KR102056371B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 양쪽 압축실 중에서 체적감소 기울기가 큰 쪽의 압축실에 형성되는 바이패스 구멍의 전체 단면적이 체적감소 기울기가 낮은 쪽 압축실에 형성되는 바이패스 구멍의 전체 단면적보다 크게 형성됨으로써, 체적감소 기울기가 큰 압축실에서의 과압축을 방지하여 압축기의 전체 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 양쪽 압축실의 체적 기울기를 상이하게 형성한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

스크롤 압축기는 고정스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩이 맞물린 상태에서 선회스크롤이 고정스크롤에 대해 선회운동을 하면서 고정랩과 선회랩 사이에 연속적으로 이동하는 압축실을 형성하여 냉매를 흡입 및 압축하는 형태의 압축기이다.

이러한 스크롤 압축기는 흡입, 압축 및 토출이 연속적으로 이루어지므로 작동 과정에서 발생되는 진동 및 소음 측면에서 다른 형태의 압축기에 비해 우수한 장점을 갖는다.

스크롤 압축기는의 거동 특성은 고정랩과 선회랩의 형태에 의해 결정된다. 고정랩과 선회랩은 임의의 형상을 가질 수 있지만 통상적으로는 가공이 용이한 인볼류트 곡선의 형태를 갖고 있다. 인볼류트 곡선은 임의의 반경을 갖는 기초원의 주위에 감겨있는 실을 풀어낼 때 실의 단부가 그리는 궤적에 해당되는 곡선을 의미한다. 이러한 인볼류트 곡선을 이용하는 경우 랩의 두께가 일정하여 용적변화율도 일정하게 되므로 높은 압축비를 얻기 위해서는 랩의 권수를 늘려야 하지만, 이 경우 압축기의 크기도 함께 커지게 되는 단점이 있다.

한편, 선회스크롤은 통상적으로는 원판 형태로 된 경판의 일측면에 선회랩이 형성되고, 선회랩이 형성되지 않은 배면에 보스부가 형성되어 선회스크롤을 선회구동시키는 회전축과 연결되게 된다. 이러한 형태는 경판의 거의 전면적에 걸쳐서 선회랩을 형성할 수 있어 동일한 압축비를 얻기 위한 경판부의 직경을 작게 할 수 있는 반면, 압축시에 냉매의 반발력이 적용되는 작용점과 반발력을 상쇄하기 위한 반력이 적용되는 작용점이 수직 방향으로서로 이격되어 작동 과정에서 선회스크롤의 거동이 불안정해지면서 진동이나 소음이 커지는 문제가 있다.

이러한 문제를 해소하기 위한 방법으로, 도 1에서와 같이 회전축(1)과 선회스크롤(2)이 결합되는 지점이 선회랩(2a)과 동일한 면에 형성되는 소위 축관통 스크롤 압축기가 개시되어 있다. 이러한 축관통 스크롤 압축기는 냉매의 반발력의 작용점과 그 반력의 작용점이 동일 지점에 작용하게 되므로 선회스크롤(2)이 기울어지는 문제를 해소할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 축관통 스크롤 압축기에서는, 그 축관통 스크롤 압축기의 특성상 양쪽 압축실(S1)(S2)의 압축 기울기 또는 양쪽 압축실(S1)(S2)의 체적감소 기울기가 서로 상이함에도 불구하고 도 1 및 도 2에서와 같이 중간 압축실에서 압축되는 냉매의 일부를 바이패스시키도록 고정스크롤(3)에 구비된 바이패스구멍(3b)(3c)의 단면적이 동일하게 형성됨에 따라, 체적감소 기울기가 큰 쪽의 압축실(예를 들어, 제2 압축실)에서는 과압축 손실이 발생되어 전체적인 압축 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 양쪽 압축실의 체적감소 기울기(또는, 압축 기울기)가 서로 다른 경우에 체적감소 기울기가 큰 압축실에서의 과압축 손실을 최소화할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 양쪽 압축실의 체적감소 기울기가 상이한 스크롤 압축기에서, 상기 양쪽 압축실 중에서 체적감소 기울기가 큰 쪽의 압축실에 형성되는 바이패스 구멍의 전체 단면적이 다른 쪽 바이패스 구멍의 전체 단면적보다 크게 형성되는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

또, 고정랩을 갖는 고정스크롤; 상기 고정랩과 치합되어 외측면과 내측면에 제1 및 제2 압축실을 형성하는 선회랩을 가지며, 중앙부에 회전축 결합부가 형성되어 상기 고정스크롤에 대해서 선회운동하는 선회스크롤; 일단부에 편심부를 가지며, 상기 편심부가 상기 선회랩과 측방향으로 중첩되도록 상기 선회스크롤의 회전축 결합부에 결합되는 회전축; 및 상기 회전축을 구동하는 구동유닛;을 포함하고, 상기 고정랩의 내측 단부의 내주면에는 돌기부가 형성되고, 상기 회전축 결합부의 외주면에는 상기 돌기부와 접촉하여 압축실을 형성하는 오목부가 형성되며, 상기 선회스크롤에는 제1 압축실과 제2 압축실에서 밖으로 관통되는 바이패스 구멍이 각각 형성되고, 상기 바이패스 구멍중에서 상기 제2 압축실에 관통되는 바이패스 구멍의 전체 단면적이 상기 제1 압축실에서 관통되는 바이패스 구멍의 전체 단면적보다 크게 형성되는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 양쪽 압축실 중에서 체적감소 기울기가 큰 쪽의 압축실에 형성되는 바이패스 구멍의 전체 단면적이 체적감소 기울기가 낮은 쪽 압축실에 형성되는 바이패스 구멍의 전체 단면적보다 크게 형성됨으로써, 체적감소 기울기가 큰 압축실에서의 과압축을 방지하여 압축기의 전체 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 축관통 스크롤 압축기의 압축부를 보인 종단면도,
도 2는 도 1에 따른 축관통 스크롤 압축기에서 각 압축실에 연통되는 바이패스 구멍을 보인 평면도,
도 3은 본 발명에 의한 축관통 스크롤 압축기를 보인 종단면도,
도 4는 도 3에 따른 축관통 스크롤 압축기에서 압축부를 보인 평면도,
도 5는 도 3에 따른 축관통 스크롤 압축기에서 각 압축실에 연통되는 바이패스 구멍을 보인 평면도,
도 6 및 도 7은 도 3에 따른 축관통 스크롤 압축기에 대한 압축선도 및 체적선도.

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

도 3은 본 발명에 의한 축관통 스크롤 압축기를 보인 종단면도이고, 도 4는 도 3에 따른 축관통 스크롤 압축기에서 압축부를 보인 평면도이며, 도 5는 도 3에 따른 축관통 스크롤 압축기에서 각 압축실에 연통되는 바이패스 구멍을 보인 평면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 실시예에 의한 축관통 스크롤 압축기는, 밀폐용기(10)의 내부에는 구동모터(20)가 설치되고, 구동모터(20)의 상하 양측에는 각각 메인프레임(30)과 서브프레임(40)이 설치되며, 메인프레임(30)의 상측에는 고정스크롤(50)이 고정 설치되고, 고정스크롤(50)과 메인프레임(30)의 사이에는 고정스크롤(50)에 맞물리고 구동모터(20)의 회전축(23)에 결합되어 선회운동을 하면서 냉매를 압축하도록 선회스크롤(60)이 설치될 수 있다.

밀폐용기(10)는 원통형의 케이싱(11)과, 케이싱(11)의 상부 및 하부를 각각 덮어 용접 결합되는 상부 쉘(12) 및 하부 쉘(13)로 이루어질 수 있다. 케이싱(10)의 측면으로 흡입파이프(14)가 설치되고, 상부 쉘(12)의 상부에는 토출파이프(15)가 설치될 수 있다. 하부 쉘(13)은 압축기가 원활하게 작동될 수 있도록 공급되는 오일을 저장하는 오일챔버로서도 기능하게 된다.

구동모터(20)는 케이싱(10)의 내면에 고정되는 고정자(22)와, 고정자(22)의 내부에 위치하며 고정자(22)와의 상호작용에 의해 회전되는 회전자(22)를 포함할 수 있다. 회전자(22)의 중심에는 그 회전자(22)와 함께 회전하는 회전축(23)이 결합될 수 있다.

회전축(23)의 중심부에는 오일유로(F)가 회전축(23)의 길이방향을 따라서 관통 형성되고, 회전축(23)의 하단에는 하부 쉘(13)에 저장되어 있는 오일을 상부로 공급하기 위한 오일펌프(24)가 설치될 수 있다. 회전축(23)의 상단에는 핀부(23c)가 편심지게 형성될 수 있다.

고정스크롤(50)은 그 외주면이 케이싱(10)과 상부 쉘(12) 사이에 열박음 방식으로 압입되어 고정되거나, 또는 케이싱(10)과 상부 쉘(12)와 함께 용접에 의해 결합될 수 있다. 그리고 고정스크롤(50)의 경판부(52) 저면에는 후술할 선회랩(64)과 치합되어 그 선회랩(64)의 외측면에 제1 압축실(S1)을, 내측면에 제2 압축실(S2)을 각각 형성하는 고정랩(54)이 형성될 수 있다.

선회스크롤(60)은 고정스크롤(50)에 맞물려 메인프레임(30)의 상면에 지지될 수 있다. 선회스크롤(60)은 대략 원형으로 경판부(62)가 형성되고, 경판부(62)의 상면에는 고정랩(54)과 치합되어 연속으로 이동하는 2개 한 쌍의 압축실(S1)(S2)을 형성하도록 선회랩(64)이 형성될 수 있다. 그리고, 경판부(62)의 중심부에는 회전축(23)의 핀부(23c)가 회전 가능하게 삽입되어 결합되는 대략 원형의 회전축 결합부(66)가 형성될 수 있다.

회전축 결합부(66)에는 회전축(23)의 핀부(23c)가 삽입되어 결합되고, 고정랩(54)과 선회랩(64) 그리고 회전축(23)의 핀부(23c)는 압축기의 반경방향으로 중첩되도록 설치될 수 있다. 여기서, 압축시에는 냉매의 반발력이 고정랩(54)과 선회랩(64)에 가해지게 되고, 이에 대한 반력으로서 회전축 결합부(66)와 핀부(23c) 사이에 압축력이 가해지게 된다. 상기와 같이, 회전축(23)의 핀부(23c)가 선회스크롤(60)의 경판부(62)를 관통하여 랩과 반경방향으로 중첩되는 경우 냉매의 반발력과 압축력이 경판부(62)를 기준으로 하여 동일 측면에 가해지므로 서로 상쇄될 수 있다.

한편, 고정랩(54)과 선회랩(64)이 인볼류트 곡선으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 인벌류트 곡선이 아닌 다른 곡선을 갖도록 형성할 수도 있다. 도 4을 참조하면, 회전축 결합부(66)의 중심을 O라 하고, 두 개의 접촉점을 각각 P1, P2라 할 때, 두 개의 접촉점(P1, P2)과 회전축 결합부의 중심(O)을 연결한 두 개의 직선에 의해 정의되는 각α는 360°보다 작고, 각각의 접촉점에서의 법선 벡터 사이의 거리 ℓ도 0보다 큰 값을 갖는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 토출 직전의 제1 압축실(S1)이 인볼류트 곡선으로 이루어진 고정랩(54)과 선회랩(64)을 갖는 경우에 비해 더 작은 볼륨을 갖게 되므로 압축비가 증가될 수 있다.

그리고, 고정랩(54)의 내측 단부 부근에 상기 회전축 결합부(66)측으로 돌출되는 돌기부(55)가 형성되고, 돌기부(55)에는 그 돌기부(55)로부터 돌출되도록 형성되는 접촉부(55a)가 더 형성될 수 있다. 이에 따라, 고정랩의 내측 단부는 다른 부분에 비해서 보다 큰 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

회전축 결합부(66)에는 돌기부(55)와 맞물리게 되는 오목부(67)가 형성될 수 있다. 오목부(67)의 일측벽은 돌기부(55)의 접촉부(55a)와 접촉하면서 제1 압축실(S1)의 일측 접촉점(P1)을 형성하게 될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 52a는 제1 바이패스구멍, 52b는 제2 바이패스구멍, 56은 토출구이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 축관통 스크롤 압축기는, 구동모터(20)에 전원을 인가하여 회전축(23)이 회전을 하면, 그 회전축(23)에 편심 결합한 선회스크롤(60)이 일정한 궤적을 따라 선회운동을 하고, 선회스크롤(60)과 고정스크롤(50) 사이에 형성되는 제1 압축실(S1)과 제2 압축실(S2)이 선회운동의 중심으로 연속적으로 각각 이동하면서 체적이 감소하여 냉매를 연속적으로 흡입 압축하면서 토출을 하는 일련의 과정을 반복하게 된다.

여기서, 도 5에서와 같이, 각 압축실(S1)(S2)에 대한 실제 압축선도를 보면, 이론 압축선도에 비해 토출압력(P) 이상으로 압축되는 소위 과압축 손실이 발생할 수 있다. 이를 감안하여, 고정스크롤(50)에는 각 압축실(S1)(S2)에서 냉매가 토출되기 전, 즉 흡입압력(Ps)과 토출압력(Pd) 사이의 중간압을 갖는 영역에서 압축되는 냉매의 일부를 미리 바이패스 시킬 수 있도록 각각의 바이패스구멍(52a)(52b)이 형성될 수 있다.

하지만, 도 6에서와 같이 제1 압축실(S1)은 토출 개시 직전에 압축실의 체적이 급격하게 감소하면서 제1 압축실(S1)의 체적감소 기울기(즉, 압축 기울기)가 제2 압축실(S2)의 압축 기울기에 비해 커지게 된다. 압축 기울기가 커지게 되면 다른 쪽 압축실(S2)에 비해 더 큰 과압축이 발생하게 되어 압축 효율이 저하될 수 있으므로 제1 압축실(S1)에 연통되는 바이패스 구멍(52a)의 전체 단면적을 제2 압축실(S2)에 연통되는 바이패스 구멍(52b)의 전체 단면적보다 크게 형성함으로써 제1 압축실(S1)에서의 과압축을 방지하는 것이 바람직할 수 있다.

이를 위해, 도 3 및 도 7에서와 같이 제1 압축실(S1)에 연통되는 바이패스 구멍, 즉 제1 바이패스 구멍(52a)의 개수를 제2 압축실(S2)에 연통되는 바애패스 구멍, 즉 제2 바이패스 구멍(52b)의 개수보다 많게 형성함으로써, 제1 압축실(S1)에서 체적감소 기울기가 제2 압축실(S2)의 체적 기울기에 비해 급격하게 낮아지면서 발생할 수 있는 제1 압축실(S1)에서의 과압축 손실을 방지할 수 있다.

한편, 제1 바이패스 구멍(52a)의 개수와 제2 바이패스 구멍(52b)의 개수를 동일하게 하면서 제1 바이패스 구멍(52a)의 개별 단면적을 제2 바이패스 구멍(52b)의 개별 단면적 보다 크게 형성하더라도 전술한 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 물론, 이 경우에는 제1 바이패스 구멍(52a)의 직경이 고정랩(54)의 랩두께보다는 작게 형성하여야 양쪽 압축실 사이에서의 냉매누설을 방지할 수 있다.

이렇게, 양쪽 압축실 중에서 체적감소 기울기가 큰 제1 압축실에 형성되는 제1 바이패스 구멍의 전체 단면적이 제2 압축실에 형성되는 제2 바이패스 구멍의 전체 단면적보다 크게 형성됨으로써, 제1 압축실에서의 과압축을 방지하여 압축기의 전체 효율을 향상시킬 수 있다.

50 : 고정스크롤 52 : 경판부
52a,52b : 바이패스 구멍 54 : 고정랩
56 : 토출구 60 : 선회스크롤
64 : 선회랩 S1 : 제1 압축실
S2 : 제2 압축실

Claims (6)

1. 양쪽 압축실의 체적감소 기울기가 상이한 스크롤 압축기에서,
   상기 양쪽 압축실 중에서 상기 체적감소 기울기가 큰 쪽의 압축실에 형성되는 바이패스 구멍의 전체 단면적이 상기 체적감소 기울기가 작은 쪽의 바이패스 구멍의 전체 단면적보다 크게 형성되고,
   상기 양쪽 압축실의 체적은, 상기 체적감소 기울기가 큰 쪽 보다 작은 쪽이 크게 형성되는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 양쪽 압축실 중에서 체적감소 기울기가 큰 쪽의 압축실에 형성되는 바이패스 구멍의 개수가 다른 쪽 압축실에 형성되는 바이패스 구멍의 개수보다 많게 형성되는 스크롤 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 양쪽 압축실 중에서 체적감소 기울기가 큰 쪽의 압축실에 형성되는 바이패스 구멍의 개별 단면적이 다른 쪽 압축실에 형성되는 바이패스 구멍의 개별 단면적보다 크게 형성되는 스크롤 압축기.
4. 고정랩을 갖는 고정스크롤;
   상기 고정랩과 치합되어 외측면과 내측면에 제1 및 제2 압축실을 형성하는 선회랩을 가지며, 중앙부에 회전축 결합부가 형성되어 상기 고정스크롤에 대해서 선회운동하는 선회스크롤;
   일단부에 편심부를 가지며, 상기 편심부가 상기 선회랩과 측방향으로 중첩되도록 상기 선회스크롤의 회전축 결합부에 결합되는 회전축; 및
   상기 회전축을 구동하는 구동유닛;을 포함하고,
   상기 고정랩의 내측 단부의 내주면에는 돌기부가 형성되고, 상기 회전축 결합부의 외주면에는 상기 돌기부와 접촉하여 압축실을 형성하는 오목부가 형성되며,
   상기 선회스크롤에는 제1 압축실과 제2 압축실에서 밖으로 관통되는 바이패스 구멍이 각각 형성되고,
   상기 제2 압축실의 체적은 상기 제1 압축실의 체적보다 작으며,
   상기 제2 압축실의 체적감소 기울기는 상기 제1 압축실의 체적감소 기울기보다 크고,
   상기 바이패스 구멍중에서 상기 제2 압축실에 관통되는 바이패스 구멍의 전체 단면적이 상기 제1 압축실에서 관통되는 바이패스 구멍의 전체 단면적보다 크게 형성되는 스크롤 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 압축실에서 관통되는 바이패스 구멍의 개수가 상기 제1 압축실에서 관통되는 바이패스 구멍의 개수보다 많게 형성되는 스크롤 압축기.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2 압축실에서 관통되는 바이패스 구멍의 개별 단면적이 상기 제1 압축실에서 관통되는 바이패스 구멍의 개별 단면적보다 크게 형성되는 스크롤 압축기.

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