KR200167997Y1 - 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조에 관한 것으로서, 본 고안은 냉매가스를 압축시킬 수 있도록 서로 맞물려 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤 및 선회스크롤과, 상기 선회스크롤의 하측에 설치되어 선회스크롤을 지지하는 메인프레임을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 선회스크롤은 메인프레임에 의해 지지되는 경판부와, 상기 경판부의 상면에 인벌루트 형상으로 형성된 랩을 포함하고, 상기 경판부 중 메인프레임과 접촉되는 하면은 중심에서 외측 방향을 향해 하측으로 경사지게 형성되도록 구성되어 압축기의 운전 상황에 따라 선회스크롤의 경판부 하면에 작용하는 메인프레임의 지지력이 적절한 하중 분포를 보이게 됨으로써 상기 경판부와 메인프레임의 마찰에 의한 기계적인 손실이 저감되는 동시에 상기 경판부와 랩의 손상이 방지되어 압축기의 성능 및 신뢰성이 향상되도록 한 것이다.

Description

스크롤 압축기의 선회스크롤 구조{ORBITING SCROLL OF SCROLL COMPRESSOR}

본 고안은 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조에 관한 것으로서, 특히 압축기의 운전 상황에 따라 선회스크롤의 경판부 하면에 작용하는 메인프레임의 지지력이 적절한 하중 분포를 보이도록 상기 경판부의 형상을 변경시킨 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조에 관한 것이다.

일반적인 스크롤 압축기에는 도 1에 도시된 바와 같이, 인벌루트 형상의 랩(Wrap)을 갖는 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)이 서로 마주 보도록 맞물려짐으로써 상기 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 측벽면과 바닥면에 의해서 여러 개의 크고 작은 초생달 모양의 압축실(P)이 형성된다. 이때, 상기 선회스크롤(3)의 인벌루트 형상의 랩은 상기 고정스크롤(1)의 인벌루트 형상의 랩과 180°의 위상차를 가지도록 형성되어 있다.

상기한 구조에서, 상기 고정스크롤(1)에 대해 상기 선회스크롤(3)이 선회운동을 하게 되면 초생달 모양의 압축실이 상기 고정스크롤(1) 및 선회스크롤(3)의 중심부 쪽으로 이동되면서 그 체적이 점점 감소되어, 결과적으로 상기 고정스크롤(1) 및 선회스크롤(3) 내부의 냉매를 압축시키게 된다.

이와 같은 압축 작용은 연속적이고 대칭적으로 이루어지므로 왕복동식 압축기 또는 로터리 압축기보다 부하의 변동폭이 훨씬 작게 된다. 따라서, 스크롤 압축기는 진동 및 소음, 압축효율, 신뢰성 등의 측면에서 다른 타입의 압축기보다 아주 유리하다.

도 2를 참조하여 더 상세하게 설명하면, 종래 기술에 따른 스크롤 압축기에서는 흡입파이프(5)를 통해 압축기 내부로 유입된 냉매는 고정스크롤(1)의 한쪽 측면에 형성된 흡입포트를 통해 상기 고정스크롤(1) 및 선회스크롤(3)의 내부로 공급된다. 이때, 상기한 냉매의 일부는 상기 고정스크롤(1)의 흡입포트 쪽에 형성되어 있는 압축실(P)로 유입되고, 나머지 일부는 상기 고정스크롤(1)의 안내통로를 따라 180°반대쪽에 형성되는 압축실(P)로 유입되어, 동시에 양쪽에서 대칭적으로 압축되기 시작한다.

이와 동시에, 모터의 고정자(7)에 전기를 흘리면 유동 전기에 의하여 내측의 회전자(9)가 회전 운동하게 된다. 그리고, 상기 회전자(9)의 중심에는 크랭크샤프트(11)가 압입되어 있어 상기 회전자(9)와 함께 크랭크샤프트(11)가 회전되면서 상기 크랭크샤프트(11)의 편심부(11a)에 결합된 선회스크롤(3)이 선회 운동하게 된다.

이때, 상기 선회스크롤(3)은 메인프레임(13)과 선회스크롤(3) 사이에 설치되어 선회스크롤(3)에 한방향 키이홈으로 연결된 올담링(15)에 의해서 자전하지 않고 선회 운동만 하게 되며, 상기 크랭크샤프트(11)는 상단과 하단이 각각 메인프레임(13)과 서브프레임(17)에 지지되어 있다.

이후, 상기 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 상호 운동에 의하여 압축실(P)이 중심부 쪽으로 이동되면서 그 체적이 점점 감소되어 상기 압축실(P) 내의 냉매가 압축된다.

이와 같이 상기 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)에 의하여 압축된 냉매는 상기 고정스크롤(1)의 중심부에 형성된 토출포트(1a)를 통해 토출실(18)을 거쳐 토출파이프(19)로 제공된 후, 상기 토출파이프(19)를 통해 압축기 외부로 토출되어 냉동사이클을 순환하게 된다.

특히, 도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 선회스크롤(3)은 메인프레임(13)에 의해 지지되는 판형의 경판부(3a)와, 상기 경판부(3a) 상면에 인벌루트 형상으로 형성된 랩(3b)과, 상기 경판부(3a)의 하면 중앙에 형성되어 내부에 크랭크샤프트(11)의 편심부(11a) 및 구동부시(12)가 설치되는 베어링부(3c)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 선회스크롤(3) 중 상기 랩(3b)의 외측 끝단부는 보통 저온저압의 상태에 놓이는 동시에 그 환경조건의 변화가 심하지 않는 반면에, 압축된 냉매가스를 토출포트(1a)를 통해 압축실 외부로 토출하는 중앙부는 압축기의 운전 상황에 따라 비교적 낮은 온도 및 압력에서 상당히 높은 온도 및 압력까지 다양한 환경조건에 노출되게 된다.

또한, 상기 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)에는 각각 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)을 서로 분리하려는 냉매가스에 의한 축방향의 힘이 작용하게 되는데, 상기 고정스크롤(1)은 상기한 축방향의 힘에 대응하기 위해 메인프레임(13)에 단단히 고정되는 동시에 충분한 강성을 가지도록 설계되고 토출실(18) 측의 면이 냉매가스의 토출압에 부분적으로 노출되는 반면에, 상기 선회스크롤(3)은 기동부품이기 때문에 비교적 가볍게 설계되고 상기 메인프레임(13)에 단단하게 고정되지도 않는다.

따라서, 상기 고정스크롤(1)은 압력 또는 열에 의하여 변형 및 손상될 염려가 적으나, 상기 선회스크롤(3)은 압축기의 운전 상황에 따라 압력 및 온도가 증가되면 변형 및 손상되기 쉽게 된다.

상기한 선회스크롤(3)의 압력 또는 열에 의한 변형 및 손상에 대하여 도 3내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 선회스크롤(3)에는 도 3에 도시된 바와 같이 중앙부에 고압의 토출압이 작용되고, 가장자리부에 저압의 흡입압이 작용되며, 상기 중앙부와 가장자리부 사이에는 상기한 토출압과 흡입압의 중간압이 작용하게 된다. 이때, 상기한 토출압, 흡입압, 중간압은 모두 랩(3b)을 지지하고 있는 경판부(3a)의 상면에 작용하게 된다.

또한, 상기 선회스크롤(3)의 경판부(3a) 하면에는 메인프레임(13)에 의한 지지력이 작용되고, 베어링부(3c)에는 저압의 흡입압이 작용하게 된다.

이와 같은 수직 방향의 힘이 작용하는 선회스크롤(3)에서 중앙부의 토출가스가 비교적 저온저압인 경우에는 도 4와 같이 경판부(3a)의 변형이 발생되지 않아 상기 경판부(3a)의 하면이 전체적으로 메인프레임(13)과 접촉되기 때문에 상기 경판부(3a)의 하면에 작용하는 메인프레임(13)의 지지력이 균일한 하중 분포를 보이는 동시에, 열팽창에 의한 랩(3b)의 높이 변화도 작아 상기 랩(3b)의 끝단 높이가 적정 수준으로 고르게 유지된다.

이에 반해, 상기 선회스크롤(3) 중앙부의 토출가스가 비교적 고온고압인 경우에는 선회스크롤(3)의 중앙부에 상당히 큰 하중이 작용하게 되어 도 5와 같이 경판부(3a)가 하측으로 볼록한 형태로 변형되고, 이 때문에 상기 경판부(3a)와 메인프레임(13)의 접촉면적이 감소되어 상기 메인프레임(13)과 접촉되는 경판부(3a)의 하면 내측에 메인프레임(13)의 지지력이 집중적으로 작용하게 된다.

뿐만 아니라, 상기 선회스크롤(3) 중앙부의 토출가스가 비교적 고온고압인 경우에는 랩(3b)의 중앙부 높이가 열팽창에 의해 증가되어 상기 랩(3b)의 끝단 높이가 불균일하게 된다.

따라서, 종래 기술에 따른 선회스크롤 구조는 경판부(3a)의 변형으로 인하여 상기 경판부(3a)의 하면 내측에 메인프레임(13)의 지지력이 집중되는 하중 분포를 갖게 되기 때문에 집중하중에 의한 경판부(3a)의 손상이 초래되어 압축기의 운전이 불가능해질 염려가 큰 문제점이 있다.

또한, 상기한 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)은 냉매가스의 축방향 누설을 방지하기 위한 목적으로 서로 밀착되게 설치되는데, 종래 기술에 따른 선회스크롤 구조는 랩(3b)의 높이가 열팽창에 의해 증가되어 상기 랩(3b)의 끝단 높이가 불균일하기 때문에 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 축방향 틈새 유지가 곤란하게 되어 랩(3b)의 끝단이 마모되는 등 상기 랩(3b)의 손상이 발생되는 문제점이 있다.

만약, 상기한 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 축방향 틈새 유지를 위하여 초기 설계시 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 축방향 틈새를 필요 이상으로 크게 선정하면 냉매가스의 압축시 상기한 틈새를 통해 축방향 누설이 발생되어 압축된 냉매가스가 재 팽창하게 되고, 이 때문에 압축 효율이 현저히 떨어지게 되어 압축기의 성능이 나빠지는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압축기의 운전 상황에 따라 선회스크롤의 경판부 하면에 작용하는 메인프레임의 지지력이 적절한 하중 분포를 보이도록 상기 경판부의 형상을 변경시킴으로써 경판부와 메인프레임의 마찰에 의한 기계적인 손실이 저감되는 동시에 상기 경판부와 랩의 손상이 방지되어 압축기의 성능 및 신뢰성이 향상되도록 한 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 스크롤 압축기의 압축 원리가 도시된 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 스크롤 압축기의 내부 구조가 도시된 종단면도,

도 3은 종래 기술에 따른 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조 및 상기 선회스크롤에 작용하는 수직 방향의 힘이 도시된 단면도,

도 4는 종래 기술에 따른 선회스크롤 구조에서 중앙부의 토출가스가 비교적 저온저압인 경우 선회스크롤의 경판부에 작용하는 하중 분포가 도시된 도면,

도 5는 종래 기술에 따른 선회스크롤 구조에서 중앙부의 토출가스가 비교적 고온고압인 경우 선회스크롤의 경판부에 작용하는 하중 분포 및 랩의 열팽창 정도가 도시된 도면,

도 6은 본 고안에 따른 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조가 도시된 단면도,

도 7은 본 고안에 따른 선회스크롤 구조에서 중앙부의 토출가스가 비교적 저온저압인 경우 선회스크롤의 경판부에 작용하는 하중 분포가 도시된 도면,

도 8은 본 고안에 따른 선회스크롤 구조에서 중앙부의 토출가스가 비교적 고온고압인 경우 선회스크롤의 경판부에 작용하는 하중 분포가 도시된 도면이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 선회스크롤 51 : 경판부

53 : 랩 55 : 베어링부

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조의 특징은, 냉매가스를 압축시킬 수 있도록 서로 맞물려 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤 및 선회스크롤과, 상기 선회스크롤의 하측에 설치되어 선회스크롤을 지지하는 메인프레임을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 선회스크롤은 메인프레임에 의해 지지되는 경판부와, 상기 경판부의 상면에 인벌루트 형상으로 형성된 랩을 포함하고, 상기 경판부 중 메인프레임과 접촉되는 하면은 중심에서 외측 방향을 향해 하측으로 경사지게 형성된 것이다.

또한, 본 고안의 부가적인 특징은, 상기 경판부의 경사 깊이는 냉매가스의 토출압에 의한 경판부의 탄성한계 이내가 되도록 선정되는데 있다.

또한, 본 고안의 부가적인 특징은, 상기 경판부의 경사 깊이는 냉매가스의 토출압에 의한 경판부의 변형량과 열팽창에 의한 랩의 변형량을 합한 값과 동일하게 되도록 선정되는데 있다.

이하, 본 고안의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 고안에 따른 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조가 도시된 단면도이고, 도 7은 본 고안에 따른 선회스크롤 구조에서 중앙부의 토출가스가 비교적 저온저압인 경우 선회스크롤의 경판부에 작용하는 하중 분포가 도시된 도면이고, 도 8은 본 고안에 따른 선회스크롤 구조에서 중앙부의 토출가스가 비교적 고온고압인 경우 선회스크롤의 경판부에 작용하는 하중 분포가 도시된 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 고안은 냉매가스를 압축시킬 수 있도록 서로 맞물려 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤 및 선회스크롤(50)과, 상기 선회스크롤(50)의 하측에 설치되어 선회스크롤(50)을 지지하는 메인프레임을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서, 토출가스의 압력 및 온도에 의하여 쉽게 변형되는 선회스크롤(50)의 구조를 변경시킴으로써 상기 선회스크롤(50)의 축방향 변형에 의한 압축기의 신뢰성 저하에 대응하기 위한 것이다.

본 고안에 의한 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조는 메인프레임에 의해 지지되는 경판부(51)와, 상기 경판부(51)의 상면에 인벌루트 형상으로 형성된 랩(53)과, 상기 경판부(51)의 하면 중앙에 형성되어 내부에 크랭크샤프트 및 구동부시(56)가 설치되는 베어링부(55)로 구성되고, 상기 경판부(51) 중 메인프레임과 접해 있는 하면은 중심에서 외측 방향을 향해 하측으로 경사지게 형성된다.

즉, 상기 경판부(51)의 하면은 토출가스가 저온저압인 경우에는 하면의 내측 부분만 메인프레임과 접촉되어 기계적인 손실이 감소되고, 토출가스가 고온고압인 경우에는 탄성변형에 의해 하면이 전체적으로 메인프레임과 접촉되어 경판부(51)의 하면에 메인프레임의 지지력이 균일하게 분포되도록 중앙부가 오목한 형태로 경사지게 형성된다.

여기서, 상기 경판부(51)의 경사 깊이(d)는 냉매가스의 토출압에 의한 경판부(51)의 탄성한계 이내가 되도록 선정된다.

또한, 상기 경판부(51)의 경사 깊이(d)는 냉매가스의 토출압에 의한 경판부(51)의 변형량(도 5의 x)과 열팽창에 의한 랩(53)의 변형량(도 5의 y)을 합한 값과 동일하게 되도록 선정된다.

상기의 두 조건을 고려했을 때 상기 경판부(51)의 경사 깊이(d)는 0.015∼0.06㎜ 이내의 범위이 것이 가장 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조에서는, 먼저 중앙부의 토출가스가 비교적 저온저압인 경우, 경판부(51)의 하면 중 내측 부분만 메인프레임과 접촉하게 되어 상기 경판부(51)와 메인프레임의 접촉면적이 줄어들게 되므로 경판부(51)와 메인프레임의 마찰에 의한 기계적인 손실이 감소되게 된다. 이때, 상기 경판부(51)의 하면 내측에는 도 7과 같이 상기 메인프레임의 지지력이 집중되나, 이때 경판부(51) 하면 내측에 작용하는 하중은 비교적 작기 때문에 상기 경판부(51)의 손상을 유발할 가능성은 없다. 또한, 열팽창에 의한 랩(53)의 높이 변화도 작아 상기 랩(53)의 끝단 높이가 적정 수준으로 균일하게 유지된다.

다음, 중앙부의 토출가스가 비교적 고온고압인 경우에는 선회스크롤(50)의 중앙부에 작용되는 냉매가스의 토출압에 의해 경판부(51)가 탄성적으로 변형되어 하측으로 경사지게 형성된 경판부(51)의 하면이 도 8과 같이 평평하게 된다. 이로써, 상기 경판부(51)의 하면이 메인프레임에 전체적으로 접촉되어 경판부(51)와 메인프레임의 접촉면적이 넓어지므로 상기 경판부(51)의 하면에 작용하는 메인프레임의 지지력이 균일한 하중 분포를 보이게 된다. 또한, 열팽창에 의한 랩(53)의 높이 변화도 상기 경판부(51)의 탄성변형에 의해 흡수되므로 상기 랩(53)의 끝단 높이가 비교적 균일한 상태로 유지되어 고정스크롤과 선회스크롤(50)의 축방향 틈새가 적절하게 유지되게 된다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 고안에 따른 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조는, 압축기의 운전 상황에 따라 선회스크롤(50)의 경판부(51) 하면에 작용하는 메인프레임의 지지력이 적절한 하중 분포를 보이도록 상기 경판부(51) 하면을 내측에서 외측 방향을 향해 하측으로 경사지게 형성함으로써 중앙부의 토출가스가 비교적 저온저압인 일반적인 운전 조건시 상기 경판부(51)와 메인프레임의 접촉면적이 줄어들어 마찰에 의한 기계적인 손실이 감소되는 이점이 있다.

또한, 본 고안은 중앙부의 토출가스가 비교적 고온고압인 과부하 운전 조건시 경판부(51)의 탄성변형에 의해 상기 경판부(51)와 메인프레임의 접촉면적이 증가되어 경판부(51)의 하면에 메인프레임의 지지력이 균일하게 분포하게 되므로 집중하중으로 인한 상기 경판부(51)의 손상이 방지됨은 물론, 열팽창에 의한 랩(53)의 높이 변화가 상기 경판부(51)의 탄성변형에 의해 흡수되므로 고정스크롤과 선회스크롤(50)의 축방향 틈새가 적절하게 유지되어 상기 랩(53)의 끝단 손상이 방지되는 이점이 있다.

상기한 바와 같이 본 고안에 따른 선회스크롤 구조는, 경판부(51)와 메인프레임의 마찰에 의한 기계적인 손실이 저감되는 동시에 상기 경판부(51)와 랩(53)의 손상이 모두 방지되어 압축기의 성능 및 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 냉매가스를 압축시킬 수 있도록 서로 맞물려 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤 및 선회스크롤과, 상기 선회스크롤의 하측에 설치되어 선회스크롤을 지지하는 메인프레임을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서,

   상기 선회스크롤은 메인프레임에 의해 지지되는 경판부와, 상기 경판부의 상면에 인벌루트 형상으로 형성된 랩을 포함하고,

   상기 경판부 중 메인프레임과 접촉되는 하면은 중심에서 외측 방향을 향해 하측으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 경판부의 경사 깊이는 냉매가스의 토출압에 의한 경판부의 탄성한계 이내가 되도록 선정된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 경판부의 경사 깊이는 냉매가스의 토출압에 의한 경판부의 변형량과 열팽창에 의한 랩의 변형량을 합한 값과 동일하게 되도록 선정된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 선회스크롤 구조.