KR19980081422A - 방출덕트를 갖춘 스크롤머신 - Google Patents

Abstract

스크롤 압축기는 압축기의 방출챔버내에 위치된 덕트를 포함하고 있다. 덕트는 스크롤의 방출포트로 부터 압축된 유체를 수용하고 그리고 압축된 유체의 흐름을 쉘을 통해서 뻗어 있는 유체포트로 직접 향하게 한다. 스크롤의 방출포트로 부터 직접 방출유체의 제어는 더욱 조용하고 더욱 냉각된 작동 압축기를 제공한다.

Description

방출덕트를 갖춘 스크롤머신

본 발명은 일반적으로 스크롤 타입 머신에 관한 것이다. 더욱 상세히는 압축기의 방출 또는 머플러 챔버내에 위치된 방출덕트를 통합한 스크롤 타입 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤머신 그리고 상세히는 스크롤 압축기는 작동유체가 배치되는 챔버를 형성하는 밀봉 쉘로 구비되어 있다. 쉘내의 칸막이는 챔버를 방출압력구역과 흡입압력구역으로 나눈다. 스크롤 조립체는 작동유체를 압축하기 위해 흡입압력 구역내에 위치해 있다. 일반적으로 이들 스크롤 조립체는 한쌍의 상호작용하는 나선형 랩(wraps)을 갖추고 있고, 그중 하나는 외부흡입 포트로 부터 중앙방출포트쪽으로 운행되면서 그 크기가 점차 작아지는 하나 이상의 가동챔버를 형성하도록 다른 것에 대해 궤도를 갖추도록 되어 있다. 전기모터는 통상 구비되어 적절한 구동샤프트를 통해 궤도 스크롤 랩을 작동하도록 구비되어 있다.

쉘내의 칸막이는 압축된 유체가 쉘내의 방출압력구역에 들어가도록 스크롤 조립체의 중앙방출포트를 나가는 한편 동시에 방출압력구역과 흡입압력구역 사이에서 완전성을 유지하여야 한다. 칸막이의 이러한 기능은 중앙방출포트를 형성하는 스크롤부재와 그리고 칸막이와 상호작용하는 시일에 의해 통상 달성된다.

밀봉 쉘의 방출압력구역은 머플러챔버로서 역시 기능할 수 있고 그리고 냉각회로 또는 다른 타입의 유체회로와 연통하는 방출 유체포트로 통상 구비되어 있다. 유체회로의 대향끝은 쉘을 통해서 흡입압력구역내로 뻗어 있는 흡입 유체포트를 사용하는 밀봉 쉘의 흡입압력구역과 연결되어 있다. 그러므로, 스크롤머신은 밀봉 쉘의 흡입압력구역으로 부터 작동유체를 수용하여, 스크롤 조립체에 의해 형성된 하나 이상의 가동챔버에서 이러한 작동유체를 압축하고 그리고 압축기의 방출압력구역내로 압축된 작동유체를 방출한다. 압축된 작동유체는 방출유체포트를 통해서유체회로로 향하고 그리고 흡입포트를 통해서 밀봉 쉘의 흡입압력구역으로 복귀한다.

일정한 압축기에서, 중앙방출포트는 비교적 뜨거운 압축된 기체가 압축기가 배치되는 밀봉 쉘의 내면에서 국지적인 구역쪽으로 방출되도록 위치되어 있다. 압축된 방출기체는 통상 비교적 뜨겁다. 하지만, 높은 압축비에서, 일시적인 작동 또는 시스템 장애의 팬작용, 충전의 손실과 같은 일정한 조건하에서, 방출기체는 극도로 뜨겁게 될 수 있다. 이렇게 뜨거운 압축된 기체는 쉘의 내부에 충돌하고, 바람직스럽지 못한 국지적인 핫스폿(hot spot)이 형성된다. 이러한 국지적인 핫스폿은 위험한 상황을 나타낼 수 있고 또한 쉘 재료의 강도와 내구성을 감소시킨다.

더욱이, 압축된 기체가 쉘의 내부에 충돌할때, 소음과 진동이 쉘에 직접 전달된다. 스크롤머신이 냉동, 에어콘 및 히트펌프응용에서 압축기로서 사용될때, 가능한한 가장 낮은 작동소음수준을 유지하는 것이 특히 유리하다. 따라서, 스크롤머신과 그 유체 시스템의 계속적인 개발은 비교적 뜨거운 방출 기체의 방출과 관련된 문제점의 제거와 마찬가지로 머신의 작동소음수준 양자를 감소시키는 방향으로 이루어지고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방출덕트를 통합하고 있는 스크롤 압축기의 수직단면도;

도 2는 도 1에 도시된 압축기의 방출압력구역의 확대 수직단면도;

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 방출덕트의 평면도;

도 4는 도 3에 도시된 화살표 4-4방향으로 취한 방출덕트의 수직단면도;

도 5는 도 1 내지 도 3에 도시된 방출덕트의 측면도;

본 발명은 스크롤의 중앙방출포트로부터 압축기의 방출압력구역의 방출포트로 비교적 뜨거운 방출기체를 향하게 하는 방출덕트를 구비하고 있다.

방출덕트는 압축기 쉘에서 임의의 국지적인 핫스폿을 상당히 감소시킨다.

본 발명의 다른 장점 및 목적은 이어지는 상세한 설명, 첨부된 청구범위와 도면으로 부터 당업자는 이해될 것이다.

(바람직한 실시예의 상세한 설명)

본 발명은 많은 다른 타입의 스크롤머신에 통합될 수 있는데, 예시적으로, 도 1에 도시된 일반적인 구조의 스크롤의 냉동 압축기에 통합하여 설명한다. 도면, 특히 도 1을 참조하면, 압축기(10)는 상부끝에서 캡(14)이 용접된 전체적으로 원통형인 밀봉 쉘(12)로 구성되어 도시되어 있다. 캡(14)은 통상의 방출밸브를 갖출 수 있는 냉매방출피팅(18)으로 구비되어 있다. 쉘(12)에 고정된 다른 주요요소는 입구피팅(20)과, 캡(14)이 쉘(12)에 용접되는 동일지점에서 그 주변에 용접된 가로방향으로 뻗은 칸막이(22)와, 각각 쉘(12)에 적절히 체결되는 방사상 바깥쪽으로 뻗은 복수의 다리를 갖춘 하부 베어링 하우징(26)과 메인 베어링 하우징(24)을 포함하고 있다. 상부끝에서 편심 크랭크 핀(34)을 갖춘 구동샤프트 또는 크랭크 샤프트(32)는 메인 베어링 하우징(24)에서 베어링(36)에 회전가능하게 저어널되어 있고 그리고 하부 베어링 하우징(26)에서 제 2베어링(38)에 저어널되어 있다. 크랭크 샤프트(32)는 하부끝에서 비교적 큰 직경의 동심보어(40)를 갖추고 있는데, 이것은 크랭크 샤프트(32)의 상부쪽으로 상향으로 뻗은 방사상 바깥쪽으로 경사진 소직경 보어(42)와 연통한다. 교반기(44)가 보어(40)내에 배치된다. 내부 쉘(12)의 하부는 윤활유로 채워지는 오일 섬프(46)를 형성한다. 보어(40)는 펌프로서 작용하여 윤활유를 크랭크 샤프트(32)까지 그리고 보어(42)내로 펌핑하며 긍극적으로는 윤활이 필요한 압축기의 모든 부분을 윤활한다.

크랭크 샤프트(32)는 모터 고정자(30)와, 이를 통과하는 권취부(48)와, 크랭크 샤프트(32)에 억지끼움되고 상부 및 하부 카운트웨이트(52,54)를 각각 갖춘 모터 회전자(50)를 포함하는 전기모터(28)에 의해 회전가능하게 구동된다.

메인 베어링 하우징(24)의 상부면은 플랫 스러스트 베어링표면(56)으로 구비되어 있는데 그위에 궤도스크롤부재(58)가 배치되고 이 부재는 그 상부면에서 나선형 랩 또는 베인(60)을 갖추고 있다. 궤도스크롤부재(58)의 하부면으로 부터 아래로 돌출한 것은 저어널 베어링(66)을 갖춘 원통형 허브인데 여기에서 크랭크 핀(34)이 구동적으로 배치된 내부보어(66)를 갖춘 구동부싱(64)이 회전가능하게 배치되어 있다. 크랭크 핀(34)은 보어(66)의 일부분에 형성된 플랫면(도시생략)과 구동적으로 결합되는 한표면에서 플랫을 갖추고 있어서 미국특허 4,877,382호에 도시된 바와 같은 방사상으로 유연한 구동장치를 구비한다. 올드함 커플링(68)이 궤도스크롤부재(58)와 베어링 하우징(24)사이에 배치되어 구비되어 있다. 올드함 커플링(68)은 궤도스크롤부재(58)와 비궤도 스크롤부재(70)에 맞춤되어 있어서 궤도스크롤부재(58)의 회전운동을 방지한다. 올드함 커플링(68)은 바람직하게 미국특허 5,320,506호에 개시된 타입이다.

비궤도 스크롤부재(70)는 궤도스크롤부재(58)의 랩(60)과 맞물림 결합하는 랩(72)을 갖추고 있다. 비궤도 스크롤부재(70)는 상향으로 개방된 오목부(76)와 연통하는 중앙에 배치된 방출통로(74)를 갖추고 있는데 이것은 차례로 칸막이(22)에서 개구부(78)를 통해 캡(14)과 칸막이(22)에 의해 형성된 방출 머플러챔버(80)와 유체연통한다. 개구부(78)입구에는 그 주위에 환형시트부(82)를 갖추고 있다. 비궤도 스크롤부재(70)는 그 상부면에서 평행한 동축측벽을 갖춘 환형 오목부(84)를 갖추고 있는데 90에서 방출압력과 88에서 흡입압력하에서 기체의 존재로부터 오목부(84)의 바닥을 분리하는 작용을 하는 환형 유동시일(86)이 상대적인 축방향운동을 위해 밀봉적으로 배치되어 통로(92)에 의해 중간 유체 압력원과 유체연통한다. 비궤도 스크롤부재(70)는 궤도스크롤부재(58)에 대하여 축방향으로 가압되어 스크롤부재(70)의 중앙부분에 작용하는 방출압력에 의해 만들어진 힘과, 오목부(84)의 바닥에 작용하는 중간 유체압력에 의해 만들어진 힘에 의해 랩 선단 밀봉을 강화한다. 오목부(76)와 개구부(78)에서의 방출기체는 시트부(82)에 대하여 작용하는 시일(86)에 의해 쉘에서 흡입압력에서 기체로부터 밀봉된다. 유동시일(86)의 이러한 축방향 압력 가압기능은 미국특허 5,156,539호에 상세히 개시되어 있다. 비궤도 스크롤부재(70)는 적절한 방식으로 베어링 하우징(24)에 장착되도록 설계되는데, 이것은 비궤도 스크롤부재(70)의 제한된 축방향(회전이 아님)운동을 제공할 것이다. 비궤도 스크롤부재(70)는 상기한 미국특허 4,877,382호 또는 미국특허 5,102,316호에 개시된 방식으로 장착될 수 있다.

압축기는 바람직하게 로우 사이드(low side)타입인데 피팅(20)을 통해 들어가는 흡입기체는 부분적으로 쉘내로 도피하고 모터의 냉각을 돕는다. 복귀하는 흡입기체의 적절한 흐름으로 모터는 원하는 온도한계내에 유지될 것이다. 이러한 흐름이 멈추면, 냉각의 손실은 모터 보호장치(94)를 시동시켜서 기계를 멈춘다.

상세히 설명한 바와같이, 스크롤 압축기는 종래에 알려져 있지 않고 또는 다른 특허 또는 출원 계극중인 특허에도 알려져 있지 않다.

본 발명은 오목부(76)와 개구부(78)를 통해서 방출통로(74)를 나가고 방출챔버(80)로 들어가는 압축된 냉매의 흐름과 조화하여 칸막이(22)에 고정적으로 체결된 단일의 방출덕트 조립체(100)에 관한 것이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 방출덕트 조립체(100)는 장착플랜지(102), 덕트(104) 및 램프(106)로 구성되어 있다. 플랜지(102)는 플랜지(102)의 외주근처에서 칸막이(22)에 고정적으로 체결되어 있다. 칸막이(22)는 플랜지(102)와 함께 환형갭(110)을 형성하는 환형오목구역(108)을 갖추고 있다. 환형갭(110)은 칸막이(22)와 플랜지(102)와 사이의 열전달을 감소시킨다. 플랜지(102)는 개구부(78)와 정렬되어 있는 원형개구부(112)를 형성하여 방출통로(74)로 부터 덕트 조립체(100)내로의 압축된 유체의 흐름을 허용한다. 덕트(104)는 플랜지(102)에 고정적으로 체결되고 개구부(112)로부터 유체회로로 유도하는 방출피팅(18)쪽으로 방출유체의 흐름을 향하게 하는 기능을 한다. 유체 입구덕트(104)는 덕트(104)의 대직경의 끝(114)에 부딪히고 방출피팅(18)쪽으로 90°선회한다. 덕트(104)의 출구끝(116)은 방출피팅(18)과 정렬되도록 각도져 있다. 갭(118)이 덕트(104)와 커버(14)사이에 유지되어 2개의 요소사이에 열전달을 방지한다. 갭(120)은 압축기 유체의 파동을 경감하기 위해서 덕트(104)와 방출피팅(18)사이에 유지된다. 복수의 구멍(122)이 덕트(104)의 내부와 방출챔버(80)사이에서 유체의 압력을 같게하기 위해서 덕트(104)의 벽을 통해 뻗어 있다.

램프(106)는 덕트(104)내에 배치되고 덕트(104)의 바닥벽에 고정적으로 체결된다. 램프(106)는 덕트(104)를 통해서 방출피팅(18)내로의 냉매의 흐름을 매끄럽게 한다.

입구피팅(20)을 통해서 쉘(12)로 들어오는 흡입 또는 복귀 기체는 도 1에 도시된 흡입배플(130)에 즉시 부딪히는데, 이것은 입구피팅(20)에 부착되어 있고, 이러한 유체의 대부분은 비궤도 스크롤부재(70)와 칸막이(22)사이의 구역으로 위로 향한다. 이러한 흡입기체는 비궤도 스크롤부재(70)를 냉각시키고 그리고 폴리트로픽 압축계수를 효과적으로 감소시킨다. 흡입기체는 비궤도 스크롤부재(70)상에 계속이어지며 쉘(12)내에서 하향하여 모터(28)를 냉각시킨다. 덕트 조립체(100)와 통합되지 않은 압축기에서, 칸막이(22)는 방출챔버(80)에서 더 더운방출기체에 의해 가열되고, 이러한 열은 비궤도 스크롤부재(70)와 칸막이(22)사이를 통과하면서 흡입기체로 전달된다.

덕트 조립체(100)의 기본원리는 칸막이(22)를 가능한한 많이 열로 부터 이격시키는 것이다. 이것은 방출기체가 방출챔버(80)내에서 순환하지 않게 하므로서 달성된다. 덕트 조립체(100)는 방출챔버(80)내에서 덕트 조립체(100)주위에 정체된 기체체적을 만들고 그리고 이러한 정체된 기체체적은 절연층으로서 작용한다. 대류 열전달 계수가 기체속도의 함수이므로,속도가 낮을수록 대류 열전달 계수는 낮게 될 것이다.

덕트 조립체(100)에 의해 야기된 뜨거운 방출기체로 부터의 칸막이(22)의 실질적인 격리는 압축기 작동동안에 칸막이(22)의 온도를 상당히 감소시킨다. 비궤도 스크롤부재(70)와 칸막이(22)사이를 순환하는 흡입기체는 칸막이(22)로부터 더 적은 열을 수용할 것이며 그러므로 덕트 조립체(100)가 없는 압축기와 비교하여 온도가 더 낮게될 것이다. 더 차가운 기체가 모터(28)에 도달하면 덕트 조립체(100)가 없는 압축기 조립체와 비교하여 모터 온도를 더 낮추어 동력소비를 더 감소하게 된다. 그리고 흡입기체는 낮은 온도로 스크롤 입구로 계속들어가 기체밀도를 증가시키고 결과적으로 질량유량을 증가시킨다. 이들 모든 과정은 칸막이(22)를 통과하면서 흡입기체에 의해 얻어진 열의 감소로 부터 이루어진다.

덕트 조립체(100)의 부가적인 장점은 캡(14)의 온도가 상당히 감소한다는 것이다. 덕트 조립체(100)는 덕트 조립체(100)로 부터 캡(14)을 분리하는 갭(118)을 구비하고 그리고 캡(14)의 내면에서 뜨거운 방출기체의 충돌을 제거한다. 뜨거운 방출기체의 충돌의 제거는 압축기 작동동안에 캡(14)의 온도를 상당히 감소시킨다. 마지막으로 캡(14)으로부터 멀리 방출기체의 방향을 바꾸는 것은 방출기체 파동충돌에 의해 캡(14)의 자극으로 부터 야기되는 높은 빈도의 소음을 감소시키게 되었다. 이것은 대부분의 작동조건에서 더욱 조용한 압축기 구동을 제공한다.

본 발명의 상기 설명은 바람직한 실시예 설명하였지만, 본 발명은 첨부된 청구의 범위의 사상과 범위를 벗어나지 않고 여러가지 변화 및 수정을 가할 수 있다.

Claims (20)

1. 쉘;

   상기 쉘에 배치되고 제 1나선형 랩을 갖춘 제 1스크롤부재;

   상기 쉘에 배치되고 서로 결합되는 제 2나선형 랩을 갖춘 제 2스크롤부재;

   상기 랩이 상기 스크롤에 의해 형성된 흡입포트와 상기 제 1및 제 2스크롤중의 하나에 의해 형성된 방출포트 사이에서 점진적으로 체적이 변하는 적어도 하나의 페쇄된 공간을 만들도록 서로에 대하여 상기 스크롤가 궤도를 이루도록 하는 수단;

   상기 쉘내에서 방출챔버와 흡입챔버를 형성하는 칸막이, 상기 방출챔버와 연통하는 상기 방출포트, 상기 방출챔버와 연통하는 유체포트를 형성하는 상기 쉘; 그리고

   상기 방출챔버내에 배치되고 상기 방출포트와 정렬된 입구와 상기 유체포트와 정렬된 출구를 갖춘 덕트; 로 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 덕트는 상기 칸막이에 체결된 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 칸막이와 상기 입구사이에 갭이 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 입구와 상기 출구는 서로 수직인 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 입구와 상기 출구 사이에서 상기 덕트내에 배치된 램프로 더 구성되어 있고, 상기 램프는 상기 덕트를 통해서 유체의 흐름을 매끄럽게 하는 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 쉘은 상부벽을 포함하고 있고, 상기 덕트는 상기 덕트와 상기 상부벽사이에 갭이 형성되도록 상기 방출챔버내에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 출구와 상기 유체포트사이에 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 칸막이와 상기 입구사이에 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 입구와 상기 출구는 서로 수직이고, 상기 덕트는 상기 유체를 상기 출구로 향하게 하고 그리고 상기 입구로부터 유체를 수용하는 형상으로 된 내부면을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 입구와 상기 출구 사이에서 상기 덕트내에 배치된 램프로 더 구성되어 있고, 상기 램프는 상기 덕트를 통해서 유체의 흐름을 매끄럽게 하는 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
11. 끝벽과 측벽을 갖춘 쉘;

    상기 쉘내에 배치되고 상기 쉘내에서 방출챔버와 흡입챔버를 형성하는 칸막이;

    상기 쉘의 상기 측벽을 통해 뻗어 있는 유체포트;

    상기 흡입챔버에 배치되고 제 1나선형 랩을 갖춘 제 1스크롤부재;

    상기 흡입챔버에 배치되고, 서로 결합되는 제 2나선형 랩을 갖춘 제 2스크롤부재;

    상기 랩이 상기 스크롤부재에 의해 형성된 흡입포트와 상기 제 1및 제 2스크롤부재중의 하나에 의해 형성되고 상기 압축된 유체를 끝벽쪽으로 향하게 하는 방출포트사이에서 점진적으로 체적이 변하는 적어도 하나의 폐쇄된 공간을 만들도록, 서로에 대하여 상기 스크롤부재가 궤도를 이루도록 하는 수단;

    상기 방출챔버내에 배치되고, 상기 방출포트와 정렬된 입구와 상기 유체포트와 정렬된 출구를 갖추고 상기 압축된 유체를 상기 유체포트쪽으로 향하게 하는 덕트; 로 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 덕트는 상기 칸막이에 체결된 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 칸막이와 상기 입구사이에 갭이 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
14. 제 11 항에 있어서, 상기 입구와 상기 출구는 서로 수직인 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
15. 제 11 항에 있어서, 상기 입구와 상기 출구 사이에서 상기 덕트내에 배치된 램프로 더 구성되어 있고, 상기 램프는 상기 덕트를 통해서 유체의 흐름을 매끄럽게 하는 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
16. 제 11 항에 있어서, 상기 덕트와 상기 끝벽사이에 갭이 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
17. 제 11 항에 있어서, 상기 출구와 상기 유체포트사이에 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
18. 제 11 항에 있어서, 상기 칸막이와 상기 입구사이에 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
19. 제 11 항에 있어서, 상기 입구와 상기 출구는 서로 수직이고, 상기 덕트는 상기 유체를 상기 출구로 향하게 하고 그리고 상기 입구로부터 유체를 수용하는 형상으로 된 내부면을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤머신.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 입구와 상기 출구 사이에서 상기 덕트내에 배치된 램프로 더 구성되어 있고, 상기 램프는 상기 덕트를 통해서 유체의 흐름을 매끄럽게 하는 것을 특징으로 하는 스크롤머신.