KR100495076B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 특히 고정스크롤을 고정하는 선회스크롤을 항상 흡입압력과 일정한 압력차이로 배면에서 밀어줌으로써 균일한 힘으로 선회스크롤을 떠받쳐 축방향으로의 누설과 기계적 마찰손실을 저감하여 선회스크롤의 안정성을 확보할 수 있는 스크롤 압축기(Scroll compressor)에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고정스크롤에 맞물려 공전하고 일측에 압축실 및 중간압실과 연통되는 실린더가 형성된 선회스크롤과, 상기 실린더의 끝단을 막도록 설치되는 마개와, 상기 마개 내부에 설치되는 스프링과, 상기 중간압실의 압력이 일정 이상이면 상기 중간압실과 압축실이 연통되도록 상기 스프링을 압축하는 피스톤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

스크롤 압축기{Scroll compressor}
본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 특히 고정스크롤을 고정하는 선회스크롤을 항상 흡입압력과 일정한 압력차이로 배면에서 밀어줌으로써 균일한 힘으로 선회스크롤을 떠받쳐 축방향으로의 누설과 기계적 마찰손실을 저감하여 선회스크롤의 안정성을 확보할 수 있는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
참조된 도면, 도 1은 스크롤 압축기의 원리가 도시된 개략도이고, 도 2는 종래 스크롤 압축기의 횡단면도이다.
도 1을 참조하여 스크롤 압축기의 원리를 설명하면, 인벌류트(involute) 형상의 랩(warp)을 갖는 고정스크롤(1)과 상기 고정스크롤(1)과 180도의 위상차를 가진 인벌류트 형상의 랩을 갖는 선회스크롤(2)이 서로 마주 보도록 맞물려서 쌍으로 형성된 초생달 모양의 압축실(3)이 형성되게 되고, 고정된 고정스크롤(1)에 대하여 선회스크롤(2)이 자전이 방지된 채로 선회운동을 하게 되면 압축실(3)이 중심부 쪽으로 움직이면서 체적이 감소되어 압축 작용을 하게 되며, 이 과정은 연속적이면서 대칭적으로 이루어지게 되어 부하 변동 폭이 왕복동식이나 로타리 압축기보다 현저하게 작게 되기 때문에 진동 및 소음, 신뢰성, 효율 등의 측면에서 크게 유리하게 된다.
종래의 스크롤 압축기는 도 2에 도시된 바와 같이 흡입구(10a) 및 토출구(10b)가 형성된 케이스(10)와, 상기 케이스(10) 내부에 설치된 고정자(11)의 내측에 회전자(12)와 연결되어 회전되는 회전축(13)과, 상기 회전축(13)에 연결되어 공전됨으로써 냉매가스를 압축하는 선회스크롤(30)과, 상기 선회스크롤(30)과 맞물려 냉매가스를 압축되는 고정스크롤(20)과, 상기 선회스크롤(30)의 자전을 방지하는 올담링(40)으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래 스크롤 압축기의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 흡입구(10a)를 통하여 냉매가스가 흡입된 다음 상기 고정스크롤(20)과 선회스크롤(30) 사이로 유입되고, 전원이 인가되어 상기 고정자(11)와 회전자(12) 사이의 유도전류에 의해 상기 회전자(12)가 회전되면 상기 회전축(13)이 회전되며, 상기 회전축(13)이 회전됨에 따라 상기 선회스크롤(30)이 고정스크롤(20)과 맞물린 상태에서 공전하게 되어 압축실(25)을 형성하게 되어 상기 고정스크롤(20)과 선회스크롤(30) 사이의 냉매가스를 압축하게 된다.
그 후, 압축된 냉매가스는 상기 고정스크롤(20)의 중앙부에서 토출되고 상기 토출구(10b)를 통하여 외부로 토출되게 된다.
여기서, 냉매가스의 압축시 접선방향, 축방향, 반경방향의 가스의 압력에 의하여 생기는 누설을 저감시키기 위해 여러 가지 구조가 있는데, 특히 축방향의 누설을 저감하기 위해 상기 고정스크롤(20)을 이용하는 방식과 상기 선회스크롤(30)을 이용하는 방식, 그리고 압축중간의 가스를 이용하는 방식, 널리 이용되는 팁실(tip-seal) 방식 등이 있다.
상기에서, 상기 선회스크롤(30)을 이용한 축 방향의 누설을 저감시키는 방식은 압축 과정중의 중간압력을 가진 냉매가스를 상기 선회스크롤(30)에 뚫린 연통로(30a)를 통하여 빼내어 중간압실(50a)을 형성함으로써 적정한 압력으로 상기 선회스크롤(30)을 떠받치는 방식이다.
미설명 부호 50은 메인 프레임을 나타낸다.
그러나, 종래의 스크롤 압축기는 압축중간의 냉매가스를 일부 빼내는 방식이므로 흡입압력이 저감되면 떠받치는 압력이 적게 되어 냉매가스의 누설이 심해지고 흡입압력이 상승하면 떠받치는 압력이 크게 되어 상기 고정스크롤과 선회스크롤간의 마찰손실이 커지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 선회스크롤을 떠받치는 중간압실의 압력을 일정하게 유지하여 축방향의 누설을 막고 압축부에 적정 량의 오일을 공급하는 동시에 기계적 마찰손실을 저감되도록 함으로써 선회스크롤의 안정성을 확보할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 고정스크롤과, 상기 고정스크롤과 맞물려 공전하는 선회스크롤과, 상기 선회스크롤에 형성되어, 상기 선회스크롤과 고정스크롤과의 사이에 형성되는 압축실과 상기 선회스크롤의 배면에 형성되어 상기 선회스크롤을 상기 고정스크롤측으로 밀착시키도록 힘을 가하는 중간압실에 각각 연통되는 실린더와, 상기 실린더의 끝단을 막도록 설치되는 마개와, 상기 마개 내부에 설치되는 스프링과, 상기 중간압실의 압력이 일정 이상이면 상기 중간압실과 압축실이 연통되도록 상기 스프링을 압축하는 피스톤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피스톤은 볼 형상인 것을 특징으로 한다.또한, 상기 실린더에는 상기 스프링측이 항상 상기 압축실의 흡입압력으로 유지되도록 상기 압축실과 연통되는 연통로가 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 참조된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
우선 참조된 도면, 도 3은 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 횡단면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 중간압실의 횡단면도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 중간압실의 횡단면도이다.
본 발명에 의한 스크롤 압축기는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 흡입구(60a) 및 토출구(60b)가 형성된 케이스(60)와, 상기 케이스(60) 내부에 고정된 고정자(61)의 내측에 설치된 회전자(62)와 연결되어 회전되는 회전축(63)과, 상기 회전축(63)에 연결되어 상기 흡입구(60a)를 통하여 흡입된 공기가 압축되도록 공전되는 선회스크롤(80)과, 상기 선회스크롤(80)과 맞물리도록 고정된 고정스크롤(70)과, 상기 선회스크롤(80)의 자전을 방지하도록 메인 프레임(64)과 상기 선회스크롤(80) 사이에 설치된 올담링(65)으로 구성된다.
여기서, 상기 선회스크롤(80)의 배면과 메인 프레임(64) 사이에는 중간압실(64a)이 형성되어 있어 상기 선회스크롤(80)을 떠받치게 된다.
또한, 상기 선회스크롤(80)의 일측에는 실린더(81)가 형성되고, 상기 실린더(81)의 끝단에는 상기 실린더(81)를 막는 마개(82)가 설치되어 있으며, 상기 마개(82)의 내측에는 스프링(83)과 피스톤(84)이 순차적으로 설치되어 있다.
상기에서, 상기 피스톤(84)은 상기 스프링(83)과 맞닿는 반대편 끝단의 양측에 축소직경부(84a)가 형성되어 있고, 상기 선회스크롤(80)에는 두 개의 연통로(80a, 80b)가 상기 실린더(81)에 연통되도록 설치되어 있으며, 상기 실린더(81)와 중간압실(64a)에 하나의 연통로(80c)가 연통되도록 형성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 흡입구(60a)를 통하여 냉매가스가 흡입되고, 흡입된 냉매가스는 상기 고정스크롤(70)에 형성된 흡입포트(70a)를 통하여 고정스크롤(70)과 선회스크롤(80) 사이로 유입되며, 이와 동시에 상기 고정자(61)와 회전자(62) 사이의 유도전류에 의해 회전되는 상기 회전축(63)이 회전함에 따라 상기 선회스크롤(80)이 상기 고정스크롤(70)과 맞물린 상태에서 공전하게 되어 상기 고정스크롤(70)과 선회스크롤(80) 사이의 냉매가스는 중앙부로 이동되면서 체적이 감소되어 압축되게 된다.
그 후, 압축된 냉매가스는 상기 고정스크롤(70)의 중앙부에 형성된 토출포트(70b)를 경유하고 상기 토출구(60b)를 통과하여 외부로 토출된다.
특히, 상기 메인 프레임(64)을 관통하여 선회스크롤(80)에 연결된 상기 회전축(63)은 상기 케이스(60) 내부가 고압의 냉매가스로 차 있기 때문에 그 압력에 의해 상기 회전축(63)과 메인 프레임(64) 사이의 베어링을 통하여 상기 중간압실(64a)로 고압의 냉매가스가 유입되게 된다. 따라서, 상기 중간압실(64a)의 압력은 상승하게 되고, 상기 선회스크롤(80)을 떠받치는 압력이 커지게 되어 상기 선회스크롤(80)과 고정스크롤(70)간의 마찰이 커지게 된다.
이때, 상기 중간압실(64a)의 압력이 일정압력 이상 커지게 되면, 상기 실린더(81)와 중간압실(64a) 사이에 뚫려 있는 제 3연통로(80c)를 통하여 유입된 냉매가스의 압력에 의해 상기 피스톤(84)이 상기 스프링(83)을 압축하게 되고, 상기 스프링(83)이 압축되어 상기 피스톤(84)의 축소직경부(84a)가 상기 제 1연통로(80a)까지 이동하게 되면 상기 중간압실(64a)의 냉매가스가 압축실(75)로 이동되어 상기 중간압실(64a)의 압력이 떨어지게 된다.
그 후, 상기 중간압실(64a)의 압력이 일정압력 이하로 떨어지게 되면 상기 피스톤(84)이 상기 스프링(83)의 탄성력에 의해 원위치로 복귀되어 상기 중간압실(64a)과 압축실(75)을 차단하게 된다.
여기서, 상기 제 2연통로(80b)는 상기 스프링(83)이 있는 곳의 압력이 항상 상기 압축실(75)의 흡입압력이 되어 상기 스프링(83)이 제대로 압축될 수 있도록 형성된 것이다.
이상과 같이, 상기 피스톤(84)의 동작에 의해 상기 중간압실(64a)의 압력이 일정하게 유지된다.
그리고, 상기 선회스크롤(80)을 떠받치는 압력, 즉 선회스크롤의 배면압력(Pb)은 아래의 식에 의해 계산된다.
Pb = (Ps + ((Lfree - Lfixed) × Ap × k)))
여기서, Pb는 선회스크롤(80)의 배면압력,
Ps는 상기 압축실(75)의 흡입압력,
Lfree는 상기 스프링(83)의 자유길이,
Lfixed는 장착된 스프링(83)의 길이,
Ap는 상기 피스톤(84)이 힘을 받는 면적,
k는 상기 스프링(83)의 계수를 각각 나타낸다.
한편, 본 발명에 의한 다른 실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 스프링(83) 대신에 볼(90)을 설치한 것으로서, 그 동작은 상술한 것과 똑같이 이루어지게 된다.
이와 같이, 본 발명에 의한 스크롤 압축기는 상기 선회스크롤(80)을 떠받치는 상기 중간압실(64a)의 압력이 일정하게 유지되므로 상기 고정스크롤(70)과 선회스크롤(80) 사이의 마찰손실을 저감시킬 수 있는 동시에 상기 선회스크롤(80)을 떠받치는 압력이 작아 발생되는 이상거동에 의한 파손 및 능력 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 스크롤 압축기의 원리가 도시된 개략도,
도 2는 종래 스크롤 압축기의 횡단면도,
도 3은 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 횡단면도,
도 4는 본 발명에 의한 중간압실의 횡단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 중간압실의 횡단면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
60 : 케이스 60a : 흡입구 60b : 토출구
61 : 고정자 62 : 회전자 63 : 회전축
64 : 메인 프레임 64a : 중간압실 70 : 고정스크롤
75 : 압축실 80 : 선회스크롤 80a : 제 1연통로
80b : 제 2연통로 80c : 제 3연통로 81 : 실린더
82 : 마개 83 : 스프링 84 : 피스톤
84a : 축소직경부 90 : 볼

Claims (3)

  1. 고정스크롤과;
    상기 고정스크롤과 맞물려 공전하는 선회스크롤과;
    상기 선회스크롤에 형성되어, 상기 선회스크롤과 고정스크롤과의 사이에 형성되는 압축실과 상기 선회스크롤의 배면에 형성되어 상기 선회스크롤을 상기 고정스크롤측으로 밀착시키도록 힘을 가하는 중간압실에 각각 연통되는 실린더와;
    상기 실린더의 끝단을 막도록 설치되는 마개와;
    상기 마개 내부에 설치되는 스프링과;
    상기 중간압실의 압력이 일정 이상이면 상기 중간압실과 압축실이 연통되도록 상기 스프링을 압축하는 피스톤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 피스톤은 볼 형상인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 실린더에는 상기 스프링측이 항상 상기 압축실의 흡입압력으로 유지되도록 상기 압축실과 연통되는 연통로가 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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