KR890000052B1 - 스크롤 유체기계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스크롤 유체기계

제1도는 이 발명의 일실시예를 표시하는 단면도.

제2도는 이 발명의 원리를 표시하는 원리도.

제3도는 스크롤 압축기의 작동 원리도.

제4도는 종래의 스크롤 유체장치의 요부단면도.

제5도는 종래의 스크롤 유체장치의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고정스크로 3 : 흡입구

9 : 베어링프레임 11 : 베어링프레임의 파인부분

12 : 올덤커플링 17 : 올덤내측제1공간

18 : 올덤외측제2공간 19 : 환유공(還油孔)

38 : 도통공

이 발명은 요동스크롤에 공전운동만을 하게하는 올덤커플링을 구비한 스크롤 유체기계에 관한 것이다.

이 발명의 설명전에 스크롤 유체기계의 원리에 관하여 간단히 서술한다. 제1도는 스크롤 유체기계를 압축기로 사용한 경우의 기본적인 구성요소와 압축원리를 표시하고 있으며 동도에서 (1)은 고정스크롤, (2)는 요동스크롤, (3)은 흡입실, (4)는 토출구, (5)는 압축실이다. 또 0는 고정스크롤(1)의 중심이다. 상기 고정스크롤(1) 및 요동스크롤(2)는 동일형상으로서 감은방향이 서로 반대인 와권(1a)(2a)을 갖고 있으며 이들 와권(1a)(2a)의 형상은 종래부터 알려진대로 인벌류우트(involute)곡선, 원호등으로 구성되어 있다.

다음의 동작에 관하여 설명한다.

상기 고정스크롤(1)은 공간에 대하여 정지하고 있고 요동스크롤(2)은 고정스크롤(1)에 대하여 180°위상차를 둔 상태에서 조합되어 고정스크롤(1)의 중심 0의 주위를 자전없는 공전운동을 행하며 제3도(a)-(d)에 표시한대로 0°,90,°,180°,270°와 같이 운동한다. 도면중 제3(a)에 표시하는 0°의 상태에서 흡입실(3)로의 가스흡입과 폐쇄가 완료되어 와권(1a)(2a)간에 압축실(5)이 형성된다. 그리고 요동스크롤(2)의 운동에 수반하여 압축실(5)은 점차 그 용적이 감소되고 그안의 가스는 압축되어서 고정스크롤(1)의 중심부에 설치된 토출구(4)로부터 배출된다.

스크롤 압축기라는 명칭으로 알려진 장치의 개략은 이상과 같은 것이다. 제5도는 예를들면 일본국 특원소 59-64586에 개시되는 스크롤 압축기를 전밀폐형 냉매압축기에 응용한 경우의 종래 실시예를 표시하는 단면도이다. 도면에 있어서 (1)은 와권(1a)를 발생한 받침판(1b)의 한쪽에 구비한 고정스크롤, (2)는 와권(2a)을 받침판(2b)의 한쪽에 구비한 요동스크롤, (3)은 흡입구(흡입실), (4)는 토출구, (5)는 양와권(1a)(2a)을 서로 조합시켰을때 양와권(1a)(2a)간에 형성되는 압축실, (6)은 주축,(7)은 흡입구(8)가 있으며 주축하단과 소정간격을 두고 주축하단을 덮는 듯이 장착된 오일캡, (9)(10)은 베어링프레임으로 베어링프레임(9)에는 요동스크롤(2)이 요동가능하게 수용되는 파인부분(11)이 있다.

(12)는 올덤커플링으로 환상의링(12a)와 이링(12a)의 상하면에 서로 직교하도록 설치한 각각 한쌍의 제1및 제2의 클로(claw)(13)(14)로 되어 있고 제1클로(13)는 요동스크롤(2)의 받침판(2b)의 하면에 설치된 한쌍의 제1홈(15)에, 또 제2클로(14)는 제4도 및 제5도에 표시한대로 베어링프레임(9)의 파인부분(11)에 마련된 한쌍의 홈(16)에 각각 활동(活動)가능하게 삽입됨으로써 요동스크롤(2)이 공전운동만을 행하도록 요동스크롤(2)와 베어링프레임(9)를 연결하고 있다.

또한 올덤링(12)은 요동스크롤(2)의 받침판(2b)과 베어링프레임(9)의 파인부분(11)사이 및 클로(13)(14)과 홈(15)(16)사이의 상호간의 간격이 미소(微小)하게되도록 설치되며 올덤링(12)의 내주측 제1공간(17)과 외주측 제2공간(18)을 격리하고 있다. (19)는 베어링프레임에 설치된 환유공(還油孔)으로 올덤커플링(12)의 운동궤적범위내에 설치되어 있다.

(20)은 모터회전자, (21)은 모터고정자, (22)는 셀(cel1), (23)은 셀(22)의 저부에 설치된 오일팬(oilpan), (24)는 흡입관, (25)는 토출관, (26)은 주축(6)에 대하여 펀심하며 또한 받침판(2b)의 다른쪽에 설치된 요동스크롤축(2c)과 회전이 자유롭게 끼어넣은 요동스크롤 베어링으로 주축(6)의 대경부(大徑部)(6a)에 형성한 편심공(27)내에 설치되고 있다.

(28)은 주축(6)의 대경부(6a)를 지지하는 제1의 메인베어링, (29)는 주축(6)의 소경부(6b)를 지지하는 제2의 메인베어링, (30)은 요동스크롤(2)의 받침판(2b)을 지지하는 제1의 드러스트(thrust)베어링으로 요동스크롤(2)의 받침판(2b)의 중심부측을 지지하도록 제1의 메인베어링(28)에 근접하여 베어링프레임(9)에 설치되어 있다.

(31)은 주축(6)을 지지하는 제2드러스트베어링으로 베어링프레임(10)에 설치되어 있다.

(32)는 주축(6) 하단에 개구부(33)가 있고 주축(6)내에 그 축심에서 편심시켜 설치한 급유공으로 각 베어링(26)(29)으로 연통하고 있다.

(34)는 주축(6)내에 설치된 가스빼기구멍, (35)는 베어링프레임(10)에 설치된 환유공이다. 이러한 상태로 고정스크롤(1)은 베어링프레임(9)(10)과 같이 볼트 등에 의하여 체결된다. 또 모터회전자(20)는 주축(6)에, 모터고정자(21)는 베어링프레임(10)에 압입(壓入), 수축끼워맞춤 또는 나사등에 의하여 고정되어 있다. 또한 오일캡(7)은 주축(6)에 압입, 수축끼워맞춤등에 의하여 수용 고정되어 있다.

모터회전자(20)가 회전하면 주축(6)을 통하여 올덤커플링(12)의 제1 및 제2의 클로(13)(14)가 제1 및 제2의 홈(15)(16)내를 활동하여 요동스크롤(2)는 자전방지되면서 공전운동을 시작하며 제3도에서 설명한 작동원리에 의하여 압축을 개시한다.

이때 냉매가스는 흡입관(24)으로부터 셀(22)내에 흡입되어 실선화살표로 표시한 바와같이 베어링프레임(10)과 모터고정자(21)사이, 모터회전자(20)과 모터고정자(21)사이의 공기틈(Air Cap)등을 통과하여 모터를 냉각한 후 셀(22)과 베어링프레임(9)(10)사이를 통하여 고정스크롤(1)에 설치된 흡입구(3)에서 압축실(5)로 흡입되어 압축된다. 압축된 가스는 토출구(4)를 경유하여 배출관(25)으로부터 압축기밖으로 배출된다. 또 윤활유는 오일팬(23)으로부터 파선화살표로 표시한 바와같이 주축(6)에 부착된 오일캡 및 급유공(32)에 의한 원심펌프작용에 의하여 오일캡(7)의 흡입구(8) 및 급유공(32)을 통하여 각 베어링(26)(27)에 급유하며 그외에 베어링(26)으로부터는 베어링(28)(30)(31)의 순으로 급유된다.

윤활에 사용되는 기름은 주로 베어링프레임(9)(10)에 설치된 환유구(19)(35)를 통하여 기름팬(15)에 들어온다. 전기베어링(21)등에서 새나온 기름이 직접흡입구(흡입실(3)로 흡입되지 않도록 올덤링(13a)의 상면과 요동스크롤(2)의 받침판(2b)하면의 간격을 미소하게하여 항상 겹치게하며 또한 클로(13)(14)와 홈(15)(16)의 간격을 미소하게되도록 설치함으로써 흡입구(흡입실)(3)과 활동(活動)기구부를 분리하고 있다.

또 주축(6)에 설치한 가스빼기구멍(34)은 작동시 오일캡(7)내의 가스를 신속하게 축외로 배출하여 펌프효율을 높이도록하기 위한 것이다. 고정스크롤(1)의 외주부에 설치한 흡입구는 성능저하 되지 않게하기 위하여 가능한한 압력손실을 적게 억제할 필요가 있다. 그러나 냉매를 사용한 공조용 혹은 냉동용의 압축기로서 스크롤 유체기계를 사용한 경우 냉매의 셀내 체류현상은 피할수없으며 이대로 기동시키면 비정상적으로 토출압력이 상승하여 압축기의 파손혹은 회로의 안전장치, 압력개폐기등을 작동시키기 때문에 흡입구의 압력손실을 크게하여서 이상 압력손상을 억제할 필요도 있었다. 따라서 양자가 상반되므로 어느쪽을 희생하지 않을 수 없었다.

또 동시에 흡입구의 압력손실을 크게하면은 와권에 흡입되는 유체압이 압력 손실뿐만큼 셀내압보다 떨어지므로 셀내압과 대략동압의 각 베어링을 윤활시키고 베어링 프레임 파인부분으로 유출된 윤활유는 압축실로 흡입되기 쉽게 되어 기름올라가는 것이 증대하는 현상도 일으켰다.

이 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 성능 및 기름올라가는 것의 변동없이 냉매의 체류하의 기동시에 있어서 토출측의 이상압력 상승을 저감하는 것을 목적으로 한다.

이 발명에 관한 스크롤유체기계는 고정스크롤의 외주에 설치한 흡입구에 냉매체류하의 기동시 일어나는 이상토출압력 상승을 저감할 수 있도록 최소한의 조절구를 설치하고 또한 베어링프레임의 외주에 셀내의 저압공간과, 베어링프레임파인부분, 요동스크를 받침판의 외주벽 및 고정스크롤의 와권측의 단면으로 형성되는 올덤외주실을 균압(均壓)시키도록 도통공을 설치한 것이다.

이 발명에 있어서는 고정스크롤 외주에 설치한 흡입구(이하 제1흡입통로라고 칭한다)에 조절구를 설치하고 있으므로 셀내에 냉매가 다량으로 체류한 경우의 기동시라도 흡입실에 들어가는 량은 압력손실뿐 만큼 감소시킬 수가 있다. 따라서 냉매체류하의 기동시 냉매의 다량흡입으로 일어나는 이상 배출압력상승은 방지할 수 있다. 또 베어링 프레임의 외주에 셀내저압공간과 연통하는 도통공을 설치함으로서 전기한 제1흡입통로의 조절구에 의한 성능저하를 완화시킴과 동시에 같은 조절구에 의한 흡입실의 압력효과에 의하여 일어나는 유순환량 증가를 방지한다.

제1도는 이 발명의 일실시예를 표시하는 단면도이며 (1)-(35)는 상기 종래장치와 완전히 동일한 것이다.

(3)의 고정스크롤에 설치된 흡입구는 종래것보다 통로면적이 작게되어 있다.

(38)은 베어링프레임(9)에 설치된 셀내 저압공간과 올덤외주 제2공간을 연통하고 있는 도통공이머 베어링프레임(9)의 측벽(9a)에 여러개 설치되어 있다.

상기와같이 구성된 스크롤 유체장치를 특히 냉동용 혹은 공조용의 냉매를 사용한 압축기로서 이용하는 경우에 관하여 설명한다. 모터회전자(20)가 회전하기 시작하면은 전술한 바와같이 주축(6)을 통하여 요동스크롤(2)가 공전운동을 시작하여 흡입구(3)을 통하는 제1의 흡입통로(실선화살→로 표시)와 도통공(38)을 통하는 제2의 흡입통로(파선화살 로 표시)로 부터 냉매를 흡입하여 압축실(5)로 보내 순차적으로 그 용적을 감하여서 토출구(4)에서 배출된다.

냉매가 셀내에 다량체류하고 있는 경우의 기동시에도 제2흡입통로의 정현적(正弦的)인 조절작용으로 일거에 다량의 냉매를 압축실로 송출하는 일 없이 안정된 기동을 실시할 수 있다. 또 기름회로에 관하여는 전송한대로 오일캡(7)으로 빨아올린 기름은 각 베어링을 윤활하게한 다음 올덤내측의 제1공간(17)에 배출되지만 흡입구(3)에 통하는 올덤외측의 제2공간(18)은 도통공(38)에 의하여 저압공간과 균압되어 있으므로 거의 압력차가 없기때문에 제1공간(17)에 괴인 기름이 제2공간(18)에 새는일이 없이 환유공(19)에 배출되어 오일팬(23)으로 돌아간다.

이들의 작용을 제2도의 원리도를 사용하여 설명한다.

즉 동도에 있어서 (a)는 고정스크롤 상부에서 주요부를 본 도면이며 실선으로 에워싼 사선부는 고정스크롤, 파선은 베어링프레임(9)로 측벽에 도통공(38)이 있으며,(21b)(22b)는 요동스크롤 받침판으로 지상에 있어서 상하방향의 움직일 수 있는 범위를 표시한 것이며, 0은 베어링프레임의 중심, 0₁은 요동스크롤 받침판(21b)의 중심 0₂는 동받침판(22b)의 중심을 표시한다.

e는 주축의 크랭크 반경이다.

(b)는 (a)의 평면도를 고정스크롤(1)의 흡입구(3a)(3b)의 중심선으로 쪼갠 단면도이며 파선호살표는 고정스크롤 흡입구(3b)에 흡입되는 가스흐름을, 실선화살표는 베어링프레임(9)에 설치한 도통공(38)에서 흡입되는 가스흐름을 표시한다.

도통공(38)은 셀내 저압공간→ 올담외주실간→ 흡입구(3)을 연통시키는 제2흡입통로를 형성하고 있다.

이 최소간격은 고정스크롤에 설치한 제1흡입통로(3a)(3b)와 베어링프레임(9) 및 요동스크롤 받침판(2b)에 의하여 결정되며 그 최소간극의 통로면적 S₁은 고정스크롤에 설치된 흡입구폭을 W, 요동스크롤받침판 외주프레임의 파인부분(11)내주의 최소간극을 ho, 요동스크롤 받침판 외주의 반경 r₁, 베어링프레임의 파인부분 내주의 반경을 r₂, 요동반경을 e, 요동스크롤의 공전반경을 θ(rad)로 하고 θ=0의 축선은 흡입구의 중앙을 통과하는 것으로 하면

로 표시되므로 θ-0, π에서 최소, 최대치가 되므로 정현적인 변화를 한다.

즉 제1흡입통로는 통로면적변화가 없지만 제2흡입통로는 정현적으로 변화하므로 통과하는 냉매가스는 일정주기로 그 압력이 변화한다. 제2도(c)는 이 흡입구면적과 압력손실의 관계를 표시한 것으로 흡입구통로 면적의 변화에따라 압축실로 운반되는 가스가 흡입구통과시 발생하는 압력손실이 변화되는 것을 나타낸다.

이 변화에 의한 수축(통로면적이 작고 압력손실이큰)은 일정주기로 발생하며 이 실시예에서는 축 회전에 동기시켰으므로 1회전에 한번 수축작용을 하는 타이밍이 있다.

압축실에 흡입되는 냉매가스가 액이 혼합된 상태일때 흡입구통로면적의 수축에 의한 압력저하로 인해 액이 기화되므로 연속적으로 액을 흡입하지 않게되고 액압축으로인한 이상토출압력의 상승이 방지된다. 한편 통상운전시(흡입유체가 가스상태)에는 압력손실이 작은 타이밍에서 흡입질량유량을 증가시키게되므로 냉동능력이 회복된다.

이와 같이 고정스크롤에 설치한 제1흡입통로에 정현변화의 압력손실을 발생시키는 제2흡입통로를 부여한 것으로 인하여 제1흡입통로의 조절은 완화되고 또한 이 정현변화의 압력손실에 의하여 흡입가스는 희박 혹은 농후상태의 흐름으로 되기 때문에 농후한 영역에서는 운반하기 힘들게되어 다량의 냉매를 받아들이는 일은 없어진다.

또 올덤외주공간과 셀내 저압공간이 도통공에 의하여 균압되어 있으므로 올덤이 격리되어 있는 내주공간과 외주공간과의 압력차를 최소로 할 수 있다. 따라서 압력차는 단지 주축펌프의 헤드차분이되고 올덤내주공간에서 외주공간으로 새는 기름은 최소로 되므로 흡입가스에 의하여 이 윤활유가 압축실로 흡입되는 것이 거의 없어져 기름상승을 저감시킬 수 있다.

이 발명은 이상 설명한 바와같이 베어링프레임의 측벽에 셀내공간과 올덤외측의 공간을 연통시키는 도통공을 설치함으로서 윤활유의 유체회로의 누출을 감소시키고 또 냉매체류하의 기동시에 있어서 이상 배출압력상승을 고정스크롤의 흡임구를 조절하는것에 의하여 저감시킨 경우 성능저하를 방지하는 효과를 나타낸다.

Claims (1)

1. 각각의 와권이 있으며 이들의 와권을 서로 조합시키므로서 상기 와권간에 압축실을 형성하는 고정스크롤 및 요동스크롤과, 상기 고정스크롤의 와권 외주부에 설치한 흡입구와, 요동스크롤 베어링을 통하여 상기 요동스크롤을 구동시켜 상기 흡입구로부터 흡입된 유체를 압축시키는 주축과, 이 주축을 구공시키는 모터와 상기 요동스크롤의 받침판 하면을 지지하는 드러스트베어링 및 상기 주축을 지지하는 메인베어링을 갖춘 드라스트베어링프레임과, 환상의 링부 및 이 링부의 상하면에 각각 서로 직교하도륵 설치한 제1 및 제2의 클로가 있으며, 상기 드라스트베어링의 외부에 있어서 상기 제1 및 제2의 클로를 통하여 상기 요동스크롤의 받침판하면 및 베어링프레임과 요동가능하게 결합되고 또한 상기 요동스크롤에 공전운동만을 부여하는 올덤커플링과, 저부에 오일팬이 있으며 상기 고정스크롤 및 요동스크롤을 상부에 상기 모터를 하부에 배치하고 상기 주축하단이 오일팬내의 윤활유중에 침지되도록 수용하는 셀과, 상기 주축중에 형성되어 오일팬내의 윤활유를 흡인하여 상기 각축으로 공급하는 급유공과, 항상 상기 올덤커플링의 운동궤적범위내에 위치하도록 상기 베어링프레임에 설치되어, 상기 드러스트베어링을 윤활하게한다음 윤활유를 상기 오일팬내에 반송하는 환유공을 구비하며, 상기 올덤커플링의 링부에 의하여 상기 환유공과 상기 압축실로의 흡입구측을 격리한 스크롤 유체기계에 있어서, 상기 베어링프레임의 측벽에 도통공을 설치하므로서 상기 셀내의 저압공간과 상기 베어링프레임파인부분, 상기 올덤링, 상기 요동스크롤의 받침판 및 상기 고정스크롤의 하면에 의하여 포위된 흡입구측의 공간을 도통시킨것을 특징으로 하는 스크롤유체기계.

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