KR102013614B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

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전나영
김태경
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 전동부의 하측에 구비되는 프레임; 상기 프레임과 제1 스크롤 사이에 구비되며, 제1 스크롤에 대해 선회운동을 하면서 그 제1 스크롤과의 사이에 압축실을 형성하는 제2 스크롤; 상기 제1 스크롤에 구비되어 상기 압축실에서 압축되는 냉매를 상기 제1 스크롤의 하측으로 토출하는 토출구; 상기 제1 스크롤과 프레임을 관통하도록 형성되어 상기 토출구를 통해 토출되는 냉매를 상기 프레임의 상측으로 안내하는 토출유로; 및 상기 제1 스크롤에 결합되며, 상기 토출구의 단부와 상기 토출유로의 단부를 수용하도록 공간부가 구비되어 상기 토출구를 통해 토출되는 냉매를 상기 토출유로로 안내하는 토출커버;를 포함하고, 상기 제1 스크롤에 의해 상기 토출커버의 공간부에 정의되는 토출공간의 체적은, 상기 압축실 중에서 최초 압축실의 전체 체적으로 정의되는 행정체적으로 나눈 값이 4.5 이상이 되도록 형성될 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 압축부가 전동부 하측에 위치하는 압축기에 관한 것이다.
스크롤 압축기는 복수 개의 스크롤에 맞물려 상대 선회운동을 하면서 양쪽 스크롤 사이에 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축실을 형성하는 압축기이다. 이러한, 스크롤 압축기는 다른 종류의 압축기에 비하여 상대적으로 높은 압축비를 얻을 수 있으면서 냉매의 흡입,압축,토출 행정이 부드럽게 이어져 안정적인 토오크를 얻을 수 있다. 따라서, 스크롤 압축기는 공조장치 등에서 냉매압축용으로 널리 사용되고 있다. 최근에는 편심부하를 낮춰 운전 속도가 180Hz 이상인 고효율 스크롤 압축기가 소개되고 있다.
이러한 스크롤 압축기는 구동부와 압축부의 위치에 따라 상부 압축식과 하부 압축식으로 구분될 수 있다. 상부 압축식은 압축부가 구동부보다 상측에 위치하는 방식이고, 반대로 하부 압축식은 압축부가 구동부보다 하측에 위치하는 방식이다.
통상, 고압식 스크롤 압축기를 포함한 압축기는 케이싱의 내부공간에서 냉매로부터 오일을 분리할 수 있도록 토출관은 압축부로부터 멀리 배치하게 된다. 따라서, 상부 압축식의 고압식 스크롤 압축기에서는 토출관이 전동부와 압축부의 사이에 위치하는 반면, 하부 압축식의 고압식 스크롤 압축기에서는 토출관이 전동부의 상측에 위치하게 된다.
이에 따라, 상부 압축식은 압축부에서 토출되는 냉매가 전동부까지 이동하지 않고 전동부와 압축부 사이의 중간공간에서 토출관을 향해 이동하게 된다. 반면, 하부 압축식은 압축부에서 토출되는 냉매가 전동부를 통과한 후 그 전동부의 상측에 형성되는 유분리 공간에서 토출관을 향해 이동하게 된다.
상기와 같은 하부 압축식의 스크롤 압축기는, 하측에 위치하는 압축부에서 냉매가 토출되어 상측으로 이동을 하여야 하기 때문에 압축부의 하부에는 압축부에서 토출되는 냉매를 상측으로 안내하기 위한 토출커버가 구비된다. 이는 선행기술[대한민국 특허공개번호 10-2016-0017993호(공개일:2016.02.17)]에 개시되어 있다.
선행기술에 개시된 바와 같이, 토출커버는 고정스크롤의 하단에 밀봉되어 결합되고, 고정스크롤에는 토출커버의 토출공간에 연통되는 스크롤측 토출통로가 형성되며, 고정스크롤의 스크롤측 토출통로는 메인프레임의 상면으로 관통되는 프레임측 토출통로에 연통되어 있다. 이에 따라, 압축부에서 토출커버의 토출공간으로 토출되는 냉매는 스크롤측 토출통로와 프레임측 토출통로를 차례대로 통과하여 전동부와 압축부 사이의 공간으로 안내되고, 이 냉매는 전동부를 통과하여 상측공간으로 이동하게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 하부 압축식 스크롤 압축기는, 압축부에서 압축된 냉매가 토출커버의 내부로 토출되면서 압력맥동이 발생되고, 이 압력맥동에 의해 냉매가 토출유로로 원활하게 이동하지 못하면서 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
또, 종래의 하부 압축식 스크롤 압축기는, 토출커버의 내부에서 발생되는 압력맥동이 압축기 용량에 따라 상이함에도 불구하고, 각 압축기 용량에 대응하는 적절한 규격의 토출커버를 제공하지 않거나 적절한 규격의 토출커버를 제공하기가 어려워 압축기 효율을 향상시키는데 한계가 있었다.
대한민국 특허공개번호 10-2016-0017993호(공개일:2016.02.17)
본 발명의 목적은, 압축부에서 토출커버로 토출되는 냉매의 압력맥동을 효과적으로 낮춰 압축기 효율을 높일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은, 압축기의 용량에 대응하여 적절한 크기의 토출커버를 용이하게 제공할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은, 압축기의 행정체적 대비 토출공간의 체적을 최적화하여, 압축기가 과도하게 커지지 않으면서도 압축기 효율이 향상될 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축실을 가지는 압축부가 전동부보다 하측에 구비되고, 상기 압축부와 전동부에는 상기 압축부에서 토출되는 냉매가 상기 전동부의 상측으로 안내되도록 토출유로가 구비되며, 상기 압축부의 하측에는 상기 압축실에서 토출되는 냉매를 상기 토출유로로 안내하도록 토출공간을 이루는 토출커버가 구비되는 스크롤 압축기에서, 상기 토출공간의 체적은 상기 압축실의 흡입체적에 비례하여 증감되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 토출공간의 체적은 그 토출공간의 체적을 압축실중에서 최초 압축실의 전체 체적으로 나눈 값을 기초로 하여, 상기 값에 대해 상기 토출공간에서의 압력맥동과 압축기 효율을 비교하여 결정될 수 있다.
그리고, 상기 토출공간의 체적은 상기 토출공간의 체적을 상기 최초 압축실의 체적으로 나눈 값이 4.5 이상이 되도록 형성될 수 있다.
또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 고정되고, 축방향으로 관통되는 내측유로와 외측유로를 가지는 구동모터; 상기 구동모터에 결합되어 회전하는 회전축; 상기 구동모터의 하측에 공간을 두고 구비되며, 상기 회전축이 관통하여 지지되는 프레임; 상기 프레임의 하측에 구비되며, 일측면에 고정측 랩이 형성되는 제1 스크롤; 상기 프레임과 제1 스크롤 사이에 구비되며, 상기 고정측 랩과 맞물리는 선회측 랩이 형성되고, 상기 회전축이 상기 선회측 랩과 반경방향으로 중첩되도록 편심 결합되며, 상기 제1 스크롤에 대해 선회운동을 하면서 그 제1 스크롤과의 사이에 압축실을 형성하는 제2 스크롤; 상기 제1 스크롤에 구비되어 상기 압축실에서 압축되는 냉매를 상기 제1 스크롤의 하측으로 토출하는 토출구; 상기 제1 스크롤과 프레임을 관통하도록 형성되어 상기 토출구를 통해 토출되는 냉매를 상기 프레임의 상측으로 안내하는 토출유로; 및 상기 제1 스크롤에 결합되며, 상기 토출구의 단부와 상기 토출유로의 단부를 수용하도록 공간부가 구비되어 상기 토출구를 통해 토출되는 냉매를 상기 토출유로로 안내하는 토출커버;를 포함하고, 상기 제1 스크롤에 의해 상기 토출커버의 공간부에 정의되는 토출공간의 체적은, 상기 토출공간의 체적을 상기 압축실 중에서 최초 압축실의 전체 체적으로 정의되는 행정체적으로 나눈 값이 4.5 이상인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 토출커버는 상기 토출공간을 이루는 내주면이 상기 제1 스크롤의 외주면에 삽입되어 결합되고, 상기 토출커버의 내주면에는 외주면 방향으로 함몰되어 상기 제1 스크롤의 외주면으로부터 이격된 토출안내홈이 원주방향을 따라 적어도 한 개 이상 형성될 수 있다.
그리고, 상기 토출유로는 상기 토출안내홈의 범위 내에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 토출안내홈의 원주방향 일측에는 적어도 한 개 이상의 공간확장홈이 형성되고, 상기 토출유로는 상기 공간확장홈의 범위 밖에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 토출안내홈의 전체 원주각은 상기 토출안내홈을 제외한 상기 토출공간의 내주면에 대한 전체 원주각보다 작거나 같게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 토출안내홈에는 상기 토출안내홈을 이루는 반경방향 측면을 향하는 방향으로 경사진 안내면이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 토출커버는, 토출공간을 형성하는 하우징부; 및 상기 하우징부의 외주면에서 연장 형성되어 상기 제1 스크롤에 체결되는 플랜지부;로 이루어지며, 상기 하우징부의 측벽면에는 바깥쪽으로 함몰진 토출안내홈이 원주방향을 따라 적어도 한 개 이상 형성되고, 상기 토출유로는 상기 토출안내홈의 내부에 위치하도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 하우징부의 측벽면 중에서 상기 토출안내홈을 제외한 부분은 상기 제1 스크롤의 외주면에 밀착되는 실링부가 형성되고, 상기 실링부의 외주면에서 연장되는 플랜지부의 외주면에는 중앙쪽으로 소정의 깊이만큼 함몰지게 오일회수홈이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 스크롤과 프레임에는 상기 제1 스크롤과 프레임의 축방향 양쪽 공간을 연통시키는 오일유로가 형성되고, 상기 오일유로는 상기 오일회수홈과 연통되도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 프레임과 구동모터의 사이에는 유로분리유닛이 구비되고, 상기 유로분리유닛은 상기 토출유로와 오일유로의 반경방향 사이에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 유로분리유닛은, 상기 프레임에 연장되는 제1 유로가이드; 상기 구동모터에서 연장되는 제2 유로가이드; 및 상기 제1 유로가이드와 제2 유로가이드 사이에 구비되는 실링부;로 이루어질 수 있다.
또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부공간에 오일이 저장되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 구비되는 구동모터; 상기 구동모터에 결합되는 회전축; 상기 구동모터의 일측에 구비되며, 프레임측 토출유로가 축방향으로 관통 형성되는 프레임; 상기 프레임의 일측에 구비되며, 상기 프레임측 토출유로와 연통되도록 스크롤측 토출유로가 축방향으로 관통 형성되는 제1 스크롤; 토출구가 형성되어 상기 프레임과 제1 스크롤 사이에 구비되며, 상기 제1 스크롤에 대해 선회운동을 하면서 상기 제1 스크롤과 함께 압축실을 형성하고, 압축실은 바깥쪽에 최초 압축실을, 안쪽에 최종 압축실을, 그리고 최초 압축실과 최종 압축실의 사이에 적어도 한 개 이상의 중간압축실을 각각 형성하는 제2 스크롤; 및 상기 제1 스크롤에 결합되며, 상기 토출구의 단부와 상기 토출유로의 단부를 수용하도록 공간부가 구비되어 상기 토출구를 통해 토출되는 냉매를 상기 토출유로로 안내하는 토출커버;를 포함하고, 상기 제1 스크롤에 의해 상기 토출커버의 공간부에 정의되는 토출공간의 체적은, 상기 최초 압축실의 전체 체적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 토출공간의 체적을 상기 최초 압축실의 전체 체적으로 나눈 값을 체적비라고 할 때, 상기 체적비는 4.5 이상으로 정의될 수 있다.
그리고, 상기 체적비는 15 이하로 정의될 수 있다.
본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 압축부에서 토출되는 냉매를 토출유로로 안내하는 토출커버의 내부체적을 적정하게 설정함으로써, 압축부에서 토출되는 냉매의 맥동압력을 낮출 수 있고 이를 통해 압축기 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 토출커버의 내부체적을 압축기의 행정체적에 비례하여 설계함에 따라, 압축기 용량에 대응하여 적절한 토출커버의 내부체적을 용이하게 제공할 수 있고, 이를 통해 고효율의 압축기에 대한 설계를 규격화할 수 있다.
나아가, 토출커버의 내부체적을 적정하게 설정함에 따라, 압축기의 크기가 적정하게 유지되면서도 압축기 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 하부 압축식 스크롤 압축기를 보인 종단면도,
도 2는 도 1에서 압축부를 보인 횡단면도,
도 3은 본 실시예에 따른 압축부에서 고정스크롤과 토출커버를 분리하여 보인 사시도,
도 4는 본 실시예에 따른 압축부를 확대하여 보인 단면도,
도 5는 도 4의 "Ⅳ-Ⅳ"선단면도,
도 6은 본 실시예에 의한 토출커버에서 체적비에 따른 맥동성분과 압축기 효율을 비교하여 보인 그래프,
도 7은 본 실시예에 따른 스크롤 압축기에서 체적비의 변화에 따른 압력맥동(동압)을 비교하여 보인 그래프들,
도 8은 도 7에 따른 토출체적과 압축실 체적의 각 규격에 대한 맥동성분과 효율을 정리하여 보인 표,
도 9는 본 발명에 따른 토출커버에 대한 다른 실시예를 보인 평면도,
도 10은 본 실시예에 따른 토출커버에서 토출안내홈의 내부를 확대하여 보인 단면도.
이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다. 참고로, 본 발명에 의한 스크롤 압축기는 편의상 압축부가 전동부보다 하측에 위치하는 하부 압축식 스크롤 압축기에서 회전축이 선회랩과 동일 평면상에서 중첩되는 유형의 스크롤 압축기를 대표예로 삼아 살펴본다. 이러한 유형의 스크롤 압축기는 고온 고압축비 조건의 냉동사이클에 적용하기에 적합한 것으로 알려져 있다.
도 1은 본 발명에 의한 하부 압축식 스크롤 압축기를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1에서 압축부를 보인 횡단면도이다.
이를 참조하면, 본 실시예에 의한 하부 압축식 스크롤 압축기는, 케이싱(10)의 내부에 구동모터를 이루며 회전력을 발생하는 전동부(20)가 설치되고, 전동부(20)의 하측에는 소정의 공간(이하, 중간공간)(10a)을 두고 그 전동부(20)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(30)가 설치될 수 있다.
케이싱(10)은 밀폐용기를 이루는 원통 쉘(11)과, 원통 쉘(11)의 상부를 덮어 함께 밀폐용기를 이루는 상부 쉘(12)과, 원통 쉘(11)의 하부를 덮어 함께 밀폐용기를 이루는 동시에 저유공간(10c)을 형성하는 하부 쉘(13)로 이루어질 수 있다.
원통 쉘(11)의 측면으로 냉매 흡입관(15)이 관통하여 압축부(30)의 흡입실에 직접 연통되고, 상부 쉘(12)의 상부에는 케이싱(10)의 상측공간(10b)과 연통되는 냉매 토출관(16)이 설치될 수 있다. 냉매 토출관(16)은 압축부(30)에서 케이싱(10)의 상측공간(10b)으로 토출되는 압축된 냉매가 외부로 배출되는 통로에 해당되며, 상측공간(10b)이 일종의 유분리 공간을 형성할 수 있도록 냉매 토출관(16)이 케이싱(10)의 상측공간(10b) 중간까지 삽입될 수 있다. 그리고 경우에 따라서는 냉매에 혼입된 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터(미도시)가 상측공간(10b)을 포함한 케이싱(10)의 내부 또는 상측공간(10b) 내에서 냉매 흡입관(15)에 연결하여 설치될 수 있다.
전동부(20)는 고정자(21)와 그 고정자(21)의 안쪽에서 회전하는 회전자(22)로 이루어진다. 고정자(21)는 그 내주면에 원주방향을 따라 다수 개의 코일권선부(미부호)를 이루는 티스와 슬롯이 형성되어 코일(25)이 권선되며, 고정자의 내주면과 회전자(22)의 외주면 사이의 간격과 코일권선부를 합쳐 제2 유로가이드(PG2)가 형성된다. 이로써, 후술할 제1 유로가이드(PG1)를 통해 전동부(20)와 압축부(30) 사이의 중간공간(10a)으로 토출되는 냉매는 전동부(20)에 형성되는 제2 유로가이드(PG2)를 통해 그 전동부(20)의 상측에 형성되는 상측공간(10b)으로 이동하게 된다.
그리고 고정자(21)의 외주면에는 원주방향을 따라 다수 개의 디컷(D-cut)면(21a)이 형성되며, 디컷면(21a)은 원통 쉘(11)의 내주면과의 사이에 오일이 통과하도록 제1 오일유로(PO1)가 형성될 수 있다. 이로써, 상측공간(10b)에서 냉매로부터 분리된 오일은 제1 오일유로(PO1)와 후술할 제2 오일유로(PO2)를 통해 하측공간(10c)으로 이동하게 된다.
고정자(21)의 하측에는 소정의 간격을 두고 압축부(30)를 이루는 프레임(31)이 케이싱(10)의 내주면에 고정 결합될 수 있다. 프레임(31)은 그 외주면이 원통 쉘(11)의 내주면에 열박음되거나 용접되어 고정 결합될 수 있다.
그리고 프레임(31)의 가장자리에는 환형으로 된 프레임측 측벽부(311)가 형성되고, 프레임측 측벽부(311)에는 나중에 설명할 제1 스크롤(32)의 스크롤측 토출구멍(322a)과 함께 제1 토출유로(PG1)를 이루는 복수 개의 프레임측 토출구멍(311a)이 축방향으로 관통 형성될 수 있다.
그리고, 프레임측 측벽부(311)의 외주면에는 원주방향을 따라 복수 개의 프레임측 오일회수홈(311b)이 형성될 수 있다. 이 프레임측 오일회수홈(311b)은 후술할 제1 스크롤(32)의 스크롤측 오일회수홈(322b)과 함께 제2 오일유로(PO2)를 형성하게 된다.
또, 프레임(31)의 중심에는 후술할 회전축(50)의 메인 베어링부(51)를 지지하기 위한 제1 축수돌부(312)가 형성되고, 제1 축수돌부에는 회전축(50)의 메인 베어링부(51)가 회전 가능하게 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 제1 축수구멍(312a)이 축방향으로 관통 형성될 수 있다.
그리고 프레임(31)의 하면에는 회전축(50)에 편심 결합된 선회스크롤(이하, 제2 스크롤)(33)을 사이에 두고 고정스크롤(이하, 제1 스크롤)(32)이 설치될 수 있다. 제1 스크롤(32)은 프레임(31)에 고정 결합될 수도 있지만, 축방향으로 이동 가능하게 결합될 수도 있다.
한편, 제1 스크롤(32)은 고정측 경판부(321)가 대략 원판모양으로 형성되고, 고정측 경판부(321)의 가장자리에는 프레임(31)의 하면 가장자리에 결합되는 스크롤측 측벽부(322)가 형성될 수 있다.
스크롤측 측벽부(322)의 일측에는 냉매 흡입관(15)과 흡입실이 연통되는 흡입구(324)가 관통 형성되고, 고정측 경판부(321)의 중앙부에는 토출실과 연통되어 압축된 냉매가 토출되는 토출구(325a)(325b)가 형성될 수 있다. 토출구(325a)(325b)는 후술할 제1 압축실(V1)과 제2 압축실(V2)에 모두 연통될 수 있도록 한 개만 형성될 수도 있지만, 각각의 압축실(V1)(V2)과 독립적으로 연통될 수 있도록 복수 개가 형성될 수도 있다.
그리고 스크롤측 측벽부에는 앞서 설명한 프레임측 토출구멍(311a)에 연통되어, 그 프레임측 토출구멍(311a)과 함께 제1 토출유로(PG1)를 이루는 복수 개의 스크롤측 토출구멍(322a)이 축방향으로 관통 형성된다.
그리고 스크롤측 측벽부(322)의 외주면에는 앞서 설명한 스크롤측 오일회수홈(322b)이 형성될 수 있다. 스크롤측 오일회수홈(322b)은 프레임측 오일회수홈(311b)에 연통되어, 그 프레임측 오일회수홈(311b)과 함께 회수되는 오일을 하측공간(10c)으로 안내하기 위한 제2 오일유로(PO2)를 형성하게 된다.
또, 제1 스크롤(32)의 하측에는 압축실(Vc)에서 토출되는 냉매를 후술할 유로가이드로 안내하기 위한 토출커버(34)가 결합될 수 있다. 토출커버(34)는 후술할 토출공간(Vd)이 토출구(325a)(325b)를 수용하는 동시에, 그 토출구(325a)(325b)를 통해 압축실(Vc)에서 토출된 냉매를 케이싱(10)의 상측공간(10b), 더 정확하게는 전동부(20)와 압축부(30) 사이의 공간으로 안내하는 제1 토출유로(PG1)의 입구를 수용하도록 형성될 수 있다. 토출커버에 대해서는 토출유로와 함께 나중에 다시 설명한다.
그리고 고정측 경판부(321)의 상면에는 후술할 선회측 랩(332)과 맞물려 압축실(Vc)을 이루는 고정측 랩(323)이 형성될 수 있다. 고정측 랩(323)에 대해서는 나중에 선회측 랩(332)과 함께 설명한다.
또, 고정측 경판부(321)의 중심에는 후술할 회전축(50)의 서브 베어링부(52)를 지지하는 제2 축수돌부(326)가 형성되고, 제2 축수돌부(326)에는 축방향으로 관통되어 서브 베어링부(52)를 반경방향으로 지지하는 제2 축수구멍(326a)이 형성될 수 있다.
한편, 제2 스크롤(33)은 선회측 경판부(331)가 대략 원판모양으로 형성될 수 있다. 선회측 경판부(331)의 하면에는 고정측 랩(322)과 맞물려 압축실을 이루는 선회측 랩(332)이 형성될 수 있다.
선회측 랩(332)은 고정측 랩(323)과 함께 인볼류트 형상으로 형성될 수 있지만 그 외의 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 선회측 랩(332)은 직경과 원점이 서로 다른 다수의 원호를 연결한 형태를 가지며, 최외곽의 곡선은 장축과 단축을 갖는 대략 타원형 형태로 형성될 수 있다. 이는 고정측 랩(323)도 마찬가지로 형성될 수 있다.
선회측 경판부(331)의 중앙부위에는 선회측 랩(332)의 내측 단부를 이루며, 후술할 회전축(50)의 편심부(53)가 회전가능하게 삽입되어 결합되는 회전축 결합부(333)가 축방향으로 관통 형성될 수 있다.
회전축 결합부(333)의 외주부는 선회측 랩(332)과 연결되어 압축과정에서 고정측 랩(322)과 함께 압축실(Vc)을 형성하는 역할을 하게 된다.
또, 회전축 결합부(333)는 선회측 랩(332)과 동일 평면상에서 중첩되는 높이로 형성되어, 회전축(50)의 편심부(53)가 선회측 랩(332)과 동일 평면상에서 중첩되는 높이에 배치될 수 있다. 이를 통해, 냉매의 반발력과 압축력이 선회측 경판부를 기초로 하여 동일 평면에 가해지면서 서로 상쇄되어, 압축력과 반발력의 작용에 의한 제2 스크롤(33)의 기울어짐이 방지될 수 있다.
또, 회전축 결합부(333)는 고정측 랩(323)의 내측 단부와 대향되는 외주부에 후술할 고정측 랩(323)의 돌기부(328)와 맞물리게 되는 오목부(335)가 형성된다. 이 오목부(335)의 일측은 압축실(Vc)의 형성방향을 따라 상류측에 회전축 결합부(333)의 내주부에서 외주부까지의 두께가 증가하는 증가부(335a)가 형성된다. 이는 토출 직전의 제1 압축실(V1)의 압축 경로가 길어져, 결과적으로 제1 압축실(V1)의 압축비를 제2 압축실(V2)의 압력비에 근접하게 높일 수 있게 한다. 제1 압축실(V1)은 고정측 랩(323)의 내측면과 선회측 랩(332)의 외측면 사이에 형성되는 압축실로서, 제2 압축실(V2)과 구분하여 나중에 설명한다.
오목부(335)의 타측은 원호 형태를 갖는 원호압축면(335b)이 형성된다. 원호압축면(335b)의 직경은 고정측 랩(323)의 내측 단부 두께(즉, 토출단의 두께) 및 선회측 랩(332)의 선회반경에 의해 결정되는데, 고정측 랩(323)의 내측 단부 두께를 증가시키면 원호압축면(335b)의 직경이 커지게 된다. 이로 인해, 원호압축면(335b) 주위의 선회측 랩 두께도 증가되어 내구성이 확보될 수 있고, 압축 경로가 길어져서 그만큼 제2 압축실(V2)의 압축비도 증가할 수 있다.
또, 회전축 결합부(333)에 대응하는 고정측 랩(323)의 내측 단부(흡입단 또는 시작단) 부근에는 회전축 결합부(333)의 외주부측으로 돌출되는 돌기부(328)가 형성되는데, 돌기부(328)에는 그 돌기부로부터 돌출되어 오목부(335)와 맞물리는 접촉부(328a)가 형성될 수 있다. 즉, 고정측 랩(323)의 내측 단부는 다른 부분에 비해서 큰 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이로 인해, 고정측 랩(323) 중에서 가장 큰 압축력을 받게 되는 내측 단부의 랩 강도가 향상되어 내구성이 향상될 수 있다.
한편, 압축실(Vc)은 고정측 경판부(321)와 고정측 랩(323), 그리고 선회측 랩(332)과 선회측 경판부(331) 사이에 형성되며, 랩의 진행방향을 따라 흡입실, 중간압실, 토출실이 연속으로 형성되어 이루어질 수 있다.
도 2와 같이, 압축실(Vc)은 고정측 랩(323)의 내측면과 선회측 랩(332)의 외측면 사이에 형성되는 제1 압축실(V1)과, 고정측 랩(323)의 외측면과 선회측 랩(332)의 내측면 사이에 형성되는 제2 압축실(V2)로 이루어질 수 있다.
즉, 제1 압축실(V1)은 고정측 랩(323)의 내측면과 선회측 랩(332)의 외측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점(P11, P12) 사이에 형성되는 압축실을 포함하고, 제2 압축실(V2)은 고정측 랩(323)의 외측면과 선회측 랩(332)의 내측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점(P21, P22) 사이에 형성되는 압축실을 포함한다.
여기서, 토출 직전의 제1 압축실(V1)은 편심부의 중심, 즉 회전축 결합부의 중심(O)과 두 개의 접촉점(P11, P12)을 각각 연결한 두 개의 선이 이루는 각도 중 큰 값을 갖는 각도를 α라 할 때, 적어도 토출 개시 직전에 α < 360°이고, 두 개의 접촉점(P11, P12)에서의 법선 벡터 사이의 거리 ℓ도 0보다 큰 값을 갖게 된다.
이로 인해, 토출 직전의 제1 압축실이 인볼류트 곡선으로 이루어진 고정랩과 선회랩을 갖는 경우에 비해서 더 작은 볼륨을 갖게 되므로, 고정측 랩(323)과 선회측 랩(332)의 크기를 늘리지 않고도 제1 압축실(V1)의 압축비와 제2 압축실(V2)의 압축비가 모두 향상될 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 제2 스크롤(33)은 프레임(31)과 고정스크롤(32) 사이에서 선회 가능하게 설치될 수 있다. 그리고 제2 스크롤(33)의 상면과 이에 대응하는 프레임(31)의 하면 사이에는 제2 스크롤(33)의 자전을 방지하는 올담링(35)이 설치되고, 올담링(35)보다 안쪽에는 후술할 배압실(S1)을 형성하는 실링부재(36)가 설치될 수 있다.
그리고 실링부재(36)의 바깥쪽에는 중간압 공간을 형성하게 된다. 이 중간압 공간은 중간 압축실(Vc)과 연통되어 중간압의 냉매가 채워짐에 따라 배압실의 역할을 할 수 있다. 따라서, 실링부재(36)를 중심으로 안쪽에 형성되는 배압실을 제1 배압실(S1)이라고 하고, 바깥쪽에 형성되는 중간압 공간을 제2 배압실(S2)이라고 할 수 있다. 결국, 배압실(S1)은 실링부재(36)를 중심으로 프레임(31)의 하면과 제2 스크롤(33)의 상면에 의해 형성되는 공간이다.
한편, 회전축(50)은 그 상부는 회전자(22)의 중심에 압입되어 결합되는 반면 하부는 압축부(30)에 결합되어 반경방향으로 지지될 수 있다. 이로써, 회전축(50)은 전동부(20)의 회전력을 압축부(30)의 선회스크롤(33)에 전달하게 된다. 그러면 회전축(50)에 편심 결합된 제2 스크롤(33)이 제1 스크롤(32)에 대해 선회운동을 하게 된다.
회전축(50)의 하반부에는 프레임(31)의 제1 축수구멍(312a)에 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 메인 베어링부(이하, 제1 베어링부)(51)가 형성되고, 제1 베어링부(51)의 하측에는 제1 스크롤(32)의 제2 축수구멍(326a)에 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 서브 베어링부(이하, 제2 베어링부)(52)가 형성될 수 있다. 그리고 제1 베어링부(51)와 제2 베어링부(52)의 사이에는 회전축 결합부(333)에 삽입되어 결합되도록 편심부(53)가 형성될 수 있다.
제1 베어링부(51)와 제2 베어링부(52)는 동일 축중심을 가지도록 동축 선상에 형성되고, 편심부(53)는 제1 베어링부(51) 또는 제2 베어링부(52)에 대해 반경방향으로 편심지게 형성될 수 있다. 제2 베어링부(52)는 제1 베어링부(51)에 대해 편심지게 형성될 수도 있다.
그리고 회전축(50)의 내부에는 각 베어링부와 편심부에 오일을 공급하기 위한 오일공급유로(50a)가 축방향을 따라 형성될 수 있다. 오일공급유로(50a)는 압축부(30)가 전동부(20)보다 하측에 위치함에 따라 회전축(50)의 하단에서 대략 고정자(21)의 하단이나 중간 높이, 또는 제1 베어링부(31)의 상단보다는 높은 위치까지 홈파기로 형성될 수 있다. 물론, 경우에 따라서는 회전축(50)을 축방향으로 관통하여 형성될 수도 있다.
그리고 회전축(50)의 하단, 즉 제2 베어링부(52)의 하단에는 하측공간(10c)에 채워진 오일을 펌핑하기 위한 오일피더(60)가 결합될 수 있다. 오일피더(60)는 회전축(50)의 오일공급유로(50a)에 삽입되어 결합되는 오일공급관(61)과, 오일공급관(61)을 수용하여 이물질의 침입을 차단하는 차단부재(62)로 이루어질 수 있다. 오일공급관(61)은 토출커버(34)를 관통하여 하측공간(10c)의 오일에 잠기도록 위치될 수 있다.
한편, 유로분리유닛(40)은 전동부(20)의 하면과 압축부(30)의 상면 사이에 형성되는 경유공간인 중간공간(이하, 제1 공간)(10a)에 설치되어, 압축부(30)로부터 토출되는 냉매가 유분리 공간인 전동부(20)의 상측공간(이하, 제2 공간)(10b)에서 저유공간인 압축부(30)의 하측공간(이하, 제3 공간)(10c)으로 이동하는 오일과 간섭되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
유로분리유닛(40)은 제1 공간(10a)을 냉매가 유동하는 공간(이하, 냉매유동공간)과 오일이 유동하는 공간(이하, 오일유동공간)으로 분리하는 유로가이드를 포함한다.
유로가이드는 프레임의 상면에서 축방향 상측으로 돌출되는 제1 유로가이드(410)와, 구동모터(20)의 하면에서 축방향 하측으로 돌출되어 제1 유로가이드(410)의 내측에 위치하는 제2 유로가이드(420)와, 제1 유로가이드(410)와 제2 유로가이드(420)의 사이에 구비되어 유로가이드의 내측공간과 외측공간 사이를 실링하는 실링부(430)로 이루어질 수 있다.
제1 유로가이드(410) 또는 제2 유로가이드(420)는 각각 한 개씩의 환벽부로 이루어질 수도 있고, 복수 개씩의 환벽부로 이루어질 수도 있다. 그리고 제2 유로가이드(420)는 구동모터(20)의 고정자(21)에 조립되거나 고정자(21)에 결합되는 인슐레이터에서 연장 형성될 수도 있다.
실링부는 제1 유로가이드(410)의 내측면과 이에 대향하는 제2 유로가이드(420)의 외측면 사이에 삽입되는 오링일 수도 있고, 도면으로 도시하지는 않았지만 제1 유로가이드(410)와 제2 유로가이드(420)를 요철 또는 단차지게 결합하여 형성할 수도 있다. 또, 제1 유로가이드(410)의 상단 또는 제2 유로가이드(420)의 하단이 고정자(21) 또는 프레임(31)에 밀착되거나 삽입되어 형성될 수도 있다. 이 경우에는 유로가이드가 한 개로 이루어질 수 있다.
도면중 미설명 부호인 70은 오일분리유닛이고, 80은 어큐뮬레이터이다.
상기와 같은 본 실시예에 의한 하부 압축식 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.
즉, 전동부(20)에 전원이 인가되면, 회전자(22)와 회전축(50)에 회전력이 발생되어 회전하고, 회전축(50)이 회전함에 따라 그 회전축(50)에 편심 결합된 선회스크롤(33)이 올담링(35)에 의해 선회운동을 하게 된다.
그러면, 케이싱(10)의 외부에서 냉매 흡입관(15)을 통하여 공급되는 냉매는 압축실(Vc)로 유입되고, 이 냉매는 선회스크롤(33)의 선회운동에 의해 압축실(Vc)의 체적이 감소함에 따라 압축되어 토출구(325a)(325b)를 통해 토출커버(34)의 내부공간으로 토출된다.
그러면, 토출커버(34)의 내부공간으로 토출된 냉매는 그 토출커버(34)의 내부공간을 순환하며 소음이 감소된 후 프레임(31)과 고정자(21) 사이의 공간으로 이동하고, 이 냉매는 고정자(21)와 회전자(22) 사이의 간격을 통해 전동부(20)의 상측공간으로 이동하게 된다.
그러면, 케이싱(10)의 상측공간(10b)에서 냉매로부터 오일이 분리된 후 냉매는 냉매 토출관(16)을 통해 케이싱(10)의 외부로 배출되는 반면, 오일은 케이싱(10)의 내주면과 고정자(21) 사이의 유로 및 케이싱(10)의 내주면과 압축부(30)의 외주면 사이의 유로를 통해 케이싱(10)의 저유공간인 하측공간(10c)으로 회수되는 일련의 과정을 반복한다. 이때, 전동부와 프레임의 사이에는 유로분리유닛(40)이 구비되어 냉매와 오일이 토출되는 토출유로를 상측공간(10b)에서 냉매로부터 분리된 오일을 하측공간(10c)으로 회수하기 위한 오일유로로부터 분리함에 따라, 토출되는 냉매와 회수되는 오일이 섞이지 않으면서 냉매와 오일이 원활하게 토출 및 회수될 수 있다.
한편, 앞서 설명한 토출커버(34)는 토출구(325)를 통해 토출되는 냉매와 오일의 압력맥동을 줄이는 동시에 토출구(325)와 제1 토출유로(PG1) 사이를 연결하는 역할을 하게 됨에 따라, 토출커버(34)의 내부체적, 즉 토출공간(Vd)의 체적은 압축기의 효율과 밀접한 관련을 가지게 된다.
예를 들어, 토출공간(Vd)의 체적이 적정값보다 작으면 압력맥동의 저감효과가 반감되는 것은 물론, 토출공간(Vd)에서 일종의 유로저항으로 작용하여 압축기 효율이 저하될 수 있다. 반면, 토출공간(Vd)의 체적이 적정값보다 크면 압력맥동을 낮추는 동시에, 토출되는 냉매와 오일에 대한 유로저항을 줄여 냉매가 케이싱(10)의 내부공간으로 원활하게 이동할 수 있다. 따라서, 토출공간(Vd)의 체적을 최적화하는 것이 압축기의 효율을 높이는데 중요하다.
도 3은 본 실시예에 따른 압축부에서 고정스크롤과 토출커버를 분리하여 보인 사시도이고, 도 4는 본 실시예에 따른 압축부를 확대하여 보인 단면도이며, 도 5는 도 4의 "Ⅳ-Ⅳ"선단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 토출커버(34)는 캡 모양으로 형성되는 것으로, 제1 스크롤(32)과 함께 토출공간(Vd)을 형성하도록 공간부(341a)를 구비하는 하우징부(341) 및 그 하우징부(341)의 외주면에서 바깥쪽으로 연장 형성되어 제1 스크롤(32)에 체결되는 플랜지부(342)로 이루어질 수 있다.
하우징부(341)는 대략 평면으로 형성되어 바닥면을 이루는 제1 면(345)과, 제1 면(345)에서 축방향으로 연장되어 대략 환형으로 형성되며 측벽면을 이루는 제2 면(346)으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제1 면(345)과 제2 면(346)은 토출구(325)의 하단과 스크롤측 토출구멍(322a)의 하단을 수용하는 공간부(341a)를 형성하며, 공간부(341a)는 그 공간부(341a)에 삽입되는 제1 스크롤(32)의 표면과 함께 토출공간(Vd)을 형성하게 된다.
제1 면(345)의 중앙부분에는 관통구멍(345a)이 형성되고, 이 관통구멍(345a)은 제1 스크롤(32)의 배면, 즉 고정측 경판부(321)에서 하측 방향(축방향)으로 돌출된 제2 축수돌부(326)에 삽입되어 결합된다. 그리고 관통구멍(345a)의 내주면에는 제2 축수돌부(326)의 외주면과의 사이를 실링하는 실링부재(미도시)가 삽입될 수 있다.
도 5와 같이, 제2 면(346)은 원주방향을 따라 적어도 한 개 이상의 토출안내홈(346a)이 형성될 수 있다. 토출안내홈(346a)은 바깥쪽을 향해 반경방향으로 함몰지게 형성되고, 제1 토출유로(PG1)를 이루는 스크롤측 토출구멍(322a)은 토출안내홈(346a)의 내부에 위치하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 토출안내홈(346a)을 제외한 하우징부(341)의 제2 면(346)은 그 내측면이 제1 스크롤(32)의 외주면, 즉 고정측 경판부(321)의 외주면에 밀착되어 일종의 실링부를 형성하게 된다.
여기서, 토출안내홈(346a)의 전체 원주각(β)은 토출안내홈(346a)을 제외한 토출공간(Vd)의 내주면에 대한 전체 원주각보다 작거나 같게 형성될 수 있다. 이에 따라, 토출안내홈(346a)을 제외한 토출공간(Vd)의 내주면이 충분한 실링면적을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 후술할 플랜지부(342)가 형성될 수 있는 원주방향 길이를 확보할 수 있다.
플랜지부(342)는 실링부를 이루는 부분, 즉 하우징부(341)의 제2 면(346)중에서 토출안내홈(346a)을 제외한 부분의 외주면에서 반경방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 플랜지부(342)에는 토출커버(34)를 제1 스크롤(32)에 볼트로 체결하기 위한 체결구멍(342a)이 형성되고, 체결구멍(342a)의 사이에는 원주방향을 따라 복수 개의 제2 오일회수홈(342b)이 형성될 수 있다. 제3 오일회수홈(342b)은 플랜지부(342)의 외주면에서 반경방향 안쪽(중앙쪽)으로 함몰지게 형성될 수 있다.
한편, 토출커버(34)에 구비되는 토출공간(Vd)은 앞서 설명한 바와 같이 압력맥동을 고려하여 일정 정도 이상의 체적을 가지도록 형성되어야 압축기 효율을 높일 수 있다. 따라서, 토출공간(Vd)의 체적은 압축실(Vc)의 체적에 비례하여 형성될 수 있다. 압축실(Vc)의 체적이 크면 압축실(Vc)에서 토출되는 냉매의 압력맥동도 크고, 반대로 압축실(Vc)의 체적이 작으면 압축실(Vc)에서 토출되는 냉매의 압력맥동도 작아지기 때문이다. 물론, 토출공간(Vd)의 체적은 토출구(325)의 면적에 비례하여 형성될 수도 있지만, 토출구(325)의 면적 역시 압축실(Vc)의 체적에 비례하기 때문에 결국 토출공간(Vd)이 체적은 압축실(Vc)의 체적에 비례하여 형성되는 것이 적절할 수 있다.
여기서, 스크롤 압축기는 2개 한 쌍의 압축실(V1)(V2)을 형성하므로, 압축실(Vc)의 체적은 2개 압축실의 체적의 합을 의미하며, 또, 스크롤 압축기의 압축실(Vc)은 외곽에 최초 압축실이, 중앙에 최종 압축실이 형성되고, 최초 압축실과 최종 압축실의 사이에는 연속으로 이동하는 중간 압축실이 형성되는데, 여기서의 압축실(Vc)의 체적은 최초 압축실의 체적을 의미한다.
도 6은 본 실시예에 의한 토출커버에서 체적비에 따른 맥동성분과 압축기 효율을 비교하여 보인 그래프이다. 이는, 토출공간(Vd)의 체적을 최초압축실(Vc)의 전체체적(압축기 행정체적)으로 나눈 값을 체적비라고 하고, 이 체적비를 기초로 하여 맥동성분과 압축기 효율을 비교한 것이며, 이를 통해 토출공간(Vd)의 체적을 최적화하도록 설정하는 것이다.
도 6에 도시된 그래프를 참조하면, 맥동성분은 체적비가 대략 3.5~5.5을 기준으로 급격하게 변화되는 것을 볼 수 있다. 즉, 체적비가 3.5~5.5 이하인 영역에서는 체적비가 증가함에 따라 맥동성분이 급격하게 하강하는 반면, 체적비가 3.5~5.5을 지나 그 이상인 영역에서는 하락폭이 점차 감소하는 것을 볼 수 있다. 따라서, 체적비가 3.5~5.5 이하가 되도록 토출체적을 설정하게 되면 맥동성분이 충분히 감소되지 않을 수 있으므로 압력맥동을 고려하면 체적비가 3.5~5.5 이상이 되도록 설정하는 것이 바람직할 수 있다.
또, 압축기 효율은 체적비가 4~6을 기준으로 급격하게 변화되는 것을 볼 수 있다. 즉, 체적비가 4~6 이하인 영역에서는 체적비가 증가함에 따라 압축기 효율이 급격하게 상승하는 반면, 체적비가 4~6을 지나 그 이상인 영역에서는 상승폭이 점차 감소하여 둔화되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 체적비가 4~6 이하가 되도록 토출체적을 설정하게 되면 압축기 효율이 충분히 향상되지 않을 수 있으므로 압축기 효율을 고려하면 체적비가 4~6 이상이 되도록 설정하는 것이 바람직할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 압축기는 압력맥동과 압축기 효율이 서로 연관되어 있으므로, 체적비는 압력맥동과 압축기 효율을 모두 고려하여 설정할 수 있다. 이 경우, 체적비는 대략 3.5~6 이상이 되도록 형성될 수 있으며, 바람직하게는 4.5 이상이 되도록 형성될 수 있다.
상기와 같이, 최초 압축실의 전체체적을 기초로 하여 적절한 체적비를 산출함에 따라, 최적의 토출공간의 체적을 구할 수 있고, 이를 통해 압축기 용량에 대응하여 적절한 토출커버의 규격을 용이하게 제공할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 토출커버(34)의 토출공간(Vd)에 대한 적정 체적비는 하한값만 설정한 것이다. 이는, 압력맥동이 작으면 작을수록, 압축기 효율은 크면 클수록 유리한 것이므로, 체적비의 하한값만으로도 충분하게 유의미한 한정이 될 수 있다.
다만, 압력맥동과 압축기 효율은 어느 시점에서는 체적비에 영향을 받지 않거나 그 영향이 무의미한 상태로 수렴될 수 있다. 도 7은 본 실시예에 따른 스크롤 압축기에서 체적비의 변화에 따른 압력맥동(동압)을 비교하여 보인 그래프들이고, 도 8은 토출체적과 압축실 체적의 각 규격에 대한 맥동성분과 효율을 정리하여 보인 표이다.
도 7의 (a) 내지 도 7의 (d)를 보면, 체적비가 2.6인 경우 압축기가 120Hz로 운전할 때 동압성분은 약 2.8kgf/cm2이지만, 체적비가 4.9에서는 약 2.0kgf/cm2, 체적비가 9.5에서는 약 1.2kgf/cm2, 체적비가 14.0에서는 약 0.4kgf/cm2로 변화하는 것을 볼 수 있다. 이는 운전속도가 90Hz, 60Hz의 경우에도 각각 동압성분의 크기는 다르지만 체적비가 증가할 수록 동압성분이 감소되는 것을 보여주고 있다. 이를 통해, 체적비가 4.9를 전후해서 체적비 대비 동압성분의 감소폭이 가장 크게 일어나는 것을 볼 수 있다. 특히, 체적비가 증가하여 14.0가 되면 동압성분이 거의 0에 근접하면서 운전속도에 관계없이 모든 운전 조건에서의 동압성분이 동일하게 되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 압력맥동을 고려하면 체적비의 상한값을 14.0으로 설정할 수 있다.
또, 도 8을 보면, 체적비가 상승할 수록 압축기 효율이 증가하는 것을 볼 수 있다. 특히, 체적비가 2.6에서 4.9로 증가하면 압축기 효율은 0.17이 상승하고, 체적비가 4.9에서 9.5로 증가하면 압축기 효율은 0.05로 상승하며, 체적비가 9.5에서 14.0으로 증가하면 압축기 효율은 0.04가 상승하는 것을 볼 수 있다. 이를 통해, 체적비가 4.9를 전후해서 압축기 효율의 상승폭이 가장 큰 것을 볼 수 있으며, 특히 체적비가 9.5에서 14.0으로 상승하는 과정에서 압축기 효율의 상승폭이 크게 둔화되는 것을 보면 체적비가 더 상승하더라도 압축기 효율은 크게 개선되지 않고 특정 값으로 수렴될 것이라는 것을 예측할 수 있다.
따라서, 체적비의 상한값을 제한하는 것이 압축기의 크기를 적절하게 유지하면서도 최적의 압축기 효율을 기대할 수 있어 바람직할 수 있다. 이는, 앞서의 실험값을 고려하면 체적비의 상한값은 대략 15 이하가 되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 토출커버에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
즉, 전술한 실시예에서는 토출커버의 내벽면에 토출안내홈이 반경방향을 따라 바깥쪽으로 함몰지게 형성되고, 토출안내홈에는 제1 스크롤의 제1 토출유로가 수용되도록 형성되는 것이었다. 이 경우, 토출안내홈을 제외한 토출커버의 내벽면은 제1 스크롤의 외주면에 접촉되어 실링부를 형성하게 된다.
하지만, 본 실시예에서는 토출안내홈 외에도 토출커버의 내벽면에 반경방향을 따라 바깥쪽으로 함몰진 홈이 더 형성될 수 있다. 이 홈을 공간확장홈이라고 할 수 있다. 도 9는 본 발명에 따른 토출커버에 대한 다른 실시예를 보인 평면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 공간확장홈(346b)은 토출안내홈(346a)과 같이 제1 스크롤(32)의 외주면으로부터 이격되어 제1 스크롤(32)에 대해 비접촉되면서 실링부를 이루지 않게 된다. 그리고 공간확장홈(346b)의 내부에는 스크롤측 토출구멍(322a)이 수용되지 않게 되므로, 공간확장홈(346b)은 토출공간(Vd)의 체적을 확대하기 위해서 형성되는 공간이 되는 것이다.
이에 따라, 본 실시예는 토출공간(Vd)의 체적을 확대할 수 있으면서도 토출커버(34)의 깊이(축방향 길이)가 확대되는 것을 억제하여 토출공간(Vd)의 적정 체적을 확보하면서도 압축기의 크기를 줄일 수 있다. 또, 공간확장홈(346b)이 압력맥동을 감쇄시키는 공간으로도 작용함에 따라 압력맥동도 더욱 감소될 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 토출커버에 대한 또다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
즉, 전술한 실시예들에서는 토출안내홈의 내측면이 대략 직각모양으로 절곡되는 것이나, 본 실시예는 토출안내홈의 내측면에 안내면이 형성되어 토출공간으로 토출된 냉매가 토출유로로 신속하게 안내될 수 있도록 하는 것이다. 도 10은 본 실시예에 따른 토출커버에서 토출안내홈의 내부를 확대하여 보인 단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 토출커버(34)의 하우징부(341)는 바닥면을 이루는 제1 면(345)과, 제1 면(345)의 외주면에서 연장되어 측벽면을 이루며 외주면에 플랜지부(342)가 연장 형성되는 제2 면(346)으로 이루어질 수 있다. 제2 면(346)에는 바깥쪽 반경방향으로 함몰지게 적어도 한 개 이상의 토출안내홈(346a)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 토출안내홈(346a)은 제1 면(345)과 제2 면(346)에 의해 소정의 체적을 가지도록 형성되고, 제1 면(345)과 제2 면(346)이 만나는 지점에는 반경방향을 따라 바깥쪽으로 갈수록 상향지게 경사진 토출안내면(346c)이 형성된다.
토출안내면(346c)은 대략 45°내외의 경사각을 가지도록 형성되며, 토출안내면(346c)의 범위 내에 스크롤측 토출구멍(322a)이 축방향으로 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 토출안내홈(346a)에 경사진 토출안내면(346c)이 구비되는 경우에는 토출공간(Vd)으로 토출되는 냉매가 토출안내면(346c)을 따라 스크롤측 토출구멍(322a)으로 이동을 하게 된다. 이때, 스크롤측 토출구멍(322a)은 토출구(325)와 대략 반대방향으로 형성됨에 따라, 토출구(325)에서 토출되는 냉매가 스크롤측 토출구멍(322a)으로 이동하기 위해서는 냉매의 유동방향이 급격하게 꺾여야 하므로 그만큼 유동저항이 많이 발생할 수 있다. 하지만, 토출안내홈(326a)에 경사진 토출안내면(326c)이 형성되면 냉매의 유동각도를 완화시켜 냉매가 보다 신속하게 스크롤측 토출구멍(322a)으로 이동을 할 수 있게 된다. 그러면 토출공간(Vd)에 대한 체적비가 다소 감소하더라도 냉매의 압력맥동을 낮출 수 있어 그만큼 압축기 효율이 향상될 수 있다.
10 : 케이싱 10a : 중간공간(제1 공간)
10b : 상측공간(제2 공간) 10c : 하측공간(제3 공간)
20 : 전동부 30 : 압축부
31 : 프레임 311a : 프레임측 토출구멍
311b : 프레임측 오일회수홈 32 : 제1 스크롤
323 : 고정측 랩 33 : 제2 스크롤
332 : 선회측 랩 34 : 토출커버
341 : 하우징부 341a : 공간부
342 : 플랜지부 342a: 체결구멍
342b : 제3 오일회수홈 345 : 제1 면
345a : 관통구멍 346 : 제2 면
346a : 토출안내홈 346b : 공간확대홈
40 : 유로분리유닛 50 : 회전축
Vc : 압축실 Vd : 토출공간

Claims (14)

  1. 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 고정되고, 축방향으로 관통되는 내측유로와 외측유로를 가지는 구동모터;
    상기 구동모터에 결합되어 회전하는 회전축;
    상기 구동모터의 하측에 공간을 두고 구비되며, 상기 회전축이 관통하여 지지되는 프레임;
    상기 프레임의 하측에 구비되며, 일측면에 고정측 랩이 형성되는 제1 스크롤;
    상기 프레임과 제1 스크롤 사이에 구비되며, 상기 고정측 랩과 맞물리는 선회측 랩이 형성되고, 상기 회전축이 상기 선회측 랩과 반경방향으로 중첩되도록 편심 결합되며, 상기 제1 스크롤에 대해 선회운동을 하면서 그 제1 스크롤과의 사이에 압축실을 형성하는 제2 스크롤;
    상기 제1 스크롤에 구비되어 상기 압축실에서 압축되는 냉매를 상기 제1 스크롤의 하측으로 토출하는 토출구;
    상기 제1 스크롤과 프레임을 관통하도록 형성되어 상기 토출구를 통해 토출되는 냉매를 상기 프레임의 상측으로 안내하는 토출유로; 및
    상기 제1 스크롤에 결합되며, 상기 토출구의 단부와 상기 토출유로의 단부를 수용하도록 공간부가 구비되어 상기 토출구를 통해 토출되는 냉매를 상기 토출유로로 안내하는 토출커버;를 포함하고,
    상기 제1 스크롤에 의해 상기 토출커버의 공간부에 정의되는 토출공간의 체적은, 상기 토출공간의 체적을 상기 압축실 중에서 최초 압축실의 전체 체적으로 정의되는 행정체적으로 나눈 값이 4.5 이상인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 토출커버는 상기 토출공간을 이루는 내주면이 상기 제1 스크롤의 외주면에 삽입되어 결합되고,
    상기 토출커버의 내주면에는 외주면 방향으로 함몰되어 상기 제1 스크롤의 외주면으로부터 이격된 토출안내홈이 원주방향을 따라 적어도 한 개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 토출유로는 상기 토출안내홈의 범위 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 토출안내홈의 원주방향 일측에는 적어도 한 개 이상의 공간확장홈이 형성되고,
    상기 토출유로는 상기 공간확장홈의 범위 밖에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 토출안내홈의 전체 원주각은 상기 토출안내홈을 제외한 상기 토출공간의 내주면에 대한 전체 원주각보다 작거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 토출안내홈에는 상기 토출안내홈을 이루는 반경방향 측면을 향하는 방향으로 경사진 안내면이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 토출커버는,
    토출공간을 형성하는 하우징부; 및
    상기 하우징부의 외주면에서 연장 형성되어 상기 제1 스크롤에 체결되는 플랜지부;로 이루어지며,
    상기 하우징부의 측벽면에는 바깥쪽으로 함몰진 토출안내홈이 원주방향을 따라 적어도 한 개 이상 형성되고,
    상기 토출유로는 상기 토출안내홈의 내부에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하우징부의 측벽면 중에서 상기 토출안내홈을 제외한 부분은 상기 제1 스크롤의 외주면에 밀착되는 실링부가 형성되고,
    상기 실링부의 외주면에서 연장되는 플랜지부의 외주면에는 중앙쪽으로 소정의 깊이만큼 함몰지게 오일회수홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 스크롤과 프레임에는 상기 제1 스크롤과 프레임의 축방향 양쪽 공간을 연통시키는 오일유로가 형성되고,
    상기 오일유로는 상기 오일회수홈과 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프레임과 구동모터의 사이에는 유로분리유닛이 구비되고,
    상기 유로분리유닛은 상기 토출유로와 오일유로의 반경방향 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유로분리유닛은,
    상기 프레임에 연장되는 제1 유로가이드;
    상기 구동모터에서 연장되는 제2 유로가이드; 및
    상기 제1 유로가이드와 제2 유로가이드 사이에 구비되는 실링부;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  12. 내부공간에 오일이 저장되는 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 구비되는 구동모터;
    상기 구동모터에 결합되는 회전축;
    상기 구동모터의 일측에 구비되며, 프레임측 토출유로가 축방향으로 관통 형성되는 프레임;
    토출구가 형성되어 상기 프레임의 일측에 구비되며, 상기 프레임측 토출유로와 연통되도록 스크롤측 토출유로가 축방향으로 관통 형성되는 제1 스크롤;
    상기 프레임과 제1 스크롤 사이에 구비되며, 상기 제1 스크롤에 대해 선회운동을 하면서 상기 제1 스크롤과 함께 압축실을 형성하고, 압축실은 바깥쪽에 최초 압축실을, 안쪽에 최종 압축실을, 그리고 최초 압축실과 최종 압축실의 사이에 적어도 한 개 이상의 중간압축실을 각각 형성하는 제2 스크롤; 및
    상기 제1 스크롤에 결합되며, 상기 토출구의 단부와 상기 토출유로의 단부를 수용하도록 공간부가 구비되어 상기 토출구를 통해 토출되는 냉매를 상기 토출유로로 안내하는 토출커버;를 포함하고,
    상기 제1 스크롤에 의해 상기 토출커버의 공간부에 정의되는 토출공간의 체적은, 상기 최초 압축실의 전체 체적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 스크롤 압축기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 토출공간의 체적을 상기 최초 압축실의 전체 체적으로 나눈 값을 체적비라고 할 때,
    상기 체적비는 4.5 이상인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 체적비는 15 이하인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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