KR960010649B1

KR960010649B1 - 스크롤 콤프레사

Info

Publication number: KR960010649B1
Application number: KR1019920004982A
Authority: KR
Inventors: 리차드슨 주지어 허버트; 따블유.게이트클리프 죠오지
Original assignee: 테쿰세 프로덕츠 캄파니; 데니스 알. 다우손
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1996-08-07
Also published as: US5131828A; DE69200989D1; JPH05126070A; DE69200989T2; BR9201079A; AU1318392A; AU642623B2; EP0505795B1; MX9201369A; KR920018357A; CA2063232C; EP0505795A1; JP2565616B2

Abstract

내용 없음.

Description

스크롤 콤프레사

제1도는 본 발명에 의한 스크롤 콤프레사의 제4도의 1-1선에서 본 종단면도.

제2도는 제1도 2-2선에서 본 부분 확대 단면도.

제3도는 궤도운행 스크롤 부재의 콤플리언스 메카니즘을 보여주는 확대 단면도.

제4도는 제2도의 4-4선에서 본 횡단면도.

제5도는 프레임 부재의 평면도.

제6도는 궤도운행 스크롤 부재의 저면도.

제7도는 정지상태의 밀봉소재의 위치를 보여주는 부분 확대 단면도.

제8도는 제7도 밀봉소재의 작동된 상태를 보여주는 확대 단면도.

제9도는 궤도운행 스크롤 부재와 오일층에 의한 콤플리언스 메카니즘을 보여주는 부분 확대 단면도.

제10도는 제9도에 의한 오일층의 변형 상태를 보여주는 부분 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 콤프레사 12 : 밀봉하우징

14 ; 덥개판 16 : 동체부

18 : 저면부 20 : 플렌지

22 : 전기모우터 24 : 고정자

26 : 회전자 27 : 균형추

28 : 권선 30 : 중앙공

32 : 크랭크 샤프트 34 : 단자

36 : 오일층 38 : 오일 흡입관

40 : 구멍 42 : 흡입관단부

44 : 오일컵 46 : 스크롤 콤프레사 메카니즘

48 : 고정 스크롤 부재 50 : 궤도운행 스크롤 부재

52 : 프레임 부재 53 : 원륜상 돌출부

54 : 보울트 55 : 고정 드러스트 표면

56 : 지지핀 62 : 평판

63 : 표면 64 : 나선상 고정 돌출랩

65 : 이면 66 : 평판

67 : 표면 68 : 궤도운행 돌출랩

70 : 베어링 부분 72 : 상부 베어링

74 : 하부 베어링 75 : 보울트

76 : 드러스트판 77 : 균형추

78 : 편심 크랭크 메카니즘 79 : 원형구멍

80 : 로울러 81 : 축공

82 : 편심 크랭크 핀 84 : 허브

85 : 원통형구멍 86 : 베어링

88 : 올드햄 링 90,92 : 올드햄 키

94 : 흡입관 96 : 횡공

97 : 밀봉링 98 : 흡인압력실

102 : 배출구 104 : 배출실

106 : 고정스크롤 부재상면 108 : 통로

109 : 요흡 110 : 배출 압력실

112 : 배출관 120,122 : 오일통로

124 : 배출구 126 : 횡공

128 : 배출공 138 : 챔버

140 : 챔버저면 152 : 밀봉요구

154 : 이면중심부 156 : 이면 외주연부

158 : 밀봉소재 160 : 내벽

162 : 외벽 164 : 저벽

168 : 외면 170 : 상면

171 : 오일층 172 : 저면

173 : 간극 174 : 저면

175 : 오일챔버 176 : 측벽

178 : 내벽

본 발명은 서로 맞물리는 고정 및 궤도운행 스크롤 부재를 포함하는 밀봉 스크롤형 콤프레사에 관계되는 것으로서, 특히 궤도운행 스크롤 부재가 고정 스크롤 부재에 밀봉 접축하도록 궤도운행 스크롤 부재를 고정 스크롤 부재쪽으로 압압하는 콤플리언스 메카니즘을 포함하는 스크롤 콤프레사에 관한 것이다.

전형적인 스크롤 콤프레사는 서로 맞물려 다수의 밀봉 압축실을 형성하는 나선형 돌출 랩(Wrap)를 갖는 2개의 대향되는 스크롤 부재를 포함한다. 이러한 콤프레사에서는 두 스크롤 부재중의 한 스크롤 부재가 다른 스크롤 부재에 대한 상대적인 궤도운행을 하면 압축실이 외측 흡입실과 내측의 배출실 사이를 이동함에 따라 압축실의 부피가 적어지면서 냉매가 이송 및 압축되게 된다.

일반적으로 스크롤형 콤프레사는 각종의냉동 시스템에 사용할 때 소음이 적고 냉동 효율이 우수하여 유지비가 적게 드는 것으로 알려졌다. 그러나 스크롤 콤프레사를 모든 용도에 성공적으로 사용할 수 있도록 하는데도 몇가지 문제점이 있다. 예를 들면 콤프레사 작동중 스크롤 부재들 사이에 있는 압축된 냉매의 압력은 스크롤 부재를 분리시키려는 분리력을 나타내게 되고, 그에 따른 스크롤 부재들의 축방향 분리는 일측 스크롤 부재의 랩 단부 표면과 대향되는 스크롤 부재의 표면사이에 간극을 형성하게 되어 냉매가 누출되면서 콤프레사의 작업 효율을 떨어뜨리고 경우에 따라서는 콤프레사의 작동 불능상태를 가져오게 된다.

또한 전술한 바와 같은 랩 단부 표면과 스크롤 부재 표면간에 나타나는 콤프레사 작동중의 누출현상은 궤도운행 스크롤 부재의 경사 및 요동운동에 의하여 나타날 수도 있다. 이러한 경사운동은 궤도운행 스크롤 부재로부터 종방향으로 일정한 간격을 두고 궤도운행 스크롤 부재에 가하여지는 힘에 의하여 발생하는 전도 모멘트의결과로 나타나는 것이다. 특히 크랭크 샤프트에 의하여 궤도운행 스크롤 부재의 구동 허브에 가하여지는 구동력은 압력, 관성 및 마찰에 의하여 스크롤 랩에 가하여지는 힘과 축방향으로 분리된다. 궤도운행 스크롤 부재에 가하여지는 전도 모멘트는 궤도운행 스크롤 부재가 약간 경사진 상태로 궤도운행하도록 하므로 궤도운행 스크롤 부재의 판상부분 저면은 궤도운행 방향쪽을 향하여 위쪽으로 기울어지게 된다. 궤도운행 스크롤 부재의 요동운동은 콤프레사를 처음 작동시킬 때 볼록한 접촉면의 상호작용으로부터 나타난다. 예를 들면 일측 스크롤 부재의 랩 단부 표면과 대향되는 스크롤 부재의 접촉면은 가공 변수 및 콤프레사 작동중의 압력 및 열 변형에 의하여 각각 볼록한 형태를 나타내게 되는 바, 이러한 형태는 스크롤 부재사이의 접촉점이 적은 면적으로 한정되게 하는 결과를 가져오게 되어 접촉부분이 평평하게 마모될 때까지 궤도운행 스크롤 부재가 요동운동을 일으키게 한다.

콤프레사 작동중 두 스크롤 부재에 가하여지는 분리력을 상쇄하므로서 두 스크롤 부재의 접촉 부위에서의 누출을 방지하기 위한 연구는 다양한 축방향 콤플리언스 메카니즘의 개발을 가져왔다. 궤도운행 스크롤 부재의 이면이 흡인 압력에 노출되는 콤프레사에서는 스크롤 부재들이 서로 밀접되도록 분리력에 대항할 수 있는 충분한 힘을 축방향에서 스크롤 부재에 미리 가하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 콤프레사가 정지되었을때 스크롤 부재들 사이 및 베어링 사이에 높은 마찰력이 나타나므로 콤프레사의 시동이 어렵게 되어 콤프레사를 시동시키기 위한 힘이 소모가 크다는 문제점이 있다. 또하나의 방법은 부품들을 정밀 가공하여 드러스트 베어링이나 표면에서 불리력을 상쇄시키는 것이다. 이러한 방법은 고가의 드러스트 베어링을 필요로 하고 허용 오차가 적도록 가공하는데 고가의 가공 비용이 요구되는 문제점이 있다.

하우징 내부가 높은 압력하에 유지되는 콤프레사에서는 배출 압력이 분리력에 대항하는 콤플리언스 힘을 발휘하도록 궤도운행 스크롤 부재의 이면에 작용되게 되었다. 이러한 구성은 궤도운행 스크롤 부재를 위로 미는 힘이 너무 커서 스크롤 랩의 표면과 스크롤 부재 표면의 마모가 신속하게 일어나고 그에 따라 콤프레사의 힘이 약하여지는 문제점이 있다.

전술한 흡인 및 배출 압력중의 하나를 이용하는 축방향 콤플리언스 메카니즘에 관계되는 전술한 문제점들을 해결하기 위하여 흡인 압력하의 냉매 가스와 배출 압력하의 냉매가스를 함께 이용하는 몇가지 콤프레사가 개발되었다. 예를 들면 축방향으로 이동할 수 있도록 된 고정 및 궤도운행 스크롤 부재 이면의 제한된 부의를 상이한 압력에노출시켜 필요한 힘을 얻는 것이다. 이러한 콤프레사에서는 각각의 가스 압력에 노출되는 부위를 분리시키고 스크롤 부재의 축방향 운동을 상쇄하기 위한 여러 가지 밀봉수단을 이용하고 있다.

또다른 축방향 콤플리언스 메카니증에서는 궤도운행 스크롤 부재의 후방에 중간 압력실을 형성하여 중간 압력이 분리력에 대항되는 상승력을 내도록 하고 있다. 이러한 구성은 흡입 압력이나 배출 압력중의 하나만을 사용하는데 따른 문제점이 있는 반면 힘을 받는 부위 사이를 밀봉하기 위한 밀봉수단을 필요로 하지 않은 이점이 있다. 그러나 누출현상에 의하여 콤프레사의 가동 효율이 충분하게 달성되지는 않는 문제점이 나타난다.

그외의 스크롤 콤프레사용 축방향 콤플리언스 메카니즘으로서는 궤도운행 스크롤 부재의 저면 중앙부를 배출 압력하의 오일에 노출시키고 외주연부측을 흡인 압력하의 냉매에 노출시키는 것이 있다. 궤도운행 스크롤 부재의 중앙부와 외주연부는 궤도운행 스크롤 부재의 저면과 크랭크 샤프트의 상단부에 형성된 평판부 표면 사이에 착설된 가요성 원륜상 밀봉 부재에 의하여 분리되도록 되었다.

본 발명은 궤도운행 스크롤 부재의 경사 및 요동운동과 두 스크롤 부재간의 축방향 분리에 의하여 나타나는 맞물리는 두 스크롤 부재 사이에서의 누출을 방지하는데 도움이 되는 축방향 콤플리언스 메카니즘을 제공하므로서 전술한 스크롤형 콤프레사에서 나타나는 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명은 콤프레사 작동중 스크롤 부재들이 축방향으로 분리되는 것을 방지함과 동시에 궤도운행 스크롤 부재가 기울어지거나 요동하는 것을 방지하는 개선된 축방향 콤플리언스 메카니즘에 의하여 전술한 종래 스크롤형 콤프레사의 결점을 해결하였다.

본 발명의 스크롤형 콤프레사는 축방향 콤플리언스 메카니즘에 의하여 서로 상대방쪽으로 압압되는 고정 스크롤 부재와 궤도운행 스크롤 부재를 포함하고 있다. 궤도운행 스크롤 부재가 고정 스크롤 부재에 대하여 상대적인 궤도운행을 하도록 하는 구동 메카니즘은 콤프레사 작도중 궤도운행 스크롤 부재의 경사 및 요동운동을 야기하는 경향을 갖고 있다. 축방향 콤플리언스 메카니즘은 궤도운행 스크롤 부재의 이면 중앙에 배출 압력을 가하고 이면 외주에는 흡인 압력을 가하도록 되었다. 더구나 궤도운행 스크롤 부재의 이면 외주연부에 인접하여 오일층이 형성되어 있어서 이 오일층이 궤도운행 스크롤 부재의 회전 경사 및 요동운동에 감응하여 궤도운행 스크롤 부재의 이면에 반동력을 나타내도록 되었다.

특히 본 발명은 압축실에 의하여 나타나는 스크롤 부재사이의 분리력에 대항하는 궤도운행 스크롤 부재에 가하여지는 반동력과 궤도운행 스크롤 부재의 회전 경사 및 요동운동을 상쇄하도록 궤도운행 스크롤 부재의 이면 외주에 가하여지는 반동력이 함께 나타나는 축방향 콤플리언스 메카니즘을 제공한다. 반동력은 배출압력과 흡인 압력을 궤도 운행 스크롤 부재 이면의 해당 부위에 노출시키므로서 궤도운행 스크롤 부재에 일정하게 가하여 진다. 이 반동력은 궤도운행 스크롤 부재의 회전 경사 및 요동운동에 따라 궤도운행 스크롤 부재의 이면 외주연부에 인접하여 위치하는 형송되는 쐐기형 오일층에 의하여 발생된다. 궤도운행 스크롤 부재는 약간 경사지므로 밀봉 부재와 드러스트 표면 사이에 넓은 간극이 형성되게 되고 그에 따라 오일이 쐐기형 오일층 속으로 유입되며 쐐기형 오일층은 경사 및 요동운동력에 대응하는 반동력을 제공하기에 충분한 깊이를 유지하게 된다. 경사진 스크롤의 효과와 오일챔버내로의 오일 유입 효과는 둥근 원반이 밀봉된 원내에서 움직이는 보우트의 뒤를 끌려가는 것과 같다. 원반은 운동방향에 대하여 뒤쪽으로 기울어지는 경향을 갖고 있어서 원반의 경사진 저면의 전방에 물의 쐐기가 형성되게 된다. 그리고 넓어진 밀봉 간극에 의한 오일 유입 작용은 호오스에 의하여 쐐기형 물의 쿠션 속으로 물 흐름이 분사되는 것과 유사하다. 이러한 오일 쐐기는 궤도운행 스크롤 부재의 요동 및 경사운동에 대한 반동력을 제공한다. 이 반동력은 요동을 진정시키는 경향이 있어서 보다 우수한 축방향 방사상 콤플리언스를 제공하게 된다.

본 발명은 궤도운행 스크롤 부재에 작용하는 회전 전도 모멘트에 의하여 나타나는 스크롤 부재들간의 축방향 분리가 스크롤 부재들 사이의 분리력을 상쇄하기 위하여 궤도운행 스크롤 부재에 가하여진 정압을 증가시키지 않아도 방지되므로 마찰력과 콤프레사의 힘의 손실을 줄일 수 있다는 특징을 갖고 있다. 이러한 효과는 궤도운행 스크롤 부재에 가하여진 반동력이 정압 수준에 의존하지 않고 궤도운행 스크롤 부재 자체의 요동 및 경사운동에 의존하도록 된 메카니즘에 의하여 달성된다. 따라서 본 발명에 의한 정압을 나타내는 오일층은 흡인 압력 구역내에 위치할 수도 있다.

본 발명의 한 형태에서는 궤도운행 스크롤 부재의 회전을 방지하기 위한 올드햄 링이 스크롤 부재의 이면과 오일층을 형성하는 원륜상 오일 캠버의 저면사이에 위치하고 있다. 스크롤 부재의 궤도운동 중에는 이 올드햄 링이 오일층내에서 궤도운행 스크롤 부재와 프레임 부재에 대한 상대적인 왕복 운동을 하게 되므로 올드햄 링의 주변에 국부적인 유압이 발생하여 궤도운행 스크롤 부재에 요동 및 경사운동을 상쇄하는 부가적인 축방향 힘이 가하여지게 된다.

본 발명에 의한 스크롤형 콤프레사의 장점은 축방향 콤플리언스 메카니즘이 궤도운행 스크롤 부재에 가하여지는 분리력과 전도 모멘트에 의하여 나타나는 스크롤 부재들간의 축방향 분리를 방지한다는 것이다.

본 발명에 의한 스크롤형 콤프레사의 또 하나의 장점은 궤도운행 스크롤 부재의 요동운동이 일정하게 가하여지는 축방향 콤플리언스 힘을 증가시키지 않아도 감소되므로 밀봉성이 개선되어 힘의 소모가 적어진다는 것이다.

본 발명에 의한 스크롤형 콤프레사의 또다른 장점은 콤프레사 시동중에 궤도운행 스크롤 부재의 요동운동이 적게 나타나므로 스크롤 부재들이 보다 신속하게 마모될 수 있고 그에 따라 시동후에는 요동에 의한 접촉 마모가 감소된다는 것이다.

본 발명에 의한 스크롤 콤프레사의 또하나의 장점은 궤도운행 스크롤 부재의 회전 경사 요동운동을 방지하는 메카니즘이 스크롤 부재들 사이의 분리력을 상쇄하기 위하여 이용되는 정압 레벨에 관계없이 작동한다는 것이다.

본 발명에 의한 스크롤 콤프레사의 또다른 장점은 간편한 방법으로 염가로 제조할 수 있는 간단한 구조로 된 콤플리언스 메카니즘을 사용하여 궤도운행 스크롤 부재를 고정 스크롤 부재쪽으로 일정하게 미는 일정한 힘을 발생시킬 수 있을뿐 아니라 궤도운행 스크롤 부재의 경사 및 요동운동에 감응하는 정압을 발생시킬 수 있다는 것이다.

본 발명의 한 형태에서는 스크롤 콤프레사가 배출 압력하의 배출 압력실과 흡인 압력하의 흡인 압력실을 갖는 하우징을 포함하는 밀봉 스크롤형 콤프레사로 구성된다. 하을징내에는 서로 맞물려 압축실을 형성하는 각각의 랩을 갖는 고정 및 궤도운행 스크롤 부재가 설치 고정된다. 퀘도운행 스크롤 부재에는 크랭크 샤프트가 구동될 수 있게 결합되어 있어서 이 크랭크 샤프트가 궤도운행 스크롤 부재를 고정 스크롤 부재에 대한 상대적인 궤도운동을 시키도록 되었다. 궤도 운행 스크롤 부재의 이면 중앙부는 배출 압력실에 노출되고 이면 외주연부는 흡인 압력실에 노출되어 있어서 콤플리언스 힘이 궤도운행 스크롤 부재를 고정 스크롤 부재쪽으로 압압하게 되었다. 궤도운행 스크롤 부재에 가하여지는 구동력은 랩이 형성된 반대쪽에서 궤도운행 스크롤 부재에 전달되므로 궤도운행 스크롤 부재는 회전 경사운동을 야기하는 전도 모멘트를 나타내게 된다. 본 발명의 콤프레사는 궤도운행 스크롤 부재의 요동 및 경사운동에 감응하여 궤도운행 스크롤 부재의 이면에 정압이 가하여 지므로서 요동 및 경사운동을 상쇄하고 고정 및 궤도운행 스크롤 부재사이의 밀봉효과를 개선하는 메카니즘을 구비하고 있다. 이 메카니즘은 궤도운행 스크롤 부재의 이면 외주연부 하방에 형성된 오일 챔버내에 채워지는 오일층으로 구성된다. 궤도운행 스크롤 부재는 전기한 오일쳄버의 저면에서 일정한 간격을 유지한 상태로 궤도운행을 하게 된다. 궤도운행 스크롤 부재의 이면은 충분한 크기를 갖고 있고 오일챔버에는 공간부를 전부 채울 수 있을 정도의 깊이로 오일이 충만되어 있어서 궤도운행 스크롤 부재가 기울어지거나 요동하여 그 이면과 오일챔버 저면간의 간격이 좁아질 때 스크롤 부재 이면에는 오일층에 기한 반동력이 가하여지게 되었다.

이하 본 발명의 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면에는 하우징(12)을 갖는 궤도운행 스크롤 부재(10)가 도시되었다. 하우징(12)은 덥개판(14), 동체부(16) 및 저면부(18)로 구성되는 바, 동체부(16)와 저면부(18)은 일체로 형성될 수도 있다. 하우징(12)을 구성하는 덥개판(14),동체부(16) 및 저면부(18)는 용접 등의 방법에 의하여 밀봉 결합되었다. 저면부(18)에 콤프레사를 수직으로 세울 때 사용되는 플렌지(20)가 부착되었다. 밀봉 하우징(12)내에는 고정자(24)와 회전자(26)를 갖는 전기 모우터(22)가 설치되는 바, 고정자(24)는 하우징의 동체부(16)내에 고정 설치되고 전선(28)이 감겨있다. 회전자(26)은 하단에 균형추(27)를 갖고 있고 중앙에는 축방향으로 형성된 중앙공(30)을 갖고 있는바, 이 중앙공(30)내에는 크랭크 샤프트(32)가 삽입 고정되었다. 또한 하우징의 동체부(16)에는 모우터(22)를 전원에 연결하기 위한 단자(34)가 부착되었다.(제4도 참조)

콤프레사(10)는 그 저면부(28)에 오일층(36)을 갖고 있으며, 크랭크 샤프트(32)의 하단에 형성된 구멍(40)에는 원심 오일 흡입관(38)이 삽입 고정되었다. 이 원심 오일 흡입관(38)은 익편(도시하지 않았음)을 갖는 통상적인 구조로 형성되었고 오일 흡입관 (38)의 오일 유입 단부(42)는 오일이 교반되지 아니하는 상태에서 흡입도도록 하기 위하여 저면부(18)의 저면에 형성된 오일 컵(44) 내부까지 이르도록 연장되었다.

콤프레사(10)는 하우징(12)내에 설치된 스폴 콤프레사 메카니즘(46)을 포함하는 바, 이 스크롤 콤프레사 메카니즘(46)은 고정 스크롤 부재(48), 궤도운행 스크롤 부재(50) 및 주베어링 프레임 부재(52)로 구성 되었다. 제1도에 도시된 바와 같이 고정 스크롤 부재(48)와 프레임 부재(52)는 다수의 보울트(54)에 의하여 서로 고정되고 지지핀(56)에 의하여 정확한 위치에 배치되게 되었다.(제4도 참조) 그리고 프레임 부재(52)는 외주면에 위치하는 다수의 고정핀(도시하지 않았음)에 의하여 하우징(12)의 동체부(16)내에 설치되는바, 이러한 구성은 미국특허 제4,846,635호에 설치되었다. 이 프레임 부재(52)는 고정자(24)와 회전자(26)사이에 원륜상 간극이 형성되도록 설치된다.

고정 스크롤 부재(48)는 평평한 표면(63)을 갖는 평판(62)으로 구성되는 바, 이평판(62)의 표면(63)에는 선상 고정 돌출랩(64)이 돌출되게 형성되었다. 또한 궤도운행 스크롤 부재(51)는 이면(65), 표면(67) 및 면에서 노출된 난선상 궤도운행 돌출랩(68)을 갖는 평판(66)으로 구성되었다. 이 고정 스크롤 부재(48)와 궤도운행 스크롤 부재(50)는 나선상 고정 돌출랩(64)과 궤도 운행 돌출랩(68)이 서로 맞물리도록 조립된다. 고정 스크롤 부재(8)와 궤도운행 스크롤 부재(50)는 콤프레사(10)작동중 서로 밀착되면 각개 돌출랩(64)(68)의 단부 표면이 대향되는 스크롤 평판의 대향 표면(67)(63)에 밀봉 결합되도록 되었다.

주 베어링 프레임 부재(52)는 궤도운행 스크롤 부재(50)의 이면(65)에 접촉하는 고정 드러스트 표면(55)을 갖는 원륜상 돌출부(53)을 갖고 있다. 스크롤 평판(66)의 이면(65)과 돌출부 드러스트 표면(55)는 서로 평행한 평면 상태로 유지되고 가공 오차에 따른 축방향의 간극을 유지하고 있어서 고정 스크롤 부재(48)에 대한 궤도운행 스크롤 부재(50)의 축방향 합치 이동이 허용되게 되었다.

제1도 및 제2도에 도시된 주베이링 프레임 부재(52)는 하향 돌출된 베어링 부분(70)을 갖고 있고, 이 베어링 부분(70)내부에는 상부 베어링(72)과 하부 베어링(74)으로 구성된 통상의 관상 베어링 조립체가 설치되었다. 이와같이 2개의 관상 베어링으로 된 베어링 조립체는 긴 관상체로 된 단일 관상 베어링보다 베어링 부분(70)내에 조립하기 용이한 이점이 있다. 이와 같이 2개의 베어링으로 된 베어링 조립체는 베어링 (72)(74)사이에 원륜상 간격(73)이 형성되게 설치된다. 이 베어링(72)(74)내에는 크랭크 샤프트(32)가 회전할 수 있게 설치된다.

크랭크 샤프트(32)는 외주면으로 돌출된 편심 드러스트판(76)을 갖고 있고, 이 드러스트판(76)에는 균형추(77)가 보울트(75) 등에 의하여 부착된다. 적당한 예에서는 드러스트판(76)의 직경이 프레임(52)상단의 내향 돌출부(52)에 의하여 형성된 원형 구멍(79)의 직경보다 작게되어 있어서(제2도 참조)크랭크 샤프트(32)를 구멍(79)의 상부에서 구멍(79)속으로 삽입할 수 있게 되었다. 크랭크 샤프트(32)가 구멍(79)속에 삽입된 상태를 도시한 제4도 및 제5도에서 알수 있는 바와 같이 균형추(77)는 프레임 부재(52)의 돌출부(53)에 형성된 구멍(51)중의 하나를 통하여 보울트(75)로 고정시킨다. 이 구멍(51)들은 드러스프판(76)을 둘러싸는 공간부가 프레임(52)의 외주에 종방향으로 형성된 요홈(109)로 구성되는 통로(108)와 함께 배출 압력하의 하우징 챔버(110)의 일부가 되도록 하는 역할을 한다.

편심 크랭크 메카니즘(78)은 제 2도 및 제3도에 도시된 바와 같이 크랭크 샤프트(32)의 상단에 위치한다. 크랭크 메카니즘(78)은 편심으로 형성된 축공(81)을 갖는 원통형 로울러(80)를 포함한다. 로울러(80)의 편심 축공(81)내에는 크랭크 샤프트(32)의 상단에 편심으로 돌출 형성된 편심 크랭크 핀(82)이 삽입되어 있어서. 로울러(80)는 편심 크랭크 핀(82)에 편심으로 결합되도록 되었다. 궤도운행 스크롤 부재(50)는 원통형 구멍(85)이 형성된 허브(84)를 갖고 있으며, 이 구멍(85)내에는 로울러(80)가 삽입된다. 로울러(80)는 구멍(85)내에 밀착되게 삽입된 관산 베어링(86)에 의하여 회전할 수 있도록 구멍(95)내에 결합되었다. 관상 베어링(72)(74)(86)은 강철로 이면을 보강한 청동 부싱으로 구성하는 것이 바람직하다.

크랭크 샤프트(32)가 모우터(22)에 의하여 회전하면 구멍(85)내의 편심 크랭크 핀(82)과 로울러(80)에 의하여 궤도운행 스크롤 부재(50)는 고정 스크롤 부재(48)에 대한 상대적인 궤도운동을 하게 된다. 로울러(80)가 크랭크 핀(82)주위를 회전하면 크랭크 메카니즘(78)은 통상의 선회 결합 래디알 콤플리언스 메카니즘으로서의 역할을 하여 고정 스크롤 돌출랩(64)과 궤도운행 스크롤 돌출랩(68)간의 밀봉 결합을 촉진하게 된다. 궤도운행 스크롤 부재(50)는 올드햄 링(88)과 올드햄 키(90)(92)로 구성된 통상의 올드햄 링 조립체에 의하여 자신의 축을 지축으로 한 회전을 할 수 없게 되었다.(제4도 참조)

콤프레사(10)의 작동중에는 흡입 압력하의 냉매가 고정 스크롤 부재(48)의 횡공(96)내에 밀봉링(97)에 의하여 밀봉 결합된 흡인관(94)을 통하여 유입되게 된다. 흡입관(94)은 하우징(12)에 용접된 지지관 (95)에 의하여 콤프레사에 고정되었다. 고정 스크롤 부재(48)와 프레임 부재(52)사이에는 흡인 압력실(98)이 형성되는 바, 냉매는 흡인관(94)을 통하여 흡인 압력실(98)내로 유입되고 궤도운행 스크롤 부재(50)가 궤도운행하는데 따라 압력실(98)내의 냉매는 고정 돌출랩(64)과 궤도운행 돌출랩(68)에 의하여 형성된 밀폐실의 이동에 의하여 중앙부 내측으로 압축되게 된다.

두 돌풀랩(64)(68)사이의 가장 중심쪽에 형성된 밀폐실내에 있는 배출 압력하의 냉매는 고정 스크롤 부재(48)의 평판(62)에 형성된 배출구(102)를 통하여 상향 배출되고 이 배출된 압축 냉매는 덥개판(14)과 고정 스크롤 부재(48)의 상면(106)사이에 형성된 배출실 (104)속으로 유입된 다음 고정 스크롤 부재(48) 및 프레임 부재(52)와 하우징 사이에 형성된 통로(108)를 통하여 하우징 챔버(110)속으로 유입되게 된다. 제4도에 도시된 바와 같이 하우징(12)의 동체부(16)에는 배출관(112)이 용접되어 있어서, 하우징 챔버(110)내의 압축된 냉매는 이 배출관(112)을 통하여 콤프레사(10)에 연결된 냉동 시스템(도시하지 않았음)으로 이송되게 된다.

콤프레사(10)는 스크롤 부재, 크랭크 샤프트 및 크랭크 메카니즘 등의 가동성 부품들을 윤활시키기 위한 위한 윤활 시스템을 포함하고 있다. 크랭크 샤프트(32)에는 오일 유입관(38)과 연통된 오일통로(120)가 형성되는 있는 바, 이 오일통로(120)는 크랭크 샤프트(32)의 종축을 따라 크랭크 샤프트(32)의 중앙부분까지 이어져 있다. 이 오일통로(120)는 크랭크 샤프트(32)의 중앙부분에서 오일통로(120)보다 직경이 적고 오일통로(120)에 대하여 편심되게 위치하는 오일통로(122)에 연결되고, 오일통로(122)는 크랭크 사프트(32)의 상단에 형성된 편심 크랭크 핀(82)의 상단에 있는 배출구(124)까지 이어져 있다.(제3도 참조) 그리고 크랭크 샤프트(32)에는 오일통로(122)를 통하여 흡상되는 오일을 베어링(72)으로 공급하기 위한 횡공(126)이 형성되어 있다.(제2도) 크랭크 샤프트(32)가 회전하면 오일 흡입관(38)이 오일층(36)으로부터 윤활유를 끌어 올려 오일통로(120)와 오일통로(122)로 이송시킨다. 상부 베어링(72)과 하부 베어링(74)은 오일통로(120)(122)를 거쳐 횡공(126)으로 공급되는 윤활유에 의하여 윤활된다. 베어링 부분(70)에는 상하 두 베어링(72)(74)사이의 원륜상 공간부(73)와 배출된 압력실(110)을 연결시키는 배출공(128)이 형성되었다.

제3도에 의하면 오일통로(122)를 통하여 압송된 윤활유는 편심 크랭크 핀(82) 상단에 있는 배출구(124)를 통하여 배출된다. 배출구(124)로부터 배출된 윤활유는 구멍(85)의 저면(140)과 크랭크 메카니즘(78)의 상면에 의하여 형성되는 로울러(80)와 크랭크 핀(82)이 삽입된 구멍(85)내의 챔버(138)에 채워진다. 챔버(138)내의 윤활유는 로울러(80)와 관상 베어링(86)사이 및 로울러의 편심 구멍(81)과 크랭크 핀(82)사이를 통하여 밑으로 흘러내린다. 로울러(80)와 크랭크 핀(82)의 원통형 외주에는 윤활 효과를 증진시키기 위한 요홈을 형성할 수도 있다.

제3도에 따르면 배출 압력하의 윤활유는 전술한 중심부 윤활 시스템에 의하여 궤도운행 스크롤 부재(50)의 중앙부 하방의 구멍(85)내부로 공급된다. 따라서 윤활 유가 챔버(138)내에 가득차면 궤도운행 스크롤 부재(50)는 윤활유의 압력에 의하여 고정 스크롤 부재(48)쪽으로 힘을 받게 된다. 궤도운행 스크롤 부재의 중앙부 구멍 지면(140)의 표면적에 의하여 결정되는 상승 압력만으로는 필요한 축방향 콤플리언스를 얻을수 없으므로 궤도운행 스크롤 부재(50)에 대한 상승력을 증가시키기 위하여 허브(84)외측에 위치하는 궤도운행 스크롤 부재 이면(65)의 원륜상 부분이 배출 압력하의 냉매에 노출되도록 되었다.

콤프레사(10)는 두 성분의 힘을 이용하는 축방향 콤플리언스 메카니즘을 포함하는 바, 두 성분의 힘은 배출 압력실(110)과 흡입 압력실(98) 내에서의 압력 크기에 좌우되는 제1의 힘과 구동 메카니즘에 의하여 부여된 힘에 따라 궤도운행 스크롤 부재에 의하여 나타나는 전도 모멘트에 의하여 발생된 회전 경사 및 요동 운동에 감응하여 궤도운행 스크롤 부재에 기본적으로 가하여 지는 반동력인 제2의 힘으로 이루어진다.

축방향 콤플리언스 메카니즘에 의하여 일정하게 가하여진 제1의 힘에따라 궤도운행 스크롤 부재 이면(65)은 배출 및 흡인 압력에 노출되고 그에 따라 고정 스크롤 부재(48)쪽을 향하여 궤도운행 스크롤 부재(50)에 작용하는 상승력은 일정하게 분산되게 한다. 그 결과 궤도운행 스크롤 부재(50)의 중앙축 주위의 모멘트는 최소한도로 되게 된다. 특히 궤도운행 스크롤 부재이면(65)과 인접 고정 드러스트 표면(55)사이에 설치된 원륜상 밀봉소재(158)는 배출 압력하에 노출되는 이면(65)의 중심부(154)와 흡인 압력하에 노출되는 외주연부(156)를 분리시킨다.(제6도) 이 밀봉 메카니즘은 이면(65)에 형성된 원륜상 밀봉요구(152)를 포함한다.(제3 및 6도 참조)

제7도 및 8도에 의하면 밀봉 메카니즘은 밀봉 요구(152)내에 고정되지 아닌한 상태로 삽설된 밀봉소재(158)를 포함한다. 바람직한 예에서는 밀봉소재(158)의 방사상 폭이 밀봉요구(152)의 방사상 폭보다 적게 되었다. 제7도에는 콤프레사 정지시 밀봉소재(158)가 비작동 상태에 놓여있음을 보여주고 있다. 이 밀봉 소재(158)의 축방향 두께는 요구(152)의 깊이보다 크게 되어 있어서 이면(65)이 드러스트 표면(55)으로부터 약간 떨어지게 되었다.

제7도에 의하면 원륜상 밀봉 요구(152)는 내벽(160), 외벽(162) 및 내외벽 사이의 저면벽(164)을 갖고 있다. 마찬가지로 원륜상 밀봉소재(158)는 내면(166), 외부(168), 상면(170) 및 저면(172)을 갖는 4각 단면 형태로 되었다. 제7도의 비작동 상태에서는 밀봉소재(158)의 폭이 요구(152)의 폭보다 약간 적게 되어 있어서 외면(168)이 외벽(162)으로부터 약간 떨어져 있다.

예를 들면 40,000BTU의 콤프레사에 있어서는 드러스트 표면(55)의 외경이 3.48인치이고, 궤도운행 스크롤 부재(50)의 프렌지 부분 외경은4.88인치이며 오일층(171)의 평균 깊이는 약 0.22인치이고, 오일 점도는 100-300SUS이며, 전도 모멘트 암[베어링(86)의 중앙부까지의 랩높이의 1/2]은 1.172인치이다. 제9도에 도시된 바와 같은 오일챔버(175)의 측벽(176)과 궤도운행 스크롤 부재(50)의 외주연부 사이의 간격은 0.001내지 0.100인치 범위, 특히 0.25인치로 되게 하는 것이 바람직하다. 압축비율, 작동압력 조건 및 스크롤 부재와 밀봉 메카니즘의 구조에 따라 전술한 크기들은 변경될 수 있다.

콤프레사(10)의 작동중에 콤프레사가 냉매를 배출 압력실(110)속으로 배출하기 위하여 냉매를 압축하면 고정 스크롤 부재(48)에 대한 궤도운행 스크롤 부재(50)의 축방향 콤플리언스가 나타난다. 배출 압력실(110)이 압력을 받으면 제7도에 도시된 내벽(166) 내측에 배출 압력이 나타나게 되어 밀봉소재(158)는 외측으로 팽창되게 되고 스크롤 부재(50)는 제8도에 도시된 바와 같이 드러스트 표면(55)으로부터 상향 이동 하게된다. 이 스크롤 부재(50)의 축방향 이동에 따라 이면(65)과 드러스트 표면(55)사이에는 간격이 더 벌어지게 되고 밀봉소재(158)는 중력 및 저면(172)과 드러스트 표면(55) 사이에서의 최초 유체 흐름에 의하여 발생하는 벤츄리 효과에 의하여 드러스트 표면(55)쪽으로 하향 이동한다. 그 결과 저면벽(164)과 상면(170)사이의 공간부에는 배출 압력이 나타나게 된다. 전술한 바와 같이 밀봉소재(158)의 상면(170)과 내면(166)에 작용하는 배출 압력은 밀봉소재에 가하여지는 힘을 드러스트 표면(55)쪽으로 미는 힘과 외면(168)쪽으로 미는 힘으로 분산된다.

본 발명에 사용하는 원륜상 밀봉소재는 테플론 물질로 만드는 것이 좋다. 그러나 압력차에 의하여 밀봉소재가 밀려나지 않도록 단단하게 만들고자 할 때는 유리섬유 보강 테플론 또는 테플론, 탄소 및 리톤의 혼합물로 만드는 것이 좋다. 전술한 밀봉소재용 재료들은 예를 든 것에 불과한 것이 그 외의 다른 물질도 사용할 수 있다. 더구나 테플론 밀봉소재가 접촉하는 표면들은 주철이나 기타 적당한 재료일 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의한 축방향 콤플리언스 메타니즘은 궤도운행 스크롤 부재의 회전 경사 및 요동운동에 감응하여 궤도운행 스크롤 부재에 가하여진 제2반동력에 의하여 그 특징이 나타난다. 이러한 특징은 제3도 및 제9도에 도시된 바와 같이 궤도운행 스크롤 부재(50)의 이면(65)의 외주연부(156)쪽에 오일층(171)를 형성하므로서 달성된다. 제9도에 따르면 프레임 부재(52)에는 저면(174)과 외벽(176) 및 저면(174)으로부터 드러스트 표면(55)까지 연장된 돌출벽의 내벽(178)으로 이루어진 원륜상 오일챔버(175)가 형성되었다.

제10도에는 궤도운행 스크롤 부재(50)의 기울어진 상태가 도시되었다. 경사운동은 궤도운행 스크롤 부재(50)와 프레임 부재(52)에 작용하는 힘으로부터 나오는 전도 모멘트에 의하여 발생한다. 제10도의 좌측에는 오일층이 쐐기형으로 되었음을 보여주고 있다. 밀봉소재(158)는 드러스트 표면(55)으로부터 약간 들어올려져 있어서 드러스트 표면과 밀봉소재 사이에는 오일이 쐐기형 오일층(171)속으로 유입되는 간극(173)이 형성되고, 그 결과 궤도운행 스크롤 부재(50)가 기울어지고 요동하는 힘이 증가되게 된다. 제10도에는 설명의 편이상 궤도운행 스크롤 부재의 경사도를 과장되게 표현하였다. 전술한 바와 같이 궤도운행 스크롤 부재(50)의 회전하면서 기울어지는 운동은 밀봉소재(158)와 드러스트 표면(55)사이에서 일어나는 회전 누출, 즉 돌아가면서 누출하는 현상을 초래하고 그에 따라 오일층(171)에는 다 많은 오일이 유입되게 된다.(제10도 참조)

이면(65)의 오주연부(156)는 오일챔버(175)의 저면(174)으로부터 일정한 거리를 유지하면서 회전한다. 오일챔버(175)내의 오일층(171)은 저면(174)과 이면(65)의 외주연부(156)사이의 간격을 채울 정도의 충분한 깊이로 유지된다. 이러한 상태에서는 궤도운행 스크롤 부재의 회전 경사 및 요동운동이 전술한 간격을 줄이는 결과를 가져오게 되고, 그에 따라 오일층(171)이 압축되게 되어 궤도운행 스크롤 부재의 이면에는 쐐기형 오일층에 의한 반동력이 가하여지게 된다.

오일은 밀봉소재(158)를 가로지르는 압력차에 의하여 오일층(171)을 형성하도록 오일챔버(175)내로 이송되게 된다. 제3도에서 윤활 시스템과 관련하여 설명한 바와 같이 로울러(80)와 슬리이브 베어링(86)사이 및 구멍(81)과 크랭크 핀(82)사이로 하향 유출된 오일은 드러스트판(76)의 상면을 따라 외측으로 흐른다음 균형추(77)의 회전에 의하여 확산된다. 이러한 확산작용은 오일이 구멍(79)과 허브(84)사이로 상향 이동하여 밀봉소재(158)쪽으로 이송되게 한다. 처음에는 오일이 고속으로 유입되어 오일층(171)을 형성하지만 오일층이 공간부에 가득찬 다음에는 유입속도가 줄어들게 된다.

오일층(171)은 흡인 압력실(98)내에 위치하지만 회전 경사 및 요동운동에 따라 오일층에 의하여 궤도운행 스크롤 부재에 가하여진 반동력은 그 주위의 압력과는 무관하게 나타난다. 더구나 궤도운행 스크롤 부재 외주연부에 대한 반동력은 회전 경사 및 요동운동을 저지하는데 최대한도로 작용하게 된다. 따라서 이면(65)의 외주연부(156)는 오일층(171)과 작용하여 궤도운행 스크롤 부재(50)의 기울어지는 운동을 저지할 정도로 충분히 켜야 한다. 동시에 처음에 일정하게 가하여진 축방향 콤플리언스 힘은 기울어지는 운동을 보상할 정도로 크지 않아도 된다. 그러나 배출 압력과 흡인 압력에 의하여 궤도운행 스크롤 부재에 가하여진 힘은 압축실내의 분리력과 모멘트를 극복할 정도로 커야 할 필요가 있다.

본 발명에서는 오일챔버(175)내의 오일층(171)이 스크롤 부재(50)의 이면에 압력을 가하도록 하기 위하여 오일챔버(175)내에 올드햄 장치를 설치한다. 이 올드햄 장치는 오일챔버(171)내에 왕복운동을 하도록 삽입 설치된 원륜상 밀봉소재 구성된 올드햄 링(88)을 포함한다.

도면에 설명한 본 발명의 예에서는 올드햄 링(88)이 오일챔버(175)내에 설치되어 있어서 궤도운행 스크롤 부재(50)의 궤도운행 중에 오일층(171)과 함께 작용하도록 되었다. 오일층(171)내의 올드햄 링(88)의 존재와 오일의 교반은 궤도운행 스크롤 부재(50)의 이면(65)에 오일에 의한 압력을 가하게 된다. 특히 올드햄 링(88)은 이면(65)과 저면(174)에 대한 상대적인 왕복운동을 하면서 오일층(171)을 교반하도록 되어 있어서 올드햄 링이 압축기로 작용하여 올드햄 링 주위에 국부적인 유압이 발생하게 된다. 이러한 올드햄 링의 동적인 작용은 궤도운행 스크롤 부재에 국부적인 부가압력을 가하게 되어 축방향 밀봉효과를 증진시키게 된다.

전술한 도면에 의한 설명은 이해하기 쉽도록 본 발명의 한 형태를 예를 들어 설명한 것이므로 발명의 기본 사상에서 벗어나지 아니하는 한도내에서의 구조적인 변경이나 개량이 있을 수 있다.

Claims

내부에 배출 압력하의 배출실(104)(110)과 흡인 압력하의 흡인실(98)을 포함하는 밀봉 하우징(12): 나선상 고정 돌출랩(64)을 갖는 고정 스크롤 부재(48); 나선상 궤도운행 랩(68)이 돌출된 표면(65)과 이면(65)을 갖는 평판(66)으로 구성되고 평판(66)의 외주연부가 플렌지 형태로 랩 외측까지 연장된 궤도운행 스크롤 부재(50) ; 궤도운행 스크롤 부재의 이면에 인접된 하방에 위치하고 평판(66)의 플렌지형 외주연부의 내측에 놓이는 드러스트 표면(55); 궤도운행 스크롤 부재 이면을 흡인 압력과 배출 압력에 노출되는 구역으로 밀봉 분리하도록 궤도운행 스크롤 부재와 드러스트 표면사이에 설치되는 밀봉소재(158); 궤도운행 스크롤 부재가 고정 스크롤 부재에 대한 상대적인 궤도운동을 하도록 하는 구동장치로 구성된 냉매 압축용 스크롤형 콤프레사에 있어서, 이 콤프레사가 궤도운행 스크롤 부재(50)의 이면에 대향되는 저면(174)과 측벽(176)으로 이루어지고 궤도운행 스크롤 부재의 플렌지형 외주연부 하방에 위치하는 흡인 압력하에 놓이는 오일챔버(175)를 형성하는 수단과; 오일챔버내의 오일층(171)이 궤도운행 스크롤 부재(50)의 플렌지형 외주연부까지 충만되어 궤도운행 스크롤 부재의 외주연부에 대응하여 궤도운행 스크롤 부재의 회전 경사 및 요동운동에 의한 플렌지형 외주연부의 하향 운동을 상쇄하는 유압 드러스트로서의 역할을 할 정도의 깊이로 되도록 일챔버내로 오일을 공급하여 오일층(171)을 형성하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 스크롤형 콤프레사.
청구범위 제1항에서, 오일층(171)이 궤도운행 스크롤 부재에 작용하는 역전 모멘트에 의하여 일어나는 전기한 플렌지형 외주연부의 경사도에 따라 쐐기형으로 됨을 특징으로 하는 콤프레사.
청구범위 제1항에서, 오일층(171)을 형성하는 수단이 궤도운행 스크롤 부재가 궤도운동을 하도록 오일챔버(175)내에 설치한 올드햄 링(88)을 포함하고 이 올드햄 링은 궤도운행 스크롤 부재의 외주연부 이면에 대한 유압을 발생하도록 오일챔버(175)내에서 왕복운동을 하면서 오일층의 오일을 교반하게 된 것임을 특징으로 하는 콤프레사.
청구범위 제3항에서, 올드햄 링(88)이 오일층(171)내에 설치되고 그 상면(180)이 궤도운행 스크롤 부재의 이면 외주연부(156)에 일정한 간격을 유지하면서 근접되게 위치함을 특징으로 하는 콤프레사.
청구범위 제3항에서, 드러스트 표면(55)이 오일챔버의 저면(74)에서 상향 돌출된 돌출벽에 형성되고, 오일층(171)은 전기한 드러스트 표면을 갖는 돌출벽과 오일챔버의 측벽(176)사이에 형성됨을 특징으로 하는 콤프레사.
청구범위 제1항에 있어서, 오일층(171)이 약 0.22인치 정도의 평균 깊이를 갖고 있음을 특징으로 하는 콤프레사.
청구범위 제1항에서, 오일층(171)이 궤도운행 스크롤 부재(50)에 작용하는 역전 모멘트에 의하여 나타나는 스크롤 부재(50) 외주연부의 기울어짐에 따라 쐐기형으로 되고 경사진 궤도운행 스크롤 부재에 의하여 밀봉소재(158)와 드러스트 표면(55)사이에는 궤도운행 스크롤 부재가 궤도운동 할때 다량의 오일이 쐐기형 오일층으로 유입될 수 있는 간극이 형성되도록 되었음을 특징으로 하는 콤프레사.
청구범위 제1항에서, 오일층(171)이 밀봉소재(158)의 외측에 위치하고 구동장치는 크랭크 샤프트(32)와 구동축에 부착된 균형추(77)를 포함하며 균형추는 밀봉소재쪽으로 오일을 공급하게 되었으며, 공급된 오일의 일부는 밀봉소재를 지나서 오일층(171)을 형성하는 오일 챔버내에 수집됨을 특징으로 하는 콤프레사.
청구범위 제8항에서, 밀봉소재(158)를 지나가는 오일이 배출 압력하에 있음을 특징으로 하는 콤프레사.