KR101376619B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기에 관한 것이다. 본 발명의 스크롤 압축기는 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 상기 토출구의 중간에 직경이 확장된 버퍼부가 더 구비됨에 따라 상기 압축실에서 토출되는 냉매는 직경이 넓은 버퍼부로 유입되어 일시적으로 저장되었다가 토출플레넘으로 토출되면서 압력맥동이 감쇄된다. 이로 인해 상기 압축실에서 토출되는 냉매가 토출플레넘에 충돌하여 발생되는 소음을 감쇄시켜 압축기 소음을 현저하게 줄일 수 있다.

스크롤 압축기, 토출구, 압력맥동, 버퍼부

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 토출소음을 줄일 수 있는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치이다. 상기 압축기는 유체를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 로터리식, 베인식, 스크롤식으로 구분할 수 있다.

상기 스크롤 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부공간에 동력을 발생하는 구동모터와 그 구동모터의 동력을 전달받아 압축성 유체인 냉매를 압축하는 압축부가 함께 구비되어 있다. 상기 압축부는 고정랩이 형성되어 케이싱에 고정되는 고정스크롤과, 상기 고정랩에 맞물리도록 선회랩이 형성되어 선회운동을 하는 선회스크롤로 이루어져 있다. 상기 고정과 선회랩은 서로 동일한 기초원반경을 가지는 동시에 그 시작각에서 끝각까지 한 개의 인벌류트곡선 형상으로 형성되어 180°의 위상차를 두고 서로 맞물리게 결합되어 있다.

상기와 같은 스크롤 압축기는 상기 고정스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩이 서로 맞물려 상기 선회스크롤이 고정스크롤에 대해 선회운동을 하면서 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하고, 상기 압축실이 선회스크롤의 선회운동시 중심으로 이동하면서 체적이 좁아져 냉매를 연속으로 흡입, 압축하여 토출하게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기에서는, 상기 고정스크롤에 형성되는 토출구가 직선으로 형성됨에 따라 최종 압축실에서 토출되는 냉매가 최초의 토출압력으로 토출되고, 이에 따라 상기 압축실에서 토출되는 냉매가 케이싱과 강하게 부딪혀 압축기 소음을 가중시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 고정스크롤의 토출구 주변에 버퍼공간을 형성하여 토출되는 냉매의 압력을 낮추고 이를 통해 토출되는 냉매와 케이싱의 충돌소음을 저감시킬 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 서로 맞물려 중심방향으로 연속하여 이동하면서 체적이 좁아지는 압축실을 이루도록 고정랩과 선회랩이 각각 형성되는 고정스크롤과 선회스크롤을 포함하고, 상기 고정스크롤의 고정랩의 시작점 부근에는 상기 압축실에서 압축되는 냉매가 토출되도록 토출구가 관통 형성되며, 상기 토출구의 내경은 길이방향을 따라 상이하게 형성되는 스크롤 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 상기 토출구의 중간에 직경이 확장된 버퍼부가 더 구비됨에 따라 상기 압축실에서 토출되는 냉매는 직경이 넓은 버퍼부로 유입되어 일시적으로 저장되었다가 토출플레넘으로 토출되면서 압력맥동이 감쇄된다. 이로 인해 상기 압축실에서 토출되는 냉매가 토출플레넘에 충돌하여 발생되는 소음을 감쇄시켜 압축기 소음을 현저하게 줄일 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 실시예에 의거하 여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 스크롤 압축기는, 흡입관(SP)과 토출관(DP)이 연통 설치되는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 상측에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터(20)와, 상기 케이싱(10)의 상측에 설치되고 상기 구동모터(20)에서 발생되는 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(30)로 구성된다.

상기 구동모터(20)는 케이싱의 내부에 고정되는 고정자(21)와, 상기 고정자(21)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전자(22)와, 상기 회전자(22)에 압입되어 회전력을 전달하는 회전축(23)으로 이루어진다. 상기 고정자(21)에는 외부에서 전원이 인가되어 마그네틱 플럭스가 형성되도록 하는 코일(24)이 권선되고, 상기 회전자(22)에는 상기 코일(24)과 함께 마그네틱 플럭스가 형성되도록 하는 도체(미도시)가 삽입된다.

상기 압축부(30)는 상기 케이싱(10)에 고정되는 메인프레임(11)의 상면에 고정 설치되고 그 저면에 고정랩(111)이 형성되는 고정스크롤(110)과, 상기 고정스크롤(110)의 고정랩(111)에 맞물려 복수 개의 압축실(P)을 형성하도록 선회랩(121)이 구비되어 상기 메인프레임(11)의 상면에 선회 가능하게 얹히는 선회스크롤(120)과, 상기 선회스크롤(120)과 메인프레임(11) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(120)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(130)과, 상기 고정스크롤(110)의 토출구(113)를 개폐하는 역지밸브(140)와, 상기 역지밸브(140)를 수용하여 고정스크롤(110)의 상면에 고정 설치되는 토출플레넘(150)으로 이루어진다.

상기 고정스크롤(110)은 그 경판부의 저면 중앙에는 상기 고정랩(111)이 형 성되고, 상기 경판부의 저면 일측에는 상기 압축실(P)과 케이싱(10)의 흡입공간(S1)이 연통되도록 흡입홈(112)이 형성되며, 상기 경판부의 상측 중앙에는 상기 압축실(P)의 토출측과 토출플레넘(150)의 토출공간(S2)이 연통되도록 토출구(113)가 형성된다. 상기 고정랩(111)은 소정의 기초원 반경을 가지는 인벌류트곡선 형상으로 형성된다. 그리고 상기 고정랩(111)은 그 시작점에서 끝점까지 동일한 높이와 동일한 두께로 형성된다.

상기 선회스크롤(120)은 그 경판부의 상면에 상기 선회랩(121)이 소정의 기초원 반경을 가지는 인벌류트 형상으로 형성된다. 그리고 상기 선회랩(121)은 그 시작점에서 끝점까지 동일한 높이와 동일한 두께로 형성된다. 그리고 상기 선회랩(121)은 고정랩(111)과 대칭되도록 동일한 길이로 형성된다.

상기 고정스크롤(110)의 토출구(113)는 그 시작단에서 끝단까지가 동일한 직경으로 형성되지 않고 그 중간에 직경이 확장되는 버퍼부가 형성된다. 예컨대, 도 2 및 도 3에서와 같이, 상기 토출구(1113)는 최종 압축실에 접하는 도입부(113a)와, 그 도입부(113a)의 끝단에서 직경이 확장되는 버퍼부(113b)와, 상기 버퍼부(113b)의 끝단에서 토출구(113)의 끝단까지 직경이 작아지는 도출부(113c)로 이루어진다. 그리고 상기 도입부(113a)와 버퍼부(113b) 사이에는 직경이 작아지도록 돌출되는 완충돌부(113d)가 더 형성된다.

상기 도입부(113a)는 그 직경(D1)이 도출부(113c)의 직경(D3)이나 완충돌부(113d)의 직경(D4)보다 크지만 버퍼부(113b)의 직경(D2)보다는 작게 형성된다. 물론, 상기 도입부(113a)의 직경(D1)이 상기 버퍼부(113b)의 직경(D2)과 동일하게 형성될 수도 있다.

상기 버퍼부(113b)는 그 직경(D2)이 상기 도출부(113c)의 직경(D3)이나 완충돌부(113d)의 직경(D4)보다는 크게 형성된다. 상기 버퍼부(113b)의 직경(D2)은 도출부(113c)의 직경(D3) 대비 대략 1.2~1.5배 정도가 되도록 형성될 수 있다.

상기 도출부(113c)는 그 직경(D3)이 상기 완충돌부(113d)의 직경(D4)보다는 작게 형성되나, 상기 완충돌부(113d)의 직경(D4)과 동일하게 형성될 수 있다.

그리고 상기 버퍼부(113b)의 효과를 높이기 위해서는 상기 버퍼부(113b)의 높이(H2)와 도출부(113c)의 높이(H3)와 완충돌부(113d)의 높이(H4)를 합한 높이(H1)는 상기 버퍼부의 높이(H2) 대비 2배 이상이 되지 않도록, 즉 H1≤2*H2 의 범위에서 형성될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 12는 서브프레임이다.

상기와 같은 본 발명의 스크롤 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 상기 구동모터(20)에 전원이 인가되면, 상기 구동모터(20)의 회전력을 전달받은 선회스크롤(120)이 올담링(130)에 의해 상기 메인프레임(11)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하게 된다. 그리고 상기 선회스크롤(120)이 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤(110)의 고정랩(111)과 상기 선회스크롤(120)의 선회랩(121) 사이에 연속으로 이동하는 한 쌍의 압축실(P)이 형성되고, 이 압축실(P)은 상기 선회스크롤(120)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하면서 상기 흡입관(SP)을 통해 흡입되는 냉매를 압축하게 된다. 상기 압축실(P)에서 압축되는 냉매는 최종 압축실에서 토출구(113)를 통해 토출되어 상기 토출플 레넘(150)을 거친 후 토출관(DP)을 통해 냉동시스템으로 이동을 하게 된다.

이때, 상기 토출구(113)는 동일한 직경으로 형성되지 않고 그 중간에 직경이 확장된 버퍼부(113b)가 더 구비됨에 따라 상기 최종 압축실에서 토출되는 냉매는 도입부(113a)를 통해 그보다 직경이 넓은 버퍼부(113b)로 유입되어 일시적으로 저장되면서 압력맥동이 감쇄된다. 즉, 상기 버퍼부(113b)의 직경(D2)이 상기 도입부(113a) 또는 도출부(113c)의 직경(D1)(D3)보다 넓게 형성됨에 따라 상기 버퍼부(D2)가 일종의 버퍼공간을 형성하게 되고, 이에 따라 상기 도입부(113a)를 통해 버퍼부(113b)로 유입되는 냉매는 그 버퍼부(113b)에서 일시적으로 정체되어 잔류하게 되면서 사인파(sine curve)가 감소되며, 이로 인해 압력맥동에 의한 가진현상이 감쇄되어 토출되는 냉매에 대한 상기 토출플레넘(150)에서의 소음 감쇄 효과가 더욱 향상될 수 있다. 이에 대하여는 도 4에 적용전과 적용후의 소음 감쇄 효과를 비교한 그래프가 도시되어 있다. 이를 참고하면, 본 발명의 버퍼부가 적용되기 전에는 3 ~ 4kHz 부근에서 큰 피크음이 발생하게 되나, 이 피크음이 본 발명의 버퍼부가 적용된 후에는 크게 감소하는 것을 볼 수 있다.

또, 상기 도입부(113a)와 버퍼부(113b) 사이에 완충돌부(113d)를 형성하는 경우에는 그 완충돌부(113d)가 일종의 오리피스 역할을 하면서 토출되는 냉매의 압력을 낮출 수 있어 상기 버퍼부(113b)에서의 잔류 효과를 더욱 높일 있고 이를 통해 소음 감쇄 효과가 더욱 향상될 수 있다.

또, 상기 버퍼부(113b)의 규격이 전술한 바와 같이 규정되는 경우를 그 이외의 범위에 대해 비교한 그래프가 도 5에 도시되어 있다. 이에 도시된 바와 같이 상 기 버퍼부가 전술한 범위(D2=(1.2~1.5)*D3)로 형성되는 경우는 그렇지 않은 경우(D2=D3 또는 D2=1.1*D3)에 비해 특히 2.5kHz 이상 고Hz영역에서의 소음 감쇄 효과가 더 우수함을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 스크롤 압축기에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 도입부(113a)와 버퍼부(113b) 사이에 한 개의 완충돌부(113d)를 형성하는 것이나, 본 실시예는 도 6에서와 같이 상기 완충돌부(113d)를 복수 개로 형성하는 것이다. 이 경우에도 상기와 같은 소음 감쇄 효과를 기대할 수 있으며 오히려 토출되는 냉매의 압력을 더 낮출 수 있어 소음 감쇄 효과가 더욱 향상될 수 있다.

또, 전술한 실시예들에서는 상기 완충돌부(113d)가 형성되는 것이나, 도 7에서와 같이 완충돌부를 생략하고 도입부(113a)에서 곧바로 버퍼부(113b)로 형성될 수 있다. 이 경우에도 상기 버퍼부(113b)에서의 맥동압력 저감효과를 기대할 수 있으므로 압축기의 소음 감쇄 효과가 발생되는 것은 유사하다.

또, 전술한 실시예들은 도입부가 형성되는 것이나, 도 8에서와 같이 상기 도입부가 생략되고 압축실에서 곧바로 버퍼부(113b)가 연결될 수도 있다. 이 경우에도 상기 버퍼부(113b)의 직경보다 도출부(113c)의 직경이 작게 형성됨에 따라 토출되는 냉매가 상기 버퍼부에서 일시적으로 정체하게 되어 맥동압력의 저감과 이에 따른 압축기의 소음 저감 효과를 기대할 수 있다.

이들에 대한 구성이나 작용 효과에 대하여는 전술한 실시예와 대동소이하므 로 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 스크롤 압축기는 저압식 스크롤 압축기에 적용한 예를 살펴보았으나, 고압식 스크롤 압축기에도 동일하게 적용할 수 있다. 그리고 본 발명의 스크롤 압축기는 토출플레넘이 설치되지 않는 경우에 토출되는 냉매가 케이싱에 부딪혀 소음이 가진 될 수 있으므로 이와 같이 토출플레넘이 설치되지 않는 경우에 더욱 효과를 발휘할 수도 있다. 그리고 본 발명의 스크롤 압축기는 원하는 소음 감쇄 대역에 따라 상기 버퍼부 등의 규격을 재규정할 수 있다.

도 1은 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 "A"부를 확대하여 보인 종단면도,

도 3은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 토출구의 규격을 보인 개략도,

도 4는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 토출구에 버퍼부를 구비하는 경우와 버퍼부를 구비하지 않는 경우와 비교하여 보인 그래프,

도 5는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 버퍼부의 규격이 전술한 바와 같이 규정되는 경우를 그 이외의 범위에 대해 비교한 그래프,

도 6 내지 도 8은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 버퍼부의 다른 예를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 고정스크롤 113 : 토출구

113a : 도입구 113b : 버퍼부

113c : 도출부 113d : 완충돌부

120 : 선회스크롤 140 : 역지밸브

150 : 토출플레넘

Claims (11)

1. 서로 맞물려 중심방향으로 연속하여 이동하면서 체적이 좁아지는 압축실을 이루도록 고정랩과 선회랩이 각각 형성되는 고정스크롤과 선회스크롤을 포함하고,

   상기 고정스크롤의 고정랩의 시작점 부근에는 상기 압축실에서 압축되는 냉매가 토출되도록 토출구가 관통 형성되며,

   상기 토출구는 그 도입부와 도출부 사이에 직경이 확장된 버퍼부가 형성되고,

   상기 토출구는 그 도입부와 버퍼부의 사이에 상기 도입부의 직경보다 작은 적어도 한 개 이상의 완충돌부가 더 형성되는 스크롤 압축기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 토출구는 그 도입부에서 버퍼부까지의 직경과 상기 버퍼부에서 도출부까지의 직경이 서로 동일하게 형성되는 스크롤 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 토출구는 그 도입부에서 버퍼부까지의 직경과 상기 버퍼부에서 도출부까지의 직경이 서로 상이하게 형성되는 스크롤 압축기.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 토출구는 그 도출부의 직경과 상기 완충돌부의 직경이 서로 동일하게 형성되는 스크롤 압축기.
7. 제1항에 있어서,

   상기 토출구는 그 버퍼부의 직경이 상기 도출부의 직경 대비 1.2~1.5배 정도로 형성되는 스크롤 압축기.
8. 제1항에 있어서,

   상기 토출구는 그 버퍼부와 도출부를 합한 높이가 상기 버퍼부의 높이보다 2배이상 크지 않은 스크롤 압축기.
9. 제1항에 있어서,

   상기 토출구는 그 완충돌부와 버퍼부와 도출부를 합한 높이가 상기 버퍼부의 높이보다 2배 이상 크지 않은 스크롤 압축기.
10. 제1항 및 제3항 및 제4항 및 제6항 내지 제9항의 어느 한 항에 있어서,

    상기 고정스크롤의 상면에는 상기 토출구를 수용하여 소정의 소음공간을 가지는 소음감쇄부재가 더 구비되는 스크롤 압축기.
11. 삭제

Images