KR20010093314A - 스크롤형 압축기 - Google Patents

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KR20010093314A KR1020017009736A KR20017009736A KR20010093314A KR 20010093314 A KR20010093314 A KR 20010093314A KR 1020017009736 A KR1020017009736 A KR 1020017009736A KR 20017009736 A KR20017009736 A KR 20017009736A KR 20010093314 A KR20010093314 A KR 20010093314A
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이노우에 노리유끼
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Abstract

본 발명은 고정 스크롤(2)과 가동 스크롤(4)에 의해 압축실(16)이 형성되어 있다. 가동 스크롤(4)의 배면에는 제 1 배압실(14)이 형성되어 있다. 제 1 배압실에는 토출 압력의 유체가 유도된다. 압축 도중의 압축실(16a)의 냉매 가스를 흡입구(13) 측으로 유도하기 위한 언로더 기구(11)가 설치되어 있다. 언로더 기구(11)를 제어하기 위한 제어부(31)가 설치되어 있다. 이반력이 가압력 이상으로 되려고 하는 경우에는, 제어부에서 이것을 검지하여 언로더부를 동작시켜 압축 도중의 압축실의 유체를 흡입구 측으로 유도한다. 이로써, 가압력이 내려가더라도 이반력이 내려감으로써 상대적으로는 충분한 가압력이 얻어져, 내부 누설이 저감되는 스크롤형 압축기가 얻어진다.

Description

스크롤형 압축기{Scroll Type Compressor}
종래의 스크롤형 압축기의 일 예로서, 일본 특개평6-330864호 공보에 기재된 스크롤형 압축기에 대하여 설명한다.
도 8을 참조하여, 스크롤형 압축기의 케이싱(101) 내의 상부에는, 가동 스크롤(103)과 고정 스크롤(102)이 지지되어 있다. 가동 스크롤(103)의 미러판(131)에는 가동 스크롤의 이(齒:132)가 돌출하여 설치되어 있다. 고정 스크롤(102)의 미러판(121)에는 고정 스크롤 이(122)가 돌출하여 설치되어 있다. 가동 스크롤 이(132)와 고정 스크롤 이(122)가 맞물림으로써 압축실이 형성된다.
고정 스크롤(102)의 외주 부분에는, 흡입관(107)으로부터 보내진 냉매 가스를, 압축실로 넣기 위한 흡입구(180)가 설치되어 있다. 고정 스크롤(102)의 중앙 부근에는, 압축되어 고압이 된 냉매 가스를 토출하기 위한 토출구(123)가 형성되어 있다.
케이싱(101) 내의 하부에는, 모터(104)가 설치되어 있다. 그 모터(104)로 부터 연장되는 구동축(141)이 가동 스크롤(103)의 하방에 고정된 베어링하우징(105)에 베어링 지지되어 있다. 가동 스크롤(103)의 미러판(131)에 설치된 보스부(boss; 133)가 구동축(141)의 상단 부분에 삽입되어 있다.
베어링 하우징(105)과 가동 스크롤(103)의 사이에는 배압실(背壓室;109)이 형성되어 있다. 이 배압실(109)에는 고압(토출 압력)이 작용하고 있다. 가동 스크롤(103)과 베어링 하우징(105)의 사이에는 밀봉 링(170)이 설치되어 있다.
이 밀봉 링(170)은 고압의 배압실(109)과, 가동 스크롤(103)과 고정 스크롤(102)이 배치되어 있는 저압(흡입 압력)의 공간을 밀봉하고 있다. 이 때문에, 밀봉 링(170)보다 내측의 가동 스크롤(103)의 미러판(131)의 배면에는 토출 압력이 작용하여, 밀봉 링(170)보다 외측의 배면에는 흡입 압력이 작용하게 된다.
고정 스크롤(102)의 미러판(121)에는, 과압축을 방지하기 위해서 압축 도중의 압축실의 냉매 가스를 토출실(101A)로 벗어나게 하기 위한 릴리프 포트(110)와 릴리프 밸브(111)가 설치되어 있다.
또한, 고정 스크롤(102)에는, 토출구(123)의 상부측을 덮는 커버 바디(124)가 고정 볼트에 의해 설치되어 있다. 커버 바디(124)는 케이싱(101)내 상부측에 고정된 지지판(106)에 연결되어 있다. 지지판(106)에는 토출구(123)에 연통하는 연통 구멍(161)이 설치되어 있다.
연통 구멍(161)이 개구하고 있는 케이싱(101)의 토출실(101A)과, 베어링 하우징(105)보다 하방의 공간(101B)이, 연락로(101C)로 연통되어 있다. 그 공간(101B)에는, 고압의 냉매 가스를 케이싱(101) 밖으로 송출하기 위한 토출관(108)이 개구하고 있다.
다음은 상술한 스크롤형 압축기의 동작에 대하여 설명한다.
모터(104)의 회전에 동반하여, 가동 스크롤(103)이 고정 스크롤(102)에 대하여 공전 구동하고, 가동 스크롤 이(132)와 고정 스크롤 이(122)에 의해서 형성되는 압축실이, 외주부로부터 중심부로 향하여 소용돌이 형으로 수축하면서 이동한다.
이 동작에 의해, 흡입관(107)으로부터 흡입구(180)를 지나서 압축실로 보내진 저압의 냉매 가스가 압축되어 고압의 냉매 가스가 된다. 고압의 냉매 가스는, 토출구(123)로부터 토출한다. 토출구(123)로부터 토출한 냉매 가스는, 연통 구멍(161), 토출실(101A) 및 연락로(101C)를 지나서 공간(101B)으로 흘러 들어온다. 공간(101B)에 흘러 들어온 냉매 가스는, 토출관(108)으로부터 케이싱(101)의 밖으로 송출된다.
다음은, 이 동작에 있어서의 가동 스크롤(103)의 미러판(131)에 작용하는 압력에 대하여 설명한다. 미러판(131)에는, 한쪽으로부터 압축실 내의 유체의 압력이 작용하고, 다른쪽으로부터 배면 압력이 작용한다. 도 9는 미러판(131)의 위치에 대한 압축실 내의 압력 분포와 배면의 압력 분포를 모식적으로 도시한 것이다.
상술한 바와 같이, 압축실은 외주부로부터 중심부로 향하여 소용돌이 형으로 수축하면서 이동한다. 이 때문에, 흡입 행정 중의 최외주의 압축실로부터 압축 도중의 압축실을 지나서, 토출 행정 중의 압축실에 도달하는 것에 의해서, 압축실의 압력이 상승한다.
따라서, 흡입 행정 중의 압축실의 압력이 가장 낮아 흡입 압력(Ps)이 되고, 토출 행정 중의 압력이 가장 높아 토출 압력(Pd)이 된다. 압축 도중의 압축실의압력은, 흡입 압력(Ps)과 토출 압력(Pd) 사이의 압력(Pm)이 된다.
이로써, 가동 스크롤(103)의 미러판(131)에는, 상기 압력에 기초하여 가동 스크롤과 고정 스크롤을 떨어뜨리려고 하는 힘(이반력; 離反力)이 작용하게 된다.
한편, 미러판(131)에는, 상술한 바와 같이, 미러판(131)의 배면의 밀봉 링(170)보다 내측의 영역에서는 토출 압력(Pd)이 작용하고, 외측의 영역에서는 흡입 압력(Ps)이 작용하고 있다.
이로써, 가동 스크롤(103)의 미러판(131)에는 상기 압력에 기초하여, 이반력과는 반대 방향으로, 가동 스크롤(103)을 고정 스크롤(102) 측으로 가압하려고 하는 힘(가압력)이 작용하게 된다.
표준 운전 압력비로 스크롤형 압축기가 운전되는 경우에는, 도 9에 도시하는 바와 같은 압력 분포가 된다. 따라서, 이 경우에서는, 이반력과 비교하여 충분한 가압력이 얻어지고, 가동 스크롤(103)이 고정 스크롤(102)로부터 떨어지는 것이 방지된다. 그리고, 각 스크롤 이(122, 132)가 각각 미러판(121, 131)에 밀착함으로써, 내부 누설을 억제할 수 있다.
또한, 운전 압력비란, 스크롤형 압축기에 증발기 및 응축기를 포함시킨 냉동 사이클에 의해 정해지는 압력비이고, 구체적으로는, 응축 압력으로 결정되는 토출 압력(Pd)을 증발 압력으로 결정되는 흡입 압력(Ps)으로 나눈 값이다.
표준 운전 압력비란, 이 값이 각 스크롤 이(122, 132)에 의해 결정되는 설계압력비와 동일 레벨인 상태를 말하며, 구체적으로는, 이 값이 약 2 내지 5의 범위에 있는 상태를 말한다.
상술한 바와 같이, 스크롤형 압축기가 표준 운전 압력비로 운전되는 경우에는, 이반력과 비교하여 충분한 가압력이 얻어지고, 내부 누설을 억제할 수 있다.
그러나, 운전 압력비의 값이 약 2 이하인 저 운전 압력비로 운전되는 경우에는, 이하에 제시하는 바와 같은 문제가 있었다. 이러한 운전 압력비는, 설계 압력비보다도 작아지는 경우이고, 구체적으로는, 흡입 압력(Ps)이 토출 압력(Pd)과 비교하여 상대적으로 높아지는 경우나, 토출 압력(Pd)이 흡입 압력(Ps)과 비교하여 상대적으로 낮아지는 경우이다. 따라서, 이 경우에는, 토출 압력이 내려가기 때문에 압축 도중의 압축실의 압력이 토출 압력보다도 높아지는 경우가 있다.
이러한 저 운전 압력비의 경우에 있어서의 미러판(131)의 위치에 대한 압축실 내의 압력 분포와 배면의 압력 분포에 대하여 설명한다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 흡입 행정 중의 압축실의 압력이 가장 낮아 흡입 압력(Ps)이고, 압축 도중의 압축실의 압력이 가장 높아 압력(Pm)이 된다. 토출 행정 중의 압축실의 압력은, 흡입 압력(Ps)과 압력(Pm) 사이의 토출 압력(Pd)이 된다. 미러판(131)은, 이러한 압력에 기초하여 이반력이 작용하게 된다.
한편, 미러판(131)에는, 배압력으로서 밀봉 링(170)보다 내측의 영역에서는 토출 압력(Pd)이 작용하고, 외측의 영역에서는 흡입 압력(Ps)이 작용하고 있다. 미러판(131)에는, 이러한 압력에 기초하여 가압력이 작용하게 된다.
이반력과 가압력을 비교하면, 토출 압력(Pd)이 압축 도중의 압력(Pm)보다도 낮아지기 때문에, 이반력에 대하여 가압력이 충분하지 않게 된다. 이 때문에, 각 스크롤 이(122, 132)가 각각 미러판(121, 131)에 양호하게 밀착할 수 없게 되어,고압측의 압축실에서 저압측의 압축실로 향하여 내부 누설이 발생하는 경우가 있었다.
또한, 상기 스크롤형 압축기의 경우에는, 압축 도중의 압축실에 있어서, 소정 압력 이상으로 된 경우(과압축)에, 릴리프 밸브(111)를 열고, 그 압축실의 냉매 가스를 릴리프 포트(110)를 거쳐 토출실(101A)로 흘릴 수 있다. 이로써, 압축 도중의 압축실의 압력은, 토출 압력(Pd) 정도로까지 내려가게 된다.
그런데, 릴리프 포트(110)에 통하고 있는 압축실의 뒤(외측)에 연결되는 압축실의 압력은, 흡입 압력(Ps)보다도 높은 상태에 있다. 이 때문에, 릴리프 포트(110)에 통하고 있는 압축실의 압력이, 토출 압력(Pd) 정도로까지 내려 갔다 고는 하더라도, 이반력에 대하여 가압력이 충분하지 않아, 내부 누설이 발생하는 경우가 있었다.
본 발명은 스크롤형 압축기에 관한 것으로, 특히 고정 스크롤과 가동 스크롤의 밀봉성을 높여, 내부 누설(leak)이 억제되는 스크롤형 압축기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 스크롤형 압축기를 포함하는 냉동 사이클의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 상기 실시예에 있어서, 도 1에 도시하는 스크롤형 압축기의 부분 종단면도.
도 3은 상기 실시예에 있어서, 제어부의 플로차트를 도시하는 도면.
도 4는 상기 실시예에 있어서, 가동 스크롤의 위치에 대한 압축실 압력과 배압력의 분포를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 스크롤형 압축기의 부분 종단면도.
도 6은 상기 실시예에 있어서, 가동 스크롤의 위치에 대한 압축실 압력과 배압력의 분포를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 스크롤형 압축기의 부분 종단면도.
도 8은 종래의 스크롤형 압축기의 부분 종단면도.
도 9는 종래의 스크롤형 압축기에 있어서, 가동 스크롤의 위치에 대한 압축실 압력과 배압력의 분포를 도시하는 도면.
도 10은 종래의 스크롤형 압축기에 있어서, 문제점을 설명하기 위한 가동 스크롤의 위치에 대한 압축실 압력과 배압력의 분포를 도시하는 도면.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 이반력에 대하여 충분한 가압력이 얻어지고, 내부 누설이 저감되는 스크롤형 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 스크롤형 압축기의 제 1은, 고정 스크롤 및 가동 스크롤과, 흡입구와, 토출구와, 언로더부와, 제어 수단과, 제 1 배압실을 구비하고 있다. 고정 스크롤 및 가동 스크롤은 압축실을 형성하고 있다. 흡입구는 압축실에 유체를 보내고 있다. 토출구는 압축실에서 압축된 유체를 토출한다. 언로더부는, 압축 도중의 압축실 내의 유체를 흡입구 측으로 유도한다. 제어 수단은 언로더부를 동작시킨다. 제 1 배압실은 고정 스크롤 및 가동 스크롤의 어느 한쪽의 스크롤의 배면에 설치되고, 토출구로부터 토출한 토출 압력을 갖는 유체가 유도된다. 제어 수단은, 흡입 압력 및 토출 압력을 검지, 산출 또는 예측하고, 검지, 산출 또는 예측된 흡입 압력 및 토출 압력에 기초하여, 고정 스크롤과 가동 스크롤을 떨어뜨리려고 하는 이반력과, 한쪽의 스크롤을 다른쪽의 스크롤에 가압하려고 하는 가압력을 비교하여, 그리고, 가압력이 이반력에 대하여 부족하였을 때 또는 부족한 듯할 때에 언로더부를 동작시켜, 압축 도중의 압축실 내의 유체를 흡입구 측으로 개방한다.
이 스크롤형 압축기에 의하면, 예를 들면 저 운전 압력비로 운전되는 경우에 과압축 현상이 발생하는 등으로 이반력이 가압력 이상으로 되려고 하는 경우에는, 제어부에서 이것을 검지하여 언로더부를 동작시키는 것에 의해, 압축 도중의 압축실의 유체가 흡입구 측으로 유도된다. 이로써, 가압력이 내려가더라도 이반력이 내려감으로써, 상대적으로는 충분한 가압력이 얻어져 압축실의 내부 누설을 억제할 수 있다. 또한, 과압축 현상도 완화시킬 수 있다.
바람직하게는, 스크롤형 압축기의 제어 수단에서는, 토출 압력 및 흡입 압력은, 케이싱의 밖에서, 토출한 유체를 내보내는 토출관과 유체를 받아들이는 흡입관의 사이에 접속되는 증발기 및 응축기를 각각 흐르는 유체의 온도로부터 산출된다.
이 경우에는, 증발기를 흐르는 유체의 온도도로부터 얻어지는 증발 온도와, 응축기를 흐르는 유체의 온도로부터 얻어지는 응축 온도로부터, 각각 증발 압력과 응축 압력이 일의적(一意的)으로 구해진다. 그 증발 압력 및 응축 압력은, 각각흡입 압력 및 토출 압력에 거의 같다. 이로써, 증발기를 흐르는 유체의 온도와 응축기를 흐르는 유체의 온도를 측정함으로써, 용이하게 흡입 압력과 토출 압력을 구할 수 있다.
또한 바람직하게는, 스크롤형 압축기의 언로더부는, 압축 도중의 압축실과 흡입구 측의 영역을 연통하는 제 1 통로의 도중에 설치되고, 토출 압력의 유체 또는 흡입 압력의 유체에 의해 제 1 통로의 개폐 동작을 행하기 위한 제 1 개폐부를 갖고, 흡입 압력의 유체가 제 1 개폐부로 유도되는 것에 의해, 제 1 개폐부가 열리고, 토출 압력의 유체가 제 1 개폐부에 유도되는 것에 의해, 제 1 개폐부가 닫혀진다.
이 경우에는, 제 1 개폐부의 개폐 동작을, 유체의 압력을 이용하여 토출 압력의 유체와 흡입 압력의 유체를 바꾸는 것에 의해서 용이하게 행할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 제 1 배압실이 설치되어 있는 스크롤의 배면에, 토출 압력의 유체가 감압되어 유도되는 제 2 배압실을 더 구비하고 있다.
이 경우에는, 토출 압력의 유체가 감압됨으로써, 제 2 배압실 내의 압력은 토출 압력과 흡입 압력 사이의 압력이 된다. 이로써, 제 2 배압실 내의 압력이 흡입 압력인 경우와 비교하여, 더욱 충분한 가압력이 얻어져, 내부 누설의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 제 1 배압실 및 제 2 배압실의 압력을 전부 토출 압력으로 하는 경우보다도, 통상의 운전 압력비로 운전되는 경우의 가압력은 작아지기 때문에, 한쪽의 스크롤을 다른쪽의 스크롤에 지나치게 가압하는 일도 없다.
또한 바람직하게는, 제 1 배압실과 제 2 배압실을 밀봉하는 밀봉 부재를 구비하고, 토출 압력의 유체는, 제 1 배압실로부터 밀봉 부재 근방의 빈틈을 통하여 제 2 배압실로 흘러 들어옴으로써 감압된다.
이 경우에는, 복잡한 기구를 필요로 하지 않고서 유체를 용이하게 감압할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 가동 스크롤을 구동하기 위한 전동기는 가변속형 전동기이다.
이 경우에는, 전동기의 회전수를 올림으로써, 예를 들면 디프로스트(defrost) 운전을 단시간에 종료시킬 수 있다.
또한 바람직하게는, 압축 도중의 압축실 내의 유체를 토출구 측의 영역으로 직접 유도하기 위한 릴리프 포트와, 릴리프 포트의 도중 또는 출구에 설치되고, 압축 도중의 압축실 내의 압력이 토출구측의 압력보다도 높아진 경우에, 릴리프 포트를 개방하는 릴리프 밸브를 갖고 있다.
이 경우에는, 언로더부를 동작시키더라도 운전 압력비가 매우 작은 경우에는, 과압축 현상이 발생하는 경우가 있고, 이 경우에 과압축을 일으키고 있는 압축실의 유체가 토출구측의 영역에 개방되어, 과압축 현상을 보다 완화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 스크롤형 압축기의 제 2는, 고정 스크롤 및 가동 스크롤과, 흡입구와, 토출구와, 언로더부와, 제 1 배압실을 구비하고 있다. 고정 스크롤 및 가동 스크롤은 압축실을 형성하고 있다. 흡입구는 압축실에 유체를 흡입하고 있다. 토출구는 압축실에서 압축된 유체를 토출한다. 언로더부는, 압축 도중의 압축실 내의 유체를 흡입구 측으로 유도한다. 제 1 배압실은, 고정 스크롤 및 가동 스크롤의 어느 한쪽의 스크롤의 배면에 설치되고, 토출구로부터 토출한 토출 압력을 갖는 유체가 유도된다. 언로더부는, 피스톤부의 한쪽으로 토출 압력을 작용시키고, 다른쪽으로 흡입 압력 및 탄성력을 작용시킴으로써 개폐가 행해지는 개폐부를 포함하여, 토출 압력이 흡입 압력 및 탄성력보다도 작아진 경우에, 압축실의 유체가 흡입구 측으로 유도된다.
이 스크롤형 압축기에 의하면, 저 운전 압력비로 운전되는 경우에 토출 압력이 내려가 과압축 현상이 발생하는 등으로, 토출 압력이 흡입 압력 및 탄성력보다도 작아진 경우에 개폐부가 자동적으로 열려 언로더부가 동작함으로써, 압축 도중의 압축실의 유체가 흡입구 측으로 유도된다. 이로써, 가압력이 내려가더라도 이반력이 내려감으로써 상대적으로는 충분한 가압력이 얻어져 압축실의 내부 누설을 억제할 수 있다. 또한, 과압축 현상도 완화시킬 수 있다.
바람직하게는, 제 1 배압실이 설치된 스크롤의 배면에, 토출 압력의 유체가 감압되어 유도되는 제 2 배압실을 더 구비하고 있다.
이 경우에는, 토출 압력의 유체가 감압됨으로써, 제 2 배압실 내의 압력은 토출 압력과 흡입 압력 사이의 압력이 된다. 이로써, 제 2 배압실 내의 압력이 흡입 압력인 경우와 비교하여, 더욱 충분한 가압력이 얻어지고, 내부 누설의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 제 1 배압실 및 제 2 배압실의 압력을 전부 토출 압력으로 하는 경우보다도, 통상의 운전 압력비로 운전되는 경우의 가압력은 작아지기 때문에, 한쪽의 스크롤을 다른쪽의 스크롤에 지나치게 가압하는 일도 없다.
또한 바람직하게는, 제 1 배압실과 제 2 배압실을 밀봉하는 밀봉 부재를 구비하고, 토출 압력의 유체는, 제 1 배압실로부터 밀봉 부재 근방의 빈틈을 통하여제 2 배압실로 흘러 들어옴으로써 감압된다. 이 경우에는, 복잡한 기구를 필요로 하지 않고서 유체를 용이하게 감압할 수 있다.
실시예 1
본 발명의 실시예 1에 따른 스크롤형 압축기에 대하여 설명한다. 우선, 스크롤형 압축기를 포함시킨 냉동 사이클의 구성에 대하여 설명한다. 도 1을 참조하여, 일반적으로 냉동 사이클은, 스크롤형 압축기(1), 응축기(35), 팽창 밸브(34) 및 증발기(33)의 4개의 주요한 기기에 의해서 구성되어 있다.
응축기(35)의 일단측이 스크롤형 압축기의 토출관(21)에 접속되고, 타단측이 팽창 밸브(34)를 개재시켜 증발기(33)의 일단측에 접속되어 있다. 증발기(33)의 타단측은 흡입관(20)에 접속되어 있다. 스크롤형 압축기(1)에서는, 흡입관(20)으로부터 흡입된 저압의 냉매 가스를 스크롤 압축부에서 압축하고, 고압이 된 냉매 가스를 토출관(21)으로부터 송출한다.
상기 스크롤형 압축기(1)에는, 압축 도중의 냉매 가스를 흡입구 측으로 유도하기 위한 언로더 기구(11)가 설치되어 있다. 그 언로더 기구(11)를 동작시키기 위한 제어부(31)가 설치되어 있다. 증발기(33) 및 응축기(35)에는, 증발기(33) 또는 응축기(35)를 각각 흐르는 유체(냉매)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(37a, 37b)가 각각 설치되어 있다. 그리고, 이러한 온도 센서(37a, 37b)는 제어부(31)에 접속되어 있다.
토출관(21)과 흡입관(20)의 사이에는 바이패스(30)가 설치되고, 그 바이패스(30)의 도중에서 분기시킨 배관이 언로더 기구(11)에 접속되어 있다.
그 분기점과 흡입관(20)의 사이에는, 고압의 냉매 가스를 언로더 기구(11)에 보내기 위한 전자 밸브(32)가 설치되어 있다. 전자 밸브(32)에는, 이것을 개폐하기 위해서 제어부(31)로부터의 신호가 입력된다. 전자 밸브(32)가 닫혀 있으면 토출관(21) 내의 토출 압력이, 언로더 기구(11)의 피스톤의 스크롤이 배치되어 있는 측과는 반대측의 부분에 작용한다. 전자 밸브(32)가 열리면 언로더 기구(11)의 피스톤의 그 부분에는, 흡입 압력이 작용한다. 또한, 바이패스(30)의 토출관(21)과 분기점의 사이에는, 감압 캐필러리(capillary; 36)가 설치되어 있다.
다음에 스크롤형 압축기(1)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 2를 참조하여, 스크롤형 압축기의 케이싱(22) 내의 상부에는, 가동 스크롤(4)과 고정 스크롤(2)이 지지되어 있다. 가동 스크롤(4)의 미러판(4b)에는 가동 스크롤 이(4a)가 돌출하여 설치되어 있다. 고정 스크롤(2)의 미러판(2b)에는 고정 스크롤 이(2a)가 돌출하여 설치되어 있다. 가동 스크롤 이(4a)와 고정 스크롤 이(2a)가 맞물림으로써 압축실(16)이 형성된다.
고정 스크롤(2)의 외주 부분에는, 흡입관(20)으로부터 보내진 냉매 가스를, 압축실(16)로 보내기 위한 흡입구(13)가 설치되어 있다. 가동 스크롤(4)의 중앙 부근에는, 압축되어 고압이 된 냉매 가스를 토출하기 위한 토출구(9)가 설치되어 있다.
케이싱(22) 내의 모터(24)로부터 연장되는 구동축(5)의 상단측이, 프레임워크(framework, 架構; 6)에 베어링 지지되어 있다. 구동축(5)의 편심 축부(5b)가, 가동 스크롤(4)의 미러판(4b)에 설치된 보스부(4c)에 고정된 베어링 핀 메탈(51) 내면에 회전 가능하게 삽입된 슬라이드 부시(52)의 내부 구멍에 삽입 감합되어 있다.
구동축(5)에는, 토출구(9)로부터 토출하는 냉매 가스를 유도하기 위한 토출 가스 통로(5a)와 토출 가스 출구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 케이싱(22) 내로 흘러나온 고압의 냉매 가스를, 케이싱(22) 밖으로 송출하기 위한 토출관(21)이 설치되어 있다.
프레임워크(6)와 가동 스크롤(4)의 사이에는 제 1 배압실(14), 제 2 배압실(15)이 형성되어 있다. 제 1 배압실(14)은 크랭크실(7)이고, 보스부(4) 및 편심 축부(5b)가 수용되어 있다. 제 2 배압실은, 제 1 배압실의 외주에 형성되어 있다. 제 1 배압실과 제 2 배압실은, 밀봉 링(8)에 의해서 밀봉되어 있다. 제 1 배압실(14)에는, 고압(토출 압력)이 작용하고 있다. 제 2 배압실에는, 연통 구멍(10)을 통하여 흡입 압력의 냉매 가스가 흘러 들어오고, 흡입 압력이 작용하고 있다.
따라서, 밀봉 링(8)보다 내측의 가동 스크롤(4)의 미러판(4b)의 배면에는 토출 압력이 작용하고, 밀봉 링(8)보다 외측의 배면에는 흡입 압력이 작용하게 된다.
고정 스크롤(2)의 미러판(2b)에는, 압축 도중의 압축실(16a)의 냉매 가스를 흡입구(13) 측으로 유도하기 위한 언로더 기구(11)가 설치되어 있다. 미러판(2b)에는, 돔(dome; 22a) 내의 공간을 통하여 그 압축실(16a)과 흡입구(13) 측을 연결하기 위한 통로(12a, 12b)가 설치되어 있다. 통로(12a)의 도중에는 실린더(11a)가 형성되고, 피스톤(11b)이 장착되어 있다. 그 피스톤(11b)의 한쪽에는 스프링(11c)이 배치되고, 피스톤(11b)의 다른쪽에는, 바이패스(30)로부터 분기한 배관이 접속되어 있다.
다음에 상술한 스크롤형 압축기의 동작에 대하여 설명한다.
모터(24)의 회전에 동반하여, 가동 스크롤(4)이 고정 스크롤(2)에 대하여 공전 구동하고, 가동 스크롤 이(4a)와 고정 스크롤 이(2a)에 의해서 형성되는 압축실(16)이, 외주부로부터 중심부로 향하여 소용돌이 형으로 수축하면서 이동한다.
이로써, 흡입관(20)으로부터 흡입구(13)를 지나서 압축실(16)에 보내진 저압의 냉매 가스가 압축되어 고압의 냉매 가스가 된다. 고압의 냉매 가스는, 토출구 (8)로부터 토출한다. 토출구(8)로부터 토출된 냉매 가스는, 구동축(5)에 설치된 토출 가스 통로(5a)를 통과하고, 토출 가스 출구(도시하지 않음)로부터 케이싱(22) 내로 흘러 들어온다.
케이싱(22) 내에 흘러 들어온 냉매 가스는, 토출관(21)으로부터 케이싱(101) 밖으로 송출된다. 스크롤형 압축기에서는, 이러한 일련의 압축 동작이 행해진다.
다음에, 이 일련의 압축 동작에 있어서의 제어부(31)의 처리에 대하여, 도 3에 도시하는 플로차트에 기초하여 상세하게 설명한다. 제어부(31)에서는, 스텝(S1)에 있어서, 흡입 압력과 토출 압력의 검출, 산출 또는 예측이 행해진다. 이것에는, 우선 증발기(33)에 설치된 온도 센서(37a)에 의해서 얻어지는 증발 온도(Te)의 데이터로부터 증발 압력(Pe)이 구해진다. 또한, 응축기(35)에 설치된 온도 센서(37b)에 의해서 얻어지는 응축 온도(Tc)로부터 응축 압력(Pc)이 구해진다. 흡입 압력(Ps)은 증발 압력(Pe)과 거의 같다. 토출 압력(Pd)은 응축 압력(Pc)과 거의 같다. 이렇게 하여, 흡입 압력(Ps)과 토출 압력(Pd)이 구해진다.
다음에, 구해진 흡입 압력(Ps)과 토출 압력(Pd)에 기초하여, 스텝(S2)에 있어서 가압력과 이반력이 산출된다. 제 1 배압실(14)에 의해, 토출 압력(Pd)이 작용하는 미러판(4b)의 면적(구동축 방향의 투영 면적)을 Sd로 하고, 제 2 배압실(15)에 의해, 흡입 압력(Ps)이 작용하는 미러판(4b)의 면적을 Ss1로 하면, 가압력(Fbp)은, 다음 식으로 주어진다.
Fbp=Pd·Sd+Ps·Ss1
한편, 이반력은, 각 압축실에 작용하는 압력과, 그 압력이 작용하는 면적의 곱의 총합으로서 구해진다. 즉, 가동 스크롤(4)과 고정 스크롤(2)로 형성되는 압축실 내의 압력을 Pc로 하고, 그 압력이 작용하는 미러판(4b)의 면적(구동축 방향의 투영 면적)을 Sc로 하며, 흡입 압력(Ps)이 작용하는 미러판(4b)의 면적을 Ss2로 하면, 이반력(Fth)은, 다음 식으로 주어진다.
Fth=ΣPc·Sc+Ps·Ss2
또, 압축실 내의 압력(Pc)은, 대강 다음 식으로 주어진다.
Pc=(Vs/Vc)k·Ps
여기서, Vc는 압력이 흡입 압력(Pc)으로 되어 있는 압축실의 체적이고, Vs는 흡입 완료 시점(압축 개시 시점)의 압축실의 체적이다. 이 체적(Vc, Vs)은, 스크롤 이의 형상에 의해 기하학적으로 결정된다. 또한, k는 비열비이다. 이와 같이 하여, 흡입 압력(Ps)과 토출 압력(Pd)에 기초하여, 가압력(Fbp)과 이반력(Fth)이구해진다.
다음에, 스텝(S3)에 있어서 이반력이 가압력 이상인지의 여부가 판단된다. 이반력이 가압력보다도 작다고 판단되는 경우에는 스텝(S4)으로 진행하고, 전자 밸브(32)에 대하여 이것을 닫는 신호가 보내진다.
한편, 스텝(S3)에 있어서, 이반력이 가압력 이상이라고 판단되는 경우에는 스텝(S5)으로 진행하고, 전자 밸브(32)에 대하여 이것을 여는 신호가 보내진다. 제어부(31)에서는, 이러한 처리가 적당한 주기로써 반복하여 행해진다.
스크롤형 압축기의 압축 동작에 있어서, 표준 운전 압력비로 운전되는 경우에는, 종래의 기술의 항에 있어서 설명한 바와 같이 이반력에 대하여 가압력이 충분히 크다. 이 때문에, 제어부(31)에서는 스텝(3)으로부터 스텝(4)으로 진행하고, 전자 밸브(32)는 닫히거나, 또는 닫혀진 상태가 유지된다.
이 경우에는, 피스톤(11b)에는 배압으로서 토출 압력(Pd)이 작용하기 때문에 피스톤(11b)은 하방으로 가압되어 언로더 기구(11)는 동작하지 않는다. 그리고, 이반력에 대하여 가압력이 충분히 큼으로써, 각 스크롤 이(2a, 4a)와 미러판(2b, 4b)의 밀착성이 확보되어, 내부 누설의 발생이 억제된다.
다음에, 스크롤형 압축기가, 저 운전 압력비로 운전되는 경우에는, 과압축 현상이 발생하여 이반력이 가압력 이상으로 되어 언로더 기구(11)가 동작한다. 이 경우에 대하여 상세하게 설명한다.
저 운전 압력비란, 상술한 바와 같이, 운전 압력비가 설계 압력비보다도 작은 상태로 운전되는 경우이고, 그 값이 약 3 이하인 상태이다. 이 경우에는, 토출압력(Pd)이 내려가기 때문에, 압축 도중의 압축실의 압력이 가장 높아져서, 과압축 현상이 발생하는 경우가 있다. 특히, 그 값이 2 이하인 운전 상태에서는, 과압축 현상이 매우 현저하게 된다.
이 때의, 가동 스크롤(4)의 미러판(4b)에 작용하는 힘의 분포에 대하여 설명한다. 우선, 미러판(4b)의 배면측에 있어서는, 밀봉 링(8)보다도 내측의 영역에서는, 토출 압력(Pd)이 작용하고, 외측의 영역에서는 흡입 압력(Ps)이 작용하고 있다. 미러판(4b)에는 이러한 힘에 기초하여 가압력이 작용한다. 그리고, 저 운전 압력비의 경우에는 토출 압력이 내려가기 때문에, 표준 운전 압력비의 경우보다도 가압력이 저하한다.
한편, 미러판(4b)에는, 흡입 행정 중의 흡입 압력(Ps), 압축 도중의 압력(Pm) 및 토출 행정 중의 토출 압력(Pd)에 기초하여 이반력이 작용한다. 토출 압력(Pd)이 압축 도중의 압력(Pm)보다도 내려가기 때문에, 이반력에 대하여 가압력이 충분하지 않게 된다.
이 때, 이반력이 가압력 이상이 되려고 하면, 제어부(31)로부터 전자 밸브(32)에 대하여 이것을 개방으로 하는 신호가 보내진다. 전자 밸브(32)가 열리면, 피스톤(11b)에는 배압으로서 흡입 압력(Ps)이 작용한다. 그리고, 피스톤(11b)은 스프링(11c)의 탄성력에 의해 상승하고, 압축 도중의압축실(16a)과 흡입구(13)측이 통로(12a) 및 돔(22a) 내 공간을 통하여 연결된다.
이로써, 미러판(4b)의 위치에 대한 압축실 내의 압력 분포는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 압축 도중의 압축실(16a) 내의 압력이 흡입 압력(Ps) 정도로까지 내려가고, 이반력이 내려간다.
한편, 언로더 기구(11)가 동작하는 전후에 있어서 미러판의 위치에 대한 배면의 압력 분포에는 변화가 없다. 이 때문에, 가압력이 저하하더라도, 이반력이 내려감으로써 상대적으로는 충분한 가압력이 얻어지고, 각 스크롤 이(2a, 4a)가 대향하는 미러판(2b, 4b)에 양호하게 밀착하여 내부 누설의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 언로더 기구(11)의 동작에 의해, 압축의 개시가 지연되어 각 스크롤 이(2a, 4a)에서 결정되는 설계 압력비도 작아지기 때문에, 과압축이 저감하여 스크롤형 압축기의 운전 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 제어부(31)에서는, 흡입 압력(Ps) 및 토출 압력(Pd)을 구하기 위해서, 증발 온도(Te) 및 응축 온도(Tc)를 구하였지만, 이 밖에, 스크롤형 압축기 내나 냉동 사이클 내의 소정의 위치에 적당한 압력 센서를 설치함으로써, 흡입 압력(Ps)과 토출 압력(Pd)을 직접 검출하여도 좋다.
또한, 상기 제어부(31)에서는, 이반력과 가압력의 비교에 의해 언로더 기구(11)를 동작시켰지만, 더욱이, 고정 스크롤에 대하여 가동 스크롤이 기울어지려는 모멘트를 고려하여, 언로더 기구(11)를 동작시켜도 좋다. 이에 대하여 설명한다.
상술한 스크롤형 압축기의 경우, 가동 스크롤(4)의 미러판(4b)의 한쪽에 가동 스크롤 이(4a)가 형성되고, 다른쪽에 보스부(4c)가 형성되어 있다. 그리고, 가동 스크롤(4)을 공전 구동하는 부분이, 가동 스크롤 이(4a)에 작용하는 냉매 가스의 압력 하중이나 가동 스크롤(4)의 중심에 작용하는 원심력이 작용하는 점으로부터 멀어져 있다. 이 때문에, 가동 스크롤(4)에는 고정 스크롤(2)에 대하여 가동 스크롤(4)을 기울이는 모멘트가 발생한다.
통상, 가동 스크롤(4)에 작용하는 가압력은, 압축실 내의 압력에 기초를 둔 이반력에 대항할 수 있을 뿐만 아니라, 이 모멘트에 충분하게 대항할 수 있도록 어는 정도 크게 설정되지만, 가압력이 이 모멘트에 대항할 수 없는 경우에 언로더기구(11)를 동작시키도록 제어하여도 좋다. 즉, 가동 스크롤(4)이 고정 스크롤(2)에 대하여 기울기 시작하기 전에 언로더 기구(11)를 동작시킨다.
이로써, 압축 도중의 압축실의 압력이 흡입 압력(Ps) 정도로까지 내려 가기 때문에, 이 모멘트가 작아지고, 가동 스크롤(4)이 고정 스크롤(2)에 대하여 기우는 것이 방지된다. 그 결과, 가동 스크롤(4)이 고정 스크롤(2)에 대하여 기우는 것에 동반하는 내부 누설을 방지할 수 있다.
또한, 냉동 사이클에 있어서의 증발 온도(Te)나 응축 온도(Tc)가 시간적으로 변화해가는 상태를 검지하고, 가압력이 부족한 운전 상태가 이제부터 일어날 듯이 된 상태에서, 언로더 기구(11)를 동작시켜도 좋다.
더욱이, 상술한 스크롤형 압축기에서는, 디프로스트 운전의 경우와 같이 흡입 압력(Ps)과 토출 압력(Pd)이 모두 낮은 경우에는 제어부(31)에서 언로더 기구(11)를 동작시켜서 토출하는 유량을 저하시키지 않도록, 낮은 토출 압력이더라도 언로드 기구(11)의 스프링(11c)의 탄성력에 맞서, 피스톤(11b)이 밀려내려가도록, 스프링(11c)의 탄성력을 비교적 작은 것에 설정하여 두는 것이 바람직하다. 언로더 기구(11)를 동작시키지 않음으로써, 디프로스트 운전이 장시간에 미치는 것을 방지할 수 있다.
실시예 2
본 발명에 실시예 2에 따른 스크롤형 압축기에 대하여 설명한다. 도 5를 참조하여, 본 스크롤형 압축기에서는, 특히 제 2 배압실(15)에는 토출 압력(Pd)을 감압한 중간 압력(Pmb)의 냉매 가스 등이 유도된다. 고정 스크롤(2)에는, 흡입 압력실(16b) 또는 스크롤 최외주의 흡입 압력에 가까운 압력의 압축실로 제 2 배압실(15)의 냉매 가스를 유도하기 위한 통로(42)가 형성되어 있다.
통로(42)의 도중에는 실린더(40)가 형성되고, 피스톤(41)이 장착되어 있다. 그 피스톤(41)의 한쪽에는, 스프링(43)이 배치되고, 흡입 압력(Ps)과 스프링(43)의 탄성력이 작용하고 있다. 피스톤(41)의 다른쪽에는, 피스톤 배압으로서 제 2 배압실(15)의 압력이 작용하고 있다.
상기 제 2 배압실(15)에는, 제 1 배압실(14) 내의 고압의 냉매 가스가 밀봉 링(8) 근방의 빈틈으로부터 감압되어 흘러 들어온다. 또한, 냉매 가스 외에, 보스부(4c) 등으로 공급된 거의 토출 압력을 갖는 윤활유도 흘러 들어온다. 또, 이 스크롤형 압축기에는, 도 1에 도시된 제어부 등이 접속되어 있다.
그 이외의 구성에 대해서는, 실시예 1에 있어서 설명한 도 1 및 도 2에 도시하는 스크롤형 압축기와 동일하기 때문에, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
다음에 이 스크롤형 압축기의 일련의 압축 동작은, 실시예 1에 있어서 설명한 스크롤형 압축기의 압축 동작과 동일하다. 그 압축 동작에 있어서는,제어부(31)에 의해 도 3에 도시하는 플로차트에 따라서 소정의 처리가 행해진다.
여기서, 스크롤형 압축기가 표준 운전 압력비로 운전되는 경우에는, 실시예 1에 있어서 설명한 바와 같이, 이반력에 대하여 가압력이 충분히 크기 때문에, 언로더 기구(11)는 동작하지 않는다. 그리고, 이반력에 대하여 가압력이 충분히 큼으로써, 각 스크롤 이(2a, 4a)와 미러판(2b, 4b)의 밀착성이 확보되어, 내부 누설의 발생이 억제된다.
다음에, 스크롤형 압축기가 저 운전 압력비로 운전되는 경우에는, 언로더 기구(11)가 동작한다. 이 경우에 대하여 상세하게 설명한다.
본 스크롤형 압축기의 경우에서는, 특히 제 1 배압실(14) 내의 고압의 냉매 가스가, 밀봉 링(8) 근방의 빈틈으로부터 감압되어 제 2 배압실에 유입된다. 냉매 가스의 유입에 의해, 제 2 배압실 내의 압력이 상승한다.
그리고, 제 2 배압실 내의 압력이, 스프링(43)의 탄성력과 피스톤(41)에 작용하는 흡입 압력(Ps)과의 합보다도 커지면, 피스톤(41)이 상승하여 제 1 배압실(15)과 흡입 압력실(16b) 또는 스크롤 최외주의 흡입 압력에 가까운 압력의 압축실이 통로(42)를 통하여 연결되게 된다. 그리고 제 2 배압실(15) 내의 냉매 가스가 흡입 압력실(16b)로 흘러 들어온다.
냉매 가스가 흡입 압력실(16b)에 흘러 들어옴으로써 제 2 배압실 내의 압력이 내려가고, 피스톤(41)이 하강하여 통로(42)가 닫혀진다. 그리고, 제 2 배압실(15)에는, 밀봉 링(8)의 빈틈을 통하여 냉매 가스가 흘러 들어온다. 이하 동일한 동작이 반복됨으로써, 제 2 배압실의 압력은, 토출 압력(Pd)과 흡입압력(Ps) 사이의 중간 압력(Pmb)으로 유지된다.
스크롤형 압축기가 저 운전 압력비로 운전되는 경우에는, 언로더 기구(11)가 동작하여, 압축실(16a) 내의 냉매 가스가 흡입구(13) 측으로 유도된다. 이로써, 미러판(4b)에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 흡입 행정 중의 흡입 압력(Ps) 및 토출 행정 중의 토출 압력(Pd)에 기초하여 이반력이 작용한다.
한쪽의 미러판(4b)의 배면에는, 제 1 배압실 내의 토출 압력(Pd)과 제 2 배압실 내의 중간 압력(Pmb)에 기초하여 가압력이 작용한다. 이반력은 실시예 1에 있어서의 스크롤형 압축기의 경우와 실질적으로 동일하다. 그런데, 가압력은 제 2 배압실(15) 내의 압력이 토출 압력(Pd)과 흡입 압력(Ps) 사이의 중간 압력(Pmb)이다.
이 때문에, 대응하는 압력이 흡입 압력(Ps)인 실시예 1의 경우의 스크롤형 압축기와 비교하면, 가압력이 보다 강하게 되고, 각 스크롤 이(2a, 4a)가 대향하는 미러판(2b, 4b)에 더 양호하게 밀착하며, 내부 누설의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또, 이 스크롤형 압축기에서는, 제 2 배압실(15) 내의 압력을 스프링(43)의 스프링 정수를 선택함으로써 적당한 압력으로 조정함과 동시에, 제 1 배압실(14) 및 제 2 배압실의 수압 면적을 조정하는 것에 의해, 특히, 고운전 압력비의 경우에, 가압력이 이반력에 비하여 과대하게 되어, 압축 효율이 저하하거나, 각 스크롤 이(2a, 4a)가 대향하는 미러판(2b, 4b)에 늘어붙는 등의 부적합함을 방지할 수 있다.
이 스크롤형 압축기에서도, 가동 스크롤의 경사에 관한 모멘트나 디프로스트 운전 등을 고려하여 언로더 기구(11)를 제어함으로써, 실시예 1에 있어서 설명한 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
실시예 3
본 실시예에서는, 자동적으로 언로드 기구를 동작시킬 수 있는 스크롤형 압축기에 대하여 설명한다.
도 7을 참조하여, 언로더 기구(11)는 고정 스크롤(2)의 미러판(2b)에 설치되어 있다. 미러판(2b)에는, 돔(22a) 내의 공간을 개재시켜 압축실(16a)과 흡입구측을 연결하기 위한 통로(12d)가 설치되어 있다. 통로(12d)의 도중에는 실린더(11a)가 형성되고, 피스톤(11b)이 장착되어 있다.
그 피스톤(11b)의 한쪽에는 스프링(11c)이 배치되고, 흡입 압력(Ps)과 스프링(11c)에 의한 탄성력이 작용하고 있다. 피스톤(11b)의 다른쪽은, 토출 행정 중의 압축실과 연통되어, 피스톤 배압으로서 대강 토출 압력(Pd)이 작용하고 있다. 고정 스크롤(2)에는, 제 2 배압실(15)과 흡입구측을 연통하는 연통로가 설치되어 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 실시예 1에 있어서 설명한 스크롤형 압축기와 동일하기 때문에, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
이 스크롤형 압축기의 일련의 압축 동작도, 실시예 1에 있어서 설명한 스크롤형 압축기의 압축 동작과 동일하다.
이 스크롤형 압축기가 표준 운전 압력비로 운전되는 경우에는, 토출 압력(Pd)이 비교적 크기 때문에, 토출 압력(Pd)과 흡입 압력(Ps)의 차압에 기초하여 피스톤(11b)의 수압면에 작용하는 힘이, 스프링(11c)에 기초하는 탄성력보다도 크다.
따라서, 이 경우에는, 피스톤(11b)는 지면으로 향하여 좌단에 위치하고, 언로더 기구(11)는 동작하지 않는다. 이 때문에, 압축실(16a)은 밀폐된 상태이며, 압축실(16a)의 압력은 압축 도중의 중간 압력(Pm)이 된다.
그리고, 이반력에 대하여 가압력이 충분히 큼으로써, 각 스크롤 이(2a, 4a)와 미러판(2b, 4b)의 밀착성이 확보되고, 내부 누설의 발생이 억제된다. 다음에, 스크롤형 압축기가 저 운전 압력비로 운전되는 경우에는, 언로더 기구(11)가 자동적으로 동작한다. 이 경우에 대하여 상세하게 설명한다.
저 운전 압력비의 운전 상황에서는, 토출 압력(Pd)이 내려가기 때문에, 압축 도중의 압축실의 압력이 가장 높아져서, 과압축 현상이 발생하는 경우가 있다.
토출 압력(Pd)이 압축 도중의 압력(Pm)보다도 내려감으로써, 토출 압력(Pd)과 흡입 압력(Ps)과의 차압에 기초하여 피스톤(11b)의 수압면에 작용하는 힘이, 스프링(11c)에 기초하는 탄성력보다도 작아지면, 피스톤(11b)은 지면으로 향하여 우측 방향으로 자동적으로 변위하여 언로더 기구(11)가 동작한다. 이로써, 압축실(16a)과 흡입구(13) 측이 연결되고, 압축실(16a)의 압력은 거의 흡입 압력(Ps)이 된다.
따라서, 이 경우의 가동 스크롤(4)의 미러판(4b)에 작용하는 압축실의 압력분포는, 도 3에 도시하는 분포와 실질적으로 같아진다.
한편, 미러판(4b)에 작용하는 배면실의 압력 분포에 있어서는, 실시예 1에있어서 설명한 바와 같이, 밀봉 링(8)보다도 내측의 영역에서는, 토출 압력(Pd)이 작용하고, 외측의 영역에서는 흡입 압력(Ps)이 작용하고 있다. 미러판(4b)에는 이러한 힘에 기초하여 가압력이 작용한다. 이 가압력은, 언로더 기구(11)가 동작하는 전후에 있어서 변화가 없다.
이와 같이 압축실(16a) 내의 압력(Pm)이 흡입 압력(Ps) 정도로까지 내려감으로써, 이반력도 내려간다. 또한, 압축실(16a) 내의 압력이 내려감으로써, 과압축 현상도 완화된다.
따라서, 가압력이 저하하더라도 이반력이 내려감으로써 상대적으로는 충분한 가압력이 얻어지고, 각 스크롤 이(2a, 4a)가 대향하는 미러판(2b, 4b)에 양호하게 밀착하여 내부 누설의 발생을 억제할 수 있다.
그런데, 이 언로더 기구(11)에 있어서의 스프링(11c)으로서는, 탄성력이 비교적 작은 것이 바람직하다. 이에 대하여 설명한다.
예를 들면, 디프로스트 운전의 경우와 같이, 토출 압력(Pd) 및 흡입 압력(Ps)이 모두 낮은 경우에, 스프링의 탄성력이 이들의 압력에 기초하는 힘과 비교하여 큰 경우에는, 스프링의 탄성력이 지배적으로 된다.
이 경우에는, 운전 압력비가 설령 크더라도 스프링의 탄성력에 의해서 자동적으로 피스톤(11c)이 지면을 향하여 우단으로 이동하고, 언로더 기구(11)가 동작하여 버린다.
그렇다면, 디프로스트 운전에 장시간을 요하게 된다. 또한, 이 경우에, 인버터 제어에 의해 고속 운전을 행하고자 하면, 디프로스트 운전에서는 토출량도 적기 때문에, 모터를 대단히 고속 회전시킬 필요가 있고, 모터의 신뢰성, 소음 및 진동이 문제가 된다.
그래서, 스프링(11c)으로서는, 저 운전 압력비의 운전 상황하에서 각 스크롤 이(2a, 4a)와 대향하는 미러판(4b, 2b)이 크게 떨어지지 않을 정도까지, 언로더 기구(11)가 동작하지 않는 작은 탄성력을 갖고 있는 것을 선택하는 것이 바람직하다.
이와 같이 스프링(11c)을 설치함으로써, 디프로스트 운전 시에도, 언로더 기구(11)가 동작하는 일은 없고, 디프로스트 운전을 단시간에 끝낼 수 있다.
또한, 실시예 2에 있어서 설명한 스크롤형 압축기와 같이, 제 2 배압실(15)에, 밀봉 링(8) 근방의 빈틈을 통하여 제 1 배압실(14) 내의 유체를 감압하여 유도하는 동시에, 제 2 배압실(15) 내의 압력을 흡입 압력(Ps)과 토출 압력(Pd) 사이의 압력으로 보유하기 위한 소정의 기구를 설치하여도 좋다.
이 경우에도, 제 2 배압실(15)에 대응하는 배압이 커짐으로써 가압력이 보다 강하게 되고, 각 스크롤 이(2a, 4a)가 대향하는 미러판(2b, 4b)에 더욱 양호하게 밀착하여, 내부 누설의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또, 상기 각 실시예에 있어서는, 가동 스크롤을 고정 스크롤 측에 가압하는 경우에 대하여 설명하였지만, 고정 스크롤을 가동 스크롤 측에 가압하는 구성에 대해서도, 상술한 제어부나 언로더 기구 등을 설치하는 것에 의해, 내부 누설을 억제할 수 있다.
또한, 상술한 각 스크롤형 압축기에 있어서, 종래의 스크롤형 압축기와 같이, 압축 도중의 압축실의 냉매 가스를 토출구 측으로 개방하는 릴리프 포트와 릴리프 밸브(모두 도시하지 않음)를 설치하여도 좋다.
릴리프 포트 및 릴리프 밸브에 의해 과압축이 억제됨과 동시에, 언로더 기구(11)에 의해, 통로(12a, 12d)에 통하고 있는 압축실의 뒤(외측)에 연결되는 압축실의 압력이 흡입 압력 정도로까지 내려감으로써, 이반력에 대하여 충분한 가압력이 얻어지고, 종래의 스크롤형 압축기의 경우보다도 확실하게 내부 누설의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 언로더 기구(11)를 동작시키더라도 운전 압력비가 매우 작은 경우에는, 과압축 현상이 발생하는 경우가 있고, 이 경우에 과압축을 발생하고 있는 압축실의 냉매 가스가 토출구(13) 측의 영역에 개방되며, 과압축 현상을 보다 완화시킬 수 있다.
더욱이, 스크롤형 압축기를 구동하는 전동기를 가변속형 전동기(인버터 제어)로 하여, 언로드 기구를 동작시키지 않고서, 디프로스트 운전 시에 전동기의 회전수를 올리고, 스크롤형 압축기의 토출량을 증가시킴으로써, 보다 단시간에 종료시킬 수 있다.
또한, 일반적으로 운전 압력비가 낮을 때에는, 냉동 공기 조절기에서는 열부하도 작고, 스크롤형 압축기의 토출량이 적은 쪽이 소비 전력 저감의 관점에서 바람직하고, 본 스크롤형 압축기에서는, 인버터 제어에 의해 모터(24)의 회전수를 낮게 하고, 더욱이, 언로드 기구(11)를 동작시키는 것에 의해, 적정한 토출량이 얻어져 과압축이 적은 효율이 높은 압축이 가능하게 된다.
더욱이, 각 실시예에서는, 언로더 기구는 압축 도중의 압축실(16a)과 흡입압력실 또는 흡입구 측의 영역을 연락하는 통로에 설치하였다고 설명하고 있지만, 이 통로는, 스크롤의 최외주에서 형성되는 압축이 개시하는 상태의 방으로부터, 어느 정도 압축이 진행한 상태의 방까지를 연락하도록 설치되는 것이, 예압축 손실을 최소한으로 억제하는 데에 있어서 바람직하다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 이번에 개시된 실시예는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라, 특허청구 범위에 의해서 제시되며, 특허청구 범위와 균등한 의미 및 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명은 스크롤형 압축기의 내부 누설을 저감하는 구조에 유효하게 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 압축실(16, 16a)을 형성하기 위한 고정 스크롤(2) 및 가동 스크롤(4)과,
    상기 압축실(16, 16a)에 유체를 흡입하기 위한 흡입구(13)와,
    상기 압축실(16, 16a)에서 압축된 유체를 토출하기 위한 토출구(9)와,
    압축 도중의 압축실(16a) 내의 유체를, 상기 흡입구(13) 측으로 유도하기 위한 언로더부(11)와,
    상기 언로더부(11)를 동작시킬 수 있는 제어 수단(31)과,
    상기 고정 스크롤(2) 및 상기 가동 스크롤(4)의 어느 한쪽의 스크롤의 배면에 설치되고, 상기 토출구(9)로부터 토출한 토출 압력을 갖는 유체가 유도되는 제 1 배압실(14)을 구비하고,
    상기 제어 수단(31)은,
    상기 흡입 압력 및 상기 토출 압력을 검지, 산출 또는 예측하고,
    검지, 산출 또는 예측된 상기 흡입 압력 및 상기 토출 압력에 기초하여, 고정 스크롤(2)과 가동 스크롤(4)을 떨어뜨리려고 하는 이반력(離反力)과, 한쪽의 스크롤을 다른쪽의 스크롤에 가압하려고 하는 가압력을 비교하여,
    상기 가압력이 상기 이반력에 대하여 부족하였을 때 또는 부족한 듯할 때에, 상기 언로더부(11)를 동작시키고, 압축 도중의 상기 압축실(16a) 내의 유체를 상기 흡입구(13) 측으로 개방하는 스크롤형 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 수단(31)에서는, 상기 토출 압력 및 상기 흡입 압력은 상기 케이싱(22)의 밖에서, 토출한 유체를 내보내는 토출관(21)과 유체를 받아들이는 흡입관(20)의 사이에 접속되는 증발기(33) 및 응축기(35)를 각각 흐르는 유체의 온도로부터 산출 또는 예측되는 스크롤형 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 언로더부(11)는,
    압축 도중의 상기 압축실(16a)과 상기 흡입구(13) 측의 영역을 연통하는 제 1 통로(12a, 12b)의 도중에 설치되고, 상기 토출 압력의 유체 또는 상기 흡입 압력의 유체에 의해 상기 제 1 통로(12 a)의 개폐 동작을 행하기 위한 제 1 개폐부(11)를 갖고,
    상기 흡입 압력의 유체가 상기 제 1 개폐부(11)에 유도되는 것에 의해, 상기 제 1 개폐부(11)가 열리며,
    상기 토출 압력의 유체가 상기 제 1 개폐부(11)에 유도되는 것에 의해, 상기 제 1 개폐부(11)가 닫혀지는 스크롤형 압축기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 어느 한쪽의 스크롤의 배면에, 상기 토출 압력의 유체가 감압되어 유도되는 제 2 배압실(15)을 더 구비하고 있는 스크롤형 압축기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 배압실(14)과 상기 제 2 배압실(15)을 밀봉하는 밀봉 부재(8)를 구비하고,
    상기 토출 압력의 유체는, 상기 제 1 배압실(14)로부터 상기 밀봉 부재(8) 근방의 빈틈을 통하여 상기 제 2 배압실(15)로 흘러들어 오는 것으로 감압되는 스크롤형 압축기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 스크롤(4)을 구동하기 위한 전동기(24)는 가변속형 전동기(24)인 스크롤형 압축기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    압축 도중의 상기 압축실 내의 유체를 상기 토출구(9) 측의 영역으로 직접 유도하기 위한 릴리프 포트와,
    상기 릴리프 포트의 도중 또는 출구에 설치되고, 압축 도중의 상기 압축실내의 압력이 상기 토출구(9)측의 압력보다도 높아진 경우에, 상기 릴리프 포트를 개방하는 릴리프 밸브를 갖는 스크롤형 압축기.
  8. 압축실(16, 16a)을 형성하기 위한 고정 스크롤(2) 및 가동 스크롤(4)과,
    상기 압축실(16, 16a)에 유체를 흡입하기 위한 흡입구(13)와,
    상기 압축실(16, 16a)에서 압축된 유체를 토출하기 위한 토출구(9)와,
    압축 도중의 압축실(16a) 내의 유체를, 상기 흡입구(13) 측으로 유도하기 위한 언로더부(11)와,
    상기 고정 스크롤(2) 및 상기 가동 스크롤(4)의 어느 한쪽의 스크롤의 배면에 설치되고, 상기 토출구(9)로부터 토출한 토출 압력을 갖는 유체가 유도되는 제 1 배압실(14)을 구비하고,
    상기 언로더부(11)는,
    피스톤부(11b)의 한쪽에 토출 압력을 작용시키고, 다른쪽에 흡입 압력 및 탄성력을 작용시킴으로써 개폐가 행해지는 개폐부(11)를 포함하며,
    토출 압력이 흡입 압력 및 탄성력보다도 작아진 경우에, 상기 개폐부(11)가 열려 상기 압축실(16a)의 유체가 상기 흡입구(13) 측으로 개방되는, 스크롤형 압축기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 어느 한쪽의 스크롤의 배면에, 상기 토출 압력의 유체가 감압되어 유도되는 제 2 배압실을 더 구비하고 있는 스크롤형 압축기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 배압실(14)과 상기 제 2 배압실(15)을 밀봉하는 밀봉 부재(8)를구비하고,
    상기 토출 압력의 유체는, 상기 제 1 배압실(14)로부터 상기 밀봉 부재(8) 근방의 빈틈을 통하여 상기 제 2 배압실(15)로 흘러들어 오는 것으로 감압되는 스크롤형 압축기.
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