KR20010063927A

KR20010063927A - 비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조

Info

Publication number: KR20010063927A
Application number: KR1019990062032A
Authority: KR
Inventors: 이병철
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-07-09
Also published as: KR100360241B1

Abstract

본 발명은 비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조에 관한 것으로, 본 발명은 고정스크롤의 랩과 선회스크롤의 랩의 양측에서 흡입된 냉매 가스가 각각 채워지는 압축실들이 흡입이 완료된 직후부터 압축이 진행되어 그 압축실들이 서로 합쳐지기 전까지 상기 압축실들을 연통시키는 연통수단이 구비되도록 구성하여 고정스크롤의 랩과 선회스크롤의 랩에 의해 형성되는 압축실간의 압력이 균등화되면서 냉매 가스의 압축이 이루어지도록 함으로써 선회스크롤의 역자전 토오크 및 올담링의 반력 발생을 방지하여 이상 거동으로 인한 마모 및 진동 소음 발생을 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조{STRUCTURE FOR CONTROLLING PRESSURE IN ASYMMETRIC SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 비대칭 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 선회스크롤의 역자전 토오크 발생을 방지할 수 있도록 한 비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 공기나 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 구동력을 발생시키는 전동기구부와 그 전동기구부에서 전달된 구동력에 의해 가스를 압축시키는 압축기구부로 구성된다. 상기 압축기는 압축기구부의 구조에 따라 로타리식 압축기(Rotary Compressor), 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor), 스크롤 압축기(Scroll Compressor) 등으로 나누어진다.

도 1은 상기 스크롤 압축기의 압축기구부의 일례를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 스크롤 압축기는 전동기구부의 구동력을 전달받아 선회스크롤(20)이 고정스크롤(10)과 맞물려 선회 운동함에 의해 선회스크롤(20)과 고정스크롤(10)에 각각 형성된 인벌류트 형상의 랩(11)(21)의 상대 운동에 의해 가스를 연속적으로 흡입하고 압축하여 토출시키게 된다.

상기 스크롤 압축기의 압축원리는, 도 2에 도시한 바와 같이, 인벌류트 곡선(Involute Curve) 형상의 랩(Wrap)을 갖는 고정스크롤(10)과 그 고정스크롤 랩(11)의 인벌류트 곡선과 180°의 위상차를 가진 인벌류트 형상의 랩(21)을 갖는 선회스크롤(20)이 서로 마주보도록 맞물림에 의해 쌍으로 형성된 초생달 모양의 압축실(P)이 형성되며, 이와 같은 상태에서 프레임(1)에 고정된 고정스크롤(10)에 대하여 선회스크롤(20)이 자전이 방지된 채로 선회 운동을 하면 압축실(P)이 중심부 쪽으로 움직이면서 체적이 감소되어 압축 작용을 하게 되며 이와 같은 과정은 연속적이면서 대칭적으로 이루어지게 되어 부하 변동폭이 왕복동식 압축기나 로타리식 압축기보다 현저하게 작게 되기 때문에 진동 및 소음, 신뢰성, 효율 등의 측면에서 크게 유리하게 된다.

상기 압축과정을 보다 상세하게 설명하면 흡입 파이프를 통해 압축기 내부로 유입된 냉매 가스는 보통 고정스크롤(10)의 한쪽 측면에 형성된 흡입포트를 통해 스크롤내부로 유입된다. 이때 흡입 가스는 고정스크롤의 흡입포트측에 형성되는 압축실(P1)로 유입되어 압축이 시작되고 일부는 고정스크롤(10)의 안내통로를 따라 180°반대쪽에 형성되는 압축실(P2)로 유입되어 동시에 압축이 시작된다. 이와 같이 대칭적으로 동시에 압축되기 시작한 압축실(P)의 냉매 가스는 선회스크롤(20)이 선회운동을 함에 따라 스크롤 중심부 쪽으로 이동하면서 압축된 후 고정스크롤(10) 중심부에 형성된 토출구멍(12)을 통해 토출된다.

그리고 비대칭 스크롤 압축기의 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 고정스크롤(30)의 랩(31)을 선회스크롤(40)의 랩(41)보다 180°길게 형성함으로써 일반적인 대칭형 스크롤 압축기에 비해 같은 공간에서 더 많은 냉매 가스를 흡입함으로써 행정체적을 크게 할 수 있고 또한 압축실로 흡입되는 냉매 가스의 가열을 방지할 수 있어 냉매 가스의 비체적을 줄일 수 있다.

한편, 상기 스크롤 압축기에서 선회스크롤의 자전토크는, 도 4를 참조로 하여 다음과 같은 식에 의해 계산된다.

Mt = Ft×β

여기서, Ft; 접선방향 가스력, β; 선회스크롤 중심으로부터 Ft작용점까지의 거리이다.

일반적인 대칭 스크롤 압축기의 경우에는 양쪽 압축실(P)의 압력이 동일하기 때문에 β가 1/2ε(선회반경의 1/2)로 일정하고 r = 0 이므로 자전토크는 항상 일정한 방향으로 작용하므로 선회스크롤의 거동이 안정되어 있다.

하지만, 비대칭 스크롤 압축기의 경우에 Ft는 거의 변화가 없지만 β값이 압축실(P)로 흡입되는 흡입 가스 양에 따른 압축실 압력의 비대칭으로 인하여 (+)(-)로 움직이기 때문에 r = 0 인 경우에는 자전토크 Mt가 (+)(-)로 움직이게 되어 선회스크롤(40)이 회전방향, 즉 원주방향으로 진동하게 된다. 도 5, 6은 선회스크롤(40)의 선회운동에 따른 자전 토크 및 올담링의 키에 작용하는 힘을 나타낸 그래프이다. 상기 선회스크롤(40)의 원주방향 진동으로 인하여 선회스크롤(40) 및 선회스크롤(40)의 자전을 방지하는 올담링(Oldham Ring)(3)의 거동이 불안정하게 되어 이상 마모가 발생하게 될 뿐만 아니라 신뢰성을 저하시키게 된다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 고정스크롤의 랩과 선회스크롤의 랩에 의해 형성되는 양측 압축실간의 압력 불균형을 최소화하여 역자전 토오크 발생을 방지할 수 있도록 한 비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 스크롤 압축기의 압축기구부를 도시한 단면도,

도 2는 대칭 스크롤 압축기의 압축원리를 단계적으로 각각 도시한 압축기구부의 평면도,

도 3은 종래 비대칭 스크롤 압축기의 압축기구부를 도시한 평면도,

도 4는 종래 비대칭 스크롤 압축기의 힘의 작용관계를 도시한 자유도,

도 5,6은 종래 비대칭 스크롤 압축기에서 작용하는 자전토크 및 올담링의 키 작용힘을 각각 나타낸 그래프,

도 7은 본 발명의 비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조가 구비된 압축기구부의 단면도,

도 8은 본 발명의 비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조의 다른 실시례가 구비된 압축기구부의 단면도,

도 9는 본 발명의 비대칭 스크롤 압축기의 작동상태를 연이어 도시한 압축기구부의 평면도,

도 10,11은 종래와 본 발명의 압력작용 상태를 각각 나타낸 그래프.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

30 ; 고정스크롤 31 ; 고정스크롤 랩

40 ; 선회스크롤 41 ; 선회스크롤 랩

50 ; 연통수단 P3,P4 ; 압축실

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 고정스크롤의 랩과 선회스크롤의 랩의 양측에서 흡입된 냉매 가스가 각각 채워지는 압축실들이 흡입이 완료된 직후부터 압축이 진행되어 압축실들이 합쳐지기 전까지 상기 압축실들을 연통시키는 연통수단이 구비된 것을 특징으로 하는 비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 비대칭 스크롤 압축기 압력 조절구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명의 압력 조절구조가 구비된 비대칭 스크롤 압축기의 압축기구부를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 일반적으로 비대칭 스크롤 압축기는 구동력을 발생시키는 전동기구부와 그 전동기구부의 구동력을 전달받아 냉매 가스를 압축하는 압축기구부로 구성되며 상기 압축기구부는 프레임(1)에 고정되는 고정스크롤(30)과 그 고정스크롤(30)과 프레임(1)사이에 선회 운동 가능하도록 맞물리는 선회스크롤(40)을 포함하여 구성된다. 상기 고정스크롤(30)은 소정 형상으로 형성된 몸체(32) 내부에 인벌류트 형상의 랩(31)이 형성되고 그 고정스크롤 몸체(32)의 가운데 토출구멍(33)이 구비되어 이루어진다. 상기 선회스크롤(40)은 소정의 두께와 면적을 갖는 경판부(42)의 일측에 상기 고정스크롤 랩(31)의 인벌류트 곡선 형태와 상응하도록 랩(41)이 형성되며 상기 경판부(42)의 타측에 회전축의 편심부(2a)와 연결되는 보스부(43)가 형성된다.

상기 선회스크롤(40)은 그 랩(41)이 고정스크롤 랩(31)과 선회 운동 가능하도록 맞물려 결합된다. 상기 고정스크롤의 랩(31)은 선회스크롤의 랩(41)보다 180°길게 형성된다.

그리고 고정스크롤의 랩(31)과 선회스크롤의 랩(41)의 양측에서 흡입된 냉매 가스가 각각 채워지는 압축실이 흡입이 완료된 직후부터 압축이 진행되어 두개의 압축실(P3)(P4)이 합쳐지기 전까지 상기 두개의 압축실(P3)(P4)을 연통시키는 연통수단(50)이 구비된다.

상기 연통수단(50)은 그 일례로 고정스크롤(30)에 두 개의 압축실(P3)(P4)을 연통시키는 연통구멍(50)이 형성되어 이루어지며 그 연통구멍(50)은 고정스크롤의 몸체(32)에 형성된다. 즉, 상기 선회스크롤의 랩(41)이 고정스크롤 랩(31)과 맞물려 선회스크롤(40)이 선회 운동하면서 고정스크롤(30) 및 선회스크롤의 랩(41) 양측에서 냉매 가스가 흡입되어 이루어진 한 쌍의 압축실(P3)(P4)이 각각 가운데로 이동하면서 냉매 가스가 압축되어 고정스크롤 몸체(32) 가운데 형성된 토출구멍(33)을 통해 합쳐지면서 동시에 토출된다. 상기 연통구멍(50)은 압축실들(P3)(P4)이 가스 흡입이 완료된 직후부터 압축되어 두개의 압축실(P3)(P4)이 합쳐지기 전까지 상기 두개의 압축실(P3)(P4)을 연통시키도록 고정스크롤 몸체(32)에 형성된다.

또한, 상기 연통수단의 다른 변형례로, 도 8에 도시한 바와 같이, 두개의 흡입실(P3)(P4)을 연통시키도록 고정스크롤(30)에 연결관(50)을 연결하여 구성된다.

상기 선회스크롤(40)은 그 보스부(43)에 회전축의 편심부(2a)가 삽입되어 결합되며 그 회전축(2)은 전동기구부와 결합된다.

이하, 본 발명의 비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전동기구부의 구동력이 회전축(2)을 통해 선회스크롤(40)에 전달되면 그 선회스크롤(40)은 선회스크롤 경판부(42)에 결합되는 올담링(미도시)에 의해 자전이 방지되면서 고정스크롤의 랩(31)과 선회스크롤의 랩(41)이 맞물려 선회 운동하게 되고 그 선회스크롤(40)의 선회 운동에 의해 냉매 가스가 흡입되고 압축되어 고정스크롤의 토출구멍(33)을 통해 토출된다.

상기 압축과정을 보다 상세하게 설명하면 흡입 파이프를 통해 압축기 내부로 유입된 냉매 가스는, 도 9에 도시한 바와 같이, 먼저 압축이 완료되면 선회스크롤 랩(41)의 외측단부의 내면과 고정스크롤 랩(31)의 외면사이로 냉매 가스가 흡입되어 압축실(이하, A압축실이라 함)(P3)을 형성하게 되며 이어 선회스크롤(40)의 선회운동이 진행되면 A압축실(P3)의 체적이 감소되면서 압축이 진행됨과 동시에 선회스크롤 랩(41)의 반대측에 위치하는 고정스크롤 랩(31)의 내면과 선회스크롤 랩(41)의 외면사이에 냉매 가스가 흡입되어 압축실(이하, B압축실이라 함)(P4)이 형성된다. 이어 선회스크롤(40)의 선회운동이 계속 진행되면서 A압축실(P3)과 B압축실(P4)이 쌍을 이루어 서로 대면되도록 위치면서 스크롤의 중심방향으로 이동하게 되고 A,B압축실(P3)(P4)이 중심방향으로 이동하면서 체적이 감소되어 압축되며 이와 동시에 선회스크롤(40)과 고정스크롤 랩(31)의 외측부분에서 위와 같은 형태로 냉매 가스가 흡입되어 압축실을 이루게 된다. 상기 선회스크롤(40)의 선회 운동이 지속되면서 A,B압축실(P3)(P4)이 고정스크롤(30)의 중심부에 형성된 토출구멍(33)부분에서합쳐지면서 압축된 냉매 가스가 토출구멍(33)을 통해 토출된다.

상기 과정에서 고정스크롤의 랩(31)이 선회스크롤의 랩(41)보다 180°길게 되므로 A압축실(P3)에 유입된 냉매 가스의 양이 상대적으로 많게 되므로, 도 10에 도시한 바와 같이, A압축실(P3)의 압력이 B압축실(P4)의 압력보다 크게 되는데, 이때 A압축실(P3)과 B압축실(P4)을 연통시키는 연통수단(50)에 의해 고압 상태인 A압축실(P3)의 압력이 저압 상태인 B압축실(P4)로 이동하게 되어, 도 11에 도시한 바와 같이, A압축실(P3)과 B압축실(P4)이 압력평형을 이루면서 압축이 진행된다. 이와 같이 A압축실(P3)과 B압축실(P4)이 압력이 균등화되면서 압축이 진행됨으로써 선회스크롤(40)의 역자전 토오크 및 올담링 반력이 발생되는 것을 방지하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조는 고정스크롤의 랩과 선회스크롤의 랩에 의해 형성되는 압축실간의 압력이 균등화되면서 냉매 가스의 압축이 이루어지게 되어 선회스크롤의 역자전 토오크 및 올담링의 반력 발생을 방지하게 됨으로써 이상 거동으로 인한 마모 및 진동 소음 발생을 방지하게 되어 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

고정스크롤의 랩과 선회스크롤의 랩의 양측에서 흡입된 냉매 가스가 각각 채워지는 압축실들이 흡입이 완료된 직후부터 압축이 진행되어 압축실들이 합쳐지기 전까지 상기 압축실들을 연통시키는 연통수단이 구비된 것을 특징으로 하는 비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조.
제1항에 있어서, 상기 연통수단은 고정스크롤에 두 개의 압축실을 연통시키는 연통구멍이 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 비대칭 스크롤 압축기의 압력 조절구조.