KR101166582B1

KR101166582B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR101166582B1
Application number: KR1020057019153A
Authority: KR
Inventors: 다카시 모리모토; 요시유키 후타가미; 아키라 히와타; 쓰토무 쓰지모토
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2012-07-18
Also published as: WO2005038254A3; US7229261B2; JP4892238B2; WO2005038254A2; KR20060097555A; JPWO2005038254A1; US20060210416A1

Abstract

고정 스크롤의 랩 바깥둘레에 있는 선회 스크롤의 경판과의 대향면에, 랩의 최외주의 내벽면으로부터 바깥쪽으로 상기 내벽면을 거의 따르는 고정 스크롤의 외벽면을 갖도록 확대되면서 선회스크롤의 경판과 미끄럼접촉하는 대략 고리형상 씰링부와, 이 대략 고리형상 씰링부의 바깥쪽에 위치하는 대략 고리형상 오목부와, 이 대략 고리형상 오목부와 독립한 형태로 고정 스크롤의 흡입구에 연통하는 오목부를 형성한다. 이것에 의해서, 선회 스크롤의 배압력을 높일 수 있고, 선회 스크롤의 전복(轉覆)현상을 억제할 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은, 업무용 또는 가정용, 혹은 교통수단용의 냉동공조, 혹은 히트펌프식의 급탕시스템 등에 이용될 수 있는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 스크롤 압축기는, 고정 스크롤과 선회 스크롤의 경판과의 대향면에 고리형상의 씰링부(sealing portion)와 상기 씰링부의 바깥쪽에 위치하는 고리형상의 오목부를 설치한 구성을 채택하고 있다.(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

도 6은, 특허문헌 1에 기재된 종래의 스크롤 압축기를 나타내는 것이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 고정 스크롤(202)의 스크롤 랩(221b) 바깥둘레에 있는, 선회 스크롤(도시하지 않음)의 경판과의 대향면에, 스크롤 랩(221b)의 최외주(最外周)의 내벽면(215a～215d)으로부터 바깥쪽으로 내벽면(215a～215d)을 거의 따르는 외벽면(221c)을 가지도록 확대되어 선회 스크롤의 경판과 미끄럼접촉하는 고리형상의 씰링부(213)와, 씰링부(213)의 바깥쪽에 위치하는 고리형상의 오목부(214)로 구성되어 있다.

(특허문헌 1)

일본 특허공개 2001-355584호 공보

그러나, 상기 종래의 구성에서는, 선회 스크롤에 배압(背壓)을 인가하고 있더라도 고리형상의 오목부(214)에는 동일한 배압이 작용하여, 결과적으로 배압력이 감소하는 방향으로 작용한다. 따라서, 소정의 배압력을 인가하고 있어도, 스크롤 압축기의 운전조건에 따라서는 선회 스크롤의 배압력이 저하하기 쉬운 구성이 되고 있었다. 최근의 냉동공조기기의 고효율화에 따라서, 스크롤 압축기가 저압축비로 운전되는 일이 매우 많아지고 있으며, 이와 같은 운전 조건하에서 선회 스크롤이 고정 스크롤(202)로부터 분리되어, 전복(轉覆)하면서 운전된다고 하는 문제를 가지고 있었다. 또한, 히트 펌프식의 급탕 시스템 등에 이용되는 스크롤 압축기에 있어서는, 급탕 조건에 따라서는 냉동공조기기에서 운전되는 압축비보다 대폭으로 낮은 압축비로 운전되어, 선회 스크롤이 고정 스크롤(202)로부터 분리되는 현상을 보다 현저하게 볼 수 있게 되고 있다.

따라서 본 발명은, 상기 종래의 과제를 해결하기 위한 것으로, 저압축비운전하에서 선회 스크롤의 전복현상을 억제하면서, 스러스트부(thrust portion)에서의 미끄럼운동 손실을 저감하여, 고효율인 스크롤 압축기를 제공하는 것과 동시에, 신뢰성이 높은 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기는, 스크롤 랩(scroll lap)을 갖는 고정 스크롤과, 경판(鏡板) 및 스크롤 랩을 갖는 선회 스크롤이 서로 상기 랩끼리를 안쪽으로 하여 맞물림과 동시에, 상기 선회 스크롤은 자전(自轉)이 저지된 상태로 선회 운동하며, 상기 선회 스크롤이 선회 운동할 때의 스러스트힘(thrust force)은, 상기 선회 스크롤의 배면(背面)에 인가되는 배압력(背壓力)에 의해 상기 경판과 상기 고정 스크롤과의 사이의 미끄럼운동면으로 지지되는 스크롤 압축기로서, 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩 바깥둘레에 있는 상기 선회 스크롤의 경판과의 대향면에, 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩의 최외주(最外周)의 내벽면으로부터 바깥쪽으로 상기 내벽면을 거의 따르는 외벽면을 가지도록 확대되고 상기 선회 스크롤의 경판과 미끄럼접촉하는 대략 고리형상 씰링부(sealing portion)와, 상기 대략 고리형상 씰링부의 바깥쪽에 위치하는 대략 고리형상 오목부와, 상기 대략 고리형상 오목부와 독립한 형태로 상기 고정 스크롤의 흡입구에 연통하는 오목부를 형성한 것이다.

본 실시형태에 의하면, 오목부에는 종래, 배압을 인가하기 위한 고압 혹은 고압과 저압의 중간압력이 작용하고 있던 것이, 저압의 흡입압력이 작용하게 되어, 오목부에 상당하는 면적 분량이 선회 스크롤의 배압력을 높이는 방향으로 작용하여, 저압축비 운전하에서 배압력이 저하경향에 있는 운전 조건하에서도 선회 스크롤의 전복현상을 억제할 수 있다. 또한 오목부가 형성되고 있기 때문에, 필요한 대략 고리형상 씰링부를 확보하면서 스러스트부에서의 미끄럼운동 면적을 작게 구성할 수 있으므로, 미끄럼운동 손실을 저감할 수 있고, 저압축비 운전하에서는 압축효율향상, 고압축비 운전하에서는 기계효율향상 및 고신뢰성화를 실현할 수 있다.

본 발명의 제 2 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩은, 그 감겨진 종단(終端)으로부터 선회 스크롤의 스크롤 랩의 감겨진 종단 근처까지 연장되어 있고, 그 연장부의 내벽면을 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩에 연속하는 곡선으로 형성한 것이다.

본 실시형태에 의하면, 고정 스크롤의 스크롤 랩에 연속하는 곡선의 형태에 의해, 그 연장 부분이 흡입행정의 통로로서 이용되거나, 혹은 압축행정의 일부에 이용되거나 하는 일이 있어, 2개의 압축실에서 격납용적(containment capacity)이 다르게 운전되는 경우가 생긴다. 이러한 경우는, 압축실간의 압력불균형이 발생하기 쉽고, 저압축비 운전하에서 선회 스크롤의 전복현상이 가속될 우려가 있었다. 그러나 본 형태를 취하는 것에 의해, 선회 스크롤의 전복현상을 억제할 수 있고, 압축기 효율의 향상을 실현하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제 3 실시형태는, 제 2 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 고정 스크롤의 스크롤 랩에 연속하는 곡선을, 고정 스크롤의 스크롤 랩을 형성하는 곡선과 동일하게 형성한 것이다.

본 실시형태에 의하면, 제 2 실시형태의 그 연장부는, 흡입통로가 아니라 압축실로서 작용하기 때문에, 2개의 압축실간의 압력 불균형은 모든 운전상태에서 발생한다. 그러나 흡입부에서의 압축손실은 최소로 억제되기 때문에 고효율화를 목적으로 하는 스크롤 압축기에서는 많이 사용되고 있으며, 이러한 형태의 스크롤 압축기에서도, 압축실간의 압력 불균형을 문제로 하는 일 없이 선회 스크롤의 전복현상을 억제할 수 있다.

본 발명의 제 4 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 대략 고리형상 씰링부에 선회 스크롤의 스크롤 랩의 감겨진 종단 근처까지 연장되는 가는 홈부를 형성하고, 이 가는 홈부를 오목부에 연통한 것이다.

본 실시형태에 의하면, 고정 스크롤의 스크롤 랩이, 그 감겨진 종단으로부터 선회 스크롤의 스크롤 랩의 감겨진 종단 근처까지 연장되어 있는 경우, 대략 고리형상 씰링부의 씰링길이는 작아져서, 흡입구에 연통하는 오목부를 형성하는 것이 치수상 제약되어 온다. 오목부와 가는 홈부를 2개 형성하고 이것들을 연통시키는 것에 의해, 선회 스크롤의 경판의 각도의 대부분에 흡입 압력을 작용시킬 수 있게 되어, 선회 스크롤의 전복현상을 한층 더 효율적으로 억제할 수 있다.

본 발명의 제 5 실시형태는, 제 4 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 대략 고리형상 씰링부에서의, 오목부 내벽면과 고정 스크롤의 내벽면과의 씰링길이, 혹은 가는 홈부와 고정 스크롤의 내벽면과의 씰링길이를, 고정 스크롤의 랩두께를 t로 했을 때, t/4 이상 3t 이하로 형성한 것이다.

본 실시형태에 의하면, 고정 스크롤의 내벽면과의 씰링길이를 t/4 이상, 3t 이하로 구성하는 것에 의해, 필요 최저한의 씰링길이를 확보하면서 흡입에 연통하는 오목부 혹은 가는 홈부를 최대한 크게 구성하는 것이 가능하게 되어, 선회 스크롤의 전복현상을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명의 제 6 실시형태는, 제 5 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 오목부 내벽면과 고정 스크롤의 내벽면과의 씰링길이, 혹은 가는 홈부와 고정 스크롤의 내벽면과의 씰링길이를, 선회 스크롤의 스크롤 랩의 감겨진 종단의 방향으로 감에 따라서 점차 작아지는 구성으로 한 것이다.

본 실시형태에 의하면, 압축실과 배압공간과의 차압(差壓)변화에 따라 고정 스크롤의 내벽면과의 씰링길이를 설정하는 것이 가능하게 되어, 스크롤 압축기의 운전범위내에 대응하여 본 구성의 최적화를 행할 수 있다.

본 발명의 제 7 실시형태는, 제 4 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 오목부 또는 가는 홈부의 깊이를, 고정 스크롤의 랩 높이를 Hmm로 했을 때, 0.1mm 이상 H/3mm 이하로 형성한 것이다.

본 실시형태에 의하면, 0.1mm 이상에서 선회 스크롤의 스러스트 미끄럼운동면에 있어 윤활유 등에 의해 생기는 점성 손실을 막을 수 있고, H/3mm 이하로 억제하는 것에 의해 고정 스크롤의 스크롤 랩의 강도나 랩가공 정밀도 저하의 문제를 회피할 수 있다.

본 발명의 제 8 실시형태는, 제 4 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 오목부의 깊이보다 가는 홈부의 깊이가 작은 구성으로 한 것이다.

본 실시형태에 의하면, 가는 홈부를 가공할 때의 가공저항을 저감할 수 있고, 공구파손을 방지하기 위한 가공속도 저감을 행하지 않아도 좋다.

본 발명의 제 9 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 스크롤 랩 등에 의해 결정되는 설계 압축비보다 작은 압축비로 운전되는 것이다.

본 실시형태에 의하면, 선회 스크롤의 전복현상을 억제하는 것이 운전 범위내에서의 압축기 효율의 향상, 안정화를 곤란하게 하는 스크롤 압축기에 있어서도 고효율화를 실현하는 것이 가능하게 되어, 최근의 고효율 냉동공조기기에서, 저압축비하에서 운전되는 경우가 많아진 스크롤 압축기에 있어서도, 한층 더 고효율화를 실현할 수 있다.

본 발명의 제 10 실시형태는, 제 1 내지 제 9 실시형태에 의한 스크롤 압축기에 있어서, 냉매를 고압냉매, 예를 들면 이산화탄소로 한 것이다.

본 실시형태에 의하면, 선회 스크롤의 배압력이 과대하게 되어 스러스트 미끄럼운동부에서의 미끄럼운동 손실이 증대하는 경향에 있는 스크롤 압축기에 있어서도, 미끄럼운동 손실증가를 억제할 수 있다. 또한, 냉매에 이산화탄소를 이용한 히트펌프 급탕시스템 등에서는, 시스템의 특성상 매우 낮은 압축비로 스크롤 압축기가 운전되는 경우가 있어, 그러한 사용 조건하에 있어서도 고효율인 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제 1 실시예(및 제 2 실시예)에 있어서의 스크롤 압축기의 주요부인 고정 스크롤의 평면도.

도 2는, 도 1에 나타내는 스크롤 압축기의 주요부 확대 종단면도.

도 3은, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 스크롤 압축기의 종단면도.

도 4는, 본 발명의 제 3 실시예(및 제 4 실시예)에 있어서의 스크롤 압축기의 주요부인 고정 스크롤의 평면도.

도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 스크롤 압축기의 주요부인 고정 스크롤의 평면도.

도 6은, 종래의 스크롤 압축기의 주요부인 고정 스크롤의 평면도.

(실시예 1)

이하, 본 발명의 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 이 실시예에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 스크롤 압축기의 주요부인 고정 스크롤의 평면도이며, 도 2는 도 1에 나타내는 스크롤 압축기의 주요부 확대 종단면도이며, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 스크롤 압축기의 종단면도이다.

도 1 및 도 2에 있어서, 본 실시예의 스크롤 압축기에서는, 고정 스크롤 (12)의 스크롤 랩(12b) 바깥둘레에 있는 선회 스크롤(13)의 경판(13a)과의 대향면(12c)에, 고정 스크롤(12)의 스크롤 랩(12b)의 최외주의 내벽면(101)으로부터 바깥쪽으로 이 내벽면(101)을 거의 따르는 고정 스크롤(12)의 외벽면(102)을 갖도록 확대되고 선회 스크롤(13)의 경판(13a)과 미끄럼접촉하는 대략 고리형상 씰링부(108)와, 이 대략 고리형상 씰링부(108)의 바깥쪽에 위치하는 대략 고리형상 오목부(105)와, 이 대략 고리형상 오목부(105)와 독립한 형태로 고정 스크롤(12)의 흡입구(17)에 연통하는 오목부(104)(도 1의 빗금친 표시부분)를 형성한 구성으로 되어 있다.

이상과 같이 구성된 스크롤 압축기에 대해서, 이하 그 동작, 작용을 설명한다.

본 실시예의 스크롤 압축기에서는, 도 1, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 고정 스크롤(12)의 경판(12a)으로부터 솟아오른 랩(12b)과 선회 스크롤(13)의 경판(13a)으로부터 솟아오른 스크롤 랩(13b)을 맞물리게 하여 쌍방간에 압축실(15)을 형성하고, 선회 스크롤(13)을 자전(自轉)규제기구(14)에 의한 자전의 규제하에서 원궤도를 따라서 선회시켰을 때, 압축실(15)이 용적을 바꾸면서 이동함으로써 흡입, 압축, 토출을 실시한다. 이때, 선회 스크롤(13)은, 그 배면, 특히 바깥둘레부에 소정의 배압이 인가되어, 고정 스크롤(12)로부터 떨어져 전복하는 일이 없이, 흡입, 압축, 토출을 안정하게 행한다.

압축실(15)은, 도시된 실시예의 경우, 복수로 형성되며, 고정 스크롤(12) 및 선회 스크롤(13)의 바깥둘레측으로부터 중앙으로 이동하면서 용적이 작아지게 되고, 고정 스크롤(12)의 바깥둘레부에 형성되어 있는 흡입구(17)로부터 냉매를 흡입하여 중앙으로 이동하면서 점차 압축하여, 고정 스크롤(12)의 중앙부에 형성된 토출구(18)를 통해서 토출한다. 토출구(18)에는 리드밸브(reed valve;19)가 설치되어 압축되는 냉매가 소정의 압력 이상이 될 때마다 열어 상기 냉매를 토출시키는 것에 의해 냉매의 토출압을 보증하고 있다.

배압은, 냉동공조기나 냉동기에 스크롤 압축기를 이용하는 경우의 일례로서, 선회 스크롤(13)의 중앙부 배면에 설치한 배압실(29)에 공급하는 윤활용의 오일(6)의 공급압에 의해서, 인가(印加)하도록 하고 있다. 그러나 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 스크롤 압축기의 용도나 동작형식 등의 차이에 의해서 다른 배압유체를 이용할 수 있다.

상기 배압을 보증하기 위해, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 고정 스크롤(12)에 있어서의 경판(12a)의 랩(12b) 바깥둘레에 있는, 선회 스크롤(13)의 경판 (13a)과의 대향면(12c)에, 랩(12b)의 최외주의 내벽면(101)으로부터 바깥쪽으로 랩(12b)의 내벽면(101)을 거의 따르는 외벽면(102)을 갖도록 확대되고 선회 스크롤(13)의 경판(13a)과 미끄럼접촉하는 대략 고리형상 씰링부 (108)와, 대략 고리형상 씰링부(108)의 바깥쪽에 위치하는 대략 고리형상 오목부(105)와, 대략 고리형상 오목부(105)와 독립한 형태로 고정 스크롤(12)의 흡입구(17)에 연통하는 오목부(104)를 형성하고 있다. 구체적으로, 오목부(104)는 기계가공에 의해 구성되어 있거나, 고정 스크롤(12)의 소재(素材) 단계에서 주조(casting)된 상태로 구성되어 있거나, 혹은 주조와 기계가공을 합한 상태로 구성되어 있거나 한다.

상기 구성에 의하면, 스크롤 압축기가 상기 흡입, 압축, 토출을 실시하는데 수반하여, 대략 고리형상 씰링부(108)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 고정 스크롤(12)의 랩(12b)의 내벽면(101)으로부터 바깥쪽으로 씰링에 필요한 거리를 유지하면서 또한 폭을 가지고 형성된다. 그리고, 고정스크롤(12)의 흡입구(17)에 연통하는 오목부(104)는, 항상 흡입압력이 작용하는 구성으로서, 오목부(104)에 대하여 접하는 선회 스크롤(13)의 경판(13a) 부분에는, 흡입압력과 인가배압의 차압에 의해, 고정스크롤(12)로 꽉 눌러지는 힘이 작용한다.

이러한 결과, 선회 스크롤(13)의 배압력을 높일 수 있어, 저압축비 운전하에서도 선회 스크롤(13)의 전복현상을 억제할 수 있다. 또한 오목부(104)가 형성되고 있기 때문에, 필요한 대략 고리형상 씰링부(108)를 확보하면서 스러스트부에서의 미끄럼운동 면적을 작게 구성할 수 있어 미끄럼운동 손실을 저감할 수 있다.

본 실시예에서는 오목부(104)는 비교적 복잡한 형상을 하고 있지만, 직선적 이고 가공이 용이한 형상을 취하더라도 동등한 효과를 기대할 수 있다.

고정 스크롤(12)에 형성된 배압측과 압축실(15)의 저압측과의 사이를 연결하는 연락로(10)의 도중에, 배압측이 소정의 중간압을 넘었을 때에, 배압유체를 저압측으로 방출하는 배압조정기구(9)를 구비하며, 연락로(10)는 대략 고리형상 오목부(105)에서 배압측으로 개구하고 있다. 이것에 의해, 연락로(10)는 배압측에 대해서 대략 고리형상 오목부(105)를 개재하여 상시 통하기 때문에, 배압조정기구(9)에 의한 배압의 조정이 중단되지 않으며, 배압유체는 소정보다 고압이 될 때마다 압축실(15)의 저압측으로 방출되므로, 배압유체가 오일(6)인 경우에 압축실(15) 주위의 미끄럼운동부의 윤활과 씰링에 도움이 되어, 스크롤 압축기의 성능이 향상하고 또한 안정된다.

또, 본 실시예의 스크롤 압축기는, 냉동 사이클 기기와 접속되어 밀폐용기(1)내에 설치된 소위 밀폐형 스크롤 압축기인 경우의 일례이며, 주로 메인터넌스 없이 사용된다. 또한, 세로방향으로 설치되는 경우를 나타내고 있지만, 가로방향으로 설치되는 경우도 있다.

한편, 스크롤 압축기는, 도 3에 나타내는 바와 같이 밀폐용기(1)내의 상부에 설치되고, 크랭크축(4)의 위쪽방향 일끝단부를 지지하는 주(main)축받이부재(11)에 의해서 고정되어 있다. 주축받이부재(11)는, 밀폐용기(1)의 안둘레에 수축 끼워맞춤(shrinkage fit)이나 용접에 의해서 부착되며, 이것에 고정 스크롤(12)이 볼트고정 등을 하여 고정되고 있다. 선회 스크롤(13)은, 주축받이부재(11)와 고정 스크롤(12)과의 사이에 끼워 넣어져 고정 스크롤(12)과 맞물려서, 상호간에 압축실(15) 을 형성하고 있다. 선회 스크롤(13)과 주축받이부재(11)와의 사이에, 올덤 링(Oldham ring)이 자전규제기구(14)로서 설치되어, 주축받이부재(11)와의 사이에서 선회 스크롤(13)의 자전을 구속한다. 한편, 자전규제기구(14)는 이미 공지되어 있는 이후 제공되는 다른 형식의 부재나 기구를 채용할 수 있다.

밀폐용기(1)내에는, 전동기(3)도 설치되어, 스크롤 압축기를 구동하도록 하고 있다. 전동기(3)는, 밀폐용기(1)의 안둘레에 수축 끼워맞춤이나 용접 등을 하여 고정된 고정자(3a)와, 고정자(3a)의 안쪽에 위치하는 회전자(3b)를 구비하고, 회전자(3b)는 크랭크축(4)이 고정되고 있다. 크랭크축(4)은, 그 고정자(3a)를 고정한 부분의 아래쪽으로 연장된 다른쪽 끝단을 밀폐용기(1)의 안둘레에 용접 등을 하여 고정된, 부(副)축받이부재(21)에 의해 축받이되고 있다.

크랭크축(4)의 위쪽방향 일끝단에 있는 편심축부(4a)가, 선회 스크롤(13)에 끼워 맞춤되어 있고, 크랭크축(4)이 전동기(3)에 의해 구동되면, 자전규제기구(14)와 협동하여, 선회 스크롤(13)을 소정의 원궤도를 따라 선회시킨다.

크랭크축(4)의 아래쪽방향의 다른쪽 끝단에는, 펌프(25)가 설치되어, 스크롤 압축기와 동시에 구동된다. 이것에 의해 펌프(25)는, 밀폐용기(1)의 바닥부에 설치된 오일저장부(20)에 있는 오일(6)을 빨아올리고, 크랭크축(4)안을 세로로 통과하고 있는 오일 공급구멍(26)을 통해서 배압실(29)에 공급한다. 이 때의 공급압은, 스크롤 압축기의 토출압과 거의 동등하고, 선회 스크롤(13)의 바깥둘레에 대한 배압원(背壓源)으로도 된다. 이것에 의해, 선회 스크롤(13)은, 압축에 의해서도 고정 스크롤(12)로부터 떨어지거나 전복되거나 하는 일이 없이, 소정의 압축기능을 안정하게 발휘한다.

배압실(29)에 공급되는 오일(6)의 일부는, 공급압이나 자중(自重)에 의해서 흘러나갈 장소를 찾도록 되어, 편심축부(4a)와, 선회 스크롤(13)의 끼워맞춤부와, 크랭크축(4)과 주축받이부재(11)와의 사이의 축받이부(66)에 진입하여, 각각의 부분을 윤활한 후 낙하하여, 오일저장부(20)로 되돌아온다. 또한, 배압실(29)에 공급되는 오일(6)의 다른 일부는, 통로(54)를 통하여, 고정 스크롤(12)과 선회 스크롤(13)과의 맞물림에 의한 미끄럼운동부와, 선회 스크롤(13)의 바깥둘레부 주위에 있어서 자전규제기구(14)가 위치하고 있는 고리형상 공간(8)으로 분기하여 진입하여, 상기 맞물림에 의한 미끄럼운동부 및 자전규제기구(14)의 미끄럼운동부를 윤활하고, 고리형상 공간(8)에서 선회 스크롤(13)의 배압을 인가한다.

고리형상공간(8)에 진입하는 오일(6)은, 축경부(diameter-reduced portion; 57)에서의 축경작용에 의해서, 상기 배압과 압축실(15)의 저압측과의 압력의 중간이 되는 중간압으로 설정된다. 고리형상공간(8)은 배압실(29)의 고압측과의 사이가 고리형상 칸막이대(partition band;78)에 의해서 씰링되고 있어, 진입해 오는 오일이 가득 참에 따라 압력을 증가시켜 소정의 압력을 넘으면, 배압조정기구(9)가 작용하여 압축실(15)의 저압측으로 되돌려져서 진입한다. 이 오일(6)의 진입은 소정의 주기로 반복되며, 이 반복의 타이밍은 상기 흡입, 압축, 토출의 반복사이클, 축경부(57)에 의한 감압 설정과 배압조정기구(9)에서의 압력설정과의 관계의 조합에 의해서 결정되며, 고정 스크롤(12)과 선회 스크롤(13)과의 맞물림에 의한 미끄럼운동부로의 의도적인 윤활이 된다. 이 의도적인 윤활은, 상기한 바와 같이 연락 로(10)의 대략 고리형상 오목부(105)로의 개구에 의해서 상시 보증된다. 흡입구(17)로 공급된 오일(6)은, 선회 스크롤(13)의 선회 운동과 함께 압축실(15)로 이동하여, 압축실(15)간의 누설 방지에 도움이 되고 있다.

압축기구(2)로부터 토출되는 냉매는, 도 3의 점선으로 나타내는 냉매가스(27)와 같이 흘러, 압축기구(2)상에 볼트고정된 머플러(muffler;77) 내에 들어간 후, 압축기구연통로(32)를 통해서 압축기구(2)의 아래로 흐르고, 전동기(3)의 회전자(3b)를 통과하여 선회하면서 전동기(3)아래에 이르러, 오일(6)을 원심분리하여 흔들어 떨어뜨려 오일저장부(20)로 되돌린다. 오일(6)을 분리한 냉매는, 전동기(3)의 고정자(3a)를 통과하여 전동기(3) 상에 도달한 후, 다른 압축기구연통로(43)를 통하여 머플러(77) 상에 이르러, 외부 토출구(39)로부터 밀폐용기(1) 밖으로 토출되어 냉동 사이클에 공급된다. 그리고, 냉동 사이클을 거친 냉매는, 밀폐용기(1)의 흡입파이프(16)로 되돌아와 흡입구(17)로부터 압축실(15)에 흡입되어, 이후 같은 동작을 반복한다.

(실시예 2)

도 1 및 도 2를 이용하여, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서의 스크롤 압축기에 대해 설명한다.

본 실시예의 스크롤 압축기에서는, 고정 스크롤(12)의 랩(12b)이, 그 감겨진 종단으로부터 선회 스크롤(13)의 랩(13b)의 감겨진 종단 근처까지 연장되어 있고, 그 연장부의 내벽면은 고정 스크롤(12)의 랩(12b)에 연속하는 곡선(106)으로 형성되는 구성이 되고 있다.

본 실시예의 스크롤 압축기의 경우, 연속하는 곡선(106)의 종류에 따라, 그 연장부가 흡입행정의 통로로서 이용되거나, 혹은 압축행정의 일부에 이용되거나 하는 것이 가능해진다. 후자의 경우의 예로서는, 연속하는 곡선(106)과 선회 스크롤(13)의 랩(13b)의 감겨진 종단 부근에서의 간격이 미소하게 설정되어 있고, 스크롤 압축기의 운전속도에 따라 압축실(15)의 용적을 의사(擬似)적으로 변화시켜 운전하는 경우 등을 들 수 있다.

이러한 경우에서는, 2개의 압축실(15)에서 격납용적이 다르게 되도록 운전되게 되어, 고정 스크롤(12)의 랩(12b)의 내벽면(101)으로 둘러싸인 측의 압축실(15)과, 이 압축실(15)과 쌍으로 형성되는 선회 스크롤(13)의 랩(13b)의 내벽면으로 둘러싸인 측의 압축실(15)에서, 흡입종료시점의 격납 용적이 달라진다. 즉, 고정 스크롤(12)의 랩(12b)의 내벽면(101)으로 둘러싸인 측의 압축실(15)이, 격납용적으로서는 커진다. 이 상태에서는, 압축 행정이 진행되는 것에 따라 압축실(15)간의 압력 불균형이 발생하여, 선회 스크롤(13)을 고정 스크롤(12)로부터 분리하려고 하는 전복 모멘트가 발생하는 결과가 되어, 저압축비 운전하에서 선회 스크롤(13)의 전복현상이 가속될 우려가 있다.

그러나, 제 1 실시예와 같이, 본 실시예의 스크롤 압축기에 있어서도, 선회 스크롤(13)의 인가배압이 상승하여 전복현상을 억제할 수 있으므로, 운전 속도에 따라 압축실(15)의 용적을 의사적으로 변화시켜 운전하는 것이 가능해져, 고효율의 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.

또한, 고정스크롤(12)의 랩(12b)에 연속하는 곡선이, 고정 스크롤(12)의 랩 (12b)을 형성하는 곡선과 동일한 경우는, 운전속도와는 관계 없이, 항상 2개의 압축실(15)에서 격납용적이 다른 상태로 운전된다. 따라서, 저속 운전시에 있어서도 압축실(15) 간의 압력 불균형이 항상 발생하게 되어, 선회 스크롤(13)의 전복현상은 한층 더 가속되는 방향이 된다.

그러나, 본 실시예의 스크롤 압축기에 의해, 선회 스크롤(13)로의 배압인가력이 작은 저속운전시부터 안정하게 전복현상을 억제하는 것이 가능하게 되기 때문에, 항상 2개의 압축실(15)에서 격납용적이 다른 상태로 운전하여 흡입부에서의 압축손실을 최소로 억제하는 것이 가능하게 되어, 고효율화를 꾀할 수 수 있다.

(실시예 3)

본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 스크롤 압축기에 대해 설명한다. 도 4는, 본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 스크롤 압축기의 주요부인 고정 스크롤의 평면도이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 스크롤 압축기에서는, 대략 고리형상 씰링부(108)에, 선회 스크롤(13)의 랩(13b)의 감겨진 종단 근처까지 연장되는 가는 홈부(107)를 형성하고, 이 가는 홈부(107)를 고정 스크롤(12)의 흡입구(17)에 연통하는 오목부(104)에 연통한 구성으로 하고 있다. 즉, 가는 홈부(107)에는 흡입압이 작용하여, 대략 고리형상 씰링부(108)의 대부분의 각도범위에서 흡입압력이 돌아 들어가는 구성이 되고 있다.

따라서 본 실시예의 스크롤 압축기에 의하면, 선회 스크롤(13)의 경판(13a)의 대부분에, 흡입압력을 작용시킬 수 있게 되어, 일부의 각도구간의 배압인가력을 강하게 하는 것이 아니라, 대부분의 각도 범위에서 배압인가력을 강하게 하는 것이 가능하게 된다. 이러한 것으로부터 선회 스크롤(13)의 전복현상을 한층 더 효율적으로 억제할 수 있다.

한편, 고정 스크롤(12)의 랩(12b)이, 그 감겨진 종단으로부터 선회 스크롤(13)의 랩(13b)의 감겨진 종단 근처까지 연장되어 있는 경우, 대략 고리형상 씰링부(108)의 씰링길이는 작아지고, 흡입구(17)에 연통하는 오목부(104)를 형성하는 것이 치수상 제약되어 온다. 이러한 경우, 오목부(104)와 가는 홈부(107)를 2개 형성하고, 이것들을 연통시키는 것에 의해, 구성상의 제약을 회피할 수 있다.

그런데, 본 실시예의 구체적인 예로서, 오목부(104)가 고정 스크롤(12)의 소재 단계에서 주조에 의해 미리 형성되고, 가는 홈부(107)는 주조된 오목부(104)에 연통하도록 기계 가공되는 구성의 경우 등을 들 수 있다.

그러나, 도 5에 나타내는 다른 실시예에 있어서의 스크롤 압축기의 고정 스크롤과 같이, 가는 홈부(107)가 오목부(104)와 거의 일체로 형성되고 있는 구성의 경우도 있으며, 이 경우는 모든 것이 기계가공 혹은 소재단계에서의 주조로 구성되거나 혹은 주조와 기계가공을 합한 형태로 구성되거나 한다. 어느 구성의 경우나, 본 실시예와 동등한 효과를 가진다.

(실시예 4)

도 4를 이용하여, 본 발명의 제 4 실시예에 있어서의 스크롤 압축기에 대해 설명한다.

도 4에 나타내는 본 실시예의 스크롤 압축기에서는, 대략 고리형상 씰링부 (108)에 있어서, 오목부(104) 내벽면과 고정 스크롤(12)의 내벽면(101)과의 씰링 길이, 혹은 가는 홈부(107)와 고정 스크롤(12)의 내벽면(101)과의 씰링길이를 S로 한 경우, 그 길이 S는, 고정 스크롤(12)의 랩 두께를 t로 했을 때, t/4≤S≤3t의 관계로 구성되어 있다.

즉, 고정 스크롤(12)의 랩 두께는 t이고, 압축실(15)간의 필요 씰링길이로서는 필요 충분한 씰링길이라고 할 수 있지만, 대략 고리형상 씰링부(108)에 있어서는 압축실(15)의 압력은 그다지 상승하고 있지 않고, 씰링필요압력 차이는 압축실(15) 내보다 낮을 수 있다. t/4 이상의 씰링길이인 경우, 압축실(15)로부터 흡입압력이 작용하는 오목부(104) 혹은 가는 홈부(107)로의 누설은, 영향이 없을 정도로 억제되는 것을 실험적으로 확인하고 있다. 그러나, 씰링부의 면(面) 정밀도가 나쁜 경우, 예를 들면 선회 스크롤(13) 의 경판(13a)의 면 정밀도가 나쁜 경우 등은, 씰링길이는 t/4 이상으로 할 필요가 있다.

한편, 씰링길이로서 3t 이하로 하는 것이, 씰링성능 확보 및 배압인가력 향상의 관점에서 바람직하다고 할 수 있다. 따라서, 고정 스크롤(12)의 대략 고리형상 씰링부(108)의 씰링길이를 t/4 이상으로부터 3t 이하의 범위로 구성하는 것에 의해, 필요 최저한의 씰링길이를 확보하면서 흡입에 연통하는 오목부 혹은 가는 홈부를 최대한 크게 구성하는 것이 가능하게 된다.

이상과 같이, 본 실시예의 스크롤 압축기에서는, 대략 고리형상 씰링부 (108)의 씰링길이를 규정하는 것에 의해, 압축실(15)로부터의 누설을 억제하고 선회 스크롤(13)의 전복현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 압축실(15)의 압력상승 정도를 고려한 경우는, 씰링필요압력 차이는 선회 스크롤(13)의 랩(13b)의 감겨진 종단 방향으로 감에 따라서 점차 작아지기 때문에, 본 실시예의 스크롤 압축기에 있어서, 오목부(104) 내벽면과 고정 스크롤(12)의 내벽면(106)과의 씰링길이, 혹은 가는 홈부(107)와 고정 스크롤(12)의 내벽면(106)과의 씰링길이를, 선회 스크롤(13)의 랩(13b)의 감겨진 종단 방향으로 감에 따라서 점차 작게 하는 구성으로 함으로써, 상기 효과를 한층 더 높일 수 있다.

(실시예 5)

도 1 및 도 2를 이용하여, 본 발명의 제 5 실시예에 있어서의 스크롤 압축기에 대해 설명한다.

본 실시예의 스크롤 압축기에서는, 고정 스크롤(12)의 흡입구(17)에 연통하는 오목부(104)의 깊이(104h)는, 고정 스크롤(12)의 랩 높이(즉 랩 홈깊이)(112h)를 Hmm로 했을 때, 0.1mm 이상 H/3mm 이하로 한다.

즉, 0.1mm 이상으로 하는 것에 의해, 선회 스크롤(13)의 미끄럼운동면에 있어 배압유체인 오일(6) 등에 의해서 생기는 점성손실을 막을 수 있으며, H/3mm 이하로 억제하는 것에 의해, 고정 스크롤(12)의 랩(12b)의 강도나 랩(12b)의 강성부족에 의한 가공정밀도 저하의 문제를 회피할 수 있는 구성이 되고 있다.

본 실시예의 스크롤 압축기에 의해, 스러스트부에서의 미끄럼운동 면적을 억제할 수 있어 점성손실을 최소한으로 억제하고, 고정 스크롤(12)의 랩(12b)의 가공정밀도 저하에 기인하는 압축 손실의 증대도 억제할 수 있다.

또한 도 4에 나타내는 실시예의 스크롤 압축기에 있어서도, 고정 스크롤(12) 의 흡입구(17)에 연통하는 오목부(104)의 깊이(104h)를, 고정 스크롤(12)의 랩 높이(즉 랩 홈 깊이)(112h)를 Hmm로 하였을 때, 0.1mm 이상 H/3mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 이 경우, 가는 홈부(107)의 깊이에 대해서도 고정 스크롤(12)의 랩 높이(즉 랩 홈 깊이)(112h)를 Hmm로 했을 때, 0.1mm 이상 H/3mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 실시예의 스크롤 압축기에 있어서, 고정 스크롤(12)의 흡입구(17)에 연통하는 오목부(104)의 깊이보다 가는 홈부(107)의 깊이를 작게 구성하는 것에 의해, 가는 홈부(107)를 가공할 때의 가공저항을 저감할 수 있어, 공구파손방지를 위한 가공속도 저감을 행할 필요가 없어져, 가공생산속도를 높일 수 있다.

(실시예 6)

본 발명의 제 6 실시예의 스크롤 압축기는, 고정 스크롤(12) 및 선회 스크롤(13)의 랩(12b, 13b) 등에 의해 결정되는 설계 압축비보다 작은 압축비로 운전되는 제 1 부터 제 5 실시예의 스크롤 압축기이다(도시하지 않음).

가정용의 냉동공조기기 등에 이용되는 스크롤 압축기의 경우, 운전 빈도가 높은 압축비로서 대체로 1.5에서 4.0 정도인 경우가 많으며, 운전속도 가변타입의 스크롤 압축기의 상당수는 랩(12b, 13b) 등에 의해 결정되는 설계 압축비로서 약 1.8에서 3.0 정도로 설정되어 있는 것이 많다. 업무용 등의 공조기기의 경우는 이에 한하지 않고, 설계 압축비로서는 한층 더 크게 취해지고 있는 경우도 있다. 운전 압축비가 1.5에서 2.0 정도의 범위에서 선회 스크롤(13)이 전복하는 현상을 억제하고자 한 경우, 선회 스크롤(13)의 배압력을 높일 필요가 생기지만, 이러한 설 정에서는 많은 경우, 고압축비영역(약 압축비 2.5 이상)에서의 배압력이 과대한 데 따른 미끄럼운동 손실의 증가가 발생한다.

제 1 내지 제 5 실시예의 스크롤 압축기에 있어서, 고정 스크롤(12) 및 선회 스크롤(13)의 랩(12a, 13a) 등에 의해 결정되는 설계 압축비보다, 작은 압축비(가정용의 냉동공조기기 등에 이용되는 스크롤 압축기의 경우, 약 1.8에서 3.0 정도)로 운전되는 본 실시예의 스크롤 압축기라도, 선회 스크롤(13)의 전복현상을 억제하는 것이 가능해져, 운전 빈도가 높은 압축비영역에 있어 고효율화를 실현하는 것이 가능하게 되어, 스크롤 압축기가 저압축비하에서 운전되는 일이 많아진 근년의 고효율 냉동공조기기에 있어서도, 한층 더 고효율화를 실현할 수 있다.

(실시예 7)

본 발명의 제 7 실시예의 스크롤 압축기는, 냉매를 고압 냉매, 예를 들면 이산화탄소로 한 것이다(도시하지 않음). 본 실시예의 스크롤 압축기에 의하면, 선회 스크롤(13)의 배압력이 과대하게 되어, 스러스트 미끄럼운동부에서의 미끄럼운동 손실이 증대하는 경향에 있는 스크롤 압축기에 있어서도, 미끄럼운동 손실증가를 억제할 수 있는 것과 동시에, 환경에 좋은 이산화탄소를 냉매로서 사용할 수 있다고 하는 이점이 있다.

또한, 냉매로 이산화탄소를 이용한 히트펌프 급탕시스템 등에서는, 시스템의 특성상, 매우 낮은 압축비(약 1.5 이하)로 스크롤 압축기가 운전되는 경우가 있으며, 그러한 사용 조건하에 있어서도 고효율인 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.

본 발명의 스크롤 압축기는, 저압축비 운전하에서는 압축효율 및 냉매 순환 량의 향상, 고압축비 운전하에서는 기계효율향상을 실현할 수 있어 냉동공조기기의 고효율화 및 고신뢰성화를 실현할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 스크롤 압축기는, 저압축비 운전하에서는 압축효율향상, 고압축비 운전하에서는 기계효율향상을 실현할 수 있어, 장래 사용될 수 있는 새로운 대체냉매, 신냉매, 자연냉매 등에의 적응도 기대할 수 있다.

Claims

스크롤 랩(scroll lap)을 갖는 고정 스크롤과, 경판(鏡板) 및 스크롤 랩을 갖는 선회 스크롤이 서로 상기 랩끼리를 안쪽으로 하여 맞물림과 동시에, 상기 선회 스크롤은 자전이 저지된 상태로 선회 운동하며, 상기 선회 스크롤이 선회 운동할 때의 스러스트힘(thrust force)은, 상기 선회 스크롤의 배면(背面)에 인가되는 배압력(背壓力)에 의해 상기 경판과 상기 고정 스크롤과의 사이의 미끄럼운동면으로 지지되는 스크롤 압축기로서,

상기 고정 스크롤의 스크롤 랩 바깥둘레에 있는 상기 선회 스크롤의 경판과의 대향면에,

상기 고정 스크롤의 스크롤 랩의 최외주(最外周)의 내벽면으로부터 바깥쪽으로 상기 내벽면을 따르는 외벽면을 가지도록 확대되고 상기 선회 스크롤의 경판과 미끄럼접촉하는 고리형상 씰링부(sealing portion)와, 상기 고리형상 씰링부의 바깥쪽에 위치하는 고리형상 오목부와, 상기 고리형상 오목부와 독립한 형태로 상기 고정 스크롤의 흡입구에 연통하는 오목부를 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1 항에 있어서, 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩은, 그 감겨진(winding) 종단(terminal;終端)으로부터 선회 스크롤의 스크롤 랩의 감겨진 종단 바로 앞까지 연장되어 있고, 그 연장부의 내벽면을 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩에 연속하는 곡선으로 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 2 항에 있어서, 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩에 연속하는 곡선을, 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩을 형성하는 곡선과 동일하게 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1 항에 있어서, 상기 고리형상 씰링부에 선회 스크롤의 스크롤 랩의 감겨진 종단 바로 앞까지 연장되는 홈부(thin groove)를 형성하여, 상기 홈부를 상기 오목부에 연통한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 4 항에 있어서, 상기 고리형상 씰링부에서의, 상기 오목부 내벽면과 상기 고정 스크롤의 내벽면과의 씰링길이(sealing length), 혹은 상기 홈부와 상기 고정 스크롤의 내벽면과의 씰링길이를, 상기 고정 스크롤의 랩두께를 t로 했을 때, t/4 이상 3t 이하로 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 5 항에 있어서, 상기 오목부 내벽면과 상기 고정 스크롤의 내벽면과의 상기 씰링길이, 혹은 상기 홈부와 상기 고정 스크롤의 내벽면과의 상기 씰링길이를, 상기 선회 스크롤의 스크롤 랩의 감겨진 종단의 방향으로 감에 따라서 점차 작아지는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 4 항에 있어서, 상기 오목부 또는 상기 홈부의 깊이를, 상기 고정 스크롤의 랩 높이를 Hmm로 했을 때, 0.1mm 이상 H/3mm 이하로 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 4 항에 있어서, 상기 오목부의 깊이보다 상기 홈부의 깊이가 작은 구성으로 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1 항에 있어서, 상기 고정 스크롤 및 상기 선회 스크롤의 스크롤 랩에 의해 결정되는 설계 압축비보다 작은 압축비로 운전되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 냉매를 이산화탄소로 한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.