KR101073304B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

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다카시 모리모토
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Abstract

고정 거울판(2b)의 톱니바닥과 선회 랩부(4a)의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새(15)와, 선회 거울판(4b)의 톱니 바닥과 고정 랩부(2a)의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새(16)를, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 형성하고, 또한 제 1 틈새(15)를, 제 2 틈새(16)보다 크게 형성하고, 열변형에 대해서 각 랩부(2a, 4a)의 접촉면 압력을 낮게 유지함과 동시에, 압력변형에 대해서 고정 스크롤부품(2)의 톱니 끝과 선회 스크롤부품(4)의 톱니 바닥의 접촉압력을 균등하게 유지함으로써, 각 스크롤부품(2, 4)에 걸리는 부하를 스러스트면에서 균등하게 받는다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은, 고정 스크롤부품과 선회 스크롤부품을 맞물리게 하여 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품의 선회 운동에 의해서 압축실이 용적을 바꾸면서 이동하는 것으로, 냉매의 흡입, 압축, 및 토출을 실시하는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
종래부터, 냉동 공조용의 밀폐형 압축기로서는, 레시프로(recipro)식, 로터리식, 스크롤식이 있고, 어느 방식도 가정용, 업무용의 냉동 공조분야에서 사용되어 오고 있다. 현재는 비용, 성능면 등에서 각각의 특징을 살린 개발이 행하여지고 있다.
그 중에서도 압축기구 및 전동기구를 용기에 수납한 압축기는, 방음과 메인터넌스 프리(점검이나 정비가 필요치 않는 것)를 의도한 소위 밀폐형 압축기로 대표되어, 스크롤 압축기와 로터리 압축기가 주류가 되고 있다. 스크롤 압축기는, 일반적으로, 거울판으로부터 소용돌이 형상의 랩부가 세워져 있는 고정 스크롤부품 및 선회 스크롤부품을 맞물리게 하여 쌍방간에 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전의 구속 하에 원궤도를 따라서 선회시켰을 때, 압축실이 용적을 바꾸면서 이동하는 것으로 흡입, 압축, 토출을 실시하고, 선회 스크롤 부품의 바깥둘레부 및 랩부 배면에 소정의 배압을 윤활용의 오일에 의해 인가하여, 선회 스크롤부품이 고정 스크롤부품으로부터 떨어져 전복하지 않도록 하고 있다.
상기 종래의 스크롤 압축기는, 도 17에 나타내는 바와 같이, 고정 랩부(2a){이하, 랩부(2a)}와 고정 거울판(2b){이하, 거울판(2b)}으로 이루어지는 고정 스크롤부품(2)과, 선회 랩부(4a){이하, 랩부(4a)}와 선회 거울판(4b){이하, 거울판(4b)}으로 이루어지는 선회 스크롤부품(4)을 맞물리게 하여 쌍방간에 압축실(5)을 형성하고, 선회 스크롤부품(4)을 자전구속기구(22)에 의한 자전의 구속 하에 원궤도를 따라서 선회시켰을 때, 압축실(5)이 용적을 바꾸면서 이동하는 것으로, 냉매의 흡입, 압축, 및 토출을 실시한다.
즉, 냉매는, 흡입관(1)으로부터 빨려 들어가, 고정 스크롤부품(2)의 흡입공간(3)을 거쳐, 고정 스크롤부품(2)과 선회 스크롤부품(4)의 사이에서 형성되는 압축실(5)에 가두어 지고, 중심을 향해 용적을 감소시키면서 압축되어, 토출포트(6)로부터 토출된다.
이 때, 고정 스크롤부품(2)과 선회 스크롤부품(4)의 사이에 형성되는 압축실(5) 내에는 압축작용을 실시하는 것에 의해 압축열이 생기기 때문에, 이 열에 의해 각 스크롤부품(2, 4)이 고온으로 된다. 그리고, 각 압축실(5) 내의 압력은 가장 바깥둘레측의 압축실(5)로부터 중심측의 압축실(5)을 향해서 차례차례 압력이 높아지기 때문에, 각 랩부(2a, 4a)에는 가장 바깥둘레측으로부터 중심측을 향하여 온도 구배가 생기고 있다. 즉, 중심측(가장 안둘레측)의 압축실(5)은 가장 바깥둘레측의 압축실(5)보다 고온으로 이루어지고 있다. 이 온도 상승에 의해 각 랩부(2a, 4a)는 열팽창하고, 특히 고온으로 되는 중앙측에 위치하는 각 랩부(2a, 4a)의 안둘레 끝단측은 크게 열팽창한다. 이 때문에, 각 랩부(2a, 4a)가 열팽창할 때에는, 각 랩부(2a, 4a)의 톱니 끝과 각 거울판(2b, 4b)의 톱니 바닥과의 스러스트(thrust) 방향 틈새가 조립할 때의 틈새 치수보다 작아지게 되어, 각 랩부(2a, 4a)의 톱니 끝이 각 거울판(2b, 4b)의 톱니바닥과 접촉한다. 또한, 접촉면 압력이 높아지면 서로 골링(Galling)이 발생하여, 거울판(2b, 4b)이나 각 랩부(2a, 4a)가 손상할 우려가 있다.
따라서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 스크롤 압축기에서는, 선회 스크롤부품 또는 고정 스크롤부품의 랩부를, 거울판의 톱니 바닥으로부터 톱니 끝까지의 높이 치수를 조정하여, 조립 상태에서 각 랩부의 톱니 끝과 맞은편의 톱니 바닥과의 사이에 가장 안둘레측에서 가장 커지게 한 스러스트 방향 틈새를 형성하는 구성으로 하고 있다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 스크롤 압축기에서는, 랩부의 톱니 끝면의 온도 분포를 측정한 결과를 기초로, 선회 스크롤부품 또는 고정 스크롤부품 중 적어도 한 쪽의 랩부의 톱니 끝을, 맞은편의 톱니 바닥과의 사이의 스러스트 방향 틈새가 가장 안둘레측에서 가장 커지게 되도록 형성하거나, 그 스러스트 방향 틈새를 복수 단계에서 변화하도록 형성하거나 하고 있다.
또한, 특허문헌 3에 기재된 스크롤 압축기에서는, 같은 도 17에 나타내는 바와 같이, 흡입관(1)으로부터 빨려 들여간 냉매가스는, 랩부(2a)와 거울판(2b)으로 이루어지는 고정 스크롤부품(2)의 흡입공간(3)을 거쳐, 랩부(4a)와 거울판(4b)으로 이루어지는 선회 스크롤부품(4)과 맞물릴 수 있는 압축실(5)에 가두어지고, 고정 스크롤부품(2)의 중심을 향하여 용적을 감소시키면서 압축되어, 토출포트(6)로부터 토출된다.
선회 스크롤부품(4)과, 축받이부재(7)의 링 형상의 홈에 장착된 미끄럼운동 칸막이고리(17)에 둘러싸여 형성되는 배압실(8)은, 토출압력과 흡입압력 사이의 중간 압력으로 설정되어 있고, 배압조정기구(9)에 의해 이 중간 압력이 일정 압력이 되도록 제어되고 있다. 또, 미끄럼운동 칸막이고리(17)는, 선회 스크롤부품(4)의 이면(4d)과 미끄럼운동한다.
배압조정기구(9)는, 배압실(8)로부터 고정 스크롤부품(2)의 내부를 통하여 흡입공간(3)으로 연통하고 있는 연통로(10)에, 밸브(11)를 설치한 것으로, 배압실(8)의 압력이 설정 압력보다 높아지면 밸브(11)가 열리고, 배압실(8)의 오일을 흡입공간(3)으로 공급하여, 배압실(8) 내를 일정한 중간 압력으로 유지하고 있다. 또한 흡입공간(3)으로 공급된 오일은, 선회 운동과 함께 압축실(5)로 이동하여, 압축실(5) 사이의 누출 방지에 도움이 되고 있다. 선회 스크롤부품(4)의 배면에는, 상기의 중간 압력이 인가되어, 운전 중에 전복하는 것을 억제하고 있다. 전복하면 고정 스크롤부품(2)과 선회 스크롤부품(4)이 분리되어 버려, 그 부분에 누출이 발생해 버린다.
스크롤 압축기를 구성하는 고정 스크롤부품(2)과 선회 스크롤부품(4)의 재료에는, 양쪽에 주철을 주로 한 철계를, 또는, 고정 스크롤부품(2)에 철계를, 선회 스크롤부품(4)에는 알루미늄계를 이용한 것이 있다.
(특허문헌 1)
일본 특허공개 소화58-67902호 공보
(특허문헌 2)
일본 특허공개 평성07-197891호 공보
(특허문헌 3)
일본 특허공개 2001-280252호 공보
그러나, 상기와 같은 구성에서는, 압력에 의한 고정 스크롤부품이나 선회 스크롤부품의 변형까지는 고려되어 있지 않고, 고부하 운전의 경우나 냉매로서 이산화탄소를 이용한 경우에는, 고정 스크롤부품의 톱니 끝과 선회 스크롤부품의 톱니 바닥과의 접촉 압력이 불균등하게 되어, 골링(Galling)이나 이상 마모가 발생할 우려가 있어, 압축기로서의 압축효율, 내구성이 저하되어 버린다고 하는 문제를 가지고 있었다.
따라서, 본 발명은, 상기 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 간단하며 저비용을 도모한 구성으로 하면서도, 고효율 및 높은 신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
한편, 이산화탄소를 냉매로서 이용한 경우, 압축기의 토출 압력은, 프레온을 냉매로 하는 종래의 압축기와 비교하면, 고압측 압력이 약 7∼10배 이상 높다. 이 때문에, 선회 스크롤부품이 고정 스크롤부품으로부터 분리되지 않을 만큼의 배압을 주면, 선회 스크롤부품이 고정 스크롤부품으로 강하게 눌려지게 되어, 미끄럼운동부의 이상 마모나 눌어붙음이 발생하여, 입력 증가에 의한 성능저하를 초래하게 된 다.
또한, 대용량으로 많은 냉매로 이루어지는 시스템에서는, 액체냉매의 복귀가 세찬 과도 운전의 때에 있어서는, 세정성이 높은 이산화탄소의 액체냉매에 의해, 선회 스크롤부품의 스러스트면에서 윤활유가 부족한 부분이나 온도 상승이 발생하여 알루미늄 표면이 기점이 되어 눌어붙음에 이를 우려가 있다.
또한, 같은 열팽창 계수의 금속, 철계 재료를 이용하여 양 스크롤부품을 형성한 경우에는, 선회 스크롤부품의 비중이 커지기 때문에, 운전할 때의 원심력이 커지게 되어, 그 결과, 축받이부재 부하가 높아져, 미끄럼운동 손실도 커진다. 특히, 고속 운전할 때에는 원심력이 매우 커지기 때문에 주축과 축받이부재에서 심하게 마모되어 버린다. 또한, 랩부의 정밀도를 높이기 위해서는, 설치면이나 미끄럼운동면을 정밀하게 기계 가공할 필요가 있지만, 철계 재료는 절삭성이 낮기 때문에, 그 가공이 극히 어려워, 생산성을 향상시키는 것이 곤란하였다.
또한, 각 압축실은 압축작용을 실시하는 것에 의해 압축열이 생겨, 이 열에 의해서 각 스크롤부품이 고온이 된다. 그리고, 각 압축실 내의 압력은, 가장 바깥둘레측의 압축실에서 중심측의 압력실을 향해서 차례차례 높아져, 각 랩부에는 가장 바깥둘레측에서 중심측을 향하여 온도 구배가 생긴다. 즉, 중심측(가장 안둘레측)의 압축실은 가장 바깥둘레측의 압축실보다 고온이 된다. 이 온도 상승에 의해 각 랩부는 열팽창하고, 특히 고온이 되는 중앙측에 위치하는 각 랩부의 안둘레측은 크게 열팽창되어 버린다. 이 때문에, 각 랩부의 열팽창의 때에는, 각 랩부의 톱니 끝면과 각 거울판의 톱니 바닥과의 스러스트 방향 틈새가 조립할 때의 틈새 치수보 다 작아져, 각 랩부의 톱니 끝면이 각 거울판의 톱니 바닥과 접촉한다. 또한 접촉면 압력이 높아지면, 서로 골링(Galling)이 발생하여, 각 거울판이나 각 랩부가 손상할 우려가 있어, 압축기로서의 압축 효율, 내구성이 저하되어 버린다고 하는 문제가 있다. 특히, 고정 스크롤부품에 철계 재료를, 선회 스크롤부품에 알루미늄계 재료를 이용하고, 다른 열팽창 계수의 금속을 이용하여, 다른 열팽창계수의 금속을 이용하여 형성한 경우에는, 이 문제는 현저하게 나타난다.
또한, 스러스트 방향 틈새의 존재에 의한 성능저하를 회피하기 위해서, 선회 스크롤부품 및 고정 스크롤부품 중 어느 쪽이던지 또는 양쪽 모두에 칩 실링을 설치하는 경우에는, 칩 실링이 접촉하는 것에 의한 미끄럼운동 손실의 증대나, 부품 가짓수의 증가 및 가공 공정의 증가에 의해 생산성을 저하시킨다고 하는 문제를 가지고 있었다.
따라서, 다른 본 발명의 목적은, 이산화탄소를 냉매로서 이용한 경우에, 고효율 및 높은 신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공하는 것에 있다.
더욱 또한, 특허문헌 2에 기재된 스크롤 압축기에서는, 고정 스크롤 부품과 선회 스크롤부품의 사이에 형성되는 각 압축실이, 압축작용을 실시하는 것에 의한 압축열로 각 랩부가 열팽창하는 것은 고려하고 있지만, 압축기의 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 의한 고정 스크롤부품과 선회 스크롤부품의 변형은 고려하고 있지 않다. 특히, 선회 스크롤부품에서의 편심 축받이의 하우징부는, 선회 스크롤부품의 거울판의 두께가 작고, 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 의해, 고정 스크롤부품측으로의 변형이 크고, 선회 스크롤의 톱니 바닥과 고정 스크롤의 톱니 끝 이 한쪽 접촉에 의해 접촉면 압력이 높아져, 서로에 골링(Galling)이 발생하여, 압축기로서의 압축 효율, 내구성이 저하되어 버린다고 하는 과제를 가지고 있었다.
따라서, 다른 본 발명의 목적은, 선회 스크롤에 있어서의 편심 축받이의 하우징부에서의 압력변형을 고려하여, 높은 신뢰성 및 운전초기부터 고효율을 실현하는 스크롤 압축기를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기는, 고정 스크롤부품의 고정 거울판에서 세워져 있는 소용돌이 형상의 고정 랩부와, 선회 스크롤부품의 선회 거울판에서 세워져 있는 소용돌이 형상의 선회 랩부를 맞물리게 하여 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전구속 하에 원궤도로 선회시켜, 압축실의 용적을 연속하여 바꾸면서 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 스크롤 압축기에 있어서, 고정 거울판의 톱니 바닥과 선회 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새와, 선회 거울판의 톱니 바닥과 고정 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새를, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 형성하고, 제 1 틈새를, 제 2 틈새보다 크게 형성한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 제 1 틈새 및 제 2 틈새가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하고 있으므로, 열팽창 변형에 의한 각 랩부의 접촉면 압력을 낮게 유지할 수 있음과 동시에, 토출압력에 의해서 고정 스크롤부품이 아래로 볼록 형상으로 변형하더라도, 제 2 틈새보다 크게 하고 있는 제 1 틈새가 그 압력변형분을 흡수하므로, 고정 스크롤부품의 톱니 끝과 선회 스크롤부품의 톱니 바닥의 접촉 압력은 균등하게 유지된다. 따라서, 골링(Galling)이나 이상 마모가 발생하는 일이 없고, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 제 1 틈새를 선회 랩부의 높이를 바꿔 형성하고, 제 2 틈새를 선회 거울판의 두께를 바꿔 형성한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 제 1 틈새 및 제 2 틈새를 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 하는 것, 또한 제 1 틈새를 제 2 틈새보다 크게 하는 것이 간단하고 저비용으로 가능해진다. 이것에 의해, 열변형이나 압력변형에 의한 골링(Galling) 등이 없어져, 높은 신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 3 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 제 1 틈새를 선회 랩부의 높이를 바꿔 형성하고, 제 2 틈새를 고정 랩부의 높이를 바꿔 형성한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 제 1 틈새 및 제 2 틈새를 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 하는 것, 또한 제 1 틈새를 제 2 틈새보다 크게 하는 것이 간단하고 저비용으로 가능해진다. 이것에 의해, 열변형이나 압력변형에 의한 골링(Galling) 등이 없어져, 높은 신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 4 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 제 1 틈새를 고정 거울판의 두께를 바꿔 형성하고, 제 2 틈새를 선회 거울판의 두께를 바꿔 형성한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 제 1 틈새 및 제 2 틈새를 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 하는 것, 또한 제 1 틈새를 제 2 틈새보다 크게 하는 것이 간단하고 저비용으로 가능해진다. 이것에 의해, 열변형이나 압력변형에 의한 골링(Galling) 등이 없어져, 높은 신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 5 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 제 1 틈새를 고정 거울판의 두께를 바꿔 형성하고, 제 2 틈새를 고정 랩부의 높이를 바꿔 형성한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 제 1 틈새 및 제 2 틈새를 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 하는 것, 또한 제 1 틈새를 제 2 틈새보다 크게 하는 것이 간단하고 저비용으로 가능해진다. 이것에 의해, 열변형이나 압력변형에 의한 골링(Galling) 등이 없어져, 높은 신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 6 실시형태는, 제 1부터 제 5 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 냉매로서 이산화탄소를 이용하고, 선회 거울판의 두께를 선회 랩부의 높이의 3.0배보다 작게 한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 이산화탄소 냉매를 이용한 경우의 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 대해서, 거울판의 두께와 랩부의 높이를 적절한 관계로 한 선회 스크롤부품이 유연하게 변형하는 것에 의해서, 고정 스크롤부품의 톱니 끝과 선회 스크롤부품의 톱니 바닥의 접촉압력이 보다 균등하게 유지되고, 골링(Galling)이나 이상 마모가 발생하는 일이 없어져, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 7 실시형태는, 제 1부터 제 5 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 냉매로서 HFC계 또는 HCFC계 냉매를 이용하고, 선회 거울판의 두께를 선회 랩부의 높이의 1.0배보다 작게 한 것이다.
본 실시형태에 의하면, HFC계 또는 HCFC계 냉매를 이용한 경우의 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 대하여, 거울판의 두께와 랩부의 높이를 적절한 관계로 한 선회 스크롤부품이 유연하게 변형하는 것에 의해서, 고정 스크롤부품의 톱니 끝과 선회 스크롤부품의 톱니 바닥의 접촉압력이 보다 균등하게 유지되어, 골링(Galling)이나 이상 마모가 발생하는 일이 없어져, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 8 실시형태는, 제 1부터 제 5 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 냉매로서 HC계 냉매를 이용하고, 선회 거울판의 두께를 선회 랩부의 높이의 0.6배보다 작게 한 것이다.
본 실시형태에 의하면, HC계 냉매를 이용한 경우의 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 대해서, 거울판의 두께와 랩부의 높이를 적절한 관계로 한 선회 스크롤부품이 유연하게 형성하는 것에 의해서, 고정 스크롤부품의 톱니 끝과 선회 스크롤부품의 톱니 바닥의 접촉압력이 보다 균등하게 유지되어, 골링(Galling)이나 이상 마모가 발생하는 일이 없어져, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 9 실시형태에 의한 스크롤 압축기는, 고정 스크롤부품의 고정 거울판에서 세워진 소용돌이 형상의 고정 랩부와, 선회 스크롤부품의 선회 거울판에서 세워진 소용돌이 형상의 선회 랩부를 맞물리게 하여 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전 구속 하에 원궤도로 선회시켜, 압축실의 용적을 연속하여 바꾸면서 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 스크롤 압축기에 있어서, 냉매로서 이산화탄소를 이용하고, 고정 스크롤부품을 철계 금속재료로, 선회 스크롤부품을 알루미늄계 금속재료로 형성하고, 선회 스크롤부품에 표면처리를 실시하고, 고정 거울판의 톱니 바닥과 선회 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 랩부의 톱니 끝을 경사지게 한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 고정 스크롤부품이 철계 재료로, 선회 스크롤부품이 알루미늄계 재료로 형성하고, 선회 스크롤부품에 표면처리를 실시하고 있으므로, 냉매로서 이산화탄소를 이용한 고차압(高差壓) 운전에 있어서, 선회 거울판의 톱니 바닥이 고정 랩부의 톱니 끝으로 강하게 눌려지더라도, 경화층을 지닌 표면처리에 의해 이상 마모를 억제하여 눌어붙음을 일으키는 일 없이 운전할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 대용량으로 많은 냉매로 이루어지는 시스템에 있어서의 액체냉매의 복귀가 세찬 과도 운전의 때에 있어서도, 세정성이 높은 이산화탄소의 액체냉매에 의한, 선회 스크롤부품의 스러스트면에서의 윤활유가 부족한 부분이나 온도 상승의 발생에 의한 눌어붙음을 일으키는 일 없이 운전할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 선회 스크롤부품이 알루미늄계 재료로 형성하고 있으므로, 고속 운전할 때의 구동부의 원심력을 작게 할 수 있고, 또한 내구성이 뛰어나 미끄럼운동 손실을 줄일 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 고정 거울판의 톱니 바닥과 선회 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 랩부의 톱니 끝을 경사지게 하는 것으로, 압축 과정에 있어서 중심부에서 생기는 고온의 압축열에 대해서도, 선회 스크롤부품에 있어서의 랩부의 중심부의 톱니 끝의 접촉을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 10 실시형태는, 제 9 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 안둘레측의 선회 랩부에 있어서의 최소 높이를, 바깥둘레측의 선회 랩부에 있어서의 최대 높이의 99.6% 이상 100% 미만으로 한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 각 랩부의 톱니 끝면으로부터의 누출 손실을 저감시키면서, 각 랩부의 톱니 끝면의 골링(Galling) 등을 막아, 톱니 끝으로부터의 누출을 최소한으로 억제할 수 있어, 압축기의 성능향상과 신뢰성의 확보를 양립할 수 있다.
본 발명의 제 11 실시형태에 의한 스크롤 압축기는, 고정 스크롤부품의 고정 거울판에서 세워진 소용돌이 형상의 고정 랩부와, 선회 스크롤부품의 선회 거울판에서 세워진 소용돌이 형상의 선회 랩부를 맞물리게 하여 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전구속 하에 원궤도로 선회시켜, 압축실의 용적을 연속하여 바꾸면서 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 스크롤 압축기에 있어서, 냉매로서 이산화탄소를 이용하고, 고정 스크롤부품을 철계 금속재료로, 선회 스크롤부품을 알루미늄계 금속재료로 형성하고, 선회 랩부의 톱니 끝 이외에 표면처리를 실시한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 압축 과정에 있어서 중심부에서 생기는 고온의 압축열에 대해서도, 선회 스크롤부품에 있어서의 랩부의 중심부의 톱니 끝의 접촉을 방지할 수 있다. 또한 만일 랩부의 중심부의 톱니 끝이 접촉하는 경우에서도, 톱니 끝에 표면처리를 실시하고 있지 않기 때문에, 운전 중에 눌어붙는 일이 없고 고정 스크롤부품의 톱니 끝과 고정 거울판의 톱니 바닥 사이의 스러스트 방향 틈새를 조정하기 위해, 가공을 하지 않고, 압축기의 성능 향상과 신뢰성을 양립할 수 있으므로, 저비용화를 도모할 수 있다.
본 발명의 제 12 실시형태는, 제 9부터 제 11 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 선회 거울판의 톱니 바닥과 고정 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 거울판의 톱니 바닥을 경사지게 한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 냉매로서 이산화탄소를 이용한 고차압(高差壓) 운전 하에서, 고정 스크롤부품이 압력변형이나 온도변형에 의해, 고정 스크롤부품의 소용돌이 랩의 톱니 끝이 선회 거울판의 톱니 바닥에 접촉하는 것을 방지하여, 높은 신뢰성을 도모할 수 있다.
본 발명의 제 13 실시형태는, 제 9부터 제 11 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 표면처리로서, 알루마이트(alumite) 피막처리, PVD 처리, 및 니켈-인 도금처리 중의 어느 하나를 실시한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 이산화탄소 냉매의 높은 압력 차 하에서도, 미끄럼운동에 의한 경화층을 지닌 피막의 마멸(磨滅)이 적고, 장시간의 사용에서도 표면처리 피막이 잔존하여, 눌어붙는 일이 없어 높은 신뢰성을 도모할 수 있다.
본 발명의 제 14 실시형태는, 제 9부터 제 11 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 표면처리를 실시한 부분에, 랩핑(lapping) 처리, 버프(buff) 처리, 또는 배럴(barrel) 연마처리를 실시한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 표면처리에 의한 거칠기를 작게 하는 것에 의해, 미끄럼운동 손실을 저감하는 것에 의한 성능 향상을 도모할 수 있고, 특히 초기 운전의 때부터 고효율화를 도모할 수 있다.
본 발명의 제 15 실시형태에 의한 스크롤 압축기는, 거울판에서 소용돌이 형상의 랩부가 세워져 있는 고정 스크롤부품 및 선회 스크롤부품을 맞물리게 하여 쌍방간에 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전의 구속 하에 원궤도를 따라서 선회시켰을 때 압축실이 용적을 바꾸면서 이동하는 것으로, 흡입, 압축, 토출을 실시하는 스크롤 압축기에 있어서, 선회 스크롤부품의 톱니 바닥과 고정 스크롤부품의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록 경사를 형성하고, 또한, 그 제 2 틈새는, 적어도 선회 스크롤부품의 편심 축받이의 하우징부에 상당하는 범위에 있어서, 균일하게 최대가 되도록, 선회 스크롤의 톱니 바닥 및 고정 스크롤의 톱니 끝을 형성한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 선회 스크롤의 거울판의 두께가 작은 편심 축받이의 하우징부에 있어서, 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 의한 압력변형이 발생한 경우에 있어서도, 선회 스크롤의 톱니 바닥과 고정 스크롤의 톱니 끝이 한쪽만 접촉하지 않고, 균일하게 접촉하기 때문에, 높은 신뢰성 및 초기 운전의 때부터 고효율을 실현할 수 있다.
본 발명의 제 16 실시형태는, 제 15 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 제 2 틈새가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 스크롤의 톱니 바닥은, 고정 스크롤에 대해서, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 오목하게 되는 경사면을 형성하고, 또한 적어도 선회 스크롤부품의 편심 축받이의 하우징부에 상당하는 선회 스크롤의 톱니 바닥에, 최대의 볼록부가 되는 플랫부를 설치한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 선회 스크롤의 거울판의 두께가 작은 편심 축받이의 하우징부에 있어서, 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 의한 압력변형이 발생한 경우에 있어서도, 선회 스크롤의 톱니 바닥이 압력변형을 고려한 형상을 가지고 있기 때문에, 선회 스크롤의 톱니 바닥과 고정 스크롤의 톱니 끝이 한 쪽만 접촉하지 않고, 균일하게 접촉하여, 높은 신뢰성 및 초기 운전의 때부터 고효율을 실현할 수 있다.
본 발명의 제 17 실시형태는, 제 15 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 고정 스크롤부품의 톱니 끝에, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 랩 높이가 감소하도록 경사면을 형성하고, 또한 적어도 선회 스크롤부품의 편심 축받이의 하우징부에 상당하는 선회 스크롤의 톱니 바닥과 대향하는 고정 스크롤의 랩부의 높이가, 최소 높이치수가 되는 플랫부를 설치한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 선회 스크롤의 거울판의 두께가 작은 편심 축받이의 하우징부에 있어서, 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 의한 압력만형이 발생한 경우에 있어서도, 고정 스크롤의 톱니 끝이 압력변형을 고려한 형상을 가지고 있기 때문에, 선회 스크롤의 톱니 바닥과 고정 스크롤의 톱니 끝이 한 쪽만 접촉하지 않고, 균일하게 접촉하여, 높은 신뢰성 및 초기 운전의 때부터 고효율을 실현할 수 있다.
본 발명의 제 18 실시형태는, 제 15부터 제 17 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 선회 스크롤부품의 톱니 끝과 고정 스크롤부품의 톱니 바닥 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 스크롤부품의 톱니 끝에 경사를 형성한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 압축 과정에 있어서 중심부에서 압축열이 생기는 것에 의해 고온이 되기 때문에, 중심부의 톱니 끝이 열팽창에 의해 높아져 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 19 실시형태는, 제 15부터 제 17 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 선회 스크롤부품의 톱니 끝과 고정 스크롤부품의 톱니 바닥 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 고정 스크롤부품의 톱니 바닥에 경사를 형성한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 압축 과정에 있어서 중심부에서 압축열이 생기는 것에 의해 고온이 되기 때문에, 중심부의 톱니 끝이 열팽창에 의해 높아져 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 20 실시형태는, 제 15부터 제 18 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 선회 스크롤부품에 표면처리로서, 알루마이트(alumite) 피막처리, PVD 처리, 니켈-인 도금처리 중의 어느 하나를 실시한 것이다.
본 실시형태에 의하면, 경화층을 가진 표면처리에 의해 이상 마모를 억제하여 눌어붙게 되는 일 없이 운전할 수 있다. 또한, 대용량으로 많은 냉매로 이루어지는 시스템에 있어서의 액체냉매의 복귀가 세찬 과도 운전의 때에 있어서도, 액체냉매에 의해, 선회 스크롤의 스러스트면에서 윤활유가 부족한 부분이나 온도 상승이 발생해도 눌어붙는 일 없이 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명의 제 21 실시형태는, 제 15부터 제 19 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 냉매를, 고압 냉매, 예를 들면 이산화탄소로 하는 것이다.
본 실시형태에 의하면, 냉매가 이산화탄소이어서, 선회 스크롤의 톱니 바닥이 압력 변형하더라도, 골링(Galling)이나 이상 마모를 효과적으로 막을 수 있다.
도 1은, 본 발명에 의한 제 1 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 종단면도.
도 2는, 도 1에 나타내는 스크롤 압축기의 압축기구부의 확대 단면도.
도 3은, 도 1에 나타내는 스크롤 압축기의 압축기구부의 개략 단면도.
도 4는, 본 발명에 의한 제 3 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 종단면도.
도 5는, 도 4에 나타내는 스크롤 압축기의 압축기구부의 주요부 단면도.
도 6은, 도 4에 나타내는 스크롤 압축기의 선회 스크롤부품의 평면도.
도 7은, 도 4에 나타내는 스크롤 압축기의 선회 스크롤부품의 측면 단면도.
도 8은, 도 4에 나타내는 스크롤 압축기에 있어서의 선회 스크롤부품의 선회 랩부의 높이 비율을 나타내는 그래프.
도 9는, 본 발명에 의한 제 4 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도.
도 10은, 본 발명에 의한 제 5 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도.
도 11은, 본 발명에 의한 제 6 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도.
도 12는, 도 11에 나타내는 스크롤 압축기의 선회 스크롤부품의 평면도.
도 13은, 도 11에 나타내는 스크롤 압축기에 있어서의 고부하 운전 후의 선회 스크롤부품의 톱니 바닥 형상을 나타내는 그래프.
도 14는, 본 발명에 의한 제 7 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도.
도 15는, 본 발명에 의한 제 8 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도.
도 16은, 본 발명에 의한 제 9 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도.
도 17은, 종래의 스크롤 압축기를 나타내는 종단면도.
이하, 본 발명에 의한 일 실시예의 스크롤 압축기에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명에 의한 제 1 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 종단면도이다. 또, 같은 도면에 나타내는 제 1 실시예의 스크롤 압축기에 있어서, 도 17에 나타내는 종래의 스크롤 압축기와 동일 기능의 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 있다.
본 실시예의 스크롤 압축기는, 밀폐용기(20) 내에 압축기구부와 전동기구부를 구비하고 있다. 압축기구부는 밀폐용기(20) 내의 위쪽에 배치되고, 전동기구부는 압축기구부보다 아래쪽에 배치되어 있다. 밀폐용기(20)의 상부에는, 흡입관(1)과 토출관(21)이 설치되어 있다. 밀폐용기(20) 내의 하부에는, 윤활유를 저장하는 윤활유 저장부(29)를 가지고 있다.
압축기구부는, 고정 스크롤부품(2)과 선회 스크롤부품(4)으로 이루어지고, 양 부품이 맞물려서, 복수의 압축실(5)을 형성하고 있다. 즉, 고정 스크롤부품(2)은, 고정 거울판(2b){이하, 거울판(2b)}에서 소용돌이 형상의 고정 랩부(2a){이하, 랩부(2a)}가 세워져서 구성되고, 선회 스크롤부품(4)은, 선회 거울판(4b){이하, 거울판(4b)}에서 소용돌이 형상의 선회 랩부(4a) {이하, 랩부(4a)}가 세워져서 구성되어 있다. 압축실(5)은, 거울판(2b)과 거울판(4b)의 사이에, 랩부(2a)와 랩부(4a)가 맞물려 형성된다.
선회 스크롤부품(4)은, 자전구속기구(22)에 의해서 자전이 구속되어, 원궤도 를 따라서 선회한다. 압축실(5)은, 이 선회 스크롤부품(4)의 선회 동작에 의해서 용적을 바꾸면서 이동한다. 또, 선회 스크롤부품(4)의 바깥둘레부 및 랩부의 배면에, 소정의 배압을 인가하는 것으로, 선회 스크롤부품(4)이 고정 스크롤부품(2)으로부터 분리되어 전복하지 않도록 구성하고 있다.
또한, 전동기구부는, 밀폐용기(20)의 안쪽에 고정된 고정자(25)와, 고정자(25)의 안쪽에 회전이 자유롭게 지지된 회전자(26)로 구성된다. 그리고, 회전자(26)에는 샤프트(13)가 끼워 장착되고, 이 샤프트(13)는 축받이부재(7)와, 보조 축받이부재(27)에 유지된 구슬축받이(28)로 지지되어 있는 구성이다.
그리고, 흡입관(1)으로부터 빨려 들어간 냉매는, 고정 스크롤부품(2)의 흡입공간(3)을 거쳐, 고정 스크롤부품(2)과 선회 스크롤부품(4)이 맞물려 형성되는 압축실(5)에 가두어지고, 고정 스크롤부품(2)의 중심을 향하여 용적을 감소시키면서 압축되어, 토출포트(6)로부터 압축 용기(20) 내의 상부 공간(32)으로 토출된다. 또, 토출포트(6)를 덮고 있는 머플러(14)의 내부는 상부 공간(32)의 일부이다.
또한, 고정 스크롤부품(2)과 축받이부재(7)에 둘러싸여 형성되는 배압실(8)은, 선회 스크롤부품(4)이 고정 스크롤부품(2)으로부터 벌어지지 않을 만큼의 배압을 항상 가질 필요가 있다. 배압조정기구(9)는, 선회 스크롤부품(4)의 배압을 항상 일정하게 유지하는 기구이며, 배압실(8)로부터 고정 스크롤부품(2)의 내부를 지나 흡입공간(3)으로 연통하고 있는 연통로(10)에, 밸브(11)를 설치하여 구성되어 있다.
배압실(8)의 압력이 설정압력보다 높아지면 밸브(11)가 열려, 배압실(8)의 윤활유가 흡입공간(3)에 공급되어, 배압실 내를 일정한 중간압력으로 유지한다. 선회 스크롤부품(4)의 배면에는 상기의 중간압력이 인가되어, 운전 중에 전복하는 것을 억제하고 있다. 흡입공간(3)에 공급된 윤활유는, 선회 스크롤부품(4)의 선회 운동과 함께 압축실(5)로 이동하여, 압축실(5)사이의 냉매의 누출 방지에 도움이 되고 있다.
또한, 윤활유 저장부(29)에 저장된 윤활유는, 샤프트(13)의 내부에 형성된 통로(23)를 지나, 오일펌프(31)에 의해 샤프트(13)의 상단부로 이끌린다. 샤프트(13)의 상단부에 이끌린 윤활유는, 샤프트(13)와 선회 스크롤(4) 사이의 미끄럼운동면(33) 및 샤프트(13)와 축받이부재(7) 사이의 미끄럼운동면(34)을 윤활한다. 또한, 윤활유의 일부는, 선회 스크롤부품(4)의 내부에 설치된 연통로(24)를 지나, 이 연통로(24)에 설치된 조임부(12)로 감압된 후, 배압실(8)에 공급된다. 배압실(8)에 저장된 윤활유는, 배압실(8)의 압력이 설정압력보다 높아져, 밸브(11)가 열리면, 흡입공간(3)이나 압축실(5)에 공급되어, 맞물림 미끄럼운동면의 윤활 및 실링 오일로서 작용한다.
또한, 본 실시예의 스크롤 압축기의 구성과 그 동작에 대해서, 도 2에 나타내는 압축기구부의 확대 단면도, 및, 도 3에 나타내는 개략 단면도를 참조하여 설명한다.
도 2에 나타내는 압축기구부에서는, 고정 스크롤부품(2)의 거울판(2a)의 톱니 바닥과 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새(15)가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하도록, 선회 스크롤부품 (4)의 랩부(4a)의 높이를 바꿔 형성한다. 또한, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 톱니 바닥과 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새(16)가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하도록, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 두께를 바꿔 형성한다.
예를 들면, 도 3에 나타내는 압축기구부의 개략 단면도에서는, 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 높이{도 3에 나타내는 톱니 바닥면(4c)을 기준으로 하는 랩부(4a)의 높이 치수(H)}를, H1부터 H2, H3, H4의 순서로 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 단계적으로 감소 변화시켜, 제 1 틈새(15)를 형성한다. 또한, 선회 스크롤부(64)의 거울판(4b)의 두께{도 3에 나타내는 이면(4d)을 기준으로 하는 거울판(4b)의 두께 치수 t}를, t1부터 t2, t3의 순서대로 톱니 바닥면(4c)을 오목하게 하는 것으로 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 단계적으로 감소 변화시켜, 제 2 틈새(16)를 형성한다.
그리고, 제 1 틈새(15)를 제 2 틈새(16)보다 크게 형성하고 있다. 또, 도 3에 나타내는 고정 스크롤부품(2)에서는, 랩부(2a)의 높이 치수 (H0) 및 거울판(2b)의 두께 치수(t0)를 일정하게 구성하고 있다.
상기 구성의 스크롤 압축기를 운전할 때에는, 압축실(5)의 압력은, 흡입압력으로부터 토출압력까지 상승하지만, 고정 스크롤부품(2)의 거울판(2a)을 사이에 둔 압축실(5)의 반대측에 있는 상부 공간(32)에는, 토출압력의 냉매 가스가 존재하고 있다. 따라서, 고정 스크롤부품(2)은, 바깥둘레를 스러스트면에 의해서 유지되어 있으므로, 압축 공간측과 상부 공간(32)측의 압력 차이에 의해서, 압축 공간의 방 향으로 볼록 형상으로 변형하게 된다. 또한, 고정 스크롤부품(2)과 선회 스크롤부품(4)의 사이에 형성되는 압축실(5) 내에는, 압축 작용에 의해 압축열이 생기기 때문에, 이 열에 의해서 각 랩부(2a, 4a)가 고온이 된다. 그리고, 각 압축실(5) 내의 압력은, 가장 바깥둘레측의 압축실(5)로부터 중심측의 압축실(5)을 향해서 차례차례 압력이 높아지기 때문에, 각 랩부(2a, 4a)에는 중심부를 향해서 온도 구배가 생기고 있다. 즉, 중심측(가장 안둘레측)의 압축실(5)은 가장 바깥둘레측의 압축실(5)보다 고온이 된다. 이 온도 상승에 의해 각 랩부(2a, 4a)는 열팽창하고, 특히 고온이 되는 중심측에 위치하는 각 랩부(2a, 4a)는, 크게 열팽창하게 된다.
본 실시예의 스크롤 압축기에 의하면, 제 1 틈새(15)를 제 2 틈새(16)에 대해서 크게 형성하고 있으므로, 고정 스크롤부품(2)이 상기한 압력변형을 받더라도, 거울판(4b)의 톱니 바닥과 랩부(2a)의 톱니 끝 및 바깥둘레의 스러스트면이, 거울판(2b)의 톱니 바닥과 랩부(4a)의 톱니 끝이 접촉하는 것보다도, 먼저 접촉하게 된다.
즉, 고부하 운전의 경우 등에 발생하는 과대한 스러스트 힘에 대해서는, 제 2 틈새(16)보다 크게 하고 있는 제 1 틈새(15)가 그 스러스트 힘에 의한 변형분을 흡수하므로, 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 톱니 끝과 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 톱니 바닥의 접촉 압력을 균등하게 유지할 수 있다. 따라서, 골링(Galling)이나 이상 마모가 발생하지 않는다. 또한, 제 1 틈새(15)의 쪽이 제 2 틈새(16)에 대해서 크게 형성되어 있으므로, 열팽창의 영향을 받더라도, 각 랩부(2a, 4a)의 톱니 끝의 접촉면 압력을 낮게 유지할 수 있다. 따라서, 골링 (Galling)이나 이상 마모가 발생하는 일 없이, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또, 상기 제 1 실시예는, 제 1 틈새(15)의 형상을 랩부(4a)의 높이를 바꿔 형성함과 동시에, 제 2 틈새(16)의 형상을 거울판(4b)의 두께를 바꿔 형성하고, 그리고, 랩부(4a)의 높이 치수의 감소 정도를 거울판(4b)의 두께 치수의 감소 정도보다 크게 한 구성이지만, 다음과 같은 각 구성이라도 좋다.
예를 들면, 제 1 틈새(15)가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하도록, 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 높이를 바꿔 형성함과 동시에, 제 2 틈새(16)가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하도록, 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 높이를 바꿔 형성해도 좋다. 또, 본 구성의 경우는, 거울판(2b)의 두께 치수 및 거울판(4b)의 두께 치수를 일정하게 구성한다.
또한, 제 1 틈새(15)가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하도록, 고정 스크롤부품(2)의 거울판(2b)의 두께를 바꿔 형성함과 동시에, 제 2 틈새(16)가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하도록, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(2b)의 두께를 바꿔 형성하더라도 좋다. 또, 본 구성의 경우는, 랩부(2a)의 높이 치수 및 랩부(4a)의 높이 치수를 일정하게 구성한다.
또한, 제 1 틈새(15)가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하도록, 고정 스크롤부품(2)의 거울판(2b)의 두께를 바꿔 형성하고, 제 2 틈새(16)가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하도록, 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 높이를 바꿔 형성해도 좋다. 또, 본 구성의 경우는, 랩부(4a)의 높이 치수 및 거 울판(4b)의 두께 치수를 일정하게 구성한다.
(실시예 2)
다음에, 본 발명에 의한 제 2 실시예의 스크롤 압축기에 대해 설명한다. 본 제 2 실시예의 스크롤 압축기는, 제 1 실시예의 구성에 비하면, 냉매로서 이산화탄소를 이용할 수 있도록, 선회 스크롤부품의 랩부 높이와 거울판 두께를 설정하는 구성에 차이가 있고, 다른 구성은 제 1 실시예와 같으므로, 제 1 실시예의 도면을 이용하여 설명한다.
즉, 냉매로서 이산화탄소를 이용한 경우는, 압축기의 운전 압력은 종래의 프레온 냉매를 이용한 경우에 비해 매우 높고, 정상 운전의 때에 있어서도 토출압력은 10㎫, 흡입압력은 4㎫ 정도로까지 상승한다. 이 때, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 압축실(5) 측과 배압실(8) 측에는 큰 압력 차이가 발생한다.
여기서, 도 3에 나타내는 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 두께 t를, 랩부(4a)의 높이 H에 대해서, 3.0배를 넘어 두껍게 한 경우는, 선회 스크롤부품(4)을 변형시키는 힘(상기의 압력 차이)에 대해서 충분한 강성을 갖게 되어, 선회 스크롤부품(4)은 변형하지 않게 된다. 그러나, 전혀 변형하지 않으면, 고정 스크롤부품(2)의 톱니 끝과 선회 스크롤부품(4)의 톱니 바닥이 불균일하게 접촉하여, 골링(Galling)이나 이상마모를 일으키는 경우가 있다.
따라서, 본 실시예의 스크롤 압축기에서는, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 두께 t를, 랩부(4a)의 높이 H에 대해서, 1.0배 이상 3.0배 이하의 두께로 구성한다. 이 경우, 상기의 압력 차이에 의해서 선회 스크롤부품(4)이 유연하게 변형하게 된다.
바꿔 말하면, 이산화탄소 냉매를 이용한 경우의 압력 차이에 대해서, 선회 스크롤부품(4)이 적절히 변형하여, 제 1 틈새(15)와 제 2 틈새(16)에 의해서, 고정 스크롤부품(2)의 톱니 끝과 선회 스크롤부품(4)의 톱니바닥의 접촉 압력이 보다 균등하게 유지되어, 골링(Galling)이나 이상마모가 발생하는 일 없이, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또한, 냉매로서 HFC계 또는 HCFC계의 냉매를 이용하는 경우는, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 두께 t를, 랩부(4a)의 높이 H에 대해서, 0.3배 이상 1.0배 이하의 두께로 구성한다. 이 경우, HFC계 또는 HCFC계 냉매에 따라 발생하는 압력 차이에 대해서, 선회 스크롤부품(4)이 유연하게 변형한다. 따라서, 제 1 틈새(15)와 제 2 틈새(16)에 의해서, 고정 스크롤부품(2)의 톱니 끝과 선회 스크롤부품(4)의 톱니 바닥의 접촉 압력이 보다 균등하게 유지되어, 골링(Galling)이나 이상 마모가 발생하는 일 없이, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또한, 냉매로서 HC계의 냉매를 이용한 경우는, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 두께 t를, 랩부(4a)의 높이 H에 대해서, 0.2배 이상 0.6배 이하의 두께로 구성한다. 이 경우, HC계 냉매에 따른 압력 차이에 대해 선회 스크롤부품(4)이 유연하게 변형하고, 제 1 틈새(15)와 제 2 틈새(16)에 의해서, 고정 스크롤부품(2)의 톱니 끝과 선회 스크롤부품(4)의 톱니 바닥의 접촉 압력이 보다 균등하게 유지되어, 골링(Galling)이나 이상마모가 발생하는 일 없이, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는, 고정 스크롤부품(2) 및 선회 스크롤부품(4)의 재질에 대해서는 설명을 생략했지만, 예를 들면 고정 스크롤부품(2)으로서 Fe계 재료, 선회 스크롤부품(4)으로서 Al계 재료와 같이, 열팽창 계수가 다른 이종 금속으로 구성한 경우에, 보다 현저한 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 3)
다음에, 본 발명에 의한 제 3 실시예의 스크롤 압축기에 대해서 설명한다. 도 4 는 본 발명에 의한 제 3 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 종단면도, 도 5는 도 4에 나타내는 스크롤 압축기의 압축기구부의 주요부 단면도, 도 6은 도 4에 나타내는 스크롤 압축기의 선회 스크롤부품의 평면도, 도 7은 도 4에 나타내는 스크롤 압축기의 선회 스크롤부품의 측면 단면도, 도 8은 도 4에 나타내는 스크롤 압축기의 선회 스크롤부품의 선회 랩부의 높이 비율을 나타내는 그래프이다. 또, 도 17에 나타내는 종래의 스크롤 압축기와 동일 기능의 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고, 또한 이하의 제 4 실시예로부터 제 10 실시예까지도 마찬가지로 한다.
본 실시예의 스크롤 압축기는, 밀폐용기(20) 내에 압축기구부와 전동기구부를 구비하고 있다. 압축기구부는 밀폐용기(20) 내의 위쪽에 배치되고, 전동기구부는 압축기구부보다 아래쪽에 배치되어 있다. 밀폐용기(20)의 상부에는, 흡입관(1)과 토출관(21)이 설치되어 있다. 밀폐용기(20) 내의 하부에는, 윤활유를 저장하는 윤활유 저장부(29)를 갖는다.
압축기구부는, 고정 스크롤부품(2)과 선회 스크롤부품(4)으로 이루어지고, 양 부품이 맞물려, 복수의 압축실(5)을 형성하고 있다. 즉, 고정 스크롤부품(2) 은, 거울판(2b)에서 소용돌이 형상의 랩부(2a)가 세워져 구성되고, 선회 스크롤부품(4)은, 거울판(4b)에서 소용돌이 형상의 랩부(4a)가 세워져 구성되어 있다. 압축실(5)은, 거울판(2b)과 거울판(4b)의 사이에, 랩부(2a)와 랩부(4a)가 맞물려 형성된다.
선회 스크롤부품(4)은, 자전구속기구(22)에 의해서 자전이 구속되어, 원궤도를 따라서 선회한다. 압축실(5)은, 이 선회 스크롤부품(4)의 선회 동작에 의해서 용적을 바꾸면서 이동한다.
선회 스크롤부품(4)의 이면(4d)에는 배압실(8)이 설치되어 있다. 이 배압실(8) 내에는 축받이부재(7)에 형성한 원고리 홈에 미끄럼운동 칸막이고리(17)를 배치하여, 이 미끄럼운동 칸막이고리(14)에 의해 배압실(8)을 2분할하고 있다. 미끄럼운동 칸막이고리(17)로 분할한 한 쪽의 안쪽 영역(8b)에는, 고압의 토출압력을 작용시킨다. 또한, 다른 쪽의 바깥쪽 영역(8a)에는, 흡입압력으로부터 토출압력까지의 사이의 소정의 중간압력을 작용시키고 있다. 선회 스크롤 부품(4)은, 이러한 배압실(8)의 압력에 의해 스러스트 힘이 인가되어 고정 스크롤(2)로 안정적으로 눌려져, 누출을 저감함과 동시에 안정적으로 원궤도 운동을 실시한다.
본 실시예의 스크롤 압축기는, 고정 스크롤부품(2)을 철계 금속재료로, 선회 스크롤부품(4)을 알루미늄계 금속재료로 형성하고, 선회 스크롤부품(4)에 표면처리를 실시하여, 경화층이 형성되어 있다. 표면처리로서는, 알루마이트(alumite) 피막처리, PVD 처리, 니켈-인 도금처리 중의 어느 하나를 실시한다.
또한, 선회 스크롤부품(4)은, 표면처리 후에, 랩핑(lapping)처리, 버프 (buff)처리, 또는 배럴(barrel) 연마처리를 실시하고 있다. 랩핑처리, 버프처리, 또는 배럴 연마처리에 의해, 표면처리에 의한 거칠기를 작게 하는 것으로, 마찰저항을 저감하여, 선회 스크롤부품(4)의 미끄럼운동면의 신뢰성을 향상함과 동시에, 미끄럼운동 손실을 저감하는 것에 의한 성능 향상을 도모할 수 있고, 특히 초기 운전 때부터의 고효율화를 도모할 수 있다.
상기 구성에 의해, 이산화탄소를 냉매로서 이용한 경우, 압축기의 토출압력은, 프레온을 냉매로 하는 종래의 냉동 사이클의 고압즉 압력의 약 7∼10배 이상 높아져, 선회 스크롤부품(4)이 고정 스크롤부품(2)으로부터 벌어지지 않을 만큼의 배압을 주면, 선회 스크롤부품(4)이 고정 스크롤부품(2)으로 강하게 눌려지지만, 선회 스크롤부품(4)에 실시된 표면처리에 의한 경화층에 의해, 눌어붙는 일 없이 신뢰성이 높은 스크롤 압축기를 얻을 수 있다. 또한, 대용량으로 많은 냉매로 이루어지는 시스템에서는, 시동이나 서리 제거 등의 과도 운전의 때에 스크롤 압축기로의 세찬 액체 복귀가 발생하여, 이 액체 복귀에 의해서 윤활유가 액체냉매로 씻겨져, 윤활 상태가 어려워지지만, 이 표면처리에 의한 경화층에 의해 눌어붙는 일은 없이, 고속 운전이 가능해진다.
또한, 상온 상태에서, 고정 스크롤부품(2)의 거울판(2b)의 톱니 바닥과 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새(15)가, 바깥둘레측 A로부터 안둘레측 B로 증가하도록, 랩부(4a)의 톱니 끝에 경사를 형성하고 있다.
이 랩부(4a)의 톱니 끝의 경사 비율에 대해 도 8을 이용하여 설명한다.
도 8은 고부하 운전 후에 있어서의 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 톱니 끝 높이를 나타낸 것이다. 또, 도 8에서는, 바깥둘레측 A에서의 랩부(4a)의 높이를 100으로 한 경우의, 각각의 위치에서의 랩부(4a)의 높이의 비로 나타내고 있다.
선회 스크롤부품(4)은, 압축 과정에서 생기는 압축열에 의해, 중심부에 다가가면 고온이 되어, 열팽창으로 변형함과 동시에, 높은 압력 차이에 의해서 변형한다. 따라서, 선회 스크롤(4)의 랩부(4a)의 톱니 끝을, 고정 스크롤(2)의 거울판(2b)의 톱니 바닥에 접촉시키지 않기 위해, 랩부(4a)의 톱니 끝에, 안둘레측이 최소 높이가 되는 경사를 형성한다. 또, 랩부(4a)의 최소 톱니 끝 높이를, 최대 톱니 끝 높이 99.6% 이하로 하면, 톱니 끝으로부터의 누출이 커져 성능을 저하시켜 버린다. 따라서, 안둘레측의 랩부(4a)의 최소 톱니 끝 높이는, 바깥둘레측의 랩부(4a)에 있어서의 최대 톱니 끝 높이의 99.6% 이상 100% 미만으로 하는 것이 바람직하다.
(실시예 4)
다음에, 본 발명에 의한 제 4 실시예의 스크롤 압축기에 대해 설명한다. 도 9는 본 발명에 의한 제 4 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도이다. 또, 본 실시예의 스크롤 압축기에 있어서, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 톱니 바닥 이외는, 상기 제 3 실시예와 동일 구성이므로, 그 설명을 생략한다.
본 실시예에서는, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 톱니 바닥과 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새(16)가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 톱 니 바닥에 경사를 형성한 것이다. 이 구성에 의해, 냉매로서 이산화탄소를 사용할 때의 고차압(高差壓) 운전 하에서, 고정 스크롤부품(2)이 압력변형이나 온도변형에 의해, 랩부(2a)의 톱니 끝이 선회 스크롤(4)의 거울판(4b)의 톱니바닥에 국부적으로 접촉하는 것을 방지하여, 균등한 면 압력으로 받는 구성이므로, 높은 신뢰성을 도모할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는, 랩부(4a)의 톱니 끝에 경사를 형성하는 경우와, 거울판(4b)의 톱니 바닥에 경사를 형성하는 경우를, 다른 실시예로 설명했지만, 랩부(4a)의 톱니 끝과 거울판(4b)의 톱니 바닥에 경사를 형성해도 좋다.
(실시예 5)
다음에, 본 발명에 의한 제 5 실시예의 스크롤 압축기에 대해 설명한다. 도 10은 본 발명에 의한 제 5 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도이다.
본 실시예의 스크롤 압축기에서는, 랩부(4a)의 톱니 끝, 및 거울판(4b)의 톱니 바닥에 경사를 형성하는 일 없이, 선회 스크롤(4)의 랩부(4a)의 톱니 끝 이외에 표면처리를 실시한 구성이다. 이 구성 이외는, 제 3 실시예와 동일 구성이므로, 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 의하면, 압축 과정에 있어서의 중심부에서의 압축열에 의한 열팽창이나 높은 압력 차이에 의한 압력변형이 생기는 경우에서도, 랩부(4a)의 톱니 끝에 경화층을 지닌 표면처리를 실시하지 않기 때문에, 눌어붙음을 일으키지 않는다. 즉, 소정시간의 운전에 의해서, 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 톱니 끝과 고정 스크롤부품(2)의 거울판(2b)의 톱니 바닥 사이의 스러스트 방향 틈새에 맞도 록, 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)가 마모에 의해서 조정되기 때문에, 미리 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 톱니 끝을, 경사지게 하는 가공을 실시하는 일 없이, 압축기의 성능 향상과 신뢰성을 양립할 수 있으므로, 저비용화를 도모할 수 있다.
한편, 상기한 랩부(4a)의 톱니 끝에 경사를 형성하는 대신에, 거울판(2b)의 톱니 바닥에 경사를 형성하더라도, 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 거울판(4b)의 톱니 바닥에 경사를 형성하는 대신에, 랩부(2a)의 톱니 끝에 경사를 형성하더라도, 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
(실시예 6)
다음에, 본 발명에 의한 제 6 실시예의 스크롤 압축기에 대해 설명한다. 도 11은 본 발명에 의한 제 6 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도, 도 12는 도 11에 나타내는 스크롤 압축기의 선회 스크롤부품의 평면도이다. 또, 본 실시예의 스크롤 압축기의 구성은, 상기의 제 3 실시예와 거의 동일 구성이므로, 각 스크롤부품의 주요부에 대해서만 설명하고, 그 밖의 설명은 생략한다. 그리고, 이하의 제 7부터 제 10 실시예의 구성에 대해서도 마찬가지로 한다.
도면과 같이, 상온 상태에서 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 톱니 바닥과 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새(16)가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 톱니 바닥에 경사를 형성하고 있다. 또한, 도 12의 사선부로 나타낸 편심 축받이(36)의 하우징부(37)에 있어서, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 톱니 바닥에 플랫부(38)를 설치하고 있다.
이 경사의 일례에 대해서, 더욱 상세하게 설명한다. 도 13은 도 11에 나타내는 스크롤 압축기에 있어서의 고부하 운전 후의 선회 스크롤부품의 톱니 바닥 형상을 나타내는 그래프이다. 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 톱니 바닥은, 거울판 배면부에 고압이 걸리는 것에 의해, 고정 스크롤부품으로 눌려져, 압력변형을 일으키기 때문에 도면과 같은 형상이 된다. 특히, 선회 스크롤부품(4)의 편심 축받이(36)의 하우징부(37)에 있어서는, 거울판 두께가 가장 얇기 때문에, 압력변형에 의해, 도면과 같은 최소 거울판 두께를 가진 플랫부(38)를 형성한다.
따라서, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 톱니 바닥과 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 톱니 끝이 균일한 면 압력으로 받도록, 도면과 동일한 형상을 설치하고 있다. 상기 구성에 의해, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 두께가 작은 편심 축받이(36)의 하우징부(37)에 있어서, 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 의한 압력변형이 발생한 경우에 있어서도, 선회 스크롤부품(4)의 거울판(4b)의 톱니 바닥과 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 톱니 끝이 한쪽만 접촉하지 않고, 균일하게 접촉하기 때문에, 높은 신뢰성 및 초기 운전의 때부터 고효율을 실현할 수 있다.
(실시예 7)
다음에, 본 발명에 의한 제 7 실시예의 스크롤 압축기에 대해 설명한다. 도 14는 본 발명에 의한 제 7 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도이다.
도 14와 같이, 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 톱니 끝에, 바깥둘레측으로 부터 안둘레측으로 랩 높이가 감소하도록 경사를 형성하고, 또한 선회 스크롤부품(4)의 편심 축받이(36)의 하우징부(37)에 대향하는 범위에 있어서, 고정 스크롤부품(2)의 랩부(2a)의 톱니 끝의 높이가 최소 높이 치수가 되는 플랫부(38)를 설치하는 것에 의해서도, 동일한 효과를 갖는 것은 말할 필요도 없다.
(실시예 8)
다음에, 본 발명에 의한 제 8 실시예의 스크롤 압축기에 대해 설명한다. 도 15는 본 발명에 의한 제 8 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도이다.
도면과 같이, 상온 상태에서 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 톱니 끝과 고정 스크롤부품(2)의 거울판(2b)의 톱니바닥 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새(15)가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 톱니 끝에 경사를 형성하고 있다.
압축 과정에 있어서 중심부에서 압축열이 생겨 보다 고온이 되기 때문에, 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 톱니 끝은, 중심부에 다가감에 따라, 열팽창에 의해 높아지지만, 스러스트 방향의 제 1 틈새(15)가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 톱니 끝에 경사를 형성하고 있기 때문에, 고정 스크롤부품(2)의 거울판(2b)의 톱니 바닥에 접촉하는 일이 없어, 신뢰성 및 초기 운전의 때부터 고효율을 실현할 수 있다.
(실시예 9)
다음에, 본 발명에 의한 제 9 실시예의 스크롤 압축기에 대해서 설명한다. 도 16은 본 발명에 의한 제 9 실시예의 스크롤 압축기를 나타내는 주요부 단면도이 다.
도 16과 같이, 선회 스크롤부품(4)의 랩부(4a)의 톱니 끝과 고정 스크롤부품(2)의 거울판(2b)의 톱니 바닥 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새(15)가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 고정 스크롤부품(2)의 거울판(2b)의 톱니 바닥에 경사를 형성하는 것에 의해서, 동일한 효과를 갖는 것은 말할 필요도 없다.
(실시예 10)
다음에, 본 발명에 의한 제 10 실시예의 스크롤 압축기(도시하지 않음)에 대해서 설명한다.
본 실시예의 스크롤 압축기에 있어서, 고정 스크롤부품(2)은, 철계 재료로 형성되고, 선회 스크롤부품(4)은, 알루미늄계 재료에 표면처리를 실시하여, 그 표면에 경화층이 형성되어 있다. 이 표면처리로서, 알루마이트(alumite) 피막처리, PVD 처리, 니켈-인 도금처리 등이 실시되고 있다. 상기 구성에 의해, 압축기의 토출압력은 높고, 선회 스크롤부품(4)이 고정 스크롤부품(2)으로부터 벌어지지 않을 만큼의 배압을 주면, 선회 스크롤부품(4)이 고정 스크롤부품(2)으로 강하게 눌려지지만, 선회 스크롤부품(4)에 실시된 표면처리에 의한 경화층에 의해, 눌어붙는 일이 없어 신뢰성이 높은 스크롤 압축기를 얻을 수 있다. 또한, 대용량으로 많은 냉매로 이루어지는 시스템에서는, 시동이나 서리 제거 등의 과도 운전의 때에 스크롤 압축기로의 세찬 액체복귀가 발생하여, 이 액체복귀에 의해서 윤활유가 액체냉매로 씻겨져, 윤활 상태가 어려워지지만, 이 표면처리에 의한 경화층에 의해 눌어붙는 일은 없어, 고속 운전이 가능해진다.
또한, 냉매를, 고압 냉매, 예를 들면 이산화탄소로 한 경우, 압축기의 토출압력은, 프레온을 냉매로 하는 종래의 냉동 사이클의 고압즉 압력의 약 7∼10배 이상 높아지지만, 본 발명에 대해서는, 선회 스크롤부품(4) 및 고정 스크롤부품(2)의 온도변형 및 압력변형을 고려하고 있어, 국소적인 접촉은 없고, 균등한 면 압력으로 받기 때문에, 높은 신뢰성 및 운전 초기부터 고효율인 스크롤 압축기를 실현할 수 있다.
(참고) 아래와 같은 '발명의 효과의 항'을 위로부터 이 위치로 이동하였습니다.
본 발명은, 고정 거울판의 톱니 바닥과 선회 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새와, 선회 거울판의 톱니 바닥과 고정 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새를, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 형성하고, 또한 제 1 틈새를, 제 2 틈새보다 크게 형성한 것이다. 본 발명에 의하면, 제 1 틈새 및 제 2 틈새가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하고 있으므로, 열팽창 변형에 의한 각 랩부의 접촉면 압력을 낮게 유지할 수 있음과 동시에, 토출압력에 의해서 고정 스크롤부품이 아래로 볼록 형상으로 변형하여도, 제 2 틈새보다 크게 하고 있는 제 1 틈새가 그 압력 변형분을 흡수하므로, 고정 스크롤부품의 톱니 끝과 선회 스크롤부품의 톱니 바닥의 접촉 압력은 균등하게 유지된다. 따라서, 골링(Galling)이나 이상 마모가 발생하는 일이 없어, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 제 1 틈새를 선회 랩부의 높이를 바꿔 형성하고, 제 2 틈새 를 선회 거울판의 두께를 바꿔 형성한 것이다. 본 발명에 의하면, 제 1 틈새 및 제 2 틈새를 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 하는 것, 또한 제 1 틈새를 제 2 틈새보다 크게 하는 것이 간단하고도 저비용으로 가능해진다. 이것에 의해서, 열변형이나 압력변형에 의한 골링(Galling) 등이 없어져, 높은 신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 제 1 틈새를 선회 랩부의 높이를 바꿔 형성하고, 제 2 틈새를 고정 랩부의 높이를 바꿔 형성한 것이다. 본 발명에 의하면, 제 1틈새 및 제 2 틈새를 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 하는 것, 또한 제 1 틈새를 제 2 틈새보다 크게 하는 것이 간단하고도 저비용으로 가능해진다. 이것에 의해, 열변형이나 압력변형에 의한 골링(Galling) 등이 없어져, 높은 신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 제 1 틈새를 고정 거울판의 두께를 바꿔 형성하고, 제 2 틈새를 선회 거울판의 두께를 바꿔 형성한 것이다. 본 발명에 의하면, 제 1 틈새 및 제 2 틈새를 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 하는 것, 또한 제 1 틈새를 제 2 틈새보다 크게 하는 것이 간단하고도 저비용으로 가능해진다. 이것에 의해, 열변형이나 압력변형에 의한 골링(Galling) 등이 없어져, 높은 신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 제 1 틈새를 고정 거울판의 두께를 바꿔 형성하고, 제 2 틈새를 고정 랩부의 높이를 바꿔 형성한 것이다. 본 발명에 의하면, 제 1 틈새 및 제 2 틈새를 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 하는 것, 또한 제 1 틈새를 제 2 틈새보다 크게 하는 것이 간단하고도 저비용으로 가능해진다. 이것에 의해, 열변형이나 압력변형에 의한 골링(Galling) 등이 없어져, 높은 신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 냉매로서 이산화탄소를 이용하고, 선회 거울판의 두께를 선회 랩부의 높이의 3. 0배보다 작게 한 것이다. 본 발명에 의하면, 이산화탄소 냉매를 이용한 경우의 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 대해서, 거울판의 두께와 랩부의 높이를 적절한 관계로 한 선회 스크롤부품이 유연하게 변형하는 것에 의해서, 고정 스크롤부품의 톱니 끝과 선회 스크롤부품의 톱니 바닥의 접촉 압력이 보다 균등하게 유지되어, 골링(Galling)이나 이상 마모가 발생하는 것이 없어져, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 냉매로서 HFC계 또는 HCFC계 냉매를 이용하고, 선회 거울판의 두께를 선회 랩부의 높이의 1.0배보다 작게 한 것이다. 본 발명에 의하면, HFC계 또는 HCFC계 냉매를 이용한 경우의 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 대해서, 거울판의 두께와 랩부의 높이를 적절한 관계로 한 선회 스크롤부품이 유연하게 변형하는 것에 의해서, 고정 스크롤부품의 톱니 끝과 선회 스크롤부품의 톱니 바닥의 접촉압력이 보다 균등하게 유지되어, 골링(Galling)이나 이상 마모가 발생하는 일이 없어져, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또 본 발명은, 냉매로서 HC계 냉매를 이용하고, 선회 거울판의 두께를 선회 랩부의 높이의 0.6배보다 작게 한 것이다. 본 발명에 의하면, HC계 냉매를 이용한 경우의 토출압력과 흡입압력의 압력 차이에 대해서, 거울판의 두께와 랩부의 높이 를 적절한 관계로 한 선회 스크롤부품이 유연하게 변형하는 것에 의해서, 고정 스크롤부품의 톱니 끝과 선회 스크롤부품의 톱니 바닥의 접촉압력이 보다 균등하게 유지되어, 골링(Galling)이나 이상 마모가 발생하는 일이 없어져, 높은 신뢰성을 확보한 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 고정 스크롤부품을 철계 금속재료로, 선회 스크롤부품을 알루미늄계 금속재료로 형성하고, 선회 스크롤부품에 표면처리를 실시하고, 고정 거울판의 톱니 바닥과 선회 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 랩부의 톱니 끝을 경사지게 한 것으로, 냉매로서 이산화탄소를 이용한 고차압(高差壓) 운전에 있어서, 선회 거울판의 톱니 바닥이 고정 랩부의 톱니 끝으로 강하게 눌려지더라도, 경화층을 지진 표면처리에 의해 이상 마모를 억제하고 눌어붙음을 일으키는 일 없이 운전할 수 있다.
즉 본 발명에 의하면, 대용량으로 많은 냉매로 이루어지는 시스템에 있어서의 액체냉매의 복귀가 세찬 과도 운전의 때에 있어서도, 세정성이 높은 이산화탄소의 액체냉매에 의한, 선회 스크롤부품의 스러스트면에 있어서의 윤활유의 부족한 부분이나 온도 상승의 발생에 의한 눌어붙음을 일으키는 일 없이 운전할 수 있다. 또한, 선회 스크롤부품이 알루미늄계 재료로 형성하고 있으므로, 고속 운전의 때의 구동부의 원심력을 작게 할 수 있고, 또한 내구성이 뛰어나 미끄럼운동 손실을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 고정 거울판의 톱니 바닥과 선회 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 스크롤의 랩부의 톱니 끝을 경사지게 하는 것으로, 압축과정에 있어서 중심부에서 생기는 고온의 압축열에 대해서도, 선회 스크롤부품에 있어서의 랩부의 중심부의 톱니 끝의 접촉을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은, 안둘레측의 선회 랩부에 있어서의 최소 높이를, 바깥둘레측의 선회 랩부에 있어서의 최대 높이의 99.6% 이상 100% 미만으로 한 것으로, 각 랩부의 톱니 끝 면으로부터의 누출 손실을 저감시키면서, 각 랩부의 톱니 끝 면의 골링(Galling) 등을 막아, 톱니 끝으로부터의 누출을 최소한으로 억제할 수 있어, 압축기의 성능 향상과 신뢰성의 확보를 양립할 수 있다.
또한 본 발명은, 냉매로서 이산화탄소를 이용하고, 고정 스크롤부품을 철계 금속재료로, 선회 스크롤부품을 알루미늄계 금속재료로 형성하고, 선회 랩부의 톱니 끝 이외에 표면처리를 실시하는 것으로, 압축과정에 대해 중심부에서 생기는 고온의 압축열에 대해서도, 선회 스크롤부품에 있어서의 랩부의 중심부의 톱니 끝의 접촉을 방지할 수 있다. 즉, 만일 랩부의 중심부의 톱니 끝이 접촉하는 경우에서도, 선회 랩부의 톱니 끝에 표면처리를 실시하지 않기 때문에, 운전 중에 눌어붙는 일 없고 고정 스크롤부품의 톱니 끝과 고정 거울판의 톱니 바닥 사이의 스러스트 방향 틈새를 조정하기 위해, 가공을 하지 않고, 압축기의 성능향상과 신뢰성을 양립할 수 있으므로, 저비용화를 도모할 수 있다.
또한 본 발명은, 선회 거울판의 톱니 바닥과 고정 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 선회 거울판의 톱니 바닥을 경사지게 하는 것으로, 냉매로서 이산화탄소를 이용한 고차압(高差壓) 운전 하에서, 고정 스크롤부품이 압력변형이나 온도변형에 의해, 고정 스크롤부품의 랩부의 톱니 끝이 선회 거울판의 톱니 바닥에 접촉하는 것을 방지하여, 높은 신뢰성을 도모할 수 있다.
또한 본 발명은, 표면처리로서 알루마이트(alumite) 피막 처리, PVD 처리, 및 니켈-인 도금처리 중의 어느 하나를 실시하는 것으로, 이산화탄소 냉매의 고차압(高差壓) 하에서도, 미끄럼운동에 의한 경화층을 지닌 피막의 마멸이 적고, 장시간의 사용에서도 표면처리 피막이 잔존하여, 눌어붙는 일이 없어 높은 신뢰성을 도모할 수 있다.
또한 본 발명은, 표면처리를 실시한 부분에, 랩핑(lapping)처리, 버프(buff)처리, 또는 배럴(barrel) 연마처리를 실시하는 것으로, 표면처리에 의한 거칠기를 작게 하는 것에 의해, 미끄럼운동 손실을 저감하는 것에 의한 성능 향상을 도모할 수 있고, 특히 초기 운전의 때부터 고효율화를 도모할 수 있다.
또한 본 발명은, 스크롤 압축기에 있어서, 선회 스크롤 및 고정 스크롤의 형상을 최적화하는 것에 의해, 선회 스크롤의 톱니 바닥과 고정 스크롤의 톱니 끝을 균일하게 접촉시켜, 높은 신뢰성 및 초기 운전의 때부터 고효율을 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 특히 이산화탄소를 냉매로서 이용한 경우에, 고효율 및 높은 신뢰성을 갖는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다. 그리고 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 가정용, 업무용의 냉동 공조용의 밀폐형 압축기로서 이용할 수 있 다. 또한, 작동 유체를 냉매로 한정하는 일 없이, 공기 스크롤 압축기, 진공펌프, 오일 프리 압축기, 스크롤형 팽창기 등의 스크롤 유체기계의 용도에도 적용할 수 있다.

Claims (21)

  1. 고정 스크롤부품의 고정 거울판에서 세워진 소용돌이 형상의 고정 랩부와 선회 스크롤부품의 선회 거울판에서 세워진 소용돌이 형상의 선회 랩부를 맞물리게 하여 압축실을 형성하고, 상기 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전구속 하에 원궤도로 선회시켜, 상기 압축실의 용적을 연속하여 바꾸면서 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 스크롤 압축기에 있어서,
    상기 고정 거울판의 톱니 바닥과 상기 선회 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새와, 상기 선회 거울판의 톱니 바닥과 상기 고정 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새를, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 점차 증대하는 형상으로 형성하고, 상기 제 1 틈새를, 상기 제 2 틈새보다 크게 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 틈새를 상기 선회 랩부의 높이를 바꿔 형성하고, 상기 제 2 틈새를 상기 선회 거울판의 두께를 바꿔 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 틈새를 상기 선회 랩부의 높이를 바꿔 형성하고, 상기 제 2 틈새를 상기 고정 랩부의 높이를 바꿔 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 틈새를 상기 고정 거울판의 두께를 바꿔 형성하고, 상기 제 2 틈새를 상기 선회 거울판의 두께를 바꿔 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 틈새를 상기 고정 거울판의 두께를 바꿔 형성하고, 상기 제 2 틈새를 상기 고정 랩부의 높이를 바꿔 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매로서 이산화탄소를 이용하고, 상기 선회 거울판의 두께를 상기 선회 랩부의 높이의 3.0배보다 작게 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매로서 HFC계 또는 HCFC계 냉매를 이용하고, 상기 선회 거울판의 두께를 상기 선회 랩부의 높이의 1.0배보다 작게 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매로서 HC계 냉매를 이용하고, 상기 선회 거울판의 두께를 상기 선회 랩부의 높이의 0.6배보다 작게 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  9. 고정 스크롤부품의 고정 거울판에서 세워진 소용돌이 형상의 고정 랩부와, 선회 스크롤부품의 선회 거울판에서 세워진 소용돌이 형상의 선회 랩부를 맞물리게 하여 압축실을 형성하고, 상기 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전 구속 하에서 원궤도로 선회시켜, 상기 압축실의 용적을 연속하여 바꾸면서 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 스크롤 압축기에 있어서,
    냉매로서 이산화탄소를 이용하고,
    상기 고정 스크롤부품을 철계 금속재료로, 상기 선회 스크롤부품을 알루미늄계 금속재료로 형성하고,
    상기 선회 스크롤부품에, 알루마이트(alumite) 피막처리, PVD처리, 및 니켈-인 도금처리 중의 어느 하나에 의한 표면처리를 실시하고,
    상기 고정 거울판의 톱니 바닥과 상기 선회 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 상기 선회 랩부의 톱니 끝을 경사지게 하고,
    안둘레측의 상기 선회 랩부에 있어서의 최소 높이를, 바깥둘레측의 상기 선회 랩부에 있어서의 최대 높이의 99.6% 이상 100% 미만으로 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  10. 삭제
  11. 고정 스크롤부품의 고정 거울판에서 세워진 소용돌이 형상의 고정 랩부와, 선회 스크롤부품의 선회 거울판에서 세워진 소용돌이 형상의 선회 랩부를 맞물리게 하여 압축실을 형성하고, 상기 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전 구속 하에서 원궤도로 선회시켜, 상기 압축실의 용적을 연속하여 바꾸면서 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 스크롤 압축기에 있어서,
    냉매로서 이산화탄소를 이용하고,
    상기 고정 스크롤부품을 철계 금속재료로, 상기 선회 스크롤부품을 알루미늄계 금속재료로 형성하고,
    상기 선회 랩부의 톱니 끝 이외에, 알루마이트 피막처리, PVD처리, 및 니켈-인 도금처리 중의 어느 하나에 의한 표면처리를 실시한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  12. 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 선회 거울판의 톱니 바닥과 상기 고정 랩부의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 상기 선회 거울판의 톱니 바닥을 경사지게 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  13. 삭제
  14. 제 9 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 표면처리를 실시한 부분에, 랩핑(lapping)처리, 버프(buff)처리, 또는 배럴(barrel) 연마처리를 실시한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  15. 거울판에서 소용돌이 형상의 랩부가 세워져 있는 고정 스크롤부품 및 선회 스크롤부품을 맞물리게 하여 쌍방간에 압축실을 형성하고, 선회 스크롤부품을 자전구속기구에 의한 자전의 구속 하에서 원궤도를 따라서 선회시켰을 때 압축실이 용적을 바꾸면서 이동하는 것으로, 흡입, 압축, 토출을 실시하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 선회 스크롤부품의 톱니 바닥과 상기 고정 스크롤부품의 톱니 끝 사이의 스러스트 방향의 제 2 틈새가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록 경사를 형성하고, 또한, 그 제 2 틈새는, 적어도 상기 선회 스크롤부품의 편심 축받이의 하우징부에 상당하는 범위에서, 균일하게 최대가 되도록, 상기 선회 스크롤의 톱니 바닥 및 상기 고정 스크롤의 톱니 끝을 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 틈새가, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 상기 선회 스크롤의 톱니 바닥은, 상기 고정 스크롤에 대해서, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 오목하게 되는 경사면을 형성하고, 또한 적어도 상기 선회 스크롤부품의 편심 축받이의 하우징부에 상당하는 상기 선회 스크롤의 톱니 바닥에, 최대의 볼록부가 되는 플랫부를 설치한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 고정 스크롤부품의 톱니 끝에, 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 랩 높이가 감소하도록 경사면을 형성하고, 또한 적어도 상기 선회 스크롤부품의 편심 축받이의 하우징부에 상당하는 상기 선회 스크롤의 톱니 바닥과 대향하는 상기 고정 스크롤의 랩부의 높이가, 최소 높이 치수가 되는 플랫부를 설치한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 선회 스크롤부품의 톱니 끝과 상기 고정 스크롤부품의 톱니 바닥 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 상기 선회 스크롤부품의 톱니 끝에 경사를 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  19. 제 15 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 선회 스크롤부품의 톱니 끝과 상기 고정 스크롤부품의 톱니 바닥 사이의 스러스트 방향의 제 1 틈새가 바깥둘레측으로부터 안둘레측으로 증가하도록, 상기 고정 스크롤부품의 톱니 바닥에 경사를 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  20. 제 15 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 선회 스크롤부품에 표면처리로서, 알루마이트(alumite) 피막처리, PVD처리, 니켈-인 도금처리 중의 어느 하나를 실시한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  21. 제 15 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉매를, 이산화탄소로 하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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