KR102041229B1 - 스크롤식 유체 기계 - Google Patents

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Abstract

종래의 스크롤식 유체 기계에서는, 압축기 본체 유닛 및 모터 유닛의 방열이 불균형해짐 없이 축 길이를 단축하여, 소형화를 도모하는 점에 대해서 고려되어 있지 않았다. 상기 과제를 해결하기 위해, 스크롤식 유체 기계로서, 경판(鏡板)에 랩이 형성된 고정 스크롤과 선회 스크롤을 갖는 본체 유닛과, 본체 유닛을 구동하는 구동축과 로터와 스테이터를 갖는 모터 유닛을 구비하고, 고정 스크롤과 선회 스크롤의 경판의 랩이 형성된 면과 반대측의 면에는 냉각핀이 형성되고, 고정 스크롤의 경판의 직경 방향 치수를 α, 고정 스크롤의 냉각핀의 선단(先端)부터 선회 스크롤의 냉각핀의 선단까지의 축 방향 치수를 lc, 스테이터의 축 방향 치수를 ls라고 했을 때, α／16+lc／4≤ls≤α／4+lc를 만족시키도록 구성한다.

Description

스크롤식 유체 기계
본 발명은 스크롤식 유체 기계에 관한 것이다.
스크롤식 유체 기계의 하나인 예를 들면 스크롤 압축기 등의 압축기에 있어서는, 공간 절약성의 고객 요구가 높다.
본 기술분야의 배경기술로서, 일본국 특개2002-371977호 공보(특허문헌 1)가 있다. 특허문헌 1에는, 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이에, 당해 선회 스크롤의 자전을 저지한 공전 운동에 수반하여 외주측으로부터 내주측을 향하여 용적이 순차 축소하는 소용돌이 형상의 압축 동작실을 구획 형성하고, 이 압축 동작실의 용적의 축소에 수반하여 유입 기체를 압축하면서 이송하도록 한 스크롤형 유체 기계에 있어서, 주축의 일단(一端)에 설치되는 선회 베어링과, 상기 주축의 타단(他端)에 설치되는 모터측 베어링과, 상기 선회 베어링과 상기 모터측 베어링 사이에 설치되는 주베어링을 구비하고, 상기 선회 베어링을, 그 적어도 일부가 상기 선회 스크롤의 경판(鏡板)보다 고정 스크롤측에 위치하도록 배치한 스크롤형 유체 기계가 개시되어 있다.
일본국 특개2002-371977호 공보
특허문헌 1은, 모터와 스크롤 압축기 본체를 직동식으로 하고, 스크롤 압축기 본체의 베어링 위치를 압축실측에 배치함으로써 축 방향의 소형화를 행하고 있지만, 이러한 구조의 모터 직동식 스크롤 압축기에서는, 모터의 직경 방향 치수가 본체의 직경 방향 치수의 절반 정도밖에 없으므로 모터부의 냉각 면적이 적고, 또한 냉각핀도 형성되어 있지 않으므로, 방열에 대해서 전혀 고려되어 있지 않아, 모터가 발열하는 고부하에 의한 사용이 불가능해질 경우가 있다. 이와 같이 소형화를 도모하기 위해 압축기 본체 유닛 및 모터 유닛의 각부의 냉각 면적이 감소하면 온도가 상승해 버려 제품으로서 성립하지 않으므로, 각각의 방열을 고려할 필요가 있다.
그래서 본 발명은, 압축기 본체 유닛 및 모터 유닛의 방열이 불균형해지지 않고, 축 길이를 단축하여, 소형화를 도모하는 것이 가능한 스크롤식 유체 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 그 일례를 들면, 스크롤식 유체 기계로서, 경판에 랩이 형성된 고정 스크롤과, 고정 스크롤의 랩에 대향하여 랩이 경판에 형성된 선회 스크롤과, 고정 스크롤과 선회 스크롤을 수용하는 본체 케이싱을 갖는 본체 유닛과, 본체 유닛에 접속되어, 본체 유닛을 구동하는 구동축과, 구동축과 일체로 회전하는 로터와, 로터에 회전력을 부여하는 스테이터와, 구동축과 로터와 스테이터를 수용하는 모터 케이싱을 갖는 모터 유닛을 구비하고, 고정 스크롤과 선회 스크롤의 경판의 랩이 형성된 면과 반대측의 면에는 냉각핀이 형성되고, 고정 스크롤의 경판의 직경 방향 치수를 α, 고정 스크롤의 냉각핀의 선단(先端)부터 선회 스크롤의 냉각핀의 선단까지의 축 방향 치수를 lc, 스테이터의 축 방향 치수를 ls라고 했을 때,
α／16+lc／4≤ls≤α／4+lc
를 만족시키도록 구성한다.
본 발명에 의하면, 본체 유닛과 모터 유닛의 방열을 불균형하게 하지 않고, 축 길이를 단축하는 것이 가능한 스크롤식 유체 기계를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 있어서의 모터 직동식 스크롤 압축기의 외관 사시도.
도 2는 실시예에 있어서의 모터 직동식 스크롤 압축기의 정면도.
도 3은 실시예에 있어서의 모터 직동식 스크롤 압축기의 단면도.
도 4는 실시예에 있어서의 모터 직동식 스크롤 압축기의 냉각풍 도풍(導風) 부재를 제거한 상태의 정면도.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 실시예를 설명하기 위한 각 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 요소에는 동일한 명칭, 부호를 달아, 그 반복되는 설명을 생략한다.
[실시예]
본 실시예에 대해서, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4를 이용하여 설명한다. 또한, 본 실시예는, 스크롤식 유체 기계의 하나인 모터 직동식 스크롤 압축기를 예로 설명한다.
도 1은, 본 실시예에 있어서의 모터 직동식 스크롤 압축기(1)의 외관 사시도이다. 도 1에 있어서, 모터 직동식 스크롤 압축기(1)는, 주로, 본체 유닛과 그것을 구동하는 모터 유닛으로 구성되어 있다. 본체 유닛은, 본체 케이싱(15)과, 후술하는 고정 스크롤(7)과, 고정 스크롤(7)과 대향하여 설치되고 선회 운동하는 선회 스크롤(6)을 갖고, 유체를 팽창 또는 압축한다. 모터 유닛은, 본체 유닛에 접속되어, 본체 유닛을 구동하는 구동축인 후술하는 샤프트(3)와 모터 케이싱(11)과, 모터 케이싱(11)의 외주부에 모터 케이싱 냉각핀(12)을 갖고 있다. 또한, 후술하는 냉각팬(8)에 의한 냉각풍을 가이드하고, 후술하는 선회 스크롤(6) 및 고정 스크롤(7)을 냉각하기 위한 냉각풍 도풍 부재(10a, 10b, 10c, 및 10d)를 설치하고 있다.
도 2는 모터 직동식 스크롤 압축기(1)의 정면도를 나타내고, 도 3은 도 2의 F-F 위치에서 본 단면도이다. 또한, 도 4는 냉각풍 도풍 부재를 제거한 상태의 정면도이며, 고정 스크롤 냉각핀(13)의 구조도를 나타내고 있다.
도 3에 있어서, 모터 직동식 스크롤 압축기(1)는, 샤프트(3)와 로터(4)와 스테이터(5)가 모터의 역할을 하고 있어, 스테이터(5)에 전류를 흘림으로써 로터(4)와, 로터(4)와 일체가 된 샤프트(3)가 회전을 한다. 샤프트(3)의 일단은 선회 스크롤(6)을 구동하는 구동축인 편심부(偏芯部)를 갖고 있고, 이 편심부에 선회 스크롤(6)을 어셈블리하고 있다. 또한, 선회 스크롤(6)에 대향하여, 고정 스크롤(7)을 어셈블리하고 있고, 샤프트(3)의 회전에 의해, 고정 스크롤(7)에 대하여, 선회 스크롤(6)이 선회 운동을 행한다. 선회 스크롤(6)과 고정 스크롤(7)의 경판에는 소용돌이 형상의 랩이 설치되어 있고 상술한 선회 운동을 행함으로써 유체를 압축한다. 전류가 흐르기 때문에 발열하는 스테이터(5)나, 유체를 압축하기 때문에 발열하는 선회 스크롤(6) 및 고정 스크롤(7)을 냉각하기 위해, 샤프트의 편심부의 타단에 냉각팬(8)을 설치하고 있다. 냉각풍을 화살표(9)와 같이 흘려 선회 스크롤(6) 및 고정 스크롤(7)을 냉각하기 위한 냉각풍 도풍 부재(10a, 10b, 10c, 및 10d)를 설치하고 있다. 즉, 본체 유닛측으로부터 냉각팬(8)을 향하여 흐르는 냉각풍으로 모터 유닛의 외주면을 냉각하고, 또한, 냉각팬(8)으로부터 본체 유닛측을 향하여 흐르는 냉각풍으로 모터 유닛의 외주면을 냉각한다.
냉각 효율 향상을 위해, 스테이터(5)를 유지하는 모터 케이싱(11)의 외주부,및 고정 스크롤(7) 및 선회 스크롤(6)에, 도 1에 나타내는 모터 케이싱 냉각핀(12), 도 3에 나타내는 고정 스크롤 냉각핀(13), 선회 스크롤 냉각핀(14)을 설치하고 있다.
또한, 선회 스크롤(6)에 대하여 구동축을 지지하는 선회 베어링은, 선회 스크롤(6)의 경판보다 모터 유닛측에 배치되어 있다. 이에 따라, 축 방향 치수를 저감하기 위해 경판 내에 선회 베어링이 들어간 형상에 비교하여, 동일한 직경의 선회 스크롤(6) 및 고정 스크롤(7)이어도, 압축실을 삭감하지 않고 압축량을 확보할 수 있다.
또한, 로터(4)와 스테이터(5)는 축 방향으로 대향하도록 구성되어 있다. 이에 따라 축 방향 치수를 저감할 수 있다.
또한, 본체 유닛과 모터 유닛은, 본체 케이싱(15)과 모터 케이싱(11) 사이에서 체결 부재에 의해 착탈 가능하게 체결되어 있다.
또한, 모터 케이싱(11)의 직경 방향 치수를 축 방향 치수보다 길게 함으로써, 축 방향 치수를 저감함과 동시에 냉각 면적을 확보할 수 있다.
여기에서, 발열체인 선회 스크롤(6), 고정 스크롤(7), 스테이터(5)의 냉각부를 원통에 근사(近似)했을 경우, 고정 스크롤(7)과 선회 스크롤(6)의 랩과 냉각핀(13, 14)으로 구성하고 있는 점선으로 나타내는 영역(A)의 유효 냉각 면적을 SA라고 하고, 스테이터(5)와 모터 케이싱(11)의 스테이터(5)와의 끼워맞춤부만으로 구성하고 있는 점선으로 나타내는 영역(B)의 유효 냉각 면적을 SB라고 하면, SA, SB는, 식 (1), (2)에서 근사할 수 있다.
SA＝고정, 선회 스크롤 경판 면적+고정, 선회 스크롤 원통측 면적
＝2π×(α／2)2+2πα×lc
＝πα2／2+2παlc …(1)
SB＝모터 케이싱 스테이터부 원통측 면적
＝2πDmls …(2)
여기에서, α: 고정 스크롤 냉각핀(13)의 냉각풍에 대한 수평 방향 치수(고정 스크롤의 경판의 직경 방향 치수),
lc: 선회 스크롤 냉각핀(14) 단부면부터 고정 스크롤 냉각핀(13) 단부면까지의 거리,
Dm: 모터 케이싱 직경 방향 치수(냉각핀 포함함),
ls: 스테이터 축 방향 치수, 이다.
또한, 모터 직동식 스크롤 압축기는, 일반적으로, 압축기 본체의 효율보다 모터의 효율이 높다. 투입 전력으로부터 효율분을 뺀 분이 손실분이 되고, 각각의 손실분이 각각의 발열량에 비례하므로, 압축기 본체의 발열량은 모터의 발열량보다 커진다. 여기에서 본 실시예의 모터 직동식 스크롤 압축기에 있어서는, 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 발열량(Qc)은 모터의 입력에 대하여 10∼40％, 스테이터의 발열량(Qs)은 모터의 입력에 대하여 약 10％이기 때문에, Qs와 Qc의 관계는 식 (3)의 관계가 된다.
Qc／4≤Qs≤Qc …(3)
본체 유닛과 모터 유닛의 방열이 불균형해지지 않도록, SA와 SB의 관계는, 식 (3)에 대응한 면적을 마련할 필요가 있기 때문에, 식 (4)의 관계가 된다.
SA／4≤SB≤SA …(4)
따라서, 식 (1), (2), (4)로부터 하기 식 (5)가 유도된다.
α2／16+αlc／4≤Dmls≤α2／4+αlc …(5)
여기에서, α와 Dm의 관계에 대해서 설명한다. α＞Dm인 경우, 냉각풍 경로가 복잡하거나 혹은 경로 길이를 길게 해야만 하기 때문에, 냉각풍의 압력 손실이 증대하고 풍량이 저하되어 선회 스크롤, 고정 스크롤의 냉각이 악화되어 버린다. 또한, Dm을 작게 하기 때문에, ls가 커져 전체의 축 방향 치수(L)가 커져 버린다. 한편으로, α＜Dm인 경우, 모터 케이싱(11)으로 냉각풍이 흐르기 어려워지기 때문에, 모터 냉각이 악화된다. 또한, 모터 케이싱이 커지기 때문에, 이를 피하는 냉각풍 도풍 부재의 구조로 해야만 하고, 결과적으로 냉각풍 도풍 부재가 복잡 형상이 되어, 압력 손실이 증대하고 냉각 풍량이 감소해 버린다. 이상의 이유에서 α와 Dm의 관계는, 식 (6)의 관계로 했다.
α＝Dm …(6)
식 (6)의 근사가 성립하기 위해, 모터 케이싱의 냉각핀의 선단은 적어도 고정 스크롤에 형성된 랩의 최외주면보다 외측에 있다.
식 (6)을 이용하면, 식 (5)는 식 (7)이 된다.
α／16+lc／4≤ls≤α／4+lc …(7)
따라서, 본 실시예에서는 식 (7)을 만족시키도록, α, lc, ls를 설정함으로써, 본체 유닛과 모터 유닛의 방열을 균등하게 할 수 있고, 축 길이를 단축하는 것이 가능한 모터 직동식 스크롤 압축기를 제공할 수 있다. 따라서, 모터 직동식 스크롤 압축기의 소형화와 온도 저감을 동시에 도모할 수 있어, 고객 메리트가 생긴다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 스크롤 압축기에 대해서 설명했지만, 압축기 이외의 예를 들면 블로어나 펌프 등이어도 되고, 소위 스크롤식 유체 기계여도 된다. 또한, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세히 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것이 아니다.
1: 모터 직동식 스크롤 압축기
3: 샤프트
4: 로터
5: 스테이터
6: 선회 스크롤
7: 고정 스크롤
8: 냉각팬
9: 냉각풍 흐름 방향
10a, 10b, 10c, 10d: 냉각풍 도풍 부재
11: 모터 케이싱
12: 모터 케이싱 냉각핀
13: 고정 스크롤 냉각핀
14: 선회 스크롤 냉각핀
15: 본체 케이싱
α: 냉각핀을 포함하는 냉각풍 흐름과 수평 방향의 치수
lc: 고정 스크롤 냉각핀 단부면부터 선회 스크롤 냉각핀 단부면까지의 거리
Dm: 모터 케이싱 직경 방향 치수(냉각핀 포함함)
ls: 스테이터 축 방향 치수
L: 모터 직동식 스크롤 압축기 축 방향 치수

Claims (9)

  1. 경판(鏡板)에 랩(lap)이 형성된 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤의 상기 랩에 대향하여 랩이 경판에 형성된 선회 스크롤과, 상기 고정 스크롤과 상기 선회 스크롤을 수용하는 본체 케이싱을 갖는 본체 유닛과, 상기 본체 유닛에 접속되어, 상기 본체 유닛을 구동하는 구동축과, 상기 구동축과 일체로 회전하는 로터와, 상기 로터에 회전력을 부여하는 스테이터와, 상기 구동축과 상기 로터와 상기 스테이터를 수용하는 모터 케이싱을 갖는 모터 유닛을 구비하고, 상기 고정 스크롤과 상기 선회 스크롤의 각각에는 상기 경판의 상기 랩이 형성된 면과 반대측의 면에 냉각핀이 형성되고, 상기 고정 스크롤 및 상기 선회 스크롤의 발열량을 Qc, 상기 스테이터의 발열량을 Qs로 했을 때, Qc／4≤Qs≤Qc를 만족시키고, 상기 고정 스크롤의 상기 경판의 직경 방향 치수를 α, 상기 고정 스크롤의 냉각핀의 선단(先端)부터 상기 선회 스크롤의 냉각핀의 선단까지의 축 방향 치수를 lc, 상기 스테이터의 축 방향 치수를 ls라고 했을 때, α／16+lc／4≤ls≤α／4+lc를 만족시키는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터 케이싱의 직경 방향 외측에는 냉각핀이 형성되고, 상기 모터 케이싱의 당해 냉각핀의 선단은 상기 고정 스크롤에 형성된 상기 랩의 최외주면보다 직경 방향 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선회 스크롤에 대하여 상기 구동축을 지지하는 선회 베어링은, 상기 선회 스크롤의 경판보다 상기 모터 유닛측에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체 기계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동축의 상기 본체 유닛과 반대측의 단부에 냉각팬을 설치하는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체 기계.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 본체 유닛측으로부터 상기 냉각팬을 향하여 흐르는 냉각풍으로 상기 모터 유닛의 외주면을 냉각하는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체 기계.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 냉각팬으로부터 상기 본체 유닛측을 향하여 흐르는 냉각풍으로 상기 모터 유닛의 외주면을 냉각하는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체 기계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로터와 상기 스테이터가 축 방향으로 대향하는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체 기계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 본체 유닛과 상기 모터 유닛은, 상기 본체 케이싱과 상기 모터 케이싱 사이에서 체결 부재로 착탈 가능하게 체결되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체 기계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모터 케이싱의 직경 방향 치수는 축 방향 치수보다 긴 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체 기계.
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