KR100438087B1 - 축방향의밀봉판을구비한스크롤형유체변위장치 - Google Patents

축방향의밀봉판을구비한스크롤형유체변위장치 Download PDF

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Abstract

스크롤형 유체 변위 장치는 원형 단부판과, 상기 원형 단부판의 축단부면으로부터 연장해 있는 스파이럴 부재를 갖는 한 쌍의 스크롤을 포함한다. 인벌루트 슬릿은 인벌루트 판 내에 형성된다. 스파이럴 부재는 인벌루트 슬릿내에 삽입되므로 인벌루트 판 및 축단부 판은 또다른 부분에 인접해 있다. 인벌루트 슬릿은 내부 모서리, 외부 모서리 및 외부 모서리와 내부 모서리를 결합하는 중심 모서리를 포함한다. 제 1 방사상 틈은 중심 모서리와 스파이럴 부재의 방사상 단부 사이에서 형성된다. 제 1 방사상 틈은 내부 모서리 및 외부 모서리와 스파이럴 부재의 방사상 단부 사이에 형성된 제 2 방사상 틈보다 더 크다. 내부 모서리 및 외부 모서리의 제 1 부분은 만일 스파이럴 부재의 단부가 스파이럴 부재의 다른 부분보다 열적으로 더 팽창하더라도 스파이럴 부재의 단부가 접촉하지 않도록 방지된다.

Description

축방향의 밀봉판을 구비한 스크롤형 유체 변위 장치
본 발명은 스크롤형 유체 변위 장치(scroll type fluid displacement apparatus)에 관한 것이고, 더욱 상세히 설명하면, 스크롤형 유체 압축기에 사용되는 스크롤에 대한 축 밀봉판에 관한 것이다.
스크롤형 유체 변위 장치는 종래의 기술에 이미 공지되어 있다. 예를 들어, 출원인 "크레욱스(Creux)"에 의해 등록된 미합중국 특허 제 801,182호는 단부판과 상기 단부판으로부터 연장하는 스파이로이덜(spiroidal) 또는 인벌루트 스파이럴 부재를 각각 갖는 2개의 스크롤 부재를 포함하는 스크롤형 유체 변위 장치의 기본 구조를 나타낸다. 스크롤은 각을 이루며 방사상으로 오프셋(offset)되어 유지되므로, 두 스파이럴 부재는 그들의 스파이럴 곡선형 표면 사이에서 다수의 선 접촉부를 형성하고 밀봉되어, 한 쌍 또는 그 이상의 유체 포킷을 한정시키기 위하여 끼워 넣어진다(interfit). 두 스크롤 축의 상대 공전 운동(relative orbital motion)은 스파이럴 곡선형 표면을 따라 선접촉을 전이(shift)시켜, 결과적으로 유체 포킷 내의 체적을 변화시킨다. 유체 포킷의 체적은 공전 운동의 방향에 따라 증가하거나 감소한다. 따라서, 스크롤형 유체 변위 장치는 유체를 압축, 팽창 또는 펌핑하는 작업에 적용할 수 있다.
종래의 피스톤형 압축기와 비교하면, 스크롤형 압축기는 부품 수가 보다 적고, 유체를 연속적으로 압축한다는 것과 같은 어떤 이점을 갖는다. 그러나, 스크롤형 압축기가 갖는 문제점 중 하나는 유체 포킷을 밀봉하기 어렵다는 점이다. 유체 포킷의 축방향 및 방사상 밀봉은 효과적인 작동을 이루기 위해서 스크롤형 압축기 내에 유지되어야 한다. 유체 포킷은 끼워져 있는 스파이럴 부재 사이에서의 선 접촉부에 의해, 그리고 한 스파이럴 부재의 축단부면과 마주하는 판(facing plate)의 내측 단부면 사이의 축방향 접촉부에 의해 형성된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술로서 어느 한 밀봉장치가 도시되어 있는데, 이는 강(steel)으로 이루어지고 내부에 슬릿(151)을 구비한 인벌루트 밀봉판(seal plate, 51)을 포함한다. 인벌루트 밀봉판(51)은 하나 또는 그 이상의 스크롤(27 또는 28)의 단부판의 단부면 상에 배치된다. 슬릿(151)은 스크롤(27)의 스파이럴 부재(272) 상에서 형성된다. 인벌루트 밀봉판(51)은 다른 스크롤의 스파이럴 부재의 축방향 단부면과 마주한다. 일정한 폭의 틈(G)은 인벌루트 밀봉판의 방사형 단부와 스파이럴 부재의 방사형 단부 사이에서 형성되고 스파이럴 부재의 전단부로 부터 말단부까지 연장된다.
통상적으로 알루미늄 합금과 같은 경량 합금으로 구성된 끼워맞춤식 스파이럴 부재는, 유체가 압축기의 중심으로 이동하는 경우의 압력증가 및 체적감소로 인하여 발생되는 수 개의 온도구역에 영향을 받는다. 최대 온도는 압축기의 중심에서 일어나는데, 이는 이 포킷이 최소의 체적 및 최대의 압력을 갖기 때문이다. 이것은 다른 어떤 부분에서보다도 스파이럴 부재의 중심에서 더 큰 열팽창을 일으킨다. 통상적으로 알루미늄 합금의 열팽창 효과는 강(steel)의 열팽창 효과보다 더 크기 때문에, 온도로 인하여 받는 영향은 강의 경우보다 알루미늄의 경우가 더 클 것이다. 스파이럴 부재의 중심이 열적으로 팽창하는 경우, 외부 방사상 부분보다 인벌루트 밀봉판의 중심에서 더 큰 응력(stress)을 받게 된다. 결과적으로, 스파이럴 부재의 중심은 손상 및 결함을 갖게 된다.
종래 유체 변위 장치에 있어서, 이들 및 다른 문제점들은 다음의 바람직한 실시예에 의해 다루어지도록 한다.
본 발명의 목적은 스크롤의 비정상적인 마모 및 손상을 방지하는 축 밀봉판을 갖는 유체 변위 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 길고 실용적인 수명을 갖는 유체 변위 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따라, 스크롤형 유체 변위 장치는 한 쌍의 스크롤을 포함하는데,이들의 각각은 원형 단부판을 가지며, 상기 원형 단부판의 축단부면으로부터 연장되는 스파이럴 부재를 구비한다. 스크롤은 스파이럴 곡면 사이에 다수의 선접촉을 형성하기 위해 각을 이루며 방사상으로 오프셋(angular and radial offset)되어 유지되는데 상기 스파이럴 곡면은 유체 포킷을 형성한다. 구동장치는 상기 스크롤 중 어느 하나에 작동상 연결되어, 다른 스크롤에 대하여 상대 공전 운동을 실행하고, 그리하여 유체 포킷의 체적을 변화시킨다. 인벌루트 슬릿은 인벌루트 판(involute plate) 상에 형성된다. 상기 인벌루트 판은 맞은편의 스파이럴 부재의 축단부면에의해 접촉된 영역(area)을 덮기 위해, 각각의 원형 단부판의 축단부면 상에 배치된다. 상기 인벌루트 슬릿은 내부 모서리, 외부 모서리 및 중심 모서리를 포함한다. 제 1 방사상 틈은 중심 모서리와 스파이럴 부재의 방사상 단부 사이에 형성된다. 제 1 방사상 틈은 내부 및 외부 모서리와 스파이럴 부재의 방사상 단부 사이에 형성된 제 2 방사상 틈보다 더 크다.
본 발명의 또다른 목적, 특징 및 다른 양상은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 다음 상세한 설명으로부터 이해가 될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 스크롤형 냉각 압축기의 스크롤 정면도.
도 2는 종래 기술에 따른 스크롤형 냉각 압축기의 인벌루트 판 부재의 정면도.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 스크롤형 냉각 압축기의 수직 종단면도.
도 4는 원형의 인벌루트의 특성을 도시한 도안.
도 5는 스크롤의 인벌루트 랩의 기본 특성을 도시한 두 인벌루트의 도안.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 인벌루트 판 부재의 형상을 도시한 스크롤 압축기의 일부 스파이럴 부재의 확대 부분도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 인벌루트 판 부재의 형상을 도시한 스크롤 압축기의 일부 스파이럴 부재의 확대 부분도.
도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 인벌루트 판 부재의 형상을 도시한 스크롤 압축기의 일부 스파이럴 부재의 확대 부분도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 인벌루트 판 부재의 형상을 도시한 스크롤 압축기의 일부 스파이럴 부재의 확대 부분도.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 인벌루트 판 부재의 형상을 도시한 스크롤 압축기의 일부 스파이럴 부재의 확대 부분도.
도 11은 도 10의 선 11-11을 따라 취해진 확대 부분 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11: 전방 단부판 12: 케이싱
13: 구동축 15: 환상 슬리브
21: 밀봉 조립체 24: 전자기 코일
25: 지지판 26: 전기자판
27,28: 스크롤 35: 베어링 장치
100: 냉각압축기 유닛 111: 개구부
112: 환상 돌출부 272,282: 스파이럴 부재
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 유체 변위 장치는 스크롤형의 냉각 압축기 유닛(100)의 형태로 도시된다. 압축기 유닛(100)은 컵 형상의 케이싱(12) 상에 장착된 전방 단부판(front end plate, 11)을 구비하는 압축기 하우징(10)을 포함한다.
개구부(111)는 구동축(13)이 관통하도록 하기 위해 전방 단부판(11)에 형성된다. 환상 돌출부(112)는 전방 단부판(11)의 후방단부 표면에 형성된다. 환상 돌출부(112)는 컵 형상의 케이싱(12)에 면하고 개구부(111)와 중심을 같이 한다. 컵 형상의 케이싱(12)의 개구부는 전방 단부판(11)으로 덮여지도록 환상 돌출부(112)의 외측 인접 표면이 컵 형상의 케이싱(12)의 개구부의 내벽 안으로 연장된다. O링(14)은 전방 단부판(11) 및 컵 형상의 케이싱(12)의 짝을 이루는 표면(mating surface)을 밀봉하기 위해 환상 돌출부(112)의 외측 인접표면과 컵 형상의 케이싱(12)의 개구부의 내벽 사이에 설치된다.
환상 슬리브(15)는 전방 단부판(11)의 전방 단부 표면으로부터 돌출되어 구동축(13)을 에워싼다. 환상 슬리브(15)는 축 밀봉 공동부(shaft seal cavity)를 규정한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 환상 슬리브(15)는 전방 단부판(11)과 별개로 형성된다. 따라서, 환상 환상 슬리브(15)는 전방 단부판(11)의 전방 단부면에 나사(도시 안됨)에 의해 고정된다. O링(16)은 전방 단부판(11)의 단부면과 환상 슬리브(15)의 단부면 사이에 설치된다. 대안적으로, 환상 슬리브(15)는 전방 단부판(11)과 일체로 형성될 수도 있다.
구동축(13)은 환상 슬리브(15)의 전방 단부내에 배치된 베어링(18)을 통해 환상 슬리브(15)에서 회전 가능하게 지지된다. 구동축(13)은 그 내측 일단에 디스크(19)를 갖는다. 디스크(19)는 전방 단부판(11)의 개구부(111) 내에 위치한 베어링(20)을 통해 전방 단부판(11)에서 회전가능하게 지지된다. 축 밀봉 조립체(21)는 환상 슬리브(15)의 축 밀봉 공동부 내에서 구동축(13)에 결합된다.
풀리(22)는 슬리브의 외측 표면상에 위치하는 베어링(23)에 의해 회전가능하게 지지된다. 전자기 코일(24)은 지지판(25)에 의해 환상 슬리브(15)의 외측 표면에 대하여 고정되고, 풀리(22)의 환상 공동부 내에 배치된다. 전기자 판(armature plate, 26)은 구동축(13)의 외측 일단에 탄성적으로 지지된다. 풀리(22), 전자기 코일(24) 및 전기자판(26)은 마그네틱 클러치를 형성한다. 작동 시에, 구동축(13)은 예를 들어 자동차의 엔진과 같은 외부 구동 동력원에 의해 마그네틱 클러치와 같은 회전 전달장치를 거쳐 구동된다.
다수의 부재가 컵 형상의 케이싱(12)의 내부 챔버 내에 배치되는데, 이는 고정 스크롤(27), 공전 스크롤(orbiting scroll, 28), 공전 스크롤(28)을 위한 구동장치, 및 공전 스크롤(28)에 대한 회전방지/스러스트 베어링 장치(rotation preventing/thrust bearing device, 35)를 포함한다. 컵 형상 케이싱(12)의 내부 챔버가 컵 형상 케이싱(12)의 내벽과 전방 단부판(11)의 후방 단부면 사이에 형성된다.
고정 스크롤(27)은 원형 단부판(271), 원형 단부판(271)의 한쪽면에 부착되거나 또는 그로부터 연장된 랩(wrap) 또는 스파이럴 부재(spiral element, 272)와, 그리고 원형단부판(271)의 다른 단부면으로부터 축방향으로 돌출되며 내부가 나선 가공된 돌출부(threaded bosses, 273)를 포함한다. 돌출부(273) 각각의 축 단부면은 컵 형상 케이싱(12)의 기초판 부분(bottom plate portion, 121)의 내면에 장착되고, 돌출부(273) 내로 나선형을 이룬 나사(37)에 의해 고정된다. 따라서, 고정 스크롤(27)은 컵 형상 케이싱(12)의 내부 챔버 내에 고정된다. 고정 스크롤(27)의 원형단부판(271)은 컵 형상 케이싱(12)의 내부 챔버를 전방 챔버(29)와 후방챔버(30)로 분할한다. 밀봉 링(31)은 컵 형상 케이싱(12)의 내벽과 원형 단부판(271)의 외부면 사이에 기밀(seal)을 형성하기 위하여 원형 단부판(271)의 원주 홈 내에 배치된다. 고정 스크롤(27)의 스파이럴 부재(272)는 전방 챔버(29) 내에 설치된다.
컵 형상 케이싱(12)에는 전방 챔버(29) 및 후방 챔버(30)에 각각 연결되는 유입구(36) 및 유출구(39)가 제공된다. 배출구(274)는 스파이럴 부재(272)의 중심 부근의 원형단부판(271)을 통해 형성된다. 리드 밸브(reed valve, 38)는 배출구(274)를 폐쇄시킨다.
전방 챔버(29) 내에 위치한 공전 스크롤(28)은 원형 단부판(281)과, 원형 단부판(281)의 한 측면에 부착되어 구별되지 않거나 또는 상기 측면으로부터 연장되는 랩 또는 스파이럴 부재(282)를 포함한다. 스파이럴 부재(272 및 282)는 180° 의 각으로 오프셋되고, 그리고 미리 정해진 방사상의 오프셋으로 끼워 맞춰진다. 스파이럴 부재(272 및 282)는 그들의 끼워 맞춰진 표면 사이에서 한 쌍 또는 그 이상의 밀봉된 유체 포킷을 형성한다. 베어링(34)을 통하여 부싱(33)에 의해 공전 스크롤(28)이 회전 가능하게 지지되는데, 베어링은 부싱(bushing, 33)의 외측 인접표면과 공전 스크롤(28) 원형 단부판(281)의 단부면으로부터 축방향으로 돌출된 환상 돌출부(283)의 내측면 사이에 배치된다. 부싱(33)은 구동축(13)에 대해 반경 방향으로 오프셋을 이루거나 또는 편심을 이루는 지점에서 디스크(19)의 내측 단부에 연결된다.
회전방지/스러스트 베어링 장치(35)는 전방 단부판(11)의 내측 단부면과 원형 단부판(281)의 단부면 사이에 배치된다. 회전방지/스러스트 베어링 장치(35)는 전방 단부판(11)의 내측 단부면에 부착된 고정링(351)과, 원형 단부판(281)의 단부면에 부착된 공전링(352)과, 그리고 상기 링(351 및 352)에 의해 형성된 포킷들 사이에 배치된 볼(353)과 같은 다수의 베어링 부재를 포함한다. 공전 스크롤(28)로부터 부하가 가해진 축 스러스트는 볼(353)을 통하여 전방 단부판(11) 상에서 또한 지지된다.
스파이럴 부재(272 및 282)는 축 일단 표면상에 홈(275 및 285)이 형성되어 있다. 각각의 원형 단부판(271 및 281)에 대하여 짝을 이루는(mating)면과 밀봉하도록 밀봉부재(40)가 홈(groove) 내에 배치된다. 마멸(abrasion)을 최소화하고 상기 스크롤의 마모를 줄이기 위하여 담금질된 강과 같은 초경 합금(hard metal)으로 이루어진 인벌루트 판(involuite plate, 41)이 양 원형단부판(271 및 281)의 단부면에 끼워져 있다.
통상, 스크롤의 스파이럴 부재의 측벽은 도 4와 같은 원형의 인벌루트를 따른다. 이 인벌루트는 기초원(generating circle, A)의 출발점(P)에서 시작하고 상기 출발점(P)으로부터 펴지는 연장 가능한 스트링(string)의 끝으로부터 인벌루트를 그음으로써 형성된다. 인벌루트의 곡률(curvature), 즉 기초원(A)으로부터 인벌루트의 교차점까지 접선을 따라간 길이는 L=θ·r(θ =인벌루트 각, r=기초원(A)의 반경)로 주어진다. 도 5에는 두 인벌루트가 도시되어 있는데, 그 중 하나는 기초원(A) 상의 점(P)에서 출발하는 한 인벌루트( I )이고, 다른 하나는 기초원(A) 상의 점(Q)에서 출발하는 인벌루트(II)이다. 점(Q)은 점(P)으로부터 각 φ 만큼 오프셋되어 배치된다. 기초원(A)으로부터 인벌루트( I )의 경계까지 접선을 따라간 길이(L)는 L=θ·r로 주어지고, 기초원(A)으로부터 인벌루트(II)의 경계까지 접선을 따라간 길이(M)는 M=(θ-φ)·r로 주어지기 때문에, 두 인벌루트( I 및 II ) 사이의 거리(D)는 L-M=θ·r-(θ-φ)·r=φ·r로 주어진다. 즉, 두 인벌루트( I 및 II ) 사이의 거리(D)는 일정하며, 거리가 측정되는 인벌루트 각에 의해 영향을 받지 않는다. 또한, 스크롤의 스파이럴 부재의 시작부 벽(beginning wall)은 기초원(A)의 중심을 향하여 볼록해지도록 점(R)과 점(Q)을 연결시키는 실질적으로 유선형인 곡선(III)을 포함한다. 점(R)은 점(P)에서 가까운 인벌루트 상에 놓여 있으나, 점(P) 상에 정확하게 놓여 있지는 않다.
도 6을 참조하면, 인벌루트 판(41)은 내부 모서리(142)와, 외부 모서리(143)와, 그리고 외부 모서리(143)와 내부 모서리(142)를 결합하는 가장자리 선(extreme line, 144)을 구비하는 슬릿(141)을 포함한다. 슬릿(141)은 스파이럴 부재(272 또는 282)로 인벌루트 판(41)을 삽입하기 위하여 스파이럴 부재(272 또는 282)의 측벽과 유사한 형상을 갖는다. 슬릿(141)은 스파이럴 부재(272 또는 282) 보다 폭이 더 넓게 설계된다. 틈(G1)은 내부 모서리(142)와 스파이럴 부재(272 또는 282)의 내측벽(272a) 사이에 그리고, 외부 모서리(143)와 스파이럴 부재(272 또는 282)의 외측벽(272b) 사이에 형성된다. 내부 모서리(142) 및 외부 모서리(143)는 제 1 인벌루트(142a 및 143b)와 제 2 인벌루트(142b 및 143b)를 포함한다.
내부 모서리의 (142)의 제 1 인벌루트(142a)는 기초원(generating circle,A)의 출발점(P1)에서 시작하여, 그리고 출발점(P1)으로부터 펴지는 연장 가능한 스트링의 끝으로부터 인벌루트를 그음으로써 형성된다. 인벌루트의 곡률, 즉 기초원(A)으로부터 제 1 인벌루트(142a)의 교차점까지 접선을 따라간 길이는 L=(θ-α)·r (α=스파이럴 부재(272)의 형상과 유사한 설계 상태각)로 주어진다. 제 1 인벌루트(142a)의 길이(L)가 L1=(3π/2-α)·r로 주어지는 길이(L1)와 동일하게 되는 지점(P2)에서 제 1 인벌루트(142a)가 제 2 인벌루트(142b)와 연결되는 것이 바람직하다. 길이(L)가 다른 길이(L2)보다 작은 제 1 인벌루트(142a) 상의 어느 한 지점에서, L2=2πr이다(이때, 제 1 인벌루트(142a)는 한바퀴로 형성된다.). 제 2 인벌루트(142b)는 점(P2)에서 시작하여 점(P3)에서 퍼지는 연장가능한 스트링의 일단으로부터 인벌루트를 추적하여 인벌루트 판(41)의 일단까지 계속된다. 점(P3)은 점(P1)으로부터 (α-β)의 각 만큼 오프셋되어 배치된다. 기초원(A)으로부터의 제 2 인벌루트(142b)의 교차점까지의 접선을 따라간 길이(M)는 M=(θ-β)·r로 주어진다. 두 인벌루트(142a 및 142b) 사이의 거리(D)는 M-L=(θ-β)·r-(θ-α)·r=(α-β)·r=a (일정)로 주어진다.
이와 유사하게, 외부 모서리(143)의 제 1 인벌루트(143a)는 기초원(A)의 점(Q1)으로부터 펴져 있는 연장 가능한 스트링의 끝으로부터 출발점(Q4)에서 시작한다. 상기 인벌루트의 곡률, 즉 기초원(A)으로부터 제 1 인벌루트(143a)의 교차점까지 접선을 따라간 길이(N)는 N=(θ+α)·r (α=설계 상태각)에 의해 주어진다. 제 1 인벌루트(143a)는 점(Q2)에서 제 2 인벌루트(143b)와 결합되는 것이 바람직하다. 제 2 인벌루트(143b)는 점(Q2)에서 시작하여, 기초원(A)의 점(Q3)으로부터 펴져있고 연장 가능한 스트링의 끝으로부터의 인벌루트를 따라가 인벌루트 판(41)의 단부까지 계속된다. 점(Q3)은 점(Q1)으로부터 (α-β)의 각만큼 오프셋되어 배치된다. 기초원으로부터 제 2 인벌루트(143b)의 교차점까지 접선을 따라간 길이(S)는 S=(θ+β)·r로 주어진다. 두 인벌루트(143a 및 143b) 사이의 거리(K)는 N-S=(θ+α)·r - (θ+β)·r=(α-β)·r=a (일정)에 의해 주어진다.
인벌루트 판(41)의 슬릿(141)의 가장자리 선(144)은 바람직하게는, 스파이럴 부재(272 또는 282) 개시 단부벽(272c)의 시작부 형상과 유사한 유선형 곡선이다. 가장자리 선(144)은 점(P1)을 점(Q4)과 연결시키며, 기초원(A)의 중심(O)을 향하여 볼록하다. 점(Q4)은 점(Q1)의 인접부 내에서 제 1 인벌루트(143a) 상에 놓인다.
틈(G1)은 내부 모서리(142)의 제 1 인벌루트(142a)와 스파이럴 부재(272)의 내측벽(272a) 사이에, 외부 모서리(143)의 제 1 인벌루트(143a)와 스파이럴 부재(272)의 외측 벽(272b) 사이에, 그리고 가장자리 선(144)과 스파이럴 부재(272 및 282) 사이에 형성된다. 틈(G0)은 내부 모서리(142)의 제 2 인벌루트(142b)와 스파이럴 부재(272)의 내측벽(272a) 사이에, 그리고 외부 모서리(143)의 제 2 인벌루트(143b)와 스파이럴 부재(272)의 외측 벽(272b) 사이에 형성된다. 틈(G1)은 D(또는K)=(α-β)·r=a (상수)만큼 틈(G0)보다 더 크다.
스크롤 형태의 냉각 압축기의 상기 배열에서, 외부 유관(fluid circuit)으로 부터 유체가 유입구(36)를 거쳐 압축기 유닛 내의 유체 포킷내로 주입된다. 공전 스크롤(28)이 공전할 때, 유체 포킷 내 유체는 스파이럴 부재의 중심으로 이동하고 압축된다. 압축된 유체는 배출구(274)를 통해 후방 챔버(30)로 배출된다. 이어서, 압축된 유체는 유출구(39)를 통해 외부 유관으로 배출된다.
내부 모서리(142)의 제 1 인벌루트(142a)와 인벌루트 판(41)의 외부 모서리(143)의 제 1 인벌루트(143a)는, 만일 개시 단부벽(272c)이 열적으로 팽창하더라도 스파이럴 부재(272 또는 282)의 개시 단부벽(272c)과 접촉을 피하도록 치수화 된다.
결과적으로, 스파이럴 부재(272 또는 282)의 개시 단부벽(272c)은 손상 또는 피로파괴에 대하여 보다 더 보호된다.
도 7을 참조하면, 인벌루트 판(41)의 개조된 형상을 나타내는 본 발명의 제 2 실시예가 도시된다. 이 인벌루트 판은 전술된 인벌루트 판(41)과 유사하다. 그러나, 다음과 같이 몇 가지 차이점이 존재한다.
인벌루트 판(41)은 내부 모서리(242), 외부 모서리, 그리고 외부 모서리(243)와 내부 모서리(242)를 결합시키는 가장자리 선(extreme line, 244)을 갖는 슬릿(241)을 포함한다. 내부 모서리(242)는 원(A)의 점(P3)에서 시작하고 점(P3)으로부터 펴지는 연장 가능한 스트링의 끝으로부터 인벌루트를 그음으로써 형성된다. 인벌루트의 곡률, 즉 기초원(A)으로부터 내부 모서리(242)의 교차점까지 접점을 따라간 길이(L)는 L=(θ-β)·r (β=설계 상태각)로 주어진다. 외부 모서리(243)의 설명은 그것이 대체로 제 1 실시예와 동일하기 때문에 생략된다.
슬릿(241)의 가장자리 선(244)은 스파이럴 부재(272 또는 282)의 개시 단부 벽(272c)과 형상면에서 유사한 유선 형상의 곡선을 갖는 것이 바람직하다. 가장자리 선(244)은 기초원(A)의 중심(O)을 향하여 점(P3)을 점(Q4)과 연결시킨다. 점(Q4)은 점(Q1)의 부근에서 제 1 인벌루트(243a) 상에 놓인다.
틈(G1)은 외부 모서리(243)의 제 1 인벌루트(243a)와 스파이럴 부재(272)의 외측 벽(272b) 사이에 형성된다. 틈(G0)은 내부 모서리(242)와 스파이럴 부재(272)의 내측 벽(272a) 사이에 형성된다. 틈(G2)은 가장자리 선(244)과 스파이럴 부재(272(282))의 개시 단부벽(272c) 사이에 형성된다. 틈(G2)의 크기는 Q4에서는 G1으로, P3에서는 G0로 변한다. 틈(G1)은 D(또는 K)=(α-β)·r=a (상수)만큼 틈(G2)보다 더 크다.
상당한, 동일 이점이 바람직한 제 1 및 제 2 실시예에 나타나므로, 상기 이점에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예는 인벌루트 판(41)의 개조된 형상을 가리키는 것으로 도시된다. 이 인벌루트 판은 전술된 인벌루트 판(41)과 유사하다. 그러나, 다음과 같이 몇 가지 차이점이 존재한다.
인벌루트 판(41)은 내부 모서리(342)와, 외부 모서리(343), 그리고 외부 모서리(343)와 내부 모서리(342)를 연결시키는 가장자리 선(344)을 갖는 슬릿(341)을 포함한다. 내부 모서리(342)에 대한 설명은 그것이 제 1 실시예의 그것과 대체로 동일하므로 생략된다. 외부 모서리(343)는 점(Q5)에서 시작하고 원(A) 위의 점(Q3)으로부터 펴져 있는 연장 가능한 스트링의 끝으로부터 인벌루트를 그음으로써 형성된다. 점(Q5)은 길이(T)가 외부 모서리(343)에 접하는 점에 의해 정해진다. 선(T)은 선(L1)에 수직한다. 인벌루트의 곡률, 즉 기초원(A)으로부터 외부 모서리(343)의 교차점까지 접선을 따라간 길이(N)는 N=(θ+β)·r (β=설계 상태각)에 의해 주어진다. 또한, 슬릿(341)의 가장자리 선(344)은 바람직하게는 스파이럴 부재(272 또는 282)의 개시 단부벽(272c)과 형상에 있어 유사한 유선형 곡선이 바람직하다. 가장자리 선(344)은 점(P1)과 점(Q4)을 연결시키는 제 1선(344a) 및 점(Q4)과 점(Q5)을 연결시키는 제 2선(344b)을 포함한다. 점(Q4)은 점(Q1)의 인접부에서 제 1 인벌루트(342a) 상에 놓인다.
틈(G1)은 제 1 인벌루트(342a)와 스파이럴 부재(272)의 내측벽(272a) 사이에, 가장자리 선(344)의 제 1선(344a)과 개시 단부벽(272c) 사이에 발생된다. 틈(G0)은 제 2 인벌루트(342b)와 스파이럴 부재(272)의 내측벽(272a) 사이에 형성된다. 틈(G3)은 가장자리 선(344)의 제 2선(344b)과 스파이럴 부재(272 및 282)의 개시 단부벽(272c) 사이에 형성된다. 틈(G3)의 크기는 Q4에서는 G1으로, Q5에서는 G0로 바뀐다. 틈(G1)은 D(또는 K)=(α-β)·r=a (상수)로 틈(G0)보다 더 크다.
대체로, 제 1 실시예의 그것과 같은 상당하게 동일 효과 및 이점은 나타나므로, 상세한 설명은 반복되지 않는다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예는 인벌루트 판(41)의 변형된 형상을 가리키는 것으로 도시된다. 이 인벌루트 판은 전술된 인벌루트 판(41)과 유사하다. 그러나 다음과 같은 몇 가지 차이점이 존재한다.
가장자리 선(444)은 점(P1)과 점(Q5)을 연결시키고 기초원(A)의 중심(O)을 향하여 볼록하다. 점(Q5)은 선(T)이 외부 모서리(443)의 제 1 인벌루트(443a)에 접하는 점에 의해 정해진다. 선(T)은 길이(L1)에 수직한다.
틈(G4)은 가장자리 선(444)과 스파이럴 부재(272 또는 282)의 개시 단부벽(272c) 사이에 형성된다. 틈(G4)은 틈(G1)보다 더 크다.
대체로 제 1 실시예와 동일한 효과 및 이점이 달성될 수 있다. 추가로, 제 4 실시예에서, 인벌루트 판(41)은 화살표의 방향으로 회전한다. 슬릿(441)의 스크롤(28)은 압축기가 시동될 때, 인벌루트 판과 함께 일시적으로 회전한다. 가장자리 선(444)은 개시 단부벽(272c)의 모서리 부분과 접촉하지 않는다. 그러나, 제 2 인벌루트(442b 및 443b)는 내측벽(272a) 또는 외측벽(272b)과 접촉한다. 결과적으로, 비록 인벌루트 판(41)의 회전이 초래되더라도, 제 1 인벌루트(442a 또는443a)가 내측벽(272a), 외측벽(272b), 또는 개시 단부벽(272c)에 부딪치는 것이 방지된다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 제 5 실시예는 인벌루트 판(41)의 개조된 형상을 가리키는 것으로 도시된다. 이 인벌루트 판(41)은 전술된 인벌루트 판(41)과 유사하다. 그러나, 다음과 같은 몇 가지 차이점이 존재한다.
인벌루트 판(41)은 내부 모서리(542), 외부 모서리(543) 및 외부 모서리(543)와 내부 모서리(542)를 결합한 가장자리 선(544)을 구비한 슬릿(541)을 포함한다. 틈(G0)은 내부 모서리(542)와 스파이럴 부재(272)의 내측벽(272a) 사이에, 외부 모서리(543)와 스파이럴 부재(272)의 외측벽(272b) 사이에, 그리고 가장자리 선(544)과 스파이럴 부재(272)의 개시 단부벽 사이에 형성된다.
인벌루트 판(41)의 제조에 있어서, 슬릿(541)은 펀칭(punching)하여 형성된다. 이 제조 방법으로 경사진 곡선형의 부분(544 및 545) 및 C 단면 형상의 부분(546 및 547)을 제조한다.
따라서, 만일 스파이럴 부재(272)의 개시 단부벽(272c)이 스파이럴 부재(272)의 다른 단부보다 더 큰 열팽창을 갖고 내부 모서리(542), 외부 모서리(543), 또는 가장자리 선(544)에 끼워 맞추더라도, 내부 모서리(542), 외부 모서리(543), 및 가장자리 선(544)은 스파이럴 부재(272)의 개시 단부벽(272c)을 손상시키지는 않는다. 결과적으로, 스파이럴 부재(272 또는 282)의개시단부벽(272c)은 손상 및 피로파괴에 대하여 더욱 보호된다.
비록 본 발명이 바람직한 실시예와 연결시켜 설명되었다 하더라도, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 기술분야에서 통상의 숙련된 사람들이 첨부된 특허청구의 범위에 의해 한정되는 본 발명의 범주 내에서 본 발명을 쉽게 변화시키거나 변형할 수 있다는 것은 쉽게 이해되어질 것이다.

Claims (15)

  1. 스크롤형 유체 변위 장치로서,
    각각의 스크롤이 원형 단부판과 상기 원형 단부판의 축단부면으로부터 연장되는 스파이럴 부재를 구비하고, 다수의 한정된 유체 포킷을 형성하는 다수의 선 접촉을 만들기 위해 각을 이루며 방사상으로 오프셋되어 유지되는 한 쌍의 스크롤과,
    작동상 상기 스크롤 중 어느 하나에 연결되어 상기 스크롤 중 다른 하나에 대하여 상대적 공전 운동을 이루어 상기 유체 포켓의 체적을 변화시키는 구동 장치와,
    내부에 인벌루트 슬릿을 포함하고 상기 스파이럴 부재가 상기 인벌루트 슬릿에 삽입되는 인벌루트 판으로서, 상기 인벌루트 판은 마주하는 스파이럴 부재의 축단부면에 의하여 접촉이 생기는 영역을 덮기 위해 상기 스크롤 모두의 상기 원형 단부판의 축단부면에 배치되고, 상기 인벌루트 슬릿은 내부 모서리, 외부 모서리, 및 상기 외부 모서리와 상기 내부 모서리를 연결하는 중심 모서리를 포함하는 인벌루트 판과, 그리고
    상기 중심 모서리와 상기 스파이럴 부재의 방사상 단부 사이에 형성된 제 1 방사상 틈으로서, 상기 내부 및 외부 모서리와 상기 스파이럴 부재의 방사상 단부 사이에 형성된 제 2 방사상 틈보다 더 큰 제 1 방사상 틈을 포함하는 스크롤형 유체 변위 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 인벌루트 슬릿은 상기 스파이럴 부재의 방사상 단부와 유사한 형상을 갖는 스크롤형 유체 변위 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 인벌루트 슬릿은 하나 또는 그 이상의 코너 상에 형성된 경사면을 포함하는 스크롤형 유체 변위 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 인벌루트 슬릿의 경사면은 상기 스크롤의 원형 단부판의 축단부 부근에 배치되는 스크롤형 유체 변위 장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 인벌루트 슬릿의 경사면은 상기 중심 모서리 상에 형성되는 스크롤형 유체 변위 장치.
  6. 스크롤형 유체 변위 장치로서,
    각각의 스크롤이 원형 단부판과 상기 원형 단부판의 축 단부면으로부터 연장되는 스파이럴 부재를 구비하고 다수의 유체 포킷을 형성하는 다수의 선 접촉을 만들기 위해 각을 이루며 방사상으로 오프셋되어 유지되는 한 쌍의 스크롤과,
    작동상 상기 스크롤 중 어느 하나에 연결되어 상기 스크롤 중 다른 하나에 대하여 상대적인 공전 운동을 이루도록 하여, 상기 유체 포켓의 체적을 변화시키는 구동 장치와,
    내부에 형성된 인벌루트 슬릿을 포함하고 상기 스파이럴 부재가 상기 인벌루트 슬릿에 삽입되는 인벌루트 판으로서, 상기 인벌루트 판은 마주하는 스파이럴 부재의 축단부면에 의하여 접촉이 생기는 영역을 덮기 위해 상기 스크롤 모두의 원형 단부판의 축단부면에 배치되고, 상기 인벌루트 슬릿은 내부 모서리, 외부 모서리, 및 상기 내부 모서리를 상기 외부 모서리에 연결시키는 중심 모서리를 포함하고, 상기 내부 모서리 및 외부 모서리 각각이 상기 중심 모서리의 방사상 단부로부터 연장된 제 1 부분과 상기 제 1 부분으로부터 연장되는 제 2 부분을 포함하는 인벌루트 판과, 그리고
    상기 인벌루트 슬릿의 상기 내부 및 외부 모서리의 상기 제 1 부분과 상기 스파이럴 부재의 방사상 단부 사이에 형성된 제 1 방사상 틈과, 상기 인벌루트 슬릿의 상기 중심 모서리와 상기 스파이럴 부재의 방사상 단부 사이에 형성된 제 2 방사상 틈으로서, 상기 인벌루트 슬릿 모두의 상기 내부 및 외부 모서리의 상기 제 2 부분과 상기 스파이럴 부재의 방사상 단부 사이에 형성된 제 3 방사상 틈보다 더 큰 제 1 및 제 2 방사상 틈을 포함하는 스크롤형 유체 변위 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 인벌루트 슬릿은 상기 스파이럴 부재의 방사상 단부와 유사한 형상을 갖는 스크롤형 유체 변위 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 내부 모서리 및 외부 모서리의 제 1 부분 각각은 연장 가능한 스트링의 끝으로 기초원의 인벌루트를 그음으로써 각각 형성되고, 상기내부 모서리 및 외부 모서리의 상기 제 1 부분은 상기 기초원으로부터 상기 제 1 부분의 교차점까지 접선을 따라간 길이(L)가 L1=2π·r (r=상기 기초원의 반경)인 상기 제 2 부분과 연결되는 스크롤형 유체 변위 장치.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 방사상 틈이 상기 제 1 방사상 틈보다 더 큰 스크롤형 유체 변위 장치.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 인벌루트 슬릿은 하나 또는 그 이상의 코너 상에 형성된 경사면을 포함하는 스크롤형 유체 변위 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 경사면이 상기 스크롤의 상기 원형 단부판의 축단부 부근에 위치되는 스크롤형 유체 변위 장치.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 인벌루트 슬릿의 상기 경사면은 상기 인벌루트 슬릿의 상기 내부 및 외부 모서리와 상기 중심 모서리의 상기 제 1 부분상에서 형성되는 스크롤형 유체 변위 장치.
  13. 스크롤형 유체 변위 장치에 있어서,
    각각의 스크롤이 원형 단부판과 상기 원형 단부판의 축 단부면으로부터 연장되는 스파이럴 부재를 각각 구비하고, 다수의 유체 포킷을 형성하는 다수의 선 접촉을 만들기 위하여 각을 이루며 방사상으로 오프셋되어 유지되는 한 쌍의 스크롤,
    작동상 상기 스크롤 중 어느 하나에 연결되어 상기 스크롤 중 다른 하나에 대하여 상대적 공전 운동을 이루어, 상기 유체 포켓의 체적을 변화시키는 구동 장치, 그리고
    내부에 형성된 인벌루트 슬릿을 포함하고 상기 스파이럴 부재가 상기 인벌루트 슬릿에 삽입되는 인벌루트 판으로서, 상기 인벌루트 판은 마주하는 스파이럴 부재의 축단부면에 의하여 접촉이 생기는 영역을 덮기 위해 상기 스크롤 모두의 원형 단부판의 축단부면에 배치되고, 상기 인벌루트 슬릿이 모서리를 구비하고 하나 또는 그 이상의 모서리 상에 형성된 경사면을 포함하는 인벌루트 슬릿을 포함하는 스크롤형 유체 변위 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 인벌루트 슬릿의 상기 경사면이 상기 스크롤의 상기 원형 단부판의 축단부 부근에 위치되는 스크롤형 유체 변위 장치.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 인벌루트 슬릿의 상기 경사면이 상기 인벌루트 슬릿의 중심의 인접부에 형성되는 스크롤형 유체 변위 장치.
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