KR100942629B1 - 스크롤 압축기 및 그것을 이용한 냉동 사이클 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 가스 인젝션 사이클에 있어서, 확실하게 압축실에 냉매를 인젝션하여, 압축기의 성능을 향상시키는 것이다.

스크롤 압축기(40)는, 경판(7a)에 소용돌이 형상의 랩(7b)이 세워 설치된 고정 스크롤(7)과, 고정 스크롤에 대향하여 선회 가능하게 설치된 선회 스크롤(8)과, 선회 스크롤의 배면에 있어서 토출 압력과 흡입 압력의 중간 압력으로 되는 배압실(18)을 구비한다. 선회 스크롤에서는, 소용돌이 형상의 랩(8b)이 경판(8a)에 세워 설치되어 있다. 고정 스크롤의 랩과 선회 스크롤의 랩과의 사이에 복수의 압축실(13)이 형성된다. 배압실에, 가스상의 냉매를 인젝션하는 파이프(1)를 구비하고 있다.

스크롤 압축기, 경판, 고정 스크롤, 선회 스크롤, 배압실, 파이프

Description

스크롤 압축기 및 그것을 이용한 냉동 사이클 {SCROLL COMPRESSOR AND FREEZING CYCLE USING THE SAME}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 냉동 사이클에 적절한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

냉동 사이클의 성능을 향상시키기 위해, 가스 인젝션 사이클을 이용하는 것이, 특허 문헌 1에 기재되어 있다. 이 공보에 기재된 바와 같이, 가스 인젝션 사이클을 이용한 냉동 사이클에서는, 감압부에 2개의 감압 장치를 배치하는 동시에, 2개의 감압 장치의 사이에 기액 분리기를 배치한다. 그리고, 증발 과정에서 발생한 흡열 능력에 기여하지 않는 중간 압력(인젝션 압력)을 갖는 가스 냉매를, 기액 분리기로부터 취출하고, 취출한 가스 냉매를 압축기의 압축실에 인젝션(주입)한다. 압축기로 유도된 냉매는, 중간 압력으로부터 압축되므로, 압축기의 작업량이 감소한다. 이것에 의해, 냉동 사이클의 성능 향상이 가능하게 되는 동시에, 인젝션 가스가 증발기를 통과하지 않음으로써 증발기에서의 압력 손실이 저감된다.

가스 인젝션에는 다양한 방법이 있지만, 특허 문헌 1에 기재된 스크롤 압축기에서는, 고정 스크롤에 1개의 인젝션 포트를 설치하여, 냉매를 주입하고 있다. 또한, 밀폐 용적이 다른 2개의 압축실에, 가스 냉매를 순차 또한 간헐적으로 공급할 수 있고, 그 공급 시간이 비교적 길어지도록 인젝션 포트의 위치를 정하고 있다. 그때, 인젝션된 가스 냉매가, 흡입측으로 유출되지 않도록 인젝션 포트 위치를 정하여, 1개의 인젝션 포트만 있으면, 가스 냉매를 확실하게 압축실에 인젝션할 수 있다.

냉매 인젝션의 다른 예가, 특허 문헌 2에 기재되어 있다. 이 공보에 기재된 스크롤 압축기에서는, 가스 인젝션 대신에 액 냉매를 배압실에 인젝션하고 있다. 온도가 낮은 액 냉매를 배압실로부터 압축실로 유도했으므로, 토출 온도의 상승이 억제되고, 그 결과, 모터의 권선이나 윤활유 등의 온도 상승을 억제할 수 있다. 여기서, 압축실에 직접 인젝션하지 않고 배압실에 인젝션했으므로, 흡입 압력과 토출 압력의 비가 큰 경우에도, 선회 스크롤을 고정 스크롤로 압박하는 힘을 확보하고 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-120555호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평5-26188호 공보

스크롤 압축기에서는, 압축실의 압력이 선회 스크롤의 선회 운동에 수반하여 변동한다. 상기 특허 문헌 1에 기재된 스크롤 압축기에서는, 인젝션 포트가 1개이기 때문에, 선회 스크롤의 위상(위치)에 따라서는, 압축실의 압력 변동에 의해 인젝션량이 극단적으로 저하될 우려가 있다. 인젝션량이 저하된 최악의 경우에는, 압축실로부터 인젝션 포트로 냉매가 역류한다.

또한, 인젝션 사이클을 갖는 냉동 사이클에서는, 그 운전 조건에 따라서는, 압축기에 냉매가 인젝션되지 않고 운전되는 경우가 있다. 이 경우, 고정 스크롤에 설치한 인젝션 포트가, 압축에 기여하지 않는 데드 볼륨으로 된다. 그리고, 선회 스크롤의 선회에 따라서 그 부분이 저압이 되면, 재팽창하여 재팽창 손실이 증대되어, 압축기 효율을 저하시킨다.

또한, 압축실에 가스 냉매를 인젝션하면, 압축실 내의 압력이 상승하여, 선회 스크롤과 고정 스크롤을 서로 이격시키고자 하는 축 방향의 힘이 커진다. 그 결과, 선회, 고정의 양 스크롤 랩의 이 끝부와 이 바닥부와의 사이에 간극이 생겨, 압축실의 밀폐성이 악화되어 압축기의 효율 저하를 일으킨다.

상기 특허 문헌 2에 기재된 스크롤 압축기에서는, 액 냉매를 배압실에 인젝션하는 것에 의해, 토출 온도의 상승을 억제할 수 있는 동시에, 선회 스크롤과 고정 스크롤의 이격력의 증대를 억제할 수 있다. 그러나, 가스 인젝션에서는, 흡열 능력에 기여하지 않는 가스 냉매를 분리하여 압축기의 작업량을 줄이는 것이 가능 했지만, 액 인젝션에서는 이와 같은 효과를 기대할 수 없다.

또한, 액 인젝션에 있어서도, 압축실 내의 압력이 변동하면, 인젝션량이 극단적으로 저하되거나, 압축실로부터 배압실을 거쳐 인젝션 배관으로 냉매가 역류할 우려가 있다. 또한 특허 문헌 2에 기재된 스크롤 압축기에서는, 차압 급유를 채용하고 있으므로, 배압실로 인젝션하면, 베어링 등의 미끄럼 이동부로의 급유량이 감소한다. 차압 급유에서는, 이하에 서술하는 바와 같이 급유를 위한 펌프 등이 없으므로, 급유량을 증대시키는 것이 곤란하다.

여기서, 차압 급유에서는, 밀폐형 압축기의 밀폐 용기의 바닥부에 저류한 윤활유를, 토출 압력과 배압실 내 압력[배압(背壓)]과의 차압을 이용하여, 베어링 등의 미끄럼 이동부로 공급한다. 그리고, 배압이 저하된 경우에는, 토출 압력의 분위기에 있는 윤활유가, 베어링 등의 미끄럼 이동부를 거쳐 배압실로 유입되어, 배압이 유지된다. 이 차압 급유에 있어서는, 배압실로 인젝션하면, 배압실로 유입되는 윤활유의 양이 감소하여, 베어링 등의 미끄럼 이동부로의 급유량이 감소한다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 확실하게 압축실에 냉매를 인젝션하는 것 및 인젝션 냉매의 역류를 방지하는 것에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 냉매를 확실하게 인젝션하여, 압축기의 성능을 향상시키는 것에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 냉매를 인젝션하지 않을 때의 압축기의 성능 저하를 억제하는 것에 있다. 그리고 본 발명은, 이들 목적의 적어도 어느 하나를 달성하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 선회 스크롤의 배면측에 이 선회 스크롤을 고정 스크롤에 압박하기 위한 배압실을 형성한 스크롤 압축기에 있어서, 상기 배압실에 이 스크롤 압축기의 토출 압력과 흡입 압력의 중간 압력의 가스상 냉매를 인젝션하는 인젝션 파이프를 설치한 것에 있다.

그리고 이 특징에 있어서, 인젝션하는 가스상 냉매에 대략 동일한 압력의 액 냉매를 혼입시켜도 좋고, 선회 스크롤을 구동하는 샤프트를 갖고, 이 샤프트는 축심부에 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 샤프트의 하단부에 윤활유 펌프를 설치하여 이 스크롤 압축기의 미끄럼 이동부에 강제 윤활하는 것이라도 좋다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 다른 특징은, 경판에 소용돌이 형상의 랩이 세워 설치된 고정 스크롤과, 고정 스크롤에 대향하여 선회 가능하게 설치된 선회 스크롤과, 선회 스크롤의 배면에 있어서 토출 압력과 흡입 압력의 중간 압력으로 되는 배압실을 구비하고, 선회 스크롤에서는 소용돌이 형상의 랩이 경판에 세워 설치되어 있고, 고정 스크롤의 랩과 선회 스크롤의 랩과의 사이에 복수의 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 배압실에, 가스상의 냉매를 인젝션하는 회로를 구비한 것이다.

그리고 이 특징에 있어서, 인젝션 회로는, 가스상의 냉매에 부가하여 액상의 냉매도 인젝션하는 것이라도 좋고, 선회 스크롤 및 고정 스크롤을 수용하는 밀폐 용기를 갖고, 선회 스크롤의 배면 중심부에 토출 압력에 가까운 압력으로 되는 제1 공간을 형성하고, 밀폐 용기 바닥부에 저류한 윤활유를 이 제1 공간으로 유도하는 수단을 마련하고, 제1 공간으로부터 배압실로 윤활유를 누출시키는 수단과, 제1 공 간 내의 대부분의 윤활유를 밀폐 용기 내의 압축 가스와 혼합시키는 일없이 밀폐 용기 바닥부로 복귀시키는 수단을 마련해도 좋다.

또한 상기 특징에 있어서, 고정 스크롤의 최외주 랩의 이 끝(齒先)에 연통로를 형성하고, 이 연통로를 통해 도입되는 흡입 압력 또는 압축실 압력과 배압실의 압력과의 차에 따라서, 배압실 내의 유체를 연통로를 통해 흡입실 또는 압축실로 릴리프하는 배압 조정 밸브를 설치하여, 배압실의 압력을 조정하도록 해도 좋고, 배압실과 압축실, 또는 배압실과 흡입실을 연통하는 배압 구멍을, 선회 스크롤의 경판에 형성하여, 배압실의 압력을 조정하도록 해도 좋고, 배압실과 압축실, 또는 배압실과 흡입실을 간헐적으로 연통하는 배압 구멍을 선회 스크롤의 경판에 형성하여, 배압실의 압력을 조정해도 좋다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 또 다른 특징은, 압축기, 절환 밸브, 제1 열교환기, 제1 감압 밸브, 기액 분리기, 제2 감압 밸브, 제2 열교환기를 순차 배관 접속한 냉동 사이클에 있어서, 압축기는, 선회 스크롤의 배면측에 이 선회 스크롤을 고정 스크롤에 압박하기 위한 배압실이 형성되어 있고, 배압실에 이 스크롤 압축기의 토출압과 흡입압의 중간 압력의 가스상 냉매를 인젝션하는 인젝션 파이프가 설치되어 있고, 기액 분리기와 압축기의 인젝션 파이프를 접속한 것이다.

본 발명에 따르면, 압축실의 압력이 변동해도 가스 냉매 또는 액 가스 혼합 냉매를 확실하게 압축기에 인젝션하므로, 냉동 사이클의 성능이 향상된다. 또한, 인젝션 냉매가 압축실로부터 역류하지 않으므로, 인젝션 배관 중의 역지 밸브가 불 필요로 된다. 또한, 냉매를 인젝션하지 않을 때의 압축기의 효율 저하를 억제할 수 있다.

이하, 본 발명에 관한 냉동 사이클 및 그것에 이용하는 스크롤 압축기의 일 실시예를, 도면을 이용하여 설명한다. 도1에, 인젝션 사이클을 갖는 냉동 사이클(50)의 시스템도를 도시한다. 이 도1은 공기 조화기의 냉동 사이클(50)을 도시하고 있다. 공기 조화기는, 냉방 운전 사이클과 난방 운전 사이클을 절환 밸브(41)에 의해 절환한다. 이하, 냉방 운전의 경우에 대해, 이 냉동 사이클(50)을 설명한다. 냉방 운전에서는, 절환 밸브(41)는 도1에서 실선과 같이 절환되고, 냉매는 화살표의 방향으로 흐른다.

냉동 사이클(50)은, 냉매를 압축하는 스크롤 압축기(40)와, 이 스크롤 압축기(40)의 토출 가스의 흐름 방향을 절환하는 절환 밸브(41)와, 응축기로서 작용하는 제1 열교환기(42)와, 이 제1 열교환기(42)에서 응축한 냉매를 감압하는 제1, 제2 팽창 밸브(43, 45)와, 이들 제1, 제2 팽창 밸브(43, 45) 사이에 배치한 기액 분리기(44)와, 제2 팽창 밸브(45)에서 감압한 냉매를 증발시키는 제2 열교환기(46)를 갖고, 이들 각 기기를 차례로 배관으로 접속하고 있다.

기액 분리기(44)에는, 인젝션 배관(47)이 접속되어 있다. 인젝션 배관(47)의 일단부는, 스크롤 압축기(40)에 접속되어 있다. 인젝션 배관(47) 내부는, 압축기(40)에서 압축되고, 제1 열교환기(42)에서 응축된 기액 혼합 냉매로부터, 기액 분리기(44)에서 분리된 가스 냉매가, 유통한다. 인젝션 배관(47)의 도중에는, 역 지 밸브(48)가 설치되어 있다. 압축기(40) 및 제1 열교환기(42), 제1 감압 밸브(43), 기액 분리기(44), 인젝션 배관(47) 등은 인젝션 사이클을 형성한다.

제1 열교환기(42)는, 실외측에 배치되고, 도시하지 않은 실외 팬에 의해 실외 공기가 통풍되어, 실외 공기와 강제적으로 열교환한다. 제1 팽창 밸브(43) 및 제2 팽창 밸브(45)는, 냉난방 사이클의 어느 쪽도, 2단계로 냉매 압력을 감압하여 팽창시킨다. 제1 팽창 밸브(43) 및 제2 팽창 밸브(45)는, 밸브 개방도가 가변이고, 도시하지 않은 제어 장치에 의해 제어된다.

제1 팽창 밸브(43)와 제2 팽창 밸브(45)의 사이에 설치되는 기액 분리기(44)는, 제1 팽창 밸브(43) 또는 제2 팽창 밸브(45)에서 팽창된 냉매에 포함되는 액 냉매와 가스 냉매를 분리한다. 그리고, 액 냉매를 제2 팽창 밸브(45)에 송출하고, 가스 냉매를 인젝션 배관(47)으로 송출한다. 기액 분리기(44) 내의 냉매는, 제1 팽창 밸브(43)에서 팽창되어 감압되었으므로, 압축기(40)의 토출 압력과 흡입 압력의 중간 압력이다. 제2 열교환기(46)는, 실내측에 배치되는 열교환기로, 도시하지 않은 실내 팬에 의해, 실내 공기와 강제적으로 열교환된다.

이와 같이 구성한, 본 실시예에 도시한 냉동 사이클(50)의 동작을, 이하에 상세하게 서술한다. 스크롤 압축기(40)에서 압축된 고온 고압의 가스 냉매는, 절환 밸브(41)를 통해 제1 열교환기(42)로 보내져, 제1 열교환기(42)에서 실외 팬으로부터 송부된 실외 공기와 열교환하여 방열하여, 응축 액화한다. 응축한 냉매는, 제1 팽창 밸브(43)로 보내져, 제1 팽창 밸브(43)에서 스크롤 압축기(40)의 토출 압력보다는 낮고, 스크롤 압축기(40)의 흡입 압력보다는 높은 중간 압력까지 감압된 다. 그리고, 기액 2상의 습한 냉매로 되어, 기액 분리기(44)로 보내진다. 이 습한 냉매는, 기액 분리기(44)에서 액 냉매와 가스 냉매로 분리된다.

기액 분리기(44)에서 분리된 가스 냉매는, 인젝션 배관(47) 및 역지 밸브(48)를 통해, 후술하는 스크롤 압축기(40)의 배압실에 주입된다. 스크롤 압축기(40) 내에서는, 배압실로부터 압축실로 유입된다. 따라서, 냉방 운전 사이클에서는, 기액 분리기(44)에서 분리된 가스 냉매를 압축기(40)에서 중간 압력으로부터 압축되므로, 스크롤 압축기(40)의 작업량이 저감되어 냉동 사이클의 효율 향상이 가능하게 된다.

그 이유는, 가스 냉매를 저압까지 팽창시켜 제2 열교환기(46)로 유도해도, 증발기로서 작용하는 제2 열교환기(46)의 증발 과정에서 발생하는 흡열 능력에 기여하지 않기 때문이다. 왜냐하면, 본 실시예에서는 액 냉매가 증발하여 가스 냉매로 상변화할 때의 잠열 흡열을 이용하고 있으므로, 증발기에는 액 냉매만이 필요하고, 가스 냉매는 필요 없기 때문이다. 따라서, 냉매를 압축기(40)의 흡입 압력 등의 저압까지 팽창시키지 않고, 중간 압력까지 팽창시키고, 그 상태에서 가스화한 분을 압축 도중 단계의 압축실로 유도한다. 중간 압력의 가스 냉매를 압축기(40)에서 압축하므로, 가스 냉매를 흡입 압력 등의 저압으로부터 중간 압력까지 압축하는 동력이 생략된다. 또한, 분리된 가스 냉매는, 제2 열교환기(46)를 통과하지 않으므로, 제2 열교환기(46)에서의 압력 손실을 저감시킬 수 있다.

한편, 기액 분리기(44)에서 분리된 액 냉매는, 제2 팽창 밸브(45)로 보내져 더 감압되고, 저온 저압의 기액 2상의 습한 냉매로 된다. 이 습한 냉매는, 제2 열 교환기(46)에서 실내 팬이 송풍하는 실내 공기와 열교환하여 흡열하여, 기화한다. 그 결과, 가스 냉매로 되어 스크롤 압축기(40)의 흡입측으로 유입된다. 제2 열교환기(46)로부터 보내진 가스 냉매는, 스크롤 압축기(40)에 형성된 압축 도중의 압축실에 인젝션된 가스 냉매와 혼합하여 압축된다. 그리고, 스크롤 압축기(40)에서 소정 압력까지 압축되어, 고온 고압의 냉매 가스로서 제1 열교환기(42)로 보내진다.

이상은, 냉방 운전 사이클일 때의 각 기기의 작용인데, 난방 운전 사이클 시에는, 절환 밸브(41)는, 도1의 파선으로 나타나는 바와 같이 절환되고, 도면의 화살표와는 반대 방향으로 냉매가 흐른다. 이 경우, 제1 열교환기(42)는 증발기로서, 제2 열교환기(46)는 응축기로서 작용한다. 기액 분리기(44)에는, 제2 감압 밸브(45)에서 감압된 냉매가 유입된다.

이 인젝션 사이클에 이용하는 스크롤 압축기(40)의 상세를, 도2 및 도3을 이용하여 설명한다. 도2는 본 발명에 관한 스크롤 압축기의 일 실시예의 종단면도이다. 고정 스크롤(7)은 원판 형상으로 형성된 경판(7a)과, 이 경판(7a)의 위에 소용돌이 형상으로 세워 설치된 랩(7b)과, 경판(7a)의 외주측에 위치하고 랩(7b)을 돌러싸도록 통 형상으로 형성된 지지부(7d)를 갖고 있다. 랩(7b)이 세워 설치된 경판(7a)의 표면은, 이 바닥(齒底)(7c)을 형성한다. 지지부(7d)는, 고정 스크롤(7)의 외주부에 형성되어 있고, 지지부(7d)를 볼트 등으로 프레임(17)에 고정하고 있다. 지지부(7d)로 고정되어 고정 스크롤(7)과 일체로 된 프레임(17)의 주연부를, 용접 등에 의해 케이스(9)에 고정한다.

고정 스크롤(7)에 대향하여 배치되는 선회 스크롤(8)은, 프레임(17) 내에 선회 가능하게 보유 지지된다. 선회 스크롤(8)은, 원판 형상의 경판(8a)과, 이 경판(8a)에 세워 설치된 소용돌이 형상의 랩(8b)과, 경판(8a)의 배면 중앙에 설치된 보스부(8d)를 갖고 있다. 고정 스크롤(7)과 마찬가지로, 경판(8a)의 랩(8b)이 형성된 측의 표면은, 이 바닥(8c)을 형성한다. 선회 스크롤(8)에서 랩(8b)이 형성된 부분보다도 외경측의 부분이며, 고정 스크롤(7)의 이 끝측 단부면과 접하는 면은, 선회 스크롤(8)의 경판면(8e)을 형성한다.

케이스(9)는 밀폐 용기로, 고정 스크롤(7)과 선회 스크롤(8)을 갖는 스크롤부를 상부에, 선회 스크롤(8)을 선회 구동하는 모터(16)를 하부에 수용한다. 케이스(9)의 바닥부에는 윤활유(39)가 축적되어 있다. 모터(16)의 회전자(16a)는, 선회 스크롤(8)을 구동하는 샤프트(10)에 장착되어 있다. 샤프트(10)는, 프레임(17)에 회전 가능하게 설치되고, 고정 스크롤(7)의 축선과 동축이다. 샤프트(10)의 선단부에는 크랭크(10a)가 설치되어 있고, 크랭크(10a)에 선회 베어링(11)을 통해 선회 스크롤(8)의 보스부(8d)가 회전 가능하게 장착되어 있다.

선회 스크롤(8)의 축선은, 고정 스크롤(7)의 축선에 대해 소정 거리(δ)만큼 편심하고 있다. 선회 스크롤(8)의 랩(8b)은, 고정 스크롤(7)의 랩(7b)과 주위 방향으로 소정 각도만큼 옮겨 서로 겹치게 되어 있다. 선회 스크롤(8)이 고정 스크롤(7)에 대해 자전하지 않고 상대적으로 선회 운동하도록, 선회 스크롤(8)의 배면측에 올덤 링(12)을 장착한다.

선회 스크롤(8)의 랩(8b)과 고정 스크롤(7)의 랩(7b)을 조합하여 선회 스크 롤(8)을 선회 운동시키면, 2개의 랩(7b, 8b) 사이에 복수의 압축실(13)이 형성된다. 압축실(13)은 초승달 형상을 하고 있고, 압축실(13)이 중앙부로 이동함에 따라서 연속적으로 용적이 축소된다. 복수 형성되는 압축실(13)은, 소위 비대칭 랩의 경우에는, 도3에 도시하는 바와 같이, 선회 스크롤(8)의 랩(8b)의 내벽면측과 외벽면측에 형성되고, 각각 선회 내선측 압축실(13a)과 선회 외선측 압축실(13b)이다.

고정 스크롤(7)의 랩(7b)의 외경측 단부에는, 흡입부(38)가 형성되어 있다. 고정 스크롤(7)의 랩(7b) 형성면과는 반대측으로부터, 고정 구멍인 흡입 포트(14)가 형성되어 있다. 흡입 포트(14)는, 냉방 운전 사이클일 때에는 제2 열교환기(46)로부터의 냉매를 스크롤부로 유도한다. 흡입부(38)는, 흡입 포트(14)에 대응한 위치까지 홈 깊이가 서서히 변화되고, 그 단부에서 흡입 포트(14)의 일부에 연통하도록, 랩 면으로부터 고정 구멍이 형성되어 있다. 흡입부(38)는, 흡입 포트(14)로부터 흡입된 냉매의 흐름 방향의 변화를 완화시킨다.

흡입부(38)로 개방한 고정 스크롤(7)의 랩(7b)과 선회 스크롤(8)의 랩(8b)으로 형성되는 공간을, 흡입실(20)이라 부른다. 흡입실(20)은, 냉방 운전 사이클일 때에는 제2 열교환기(46)로부터, 난방 운전 사이클일 때에는 제1 열교환기(42)로부터의 냉매를 흡입하고 있는 도중의 공간이다. 선회 스크롤(8)의 선회 운동의 위상이 진행하면, 흡입 포트(14)측이 2개의 스크롤 랩(7b, 8b)에 의해 폐쇄되어, 압축실(13)로 바뀐다. 고정 스크롤(7)의 경판(7a)의 소용돌이 중심 부근에는, 토출 포트(15)가 관통 구멍으로서 형성되어 있다. 이 토출 포트(15)는, 최내주측의 압축 실(13)과 연통한다.

이와 같이 구성한 본 실시예의 스크롤 압축기의 동작에 대해, 이하에 설명한다. 모터(16)가 샤프트(10)를 회전 구동하면, 샤프트(10)의 크랭크부(10a)에 보유 지지된 선회 베어링(11)을 통해, 선회 스크롤(8)에 회전이 전달된다. 이것에 의해, 선회 스크롤(8)은 고정 스크롤(7)의 축선을 중심으로, 거리 δ의 선회 반경으로 선회 운동한다. 그때, 선회 스크롤(8)이 자전하지 않도록, 올덤 링(12)에 형성한 돌기가 선회 스크롤(8)의 배면측에 형성한 홈 내를 이동하도록 한다.

선회 스크롤(8)이 선회 운동하는 데 수반하여, 고정, 선회 랩(7b, 8b)의 사이에 형성된 압축실(13)은 중앙으로 연속적으로 이동한다. 그것과 동시에, 압축실(13)의 용적이 연속적으로 축소된다. 이 선회 스크롤(8)의 운동에 의해, 흡입 포트(14)로부터 흡입된 냉매는, 각 압축실(13) 내에서 순차 압축된다. 압축이 완료된 냉매는, 토출 포트(15)로부터 토출된다. 토출 포트(15)로부터 토출된 냉매는, 케이스(9) 내의 고정 스크롤(7)의 외주부를 통과한 후, 케이스(9)의 측부이며 스크롤부의 하부에 장착한 토출 파이프(6)로부터 압축기(40)의 외부로 나와, 절환 밸브(41)로 보내진다.

샤프트(10)의 하단부에는, 용적형 또는 원심식의 급유 펌프(21)가 장착되어 있다. 샤프트(10)가 회전하면 급유 펌프(21)도 회전하고, 케이스(9)의 바닥에 저류된 윤활유(39)를 급유 펌프 케이스(22)에 형성한 윤활유 흡입구(25)로부터 흡입한다. 급유 펌프(21)에서 흡입된 윤활유(39)는, 급유 펌프의 토출구(29)로부터, 샤프트(10)의 축부에 형성한 축 방향으로 연장하는 관통 구멍(3)을 통해 스크롤 압 축기(40)의 각 부로 유도된다.

상부로 유도된 윤활유(39)의 일부는, 프레임(17) 및 샤프트(10), 선회 스크롤(8), 선회 스크롤(8)의 보스부(8d)에 설치한 플랜지 형상의 선회 보스 부재(34)로 형성된 제1 공간(33)으로 유입된다. 샤프트(10)의 하부에는, 반경 방향으로 연장하는 가로 구멍(24)이 형성되어 있고, 윤활유(39)의 일부는, 이 가로 구멍(24)으로부터 분출하여, 샤프트(10)의 하부를 회전 지지하는 부 베어링(23)을 윤활한 후, 케이스(9) 바닥부의 윤활유(39)의 저류부로 복귀된다.

샤프트(10)의 상부이며 주 베어링(5)에 대향하는 부분에는, 반경 방향으로 연장하는 가로 구멍(4)이 형성되어 있고, 윤활유(39)의 일부가 이 가로 구멍(4)으로부터 분출하여 주 베어링(5)을 윤활한다. 주 베어링(5)을 윤활한 윤활유(39)는, 제1 공간(33)으로 유입된다. 상하로 연장하는 관통 구멍(3)을 통해 샤프트(10)의 크랭크(10a) 상부에 도달한 윤활유(39)는, 선회 베어링(11)을 윤활한 후, 제1 공간(33)으로 유입된다. 여기서, 샤프트(10)에는, 베어링(5, 11)의 베어링 간극으로부터 충분히 홈 폭이 넓은 급유 홈(27, 28)을 형성한다. 급유 홈(27, 28)의 폭이 넓으므로, 윤활유(39)가 주 베어링(5) 및 선회 베어링(11)을 통과할 때의 유로 저항이 작아, 베어링(5, 11)의 각각의 상단부와 하단부에서 압력 구배가 거의 생기지 않는다. 따라서, 윤활유(39) 중에 용해한 냉매가 감압 발포하는 것을 방지할 수 있어, 높은 베어링 신뢰성이 얻어진다.

제1 공간(33)으로 유입된 윤활유의 대부분은, 프레임(17)에 형성한 배유 구멍(26a) 및 배유 파이프(26b)를 통해 케이스(9)의 바닥부로 낙하한다. 이때, 배유 파이프(26b)의 출구를 케이스(9)의 내벽면에 근접시키고, 또한 윤활유(39)가 하향으로 유출되도록 출구 위치를 형성했으므로, 윤활유(39)가 토출 가스와 혼합하여 기기 밖으로 배출되는 것을 억제한다. 그 결과, 압축실(13) 내의 윤활유(39)가 극단적으로 감소되어 압축기(40)의 신뢰성을 손상시키는 것을 방지할 수 있다.

제1 공간(33)으로 유입된 나머지 윤활유(39) 중에서, 올덤 링(12) 및 압축실(13)을 윤활하는 동시에 압축실(13)을 밀봉하는데 필요한 최저한의 윤활유가, 주 베어링(5)의 상방에 위치하는 밀봉 부재(32)의 상단부면과 선회 보스 부재(34)의 단부면 사이에 마련한 오일 누출 수단으로부터 배압실(18)로 유입된다. 여기서, 배압실(18)은, 선회 스크롤(8)의 배면측과 프레임(17) 사이에 형성되는 공간이다.

그런데, 스크롤 압축기(40)에서는, 고정 스크롤(7)과 선회 스크롤(8)이 대향 배치되어 있고, 선회 스크롤(8)이 선회하면, 선회, 고정 양 랩(7b, 8b) 사이에 형성되는 복수의 압축실(13)의 용적이 순차 감소된다. 스크롤 압축기(40)에 있어서의 압축 작용에 의해, 고정 스크롤(7)과 선회 스크롤(8)에는, 서로 이격하고자 하는 축 방향의 힘(이하, 이격력이라 칭함)이 발생한다. 고정, 선회 양 스크롤(7, 8)이 이격되면, 고정 스크롤(7)의 랩(7b)의 이 끝과 선회 스크롤(8)의 이 바닥, 및 선회 스크롤(8)의 랩(8b)의 이 끝과 고정 스크롤(7)의 이 바닥과의 사이에 갭이 생겨, 압축실(13)의 밀폐성이 악화되어, 압축기의 효율이 저하된다.

따라서, 선회 스크롤(8)의 경판(8a)의 배면측에, 압축기(40)의 토출 압력과 흡입 압력의 사이의 압력(중간압)으로 되는 배압실(18)을 형성한다. 중간압을 선회 스크롤(8)의 배압으로서 작용시키면, 선회 스크롤(8)은 고정 스크롤(7)측으로 압박되어, 상기 이격력을 상쇄한다. 그것과 동시에, 선회 스크롤(8)과 고정 스크롤(7) 사이에 끌어 당김력이 발생한다.

그러나, 끌어 당김력이 지나치게 크면 선회 스크롤(8)과 고정 스크롤(7) 사이에 작용하는 스러스트력이 커져, 양 랩(7b, 8b)의 이 끝과 이 바닥의 미끄럼 이동 마찰이 증대된다. 따라서, 끌어 당김력을 적당한 크기로 조정한다. 이 끌어 당김력 즉 배압의 크기를 조정하기 위해, 도2에 도시하는 바와 같이 선회 스크롤(8)의 경판(8a)에, 배압 구멍(35)을 형성했다.

배압 구멍(35)은, 배압실(18)과 압축실(13)을 연통하는 연통로이다. 배압이 높아지면, 배압실(18)과 압축실(13)의 압력차에 따라서, 자동적으로 배압실(18)의 유체가 압축실(13)로 릴리프되어, 배압이 적정한 값으로 유지된다. 반대로, 배압이 낮아지면, 압축실(13)의 유체가 배압실(18)로 유입되어 배압을 높여, 배압을 적정한 값으로 유지한다.

밀봉 부재(32)는 링 형상을 하고 있고, 프레임(17)에 형성한 둥근 고리 홈(31)에 도시하지 않은 물결형 스프링과 함께 삽입되어 있다. 밀봉 부재(32)는, 압축기(40)의 토출 압력인 제1 공간(33)과, 압축기(40)의 흡입 압력과 토출 압력의 중간 압력인 배압실(18)을 구획한다. 오일 누출 수단으로서, 복수의 구멍(30)이 선회 보스 부재(34)에 축 방향으로 연장되어 형성되어 있다. 선회 스크롤(8)이 선회 운동하면, 복수의 구멍(30)은 밀봉 부재(32)를 사이에 두고 원주 상을 이동하여, 제1 공간(33)과 배압실(18)에 그 개구부가 교대로 면한다. 이것에 의해, 제1 공간(33)의 윤활유(39)를, 배압실(18)로 이송한다.

배압실(18)로의 급유량은, 선회 보스 부재(34)에 형성한 복수의 구멍(30)의 수나 각 구멍(30)의 직경 및 깊이를 변화시키는 것에 의해 자유롭게 조정할 수 있다. 배압실(18)로 유입된 윤활유(39)는, 배압이 높아지면, 선회 스크롤(8)의 경판(8a)에 형성한 배압 구멍(35)을 통해 압축실(13)로 유입된다. 그리고, 선회 스크롤(8)의 선회와 함께 선회 스크롤(8)의 중앙부로 이동하여, 토출 포트(15)로부터 토출된다. 토출 포트(15)로부터 토출된 윤활유(39)의 일부는, 토출 파이프(6)로부터 기기 밖으로 유출한다. 나머지 윤활유(39)는, 냉매와 분리되어 케이스(9)의 바닥부에 저류된다.

상술한 배압 구멍(35)의 위치는, 이하와 같이 설정한다. 선회 스크롤(8)의 경판(8a)에 배압 구멍(35)은 형성된다. 그때, 선회 스크롤(8)의 선회에 수반하여 형성되는 압축실(13)의 배압 구멍(35)에서의 압력이, 미리 정한 배압치에 가까운 값이 되도록, 배압 구멍(35)을 위치 결정한다. 도3에, 배압 구멍(35)의 일례를 나타낸다. 압축실(13)의 배압 구멍(35)에서의 압력은, 선회 외선측 압축실(13b)의 압력이다.

선회 외선측 압축실(13b) 내의 압력은, 선회 스크롤(8)이 1 선회하는 동안에 변동되므로, 1 선회 중의 평균 압력이 압축실(13)의 배압 구멍(35)의 압력으로 된다. 도4에, 선회 스크롤(8)의 선회각과 압축실(13)의 압력과의 관계를 나타낸다. 횡축은 선회 스크롤(8)의 선회각에 대응하는 크랭크각이다. 선회 스크롤(8)이 선회 운동함에 따라서, 선회 외선측 압축실(13b)의 압력은, 도면 중 선 A-B-C와 같이 흡입 압력으로부터 토출 압력까지 상승한다. 한편, 선회 내선측 압축실(13a)의 압 력은, 도면 중 선 A-D-E-C와 같이 상승한다.

이때, 압축실(13)의 위치는 선회 스크롤(8)의 선회와 함께 중앙으로 이동하므로, 압축실(13)에 배압 구멍(35)이 포함되지 않는 경우도 생긴다. 따라서 압축실(13)이 배압 구멍(35)을 포함할 때만, 즉, 개구 구간에 있어서만, 선회 외선측 압축실(13b)의 압력인 선 F-G의 압력이 배압 구멍(35)에 작용한다. 이 선 F-G의 평균의 압력이, 배압실(18)에 작용하는 배압과 균형잡히도록, 배압 구멍(35)을 형성한다.

배압 구멍(35)의 압축실(13)측의 압력은, 상술한 바와 같이 선 F-G와 같이 변동하고 있으므로, 냉매가 흐르는 방향이, 선회 스크롤(8)의 선회 중에, 임의의 크랭크각 범위에서는 배압실(18)로부터 압축실(13)에, 또한 임의의 크랭크각 범위에서는 압축실(13)로부터 배압실(18)로 변화된다. 이와 같은 배압 구멍(35)을 왕복하는 냉매의 흐름은, 소위 호흡 손실을 발생한다. 따라서 이 호흡 손실을 저감시키기 위해, 배압 구멍(35)을 간헐적으로 배압실(18) 및 압축실(13)에 연통시킨다.

배압 구멍(35)을 간헐적으로 배압실 및 압축실에 연통시키는 예를, 도5 및 도6을 이용하여 설명한다. 도5는, 도2에 도시한 스크롤 압축기(40)에 대해, 배압 구멍(35)의 주위의 부분을 확대하여 도시한 종단면도이다. 또한 도6은 선회 스크롤(8)의 이 바닥면인 경판(8a)에서의 횡단면도로, 고정 스크롤(7)과 선회 스크롤(8)만을 도시하는 도면이다. 선회 스크롤(8)의 경판(8a)에 단면 대략 ㄷ자형으로 형성한 배압 구멍(35)과, 고정 스크롤(7)의 랩(7b)측 표면에 형성하고 반경 방 향 외방으로부터 비스듬하게 내경측으로 연장하는 연통 홈(36)을 아울러 도시한다.

연통 홈(36)은 배압실(18)의 일부를 구성한다. 선회 스크롤(8)이 1 선회하면, 배압 구멍(35)의 배압실(18)측의 개구(35a)는, 도6 중에서 원 37로 도시된 궤적을 따른다. 이때, 1 선회 중의 임의의 크랭크각 범위, 구체적으로는 배압 구멍(35)의 개구(35a)가 연통 홈(36)에 면하는 동안만, 배압실(18)과 압축실(13)이 연통한다. 크랭크각의 다른 범위에서는, 배압 구멍(35)의 개구(35a)는, 고정 스크롤(7)의 랩(7b)측의 표면(7e)에서 폐색되어 있고, 배압실(18)과 압축실(13)은 차단되어 있다. 배압실(18)과 압축실(13)을 간헐적으로 연통시켰으므로, 도4에 도시한 압축 곡선에 있어서의 선 F-G의 길이가 짧아져, 압력 변동을 억제할 수 있다.

다음에, 인젝션 사이클에 이용하는 압축기(40)로서의 구성을, 도2를 이용하여 설명한다. 배압실(18)에 연통하도록, 케이스(9)를 관통하여 인젝션 파이프(1)가 설치되어 있다. 인젝션 파이프(1)의 단부는, 도1에 도시한 인젝션 배관(47)에 접속되어 있다.

이와 같이 구성한 스크롤 압축기(40)에서는, 기액 분리기(44)에서 분리한 가스 냉매를 배압실(18)에 주입한다. 주입된 가스 냉매는, 상기 윤활 경로, 즉 케이스(9)의 바닥부의 윤활유 저류부로부터 샤프트(10) 내를 통해 배압실(18)에 도달한 윤활유와 함께, 배압 구멍(35)을 통해 압축실(13)로 유입된다. 상술한 바와 같이, 배압 구멍(35)을 간헐적으로 배압실(18)과 압축실(13)에 연통시켰으므로, 배압실(18)로부터의 가스 냉매의 유출처인 압축실(13)측의 압력 변동은 작아지고, 호흡 손실도 작아진다. 그 결과, 가스 냉매를 압축실(13)에 직접 인젝션하는 경우에 비 해, 호흡 손실을 저감시킬 수 있는 동시에, 인젝션량을 증대시킬 수 있다.

가스 냉매의 인젝션량이 증대되면, 증발기에서의 흡열 능력에 기여하지 않는 가스 냉매를, 저압으로부터 중간 압력까지 압축하는 동력을, 보다 대폭 저감시킬 수 있다. 종래, 호흡 손실이나 유로 저항에 의한 압력 손실에 의해, 분리한 가스 냉매를 모두 인젝션하는 것이 곤란하고, 일부의 가스 냉매를 증발기를 통해 압축하고 있었다. 본 실시예에서는, 인젝션량을 늘리고 있으므로, 이와 같은 불필요한 압축을 회피할 수 있다.

기액 분리기(44)에서 분리된 가스 냉매는, 제2 열교환기(46)를 통과하지 않으므로, 제2 열교환기(46)에서의 압력 손실을 저감시킬 수 있다. 또한, 가스 냉매의 유출처인 압축실(13)측의 압력 변동의 영향을 작게 억제했으므로, 인젝션 압력을 가스 냉매의 유출처의 최대 압력보다도 높은 압력으로 설정하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 압축실(13)로부터 배압실(18)을 통해 인젝션 배관(47)에 가스 냉매가 역류하는 것을 방지할 수 있어, 인젝션 사이클 중의 소음원으로 되는 역지 밸브(48)가 불필요로 된다.

종래 이용되고 있는 압축실(13)에 직접 냉매 가스를 인젝션하는 방법에서는, 냉매 가스의 인젝션에 의해 압축실(13)의 압력이 높아져, 인젝션하지 않는 경우에 비해, 선회 스크롤(8)을 고정 스크롤(7)로부터 이격시키는 이격력이 증대되어, 압축기의 효율이 저하될 우려가 있었다.

이것에 반해, 본 실시예에 따르면, 가스 냉매를 배압실(18)로 유입시켜, 배압 구멍(35)을 통과할 때의 압력 손실에 의해, 가스 냉매의 압력이 조금 낮아진 상 태에서 압축실(13)로 유입된다. 그 결과, 이격력이 증대되는 동시에 압박력도 증대되므로, 고정, 선회 양 스크롤(7, 8)이 이격되는 것에 의한 압축기(40)의 효율 저하를 방지할 수 있다.

또한, 종래의 압축실(13)에 직접 인젝션하는 방법에서는, 인젝션 포트와 역지 밸브로 형성되는 압축실(13)측의 공간이, 인젝션하지 않고 운전할 때에, 압축에 기여하지 않는 데드 볼륨으로 되어, 재팽창 손실을 발생시킬 우려가 있었다. 본 실시예에 따르면, 인젝션 포트가 불필요하므로 데드 볼륨이 생기지 않고, 인젝션하지 않고 운전해도 압축기(40)의 효율이 저하되지 않는다. 또한, 본 실시예에 따르면, 주 베어링(5) 및 선회 베어링(11)에 급유 펌프에서 윤활유(39)를 공급하고 있다. 그 때문에, 배압실(18)에 냉매 가스를 인젝션해도, 베어링 미끄럼 이동부로의 급유량이 감소될 우려가 없다.

상기 실시예에서는, 기액 분리기(44)에서 분리한 가스 냉매를, 배압실(18)에 인젝션하고 있지만, 가스 냉매에 부가하여 일부의 액 냉매를 배압실(18)에 인젝션해도 좋다. 액 냉매도 인젝션하는 경우에는, 저온의 액 냉매가 배압실(18)을 경유하여 압축실(13)로 유입되므로 압축실(13)이 냉각되어, 토출 포트(15)로부터 토출되는 냉매 가스의 토출 온도를 내릴 수 있다. 그 결과, 모터의 권선이나 윤활유 등의 온도 상승도 억제할 수 있다.

본 발명에 관한 스크롤 압축기(40)의 다른 실시예를, 도7 및 도8을 이용하여 설명한다. 도7은 스크롤 압축기(40)의 종단면도이고, 도8은 스크롤 압축기(40)가 구비하는 배압 조정 밸브(2)를 확대하여 도시하는 종단면도이다. 본 실시예가 도2 에 도시한 실시예와 다른 것은, 베어링부로의 급유를, 토출 압력과 배압과의 압력차로 행하는 차압 급유로 한 것, 및 배압 구멍 대신에 배압 조정 밸브(2)를 이용하여 배압을 조정한 것에 있다.

차압 급유 구조에 대해 설명한다. 윤활유(39)는 케이스(9)의 바닥부의 윤활유 저류부(39a)에 저류되어 있고, 이 윤활유 저류부(39a)의 분위기 압력은 토출 압력이다. 이것에 대해, 배압실(18) 내의 압력은 토출 압력보다 낮다. 따라서, 윤활유 저류부(39a)에 저류하고 있는 윤활유(39)는, 윤활유 저류부(39a)의 분위기 압력과 배압실(18)의 압력과의 압력차에 의해, 샤프트(10)의 축심부에 형성한 관통 구멍(3)을 통해 배압실(18)로 유입된다.

이때, 윤활유(39)의 일부는, 샤프트(10)의 주 베어링(5)에 대향하는 부분으로 개방하여, 샤프트(10) 내를 반경 방향으로 연장하는 가로 구멍(4)을 통해 주 베어링(5)을 윤활한다. 그리고, 주 베어링(5)을 윤활한 후, 배압실(18)에 도달한다. 나머지 윤활유(39)는, 관통 구멍(3)을 통해 샤프트(10)의 크랭크(10a) 상부에 도달하고, 선회 베어링(11)을 윤활하여 배압실(18)로 유입된다. 윤활유(39)는, 주 베어링(5) 및 선회 베어링(11)을 통과할 때, 베어링 간극이 작으므로 조여지고, 토출 압력보다 낮은 압력에서 배압실(18)로 유입된다.

배압실(18)로 유입된 윤활유(39)는, 배압이 높아지면, 흡입실(20) 또는 압축실(13)로의 연통로에 설치한 배압 조정 밸브(2)가 개방된다. 배압 조정 밸브(2)가 개방되었으므로, 윤활유(39)는 배압실(18)로부터 흡입실(20) 또는 압축실(13)로 유입되고, 압축실(13)을 통해 토출 포트(15)로부터 토출된다.

다음에 배압 조정 밸브(2)의 구성 및 동작에 대해 설명한다. 고정 스크롤(7)의 랩(7b)보다도 외측에는, 배압 조정 밸브(2)의 밸브 부재(2a)를 수용 가능하도록 축 방향으로 연장하는 단차식의 구멍이 배면측으로부터 형성되어 있다. 한편, 이 단차식 구멍에 대응하는 위치에, 배압실(18)측으로부터 구멍이 형성되어 있다. 배압실(18)측의 구멍은, 배압실(18)과 통하고 있는 하측의 공간(2d)을 형성한다.

단차식 구멍의 측부에, 이 단차식 구멍과 배압실(18)측을 연통하는 구멍이 비스듬하게 형성되어 있다. 비스듬하게 형성된 구멍의 배압실(18)측 단부는, 고정 스크롤(7)의 랩(7b)측 표면에 형성된 홈인 연통로(2f)에 접속되어 있다. 단차식 구멍 및 경사진 구멍으로 형성되는 공간(2e)은, 연통로(2f)를 통해 흡입실(20) 또는 압축실(13)에 연통한다. 하측의 공간(2d)의 상면에는, 이 공간을 폐쇄하는 것이 가능하도록, 밸브 부재(2a)가 배치되어 있다. 밸브 부재(2a)는, 단차식 구멍에 끼워 맞추어지는 부재(2c)의 하부에 고정된 스프링(2b)에 의해, 하측의 공간(2d)측으로 압박되어 있다.

따라서, 밸브 부재(2a)는, 배압실(18)에 연통하는 하측의 공간(2d)의 압력에 의한 힘이, 연통로(2f)를 통해 공간(2e)에 전달된 흡입실(20) 또는 압축실(13)의 압력에 의한 힘과, 스프링(2b)의 압박력의 합계보다 높아진 경우에, 상방으로 이동한다. 그리고, 하측의 공간(2d)과 공간(2e)을 연통시킨다. 즉, 배압 조정 밸브(2)는, 배압실(18) 내의 압력이 미리 설정한 값보다도 높아지면, 배압실(18) 내의 유체를 흡입실(20) 또는 압축실(13)로 릴리프한다.

이 배압 조정 밸브(2)를 갖는 구조에 있어서도, 인젝션 배관(47)을 거쳐 배압실(18)에 주입된 가스 냉매는, 배압실(18)에 도달한 윤활유와 함께 된다. 그리고, 배압 조정 밸브(2)를 통해 흡입실(20) 또는 압축실(13)로 유입된다. 따라서, 본 실시예에 있어서도, 배압 조정 밸브(2)가 간헐적으로 배압실(18)과 흡입실(20) 또는 압축실(13)을 연통시키므로, 배압실(18) 내의 압력은, 흡입실(20) 또는 압축실(13)측의 압력 변동의 영향을 받지 않고, 대략 일정한 압력이고, 호흡 손실이 적은 양호한 인젝션을 실현할 수 있다.

또한 본 실시예에 따르면, 가스 냉매를 압축실(13)에 직접 인젝션하는 경우에 비해, 호흡 손실을 저감시킬 수 있어 인젝션량을 증대시킬 수 있고, 인젝션 배관(47)에 가스 냉매가 역류하는 것을 방지할 수 있어, 역지 밸브(48)가 불필요로 되고, 가스 냉매가 배압실(18)로 유입된 후, 배압 조정 밸브(2)를 통과하고, 그때의 압력 손실이 있으므로, 도2에 나타낸 실시예와 같은 이유에서, 고정, 선회 양 스크롤(7, 8) 사이의 이격력과 함께 압박력도 증대되어 체적 효율의 저하를 방지할 수 있고, 종래 필요한 인젝션 포트가 불필요하므로, 데드 볼륨은 생기지 않고, 인젝션하지 않고 운전할 때에도 압축기의 효율은 저하되지 않는 등의 효과가 있다.

또한 본 실시예에서는, 주 베어링(5) 및 선회 베어링(11)에 윤활유(39)를, 토출 압력과 배압의 차압에 의해 공급하고 있으므로, 인젝션에 의해 배압실(18)로 유입되는 가스 냉매의 양이 많으면, 그만큼 베어링을 경유하여 배압실(18)로 유입되는 윤활유의 양이 적어진다. 즉, 인젝션하지 않는 경우에는, 배압실로부터 유출되는 유체의 흐름은, 케이스 바닥부의 오일 저류부로부터의 윤활유의 흐름으로 간 주할 수 있지만, 인젝션했을 때에는 이 윤활유의 흐름에 인젝션 가스의 흐름이 가해진다. 그 결과, 배압실(18)로부터의 유체의 유량을 일정하게 하면, 윤활유량이 감소한다.

따라서, 배압 조정 밸브(2)의 스프링(2b)의 압박력을 작게 한다. 스프링(2b)의 압박력이 작으면, 배압실(18)로부터 흡입실(20) 또는 압축실(13)로 릴리프되는 유체의 양이 증가한다. 배압실(18)로 유입되는 윤활유의 양이, 배압실(18)에 인젝션하지 않을 때와 동일한 정도이도록 인젝션 압력을 조정한다. 이것에 의해, 베어링부로의 급유량의 감소를 회피할 수 있다. 가스 냉매뿐만 아니라 액 냉매를 포함하는 가스 냉매를 인젝션해도 되는 것은, 도2에 나타낸 실시예와 마찬가지이다.

도1은 본 발명에 관한 냉동 사이클의 시스템도.

도2는 본 발명에 관한 스크롤 압축기의 일 실시예의 종단면도.

도3은 도2에 도시한 스크롤 압축기가 갖는 선회 스크롤과 고정 스크롤에 의해 형성되는 압축실의 평면도.

도4는 도2에 도시한 스크롤 압축기의 압축실 내의 압력의 변화를 설명하는 그래프.

도5는 도2에 도시한 스크롤 압축기에 형성되는 배압 구멍의 상세 종단면도.

도6은 도2에 도시한 스크롤 압축기에 형성되는 배압 구멍의 평면도.

도7은 본 발명에 관한 스크롤 압축기의 다른 실시예의 종단면도.

도8은 도2 또는 도7에 도시한 스크롤 압축기가 갖는 배압 조정 밸브의 종단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 인젝션 파이프

2 : 배압 조정 밸브

7 : 고정 스크롤

8 : 선회 스크롤

13 : 압축실

18 : 배압실

35 : 배압 구멍

40 : 스크롤 압축기

50 : 냉동 사이클

Claims (11)

1. 선회 스크롤의 배면측에 이 선회 스크롤을 고정 스크롤에 압박하기 위한 배압실을 형성한 스크롤 압축기에 있어서,

   상기 배압실에는 기액 분리기에 접속되는 인젝션 파이프가 접속되고,

   상기 기액 분리기는 제1 팽창 밸브와 제2 팽창 밸브 사이에 배치되며,

   상기 인젝션 파이프는 스크롤 압축기의 토출 압력과 흡입 압력의 중간 압력의 가스상 냉매를 배압실에 인젝션하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 인젝션하는 가스상 냉매에 대략 동일한 압력의 액 냉매를 혼입시킨 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기 선회 스크롤을 구동하는 샤프트를 갖고, 이 샤프트는 축심부에 관통 구멍이 형성되어 있고, 이 샤프트의 하단부에 윤활유 펌프를 설치하여 이 스크롤 압축기의 미끄럼 이동부에 강제 윤활하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
4. 삭제
5. 삭제
6. 경판에 소용돌이 형상의 랩이 세워 설치된 고정 스크롤과, 고정 스크롤에 대향하여 선회 가능하게 설치된 선회 스크롤과, 선회 스크롤의 배면에 있어서 토출 압력과 흡입 압력의 중간 압력으로 되는 배압실을 구비하고, 선회 스크롤에서는 소용돌이 형상의 랩이 경판에 세워 설치되어 있고, 상기 고정 스크롤의 랩과 상기 선회 스크롤의 랩과의 사이에 복수의 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 제1 팽창 밸브와 제2 팽창 밸브 사이에 배치되는 기액 분리기와 접속된 인젝션 파이프가 상기 배압실에 접속되고, 상기 인젝션 파이프는 상기 배압실에, 가스상의 냉매를 인젝션하는 인젝션 회로를 구비하고,

   상기 선회 스크롤 및 고정 스크롤을 수용하는 밀폐 용기를 갖고, 선회 스크롤의 배면 중심부에 토출 압력에 가까운 압력으로 되는 제1 공간을 형성하고, 상기 밀폐 용기 바닥부에 저류한 윤활유를 이 제1 공간으로 유도하는 수단을 마련하고, 상기 제1 공간으로부터 상기 배압실로 윤활유를 누출시키는 수단과, 상기 제1 공간 내의 대부분의 윤활유를 밀폐 용기 내의 압축 가스와 혼합시키는 일없이 밀폐 용기 바닥부로 복귀시키는 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
7. 제6항에 있어서, 상기 인젝션 회로는, 가스상의 냉매에 부가하여 액상의 냉매도 인젝션하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
8. 경판에 소용돌이 형상의 랩이 세워 설치된 고정 스크롤과, 고정 스크롤에 대향하여 선회 가능하게 설치된 선회 스크롤과, 선회 스크롤의 배면에 있어서 토출 압력과 흡입 압력의 중간 압력으로 되는 배압실을 구비하고, 선회 스크롤에서는 소용돌이 형상의 랩이 경판에 세워 설치되어 있고, 상기 고정 스크롤의 랩과 상기 선회 스크롤의 랩과의 사이에 복수의 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 제1 팽창 밸브와 제2 팽창 밸브 사이에 배치되는 기액 분리기와 접속된 인젝션 파이프가 상기 배압실에 접속되고, 상기 인젝션 파이프는 상기 배압실에, 가스상의 냉매를 인젝션하는 인젝션 회로를 구비하고,

   상기 고정 스크롤의 최외주 랩의 이 끝에 연통로를 형성하고, 이 연통로를 통해 도입되는 흡입 압력 또는 압축실 압력과 배압실 압력과의 차에 따라서, 배압실 내의 유체를 상기 연통로를 통해 흡입실 또는 압축실로 릴리프하는 배압 조정 밸브를 설치하여, 상기 배압실의 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
9. 경판에 소용돌이 형상의 랩이 세워 설치된 고정 스크롤과, 고정 스크롤에 대향하여 선회 가능하게 설치된 선회 스크롤과, 선회 스크롤의 배면에 있어서 토출 압력과 흡입 압력의 중간 압력으로 되는 배압실을 구비하고, 선회 스크롤에서는 소용돌이 형상의 랩이 경판에 세워 설치되어 있고, 상기 고정 스크롤의 랩과 상기 선회 스크롤의 랩과의 사이에 복수의 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 제1 팽창 밸브와 제2 팽창 밸브 사이에 배치되는 기액 분리기와 접속된 인젝션 파이프가 상기 배압실에 접속되고, 상기 인젝션 파이프는 상기 배압실에, 가스상의 냉매를 인젝션하는 인젝션 회로를 구비하고,

   상기 배압실과 압축실 또는 상기 배압실과 흡입실을 연통하는 배압 구멍을, 상기 선회 스크롤의 경판에 형성하여, 상기 배압실의 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
10. 경판에 소용돌이 형상의 랩이 세워 설치된 고정 스크롤과, 고정 스크롤에 대향하여 선회 가능하게 설치된 선회 스크롤과, 선회 스크롤의 배면에 있어서 토출 압력과 흡입 압력의 중간 압력으로 되는 배압실을 구비하고, 선회 스크롤에서는 소용돌이 형상의 랩이 경판에 세워 설치되어 있고, 상기 고정 스크롤의 랩과 상기 선회 스크롤의 랩과의 사이에 복수의 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 제1 팽창 밸브와 제2 팽창 밸브 사이에 배치되는 기액 분리기와 접속된 인젝션 파이프가 상기 배압실에 접속되고, 상기 인젝션 파이프는 상기 배압실에, 가스상의 냉매를 인젝션하는 인젝션 회로를 구비하고,

    상기 배압실과 압축실 또는 상기 배압실과 흡입실을 간헐적으로 연통하는 배압 구멍을 선회 스크롤의 경판에 형성하여, 상기 배압실의 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
11. 압축기, 절환 밸브, 제1 열교환기, 제1 감압 밸브, 기액 분리기, 제2 감압 밸브, 제2 열교환기를 순차 배관 접속한 냉동 사이클에 있어서, 상기 압축기는 제1항에 기재된 압축기이고, 상기 기액 분리기와 상기 압축기의 인젝션 파이프를 접속한 것을 특징으로 하는 냉동 사이클.

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