KR100343723B1

KR100343723B1 - 비대칭 스크롤 압축기의 가스 토출구조

Info

Publication number: KR100343723B1
Application number: KR1020000007553A
Authority: KR
Inventors: 장영일; 조양희
Original assignee: 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2002-07-20
Also published as: KR20010081638A

Abstract

본 발명은 비대칭 스크롤 압축기의 가스 토출구조에 관한 것으로, 본 발명은 인벌류트 곡선 형상의 랩을 구비한 선회스크롤과 고정스크롤이 맞물려 선회스크롤이 선회 운동함에 의해 압축실을 형성하고 상기 고정스크롤의 랩 끝각을 선회스크롤의 랩 끝각보다 180°이내로 인벌류트 각을 연장시킨 것을 구비한 비대칭 스크롤 압축기에서, 상기 고정스크롤의 랩 내벽과 선회스크롤의 랩 외벽에 의해 형성되는 압축실 A의 체적비가 상기 고정스크롤의 랩 외벽과 선회스크롤의 랩 내벽에 의해 형성되는 압축실 B의 체적비보다 크게 형성되도록 구성하여 고정스크롤과 맞물려 선회스크롤이 선회 운동하면서 냉매 가스를 흡입하고 압축하여 토출시키는 과정에서 발생되는 체적비를 최소화함으로써 토출구멍으로 토출되는 가스력의 불균형을 방지하여 압축기의 운전 거동을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

비대칭 스크롤 압축기의 가스 토출구조{STRUCTURE FOR DISCHARGING GAS IN ASYMMETRIC SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 비대칭 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 토출 행정시 발생하는 토출 가스의 불균형력을 최소화할 수 있도록 한 비대칭 스크롤 압축기의 가스 토출구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 공기나 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 구동력을 발생시키는 전동기구부와 그 전동기구부에서 전달된 구동력에 의해 가스를 압축시키는 압축기구부로 구성된다. 상기 압축기는 압축기구부의 구조에 따라 로타리식 압축기(Rotary Compressor), 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor), 스크롤 압축기(Scroll Compressor) 등으로 나누어진다.

도 1은 상기 스크롤 압축기의 압축기구부의 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 스크롤 압축기는 전동기구부의 구동력을 전달받아 선회스크롤(20)이 고정스크롤(10)과 맞물려 선회 운동함에 의해 선회스크롤(20)과 고정스크롤(10)에 각각 형성된 인벌류트 형상의 랩(11)(21)의 상대 운동에 의해 가스를 연속적으로 흡입하고 압축하여 토출시키게 된다.

미설명 부호 2는 회전축이고 3은 올담링이다.

상기 스크롤 압축기의 압축원리는, 도 2에 도시한 바와 같이, 인벌류트 곡선(Involute Curve) 형상의 랩(Wrap)을 갖는 고정스크롤(10)과 그 고정스크롤 랩(11)의 인벌류트 곡선과 180°의 위상차를 가진 인벌류트 형상의 랩(21)을 갖는선회스크롤(20)이 서로 마주보도록 맞물림에 의해 쌍으로 형성된 초생달 모양의 압축실(P)이 형성되며, 이와 같은 상태에서 프레임(1)에 고정된 고정스크롤(10)에 대하여 선회스크롤(20)이 자전이 방지된 채로 선회 운동을 하면 압축실(P)이 중심부 쪽으로 움직이면서 체적이 감소되어 압축 작용을 하게 되며 이와 같은 과정은 두개의 압축실이 대칭적이면서 연속적으로 이루어지게 되어 부하 변동폭이 왕복동식 압축기나 로타리식 압축기보다 현저하게 작게 되기 때문에 진동 및 소음, 신뢰성, 효율 등의 측면에서 크게 유리하게 된다.

상기 압축과정을 보다 상세하게 설명하면 흡입 파이프를 통해 압축기 내부로 유입된 냉매 가스는 보통 고정스크롤(10)의 한쪽 측면에 형성된 흡입포트를 통해 스크롤내부로 유입된다. 이때 흡입 가스는 고정스크롤의 흡입포트측에 형성되는 압축실(P1)로 유입되어 압축이 시작되고 일부는 고정스크롤(10)의 안내통로를 따라 180°반대쪽에 형성되는 압축실(P2)로 유입되어 동시에 압축이 시작된다. 이와 같이 대칭적으로 동시에 압축되기 시작한 압축실(P)의 냉매 가스는 선회스크롤(20)이 선회운동을 함에 따라 스크롤 중심부 쪽으로 이동하면서 압축된 후 고정스크롤(10) 중심부에 형성된 토출구멍(12)을 통해 토출된다.

그리고 비대칭 스크롤 압축기의 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 고정스크롤(30)의 랩(31)을 선회스크롤(40)의 랩(41)보다 180°길게 형성함으로써 일반적인 대칭형 스크롤 압축기에 비해 같은 공간에서 더 많은 냉매 가스를 흡입함으로써 행정체적을 크게 할 수 있고 또한 압축실로 흡입되는 냉매 가스의 가열을 방지할 수 있어 냉매 가스의 비체적을 줄일 수 있다.

한편, 상기 대칭 스크롤 압축기와 비대칭 스크롤 압축기에서 대칭 스크롤 압축기의 경우 양쪽 압축실(P1)(P2)의 압력이 동일하기 때문에 토출 행정시에도 양쪽 압축실(P1)(P2)의 체적비가 동일하면 되지만 비대칭 스크롤 압축기의 경우 양쪽 압축실(P1)(P2)의 압력이 서로 다르므로 상대적으로 압력이 높은 압축실로부터 압력이 낮은 압축실로의 누설이 커지게 된다. 따라서 양쪽 압축실의 체적비 또는 압축비를 동일하게 설계할 경우 실제 토출이 시작되는 시점에서 양쪽 압축실(P1)(P2)의 압력이 서로 달라지게 되고 이로 인하여 한 쪽 압축실은 과압축되고 다른 한 쪽 압축실은 부족한 압축이 발생되어 토출 행정시 지시 손실 및 유체 손실이 생기게 됨으로써 가스력의 불균형이 심화되어 선회스크롤의 거동이 불안정하게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 토출 행정시 발생하는 토출 가스의 불균형력을 최소화할 수 있도록 한 비대칭 스크롤 압축기의 가스 토출구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 스크롤 압축기의 압축기구부를 도시한 단면도,

도 2는 대칭 스크롤 압축기의 압축원리를 단계적으로 각각 도시한 압축기구부의 평면도,

도 3은 종래 비대칭 스크롤 압축기의 압축기구부를 도시한 평면도,

도 4,5는 본 발명의 비대칭 스크롤 압축기 가스 토출구조가 구비된 압축기구부의 정단면도 및 평단면도,

도 6,7도는 종래 구조와 본 발명의 비대칭 스크롤 압축기 가스 토출구조의 일례를 도시한 평면도,

도 8은 본 발명의 비대칭 스크롤 압축기 가스 토출구조의 작동 상태를 연이어 도시한 압축기구부의 평면도,

도 9는 상기 비대칭 스크롤 압축기의 압력 선도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

30 ; 고정스크롤 31 ; 고정스크롤 랩

40 ; 선회스크롤 41 ; 선회스크롤 랩

P1 ; 압축실 A P2 ; 압축실 B

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 인벌류트 곡선 형상의 랩을 구비한 선회스크롤과 고정스크롤이 맞물려 선회스크롤이 선회 운동함에 의해 압축실을 형성하고 상기 고정스크롤의 랩 끝각을 선회스크롤의 랩 끝각보다 180°이내로 인벌류트 각을 연장시킨 것을 구비한 비대칭 스크롤 압축기에 있어서, 상기 고정스크롤의 랩 내벽과 선회스크롤의 랩 외벽에 의해 형성되는 압축실 A의 체적비(흡입체적/토출시작시의 체적)가 상기 고정스크롤의 랩 외벽과 선회스크롤의 랩 내벽에 의해 형성되는 압축실 B의 체적비(흡입 체적/토출시작시의 체적)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 스크롤 압축기의 가스 토출구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 비대칭 스크롤 압축기 가스 토출구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 4, 5는 본 발명의 비대칭 스크롤 압축기 가스 토출구조의 일례를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 일반적인 비대칭 스크롤 압축기는 구동력을 발생시키는 전동기구부와 그 전동기구부의 구동력을 전달받아 냉매 가스를 압축하는 압축기구부로 구성되며 상기 압축기구부는 프레임(1)에 고정되는 고정스크롤(30)과 그 고정스크롤(30)과 프레임(1)사이에 선회 운동 가능하도록 맞물리는 선회스크롤(40)을 포함하여 구성된다. 상기 고정스크롤(30)은 소정 형상으로 형성된 몸체(32) 내부에 인벌류트 형상의 랩(31)이 형성되고 그 고정스크롤 몸체(32)의 가운데 토출구멍(33)이 구비되어 이루어진다. 상기 선회스크롤(40)은 소정의 두께와 면적을 갖는 경판부(42)의 일측에 상기 고정스크롤 랩(31)의 인벌류트 곡선 형태와 상응하도록 랩(41)이 형성되며 상기 경판부(42)의 타측에 회전축의 편심부(2a)와 연결되는 보스부(43)가 형성된다.

상기 선회스크롤(40)은 그 랩(41)이 고정스크롤 랩(31)과 선회 운동 가능하도록 맞물려 결합됨과 아울러 상기 고정스크롤의 랩(31)은 선회스크롤의 랩(41)보다 180°길게 형성된다.

상기 고정스크롤의 랩(31) 내벽과 선회스크롤의 랩(41) 외벽에 의해 형성되는 압축실(이하, 압축실 A라고함)(P1)의 체적비가 상기 고정스크롤의 랩(31) 외벽과 선회스크롤의 랩(41) 내벽에 의해 형성되는 압축실(이하, 압축실 B라고함)(P2)의 체적비보다 크게 형성된다. 상기 압축비는 흡입이 완료된 시점에서 압축실로 흡입된 냉매 가스의 체적을 냉매 가스가 토출되는 시점에서의 냉매 가스 체적으로 나눈 값 즉, 흡입 체적/토출시작시의 체적이다. 상기 압축실 A(P1)의 체적비가 압축실 B(P2)의 체적비보다 0.1이상 크게 형성되는 것이 바람직하다.

도 6, 7은 종래 구조와 본 발명의 구조가 대비되도록 토출구멍(33) 영역에서의 고정스크롤과 선회스크롤의 랩(31)(41) 선단부의 형상을 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 압축실 A(P1)의 체적비가 압축실 B(P2)의 체적비보다 크게 하는 구조의 일례로 압축실 A(P1)의 토출을 지연시키거나 압축실 B(P2)의 토출을 앞당기도록 선회스크롤의 랩(41) 선단부를 종래의 길이보다 길게 연장부(42)가 형성된 구조이다.

이하, 본 발명의 비대칭 스크롤 압축기 가스 토출구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전동기구부의 구동력이 회전축(2)을 통해 선회스크롤(40)에 전달되면 그 선회스크롤(40)은 선회스크롤 경판부(42)에 결합되는 올담링(3)에 의해 자전이 방지되면서 고정스크롤의 랩(31)과 선회스크롤의 랩(41)이 맞물려 선회 운동하게 되고 그 선회스크롤(40)의 선회 운동에 의해 냉매 가스가 흡입되고 압축되어 고정스크롤의 토출구멍(33)을 통해 토출된다.

상기 압축과정을 보다 상세하게 설명하면 흡입 파이프를 통해 압축기 내부로 유입된 냉매 가스는, 도 8에 도시한 바와 같이, 먼저 압축이 완료되면 선회스크롤 랩(41)의외측 단부의 외벽과 고정스크롤 랩(31)의 내벽사이로 냉매 가스가 흡입되어 압축실 A을 형성하게 되며 이어 선회스크롤(40)의 선회운동이 진행되면 압축실 A(P1)의 체적이 감소되면서 압축이 진행됨과 동시에 선회스크롤 랩(41)의 반대측에 위치하는 고정스크롤 랩(31)의 외벽과 선회스크롤 랩(41)의 내벽사이에 냉매 가스가 흡입되어 압축실 B이 형성된다. 이어, 상기 선회스크롤(40)의 선회운동이 계속 진행되면서 압축실 A(P1)와 압축실 B(P2)가 쌍을 이루어 서로 대면되도록 위치면서 스크롤의 중심방향으로 이동하게 되고 압축실 A, B(P1)(P2)가 중심방향으로 이동하면서 체적이 감소되어 고정스크롤(30)의 중심부에 형성된 토출구멍(33)부분에서 합쳐지면서 압축된 냉매 가스가 토출구멍(33)을 통해 토출된다.

상기 과정에서 고정스크롤의 랩(31)이 선회스크롤의 랩(41)보다 180°길게 되므로 압축실 A(P1)에 흡입된 냉매 가스의 양이 압축실 B(P2)에 흡입된 냉매 가스의 양보다 많게 되어 압축실 A(P1)의 압력이 압축실 B(P2)보다 크게 된다.

일반적으로 상기 비대칭 형태의 압축기구부에서, 도 9에 도시한 바와 같이, 압축실 A(P1)가 중심부분으로 이동하면서 토출구멍(33)을 통해 토출되는 압축비 또는 체적비와 압축실 B(P2)가 압축실 A(P1)와 대칭을 이루어 중심부분으로 이동하면서 토출구멍(33)을 통해 토출되는 압축비 또는 체적비는 서로 같아야 압축실 A,B(P1)(P2)에서 압축된 냉매 가스가 토출구멍(33)에서 합쳐져 토출된 때 거동이 안정된다. 그러나 압축실 A(P1)와 압축실 B(P2)가 토출구멍(33)측으로 압축되는 과정에서 압축실 A(P1)와 압축실 B(P2)의 압력차에 의해 압축실 A(P1)의 압력이 압축실 B(P2)로 누설되어 토출구멍(33)으로 토출되는 압축실 A(P1)와 압축실 B(P2)의 체적비가 서로 다르게 되어 가스력의 불균형으로 거동이 불안정하게 된다.

본 발명은 압축실 A(P1)의 체적비가 압축실 B(P2)의 체적비보다 크게 하여 압축실 A,B(P1)(P2)에서 압축이 진행되는 과정 중 압력 누설이 발생하게 되어도 압축실 A(P1)의 체적비가 크게 됨으로써 토출구멍(33)으로 토출되는 압축실 A(P1)의 체적비와 압축실 B(P2)의 체적비의 차이를 최소화하게 되어, 즉 압축실 A(P1)의 체적비와 압축실 B(P2)의 체적비가 거의 같게 되어 압축실 A,B(P1)(P2)에서 압축된 냉매 가스가 토출구멍(33)에서 합쳐져 토출될 때 가스력의 균형으로 거동이 안정된다. 한편 그 다른 방법으로 압축실 B(P2)의 체적비를 압축실 A(P1)의 체적비보다 작게 하여도 같은 작용을 하게 된다.

상기 비대칭 압축기구부에서 압축실 A(P1)와 압축실 B(P2)의 체적비 또는 압축비에 변수가 되는 것은 다양하다. 예를 들어, 압축실 A(P1)에서 체적비의 변수가 되는 것은 선회스크롤 랩(41)의 끝 길이나 형상, 토출구멍(33)의 형상 등이며 압축실 B(P2)에서 체적비의 변수가 되는 것은 고정스크롤 랩(31)의 끝 길이나 형상, 선회스크롤 경판부(42) 가운데 형성된 흡입홈 등이다.

상기한 바와 같은 변수 중 압축실 A(P1)의 체적비를 높이는 것으로 선회스크롤 랩(41) 끝 길이를 길게 하여 압축실 A(P1)의 토출 시점을 지연시켜 압축실 A(P1)의 체적비를 크게 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 비대칭 스크롤 압축기의 가스 토출구조는 고정스크롤과 맞물려 선회스크롤이 선회 운동하면서 냉매 가스를 흡입하고 압축하여 토출시키는 과정에서 발생되는 체적비를 최소화하게 되어 토출구멍으로 토출되는 가스력의 불균형을 방지하게 됨으로써 거동이 안정되어 압축기의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

인벌류트 곡선 형상의 랩을 구비한 선회스크롤과 고정스크롤이 맞물려 선회스크롤이 선회 운동함에 의해 압축실을 형성하고 상기 고정스크롤의 랩 끝각을 선회스크롤의 랩 끝각보다 180°이내로 인벌류트 각을 연장시킨 것을 구비한 비대칭 스크롤 압축기에 있어서, 상기 고정스크롤의 랩 내벽과 선회스크롤의 랩 외벽에 의해 형성되는 압축실 A의 체적비(흡입 체적/토출시작시의 체적)가 상기 고정스크롤의 랩 외벽과 선회스크롤의 랩 내벽에 의해 형성되는 압축실 B의 체적비(흡입 체적/토출시작시의 체적)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 스크롤 압축기의 가스 토출구조.
제1항에 있어서, 상기 압축실 A의 체적비가 압축실 B의 체적비보다 0.1이상 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 스크롤 압축기의 토출구조.