KR102239329B1

KR102239329B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR102239329B1
Application number: KR1020190086564A
Authority: KR
Inventors: 김수철; 손동현; 조찬걸
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2021-04-12
Also published as: US20210017985A1; CN112240296B; KR20210009696A; CN112240296A; US11242854B2

Abstract

스크롤 압축기에 대한 발명이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발명은 배압실의 중심이 고정 스크롤의 중심과 편심된 것을 기술적 특징으로 한다. 구체적으로, 배압실의 중심이 토출 시 선회 스크롤의 중심 방향으로 이동함으로써 고정 스크롤의 변위를 방지하고 선회 스크롤의 안정적인 선회를 도모할 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이다.

압축기는, 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기기로서, 유체를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기, 왕복동식 압축기, 스크롤 압축기 등으로 구분할 수 있다.

이 중 스크롤 압축기는 두 개의 스크롤(고정 스크롤 및 선회 스크롤)이 각각 랩들을 포함하고 상기 랩들이 상대 선회운동을 하면서 양쪽 스크롤 사이에 복수 개의 압축실이 형성된다. 상기 압축실은 냉매가 흡입되는 흡입구로부터 압축된 냉매가 토출되는 토출구 쪽으로 지속적으로 대략 중심 방향으로 이동하면서 체적이 작아짐에 따라 냉매가 연속으로 흡입 압축된다.

이 때 상기 복수 개의 압축실은 냉매가 유입되는 흡입구와 인접한 압축실의 압력이 최소가 되고 토출구와 연통되는 압축실의 압력이 최대가 되며, 그 사이에 존재하는 압축실의 압력은 흡입구의 흡입압과 토출구의 토출압 사이의 값을 갖는 중간압을 이루게 된다.

종래의 스크롤 압축기는 고정 스크롤(fixed scroll 또는 FS) 또는 선회 스크롤(orbiting scroll 또는 OS)의 랩들이 형성되는 판의 반대 판인 경판 측으로 상기 중간압이 인가되는 배압실을 포함하고, 상기 중간압은 배압실을 포함하는 상기 고정 스크롤 또는 선회 스크롤을 배압실을 포함하지 않는 선회 스크롤 또는 고정 스크롤 쪽으로 누르는 역할을 하였다.

상기 배압실은 냉매의 흡입 및 압축 시 압축 압력에 의해 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이의 간격이 벌어지는 것을 억제함으로써 압축기의 효율 저하를 막을 수 있었다.

도 1은 종래의 스크롤 압축기에서의 배압실과 고정 스크롤의 배치 관계를 도시한 사시도이다.

상기 도 1에서 도시하는 바와 같이, 종래의 스크롤 압축기에서의 배압실과 고정 스크롤 각각의 중심은 서로 동일 축에 위치한다.

상기 도 1과 같은 배압실과 고정 스크롤의 배치는 다음의 도 2에서 도시한 문제점을 가진다.

도 2는 상기 도 1의 스크롤 압축기에서 고정 스크롤과 선회 스크롤의 상대적 선회운동 시 압축실에서의 냉매 가스의 압력에 의한 고정 스크롤의 움직임을 개략적으로 도시한다.

도 2의 왼쪽 도면에서 도시하는 바와 같이 종래의 스크롤 압축기는 고정 스크롤과 배압실은 고정 스크롤의 원점 기준으로 동심위치에서 체결되어 있다. 반면 선회 스크롤은 운전 시 항상 선회반경만큼 이동한 상태로 움직인다.

이 때 압축실의 중심은 상기 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 중심 사이에 위치한다.

한편 압축실에서의 압축력이 커지게 되면 그에 따른 반작용으로 인해 냉매 가스로부터의 압력(소위 말하는 가스력)이 증가하게 된다.

만일 가스력이 매우 커지게 되면, 상기 고정 스크롤은 상기 가스력에 의해 힘을 받게 된다. 특히 상기 가스력이 상기 고정 스크롤을 압축실에서의 축방향(구동축 방향)으로 움직이게 되면, 상기 고정 스크롤은 선회 스크롤의 반대 방향으로 움직이게 된다. 이 경우 배압실의 중심은 고정 스크롤의 중심과 일치하게 위치하므로 고정 스크롤의 가스압에 의한 축방향의 이동을 효과적으로 억제할 수 없게 된다.

결국 종래의 스크롤 압축기의 배압 구조는 압축실에서의 축방향 힘의 불균형으로 인해 선회 스크롤의 거동을 불안정하게 하는 문제를 가진다.

상기와 같은 선회 스크롤의 불안정한 거동은 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이의 축방향 간극을 국부적으로 증가시켜 냉매의 누출을 유발시킨다. 그 결과 종래의 스크롤 압축기는 압축 효율의 저하가 발생하는 문제가 있다.

더 나아가 상기와 같은 선회 스크롤의 불안정한 거동은 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 마찰을 가속시킨다. 그로 인해 종래의 스크롤 압축기는 압축 효율의 저하는 물론 압축기의 수명 및 신뢰성을 저하시킨다.

특히 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 마찰로 인한 마모가 심한 경우, 마모로 인한 파편이 발생하고 상기 파편은 압축실 내에서 잔류하여 압축 효율의 감소는 물론이거니와 고정 스크롤과 선회 스크롤의 추가적인 마모를 가속시켜 압축기의 파손을 유발시키는 치명적인 문제를 야기한다.

본 발명은 스크롤 압축기의 배압 구조에 있어서 배압실의 중심과 고정 스크롤의 중심이 동심을 갖지 않도록 편심되게 위치시킴으로써 배압실을 통해 고정 스크롤에 가해지는 중간압에 의해 선회 스크롤의 거동 안정성을 개선한 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 배압실의 중심 위치를 압축실 내의 냉매 가스의 압력이 최대가 되는 지점에서의 압축실의 중심으로 위치시킴으로써 냉매가스의 토출 시 고정 스크롤이 냉매 가스에 의해 뜨는 현상을 최대한 억제시켜 선회 스크롤의 거동 안정성을 개선한 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

더 나아가 본 발명은 상기 선회 스크롤의 거동 안정성을 통해 효율과 신뢰성을 개선한 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기는 배압실의 중심이 고정 스크롤의 중심과 편심된 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 기술적 특징을 구체화한 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 내부에 수용공간이 형성되고, 냉매 유입을 위한 흡입구와 냉매 토출을 위한 토출구가 형성된 케이싱; 상기 수용공간에 수용되는 모터; 상기 수용공간에 수용되고 상기 모터보다 상기 토출구에 인접되게 배치되는 고정 스크롤; 및 상기 모터와 상기 고정 스크롤 사이에 배치되고 상기 고정 스크롤과 맞물려 압축실을 형성하는 선회 스크롤; 상기 고정 스크롤과 상기 토출구 사이에 위치하고 중간압의 냉매를 이용하여 상기 고정 스크롤을 배압하는 배압실;을 포함하고, 상기 배압실의 중심은 상기 고정 스크롤의 중심과 편심된 스크롤 압축기로 구현될 수 있다.

상기 기술적 특징을 보다 구체화 한 본 발명에 따른 압축기는 상기 배압실의 중심이 토출 시 상기 압축실의 중심과 동심인 스크롤 압축기 이다.

이 때 상기 배압실의 중심의 편심 방향은 토출 시 상기 선회 스크롤의 중심 방향이 바람직하다.

상기 배압실의 중심의 편심 거리는 상기 선회 스크롤의 선회 반경의 0.25 내지 0.75 배인 것이 보다 바람직하다.

상기 선회 스크롤의 선회 반경은 상기 선회 스크롤과 상기 모터 사이에 위치하는 메인 프레임을 포함하고, 상기 선회 스크롤과 상기 메인 프레임 사이에 위치하며 상기 선회 스크롤의 자전을 방지하는 자전 방지 기구를 포함하는 실시예를 통해 기구적으로 구체화 될 수 있다.

이 때 상기 선회 방지 기구는 올담링(Oldham ring)인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 또 다른 기술적 특징은, 상기 배압실은 그 내부에 상기 중간압을 가지는 냉매 가스가 위치하는 환형의 배압 공간을 포함하고 상기 환형의 배압 공간의 외경은 상기 선회 스크롤 및 상기 고정 스크롤의 랩의 끝단보다 반경 방향의 외측에 위치하는 것이다.

이 때 상기 중간압은 상기 압축실의 흡입압과 토출압 사이의 값이다.

상기 배압실의 중간압은 상기 고정 스크롤은 원판 형태의 고정 스크롤 경판부를 포함하고, 상기 고정 스크롤 경판부는 압축실 내의 상기 중간압을 가지는 영역 중 하나와 연통되는 스크롤측 배압구멍을 포함하고, 상기 배압실은 상기 스크롤측 배압구멍과 연통되는 플레이트측 배압구멍을 포함하는 실시예를 통해 기구적으로 구체화될 수 있다.

이 때 스크롤측 배압구멍과 상기 플레이트측 배압구멍은 복수 개로 형성된 것이 안정적인 중간압 확보를 위해 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 상기 고정 스크롤과 상기 배압실 사이에 위치하며 상기 배압실의 중심을 상기 고정 스크롤의 중심으로부터 편심된 위치로 고정하는 체결 기구를 포함하는 실시예를 통해 기구적으로 구체화 될 수 있다.

상기 체결 기구는 다양한 체결 수단이 적용될 수 있다.

상기 체결 기구는 볼트인 것이 보다 바람직하다.

상기 환형의 배압 공간은 상기 고정 스크롤 경판부와 접하는 환형의 지지판부를 포함하는 배압 플레이트와 상기 지지판부의 상면에 위치하며 상기 지지판부의 내주면과 외주면을 둘러싸는 제1 및 제2 환형벽과, 상기 배압실의 축방향의 상면에 위치하는 플로팅 플레이트를 포함하고, 상기 제1 환형벽의 외주면과 상기 제2 환형벽의 내주면, 상기 지지판부의 상면 그리고 상기 플로팅 플레이트의 하면은 환형의 배압 공간을 형성하는 실시예를 통해 기구적으로 구체화 될 수 있다.

또한 상기 플로팅 플레이트의 내측 공간부의 상단부에 위치하는 실링 단부를 포함하고, 배압실과 상기 토출구 사이에 위치하는 고저압 분리판을 포함하며, 상기 중간압에 의해 상기 플로팅 플레이트가 상기 고저압 분리판을 실링함으로써 흡입 공간과 토출 공간이 분리될 수 있다.

한편 상기 체결 기구는 상기 고정 스크롤과 상기 배압 플레이트를 체결하는 방식으로 배압실과 고정 스크롤을 체결할 수 있다.

또한 상기 체결 기구는 상기 고정 스크롤과 상기 플로팅 플레이트를 체결하는 방식으로 배압실과 고정 스크롤을 체결할 수 있다.

한편 압축된 토출 가스는 상기 고정 스크롤은 중앙부에 냉매 가스의 토출을 위한 토출부와 상기 토출부와 연통되며 상기 냉매 가스의 토출을 위해 상기 배압실 내에 위치하는 체크 밸브를 통해 토출공간과 토출구를 거쳐 토출될 수 있다.

본 발명은 스크롤 압축기에서의 배압실의 중심과 고정 스크롤의 중심이 상호 편심되게 위치함으로써 토출 시 고정 스크롤에 가해지는 가스력에 의한 고정 스크롤의 변위를 최소화 시킬 수 있는 효과를 달성할 수 있다.

이를 통해 본 발명은 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이의 냉매 가스의 유출을 방지하고 균일한 배압을 통해 선회 스크롤의 거동을 안정화시킬 수 있는 효과가 획득된다.

또한 선회 스크롤의 거동 안정성이 확보 됨으로써 압축기의 압축 효율 및 신뢰성이 확보되는 효과가 있다.

본 발명은 스크롤 압축기의 배압실 내의 중간압이 위치하는 배압 공간의 외경을 고정랩과 선회랩의 끝단보다 반경 방향의 외측에 위치시켜 고정 스크롤의 스크롤 압축기의 가동 시 균일한 배압을 확보할 수 있다.

이를 통해 본 발명의 스크롤 압축기는 토출 시뿐만 아니라 압축 시에도 고정 스크롤의 균일한 배압을 확보하고, 더 나아가 압축 효율의 향상과 냉매 유출을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 스크롤 압축기에서의 배압실과 고정 스크롤의 배치 관계를 도시한 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 스크롤 압축기에서 고정 스크롤과 선회 스크롤의 상대적 선회운동 시 압축실에서의 냉매 가스의 압력에 의한 고정 스크롤의 움직임을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기를 도시한 종단면도이다.
도 4는 크랭크 각에 따른 가스력을 계산한 도면이다.
도 5는 상기 도 3에서의 배압실과 고정 스크롤 부분을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기에서 고정 스크롤과 선회 스크롤의 상대적 선회운동 시 압축실에서의 냉매 가스의 압력에 의한 고정 스크롤의 움직임을 나타내는 개략도이다.
도 7의 (a)는 고정 스크롤(50)의 고정 스크롤 경판부를 나타내는 도면이고, 도 7의 (b)는 압축실에서의 선회랩과 고정랩을 나타내는 도면이다.
도 8은 상기 도 7의 (b)를 확대한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배압실과 선회랩 및 고정랩의 배치를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배압실의 체결 구조를 나타내는 단면도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 실시예를 설명한다. 설명의 편의를 위해 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 내려져야 할 것이다.

[스크롤 압축기의 구조]

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기를 개략적으로 도시한 종단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기(1)는 케이싱(10)과 모터(20와 구동축(25)과 선회 스크롤(40)과 고정 스크롤(50)을 포함한다.

상기 케이싱(10)은, 본 실시예에 따른 스크롤 압축기(1)의 외관을 형성한다. 이러한 케이싱(10)의 내부에는, 스크롤 압축기(1)를 구성하는 각종 부품들이 수용되기 위한 내부공간이 형성된다.

본 실시예에서, 케이싱(10)은 대략 원통 형상으로 형성되는 것으로 예시된다. 이러한 케이싱(10)에는 흡입구(11) 및 토출구(13)가 설치될 수 있다. 흡입구(11)는 냉매가 케이싱(10)의 내부로 유입되기 위해 케이싱(10)에 형성된 통로이며, 토출구(13)는 케이싱(10)의 내부에서 압축된 냉매가 케이싱(10)의 외부로 토출되기 위해 케이싱(10)에 형성된 통로이다.

케이싱(10)의 내부공간은, 모터(20)가 설치되는 공간인 모터부와, 냉매의 압축이 이루어지는 공간인 압축부로 구분될 수 있다.

모터(20)는 케이싱(10)의 내부공간, 구체적으로는 흡입공간(12), 보다 구체적으로는 모터부에 수용된다. 상기 모터(20)는 고정자(21)와 회전자(23)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 모터(20)는 회전자(23)의 회전속도가 동일한 정속모터가 사용될 수도 있고 이와는 달리 회전자(23)의 회전속도가 가변될 수 있는 인버터 모터가 사용될 수도 있다.

상기 고정자(21)는 케이싱(10)의 내벽면에 열박음 방식으로 고정되고, 회전자(23)의 중앙부에는 구동축(25)이 삽입되어 결합된다. 고정자(21)에는 코일이 권선되고 상기 코일은 도 3에는 도시되지는 않았으나 상기 케이싱(10)에 결합되는 터미널을 통해 외부 전원과 전기적으로 연결된다.

상기 모터(20)의 회전자(23)에는 구동축(25)이 연결되며, 구동축(25)은 모터(20)에 의해 발생되는 회전력에 의해 회전될 수 있다. 이러한 구동축(25)은 후술할 메인프레임(30)을 관통하여 선회 스크롤(40)과 결합될 수 있으며, 선회 스크롤(40)은 구동축(25)과 결합되어 선회운동을 할 수 있다.

상기 구동축(25)의 하측은 케이싱(10)의 하부에 위치하는 보조 베어링(17)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 상기 보조 베어링(17)은 케이싱(10) 내면에 고정되는 하부 프레임(18)에 의해 지지되어 구동축(25)을 안정적으로 지지할 수 있도록 한다. 하부 프레임(18)은 케이싱(10)의 내벽면에 용접 고정될 수 있고 케이싱(10)의 바닥면은 오일 저장공간으로써 사용된다. 오일 저장공간에 저장된 오일은 구동축(25) 등에 의해 상측으로 이동되어 압축부로 들어가 윤활을 원활하게 한다.

상기 구동축(25)의 상단부는 메인 프레임(30에 의해 회전가능하게 지지된다.

메인프레임(30)은 케이싱(10)의 내부공간에 설치되되, 모터(20)와 선회 스크롤(40) 사이에 배치될 수 있다. 케이싱(10)의 내부공간은 메인프레임(30)에 의해 모터부와 압축부로 구분될 수 있다.

메인프레임(30)의 직경방향 중앙에는, 메인프레임(30)을 관통하는 구동축(25)을 지지하는 구동축지지부(31,32)가 위치한다. 구동축지지부(31,32)에는 구동축(25)을 메인프레임(30)의 직경방향으로 지지하는 메인베어링(35)이 설치될 수 있다.

상기 메인 프레임(30)은 하부 프레임(18)과 같이 케이싱(10)의 내벽면에 고정 위치하며 그 하면에는 하향으로 돌출되는 메인 베어링(35)이 위치하고 상기 메인 베어링(35)의 내부에 상기 구동축(25)이 삽입된다. 메인 베어링(35)의 내벽면은 베어링 면으로써 기능 또는 작용하며 상술한 오일과 함께 구동축(25)이 원활하게 회전될 수 있도록 지지한다.

상기 메인 프레임(30)의 상면에는 선회 스크롤(40)이 위치한다.

선회 스크롤(40)은 대략 원판 형태를 갖는 선회 스크롤 경판부(41)와 상기 선회 스크롤 경판부의 일측면에 나선형으로 형성되는 선회랩(42)을 포함한다. 상기 선회랩(42)은 후술할 고정 스크롤(50)의 고정랩(52)과 함께 압축실을 형성하게 된다.

상기 선회 스크롤 경판부(41)는 메인 프레임(30)의 상면에 의해 지지된 상태에서 선회 구동한다. 이 때 상기 선회 스크롤 경판부(41)와 메인 프레임(30) 사이에는 선회 스크롤(40)의 자전 방지 기구로서 올담링(36, Oldham ring)이 위치한다.

상기 선회 스크롤 경판부(41)의 하면에는 구동축(25)이 삽입되는 보스부(43)가 형성된다. 상기 보스부를 통해 구동축(25)의 회전력이 선회 스크롤(40)을 선회 구동하게 한다.

고정 스크롤(50)은, 케이싱(10)의 내부공간, 구체적으로는 모터부에 배치되는 모터(20)보다는 토출구(13) 측에, 보다 구체적으로는 선회 스크롤(40)의 상부에 위치한다. 고정 스크롤(50)은 고정 스크롤 경판부(51)가 원판 형태로 형성되고, 고정 스크롤 경판부의 하부에는 선회 랩(42)과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하는 고정 랩(52)이 나선형으로 형성된다.

고정 스크롤(50)의 측면에는 흡입공간(12) 내부에 존재하는 냉매가 흡입되는 흡입부(53)가 형성된다. 한편 고정 스크롤 경판부(51)의 대략 중앙부에는 압축된 냉매가 토출되는 토출부(54)가 위치한다.

상기 선회 랩(42)과 고정 랩(52)은 복수 개의 압축실을 형성하고, 상기 압축실은 토출부(54) 측으로 선회 이동하면서 그 부피가 축소되어 냉매를 압축하게 된다. 이에 따라 흡입부(53)와 인접한 압축실의 압력이 최소가 되고 토출부(54)와 연통되는 압축실의 압력이 최대가 된다.

한 편 상기 압축실 압력의 최소 위치와 최대 위치 사이에 위치하는 압축실의 압력은 흡입부(53)의 흡입압과 토출부(54)의 토출압 사이의 값을 가지는 중간압을 이루게 된다.

상기 중간압은 후술할 배압실(60)로 유입되어 배압력을 형성함으로써 고정 스크롤(50)을 선회 스크롤(40) 방향으로 누르는 기능을 한다. 따라서 고정 스크롤 경판부(51)에는 중간압을 갖는 영역 중 하나와 연통되는 스크롤측 배압구멍(51A)이 위치하고, 상기 스크롤측 배압구멍(51A)은 후술할 플레이트측 배압구멍(61A)과 연통된다. 상기 스크롤측 배압구멍(51A)는 복수 개가 형성될 수 있다.

상기 고정 스크롤 경판부(51)의 상부에는 배압실(60)을 구성하는 배압 플레이트(61)가 위치한다.

상기 배압 플레이트(61)은 대략 환형으로 형성되고 중앙이 고정 스크롤 경판부(51)와 접하는 지지판부(62)를 포함한다. 상기 지지판부(62)는 중앙이 비어있는 환형의 판 형태를 가지며, 상술한 각각의 스크롤측 배압구멍(51A)과 독립적으로 연통되는 복수 개의 플레이트측 배압구멍(61A)이 상기 지지판부(62)를 축방향으로 관통하도록 위치한다.

상기 지지판부(62)의 상면에는 상기 지지판부의 내주면과 외주면을 둘러싸도록 제1 및 제2 환형벽(63, 64)이 각각 위치한다. 상기 제1 환형벽(63)의 외주면과 상기 제2 환형벽(64)의 내주면, 그리고 지지판부(62)의 상면은 후술할 플로팅 플레이트(65)와 함께 환형으로 된 배압공간을 가지는 배압실(60)을 형성한다.

상기 배압실(60)의 상측에는 상기 배압실의 상면을 이루는 플로팅 플레이트(65)가 위치한다. 상기 플로팅 플레이트(65)의 내측 공간부의 상단부에는 실링 단부(66)가 위치한다. 상기 실링 단부(66)는 플로팅 플에이트(65)의 표면으로부터 상방으로 돌출되도록 형성된다. 특히 상기 실링 단부(65)는 고압의 토출된 냉매가 흡입 공간(12)으로 누설되지 않고 토출공간(12)으로만 토출되도록 밀폐할 필요가 있을 경우, 상기 실링 단부(66)는 상술한 고저압 분리판(15)의 하면과 접하여 토출되는 냉매를 밀폐시키는 기능을 수행한다.

[스크롤 압축기의 작동 관계]

상기와 같은 본 발명의 일 실시예의 의한 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

먼저 고정자(121)에 전원이 인가되면 구동축(25)이 회전자(22)와 함께 회전한다.

회전자(22)의 상단부에 결합된 선회 스크롤(40)은 고정 스크롤(40)에 대해 선회 운동을 하게 된다. 그 결과 선회 랩(42)과 고정 랩(52) 사이에는 두개 한 쌍의 합축실이 형성되고, 상기 두 개 한 쌍의 압축실 은 각각 바깥쪽에서 안쪽으로 이동하면서 체적이 감소되어 압축실 내의 냉매를 흡입 및 압축 그리고 토출하게 된다.

이 때 압축실의 궤적을 따라 이동하는 냉매의 일부는 토출부(54)에 도달하기 전에 스크롤측 배압 구멍(51A)와 플레이트측 배압 구멍(61A)을 통해 배압실(60)로 이동하게 된다. 그에 따라 배압 플레이트(61)와 플로팅 플레이트(65)에 의해 형성되는 배압실(60)은 중간압을 형성하게 된다.

플로팅 플레이트(65)는 상기 중간압 냉매에 의해 상방으로 압력을 받아 고저압 분리판(15) 쪽으로 이동된다. 만일 플로팅 플레이트(65)가 고저압 분리판(15)과 밀착되게 이동하면, 케이싱(10)의 토출 공간(14)과 흡입 공간(12)이 분리되어 토출 공간(14)으로 토출된 냉매가 흡입공간(12)으로 누설되는 것을 방지하게 된다.

반면 배압 플레이트(61)는 하방으로 압력을 받아 고정 스크롤(50)을 선회 스크롤(40) 방향으로 가압하게 된다. 그 결과 고정 스크롤(50)이 선회 스크롤(40)에 밀착되면서 압축실에서 압축되는 냉매가 선회 스크롤(40)과 고정 스크롤(50) 사이로 누설되는 것을 차단할 수 있게 된다.

케이싱(10)의 흡입 공간(12)으로 흡입되는 냉매는 압축실에서 압축되어 고정 스크롤(50)의 대략 중앙에 위치한 토출부(54)를 통해 체크밸브(57)를 거쳐 토출 공간(14)으로 토출되고, 토출 공간(14)으로 토출된 냉매는 압축기 외부의 냉동사이클을 순환한 후 다시 흡입구(11)를 통해 흡입 공간(12)으로 흡입되는 일련의 과정을 거친다.

상기 압축실에서 냉매 가스의 압축 시, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기는 냉매 가스에 의한 반발력(또는 가스력)이 발생한다.

도 4는 크랭크 각에 따른 가스력을 계산한 도면이다.

도 4에서 도시한 바와 같이, 크랭크 각도가 0 도에서 360 도로 변화하는 동안(다시 말하면 구동축이 1 회전 하는 동안) 특정 크랭크 각도에서 가스력이 최대가 됨을 알 수 있다. 상기 가스력이 최대가 되는 각도는 최대로 압축된 냉매가 토출되는 토출 지점에 해당한다.

도 5는 상기 도 3에서의 배압실(60)과 고정 스크롤(50) 부분을 나타낸 사시도이다.

도 5에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기는 배압실(60)의 중심과 고정 스크롤(50)의 중심이 편심(즉, 일치하지 않음)된 것을 기술적 특징으로 한다.

도 5와 같은 배압실의 배치 관계를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기는 도 6에서와 도시하는 바와 같은 이점이 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기에서 고정 스크롤과 선회 스크롤의 상대적 선회운동 시 압축실에서의 냉매 가스의 압력에 의한 고정 스크롤의 움직임을 나타내는 개략도이다.

도 6에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기는 도 2의 종래의 스크롤 압축기 대비 배압실(60)의 중심이 고정 스크롤(50)의 중심과 일치하지 않고 편심된 것을 특징으로 한다.

도 7의 (a)는 고정 스크롤(50)의 고정 스크롤 경판부(51)를 나타내는 도면이고, 도 7의 (b)는 압축실에서의 선회랩(42)과 고정랩(52)을 나타내는 도면이다.

도 8은 상기 도 7의 (b)를 확대한 도면이다.

도 6 내지 8을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기도 선회 스크롤(40)과 고정 스크롤(50)의 중심은 일치하지 아니한다. 특히 선회 스크롤(40)은 구동축(25)의 회전 운동에 따라 지속적으로 선회 운동을 하므로 선회 스크롤(40)의 중심은 스크롤 압축기의 동작 시 지속적으로 변화하게 된다.

다만 선회 스크롤(40)은 올담링(36, Oldham ring)과 결합되어 자전이 방지되므로 선회 스크롤(40)의 중심의 이동 거리는 올담링(36)에 의한 선회원의 지름보다는 작게 된다.

한편 상기 도 4에서의 계산 결과로부터 가스력의 최대 값은 냉매 가스의 토출 시에 발생하는 것으로 나타났다. 이에 따라 냉매 가스가 토출될 때, 본 발명의 일 실시예에서의 스크롤 압축기에서도 선회 스크롤의 중심과 상기 압축실의 중심은 도 8(특히 도 8의 삽도)에서 도시되는 바와 같이 서로 일치하지 아니한다.

특히 고정 스크롤(50)은 메인 프레임(30)과 결합되어 있으므로 고정 프레임(40)의 중심은 항상 고정된다. 이에 반해 선회 스크롤(40)의 중심은 선회 운동동안 계속 변화하지만, 최대 가스력이 발생하는 토출 시 선회 스크롤(40)의 중심은 랩 설계에 의해 결정될 수 있다.

한편 압축실의 중심도 비록 고정 스크롤(50)의 중심은 일정하더라도 선회 스크롤(40)의 선회 운동에 의해 일정 부분 변동된다. 반면 최대 가스력이 발생하는 토출 시의 압축실의 중심은 선회 스크롤(40)과 고정 스크롤(50)의 설계에 의해 설정된 값을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기는 도 6에서 도시한 바와 같이 최대 가스력이 발생하는 토출 시 배압실(60)의 중심을 압축실의 중심과 일치시키는 것을 하나의 기술적 특징으로 한다. 상기 기술적 특징에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기는 가스력이 최대가 되는 토출 시 배압실(60)의 중심이 기존 고정 스크롤(50)의 중심에서 선회 스크롤(40)의 편심 방향으로 이동되게 위치된다. 그 결과 배압실(60) 내의 중간압은 토출 시 강한 가스력에 의해 고정 스크랩(50)이 축방향으로 힘을 받아 뜨는 현상을 보다 효과적으로 억제시킬 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기의 배압실(60)의 편심 거리는 선회 스크롤(40)의 선회원(도 8 참조)의 반지름의 0.25 내지 0.75 배가 바람직하다.

만일 배압실(60)의 편심 거리가 상기 반지름의 0.25 배보다 작은 경우, 토출 시 고정 스크롤(50)의 변위를 억제하는 효과가 작게 된다.

반면 배압실(60)의 편심 거리가 상기 반지름의 0.75 배보다 큰 경우, 선회 스크롤(40)의 선회 시 고정 스크롤(50)에 가해지는 배압이 일방향으로 치우쳐져서 균일한 배압이 어렵고 심한 경우 냉매의 누설이나 마모가 발생하기 쉽니다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배압실과 선회랩 및 고정랩의 배치를 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배압실의 체결 구조를 나타내는 단면도이다.

도 9에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배압실은 중간압이 위치하는 배압공간의 외경이 고정랩과 선회랩의 끝단보다 반경 방향의 외측에 위치하는 것이 바람직하다.

만일 본 발명의 일 실시예에 따른 배압공간이 랩들의 끝단보다 반경 방향의 내측에 존재하게 되면, 중간압의 배압에 의해 고정 스크롤(50)의 일부분에만 배압이 가해지게 된다. 그 결과 고정 스크롤(50)에 가해지는 배압의 불균형으로 인해 압축 시 고정 스크롤(50)과 선회 스크롤(40) 사이의 간격 불균형으로 인해 균일한 압축이 어려워지고 국부적인 마찰 및 마모와 함께 국부적인 냉매의 유출(leak)이 발생하는 문제가 있다.

도 10의 화살표에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기는 배압실의 중심이 고정 스크롤(50)을 기준으로 편심되게(또는 틀어지게) 체결되는 것을 하나의 기술적 특징으로 포함한다.

비 한정적인 예로써 도 10은 고정 스크롤(50)과 배압실(60) 사이에 체결 기구(68)를 포함하는 것을 예시한다.

도 10에서는 상기 체결 기구(68)의 일 예로써 볼트를 도시하고 있으나 본 발명에서의 체결 기구(68)는 이에 한정되지는 아니한다.

또한 도 10에서는 상기 체결 기구(68)가 배압 플레이트(61)를 관통하는 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되지는 아니한다. 또 다른 변형 예로써 상기 체결 기구(68)는 상기 배압 플레이트(61)와 상기 고정 스크롤(50)을 직접 연결하는 것도 가능하다. 상기 체결 기구(68)는 고정 스크롤(50)과 배압실(60) 사이에 위치하면 족하며, 구체적인 체결 위치를 한정할 필요는 없음은 통상의 기술자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 스크롤 압축기
10: 케이싱
11: 흡입구
12: 흡입공간
13: 토출구
14: 토출공간
15: 고저압 분리판
17: 보조 베어링
18: 하부프레임
20: 모터
21: 고정자
23: 회전자
25: 구동축
30: 메인프레임
31: 구동축 지지부
32: 구동축 지지부
35: 메인 베어링
36: 올담링
40: 선회 스크롤
41: 선회 스크롤 경판부
42: 선회랩
43: 보스부
50: 고정 스크롤
51: 고정 스크롤 경판부
52: 고정랩
53: 흡입부
54: 토출부
51A: 스크롤측 배압구멍
60: 배압실
61: 배압 플레이트
62: 지지판부
63: 제1 환형벽
64: 제2 환형벽
65: 플로팅 플레이트
66: 실링 단부
67: 체크밸브
68: 체결 기구
61A: 플레이트측 배압구멍

Claims

내부에 수용공간이 형성되고, 냉매 유입을 위한 흡입구와 냉매 토출을 위한 토출구가 형성된 케이싱;
상기 수용공간에 수용되는 모터;
상기 수용공간에 수용되고 상기 모터보다 상기 토출구에 인접되게 배치되는 고정 스크롤; 및
상기 모터와 상기 고정 스크롤 사이에 배치되고 상기 고정 스크롤과 맞물려 압축실을 형성하는 선회 스크롤;
상기 고정 스크롤과 상기 토출구 사이에 위치하고 중간압의 냉매를 이용하여 상기 고정 스크롤을 배압하는 배압실;을 포함하고,
상기 배압실의 중심은 상기 고정 스크롤의 중심과 편심되고,
상기 배압실의 중심은 토출 시 상기 압축실의 중심과 동심인 스크롤 압축기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 배압실의 중심은 토출 시 상기 선회 스크롤의 중심 방향으로 편심된 스크롤 압축기.
제3항에 있어서,
상기 배압실의 중심의 편심 거리는 상기 선회 스크롤의 선회 반경의 0.25 내지 0.75 배인 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 배압실은 그 내부에 상기 중간압을 가지는 냉매 가스가 위치하는 환형의 배압 공간을 포함하는 스크롤 압축기.
제5항에 있어서,
상기 환형의 배압 공간의 외경은 상기 선회 스크롤 및 상기 고정 스크롤의 랩의 끝단보다 반경 방향의 외측에 위치하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 중간압은 상기 압축실의 흡입압과 토출압 사이의 값인 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 고정 스크롤과 상기 배압실 사이에 위치하며 상기 배압실의 중심을 상기 고정 스크롤의 중심으로부터 편심된 위치로 고정하는 체결 기구를 포함하는 스크롤 압축기.
제8항에 있어서,
상기 체결 기구는 볼트인 스크롤 압축기.
제8항에 있어서,
상기 고정 스크롤은 원판 형태의 고정 스크롤 경판부를 포함하고,
상기 고정 스크롤 경판부는 압축실 내의 상기 중간압을 가지는 영역 중 하나와 연통되는 스크롤측 배압구멍을 포함하고,
상기 배압실은 상기 스크롤측 배압구멍과 연통되는 플레이트측 배압구멍을 포함하는 스크롤 압축기.
제10항에 있어서,
상기 스크롤측 배압구멍과 상기 플레이트측 배압구멍은 복수 개로 형성된 스크롤 압축기.
제10항에 있어서,
상기 배압실은 상기 고정 스크롤 경판부와 접하는 환형의 지지판부를 포함하는 배압 플레이트를 포함하고,
상기 플레이트측 배압구멍은 상기 지지판부를 축방향으로 관통하는 스크롤 압축기.
제12항에 있어서,
상기 배압실은 상기 지지판부의 상면에 위치하며 상기 지지판부의 내주면과 외주면을 둘러싸는 제1 및 제2 환형벽과, 상기 배압실의 축방향의 상면에 위치하는 플로팅 플레이트를 포함하고,
상기 제1 환형벽의 외주면과 상기 제2 환형벽의 내주면, 상기 지지판부의 상면 그리고 상기 플로팅 플레이트의 하면은 환형의 배압 공간을 형성하는 스크롤 압축기.
제13항에 있어서,
상기 배압실은 상기 플로팅 플레이트의 내측 공간부의 상단부에 위치하는 실링 단부를 포함하는 스크롤 압축기.
제13항에 있어서,
상기 배압실과 상기 토출구 사이에 위치하는 고저압 분리판을 포함하는 스크롤 압축기.
제13항에 있어서,
상기 체결 기구는 상기 고정 스크롤과 상기 배압 플레이트를 체결하는 스크롤 압축기.
제13항에 있어서,
상기 체결 기구는 상기 고정 스크롤과 상기 플로팅 플레이트를 체결하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 고정 스크롤은 중앙부에 냉매 가스의 토출을 위한 토출부를 포함하고,
상기 배압실은 상기 토출부와 연통되며 상기 냉매 가스의 토출을 위한 체크 밸브를 포함하는 스크롤 압축기.
제3항에 있어서,
상기 선회 스크롤과 상기 모터 사이에 위치하는 메인 프레임을 포함하고,
상기 선회 스크롤과 상기 메인 프레임 사이에 위치하며 상기 선회 스크롤의 자전을 방지하는 자전 방지 기구를 포함하는 스크롤 압축기.
제19항에 있어서,
상기 자전 방지 기구는 올담링(Oldham ring)인 스크롤 압축기.