KR100308287B1 - 스크롤압축기의선회스크롤구동구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 선회 스크롤 구동구조에 관한 것으로, 종래의 가변 반경 방식은 스크롤 압축기의 초기 기동시 압축 압력의 과격한 변화에 대한 반작용으로 선회 스크롤의 선회 운동에 따른 순응 역할의 결과로서 초기 운전소음의 변동이 장시간 지속되어 기기 경쟁력 약화의 주요 원인으로 작용하게 되는 문제점이 있었고, 또 종래의 고정 반경 방식은 조립시 크랭크축의 메인 프레임부 외경이 편심핀부의 선회 외경보다 크게 하여 조립하거나, 메인 프레임에 크랭크축을 삽입시킨 후, 회전자를 끼워 맞추는 작업이 필요하며, 조립후 크랭크축의 분리가 불가능하게 되는 등의 많은 문제점이 있었던 바, 본 발명은 크랭크축의 상단에 형성된 편심핀부에 선회 스크롤 하부의 보스부에 일체로 삽입되어 선회 스크롤을 구동시키기 위한 고정 부재가 장착되므로써 선회 스크롤을 고정 반경 방식으로 효율적으로 조립하여 구동시킬 수 있어서 크랭크축과 이에 조합되는 메인 프레임의 보스부 내경의 크기를 축소시킬 수 있음에 따른 재료비 및 제작 단가를 절감시킬 수 있으며, 조립이 용이하여 생산성을 증대시킬 수 있고, 기기의 초기 기동 운전소음을 저감시켜 항상 정숙한 상태에서 사용할 수 있게 된다.

Description

스크롤 압축기의 선회 스크롤 구동구조{TURNING SCROLL DRIVE STRUCTURE OF A SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 선회 스크롤 구동구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스크롤 압축기에 설치되는 선회 스크롤을 고정 반경 방식으로 효율적으로 조립하여 구동시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적인 종래의 스크롤 압축기는 도 1에 도시한 바와 같이, 소정의 내부 체적을 갖는 밀폐 용기(9)내의 상,하부에 각각 메인 및 하부 프레임(10)(11)이 설치되고, 상기 메인 및 하부 프레임(10)(11)의 사이에는 모터(12)를 이루는 고정자(13) 및 회전자(14)가 설치되며, 상기 회전자(14)의 중앙을 관통하여 회전자(14)의 회전에 따라 연동하도록 설치된 크랭크축(1a)의 상단에는 편심핀부(2a)가 형성되고, 편심핀부(2a)에는 반경 방향으로 가변되고 접선 방향으로 크랭크축(1a)의 회전력을 전달받는 슬라이드 부쉬(15)가 삽입된다.

또한, 상기 메인 프레임(10) 상에는 인벌류트 형상의 랩(16a)이 형성된 고정 스크롤(16)이 고정되고, 고정 스크롤(16)에 형성된 랩(16a)에는 슬라이드 부쉬(15)와 미끄러지면서 압축 운동을 하는 선회 스크롤(3)의 랩(3a)이 선회가능하게 맞물리도록 설치되는 데, 상기 선회 스크롤(3)의 하부는 크랭크축(1a)의 편심핀부(2a)에 삽입된 슬라이드 부쉬(15)와 결합되며, 상기 선회 스크롤(3)의 하면과 메인 프레임(10)의 상면 사이에는 선회 스크롤(3)의 자전을 방지하는 자전 방지기구인 올담링(17)이 결합된다.

그리고, 상기 밀폐 용기(9) 내의 고정 스크롤(16) 상면에는 밀폐 용기(9)의 내부를 고압부와 저압부로 분리하는 고저압 분리판(18)이 복수개의 볼트(19)에 의해 결합되고, 상기 고저압 분리판(18)의 중앙에는 압축 공간인 포켓 공간에서 압축된 고온 및 고압의 냉매 가스의 흐름을 조절하기 위한 역지 밸브(20) 및 밸브 하우징(21)이 결합되며, 상기 밀폐 용기(9)의 측부에는 냉매 가스가 흡입 및 토출되는 흡입관(21a) 및 토출관(22)이 설치되고, 상기 고정 스크롤(16)의 중앙에는 토출 포트(23)가 형성되며, 상기 밀폐 용기(9)의 하부에는 슬라이딩 되는 부분에 공급되는 오일이 채워지도록 구성된다.

상기한 바와 같은 각 구성 부품을 포함하여 구성된 스크롤 압축기의 작동은 먼저, 인가되는 전류에 의해 모터(12)의 회전자(14)가 회전하게 되면, 회전자(14)의 회전에 의해 크랭크축(1a)이 회전하면서 편심핀부(2a)의 편심된 거리를 반경으로 하여 선회 스크롤(3)을 원운동, 즉 공전 운동시키게 된다.

상기 선회 스크롤(3)은 자전 방지기구인 올담링(17)에 의해 자전이 방지되면서 크랭크축(1a)의 중심을 원점으로 하여 선회 반경만큼 떨어진 거리에서 선회원을 그리며 선회 운동을 하게 되는데, 이때 상기 선회 스크롤(3)의 선회 운동에 의해 고정 및 선회 스크롤(16)(3)의 랩(16a)(3a)에 의해 압축 공간인 포켓이 형성되며, 이와 같은 포켓은 지속되는 선회 운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소되어 흡입되는 냉매 가스를 압축하여 고정 스크롤(16)의 토출 포트(23)를 통해 토출된다.

상기 선회 스크롤(3)의 선회 운동에 의해 고정 및 선회 스크롤(16)(3)의랩(16a)(3a)이 이루는 포켓에서 압축된 고온 및 고압 상태의 냉매 가스는 고정 스크롤(16)의 토출 포트(23)를 통해 토출되어 고압부와 저압부를 나누는 고저압 분리판(18)을 통해 고압부로 유입되고, 이 고압부로 유입된 냉매 가스는 토출관(22)을 통해 응축기(도시는 생략함)로 유입된다.

그리고, 스크롤 압축기의 운전중 잠시 운전을 정지한 후 다시 운전하게 될 경우에는 고압부의 가스가 저압부로 역류되어 토출 포트(23)를 통해 고정 및 선회 스크롤(16)(3)의 랩(16a)(3a)에 의해 형성되는 포켓의 내부로 유입되어 선회 스크롤(3)을 역회전시키게 되므로써 랩(16a)(3a)의 파손 및 소음을 발생시킬 뿐만 아니라 압축 효율이 저하되는 것을 방지하기 위해 고저압 분리판(18) 상에 설치된 역지 밸브(20) 및 밸브 하우징(21)이 고압부의 가스가 저압부로 역류하는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

한편, 도 2는 종래의 가변 반경 방식 선회 스크롤 구동구조를 나타낸 종단면도이고, 도 3은 도 2의 횡단면도로서, 가변 반경 방식에서는 고정 및 선회 스크롤(16)(3)을 서로 밀착되도록 하여 압축력을 발생시키는 랩 실링력(Fsf)은 선회 스크롤(3)의 무게에 따른 원심력(Fos)과 압축되는 가스 반력(Fgas)과의 차이로 형성되는 데,

Fsf = Fos - Fgas (㎏f) 가 된다.

이때, Fos - Fgas ＞ 0 일 경우 선회 스크롤(3)의 원심력이 크기 때문에 이 차이 만큼의 힘에 의해 고정 및 선회 스크롤(16)(3)의 랩(16a)(3a)이 밀착되어 가스의 누설이 없이 압축할 수 있게 되고, Fos - Fgas ＜ 0 일 경우 가스의 반력이크므로 선회 스크롤(3)이 뒤로 후퇴하게 되어 랩의 틈새가 벌어지게 되며 가스가 누설되는 데, 이것은 액냉매나 오물 유입, 과도한 가스 압축압력이 발생되는 현상이다.

이러한 후퇴는 크랭크축(1a) 상단의 편심핀부(2a)에 장착된 슬라이드 부시(15)를 가변(축방향) 방향으로 움직일 수 있도록 가변 틈새를 형성하여 선회 스크롤(3)이 밀려 날수 있는 운동을 할 수 있도록 구성되어 있기 때문이며, 이 작용은 힘의 평형을 이용하여 최적의 위치에서 운전될 수 있도록 순응(Compliance) 작용하는 것이고, 힘의 변화에 즉각적으로 대응하기 때문에 압력이 불안정할 때 선회 스크롤(3)의 선회 운동도 함께 불안정하게 되는 특성이 있다.

또한, 도 4는 종래 가변 반경 방식에서의 실제 압력 변동을 측정한 그래프 선도이고, 도 5는 도 4의 압력을 압력 변동 계수치로 나타낸 그래프 선도로서, 가변 반경 방식에서 스크롤 압축기의 초기 기동 운전소음은 도 4와 같이 사이클의 Ps/Pd 압력 변동과 밀접한 관계가 있으며, 이 압력 변동의 값을 도 5와 같이,

(The fluctuation of coefficient on Pressure - time(sec) ) = 토출압력 기울기(상향+) + 흡입압력 기울기(하향+) 압력 변동값(Fc)으로 나타내면, 제 1 노이즈 체인지 에리어(Noise Change Area)(A)는 기동후 10∼20초에서 Fc = 0.1의 값을 가지며, 소음의 변동량은 6∼7 dBA 정도 발생하게 된다.

제 2 노이즈 체인지 에리어(B)는 기동후 40∼50초에서 Fc = 0.1의 값을 가지며, 소음의 변동량은 1∼2 dBA 정도 발생하게 된다.

따라서, 압력 변동값을 (Fc ≤ 0.1)로 최소화할 경우 기동 초기부터 소음을최소화할 수 있고, Fc = 0.1인 경우 1초당 0.1 ㎏ 이내의 압력 변화를 유지하여야 기동 초기 소음의 개선이 가능하며, 초기 기동시의 압력 변동값(Fc)을 줄이는 방법으로서 고정 반경 적용시 해결 가능하게 된다.

한편, 도 6은 종래의 고정 반경 방식 선회 스크롤 구동구조를 나타낸 종단면도이고, 도 7은 도 6의 횡단면도로서, 고정 반경 방식은 상기 가변 반경 방식의 단점에 대응하기 위하여 슬라이드 부시의 전,후진 운동을 방지하기 위한 구조로서, 크랭크축(1b)의 편심핀부(2b) 외경을 크게 하여 일체형으로 제작한 후, 선회 스크롤(3)을 선회 운동시키며, 압력 변동에 대하여 선회 스크롤(3)이 고정된 선회 반경에서만 선회 운동될 수 있는 한편 전, 후진할 수 없는 구조로 되어 있고, 특히 크랭크축(1b)이 일체형으로 되므로 인한 조립 및 부품 제작 형상이 가변과는 완전히 다르게 구성되어야 한다.

즉, 가스 압축에 의한 반력을 선회 스크롤(3)의 원심력 이외에 편심핀부에 의한 핀 반력(Fpin)으로 선회 스크롤이 전,후진 불가능한 구조로 구성되고,

Fsf = Fos - Fgas + Fpin (Kgf) ≥ 0 인 랩 실링력을 항상 형성하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 가변 반경 방식은 스크롤 압축기의 초기 기동시 압축 압력의 과격한 변화에 대한 반작용으로 선회 스크롤(3)의 선회 운동에 따른 순응 역할의 결과로서 초기 운전소음의 변동이 장시간 지속되어 기기 경쟁력 약화의 주요 원인으로 작용하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 고정 반경 방식은 조립시 크랭크축(1b)의 메인 프레임부 외경이 편심핀부(2b)의 선회 외경보다 크게 하여 조립하거나, 메인 프레임에크랭크축(1b)을 삽입시킨 후, 회전자(14)를 끼워 맞추는 작업이 필요하며, 조립후 크랭크축(1b)의 분리가 불가능하게 되는 등의 많은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스크롤 압축기에 설치되는 선회 스크롤을 고정 반경 방식으로 효율적으로 조립하여 구동시킬 수 있도록 하여 부품의 크기를 축소시킬 수 있음에 따른 재료비 및 제작 단가를 절감시킬 수 있으며, 조립이 용이하여 생산성을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기기의 초기 기동 운전소음을 저감시킬 수 있는 스크롤 압축기의 선회 스크롤 구동구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 스크롤 압축기를 나타낸 종단면도

도 2는 종래의 가변 반경 방식 선회 스크롤 구동구조를 나타낸 종단면도

도 3은 도 2의 횡단면도

도 4는 종래 가변 반경 방식에서의 실제 압력 변동을 측정한 그래프 선도

도 5는 도 4의 압력을 압력 변동 계수치로 나타낸 그래프 선도

도 6은 종래의 고정 반경 방식 선회 스크롤 구동구조를 나타낸 종단면도

도 7은 도 6의 횡단면도

도 8은 본 발명을 나타낸 종단면도

도 9는 도 8의 횡단면도

도 10은 도 8의 크랭크축을 나타낸 정면도

도 11은 도 8의 고정 부재를 나타낸 확대도

도 12는 본 발명과 종래 기술의 초기 기동 운전소음을 비교하여 나타낸 그래프 선도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1; 크랭크축 2; 편심핀부

3; 선회 스크 롤 4; 고정 부재

5,5a; 요입홈 6; 고정홈

7; 고정링 8; 보스부

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 밀폐 용기의 내부에 모터의 회전자와 연동되며 상단에 편심핀부를 갖는 크랭크축이 설치되고, 메인 프레임의 상부에 인벌류트 형상의 랩이 형성된 고정 스크롤이 고정되며, 고정 스크롤에 형성된 랩에는 슬라이드 부쉬와 미끄러지면서 압축 운동을 하는 선회 스크롤의 랩이 선회가능하게 맞물리도록 설치되는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 크랭크축의 상단에 형성된 편심핀부에 선회 스크롤 하부의 보스부에 일체로 삽입되어 선회 스크롤을 구동시키기 위한 고정 부재가 장착되며, 상기 고정 부재의 상,하부에는 각각 고정 부재의 자전을 방지하기 위한 비대칭의 요입홈이 형성되고, 상기 편심핀부의 상부 외주면에 요입 형성된 고정홈에는 고정 부재의 회전 운동시 고정 부재의 상승에 의해 편심핀부로부터 고정 부재가 이탈되는 것을 방지하기 위해 고정링이 압입된 것을특징으로 하는 스크롤 압축기의 선회 스크롤 구동구조를 제공한다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명을 나타낸 종단면도이고, 도 9는 도 8의 횡단면도이며, 도 10은 도 8의 크랭크축을 나타낸 정면도이고, 도 11은 도 8의 고정 부재를 나타낸 확대도로서, 종래의 기술과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 본 발명을 설명한다.

본 발명은 스크롤 압축기에 설치되는 크랭크축(1)의 상단에 형성된 편심핀부(2)에 선회 스크롤(3) 하부의 보스부(8)에 일체로 삽입되어 선회 스크롤(3)을 구동시키기 위한 고정 부재(4)가 장착되고, 고정 부재(4)의 상,하부에는 각각 고정 부재(4)의 자전을 방지하기 위해 비대칭의 요입홈(5)(5a)이 형성되며, 상기 편심핀부(2)의 상부 외주면에 요입 형성된 고정홈(6)에는 고정 부재(4)의 회전 운동시 고정 부재(4)의 상승에 의해 편심핀부(2)로부터 고정 부재(4)가 이탈되는 것을 방지하기 위해 고정링(7)이 압입되어 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 도 8 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 스크롤 압축기에 설치되는 크랭크축(1)의 상단에 형성된 편심핀부(2)에 고정 부재(4)가 장착되어 있으므로 고정 부재(4)가 선회 스크롤(3) 하부의 보스부(8)에 일체로 삽입된 상태에서 선회 스크롤(3)을 효율적으로 구동시켜 선회 운동시킬 수 있으며, 상기 크랭크축(1)의 편심핀부(2)에 장착되는 고정 부재(4)의 상, 하부에는 각각 비대칭의 요입홈(5)(5a)이 형성되어 있으므로 고정 부재(4)가 상기 편심핀부(2)에 장착된 후, 편심핀부(2)에 대하여 고정 부재(4)가 자전되지 않도록 하게 된다.

또한, 상기 크랭크축(1)의 편심핀부(2)의 상부 외주면에 요입 형성된 고정홈(6)에는 고정링(7)이 압입되어 있으므로 고정 부재(4)의 회전 운동시 고정 부재(4)의 상승에 의해 편심핀부(2)로부터 고정 부재(4)가 이탈되는 것을 상기 고정링(7)에 의해서 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

즉, 본 발명은 스크롤 압축기의 선회 스크롤 구동 방식중 고정 반경 방식의 경우 크랭크축의 핀심핀부의 외경 크기에 준하여 크랭크축의 외경이 크게 되며, 조립 방법 또한 가변 반경 방식과 다른 방식으로 실시하여야 하는 문제점을 개선하기 위하여 가변 반경 방식의 기본 구성 부품들을 적용하여 생산할 수 있는 구조를 갖도록 설계한 것이다.

한편, 도 12는 본 발명과 종래 기술의 초기 기동 운전소음을 비교하여 나타낸 그래프 선도로서, 1∼30초 영역에서의 초기 소음 변동량을 비교해 보면 본 발명의 초기 기동 소음이 초기 기동 소음의 변동 크기, 폭, 시간 등이 종래 기술의 초기 기동 소음 보다 현격히 저감됨을 알 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 스크롤 압축기에 설치되는 선회 스크롤을 고정 반경 방식으로 효율적으로 조립하여 구동시킬 수 있으므로써 크랭크축과 이에 조합되는 메인 프레임의 보스부 내경의 크기를 축소시킬 수 있음에 따른 재료비 및 제작 단가를 절감시킬 수 있으며, 조립이 용이하여 생산성을 증대시킬 수 있고, 기기의 초기 기동 운전소음을 저감시켜 항상 정숙한 상태에서 사용할 수 있으므로 인해 기기의 신뢰성과 효율성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 발명이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 밀폐 용기의 내부에 모터의 회전자와 연동되며 상단에 편심핀부를 갖는 크랭크축이 설치되고, 메인 프레임의 상부에 인벌류트 형상의 랩이 형성된 고정 스크롤이 고정되며, 고정 스크롤에 형성된 랩에는 슬라이드 부쉬와 미끄러지면서 압축 운동을 하는 선회 스크롤의 랩이 선회가능하게 맞물리도록 설치되는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 크랭크축의 상단에 형성된 편심핀부에 선회 스크롤 하부의 보스부에 일체로 삽입되어 선회 스크롤을 구동시키기 위한 고정 부재가 장착되며, 상기 고정 부재의 상,하부에는 각각 고정 부재의 자전을 방지하기 위한 비대칭의 요입홈이 형성되고, 상기 편심핀부의 상부 외주면에 요입 형성된 고정홈에는 고정 부재의 회전 운동시 고정 부재의 상승에 의해 편심핀부로부터 고정 부재가 이탈되는 것을 방지하기 위해 고정링이 압입된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 선회 스크롤 구동구조.