KR0124591B1 - 스크롤 압축기의 반경방향 순응기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 밀폐용기내의 고정스크롤에 반경방향의 순응성을 부여하여 선회스크롤을 주어진 하중조건에 대해 크기도 콤팩트화시켜 단순한 구조로서 요동현상을 줄여 구동시킬 수 있도록 하여 기기의 성능을 향상시킬 수 있고, 정적인 스프링력을 사용하여 다양한 운전조건에 대한 적정실링력을 설정할수가 있어서 보다 안정된 상태로 동작시킬수 있으며, 가변속이 가능한 인버터형 압축기에서 채용시에도 반경방향의 실링력변화가 없으므로 인해 기기의 효율성 및 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있다.

이를 위해, 본 발명은 밀폐용기(1)의 선회스크롤(2)와 결합되며 돌기(4)가 형성되는 고정스크롤(3)에 반경방향의 순응성을 부여하기 위해 일정크기 이하의 힘에 대해서는 변위가 발생되지 않고 일정크기 이상의 힘에 대해서만 비례하는 변위가 발생되도록 규제하는 스톱퍼(6)와, 상기 돌기(4)와 접속되어 고정스크롤(3)이 어느 한 방향으로 편심된 힘을 받을 때 상응하는 변위를 발생시키는 피스톤(7)으로 구성된 스크롤 압축기의 반경방향 순응기구이다.

Description

스크롤 압축기의 반경방향 순응기구

제1도는 종래의 스크롤 압축기를 나타낸 종단면도.

제2도는 제1도의 고정스크롤에 대한 선회스크롤의 운동시 상태를 나타낸 횡단면도.

제3도는 종래 스크롤 압축기의 가변반경기구를 나타낸 사시도로서,

(가)는 슬라이드 부쉬형,

(나)는 편심 부쉬형.

제4도는 본 발명을 나타낸 횡단면도.

제5도는 제4도의 A부분을 나타낸 분해사시도.

제6도는 본 발명에 따른 선회스크롤의 보스와 크랭크축의 결합되는 상태를 나타낸 분해사시도.

제7도는 본 발명에 따른 스프링에 의한 고정스크롤의 편심량과 구속력과의 관계를 나타낸 그래프선도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 밀폐용기,2 : 선회스크롤,

3 : 고정스크롤,4 : 돌기,

5 : 메인프레임,6 : 스톰퍼,

7 : 피스톤,8 : 코일스프.

본 발명은 스크롤 압축기의 반경방향 순응기구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스크롤 압축기에 설치되는 고정스크롤에 횡방향 누설을 방지하기 위한 반경방향의 순응성을 부여하여 선회스크롤을 단순한 구조로서 구동시킬 수 있도록 하여 압축기의 효율성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 스크롤 압축기는 기존의 다른 압축기들에 비해 넓은 용량의 범위에서 우수한 성능을 나타내므로 그 활용도가 꾸준히 확대되고 있는데, 스크롤 압축기는 특성상 압축실을 구성하는 상·하좌우면이 모두 습동운동을 하므로 틈새를 통한 누설손실이 차지하는 비중이 다른 종류의 압축기보다 상대적으로 크게됨에 따라 스크롤 압축기의 효율을 증대시키기 위해서는 각각의 압축실에서의 누설에 의한 손실을 최소화하는 것이 중요하다.

스크롤 압축기의 고정스크롤(1a)과 선회스크롤(2)의 사이에 형성된 압축실에서의 누설은 제1도 및 제2도에 나타낸 바와 같이, 선회스크롤(2)의 랩(Wrap) 선단과 고정스크롤(1a)의 저면부 사이에 틈새를 통해 반경방향으로 발생되는 누설과 서로 접속되어 있는 랩측면부 사이의 틈새를 통해 접선방향으로 발생되는 누설이 있는데, 후자의 랩측면부사이에서 접선방향으로 발생되는 누설을 방지하기 위한 반경방향순응구조로는 제3도의 (가) 및 (나)와 같이 슬라이드부쉬(14)와 편심부쉬(14a) 등의 형태가 있다.

슬라이드부쉬(14)는 제3도의 (가)와 같이, 선회스크롤(2)과 같은 중심을 가지면서 선회스크롤(2)을 구동하며 크랭크축(9)의 상단에 편심되어 돌출된 크랭크축(10)의 평면부를 따라 슬라이딩 운동을 하므로써, 크랭크축(9)의 중심(O1)(고정스크롤중심과 같음)과 선회스크롤(2)의 중심(O2)간 거리인 선회반경이 변할 수 있도록 해서 정상운전시에는 선회스크롤(2)의 선회운동에 의한 원심력으로 고정 및 선회스크롤(1a)(2)의 랩이 밀착되도록 하여 실링을 수행하고, 액체냉매 압축시나 이물질 개입시등 비정상적인 운전상태에서는 상기 선회스크롤(2)의 랩을 후퇴시켜 랩간의 틈새가 벌어지도록 하여 과부하로 인한 장치의 손상을 방지하게 된다.

또한, 편심부쉬(14a)는 제3도의 (나)와 같이, 선회스크롤(2)과 동일한 중심을 가지며 상기 편심부쉬(14a)의 편심공(15)에 크랭크핀(10)이 삽입됨에 따라 편심부쉬(14a)는 크랭크핀(10)을 중심으로 편심회전함에 의해 선회스크롤(2)의 선회반경길이가 가변적으로 변하게 되어 선회스크롤(2)의 원심력에 의해 고정 및 선회스크롤(1a)(2)의 랩을 밀착시키며, 비정상적인 운전상태에서는 상기 선회스크롤(2)의 랩을 후퇴시켜 랩간의 틈새가 벌어지도록 하여 과부하로 인한 장치의 손상을 방지하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래 스크롤 압축기의 고정 및 선회스크롤(1a)(2)의 랩간에 작용하는 실링력의 크기는 기기의 성능 및 신뢰성의 측면에서 매우 중요하고, 실링력=선회스크롤의 원심력-반경방향 가스력의 관계에서 선회스크롤(2)의 원심력은 단지 회전속도의 함수(Fos∝ω²)인 반면, 반경방향의 가스력은 온도 및 시스템의 압력조건에 따른 함수인데, 대부분의 정속형 압축기의 경우 선회스크롤(2)의 원심력은 거의 일정한 값인데 비해 반경방향의 가스력을 가동직후, 정상운전, 과부하 운전 등의 운전조건에 따라 현저한 변화를 보이게 됨과 동시에, 실링력의 폭도 커서 클때는 랩의 마모로 인한 압축기의 손상 및 압력상승으로 인해 기기의 효율성이 저하되며, 작을때는 누설로 인한 동력손실의 증가로 인해 효율성이 저하되었다.

뿐만 아니라, 압축기의 회전속도가 변화할 경우 원심력은 속도의 제곱에 비례하므로 실예로, 5배속(30~150Hz) 압축기의 경우 원심력은 25배나 차이가 나게 되어 가변속이 가능한 인버터형 압축기에는 적용이 불가능하게 되는 등이 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 스크롤 압축기의 고정스크롤에 횡방향 누설을 방지하기 위한 반경방향의 순응성을 부여하여 선회스크롤을 단순한 구조로서 요동현상을 감소시켜 구동시킬 수 있도록 하여 압축기의 효율성을 향상시킬 수 있고, 압축기의 다양한 운전조건에 대한 적절한 실링력을 설정할 수가 있어 보다 안정된 상태로 동작시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가변속이 가능한 인버터형 압축기에서 채용시에도 반경방향의 실링력변화가 없으므로 인해 기기의 효율성을 증대시킬 수 있는 스크롤 압축기의 반경방향 순응기구를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 밀폐용기의 선회스크롤과 결합되며 돌기가 형성되는 고정스크롤과, 상기 고정스크롤에 반경방향의 순응성을 부여하기 위해 일정크기 이하의 힘에 대해서는 변위가 발생되지 않고 일정크기 이상의 힘에 대해서만 비례하는 변위가 발생되도록 규제하는 스톱퍼와, 상기 돌기와 접속되어 고정스크롤이 어느한 방향으로 편심된 힘을 받을 때 상응하는 변위를 발생시키는 피스톤으로 구성된 스크롤 압축기의 변경방향 순응구조이다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 제4도 내지 제7도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도는 본 발명을 나타낸 횡단면도이고, 제5도는 제4도의 A 부분을 나타낸 분해사시도이며, 제6도는 본 발명에 따른 선회스크롤의 보스와 크랭크축의 결합되는 상태를 나타낸 분해사시도이고, 제7도는 본 발명에 따른 스프링에 의한 고정스크롤의 편심량과 구속력과의 관계를 나타낸 그래프선도이다.

본 발명은 스크롤 압축기의 밀폐용기(1)내에 설치되어 선회스크롤(2)과 결합되는 고정스크롤(3)의 둘레면에 복수개의 돌기(4)가 형성되고, 상기 밀폐용기(1)의 내부 또는 선회스크롤(2)의 하부에 결합된 메인 프레임(5)에는 고정스크롤(3)에 반경방향의 순응성을 부여하기 위해 일정크기 이하의 힘에 대해서는 변위가 발생되지 않고 일정크기 이상의 힘에 대해서만 비례하는 변위가 발생되도록 규제하는 스톱퍼(6)가 결합되며, 스톱퍼(6)내에는 고정 스크롤(3)의 돌기(4)와 접속되어 고정스크롤(3)이 어느 한쪽방향으로 편심된 힘을 받을때 상응하는 변위를 발생시키는 피스톤(7)이 설치된다.

또한, 피스톤(7)의 내부와 밀폐용기(1)의 사이에는 피스톤(8)의 변위발생시 탄성복원력을 부여하는 탄성체인 코일스프링(8)이 설치되어 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 제4도 내지 제7도에 나타낸 바와 같이, 스크롤 압축기의 밀폐용기(1)내의 크랭크축(9)상단에 편심돌출된 크랭크핀(10)에 선회스크롤(2) 하부의 보스(11)가 삽입된 상태에서 선회스크롤(2)은 크랭크축(9)의 중심(O1)(고정스크롤중심과 같음)과 선회스크롤(2)의 중심(O2) 사이의 거리인 선회반경을 일정하게 유지한채로 선회운동을 하게 되는데, 이때 가공 및 조립오차에 의한 선회반경상의 오차, 이물질의 혼입 및 액체냉매 압축 또는 시스템의 이상에 의한 과압축 등의 현상에 의해 본 발명은 고정스크롤(3)의 움직임에 따라 고정 및 선회스크롤(3)(2)의 랩과 랩사이 측면 틈새를 조절하게 된다.

즉, 밀폐용기(1)내의 선회스크롤(2)과 결합되는 고정스크롤(3)의 둘레면에 형성된 복수개의 돌기(4)가 상기 밀폐용기(1)의 내부 또는 선회스크롤(2) 하부의 메인프레임(5)에 결합된 스톱퍼(6)내의 피스톤(7)과 접속되어 있는 상태에서 피스톤(7)은 고정스크롤(3)이 어느 한 방향으로 편심된 힘을 받을때 상응하는 변위를 발생시키게 됨과 동시에, 피스톤(7)의 내부와 밀폐용기(1)의 사이에 설치된 탄성체인 코일스프링(8)은 피스톤(7)의 변위발생시 탄성복원력을 부여하는 기능을 수행하게 된다.

이상태에서 각각의 코일스프링(8)의 고정스크롤(3)에 가하는 힘을 압축기의 정상운전상태에서 발생되는 반경방향의 가스력보다 크게, 즉 그 차이는 랩간의 마찰로 인해 마모가 지속적으로 일어나지 않을 정도로, 설계하더라도 제7도의 스톱퍼가 없을때의 구속력과 같이 고정스크롤(3)에 가해지는 합력은 고정스크롤(3)의 중심이 O1에 있을때 변위가 증가함에 대해 지속적으로 증가하는 형태가 되므로 약간의 불평형력에도 그의 상응하는 변위(δ=)가 발생하게 됨에 따라 초기에 고정스크롤(3)의 고정공(12)에 조립핀 등을 삽입시켜 위치를 잡은 후 각각의 피스톤(7)이 앞으로 전진하지 못하도록 스톱퍼(6)을 덮고 밀폐용기(1)의 내부 또는 메인프레임(5)에 볼딩, 리벳딩 또는 용접등이 방법을 사용하여 스톱퍼(6)를 체결하게 된다.

따라서, 고정스크롤(3)이 가스력 등의 별도의 외력에 의해 어느 한방향으로 변위가 발생하려고 할 때 반대방향인 대향되어 설치된 피스톤(7)이 전진하지 못하게 되므로 결국 변위가 발생하려고 하는 쪽의 대향된 코일스프링(8)만이 변위발생에 저항하고, 그 저항력의 크기는 압축기의 정상운전시의 반경방향 가스력보다 크므로 인해 변위가 발생되지 않게 된다.

또한, 스톱퍼(6)를 설치한 후의 스프링(8)에 의해 고정스크롤(3)에 구속력과 편심량과의 관계는 제7도와 같이 Fs 이상의 큰힘이 고정스크롤(3)에 가해지지 않는 한 고정스크롤(3)은 움직이지 않게 됨은 물론 액체냉매압축이나 이물질의 흡입등 비정상적인 운전상태에서는 순간적으로 과부하가 걸리게되므로 이경우에는 고정스크롤(3)이 외력에 대해 평행을 이루는 방향으로 편심된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서 고정스크롤(3)의 둘레면에 복수개의 돌기(4)를 형성시키지 않는 대신, 피스톤(7)의 끝단에 일체로 고정스크롤(3)과 접속되는 돌기(4)를 형성시켜서 제작하여 사용하므로써 본 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 스크롤 압축기에 밀폐용기(1)내의 고정스크롤(3)에 반경방향의 순응성을 부여하여 선회스크롤(2)을 주어진 하중조건에 대해 크기도 콤팩트화시켜 단순한 구조로서 요동현상을 줄여 구동시킬 수 있도록 하여 기기의 성능을 향상시킬 수 있고, 정적인 스프링력을 사용하여 다양한 운전조건에 대한 적정실링력을 설정할 수가 있어서 보다 안정된 상태로 동작시킬 수 있으며, 가변속이 가능한 인버터형 압축기에서 채용시에도 반경방향의 실링력변화가 없으므로 인해 기기의 효율성 및 신뢰성을 대폭 향상시킨 매우 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 밀폐용기의 선회스크롤과 결합되고 둘레면에 복수개의 돌기가 형성된 고정스크롤과, 상기 고정스크롤에 반경방향의 순응성을 부여하기 위해 일정크기 이하의 힘에 대해서는 변위가 발생되지 않고 일정크기 이상의 힘에 대해서만 비례하는 변위가 발생되도록 규제하는 스톱퍼와, 상기 돌기와 접속되고 상기 스톱퍼와 메인프레임 사이에 설치되어 고정스크롤이 어느 한 방향으로 편심된 힘을 받을 때 탄성력력에 의해 상응하는 변위를 발생시키는 피스톤으로 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 반경방향 순응기구.
2. 제1항에 있어서, 상기 스톱퍼가 밀폐용기의 내부에 결합된 스크롤 압축기의 반경방향 순응기구.
3. 제1항에 있어서, 상기 고정스크롤에 돌기를 형성되지 않고 대신 피스톤의 끝단에 일체로 고정스크롤과 접속되는 돌기가 형성된 스크롤 압축기의 반경방향 순응기구.