KR20010007061A - 스크롤 압축기 - Google Patents

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Abstract

선회 스크롤의 편심측 부분의 회전을 소용돌이측 부분에 효율적으로 전동할 수 있으면서 소용돌이측 부분에 배압을 효과적으로 부여하는 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.
스크롤 압축기는 단판 (17) 의 일면측에 소용돌이형상 돌기 (18) 가 설치됨과 동시에 타면측에 편심축과의 걸어맞춤부 (22) 를 구비하고, 또 이 소용돌이형상 돌기 (18) 가 고정 스크롤의 소용돌이형상 돌기와 조합되어 소용돌이형상 압축실을 형성하는 선회 스크롤 (9) 을 구비하고, 선회 스크롤 (9) 의 선회에 따라 작동가스를 압축실내에서 압축하는 것이다. 선회 스크롤 (9) 의 단판 (17) 은 그 축방향을 따라 소용돌이측 부분 (13a) 과 편심측 부분 (13b) 으로 2 분할되고, 소용돌이측 부분 (13b) 및 편심측 부분 (13b) 의 상기 축방향의 상대이동을 허용한 상태에서 편심측 부분 (13b) 의 회전을 소용돌이측 부분 (13a) 에 전동하기 위한 전동수단 (40) (핀 등) 과 소용돌이측 부분 (13a) 에 고정 스크롤측에 대한 배압을 부여하는 탄성부재 (41) 를 구비하고 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 특히 이산화탄소 (CO2) 등의 초임계역에서 냉매를 사용하는 증기압축 냉동사이클에 적합한 스크롤 압축기에 관한 것이다.
최근, 환경보호의 관점에서 증기압축식 냉동사이클에 있어서 냉매의 탈프레온대책의 하나로서, 작동가스 (냉매가스) 로서 이산화탄소 (CO2) 를 사용한 냉동사이클 (이하, CO2사이클) 이 제안되어 있다 (예컨대, 일본특허공보 평7-18602 호). 이 CO2사이클의 작동은 프레온을 사용한 종래의 증기압축식 냉동사이클과 동일하다. 즉, 도 5 (CO2몰리에르선도) 의 A-B-C-D-A 로 나타나는 바와 같이, 압축기로 기상상태의 CO2를 압축하고 (A-B), 이 고온압축의 기상상태의 CO2를 방열기 (가스쿨러) 로 냉각한다 (B-C). 그리고, 감압기에 의해 감압하여 (C-D), 기액상상태로 된 CO2를 증발시켜 (D-A), 증발잠열을 공기 등의 외부유체로부터 빼앗아 외부유체를 냉각한다.
그런데, CO2의 임계온도는 약 31°로 종래의 냉매인 프레온의 임계점 온도와 비교하여 낮기 때문에, 여름철 등 외기온이 높은 때에는 방열기측에서의 CO2의 온도가 CO2의 임계점 온도보다 높아진다. 즉, 방열기 출구측에 있어서 CO2는 응축되지 않는다 (선분 BC 가 포화액선 (SL) 과 교차하지 않는다). 또한, 방열기 출구측 (C 점) 의 상태는 압축기의 토출압력과 방열기 출구측에서의 CO2온도에 따라 결정되고, 방열기 출구측에서의 CO2온도는 방열기의 방열능력과 외기온도 (제어불가) 에 따라 결정되기 때문에, 방열기 출구에서의 온도는 실질적으로는 제어할 수 없다. 따라서, 방열기 출구측 (C 점) 의 상태는 압축기의 토출압력 (방열기 출구측 압력) 을 제어함으로써 제어할 수 있게 된다. 즉, 여름철 등 외기온이 높은 때에는 충분한 냉각능력 (엔탈피 차) 을 확보하기 위해서는, E-F-G-H-E 로 나타나는 바와 같이, 방열기 출구측 압력을 높게 할 필요가 있다. 따라서, 압축기의 운전압력을 종래의 프레온을 사용한 냉동사이클에 비하여 높게 할 필요가 있다. 차량용 공조장치를 예로 들면, 상기 압축기의 운전압력은 종래의 R134 (프레온) 에서는 3 kg/cm2정도임에 비하여 CO2에서는 40 kg/cm2정도로 높고, 또한 운전정지압력은 R134 (프레온) 에서는 15 kg/cm2정도임에 비하여 CO2에서는 100 kg/cm2정도로 높아진다.
여기에서 종래의 일반적인 스크롤 압축기로는, 도 6 에 나타낸 바와 같이 케이싱 (도시 생략) 내에 단판(端板) (100a) 의 일면측에 소용돌이형상 돌기 (100b) 가 형성된 고정 스크롤 (100) 과, 단판 (101a) 의 일면측에 소용돌이형상 돌기 (101b) 가 설치됨과 동시에 타면측에 편심축 (102) 과의 걸어맞춤부 (103) 를 구비하고, 또 이 소용돌이형상 돌기 (101b) 가 고정 스크롤 (100) 의 소용돌이형상 돌기 (100b) 와 조합되어 소용돌이형상 압축실 (104) 을 형성하는 선회 스크롤 (101) 을 구비하고, 편심축 (102) 을 회전시키는 것에 따른 선회 스크롤 (101) 의 선회에 따라, 상기 케이싱 내에 도입된 작동가스를 상기 압축실 (104) 내에서 압축한 후에 토출하는 것이다 (예컨대 일본 공개특허공보 평5-149270 호).
그리고, 상술한 바와 같이 CO2을 작동가스로 한 운전압력이 높은 스크롤 압축기는 작동가스 누출에 따른 성능저하의 영향이 크기 때문에, 이것을 회피하기 위해 선회 스크롤 (101) 에 고정 스크롤 (100) 측에 대한 배압을 부여하고 있다. 즉, 선회 스크롤 (101) 의 단판 (101a) 을 선회 스크롤 (101) 의 축방향을 따라 상기 소용돌이형상 돌기 (100b) 를 구비한 소용돌이측 부분 (105) 과 걸어맞춤부 (103) 를 구비한 편심측 부분 (106) 으로 2 분할되고, 이들 소용돌이측 부분 (105) 및 편심측 부분 (106) 사이에 밀폐공간 (107) 을 형성함과 동시에, 상기 소용돌이측 부분 (105) 에 상기 압축실 (104) 의 고압작동가스를 상기 밀폐공간 (107) 내에 도입하기 위한 가는구멍 (108) 을 형성하였다. 또한, 부호 109 는 상기 밀폐공간 (107) 을 밀폐하기 위한 시일 부재를 나타내고 있다. 이러한 구성으로 압축실 (104) 의 고압작동가스 일부는 가는구멍 (108) 을 통해 밀폐공간 (107) 으로 도입되어 여기에 충만된다. 밀폐공간 (107) 에서 소용돌이측 부분 (105) 으로 작용하는 축방향 상향력과, 압축실 (104) 에서 소용돌이측 부분 (105) 으로 작용하는 축방향 하향력의 차압 (배압) 에 의해 소용돌이측 부분 (105) 은 전체적으로 부상되어 고정 스크롤 (100) 측으로 눌린다. 따라서, 고정 스크롤 (100) 과 선회 스크롤 (101) 의 단면 클리어런스를 없애, 여기서부터의 가스 누출을 억제한다.
그런데, 상술한 종래의 스크롤 압축기는, 2 분할 구조의 선회 스크롤 (101) 의 편심측 부분 (106) 의 회전을 상기 시일 부재 (109) 를 통해 소용돌이측 부분 (105) 에 전동시켜야 하는데, 전동효율이 낮으면서 시일 부재 (109) 의 마모가 현저해져 이 교환작업을 위한 메인테넌스에 수고가 든다는 문제점이 있다.
또, 압축작동가스에 의한 소용돌이 돌기측 부분에 대한 배압 부여 형태에서는, 스크롤 압축기의 특히 작동시에는 압축작동가스가 충분히 고압이 되지 않고, 배압 부여 효과가 낮아 결과적으로 압축효율이 낮다는 문제점도 있다.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 선회 스크롤의 편심측 부분의 회전을 소용돌이측 부분에 효율적으로 전동할 수 있으면서, 시일 부재가 마모되지 않고 항상 소용돌이측 부분에 배압을 효과적으로 부여할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 본 발명에 관한 스크롤 압축기의 일 실시형태의 종단면도,
도 2 는 도 1 에 선회 스크롤의 확대단면도,
도 3 은 선회 스크롤 이외의 예를 설명하기 위한 도면으로, 도 3a 및 도 3b 는 서로 직교하는 방향에서 절단된 단면도, 도 3c, 도 3d 및 도 3e 는 각각 소용돌이 돌기측 부분의 평면도, 편심측 부분의 평면도, 판 스프링의 평면도,
도 4 는 증기압축식 냉동사이클을 나타낸 모식도,
도 5 는 CO2의 몰리에르 선도,
도 6 은 종래의 스크롤 압축기의 요부를 나타낸 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
S : CO2사이클 1 : 스크롤 압축기
1A: 하우징 2 : 하우징 본체
4 : 프론트 케이스 (크랭크 케이스) 5 : 크랭크 샤프트
6 : 메인 베어링 8 : 고정 스크롤
9 : 선회 스크롤 13a : 소용돌이측 부분
13b : 편심측 부분 15 : 저압실 (흡입실,기계실)
16 : 고압실 27 : 자동방지 링
28 : 메커니컬 시일(샤프트 시일) 34 : 토출포트(톱 클리어런스)
35 : 토출밸브 40 : 전동(傳動)수단
40a : 핀 40b : 핀 끼워맞춤구멍
41 : 판 스프링 (탄성부재) 42a, 42b : 밀폐공간
47 : 고압 도입구멍 48 : 중간압 도입구멍
상기 목적으로 달성하기 위한 본 발명은 케이싱내에, 단판의 일면측에 소용돌이형상 돌기가 형성된 고정 스크롤과, 단판의 일면측에 소용돌이형상 돌기가 설치됨과 동시에 타면측에 편심축과의 걸어맞춤부을 구비하며, 또한 이 소용돌이형상 돌기가 상기 고정 스크롤의 상기 소용돌이형상 돌기와 조합되어 소용돌이형상 압축실을 형성하는 선회 스크롤을 구비하고, 상기 편심축을 회전시키는 것에 따른 상기 선회 스크롤의 선회에 따라, 상기 케이싱내에 도입된 작동가스를 상기 압축실내에서 압축한 후에 토출하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 선회 스크롤의 상기 단판은 상기 선회 스크롤의 축방향을 따라 상기 소용돌이형상 돌기를 구비한 소용돌이측 부분과 상기 걸어맞춤부를 구비한 편심측 부분으로 2 분할되고, 상기 소용돌이측 부분 및 상기 편심측 부분의 상기 축방향의 상대 이동을 허용한 상태에서 반경방향 및 둘레방향의 운동을 방지함과 동시에 상기 편심측 부분의 선회운동을 상기 소용돌이측 부분에 전동하기 위한 전동수단을 구비하고 있음을 특징으로 한다.
여기에서 상기 전동수단은 상기 소용돌이측 부분 또는 상기 편심측 부분에 축방향으로 돌출하여 설치된 핀과, 상기 편심측 부분 또는 상기 소용돌이측 부분에 형성되며, 또한 상기 핀이 상기 축방향으로 슬라이딩이 가능하게 끼워진 핀 끼워맞춤구멍을 구비하고 있다.
청구항 3 과 같이, 상기 전동수단의 일부로서 상기 소용돌이측 부분 및 상기 편심측 부분 사이를 이간하는 방향으로 탄성지지함으로써 상기 소용돌이측 부분에 상기 고정 스크롤측에 대한 배압을 부여하는 탄성부재를 구비하고 있음으로써, 2 분할 구조의 선회 스크롤의 편심측 부분의 회전을 전동수단으로, 소용돌이측 부분에 효율적으로 전동할 수 있으면서, 탄성부재에 의해 소용돌이측 부분에 항상 기계적으로 배압을 부여할 수 있다.
여기에서 상기 탄성부재로서 저렴한 판 스프링을 사용할 수 있다.
청구항 5 에 기재된 발명과 같이, 상기 소용돌이측 부분 및 상기 편심측 부분 사이에 밀폐공간이 형성되고, 상기 선회 스크롤의 상기 소용돌이측 부분에 상기 압축실의 중간압부내 또는 고압부내의 작동가스를 도입하기 위한 도입구멍이 형성되어 있음으로써, 탄성부재 이외에 압축작동가스에 의해서도 소용돌이측 부분에 배압을 부여할 수 있다. 여기에서 청구항 6 과 같이, 상기 밀폐공간은 2 개 형성되어, 일측의 밀폐공간에는 상기 중간압부내의 작동가스가, 타측의 밀폐공간에는 상기 고압부내의 작동가스가 도입되는 것으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명은 청구항 7 과 같이, 작동가스로서 이산화탄소를 사용한 냉동사이클에 사용되는, 운전압력이 높은 스크롤 압축기에 적용하는 것이 효과적이다.
(발명의 실시형태)
이어서, 본 발명에 관한 스크롤 압축기의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
우선, 본 발명의 스크롤 압축기를 구비한 CO2사이클에 대하여 도 4 를 참조하여 설명한다. 이 CO2사이클 (S) 은 예컨대, 차량용 공조장치에 적용한 것으로서, 1 은 기상상태의 CO2를 압축하는 스크롤 압축기이다. 스크롤 압축기 (1) 는 도시하지 않은 구동원 (예컨대, 엔진 등) 에서 구동력을 얻어 구동한다. 1a 는 스크롤 압축기 (1) 로 압축된 CO2를 외기 등과의 사이에서 열교환하여 냉각하는 방열기 (가스쿨러) 이고, 1c 는 방열기 (1a) 출구측에서의 CO2온도에 따라 방열기 (1a) 출구측 압력을 제어하는 압력제어밸브이다. CO2는 이 압력제어밸브 (1b) 및 스로틀 (1c) 에 의해 감압되어 저온저압의 기액 2 상 상태의 CO2로 된다. 1d 는 차실내의 공기냉각수단을 이루는 증발기 (흡열기) 로서, 기액 2 상 상태의 CO2는 증발기 (1d) 내에서 기화 (증발) 할 때에, 차실내 공기에서 증발잠열을 빼앗아 차실내 공기를 냉각한다. 1e 는 기상상태의 CO2를 일시적으로 축적하는 어큐뮬레이터이다. 그리고, 스크롤 압축기 (1), 방열기 (1a), 압축제어밸브 (1b), 스로틀 (1c), 증발기 (1d) 및 어큐뮬레이터 (1e) 는 각각 배관 (1f) 에 의해 접속되어 폐회로를 형성하고 있다.
이어서, 스크롤 압축기 (1) 의 일 실시형태에 대하여, 도 1 을 참조하여 설명한다.
스크롤 압축기 (1) 의 하우징 (1A) (케이싱) 은 컵형상의 케이스 본체 (2) 와 이것에 볼트 (3) 에 의해 체결된 프론트 케이스 (4) (크랭크 케이스) 로 구성되어 있다. 크랭크 샤프트 (5) 는 프론트 케이스 (4) 를 관통하며, 메인 베어링 (6) 및 서브 베어링 (7) 을 통해 프론트 케이스 (4) 에 회전이 자유롭도록 지지되어 있다. 크랭크 샤프트 (5) 에는 도시하지 않은 차량엔진의 회전이 공지의 전자 클러치 (32) 를 통해 전동되도록 이루어져 있다. 그리고, 부호 32a, 32b 는 각각 전자 클러치 (32) 의 코일 및 풀리를 나타낸다.
하우징 (1A) 의 내부에는 고정 스크롤 (8) 및 선회 스크롤 (9) 이 배열설치되어 있다.
고정 스크롤 (8) 은 단판 (10) 과 그 내면에 세워설치된 소용돌이형상 돌기 (랩) (11) 를 구비하고, 이 단판 (10) 은 볼트 (12) 에 의해 케이스 본체 (2) 에 고정되어 있다. 고정 스크롤 (8) 의 단판 (10) 외주면에는 O 링 (14) 이 매설되어 있고, 이 O 링 (14) 은 케이스 본체 (2) 내주면에 밀접하며, 케이스 본체 (2) 내를 저압실 (15) (흡입실) 과 고압실 (토출챔버) (16) 로 격리되어 있다. 고정 스크롤 (8) 의 단판 (10) 에는 토출포트 (34) 가 뚫어 설치되어 있으며, 부호 (35) 는 이 토출포트 (34) 를 개폐하기 위한 토출밸브이다.
선회 스크롤 (9) 은 단판 (17) 과 그 내면에 세워설치된 소용돌이형상 돌기 (랩) (18) 를 구비하고, 이 소용돌이형상 돌기 (18) 는 상기 고정 스크롤 (8) 의 소용돌이형상 돌기 (11) 와 실질적으로 동일한 형상을 갖고 있다. 고정 스크롤 (8) 과 선회 스크롤 (9) 은 상호 공전 선회 반경만큼 편심하고, 또 180°만큼 위상을 어긋나게하여 도시된 바와 같이 맞물리며, 소용돌이형상 돌기 (11) 선단에 매설된 칩 시일 (도시 생략) 은 단판 (17) 내면에 밀접하고, 소용돌이형상 돌기 (18) 선단에 매설된 칩 시일 (도시 생략) 은 단판 (10) 내면에 밀접하며, 그리고 소용돌이형상 돌기 (11, 18) 측면에 상호 복수 개소에서 밀접한다. 그럼으로써 소용돌이형상의 중심에 대해 거의 점 대칭을 이루는 압축실 (21a, 21b, 21c) 이 형성된다. 또, 21a, 21c 는 압축실의 고압부를 나타내고, 21b 는 압축실의 중간압부를 나타낸다. 고정 스크롤 (8) 과 선회 스크롤 (9) 사이에는 선회 스크롤 (9) 의 자전을 방지하면서 공전을 허용하는 자전방지 링 (27) (올덤 커플링) 이 설치되어 있다.
단판 (17) 의 외면 중앙부에 형성된 원통형상 보스 (22) (걸어맞춤부) 의 내부에는 드라이브 부시 (23) 가 레디얼 베어링을 겸하는 선회 베어링 (24) (드라이브 베어링) 을 통해 회전운동이 자유롭도록 수용되며, 이 드라이브 부시 (23) 에 뚫어설치된 관통구멍 (25) 내에는 크랭크 샤프트 (5) 의 내단에 돌출 설치된 편심축 (26) 이 회전운동이 자유롭도록 끼워맞춰져 있다. 또한, 단판 (17) 의 외면의 외주 가장자리와 프론트 케이스 (4) 사이에는 선회 스크롤 (9) 을 지지하기 위한 스러스트 볼 베어링 (19) 이 배치되어 있다.
크랭크 샤프트 (5) 의 외주에는 축시일장치로서의 공지의 메커니컬 시일 (28) (샤프트 시일) 이 배치되어 있고, 이 메커니컬 시일 (28) 은 프론트 케이스 (4) 에 고정된 시트 링 (28a) 과, 크랭크 샤프트 (5) 와 함께 회전하는 종동 링 (28b) 을 구비하며, 이 종동 링 (28b) 은 탄성지지부재 (28c) 에 의해 시트 링 (28a) 에 압접되어 있음으로써, 크랭크 샤프트 (5) 의 회전에 따라 시트 링 (28a) 에 대하여 슬라이딩한다.
여기에서 스크롤 압축기 (1) 의 특징부에 대하여, 도 2 를 참조하여 설명한다.
선회 스크롤 (9) 의 단판은 선회 스크롤 (9) 의 축방향으로 소용돌이형상 돌기 (18) 를 구비한 소용돌이측 부분 (13a) 과, 후술하는 편심축 (26) 의 걸어맞춤부인 보스 (22) 를 구비한 편심측 부분 (13b) 으로 분할되어 있다. 소용돌이측 부분 (13a) 은 복수개의 핀 (40a) 에 의해 편심측 부분 (13b) 에 대해 축방향으로 이동이 가능하게 되어 있음과 동시에, 편심측 부분 (13b) 의 회전을 복수개의 핀 (40a) 을 통해 소용돌이측 부분 (13a) 에 효율적으로 전동되도록 되어 있다. 상세하게 설명하면, 소용돌이측 부분 (13a) 의 외주부에 복수개의 핀 (40a) 이 축방향으로 돌출하여 설치되어 있으며, 한편 편심측 부분 (13b) 의 외주부에는 상기 핀 (40a) 이 축방향으로 슬라이딩이 가능하게 끼워진 핀 끼워맞춤구멍 (40b) 이 형성되어 있다. 또한, 소용돌이측 부분 (13a) 및 편심측 부분 (13b) 사이의 외주부에는 판 스프링 (41) 이 배치되어 있으며, 이 판 스프링 (41) 은 소용돌이측 부분 (13a) 에 고정 스크롤 (8) 측에 대한 배압을 부여하는 탄성부재이다. 상기 핀 (40a), 핀 끼워맞춤구멍 (40b) 및 판 스프링 (41) 에 의해 소용돌이측 부분 (13a) 및 편심측 부분 (13b) 의 상기 축방향의 상대 이동을 허용한 상태에서 반경방향 및 둘레방향의 운동을 방지함과 동시에 편심측 부분 (13b) 의 선회운동을 소용돌이측 부분 (13a) 에 전동하기 위한 전동수단 (40) 이 구성되어 있다. 이렇게 소용돌이측 부분 (13a) 은 그 축방향으로 운동이 가능한 축방향 컴플라이언스 지지구조 (플로트 구조) 로 되어 있다. 또, 핀 (40) 및 핀 끼워맞춤구멍 (40b) 을 상기 구성과는 반대로, 각각 편심측 부분 (13b) 및 소용돌이측 부분 (13a) 에 설치해도 된다.
소용돌이측 부분 (13a) 및 편심측 부분 (13b) 의 상호 대향면 (14a, 14b) 사이에는 밀폐공간 (42a, 42b) 이 형성되어 있다. 즉, 소용돌이측 부분 (13a) 의 대향면 (14a) 중앙부에는 원형 볼록부 (43a) 가 형성되어 있음과 동시에, 이 볼록부 (43a) 주위에는 오목부 (43b) 가 고리형상으로 형성되어 있다. 한편, 편심측 부분 (13b) 의 대향면 (14b) 의 중앙부에는 오목부 (44a) 가 형성되어 있음과 동시에, 이 오목부 (44a) 주위에는 볼록부 (44b) 가 고리형상으로 형성되어 있다. 볼록부 (43a) 및 오목부 (44a) 의 외주 계단부에는 단면 U 자형의 제 1 고리형상 시일 (45) 이 설치되어 있음으로써, 볼록부 (43a) 및 오목부 (44a) 사이에는 제 1 밀폐공간 (42a) 이 형성되어 있다. 또, 오목부 (43b) 및 볼록부 (44b) 의 외주 계단부에는 단면 U 자형의 제 1 고리형상 시일 (46) 이 설치되어 있음으로써, 오목부 (43b) 및 볼록부 (44b) 사이에는 제 2 밀폐공간 (42b) 이 형성되어 있다. 그리고, 상기 소용돌이측 부분 (13a) 에는 제 1 밀폐공간 (42a) 과 압축실의 고압부 (21a) (도 1 참조) 를 연통하기 위한 고압 도입구멍 (47) 이 형성되어 있고, 또한 제 2 밀폐공간 (42b) 과 압축실의 중간압부 (21b) (도 1 참조) 를 연통하기 위한 중간압 도입구멍 (48) 이 형성되어 있다. 한편, 제 2 밀폐공간 (42b) 및 중간압 도입구멍 (48) 은 설치하지 않아도 된다.
이어서, 상기 스크롤 압축기 (1) 의 동작에 대하여 설명한다.
전자 클러치 (32) 의 코일 (32a) 로 통전하여, 차량엔진의 회전을 크랭크 샤프트 (5) 로 전동시키면, 크랭크 샤프트 (5) 의 회전은 편심축 (26), 관통구멍 (25), 드라이브 부시 (23), 선회 베어링 (24), 보스 (22) 로 이루어지는 선회구동기구를 통해 선회 스크롤 (9) 이 구동되며, 선회 스크롤 (9) 은 자전방지 링 (27) 에 의해 그 자전이 저지되면서 공전 선회 반경을 반경으로 하는 원궤도상을 공전 선회 운동한다.
선회 스크롤 (9) 이 공전 선회 운동하면, 쌍방의 소용돌이형상 돌기 (11, 18) 의 선접촉부가 점차 소용돌이의 중심방향으로 이동하며, 그 결과 압축실 (21a, 21b, 21c) 이 용적을 감소하면서 소용돌이의 중심방향으로 이동한다. 이에 따라 흡입구 (도시생략) 를 통과하여 흡입실 (15) 로 유입된 작동가스 (화살표 A 참조) 가 쌍방의 소용돌이형상 돌기 (11, 18) 와의 외종단 개구부에서 중간압부 (21b) 내로 들어가서 압축되면서 고압부 (21c) 에 이르고, 여기에서 고정 스크롤 (8) 의 단판 (10) 에 뚫어설치된 토출포트 (34) 를 통과하여 토출밸브 (35) 를 밀어 열어서 고압실 (16) 로 토출되며, 그리고 토출구 (38) 를 통해 유출된다. 이와 같이 선회 스크롤 (9) 의 선회에 의해 흡입실 (15) 로부터 도입된 유체를 상기 압축실 (21a, 21b, 21c) 내에서 압축하여 이 압축가스를 토출한다.
또, 상기 압축실의 고압부 (21a) 에서 압축되어, 고압이 된 작동가스의 일부는 고압 도입구멍 (47) 을 통해 제 1 밀폐공간 (42a) 으로 도입되어, 여기에 충만된다. 선회 스크롤 (9) 의 소용돌이측 부분 (13a) 에 대해, 압축실이 가한 축방향 압력의 최대값보다 제 1 밀폐공간 (42a) 이 가한 축방향 압력이 크게 되도록 설정되어 있다. 즉, 제 1 밀폐공간 (42a) 의 면적을 R 로 하고, 또 여기에 토출압 (Pd) 이 작용하였을 때에 이 제 1 밀폐공간 (42a) 에서 소용돌이측 부분 (13a) 으로 작용하는 축방향의 힘 (F1) 은
F1= (Pd-Ps) ×R 이다. [Ps: 흡입압]
한편, 압축실에서 소용돌이측 부분 (13a) 으로 축방향의 힘 (F2) 이 작용한다. 여기에서 F1＞ F2이 되도록 제 1 밀폐공간 (42a) 의 면적 (R) 을 설정해두면, 소용돌이측 부분 (13a) 은 고정 스크롤 (8) 측으로 배압이 부여되어 고정 스크롤 (8) 에 눌린다. 제 2 밀폐공간 (42b) 에 대해서도 마찬가지다. 결과적으로 고정 스크롤 (8) 의 소용돌이형상 돌기 (11) 선단에 매설된 칩 시일 (도시 생략) 은 단판 (17) 의 내면에 밀접하고, 선회 스크롤 (9) 의 소용돌이형상 돌기 (18) 선단에 매설된 칩 시일 (도시 생략) 은 단판 (10) 의 내면에 밀접하며, 압축공간으로부터 작동가스가 누출 (리크) 되는 것을 방지할 수 있다.
전자 클러치 (32) 의 코일 (32a) 로의 통전을 해제하여, 크랭크 샤프트 (5) 로의 회전력의 전동을 끊으면, 스크롤 압축기 (1) 의 운전은 정지된다. 그리고, 전자 클러치 (32) 의 코일 (32a) 로 다시 통전하면, 스크롤 압축기 (1) 는 재기동된다.
본 실시형태에서는 선회 스크롤 (9) 의 편심측 부분 (13b) 의 회전을 복수개의 핀 (40) (전동수단) 을 통해, 소용돌이 돌기측 부분 (13a) 에 효율적으로 전동할 수 있다. 또, 스크롤 압축기 (1) 의 특히 작동시에는 압축 작동가스가 충분히 고압이 되지 않아 배압 부여의 효과가 낮지만, 판 스프링 (41) 에 의해 항상 소용돌이측 부분 (13a) 에 고정 스크롤 (8) 측에 대한 배압이 부여되기 때문에, 작동가스의 누출 (리크) 을 확실히 방지하여 압축효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 선회 스크롤측에 배압부여수단 및 축방향 컴플라이언스 구조 양쪽을 채택하였기 때문에, 고정 스크롤 전체를 플로트 구조로 하며, 또 고정 스크롤의 배면에 배압블럭을 설치한 경우와 비교하여, 고압실을 작게 할 수 있어, 결과적으로 하우징을 소형화할 수 있다.
도 3a 및 도 3b 는 선회 스크롤의 소용돌이측 부분의 축방향 컴플라이언스 지지구조 (플로트 구조) 이외의 예를 나타내기 위한 상호 수직방향으로 절단한 단면도이다. 도 3c 에 나타낸 소용돌이측 부분 (13a) 과 도 3d 에 나타낸 편심측 부분 (13b) 사이에는, 도 3e 에 나타낸 탄성부재로서의 링형상 판 스프링 (50) 이 설치되어 있고, 상기 판 스프링 (50) 은 복수개의 볼트 (51) 에 의해 소용돌이측 부분 (13a) 및 편심측 부분 (13b) 에 둘레방향으로 교대로 고정되어 있다. 상세하게 설명하면, 도 3d 에 나타낸 바와 같이 편심측 부분 (13b) 의 외주부에는 복수 (본 예에서는 4 개) 의 나사구멍 (52) 이 둘레방향을 따라 등간격으로 형성되어 있음과 동시에, 각각의 나사구멍 (52) 사이의 부분에는 소용돌이측 부분 (13a) 및 편심측 부분 (13b) 을 겹친 상태에서 소용돌이측 부분 (13a) 의 후술하는 각각의 나사구멍 (53) 을 덮지 않고 노출시키기 위한 노치 (52a) 가 형성되어 있다. 한편, 도 3c 에 나타낸 바와 같이, 소용돌이측 부분 (13a) 의 외주부에는 복수 (본 예에서는 4 개) 의 나사구멍 (53) 이 둘레방향을 따라 등간격으로 형성되어 있음과 동시에 각각의 나사구멍 (53) 사이의 부분에는 소용돌이측 부분 (13a) 을 편심측 부분 (13b) 에 겹친 상태에서 각각의 나사구멍 (52) 을 덮지 않고 노출시키기 위한 노치 (54) 가 형성되어 있다. 그리고, 도 3e 에 나타낸 바와 같이, 판 스프링 (50) 에는 8 개의 관통구멍 (55) 이 둘레방향으로 등간격으로 형성되어 있다.
8 개의 볼트 (51) 를 판 스프링 (50) 의 관통구멍 (55) 에 교대로 반대방향으로 통하면서, 편심측 부분 (13b) 의 각각의 나사구멍 (52) 및 소용돌이측 부분 (13a) 의 각각의 나사구멍 (53) 에 나사결합시킨다. 이러한 구성으로 소용돌이측 부분 (13a) 은 편심측 부분 (13b) 에 대해 판 스프링 (50) 의 휨 허용량만큼 축방향으로 이동할 수 있게 되어 있다. 그리고, 편심측 부분 (13b) 의 회전을 각각의 볼트 (51) 및 판 스프링 (50) 으로 이루어진 전동수단을 통해 소용돌이측 부분 (13a) 에 전동된다. 따라서, 탄성부재로서의 판 스프링 (50) 은 상기 전동수단의 일부를 구성하고 있다. 한편, 도 3 에서 소용돌이측 부분 (13a) 및 편심측 부분 (13b) 사이에 형성된 밀폐공간이나 고압 도입구멍은, 도 2 와 동일하기 때문에 도시하는 것을 생략하였다.
상기 각각의 실시형태에서는 개방형 압축기를, CO2를 작동가스로 하는 CO2사이클에 적용하였으나, 이에 한정되지 않으며, 통상의 프레온 등을 작동가스로 하는 증기압축식 냉동사이클에 적용하여도 된다.
본 발명은, 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있어, 이하에 기재한 바와 같은 효과를 갖는다.
청구항 1 에 기재된 발명은 2 분할 구조의 선회 스크롤의 편심측 부분의 회전을 전동수단으로 소용돌이측 부분에 효율적으로 전동하여, 동력손실을 저감시킬 수 있으면서 시일 부재가 손상되지 않아, 이를 위한 메인테넌스가 불필요해진다.
여기에서 청구항 2 에 기재된 발명과 같이, 상기 전동수단으로는 상기 소용돌이측 부분 또는 상기 편심측 부분에 축방향으로 돌출되어 설치된 핀과, 상기 편심측 부분 또는 상기 소용돌이측 부분에 형성되며, 또 상기 핀이 상기 축방향으로 슬라이딩이 가능하게 끼워진 핀 끼워맞춤구멍을 구비한 구조의 간단한 것을 들 수 있다.
청구항 3 과 같이, 상기 전동수단의 일부로서, 상기 소용돌이측 부분 및 상기 편심측 부분 사이를 이간하는 방향으로 탄성지지함으로써, 상기 소용돌이측 부분에 상기 고정 스크롤측에 대한 배압을 부여하는 탄성부재를 구비하고 있음으로써, 2 분할 구조의 선회 스크롤의 편심측 부분의 회전을 전동수단으로 소용돌이측 부분에 효율적으로 전동할 수 있으면서 탄성부재에 의해 소용돌이측 부분에 항상 기계적으로 배압을 부여할 수 있다. 그럼으로써 특히 스크롤 압축기의 작동개시시에도 압축실 가스가 누설되지 않아 압축효율이 높다. 그리고, 선회 스크롤측에 배압부여수단 및 축방향 컴플라이언스 구조의 전동수단 양쪽을 채용하였기 때문에, 고정 스크롤 전체를 플로트 구조로 하며, 또 고정 스크롤의 배면에 배압블럭을 설치한 경우와 비교하여, 고압실을 작게 할 수 있어, 결과적으로 하우징을 소형화시킬 수 있다.
여기에서 상기 탄성부재로서 저렴한 판 스프링을 사용할 수 있다.
청구항 5 에 기재된 발명은 상기 소용돌이측 부분 및 상기 편심측 부분 사이에 밀폐공간이 형성되고, 상기 선회 스크롤의 상기 소용돌이측 부분에, 상기 압축실의 중간압실내 또는 고압실내의 작동가스를 도입하기 위한 가는구멍이 형성되어 있음으로써, 탄성부재 이외에 압축작동가스에 의해서도 소용돌이측 부분에 배압을 부여할 수 있다.
여기에서 청구항 6 과 같이, 상기 밀폐공간은 2 개 형성되며, 일측의 밀폐공간에는 상기 중간압부내의 작동가스가, 타측의 밀폐공간에는 상기 고압부내의 작동가스가 도입되는 것으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명은 청구항 7 과 같이, 작동가스로서 이산화탄소를 사용한 냉동사이클에 사용되는, 운전압력이 높은 스크롤 압축기에 적용하는 것이 효과적이다.

Claims (7)

  1. 케이싱내에, 단판의 일면측에 소용돌이형상 돌기가 형성된 고정 스크롤과, 단판의 일면측에 소용돌이형상 돌기가 설치됨과 동시에 타면측에 편심축과의 걸어맞춤부을 구비하며, 또한 이 소용돌이형상 돌기가 상기 고정 스크롤의 상기 소용돌이형상 돌기와 조합되어 소용돌이형상 압축실을 형성하는 선회 스크롤을 구비하고, 상기 편심축을 회전시키는 것에 따른 상기 선회 스크롤의 선회에 따라, 상기 케이싱내에 도입된 작동가스를 상기 압축실내에서 압축한 후에 토출하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 선회 스크롤의 상기 단판은 상기 선회 스크롤의 축방향을 따라, 상기 소용돌이형상 돌기를 구비한 소용돌이측 부분과 상기 걸어맞춤부를 구비한 편심측 부분으로 2 분할되고, 상기 소용돌이측 부분 및 상기 편심측 부분의 상기 축방향의 상대 이동을 허용한 상태에서 반경방향 및 둘레방향의 운동을 방지함과 동시에, 상기 편심측 부분의 선회운동을 상기 소용돌이측 부분에 전동하기 위한 전동수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전동수단은 상기 소용돌이측 부분 또는 상기 편심측 부분에 축방향으로 돌출되어 설치된 핀과, 상기 편심측 부분 또는 상기 소용돌이측 부분에 형성되며, 또한 상기 핀이 상기 축방향으로 슬라이딩이 가능하게 끼워진 핀 끼워맞춤구멍을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전동수단의 일부로서 상기 소용돌이측 부분 및 상기 편심측 부분 사이를 이간하는 방향으로 탄성지지함으로써, 상기 소용돌이측 부분에 상기 고정 스크롤측에 대한 배압을 부여하는 탄성부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 탄성부재는 판 스프링인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 소용돌이측 부분 및 상기 편심측 부분 사이에 밀폐공간이 형성되고, 상기 선회 스크롤의 상기 소용돌이측 부분에 상기 압축실의 중간압부내 또는 고압부내의 작동가스를 도입하기 위한 도입구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 밀폐공간은 2 개 형성되며, 일측의 밀폐공간에는 상기 중간압부내의 작동가스가, 타측의 밀폐공간에는 상기 고압부내의 작동가스가 도입되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 작동가스는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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