KR0175183B1

KR0175183B1 - 유체기계

Info

Publication number: KR0175183B1
Application number: KR1019950027374A
Authority: KR
Inventors: 히로츠그 사카타; 마사유키 오쿠다
Original assignee: 사토 후미오; 가부시키가이샤 도시바
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1999-03-20
Also published as: KR960011139A; CN1127848A; US5603614A; CN1061742C; TW330969B

Abstract

본 발명은 유체기계에 관한 것으로, 외부둘레에서 중심부를 향해 나선형상으로 솟아오르는 단면이 계단형상인 외측 맞물린 면(23)을 가지는 제1스파이럴(15)과, 상기 제1스파이럴(15)과 상대적으로 나선 운동함과 동시에 단면 계단형상으로 형성된 나선형상의 내측 맞물린 면(17)을 가지는 제2스파이럴(13)로 이루어지고 제1스파이럴(15)의 외측 맞물린 면(23)과, 제2스파이럴(13)의 내측 맞물린 면(7)과 맞물리고, 외부둘레에서 중심부를 향해 용적의 감소를 동반하는 압축실(25)을 형성하는 압축기구부(5)를 구비하고 상기 제1스파이럴(15)측의 외측 맞물린 면(23)의 단계면과, 제2스파이럴(13)측의 내측 맞물린 면(17)과 맞물린 면(17)의 계단면과의 사이에 밀봉부재(31)를 설치해서 압축실을 밀봉하여 압축기 혹은 펌프로서 적합하고, 압축과정을 자유롭게 설계할 수 있도록 함과 동시에 가공성을 향상시키고 높은 압축률을 확보하는 것을 특징으로 한다.

Description

유체기계

제1도는 본 발명에 따른 압축기구부의 절단된 단면도.

제2도는 선회 스파이럴의 평면도.

제3도는 고정 스파이럴과 선회 스파이럴이 맞물린 상태를 나타내는 설명도.

제4도는 유체기계 전체의 절단된 단면도.

제5도는 선회 스파이럴에 작용하는 가스 부하점의 설명도.

제6도는 압축과정을 나타낸 설명도.

제7도는 압축기구부를 윤활유내에 접하게 한 제4도와 동일한 절단된 단면도.

제8도는 밀폐 케이스내에 흡입가스로 가득채운 실시예를 나타낸 제4도와 동일한 절단된 단면도.

제9도는 제8도의 구동 모터와 압축기구부의 배치의 변형예를 나타낸 제8도와 동일한 절단된 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

13 : 제2스파이럴(고정 스파이럴) 15 : 제1스파이럴(선회 스파이럴)

17 : 내측 맞물린 면 23 : 외측 맞물린 면

25 : 압축실 31 : 밀봉부재

본 발명은 유체기계에 관한 것으로서, 구체적으로 압축기 또는 펌프로서적합한 유체기계에 관한 것이다.

종래 압축기로서 본 발명에 가장 근접한 대표적인 예로는 스크롤 압축기가 있다.

스크롤 압축기는 대략 고정 스크롤측의 소용돌이체와, 선회 스크롤측의 소용돌이체를 물리게 하고 선회 스크롤을 선회 운동시킴으로써 외부둘레에서 중심을 향해 차례로 용적을 감소시키는 압축실을 형성하고 압축된 작동유체는 중심부측에 설치된 토출포트로부터 토출되는 구조로 이루어져 있다.

스크롤 압축기는 반경방향으로 외측에서 중심부를 향해 압축하고 선회 스크롤의 반경에 따라 압축용적이 결정되기 때문에 압축용적을 크게 하면 장치전체도 대형화된다. 또한 각 소용돌이체는 내측과 외측이 각각 접촉하는 내측 맞물린 면 및 외측 맞물린 면이 되는 곳에서, 각 소용돌이체의 내부둘레에 맞물린 면과 외부둘레에 맞물린 면을 각각 정밀도 좋게 가공할 필요가 있어서 가공성 면에서 바람직스럽지 않다.

그래서, 본 발명은 대형화시키지 않고, 압축용적의 확대 및 압축효율의 향상이 도모됨과 동시에 가공성 면에서도 상당히 바람직한 유체기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 이루기 위해 본 발명은 첫 번째로 외부둘레에서 중심부를 향해 나선형상으로 솟아오르는 단면이 계단형상인 외측 맞물린 면을 가지는 제1스파이럴과, 상기 제1스파이럴과 상대적으로 나선 운동함과 동시에 단면 계단형상으로 형성된 나선형상의 내측 맞물린 면을 가지는 제2스파이럴로 구성되고, 제1스파이럴의 외측 맞물린 면과, 제2스파이럴의 내측 맞물린 면과 맞물리며, 외부둘레에서 중심부를 향해 용적의 감소를 동반하는 압축실을 형성하는 압축기구부를 구비했다.

두 번째로는 외부둘레에서 중심부를 향해 나선형상으로 솟아오르는 단면이 계단형상이 외측 맞물린 면을 가지고 선회운동 가능한 선회 스파이럴과, 상기 선회 스파이럴의 외측 맞물린 면과 맞물리고 외부둘레에서 중심부를 향해 용적이 감소되는 압축실을 형성함과 동시에 단면이 계단형상으로 형성되어 있는 나선형상의 내측 맞물린 면을 가지는 고정 스파이럴로 이루어지는 압축기구부를 구비하고 상기 선회 스파이럴측의 외측 맞물린 면의 계단면과, 고정 스파이럴측의 내측 맞물린 면의 계단면과의 사이에 밀봉부재를 설치해서 압축실을 밀봉한다.

그리고 바람직한 실시 형태로서 선회 스파이럴에 선회운동을 부여하는 주축의 편심축부를 자유롭게 회전할 수 있도록 끼워 삽입하고 상기 주축에 구동 모터를 전도해서 연결한다.

구동 모터와 압축기구부는 압축기구부를 구동 모터의 상측 또는 하측이 되는 배치로 해도 좋고 또는 유체기계 전체를 밀폐 케이스로 덮고 밀폐케이스내에 흡입가스 또는 토출가스를 채우도록 해도 좋다.

또한, 주축 편심축부에 선회 스파이럴에 작용하는 부하점과 상기 편심축부의 중앙부와 일치하도록 선회 스파이럴의 베어링부를 끼워 삽입되도록 한다.

이러한 유체기계에 의하면, 구동 모터에 의해, 주축 회전동력이 부여됨으로써 선회 스파이럴은 선회운동한다. 이 때 중앙부를 향해 용적의 감소를 동반하는 압축실에 의해 외부둘레로부터 들어간 작동가스는, 중앙부를 향해 상승하면서 압축되어 토출되게 된다. 이 경우 압축실은 반경 방향과, 높이방향에 의해 압축용적이 결정됨과 동시에 높은 압축율이 얻어진다. 또한 운전중의 부하점은 주축 편심축부의 중앙부에 작용하는 결과 선회 스파이럴의 전복모멘트가 작게 억제되어 안정되고 효율 좋은 압축상태가 얻어진다.

[실시예]

다음에, 제1도 내지 제7도를 참조하면서 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

제4도에 있어서 1은 밀폐케이스를 나타내고 밀폐케이스(1)내에는 구동모터(3)와 압축기구부(5)가 배치되어 있다.

구동모터(3)는 회전축(7)에 고정된 로터(9)와 밀폐케이스(1)의 내벽면에 고정 지지된 고정자(11)를 가지고 고정자(11)에 전류가 흐름으로써 로터(9)를 통해 상기 주축(7)에 회전 동력이 부여되도록 한다.

압축기구부(5)는 밀폐케이스(1)에 고정되고 고정 스파이럴(13)과 선회 가능하게 지지된 선회 스파이럴(15)로 구성되며 각각의 중심부에 상기 회전축(7)이 결합하는 주축(29)이 관통하고 있다.

고정 스파이럴(13)의 내측은 나선 계단 형상의 나선실(19)이 형성되어 있고 나선실의 둘레면은 나선의 중심을 향해 반경이 차례로 작아져가는 내측 맞물린 면(17)이 설치되어 있다.

선회 스파이럴(15)의 외측은 나선 중심을 향해 차례로 반경이 작아지는 외측 맞물린 면(23)이 형성된 나선체(21)가 설치되어 있다.

나선체(21)의 외측 맞물린 면(23)은 선회 스파이럴(15)의 선회운동에 의해 고정 스파이럴(13)측의 내측 맞물린 면(17)과 맞물리고 고정 스파이럴(13) 및 선회 스파이럴(15) 사이에 형성되는 용적이 감소해서 압축실(25)이 형성되게 된다.

압축실(25)의 내부에 밀폐케이스(1)의 외부에 연장되어 있는 작동가스 흡입용의 흡입관(27a)에 연이어 통하는 흡입포트(27)를 통해 작동가스를 끌어 들인다. 선회 스파이럴(15)이 선회운동하면 흡입포트로부터 흡입된 작동가스는 제6도에 나타낸 바와 같이 나선 중심을 향해 용적이 감소하고 압력의 상승을 동반하지 않으면서 이동하고 압축된 작동가스는 토출포트(29)로부터 밀폐케이스(1)내에 토출하게 되어 있다. 이 압축된 작동가스는 밀폐케이스에 부착된 토출관(26)으로 토출된다.

이 경우 흡입포트(27) 또는 토출포트(29)에 역방지 밸브(도시하지 않았음)를 설치하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 역운전 정지시에 가스의 역류를 저지하는 것이 가능하게 된다.

또한, 토출포트(29)는 로터(9)의 끝 가장자리와 접근해서 로터(9)의 회전에 의해 토출포트(29)에서 토출되는 토출가스중의 기름 분리를 가능하게 한다.

압축실(25)의 압축용적은 반경방향의 대상과 크기와 함께 선회 피치(H)에 의해 결정된다. 압축실(25)은 밀봉부재(31)에 의해 기체로 채울 수 있게 된다. 이 밀봉부재(31)는 고정 스파이럴(13)의 내측 맞물린 면(17)의 계단면 부분(17a)에 형성된 나선형상으로 연속하는 홈(30)내에 자유롭게 나오거나 들어가게 끼워지고 상기 선회 스파이럴(15)의 나선체(21)의 외측 맞물린 면(23)의 상면(23a)과 탄력적으로 접속하고 있다.

압축기구부(5)를 관통한 상기 주축(29)은 구동모터의 회전(7)과 일체로 형성되고 고정 스파이럴(13)의 주 베어링(35)과 밀폐케이스(1)의 내벽면에 고정 지지된 지지 프레임(37)의 부 베어링(39)에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 양단에 지지되어 있다.

주축(29)에는 중심 축심(W)에 대해 소정량 편심(e)한 편심축부(41)가 설치되어 있다(도면 참조). 편심축부(41)에는 상기 선회 스파이럴(15)의 베어링부(43)가 자유롭게 회전할 수 있도록 끼워져 삽입되고 선회 스파이럴(15)의 베어링부(43), 주 베어링(35), 부 베어링(39)에는 주축(29)의 하단부에 설치된 오일펌프(45)에 의해, 윤활유가 윤활통로(47)를 통해 보내지도록 되어 있다.

주축(29)의 편심축부(41)와 선회 스파이럴(15)의 베어링부(43)는 제5도에 나타낸 바와 같이, 주 베어링(35)(도면 하측) 및 부 베어링(39)(도면 상측)을 연장해서 편심축부(41)측에 근접시켜 가스부하점(F)에 접근하는 한편 가스 부하점(F) 분력의 작용점과 편심축부(41)의 중심부위(P)가 일치하는 관계로 설정되어 있다. 이것에 의해 선회 스크롤(15)에 발생하는 전복모멘트, 세차운전에 의한 압축누설, 국소적인 응력집중이 작게 억제되게 되어 있다.

또한 압축기구(5)를 구성하는 선회 스파이럴(15)과 고정 스파이럴(13)의 방향은 제7도에 나타낸 바와 같이 고정 스파이럴(13)을 아래방향으로 윤활유(48)내에 접하는 배치구조로 하는 것이 가능하다. 이것에 의해 윤활유(48)에 의해 냉각작용 및 소음의 전파를 흡수하는 구동음 흡수작용을 각각 얻을 수 있게 된다.

한편, 선회 스파이럴(15)의 뒷면측에서, 상기 지지프레임(37)과의 사이에는 올덤링 등의 자전 방지기구(49)와 스러스트링(51)이 각각 설치되어 있다.

자전방지기구(51)는 편심축부(41)의 회전시에 선회 스파이럴(15)의 자전을 억제할 수 있고 선회 스파이럴(15)에 선회운동이 부여되게 된다.

스러스트링(51)은 가스통롱(53)를 통해 내측에 토출가스와 외측에 흡입가스가 각각 들어가도록 구분하는 수단으로 되어 있고 선회 스파이럴(15)에 작용하는 스러스트력을 최적의 값으로 균형을 잡도록 가능한다.

이와같이 구성된 유체기계에 의하면 흡입포트(37)에 들어간 작동가스는 선회 스파이럴(15)의 선회운전에 의해 외부둘레에서 중심을 향해 상승하면서 차례로 용적을 감소시키는 압축실(25)에 의해 압축되고 토출포트(29)로부터 밀폐케이스(1)내에 토출된 후 토출관(26)으로부터 외부로 보내지게 된다.

이 운전시에 있어서, 베어링부(43), 주 베어링(35), 부 베어링(39)에는 오일펌프(45)로부터의 윤활유가 공급되고 원활한 회전이 확보된다. 또한 선회 스파이럴(15)은 가스 부하점이 축베어링부(43)의 거의 중앙부위(P)에 작용하는 한편, 스러스트링(51)에 의해 전복모멘트의 발생 및 스러스트력이 작게 억제되는 결과 국부마모, 세차운전이 저지되고 장기간에 걸쳐 안정되고 효율좋은 압축상태가 얻어지게 된다.

제8도는 밀폐케이스내에 흡입가스로 채워진 실시예를 나타낸 것이다.

즉, 밀폐케이스(1)에 흡입관(55)를 설치하는 한편, 고정 스파이럴(13)의 외부둘레에 압축실(25)과 연결되어 통함과 동시에 밀폐케이스(1) 내에 개방된 흡입포트(57)를 중심측에 토출포트(59)를 각각 설치하고 토출포트(59)를 밀폐케이스(1)의 외부에 연장된 토출관(61)과 직접 접속해서 연결되어 통하도록 하는 구조로 한 것이다.

또한, 구동모터(3) 및 압축기구부(5)의 각 기능 부품은 상기 실시예와 동일하기 때문에 동일부호를 달아 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예에 의하면, 운전시에 있어서 흡입관(55)을 통해 흡입가스가 밀폐케이스(1)내에 채워진 결과 흡입가스에 의해 압축기구부(5) 전체의 냉각효율이 대폭으로 개선되게 되고 높은 압축력으로 할 수 있다. 또한 압축가스를 직접 토출관(61)을 통해 보내는 것이 가능하게 되기 때문에 예를 들면 개시가 빠른 난방운전이 실시되게 된다.

이 경우, 제9도에 나타낸 바와 같이 압축기구부(5)를 위쪽으로, 구동모터(3)를 압축기구부(5)의 아래쪽에 배치하는 구조로 함으로써 특히 동절기에 있어서 압축기구부(5)는 외부공기에 의해 냉각된 상태에 있는 윤활유에 관계없이 작동할 수 있어서 보다 신속하게 난방운전을 시작할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 고정 스파이럴(13)에 대해 선회 스파이럴(15)의 관계에 대해 설명했지만 고정, 선회라는 개념을 없애고 제1, 제2스파이럴을 상대적으로 선회운전하는 구성으로 해도 좋다. 또한 유체기계를 펌프로서 사용해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 가진다.

(1) 나선피치에 의해 압축과정을 자유롭게 설계할 수 있다.

(2) 선회 스파이럴측의 외측 맞물린 면과 고정 스파이럴측의 내측 맞물린 면을 정밀도 관리로 할 수 있어 가공성 면에서 상당히 바람직한 것이다.

(3) 압축기구부가 양호한 냉각상태로 얻어진다.

(4) 선회 스파이럴의 불안정한 운전을 방지할 수 있기 때문에 기계손실이 감소하고, 높은 압축율이 얻어짐과 동시에 소음을 억제할 수 있다.

Claims

외부둘레에서 중심부를 향해 나선형상으로 솟아오르는 단면이 계단형상인 외측 맞물린 면을 가지는 제1스파이럴; 상기 제1스파이럴과 상대적으로 나선 운동함과 동시에 단면이 계단형상으로 형성된 나선형상의 내측 맞물린 면을 가지는 제2스파이럴로 이루어지며 제1스파이럴의 외측 맞물린 면; 제2스파이럴의 내측 맞물린 면과 맞물리고 외부둘레에서 중심부를 향해 용적의 감소를 동반하는 압축실을 형성하는 압축기구부를 구비한 것을 특징으로 하는 유체기계.
외부둘레에서 중심부를 향해 나선형상으로 솟아오르는 단면이 계단형상이 외측 맞물린 면을 가지고 선회운동 가능한 선회 스파이럴 및 상기 선회 스파이럴의 외측 맞물린 면과 맞물리고 외부둘레에서 중심부를 향해 용적의 감소를 동반하는 압축실을 형성함과 동시에 단면이 계단형상으로 형성된 나선형상의 내측 맞물린 면을 가지는 고정 스파이럴로 이루어지는 압축기구부를 구비하고, 상기 선회 스파이럴측의 외측 맞물린 면의 계단면과, 고정 스파이럴측의 내측 맞물린 면의 계단면과의 사이에 밀봉부재를 설치해서 압축실을 밀봉하는 것을 특징으로 하는 유체기계.
외부둘레로부터 중심부를 향해 나선형상으로 솟아오르는 단면이 계단형상인 외측 맞물린 면을 가지는 선회 스파이럴, 상기 선회 스파이럴의 외측 맞물린 면과 맞물리고 외부둘레로부터 중심부를 향해 용적의 감소를 동반하는 압축실을 형성함과 동시에 단면이 계단형상으로 형성된 나선형상의 내측 맞물린 면을 가지는 고정 스파이럴 및 자전을 방지해서 주축으로부터의 회전동력에 의해 선회 스파이럴에 선회운동을 부여하는 자전방지기구로 이루어지는 압축기구부를 구비하고, 상기 주축에 회전동력을 부여하는 구동모터를 전도해서 연결한 것을 특징으로 하는 유체기계.
제1항에 있어서, 유체기계 전체를 흡입관을 가지는 밀폐케이스로 덮고 밀폐케이스 내부를 흡입가스로 가득 차도록 한 것을 특징으로 하는 유체기계.
제2항에 있어서, 유체기계 전체를 흡입관을 가지는 밀폐케이스로 덮고 밀폐케이스 내부가 흡입가스로 가득 차도록 한 것을 특징으로 하는 유체기계.
제3항에 있어서, 유체기계 전체를, 적어도 흡입관을 가지는 밀폐케이스로 덮고 밀폐케이스 내부를 흡입가스로 가득차도록 한 것을 특징으로 하는 유체기계.
제1항에 있어서, 유체기계 전체를 적어도 토출관을 가지는 밀폐케이스로 덮고 밀폐케이스 내를 토출가스로 가득 채우는 것을 특징으로 하는 유체기계.
제2항에 있어서, 유체기계 전체를 적어도 토출관을 가지는 밀폐케이스로 덮고 밀폐케이스 내를 토출가스로 가득 채우는 것을 특징으로 하는 유체기계.
제3항에 있어서, 유체기계 전체를 적어도 토출관을 가지는 밀폐케이스로 덮고 밀폐케이스 내를 토출가스로 가득 채우는 것을 특징으로 하는 유체기계.
제3항에 있어서, 압축기구부를 구동모터 아래측에 배치하는 것을 특징으로 하는 유체기계.
제3항에 있어서, 압축기구부를 구동모터 윗측에 배치하는 것을 특징으로 하는 유체기계.
외부둘레로부터 중심부를 향해 나선형상으로 솟아오르는 단면이 계단형상인 외측 맞물린 면을 가지고 선회 운전가능한 선회 스파이럴과 상기 선회 스파이럴이 외측 맞물린 면과 맞물리고, 외부둘레에서 중심부를 향해 용적의 감소를 동반하는 압축실을 형성함과 동시에, 단면이 계단형상으로 형성된 나선형상의 내측 맞물린 면을 가지는 고정 스파이럴; 및 상기 선회 스파이럴이 끼워져 삽입된 편심축부를 가지고 주 베어링과 부 베어링에서 양단이 지지된 주축으로 이루어지는 압축기구부를 구비하고, 적어도 상기 주 베어링 또는 부 베어링중 어느 한쪽을 주축 편심축부에 가까워 지도록 연장한 것을 특징으로 하는 유체기계.
제12항에 있어서, 주축 편심축부에 끼워져 삽입된 선회 스파이럴 베어링부를 선회 스파이럴에서 작용하는 부하점의 영역에 설정하는 것을 특징으로 하는 유체기계.
제12항에 있어서, 주축의 편심축부에 선회 스파이럴에 작용하는 부하점과 상기 편심축부의 중앙부와 일치하도록 선회 스파이럴의 베어링부를 끼워 삽입시킨 것을 특징으로 하는 유체기계.