KR100504870B1 - 스크롤 압축기의 반경방향 실링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 반경방향 실링장치에 관한 것으로, 본 발명은 나선형의 랩을 형성하는 고정스크롤과, 고정스크롤의 랩에 치합하여 선회운동을 하면서 연속으로 위치를 이동하는 압축실을 형성하도록 나선형의 랩을 형성하는 선회스크롤과, 구동모터의 회전력을 선회스크롤에 전달하도록 끝단에 구동핀부를 편심지게 형성하는 회전축과, 회전축의 구동핀부에 대해 미끄러져 편심방향으로 이동할 수 있도록 핀구멍을 형성하여 상기 선회스크롤과 구동핀부 사이에 결합하는 미끄럼부시를 구비한 스크롤 압축기에 있어서, 구동핀부는 회전축의 중심에 대해 편심지는 방향의 반대쪽 외주면을 평면지게 하여 멈춤면을 형성하고, 이 구동핀부의 멈춤면에 대응하는 핀구멍의 일 측면을 상기 멈춤면과 평행하도록 평면지게 하여 걸림면을 형성함으로써, 미끄럼부시의 이동 거리를 정밀하게 관리할 수 있고 이를 통해 초기구동 또는 정상운전시 선회스크롤이 과도하게 구동핀부의 편심지는 방향으로 이동하는 것을 차단하여 랩간 충돌을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 고압축비 운전시 선회스크롤을 구동핀부의 편심지는 반대방향으로 후퇴시켜 압축실의 가스력을 낮춤으로써 압축기의 신뢰성은 높이고 소음은 줄일 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 반경방향 실링장치{RADIAL SEALING APPARATUS FOR SCCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 반경방향 실링장치에 관한 것으로, 특히 가변반경식과 고정반경식의 장점만을 살린 반가변반경식 스크롤 압축기의 반경방향 실링장치에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤식 압축기는 반경방향 누설방지 방식에 따라 가변반경식과 고정반경식으로 구분할 수 있다. 가변반경식은 액냉매나 오일 또는 이물질이 압축실로 유입되어 압축실 내의 압력이 비정상적으로 상승하였을 때 랩의 파손을 방지하기 위하여 선회스크롤이 반경방향으로 후퇴하도록 마련되는 방식이고, 고정반경식은 선회스크롤이 압축조건의 변화에 관계없이 항상 동일궤적으로 선회하는 방식이다. 가변반경식과 고정반경식은 나름대로 장점과 단점을 가진 방식으로 본 발명은 두 방식의 스크롤 압축기가 가지는 장점들을 이용하여 냉매가스의 반경방향 누설을 효과적으로 방지할 수 있도록 하고자 하는 것이다.

도 1은 종래 가변반경식 스크롤 압축기의 압축부를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래 가변 반경식 스크롤 압축기는, 메인프레임(1)에 얹어 고정하고 나선형의 랩(2a)을 구비한 고정스크롤(2)과, 고정스크롤(2)의 랩(2a)에 맞물려 결합하는 나선형의 랩(3a)을 구비하여 상기 메인프레임(1)과 고정스크롤(2)의 사이에 배치하는 선회스크롤(3)과, 구동모터(미도시)의 회전력을 선회스크롤(3)에 전달하도록 상기 구동모터의 회전자와 선회스크롤(3) 사이에 결합하는 회전축(4)과, 선회스크롤(3)과 메인프레임(1) 사이에 결합하여 선회스크롤(3)의 자전을 방지하는 올담링(5)과, 선회스크롤(3)과 회전축(4) 사이에 삽입하여 구동모터의 회전력을 선회스크롤(3)에 전달하는 동시에 과압축시 그 선회스크롤(3)을 일정범위에서 후퇴하도록 유도하는 미끄럼부시(7)를 포함하고 있다.

회전축(4)의 선단면에는 미끄럼부시(7)를 삽입하여 회전력을 선회스크롤(3)에 전달하는 구동핀부(4a)를 편심지게 돌출 형성하고, 구동핀부(4a)의 양측에는 도 2에서와 같이 평행하게 절삭 가공한 안내면(4b)을 형성하고 있다.

미끄럼부시(7)는 환형으로 형성하여 그 중앙영역에 상기한 회전축(4)의 구동핀부(4a)가 삽입하도록 핀구멍(5a)을 형성하되, 핀구멍(5a)은 좌우 양측에 상기한 구동핀부(4a)의 안내면(4b)에 대응하도록 미끄럼면(5b)을 평행하게 절삭 가공하여 형성하고 있다.

또, 회전축(4)의 양측 안내면(4b)을 연결하는 전후 멈춤면(4c)을 소정의 곡률로 곡면지게 형성하고, 이에 대응하는 미끄럼부시(7)의 핀구멍(5a) 역시 좌우 미끄럼면(5b)을 연결하는 전후 걸림면(5c)을 상기한 멈춤면(4c)과 대체로 동일한 곡률로 곡면지게 형성하고 있다.

도면중 미설명 부호인 2b는 흡입구, 2c는 토출구, 3b는 보스부, 6은 선회부시, P는 압축실이다.

상기와 같이 구성된 종래의 가변반경식 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 구동모터(미도시)에 전원을 인가하면 구동모터에 압입한 회전축(4)이 회전을 하여 선회스크롤(3)이 편심거리 만큼 선회하고, 이와 함께 선회스크롤(3)은 고정스크롤(2)과의 랩(2a)(3a) 사이에 복수 개의 압축실(P)을 형성하며, 이 압축실(P)은 선회스크롤(3)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축하여 토출한다.

이때, 압축실(P)로 유입하는 냉매가스가 정상적인 상태를 유지하는 경우에는 선회스크롤(3)의 원심력이 이에 반하는 가스력 보다 크게 되어 선회스크롤(3)의 랩(3a)과 고정스크롤(2)의 랩(2a)이 서로 선접촉 하면서 양쪽 압축실(P)이 밀폐공간을 형성하는 반면, 압축실(P)로 유입하는 냉매가스에 일정량 이상의 액냉매나 오일 또는 다른 이물질이 섞여 있는 경우에는 압축실(P)의 압력이 비정상적으로 상승하여 선회스크롤(3)이 받는 가스력이 원심력 보다 커지고 이에 따라 미끄럼부시(7)가 구동핀(4a)에서 미끄러지면서 선회스크롤(3)을 후퇴시켜 그 선회스크롤(3)의 랩(3a)과 고정스크롤(2)의 랩(2a)이 떨어지면서 고압측 압축실의 압축가스가 저압측 압축실으로 누설하여 과압축에 따른 랩(2a)(3a)의 파손을 미연에 방지하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 가변반경식 스크롤 압축기에서는, 도 3에서와 같이 구동핀부(4a)가 유동할 수 있는 거리(t1+t2)가 랩(2a)(3a)간 거리(t3) 보다 커서 초기구동시 냉매가스의 흡입량이 적은 경우 압축실(P)의 압력이 적정압력으로 도달하기도 전에 선회스크롤(3)이 원심력에 의해 반경방향으로 과도하게 움직이게 되고 이로 인해 선회스크롤(3)의 랩(3a)이 고정스크롤(2)의 랩(2a)과 충돌하면서 심한 충돌소음을 유발하거나 랩이 파손될 우려가 있었다. 이를 감안하여 구동핀부(4a)의 유동거리를 랩(2a)(3a)간 거리와 동일하게 형성할 수도 있으나 종래와 같이 후측 멈춤면(4c)와 걸림면(5c)을 곡면지게 형성하는 경우에는 가공오차를 감안하여야 하므로 상기한 두 거리를 동일하게 일치시키기가 불가능한 문제점이 있었다.

이러한 종래 가변반경식 스크롤 압축기의 문제점을 해결하기 위하여 도 4에서와 같이 구동핀부(4a)를 정밀하게 가공하여 선회스크롤(3)의 랩(3a)과 고정스크롤(2)의 랩(2a)이 충돌하지 않도록 하는 고정반경식 스크롤 압축기를 사용하기도 하였으나, 이와 같은 고정반경식 스크롤 압축기의 경우에는 압축실의 압력이 과도하게 상승하는 경우 선회스크롤(3)이 가변반경식에서와 같이 일정정도 후퇴를 하여야 하나 고정반경식의 경우에는 전술한 바와 같이 선회스크롤(3)의 보스부(3b)에 압입한 선회부시(6)가 구동핀부(4a)에 대해 반경방향으로 고정됨에 따라 결국 랩(2a)(3a)이 과도한 가스력에 의해 변형되거나 심하면 파손될 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 초기구동시에 압축실의 압력이 낮더라도 선회스크롤의 반경방향 움직임을 제한하여 랩간 충돌을 방지할 수 있으면서도 과압축시 선회스크롤이 후퇴하여 랩 사이를 순간적으로 이격시킬 수 있는 스크롤 압축기의 반경방향 실링장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 나선형의 랩을 형성하는 고정스크롤과, 고정스크롤의 랩에 치합하여 선회운동을 하면서 연속으로 위치를 이동하는 압축실을 형성하도록 나선형의 랩을 형성하는 선회스크롤과, 구동모터의 회전력을 선회스크롤에 전달하도록 끝단에 구동핀부를 편심지게 형성하는 회전축과, 회전축의 구동핀부에 대해 편심방향으로 미끄러지게 이동할 수 있도록 핀구멍을 형성하여 상기 선회스크롤과 구동핀부 사이에 결합하는 미끄럼부시를 구비한 스크롤 압축기에 있어서, 구동핀부는 회전축의 중심에 대해 편심지는 방향의 반대쪽 외주면을 평면지게 하여 멈춤면을 형성하고, 이 구동핀부의 멈춤면에 대응하는 미끄럼부시의 핀구멍 일 측면을 상기 멈춤면과 평행하도록 평면지게 하여 걸림면을 형성하되, 멈춤면과 걸림면의 최대 거리는 고정스크롤의 랩과 선회스크롤의 랩 사이의 최대 랩간 거리와 대체로 동일하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 반경방향 실링장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 반경방향 실링장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명 반가변반경식 스크롤 압축기를 이루는 구동핀과 미끄럼부시를 분해하여 보인 사시도이고, 도 6은 본 발명에서 초기구동시 구동핀부와 미끄럼부시 사이의 관계 및 이로 인한 랩간 관계를 보인 개략도이며, 도 7은 본 발명에서 과압축시 구동핀부와 미끄럼부시 사이의 관계 및 이로 인한 랩간 관계를 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 고정스크롤(도 1에 도시)(2)과 맞물려 연속적으로 이동하는 한 쌍의 압축실(도 1에 도시)(P)을 형성하는 선회스크롤(도 1에 도시)(3)과, 구동모터(미도시)의 회전력을 선회스크롤(3)에 전달하는 회전축(10)과, 회전축(10)의 구동핀부(11)에 반경방향으로 미끄러지게 삽입하도록 핀구멍(21)을 구비하여 압축실(P)의 압력변화에 따라 선회스크롤(3)이 선회반경을 가변하도록 유도하는 미끄럼부시(20)를 포함한다.

선회스크롤(3)의 배면 중앙부에는 회전축(10)의 구동핀부(11)를 삽입하여 회전력을 전달받도록 배면투영시 환형 형상으로 상기한 보스부(3b)를 돌출 형성하고, 이 보스부(3b)의 내주면에는 상기한 미끄럼부시(20)의 외주면에 미끄러지게 접촉하는 선회부시(도 1에 도시)(6)를 삽입 고정한다.

회전축(10)은 구동모터(미도시)의 회전자에 압입하고, 상단부에는 상기한 미끄럼부시(20)의 핀구멍(21)에 삽입하는 구동핀부(11)를 편심지게 돌출 형성하며, 구동핀부(11)의 좌우 양측 외주면에는 후술할 미끄럼부시(20)의 미끄럼면(22)(22)에 미끄럼 접촉하도록 안내면(도 2에 도시)(12)(12)을 평행하게 절삭 가공하여 형성한다.

또, 양쪽 안내면(12)(12)을 연결하는 전후 외주면 중에서 원심력 방향(즉, 구동핀부의 편심지는 방향)의 제1 멈춤면(13)은 원호형으로 가공 형성하는 반면 구심력 방향(구동핀부의 편심지는 반대방향)의 제2 멈춤면(14)은 평면지게 형성한다. 이 제2 멈춤면(14)의 위치는 도 6에서와 같이 고정스크롤(2)의 랩(2a)과 선회스크롤(3)의 랩(3a)이 접하는 순간 후술할 미끄럼부시(20)의 제2 걸림면(24)과 동시에 접할 수 있도록 제1 멈춤면(13)과 제1 걸림면(23) 사이의 거리(t1)와 제2 멈춤면(14)과 제2 걸림면(24) 사이의 거리(t2)를 합한 면간 거리(t1+t2)와 고정스크롤(2)의 랩(2a)과 선회스크롤(3)의 랩(3a) 사이의 랩간 거리(t3)를 거의 동일하게 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 미끄럼부시(20)가 초기구동시 또는 정상운전시 원심력 방향으로 이동하려고 할 때 구동핀부(11)의 제2 멈춤면(14)에 걸려 선회스크롤(3)의 랩(3a)이 고정스크롤(2)의 랩(2a)에 강하게 충돌하는 것을 막을 수 있는 위치에 형성하는 것이 바람직하다.

또, 앞에서는 구동핀부의 편심지는 방향(즉, 원심력 방향)의 제1 멈춤면(13)을 원호형으로 형성하였으나 미끄럼부시(20)의 핀구멍(21)과 소정의 간극 이상을 유지하기만 하면 구동핀부의 편심지는 반대방향(즉, 구심력 방향)의 제2 멈춤면(14)과 같이 평면지게 형성할 수도 있다.

미끄럼부시(20)는 그 중앙에 상기한 회전축(10)의 구동핀부(11)가 삽입하도록 핀구멍(21)을 형성하고, 핀구멍(21)의 양측 내주면에는 상기한 구동핀부(11)의 안내면(12)(12)이 직선으로 미끄럼 접촉하도록 미끄럼면(22)(22)을 형성한다.

또, 양측 미끄럼면(22)(22)을 연결하는 전후 양측면 중에서 구동핀부의 편심지는 방향에 대응하는 방향에 대응하는 제1 걸림면(23)은 구동핀부(11)의 제1 멈춤면(13)과 소정의 간극을 가지도록 원호형으로 형성하는 반면 구동핀부의 편심지는 반대방향에 대응하는 제2 걸림면(24)은 구동핀부(11)의 제2 멈춤면(14)에 대응하도록 평면지게 형성한다. 여기서, 제1 걸림면(23)은 구동핀부(11)에서와 같이 평면지게 형성할 수도 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기의 반경방향 실링장치는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 구동모터(미도시)에 전원을 인가하여 회전축(10)이 회전을 하면, 회전축(10)에 편심 결합한 선회스크롤(3)이 일정한 궤적을 따라 선회운동을 하고, 이 과정에서 선회스크롤(3)과 고정스크롤(도 1에 도시)(2) 사이에 형성되는 압축실이 선회운동의 중심으로 연속적으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 연속적으로 흡입 압축하면서 토출한다.

이를 보다 상세히 살펴 보면, 도 6에서와 같이 압축기가 초기구동을 실행할 때 압축실의 가스력이 상대적으로 낮아 선회스크롤(3)은 원심력에 의해 밖으로 뛰쳐나가려는 경향을 가지는데 이 선회스크롤(3)에 결합한 미끄럼부시(20)가 구동핀부(11)에 미끄러지게 결합함에 따라 상기한 선회스크롤(3)이 원심력 방향인 구동핀부의 편심지는 방향으로 미끄러져 이동할 수 있고, 이 과정에서 선회스크롤(3)의 랩(3a)이 고정스크롤(2)의 랩(2a)과 접하는 동시에 선회운동을 함에 따라 압축실(P)을 연속으로 이동시키게 된다. 이때, 미끄럼부시(20)에 구비한 핀구멍(21)의 제2 걸림면(24)과 이에 대응하는 구동핀부(11)의 제2 멈춤면(14) 사이의 간극(t2)이 과도하게 넓은 경우에는 선회스크롤(3)이 원심력에 의해 지나치게 구동핀부의 편심지는 방향으로 이동하여 고정스크롤(2)의 랩(2a)과 선회스크롤(3)의 랩(3a)이 강하게 충돌할 우려가 있으나 본 발명에서와 같이 구동핀부(11)의 제2 멈춤면(14)을 평면지게 형성하고 이에 대응하는 미끄럼부시(20)의 제2 걸림면(24)을 평면지게 형성함에 따라 선회스크롤(3)이 지나치게 구동핀부의 편심지는 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있고 이를 통해 두 스크롤(2)(3)의 랩(2a)(3a)이 충돌하여 변형되거나 파손되는 것을 막을 수 있다. 즉, 제2 멈춤면(14)과 제2 걸림면(24)을 평면으로 형성함에 따라 면절삭 가공을 용이하면서도 정확하게 할 수 있어 가공오차를 최대한 줄일 수 있고 이를 통해 두 면 사이의 간극(t2)을 적절하게 조절할 수 있다.

한편, 도 7에서와 같이 압축기가 여러 이유로 인해 과압축비 운전을 하는 경우에는 압축실의 가스력이 상대적으로 크게 증가하여 양쪽 스크롤(2)(3)의 랩(2a)(3a)에 부하를 주게 되는데 이 경우에는 선회스크롤(2)이 구동핀부의 편심지는 방향으로 이동한 만큼 미끄럼부시(20)의 제1 걸림면(23)과 이에 대응하는 구동핀부(11)의 제1 멈춤면(13) 사이에는 소정의 간극(t1)이 존재함에 따라 이 간극(t1)만큼 선회스크롤(3)이 구동핀부의 편심지는 반대방향으로 후퇴하여 두 스크롤(2)(3)의 랩(2a)(3a) 사이에 틈새(t3)가 발생한다. 이 틈새(t3)를 통해 압축가스의 일부가 고압부의 압축실에서 저압부의 압축실로 누설되어 압축실의 가스력을 적정압력으로 낮춰 양쪽 랩이 받는 부하를 줄일 수 있다.

이렇게 하여, 압축기의 기동시 또는 정상운전시에는 선회스크롤이 과도하게 구동핀부의 편심지는 방향으로 이동하는 것을 차단함에 따라 랩간 충돌에 의한 파손이나 소음을 미연에 방지할 수 있고, 압축기의 과압축비 운전시에는 선회스크롤을 후퇴시켜 압축실간 가스누설을 발생시켜 압축실의 가스력에 의해 랩이 변형되거나 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 반경방향 실링장치는, 구동핀부의 편심지는 방향 반대면과 이에 대응하는 미끄럼부시의 핀구멍 일 측면을 서로 평행하도록 평면지게 절삭 가공함으로써, 미끄럼부시의 이동 거리를 정밀하게 관리할 수 있고 이를 통해 초기구동 또는 정상운전시 선회스크롤이 과도하게 구동핀부의 편심지는 방향으로 이동하는 것을 차단하여 랩간 충돌을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 고압축비 운전시 선회스크롤을 구동핀부 편심지는 반대방향으로 후퇴시켜 압축실의 가스력을 낮춤으로써 압축기의 신뢰성은 높이고 소음은 줄일 수 있다.

도 1은 종래 가변반경식 스크롤 압축기의 압축부를 보인 종단면도,

도 2는 도 1의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도,

도 3은 종래 가변반경식 스크롤 압축기에서 초기구동시 구동핀부와 미끄럼부시 사이의 관계 및 이로 인한 랩간 관계를 보인 개략도,

도 4는 종래 고정반경식 스크롤 압축기에서 과압축시 구동핀부와 선회부시 사이의 관계 및 이로 인한 랩간 관계를 보인 개략도,

도 5는 본 발명 반가변반경식 스크롤 압축기를 이루는 구동핀과 미끄럼부시를 분해하여 보인 사시도,

도 6은 본 발명에서 초기구동시 구동핀부와 미끄럼부시 사이의 관계 및 이로 인한 랩간 관계를 보인 개략도,

도 7은 본 발명에서 과압축시 구동핀부와 미끄럼부시 사이의 관계 및 이로 인한 랩간 관계를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2a : 고정스크롤의 랩 3a : 선회스크롤의 랩

10 : 회전축 11 : 구동핀부

12 : 안내면 13 : 제1 멈춤면

14 : 제2 멈춤면 20 : 미끄럼부시

21 : 핀구멍 22 : 미끄럼면

23 : 제1 걸림면 24 : 제2 걸림면

Claims (2)

1. 삭제
2. 나선형의 랩을 형성하는 고정스크롤과, 고정스크롤의 랩에 치합하여 선회운동을 하면서 연속으로 위치를 이동하는 압축실을 형성하도록 나선형의 랩을 형성하는 선회스크롤과, 구동모터의 회전력을 선회스크롤에 전달하도록 끝단에 구동핀부를 편심지게 형성하여 상기 선회스크롤에 편심 결합하는 회전축과, 회전축의 구동핀부에 대해 편심방향으로 미끄러져 이동할 수 있도록 핀구멍을 형성하여 상기 선회스크롤과 구동핀부 사이에 결합하는 미끄럼부시를 구비한 스크롤 압축기에 있어서,

   구동핀부는 회전축의 중심에 대해 편심지는 방향의 반대쪽 외주면을 평면지게 하여 멈춤면을 형성하고, 이 구동핀부의 멈춤면에 대응하는 미끄럼부시의 핀구멍 일 측면을 상기 멈춤면과 평행하도록 평면지게 하여 걸림면을 형성하되,

   멈춤면과 걸림면의 최대 거리는 고정스크롤의 랩과 선회스크롤의 랩 사이의 최대 랩간 거리와 대체로 동일하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 반경방향 실링장치.