WO2016010309A1 - 스크롤 팽창기 - Google Patents

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WO2016010309A1
WO2016010309A1 PCT/KR2015/007186 KR2015007186W WO2016010309A1 WO 2016010309 A1 WO2016010309 A1 WO 2016010309A1 KR 2015007186 W KR2015007186 W KR 2015007186W WO 2016010309 A1 WO2016010309 A1 WO 2016010309A1
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WO
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scroll
chamber
discharge
pressure chamber
working fluid
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/007186
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English (en)
French (fr)
Inventor
원종보
곽정명
신정식
안용남
Original Assignee
한온시스템 주식회사
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01C13/04—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby for driving pumps or compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents

Definitions

  • the present invention relates to a scroll inflator, and more particularly, the inlet and outlet of the asymmetrical scroll in close proximity to the inlet and outlet of the inflator, respectively, to minimize the flow loss and temperature rise of the working fluid and to increase the volume and thermal insulation efficiency of the inflator.
  • the present invention relates to a scroll expander which can reduce frictional loss through lubrication of various frictional portions including the anti-rotation mechanism and the bearing located inside the back pressure chamber by communicating between the expansion chamber of the scroll and the back pressure chamber.
  • an expander corresponds to a device for recovering and utilizing thermal energy of a working fluid.
  • the scroll type expander reversely rotates the scroll-shaped fluid machine, which is used for the conventional compressor, to lower the pressure and temperature of the working fluid to recover waste heat such as a power generation system, and regenerate it with necessary energy. Used for
  • the scroll expander has a casing (10), a fixed scroll (20), a rotating scroll (30), a rotating shaft (40), an eccentric shaft (50), a bearing (60), and a rotating prevention mechanism. It comprises 70.
  • the suction chamber 80 is formed to be in communication with the suction port 12 on the center of the involute teeth of the fixed scroll 20 and the swing scroll (30).
  • the expansion chamber 82 is formed to be in communication with the suction chamber 80 between the fixed scroll 20 and the involute teeth of the swing scroll 30.
  • the discharge chamber 84 is formed in communication with the expansion chamber at the outermost portion of the edge of the involute tooth of the fixed scroll 20 and the swing scroll 30.
  • the back pressure chamber 86 is formed on the rear surface of the turning scroll 30 to finally discharge the working fluid provided from the expansion chamber 82 to the outside through the discharge port 14.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned matters, and the inlet and outlet of the asymmetrical scroll are disposed close to the inlet and outlet of the inflator, respectively, so that the internal flow path for the working fluid is the smallest path in the inflator.
  • the purpose of the present invention is to provide a scroll expander capable of minimizing flow loss and temperature rise and improving the volume and thermal insulation efficiency of the expander.
  • the diameter of the inflow passage is characterized in that it is set smaller than the diameter of the discharge passage.
  • the inflow passage is formed on the upper portion of the rotating scroll around the rotation axis
  • the discharge passage is characterized in that formed on the lower portion of the rotating scroll around the rotation axis.
  • the scroll expander according to the present invention has an asymmetrical structure in which the inlet and the outlet for the entry and exit of the working fluid are arranged in a single quantity between the fixed scroll and the swinging scroll, respectively, and the inlet and the outlet of the scroll are respectively provided at the inlet and the outlet of the inflator.
  • FIG. 4 is a front view showing the arrangement of the outlet to the inlet of the scroll in the asymmetrical scroll expander according to an embodiment of the present invention.
  • the casing 10 is made of a structure that is divided into a plurality of mutually coupled for convenience of assembly.
  • the casing 10 has a suction port 12 for inflow of the working fluid toward the center of the rotary shaft 40 at one front end, and discharges the working fluid to the lower side based on the center of the rotary shaft 40.
  • a discharge port 14 for forming is formed at one end portion.
  • the suction chamber 80 is a space for storing the working fluid sucked to the outside of the casing 10
  • the expansion chamber 82 is a space for expanding the working fluid provided to the suction chamber 80
  • the discharge chamber 84 is a space for discharging the working fluid expanded through the expansion chamber 82 to the outside
  • the back pressure chamber 86 is in close contact with the swing scroll 30 in the direction of the fixed scroll (20). This corresponds to the space where the appropriate pressure is established.
  • the rotary shaft 40 is configured to rotate by receiving a driving force provided from the outside, is installed through the inner center of the casing 10, and is coupled to the eccentric shaft 50 at one end.
  • a shaft center of the eccentric shaft 50 is coupled to the shaft center of the orbiting scroll 30. Accordingly, the rotation shaft 40 flows into the suction chamber 80 by allowing the pivoting scroll 30 to revolve in an eccentric position with respect to the fixed scroll 20 via the eccentric shaft 50.
  • the working fluid can be discharged to the outside through the discharge port 14 through the expansion chamber 82 and the discharge chamber 84 finally.
  • the rotary shaft 40 is provided with an eccentric bush (not shown) between the eccentric shaft 50 is configured to reduce the friction therebetween.
  • the rotation shaft 40 is axially supported through the bearing 60 in the casing 10. Accordingly, the rotating shaft 40 can be smoothly rotated inside the casing 10 through the shaft support by the bearing 60, the rotation by the rotating shaft 40 is the eccentric shaft 50 Through it can be provided to the turning scroll (30).
  • the inflow passage 26a is formed to penetrate the upper portion of the pivoting scroll 30 in the thickness direction with respect to the center of the rotation shaft 40, and the discharge passage 26b passes through the rotation shaft 40. It is formed to penetrate the lower portion of the turning scroll 30 in the thickness direction to the center.
  • the present invention relates to a scroll inflator, and more particularly, the inlet and outlet of the asymmetrical scroll in close proximity to the inlet and outlet of the inflator, respectively, to minimize the flow loss and temperature rise of the working fluid and to increase the volume and thermal insulation efficiency of the inflator.
  • the present invention relates to a scroll expander which can reduce frictional loss through lubrication of various frictional portions including the anti-rotation mechanism and the bearing located inside the back pressure chamber by communicating between the expansion chamber of the scroll and the back pressure chamber.

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Abstract

비대칭형 스크롤의 입구와 출구를 팽창기의 흡입구와 토출구에 각각 근접하게 배치하여 유로손실과 온도상승을 최소화하고 팽창기의 체적 및 단열효율을 향상시키며, 스크롤의 팽창실과 배압실 사이를 연통시켜 배압실의 내부에 위치한 자전방지기구와 베어링을 비롯한 각종 마찰부위에 대한 원활한 윤활을 제공하여 마찰에 의한 손실을 줄일 수 있는 스크롤 팽창기를 개시한다. 전술한 스크롤 팽창기는 작동유체의 흡입과 토출을 위한 흡입구(12)와 토출구(14)를 갖춘 케이싱(10), 상기 케이싱(10) 내에서 상기 흡입구(12)와 교통하는 흡입실(80)과, 상기 토출구(14)와 교통하는 토출실(84), 및 상기 흡입실(80)과 상기 토출실(84) 사이에서 팽창실(82)을 형성하는 고정스크롤(20)과 선회스크롤(30), 상기 고정스크롤(20)에 대해 상기 선회스크롤(30)을 편심 상태에서 공전 가능하게 지지하는 회전축(40), 상기 선회스크롤(30)의 배면에서 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30) 사이의 접촉 간극을 조절하는 배압실(86), 및 상기 팽창실(82)과 상기 배압실(86) 사이를 연통시켜 상기 팽창실(82)의 작동유체 중 일부를 상기 배압실(86)에 공급하는 우회경로(26)를 구비한다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 07.10.2015]　스크롤 팽창기
본 발명은 스크롤 팽창기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비대칭형 스크롤의 입구와 출구를 팽창기의 흡입구와 토출구에 각각 근접하게 배치하여 작동유체의 유로손실과 온도상승을 최소화하고 팽창기의 체적 및 단열효율을 향상시키며, 또한 스크롤의 팽창실과 배압실 사이를 연통시켜 배압실의 내부에 위치한 자전방지기구와 베어링을 비롯한 각종 마찰부위에 대한 윤활을 통해 마찰손실을 줄일 수 있는 스크롤 팽창기에 관한 것이다.
일반적으로 팽창기(Expander)는 작동유체가 가지고 있는 열에너지를 회수하여 유용하게 활용하기 위한 장치에 해당한다. 특히, 스크롤형(Scroll Type) 팽창기는 기존의 압축기의 용도로 활용되던 스크롤 형상의 유체기계를 역회전하여 작동유체의 압력과 온도를 낮춰 발전 시스템 등과 같이 폐열을 회수하여 필요한 에너지로 재생할 수 있는 설비에 이용된다.
종래, 스크롤형 팽창기는 도 1에 도시된 바와 같이 케이싱(10), 고정스크롤(20), 선회스크롤(30), 회전축(40), 편심축(50), 베어링(60), 및 자전방지기구(70)를 포함하여 구성된다.
상기 케이싱(10)은 다수로 분할되어 조립되는 구조로 이루어지고, 일측에 상기 회전축(40)의 중심부위를 향해 작동유체의 유입을 위한 흡입구(12)를 형성하고, 작동유체의 배출을 위한 토출구(14)는 상기 케이싱(10)의 상부에 형성된다.
상기 고정스크롤(20)은 상기 케이싱(10)의 내부에서 일측에 위치하도록 설치되고, 상기 선회스크롤(30)은 상기 케이싱(10)의 내부에서 상기 고정스크롤(20)과 조립 가능한 위치로 설치된다. 이때, 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)은 상호 치결합 가능한 인볼류트 치형을 형성한다. 상기 흡입구(12)는 상기 고정스크롤(20)의 인볼류트 치형의 중심부위에서 상기 회전축(40)의 배치방향을 따라 형성된다.
상기 회전축(40)은 전동기와 같은 동력원으로부터 제공되는 구동력에 의해 회전하도록 구성되는 것으로, 도 1에 도시된 회전축(40)은 전동기를 포함하는 구성으로 이루어진다. 또한, 상기 회전축(40)은 상기 케이싱(10)의 내부 중심부위를 관통하여 설치되고, 일단부에 상기 편심축(50)과 결합된다. 상기 편심축(50)의 축 중심은 상기 선회스크롤(30)의 축 중심부위에 결합된다. 이 경우, 상기 회전축(40)은 편심부시(미도시)를 매개로 상기 편심축(50)과 결합되므로 이들 사이에서 발생하는 마찰을 효과적으로 줄일 수 있게 된다.
상기 베어링(60)은 상기 케이싱(10)의 내부에서 상기 회전축(40)을 축 지지하도록 설치된다. 이에 따라 상기 회전축(40)은 상기 베어링(60)에 의한 축 지지를 통해 상기 케이싱(10)의 내부에서 원활하게 회전할 수 있게 되고, 상기 회전축(40)에 의한 회전은 상기 편심축(50)을 통해 상기 선회스크롤(30)로 제공될 수 있게 된다.
상기 자전방지기구(70)는 상기 선회스크롤(30)의 배면에서 상기 고정스크롤(20)에 대한 상기 선회스크롤(30)의 공전만을 허용하도록 구성되어 설치된다. 즉, 상기 자전방지기구(70)는 상기 고정스크롤(20)에 대한 상기 선회스크롤(30)의 자전을 인위적으로 제한함으로써 작동유체의 팽창이 원활하게 이루어질 수 있게 하는 역할을 담당한다.
한편, 흡입실(80)은 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)의 인볼류트 치형 중심부위에서 상기 흡입구(12)와 교통 가능하게 형성된다. 팽창실(82)은 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)의 인볼류트 치형 사이에서 상기 흡입실(80)과 교통 가능하게 형성된다. 토출실(84)은 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)의 인볼류트 치형의 가장자리 최외곽 부위에서 상기 팽창실과 교통하게 형성된다. 배압실(86)은 상기 선회스크롤(30)의 배면에 형성되어 상기 팽창실(82)로부터 제공된 작동유체를 최종적으로 상기 토출구(14)를 통해 외부로 배출하게 된다.
이를 위해, 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 인볼류트 치형의 중심부위에 상기 흡입구(12)와 교통 가능한 형태로 이루어져 상기 팽창실(82)의 내부로 작동유체의 유입을 안내하기 위한 입구(22)를 형성한다. 또한, 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)은 각각의 인볼류트 치형의 최외곽에 위치한 종단부에 작동유체의 배출을 위한 출구(24)를 형성한다.
이 경우, 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)은 모두 인볼류트 치형을 동일한 형태로 구성하여 조립시 대칭형의 구조를 이루게 된다. 이 결과, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스크롤의 입구(22)는 인볼류트 치형의 중심부에 단일의 개소로 형성되는 반면에, 상기 스크롤의 출구(24)는 인볼류트 치형의 최외곽 가장자리부위에서 상호 대향하는 위치로 2군데의 위치로 형성된다.
그런데 상기와 같은 구성의 종래 대칭형 스크롤 팽창기는 상기 입구(22)를 통해 인볼류트 치형의 내부로 유입된 작동유체가 최종적으로 상기 출구(24)를 통해 인볼류트 치형의 외부로 배출될 때, 서로 다른 2개의 경로(도 2에서 스크롤을 중심으로 상하방향으로 각각 분기되는 2개의 화살표), 특히 상기 입구(22)를 중심으로 방사상으로 상호 대칭되는 서로 다른 경로를 거친 다음 상기 단일의 토출구(14)를 통해 외부로 배출될 수밖에 없는 구조이다.
이 결과, 종래 대칭형 스크롤 팽창기에서 작동유체는 팽창후 외부로 토출되는 전 과정에서 상기 케이싱(10)의 내부 공간을 이동하는 경로가 스크롤의 전 둘레를 거치는 긴 경로를 통해 상기 토출구(14)에 이르게 되므로 필요 이상으로 길어질 수밖에 없고, 이러한 과정에서는 유로에 의한 불필요한 손실이 발생하게 된다. 또한, 스크롤을 거쳐 팽창된 작동유체 중 일부는 상기 배압실(86)을 통해 상기 토출구(14)에 이르게 되므로, 이 과정에서 작동유체는 상기 배압실(86)의 내부에서 전동기를 포함한 주변기기에 의한 전열에 의해 온도가 상승하게 되므로 팽창기의 체적 및 단열 효율을 낮추는 문제를 유발하게 된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 비대칭형 스크롤의 입구와 출구를 팽창기의 흡입구와 토출구에 각각 근접하게 배치하여 작동유체에 대한 내부 유동경로를 팽창기의 내부에서 최소의 경로로 한정함으로써 유로손실과 온도상승을 최소화하고 팽창기의 체적 및 단열효율을 향상시킬 수 있는 스크롤 팽창기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 스크롤의 팽창실과 배압실 사이를 연통시켜 배압실의 내부에 위치한 자전방지기구와 베어링을 비롯한 각종 마찰부위에 대한 원활한 윤활을 제공함으로써 마찰에 의한 손실을 줄일 수 있는 스크롤 팽창기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 작동유체의 흡입과 토출을 위한 흡입구와 토출구를 각각 갖춘 케이싱, 상기 케이싱 내에서 인볼류트 치형을 갖추고서 상기 흡입구와 교통하는 흡입실과, 상기 토출구와 교통하는 토출실을 각각 구비하는 고정스크롤, 상기 고정스크롤의 인볼류트 치형과 대응하는 인볼류트 치형을 갖추고서 상기 고정스크롤에 대해 공전하여 팽창실의 용적을 변화시키는 선회스크롤, 상기 고정스크롤에 대해 상기 선회스크롤을 편심 상태에서 공전 가능하게 지지하는 회전축, 상기 선회스크롤의 배면에 형성되어 상기 고정스크롤과 상기 선회스크롤 사이의 접촉 간극을 조절하는 배압실, 및 상기 팽창실과 상기 배압실 사이를 교통 가능하게 하여 상기 팽창실 내부의 작동유체 중 일부를 상기 배압실에 제공하는 자연낙하 방식의 우회경로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 우회경로는 상기 선회스크롤을 두께방향으로 관통하여 상기 팽창실 내부의 작동유체를 상기 배압실로 제공하는 유입통로, 및 상기 유입통로로부터 상기 회전축을 중심으로 대향하는 위치에서 상기 선회스크롤을 두께방향으로 관통하여 상기 배압실 내부의 작동유체를 상기 토출실로 제공하는 배출통로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 유입통로의 직경은 상기 배출통로의 직경 보다 작게 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 유입통로는 상기 회전축을 중심으로 상기 선회스크롤의 상측부위에 형성되고, 상기 배출통로는 상기 회전축을 중심으로 상기 선회스크롤의 하측부위에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 고정스크롤과 상기 선회스크롤은 입구와 출구를 각각 단일의 개소로 형성하는 비대칭형 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 입구는 상기 회전축의 중심에서 상기 흡입구와 동축방향으로 인접하게 배치되고, 상기 출구는 상기 회전축을 중심으로 상기 선회스크롤의 하측에서 상기 토출구와 동축방향으로 인접하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 상기 고정스크롤의 인볼류트 치형의 외측 종단부는 상기 선회스크롤의 인볼류트 치형의 외측 종단부에 비해 180도 내지 225도의 구간에 걸쳐 인볼류트 치형의 구조로 더 길게 연장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스크롤 팽창기는 고정스크롤과 선회스크롤 사이에서 작동유체의 출입을 위한 입구와 출구를 각각 단일의 수량으로 배치하는 비대칭형 구조로 이루어지면서 스크롤의 입구와 출구를 각각 팽창기의 흡입구와 토출구에 근접하게 배치하고 스크롤의 팽창실과 배압실 사이를 상호 교통 가능하게 구성함으로써, 작동유체가 팽창하는 과정에서 팽창기 내에서 불필요한 경로를 거치지 않고 유동할 수 있으므로, 유로에 의한 손실과 주변의 열원 기기에 의한 전열로부터 수반되는 작동유체의 온도상승을 각각 최소화할 수 있고, 이와 함께 팽창기의 체적효율과 단열효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 구현한다.
또한, 본 발명은 스크롤의 팽창실과 배압실 사이의 연통 구조에 의해 선회스크롤의 후방에 위치한 배압실 내에서 선회스크롤의 자전을 방지하기 위한 관련 기구와 회전축을 축 지지하기 위한 베어링 등의 각종 마찰요소에 대한 원활한 윤활을 달성할 수 있으므로 마찰에 의한 팽창기의 손실을 보다 적극적으로 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래 스크롤 팽창기의 주요 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래 스크롤 팽창기에서 대칭형 스크롤의 입구에 대한 출구를 배치구조를 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭형 스크롤 팽창기의 구성을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비대칭형 스크롤 팽창기에서 스크롤의 입구에 대한 출구의 배치구조를 도시한 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭형 스크롤 팽창기의 구성을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비대칭형 스크롤 팽창기에서 스크롤의 입구에 대한 출구의 배치구조를 도시한 정면도이다. 도 3과 도 4를 각각 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 팽창기는 케이싱(10), 고정스크롤(20), 선회스크롤(30), 회전축(40), 편심축(50), 베어링(60), 및 자전방지기구(70)를 포함하여 구성된다.
상기 케이싱(10)은 조립의 편의를 위해 다수로 분할되어 상호 결합되는 구조로 이루어진다. 상기 케이싱(10)은 상기 회전축(40)의 중심부위를 향해 작동유체의 유입을 위한 흡입구(12)를 일측 선단부위에 형성하고, 상기 회전축(40)의 중심을 기준으로 하측에 작동유체의 배출을 위한 토출구(14)를 일측 선단부위에 형성한다.
상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)은 본 발명의 스크롤 팽창기를 구성하는 주요 부품으로, 각각 인볼류트 치형을 형성한다. 상기 고정스크롤(20)은 인볼류트 치형의 중심부위에 상기 흡입구(12)와의 교통을 위한 입구(22)를 형성한다. 상기 고정스크롤(20)은 인볼류트 치형의 외곽 가장자리부위에 상기 토출구(14)와의 교통을 위한 출구(24)를 형성한다.
또한, 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)은 각각의 인볼류트 치형의 중심부위에 상기 입구(22)와 교통 가능한 흡입실(80)을 형성한다. 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)은 각각의 인볼류트 치형 사이에서 작동유체를 점진적으로 팽창하기 위한 팽창실(82)을 형성한다. 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)은 각각의 인볼류트 치형의 가장자리 최외곽부위에 상기 팽창실과 교통하는 토출실(84)을 형성한다. 즉, 상기 토출실(84)은 상기 팽창실(82)로부터 제공된 작동유체를 최종적으로 상기 토출구(14)를 통해 외부로 배출하게 된다. 또한, 상기 선회스크롤(30)은 배면에 배압실(86)을 형성한다.
이때, 상기 흡입실(80)과 상기 토출실(84)은 각각 상기 케이싱(10)의 흡입구(12)와 토출구(14)에 인접하게 배치되어 작동유체에 의한 유동경로를 최소화하도록 구성된다. 이에 따라, 스크롤 팽창기의 내부를 유동하는 작동유체에 대한 유로손실은 최소화될 수 있게 된다.
상기 흡입실(80)은 상기 케이싱(10)의 외부로 흡입되는 작동유체를 저장하는 공간이고, 상기 팽창실(82)은 상기 흡입실(80)로 제공되는 작동유체를 팽창시키는 공간이며, 상기 토출실(84)은 상기 팽창실(82)을 거쳐 팽창되는 작동유체를 외부로 배출하는 공간이고, 상기 배압실(86)은 상기 선회스크롤(30)을 상기 고정스크롤(20) 방향으로 밀착시키도록 적정의 압력이 조성되는 공간에 해당한다.
상기 회전축(40)은 외부로부터 제공되는 구동력을 전달받아 회전하도록 구성되는 것으로, 상기 케이싱(10)의 내부 중심부위를 관통하여 설치되고, 일단부에 상기 편심축(50)과 결합된다. 상기 편심축(50)의 축 중심은 상기 선회스크롤(30)의 축 중심부위에 결합된다. 이에 따라, 상기 회전축(40)은 상기 편심축(50)을 매개로 상기 선회스크롤(30)을 상기 고정스크롤(20)에 대해 편심된 위치에서 공전 가능하게 함으로써, 상기 흡입실(80)로 유입된 작동유체는 상기 팽창실(82)과 상기 토출실(84)을 거쳐 최종적으로 상기 토출구(14)를 통해 외부로 배출될 수 있게 된다.
이 경우, 상기 회전축(40)은 상기 편심축(50)과의 사이에 편심부시(미도시)를 설치하고 있어 이들 사이의 마찰을 줄일 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 회전축(40)은 상기 케이싱(10)의 내부에서 상기 베어링(60)을 매개로 축 지지된다. 이에 따라 상기 회전축(40)은 상기 베어링(60)에 의한 축 지지를 통해 상기 케이싱(10)의 내부에서 원활하게 회전할 수 있게 되고, 상기 회전축(40)에 의한 회전은 상기 편심축(50)을 통해 상기 선회스크롤(30)로 제공될 수 있게 된다.
상기 자전방지기구(70)는 상기 선회스크롤(30)의 배면에서 상기 고정스크롤(20)에 대한 상기 선회스크롤(30)의 공전만을 허용하도록 구성되어 설치된다. 즉, 상기 자전방지기구(70)는 상기 고정스크롤(20)에 대한 상기 선회스크롤(30)의 자전을 인위적으로 제한함으로써 작동유체의 팽창이 원활하게 이루어질 수 있게 하는 역할을 담당한다.
이 결과, 상기 선회스크롤(30)은 상기 자전방지기구(70)를 매개로 상기 고정스크롤(20)에 대해 자전하지 않고 공전만을 할 수 있게 되고, 이를 통해 작동유체는 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)의 인볼류트 치형 사이의 공간에서 원활하게 팽창될 수 있게 된다. 또한, 상기 베어링(60)과 상기 자전방지기구(70)는 각각 상기 배압실(86)의 내부 공간에 위치하도록 구성된다.
*한편, 상기 팽창실(82)과 상기 배압실(86) 사이는 우회경로(26)를 매개로 하여 상기 팽창실(82) 내부의 작동유체 중 일부를 상기 배압실(86)로 제공할 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 팽창실(82)은 상기 우회경로(26)의 형성을 통해 상기 배압실(86)과 교통 가능하게 구성된다. 이에 따라, 상기 우회경로(26)를 통해 상기 배압실(86)로 유입된 작동유체는 상기 배압실(86)의 내부에서 상기 베어링(60)과 상기 자전방지기구(70) 등을 비롯한 각종 마찰부위에 대한 원활한 윤활 작용을 수행할 수 있게 된다.
이 경우, 상기 우회경로(26)는 중력에 의한 자연스러운 낙하 방식으로 상기 배압실(86)의 내부로 작동유체 중 일부를 공급할 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 우회경로(26)는 상기 선회스크롤(30)을 두께방향으로 관통하여 상기 팽창실(82) 내부의 작동유체 중 일부를 상기 배압실(86)로 제공하기 위한 유입통로(26a), 상기 선회스크롤(30)을 두께방향으로 관통하여 상기 배압실(86) 내부의 작동유체를 상기 토출실(84)로 제공하기 위한 배출통로(26b)를 구비한다. 부연하자면, 상기 유입통로(26a)는 상기 팽창실(82)로부터 상기 선회스크롤(30)을 관통하여 상기 배압실(86)에 이르도록 형성되고, 상기 배출통로(26b)는 상기 배압실(86)로부터 상기 선회스크롤(30)을 관통하여 상기 토출실(84)에 이르도록 형성된다.
이때, 상기 유입통로(26a)의 직경은 상기 배출통로(26b)의 직경 보다 작게 설정된다. 즉, 상기 팽창실(82)을 통해 상기 배압실(86)로 유입되는 작동유체의 압력이 상기 배압실(86)로부터 상기 토출실(84)로 배출되는 작동유체의 압력 보다 더 크기 때문에 이와 같은 직경의 차이를 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 유입통로(26a)를 통해 상기 배압실(86)로 제공되는 작동유체는 상기 배출통로(26b)를 통해 상기 토출실(84)로 방출되는 작동유체에 비해 압력이 높은 상태이므로 보다 자연스러운 작동유체의 유입과 배출을 가능하게 한다. 아울러, 상기 유입통로(26a)와 상기 배출통로(26b)의 직경 또는 수량은 작동유체에 의한 윤활 성능에 따라 가변적으로 조절될 수 있다.
또한, 상기 유입통로(26a)는 상기 회전축(40)의 중심을 기준으로 상기 선회스크롤(30)의 상측부위를 두께방향으로 관통하도록 형성되고, 상기 배출통로(26b)는 상기 회전축(40)을 중심으로 상기 선회스크롤(30)의 하측부위를 두께방향으로 관통하도록 형성된다.
특히, 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)은 비대칭형의 구조로 이루어지는 바, 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30) 사이의 입구(22)는 상기 회전축(40)의 중심에서 상기 흡입구(12)와 동축방향으로 인접한 위치에 배치되도록 형성되고, 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30) 사이의 출구(24)는 상기 회전축(40)을 중심으로 상기 선회스크롤(30)의 하측에서 상기 토출구(14)와 동축방향으로 인접한 위치에 배치되도록 형성된다. 즉, 상기 입구(22)는 상기 고정스크롤(20)의 인볼류트 치형의 중심 종단부와 상기 선회스크롤(30)의 인볼류트 치형의 중심 종단부 사이에서 단일의 개소에 위치하도록 형성되고, 상기 출구(24)는 상기 고정스크롤(20)의 인볼류트 치형의 외측 종단부와 상기 선회스크롤(30)의 인볼류트 치형의 외측 종단부 사이에서 역시 단일의 개소에 위치하도록 형성된다.
이를 위해, 상기 고정스크롤(20)의 외측 인볼류트 치형의 종단부는 상기 선회스크롤(30)의 외측 인볼류트 치형의 종단부에 비해 상기 흡입실(80)의 중심, 즉 상기 입구(22)를 중심을 기준으로 180도 내지 225도의 구간에 걸쳐 인볼류트 치형의 구조로서 더 길게 연장되는 형태로 이루어진다. 또한, 상기 출구(24)는 상기 회전축(40)을 중심으로 하측부위에 위치하도록 설정되어 있어, 상기 출구(24)는 상기 토출실(84)을 경유하여 상기 토출구(14)에 직접적으로 교통 가능하게 구성된다.
따라서 본 발명에 따른 스크롤 팽창기는 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30) 사이에서 작동유체의 출입을 위한 입구(22)와 출구(24)를 각각 단일의 수량으로 배치하는 비대칭형의 구조로 구현하면서 상기 스크롤의 입구(22)와 출구(24)를 각각 상기 팽창기의 흡입구(12)와 토출구(14)에 근접하게 배치하고, 특히 상기 스크롤의 팽창실(82)과 배압실(86) 사이와 상호 교통 가능하게 구성할 수 있으므로, 작동유체는 팽창 과정에서 팽창기의 내부에서 불필요한 유동경로를 거치지 않고 최소한의 경로를 따라 유동할 수 있게 된다. 즉, 작동유체는 상기 입구(22)를 통해 스크롤의 흡입실(80) 내로 유입된 상태에서 팽창실(82)을 거친 후, 상기 단일의 출구(24)를 통해 토출실(84)로 배출된다. 이어, 작동유체는 상기 토출실(84)과 인접한 토출구(14)를 통해 외부로 공급될 수 있으므로 유동하는 전체 경로를 기존 대비 크게 단축될 수 있게 된다.(도 3에 도시된 실선 화살표)
이 결과, 본 발명의 스크롤 팽창기는 작동유체의 유동을 위한 유로의 최소 배치를 통해 유로에 의한 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 주변의 열원 기기로부터 전열되는 열 흡수의 정도를 줄여 작동유체의 온도상승을 최소화할 수 있고, 이와 더불어 팽창기의 체적효율과 단열효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 본 발명은 스크롤의 팽창실(82)과 배압실(86) 사이에서 우회경로(26)를 이용한 연통 구조에 의해 선회스크롤(30)의 후방에 위치한 배압실(86)의 내부로 작동유체 중 일부를 공급할 수 있으므로, 선회스크롤(30)의 자전을 방지하기 위한 자전방지기구(70)를 비롯하여 회전축(40)을 축 지지하기 위한 베어링(60)과 같은 각종 마찰요소에 대한 원활한 윤활을 구현할 수 있고, 이를 통해 마찰에 의해 수반되는 팽창기의 손실을 보다 적극적으로 예방할 수 있게 된다.
이 경우, 상기 우회경로(26)는 상기 회전축(40)을 중심으로 상부에서 상기 선회스크롤(30)을 관통하는 유입통로(26a)의 형성과 함께, 상기 회전축(40)을 중심으로 하부에서 상기 선회스크롤(30)을 관통하는 배출통로(26b)의 형성을 통해 보다 원활한 작동유체의 유동을 도모할 수 있게 된다. 즉, 작동유체는 상기 유입통로(26a)를 통해 상기 배압실(86)의 내부로 유입된 다음 중력에 의한 자연스러운 낙하를 통해 상기 베어링(60)과 상기 자전방지기구(70) 등의 각종 마찰부위 전체를 경유하게 된다. 이후 작동유체는 상기 배출통로(26b)를 거쳐 상기 토출실(84)을 이동한 다음 최종적으로 상기 토출구(14)를 통해 외부로 배출될 수 있게 된다.(도 3에 도시된 점선 화살표)
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명은 스크롤 팽창기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비대칭형 스크롤의 입구와 출구를 팽창기의 흡입구와 토출구에 각각 근접하게 배치하여 작동유체의 유로손실과 온도상승을 최소화하고 팽창기의 체적 및 단열효율을 향상시키며, 또한 스크롤의 팽창실과 배압실 사이를 연통시켜 배압실의 내부에 위치한 자전방지기구와 베어링을 비롯한 각종 마찰부위에 대한 윤활을 통해 마찰손실을 줄일 수 있는 스크롤 팽창기에 관한 것이다.

Claims (7)

  1. 작동유체의 흡입과 토출을 위한 흡입구(12)와 토출구(14)를 갖춘 케이싱(10);
    상기 케이싱(10) 내에서 상기 흡입구(12)와 교통하는 흡입실(80)과, 상기 토출구(14)와 교통하는 토출실(84), 및 상기 흡입실(80)과 상기 토출실(84) 사이에서 팽창실(82)을 형성하는 고정스크롤(20)과 선회스크롤(30);
    상기 고정스크롤(20)에 대해 상기 선회스크롤(30)을 편심 상태에서 공전 가능하게 지지하는 회전축(40);
    상기 선회스크롤(30)의 배면에서 상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30) 사이의 접촉 간극을 조절하는 배압실(86); 및
    상기 팽창실(82)과 상기 배압실(86) 사이를 연통시켜 상기 팽창실(82)의 작동유체 중 일부를 상기 배압실(86)에 자연낙하 방식으로 공급하는 우회경로(26)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 우회경로(26)는,
    상기 선회스크롤(30)을 관통하여 상기 배압실(86)에 이르도록 형성되는 유입통로(26a); 및
    상기 유입통로(26a)로부터 상기 회전축을 중심으로 대향하는 위치에서 상기 선회스크롤(30)을 관통하여 상기 토출실(84)에 이르도록 형성되는 배출통로(26b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유입통로(26a)의 직경은 상기 배출통로(26b)의 직경 보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 유입통로(26a)는 상기 회전축(40)을 중심으로 상기 선회스크롤(30)의 상측부위에 형성되고, 상기 배출통로(26b)는 상기 회전축(40)을 중심으로 상기 선회스크롤(30)의 하측부위에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정스크롤(20)과 상기 선회스크롤(30)은 입구(22)와 출구(24)를 각각 단일의 개소로 형성하는 비대칭형 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 입구(22)는 상기 회전축(40)의 중심에서 상기 흡입구(12)와 동축방향으로 인접하게 배치되고, 상기 출구(24)는 상기 회전축(40)을 중심으로 상기 선회스크롤(30)의 하측에서 상기 토출구(14)와 동축방향으로 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 고정스크롤(20)의 인볼류트 치형의 외측 종단부는 상기 선회스크롤(30)의 인볼류트 치형의 외측 종단부에 비해 180도 내지 225도의 구간에 걸쳐 인볼류트 치형의 구조로서 더 길게 연장되는 것을 특징으로 하는 스크롤 팽창기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114458595B (zh) * 2022-02-23 2024-01-16 珠海凌达压缩机有限公司 一种容积可调的涡旋盘机构及涡旋压缩机

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003307188A (ja) * 2002-04-12 2003-10-31 Anest Iwata Corp 圧縮部と膨張部を備えたスクロール式流体機械
JP2003343203A (ja) * 2002-05-30 2003-12-03 Anest Iwata Corp 圧縮部と膨張部を備えたスクロール式流体機械
JP2006258093A (ja) * 2005-02-18 2006-09-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd スクロール膨張機
JP2008088854A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Daikin Ind Ltd スクロール型膨張機
JP2010138749A (ja) * 2008-12-10 2010-06-24 Sanden Corp スクロール型流体機械

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003307188A (ja) * 2002-04-12 2003-10-31 Anest Iwata Corp 圧縮部と膨張部を備えたスクロール式流体機械
JP2003343203A (ja) * 2002-05-30 2003-12-03 Anest Iwata Corp 圧縮部と膨張部を備えたスクロール式流体機械
JP2006258093A (ja) * 2005-02-18 2006-09-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd スクロール膨張機
JP2008088854A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Daikin Ind Ltd スクロール型膨張機
JP2010138749A (ja) * 2008-12-10 2010-06-24 Sanden Corp スクロール型流体機械

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