KR20020025231A - 스크롤 압축기 - Google Patents

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Abstract

고정 스크롤(12)의 단부 판(12a)의 다른 측면에 배압실(HR)이 형성되고, 배압실(HR)로 압축 유체가 도입됨으로써 고정 스크롤(12)을 선회 스크롤(13)에 가압한다. 또한, 고정 스크롤(12)과 선회 스크롤(13)의 단부 판(12a, 13a)에는 단차부가 설치되며, 고정 스크롤(12)과 선회 스크롤(13)의 벽 본체(12b, 13b)의 상부 에지는 단차부 형상으로 되어 유체의 유출을 방지한다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}
스크롤 압축기는 고정 스크롤과 선회 스크롤을 소용돌이 형상의 벽 본체로 서로 조합하여 배치한 것이며, 고정 스크롤에 대하여 선회 스크롤을 공전 선회 운동시킴으로써 벽 본체 사이에 형성되는 압축실의 용적을 점차 감소시킴으로써 상기 압축실내의 유체를 압축한다.
스크롤 압축기의 설계상 압축비는 압축실의 최소 용적(벽 본체의 서로의 맞물림이 분리되어 압축실이 소멸되기 직전의 용적)에 대한 압축실의 최대 용적(벽 본체가 서로 맞물려 압축실이 형성된 시점의 용적)의 비이며, 다음 수학식 1로 나타내어진다.
수학식 1에 있어서, A(θ)는 선회 스크롤의 선회각(θ)에 따라 용적을 변화시키는 압축실의 선회면에 평행한 단면적을 나타내는 함수, θsuc는 압축실이 최대 용적으로 될 때의 선회 스크롤의 선회각, θtop은 압축실이 최소 용적으로 될 때의 선회 스크롤의 선회각, L은 벽 본체의 상호 랩(중첩) 길이이다.
종래에는, 스크롤 압축기의 압축비(Vi)의 향상을 도모하기 위해서 양 스크롤의 벽 본체의 권선 수를 증가시켜 최대 용적시의 압축실의 단면적 A(θ)를 크게 하는 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 벽 본체의 권선 수를 증가시키는 종래의 방법에서는 스크롤의 외형이 확대되어 압축기 자체가 대형화되기 때문에, 크기의 제한이 엄격한 자동차용 등의 공기 조화 장치에는 사용하기 어렵다는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해 일본 특허 제 1985-17956 호 공보에는 이하에 개시하는 기술이 제안되어 있다.
도 12a에 도시한 것은 고정 스크롤(50)로서, 단부 판(50a)과, 단부 판(50a)의 한 측면에 세워 설치된 소용돌이 형상의 벽 본체(50b)를 구비하고 있다. 또한, 선회 스크롤(51)은 도 12b에 도시되어 있다. 선회 스크롤(51)도 고정 스크롤(50)과 마찬가지로 단부 판(51a)과, 단부 판(51a)의 한 측면에 세워 설치된 소용돌이 형상의 벽 본체(51b)를 구비하고 있다.
고정 스크롤(50) 및 선회 스크롤(51)의 단부 판(50a, 51a)의 측면에 벽 본체(50b, 51b)의 소용돌이의 외주 단부로부터 π(rad)에 위치하고, 중심부측이 높고 외주 단부측이 낮은 단차부(52)가 형성되어 있다. 또한, 이 단부 판(50a, 51a)의 단차부(52)에 대응하여 양 스크롤(50, 51)이 구비하는 벽 본체(50b, 51b)의 소용돌이 형상의 상부 에지에 중심부측이 낮고 외주 단부측이 높은 단차부(53)가 형성되어 있다.
또한, 벽 본체(50b, 51b)의 상부 에지에는 기밀성을 높이는 칩 시일(54, 56)이 설치되어 있다.
상기와 같은 스크롤 압축기에 있어서, 고정 스크롤(50)과 선회 스크롤(51) 각각의 벽 본체(50b, 51b)를 맞물리게 하여 최대 용적의 압축실(P)이 형성된 상태가 도 13a이며, 압축실(P)에 관해서 소용돌이 방향을 따른 단면도가 도 13b이다.
도 13b에서 알 수 있듯이, 단차부(52)보다도 외주 단부측에서의 랩 길이(L1)는 내측의 랩 길이(Ls)보다 길게 형성되어 있다. 이 때문에, 랩 길이가 동일한 경우와 비교하면, 단차부(52)보다 외측의 랩 길이가 긴 만큼 압축실(P)의 최대 용적이 커진다는 것을 알 수 있다. 따라서, 벽 본체의 권선 수를 증가시키지 않아도, 설계상의 압축비를 향상시키는 것이 가능하다.
그러나, 상기 종래의 스크롤 압축기에 있어서는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 선회 스크롤(51)의 위상에 따라 단차부(53) 근방의 칩 시일(56)이 고정 스크롤(50)의 단부 판(50a)에서 이격되게 된다[도면부호(a)로 나타낸 부분]. 고정 스크롤(50)측의 칩 시일(54)도 마찬가지로 단차부(52)의 근방에 있어서, 선회 스크롤(51)의 단부 판(51a)에서 이격되게 된다.
이 때문에, 칩 시일(54, 56)이 각각 벽 본체(50b, 51b)에서 낙하하거나, 칩 시일(54, 56)의 파손을 초래하여 단차 부분에서 유체의 유출이 발생된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 성립된 것으로, 유체의 유출을 방지할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 요약
본 발명의 스크롤 압축기는, 단부 판의 한 측면에 세워 설치된 소용돌이 형상의 벽 본체를 갖는 고정 스크롤과, 단부 판의 한 측면에 세워 설치된 소용돌이 형상의 벽 본체를 갖고, 상기 각 벽 본체가 서로 맞물리게 하여 자전이 저지되면서 공전 선회 운동 가능하게 지지된 선회 스크롤을 구비한 스크롤 압축기에 있어서,
상기 고정 스크롤과 선회 스크롤중 적어도 어느 한쪽의 스크롤 단부 판의 다른쪽 측면에 배압실이 형성되고, 상기 배압실에 상기 양 스크롤에 의해 압축된 유체가 도입됨으로써 상기 한쪽의 스크롤이 다른쪽의 스크롤측으로 가압되게 구성되며,
상기 고정 스크롤과 선회 스크롤중 적어도 어느 한쪽의 스크롤의 단부 판에는, 상기 한 측면에 그 높이가 벽 본체의 소용돌이를 따라 그 중심부측에서 높고 외주 단부측에서 낮아지도록 형성된 단차부가 설치되며, 상기 고정 스크롤과 선회 스크롤중 어느 다른쪽의 스크롤 벽 본체의 상부 에지는 상기 단부 판의 단차부에 대응하여 복수의 부분으로 분할되며, 또한 상기 부분의 높이가 소용돌이의 중심부측에서 낮고 외주 단부측에서 높아지는 단차부 형상으로 되는 것을 특징으로 한다.
이 스크롤 압축기에 있어서는, 배압실에 도입된 압축 유체에 의해, 한쪽의 스크롤이 다른쪽의 스크롤로 가압된다. 이 때문에, 종래와 같이 칩 시일을 이용하지 않아도 압축실이 밀봉되고, 압축실내의 유체의 유출을 방지할 수 있다. 따라서, 칩 시일과 단부 판이 이격됨으로써 발생되는 칩 시일의 낙하, 파손 등의 문제도 발생하지 않는다.
또한, 본 발명의 스크롤 압축기에 있어서, 상기 고정 스크롤과 선회 스크롤중 적어도 어느 한쪽의 스크롤을 다른쪽의 스크롤로 가압하기 위한 탄성체가 설치되어 있어도 좋다.
이 스크롤 압축기에 있어서는, 탄성체에 의해 한쪽의 스크롤이 다른쪽의 스크롤로 가압되기 때문에, 유체의 유출이 방지된다.
또한, 본 발명의 스크롤 압축기에 있어서, 상기 배압실은 상기 고정 스크롤의 상기 다른쪽 측면에 형성될 수도 있다.
이 스크롤 압축기에 있어서는, 고정 스크롤이 선회 스크롤측으로 가압됨으로써 압축실이 밀봉된다.
또한, 본 발명의 스크롤 압축기에 있어서, 상기 배압실은 상기 선회 스크롤의 상기 다른쪽 측면에 형성될 수도 있다.
이 스크롤 압축기에 있어서는, 선회 스크롤이 고정 스크롤측으로 가압됨으로써 압축실이 밀봉된다.
또한, 상기 스크롤 압축기에 있어서, 상기 선회 스크롤 단부 판의 상기 다른쪽 측면에 끼워맞춰져 공전 선회 운동하는 베어링 부재가 설치되고, 상기 배압실은 상기 선회 스크롤과 상기 베어링 부재 사이에 형성될 수도 있다.
이 스크롤 압축기에 있어서는, 배압실에 도입된 압축 유체가 선회 스크롤과 베어링 부재 사이를 확장시키는 압력을 작용시킨다. 이에 따라, 선회 스크롤이 고정 스크롤측으로 가압된다.
본 발명은 공기 조화 장치 또는 냉동 장치 등에 구비되는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예로서 나타낸 스크롤 압축기의 전체 구성을 도시하는 단면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예로서 나타낸 스크롤 압축기에 사용되는 고정 스크롤의 사시도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예로서 나타낸 스크롤 압축기에 사용되는 선회 스크롤의 사시도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예로서 나타낸 고정 스크롤 또는 선회 스크롤의 소용돌이에 따른 단면도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예로서 나타낸 스크롤 압축기의 구동시에 있어서의 유체 압축의 과정을 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 제 1 실시예로서 나타낸 스크롤 압축기의 구동시에 있어서의 유체 압축의 과정을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 제 1 실시예로서 나타낸 스크롤 압축기의 구동시에 있어서의 유체 압축의 과정을 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 제 1 실시예로서 나타낸 스크롤 압축기의 구동시에 있어서의 유체 압축의 과정을 도시하는 도면,
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 제 1 실시예로서 나타낸 스크롤 압축기의 압축실을 전개한 형상을 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 제 2 실시예로서 나타낸 스크롤 압축기의 전체 구성을 도시하는 단면도,
도 11은 본 발명의 제 3 실시예로서 나타낸 스크롤 압축기의 전체 구성을 도시하는 단면도,
도 12a 및 도 12b는 종래의 스크롤 압축기에 사용되는 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 사시도,
도 13a 및 13b는 종래의 스크롤 압축기에 있어서 최대 용적시의 압축실을 도시하는 도면,
도 14는 종래의 스크롤 압축기의 단차부 근방에서의 칩 시일의 접합 상태를 도시하는 단면도.
본 발명에 따른 스크롤 압축기의 실시예를 도 1 및 도 9a 내지 도 9d에 나타내어 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서 나타낸 배압형 스크롤 압축기의 구성을 나타내고 있다. 이 배압형 스크롤 압축기는 밀폐 상태의 하우징(1), 하우징(1) 내를 고압실(HR)과 저압실(LR)로 분리하는 방전 커버(2), 프레임(5), 흡입관(6), 배출관(7), 모터(8), 회전 샤프트(9), 자전 저지 기구(10), 고정 스크롤(12) 및 고정 스크롤(12)에 맞물리는 선회 스크롤(13)로 구성된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 고정 스크롤(12)은 단부 판(12a)의 한 측면에 소용돌이 형상의 벽 본체(12b)가 세워 설치된 구성으로 되어 있다. 선회 스크롤(13)은 고정 스크롤(12)과 같이 단부 판(13a)의 한 측면에 소용돌이 형상의 벽 본체(13b)가 세워 설치된 구성으로 되어 있고, 특히 벽 본체(13b)는 고정 스크롤(12)측의 벽 본체(12b)와 실질적으로 동일 형상을 하고 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 선회 스크롤(13)은 고정 스크롤(12)에 대하여 서로 공전 선회 반경만큼 편심되며, 또한 180° 만큼 위상을 움직인 상태에서 벽 본체(12b, 13b)를 서로 맞물리게 하여 장착되어 있다.
이러한 배압형의 스크롤형 유체 기계에는 고정 스크롤(12)이 볼트 등에 의해 프레임(5)에 완전히 고정되어 있지 않고, 규제된 범위내에서 이동 가능하다.
선회 스크롤(13)의 배면측에는 원통형상의 보스(A)가 형성되고, 보스(A)에는 모터(8)로 구동되는 회전 샤프트(9)의 상단에 설치되어 선회 운동하는 편심 핀(9a)이 삽입되어 있다. 이에 의해, 선회 스크롤(13)은 고정 스크롤(12)에 대하여 선회 운동되는 동시에, 자전 저지 기구(10)의 작용에 의해 그 자전이 저지되어 있다.
한편, 고정 스크롤(12)은 하우징(1)에 고정된 프레임(5)에 대하여 지지 스프링(탄성체)(11)을 거쳐 부상 가능하게 지지되어 있는 동시에 선회 스크롤(13)측으로 가압된다. 단부 판(13a)의 배면 중앙에는 압축된 유체의 배출 포트(15)가 설치되어 있다. 또한, 배출 포트(15)의 주위에는 고정 스크롤(12)의 단부 판(12a)의 배면으로부터 돌출된 원통 플랜지(16)가 설치되고, 상기 원통 플랜지(16)는 방전 커버(2)측의 원통 플랜지(17)에 끼워맞춰져 있다. 이들 원통 플랜지(16, 17)가 끼워맞춰지는 부분에는 고압실(HR)과 저압실(LR)로 분리하고, 고정 스크롤(12)의 배면에 높은 압력을 주어 밀어 내릴 필요가 있기 때문에, 밀봉 부재(18)에 의한 밀봉 구조가 사용되어 있다. 이 밀봉 부재(18)는 U자형의 단면 형상을 갖고 있다. 이 경우의 고압실(HR)은 고정 스크롤(12)의 배면에 고압의 배출 압력을 작용시키는 배압실로서 기능하고 있다.
고정 스크롤(12)의 단부 판(12a)에는 벽 본체(12b)가 세워 설치된 한 측면에 벽 본체(12b)의 소용돌이 방향을 따라 중심부측에서 높고 외주 단부측에서 낮아지도록 형성된 단차부(42)를 구비하고 있다.
선회 스크롤(13)측의 단부 판(13a)도 단부 판(12a)과 같이, 벽 본체(13b)가 세워 설치된 한 측면에 벽 본체(13b)의 소용돌이 방향을 따라 중심부측에서 높고 외주 단부측에서 낮아지도록 형성된 단차부(43)를 구비하고 있다.
각 단차부(42, 43)는 각각 벽 본체(12b, 13b)의 소용돌이 중심을 기준으로 각 벽 본체(12b, 13b)의 외주 단부로부터 π(rad) 진행한 위치에 설치되어 있다.
단부 판(12a)의 바닥면은 단차부(42)가 형성되어 있기 때문에, 중심부 부근에 설치된 바닥이 얕은 바닥면(12f)과 외주 단부 근처에 설치된 바닥이 깊은 바닥면(12g)의 2개 부분으로 분할되어 있다. 이웃하는 바닥면(12f, 12g) 사이에는 단차부(42)를 구성하고, 상기 바닥면(12f, 12g)을 연결하여 수직으로 세워져 있는 연결 벽면(12h)이 존재하고 있다. 단부 판(13a)의 바닥면도 단부 판(12a)과 같이, 단차부(43)가 형성되어 있기 때문에, 중심부 근처에 설치된 바닥이 얕은 바닥면(13f)과 외주 단부 부근에 설치된 바닥이 깊은 바닥면(13g)의 2개 부분으로분할되어 있다. 이웃하는 바닥면(13f, 13g) 사이에는 단차부(43)를 구성하고, 상기 바닥면(13f, 13g)을 연결하여 수직하게 세워져 있는 연결 벽면(13h)이 존재하고 있다.
또한, 고정 스크롤(12)측의 벽 본체(12b)는 선회 스크롤(13)의 단차부(43)에 대응하여 그 소용돌이 형상의 상부 에지가 2개의 부분으로 분할되고, 또한 소용돌이의 중심부측에서 낮고 외주 단부측에서 높은 단차부 형상으로 되어 있다. 선회 스크롤(13)측의 벽 본체(13b)도 벽 본체(12b)와 같이, 고정 스크롤(12)의 단차부(42)에 대응하여 소용돌이 형상의 상부 에지가 2개의 부분으로 분할되고, 또한 소용돌이의 중심부측에서 낮고 외주 단부측에서 높은 단차부 형상으로 되어 있다.
구체적으로 벽 본체(12b)의 상부 에지는 중심부 부근에 설치된 낮은 위치의 상부 에지(12c)와, 외주 단부 부근에 설치된 높은 위치의 상부 에지(12d)의 2개의 부분으로 분할되며, 이웃하는 상부 에지(12c, 12d) 사이에는 양자를 연결하고 선회면에 수직한 연결 에지(12e)가 존재하고 있다. 벽 본체(13b)의 상부 에지도 벽 본체(12b)와 같이, 중심부 부근에 설치된 낮은 위치의 상부 에지(13c)와, 외주 단부 부근에 설치된 높은 위치의 상부 에지(13d)의 2개 부분으로 분할되고, 이웃하는 상부 에지(13c, 13d) 사이에는 양자를 연결하고 선회면에 수직한 연결 에지(13e)가 존재하고 있다.
연결 에지(12e)는 벽 본체(12b)를 선회 스크롤(13)의 방향에서 보면 벽 본체(12b)의 내외 양측면에 매끈하게 연속하여 벽 본체(12b)의 두께와 동일한 직경을 갖는 반원형을 이루고 있고, 연결 에지(13e)도 연결 에지(12e)와 같이, 벽 본체(13b)의 내외 양측면에 매끈하게 연속하여 벽 본체(13b)의 두께와 동일한 직경을 갖는 반원형을 이루고 있다.
또한, 연결 벽면(12h)은 단부 판(12a)을 선회 축방향에서 보면 선회 스크롤의 선회를 따라 연결 에지(13e)가 형성하는 포락선에 일치하는 원호를 이루고 있고, 연결 벽면(13h)도 연결 벽면(12h)과 같이, 연결 에지(12e)가 형성하는 포락선에 일치하는 원호를 이루고 있다.
또한, 본 실시예의 고정 스크롤(12)의 벽 본체(12b) 및 선회 스크롤(13)의 벽 본체(13b)의 상부 에지에는 칩 시일이 설치되어 있지 않고, 벽 본체(12b, 13b)의 단면이 단부 판(12a, 13a)에 가압됨으로써 후술하는 압축실(C)의 밀폐가 실행된다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 벽 본체(12b)에 있어서 상부 에지(12c)와 연결 에지(12e)가 접하는 부분에는 패딩된 리브(12i)가 설치되어 있다. 리브(12i)는 응력 집중을 피하기 위해서 상부 에지(12c)와 연결 에지(12e)가 매끈하게 연속되는 오목 곡면을 이루어 벽 본체(12b)와 일체식으로 형성되어 있다. 벽 본체(13b)에 있어서 상부 에지(13c, 13d)가 서로 접하는 부분에도 동일한 이유로 동일 형상의 리브(13i)가 설치되어 있다.
단부 판(12a)에 있어서 바닥면(12g)과 연결 벽면(12h)이 접하는 부분에도 패딩된 리브(12j)가 설치되어 있다. 리브(12j)는 응력 집중을 피하기 위해서 바닥면(12g)과 연결 벽면(12h)을 매끈하게 연속하는 오목 곡면을 이루어 벽본체(12b)와 일체식으로 형성되어 있다. 단부 판(13a)에 있어서 바닥면(13g)과 연결 벽면(13h)이 접하는 부분에도 동일한 이유로 동일 형상의 리브(13j)가 설치되어 있다.
벽 본체(12b)에 있어서 상부 에지(12d)와 연결 에지(12e)가 접하는 부분 및 벽 본체(13b)에 있어서 상부 에지(13d)와 연결 에지(13e)가 접하는 부분은 장착시에 리브(13j, 12j)와의 간섭을 피하기 위해서 각각 모떼기되어 있다.
고정 스크롤(12)에 선회 스크롤(13)을 장착하면 낮은 위치의 상부 에지(13c)는 바닥이 얕은 바닥면(12f)에 접하며, 높은 위치의 상부 에지(13d)는 바닥이 깊은 바닥면(12g)에 접한다. 동시에 낮은 위치의 상부 에지(12c)는 바닥이 얕은 바닥면(13f)에 접하며, 높은 위치의 상부 에지(12d)는 바닥이 깊은 바닥면(13g)에 접한다. 이에 따라, 양 스크롤 사이에는 대향하는 단부 판(12a, 13a)과 벽 본체(12b, 13b)로 구획되어 압축실(C)이 형성된다.
압축실(C)은 선회 스크롤(13)의 공전 선회 운동에 동반하여 외주 단부로부터 중심부를 향해 이동하지만, 연결 에지(12e)는 벽 본체(12b, 13b)의 접점이 연결 에지(12e)보다도 외주 단부 부근에 존재하는 동안은 벽 본체(12b)를 삽입하여 인접하는 압축실(C)(한쪽은 밀폐 상태에 있지 않음) 사이에 유체의 유출이 발생하지 않도록 연결 벽면(13h)에 접하도록 하며, 벽 본체(12b, 13b)의 접점이 연결 에지(12e)보다도 외주 단부 부근에 존재하지 않는 동안은 벽 본체(12b)를 삽입하여 인접하는 압축실(C)(모두 밀폐 상태에 있음) 사이에 균일한 압력을 형성하기 위해 연결 벽면(13h)에는 접하지 않도록 되어 있다.
연결 에지(13e)도 마찬가지로, 벽 본체(12b, 13b)의 접점이 연결 에지(13e)보다도 외주 단부 부근에 존재하는 동안은 벽 본체(13b)를 삽입하여 인접하는 압축실(C)(한쪽은 밀폐 상태에 있지 않음) 사이에 유체의 유출이 발생되지 않도록 연결 벽면(12h)에 접하도록 하며, 벽 본체(12b, 13b)의 접점이 연결 에지(13e)보다도 외주 단부 부근에 존재하지 않는 동안은 벽 본체(13b)를 삽입하여 인접하는 압축실(C)(모두 밀폐 상태에 있음) 사이에 균일한 압력을 형성하기 위해 연결 벽면(12h)에는 접하지 않도록 되어 있다. 또한, 연결 에지(12e)와 연결 벽면(13h) 및 연결 에지(13e)와 연결 벽면(12h)의 접속은 선회 스크롤(13)이 ½ 회전하는 사이에 동기하여 이뤄진다.
상기한 바와 같이 구성된 스크롤 압축기의 구동시에 있어서의 유체 압축의 과정을 도 5 내지 도 8에 도시하여 순차적으로 설명한다.
도 5에 도시하는 상태에서는 벽 본체(12b)의 외주 단부가 벽 본체(13b)의 외측면에 접하는 동시에 벽 본체(13b)의 외주 단부가 벽 본체(12b)의 외측면에 접함으로써, 유체가 단부 판(12a, 13a)과 벽 본체(12b, 13b) 사이에 봉입되며, 스크롤 압축 기구의 중심을 끼고 대향한 위치에 최대 용적의 압축실(C)이 2개 형성된다. 이 시점에서는 연결 에지(12e)와 연결 벽면(13h), 연결 에지(13e)와 연결 벽면(12h)은 접하고 있지만 직후에 이격한다.
도 5의 상태로부터 선회 스크롤(13)이 π/2 만큼 선회하여 도 6에 도시하는 상태에 이르는 과정에서는 압축실(C)이 밀폐 상태를 유지하면서 중심부를 향해 진행하여 점차 용적을 감소시켜서 유체를 압축하며, 압축실(C)에 선행하는압축실(C0)도 밀폐 상태를 유지하면서 중심부를 향해 진행하여 점차 용적을 감소시키고 계속해서 유체를 압축한다. 이 과정에서 연결 에지(12e)와 연결 벽면(13h) 및 연결 에지(13e)와 연결 벽면(12h) 각각의 접속이 해제되어 인접하는 압축실(C)의 압력이 균일하게 된다.
도 6의 상태로부터 선회 스크롤(13)이 π/2 만큼 선회하여 도 7에 도시하는 상태에 이르는 과정에서는 압축실(C)이 밀폐 상태를 유지하면서 중심부를 향해 진행하여 점차 용적을 감소시켜 더욱 유체를 압축하며, 압축실(C0)도 밀폐 상태를 유지하면서 중심부를 향해 진행하여 점차 용적을 감소시키고 계속해서 유체를 압축한다. 이 과정에서 연결 에지(12e)는 연결 벽면(13h)에 그리고 연결 에지(13e)는 연결 벽면(12h)에 각각 접속을 개시한다.
도 7에 도시하는 상태에서 외주 단부에 근접한 벽 본체(12b)의 내측면과 그 안쪽에 위치하는 벽 본체(13b)의 외측면과의 사이에는 후에 압축실로 되는 개방 공간(C1)이 형성되며, 동일하게 외주 단부에 근접한 벽 본체(13b)의 내측면과 그 안쪽에 위치하는 벽 본체(12b)의 외측면과의 사이에도 후에 압축실이 되는 개방 공간(C1)이 형성되며, 개방 공간(C1)에는 저압실(LR)로부터의 저압 유체가 유입된다.
도 7의 상태로부터 선회 스크롤(13)이 π/2 만큼 선회하여 도 8에 도시하는 상태에 이르는 과정에서 개방 공간(C1)이 크기를 확대하면서 스크롤 압축 기구의 중심부를 향해 진행하고, 개방 공간(C1)에 선행하는 압축실(C)도 중심부를 향해 진행하며, 점차 용적을 감소시켜 유체를 압축한다.
도 8의 상태로부터 선회 스크롤(13)이 π/2 만큼 더 선회하여 다시 도 5에 도시하는 상태에 이르는 과정에서, 공간(C1)이 크기를 더 확대하면서 스크롤 압축 기구의 중심부를 향해 진행하고, 공간(C1)에 선행하는 압축실(C)도 밀폐 상태를 유지하면서 중심부를 향해 진행하며, 점차 용적을 감소시켜 유체를 압축한다. 그리고, 도 5의 상태에 이르면 도 8에 도시하는 압축실(C)이 도 5에 도시하는 압축실(C0)에 상당하며, 도 8에 도시하는 공간(C1)이 도 5에 도시하는 압축기(C)에 상당하게 된다.
그 후 압축을 계속함으로써, 압축실(C)은 최소 용적으로 되고 유체는 압축실(C)로부터 배출된다.
배출한 유체는 고압실(HR)에 도입된다. 그리고 고정 스크롤(12)이 고압의 배압을 받아 선회 스크롤(13)측으로 가압되고 또한 밀봉 부재(18)에 있어서는 고압의 유체가 U자부의 내측으로 도입됨으로써 차압으로 폭이 확장되며, 밀봉면이 원통 플랜지(16, 17)의 수직면을 향해 가압됨으로써 고압실(HR)과 저압실(LR)의 밀봉이 실행된다.
다음으로, 압축실(C)의 형상 변화에 관해 설명한다.
최대 용적으로부터 최소 용적에 이르는 압축실(C)의 크기의 변천은, 도 5에서의 압축실(C) → 도 7에서의 압축실(C) → 도 5에서의 압축실(C0) → 도 8에서의 압축실(C0)로 볼 수 있다. 여기서, 각각의 상태에서 압축실을 전개한 형상을 도 9a 내지 도 9d에 도시한다.
최대 용적으로 되는 도 9a의 상태에서, 압축실은 선회 축방향의 폭이 중간에서 좁아지는 이형의 장방형 형상을 이룬다. 그 폭은 스크롤 압축 기구의 외주 단부측에서 바닥면(12g)으로부터 상부 에지(12d)까지의 벽 본체(12b)의 높이[또는 바닥면(13g)으로부터 상부 에지(13d)까지의 벽 본체(13b)의 높이]와 거의 동일한 랩 길이(L1)로 되고, 중심부측에서는 바닥면(12f)으로부터 상부 에지(12d)까지의 높이[또는 바닥면(13f)으로부터 상부 에지(13d)까지의 벽 본체(13b)의 높이]와 거의 동일한 랩 길이[Ls(<L1)]로 된다.
도 9b의 상태에 있어서도, 압축실은 선회 축방향의 폭이 중간에서 좁아지는 이형의 장방형 형상을 이룬다. 그 폭은 스크롤 압축 기구의 외주 단부측에서는 랩 길이(Ls)로 되고, 중심부측에서는 바닥면(12f)으로부터 상부 에지(12c)까지의 높이[또는 바닥면(13f)으로부터 상부 에지(13c)까지의 벽 본체(13b)의 높이]와 거의 동일한 랩 길이[Lss(<Ls)]로 된다.
압축이 더 진행되면, 도 9c에 도시하는 바와 같이 압축실은 그 폭이 균일한 랩 길이(Lss)로 된다.
그리고 도 9d에 도시하는 바와 같이 그 길이가 최소로 됨으로써, 압축실은 최소 용적으로 된다.
상기 스크롤 압축기에 있어서는, 압축실의 용적 변화가 종래와 같이 선회면에 평행한 단면적의 감소에 의해서만 야기되는 것이 아니며, 도 9a 내지 도 9d에 도시한 바와 같이 선회 축방향의 폭의 감소와 단면적의 감소에 의해 상승적으로 야기된다.
따라서, 벽 본체(12b, 13b)를 단차부 형상으로 하고, 롤 압축 기구의 외주단부 부근과 중심부 부근에 벽 본체(12b, 13b)의 랩 길이를 변화시키며, 압축실(C)의 최대 용적을 크게 하거나 최소 용적을 작게 함으로써 벽 본체간의 랩 길이가 일정한 종래의 스크롤 압축기에 비해 압축비를 향상시킬 수 있다.
그리고, 배압을 고압실(HR)로 도입함으로써 고정 스크롤(12)을 선회 스크롤(13)에 가압한다. 이 때문에 칩 시일을 사용하지 않고도 압축실(C)의 밀봉이 실행되며, 칩 시일의 낙하나 파손의 발생없이 효율적인 압축을 실행할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 관해 설명한다. 또한, 상기 제 1 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 이용하여 그 설명을 생략한다.
도 10에 도시한 것은 본 실시예에 따른 스크롤 압축기이다. 이 스크롤 압축기는 밀폐 형상의 하우징(2)을 갖고, 하부에 흡입관(23), 상부에 배출관(25)을 갖고 있다. 하우징(21)내에는 상부에 구동부(27)가 하부에 압축기부(29)가 각각 설치되어 있다. 구동부(27)는 주축(28)에 고정된 회전자(27a)와, 하우징(21)에 고정된 고정자(27b)를 구비하고 있다. 주축(28)은 주축 베어링(30)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있고, 고정자(27b)에 전류가 흐름으로써 회전자(27a)를 거쳐 상기 주축(28)에 회전 동력이 부여되도록 되어 있다.
압축기부(29)는 고정 스크롤(31)과 선회 스크롤(32)로 구성되어 있다. 고정 스크롤(31)의 단부 판은 하우징(21)에 고정되어 있다.
선회 스크롤(32)의 단부 판 중앙에는 압축된 유체의 배출 포트(33)가 설치되어 있다[또한, 본 실시예는 상기 제 1 실시예와는 다르고, 고정 스크롤(31)에는 배출 포트(도 1의 도면부호 15 참조)는 설치되고 있지 않음]. 선회 스크롤(32)의 배면측에는 배출 포트(33)의 개구부를 둘러싸고 원통 형상의 보스(A)가 형성되며, 이 보스(A)에 주축(28)의 편심부(28a)가 삽입되어 있다.
고정 스크롤(31)과 선회 스크롤(32) 외의 구성은 상기 제 1 실시예에서의 고정 스크롤(12) 및 선회 스크롤(13)과 동일하고, 단부 판에 단차부(42, 43)가 형성되며, 또한 단차부 형상의 벽 본체(12b, 13b)를 구비하고 있다.
주축(28)에는 연통 구멍(34)이 축방향으로 관통 상태로 설치되어 있으며, 배출 포트(33)와 배출관(25)을 연통하고 있다.
또한, 선회 스크롤(32)과 주축 베어링(30)의 사이에는 하우징(21)내를 고압실(배압실)(HR)과 저압실(LR)로 분리·밀봉하는 환형의 밀봉 부재(35)가 설치되어 있다. 고압실(HR)은 선회 스크롤(32)의 배면측의 배출 포트(33) 개구 주위에 형성된다.
이 스크롤 압축기에 있어서, 선회 스크롤(32)을 공전 선회 운동시키면 압축실(C)이 외주 단부로부터 중심부를 향해 이동하면서, 점차 용적을 감소시켜 유체를 압축한다. 유체의 압축 행정은 상기 제 1 실시예와 동일하지만, 압축된 유체는 배출 포트(33)를 거쳐 선회 스크롤(32)의 배면측에 형성된 고압실(HR)로 도입된다. 그리고 선회 스크롤(32)이 고압의 배압을 받아 고정 스크롤(31)측으로 가압된다.
본 실시예의 스크롤 압축기에 있어서는, 압축실의 용적 변화가 종래와 같이 선회면에 평행한 단면적의 감소에 의해서만 야기되는 것이 아니라, 도 9a 내지 도 9d에 도시하는 바와 같이 선회 축방향의 폭의 감소와 단면적의 감소에 의해 상승적으로 야기된다.
따라서, 벽 본체(12b, 13b)를 단차부 형상으로 하며, 스크롤 압축 기구의 외주 단부 부근과 중심부 부근에 벽 본체(12b, 13b)의 랩 길이를 변화시켜 압축실(C)의 최대 용적을 크게 하거나 최소 용적을 작게 함으로써 벽 본체간의 랩 길이가 일정한 종래의 스크롤 압축기에 비해 압축비를 향상시킬 수 있다.
그리고, 배압을 고압실(HR)에 도입함으로써 선회 스크롤(32)을 고정 스크롤(31)에 가압한다. 이 때문에 칩 시일을 사용하지 않아도 압축실(C)의 밀봉이 실행되며, 칩 시일의 낙하나 파손의 발생없이 효율적인 압축을 실행할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 3 실시예에 관해 설명한다. 또한, 상기 제 1 실시예와 동일한 구성에 관해서는 동일한 도면부호를 이용하여 그 설명을 생략한다.
도 11에 도시한 것은 본 실시예에 따른 스크롤 압축기이다. 이 스크롤 압축기는 고정 스크롤(12)에 맞물리는 선회 스크롤(13)을 갖는다. 선회 스크롤(13')은 단부 판(13a')과, 단부 판(13a')의 일 측면에 세워 설치된 벽 본체(13b)로 구성되어 있다. 단부 판(13a') 이외에는 상기 제 1 실시예의 선회 스크롤(13)과 동일한 구성이다.
선회 스크롤(13')의 단부 판(13a')에는 배면측[단부 판(13a')의 다른쪽 측면]에 환형 홈(45)이 형성되어 있다. 이 환형 홈(45)에는 베어링 부재(46)가 끼워맞춰져 있다. 베어링 부재(46)에는 환형 홈(45)에 대응하는 환형 돌기(46a)가 형성되어 있으며, 이 환형 돌기(46a)가 환형 홈(45)에 끼워맞춰져 있다. 환형 돌기(46a)와 환형 홈(45)의 밀봉면에는 밀봉 부재(47)가 설치되어 있기 때문에 선회 스크롤(13')과 베어링 부재(46) 사이의 간극을 중심부측의 고압실(배압실)(HR')과 외측의 저압실(LR)로 분리하고 있다. 그리고, 단부 판(13a')에는 고압실(HR')과 압축실(C)을 연통하는 연통 구멍(48)이 형성되어 있다.
베어링 부재(46)에는 환형 돌기(46a)와 반대측으로 연장되는 원통 형상의 보스(A)가 형성되고, 이 보스(A)에 회전 샤프트(9)의 상단에 설치되어 선회 운동하는 편심 핀(9a)이 삽입되어 있다. 또한, 베어링 부재(46)는 자전 저지 기구(10)에 의해 그 자전이 저지된 상태로 지지되어 있다.
이에 의해, 베어링 부재(46)는 회전 샤프트(9)의 회전에 의해 공전 선회 운동되고, 그 운동이 선회 스크롤(13')에 전달되어 선회 스크롤(13')이 공전 선회 운동하도록 되어 있다.
이 스크롤 압축기에 있어서, 선회 스크롤(13')을 공전 선회 운동시키면, 압축실(C)이 외주 단부로부터 중심부를 향해 이동하면서 점차 용적을 감소시켜 유체를 압축한다. 유체의 압축 행정은 상기 제 1 실시예와 동일하지만, 압축된 유체는 배출 포트(15)로부터 배출되는 동시에 연통 구멍(48)을 거쳐 고압실(HR')로 도입된다. 고압실(HR')로 도입된 고압 유체는 선회 스크롤(13')과 베어링 부재(46)를 서로 이격시키도록 압력을 작용하며, 이에 의해 선회 스크롤(13')이 고정 스크롤(12)로 가압된다.
본 실시예의 스크롤 압축기에 있어서, 압축실의 용적 변화가 종래와 같이 선회면에 평행한 단면적의 감소에 의해서만 야기되는 것이 아니라, 도 9a 내지 도 9d에 도시한 바와 같이 선회 축방향의 폭의 감소와 단면적의 감소에 의해 상승적으로 야기된다.
따라서, 벽 본체(12b, 13b)를 단차부 형상으로 하며, 스크롤 압축 기구의 외주 단부 부근과 중심부 부근에서 벽 본체(12b, 13b)의 랩 길이를 변화시켜 압축실(C)의 최대 용적을 크게 하거나 최소 용적을 작게 함으로써, 벽 본체간의 랩 길이가 일정한 종래의 스크롤 압축기에 비해 압축비를 향상시킬 수 있다.
그리고, 배압을 고압실(HR')에 도입함으로써 고정 스크롤(12)과 선회 스크롤(13')이 상호 가압된다. 이 때문에, 칩 시일을 사용하지 않아도 압축실(C)의 밀봉이 실행되고, 칩 시일의 낙하나 파손이 발생하지 않아, 효율적인 압축을 실행할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서는 연결 에지(12e, 13e)가 선회 스크롤(13)의 선회면에 수직하게 형성되고, 이에 대응하여 연결 벽면(12h, 13h)도 선회면에 수직하게 형성되어 있지만, 연결 에지(12e, 13e) 및 연결 벽면(12h, 13h)은 상호 대응 관계를 유지하고 있다면 선회면에 수직할 필요는 없으며, 예컨대 선회면에 대하여 경사지도록 형성할 수도 있다.
또한, 연결 에지(12e, 13e)는 반원형을 이루고 있을 필요는 없으며, 모든 형상일 수도 있다. 이 경우, 연결 에지(12e, 13e)가 형성하는 포락선은 원호로는 되지 않기 때문에 연결 벽면(12h, 13h)도 원호로는 되지 않게 된다.
또한, 단차부(42, 43)의 형성 개소도 각각 1개소가 아닐 수도 있으며, 각각 복수 개소에 설치될 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 스크롤 압축기에 있어서, 배압실에 도입된 압축 유체에 의해 한쪽의 스크롤이 다른쪽의 스크롤로 가압된다. 이 때문에, 종래의 칩 시일을 사용하지 않아도 압축실이 밀봉되므로, 칩 시일의 낙하, 파손이 발생되지 않아, 유체의 유출을 방지하여 효율적으로 압축을 실행할 수 있다.

Claims (5)

  1. 단부 판의 한 측면에 세워 설치된 소용돌이 형상의 벽 본체를 갖는 고정 스크롤과, 단부 판의 한 측면에 세워 설치된 소용돌이 형상의 벽 본체를 갖고, 상기 각 벽 본체가 서로 맞물리게 하여 자전이 저지되면서 공전 선회 운동 가능하게 지지된 선회 스크롤을 구비한 스크롤 압축기에 있어서,
    상기 고정 스크롤과 선회 스크롤중 적어도 어느 한쪽의 스크롤 단부 판의 다른쪽 측면에 배압실이 형성되고, 상기 배압실에 상기 양 스크롤에 의해 압축된 유체가 도입됨으로써 상기 한쪽의 스크롤이 다른쪽의 스크롤측으로 가압되게 구성되며,
    상기 고정 스크롤과 선회 스크롤중 적어도 어느 한쪽의 스크롤의 단부 판에는, 상기 한 측면에 그 높이가 벽 본체의 소용돌이를 따라 그 중심부측에서 높고 외주 단부측에서 낮아지도록 형성된 단차부가 설치되며, 상기 고정 스크롤과 선회 스크롤중 어느 다른쪽의 스크롤 벽 본체의 상부 에지는 상기 단부 판의 단차부에 대응하여 복수의 부분으로 분할되며, 또한 상기 부분의 높이가 소용돌이의 중심부측에서 낮고 외주 단부측에서 높아지는 단차부 형상으로 되는 것을 특징으로 하는
    스크롤 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 스크롤과 선회 스크롤중 적어도 어느 한쪽의 스크롤을 다른쪽의스크롤로 가압하는 탄성체가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    스크롤 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배압실은 상기 고정 스크롤의 상기 다른쪽 측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    스크롤 압축기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배압실은 상기 선회 스크롤의 상기 다른쪽 측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    스크롤 압축기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 선회 스크롤 단부 판의 상기 다른쪽 측면에 끼워맞춰져 공전 선회 운동하는 베어링 부재가 설치되고, 상기 배압실은 상기 선회 스크롤과 상기 베어링 부재 사이에 형성되어 있는
    스크롤 압축기.
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