KR102232428B1 - 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 구체적으로 고정 스크롤과 선회 스크롤의 접촉점에서 원심력에 의한 강성을 증진시킬 수 있는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 반경 방향 외측에서 반경 방향 내측으로 감기도록 구비되는 선회랩을 갖는 선회 스크롤과 반경 방향 외측에서 반경 방향 내측으로 감기도록 구비되는 고정랩을 갖는 고정 스크롤을 포함하는 압축기에 있어서, 상기 선회랩 또는 고정랩의 전체 구간 중 일부 구간에, 상기 선회랩과 고정랩 사이의 선회 반경이 좁아지도록 형성된 살붙임부가 형성됨을 특징으로 하는 압축기가 제공될 수 있다.

Description

압축기{COMPRESSOR}
본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 구체적으로 고정 스크롤과 선회 스크롤의 접촉점에서 원심력에 의한 강성을 증진시킬 수 있는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 냉매 압축식 냉동사이클(이하, 냉동사이클로 약칭함)에 적용되고 있다.
압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식 압축기 및 로터리식 압축기로 구분될 수 있으며, 로터리식 압축기에는 스크롤식 압축기가 포함될 수 있다.
스크롤 압축기는 구동모터와 압축부의 위치에 따라 상부 압축식 또는 하부 압축식으로 구분될 수 있다. 상부 압축식은 압축부가 구동모터보다 상측에 위치하는 방식이고, 하부 압축식은 압축부가 구동모터보다 하측에 위치하는 방식이다.
즉, 구동모터와 압축부의 상대적인 위치에 따라 압축기를 달리 명명할 수 있다. 압축기는 수직 장착이 아닌 수평 장착이 가능할 수 있다. 따라서, 구동모터와 압축부의 상대적인 위치에 따라 보다 일반화하여 압축기를 명명할 수 있다. 압축기 내에서 냉매의 흐름 방향과 구동모터의 위치에 따라, 구동모터의 상류측(upsteam)에서 냉매의 압축이 수행되고 구동모터의 하류측(downstream)에서 냉매가 토출되는 압축기를 상류측 압축기라 할 수 있다. 그리고 구동모터의 하류측(upsteam)에서 냉매의 압축이 수행되고 냉매가 토출되는 압축기를 하류측 압축기라 할 수 있다.
스크롤식 압축기는 고정 스크롤에 대해서 선회 스크롤이 선회함에 따라 냉매의 압축이 수행되는 압축기이다. 고정 스크롤과 선회 스크롤은 각각 반경 방향 외측에서 반경 방향 내측으로 회전하면서 진행하는 랩을 갖는다. 고정 스크롤에 대해서 선회 스크롤이 선회하는 각도에 따라, 고정 스크롤과 선회 스크롤은 접촉하게 되며, 이러한 접촉점의 개수는 선회 스크롤의 선회 각도 구간에 따라 달라진다.
고정 스크롤과 선회 스크롤의 랩 두께는 일정한 프로파일을 갖고 가변될 수 있다. 그리고, 스크롤 압축기의 특성 상 중심부에서 바깥으로 갈수록 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이의 접촉점에서 접촉 면적이 증가하고 원심력의 집중에 취약하게 된다.
이러한 원심력의 집중이 랩의 두께가 낮은 부분에 발생됨으로 인해서, 스크롤이 파손되는 문제가 발생될 수 있다. 특히, 고속 운전 시 랩의 접촉점 개수가 상대적으로 적고 접촉 면적이 큰 부분에서 원심력이 집중되어 랩의 변형 및 파손 우려가 더욱 증가한다.
그러므로, 고정 스크롤과 선회 스크롤 특히 랩 두께가 얇은 부분의 파손 방지를 위한 방안이 요구된다고 할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 종래 스크롤 압축기의 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 고정 스크롤과 선회 스크롤의 신뢰성을 증진시켜 안전하고 내구성이 증진된 압축기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 종전 고정 스크롤 및/또는 선회 스크롤의 특정 부분의 랩 두께에 대한 미세한 변화(살 붙임)를 통해서, 원심력이 취약 부분의 랩에 집중되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 선회 스크롤의 선회 각도에 따른 랩 접촉 개수, 접촉 지점 및 접촉 지점에서의 원심력 작용 비율을 고려하여, 최적 위치에 살 붙임이 수행된 압축기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 선회 스크롤과 고정 스크롤의 접촉 유막 두께를 고려하여, 최적의 두께로 살붙임이 수행된 압축기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 선회 스크롤의 선회랩 및/또는 고정 스크롤의 고정랩 중 두께가 얇은 부분에서의 원심력 집중을 줄이기 위해 두께가 두꺼운 부분에서서 의도적으로 원심력 집중이 발생되도록 하여, 선회 스크롤 및/또는 고정 스크롤을 보호할 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 랩 강성에 유리한 구간에 원심력이 집중되록 하여 랩 강성이 취약한 부분의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 랩 강성이 취약한 부분에서의 선회랩과 고정랩의 접촉 면적을 증가시켜, 원심력 집중을 줄일 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 반경 방향 외측에서 반경 방향 내측으로 감기도록 구비되는 선회랩을 갖는 선회 스크롤과 반경 방향 외측에서 반경 방향 내측으로 감기도록 구비되는 고정랩을 갖는 고정 스크롤을 포함하는 압축기에 있어서, 상기 선회랩 또는 고정랩의 전체 구간 중 일부 구간에, 상기 선회랩과 고정랩 사이의 선회 반경이 좁아지도록 형성된 살붙임부가 형성됨을 특징으로 하는 압축기가 제공될 수 있다.
상기 선회랩과 고정랩 사이에는 복수 개의 접촉점이 형성될 수 있다. 특히, 회전축의 중심점을 기준으로 동일한 중심선에 복수 개의 접촉점이 형성될 수 있다.
따라서, 살붙임부가 형성된 특정 접촉점을 통해서 다른 접촉점에서의 접촉 면적의 감소와 원심력 집중도를 낮출 수 있다.
상기 선회랩과 고정랩 사이의 선회 반경은, 상기 선회랩과 고정랩의 말단부와 상기 살붙입부를 제외하고는 일정한 것이 바람직하다.
상기 선회랩과 고정랩은, 각각의 두께가 가변되는 기설정된 프로파일을 갖되 상기 선회 반경이 일정하도록 형성되고, 상기 살붙임부는, 상기 기설정된 프로파일에서 상기 기설정된 프로파일이 배제되도록 형성될 수 있다.
상기 선회 스크롤이 상기 고정 스크롤에 대해서 편심 선회함에 따라, 상기 선회랩과 고정랩 사이의 접촉점은 4개 또는 5개 형성될 수 있다.
상기 살붙임부는, 상기 접촉점 중 어느 하나에 형성될 수 있다.
상기 접촉점의 개수가 4개인 선회 각도 구간과 상기 접촉점의 개수가 5개인 선회 각도 구간이 형성될 수 있다.
상기 접촉점 각각에서의 접촉면적은 반경 방향 외측에 더욱 치우진 접촉점에서 더욱 커지게 된다.
상기 살붙임부는, 상기 접촉점 중 반경 방향 최내측에 구비되는 접촉점에 형성됨이 바람직하다.
상기 선회 스크롤의 선회각도가 0도 내지 260도 사이의 구간에서는 상기 접촉점이 5개 형성되며, 상기 선회 스크롤의 선회각도가 270도 내지 350도 사이의 구간에서는 상기 접촉점이 4개 형성될 수 있다.
상기 살붙임부는, 상기 접촉점이 4개 형성되는 구간에서의 접촉점 중 어느 하나에 형성됨이 바람직하다.
상기 4개의 접촉점에서 접촉면적은 반경 방향 외측에 더욱 치우진 접촉점에서 더욱 큰 것이 바람직하다. 상기 4개의 접촉점 중 접촉 면적이 가장 큰 접촉점을 제외한 접촉점에 상기 살붙이부가 형성됨이 바람직하다. 상기 4개의 접촉점 중 접촉 면적이 가장 작은 접촉점에 상기 살붙이부가 형성됨이 바람직하다.
상기 선회랩과 고정랩의 접촉점에서의 윤활유막 두께(t)에 대해서, 상기 살붙임부의 두께(t1)은 상기 윤활유막 두께보다 작은 것이 바람직하다.
상기 살붙임부의 두께(t1)은 0.5t 이하임이 바람직하다.
상기 윤활유막 두께(t)가 20μm 일 때, 상기 살붙임부의 두께(t1)은 0 초과 10μm 이하인 것이 바람직하다.
상기 살붙임부는 고정랩 또는 선회랩 중 어느 하나에만 형성될 수 있다.
상기 살붙임부는 상기 고정랩과 선회랩에 동시에 형성되며, 상기 고정랩의 살붙임부와 상기 선회랩의 살붙임부는 상기 선회 스크롤의 선회시 서로 접촉점을 형성할 수 있다.
상기 살붙임부에서 상기 고정랩과 선회랩이 접촉하는 접촉점이 형성될 때의 접촉 면적은, 상기 살붙임부가 배제된 경우에서의 접촉점이 형성될 때의 접촉 면적보다 큰 것이 바람직하다.
상기 살붙임부에서 접촉점이 형성될 때, 다른 접촉점에서의 접촉 면적이 작아지거나 또는 접촉이 배제될 수 있다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 케이스; 상기 케이스의 내측에 장착되는 스테이터와 상기 스테이터의 반경 방향 내측에서 회전 가능하게 구비되는 로터를 포함하는 구동모터; 상기 케이스 내부에서 상기 구동모터의 일측(downstream side)과 상기 케이스에 의해 정의되며, 압축된 냉매와 윤활 오일의 원심 분리가 수행되는 원심분리 공간; 상기 케이스에 구비되어 상기 원신분리공간 내부의 냉매를 상기 케이스 외부로 토출시키는 토출관; 상기 로터에 결합되어 회전하는 회전축; 그리고 상기 구동모터의 타측(upsteam side)에 구비되며, 상기 회전축의 회전에 의해서 냉매가 압축되는 압축부를 포함하는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다. 이때, 압축부를 형성하는 고정 스크롤의 고정랩과 선회 스크롤의 선회랩의 일부 구간에 인위적으로 선회 반경을 줄인 살붙임부가 형성될 수 있다. 즉, 다른 구간에서의 일정한 선회 반경보다 작은 선회 반경을 갖도록 의도적으로 형성된 살붙임부가 구비될 수 있다.
상기 살붙임부에서 접촉점이 형성될 때, 접촉 면적은 증가하게 된다. 반면, 상기 살붙임부와 동일 중심선상에 형성되는 다른 접촉점에서의 접촉 면적은 감소하게 된다. 따라서, 살붙임부를 통해서 살붙임부에서 형성되는 선회랩과 고정랩 사이의 접촉점에서의 원심력 집중도가 높아진다. 반면에 다른 접촉점에서의 원심력 집중도가 낮아진다. 그러므로, 살붙임부의 위치를 가변시킴에 따라 특정 위치에서의 원심력 집중도를 의도적으로 변경하는 것이 가능하게 된다.
전술한 실시예들에서의 특징들은, 모순되거나 배타적이니 않는 한, 다른 실시예에서 복합적으로 적용될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 고정 스크롤과 선회 스크롤의 신뢰성을 증진시켜 안전하고 내구성이 증진된 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 종전 고정 스크롤 및/또는 선회 스크롤의 특정 부분의 랩 두께에 대한 미세한 변화(살 붙임)를 통해서, 원심력이 취약 부분의 랩에 집중되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 선회 스크롤의 선회 각도에 따른 랩 접촉 개수, 접촉 지점 및 접촉 지점에서의 원심력 작용 비율을 고려하여, 최적 위치에 살 붙임이 수행된 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 선회 스크롤과 고정 스크롤의 접촉 유막 두께를 고려하여, 최적의 두께로 살붙임이 수행된 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 선회 스크롤의 선회랩 및/또는 고정 스크롤의 고정랩 중 두께가 얇은 부분에서의 원심력 집중을 줄이기 위해 두께가 두꺼운 부분에서서 의도적으로 원심력 집중이 발생되도록 하여, 선회 스크롤 및/또는 고정 스크롤을 보호할 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 랩 강성에 유리한 구간에 원심력이 집중되록 하여 랩 강성이 취약한 부분의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 랩 강성이 취약한 부분에서의 선회랩과 고정랩의 접촉 면적을 증가시켜, 원심력 집중을 줄일 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 적용될 수 있는 압축기의 일례를 도시한 단면도이며,
도 2는 고정 스크롤과 선회 스크롤의 랩 단면을 도시한 평면도이며,
도 3은 선회랩과 고정랩이 펼쳐진 상태에서 랩 두께와 선회 반경을 도시한 개략도이며,
도 4는 살붙임부에 따른 선회랩과 고정랩 사이의 접촉점 및 접촉면적의 일례를 도시한 평면도이며,
도 5는 접촉점이 5개인 선회 각도 구간에서의 살붙임부의 위치와 원심력 집중도의 일례를 도시한 평면도이며,
도 6은 접촉점이 4개인 선회 각도 구간에서의 살붙임부의 위치와 원심력 집중도의 일례를 도시한 평면도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 적용될 수 있는 압축기에 대해서 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 적용될 수 있는 스크롤 압축기의 단면을 도시하고 있다. 압축부가 구동모터의 하부에 위치하므로 하부 압축식 압축기 또는 상류측 압축기라 할 수 있다.
설명의 편의상 수직으로 위치되는 압축기를 기준으로 상측/하측 위치를 명명할 수 있다. 냉매의 흐름과 구동모터(120)의 위치를 기준으로 상류측/하류측 위치를 명명할 수 있다. 동일한 압축기에서 상부(upper)는 하류측(downstream)을 의미하고 하부(lower)는 상류측(upsteam)을 의미할 것이다.
본 발명에 따른 압축기는 케이스(110), 구동모터(120), 압축부(100) 및 회전축(126)을 포함할 수 있다.
상기 케이스(110)는 내부 공간을 구비하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 오일이 저장되는 저유 공간이 케이스(110)의 하부에 구비될 수 있다. 상기 저유 공간은 후술할 제4공간(V4)을 의미할 수 있다. 즉, 후술할 제4공간(V4)이 상기 저유 공간으로 형성될 수 있다.
또한, 압축된 냉매를 토출하기 위한 냉매 토출관(116)이 상부에 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 케이스(110)의 내부공간은 구동모터(110)의 상측에 배치되는 제1공간(V1), 구동모터(120)와 압축부(100)의 사이에 배치되는 제2공간(V2), 후술할 토출커버(170)에 의해 구획되는 제3공간(V3) 및 압축부(100)의 하측에 배치되는 제4공간(V4)을 포함할 수 있다.
상기 케이스(110)는 원통형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 케이스(110)는 상단 및 하단이 개방된 원통 쉘(111)을 포함할 수 있다.
상기 원통 쉘(111)의 상부에는 상부 쉘(112)이 설치되고, 원통 쉘(111)의 하부에는 하부 쉘(114)이 설치될 수 있다. 상부 및 하부 쉘(112, 114)은 예를 들어, 용접으로 원통 쉘(111)에 결합되어 내부공간을 형성할 수 있다.
상부 쉘(112)에는 냉매 토출관(116)이 설치될 수 있다. 압축부(100)에서 압축된 냉매는 상기 냉매 토출관(116)을 통해 외부로 토출될 수 있다. 예를 들어, 압축부(100)에서 압축된 냉매는 제3공간(V3), 제2공간(V2) 및 제1공간(V1)을 순차적으로 경유한 후에, 상기 냉매 토출관(116)을 통해 외부로 토출될 수 있다.
도 1에는 일반적인 구성으로 압축기와 연결되는 오일 분리장치 또는 오일 회수장치가 도시되어 있지 않다. 이는 본 실시예에 따른 압축기에서는 별도의 오일 분리장치가 요구되지 않을 정도로 충분히 효과적으로 오일이 분리될 수 있음을 의미하는 것이다.
하부 쉘(114)은 오일을 저장할 수 있는 저유 공간인 상기 제4공간(V4)을 구획할 수 있다. 제4공간(V4)은 압축기가 원활하게 작동될 수 있도록 압축부(100)에 오일을 공급하는 오일챔버로서의 기능을 수행할 수 있다.
또한 원통 쉘(111)의 측면에는 압축될 냉매가 유입되는 통로인 냉매 흡입관(118)이 설치될 수 있다. 냉매 흡입관(118)은 후술할 고정 스크롤(150)의 측면을 따라 압축실(S1)까지 관통되어 설치될 수 있다.
상기 구동모터(120)는 상기 케이스(110) 내측에 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 구동모터(120)는 상기 케이스(110)의 내측에서 상기 압축부(100)보다 상측에 배치될 수 있다.
상기 구동모터(120)는 스테이터(122) 및 로터(124)를 포함할 수 있다. 스테이터(122)는 예를 들어, 원통형일 수 있으며, 케이스(110)에 고정될 수 있다. 스테이터(122)에는 코일(122a)이 권선될 수 있다. 또한 로터(124)의 외주면과 스테이터(122)의 내주면 사이에는 압축부(100)에서 토출되는 냉매 또는 오일이 통과하도록 냉매유로홈(112a)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 냉매유로홈(112a)은 상기 스테이터(122)의 내주면과 로터(124)의 외주면에 의해 구획될 수 있다.
로터(124)는 스테이터(122)의 반경방향 내측에 배치되고, 회전동력을 발생시킬 수 있다. 즉, 로터(124)는 그 중심에 회전축(126)이 압입되어 회전축(126)과 함께 회전운동할 수 있다. 로터(124)에 의해 발생된 회전동력은 회전축(126)을 통하여 압축부(100)에 전달될 수 있다.
상기 압축부(100)는 상기 구동모터(120)에 결합되어 냉매를 압축하도록 형성될 수 있다. 상기 압축부(100)는 상기 구동모터(120)에 연결된 상기 회전축(126)이 관통하도록 형성될 수 있다.
상기 압축부(100)는 상방 및 하방으로 돌출된 축수부를 구비할 수 있으며, 회전축(126)은 상기 축수부의 적어도 일부를 관통할 수 있다. 예를 들어, 상기 축수부는 압축부(100)로부터 상방으로 돌출된 제1 축수부 및 하방으로 돌출된 제2 축수부를 포함할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
상기 압축부(110)는 메인 프레임(130), 고정 스크롤(150) 및 선회 스크롤(140)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 압축부(100)는 올담링(Oldham's ring)(135)을 더 구비할 수 있다. 올담링(135)은 선회 스크롤(140)과 메인 프레임(130) 사이에 설치될 수 있다. 또한 올담링(135)은 선회 스크롤(140)의 자전을 방지하면서 고정 스크롤(150) 상에서의 선회 스크롤(140)의 선회 운동을 가능하게 한다.
메인 프레임(130)은 구동모터(120)의 하부에 구비되고, 압축부(100)의 상부를 형성할 수 있다.
메인 프레임(130)에는 대략 원형을 갖는 프레임 경판부(이하, '제1 경판부'라 함)(132), 제1 경판부(132)의 중앙에 구비되고 회전축(126)이 관통하는 프레임 축수부(이하, '제1 축수부'라 함)(132a), 및 제1 경판부(132)의 외주부에서 하부로 돌출되는 프레임 측벽부(이하, '제1 측벽부'라 함)(131)가 구비될 수 있다.
제1 측벽부(131)는 외주부가 원통 쉘(111)의 내주면과 접하고, 하단부가 후술할 고정 스크롤 측벽부(155)의 상단부와 접할 수 있다.
제1 측벽부(131)에는 제1 측벽부(131)의 내부를 축 방향으로 관통하여 냉매 통로를 이루는 프레임 토출공(131a)이 구비될 수 있다. 프레임 토출공(131a)은 입구가 후술할 고정 스크롤 토출공(155a)의 출구와 연통되고, 출구가 제2 공간(V2)과 연통될 수 있다. 서로 연통되는 상기 프레임 토출공(131a)과 상기 고정 스크롤 토출공(155a)은 제2토출공(131a, 155a)으로 나타낼 수 있다.
상기 프레임 토출공(131a)은 메인 프레임(130)의 둘레를 따라서 복수개가 구비될 수 있다. 그리고, 고정 스크롤 토출공(155a) 역시, 상기 프레임 토출공(131a)에 대응하도록 고정 스크롤(150)의 둘레를 따라서 복수개가 구비될 수 있다.
제1 축수부(132a)는 제1 경판부(132)의 상면에서 구동모터(120) 측으로 돌출 형성될 수 있다. 또한 제1 축수부(132a)에는 후술할 회전축(126)의 메인 베어링부(126c)가 관통 지지되도록 제1 베어링부가 형성될 수 있다.
즉, 메인 프레임(130)의 중심에는 제1 베어링부를 이루는 회전축(126)의 메인 베어링부(126c)가 회전 가능하게 삽입되어 지지되는 제1 축수부(132a)가 축방향으로 관통 형성될 수 있다.
제1 경판부(132)의 상면에는 제1 축수부(132a)와 회전축(126) 사이에서 토출되는 오일을 포집하는 오일포켓(132b)이 형성될 수 있다.
오일포켓(132b)은 제1 경판부(132)의 상면에 오목하게 형성되고, 제1 축수부(132a)의 둘레를 따라 환형으로 형성될 수 있다. 또한, 메인 프레임(130)의 저면에는 고정 스크롤(150) 및 선회 스크롤(140)과 함께 공간을 형성하여 그 공간의 압력에 의해 선회 스크롤(140)을 지지하도록 배압실(S2)이 형성될 수 있다.
참고로, 배압실(S2)은 중간압 영역(즉, 중간압실)을 포함할 수 있고, 회전축(126)에 구비된 오일 공급 유로(126a)는 배압실(S2)보다 압력이 높은 고압 영역을 포함할 수 있다.
이러한 고압 영역과 중간압 영역을 구분하기 위해 메인 프레임(130) 및 선회 스크롤(140) 사이에 배압 씰(seal)(180)이 구비될 수 있고, 배압 씰(180)은 예를 들어, 밀봉 부재 역할을 할 수 있다.
또한 메인 프레임(130)은 고정 스크롤(150)과 결합하여 선회 스크롤(140)이 선회 가능하도록 설치될 수 있는 공간을 형성할 수 있다.
상기 고정 스크롤(150)은 메인 프레임(130)의 하부에 구비될 수 있다. 즉, 메인 프레임(130)의 저면에는 제1 스크롤을 이루는 고정 스크롤(150)이 결합될 수 있다.
고정 스크롤(150)은 대략 원형을 갖는 고정 스크롤 경판부(이하, '제2 경판부'라 함)(154), 제2 경판부(154)의 외주부에서 상부로 돌출되는 고정 스크롤 측벽부(이하, '제2 측벽부'라 함)(155), 제2 경판부(154)의 상면에서 돌출되고 후술할 선회 스크롤(140)의 선회랩(141)과 맞물려 압축실(S1)을 형성하는 고정랩(151), 및 제2 경판부(154)의 배면 중앙에 형성되고 회전축(126)이 관통하는 고정 스크롤 축수부(이하, '제2 축수부'라 함)(152)를 구비할 수 있다.
상기 압축부(100)는 압축된 냉매를 토출커버(170)로 토출하는 제1토출공(153) 및 상기 제1토출공(153)으로부터 상기 압축부(100)의 반경방향 외측으로 이격되고 압축된 냉매를 상기 냉매 토출관(116)을 향해 안내하는 전술한 제2토출공(131a, 155a)을 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 경판부(154)에는 압축된 냉매를 압축실(S1)로부터 토출커버(170)의 내부공간으로 안내하는 제1토출공(153)이 형성될 수 있다. 또한 제1토출공(153)의 위치는 요구되는 토출압 등을 고려하여 임의로 설정될 수 있다.
제1토출공(153)이 하부 쉘(114)을 향해 형성됨에 따라 고정 스크롤(150)의 저면에는, 압축부로부터 토출되는 냉매를 후술할 고정 스크롤 토출공(155a)으로 안내하기 위한 토출커버(170)가 결합될 수 있다.
토출커버(170)는 압축부(100)의 하단에 밀봉결합될 수 있다. 상기 토출커버(170)는 상기 압축부(100)에서 압축된 냉매를 상기 냉매 토출관(116)을 향해 안내하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 토출커버(170)는 냉매의 토출유로와 제4공간(V4)을 분리할 수 있도록 고정 스크롤(150)의 저면에 밀봉 결합될 수 있다.
또한 토출커버(170)에는, 제2 베어링부를 이루는 회전축(126)의 서브 베어링부(126g)에 결합되어 케이스(110)의 제4공간(V4)에 수용된 오일에 적어도 일부가 잠기는 오일피더(171)가 관통하도록 관통구멍(176)이 형성될 수 있다.
한편, 제2 측벽부(155)에는 그 제2 측벽부(155)의 내부를 축 방향으로 관통하여 프레임 토출공(131a)과 함께 냉매 통로를 이루는 고정 스크롤 토출공(155a)이 구비될 수 있다.
고정 스크롤 토출공(155a)은 프레임 토출공(131a)에 대응되게 형성되고, 입구가 토출커버(170)의 내부공간과 연통되고, 출구가 프레임 토출공(131a)의 입구와 연통될 수 있다.
고정 스크롤 토출공(155a)과 프레임 토출공(131a)은, 압축실(S1)에서 토출커버(170)의 내부공간으로 토출된 냉매가 제2 공간(V2)으로 안내되도록, 제3 공간(V3)과 제2 공간(V2)을 연통시킬 수 있다.
그리고, 제2 측벽부(155)에는 냉매 흡입관(118)이 압축실(S1)의 흡입 측에 연통되도록 설치될 수 있다. 또한 냉매 흡입관(118)은 고정 스크롤 토출공(155a)과 이격되게 설치될 수 있다.
제2 축수부(152)는 제2 경판부(154)의 하면에서 제4공간(V4) 측으로 돌출 형성될 수 있다. 또한, 제2 축수부(152)에는 회전축(126)의 서브 베어링부(126g)가 삽입되어 지지되도록 제2 베어링부가 구비될 수 있다.
그리고, 제2 축수부(152)는 하단부가 회전축(126)의 서브 베어링부(126g) 하단을 지지하여 스러스트 베어링면을 이루도록 축 중심을 향해 절곡될 수 있다.
상기 선회 스크롤(140)은 메인 프레임(130)과 고정 스크롤(150)의 사이에 배치될 수 있으며, 제2 스크롤을 형성할 수 있다.
구체적으로, 선회 스크롤(140)은 회전축(126)에 결합되어 선회운동을 하면서 고정 스크롤(150)과의 사이에 두 개 한 쌍의 압축실(S1)을 형성할 수 있다.
선회 스크롤(140)은 대략 원형을 갖는 선회 스크롤 경판부(이하, '제3 경판부'라 함)(145), 제3 경판부(145)의 하면에서 돌출되어 고정랩(151)과 맞물리는 선회랩(141) 및 제3 경판부(145)의 중앙에 구비되고 회전축(126)의 편심부(126f)에 회전 가능하게 결합되는 회전축 결합부(142)를 포함할 수 있다.
상기 제3 경판부(145)의 외주부는 제2 측벽부(155)의 상단부에 위치하고, 선회랩(141)의 하단부는 제2 경판부(154)의 상면에 밀착되어, 고정 스크롤(150)에 지지될 수 있다.
참고로, 선회 스크롤(140)의 상면에는 후술할 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)을 통해 토출된 오일을 중간압실로 안내하기 위한 포켓 홈(185)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 포켓 홈(185)은 제3 경판부(145)의 상면에 오목하게 형성될 수 있다. 즉, 포켓 홈(185)은 배압 씰(180)과 회전축(126) 사이에서 제3 경판부(145)의 상면에 형성될 수 있다.
또한 포켓 홈(185)은 도면에 도시된 바와 같이, 회전축(126)의 양 옆에 하나 이상이 형성될 수 있다. 포켓 홈(185)은 배압 씰(180)과 회전축(126) 사이에서, 제3 경판부(145)의 상면에 회전축(126)을 중심으로 환형으로 형성될 수도 있다.
회전축 결합부(142)의 외주부는 선회랩(141)과 연결되어 압축과정에서 고정랩(151)과 함께 압축실(S1)을 형성하는 역할을 하게 된다.
고정랩(151)과 선회랩(141)은 인볼류트 형상으로 형성될 수 있다. 인볼류트 형상은 임의의 반경을 갖는 기초원의 주위에 감겨있는 실을 풀어낼 때 실의 단부가 그리는 궤적에 해당되는 곡선을 의미할 수 있다.
또한 회전축 결합부(142)에는 회전축(126)의 편심부(126f)가 삽입될 수 있다. 회전축 결합부(142)에 삽입된 편심부(126f)는 선회랩(141) 또는 고정랩(151)과 압축기의 반경방향으로 중첩될 수 있다.
여기에서, 반경방향은 축방향(즉, 상하방향)과 직교하는 방향(즉, 좌우방향)을 의미할 수 있다.
상기와 같이, 회전축(126)의 편심부(126f)가 제3 경판부(145)를 관통하여 선회랩(141)과 반경방향으로 중첩되는 경우, 냉매의 반발력과 압축력이 제3 경판부(145)를 기준으로 하여 동일 평면에 가해지면서 서로 일정 부분 상쇄될 수 있다.
또한 회전축(126)은 구동모터(120)에 결합되며, 케이스(110)의 저유 공간인 제4공간(V4)에 담긴 오일을 상부로 안내하기 위한 오일 공급 유로(126a)를 구비할 수 있다.
구체적으로, 회전축(126)은 그 상부가 로터(124)의 중심에 압입되어 결합되고, 그 하부는 압축부(100)에 결합되어 반경방향으로 지지될 수 있다.
회전축(126)은 구동모터(120)의 회전력을 압축부(100)의 선회 스크롤(140)에 전달할 수 있다. 이를 통해 회전축(126)에 편심 결합된 선회 스크롤(140)이 고정 스크롤(150)에 대해 선회운동을 할 수 있다.
이러한 회전축(126)의 하부에는 메인 프레임(130)의 제1 축수부(132a)에 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 메인 베어링부(126c)가 형성될 수 있다. 또한 메인 베어링부(126c)의 하부에는 고정 스크롤(150)의 제2 축수부(152)에 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 서브 베어링부(126g)가 형성될 수 있다. 그리고 메인 베어링부(126c)와 서브 베어링부(126g) 사이에는 선회 스크롤(140)의 회전축 결합부(142)에 삽입되어 결합되도록 편심부(126f)가 형성될 수 있다.
메인 베어링부(126c)와 서브 베어링부(126g)는 동일 축중심을 가지도록 동축 선상에 형성되고, 편심부(126f)는 메인 베어링부(126c) 또는 서브 베어링부(126g)에 대해 반경방향으로 편심지게 형성될 수 있다.
편심부(126f)는 그 외경이 메인 베어링부(126c)의 외경보다는 작게, 서브 베어링부(126g)의 외경보다는 크게 형성될 수 있다. 이 경우, 회전축(126)을 각각의 축수부(132a, 152)와 회전축 결합부(142)를 통과하여 결합시키는데 유리할 수 있다.
그리고 회전축(126)의 내부에는 저유 공간인 제4공간(V4)의 오일을 각 베어링부(126c, 126g)의 외주면과 편심부(126f)의 외주면에 공급하기 위한 오일 공급 유로(126a)가 형성될 수 있다. 또한 회전축(126)의 베어링부 및 편심부(126c, 126g, 126f)에는 오일 공급 유로(126a)에서 회전축(126)의 반경방향 외측으로 관통되는 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 오일 홀은 제1 오일 홀(128a), 제2 오일 홀(128b), 제3 오일 홀(128d), 제4 오일 홀(128e)을 포함할 수 있다.
먼저, 제1 오일 홀(128a)은 메인 베어링부(126c)의 외주면을 관통하도록 형성될 수 있다. 제1 오일 홀(128a)은 오일 공급 유로(126a)에서 메인 베어링부(126c)의 외주면으로 관통되도록 형성될 수 있다.
또한 제1 오일 홀(128a)은 예를 들어, 메인 베어링부(126c)의 외주면 중 상부를 관통하도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 오일 홀(128a)이 복수개의 홀을 포함하는 경우, 각 홀은 메인 베어링부(126c)의 외주면 중 상부 또는 하부에만 형성될 수도 있고, 메인 베어링부(126c)의 외주면 중 상부 및 하부에 각각 형성될 수도 있다.
제2 오일 홀(128b)은 메인 베어링부(126c)와 편심부(126f) 사이에 형성될 수 있다. 제2 오일 홀(128b)은 도면에 도시된 것과 달리, 복수개의 홀을 포함할 수도 있다.
제3 오일 홀(128d)은 편심부(126f)의 외주면을 관통하도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제3 오일 홀(128d)은 오일 공급 유로(126a)에서 편심부(126f)의 외주면으로 관통되도록 형성될 수 있다.
제4 오일 홀(128e)은 편심부(126f)와 서브 베어링부(126g) 사이에 형성될 수 있다.
오일 공급 유로(126a)를 통해 상부로 안내된 오일은, 제1 오일 홀(128a)을 통해 토출되어 메인 베어링부(126c)의 외주면에 전체적으로 공급될 수 있다.
또한, 오일 공급 유로(126a)를 통해 상부로 안내된 오일은, 제2 오일 홀(128b)을 통해 토출되어 선회 스크롤(140)의 상면에 공급되고, 제3 오일 홀(128d)을 통해 토출되어 편심부(126f)의 외주면에 전체적으로 공급될 수 있다.
또한, 오일 공급 유로(126a)를 통해 상부로 안내된 오일은, 제4 오일 홀(128e)을 통해 토출되어 서브 베어링부(126g)의 외주면 또는 선회 스크롤(140)과 고정 스크롤(150) 사이에 공급될 수 있다.
회전축(126)의 하단, 즉 서브 베어링부(126g)의 하단에는 제4공간(V4)에 채워진 오일을 펌핑하기 위한 오일피더(171)가 결합될 수 있다. 상기 오일피더(171)는 제4공간(V4)에 수용된 오일을 전술한 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)을 향해 공급하도록 형성될 수 있다.
오일피더(171)는 회전축(126)의 오일 공급 유로(126a)에 삽입되어 결합되는 오일공급관(173)과, 오일공급관(173)의 내부에 삽입되어 오일을 흡상하는 오일흡상부재(174)로 이루어질 수 있다.
오일공급관(173)은 토출커버(170)의 관통구멍(176)을 통과하여 제4공간(V4)에 잠기도록 설치될 수 있고, 오일흡상부재(174)는 프로펠러처럼 기능할 수 있다.
오일흡상부재(174)는 상기 오일흡상부재(174)의 길이방향을 따라 연장된 나선형 홈(174a)을 구비할 수 있다. 상기 나선형 홈(174a)은 오일흡상부재(174)의 둘레에 형성될 수 있으며, 전술한 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)을 향해 연장될 수 있다.
회전축(126)과 함께 오일피더(171)가 회전되면, 제4공간(V4)에 수용된 오일이 상기 나선형 홈(174a)을 따라서 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)로 안내될 수 있다.
로터(124) 또는 회전축(126)에는 소음진동을 억제하기 위한 밸런스 웨이트(127)가 결합될 수 있다. 밸런스 웨이트(127)는 구동모터(120)와 압축부(100) 사이의 제2 공간(V2)에 구비될 수 있다.
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 동작과정을 살펴보면, 다음과 같다.
구동모터(120)에 전원이 인가되어 회전력이 발생되면, 그 구동모터(120)의 로터(124)에 결합된 회전축(126)이 회전을 하게 된다. 그러면 회전축(126)에 편심 결합된 선회 스크롤(140)이 고정 스크롤(150)에 대해 선회운동을 하면서 선회랩(141)과 고정랩(151) 사이에 압축실(S1)이 형성된다. 압축실(S1)은 중심방향으로 점차 체적이 좁아지면서 연속하여 여러 단계로 형성될 수 있다.
그러면, 케이스(110)의 외부에서 냉매 흡입관(118)을 통하여 공급되는 냉매는 압축실(S1)로 직접 유입될 수 있다. 이 냉매는 선회 스크롤(140)의 선회운동에 의해 압축실(S1)의 토출실 방향으로 이동하면서 압축되었다가 토출실에서 고정 스크롤(150)의 토출구(153)를 통해 제3 공간(V3)으로 토출될 수 있다.
이 후, 제3 공간(V3)으로 토출되는 압축된 냉매는 고정 스크롤 토출공(155a) 및 프레임 토출공(131a)을 통해 케이스(110)의 내부공간으로 토출되었다가 냉매 토출관(116)을 통해 케이스(110)의 외부로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.
압축기가 작동하는 동안에, 제4공간(V4)에 담긴 오일이 회전축(126)을 통해 상부로 안내되어 복수개의 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)을 통해 베어링부, 즉, 베어링면에 원활하게 공급됨으로써 베어링부의 마모가 방지될 수 있다.
또한, 복수개의 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)을 통해 토출된 오일은 고정 스크롤(150)과 선회 스크롤(140) 사이에 유막을 형성하여 압축부에 기밀 상태가 유지되도록 할 수 있다.
이러한 오일로 인해, 압축부(100)에서 압축되어 제1토출공(153)으로 토출되는 냉매에는 오일이 혼입되어 있을 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 오일이 혼입된 냉매를 오일 혼입 냉매라고 할 수 있다.
이러한 오일 혼입 냉매가 상기 제2토출공(131a, 155a), 제2공간(V2) 및 냉매유로홈(112a)을 경유하여, 제1공간(V1)으로 안내된다. 그리고, 제1공간(V1)으로 안내된 오일 혼입 냉매 중 냉매는 냉매 토출관(116)을 통해 압축기의 외부로 토출될 수 있고, 오일은 오일회수유로(112b)를 통해 제4공간(V4)으로 회수될 수 있다.
예를 들어, 상기 오일회수유로(112b)는 케이스(110) 내에서 반경방향으로 가장 외측에 배치될 수 있다. 구체적으로, 오일회수유로(112b)는 스테이터(122)의 외주면과 원통 쉘(111)의 내주면 사이의 유로, 메인 프레임(130)의 외주면과 원통 쉘(111)의 내주면 사이의 유로, 및 고정 스크롤(150)의 외주면과 원통 쉘(111)의 내주면 사이의 유로를 포함할 수 있다.
한편, 압축부(100)의 하단에 토출커버(170)가 결합되기 때문에, 압축부(100)의 하단과 토출커버(170)의 상단 사이에 미세한 틈이 존재할 수 있다. 이러한 미세한 틈은 냉매 누설의 원인이 될 수 있다.
즉, 압축부(100)의 제1토출공(153)을 통해 제3공간(V3)으로 냉매가 토출되어 제2토출공(131a, 155a)으로 안내될 때, 냉매의 일부가 압축부(100)와 토출커버(170) 사이에 존재할 수 있는 틈으로 누설될 수 있다.
또한, 이러한 냉매의 누설은 압축기의 압축 효율을 저하시킬 수 있는 문제가 있다. 이러한 문제는 압축부(100)와 토출커버(170) 사이(즉, 압축부(100)와 토출커버(170)의 결합부)에 구비되는 실링부재(210, 220) 및 압축부(100)와 토출커버(170)의 결합구조를 통해 해결될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여, 고정 스크롤(150)의 고정랩(151)과 선회 스크롤(140)의 선회랩(141)에 대해서 보다 상세히 설명한다.
도 2는 고정 스크롤의 고정랩(151)과 선회 스크롤(140)의 선회랩(141)가 서로 접촉되지 않는 상태에 대한 수평 단면을 도시하고 있다. 그러나, 실제 고정 스크롤과 선회 스크롤은 도 2에 도시된 모습으로 위치되지 않는다. 이는 고정랩(151)과 선회랩(141)의 형상 및 랩 프로파일을 직관적으로 인식될 수 있도록 도시된 것이라 할 수 있다.
고정 스크롤과 선회 스크롤의 반경 방향 외측에서 냉매가 유입되면, 반경 방향 외측으로 갈수록 냉매가 점차 압축되어, 고정 스크롤과 선회 스크롤의 중심 부분에서 압축된 냉매가 토출된다.
도시된 바와 같이, 고정랩(151)과 선회랩(141)의 두께는 내지는 프로파일은 일정하지 않다. 그러나, 도시된 바와 같이 고정랩(151)과 선회랩(141) 사이의 간격, 즉 선회 반경(r)은 일정하도록 형성된다.
말려 있는 고정랩과 선회랩은 펼치면, 도 3에 도시된 바와 같이 도식적으로 표시할 수 있다. 즉, 고정랩(fixed scroll lap)과 선회랩(orbiting scroll lap)의 동일한 간격, 즉 일정한 선회 반경(r)을 유지하도록 펼쳐질 수 있다. 실제 고정된 고정랩에 대해서 선회랩이 선회하므로, 선회 스크롤의 선회 각도(회전축의 회전 각도)가 가변됨에 따라, 특정 위치의 고정랩에서 선회랩과의 거리는 가변된다. 따라서, 이러한 동일 선회 반경을 갖도록 고정랩과 선회랩은 가변되는 두께를 갖도록 설계되고 가공되게 된다.
또한, 선회랩의 선회 각도가 가변됨에 따라 고정랩과 선회랩의 접촉점의 개수와 위치는 가변된다. 만약, 1개의 접촉점만 고정랩과 선회랩이 접촉되는 경우, 1 개의 접촉점에서의 원심력은 매우 클 수 밖에 없다. 특히, 이러한 접촉점이 랩 두께가 상대적으로 얇은 곳에 형성되는 경우, 랩 파손 우려가 있게 된다.
물론, 선회랩의 선회 각도에 따라 접촉점 개수는 가변되지만, 적어도 4개 이상의 접촉점이 발생하여 원심력이 분산된다. 그럼에도 불구하고, 복수 개의 접촉점 중 원심력이 상대적으로 집중되는 위치가 존재하게 되고, 이러한 원심력이 집중이 랩 두께가 상대적으로 얇은 곳에 형성될 수 있다. 특히, 고속으로 압축기가 운전되는 경우, 원심력 집중 위치에서 랩이 파손될 우려는 항상 존재한다고 할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 특정 위치의 선회랩 및/또는 고정랩에 살 붙임을 추가하여, 살붙임 위치에서의 선회 반경을 감소시킬 수 있다. 여기서, 상기 술붙임 위치는 랩 두께와는 무관하고 원심력 집중 위치와도 무관하다고 할 수 있다. 즉, 랩 두께가 상대적으로 가장 작은 위치도 아니며 원심력 집중이 크게 발생되는 위치도 아니라고 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 선회랩의 선회 각도가 달라짐에 따라 접촉점 개수와 위치는 가변된다. 따라서, 살붙임 위치에서 접촉이 발생되며, 다른 접촉점 위치에서 선회랩과 고정랩 사이에서 발생되는 원심력의 분산 비율이 달라질 수 밖에 없다. 따라서, 이러한 살붙임에 의한 원심력 분산 가능성을 고려하고, 살붙임의 최적 위치를 선정하는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다.
도 4를 통해서, 선회 스크롤이 선회함에 따라 선회랩이 고정랩과의 접촉점 위치 및 접촉 면적에 대해서 상세히 설명한다. 도 4에는 대략 선회 스크롤의 선회 각도가 180도인 위치에서의 접촉점 위치와 면적을 표시하고 있다.
회전축(126)에 구비되는 편심부(126f)가 선회 스크롤(140)과 결합되므로, 선회 스크롤은 회전축의 회전중심(C)에 대해서 편심을 갖고 선회하게 된다. 도시된 선회 각도에서는 선회랩(141)과 고정랩(151)은 5개의 접촉점(A, B1 내지 B4)를 갖는다.
A는 반경 방향 최내측에 형성되는 접촉점으로, 선회랩의 반경 방향 외면과 고정랩의 반경 방향 내면 사이에 형성되는 접촉점이다. 아울러, A는 반경 방향 최내측에 형성되는 접촉점이다. B1, B2는 A에 대해서 반경 방향 외측에 형성되는 접촉점이며, B2는 반경 방향 최외측에 형성되는 접촉점이다. 마찬가지로, B1과 B2는 선회랩의 반경 방향 외면과 고정랩의 반경 방향 내면 사이에 형성되는 접촉점이다.
B3는 A, B1, B2와는 달리 선회랩의 반경 방향 내측면과 고정랩의 반경 방향 외측면 사이에 형성되는 접촉점이다. B4는 고정랩의 반경 방향 내측 말단 부분에 형성되는 접촉점이다.
도시된 바와 같이, 선회랩과 고정랩의 두께는 반경 방향 외측으로 갈수록 얇아지는 경향을 갖는다. 따라서, 반경 방향 외측의 선회랩 또는 고정랩에 큰 힘이 가해지는 경우 파손 우려가 있을 수 있다. 특히, 편심 선회하는 선회랩과 고정랩 사이 접촉점에서는 원심력이 발생되며, 고속 운전 시에는 매우 큰 힘이 접촉점에 가해지게 된다.
상기 B4 접촉점에서의 랩 두께는 상대적으로 가장 크다고 할 수 있다. 따라서, B4 접촉점에서의 원심력 집중은 고려하지 않을 수 있다. 그러나, B1과 B2의 접촉점 특히 랩 두께가 얇은 B2 접촉점에서의 원심력이 집중되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, 접촉점은 실질적으로 하나의 점이 아닌 면적을 갖는 곡면 형태라 할 수 있다. 왜냐하면, 랩은 곡면 형상으로 형성되고 곡률 반경이 반경 방향 외측으로 갈 수록 커지기 때문이다. 이러한 이유로, 반경 방향 외측으로 갈 수록 접촉점에서의 면적은 더욱 증가하게 된다.
한편, 물리적으로 선회랩과 고정랩의 직접 접촉은 제한된다. 왜냐하면 금속으로 형성되는 선회랩과 고정랩이 직접 접촉하여 마찰하는 것은 바람직하지 않기 때문이다. 따라서, 선회랩과 고정랩 사이에는 윤활유막이 형성되며, 이러한 윤활유막이 유지되도록 선회스크롤이 고정랩에 대해서 선회하게 된다.
이러한 윤활유막의 두께(t)는 압축기의 사이즈에 따라 달라질 수 있지만, 대략 20μm 내외로 결정됨이 바람직하다.
즉, 선회랩과 고정랩 사이의 거리가 대략 20μm가 형성될 때, 이 지점을 접촉점이라 할 수 있다.
도시된 바와 같이, A 접촉점에는 살붙임부(160)가 형성될 수 있다. 살붙임부(160)는 선회랩의 반경 방향 외면과 고정랩의 반경 방향 내면 사이에 형성될 수 있다. 마주보는 랩들 모두에 형성될 수 있으며, 어느 하나의 랩에만 형성될 수도 있다. 이러한 살붙임부(160)에 의해서 선회 반경이 좁아지게 된다.
상기 살붙임부(160)의 두께(t1)가 대략 10μm라 할 때, A 접촉점에서의 접촉 면적은 증가하게 된다. 즉, 살붙임부의 두께에 대응되어 고정랩과 선회랩 사이의 간격이 더욱 가까워지기 때문이다. 반면에, 접촉점 B1, B2, B3에서의 접촉면적은 감소하게 된다. 즉, 살붙임부의 두께에 대응되어 고정랩과 선회랩 사이의 간격이 더욱 멀어지기 때문이다.
쉽게 설명하면, 살붙임부(160)에 의해서 선회랩이 오른쪽으로 치우치는 거리가 살붙임부 두께만큼 감소하게 된다. 따라서, 살붙임부가 있는 부분에서는 접촉 면적이 증가하고 살붙임부가 없는 부분에서는 접촉면적이 감소하게 된다.
여기서, 랩 두께, 접촉점 위치, 그리고 살붙임부 사이의 관계를 알 수 있다. 즉, 랩 두께가 상대적으로 두꺼운 접촉 위치(반경 방향 내측 위치)에 살붙임부를 형성하면, 랩 두께가 상대적으로 얇은 접촉 위치(반경 방향 외측 위치)에서의 접촉 면적 증가가 가능함을 알 수 있다. 즉, 두꺼운 부분에 접촉 면적을 증가시키고 얇은 부분에 접촉 면적을 감소시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 윤활유막 두께(t)를 고려하면 살붙임부의 두께(t1)도 적정하게 형성되어야 함을 알 수 있다. 살붙임부의 두께가 윤활유막 두께보다 크게 되면 윤활유막이 파괴되어 랩과 랩이 직접 접촉하게 되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 윤활유막의 마진을 고려하면, 살붙임부의 두께는 윤활유막 두께의 0.5배 이하인 것이 바람직함을 알 수 있다. 그리고, 살붙임부의 두께는 유의미한 두께이어야 하므로, 윤활유막의 두께가 대략 20μm인 경우, 0μm 초과 10μm 미만으로 결정될 수 있다.
이상에서는 살붙임부와 접촉점들에서의 접촉면적의 관계에 대해서 상세히 설명하였다.
이하에서는, 도 5 및 도 6을 참조하여, 살붙임부에 의한 원심력 집중 분산에 대해서 상세히 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 선회 스크롤 선회 각도가 대략 0도 내지 260도 사이에서는 선회랩과 고정랩 사이의 접촉점은 5개일 수 있다. 일반적인 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이에 형성되는 5 개의 접촉점(대략 선회 각도가 170도 일때)에서 원심력의 분산 정도가 도시되어 있다.
A 점에서 13.1%, B1 점에서 22.9%, B2 점에서 31.8%, B3점에서 29.1% 그리고 B4 점에서 3.1% 인 것을 알 수 있다. 즉, 랩의 두께가 가장 얇은 B3 지점에서 원심력이 가장 크게 집중됨을 알 수 있다. 이러한 이유로, B3 부분에서의 고정랩 또는 선회랩의 파손 우려가 상대적으로 높을 수밖에 없게 된다.
이러한 문제는, 살붙임부(160)를 특정 위치에 위치시킴으로써 해소될 수 있다.
먼저, B4 점은 고정랩의 반경 방향 내측 말단 부분이므로, 두께 및 원심력 분산 정도를 고려하면, 살붙임부가 형성될 필요가 없다.
이러한 말단 부분을 제외한 접촉점 중, 반경 방향 최내측에 형성되는 접촉점(A)에 살붙임부를 형성할 수 있다. 일례로, 윤활유막 두께를 고려하여 10μm의 두께를 갖는 살붙임부가 형성될 수 있다.
이때, 접촉점 A에서는 접촉 면적이 증가하므로 보다 큰 원심력 집중이 발생하게 된다. 즉, 13.1%에서 17.6%의 원심력 집중이 발생된다. 그러나, 접촉점 A에서 발생되는 원심력의 크기가 증가하더라도, 이 부분에서의 랩 두께와 랩 전체에서 발생될 수 있는 원심력 집중도를 고려하면, 이러한 원심력 집중 증가는 허용될 수 있다.
접촉점 B1에서는 22.9%에서 21.6%로 원심력 집중이 감소하고, 접촉점 B2에서는 31. 8%에서 30.1%로 원심력 집중이 감소하고, 접촉점 B3에서는 29.1%에서 27.6%로 원심력 집중이 감소함을 알 수 있다.
이를 통해서, 최대 원심력 집중이 31.8%에서 30.1%로 감소함을 알 수 있다. 이는 선회랩과 고정랩의 두께 설정 시 고려될 수 있다. 즉, 최대 원심력 집중력이 작아질 수록 선회 스크롤과 고정 스크롤의 사이즈가 작아질 수 있음을 의미한다. 또한, 동일 사이즈인 경우에는 마진률이 커지게 되므로, 신뢰성 및 내구성이 현저히 증가될 수 있음을 의미한다. 쉽게 설명하면, 강한 곳에서 좀 더 힘을 받도록 하고 약한 곳에서 좀 더 힘을 덜 받도록 할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 선회 스크롤 선회 각도가 대략 270도 내지 360도 사이에서는 선회랩과 고정랩 사이의 접촉점은 4개일 수 있다. 일반적인 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이에 형성되는 4 개의 접촉점(대략 선회 각도가 350도 일때)에서 원심력의 분산 정도가 도시되어 있다.
A1 점에서 22.9.1%, B5 점에서 33%, B2 점에서 31.8%, B6점에서 26.3% 그리고 B7 점에서 17.7% 인 것을 알 수 있다. 즉, 랩의 두께가 가장 얇은 B5 또는 B6 지점에서 원심력이 가장 크게 집중됨을 알 수 있다. 이러한 이유로, B5 또는 B6 부분에서의 고정랩 또는 선회랩의 파손 우려가 상대적으로 높을 수밖에 없게 된다. 특히, 접촉점이 5개가 아닌 4개가 형성되는 선회 각도 구간에서는, 원심력이 분산되는 지점이 작아지므로, 하나의 지점 발생되는 원심력은 더욱 커질 수 밖에 없다. 이때, 특히 하나의 접촉점에서 원심력의 집중이 발생되면, 이는 접촉점 5개 구간에서보다 더 큰 문제일 수 있다.
이러한 문제는, 살붙임부(160)를 특정 위치에 위치시킴으로써 해소될 수 있다.
먼저, 접촉점들 중 반경 방향 최내측에 위치한 A1 점에 살붙임부(160)를 형성할 수 있다. 따라서, A1 점에서의 접촉 면적은 증가하게 된다.
반면, B5, B6, B7 점에서의 접촉 면적은 감소하게 된다. 따라서, A1 점에 살붙임부를 형성함으로써, A1 점에서 더욱 많은 부분의 원심력을 지지하게 된다.
A1 접촉점에서는 22.9%에서 30%로 원심력 집중이 증가함에 반해, B5 접촉점에서는 33%에서 30%로 원심력 집중이 감소하고, B6 접촉점에서는 26.3%에서 24%로 원심력 집중이 감소하고, B7 접촉점에서는 17.7%에서 16%로 원심력 집중이 감소함을 알 수 있다.
다시 말하면, 두께가 두꺼운 랩 부분에서 원심력 집중을 증가시킴으로써, 두께가 얇은 랩 부분에서 원심력 집중을 감소시킬 수 있다. 이를 통해서, 최대 원심력 집중이 33%에서 30%로 낮출 수 있게 된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 선회랩 및/또는 고정랩의 전체 구간 중 일부 구간에 살붙임부를 형성함으로써, 원심력 집중도를 분산할 수 있다. 특히, 반경 방향 내측에 위치하는 랩에 살붙임부를 형성함으로써 살붙임부에 상대적으로 원심력 집중도를 높이고, 반경 방향 외측에 위치하는 랩에서의 원심력 집중도를 낮출 수 있다. 이러한 이유로, 반경 방향 최내측에 구비되며, 회전축의 중심점(C)를 둘러싸는 폐곡선 형태의 선회랩 및 이에 대응되는 고정랩에 살붙임부가 형성됨이 바람직하다. 아울러, 고정랩의 반경 방향 말단 부분 및 이에 대응되는 선회랩에는 살붙임부가 형성되지 않는 것이 바람직하지 않다. 왜냐하면, 이 부분에서의 접촉은 선회랩이 선회함에 따라 완만하게 변경되지 않기 때문이다.
한편, 살붙임부를 반경 방향 내측에 형성하는 것은 다음과 같은 이유도 있다. 즉, 반경 방향 내측으로 갈 수록 랩의 곡률 반경이 작다. 따라서, 살붙임부의 구간을 작게 하는 것이 가능하다.
그리고, 살붙임부의 두께는 양단에서 살붙임부 중심으로 가면서 두꺼워지도록 형성됨이 바람직하다. 따라서, 살붙임부에서의 윤활유막이 유지될 수 있으며, 부드러운 선회가 수행될 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 살붙임부는 접촉점이 5개인 선회 각도 구간이나 접촉점이 4개인 선회 각도 구간에서 모두 적용하는 것이 가능하다. 그리고, 선회 스크롤이 선회하여 각도가 가변됨에 따라, 발생되는 원심력의 크기도 가변될 수 있다.
일례로, 선회 각도가 40도 일 때 원심력은 3790N, 170도 일 때 원심력은 2530N, 선회 각도가 240도 일 때 원심력은 3310N 그리고 선회각도가 350도일 때 원심력은 3500N일 수 있다.
즉, 동일한 원심력 집중도 일례로 25%의 원심력이 특정 위치에서 집중된다고 가정하면, 전체 원심력 크기가 커질수록 특정 위치에서 지지해야 하는 원심력의 크기가 커지게 된다.
따라서, 선회 각도에 따른 접촉점 개수의 변화와 선회 각도에 따른 전체 원심력 크기의 변화를 고려하여, 살붙임부의 위치를 결정하는 것이 바람직하다. 결국, 살붙임부의 위치는 선회 각도가 270도 내지 350도인 구간에 형성됨이 가장 바람직하다고 할 수 있다.
전술한 선회 각도 구간에서는 260도 내지 270도 그리고 350도 내지 360도(0도)는 포함하고 있지 않다. 이는 이러한 각도 구간에서는 접촉점의 수가 명확히 4개 또는 5개로 구분되지 않을 수 있기 때문이다. 그러므로, 접촉점의 정의(선회랩과 고정랩 사이의 거리)와 허용하는 윤활유막의 두께에 따라서, 선회 각도 구간은 다소 탄력적으로 가변되는 것이 가능할 것이다.
100: 압축부 110: 케이스
112, 113 : 상부 쉘 111 : 원통 쉘
120: 구동 모터 126: 회전축
130: 메인 프레임 140: 선회 스크롤
150: 고정 스크롤 160 : 살붙임부

Claims (20)

  1. 회전축;
    상기 회전축에 결합되는 선회경판과 상기 선회경판에서 돌출되어 구비되는 선회랩을 포함하는 선회스크롤;
    상기 선회경판을 마주보도록 구비되는 고정경판과 상기 고정경판에서 마주하는 상기 선회경판의 일면을 향하도록 연장되며 상기 선회랩과 함께 압축실을 형성하는 고정랩을 포함하는 고정스크롤; 및
    상기 선회랩 또는 상기 고정랩의 전체 구간 중 일부 구간에 마주보는 상기 선회랩 또는 상기 고정랩을 향하여 돌출 구비되어, 상기 선회스크롤의 선회운동에 따라 상기 선회랩과 상기 고정랩 사이에 형성되는 접촉점의 접촉면적을 증대시키는 살붙임부;를 포함하며,
    상기 살붙임부는
    상기 회전축을 기준으로 상기 선회랩 또는 상기 고정랩의 최외측보다 내측에 구비되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선회랩과 상기 고정랩 사이의 선회 반경은, 상기 선회랩과 상기 고정랩의 말단부와 상기 살붙임부를 제외하고는 일정한 것을 특징으로 하는 압축기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선회랩과 상기 고정랩은, 각각의 두께가 가변되는 기설정된 프로파일을 갖되 선회 반경이 일정하도록 형성되고,
    상기 살붙임부는, 상기 기설정된 프로파일에서 상기 기설정된 프로파일이 배제되도록 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선회 스크롤이 상기 고정 스크롤에 대해서 편심 선회함에 따라, 상기 선회랩과 상기 고정랩 사이의 상기 접촉점은 4개 또는 5개 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 살붙임부는, 상기 접촉점 중 어느 하나에 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 접촉점의 개수가 4개인 선회 각도 구간과 상기 접촉점의 개수가 5개인 선회 각도 구간이 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접촉점 각각에서의 접촉면적은 반경 방향 외측에 더욱 치우진 접촉점에서 더욱 큰 것을 특징으로 하는 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 살붙임부는, 상기 접촉점 중 반경 방향 최내측에 구비되는 접촉점에 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 선회 스크롤의 선회각도가 0도 내지 260도 사이의 구간에서는 상기 접촉점이 5개 형성되며,
    상기 선회 스크롤의 선회각도가 270도 내지 350도 사이의 구간에서는 상기 접촉점이 4개 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 살붙임부는, 상기 접촉점이 4개 형성되는 구간에서의 접촉점 중 어느 하나에 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    4개의 접촉점에서 접촉면적은 반경 방향 외측에 더욱 치우진 접촉점에서 더욱 큰 것을 특징으로 하는 압축기.
  12. 제10항에 있어서,
    4개의 접촉점 중 접촉 면적이 가장 큰 접촉점을 제외한 접촉점에 상기 살붙임부가 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
  13. 제10항에 있어서,
    4개의 접촉점 중 접촉 면적이 가장 작은 접촉점에 상기 살붙임부가 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선회랩과 상기 고정랩의 상기 접촉점에서의 윤활유막 두께(t)에 대해서, 상기 살붙임부의 두께(t1)은 상기 윤활유막 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 압축기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 살붙임부의 두께(t1)은 0.5t 이하임을 특징으로 하는 압축기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 윤활유막 두께(t)가 20μm 일 때, 상기 살붙임부의 두께(t1)은 0 초과 10μm 이하인 것을 특징으로 하는 압축기.
  17. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 살붙임부는 상기 고정랩 또는 상기 선회랩 중 어느 하나에만 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
  18. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 살붙임부는 상기 고정랩과 상기 선회랩에 동시에 형성되며, 상기 고정랩의 살붙임부와 상기 선회랩의 살붙임부는 상기 선회 스크롤의 선회시 서로 접촉점을 형성함을 특징으로 하는 압축기.
  19. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 살붙임부에서 상기 고정랩과 상기 선회랩이 접촉하는 접촉점이 형성될 때의 접촉 면적은, 상기 살붙임부가 배제된 경우에서의 접촉점이 형성될 때의 접촉 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 압축기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 살붙임부에서 접촉점이 형성될 때, 다른 접촉점에서의 접촉 면적이 작아지거나 또는 접촉이 배제되는 것을 특징으로 하는 압축기.
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