KR20010076883A - 스크롤 압축기의 축방향 누설 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 축방향 누설 저감장치에 관한 것으로, 선회스크롤에 외주면이 미끄럼 접촉되어 구동축의 끝단을 덮어 결합되는 캡부시와, 상기 선회스크롤의 내부에 형성되어 압축실의 압축가스 일부를 캡부시와 선회스크롤 사이로 배기시키는 배기구멍으로 구성함으로써, 압축기의 고압력비 운전시 압축실로부터 고압의 압축가스 일부가 배기구멍을 통해 실링공간으로 유입되면서 실링부재를 밀어내게 되고, 이는 결국 선회스크롤 또는 고정스크롤을 빠르게 복귀시켜 압축가스가 각 랩의 선단면을 넘어 축방향으로 누설되는 것을 최대한 저감시킬 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 축방향 누설 저감장치{APPARATUS FOR REDUCING AXIAL LEAKAGE OF SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 과압력비 운전시 냉매가스가 각 스크롤의 랩을 넘어 누설되는 것을 방지하는 스크롤 압축기의 축방향 누설 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 이러한 압축기는 크게 왕복동식 및 스크롤식 및 원심식(통상, 터보식이라고도 함) 그리고 베인식(통상, 회전식이라고도 함)으로 구분된다.

이 중에서 상기 스크롤식 압축기는 피스톤의 직선운동을 이용하는 왕복동식 과는 달리 원심식이나 베인식과 같이 회전체를 이용하여 가스를 흡입 압축시켜 토출시키게 된다. 상기 스크롤식 압축기는 그 케이싱의 내부에 흡입가스가 충진되는지 아니면 토출가스가 충진되는지에 따라 저압식 스크롤 압축기 또는 고압식 스크롤 압축기로 나뉘어 진다.

상기 저압식 스크롤 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 오일이 적정높이까지 채워진 케이싱(1)의 내주면 상하 양측에 상부프레임(2) 및 하부프레임(3)이 각각 고정되고, 그 상부프레임(2) 및 하부프레임(3)의 사이에는 고정자(4A) 및 회전자(4B)로 이루어진 구동모터(4)가 고정 설치되며, 그 구동모터(4)의 회전자(4B) 중심에는 구동축(5)이 상부프레임(2)을 관통하여 압입되고, 그 상부프레임(2)이 상면에는 인벌류트 곡선으로 랩(Wrap)(6a)이 형성되어 구동축(5)에 편심되게 결합되는 선회스크롤(6)이 회전가능하게 얹혀져 설치되며, 상기 선회스크롤(6)의 상면에는 그 선회스크롤(6)의 랩(6a)에 치합되어 복수개의 압축실을 이루도록 인벌류트 곡선의 랩(7a)이 형성되는 고정스크롤(7)이 상부프레임(2)의 가장자리에 고정 설치되고, 상기 고정스크롤(7)의 상측에는 케이싱(1) 내부를 고압부인 토출압 영역과 저압부인 흡입압 영역으로 구획하는 고저압 분리판(8)이 케이싱(1)의 내주면에 고정되어 이루어져 있다.

상기 고정스크롤(7)의 일측 외주연에는 흡입관(SP)과 연통되는 흡입홈(7b)이 최외곽 랩의 안쪽으로 형성되고, 상기 고정스크롤(7)의 중앙에는 토출관(DP)과 연통되는 토출포트(7c)가 형성되며, 상기 고정스크롤(7)의 선단면에는 토출포트(7c)를 개폐하는 역지밸브 조립체(9)가 설치되어 있다.

도면중 미설명 부호인 5a는 오일유로, 8a는 가스토출공이다.

상기와 같이 구성된 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 인가된 전원에 의해 고정자(4A)의 내측에서 회전자(4B)가 구동축(5)과 함께 회전을 하면서 선회스크롤(6)을 편심거리만큼 선회를 시키게 되고, 이와 함께 상기 선회스크롤(6)은 올담링(미부호)에 의해 축중심을 원점으로 선회반경 만큼 떨어진 거리에서 선회운동을 하게 되어 고정스크롤(7)과의 두 랩(6a,7a) 사이에 복수개의 압축실이 형성되며, 이 압축실은 선회스크롤(6)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소되어 흡입된 냉매가스를 더욱 압축하여 토출시키게 된다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 상기 흡입관(SP)을 통해 케이싱(1)의 흡입압 영역에 충진되는 흡입가스는 선회스크롤(6)의 선회운동시 열리는 고정스크롤(7)의 흡입홈(7b)을 통해 최외곽측 압축실로 흡입되고, 이 흡입가스는 압축실을 따라 중심으로 이동하면서 점차 압축되어 토출포트(7c)를 통해 토출압 영역으로 토출되며, 이 토출가스는 역지밸브 조립체(9)를 개방시키면서 고저압 분리판(8)의 가스토출공(8a) 및 토출관(DP)을 통해 냉동사이클시스템으로 토출된다.

여기서, 상기 압축기가 시스템의 이상 등으로 인해 고압력비 운전을 하게 되는 경우에는 압축실의 압력이 과도하게 상승하게 되어 고정스크롤(7)을 밀어 올리게 되고, 이 고정스크롤(7)이 밀려 올라가면서 랩(7a)과 이에 대향되는 맞은편 스크롤(6)의 경판부가 이격되면서 압축가스가 축방향으로 누설되는데, 이 압축가스의 축방향 누설이 발생하게 되면 압축기의 압축성능이 현저하게 저하된다.

이를 감안하여 종래에는 각 랩(6a,7a)의 선단면에 테프론 재질로 된 팁실(미도시)을 장착하는 방안이 제시되었으나, 이 팁실은 고압력비 운전시 탄화되어 압축기에 심각한 손상을 초래하게 되었던 바, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 팁실을 제거하는 대신에 압축가스의 일부를 선회스크롤(6)의 배면쪽으로 배기시켜 그 압축가스의 힘으로 선회스크롤(6)을 밀어 올려 축방향 누설을 저감시키도록 하는 소위 플로팅 실(floating seal) 방식이 새롭게 제시되었다.

이러한 종래의 플로팅 실 방식은 고압력비 운전시 압축실로부터 압축가스의 일부를 상부프레임(2)과 선회스크롤(6) 사이로 배기시키는 배기구멍(11)을 선회스크롤(6)에 형성함과 아울러 상기 상부프레임(2)의 상면에는 플로팅 실(12)을 장착하여 배기구멍(11)으로부터 배기되는 고압의 압축가스에 의해 섭동운동을 하면서 선회스크롤(6)을 밀어올리도록 하는 것이나, 상기와 같은 플로팅 실 방식에서는 그 플로팅 실(12)이 배기구멍(11)의 끝단 바깥쪽에 일정 간격을 두고 형성되므로 압축가스가 플로팅 실(12)로 완만하게 유입되어 축방향 누설에 대한 반응속도가 늦어지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 축방향 누설 저감장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 고압력비 운전시 압축가스의 일부가 빠르게 선회스크롤을 밀어 올려 축방향 누설을 최대한 방지할 수 있는 스크롤 압축기의 축방향 누설 저감장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 종래 축방향 누설 저감장치가 구비된 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 축방향 누설 저감장치가 구비된 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 축방향 누설 저감장치를 보인 사시도.

도 5는 본 발명 축방향 누설 저감장치의 동작을 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 선회스크롤 11 : 랩

12 : 배기구멍 13 : 보스부

100 : 슬라이딩 부시(캡부시) S2 : 캡부시 유동공간

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 프레임을 관통하는 구동축에 선회스크롤이 편심 결합되고, 그 선회스크롤에 고정스크롤이 결합되어 연속적으로 이동하는 복수개의 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서 ;

상기 선회스크롤에 외주면이 미끄럼 접촉되어 구동축의 끝단을 덮어 결합되는 캡부시와, 상기 선회스크롤의 내부에 형성되어 압축실의 압축가스 일부를 캡부시와 선회스크롤 사이로 배기시키는 배기구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 축방향 누설 저감장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 축방향 누설 저감장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 축방향 누설 저감장치가 구비된 스크롤 압축기의 일부를 보인종단면도이고, 도 4는 본 발명 축방향 누설 저감장치를 보인 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 축방향 누설 저감장치가 구비된 스크롤 압축기는, 케이싱(1)의 내부에 고정된 상부프레임(2)에 고정스크롤(7)이 고정되고, 그 고정스크롤(7)과 함께 복수개의 압축실을 형성하는 선회스크롤(10)이 상기 케이싱(1)에 장착된 구동모터(4)의 회전자(미부호)에 구동축(5)으로 일체되어 상기한 상부프레임(2)에 얹혀지며, 상기 고정스크롤(7)의 상측에 케이싱(1)의 내부를 흡입압 영역(S_l)과 토출압 영역(S_h)으로 구획하는 고저압 분리판(8)이 케이싱(1)에 고정되고, 상기 고정스크롤(7)의 토출포트(7c) 선단면에는 토출가스의 역류를 방지하는 역지밸브 조립체(9)가 설치되는 것을 포함하여 구성된다.

상기 구동축(5)은 그 상단에 선회스크롤(10)과 편심 결합되는 편심부(5A)가 형성되고, 그 편심부(5A)는 양측에 평행한 미끄럼면을 갖도록 디컷(D-cut)져 오발(oval) 타입으로 형성된다.

상기 선회스크롤(10)은 그 경판부 상면에 고정스크롤(7)과 함께 압축실을 이루는 랩(11)이 고정스크롤(7)의 랩(7a)과 마찬가지로 인벌류트 형상으로 형성되고, 그 경판부 배면에는 구동축(5)의 편심부(5A)가 삽입되어 결합되는 보스부(13)가 편심져 형성된다.

상기 선회스크롤(10)의 보스부(13) 내주면과 구동축(5)의 편심부(5A) 외주면 사이에는 선회스크롤(10)의 선회시 그 선회반경이 가변되도록 하는 슬라이딩 부시(100)가 개재되는데, 상기 슬라이딩 부시(이하, 캡부시와 혼용함)(100)는 그 상면이 복개 형성된 "캡" 형상으로 형성된다.

상기 캡부시(100)는 그 내부에 상기한 구동축(5)의 편심부(5A)와 마찬가지로 디컷져 오발타입으로 미끄럼홈(110)이 형성되나, 그 미끄럼홈(110)의 디컷면은 구동축(5)의 편심부(5A) 디컷면과 미끄럼 접촉되는 반면 그 디컷면의 양측단은 구동축(5)의 편심부(5A) 장반경부보다 길게 형성된다.

상기 구동축(5)의 편심부(5A) 끝단과 캡부시(100)의 내저면 사이에는 소정의 오일비산공간(S1)이 구비되도록 상기한 구동축(5)의 편심부(5A) 길이보다 캡부시(100)의 측벽부 길이가 길게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동축(5)의 끝단면과 선회스크롤(10)의 보스부(13) 내저면 사이에는 캡부시(100)의 외주면과 선회스크롤(10)의 내주면 사이에 밀봉되어 캡부시(100)가 상하로 유동할 수 있는 유동공간(S2)이 구비된다.

한편, 상기 선회스크롤(10)의 내부에는 각 랩(11)에 의해 형성되는 압축실중에서 중간압실에서 보스부(13)의 내측의 유동공간(S2)으로 연통되는 배기구멍(12)이 형성된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명의 축방향 누설 저감장치가 구비된 스크롤 압축기의 일반적인 동작은 종래와 유사하다.

즉, 인가된 전원에 의해 고정자(미부호)의 내측에서 회전자(미부호)가 구동축(5)과 함께 회전을 하면서 선회스크롤(10)을 편심거리만큼 선회를 시키게 되고, 이와 함께 상기 선회스크롤(10)은 올담링(미부호)에 의해 축중심을 원점으로 선회반경 만큼 떨어진 거리에서 선회운동을 하게 되어 고정스크롤(7)과의 두랩(7a,11) 사이에 복수개의 압축실이 형성되며, 이 압축실은 선회스크롤(10)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소되어 흡입된 냉매가스를 더욱 압축하여 토출시키게 된다.

이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 압축기가 시스템의 이상 등으로 고압력비 운전을 하게 되는 경우에는 고압의 압축가스 일부가 배기구멍(12)을 통해 보스부(13) 내측의 캡부시 유동공간(S2)으로 유입되어 중간압을 형상하고, 그 유입되는 압축가스가 "캡"형상의 슬라이딩 부시(100) 상면에 압력하중을 부과하게 되나, 상기 슬라이딩 부시(100)는 구동축(5)에 얹혀지고 그 구동축(5)은 하부프레임(미도시)에 축방향으로 지지되어 있으므로, 결국 압축가스의 압력하중에 의한 반발력으로 선회스크롤(10)이 밀려 올라가게 되어 선회스크롤(10)의 랩(11)과 고정스크롤(7)의 랩(7a)이 맞은편 스크롤의 경판부에 긴밀하게 밀착되면서 축방향 누설을 차단하게 된다.

이렇게 하여, 상기 선회스크롤의 랩과 고정스크롤의 랩 선단면과 이에 대향되는 각 스크롤의 경판부가 항상 긴밀하게 밀착된 상태를 유지하게 되고, 설사 압축기의 고압력비 운전시 선회스크롤이 밀리더라도 이를 빠르게 복귀시킬 수 있으며, 상기 각 랩의 선단면에 별도의 팁실부재를 부가하지 않아도 되므로 팁실부재가 마찰에 의해 탄화될 염려가 없어 압축기의 손상을 미연에 방지할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 축방향 누설 저감장치는, 선회스크롤에 외주면이 미끄럼 접촉되어 구동축의 끝단을 덮어 결합되는 캡부시와, 상기 선회스크롤의내부에 형성되어 압축실의 압축가스 일부를 캡부시와 선회스크롤 사이로 배기시키는 배기구멍으로 구성함으로써, 압축기의 고압력비 운전시 압축실로부터 고압의 압축가스 일부가 배기구멍을 통해 실링공간으로 유입되면서 실링부재를 밀어내게 되고, 이는 결국 선회스크롤 또는 고정스크롤을 빠르게 복귀시켜 압축가스가 각 랩의 선단면을 넘어 축방향으로 누설되는 것을 최대한 저감시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 프레임을 관통하는 구동축에 선회스크롤이 편심 결합되고, 그 선회스크롤에 고정스크롤이 결합되어 연속적으로 이동하는 복수개의 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서 ;

   상기 선회스크롤에 외주면이 미끄럼 접촉되어 구동축의 끝단을 덮어 결합되는 캡부시와,

   상기 선회스크롤의 내부에 형성되어 압축실의 압축가스 일부를 캡부시와 선회스크롤 사이로 배기시키는 배기구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 축방향 누설 저감장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 캡부시의 내측상면와 구동축의 끝단면 사이에는 오일비산공간이 구비되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 축방향 누설 저감장치.