KR100971578B1

KR100971578B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR100971578B1
Application number: KR1020030030076A
Authority: KR
Inventors: 히와타아키라; 이이다노보루; 후타가미요시유키; 사와이기요시
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2010-07-20
Also published as: CN1458423A; CN100340768C; KR20030088875A; JP2003328965A

Abstract

토출포트의 통로저항을 늘리지 않고 데드 볼륨을 작게 하여, 데드 볼륨에 남은 유체의 팽창에 의한 재압축손실을 적게 하여, 스크롤 압축기의 압축효율을 높인다.

고정스크롤(1)은 고정스크롤(1)과 선회스크롤(2)로 형성한 압축공간(3)의, 선회스크롤(2)의 선회운동에 의해 발생시킨 용적변화에 의해서, 유체를 흡입, 압축하여, 압축한 유체를 토출하기 위한 토출포트(11)와, 토출한 유체의 역류를 방지하기 위한 토출밸브(50)를 구비하여, 토출포트(11)가, 중앙부(11b)와, 중앙부(11b)보다 그 단면적이 확대된 입구확대부(11c) 및 출구확대부(11d)의 각 통로를 가진 것에 의해, 유입저항 및 토출저항을 감소시켜, 그 저항저하분을 데드 볼륨의 축소로 바꾼 스크롤 압축기이다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 스크롤 압축기를 나타낸 단면도.

도 2는 도 1에 나타낸 스크롤 압축기의 압축기구부를 나타낸 단면도.

도 3은 도 2에 나타낸 압축기구부의 P화살표시를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 고정스크롤을 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 고정스크롤을 나타낸 단면도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예의 고정스크롤을 나타낸 단면도.

도 7은 본 발명의 하나의 실시예의 오리피스부를 나타낸 단면도.

도 8은 종래의 스크롤 압축기를 나타낸 단면도.

도 9는 도 8에 나타낸 스크롤 압축기의 압축기구부를 나타낸 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고정스크롤 2 : 선회스크롤

2a : 선회스크롤 외측벽 2b : 선회스크롤 내측벽

3 : 압축공간 4 : 자전방지부재

7 : 선회축받이 8 : 크랭크축

9 : 편심부 10 : 흡입 포트

11 : 토출포트 11b : 중앙부

11a, 11c. 11e, 11g : 출구확대부

11d, 11f, 11h, 11i, 11m : 입구확대부

12 : 밀폐용기 13 : 내부공간

14 : 압축기구부 15 : 흡입관

16 : 토출관 17 : 전동기

18 : 스테이터 19 : 로터

20 : 축받이 21 : 축받이부재

22 : 용적형 펌프 23 : 볼 축받이

24 : 지지부재 50 : 토출밸브

51 : 밸브 가드 60 : 스크롤 압축기

본 발명은, 고정스크롤과 선회스크롤을 맞물리게 하여 압축공간을 형성하고, 선회스크롤의 원궤도 운동에 의해서 압축공간이 바깥둘레부에서 중심부를 향하여 용적을 작게 하면서 이동하는 것을 이용하여, 유체의 흡입, 압축 및 토출을 반복하여 하는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

종래의 스크롤 압축기(60)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 밀폐용기(12)와, 고정스크롤(1)이나 선회스크롤(2) 등으로 이루어지는 압축기구부(14)와, 스테이터 (18)나 로터(19) 등으로 이루어지는 전동기(17)와, 로터(19)에 결합하여 선회스크롤(2)을 구동하는 크랭크축(8)을, 주된 구성부품으로서 구비하고 있다. 이 스크롤 압축기(60)는 고정스크롤(1)과 선회스크롤(2)을 맞물리게 한 쌍방간에, 복수의 압축공간(3)이 형성되어 있다. 선회스크롤(2)이 자전방지부재(4)로 자전이 방지되는 상태로써, 선회축받이(7)를 통하여 크랭크축(8)의 편심부(9)로써 구동되어, 고정스크롤(1)에 대하여 원궤도운동 즉 선회운동한다. 이 선회스크롤(2)의 선회운동에 의해서, 압축공간(3)이 바깥둘레측에서 소용돌이 감기의 중심부를 향하여 이동하면서 용적이 작아짐에 따라, 냉매가스 등의 유체가, 흡입관(15)으로부터 흡입 포트 (10)를 지나서 선회스크롤(2)에 흡입되어 압축된다. 그리고 토출압력까지 높아진 냉매가스가 토출밸브(50)를 들어 올려, 토출포트(11)를 통하여 밀폐용기(12)의 내부공간(13)으로부터 토출관(16)을 지나 토출된다.

상기 토출포트(11)를 가진 고정스크롤(1)을 구비한 압축기구부(14)로서, 도 9의 단면도에 나타낸 구성의 것(예컨대 일본 특개평7-189937호 공보)이 알려져 있다. 이 종래의 구성에 의하면, 압축기구부(14)는 고정스크롤(1)과, 고정스크롤(1)에 맞물리는 선회스크롤(2)로 구성되며, 고정스크롤(1)은, 그 중심부부근에 설치한 토출포트(11)와, 길이 방향의 일끝단이 고정스크롤(2)에 고정된 탄성체로 이루어지는 토출밸브(50)와 밸브 가드(51)를 가지고 있다. 그리고, 토출포트(11)는 출구확대부(11a)와 중앙부(11b)의 각 통로로 이루어지며, 냉매가스의 흐름 방향으로 중앙부(11b)에서 출구확대부(11a)로, 그 통로단면적이 단계적으로 확대변화한 형상이 되어 있다. 이 출구확대부(11a)는 냉매가스의 압력을 받는 토출밸브(50)의 수압면 적을 확대하여, 압축완료시에 토출밸브(50)를 부드럽게 열게 하는 기능을 한다.

그러나, 토출포트의 출구확대부는 토출밸브를 부드럽게 여는 데에 도움이 되지만, 토출포트의 전체통로용적 즉 압축되지 않은 데드 볼륨의 증대로 이어지고, 또한 유입저항의 영향이, 전체의 통로저항의 증가나 데드 볼륨축소의 한계로 이어져, 스크롤 압축기의 성능이나 데드 볼륨의 감축에 개선의 여지가 있었다.

더욱이, 데드 볼륨에 남은 냉매가스의 팽창에 의한 재압축손실의 영향은, 토출압력으로서의 응축압력이 저압인 냉매(예를 들면 R410a의 냉매)에 비해서, 고압인 냉매(예를 들면 이산화탄소의 냉매)에서 크게 나타난다. 바꿔 말하면, 데드 볼륨의 축소에 한계가 있고 재압축손실의 관점에서, 스크롤 압축기에는, 냉매로서 이산화탄소를 사용하여 임계압력까지 압축하는 데에 문제가 있었다.

그래서, 본 발명의 목적은 토출포트의 통로저항을 줄여, 성능이 좋은 스크롤 압축기를 제공하는 데에 있다.

또한, 다른 목적은 토출포트의 통로저항을 늘리지 않고서 데드 볼륨을 작게 하여, 압축효율이 높은 스크롤 압축기를 제공하는 데에 있다.

또한, 다른 목적은 냉동 사이클의 냉매로서 이산화탄소를 사용하여 임계압력까지 압축할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는 데에 있다.

청구항 1에 기재된 본 발명의 스크롤 압축기는, 고정스크롤과 선회스크롤을 맞물리게 하여 압축공간을 형성하고, 상기 선회스크롤의 선회운동에 의해 생기게 된 연속한 용적변화에 의해서, 유체를 흡입, 압축하여, 압축한 상기 유체를 상기 고정스크롤에 구비한 토출포트로부터 토출하는 스크롤 압축기로서, 상기 토출포트의 상기 유체의 유입측에, 중앙부보다도 통로단면적이 넓은 입구확대부를 형성한 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 기재된 본 발명은, 청구항 1에 기재된 스크롤 압축기에 있어서, 상기 입구확대부를 원추형상으로 한 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 본 발명은, 청구항 1에 기재된 스크롤 압축기에 있어서, 상기 토출포트의 상기 유체의 유출측에, 중앙부보다도 통로단면적이 넓은 출구확대부를 형성하여, 상기 출구확대부를 원추형상으로 한 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재된 본 발명은, 청구항 1에 기재된 스크롤 압축기에 있어서, 상기 토출포트의 상기 유체의 유출측에, 중앙부보다도 통로단면적이 넓은 출구확대부를 형성하여, 상기 출구확대부에 상기 토출포트에의 역류를 방지하기 위한 토출밸브를 설치한 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 기재된 본 발명은, 청구항 1에서 청구항 4중의 어느 한 항에 기재된 스크롤 압축기에 있어서, 상기 유체로서 이산화탄소를 사용하여, 임계압력까지 압축하는 것을 특징으로 한다.

[발명의 실시형태]

본 발명의 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기는, 토출포트의 유체의 유입측에, 중앙부보다도 통로단면적이 넓은 입구확대부를 형성한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 중앙부보다도 통로단면적이 넓은 입구확대부를 설치하고 있기 때문에, 토출포트에 유입하는 냉매가스의 유입저항을 줄일 수 있고, 또한 토출포트 전체를 확장한 경우와 비교하여 데드 볼륨을 작게 할 수가 있다.

본 발명의 제 2 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 입구확대부를 원추형상으로 한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 토출포트에 유입하는 유체의 흐름이 완만히 축소하기 때문에, 소용돌이의 발생을 억제하여 유입저항을 줄일 수 있고, 또한 원추형상의 입구확대부는 드릴로 가공할 수 있기 때문에 가공을 염가로 할 수 있다.

본 발명의 제 3 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 토출포트의 유체의 유출측에, 중앙부보다도 통로단면적이 넓은 출구확대부를 형성하여, 이 출구확대부를 원추형상으로 한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 토출포트로부터 유출하는 유체의 흐름이 완만히 확대하기 때문에, 소용돌이의 발생을 억제하여 유출저항을 줄일 수 있고, 또한 원추형상의 출구확대부는 드릴로 가공할 수 있기 때문에 가공을 염가로 할 수 있다.

본 발명의 제 4 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 토출포트의 유체의 유출측에, 중앙부보다도 통로단면적이 넓은 출구확대부를 형성하여, 출구확대부에 토출포트에의 역류를 방지하기 위한 토출밸브를 설치한 것이다. 본 실시형태에 의하면, 토출밸브를 부드럽게 열 수 있는 동시에, 토출포트 전체를 확장한 경우와 비교하여 데드 볼륨을 작게 할 수 있다.

본 발명의 제 5 실시형태는, 제 1에서 제 4 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 유체로서 이산화탄소를 사용하여, 임계압력까지 압축하는 것이다. 토 출행정에 있어서의 냉매밀도가 높은 이산화탄소를 냉매로서 사용한 경우에는 데드 볼륨의 영향을 받기 쉽지만, 본 실시형태에 의하면, 제 1에서 제 4 실시형태에 의해서 토출포트 전체를 확장한 경우와 비교하여 데드 볼륨을 작게 형성하고 있기 때문에, 재팽창에 의한 압축손실을 효과적으로 줄일 수 있다.

[실시예]

이하에 본 발명의 한 실시예에 의한 스크롤 압축기에 대하여, 도면을 참조하여 구성과 그 동작에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시예의 스크롤 압축기를 나타낸 단면도이다.

도 1에 나타낸 스크롤 압축기(60)에 있어서, 흡입관(15)이나 토출관(16) 등을 가진 밀폐용기(12)의 내부에, 압축기구부(14)와 전동기(17)가 배치되어 있다. 전동기(17)는 밀폐용기(12)의 안쪽에 고정된 스테이터(18)와, 스테이터(18)의 안쪽에 회전자유롭게 지지된 로터(19)로 구성된다. 그리고, 로터(19)에는 크랭크축(8)이 관통상태로 결합되어 있다. 크랭크축(8)의 일끝단은 압축기구부(14)의 일부를 구성하는 축받이부재(21)에 고정되어 있는 축받이(20)에 회전자유롭게 지지되어 있다. 축받이(20)에 의해 지지되어 있는 크랭크축(8)의 선단에는, 이 축에 대하여 편심운동을 하는 편심부(9)가 구비되어 있다.

또한, 압축기구부(14)에는, 맞물린 고정스크롤(1)과 선회스크롤(2)에 의해서 복수의 압축공간(3)이 형성되어 있다. 선회스크롤(2)은 자전방지부재(4)에 의해 자전이 방지되고 있고, 선회축받이(7)를 통한 편심부(9)의 회전운동에 의한 선회운동을 하고 있다. 이 선회스크롤(2)의 선회운동에 따라, 압축공간(3)이 소용돌이 감기의 중심을 향하여 그 공간의 용적을 점차 감소시키면서 이동하여, 유체로서의 냉매가스를 흡입관(15)으로부터 흡입 포트(10)를 경유하여 흡입하고, 선회스크롤 (2)의 중심부를 향하여 압축한다. 그리고 압축된 냉매가스는 고정스크롤(1)의 중심부 부근에 설치한 토출포트(11), 토출밸브(50), 밸브 가드(51)를 통하여, 밀폐용기(12)의 내부공간(13)으로부터 토출관(16)을 경유하여 토출된다.

한편, 크랭크축(8)의 바닥 끝단은 볼 축받이(23)에 의해서 지지되고, 그 선단에 용적형 펌프(22)를 구비하고 있다. 밀폐용기(12)의 바닥에 형성된 바닥 액고임부(25)에 고여 있는 윤활유가 용적형 펌프(22)에 의해서, 크랭크축(8)의 축중심에 설치된 윤활유의 액공급통로(27)를 지나서, 크랭크축(8)의 상부끝단에 위치하는 편심부(9)의 상부 액고임부(28)에 공급된다. 그리고 상부 액고임부(28)의 윤활유가 선회축받이(7)를 윤활, 냉각한다. 더욱이, 선회축받이(7)로부터 액고임공간 (29)을 지나서 축받이(20)를 윤활한 후, 바닥부 액고임부(25)로 되돌아간다.

선회스크롤하부의 선회경면부(33)는 축받이부재(21)의 윗면과 소정빈틈을 두고 이간하고 있으며, 이 빈틈은 축받이부재(21)의 홈에 들어간 고리형상의 시일부재(38)에 의해서 시일되고 있다. 축받이부재(21)에는 오목부(34)가 형성되고, 그 오목부(34)에 자전방지부재(4)가 배치되어 있다. 더욱이, 오목부(34)의 일부는 고정스크롤하부의 고정경면부(37)와 선회경면부(33) 및 축받이부재(21)에 둘러싸인 공간으로서의 배기압력실(32)을 형성하고 있다.

액고임공간(29)과 배기압력실(32)은 시일부재(38)에 의해서 시일되고, 상부 액고임부(28) 및 액고임공간(29)과 배기압력실(32)은 선회스크롤(2)의 내부에 형성 된 긴 구멍(30)과 오리피스부(31)에 의해 연이어 통하고 있다. 액고임공간(29)은 축받이(20) 등을 통해 내부공간(13)과 연이어 통하고 있으며, 상부 액고임부(28), 액고임공간(29) 및 내부공간(13)은 고압공간을 형성하고, 배기압력실(32) 및 오목부 (34)는 중간압 공간을 형성하고 있다.

상부 액고임부(28)에 공급된 윤활유의 일부는, 긴 구멍(30)으로부터 오리피스부(31)를 경유하여, 배기압력실(32) 및 오목부(34)에 공급되고, 오목부(34)에 배치된 자전방지부재(4)의 윤활을 하고 있다. 배기압력실(32)에 공급된 윤활유가 고임에 따라서, 배기압력실(32)의 압력이 상승한다. 이 배기압력실(32)의 압력을 조절하기 위해서, 흡입통로(40)를 통해 배기압력실(32)과 압축공간(3)을 통하게 하는 압력조정기구(39)를 설치하고 있다. 즉, 배기압력실(32)의 압력이 압력조정기구 (39)의 설정압보다 높아지면, 압력조정기구(39)가 작동하여 배기압력실(32)과 압축공간(3)이 연이어 통하여, 배기압력실(32)의 윤활유가 흡입통로(40)를 지나서 압축공간(3)에 공급되고, 배기압력실 압력이 거의 일정하게 유지된다. 흡입통로(40)로부터 압축공간(3)에 도입된 윤활유는 압축중의 냉매가스의 누설을 방지하는 시일의 역할과, 고정스크롤(1)과 선회스크롤(2)의 접촉면을 윤활하는 역할을 행하고 있다.

또한, 스크롤 압축기의 토출압력, 액고임공간(29)의 압력, 배기압력실(32)의 압력, 흡입통로(40)의 압력은 적절히 설정되지만, 특히 배기압력실(32)의 압력은 선회스크롤(2)을 고정스크롤(1)에 압착되기 때문에, 흡입공간압력보다도 소정압력만큼 높여 설정되어 있다. 소정압력을 얻기 위해서 액고임공간(29)과 배기압력실 (32)을 연이어 통과시키는 긴 구멍(30)이나 오리피스부(31)의 치수, 및 압력조정기 구 (39)의 설정압에 의해서 조정하고 있다.

상기 오리피스부(31)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 바깥둘레부에 나사부(31a)와 중심부에 미세 구멍(31b) 및 큰 구멍(31c)을 가진 핀형상의 부재로 이루어져 있다. 즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 액고임부(28)의 윤활유는 오리피스부(31)의 미세 구멍(31b)을 통하여 유량이 줄어들 때의 오리피스 효과에 의해서 감압된 후, 큰 구멍(31c)을 지나서 적정량만큼 배기압력실(32)에 공급되게 된다. 이 윤활유의 적정량은 미세 구멍(31b)의 지름의 설정에 의해 조정되고 있다.

다음에, 본 실시예의 압축기구부, 특히 고정스크롤에 대하여, 도 2 및 도 3을 참조하면서, 그 구성과 동작을 설명한다. 도 2는 도 1에 나타낸 스크롤 압축기의 압축기구부를 나타낸 단면도, 도 3은 도 2에 나타낸 압축기구부의 P방향의 화살 표시도이다.

도 2에 나타낸 압축기구부(14)는 중심부부근에 구멍이 뚫린 토출포트(11)를 가진 고정스크롤(1)과, 고정스크롤(1)에 맞물리게 한 선회스크롤(2)을 포함하여 구성된다. 그리고, 본 실시예의 고정스크롤(1)은 토출포트(11)를 막도록 하여 고정된 토출밸브(50)와 이 토출밸브(50)를 보호하는 밸브 가드(51)를 구비하고 있다.

더욱, 고정스크롤(1)의 토출포트(11)는 유체(예를 들면 냉매가스)의 흐름 방향에 연접한 출구확대부(11c)와 중앙부(11b)와 입구확대부(11d)의 각 통로로 구성되고, 유체의 유입측에, 중앙부(11b)보다도 유체의 흐름에 직각방향의 통로단면적이 넓은 입구확대부(11d)를 형성하고, 유체의 유출측에, 중앙부(11b)보다도 통로단면적이 넓은 출구확대부(11c)를 형성한 통로를 가지고 있다.

상기 구조의 토출포트(11)에 있어서는, 압축행정이 종료하고 토출행정에 들어가면, 냉매가스가 압축공간(3)으로부터 토출포트(11)에 유입한다. 이 때, 토출포트(11)의 입구확대부(11d)의 통로단면적이 중앙부(11b)보다도 확대하고 있기 때문에, 냉매가스가 압축공간(3)으로부터 토출포트(11)에 유입할 때의, 유입저항을 줄일 수가 있다. 그 후, 냉매가스는 입구확대부(11d)에서 통로단면적을 단계적으로 축소한 토출포트(11)의 중앙부(11b)로 유입하고, 더욱이, 중앙부(11b)에서 단계적으로 통로단면적을 확대한 출구확대부(11c)로 흘러, 토출밸브(50)로부터 내부공간 (13)으로 토출된다. 이 때, 토출포트(11)로부터 유출하는 냉매가스의 흐름이 완만하게 확대하므로, 소용돌이의 발생을 억제하여 유출저항을 줄일 수가 있다. 또한, 출구확대부(11c)의 통로단면적이 확대하고 있으므로, 냉매가스가 토출밸브(50)에 큰 압력을 주어, 토출밸브(50)를 부드럽게 열 수 있다.

상기 유입저항을 포함한 통로저항을 줄일 수 있다는 것은, 토출포트전체를 확장한 경우와 비교하여, 데드 볼륨을 축소할 수가 있다. 바꿔 말하면, 토출포트 전체의 통로저항을 늘리지 않고서, 토출포트의 데드 볼륨을 작게 할 수가 있다. 그 결과, 데드 볼륨에 남은 냉매가스의 팽창에 의한 재압축손실을 줄이는 것이 가능하게 되어, 높은 압축효율을 가진 스크롤 압축기를 제공할 수가 있다.

한편, 본 실시예에서는, 압축기구부(14)의 고정스크롤(1)이 토출밸브(50)와 밸브 가드(51)를 구비하여, 토출행정 이외의 흡입이나 압축행정에서, 그 토출밸브 (50)가 닫혀 역지 밸브로서 작용함으로써, 냉매가스의 토출포트(11)로부터 압축공간(3)에의 역류를 방지하게 되므로, 한층 더 높은 압축효율을 확보할 수 있는 스크 롤 압축기가 실현된다.

또한, 토출포트의 데드볼륨이란, 토출밸브(50)가 닫혀, 출구확대부(11c)와 중앙부(11b)와 입구확대부(11d)의 각 통로로 형성되는 공간(전체 통로 용적)을 가리키고 있다. 따라서, 재압축손실의 저감효과는 토출밸브(50)를 가진 스크롤 압축기에 비교적 크게 나타나게 된다.

여기서, 토출포트의 입구확대부(11d)의 확대치수에 대하여, 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3에서는, 선회스크롤(2)의 선회운동에 따라, 고정스크롤(1)로 둘러싸인 압축공간(3)을 소용돌이의 중심을 향하여 이동시키면서, 그 공간용적을 점차 감소시키는 압축행정에 의해, 압축공간내부의 냉매가스가 압축되고, 그 압축된 냉매가스가 입구확대부(11d)에서 중앙부(11b)로 유입하는 토출행정을 나타내고 있다.

도 3에 있어서, 입구바깥가장자리부(11da)는 입구확대부(11d)의 정규치수(지름 d)로 제작한 구멍의 가장자리를 나타내고 있다. 또한, 입구바깥가장자리부 (11ma)는 지름 d보다 큰 지름 D의 비정규치수로 가공된 입구확대부(11d)의 구멍의 가장자리를 나타내고 있다. 가령, 구멍의 가장자리가 입구바깥가장자리부(11ma)와 같이 크게 가공되어 있으면, 구멍의 가장자리는 선회스크롤 외측벽(2a)의 압축행정중에 그리는 선회궤적범위로부터 비어져 나오게 되고, 냉매가스가 누설되어 압축이 불충분해진다. 즉, 입구확대부(11d)의 확대에는 한계가 있고, 입구확대부(의 입구바깥가장자리부)의 치수는, 선회스크롤(의 외측벽)이 압축행정중에 그리는 선회궤적범위내(다시 말하면, 상기 입구확대부의 입구바깥가장자리부가, 압축행정중에 상기 선회스크롤의 외측벽 내)에 있는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명에 의한 제 2 실시예의 스크롤 압축기에 대하여, 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4에서는, 본 제 2 실시예의 스크롤 압축기의 고정스크롤 (1)만을 나타내고, 그 외에는 제 1 실시예와 동일하므로, 예시와 그 설명을 생략한다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예의 고정스크롤을 나타낸 단면도이다.

본 실시예의 고정스크롤(1)의 토출포트(11)는 연접하여 구멍이 뚫린 입구확대부(11f)와 중앙부(11b)와 출구확대부(11e)의 각 통로로 구성되고, 입구확대부 (11f)와 출구확대부(11e)의 흐름선에 수직방향의 통로단면적이 중앙부(11b)의 통로단면적보다도 확대하고 있다. 이들 입구확대부(11f)와 출구확대부(11e)는 예를 들면, 엔드 밀에 의한 가공에 의해서 제작되고, 양 통로는 소위 단붙임의 스폿 페이싱 구조로 되어 있다.

그리고, 본 제 2 실시예의 고정스크롤(1)은 제 1 실시예의 고정스크롤(1)과 달리, 토출밸브(50)와 밸브 가드(51)를 구비하고 있지 않은 구성이다.

본 실시예의 고정스크롤(1)에 있어서는, 압축과정이 종료한 후의 토출행정으로, 토출포트(11)의 입구확대부(11f)의 통로단면적이 확대되고 있기 때문에, 압축공간(3)으로부터 토출포트(11)에 유체로서의 냉매가스가 유입할 때의, 유입저항을 작게 할 수가 있다. 그 후, 냉매가스는 단계적으로 단면적이 축소된 중앙부(11b)에 유입한다. 더욱이, 통로단면적이 단계적으로 확대된 출구확대부(11e)에서, 소용돌이가 형성되는 것을 억제하여, 냉매가스의 토출저항도 작게 할 수가 있다. 즉, 유입저항 및 유출저항이 작아지고 그만큼 토출량이 늘어나, 스크롤 압축기의 성능을 개선할 수가 있다.

한편, 본 실시예의 고정스크롤(1)에는 상술한 바와 같이 토출밸브(50)가 없기 때문에, 본 실시예의 출구확대부(11e)는 도 2에 나타낸 토출밸브(50)를 구비한 고정스크롤(1)의 출구확대부(11c)보다도, 그 바깥지름치수를 작게 할 수가 있고, 데드 볼륨의 감축면에서 바람직하다.

다음에, 본 발명에 의한 제 3 실시예의 스크롤 압축기에 대하여 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예의 고정스크롤을 나타낸 단면도이고, 본 발명의 스크롤 압축기의 고정스크롤부분만을 나타내고 있으며, 다른 부분에 대해서는, 제 2 실시예와 동일하므로, 설명 등을 생략한다.

도 5에 나타낸 실시예의 고정스크롤(1)은 입구확대부(11h)와 중앙부(11b)와 출구확대부(11g)의 각 통로로 구성된 토출포트(11)를 가지고 있다. 그리고, 출구확대부(11g)와 입구확대부(11h)의 양 통로는 그 통로단면적이 중앙부(11b)의 통로단면적에서 원추형상으로 확대하고 있다. 즉, 원추형의 스폿 페이싱 구조로 되어 있다. 이 원추형상 스폿 페이싱은 예컨대, 드릴에 의한 가공에 의해서 만들어지는 것이다.

본 실시예의 고정스크롤(1)이면, 입구확대부(11h)에서, 유입저항이 작아지고, 출구확대부(11g)에서는, 소용돌이형성이 억제되고 그 토출저항도 작아진다. 즉, 유입저항과 토출저항을 포함한 토출포트전체의 통로저항이 작아지고, 그만큼 토출량이 늘어나, 성능이 좋은 스크롤 압축기를 얻을 수 있게 된다.

그런데, 본 제 3 실시예의 출구확대부(11g)와 입구확대부(11h)의 원추형 스폿 페이싱은 상술한 제 2 실시예의 출구확대부(11e)와 입구확대부(11f)의 단붙임과 스폿 페이싱에 비해서, 단면적의 급격한 축소·확대가 없고, 그 흐름선은 매끄러워진다. 따라서, 원추형상 스폿 페이싱은 토출포트 전체의 통로저항을 한층 더 작게 하기 때문에, 바람직한 구조이다. 또한 드릴에 의한 원추형상 스폿 페이싱 가공은 드릴 칼끝으로의 가공이 가능하고, 엔드 밀에 의한 단붙임 스폿 페이싱 가공에 비해서, 용이하고 또한 염가이므로 바람직하다. 따라서, 성능과 가공의 양 이점을 동시에 얻을 수 있는 원추형상 스폿 페이싱 구조는 바람직하다고 할 수 있다.

또, 도시하여 설명하지 않지만, 입구확대부만이 원추형상 스폿 페이싱 구조로 되어 있는 토출포트 또는, 출구확대부만이 원추형상 스폿 페이싱 구조로 되어 있는 토출포트이더라도 가능하고, 상기 제 3 실시예와 같이 성능과 가공의 향상이 도모된다. 또한, 본 발명의 원추형상 스폿 페이싱은 구멍의 가장자리의 버르 (burr)나 접힘을 드릴 등으로 제거하는 모떼기(개략치수;0.1에서 0.2mm 정도)보다도, 큰 치수·구조인 것이다.

다음에, 본 발명에 의한 제 4 실시예의 스크롤 압축기에 대하여 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6에서는, 본 제 4 실시예의 스크롤 압축기의 고정스크롤부분만을 나타내고, 다른 부분은 제 1 실시예와 동일하므로, 설명 등을 생략한다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예의 고정스크롤을 나타낸 단면도이다.

본 실시예의 고정스크롤(1)의 토출포트(11)는 그 통로단면적이 확대하는 형상의 입구확대부(11i)와, 중앙부(11b)의 각 통로로 구성되어 있다. 즉, 입구확대부 (11i)는 흐름선에 수직방향의 통로단면적이 부드럽게 확대하는 소위 입구 오리피스 구조로 되어 있다.

본 실시예의 고정스크롤(1)이더라도, 입구확대부(11i)에서의 유입저항이 작아진다. 따라서, 유입저항이 작아지는 만큼 토출량이 늘어나, 스크롤 압축기의 성능을 개선할 수가 있다.

그런데, 상기 실시예에서 설명한 스크롤 압축기는 그 응축압력이 임계압으로 작동하는 냉매, 예를 들면 이산화탄소를 사용할 수가 있다. 일반적으로, 이산화탄소의 냉매는 스크롤 압축기의 토출행정에서 작동압력이 고압이 되어, 그 밀도가 높아진다. 따라서, 다음 압축행정에 있어서, 데드 볼륨내에 남은 밀도가 높은 냉매가 팽창하여, 재압축되었을 때의 압축손실의 비율은 응축압력이 저압으로 작동하는 냉매, 예컨대 R410a에 비해서, 커지는 경향이 있다.

그런데, 본 실시예에서는, 그 스크롤 압축기의 고정스크롤이, 통로저항을 억제하면서 데드 볼륨을 작게 형성한 토출포트를 갖고 있기 때문에, 고압에서 밀도가 높아지는 이산화탄소를 냉매로 사용한 경우라도, 재압축손실의 증대를 방지할 수가 있다. 바꾸어 말하면, 데드볼륨이 작고 재압축손실이 억제되기 때문에, 이산화탄소를 냉매로서 사용하여, 임계압력까지 압축할 수 있는 스크롤 압축기를 제공할 수가 있다. 바꿔 말하면, 환경 친화적인 냉매로서의 이산화탄소와, 조용히 운전할 수 있는 스크롤 압축기와의 조합으로 이루어지는 냉동장치 등을 제공할 수가 있다고 할 수 있다.

또, 스크롤 압축기에 사용한 유체의, 토출행정에 있어서의 토출압력(또는 냉동 사이클의 응축압력)이 이산화탄소의 냉매의 토출압력과, 동등 또는 그 이상의 압력이 되는 유체, 즉 고압에서 밀도가 높아지는 유체이면, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 분명하고, 본 발명은 이산화탄소의 냉매에 한정되는 것이 아니다. 또한, 상기 어느 실시예나, 본 발명의 스크롤 압축기를, 냉동장치나 냉동기기 혹은 공조장치 등에 사용되는 밀폐형의 스크롤 압축기에 적용한 경우를 예시하고 있다. 따라서, 취급하는 유체는 냉매로 하여 설명하고 있지만, 본 발명은 냉매에 한정되는 것이 아니다.

이상과 같이, 본 발명의 스크롤 압축기에 의하면, 토출포트에 그 통로단면적이 확대한 입구확대부를 설치함으로써, 압축공간에서 토출포트에의 냉매가스의 유입이 원활히 이루어지기 때문에, 유입저항을 줄일 수 있다. 즉, 토출포트의 통로저항을 줄여, 그만큼 토출량을 증가시켜, 성능이 좋은 스크롤 압축기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 토출포트의 통로저항이 줄어드는 것은, 통로저항을 늘리지 않고서, 토출포트의 데드 볼륨을 작게 형성할 수 있는 것으로 이어져, 데드볼륨에 남은 유체의 팽창에 의한 재압축손실을 적게 할 수 있어, 고효율인 스크롤 압축기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 역류방지기능을 가진 토출밸브(즉 역지 밸브)를 설치함으로써, 토출밸브가 부드럽게 열림에 따라 토출저항을 최소한으로 하면서, 압축공간에의 역류를 막을 수 있는 동시에, 데드볼륨의 영향이 현저히 나타나는 토출밸브를 구비한 스크롤 압축기를, 높은 효율을 가진 것으로 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 스크롤 압축기는 그 데드 볼륨이 작게 형성되어 있기 때문 에, 재압축손실을 작게 할 수 있고, 고압작동가스, 예를 들면 이산화탄소를 냉매로서 사용하여, 임계압력까지 압축할 수 있는 효과가 얻어진다. 따라서, 환경 친화적인 냉매로서의 이산화탄소와, 조용히 운전할 수 있는 스크롤 압축기와의 조합으로 이루어지는 냉동장치를 제공할 수가 있는 효과도 있다.

Claims

고정스크롤과 선회스크롤을 맞물리게 하여 압축공간을 형성하고, 상기 선회스크롤의 선회운동에 의해 발생시킨 연속한 용적변화에 의해서, 유체를 흡입, 압축하여, 압축한 상기 유체를 상기 고정스크롤에 구비한 토출포트로부터 토출하는 스크롤 압축기로서, 상기 토출포트의 상기 유체의 유입측에, 중앙부보다도 통로단면적이 넓은 입구확대부를 형성하며,

상기 입구확대부의 입구바깥가장자리부가, 압축행정중에 상기 선회스크롤의 외측벽 내에 있도록 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1 항에 있어서, 상기 입구확대부를 원추형상으로 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1 항에 있어서, 상기 토출포트의 상기 유체의 유출측에, 중앙부보다도 통로단면적이 넓은 출구확대부를 형성하여, 상기 출구확대부를 원추형상으로 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1 항에 있어서, 상기 토출포트의 상기 유체의 유출측에, 중앙부보다도 통로단면적이 넓은 출구확대부를 형성하여, 상기 출구확대부에 상기 토출포트로의 역류를 방지하기 위한 토출밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유체로서 이산화탄소 를 사용하여, 임계압력까지 압축하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.