KR20150133188A - 스크롤 압축기 - Google Patents

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KR20150133188A
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scroll
scroll compressor
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벤자민 모엔스
코엔 스툽
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아틀라스 캅코 에어파워, 남로체 벤누트삽
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Abstract

스크롤 압축기(1)는 정지형 고정자 스크롤(8) 및 가동형 회전자 스크롤(16) 및 회전자(6)를 이동시키기 위한 구동부를 갖고, 각각의 위치에는, 회전자 스크롤(16)과 고정자 스크롤(8) 사이에 순시 최소 개구(29)를 갖는 장소가 형성되고, 최소 개구(29) 내의 각각의 높이(2)에는, 국부적인 횡방향 내부 간극(S)이 존재하고, 여기서 고정자 플랭크(10/11) 또는 회전자 플랭크(18, 19) 중 적어도 하나는, 회전자(6)가 정지 상태일 때 각각의 점에서 0이 아닌 초기 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔT0i, ΔT0u) 또는 회전자 플랭크 편차(ΔR0i, ΔR0u), 및 스크롤 압축기의 공칭 작동 중에 그 절대값이 더 작은 대응 순시 최종 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔTfi, ΔTfu) 또는 회전자 플랭크 편차(ΔRfi, ΔRfu)를 갖는 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)을 포함한다.

Description

스크롤 압축기 {SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은 스크롤 압축기(scroll compressor)에 관한 것이다.
공지된 바와 같이, 스크롤 압축기는 일반적으로 이하의 요소:
- 하우징;
- 하우징에 이동 불가능하게 부착되고 중앙 고정자축을 갖는 정지형 고정자 스크롤을 포함하는 고정자로서, 이 고정자 스크롤은 그 길이를 따라 나선형으로 권취되어 있고 고정자 플레이트 상에 특정 높이를 갖고 직립하여 부착되어 있는 2개의 고정자 플랭크(flank)를 갖는 고정자 스트립(strip)에 의해 형성되어 있는 것인 고정자;
- 하우징에 이동 가능하게 부착되고 중앙 회전자축을 갖는 회전자 스크롤을 포함하는 회전자로서, 이 회전자 스크롤은 그 길이를 따라 나선형으로 권취되어 있고 회전자 플레이트 상에 특정 높이를 갖고 직립하여 부착되어 있는 회전자 스트립에 의해 형성되어 있고, 회전자 스크롤 및 고정자 스크롤은 고정자 플레이트와 회전자 플레이트 사이에 서로 부착되어 있는 것인 회전자;
- 스크롤 압축기의 외부에 있는 저압 입구;
- 스크롤 압축기의 중앙에 있는 고압 출구; 및
- 회전자의 이동을 위한 구동부로서, 중앙 회전자축은 회전자가 없는 중앙 고정자축 주위를 편심으로 선회하여 이에 의해 중앙 회전축 주위의 회전을 경험하는 것인 구동부
를 포함한다.
이 회전 그리고 고정자에 대한 회전자의 편심 이동 중에 고정자 내의 회전자의 각각의 위치에서, 회전자 스크롤과 고정자 스크롤 사이에 최대 또는 최소 개구가 존재하는 장소가 형성된다.
고정자에 대한 회전자의 각각의 위치에서 최소 및 최대 개구를 갖는 이들 장소는 도면에 기초하여 명세서에서 더 분류될 양 중심축을 포함하는 평면 내에 위치되어 있는 것이 사실이고, 이 평면은 이하에 밀봉 평면이라 칭한다.
이에 의해, 회전자의 이동 중에 모든 순간에 최소 개구는 실제로 압축 챔버를 규정하지만, 이들 최소 개구는 명칭 밀봉 평면으로부터 잘못 생각될 수 있는 바와 같이, 스크롤 압축기 내의 내부 간극에 기인하여 밀폐식으로 밀봉되지는 않는다는 사실에 주의가 기울어진다.
압축 챔버는 회전자의 회전 편심 이동 중에 형상을 연속적으로 변화하고, 여기서 입구를 거쳐 스크롤 압축기의 외부로 공급된 공기 또는 가스는 스크롤 압축기의 중심을 향해 더 깊이 연속적으로 압박되고, 압축 챔버는 더 작은 체적을 점유하여, 압축된 공기 또는 가스가 스크롤 압축기의 중심에서 출구를 거쳐 스크롤 압축기를 마지막으로 떠날 수 있을 때까지 공기 또는 가스가 점점 압축되게 된다.
회전자 스크롤 및 고정자 스크롤은, 회전자 플랭크 및 고정자 플랭크를 따른 각각의 높이에서 최소 개구를 갖는 장소에서, 서로로부터 특정 반경방향 거리에 위치되고, 여기서 이들 거리는 따라서 스크롤 압축기의 국부적인 횡방향 내부 간극으로서 고려될 수 있다는 것이 또한 주목되어야 한다.
횡방향 내부 간극은 여기서, 회전자 플랭크와 고정자 플랭크에 대해 횡단하는 방향에서의 스크롤 압축기 내의 간극이라는 것을 의미한다.
물론, 회전자 팁과 고정자 플레이트 사이 그리고 고정자 팁과 회전자 플레이트 사이에 또한 내부 간극이 존재하고, 여기서 이들 간극은 명세서에서 측방향 내부 간극이라 또한 지시된다.
스크롤 압축기의 양호한 작동을 위해, 모든 내부 간극, 및 특히 국부적인 횡방향 내부 간극은 회전자 스크롤과 고정자 스크롤 사이의 접촉을 방지하기 위해 항상 특정 최소값을 초과하여 유지되어야 한다.
다른 한편으로, 큰 내부 간극 및 특히 큰 국부적인 횡방향 내부 간극은 또한 바람직하지 않은데, 이는 스크롤 압축기 내의 큰 누설률 및 압력 손실을 유도할 수 있고, 공기 또는 가스의 재압축에 의해, 따라서 스크롤 압축기의 효율이 상당히 악영향을 받도록 하는 과잉의 발열을 야기할 수 있기 때문이다.
달리 말하면, 회전자 스크롤이 그 이동 중에 고정자 스크롤과 접촉하게 되는 위험을 무릅쓰지 않고, 스크롤 압축기 내에 최소 가능한 내부 간극을 실현하는 것으로 귀착된다.
여기서 큰 어려움은 스크롤 압축기 내의 내부 간극이 정적 사실(static fact)로부터 벗어난다는 것이다.
실제로, 스크롤 압축기가 사용중이 아닐 때 회전자의 초기 정지 상태로부터 회전자가 최고 속도로 이동하는 스크롤 압축기의 공칭 가동(nominal service) 중의 최종 상태로의 전이부에서, 압력은 물론, 스크롤 압축기 내의 온도가 그러한 바와 같이, 공기 또는 가스를 압축하려는 의도일 때와 같이, 상당히 변화한다.
스크롤 압축기의 이들 압력 및 온도의 변화는 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 변형을 수반하고, 이에 의해 스크롤 압축기 내의 국부적인 내부 간극이 이러한 변형의 결과로서 변화한다.
다수의 이들 동적 현상을 더 용이하게 설명하기 위해, 다수의 아이템이 먼저 이하에 정의될 것이다.
상기 설명으로부터, 관련 고정자 플레이트 또는 회전자 플레이트와 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 플랭크의 교차 라인은 나선형 기부 에지를 형성한다고 결론지을 수 있다.
이에 의해, 고정자 플레이트 또는 회전자 플레이트 상의 수직 라인이 전술된 나선형 기부 에지에서 교차하는 점들의 기하학적 위치는 이하에 이상적인 나선형 플랭크라 칭할 것인 나선형 플랭크를 결정한다.
간략하게, 이상적인 나선형 플랭크는 회전자 플레이트 및 고정자 플레이트에 수직인 플랭크이고, 따라서 적어도 회전자 플레이트 및 고정자 플레이트가 서로 평행하기만 하면, 소정의 상황에서 플랭크의 높이에 걸쳐 볼 때 일정한 내부 간극이 존재하는 데, 이는 물론 의도적이다.
더욱이, 명세서에서, 용어 "국부적인 회전자 플랭크 편차" 및 "국부적인 고정자 플랭크 편차"는 각각 회전자 스크롤 또는 고정자 스크롤의 이상적인 나선형 플랭크 상의 점으로부터 회전자 스크롤 또는 고정자 스크롤의 대응 나선형 플랭크 상의 가장 가까운 점까지의 반경방향 거리를 칭하는 것으로서 사용되고, 여기서 국부적인 회전자 플랭크 편차 또는 국부적인 고정자 플랭크 편차는 편차가 관련 중심축으로부터 이격하는 방향으로 지향될 때, 또는 따라서 관련 점과 관련 중심축 사이의 거리가 이상적인 나선형 플랭크 상의 대응점과 관련 중심축 사이의 거리보다 클 때 양의 부호를 갖는다.
편차가 중심축을 향해 지향하는 반대의 경우에, 관련 회전자 플랭크 편차 또는 고정자 플랭크 편차는 음의 부호를 가질 것이다.
더욱이, 일반적으로, 최소 개구 내의 국부적인 횡방향 내부 간극은 관련 플랭크에 가장 가깝게 위치된 이상적인 나선형 플랭크들 사이의 밀봉 평면 내의 반경방향 거리에 의해 규정된 개재하는 기본 간극 및 국부적인 간극 편차로 구성된다고 일컬을 수 있다.
간략하게, 모든 국부적인 횡방향 내부 간극은 이상적인 나선형 플랭크에 관하여 관련된 밀봉 평면 내의 회전자 스크롤 및 고정자 스크롤의 국부적인 편차에 기인하는 국부적인 간극 편차와 원하는 '이상적인' 기본 간극의 합으로서 설명될 수 있다.
여기서, 국부적인 간극 편차는 국부적인 회전자 플랭크 편차와 국부적인 고정자 플랭크 편차 사이의 차이이다.
더 구체적으로, 관련 국부적인 간극 편차를 형성하는 국부적인 회전자 플랭크 편차 및 국부적인 고정자 플랭크 편차의 각각은 관련 국부적인 횡방향 내부 간극의 관심 높이에 위치되고, 더욱이 관심 밀봉 평면 내에 위치된 관심 회전자 플랭크 및 관심 고정자 플랭크의 점들의 위치에서 이상적인 나선형 플랭크에 대한 회전자 스크롤 및 고정자 스크롤의 편차이다.
스크롤 압축기를 시동한 후에 회전자의 정지 상태로부터 공칭 가동 상태로 진행할 때, 스크롤 압축기 내의 압력 및 온도는 변화하여 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 변형 및 국부적인 고정자 플랭크 편차 및 국부적인 회전자 플랭크 편차의 변화, 따라서 국부적인 횡방향 내부 간극의 변화를 야기한다.
본 명세서에서 단어의 사용을 용이하게 하기 위해, 정지 상태에서의 스크롤 압축기 및 그 요소들의 상태는 형용사 '초기'에 의해 지시되고, 반면에 공칭 작동 중에 스크롤 압축기 및 그 요소의 상태는 또한 형용사 '최종'에 의해 지시된다.
물론, 관심 상태에 대한 '초기' 또는 '최종'이라는 것은 없고, 여기서 공칭 가동의 '최종' 상태에서, 회전자가 최고 속도로 이동하고, 이 최종 상태에서 스크롤 압축기의 다양한 요소는 따라서 다수의 순시(instantaneous) 형태 및 순시 위치를 취한다는 사실에 대해 더 구체적인 주의가 기울어져야 한다.
더욱이, 스크롤 압축기가 주위 온도 및 주위 압력에서 정지 상태일 때 회전자의 각각의 위치에 대한 국부적인 횡방향 내부 간극은 이하에 초기 또는 정지 간극 프로파일이라 명명하는, 높이에 걸친 간극 프로파일을 제시하고, 반면에 작동 온도 및 작동 압력에서 스크롤 압축기의 공칭 가동 중에 회전자의 각각의 위치에 대한 이들 국부적인 횡방향 간극은 이하에 순시 최종 간극 프로파일 또는 순시 순환 간극 프로파일이라 명명하는, 높이에 걸친 상이한 순시 간극 프로파일을 제시한다고 일컬을 수 있다.
일반적으로, 공지의 압축기에서, 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤은 일정한 두께를 갖고 구성되고, 여기서 각각의 스크롤의 2개의 플랭크는, 적어도 스크롤 압축기가 정지하고 공칭 주위 온도 및 주위 압력에 있을 때, 관심 회전자 플레이트 또는 고정자 플레이트에 수직이어서, 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 플랭크가 정지 상태일 때 이상적인 나선형 플랭크와 일치하게 되는 것이 사실이다.
간략하게, 이러한 공지의 스크롤 압축기에 의해, 공지의 스크롤 압축기가 정지 상태일 때 초기 국부적인 회전자 플랭크 편차 및 초기 국부적 상태 플랭크 편차는 0이나 마찬가지어서, 최소 개구에서 정지 중에, 회전자의 위치에 무관하게 그리고 밀봉 평면이 관련되는지에 무관하게, 어떠한 초기 국부적인 간극 편차도 또한 존재하지 않게 된다.
여기서, 정지 상태일 때 공지의 스크롤 압축기의 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 플랭크는 평행하거나 서로 평행한 것이나 마찬가지이고, 이에 의해 국부적인 횡방향 내부 간극의 정지 간극 프로파일은 편차를 거의 또는 전혀 제시하지 않고, 또는 달리 말하면 관련 밀봉 평면 내의 각각의 높이에서, 초기 국부적인 횡방향 내부 간극은 단지 전술된 기본 간극만큼 크거나 동일하다.
공칭 가동 중에 스크롤 압축기의 최종 상태에, 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤은 정지 상태일 때 초기 형태에 비교할 때, 상이한 순시 최종 형태를 취하고, 여기서 밀봉 평면 내의 순시 국부적인 횡방향 간극은 스크롤 압축기의 공칭 가동 중에 회전자 스크롤과 고정자 스크롤의 국부적인 순시 형태의 함수인, 최종 전술된 기본 간극과 순시 최종(또는 순환) 국부적인 간극 편차로 구성된다.
여기서, 스크롤 압축기의 공칭 작동 중에, 스크롤 압축기의 출구가 또한 위치되어 있는 그 중심에서의 압력 및 온도는 최고이고, 반면에 스크롤 압축기 내의 압력 및 온도는 스크롤 압축기의 더 반경방향 외향부에서 감소한다.
더욱이, 냉각핀(cooling fin)은 일반적으로 회전자 스크롤 및 고정자 스크롤 각각에 대향하여, 회전자 플레이트 및 고정자 플레이트의 측면에 제공되는 것이 사실이다.
이 결과는, 회전자 스크롤의 기부 및 고정자 스크롤의 기부가 회전자 스크롤의 팁 및 고정자 스크롤의 팁보다 더 양호하게 냉각되어, 스크롤 압축기의 공칭 가동 중에, 이들의 팁을 향해 증가하는 온도를 갖고, 온도 구배가 따라서 회전자 스크롤의 높이에 걸쳐 그리고 고정자 스크롤의 높이에 걸쳐 보급되게 된다.
모든 이들 압력 및 온도 효과, 더 구체적으로는 중심으로부터 외부로 감소하는 압력 및 온도, 및 관심 스크롤의 기부로부터 팁까지 증가하는 온도는, 회전자 스크롤 및 고정자 스크롤이 변형하는 경향이 있어, 회전자 팁 및 고정자 팁이 스크롤 압축기의 중심으로부터 외부를 향해 이격하여 만곡되게 되는 것을 의미한다.
스크롤 압축기 내의 위치에 따라, 최소 개구 내에서, 회전자 팁은 예를 들어, 따라서 대향 고정자 기부를 향하는 경향이 있을 수 있고, 반면에 대조적으로 이 위치에서 대향하는 고정자 팁은 이 위치에서 회전자 기부로부터 이격하는 경향이 있다.
유사하게, 스크롤 압축기 내의 위치에 따라, 고정자 팁은 대향하는 회전자 기부를 향하는 경향이 있을 수 있고, 반면에 대조적으로 이 위치에서 대향하는 회전자 팁은 이 위치에서 고정자 기부로부터 이격하는 경향이 있다.
이 결과는, 스크롤 압축기의 공칭 작동 중에 순시 밀봉 평면 내의 특정 높이에서 국부적인 횡방향 내부 간극은, 스크롤 압축기가 정지 상태일 때 동일한 밀봉 평면 내의 이 높이에서 국부적인 횡방향 내부 간극에 비교하여, 상당히 감소될 수 있다.
다른 한편으로, 관련된 동일한 순시 밀봉 평면 내의 다른 높이에서, 스크롤 압축기의 작동 중에 이 국부적인 횡방향 내부 간극은, 스크롤 압축기가 정지 상태일 때 동일한 순시 밀봉 평면 내의 이 높이에서 국부적인 횡방향 내부 간극에 비교하여 증가되어 있는 것이 또한 가능하다.
이는 압력 및 온도의 효과 하에서, 스크롤 압축기의 공칭 작동 중에 국부적인 순시 횡방향 내부 간극은 아무것도 행해지지 않을 때 고정자 내의 회전자의 특정 위치에서 용이하게 모두 너무 작아지게 될 수 있다.
공지의 스크롤 압축기에 의해, 이 문제점은 공지의 스크롤 압축기가 정지 상태일 때 초기 간극을 충분히 크게 함으로써 해결된다.
게다가, 국부적인 횡방향 내부 간극이 스크롤 압축기의 작동 중에 증가하는 장소에서, 스크롤 압축기의 압축기 챔버들 사이의 내부 누설률 및 내부 압력 손실은 증가하는 것이 사실이다.
공지의 스크롤 압축기에 의해, 이 현상은 또한 전술된 수단에 의해 더 보강되고, 여기서 정지시의 스크롤 압축기 내의 간극은 스크롤 압축기의 공칭 작동 중에 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 모든 높이에서 최소 국부적인 횡방향 내부 간극을 보장하도록 커진다.
간략하게, 공칭 작동 중에 스크롤 압축기 내의 내부 간극은 스크롤 압축기의 효율에 상당히 영향을 미치고, 공지의 스크롤 압축기에 의해, 이는 경계 내에 체류하는 것이 어려울 수 있고 및/또는 스크롤 압축기 내의 국부적인 횡방향 내부 간극의 순환 간극 프로파일은 매우 가변적이거나 또는 미리 평가하는 것이 어려울 수 있다.
이 문제점은 스크롤 압축기 내의 압력 및 온도가 상승하고, 동력이 증가하거나 고정자 내의 회전자의 운동 속도가 증가함에 따라 더욱 더 심각해진다.
본 발명의 목적은 전술된 및 임의의 다른 단점들 중 하나 이상에 대한 해결책을 제공하는 것이다.
더 구체적으로, 본 발명의 제1 및 주요 목적은 바람직하게는 고정자 플랭크 및 회전자 플랭크의 높이에 걸쳐 최대 일정한 가능한 프로파일을 갖고, 최대 출력 작동(full operation) 중에 스크롤 압축기 내의 특정 내부 간극을 실현하고, 이에 의해 또한 바람직하게는 최소 가능한 순환 간극 편차가 스크롤 압축기의 공칭 가동 중에 소정의 기본 간극에 대해 실현되는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 전술된 바와 같은 그리고 청구항 1의 전제부에 따른 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 이 스크롤 압축기는 고정자 플랭크 또는 회전자 플랭크 중 적어도 하나가, 스크롤 압축기의 초기 정지 상태에서 관련된 개조된 플랭크 섹션의 각각의 점에서 0이 아닌 국부적인 초기 회전자 플랭크 편차 또는 국부적인 초기 고정자 편차가 존재함으로써, 그 형태가 초기에 개조되어 있는 개조된 플랭크 섹션을 포함하고, 초기 정지 상태로부터 공칭 가동시의 최종 상태로의 스크롤 압축기의 전이시에, 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤은 변형하여, 공칭 가동시에 회전자의 이동 중에, 관련된 전술된 개조된 플랭크 섹션의 각각의 점에서 그리고 회전자의 각각의 위치에서 순시 최종 국부적인 고정자 플랭크 편차 또는 순시 최종 국부적인 회전자 플랭크 편차가 존재하고, 이들 편차의 절대값은 회전자가 정지 상태일 때 동일한 점에서 대응 국부적인 초기 고정자 플랭크 편차 또는 국부적인 초기 회전자 플랭크 편차보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이러한 스크롤 압축기의 큰 장점은, 설계 중에, 스크롤 압축기의 초기 정지 상태로부터 공칭 가동시의 최종 상태로 진행할 때 발생하는 압력 및 온도의 효과 하에서 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤이 경험하는 변형이 미리 고려된다는 것이다.
이는 회전자 스크롤 또는 고정자 스크롤 또는 모두가 고정자 플레이트 또는 회전자 플레이트 상에 수직으로 배치된 규정된 '이상적인' 플랭크 섹션과는 상이한, 스크롤 압축기가 정지 상태일 때의 이러한 초기 형태를 갖는 하나 이상의 개조된 플랭크 섹션을 구비하는 것을 보장하는 데, 이는 공칭 가동시에 최종 상태로 스크롤 압축기의 전이의 결과로서, 전술된 플랭크 섹션이 변형을 경험하는 이러한 방식으로 이루어지고, 이는 플랭크 섹션의 순시 최종 형태가 고정자 플레이트 또는 회전자 플레이트에 수직인 이상적인 플랭크 섹션에 더 근접하여 적합하도록 이루어진다.
전술된 개조된 플랭크 섹션의 이러한 변형은 스크롤 압축기의 공칭 작동 중에 플랭크 섹션의 관련된 점들에서 순시 최종 국부적인 내부 간극에 대해 긍정적인 효과를 갖는다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
스크롤 압축기의 정지 상태로부터 공칭 가동으로의 전이 중에 발생하는 현상의 전술된 공식화(formulation)는, 공칭 가동시에 스크롤 압축기 내의 압력 및 온도가 사실이 아닌 정적 양태인 인상을 생성할 수 있다.
고정자 스크롤 또는 회전자 스크롤의 플랭크의 점에 존재하는 압력 및 온도는 회전자의 이동 중에 연속적으로 변화하여, 실제로 회전자의 이동 중에, 이 이동 중에 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 변형이 각각의 순간에 상이하게 된다.
더 정확한 공식화에 따르면, 이 동역학을 또한 고려할 수 있고, 스크롤 압축기가 정지 상태일 때, 개조된 플랭크 섹션의 전술된 국부적인 초기 회전자 플랭크 편차 또는 국부적인 초기 고정자 플랭크 편차가 관련 밀봉 평면 내의 대응 국부적인 초기 또는 정지 간극 편차에 초기 국부적인 기여를 행한다고 일컬을 수 있다.
공칭 가동시의 스크롤 압축기의 작동 중에, 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤은 변형하여, 회전자의 이동 중에, 관련된 전술된 개조된 플랭크 섹션의 각각의 점에서 순시 최종 국부적인 고정자 플랭크 편차 또는 순시 최종 국부적인 회전자 플랭크 편차가 존재하게 된다.
이들은 관련된 순시 밀봉 평면 내의 대응 순시 국부적인 최종 또는 순환하는 간극 편차에 대한 순시 최종 국부적인 기여를 행하도록 이루어지고, 여기서 작동 중에 이들 순시 최종 국부적인 기여의 절대값은 동일한 점에 관련하는 대응 밀봉 평면 내의 대응 국부적인 초기 간극 편차에 대한 국부적인 초기 기여보다 작고, 이는 적어도 중심축(BB')의 완전한 회전 중에 회전자에 의해 점유된 위치의 일부에 대해 해당한다.
회전자의 회전 중에 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 각각의 점에서의 압력 변화 및 온도 변화는 정지 상태와 공칭 가동 사이의 각각의 점에서 압력 변화 및 온도 변화에 비교하여 다소 작기 때문에, 실제로 양 공식화 방법은 대략적으로 동등하다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 고정자 스크롤 또는 회전자 스크롤의 개조된 플랭크 섹션에 의해, 스크롤 압축기의 시동 후에, 그 변형의 결과로서 순시 국부적인 순환하는 간극 편차에 대한 순시 최종 국부적인 기여의 절대값이 스크롤 압축기가 정지 상태일 때 대응 초기 간극 편차에 대한 초기 기여보다 작고, 이것이 고정자 내의 회전자의 위치의 적어도 일부에 대해 해당하는 것을 적어도 보장하기 때문에, 공지의 스크롤 압축기에 대한 개량이라는 것이 주목되어야 한다.
이는 본 발명에 따른 스크롤 압축기가 임의의 간극 편차를 갖지 않는 또는 그 전체로서 정지 상태와 공칭 상태 사이에서 감소하는 국부적인 간극 편차 또는 그 유사물을 갖는, 공칭 가동시의 작동 중에 국부적인 최종 간극을 반드시 가져야 한다는 것을 결코 의미하는 것은 아니다.
간략하게, 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 디자인은 공칭 가동시에 작동 중에 스크롤 압축기 내의 최종 내부 국부적인 간극을 향상시키는 것, 즉 공지의 스크롤 압축기에 의한 현재의 경우보다 이들 간극을 더욱 더 예측 가능하게 하는 것에 초점을 맞춘다.
이러한 디자인은 실제로 공지의 스크롤 압축기의 디자인에 완전히 대조적인데, 여기서 전술된 바와 같이, 초기 국부적인 고정자 플랭크 편차 및 회전자 플랭크 편차는 작거나 0이고, 따라서 초기 국부적인 간극 편차에 대한 이들의 초기 기여가 다소 작거나 0이지만, 공칭 가동으로의 스크롤 압축기의 전이의 결과로서 순시 국부적인 변형은, 순시 최종 국부적인 고정자 플랭크 편차 및 회전자 플랭크 편차가, 절대값에 있어서 대응 초기 간극 편차에 대한 전술된 초기 기여보다 훨씬 더 큰, 스크롤 압축기의 공칭 작동 중의 최종 간극 편차로의 순시 최종 기여를 행하는 이러한 성질을 갖는다.
이 결과는, 공지의 스크롤 압축기에 의해, 최종 국부적인 횡방향 내부 간극이 큰 최종 간극 편차를 갖는 강력하게 변동하는 순환하는 간극 프로파일을 제시한다는 것이고, 여기서 최소 개구 내의 몇몇 장소에서 원하는 것보다 더 작은 내부 간극이 그리고 다른 장소에서 더 큰 내부 간극이 발생한다.
공지의 스크롤 압축기에서, 회전자 스크롤 및 고정자 스크롤은 일반적으로 일정한 두께를 갖고 구성되고, 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 횡방향 프로파일은 따라서, 고려되지 않는 그 팁의 레벨에서 임의의 홈을 갖는 직사각형 형태를 갖는다.
더욱이, 정지 상태일 때 공지의 스크롤 압축기 내의 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 플랭크는 고정자 플레이트 및 회전자 플레이트 각각에 대해 수직으로 배향되어, 스크롤 압축기가 고정자에 대한 회전자의 모든 위치에서 정지 상태일 때 고정자 플랭크 및 회전자 플랭크가 서로 평행하게 되고, 따라서 공지의 스크롤 압축기 내의 국부적인 횡방향 내부 간극은 어떠한 또는 실제로 어떠한 초기 편차도 제시하지 않는 높이에 걸친 초기 또는 정지 간극 프로파일을 갖는다.
공칭 가동으로의 전이 중에 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 변형의 결과로서, 공지의 스크롤 압축기 내의 전술된 플랭크는 따라서 비평행 최종 위치에 있고, 일반적으로 또한 고정자 내의 회전자의 각각의 위치에서 종종 서로로부터 이격하여 만곡되고, 여기서 이들 공지의 스크롤 압축기 내의 국부적인 횡방향 내부 간극은 다소 강력한 최종 편차를 제시하는 공칭 가동 중의 높이에 걸친 최종 간극 프로파일을 갖고, 이 최종 편차는 전술된 초기 편차에 대해 상당히 증가되고, 이는 회전자의 모든 위치에서 상당히 증가된다.
스크롤 압축기 내에서 국부적인 횡방향 내부 간극의 최종 프로파일의 큰 전술된 최종 편차는, 최소 개구 내의 최소 국부적인 횡방향 내부 간극과 고정자 내의 회전자의 관련된 위치에서 동일한 최소 개구 내의 최대 국부적인 횡방향 내부 간극 사이의 큰 차이가 존재하는 것을 의미하기 때문에, 매우 부정적이다.
간략하게, 높이에 걸쳐 소정의 위치에서, 최소 국부적인 내부 간극은 모두 너무 작고, 반면에 일반적으로 고정자 스크롤 또는 회전자 스크롤의 전체 높이에 걸쳐, 내부 간극은 그럼에도 불구하고 커서, 다소 큰 최소 개구 또는 달리 말하면 큰 누설률 또는 큰 압력 손실을 야기한다.
공지의 스크롤 압축기에 의한 경우에 대조적으로, 따라서 본 발명에 따른 스크롤 압축기에서, 고정자 내의 회전자의 대응 위치가 정지 상태 또는 공칭 가동시에 비교할 때, 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 높이에 걸친 국부적인 횡방향 내부 간극의 프로파일의 편차는 가능한 한 많이 감소되는 것이 의도된다.
원하는 결과를 성취하기 위해 본 발명에 의해 제공된 해결책은, 0이 아닌 국부적인 고정자 플랭크 편차 및 회전자 플랭크 편차를 형성함으로써 스크롤 압축기가 정지 상태일 때 개조된 플랭크 섹션의 초기 형태를 개조하고, 정지 상태로부터 공칭 가동으로의 스크롤 압축기의 전이 중에 발생할 것인 변형의 양을 고려하는 것으로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 이는 예를 들어 스크롤 압축기가 정지 상태일 때, 회전자 스크롤의 횡방향 프로파일 또는 고정자 스크롤의 횡방향 프로파일 또는 양 스크롤의 횡방향 프로파일을 개조함으로써 행해질 수 있다.
통상적으로, 본 발명에 따른 스크롤 압축기에서, 회전자 스크롤, 고정자 스크롤 또는 양 스크롤의 횡방향 프로파일의 전술된 개조는, 조정된 플랭크 섹션의 위치에서 이 횡방향 프로파일이 공지의 스크롤 압축기에서 공지된 전형적인 직사각형 프로파일로부터 일탈하는 것을 의미할 것이다.
통상의 개조는 고정자 플랭크 중 하나 또는 양 고정자 플랭크 또는 회전자 플랭크 중 하나 또는 양 회전자 플랭크의 플랭크 섹션을 관련된 회전자 플레이트 또는 관련된 고정자 플레이트 각각에 대해 초기 비수직 위치에, 적어도 스크롤 압축기가 사용중이 아닌 상태로 배치하는 것으로 이루어질 수 있다.
스크롤 압축기의 시동 및 이에 의해 발생하는 압력 및 온도에 기인하여, 이 횡방향 프로파일의 변형이 얻어져서, 변형 후에, 순시 최종 국부적인 간극 편차에 최소 가능한 기여를 행하는 순시 최종 국부적인 고정자 플랭크 편차 또는 회전자 플랭크 편차가 얻어지게 되고, 따라서 최종 순시 국부적인 내부 간극은 전술된 순시 기본 간극에 가능한 한 동일하게 되어, 공지의 스크롤 압축기에 의한 것보다 더 예측 가능한 스크롤 압축기 내의 최종 간극이 얻어질 수 있게 된다는 것이 물론 여기서 의도된다.
본 발명의 부가의 목적은 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 높이에 걸쳐 국부적인 횡방향 내부 간극의 최종 프로파일의 편차를 가능한 한 많이 감소시키고, 이상적으로는 이 편차를 0으로 감소시키는 것인데, 이는 물론 고정자 내의 회전자의 다수의 가능한 위치에 대해서도 마찬가지이다.
실제로, 국부적인 횡방향 내부 간극의 전술된 최종 프로파일의 편차가 감소할 때, 최소 개구 내의 최소 국부적인 횡방향 내부 간극과 이 최소 개구 내의 최대 국부적인 횡방향 내부 간극 사이에 더 작은 차이가 존재하여, 일반적으로 전체 높이에 걸쳐, 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤이 공지의 스크롤 압축기의 경우에서보다 최소 개구의 위치에서 풀 가동시에 함께 더 근접하게 될 수 있게 되는 데, 이는 물론 더 제한된 내부 누설 유동 뿐만 아니라 더 제한된 내부 압축 손실이 실현될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 효율에 대해 매우 적합하다.
이에 대한 부가의 장점은, 감소된 누설률에 기인하여, 공기의 적은 재압축이 발생하여, 일반적으로 스크롤 압축기 내의 작동 온도가 낮게 유지되게 된다는 것이다.
실제로, 높이에 걸친 국부적인 내부 횡방향 간극의 최종 간극 프로파일의 편차의 감소는 예를 들어, 초기에 고정자 플레이트 또는 회전자 플레이트에 대해 비수직 위치에 있었던 전술된 플랭크 중 하나 또는 관련된 회전자 스크롤 또는 고정자 스크롤의 모두의 개조된 플랭크 섹션이 변형에 기인하여 풀 가동(full service)시에 다소 수직 위치를 향하는 경향이 있을 것이기 때문에, 용이하게 얻어질 수 있다.
물론, 본 발명에 따른 다수의 다른 가능성이 존재하고, 이들 중 단지 몇몇만이 이하에 설명되는 데, 본질적으로 초기의 개조된 형상을 스크롤 압축기의 부분에 제공함으로써 예상되는 변형으로 귀착된다.
본 발명의 특성을 더 양호하게 도시하는 의도를 갖고, 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 몇몇 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여, 어떠한 한정적인 성질 없이, 예로서 이하에 설명된다.
도 1 및 도 2는 2개의 대향하는 관점으로부터 각각, 스크롤 압축기의 분해 사시도를 도시하고 있다.
도 3은 조립 상태에서 도 1 및 도 2의 스크롤 압축기를 통한 단면도를 도시하고 있다.
도 4 내지 도 7은 회전자 스크롤이 고정자 스크롤과 관련하여 연속적인 위치에 있는, 고정자 플레이트에 대응하는 도 3의 라인 XX'에 평행한, 스크롤 압축기의 작동을 도시하기 위해, 조립된 스크롤 압축기를 통한 단면도를 개략적으로 도시하고 있다.
도 8 내지 도 11은 도 4 내지 도 7에 지시되어 있는 라인 Ⅷ-Ⅷ 내지 XI-XI에 따른, 내부 간극의 몇몇 과장을 갖는, 공지의 스크롤 압축기를 통한 단면도를 개략적으로 도시하고 있다.
도 12 및 도 13은 정지 상태의 공지의 스크롤 압축기 및 공칭 서비스 상태의 공지의 스크롤 압축기의 각각의, 도 8에 F12/F13에 의해 지시되어 있는 섹션의 확대도를 도시하고 있다.
도 14 및 도 15는 정지 상태의 공지의 스크롤 압축기 및 풀 가동 상태의 공지의 스크롤 압축기의 각각의, 도 10에 F14/F15에 의해 지시되어 있는 섹션의 확대도를 또한 도시하고 있다.
도 16 내지 도 19는, 도 12 내지 도 15와 유사하게, 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 제1 실시예의 정지 상태로부터 공칭 가동으로의 전이시에 고정자 스크롤 및 회전자 스크롤의 변형을 도시하고 있다.
도 20 내지 도 23, 도 24 내지 도 27, 도 28 내지 도 31 및 도 32 내지 도 35는, 도 16 내지 도 19와 유사하게, 각각 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 다른 실시예의 상이한 각각의 상태를 도시하고 있다.
도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 요소는 본 발명이 관련하는 유형의 무급유식(oil-free) 스크롤 압축기(1)를 분해 및 조립 상태에서 제시하고 있다.
이 스크롤 압축기(1)는 하우징(2)을 갖고, 하우징은 이 경우에 본질적으로 2개의 섹션, 더 구체적으로는 섹션(3) 및 섹션(4)으로 구성되고, 이들 섹션은 조립 상태에서 회전자(6)가 부착되는 공간(5)을 에워싼다.
더욱이, 섹션(3)은 하우징(2) 내에 이동 불가능하게 부착되고 중심 고정자축(AA')을 갖는 정지 상태의 고정자 스크롤을 포함하는 고정자(7)를 형성한다.
이 고정자 스크롤(8)은 2개의 고정자 플랭크(10, 11), 각각 고정자 스크롤(8)의 중심 또는 중심축(AA')으로부터 이격하여 회전되는 외향 고정자 플랭크(10) 및 고정자 스크롤(8)의 중심을 향해 또는 중심축(AA')을 향해 회전되는 내향 고정자 플랭크(11)를 갖는 고정자 스트립(9)에 의해 형성된다.
더욱이, 고정자 스트립(9)은 그 길이를 따라 나선형으로 권취되고, 고정자 플레이트(13)의 제1 측면(12) 상에 특정 높이(H)를 갖고 직립 부착된다.
냉각핀(15)이 고정자 플레이트(13)의 다른 측면(14)에 제공된다.
회전자(6)는 하우징(2) 내에서 이동될 수 있고, 그로부터 특정 거리(E)에서 고정자(7)의 중심축(AA')에 평행하게 연장하는 중심 회전자축(BB')을 갖는 회전자 스크롤(16)을 갖는다.
회전자 스크롤(16)은 2개의 회전자 플랭크(18, 19), 각각 회전자 스크롤(16)의 중심 또는 중심축(BB')으로부터 이격하여 회전되는 외향 회전자 플랭크(18) 및 회전자 스크롤(16)의 중심을 향해 또는 중심축(AA')을 향해 회전되는 내향 회전자 플랭크(19)를 갖는 회전자 스트립(17)에 의해 형성된다.
더욱이, 회전자 스트립(17)은 그 길이를 따라 나선형으로 권취되고, 회전자 플레이트(21)의 제1 측면(20)에 특정 높이(H')를 갖고 직립 부착된다.
냉각핀(23)이 또한 고정자(7)에서와 같이, 회전자 플레이트(21)의 다른 측면(22) 상에 제공된다.
스크롤 압축기(1)의 조립 상태에서, 회전자 스크롤(16) 및 고정자 스크롤(8)은 공기 또는 가능하게는 다른 가스를 압축하도록 함께 작용하는 것을 가능하게 하기 위해 고정자 플레이트(13)와 회전자 플레이트(21) 사이에 서로 부착된다.
스크롤 압축기(1)는 주위 공기 또는 가스를 흡인하기 위한 스크롤 압축기(1)의 외측면(25) 상의 저압 입구(24), 뿐만 아니라 압축 공기 또는 가스를 제거하기 위한 스크롤 압축기(1)의 중심(27)에 있는 고압 출구(26)를 더 구비한다.
회전자(6)를 구동하는 것을 가능하게 하기 위해, 스크롤 압축기(1)는 회전자(6)가 이동할 수 있도록 하는 구동부를 더 구비하고, 여기서 중심 회전자축(BB')은 중심 고정자축(AA') 주위에, 더 구체적으로는 간극은 별개로, 중심 회전자축(BB')과 중심 고정자축(AA') 사이의 거리(E)에 실제로 동일한 반경(R)을 갖는 원(C) 상에서 편심으로 선회한다.
공지된 바와 같이, 그 운동 중에, 회전자(6)는 중심 회전자축(BB') 주위의 회전을 경험하지 않는다.
고정자(7) 내의 회전자(6)의 이동은 도 4 내지 도 7에 도시되어 있고, 여기서 각각의 후속 도면에서, 중심축(BB')은 원(C) 상에서 1/4 스트로크 더 이동된다.
이는 이 선회 및 회전자(6)의 편심 이동 중에 고정자(7) 내의 회전자(6)의 각각의 위치에서, 최대 개구(28)가 존재하는 장소(28) 및 회전자 스크롤(16)과 고정자 스크롤(18) 사이에 최소 개구(29)가 존재하는 장소(29)가 형성된다는 것을 명백하게 나타낸다.
최소 개구(29) 및 최대 개구(28)를 갖는 이들 장소는 항상 평면(MM') 내에 놓이고, 이 평면은 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16) 각각의 평행한 중심축(AA', BB')을 포함한다는 것이 또한 명백하다.
도입부에 설명되어 있는 바와 같이, 이 평면(MM')은 명칭 밀봉 평면(MM')에 의해 본 명세서에 지시되어 있다.
도 4 및 도 6 및 도 8 내지 도 10에 도시되어 있는 첨부 단면도로부터, 중심 고정자축(AA') 주위의 중심 회전자축(BB')의 완전한 원형 이동에 있어서, 최소 개구(29) 및 최대 개구(28)를 갖는 장소가 동일한 밀봉 평면(MM') 내에 있는 2개의 위치가 매회 존재한다는 것을 알 수 있다.
중심 회전자축(BB')의 이들 2개의 위치는 더 구체적으로는, 중심 회전자축(BB')이 중심 고정자축(AA')에 대해 제1 위치에 있는 제1 위치와, 중심 회전자축(BB')이 그 제1 위치에 정반대로 대향하는 중심 고정자축(AA')에 대해 제2 위치에 있는 제2 위치이다.
중심 회전자축(BB')의 유사한 정반대 위치가 도 5 및 도 7에 도시되어 있고, 첨부 단면도가 또한 도 8 및 도 10에 각각 도시되어 있다.
추가의 설명시에, 회전자(6)의 일 전술된 위치에서, 예를 들어 도 4, 도 5 및 도 8에 도시되어 있는 고정자(7) 내의 회전자(6)의 위치의 경우에서와 같이, 최소 개구(29)는 외향 고정자 플랭크(10)와 내향 회전자 플랭크(19) 사이에 형성되고, 반면에 고정자(7) 내의 회전자(6)의 제2 정반대 위치에서, 예를 들어 도 6, 도 7 및 도 10에 도시되어 있는 고정자(7) 내의 회전자(6)의 위치에서의 경우와 같이, 최소 개구(29)는 정확하게 역전되고, 내향 고정자 플랭크(11)와 외향 회전자 플랭크(18) 사이에 형성된다는 것이 또한 사실이다.
여기서, 관련된 회전자 스크롤(16) 또는 고정자 스크롤(8)의 동일한 섹션은 양 정반대 위치에서 최소 개구(29)를 결정하는 것들이어서, 고정자 스크롤(8) 또는 회전자 스크롤(16)의 각각의 변형이 최소 개구(29)의 크기에 증가하는 효과를 갖게 되고, 여기서 더욱이 고정자(7) 내의 회전자(6)의 2개의 정반대 위치에서의 이들 변형은 더 설명되는 바와 같이, 대향하는 국부적인 효과를 야기한다는 것이 실제로 또한 사실이다.
각각의 경우에 압축 챔버(30)를 형성하는 것은 최소 개구(29)를 갖는 장소들이고, 여기서 이들 압축 챔버(30)는 스크롤 압축기(1)의 중심(27)을 향해 체적이 감소한다.
이들 최소 개구(29)의 크기는 따라서, 한편으로는 고정자 스크롤(8)과 회전자 스크롤(16) 사이의 접촉을 방지하기 위해 스크롤 압축기 내에 항상 최소 간극이 존재해야 하고, 다른 한편으로는 너무 큰 순시 최소 개구(29)가 연속적인 압축 챔버(30) 사이의 큰 압축 손실 및 누설률과 결합되기 때문에, 매우 중요하다.
고정자 플레이트(13)에 대한 각각의 국부적인 높이(Z)에서 이러한 순시 최소 개구에서, 관련된 외향 회전자 플랭크(18) 및 관련된 내향 고정자 플랭크(11), 또는 관련된 내향 회전자 플랭크(19) 및 관련된 외향 고정자 플랭크(10)는 서로로부터 특정 반경방향 거리(S)에 위치된다.
여기서 반경방향이라는 것은, 순시 밀봉 평면(MM') 내의 거리가 고정자 플레이트(13) 또는 회전자 플레이트(21)에 평행한 중심축(AA' 또는 BB') 중 하나로부터 반경방향으로 측정된다는 것을 의미한다.
이들 반경방향 거리(S)는 각각의 순간에, 즉 고정자(7) 내의 회전자(6)의 각각의 순시 위치에서, 뿐만 아니라 각각의 높이(Z)에서 회전자의 이동 중에 순시 국부적인 횡방향 내부 간극(S)을 규정한다.
고정자(7) 내의 회전자(6)의 각각의 위치에서, 각각의 경우에 순시 밀봉 평면(MM') 내의 순시 국부적인 횡방향 내부 간극(S)을 형성하는, 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16) 각각의 플랭크(10, 11, 18, 19) 상의 상이한 쌍의 점들이 존재한다.
스크롤 압축기(1)의 공칭 가동 중에 정지 상태의 회전자(6)의 초기 상태로부터 최종 상태로 진행할 때, 스크롤 압축기(1) 내의 압력 및 온도는 상당히 변화하여 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16)의 변형을 야기한다.
고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16)의 이러한 변형은 스크롤 압축기(1)의 순시 최소 개구(29) 내의 순시 국부적인 횡방향 간극(S)에 대해 막대한 효과를 갖는다는 것이 명백하다.
본 발명에 따르면, 이들 변형은 고정자 스크롤(8) 및/또는 회전자 스크롤(16)에 초기 형태를 제공하기 위해, 미리 최선으로 평가되고, 이 초기 형태는, 공지의 스크롤 압축기(1)의 경우에서와 같이, 어떠한 수단도 취해지지 않은 상황에 비교할 때, 변형 후에 원하는 또는 적어도 향상된 순시 최종 국부적인 횡방향 내부 간극(S)을 생성한다는 것이 또한 사실이다.
이상적으로, 대안으로서 또는 부가적으로, 예를 들어, 재료의 개조된 조성을 사용함으로써, 스크롤 압축기(1) 내에 순시 최종 국부적인 내부 횡방향 간극(S)의 변화에 관한 변형에 대항하기 위해 수단이 취해질 수 있다.
스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때 초기 형태 및 스크롤 압축기(1)의 공칭 작동으로의 전이 중에 이후의 변형을 명백하게 지정하기 위해, 이하에 지정된 용어가 사용될 것인데, 이는 더욱이 임의의 가능한 직관적인 또는 해석적인 의미를 제거할 수도 있다.
먼저 최우선으로, 공지의 스크롤 압축기 및 본 발명에 따른 스크롤 압축기(1)의 모두에서, 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16) 각각의 플랭크(10, 11, 18, 19)와 관련된 고정자 플레이트(13) 또는 회전자 플레이트(21)의 교차 라인(31)은 나선형 기부 에지(31)를 형성한다고 가정된다.
이들 기부 에지(31)는 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16)의 형태를 규정하기 위한 기준으로서 사용될 것이고, 여기서 이들 기부 에지(31)는 실제로 정적 물체는 아니라는 것이 지적된다.
실제로, 이상적인 고정축 시스템에 대한 이들 기부 에지(31)의 절대 위치는 정지 상태 스크롤 압축기(1)로부터 스크롤 압축기(1)의 공칭 작동으로의 전이 중에 고정자 플레이트(13) 및 회전자 플레이트(21)의 온도의 변화에 기인하여 변화할 것이고, 여기서 이 변화는 추가의 고려 사항을 고려해야 한다.
더욱이, 고정자 플레이트(13) 상의 수직 라인이 전술된 나선형 기부 에지(31)에서 교차하는 점들의 기하학적 위치는 이상적인 나선형 플랭크(32)를 결정한다.
간략하게, 이상적인 나선형 플랭크(32)는 임의의 물리적 실현성이 결여된 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16)의 플랭크이고, 이들 플랭크는 모든 상황에서 기부 에지(31)로부터 시작하여 고정자 플레이트(13) 또는 회전자 플레이트(21)에 수직이고, 이들 나선형 플랭크(32)는 국부적인 횡방향 내부 간극(S)이 모든 상황에서 고정자 플레이트(13) 또는 회전자 플레이트(21)에 대해 높이에 걸쳐 최소한 어떠한 편차도 제시하지 않는다는 개념에서 이상적일 것이다.
고정자 플레이트(13)에 대한 높이(Z)에서 회전자 스크롤(16)의 플랭크(18 또는 19) 상의 점과 가장 가까운 이상적인 나선형 플랭크(32) 사이의 반경방향 거리(ΔR)는 회전자 스크롤(16)의 국부적인 형태를 결정하는 데, 이는 이하에 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔR)라 지시될 것이다.
동일한 방식으로, 고정자 플레이트(13)에 대한 높이(Z)에서 고정자 스크롤(8)의 플랭크(10 또는 11) 상의 점과 가장 가까운 이상적인 나선형 플랭크(32) 사이의 반경방향 거리(ΔT)는 고정자 스크롤(8)의 국부적인 형태를 결정하는 데, 이는 이하에 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔT)라 지시될 것이다.
도 12는 관련된 간극의 특정 과장을 갖고, 예를 들어 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 고정자(7) 내의 회전자(6)의 위치에서, 스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때 밀봉 평면(MM') 내의 공지의 스크롤 압축기(1)를 통한 섹션의 확대도를 도시하고 있다.
완전히 유사하게, 관련된 간극의 특정 과장을 갖고, 도 14는 예를 들어, 도 6 및 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 고정자(7) 내의 회전자(6)의 정반대로 대향하는 위치에서, 스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때 동일한 밀봉 평면(MM') 내의 공지의 스크롤 압축기(1)를 통한 단면의 확대도를 도시하고 있다.
정지 상태일 때 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16)의 형태가 첨자 0으로 그리고 공칭 작동시에 첨자 f로 지시되면, 이하와 같이 설명될 수 있다.
스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때 초기 상태에서 공지의 스크롤 압축기(1)에서, 고정자(7) 내의 회전자(6)의 위치에 무관하게, 또는 따라서 밀봉 평면(MM')에 무관하게, 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔR0) 및 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔT0)가 존재하지 않고 또는 따라서 0인 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔR0) 또는 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔT0)가 존재하고, 이는 모든 높이(Z, Z', Z" 등)에서 고정자 플레이트(13)에 대한 것이다.
실제로, 공지의 스크롤 압축기(1)는 초기에, 스크롤 압축기가 정지 상태일 때, 적어도 대략적으로 이상적인 나선형 플랭크(32)를 갖는 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16)을 갖고 구성된다.
이러한 구성의 제1 결과는 원리적으로 공지의 스크롤 압축기(1)에 어떠한 초기 간극 편차(ΔS0)도 존재하지 않는다는 것이다.
이러한 구성의 다른 결과는 또한, 밀봉 평면(MM') 내의 각각의 높이(Z, Z', Z" 등)에서 국부적인 횡방향 내부 간극(S)이 이러한 공지의 스크롤 압축기(1)에서 초기에 일정하고, 관련된 플랭크(11, 18 또는 10, 19)에 가장 근접하게 위치되어 있는 이상적인 나선형 플랭크(32) 사이의 관련된 순시 밀봉 평면(MM') 내의 반경방향 거리(W)에 의해 규정된 기본 간극(W)에 동일하다는 것이다.
따라서, 스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때 순시 최소 개구(29) 내의 공지의 스크롤 압축기(1) 내의 높이(Z)에 걸쳐 초기 간극 프로파일의 초기 편차가 존재하지 않는다.
공지의 스크롤 압축기(1)의 이 정지 상태로부터 공칭 작동으로의 전이 중에, 전형적인 경우에 발생하는 변형이 예시로서 도 13 및 도 15에 도시되어 있다.
도입부에 설명되어 있는 바와 같이, 회전자 팁(33) 및 고정자 팁(34)은, 스크롤 압축기(1) 내의 압력, 뿐만 아니라 온도가 중심(27)을 향해 증가하기 때문에 그리고 회전자 기부(35)로부터 회전자 팁(33)까지, 뿐만 아니라 온도 구배가 고정자 기부(36)로부터 고정자 팁(34)까지 증가하는 온도를 갖고 높이 방향(Z)에서 보급되어 있기 때문에, 스크롤 압축기(1)의 외측면(25)을 향해 일탈하는 경향이 있다.
고정자(7) 내의 회전자(6)의 위치에 따라, 이는 스크롤(8, 16)의 높이(Z)에 걸쳐 국부적인 횡방향 내부 간극(Sf)의 최종 프로파일과 관련하여 반대 현상을 유도한다.
도 13 및 도 15는 각각의 높이(Z, Z', Z" 등)에서, 순시 밀봉 평면(MM') 내에서, 개재하는 순시 기본 간극(W) 및 순시 국부적인 간극 편차(ΔS)로 이루어진 상이한 순시 국부적인 횡방향 내부 간극(S)이 존재한다는 것을 명백하게 도시하고 있다.
간략하게, 각각의 국부적인 횡방향 내부 간극(S)은 회전자 스크롤(16) 및 고정자 스크롤(8)의 국부적인 편차에 기인하는 국부적인 간극 편차(ΔS)와 원하는 순시 '이상적인' 기본 간극(W)의 합으로서 설명될 수 있다.
각각의 높이(Z, Z', Z" 등)에서, 순시 국부적인 간극 편차(ΔS)는 국부적인 순시 회전자 플랭크 편차(ΔR)와 국부적인 순시 고정자 플랭크 편차(ΔT) 사이의 차이이고, 여기서 원리는, 동일한 배향의 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16)의 편차가 동일한 부호, 더 구체적으로는 편차(이상적인 나선형 플랭크 상의 점으로부터 나선형 플랭크까지)가 외측면(25)을 향하는지 또는 스크롤 압축기(1)의 중심(27)을 향하는지에 따라 양 또는 음의 부호를 갖고, 그 결과 이들이 동일한 크기를 가지면 어떠한 간극 편차(ΔS)도 산출하지 않는다는 것이다.
도 12 및 도 15에서, 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16)은 평행한 플랭크를 갖고 또는 일정한 두께를 갖고 구성되어, 외향 고정자 플랭크(10)의 고정자 플랭크 편차(ΔTu)가 항상 동일한 크기의 내향 고정자 플랭크(11)의 고정자 플랭크 편차(ΔTi)와 결합되고 외향 회전자 플랭크(18)의 회전자 플랭크 편차(ΔRu)가 항상 동일한 크기의 내향 회전자 플랭크(19)의 회전자 플랭크 편차(ΔRi)와 결합되게 된다.
도 13의 경우에, 스크롤 압축기의 공칭 가동 중에, 순시 국부적인 횡방향 내부 간극(S)은 외부 회전자 플랭크(18)와 내부 고정자 플랭크(11)에 의해 형성된다.
이에 의해, 회전자 팁(33)은 관련된 순시 밀봉 평면(MM') 내에서 대향 고정자 기부(36)를 향해 만곡되어, 회전자 팁(33)에서의 순시 국부적인 횡방향 내부 간극(S)이 기본 간극(W)에 대해 감소하게 되고, 반면에 고정자 팁(34)은 대향 회전자 기부(35)로부터 이격하여 만곡되어 고정자 팁(34)에서의 국부적인 내부 간극(S)이 기본 간극(W)에 대해 증가하게 된다.
각각의 높이(Z)에서, 관련된 순시 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔTfi)는 순시 최종 간극(Sf)을 증가시키는 순시 최종 간극 편차(ΔSf)에 대한 순시 최종 기여를 행하고, 반면에 순시 최종 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔRfu)는 국부적인 횡방향 내부 간극(Sf)을 감소시키는 수시 최종 간극 편차(ΔSf)에 기여한다.
높이(Z)에서 순시 최종 국부적인 간극 편차(ΔSf)는 이 경우에 순시 최종 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔTfi)와 이 높이(Z")에서 순시 최종 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔRfu) 사이의 차이와 동일하다.
이러한 것은, 고정자(7) 내의 회전자(6)의 위치가 순시 최종 국부적인 간극 편차(ΔSf)를 결정하는 데 있어서 중요한 역할을 하는 것을 이미 나타내고 있는 데, 이는 어느 플랭크(10, 19 또는 11, 18)가 순시 최종 국부적인 간극(Sf)을 형성하는지를 이 위치가 결정하기 때문이다.
더욱이, 고정자(7) 내의 회전자(6)의 이 위치는 원리적으로는 이동 불가능한 고정자 기부(34)의 기부 에지(31)가 회전자 팁(33)에 대향하는지 또는 또한 이동 불가능한 것으로서 고려될 수 있는 회전자 기부(35)가 고정자 팁(36)에 대향하는지를 결정한다.
이는 예를 들어 도 15에 기초하여 분류되고, 여기서 회전자(6)의 중심축(BB')은 도 13에 도시되어 있는 그 위치에 대해 정반대인 위치로 유도되어 있다.
회전자(6)의 이 위치에서, 순시 최종 국부적인 횡방향 내부 간극(Sf)은 내부 회전자 플랭크(19)와 외부 고정자 플랭크(10) 사이에 관련된 거리에 의해 형성된다.
도 15의 이 경우에, 도 13의 경우에서와 같이 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16)의 동일한 변형, 더 구체적으로는 회전자 팁(33) 및 고정자 팁(35)이 스크롤 압축기(1)의 외측면(25)을 향해 이동하는 변형은 순시 국부적인 횡방향 내부 간극(Sf)에 대한 반대의 효과를 갖는다.
실제로, 도 15의 관련된 순시 밀봉 평면(MM')에서, 회전자 팁(33)은 대향 고정자 기부(36)로부터 이격하여 만곡되어, 국부적인 횡방향 내부 간극(Sf)이 기본 간극(W)에 대해 회전자 팁(33)에서 작은 높이(Z')로 증가하게 되고, 고정자 팁(34)은 대향 회전자 기부(35)를 향해 만곡하여, 국부적인 내부 간극(Sf)이 기본 간극(W)에 대해 고정자 팁(34)에서 큰 높이(Z")로 감소하게 되고, 이에 의해 간극(Sf)은 따라서 회전자 기부(35)로부터 증가하고, 반면에 도 13에서 간극(S)은 회전자 기부(35)로부터 감소된다.
여기서, 각각의 높이(Z)에서, 관련된 순시 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔRfi)는 국부적인 횡방향 내부 간극(Sf)을 증가시키는 데 기여하고, 반면에 순시 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔTfu)는 국부적인 횡방향 내부 간극(Sf)을 감소시키는 데 기여한다.
도 15의 상황에서, 높이(Z)에서 순시 국부적인 간극 편차(ΔSf)는 관련된 순시 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔRfi)와 관련된 순시 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔTfu) 사이의 차이에 동일하고, 여기서 순시 국부적인 횡방향 간극(Sf)은 항상 기본 간극(W)과 순시 국부적인 간극 편차(ΔSf)를 더한 값에 동일하다.
초기 상황이 이제 최종 상황에 비교되면, 이하의 설명이 언급될 수 있다.
공지의 스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때, 회전자 플랭크(18, 19) 및 고정자 플랭크(10, 11)의 형태는 초기에 초기 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔR0i 또는 ΔR0u)를 제시하지 않고 임의의 점에서 어떠한 초기 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔT0i 또는 ΔT0u)도 제시하지 않는다.
공지의 스크롤 압축기(1)가 공칭 가동시에 작동할 때, 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16)은 0이 아닌 순시 최종 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔTfi 및 ΔTfu) 및 순시 최종 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔRfi 및 ΔRfu)가 존재하는 형태로 변형된다.
이는 나선형 플랭크(10, 11, 18, 19)의 전체면에 걸쳐, 스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때의 형태에 비교하여 공칭 가동하게 된 후에 고정자 플랭크 편차(ΔTfi 및 ΔTfu) 및 회전자 플랭크 편차(ΔRfi 및 ΔRfu)가 증가되는 것을 의미한다.
간략하게, 공지의 스크롤 압축기(1)의 공칭 작동 중에, 나선형 플랭크(10, 11, 18, 19)는 공지의 스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때보다 이상적인 나선형 플랭크로부터 더 많이 이탈하고, 이는 관련된 플랭크의 각각의 점에 있다.
더욱이, 고정자 기부(36) 및 회전자 기부(35)에서 실제적으로 어떠한 편차도 가능하지 않기 때문에, 이는 전술된 바와 같이, 높이(Z)에 걸쳐 순환하는 간극 프로파일의 강력한 편차를 산출한다.
도 16 내지 도 19는, 도 12 내지 도 15 각각에 유사하게, 본 발명에 따른 스크롤 압축기(1) 내의 대응 상황을 도시하고 있다.
도시되어 있는 실시예에서, 이 스크롤 압축기(1)는 개조된 플랭크 섹션(37), 더 구체적으로는, 0이 아닌 국부적인 초기 회전자 플랭크 편차(ΔR0u)가 존재함으로써, 회전자(6)의 정반대 위치에 대해 도 16 및 도 18에 도시되어 있는 스크롤 압축기(1)의 초기 정지 상태에서 관련된 개조된 플랭크 섹션(37)의 각각의 점에서 그 형태가 초기에 개조되어 있는 외향 회전자 플랭크(18)의 섹션을 구비하고, 여기서 특히 이 ΔR0u는 0 미만이다.
달리 말하면, 외향 회전자 플랭크(18)의 개조된 플랭크 섹션(37)은 특정 높이(Z)를 갖는 것으로서, 중심축(BB')의 방향에서 이상적인 나선형 플랭크(23)에 대한 특정 후퇴부(F)를 제시한다고 일컬을 수 있다.
관련된 개조된 플랭크 섹션(37)은 불연속적 프로파일을 또한 갖고, 여기서 더 구체적으로 회전자 스크롤(16)의 두께(G)는 회전자 기부(35)로부터 회전자 팁(33)으로의 방향에서 단계적으로 감소하고, 이 경우에 높이(Z)에 걸쳐 1 단차 변화를 갖는다.
더욱이, 회전자 스크롤(16)은 회전자 스크롤(16)의 내향 플랭크(19)의 대향 플랭크 섹션(38)이 정지 상태일 때 편평하게 되고 회전자 플레이트(21) 상의 수직 위치에 있어, 회전자 스크롤(16)이 고정자 팁(33)에서보다 고정자 기부(35)에서 더 큰 두께(K)를 갖게 되도록 프로파일링된다.
완전히 유사한 방식으로, 도시되어 있는 실시예에서, 외향 고정자 플랭크(10)는, 스크롤 압축기(1)의 초기 정지 상황에서 관련된 개조된 플랭크 섹션(39)의 각각의 점에서, 0이 아닌 국부적인 초기 고정자 플랭크 편차(ΔT0u)가 존재함으로써, 그 형태가 초기에 개조되어 있는 개조된 플랭크 섹션(39)을 구비하고, 여기서 특히 이 ΔT0u는 0 미만이다.
개조된 플랭크 섹션(39)은 동일한 후퇴부(F)를 갖는 불연속적 프로파일을 또한 갖고, 여기서 높이(Z)에 걸친 고정자 스크롤(8)의 두께(L)는 고정자 기부(36)로부터 고정자 팁(34)으로의 방향에서 1 단차 변화를 갖는다.
다른 내향 플랭크(11)에서, 고정자 스크롤(8)은 정지 상태일 때 편평해지고 고정자 플레이트(13) 상에 수직 위치에 있는 대향 플랭크 섹션(40)을 또한 가져, 고정자 스크롤(8)이 고정자 팁(34)에서보다 고정자 기부(36)에서 더 큰 두께(L)를 갖게 된다.
간략하게, 본 발명에 따른 이러한 스크롤 압축기(1)에서, 적어도 특정 플랭크 섹션(37, 39)은 정지 상태일 때 이상적인 나선형 플랭크(32)로부터 초기에 일탈한다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기(1)가 초기 정지 상태로부터 공칭 가동시의 최종 상태로 진행할 때, 고정자 스크롤(8) 및 회전자 스크롤(16)은 도 17 및 도 19에 더 상세히 도시되어 있는 바와 같이 변형한다.
본 발명에 따르면, 이 변형은, 공칭 가동시에 회전자(6)의 이동 중에, 전술된 개조된 회전자 플랭크 섹션(37) 및 고정자 플랭크 섹션(39)의 각각의 점에서 그리고 회전자(6)의 각각의 위치에서, 회전자(6)가 대응 위치에서 정지 상태일 때 동일한 점에서 대응 국부적인 초기 회전자 플랭크 편차(ΔR0u) 및 국부적인 초기 고정자 플랭크 편차(ΔT0u) 각각보다 절대값이 작은, 순시 최종 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔRfu) 및 순시 최종 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔTfu)가 각각 존재하도록 이루어진다.
간략하게, 공칭 가동시에 스크롤 압축기를 작동할 때, 관련된 개조된 플랭크 섹션(37, 39)은 이상적인 나선형 플랭크(32)에 더 근접하게 적합하는 형태로 변형된다.
이러한 변형은 스크롤 압축기(1) 내의 높이(Z)에 걸쳐 덜 변동하는 순환 간격 프로파일을 야기한다는 것이 여기서 직관적으로 느껴진다.
그러나, 전술된 플랭크 섹션(37, 39)의 개조 및 이로부터 이어지는 국부적인 변형은 순시 최종 국부적인 내부 간극(Sf) 및 수반하는 순시 최종 간극 편차(ΔSf)에 대한 이들의 영향에 간단하게 직접 연계되지 않는다.
실제로, 회전자(6)가 예를 들어 도 17에 도시되어 있는 것에 대응하는 위치에 있을 때, 순시 최종 국부적인 내부 간극(Sf)은 개조된 플랭크 섹션(37)을 구비한 외향 회전자 플랭크(18)와 이 경우에 공지의 스크롤 압축기(1)와 같이 구성된 내향 고정자 플랭크(11) 사이의 반경방향 거리(Sf)에 의해 결정된다.
따라서, 도 17의 위치에서, 회전자 팁(33)과 대향하는 고정자 기부(36) 사이에서, 모든 경우에 공지의 스크롤 압축기(1)에 있어서의 도 13의 상황에 비교하여 순시 최종 국부적인 횡방향 간극(Sf)의 개량이 존재하고, 여기서 대향 고정자 기부(36)가 거의 변형하지 않기 때문에 어떠한 플랭크 섹션도 초기에 개조되지 않으며, 반면에 본 실시예에서 회전자 팁(33)은 변형에 기인하여 이상적인 나선형 플랭크(32)에 더 근접한다.
회전자 스크롤(16)의 플랭크 섹션(37)에 대한 개조의 양호한 선택에 기인하여, 관련된 상태에서, 회전자 팁(33)에서의 순시 최종 국부적인 횡방향 간극(Sf)이 기본 간극(W)에 동일하고, 따라서 어떠한 국부적인 순시 최종 순환 간극 편차(ΔSf)도 존재하지 않는 것이 보장될 수 있다.
도 17에 따른 회전자(6)의 이 위치에서 회전자 기부(35)와 대향하는 고정자(34) 사이의 순시 최종 국부적인 횡방향 간극(Sf)은 도 13에 도시되어 있는 공지의 스크롤 압축기(1)의 경우에 대해 거의 변화되지 않고, 회전자 기부(35)에서 높이(Z")에서 순시 최종 국부적인 횡방향 간극(Sf)은 심지어 가능하게는 대향하는 고정자 스크롤(6)로의 개조에 기인하여 공지의 스크롤 압축기(1)에서의 경우에 대해 다소 증가된다.
이에 의해, 개조된 플랭크 섹션(39)이 고정자 팁(34)에 제공되고, 여기서 고정자 스크롤(8)의 두께가 유사한 공지의 스크롤 압축기(1)에서의 고정자 스크롤(8)의 두께에 대해 감소되어, 도 17의 위치에서 본 발명에 따른 스크롤 압축기(1) 내의 고정자 팁(34)은 가능하게는 도 13에 도시되어 있는 공지의 스크롤 압축기(1)의 경우에서보다 스크롤 압축기(1)의 외측면(25)으로 더욱 더 만곡되게 된다.
도 17의 위치에 정반대로 대향하는 도 19에 도시되어 있는 회전자의 다른 위치에서, 유사한 현상이 발생한다.
더 구체적으로, 도 19의 이 위치에서 순시 최종 국부적인 횡방향 간극(Sf)은 외부 고정자 플랭크(11)와 내부 회전자 플랭크(19) 사이의 특정 높이(Z)에서 반경방향 간극(Sf)의 차이이다.
고정자 플랭크(8)의 본 발명에 따른 개조된 플랭크 섹션(39)은 이에 의해, 공칭 가동시에, 고정자 팁(34)에서, 그 초기 형태에 비교하여 이상적인 플랭크 섹션(32)에 더 근접한 형태를 취하고, 여기서 대향하는 회전자 기부(35)는 실제로 변형되지 않아, 높이(Z")에서 고정자 팁(34)에서 순시 최종 국부적인 횡방향 간극(Sf)이 기본 간극(W)에 더 근접하게 되고 실제로 0인 이 높이(Z")에서의 국부적인 순환 간극 편차(ΔSf)가 존재하게 된다.
고정자 기부(36)는 실제로 스크롤 압축기(1)의 정지 상태로부터 공칭 가동 상태로의 전이 중에 변형하지 않고, 반면에 대향하는 회전자 팁(33)은, 내부 회전자 플랭크(19)가 개조된 플랭크 섹션을 구비하지 않고 반면에 회전자 팁(33)이 좁아지게 됨에 따라, 적어도 공지의 스크롤 압축기(1)에서만큼 큰 변형을 경험하여, 고정자 기부(36)에서 도 19의 경우에서 순시 최종 국부적인 횡방향 간극(Sf)이 이 높이(Z')에서 비교적 큰 간극 편차(ΔSf)를 또한 갖고, 적어도 공지의 스크롤 압축기에서만큼 국부적으로 크게 된다.
간략하게, 도 16 및 도 17에 따른 회전자(6)의 일 위치에서, 외부 회전자 플랭크(18)의 개조된 플랭크 섹션(37)은 순시 최종 간극 편차(ΔSf)에 더 적게 기여하고, 반면에 내향 고정자 플랭크(11)의 다른 개조된 플랭크 섹션(39)은 공지의 스크롤 압축기(1)에서 발생하는 것에 비교하여, 이 위치에서 순시 최종 간극 편차(ΔSf)에 동일한 또는 다소 더 큰 기여를 행한다.
도 18 및 도 19에 도시되어 있는 회전자(6)의 다른 위치에서, 이는 정확하게 역전된다.
그럼에도 불구하고, 유한 요소법에 의한 컴퓨터 계산을 사용하여, 부가의 일탈 형태를 갖는 개조된 플랭크 섹션(37 또는 39)을 설계하고 공칭 작동 중에 순시 밀봉 평면(MM') 내에 순환 간극 프로파일의 예측을 행하는 것이 본 발명에 따라 가능한 것으로 판명되었고, 여기서 일반적으로 더 양호한 순시 최종 순환 간극 프로파일이 얻어지고, 순시 최종 국부적인 횡방향 간극(Sf)은 순시 밀봉 평면(MM') 내의 높이(Z)에 걸쳐 적게 변동하고, 일반적으로 공지의 스크롤 압축기(1)에서의 경우보다 더 근접하게 기본 간극(W)에 근사한다.
순시 최종 순환 간극 편차(ΔSf) 상의 회전자 스크롤(16) 또는 고정자 스크롤(8)의 하나 이상의 플랭크 섹션의 개조의 긍정적인 효과는, 관련된 플랭크 섹션의 변형이 총 간극 편차(ΔSf)에 행해지는 기여에서 구체화된다는 것이다.
예를 들어, 도 16의 경우에, 특정 높이(Z)에서의 플랭크 섹션(37) 내의 초기 회전자 플랭크 편차(ΔR0u)는 0 미만이고, 여기서 이 회전자 플랭크 편차(ΔR0u)의 절대값은 관련된 순시 밀봉 평면(MM') 내의 관련된 높이(Z)에서의 순시 초기 국부적인 간극 편차(ΔS0)로 특정 최종 국부적인 기여(∥ΔR0u∥)를 행한다.
공칭 가동시에 스크롤 압축기(1)의 작동 중에, 관련된 외향 회전자 플랭크(18)는 변형되는 데, 이는 항상 0 미만인 관련된 상이한 높이(Z)에서 플랭크 섹션(37) 내의 최종 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔRfu)를 야기하지만, 그 절대값은 전술된 초기 국부적인 기여의 절대값(∥ΔR0u∥) 미만인, 관련된 순시 밀봉 평면(MM') 내의 관련된 높이(Z)에서의 순시 최종 국부적인 간극 편차(ΔSf)로 특정 최종 국부적인 기여(∥ΔRfu∥)를 행한다.
순시 최종 국부적인 내부 간극(S)에 대한 개조된 플랭크 섹션(37)의 결과로서의 이 긍정적인 효과는 단지, 예를 들어 도 19에 도시되어 있는 바와 같이, 고정자(7) 내의 회전자(6)의 특정 위치에 제시되고, 도 19에 따른 회전자의 이 위치에서, 개조된 플랭크 섹션(39)은 전술된 바와 같이 긍정적인 효과를 산출한다.
그러나, 공지의 스크롤 압축기(1)에서, 최소 개구(29)를 형성하고 그 사이에 순시 최종 국부적인 횡방향 간극(Sf)이 존재하는 2개의 플랭크(10, 19 또는 11, 18)는 모든 상황에서 초기 상태에서보다 이상적인 나선형 플랭크(32)로부터 더 일탈하기 때문에, 회전자 스크롤(16) 또는 고정자 스크롤(8)의 어느 플랭크 섹션 및 고정자(8) 내의 회전자(6)의 어느 위치에서도 거기서 최종 순환 간극 편차(ΔSf)에 이러한 긍정적인 효과가 없고, 여기서 이 초기 상태는 "이상"에 다소 대응한다.
지금까지 설명된 본 발명에 따른 스크롤 압축기(1)의 실시예는 물론 단지 간단한 예일 뿐이고, 개조된 플랭크 섹션(37, 39)에서, 관련된 회전자 스크롤(16)의 두께(K) 또는 고정자 스크롤(8)의 두께는 각각 초기에 불연속적인 단차 변화부(F)를 갖고 국부적으로 감소되어 있다.
본 발명에 따르면, 개조된 초기 형태를 제공하기 위해, 회전자 스크롤(16) 및 고정자 스크롤(18)의 플랭크 섹션을 상이한 방식으로, 그리고 바람직하게는 더 복잡한 방식으로 개조하는 것이 배제되는 것은 아니다.
일반적으로, 고정자 플랭크(10, 11) 또는 회전자 플랭크(18) 중 적어도 하나 또는 그 전체는 전술된 플랭크 섹션(37 또는 39)을 각각 형성하고, 또는 고정자 플랭크(10, 11) 또는 회전자 플랭크(18, 19) 중 하나 초과는 그 전체로 전술된 개조된 플랭크 섹션(37 또는 39)을 형성하는 것이 본 발명에 따라 배제되는 것은 아니다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 스크롤 압축기의 초기 형태는 위치의 적어도 일부에 대해, 그리고 이상적으로는 그 이동 중에 회전자(6)에 의해 채택된 모든 위치에 대해, 고정자 플랭크(10 또는 11) 및 회전자 플랭크(19 또는 18)의 높이(Z)에 걸친 국부적인 횡방향 내부 간극(S)이 공칭 가동시에 일정하도록 설계되어, 높이(Z)에 걸친 이들 국부적인 횡방향 내부 간극(S)이 편차 없는, 또는 달리 말하면 관련 위치에서 0인 편차를 갖는 최종 순시 프로파일을 제시하게 한다.
고려되는 몇 개의 간단한 라인이 나머지 도 20 내지 도 35에 도시되어 있다.
도 20 내지 도 23의 예에서, 외향 회전자 플랭크(18)는 상기 실시예에서와 같은, 불연속적인 프로파일을 또한 갖는 개조된 플랭크 섹션(37)을 구비하지만, 여기서 플랭크 섹션(37)에서의 회전자 스크롤(16)의 두께(K)는 높이(Z)에 걸쳐 다수의 단차 변화부, 더 구체적으로는 이 경우에 2개의 단차 변화부를 갖는다.
이러한 단차 변화부는 바람직하게는 10 ㎛ 및 300 ㎛의 크기 정도이다.
이 방식으로, 적어도 고정자(7) 내의 회전자(6)의 특정 위치에 대해, 플랭크 섹션(37)의 위치에서 스크롤 압축기(1)의 덜 변동하는 순시 최종 국부적인 내부 간극(Sf) 및 순시 최종 간극 편차(ΔSf)를 갖고, 스크롤 압축기의 공칭 작동 중에 최종 상황에서 회전자 스크롤(16)의 관련된 플랭크 섹션(37)의 더 정확한 끼워맞춤이 얻어질 수 있다.
유사하게, 외향 고정자 플랭크(10)는 불연속적인 프로파일을 또한 갖는 개조된 플랭크 섹션(39)을 또한 구비하고, 여기서 플랭크 섹션(39) 내의 고정자 스크롤(8)의 두께(L)는 그 높이(Z)에 걸쳐 2개의 단차 변화부를 갖고, 순시 최종 간극(Sf) 및 순시 최종 간극 편차(ΔSf)에 유사한 전술된 효과를 갖는다.
물론, 더욱 더 불연속적인 단차 변화가 제공되는 개조된 플랭크 섹션을 제공함으로써, 예측된 변형은 점점 더 상세한 방식으로 개조된다.
궁극적으로, 이는 고정자 플랭크(10 또는 11) 또는 회전자 플랭크(18)의 개조된 플랭크 섹션이 예를 들어 도 28 내지 도 35에서의 경우와 같이, 연속적인 프로파일인 디자인을 유도하는 데, 여기서 이들 도 28 내지 도 35의 경우에, 외향 회전자 플랭크(18) 및 외향 고정자 플랭크(11)는 초기에 특정 경사부를 제시하고, 반면에 내향 회전자 플랭크(19) 및 내향 고정자 플랭크(10)는 초기에 회전자 플레이트(21) 및 고정자 플레이트(13) 각각에 대해 수직이다.
도 24 내지 도 27 및 도 32 내지 도 35의 예에서, 고정자 스크롤(8)은 스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때 고정자 플레이트(13)에 모두 수직인 고정자 플랭크(10, 11)를 갖고 구성되고, 반면에 회전자 스크롤(18)은 스크롤 압축기(1)가 도 24 내지 도 27의 경우에 정지 상태일 때 모두 특정 후퇴부를 제시하는, 더 구체적으로는 이들이 다수의 단차부에서 후퇴부를 제시하는 회전자 플랭크(18, 19)를 갖고 구성되고, 여기서 관련 플랭크(18) 및 이들 전체는 개조된 플랭크 섹션(37, 38)을 형성한다.
도면에 의해 도시되어 있는 바와 같이, 특정 순시 최소 개구(29) 내의 순시 최종 국부적 간극(S)의 프로파일을 더 균일하게 만드는 것과, 고정자 플레이트(13)에 대한 특정 높이(Z)에서 그리고 고정자(7) 내의 회전자의 특정 위치에서 순시 최종 간극 편차(ΔSf)를 감소시키는 것과 관련하여 이전의 실시예에서 유사한 효과가 따라서 얻어질 수 있고, 여기서 이때 회전자 플랭크(18 또는 19)의 개조된 섹션은 항상 의도된 효과를 보장한다.
바람직하게는, 이들 실시예에서 정지 상태일 때 특정 후퇴부 또는 경사를 제시하는 개조된 플랭크 섹션(37, 38)은 공칭 가동시에 회전자 플레이트(21)에 수직일 것이다.
회전자 플랭크(18, 19)가 초기에 회전자 플레이트(21)에 수직이도록 회전자 플랭크들을 구성하는 것이 유사한 방식으로 배제되지 않고, 반면에 개조된 플랭크 섹션(39, 40)의 양 고정자 플랭크(10, 11)가 순시 최종 간극(Sf) 및 순시 최종 간극 편차(ΔSf)에 영향을 미치도록 설계된다.
스크롤 압축기(1)의 개조된 플랭크 섹션이 다소 만곡된 형태 또는 다른 형태를 갖는 불연속적 섹션과 연속적 섹션의 조합인 프로파일을 갖는 다른 실시예가 본 발명에 따라 배제되는 것은 아니다.
본 발명은 예로서 설명되고 도면에 도시되어 있는 본 발명에 따른 스크롤 압축기(1)의 실시예에 결코 한정되는 것은 아니고, 본 발명에 따른 스크롤 압축기(1)는 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고, 모든 종류의 형태 및 치수로 실현될 수 있다.

Claims (18)

  1. 중심축(AA', BB')을 각각 갖는 정지형 고정자 스크롤(8) 및 가동형 회전자 스크롤(16)을 포함하는 스크롤 압축기(1)로서,
    상기 스크롤(8, 16)은, 길이를 따라 나선형으로 권취되고 고정자 플레이트(13) 또는 회전자 플레이트(21) 각각 상에 특정 높이(H, H')를 갖고 직립 부착되는 스트립(9, 17)에 의해 형성되며,
    각각의 스트립(9, 17)은 2개의 플랭크(10, 11, 18, 19)를 갖고,
    상기 플랭크(10, 11, 18, 19)와 관련 고정자 플레이트(13) 또는 회전자 플레이트(21)의 교차 라인은 나선형 기부 에지(31)를 형성하고,
    상기 고정자 플레이트(13) 상의 수직 라인이 전술된 나선형 기부 에지(31) 내에서 교차하는 점들의 기하학적 위치는 이상적인 나선형 플랭크(32)를 결정하고,
    상기 회전자 스크롤(8) 또는 상기 고정자 스크롤(16)의 플랭크(10, 11, 18, 19) 상의 점과 가장 근접한 이상적인 나선형 플랭크(32) 사이의 반경방향 거리(ΔR, ΔT)는 국부적인 플랭크 편차(ΔR, ΔT), 즉 각각 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔT) 또는 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔR)를 형성하고,
    상기 스크롤 압축기(1)는 회전자(6)를 이동시키기 위한 구동부를 포함하고,
    상기 회전자(6)의 중심축(BB')은 상기 회전자(6)가 이에 의해 그 중심축(BB') 주위의 회전을 경험하지 않고 고정자(7)의 중심축(AA') 주위로 편심으로 선회하고,
    이 선회 및 상기 회전자(6)의 편심 이동 중에 상기 고정자(7) 내의 회전자(6)의 각각의 위치에는, 상기 회전자 스크롤(16)과 상기 고정자 스크롤(8) 사이에 최대 또는 최소 개구(29)가 존재하는 장소(28, 29)가 형성되어 있고,
    상기 장소(28, 29)는 양 전술된 중심축(AA', BB')을 포함하는 대면 평면(MM') 내에 위치되어 있고,
    상기 고정자 플레이트(13)에 대해 각각의 국부적인 높이(Z, Z', Z")에서 최소 개구(29)를 갖는 장소에서, 관련된 상기 회전자 플랭크(18, 19) 및 상기 고정자 플랭크(10, 11)는 서로로부터 특정 반경 거리(S)에 위치되어 있고,
    상기 거리는 국부적인 횡방향 내부 간극(S)을 형성하고,
    상기 회전자(6)의 초기 정지 상황으로부터 공칭 가동시의 최종 상황으로의 전이 중에, 상기 스크롤 압축기(1) 내의 압력 및 온도는 변화하여 상기 고정자 스크롤(8) 및 상기 회전자 스크롤(16)의 변형 및 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔT) 및 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔR), 뿐만 아니라 국부적인 횡방향 내부 간극(S)의 변화를 야기하는 것인 스크롤 압축기에 있어서,
    상기 고정자 플랭크(10, 11) 또는 상기 회전자 플랭크(18, 19) 중 적어도 하나는, 상기 스크롤 압축기(1)의 초기 정지 상태에서 관련된 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)의 각각의 점에서 0이 아닌 국부적인 초기 회전자 플랭크 편차(ΔR0i, ΔR0u) 또는 국부적인 초기 고정자 편차(ΔT0i, ΔT0u)가 존재함으로써, 그 형태가 초기에 개조되어 있는 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)을 포함하고,
    초기 정지 상태로부터 공칭 가동시의 최종 상태로의 상기 스크롤 압축기(1)의 전이시에, 상기 고정자 스크롤(8) 및 상기 회전자 스크롤(16)은 변형하여, 공칭 가동시에 상기 회전자(6)의 이동 중에, 관련된 전술된 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)의 각각의 점에서 그리고 상기 회전자(6)의 각각의 위치에서 순시 최종 국부적인 고정자 플랭크 편차(ΔTfi, ΔTfu) 또는 순시 최종 국부적인 회전자 플랭크 편차(ΔRfi, ΔRfu)가 존재하고,
    이들 편차의 절대값은 상기 회전자(6)가 정지 상태일 때 동일한 점에서 대응 국부적인 초기 고정자 플랭크 편차(ΔT0i, ΔT0u) 또는 국부적인 초기 회전자 플랭크 편차(ΔR0i, ΔR0u)보다 작은 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고정자 플랭크(10, 11) 또는 상기 회전자 플랭크(18, 19) 중 적어도 하나는 전체로서 전술된 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고정자 플랭크(10, 11) 또는 상기 회전자 플랭크(18, 19) 중 하나 초과는 전체로서 전술된 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 스크롤(8) 및 상기 회전자 스크롤(16)은 각각 전술된 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)을 구비하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 고정자 스크롤(8) 및 상기 회전자 스크롤(16)은 2개의 플랭크, 더 구체적으로는 상기 스크롤 압축기(1)의 중심(27)을 향해 회전되어 있는 내향 고정자 플랭크(11) 또는 내향 회전자 플랭크(19) 각각 및 상기 스크롤 압축기(1)의 중심(27)으로부터 이격하여 회전되어 있는 외향 고정자 플랭크(10) 또는 외향 회전자 플랭크(18) 각각을 갖고,
    상기 외향 고정자 플랭크(10) 및 상기 외향 회전자 플랭크(18)는 전술된 개조된 플랭크 섹션(37, 39)을 구비하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 그 이동 중에 상기 회전자(6)에 의해 점유된 위치들 중 적어도 일부에 대해, 상기 관련된 고정자 플랭크(10, 11) 및 상기 회전자 플랭크(18, 19)의 높이(Z)에 걸친 국부적인 횡방향 내부 간극(S)은 공칭 가동 중에 일정하여, 상기 높이(Z)에 걸친 이들 국부적인 횡방향 내부 간극(S)이 관련된 위치에서 편차 없는, 또는 달리 말하면 0인 편차를 갖는 최종 순시 프로파일을 제시하게 되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  7. 제6항에 있어서, 그 이동 중에 상기 회전자(6)에 의해 점유된 모든 위치에 대해, 상기 고정자 플랭크(10, 11) 및 상기 관련된 회전자 플랭크(18, 19)의 높이(Z)에 걸친 국부적인 횡방향 내부 간극(S)은 공칭 가동 중에 일정하여, 상기 회전자(6)에 의해 점유된 모든 위치에서 편차 없는, 또는 달리 말하면 0인 편차를 갖는 최종 순시 프로파일을 제시하게 되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 스크롤(8)은,
    상기 스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때, 고정자 플랭크의 전술된 개조된 플랭크 섹션(39, 40)이 상기 고정자 플레이트(13)에서 상기 고정자 스트립(9)의 에지에 의해 형성된 고정자 기부(36)로부터 상기 고정자 스트립(9)의 자유 에지에 의해 형성된 고정자 팁(34)까지 특정 후퇴부(F)를 제시하도록 프로파일링되거나, 또는
    상기 고정자 플랭크(10, 11)의 이 개조된 플랭크 섹션(39, 40)이 상기 고정자 플레이트(13)에 대해 특정 경사부를 제시하고, 상기 고정자 스크롤(8)의 다른 플랭크(11, 10)에서 대향하는 플랭크 섹션(40, 39)은, 정지 상태일 때 편평하게 되고, 상기 고정자 플레이트(13) 상에 수직 위치에 있어, 상기 고정자 스크롤(8)이 상기 고정자 팁(34)에서보다 상기 고정자 기부(36)에서 더 큰 두께(L)를 갖게 되도록 프로파일링되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자 스크롤(16)은,
    상기 스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때, 상기 회전자 플랭크(18, 19)의 전술된 개조된 플랭크 섹션(37, 38)이 상기 회전자 플레이트(21)에서 상기 회전자 스트립(17)의 에지에 의해 형성된 회전자 기부(35)로부터 상기 회전자 스트립(17)의 자유 에지에 의해 형성된 회전자 팁(33)까지 특정 후퇴부(F)를 제시하도록 프로파일링되거나, 또는
    상기 회전자 플랭크(18, 19)의 이 개조된 플랭크 섹션(37, 38)이 상기 회전자 플레이트(21)에 대해 특정 경사부를 제시하고, 정지 상태일 때 상기 회전자 스크롤(1)의 다른 플랭크(19, 18)에서 대향하는 플랭크 섹션(38, 37)은 편평하게 되고, 상기 회전자 플레이트(13) 상에 수직 위치에 있어, 상기 회전자 스크롤(1)이 상기 회전자 팁(33)에서보다 상기 회전자 기부(35)에서 더 큰 두께(K)를 갖게 되도록 프로파일링되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 고정자 스크롤(8) 및 상기 회전자 스크롤(16)은 2개의 플랭크, 더 구체적으로는 상기 스크롤 압축기(1)의 중심(27)을 향해 회전되어 있는 내향 고정자 플랭크(11) 또는 내향 회전자 플랭크(19) 각각 및 상기 스크롤 압축기(1)의 중심(27)으로부터 이격하여 회전되어 있는 외향 고정자 플랭크(10) 또는 외향 회전자 플랭크(18) 각각을 갖고,
    후퇴부(F) 또는 경사부를 갖는 상기 고정자 플랭크(10, 11)의 전술된 개조된 플랭크 섹션(39, 40)은 상기 외향 고정자 플랭크(10)의 부분을 형성하고, 후퇴부(F) 또는 경사부를 갖는 상기 회전자 플랭크(18, 19)의 전술된 개조된 섹션(37, 38)은 상기 외향 회전자 플랭크(38)의 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자 스크롤(16) 또는 상기 고정자 스크롤(8)은, 상기 스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때, 모두 상기 회전자 플레이트(13) 또는 상기 고정자 플레이트(21) 각각 상에 수직인 회전자 플랭크(18, 19) 또는 고정자 플랭크(10, 11) 각각을 갖고 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전자 스크롤(16) 또는 상기 고정자 스크롤(8)은, 상기 스크롤 압축기(1)가 정지 상태일 때, 모두 상기 회전자 플레이트(21) 또는 상기 고정자 플레이트(13) 각각에 대해 특정 후퇴부(F) 또는 경사부를 제시하는 회전자 플랭크(18, 19) 또는 고정자 플랭크(10, 11) 각각을 갖고 구성되고,
    상기 관련된 플랭크(10, 11, 18, 19)는 전체로서 전술된 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 정지 상태일 때, 고정자 플랭크(10, 11) 또는 회전자 플랭크(18, 19)의 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)은, 특정 후퇴부(F) 또는 경사부를 제시하고,
    공칭 가동 중에, 이 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)은, 관련된 고정자 플레이트(13) 또는 관련된 회전자 플레이트(21)에 수직인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자 플랭크(10, 11) 또는 회전자 플랭크(18, 19)의 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)은 특정 후퇴부(F) 또는 경사부를 제시하고,
    관련된 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)은 연속적인 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 고정자 플랭크(10, 11) 또는 회전자 플랭크(18, 19)의 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)은 특정 후퇴부(F) 또는 경사부를 제시하고, 관련된 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)은 불연속적인 프로파일을 갖고,
    더 구체적으로, 관련된 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)을 갖는 상기 고정자 스크롤의 두께(K) 또는 상기 회전자 스크롤의 두께(L)는 단계식으로 감소하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  16. 제15항에 있어서, 불연속적인 프로파일을 갖는 상기 고정자 플랭크(10, 11) 또는 상기 회전자 플랭크(18, 19)의 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)에서, 상기 고정자 스크롤(8) 또는 상기 회전자 스크롤(16)의 관련된 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)의 두께(K)는 그 높이(Z)에 걸쳐 하나의 단차 변화를 갖는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  17. 제15항 또는 제16에 있어서, 불연속적인 프로파일을 갖는 상기 고정자 플랭크(10, 11) 또는 상기 회전자 플랭크(18, 19)의 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)에서, 상기 고정자 스크롤(8) 또는 상기 회전자 스크롤(16)의 관련된 개조된 플랭크 섹션(37 내지 40)의 두께(K)는 그 높이(Z)에 걸쳐 다수의 단차 변화부를 갖는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크롤 압축기(1)는 무급유식 스크롤 압축기인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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