KR20070053133A - 스크롤 유체 기계, 냉동 사이클 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항상 선회 스크롤 부재를 고정 스크롤 부재에 압박하는 타입의 스크롤 유체 기계에 있어서, 기동 직후의 과도 운전 시간을 단축하여 운전 개시 시간을 단축하는 것을 목적으로 한다. 또한, 스크롤 부재의 길들이기층을 단시간에 길들이게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 챔버 내부와, 고정 스크롤 부재와 프레임으로 형성되는 공간을 구별하는 동시에 프레임에 배치된 보조 부재 배압 구멍을 거쳐서 챔버 내의 압력을 받는 보조 부재 배압 밀봉부와, 보조 부재 배압 밀봉부에 압박됨으로써 선회 스크롤 부재를 고정 스크롤 부재측으로 압박하는 선회 압박 보조 부재를 가짐으로써 달성된다.

스크롤 부재, 고정 소용돌이 부재, 고정 단부판, 선회 스크롤 부재, 배압실, 저유실

Description

스크롤 유체 기계, 냉동 사이클 장치 {SCROLL FLUID MACHINE, FREEZING CYCLE DEVICE}

도1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 스크롤 유체 기계의 종단면도.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 고정 스크롤 부재의 배면도.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 선회 스크롤 부재의 상면도.

도4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 선회 스크롤 부재의 종단면도.

도5는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 선회 스크롤 부재의 배면도.

도6은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 프레임의 상면도.

도7은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 선회 압박 보조 부재의 종단면도.

도8은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 선회 압박 보조 부재의 상면도.

도9는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 보조 부재 배압 밀봉부의 종단면도.

도10은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 선회 압박 보조 부재 부근의 확대 종단면도(조립시, 또는 길들이기 전 및 기동 전).

도11은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 선회 압박 보조 부재 부근의 확대 종단면도(길들이기 운전 중).

도12는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 선회 압박 보조 부재 부근의 확대 종단면도(길들이기 후 및 정규 운전 중).

도13은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 선회 압박 보조 부재 부근의 확대 종단면도(길들이기 후 및 기동 전).

도14는 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 선회 압박 보조 부재의 종단면도.

도15는 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 선회 압박 보조 부재의 상면도.

도16은 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 보조 부재 배압 밀봉부의 주요부 확대 종단면도.

도17은 배면 간극과 압축기 효율의 관계를 나타낸 그래프.

도18은 본 발명의 스크롤 압축기를 열펌프 급탕기에 탑재한 냉동 사이클도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 고정 스크롤 부재

1a : 고정 소용돌이 부재

1b : 고정 단부판

1c : 바이패스 구멍

1d : 오일 홈

2 : 선회 스크롤 부재

2a : 선회 소용돌이 부재

2b : 선회 단부판

2c : 선회 베어링

2x : 선회 방사 홈

3 : 선회 압박 보조 부재

3b : 돌기부

4 : 배압실

5 : 저유실

6 : 흡입실

7 : 외주실

8 : 보조 부재 배압실

9 : 크랭크축

9a : 편심 핀

9b : 급유 구멍

10 : 급유 파이프

11 : 보조 부재 배압 밀봉부

15 : 프레임

15a : 주베어링

15h : 보조 부재 배압 구멍

16 : 올덤 링

17 : 모터

18 : 흡입 파이프

19 : 토출 파이프

20 : 케이스

21 : 본 발명의 스크롤 압축기

22 : 열교환기

23 : 물 통로

24 : 전동 팽창 밸브

25 : 증발기

25a : 증발기 팬

100 : 배압 제어 밸브

100a : 유출 구멍

100b : 밸브 스프링

100c : 밸브 부재

100d : 밸브 캡

100e : 고정 마개

150 : 바이패스 밸브

200 : 압축실

[문헌 1] 일본 특허 공개 평11-247786호 공보

[문헌 2] 일본 특허 공개 평01-177482호 공보

본 발명은 에어컨이나 열펌프 급탕기 등에 이용되는 스크롤 유체 기계에 관 한 것으로, 특히 운전 개시 시간을 단축하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 선회 스크롤 부재와 고정 스크롤 부재를 서로 끌어당기는, 바꾸어 말하면 선회 스크롤 부재를 고정 스크롤 부재에 압박하는 스크롤 유체 기계의 경우, 기동 직후에는 이러한 압박력, 소위 배압은 거의 발생하지 않는다. 오히려, 선회 스크롤 부재는 압축실의 압력에 의해 고정 스크롤 부재로부터 멀어지는 방향의 큰 힘을 받는다.

따라서, 선회 스크롤 부재와 고정 스크롤 부재의 간극이 커지고 압축실을 형성하는 밀봉부의 밀봉성이 낮아지기 때문에, 정상 운전 이행 전의 과도 운전은 누설이 많은 저효율 운전이 이루어지게 된다.

따라서, 밀봉성을 높이기 위한 기술은 많이 있고, 예를 들어 특허문헌 1, 2가 알려져 있다.

특허문헌 1에서는, 고정 스크롤의 단부면인 고정 설치면(이하, 비선회 기준면이라 함)과, 프레임의 단부면인 선회 끼워 넣음면(이하, 선회 규정면이라 함)과의 사이에 끼워 넣어지는 선회 스크롤의 부분(이하, 선회 단부판이라 함)은 양단부면의 간격보다도 5 내지 70 ㎛ 정도 작아지도록 구성하고 있고, 이것은 비선회 기준면에 대향하여 스크롤 랩이 기립 설치되는 경판면과, 선회 규정면에 대향하는 랩 반대측 면(이하, 선회 배면이라 함)으로 형성되는 두께, 즉 선회 단부판의 두께가 양단부면의 간격보다도 5 내지 70 ㎛ 정도 작은 것을 나타내고 있다. 또한, 선회 스크롤 부재와 고정 스크롤 부재의 축선 방향에 있어서의 최대 이격 거리를 프레임의 선회 규정면으로 규정하여 고효율로 운전하는 것이 단락 [0029] 등에 개시되어 있다.

이와 같이, 선회 단부판의 랩측과 비선회 기준면의 간극이 작은 것 등으로부터, 압축기 기동의 대략 직후 혹은 매우 단시간에 선회 스크롤 부재를 고정 스크롤 부재에 압박할 수 있어, 성능이 향상되고, 정규의 운전 상태로 이행하는 것이 단락 [0029] 등에 개시되어 있다. 또한, 압접하여 미끄럼 이동하면 깎일 수 있는 길들임성을 갖는 피막(이하, 길들이기층이라 함)을 형성하여, 성능을 향상시켜 정규의 운전으로 이행하는 것이 단락 [0029] 등에 개시되어 있다.

특허문헌 2에는 액 압축에 의한 압축실의 이상 압력 상승에 대비하여 제3 도면에 개시한 바와 같은 선회 스크롤의 배면인 선회 배면에 스러스트 방향으로 이동가능한 스러스트 베어링을 접촉시키고, 나아가 그 스러스트 베어링의 배면으로부터 토출 압력을 도입하는 구성이 개시되고, 또한 상기 5 내지 70 ㎛ 대신에 약 0.015 내지 0.020 ㎜, 즉 약 15 내지 20 ㎛로 할 수 있는 것이 제3 페이지 하부 우측란 1행 등에 개시되어 있다. 이에 의해, 작용 섹션 및 발명의 효과 섹션에 기재한 바와 같이, 정상 운전시에는 미소 간극을 유지하여 효율이 좋은 압축 작용을 행하고, 압축실 압력의 이상 상승시에는 압축실의 밀봉을 해제하여 다시 정상인 압축 운전으로 복귀시킬 수 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평11-247786호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허 공개 평01-177482호 공보

상기 각 특허문헌들은 압축실의 밀폐도를 높게 유지함으로써 배압의 근원인 토출 압력을 상승시켜 운전 개시를 개량하고자 하는 것이지만, 애당초 밀봉성을 이 이상 높이는 것은 용이하지 않고, 토출 압력의 상승에 시간을 필요로 하는 이상, 선회 스크롤 부재를 고정 스크롤 부재에 압박하는 압박력(배압)이 급상승할 때에도 시간을 필요로 하여, 정상 운전으로 이행할 때까지의 시간, 즉 운전 개시 시간이 길어진다.

본 발명은 기동 직후의 과도 운전 시간을 단축하여 운전 개시 시간을 단축하는 것을 목적으로 한다. 또한, 스크롤 부재의 길들이기층을 단시간에 길들이게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 챔버 내부와, 고정 스크롤 부재와 프레임으로 형성되는 공간을 구별하는 동시에, 프레임에 배치된 보조 부재 배압 구멍을 통해 챔버 내의 압력을 받는 보조 부재 배압 밀봉부와, 보조 부재 배압 밀봉부에 압박됨으로써 선회 스크롤 부재를 고정 스크롤 부재측으로 압박하는 선회 압박 보조 부재를 가짐으로써 달성된다.

이하, 본 발명의 제1 실시예에 대해 도1 내지 도13을 이용하여 설명한다.

도1은 스크롤 유체 기계의 종단면도이다. 단, 하나의 단면으로만 구성되어 있는 것은 아니고, 부분적으로 별도의 단면을 취하고 있다. 이하, 도1과 같은 방향으로부터 본 단면도를 종단면도, 도1의 상부로부터 하부를 향해 본 도면을 상면도, 반대로 하부로부터 상부를 향해 본 도면을 배면도라 한다. 도2는 고정 스크롤 부재의 배면도로, 고정 설치면을 나타내고 있다. 도3, 도4, 도5는 각각 선회 스크 롤 부재의 상면도, 종단면도, 배면도이다. 또한, 도6은 프레임의 상면도이다. 도7은 선회 압박 보조 부재의 종단면도이고, 도8은 그 상면도이다. 또한, 도9는 보조 부재 배압 밀봉부의 종단면도이다. 도10 내지 도13은 선회 압박 보조 부재 부근의 종단면도(도1의 P부)를 확대한 것이다.

우선, 스크롤 유체 기계에 있어서의 압축 유체의 흐름의 개요를 서술한다.

스크롤 유체 기계인 압축기는 흡입 파이프(18)로부터 유체를 취입하고, 토출 파이프(19)로부터 압축한 유체를 토출한다. 흡입 파이프(18)로부터 유입한 유체는 흡입실(6)(도2 참조)에 일단 유입한 후, 고정 스크롤 부재(1)의 고정 소용돌이 부재(1a)와 선회 스크롤 부재(2)의 선회 소용돌이 부재(2a)로 형성되는 압축실(200)에서 압축된다. 압축된 유체는 케이스(20) 내에 토출되어 토출 파이프(19)로부터 토출된다. 본 실시예의 스크롤 유체 기계는 소위 고압 챔버형의 스크롤 유체 기계이다.

이하, 각 부에 대해 상세하게 설명한다.

1은 고정 스크롤 부재로 비대칭 치형인 고정 소용돌이 부재(1a)와 고정 단부판(1b)을 포함한다. 이것은, 대칭 치형이라도 물론 좋다. 과압축을 억제하기 위해, 또는 액 압축을 회피하기 위해 이뿌리면에는 바이패스 구멍(1c)을 2쌍 설치하고, 각각에 바이패스 밸브(110)를 설치한다. 또한, 후술하는 배압 제어 밸브(100)와 조합함으로써, 배압, 즉 선회 스크롤 부재를 고정 스크롤 부재에 압박하는 배압실의 압력의 적정화를 행한다. 또한, 고정 스크롤(1)은 선회 스크롤 부재(2)와 미끄럼 이동하므로, 오일 홈(1d)을 마련하여 양 부재 사이에 냉동기유를 도입하고, 이 미끄럼 이동부를 윤활한다.

2는 선회 스크롤 부재에서 선회 소용돌이 부재(2a)와 선회 단부판(2b)을 포함한다.

선회 스크롤 부재(2)의 선회 배면(2j)측에는 크랭크축(9)의 회전을 받는 선회 베어링(2c), 선회 올덤 홈(2k), 선회 스크롤 부재의 무게 중심을 선회 베어링 축심 상에 조정하기 위한 균형 홈(2y)이 배치된다(도5 참조). 이 선회 배면(2j)에 대향하는 프레임(15)에는 프레임 올덤 홈(15k)이 배치된다(도6 참조). 또한, 프레임(15)에는 후술하는 보조 부재 배압 밀봉부(11)를 배치하기 위한 밀봉부 삽입 홈(15b)이 마련된다.

크랭크축(9)은 모터(17)에 의해 회전되고, 이 회전을 선회 스크롤 부재(2)에 전달한다. 이 때, 올덤 링(16)의 4개의 키부가 이들 홈에 삽입되어 있으므로, 선회 스크롤 부재(2)의 자전 운동이 회피되고, 공전 운동, 즉 고정 스크롤 부재(1)와의 상대 회전 운동만이 이루어진다.

이 상대 회전에 의해 압축실(200)을 형성하고, 고정 스크롤 부재(1)의 중심을 향해 압축실(200)의 용적을 서서히 작게 해 감으로써 유체를 압축한다. 압축된 유체는 고정 스크롤 부재(1) 상부의 케이스(20) 내에 토출되고, 케이스(20) 내부를 토출압으로 채워 케이스 측면의 토출 파이프(19)로부터 압축기 밖으로 토출된다.

또, 양 스크롤 부재가 완전히 폐쇄되었을 때에 압축실(200)은 형성되지만, 완전히 폐쇄되기 전의 공간은 흡입실(6)과 연통하고 있게 된다.

이 때, 스크롤 유체 기계는 기기의 윤활 및 압축실 등의 밀폐를 위해 냉동기 유를 여러 곳에 공급하면서 운전하는 것이므로, 다음에 스크롤 유체 기계에 있어서의 냉동기유의 흐름의 개요를 서술한다.

케이스(20) 내의 토출압(Pd)과 배압실(4)의 배압(Pb)과의 압력차를 이용하여 저유실(5) 내로부터 급유 파이프(10), 급유 구멍(9b)을 통해 선회 베어링(2c)과 주베어링(15a)에 냉동기유를 공급한 후, 냉동기유는 배압실(4)에 들어간다. 그 후 냉동기유는 배압 제어 밸브(100)를 통해 유출 구멍(100a)(도10 참조)으로부터 압축실(200)로 유출한다. 냉동기유는 압축실(200)의 밀봉을 행하면서 압축 유체와 함께 승압되어 케이스(20) 내에 토출된다. 그래서, 대부분은 압축 유체와 분리되어 케이스(20)의 하부에 있는 저유실(5)에 모인다.

다음에, 배압 제어 밸브(100)에 대해 설명한다.

도2, 도10 등에 도시한 바와 같이, 고정 소용돌이 부재(1a)의 외주부(반경이 큰 부분)의 내선측까지 뚫어 형성된 유출 구멍(100a)을 개방하여 배압 제어 밸브(100)를 설치한다. 이 배압 제어 밸브(100)는 그 내부에 압축된 밸브 스프링(100b), 밸브 부재(100c), 밸브 캡(100d)을 갖는다. 또한, 유출 구멍(100a)을 가공하기 위해 개방된 외주측 구멍은 고정 마개(100e)에 의해 막혀 있다.

배압 제어 밸브(100)는 선회 스크롤 부재(2)의 배면측에 형성되는 배압실(4)의 압력을 소정치 이하로 유지하기 위한 밸브이며, 그 소정치는 배압에 의해 밸브 부재(100c)에 가해지는 힘과 밸브 스프링(100b)에 의해 밸브 부재(100c)에 가해지는 힘의 균형에 의해 결정된다. 상기한 바와 같이, 배압실(4)에는 압축기의 운전에 의해 승압된 토출압 하의 냉동기유가 유입한다. 그 냉동기유에는 냉매가 용해 되어 있고, 이 냉매가 기화함으로써 배압실(4)의 압력, 즉 배압이 상승하게 된다. 이 배압은 전술한 바와 같이 소정치 이하로 유지된다.

선회 단부판(2b)의 상면인 선회 미끄럼 이동면(경판면) 및 그 선회 소용돌이 부재(2a)의 표면에는 미끄럼 이동에 의해 마모되는 길들이기층(2h)을 형성한다. 선회 스크롤 부재(2)의 표면에 길들이기층(2h)을 설치하기 위해 선회 베어링(2c)의 베어링면을 제외한 전체 표면에 길들이기층을 설치한 후, 선회 배면(2j)만 강제적으로 후술하는 길들이기 용이층을 제거할 수도 있다. 도1 및 도4에는 길들이기층을 설명하기 위해 그 두께를 매우 확대하여 나타내고 있지만, 실제의 두께는 양 스크롤 부재를 맞물리게 한 경우의 그들의 형상 오차에 의해 생기는 간극의 레벨로, 20 ㎛ 정도이다.

이 길들이기층(2h)은 선회 스크롤 부재(2)의 소재 표면을 처리하여 형성한 것이며, 이것은 원래의 소재 표면으로부터 석출하여 형성되는 길들이기 용이층(2h1)(10 ㎛ 정도)과 원래의 소재 표면을 침식하여 형성한 길들이기 곤란층(2h2)(10 ㎛ 정도)으로 이루어진다. 길들이기 곤란층은 깎거나 제거하는 것이 곤란하지만, 길들이기 용이층은 석출하여 형성하므로 마찰 등에 의해 깎여 제거되기 쉽다. 따라서, 원래의 표면까지의 길들이기는 용이하게 진행되지만, 그 이상으로 길들이기가 진행되는 것은 곤란하다. 또한, 선회 소용돌이 부재(2a)의 길들이기층 중 이끝면의 길들이기층에 비해 측면의 길들이기층은 제거되기 어렵다. 고정 소용돌이 부재(1a)와의 반경 방향의 접촉력이 축 방향의 접촉력보다 작기 때문이며, 축 방향의 길들이기층(이끝면의 길들이기층)보다 측면의 길들이기층 쪽이 제거 량이 적어진다. 이 길들이기 진행 중인 운전을 길들이기 운전이라 칭하는 것으로 한다.

이와 같은 길들이기 용이층의 일례로서, 주철을 소재로 한 선회 스크롤 부재의 경우, 인산망간 피막이 있다. 제거된 길들이기층은 매우 작은 입자이고, 압축기나 사이클의 내부를 순환해도 이들의 신뢰성을 저하시키는 일은 없다.

길들이기 운전 종료 후, 즉 길들이기의 진행이 포화된 정규 운전 상태에 있어서의 선회 스크롤 부재(2)의 표면은 개략 원래의 표면 부근이 된다. 따라서, 길들이기 운전 종료 후의 치수가 어느 정도가 되는지를 추정할 수 있으므로 치수의 관리가 용이하다.

또, 길들이기층은 고정 스크롤 부재(1)의 선회 스크롤 부재(2)와의 대향면에 설치해도 좋고, 양방의 부재에 설치해도 좋다.

다음에, 선회 압박 보조 부재(3) 및 보조 부재 배압 밀봉부(11)에 대해 도7 내지 도9를 이용하여 설명한다.

선회 압박 보조 부재(3)는 보조 부재 배압 밀봉부(11)로부터 힘을 받아 선회 스크롤 부재(2)를 고정 스크롤 부재(1)측으로 압박하기 위한 부재이다. 선회 압박 보조 부재(3)에는 선회 단부판(2b)의 소재시의 두께와 대략 동일한 치수만큼 선회 규정면(3a)으로부터 기립 상승한 돌기부(3b)를 외주부에 마련하고 있다.

또한, 보조 부재 배압 밀봉부(11)는 프레임(15)에 설치된 보조 부재 배압 구멍(15h)을 통해 케이스(20) 내의 압력인 토출압을 받아 선회 압박 보조 부재(3)를 선회 스크롤 부재(2)측으로 압박하기 위한 원환형의 부재이다. 이와 같은 보조 부 재 배압 밀봉부(11)로서는, 예를 들어 그린트위드 앤드 컴퍼니제의 MSE 밀봉부 등이 적합하다. 그 내주측과 외주측(도16에 있어서의 단면의 좌측과 우측)에는 밀봉 돌기(11a)가 마련되어 있고, 돌기(11a)가 마련되어 있지 않은 측에는 크리프 변형이 거의 없는 재료로 구성된 탄성 링(예를 들어 스프링강)(11b)이 삽입되어 있다. 반대로 말하면, 탄성 링(11b)은 보조 부재 배압 밀봉부(11)로 덮여 있고, 또한 그 외부에는 밀봉 돌기(11a)가 마련되어 있다고 할 수 있다.

보조 부재 배압 밀봉부(11)는 프레임(15)의 밀봉 홈(15b)에 삽입 끼움되고, 내외측의 밀봉 돌기(11a)가 밀봉 홈(15b)의 내외측면에 압박됨으로써 배압실(4)과 케이스(20) 내의 공간을 두고 있어, 밀봉 기능 및 격절 기능을 갖는다. 이 때, 보조 부재 배압 밀봉부(11)와 밀봉 홈(15b)으로 보조 부재 배압실(8)을 형성하고 있고, 보조 부재 배압실(8)은 보조 부재 배압 구멍(15h)을 통해 케이스(20) 내에 연통하고 있다. 보조 부재 배압 밀봉부(11)의 하면으로부터 유체의 토출압이 보조 부재 배압실(8)에 가해지고 있는 경우뿐만 아니라, 가해지고 있지 않은 경우에도 배압실(4)과 케이스(20) 내의 공간은 격절된다.

다음에, 본 실시예에 있어서의 동작 및 작용 효과에 대해 도10 내지 도13의 선회 압박 보조 부재 부근의 확대 종단면도를 이용하여 설명한다.

조립 완료 후 운전 전에는 각 부품의 배치는 도10에 도시한 상태이다.

도10에서는, 선회 스크롤 부재(2)는 전혀 길들이기층이 깎여 있지 않은 상태이다. 길들이기 전에 기동 전의 상태라 간주할 수도 있다. 길들이기 용이층(2h1)도 남아 있어 선회 단부판(2b)의 두께는 최대이다. 선회 단부판(2b)의 소재시의 두께가 길들이기 곤란층(2h2)까지의 두께(T)와 대략 동일한 것은, 상기한 길들이기층의 설명으로부터 명백하다. 이 선회 단부판(2b)을 비선회 기준면(1z)과 선회 규정면(3a) 사이에 배치할 필요가 있지만, 토출압이 발생하고 있지 않으므로, 선회 압박 보조 부재(3)에는 보조 부재 배압에 의한 힘이 가해지고 있지 않다. 따라서, 선회 압박 보조 부재(3)에는 선회 스크롤 부재(2)를 고정 스크롤 부재(1)측을 향하는 힘은 발생하고 있지 않다. 또한, 선회 압박 보조 부재(3)는 도시한 바와 같이 하방으로 피해져 있다. 즉, 선회 압박 보조 부재(3)는 고정 스크롤 부재(1)로부터 이격되어 있으므로 용이하게 조립할 수 있다.

비선회 기준면(1z)과 경판면(2z)과의 간격이 과대하면, 특히 기동시에 토출압을 높게 할 수 없어, 선회 보조 부재(3)를 고정 스크롤 부재(1)측으로 밀어 올리기 위해 필요한 보조 부재 배압을 얻을 수 없다. 따라서, 비선회 기준면(1z)과 경판면(2z)의 간격은 충분히 관리되어야만 한다. 또한, 상기 간격의 허용 범위가 큰 범위라고 하면 관리하는 것이 어려워진다.

그래서, 비선회 기준면(1z)에 대한 경판면(2z)의 대략의 위치를 결정하기 위해 선회 베이스면(15c)을 설치하고 있다. 프레임(15)에 설치한 선회 베이스면(15c)은 선회 스크롤 부재(2)에 적재하는 할당 치수로 한다. 즉 선회 베이스면(15c)의 외경 쪽이 선회 스크롤 부재(2)의 외경보다도 작다는 것이다. 이에 의해, 선회 단부판(2b)의 존재 범위는 비선회 기준면(1z)과 선회 베이스면(15c) 사이에 한정되고, 나아가서는 경판면(2z)의 위치의 존재 범위가 작게 억제된다. 즉, 경판면(2z)의 대략의 위치가 결정되고, 비선회 기준면(1z)과 경판면(2z) 사이에 일 정 간극을 갖게 된다.

도10의 상태로부터 기동하면, 비선회 기준면(1z)과 경판면(2z) 사이에 일정 간극이 있으므로 압축실(200)은 밀봉성이 낮지만, 불충분하면서도 유체는 압축되어 토출압을 높게 할 수 있다. 압축된 유체는 케이스(20) 내로 토출된다. 이 때의 압력을 P0이라 한다. 그 케이스(20) 내에 토출된 유체를 개방도가 매우 큰 보조 부재 배압 구멍(15h)을 통해 보조 부재 배압실(8)에 도입한다. 도입된 유체의 압력은 거의 저하되는 일도 없어 대략 P0이라 생각할 수 있다. 이 보조 부재 배압실(8)의 투영 면적은 보조 부재 배압 P0에서도 선회 스크롤 부재(2)를 고정 스크롤 부재(1)로 충분히 밀어 올릴 수 있는 압박력을 발생하는 면적으로 설정하고 있다.

따라서, 기동과 대략 동시에 보조 부재 배압실(8)로 압력 P0이 도입되어 보조 부재 배압 밀봉부(11)에 의해 선회 압박 보조 부재(3)가 밀려 올라가고, 그곳에 적재하여 선회 스크롤 부재(2)도 고정 스크롤 부재(1)측으로 이동한다. 그러면, 양 스크롤 부재의 축선 방향의 간극은 축소되어 그들 사이에 형성되는 압축실(200)의 밀봉성이 향상되는 결과, 토출압이 더욱 상승하여 회전수에 따라서 설계된 압력을 얻을 수 있다.

그리고, 배압실(4)에 배압이 급상승하고, 이에 따른 압박력도 생긴다. 이들의 힘에 의해 선회 스크롤 부재(2)는 고정 스크롤 부재(1)에 압박된다. 이와 같이, 기동시의 과도 운전 상태로부터 매우 단시간에 길들이기 운전(길들이기 운전이 이미 종료되어 있으면 정규의 운전)이 되므로, 운전 개시 시간을 단축화한 스크롤 유체 기계를 제공할 수 있다. 도11은 이 상태를 도시하고 있다.

종래에는, 배압이 급상승함으로써 정상 운전으로 이행할 수 있었지만, 본 실시예에 따르면, 배압이 급상승하기 이전이라도 보조 부재 배압이 급상승하면 되고, 선회 압박 보조 부재(3)에서 선회 스크롤 부재(2)를 고정 스크롤 부재(1)측으로 기동 직후로부터 이동시키는 것이 가능해진다.

따라서, 보다 단시간에 정상 운전으로 이행할 수 있어 운전 개시 시간을 단축할 수 있다. 또, 정상 운전은 길들이기 운전과, 길들이기 운전 종료 후의 정규 운전(혹은 정규 운전)으로 이루어지고, 정상 운전으로 이행하기 전의 운전을 과도 운전이라 한다.

도11에서는 아직 선회 스크롤 부재(2)에 길들이기 용이층(2h1)이 형성되어 있는 상태로, 즉 길들이기 운전 중의 상태이다. 돌기부(3b)의 돌기량(H)은 상기한 바와 같이 T와 대략 동일하게 설정하고 있으므로, 길들이기 용이층(2h1)의 두께만큼 돌기부(3b)의 상면과 비선회 기준면(1z)이 이격되어 있다. 이 결과, 배압실(4)의 배압에 의한 압박력과 보조 부재 배압실(8)의 보조 부재 배압에 의한 압박력의 합이 길들이기 용이층(2h1)에 가해진다. 종래에는 배압만으로 길들이기 운전을 행하고 있었지만, 본 실시예에서는 배압실의 배압에 의한 힘에 더하여, 보조 부재 배압이 선회 스크롤 부재(2)에 가해지게 되므로, 큰 힘으로 선회 스크롤 부재(2)를 고정 스크롤 부재(1)에 압박하게 된다. 이 힘은 길들이기층에 작용하므로, 본 실시예에서는 길들이기 운전에 필요한 시간을 대폭으로 단축할 수 있다.

길들이기 운전에 의한 형상 보정 효과에 의해 양 스크롤 부재 사이의 간극에 의해 생기는 누설 손실을 가급적 저감시켜 단시간에 설계한 토출압을 얻을 수 있는 스크롤 유체 기계를 실현할 수 있다.

길들이기 운전이 종료한 상태를 도12에 도시한다. 전술한 바와 같이, 이후의 정상 운전은 정규의 운전(혹은 정규 운전)이 된다. 이 때에는, 길들이기 용이층(2h1)이 없어져 선회 단부판(2b)의 두께는 대략 T가 되고, 돌기부(3b)의 돌기량(H)과 대략 동일해진다. 따라서, 그 돌기부(3b)의 상면이 비선회 기준면(1z)에 접촉하여 그 외주부를 압박하게 되고, 길들이기 운전 중인 도11에서는 아직 이들 사이에 간극이 있어 압박하는 데 이르지 않았다. 이에 의해, 선회 스크롤 부재(2)에 가해지는 압박력, 나아가서는 상대 운동을 행하는 양 스크롤 부재간의 압박력은 길들이기 운전시보다도 저감되어, 주로 배압에 의한 적절한 크기로 변한다. 길들이기 운전 후의 정규 운전시에 있어서의 기계 손실이 저감되고, 누설 손실의 저감과 함께 한층 고성능을 실현할 수 있다.

돌기부(3b), 즉 끼움 지지 제어 수단의 상면과 비선회 기준면(1z)과의 압박 상태에 의해 길들이기 운전 종료 후의 정규 운전시에도 보조 부재 배압의 일부를 선회 스크롤 부재(2)에 계속해서 가하는 것이 가능해진다. 이 경우에는, 선회 스크롤 부재(2)의 뜻하지 않은 진동 등이 억제되어 누설 손실이나 기계 손실의 증대가 억제되므로 고성능을 얻을 수 있다. 또한, 진동에 의한 소음도 억제할 수 있다.

이와 같은 상태를 실현하기 위해서는, 끼움 지지 제어 수단이 고정 스크롤 부재(1)에 접촉하고 있는 동시에, 선회 규정면(3a)이 선회 배면(2j)에 접촉하고 있는 것이 필요하다. 이것에는 어느 정도 선회 압박 보조 부재(3)가 탄성 변형해야 만 하고, 또한 스크롤 부재에 길들이기층을 설치하여 길들이기 운전을 행하는 가동식의 선회 규정면이 아니면 실현할 수 없다. 종래의 기계 가공과 같은 고정식의 선회 규정면에서는 실현 불가능하다.

예를 들어 5 내지 70 ㎛ 또는 15 내지 20 ㎛의 간극이 있는 것을 전제로 하고 있는 전술한 각 특허문헌에서는, 비선회 기준면(1z), 선회 규정면(3a)에 상당하는 프레임 면의 이면간 거리와, 선회 단부판(2b)의 두께와의 차를 5 내지 70 ㎛ 또는 15 내지 20 ㎛가 되도록 설정할 필요가 있다. 상기 이면간 거리와, 선회 단부판(2b)의 두께와의 차는 비선회 기준면(1z)과 선회 규정면(3a) 사이에 선회 단부판(2b)을 끼웠을 때의 양측에 생기는 간극의 합이다. 이 때의 간극을 배면 간극이라 하고, 고정 스크롤 부재(1)측을 상측 배면 간극, 프레임(15)측을 하측 배면 간극이라 한다.

이 배면 간극은 항상 예를 들어 5 ㎛ 있어, 상측 배면 간극이 0일 때는 하측 배면 간극이 5 ㎛, 하측 배면 간극이 0일 때에는 상측 배면 간극이 5 ㎛가 된다. 제조 후에는 이 이상 작게 할 수 없다. 제조 단계에서 이 이상 작게 하기 위해서는, 공차나 비용의 문제, 조립성의 문제가 있어 한계가 있다. 선택 끼워 맞춤 등의 상당한 비용이 드는 방법이면 가능성은 있지만, 매우 곤란하다.

선회 압박 보조 부재(3)의 탄성 변형에 의해 넓은 조건 범위에서 이 2면이 접촉하는 상태를 실현할 수 있다. 여기서, 외주실(7)은 선회 스크롤 부재(2)의 선회 단부판(2b) 외주의 공간이며, 고정 스크롤 부재(1)와 선회 스크롤 부재(2)와 선회 압박 보조 부재(3)에 의해 형성되는 공간이다. 외주실(7)과 배압실(4)이 연통 할 수 있도록 선회 방사 홈(2X)(도5 참조)을 마련하면, 각 실의 압력은 동일해진다. 따라서, 배압실(4)의 압력이 배압 제어 밸브(100)에 가해지고, 배압 제어가 단순화되므로 배압의 적정화를 도모하는 것이 가능해진다.

도13은 길들이기 운전 종료 후의 기동 전의 상태이다. 도10의 경우와 비교하여, 선회 미끄럼 이동면(2z)과 비선회 기준면(1z)의 간극이 길들이기 용이층(2h1)의 두께만큼 확대된 것 이외에는 동일하다. 통상은 그 확대량은 10 ㎛ 정도이므로, 이 간극이라도 불충분하지만 유체가 승압하는 설계는 충분히 가능하다. 불충분하지만 유체를 압축할 수 있으면, 상기한 바와 같이 원하는 토출압을 얻을 수 있다.

배압 제어 밸브(100)는 유출 구멍(100a)이 압축실로 개방되어 있었지만, 이 대신에 흡입측과 통하는 오일 홈(1d)으로 개방되어도 좋다(도10 내지 도13의 파선). 이 경우에는, 밸브 부재(100c)의 상면이 항상 흡입압이 되므로, 용적이 변동하는 압축실(200)로 개방되는 데 비해 압력 변동이 작아진다. 따라서, 배압이 안정되고, 양 스크롤 부재(1, 2)의 압박 상태가 안정되는 결과, 이끝 이뿌리 간극이 안정되고, 누설이 억제되어 성능이 향상된다.

다음에, 제2 실시예에 대해 도14, 도15를 이용하여 설명한다.

도14는 상기 제1 실시예와는 다른 선회 압박 보조 부재의 종단면도, 도15는 그 상면도이다. 오일막 밀봉부가 생기지 않도록 선회 압박 보조 부재(3)의 선회 배면(2j)측에 보조 부재 방사 홈(3x)을 복수개 마련하고 있다. 제1 실시예에서는 선회 스크롤 부재(2)의 선회 방사 홈(2x)에서만 배압실(4)과 외주실(7)이 연통하고 있었던 데 반해, 본 실시예에서는 보조 부재 방사 홈(3x)도 더해지므로 배압실(4)의 압력과 외주실(7)의 압력은 보다 균일해지기 쉬워지고 배압 제어가 용이해진다. 또, 보조 부재 방사 홈(3x) 이외에는 상기와 마찬가지이므로 생략한다.

다음에, 제3 실시예에 대해 도16을 이용하여 설명한다.

도16은 보조 부재 배압 밀봉부(11)의 주요부 확대 종단면도이다. 상면의 내주측 및 외주측의 양방을 경사시킨 상면 경사부(11d)를 설치하고 있다. 또, 상면 경사부(11d) 이외는 상기와 마찬가지이므로 생략한다.

압축기의 운전에 의해 보조 부재 배압 밀봉부(11)는 항상 외측으로 밀려 넓어지므로 상면이 평평하면 크리프에 의해 내외의 양측에 돌기부가 생긴다(도16의 점선 형상). 보조 부재 배압 밀봉부(11)의 재질이 플라스틱 등인 경우에는 특히 현저해진다.

이 돌기가 커지면, 보조 부재 밀봉부(11)가 밀봉 홈(15b)의 바닥까지 내려가도 이 돌기부에 의해 선회 압박 보조 부재(3)를 밀어 올리므로, 기동 전의 양 스크롤 부재의 이격 거리를 축소하여 정규 운전으로의 이행을 한층 용이하게 하는 효과가 있다. 그러나, 이것이 지나치게 크면, 큰 하중이 그 돌기부에 집중하므로 보조 부재 배압 밀봉부(11)의 수명을 저하시키게 된다.

따라서, 상면 경사부(11d)를 설치하면, 크리프하였을 때의 돌기부의 돌기량이 저감되어 보조 부재 배압 밀봉부(11)의 수명을 장기화할 수 있으므로, 스크롤 유체 기계의 고성능을 장기간 유지할 수 있다.

도17에 종래의 스크롤 압축기에 있어서의 배면 간극과 압축기 효율의 관계를 나타낸다. 여기서, 종축은 배면 간극 5 ㎛시의 효율을 100으로 한 비율로 나타낸다. 도면으로부터 명백한 바와 같이 배면 간극을 축소하면 압축기 효율이 향상된다. 따라서, 돌기부(3b), 즉 전술한 끼움 지지 제어 수단을 이용함으로써, 배면 간극은 축소할 수 있어 압축기 효율이 향상된다.

다음에 작동 냉매로서 이산화탄소를 이용하고, 냉동기유로서 PAG 혹은 PAO를 이용한 스크롤 압축기를 열펌프식 급탕기에 적용한 경우의 냉동 사이클 구성도를 도18에 도시한다. 도면에 있어서, 21은 전술한 스크롤 압축기, 22는 열교환기, 23은 물 통로, 24는 전동 팽창 밸브, 25는 증발기, 25a는 증발기 팬이다.

선회 스크롤 부재(2)를 고정 스크롤 부재(1)에 압박하기 위한 배압실(4)의 압력은 냉동기유와 거기에 용해된 작동 냉매가 가스화함으로써 상승하는 것을 앞서 서술하였다. 에어컨 등에서 사용되고 있는 냉매(R410A)와 냉동기유(POE)의 조합에 있어서, R410A가 POE에 용해되는 양을 기준으로 하면, 이산화탄소(CO2)가 PAG 혹은 PAO에 용해되는 양은 R410A와 POE의 조합보다 적어 절반 정도 이하이다.

따라서, 이산화탄소(CO2)와 PAG 혹은 PAO의 조합의 경우에는, 배압이 상승하기 어렵고, 선회 스크롤 부재(2)가 고정 스크롤 부재(1)에 압박되기 어려우므로, 원하는 토출압을 얻는 정상 상태까지 시간이 걸리게 된다. 이것이 고사이드 압력이 초임계 상태가 되는 냉동 사이클 장치이면 더욱 그러하다.

그러나, 도18에 도시한 열펌프식 급탕기는 전술한 바와 같은 스크롤 압축기를 탑재하고 있으므로, 이산화탄소(CO2)와 PAG 혹은 PAO의 조합에 있어서도 조기에 선회 스크롤 부재(2)를 고정 스크롤 부재(1)에 압박할 수 있고, 개시가 빠른 열펌 프식 급탕기를 구성할 수 있다. 이러한 열펌프식 급탕기이면, 개시가 빠른 만큼 운전 개시로부터 단시간에 원하는 온수를 얻을 수 있다. 또한, 열펌프식 급탕기 이외에도 다양한 냉동 사이클 장치에 적용하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 운전 개시 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 스크롤 부재의 길들이기층을 단시간에 길들이게 할 수 있다.

Claims (9)

1. 고정 스크롤 부재와, 고정 스크롤 부재와 함께 공간을 형성하는 프레임과, 상기 공간 내에 배치되어 상기 고정 스크롤 부재와 협동하여 압축실을 형성하는 선회 스크롤 부재를 갖는 고압 챔버형의 스크롤 유체 기계이며,

   상기 챔버 내부와 상기 공간을 구별하는 동시에, 상기 프레임에 배치된 보조 부재 배압 구멍을 통해 챔버 내의 압력을 받는 보조 부재 배압 밀봉부와,

   상기 보조 부재 배압 밀봉부에 압박됨으로써 상기 선회 스크롤 부재를 상기 고정 스크롤 부재측으로 압박하는 선회 압박 보조 부재를 갖는 스크롤 유체 기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정 스크롤 부재 또는 상기 선회 스크롤 부재 중 적어도 한쪽에 길들이기층을 설치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체 기계.
3. 제2항에 있어서, 상기 선회 압박 보조 부재는 끼움 지지 제어 수단을 갖고, 길들이기 운전 종료 후의 정규 운전시에 있어서는 상기 끼움 지지 제어 수단이 상기 고정 스크롤 부재에 접촉하는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체 기계.
4. 제1항에 있어서, 상기 프레임과 상기 선회 스크롤 부재에 의해 형성되는 배압실과, 상기 고정 스크롤 부재와 상기 선회 스크롤 부재에 의해 형성되는 공간을 연통하는 통로에 배치된 배압 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체 기계.
5. 제4항에 있어서, 상기 고정 스크롤 부재와 상기 선회 스크롤 부재에 의해 형성되는 공간이 흡입실에 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체 기계.
6. 제1항에 있어서, 상기 프레임과 상기 선회 스크롤 부재와 상기 선회 압박 보조 부재에 의해 형성되는 배압실과, 상기 고정 스크롤 부재와 상기 선회 스크롤 부재와 상기 선회 압박 보조 부재에 의해 형성되는 외주실을 연통하도록 상기 선회 스크롤 부재 또는 상기 선회 압박 보조 부재에 홈을 배치한 것을 특징으로 하는 스크롤 유체 기계.
7. 고정 스크롤 부재와, 고정 스크롤 부재와 함께 공간을 형성하는 프레임과, 상기 공간 내에 배치되어 상기 고정 스크롤 부재와 협동하여 압축실을 형성하는 선회 스크롤 부재와, 상기 챔버 내부와 상기 공간을 구별하는 동시에 상기 프레임에 배치된 보조 부재 배압 구멍을 통해 챔버 내의 압력을 받는 보조 부재 배압 밀봉부와, 상기 보조 부재 배압 밀봉부에 압박됨으로써 상기 선회 스크롤 부재를 상기 고정 스크롤 부재측으로 압박하는 선회 압박 보조 부재를 갖는 고압 챔버형 압축기와,

   열교환기와,

   전동 팽창 밸브와,

   증발기를 순차 접속하여 구성하고,

   작동 냉매에 이산화탄소를 이용하여 초임계 사이클로 한 냉동 사이클 장치.
8. 제7항에 있어서, 냉동기유에 PAG를 이용한 냉동 사이클 장치.
9. 제7항에 있어서, 냉동기유에 PAO를 이용한 냉동 사이클 장치.

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