KR101330588B1 - 스크롤 유체기계 - Google Patents

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    • F04C29/0007Injection of a fluid in the working chamber for sealing, cooling and lubricating

Abstract

[과제]선회 베어링의 온도상승이 작고, 선회 스크롤의 지름이 작은 스크롤 유체기계를 제공한다.
[해결 수단]랩(wrap)을 갖는 선회 스크롤(1) 및 랩을 갖는 한 쌍의 고정 스크롤(2, 3)이 조합되어, 중공(中空)의 선회축(1D)이 선회 스크롤(1)의 중심부에 설치되어, 회전축(6)이 선회축(1D)의 중공부(1E)를 관통하고, 한 쌍의 커버(7, 9)가 고정 스크롤(2, 3)의 외면측(外面側)에 설치되어, 회전축(6)이 커버(7, 9)에 회전가능하게 지지되어, 선회 베어링(12, 14)이 선회축(1D)의 양단에 설치되어, 선회 베어링(12, 14)이 회전축(6)에 설치된 편심부(6A, 6B)에 감합(嵌合)되고, 선회 스크롤(1)의 자전 방지 기구가 선회축(1D)의 한쪽 끝에 설치된다.

Description

스크롤 유체기계 {SCROLL FLUID MACHINE}
본 발명은 압축기, 진공 펌프, 블로워, 팽창기 등의 스크롤 유체기계에 관한 것이다.
양면에 랩이 있는 선회 스크롤의 중심부를 구동해서 선회 스크롤을 선회 운동시키는 구조의 스크롤 압축기가 제안되고 있다. 예를 들면 일본 특허 공개 공보 JP, 2010-77913,A (2010.4.8)에서 개시(開示) 하는 스크롤 유체기계는 구동축이 선회 스크롤의 중심부의 중공부(中空部)를 관통하고, 구동축이 양쪽에서 회전가능하게 지지된다. 구동축의 선회 스크롤의 중심부를 관통하는 중간부는 편심축으로 되어 있다. 편심 베어링이 편심축과 선회 스크롤의 사이에 설치되어 있다.
기존의 스크롤 유체기계는 선회 베어링이 선회 스크롤의 중심부의 중공부(中空部)에 설치되어 있다. 압축기나 진공 펌프는 압축에 의해 유체가 온도변화 하기 때문에 선회 스크롤의 중심부가 고온이 된다. 팽창기는 선회 스크롤의 중심부로 고온 고압의 유체가 유입되기 때문에 선회 스크롤의 중심부가 고온이 된다. 그로 인해 선회 베어링이 고온이 되어, 선회 베어링의 내구성이 저하하는 문제가 있었다. 본 발명은 이와같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서 선회 베어링의 내구성이 높은 스크롤 유체기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 관한 발명은, 경판(鏡板)의 양면에 소용돌이 형상의 랩을 갖는 선회 스크롤 및 경판의 한쪽 면에 소용돌이 형상의 랩을 갖는 한 쌍의 고정 스크롤을 조합시켜서 구성된 스크롤 유체기계에 있어서, 중공(中空)의 선회축이 선회 스크롤의 중심부에 설치되어져서 고정 스크롤을 관통하고 있고, 회전축이 선회축의 중공부(中空部)를 관통해서 고정 스크롤의 외면측(外面側)에 설치된 한 쌍의 커버(Cover)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있고, 선회 베어링이 선회축의 양단에 설치되어서, 회전축에 설치된 편심부에 감합(嵌合)되어 있고, 선회 스크롤의 자전 방지 기구가 선회축의 한쪽 끝에 설치된 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 관한 발명은, 편심부는 회전축의 선회 베어링에 대응하는 위치에만 설치되어 있고, 회전축의 편심부 간(間)은 회전 중심축과 동축(同軸)에 형성된 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 관한 발명은, 자전 방지 기구는, 한 쪽의 고정 스크롤에 연결해서 설치된 한 쌍의 고정측 키 홈과, 선회축에 설치되어서 선회 베어링을 수용하는 선회 베어링 하우징에 고정측 키 홈과 직교하도록 설치된 한 쌍의 선회측 키 홈과, 고정측 키 홈과 감합(嵌合)하는 한 쌍의 올덤 키, 및 선회측 키 홈과 감합되는 한 쌍의 올덤 키를 갖는 올덤 링에 의해 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 관한 발명은 제1밸런스 웨이트가 선회축의 한쪽 끝쪽의 선회 베어링과 회전축을 한쪽의 커버에 회전가능하게 지지하는 회전 베어링의 사이의 회전축에 달려있고, 제2밸런스 웨이트가 선회축의 다른쪽 끝쪽의 선회 베어링과 회전축을 다른쪽의 커버에 회전가능하게 지지하는 회전 베어링의 사이의 회전축에 달려 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 1에 관한 발명에 있어서는, 선회 스크롤 중심부에 마련된 선회축을 지지하는 선회 베어링은 선회축의 양단에 있고, 선회 베어링은 선회 스크롤 중심부에 없기 때문에, 선회 스크롤의 열은 선회 베어링에 잘 전달되지 않는다. 선회 스크롤 중심부가 고온이 되어도 선회 베어링은 고온이 안 된다. 따라서 선회 베어링의 내구성이 높아진다. 또 선회축의 지름을 작게 할 수 있으므로, 선회 스크롤의 지름을 작게 할 수 있다. 그로 인해 스크롤 유체기계를 소형화 할 수 있다.
청구항 2에 관한 발명에 있어서는, 회전축의 편심부는 선회 베어링부의 2곳뿐이다. 회전축의 그외의 부분은 편심되어 있지 않다. 원심력은 회전축의 편심되어 있지 않은 부분에는 발생하지 않는다. 그로 인해, 회전축의 변형이 작아진다. 따라서 스크롤 유체기계의 진동도 작아진다.
청구항 3에 관한 발명에 있어서는, 선회 베어링 하우징이 자전 방지 기구의 부품을 겸하므로 스크롤 유체기계의 부품수가 줄어든다.
청구항 4에 관한 발명에 있어서는, 제1, 제2밸런스 웨이트와 선회 베어링과의 거리를 짧게 할 수 있으므로, 회전축에 작용하는 모멘트(moment)를 작게 할 수 있고, 축의 변형을 억제할 수 있다.
(도면1)본 발명을 압축기에 실시한 형태 예를 보여주는 축방향 단면도
(도면2)도1의 단면과 직교 하는 면을 절단한 자전 방지 기구부의 단면도
도1 및 도2는 본 발명을 압축기에 실시한 형태 예를 보여준다. 선회 스크롤(1)이 압축기의 내부에 설치된다. 선회 스크롤(1)은 경판(1A)의 양면에 소용돌이 형상의 랩(1B)과 소용돌이 형상의 랩(1C)을 가진다. 제1고정 스크롤(2) 과 제2고정 스크롤(3) 사이에 선회 스크롤(1)을 끼운다. 제1고정 스크롤(2) 및 제2고정 스크롤(3)은 서로 고착(固着)되어 있다. 제1고정 스크롤(2)은 경판(2A)에 소용돌이 형상의 랩(2B)을 가진다. 제2고정 스크롤(3)은 경판(3A)에 소용돌이 형상의 랩(3B)을 가진다. 선회 스크롤(1)의 경판(1A) 및 랩(1B)과 제1고정 스크롤(2)의 경판(2A) 및 랩(2B)은 압축실(4)을 구성한다. 선회 스크롤(1)의 경판(1A) 및 랩(1C)과 제2고정 스크롤(3)의 경판(3A) 및 랩(3B)은 압축실(5)을 구성한다.
중공(中空)의 선회축(1D)이 경판(1A)의 반경방향의 중앙부에 설치된다. 선회축(1D)의 축방향의 한쪽 끝에 제1선회 베어링 하우징(11)이 고정된다. 제1선회 베어링 하우징(11)의 중심부에 제1선회 베어링(12)이 설치된다. 선회축(1D)의 축방향의 다른쪽 끝에 제2선회 베어링 하우징(13)이 고정된다. 제2선회 베어링 하우징(13)의 중심부에 제2선회 베어링(14)이 설치된다. 회전축(6)이 선회축(1D)의 중공부(中空部)를 관통한다. 제1고정 스크롤(2)은 뒷면에 원통부(2C)를 가진다. 커버(7)는 원통부(2C)의 끝면에 설치된다. 제1회전 베어링(8)이 커버(7)의 중심부에 설치된다. 제2고정 스크롤(3)은 뒷면에 원통부(3C)를 가진다. 커버(9)는 원통부(3C)의 끝면에 설치된다. 제2회전 베어링(10)이 커버(9)의 중심부에 설치된다. 회전축(6)의 한쪽 끝(6C)은 제1회전 베어링(8)에 의해 지지된다. 회전축(6)의 첨단은 커버(7)를 관통해서 외부(外部)까지 뻗어 있다. 씰 부재(seal 部材) (15)가 커버(7)의 중심부에 설치되어, 회전축(6)과 커버(7)의 사이를 씰 한다. 회전축(6)의 다른쪽끝(6D)은 제2회전 베어링(10)에 의해 지지된다. 회전축(6)의 2곳에 편심부(6A, 6B)가 형성된다. 회전축(6)의 편심부(6A)와 편심부(6B) 사이의 부분은 회전축(6)의 회전 중심축과 동축(同軸)에 형성된다. 제1선회 베어링(12)은 편심부(6A)와 감합한다. 제2선회 베어링(14)은 편심부(6B)와 감합(嵌合)한다. 다시 말해, 편심부(6A, 6B)는 회전축(6)의 제1, 제2선회 베어링(12, 14)에 대응하는 위치에만 설치되어 있다.
제1선회 베어링 하우징(11)은 플랜지부(11A)를 가진다. 플랜지부(11A)는 선회측 키 홈(11B, 11B)을 가진다. 고정판(16)이 원통부(2C)의 내면에 고정된다. 올덤 링(17)이 플랜지부(11A)와 고정판(16)의 사이에 끼워진다. 올덤 링(17)은 올덤 키(17A, 17A)를 가진다. 올덤 키 (17A, 17A)는 선회측 키 홈 (11B, 11B)과 감합한다.
 도2는 도1의 단면과 직교 하는 축방향 단면으로 자른 부분 단면도이다. 도2에서 보여주듯이 올덤 링(17)은 올덤 키(17A, 17A)및 반대측면의 올덤 키(17A, 17A)를 가진다. 올덤 키(17A, 17A)와 올덤 키(17B, 17B)는 직교 한다. 고정판(16)은 올덤 키(17B, 17B)와 대면하는 위치에 고정측 키 홈(16A, 16A)을 가진다. 즉 제1고정 스크롤(2)에 연결해서 한 쌍의 고정측 키 홈(16A, 16A)이 설치된다. 올덤 키(17B, 17B)는 고정측 키 홈(16A, 16A)과 감합한다. 올덤 링(17), 선회측 키 홈(11B, 11B), 고정측 키 홈(16A, 16A)에 의해 자전 방지 기구가 구성된다. 이 자전 방지 기구에 의해, 제1선회 베어링 하우징(11)은 회전이 방지되어 선회만 가능하다. 따라서 선회 스크롤(1)도 회전하지 않고 선회만 가능하다.
제1선회 베어링 하우징(11)은 씰판(Seal板)(11C)을 가진다. 한편 씰 링(Seal ring)(18)이 경판(2A)에 설치되어, 씰판(11C)과 경판(2A)의 사이를 씰 한다. 제2선회 베어링 하우징(13)은 플랜지부(13A)를 가진다. 한편 씰판(19)이 원통부(3C)의 내면에 장착된다. 씰 링(20)이 씰판(19)의 외주면에 설치된다. 씰 링(21)이 씰판(19)의 끝면에 설치된다. 씰 링(20) 및 씰 링(21)이 원통부(3C)의 내면 및 플랜지부(13A)의 끝면과 씰판(19)의 사이를 씰 한다.
커버(7)와 제1선회 베어링 하우징(11)의 사이에 웨이트실(Weight室) (27)이 형성된다. 제1밸런스 웨이트(Balance weight) (22)가 웨이트실(27)안에서 회전축(6)의 제1회전 베어링(8)과 제1선회 베어링(12)과의 사이에 장착된다. 커버(9)와 제2선회 베어링 하우징(13)의 사이에 웨이트실(28)이 형성된다. 제2밸런스 웨이트(23)가 웨이트실(Weight室) (28)안에서 회전축(6)의 제2회전 베어링(10)과 제2선회 베어링(14)의 사이에 장착된다.
 흡입구(24)가 고정 스크롤(2)의 외주부(外周部)에 설치된다. 경판(1A)의 선회축(1D) 인접부에 개구(開口)(38)가 설치된다. 토출실(25)이 고정 스크롤(3)의 경판(3A)의 배면부 (背面部)에 설치된다. 토출구(26)가 경판(3A)의 외주부에 설치된다. 압축기는 가대(架臺)(37)의 한쪽(37A) 위에 설치된다.
전동기(29)가 가대(37)의 다른쪽(37B) 위에 설치된다. 전동기(29)의 구동축(29A)과 회전축(6)의 한쪽 끝(6C)은 동축상(同軸上)에 설치되어, 키등에 의해 헛돌지 않게 고정 되어서 커플링(30)에 의해 연결된다.
오일 탱크(31)가 설치된다. 윤활유(32)가 오일 탱크(31)의 내부에 고인다. 오일 흡입관(33)이 오일 탱크(31)의 하부에 접속되어, 펌프(34)의 입구에 연결된다. 급유관(35)이 펌프(34)의 출구에 접속되어, 웨이트실(27) 및 웨이트실(28)의 상부에 연통 된다. 오일회수관(36)이 웨이트실(27) 및 웨이트실(28)의 하부에 접속되어, 오일 탱크(31)에 연통 된다.
다음으로 본 압축기의 동작을 설명한다. 전동기(29)에 전류가 통하면, 구동축(29A)이 회전하고, 구동축(29A)과 연결된 회전축(6)이 회전한다. 회전축(6)이 회전하면 선회축(1D)이 자전 방지 기구에 의해 자전 방지되어서 편심 구동된다. 그 결과 선회축(1D)과 일체인 선회 스크롤(1)은 선회 운동한다. 그러면 가스는 압축실(4) 및 압축실(5) 안에서 부피가 감소되면서 외주(外周)에서 내주(內周)로 이동한다. 가스는 흡입구(24)로부터 흡입되어, 압축실(4) 및 압축실(5)에서 압축되어, 토출실(25)로 토출되어, 토출구(26)로부터 외부에 토출된다. 제1밸런스 웨이트(22) 및 제2밸런스 웨이트(23)에 의해, 선회 스크롤(1)의 원심력이 취소(Cancel) 된다. 이로 인해 진동은 거의 발생하지 않는다.
윤활유(32)가 오일 탱크(31)안에서 오일 흡입관(33)을 통하고, 펌프(34)에 의해 가압되어, 급유관(35)로부터 웨이트 실(27) 및 웨이트 실(28)에 적하(適下) 된다. 윤활유(32)는 제1회전 베어링(8), 제2회전 베어링(10), 제1선회 베어링(12), 제2선회 베어링(14), 올덤 키(17A, 17B)등에 공급되어, 이것들의 구름부나 접동부(摺動部)를 윤활한 후, 웨이트실(27) 및 웨이트실(28)의 하부에서 오일회수관(36)을 통해서 오일 탱크(31)로 되돌아간다.
본 실시의 형태 예에 의하면, 제1선회 베어링(12) 및 제2선회 베어링(14)은 선회 스크롤(2)의 중심부에 없다. 따라서 제1선회 베어링(12) 및 제2선회 베어링(14)은 선회 스크롤(2)이 압축 열로 고온이 되어도 그 영향을 받기 어렵고, 그다지 고온이 되지 않는다. 즉 압축기의 내구성이 높아진다.
 또, 선회축(1D)의 내부에 베어링이 없기 때문에, 회전축(6)의 외주와 선회축(1D)의 내주(內周)가 가까워 지고, 선회축(1D)의 지름(徑)을 작게 할 수 있다. 따라서 선회 스크롤(1), 제1고정 스크롤(2) 및 제2고정 스크롤(3)의 지름을 작게 할 수 있고, 압축기를 소형화 할 수 있다.
더욱이 선회 스크롤(1)은 제1선회 베어링(12) 및 제2선회 베어링(14)의 중간에 위치한다. 원심력 및 가스 하중은 제1선회 베어링(12) 및 제2선회 베어링(14)에 균등하게 걸린다. 따라서 선회 스크롤(1)은 경사가 생기지 않는다.
 또, 제1선회 베어링(12)과 제1회전 베어링(8)과의 거리 및 제2선회 베어링(14)과 제2 회전 베어링(10)과의 거리가 가깝다. 제1밸런스 웨이트(22)와 제1선회 베어링(12)과의 거리 및 제2밸런스 웨이트(23)와 제2선회 베어링(14)과의 거리도 가깝다. 그로 인해 회전축(6)에 작용하는 모멘트(moment)가 작고, 회전축(6)의 변형도 작다.
 이로 인해 선회 스크롤(1)은 고속으로 운전되어도 설정된 편심량으로 안정되게 운전된다. 따라서 압축기에 발생하는 진동이 작다.
본 실시의 형태 예에서는 압축기를 설명했다. 그러나 본 발명은 진공 펌프, 블로워, 팽창기 등의 스크롤 유체기계에도 적용될 수 있다.
1 선회 스크롤
2 제1고정 스크롤
3 제2고정 스크롤
8 제1회전 베어링
10 제2회전 베어링
11 제1선회 베어링 하우징
12 제1선회 베어링
13 제2선회 베어링 하우징
14 제2선회 베어링
22 제1밸런스 웨이트
23 제2밸런스 웨이트

Claims (4)

  1. 경판(鏡板)의 양면에 소용돌이 형상의 랩을 갖는 선회 스크롤 및 경판의 한쪽 면에 소용돌이 형상의 랩을 갖는 한 쌍의 고정 스크롤을 조합해서 구성된 스크롤 유체기계에 있어서,
    중공(中空)의 선회축이 선회 스크롤의 중심부에 설치되어져서 고정 스크롤을 관통하고,
    회전축이 선회축의 중공부(中空部)를 관통해서 고정 스크롤의 외면측(外面側)에 설치된 한 쌍의 커버(Cover)에 의해 회전가능하게 지지되어,
    선회 베어링이 선회축의 양단(兩端)에 설치되어, 회전축에 설치된 편심부에 감합(嵌合)되고,
    선회 스크롤의 자전 방지 기구가 선회축의 한쪽 끝에 설치된 스크롤 유체기계.
  2. 제1항에 있어서;
    편심부는 회전축의 선회 베어링에 대응하는 위치에만 설치되고,
    회전축의 편심부간은 회전 중심축과 동축(同軸)에 형성된 스크롤 유체기계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서;
    자전 방지 기구는,
    한 쪽의 고정 스크롤에 연결해서 설치된 한 쌍의 고정측 키 홈과,
    선회축에 설치되어서 선회 베어링을 수용하는 선회 베어링 하우징에 고정측 키 홈과 직교 하도록 설치된 한 쌍의 선회측 키 홈과,
    고정측 키 홈과 감합되는 한 쌍의 올덤 키, 및
    선회측 키 홈과 감합되는 한 쌍의 올덤 키를 가지는 올덤 링에 의해 구성되는 스크롤 유체기계.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서;
    제1밸런스 웨이트가 선회축의 한쪽 끝쪽의 선회 베어링과 회전축을 한쪽의 커버에 회전가능하게 지지하는 회전 베어링의 사이의 회전축에 달려 있고,
    제2밸런스 웨이트가 선회축의 다른쪽 끝쪽의 선회 베어링과 회전축을 다른쪽의 커버에 회전가능하게 지지하는 회전 베어링의 사이의 회전축에 달려있는 스크롤 유체기계.

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