KR20090012618A - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 상기 고정랩과 선회랩의 내측면과 외측면을 복수 개의 인벌류트곡선 형상으로 형성되어 상기 고정랩과 선회랩의 끝각쪽에서 임의의 중간각까지는 압축실이 형성되지 않도록 함으로써, 상기 고정스크롤과 선회스크롤의 랩높이나 기초원반경을 변경하지 않고도 저용량의 스크롤 압축기를 제공할 수 있고 이를 통해 저용량 스크롤 압축기의 신뢰성을 높이면서 비용상승을 미연에 방지할 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

도 1은 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 고정스크롤과 선회스크롤의 결합상태를 보인 평면도,

도 3은 도 1에 따른 랩의 인벌류트 커브를 보인 개략도,

도 4은 도 1에 따른 고정스크롤을 보인 평면도,

도 5는 도 1에 따른 선회스크롤을 보인 평면도,

도 6은 도 1에 따른 고정스크롤과 선회스크롤의 동작상태를 보인 평면도.

** 도면부호에 대한 간단한 설명 **

110 : 고정스크롤 111 : 고정랩

111a,111b : 제1,제2 단차부 120 : 선회스크롤

121 : 선회랩 121a : 단차부

Cf1,Cf2 : 고정스크롤의 제1,제2 인벌류트곡선

Co1,Co2 : 선회스크롤의 제1,제2 인벌류트곡선

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치이다. 상기 압축기는 유체를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 로터리식, 베인식, 스크롤식으로 구분할 수 있다.

상기 스크롤 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부공간에 동력을 발생하는 구동모터와 그 구동모터의 동력을 전달받아 압축성 유체인 냉매를 압축하는 압축부가 함께 구비되어 있다.

상기 압축부는 고정랩이 형성되어 케이싱에 고정되는 고정스크롤과, 상기 고정랩에 맞물리도록 선회랩이 형성되어 선회운동을 하는 선회스크롤로 이루어져 있다. 상기 고정과 선회랩은 서로 동일한 기초원반경을 가지는 동시에 그 시작각에서 끝각까지 한 개의 인벌류트곡선 형상으로 형성되어 180°의 위상차를 두고 서로 맞물리게 결합되어 있다.

상기와 같은 스크롤 압축기는 상기 고정스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩이 서로 맞물려 상기 선회스크롤이 고정스크롤에 대해 선회운동을 하면서 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하고, 상기 압축실이 선회스크롤의 선회운동시 중심으로 이동하면서 체적이 좁아져 냉매를 연속으로 압축하여 토출하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 스크롤 압축기에서는 압축기의 냉력이 상기 고정랩과 선회랩의 기초원반경, 시작각, 끝각, 높이 등에 의해 결정되고, 압축기의 냉력을 변화시키기 위해서는 상기 고정랩과 선회랩의 기초원반경이나 높이를 변경하여야 한다. 하지만, 랩높이를 높이는 경우 그만큼 강도가 약하게 되어 파손될 우려가 있는 반면 랩높이를 낮추는 경우 축방향누설이 증가하여 성능이 저하될 우려가 있었 다. 또, 상기 랩의 기초원반경을 변경하는 경우에는 그에 따른 소재의 변경이나 팁실의 변경이 동반되어 그만큼 비용의 증가가 초래되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 고정랩과 선회랩의 랩높이나 또는 기초원반경을 변경하지 않고도 압축기의 냉력을 변경할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 복수 개의 스크롤에 각각 인벌류트곡선 형상의 랩이 형성되고 그 복수 개의 랩이 서로 맞물려 적어도 한 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 상기 복수 개의 랩 사이에 중심방향으로 연속하여 이동하면서 체적이 좁아지는 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 복수 개의 랩 중에서 적어도 어느 한 쪽 랩은 복수 개의 인벌류트곡선으로 형성되는 스크롤 압축기가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 일례를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1에 따른 고정스크롤과 선회스크롤의 결합상태를 보인 평면도이며, 도 3은 도 1에 따른 랩의 인벌류트 커브를 보인 개략도이고, 도 4은 도 1에 따른 고정스크롤을 보인 평면도이며, 도 5는 도 1에 따른 선회스크롤을 보인 평면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 스크롤 압축기는, 흡입관(SP)과 토출 관(DP)이 연통 설치되는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 상측에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터(20)와, 상기 케이싱(10)의 상측에 설치되고 상기 구동모터(20)에서 발생되는 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(30)로 구성된다.

상기 압축부(30)는 상기 케이싱(10)에 고정되는 메인프레임(11)의 상면에 고정 설치되는 고정스크롤(110)과, 상기 고정스크롤(110)의 고정랩(111)에 맞물려 복수 개의 압축실(P)을 형성하도록 선회랩(121)이 구비되어 상기 메인프레임(11)의 상면에 선회 가능하게 얹히는 선회스크롤(120)과, 상기 선회스크롤(120)과 메인프레임(11) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(120)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(130)으로 이루어진다.

상기 고정스크롤(110)은 그 경판부의 외주면이 상기 케이싱(10)의 내주면에 밀착될 수 있도록 원형으로 형성되고, 상기 경판부의 저면 중앙에는 상기 고정랩(111)이 형성되며, 상기 경판부의 저면 일측에는 상기 압축실(P)과 케이싱(10)의 흡입공간(S1)이 연통되도록 흡입구(112)가 형성되고, 상기 경판부의 상측 중앙에는 상기 압축실(P)의 토출측과 케이싱(10)의 토출공간(S2)이 연통되도록 토출구(113)가 형성된다.

상기 고정랩(111)은 도 2 및 도 3에서와 같이 소정의 기초원반경을 가지는 인벌류트곡선 형상으로 형성하되, 그 내주면과 외주면은 각각 복수 개의 기초원반경(a1)(a2)을 가지는 복수 개의 인벌류트곡선으로 형성된다. 예컨대, 도 4에서와 같이 상기 고정랩(111)의 내측면은 랩시작각(α)에서 임의의 중간각A까지는 제1 기초원반경(a1)을 가지는 제1 인벌류트곡선(Cf1)으로 형성되는 반면 상기 고정 랩(111)의 중간각A에서 끝각까지는 상기 제1 기초원반경(a1)보다 큰 제2 기초원반경(a2)을 가지는 제2 인벌류트곡선(Cf2)으로 오프셋(offset) 가공하여 제1 단차부(111a)가 형성되고, 상기 고정랩(111)의 외측면도 랩시작각(α)에서 임의의 중간각B까지는 제1 기초원반경(a1)을 가지는 제1 인벌류트곡선(Cf1)으로 형성되는 반면 상기 고정랩(111)의 중간각B에서 끝각까지는 상기 제1 기초원반경(a1)보다 큰 제2 기초원반경(a2)을 가지는 제2 인벌류트곡선(Cf2)으로 오프셋 가공하여 제2 단차부(111b)가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 기초원반경(a1)과 제2 기초원반경(a2)의 경계부위는 단차지게 형성되고, 그 단차진 모서리 면은 상기 선회랩(121)과의 마모를 방지할 수 있도록 라운드지게 형성될 수 있다. 또, 상기 중간각A와 중간각B는 대략 180°의 위상차를 가지도록 형성되는 것이 양쪽 압축실(P)의 체적과 행정을 동일하게 할 수 있어 바람직하다.

상기 선회랩(121)은 소정의 기초원반경을 가지는 인벌류트곡선 형상으로 형성하되, 그 내측면과 외측면 모두 한 개의 기초원반경을 가지는 한 개의 인벌류트곡선으로 형성되거나, 또는 복수 개의 기초원반경을 가지는 복수 개의 인벌류트곡선으로 형성되거나, 또는 내측면과 외측면 중에서 어느 한 쪽은 복수 개의 기초원반경을 가지는 복수 개의 인벌류트곡선으로 형성되는 반면 다른 한 쪽은 한 개의 기초원반경을 가지는 한 개의 인벌류트곡선으로 형성될 수 있다. 그 중에서 도 5는 상기 선회랩(121)의 내측면에만 복수 개의 인벌류트곡선으로 형성되는 반면 그 외측면은 한 개의 인벌류트곡선으로 형성되는 예를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바 와 같이 상기 선회랩(121)의 내측면은 랩시작각(α)에서 임의의 중간각C(고정랩의 중간각B와 대략 대칭되는 위치)까지는 제1 기초원반경(a1)을 가지는 제1 인벌류트곡선(Co1)으로 형성되는 반면 상기 고정랩(121)의 중간각C에서 끝각까지는 상기 제1 기초원반경(a1)보다 큰 제2 기초원반경(a2)을 가지는 제2 인벌류트곡선(Co2)으로 오프셋(offset) 가공하여 제3 단차부(121a)가 형성된다. 여기서, 상기 제1 기초원반경(Co1)과 제2 기초원반경(Co2)의 경계부위는 단차지게 형성되고, 그 단차진 모서리 면은 상기 선회랩과의 마모를 방지할 수 있도록 라운드지게 형성될 수 있다.

한편, 도면으도 도시하지는 않았으나, 상기 선회랩의 내측면과 외측면을 각각 복수 개의 인벌류트곡선으로 형성하는 반면 상기 고정랩의 외측면과 내측면 모두 또는 외측면과 내측면 중에서 어느 한 쪽 측면을 복수 개의 인벌류트곡선으로 형성하거나 또는 외측면과 내측면 모두를 한 개의 인벌류트곡선으로 형성할 수도 있다.

도면중 미설명 부호인 12는 서브프레임, 13은 고저압분리판, 21은 고정자, 22는 회전자, 23은 회전축, Φ는 랩각이다.

상기와 같은 본 발명의 스크롤 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 상기 구동모터(20)에 전원이 인가되면, 상기 구동모터(20)의 회전력을 전달받은 선회스크롤(120)이 올담링(130)에 의해 상기 메인프레임(11)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하게 된다. 그리고 상기 선회스크롤(120)이 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤(110)의 고정랩(111)과 상기 선회스크롤(120)의 선회랩(121) 사이에 연속으로 이동하는 한 쌍의 압축실(P)이 형성되고, 이 압축실(P)은 상기 선회스크롤(120)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하면서 상기 흡입관(SP)을 통해 흡입되는 냉매를 압축하게 된다.

여기서, 상기 고정스크롤(110)과 선회스크롤(120) 사이에 형성되는 압축실(P)로 냉매가 흡입되는 과정을 보다 상세히 살펴보면 도 6과 같다.

예컨대, 도 6의 (a)에서와 같이 상기 선회스크롤(120)이 선회운동을 할 때 그 선회랩(121)의 끝각쪽 내측면이 상기 고정랩(111)의 외측면에서 이격되기 시작하여 냉매를 흡입하고, 도 6의 (b)에서와 같이 상기 선회스크롤(120)이 더 선회운동을 하여 그 선회랩(121)의 끝각쪽 내측면이 상기 고정랩(121)의 외측면에서 더 벌어지면서 외곽측 압축실을 형성하며, 도 6의 (c)에서와 같이 상기 선회스크롤(120)이 더 선회운동을 하여 그 선회랩(121)의 중간각쪽 내측면이 상기 고정스크롤(110)의 외측면에 접근하면서 외곽측의 압축실을 점차 중앙쪽으로 이동시키고, 도 6의 (d)에서와 같이 상기 선회스크롤(120)이 더 선회운동을 하여 그 선회랩(121)의 끝각쪽 내측면이 상기 고정랩(111)의 끝각쪽 외측면으로 접촉되면서 외곽측 압축실을 형성시키는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이때, 도 6의 (d)에서 도 6의 (a)로 진행할 때 상기 고정랩(111)과 선회랩(121)이 한 개의 동일한 인벌류트곡선 형상으로 형성되는 경우에는 상기 선회랩(121)의 끝각쪽 내측면이 상기 고정랩(111)의 외측면에 접촉되어 밀폐된 압축실을 형성하게 되나, 본 발명에서와 같이 상기 고정랩(111)의 외측면이 중간각B를 중심으로 서로 다른 기초원반경(a1)(a2)을 가지는 제1 인벌류트곡선(Cf1)과 제2 인벌류트곡선(Cf2)이 제1 단차부(111a)를 사이에 두고 연결되는 경우에는 상기 선회 랩(121)의 중간각C에서 끝각쪽 내측면이 상기 고정랩(111)의 외측면과 단차진 높이만큼 떨어져 결국 상기 선회랩(121)의 중간각C에서 끝각까지는 압축실을 형성하지 못하게 된다. 그리고 상기 선회랩(121)의 중간각C와 고정랩(111)의 중간각B(111b)를 지난 이후에야 상기 선회랩(121)의 내측면이 고정랩(111)의 외측면에 접촉되어 밀폐된 압축실이 형성되는 것이다.

그리고, 상기 고정랩(111)의 끝각쪽 내측면과 이에 대응되는 선회랩(121)의 외측면 역시 상기 고정랩(111)의 중간각A 지점을 지난 이후에야 밀폐된 압축실이 형성되게 된다.

이렇게 하여, 상기 고정랩과 선회랩의 랩높이와 기초원반경을 유지한 상태에서도 압축용량, 즉 압축기의 냉력을 낮출 수 있어 압축기의 냉력 저감시 랩높이를 낮출 때 발생할 수 있는 압축실에서의 축방향 누설을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 기초원반경의 변경시 발생할 수 있는 소재의 변경이나 팁실의 형상 변경 등에 따른 비용상승을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 상기 고정랩과 선회랩의 내측면과 외측면을 복수 개의 인벌류트곡선 형상으로 형성되어 상기 고정랩과 선회랩의 끝각쪽에서 임의의 중간각까지는 압축실이 형성되지 않도록 함으로써, 상기 고정스크롤과 선회스크롤의 랩높이나 기초원반경을 변경하지 않고도 저용량의 스크롤 압축기를 제공할 수 있고 이를 통해 저용량 스크롤 압축기의 신뢰성을 높이면서 비용상승을 미연에 방지할 수 있다.

Claims (4)

1. 복수 개의 스크롤에 각각 인벌류트곡선 형상의 랩이 형성되고 그 복수 개의 랩이 서로 맞물려 적어도 한 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 상기 복수 개의 랩 사이에 중심방향으로 연속하여 이동하면서 체적이 좁아지는 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서,

   상기 복수 개의 랩 중에서 적어도 어느 한 쪽 랩은 복수 개의 인벌류트곡선으로 형성되는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 랩은 그 시작각에서 임의의 중간각까지는 제1 인벌류트곡선으로 형성되고, 그 중간각에서 끝각까지는 상기 제1 인벌류트곡선의 기초원반경보다 큰 기초원반경을 가지는 제2 인벌류트곡선으로 형성되는 스크롤 압축기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 인벌류트곡선과 제2 인벌류트곡선이 만나는 부위는 단차지게 형성되고, 그 경계부위가 라운드지게 형성되는 스크롤 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 랩의 내외 양측면 중에서 압축실을 형성하는 면의 인벌류트곡선이 복수 개로 형성되는 스크롤 압축기.

Images