KR100471736B1

KR100471736B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR100471736B1
Application number: KR10-2002-7011995A
Authority: KR
Inventors: 이케다기요하루; 오가와요시히데; 후시키다케시; 니시키데루히코; 세바타다카시; 사노후미아키; 세키야신
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2005-03-09
Also published as: JP4757431B2; JPWO2002063171A1; EP1359323A1; EP1359323A4; US20030077194A1; US6769887B2; EP1359323B1; CN1240973C; CN1420965A; WO2002063171A1; KR20020091126A

Abstract

급유경로도중에 마련한 수축밸브나 유량조정밸브에 의해 결정된 보스부 외측공간의 압력Pm1(MPa)을 Pm1=Ps+α로 하고, 스크롤 압축기의 운전압력범위중에서 고저압력차가 가장 작아지는 차압값을 min(Pd-Ps)로 나타낸 경우에 있어서의 상기 식α를 0<α<min(Pd-Ps)로 나타내는 범위로 설정하였다(단,Ps는 압축기의 흡입압력(MPa), Pd는 압축기의 토출압력(MPa)).

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 냉동공조기기에 사용되는 냉매압축기에 관한 것이다.

도 7은 일본 특허공개공보 2000-161254호에 기재된 종래의 스크롤 압축기의 구성을 도시한 종단면도이다.

도 7에 있어서, (1)은 고정스크롤로서, 외주부는 가이드프레임(15)에 볼트(도시하지 않음)에 의해서 체결되어 있다. 베이스 플레이트부(1a)의 한쪽면(도 7에 있어서의 하측)에는 판형상 스크롤 톱니(1b)가 형성됨과 동시에, 외주부에는 올덤안내홈(1c)가 대략 일직선상에 2개 형성되어 있다. 이 올덤안내홈(1c)에는 올덤링(9)의 발톱(9c)가 왕복 접동 자유롭게(슬라이딩 가능하게) 걸어 맞춰져 있다. 또한, 고정스크롤(1)의 측면으로부터는 흡입관(10a)가 밀폐용기(10)을 관통해서 압입되어 있다.

(2)는 요동 스크롤로서, 베이스 플레이트부(2a)의 상면에는 고정스크롤(1)의 판형상 스크롤 톱니(1b)와 실질적으로 동일 형상의 판형상 스크롤 톱니(2b)가 마련되어 있고, 기하학적으로 압축실(1d)를 형성하고 있다. 베이스 플레이트(2a)의 판형상 스크롤 톱니(2b)와는 반대측 면의 중심부에는 중공원통의 보스부(2f)가 형성되어 있고, 그 보스부(2f)의 내측면에는 요동축받이(2c)가 형성되어 있다. 또, 보스부(2f)와 동일측 면의 외측에는 컴플라이언트 프레임(3)의 스러스트 축받이(3a)와 압접 접동가능한 스러스트면(2d)가 형성되어 있다. 요동스크롤 베이스 플레이트(2a)의 외주부에는 상기 고정스크롤(1)의 올덤안내홈(1c)와 90도의 위상차를 갖는 올덤안내홈(2e)가 대략 일직선상에 2개 형성되어 있고, 이 올덤안내홈(2e)에는 올덤링(9)의 발톱(9a)가 왕복 접동 자유롭게 걸어 맞춰져 있다. 또, 베이스 플레이트(2a)에는 상기 압축실(1d)와 스러스트면(2d)를 관통하는 추출구멍(2j)가 마련되어 있다. 이 추출구멍(2j)의 스러스트면(2d)측의 개구부(2k)는 그의 원궤적이 컴플라이언트 프레임(3)의 스러스트 축받이면(3a)의 내부에 상시 수납되도록 위치되어 있다.

컴플라이언트 프레임(3)은 그의 외주부에 마련된 상하 2개의 원통면(3d), (3e)를 가이드프레임(15)의 내주부에 마련한 원통면(15a), (15b)에 의해 반경방향으로 지지되어 있고, 그의 중심부에는 모터(7)에 의해 회전구동되는 주축(4)를 반경방향으로 지지하는 주축받이(3c) 및 부주축받이(3h)가 형성되어 있다. 또, 컴플라이언트 프레임(3)의 외측과 가이드프레임(15)의 내측은 원통면(15c), (15d)에 배치된 밀봉재(16a), (16b)에 의해서 프레임공간(15f)가 구성되어 있고, 스러스트 축받이(3a)면을 거쳐서 연결되는 연락통로(3s) 및 추출구멍(2i)를 거쳐서 압축실(1d)와 연통하고, 압축실(1d)에서 공급되는 압축도중의 냉매가스를 봉입하는 구조로 되어 있다.

컴플라이언트 프레임(3)에는 조정밸브 수납공간(3p)도 형성되어 있고, 이 조정밸브 수납공간(3p)의 한쪽 끝(도 7에 있어서의 하단)은 컴플라이언트 프레임(3)의 내주와 요동스크롤(2)의 스러스트면(2d)에 의해 구성되는 보스부 외측공간(2h)와 연통함과 동시에, 다른쪽 끝(도 7에 있어서 상단)은 흡입압력 분위기공간(1g)에 대해 개방되어 있다. 이 조정밸브 수납공간(3p)에는 그의 하부에 왕복운동 자유롭게 중간압 조정밸브(3i)가, 그의 상부에는 중간압 조정 스프링 누름부재(3t)가 컴플라이언트 프레임(3)에 고착되어 수납되어 있고, 이들 중간압 조정밸브(3i)와 중간압 조정 스프링 누름부재(3t) 사이에는 중간압 조정 스프링(3m)이 자연길이보다 수축되어 수납되어 있다.

가이드프레임(15)의 외주면(15g)는 수축끼워맞춤(shrink-fitting) 또는 용접 등에 의해서 밀폐용기(10)에 고착되어 있지만, 그의 외주부에 마련한 노치부(15c)에 의해 고정스크롤(1)의 토출포트(1f)에서 토출되는 고압의 냉매가스를 모터측에 마련된 토출관(10b)로 보내는 유로는 확보되어 있다.

(4)는 주축으로서, 그의 상단부에는 요동스크롤(2)의 요동축받이(2c)와 회전자유롭게 걸어맞추는 요동축(4b)가 형성되어 있고, 그의 하측에는 주축밸런서(4e)가 수축끼워맞춤되어 있다. 또한, 그 하부에는 컴플라이언트 프레임(3)의 주축받이(3c) 및 부주축받이(3h)와 회전 자유롭게 걸어맞추는 주축부(4c)가 형성되어 있다. 또, 주축(4)의 하측은 서브프레임(6)의 부축받이(6a)와 회전자유롭게 걸어맞추는 부축부(4d)가 형성되고, 이 부축부(4d)와 상술한 주축부(4c) 사이에는 회전자(8)이 수축끼워맞춤되어 있다.

회전자(8)의 상단면에는 상부 밸런서(8a)가, 하단면에는 하부 밸런스(8b)가 고정되어 있고, 상술한 주축 밸런서(4e)와 함께 합계 3개의 밸런서에 의해 정밸런스 및 동밸런스가 취해져 있다. 또한, 주축(4)의 하단에는 오일파이프(4f)가 압입되어 있고, 밀폐용기(10)의 바닥부에 저장된 냉동기유(10e)를 빨아 올리는 구조로 되어 있다.

밀폐용기(10)의 측면에는 유리단자(10f)가 설치되어 있고, 모터(7)로부터의 리드선이 접합되어 있다.

다음에, 이 종래의 스크롤압축기의 기본동작에 대해서 설명한다.

저압의 흡입냉매는 흡입관(10a)에서 고정스크롤(1) 및 요동스크롤(2)의 판형상 스크롤 톱니로 형성되는 압축실(1d)로 들어간다. 모터(7)에 의해 구동되는 요동스크롤(2)는 편심 선회운동과 함께 압축실(1d)의 용적을 감소시킨다. 이 압축행정에 의해 흡입냉매는 고압으로 되고, 고정스크롤(1)의 토출포트(1f)에서 밀폐용기(10)내로 토출된다.

또한, 상기 압축행정에 있어서 압축도중의 중간압력의 냉매가스는 요동스크롤(2)의 추출구멍(2j)에서 컴플라이언트 프레임(3)의 연락통로(3s)를 거쳐서 프레임공간(15f)로 보내지고, 이 공간의 중간압력 분위기를 유지한다.

고압으로 된 토출가스는 밀폐용기(10)내를 고압분위기로 채우고, 결국 토출파이프(10b)에서 압축기 외부로 방출된다.

밀폐용기(10)의 바닥부의 냉동기유(10e)는 차압에 의해 주축(4)를 축방향으로 관통하는 중공공간(4g)를 통과하여 요동축받이부(2g)와 주축(4)에 마련된 가로구멍으로부터 주축받이(3c)로 보내진다. 이들 2개의 축받이부의 스로틀작용에 의해서 중간압력으로 된 냉동기유(10e)(냉동기유에 용해되어 있던 냉매의 발포로서, 일반적으로는 가스냉매와 냉동기유의 2상류로 되어 있음)는 요동스크롤(2)와 컴플라이언트 프레임(3)에 의해서 둘러싸인 보스부 외측공간(2h)에 도달하고, 조정밸브 수납공간(3p)에 배치한 중간압 조정 스프링(3m)에 의해서 부하되는 힘에 대항해서 중간압 조정밸브(3i)를 누르고, 흡입압력 분위기공간(1g)로 보내져 저압의 냉매가스와 함께 압축실(1d)로 흡입된다.

이상 설명한 바와 같이, 보스부 외측공간(2h)의 중간압력 Pm1(MPa)은 중간압 조정 스프링(3m)의 탄성력과 중간압 조정밸브(3i)의 중간압 노출면적에 의해서 대략 결정되기 때문에, 소정의 값α에 의해서 제어되어 있다.

Pm1= Ps+α

단, Ps : 흡입압력 즉 저압(MPa)

으로 제어되어 있다.

여기서, 밀폐용기내의 압력Pd(MPa)(즉, 토출압력)과 보스부 외측공간압력 Pm1의 차는 주축받이(3c), 요동축받이(2g)에 냉동기유(10e)를 공급하기 위해 필요한 급유차압△P이고, 항상 정값(正値)을 확보할 필요가 있다.

△P=Pd-Pm1>0

압축행정에 의해 냉동기유(10e)는 고압의 냉매가스와 함께 토출포트(1f)에서 밀폐용기(10)내로 개방되고, 여기서 냉매가스와 분리되어 재차 밀폐용기 바닥부로 되돌아간다.

냉매가스의 압축실(1d)는 요동스크롤(2)의 베이스 플레이트부(2a)에 마련된 추출구멍(2j)와 컴플라이언트 프레임(3)에 마련된 연락통로(3s)를 거쳐서 프레임공간(15f)와 상시 또는 간헐적으로 연통한다. 프레임공간(15f)는 2개의 밀봉재(16a), (16b)에 의해 밀폐된 공간이므로, 압축실(1d)의 압력변동에 호응해서 프레임공간(15f)의 압력도 호흡 변동하지만, 대략적으로는 추출구멍(2j)와 연통하는 압축실(1d)내의 압력변동의 적산평균값으로 된다.

이상 설명한 바와 같이, 프레임공간(15f)의 중간압력 Pm2(6MPa)는 추출구멍(2j)와 연통하는 압축실(1d)의 위치에 따라 결정되는 소정의 배율값β에 의해서

Pm2= Ps×β

단, Ps : 흡입압력 즉 저압(MPa)

으로 제어된다.

그런데, 컴플라이언트 프레임(3)에는 보스부 외측공간(2h)의 중간압력 Pm1에 기인해서 컴플라이언트 프레임(3)과 요동스크롤(2)를 분리하려고 하는 힘Fpm1과 압축작용에 의해 고정스크롤(1)과 요동스크롤(2)가 축방향으로 멀어지려고 하는 스러스트 가스력Fgth의 합계가 컴플라이언트 프레임(3)을 압축실(1d)와는 반대방향으로 이동시키는 힘으로서 작용한다.

한편, 압축도중의 냉매가스를 보내어 중간압Pm2로 된 프레임공간(15f)가 컴플라이언트 프레임(3)과 가이드프레임(15)를 분리하려고 하는 힘Fpm2와 하부의 고압분위기에 노출되어 있는 부분에 작용하는 차압력Fpd2의 합계가 컴플라이언트 프레임(3)을 압축실의 방향으로 이동시키는 힘으로서 작용한다.

정상운전시에 있어서는 상기 압축실의 방향으로 이동시키는 힘이 상회하 도록 설정되어 있고, 이 때문에 컴플라이언트 프레임(3)은 상하 2개의 끼워맞춰진 원통면(3d), (3e)로 안내되어 압축실방향으로 이동한다. 요동스크롤(2)는 컴플라이언트 프레임(3)과 밀착 접동해서 동일방향으로 이동하고, 그 판형상 스크롤 톱니(2b)를 고정스크롤(1)에 접촉시켜서 접동한다.

또, 기동시나 액 압축시 등에는 상술한 스러스트 가스력Fgth가 커지고, 요동스크롤(2)는 스러스트 축받이(3a)를 거쳐서 컴플라이언트 프레임(3)을 아래쪽으로 강하게 밀어 내리므로, 요동스크롤(2)와 고정스크롤(1)의 콥니선단과 톱니바닥에는 비교적 큰 간극이 생겨 압축실의 이상한 압력상승은 회피된다. 이 동작을 릴리이프동작이라고 하며, 발생하는 간극량을 릴리이프량이라고 한다.

릴리이프량은 컴플라이언트 프레임(3)과 가이드프레임(15)가 충돌할때까지의 거리에 의해 관리된다.

컴플라이언트 프레임(3)에는 요동스크롤(2)에 발생하는 전복모멘트의 일부 또는 전부가 스러스트축받이(3a)를 거쳐서 전달되지만, 주축받이(3c)에서 받는 축받이 부하와 그의 반작용인 2개의 합력 즉 컴플라이언트 프레임(3)과 가이드프레임(15)의 상하 2개의 원통끼워맞춤면(3d), (3e)에서 받는 반력의 합력에 의해서 생기는 우력(偶力)이 상기 전복모멘트를 상쇄시키도록 작용하므로, 매우 양호한 정상운전시 추종동작 안정성 및 릴리이프동작 안정성을 갖는다.

다음에, 종래의 스크롤압축기에 작용하는 축방향의 힘의 관계에 대해서 상세하게 설명한다.

도 8은 종래의 스크롤압축기에 있어서, 요동스크롤(2), 컴플라이언트 프레임(3)에 작용하는 축방향의 힘의 관계에 대해서 설명한 도면이다.

요동스크롤(2)에는 냉매가스를 압축하는 것에 의한 반력Fgth와 고정스크롤(1)과 톱니선단을 접촉접동하는 것에 의한 톱니선단 접촉력Ftip가 도면중 하향의 방향으로 작용한다. 또, 상기 보스부 외측공간(2h)내의 압력Pm1이 요동스크롤(2)와 컴플라이언트 프레임(3)을 분리하려고 하는 힘Fpm1, 요동스크롤의 보스부 내측의 고압분위기에 노출된 부분에 차압에 의해 작용하는 힘Fpd1, 또한 스러스트면의 접촉접동에 의한 스러스트 접촉력Fth가 도면중 상향의 힘으로서 작용한다. 여기서,

Fpm1=Spm1×(Pm1-Ps)

Fpd1=Spd1×(Pd-Ps)

단, Spm1 :보스부 외측공간에 있어서의 중간압력Pm1의 작용면적(㎡)

Spd1 : 보스부 내측공간에 있어서의 토출압력Pd의 작용면적(㎡)

Pd : 토출압력(MPa)

Ps : 흡입압력(MPa)

이들에 의해 요동스크롤(2)에 작용하는 힘은 다음 식으로 나타내어진다.

Fgth+ Ftip= Fth+Fpm1+Fpd1

한편, 컴플라이언트 프레임(3)에는 보스부 외측공간(2h)의 중간압력Pm1에 기인해서 요동스크롤(2)와 컴플라이언트 프레임(3)을 분리하려고 하는 힘Fpm2와 요동스크롤(2)와 접촉 접동하는 것에 의한 스러스트 접촉력Fth가 도면중 하향의 힘으로서 작용하고, 또 프레임공간(15f)의 중간압력Pm2에 기인해서 컴플라이언트 프레임(3)과 가이드프레임(15)를 분리하려고 하는 힘Fpm2와 컴플라이언트 프레임 하단의 고압분위기에 노출되어 있는 부분에 작용하는 차압에 의한 힘Fpd2가 도면 중 상향의 방향으로 작용한다.

Fpm2=Spm2×(Pm2-Ps)

Fpd2=Spd2×(Pd-Ps)

단, Spm2 :프레임공간에 있어서의 중간압력Pm2의 작용면적(㎡)

Spd2 : 컴플라이언트 프레임 하단의 토출압력 분위기에 노출되어 있는 면적(㎡)

Pd : 토출압력(MPa)

Ps : 흡입압력(MPa)

이들에 의해 컴플라이언트 프레임(3)에 작용하는 힘은 다음식으로 나타내어진다.

Fpm1+ Fth= Fpm2+ Fpd2

식 6과 식 9를 연립하면, 톱니선단 접촉력Ftip과 스러스트 접촉력Fth가 구해진다.

Ftip=Fpd1+Fpd2+Fpm2-Fgth

Fth=Fpm2+Fpd2-Fpm1

식 10은 Fpm2(프레임공간(15f)의 압력Pm2가 컴플라이언트 프레임(3)과 가이드프레임(15)를 분리하려고 하는 힘)를 크게 설정할수록 톱니선단 접촉력 Ftip은 증대하는 것을 나타내고 있다. 즉, 프레임공간(15f)의 중간압력Pm2를 크게(β값을 크게) 설정할수록 톱니선단 접촉력Ftip은 증대한다.

한편, 식 11에서는 Fpm1(보스부 외측공간(2h)의 압력Pm1이 컴플라이언트 프레임(3)과 요동스크롤(2)를 분리하려고 하는 힘)을 크게 설정하면, 스러스트 접촉력 Fth는 감소하는 것을 나타내고 있다. 즉, 보스부 외측공간(2h)의 중간압력Pm1을 크게(α값을 크게) 설정할수록 스러스트 접촉력Fth는 감소한다. 즉, 스러스트 접동손실을 저감할 수 있고, 압축기의 전기입력을 절약하는데 기여하는 구조로 되어 있다.

상술한 바와 같이, 보스부 외측공간의 압력 Pm1이나 프레임공간의 압력 Pm2의 조정에 의해, 톱니선단 접촉력Ftip이나 스러스트 접촉력Fth는 자유롭게 조정할 수 있지만, 압축기가 정상적인 압축동작을 실행하기 위해 이 2개의 힘은 항상 정값을 확보하지 않으면 안된다.

Ftip> 0

Fth> 0

다음에, 프레임공간(15f)를 구성하기 위해 가이드프레임(15)와 컴플라이언트 프레임(3)의 원통끼워맞춤면에 배치된 밀봉재에 대해서 도 9를 사용해서 설명한다.

프레임공간(15f)로는 압축 도중의 냉매가스를 추출해서 보내고 있으므로, 통상운전시의 압력레벨은 일반적으로 다음식으로 된다.

Ps〈 Pm2〈 Pd

따라서, 밀봉재의 구성은 프레임공간(15f)로의 토출압력 가스의 침입을 방지하는 U링과 프레임공간(15f)에서 흡입압력 분위기로의 누설을 방지하는 U링을 도 9에 도시한 방향에서 설치하는 것이 통례이다. 또, 이들 U링의 재료는 테프론 등이 사용되는 경우가 많다.

종래의 스크롤압축기는 보스부 외측공간(2h)의 중간압력Pm1을 크게 설정하면, 식 11에 나타낸 스러스트 접촉력Fth 즉 스러스트 접동 손실을 저감할 수 있고, 압축기의 전기입력을 절약할 수 있는 것은 상술하였다. 그러나, Pm1을 과대하게 설정하면, Fth<0으로 되어 요동스크롤(2)와 컴플라이언트 프레임(3)이 이반하여 정상적인 압축동작이 불가능하다. 또, 요동스크롤(2)가 축방향 릴리이프량의 간극내에서 흔들거려 요동축받이가 한쪽측에서만 닿는 현상(one-sided bearing)이 발생하여 이상마모나 손상을 일으킨다는 등의 문제가 있었다.

또, 마찬가지로 Pm1을 과대하게 설정하면, 식 2의 △P= Pd-Pm1<0로 되어 요동축받이(2c)와 주축받이(3c)로의 급유차압을 확보할 수 없고, 축받이를 손상시킨다는 등의 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 이와 같은 문제를 해소하기 위해 이루어진 것으로서, 식 1에 있어서의 α값에 상한을 마련하는 것에 의해 보스부 외측공간(2h)의 압력 Pm1을 설정하고, 스러스트 접촉력Fth를 적정하게 유지하는 것에 의해, 스러스트접동 손실을 저감시키면서도 요동스크롤(2)와 컴플라이언트 프레임(3)의 이반이 발생하지 않아 압축동작을 정상적으로 실행하고, 또 요동축받이의 이상마모나 손상이 발생하지 않는 또한 급유차압을 확보해서 요동축과 주축을 손상시키지 않는 즉 고성능이고 신뢰성이 높은 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.

또, 종래의 스크롤압축기는 프레임공간(15f)의 중간압력Pm2를 작게 설정하면, 컴플라이언트 프레임(3)을 압축실측으로 이동시키는 힘이 발생하지 않고, 톱니선단 접촉력Ftip이 부값으로 되어 정상운전시에 고정스크롤(1)과 요동스크롤(2)가 이반해서 정상적인 압축동작을 실행할 수 없다. 또, 요동스크롤(2)가 축방향 릴리이프량의 간극내에서 흔들거려 축받이를 손상시키는 등의 문제가 있었다. 또, 반대로 Pm2를 과대하게 설정하면, 톱니선단 접촉력Ftip이 커져 접동손실이 증대하고 압축기의 전기입력이 커진다. 또, 톱니선단이 이상마모하고, 최악의 경우에는 소착(seize)한다는 등의 문제가 있었다.

본 발명의 다른 목적은 이와 같은 문제를 해소하기 위해서 이루어진 것으로서, 식 3에 있어서 β값의 설정에 적정한 범위를 마련하는 것에 의해 컴플라이언트 프레임(3)을 압축실방향으로 확실히 이동시켜서 고정스크롤과 요동스크롤을 축방향으로 적정한 누름력으로 밀착시키고, 톱니선단 접촉력Ftip을 적정하게 유지하는 것에 의해 정상적인 압축동작을 확보하고, 또 축받이 손상 등이 없고, 또한 접동손실이 증대하지 않아 톱니선단의 이상마모나 소착을 발생하지 않는 고성능이고 신뢰성이 높은 스크롤압축기를 제공하는 것이다.

또, 종래의 스크롤압축기는 프레임공간(15f)를 구성하기 위해 밀봉부재를 2개 사용하고 있으므로, 밀봉부재 자체의 비용과 이들 밀봉부재를 배치하기 위한 2개의 홈가공을 실행하지 않으면 안되어 가공시간과 비용을 필요로 한다는 문제가 있었다.

본 발명의 또 다른 목적은 이와 같은 문제를 해소하기 위해서 이루어진 것으로서, 밀봉부재 자체의 수나 밀봉부재 설치를 위한 홈 가공수를 저감시킬 수 있고, 또한 추출구멍(2j)나 연락통로(3s) 등의 가공을 생략할 수 있고, 부품비용이나 가공비용을 저감할 수 있어 생산성이 우수한 스크롤압축기를 제공하는 것이다.

또, 종래의 스크롤압축기는 밀봉부재에 테프론 등으로 구성된 U링을 사용하고 있으므로 재료자체가 비교적 고가였다.

또, 압축기의 기동전 등 밀폐용기내가 평형압(밸런스압)으로 되어 있는 경우에는 압축기 기동 직후에 압축실(1d)에서 실행되는 압축도중의 중간압력의 냉매가스를 추출하고 있는 프레임공간(15f)는 비교적 압력의 상승이 빠른 것에 대해 밀폐용기내는 프레임공간(15f)에 비해 그 체적이 매우 크므로, 압력의 상승이 프레임공간(15f)에 대하여 느려진다.

이와 같은 경우, 프레임공간(15f)의 압력Pm2와 밀폐용기내의 압력(즉, 토출압력)Pd의 압력레벨이 임의의 시간 동안, 다음식으로 나타내는 상태로 된다.

Pm2>Pd

밀봉부재는 정상운전을 상정해서 프레임공간(15f)로의 토출압력가스의 침입을 방지하는 구조로 하고 있지만, 그 역방향의 흐름을 방지할 수 없다. 식 15로 나타내는 상태에서는 프레임공간(15f)의 냉매가스가 밀폐공간으로 누설되기 시작해서 프레임공간내 압력Pm2가 상승하지 않고, 컴플라이언트 프레임(3)을 압축실측으로 이동시키는 힘이 불충분하게 된다. 즉, 정상적인 압축동작을 개시하는데에 시간이 걸리거나 또 이 동안에 컴플라이언트 프레임(3)과 이것에 접촉해서 축방향으로 이동하는 요동스크롤(2)는 축방향 릴리이프량의 간극내에서 흔들거려 축받이의 한쪽측만 닿는 현상 등에 의한 손상, 소착을 일으킨다는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 또 이와 같은 문제를 해소하기 위해 이루어진 것으로서, 테프론대신에 O링을 사용하는 것에 의해 재료에 소요되는 비용을 저감할 수 있다.

또, 본 발명의 또 다른 목적은 압축기의 기동시에도 압축실(1d)에서 프레임공간(15f)로 공급되는 중간압력의 냉매가스를 누설시키는 일 없이 프레임공간(15f)의 압력Pm2를 신속하게 상승시키고 확실하게 컴플라이언트 프레임(3) 및 요동스크롤(2)를 압축실측 방향으로 이동시키는 힘을 발생하여 신속하게 정상적인 압축동작을 개시할 수 있다. 즉, 저렴하고 또한 기동성이 우수하고 또 축받이 손상이 없으며 신뢰성이 높은 스크롤압축기를 공급하는 것이다.

또, HFC계의 냉매(R407C, R410A 등)를 작동유체로서 사용하는 경우, 밀봉부재에 종래의 일반적인 CR(클로로프렌·고무)제의 O링을 사용하면, 냉매와의 상성으로부터 O링이 팽윤하여 열화하고, 그 밀봉특성을 상실시키는 등의 문제가 있었다.

본 발명의 또 다른 목적은 또 이와 같은 문제를 해소하기 위해 이루어진 것으로서, HFC계의 냉매에는 HNBR(아크릴로 니트릴·부타디엔고무 분자의 일부에 수소원자를 결합시킨 것)제의 O링을 사용하는 것에 의해, 열화가 없고, 밀봉특성을 상실시키지 않는 신뢰성이 높은 스크롤압축기를 제공하는 것이다.

<발명의 개시>

본 발명에 관한 스크롤압축기는 밀폐용기내에 마련되고, 각각의 판형상 스크롤 톱니가 상호간에 압축실을 형성하도록 맞물린 고정스크롤 및 요동스크롤; 이 요동스크롤을 축선방향으로 지지함과 동시에 이 요동스크롤을 구동하는 주축을 반경방향으로 지지하고 축선방향으로 변위가능한 컴플라이언트 프레임 및; 이 컴플라이언트 프레임을 반경방향으로 지지하는 가이드프레임을 구비하고, 상기 컴플라이언트 프레임의 상기 가이드프레임에 대한 축선방향의 이동에 의해 상기요동스크롤을 축선방향으로 이동가능하게 한 스크롤압축기에 있어서, 상기 요동스크롤은 판형상 스크롤 톱니와는 반대측 면에 스러스트면을 갖고, 이것과 압접 접동하는 상기 컴플라이언트 프레임의 스러스트 축받이의 내측에 형성되는 보스부 외측공간을 압축기의 운전 고저압력차를 이용해서 윤활유를 공급하는 차압급유경로의 도중에 배치함과 동시에, 상기 급유경로 도중에 마련한 수축밸브(restrictor)나 압력조정장치에 의해서 결정되는 상기 보스부 외측공간의 압력Pm1(MPa)를 Pm1= Ps+α로 나타내고, 스크롤압축기의 운전압력범위내에서 고저압 차가 가장 작아지는 차압값을 min(Pd-Ps)으로 나타낸 경우, 상기 식에 있어서의 α값을 하기의 범위로 설정한 것을 특징으로 한다.

0<α<min(Pd-Ps),

단, Ps: 압축기의 흡입압력(MPa),

Pd : 압축기의 토출압력(MPa).

이것에 의해, 압축기의 모든 운전압력범위에 있어서 요동축받이와 주축받이로의 급유차압을 확보하면서도, 컴플라이언트 프레임과 요동스크롤의 이반이 일어나지 않는 신뢰성이 높은 스크롤압축기를 얻을 수 있다.

또, 밀폐용기내에 마련되고, 각각의 판형상 스크롤 톱니가 상호간에 압축실을 형성하도록 맞물린 고정스크롤 및 요동스크롤; 이 요동스크롤을 축선방향으로 지지함과 동시에 이 요동스크롤을 구동하는 주축을 반경방향으로 지지하고 축선방향으로 변위가능한 컴플라이언트 프레임 및; 이 컴플라이언트 프레임을 반경방향으로 지지하는 가이드프레임을 구비하고, 상기 컴플라이언트 프레임의 상기가이드프레임에 대한 축선방향의 이동에 의해 상기 요동스크롤을 축선방향으로 이동가능하게 한 스크롤압축기에 있어서, 상기 컴플라이언트 프레임과 상기 가이드프레임으로 형성되는 원통면 또는 평탄면에 2개의 밀봉부재를 배치하는 것에 의해 구성되는 밀폐된 프레임공간으로 상기 압축실로부터 압축도중의 냉매가스를 추출해서 보냄과 동시에, 이 프레임공간내의 압력Pm2(MPa)를 압축기의 흡입압력 Ps(MPa)의 1. 2배 이상, 2배 이하의 범위로 설정하였다.

이것에 의해, 압축기의 모든 운전압력범위에 있어서 고정스크롤과 요동스크롤을 적정한 누름력으로 접촉 접동시켜서 이반이 일어나지 않고, 또 과잉의 누름력에 의한 접동손실의 증대나 소착이 발생하지 않는 고효율이고 또한 신뢰성이 높은 스크롤압축기를 얻을 수 있다.

또, 밀폐용기내에 마련되고, 각각의 판형상 스크롤 톱니가 상호간에 압축실을 형성하도록 맞물린 고정스크롤 및 요동스크롤; 이 요동스크롤을 축선방향으로 지지함과 동시에 이 요동스크롤을 구동하는 주축을 반경방향으로 지지하고 축선방향으로 변위가능한 컴플라이언트 프레임 및; 이 컴플라이언트 프레임을 반경방향으로 지지하는 가이드프레임을 구비하고, 상기 컴플라이언트 프레임의 상기가이드프레임에 대한 축선방향의 이동에 의해, 상기 요동스크롤을 축선방향으로 이동가능하게 한 스크롤압축기에 있어서, 상기 컴플라이언트 프레임과 상기 가이드프레임에 형성되는 원통면 또는 평탄면에 고압공간에서 저압공간으로의 유체의 이동을 차단하는 1개의 밀봉부재를 배치하였다.

이것에 의해, 부품점수와 가공시간과 비용을 작게 할 수 있어 저비용이고 생산성이 높은 스크롤압축기를 얻을 수 있다.

또, 상기 밀봉부재를 O링으로 하는 것에 의해 밀봉부재에 소요되는 비용을 저감할 수 있고, 또한 압축기의 기동시에도 프레임공간의 압력이 밀폐용기내로 누설되지 않고, 신속하게 컴플라이언트 프레임 및 요동스크롤이 압축실측으로 이동하여 정상적인 압축동작을 개시할 수 있다. 이 때문에 저비용이고 신뢰성이 높은 스크롤압축기가 얻어진다.

또, HFC계의 냉매(R407C, R410A 등)를 작동유체로서 사용하는 경우에는 상기 밀봉부재를 HNBR(아크릴로 니트릴·부타디엔 고무 분자의 일부에 수소원자를 결합시킨 것)로 이루어지는 O링으로 하는 것에 의해, O링의 팽윤이나 열화를 적게 한 밀봉특성이 얻어진다. 이 때문에 신뢰성이 높은 스크롤압축기를 얻을 수 있다.

<도면의 간단한 설명>

도 1은 본 발명의 실시예1의 종단면도,

도 2는 압축기의 운전온도범위를 도시한 그래프,

도 3은 냉매가 R407C인 경우의 α값과 정격성능비율의 상관을 도시한 그래프,

도 4는 냉매가 R410A인 경우의 α값과 정격성능비율의 상관을 도시한 그래프,

도 5는 β값과 정격성능비율의 상관을 도시한 그래프,

도 6은 본 발명의 실시예 2의 종단면도,

도 7은 종래의 스크롤압축기의 종단면도,

도 8은 각 부품에 작용하는 축방향의 힘의 설명도,

도 9는 밀봉부재 부근의 확대단면도,

도 10은 본 발명에 있어서의 각 냉매에 있어서의 저압축비 운전압력의 표.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

<실시예 1>

도 1은 실시예 1에 있어서의 스크롤압축기를 도시한 종단면도이다. 각 부품의 명칭과 그 기능은 종래예와 마찬가지이고, 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

프레임공간(15f)를 형성하는 2개의 밀봉부재는 O링(16c), (16d)이고, 가이드프레임(15)의 내주와 컴플라이언트 프레임(3)의 외주로 구성된 원통면(15d), (15d)에 설치되어 있다. O링의 재료는 HNBR제의 O링을 사용하고 있고 HFC계의 냉매를 사용하는 경우에도 O링이 팽윤해서 열화할 우려는 없다. O링은 압축기내를 채우는 냉매의 종류나 분위기온도 등에 따라 적절한 재료를 선정하면 좋다.

압축기의 기동시는 압축실(1d)에서의 압축도중의 냉매가스를 추출해서 보내는 프레임공간(15f)내의 압력Pm2가 밀폐용기내의 압력(즉, 토출압력)Pd보다 빨리 상승하지만, 프레임공간(15f)를 구성하는 O링에 의해 프레임공간(15f)에서 밀폐용기내로의 압력누설은 방지할 수 있는 구조로 되어 있으므로, 프레임공간내 압력Pm2의 신속한 상승에 의해 컴플라이언트 프레임(3)은 압축실(1d)의 방향으로 이동하는 힘을 부가받아 신속하게 정상적인 압축동작을 개시할 수 있는 구조로 되어 있다.

보스부 외측공간(2h)는 밀폐용기내에 있는 냉동기유(10e)의 급유경로의 도중에 배치되어 있다. 차압급유경로는 고압의 밀폐용기 바닥부의 냉동기유(10e)가 주축중공부(4g)를 통과하고, 주축받이(3c) 및 요동축받이(2c)를 거쳐서 보스부외측공간에 도달하고, 컴플라이언트 프레임(3)에 마련한 중간압력의 조정밸브 수납공간(3p)를 통과해서 저압공간(1g)로 보내지는 통로이다. 보스부 외측공간(2h)의 압력Pm1은 주축받이(3c) 및 요동축받이(2c)의 스로틀작용과 조정밸브 수납공간에 마련한 중간압력 조정 스프링(3m)의 스프링정수를 조정하는 것에 의해 식 1로 나타내는 α= 0. 3정도로 되도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 압축기의 모든 운전압력범위에 있어서 스러스트 접촉력Fth를 경감시켜 스러스트 접동 손실을 경감하면서도 요동스크롤(2)와 컴플라이언트 프레임(3)의 이반이 일어나지 않아 정상적인 압축동작을 확보할 수 있음과 동시에, 냉동기유의 급유차압 △P는 정값을 확보하여 요동축받이(2c) 및 주축받이(3c)로의 급유는 중단되는 일은 없다.

프레임공간(15f)는 추출구멍(2j) 및 연락통로(3s)를 거쳐서 연속 또는 간헐적으로 공급되는 중간압력의 냉매가스를 봉입하지만, 이 공간의 압력Pm2는 추출구멍(2j)와 연통하는 압축실(1d)의 위치에 의해 식 3에서 나타내는 β=1. 6정도로 되도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 압축기의 모든 운전압력범위에 있어서 톱니선단 접촉력Ftip은 부값으로 되지 않고 요동스크롤(2)와 고정스크롤(1)의 이반이 일어나지 않아 정상적인 압축동작을 확보할 수 있음과 동시에, 톱니선단 누름 과잉으로 되어 접동 손실을 증대시키는 일은 없다.

또한, 보스부 외측공간이나 프레임공간의 중간압력 작용면적이나 고압작용면적은 상기한 α값이나 β값의 균형에 의해 결정되어 있고, 이들 면적의 조정으로 최적의 α, β 값도 변화한다. 일반적으로, 보스부 외측공간(2h)의 중간압 작용면적Spm1은 올덤링이나 스러스트 축받이 등 기하학적인 형상에 의해 결정되며 설정의 자유도는 그다지 없다. 한편, 프레임공간(15f)의 중간압 작용면적 Spm2의 조정은 비교적 자유도는 크고, 중간압 작용면적Spm2를 가능한한 크게 설정해서 β값을 다소 작게, 즉 프레임공간의 중간압력 Pm2를 다소 작게 설정하는 쪽이 압축기의 운전압력 광범위에 있어서 안정된 톱니선단 접촉력Ftip이 얻어진다. 또, 작은 중간압력 Pm2로 컴플라이언트 프레임(3) 및 요동스크롤(2)를 압축실방향으로 이동시킬 수 있으므로, 압축기의 기동특성이 향상하는 등의 계산, 실험결과가 얻어지고 있다.

여기서, 보스부 외측공간(2h)의 압력 Pm1을 결정하는 α값의 설정에 대해서 기술한다. α값을 크게 설정하는 것에 의해 스러스트 접촉력Fth 즉 스러스트 접동 손실을 경감할 수 있는 것은 종래예에 기술한 바와 같다. 그러나, α값을 과대하게 설정하는 즉 보스부 외측공간(2h)의 압력 Pm1을 과대하게 설정하면, 스러스트 접촉력Fth가 부값으로 되어 요동스크롤(2)와 컴플라이언트 프레임(3)의 이반이 발생하거나, 요동축받이(2c)나 주축받이(3c)로의 급유차압△P를 확보할 수 없다는 문제가 있다.

도 2는 압축기가 보증하는 일반적인 운전온도범위를 도시하고 있다. 이 광범위에 있어서 급유는 확보되지 않으면 안된다. 이 도면중에서 급유가 곤란한 조건에 대해서 보면, 응축온도CT와 증발온도ET의 차가 가장 작은 즉 토출압력Pd와 흡입압력Ps의 차가 가장 작아지는 운전포인트(저압축비)라고 할 수 있다. 도 2에서는 운전온도범위의 우측하부의 포인트가 그것이고, CT/ET= 30/10℃로 된다. 이 포인트에서의 토출압력Pd와 흡입압력Ps의 차 min(Pd-Ps)는 사용하는 냉매에 따라서 다르지만, 이것을 후술하는 도 10에서 정리한다.

요동축받이(2c) 및 주축받이(3c)에 급유를 실행하는 차압헤드는 식 2로 나타낸 바와 같이, 밀폐용기내 압력(즉, 토출압력)Pd와 보스부 외측공간내 압력 Pm1의 차압 △P로 되지만, 예를 들면 사용냉매를 R407C로 한 경우, α값이 0. 6이상으로 되면, 도 10에 도시한 운전포인트(Pd/Ps=1.27/0.71MPa)에 있어서

Pm1= Ps+α= 0. 71+ 0. 6= 1. 31(MPa)

△P=Pd-Pm1= 1. 27-1. 31=-0. 04 (MPa)<0

로 되고 이 운전압력조건에 있어서 급유를 실행할 수 없는 것을 나타내고 있다. 즉, R407C를 작동냉매로서 사용하는 경우, α값은 저압축비 운전압력(Pd/Ps= 1. 27/0. 71MPa)에 있어서의 고저압력차min(Pd-Ps)값 이하, 즉 0. 56이하로 설정할 필요가 있다.

마찬가지로, R22를 작동냉매로 하는 경우에는 α<0. 51, R410A를 작동냉매로 하는 경우에는 α<0. 8로 설정하지 않으면, 압축기의 운전압력범위에 있어서 무급유영역이 발생하는 사태로 된다. 따라서, α값은 상기한 값 이하로 되도록 설정하지 않으면 안된다.

압축기가 사용하는 냉매나 운전압력범위가 상기와 다른 경우에도 α값은 그 압축기의 운전압력범위에 있어서의 고저압이 가장 작게 되는 차압값min (Pd-Ps)이하로 설정할 필요가 있다.

도 3은 R407C를 작동냉매로 하고, α값을 변화시켰을 때의 정격성능비율을 도시하고 있다. 정격성능비율은 성능 MAX값을 100%로 했을 때의 성능비로 나타내고 있다. α값이 작은 영역에서는 스러스트 접촉력Fth를 완화시키는 효과가 충분히 얻어지지 않고, 스러스트 접동 손실이 증대하여 성능은 완만하게 저하하는 경향에 있다. α값을 서서히 크게 해 가면, 스러스트 접동 손실의 완화효과가 발휘되어 성능은 상승하고, α= 0. 3정도에서 성능은 피크(100%)로 된다. 또, α값을 크게 하면, 스러스트 접동 손실은 보다 작아지지만, 스러스트접촉력Fth가 부족한 경향으로 되고, 요동스크롤에 발생하는 전복모멘트를 지지할 수 없어 톱니선단에 미소하긴 하지만 간극을 발생하기 시작하고, 체적효율의 악화나 내부누설손실이 증대해서 성능은 재차 저하하는 경향으로 된다. α값이 0. 7을 초과하면, 스러스트 접촉력Fth는 완전히 부족하여 컴플라이언트 프레임(3)과 요동스크롤(2)의 이반이 발생하여 성능은 급격하게 저하한다. 도 3에서는 성능 MAX값에 대해 95%이상의 성능을 확보하는 데에 필요한 α값은 0∼0. 5의 범위였다.

다음에, 고압작동냉매를 사용하는 경우의 본 실시예의 장점에 대해서 설명한다.

고압작동냉매(예를 들면, R401A나 R32)는 다른 냉매(예를 들면, R22나 R 407C)에 비해 그의 작동운전압력이 높으므로, 요동축받이(2c)나 주축받이(3c) 등의 래디얼부하와 스러스트축받이(3a)의 부하가 커진다.

일반적으로, 고압작동냉매에서는 그 냉매자체의 열물성으로 인해 압축기의 스트로크 체적Vst가 작아지지만, 스크롤 압축기에서는 고압냉매에 의한 스크롤 톱니의 발생응력을 완화시킨다는 목적에 의해 스크롤 톱니의 높이를 작게 하거나 또는 톱니두께를 크게 하는 것 등에 의해 이 스트로크체적Vst의 조정을 실행하는 것이 일반적이다. 이 방법에 의해, 요동축받이(2c)나 주축받이(3c)의 래디얼부하는 종래 레벨까지 작게 하는 것이 가능하다. 그러나, 이 방법에서는 스러스트 축받이 부하를 경감할 수 없어 이 스러스트 접동 손실의 증대가 압축기의 성능 저하의 요인으로 된다.

이 문제에 대해, 본 발명의 스크롤 압축기에서는 보스부 외측공간(2h)의 압력Pm1을 크게(α값을 크게) 설정하면, 스러스트축 부하를 경감할 수 있는 구조로 되어 있다. 또한, 도 10에 도시한 바와 같이 R410A의 경우에는 급유차압을 확보하는 α값의 상한이 0. 8정도이고, 다른 냉매(R22나 R407C)인 경우의 그것에 비해 크게 되어 있고, α값을 크게 설정할 수 있는 자유도가 크므로 스러스트축 부하를 경감할 수 있는 효과도 크다. 즉, 고압작동냉매일수록 본 실시예에 개시한 스크롤압축기의 우위성을 발휘할 수 있다.

도 4는 고압작동냉매인 R410A를 사용한 경우의 α값과 정격성능비율의 상관을 도시하고 있다. 도면에는 상술한 R407C의 경우도 병기하고 있다.

α값이 작은 영역에서는 스러스트축 부하가 크고 또한 이 부하를 상쇄하는 본 실시예의 효과가 충분히 발휘되지 않고, R407C의 경우보다 성능비율이 작은 값으로 되어 있다. α값을 서서히 크게 해 가면, 본 실시예의 스러스트축 부하를 상쇄하는 효과가 나타나고, R407C의 경우에 비해 α값이 큰 레벨로 성능최고점으로 된다. 본 예에서는 α= 0. 5로 성능최고점으로 되었다. 상술한 바와 같이, 고압작동냉매(R410A)에서는 R407C나 R22보다 스러스트축 부하가 크므로, 보다 높은 보스부 외측공간(2h)의 중간압력Pm1 즉 큰α값을 설정하는 것에 의해 양호한 성능을 얻을 수 있다. 또, α값을 크게 해 가면, 스러스트 접촉력Fth가 부족하여 재차 성능이 저하하는 이유는 도 3에 있어서의 설명과 마찬가지이다.

도 4에서는 성능비율이 95%이상을 유지하는데 필요한 α값은 0. 2<α<0. 7정도이었다.

이상에서 α값은 도 10에 도시한 바와 같이, 압축기의 운전압력범위에 있어서 가장 고저압력차가 작아지는 차압값 min(Pd-Ps)을 상한으로서 설정할 필요가 있다. 최적의 α값은 이 min(Pd-Ps)이하로서, 스러스트 접촉력Fth가 과소 또는 과대로 되지 않는 범위에서 성능을 측정하는 등 해서 실험적으로 결정되어야 한다.

α값은 그의 중간압력의 작용면적Spm1에 의해서도 다소 변화하지만, 본 실시예에 있어서 실험적으로 구한 최적의 α값은 대략 도 10에 도시한 min (Pd-Ps)의 1/2부근 즉 α≒{min(Pd-Ps)}/2에 가까운 값으로 되었다.

다음에, 식 11에 있어서의 가이드프레임(15)와 컴플라이언트 프레임(3)을 분리하려고 하는 힘Fpm2를 적정값으로 설정하기 위한 식 3에 있어서의 β값의 결정에 대해서 설명한다.

β값을 과소하게 설정하면, 임의의 운전압력에 있어서 톱니선단 누름력Ftip이 정값을 확보하는 것이 곤란하게 되어 정상적인 압축동작을 보증할 수 없고, 반면에, β값을 과대하게 설정하면, 식 10에 있어서의 톱니선단 누름력Ftip이 필요 이상으로 크게 되어 접동 손실의 증대에 의한 압축기의 성능저하나 톱니선단 소착 등의 불합리를 발생하는 원인으로 된다.

도 5는 본 실시예에 개시한 스크롤압축기에 있어서 β값을 변화시켰을 때의 정격성능비율을 도시하고 있다. 정격성능비율은 상기와 마찬가지로 성능 MAX값을 100%로 했을 때의 성능비로 나타내고 있다.

β값이 작은 범위에서는 톱니선단 접촉력Ftip이 완전히 부족하여 컴플라이언트 프레임(3) 및 요동스크롤(2)가 압축실방향으로 이동할 수 없고, 정상적인 압축동작을 할 수 없으므로 성능은 현저히 낮다. β를 서서히 크게 하면, 톱니선단 접촉력Ftip은 정값으로 되지만, 요동스크롤(2)에 발생하는 전복모멘트를 지지할 수 없어 톱니선단에 미소 간극이 발생하고, 체적효율 악화나 내부누설손실의 증대로 인해 성능은 여전히 충분하다고는 할 수 없다. 그러나, β= 1. 2 부근에서 서서히 이 누설현상도 저하하고 충분한 톱니선단 접촉력Ftip으로 되므로 성능은 상승하고, β= 1. 6정도에서 피크(100%)로 된다. 그 후에는 톱니선단 접촉력Ftip의 증대로 인해 톱니선단 접동손실도 증대하여 성능은 재차 저하경향으로 된다.

본 도면에서는 성능비 95%이상을 확보하는 데 필요한 β값의 범위는 1.2<β<2.0이었다.

<실시예 2>

도 6은 실시예 2를 도시한 종단면도이다. 각 부품의 명칭과 그 기능은 실시예 1과 마찬가지이고, 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

컴플라이언트 프레임(3)과 가이드프레임(15)에 의해 형성된 원통끼워맞춤면(15h)에 HNBR제의 1개의 O링(16e)가 배치되어 있고, O링(16e)에서 압축실측은 흡입압력 분위기공간(1g)에 대해 개방되어 있고, O링(16e)에서 모터측은 토출압력 분위기에 대해 개방되어 있다. 또한, 도 1에 도시한 실시예에 비해 프레임공간(15f)와 추출구멍(2j), 연락통로(3s), 또한 2개 있는 O링과 O링홈의 세트 중의 어느 하나를 생략한 구성으로 되어 있다.

도 1에 도시한 실시예에서는 프레임공간(15f)의 압력Pm2에 의한 가이드프레임(15)와 컴플라이언트 프레임(3)을 분리하려고 하는 힘Fpm2가 컴플라이언트 프레임(3) 및 요동스크롤(2)를 압축실측으로 이동시키는 힘으로서 작용하고, 톱니선단 접촉력Ftip을 정값으로 하는 것에 관여하고 있던 것에 대해, 도 6에서는 프레임공간(15f) 자체가 존재하지 않기 때문에, 이 가이드프레임(15)와 컴플라이언트 프레임(3)을 분리하려고 하는 힘Fpm2도 발생하지 않는다. 이 톱니선단 접촉력Ftip의 부족분은 컴플라이언트 프레임 하단의 고압분위기에 노출되어 있는 면적(Spd2′)을 크게 설정하고, 이 부분에 작용하는 차압에 의한 힘(Fpd2′)을 크게 하는 것에 의해 실시예 1과 동등한 기능을 갖고 있다. 즉, 실시예1에서는 톱니선단 접촉력Ftip 및 스러스트 접촉력Fth가 식 10 및 식 11로 되는 것에 대해

[수학식 10]

Ftip= Fpd1+Fpd2+Fpm2-Fgth

[수학식 11]

Fth= Fpm2+Fpd2-Fpm1

실시예 2에서는

Ftip=Fpd1+Fpd2′-Fgth

Fth= Fpd2′-Fpm1

으로 되므로, 실시예 2에 있어서 실시예1과 마찬가지의 톱니선단 접촉력Ftip 및 스러스트 접촉력Fth를 확보하기 위해서는 상기 식을 연립해서

Fpd2′= Fpd2+ Pm2

이 필요하며, (힘=압력×면적)에서

(Pd×Spd2′)=(Pd×Spd2)+(Pm2×Spm2)

Spd2′= Spd2+(Pm2/Pd)×Spm2

로 된다. 즉, 실시예 2에서는 고압분위기에 노출되는 면적(Spd2′)을 실시예1에서 도시한 값을 사용해서 식 20과 같이 설정하면, 실시예 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 구성부품 점수를 적게 하여 저비용이고 생산성이 우수한 스크롤압축기를 실현하고 있다.

이상과 같이 본 발명의 스크롤압축기에 따르면, 압축기의 모든 운전압력범위에 있어서 요동축받이와 주축받이로의 급유차압을 확보하면서도, 컴플라이언트 프레임과 요동스크롤의 이반이 일어나지 않는 신뢰성이 높은 스크롤압축기를 얻을 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명의 스크롤압축기에 따르면, 압축기의 모든 운전압력범위에 있어서 고정스크롤과 요동스크롤을 적정한 누름력으로 접촉 접동시켜서 이반이 일어나지 않고, 또 과잉의 누름력에 의한 접동손실의 증대나 소착이 발생하지 않는 고효율이고 또한 신뢰성이 높은 스크롤압축기를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 스크롤압축기에 따르면, 부품점수와 가공시간과 비용을 작게 할 수 있어 저비용이고 생산성이 높은 스크롤압축기를 얻을 수 있다.

Claims

밀폐용기내에 마련되고, 각각의 판형상 스크롤 톱니가 상호간에 압축실을 형성하도록 맞물린 고정스크롤 및 요동스크롤; 이 요동스크롤을 축선방향으로 지지함과 동시에 이 요동스크롤을 구동하는 주축을 반경방향으로 지지하고 축선방향으로 변위가능한 컴플라이언트 프레임 및; 이 컴플라이언트 프레임을 반경방향으로 지지하는 가이드프레임을 구비하고, 상기 컴플라이언트 프레임의 상기 가이드프레임에 대한 축선방향의 이동에 의해 상기 요동스크롤을 축선방향으로 이동가능하게 한 스크롤압축기에 있어서,

상기 요동스크롤은 판형상 스크롤 톱니와는 반대측 면에 스러스트면을 갖고, 이것과 압접 접동하는 상기 컴플라이언트 프레임의 스러스트 축받이의 내측에 형성되는 보스부 외측공간을 압축기의 운전 고저압력차를 이용해서 윤활유를 공급하는 차압급유경로의 도중에 배치함과 동시에, 상기 급유경로 도중에 마련한 수축밸브나 압력조정장치에 의해서 결정되는 상기 보스부 외측공간의 압력Pm1 (MPa)을 Pm1=Ps+α로 나타내고, 스크롤 압축기의 운전압력 범위내에서 고저압차가 가장 작아지는 차압값을 min(Pd-Ps)로 나타낸 경우에 상기 식에 있어서의 α값을

0<α<min(Pd-Ps)

(단, Ps : 압축기의 흡입압력(MPa),

Pd : 압축기의 토출압력(MPa))

의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.
제1항에 있어서,

상기 컴플라이언트 프레임과 상기 가이드프레임으로 형성되는 원통면 또는 평탄면에 2개의 밀봉부재를 배치하는 것에 의해 구성되는 밀폐된 프레임공간으로 상기 압축실로부터 압축도중의 냉매가스를 추출해서 보냄과 동시에, 이 프레임공간내의 압력Pm2(MPa)를 압축기의 흡입압력Ps(MPa)의 1. 2배이상, 2배이하의 범위로 설정한 것을 특징으로 스크롤압축기.
제1항에 있어서,

상기 컴플라이언트 프레임과 상기 가이드프레임으로 형성되는 원통면 또는 평탄면에 고압공간에서 저압공간으로의 유체의 이동을 차단하는 1개의 밀봉부재를 배치한 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.
밀폐용기내에 마련되고, 각각의 판형상 스크롤 톱니가 상호간에 압축실을 형성하도록 맞물린 고정스크롤 및 요동스크롤; 이 요동스크롤을 축선방향으로 지지함과 동시에 이 요동스크롤을 구동하는 주축을 반경방향으로 지지하고 축선방향으로 변위가능한 컴플라이언트 프레임 및; 이 컴플라이언트 프레임을 반경방향으로 지지하는 가이드프레임을 구비하고, 상기 컴플라이언트 프레임의 상기 가이드프레임에 대한 축선방향의 이동에 의해 상기 요동스크롤을 축선방향으로 이동가능하게 한 스크롤압축기에 있어서,

상기 컴플라이언트 프레임과 상기 가이드프레임으로 형성되는 원통면 또는 평탄면에 2개의 밀봉부재를 배치하는 것에 의해 구성되는 밀폐된 프레임공간으로 상기 압축실로부터 압축도중의 냉매가스를 추출하여 보냄과 동시에, 이 프레임공간내의 압력Pm2(MPa)를 압축기의 흡입압력 Ps(MPa)의 1. 2배이상, 2배이하의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.
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제2항 내지 제4항 중의 어느 한항에 있어서,

상기 밀봉부재가 O링인 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한항에 있어서,

HFC계 냉매를 작동유체로서 사용하는 경우, 상기 밀봉부재는 HNBR(아크릴로 니트릴·부타디엔 고무 분자의 일부에 수소원자를 결합시킨 것)로 이루어지는 O링을 사용하는 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.