KR19990029235A - 스크롤식 유체이동기계 - Google Patents

스크롤식 유체이동기계 Download PDF

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Abstract

스크롤식 유체이동기계는 동기적으로 함께 회전하는 제 1 및 제 2 스크롤체를 포함하며, 이들 회전축선들은 서로 편심되어 있다. 원통형 격벽은 스크롤체의 중심에서 축선방향으로 뻗도록 제공된다. 공간은 스크롤체의 스크롤 베인과 원통형 격벽사이에 제공된다. 원통형 격벽의 내부는 통기에 의해 냉각되며, 그리스윤활 올덤커플링은 원통형 격벽내부에 배치된다. 따라서, 금속으로 만들어진 올덤커플링은 장시간동안 마모와 변형으로부터 보호된다. 이 유체이동기계는 평형추나 핀-크랭크장치 어떠한 것도 필요로 하지 않는다. 이 기계는 스크롤체의 유체압축부에서 오일프리일 수 있다.

Description

스크롤식 유체이동기계
본 발명은 한 쌍의 회전 스크롤체를 가지고서 블로워 또는 진공펌프로서 사용되는 스크롤식 유체이동기계에 관한 것이다.
종래의 스크롤식 유체이동기계는 각각의 중심축선 주위 각각을 회전하는 한 쌍의 스크롤체를 가진다. 중심축선들은 서로 편심되어있다. 스크롤체들 중 하나의 스크롤(스파이럴) 베인은 다른 하나의 스크롤체의 스크롤 베인으로부터 각도상으로 변위된다. 이렇게 구조된 베인들은 차례로 압축챔버를 구획 형성하여, 한 쌍의 스크롤체가 동기적으로 회전하였을 때, 이 압축챔버가 이동축소되어서 동봉된 유체를 압축한다.
가장 널리 사용되고 있는, 이러한 유체이동기계의 제 1 형식에 있어서, 스크롤체들 중 하나는 원동기에 의해 구동되는 반면에, 다른 하나의 스크롤체는 마찰에 의해 회전되는데, 이는 다른 하나의 스크롤체의 스크롤 베인이 하나의 스크롤체의 스크롤 베인 및 측판과 접촉하고 있기 때문이다.
유체이동기계의 제 2 형식에 있어서, 한 쌍의 스크롤체의 외주에 각각 연결된 아암들과 그리고 스크롤체를 동기적으로 회전시키기 위해 이 아암들과 관련된 올덤커플링을 또한 갖춘 동기회전기구가 제공된다.
유체이동기계의 제 3 형식에 있어서, 스크롤체를 동기적으로 회전시키기 위해 스크롤체의 중심축선 주위에 올덤커플링이 배치된다. 올덤커플링은 윤활유가 공급되거나 오일프리(oil-free)일 수 있다.
유체이동기계의 제 1 및 제 2 형식은 스크롤 베인 또는 동기회전기구의 마찰접촉에 의해 제 2 스크롤체를 구동시키는데, 이는 스크롤 베인 또는 동기회전기구를 마모시켜서 마찰접촉에 기인한 커다란 금속성 소음을 발생시킨다. 부가적으로, 이러한 구조는 마찰부에 윤활유의 공급을 필요로 한다.
유체이동기계의 제 3 형식에 있어서, 올덤커플링은 스크롤체의 중심축선 주위의 공간에 위치된다. 이 공간은 높은 압축비의 인접압축챔버에 있는 고온유체에 의해 가열된다. 따라서, 오일공급식 올덤커플링은 윤활유의 증발에 기인하거나 또는 동력전달디스크 및 샤프트 커플링부재의 열팽창에 의해 고착됨을 경험할 수 있다. 한편, 오일프리 올덤커플링은 이 기계의 연속적인 작동에서의 사용시, 자기미끄럼능력, 고온저항 및 마모저항에서의 보다 나은 성능을 갖춘 재료로 만들어져야한다. 이러한 재료를 얻는 것은 어렵다.
더욱이, 한 쌍의 스크롤 베인이 오일프리 형식이고 서로 접촉하지 않는 것이 바락직하다.
상기의 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 구성은 제 1 스크롤체, 제 2 스크롤체, 제 1 스크롤체의 중심에서 축선방향으로 뻗어 제공된 원통형 격벽, 스크롤 베인과 원통형 격벽사이에 제공되어서 최종압축챔버를 구획형성하는 공간, 그리고 이 공간에 개방되고 제 1 및 제 2 스크롤체의 끝판들 중 하나에 제공된 출구포트를 포함한다.
본 발명의 제 2 구성은 원통형 격벽이 원통형 격벽에 축선방향으로 대향되는 끝판중 하나에 대해 미끄러지게 맞닿도록 선단에서 구비되어, 원통형 격벽 내부를 최종압축챔버로부터 밀봉하는 시일 링을 가지며, 원통형 격벽 내부가 한 쌍의 공기 냉각 통기로와 연통되어있는 것에 또한 특징되어진다.
본 발명의 제 3 구성은 축류 통기팬이 원통형 격벽의 내부를 통기시키기 위해 제공되는 것에 부가적으로 특징되어진다.
본 발명의 제 4 구성은 그리스로 윤활된 올덤커플링(방사상 미끄럼 커플링)이 원통형 격벽내에서 제공되어, 완전한 동기 관계로 제 1 및 제 2 스크롤체를 회전시키는 것에 특징되어진다.
본 발명의 제 5 구성은 압축챔버를 구획형성하는 제 1 및 제 2 스크롤 베인은 두 스크롤 베인사이의 소정의 값보다 큰 최소틈새를 가져서 서로 접촉하지 않는 것에 부가적으로 특징되어진다.
도 1은 한 쌍의 회전 스크롤체를 가진 스크롤식 유체이동기계의 전체적인 배열을 도시한 단면도;
도 2는 원통형 격벽을 사이에 장착하여 가지고있는 한 쌍의 스크롤체를 갖춘 다른 스크롤식 유체이동기계의 전체적인 배열을 도시한 단면도;
도 3a내지 도 3d는 유체이동기계의 스크롤 베인의 일련의 오버랩 상태를 도시한 도면;
도 4는 유체이동기계의 스크롤 베인에 대한 정면도;
도 5는 안에 장착하여 축류팬을 포함한 유체이동기계의 측단면도;
도 6은 장착된 축류팬의 정면도;
도 7은 연결허브와 토오크 전달디스크를 포함한 올덤커플링을 도시한 사시도;
도 8a내지 8d는 종래의 스크롤식 유체이동기계의 스크롤 베인의 일련의 오버랩 상태를 도시한 도면;
본 발명의 상기 설명된 구성들의 작동 효과들은 하기에서 설명될 것이다.
도 8에 도시된 바와 같은 종래의 구성에 있어서, 한 쌍의 스크롤 베인(2a,6a)은 회전 중심축선 근처에 압축챔버를 구획형성하여서, 중앙공간(4d)이 고온의 상태가 되도록 한다.
반면에, 본 발명에서는 이 스크롤기계의 중심부에 원통형 격벽이 제공되어서, 이 원통형 격벽의 외주면 주위에 최종압축챔버를 구획형성한다. 또한, 원통형 격벽의 내부는 밀봉되어 압축스크롤측으로부터 분리되며, 냉각을 위해 대기로 통기된다. 바람직하게도, 냉각성능을 향상시킬 목적으로 원통형 격벽내부를 통기시키기위해 축류팬이 제공된다. 원통형 격벽내부에 제공되며, 토오크 전달디스크 및 샤프트 커플링부재를 전체적으로 금속으로 만들어서 갖춘 올덤커플링은 저온주변공기에서 회전할 수 있어, 정상적인 그리스 윤활을 허용한다. 이것은 올덤커플링기구의 마모나 열팽창도 일으키지 않는다. 더욱이, 한 쌍의 편심적으로 되도록 배치된 스크롤체는 어떠한 백래시없이 동시적으로 회전할 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 스크롤 베인은 회전시, 그들의 위치에 있어서 올바른 상대적인 관계를 유지할 수 있어서, 이들 베인사이의 최소틈새를 확실히 유지한다.
도 1내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예는 하기에 설명될 것이다. 도 1 은 한 쌍의 회전 스크롤체를 갖춘 유체이동기계인 스크롤식 블로워롤 도시한다. 제 1 스크롤체(2)는 제 2 스크롤체(6)로부터 편심거리(m)만큼 떨어져있다. 제 1 및 제 2 스크롤체 중 하나에 각각 형성된 제 1 및 제 2 스크롤 베인(2a,6a)은 부분적으로 서로 오버랩되어서, 압축챔버(V1,V2)를 구획형성한다. 한 쌍의 스크롤체의 동기회전은 입구포트(17)로부터 유체를 유입시켜서, 압축챔버를 축소시켜서 스크롤체의 외주로부터 스크롤체의 중심부쪽으로 이동시킨다. 최종압축챔버(4)는 스크롤체(2)중심부에 제공된 원통형 격벽(4a)을 둘러싼 공간에서 구획형성된다. 시일 링(4b)은 최종압축챔버(4)로부터 원통형 격벽(4a)의 내부(5)를 밀봉한다. 압축된 유체는 토출 구(18)로부터 제 2 스크롤체(6)의 출구포트(7,9)를 통해 방출된다. 원동기 샤프트(3)는 억지끼워맞춤에 의해 제 1 스크롤체(2)의 샤프트 보스에서 형성된 오목부와 맞물린다. 제 1 스크롤체(2)의 중심축선(C1)은 원동기샤프트(3)의 축선과 맞추어져있다. 제 1 스크롤체(2)의 샤프트는 유체이동기계의 하우징(1)에 끼워맞춤된 베어링과 회전적으로 맞물린다. 제 2 스크롤체(6)의 샤프트 보스(6c)는 오일시일을 갖춘 베어링에 의해 유체이동기계의 측면 덮개(8)와 회전적으로 맞물린다. 제 2 스크롤체(6)의 중심축선(C2)은 측면 덮개(8)의 베어링과 맞추어진다. 본 실시예에서, 원통형 격벽(4a)은 제 1 스크롤체(2)상에 끼워맞춤되어 있지만, 제 2 스크롤체(6)상에 변경적으로 끼워맞춤될 수 있다.
한 쌍의 스크롤체(2,6)를 동기적으로 회전시키기 위해, 올덤커플링이 제공된다. 올덤커플링은 제 1 구동허브(13), 제 2 구동허브(14) 및 토오크 전달디스크(15)를 가진다. 제 1 구동허브(13)는 제 1 스크롤체(2)와 맞물려서, 제 1 스크롤체(2)의 중심축선(C1)과 맞추어진다. 제 2 구동허브(14)는 제 2 스크롤체(6)와 맞물려서, 제 2 스크롤체(6)의 중심축선(C2)과 맞추어진다. 토오크 전달디스크(15)는 제 1 구동허브(13)와 제 2 구동허브(14) 사이에 배치되어서, 이들 허브(13,14)와 미끄럼 가능하게 커플링한다. 허브(13,14)는 토오크 전달디스크(15)에 형성된 장방향 홈을 윤활하도록 각각 그리스구멍을 각각 가진다. 그리스는 이 기계의 한쪽 끝부에 개방된 통로를 통해 공급된다. 이 기계의 상기 끝부에서, 냉각팬(19)이 제공된다. 중심축선(C1)은 편심거리(m)만큼 중심축선(C2)으로부터 편심된다. 올덤커플링을 포함한 이러한 구조는 제 1 스크롤 베인(2a)과 제 2 스크롤 베인(6a)을 부분적으로 오버랩하여서, 이 기계가 작동하는 동안 압축챔버를 구획형성하도록한다. 편심거리(m)는 스크롤 베인의 피치, 두께 및 갯수에 따라 결정된다. 스크롤 베인의 선단부는 선단 시일 링(2b,6b)을 갖춘 각각의 마주보는 스크롤체의 끝판에 대해 밀봉된다.
제 1 스크롤체(2)의 냉각을 위해, 공기통로(11)로부터 공기를 흡입하여 원통형 격벽(4a)안으로 도입해서, 화살표(21)로 도시된 바와 같이, 통기로(10)로부터 방출시키는 시로코(sirocco)팬(12)이 제공된다. 한편, 다른 냉각팬(19)은 제 2 스크롤체측을 냉각하도록 제공된다.
도 2는 원통형 격벽(4c)이 스크롤체와 일체로 형성되지 않고 독립적으로 형성되어서, 한 쌍의 스크롤체 사이에 배치되는 다른 실시예를 도시한다.
도 3을 참조하여, 올덤커플링 및 한 쌍의 스크롤체(2,6)의 동기회전의 작동이 하기에 설명될 것이다. 한 쌍의 스크롤체(2,6)는 화살표에 의해 도시된 방향으로 회전하여서, 제 2 스크롤 베인(6a)이 90o의 위상차(도 2 에 도시된 실시예에는 180o의 위상차)를 가지고 제 1 스크롤 베인(2a)을 따라간다. 도 3a는 한 쌍의 스크롤체(2,6)에 대해 베이스상태로부터 1/4 회전상태를 도시하며, 여기서 제 1 스크롤 베인(2a)은 제 2 스크롤 베인(6a)을 부분적으로 오버랩하여서 밀폐된 압축챔버(V1)를 구획형성한다. 도 3b는 1/2 회전상태를 도시하며, 여기서 제 2 스크롤 베인(6a)은 제 1 스크롤 베인(2a)과 부분적으로 겹쳐서 다른 밀폐된 압축챔버(V2)를 구획형성한다. 도 3c와 도 3d는 스크롤체의 3/4 회전상태 또는 베이스상태를 각각 도시하며, 여기서 압축챔버(V1)또는 압축챔버(V2)가 나타난다. 따라서, 4 개의 압축챔버가 한 쌍의 스크롤체(2,6)의 매회전마다 나타난다. 오버랩된 스크롤 베인에 의해 압축된 유체는 원통형 격벽(4a) 외부에 있는 최종압축챔버(4)에 도달한다. 이 작동을 완수하기 위해, 한 쌍의 스크롤체(2,6)는 동일 각속도에서 동기적으로 회전하는 것이 또한 필요하며, 이것은 하기에 자세히 설명될 것이다.
도 7은 제 1 구동허브(13), 제 2 구동허브(14) 및 토오크 전달디스크(15)를 갖춘 올덤커플링을 도시한다. 구동허브(13,14)는 장방형 돌출부(13a)또는 장방형돌출부(14a)로 각각 형성된다. 장방형 돌출부(13a,14a)는 토오크 전달디스크(15)의 반대면들 중 한 면에 각각 형성된 장방형홈(15a,15a)들 중 하나와, H6/g6 정도의 맞물림 공차로 미끄럼 가능하게 각각 맞물림한다. 한 쌍의 장방형홈(15a,15a)은 서로에 수직하게 방향잡혀서, 중심축선(C1,C2)사이의 편심거리(m)를 가지고 이 스크롤체의 동기회전을 허용한다.
허브(13,14)각각은 토오크 전달디스크(15)의 해당홈(15a)내로 그리스를 공급하는 그리스구멍을 가진다. 따라서, 올덤커플링의 연결부는 마모 또는 변형으로부터 보호된다. 또한, 토오크 전달디스크(15)는 높은 토오크 강도를 갖춘 금속으로 만들어져서, 한 쌍의 스크롤체(2,6)가 어떠한 백래시도 없이 회전할 수 있다. 장방형 돌출부(13a,14a)는 스크롤체의 일회전에 편심거리(m)만큼 토오크 전달디스크(15) 홈(15a)내로 왕복운동하도록 미끄러져, 열을 거의 발생시키지 않는다. 더욱이, 도 1에 도시된 바와같이, 원통형 격벽의 내부(5)는 통기로(10,11)와 연통하여 저온을 유지하며, 올덤커플링의 정상연속작동을 허용한다.
더욱이, 도 5 및 도 6에 도시된 바와같이, 원통형 격벽의 내부(5)에 인접하여 제공된 축류팬(10a)은 공기냉각효과를 향상시킨다.
이 스크롤 기계가 스크롤식 진공펌프로서 적용될 때, 스크롤체의 중심보스는 회전적으로 밀봉되어서, 스크롤체의 외부로부터 분리된다.
또한, 본 발명은 한 쌍의 동기회전 스크롤체를 갖춘 단일 베인식 스크롤이동기계에 또한 적용될 수 있다.
더욱이, 본 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 스크롤 베인은 동일한 베인두께를 가지며, 동일한 인벌류트 곡선형상으로 원주상으로 뻗는다. 제 1 및 제 2 스크롤 베인은 서로로부터 각도상으로 이동되어서, 회전시 이들간의 최소틈새를 유지한다.
다음으로, 본 발명의 작동효과가 하기에 설명될 것이다.
본 발명에 따라, 원통형 격벽은 원통형 격벽의 내부로부터 압축챔버를 분리시키고, 그 내부는 통기배열에 의해 저온 유지한다. 따라서, 올덤커플링부재에 사용되는 그리스는 소모되지 않아서, 커플링 구조의 마모 및 변형을 방지한다. 더욱이, 이것은 장시간 올덤커플링에서의 백래시를 방지하여 한 쌍의 스크롤체의 일정 동기회전을 유지한다.
더욱이, 원통형 격벽 내부는 제 1 스크롤체측에 제공된 시로코팬 및 제 2 스크롤체측에 제공된 축류팬 양자에 의해 확실히 통기된다. 따라서, 최종압축챔버는 원통형 격벽에 의해 냉각되어서, 배출된 유체의 온도가 저온을 유지하게 한다.
또한, 올덤커플링이 한 쌍의 스크롤체의 안정적인 동기회전을 허용하기 때문에, 한 쌍의 스크롤 베인의 오버랩된 부분에서 최소틈새를 제공하는 것이 가능하여서, 오일프리 스크롤식 유체이동기계를 제공한다. 더욱이 올덤커플링은 소수의 요소로 이루어져서, 정밀한 구성과 함께 저렴한 제조비용을 이룰 수 있다.

Claims (5)

  1. 하우징, 측면 덮개, 제 1 스크롤체 및 제 2 스크롤체로 구성된 스크롤식의 유체이동기계에 있어서,
    상기 제 1 스크롤체는 구동샤프트 중심축선 주위를 회전하고,
    상기 제 2 스크롤체는 상기 구동샤프트 중심축선으로부터 편심된 축선 주위를 회전하며,
    상기 제 1 및 제 2 스크롤체는 단일 원동기에 의해 서로 동기적으로 회전하며,
    상기 제 1 및 제 2 스크롤체 각각은 끝판 및 상기 끝판상에 끼워맞춤된 적어도 하나의 원주방향으로 나선형으로 뻗은 스크롤 베인을 가지며,
    상기 제 1 스크롤체의 상기 스크롤 베인은 상기 제 2 스크롤체의 상기 스크롤 베인으로부터 각도상으로 벗어나서 배치되어서 상기 하우징의 외주로부터 하우징의 중심쪽으로 유체를 이동시키기위한 압축챔버를 형성하여 유체를 압축시키며,
    원통형 격벽은 상기 하우징의 중심에서 축선방향으로 뻗어 구비되고,
    공간은 상기 스크롤 베인과 상기 원통형 격벽 사이에 구비되어서 최종압축챔버를 형성하며, 그리고
    상기 공간에 개방된 출구포트는 제 1 및 제 2 스크롤체의 상기 끝판들 중의 하나에 구비되는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체이동기계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 격벽은 원통형 격벽에 축선방향으로 대향되는 끝판중 하나에 대하여 미끄럼 가능하게 맞닿도록 선단에 구비되어, 상기 원통형 격벽의 내부를 상기 스크롤체의 상기 최종압축챔버로부터 밀봉하는 시일 링을 가지고 있고, 그리고 상기 원통형 격벽 내부는 상기 제 1 및 제 2 스크롤체 각각의 끝판에 각각 구비된 한 쌍의 공기 냉각 통기로와 연통되어있는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체이동기계.
  3. 제 1 항에 있어서, 축류 통기팬이 상기 원통형 격벽의 내부를 통기시키기 위해 구비되는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체이동기계.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 스크롤체는 각각 중심 샤프트를 가지며, 상기 중심 샤프트는 올덤커플링을 형성하도록 커플링되어서 상기 중심 샤프트들이 서로로부터 편심되어 서로 동기적으로 회전하고, 상기 올덤커플링은 상기 올덤커플링을 윤활하기 위한 그리스 구멍을 갖춘 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체이동기계.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 압축챔버를 형성하는 상기 제 1 및 제 2 스크롤 베인은 이들사이의 소정의 값보다 큰 최소틈새를 가져서 서로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 스크롤식 유체이동기계.
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