스크롤 압축기

Scroll compressor
스크롤 펌프의 메커니즘; 여기서는 2개의 아르키메데스 나선형
스크롤 압축기 작동

스크롤 압축기(나선형 압축기, 스크롤 펌프 및 스크롤 진공 펌프라고도 함)는 공기 또는 [1]냉매를 압축하는 장치입니다.에어컨 장비, 자동차 슈퍼차저(스크롤형 슈퍼차저로 알려져 있음) 및 진공 펌프에 사용됩니다.많은 가정용 중앙 히트 펌프 및 에어컨 시스템과 일부 자동차 에어컨 시스템은 기존의 회전식, 왕복식 및 워블 플레이트 압축기 대신 스크롤 압축기를 사용합니다.

역방향으로 작동하는 스크롤 압축기는 스크롤 확장기로 기계적 작업을 발생시킬 수 있습니다.

역사

회전 스크롤 압축기 애니메이션

Léon Creux는 1905년 프랑스와 미국에서 스크롤 압축기를 최초로 특허 취득했습니다(특허 번호 801182).[2]Creux는 회전식 증기 엔진 개념으로 컴프레서를 발명했지만 스크롤 컴프레서가 효과적으로 작동하려면 매우 엄격한 공차가 필요하기 때문에 당시의 금속 주조 기술은 작동 시제품을 제작하기에 충분히 발전하지 못했습니다.1905년 특허에서 Creux는 단일 [3]샤프트의 고정 반지름 크랭크로 구동되는 가역성 증기 팽창기를 정의합니다.그러나 스크롤 익스팬더 엔진은 1975년 [4]Niels Young이 작업하기 전까지 적절하게 다루지 못했던 스크롤 작업의 효율성을 달성하는 데 내재된 레이디얼 컴플라이언스의 가공 장애물을 극복하지 못했습니다.최초의 실용적인 스크롤 압축기는 제2차 세계대전 이후 고정밀 공작기계가 제작될 때까지 시장에 등장하지 않았다.1981년 Sanden은 [5][1]자동차 에어컨용 최초의 상업용 스크롤 압축기를 제조하기 시작했습니다.1983년 히타치가 세계 최초로 밀폐 스크롤 [6][7]압축기를 탑재한 에어컨을 출시할 때까지 실내 공조용으로 상업적으로 생산되지 않았다.

설계.

스크롤 압축기는 두 개의 인터리빙 스크롤을 사용하여 액체 및 가스 등의 유체를 펌프, 압축 또는 가압합니다.베인 지오메트리는 인볼루트, 아르키메데스 나선 또는 하이브리드 [8][9][10][11][12]곡선일 수 있습니다.

종종 스크롤 중 하나는 고정되어 있고, 다른 하나는 회전하지 않고 편심 궤도를 돌고 있으며, 그 결과 스크롤 사이에 유체의 포켓을 포착하고 펌핑하거나 압축할 수 있습니다.편심축은 궤도 운동을 제공할 수 있지만 일반적으로 Oldham 유형의 커플링, 추가 편심 아이들러 축 또는 벨로우즈 조인트(특히 고순도 애플리케이션의 경우)를 사용하여 스크롤이 회전하는 것을 방지해야 합니다.압축운동을 생성하는 또 다른 방법은 스크롤을 동기운동으로 동시에 회전하는 것이지만 오프셋 중심을 갖는 것이다.상대운동은 마치 궤도를 도는 것과 같다.

축 간격에서 누출은 나선형 팁 씰을 사용하여 양쪽 [13]나선형 팁의 홈에 배치함으로써 방지됩니다.또한 이러한 팁 씰은 마찰력을 낮추는 데 도움이 되며 마모되면 교체할 수 있습니다.일부 압축기는 가압된 방전 가스를 사용하여 두 스크롤을 함께 밀어서 팁 씰이 필요하지 않고 씰링이 개선됩니다. 이러한 압축기는 마모 [14][15][16][17]대신 마모된다고 하지만 Oldham 링과 같은 다른 부품은 여전히 마모될 수 있습니다.

또 다른 변형은 유연한 (레이플랫) 튜브로 아르키메데스 나선이 치약 튜브와 거의 같은 원리로 작동하는 연동 펌프 역할을 하는 것입니다.펌프 튜브의 외부 마모를 방지하고 열 방산을 돕기 위해 윤활유로 채워진 케이스가 있으며, 종종 '호스'라고 불리는 강화 튜브를 사용합니다.이런 종류의 펌프는 종종 '호스 펌퍼'[citation needed]라고 불립니다.

다른 펌프와의 엔지니어링 비교

공기 탱크가 있는 스크롤 압축기

이러한 장치는 일부 애플리케이션에서 [18]기존 압축기보다 부드럽고 조용하며 안정적으로 작동하는 것으로 알려져 있습니다.

회전 및 펄스 흐름

오픈형 스크롤 컴프레서

압축 프로세스는 회전식 압축기의 경우 1회전, 왕복식 압축기의 경우 1/2회전인 데 비해 크랭크축은 약 2~2µ 회전합니다.스크롤 배출 및 흡입 프로세스는 왕복 흡입 프로세스의 경우 반회전 미만, 왕복 배출 프로세스의 경우 1/4회전 미만인 데 비해 전체 회전에 대해 발생합니다.왕복식 압축기에는 여러 개의 실린더(일반적으로 2개에서 6개 사이)가 있는 반면 스크롤 압축기에는 하나의 압축 요소만 있습니다.왕복식 압축기에 여러 개의 실린더가 있으면 흡입 및 배출 맥동이 줄어듭니다.따라서 스크롤 압축기의 일부 공급업체가 주장하는 바와 같이 스크롤 압축기가 왕복 압축기보다 맥동 레벨이 낮은지 여부를 설명하기는 어렵습니다.흐름이 안정적일수록 부착된 배관의 가스 맥동, 소음 및 진동이 감소하지만 압축기 작동 효율에는 영향을 미치지 않습니다.

밸브

스크롤 압축기에는 흡입 밸브가 없지만 용도에 따라 배출 밸브가 있을 수도 있고 없을 수도 있습니다.동적 배출 밸브의 사용은 일반적으로 냉장에서 사용되는 고압비 적용에서 더욱 두드러집니다.일반적으로 에어컨 스크롤에는 동적 배출 밸브가 없습니다.작동 압력비가 컴프레서의 내장 압력비를 훨씬 초과하는 경우 동적 배출 밸브를 사용하면 광범위한 작동 조건에서 스크롤 컴프레서 효율성이 향상됩니다.압축기가 단일 작동 지점 근처에서 작동하도록 설계된 경우 동적 배출 밸브가 없는 경우 스크롤 압축기는 실제로 이 지점 주변에서 효율성을 얻을 수 있습니다(배출 밸브 및 배출 포트의 존재와 관련된 추가적인 배출 흐름 손실이 있는 경우).방전 있음)[19][20]

효율성.

스크롤 압축기의 등엔트로픽 효율은 압축기가 선택된 정격 [21]지점 근처에서 작동하도록 설계된 경우 일반적인 왕복 압축기보다 약간 높습니다.스크롤 압축기에는 추가적인 스로틀 손실을 초래하는 동적 배출 밸브가 없기 때문에 이 경우 더 효율적입니다.그러나 배출밸브가 없는 스크롤압축기는 고압비 운전시 왕복동압축기에 비해 효율이 떨어지기 시작한다.이는 동적 배출 밸브가 없는 정용량 압축기의 고압비 작동 시 발생하는 저압축 손실의 결과입니다.

스크롤 압축 프로세스는 갇힌 오일을 펌핑하는 데 거의 100% 부피적으로 효율적입니다.흡입 프로세스는 내부의 압축 및 배출 프로세스와는 별도로 자체 볼륨을 생성합니다.이에 비해 왕복 압축기는 피스톤이 헤드 또는 밸브 플레이트에 접촉하는 것이 실용적이지 않기 때문에 실린더에 소량의 압축 가스를 남깁니다.마지막 사이클의 잔류 가스는 흡입 가스를 위한 공간을 차지합니다.용량 감소(즉, 체적 효율)는 흡입 및 배출 압력에 따라 달라지며 흡입 압력에 대한 배출 비율이 높을 때 더 큰 감소가 발생합니다.

크기

스크롤 컴프레서는 매우 작고 부드럽게 작동하는 경향이 있으므로 스프링 서스펜션이 필요하지 않습니다.이를 통해 셸 인클로저를 매우 작게 만들 수 있어 전체적인 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 사용 가능한 [22]볼륨도 줄어듭니다.

신뢰성.

스크롤 압축기는 왕복 압축기보다 가동 부품이 적기 때문에 이론적으로 신뢰성이 향상됩니다.Copeland 스크롤 압축기 제조업체인 Emerson Climate Technologies에 따르면 스크롤 압축기는 기존 왕복 압축기보다 [23]가동 부품이 70% 적습니다.

2006년 주요 식품 서비스 장비 제조업체인 Stoelting은 자사 소프트 서비스 아이스크림 기계 중 하나를 왕복식 압축기에서 스크롤 압축기로 설계 변경하기로 결정했습니다.그들은 테스트를 통해 스크롤 압축기 설계가 작동 [24]시 더 나은 신뢰성과 에너지 효율을 제공한다는 것을 발견했습니다.

스크롤 익스팬더

스크롤 익스팬더는 주로 저압 열 회수 용도로 사용되는 작업 생성 장치입니다.기본적으로 역방향으로 작동하는 스크롤 컴프레서입니다. 높은 엔탈피 작동 유체 또는 가스가 컴프레서의 토출 측에 들어가 편심 스크롤을 회전시킨 후 컴프레서 입구에서 토출됩니다.스크롤 컴프레서를 스크롤 익스팬더로 변환하는 데 필요한 기본적인 변경 사항은 컴프레서 [25]배출에서 역류 방지 밸브를 제거하는 것입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b McCullough, John E. "Japanese and American Competition in the Development of Scroll Compressors and its impact on the American Air Conditioning Industry". U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information (OSTI). U.S. Department of Energy. Archived from the original on 9 February 2022. Retrieved 26 April 2019.
  2. ^ US 801182, Creux, Léon, "Rotary Engine", 1905-10-03 출판
  3. ^ Bush, James W.; Beagle, Wayne P. (1994). "Co-Orbiting Scroll Design and Operational Characteristics". Purdue e-Pubs. Archived from the original on 11 April 2021. Retrieved 3 June 2019.
  4. ^ US 3874827, Young, Niels O., "Axial Radial 준수 스크롤 부재 포함 포지티브 변위 스크롤 장치", 1975-04-01 발행
  5. ^ "History". Sanden Corporation. Sanden International (Europe) Ltd. Archived from the original on 9 May 2019. Retrieved 9 May 2019.
  6. ^ "History (1981-2000) : Hitachi Global". Hitachi.com. Archived from the original on 2018-06-18. Retrieved 2018-06-17.
  7. ^ Gerken, David T.; Calhoun, John L. (March 2000). "Design Review of Cast Aluminum Scroll Compressor Components". SAE 2000 World Congress. SAE International. Archived from the original on 2007-09-30. Retrieved 2007-02-21.
  8. ^ US 4216661, 노부카츠, 아라이; 히로카투, 코소카베 & 에이지, 사토 외, "끝판 바이어스 및 냉각가스 밀폐 압축공간으로의 복귀 수단 포함 스크롤 압축기", 1980-08-12 출판
  9. ^ US 4522575, Tischer, J. & Reute, R, "축방향 씰링을 위한 배출 압력을 사용하는 스크롤 머신", 1985-06-11 출판
  10. ^ US 4767293, Caillat, J.; Weatherston, R. & Bush, J, "축방향에 준거한 마운트를 갖춘 스크롤 타입 머신", 1988-08-30 출판
  11. ^ US 4875838, Richardson, Jr., Hubert, "오일 압력에 의해 편향된 궤도 스크롤 부재 포함 스크롤 컴프레서", 1989-10-24 출판
  12. ^ US 4834633, Etemad, S.; Yannascoli, D. & Hatzikazakis, M., "다른 두께의 랩을 사용한 스크롤 머신", 1989-05-30 출판
  13. ^ Mitsuhiro Fukuta; Daisuke Ogi; Masaaki Motozawa; Tadashi Yanagisawa; Shigeki Iwanami; Tadashi Hotta (14–17 July 2014). Seal Mechanism of Tip Seal in Scroll Compressor. 22nd International Compressor Engineering Conference at Purdue. p. 1255. Archived from the original on 22 March 2020. Retrieved 13 September 2019.
  14. ^ "New Scroll Compressor Air Conditioning and Refrigeration Daikin Global". www.daikin.com. Archived from the original on 2020-05-22. Retrieved 2020-03-30.
  15. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2020-09-27. Retrieved 2020-03-30.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  16. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2021-04-11. Retrieved 2020-03-30.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  17. ^ "Archived copy" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2021-04-11. Retrieved 2020-03-30.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  18. ^ "HVAC Compressor". Powered by The People Resources Company. July 2010. Archived from the original on 2014-10-20. Retrieved 2010-07-21.
  19. ^ Jim Wheeler (November 1988). "Scroll Compressors: The Inside Story". Contracting Business. Penton Media: 36.
  20. ^ Bush, James W.; Elson, John P. (July 1988). "Scroll Compressor Design Criteria for Residential Air Conditioning and Heat Pump Applications". Proceedings of the 1988 International Compressor Engineering Conference. 1: 83–92.
  21. ^ Elson, John P.; Kaemmer, Norbert; Wang, Simon; Perevozchikov, Michael (14–17 July 2008). Scroll Technology: An Overview of Past, Present, and Future Developments. International Compressor Engineering Conference. Archived from the original on 9 May 2019. Retrieved 9 May 2019.
  22. ^ "Scanning for Ideas: Air Squared Developed World's Smallest Continuous-Duty Scroll Compressor". Machine Design. Penton Media. 2011-05-19. Archived from the original on 2019-05-09. Retrieved 2021-11-16.
  23. ^ "Scroll Compressors: Design Benefits". Emerson Climate Technologies. Archived from the original on 2013-01-02. Retrieved 2013-01-11.
  24. ^ Russell, Jill (February 2006). "Commercial Foodservice Equipment, A Continuous Cool". Appliance Magazine. Archived from the original on 2007-05-18. Retrieved 2007-01-10.
  25. ^ Emhardt, Simon; Tian, Guohong; Chew, John (August 2018). "A review of scroll expander geometries and their performance". Applied Thermal Engineering. 141: 1020–1034. doi:10.1016/j.applthermaleng.2018.06.045. Archived from the original on 2021-11-16. Retrieved 2021-11-16.

외부 링크

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