คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ (เรียกอีกอย่างว่าคอมเพรสเซอร์แบบเกลียวปั๊มสกรอลล์และปั๊มสุญญากาศแบบสกรอลล์ ) เป็นอุปกรณ์สำหรับอัดอากาศหรือสารทำความเย็น^{[ 1 ]}ใช้ใน อุปกรณ์ ปรับอากาศเป็นซูเปอร์ชาร์จเจอร์ ในรถยนต์ (ซึ่งรู้จักกันในชื่อซูเปอร์ชาร์จเจอร์แบบสกรอลล์ ) และเป็นปั๊มสุญญากาศ ระบบ ปั๊มความร้อนส่วนกลางและระบบปรับอากาศในบ้านพักอาศัยจำนวนมาก และระบบปรับอากาศในรถยนต์บางระบบ ใช้คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์แทน คอมเพรสเซอร์ แบบโรตารี่ แบบลูกสูบและแบบแผ่นโยกแบบดั้งเดิม

เครื่องอัดอากาศแบบสกรอลล์ที่ทำงานในทิศทางตรงกันข้ามเรียกว่าเครื่องขยายสกรอลล์และสามารถสร้างงานเชิงกลได้

Léon Creuxจดสิทธิบัตรคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์เป็นครั้งแรกในปี 1905 ในฝรั่งเศสและสหรัฐอเมริกา^{[ 2 ]} Creux คิดค้นคอมเพรสเซอร์โดยใช้ แนวคิด เครื่องยนต์ไอน้ำแบบหมุน แต่เทคโนโลยีการหล่อโลหะในยุคนั้นยังไม่ก้าวหน้าเพียงพอที่จะสร้างต้นแบบที่ใช้งานได้ เนื่องจากคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ต้องการความคลาดเคลื่อนที่แคบมากเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในสิทธิบัตรปี 1905 Creux ได้กำหนดเครื่องขยายไอน้ำแบบโคจรหรือหมุนย้อนกลับที่ขับเคลื่อนด้วยข้อเหวี่ยงรัศมีคงที่บนเพลาเดียว^{[ 3 ]}อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ขยายแบบสกรอลล์ไม่สามารถเอาชนะอุปสรรคในการผลิตชิ้นส่วนที่มีความยืดหยุ่นในแนวรัศมีซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการบรรลุประสิทธิภาพในการทำงานของสกรอลล์ ซึ่งจะไม่ได้รับการแก้ไขอย่างเพียงพอจนกระทั่งผลงานของ Niels Young ในปี 1975 ^{[ 4 ]}คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ที่ใช้งานได้จริงเครื่องแรกปรากฏในตลาดหลังสงครามโลกครั้งที่สองเมื่อเครื่องมือกลที่มีความแม่นยำสูงขึ้นทำให้สามารถสร้างได้ ในปี 1981 Sandenเริ่มผลิตคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์เชิงพาณิชย์เครื่องแรกสำหรับเครื่องปรับอากาศรถยนต์^{[ 1 ] [ 5 ]}ไม่ได้มีการผลิตเพื่อจำหน่ายในเชิงพาณิชย์สำหรับเครื่องปรับอากาศในห้องจนกระทั่งปี 1983 เมื่อฮิตาชิเปิดตัวเครื่องปรับอากาศเครื่องแรกของโลกที่มีคอมเพรสเซอร์แบบสกรูปิดผนึก^{[ 6 ] [ 7 ]}

คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ใช้สกรอลล์สองอันที่สลับกันเพื่อสูบอัดหรือเพิ่มแรงดันของของเหลวเช่นของเหลวและก๊าซรูปทรงของใบพัดอาจเป็นแบบอินโวลูตแบบเกลียวอาร์คิมีเดียนหรือเส้นโค้งแบบผสม^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

โดยทั่วไปแล้ว ขดลวดด้านหนึ่งจะอยู่กับที่ ในขณะที่อีกด้านหนึ่งจะโคจรแบบเยื้องศูนย์โดยไม่หมุน ทำให้เกิดการกักเก็บและสูบหรืออัดของเหลวในช่องระหว่างขดลวด เพลาเยื้องศูนย์สามารถให้การเคลื่อนที่แบบโคจรได้ แต่ต้องป้องกันไม่ให้ขดลวดหมุน โดยทั่วไปจะใช้ข้อต่อแบบ Oldhamเพลาตัวกลางเยื้องศูนย์เพิ่มเติม หรือข้อต่อแบบสูบลม (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการความบริสุทธิ์สูง) อีกวิธีหนึ่งในการสร้างการเคลื่อนที่แบบอัดคือการหมุนขดลวดไปพร้อมกันในลักษณะการเคลื่อนที่แบบซิงโครนัส แต่มีจุดศูนย์กลางการหมุนที่เยื้องศูนย์ การเคลื่อนที่สัมพัทธ์จะเหมือนกับการเคลื่อนที่แบบโคจร

การรั่วไหลจากช่องว่างตามแนวแกนจะถูกป้องกันโดยการใช้ซีลปลายรูปเกลียว ซึ่งวางอยู่ในร่องที่ปลายของเกลียวทั้งสอง^{[ 13 ]}ซีลปลายเหล่านี้ยังช่วยลดแรงเสียดทานและสามารถเปลี่ยนได้เมื่อสึกหรอ คอมเพรสเซอร์บางตัวใช้ก๊าซปล่อยที่มีแรงดันเพื่อดันเกลียวทั้งสองเข้าหากัน ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ซีลปลายและปรับปรุงการปิดผนึกเมื่อใช้งาน คอมเพรสเซอร์เหล่านี้กล่าวกันว่าสึกหรอเข้าแทนที่จะสึกหรอออก^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

อุปกรณ์เหล่านี้ขึ้นชื่อว่าทำงานได้อย่างราบรื่น เงียบ และเชื่อถือได้มากกว่าคอมเพรสเซอร์ทั่วไปในบางการใช้งาน^{[ 18 ]}

กระบวนการอัดอากาศของคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ใช้เวลาประมาณ 2 ถึง 2½ รอบการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง เทียบกับ 1 รอบการหมุนสำหรับคอมเพรสเซอร์แบบโรตารี่ และ 1/2 รอบการหมุนสำหรับคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ ส่วนกระบวนการดูดและปล่อยอากาศของคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์นั้นใช้เวลา 1 รอบการหมุนเต็ม เทียบกับน้อยกว่า 1/2 รอบการหมุนสำหรับกระบวนการดูดอากาศของคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ และน้อยกว่า 1/4 รอบการหมุนสำหรับกระบวนการปล่อยอากาศของคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ คอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบมีหลายกระบอกสูบ (โดยทั่วไปตั้งแต่ 2 ถึง 6 กระบอก) ในขณะที่คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์มีเพียงองค์ประกอบการอัดอากาศเดียว การมีหลายกระบอกสูบในคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบช่วยลดการสั่นสะเทือนของการดูดและปล่อยอากาศ ดังนั้นจึงยากที่จะระบุว่าคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์มีการสั่นสะเทือนต่ำกว่าคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบหรือไม่ ดังที่ผู้ผลิตคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์บางรายกล่าวอ้างกันบ่อยครั้ง การไหลที่สม่ำเสมอกว่าทำให้การสั่นสะเทือนของก๊าซลดลง เสียงลดลง และการสั่นสะเทือนของท่อที่เชื่อมต่อลดลง โดยไม่มีผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานของคอมเพรสเซอร์

คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ไม่มีวาล์วดูด แต่ขึ้นอยู่กับการใช้งาน อาจมีหรือไม่มีวาล์วปล่อยก็ได้ การใช้วาล์วปล่อยแบบไดนามิกมีความโดดเด่นมากขึ้นในการใช้งานที่มีอัตราส่วนความดันสูง ซึ่งเป็นเรื่องปกติในระบบทำความเย็น โดยทั่วไปแล้ว คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์สำหรับเครื่องปรับอากาศจะไม่มีวาล์วปล่อยแบบไดนามิก การใช้วาล์วปล่อยแบบไดนามิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ในช่วงการทำงานที่หลากหลาย เมื่ออัตราส่วนความดันในการทำงานสูงกว่าอัตราส่วนความดันในตัวของคอมเพรสเซอร์มาก หากคอมเพรสเซอร์ได้รับการออกแบบให้ทำงานใกล้จุดการทำงานจุดเดียว คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้จริง ๆ รอบจุดนี้หากไม่มีวาล์วปล่อยแบบไดนามิก (เนื่องจากมีการสูญเสียการไหลปล่อยเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับการมีวาล์วปล่อย และพอร์ตปล่อยมักจะมีขนาดเล็กกว่าเมื่อมีวาล์วปล่อย) ^{[ 19 ] [ 20 ]}

ประสิทธิภาพ ไอเซนโทรปิกของคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์จะสูงกว่าคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบทั่วไปเล็กน้อยเมื่อคอมเพรสเซอร์ได้รับการออกแบบให้ทำงานใกล้จุดพิกัดที่เลือกไว้^{[ 21 ]}คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์มีประสิทธิภาพมากกว่าในกรณีนี้เนื่องจากไม่มีวาล์วปล่อยแบบไดนามิกที่ทำให้เกิดการสูญเสียจากการควบคุมการไหลเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ที่ไม่มีวาล์วปล่อยจะเริ่มลดลงเมื่อเทียบกับคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบในการทำงานที่อัตราส่วนความดันสูงขึ้น นี่เป็นผลมาจากการสูญเสียจากการอัดต่ำกว่าปกติที่เกิดขึ้นในการทำงานที่อัตราส่วนความดันสูงของคอมเพรสเซอร์แบบปริมาตรคงที่ที่ไม่มีวาล์วปล่อยแบบไดนามิก

กระบวนการอัดแบบสกรูลอร์ก มีประสิทธิภาพ เชิงปริมาตร เกือบ 100% ในการสูบของเหลวที่ถูกกักไว้ กระบวนการดูดสร้างปริมาตรของตัวเองแยกต่างหากจากกระบวนการอัดและปล่อยที่อยู่ด้านใน ในทางตรงกันข้าม คอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบจะเหลือแก๊สอัดเล็กน้อยในกระบอกสูบ เนื่องจากไม่สะดวกที่ลูกสูบจะสัมผัสกับฝาสูบหรือแผ่นวาล์ว แก๊สที่เหลือจากรอบที่แล้วจะไป占据พื้นที่ที่ควรจะเป็นแก๊สดูด การลดลงของกำลังการผลิต (เช่น ประสิทธิภาพเชิงปริมาตร) ขึ้นอยู่กับแรงดันดูดและแรงดันปล่อย โดยการลดลงจะมากขึ้นเมื่ออัตราส่วนของแรงดันปล่อยต่อแรงดันดูดสูงขึ้น

คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์มักจะมีขนาดกะทัดรัดและทำงานได้อย่างราบรื่น จึงไม่จำเป็นต้องใช้ระบบกันสะเทือนแบบสปริง ทำให้มีตัวเรือนขนาดเล็กมาก ซึ่งช่วยลดต้นทุนโดยรวม แต่ก็ส่งผลให้ปริมาตรว่างน้อยลงด้วย^{[ 22 ]}

คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่น้อยกว่าคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ ซึ่งตามทฤษฎีแล้วควรจะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือ ตามข้อมูลของ Emerson Climate Technologies ผู้ผลิตคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ Copeland คอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่น้อยกว่าคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบทั่วไปถึง 70 เปอร์เซ็นต์^{[ 23 ]}

อย่างน้อยผู้ผลิตรายหนึ่งพบจากการทดสอบว่าการออกแบบคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ให้ความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพในการทำงานที่ดีกว่าคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ^{[ 24 ]}

เครื่องขยายแบบสกรอลล์เป็นอุปกรณ์ผลิตงานที่ใช้ส่วนใหญ่ในแอปพลิเคชันการกู้คืนความร้อนที่ความดันต่ำ โดยพื้นฐานแล้วมันคือคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ที่ทำงานในทิศทางตรงกันข้าม ของเหลวหรือก๊าซทำงานที่มีเอนทาลปีสูงจะเข้าสู่ด้านทางออกของคอมเพรสเซอร์และหมุนสกรอลล์แบบเยื้องศูนย์ก่อนที่จะปล่อยออกจากทางเข้าของคอมเพรสเซอร์ การดัดแปลงพื้นฐานที่จำเป็นในการแปลงคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์ให้เป็นเครื่องขยายแบบสกรอลล์คือการถอดวาล์วกันกลับออกจากทางออกของคอมเพรสเซอร์^{[ 25 ]}

• แบตเตอรี่อัดอากาศ

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์

• วิดีโอ "Copeland Compressors 111"บน YouTube แสดงวิธีการทำงานของคอมเพรสเซอร์แบบสกรอลล์