활한 윤활 및 냉각효과를 낼 수 있고, 이물질을 하부로 신속하게 배출하여 제품의 품위를 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (21)

1. 밀봉쉘과, 이 밀봉쉘안에 추비되어 압축작용을 일으키는 고정스크롤부재 및 선회스크롤부재와, 선회스크롤부재의 하부에 고정된 프레임과, 전동기에 의해 구동되는 회전축으로 구성된 스크롤형 유체기계에 있어서, 고정스크롤부재의 상부에 구비되는 분리판에 복수개의 토출구가 형성되고, 이 토출구로부터 발생하는 복원력을 전 압축부위에 균일하게 제공하기 위해 고압부위와 저압부위가 완전히 분리된 균일한 배압실이 형성되며, 축선방향에 제공된 복원력에 따라 고정 스크롤부재의 틸팅현상과 슬라이드면의 끼움이 없이 운동할 수 있도록 프레임의 전체 원주면에 고른 슬라이드면이 형성되고, 상기 선회스크롤부재의 회전력에 의해 발생되는 관성력으로 인해 고정 스크롤부재가 회전하려고 하는 것을 구속하도록 축선방향으로 위치결정용 블럭이 구비된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
2. 제1항에 있어서, 흡입가스의 방향을 스크롤부재의 흡입구까지 유도해주는 흡입유체유로가 상부 프레임의 측면에 마련되어 흡입된 냉매에 포함되어 딨는 오일을 분리하는 분리하는 분리판 역할을 하도록 된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
3. 제2항에 있어서, 상기 고정스크롤부재 및 상부 프레임의 상면에 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
4. 제2항에 있어서, 상기 분리된 오일이 프레임 하단에 형성된 구멍을 따라 하부에 구비된 오일팬까지 도달될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
5. 제1항에 있어서, 상기 상부 프레임의 하부로 원통형의 벽면이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤형 압축기계.
6. 제1항에 있어서, 상기 상부 프레임의 평탄면에 오일이 공급되도록 하는 요홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
7. 제1항에 있어서, 축방향 직선운동이 원활하게 이루어지도록 상기 고정스크롤부재와 상부프레임에 미끄럼면이 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
8. 제1항에 있어서, 윤활유가 하부로의 이동이 이루어지도록 상기 흡입유체유로의 하단에 회수공이 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
9. 제1항에 있어서, 밀봉쉘벽을 타고 하부까지 윤활유가 회수될 수 있도록 상기 상부프레임의 하부에 윤활유 및 냉매통로가 구비된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
10. 제1항에 있어서, 상기 회전축의 상부 편심돌기부에는 축직각방향의 관성력 및 경사모멘트의 흡수를 위한레이디얼 커플링이 구비된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
11. 제10항에 있어서, 상기 레이디얼 커플링의 홈안에는 회전축의 편심돌기부를 일측방향으로 밀어주는 스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
12. 제11항에 있어서, 스프링이 이탈되지 않도록 상기 편심돌기부에 곡선홈이 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
13. 제1항에 있어서, 유체의 재압축에 의한 반발력 발생시간을 감소시켜 축방향 순응력을 제어할 수 있도록 상기 고정스크롤부채의 상부 근접한 곳에 배압실을 형성함을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
14. 제1항에 있어서, 상기 토출구에 역류방지용 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
15. 제14항에 있어서, 상기 역류방지용 밸브는 유체의 압력에 의해 이동 가능한 밸브플레이트와, 측면에 복수개 형성된 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
16. 제1항에 있어서, 상기 상부 프레임과 하부프레임은 서로 볼트로 체결되어 동일 축선상에서 전동기 고정자를 고정 유지시켜 조립이 용이하도록 된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
17. 제1항에 있어서, 상기 회전축의 하부에 노즐판이 구비된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
18. 제16항에 있어서, 상기 상부프레임에 전동기 고정자가 직접 열변형에 의해 끼워 맞추어 삽입되는 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
19. 제1항에 있어서, 랩의 가공시간을 단축시킬 수 있도록 상기 선회스크롤의 램두께를 다르게한 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
20. 제1항에 있어서, 밀봉쉘의 하부에 구비된 오일팬 바닥면에는 이물질 포집용 자석이 구비된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.
21. 제20항에 있어서, 밀봉쉘과 오일팬의 용접시 비산물이 투입되지 않도록 상기 오일팬의 둘레에 절곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤형 유체기계.