KR20070061952A - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 상세하게는 압축된 냉매가 토출되는 과정에서 발생하는 소음이 저감되도록 함과 동시에 토출되는 오일의 회수가 가능한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기는 케이싱; 상기 케이싱의 내부에서 저압부와 고압부를 구획하는 구획부; 상기 구획부의 하측에 체결되는 고정 스크롤; 상기 고정 스크롤에 대해 선회 운동하면서 유체의 압축을 수행하는 선회 스크롤; 상기 압축된 냉매가 토출되도록 하는 제 1 토출 챔버; 상기 제 1 토출 챔버와 연통되며, 냉매와 오일의 분리 작용이 수행되도록 하는 제 2 토출 챔버; 및 상기 제 2 토출 챔버 내에서 형성되며, 냉매의 토출을 가이드하는 제 3 토출 챔버가 포함된다.

본 발명에 의해서 복수 개의 토출 챔버가 형성되어, 압축된 냉매의 토출 과정에서 발생되는 소음을 최소화시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 토출되는 냉매와 오일이 상기 토출 커버와 부딪히게 되어 냉매와 오일의 분리 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

토출 커버, 토출 챔버, 오일 회수

Description

스크롤 압축기{Scroll compressor}

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축부에서 냉매가 압축되는 과정을 설명하는 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 토출 커버와 고정 스크롤이 결합되는 모습을 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 토출 커버와 고정 스크롤의 결합 관계를 보여주는 단면 사시도.

도 5는 SYSNOISE를 통하여 챔버의 갯수에 따른 소음의 저감 효과를 비교한 결과를 보여주는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 선회 스크롤 60 : 고정 스크롤

66 : 오일 회수 유로 100 : 토출 커버

110 : 토출 가이드부 120 : 체결부

130 : 오일 회수부

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 상세하게는 압축된 냉매가 토출되는 과정에서 발생하는 소음이 저감되도록 함과 동시에 토출되는 오일의 회수가 가능한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축 에너지로 전환 시키는 수단으로, 크게 왕복동식, 스크롤식, 원심식 및 베인식으로 구분된다. 특히, 스크롤 압축기는 공조기 및 냉동기의 압축기로 많이 사용되고 있다.

또한, 스크롤 압축기는 저압식 스크롤 압축기와 고압식 스크롤 압축기로 나뉘어 진다.

상세히, 스크롤식 압축기는 그 케이싱의 내부에 흡입가스가 충진되는지, 아니면 토출가스가 충진되는지에 따라, 저압식 스크롤 압축기 또는 고압식 스크롤 압축기로 나뉘어지게 된다.

한편, 종래의 저압식 스크롤 압축기는 케이싱과, 상기 케이싱의 상측에 장착되는 상부 커버와, 회전자와 고정자로 이루어지는 구동모터, 상기 구동모터가 회전함에 따라 함께 회전하고, 또한 상부에 편심부가 형성되며, 내부에 급유로가 형성되는 구동축이 포함되는 구동부와, 상기 구동축의 상측에 끼워지는 상부 프레임과, 외부로부터 유체가 유입되도록 하기 위한 흡입관이 포함된다.

또한, 상기 상부 프레임의 상측에 위치되고, 상기 흡입관을 통해 흡입된 냉매를 선회 운동에 의하여 압축하는 선회 스크롤, 상기 선회 스크롤과 맞물려 상기 상부 프레임의 상측에 고정되는 고정 스크롤, 상기 선회 스크롤이 상기 고정 스크 롤내에서 선회될 수 있도록 하는 올담링이 포함되는 스크롤 압축부가 포함된다.

또한, 상기 고정 스크롤에서 압축된 냉매가 토출되는 토출 포트와, 상기 고정 스크롤과 상부 커버 사이에 형성되는 토출실과, 상기 상부 커버의 일측에 형성되는 토출관이 포함된다.

상기되는 구성에 의해서 스크롤 압축기의 작용을 간단히 설명한다.

먼저, 팽창 과정을 거친 저압 상태의 냉매가 흡입관을 통하여 유입되면, 유입된 냉매 중 일부는 상기 스크롤 압축부로 이동하고, 일부는 압축기의 하부로 이동되어 오일 저유부에 저장된다. 그리고, 상기 스크롤 압축부에서 압축된 고압 상태의 냉매 및 오일은 상기 토출 포트를 통하여 상기 토출실로 토출되고, 상기 토출실에 축적된 냉매와 오일은 상기 토출관을 통하여 압축기 외부로 토출되게 된다.

그런데, 상기와 같이 구성되는 스크롤 압축기는 스크롤 압축부에서 압축된 냉매와 오일이 상기 토출 포트를 통하여 토출될 때, 상기 냉매와 오일이 상기 상부 커버에 직접적으로 부딪히게 되어, 충격에 따른 소음이 발생하게 되는 문제가 있다.

또한, 토출 포트에서 토출된 냉매와 오일이 바로 상기 토출관을 통하여 외부로 배출됨에 따라 스크롤 압축기 내에 스크롤 압축부의 윤활에 필요한 오일이 부족하게 되는 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 상기된 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 토출부의 구조를 개선하여 압축된 냉매의 토출과정에서 발생되는 소음이 저감되도록 하는 스크롤 압축기를 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 토출부의 개선에 의해서 토출되는 냉매와 오일을 분리하고, 분리된 오일의 회수가 가능하도록 하는 스크롤 압축기를 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기된 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 케이싱; 상기 케이싱의 내부에서 저압부와 고압부를 구획하는 구획부; 상기 구획부의 하측에 체결되는 고정 스크롤; 상기 고정 스크롤에 대해 선회 운동하면서 유체의 압축을 수행하는 선회 스크롤; 상기 압축된 냉매가 토출되도록 하는 제 1 토출 챔버; 상기 제 1 토출 챔버와 연통되며, 냉매와 오일의 분리 작용이 수행되도록 하는 제 2 토출 챔버; 및 상기 제 2 토출 챔버 내에서 형성되며, 냉매의 토출을 가이드하는 제 3 토출 챔버가 포함된다.

제안되는 바와 같은 본 발명에 의해서 복수 개의 토출 챔버가 형성되어, 압축된 냉매의 토출 과정에서 발생되는 소음을 최소화시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 토출되는 냉매와 오일이 상기 토출 커버와 부딪히게 되어 냉매와 오일의 분리 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 고정 스크롤에 오일 회수 유로가 형성되고, 상기 오일 회수 유로에 오일 회수관이 연결됨에 따라 상기 분리된 오일이 회수되어 오일 저유부에 저장할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 토출 소음이 저감되고, 냉매와 오일이 분리되어 오일이 회수됨에 따라 압축기의 전체적인 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스크롤 압축기(1)는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 상측에 장착되는 상부 커버(12)에 의해서 외관이 형성된다.

또한, 상기 스크롤 압축기(1)는 회전력이 발생되는 구동부와, 외부에서 유체가 흡입되는 흡입부와, 상기 흡입부로부터 흡입된 유체가 압축되는 스크롤 압축부와, 상기 스크롤 압축부에 의해서 압축된 고압의 유체가 토출되는 토출부와, 상기 스크롤 압축부로 오일이 공급되도록 하는 오일 펌프(70)가 포함된다.

상세히, 상기 구동부는 고정자(21) 및 상기 고정자(21)의 내측에 위치하는 회전자(22)로 형성되는 구동 모터(20)와, 상기 구동 모터(20)의 중심부위에 끼워져서 회전하는 구동축(30)이 포함된다. 그리고, 구동축(30)에는 급유로(32)가 관통 성형되어 상기 오일 펌프(70)에 의해 펌핑된 오일이 상측으로 유동되도록 한다.

또한, 상기 흡입부는 상기 케이싱(10) 외주면 일측에 형성된 흡입관(84)과, 상기 흡입관(84)과 연통되고, 유입된 냉매가 축적되는 흡입실(82)이 포함된다.

또한, 상기 스크롤 압축부는 상기 구동축(30)의 상측에 끼워져서 상기 구동축(30)을 지지하는 상부 프레임(40)과, 상기 흡입관(84)을 통하여 흡입된 냉매를 압축할 수 있도록 상기 상부 프레임(40)의 상측에 지지되는 선회 스크롤(50)과, 상기 선회 스크롤(50)과 맞물려 상기 상부 프레임(40)의 상측에 고정되는 고정 스크롤(60)과, 상기 선회 스크롤(50)이 상기 고정 스크롤(60) 내에서 선회될 수 있도록 하는 올담링(미도시)이 포함된다.

또한, 상기 토출부는 상기 고정 스크롤(60)의 중앙부에 형성되어 압축된 냉매를 내보내는 토출 포트(64)와, 상기 고정 스크롤(60)과 상기 고정 스크롤(60)의 상측에 장착되는 토출 커버(100) 사이에 형성되는 토출실(94)과, 상기 상부 커버(12)의 일측에 형성되는 토출관(96)이 포함된다. 그리고, 상기 케이싱(10)의 내부는 상기 토출 커버(100)에 의해 저압부와 고압부로 구획된다.

또한, 상기 오일 펌프(70)는 스크롤 압축기(1)의 내부 하측에 위치하며, 상기 구동축(30)의 회전에 의해 상기 케이싱(10) 하측의 오일 저유부(12)에 저장된 오일이 펌핑되도록 구성된다.

이하에서는 본 발명에 따른 스크롤 압축기(1)의 작용에 대해서 설명한다.

먼저, 압축기(1)가 구동되면, 흡입관(84)을 통하여 냉매가 흡입된다. 그러면, 상기 흡입된 냉매 중의 일부는 흡입실(82)을 거쳐 스크롤 압축부로 유입되고, 일부 냉매는 오일 저유부(12)로 이동되어 저장된다.

또한, 스크롤 압축부로 이동된 냉매는 상기 선회 스크롤(50)의 선회 운동에 의해 고압으로 압축되고, 압축된 냉매는 스크롤의 중앙부로 모아진다. 그리고, 모아진 고압의 냉매는 토출 포트(64)를 통하여 토출실(94)로 이동된다. 그리고, 최종적으로, 토출실(94)에 축적된 냉매는 토출관(96)을 통하여 압축기(1) 외부로 토출되게 된다.

그리고, 상기와 같이 냉매의 압축 과정이 수행되는 동안 상기 오일 저유부(12) 저장된 오일은 상기 오일 펌프(70)에 의해 상기 구동축(30) 내부를 따라 상승하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축부에서 냉매가 압축되는 과정을 설명하는 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스크롤 압축부는 고정 스크롤(60)의 하측에 스파이럴 형상으로 형성되어 있는 고정 스크롤랩(62)과, 상기 선회 스크롤(50)의 상측에 스파이럴 형상으로 형성되고, 상기 고정 스크롤랩(62)에 대하여 180도 엇갈려 삽입되는 선회 스크롤랩(52)과, 상기 고정 스크롤랩(62)의 내측 중심부에 형성되는 토출 포트(64)가 포함된다.

이러한 구성에 의해서, 냉매가 압축되는 과정을 설명한다.

먼저, 상기 선회 스크롤(50)이 구동축(30)을 중심으로 편심되어 선회(공전)하게 된다. 그리고, 상기 선회 스크롤(50)이 상기 고정 스크롤(60)에 대하여 구동축(30)의 회전에 의하여 선회됨으로써, 각각의 랩(52)(62)끼리 면접촉을 일으켜 냉매를 압축하는 포켓(99)이 형성된다.

또한, 형성된 포켓(99)은 스크롤 랩의 중심부로 돌아 들어가면서 체적이 작아지고, 체적이 작아짐에 따라 높은 압력이 형성되고, 형성된 고압의 유체는 스크롤 부재의 중심부에 있는 토출 포트(64)를 통하여 토출실(94)로 이동된다.

도 3은 본 발명에 따른 토출 커버와 고정 스크롤이 결합되는 모습을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 토출 커버와 고정 스크롤의 결합 관계를 보여주는 단면 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 고정 스크롤(60)의 상측에는 압축된 냉매와 오일이 토출되는 과정에서 발생되는 소음이 감소되도록 하는 토출 커버 (100)가 장착된다.

상세히, 상기 토출 커버(100)는 단차지게 형성되어, 냉매의 토출을 가이드하는 토출 가이드부(110)와, 상기 토출 가이드부(110)에서 연장 성형되어 상기 고정 스크롤에 체결되는 체결부(120)가 포함된다.

그리고, 상기 토출 가이드부(110)에는 냉매의 토출을 가이드 함과 동시에 냉매와 오일이 분리되도록 하는 배플부(112)가 상면에서 하방으로 연장 성형된다. 그리고, 상기 배플부(112)는 원통형의 형상을 가지며, 상기 배플부(112)에는 냉매가 토출되도록 하는 토출구(113)가 형성된다.

또한, 상기 체결부(120)에는 상기 고정 스크롤(60)에 결합되기 위하여 스크류가 관통되는 스크류 관통홀(124)이 복수 개 형성된다. 그리고, 상기 체결부(120)의 외주면에는 상기 상부 커버(12)와 케이싱(10)이 각각 체결되는 체결 리브(122)가 형성된다.

따라서, 상기 체결 리브(122)의 상측에는 상기 상부 커버(12)가 결합되고, 상기 체결 리브(122)의 하측에는 케이싱(10)이 결합된다.

한편, 상기 고정 스크롤(60)에는 분리된 오일이 회수되는 오일 회수 유로(66)가 형성된다. 그리고, 오일 회수 유로(66)의 단부에는 오일 회수부(130)가 결합된다.

상세히, 상기 오일 회수 유로(66)는 상기 고정 스크롤(60)의 상면에서 하방으로 함몰 성형되는 수직 유로(66a)와, 상기 수직 유로(66a)의 단부에서 수평 방향으로 형성되는 수평 유로(66b)가 포함된다. 그리고, 상기 수평 유로(66b)에는 오일 의 회수가 용이하도록 하는 모세관(capillary: 140)이 삽입된다.

여기서, 상기 모세관(140)은 수평 유로(66a)가 아닌 수직 유로(66b)에 삽입될 수 있으며, 수평 유로(66a)와 수직 유로(66b) 각각에 삽입될 수도 있다.

그리고, 고정 스크롤(60)의 측면에는 상기 오일 회수부(130)가 결합되도록 하는 결합단(68)이 형성된다.

한편, 상기 오일 회수부(130)는 상기 결합단(68)에 체결되는 결합부(134)와, 오일이 회수되도록 하는 오일 회수관(132)이 포함된다.

상세히, 상기 결합부(134)는 상기 결합단(68)과 대응되는 형상으로 형성된다. 그리고, 상기 결합부(134)에는 상기 결합단(68)에 스크류 체결되기 위한 체결홀(135)이 복수 개 형성된다. 물론, 상기 결합단(68)에는 상기 체결홀(135)과 대응되는 위치에 체결홈(69)이 형성됨은 물론이다.

그리고, 상기 오일 회수관(132)은 상기 오일 회수 유로(66)와 연통되며, 상기 오일 회수 유로(66)와 동일한 직경을 가진다. 그리고, 상기 오일 회수관(132)은 소정 길이를 가지고 하방으로 연장되며, 회수된 오일이 상기 오일 저유부(12)에서 저장되도록 한다.

여기서, 상기 오일 회수관(132)은 모세관 현상에 의해 오일의 회수 작용이 원활해지도록 모세관으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 토출 커버(100)와 고정 스크롤(60)이 결합되면, 압축된 냉매가 토출되는 토출 챔버가 복수 개 형성되며, 이에 따라 냉매와 오일이 토출되는 과정에서 발생되는 소음이 저감되는 효과를 얻을 수 있다.

상세히, 상기 고정 스크롤(60)의 상단 중앙부에 형성되는 토출 포트(64)가 제 1 토출 챔버가 되고, 상기 고정 스크롤(60)과 토출 가이드부(110) 사이에 형성되는 토출실(94)이 제 2 토출 챔버가 되며, 상기 배플부(112)의 내부 공간이 제 3 토출 챔버가 된다. 그리고, 상기 토출 챔버 각각의 크기는 서로 상이하게 형성된다.

여기서, 상기 복수 개의 챔버에 의해 소음이 저감되는 원리는 다음과 같다.

여기서, 상기 수학식1은 토출 챔버가 1개일 때의 전달함수T를 나타내는 식이고, 상기 수학식2는 본 발명과 같이 토출 챔버가 3개일 때의 전달함수T를 나타내는 식이다.

그리고, P는 압력, Q는 체적 속도, S는 단면적, L은 길이를 나타내고, 첨자 1,2,3은 각각의 토출 챔버를 나타낸다. 그리고, 일반적으로 상기 전달함수 T의 행렬이 작을수록 소음이 적게 발생하게 된다.

상기 수학식을 비교하면, 상기 수학식1의 전달함수T의 행렬보다 수학식 2의 전달함수 T의 행렬은 작은 값을 가지게 되므로, 상기 수학식2의 경우가 소음이 적게 발생하게 되는 것을 알 수 있다.

따라서, 크기가 서로 상이한 복수 개의 토출 챔버가 형성됨에 따라 압축된 냉매가 토출되는 과정에서 발생하는 소음이 저감되는 효과가 있게 된다.

이하에서는 압축된 냉매와 오일의 토출 과정에 대해서 설명한다.

먼저, 스크롤 압축부에서 압축된 냉매와 오일은 제 1 토출 챔버인 토출 포트(64)를 통해서 제 2 토출 챔버인 토출실(94)로 배출된다. 이때, 상기 냉매와 오일은 상부 커버(12)에 직접 부딪히지 않고, 상기 토출 가이드부(110)와 부딪히게 되어 압축기(1) 외부에서 들리는 소음이 일차적으로 감소되게 된다. 그리고, 상기 냉매와 오일이 상기 토출 가이드부(110)와 부딪히고, 상기 제 2 토출 챔버의 내부를 유동하게 됨에 따라 냉매와 오일이 분리되게 된다.

그 다음, 상기 제 2 토출 챔버 내의 냉매는 상기 제 3 토출 챔버인 배플부(112)를 통하여 토출된 뒤, 상기 토출관(96)을 따라 압축기(1) 외부로 토출된다. 반면, 분리된 오일은 상기 오일 회수 유로(66)로 유입된다. 그리고, 상기 오일 회수 유로(66)로 유입된 오일은 모세관(140)을 거쳐 상기 오일 회수관(132)으로 유입된다. 그리고, 상기 오일 회수관(132)으로 유입된 오일은 상기 오일 회수관(132)을 따라 유동한 후 하방으로 낙하되며, 최종적으로 상기 오일 저유부(12)에 저장되게 된다.

이때, 상기 냉매는 제 1 토출 챔버에서 제 2 토출 챔버를 거쳐 제 3 토출 챔버로 토출되므로, 상술한 바와 같이 이차적으로 토출 소음이 저감되는 효과가 있게 된다.

도 5는 SYSNOISE를 통하여 챔버의 갯수에 따른 소음의 저감 효과를 비교한 결과를 보여주는 그래프이다.

도 5를 참조하면, 상기 그래프에서 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 TL(Transmission Loss)를 나타낸다. 그리고, 상기 선도 A는 토출 챔버가 1개일 때의 결과를 나타내고, 선도 B는 본 발명과 같이 토출 챔버가 3개일 때의 결과를 나타낸다. 여기서, 상기 TL은 일반적으로 큰 값을 가질수록 소음 저감 효과가 크다.

도 5에서 주파수가 대략 1KHz ~ 3KHZ 대역일 때, 두 선도를 비교하면, 토출 챔버가 3개(선도 B)일 때가 1개(선도 A)일 때보다 TL이 대략 10~30db 정도 크게 나타남을 알 수 있다.

즉, 토출 챔버가 3개일 때가 토출 챔버가 1개일 때보다 TL이 큰 값을 가짐에 따라 소음 저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있게 된다.

따라서, 상기 토출 커버(100)가 상기 고정 스크롤에 결합됨에 따라 다수 개의 토출 챔버가 형성되고, 이에 따라 냉매의 토출 과정에서 발생되는 소음이 저감되는 효과가 있게 된다.

여기서, 본 실시예는 상기 토출 커버(110)의 결합에 3개의 챔버가 형성되나, 본 발명의 사상은 상기 토출 챔버의 갯수에 제한되지 않음을 밝혀둔다.

본 발명에 의해서 토출 커버가 구비됨에 따라 복수 개의 토출 챔버가 형성되어, 압축된 냉매의 토출 과정에서 발생되는 소음을 최소화시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 토출되는 냉매와 오일이 상기 토출 커버와 부딪히게 되어 냉매와 오일의 분리 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 고정 스크롤에 오일 회수 유로가 형성되고, 상기 오일 회수 유로에 오일 회수관이 연결됨에 따라 상기 분리된 오일이 회수되어 오일 저유부에 저장할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 토출 소음이 저감되고, 냉매와 오일이 분리되어 오일이 회수됨에 따라 압축기의 전체적인 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 케이싱;

   상기 케이싱의 내부에서 저압부와 고압부를 구획하는 구획부;

   상기 구획부의 하측에 체결되는 고정 스크롤;

   상기 고정 스크롤에 대해 선회 운동하면서 유체의 압축을 수행하는 선회 스크롤;

   상기 압축된 냉매가 토출되도록 하는 제 1 토출 챔버;

   상기 제 1 토출 챔버와 연통되며, 냉매와 오일의 분리 작용이 수행되도록 하는 제 2 토출 챔버; 및

   상기 제 2 토출 챔버 내에 형성되며, 냉매의 토출을 가이드하는 제 3 토출 챔버가 포함되는 스크롤 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 토출 챔버는 고정 스크롤에 형성되는 스크롤 압축기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 토출 챔버는 상기 고정 스크롤과 상기 구획부의 사이에 형성되는 스크롤 압축기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 3 토출 챔버는 상기 구획부의 상면에서 하방으로 연장 성형되는 연장부의 내부 공간인 스크롤 압축기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정 스크롤은 오일이 회수되도록 하는 오일 회수 유로와,

   상기 오일 회수 유로와 연통되며, 회수된 오일이 압축기 하부의 오일 저유부로 유동되도록 가이드하는 오일 회수부가 포함되는 스크롤 압축기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 오일 회수 유로에는 모세관이 구비되는 스크롤 압축기.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 오일 회수부는 상기 고정 스크롤에 결합되는 결합부와,

   상기 오일 회수 유로와 연통되는 오일 회수관이 포함되는 스크롤 압축기.

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