KR102280122B1

KR102280122B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR102280122B1
Application number: KR1020170028438A
Authority: KR
Inventors: 이재상; 김진호; 성상훈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2021-07-21
Also published as: WO2018164393A1; EP3372837B1; US10815994B2; CN211422902U; US20180252216A1; KR20180101900A; EP3372837A1

Abstract

본 발명에 의한 상호 회전형 스크롤 압축기는, 케이싱에 고정되는 제1 프레임; 상기 제1 프레임과 간격을 두고 구비되며, 상기 제1 프레임과의 사이에 압축공간을 형성하는 제2 프레임; 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 지지되며, 구동모터에 결합되어 상기 압축공간에서 회전하는 제1 스크롤; 상기 제1 스크롤에 맞물려 상기 제2 프레임에 대해 회전하면서 상기 압축공간에서 상기 제1 스크롤과 함께 압축실을 형성하는 제2 스크롤; 및 상기 제2 스크롤이 회전 가능하게 결합되는 보스 수용부를 가지는 하우징부, 상기 하우징부에서 연장되어 상기 제2 프레임에 요동 가능하게 결합되는 힌지돌부를 구비한 베어링 하우징;을 포함하고, 상기 베어링 하우징은, 상기 힌지돌부의 축방향 중심인 제3 중심은 상기 보스 수용부의 축방향 중심인 제2 중심에 대해 평면상에서 편심지게 형성되고, 상기 제2 중심과 제3 중심은 상기 제1 스크롤의 축방향 중심인 제1 중심에 대해 각각 평면상에서 편심지게 형성된다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 양쪽 스크롤이 상호 회전하는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤 압축기는 두 개의 스크롤이 서로 맞물려 결합되고, 두 개의 스크롤이 맞물린 상태에서 상대 선회 운동을 하면서 압축실을 형성한다.

압축실은 두 스크롤의 랩(wrap)의 형상에 의해 형성되며, 랩의 바깥쪽에서 중심부로 갈수록 체적이 감소된다. 따라서, 유체는 랩의 바깥쪽에서 유입되어 중심부에서 압축된 상태로 토출된다.

스크롤 압축기는 압축 원리상 두 개 한 쌍의 스크롤이 사용되는데, 전통적인 스크롤 압축기는 하나의 스크롤이 고정되고 다른 하나의 스크롤이 자전은 하지 않으면서 선회 운동을 하여 유체를 압축하는 선회형 스크롤 압축기이다.

선회형 스크롤 압축기는 고정 스크롤에 대해 선회 스크롤이 자전하지 않으면서도 선회하도록 동작해야 하는데, 그 원리상 선회 스크롤의 무게 중심이 선회의 중심으로부터 편심될 수밖에 없어 회전 속도가 빨라질수록 속도의 제곱에 비례하는 원심력이 작용하게 되고, 이로 인해 진동이 거세지기 때문에 고속 운전에는 부적합한 구조이다.

반면, 상호 회전형 스크롤 압축기는 구동스크롤(driving scroll)과 종동스크롤(driven scroll)이 서로 동일한 방향으로 회전하되, 서로 회전축이 어긋나 위치하는 각자의 회전 중심을 기준으로 자전할 뿐 선회 운동을 하지는 않는 구조이다. 따라서, 상호 회전형 스크롤 압축기는 그 원리상 선회형 스크롤 압축기에서 발생할 수 있는 편심에 따른 원심력 문제는 발생하지 않아 고속 운전에 적합한 구조이다.

이러한 상호 회전형 스크롤 압축기의 일례로 유럽 등록특허[등록번호: EP1719912(2006-11-08)]인 '회전식 스크롤 압축기(rotating scroll compressor)'가 알려져 있다.

상기와 같은 종래의 상호 회전형 스크롤 압축기는, 구동 스크롤과 종동 스크롤이 서로 회전을 하기 때문에 원심력이 발생하지 않게 된다. 이에 따라, 선회형 스크롤 압축기에 비해 진동 측면에서는 유리하지만 압축실의 실링측면에서는 불리하다.

통상, 스크롤 압축기에서는 냉매가 압축되면서 가스반발력이 발생하게 되고, 이 가스반발력에 의해 압축실을 이루는 랩 사이가 벌어지면서 원주방향으로 이웃하는 압축실 사이가 서로 연통될 수 있다. 그러면 상대적으로 높은 압력을 가지는 압축실에서 압축되는 냉매의 일부가 상대적으로 낮은 압력을 가지는 압축실로 누설되는 소위 반경방향 누설이 발생될 수 있다. 따라서, 선회형 스크롤 압축기에서는 진동측면에서는 다소 불리하더라도 원심력을 이용하여 선회 스크롤이 고정 스크롤에 밀착되도록 함으로써 압축실의 밀봉력을 유지시키고 있다.

반면, 상호 회전형 스크롤 압축기는, 도 1과 같이 구동스크롤(1)과 종동스크롤(2)이 각각의 회전중심을 이루는 보스부(1a)(2a)를 중심으로 회전을 하게 된다. 따라서 구동 스크롤의 회전중심(O₁)과 종동스크롤(2)의 회전중심(O₂) 사이의 편심거리(ε)가 일정하게 유지되어, 두 스크롤(1)(2) 사이에는 원심력이 작용하지 않게 된다. 이에 따라, 두 스크롤(1)(2)의 반경방향으로 작용하는 힘의 불균형이 감쇄되어, 선회형 스크롤 압축기에 비해 압축기의 진동은 크게 낮아질 수 있다. 하지만, 압축실에서 냉매가 압축되면서 발생되는 가스반발력을 눌러 제거시키지 못하면서 양쪽 스크롤(1)(2)의 랩(1b)(2b) 사이가 벌어지게 되고, 이로 인해 고압측 압축실의 냉매가 저압측 압축실을 향해 반경방향으로 누설되는 것을 억제하지 못하여 압축기 효율이 저하되는 문제가 있었다.

또, 종래의 상호 회전형 스크롤 압축기는, 양쪽 스크롤(1)(2)이 모두 각자의 회전중심인 보스부(1a)(2a)를 중심으로 회전을 하게 되므로, 구동 스크롤(1)과 종동 스크롤(2)을 각각 양단 지지하기가 구조적으로 곤란하다. 이에 따라 종래에는 구동 스크롤(1)과 맞물린 종동 스크롤(2)의 배면에 배압 플레이트(3)를 배치하고, 이 배압 플레이트(3)를 구동 스크롤(1)과 결합한 후, 이 배압 플레이트(3)를 반경방향 지지함으로써 구동 스크롤(1)을 양단 지지하는 방식이 제안되었다. (선행문헌 참조)

그러나, 상기와 같은 종래의 상호 회전형 스크롤 압축기는, 구동 스크롤(1)을 양단 지지하기 위한 구성이 복잡하게 된다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 서브 프레임(4)에 편심부시(5)가 삽입되어 고정 결합되고, 서브 프레임(4)의 외주면에 배압 플레이트(3)가 삽입되어 회전 가능하게 결합되어 있다. 이에 따라, 부품수와 그에 따른 조립공수가 증가하면서 재료비용과 제조비용이 상승하는 문제가 있었다.

또, 종래의 상호 회전형 스크롤 압축기는, 구동 스크롤(1)의 양단을 지지하기 위한 부품수가 증가하는 만큼 베어링부의 반경방향 폭이 증가하게 되고, 이로 인해 배압 플레이트(3)와 서브 프레임(4) 사이의 베어링면(B)에 대한 마찰면적이 확대되어 그만큼 마찰손실에 따른 압축기 효율이 저하되는 문제가 있었다.

또, 종래의 상호 회전형 스크롤 압축기는, 종동측 베어링부의 반경방향 폭이 증가되면 배압 플레이트의 내경(D)이 증가하여 종동 스크롤(2)의 배면에 배압실을 형성하기 위한 공간이 상대적으로 감소하게 된다. 그러면 배압실에 대한 설계자유도가 낮을 뿐만 아니라, 배압실을 위한 배압부재(6)의 내경이 증가하게 되어 그만큼 배압부재(6)의 면적이 확대되면서 마찰손실이 증가하게 되는 문제가 있었다.

또, 종래의 상호 회전형 스크롤 압축기는, 실제로는 구동 스크롤(1)의 회전력이 종동 스크롤(2)에 제대로 전달되지 않아 선회형 스크롤 압축기와 같이 종동 스크롤(1)에 별도의 자전방지기구를 설치하고 있다. 하지만, 자전방지기구가 구동 스크롤(1)과 종동 스크롤(2) 사이에 설치됨에 따라 냉매의 흡입유로를 막게 되고, 이로 인해 흡입손실이 발생하거나 또는 흡입유로를 확보하기 위해 압축기의 크기가 증가하게 되는 문제가 있었다.

또, 종래의 상호 회전형 스크롤 압축기는, 압축부에서 압축된 냉매가 종동 스크롤(2)의 보스부(2a)의 내부에 구비된 토출구멍(2c)을 통해 케이싱(7)의 내부공간으로 토출되는 것이나, 이 냉매에 섞인 오일이 토출되는 냉매와 함께 압축기의 외부로 배출되면서 압축기의 내부에는 오일부족이 발생할 수 있었다. 이를 감안하여 종래에는 보스부(2c)의 상측에 오일분리판(미도시)을 설치할 수 있으나, 이는 별도의 오일분리판을 설치하는데 따라 제조비용이 증가하게 되는 문제가 있었다.

유럽 등록번호: EP1719912(2006-11-08)]

본 발명의 목적은, 구동 스크롤의 양단을 지지하기 위한 구성을 간소화하여 제조비용을 줄일 수 있는 상호 회전형 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 구동 스크롤을 반경방향으로 지지하는 베어링부의 직경을 줄여 마찰손실을 낮출 수 있는 상호 회전형 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 종동 스크롤의 배면을 지지하는 배압실의 자유도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 배압실을 형성하는 실링부재의 내경을 줄여 마찰손실을 줄일 수 있는 상호 회전형 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 양쪽 스크롤의 랩이 긴밀하게 밀착되도록 하여 냉매가 반경방향으로 누설되는 것을 억제할 수 있는 상호 회전형 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 구동 스크롤과 종동 스크롤 사이의 선회운동을 유도하는 자전방지기구의 설치를 간소화할 뿐만 아니라, 이 자전방지기구로 인해 흡입손실이 발생하는 것을 억제하여 압축효율을 높일 수 있는 상호 회전형 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 압축실에서 토출되는 냉매로부터 오일을 용이하게 분리할 수 있는 오일이 압축기 밖으로 누설되는 것을 최소화할 수 있는 상호 회전형 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 구동 스크롤과 종동 스크롤이 상호 회전하는 상호 회전형 스크롤 압축기에서, 상기 종동 스크롤은 그 종동 스크롤의 회전중심에 대해 편심된 제1 부재에 회전 가능하게 결합되고, 상기 제1 부재는 상기 구동 스크롤)에 대한 상기 종동 스크롤의 선회반경이 가변될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 부재는 구동 스크롤의 회전중심에 대해 편심진 힌지돌부를 가지는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

그리고, 상기 구동 스크롤은 제2 부재가 결합되고, 상기 제2 부재는 상기 종동 스크롤의 배면에서 배압실을 형성하며, 상기 제2 부재는 상기 제1 부재의 외주면에 회전 가능하게 삽입되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱에 고정되는 제1 프레임; 상기 제1 프레임과 간격을 두고 구비되며, 상기 제1 프레임과의 사이에 압축공간을 형성하는 제2 프레임; 상기 제1 프레임에 회전 가능하게 지지되며, 구동모터에 결합되어 상기 압축공간에서 회전하는 제1 스크롤; 상기 제1 스크롤에 맞물려 상기 제2 프레임에 대해 회전하면서 상기 압축공간에서 상기 제1 스크롤과 함께 압축실을 형성하는 제2 스크롤; 및 상기 제2 스크롤이 회전 가능하게 결합되는 보스 수용부를 가지는 하우징부, 상기 하우징부에서 연장되어 상기 제2 프레임에 요동 가능하게 결합되는 힌지돌부를 구비한 베어링 하우징;을 포함하고, 상기 베어링 하우징은, 상기 힌지돌부의 축방향 중심인 제3 중심은 상기 보스 수용부의 축방향 중심인 제2 중심에 대해 평면상에서 편심지게 형성되고, 상기 제2 중심과 제3 중심은 상기 제1 스크롤의 축방향 중심인 제1 중심에 대해 각각 평면상에서 편심지게 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 중심과 제2 중심을 연결하는 선을 제1 가상선이라고 하고, 상기 제1 가상선에 직교하며 상기 제1 중심을 지나는 선을 제2 가상선이라고 할 때, 상기 제3 중심은 상기 제2 가상선을 기준으로 상기 제2 중심의 반대쪽에서 상기 제1 가상선과 제2 가상선에 대해 각각 일정 간격만큼씩 이격된 위치에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제3 중심은 그 제3 중심에서 제1 중심까지의 거리인 제1 거리가 상기 제3 중심에서 제2 중심까지의 거리인 제2 거리보다 짧은 위치에 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 중심은 상기 하우징부의 축중심과 일치하도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 스크롤에 결합되어 상기 제2 스크롤의 배면을 지지하는 배압 플레이트가 더 구비되고, 상기 배압 플레이트의 축방향 일단은 상기 제1 스크롤에 일체로 결합되고, 상기 배압 플레이트의 축방향 타단은 상기 베어링 하우징에 회전 가능하게 결합되어 상기 제1 스크롤의 축방향 양단이 반경방향으로 지지될 수 있다.

그리고, 상기 배압 플레이트의 타단은 상기 하우징부의 외주면에 삽입되어 회전 가능하게 결합되는 베어링돌부가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 배압 플레이트는, 상기 제1 스크롤에 결합되는 복수 개의 프레임부; 및 상기 복수 개의 프레임부에 결합되어 상기 제2 스크롤의 배면에 구비되는 플레이트부;로 이루어지고, 상기 플레이트부와 이에 대응하는 상기 제2 스크롤과의 사이에는 상기 제2 스크롤의 자전운동을 억제하는 자전방지부재가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 제2 스크롤과 상기 배압 플레이트의 사이에는 상기 제2 스크롤을 상기 제1 스크롤 방향으로 지지하는 배압실이 형성되며, 상기 자전방지부재는 상기 배압실에 구비될 수 있다.

그리고, 상기 배압 플레이트의 일측면에는 복수 개의 실링부재가 반경방향으로 일정 간격을 두고 구비되며, 상기 복수 개의 실링부재 사이에 상기 배압실이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 스크롤에는 상기 구동모터의 회전력을 전달받는 보스부가 구비되고, 상기 보스부에는 상기 압축실과 연통되어 압축된 냉매를 상기 케이싱의 내부공간으로 안내하는 토출유로가 형성되며, 상기 토출유로의 중간에는 상기 토출유로의 내주면에서 상기 보스부의 외주면으로 관통되는 배유구멍이 형성되고, 상기 배유구멍의 외측단은 상기 제1 프레임과 상기 구동모터 사이에 위치하도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 토출유로의 중간에는 단차면이 형성되고, 상기 단차면은 상기 배유구멍을 기준으로 압축실의 반대쪽에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 보스부는 상기 제1 스크롤에 구비되어 상기 제1 프레임에 지지되는 제1 보스부 및 일단은 상기 구동모터의 회전자에 결합되고 타단은 상기 제1 보스부에 결합되는 회전축으로 이루어지며, 상기 제1 보스부에는 상기 압축실에서 상기 제1 보스부의 단부까지 관통하는 토출구가 형성되고, 상기 회전축의 양단 사이에는 상기 토출구와 연통되는 토출구멍이 관통 형성되며, 상기 제1 보스부 또는 상기 회전축에 상기 배유구멍과 단차면이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 프레임과 제2 프레임은 상기 케이싱의 내주면에 밀봉 결합되어 상기 압축공간이 상기 케이싱의 내부공간과 분리되고, 상기 압축공간에는 상기 케이싱을 관통하는 흡입관이 연통 결합되며, 상기 케이싱의 내부공간에는 상기 케이싱을 관통하는 토출관이 연통 결합되며, 상기 케이싱의 내부공간 중에서 상기 제1 프레임의 상부에 형성되는 제1 공간과 상기 제2 프레임의 하부에 형성되는 제2 공간은 서로 연통되고, 상기 제1 프레임과 제2 프레임의 사이에는 연결프레임으로 결합되어, 상기 제2 프레임과 연결프레임 그리고 제1 프레임에는 상기 제2 공간에 고인 오일을 각각의 습동부로 안내하는 급유통로가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 프레임과 제2 프레임에는 상기 압축공간이 상기 제1 공간과 제2 공간으로부터 분리되도록 실링부재가 구비될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱에 구비되며, 축수부가 형성되는 제1 프레임; 상기 제1 프레임과 간격을 두고 구비되며, 상기 축수부에 대해 편심되게 힌지홈이 형성되는 제2 프레임; 상기 제1 프레임의 축수부에 회전 가능하게 삽입되도록 제1 보스부가 구비되는 제1 스크롤; 상기 제1 스크롤에 맞물리고 상기 제1 보스부에 대해 편심지게 제2 보스부가 구비되는 제2 스크롤; 상기 제2 스크롤의 제2 보스부가 회전 가능하게 삽입되도록 보스 수용부가 형성되고, 상기 제2 프레임의 힌지홈에 요동 가능하게 결합되도록 힌지돌부가 형성되는 베어링 하우징; 및 일단은 상기 제1 스크롤에 결합되며, 타단은 상기 베어링 하우징의 외주면에 회전 가능하게 삽입되도록 베어링돌부가 구비되는 배압 플레이트;를 포함하고, 상기 제1 프레임의 축수부와 상기 제1 스크롤의 제1 보스부 사이에는 제1 베어링이 구비되며, 상기 배압 플레이트의 내주면과 상기 베어링 하우징의 외주면 사이에는 제2 베어링이 구비되고, 상기 제2 스크롤의 제2 보스부와 상기 베어링 하우징의 보스 수용부의 내주면 사이에는 제3 베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제3 베어링의 중심은 상기 제1 베어링의 중심과 소정의 편심거리를 가지도록 구비되며, 상기 힌지돌부를 중심으로 상기 베어링 하우징을 회전시킬 때 상기 제1 베어링의 중심과 상기 제3 베어링의 중심 사이의 편심거리가 가변될 수 있도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 스크롤과 제2 스크롤은 각각 압축실을 형성하는 랩이 형성되며, 상기 랩들이 접촉하는 시점에서 상기 제1 베어링의 중심과 상기 제2 베어링의 중심이 동심 상에 위치하도록 구비될 수 있다.

여기서, 상기 제2 스크롤과 상기 배압 플레이트의 사이에 환형으로 배압실이 형성되고, 상기 배압실의 범위내에 상기 제2 스크롤의 자전을 방지하는 자전방지부재가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 제1 보스부는 상기 케이싱의 내부공간에 구비되는 구동모터의 회전축에 결합되고, 상기 제1 보스부와 회전축에는 상기 제1 스크롤과 제2 스크롤 사이의 압축실에서 상기 케이싱의 내부공간으로 압축된 냉매를 안내하는 토출유로가 형성되며, 상기 토출유로의 중간에는 상기 케이싱의 내부공간으로 연통되는 관통구멍이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 토출유로의 내주면에는 단차면이 형성되고, 상기 단차면은 상기 관통구멍을 기준으로 상기 제1 스크롤의 반대쪽에 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 상호 회전형 스크롤 압축기는, 종동 스크롤을 회전 가능하게 지지하는 베어링 하우징을 서브 프레임에 회전 가능하게 결합하고, 그 베어링 하우징에 구동 스크롤에 결합된 배압 플레이트를 삽입하여 회전 가능하게 결합함에 따라, 구동 스크롤의 양단을 지지하기 위한 구성을 간소화하여 제조비용을 줄일 수 있다.

또, 구동 스크롤을 반경방향으로 지지하는 베어링돌부가 베어링 하우징에 결합됨에 따라, 구동 스크롤을 반경방향으로 지지하는 베어링부의 직경을 줄여 마찰손실을 낮출 수 있다.

또, 베어링부의 폭이 감소됨에 따라, 종동 스크롤의 배면을 지지하는 배압실의 자유도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 배압실을 형성하는 실링부재의 내경을 줄여 마찰손실을 줄일 수 있다.

또, 베어링 하우징의 힌지돌부가 구동 스크롤의 회전중심에 대해 편심지게 형성됨에 따라, 양쪽 스크롤의 랩이 긴밀하게 밀착되도록 모멘트가 발생되도록 하여 냉매가 반경방향으로 누설되는 것을 억제할 수 있다.

또, 구동 스크롤과 종동 스크롤 사이의 선회운동을 유도하는 자전방지기구를 종동 스크롤의 배면에 설치함에 따라, 자전방지기구의 설치를 간소화할 뿐만 아니라, 이 자전방지기구로 인해 흡입손실이 발생하는 것을 방지하여 압축효율을 높일 수 있다.

또, 토출유로의 중간에 유분리면을 형성함에 따라, 압축실에서 토출되는 냉매로부터 오일을 용이하게 분리할 수 있고 이를 통해 오일이 압축기 밖으로 누설되는 것을 최소화할 수 있다.

도 1은 종래 상호 회전형 스크롤 압축기의 일실시예를 보인 종단면도,
도 2는 도 1에서 베어링부를 보인 'Ⅳ-Ⅳ'선 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 상호 회전형 스크롤 압축기의 일실시예를 보인 종단면도,
도 4는 도 3에서 압축부를 확대하여 보인 종단면도,
도 5 및 도 6은 도 3에서 압축부를 분해 및 조립하여 보인 사시도,
도 7은 도 5에서 배압 플레이트를 상면에서 보인 평면도,
도 8은 도 5에서 베어링 하우징을 확대하여 보인 사시도,
도 9는 도 8에서 베어링 하우징의 내부를 보인 'Ⅴ-Ⅴ'선단면도,
도 10a 내지 도 11b는 도 3에 따른 상호 회전형 스크롤 압축기에서, 각 베어링과 힌지돌부에 작용하는 힘의 관계를 평면 및 정면에서 벡터로 도시한 개략도,
도 12a 및 도 12b는 도 3에 따른 상호 회전형 스크롤 압축기에서, 베어링 하우징의 형상에 따른 실링력 차이를 설명하기 위해 보인 개략도,
도 13은 도 3에 따른 상호 회전형 스크롤 압축기에서, 오일분리구조를 설명하기 위해 보인 확대도,
도 14는 도 3에 따른 상호 회전형 스크롤 압축기에서, 급유과정을 설명하기 위해 보인 개략도.

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

도 3은 본 발명에 따른 상호 회전형 스크롤 압축기의 일실시예를 보인 종단면도이고, 도 4는 도 3에서 압축부를 확대하여 보인 종단면도이며, 도 5 및 도 6은 도 3에서 압축부를 분해 및 조립하여 보인 사시도이고, 도 7은 도 5에서 배압 플레이트를 상면에서 보인 평면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 상호 회전형 스크롤 압축기(이하, 회전형 스크롤 압축기로 약칭함)는, 토출공간(10a)을 이루는 케이싱(10)의 내부공간에 구동모터를 이루며 회전력을 발생하는 전동부(20)가 설치되고, 전동부(20)의 하측에는 그 전동부(20)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(30)가 설치될 수 있다. 물론, 경우에 따라서는 압축부(30)가 전동부(20)의 상측에 설치될 수도 있다.

케이싱(10)은 원통 쉘(11)과, 원통 쉘(11)의 상단과 하단을 덮어 함께 밀폐용기를 이루는 상부 쉘(12) 및 하부 쉘(13)로 이루어진다. 하부 쉘은 밀폐용기를 이루는 동시에 저유공간(10b)을 형성한다.

원통 쉘(11)은 측면으로 냉매 흡입관(15)이 관통하여 압축부(30)의 흡입실(30a)에 직접 연통되고, 상부 쉘(12)의 상부에는 케이싱(10)의 토출공간(10a)과 연통되는 냉매 토출관(16)이 설치될 수 있다. 냉매 흡입관(15)은 냉매가 냉동사이클의 증발기에서 케이싱(10)의 압축공간(정확하게는 압축부의 흡입실)(30a)으로 안내하는 통로에 해당하며, 냉매 토출관(16)은 압축부(30)에서 케이싱(10)의 토출공간(10a)으로 토출되는 압축된 냉매가 외부로 배출되는 통로에 해당된다.

원통 쉘(11)의 상반부에는 전동부(20)를 이루는 고정자(21)가 고정 설치되고, 고정자(21)의 내부에는 그 고정자(21)와 함께 전동부(20)를 이루며 고정자(21)와의 상호작용에 의해 회전하는 회전자(22)가 회전 가능하게 설치된다.

고정자(21)는 그 내주면에 원주방향을 따라 다수 개의 슬롯(미부호)이 형성되어 코일(25)이 권선되며, 그 외주면에는 디컷(D-cut) 모양으로 절단되어 원통 쉘(11)의 내주면과의 사이에 오일이 통과하도록 오일회수통로(211)가 형성될 수 있다.

고정자(21)의 하측에는 그 고정자(21)의 하단으로부터 소정의 간격을 두고 메인 프레임(이하, 제1 프레임)(31)이 구비된다. 제1 프레임(31)은 압축부(30)를 이루며 원통 쉘(11)의 내주면에 열박음되거나 용접되어 고정 결합된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(31)은 원판부(311)와 환형벽부(312)로 이루어진다.

원판부(311)의 중앙부분에는 후술할 제1 보스부(333) 또는 회전축(23)이 삽입되어 회전 가능하게 결합되는 축수부(313)가 형성되고, 축수부(313)의 내주면에는 제1 베어링을 이루는 제1 구동베어링(313a)이 설치된다. 제1 구동베어링(313a)은 부시베어링 또는 엥귤러와 같은 볼 베어링으로 이루어질 수 있다.

환형벽부(312)는 도 4와 같이 원통 모양으로 형성될 수 있다. 하지만, 환형벽부(312)는 한 개의 원통 모양 외에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 배열되는 복수 개로 형성될 수도 있다.

제1 프레임(31)의 하측에는 축방향으로 소정의 간격을 두고 서브 프레임(이하, 제2 프레임)(32)이 설치된다.

도 3 및 도 4와 같이, 제2 프레임(32)은 제1 프레임(31)과 같이 원통 쉘(11)의 내주면에 열박음되거나 용접되어 고정될 수 있다. 하지만, 제2 프레임(32)은 제1 프레임(31)의 환형벽부(312)에 볼트로 체결되어 고정될 수도 있고, 반대로 제2 프레임(32)이 원통 쉘(11)에 고정되고 제1 프레임(31)의 환형벽부(312)가 제2 프레임(32)에 볼트로 체결될 수도 있다. 이에 따라, 제1 프레임(31)과 제2 프레임(32)의 사이는 환형벽부(312)의 높이만큼 이격되어 흡입실을 포함하는 압축공간(30a)을 형성한다.

제2 프레임(32)의 중앙부분에는 후술할 베어링 하우징(37)의 힌지돌부(375)가 삽입되어 회전 가능하게 결합되는 힌지홈(321)이 형성된다. 힌지홈(321)은 경우에 따라서는 힌지구멍으로 형성될 수도 있으나, 이하에서는 편의상 힌지홈으로 통칭한다.

도 4와 같이, 힌지홈(321)의 중심(이하, 종동베어링의 중심, 힌지돌부의 중심, 제3 중심과 혼용함)(O₃)은 축수부(313)의 중심(이하, 제1 구동베어링의 중심, 제2 베어링의 중심, 제1 중심과 혼용함)(O₁)과 동축상에 형성될 수도 있다. 하지만, 힌지홈의 중심(O₃)은 축수부의 중심에 대해 평면상에서 편심지게 형성되는 것이 가스반발력에 대해 랩간 밀봉력을 높일 수 있어 바람직할 수 있다. 이에 대해서는 나중에 설명한다.

한편, 제1 프레임(31)에는 회전축(23)에 결합되어 회전하는 구동 스크롤(33)이 회전 가능하게 결합되고, 제2 프레임(32)에는 구동 스크롤(33)에 맞물려 그 구동 스크롤(33)에 의해 회전하는 종동 스크롤(34)이 회전 가능하게 결합된다.

이에 따라, 제1 프레임(31)과 제2 프레임(32)의 사이에는 구동 스크롤(33)과 그 구동 스크롤(33)과의 사이에 두 개 한 쌍의 압축실(V)을 형성하는 종동 스크롤(34)이 구비된다. 이하에서는 편의상 구동 스크롤을 제1 스크롤로, 종동 스크롤을 제2 스크롤로 약칭한다. 그리고 제1 스크롤에 관련된 부분에는 제1 이라고 명명하고, 제2 스크롤에 관련된 부분에는 제2 라고 명명한다.

도 4 내지 도 6에서와 같이, 제1 스크롤(33)은 제1 경판부(331)가 대략 원판모양으로 형성되고, 제1 경판부(331)의 하면에는 후술할 제2 랩(342)과 맞물려 압축실(V)을 이루는 제1 랩(332)이 형성되며, 제1 경판부(331)의 상면 중앙에는 제1 프레임(31)의 축수부(313)에 회전 가능하게 지지되는 제1 보스부(333)가 축방향으로 연장 형성된다. 제1 보스부(333)에는 후술할 토출구(335)가 관통 형성되고, 토출구(335)는 회전축(23)의 내부를 관통하여 구비되는 토출구멍(231)에 연통된다.

제1 랩(332)은 랩두께가 동일한 인벌류트 형상으로 형성될 수도 있고, 토출측 랩두께가 일정한 정형적으로 가변되는 대수나선 형상으로 형성될 수도 있으며, 또는 랩두께가 비정형적인 형상으로 형성될 수도 있다.

그리고 제1 경판부(331)의 가장자리에는 흡입구(334)가 형성되고, 제1 경판부(331)의 중앙부에는 압축된 냉매를 토출하는 토출구(335)가 형성된다. 흡입구(334)는 제1 랩(332)의 외곽단이 반경방향으로 이웃하는 제1 랩(332)의 외측면과 이격되어 자연스럽게 흡입구를 형성하게 된다. 토출구(335)는 제1 경판부(331)를 축방향으로 관통하여 형성된다. 토출구(335)는 토출방식에 따라 다양하게 형성될 수 있으나, 앞서 설명한 바와 같이 제1 보스부(333)를 관통하여 회전축(23)의 토출구멍(231)에 연통되도록 형성되는 것이 통상적일 수 있다.

제1 경판부(331)의 가장자리 하면에는 제2 스크롤(34)을 지지하는 배압 플레이트(35)가 결합될 수 있다. 이로써, 제1 스크롤(33)과 배압 플레이트(35) 사이에는 공간이 형성되고, 이 공간에 제2 스크롤(34)이 회전 가능하게 구비된다.

도 4 및 도 5에서와 같이, 배압 플레이트(35)는 제1 경판부(331)에 고정되어 축방향으로 연장되는 프레임부(351)와, 프레임부(351)에 구비되어 제2 스크롤(34)의 하면을 지지하는 플레이트부(355)로 이루어질 수 있다.

프레임부(351)는 원주방향을 따라 복수 개가 구비되고, 복수 개의 프레임부(351)는 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 구비되어 그 프레임부(351)의 사이가 일종의 흡입통로(351a)를 형성하게 된다.

또, 프레임부(351)의 상단은 한 개의 환형링(352)으로 연결되고, 환형링(352)은 제1 경판부(331)의 하면에 볼트로 체결된다. 이로써 제1 스크롤(33)은 배압 플레이트(35)와 일체로 결합되어 함께 회전을 하게 된다.

도 4 및 도 5에서와 같이, 플레이트부(355)는 원판 형상으로 형성되고, 그 중앙부에는 후술할 베어링 하우징(37)이 삽입되어, 그 베어링 하우징(37)에 반경방향으로 지지되는 베어링돌부(356)가 형성된다. 베어링돌부(356)은 플레이트부(355)의 하면에서 제2 프레임(32)을 향해 소정의 높이만큼 돌출 형성된다. 하지만, 플레이트부(355)의 두께가 두꺼운 경우에는 베어링돌부(356)는 축수부(313)와 같이 홈 또는 구멍 형태로 형성될 수도 있다.

베어링돌부(356)의 내주면에는 후술할 베어링 하우징(37)의 외주면과의 사이를 지지하며 제2 베어링을 이루는 제2 구동베어링(356a)이 설치될 수 있다. 제2 구동베어링(356a)은 제1 구동베어링(313a)과 같이 부시베어링 또는 엥귤러와 같은 볼 베어링으로 이루어질 수도 있다.

또, 도 4 및 도 7에서와 같이, 플레이트부(355)의 상면에는 후술할 제2 경판부(341)의 하면이 축방향으로 지지되도록 스러스트면(357)이 형성된다. 스러스트면(357)은 소정의 높이를 가지는 환형으로 형성되고, 반경방향을 따라 내측 스러스트면(357a)과 외측 스러스트면(357b)이 일정 간격을 두고 형성된다.

그리고 내측 스러스트면(357a)과 외측 스러스트면(357b)에는 각각 소정의 깊이를 가지며 환형으로 된 실링홈(357c)(357c)이 각각 형성된다. 복수 개의 실링홈(357c)에는 각각 제2 경판부(341)의 하면(배면)에 밀착되는 배압실용 실링부재(이하, 실링부재로 약칭함)(358a)(358b)가 삽입된다. 이로써, 내측 스러스트면(357a)과 외측 스러스트면(357b)의 사이, 정확하게는, 양쪽 실링부재(358)의 사이에는 소정의 공간이 형성되고, 이 공간은 압축실(V)의 중간압실(Vm)과 연통되어 배압실(S)이 형성된다.

여기서, 베어링돌부(356)의 내주면이 후술할 베어링 하우징(37)의 하우징부(371) 외주면과 대면되도록 삽입됨에 따라, 그 베어링돌부(356)와 후술할 제2 보스부(343) 사이의 간격(G)을 줄일 수 있다. 이에 따라 베어링돌부(356)의 내경(D2)을 줄일 수 있어 그만큼 실링부재(358)의 직경(D3)이 작아져 실링부재(358)의 상면과 제2 스크롤(34)의 하면 사이의 마찰손실을 줄일 수 있다.

또, 배압실(S)에는 원주방향을 따라 자전방지기구인 핀링유닛(36)이 설치된다. 핀링유닛(36)은 플레이트부(355)의 상면에 장착되는 복수 개의 링(361)과, 플레이트부(355)에 대응하는 제2 경판부(341)의 하면에 장착되어 각각의 링(361)에 삽입되는 복수 개의 핀(362)으로 이루어진다.

이를 위해, 플레이트부(355)의 상면에는 링(361)이 삽입되도록 링홈(355a)이 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성된다. 물론, 플레이트부에 핀이 결합될 수도 있으나, 이 경우 링이 제2 경판부의 하면에 삽입되어야 하므로 조립공정상 곤란할 수 있다. 이처럼, 배압실(S)에 자전방지기구인 핀링유닛(36)을 설치하게 되면 자전방지기구를 설치하기 위한 공간을 별도로 구비할 필요가 없어 그만큼 압축기를 소형화할 수 있다. 그리고 자전방지기구가 제2 스크롤(34)의 배면에 설치됨에 따라 흡입통로(351a)를 가로막지 않아 흡입손실이 미연에 방지될 수 있다.

한편, 도 4 내지 도 6에서와 같이, 제2 스크롤(34)은 제2 경판부(341)가 원판모양으로 형성되고, 제2 경판부(341)의 상면에는 제1 랩(332)과 맞물려 압축실(V)을 형성하는 제2 랩(342)이 형성되며, 제2 경판부(342)의 하면 중앙부에는 베어링 하우징(37)에 결합되어 제2 프레임(32)에 대해 회전 가능하게 결합되는 제2 보스부(343)가 형성된다.

제2 경판부(341)는 배압 플레이트(35)의 플레이트부(355)에 지지되어 회전하는 것으로, 그 외경은 배압 플레이트(35)의 프레임부(351)가 이루는 내경보다는 작게 형성된다. 이로써, 제2 스크롤(34)은 제1 스크롤(33)과 독립적으로 회전운동을 할 수 있으며, 제1 스크롤(33)에 대해 상대 선회운동을 할 수 있다.

그리고 제2 경판부(341)의 중앙부에는 압축실(V)에서 압축되는 냉매의 일부가 배압실(S)로 바이패스되도록 배압구멍(341a)이 축방향 또는 경사진 방향으로 관통 형성된다. 이로써, 중간압실(Vm)에서 중간압의 냉매가 배압실(S)로 유입되어 배압실(S)의 압력을 중간압으로 유지할 수 있다.

제2 랩(342)은 제1 랩(332)과 마찬가지로 인벌류트 형상이나 대수나선 또는 비정형적인 형상으로 형성될 수도 있다. 이로써, 제2 랩(342)은 제1 랩(332)과 맞물려 2개 한 쌍의 압축실(V1)(V2)을 형성할 수 있다.

압축실(V)은 제1 경판부(331), 제1 랩(332), 제2 랩(342) 그리고 제2 경판부(341) 사이에 형성되며, 랩의 진행방향을 따라 흡입실(Vs), 중간압실(Vm), 토출실(Vd)이 연속으로 형성되어 이루어진다.

여기서, 압축실(V)은 제1 랩(332)의 내측면과 제2 랩(342)의 외측면 사이에 형성되는 제1 압축실(V1)과, 제1 랩(332)의 외측면과 제2 랩(342)의 내측면 사이에 형성되는 제2 압축실(V2)로 이루어질 수 있다.

또, 제2 보스부(343)는 제2 경판부(341)의 하면에서 소정의 높이만큼 돌출되어 형성되고, 제2 보스부(343)의 중심(이하, 종동베어링의 중심, 제2 중심으로 혼용함)(O₂)은 제1 보스부(313)의 중심(이하, 제1 중심)(O₁)에 대해 편심거리(ε1)만큼 오프셋되어 형성된다. 이에 따라, 제1 스크롤(33)의 회전시 제1 랩(332)에 제2 랩(342)이 접촉되면서 제1 스크롤(33)의 회전력을 제2 스크롤(34)이 전달받게 되고, 제2 스크롤(34)이 제1 스크롤(33)에 의해 회전을 하면서 제1 랩(332)과 제2 랩(342) 사이에 압축실(V)을 형성하게 된다.

그리고, 제2 보스부(343)의 하면은 후술할 베어링 하우징(37)에 지지되어 축방향으로 지지되고, 베어링 하우징(37)은 제2 프레임(32)에 축방향으로 지지될 수 있다. 이에 따라, 제2 스크롤(34)은 베어링 하우징(37)에 의해 축방향으로 지지되고, 제1 스크롤(33)은 제2 스크롤(34)에 의해 축방향으로 지지될 수 있다. 하지만, 제2 스크롤(34)은 베어링 하우징(37)과 배압 플레이트(35)에 축방향으로 지지되고, 제1 스크롤(33)은 제2 스크롤(34)에 축방향으로 지지될 수 있다.

한편, 제2 프레임(32)의 중앙부 상면에는 힌지홈(321)이 형성되고, 힌지홈(321)에는 베어링 하우징(37)의 힌지돌부(375)가 회전 가능하게 삽입되어 결합된다. 힌지홈(321)의 중심(O₃)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 구동베어링(313a)의 중심(이는 축수부의 중심과 동일하다)(O₁)과 평면상에서 동심을 이루도록 형성될 수도 있고, 편심지게 형성될 수도 있다.

여기서, 힌지홈(321)의 내주면과 힌지돌부(375)의 외주면 사이에는 베어링 하우징(37)에 결합되는 제2 스크롤(34)이 제1 스크롤(33)과 맞물리지 않은 상태에서는 힌지돌부(375)가 힌지홈(321)에서 자유롭게 회전을 할 수 있다. 하지만, 제2 스크롤(34)이 제1 스크롤(33)에 맞물린 상태에서는 제1 스크롤(33)과 제2 스크롤(34)의 회전 중심이 서로 다른 축 선상에 위치하게 됨에 따라, 힌지돌부(375)가 힌지홈(321)에서 자유롭게 회전할 수 없게 된다.

도 8은 도 5에서 베어링 하우징을 확대하여 보인 사시도이고, 도 9는 도 8에서 베어링 하우징의 내부를 보인 'Ⅴ-Ⅴ'선단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 베어링 하우징(37)은 제2 스크롤(34)가 결합되는 하우징부(371)와, 제2 프레임(35)에 결합되는 힌지돌부(375)로 이루어질 수 있다.

하우징부(371)의 상면에는 제2 보스부(343)가 삽입되는 보스 수용홈(372)이 소정의 깊이만큼 함몰지게 형성되고, 보스 수용홈(372)의 내주면에는 제2 보스부(343)의 외주면을 반경방향으로 지지하며 제3 베어링을 이루는 종동베어링(372a)이 구비된다. 종동베어링(372a)은 제2 보스부(343)의 외주면에 결합될 수도 있다.

보스 수용홈(372)은 그 중심(제2 중심)( O₂)이 하우징부(371)의 중심(제1 중심)(O₁)에 대해 평면상에서 편심지게 형성된다. 이에 따라, 종동베어링(372a)의 중심(O₂)은 제1 구동베어링(313a)의 중심(제1 중심)(O₁)에 대해 소정의 편심거리(ε1)만큼 이격된 지점에 위치하게 된다.

또, 하우징부(371)는 그 외주면에 배압 플레이트(35)의 베어링돌부(356)가 회전 가능하게 삽입되고, 하우징부(371)의 외주면과 베어링돌부(356)의 내주면 사이에는 제2 구동베어링(356a)이 구비되어 배압 플레이트(즉, 제1 스크롤)(35)가 베어링 하우징(37)에 의해 반경방향으로 지지된다.

한편, 힌지돌부(375)는 하우징부(371)의 하면에서 소정의 높이만큼 연장 돌출된다.

도 9와 같이, 힌지돌부(375)의 외경(D4)은 하우징부(371)의 외경(D5)보다 작게 형성된다. 이에 따라, 하우징부(371)의 하면은 제2 프레임(32)의 힌지홈(321) 주변의 프레임측 스러스면(32a)에 접하여 하우징측 스러스트면(371a)을 이루면서 프레임측 스러스트면(32a)과 함께 스러스트 베어링면을 형성할 수 있다.

하지만, 편의상 도 9에 함께 도시하였듯이, 제2 프레임(32)의 힌지홈(321)이 막힌 구조를 형성하여 그 바닥면(321a)에 힌지돌부(375)의 하면(375b)이 스러스트 베어링면을 형성할 수도 있다. 이 경우에는 하우징부(371)의 하면은 제2 프레임(32)의 상면에서 일정 간격만큼 이격되어 마찰손실이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 이 경우에는 상대적으로 스러스트 베어링면의 면적이 감소되어 그만큼 마찰손실이 감소될 수 있다.

여기서, 힌지돌부(375)는 제1 랩(332)과 제2 랩(342)이 접촉되는 시점에서 하우징부의 중심(O₁)과 제1 구동베어링의 중심(O₁)이 서로 일치하는 위치에 형성되는 것이 랩간 과도한 밀착을 억제할 수 있어 바람직하다.

또, 도 9에서와 같이, 힌지돌부(375)는 그 중심(제3 중심)(O₃)이 하우징부(371)의 중심(O₁)에 대해 평면상에서 편심지게 형성된다. 이에 따라, 힌지돌부(375)의 축방향 중심인 제3 중심(O₃)은 보스 수용홈(372)의 축방향 중심인 제2 중심(O₂)에 대해 평면상에서 편심지게 형성되고, 제2 중심(O₂)과 제3 중심(O₃)은 제1 스크롤(33)의 축방향 중심인 제1 중심(O₁)에 대해 각각 평면상에서 편심지게 형성된다.

즉, 힌지돌부(375)는 하우징부(371)에 대해서도 편심지는 동시에 보스 수용홈(372)에 대해서도 편심지는 위치에 형성되고, 보스 수용홈(372)이 하우징부(371)에 대해 편심지는 방향에 대해서도 편심지게 형성된다.

도 10a 내지 도 11b는 도 3에 따른 상호 회전형 스크롤 압축기에서, 각 베어링과 힌지돌부에 작용하는 힘의 관계를 평면 및 정면에서 벡터로 도시한 개략도이다.

도 10a와 같이, 하우징부의 중심(O₁)과 축중심인 제2 중심(O₂)을 연결하는 가상선을 제1 가상선(CL1)이라고 하고, 이 제1 가상선(CL1)에 직교하고 하우징부의 중심(O₁)을 지나는 가상선을 제2 가상선(CL2)이라고 할 때, 제3 중심(O₃)은 제2 가상선(CL2)을 기준으로 제2 중심(O₂)의 반대쪽에서 제1 가상선(CL1)과 제2 가상선(CL2)으로부터 각각 일정 간격만큼씩 이격된 위치에 형성될 수 있다.

이에 따라, 도 10b와 같이, 제2 스크롤(34)이 결합되는 보스 수용홈(372)의 중심인 제2 중심(O₂)에는 제2 랩(342)이 제1 랩(332)에 대해 멀어지려는 방향인 r방향 가스력(F_r)과 제2 스크롤의 토크에 대해 저항하는 t방향 가스력(F_t)이 각각 작용하고, r방향으로는 모멘트를 상쇄하려는 힘, 즉 실링력(F_seal)이 작용하게 된다. 그리고, 이들 가스력과 실링력에 대한 반력인 -r방향 가스력(Fr')과 -t방향 가스력(F_t') 그리고 -r방향 실링력(F_seal')이 각각 제2 구동베어링의 중심인 제1 중심(O₁)에 작용하게 된다. 이는, 힌지돌부의 회전중심인 제3 중심(O₃)을 기준으로 보면 제1 중심(O₁)과 제2 중심(O₂)이 각각 거리 a와 거리 b만큼 서로 다른 길이를 가지는 동시에 두 중심(O1)(O2)을 연결하는 제1 가상선(CL1)에서 거리 d만큼 이격되게 위치하게 된다. 이에 따라 힌지돌부(375)의 회전중심인 제3 중심(O₃)에서는 모멘트가 발생하게 되고, 이 모멘트에 저항하는 힘이 실링력으로 전환되어 제1 랩(332)과 제2 랩(342)은 긴밀하게 밀착되면서 압축실이 밀봉된다.

여기서, 도 11a 및 도 11b와 같이, 베어링 하우징(37)의 하우징부(371)에는 제1 스크롤(33)과 제2 스크롤(34)로부터 전달되는 r방향 가스력과 실링력, t방향 가스력이 작용하는 동시에 r방향 가스력과 실링력의 반력인 -r방향 가스력과 실링력, -t방향 가스력이 작용하게 된다. 따라서, 베어링 하우징(37)의 힌지돌부(371)에는 이들 가스력과 실링력에 대한 반력으로 각각 r방향과 t방향의 반력(R_r)(R_t)이 제2 프레임(32)의 힌지홈(321)과의 사이에서 작용하게 된다. 이에 따라, 제1 스크롤(33)과 제2 스크롤(34)은 베어링 하우징(37)에 의해 반경방향으로 지지되어 전복되지 않고 안정적으로 상호 회전운동을 지속할 수 있게 된다.

도면 중 미설명 부호인 232는 오일배출구멍, 375a는 오일통공, F는 오일회수유로이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 회전형 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 전동부(20)에 전원이 인가되면, 회전자(22)에 회전력이 발생되어 회전하게 되고, 회전자(22)가 회전하면 그 회전자(22)에 결합된 회전축(23)이 회전을 하게 된다.

그러면, 회전축(23)에 결합된 제1 보스부(333)가 회전력을 전달받아 제1 스크롤(33)을 회전시키게 된다. 이때, 제1 스크롤(33)은 그 제1 보스부(333)가 축수부(313)에 구비된 제1 구동베어링(313a)에 의해 상단이 지지되는 동시에, 제1 스크롤(33)에 결합된 배압 플레이트(35)의 베어링돌부(356)가 베어링 하우징(37)과의 사이에 구비된 제2 구동베어링(356a)에 의해 하단 지지된다. 이에 따라, 제1 스크롤(33)은 제1 랩(332)을 중심으로 상단과 하단이 각각 반경방향으로 지지되어, 제1 스크롤(33)의 전복을 억제하게 된다. 따라서, 본 실시예는 제1 스크롤(33)이 축중심에 대해 기울어지는 것을 최소한으로 억제하여, 제1 랩(332)과 제2 경판부(341)의 사이 또는 제1 경판부(331)와 제2 랩(342)의 사이에 틈새가 발생되는 것을 억제할 수 있고, 이를 통해 압축실에서의 축방향 누설을 효과적으로 억제하여 할 수 있다.

그러면, 제1 스크롤(332)이 회전하면서 그 제1 스크롤(33)에 맞물린 제2 스크롤(34)의 제2 랩(342)에 회전력을 전달하게 되고, 그러면 제2 스크롤(34)은 제2 보스부(343)를 중심으로 회전을 하게 된다. 그러면 제1 랩(332)과 제2 랩(342) 사이에 2개 한 쌍의 압축실(V1)(V2)을 형성하게 된다. 이때, 제2 스크롤(34)은 제2 보스부(343)가 베어링 하우징(37)에 의해 제1 보스부(333)와 편심되게 위치하는 동시에, 베어링 하우징(37)의 중심인 힌지돌부(375) 역시 제1 보스부(333)와 제2 보스부(343)에 대해 각각 편심지게 위치하게 된다. 이에 따라, 제1 구동베어링(313a)과 종동베어링(372a) 사이의 편심거리(ε1)는 가스반발력에 대해 가변될 수 있고, 이를 통해 압축기가 운전할 때 제2 스크롤(34)에 발생하는 가스반발력이 밀봉력(F_seal)으로 전환되어 반경방향 누설을 억제할 수 있다.

여기서, 도 12a와 같이 힌지홈(321)의 중심(O₃)이 제1 구동베어링(313a)의 회전중심(이하, 하우징부의 외주면 중심 또는 하우징부의 중심 또는 제2 구동베어링의 중심 또는 제1 중심)(O₁)과 동심을 이루도록 형성되는 경우에는 그 하우징부의 중심(O₁)이 후술할 종동베어링의 회전중심(이하, 제2 보스부의 중심 또는 제2 중심)(O₂)과 편심지게 형성되더라도 베어링 하우징(37)의 회전시(모멘트에 의한 회전시) 힌지홈의 중심(O₃)에 대한 종동베어링의 편심거리(ε1)가 일정하게 유지된다. 이에 따라, 제2 중심의 궤적이 제1 스크롤(33)에 대한 제2 스크롤(34)의 선회반경과 동일한 종동베어링의 편심거리(ε1)를 일정하게 유지하게 되어, 압축행정시 제1 랩(332)과 제2 랩(342)이 서로 멀어지는 r방향으로의 가스력(Fr)(Fr')을 받으면 두 랩(332)(342) 사이가 벌어져 반경방향 누설이 발생될 수 있다.

하지만, 도 12b와 같이 힌지홈의 중심(O₃)이 제1 구동베어링의 회전중심(O₁)과 소정이 편심거리(ε2)만큼 평면상에서 이격되어 편심지게 형성되는 경우에는 후술할 베어링 하우징(37)의 회전중심(O₃)이 제1 구동베어링의 회전중심(O₁)과 편심지게 형성되어 베어링 하우징(37)의 회전시 힌지홈의 중심(O₃)에 대한 종동베어링의 편심거리(ε1)가 가변된다. 이에 따라, 힌지홈의 위치, 즉 제1 중심(O₁)과 제2 중심(O₂)에 대해 제3 중심(O₃)의 위치를 적절한 위치, 즉 원하는 실링력이 발생하도록 모멘트를 만들어 낼 수 있는 지점(다시 말해, 제3 중심(O₃)에서의 모멘트가 영(zero)이 되는 크기 만큼의 실링력이 생기는 지점)에 배치하면, 압축진행시 제1 랩(332)과 제2 랩(342)이 서로 멀어지는 r방향으로의 가스력(Fr)(Fr')을 받더라도 모멘트가 밀봉력으로 전환되고, 이에 따라 도면의 점선과 같이 베어링 하우징(37)의 위치가 보상되어, 두 랩(332)(342) 사이가 밀착된 상태를 유지하면서 냉매의 반경방향 누설을 억제할 수 있다.

그러면, 제1 압축실(V1)과 제2 압축실(V2)에서 압축되는 냉매는 토출구(335)를 통해 회전축(23)의 토출구멍(231)로 안내되고, 이 토출구멍(231)로 안내되는 냉매는 그 회전축(23)의 상단까지 이동하여 케이싱(10)의 토출공간(10a)으로 토출된 후, 토출관(16)을 통해 압축기의 외부로 배출된다. 이때, 토출구멍(231)의 중간에는 오일배출구멍(232)이 형성되어, 토출구멍(231)를 통해 이동하던 냉매로부터 오일이 분리되고, 이 분리된 오일은 오일배출구멍(232)을 통해 미리 케이싱(10)의 토출공간(10a)으로 배출되며, 이 오일은 제1 프레임(31)과 제2 프레임(32)에 구비된 오일회수유로(F)를 통해 케이싱(10)의 하부공간인 저유공간(10b)으로 회수되는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 토출구멍(231)의 중간, 더 정확하게는 도 13과 같이 오일배출구멍(232)의 인근 상측에는 그 토출구멍(231)를 통해 회전축(23)의 상단으로 이동하는 냉매로부터 오일이 분리될 수 있도록 유분리면(233)이 단차지게 형성될 수 있다.

이에 따라, 토출구멍(231)를 통해 상단으로 이동하던 냉매가 유분리면(233)에 부딪혀 상대적으로 무거운 오일이 냉매로부터 분리되고, 이 분리된 오일은 원심력에 의해 오일배출구멍(232)을 통해 토출공간으로 배출되는 반면 냉매는 토출구멍(231)를 통해 회전축(23)의 상단으로 이동을 하게 된다.

한편, 상기와 같은 본 발명에 의한 상호 회전형 압축기에서 습동부에 오일을 공급하기 위해서는 별도의 오일펌프를 적용할 수도 있지만, 케이싱의 내부공간이 고압을 형성함에 따라 차압을 이용하여 급유를 할 수도 있다.

예를 들어, 도 14와 같이, 제1 프레임(31)의 하면과 제1 스크롤(33)의 상면(배면) 사이에 상부 분리부재(381)가 설치되고, 배압 플레이트(35)의 베어링돌부(356)와 제2 프레임(32)의 상면 사이에 하부 분리부재(382)가 설치될 수 있다. 이에 따라, 압축부(30)의 압축공간(30a)을 케이싱(10)의 내부공간(10a)(10b)으로부터 분리할 수 있다.

여기서, 상부 분리부재(381)와 하부 분리부재(382)는 각각 환형으로 형성되고, 상부 분리부재(381)는 제1 스크롤(33)의 제1 경판부(331)의 상면에 고정 결합되는 반면 하부 분리부재(382)는 베어링돌부(356)의 하면에 밀봉되도록 제2 프레임(32)의 상면에 고정될 수 있다.

그리고, 상부 분리부재(381)와 하부 분리부재(382) 사이에 오일유로를 형성하여 케이싱(10)의 저유공간(10b)에 채워진 오일을 제1 구동베어링(313a)과 제2 구동베어링(356a) 그리고 종동베어링(372a) 등에 공급할 수 있다.

여기서, 오일유로는 베어링 하우징(37)의 힌지돌부(375)를 관통하는 동시에 각 베어링(372a)(356a)(313a)과 그 베어링에 지지되는 부재 사이의 간극 그리고 제1 프레임(31)과 제2 프레임(32)을 관통하는 통로(F2)들로 이루어질 수 있다.

즉, 저유공간(10b)의 오일이 베어링 하우징(37)의 힌지돌부(375)에 관통된 오일통공(375a)을 통해 보스 수용홈(372)으로 유입되고, 이 오일은 종동베어링(372a)을 윤활하면서 그 일부는 제2 스크롤(34)과 배압 플레이트(35) 사이의 스러스트면을 윤활한 후 압축실(V)쪽으로 이동하는 반면, 나머지 오일은 제2 구동베어링(356a)쪽으로 이동한다.

그리고 제2 구동베어링(356a)을 윤활한 오일은 힌지돌부(375)의 외주면과 힌지홈(321)의 내주면을 통해 제2 프레임(32)과 제1 프레임(31)의 오일공급통로(F2)를 통과하여 제1 구동베어링(313a)을 윤활한다. 이 오일은 제1 스크롤(33)에 구비된 급유구멍(331a)을 통해 중간압실(Vm) 또는 흡입실(Vs)로 공급되어 압축실(V)을 윤활하게 된다.

이때, 저유공간(10b)의 압력이 고압인데 반해 압축공간(30a)은 중간압을 이루게 된다. 이에 따라, 저유공간(10b)의 오일은 압력차에 의해 오일공급유로(F)를 따라 이동하면서 힌지홈과 제1 구동베어링의 내주면은 물론 제2 구동베어링과 종동베어링의 내주면 등 각각의 습동부로 공급된다.

이후, 냉매와 함께 토출구(335)를 통해 토출되는 오일은 그 토출구(335)를 통과하면서 원심력과 유분리면(233) 등에 의해 냉매와 분리되어, 냉매는 토출유로(231)를 통해 케이싱(10)의 토출공간(10a)으로 토출되는 반면, 오일은 오일배출구멍(232)를 통해 케이싱(10)의 내부공간(전동부의 하측공간)으로 미리 배출되어 오일회수유로(F1)를 통해 케이싱(10)의 저유공간(10b)으로 회수되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

10 : 케이싱 20 : 전동부
23 : 회전축 231 : 토출유로
232 : 오일배출구멍 233 : 유분리면
30 : 압축부 31 : 메인 프레임
313 : 축수부 313a : 제1 구동베어링
32 : 서브 프레임 321 : 힌지홈
33 : 구동 스크롤 332 : 구동랩(제1 랩)
333 : 제1 보스부 34 : 종동 스크롤
342 : 종동랩(제2 랩) 343 : 제2 보스부
35 : 배압 플레이트 356 : 베어링돌부
356a : 제2 구동베어링 37 : 베어링 하우징
371 : 하우징부 372 : 보스 수용홈
372a : 종동 베어링 375 : 힌지돌부

Claims

케이싱;
상기 케이싱에 고정되는 제1 프레임;
상기 제1 프레임과 간격을 두고 구비되며, 상기 제1 프레임과의 사이에 압축공간을 형성하는 제2 프레임;
상기 제1 프레임에 회전 가능하게 지지되며, 구동모터에 결합되어 상기 압축공간에서 회전하는 제1 스크롤;
상기 제1 스크롤에 맞물려 상기 제2 프레임에 대해 회전하면서 상기 압축공간에서 상기 제1 스크롤과 함께 압축실을 형성하는 제2 스크롤; 및
상기 제2 스크롤이 회전 가능하게 결합되는 보스 수용부를 가지는 하우징부, 상기 하우징부에서 연장되어 상기 제2 프레임에 요동 가능하게 결합되는 힌지돌부를 구비한 베어링 하우징;을 포함하고, 상기 베어링 하우징은,
상기 힌지돌부의 축방향 중심인 제3 중심은 상기 보스 수용부의 축방향 중심인 제2 중심에 대해 평면상에서 편심지게 형성되고, 상기 제2 중심과 제3 중심은 상기 제1 스크롤의 축방향 중심인 제1 중심에 대해 각각 평면상에서 편심지게 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 중심과 제2 중심을 연결하는 선을 제1 가상선이라고 하고, 상기 제1 가상선에 직교하며 상기 제1 중심을 지나는 선을 제2 가상선이라고 할 때,
상기 제3 중심은 상기 제2 가상선을 기준으로 상기 제2 중심의 반대쪽에서 상기 제1 가상선과 제2 가상선에 대해 각각 일정 간격만큼씩 이격된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,
상기 제3 중심은 그 제3 중심에서 제1 중심까지의 거리인 제1 거리가 상기 제3 중심에서 제2 중심까지의 거리인 제2 거리보다 짧은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 중심은 상기 하우징부의 축중심과 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제4항에 있어서,
상기 제1 스크롤에 결합되어 상기 제2 스크롤의 배면을 지지하는 배압 플레이트가 더 구비되고,
상기 배압 플레이트의 축방향 일단은 상기 제1 스크롤에 일체로 결합되고, 상기 배압 플레이트의 축방향 타단은 상기 베어링 하우징에 회전 가능하게 결합되어 상기 제1 스크롤의 축방향 양단이 반경방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제5항에 있어서,
상기 배압 플레이트의 타단은 상기 하우징부의 외주면에 삽입되어 회전 가능하게 결합되는 베어링돌부가 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제5항에 있어서,
상기 배압 플레이트는,
상기 제1 스크롤에 결합되는 복수 개의 프레임부; 및
상기 복수 개의 프레임부에 결합되어 상기 제2 스크롤의 배면에 구비되는 플레이트부;로 이루어지고,
상기 플레이트부와 이에 대응하는 상기 제2 스크롤과의 사이에는 상기 제2 스크롤의 자전운동을 억제하는 자전방지부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제7항에 있어서,
상기 제2 스크롤과 상기 배압 플레이트의 사이에는 상기 제2 스크롤을 상기 제1 스크롤의 방향으로 지지하는 배압실이 형성되며,
상기 자전방지부재는 상기 배압실에 구비되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제8항에 있어서,
상기 배압 플레이트의 일측면에는 복수 개의 실링부재가 반경방향으로 일정 간격을 두고 구비되며,
상기 복수 개의 실링부재 사이에 상기 배압실이 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 스크롤에는 상기 구동모터의 회전력을 전달받는 보스부가 구비되고,
상기 보스부에는 상기 압축실과 연통되어 압축된 냉매를 상기 케이싱의 내부공간으로 안내하는 토출유로가 형성되며,
상기 토출유로의 중간에는 상기 토출유로의 내주면에서 상기 보스부의 외주면으로 관통되는 배유구멍이 형성되고,
상기 배유구멍의 외측단은 상기 제1 프레임과 상기 구동모터 사이에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제10항에 있어서,
상기 토출유로의 중간에는 단차면이 형성되고, 상기 단차면은 상기 배유구멍을 기준으로 압축실의 반대쪽에 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제11항에 있어서,
상기 보스부는 상기 제1 스크롤에 구비되어 상기 제1 프레임에 지지되는 제1 보스부 및 일단은 상기 구동모터의 회전자에 결합되고 타단은 상기 제1 보스부에 결합되는 회전축으로 이루어지며,
상기 제1 보스부에는 상기 압축실에서 상기 제1 보스부의 단부까지 관통하는 토출구가 형성되고, 상기 회전축의 양단 사이에는 상기 토출구와 연통되는 토출구멍이 관통 형성되며,
상기 제1 보스부 또는 상기 회전축에 상기 배유구멍과 단차면이 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 프레임과 제2 프레임은 상기 케이싱의 내주면에 밀봉 결합되어 상기 압축공간이 상기 케이싱의 내부공간과 분리되고,
상기 압축공간에는 상기 케이싱을 관통하는 흡입관이 연통 결합되며, 상기 케이싱의 내부공간에는 상기 케이싱을 관통하는 토출관이 연통 결합되며,
상기 케이싱의 내부공간 중에서 상기 제1 프레임의 상부에 형성되는 제1 공간과 상기 제2 프레임의 하부에 형성되는 제2 공간은 서로 연통되고,
상기 제1 프레임과 제2 프레임의 사이에는 연결프레임으로 결합되어, 상기 제2 프레임과 연결프레임 그리고 제1 프레임에는 상기 제2 공간에 고인 오일을 각각의 습동부로 안내하는 급유통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제13항에 있어서,
상기 제1 프레임과 제2 프레임에는 상기 압축공간이 상기 제1 공간과 제2 공간으로부터 분리되도록 실링부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
케이싱;
상기 케이싱에 구비되며, 축수부가 형성되는 제1 프레임;
상기 제1 프레임과 간격을 두고 구비되며, 상기 축수부에 대해 편심되게 힌지홈이 형성되는 제2 프레임;
상기 제1 프레임의 축수부에 회전 가능하게 삽입되도록 제1 보스부가 구비되는 제1 스크롤;
상기 제1 스크롤에 맞물리고 상기 제1 보스부에 대해 편심지게 제2 보스부가 구비되는 제2 스크롤;
상기 제2 스크롤의 제2 보스부가 회전 가능하게 삽입되도록 보스 수용부가 형성되고, 상기 제2 프레임의 힌지홈에 요동 가능하게 결합되도록 힌지돌부가 형성되는 베어링 하우징; 및
일단은 상기 제1 스크롤에 결합되며, 타단은 상기 베어링 하우징의 외주면에 회전 가능하게 삽입되도록 베어링돌부가 구비되는 배압 플레이트;를 포함하고,
상기 제1 프레임의 축수부와 상기 제1 스크롤의 제1 보스부 사이에는 제1 베어링이 구비되며, 상기 배압 플레이트의 내주면과 상기 베어링 하우징의 외주면 사이에는 제2 베어링이 구비되고, 상기 제2 스크롤의 제2 보스부와 상기 베어링 하우징의 보스 수용부의 내주면 사이에는 제3 베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제15항에 있어서,
상기 제3 베어링의 중심은 상기 제1 베어링의 중심과 소정의 편심거리를 가지도록 구비되며,
상기 힌지돌부를 중심으로 상기 베어링 하우징을 회전시킬 때 상기 제1 베어링의 중심과 상기 제3 베어링의 중심 사이의 편심거리가 가변되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제16항에 있어서,
상기 제1 스크롤과 제2 스크롤은 각각 압축실을 형성하는 랩이 형성되며, 상기 랩들이 접촉하는 시점에서 상기 제1 베어링의 중심과 상기 제2 베어링의 중심이 동심 상에 위치하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제15항에 있어서,
상기 제2 스크롤과 상기 배압 플레이트의 사이에 환형으로 된 배압실이 형성되고, 상기 배압실의 범위내에 상기 제2 스크롤의 자전을 방지하는 자전방지부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제15항에 있어서,
상기 제1 보스부는 상기 케이싱의 내부공간에 구비되는 구동모터의 회전축에 결합되고, 상기 제1 보스부와 회전축에는 상기 제1 스크롤과 제2 스크롤 사이의 압축실에서 상기 케이싱의 내부공간으로 압축된 냉매를 안내하는 토출유로가 형성되며,
상기 토출유로의 중간에는 상기 케이싱의 내부공간으로 연통되는 관통구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
제19항에 있어서,
상기 토출유로의 내주면에는 단차면이 형성되고, 상기 단차면은 상기 관통구멍을 기준으로 상기 제1 스크롤의 반대쪽에 형성되는 것을 특징으로 하는 상호 회전형 스크롤 압축기.