KR100512998B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 이는 선회 스크롤의 자전방지기구인 올담링의 상/하단에 챔버를 형성함과 동시에, 상기 하단 챔버와 상단 챔버 사이엔 상기 하단 챔버로 토출된 냉매가스의 토출압을 감압시켜 상단 챔버 내로 토출되도록 감압밸브를 설치하고, 상기 상단 챔버와 연계된 형태로 올담링의 베이스 플레이트(경판) 상엔 상기 상단 챔버 내로 감압 토출된 냉매가스를 중간압으로 조절하는 배압제어장치를 설치 구성하므로서, 종래 선회 스크롤과 고정 스크롤의 가압작용시 압축실 내의 냉매가스압에 의해 상기 선회 스크롤이 메인 프레임의 스러스트면에 밀착되어 선회 스크롤의 선회운동에 의한 상기 메인 프레임과 선회 스크롤간의 마찰작용을 통해 마모나 파손되는 것을 방지할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Description

스크롤 압축기{Scroll compressor}
본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스크롤 압축기의 구성요소 중 선회 스크롤의 자전방지기구인 올담링의 상/하단에 챔버를 형성함과 동시에, 상기 하단 챔버와 상단 챔버 사이엔 감압밸브를 설치하여 상기 하단 챔버로 토출된 냉매가스의 토출압을 감압시켜 상단 챔버 내로 토출시키고, 상기 상단 챔버 내로 감압 토출된 냉매가스를 중간압으로 조절하는 배압제어장치를 상기 상단 챔버와 연계된 형태로 올담링의 베이스 플레이트(경판) 상에 설치 구성한 스크롤 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 스크롤 압축기는 두개의 소용돌이 모양을 조합하여 고정 스크롤과 선회 스크롤의 상대적인 운동을 통해 압축을 수행하는 것으로서, 고효율, 저소음, 소형 및 경량성 등으로 인해 룸 에어컨이나 자동차 에어컨 분야에 사용되는 것으로 그 유용성이 부각되고 있다.
이러한 스크롤 압축기는 케이싱의 내부에 흡입가스를 충진하는지 아니면 토출가스를 충진하는지에 따라 저압식과 고압식으로 구분되는데, 이와 같은 종래 스크롤 압축기 중 저압식 스크롤 압축기에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 저압식 스크롤 압축기는, 도 1 에 도시한 바와 같이, 케이스(15)와; 외부로부터 유체(냉매)가 유입되도록 하기 위한 흡입관(1) 및 흡입실(4)과; 상기 케이스(15) 내에 고정되며, 스테이터(2a) 및 로터(2b)로 이루어진 구동모터(2)와; 상기 구동모터(2)에 의해 회전되는 구동축(3); 및 상기 구동축(3)의 상단에 구동축(3)의 중심에서 편심되어 마련되는 구동축 편심부(3a)와; 흡입관(1)을 통해 흡입된 냉매가스를 압축할 수 있도록 상기 구동축 편심부(3a)에 고정되어 메인 프레임(5) 상측에 지지되는 선회 스크롤(7)과, 상기 선회 스크롤(7)과 맞물려 상기 메인 프레임(5) 상측에 고정되는 고정 스크롤(8)로 이루어진 압축 스크롤부와; 상기 선회 스크롤(7)의 자전을 방지함과 동시에, 상기 선회 스크롤(7)이 상기 고정 스크롤(8) 내에서 선회될 수 있도록 하는 올담링(6)과; 상기 올담링(6) 및 상기 선회 스크롤(7)을 지지하는 메인 프레임(5)과; 상기 고정 스크롤(8)과 선회 스크롤(7)의 압축작용을 통해 압축된 고압의 냉매가스가 배출되도록 하기 위한 토출구(9)와; 상기 토출구(9)에 고정되며, 상기 토출구(9)을 통해 토출된 냉매가스의 역류를 방지하기 위한 체크 밸브(10)와; 상기 고정 스크롤(8) 배면에 결합되며, 상기 케이스(15) 내부를 저압의 냉매가스가 흡입되는 흡입실(4)과 고압의 냉매가스가 토출 축적되는 토출실(11)로 구획되게 하는 상부 격막(12)과; 상기 토출실(11)에 결합되어 고압의 냉매가스가 배출되도록 하기 위한 토출관(14)으로 구성되어 있다.
이 때, 상기 선회 스크롤(7)의 팁 끝단에는 상기 압축실(P)의 고압측으로부터 저압측으로의 축방향 누설을 방지하기 위한 팁실(tip seal)(7b)이 설치되어 있다. 미 설명 부호 13은 상부쉘(13)을 나타낸 것이다.
이와 같이 구성된 저압식 스크롤 압축기의 작동과정을 간략히 살펴보면, 전원 인가시 상기 구동모터(2)의 구동을 통해 상기 구동모터(2)의 로터(2b)에 삽입 고정된 구동축(3)이 회전을 하게 되면서, 상기 구동축(3) 상단의 구동축 편심부(3a)에 고정된 선회 스크롤(7) 역시 연관작용으로 상기 고정 스크롤(8) 내에서 선회(공전)운동을 하게 되고, 흡입관(1)을 통해 압축실(P) 즉, 고정 스크롤(8)과 선회 스크롤(7)이 맞물려 형성된 압축실(P) 내로 저온 저압의 냉매가스가 유입되게 되는데, 상기 압축실(P) 내로 유입된 냉매가스의 경우, 도 2 에 도시한 바와 같이, 상기 선회 스크롤(7)의 선회운동을 통해 압축실(P)의 중심부로 이동되면서 고온 고압의 기체상태로 압축되게 되고, 상기와 같이 압축된 냉매가스는 토출구(9)를 통해 압축 스크롤부 외부로 배출됨과 동시에, 상기 케이스(15) 일측에 구비된 토출관(14)을 통해 스크롤 압축기 외부로 토출되게 된다.
이와 같이 구성된 저압식 스크롤 압축기의 경우, 도 1 에 도시한 바와 같이, 흡입관(1)을 통해 유입된 저온 저압의 냉매가스가 압축기 하부 즉, 고정 스크롤(8)과 선회 스크롤(7)로 이루어진 압축 스크롤부 하부로부터 채워져 고정 스크롤(8)과 선회 스크롤(7) 사이의 압축실(P)로 유입되어 상기 압축 스크롤부의 압축작용을 통해 가압되는 등, 상기 압축 스크롤부를 기준으로 압축 스크롤부의 하부측은 저압부를 형성하고, 상기 압축 스크롤부의 상부측은 고압부를 형성하므로서, 상기 압축기의 저압부측에 설치되어 있는 구동모터(2)의 주변 온도가 낮으므로 인한 구동모터(2)의 모터 효율이 높아지는 등의 장점이 있는 반면에, 도 3 에 도시한 바와 같이, 고온의 압축실(P) 내에 위치되는 팁실(7b) 즉, 상기 선회 스크롤(7)의 팁 끝단에 설치된 수지재질의 팁실(7b)이 상기 압축실(P) 내의 고온에 의해 녹게 되면서 상기 압축실(P)로부터 냉매가스가 누설되게 되는 등의 신뢰성에 커다란 문제가 발생하게 되면서 이로 인한 전체적인 압축기의 효율이 저하되는 커다란 문제점이 있었다.
또한, 종래 스크롤 압축기의 손실 중 냉매 가스력에 의한 선회 스크롤(7)과 메인 프레임(5)간의 마찰손실이 큰 비중을 차지하고 있으며, 이러한 선회 스크롤(7)과 메인 프레임(5)간의 마찰손실을 줄이기 위하여, 냉매가스의 토출압을 이용하는 방식과, 냉매가스의 중간압을 이용하는 방식, 그리고 냉매가스의 토출압과 중간압을 이용하는 방식 등 다양한 배압방식이 적용되고 있는데, 이 중 토출압을 이용하는 방식의 경우, 간단한 구조로 냉매가스의 배압 구현이 가능한 반면, 토출압에 따라 냉매가스의 배압력이 상이하게 작용하여 운전영역이 좁게 되는 커다란 문제점이 있었다.
또한, 냉매가스의 중간압을 이용하는 방식의 경우, 넓은 운전영역에서 안정적으로 냉매가스의 배압 구현이 가능한 반면, 냉매가스의 적정 중간압을 유지하기 위한 냉매가스의 배압구조가 매우 복잡해지는 커다란 문제점이 있었다.
그리고, 냉매가스의 토출압과 중간압을 이용하는 방식의 경우, 냉매가스의 토출압과 중간압을 이용하기 때문에, 경우에 따라 토출압 또는 중간압을 이용한 냉매가스의 배압 구현을 통해 선회 스크롤(7)과 메인 프레임(5)간의 마찰손실을 줄일 수 있지만, 이 역시 냉매가스의 중간압을 이용하는 방식과 마찬가지로 냉매가스의 적정 중간압을 유지하기 위해서는 냉매가스의 배압구조가 매우 복잡해지게 되는 커다란 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은, 스크롤 압축기의 구성요소 중 선회 스크롤의 자전방지기구인 올담링의 상/하단에 챔버를 형성함과 동시에, 상기 하단 챔버와 상단 챔버 사이엔 상기 하단 챔버로 토출된 냉매가스의 토출압을 감압시켜 상단 챔버 내로 토출되도록 감압밸브를 설치하고, 상기 상단 챔버와 연계된 형태로 올담링의 베이스 플레이트(경판) 상엔 상기 상단 챔버 내로 감압 토출된 냉매가스를 중간압으로 조절하는 배압제어장치를 설치 구성하므로서, 상기 하단 챔버에 작용되는 냉매가스의 토출압과, 감압밸브 및 배압제어장치를 통해 감압 및 중간압 형태로 조절되어 상기 상단 챔버에 작용되는 냉매가스의 중간압을 이용해 올담링 및 선회 스크롤을 부상시켜 상기 선회 스크롤이 고정 스크롤에 밀착되도록 하는 등, 종래 선회 스크롤과 고정 스크롤의 가압작용시 압축실 내의 냉매가스압에 의해 상기 선회 스크롤이 메인 프레임의 스러스트면에 밀착되어 선회 스크롤의 선회운동에 의한 상기 메인 프레임과 선회 스크롤간의 마찰작용을 통해 마모나 파손되는 것을 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
이러한 본 발명의 목적은, 선회 스크롤의 자전방지기구인 올담링의 상/하단에 챔버를 형성함과 동시에, 상기 하단 챔버와 상단 챔버 사이엔 상기 하단 챔버로 토출된 냉매가스의 토출압을 감압시켜 상단 챔버 내로 토출되도록 감압밸브를 설치하고, 상기 상단 챔버와 연계된 형태로 올담링의 베이스 플레이트(경판) 상엔 상기 상단 챔버 내로 감압 토출된 냉매가스를 중간압으로 조절하는 배압제어장치를 설치 구성한 본 발명의 스크롤 압축기에 의해 해결될 수 있는 바, 이하 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명한다.
도 4 는 본 발명에 따른 고정 스크롤 및 선회 스크롤, 올담링, 메인 프레임의 결합 단면도를 나타낸 것이고, 도 5 는 본 발명에 따른 올담링의 단면도 및 상세도를 나타낸 것이다.
본 발명의 스크롤 압축기는, 케이스(15)와; 상기 케이스(15) 내에 고정되며, 스테이터(2a) 및 로터(2b)로 이루어진 구동모터(2)와; 상기 구동모터(2)에 의해 회전되는 구동축(3)과; 상기 구동축(3)의 회전을 통해 선회 랩(7a)이 고정 랩(8a) 내에서 선회운동하면서 흡입된 냉매를 압축하는 선회 스크롤(7) 및 고정 스크롤(8)과; 상기 선회 스크롤(7)의 자전을 방지하며, 상기 선회 스크롤(7)이 상기 고정 스크롤(8) 내에서 선회될 수 있도록 하는 올담링(16)과; 상기 올담링(16)의 상/하단에 각각 형성되며, 상기 올담링(16)의 하단 및 상단에 작용되는 냉매가스의 토출압 및 중간압을 이용해 상기 올담링(16) 및 선회 스크롤(7)을 부상시켜 상기 선회 스크롤(7)이 고정 스크롤(8)에 밀착될 수 있도록 하는 상/하단 챔버(18)(20)와; 상기 하단 챔버(20)로부터 상단 챔버(18)로 연결되는 연통홀(22a)에 설치되며, 고압의 토출실(11)로부터 하단 챔버(20)로 토출된 냉매가스의 토출압을 감압시켜 상단 챔버(18) 내로 토출되도록 하는 감압밸브(23)와; 상기 상단 챔버(18)와 연계된 형태로 올담링(16)의 베이스 플레이트(경판)(17) 상에 설치되며, 상기 상단 챔버(18) 내로 감압 토출된 냉매가스를 일정한 중간압으로 조절하는 배압제어장치(30)와; 상기 올담링(16) 및 선회 스크롤(7) 등을 지지하는 메인 프레임(5);을 포함하여 구성되어 있다.
이하, 본 발명의 스크롤 압축기에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 스크롤 압축기는, 종래 선회 스크롤(7)과 고정 스크롤(8)의 가압작용시 압축실(P) 내의 냉매가스 압에 의해 상기 선회 스크롤(7)이 메인 프레임(5)의 스러스트면(5b)에 밀착되어 선회 스크롤(7)의 선회운동에 의한 상기 메인 프레임(5)과 선회 스크롤(7)간의 마찰작용을 통해 마모나 파손되는 것을 방지할 수 있도록 하기 위하여, 선회 스크롤(7)의 자전방지기구인 올담링(16)의 상/하단에 챔버(18)(20)를 형성함과 동시에, 상기 하단 챔버(20)와 상단 챔버(18) 사이엔 상기 하단 챔버(20)로 토출된 냉매가스의 토출압을 감압시켜 상단 챔버(18) 내로 토출되도록 감압밸브(23)를 설치하고, 상기 상단 챔버(18)와 연계된 형태로 올담링(16)의 베이스 플레이트(경판)(17) 상엔 상기 상단 챔버(18) 내로 감압 토출된 냉매가스를 중간압으로 조절하는 배압제어장치(30)를 설치 구성한 것으로서, 이에 대한 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명과 전술한 종래와의 동일 구성에 대해서는 동일부호를 적용하기로 한다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 도 1 및 도 4와, 도 5 에 도시한 바와 같이, 케이스(15)와; 상기 케이스(15) 내에 고정되며, 스테이터(2a) 및 로터(2b)로 이루어진 구동모터(2)와; 상기 구동모터(2)에 의해 회전되는 구동축(3)과; 상기 구동축(3)의 회전을 통해 선회 랩(7a)이 고정 랩(8a) 내에서 선회운동하면서 흡입된 냉매를 압축하는 선회 스크롤(7) 및 고정 스크롤(8)과; 상기 선회 스크롤(7)의 자전을 방지하며, 상기 선회 스크롤(7)이 상기 고정 스크롤(8) 내에서 선회될 수 있도록 하는 올담링(16)과; 상기 올담링(16)의 상/하단에 각각 형성되며, 상기 올담링(16)의 하단 및 상단에 작용되는 냉매가스의 토출압 및 중간압을 이용해 상기 올담링(16) 및 선회 스크롤(7)을 부상시켜 상기 선회 스크롤(7)이 고정 스크롤(8)에 밀착될 수 있도록 하는 상/하단 챔버(18)(20)와; 상기 하단 챔버(20)로부터 상단 챔버(18)로 연결되는 연통홀(22a)에 설치되며, 고압의 토출실(11)로부터 하단 챔버(20)로 토출된 냉매가스의 토출압을 감압시켜 상단 챔버(18) 내로 토출되도록 하는 감압밸브(23)와; 상기 상단 챔버(18)와 연계된 형태로 올담링(16)의 베이스 플레이트(경판)(17) 상에 설치되며, 상기 상단 챔버(18) 내로 감압 토출된 냉매가스를 일정한 중간압으로 조절하는 배압제어장치(30)와; 상기 올담링(16) 및 선회 스크롤(7) 등을 지지하는 메인 프레임(5);을 포함하여 구성되어 있다. 미 설명 부호 16a는 올담링(16)의 상부키(16a)이고, 16b는 올담링(16)의 하부키(16b)이다.
이 때, 상기 선회 스크롤(7)은 종래 저압식 스크롤 압축기에서 발생되었던 문제점 즉, 압축실(P) 내의 고온에 의해 팁실(7b)이 녹았던 문제점을 해소하기 위하여 적용한 고압식 스크롤 압축기 중 팁실(7b)이 제거된 선회 스크롤(7)과 동일한 구조로 이루어져 있으며, 이 때 고압식 스크롤 압축기의 장점과 마찬가지로 상기 압축실(P)로부터 냉매가스가 누설되는 것을 차단함에 따른 신뢰성이 향상되는 특징을 갖게 된다.
또한, 상기 올담링(16)의 하단 챔버(20)는 일정 폭을 갖는 링 형태로 구성되고, 연통홀(22)을 통해 고압의 토출실(11)과 상호 연계되어 있으며, 특히 토출실(11) 내의 냉매가스가 연통홀(22)을 통해 올담링(16)의 하단 챔버(20)에 원활히 토출되도록 함과 동시에, 상기 하단 챔버(20) 내로 토출된 냉매가스의 토출압을 이용해 올담링(16) 및 선회 스크롤(7)을 부상시킬 수 있도록 상기 선회 스크롤(7)의 선회 직경 보다 상기 하단 챔버(20)가 다소 크게 형성되어 있다.
그리고, 상기 연통홀(22)을 통해 토출실(11)로부터 올담링(16)의 하단 챔버(20) 내로 토출된 고압의 냉매가스 및 상기 감압밸브(23)를 통해 하단 챔버(20)로부터 상단 챔버(18) 내로 감압 토출된 냉매가스의 누설을 방지하기 위해 상기 상/하단 챔버(18)(20) 둘레에 시일부재(19)(21)가 각각 설치되어 있으며, 상기 시일부재(19)(21)의 경우, 열에 강한 수지재질로 이루어져 있으면서 단면형상이 "ㄷ"자 형태의 링 형상으로 형성되어 있다.
또한, 상기 상단 챔버(18)는 일정 폭을 갖는 링 형태로 구성되며, 상기 상단 챔버(18) 내로 감압 토출된 냉매가스를 일정한 중간압으로 조절하기 위해 상기 올담링(16)의 베이스 플레이트(경판)(17) 상에 설치된 배압제어장치(30)는, 상기 상단 챔버(18)와 연계된 실린더(31)와; 상기 실린더(31) 내에 삽입되어 상기 감압밸브(23)를 통해 하단 챔버(20)로부터 상단 챔버(18)로 감압 토출된 냉매가스를 일정한 중간압으로 조절할 수 있도록 상기 실린더(21)를 개폐하는 밸브체(32)와; 탄성력을 이용해 상기 밸브체(32)를 지지하는 스프링(33)과; 상기 밸브체(32) 및 스프링(33)이 실린더(31)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 중공 형태의 스토퍼(34)로 구성되어 있다.
이 때, 상기 실린더(31)는 바이패스 홀(24)을 통해 상단 챔버(18)와 연계되어 있으며, 상기 밸브체(32)는 상기 실린더(31)의 입구측을 개폐하기 위하여 원추형이나 구형태로 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 스크롤 압축기 중 상기 올담링의 베이스 플레이트(경판) 상에 설치된 배압제어장치의 결합과정을 설명하면 다음과 같다.
상기 감압밸브(23)를 통해 하단 챔버(20)로부터 상단 챔버(18)로 감압 토출된 냉매가스를 일정한 중간압으로 조절할 수 있도록 상기 바이패스 홀(24)을 통해 상단 챔버(18)와 연계된 실린더(31) 내에 밸브체(32)를 삽입하고, 상기 밸브체(32)의 후방(後方)으로 탄성력을 통해 상기 밸브체(32)를 지지할 수 있도록 스프링(33)을 삽입한 다음, 상기 밸브체(32) 및 스프링(33)의 이탈 방지를 위해 상기 실린더(31)의 토출측 끝단에 중공 형태의 스토퍼(34)가 설치 고정되게 된다(도 4 참조). 이 때 상기 스토퍼(34)의 경우, 상기 실린더(31)에 억지끼움방식을 통해 고정되거나, 또는 상기 스토퍼(34)의 후방(後方)으로 고정핀(미도시)을 스토퍼(34)의 상단에서 하단으로 삽입시키는 방식을 통해 고정시킬 수도 있다.
이와 같이 구성된 스크롤 압축기 중 냉매가스의 부상작용을 통해 선회 스크롤과 올담링에 작용되는 스러스트 힘의 분포 및 연통홀을 통한 고압의 토출실로부터 올담링의 하단 챔버에 작용되는 냉매가스의 토출압과, 감압밸브 및 배압제어장치를 통해 감압 및 중간압 형태로 조절되어 상기 상단 챔버에 작용되는 냉매가스의 중간압을 이용해 올담링 및 선회 스크롤을 부상시켜 상기 선회 스크롤이 고정 스크롤에 밀착되도록 하는 작용상태를 설명하면 다음과 같다.
도 6 은 본 발명에 따른 냉매가스의 부상작용을 통해 선회 스크롤과 올담링에 작용되는 스러스트 힘의 분포도를 나타낸 것이고, 도 7 은 도 4와 같이 결합된 상태에서 고압의 토출실로부터 올담링의 하단 챔버에 작용되는 냉매가스의 토출압과, 감압밸브 및 배압제어장치를 통해 감압 및 중간압 형태로 조절되어 상기 상단 챔버에 작용되는 냉매가스의 중간압을 이용해 올담링 및 선회 스크롤을 부상시켜 상기 선회 스크롤이 고정 스크롤에 밀착되는 상태를 나타낸 것이다.
우선, 냉매가스의 부상작용을 통해 선회 스크롤(7)과 올담링(16)에 작용되는 스러스트 힘의 분포 상태를 설명하면, 이는 도 6 에 도시한 바와 같이, 압축실(P) 내에서 선회 스크롤(7) 전체에 작용되는 전체 냉매가스력(Fa)은 토출실(11)과 올담링(16)의 하단을 연결하는 연통홀(22)을 통해 토출실(11)로부터 올담링(16)의 하단 챔버(20)로 토출된 고압상태의 냉매가스 배압력(Focm2)과 상쇄작용을 이뤄 힘의 평형을 이루게 되는데, 이 때 상기 올담링(16)과 선회 스크롤(7)은 상기 전체 냉매가스력(Fa)과 냉매가스의 배압력(Focm2)이 서로 평형을 이루기 전(前)까지는 소정높이만큼 부상하다가 전술한 바와 같이 선회 스크롤(7) 전체에 작용되는 냉매가스력(Fa)과 올담링(16)의 하단 챔버(20)로 토출된 냉매가스 배압력(Focm2)이 서로 평형을 이루게 되면 상기 올담링(16)과 선회 스크롤(7)의 상승이 종료되게 된다.
또한, 상기 올담링(16)의 하단 챔버(20)에 토출된 냉매가스의 배압력(Focm2)과 선회 스크롤(7) 전체에 작용되는 전체 냉매가스력(Fa)의 차이만큼 선회 스크롤(7)과 고정 스크롤(8)간의 밀착력이 변화되면서 상기 선회 스크롤(7)과 고정 스크롤(8)간의 스러스트 손실(Fth1)이 발생하게 되며, 특히 본 발명의 경우, 상기 올담링(16)의 상/하단 챔버(18)(20)로 토출되는 냉매가스의 배압력(Focm1, Focm2)을 조절함에 따라 선회 스크롤(7)에 작용되는 스러스트 손실(Fth1+Fth2)을 조절할 수가 있다.
즉, 선회 스크롤(7)에 작용하는 힘과, 올담링(16)에 작용하는 힘, 그리고 선회 스크롤(7)의 양 끝단에 작용하는 스러스트 반력 등을 수식으로 설명하면,
1. 선회 스크롤에 작용하는 힘
Fth2 + Focm1 - Fa - Fth1 = 0
Fth1 = Fth2 + Focm1 - Fa
2. 올담링에 작용하는 힘
Focm2 - Fth2 - Focm1 = 0
Fth2 = Focm2 - Focm1
3. 스러스트 반력
∴Fth1 = Focm2 - Fa
Fth2 = Focm2 - Focm1
그 다음으로, 연통홀(22)을 통한 고압의 토출실(11)로부터 올담링(16)의 하단 챔버(20)에 작용되는 냉매가스의 토출압과, 감압밸브(23) 및 배압제어장치(30)를 통해 감압 및 중간압 형태로 조절되어 상기 상단 챔버(18)에 작용되는 냉매가스의 중간압을 이용해 올담링(16) 및 선회 스크롤(7)을 부상시켜 상기 선회 스크롤(7)이 고정 스크롤(8)에 밀착되도록 하는 작용상태로서, 도 4와 같이 결합된 상태에서 전원을 인가시키게 되면, 구동모터(2)의 구동을 통해 구동축(3) 및 구동축 편심부(3a)가 회전을 하면서 선회 스크롤(7)이 고정 스크롤(8) 내에서 선회운동을 하게 되고, 상기와 같이 선회 스크롤(7)의 선회운동에 따른 압축작용(도 2 참조)을 통해 저온 저압의 냉매가스가 고온 고압으로 가압되게 되는데, 이 때 종래 문제점이었던 선회 스크롤(7)과 메인 프레임(5)간의 마찰작용에 의한 마모현상을 방지하기 위한 방법으로, 고압의 토출실(11)과 올담링(16)의 하단 챔버(20)를 상호 연계하는 연통홀(22)을 통해 토출실(11) 내 고압(토출압)의 냉매가스가 상기 올담링(16)의 하단 챔버(20)에 토출되게 된다.
상기와 같이 하단 챔버(20) 내로 토출된 고압의 냉매가스는 도 7 에 도시한 바와 같이, 상기 하단 챔버(20) 둘레에 설치된 시일부재(21)를 가압하게 되고, 상기 냉매가스에 의해 가압된 시일부재(21)는 하단 챔버(20) 둘레의 외주면 쪽으로 밀착되면서 상기 하단 챔버(20)를 완전 밀폐시킴과 아울러, "ㄷ"자 형상의 시일부재(21)가 냉매가스의 고압에 의해 벌어져 상기 올담링(16) 및 선회 스크롤(7)이 고정 스크롤(8) 측으로 부상되면서 선회 스크롤(7)의 선회운동에 따른 상기 메인 프레임(5)과 선회 스크롤(7)간의 마찰작용이 크게 저감되는 상태를 이루게 된다.
이후, 올담링(16)의 하단 챔버(20)에 토출된 고압의 냉매가스를 상기 올담링(16) 상단에 형성된 상단 챔버(18)에 토출시켜 상기 선회 스크롤(7)과 올담링(6) 사이의 반력을 줄여줌으로써, 상기 선회 스크롤(7)과 올담링(16)간의 마찰작용 또한 크게 저하되도록 해야 하지만, 상기 하단 챔버(20)에 토출된 고압의 냉매가스를 그대로 상단 챔버(18)에 토출시킬 경우, 토출된 냉매가스의 고압에 의해 선회 스크롤(7)이 고정 스크롤(8)에 밀착되는 힘이 강해져 상기 선회 스크롤(7)의 선회운동시 오히려 선회 스크롤(7)과 고정 스크롤(8)간의 마찰작용이 커짐에 따른 마모현상이 발생하게 되어 원활한 냉매가스의 가압작용이 이루어지지 않게 되고, 냉매가스가 누설되게 되는 문제점이 생기기 때문에, 상기 하단 챔버(20)로부터 상단 챔버(18)로 연결되는 통로(연통홀)(22a)에 설치된 감압밸브(23)를 통해 상기 하단 챔버(20)에 토출된 고압의 냉매가스를 감압시켜 상단 챔버(18)로 토출시키므로서, 상기 선회 스크롤(7)과 올담링(16)간의 마찰작용에 따른 마모현상을 저감시킬 수 있게 된다.
그러나, 상기 감압밸브(23)를 통해 감압되어 상단 챔버(18)로 토출된 냉매가스 압이 설정 중간압 이상일 경우, 이 역시 선회 스크롤(7)과 고정 스크롤(8)간의 밀착력이 강해지게 되면서 선회 스크롤(7)의 선회운동시 선회 스크롤(7)과 고정 스크롤(8)간의 마찰작용에 따른 마모현상이 발생하게 됨에 따라 상기 상단 챔버(18)와 연계되어 올담링(16)의 베이스 플레이트(경판)(17) 상에 설치된 배압제어장치(30)를 통해 상단 챔버(18) 내로 감압 토출된 냉매가스를 일정한 중간압으로 조절하게 되는데, 이러한 배압제어장치(30)의 작용상태를 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 감압밸브(23)를 통해 올담링(16)의 상단 챔버(18) 내로 토출된 냉매가스 압이 중간압 이상일 경우, 냉매가스는 상기 상단 챔버(18)와 배압제어장치(30)의 실린더(31)와 상호 연통되도록 관통 형성된 바이패스 홀(24)을 통해 상기 실린더(31) 내로 유입되게 되는데, 이 때 냉매가스는 도 7의 상세도와 같이, 상기 실린더(31)의 입구측을 막고 있는 밸브체(32)를 가압하여 개방된 실린더(31) 내로 유입되게 되고, 상기 실린더(31)의 토출측 끝단에 고정된 스토퍼(34)의 중공홀(35)을 통해 토출되므로서, 상기 상단 챔버(18) 내의 냉매가스 압이 일정한 중간압 형태로 조절되게 된다.
본 발명의 스크롤 압축기는, 스크롤 압축기의 구성요소 중 선회 스크롤의 자전방지기구인 올담링의 상/하단에 챔버를 형성함과 동시에, 상기 하단 챔버와 상단 챔버 사이엔 상기 하단 챔버로 토출된 냉매가스의 토출압을 감압시켜 상단 챔버 내로 토출되도록 감압밸브를 설치하고, 상기 상단 챔버와 연계된 형태로 올담링의 베이스 플레이트(경판) 상엔 상기 상단 챔버 내로 감압 토출된 냉매가스를 중간압으로 조절하는 배압제어장치를 설치 구성하므로서, 상기 하단 챔버에 작용되는 냉매가스의 토출압과, 감압밸브 및 배압제어장치를 통해 감압 및 중간압 형태로 조절되어 상기 상단 챔버에 작용되는 냉매가스의 중간압을 이용해 올담링 및 선회 스크롤을 부상시켜 상기 선회 스크롤이 고정 스크롤에 밀착되도록 하는 등, 종래 선회 스크롤과 고정 스크롤의 가압작용시 압축실 내의 냉매가스 압에 의해 상기 선회 스크롤이 메인 프레임의 스러스트면에 밀착되어 선회 스크롤의 선회운동에 의한 상기 메인 프레임과 선회 스크롤간의 마찰작용을 통해 마모나 파손되는 것을 방지할 수 있는 탁월한 효과가 있다.
또한, 상기와 같이 올담링의 하단 챔버에 작용되는 냉매가스의 토출압과, 감압밸브 및 배압제어장치를 통해 감압 및 중간압 형태로 조절되어 상기 상단 챔버에 작용되는 냉매가스의 중간압을 이용해 올담링 및 선회 스크롤을 부상시켜 상기 선회 스크롤과 고정 스크롤간의 밀착에 따른 냉매가스의 누설을 차단하므로서, 이로 인한 전체적인 압축기의 효율 역시 향상될 수 있는 탁월한 효과도 있다.
도 1 은 일반적인 스크롤 압축기의 단면도.
도 2 는 종래 스크롤 압축기의 구성요소 중 선회 스크롤과 고정 스크롤에 결합된 선회 스크롤의 작용 상태도.
도 3 은 종래 스크롤 압축기의 구성요소 중 선회 스크롤 및 올담링, 메인 프레임의 분해 사시도.
도 4 는 본 발명에 따른 고정 스크롤 및 선회 스크롤, 올담링, 메인 프레임의 결합 단면도.
도 5 는 본 발명에 따른 올담링의 단면도 및 상세도.
도 6 은 본 발명에 따른 냉매가스의 부상작용을 통해 선회 스크롤과 올담링에 작용되는 스러스트 힘의 분포도.
도 7 은 도 4와 같이 결합된 상태에서 고압의 토출실로부터 올담링의 하단 챔버에 작용되는 냉매가스의 토출압과, 감압밸브 및 배압제어장치를 통해 감압 및 중간압 형태로 조절되어 상기 상단 챔버에 작용되는 냉매가스의 중간압을 이용해 올담링 및 선회 스크롤을 부상시켜 상기 선회 스크롤이 고정 스크롤에 밀착되는 작용 상태도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1. 흡입관 2. 구동모터
3. 구동축 5. 메인 프레임
6, 16. 올담링 7. 선회 스크롤
8. 고정 스크롤 9. 토출구
10. 체크 밸브 11. 토출실
12. 상부 격막 14. 토출관
15. 케이스 17. 베이스 플레이트(경판)
18. 상단 챔버 20. 하단 챔버
19, 21. 시일부재 22, 22a. 연통홀
23. 감압밸브 24. 바이패스 홀
30. 배압제어장치 31. 실린더
32. 밸브체 33. 스프링
34. 스토퍼

Claims (7)

  1. 케이스와;
    상기 케이스 내에 고정되며, 스테이터 및 로터로 이루어진 구동모터와;
    상기 구동모터에 의해 회전되는 구동축과;
    상기 구동축의 회전을 통해 선회 랩이 고정 랩 내에서 선회운동하면서 흡입된 냉매를 압축하는 선회 스크롤 및 고정 스크롤과;
    상기 선회 스크롤의 자전을 방지하며, 상기 선회 스크롤이 상기 고정 스크롤 내에서 선회될 수 있도록 하는 올담링과;
    상기 올담링의 상/하단에 각각 형성되며, 상기 올담링의 하단 및 상단에 작용되는 냉매가스의 토출압 및 중간압을 이용해 상기 올담링 및 선회 스크롤을 부상시켜 상기 선회 스크롤이 고정 스크롤에 밀착되도록 하는 상/하단 챔버와;
    상기 하단 챔버로부터 상단 챔버로 연결되는 연통홀에 설치되며, 고압의 토출실로부터 하단 챔버로 토출된 냉매가스의 토출압을 감압시켜 상단 챔버 내로 토출되도록 하는 감압밸브와;
    상기 상단 챔버와 연계된 형태로 올담링의 베이스 플레이트(경판) 상에 설치되며, 상기 상단 챔버 내로 감압 토출된 냉매가스를 일정한 중간압으로 조절하는 배압제어장치와;
    상기 올담링 및 선회 스크롤 등을 지지하는 메인 프레임;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 올담링의 하단 챔버는 연통홀을 통해 고압의 토출실과 상호 연계된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 상단 챔버 및 하단 챔버는 일정 폭을 갖는 링 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 올담링의 하단 챔버는 토출실 내의 냉매가스가 연통홀을 통해 올담링의 하단 챔버에 원활히 토출될 수 있도록 그 폭이 상기 선회 스크롤의 선회 직경 보다 다소 크게 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 연통홀을 통해 토출실로부터 올담링의 하단 챔버 내로 토출된 고압의 냉매가스 및 상기 감압밸브를 통해 하단 챔버로부터 상단 챔버 내로 감압 토출된 냉매가스의 누설을 방지하기 위해 상기 상/하단 챔버 둘레에 시일부재가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 배압제어장치는 상기 상단 챔버와 연계된 실린더와;
    상기 실린더 내에 삽입되어 상기 감압밸브를 통해 하단 챔버로부터 상단 챔버로 감압 토출된 냉매가스를 일정한 중간압으로 조절할 수 있도록 상기 실린더를 개폐하는 밸브체와;
    탄성력을 이용해 상기 밸브체를 지지하는 스프링과;
    상기 밸브체 및 스프링이 실린더로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 중공 형태의 스토퍼로 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 실린더는 바이패스 홀을 통해 상단 챔버와 연계된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101553953B1 (ko) * 2009-07-13 2015-09-17 엘지전자 주식회사 스크롤 압축기 및 이를 적용한 냉동기기

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