KR101462940B1 - 횡형 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 횡형 스크롤 압축기에 관한 것이다. 본 발명은, 흡입구가 제어유닛이 설치된 제3 공간부에 직접 연통되거나 또는 제어유닛이 설치되는 프론트캡에 방열핀 또는 냉매유로가 형성됨으로써, 상기 흡입구를 통해 흡입되는 냉매의 일부가 제어유닛을 직접 냉각하거나 또는 열전달을 통한 간접 냉각을 하게 되어 제어유닛을 신속하게 냉각할 수 있다.

Description

횡형 스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 횡형 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 인버터가 일체로 구비되어 차량에 적용되는 횡형 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기기로서, 상기 압축기는 유체를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기, 왕복동식 압축기, 스크롤 압축기 등으로 분류하게 된다.

상기 스크롤 압축기는 공조기 분야에 널리 적용하는 고효율 저소음 압축기로서, 두 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 각 스크롤 사이에 복수 개의 압축실을 쌍으로 형성하고, 이 압축실이 지속적으로 중심 방향으로 이동하면서 체적이 작아짐에 따라 냉매가 연속으로 흡입 압축되며 토출되는 방식이다.

도 1은 종래 횡형 스크롤 압축기의 구조를 도시한 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 종래의 스크롤 압축기는, 케이싱(1)의 내부공간에 메인프레임(2)과 서브프레임(3)이 횡방향으로 소정의 간격을 두고 배열되며, 상기 메인프레임(2)과 서브프레임(3)의 사이에는 회전력을 발생시키는 구동모터(4)가 설치되고, 상기 구동모터(4)의 회전자(42) 중심에는 메인프레임(2)을 통과하며 후술할 선회스크롤(6)에 결합되어 구동모터(4)의 회전력을 전달하는 크랭크축(5)이 결합되어 있다.

상기 메인프레임(2)의 전방측에는 고정스크롤(6)이 고정 설치되고, 상기 고정스크롤(6)에는 그 고정스크롤(5)에 맞물리며 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(S)을 형성하도록 선회스크롤(7)이 결합되며, 상기 선회스크롤(7)과 메인프레임(2)의 사이에는 선회스크롤(7)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(8)이 설치되어 있다.

상기 메인프레임(2)의 중앙에는 크랭크축(5)을 반경 방향으로 지지하는 축수구멍(21)이 형성되고, 상기 축수구멍(21)에는 크랭크축(5)을 반경방향으로 지지하는 메인베어링(22)이 설치되어 있다.

상기 케이싱(1)의 내부공간은 메인프레임(2)에 의해 흡입구(11)가 형성되는 흡입공간(15)과 토출구(12)가 형성되는 토출공간(16)으로 구획되고, 상기 흡입공간(15)에는 고정스크롤(6)의 토출포트(63)를 밀봉하여 토출공간(16)에 연통되도록 중간공간(17)을 형성하는 토출커버(64)가 설치되고, 상기 토출공간(16)에는 상기 구동모터(4)가 설치되어 있다.

상기 케이싱(1)의 전방측에는 상기 구동모터(4)와 전기적으로 연결되어 그 구동모터(4)를 제어하기 위한 인버터(81)가 수용되는 인버터 하우징(13)이 설치되어 있다. 상기 인버터 하우징(13)에는 외부의 공기를 흡입하여 인버터(81)를 냉각하기 위한 공기통로(13a)가 형성되어 있다. 그리고 상기 인버터 하우징(13)의 전방면에는 인버터 하우징(13)을 냉각하기 위한 다수 개의 방열핀(13b)이 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 31은 크랭크축을 반경방향으로 지지하는 서브베어링이고, 41는 구동모터의 고정자, 51은 오일유로, 61은 고정경판, 62는 고정랩, 63은 토출포트, 71은 선회경판, 72는 선회랩, 73은 보스부, 74는 핀베어링, 82은 아지비티(IGBT)이다.

상기와 같은 종래의 횡형 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 구동모터(4)에 전원이 인가되면, 상기 크랭크축(5)이 구동모터(4)의 회전자(4b)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(7)이 올담링(8)에 의해 메인프레임(2)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하고, 이와 함께 상기 고정랩(62)과 선회랩(72)의 사이에서 두 개 한 쌍의 압축실(S)을 연속하여 형성하게 된다.

이 압축실(S)이 선회스크롤(7)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동되며 체적이 감소됨에 따라 냉매가스는 흡입구(11)를 통해 케이싱(1)의 흡입공간(15)으로 흡입되고, 이 냉매가스는 고정스크롤(7)에 구비되는 흡입포트를 통해 압축실로 흡입되어 압축되면서 토출포트(63)를 통해 케이싱(1)의 토출공간(16)으로 토출된다.

이때, 상기 인버터(81)에서는 열이 발생하게 되나, 이 열은 상기 인버터 하우징(13)의 공기통로(13a)를 통과하는 공기와 상기 방열핀(13b)에 공기가 접촉되면서 냉각되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 횡형 스크롤 압축기에 있어서는, 상기 인버터(81)에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해 인버터 하우징(13)에 별도의 공기통로(13a)를 형성하는 동시에 방열핀(13b)을 형성하여야 하므로 상기 인버터 하우징(13)의 가공이 복잡하게 될 뿐만 아니라, 상기 인버터 하우징(13)이 주위의 공기에 의해 냉각되는 구조이므로 주변 온도가 높은 조건에서는 상기 인버터 하우징(13)과 인버터(81)가 원활하게 냉각되지 못하는 문제점이 있었다. 특히, 상기와 같은 횡형 스크롤 압축기가 자동차의 엔진에 적용되는 경우에는 엔진열에 의해 압축기 주변의 온도가 더욱 상승하게 되고 이로 인해 인버터(81)가 원활하게 냉각되지 못하면서 인버터 부품이 열화되어 압축기 성능이나 신뢰성이 저하될 수 있었다.

본 발명의 목적은, 인버터를 냉각하기 위한 구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 인버터의 냉각효율을 높여 인버터 부품의 열화를 막고 이를 통해 압축기의 성능이나 신뢰성을 높일 수 있는 횡형 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간이 구비되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되고, 고정자와 회전자를 갖는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되는 크랭크축; 상기 크랭크축에 결합되고 선회랩을 갖는 선회스크롤 및 그 선회스크롤의 선회랩에 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하도록 고정랩을 갖는 고정스크롤을 포함하는 압축부; 및 상기 구동모터에 전기적으로 연결되어 그 구동모터를 제어하도록 상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 제어유닛;을 포함하고, 상기 케이싱의 내부공간은, 상기 구동모터가 설치되고 토출관이 연통되는 제1 공간부, 상기 압축부가 설치되고 흡입관이 연통되는 제2 공간부, 그리고 상기 제어유닛이 설치되는 제3 공간부로 구획되며, 상기 제2 공간부와 제3 공간부는 서로 연통되도록 형성되는 횡형 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 케이싱에는 흡입관이 연결되도록 흡입구가 형성되고, 상기 흡입구는 상기 제2 공간부와 제3 공간부에 함께 연통되거나, 또는 상기 케이싱에는 흡입관이 연결되도록 흡입구가 형성되고, 상기 흡입구는 상기 제3 공간부에 독립적으로 연통되도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 케이싱은, 상기 구동모터가 설치되는 쉘(shell); 상기 쉘의 일단에 결합되어 상기 압축부를 수용하는 프론트캡(front cap); 및 상기 프론트캡의 일단에 결합되어 상기 제어유닛을 수용하는 탑플레이트(top plate);를 포함하고, 상기 프론트캡은, 상기 쉘에 결합되고 흡입관과 연결되도록 흡입구가 형성되는 캡부; 및 상기 캡부에 일체로 형성되어 상기 제2 공간부와 제3 공간부를 구획하며 상기 제2 공간부와 제3 공간부가 연통되도록 연통구멍이 형성되는 플레이트부;를 포함할 수 있다.

또, 밀폐된 내부공간이 구비되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되고, 고정자와 회전자를 갖는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되는 크랭크축; 상기 크랭크축에 결합되고 선회랩을 갖는 선회스크롤 및 그 선회스크롤의 선회랩에 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하도록 고정랩을 갖는 고정스크롤을 포함하는 압축부; 및 상기 구동모터에 전기적으로 연결되어 그 구동모터를 제어하도록 상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 제어유닛;을 포함하고, 상기 케이싱의 내부공간은, 상기 구동모터가 설치되고 토출관이 연통되는 제1 공간부, 상기 압축부가 설치되고 흡입관이 연통되는 제2 공간부, 그리고 상기 제어유닛이 설치되는 제3 공간부로 구획되며, 상기 제어유닛은 상기 제2 공간부와 제3 공간부를 구획하는 구획부재에 설치되고, 상기 구획부재에는 상기 케이싱으로 흡입되는 냉매가 접촉되도록 방열부가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 방열부는 상기 제2 공간부에 속하는 구획부재의 일측면에 다수 개의 방열핀이 형성되거나, 또는 상기 흡입관과 연통되는 냉매유로가 상기 구획부재의 내부에 형성되고 상기 냉매유로의 출구는 상기 제2 공간부에 연통되도록 형성되어 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 케이싱에는 상기 구동모터와 제어유닛이 전기적으로 연결되는 단자부가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 고정랩과 선회랩은 각각 랩 끝단에서 랩 시작단 방향으로 제1 균일구간과 가변구간 그리고 제2 균일구간이 서로 연속하여 형성되고, 상기 제1 균일구간의 랩두께보다 제2 균일구간의 랩두께가 더 두껍게 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 횡형 스크롤 압축기는, 흡입구가 제어유닛이 설치된 제3 공간부에 직접 연통되거나 또는 제어유닛이 설치되는 프론트캡에 방열핀 또는 냉매유로가 형성됨으로써, 상기 흡입구를 통해 흡입되는 냉매의 일부가 제어유닛을 직접 냉각하거나 또는 열전달을 통한 간접 냉각을 하게 되어 제어유닛을 신속하게 냉각할 수 있다.

도 1은 종래 횡형 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 2는 본 발명의 횡형 스크롤 압축기의 외관을 보인 사시도,
도 3은 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 내부를 파단하여 보인 사시도,
도 4는 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 내부를 보인 종단면도,
도 5는 도 4에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 자전방지부재의 다른 예를 확대하여 보인 종단면도,
도 6은 도 4에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 자전방지부재의 또다른 예를 확대하여 보인 종단면도,
도 7은 본 발명에 의한 선회랩의 랩두께 형상을 보인 평면도,
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 제어유닛 방열부를 각각 보인 종단면도.

이하, 본 발명에 의한 횡형 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 횡형 스크롤 압축기의 외관을 보인 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 내부를 파단하여 보인 사시도이며, 도 4는 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 내부를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 횡형 스크롤 압축기는, 케이싱(101)이 횡방향으로 길게 설치되고, 상기 케이싱(101)의 내부공간 일측에는 회전력을 발생하는 구동모터(102)가 설치되며, 상기 케이싱(101)의 내부공간 타측에는 고정스크롤(104)과 선회스크롤(105)을 포함하고 구동모터(102)의 회전력을 전달받아 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하는 압축부가 설치되고, 상기 압축부의 일측에는 압축기의 운전을 제어하는 제어유닛(106)이 설치된다.

상기 케이싱(101)은 양단이 개구되어 토출공간을 이루는 제1 공간부(S1)를 형성하고 그 내부에 상기 구동모터(102)가 설치되는 쉘(shell)(111)과, 상기 쉘(111)의 일단에 결합되어 흡입공간을 이루는 제2 공간부(S2)를 형성하고 상기 압축부를 수용하는 프론트캡(front cap)(112)과, 상기 프론트캡(112)의 일단에 결합되어 제2 공간부(S2)와 함께 흡입공간을 이루는 제3 공간부(S3)를 형성하고 제어유닛(106)을 수용하는 탑플레이트(top plate)(113)와, 상기 쉘(111)의 타단을 복개하여 상기 제1 공간부(S1)와 함께 토출공간 또는 유분리공간을 이루는 제4 공간부(S4)를 형성하고 후술할 오일펌프(119)가 설치되는 백캡(back cap)(114)으로 이루어질 수 있다.

상기 쉘(111)의 전방측에는 후술할 크랭크축(125)을 지지하며 상기 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)를 구획하는 메인프레임(103)이 밀봉 결합될 수 있다. 상기 쉘(111)과 메인프레임(103)의 사이, 상기 프론트캡(112)과 탑플레이트(113)의 사이, 그리고 상기 쉘(111)과 백캡(114)의 사이에는 각각 가스켓이나 오링과 같은 실링부재(미부호)가 개재되어 설치될 수 있다.

상기 쉘(111)의 일측 개구단에는 복수 개의 체결홈(1111)이 형성되고, 상기 프론트캡(112)에는 쉘(111)의 체결홈(1111)과 대응되도록 복수 개의 체결구멍(1125)이 형성된다. 이에 따라, 상기 프론트캡(112)의 체결구멍(1121)을 통과하여 쉘(111)의 체결홈(1111)에 체결되는 긴 체결볼트(B1)를 이용하여 프론트캡(112)이 쉘(111)에 체결될 수 있다.

그리고 상기 프론트캡(112)에는 체결홈(1122)이 형성되고, 상기 탑플레이트(113)에는 프론트캡(112)의 체결홈(1122)에 대응하도록 체결구멍(미도시)이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 탑플레이트(113)의 체결구멍(1131)을 관통하여 프론트캡(112)의 체결홈(1122)에 체결되는 짧은 체결볼트(B2)를 이용하여 탑플레이트(113)가 프론트캡(112)에 체결될 수 있다. 이 경우에는 제어유닛(106)의 고장시 프론트캡(112)을 분해하지 않고 탑플레이트(113)만 분리하여 제어유닛을 수리 또는 교체할 수 있다.

도면으로 제시하지는 않았으나, 상기 탑플레이트(113)와 프론트캡(112)을 연속으로 통과하여 쉘(111)에 체결되는 긴 체결볼트를 이용하여 상기 탑플레이트와 프론트캡 그리고 쉘을 한번에 체결할 수도 있다. 이 경우에는 상기 탑플레이트와 프론트캡 그리고 쉘의 조립을 용이하게 할 수 있다.

상기 프론트캡(112)과 후술할 고정스크롤(104)의 사이에는 후술할 토출커버(145)가 개재되는데, 이 토출커버(145)는 상기 긴 체결볼트(B1)의 체결시 함께 체결될 수 있다. 이 경우 토출커버(145)를 조립하기 위해 별도의 공정이나 부품이 필요하지 않게 되므로 조립공정을 간소화할 수 있다.

한편, 상기 메인프레임(103)의 중앙에는 후술할 크랭크축(125)을 반경방향으로 지지하도록 축수구멍(131)이 형성되고, 상기 축수구멍(131)의 일측에는 크랭크축(125)을 반경방향으로 지지하는 메인베어링(132)이 설치될 수 있다.

상기 프론트캡(112)에는 제2 공간부(S2)와 연통되도록 흡입구(1125)가 형성되고, 상기 백캡(114)에는 상기 제4 공간부(S4)와 연통되도록 토출구(1141)가 형성되며, 상기 메인프레임(103)에는 후술할 중간공간(S5)과 제1 공간부(S1)가 연통되도록 배기통로(1311)가 형성되고, 상기 쉘(111)과 백캡(114)의 사이에 설치되어 상기 제1 공간부(S1)와 제4 공간부(S4)를 분리하는 차압분리판(115)에는 상기 제1 공간부(S1)로 이동하는 냉매가 제4 공간부(S4)를 통해 토출구(1141)로 안내되도록 배기구멍(1151)이 최상점 부근에 형성되고, 상기 차압분리판의 최저점에는 오일구멍(1152)이 형성될 수 있다. 이로써 상기 제1 공간부(S1)로 이동하는 냉매가스는 상기 배기구멍(1151)을 통해 제4 공간부(S4)로 이동하는 반면, 상기 제1 공간부(S1)로 이동하는 오일은 그 제1 공간부(S1)의 압력에 의해 가압되어 오일구멍(1152)을 통해 상대적으로 저압부를 이루는 제4 공간부(S4)로 이동을 하게 된다.

상기 쉘(111)의 일측에는 상기 구동모터(102)의 단자와 상기 제어유닛(106)의 단자를 전기적으로 연결하기 위한 단자부(116)가 형성될 수 있다. 상기 단자부(116)는 복수 개의 단자핀(1161)으로 이루어지고, 상기 복수 개의 단자핀(1161) 주변에는 플라스틱과 같은 절연재를 이용하여 몰딩부(1162)을 형성함으로써 상기 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)가 단자부(116)를 통해 연통되지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 프론트캡(112)은 환형으로 형성되어 상기 메인프레임(103)에 결합되는 캡부(1121)와, 상기 캡부(1121)의 일측에 횡방향으로 복개되어 상기 제2 공간부(S2)와 제3 공간부(S3)를 분리하는 플레이트부(1122)로 이루어질 수 있다. 상기 플레이트부(1122)에는 상기 제어유닛(106)의 일부를 이루는 아이지비티(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)(161)가 결합되고, 상기 아이지비티(161)와 전기적으로 연결되는 기판(162)이 소정의 높이만큼 이격되어 결합될 수 있다.

상기 캡부(1121)에는 상기 흡입관이 연결되는 흡입구(1125)가 형성될 수 있다. 상기 흡입구(1125)는 상기 플레이트부(1122)에 의해 양분되어 그 흡입구(1125)가 상기 제2 공간부(S2)와 제3 공간부(S3)에 동시에 연통되도록 형성될 수도 있고, 경우에 따라서는 상기 흡입구(1125)는 플레이트부(1122)에 의해 제2 공간부(S2) 또는 제3 공간부(S3)에 독립적으로 연통되도록 형성될 수도 있다.

상기 플레이트부(1122)에는 제2 공간부(S2)와 제3 공간부(S3)가 서로 연통되도록 연통구멍(1126)이 형성될 수 있다. 이로써, 냉매가 상기 제2 공간부(S2)로 흡입되거나 또는 제3 공간부(S3)로 흡입되거나 또는 제2 공간부(S2)와 제3 공간부(S3)로 동시에 흡입되는 경우에도 냉매는 제2 공간부(S2)와 제3 공간부(S3)를 모두 거쳐 후술할 고정스크롤(104)의 흡입포트(143)로 흡입될 수 있다.

여기서, 상기 흡입구(1125)가 제2 공간부(S2)와 제3 공간부(S3)에 동시에 연통될 수 있도록 형성되는 경우에는 제2 공간부측 흡입구(1125a)와 제3 공간부측 흡입구(1125b)의 단면적을 적절하게 조절할 수 있다. 예를 들어 상기 제2 공간부(S2)에는 고정스크롤(104)의 흡입포트(143)가 연통되는데 반해 상기 제3 공간부(S3)는 플레이트부(1122)에 구비되는 연통구멍(1126)을 통해 흡입포트(143)와 연통되므로 상기 흡입구(1125)를 통해 흡입되는 냉매의 많은 양이 제2 공간부측 흡입구 방향으로 흡입될 수 있다. 따라서 냉매가 상기 제2 공간부(S2)와 제3 공간부(S3)로 균일하게 흡입되도록 하기 위해서는 상기 제2 공간부측 흡입구의 단면적보다 제3 공간부측 흡입구의 단면적이 더 크게 형성되는 것이 바람직하다. 하지만, 상기 제3 공간부측 흡입구의 단면적이 너무 넓으면 다량의 냉매가 제3 공간부(S3)로 흡입되어 흡입손실이 야기될 수 있으므로 제3 공간부측 흡입구의 단면적을 과도하게 넓게 형성하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 상기 제3 공간부측 흡입구는 제2 공간부측 흡입구의 단면적 대비 대략 25~75%의 범위내에 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 백캡(114)의 일측에는 상기 토출관과 연결되는 토출구(1141)가 형성되고, 상기 토출구(1141)에는 오일분리기(117)가 삽입될 수 있다. 상기 오일분리기(117)는 설치면에 대해 수직방향으로 설치될 수도 있지만, 원심력을 높여 오일분리 효과를 배가시키기 위해서는 오일분리기가 경사지게 설치되는 것이 바람직할 수 있다.

그리고 상기 백캡(114)의 중앙에는 상기 크랭크축(125)의 타단을 지지하는 서브베어링(118)이 설치되고, 상기 서브베어링(118)의 일측에는 상기 오일펌프(119)가 설치될 수 있다.

상기 구동모터(102)는 고정자(121)에 권선코일이 집중권 방식으로 권선될 수 있다. 그리고 상기 구동모터(102)는 회전자(122)의 회전속도가 동일한 정속모터가 사용될 수도 있으나, 압축기가 적용되는 냉동기기의 다기능화를 고려하여 회전자(122)의 회전속도가 가변될 수 있는 인버터 모터가 사용될 수 있다. 그리고 상기 구동모터(102)의 회전자(122)에는 후술할 선회스크롤(105)에 회전 가능하게 결합되어 그 선회스크롤(105)에 구동모터(102)의 회전력을 전달하는 크랭크축(125)이 결합된다.

상기 메인프레임(102)의 일측면에는 고정스크롤(104)이 고정 결합된다. 상기 고정스크롤(104)은 메인프레임(102)에 고정되도록 원판모양으로 고정경판(141)이 형성되고, 상기 고정경판(141)의 일측면에는 압축실(P)을 형성하기 위한 고정랩(142)이 형성되며, 상기 경판(141)의 가장자리에는 흡입구(1125)과 직접 연결되는 흡입포트(143)가 형성되고, 상기 고정경판(141)의 중심부에는 토출포트(144)가 형성된다. 그리고 상기 고정스크롤(104)의 배면에는 상기 토출포트(144)를 통해 토출되는 냉매가 제2 공간부(S2)를 거치지 않고 제1 공간부(S1)로 이동하도록 안내하는 토출커버(145)가 설치될 수 있다. 상기 토출커버(145)는 상기 고정스크롤(104)에 체결하고 그 고정스크롤(104)을 상기 메인프레임(102)에 체결할 수도 있지만, 상기 토출커버(145)와 고정스크롤(104)을 함께 메인프레임(102)에 체결할 수도 있고 상기 토출커버(145)와 고정스크롤(104) 그리고 메인프레임(102)을 함께 쉘(111)에 체결할 수 있다. 이렇게 상기 토출커버와 고정스크롤 또는 토출커버와 고정스크롤 그리고 메인프레임을 함께 체결하는 경우에는 체결볼트의 개수와 조립공수를 줄여 압축기의 제조비용을 절감할 수 있다.

상기 메인프레임(102)의 상면과 고정스크롤(104)의 저면 사이에는 그 고정스크롤(104)과 함께 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하는 선회스크롤(105)이 설치된다. 상기 선회스크롤(105)은 상기 메인프레임(102)과 고정스크롤(104) 사이에서 선회운동을 하도록 원판모양으로 선회경판(151)이 형성되고, 상기 선회경판(151)의 일측면에는 고정랩(142)과 맞물려 압축실(P)을 형성하는 선회랩(152)이 형성되며, 상기 선회경판(151) 타측면에는 크랭크축(125)과 결합되는 보스부(153)가 돌출 형성된다.

상기 선회스크롤(105)과 메인프레임(102)의 사이에는 상기 선회스크롤(105)이 구동모터(102)의 회전력을 전달받아 자전은 하지 않으면서 공전만 할 수 있도록 하는 자전방지부재인 올담링(171)이 설치된다. 상기 자전방지부재는 도 5에서와 같이 키를 갖는 올담링 외에 키 없는 올담링(172)으로 이루어질 수도 있고, 도 6에서와 같이 선회스크롤(105)에 핀(1731)이 구비되고 맞은 편에 링을 갖는 홈(1732)이 형성되는 핀과 링 타입으로 이루어질 수 있다.

상기 고정랩(142)과 선회랩(152)은 랩두께가 균일한 인벌류트 형상으로 형성되거나 또는 랩의 끝단에서 시작단 방향, 즉 냉매의 흡입에서 토출방향으로 갈수록 랩두께가 일정한 비율로 두꺼워지는 대수나선 형상으로 형성될 수도 있다.

하지만, 상기 고정랩(142)과 선회랩(152)이 통상적인 인벌류트 형상으로 형성되는 경우에는 랩의 두께가 일정하게 되므로 용적변화율도 일정하게 된다. 따라서, 인벌류트 곡선을 이용한 스크롤 압축기에서 높은 압축비를 얻기 위해서는 랩의 권수를 늘리거나 랩의 높이를 높여야 한다. 그러나 랩의 권수가 늘어나면 압축기의 크기도 함께 커지게 되고 랩의 높이를 높이면 랩 강도가 약해져 신뢰성이 저하될 수 있다.

반면, 상기 고정랩(142)과 선회랩(152)이 대수나선 형상으로 형성되는 경우에는 랩의 권수를 늘리지 않고도 압축비를 일정정도까지는 높일 수 있지만, 랩을 대수나선 형상으로 설계할 경우에는 흡입단(즉, 랩의 끝단)의 랩두께가 정해지면 토출단(즉, 랩의 시작단)의 랩두께도 함께 정해지게 되어 랩의 설계자유도가 낮아지게 되고 이로 인해 스크롤 압축기의 압축비를 원하는 냉동능력에 맞게 설계하는데 한계가 있었다.

이를 감안하여, 본 실시예에서는 상기 고정랩(142)과 선회랩(152)이 복수 개의 균일구간 사이에 가변구간을 가지도록 형성하여 상기 랩의 토출단 두께(즉, 랩의 시작단 두께)를 흡입단 두께(즉, 랩의 끝단 두께)에 비해 현저하게 크게 형성할 수 있고 이를 통해 압축비의 변화에 따라 랩의 두께를 두껍게 하여 압축기 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 고정랩과 선회랩(고정랩과 선회랩은 대칭되도록 형성됨에 따라 이하에서는 선회랩을 대표예로 살펴봄)(152)은 랩의 흡입측 끝단(랩의 끝각)에서 일정 구간까지는 랩두께가 동일한 제1 균일구간(1521)이 형성되고, 상기 제1 균일구간(1521)의 내측 끝단에서 일정 구간까지는 랩두께가 토출측으로 갈수록 두꺼워지는 가변구간(1522)이 형성되며, 상기 가변구간(1522)의 내측 끝단에서 랩의 토출측 끝단(랩의 시작각)까지는 랩두께가 동일한 제2 균일구간(1523)이 형성된다.

상기 제1 균일구간(1521)의 랩두께는 제2 균일구간(1522)의 랩두께에 비해 얇게 형성된다. 바람직하게는, 상기 제1 균일구간(1521)의 랩두께를 t1이라 하고 제2 균일구간(1523)의 랩두께를 t2라고 할 때, 두 균일구간에서의 랩두께 비율(t2/t1)은, 적어도 1.5 ≤ (t2/t1) ≤ 3.0 범위가 되도록 형성될 수 있다. 여기서, 두 균일구간(1521,1523)에서의 랩두께의 비율이 1.5 이하가 되는 경우에는 토출측 끝단쪽의 랩두께가 종래의 대수나선 형상의 선회랩과 비교하여 얇기 때문에 압축비가 기대만큼 증가하지 않을 수 있다. 반면, 상기 랩두께의 비율이 3.0 이상이 되는 경우에는 토출구측의 제2 균일구간(1523)의 랩두께가 너무 두꺼워지면서 적정한 토출구 확보가 어려워지고 이로 인해 토출구의 면적이 좁아지면서 토출저항이 증가하여 압축기 성능이 저하될 우려가 있다.

그리고 상기 가변구간의 랩두께(t3)는 최소 랩두께가 제1 균일구간(1521)의 랩두께(t1)보다는 크거나 같고 최대 랩두께는 제2 균일구간(1523)의 랩두께(t2)는 같거나 작게 형성될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 146은 체크밸브, 1251은 오일유로이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 횡형 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(102)에 전원이 인가되면, 상기 크랭크축(125)이 회전자(142)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(105)에 회전력을 전달하게 된다.

그러면 상기 선회스크롤(105)은 올담링(171)에 의해 메인프레임(102)에서 편심 거리만큼 선회운동을 하면서 고정랩(142)과 선회랩(152) 사이에 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(P)이 형성하게 된다.

그러면 상기 압축실(P)은 선회스크롤(105)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 흡입구(1125)를 통해 압축실(P)로 흡입되는 냉매를 압축하고, 이 압축된 냉매는 내측의 최종 압축실에 연통된 토출포트(144)를 통해 케이싱(101)의 제1 공간부(S1)로 토출된다.

여기서, 상기 흡입구(1125)를 통해 제2 공간부(S2)로 흡입되는 일부의 냉매는 고정스크롤(104)의 흡입포트(1043)를 통해 직접 압축실(P)로 흡입되는 반면, 상기 제3 공간부(S3)로 이동하는 일부의 냉매는 제어유닛(106)을 이루는 아이지비티(161)와 회로기판(162)에 직접 접촉되어 냉각한 다음에 연통구멍(1126)을 통해 제2 공간부(S2)로 이동하였다가 상기 고정스크롤(104)의 흡입포트(143)를 통해 압축실(P)로 흡입된다. 이로써, 상기 흡입구(1125)를 통해 흡입되는 찬 냉매의 일부가 제어유닛(106)이 설치된 제3 공간부(S3)를 순회하면서 제어유닛(106)을 직접 냉각하게 되므로 별도의 방열핀과 같은 냉각구조물이 없더라도 제어유닛을 효과적으로 냉각할 수 있어 압축기의 성능과 신뢰성을 높이고 제어유닛의 부품이 열화되는 것을 방지할 수 있다.

반면, 압축실(P)에서 토출되는 냉매는 상기 토출커버(145)에 의해 중간공간(5)으로 토출되고, 이 중간공간(5)으로 토출되는 냉매는 상기 고정스크롤(104)의 배기구멍(1511)과 메인프레임(102)의 배기통로(1311)를 통해 제1 공간부(S1)로 이동을 하게 되고, 상기 제1 공간부(S1)로 이동하는 냉매는 차압분리판(115)의 배기구멍(1151)을 통해 제4 공간부(S4)로 이동하게 되며, 상기 제4 공간부(S4)로 이동하는 냉매는 오일과 분리되어 토출구(1145)를 통해 냉동사이클로 이동을 하게 된다. 이때, 상기 냉매에서 분리되는 오일은 오일펌프(119)에 의해 펌핑되어 압축부로 공급된다. 그리고 상기 제1 공간부(S1)에 담긴 오일은 그 제1 공간부(S1)와 제4 공간부(S4)의 압력차에 의해 상기 차압분리판(115)의 오일구멍(1152)을 통해 제4 공간부(S4)로 이동하여 냉매에서 분리되는 오일과 함께 오일펌프(119)로 펌핑되어 압축부로 공급된다.

한편, 본 발명에 의한 횡형 스크롤 압축기에서 제어유닛을 냉각시키기 위한 방열유닛의 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 흡입구(1125)를 통해 케이싱(101)의 내부공간으로 흡입되는 냉매의 일부를 제어유닛(106)이 구비된 제3 공간부(S3)로 안내하여 제어유닛(106)을 냉각한 후 압축실(P)로 흡입되도록 하는 것이었다.

하지만, 본 실시예에서는 도 8에서와 같이, 상기 흡입구(1125)가 제2 공간부(S2)로만 연통되도록 형성되는 동시에 프론트캡(112)의 플레이트부(1122)의 일측면에 다수 개의 방열핀(1126)을 형성하여 흡입구(1125)를 통해 유입되는 냉매가 프론트캡(112)의 플레이트부(1122)에 구비된 방열핀(1126)과 접촉되어 프론트캡(112)을 냉각시킴으로써 제3 공간부(S3) 또는 아이지비티(161)를 간접적으로 냉각시키게 된다.

이 경우 상기 흡입구(1125)를 통해 흡입되는 냉매가 제3 공간부(S3)로 유입되지 않음에 따라 제3 공간부(S3)를 순회할 때 냉매가 예열되면서 흡입손실이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또 한편, 도 8에 도시된 실시예와 달리 또 다른 실시예인 본 실시예에서는 도 9에서와 같이 프론트캡(112)의 내부에 냉매가 통과할 수 있도록 냉매유로(1127)가 프론트캡(112)의 플레이트부(1122)에 형성될 수 있다. 이 냉매유로(1127)의 입구는 흡입구(1125)와 연통되는 반면 출구는 제2 공간부(S2)에 연통되도록 형성될 수 있다.

상기 흡입구(1125)를 통해 흡입되는 냉매의 일부가 냉매유로(1127)를 통과하면서 프론트캡(112)을 냉각하게 되고, 상기 프론트캡(112)이 냉각됨에 제3 공간부(S3)가 냉각되어 아이지비티 등을 간접 냉각할 수 있게 된다.

이 경우, 상기 흡입구(1125)를 통해 흡입되는 냉매가 좁고 긴 냉매유로(1127)를 통과함에 따라 흡입저항이 발생되어 도 8의 실시예에 비해서는 흡입손실이 발생될 수 있지만, 전술한 도 4에 도시된 실시예에 비해서는 냉매가 제3 공간부로 유입되지 않아 아이지비티 등과 직접 접촉되지 않음에 따라 아이지비티 등의 소자가 냉매에 의해 손상되거나 과하게 예열되는 것을 방지할 수 있다.

101 : 케이싱 111 : 쉘
112 : 프론트캡 1125 : 흡입구
1125a : 제2 공간부측 흡입구 1125b : 제3 공간부측 흡입구
113 : 탑플레이트 114 : 백캡
115 : 차압분리판 1151 : 배기구멍
1152 : 오일구멍 116 : 단자부
117 : 오일분리기 118 : 서브베어링
119 : 오일펌프 102 : 구동모터
121 : 고정자 122 : 회전자
125 : 크랭크축 103 : 메인프레임
132 : 메인베어링 104 : 고정스크롤
132 : 고정랩 143 : 흡입포트
144 : 토출포트 105 : 선회스크롤
151 : 선회경판 152 : 선회랩
106 : 제어유닛 171 : 올담링
172 : 키없는 올담링 1731,1732 : 핀, 홈
P : 압축실 S1,S2,S3,S4 : 공간부
S5 : 중간공간

Claims (11)

1. 밀폐된 내부공간이 구비되는 케이싱;
   상기 케이싱의 내부공간에 설치되고, 고정자와 회전자를 갖는 구동모터;
   상기 구동모터의 회전자에 결합되는 크랭크축;
   상기 크랭크축에 결합되고 선회랩을 갖는 선회스크롤 및 그 선회스크롤의 선회랩에 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하도록 고정랩을 갖는 고정스크롤을 포함하는 압축부;
   상기 구동모터를 제어하도록 상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 제어유닛; 및
   상기 구동모터와 상기 제어유닛을 전기적으로 연결하는 단자부;를 포함하고,
   상기 케이싱의 내부공간은, 상기 구동모터가 설치되고 토출관이 연통되는 제1 공간부, 상기 압축부가 설치되는 제2 공간부, 그리고 상기 제어유닛이 설치되는 제3 공간부로 구획되고,
   상기 제2 공간부와 상기 제3 공간부는 서로 연통되도록 형성되고,
   상기 제2 공간부와 상기 제3 공간부 중 적어도 어느 하나에는 흡입관이 연통되고,
   상기 단자부는,
   상기 제2 공간부와 상기 제3 공간부를 상기 제1 공간부와 구획하는 구획부재를 관통하여 상기 구동모터와 상기 제어유닛을 전기적으로 연결하는 단자핀; 및
   상기 단자핀 중 적어도 상기 제2 공간부와 상기 제3 공간부에 배치되는 부위를 감싸는 몰딩부;를 포함하는 횡형 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 케이싱에는 흡입관이 연결되도록 흡입구가 형성되고, 상기 흡입구는 상기 제2 공간부와 제3 공간부에 함께 연통되도록 형성되는 횡형 스크롤 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 케이싱에는 흡입관이 연결되도록 흡입구가 형성되고, 상기 흡입구는 상기 제3 공간부에 독립적으로 연통되도록 형성되는 횡형 스크롤 압축기.
4. 제1항에 있어서, 상기 케이싱은,
   상기 구동모터가 설치되는 쉘(shell);
   상기 쉘의 일단에 결합되어 상기 압축부를 수용하는 프론트캡(front cap); 및
   상기 프론트캡의 일단에 결합되어 상기 제어유닛을 수용하는 탑플레이트(top plate);를 포함하고,
   상기 프론트캡은,
   상기 쉘에 결합되고 흡입관과 연결되도록 흡입구가 형성되는 캡부; 및
   상기 캡부에 일체로 형성되어 상기 제2 공간부와 제3 공간부를 구획하며 상기 제2 공간부와 제3 공간부가 연통되도록 연통구멍이 형성되는 플레이트부;를 포함하는 횡형 스크롤 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 흡입구는 상기 플레이트부에 의해 제2 공간부측 흡입구와 제3 공간부측 흡입구로 구획되는 횡형 스크롤 압축기.
6. 밀폐된 내부공간이 구비되는 케이싱;
   상기 케이싱의 내부공간에 설치되고, 고정자와 회전자를 갖는 구동모터;
   상기 구동모터의 회전자에 결합되는 크랭크축;
   상기 크랭크축에 결합되고 선회랩을 갖는 선회스크롤 및 그 선회스크롤의 선회랩에 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하도록 고정랩을 갖는 고정스크롤을 포함하는 압축부;
   상기 구동모터를 제어하도록 상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 제어유닛; 및
   상기 구동모터와 상기 제어유닛을 전기적으로 연결하는 단자부;를 포함하고,
   상기 케이싱의 내부공간은, 상기 구동모터가 설치되고 토출관이 연통되는 제1 공간부, 상기 압축부가 설치되고 흡입관이 연통되는 제2 공간부, 그리고 상기 제어유닛이 설치되는 제3 공간부로 구획되고,
   상기 제어유닛은 상기 제2 공간부와 제3 공간부를 구획하는 구획부재에 설치되고, 상기 구획부재에는 상기 케이싱으로 흡입되는 냉매가 접촉되도록 방열부가 형성되고,
   상기 단자부는,
   상기 제1 공간부와 제2 공간부를 구획하는 구획부재와 상기 제2 공간부와 제3 공간부를 구획하는 구획부재를 관통하여 상기 구동모터와 상기 제어유닛을 전기적으로 연결하는 단자핀; 및
   상기 단자핀 중 적어도 상기 제2 공간부에 배치되는 부위를 감싸는 몰딩부;를 포함하는 횡형 스크롤 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 방열부는 상기 제2 공간부에 속하는 구획부재의 일측면에 다수 개의 방열핀이 형성되어 이루어지는 횡형 스크롤 압축기.
8. 제6항에 있어서,
   상기 방열부는 상기 흡입관과 연통되는 냉매유로가 상기 구획부재의 내부에 형성되고,
   상기 냉매유로의 출구는 상기 제2 공간부에 연통되도록 형성되는 횡형 스크롤 압축기.
9. 삭제
10. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 고정스크롤에는 흡입포트와 토출포트가 형성되고, 상기 고정스크롤에는 상기 흡입포트와 토출포트 사이를 분리하는 동시에 상기 토출포트의 주변에 상기 제2 공간부와 분리된 중간공간을 형성하도록 토출커버가 결합되며,
    상기 토출포트의 주변에는 상기 중간공간과 제1 공간부를 연통시키도록 적어도 한 개 이상의 배기구멍이 형성되는 횡형 스크롤 압축기.
11. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 고정랩과 선회랩은 각각 랩 끝단에서 랩 시작단 방향으로 제1 균일구간과 가변구간 그리고 제2 균일구간이 서로 연속하여 형성되고,
    상기 제1 균일구간의 랩두께보다 제2 균일구간의 랩두께가 더 두껍게 형성되는 횡형 스크롤 압축기.
    
    

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