KR100315793B1 - 스크롤 압축기의 냉매 토출구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에서 축방향 틈새를 통한 냉매 가스의 누설을 방지하기 위한 스크롤 압축기의 냉매 토출구조에 관한 것으로서,

축방향 틈새를 통한 누설을 방지하기 위해 사용되는 실재 및 그 실재가 삽입되는 실재 삽입홈이 고온의 냉매 가스에 의해 불규칙적인 열변형이 발생되므로 토출구 쪽의 실재 및 실재 삽입홈을 경사지게 형성함으로써 흡입구 및 토출구 쪽의 실재 및 실재 삽입홈의 열변형이 균일하게 되어 마찰 및 마모가 현저하게 줄어들게 되고, 압축기의 성능이나 신뢰성이 보장될 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

스크롤 압축기의 냉매 토출구조 {An exhausting structure for scroll compressor}

본 발명은 스크롤 압축기에서 축방향 틈새를 통한 냉매 가스의 누설을 방지하기 위한 스크롤 압축기의 냉매 토출구조에 관한 것으로서, 특히 실재 및 실재 삽입홈이 고온의 냉매 가스에 의해 불규칙적으로 열변형되므로 실재 및 실재 삽입홈의 토출구 쪽을 내측에서 외측으로 갈수록 하향 경사지게 형성함으로써, 토출구와 흡입구 쪽의 열변형이 거의 균일하게 나타나 압축기 중심부의 마찰 및 마모를 감소시킴과 아울러 압축기의 성능이나 신뢰성을 보장할 수 있는 스크롤 압축기의 냉매 토출구조에 관한 것이다.

종래 기술에 의한 스크롤 압축기의 냉매 토출구조를 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 스크롤 압축기의 동작 원리 상세히 도시된 도면이고, 도 2는 일반적인 스크롤 압축기의 압축 과정이 도시된 도면이다. 또한, 도 3은 도 2에 의한 압력-체적 선도를 나타내는 그래프이고, 도 4는 도 2의 압축 과정 중에서의 냉매 온도 변화 곡선이 도시된 그래프이며, 도 5는 도 2의 압축 과정 중에 발생되는 전형적인 선회스크롤의 열변형이 확대 도시된 도면이다. 그리고, 도 6a는 종래 기술에 따른 스크롤 압축기의 실링 구조가 도시된 사시도이고, 도 6b는 도 6a의 일부 구성요소인 실재를 길이방향으로 펼쳐 놓은 형태가 도시된 도면이다.

먼저, 도 1 내지 도 5를 참조하여 일반적인 스크롤 압축기의 압축 과정을 살펴보면, 인벌루트(involute) 형상의 랩(wrap)(W1)을 갖는 고정 스크롤(10)과 상기 고정 스크롤(10)의 랩(W1)과 180도 위상차를 갖는 인벌루트 형상의 랩(W2)이 형성된 선회 스크롤(20)이 서로 마주보도록 맞물려 있다.

이렇게, 상기 고정 스크롤(10)과 선회 스크롤(20)이 쌍으로 맞물려 있음으로 인해 초생달 모양의 압축실(C)이 형성되게 되고, 고정되어 있는 고정 스크롤(10)에 대하여 상기 선회 스크롤(20)이 자전이 방지된 채 선회 운동을 하게 되면 상기 압축실(C)이 중심쪽으로 움직이면서 도 3에 도시된 바와 같이 체적이 점차 감소되면서 압축 작용이 수행되게 된다.

상기와 같은 압축 원리는 연속적이면서 대칭적으로 이루어지기 때문에 부하 변동폭이 왕복운동식 또는 회전식 압축기보다 현저하게 작게 되어 진동 및 신뢰성, 효율 측면에서 유리하게 작용된다.

일반적인 스크롤 압축기의 압축 과정을 도 2를 참조하여 상세히 살펴보면, 흡입 파이프(5)를 통해 압축기 내부로 유입된 냉매 가스는 상기 고정 스크롤(10)의 일측에 형성되어 있는 흡입 포트(12)를 통해 고정 및 선회 스크롤(20) 내부로 흡입되게 된다. 이때, 상기 흡입된 냉매 가스는 상기 흡입 포트(12) 쪽의 압축실(C)로 유입되면서 압축 작용이 시작되게 되고, 일부는 고정 스크롤(10)의 안내 통로(13)를 따라 180도 반대쪽에 형성되어 있는 상기 압축실(C)로 유입되어 상기 압축실(C)의 압축 작용과 연속적이면서도 대칭적으로 압축 작용이 시작되게 된다.

상기 압축실(C)의 냉매 가스는 선회 스크롤(20)이 선회 운동을 함에 따라 각스크롤(10, 20) 중심부 쪽으로 이동하면서 압축 작용이 수행된 후에, 각 스크롤(10, 20) 중심부의 랩(W1, W2) 끝단이 동시에 상대 스크롤(10, 20)의 랩(W1, W2)에서 분리되는 순간 쌍으로 이루어지는 압축실(C)이 하나로 연동되면서 상기 고정 스크롤(10)의 경판(미도시)에 형성된 토출구(14)를 통해 토출되게 된다.

상기와 같은 토출 방식은 왕복 운동식이나 회전식 압축기에서와 같이 밸브에 의해서 이루어지지 않고 단지 각 스크롤(10, 20) 랩(W1, W2)의 중심부 형상에 의하여 이루어지게 된다.

그리고, 상기 압축 과정 중에서의 손실이 최소화되도록 상기 냉매 가스의 누설을 방지하게 되는데, 상기 냉매 가스의 누설에는 축방향 틈새를 통한 반경방향의 누설과 반경 방향 틈새를 통한 축방향 누설이 있다. 상기 누설 중에서도 축방향 틈새를 통한 누설이 더욱 심각하기 때문에 축방향 틈새를 통한 누설을 방지하기 위해 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 각 스크롤(10, 20) 랩(W1, W2)의 끝단부에 인벌루트 형상의 실(seal)재 삽입홈(30)을 형성하고, 상기 실재 삽입홈(30)에 실재(31)를 삽입하여 압축 과정 중에 발생할 수 있는 냉매 가스의 누설을 방지하게 된다.

그런데, 도 4 에 도시된 바와 같이 상기 냉매 가스는 압축 과정이 시작되면 체적은 감소하는 반면에 온도는 상승하게 된다. 그러므로, 상기 고온 고압의 냉매 가스가 압축실(C)에 열을 전달하게 되고 그에 따라 상기 실재 삽입홈(30) 또는 실재(31)를 포함한 다른 부위에 열변형이 발생하게 된다. 게다가, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 선회 스크롤(20)도 점으로 표시된 부분처럼 고온 고압의 냉매 가스로인해 열변형이 발생하게 된다.

상기와 같은 열변형에 의해 상기 실재(31) 또는 실재 삽입홈(30)은 도 6b에 도시된 바와 같이 각 스크롤(10, 20)의 랩(W1, W2)의 외측에 형성되어 있는 상기 흡입 포트(12) 주변에서는 열변형이 비교적 적게 발생되지만, 상기 토출구(14) 주변에서는 상기 고온의 냉매 가스에 의해 열변형이 크게 발생하게 된다.

그러므로, 종래 경우에는 상기 실재(31) 또는 실재 삽입홈(30)이 상기 고온의 냉매 가스에 의해 불규칙적으로 열변형이 발생되기 때문에 압축기 중심부의 마찰 및 마모가 증대된다는 문제점이 있다.

게다가, 상기와 같은 실재(31) 또는 실재 삽입홈(30)의 열변형은 지속적인 압축기 가동시 압축기의 성능을 저하시키게 된다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 축방향 틈새를 통한 누설을 방지하기 위해 사용되는 실재 및 그 실재가 삽입되는 실재 삽입홈이 고온의 냉매 가스에 의해 불규칙적인 열변형이 발생되므로 토출구 쪽의 실재 및 실재 삽입홈을 경사지게 형성함으로써 흡입구 및 토출구 쪽의 실재 및 실재 삽입홈의 열변형이 균일하게 되어 마찰 및 마모가 현저하게 줄어들게 되고, 압축기의 성능이나 신뢰성이 보장될 수 있는 스크롤 압축기의 냉매 토출구조를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 스크롤 압축기의 동작 원리가 상세히 도시된 도면,

도 2는 일반적인 스크롤 압축기의 압축 과정이 도시된 도면,

도 3은 도 2에 의한 압력-체적 선도를 나타내는 그래프,

도 4는 도 2의 압축 과정 중에서의 냉매 온도 변화 곡선이 도시된 그래프,

도 5는 도 2의 압축 과정 중에 발생되는 전형적인 선회스크롤의 열변형이 확대 도시된 도면,

도 6a는 종래 기술에 따른 스크롤 압축기의 실링 구조가 도시된 사시도,

도 6b는 도 6a의 일부 구성요소인 실재를 길이방향으로 펼쳐 놓은 형태가 도시된 도면,

도 7a는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 실링 구조 중에서 실재 삽입부가 도시된 사시도,

도 7b는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 실링 구조 중에서 실재를 길이방향으로 펼쳐 놓은 형태가 도시된 도면.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 실재 삽입홈 55 : 실재

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 냉매 토출구조의 특징에 따르면, 인벌루트(Involute) 형태의 랩(Wrap)과 경판을 갖는 동시에 냉매 가스가 흡입 및 토출되는 흡입구와 토출구가 각각 형성된 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤의 랩과 반대 방향 인벌루트 형태의 랩을 갖는 동시에 상기 고정 스크롤과 압축 공간을 형성하고 선회 운동을 수반하여 압축 작용을 수행함으로써 고온 고압의 냉매 가스가 토출되도록 설치된 선회 스크롤을 포함하는 스크롤 압축기에 적용되는 스크롤 압축기의 냉매 토출구조에 있어서,

상기 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 랩 끝부분에는 축방향 틈새를 통한 누설을 방지하기 위해 실링(Sealing) 공간을 제공하는 실링홈이 형성되고, 상기 실링홈에는 고온 고압의 냉매 가스에 의한 열변형이 균일해질 수 있도록 토출구 쪽이 경사지게 형성된 실 부재가 설치된다.

또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 실링홈은 고온 고압의 냉매 가스가 토출되는 토출구 쪽이 경사지게 형성된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 7a는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 실링 구조 중에서 실재 삽입부가 도시된 사시도이고, 도 7b는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 실링 구조 중에서 실재를 길이방향으로 펼쳐 놓은 형태가 도시된 도면이다.

일반적으로 스크롤 압축기는 인벌루트(Involute) 형태의 랩(Wrap)과 경판을갖는 동시에 냉매 가스가 흡입되는 흡입구 및 그 중심부 경판에 형성되어 고온 고압의 냉매 가스가 토출되는 토출구가 각각 형성된 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤의 랩과 반대 방향 인벌루트 형태의 랩을 갖는 동시에 상기 고정 스크롤과 초승달 모양의 압축 공간을 형성하고 선회 운동을 수반하여 압축 작용을 수행함으로써 고온 고압의 냉매 가스가 토출되도록 설치된 선회 스크롤을 포함하여 이루어지게 된다.

여기서, 상기 고정 스크롤 및 선회 스크롤이 압축 작용을 수행하던 중에 압축 손실이 최소화되도록 상기 냉매 가스의 누설을 방지하게 되는데, 상기 냉매 가스의 누설에는 축방향 틈새를 통한 반경방향의 누설과 반경 방향 틈새를 통한 축방향 누설이 있다.

상기 냉매 가스의 누설 중에서도 축방향 틈새를 통한 누설을 방지하기 위해 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 상기 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 랩 끝단부에는 실링을 위한 공간을 제공하는 실재 삽입홈(50)이 형성되고, 상기 실재 삽입홈(50)에는 실재(55)가 설치되게 된다.

특히, 상기 고온 고압의 냉매 가스에 의해 실재 삽입홈(50) 및 실재(55)가 열변형이 발생되는데, 상기 실재 삽입홈(50) 및 실재(55)는 흡입구 쪽보다 고온 고압의 냉매 가스가 토출되는 토출구 쪽이 더욱 심하게 열변형되게 된다. 따라서, 상기 실재 삽입홈(50) 및 실재(55)는 상기 토출구 쪽이 경사지게 형성됨으로써 상기 고온 고압의 냉매 가스에 의해 상기 흡입구와 토출구 쪽이 균일하게 열변형되도록 하게 된다.

한편, 상기 실재 삽입홈(50) 또는 실재(55)는 경우에 따라서 하나만을 경사지게 형성할 수도 있고, 상기와 같이 모두를 경사지게 형성할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 냉매 토출구조의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 고정 스크롤 및 선회 스크롤이 쌍으로 이루어진 초승달 모양의 압축 공간을 형성하고, 상기 고정 스크롤의 흡입구에 냉매 가스가 유입되게 되면서 상기 선회 스크롤이 선회 운동을 함에 따라 상기 압축 공간의 체적이 점차 축소되면서 압축 작용을 수행하여 고온 고압의 냉매 가스를 토출하게 된다.

다음에, 상기 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 랩 끝단부에 형성되어 있는 실재 삽입홈(50)에 실재(55)를 넣어 축방향 틈새를 통한 냉매 가스의 누설을 방지하게 된다. 그런데, 상기 고온 고압의 냉매 가스가 토출되면서 상기 실재 삽입홈(50) 또는 실재(55)가 열변형되게 되는데, 상기 실재 삽입홈(50)이나 실재(55)는 고온 고압의 냉매 가스가 토출되는 토출구 쪽이 내측에서 외측으로 갈수록 하향 경사지게 형성되어 있기 때문에 균일하게 열변형이 발생하게 된다.

즉, 상기 실재 삽입홈(50)이나 실재(55)의 열변형이 상기 토출구 쪽은 고온 고압의 냉매 가스의 직접적인 영향으로 크게 발생되지만, 상기 흡입구 쪽은 열변형이 비교적 적게 발생되므로 상기 실재 삽입홈(50)이나 실재(55)의 상기 토출구 쪽을 경사지게 형성시킴으로써 균일한 열변형이 가능해지게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 냉매 토출구조는 축방향 틈새를 통한 누설을 방지하기 위해 사용되는 실재 및 그 실재가 삽입되는 실재 삽입홈이 고온의 냉매 가스에 의해 불규칙적인 열변형이 발생되므로 토출구 쪽의 실재 및 실재 삽입홈을 경사지게 형성함으로써 흡입구 및 토출구 쪽의 실재 및 실재 삽입홈의 열변형이 균일하게 되어 마찰 및 마모가 현저하게 줄어들게 되고, 압축기의 성능이나 신뢰성이 보장될 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 인벌루트(Involute) 형태의 랩(Wrap)과 경판을 갖는 동시에 냉매 가스가 흡입 및 토출되는 흡입구와 토출구가 각각 형성된 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤의 랩과 반대 방향 인벌루트 형태의 랩을 갖는 동시에 상기 고정 스크롤과 압축 공간을 형성하고 선회 운동을 수반하여 압축 작용을 수행함으로써 고온 고압의 냉매 가스가 토출되도록 설치된 선회 스크롤을 포함하는 스크롤 압축기에 적용되는 스크롤 압축기의 냉매 토출구조에 있어서,

   상기 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 랩 끝부분에는 축방향 틈새를 통한 누설을 방지하기 위해 실링(Sealing) 공간을 제공하는 실링홈이 형성되고, 상기 실링홈에는 고온 고압의 냉매 가스에 의한 열변형이 균일해질 수 있도록 토출구 쪽이 경사지게 형성된 실 부재가 설치된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 냉매 토출구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 실링홈은 고온 고압의 냉매 가스가 토출되는 토출구 쪽이 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 냉매 토출구조.