KR101214483B1

KR101214483B1 - 가변형 스러스트베어링면을 갖는 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR101214483B1
Application number: KR1020060021472A
Authority: KR
Inventors: 박기원
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2012-12-24
Also published as: KR20070091839A

Abstract

본 발명에 의한 가변형 스러스트베어링면을 갖는 스크롤 압축기는, 케이싱의 내부에 고정 설치되는 메인프레임; 상기 메인프레임에 선회 가능하게 얹혀져 선회운동을 하면서 고정스크롤과 맞물려 함께 연속으로 이동하는 복수의 압축실을 형성하는 선회스크롤; 및 상기 메인프레임이나 선회스크롤 또는 메인프레임과 선회스크롤 사이에 개재되어 상기 압축실의 압력에 따라 선회스크롤이 스러스트방향으로 가변되도록 하는 탄성부재;를 포함함으로써, 압축기의 운전시 발생될 수 있는 선회스크롤의 변형과 이에 따른 선회스크롤과 메인프레임 사이의 마찰손실이나 마모를 줄여 모터의 효율을 높이고 랩의 파손을 막아 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

가변형 스러스트베어링면을 갖는 스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR WITH VARIABLE THRUST BEARING SURFACE}

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 2는 본 발명 스크롤 압축기에서 압축기구부의 일부를 보인 단면도,

도 3 및 도 4는 본 발명 스크롤 압축기에서 정상운전시 및 이상운전시 메인프레임과 선회스크롤의 접촉상태를 각각 보인 단면도,

도 5는 본 발명 스크롤 압축기에서 스러스트베어링면을 가변하는 탄성부재에 대한 다른 실시예를 보인 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

20,100 : 메인프레임 110 : 고정부

120 : 가변부 40 : 고정스크롤

42 : 고정랩 50,200 : 선회스크롤

210,220 : 제1,제2 선회부 500 : 탄성부재

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 과압축시 압축실이 상호 연통 되도록 하여 압축실의 압력을 낮추는 가변형 스러스트베어링면을 갖는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤식 압축기는 공조기 분야에 널리 적용되는 고효율 저소음 압축기이다. 상기 스크롤 압축기는 두 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 두 개 한 쌍으로 된 복수의 압축실이 연속으로 이동하면서 점차 체적이 작아지도록 형성되어 그 압축실을 따라 냉매가 이동하면서 연속으로 압축되는 방식이다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)이 연통되는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 내주면 상하 양측에 각각 고정되는 메인프레임(20) 및 서브프레임(미도시)과, 상기 메인프레임(20)과 서브프레임(미도시) 사이에 장착되어 회전력을 발생하는 구동모터(30)와, 상기 메인프레임(20)의 상면에 고정 설치되고 그 경판부(41) 저면에 나선형으로 고정랩(42)이 형성되는 고정스크롤(40)과, 상기 고정스크롤(40)의 고정랩(42)에 맞물려 상기 메인프레임(20)의 상면에 선회 가능하게 얹히고 상기 고정스크롤(40)의 고정랩(42)과 함께 복수의 압축실(P)이 쌍으로 형성되도록 나선형으로 선회랩(52)이 형성되는 선회스크롤(50)과, 상기 선회스크롤(50)과 메인프레임(20) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(50)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(60)과, 상기 고정스크롤(40)의 배면에 결합되어 케이싱(10)의 내부를 흡입영역(S1)과 토출영역(S2)으로 구획하는 고저압분리판(70)과, 상기 고정스크롤(40)의 경판부(41) 저면에 결합되어 토출영역(S2)으로 토출한 압축가스의 역류를 방지하는 역지밸브(80)를 포 함되어 있다.

상기 메인프레임(20)은 선회스크롤(50)의 경판부(51) 배면과 함께 스러스트 베어링면을 이루도록 그 상면이 평평하게 형성되고, 상기 메인프레임(20)의 상면에 대향하는 선회스크롤(50)의 경판부(51) 저면 역시 상기한 메인프레임(20)의 상면과 같이 스러스트베어링면을 이루도록 평평하게 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 31은 고정자, 32는 회전자, 33은 구동축, 43은 흡입구, 44는 토출구, 45는 바이패스구멍, 90은 바이패스밸브이다.

상기와 같이 구성된 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(30)의 권선코일에 전원이 인가되면 구동축(33)이 회전자(32)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(50)이 올담링(60)에 의해 메인프레임(20)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하고, 이와 함께 상기 선회랩(52)은 고정랩(42)과의 사이에서 한 쌍의 압축실(P)을 연속하여 형성하며, 상기 선회스크롤(50)이 지속적으로 선회운동을 하면서 냉매가 선회스크롤(50)의 궤적을 따라 중심으로 이동하면서 압축되어 토출된다.

여기서, 상기 케이싱(10)의 흡입측에 어큐뮬레이터와 같은 별도의 유분리장치가 구비되지 않음에 따라 액냉매의 일부가 압축실(P)로 유입되고 그 중 일부의 액냉매는 상기 고정스크롤(40)의 바이패스구멍(45)을 통해 압축실(P) 외부로 배출되나 일부의 액냉매가 남아 압축실(P)의 압력을 지나치게 상승시키게 된다.

그러나, 상기 선회스크롤(50)이 메인프레임(20)에 지지되어 스러스트방향으로 고정 지지됨에 따라 상기 메인프레임(20)과 선회스크롤(50) 사이의 스르스트베 어링면이 지나치게 밀착되어 마찰손실 또는 마모가 야기되거나 상기 압축실(P)의 압력이 지속적으로 상승하여 고정랩(42)과 선회랩(52)의 파손을 야기시킬 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축기의 운전중에 상기 압축실로 액냉매 등이 유입되어 압축실의 압력이 과도하게 상승하는 경우 그 압축실의 냉매가 누설되도록 하여 마찰손실이나 마모 또는 랩의 파손을 방지할 수 있는 가변형 스러스트베어링면을 갖는 스크롤 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱의 내부에 고정 설치되는 메인프레임; 상기 메인프레임에 선회 가능하게 얹혀져 선회운동을 하면서 고정스크롤과 맞물려 함께 연속으로 이동하는 복수의 압축실을 형성하는 선회스크롤; 및 상기 메인프레임이나 선회스크롤 또는 메인프레임과 선회스크롤 사이에 개재되어 상기 압축실의 압력에 따라 선회스크롤이 스러스트방향으로 가변되도록 하는 탄성부재;를 포함한 가변형 스러스트베어링면을 갖는 스크롤 압축기가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 선회스크롤 지지 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 스크롤 압축기에서 압축기구부의 일부를 보인 단면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명 스크롤 압축기에서 정상운전시 및 이상운전시 메인프레임 과 선회스크롤의 접촉상태를 각각 보인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 케이싱(10)의 내부에 고정 설치되는 메인프레임(100)과, 상기 메인프레임(100)의 상면에 얹혀져 구동모터(30)의 구동축(33)에 편심지게 결합되어 선회운동을 하면서 고정스크롤(40)과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하는 선회스크롤(50)과, 상기 메인프레임(100)과 선회스크롤(50) 사이에 개재되어 상기 선회스크롤(50)이 스러스트 방향으로 가변되도록 하는 탄성부재(500)를 포함한다.

상기 메인프레임(100)은 케이싱(10)의 내주면에 삽입되어 고정 결합되는 고정부(110)와, 상기 고정부(110)의 상면에 얹혀져 스러스트 방향으로 탄력 지지되도록 상기 고정부(110)의 상면에 탄성부재(500)가 구비되어 얹히는 가변부(120)로 이루어진다.

상기 고정부(110)는 그 중앙에 구동모터(30)의 구동축(33)이 반경방향으로 지지되도록 축구멍(111)이 형성되고, 상기 축구멍(111)의 상단에는 상기 선회스크롤(50)과 구동축(33)이 결합되는 선회스크롤(50)의 보스부(미부호)가 선회운동을 할 수 있도록 보스수용홈(112)이 형성된다.

상기 가변부(120)는 고정부(110)의 상측부에 대응하도록 소정의 두께를 갖는 환형으로 형성되고, 그 상면은 선회스크롤(50)의 경판부(51) 저면이 미끄럼 접촉될 수 있도록 평평하게 형성된다.

여기서, 상기 고정부(110)의 상면과 이에 대응되는 가변부(120)의 저면에는 탄성부재(500)인 압축코일스프링의 하단이 삽입될 수 있도록 적어도 3개 이상의 스 프링홈(113)(121)이 소정의 깊이로 각가 음형지게 형성된다. 또, 상기 고정부(110)와 가변부(120)가 제위치를 유지할 수 있도록 양쪽 프레임부(110)(120)에 결합되는 핀 형상의 구속부재(미도시)가 구비될 수도 있다.

한편, 상기 탄성부재(500)는 압축코일스프링 뿐만 아니라 판스프링을 적용할 수도 있다. 이 경우에도 상기 고정부(110)와 가변부(120)에 스프링홈을 형성하고 상기 고정부와 가변부가 제위치를 유지할 수 있도록 구속부재(미도시)가 구비될 수 있다.

상기 고정스크롤(40)의 경판부(41) 저면에는 소정의 높이를 가지도록 나선형으로 돌출되어 압축실(P)을 이루는 고정랩(42)이 형성되고, 상기 선회스크롤(50)의 경판부(51) 상면에는 상기 고정스크롤(40)의 고정랩(42)과 동일한 높이를 가지도록 나선형으로 돌출되어 상기 고정랩(42)과 맞물려 압축실(P)을 이루는 선회랩(52)이 형성된다.

도면중 미설명 부호인 31은 고정자, 32는 회전자, 33은 구동축, 43은 흡입구, 44는 토출구, 60은 올담링, 70은 고저압분리판, 80은 역지밸브이다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 작용효과는 다음과 같다.

즉, 상기 구동모터(30)에 전원이 인가되어 구동축(33)이 회전을 하게 되면, 그 구동축(33)에 편심지게 결합되는 상기 선회스크롤(50)이 편심진 거리만큼 편심 회전을 하고, 이와 함께 상기 선회스크롤(50)이 축중심을 원점으로 선회반경 만큼 떨어진 거리에서 선회운동을 하면서 고정스크롤(40)과 함께 두 개 한 쌍의 압축실(P)이 형성되며, 이 압축실(P)은 상기 선회스크롤(50)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매를 압축하게 된다.

이때, 상기 선회스크롤(50)은 압축실(P)의 압력에 따라 정상적으로 선회운동을 하면서 압축되는 냉매 전체를 토출하거나 또는 상기 고정스크롤(40)에서 스러스트 방향으로 미세하게 이격되어 고압측의 압축실과 저압측의 압축실이 연통되면서 압축되는 냉매의 일부는 누설되도록 한다.

예컨대, 상기 압축실(P)의 압력이 정상범위 내의 압축비를 유지하는 경우에는 도 3에서와 같이 상기 선회스크롤(50)이 메인프레임(100)에 가하는 힘이 크지 않아 상기 메인프레임(100)의 가변부(120)가 고정부(110)와의 사이에 개재된 탄성부재(500)의 탄성력에 의해 일정 높이(h1)를 유지하게 되고, 이로 인해 상기 선회스크롤(50)이 일정 간격(t1)에서 양쪽 스크롤(40)(50)의 랩(42)(52) 끝단이 맞은편 스크롤(50)(40)의 경판부(51)(41)와 밀착된 상태를 유지함에 따라 압축되는 냉매 전체가 최종 압축실까지 이동하여 토출된다. 반면 상기 압축실(P)로 액냉매 등이 과도하게 유입되어 압축실(P)의 압력이 비정상적으로 상승하는 경우에는 도 4에서와 같이 상기 선회스크롤(50)이 메인프레임(100)에 가하는 힘이 상기 메인프레임(100)의 가변부(120)를 지지하는 탄성부재(500)의 탄성력 보다 커지면서 그 탄성부재(500)를 가압하여 상기 선회스크롤(50)이 스러스트 방향으로 소정의 높이(h2)만큼 후퇴되도록 하고, 이로 인해 양쪽 스크롤(40)(50)의 랩(42)(52) 끝단이 맞은편 스크롤(50)(40)의 경판부(51)(41)와 소정의 간격(t2)만큼 이격되도록 하여 고압측 압축실의 냉매의 일부가 저압측 압축실로 누설되어 압축실의 압력이 적정압력으로 유지되도록 한다.

한편, 본 발명에 의한 가변형 스러스트베어링면을 갖는 스크롤 압축기의 탄성부재에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일실시예에서는 상기 탄성부재(500)가 메인프레임(100)의 사이에 개재되어 압축실(P)의 압력에 따라 메인프레임(100)이 스러스트 방향으로 가변되도록 하는 것이나, 본 실시예는 상기 선회스크롤의 사이에 압축코일스프링으로 된 탄성부재가 개재되거나 또는 상기 메인프레임과 선회스크롤 사이에 환형으로 된 판상형 탄성부재가 개재되는 것이다.

먼저, 도 5에서와 같이 상기 선회스크롤(200)이 메인프레임(20)의 상면에 얹혀 상기한 구동축(33)에 결합되도록 보스부(211)가 형성되는 제1 선회부(210)와, 그 제1 선회부(210)의 상면에 얹히고 상기 고정스크롤(40)의 고정랩(42)과 맞물려 압축실(P)을 이루도록 선회랩(221)이 형성되는 제2 선회부(220)로 이루어진다. 상기 제1 선회부(210)의 상면과 제2 선회부(220)의 저면에는 탄성부재(230)의 양단을 삽입하여 고정할 수 있도록 스프링삽입홈(212)(222)이 스러스트 방향으로 대응되도록 형성된다. 또, 이 경우 상기 제1 선회부(210)와 제2 선회부(220)가 함께 선회운동을 하도록 양쪽 선회부(210)(220)가 핀이나 기타 구속부재(미도시)에 의해 레이디얼 방향으로 상호 구속되는 것이 바람직하다.

다음, 도면으로 도시되지는 않았으나, 상기 메인프레임의 상면에 환형으로 스프링삽입홈이 형성되고, 그 스프링삽입홈에 환형으로 된 파형 단면 형상의 탄성부재가 선회스크롤의 저면과의 사이에 개재될 수도 있다.

상기와 같은 다른 실시예에 의한 가변 스러스트베어링면을 갖는 스크롤 압축 기는 전술한 일실시예와 동일한 작용 효과를 갖는다. 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이렇게 하여, 압축기의 운전 중에 상기 선회스크롤이 열변형을 일으키거나 또는 액냉매의 유입으로 인해 과압축비 운전을 할 때 상기 선회스크롤이 스러스트 방향으로 가변되어 고압측 압축실에서 압축되는 냉매의 일부가 저압측 압축실로 누설되도록 할 수 있고 이를 통해 압축실의 압력을 정상범위내에서 유지할 수 있도록 하여 메인프레임과 선회스크롤 사이의 마찰손실이나 마모 또는 랩의 파손을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 가변 스러스트베어링면을 갖는 스크롤 압축기는, 압축실의 압력 변화에 따라 선회스크롤이 스러스트 방향으로 가변될 수 있도록 함으로써, 압축기의 운전시 발생될 수 있는 선회스크롤의 변형과 이에 따른 선회스크롤과 메인프레임 사이의 마찰손실이나 마모를 줄여 모터의 효율을 높이고 랩의 파손을 막아 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims

케이싱의 내주면에 고정 설치되는 고정부와, 상기 고정부의 상면에 얹히는 가변부를 갖는 메인프레임;

상기 메인프레임의 가변부에 선회 가능하게 얹혀져 선회운동을 하면서 고정스크롤과 맞물려 함께 연속으로 이동하는 복수의 압축실을 형성하는 선회스크롤; 및

상기 메인프레임의 고정부와 가변부 사이에 구비되어 상기 가변부가 스러스트방향으로 가변되도록 하는 탄성부재;를 포함한 가변형 스러스트베어링면을 갖는 스크롤 압축기.
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제1항에 있어서,

상기 탄성부재는 압축코일스프링으로 이루어진 가변형 스러스트베어링면을 갖는 스크롤 압축기.
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