KR100470433B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

가동스크롤(movable scroll)등의 가동부재에, 가혹한 운전조건에 합당하고 충분한 기계적 강도를 갖게 하고, 또한 마찰마모를 격감시키는 기능을 부여한다.

가동스크롤(2)는 중량비율로 Si 8∼10, Cu 2∼5, Mg 0.5∼0.8 및 잔여부 A1로 되는 합금재료로 구성된다.

이 가동스크롤(2)의 키이홈(keyway)부는 2유화몰리부덴을 함침(含侵)시킨 경질의 알루마이트(alumite)로 피복되어 있다.

Description

스크롤 압축기

본 발명은 가동스크롤 등의 가동부재에 재료의 파단이 생기지 않는 높은 기계적 강도를 갖게 하는데 적당한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

스크롤압축기에 있어서는 냉매가스를 압축하는 공간을 형성하도록 각각에 나선형 랩(spiral lap)을 구비한 고정스크롤과 가동스크롤이 편심(eccentricity)으로 조합되어, 가동요소인 가동스크롤이 공전(公轉)하면서 압축공간에 흡입된 냉매가스 등의 유동체를 압축하도록 구성된다.

통상적으로, 가동스크롤의 공전동작을 얻기 위해서 가동스크롤의 자전동작을 억제하는 올덤링(Oldham ring)이 사용된다.

가동스크롤의 하면과 프레임의 상면 사이에 끼워 장착되는 올덤링은 상면에 설치된 두 개의 키이(key)가 가동스크롤의 키이홈(key way)과, 한편, 하면에 설치되는 두개의 키이가 프레임의 키이홈과 각각 끼워 맞춤(fitting)하고, 스크롤압축기의 회전 중, 올덤링과 가동스크롤이 상대이동(relative movement)하면서 가동스크롤이 공전동작을 하도록 되어 있다.

그런데, 상기한 가동스크롤은 고정스크롤도 포함하여 그 대부분이 A1-Si계합금으로 제작되어 있다.

이 합금은 내부식성 및 내마모성이 우수하고, 열팽창율도 낮다는 데서 지금껏 바람직한 성과를 얻고 있으나, 기계적강도에 있어서는 결코 만족할 수 있는 것은 아니다.

또, A1-Si계합금은 특히 Fe계의 재료에 대하여 내마모성이 나쁘고, A1-Si계합금으로 되는 가동스크롤이 올덤링의 키이와의 슬라이딩 마찰로 인해서 마모되기 쉽다는 문제점이 있다.

근래에, 공기조화 또는 냉동분야에서 새로운 냉매가스의 개발이 한창인 바, 이와같은 새로운 냉매가스의 개발에 호응하여 기계적강도도 지금 이상으로 높은 강도를 구비한 A1-Si계합금의 개발도 서두르고 있다.

이와함께, 특히 가동스크롤은 지금까지의 것 이상으로 올덤링의 슬라이딩 마찰로 인한 마모에 견딜수 있는 높은 내마모성을 구비하도록 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 가동스크롤 등이 가동부재에, 가혹한 운전조건에 합당하도록 충분한 기계적 강도를 갖게 하고, 더우기 마찰마모를 격감시키는 기능을 부여하도록 하는 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

청구항 1의 발명은 프레임(frame)의 상부에 프레이과의 사이에 간격거리를 유지하여 설치되며, 나선형 랩을 구비한 고정스크롤과, 이 고정스크롤과 대치하도록 나선형 랩을 상기 고정스크롤의 랩과 조합시켜 하면을 프레임과 맞접하여 슬라이딩이 가능하게 설치된 가동스크롤과, 이 가동스크롤과 접하는 프레임의 슬라이딩 면(sliding surface)을 에워싸도록 설치되고, 상면의 키이를 가동스크롤의 키이홈과 끼워맞추고, 하면의 키이를 프레임의 키이홈에 끼워 맞춘 링형의 올덤링을 구비하여 구성되는 스크롤압축기에 있어서, 고정스크롤 및 또는 가동스크롤을 중량비율로 Si 8∼10, Cu 2∼5, Mg 0.5~0.8 및 잔여부 A1로 되는 합금재료로서 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 청구항 2의 발명은 가동 스크롤을 2유화몰리브덴을 함침(impregnate)시킨 경질의 알루마이트(alumite)로 피복한 것을 특징으로 한 것이다.

다시 청구항 3의 발명은 올덤링을 중량비율로 Si 8∼10, Cu 2∼5, Mg 0.5∼0.8 및 잔여부 A1로 되는 합금재료로서 구성한 것을 특징으로 한 것이다.

또, 청구항 4의 발명은 가동스크롤의 적어도 키이홈부 또는 올덤링의 적어도 상면키이를 2유화몰리브덴(molybdenum disulfide)을 함침시킨 경질의 알루마이트로 피복한 것을 특징으로 한 것이다.

(실시예)

이하에, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 2에 있어서, 스크롤압축기는 각각 나선형 랩을 구비한 고정스크롤(1)과 가동스크롤(2)를 갖는다.

이 고정스크롤(1) 및 가동스크롤(2)는 냉매가스를 압축하는 공간(3)을 형성하기 위해서 편심(偏心)으로 조합되며, 고정스크롤(1)은 케이스(4)에 고정된 프레임(5)와의 사이에 이간 거리를 유지하여 설치되고, 한편 가동스크롤(2)는 하면을 프레임(5)와 맞접하여 케이스(4)의 중심에 배치되는 축(6)과 걸어맞춤되어 있다.

이 가동스크롤(2)에는 축(6)의 회전동작을 가동스크롤(2)의 공전동작으로 바꾸는 올덤링(7)이 구비된다.

가동스크롤(2)와 접하는 프레임(5)의 슬라이딩면을 에워싸도록 설치되는 올덤링(7)은 그 상면에 설치되는 두 개의 키이(8)(도면에는 하나만 도시되어 있음)이 가동스크롤(2)의 키이홈(Key way)(9)와 각각 끼워 맞추어 있고, 한편, 하면에 설치되는 두개의 키이(10)(도면에는 하나만 도시되어 있음)이 프레임(5)의 키이홈(11)과 각각 끼워맞춤되어 있다.

이 때문에 축(6)의 회전중에 올덤링(7)과 가동스크롤(2)가 상대이동(relative movement)하면서 가동스크롤(2)가 공전동작을 한다.

한편, 축(6)은 상부끝부를 프레임(5), 그리고 하부끝부를 축받이반(12)에 의해서 회전가능하게 지지되고 있다.

축(6)의 상부끝부에는 크랭크축부(13)이 구비되어, 이것이 가동스크롤(2)의 축 걸어맞는 부(14)로 삽입되어 있다.

축(6)에는 동력수단으로서의 모터(15)가 설치되어, 이 모터(15)로부터의 구동력으로 축(6)이 회전하도록 되어 있다.

상기와 같은 구성가운데, 고정스크롤(1) 및 가동 스크롤(2)는 다음표 1에 나타내는 조성의 재료로 구성된다.

[표 1]

상기의 각성분은 기계적강도를 향상시키는 외에, 내마모성, 가공성, 표면처리성 등을 개선 하는 것을 목적의도로 하여 각각 결정하고 있다.

즉, Si는 기계적 강도, 특히 고온피로 강도를 높이는데 불가결의 성분이며 8∼10%로 하고 있다.

Si의 양이 너무많으면 가공성과 표면처리성이 저하하여, 이후에 있을 기계가공 및 표면처리공정에 있어서 소망하는 결과를 얻을 수 없기 때문에 상한을 10%로 한정한다.

또, Cu는 가공성을 높이고 동시에 고온피로강도를 증대시키는데 없어서는 안되는 성분으로서 첨가하는데, 이를 위해서는 2%가 필요하고 상한은 5%로 하고 있다.

또, Mg는 기계적강도를 증대시키기 위해서 첨가하는 바, 최저 0.5%가 필요하다.

그러나, Mg의 양이 많아지면 재료에 신장성이 없어져서 가공성이 종래의 A1-Si계합금보다 떨어지게 되므로 상한은 0.8로 한정한다.

상기와 같은 새로운 재료의 기계적강도는 종래의 A1∼Si계 합금재료와 비교하여 표2에 나타내는 바와 같이 향상된다.

[표 2]

또, 가동스크롤(2)는 적어도 도 1(a),(b)에 도시되는 키이홈부를 포함한 하면에 표면처리가 가해진다.

본 실시의 형태에 있어서는 2유화몰리브덴(MoS2)을 함침시킨 경질 알루마이트 처리를 하고 있다.

경질 알루마이트 처리는 양극산화(anodic oxidation)법에 의해서 산화 알루미늄의 피막을 만드는 방법으로서, 본 실시의 형태에서는 이 경질 알루마이트 처리중에 2유화몰리브덴을 함침시켜서 산화 알루미늄의 피막을 만들도록 하고 있다.

경질 알루마이트 처리는 경도를 높혀서 기계요소의 내마모성을 향상시키는데는 적합하지만, 문제점은 초기의 친화성이 나쁘고 긁힘(galling)이 생기기 쉽다는 것이다.

미세화 된 2유화몰리브덴은 마모를 효과적으로 감소시키는 기능이 있으며 이를 산화 알루미늄의 층중에 묻히게 하여 마찰마모를 격감시키는 기능을 부여한다.

상기의 구성으로 되는 스크롤압축기에있어서는 축(6)의 회전에 의해서 가동스크롤(2)가 공전하고 쌍방의 스크롤(1),(2)의 사이에 저온, 저압의 냉매가스가 흡입된다.

이 냉매가스는 용적이 서서히 축소하는 공간(3)내에서 압축되어, 고온고압으로 되어 고정스크롤(1)을 통해서 기기의 밖으로 유출한다.

이와 같은 고온의 냉매가스에 접촉하는 가동스크롤(2)에는 높은 응력이 반복해서 작용하기 때문에 재료가 피로하게 된다.

일반적으로, 재료는 피로한도내에서는 응력이 반복작용하여도 파단(break)을 일으키지는 않으나. 사용되는 냉매가스가 바뀌고, 그 온도가 높아지는 경우, 온도가 높아지는데 따라서 재료의 피로한도가 저하하기 때문에 이제까지 사용할 수 있었던 재료도 냉매가스에 따라서는 안심하고 사용할 수 없게 되는 일이 있다.

이와 같은 이유때문에, 냉매가스 R410A를 사용하는 스크롤압축기에 있어서는 고정 및 가동스크롤(1),(2)에 높은 기계적강토를 갖는 A1-Si-Cu-Mg계합금을 하용하는 것이 바람직한다.

높은 기계적 강도를 얻는다는 것은 Si량을 증가시키는 것으로 용이하지만, 내마모성, 가공성 및 표면처리성도 개선되는 것이 필요하다.

그래서 표 1에서 설명한 조성으로 하는 재료는 이와같은 모든 요구를 만족시킬 수가 있는 것이다.

도 3은 고온피로강도에 대하여, 본 실시형태의 A1-Si-Cu-Mg계 합금과 다른 합금재료를 비교한 결과를 표시하고 있다.

고온피로강도에만 한정짓는다면 Si량을 증가시키는 것은 확실히 유효하지만, 그 만큼 가공성 및 표면처리성은 저하한다.

이는 알루마이트 처리에 있어서는 Si입자가 산화되지 않고 핀 홀(Pinhole)등이 생기기 때문이다.

그래서 표 1에서 설명한 조성의 것은 Si량의 상한을 제한하고 있기때문에 바람직한 내마모성, 가공성 및 표면처리성을 얻을 수가 있게 된다.

또, 본 실시형태의 가동스크롤(2)의 키이홈(key way)에는 알루마이트처리에 있어서 2유화몰리브덴이 함침된다.

이 때문에 미세화된 2유화몰리브덴에 의해서 키이홈(9)내에서 올덤링(7)의 키이(8)이 미끄러지기 쉽게 되어 초기의 마찰마모를 크게 감소시킬 수가 있게 된다.

경질 알루마이트처리로 높은 경도가 부여된 키이홈(9)는 조화가 잘 되므로서 마모가 감소하고, 내모마성이 크게 향상된다.

실제로 기계에 응용한 시험에서는 내마모성이 50%이상 향상되는 것이 확인되어 있다.

그리고, 본 발명의 다른 실시형태를 설명한다.

상기의 실시형태에 있어서는, 고정 및 가동스크롤(1),(2)의 양쪽을 본 발명의 A1-Si-Cu-Mg계 합금으로 구성하고 있으나, 다시 올덤링(7)도 이와 동일한 합금으로 구성한다.

올덤링(7)은 링형의 부재로서, 상면에 두개의 키이(8), 하면에 두개의 키이(10)을 가지며, 이들 키이(8),(10)이 각각 키이홈(9),(11)과 끼워맞게 되어 슬라이딩동작을 하게 되므로 적어도 키이(8),(10)에 2유화몰리브덴을 함침시킨 경질 알루마이트처리를 시행한다.

이 경우, 가동스크롤(2)의 키이홈(11)부에 대한 2유화몰리브덴을 함침시키는 경질 알루마이트처리에 대하여는 설명을 생략한다.

본 실시형태에 있어서도 상기한 실시형태와 동일한 효과를 얻는다.

더우기, 가령 올덤링(7)이 Fe계의 소결성의 것과 비교하여 본 실시형태에 있어서는 회전체의 질량이 감소하므로 진동, 소음등의 억제에 극히 유효하며 실용성이 많은 것이다.

또한, 상기의 각 실시형태는 고정 및 가동스크롤(1),(2)의 양쪽이 A1-Si-Cu-Mg계합금으로 된 것이지만 반복적인 높은 응력을 받는 가동스크롤(2)만을 이 재료로 구성할 수도 있는 것은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이. 청구항 1의 발명은 고정스크롤 및 또는 가동스크롤을 Si 8∼10, Cu 2∼5, Mg 0.5∼0.8 그리고 잔여부 A1로 되는 합금재료로 구성한 것이기 때문에 특히 가동스크롤이 가혹한 운동조건하에서 사용되는 경우도 항상 그 응력은 재료의 피로한도이내에 있으며, 재료에 파단등이 일어나는 것을 면할 수 있게 되어 신뢰성을 높일 수 있다.

또, 청구항 2의 발명은 가동스크롤을 2유화몰리브덴을 함침시킨 경질 알루마이트로 피복하도록 한 것이기 때문에 마찰마모가 크게 되는 것을 확실히 방지 할 수 있고 가동스크롤의 내용기간을 연장할 수 있게 된다.

또한, 청구항 3에 있어서의 발명은 올덤링을 Si 8∼10, Cu 2∼5, Mg 0.5∼0.8및 잔여부 A1로 되는 합금으로 구성한 것이기 때문에, 항상 응력은 피로한도이내에있으며, 따라서 재료에 파단 등을 이르키는 것을 면할 수 있고 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

그리고, 청구항 4의 발명은, 가동스크롤의 적어도 키이홈 또는 을덤링의 적어도 상면의 키이를 2유화몰리브덴을 함침시킨 경질 알루마이트로 피복하도록 한 것이기 때문에, 가동부재의 어느것에서의 마찰마모가 크게 되는 것을 확실히 방지할 수 있고 가동부재의 내용기간을 연장할 수 있게 된다.

도 1(a)는 본 발명의 가동스크롤의 평면도.

(b)는 같은 가동스크롤의 단면도.

도 2는 본 발명의 스크롤압축기의 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 A1-Si-Cu-Ag계 합금의 고온 피로강도를 다른 비교재료와 함께 나타내는 그래프.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1. 고정스크롤(fixed scroll) 2. 가동스크롤(movable scroll)

6. 축(shaft) 7. 올덤링(Oldham ring)

8,10. 키이(key) 9.11 키이홈(key way)

Claims (4)

1. 프레임(5)의 상부에 그 프레임과의 사이에 이간거리를 유지하여 설치되며, 나선형 랩을 구비한 고정스크롤(1)과, 이 고정스크롤과 대치하도록 나선형 랩을 상기고정스크롤(1)의 랩과 조합시켜, 하부면을 상기 프레임(5)과 맞접하여 슬라이딩 동작이 가능하게 설치된 가동스크롤(2)과, 이 가동스크롤과 접하는 프레임(5)의 슬라이딩면을 에워싸도록 상면의 키이(8)를 상기 가동스크롤(2)의 키이홈(9)과 끼워 맞추고, 하면의 키이(10)를 상기 프레임의 키이홈(11)과 끼워맞춘 링형태의 올덤링(7)을 구비하여 구성되는 스크롤 압축기에 있어서, 상기의 고정스크롤(1) 및 또는 상기 가동스크롤(2)을 중량비율로 Si 8∼10, Cu 2∼5, Mg 0.5∼0.8 및 잔여부A1로 되는 합금재료로 구성한 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가동스크롤(2)을 2유화몰리브덴을 합침시킨 경질 알루마이트로 피복한 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.
3. 제1항에 있어서,

   상기의 올덤링(7)을 중량비율로 Si 8∼10,Cu 2∼5, Mg 0.5∼0.8 및 잔여부A1로 되는 합금재료로 구성한 것을 특징으로 하는 스크롤압축기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 가동스크롤(2)의 적어도 해당 키이홈부 또는 상기 올덤링(7)의 적어도 상면의 해당 키이를 2유화 몰리브덴을 합침시킨 경질 알루마이트로 피복한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.

Images