KR101368396B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이다. 본 발명은, 랩부와 베이스부 중에서 어느 한 쪽에는 안내홀을 형성하고 다른 쪽에는 상기 안내홀에 삽입되는 안내핀을 형성함으로써, 상기 랩부와 베이스부를 결합하기 위한 안내핀과 안내홀의 가공이 용이하여 비용이 절감되고 정밀하게 가공할 수 있어 선회스크롤의 거동이 불안정하게 되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 안내핀과 안내홀이 원형 단면 형상으로 형성됨에 따라 상기 안내핀 또는 안내홀의 마모를 미연에 방지할 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 특히 분리식 선회스크롤을 갖는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤 압축기는 대향하는 한 쌍의 스크롤에 의해 형성되는 압축실의 체적을 변화시켜 냉매가스를 압축하는 압축기이다. 스크롤 압축기는 왕복동식 압축기 또는 로타리 압축기에 비해 효율이 높고, 진동 및 소음이 낮으며, 소형 및 경량화가 가능하여 특히 공기조화기에 넓게 사용되고 있는 추세이다.

상기 스크롤 압축기는 냉매가 압축실로 공급되는 유형에 따라 저압식과 고압식으로 구분될 수 있다. 즉, 저압식 스크롤 압축기는 냉매가 케이싱의 내부공간을 통해 압축실로 간접 흡입되는 것으로 상기 케이싱의 내부공간이 흡입공간과 토출공간으로 나뉘어져 있다. 반면, 고압식 스크롤 압축기는 냉매가 케이싱의 내부공간을 거치지 않고 직접 압축실로 공급되었다가 상기 케이싱의 내부공간으로 토출되는 것으로 상기 케이싱의 내부공간 전체가 토출공간으로 이루어진다.

그리고 상기 스크롤 압축기는 압축실의 실링방식에 따라 팁실방식과 배압방식으로 구분될 수 있다. 즉, 상기 팁실방식은 각 스크롤의 랩 선단에 팁실을 설치하여 압축기의 운전시 팁실이 부상하면서 맞은편 스크롤의 경판부에 밀착되도록 하는 방식이다. 반면, 배압방식은 한 쪽 스크롤의 배면에 배압실을 형성하고 그 배압실에 중간압의 오일이나 냉매를 유도하여 상기 스크롤이 배압실의 압력에 밀려 맞은 편 스크롤에 밀착되도록 하는 방식이다. 통상, 팁실방식은 저압식 스크롤 압축기에 적용되는 반면 배압방식은 고압식 스크롤 압축기에 적용되고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 스크롤 압축기는, 선회스크롤의 양 측면이 고정스크롤과 메인프레임과 접한 상태에서 선회운동을 하게 됨에 따라 상기 선회스크롤의 형상을 정확하게 가공하여야 선회스크롤의 진동을 억제하고 마찰로 인한 손실을 최소화할 수 있다. 이를 위해, 메인프레임과 접촉하는 베어링면을 선가공한 후 랩부를 후가공하는 것이었으나, 이로 인해 작업시간이 길어지고 랩부를 가공하는 과정에서 베어링면이 손상될 우려가 있었다. 뿐만 아니라, 압축기의 용량에 따라 선회스크롤과 고정스크롤의 형상, 특히 랩부의 형상과 크기를 달리하여야 하므로 선회스크롤의 설계 및 제조에 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

또, 상기 배압실에 인가되는 압력에 따라 선회스크롤의 베어링면이 고정스크롤의 베어링면을 누르는 압력이 달라지게 된다. 따라서, 냉매의 누설을 방지하면서도 마찰력을 줄이기 위해서는 상기 배압실에 인가되는 압력을 적정하게 유지하여야 한다. 하지만, 스크롤 압축기는 선회스크롤 전체를 배압실의 압력으로 지지하여야 하므로 배압실에 상당한 정도의 고압이 인가되어야 하는 것은 물론, 배압실 압력에 변동이 있는 경우에는 선회스크롤의 고정스크롤에 대한 밀착력에 크게 영향을 주는 문제가 있다. 특히, 배압실의 압력은 토출압에 의해 영향을 받게 되는데, 압축기에 인가되는 부하에 따라 토출압에도 변동이 있게 되므로 상기 선회스크롤과 고정스크롤 사이의 실링 성능 및 마찰 손실이 부하 변동에 의해 영향을 받게 되는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은, 선회스크롤을 용이하게 제조할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 부하 변동이 있더라도 선회스크롤과 고정스크롤 사이에서 마찰손실을 최소화하면서도 충분한 실링성능을 얻을 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이스; 상기 케이스 내에 설치되는 고정스크롤; 상기 고정스크롤과 맞물려 압축실을 형성하는 랩부; 상기 랩부와 결합되어 그 랩부를 상기 고정스크롤 측으로 이동 가능하게 지지하는 베이스부; 상기 베이스부의 배면에 결합되어 상기 베이스부와 랩부를 편심회전시키는 구동 모터; 및 상기 베이스부를 축방향으로 지지하며, 상기 케이스 내에 설치되는 메인프레임;을 포함하며, 상기 랩부와 베이스부 중에서 어느 한 쪽에는 복수 개의 안내핀이 축방향으로 형성되고, 다른 쪽에는 상기 안내핀이 축방향으로 미끄러지게 삽입되도록 안내홀이 형성되는 스크롤 압축기가 제공된다.

여기서, 상기 안내핀은 그 외주면이 곡면지게 형성되고, 상기 안내홀은 상기 안내핀에 대응되도록 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 랩부와 베이스부를 복수 개의 핀으로 결합함으로써, 상기 랩부와 베이스부를 결합하기 위한 안내핀과 안내홀의 가공이 용이하여 비용이 절감되고 정밀하게 가공할 수 있어 선회스크롤의 거동이 불안정하게 되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 안내핀과 안내홀이 원형 단면 형상으로 형성됨에 따라 상기 안내핀 또는 안내홀의 마모를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 제1 실시예를 도시한 단면도,
도 2는 도 1에 따른 압축기구부를 확대하여 도시한 부분 절개도,
도 3은 도 1에 따른 선회스크롤을 도시한 분해사시도,
도 4는 도 1에 따른 선회스크롤을 확대하여 도시한 단면도,
도 5a 내지 도 5c는 도 1에 도시된 제1 실시예가 작동되는 과정을 개략적으로 도시한 평면도.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 제1 실시예를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 압축기구부의 조립상태를 보인 부분 절개도이며, 도 3은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 선회스크롤을 도시한 분해사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 케이스(1)의 내부공간이 저압부인 흡입공간(11)과 고압부인 토출공간(12)으로 구분되고, 상기 케이스(1)의 흡입공간(11)에 회전력을 발생하는 구동모터(2)가 설치되며, 상기 케이스(1)의 흡입공간(11)과 토출공간(12) 사이에는 메인프레임(3)이 고정 설치된다. 상기 메인프레임(3)의 상면에는 고정스크롤(4)이 고정 설치되고, 상기 메인프레임(3)과 고정스크롤(4) 사이에는 상기 구동모터(2)의 크랭크축(23)에 편심 결합되어 상기 고정스크롤(4)과 함께 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하는 선회스크롤(5)이 선회 가능하게 설치된다. 그리고 상기 메인프레임(3)과 선회스크롤(5) 사이에는 상기 선회스크롤(5)의 자전운동을 방지하기 위한 올담링(6)이 설치된다.

상기 케이스(1)의 상기 흡입공간(11)에는 흡입관(13)이 연통되도록 결합되는 반면 상기 토출공간(12)에는 토출관(14)이 연통되도록 결합된다.

여기서, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 케이스는 밀봉된 소정의 토출공간이 구비되어 상기 고정스크롤(4)에 고정 결합되는 토출플레넘에 의해 저압부인 흡입공간과 고압부인 토출공간이 구획되거나, 또는 상기 고정스크롤의 상면에 고정되고 케이스의 내주면에 밀착되는 고저압분리판(미도시)에 의해서도 상기 케이스의 내부공간이 흡입공간과 토출공간으로 구획될 수도 있다.

상기 고정스크롤(4)은 그 경판부(41) 저면에 돌출되어 상기 선회스크롤(5)의 선회랩(52)과 함께 압축실(P)을 이루도록 인볼류트 형상으로 고정랩(42)이 형성된다. 상기 고정스크롤(4)의 경판부(41) 외주면에는 상기 케이스(1)의 흡입공간(11)과 압축실(P)이 연통되도록 흡입구(미도시)가 형성되고, 상기 고정스크롤(4)의 경판부(41) 중심에는 압축실(P)과 상기 케이스(1)의 토출공간(12)이 연통되도록 토출구(44)가 형성된다. 그리고, 도면 중 미설명 부호인 7은 서브프레임, 8은 토출밸브, 21은 고정자, 22는 회전자이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 스크롤 압축기에서는 냉매가 냉동사이클로부터 흡입관(13)을 통하여 상기 케이스(1)의 저압부인 흡입공간(11)으로 유입되고, 상기 흡입공간(11)의 저압냉매는 고정스크롤(4)의 흡입구를 통해 압축실로 유입되어 상기 선회스크롤(5)에 의해 선회스크롤과 고정스크롤의 중앙으로 이동하면서 압축되었다가 상기 고정스크롤(4)의 토출구(44)를 통해 상기 케이스(1)의 토출공간(12)으로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

여기서, 본 실시예에 의한 스크롤 압축기의 선회스크롤은 상기 고정스크롤과 맞물리는 랩부(50)와, 상기 랩부(50)와 결합되는 베이스부(60)로 이루어진다.

상기 랩부(50)는 상기 고정랩(42)과 맞물려 압축실을 형성하는 선회랩(52)과, 상기 선회랩(52)과 일체로 형성되는 랩 플랜지(54)로 이루어진다. 상기 랩 플랜지(54)는 원판 형태를 가지며, 상기 선회랩(52)의 바깥쪽에 원주방향을 따라 상기 베이스부(60)와 결합되기 위한 복수 개의 안내홀(56)이 형성된다. 상기 안내홀(56)은 후술할 안내핀(66)과 대응되도록 원형 홀 형상으로 형성될 수 있다.

상기 베이스부(60)는 상기 랩 플랜지(54)의 저면과 대향한 상태로 랩부(50)와 결합되는데, 구체적으로 상기 랩 플랜지(54)와 유사하게 원판 형태를 갖도록 형성되는 베이스 플랜지(64)와, 상기 베이스 플랜지(64)의 저면에 형성되어 상술한 크랭크축(23)과 결합되기 위한 보스부(68)로 이루어진다.

그리고, 상기 베이스 플랜지(64)의 상면의 가장자리에는 상기 안내홀(56)에 축방향으로 미끄러지게 삽입되도록 복수 개의 안내핀(66)이 형성된다. 상기 안내핀(66)이 안내홀(56)에 축방향으로 미끄러지게 삽입되는 것에 의해서, 상기 랩부(50)는 베이스부(60)에 대해서 상기 크랭크축의 축방향으로는 이동가능하지만, 상기 베이스부의 반경방향 또는 원주방향에 대해서는 이동이 불가능하도록 결합된다. 다만, 상기 랩부(50)의 축방향 이동은 상기 고정스크롤과 상기 메인프레임(3) 사이의 간격에 의해 제한되므로, 상기 안내핀(66)은 상기 안내홀(56)의 내부에 삽입된 상태를 유지하게 된다. 즉, 볼트체결이나 용접과 같은 방식을 사용하지 않고, 단순히 안내핀을 안내홀에 삽입하는 것만으로도 양자가 안정적으로 결합될 수 있다.

아울러, 상기 안내핀(66)과 안내홀(56)은 가공이 용이하여 비용이 절감되고 정밀하게 가공할 수 있어 선회스크롤(5)의 거동이 불안정하게 되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 안내핀(66)과 안내홀(56)이 원형 단면 형상으로 형성됨에 따라 구동 모터의 구동력을 베이스부(60)가 전달받아 랩부(50)에 전달할 때에도 상기 안내핀(66)에 부과되는 하중이 비교적 균일하게 분포되어 상기 안내핀(66) 또는 안내홀(56)의 마모를 미연에 방지할 수 있다.

한편, 상기 베이스부(60)의 저면에 상술한 자전방지기구로서의 올담링(6)이 결합된다. 구체적으로, 상기 올담링(6)은 상기 베이스 플랜지(64)의 저면과 접하는 링 형상부(6a)를 포함하고 있으며, 상기 링 형상부(6a)의 저면 양측에는 180도의 위상차를 갖는 상태에서 두 개의 제1 돌기부(6b)가 형성되어 있다. 상기 제1 돌기부(6b)는 상기 메인프레임(3)에 형성된 제1 돌기부 홈(3a)에 삽입된다. 그리고, 상기 링 형상부(6b)의 상면 양측에는 역시 180도의 위상차를 갖는 상태에서 두 개의 제2 돌기부(6c)가 형성된다. 상기 제2 돌기부(6c)는 상기 베이스 플랜지(64)의 저면에 각각 형성되는 제2 돌기부 홈(64a)에 삽입된다.

이를 통해, 상기 크랭크 축(23)이 회전력이 상기 베이스부(60)에 전달되어도 상기 올담링(6)에 의해 베이스부(60)는 자전이 방지된 상태에서 선회운동을 하게 되고, 상기 베이스부(60)에 반경방향이동이 제한되도록 결합된 랩부(50)도 상기 베이스부(60)와 함께 선회운동을 하게 된다.

한편, 상기 베이스 플랜지(64)의 상면에는 실링(62a)에 의해 구획되는 배압실(62)이 형성된다. 도 4를 참조하면, 상기 배압실(62)은 상기 랩 플랜지((54)의 저면과 상기 베이스 플랜지(64)의 상면 사이에 위치하게 되며, 상기 베이스 플랜지(64)에 삽입 고정되는 실링(62a)에 의해서 상기 배압실(62) 내부공간이 상기 저압공간(11)으로부터 차단되게 된다. 그리고, 상기 배압실(62)의 내부공간과 상기 압축실 사이를 연통시키는 배압홀(54a)이 상기 베이스 플랜지(64)를 관통하여 형성된다.

따라서, 냉매를 흡입하여 압축하는 과정에서 상기 압축실 내에 존재하는 압축된 냉매의 일부가 상기 배압홀(54a)을 통해서 상기 배압실의 내부로 유입되게 된다. 이렇게 배압실의 내부압력이 상기 베이스 플랜지(64) 주위의 압력보다 높아지므로 상기 베이스부(60)가 상기 랩부(50)로부터 축방향을 따라서 상승하게 되고, 이를 통해서 상기 고정스크롤의 저면과 상기 선회랩(52) 사이에서 실링이 이루어지게 된다.

상기 배압실의 내부 압력은 상기 배압홀의 위치에 따라 결정될 수 있다. 즉, 상기 배압홀이 상기 선회스크롤의 선회랩(52)의 중심에 가깝게 이동할 수록 상기 배압실 내부의 압력은 증가하게 되며, 외측으로 이동할수록 배압실 내부의 압력은 감소하게 된다.

도 5a 내지 도 5c는 선회랩과 고정랩에 의해 냉매가 압축되는 과정을 개략적으로 도시한 평면도로서, 실선은 고정랩(42)의 중심선에, 점선은 선회랩(52)의 중심선에 각각 해당된다. 그리고, 도 5c는 압축실 내의 압력이 토출압에 도달하여 토출이 이루어지기 시작한 경우에 해당된다. 상술한 바와 같이, 스크롤 압축기의 작동 원리상, 선회랩과 고정랩에 의해 형성되는 압축실 내의 압력은 압축과정에서 연속적으로 변하게 된다. 따라서, 선회랩의 임의의 지점에서의 압력 또한 하나의 압축 사이클 내에서 연속적으로 변하게 된다.

예를 들어, 상기 배압홀이 지점 a에 있는 경우, 상기 지점 a는 상기 압축과정에서 토출압으로 유지되는 위치에 있으므로 상기 배압실에는 토출압과 동일한 압력이 가해지게 된다. 이 경우, 과도한 배압으로 인해 고정스크롤의 저면과 선회랩 사이의 축방향 마찰력(thrust force)이 높게 발생하므로 마찰 손실이 커지게 된다. 또한, 토출압의 경우 상기 압축기에 가해지는 압축부하량에 따라서 달라지기 때문에, 배압홀을 지점 a와 같이 토출압이 지속적으로 인가되는 지점에 형성하는 경우에, 상기 축방향 마찰력이 부하에 따라 달라지므로 압축기의 성능에 영향을 주게 된다. 구체적으로, 상기 지점 a는 토출개시각 이내의 범위에 해당된다.

도 5b와 같이, 지점 b는 압축 과정에서 소정 시간 동안에는 토출압이, 그 외의 시간에는 흡입압과 토출압 사이의 중간압이 인가되는 지점이다. 따라서, 배압홀을 지점 b에 인가하는 경우 적정 정도의 배압력을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 토출압이 부하 변동 등의 이유로 인해서 변화하는 경우에도 중간압으로 인해 어느 정도 완충되므로 부하 변동으로 인한 영향이 어느 정도 상쇄될 수 있게 된다. 본 발명자의 연구 결과 상기 지점 b는 상기 선회랩의 토출개시각으로부터 인볼류트 위상차 180도 이내의 범위에 해당되는 것을 확인하였다.

도 5c와 같이, 지점 c의 경우에는 압축 과정에서 지속적으로 중간압 만이 인가되는 지점으로서, 지점 c에 배압홀을 형성하는 경우에는 배압력이 지나치게 낮아 충분한 정도의 실링을 얻기가 힘들고, 그로 인해서 냉매 누설이 야기될 우려가 높다.

3 : 메인프레임 4 : 고정스크롤
42 : 고정랩 44 : 토출구
5 : 선회스크롤 50 : 랩부
52 : 선회랩 54 : 랩 플랜지
56 : 안내홀 60 : 베이스부
62 : 배압실 62a : 실링
64 : 베이스 플랜지 66 : 안내핀

Claims (9)

1. 케이스;
   상기 케이스 내에 설치되는 고정스크롤;
   상기 고정스크롤과 맞물려 압축실을 형성하는 선회랩과, 상기 선회랩의 일측에 구비되는 랩 플랜지를 갖는 랩부;
   상기 랩부와 결합되어 그 랩부를 상기 고정스크롤 측으로 이동 가능하게 지지하는 베이스부;
   상기 베이스부의 배면에 결합되어 상기 베이스부와 랩부를 편심회전시키는 구동 모터; 및
   상기 베이스부를 축방향으로 지지하며, 상기 케이스 내에 설치되는 메인프레임;을 포함하며,
   상기 랩부와 베이스부 중에서 어느 한 쪽에는 복수 개의 안내핀이 축방향으로 형성되고, 다른 쪽에는 상기 안내핀이 축방향으로 미끄러지게 삽입되도록 안내홀이 형성되며,
   상기 랩부와 베이스부 사이에 상기 압축실과 연통되는 배압실이 형성되고, 상기 랩 플랜지에는 상기 배압실과 압축실을 연통시키는 배압홀이 관통 형성되며,
   상기 선회랩의 토출개시각을 α라 할 때, 상기 배압홀은 상기 선회랩 상에서 α 보다 크고 α+180°보다 작은 위상각을 갖는 지점에 위치하도록 형성되는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 안내핀은 그 외주면이 곡면지게 형성되고, 상기 안내홀은 상기 안내핀에 대응되도록 형성되는 스크롤 압축기.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 케이스는 서로 다른 압력을 갖는 두 개의 공간으로 구획되며, 상기 랩부 및 베이스부는 두 개의 공간 중 상대적으로 낮은 압력을 갖는 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.

Images