KR100540251B1

KR100540251B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR100540251B1
Application number: KR1020037014353A
Authority: KR
Inventors: 후루쇼카즈히로; 카토카쯔미; 야마지히로유키
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2006-01-12
Also published as: EP1486676A4; ATE503932T1; EP1486676B1; JP2003254263A; MY126670A; US6893235B2; TW200304987A; US20040062670A1; TW591175B; US6884046B2; BR0301920A; CN1274960C; US20040156734A1; AU2003211213A1; EP1486676A1; CN1507541A; JP4341205B2; WO2003074879A1; DE60336544D1; AU2003211213B2

Abstract

고정 스크롤(21)과 가동 스크롤(22)의 압접면에의 급유로(50)를 고차압시의 고압 도입 경로로서 이용하는 한편, 저차압의 상태에서 고압 도입 경로를 차단할 때는 냉동기유를 급유로(50)로부터 케이싱 내의 저압 공간(S1)을 통해서 상기 압접면으로 공급하는 것에 의해, 고정 스크롤(21)에 대한 가동 스크롤(22)의 누름력을 제어해서 효율의 저하를 방지하는 구성을 간소화해서 비용 다운을 도모하고, 또한 동작의 나쁜 상태도 방지한다.

스크롤 압축기, 가동 스크롤, 고정 스크롤, 급유 제어 기구

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 특히, 운전 효율의 저하 방지 기술에 관한 것이다.

종래부터, 냉동 사이클을 행하는 냉매회로에서 냉매를 압축하는 압축기로서, 스크롤 압축기가 이용되고 있다 (예를 들면, 일본국 특허공개공보 평 5-312156호 참조). 이 스크롤 압축기는, 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 케이싱 내에 상호 치합하는 와권(蝸卷) 상의 랩을 가지는 고정 스트롤(FS)과 가동 스크롤(OS)을 구비하고 있다. 고정 스트롤(FS)은 케이싱에 고정되고, 가동 스크롤(OS)은 구동축에 연결되어 있다. 그리고, 이 스크롤 압축기에서는 구동축의 회전에 의해 가동 스크롤(OS)이 고정 스트롤(FS)에 대해서 공전(公轉)함으로써, 양 랩간에 형성된 압축실의 용적이 변동하고, 냉매의 흡입, 압축, 토출을 반복하여 행한다.

그런데, 도 6에 도시한 바와 같이, 가동 스크롤(OS)에는 냉매를 압축하는 것에 의해, 축 방향력인 스러스트(thrust) 하중 PS와 직경 방향력인 레디얼(radial) 하중 PT가 작용한다. 이 때문에, 스크롤 압축기에서는 예를 들면, 가동 스크롤(OS)의 배면(하면)에 고압의 냉매 압력을 작용시키는 고압부(P)을 설치하고, 그 고압 압력에 의한 누름력으로 축 방향력 PS에 대항하도록 가동 스크롤(OS)을 고정 스트 롤(FS)에 누르는 구조가 채택되어져 있다.

이러한 구성에 있어서, 가동 스크롤(OS)의 누름력 PA가 작고, 가동 스크롤(OS)에 작용하는 힘의 합력의 벡터가 스러스트 베어링의 외주의 외측을 통과하는 경우는, 이를 테면, 전복(轉覆) 모멘트(overturning moment)의 작용으로 가동 스크롤(OS)이 기울어(전복) 지고, 냉매가 누수되어 효율이 저하되게 된다. 이에 대하여, 가동 스크롤(OS)의 누름력을 크게하고, 가동 스크롤(OS)에 작용하는 힘의 합력의 벡터가 스러스트 베어링의 외주 보다 내측을 통과하도록 하면, 가동 스크롤(OS)의 전복을 방지할 수 있다.

한편, 상기 스크롤 압축기를 사용하고 있는 냉동 장치의 운전 조건이 변화해서 고압 압력이나 저압 압력이 변동하면, 고저 차압이 변동한다. 이 때문에, 가동 스크롤(OS)의 배면의 냉매 압력에 의한 누름력 PA가 특히, 고압 압력의 변화에 수반하여 큰폭으로 변화하게 되고, 상기 누름력 PA의 과부족이 생긴다.

즉, 가동 스크롤(OS)에 고압 압력을 작용시키는 상기 고압부(P)의 면적을 고차압의 조건에서 가동 스크롤(OS)이 전복되지 않도록 설정하면, 저차압의 조건에서는 예를 들면, 고압 압력이 낮아지기 때문에 누름력이 부족하게 되고, 가동 스크롤(OS)이 전복하기 쉬워지게 되어 버린다. 또한, 역으로 저차압의 조건에 맞추어서 상기 고압부(P)의 면적을 설정하면 예를 들면, 고압 압력이 상승해서 고차압으로 되었을 때에는, 고정 스크롤(FS)에 대한 가동 스크롤(OS)의 누름력이 최저 한도의 필요한 누름력에 대해서 과잉된다. 그 결과, 가동 스크롤(OS)에 대해서 위로 향하여 큰 스러스트력이 작용하고, 기계 손실이 증대하여 효율이 저하된다.

- 해결과제 -

이러한 문제에 대하여, 본원 출원인은 도 7에 도시한 바와 같이, 고차압시에는 고정 스크롤(FS)과 가동 스크롤(OS) 간에 고압의 냉동기유를 도입해서 가동 스크롤(OS)을 상기 누름력 PA에 대항하는 힘 PR로 되미는 한편, 저차압시에는 고정 스크롤(FS)과 가동 스크롤(OS) 사이로의 고압유의 도입을 차단하여 되미는 동작을 정지하도록 한 스크롤 압축기를 일본국 특허출원 2000-088041호 (일본국 특허공개공보 2001-214872호)에서 제안하고 있다. 이 출원의 구성에 의하면, 도면에 개략 구성을 도시한 바와 같이, 고저 차압의 대소에 따라 전환되는 제어 밸브(V)를 구비한 고압 도입 경로(P)를 설치함으로써 냉동기유의 흐름을 제어하고, 그것에 의해, 고차압시의 가동 스크롤(OS)의 누름 과잉과 저차압시의 가동 스크롤(OS)의 누름 부족의 양쪽을 회피할 수 있도록 하고 있다.

그러나, 상기 구성에서는 가동 스크롤(OS)의 누름력에 관한 문제는 해소할 수 있지만, 냉동기유를 고정 스크롤(FS)과 가동 스크롤(OS) 간에 도입하는 전용의 고압 도입 경로(P)을 설치하고 있기 때문에, 구성이 복잡해지고, 비용이 상승하게 될 우려가 있었다. 한편, 예를 들면, 고압 도입 경로를 양 스크롤의 압접면에의 급유로와 공용으로 하면 이와 같은 문제는 회피할 수 있지만, 저차압시에 고압 도입 경로를 차단한 경우에 급유로도 차단되고, 가동부로의 급유 부족으로부터 동작 불량이 발생할 우려가 있다.

본 발명은 이러한 문제점에 착안하여 창안된 것이고, 그 목적으로 하는 바는, 고정 스크롤에 대한 가동 스크롤의 누름력을 제어하도록 한 스크롤 압축기에 있어서, 구성을 간소화하여 비용 감소를 도모하고, 또한 동작 불량의 발생도 방지하는 것이다.

본 발명은 고정 스크롤과 가동 스크롤의 압접면에의 급유로를 고차압시의 고압 도입 경로로서 이용하는 한편, 저차압의 상태에서 고압 도입 경로를 차단한 때는 냉동기유를 급유로로부터 케이싱내의 저압 공간을 통해서 상기 압접면으로 공급하도록 한 것이다.

구체적으로, 본 발명은, 케이싱(10)내에 상호 치합하는 와권 상의 랩과 축방향으로 압접하는 압접면을 가지는 고정 스크롤(21) 및 가동 스크롤(22)을 구비한 압축 기구(20)와, 가동 스크롤(22)에 구동축(34)을 통하여 연결된 구동 기구(30)를 구비한 스크롤 압축기를 전제로 하고 있다.

그리고, 청구항 1에 기재된 발명은, 구동축(34)에 형성된 주급유로(36)로부터 상기 압접면으로 연통하도록 가동 스크롤(22)에 형성된 압접면 급유로(50)를 구비하고, 이 압접면 급유로(50)가 가동 스크롤(22)의 내부로부터 상기 압접면으로 연통하는 제1 경로(50a)와, 케이싱(10)의 저압 공간(S1)을 통하여 상기 압접면으로 연통하는 제2 경로(50b)와, 케이싱(10) 내의 고저 차압이 소정값을 초과하면 제1 경로(50a)를 개방하고 제2 경로(50b)를 폐쇄하는 한편, 당해 고저 차압이 소정값 이하인 때에는 제1 경로(50a)를 폐쇄하고 제2 경로(50b)를 개방하는 급유 제어 기구(60)를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에 있어서는, 고저 차압이 소정값을 초과하여 커지게 된 때에는 냉동 기유가 압접면 급유로(50)의 제1 경로(50a)를 통해서 상기 압접면으로 공급된다. 즉, 고압의 냉동기유가 가동 스크롤(22)의 내부로부터 압접면으로 고압의 그대로 공급된다. 따라서, 고정 스크롤(21)에 대한 가동 스크롤(22)의 누름력에 대항하고, 가동 스크롤(22)을 고정 스크롤(21)로부터 되미는 힘을 작용시키는 것이 가능하다.

한편, 고저 차압이 소정값 이하인 때에는 역으로 제2 경로(50b)가 개방된다. 따라서, 냉동기유는 압접면 급유로(50)로부터 일단 케이싱(10)의 저압공간(S1)으로 유출한 후, 당해 저압공간(S1)으로부터 고정 스크롤(21)과 가동 스크롤(22) 의 간에 공급된다. 이 경우, 냉동기유을 저압으로 해서 공급할 수 있기 때문에, 가동 스크롤(22)을 고정 스크롤(21)로부터 되미는 작용이 발생하지 않도록 할 수 있다. 이상으로부터, 고차압시의 누름 과잉이 발생하지 않고, 저차압시의 누름 부족이 발생하지 않는다.

또한, 청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1 기재의 스크롤 압축기에 있어서, 압접면 급유로(50)가 주급유로(36) 측과 저압 공간(S1) 측으로 개구하도록 가동 스크롤(22)의 내부에 형성된 본체 통로(51)와, 당해 본체 통로(51)로부터 양 스크롤(21, 22)의 압접면으로 연통하는 제1 분기 통로(52)와, 당해 본체 통로(51)로부터 저압 공간(S1)으로 연통하는 제2 분기 통로(53)를 구비함과 함께, 급유 제어 기구(60)가, 본체 통로(51) 내에 가동하게 설치된 밸브체(61)를 구비하고, 게다가, 이 밸브체(61)가 고저 차압이 소정값을 초과하면 제1 분기 통로(52)를 개방하고 제2 분기 통로(53)를 폐쇄하는 제1 위치로 이동하는 한편, 고저 차압이 소정값 이하인 때에 제1 분기 통로(52)를 폐쇄하여 제2 분기 통로(53)를 개방하는 제2 위 치로 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 이 구성에 있어서는, 본체 통로(51)와 제1 분기 통로(52)로부터 상기 제1 경로(50a)가 구성되고, 본체 통로(51)와 제2 분기 통로(53)로부터 상기 제2 경로(50b)가 구성되어, 양 경로(50a, 50b)가 밸브체(61)의 동작에 의해 전환되는 것으로 된다.

이와 같이 구성하면, 고저 차압이 소정값을 초과하여 크게 된 때에는 급유 제어 기구(60)의 밸브체(61)가 제1 위치로 이동하고, 압접면 급유로(50)가 제1 경로(50a)에 의해 상기 압접면과 도통한다. 따라서, 고압의 냉동기유가 압접면으로 도입되고, 가동 스크롤(22)을 고정 스크롤(21)에 누르는 힘에 대하여, 되미는 힘을 작용시킬 수 있다. 또한, 고저 차압이 소정값 이하의 때에는 급유 제어 기구(60)의 밸브체(61)가 제2 위치로 이동하고, 급유로(50)가 제2 경로(50b)에 의해 저압 공간(S1)과 도통한다. 따라서, 저압으로 된 냉동기유가 저압 공간(S1)으로부터 고정 스크롤(21)과 가동 스크롤(22) 간에 공급되기 때문에 가동 스크롤(22)을 고정 스크롤(21)에 누르는 힘에 대해서, 가동 스크롤(22)을 되미는 힘은 실질적으로 작용하지 않는다.

또한, 청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 2 기재의 스크롤 압축기에 있어서, 급유 제어 기구(60)가, 밸브체(61)를 본체 통로(51) 내에서 제2 위치로 압박(힘을 증가하거나 가하는, biasing)하는 압박 수단(62)을 구비하는 것과 함께, 압박 수단(62)은 고저 차압이 소정값 이하의 상태에서 밸브체(61)를 제2 위치로 유지하는 한편, 고저 차압이 소정값을 초과하면 제1 위치로의 밸브체(61)의 이동을 허용 하도록, 그 압박력이 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이 구성하면, 고저 차압과 압박 수단(62)의 압박력에 의해, 급유 제어 기구(60)의 밸브체(61)가 제1 위치 또는 제2 위치로 제어된다. 즉, 고저 차압이 소정값을 초과하여 압박력보다 우세하면, 밸브체(61)가 제1 위치로 이동하고, 가동 스크롤(22)의 되미는 힘이 발생한다. 또한, 고저 차압이 소정값 이하로 되어 압박력보다 열세한 때는 밸브체(61)가 제2위치로 이동하고, 가동 스크롤(22)의 되미는 힘이 발생하지 않는다.

- 효과 -

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 고저 차압이 소정값을 초과하여 크게 된때에는, 가동 스크롤(22)을 고정 스크롤(21)로 누르는 힘에 대하여, 당해 가동 스크롤(22)을 되미는 힘이 작용해서 누름 과잉이 억제되는 한편, 고저 차압이 소정값 이하일 때에는, 가동 스크롤(22)을 고정 스크롤(21)로부터 되미는 힘이 작용하지 않기 때문에 누름 부족이 생기지 않는다. 이와 같이, 고정 스크롤(21)에 대한 가동 스크롤(22)의 누름력을 제어하는 것에 의해 효율의 저하를 방지할 수 있다.

게다가, 고정 스크롤(21)에 대한 가동 스크롤(22)의 누름력을 제어하는 데에 급유로(50)를 이용하고 있기 때문에, 급유로(50)와는 별도의 경로에서 전용의 고압 도입 경로를 설치할 필요가 없다. 따라서, 구성의 복잡화를 억제할 수 있기 때문에 비용의 감소가 가능하다.

또한, 저차압 시에는 저압 공간(S1)으로부터 양 스크롤(21, 22)의 압접면에 냉동기유를 공급하도록 하고 있기 때문에, 윤활 불량에 의한 동작의 나쁜 상태가 생기지도 않는다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 가동 스크롤(22)의 압접면 급유로(50) 내에 가동의 밸브체(61)로 된 급유 제어 기구(60)를 설치하고, 이 밸브체(61)의 위치에 따라 급유로(50)를 제1 경로(50a)와 제2 경로(50b)로 전환되도록 하고 있기 때문에, 극히 간단한 구조로 고정 스크롤(21)에 대한 가동 스크롤(22)의 누름력을 조정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 밸브체(61)를 압축 코일 스프링(62) 등의 압박 수단으로 제2 위치로 압박하는 것과 함께, 차압이 그 압박력에 능가될 때에만 밸브체(61)가 제1 위치로 이동하도록 하고 있기 때문에, 간단한 구조로 밸브체(61)의 위치를 제어하고, 고정 스크롤(21)에 대한 가동 스크롤(22)의 누름력을 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 스크롤 압축기의 단면 구조도이다.

도 2는 도 1의 부분 확대도이다.

도 3은 밸브체의 확대 사시도이다.

도 4는 급유 제어 기구의 제1 상태를 도시한 단면도이다.

도 5는 급유 제어 기구의 제2 상태를 도시한 단면도이다.

도 6은 종래의 스크롤 압축기에 있어서 가동 스크롤에 대한 힘의 작용을 도시한 제1 단면도이다.

도 7은 종래의 스크롤 압축기에 있어서 가동 스크롤에 대한 힘의 작용을 도 시한 제2 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 실시예에 관한 스크롤 압축기(1)의 구조를 도시한 종단면도, 도 2는 그 부분 확대도이다. 이 스크롤 압축기(1)는 예를 들면, 공기 조화 장치 등의 증기 압축식 냉동 사이클을 행하는 냉동 장치의 냉매 회로에 있어서, 증발기로부터 흡입한 저압의 냉매를 압축해서 응축기로 토출하는데 이용된다. 이 스크롤 압축기(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 케이싱(10) 내부에, 압축 기구(20)와, 당해 압축 기구(20)를 구동하는 구동 기구(30)를 구비하고 있다. 그리고, 압축 기구(20)가 케이싱(10) 내의 상부측에, 구동 기구(30)가 케이싱(10) 내의 하부측에 배설되어 있다.

케이싱(10)은, 원통상으로 형성된 몸체부(11)와, 당해 몸체부(11)의 상하 양단에 고정된 접시형의 경판(12, 13)으로 구성되어 있다. 상측의 경판(12)은 몸체부(11)의 상단에 고정된 후술하는 프레임(23)에 고정되고, 하측의 경판(13)은 몸체부(11)의 하단부에 감합된 상태로 고정되어 있다.

구동 기구(30)는, 케이싱(10)의 몸체부(11)에 고정된 스테이터(31)와, 당해 스테이터(31)의 내측에 배치된 로터(32)로 된 모터(33)와, 당해 모터(33)의 로터(32)에 고정된 구동축(34)으로 구성되어 있다. 이 구동축(34)은, 상단부(34a)가 상기 압축 기구(20)에 연결되어 있다. 또한, 구동축(34)의 하단부는 케이싱(10)의 몸체부(11)의 하단부에 고정된 베어링 부재(35)로 회전 가능하게 지지되어 있 다.

상기 압축 기구(20)는 고정 스크롤(21)과 가동 스크롤(22)과 프레임(23)을 구비하고 있다. 프레임(23)은 상술한 바와 같이 케이싱(10)의 몸체부(11)에 고정되어 있다. 그리고, 당해 프레임(23)은 케이싱(10)의 내부 공간을 상하로 구획하고 있다.

상기 고정 스크롤(21)은 경판(21a)과, 당해 경판(21a)의 하면에 형성된 와권(인볼류트; involute) 상의 랩(21b)으로 구성되어 있다. 이 고정 스크롤(21)의 경판(21a)은 상기 프레임(23)에 고정되고, 당해 프레임(23)과 일체화되어 있다. 상기 가동 스크롤(22)은 경판(22a)과, 당해 경판(22a)의 상면에 형성된 와권 상 (인볼류트상)의 랩(22b)으로 구성되어 있다.

고정 스크롤(21)의 랩(21b)과 가동 스크롤(22)의 랩(22b)은 서로 치합하고 있다. 그리고, 고정 스크롤(21)의 경판(21a)과 가동 스크롤(22)의 경판(22a) 간에는 양 랩(21b, 22b)의 접촉부의 사이가 압축실(24)로서 구성되어 있다. 이 압축실(24)은 가동 스크롤(22)이 구동축(34)을 중심으로 하여 공전하는 것에 수반하여, 양 랩(21b, 22b) 간의 용적이 중심으로 향하여 수축할 때에 냉매를 압축하도록 구성된다.

상기 고정 스크롤(21)의 경판(21a)에는, 상기 압축실(24)의 주연(周緣)부에 저압 냉매의 흡입구(21c)가 형성되고, 압축실(24)의 중앙부에 고압 냉매의 토출구(21d)가 형성되어 있다. 냉매의 흡입구(21c)에는, 상기 케이싱(10)의 상측의 경판(12)에 고정된 흡입 배관(14)이 고정되고, 당해 흡입 배관(14)은 도시되지 않 은 냉매 회로의 증발기와 접속된다. 한편, 고정 스크롤(21)의 경판(21a)과 상기 프레임(23)에는 고압 냉매를 프레임(23)의 아랫쪽으로 안내하는 유통로(25)가 상하 방향으로 관통하여 형성되어 있다. 그리고, 케이싱(10)의 몸체부(11)의 중앙 부분에는 고압 냉매를 토출하는 토출 배관(15)이 고정되고, 당해 토출 배관(15)은 도시되지 않은 냉매 회로의 응축기와 접속되어 있다.

상기 가동 스크롤(22)의 경판(22a)의 하면에는, 상기 구동축(34)의 상단부(34a)가 연결되는 보스(22c)가 형성되어 있다. 구동축(34)의 상단부는, 가동 스크롤(22)을 고정 스크롤(21)에 대하여 공전시키도록, 당해 구동축(34)의 회전 중심으로부터 편심된 편심축(34a)으로 되어 있다. 또한, 상기 가동 스크롤(22)의 경판(22a)과 프레임(23) 간에는 가동 스크롤(22)이 자전하지 않고 공전만을 행하도록 올담(Oldham) 기구 등의 자전 저지 부재 (도시되지 않음)가 설치되어 있다.

상기 구동축(34)에는 그 축방향으로 연장하는 주급유로(36)가 형성되어 있다. 또한, 구동축(34)의 하단부에는 도시하지 않은 원심 펌프가 설치되어 있고, 케이싱(10) 내의 하부에 저류(貯留)하는 냉동기유를 당해 구동축(34)의 회전에 수반하여 퍼올리도록 구성되어 있다. 그리고, 주급유로(36)는 구동축(34)의 내부를 상하 방향으로 연장하는 것과 함께, 원심 펌프가 퍼올린 냉동기유를 각 접동(摺動; 접촉하여 미끄러지면서 움직이는 것을 의미함) 부분으로 공급하도록, 각부에 설치된 급유구와 연통해 있다.

본 실시예에서는, 고압 냉매의 압력과 냉동기유의 압력을 이용하여 가동 스크롤(22)을 고정 스크롤(21)로 눌러서, 서로의 경판(21a, 22a)을 축 방향으로 압접 시키는 것과 함께, 그 누름력을 공기 조화 장치 등의 운전 조건의 변화 (고압의 상승 등)에 수반하여 고저 차압의 변동에 맞추어 제어하도록 하고 있다. 여기서, 이하에, 고정 스크롤(21)에 가동 스크롤(22)을 누르기 위한 구성과, 그 누름력을 조정하기 위한 구성에 관하여 설명한다.

우선, 상기 프레임(23)에는 상면측에 상기 가동 스크롤(22)의 동작 범위보다도 약간 큰 제1 오목부(23a)가 형성되어 있다. 또한, 프레임(23)의 하면측의 중앙에는, 상기 구동축(34)이 회전 가능하게 감합하는 베어링 구멍(23b)이 형성되고, 제1 오목부(23a)와 베어링 구멍(23b) 간에는 제1 오목부(23a)와 베어링 구멍(23b) 간의 직경 치수의 제2 오목부(23c)가 형성되어 있다. 제2 오목부(23c)에는 스프링(41)에 의해 가동 스크롤(22)의 경판(22a)의 배면(하면)에 압접하는 환상의 씰 부재(42)가 감합해 있다.

이 씰 부재(42)에 의해, 가동 스크롤(22)의 배면측(하면측)이 당해 씰 부재(42)의 외경측의 제1 공간(S1)과 내경측의 제2 공간(S2)으로 구획되어 있다. 제2 공간(S2)은 케이싱(10)의 내부의 고압 공간과 연통하고 있고(미도시), 고압 냉매가 채워져 있다. 한편, 고정 스크롤(21)의 경판(21a)의 하면에는 압축실(24)의 흡입측과 제1 공간(S1)을 연통하도록 직경 방향을 따라서 미세한 홈이 설치되어 있고, 이 미세한 홈에 의해, 당해 제1 공간(S1)을 저압으로 유지하도록 하고 있다. 이상에 의해, 제2 공간(S2)이 가동 스크롤(22)의 경판(22a)의 배면(하면)에 냉매의 고압 압력을 작용시키는 고압 공간을 구성하는 한편, 제1 공간(S1)이 저압 공간을 구성하고 있다.

다음으로, 본 실시예의 스크롤 압축기(1)에 있어서, 고저 차압이 소정값을 초과한 때에 고정 스크롤(21)에 대한 가동 스크롤(22)의 누름력을 억제하는 구성에 대하여 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 가동 스크롤(22)에는, 상기 주급유로(36)로부터 고정 스크롤(21)과 가동 스크롤(22)의 압접면으로 연통하도록, 압접면 급유로(50)가 형성되어 있다. 이 압접면 급유로(50)는 가동 스크롤(22)의 경판(22a)의 내부에, 이 중심측으로부터 외주측까지 반경 방향을 따라 형성된 본체 통로(51)와, 이 본체 통로(51)로부터 양 스크롤(21, 22)의 압접면으로 연통하는 제1 분기 통로(52)를 구성하는 제1 소공(54)과, 본체 통로(51)로부터 저압 공간으로 연통하는 제2 분기 통로(53)을 구성하는 제2 소공(55)을 구비하고 있다. 제1 소공(54)은 압접면 급유로(50)와 상기 압접면을 연통시키도록 가동 스크롤(22)의 상면에 형성되어 있다. 또한, 제2 소공(55)은 압접면 급유로(50)와 제1 공간(S1)을 연통시키도록 가동 스크롤(22)의 하면에 형성되어 있다.

덧붙여 말하면, 도면에는 표시하지 않았지만, 예를 들면, 가동 스크롤(22)의 상면에 환상의 홈을 형성하고, 이 홈의 일부가 본체 통로(51)와 연통하도록 하여 제1 소공(54)을 형성하면 좋다. 또한, 환상 홈은 고정 스크롤(21)측에 형성하여도 좋다. 단, 이와 같은 환상 홈은 반드시 홈의 형태로 형성하지 않아도, 가동 스크롤(22)과 고정 스크롤(21) 간에 압력이 작용한다면 형태는 임의적으로 하여도 된다.

본체 통로(51)는 주급유로(36)측과 제1 공간(S1)측에 연통하도록 형성되어 있다. 즉, 일단이 상기 보스(22c)의 내경측에 있어서 가동 스크롤(22)의 하면으로 개구하고, 타단이 가동 스크롤(22)의 외주연에 설치된 플러그(56)의 제3 소공(57)에 의해 제1 공간(S1)으로 개구해 있다.

그리고, 도 4에 도시한 바와 같이, 본체 통로(51)와 제1 분기 통로(52)에 의해, 주급유로(36)로부터 상기 압접면으로 가동 스크롤(22)의 내부을 통해 연통하는 제1 경로(50a)가 구성되고, 도 5에 도시한 바와 같이, 본체 통로(51)와 제2 분기 통로(53)에 의해, 주급유로(36)로부터 케이싱(10)의 저압 공간을 통하여 상기 압접면으로 연통하는 제2 경로(50b)가 구성되어 있다.

또한, 상기 압접면 급유로(50)에는 케이싱(10) 내의 고저 차압이 소정값을 초과하여 높아진 때에 제1 경로(50a)를 개방하고 제2 경로(50b)를 폐쇄하는 한편, 당해 고저 차압이 소정값 이하일 때에는 제1 경로(50a)를 폐쇄하고 제2 경로(50b)를 개방하는 급유 제어 기구(60)가 설치되어 있다. 이 급유 제어 기구(60)를 전환하는 것에 의해, 냉동기유를 상기 압접면에 직접 또는 제1 공간(S1)을 통하여 공급하는 것이 가능하다.

급유 제어 기구(60)는 본체 통로(51) 내에 동작 가능하게 설치된 밸브체(61)에 의해 구성되어 있다. 밸브체(61)는 고저 차압이 소정값을 초과하면 제1 분기 통로(52)를 개방하고 제2 분기 통로(53)를 폐쇄하는 제1 위치(도 4 참조)로 이동하는 한편, 고저 차압이 소정값 이하의 때에는 제1 분기 통로(52)를 폐쇄하고 제2 분기 통로(53)를 개방하는 제2 위치(도 5 참조)로 이동하도록 구성되어 있다.

이 때문에, 급유 제어 기구(60)에는 밸브체(61)를 본체 통로(51) 내에서 제2 위치로 압박하는 압박 수단으로서 압축 코일 스프링(62)가 설치되어 있다. 이 압축 코일 스프링(62)는 고저 차압이 소정값 이하의 상태에서 밸브체(61)를 제2 위치로 유지하는 한편, 고저 차압이 소정값을 초과하면 제1 위치로 밸브체(61)의 이동을 허용하도록, 그 압박력이 설정되어 있다.

또한, 밸브체(61)는, 그 사시도인 도 3에 도시한 바와 같이, 전체가 개략적으로 원주상이고, 외주면의 일부에 원주 방향으로 연속하는 주구(67)가 형성되어 있고, 제1 대경부(63)와 제2 대경부(64) 간에 소경부(65)가 개재하는 형상으로 되어 있다. 그리고, 이 밸브체(61)는 도 5의 제2 위치에 있어서 제1 대경부(63)가 제1 소공(54)을 폐쇄하는 한편, 주구(67)가 제2 소공(55)과 연통한다. 또한, 밸브체(61)는 도 4의 제1 위치에 있어서 제1 대경부(63)가 제1 소공(54)을 개방하고, 제2 소공(55)을 폐쇄하도록 구성되어 있다. 상기 밸브체(61)의 제1 대경부(63)에는 제2 대경부(64)와 반대측의 단면으로부터 주구(67)까지 연통하는 소공(66)이 형성되어 있다.

-운전 동작-

다음으로, 이 스크롤 압축기(1)의 운전 동작에 대하여 설명한다.

우선, 모터(33)을 구동하면, 스테이터(31)에 대하여 로터(32)가 회전하고, 그것에 의해 구동축(34)이 회전한다. 구동축(34)이 회전하면, 편심축(34a)이 구동축(34)의 회전 중심의 주위를 공전하고, 그것에 수반하여 가동 스크롤(22)이 고정 스크롤(21)에 대하여 자전하지 않고 공전만 행한다. 이에 의해, 흡입 배관(14)으로부터 압축실(24)의 주연부로 저압의 냉매가 흡인되고, 당해 냉매가 압축실(24)의 용적 변화에 수반하여 압축된다. 이 냉매는 압축의 작용에서 고압으로 되고, 당해 압축실(24)의 중앙부의 토출구(21d)로부터 고정 스크롤(21)의 윗쪽으로 향하여 토출된다.

이 냉매는, 고정 스크롤(21)과 프레임(23)을 관통하도록 형성된 유통로(25)를 통해 프레임(23)의 아랫쪽으로 유입하고, 케이싱(10) 내에 고압의 냉매가 충만하는 것과 함께, 당해 냉매가 토출 배관(15)으로부터 토출된다. 그리고, 이 냉매는 냉매 회로에서 응축, 팽창, 증발의 각 행정을 행한 후, 다시 흡입배관(14)으로부터 흡입되어 압축된다.

한편, 운전시에는 케이싱(10) 내에 저류(貯留)된 냉동기유도 고압으로 된다. 이 냉동기유는 도시하지 않은 원심 펌프에 의해 구동축(34) 내의 급유로를 통하여 각 접동부에 공급된다. 제2 공간(S2)내에는, 상술한 케이싱(10) 내의 고압 냉매가 충만한다. 따라서, 가동 스크롤(22)이 그 배면 (하면)측으로부터 냉매의 고압 압력에 의해 고정 스크롤(21)로 눌려지기 때문에, 가동 스크롤(22)이 기울어지는 (전복하는) 것이 방지된다. 나아가, 가동 스크롤(22)에 고압 냉매가 작용하는 면적은 고저 차압이 비교적 작은 운전 조건에서 당해 가동 스크롤(22)이 전복하지 않을 정도로 정해져 있다.

한편, 운전조건이 변화해서 예를 들면, 고압 압력이 상승하고, 고저 차압이 크게 되어오면, 고정 스크롤(21)에 대한 가동 스크롤(22)의 누름력이 크게 되어 간다. 또한, 이 고저 차압이 소정값에 이르면, 급유 제어 기구(60)의 밸브체(61)에 작용하는 힘은, 저압 공간(S1)의 압력과 스프링(62)의 압박력으로부터 얻어지는 힘 보다도, 고압 압력에 의한 힘 쪽이 커진다. 이 때문에 당해 밸브체(61)가 본체 통로(51) 내를 직경 방향 외측으로 이동하고, 도 4에 도시한 제1 위치로 변위한다.

이 결과, 거기까지는 도 2, 도 5에 도시한 바와 같이 폐쇄되어 있던 제1 소공(54)이 개방되고, 제1 경로(50a)가 개통한다. 이 때문에, 구동축(34) 내의 주급유로(36)를 통하는 냉동기유의 일부가, 상기 제1 소공(54)을 거쳐 양 스크롤(21, 22)의 압접면(55)으로 공급되게 된다. 따라서, 고정 스크롤(21)에 대한 가동 스크롤(22)의 누름력에 대항하여 가동 스크롤(22)을 되미는 힘이 작용하고, 누름력이 과잉되는 것이 억제된다. 또한, 가동 스크롤(22)의 상면에 환상홈를 형성해 두면, 되미는 힘을 확실하게 작용시키는 것이 가능하고, 그 면적을 조정하는 것으로써 되미는 힘을 조정하는 설계도 용이하게 된다.

역으로, 운전 조건의 변화에 의해 예를 들면, 고압 압력이 저하하여 고저 차압이 적어지는 방향으로 변화하면, 상기 압접면에서의 냉동기유의 압력도 약해지게 되고, 되미는 힘이 약해진다. 또한, 고저 차압이 소정값 이하로 되면, 상기 밸브체(61)에 작용하는 힘의 관계로부터 당해 밸브체(61)가 도 5에 도시한 바와 같이 제2 위치로 변위하고, 상기 제1 소공(54)이 폐쇄된다. 이 때 제2 소공(55)이 개구해서 제2 경로(50b)가 개통한다. 이 때문에, 차압이 소정값 이하인 때는 냉동기유가 저압 공간(S1)을 통하여 상기 압접면으로 공급되기 때문에 되미는 힘은 작용하지 않고, 고정 스크롤(21)에 대한 가동 스크롤(22)의 누름력의 부족을 방지할 수 있다.

또한, 상기 밸브체(61)가 제1 위치에 있을 때는, 냉동기유는 본체 통로(51) 로부터 직접 고정 스크롤(21)과 가동 스크롤(22)의 압접면으로 공급되고, 당해 압접면이 윤활된다. 또한, 밸브체(61)가 제2 위치에 있을 때는, 냉동기유는 제1 공간을 통하여 상기 압접면으로 공급되고, 당해 압접면이 윤활된다. 이것에 의해, 가동 스크롤(22)은 차압의 변화에 관계없이 윤활 불량이 없는 안정한 동작을 행한다.

-실시예의 효과-

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 저차압의 상태에서 가동 스크롤(22)을 고정 스크롤(21)에 적당한 누름력으로 누르고, 당해 가동 스크롤(22)의 전복을 방지하는 한편, 고차압으로 되면 급유 제어 기구(60)의 동작에 의해, 고정 스크롤(21)과 가동 스크롤(22) 간 압접면으로 고압의 냉동기유를 도입하여 누름력이 과잉되는 것을 방지하고 있다.

따라서, 저차압 시에는, 누름력의 부족에 의한 가동 스크롤(22)의 전복은 발생하지 않기 때문에, 냉매가 누수되어 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 고차압 시에는, 누름력이 과잉되어 기계 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이로부터, 저차압시로부터 고차압시의 전역에 걸쳐 효율이 양호한 운전을 하는 것이 가능하다.

또한, 제2 공간(S2)의 고압 압력을 이용하여 가동 스크롤(22)을 고정 스크롤(21)에 누르고, 당해 가동 스크롤(22)의 전복을 방지하는 한편, 고저 차압의 변동에 따라 압축기(1) 내의 고압유를 상기 압접면으로 도입하여 누름력을 억제하고 있기 때문에, 압축기(1) 내의 압력을 유효하게 이용하면서 기계 손실을 방지할 수 있다.

또한, 구동축(34) 내의 주급유로(36)에 연통하도록 가동 스크롤(22)에 형성한 압접면 급유로(50)의 2개의 경로(50a, 50b)를 케이싱(10) 내의 저압 공간(S1)과 고압 공간(S2)의 차압으로 작동하는 급유 제어 기구(60)에서 전환하도록 하고 있다. 그리고, 급유 제어 기구(60)를 피스톤식의 간단한 구성으로 할 수 있어, 기구 전체로서의 구성이 복잡하게 되는 것을 방지할 수 있다.

게다가, 이러한 급유로(50)를 상기 압접면으로의 고압의 도입에 이용함으로써, 전용의 고압유 도입 경로나 제어 밸브를 프레임(23)에 설치하는 것과 비교하여 구성을 간소화할 수 있기 때문에 비용을 억제하는 것도 가능하게 된다.

또한, 이상의 설명에서는 저압 압력의 변화에 대해서는 거의 언급하지 않았지만, 본 실시예는 저압 압력의 변화을 포함하여 고려된 경우라도 마찬가지의 작용 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 대해서, 이하와 같은 구성으로 해도 좋다.

예를 들면, 상기 실시예에는, 주급유로(36)로부터 압접면 또는 제1 공간으로 유의 공급 경로를 전환하는 데에 피스톤 모양의 밸브체(61)로 된 급유 제어 기구(60)을 이용하고 있지만, 급유 제어 기구(60)의 구체적인 구성은 적당한 변경을 하여도 좋다.

이상과 같이 본 발명은 스크롤 압축기에 관하여 유용하다.

Claims

케이싱(10) 내에, 서로 치합하는 와권(渦卷) 상의 랩과 축방향으로 압접하는 압접면을 갖는 고정 스크롤(21) 및 가동 스크롤(22)을 갖는 압축기구(20)와, 가동 스크롤(22)에 구동축(34)을 통하여 연결된 구동 기구(30)를 구비한 스크롤 압축기에 있어서,

구동축(34)에 형성된 주급유로(36)로부터 상기 압접면에 연통하도록 가동 스크롤(22)에 형성된 압접면 급유로(50)를 구비하고,

상기 압접면 급유로(50)는, 가동 스크롤(22)의 내부로부터 상기 압접면에 연통하는 제1 경로(50a)와, 케이싱(10)의 저압 공간(S1)을 통하여 상기 압접면에 연통하는 제2 경로(50b)와, 케이싱(10) 내의 고저 차압이 소정값을 초과하면 제1 경로(50a)를 개방하고 제2 경로(50b)를 폐쇄하는 한편, 당해 고저 차압이 소정값 이하인 때에 제1 경로(50a)를 폐쇄하고 제2 경로(50b)를 개방하는 급유 제어 기구(60)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,

상기 압접면 급유로(50)는 주급유로(36) 측과 저압 공간(S1) 측으로 개구하도록 가동 스크롤(22)의 내부에 형성된 본체 통로(51)와, 당해 본체 통로(51)로부터 양 스크롤(21, 22)의 압접면으로 연통하는 제1 분기 통로(52)와, 당해 본체 통로(51)로부터 저압 공간(S1)으로 연통하는 제2 분기 통로(53)를 구비하고,

상기 급유 제어 기구(60)는, 본체 통로(51) 내에 가동하게 설치된 밸브체(61)를 구비하고,

상기 밸브체(61)는, 고저 차압이 소정값을 초과하면 제1 분기 통로(52)를 개방하고 제2 분기 통로(53)를 폐쇄하는 제1 위치로 이동하는 한편, 고저 차압이 소정값 이하인 때에 제1 분기 통로(52)를 폐쇄하고 제2 분기 통로(53)를 개방하는 제2 위치로 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,

상기 급유 제어 기구(60)는, 밸브체(61)를 본체 통로(51) 내에서 제2 위치로 압박하는 압박 수단(62)을 구비하고,

상기 압박 수단(62)은, 고저 차압이 소정값 이하인 상태에서 밸브체(61)를 제2 위치에 유지하는 한편, 고저 차압이 소정값을 초과하면 제1 위치로 밸브체(61)의 이동을 허용하도록, 그 압박력이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.