KR100427026B1

KR100427026B1 - 스크롤압축기

Info

Publication number: KR100427026B1
Application number: KR10-1998-0036466A
Authority: KR
Inventors: 슈이치 야마모토; 기요시 사와이; 다이세이 고하야카와; 쇼죠 하세; 다카시 모리모토; 히로마사 아시타니; 히로유키 후쿠하라
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2004-08-09
Also published as: KR19990029540A; CN1210205A; JP3399797B2; US6102671A; TW502088B; CN1114043C; JPH1182331A

Abstract

고정 스크롤(20) 및 선회 스크롤(30)의 기본 날개(21a, 31a)끼리는 냉동공조기기의 저속운전에서 요구되는 소정의 성능을 달성하기 위한 압축비를 실현하는 소용돌이 길이를 갖고, 이들 각 기본날개(21a, 31a)의 적어도 한 쪽에 그 소용돌이 끝위치로부터 추가 연장된 소용돌이 형상의 연장날개(21b, 31b)를 설치하여, 이 연장날개(21b, 31b)의 내벽 및 이것과 대향하는 날개(21, 31)의 외벽의 적어도 한 쪽에 날개(21, 31)의 두께가 얇아지는 방향으로 변위시켜 상호 관계를 크게 한다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 주로 냉동 공조에 사용되는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

냉동 공조용 전동 압축기로서는, 압축부가 왕복식인 것, 로터리식인 것, 스크롤식인 것이 있다. 그 중에서도 스크롤 압축기는 고효율, 저소음, 저진동이라는 특징을 살려 널리 실용화되어 왔다.

그 기본구조는 잘 알려진 바와 같이, 소용돌이 형상의 날개가 경판 상에 세워진 고정 스크롤과, 상기와 거의 같은 소용돌이 형상의 날개가 경판상에 세워진 선회 스크롤을 맞물리게 하여 쌍방간에 복수의 압축실을 형성하고 있다. 선회 스크롤을 자전시키지 않고 고정 스크롤에 대하여 원궤도 운동시킬 때, 압축실은 경판의 외주측의 개방부에서 냉매를 흡입한 후, 경판의 중심부측으로 이동하면서 닫히는 것과 함께 점차 용적을 작게 하여 냉매를 압축하고 최종적으로 토출한다.

최근에는 소형화와 운전모드의 다양화가 점점 더 요구되고 있으며, 냉동 공조의 압축비는 통상 1.8∼2.7 정도로 설정되는 것을 효율상의 이유로 저압축비로 설계되는 경향이 있다.

한편 일본국 특개평 5-202871호 공보는 토출 냉매량의 증대를 도모하고, 흡입냉매가 압축열에 의해 가열되어 체적효율이 저하하는 것을 방지하는 기술을 개시하고 있다. 이 것은 도 13에 도시된 바와 같이 고정 스크롤(a)의 날개(a1)의 소용돌이 마지막 단부의 내측벽면(a1a)을 선회 스크롤(b)의 날개(b1)의 소용돌이 마지막 단부 가까이 연장하는 것과 함께, 고정 스크롤(a)의 날개(a1)의 소용돌이 마지막 단부에 대향하는 선회 스크롤(b)의 날개(b1)의 대향부로부터 소용돌이 마지막 부분에서의 외측벽면(b1a)을 소용돌이 마지막 단부를 향해서 연속점으로 안쪽면으로 향하여 변위시키는 한편, 고정 스크롤(a) 연장부의 안쪽벽면(a1a)을 선회 스크롤(b)의 소용돌이 마지막 부분의 외측벽면(b1a)의 원궤도 운동에 수반하는 포락선으로 형성하고 있다.

이렇게 함으로써 고정 스크롤(a)의 날개(a1)의 연장된 부분의 내측벽면(a1a)과, 선회 스크롤(b)의 외측벽면(b1a) 사이에 외측 작동공간(c)이 여분으로 형성되어 그만큼 압축실(d)의 흡입공간이 증대하므로, 냉매의 토출량을 증대시키게 된다. 또한 냉매는 흡입구(e)로부터 직접 압축실(d)에 흡입되어 압축열이 전해지고 있는 벽면과 접촉하지 않아 가열되지 않으므로, 열팽창에 의해 체적효율이 저하하는 일은 없다.

그런데, 운전 모드의 다양화로 인해 스크롤 압축기도 인버터 제어 등에 의해 속도 가변으로 운전하는 것도 필요하게 되었다. 가변속(可變速) 운전에 의하면 동일한 스크롤 압축기로 외관상으로는 대용량의 대능력 운전으로부터 소용량의 소능력 운전까지 폭넓은 운전상태를 얻을 수 있다.

그러나 이러한 가변속 운전을 하는 경우, 고속운전에 의해서도 도 3에 도시된 바와 같이 체적효율의 대폭적인 향상은 보이지 않고, 효율의 향상을 기대할 수 없다. 도 13에 도시된 종래의 것에서도 상기 포락선 부분이 모두 압축실로서 작용하고, 냉매의 토출량은 증대하지만, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 운전속도에 관계없이 압축에 필요한 동력이 증가하고, 효율을 크게 향상시킬 수 없다. 또한 특히 에너지 절약효과가 높은 소능력 운전시에는 운전속도를 저하시킬 필요가 생기고 냉매누설의 증대에 의해 효율이 현저히 저하한다.

본 발명의 목적은 가변속에 의해 소능력으로부터 대능력까지의 넓은 범위에 걸쳐 효율적으로 운전할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 나타내는 스크롤 압축기 전체의 종단면도.

도 2는 도 1의 압축기의 동작상태를 도시한 설명도로서, (a)는 선회 스크롤이 0°(360°)의 선회상태, (b)는 90°의 선회상태, (c)는 180°의 선회상태, (d)는 270°의 선회상태를 나타낸 도면.

도 3은 제 1 실시예의 1개의 실시예와 개량전의 체적 효율의 차를 비교하여 도시한 그래프.

도 4는 제 1 실시예의 1개의 실시예와 개량전 및 도 13의 종래예의 저속운전 및 고속운전에서의 용적변화와 압력변화를 비교하여 도시한 그래프로서, (a)는 본 제 1 실시예의 경우, (b)는 개량전의 경우, (c)는 종래예의 경우를 도시한 그래프.

도 5는 제 1 실시예의 연장날개의 다른 실시예를 도시한 주요부의 도면.

도 6은 제 1 실시예의 연장날개의 또 다른 실시예를 도시한 주요부의 도면.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 압축기의 동작상태를 도시한 설명도로서, (a)는 선회 스크롤이 0°(360°)의 선회상태, (b)는 90°의 선회상태, (c)는 180°의 선회상태, (d)는 270°의 선회상태를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예의 압축기의 동작상태를 도시한 주요부를 나타낸 도면으로서, (a)는 고정 스크롤의 내벽으로 둘러싸이는 압축실의 압축 개시점의위치, (b)는 선회 스크롤의 내벽으로 둘러싸이는 압축실의 압축 개시점의 위치를 도시한 도면.

도 9는 도 8에 도시된 압축기의 한 쌍의 압축실의 1 사이클 동안의 압력변화와 바이패스 기구의 동작개시 위치를 나타낸 그래프.

도 10은 본 발명의 제 4 실시예의 압축기의 동작상태를 도시한 주요부의 도면으로서, (a)는 고정 스크롤의 연장날개에 내벽에 변위면을 설치한 실시예의 경우를 나타내고, (b)는 그 변위면을 대향하는 고정 스크롤의 외벽에 설치한 실시예의 경우를 나타낸 도면.

도 11은 본 발명의 제 5 실시예의 압축기를 도시한 도면.

도 12는 본 발명의 제 6 실시예의 압축기의 동작 상태도.

도 13은 종래의 압축기를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 압축기구 3 : 전동기

6 : 크랭크축 6a : 윤활구멍

8 : 주축 17 : 윤활유 펌프

20 : 고정 스크롤 21, 31 : 날개

21a, 31a : 기본날개 21b, 31b : 연장날개

21b1, 31b1 : 변위면 22, 32 : 경판

30 : 선회 스크롤 30a : 선회축

40 : 흡입 포트 41, 41a, 41b, 41e : 압축실

41c : 봉입부 42 : 자전방지 선회구동 기구

43 : 올덤 링 45 : 토출 포트

51 : 단차

본 발명의 제 1 스크롤 압축기는 소용돌이 형상의 기본날개가 경판상에 세워진 고정 스크롤과, 상기와 거의 같은 소용돌이 형상의 기본날개가 경판상에 세워진 선회 스크롤을 맞물리게 하여 쌍방간에 복수의 압축실을 형성하고, 선회 스크롤을 자전시키지 않고 고정 스크롤에 대하여 속도가변으로 원궤도 운동시키도록 하는 것과 함께, 상기 기본날개끼리는 냉동공조기기의 저속운전에서 요구되는 소정의 성능을 달성하기 위한 압축비를 실현하는 소용돌이 길이를 갖고, 이들 각 기본날개의 적어도 한쪽에 그 소용돌이 마지막 위치로부터 그 소용돌이 형상에 따라 다시 연장시킨 연장날개를 설치하고, 이 연장날개의 내벽 및 이것과 대향하는 다른 날개의 외벽의 적어도 한쪽에 날개의 두께가 얇게 되는 방향으로 변위시킨 변위면을 형성한 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에서는, 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 각 기본날개는 냉동공조기기의 저속운전에서 요구되는 소정의 성능을 달성하기 위한 압축비를 얻을 수 있도록 설계되고, 이들 기본날개의 적어도 한쪽에 설치되는 연장날개는 소용돌이 형상이면서, 이것과 대향하는 다른 날개와의 적어도 한쪽에 날개의 두께가 얇아지도록 변위된 소용돌이면에 의해, 큰 날개간격으로 외부로 개방되어 있어 저속운전시는 흡입냉매를 놓치기 쉽게 되어 압축실로의 봉입기능을 발휘하지 않으므로 냉매의 과잉공급은 없다. 따라서 상기 기본날개 부분만이 유효하게 작동하여 설계대로의 봉입 용적에 의한 운전이 고효율로 달성된다. 한편 운전속도가 증대함에 따라 상기 연장날개부의 이것이 대향하는 다른 날개부분과의 사이에서의 냉매의 봉입성이 높아지고, 압축행정은 저속운전시에 대한 고속 상태에 따른 과잉공급이 이루어져 실제의 냉매 토출량이 증가해 가고, 서로의 소용돌이면끼리가 대향한 연장날개에 의해 확대한 압축영역을 경과하면, 상기 저속운전시의 기본날개에 의해 설계 봉입 용적으로 압축되는 것과 거의 동등한 변화를 행하기 때문에, 압축동력의 증가가 작고 저속운전으로부터 고속운전까지의 넓은 범위에 걸쳐 높은 효율을 얻을 수 있다. 그 밖에도 어떤 운전속도 범위에서도 그것에 적당한 고효율의 운전이 안정하게 달성된다.

이 경우 기본날개가 형성하는 압축실을 기준보다는 작게 설계하여 그 만큼 기준운전 속도보다도 고속운전함으로써 냉매의 누설손실을 저감할 수 있어 고효율이 실현된다. 또한 고속운전시에는 연장날개에 의해 대능력, 고효율이 실현된다. 따라서 소능력으로부터 대능력까지의 넓은 범위에서 고효율이 실현된다.

또한 본 발명의 제 2 스크롤 압축기는 소용돌이 형상의 기본날개가 경판상에 세워진 고정 스크롤과, 상기와 거의 같은 소용돌이 형상의 기본날개가 경판상에 세워진 선회 스크롤을 맞물리게 하여 쌍방간에 복수의 압축실을 형성하고, 선회 스크롤을 자전시키지 않고 고정 스크롤에 대하여 속도 가변으로 원궤도 운동시키도록 하는 것과 함께, 상기 기본날개끼리가 형성하는 한 쌍의 압축실의 흡입 봉입 용적의 한쪽을 다른 쪽보다 작게 하고, 이 용적이 작은 압축실을 형성하는 기본날개에 그 소용돌이 마지막 위치로부터 그 소용돌이 형상에 따라 다시 연장시킨 연장날개를 설치하고, 이 연장날개의 내벽 및 이것과 대향하는 다른 날개의 외벽의 적어도 한쪽에 날개의 두께가 얇아지는 방향으로 변위시킨 변위면으로 한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 고정 스크롤 및 선회 스크롤로 형성되는 한 쌍의 봉입부의 용적의 한쪽을 다른 쪽보다 작게 하기 위해서는 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 기본날개의 소용돌이 마지막 점의 각도를 작게 설정하면 되고, 이에 따라 연장날개에 의한 상기 제 1 스크롤 압축기와 같은 작용효과를 얻으면서 상기 용적을 작게 한 만큼 스크롤 압축기의 외경을 작게 할 수 있다.

또한 마주보는 한 쌍의 압축실에 각각 토출 바이패스 포트를 설치하고, 이 토출 바이패스 포트의 위치를 각각 기본날개의 소용돌이 끝단으로부터 선회 스크롤의 날개곡선에 따른 거의 같은 각도로 되도록 하면, 토출 바이패스 포트의 위치가 각각 기본날개의 소용돌이 끝단으로부터 거의 동일 각도로 되어, 본 발명의 제 1, 제 2 스크롤 압축기와 같은 구성에서 연장날개의 유무에 의한 압축상태의 차이가있더라도, 한 쌍의 압축실의 압력이 거의 동일하게 되는 점에서 바이패스 기능이 작동하여 냉매를 토출시키기 때문에 불필요한 과잉압축 손실을 저감할 수 있다.

또한 연장날개의 소용돌이 마지막 부분의 근방에 흡입 포트를 설치함으로써 한 쌍의 흡입 봉입부 중, 한쪽이 직접 냉매 흡입구에 통하고 봉입상태에 이르지 않은 상태의 다른쪽은 연장날개에 의해 형성되는 고속운전시에 실질적인 압축영역으로 되는 부분에 직접 통하기 때문에, 흡입과정에서의 냉매가 압축열이 전달되어 있는 날개벽면에 접하여 가열되는 바와 같은 일이 없어 냉매의 열팽창에 의해 체적효율이 저하하는 것을 방지할 수 있다.

또한 상기 변위면은 연장날개의 소용돌이 마지막 단부를 향하는 길이 방향으로 날개의 두께가 서서히 얇아지도록 소용돌이 형상에 대하여 슬로프를 갖게 형성되어 있다.

이러한 구성에서는 냉매 토출량의 증대 및 연장날개가 운전속도의 고속 상태가 증가하는 것에 비례한 냉매 토출량의 증대가 가능해지며, 또한 고효율화를 도모할 수 있다. 변위면은 연장날개의 길이 방향으로 원활하게 연속하도록 형성되어도, 연장날개의 소용돌이 마지막 단부를 향하는 길이 방향으로 1개소 이상의 하강 단차를 갖게 형성되어도 되고, 도중에 단차가 있을수록 연속 가공하는 소용돌이면이 줄어들기 때문에 제작하기 쉽다. 또한 연장날개가 형성하는 냉매 흡입영역을 확대하기 쉽다. 연장날개의 길이 방향의 길이를 날개곡선에 따른 각도로 45°∼360°의 범위로 설정하는 것과 함께, 변위면의 변위량은 날개의 두께의 3∼20％로 설정하는 것이 적합하다. 변위값으로 보면 비교적 소형의 스크롤 압축기로 일반적인 3mm 에대하여 0.5mm∼0.3mm 정도로 하는 것이 적합하다.

또한 연장날개를 가진 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 적어도 한쪽의 날개가 세워진 단면에 설치한 칩 시일의 종료위치를 연장날개의 종료위치 근방, 또는 이것에 대향하는 다른 날개의 종료위치 근방으로 되어 있다.

이러한 구성에서는 칩 시일이 연장날개의 소용돌이 끝근방까지 위치하고 있는 것에 의해, 고속운전 정도에 맞추어 연장날개가 효율적으로 작동할 때의 날개 선단으로부터의 냉매누설을 효율적으로 저감할 수 있어 고효율화를 도모할 수 있다.

또한 고정 스크롤의 경판의 연장날개가 설치되어 있는 부분의 면에 복수개의 급유 포트를 설치하고, 이 급유 포트의 통로면적이 상기 연장날개의 개시측에서 압축실에 임하는 쪽이 다른 쪽보다 커지도록 되어 있다.

이러한 구성에서는 고속운전 정도에 맞추어 연장날개가 효율적으로 작동하여 고압축률로 되는 연장날개의 개시측만큼, 급유량이 많고 기름의 시일 효과가 높아짐으로써 냉매의 누설을 방지하여 과잉공급의 효과를 늘리므로 한층 더 고효율화를 도모할 수 있다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.

( 실 시 예 )

이하 본 발명의 몇 가지의 실시예에 대하여 도 1∼12를 참조하여 설명하기로 한다.

(제 1 실시예)

제 1 실시예는 냉동 공조용 가로방향 설치형 스크롤 압축기의 경우의 일례로, 도 1에 전체의 구성을 도시하고 있는 바와 같이, 밀폐용기(1)의 내부의 일단측에 냉매를 흡입하고 압축 및 토출하는 압축기구(2)가 설치되어 있다. 이 압축기구 (2)를 구동하는 전동기(3)의 고정자(4)가 밀폐용기(1)의 중앙부에 위치하여 밀폐용기(1)의 측면 둘레벽의 내면에 고정되고, 전동기(3)의 상기 고정자(4)에 대응하는 회전자(5)에는 상기 압축기구(2)의 구동축인 크랭크축(6)이 결합되며, 이것의 회전축이 거의 수평으로 되도록 배치되어 있다. 크랭크축(6)은 이것의 압축기구(2)측의 일단부에 갖는 주축(8)을 압축기구(2)에 나사 등으로 고정된 주베어링 부재(10)에 의해 지지되며, 주축(8)과는 반대측의 타단부를 밀폐용기(1)의 타단측에 위치하여 밀폐용기(1)의 측면 둘레벽 내면에 용접 고정된 부베어링 부재(11)에 의해 지지되어 있다.

주베어링 부재(10)의 주축(8)을 지지하는 부분과, 부베어링 부재(11)의 크랭크축(6)의 타단부를 지지하는 부분에는 베어링(9, 12)이 설치된다. 이들 베어링(9, 12)은 크랭크축(6)의 회전을 지지하지만, 이 회전운동에 의해 압축기구(2)가 냉매를 압축할 때에 상기 크랭크축(6)에 발생하는 힘까지도 지지한다.

밀폐용기(1)내의 부베어링 부재(11)로부터 단부측의 하부가 윤활유 저장소 (7), 상부가 냉매의 밀폐용기(1) 밖으로의 토출실(121)로 되어 있고, 부베어링 부재(11)의 윤활유 저장소(7)에 마주하는 측에 상기 크랭크축(6)의 타단부에서 구동되는 윤활유 펌프(17)를 설치해둔다. 윤활유 펌프(17)는 상기 윤활유 저장소(7)에흡입구(17a)가 개구하고, 토출구(17b)가 크랭크축(6)의 타단부에서 주축(8)의 부분까지 세로로 통하도록 형성된 윤활구멍(6a)에 통하여 압축기구(2)의 베어링부를 포함하는 슬라이딩부를 윤활한다.

압축기구(2)는 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이 소용돌이 형상의 날개(21)가 경판(22) 상에 세워진 고정 스크롤(20)과, 상기와 거의 같은 소용돌이 형상의 날개 (31)가 경판(32)상에 세워진 선회 스크롤(30)을 맞물리게 하여 쌍방간에 복수의 압축실(41)을 형성하고, 선회 스크롤(30)을 자전시키지 않고 고정 스크롤(20)에 대하여 속도 가변으로 원궤도 운동시키도록 되어 있다. 이 가변속 구동을 위해 상기 전동기(3)는 인버터 제어되는 것이고, 저속운전으로부터 고속운전까지 넓은 범위로 구동할 수 있다.

선회 스크롤(30)을 자전시키지 않고 원궤도 운동시키는 자전방지 선회구동 장치(42)는 주축(8)에 설치한 편심구멍(8a) 내에 선회 스크롤(30)의 배후에 설치한 선회축(30a)을 베어링(44)을 통해 회전이 자유롭게 끼워 맞추어 구성하고, 주축(8)이 회전하면 자전방지 기구인 올덤링(43)에 의해 선회 스크롤(30)은 원궤도 운동한다.

선회 스크롤(30)은 원궤도 운동되는 것에 의해, 도 2의 (a)∼(d)에 도시한 바와 같은 크랭크 0°(360°), 90°, 180°, 270°의 각 선회상태를 차례로 반복하고, 상호간에 형성하는 압축실(41)은 도 2의 (b)에 도시한 경판(22, 32)의 외주측의 개방위치로부터, 도 2의 (c)를 거쳐 도 2의 (d)에 도시한 봉입 위치에 도달하는 동안의 선회에서 냉매를 도 1에 도시한 흡입 포트(40)를 통하여 점 해칭으로 나타낸 바와 같이 흡입하고, 그 후 도 2의 (a)로 복귀하는 선회과정에서 냉매를 점 해칭과 같이 충분히 봉입하고, 다음의 도 2의 (b), (c), (d), (a)의 선회에 의해 횡선의 해칭으로 나타낸 바와 같이 압축실(41)의 용적이 차례로 작아짐으로써 냉매를 점차 압축해간다. 또 도 2의 (b)로부터 (c), (d)와 선회하는 과정에서 압축실(41)이 토출 포트(45)에 통하기 시작하는 것과 함께 종선의 해칭으로 나타낸 바와 같이 압축실(41)의 용적을 또한 작게 하면서, 압축한 냉매를 도 1, 도 2에 도시한 토출 포트(45)를 통하여 토출한다. 토출되는 냉매는 토출실(121)로부터 토출 파이프(46)를 통하여 밀폐용기(1) 밖에 접속된 냉동 사이클에 공급된 후, 흡입 파이프(47)를 통하여 밀폐용기(1) 내에 복귀되고 이후 같은 동작을 반복한다.

그러나 본 발명은 이러한 가로배치 타입의 것에 한정되지 않고, 세로배치 타입의 것 등 여러 가지 모양으로 이용되는 것이어도 되고, 고정 스크롤(20)과 선회 스크롤(30)을 맞물리게 하여 압축실(41)을 형성하고, 저속운전으로부터 고속운전까지 가변속으로 구동되는 것이면 그 지지구조나 구동구조, 구동의 제어방식 등은 다양하게 선택되어도 된다.

본 실시예의 스크롤 압축기가 저속운전으로부터 고속운전에까지 속도 가변으로 운전되는 것에 대응하여, 상기 날개(21, 31)의 기본날개(21a, 31a) 끼리는 냉동공조기기의 저속운전에서 요구되는 소정의 성능을 달성하기 위한 압축비를 실현하는 소용돌이 길이를 갖고, 이들 각 기본날개(21a, 31a)의 쌍방에 그 소용돌이 마지막 위치로부터 그 소용돌이 형상에 따라 다시 연장시킨 도 2에 사선으로 도시한 소용돌이 형상의 연장날개(21b, 31b)를 설치하고, 이 연장날개(21b, 31b)의 내벽에날개의 두께가 얇아지는 방향으로 변위시킨 변위면(21b1, 31b1)을 설치해둔다.

이에 따라 고정 스크롤(20) 및 선회 스크롤(30)의 각 기본날개(21a, 31a)는 저속운전시에 규정된 봉입 용적을 얻을 수 있도록 설계되어, 이들 기본날개(21a, 31a)의 쌍방에 설정되는 연장날개(21b, 31b)는 소용돌이 형상이면서 날개의 두께를 얇게 되도록 변위된 소용돌이 형상의 변위면(21b1, 31b1)에 의해 큰 날개간격으로 외부에 개방되어 있고, 저속운전시는 도 2의 (c), (d), (a)의 순서의 변화속도가 느린 것에 의해 흡입 냉매를 놓치기 쉽게 압축실(41)로의 봉입기능을 발휘하지 않으므로, 냉매의 과잉공급은 없다. 따라서 상기 기본날개(21a, 31a)만이 효율적으로 작동하여 설계대로의 봉입 용적에 의한 운전이 고효율로 달성된다.

한편 운전속도가 증대함에 따라 상기 연장날개(21b, 31b)부의 이것이 대향하는 다른 날개부분과의 사이에서의 냉매의 봉입성이 높아져 가고, 압축행정은 저속운전시에 대한 고속 정도에 따른 과잉공급이 이루어져 외관상의 냉매 토출량이 증가해 가고, 서로의 소용돌이 면끼리가 대향한 연장날개(21b, 31b)에 의해 확대된 압축영역을 경과하면, 상기 저속 운전시의 기본날개(21a, 31a)에 의한 상기 설계 봉입 용적으로 압축되는 것과 거의 동등한 변화를 행하기 때문에, 압축동력의 증가가 작아지고, 저속운전으로부터 고속운전에까지의 넓은 범위에 걸쳐 높은 효율을 얻을 수 있다.

본 제 1 실시예의 1개의 실시예를 나타내면 연장날개의 길이 방향의 길이를, 원궤도 운동의 중심주위의 각도로 45°∼360°의 범위로 설정하는 것과 함께 변위면(21b1, 31b1)의 변위량은 날개의 두께의 3∼20％ 정도가 적당하고, 변위값으로보면 비교적 소형 스크롤 압축기로 일반적인 3mm에 대하여 0.5mm∼0.3mm 정도로 설정하는 것이 적당하다.

이와 같이 한 압축기구(2)의 경우의 저속운전으로부터 고속운전에 도달하는 사이의 체적효율의 변화와, 저속운전시와 고속운전시와의 압력과 압축실 용적의 관계의 차이에 대하여 본 제 1 실시예와 같은 개량하지 않은 종래대로의 구조의 압축기를 비교예로서 나타내면 도 3, 도 4의 (a), (b)에 도시한 바와 같고, (a)에서 도시한 제 1 실시예가 (b)에서 도시한 종래예보다 고속운전시에 봉입 용적이 증대하여 효율이 향상되어 있다.

그밖에도 저속운전시에는 기본날개(21a, 31a)가 형성하는 압축실(41)을 기준보다 작게 설계하여, 그 만큼 기준 운전속도보다 고속으로 운전함으로써 누설손실을 저감할 수 있어 고효율을 실현할 수 있다. 또한 고속운전시에는 연장날개에 의해 대능력, 고효율을 실현할 수 있다. 따라서 소능력으로부터 대능력의 넓은 범위에서 더욱 더 고효율을 실현할 수 있다.

또 본 제 1 실시예에서는 고정 스크롤(20) 및 선회 스크롤(30)의 쌍방의 기본날개(21a, 31a)에 연장날개(21b, 31b)를 설치하였지만, 어느 쪽이나 한쪽이라도 유효하다. 또한 변위면(21b1, 31b1)도 연장날개(21b, 31b)의 측에 반드시 설치할 필요는 없고, 이것과 대향하는 날개의 면에 설치해도 된다. 또한 쌍방에 설치할 수도 있다.

또한 본 제 1 실시예의 다른 실시예로서 도 5에 도시한 바와 같이 상기 변위면(21b1, 31b1)은 연장날개(21b, 31b)의 소용돌이 마지막 단부에 향하는 길이 방향에 날개의 두께가 서서히 얇아지도록 소용돌이 형상에 대하여 슬로프를 갖고 형성할 수 있다. 이에 따라 냉매 토출량의 증대 및 연장날개(21b, 31b)가 운전속도의 고속도가 증가하는 데 비례한 냉매 토출량의 증대가 가능해지고, 또한 고효율화가 도모된다.

또한 다른 실시예로서 변위면(21b1, 31b1)은 도 6에 도시한 바와 같이 연장날개(21b, 31b)의 소용돌이 마지막 단부에 향하는 길이 방향에 1개소 이상의 하강 단차(51)를 갖고 형성되어도 되고, 도중에 단차(51)가 있을수록 연속가공하는 소용돌이면이 줄어들기 때문에 제작하기 쉬운 이점이 있다. 또한 연장날개(21b, 31b)가 형성하는 냉매 흡입역을 확대하기 쉽다.

(제 2 실시예)

본 제 2 실시예는 도 7에 도시하며, 상기 기본날개(21a, 31a) 끼리가 형성하는 한 쌍의 압축실(41a, 41b) 중의, 도 7의 (b)에 도시한 한쪽의 압축실(41a)의 흡입 봉입 용적이 도 7의 (a)에 도시한 다른 쪽의 압축실(41b)의 흡입 봉입 용적보다 작게 하고, 이 용적의 작은 압축실(41a)을 형성하는 제 2 실시예의 날개(21)의 기본날개(21a)에 그 소용돌이 끝위치로부터 그 소용돌이 형상에 따라 다시 연장시킨 도 7의 (a)∼(d)에 사선을 실시하여 도시한 소용돌이 형상의 연장날개(21b)를 설치하여, 이 연장날개(21b)의 내벽 및 이것과 대향하는 다른 날개(31)의 외벽의 적어도 한쪽, 제 2 실시예에서는 연장날개(21b)에 날개의 두께가 얇게 되는 방향으로 변위시킨 변위면(21b1)을 설치한 점에서 제 1 실시예의 경우와 다르다.

이와 같이 고정 스크롤(20) 및 선회 스크롤(30)로 형성되는 한 쌍의 흡입 봉입 용적의 한쪽을 다른 쪽보다 작게 하기 위해서는 고정 스크롤(20) 및 선회 스크롤(30)의 기본날개(21a, 31a)의 소용돌이 마지막 부분의 각도를 작게 설정하면 되고, 이에 따라 선회 스크롤(30)이 선회 구동되어 원궤도 운동하여, 도 7에 도시한 (a)로부터 (d)의 선회상태를 반복한다. 도 7의 (a)에서 흡입 봉입 용적의 큰 압축실(41b)의 압축이 개시되고 있고, 도 7의 (b)에서 흡입 봉입 용적의 작은 압축실 (41a)의 압축이 개시되어 있다. 그리고 점 해칭, 횡선 해칭 및 종선 해칭에 의해 압축실(41a)에서의 냉매의 압축상태를 제 1 실시예의 경우 마찬가지로 도시해 둔다. 이에 따라 압축실(41a)의 부분에서 연장날개(21b)에 의한 제 1 실시예와 같은 작용효과를 얻으면서 상기 용적을 작게 한 만큼 스크롤 압축기의 외경을 작게 할 수 있다.

여기에서 기본날개(21a)의 소용돌이 마지막 부분까지의 길이에 의해 저속운전시에 규정의 봉입 용적을 얻도록 설계해 두면 제 1 실시예에서의 변속운전에 의한 경우와 같은 작용효과도 함께 얻어진다.

(제 3 실시예)

본 제 3 실시예는 도 8의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 제 2 실시예에 나타낸 바와 같은 한 쌍의 압축실(41a, 41b)에 각각 토출 바이패스 포트(61, 62)를 설치하여, 이 토출 바이패스 포트(61, 62)의 위치를 각각 기본날개(21a, 31a)의 소용돌이 끝단에서 날개곡선에 따라 거의 같은 각도가 되도록 해둔다.

이에 따라 토출 바이패스 포트(61, 62)의 위치가 각각 기본날개(21a, 31a)의 소용돌이 마지막 단부로부터 거의 동일 각도로 되어 연장날개의 유무 등에 의해 한쌍의 압축실(41a, 41b)의 압축상태에 도 9에 도시한 바와 같이 시기적, 값적인 차등이 있어도 쌍방의 압력이 거의 동일하게 되는 점에서 바이패스 작용하여 냉매를 토출시키므로, 불필요한 과잉압축 손실을 저감할 수 있다. 이러한 것은 본 제 3 실시예의 바이패스 포트(61, 62)를 제 1 실시예에 적용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(제 4 실시예)

본 제 4 실시예는 도 10의 (a), (b)에 2개의 실시예를 도시한 바와 같이 연장날개(21b)의 소용돌이 마지막 부분의 근방에 흡입 포트(40)를 설치해둔다. 또 도 10의 (a)는 고정 스크롤(20)의 연장날개(21b)가 실질적으로 연장날개인 21b에 변위면(31b1)을 설치하여, 도 10의 (b)는 고정 스크롤(20)의 연장날개(21b)의 E점 이후에 설치하는 변위면(21b1)을 연장날개(21b)와 대향하는 선회 스크롤(30)의 날개 (31)의 외벽에 설치한 실시예를 나타내고 있다.

어느 쪽의 실시예의 경우도 한 쌍의 흡입 봉입부 중, 한쪽의 봉입부(41c) 즉 연장날개(21b)에서 봉입되는 쪽은 고속운전시에 실질적인 압축영역으로 되는 부분 (41d)이 흡입 포트(40)에 거의 직접적으로 통하므로, 흡입과정에서의 냉매가 압축열이 전달되어 있는 날개벽면에 접하여 가열되는 일이 없고 냉매의 열팽창에 의한 체적효율의 저하를 방지할 수 있다.

(제 5 실시예)

본 제 5 실시예는 도 11에 도시한 바와 같이 제 4 실시예에서 나타낸 것과 마찬가지인 고정 스크롤(20)의 경판(22)의 연장날개(21b)가 설정되는 부분의 면에복수개의 급유 포트(71, 72)를 설치하여, 이 급유 포트(71, 72)의 통로면적이 상기 연장날개(21b)의 개시측에서 압축실(41e)에 임하는 쪽이 다른 쪽에 비하여 커지도록 되어 있다.

이에 따라 연장날개(21b)의 봉입부에 의한 압축실(41e)측으로의 급유량이 많고, 기름의 시일효과가 높아짐으로써 냉매의 누설을 방지하여 과잉공급의 효과를 증가시키므로 더욱 더 고효율화를 도모할 수 있다.

(제 6 실시예)

본 제 6 실시예는 도 12에 도시한 바와 같이 고정 스크롤(20) 및 선회 스크롤(30)의 날개(21, 31)의 적어도 한쪽, 본 제 6 실시예에서는 선회 스크롤(30)의 날개(31)의 세워진 끝에 칩 시일(81)을 설치하여, 이 칩 시일(81)의 종료위치를 그 연장날개(31b)의 종료위치 근방, 또는 이것에 대향하는 연장날개(21b)의 종료위치근방으로 되어 있다.

이에 따라 칩 시일(81)이 연장날개(21b, 31b)의 소용돌이 끝근방까지 위치하고 있는 것에 의해, 고속운전 정도에 맞추어 연장날개(21b, 31b)가 효과적으로 작동할 때의 냉매의 가로방향 누설을 적게 하여 고효율화를 도모할 수 있다. 본 제 6 실시예의 시일 구조와 제 5 실시예의 급유구 구조를 병용하여 냉매누설을 더욱 더 방지함으로써 고효율화를 도모할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 가변속에 의해 소능력으로부터 대능력까지의 넓은 범위에 걸쳐 효율적으로 운전할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다.

Claims

소용돌이 형상의 기본날개가 경판상에 세워진 고정 스크롤과, 상기와 거의 같은 소용돌이 형상의 기본날개가 경판상에 세워진 선회 스크롤을 맞물리게 하여 쌍방간에 복수의 압축실을 형성하고, 선회 스크롤을 자전시키지 않고 고정 스크롤에 대하여 속도가변으로 원궤도 운동시키도록 하는 스크롤 압축기에 있어서,

상기 기본날개끼리는 냉동공조기기의 저속운전에서 요구되는 소정의 성능을 달성하기 위한 압축비를 실현하는 소용돌이 길이를 갖고, 각 기본날개의 적어도 한쪽에 그 소용돌이 마지막 위치로부터 그 소용돌이 형상에 따라 다시 연장시킨 연장날개를 설치하며, 이 연장날개의 내벽 및 이것과 대향하는 다른 날개의 외벽의 적어도 한쪽에 날개의 두께가 얇아지는 방향으로 변위시킨 변위면을 설치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
소용돌이 형상의 기본날개가 경판상에 세워진 고정 스크롤과, 상기와 거의 같은 소용돌이 형상의 기본날개가 경판상에 세워진 선회 스크롤을 맞물리게 하여 쌍방간에 복수의 압축실을 형성하고, 선회 스크롤을 자전시키지 않고 고정 스크롤에 대하여 속도가변으로 원궤도 운동시키도록 하는 스크롤 압축기에 있어서,

상기 기본날개끼리가 형성하는 한 쌍의 압축실의 흡입 봉입 용적의 한쪽을 다른 쪽보다 작게 하고, 이 용적이 작은 압축실을 형성하는 기본날개에 그 소용돌이 마지막 위치로부터 그 소용돌이 형상에 따라 다시 연장시킨 연장날개를 설치하며, 이 연장날개의 내벽 및 이것과 대향하는 다른 날개의 외벽의 적어도 한쪽에 날개의 두께가 얇아지는 방향으로 변위시킨 변위면을 설치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1항에 있어서,

상기 흡입 봉입 용적이 다른 한 쌍의 압축실에 각각 토출 바이패스 포트를 설치하고, 이 토출 바이패스 포트의 위치를 각각 기본날개의 소용돌이 마지막 단부로부터 선회 스크롤의 날개곡선에 따른 거의 같은 각도로 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 2항에 있어서,

상기 흡입 봉입 용적이 다른 한 쌍의 압축실에 각각 토출 바이패스 포트를 설치하고, 이 토출 바이패스 포트의 위치를 각각 기본날개의 소용돌이 마지막 단부로부터 선회 스크롤의 날개곡선에 따른 거의 같은 각도로 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1항에 있어서,

연장날개의 소용돌이 마지막 부분의 근방에 흡입 포트를 설치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 2항에 있어서,

연장날개의 소용돌이 마지막 부분의 근방에 흡입 포트를 설치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1항에 있어서,

상기 변위면은 연장날개의 소용돌이 마지막 단부를 향하는 길이 방향에 날개의 두께가 서서히 얇아지도록 소용돌이 형상에 대하여 슬로프를 갖게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 2항에 있어서,

상기 변위면은 연장날개의 소용돌이 마지막 단부를 향하는 길이 방향에 날개의 두께가 서서히 얇아지도록 소용돌이 형상에 대하여 슬로프를 갖게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1항에 있어서,

변위면은 연장날개의 길이 방향으로 원활하게 연속하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 2항에 있어서,

변위면은 연장날개의 길이 방향으로 원활하게 연속하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1항에 있어서,

변위면은 연장날개의 소용돌이 마지막 단부를 향하는 길이 방향에 1개소 이상의 하강 단차를 갖게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 2항에 있어서,

변위면은 연장날개의 소용돌이 마지막 단부를 향하는 길이 방향에 1개소 이상의 하강 단차를 갖게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1항에 있어서,

연장날개의 길이 방향의 길이를 날개곡선에 따른 각도로 45°∼360°의 범위로 설정하는 것과 함께 변위면의 변위량은 날개 두께의 3∼20％로 설정하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기
제 2항에 있어서,

연장날개의 길이 방향의 길이를 날개곡선에 따른 각도로 45°∼360°의 범위로 설정하는 것과 함께 변위면의 변위량은 날개 두께의 3∼20％로 설정하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기
제 1항에 있어서,

연장날개를 가진 고정 스크롤 및 선회스크롤의 적어도 한쪽의 날개의 세워진 단면에 설치한 칩 시일의 종료위치를 연장날개의 종료위치 근방, 또는 이것에 대향하는 다른 날개의 종료위치 근방으로 하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 2항에 있어서,

연장날개를 가진 고정 스크롤 및 선회스크롤의 적어도 한쪽의 날개의 세워진 단면에 설치한 칩 시일의 종료위치를 연장날개의 종료위치 근방, 또는 이것에 대향하는 다른 날개의 종료위치 근방으로 하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1항에 있어서,

고정 스크롤의 경판의 연장날개가 설치되어 있는 부분의 면에 복수개의 급유 포트를 설치하여, 이 급유 포트의 통로면적이 상기 연장날개의 개시측에서 압축실에 임하는 쪽을 다른 쪽보다 커지도록 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 2항에 있어서,

고정 스크롤의 경판의 연장날개가 설치되어 있는 부분의 면에 복수개의 급유 포트를 설치하여, 이 급유 포트의 통로면적이 상기 연장날개의 개시측에서 압축실에 임하는 쪽을 다른 쪽보다 커지도록 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.