KR101500302B1

KR101500302B1 - 스크롤 압축기 및 팽창기

Info

Publication number: KR101500302B1
Application number: KR20140053125A
Authority: KR
Inventors: 박승수; 고중식; 건 이
Original assignee: 박승수; 고중식
Priority date: 2014-05-01
Filing date: 2014-05-01
Publication date: 2015-03-09

Abstract

본 발명은 스크롤 팽창기 및 압축기에 관한 것으로, 개방된 일측면에 원통 형상의 수용홈(11)이 형성되는 제1본체(10)와; 개방된 일측면에 원통 형상의 수용홈(21)이 형성되며, 상기 제1본체(10)와 결합되는 제2본체(20)와; 상기 수용홈(11)의 내부에 설치되는 나선 형상의 고정스크롤(30)과; 상기 고정스크롤(30)의 사이에 설치되어 회전되며, 일단에 제1, 2축설치공(41A, 41B)이 형성된 회전스크롤(40)과; 상기 제1본체(10)의 수용홈(11)의 내측에 설치되어 회전되는 제1회전축(50)과; 상기 제2본체(20)의 수용홈(21)의 내측에 설치되어 회전되는 제2회전축(60) 및; 일단은 상기 제1, 2회전축(50, 60)에 각각 삽입되고, 타단은 상기 회전스크롤(40)의 제1, 2축설치공(41A, 41B)에 삽입되는 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)으로 이루어지고, 상기 수용홈(11)의 외측에는 작동유체가 유입되는 유입공(12)이 형성되고, 상기 수용홈(11)의 중심에서 편심된 위치에는 작동유체가 배출되는 유출공(13)이 형성되며, 상기 제2회전축(60)에는 구동모터가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 작동유체를 압축 및 팽창시키는 과정에서 생성되는 작동유체의 압력이 회전스크롤과 고정스크롤의 회전축 방향으로 작용하지 않기 때문에 회전스크롤의 회전이 원활하며, 또한 스크롤 압축기와 팽창기를 대형으로 제작할 수 있다.

Description

스크롤 압축기 및 팽창기{Scroll-type Compressor and Expander}

본 발명은 스크롤 압축기 및 팽창기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전스크롤과 고정스크롤이 맞물려 회전하면서 회전스크롤과 고정스크롤 사이에 형성되는 밀폐공간의 용적변화에 의해 기체를 팽창시키거나 압축하는 스크롤 압축기 및 팽창기에 관한 것이다.

스크롤 압축기는 회전스크롤과 고정스크롤을 구비하여 회전스크롤을 고정스크롤에 대해 상대 운동시켜 내부에 유입된 증기 등의 기체를 압축하는 장치로서, 2개의 스크롤 사이에 형성되는 초생달 형상의 밀폐공간을 회전스크롤의 운동에 의해 용적의 변화를 일으켜 이에 의해 기체의 흡입과 압축 및 토출 행정을 동시에 수행하여 압축기에 유입된 기체를 압축하여 토출한다.

위와 같이 스크롤 압축기는 압축과 흡입 및 토출 행정이 동시에 이루어지기 때문에 부하 토크가 작아 소음과 진동이 적다는 장점이 있으며, 가동부분의 운동 반경이 작아 고속화가 가능하고, 또한 종래의 왕복동식 압축기에 비해 상대적으로 부품 수가 적기 때문에 소형으로 경량 제작이 가능하다.

상기와 같은 스크롤 압축기의 예로서 등록특허 제312915호에 개시된 스크롤 압축기를 들 수 있는데, 이 특허문헌에 개시된 스크롤 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이 밀폐용기 내부에 주축(110)과 연결되어 모터(300)에 의해 회전 동작되는 나선 형상의 회전스크롤(100)과, 이 회전스크롤(100)과 마주 설치된 나선 형상의 고정스크롤(200)로 이루어지고, 이때 회전스크롤(100)은 스러스트 접촉면을 가지면서 축선방향으로 변위 가능한 구조의 컴플라이언트프레임(120)에 의해 저면이 지지되고, 또한 컴플라이언트프레임(120)의 저면에는 안내프레임(130)이 설치되어 고정스크롤(200)과 용접 등에 의해 고정되며, 이에 의해 컴플라이언트프레임(120)의 축선방향으로의 변위가 제한되도록 설치된다.

그러나 상기와 같은 구조의 스크롤 압축기는 나선 형상의 회전스크롤(100)과 고정스크롤(200)이 각각 측면에 원판 형상의 플레이트가 일체로서 부착된 구조로 이루어져 있기 때문에 작동유체를 압축키는 과정에서 압축된 작동유체가 원판 형상의 플레이트에 작용함으로써 회전스크롤과 고정스크롤이 서로 벌어지는 방향으로 상당한 힘을 받게 되어 회전스크롤의 회전 동작이 원활하게 이루어지지 못하게 되는 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 종래에는 회전스크롤과 컴플라이언트프레임(120) 사이에 스러스트 베어링(도면부호 없음) 등을 설치하여 작동유체에 의해 축방향으로 힘이 가해지더라도 회전스크롤의 회전을 원활하도록 하고 있으나, 압축기의 용량이 커지면 회전축 방향으로 가해지는 힘이 더욱 커지게 됨으로써 압축기의 용량을 크게 하는 데에 한계가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 스러스트 베어링에 추가하여 회전스크롤의 외측에 복수 개의 스틸볼을 등을 개재하여 회전 성능을 유지하고자 하고 있으나, 이 경우 압축기의 구조가 복잡하게 될 뿐만 아니라 스틸볼 등을 설치하기 위해서는 압축기의 회전축이 수직방향이 되도록 설치하여야 하기 때문에 설치 자유도가 낮으며, 스틸볼 등을 설치하더라도 여전히 대용량의 압축기에 적용하는 데에는 한계가 있다.

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따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 스크롤 압축기 또는 팽창기가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 회전스크롤과 고정스크롤 사이의 용적변화를 이용하여 작동유체를 압축 또는 팽창시킬 때 생성되는 작동유체의 압력이 회전축 방향으로 가해지지 않도록 함으로써 원활한 압축 또는 팽창이 이루어지도록 하는 동시에 대형화가 가능한 스크롤 압축기 및 팽창기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 스크롤 압축기를 제공하고자 하는 본 발명의 목적은 스크롤 압축기를, 개방된 일측면에 원통 형상의 수용홈이 형성되는 제1본체와; 개방된 일측면에 원통 형상의 수용홈이 형성되며, 제1본체의 수용홈을 커버하도록 체결부재에 의해 제1본체와 결합되는 제2본체와; 제1본체의 수용홈의 내부에 설치 고정되는 나선 형상의 고정스크롤과; 고정스크롤의 사이에 설치되어 회전 동작되며, 일단에 제1, 2축설치공이 형성된 회전스크롤과; 제1본체의 수용홈의 내측에 설치되어 회전 동작되는 제1회전축과; 제2본체의 수용홈의 내측에 설치되어 회전 동작되는 제2회전축 및; 일단은 제1, 2회전축에 각각 삽입되고, 타단은 회전스크롤의 제1, 2축설치공에 삽입되는 한 쌍의 중앙축으로 이루어지고, 수용홈의 외측에는 작동유체가 유입되는 유입공이 형성되며, 수용홈의 중심에서 편심된 위치에는 작동유체가 배출되는 유출공이 형성되고, 제2회전축에는 구동모터가 설치되도록 구성하는 것에 의해 달성된다.

그리고 스크롤 압축기를 제공하고자 하는 본 발명의 또 다른 목적은 스크롤 팽창기를, 개방된 일측면에 원통 형상의 수용홈이 형성되는 제1본체와; 개방된 일측면에 원통 형상의 수용홈이 형성되며, 제1본체의 수용홈을 커버하도록 체결부재에 의해 제1본체와 결합되는 제2본체와; 제1본체의 수용홈의 내부에 설치 고정되는 나선 형상의 고정스크롤과; 고정스크롤의 사이에 설치되어 회전 동작되고, 일단에 제1, 2축설치공이 형성된 회전스크롤과; 제1본체의 수용홈의 내측에 설치되어 회전 동작되는 제1회전축과; 제2본체의 수용홈의 내측에 설치되어 회전 동작되는 제2회전축 및; 일단은 제1, 2회전축에 각각 삽입되며, 타단은 회전스크롤의 제1, 2축설치공에 삽입되는 한 쌍의 중앙축으로 이루어지고, 수용홈의 외측에는 작동유체가 배출되는 유출공이 형성되며, 수용홈의 중심에서 편심된 위치에는 작동유체가 유입되는 유입공이 형성되도록 구성하는 것에 의해 달성된다.

이때 중앙축에는 각각 일정 부분이 면취됨으로써 면접촉부가 형성되고, 중앙축은 면접촉부가 서로 맞댄 상태로 설치됨으로써 동시 회전 동작되도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 제1본체의 수용홈에는 고정스크롤이 일정 깊이 삽입되어 고정되는 나선 형상의 안착홈이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 제1본체의 수용홈의 외측 중앙 부분에는 제1회전축이 삽입되기 위한 원통 형상의 설치홈이 형성되고, 설치홈에는 제1회전축을 지지하기 위한 베어링설치홈이 연장 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 제2본체의 수용홈의 외측 중앙 부분에는 제2회전축이 삽입되기 위한 원통 형상의 설치홈이 형성되고, 설치홈에는 제2회전축을 지지하기 위한 베어링설치홈이 연장 형성되고, 베어링설치홈에는 제2본체를 관통하는 축관통공이 연장 형성된 것이 바람직하다.

이에 더하여 제1회전축과 제2회전축의 일측면에는 각각 중심으로부터 일정 거리 편심된 위치에 편심공이 형성되고, 편심공에는 상기 한 쌍의 중앙축이 회전 동작되도록 삽입 설치되는 것이 더욱 바람직하다.

그리고 수용홈이 형성된 제1본체의 가장자리에는 제1본체의 둘레를 따라 결합홈이 형성되고, 제2본체의 가장자리에는 제2본체의 둘레를 따라 결합홈에 삽입되는 결합돌기가 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명은 회전스크롤과 고정스크롤이 플레이트가 부착되지 않은 구조로 이루어지고, 제1, 2본체 내부에서 회전스크롤이 고정스크롤에 삽입된 상태에서 상대 운동하여 작동유체를 압축 또는 팽창시키기 때문에 작동유체를 압축 및 팽창시키는 과정에서 생성되는 작동유체의 압력이 회전스크롤과 고정스크롤의 회전축 방향으로는 거의 작용하지 않으며, 따라서 종래의 스크롤 압축기에서와 같이 회전스크롤을 견고하게 지지하기 위한 스러스트 베어링과 스틸볼 등의 수단을 구비하지 않고도 안정적으로 회전스크롤이 회전 동작될 수 있다.

또한 본 발명은 위에서와 같이 작동유체의 압력이 회전스크롤과 고정스크롤의 회전축 방향으로는 작용하지 않기 때문에 스크롤 압축기 또는 팽창기를 대형으로 제작할 수 있으며, 또한 압축기를 어느 방향으로도 설치할 수 있기 때문에 설치자유도가 대폭 향상된다.

도 1a, 도 1b는 종래의 스크롤 압축기의 예를 보인 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축기 및 팽창기의 예를 보인 사시도,
도 3은 도 2의 분리 사시도,
도 4는 도 2의 A-A선 단면도,
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 제1본체의 예를 보인 측면도 및 정면도,
도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 제2본체의 예를 보인 측면도 및 정면도,
도 7은 본 발명에 따른 고정스크롤의 예를 보인 정면도,
도 8은 본 발명에 따른 회전스크롤의 예를 보인 정면도,
도 9a와 도 9b는 본 발명에 따른 제1회전축의 예를 보인 사시도 및 정면도,
도 9c는 본 발명에 따른 제1회전축과 중앙축이 결합되는 예를 보인 측면도,
도 10a와 도 10b는 각각 본 발명에 따른 제2회전축의 예를 보인 사시도 및 정면도,
도 10c는 본 발명에 따른 제2회전축과 중앙축이 결합된 예를 보인 측면도,
도 11a는 본 발명에 따른 한 쌍의 중앙축이 서로 면접촉되도록 설치된 예를 보인 사시도,
도 11b와 도 11c는 각각 본 발명에 따른 한 쌍의 중앙축의 예를 보인 측면도 및 정면도,
도 12는 본 발명에 따른 회전스크롤에 제1, 2회전축이 결합된 한 쌍의 중앙축이 결합된 예를 보인 사시도,
도 13 내지 도 16은 본 발명의 스크롤 압축기의 사용예를 보인 사용 상태도,
도 17 내지 도 20은 본 발명의 스크롤 팽창기의 사용예를 보인 사용 상태도이다.

이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성과 작용을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 고정스크롤과 회전스크롤이 구비되어 회전스크롤이 고정스크롤에 대해 상대 운동함으로써 이들 스크롤 사이에 형성된 용적을 변화시킴으로써 내부에 유입된 작동유체를 압축 또는 팽창시키는 스크롤 압축기 및 팽창기에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1본체(10), 제2본체(20), 고정스크롤(30), 회전스크롤(40), 제1회전축(50), 제2회전축(60) 및 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)으로 이루어진다.

제1본체(10) 및 제2본체(20)는 서로 결합되어 하우징 기능을 하는 것으로 이러한 제1본체(10)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 사각 함체 형상으로 이루어지고, 그 일측면에는 개방된 원통 형상의 수용홈(11)이 형성되며, 이 수용홈(11)에는 후술하는 고정스크롤(30)과 회전스크롤(40)이 설치되어, 제1,2본체(10, 20)의 내부로 유입되는 작동유체를 압축 또는 팽창시키게 된다.

그리고 수용홈(11)에는 작동유체가 유입 또는 배출되기 위한 유입공(12)과 유출공(13)이 각각 설치되는데, 이러한 유입공(12)을 통해 유입된 작동유체가 압축 또는 팽창된 다음, 유출공(13)을 통해 배출되며, 이를 더욱 상세하게 설명하면, 도 5b에 도시된 바와 같이 수용홈(11)의 외측에는 작동유체가 유입공(12)(압축기로 기능하는 경우에는 유입공이 되고, 팽창기로서 기능하는 경우에는 유출공이 된다)이 형성되고, 수용홈(11)의 중심으로부터 일정 간격 이격된 편심 위치에는 작동유체가 배출되는 유출공(13)(유입공과 반대로, 압축기로 기능하는 경우에는 유출공이 되고, 팽창기로서 기능하는 경우에는 유입공이 된다)이 형성된다.

이때 수용홈(11)의 중심에 편심되어 형성되는 유출공(13)은 호 형상을 이루면서 장공 형태로 형성되는데, 이는 유출공(13)을 직경을 크게 하는 대신, 그 길이를 길게 형성하여 단면적을 크게 함으로써 작동유체의 유량에 적절히 대응할 수 있도록 하는 동시에 유출공(13)이 큰 직경으로 형성됨으로 해서 유출공(13)이 형성된 주위에 형성되는 작동유체의 유로가 돌출되거나 크게 변곡되는 것을 방지하고자 한데 따른 것이다.

한편, 수용홈(11)에는 후술하는 나선 형상의 고정스크롤(30)이 고정되어 설치될 수 있도록 고정스크롤(30)의 측면의 형상(나선 형상)과 동일한 형상을 가지면서 일정 깊이를 가지는 안착홈(14)이 형성되고, 이 안착홈(14)에 후술하는 고정스크롤(30)의 일단이 적정 깊이로 삽입되어 고정된다.

그리고 수용홈(11)의 외측 중앙 부분에는 도 5a에 도시된 바와 같이 후술하는 제1회전축(50)이 삽입되기 위한 원통 형상의 설치홈(15)이 형성되며, 이 설치홈(15)에는 제1회전축(50)을 지지하기 위한 베어링설치홈(16)이 연장 형성되고, 이 베어링설치홈(16)에는 한 쌍의 베어링(BR1)이 안착 설치된다.

또한 제1본체(10)의 모서리 부분에는 각각 양 측면을 관통하는 체결부재 설치공(17)이 형성되며, 이 체결부재 설치공(17)에 체결부재가 관통 설치됨으로써 제1본체(10)가 후술하는 제2본체(20)와 결합된다.

한편, 제1본체(10)의 유입공(12)이 형성된 저면에는 유입공(12)의 양측에 각각 일정 간격만큼 이격되어 암나사(18)가 형성되는데, 이 암나사(18)는 후술하는 제2본체(20)에 형성되는 암나사(25)와 함께 유입공(12)과 연결되는 배관 등을 제1, 2본체(10, 20)에 고정하는 용도로 사용된다.

그리고 수용홈(11)이 형성된 제1본체(10)의 가장자리에는 그 둘레를 따라 결합홈(10A)이 형성되고, 제1본체(10)와 결합되는 제2본체(20) 가장자리에는 그 둘레를 따라 결합홈(10A)에 삽입되는 결합돌기(20A)가 형성되어 결합홈(10A)에 결합돌기(20A)가 삽입되어 결합된다. 그리고 결합홈(10A)과 결합돌기(20A)가 각각 형성된 제1본체(10)와 제2본체(20)의 내측에는 오링설치홈(10B)이 형성되어 그 내부에 오링(O-ring, OR1)이 설치된다.

상기와 같은 구조에 의해 제1, 2본체(10, 20)가 체결부재에 의해 서로 마주보는 상태로 조립될 때 오링설치홈(10B)에 오링(OR1)이 삽입된 다음, 결합홈(10A)에 결합돌기(20A)가 삽입되면서 서로 밀착되고 이에 의해 수용홈(11)의 내부 기밀이 견고하게 유지된다.

제1본체(10)의 개방된 수용홈(11)을 커버하도록 설치되는 사각 형상의 제2본체(20)는, 제1본체(10)와 대응되는 형상을 가지는데, 그 구체적 형상은 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 제1본체(10)와 마주보는 면의 외측 중앙 부분에는 도 5a에 도시된 바와 같이 후술하는 제2회전축(60)이 삽입되기 위한 원통 형상의 설치홈(21)이 형성되며, 이 설치홈(21)에는 제2회전축(60)을 지지하기 위한 베어링설치홈(22)이 연장 형성되고, 이 베어링설치홈(22)에는 한 쌍의 베어링(BR3)이 설치된다.

그리고 베어링설치홈(22)에는 제2본체(20)를 관통하는 축관통공(23)이 연장 형성된다. 이때 축관통공(23)에는 제2회전축(60)의 외주면에 밀착되어 오링(OR2)이 설치되기 위한 오링설치홈(23A)이 더 형성되고, 이에 의해 수용홈(11) 내부의 작동유체가 축관통공(23)을 통해 외부로 누출되는 것이 방지된다.

상기와 같이 제2본체(20)에 형성된 축관통공(23)을 통해 제2회전축(60)의 일단이 제2본체(20)의 외측으로 돌출되며, 이 돌출된 제2회전축(60)에는 발전기, 모터 등이 설치되어 스크롤 팽창기와 압축기로서 동작된다.

한편, 제2본체(20)의 모서리 부분에는 제1본체(10)의 체결부재 설치공(17)의 위치와 대응하여 체결부재 설치공(24)이 각각 형성되고, 이에 의해 제1, 2본체(10, 20)가 서로 마주보도록 위치시킨 다음 체결부재(볼트(B))를 제1, 2본체(10, 20)를 관통시켜 볼트(B)의 선단을 너트(N)에 의해 체결하게 되면 제1, 2본체(10, 20)가 서로 견고하게 결합된다. 이때 제1,2본체(10, 20)를 더욱 견고하게 결합하는 동시에 기밀성을 더욱 확보할 수 있도록 체결부재를 이용하여 제1, 2본체(10, 20)를 서로 결합한 다음, 제1, 2본체(10, 20)가 서로 접촉되는 경계선을 따라 용접할 수도 있다.

제1본체(10)의 수용홈(11)에 형성된 나선 형상의 안착홈(14)에 일단이 삽입되어 고정되는 나선 형상의 고정스크롤(30)은 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이 후술하는 회전스크롤(40)과 반대 방향을 가지는 나선 형상으로 이루어지고, 이 고정스크롤(30) 사이에는 회전스크롤(40)이 삽입 설치된다.

제1본체(10)의 수용홈(11)에 설치되어 고정된 고정스크롤(30) 사이에 삽입 설치되어 회전 동작되는 회전스크롤(40)은 도 8에 도시된 바와 같이 나선 형상으로 이루어지고, 그 중앙 부분에는 타원 형상의 축설치부(41)가 형성되며, 이 축설치부(41)에는 제1,2축설치공(41A, 41B)이 형성되고, 이 제1,2축설치공(41A, 41B)에 각각 후술하는 중앙축(70A, 70B)이 설치된다. 그리고 이 축설치부(41)에는 그 일단이 고정스크롤(30)의 나선 방향과 반대 방향의 나선을 가지는 나선스크롤부(42)가 연결되어 형성된다.

상기와 같은 구조를 가지는 회전스크롤(40)은 도 4에 도시된 바와 같이 제1본체(10)의 수용홈(11)에 고정 설치된 고정스크롤(30)의 나선 사이로 삽입되어 설치되고, 제1,2축설치공(41A, 41B)에는 각각 중앙축(70A, 70B)이 삽입되어 설치되어 제2회전축(60)으로부터 전달되는 모터의 회전 동력에 의해 회전 동작되거나, 수용홈(11)으로 유입되는 작동유체의 팽창력에 의해 회전 동작되어 회전축에 설치된 발전기가 구동된다.

제1본체(10)의 수용홈(11)에 형성된 설치홈(15)과 베어링설치홈(16)의 내부에 설치되어 회전 동작하는 제1회전축(50)은 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 원통 형상의 축바디(51)와, 이 축바디(51)의 일측면에 중심(center)으로부터 일정거리 편심되게 형성되는 편심공(52)과, 편심공(52)이 형성된 반대쪽으로 돌출 형성되는 결합축(53)으로 이루어진다.

상기와 같은 구조에 의해 제1회전축(50)이 제1본체(10)에 조립될 때에는 도 9c에 도시된 바와 같이 제1회전축(50)의 결합축(53)의 외주면에 한 쌍의 베어링(BR1)이 삽입된 다음, 베어링이 결합된 결합축(53)이 제1본체(10)의 베어링설치홈(16)에 삽입 설치되고, 결합축(53)에 연결된 축바디(51)의 일측에 형성된 편심공(52)에는 후술하는 중앙축(70A)이 삽입 설치되며, 이 중앙축(70A)의 외주면에도 한 쌍의 베어링(BR2)이 설치됨으로써 제1본체(10)와 별도로 회전 동작된다.

제2본체(20)의 설치홈(21)에 설치되어 회전 동작되는 제2회전축(60) 역시 제1회전축(50)과 마찬가지로 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 원통 형상의 축바디(61)와, 축바디(61)의 일측면에 중심으로부터 일정거리 편심되게 형성되는 편심공(62)과, 편심공(62)이 형성된 반대의 측면으로 돌출 형성되는 결합축(63)으로 이루어진다.

상기와 같은 구조에 의해 제2회전축(60)이 제2본체(20)에 조립될 때에는 도 10c에 도시된 바와 같이 제2회전축(60)의 결합축(63)의 외주면에 한 쌍의 베어링(BR3)이 삽입된 다음, 베어링이 결합된 결합축(63)이 제2본체(20)의 베어링설치홈(22)에 삽입 설치되고, 결합축(63)에 연결된 축바디(61)의 일측에 형성된 편심공(62)에는 후술하는 중앙축(70B)이 삽입 설치되며, 이 중앙축(70B)의 외주면에도 한 쌍의 베어링(BR4)이 설치됨으로써 제2본체(20)와 별도로 회전 동작된다.

회전스크롤(40)의 제1,2축설치공(41A, 41B)에 각각 설치되는 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)은 도 11a, 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이 제1, 2회전축(50, 60)의 편심공(52, 62)에 삽입 설치되는 축결합부(71)와, 이 축결합부(71)의 반대 측면으로 돌출되며 제1,2축설치공(41A, 41B)에 삽입 설치되는 삽입축(72)으로 이루어진다.

상기와 같은 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)은 제1,2회전축(50, 60)의 편심공(52, 62)에 설치되어 베어링(BR2, BR4)에 지지됨으로써 회전 가능하도록 설치되며, 이에 의해 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)과 제1,2회전축(50, 60)과 서로 동일한 축선에 위치되지 않게 되며, 그 결과 회전스크롤(40)이 고정스크롤(30)에 대해 편심 회전하게 된다.

그리고 제2회전축(60)으로부터 전달되는 회전 동력에 의해 회전스크롤(40)이 회전 동작될 때 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)이 서로 연동되어 회전됨으로써 제1회전축(50)도 동시에 회전 동작되도록 구성될 필요가 있는데, 이를 위해 중앙축(70A, 70B)의 삽입축(72)의 일정 부분을 면취함으로써 면접촉부(72A)를 각각 형성한 다음, 이들 면접촉부(72A)를 서로 맞댄 상태가 되도록 제1,2축설치공(41A, 41B)에 각각 삽입 설치하며, 이에 의해 회전스크롤(40)의 자전(自轉)이 방지된다.

상기와 같은 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)이 회전스크롤(40)에 설치될 때에는 도 12에 도시된 바와 같이 중앙축(70A, 70B)의 삽입축(72)이 회전스크롤(40)의 중앙에 관통 형성된 제1,2축설치공(41A, 41B)에 삽입되어 설치되며, 이에 의해 도 4에 도시된 바와 같이 회전스크롤(40)을 기준으로 좌측에는 제1본체(10)와 제1회전축(50) 및 한 개의 중앙축(70A)이 설치되고, 우측에는 제2본체(20)와 제2회전축(60) 및 한 개의 중앙축(70B)이 설치된다.

이상과 같은 구조로 이루어진 본 발명의 스크롤 압축기는 유입공(12)과 유출공(13)에 연결되는 작동유체의 공급라인과 배출라인을 서로 바꿈으로써 팽창기로서 기능하게 되는데, 이하에서는 스크롤 압축기와 스크롤 팽창기를 각각 하나의 실시예로 하여 설명한다.

<실시예 1: 스크롤 압축기>

실시예 1은 본 발명이 스크롤 압축기로 사용될 때의 구조 및 작용에 관한 것으로, 이때 제2본체(20)의 외측으로 돌출되도록 설치된 제2회전축(60)의 결합축(63)에 모터가 연동되도록 설치된다. 그리고 유입공(12)을 통해 작동유체가 수용홈(11) 내부로 유입되어 압축된 다음, 중앙부에 형성된 유출공(13)을 통해 배출되도록 작동유체 배관과 연결된다.

상기와 같이 구성된 스크롤 압축기는 도 13 내지 도 16에 도시된 바와 같이 유입공(12)을 통해 작동유체가 수용홈(11)으로 유입되고, 이와 동시에 제2회전축(60)에 설치된 모터가 구동되어 제2회전축(60)이 회전 동작되면 중앙축(70B)과 함께 회전스크롤(40)이 회전 동작되고, 이에 의해 고정스크롤(30)과 회전스크롤(40)의 선단 부분의 이격된 틈으로 작동유체가 유입되며, 이와 같이 고정스크롤(30)과 회전스크롤(40) 사이의 틈에 유입된 작동유체는 회전스크롤(40)이 고정스크롤(30)에 대해 상대 운동하게 되면 회전스크롤(40)이 고정스크롤(30) 사이의 용적이 점진적으로 작아지게 되고, 그 결과 작동유체는 압축된 다음 제1본체(10)의 중앙 부분에 형성된 유출공(13)을 통해 외부로 토출되며, 이러한 동작은 계속 반복적으로 이루어진다.

<실시예 2: 스크롤 팽창기>

실시예 2는 본 발명이 스크롤 팽창기로 사용될 때의 구조에 관한 것으로, 이때 제2본체(20)에 축관통공(23)을 통해 제2회전축(60)의 결합축(63)이 제2본체(20)의 외측으로 돌출되도록 설치되고, 이렇게 돌출된 결합축(63)에는 벨트 풀리 또는 발전기 등이 설치된다. 그리고 작동유체는 압축기에서와는 반대로 유출공(13)을 통해 유입된 다음 유입공(12)을 통해 배출되도록 작동유체 배관과 연결된다.

상기와 같이 구성된 스크롤 팽창기는 도 17 내지 도 20에 도시된 바와 같이 유출공(13)을 통해 수용홈(11)에 공급된 작동유체는 고정스크롤(30)과 회전스크롤(40)사이의 공간을 따라 바깥쪽으로 나선 방향으로 흐르게 되고, 이 과정에서 고정스크롤(30)과 회전스크롤(40) 사이의 공간의 용적이 커지면서 작동유체가 팽창되며, 이에 의해 고정스크롤(30)에 대해 회전스크롤(40)이 상대 회전하게 되고, 이 회전스크롤(40)의 회전 동작에 의해 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)이 회전되면서 제1,2회전축(50, 60)도 함께 회전되며, 그 결과 제2회전축(60)에 설치된 발전기 등의 주축(도시되지 않음)이 회전 동작되면서 전기 에너지 등이 생산된다.

한편, 위에서는 제1, 2축설치공(41A, 41B)이 회전스크롤의 중앙부에 편심되도록 형성되는 것으로 도시하고 설명하였으나, 급배기되는 작동유체의 팽창 또는 압축비가 크게 하고자 하는 경우 제1, 2축설치공(41A, 41B)을 회전스크롤의 외주에 설치하고, 중앙축(70A, 70B) 및 제1,2회전축(50, 60)은 제1, 2축설치공(41A, 41B)의 위치에 맞추어 외주에 설치하면 유출공(13)을 수용홈(11)의 편심 위치가 아닌 중심에 형성시킬 수 있으며, 그 결과 작동유체의 압축비 또는 팽창비가 더욱 높게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 회전스크롤과 고정스크롤이 플레이트가 부착되지 않은 구조로 이루어지고, 제1, 2본체 내부에서 회전스크롤이 고정스크롤에 삽입된 상태에서 상대 운동하여 작동유체를 압축 또는 팽창시키기 때문에 작동유체를 압축 및 팽창시키는 과정에서 생성되는 작동유체의 압력이 회전스크롤과 고정스크롤의 회전축 방향으로는 거의 작용하지 않으며, 그 결과 종래의 스크롤 압축기에서와 같이 회전스크롤을 견고하게 지지하기 위한 스러스트 베어링과 스틸볼 등의 수단을 구비하지 않고도 안정적으로 회전스크롤이 회전 동작될 수 있으며, 또한 스크롤 압축기 또는 팽창기를 대형으로 제작할 수 있다.

10: 제1본체 10A: 결합홈
10B: 오링설치홈 11: 수용홈
12: 유입공(유출공) 13: 유출공(유입공)
14: 안착홈 15: 설치홈
16: 베어링설치홈 17: 체결부재 설치공
18: 암나사 20: 제2본체
20A: 결합돌기 21: 설치홈
22: 베어링설치홈 23: 축관통공
23A: 오링설치홈 24: 체결부재 설치공
25: 암나사 30: 고정스크롤
40: 회전스크롤 41: 축설치부
41A: 제1축설치공 41B: 제2축설치공
42: 나선스크롤부 50: 제1회전축
51: 축바디 52: 편심공
53: 결합축 60: 제2회전축
61: 축바디 62: 편심공
63: 결합축 63A: 면가공부
70A, 70B: 중앙축 71: 축결합부
72: 삽입축 72A: 면접촉부
B: 결합볼트 BR1, BR2, BR3, BR4: 베어링
N: 너트 OR1, OR2: 오링

Claims

일측면에 원통 형상의 수용홈(11)이 형성되는 제1본체(10)와;
일측면에 원통 형상의 수용홈(21)이 형성되며, 상기 제1본체(10)의 수용홈(11)을 커버하도록 체결부재에 의해 상기 제1본체(10)와 결합되는 제2본체(20)와;
상기 수용홈(11)의 내부에 설치 고정되는 나선 형상의 고정스크롤(30)과;
상기 고정스크롤(30)의 사이에 설치되어 회전 동작되며, 일단에 제1, 2축설치공(41A, 41B)이 형성된 회전스크롤(40)과;
상기 제1본체(10)의 수용홈(11)의 내측에 설치되어 회전 동작되는 제1회전축(50)과;
상기 제2본체(20)의 수용홈(21)의 내측에 설치되어 회전 동작되는 제2회전축(60) 및;
일단은 상기 제1, 2회전축(50, 60)에 각각 삽입되고, 타단은 상기 회전스크롤(40)의 제1, 2축설치공(41A, 41B)에 삽입되는 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)으로 이루어지고,
상기 수용홈(11)의 외측에는 작동유체가 유입되는 유입공(12)이 형성되며, 상기 수용홈(11)의 중심에서 편심된 위치에는 작동유체가 배출되는 유출공(13)이 형성되고,
상기 제2회전축(60)에는 구동모터가 설치되어 상기 유입공(12)을 통해 유입된 작동유체를 압축시켜 상기 유출공(13)을 통해 배출시키고,
상기 제1회전축(50)과 상기 제2회전축(60)의 일측면에는 각각 중심으로부터 일정 거리 편심된 위치에 편심공(52, 62)이 형성되고, 상기 편심공(52, 62)에는 상기 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)이 회전 동작되도록 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 중앙축(70A, 70B)에는 각각 일정 부분이 면취됨으로써 면접촉부(72A)가 형성되고, 상기 중앙축(70A, 70B)은 상기 면접촉부(72A)가 서로 맞댄 상태로 설치됨으로써 동시 회전 동작되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 수용홈(11)에는 상기 고정스크롤(30)이 일정 깊이 삽입되어 고정되는 나선 형상의 안착홈(14)이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1 내지 청구항 3 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 수용홈(11)의 외측 중앙 부분에는 상기 제1회전축(50)이 삽입되기 위한 원통 형상의 설치홈(15)이 형성되고, 상기 설치홈(15)에는 상기 제1회전축(50)을 지지하기 위한 베어링설치홈(16)이 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 수용홈(11)이 형성된 상기 제1본체(10)의 가장자리에는 상기 제1본체(10)의 둘레를 따라 결합홈(10A)이 형성되고, 상기 제2본체(20)의 가장자리에는 상기 제2본체(20)의 둘레를 따라 상기 결합홈(10A)에 삽입되는 결합돌기(20A)가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 수용홈(21)의 외측 중앙 부분에는 상기 제2회전축(60)이 삽입되기 위한 원통 형상의 설치홈(21)이 형성되고, 상기 설치홈(21)에는 상기 제2회전축(60)을 지지하기 위한 베어링설치홈(22)이 연장 형성되며, 상기 베어링설치홈(22)에는 상기 제2본체(20)를 관통하는 축관통공(23)이 연장 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 제1, 2축설치공(41A, 41B)은 상기 회전스크롤(40)의 외주에 설치되고, 상기 중앙축(70A, 70B) 및 제1,2회전축(50, 60)은 상기 제1, 2축설치공(41A, 41B)의 위치에 맞추어 외주에 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
일측면에 원통 형상의 수용홈(11)이 형성되는 제1본체(10)와;
일측면에 원통 형상의 수용홈(21)이 형성되며, 상기 제1본체(10)의 수용홈(11)을 커버하도록 체결부재에 의해 상기 제1본체(10)와 결합되는 제2본체(20)와;
상기 수용홈(11)의 내부에 설치 고정되는 나선 형상의 고정스크롤(30)과;
상기 고정스크롤(30)의 사이에 설치되어 회전 동작되며, 일단에 제1, 2축설치공(41A, 41B)이 형성된 회전스크롤(40)과;
상기 제1본체(10)의 수용홈(11)의 내측에 설치되어 회전 동작되는 제1회전축(50)과;
상기 제2본체(20)의 수용홈(21)의 내측에 설치되어 회전 동작되는 제2회전축(60) 및;
일단은 상기 제1, 2회전축(50, 60)에 각각 삽입되고, 타단은 상기 회전스크롤(40)의 제1, 2축설치공(41A, 41B)에 삽입되는 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)으로 이루어지고,
상기 수용홈(11)의 외측에는 작동유체가 배출되는 유출공(12)이 형성되며, 상기 수용홈(11)의 중심에서 편심된 위치에는 작동유체가 유입되는 유입공(13)이 형성되어 상기 유입공(13)을 통해 유입된 작동유체를 팽창시켜 상기 유출공(12)을 통해 배출시키고,
상기 제1회전축(50)과 상기 제2회전축(60)의 일측면에는 각각 중심으로부터 일정 거리 편심된 위치에 편심공(52, 62)이 형성되고, 상기 편심공(52, 62)에는 상기 한 쌍의 중앙축(70A, 70B)이 회전 동작되도록 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
청구항 9에 있어서,
상기 중앙축(70A, 70B)에는 각각 일정 부분이 면취됨으로써 면접촉부(72A)가 형성되고, 상기 중앙축(70A, 70B)은 상기 면접촉부(72A)가 서로 맞댄 상태로 설치됨으로써 동시 회전 동작되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
청구항 9에 있어서,
상기 수용홈(11)에는 상기 고정스크롤(30)이 일정 깊이 삽입되어 고정되는 나선 형상의 안착홈(14)이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
삭제
청구항 9 내지 청구항 11 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 수용홈(11)의 외측 중앙 부분에는 상기 제1회전축(50)이 삽입되기 위한 원통 형상의 설치홈(15)이 형성되고, 상기 설치홈(15)에는 상기 제1회전축(50)을 지지하기 위한 베어링설치홈(16)이 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
청구항 9 내지 청구항 11 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 수용홈(21)의 외측 중앙 부분에는 상기 제2회전축(60)이 삽입되기 위한 원통 형상의 설치홈(21)이 형성되고, 상기 설치홈(21)에는 상기 제2회전축(60)을 지지하기 위한 베어링설치홈(22)이 연장 형성되며, 상기 베어링설치홈(22)에는 상기 제2본체(20)를 관통하는 축관통공(23)이 연장 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
청구항 9 내지 청구항 11 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
상기 수용홈(11)이 형성된 상기 제1본체(10)의 가장자리에는 상기 제1본체(10)의 둘레를 따라 결합홈(10A)이 형성되고, 상기 제2본체(20)의 가장자리에는 상기 제2본체(20)의 둘레를 따라 상기 결합홈(10A)에 삽입되는 결합돌기(20A)가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
청구항 9에 있어서,
상기 제1, 2축설치공(41A, 41B)은 상기 회전스크롤(40)의 외주에 설치되고, 상기 중앙축(70A, 70B) 및 제1,2회전축(50, 60)은 상기 제1, 2축설치공(41A, 41B)의 위치에 맞추어 외주에 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.