KR930004661B1

KR930004661B1 - 스크로울형 유체 이동장치

Info

Publication number: KR930004661B1
Application number: KR1019860008964A
Authority: KR
Inventors: 가즈오 스기모또
Original assignee: 산덴 가부시기 가이샤; 우시구보 도모아끼
Priority date: 1985-10-25
Filing date: 1986-10-25
Publication date: 1993-06-02
Also published as: DE3661566D1; EP0227249A1; US4722676A; EP0227249B1; CN86107541A; CN1004094B; KR870004247A; AU587647B2; AU6440986A; BR8605233A; JPS6272485U; JPH03547Y2

Abstract

내용 없음.

Description

스크로울형 유체 이동장치

제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 스크로울형 압축기의 단면도.

제2도는 제1도의 스크로울형 압축기에 사용된 스크로울 부재의 사시도.

제3도는 다른 실시예의 제2도의 유사도.

제4a도는 제2도 또는 제3도에 도시된 스크로울부재의 중심부의 확대단면도.

제4b도는 제2도 또는 제3도에 도시된 스크로울 부재의 외부분의 확대단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압축기 하우징 11 : 전방 단부판

12 : 컵형상 케이싱 13 : 구동축

14 : O-링 16 : 슬리브

22,23 : 스크로울 27 : 전방챔버

33 : 밀봉요소 222,232 : 나선형요소

225,233 : 홈

본 발명은 스크로울형 유체이동장치, 좀더 구체적으로는, 스크로울형 유체이동장치내에서 압축된 공간의 개량된 축방향 밀봉구조에 관한 것이다.

스크로울형 유체이동장치는 종래의 기술에 잘알려져 있다. 예로, 미합중국 특허 제801,182호는 각각 단부판과 나선형요소를 갖는 두개의 스크로울 부재를 포함하는 스크로울형 장치를 설명한다. 상기와 같은 스크로울 부재는 각도와 반경에 있어 편기되게(offset) 유지되고 그 결과 두 나선형요소는 나선형 곡면사이에 다수의 선접촉을 일으켜, 그에 의해 최소한 유체포켓의 한쌍을 밀봉 및 한정시키도록 상호 맞춰진다. 상기 두 스크로울 부재의 상대적 선회운동은 상기 유체포켓의 체적을 변화시키면서 상기 나선형 곡표면을 따라 선접촉을 이동시킨다. 따라서, 상기 스크로울형 유체이동장치는 펌프 유체를 압축 팽창시키도록 사용될 수 있다.

상기와 같은 타입의 스크로울 유체이동장치에 있어서, 효과적인 유체포켓의 밀봉이 요구되게 된다. 즉, 스크로울장치의 효과적인 작동을 달성하도록 상기 유체포켓의 상호맞춰지는 두 나선형요소들 사이의 선접촉에 의해 한정되고 그리고 축방향 접촉은 한 나선형 요소의 축단부 표면과 그와 대향되는 단부판의 내부 단부 표면에 의해 한정된다.

종래의 기술에 있어 밀봉의 문제, 특히, 축방향의 문제를 해결하기 위하여 여러가지 기술이 사용되어 왔다. 예로, 미합중국 특허 제3,994,636호는 자유롭게 움직이는 상태로 상기 밀봉요소를 홈속으로 헐겁게 배치시키기 위한 기술을 설명한다. 상기 밀봉요소는 상기 홈에 위치되는 스프링요소의 반발력 또는 상기 밀봉된 포켓으로부터 상기 홈내로 도입되는 유체압력에 의해 상기 대향되는 단부판을 향해 힘을 받게 된다. 축방향밀봉 메카니즘의 이러한 구조에 있어, 정상적으로는, 한 나선형요소의 외부단부표면과 대향되는 단부판의 내부 표면 사이의 축방향 간격은 유체포켓의 밀봉과 밀봉요소의 내구성 및 스크로울을 개량시키도록 정해져야 한다. 그러나, 상기 종래 기술의 메카니즘에 있어, 상기 밀봉요소는 상기 홈내에 여유있게 헐겁게 맞춰지므로, 그에 따라, 축방향 간격을 결정하기가 어렵게 된다. 왜냐하면, 두 스크로울의 위치가 상기 나선형요소의 열팽창을 고려하여 결정되어져야 하기 때문이다.

상기 축방향 밀봉문제를 해결하기 위한 다른 기술이 1982년 5월 11일 출원된, 우리의 계류중인 출원 시어리얼 제376,959호에 기재되어 있다. 이러한 종래 기술에 있어, 밀봉요소의 축방향 두께는 홈의 깊이보다 크게 형성되므로, 그에 따라, 상기 밀봉요소는 일반적으로 상기 나선형요소와 대향되는 단부판 사이에 놓여진다. 그러나, 상기와 같은 밀봉 메가티즘의 구조에 있어, 밀봉요소와 스크로울의 치수는 상기 축방향 간격의 결정을 위해 고도의 정밀성을 필요로하게 된다. 따라서, 스크로울의 제조가 복잡해지므로, 그 결과 스크로울의 원가가 상승하게 된다.

또한, 상기 축방향 간격이 상기 압축기의 조립시 결정될 수 있을 지라도, 실제적인 축 간격은 정해지지 않는다. 왜냐하면, 상기 유체포켓내에 밀봉된 유체의 온도는 작동위치를 변화시켜줌에 의해 변하여지고, 다시 말해, 상기 압축기에 있어, 스크로울의 중앙부분 위에 위치되는 유체의 온도는 상기 스크로울의 외부부분 위에 위치되는 유체의 온도 보다 높기 때문이다. 그러므로, 나선형 요소의 열팽창율은 다르다. 따라서, 상기 축방향 간격이 균일하게 유지된다면, 상기 단부판과 나선형요소 사이의 마찰접촉은 나선형 요소의 중앙부분 내에서 발생될 수 있다.

본 발명의 주요 목적은, 조립시 두 스크로울 사이의 축방향 간격의 결정이 손쉽게 조정될 수 있는 스크로울형 유체이동장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 내구성 개량시킬 수 있는 스크로울형 유체이동장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 스크로울형 유체이동장치는 단부판과 상기 단부판의 한 단부표면으로부터 연장되는 나선형 요소를 각각 포함하는 한쌍의 스크로울을 포함한다. 두 나선형요소는 최소한 한쌍의 완전 밀봉된 유체포켓을 한정하기 위해 다수의 선 접촉을 만들도록 각도 및 반경방향의 편기에서 상호 맞추어진다. 구동수단은 하나의 스크로울이 그 나머지 스크로울에 대해 순회운동을 하게 하고 그리고 상기 하나의 스크로울의 회전을 방지하도록 상기 스크로울들중의 하나에 작동적으로 연결되어 있다. 상기 유체포켓은 상기 한 스크로울의 순회운동에 의해 체적과 압력을 변화시킨다. 상기 스크로울은 나선형 곡선을 따라 상기 나선형요소의 축방향 단부표면위에 형성된 홈을 구비한다. 밀봉요소는 상기 나선형요소들의 각각의 홈내에 배치되고 그리고 변화하는 유체 압력에 의해 이웃한 단부판과 접촉하게끔 힘을 받는다. 상기 밀봉 요소는 밀봉요소의 축방향 두께가 밀봉요소 중앙부분에 있는 홈의 깊이 보다 작고, 그리고 밀봉요소의 그 나머지 축방향 두께가 밀용요소의 외부 부분에 있는 홈의 깊이보다 크게끔 형성된다.

첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 다음과 같이 상세히 설명함으로써 본 발명의 또다른 목적, 특징 및 형상을 이해하게 될 것이다.

제1도에 있어서, 본 발명의 한 실시예에 따른 스크로울형 압축기의 구조가 도시되어 있다. 상기 스크로울형 압축기는 전방단부판(11)과 상기 단부판(11)의 단부표면에 부착되는 컵형상의 케이싱(12)를 갖는 압축기 하우징(10)을 포함한다. 구멍(111)은 구동축(13)의 관통을 위해 전방단부판(11)의 중앙에 형성된다. 환상돌출부(112)는 전방단부의 후면단부표면에 형성된다. 환상돌출부(112)는 캡-형상 케이싱(12)과 대면하고 그리고 구멍(111)과 동심이다. 돌출부(112)의 외부원주 표면은 컵형상 케이싱(12)의 구멍의 내벽속으로 연장된다. 따라서, 컵형상 케이싱(12)의 구멍(121)은 전방단부판(11)에 의해 덮혀진다. 0-링(14)은 전방단부판(11)과 컵형상의 케이싱(12)의 짝을 이루는 표면들을 밀봉시키도록 환상돌출부(112)의 외부원주표면과 컵형상의 케이싱(12)의 구멍내벽 사이에 위치된다.

환상슬리부(16)는 구동축(13)을 에워싸도록 전방단부판(11)의 전방 단부표면으로부터 돌출하고 그리고 축방향밀봉 공동을 한정한다. 슬리브(16)는 전방단부판으로부터 별개로 형성된다. 따라서, 슬리브(16)는 나사(17)에 의해 전방단부판(11)의 전방단부표면에 고정된다. 상기와는 달리, 슬리브(16)는 전방단부판(11)과 일체로 형성될 수도 있다.

구동축(13)은 슬리브(16)의 전방단부내에 위치되는 베어링(18)을 통해 슬리브(16)에 의해 회전가능하게 지지된다. 구동축(13)은 그의 내부 단부에 전방단부판(11)의 구멍(111)내에 위치되는 베어링(15)을 통해 전방단부판(11)에 의해 회전가능하게 지지되는 원판-형상의 로우터(131)를 갖는다. 축밀봉조립체(19)는 슬리브(16)의 축밀봉 공동내에서 구동축(13)에 결합된다.

풀리(201)는 슬리브(16)의 외부표면위에 장착되는 보울베어링(21)에 의해 회전가능하게 지지된다. 전자기코일(202)은 지지판에 의해 슬리브(16)의 외부표면 주위에 장치된다. 전기자 판(203)은 구동축의 외부 단부위에서 탄성적으로 지지된다. 풀리(201), 전자기코일(202) 및 전기자 판(203)은 자기 클러치(20)를 형성한다. 작동시, 구동축(13)은 외부전력원, 예로, 자동차의 엔진에 의해, 상기의 자기클러치와 같은 회전전달장치를 통해 구동된다.

고정되는 스크로울(22), 선회하는 스크로울(23), 선회하는 스크로울(23)을 위한 구동메카니즘 그리고 선회하는 스크로울(23)을 위한 회전 방지/쓰러스트베어링 메카니즘은 하우징(10)의 내부내에 배치된다.

고정되는 스크로울(22)은 원형단부판(221)의 한 단부표면에 부착되거나 또는 그로부터 연장되는 나선형요소(222)를 포함한다. 고정되는 스크로울(22)은 컵형상의 케이싱(12)의 내부챔버내에 고정된다. 압축기하우징(10)과 협력하는 고정되는 스크로울의 원형단부판(221)은 컵형상 케이싱(12)의 내부챔버를 전방챔버(27)와 후방챔버(28)와 같은 두개의 챔버로 분할한다. 나선형요소(222)는 전방챔버(27) 내에 위치된다.

환상벽(223)은 원형단부판(221)의 후방단부표면으로부터 축의 방향으로 돌출한다. 환상벽(223)의 단부표면은 컵형상의 케이싱(12)의 내부표면에 대해 접촉하고 그리고 다수의 볼트(24)(볼트들중 하나만 단지 제1도에 도시됨)에 의해 상기 케이싱(12)에 고정된다. 0-링(25)은 밀봉을 위해 원형단부판(221)의 외부단부표면과 컵형상의 부분의 내부표면사이에 배치될 수 있다.

전방챔버(27)내에 위치되는 선회하는 스크로울(23)은 원형단부판(231)의 한 단부표면에 부착되는 또는 그로부터 연장되는 나선형요소(232)를 포함한다. 선회하는 스크로울(23)의 나선형요소(232)와 고정되는 스크로울(22)의 나선형요소(222)는 180°의 각 편기(angular offset)에서 그리고 선정된 반경 편기에서 상호 맞춰진다. 선회하는 스크로울(23)은 구동축(13)의 축선의 편심에서 원판형부분(131)의 내부단부와 연결되는 편심 부싱(26)에 의해, 반경 니들 베어링(30)을 통해 회전가능하게 지지된다.

선회하는 스크로울(23)이 선회하는 동안, 선회하는 스크로울(23)의 회전은 전방단부판(11)의 내부단부표면과 선회하는 스크로울(23)의 원형 단부판(231) 사이에 위치되는 회전 방지/쓰러스트베어링 매카니즘(29)에 의해 방지된다. 회전방지/쓰러스트베어링 매카니즘(29)은 고정되는 링(291), 고정되는 레이스(292), 선회하는 링(293), 선회하는 레이스(294) 및 보울(295)을 포함한다. 고정되는 링(291)은 고정되는 레이스(292)를 통해 전방단부판(11)의 내부단부표면에 부착되고 그리고 다수의 원형구멍(29a)을 갖는다. 선회하는 링(293)은 선회하는 레이스(294)를 통해 선회하는 스크로울(23)의 후방단부표면위에 부착되고 그리고 다수의 원형구멍(293a)를 갖는다. 각각의 보울(295)은 고정되는 링(292)의 구멍과 순회하는 링의 구멍(293a) 사이에 위치되고, 그리고 두개의 원형구멍(291a), (293a)의 가장자리를 따라 움직인다. 또한, 순회하는 스크로울(23)로부터의 축방향 쓰러스트 하중은 보울(295)을 통해 전방단부판(11)위에서 지지된다.

압축기하우징(10)은 상기 압축기를 외부냉각회로에 연결시키기 위한 입구(31)와 출구(32)를 구비한다. 상기 외부회로로부터의 냉각개스는 입구(31)를 통해 전방챔버(27)속으로 도입되는 그리고 상기 나선형 요소 사이의 개방공간을 통해 두 나선형 요소(222)와 (232) 사이에 형성되는 유체포켓 속으로 포집되어진다. 상기 구멍의 형상은 각각, 하나의 나선형 요소의 외부 말단단부와 그 나머지 나선형 요소의 외부 측표면에 의해 형성된다. 상기 구멍은 순회하는 스크로울(23)의 순회운동 동안 계속적으로 개방 및 폐쇄된다. 상기 구멍이 개방될시, 압축되어야 할 유체는 상기와 같은 포켓내로 포집되나 압축은 발생하지 않고, 그리고 상기 구멍이 폐쇄될시 그에 의해 상기 포켓이 완전히 밀봉되면, 부가적인 유체는 상기 포켓속으로 포집되지 않고 그리고 압축이 시작된다.

상기 각각의 나선형요소(222)와 (232)의 외부 말단단부의 위치가 최종 인볼류우트(involute)각에 있기 때문에, 상기 구멍의 위치는 직접적으로 상기 최종 인볼류우트 각 단부에 관련된다. 또한, 상기 밀봉된 공간 내의 냉각개스는 반경방향으로 내부로 이동되고 그리고 선회하는 스크로울(23)의 선회운동에 따라 압축된다. 중앙 유체포켓에 있는 압축된 냉각개스는 원형단부판(221)의 중앙부분에 형성된 배출구(224)를 통해 후방챔버(28)로 배출된다.

제2도에 있어서, 각각의 나선형 요소(222), (232)는 나선형곡선을 따라 나선형 요소의 축방향단부표면에 형성된 홈(225), (233)을 구비한다. 홈(225), (233)은 상기 나선형 요소의 내부단부부분으로부터 나선형 요소의 말단단부에 가까운 위치까지 연장한다. 홈(225), (233)의 깊이는 균일하게 형성된다. 밀봉요소(33)는 홈(225), (233)내에 배치된다. 상기 구조물에 있어서, 시일요소(33)의 내부 단부 부분(331)의 축방향두께 t1는 제4a도에 도시된 바와 같이, 홈(225), (233)의 깊이 T보다 작고 그리고 또한, 밀봉요소(33)의 외부부분(332)의 축방향 두께는, 제4b도에 도시된 바와 같이, 홈(225)의 깊이 T보다 크다. 또한, 중앙부분(331)에서의 밀봉요소(33)의 폭 W1은 홈(225)의 W보다 적고, 그리고 외부부분(332)에서의 밀봉요소의 폭 W2은 홈(225)의 폭 W에 해당한다. 따라서, 두 스크로울(22), (23)이 상기 압축기의 조립 공정시 상호적합하게 되면, 밀봉요소(33)의 외부부분(332)는 단지 대향되는 원형단부판(221), (231)에 대해 접촉하게 된다. 상기 밀봉요소의 두꺼운 부분 또는 얇은 부분은 점차적으로 감소 도는 증가되는 밀봉요소(33)의 축방향두께에 의해 형성된다. 양자택일로, 밀봉요소의 두꺼운 부분과 얇은 부분은 제3도에 도시된 바와 같이, 단계부분에 의해 분할된다. 상기 단계부분(353)은 밀봉요소의 내부단부로부터 나선형 곡선의 일회전 위에 위치된다. 이때, 하나의 스크로울의 나선형 요소의 축방향 단부표면과 그 나머지 스크로울의 원형단부판의 대향되는 표면사이의 거리, 즉, 축방향 간격 G는 다음과 같이 정의 된다 :

G=t2-T

또 한편으로는, 밀봉요소(33)의 중앙부분(331)은 (t2-t1)의 범위내에서 축방향 이동을 가능케한다. 밀봉요소(33)의 중앙부분(331)의 축방향 두께 t1는 따라서 축방향 간격 G보다 더 크도록 선택되어진다.

압축기의 작용시, 밀봉요소(33)의 중앙부분(331)은, 제4도에 도시된 바와 같이, 유체포켓 사이의 압력차이에 의해 홈(224), (233)의 측벽을 향해 힘을 받고, 그리고 또한 중앙유체포켓으로부터 홈(224), (233)으로 도입되는 유체압에 의해 대향되는 원형단부판을 향해 힘을 받는다. 그러므로, 상기 중앙유체포켓내의 밀봉이 확보된다. 또한, 스크로울(22), (23)의 중앙부분의 온도는 압축된 유체에 의해 증가되고, 그에 따라 스크로울(22), (23)의 중앙부분은 제4a도에서 쇄선에 의해 도시된 바와 같이 축방향으로 팽창한다. 따라서, 나선형 요소(222), (232)의 단부표면과 원형단부판(221), (231) 사이의 축방향 간격은 G로부터 G₁으로 좁아진다. 그러나, 시일요소(33)의 중앙부분(331)의 축방향 두께 t₁은 홈(225), (233)의 깊이 T보다 적기 때문에, 밀봉요소(33)의 중앙부분(331)은 홈(225), (233)의 바닥표면과 원형단부판(221), (231) 사이에 놓여진다. 따라서, 마찰력은 원형단부판(231)과 밀봉요소(33)를 활주시킴에 의해 과도하게 증가되지는 않는다.

본 발명을 바람직한 실시예와 연관하여 상세히 설명했으나, 상기와 같은 바람직한 실시예는 다만 본보기적인 것이므로 본 발명이 그에 한정되는 것이 아니다. 본 기술방면에 익숙한 자라면 본 발명의 특허청구범위내에서 다른 변화 및 변형을 손쉽게 만들 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

Claims

각각 단부판과 상기 단부판의 한표면으로부터 연장되며 홈을 구비한 나선형 요소를 포함하는 한쌍의 스크로울과, 두 나선형 요소들은 최소한 한쌍의 밀봉된 유체포켓을 한정시키도록 다수의 선 접촉을 만들기 위해 각도와 반경방향의 편기에서 상호맞춰지고, 상기의 한 스크로울을 그 나머지 스크로울에 대해 선회운동을 겪게 해주도록 상기 스크로울들중의 하나에 작동연결되는 구동수단과, 상기 한 스크로울을 위한 회전방지수단, 그에 의해 상기 유체포켓이 상기의 한 스크로울의 선회운동에 기인하여 체적을 변화시키고, 그리고 유체포켓의 밀봉을 보장하기 위하여 각각의 상기 홈내에 배치되는 밀봉요소를 포함하는 스크로울형 유체이동장치에 있어서, 상기 홈은 균일한 깊이를 갖고, 상기 밀봉요소의 중앙부분의 축방향 두께는 상기 홈의 깊이보다 적게 형성되고 그리고 상기 밀봉요소의 외부부분의 축방향두께는 상기 홈의 깊이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 스크로울형 유체이동장치.
제1항에 있어서, 상기 밀봉요소는 상기 밀봉요소의 상기 축방향 두께가 상기 중앙부분으로부터 상기 외부부분까지 계속해서 증가되게끔 형성되는 것을 특징으로 하는 스크로울형 유체이동장치.
제1항에 있어서, 상기 밀봉요소는 상기 밀봉요소의 축방향 두께가 상기 중앙부분으로부터 상기 외부부분까지 단계적으로 증가되게끔 형성되는 것을 특징으로 하는 스크로울형 유체이동장치.
제3항에 있어서, 상기 밀봉요소의 얇은 부분은 내부단부로부터 나선형곡선의 약 일 회전의 부분까지 연장되는 것을 특징으로 하는 스크로울형 유체이동장치.