KR101803872B1 - 분리식 고정스크롤을 갖는 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리식 고정스크롤을 갖는 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 케이스; 상기 케이스 내에 설치되는 고정랩 지지부; 상기 고정랩 지지부에 의해 지지되는 고정랩; 상기 고정랩과 맞물려 압축실을 형성하는 선회스크롤; 및 상기 선회스크롤을 지지하며, 상기 케이스 내에 설치되는 메인프레임;을 포함하는 스크롤 압축기가 제공된다.

Description

분리식 고정스크롤을 갖는 스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR WITH SPLIT TYPE FIXED SCROLL}

본 발명은 분리식 고정스크롤을 갖는 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고정스크롤에 대해서 선회스크롤이 선회운동을 하면서 압축이 이루어지는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤 압축기는 대향하는 한 쌍의 스크롤에 의해 형성되는 압축실의 체적을 변화시켜 냉매가스를 압축하는 압축기이다. 스크롤 압축기는 왕복동식 압축기 또는 로타리 압축기에 비해 효율이 높고, 진동 및 소음이 낮으며, 소형 및 경량화가 가능하여 특히 공기조화기에 넓게 사용되고 있는 추세이다.

상기 스크롤 압축기는 냉매가 압축실로 공급되는 유형에 따라 저압식과 고압식으로 구분될 수 있다. 즉, 저압식 스크롤 압축기는 냉매가 케이싱의 내부공간을 통해 압축실로 간접 흡입되는 것으로 상기 케이싱의 내부공간이 흡입공간과 토출공간으로 나뉘어져 있다. 반면, 고압식 스크롤 압축기는 냉매가 케이싱의 내부공간을 거치지 않고 직접 압축실로 공급되었다가 상기 케이싱의 내부공간으로 토출되는 것으로 상기 케이싱의 내부공간 전체가 토출공간으로 이루어진다.

그리고 상기 스크롤 압축기는 압축실의 실링방식에 의해서도 팁실방식과 배압방식으로 구분될 수 있다. 즉, 상기 팁실방식은 각 스크롤의 랩 선단에 팁실을 설치하여 압축기의 운전시 팁실이 부상하면서 맞은편 스크롤의 경판부에 밀착되도록 하는 방식이다. 반면, 배압방식은 한 쪽 스크롤의 배면에 배압실을 형성하고 그 배압실에 중간압의 오일이나 냉매를 유도하여 상기 스크롤이 배압실의 압력에 밀려 맞은 편 스크롤에 밀착되도록 하는 방식이다. 통상, 팁실방식은 저압식 스크롤 압축기에 적용되는 반면 배압방식은 고압식 스크롤 압축기에 적용되고 있다.

한편, 상기 고정스크롤은 일측면에 상기 선회스크롤의 선회랩과 맞물리는 고정랩이 형성되고, 상기 고정랩과 일체로 형성되는 경판부가 상기 선회스크롤을 지지하는 메인프레임에 체결되어 고정스크롤이 메인프레임에 대해서 결합되게 된다.

여기서, 상기 고정랩은 상기 선회랩과 맞물려서 압축실을 형성할뿐만 아니라 선회랩과의 마찰손실을 최소화하기 위해서는 그 형상을 정밀하게 가공할 필요가 있다. 따라서, 상기 고정스크롤은 주조에 의해 일차로 제조된 중간품을 정밀가공하여 최종 제품으로서 완성하게 되므로, 그 제조가 복잡하고 가공비용이 많이 드는 문제가 있다.

또한, 상기 고정랩과 선회랩의 형상에 의해서 압축용량 및 압축비 등이 정해지게 되므로, 압축기의 용량 및 형태가 달라질 때마다 고정스크롤을 새로이 설계 및 제조하여야 하므로, 고정스크롤의 설계 및 제조에 상당한 시간이 소요되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 종래에 비해서 고정스크롤을 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 서로 다른 압축기에 적용하는 경우에도 적어도 일부를 공용화할 수 있는 고정스크롤을 갖는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 케이스; 상기 케이스 내에 설치되는 고정랩 지지부; 상기 고정랩 지지부에 의해 지지되는 고정랩; 상기 고정랩과 맞물려 압축실을 형성하는 선회스크롤; 및 상기 선회스크롤을 지지하며, 상기 케이스 내에 설치되는 메인프레임;을 포함하는 스크롤 압축기가 제공된다.

본 발명의 상기 측면에서는 선회스크롤과 맞물리는 고정스크롤을 고정랩과 고정랩 지지부의 두 개의 부분으로 분리하고 있으며, 이를 통해, 하나의 고정랩 지지부에 여러 종류의 고정랩을 장착하는 것을 통해서 서로 다른 용량이나 구조를 갖는 압축기에 있어서, 고정스크롤의 적어도 일부를 공용화할 수 있도록 한 것이다. 아울러, 정밀가공이 필요한 고정랩이 분리될 수 있으므로, 고정스크롤 전체를 대상으로하여 가공하는 경우에 비해서, 고정랩의 정밀가공과정을 보다 용이하게 할 수 있게 된다.

여기서, 상기 고정랩은 상기 선회스크롤 측으로 이동가능하게 고정랩 지지부에 지지될 수 있다. 이를 통해서, 고정랩과 선회스크롤 사이의 간격에 오차가 발생하더라도 고정랩의 이동을 통해서 이러한 오차를 흡수할 수 있게 된다.

상기 고정랩과 고정랩 지지부는 임의의 방법으로 결합될 수 있는데, 키 결합 또는 고정핀 등을 이용할 수 있으며, 이러한 키 또는 고정핀은 상기 고정랩 또는 고정랩 지지부 중 어느 하나에 일체로 형성될 수 있다. 이를 통해서, 고정랩과 고정랩 지지부에 과도한 압력이나 체결력을 가하지 않아도 결합시킬 수 있게 된다.

상기 고정랩 지지부와 고정랩에는 압축된 작동유체가 토출되는 토출구가 형성되게 되는데, 양자가 서로 분리될 수 있는 구조이므로 이들 사이의 간격을 통해서 압축된 작동유체가 누설되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 고정랩 지지부와 상기 고정랩 사이에 실을 개재할 수 있다. 이때, 상기 실은 상기 고정랩에 형성되는 토출구를 둘러싸도록 배치될 수 있다.

한편, 상기 압축기의 작동조건에 따라서는 흡입측에 인가되는 흡입압이 매우 낮은 경우가 있을 수 있는데, 이 경우 흡입압이 지나치게 저하되는 것을 방지하기 위한 진공방지 수단을 필요로 하게 된다. 일반적으로는, 토출공간과 흡입공간을 연통시켜, 흡입측의 압력을 높이고 있다. 이를 위해, 상기 고정스크롤 등에 이러한 토출압 유로를 형성하여야 하는데, 상기와 같이 고정스크롤을 두 개의 부분으로 분리하고, 이들의 경계면에 이러한 토출압 유로를 형성하여 보다 손쉽게 고정스크롤을 가공할 수 있다. 구체적으로, 상기 실은 흡입측과 토출측의 압력차가 사전에 설정된 수준 이상인 경우에는 상기 고정랩 지지부 및 고정랩 중 일측으로부터 분리되어 토출측의 작동유체를 흡입측으로 유입시키도록 구성할 수 있다.

이때, 상기 고정랩과 선회스크롤의 경계면 외주부가 흡입측이 되도록 설치하면, 즉 저압측이 되도록 하면 고정랩 지지부나 고정랩을 별도로 가공하지 않아도 양자의 경계면을 따라서 흘러나온 고압의 작동유체가 흡입측으로 유입될 수 있다.

한편, 상기 선회스크롤도 고정스크롤과 같이 두 개의 부분으로 분리할 수 있다. 구체적으로, 상기 선회스크롤을 상기 고정랩과 맞물리는 선회랩; 및 상기 선회랩을 상기 고정랩측으로 이동가능하게 지지하며, 상기 메인프레임에 지지되는 선회랩 지지부;를 포함하도록 구성할 수 있다. 다시 말해서, 고정랩과 선회랩이 모두 축방향으로 이동할 수 있게 구성하고, 이를 통해서 가공 또는 조립 공차가 큰 경우에도 이를 원활하게 흡수할 수 있게 되며, 서로 다른 종류의 압축기 사이에서 공용화할 수 있는 부품의 수가 늘어나게 된다.

한편, 상기 선회랩과 선회랩 지지부의 사이에 상기 압축실과 연통되는 배압실이 형성되도록 할 수 있다. 상기 배압실은 랩부와 베이스부 사이에 형성되며, 압축기 내부의 다른 공간과 차단되는 별도의 공간으로서, 상측면은 상기 랩부에 의해 정의되고, 하측면은 상기 베이스부에 의해 정의된다. 배압실의 압력은 상기 랩부 및 베이스부에 각각 인가되지만, 베이스부는 메인프레임에 의해 지지되므로 랩부만이 배압실의 배압력에 의해 고정스크롤 측으로 이동되게 된다.

여기서, 상기 배압실은 상기 랩부와 베이스부 사이에 상기 배압실을 밀폐시키는 실링수단이 개재될 수 있으며, 상기 실링수단으로는 오링(O-ring)을 사용할 수 있다.

그리고, 상기 배압실과 압축실을 연통시키는 배압홀이 상기 랩부를 관통하여 형성될 수 있다. 이를 통해서, 상기 배압홀의 길이를 짧게 할 수 있으므로 배압력의 손실을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 배압홀의 가공도 용이하게 할 수 있다.

아울러, 상기 고정랩 지지부는 메인프레임과 직접 결합될 수도 있으나, 상기 케이스의 내벽에 고정할 수도 있다. 이 경우, 상기 메인프레임에 상기 고정랩 지지부를 축방향으로 지지하는 고정스크롤 지지부를 형성할 수 있다. 따라서, 메인프레임에 대한 고정랩 지지부의 상대 위치가 상기 고정스크롤 지지부에 의해 결정되므로, 별도의 지그를 사용하지 않더라도 양자를 동시에 케이스에 대해서 열박음이나 용접 등의 방법으로 고정할 수 있게 되므로 조립공정을 단순화할 수 있다. 물론, 상기 고정랩 지지부만이 케이스의 내벽면에 용접 또는 열박음되어 고정될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 케이스; 상기 케이스 내에 설치되는 메인 프레임; 상기 메인 프레임에 회전가능하게 장착되는 구동축; 상기 구동축에 의해 선회운동하는 선회스크롤; 및 상기 선회스크롤과 맞물려서 압축실을 형성하는 고정랩이 상기 선회스크롤 측으로 이동가능하게 결합되는 고정스크롤;을 포함하는 스크롤 압축기가 제공된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일측면에 의하면, 고정스크롤을 두 개의 부분으로 분리하여 구성하는 것을 통해서, 고정스크롤의 가공과정을 보다 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 서로 다른 종류의 압축기에 대해서 고정랩 지지부 또는 고정랩을 공용으로 활용할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 제1 실시예의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1 중 압축기구부를 확대하여 도시한 부분 절개도이다.
도 3은 도 1 중 고정스크롤을 상측에서 바라본 분해사시도이다.
도 4는 도 1 중 고정스크롤을 하측에서 바라본 분해사시도이다.
도 5는 도 1 중 선회스크롤을 도시한 분해사시도이다.
도 6은 도 1 중 선회스크롤을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 1에 도시된 제1 실시예가 작동되는 과정을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8은 도 1 중 선회스크롤에 형성되는 배압홀의 위치에 따른 축방향 힘의 크기를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 제2 실시예의 압축기구부를 확대하여 도시한 부분 절개도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 제1 실시예를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 압축기구부의 조립상태를 보인 부분 절개도이며, 도 3 및 도 4는 각각 도 1에 도시된 제1 실시예의 고정스크롤을 상측 및 하측에서 바라본 분해사시도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 케이스(1)의 내부공간이 저압부인 흡입공간(11)과 고압부인 토출공간(12)으로 구분되고, 상기 케이스(1)의 흡입공간(11)에 회전력을 발생하는 구동모터(2)가 설치되며, 상기 케이스(1)의 흡입공간(11)과 토출공간(12) 사이에는 메인프레임(3)이 고정 설치된다. 상기 메인프레임(3)의 상면에는 고정스크롤(4)이 고정 설치되고, 상기 메인프레임(3)과 고정스크롤(4) 사이에는 상기 구동모터(2)의 크랭크축(23)에 편심 결합되어 상기 고정스크롤(4)과 함께 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하는 선회스크롤(5)이 선회 가능하게 설치된다. 그리고 상기 고정스크롤(4)과 선회스크롤(5) 사이에는 상기 선회스크롤(5)의 자전운동을 방지하기 위한 올담링(6)이 설치된다.

상기 케이스(1)의 상기 흡입공간(11)에는 흡입관(13)이 연통되도록 결합되는 반면 상기 토출공간(12)에는 토출관(14)이 연통되도록 결합된다.

여기서, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 케이스는 밀봉된 소정의 토출공간이 구비되어 상기 고정스크롤(4)에 고정 결합되는 토출플레넘에 의해 저압부인 흡입공간과 고압부인 토출공간이 구획되거나, 또는 상기 고정스크롤의 상면에 고정되고 케이스의 내주면에 밀착되는 고저압분리판(미도시)에 의해서도 상기 케이스의 내부공간이 흡입공간과 토출공간으로 구획될 수도 있다.

상기 고정스크롤(4)은 상기 메인프레임(3)에 고정되는 경판부(41)와 상기 경판부(41)의 저면에 결합되는 고정랩(42)을 포함하도록 구성된다. 상기 고정랩(42)은 후술할 선회스크롤(5)의 선회랩(52)과 함께 압축실(P)을 이루도록 인볼류트 형상으로 형성된다. 상기 고정스크롤(4)의 경판부(41) 외주면에는 상기 케이스(1)의 흡입공간(11)과 압축실(P)이 연통되도록 흡입구(미도시)가 형성되고, 상기 고정스크롤(4)의 경판부(41) 중심에는 압축실(P)과 상기 케이스(1)의 토출공간(12)이 연통되도록 토출구(44)가 형성된다. 그리고, 도면 중 미설명 부호인 7은 서브프레임, 8은 토출밸브, 21은 고정자, 22는 회전자이다.

따라서, 상기 실시예에서는 외부로부터 냉매가 상기 흡입관(13)을 통하여 케이스(1)의 저압부인 흡입공간(11)으로 유입되고, 상기 흡입공간(11)의 저압냉매는 고정스크롤(4)의 흡입구를 통해 유입되어 상기 선회스크롤(5)에 의해 선회스크롤과 고정스크롤의 중앙으로 이동하면서 압축되었다가 상기 고정스크롤(4)의 토출구(44)를 통해서 상기 케이스(1)의 토출공간(12)으로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 경판부(41)는 저면에 상기 고정랩(42)이 삽입되는 공간부가 형성되어 있고, 상기 공간부의 외주측에 한 쌍의 키 형상부(41a)가 형성된다. 그리고, 상기 키 형상부(41a)와 대향하도록 상기 고정랩(42)에 키 삽입구(42a)가 형성된다. 따라서, 상기 경판부와 고정랩은 키 결합에 의해서 상기 메인프레임측으로 고정랩이 이동가능하게 결합될 수 있다. 여기서, 상기 키 형상부는 도시된 바와 같이 경판부에 일체로 형성되지만, 반드시 이에 한정될 필요는 없으며, 상기 고정랩에 일체로 형성될 수도 있고, 경판부 및 고정랩과 분리된 별개의 부재로 이루어질 수도 있다.

그리고, 상기 경판부(41)의 외주부 4곳에는 상기 메인프레임(3)측으로 연장되는 레그(41b)가 형성되어 있다. 상기 레그(41b)에는 각각 볼트 체결공이 형성되어 있는데, 상기 레그(41b)와 대향하는 위치에 메인프레임측 레그(31)가 상기 메인프레임(3)에 형성된다. 따라서, 상기 경판부(41)에 형성된 레그(41b)와 상기 메인프레임에 형성된 레그(31)가 서로 접촉된 상태에서 상기 볼트체결공에 볼트를 체결하여 상기 경판부와 메인프레임이 서로 결합되게 된다. 상기 메인프레임(3)은 상기 케이스(1)에 고정되어 있으므로, 상기 경판부(41)는 상기 메인프레임(3)에 체결되는 것에 의해서 상기 케이스에 대해서도 고정되게 된다.

상기 경판부와 메인프레임이 레그에 의해 사전에 정해진 거리만큼 이격된 상태에서 볼트 체결되므로 치수정확도를 높일 수 있게 된다. 그리고, 상술한 바와 같이 상기 고정랩이 경판부로부터 이동가능하게 장착되기 때문에, 경판부와 메인프레임 사이의 거리가 가공공차 등으로 인해 사전에 결정된 수준이 되지 않더라도, 이러한 오차를 원활하게 흡수하는 것이 가능하다.

한편, 상기 경판부와 고정랩의 중앙부에는 각각 고압의 냉매가 토출되는 토출구(44)를 형성하기 위한 관통공(41C, 42b)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 고정랩(42)에서 상기 관통공(42b)의 외주부에는 실링수단으로서의 오링(O-ring, 43)이 삽입고정된다.

상술한 바와 같이, 상기 고정랩이 경판부(41)로부터 이동가능하게 장착되므로 압축된 냉매는 상기 토출구(44) 뿐만 아니라 상기 경판부와 고정랩 사이의 경계면으로도 토출될 수 있지만, 상기 오링(43)을 상술한 바와 같이 설치함으로써 압축된 냉매가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 상기 오링(43)의 폭을 조절하여 흡입측에 진공이 형성되는 것을 방지하도록 할 수 있다. 즉, 냉매압축사이클장치에서 증발기나 응축기 등에 오일이 다량으로 존재하여 상기 압축기 내의 오일이 부족한 경우에는 냉매 유로를 밸브를 이용하여 막은 상태에서 압축기를 운전하여 유로나 증발기 또는 응축기에 잔류하는 오일을 압축기로 다시 회수하게 된다. 이 과정에서 흡입측으로 충분한 정도의 냉매가 유입되지 못하여, 흡입측 압력이 과도하게 저하되는 것을 방지할 필요가 있다.

따라서, 상기 오링(43)의 폭을 적절하게 조절하면, 흡입측과 토출측의 압력차가 사전에 결정된 수준 이하인 경우, 즉 정상상태인 경우에는 상기 오링(43)이 상기 경판부와 고정랩 사이를 밀폐하여 고압의 냉매가 유출되는 것을 방지할 수 있고, 흡입측과 토출측의 압력차가 사전에 결정된 수준 이상인 경우, 즉 흡입측의 압력이 지나치게 낮은 경우에는 상기 고정랩의 저면(도 1 기준)에 인가되는 압력이 낮으므로 상기 고정랩이 메인프레임측으로 이동하게 되고, 이로 인해서 오링의 상단면과 경판부(41)가 서로 분리되면서 고압의 냉매가 양자의 경계면을 따라서 흡입측으로 유입된다. 이를 통해, 토출압을 흡입측으로 유입시키기 위한 별도의 유로를 형성하지 않아도, 흡입측의 압력이 지나치게 낮아지는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 선회스크롤(5)도 종래의 선회스크롤과 같이 랩부와 경판부가 일체로 형성되도록 할 수도 있지만, 상기 실시예에서는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 두 개의 부분으로 분리될 수 있도록 구성되어 있으며, 구체적으로 각각 상기 고정랩(42)과 맞물리는 랩부(50)와 상기 랩부(50)와 결합되는 베이스부(60)로 구성된다. 상기 랩부(50)는 상기 고정랩(42)과 맞물려 압축실을 형성하는 선회랩(52)과 상기 선회랩(52)과 일체로 형성되는 랩 플랜지(54)를 포함하도록 구성된다. 상기 랩 플랜지(54)는 원판 형태를 가지고 있으며, 저면의 양측에 상기 베이스부(60)와 결합되기 위한 각각 키 형상부(56)가 형성된다.

상기 베이스부(60)는 상기 랩 플랜지(54)의 저면과 대향한 상태로 랩부(50)와 결합되는데, 구체적으로 상기 랩 플랜지(54)와 유사하게 원판 형태를 갖도록 형성되는 베이스 플랜지(64) 및 상기 베이스 플랜지(64)의 저면에 형성되어 상술한 크랭크축(23)과 결합되기 위한 보스부(68)를 포함하고 있다.

그리고, 상기 베이스 플랜지(64)의 상면의 양측 가장자리에는 상기 키 형상부(56)와 체결되기 위한 키홀(66)이 각각 형성된다. 상기 키 형상부가 키홀에 삽입되는 것에 의해서, 상기 랩부(50)는 베이스부(60)에 대해서 상기 크랭크축의 축방향으로는 이동가능하지만, 베이스부의 반경방향 또는 원주방향에 대해서는 이동이 불가능하도록 결합되게 된다. 다만, 상기 랩부(50)의 축방향 이동은 상기 고정스크롤과 상기 메인프레임(3) 사이의 간격에 의해 제한되므로, 상기 키 형상부(56)는 상기 키홀(66)의 내부에 삽입된 상태를 유지하게 된다. 즉, 볼트체결이나 용접과 같은 방식을 사용하지 않고, 단순히 키 형상부를 키홀에 삽입하는 것만으로도 양자가 안정적으로 결합될 수 있다.

아울러, 상기 베이스부(60)의 저면에 상술한 자전방지기구로서의 올담링(6)이 결합된다. 구체적으로, 상기 올담링(6)은 상기 베이스 플랜지(64)의 저면과 접하는 링 형상부(6a)를 포함하고 있으며, 상기 링 형상부(6a)의 저면 양측에는 180도의 위상차를 갖는 상태에서 두 개의 제1 돌기부(6b)가 형성되어 있다. 상기 제1 돌기부(6b)는 상기 메인프레임(3)에 형성된 제1 돌기부 홈(3a)에 삽입된다. 그리고, 상기 링 형상부(6b)의 상면 양측에는 역시 180도의 위상차를 갖는 상태에서 두 개의 제2 돌기부(6c)가 형성된다. 상기 제2 돌기부(6c)는 상기 베이스 플랜지(64)의 저면에 각각 형성되는 제2 돌기부 홈(64a)에 삽입된다.

이를 통해, 상기 크랭크 축(23)이 회전력이 상기 베이스부(60)에 전달되어도 상기 올담링(6)에 의해 베이스부(60)는 자전이 방지된 상태에서 선회운동을 하게 되고, 상기 베이스부(60)에 반경방향이동이 제한되도록 결합된 랩부(50)도 상기 베이스부(60)와 함께 선회운동을 하게 된다.

한편, 상기 베이스 플랜지(64)의 상면 중앙에는 오링(62a)에 의해 구획되는 배압실(62)이 형성된다. 도 4를 참조하면, 상기 배압실(62)은 상기 랩 플랜지((54)의 저면과 상기 베이스 플랜지(64)의 상면 사이에 위치하게 되며, 상기 베이스 플랜지(64)에 삽입고정되는 오링(62a)에 의해서 상기 배압실(62) 내부공간이 상기 저압공간(11)으로부터 차단되게 된다. 그리고, 상기 배압실(62)의 내부공간과 상기 압축실 사이를 연통시키는 배압홀(54a)이 상기 베이스 플랜지(64)를 관통하여 형성된다.

따라서, 냉매를 흡입하여 압축하는 과정에서 상기 압축실 내에 존재하는 압축된 냉매의 일부가 상기 배압홀(54a)을 통해서 상기 배압실의 내부로 유입되게 된다. 이렇게 배압실의 내부압력이 상기 베이스 플랜지(64) 주위의 압력보다 높아지므로 상기 베이스부(60)가 상기 랩부(50)로부터 축방향을 따라서 상승하게 되고, 이를 통해서 상기 고정스크롤의 저면과 상기 선회랩(52) 사이에서 실링이 이루어지게 된다.

여기서, 상기 배압홀의 위치에 따라서 상기 배압실 내부 압력이 결정될 수 있다. 즉, 상기 배압홀이 상기 선회스크롤의 선회랩(52)의 중심에 가깝게 이동할 수록 상기 배압실 내부의 압력은 증가하게 되며, 외측으로 이동할수록 배압실 내부의 압력은 감소하게 된다.

도 7a 내지 도 7c는 선회랩과 고정랩에 의해 냉매가 압축되는 과정을 개략적으로 도시한 평면도로서, 실선은 고정랩(42)의 중심선에, 점선은 선회랩(52)의 중심선에 각각 해당된다. 그리고, 도 7c는 압축실 내의 압력이 토출압에 도달하여 토출이 이루어지기 시작한 경우에 해당된다. 상술한 바와 같이, 스크롤 압축기의 작동 원리상, 선회랩과 고정랩에 의해 형성되는 압축실 내의 압력은 압축과정에서 연속적으로 변하게 된다. 따라서, 선회랩의 임의의 지점에서의 압력 또한 하나의 압축 사이클 내에서 연속적으로 변하게 된다.

예를 들어, 상기 배압홀이 지점 a에 있는 경우, 상기 지점 a는 상기 압축과정에서 토출압으로 유지되는 위치에 있으므로 상기 배압실에는 토출압과 동일한 압력이 가해지게 된다. 이 경우, 과도한 배압으로 인해 고정스크롤의 저면과 선회랩 사이의 thrust force가 높게 발생하므로 마찰로 인한 손실이 커지게 된다. 또한, 토출압의 경우 상기 압축기에 가해지는 압축부하량에 따라서 달라지기 때문에, 배압홀을 지점 a와 같이 토출압이 지속적으로 인가되는 지점에 형성하는 경우에, 상기 thrust force가 부하에 따라 달라지므로 압축기의 성능에 영향을 주게 된다. 구체적으로, 상기 지점 a는 토출개시각 이내의 범위에 해당된다.

한편, 지점 b는 압축 과정에서 소정 시간 동안에는 토출압이, 그 외의 시간에는 흡입압과 토출압 사이의 중간압이 인가되는 지점이다. 따라서, 배압홀을 지점 b에 인가하는 경우 적정 정도의 배압력을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 토출압이 부하 변동 등의 이유로 인해서 변화하는 경우에도 중간압으로 인해 어느 정도 완충되므로 부하 변동으로 인한 영향이 어느 정도 상쇄될 수 있게 된다. 본 발명자의 연구 결과 상기 지점 b는 상기 선회랩의 토출개시각으로부터 인볼류트 위상차 180도 이내의 범위에 해당되는 것을 확인하였다.

지점 c의 경우에는 압축 과정에서 지속적으로 중간압 만이 인가되는 지점으로서, 지점 c에 배압홀을 형성하는 경우에는 배압력이 지나치게 낮아 충분한 정도의 실링을 얻기가 힘들고, 그로 인해서 냉매 누설이 야기될 우려가 높다.

도 8은 배압홀이 각각 a 및 b 지점에 위치한 경우에, 저부하, 과부하, 고차압 및 고압력비 조건 하에서 발생되는 thrust force를 도시한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 배압홀이 a에 위치한 경우 저부하 조건에서 thrust force가 과도하게 발생될 뿐만 아니라 각각의 경우에서 thrust force의 편차가 큰 것을 알 수 있다. 반면에 배압홀이 b에 위치한 경우, 저부하 조건에서 상대적으로 thrust force가 적게 발생되고, 각각의 경우에 있어서 thrust force의 편차가 상대적으로 적은 것을 알 수 있다.

한편, 상기 고정스크롤의 경판부는 반드시 메인프레임에 의해 간접적으로 고정될 필요는 없으며, 상기 케이스(1)에 대해서 직접 결합되는 예도 고려할 수 있다. 도 9는 이렇게 고정스크롤의 경판부가 케이스(1)에 직접 결합되는 경우를 도시한 것으로서, 도 9에 도시된 제2 실시예의 경우 압축기구부를 제외한 나머지 구성요소는 상기 제1 실시예와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 9를 참조하면, 상기 제2 실시예(100)에서 고정스크롤(110)은 상기 제1 실시예와 마찬가지로 경판부(112)와 고정랩(114)의 두 개의 부분으로 분리되어 구성된다. 그리고, 상기 경판부와 고정랩의 중심에는 상술한 토출구(44)가 형성되어 있고, 상기 토출구(44)를 중심으로 하여 오링(116)이 삽입되어 상술한 바와 같이 고압의 냉매가 누설되는 것을 차단한다. 그리고, 상기 경판부(112)와 고정랩(114)은 슬리브 볼트(118)에 의해 체결되어, 상기 고정랩(114)이 상기 선회스크롤측으로 이동가능하지만, 반경 방향 및 원주 방향으로는 이동이 불가능하게 결합된다.

한편, 상기 선회스크롤(120) 역시 상기 고정랩(114)과 맞물려 압축실을 형성하는 랩부(122)와 상기 랩부(122)를 상기 고정랩(114)측으로 이동가능하게 지지하는 베이스부(124)를 갖는다. 상기 랩부와 베이스부는 키 형상부(126)에 의해 키 결합되고, 상기 베이스부(124)의 중심에는 배압실을 형성하기 위한 오링(128)이 삽입 고정된다.

아울러, 상기 선회스크롤(120)의 저면에는 올담링(6)이 결합되어 선회스크롤이 자전하는 것을 방지한다.

메인프레임(130)은 상기 선회스크롤의 배면에 위치하며, 상기 고정스크롤의 경판부(112) 측으로 연장되는 3개의 컬럼(132)을 갖는다. 상기 컬럼(132)의 개수는 반드시 도시된 것에 한하지 않음은 물론이다. 상기 컬럼(132)의 상측 단부에는 상기 경판부(112)의 저면이 올려지고, 상측 단부와 인접하게 형성되는 단턱부(134)에 상기 고정랩(114)이 안착된다. 여기서, 상기 단턱부(134)와 상기 컬럼(132)의 상측 단부 사이의 거리는 상기 고정랩의 두께보다 크게 형성되어 상기 고정랩이 상하로 이동할 수 있는 여유공간을 확보할 수 있도록 한다.

상기 경판부(112)는 상술한 바와 같이 상기 컬럼(132)의 상단부에 올려져 있을 뿐이고, 상기 케이스(1)에 대해서 용접고정된다. 즉, 상기 컬럼(132)은 상기 압축기의 조립 과정 및 작동 과정에서 상기 경판부(112)가 정위치에 있도록 지지하는 역할을 하게 되며, 이를 통해 별도의 지그를 사용하지 않더라도 상기 경판부를 정위치에 고정할 수 있다. 또한, 컬럼의 높이가 불균일하거나 용접과정에서 경판부의 위치에 오차가 생기더라도 상기 고정랩 또는 랩부가 상하로 이동 가능하기 때문에 이러한 오차를 흡수할 수 있게 된다. 따라서, 조립 과정에서 상기 경판부와 메인프레임 사이의 간격을 정밀하게 관리하지 않아도 되는 장점이 있다.

아울러, 상기 컬럼(132)이 단순히 경판부의 하향 이동을 저지하는 역할을 하고, 경판부는 케이스에 대해서 고정되므로, 상기 컬럼의 두께를 얇게 할 수 있다. 이를 통해서, 케이스의 외경이 동일한 경우라도, 상기 제1 실시예에 비해서 압축공간을 더 확보할 수 있게 된다. 즉, 상기 제1 실시예에서는 상기 레그부가 볼트 체결되므로 볼트 체결공을 위한 가공공간을 확보하고 체결력을 유지하기 위해서 상기 레그부의 두께를 소정 이상으로 하여야 하므로, 그만큼 압축공간이 줄어들게 되지만, 상기 제2 실시예에서는 컬럼의 두께를 줄일 수 있어 그만큼 압축공간이 확장되게 된다.

또한, 상기 컬럼의 외측면과 상기 경판부의 외측면이 서로 일치하므로, 도 9에 도시된 바와 같이 경판부를 컬럼의 상부에 올려둔 상태에서 양자를 케이스에 동시에 열박음하여 고정할 수도 있다. 이러한 방법을 이용하면, 메인프레임과 경판부가 한번의 공정으로 케이스에 대해서 결합될 수 있으므로 조립 공정을 더욱 단순화할 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 고정스크롤 또는 상기 선회스크롤 중 어느 하나 또는 양자 모두를 종래와 같이 일체형으로 하고, 컬럼에 의해 고정스크롤이 지지되도록 하는 예도 고려할 수 있다. 고정스크롤과 선회스크롤 중 어느 하나만을 일체형으로 하는 경우에는 다른 하나가 이동하면서 가공공차를 흡수할 수 있게 되고, 양자 모두가 일체형인 경우에도 배압방식을 이용하면 선회스크롤이 배압으로 인해 상승 및 하강하게 되므로 가공공차를 흡수할 수 있게 된다.

Claims (15)

1. 케이스;
   상기 케이스 내에 설치되는 고정랩 지지부;
   상기 고정랩 지지부에 의해 지지되는 고정랩;
   상기 고정랩과 맞물려 압축실을 형성하는 선회스크롤;
   상기 선회스크롤을 지지하며, 상기 케이스 내에 설치되는 메인프레임; 및
   상기 고정랩 지지부와 상기 고정랩 사이에 개재되고, 상기 고정랩에 형성되는 토출구를 둘러싸도록 배치되는 실;을 포함하며,
   상기 실은 흡입측과 토출측의 압력차가 사전에 설정된 수준 이상인 경우에는 상기 고정랩 지지부 및 고정랩 중 일측으로부터 분리되어 토출측의 작동유체를 흡입측으로 유입시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정랩은 상기 선회스크롤 측으로 이동가능하게 고정랩 지지부에 지지되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 고정랩과 고정랩 지지부는 키에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 키는 상기 고정랩 또는 고정랩 지지부 중 어느 일측에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 고정랩과 선회스크롤의 경계면 외주부가 흡입측인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
8. 제2항에 있어서,,
   상기 선회스크롤은
   상기 고정랩과 맞물리는 선회랩; 및
   상기 선회랩을 상기 고정랩측으로 이동가능하게 지지하며, 상기 메인프레임에 지지되는 선회랩 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 선회랩과 선회랩 지지부의 사이에 상기 압축실과 연통되는 배압실이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 선회랩과 선회랩 지지부의 사이에 상기 배압실을 밀폐시키는 실링수단이 개재되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기
11. 제10항에 있어서,
    상기 배압실과 압축실을 연통시키는 배압홀이 상기 선회랩을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
12. 제1항에 있어서,
    상기 고정랩 지지부는 상기 케이스의 내벽에 고정되고,
    상기 메인프레임에는 상기 고정랩 지지부를 축방향으로 지지하는 고정스크롤 지지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 고정랩 지지부는 그 외주부가 상기 케이스의 내벽면에 용접 고정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
14. 제12항에 있어서,
    상기 고정랩 지지부는 상기 케이스의 내벽면과 열박음되어 고정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
15. 삭제

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