KR100746896B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구성으로 손실의 억제가 얻어져 효율의 향상을 도모할 수 있도록 한 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.

고정 스크롤(7)에 대향하여 선회 가능하게 설치된 선회 스크롤(8)의 배면 중심부에 있어서 토출 압력에 가까운 압력을 갖고, 밀폐 용기 바닥부에 저류된 윤활유가 유도되는 제1 공간(33)과, 선회 스크롤(8)의 배면에 마련되고 토출 압력과 흡입 압력의 중간 압력이 되는 제2 공간(18)을 구비하고, 제2 공간(18) 내의 압력 조정을 위해 고정 스크롤(7)에 형성된 연통로(2f)를 거쳐서 도입되는 흡입 압력 또는 압축 초기 압력과 제2 공간(18) 내의 압력과의 차이에 따라서 제2 공간(18) 내의 유체를 연통로(2f)를 거쳐서 흡입실 또는 압축실로 릴리프하는 배압 조정 밸브(2)를 구비한 스크롤 압축기에 있어서, 선회 스크롤(8)의 랩(8b)에 관통 구멍(1)을 마련하고, 이에 의해 연통로(2f) 내의 평균 압력보다 높은 평균 압력이 되는 압축실과 제2 공간(18)을 연통시킨 것이다.

연통로, 선회 스크롤, 랩, 관통 구멍, 스크롤 압축기

Description

스크롤 압축기 {SCROLL COMPRESSOR}

도1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 일 실시 형태를 도시하는 종단면도.

도2는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 고정 스크롤의 상세를 설명하기 위한 정면도.

도3은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 선회 스크롤의 상세를 설명하기 위한 정면도와 단면도.

도4는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 고정 스크롤과 선회 스크롤의 평면도.

도5는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 배압 조정 밸브의 단면도.

도6은 본 발명의 일 실시 형태의 동작을 설명하기 위한 특성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 3 : 관통 구멍

2 : 배압 조정 밸브

4 : 횡구멍

5 : 주베어링

6 : 토출 파이프

7 : 고정 스크롤

8 : 선회 스크롤

9 : 케이스

10 : 샤프트

10a : 크랭크

11 : 선회베어링

12 : 올덤 링

13 : 압축실

14 : 흡입 포트

15 : 토출 포트

16 : 모터

17 : 프레임

18 : 배압실

[문헌 1] 일본 특허 공개 평10-110688호 공보

[문헌 2] 일본 특허 공보 제3344843호

본 발명은 냉매 가스 압축용 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 룸 에어콘에 적합한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

스크롤 압축기는 잘 알려져 있는 바와 같이, 소용돌이형의 랩을 원판형의 경판에 기립 설치시킨 2매의 스크롤을 이용하여 각각의 랩이 맞물려지도록 대향시켜 배치하고, 한쪽 스크롤을 고정 스크롤로 하고, 다른 쪽을 선회 스크롤로 하여 선회시킴으로써 서로의 랩 사이에 형성되는 복수의 압축실의 용적이 순차 축소되어 가도록 하여 유체를 압축하도록 하고 있는 것이다.

따라서, 스크롤 압축기에서는 압축 동작시켰을 때, 고정 스크롤과 선회 스크롤을 상호 분리시키려고 하는 축방향의 힘(이하, 분리력이라 함)이 발생한다. 이 때, 양 스크롤이 분리되어 버렸다고 하면 랩의 이끝과 골밑 사이에 갭(공극)이 나타나, 압축실의 밀폐성이 악화되어 버리므로 압축 효율이 저하된다.

그래서, 선회 스크롤의 경판의 배면에 배압실을 형성시켜, 이 배압실 내의 압력이 토출 압력과 흡입 압력의 중간의 압력이 되도록 하고, 이 압력에 의해 선회 스크롤이 고정 스크롤측으로 압박되어 분리력이 소거되도록 하는 동시에, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이에 인장력(흡인력)이 발생되도록 하고 있다.

그러나, 이 때 인장력이 지나치게 크면, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이에 작용하는 스러스트력이 커지고, 각 랩의 이끝과 골밑의 미끄럼 이동 마찰이 증대되어 압축기의 효율이 저하되어 버리므로, 인장력을 적당한 강도로 조정할 필요가 있고, 이로 인해 배압실과 흡입실을 배압 조정 밸브를 거쳐서 연통시키고 배압실과 흡입실의 압력차에 따라서 배압실의 유체를 흡입실로 릴리프시킴으로써 배압의 크기를 조정하도록 한 스크롤 압축기가 종래 기술로서 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

또한, 다른 종래 기술로서 압축실에 대한 급유량을 조정하는 기구가 일반적으로 알려져 있다. 여기서, 압축기의 바닥부에 저류된 윤활유는 베어링부나 미끄럼 이동부의 윤활과 압축실의 윤활이나 밀봉에 이용되는 것으로, 이로 인해 베어링부를 경유하여 압축실에 공급되지만 이 때 베어링부 쪽이 압축실보다도 일반적으로 필요 급유량이 많고, 따라서 베어링부를 경유한 윤활유를 모두 압축실에 공급한 것으로 하면 압축실에의 급유량이 과대해져 버린다.

이와 같이 하여 압축기에의 급유량이 많아진 것으로 하면, 토출 가스와 동등한 온도에 있는 윤활유가 흡입 가스를 가열하고, 가열 손실이 발생하여 휘는 등의 문제점이 생겨 성능 저하의 요인이 된다. 그래서, 베어링부를 윤활한 윤활유의 대부분은 밀폐 용기의 바닥부로 복귀시키고, 일부의 윤활유만을 압축실 내에 공급하도록 한 스크롤 압축기가, 이것도 종래 기술로서 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).

[특허 문헌 1]

일본 특허 공개 평10-110688호 공보

[특허 문헌 2]

일본 특허 공보 제3344843호

상기 종래 기술은 손실의 발생에 충분한 배려가 되어 있다고는 할 수 없으며, 효율의 가일층의 향상에 문제가 있었다.

즉, 우선 특허 문헌 1에 기재된 종래 기술은 배압실 내의 압력이 높아졌을 때, 배압 조정 밸브에 의해 배압실 내의 유체를 흡입실로 릴리프하는 것이지만, 이 경우 한번 압축한 고압의 유체를 팽창시켜 흡입실로 복귀시키게 되고, 이 결과 이른바 재팽창 손실이 발생되어 버린다.

다음에, 특허 문헌 2에 기재된 종래 기술은, 배압을 조정하여 손실의 저감을 도모하고 있는 것이지만, 그 방법으로서 선회 스크롤의 경판에 배압실과 압축실을 항상 연통시키는 구멍을 마련한 것이며, 이 경우 선회 스크롤이 1선전(旋轉)하는 동안에 배압실로부터 압축실로, 그리고 압축실로부터 배압실로 유체의 흐름의 방향이 매회 바뀌게 되므로, 이에 의한 압축 손실, 이른바 호흡 손실이 발생되어 버리게 된다.

따라서, 종래 기술은 재팽창 손실이나 호흡 손실의 발생이 충분히 억제되어 효율의 가일층의 향상에 문제가 발생되어 버리는 것이다.

본 발명의 목적은, 간단한 구성으로 손실의 억제가 얻어져 효율의 향상을 도모할 수 있도록 한 스크롤 압축기를 제공하는 것에 있다.

상기 목적은, 소용돌이형의 랩이 기립 설치된 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤에 대향하여 선회 가능하게 설치되고 상기 고정 스크롤의 랩 사이에 복수의 압축실을 형성하는 소용돌이형의 랩이 기립 설치된 선회 스크롤과, 상기 선회 스크롤의 배면에 설치되고 토출 압력과 흡입 압력 사이의 압력이 되는 공간을 구비하고, 상기 공간 내의 압력 조정을 위해 상기 고정 스크롤의 최외주 랩의 이끝에 형성된 연통로를 거쳐서 도입되는 흡입 압력 또는 압축 초기 압력과 상기 공간 내의 압력 과의 차이에 따라서 상기한 공간 내의 유체를 상기 연통로를 거쳐서 흡입실 또는 압축실로 릴리프하는 배압 조정 밸브를 구비한 스크롤 압축기에 있어서, 상기 압축실 중에서 상기 연통로 내의 평균 압력보다 높은 평균 압력이 되는 압축실과, 상기 공간을 연통하는 관통 구멍이 상기 선회 스크롤에 마련되어 있음으로써 달성된다.

이 때, 상기 관통 구멍은 상기한 공간에 면하는 상기 선회 스크롤의 경판으로부터 상기 선회 스크롤의 랩의 이끝까지 관통하여 형성되어 있도록 해도 좋고, 상기 압축실로 통하는 측의 구멍 직경이 상기 공간으로 통하는 측의 구멍 직경보다 작게 되어 있도록 해도 좋다.

이와 같이, 선회 스크롤의 배압실이 되는 공간과 압축실을 연통하는 관통 구멍을 마련하였으므로, 배압실의 압력이 과대해진 경우 배압실 내의 유체는 배압 조정 밸브와 연통로를 거쳐서 흡입실 또는 압축 초기의 압축실로 유출되는 동시에, 일부는 관통 구멍을 통해 흡입실 또는 압축 초기의 압축실의 압력보다도 높은 압력의 압축실에 유출된다.

그 결과, 배압 조정을 위해 한번 압축하여 얻어지는 배압실의 유체를 흡입실 또는 압축 초기의 압축실로 전량 릴리프하는 경우의 재팽창 손실에 비해, 일부를 흡입실 또는 압축 초기의 압축실 내의 압력보다도 높은 압력의 압축실로 릴리프하게 되므로 재팽창에 수반되는 손실을 저감시킬 수 있다.

또한, 배압실의 압력이 과소해진 경우 배압 조정 밸브만으로는 배압을 높이는 작용은 하지 않지만, 배압 구멍을 구비하고 있으면 압축실로부터 배압실로 유체가 유입되어 배압을 높이는 복원력이 작용하여, 양 스크롤이 분리됨으로써 압축기 효율의 저하를 방지할 수 있다.

특히, 관통 구멍을 선회 스크롤의 경판으로부터 랩의 이끝까지 관통하여 마련한 경우, 배압실 내의 유체가 배압 구멍을 통해 압축실에 들어갈 때에, 랩의 이끝이 미끄럼 이동하는 고정 스크롤의 경판(골밑부)과의 미소한 간극을 통과하게 된다. 이 간극이 유로 저항이 되므로, 배압실과 압축실을 직접 연통하는 경우에 비해 유체의 자유로운 유출입을 억제할 수 있기 때문에 배압실 내의 압력 변동을 작게 억제할 수 있다.

또한, 이 때 상기한 바와 같이 선회 스크롤이 1선전하는 동안에 배압실로부터 압축실로, 압축실로부터 배압실로 흐름의 방향이 매회 바뀜으로써 호흡 손실이 발생하지만, 상기한 배압실 내의 압력 변동이 작게 억제되는 결과, 이 호흡 손실도 작게 억제할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 스크롤 압축기에 대해 도시한 실시 형태에 의해 상세하게 설명한다. 여기서, 우선 도1은 본 발명의 일 실시 형태의 단면도이고, 이 도면에 있어서 우선 부호 7은 고정 스크롤로, 이것은 도2에 상세하게 도시되어 있는 바와 같이 원판형의 경판(7a)과, 이 경판(7a)의 한쪽 면에 소용돌이형으로 기립 설치된 랩(7b)과, 이 랩(7b)을 둘러싸도록 하여 경판(7a)의 외주측에 통형으로 형성된 지지부(7d)로 구성되고, 경판(7a)의 랩(7b)이 기립 설치된 면이 골밑(7c)으로 되어 있다. 또한, 여기서 이 도2는 도1의 하측으로부터 고정 스크롤(7)을 본 경우를 나타내고 있다.

그리고, 이 고정 스크롤(7)은 지지부(7d)가 볼트 등에 의해 프레임(17)에 설 치되고, 프레임(17)이 대략 원통형을 한 케이스(9)에 용접 등의 고정 수단에 의해 설치됨으로써 이 케이스(9) 중 소정의 위치에 유지되어 있다.

한편, 부호 8은 선회 스크롤이며, 이 선회 스크롤(8)은 도3의 (a)에 상세하게 도시되어 있는 바와 같이 원판형의 경판(8a)과, 고정 스크롤(7)의 랩(7b)과 마찬가지로 경판(8a)의 표면인 골밑(8c)으로부터 기립 설치된 소용돌이형의 랩(8b)과, 경판(8a)의 배면 중앙에 설치된 보스부(8d)로 구성되어 있어, 프레임(17) 내에서 고정 스크롤(7)에 대향해서 배치되고, 프레임(17) 내에서 선회 가능하게 유지된다. 이 때, 이 경판(8a)의 외주부에서 고정 스크롤(7)의 경판(7a)에 접하고 있는 면이 선회 스크롤(8)의 경판면(8e)으로 되어 있다.

다음에, 케이스(9)는 상기한 바와 같이 대략 원통형을 하고 있고, 그 내부에는 모터(16)가 고정 스크롤(7)과 선회 스크롤(8)로 이루어지는 스크롤부와 함께 수납되고, 윤활유가 봉입된 후에 밀폐 구조로 제작되어 있다. 이 때, 모터(16)의 샤프트(10)는 회전자(16a)를 유지한 상태에서, 고정 스크롤(7)의 축선과 동축이 되도록 하여 주베어링(5)과 부베어링(23)에 의해 프레임(17)에 회전 가능하게 유지되어 있다.

그리고, 이 샤프트(10)의 선단부에는 소정의 편심 거리(δ)를 가진 크랭크(10a)가 형성되어 있고, 이 크랭크(10a)가 선회 스크롤(8)의 보스부(8d)에 선회베어링(11)을 거쳐서 회전 가능하게 삽입되어 있다. 따라서, 선회 스크롤(8)은 축선이 고정 스크롤(7)의 축선에 대해 소정 거리(δ)만큼 편심된 상태에서, 프레임(7) 내에 배치되어 있게 된다.

이 때, 선회 스크롤(8)의 랩(8b)은 도4에 도시되어 있는 바와 같이 고정 스크롤(7)의 랩(7b)에 주위 방향으로 소정 각도만큼 옮겨 중합되어 있다. 그리고, 이 선회 스크롤(8)에는 상기 선회 스크롤(8)이 고정 스크롤(7)에 대해 자전하지 않도록 구속된 상태에서 상대적으로 선회 운동시키기 위한 기구로서, 올덤 링(12)이 설치되어 있다.

그래서, 이 상태에서 모터(16)에 의해 선회 스크롤(8)을 선회 운동시켰다고 하면, 랩(7b)과 랩(8b) 사이에 주변부로부터 중앙부로 이동함에 따라서 연속적으로 용적이 축소되어 가는 초생달형의 복수의 압축실(13)이 형성된다. 예를 들어, 비대칭 랩의 경우 도4에 도시한 바와 같이 선회 스크롤(8)의 내선측 및 외선측에 각각 선회 내선측 압축실(13a)과 선회 외선측 압축실(13b)이 형성되게 된다.

이 때, 도4에 도시되어 있는 공간(20)은 흡입실이며, 이 흡입실(20)은 유체를 흡입하고 있는 도중의 공간을 나타내고, 고정 스크롤(7)에 설치되어 있는 흡입 포트(14)에 연통되어 선회 스크롤(8)의 선회 운동의 위상이 진행하고, 흡입 포트(14)가 폐쇄되어 유체의 감금이 완료된 시점으로부터 압축실[13(13a, 13b)]로 바뀐다.

이로 인해, 흡입 포트(14)는 도4에 도시되어 있는 바와 같이 흡입실(20)과 연통되도록 하여 고정 스크롤(7)의 경판(7a)의 외주측으로 뚫어 설치되어 있다. 그리고, 이 고정 스크롤(7)의 경판(7a)의 소용돌이 중심 부근에 토출 포트(15)가 뚫어 설치되어 있어 최내주측의 압축실(13)과 연통하도록 되어 있다.

다음에, 이 도1에 도시한 스크롤 압축기의 작동에 대해 설명한다. 우선, 모 터(16)에 통전되고, 회전자(16a)에 토크가 발생하여 샤프트(10)가 회전하면, 이 회전은 샤프트(10)의 크랭크(10a)로부터 선회베어링(11)을 거쳐서 선회 스크롤(8)에 전달되고, 이에 의해 선회 스크롤(8)은 고정 스크롤(7)의 축선을 중심으로, 소정 거리(δ)의 선회 반경을 갖고 선회 운동한다. 이 때, 상기한 올덤 링(12)에 의한 구속 기능이 작용하여, 선회 스크롤(8)이 자전하지 않고 선회한다(이하, 이 작용을 "선전"이라 함).

그리고, 이 선회 스크롤(8)의 선전에 의해 각 랩(7b, 8b) 사이에 형성되는 압축실(13)이 중앙을 향해 이동하고, 이 이동에 따라서 압축실(13)의 용적이 연속적으로 축소해 가게 되어, 이 결과 흡입 포트(14)로부터 흡입된 유체(기체를 포함하는 유체)를 각 압축실(13) 내에서 차례로 압축하고, 압축된 유체가 토출 포트(15)로부터 케이스(9) 내로 배출되고, 케이스(9) 내로부터 토출 파이프(6)를 통해 예를 들어 냉동 사이클 내에 공급되게 된다.

이 때, 샤프트(10)의 하단부에는 용적식 또는 원심식의 급유 펌프(21)가 설치되어 있고, 케이스(9)의 바닥에는 윤활유가 저류되어 있다. 그래서 샤프트(10)가 회전하면 급유 펌프(21)가 동작하여, 급유 펌프 케이스(22)에 설치되어 있는 윤활유 흡입구(25)로부터 윤활유를 흡입한다. 그리고, 흡입된 윤활유는 급유 펌프의 토출구(28)로부터 샤프트(10)의 관통 구멍(3)을 통해 상부로 유도되고, 프레임(17) 내로부터 선회 스크롤(8) 내로 들어가 선회 스크롤(8)의 보스부(8d)에 있는 플랜지형의 보스 부재(34)에 의해 형성되어 있는 제1 공간(33)으로 유입되는데, 이 때 각 부분의 윤활이 얻어진다.

이 때의 윤활에 대해 구체적으로 설명하면, 우선 윤활유의 일부는 샤프트(10)에 마련되어 있는 횡구멍(24)을 통해 부베어링(23)을 윤활하고, 케이스 바닥부로 복귀된다. 또한, 윤활유의 다른 일부는 샤프트(10)에 마련된 횡구멍(4)을 통해 주베어링(5)을 윤활하면서 제1 공간(33)에 도달한다. 또한, 윤활유의 다른 일부는 관통 구멍(3)을 통해 크랭크(10a)의 상부에 도달하고, 선회베어링(11)을 윤활하여 제1 공간(33)으로 들어간다.

이 때, 샤프트(10)에는 베어링 간극보다 충분히 큰 통로인 급유 홈(27, 28)이 마련되어 있으므로, 주베어링(5)과 선회베어링(11)을 통과할 때의 윤활유에는 압력 구배가 거의 없고, 따라서 윤활유 내에 용해된 냉매가 감압될 우려가 없고 발포되어 버릴 우려도 없으므로, 베어링의 신뢰성을 높게 유지할 수 있다.

여기서, 제1 공간(33)에 유입된 윤활유의 대부분은 배유 구멍(26a)으로부터 배유 파이프(26b)를 통해 케이스 바닥부로 복귀되지만, 이 때 배유 파이프(26b)의 출구를 케이스(9)의 내벽면에 근접시켜 윤활유가 하방으로 유출되는 구조로 되어 있으므로, 윤활유가 토출 가스와 혼합되어 냉동 사이클에 반출되는 것이 억제되고, 이 결과 냉동 사이클의 성능 저하가 방지되어 압축실 내의 윤활유가 극단적으로 감소되어 압축기의 신뢰성이 손상되어 버릴 우려도 없앨 수 있다.

그리고, 이 제1 공간(33)에 유입된 윤활유의 나머지는 올덤 링(12)의 윤활과 압축실(13)의 밀봉 및 윤활에 사용되지만, 이 때 밀봉 부재(32)의 상단부면과 선회 보스 부재(34)의 단부면 사이가 오일 누출 수단으로서 작용하고, 이에 의해 이 때에 필요한 최저한의 양의 윤활유만이 배압실(18)에 유입되도록 되어 있다.

또한, 이 밀봉 부재(32)는 프레임(17)에 설치되어 있는 둥근 고리형 홈(31)에 삽입되도록 되어 있지만, 이 때 파형의 스프링 부재(도시하지 않음)와 함께 삽입되도록 되어 있고, 이에 의해 토출 압력으로 되어 있는 제1 공간(33)과, 흡입 압력과 토출 압력의 중간의 압력으로 되어 있는 배압실(18) 사이가 구획되도록 되어 있다.

이 때 선회 보스 부재(34)에는 복수의 구멍(30)이 마련되어 있고, 이것이 상기한 오일 누출 수단으로서도 작용한다. 이 복수의 구멍(30)은 선회 스크롤(8)의 선회 운동에 수반하여 밀봉 부재(32)를 걸쳐서 원 운동하므로, 제1 공간(33)과 배압실(18)에 번갈아 향하여 제1 공간(33)의 윤활유를 배압실(18)로 이송하는 작용을 한다. 그리고, 이 때 배압실(18)에 급유되는 윤활유의 양은 이들 복수의 구멍(30)의 개수나 각 구멍의 직경 및 깊이에 따라 임의로 조정할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에 따르면 고정 스크롤(7)에 대향하여 선회 가능하게 설치된 선회 스크롤(8)의 배면 중심부에 있어서 토출 압력에 가까운 압력을 갖고, 밀폐 용기 바닥부에 저류된 윤활유가 유도되는 제1 공간(33)과, 선회 스크롤(8)의 배면에 설치되고 토출 압력과 흡입 압력의 중간 압력이 되는 제2 공간(18)이 구비되고, 이에 의해 제1 공간(33)으로부터 제2 공간(18)으로 필요 최소한의 윤활유를 누출시키는 수단과, 제1 공간(33) 내의 대부분의 윤활유를 밀폐 용기 내의 압축 가스와 혼합시키는 일 없이 밀폐 용기 바닥부로 복귀시킬 수 있다.

그런데, 이 도1의 스크롤 압축기에서는 도시한 바와 같이 고정 스크롤(7)에 배압 조정 밸브(2)가 설치되어 있다. 그래서, 배압실(18)에 들어온 윤활유는 배압 이 높아지면, 흡입실(20)[또는 압축 초기의 압축실(13)]의 연통로에 설치된 배압 조정 밸브(2)를 개방하여 흡입실(20)[또는 압축 초기의 압축실(13)] 내에 유입된다. 그리고, 압축실(13)을 통해 토출 포트(15)로부터 배출되고, 일부는 토출 파이프(6)로부터 냉동 사이클에 공급되고, 나머지는 케이스(9) 내에서 냉매와 분리되어 바닥부에 저류한다.

여기서, 도2와 도5에 의해 이 배압 조정 밸브(2)의 상세에 대해 설명하면 이 배압 조정 밸브(2)는 밸브 부재(2a)와 스프링(2b), 이 스프링(2b)을 억제하고 있는 부재(2c), 배압실(18)로 통하고 있는 공간(2d), 흡입실(20)[또는 압축 초기의 압축실(13)]로 통하고 있는 공간(2e), 고정 스크롤(7)에 연통된 연통로(2f)를 구비하고, 공간(2d)을 공간(2e)으로부터 구획하도록 하여 밸브 부재(2a)와 스프링(2b)을 배치시킨 것이다.

이로 인해, 밸브 부재(2a)는 부재(2c)로 고정된 스프링(2b)에 의해 공간(2d)에 연통되는 개구부에 압박되고, 공간(2d) 내의 압력이 연통로(2f)를 거쳐서 도입되는 공간(2e) 내의 흡입실(20)[또는 압축 초기의 압축실(13)]의 압력과, 스프링(2b)의 압박력에 대응하는 압력의 합계보다 높아졌을 때, 상방(도5에서 상방)으로 움직여 공간(2d)과 공간(2e)을 연통시키는 작용을 한다. 이 때, 배압실(18)의 압력(배압)을 Pb라 하면, 이것은 다음의 (1)식으로 나타내는 압력으로 제어된다.

Pb = Ps + α ………… (1)

여기서, Ps는 흡입실(20)[또는 압축 초기의 압축실(13)]의 압력(흡입 압력)이고, α는 스프링(2b)의 압박력에 대응하는 압력(= 일정치)이다.

그런데, 지금까지의 구성은 종래 기술과 동일하지만, 여기서 다음에 본 실시 형태에 특유한 구성에 대해 설명한다. 우선, 본 실시 형태에서는 도1에 도시한 바와 같이 선회 스크롤(8)의 랩(8b)에 관통 구멍(1)이 마련되어 있다. 그리고, 이 관통 구멍(1)은 도3에 상세하게 도시되어 있는 바와 같이 경판(8a)의 배압실(18)측의 면으로부터 랩(8b)의 이끝까지 상기 랩(8b)을 관통한 형태로 마련되어 있다. 이 도3에 있어서, 상기 도3의 (a)는 도1의 상측으로부터 선회 스크롤(8)을 본 경우이며, 도3의 (b)는 상기 도3의 (a)의 B-B선에 따른 단면도이다.

그리고, 이 때의 관통 구멍(1)의 랩(8b) 상에 있어서의 위치는 관통 구멍(1)의 압축실(13)측의 압력이, 거의 배압치가 되는 위치로 되어 있다. 여기서, 관통 구멍(1)의 압축실(13)측의 압력에 대해 설명한다. 관통 구멍(1)의 압축실(13)측(도1에서는 상측)의 압력은 선회 내선측 압축실(13a)의 압력과 선회 외선측 압축실(13b)의 압력의 중간의 값이 된다.

단, 이 때 선회 내선측 압축실(13a)의 압력과 선회 외선측 압축실(13b)의 압력은, 선회 스크롤(8)이 1선전하는 동안에 변동하기 때문에, 1선전 중의 각각의 평균 압력의 중간의 값이 관통 구멍(1)의 압축실(13)측의 압력이 된다. 그래서, 이에 대해 도6에 의해 더욱 상세하게 설명한다.

여기서, 우선 도6은 크랭크각(선회 스크롤의 위상)과 압축실 내 압력의 관계를 모식적으로 나타낸 그래프이며, 횡축은 크랭크각, 종축은 압축실 내 압력을 나타내고 있다. 선회 스크롤이 선회 운동함에 따라서, 선회 내선측 압축실(13a)의 압력은 특성선 A-D-E-C로 나타낸 바와 같이 상승하고, 선회 외선측 압축실(13b)의 압력은 특성선 A-B-C로 나타낸 바와 같이 흡입 압력으로부터 토출 압력까지 상승한다.

이 때, 관통 구멍(1)의 압축실(13)측의 압력은 그 개구 구간에 있어서, 양자의 중간의 압력인 선 F-G와 같이 변화된다. 이 선 F-G의 시간 평균치가 되는 압력이 거의 배압치가 되도록 랩(8b) 상의 위치에 관통 구멍(1)이 마련되어 있게 된다.

이 때, 관통 구멍(1)은 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 압축실(13)로 통하는 측의 구멍 직경(d1)이 배압실(18)로 통하는 측의 구멍 직경(d2)보다 작게 되어 있다. 그리고, 이에 의해 고정 스크롤(7c)의 골밑과 미끄럼 이동하는 랩(8b)의 이폭이 관통 구멍(1)에 의해 감소되어 버리는 것을 억제하는 동시에, 구멍 직경(d1)의 부분을 관통 구멍(1)의 일부에 마련하는 것만으로 충분하므로, 가공시에 가는 드릴을 이용하는 구간이 짧아져 가공을 간단하게 할 수 있도록 되어 있다.

다음에, 본 실시 형태에 있어서의 관통 구멍(1)에 의한 작용과 동작에 대해 설명하면, 현재 여기서 배압실(18)로 유입되어 온 유체(냉매가 유입되고 있는 윤활유)에 의해 배압이 높아졌다고 하자. 그러면, 이 경우 배압실(18) 내의 유체는 배압 조정 밸브(2)를 통해 흡입실 또는 흡입 압력보다 약간 압력이 높게 되어 있는 초기 압축 상태의 압축실(13) 내로 유입된다. 그리고, 이와 같이 배압이 상승하여 배압 조정 밸브(2)가 개방되어 버린다고 하는 것은 일단 압축된 유체가 흡입 압력까지, 또는 그에 가까운 초기 압축 상태에 있는 압축실 내의 압력까지 재팽창해 버리는 것이며, 따라서 이 경우는 큰 압축 손실이 발생되게 된다.

그런데, 본 실시 형태에서는 관통 구멍(1)이 마련되어 있으므로, 배압이 상 승한 경우 배압실(18) 내의 유체의 일부는 이 관통 구멍(1)을 통해 압축실(13) 내에 유입되게 된다. 이 때, 관통 구멍(1)의 위치는 이미 도6에서 설명한 바와 같이 압축실(13)의 압력이 배압에 가까운 압력까지 상승하고 있는 위치로 되어 있으므로, 유입된 유체는 재팽창하는 일 없이 압축된다.

따라서, 본 실시 형태의 경우 배압이 상승하였을 때라도 배압실(18)의 유체의 전부가 배압 조정 밸브(2)를 통해 흡입 압력 또는 그에 가까운 압축실 내 압력까지 재팽창해 버리는 것은 아니며, 일부는 관통 구멍(1)을 통해 배압에 가까운 압력까지 상승하고 있는 압축실(13)로 유입되어 재팽창하는 일 없이 압축되게 되므로, 손실의 저감이 얻어져 압축 효율의 높은 스크롤 압축기를 실현할 수 있다.

게다가, 이 때 본 실시 형태에 따르면 상기한 손실의 저감이 선회 스크롤(8)에 관통 구멍(1)을 마련할 뿐이라고 하는 간단한 구성에 의해 얻어지므로, 비용을 억제하면서 압축 효율이 높은 스크롤 압축기를 실현할 수 있게 된다.

또한, 본 실시 형태에서는 관통 구멍(1)을 선회 스크롤(8)의 랩(8b)에 설치하고 있으므로, 배압실(18) 내의 유체가 관통 구멍(1)을 통해 압축실(13)에 유입할 때에는 선회 스크롤(8)의 랩(8b)의 이끝과 고정 스크롤(7)의 골밑(7c) 사이에 있는 미소한 간극을 통과하게 된다.

그래서, 이 간극이 유로 저항이 되어, 유체의 자유로운 유출입이 억제되게 되고, 따라서 본 실시 형태에 따르면 예를 들어 선회 스크롤 경판(8a)에 구멍을 마련하여 배압실(18)과 압축실(13)을 직접 연통하는 경우와 비교하여 배압실(18) 내의 압력 변동을 작게 억제할 수 있다.

또한, 이 경우 유체의 흐름의 방향이 선회 스크롤(8)이 1선전할 때마다 매회, 배압실(18)로부터 압축실(13)로, 압축실(13)로부터 배압실(18)로 바뀌게 되지만, 본 실시 형태에서는 상기한 유로 저항에 의해 이러한 유동 방향의 반전에 수반하는 유체의 유량을 억제할 수 있으므로, 압축 손실(이른바, 호흡 손실)을 작게 억제할 수 있어 가일층의 효율의 향상을 얻을 수 있다.

그런데, 이러한 스크롤 압축기에서는 그 운전 조건에 따라서는 배압이 저하되어 버리는 경우가 있다. 그리고, 이 경우 양 스크롤이 분리되어 압축실의 밀폐성이 악화되어 압축 효율이 저하되어 버리지만, 본 실시 형태에 따르면 이를 방지할 수 있다. 그래서, 이하 그 이유에 대해 설명한다.

예를 들어, 압축 가스력이 커지는 압력 조건으로 운전한 경우, 이 압축 가스력에 의해 선회 스크롤(8)이 기울어지려고 하는 전복 모멘트가 커지고, 선회 스크롤(8)이 코마와 같이 진동 회전하면서 선회 운동해 버린다고 하는, 이른바 요동 운동이 발생하여, 선회 스크롤(8)의 경판면(8e)과 고정 스크롤(7)의 미끄럼 이동면 사이의 간극이 커지고, 이 간극을 통해 배압실(18)로부터 흡입실(20), 또는 배압실(18)로부터 압축 초기의 압축실(13)로 누출되어 버리는 윤활유의 양이 증가한다.

한편, 배압실(18)로 유입되어 오는 윤활유는 제1 공간(33)으로부터 시일링(32)을 넘어 들어올 뿐이므로, 그 양은 압축기의 회전 속도와 선회 스크롤(8)의 보스 부재(34)에 마련되어 있는 복수의 구멍(30)의 개수나 각 구멍의 직경 및 깊이에 의해 정해지고, 이 배압실(18)로 유입되는 윤활유의 양이 양 경판면에서 흡입실(20) 또는 압축 초기의 압력(13)으로 유출되는 윤활유의 양보다 적으면, 배압은 저하되어 가게 된다.

이 때, 배압 조정 기구로서 배압 조정 밸브만이 구비되어 있는 종래의 스크롤 압축기에서는, 이러한 배압의 저하시에도 그곳에 설치되어 있는 배압 조정 밸브는 단순히 역지 밸브로서 작용할 뿐이므로, 배압을 높이는 작용은 얻어지지 않는다.

이에 대해, 상기 실시 형태에 따르면 관통 구멍(1)이 구비되어 있으므로, 배압이 낮아지면 압축실(13)로부터 배압실(18)에 유체가 유입되어 배압을 높이므로, 양 스크롤을 밀착시키는 방향의 복원력을 작용시킬 수 있고, 따라서 양 스크롤이 분리됨으로써 압축기 효율의 저하를 방지할 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이 상기 실시 형태에 따르면 고정 스크롤과 선회 스크롤의 인장력을 조정하기 위해 작용시키고 있는 배압 조정에 수반되는 손실을 저감시킬 수 있고, 또한 배압이 저하되었을 때에는 배압을 높이는 방향의 복원력을 작용시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 고정 스크롤과 선회 스크롤의 인장력을 조정하기 위한 배압 조정에 수반되는 손실을 저감할 수 있으므로 압축 효율의 가일층의 향상을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 배압이 저하되었을 때에는 배압을 높이기 위한 복원력이 작용하게 되므로, 이 점에서도 압축 효율의 가일층의 향상을 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 소용돌이형의 랩이 기립 설치된 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤에 대향하여 선회 가능하게 설치되고 상기 고정 스크롤의 랩 사이에 복수의 압축실을 형성하는 소용돌이형의 랩이 기립 설치된 선회 스크롤과, 상기 선회 스크롤의 배면 중심부에 있어서 토출 압력에 가까운 압력을 갖고, 밀폐 용기 바닥부에 저류된 윤활유가 유도되는 제1 공간과, 상기 선회 스크롤의 배면에 마련되고 토출 압력과 흡입 압력 사이의 압력이 되는 제2 공간을 구비하고, 상기 제1 공간으로부터 상기 제2 공간에 필요 최소한의 윤활유를 누출시키는 수단과, 상기 제1 공간 내의 대부분의 윤활유를 밀폐 용기 내의 압축 가스와 혼합시키지 않고 밀폐 용기 바닥부로 복귀시키는 수단을 마련하고, 또한 상기 제2 공간 내의 압력 조정을 위해 상기 고정 스크롤의 최외주 랩의 이끝에 형성된 연통로를 거쳐서 도입되는 흡입 압력 또는 압축 초기 압력과 상기 제2 공간 내의 압력과의 차이에 따라서, 상기 제2 공간 내의 유체를 상기 연통로를 거쳐서 흡입실 또는 압축실로 릴리프하는 배압 조정 밸브를 구비한 스크롤 압축기에 있어서,

   상기 압축실 중에서 상기 연통로 내의 평균 압력보다 높은 평균 압력이 되는 압축실과, 상기 제2 공간을 연통하는 관통 구멍이 상기 선회 스크롤에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 관통 구멍은 상기한 공간에 면하는 상기 선회 스크롤 의 경판으로부터 상기 선회 스크롤의 랩의 이끝까지 관통하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기 관통 구멍은 상기 압축실로 통하는 측의 구멍 직경이 상기 공간으로 통하는 측의 구멍 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체는 냉매 가스인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.

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