KR100435925B1

KR100435925B1 - 가변용량형구조를갖는스크롤식압축기

Info

Publication number: KR100435925B1
Application number: KR1019970019659A
Authority: KR
Inventors: 기요시 데라우찌; 시게미 시미즈; 아끼요시 히가시야마; 아끼히로 가와노
Original assignee: 산덴 가부시키가이샤
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 2004-09-08
Also published as: US5993177A; EP0809032A1; DE69716812D1; CN1168901C; KR970075374A; DE69716812T2; JPH09310688A; CN1170087A; EP0809032B1; BR9703362A

Abstract

고정 스크롤(8)이 끝판(8b)을 갖고 나선 베인(8a)이 상기 끝판에 고정되며 이동스크롤(5)에 연계되어 그 내부에 한쌍의 작업공간을 한정하는 스크롤식 압축기에 있어서, 고정 스크롤의 끝판은 고정 스크롤의 끝판내에 형성된 바이패스 홀(15a, 15b)을 경유하여 각각이 작업공간과 연결되는 한 쌍의 실린더를 형성한다. 각 실린더에서 원통형 피스톤 밸브부재(10)는 바이패스 홀을 개방 및 폐쇄하기 위하여 미끄럼 가능하게 수용되어 있다. 각 바이패스 홀의 개방 또는 폐쇄는 대응 바이패스 홀과 관련하여 피스톤 밸브부재의 축선 끝단의 위치에 따라 결정된다.

Description

가변용량형 구조를 갖는 스크롤식 압축기{SCROLL TYPE COMPRESSOR WITH IMPROVED VARIABLE DISPLACEMENT MECHANISM}

본 발명은 예를 들어 자동차 에어콘에 사용되는 냉매 압축기로써 가변용량형스크롤식 압축기에 관한 것으로, 특히 스크롤식 압축기의 가변용량형 구조에 관한 것이다.

예를 들어, 스크롤식 압축기의 가변용량형 구조는 일본 실용신안 공보 제 1989-162094호 및 일본 특허공보 제 1993-280476호에 개시되어 있다.

상기 실용신안 공보 제 1989-162094호에서, 각기 바이패스 홀과 연결된 한 쌍의 실린더가 고정 스크롤의 끝판에 구비되어 있고, 중공 밸브부재는 바이패스 홀의 개폐를 위하여 실린더 각각의 내부에 미끄럼 가능하게 수용되어 있다. 밸브부재의 중간부에 형성된 홀이 가장 안쪽 바이패스 홀과 일치되는 위치로 밸브를 이동시킴으로써 가장 안쪽 바이패스 홀의 개방은 이루어진다. 가장 안쪽 바이패스 홀이 개방되었을 때, 냉매가스는 가장 안쪽 바이패스 홀, 밸브부재 홀 및 밸브부재의 중공 내부를 지나 흡입측으로 전달된다.

한편, 상술한 특허공보 제 1993-280476호 공보에서, 바이패스 홀과 연결된 한 실린더는 고정 스크롤의 끝판에 구비되어 있고, 밸브부재는 바이패스 홀의 개폐를 위하여 실린더의 내부에 미끄럼 가능하게 수용되어 있다. 가장 안쪽 바이패스 홀의 개방은 가장 안쪽 바이패스 홀을 지나기 위하여 실린더내에서 밸브부재를 가장 안쪽 바이패스 홀 위치로 이동시킴으로써 이루어진다.

상술한 실용신안 공보 제 1989-162094호 공보에서, 실린더의 직경은 밸브부재의 중공 내부 직경과 밸브부재의 벽들의 두께의 합이어야 한다. 더욱이, 실린더내에서 밸브부재가 회전하는 것이 가능하므로, 가장 안쪽 바이패스 홀과 밸브부재 홀의 일치가 보장되지 않는다. 밸브부재의 회전을 고려하면, 밸브부재 홀과 연결된 환상홈은 밸브부재의 외곽 원주상에 있을 필요가 있다. 환상홈의 제공은 밸브부재의 벽들의 두께를 증가시킴으로써 이로 인한 밸브부재의 직경이 증가되고 따라서 실린더의 직경을 증가시킨다. 따라서, 고정 스크롤의 끝판의 두께가 증가되고, 압축기의 축방향 길이와 무게를 더욱 증가시킨다.

한편, 상술한 특허공보 제 1993-280476호에 공보에서, 냉매가스를 바이패스 홀들을 경유하여 전달하기 위하여 오직 한 실린더만이 제공되어 있으며 한편, 한 쌍의 초승달 모양의 밀봉된 작업공간이 압력챔버로써 형성되어 있다. 따라서, 실린더를 경유하는 냉매가스의 유동율이 증가되어 그에 따른 큰 압력손실을 야기한다. 압축기의 감소된 가변 작업 동안 필요한 동력을 낮추기 위하여, 실린더에서 압력손실을 줄이는 것이 필요하므로 실린더를 보다 큰 구멍으로 설계해야 한다. 따라서, 전자의 공보와 같이, 고정 스크롤 끝판의 두께가 증가되므로 압축기의 축방향 길이와 무게를 더욱 증가시킨다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변용량형 스크롤식 압축기의 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 압축기중 고정 스크롤의 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 구동축 2 : 전면 하우징

5 : 이동 스크롤 5a : 나선베인

5b : 끝판 8 : 고정 스크롤

8a : 나선베인 8b : 끝판

10 : 피스톤 밸브부재 11 : 원통형 밸브 스토퍼

13 : 실린더 14 : 작업 공간

15a, 15b : 바이패스 홀 16 : 흡입 챔버

따라서, 본 발명의 목적은 고정 스크롤 끝판의 두께를 보다 작게 해서 무게 및 축방향 길이가 작은 개선된 가변용량형 스크롤식 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 뒤따르는 설명에 의하여 분명해질 것이다.

본 발명의 한 형상에 따르면, 끝판과 상기 끝판의 주된 표면(principal surface)에 수직한 소정의 축선 둘레로 상기 주된 표면을 따라 연장하는 나선베인을 가지는 고정 스크롤로서, 상기 끝판이 상기 소정의 축선 양측 각각에서 상기 주된 표면과 평행하게 연장하는 한 쌍의 실린더와, 상기 주된 표면과 상기 실린더들을 연결하는 한 쌍의 바이패스 홀로 형성되어 있고, 상기 실린더 각각들이 흡입챔버와 연결되어 있는 고정 스크롤과, 상기 실린더내에 미끄럼 가능하게 제각기 수용되어 있는 밸브 부재로서, 상기 밸브 부재 각각이 상기 밸브부재 각각의 한 끝단과 대응 바이패스 홀 사이의 상대적인 위치에 따라 상기 바이패스 홀의 개방 또는 폐쇄를 결정하는 한 쌍의 밸브부재와, 상기 주된 표면 및 상기 나선베인과 협력하여, 상기 소정의 축선 양 측면에 각각 위치하며 상기 흡입챔버로부터 유체를 도입하는 한 쌍의 작업공간을 형성하도록 상기 고정 스크롤에 결합되어 있는 이동 스크롤과, 상기 소정의 축선방향으로 상기 나선베인을 따라 상기 작업공간이 움직임에 따라 상기 각 작업공간을 줄이도록 상기 이동 스크롤을 구동하기 위하여 상기 이동스크롤에 연결된 스크롤 구동수단과, 그리고 상기 밸브부재들이 상기 실린더내에서 가변하도록 상기 밸브부재에 작동가능하게 연결된 밸브 가변수단을 포함하는 스크롤식 압축기가 제공된다.

본 발명의 또 다른 면에 따르면, 끝판과 상기 끝판에 고정된 나선베인을 갖는 고정 스크롤과, 끝판과 상기 끝판에 고정된 나선베인을 갖고, 상기 고정 스크롤과 맞물려 그 사이로 흡입 챔버로부터 유체가 흡입되어 압축되어질 한 쌍의 작업공간을 형성하는 이동 스크롤과, 상기 고정 스크롤의 끝판에 구비되고, 각각이 개방 끝단에서 상기 흡입챔버에 개방되는 한 쌍의 실린더와, 상기 실린더 각각에 대응하여 상기 고정 스크롤의 상기 끝판에 구비되어 있으며 상기 실린더 각각을 상기 작업 챔버와 연결시키는 한 쌍의 바이패스 홀과, 그리고 상기 실린더중 대응하는 실린더내에 각각 미끄럼 가능하게 수용된 한 쌍의 밸브부재로서, 상기 실린더의 상기 개방 끝단에 위치한 밸브부재의 일 끝단이 상기 바이패스 홀을 지날 때까지 상기 실린더의 상기 개방 끝단과 반대쪽의 상기 실린더의 다른 끝단을 향해 이동 가능하고, 상기 바이패스 홀에 대해서 상기 밸브부재의 상기 일 끝단의 위치에 따라 상기 바이패스 홀 각각의 개방 또는 폐쇄가 결정되어지는 밸브 부재를 포함하는 스크롤식 압축기가 제공된다.

(발명의실시의형태)

도 1 및 도 2에 관하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따라 스크롤식 압축기에 관하여 설명이 이루어진다.

부재번호 1은 크랭크부(1a)를 갖는 구동축을 나타낸다. 부재번호 2는 베어링(3, 4)을 통해서 구동축(1)을 회전가능하게 지지하는 깔때기 형상의 전면하우징을 나타낸다. 부재번호 5는 거의 약 2.5회전을 하는 나선베인(소용돌이 형상의 벽)(5a) 및 서로 일체로 형성된 원형의 끝판(5b)을 갖는 이동 스크롤을 나타낸다. 이동 스크롤(5)은 니들 베어링(6)을 경유하여 구동축(1)의 크랭크부(1a)에 회전가능하게 연계되어 있다. 더욱이, 이동 스크롤(5)과 전면 하우징(2)사이에는 다수의 볼(7)과 대응되는 원형홈의 결합으로 이루어진 소위 회전 방지구조가 제공되어 있다.

부재번호 8은 이동스크롤(5)과 같이 거의 약 2.5회전을 하는 나선베인(소용돌이 형상의 벽)(8a) 및 서로 일체로 형성된 원형의 끝판(8b)을 갖는 고정 스크롤을 나타낸다. 나선베인(8a)은 소정의 축선둘레로 원형의 끝판(8b)의 주된 표면을 따라 수직으로 연장되어 있다. 부재번호 9는 내부에서 흡입챔버(16)를 한정하고 입구와 출구(도시 안됨)를 갖는 컵형상의 케이싱 또는 후면 하우징을 나타낸다. 케이싱(9)은 전면 하우징(2)과 고정 스크롤(8)과 함께 볼트삽입홀(9a)내로 삽입되어지는 볼트(도시안됨)에 의하여 고정된다.

구동축(1)이 회전할 때, 이동 스크롤(5)은 그 축선에 대한 회전없이 궤도운동을 한다. 이동 스크롤(5)이 궤도운동을 하는 동안 흡입챔버(16)의 냉매가스는 고정 스크롤(8)과 이동스크롤(5)의 나선베인(8a, 5a)에 의하여 형성되는 다수의 밀봉된 작업공간(14)내에 막혀 있고, 그리고 작업공간(14)은 나선베인(8a)을 소정의 축선을 향해 움직임에 따라, 막힌 냉매가스를 압축하기 위하여 그 체적이 감소된다. 구동축(1)은 스크롤 구동장치로 언급된다.

압축기는 고정 스크롤(8)의 끝판(8b)내에서 작동되고 한 쌍의 피스톤 밸브부재(10)를 포함하는 가변구조를 갖고 있다. 각 피스톤 밸브부재(10)는 중실(Solid)형 실린더이다. 피스톤 밸브부재(10)는 고정 스크롤(8)의 끝판(8b)내에 각각 형성된 대응 실린더(13)내에서 미끄럼 가능하게 수용되어 있다. 실린더(13) 각각은 실린더(13)와 끝판(8b)의 주된 표면사이에 연장하도록 고정 스크롤(8)의 끝판(8b)내에 형성된 제 1 및 제 2 바이패스 홀(15a, 15b)을 통해 작업공간(14)과 통해 있다. 실린더(13) 각각은 끝판(8b)의 주위 면에 있는 흡입챔버(16)에 개방된다.

앞으로, 피스톤 밸브부재(10)들 중 하나에 대해서만 설명하도록 하겠다. 피스톤 밸브부재(10)가 도 1 및 도 2에 나타난 위치 즉 바이패스 홀(15a, 15b)이 모두 개방된 위치로부터 실린더(13)의 개방측을 향해 움직일 때, 바이패스 홀(15b, 15a)은 피스톤 밸브부재(10)에 의하여 제대로 폐쇄된다. 실린더(13)의 개방측에 위치한 피스톤 밸브부재(10)의 축선 한쪽 끝단이 바이패스 홀(15b)을 지날 때까지 개방 피스톤 밸브부재(10)는 개방측과 반대쪽인 실린더(13)의 가장 안쪽 측면을 향해 움직일 수 있도록 배치되어 있다. 따라서, 각 바이패스 홀(15a, 15b)의 개방 또는 폐쇄는 대응 바이패스 홀(15a, 15b)과 관련하여 앞서 말한 피스톤 밸브부재(10)의 축선 끝단의 위치에 따라 결정된다.

부재번호 11은 실린더(13)내에서 피스톤 밸브부재(10)의 스트로크를 주어진 값으로 조정하기 위한 실린더(13)의 개방측에 고정된 소경(小徑) 원통형 밸브 스토퍼를 나타낸다. 코일 스프링(12)은 스프링부재로 만들어져 있고, 피스톤 밸브부재(10)를 실린더(13)의 가장 안쪽 측면으로 즉 바이패스 홀(15a, 15b)이 모두 개방된 도 1 및 도 2중에 도시된 피스톤쪽으로 편향시키기 위하여 밸브 스토퍼(11)와 피스톤 밸브부재(10) 사이에 구비되어 있다.

실린더(13)의 가장 안쪽 측면을 통해서 압력 전달경로(17) 및 압력 전달경로(17)내에 삽입된 압력조절기구(18)가 흡입챔버(16)에 연결되어 있다. 압력조절기구(18)는 선행기술로 알려진 방식으로 흡입챔버(16)의 압력에 반응하여 실린더(13)의 가장 안쪽 측면의 압력을 조절하기 위한 것이다.

실린더(13)의 가장 안쪽 측면의 압력은 피스톤 밸브부재(10)를 실린더내의 소정의 방향으로 가압시킨다. 한편, 스프링(12)은 피스톤 밸브부재(10)를 소정의 방향에 대항하여 가압시킨다. 압력 전달경로(17) 및 압력 조절기구(18)의 조합물은 제 1 가압수단로서 언급되어진다. 스프링(12)은 제 2가압수단로서 언급되어진다.

이와 같이 구성된 가변용량형 스크롤식 압축기에서, 피스톤 밸브부재(10)가 실린더(13)의 가장 안쪽 측면에 위치하고 있는 동안, 즉 바이패스 홀(15a, 15b)이 모두 개방되는 위치에서 압축은 일어나지 않는다. 한편, 바이패스 홀(15b, 15a)을 제대로 폐쇄하기 위하여 피스톤 밸브부재(10)를 실린더(13)의 개방측을 향해 움직임으로써 작업공간의 수는 증가하여 결과적으로 압축기의 용량을 증가시킨다. 그 결과, 제 2바이패스 홀(15b)은 제 1바이패스 홀(15a)의 각각의 크기보다 작은 크기를 갖는 추가적인 바이패스 홀로 언급되어진다.

앞서의 바람직한 실시예에서, 가변구조를 형성하는 실린더(13)는 압축기의 축선길이를 줄이기 위하여 고정 스크롤(8)의 끝판(8b)에 형성되어 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 구조에 한정되지 않을 뿐만 아니라 분리식으로 준비된 실린더들이 끝판(8b)의 표면에 고정된 구조에도 적용될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 각 바이패스 홀(15a, 15b)의 개방 또는 폐쇄가 대응 바이패스 홀(15a, 15b)과 관련하여 앞서 말한 피스톤 밸브부재(10)의 축선 끝단의 위치에 따라 결정되기 때문에, 피스톤 밸브 부재를 중공으로 형성할 필요가 없다. 더욱이, 실린더(13)는 쌍으로 제공되기 때문에, 실린더(13) 각각의 직경이 작아도 압력손실을 줄일 수 있다. 따라서, 각 피스톤 밸브부재(10)의 직경 및 그에 따른 실린더(13) 각각의 직경은 감소될 수 있다. 이것으로 고정 스크롤(8)의 끝판(8b)의 두께를 줄일 수 있어서, 감소된 축선길이, 크기, 및 중량을 갖는 압축기를 제공할 수 있다.

더욱이, 피스톤 밸브부재(10)를 중실 및 원통형으로 형성함으로써, 피스톤 밸브부재(10)는 제작단가를 쉽게 줄이면서 제작될 수 있다.

비록 본 발명이 지금까지 하나의 실시예와 관련되어 설명되어졌지만, 본 발명을 다양한 실시예로 적용하는 것은 당해 기술분야의 당업자에게 용이한 것이다. 예를 들어, 고정스크롤의 끝판에는 3개 또는 그 이상의 바이패스 홀이 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 각 피스톤 밸브부재(10)의 직경 및 그에 따른 실린더(13) 각각의 직경은 감소될 수 있다. 이것은 고정 스크롤(8)의 끝판(8b)의 두께를 줄일 수 있기 때문에, 감소된 축선길이, 크기, 및 중량을 갖는 압축기를 제공한다. 더욱이, 피스톤 밸브부재(10)를 중실 및 원통형으로 형성함으로써, 피스톤 밸브부재(10)는 제작단가를 쉽게 줄이면서 제작될 수 있다.

Claims

끝판과 상기 끝판의 주된 표면에 수직한 소정의 축선 둘레로 상기 주된 표면을 따라 연장하는 나선베인을 가지는 고정 스크롤로서, 상기 끝판이 상기 소정의 축선 양측 각각에서 상기 주된 표면과 평행하게 연장하는 한 쌍의 실린더와, 상기 주된 표면과 상기 실린더들을 연결하는 한 쌍의 바이패스홀로 형성되어 있고, 상기 실린더 각각들이 흡입챔버와 연결되어 있는 고정 스크롤,

상기 실린더내에 미끄럼 가능하게 제각기 수용되어 있는 밸브 부재로서, 상기 밸브 부재 각각이 상기 밸브부재 각각의 한 끝단과 대응 바이패스 홀 사이의 상대적인 위치에 따라 상기 바이패스 홀의 개방 또는 폐쇄를 결정하는 한 쌍의 밸브부재,

상기 주된 표면 및 상기 나선베인과 협력하여, 상기 소정의 축선 양 측면에 각각 위치하며 상기 흡입챔버로부터 유체를 도입하는 한 쌍의 작업공간을 형성하도록 상기 고정 스크롤에 결합되어 있는 이동 스크롤,

상기 소정의 축선 방향으로 상기 나선베인을 따라 상기 작업공간이 움직임에 따라 상기 각 작업공간을 줄이도록 상기 이동 스크롤을 구동하기 위하여 상기 이동스크롤에 연결된 스크롤 구동수단, 및

상기 밸브부재들이 상기 실린더내에서 가변하도록 상기 밸브부재에 작동가능하게 연결된 밸브 가변수단을 포함하는 스크롤식 압축기.
제 1항에 있어서, 상기 밸브 부재 각각은 중실체인 스크롤식 압축기.
제 1항에 있어서, 상기 밸브 가변수단 각각은,

상기 흡입챔버의 압력에 반응하여 상기 실린더 각각 내에서 소정의 방향으로 상기 밸브 부재 각각을 가압시키기 위해 상기 흡입챔버 및 상기 밸브 부재 각각에 연결되어 있는 제 1가압수단,

상기 밸브 부재 각각을 상기 소정의 방향에 대항하여 가압시키기 위해 상기 끝판과 상기 밸브 부재 각각에 연결되어 있는 제 2가압수단을 포함하는 스크롤식 압축기.
제 3항에 있어서, 상기 제 2가압수단은 스프링부재로 만들어진 코일 스프링인 스크롤식 압축기.
제 3항에 있어서, 상기 밸브부재들을 상기 소정의 방향으로 각각 움직이도록 제한하기 위해 상기 끝판에 연결된 한 쌍의 밸브 스토퍼를 더 포함하는 스크롤식 압축기.
제 1항에 있어서, 상기 끝판에는 상기 실린더를 상기 주된 표면에 연결하는 한 쌍의 추가적인 바이패스 홀이 더 형성되어 있고, 상기 추가적인 바이패스 홀 각각은 상기 소정의 축선상에서 첫 번째로 언급된 각 바이패스 홀 각각과 다른 위치에 놓인 스크롤식 압축기.
제 6항에 있어서, 상기 추가적인 바이패스 홀 각각은 상기 첫 번째로 언급된 각 바이패스 홀 각각과 다른 크기를 갖는 스크롤식 압축기.
끝판과 상기 끝판에 고정된 나선베인을 갖는 고정 스크롤,

끝판과 상기 끝판에 고정된 나선베인을 갖고, 상기 고정 스크롤과 맞물려 그 사이로 흡입 챔버로부터 유체가 흡입되어 압축되어질 한 쌍의 작업공간을 형성하는 이동 스크롤,

상기 고정 스크롤의 끝판에 구비되고, 각각이 개방 끝단에서 상기 흡입챔버에 개방되는 한 쌍의 실린더,

상기 실린더 각각에 대응하여 상기 고정 스크롤의 상기 끝판에 구비되어 있으며 상기 실린더 각각을 상기 작업 챔버와 연결시키는 한 쌍의 바이패스 홀, 및

상기 실린더중 대응하는 실린더내에 각각 미끄럼 가능하게 수용된 한 쌍의 밸브부재로서, 상기 실린더의 상기 개방 끝단에 위치한 밸브부재의 일 끝단이 상기 바이패스 홀을 지날 때까지 상기 실린더의 상기 개방 끝단과 반대쪽의 상기 실린더의 다른 끝단을 향해 이동 가능하고, 상기 바이패스 홀에 대해서 상기 밸브부재의 상기 일 끝단의 위치에 따라 상기 바이패스 홀 각각의 개방 또는 폐쇄가 결정되어지는 밸브 부재를 포함하는 스크롤식 압축기.