KR101642178B1

KR101642178B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR101642178B1
Application number: KR1020140023125A
Authority: KR
Inventors: 원종보; 박일영; 임권수
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2016-07-25
Also published as: CN105026763A; KR20150004251A; US20150010417A1; US10094379B2; CN105026763B; DE112014000335T5; WO2015002375A1; DE112014000335B4

Abstract

본 발명은 고정스크롤과 선회스크롤의 상대 회전에 의해 압축실의 체적이 점차 감소하면서, 압축실에 갇힌 냉매의 압축이 이루어지는 스크롤 압축기에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배압실의 압력을 토출 냉매압과 연계하여 관리함으로써, 스크롤 전체 압력구간에서 내부 리크와 동력 손실 없이 배압실의 압력에 의해 선회스크롤이 지지되는 스크롤 압축기가 제공된다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선회스크롤의 배면에 작용하는 배압실의 압력이 토출실의 압력에 따라 조절되는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 냉각시스템에서 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기는 다양한 형태로 개발되어 왔다. 이와 같은 압축기에는 냉매를 압축하는 구성이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다.

여기서, 왕복식에는 구동원의 구동력을, 크랭크를 사용하여 복수개의 피스톤으로 전달하는 크랭크식, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식, 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있고, 회전식에는 회전축과 베인을 사용하는 베인식, 선회 스크롤과 고정 스크롤을 사용하는 스크롤식이 있다.

도 1에는 종래 기술에 의한 스크롤 압축기의 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 스크롤 압축기는 외관을 형성하는 하우징(10) 내부에 구동부(20)와, 압축부(30)와, 제어부(40)가 설치되고, 상기 하우징(10)의 내부 공간은 흡입실(50)과, 압축실(60)과, 토출실(70)과, 배압실(80)로 구획된다.

상기 구동부(20)는 상기 하우징(10)의 내부에 동축 상으로 장착되는 고정자(21)와 회전자(22), 및 이들을 관통하여 설치되는 회전축(23)을 포함하여 구성되고, 상기 압축부(30)는 상기 하우징(10)의 내부 일측에 고정되는 고정스크롤(31), 및 상기 구동부(20)에 의해 편심 회전하면서 상기 고정스크롤(31)과 맞물려 압축실(60)을 형성하는 선회스크롤(32)을 포함하여 구성되며, 이때 선회스크롤(32)은 편심부시(24)에 의해 회전축(23)에 편심 결합된다.

또한, 상기 제어부(40)는 상기 하우징(10)의 내측에 장착되는 PCB 등 각종 구동회로 및 소자들을 포함하여 구성된다.

상기 흡입실(50)은 상기 하우징(10)의 외부로부터 흡입되는 냉매가 저장되는 공간이고, 상기 압축실(60)은 상기 흡입실(50)로 흡입된 냉매가 압축되는 공간이며, 상기 토출실(70)은 상기 압축실(60)에서 압축된 냉매가 토출되는 공간이고, 상기 배압실(80)은 상기 선회스크롤(32)이 상기 고정스크롤(31) 방향으로 밀착하도록 압력이 형성되는 공간이다.

위와 같이 구성된 스크롤 압축기에 의해 냉매가 압축되는 과정을 살펴보면, 먼저 접속단 등을 통해 제어부(40)로 외부 전원이 인가되면, 상기 제어부(40)는 구동회로 등을 통해 구동부(20)로 동작 신호를 전송한다.

상기 구동부(20)로 동작 신호가 전송되면, 하우징(10)의 내주면에 압입되어 있는 전자석 형태의 고정자(21)가 여자되어 자성을 띠게 되고, 그에 따라 회전자(22)와 고정자(21) 간에 전자기적인 상호 작용이 이루어져 회전자(22)가 고속으로 회전하게 된다.

이때, 구동부(20)의 회전축(23)이 회전자(22)와 함께 고속 회전하게 되면, 이 회전축 후단에 편심 결합된 압축부(30)의 선회스크롤(32)이 동기하여 고속으로 편심 회전하게 되고, 이에 따라 마주보는 상태로 정합된 고정스크롤(31)에 대하여 선회스크롤(32)이 공전함에 따라, 상기 흡입실(50)에서 압축실(60)로 유동한 냉매가 스크롤 외주로부터 스크롤 중심부로 고압으로 압축된 후 상기 토출실(70)로 토출되면서 일련의 냉매 압축 동작이 완료하게 된다.

한편, 상기 토출실(70)로 토출된 냉매는 하우징(10)의 외부로 이송되고, 이 중 일부의 냉매는 배압실(80)로 이송되며, 배압실(80)로 이송된 냉매에 의해 상기 배압실(80)에는 압력이 발생하고, 이 압력에 의해 상기 선회스크롤(32)이 상기 고정스크롤(31) 방향으로 밀착되어 선회스크롤(32)과 고정스크롤(31)이 간극 없이 밀착되면서 압축실(60)이 밀폐될 수 있게 한다.

여기서, 상기 배압실(80)의 압력은 배압실(80)에 설치된 체크 밸브(90)를 통해 흡입실(50)의 압력과 연동되어 조절된다. 즉, 배압실(80)의 압력이 흡입실(50)의 압력보다 일정 크기 이상 높을 경우, 상기 체크 밸브(90)가 열리면서 배압실(80)의 냉매가 흡입실(50)로 이송되어, 배압실(80)의 압력은 흡입실(50)의 압력 대비 일정 크기 만큼만 높도록 유지되는 것이다.

이처럼 흡입실(50)과 배압실(80)의 압력차에 의해 체크 밸브가 작동하여 배압실(80)의 압력을 조정하는 예는, 일본공개특허공보 1998-110688(특허문헌 1)에도 개시된 바 있다.

그런데, 고압이 형성되는 압축실(60)의 스크롤 구간에서는, 배압실(80)의 압력에 비해 토출압력이 높으므로 선회스크롤(32)이 배압실(80) 쪽으로 미세 이동하게 되고, 고정스크롤(31)과 선회스크롤(32) 사이에 발생되는 간극으로 인해 내부 리크(leak)가 발생한다.

또한, 상대적으로 저압이 형성되는 압축실(60)의 스크롤 구간에서는, 토출압력에 비해 배압실의 압력이 높음에 따라, 선회스크롤(32)이 고정스크롤(31) 방향으로 과다하게 밀착되어 선회스크롤(32)의 구동을 위해 더 많은 전력을 필요로 하게 된다.

아울러, 특허문헌 1과 같이 배압실(80)의 압력을 흡입실(50)의 압력과 연계하여 관리하는 경우, 흡입 유로의 단면적 등 규격이 불균일할 뿐만 아니라, 흡입실(50)에서 고온으로 발열되는 고정자(21)가 냉매의 온도를 상승시켜, 측정된 흡입 냉매압과 흡입실의 실제 냉매압 사이에 오차가 발생함에 따라, 배압 관리에 불리한 측면이 있다.

특허문헌 1 : 일본공개특허공보 1998-110688(1998.04.28 공개)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일 실시예는, 배압실의 압력을 토출 냉매압과 연계하여 관리함으로써, 스크롤의 전체 압력구간에서 내부 리크 없이 배압실의 압력에 의해 선회스크롤이 지지되는 스크롤 압축기와 관련된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 흡입포트와 토출포트가 외주면에 서로 이격하여 구비되고 내부에 흡입실과 토출실이 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부 일측에 설치되고 상기 토출실과 연통되는 토출구가 중앙에 관통 형성되는 고정스크롤과, 상기 하우징의 내부 타측에 장착되고 회전 샤프트가 구비되는 구동모터와, 상기 회전 샤프트의 일측 단부에 편심 결합되어 상기 고정스크롤에 대하여 공전하며 상기 고정스크롤과 함께 복수의 압축실을 형성하는 선회스크롤과, 상기 선회스크롤과 상기 회전 샤프트 사이에 형성되어 상기 선회스크롤을 상기 고정스크롤 방향으로 지지하는 배압실과, 상기 토출실과 상기 배압실을 연통하도록 형성되는 제1 유로와 상기 배압실과 상기 흡입실을 연통하도록 형성되는 제2 유로를 포함하는 배압조절 유로를 포함하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 토출실의 압력에 따라 상기 배압실의 압력을 조절하는 압력조절장치가 상기 배압조절 유로에 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공된다.

여기서, 상기 압력조절장치는, 상기 제1 유로에 구비되며, 상기 토출실의 압력에 따라 상기 제1 유로를 개폐하는 체크밸브를 포함할 수 있다.

이때, 상기 압력조절장치는, 상기 제2 유로에 구비되는 오리피스를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 압력조절장치는, 상기 제1 유로에 구비되는 오리피스를 포함할 수 있으며, 이때 상기 압력조절장치는, 상기 제2 유로에 구비되는 오리피스를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 배압실의 냉매는 상기 오리피스를 통해 상기 흡입실로 유입된다.

또한, 상기 제1 유로는, 상기 고정스크롤의 일측에 형성되는 제1-1 유로와, 상기 제1-1 유로와 연통하도록 상기 하우징의 일측에 형성되는 제1-2 유로를 포함한다.

아울러, 상기 제2 유로는, 상기 회전 샤프트의 일단에서 길이방향으로 형성되는 제2-1 유로와, 상기 제2-1 유로의 끝단에서 상기 회전 샤프트의 외주면 방향으로 형성되는 제2-2 유로를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 흡입포트와 토출포트가 외주면에 서로 이격하여 구비되고 내부에 흡입실과 토출실이 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부 일측에 설치되고 상기 토출실과 연통되는 토출구가 중앙에 관통 형성되는 고정스크롤과, 상기 하우징의 내부 타측에 장착되고 회전 샤프트가 구비되는 구동모터와, 상기 회전 샤프트의 일측 단부에 편심 결합되어 상기 고정스크롤에 대하여 공전하며 상기 고정스크롤과 함께 복수의 압축실을 형성하는 선회스크롤과, 상기 선회스크롤과 상기 회전 샤프트 사이에 형성되어 상기 선회스크롤을 상기 고정스크롤 방향으로 지지하는 배압실을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 토출실과 상기 배압실이 연통하도록 상기 하우징의 일측에 오리피스 홀의 형태로 제1 유로가 가공되고, 상기 배압실과 상기 흡입실을 연통하도록 제2 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공된다.

이때, 상기 제2 유로에 구비되는 오리피스를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 유로는, 상기 고정스크롤의 일측에 형성되고 일단이 상기 토출실과 연통하는 제1-1 유로와, 일단이 상기 제1-1 유로와 연통하고 타단이 상기 배압실의 일측으로 연통하는 제1-2 유로를 포함한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 토출실과 배압실이 서로 연통되고, 압력조절장치 또는 오리피스 홀에 의해 배압실의 압력이 토출실의 압력과 연계하여 관리되므로, 스크롤의 전체 압력구간에서 동력손실이나 내부 리크 없이 배압실의 압력에 의해 선회스크롤이 지지되도록 할 수 있고, 이에 따라 압축기의 효율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 스크롤 압축기의 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스크롤 압축기의 토출압과 배압실 압력의 관계를 보여주는 그래프.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도.
도 5는 본 발명이 제3 실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 COP 향상율을 보여주는 그래프.

이하, 본 발명인 스크롤 압축기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래의 실시예들은 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

실시예

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스크롤 압축기(100)는, 대략 속이 빈 원통 형상으로 형성되는 하우징(200)과, 이 하우징(200)의 내부 일측에 설치되는 고정스크롤(300)과, 하우징(200)의 내부 타측에 설치되는 구동모터(400)와, 구동모터(400)의 회전 샤프트(421) 일측 단부에 편심 결합되어 고정스크롤(300)에 대하여 공전하는 선회스크롤(500)과, 선회스크롤(500)과 회전 샤프트(421) 사이에 형성되는 배압실(700)을 포함한다.

이때, 하우징(200) 내 토출실(230a)과 배압실(700) 및 흡입실(210a)을 연통하도록 배압조절 유로(800)가 형성되며, 배압조절 유로(800)의 일측에 압력조절장치(900)가 설치되어 토출실(230a)의 압력에 따라 배압실(700)의 압력을 조절하게 된다.

여기서, 하우징(200)은 스크롤 압축기(100)의 전체적인 외관을 이루는데, 구동모터(400)가 내부에 장착되는 구동부 하우징(210)과, 구동부 하우징(210)의 전방에 결합되고 구동모터(400)의 제어를 위한 인버터(221)가 내부에 구비되는 헤드 하우징(220)과, 구동부 하우징(210)의 후방에 결합되는 커버 하우징(230)을 포함하여 구성된다.

구동부 하우징(210)의 외주면 일측에는 냉매를 내부의 흡입실(210a)로 흡입하는 흡입포트(미도시)가 형성되며, 커버 하우징(230)의 외주면 일측에는 냉매를 외부로 공급하기 위한 토출포트(미도시)가 형성되는데, 이 토출포트는 커버 하우징(230) 내부에 형성되는 토출실(230a)과 연통된다.

이때, 구동부 하우징(210), 헤드 하우징(220), 및 커버 하우징(230)의 형상은 다양한 변형이 가능하고, 전체 하우징(200) 역시 다양한 구성으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 구동부 하우징(210)은 도 2에 도시된 바와 같이 서로 대향 결합하는 전방 하우징(211)과 후방 하우징(212) 두 개의 파트로 이루어질 수 있으며, 전방 하우징(211)과 후방 하우징(212)이 일체로 형성되거나, 구동부 하우징(210)과 헤드 하우징(220), 또는 구동부 하우징(210)과 커버 하우징(230)이 일체로 형성되는 것도 가능하다.

구동부 하우징(210)의 내부에는 흡입실(210a)을 이루는 공간부가 형성되며, 이 공간부에 구동모터(400)가 장착된다.

구동모터(400)는 고정자(410)와 회전자(420)를 포함하여 이루어진다. 이때, 고정자(410)는 중앙이 관통된 원통 형상으로서 구동부 하우징(210)의 내주면에 압입 등에 의해 고정 장착되는 고정자 코어(411)와, 이 고정자 코어(411)에 권선되는 코일(412) 다발로 이루어진다.

회전자(420)는 고정자(410)의 내측에 동축 상으로 장착되어 회전 구동하게 되며, 고정자 코어(411)의 중앙 관통공에 회전 가능하게 삽입되어 중심 축선을 따라 길게 배치되는 회전 샤프트(421)와, 이 회전 샤프트(421)의 외주면에 부착되는 영구자석(422)으로 구성될 수 있다.

따라서, 고정자 코어(411)에 권선된 코일(412)에 전류가 흐르면 고정자 코어(411)에는 자기장이 형성되며, 모터의 구동원리에 따른 고정자(410)와 영구자석(422) 간의 상호작용에 의해 회전 샤프트(421)가 회전 구동하게 된다.

이때, 전방 하우징(211)의 바닥면에는 제1 베어링(213)이 고정 설치되는 제1 베어링 수용부(214)가 돌출 형성되고, 후방 하우징(212)의 바닥면에는 제2 베어링(215)이 고정 설치되는 제2 베어링 수용부(216)가 돌출 형성되며, 구동모터(400)의 회전 샤프트(421)는 전단이 제1 베어링(213)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 후단은 제2 베어링(215)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

한편, 도시되지는 않았으나, 구동부 하우징(210)의 외주면 일측에는 냉매를 흡입할 수 있도록 흡입포트가 형성되며, 이 흡입포트를 통해 구동부 하우징(210) 내 흡입실(210a)로 흡입된 냉매는 후술하는 압축실(600)에서 고압으로 압축되어 토출실(230a)로 토출된 후, 흡입포트와 이격하여 형성되는 토출포트를 통해 외부로 공급된다.

헤드 하우징(220)은 구동부 하우징(210)의 전방에 결합되며, 내부에는 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터(221)가 구비된다. 인버터(221)는 구동모터(400)의 회전속도를 제어함으로써 냉매의 압축량을 제어하여, 차량 실내를 원하는 온도로 일정하게 유지할 수 있게 하는 역할을 한다.

구동부 하우징(210)의 후방에는 외주면 일측에 토출포트가 구비되는 커버 하우징(230)이 결합되며, 커버 하우징(230)의 내부에 고정스크롤(300)과 선회스크롤(500)이 서로 대향하도록 설치된다.

고정스크롤(300)은 원판 형태의 고정단판(310)과, 고정단판(310)의 일면에서 중심을 향해 수렴하도록 와선형으로 돌출 형성되는 고정랩(320)을 포함한다. 또한, 선회스크롤(500)은 원판 형태의 선회단판(510)과, 선회단판(510)의 일면에서 고정랩(320)과 대향하여 중심을 향해 수렴하도록 와선형으로 돌출 형성되는 선회랩(520)을 포함한다.

이때, 고정스크롤(300)은 커버 하우징(230)의 내부 일측에 고정 설치되고, 선회스크롤(500)은 고정스크롤(300)과 대향하도록 커버 하우징(230)의 내부 타측에 설치되는데, 선회스크롤(500)은 편심부시(423)에 의해 회전 샤프트(421)의 일측 단부에 편심 결합되어, 회전 샤프트(421) 회전시 고정스크롤(300)에 대하여 공전하게 된다.

고정스크롤(300)에 대한 선회스크롤(500)의 공전시, 고정랩(320)과 선회랩(520)은 복수의 지점에서 맞닿게 되며, 이때 고정랩(320)과 선회랩(520) 사이 공간은 복수의 압축실(600)로 구획된다. 즉, 선회스크롤(500)이 공전할 때 고정스크롤(300)과 선회스크롤(500)은 상호 정합되며, 고정랩(320)과 선회랩(520)의 상대 회전에 의해, 고정랩(320)과 선회랩(520)의 외연부로 흡입된 냉매가 그 중심부로 압축되어, 고정스크롤(300)의 중앙에 관통 형성되는 토출구(311)를 통해 커버 하우징(230) 내 토출실(230a)로 토출되는 것이다.

이후, 토출실(230a)로 토출된 냉매는 토출포트를 통해 외부로 공급된다.

한편, 후방 하우징(212)의 중공 일측에 배압실(700)이 형성되는데, 이 배압실(700)은 선회스크롤(500)의 배면 즉, 회전 샤프트(421)와 대향하는 선회단판(510)의 일면과 회전 샤프트(421)의 일측 단부 사이에 형성된다.

더욱 상세하게는, 배압실(700)은 편심부시(423)와 선회단판(510)의 결합부와, 편심부시(423)의 회전공간에 걸쳐 형성되며, 배압실(700)로 유입된 냉매의 압력에 의해, 선회스크롤(500)은 고정스크롤(300) 방향으로 가압된다.

이때, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스크롤 압축기(100)에서는, 배압실(700)의 압력이 토출실(230a)의 압력과 연계되어 조절된다.

이를 위해, 하우징(200) 내에는 토출실(230a)과 배압실(700)을 연통하는 제1 유로(810)와, 배압실(700)과 흡입실(210a)을 연통하는 제2 유로(820)를 포함하는 배압조절 유로(800)가 형성된다.

또한, 배압조절 유로(800)의 일측에는 압력조절장치(900)가 설치된다. 상기 압력조절장치(900)는 제1 유로(810)의 일측에 설치되는 체크밸브(910)와, 제2 유로(820)의 일측에 설치되는 오리피스(orifice)(920)를 포함한다.

여기서, 제1 유로(810)는 고정스크롤(300)의 일측 내부를 관통하여 일단이 토출실(230a)과 연통되도록 형성되는 제1-1 유로(811)와, 일단이 제1-1 유로(811)와 연통되고 타단이 배압실(700)의 일측으로 연통되도록 후방 하우징(212)의 내부 일측에 절곡 형성되는 제1-2 유로(812)를 포함한다.

이때, 제1 유로(810)의 일측에 체크밸브(910)가 설치된다. 도 2에는 제1-1 유로(811)의 일측에 체크밸브(910)를 설치한 예가 도시되어 있으나, 필요에 따라 제1-2 유로(812)의 일측에 체크밸브(910)를 설치할 수도 있음은 물론이다,

제1 유로(810)에 설치된 체크밸브(910)에 의해, 제1 유로(810)의 개폐 작동이 이루어진다. 즉, 토출실(230a)과 배압실(700)의 압력차가 체크밸브(910)에 설정된 압력차보다 크면, 체크밸브(910)가 열려 토출실(230a)의 냉매가 배압실(700)로 유입된다.

이후, 토출실(230a)의 냉매가 제1 유로(810)를 통해 배압실(700)로 계속 유입되면서 배압실(700)의 압력이 상승하게 된다. 배압실(700)의 압력 상승으로 인해 토출실(230a)과 배압실(700)의 압력차가 체크밸브(910)에 설정된 압력차보다 작아지면, 다시 체크밸브(910)가 닫혀서 토출실(230a)로부터 배압실(700)로의 냉매 이동이 차단된다.

제2 유로(820)는 일단이 배압실(700)과 연통되도록 회전 샤프트(421)의 일측 단부에서 회전 샤프트(421)의 길이 방향을 따라 내부에 길게 연장 형성되는 제2-1 유로(821)와, 일단이 제2-1 유로(821)의 타단과 연통되고 타단이 회전 샤프트(421)의 외주면 방향으로 연장되어 흡입실(210a)의 일측으로 연통되는 제2-2 유로(822)를 포함한다.

제2 유로(820)의 일측에는 오리피스(920)가 구비되며, 오리피스(920)를 통과한 냉매는 흡입실(210a)로 유입된다. 이때, 배압실(700)의 압력은 선회스크롤(500)을 고정스크롤(300) 방향으로 가압할 정도로 유지되어야 하며, 따라서 배압실(700)로 유입되는 냉매량보다 흡입실(210a)로 유출되는 냉매량이 적도록, 유체의 체적 저항율이 높은 사양의 오리피스(920)를 설치하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스크롤 압축기의 토출압과 배압실 압력의 관계를 보여주는 그래프이며, 여기서 실선은 시간에 따른 토출압력의 변화를 가리키고, 이점쇄선은 시간에 따른 흡입압력의 변화를 가리킨다.

도 3에 일점쇄선으로 도시된 종래의 배압실 압력 변화는, 시간의 경과에 따라 이점쇄선으로 도시된 흡입압력의 변화를 추종하는 모습을 보인다. 즉, 종래의 압축기는 배압실의 압력이 흡입 압력을 기준으로 일정 범위 내로 관리되었다.

이에 비해, 본 발명의 제1 실시예에 의하면, 도 3에 점선으로 도시된 바와 같이, 시간의 경과에 따라 배압실(700)의 압력 변화가 토출압력의 변화(실선)를 추종하는 모습을 보인다. 즉, 제1 유로(810)에 설치되는 체크밸브(910)에 의해, 배압실(700)의 압력이 토출실(230a)의 압력을 기준으로 일정 범위 내로 관리되는 것이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도이다.

도 4에 도시된 제2 실시예의 구성은, 도 2를 참조하여 전술한 제1 실시예의 구성과 대동소이하며, 제1 실시예의 체크밸브(910) 대신 제1 유로(811)의 일측에 오리피스(910')가 설치된다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 전술한 제1 실시예의 구성과 동일 기능을 하는 동일 구성에 대하여는 동일한 도면부호를 부여하고 중복 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 압력조절장치(900')는 제1 유로(811)의 일측에 설치되는 오리피스(910')를 포함한다.

상기 오리피스(910')는 제1-1 유로(811) 또는 제1-2 유로(812)의 일측에 설치될 수 있으며, 냉매의 유동에 대하여 유체저항 역할을 함으로써 토출실(230a)로부터 배압실(700)로 유입되는 냉매량을 조절하고, 배압실(700)의 압력이 토출실(230a)의 압력에 연동하여 조절되게끔 한다.

이와 같이 오리피스(910')를 사용하는 경우, 체크밸브(910)를 사용한 경우와 비교하여 비용이 절감되는 효과가 있으며, 배압실(700)의 압력이 흡입실(210a)의 압력보다 항상 높게 형성되므로 내부 리크 방지에 의한 압축기 성능이 더욱 향상되는 효과가 있다.

도 5는 본 발명이 제3 실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도이다.

도 5에 도시된 제3 실시예의 구성은, 도 4를 참조하여 전술한 제2 실시예의 구성과 대동소이하며, 제2 실시예의 오리피스(910')를 설치하지 않는 대신에, 제1 유로(810')가 오리피스 홀(orifice hole)의 형태로 형성된다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 전술한 제2 실시예의 구성과 동일 기능을 하는 동일 구성에 대하여는 동일한 도면부호를 부여하고 중복 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 제3 실시예에 의하면, 제1 유로(810')가 오리피스 홀의 형태로 형성된다. 즉, 제2 실시예와 같이 별도의 오리피스(910')를 설치하지 않고, 제1 유로(810')의 직경을 조정함으로써 제1 유로(810') 자체가 오리피스 기능을 하게끔 한다. 이 경우, 전술한 제2 실시예와 비교하여, 부품수 감소에 따른 조립공수 감소와, 이로 인한 제조 비용과 제조시간의 절감 효과를 기대할 수 있다.

이때, 고정스크롤(300)의 일측에 제1-1 유로(811')만을 오리피스 홀의 형태로 가공하는 것도 가능하고, 하우징(200)의 일측에 제1-2 유로(812')만을 오리피스 홀의 형태로 가공하는 것도 가능하며, 제1-1 유로(811')와 제1-2 유로(812') 둘 다 오리피스 홀의 형태로 가공하는 것도 가능하다. 아울러, 제1-1 유로(811')와 제1-2 유로(812') 각각의 구간 중 어느 일부 구간만을 오리피스 홀의 형태로 형성하는 것도 가능함은 물론이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 COP 향상율을 보여주는 그래프이다.

상술한 바와 같이, 배압실(700)의 압력이 토출실(230a)의 압력과 연계되어 관리됨에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기(100)에 의하면, 스크롤의 전체 압력구간에서 동력손실이나 내부 리크 없이 배압실(700)의 압력에 의해 선회스크롤(500)이 지지되도록 할 수 있고, 이에 따라 압축기 효율이 향상되는 효과가 있다.

도 6은 이러한 압축기 효율(COP) 향상을 볼 수 있는 그래프로서, 본 발명의 실시예에 따라 능동배압이 적용된 경우(Active BP)와, 그렇지 않은 경우(Base)의 토출 압력에 따른 배압 변화를 보여주고 있다. 상기 그래프에서 %로 표시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 능동배압이 적용된 경우, 그렇지 않은 경우에 비해 압축기 효율(COP)이 1.9% ~ 5.7% 향상됨을 알 수 있다.

100 : 스크롤 압축기 200 : 하우징
210 : 구동부 하우징 220 : 헤드하우징
230 : 커버하우징 300 : 고정스크롤
400 : 구동모터 421 : 회전 샤프트
500 : 선회스크롤 600 : 압축실
700 : 배압실 800 : 배압 조절유로
810, 810' : 제1 유로 820 : 제2 유로
900,900' : 압력조절장치 910 : 체크밸브
910',920 : 오리피스

Claims

흡입포트와 토출포트가 외주면에 서로 이격하여 구비되고 내부에 흡입실(210a)과 토출실(230a)이 형성되는 하우징(200)과, 상기 하우징(200)의 내부 일측에 설치되고 상기 토출실(230a)과 연통되는 토출구(311)가 중앙에 관통 형성되는 고정스크롤(300)과, 상기 하우징(200)의 내부 타측에 장착되고 회전 샤프트(421)가 구비되는 구동모터(400)와, 상기 회전 샤프트(421)의 일측 단부에 편심 결합되어 상기 고정스크롤(300)에 대하여 공전하며 상기 고정스크롤(300)과 함께 복수의 압축실(600)을 형성하는 선회스크롤(500)과, 상기 선회스크롤(500)과 상기 회전 샤프트(421) 사이에 형성되어 상기 선회스크롤(500)을 상기 고정스크롤(300) 방향으로 지지하는 배압실(700)과, 상기 토출실(230a)과 상기 배압실(700)을 연통하도록 형성되는 제1 유로(810)와 상기 배압실(700)과 상기 흡입실(210a)을 연통하도록 형성되는 제2 유로(820)를 포함하는 배압조절 유로(800)를 포함하는 스크롤 압축기에 있어서,
상기 토출실(230a)의 압력에 따라 상기 배압실(700)의 압력을 조절하는 압력조절장치(900,900')가 상기 배압조절 유로(800)에 설치되고,
상기 압력조절장치(900,900')는, 상기 토출실(230a)의 압력이 상승되면 상기 배압실(700)의 압력을 상승시키고, 상기 토출실(230a)의 압력이 감소되면 상기 배압실(700)의 압력을 감소시켜, 상기 토출실(230a)과 상기 배압실(700) 사이 압력차가 사전에 결정된 범위로 유지되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1에 있어서, 상기 압력조절장치(900)는,
상기 제1 유로(810)에 구비되며, 상기 토출실(230a)의 압력에 따라 상기 제1 유로(810)를 개폐하는 체크밸브(910)를 포함하고,
상기 체크밸브(910)는,
상기 토출실(230a)과 상기 배압실(700) 사이 압력차가 그 체크밸브(910)에 설정된 압력차보다 크면 열리고,
상기 토출실(230a)과 상기 배압실(700) 사이 압력차가 그 체크밸브(910)에 설정된 압력차보다 작거나 같으면 닫히는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 2에 있어서, 상기 압력조절장치(900)는,
상기 제2 유로(820)에 구비되는 오리피스(920)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1에 있어서, 상기 압력조절장치(900')는,
상기 제1 유로(810)에 구비되는 오리피스(910')를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 4에 있어서, 상기 압력조절장치(900')는,
상기 제2 유로(820)에 구비되는 오리피스(920)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 3 또는 청구항 5에 있어서,
상기 배압실(700)의 냉매는 상기 오리피스(920)를 통해 상기 흡입실(210a)로 유입되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 유로(810)는,
상기 고정스크롤(300)의 일측에 형성되는 제1-1 유로(811)와, 상기 제1-1 유로(811)와 연통하도록 상기 하우징(200)의 일측에 형성되는 제1-2 유로(812)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 유로(820)는,
상기 회전 샤프트(421)의 일단에서 길이방향으로 형성되는 제2-1 유로(821)와, 상기 제2-1 유로(821)의 끝단에서 상기 회전 샤프트(421)의 외주면 방향으로 형성되는 제2-2 유로(822)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
흡입포트와 토출포트가 외주면에 서로 이격하여 구비되고 내부에 흡입실(210a)과 토출실(230a)이 형성되는 하우징(200)과, 상기 하우징(200)의 내부 일측에 설치되고 상기 토출실(230a)과 연통되는 토출구(311)가 중앙에 관통 형성되는 고정스크롤(300)과, 상기 하우징(200)의 내부 타측에 장착되고 회전 샤프트(421)가 구비되는 구동모터(400)와, 상기 회전 샤프트(421)의 일측 단부에 편심 결합되어 상기 고정스크롤(300)에 대하여 공전하며 상기 고정스크롤(300)과 함께 복수의 압축실(600)을 형성하는 선회스크롤(500)과, 상기 선회스크롤(500)과 상기 회전 샤프트(421) 사이에 형성되어 상기 선회스크롤(500)을 상기 고정스크롤(300) 방향으로 지지하는 배압실(700)을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서,
상기 토출실(230a)과 상기 배압실(700)을 연통하도록 제1 유로(810')가 형성되고, 상기 배압실(700)과 상기 흡입실(210a)을 연통하도록 제2 유로(820)가 형성되고,
상기 제1 유로(810’)와 상기 제2 유로(820)는, 상기 토출실(230a)의 압력이 상승되면 상기 배압실(700)의 압력을 상승시키고, 상기 토출실(230a)의 압력이 감소되면 상기 배압실(700)의 압력을 감소시켜, 상기 토출실(230a)과 상기 배압실(700) 사이 압력차가 사전에 결정된 범위로 유지되도록 형성되고,
상기 제1 유로(810’)는 상기 하우징(200)의 일측에 오리피스 홀의 형태로 가공되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 9에 있어서,
상기 제2 유로(820)에 구비되는 오리피스(830)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 9에 있어서, 상기 제1 유로(810')는,
상기 고정스크롤(300)의 일측에 형성되고 일단이 상기 토출실(230a)과 연통하는 제1-1 유로(811')와, 일단이 상기 제1-1 유로(811')와 연통하고 타단이 상기 배압실(700)의 일측으로 연통하는 제1-2 유로(812')를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 9에 있어서, 상기 제2 유로(820)는,
상기 회전 샤프트(421)의 일단에서 길이방향으로 형성되는 제2-1 유로(821)와, 상기 제2-1 유로(821)의 끝단에서 상기 회전 샤프트(421)의 외주면 방향으로 형성되는 제2-2 유로(822)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.