KR20070118963A

KR20070118963A - 용적형 유체 기계

Info

Publication number: KR20070118963A
Application number: KR1020070056989A
Authority: KR
Inventors: 유따까 에노끼즈; 마사끼 고야마; 마사히꼬 곰모리; 다다시 마스다; 게이이찌 미즈따니; 가쯔야 모리모또; 마리 미야따
Original assignee: 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤; 쥬우부덴료꾸가부시기가이샤; 간사이 덴료쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2007-12-18
Also published as: CN101089395A; KR100840048B1; CN100532843C; DE102007026961A1; JP4709076B2; JP2007332819A

Abstract

본 발명의 과제는 팽창기부와 압축기부를 갖는 유체 기계에 있어서 보조 모터를 이용하지 않고 안정된 기동을 실현하는 것이다.

고정 스크롤 및 선회 스크롤로 작동실을 형성하는 스크롤형 팽창기부와, 실린더, 롤러 및 폐색판으로 형성되는 공간을 구획하는 베인부를 갖는 롤링 피스톤형 압축 기구부를 갖는 용적형 유체 기계이며, 선회 스크롤의 회전 위치를, 고정 스크롤 중앙부의 유입구에 연통하는 작동실의 용적이 최대로 되는 회전 위치를 한도로 하여, 이 회전 위치로부터 -45도까지의 범위가 되도록 했다.

팽창기부, 압축기부, 고정 스크롤, 선회 스크롤, 흡입구, 크랭크 샤프트

Description

용적형 유체 기계{DISPLACEMENT FLUID MACHINE}

도1은 본 발명을 적용하여 이루어지는 유체 기계의 단면도.

도2는 본 발명을 적용하여 이루어지는 유체 기계를 구비한 냉동 사이클의 모식도.

도3은 본 발명을 적용하여 이루어지는 유체 기계를 구비한 냉동 사이클의 모리엘 선도.

도4는 본 발명을 적용하여 이루어지는 유체 기계의 팽창기부 및 압축기부의 횡단면도.

도5는 본 발명을 적용하여 이루어지는 유체 기계의 크랭크각마다의 팽창기부 및 압축기부의 동작도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 팽창기부

3 : 압축기부

5 : 고정 스크롤

7 : 선회 스크롤

13 : 흡입구

21 : 크랭크 샤프트

21a : 팽창기 편심축

21b : 압축기 편심축

31 : 실린더

33 : 롤러

35 : 베인

43 : 스프링

[문헌 1] 일본 특허 공개 평8-82296호 공보

본 발명은 용적형 유체 기계에 관한 것으로, 특히 냉동 사이클에 있어서 냉매를 팽창 및 압축시키는 기능을 구비한 유체 기계에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들어 냉동 사이클에 접속하여 이용되는 유체 기계로서, 팽창기부와 압축기부를 구비한 유체 기계가 알려져 있다.

예를 들어, 동일한 용기 내에 각각 롤링 피스톤식의 팽창기부와 압축기부를 수납하는 동시에, 팽창기부와 압축기부의 주축을 동축으로 결합하고, 팽창기부에 유입되는 냉매의 팽창 에너지를 이용하여 주축을 회전 구동시키고, 이것에 의해 압축기부를 구동시키는 기술이 개시되어 있다(특허 문헌 1 참조).

이와 같이, 냉동 사이클의 팽창 과정에 있어서 동력을 회수하고, 압축 과정 에 이용함으로써 냉동 사이클의 COP을 향상시킬 수 있다.

그런데, 특허 문헌 1의 유체 기계는, 팽창기부와 압축기부와의 사이에 보조 모터가 설치되고, 보조 모터와 팽창기부 및 압축기부의 주축이 서로 연결하여 구성된다. 이들의 주축은, 팽창기부의 최대 토크 발생시의 회전 위치와 압축기부의 최대 부하 토크 발생시의 회전 위치가 일치하도록 위상차가 형성되어 있다.

이와 같이, 특허 문헌 1에서는, 유체 기계의 기동시에 보조 모터로부터 주축에 회전 토크를 부여하고 있기 때문에, 유체 기계의 기동 토크를 충분히 확보할 수 있다.

그러나, 이와 같이 보조 모터를 용기 내에 수납하는 구성의 경우, 유체 기계의 구조가 복잡화되고, 예를 들어 제조 비용이 고가가 되는 동시에 장치 자체가 대형화된다는 문제가 있다.

이것에 반해, 보조 모터 등의 동력원을 구비하고 있지 않은 유체 기계의 경우, 팽창기부 및 압축기부의 부하 토크(정지 마찰력)를 상회하는 크기의 기동 토크를 팽창기부로부터 발생시킬 수 없으면, 유체 기계를 기동시킬 수 없다.

본 발명은, 팽창기부와 압축기부를 갖는 유체 기계에 있어서 보조 모터를 이용하지 않고 안정된 기동을 실현하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 유체 기계는, 팽창기부와 압축기부를 용기 내에 수납하고, 팽창기부에 유입되는 유체를 팽창시켜 팽창기부를 구동시키고, 그 구동력에 의해 압축기부를 구동시키는 것이다.

여기서, 팽창기부는, 각각 판재에 소용돌이형의 날개가 직립하여 형성되고, 서로 맞물려 복수의 작동실을 형성하는 고정 스크롤 및 선회 스크롤과, 고정 스크롤의 중앙부에 개방하는 유체의 유입구와, 고정 스크롤의 외주부에 개방하는 유체의 토출구와, 선회 스크롤과 연결하는 제1 편심축부를 구비한 스크롤형 팽창기부인 것으로 하고, 압축기부는, 실린더와, 이 실린더의 양단부를 폐색하는 폐색판과, 실린더의 내측에서 편심 회전하는 원통형의 롤러와, 이 롤러의 외주면에 접하여 실린더와 롤러와 폐색판에 의해 형성되는 공간을 구획하는 베인부와, 이 베인부를 압박하여 롤러에 압박하는 스프링과, 롤러에 연결하는 제2 편심축부를 구비한 롤링 피스톤형 압축기부인 것으로 한다.

이러한 유체 기계의 팽창기부를, 예를 들어 냉동 사이클의 압축기의 후류측에 접속하여 압축기를 기동시킨 경우, 고압의 냉매가 고정 스크롤의 중앙의 유입구를 통해 최내주의 작동실에 유입된다. 이때, 팽창기부의 토출구측의 작동실은 유입구측의 작동실보다도 저압이기 때문에, 이 압력차에 의해 선회 스크롤은 주축의 회전 중심으로부터 직경 방향의 힘이 작용하여, 회전 토크를 발생한다.

여기서, 유입구에 연통하는 작동실은, 그 용적이 최대일 때 가장 냉매에 의한 직경 방향의 힘이 유효하게 작용한다. 단, 작동실의 용적은 선회 스크롤의 공전과 함께 변화되고, 용적이 최대로 된 직후는 급격하게 감소한다. 이로 인해, 선회 스크롤의 회전 위치는 유입구에 연통하는 작동실의 용적이 최대로 되는 회전 위치로 설정하고, 이 위치를 한도로 하여, 그것으로부터 -45도까지의 범위로 함으로써, 팽창기부에 있어서 최대 혹은 그것에 가까운 회전 토크를 발생시킬 수 있다.

한편, 압축기부는, 예를 들어 팽창기부의 토출구측과 압축기의 흡입구측과의 사이에 접속된다. 이로 인해, 압축기부는 실린더 내에서 베인에 의해 구획된 흡입구측의 작동실보다도 토출구측의 작동실의 쪽이 저압으로 된다. 즉, 흡입구로부터 실린더 내에 유입된 냉매는, 작동실간의 압력차에 수반하여, 흡입구측의 작동실이 최대 용적으로 되는 위치까지 롤러를 이동시키고, 이때 주축에 회전 토크를 발생시킨다. 이 팽창기부와 압축기부로부터 발생하는 기동 토크는 회전 방향이 일치하고 있다.

따라서, 팽창기부의 제1 편심축부와 압축기부의 제2 편심축부에 소정의 위상차를 형성함으로써 팽창기부와 압축기부로부터 동시에 기동 토크를 취출할 수 있다. 단, 이 기동 토크에 의해 주축을 회전시키기 위해서는, 항상 이들의 기동 토크가 팽창기부와 압축기부의 부하 토크(정지 마찰력)를 상회하는 위치에 선회 스크롤과 롤러가 정지하고 있을 필요가 있다.

따라서, 본 발명에서는, 압축기부에 있어서 롤러는 베인부의 압박력에 의해 항상 스프링의 전체 길이가 최대로 되는 회전 위치에서 정지하는 것에 착안하고, 스프링이 가장 신장했을 때의 롤러의 회전 위치에 대해, 선회 스크롤의 회전 위치는 유입구에 연통하는 작동실의 용적이 최대로 되는 회전 위치를 한도로 하고, 이 회전 위치로부터 -45도까지의 범위로 되도록, 제1 편심축부와 제2 편심축부와의 사이에 위상차를 형성하는 것을 특징으로 한다.

이것에 따르면, 유체 기계의 정지시에 있어서 제1 편심축부와 제2 편심축부의 회전 위치를 거의 동일하게 할 수 있기 때문에, 기동시에, 팽창기부와 압축기부 로부터 발생하는 기동 토크를 거의 최대로 하여 취출할 수 있고, 보조 모터를 이용하지 않아도 안정된 기동을 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 유체 기계는, 예를 들어 냉동 사이클의 작동 냉매를 이산화탄소로 할 때, 팽창 과정의 동력을 회수함으로써 COP의 대폭적인 향상을 실현할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 기초로 하여 설명한다. 도1은 본 발명을 적용하여 이루어지는 유체 기계의 단면도이다. 도2는 본 발명을 적용하여 이루어지는 유체 기계를 구비한 냉동 사이클의 모식도이다. 도3은 본 발명을 적용하여 이루어지는 유체 기계를 구비한 냉동 사이클의 모리엘 선도이다. 도4는 본 발명을 적용하여 이루어지는 유체 기계의 팽창기부 및 압축기부의 횡단면도이다. 도5는 본 발명을 적용하여 이루어지는 유체 기계의 크랭크각마다의 팽창기부 및 압축기부의 동작도이다.

본 실시 형태의 냉동 사이클은 작동 유체(이하, 적절하게 냉매라 약칭)로서 이산화탄소(R744)를 이용하고 있다. 냉매로서의 이산화탄소(R744)는, 지구 온난화계수(GWP)가 프론계 냉매의 몇천 분의 일로 작아 지구 환경 보전의 점에서 우수하다. 그 반면, 고압 냉매의 모리엘 선도 상의 이론적 COP(성적 계수)가 낮다는 결점이 있지만, R744는 팽창 과정의 에너지 손실이 프론계 냉매에 비해 크기 때문에, 이 팽창 과정의 동력을 회수함으로써 COP를 대폭 개선할 수 있다.

본 실시 형태의 유체 기계는, 동일한 밀폐 용기(9) 내에 스크롤형의 팽창기 부(1)와 롤링 피스톤형의 압축기부(3)를 수납하고, 팽창기부(1)와 압축기부(3)는 각각의 구동축(주축)을 동축으로 결합함으로써, 팽창기부(1)에서 냉매가 팽창할 때에 발생하는 동력을 회수하여 압축기부(3)를 구동시켜, 압축 작업을 행하는 팽창/압축기로 되어 있다.

팽창기부(1)는, 각각 원판형의 경판(鏡板)에 소용돌이형의 랩을 직립시켜 형성되는 고정 스크롤(5)과 선회 스크롤(7)을 서로 대향하는 자세로 배치하고, 고정 스크롤(5)과 선회 스크롤(7)을 맞물리게 함으로써, 이들의 사이에 복수의 작동실을 형성한다. 고정 스크롤(5)은 밀폐 용기(9)에 고정된 프레임(11)에 고정된다.

고정 스크롤(5)의 중앙부에 개방하는 흡입구(13)에는 유입 파이프(15)가 천공 설치되는 한편, 고정 스크롤(5)의 외주부에 개방하는 토출구(17)에는 유출 파이프(19)가 천공 설치된다. 선회 스크롤(7)에는 랩과 반대측의 면의 중앙에 베어링(23)이 형성된다. 이 베어링(23)에는 중심축(L1)을 중심으로 하여 회전 가능한 크랭크 샤프트(21)의 일단부에 연결된 팽창기 편심축(21a)이 미끄럼 이동 가능하게 끼워 넣어지고, 선회 스크롤(7)은 팽창기 편심축(21a)에 지지된다. 이것에 의해, 선회 스크롤(7)은, 고정 스크롤(5)에 대해, 중심축(L1)을 중심으로 하여 소정의 편심량으로 공전 운전하고, 작동실을 외주측으로 이동시키는 동시에 작동실의 용적을 확대시킨다. 또한, 선회 스크롤(7)은 올덤 링(25)에 의해 공전 운동이 규제된다.

압축기부(3)는, 원통 내주면을 갖는 실린더(31)와, 실린더(31)의 양단부면을 폐색하는 단부판(27) 및 프레임(11)과, 실린더(31) 내에서 편심 회전 운동을 행하는 원통형의 롤러(33)와, 롤러(33)의 외주면에 단부면을 접하면서 실린더(31)에 형 성되는 홈(37) 내를 왕복 운동하고, 실린더(31)와 롤러(33)에 의해 형성되는 공간을 흡입실(39)과 압축실(41)로 분할하는 판형의 베인(35)과, 베인(35)의 후단부에 설치되어 롤러(33)의 외주면에 베인(35)을 압박하는 스프링(43)으로 구성된다. 또한, 롤러(33)에는 크랭크 샤프트(21)의 타단부에 연결된 압축기 편심축(21b)이 회전 가능하게 끼워 넣어진다.

실린더(31)에는 냉매의 흡입구(45)와 토출구(47)가 형성되어 있고, 흡입구(45)에는 흡입 파이프(49)가 천공 설치되는 한편, 토출구(47)에는 토출판(51) 및 토출 파이프(53)가 접속된다.

이와 같이, 팽창기부(1)의 선회 스크롤(7)과 압축기부(3)의 롤러(33)는, 팽창기 편심축(21a), 압축기 편심축(21b) 및 크랭크 샤프트(21)에 의해 소정의 회전각도로 연결되어 있다.

다음에, 상기한 유체 기계에 작동 유체가 유입되었을 때의 동작에 대해 설명한다.

우선, 팽창기부(1)의 유입 파이프(15)를 통해 최내주에 형성되는 작동실에 고압의 작동 유체가 유입되면, 작동 유체의 감압 팽창에 의해 선회 스크롤(7)이 중심축(L1)을 중심으로 하여 공전 운동한다. 이 선회 스크롤(7)의 공전 운동에 의해 작동실이 용적을 확대하면서 외주측으로 이동하고, 유출 파이프(19)로부터 감압된 상태로 유출된다. 또한, 선회 스크롤(7)이 공전 운동하면 팽창기 편심축(21a)을 일단부로 하는 크랭크 샤프트(21)가 회전한다.

한편, 크랭크 샤프트(21)의 타단부에 배치되는 압축기부(3)에 있어서는, 팽 창기부(1)에 의해 크랭크 샤프트(21)가 회전하면, 압축기 편심축(21b)을 통해 롤러(33)가 실린더(31) 내에서 편심 회전한다. 롤러(33)의 편심 회전에 수반하여, 베인(35)은, 스프링(43)에 의해 롤러(33)의 외주면에 압박되면서 홈(37) 내를 왕복 운동한다.

실린더(31) 내에서 베인(35)에 의해 구획된 2개의 작동실, 즉 흡입실(39)과 압축실(41)은 롤러(33)의 편심 회전에 수반하여 용적이 변화된다. 흡입 파이프(49)를 통해 저압의 작동 유체가 흡입실(39) 내에 흡입되면 흡입실(39)은 용적의 감소에 수반하여, 소정의 압력까지 압축된다. 압축된 작동 유체는 토출판(51)을 통해 토출 파이프(53)로부터 외부로 토출된다.

본 실시 형태의 유체 기계는, 팽창기부(1)에 있어서 작동 유체가 팽창할 때에 발생하는 팽창 에너지를 이용하여 압축기부(3)를 구동시키고, 이 구동하는 압축기부(3)에 있어서 작동 유체를 압축시키기 위해 전동기 등을 이용하지 않고 작동 유체를 팽창, 압축시킬 수 있다.

다음에, 상기한 유체 기계를 구비한 냉동 사이클의 구성 및 동작에 대해 도2 및 도3을 이용하여 설명한다.

본 실시 형태의 냉동 사이클은, 압축 장치(61), 방열기(가스 쿨러)(63), 유체 기계(65), 증발기(67), 팽창 밸브(69)를 각각 냉매 배관으로 접속하여 구성된다. 압축 장치(61)는 밀폐 용기 내에 주 압축기(71)와 전동기(73)를 수납하여 구성된다. 유체 기계(65)는 팽창기부(1)와 압축기부(3)(부 압축기라고도 함)와의 사이에 증발기(67)가 접속된다. 팽창 밸브(69)는, 팽창기부(1)와 증발기(67)를 접속 하는 경로를 바이패스하는 바이패스 경로에 배치된다. 또한, 팽창 밸브(69)는 사이클의 운전 조건 변화시의 유량(압력) 조정 등을 행하는 것 이외에는 폐쇄하고 있다.

주 압축기(71)에 있어서 압축된 고온ㆍ고압 냉매(도3의 점 C의 상태)는 압축 장치(61)의 토출구로부터 토출되고, 방열기(63)를 통과하여 방열에 의해 감온된 후(도3의 점 D), 유입 파이프(15)를 통해 유체 기계(65)의 팽창기부(1)에 들어간다. 팽창기부(1)에 유입된 냉매는, 팽창 과정에 있어서 팽창 에너지를 기계 에너지로 변환하여 압축기부(3)를 구동시키고, 유출 파이프(19)로부터 저온ㆍ저압의 기액 이상 냉매(도3의 점 E)로 되어 토출된다.

팽창기부(1)로부터 토출된 냉매는, 증발기(67)에 들어가 흡열에 의해 가스화된 후, 유체 기계(65)의 압축기부(3)에 흡입 파이프(49)를 통해 흡입된다(도3의 점 A). 압축기부(3)에 유입된 냉매는 약간 승압되고, 토출 파이프(53)를 통해 토출된다(도3의 점 B). 압축기부(3)로부터 토출된 가스 냉매는 주 압축기(71)로 복귀되어 다시 압축되고, 고온ㆍ고압의 가스 냉매로 된다. 이상의 사이클이 반복되어 냉동 작용을 이룬다.

이와 같이 본 실시 형태의 유체 기계(65)를 냉동 사이클에 이용한 경우, 팽창기부(1)의 팽창 에너지를 동력으로서 회수하고, 이 회수된 동력을 압축기부(3)의 구동원으로서, 압축 공정의 일부(도3의 AB 사이)에 이용할 수 있기 때문에, 그만큼, 주 압축기(71)에 있어서의 작업량을 저감할 수가 있어, 냉동 사이클의 COP를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 냉동 사이클의 냉매로서 이산화탄소를 이용하고 있지만, 프론계의 냉매에 있어서도, 이산화탄소의 개선 비율 정도는 아니지만, COP의 향상을 도모할 수 있다.

다음에, 상기한 냉동 사이클의 기동시의 동작에 대해 상세하게 설명한다.

냉동 사이클의 기동 직전은 사이클 내의 압력이 거의 일정한 균형 압력으로 되어 있고, 이 압력적으로 균형된 상태로부터 주 압축기(71)의 운전을 개시하여 냉동 사이클을 기동시킨다.

우선, 주 압축기(71)의 운전 개시와 동시에 팽창 밸브(69)를 폐쇄한다. 이것에 의해, 주 압축기(71)의 회전수의 상승과 함께 주 압축기(71)의 흡입측 압력이 저하되고, 토출측 압력이 상승한다. 그리고, 압력이 상승한 고압 냉매가 방열기(63)를 경유하고, 유입 파이프(15)를 통해 팽창기부(1)의 최내주의 작동실(도4의 부호 71a)에 도달한다. 이때 최내주의 작동실의 주위의 작동실은 정지시의 밸런스 압력의 상태로 유지되어 있기 때문에, 작동실 사이의 압력차에 의해 선회 스크롤(7)에는 크랭크 샤프트(21)의 중심축(L1)에 대한 직경 방향력이 발생하고, 회전 토크가 발생한다.

이 기동시의 회전 토크(기동 토크)가 유체 기계(65)의 팽창기부(1)나 압축기부(3)의 각 미끄럼 이동부에 있어서의 정지 마찰력을 상회하면, 크랭크 샤프트(21)는 회전을 개시한다. 여기서, 정지시의 선회 스크롤(7)의 회전 위치에 따라서 작동실의 크기는 결정되고, 특히 흡입구(13)에 연통하는 최내주의 작동실(71a)은 그 용적이 클수록, 냉매의 직경 방향에 걸리는 힘이 커지고, 그 결과, 기동 토크가 증 가한다. 이로 인해, 최내주의 작동실(71a)은 흡입구(13)에 연통하고, 또한 각 미끄럼 이동부의 정지 마찰력을 상회하는 데 충분한 기동 토크를 발생시키기 위해, 정지시에 있어서 소정의 용적이 확보되어 있을 필요가 있다.

한편, 주 압축기(71)의 흡입측 압력이 저하됨으로써, 유체 기계(65)의 압축기부(3)의 압축실(41)과 이것에 연통하는 공간의 압력이 저하된다. 이때, 압축기부(3)의 흡입실(39)은 정지시의 균형 압력의 상태로 유지되어 있기 때문에, 흡입실(39)과 압축실(41)과의 양 작동실 사이에는 압력차가 발생한다. 이 압력차에 의해 흡입실(39)의 용적이 최대로 되는 회전 위치까지 롤러(33)가 이동하고, 동시에 크랭크 샤프트(21)에는 회전 토크가 발생한다. 이 회전 토크가 걸리는 방향은 팽창기부(1)의 회전 방향과 동일하기 때문에, 유체 기계(65)의 기동시의 회전 토크는 증가하는 것이 된다.

이와 같이, 본 냉동 사이클의 유체 기계(65)는, 기동시에 있어서 선회 스크롤(7) 및 롤러(33)가 소정의 회전 위치에 정지하고 있으면, 팽창기부(1) 및 압축기부(3)의 각각으로부터 기동 토크가 발생한다. 즉, 유체 기계(65)는, 그 정지시에 있어서, 다음의 기동시에 구비하여, 기동 토크가 정지 마찰력을 상회하는 위치에 선회 스크롤(7) 및 롤러(33)를 상시 정지시켜 둘 필요가 있다. 그로 인해, 본 실시 형태에서는, 팽창기부(1)와 압축기부(3)와의 사이의 회전 각도를 규정하기 위해, 크랭크 샤프트(21)의 중심축(L1)에 대해 팽창기 편심축(21a) 및 압축기 편심축(21b)의 회전 위상을 규정하고 있다.

여기서, 유체 기계(65)의 정지시의 압축기부(3)에 착안하면, 압축기부(3)의 롤러(33)는 베인(35)을 통해 스프링(43)에 의한 압박력을 항상 받고 있다. 이로 인해, 유체 기계(65)가 정지하면, 롤러(33)는 스프링(43)의 압박에 의해, 스프링 전체 길이가 최대로 되는 회전 위치(베인 하사점)까지 이동하여 정지한다. 즉, 롤러(33)는, 흡입실(39)과 압축실(41)이 거의 동일한 용적으로 되는 위치에 정지하는 것이 된다. 이로 인해, 롤러(33)가 베인 하사점의 위치로부터 냉동 사이클을 기동시키면, 압축기부(3)의 토출측 압력이 저하되어 흡입실(39)과 압축실(41)과의 사이에 압력차를 발생하고, 롤러(33)는 흡입실(39)의 용적이 최대로 되는 회전 위치까지 이동하는 것으로부터, 이 롤러(33)의 이동시에 기동 토크를 얻을 수 있다.

이상의 점으로부터, 본 실시 형태에서는, 압축기부(3)가, 베인 하사점으로 되는 롤러(33)의 회전 위치일 때, 팽창기부(1)에 의해 발생하는 회전 토크가 최대로 되도록 선회 스크롤(7)의 회전 위치를 규정하고 있고, 구체적으로는, 팽창기부(1)의 유입구에 연통하는 최내주의 작동실(71a)의 용적이 최대로 되도록 팽창기 편심축(21a)의 회전 위치를 결정하고 있다.

도5에 크랭크각마다의 선회 스크롤(7)과 베인 위치 및 기동 토크의 관계의 일례를 나타내지만, 팽창기부(1)에 있어서는 흡입구(13)에 연통한 최내주의 작동실(71a)의 용적이 클수록 기동 토크는 크고, 그만큼 유체 기계는 기동하기 쉬워진다. 그로 인해 본 실시 형태의 유체 기계에서는, 팽창기부(1)의 흡입구(13)에 연통하는 최내주의 작동실(71a)의 용적이 최대로 될 때의 크랭크각과, 압축기부(3)의 베인 하사점으로 될 때의 크랭크각이 일치하도록, 팽창기 편심축(21a) 및 압축기 편심축(21b)을 크랭크 샤프트(21)의 중심축(L1)에 대해 소정의 위상으로 배치한다. 이것에 의해 선회 스크롤(7)은 유체 기계(65)의 정지시에 반드시 흡입구(13)에 연통하는 최내주의 작동실(71a)의 용적이 최대로 되는 회전 위치에 정지하고, 주 압축기(71)의 시동 후에는, 흡입구(13)에 연통하는 최내주의 작동실에 고압 냉매가 유입되도록 되어, 팽창기부(1)가 발생할 수 있는 최대의 기동 토크를 얻을 수 있다.

또한, 일반적으로, 스크롤식 팽창기부의 최내주의 작동실(71a)은 흡입구(13)에 연통하기 시작한 후 작동실을 끝까지 폐쇄하기까지의 동안, 용적을 연속적으로 증가시키지만, 작동실을 끝까지 폐쇄한 직후에는 최내주의 작동실은 더 내주측에 형성되는 작동실로 이동하기 때문에, 용적이 급격하게 작아진다. 그로 인해, 정지시의 선회 스크롤(7)의 회전 위치가, 롤러(33)의 압박에 의한 스프링 길이 최대의 위치에 대해 어긋남을 발생하면, 작동실이 끝까지 폐쇄한 직후의 상태로 될 우려가 있다. 이 경우, 팽창기부(1)가 발생하는 기동 토크는 가장 작은 상태로 되어, 유체 기계를 구동시킬 수 없을 우려가 있다.

이것을 방지하기 위해, 선회 스크롤(7)의 정지시의 회전 위치(크랭크각)는 작동실이 끝가지 폐쇄하게 되는 회전 위치보다도 약간 전방으로 어긋나 있었던 쪽이 좋고, 예를 들어 베인 하사점에 대해, 팽창기부(1)의 흡입구(13)에 연통하는 작동실의 용적이 최대로 되는 회전 위치를 한도로 하여, 이 회전 위치로부터 -45도까지의 각도 범위에, 팽창기 편심축(21a)을 배치하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 정지시의 크랭크 샤프트(21)의 회전 위치가 베인 하사점으로부터 어긋나도, 기동 토크의 저하를 방지하여, 안정된 기동을 행할 수 있다.

이상 서술한 바와 같이, 본 실시 형태의 유체 기계에 따르면, 팽창기부(1)에 스크롤형 팽창기를, 압축기부(3)에 롤링 피스톤형 로터리 압축기를 구비하고, 롤링 피스톤형 압축기부의 롤러(33)를 베인(35)을 통해 스프링(43)에 의해 압박함으로써, 정지시의 크랭크 샤프트(21)의 회전 위치를 항상 거의 동일하게 할 수 있고, 또한, 그 회전 위치에서 팽창기부(1)에 의해 발생하는 기동 토크를 거의 최대로 할 수 있기 때문에, 예를 들어 보조 모터를 설치하지 않아도 항상 안정된 기동을 실현할 수 있어, 냉동 사이클의 신뢰성을 높이고, 효율적인 팽창 에너지 회수를 실현할 수 있다. 또한, 유체 기계에 있어서 보조 모터 등의 기동 수단을 특별히 설치할 필요가 없기 때문에, 기기의 비용 저하에 기여할 수 있다.

본 발명에 따르면, 팽창기부와 압축기부를 갖는 유체 기계에 있어서 보조 모터를 이용하지 않고 안정된 기동을 실현할 수 있다.

Claims

팽창기부와 압축기부가 용기 내에 수납되고, 상기 팽창기부에서 유체를 팽창시켜 상기 팽창기부를 구동시키고, 상기 팽창기부의 구동력에 의해 상기 압축기부를 구동시키는 용적형 유체 기계에 있어서,

상기 팽창기부는, 각각 판재에 소용돌이형의 날개가 직립하여 형성되고, 서로 맞물려 복수의 작동실을 형성하는 고정 스크롤 및 선회 스크롤과, 상기 고정 스크롤의 중앙부에 개방하는 상기 유체의 유입구와, 상기 고정 스크롤의 외주부에 개방하는 상기 유체의 토출구와, 상기 선회 스크롤과 연결하는 제1 편심축부를 구비한 스크롤형 팽창기부이고,

상기 압축기부는, 실린더와, 상기 실린더의 양단부를 폐색하는 폐색판과, 상기 실린더의 내측에서 편심 회전하는 원통형의 롤러와, 상기 롤러의 외주면에 접하여 상기 실린더와 상기 롤러와 상기 폐색판에 의해 형성되는 공간을 구획하는 베인부와, 상기 베인부를 압박하여 상기 롤러에 압박하는 스프링과, 상기 롤러에 연결하는 제2 편심축부를 구비한 롤링 피스톤형 압축기부이고,

상기 제1 편심축부와 상기 제2 편심축부는 주축에 연결되고, 상기 스프링이 가장 신장했을 때의 상기 롤러의 회전 위치에 대해, 상기 선회 스크롤의 회전 위치는, 상기 유입구에 연통하는 상기 작동실의 용적이 최대로 되는 회전 위치를 한도로 하여 상기 회전 위치로부터 -45도까지의 범위로 되도록, 상기 제1 편심축부와 상기 제2 편심축부와의 사이에 위상차를 형성하는 것을 특징으로 하는 용적형 유체 기계.
제1항에 있어서, 상기 제1 편심축부와 상기 제2 편심축부와의 위상차는, 상기 스프링이 가장 신장했을 때의 상기 롤러의 회전 위치에 대해, 상기 선회 스크롤의 회전 위치가 상기 유입구에 연통하는 상기 작동실의 용적이 최대로 되는 회전 위치로 되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 용적형 유체 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유체가 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 용적형 유체 기계.