KR20100018386A - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 복수 개의 스크롤중에서 상대편 스크롤과 접하는 한 쪽 스크롤에는 선회하는 스크롤의 운동에 따라 상기 압축실과 배압실이 주기적으로 연통되도록 하는 적어도 한 개의 배압통로가 형성됨으로써 상대적으로 밀도가 낮은 냉매가스가 배압실의 상층에 위치하게 상기 선회스크롤의 선회운동에 대한 저항이 작아지게 되고 이를 통해 상기 선회스크롤의 거동이 안정되어 상기 선회스크롤과 고정스크롤 사이의 압축실이 긴밀하게 실링되면서 압축기의 성능이 향상될 수 있다.

스크롤 압축기, 배압, 배압통로

Description

스크롤 압축기{SCOROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에서 선회스크롤의 배면에 중간압을 형성하기 위한 장치에 관한 것이다.

스크롤 압축기는 대향하는 한 쌍의 스크롤에 의해 형성되는 압축실의 체적을 변화시켜 냉매가스를 압축하는 압축기이다. 스크롤 압축기는 왕복동식 압축기 또는 로타리 압축기에 비해 효율이 높고, 진동 및 소음이 낮으며, 소형 및 경량화가 가능하여 특히 공기조화기에 넓게 사용되고 있는 추세이다.

스크롤 압축기는 그 케이싱의 내부공간에 채워지는 냉매의 압력에 따라 크게 저압식과 고압식으로 구분될 수 있다. 고압식 스크롤 압축기는, 고압상태를 유지하는 케이싱의 내부에 고정스크롤과 선회스크롤이 서로 맞물린 상태로 한 쌍의 압축실을 형성하고, 상기 선회스크롤을 지지하는 프레임에는 상기 고정스크롤과 선회스크롤의 축방향 간극을 좁게 유지하기 위해 중간압의 배압실(背壓室)을 형성하고 있다.

상기와 같은 고압식 스크롤 압축기는, 상기 선회스크롤이 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤에 형성된 흡입구를 통해 냉매가 압축실로 직접 흡입되고, 이 냉매 는 상기 선회스크롤의 선회운동에 의해 압축실의 중심부로 이동되면서 압축된다. 압축된 냉매는 상기 고정스크롤에 형성된 토출구를 통해 상기 케이싱의 내부공간으로 토출되어 상기 케이싱의 내부는 상기 압축실에서 토출된 고압의 냉매가스에 의해 고압상태가 된다. 이때, 상기 케이싱 내의 오일은 구동축의 오일유로를 통해 흡상되어 상기 프레임과 선회스크롤 사이의 배압실로 유입되고, 이 배압실로 유입되는 오일에 의해 상기 선회스크롤이 축방향으로 지지되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 고압식 스크롤 압축기는, 상기 배압실에 채워지는 오일의 점도가 높아 상기 선회스크롤의 선회운동시 교반운동에 의해 상기 오일이 불규칙한 저항체로 작용하면서 상기 선회스크롤의 거동을 불안정하게 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 고압식 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 선회스크롤의 선회운동시 오일의 교반현상에 의해 상기 선회스크롤의 거동이 불안정하게 되는 것을 방지할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 해결하기 위하여, 복수 개의 스크롤의 나선형 랩이 서로 맞물려 연속으로 이동하는 압축실을 형성하고, 복수 개의 스크롤 중에서 선회운동을 하는 스크롤의 압축배면에 배압실을 형성하여 복수 개의 스크롤이 축방향으로 실링되도록 하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 복수 개의 스크롤중에서 상대편 스크롤과 접하는 한 쪽 스크롤에는 선회하는 스크롤의 운동에 따라 상기 압축실과 배압실이 주기적으로 연통되도록 하는 적어도 한 개의 배압통로가 형성되는 스크롤 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 복수 개의 스크롤중에서 상대편 스크롤과 접하는 한 쪽 스크롤에는 선회하는 스크롤의 운동에 따라 상기 압축실과 배압실이 주기적으로 연통되도록 하는 적어도 한 개의 배압통로가 형성됨으로써 상대적으로 밀도가 낮은 냉매가스가 배압실의 상층에 위치하게 상기 선회스크롤의 선회운동에 대한 저항이 작아지게 되고 이를 통해 상기 선회스크롤의 거동이 안정되어 상기 선 회스크롤과 고정스크롤 사이의 압축실이 긴밀하게 실링되면서 압축기의 성능이 향상될 수 있다.

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

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 고압식 스크롤 압축기는, 밀폐된 내부공간을 갖는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 상하 양측 내부공간에 각각 고정되는 메인프레임(20) 및 서브프레임(미도시)과, 상기 메인프레임(20)과 서브프레임(미도시) 사이에 장착되어 회전력을 발생하는 구동모터(30)와, 상기 메인프레임(20)의 상면에 고정 설치되고 상기 가스흡입관(SP)이 직접 결합되는 고정스크롤(40)과, 상기 고정스크롤(40)에 맞물려 압축실(P)을 형성하도록 상기 메인프레임(20)의 상면에 선회 가능하게 얹히는 선회스크롤(50)과, 상기 선회스크롤(50)과 메인프레임(20) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(50)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(미도시)과, 상기 선회스크롤(50)과 메인프레임(20) 사이에 구비되어 오일의 유통을 차단하는 실링부재(60)가 포함된다.

상기 케이싱(10)은 그 밀폐된 내부공간이 상기 메인프레임(20)과 고정스크롤(40)에 의해 상측공간(S1)과 하측공간(S2)으로 구획되어 그 상측공간(S1)과 하측공간(S2)이 모두 고압상태를 유지하고, 상기 케이싱(10)의 하측공간(S2) 바닥면에는 오일이 채워진다. 그리고, 상기 케이싱(10)의 상측공간(S1)에는 상기 가스흡입관(SP)이 관통하도록 결합되고, 상기 케이싱(10)의 하측공간(S2)에는 가스토출 관(DP)이 연통하도록 결합된다.

상기 메인프레임(20)은 그 중앙에 축수구멍(21)이 관통 형성되고, 그 축수구멍(21)의 상단에는 후술할 구동축(32)을 통해 흡상되는 오일이 모이도록 오일포켓(22)이 형성된다. 그리고, 상기 메인프레임(20)의 상면 가장자리에는 흡입되는 냉매의 일부와 흡상되는 오일의 일부가 섞여 중간압을 갖는 배압실(S3)을 이루도록 배압홈(23)이 형성되고, 상기 배압홈(23)의 안쪽에는 상기 실링부재(60)가 삽입되어 상기 오일포켓(22)에 고이는 오일이 고압을 유지할 수 있도록 실링하는 실링홈(미부호)이 환형으로 형성된다. 상기 배압실(S3)은 메인프레임(20)의 배압홈(23)과 후술할 고정스크롤(40)의 경판부(41) 그리고 후술할 선회스크롤(50)의 경판부(51)가 조합되어 공간을 형성한다.

상기 구동모터(30)는 상기 케이싱(10)의 내부에 고정되어 외부에서 전원을 인가받는 고정자(31)와, 상기 고정자(31)의 내부에 일정 공극을 두고 배치되어 상기 고정자(31)와 상호 작용하면서 회전하는 회전자(미도시)와, 상기 회전자에 열박음으로 결합되어 상기 구동모터(30)의 회전력을 상기 선회스크롤(50)에 전달하는 구동축(32)으로 이루어진다. 상기 구동축(32)은 축방향으로 오일유로(32a)가 관통 형성되고, 상기 오일유로(32a)의 하단에는 오일펌프(미도시)가 설치된다.

상기 고정스크롤(40)은 그 경판부(41) 저면에 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 이루는 고정랩(42)이 나선형으로 형성되고, 상기 경판부(41)의 측면에는 상기 가스흡입관(SP)이 직접 연통되는 흡입구(43)가 형성되며, 상기 경판부(41) 상면 중앙에는 압축된 냉매를 상기 케이싱(10)의 상측공간(S1)으로 토출하는 토출구(44)가 형성된 다.

상기 선회스크롤(50)은 그 경판부(51) 상면에 상기 고정스크롤(40)의 고정랩(42)과 함께 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 이루는 선회랩(52)이 나선형으로 형성되고, 상기 경판부(51) 저면 중앙에는 상기 구동축(32)에 결합되어 상기 구동모터(30)의 동력을 전달받는 보스부(53)가 형성된다. 그리고 상기 선회스크롤(50)의 경판부(51) 상면에는 그 선회스크롤(50)의 선회운동에 따라 상기 압축실(P)과 배압실(S3)이 주기적으로 연통되도록 하는 적어도 한 개의 배압통로(54)가 형성된다.

상기 배압통로(54)는 도 2 내지 도 4에서와 같이, 상기 선회스크롤(50)의 외주면 모서리에서 중심방향으로 대략 방사상 선형으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 배압통로(54)는 그 중심방향 끝단의 위치(A)가 최외곽 랩의 바깥면에서 0.1mm < A < 선회반경×2 범위에 형성될 수 있다. 그리고 상기 배압통로(54)의 선회방향 각도는 대략 180°+ 중심각도(a+b)/2의 범위에서 형성될 수 있다.

한편 상기 배압통로(54)는 도 5에서와 같이 상기 선회스크롤(50)의 경판부(51) 상면에 홈모양으로 형성될 수도 있지만, 도 6에서와 같이 상기 선회스크롤(50)의 경판부(51) 내부를 관통하는 구멍모양으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 배압통로(54)는 상기 선회스크롤(50)의 경판부(51) 상면에서 소정의 깊이로 수직로(54a)가 형성되고, 그 수직로(54a)의 끝단에서 외주면까지 수평로(54b)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 수직로(54a)의 상단, 즉 입구단은 홈모양으로 된 배압통로(54)의 중심방향 끝단의 위치(A)와 동일한 위치에서 형성되고, 상기 배압통로(54)의 선회방향 각도 역시 전술한 홈모양으로 된 경우와 같이 동일한 범위에서 형성될 있다. 그리고 상기 배압통로(54)가 구멍모양으로 형성되는 경우에는 그 출구단의 높이가 적어도 상기 선회스크롤(50)의 경판부 외주면 두께방향의 중심보다 높게 형성되는 것이 가스가 배압실(S3)의 상측에 위치할 수 있도록 하여 상기 선회스크롤(50)의 거동을 안정시킬 수 있다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 상기 구동모터(30)에 전원이 인가되면, 상기 구동축(32)이 회전자와 함께 회전을 하면서 상기 선회스크롤(50)에 회전력을 전달하고, 이 회전력을 전달받은 상기 선회스크롤(50)은 올담링(60)에 의해 상기 메인프레임(20)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤(40)의 고정랩(42)과 상기 선회스크롤(50)의 선회랩(52) 사이에 연속으로 이동하는 한 쌍의 압축실(P)이 형성된다. 그리고 이 압축실(P)은 상기 선회스크롤(50)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 흡입되는 냉매를 압축하게 된다.

이와 동시에, 상기 구동축(32)의 하단에 설치된 오일펌프(미도시)에서는 상기 케이싱(10)에 채워져 있는 오일을 펌핑하게 되고, 이 오일은 상기 구동축(32)의 오일유로(32a)를 통해 상단으로 흡상되면서 일부는 상기 메인프레임(20)의 축수구멍(21)으로 공급되는 반면 일부의 오일은 상기 구동축(32)의 상단에서 비산되어 상기 메인프레임(20)의 배압실로 유입된다. 그리고 이 배압실로 유입된 오일은 상기 선회스크롤(50)을 지지하여 그 선회스크롤(50)이 상기 고정스크롤(40)쪽으로 상승하도록 함으로써 상기 고정랩(42)과 선회랩(52)의 각각의 경판부(51)(41)에 밀착되면서 압축실(P)이 밀봉되로록 하게 된다.

이 상태에서 상기 선회스크롤(50)은 지속적으로 선회운동을 하게 되고, 상기 선회스크롤(50)이 선회운동을 하면서 그 경판부(51)에 마련된 배압통로(54)가 주기적으로 고정랩(42)으로부터 벗어나면서 열리게 되며, 그 열린 배압통로(54)를 통해 배압실(S3)에 채워지는 오일의 일부가 압축실(P)로 유입되는 동시에 상기 배압실(S3)의 내부압력이 균일하게 유지될 수 있다. 예컨대, 상기 배압실(S3)은 구동축(32)을 통해 유입되는 오일과 상기 압축부에서 유입되는 냉매가스가 함께 존재하게 되나, 상대적으로 밀도가 높은 오일은 배압실(S3)의 바닥에 가라앉고 그 반대로 밀도가 낮은 냉매가스는 배압실(S3)의 상층에 위치하게 된다. 따라서 상기 선회스크롤(50)의 경판부(51) 외주면이 접하는 배압실(S3)의 상층은 상대적으로 밀도가 낮은 냉매가스가 채워짐에 따라 상기 선회스크롤(50)의 선회운동에 대한 저항이 작아져 상기 선회스크롤(50)의 거동이 안정될 수 있다. 이에 따라 상기 선회스크롤(50)과 고정스크롤(40) 사이의 압축실(P)이 긴밀하게 실링되면서 압축기의 성능이 향상될 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 상기 배압통로가 상기 선회스크롤의 경판부에 형성되는 것이나, 경우에 따라서는 도 7에서와 같이 상기 선회스크롤(50)의 경판부(51)에 대응하는 상기 고정스크롤(40)의 경판부(41)에 상기 배압통로(45)가 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 배압통로(45)의 출구단은 상기 선회스크롤(50)의 선회궤적보다 바깥쪽에서 그 선회스크롤(50)의 경판부(51)보다 낮지 않은 위치에 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 상기 고정스크롤(40)에 형성되는 배압통로(45)는 상기 고정스크롤(40)의 스러스트면(46)에 대략 방사상의 홈(도 7에 도 시)으로 형성되거나 또는 구멍(미도시)으로 형성될 수 있다. 이에 대한 작용효과는 전술한 실시예와 대략 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 8은 본 발명의 배압통로가 적용된 고압식 스크롤 압축기에 대한 작용 효과를 실험을 통해 살펴본 것이다. 도 8의 (a)는 본 발명의 배압통로가 적용되지 않은 경우 배압실에서의 중간압 변동이 과다하게 발생되는 그래프로 보인 것으로, 저속회전(30Hz)를 제외한 중속회전(60Hz)와 고속회전(90Hz)에서 심한 변동이 발생되는 것을 알 수 있다. 특히, 고속회전시에는 배압실에서의 중간압 변동이 크게 발생되고 있었다.

하지만, 도 8의 (b)에서와 같이 본 발명의 배압통로가 적용된 경우에는 배압실에서의 중간압 변동이 상당히 개선된 것을 알 수 있다. 특히, 중속회전은 물론 고속회전에서의 중간압 변동이 크게 낮아졌슴을 알 수 있다.

본 발명의 스크롤 압축기는 에어콘과 같은 냉매압축식 냉동사이클이 적용되는 냉동기계에 넓이 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 압축부를 파단하여 보인 사시도,

도 3은 도 2에 따른 압축부에서 배압통로 주변을 확대하여 보인 사시도,

도 4는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 선회스크롤의 평면도,

도 5는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 배압통로의 일실시예를 보인 종단면도,

도 6은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 배압통로의 다른 실시예를 보인 종단면도,

도 7은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 배압통로를 고정스크롤에 적용한 실시예를 보인 종단면도,

도 8은 본 발명의 배압통로가 적용된 고압식 스크롤 압축기에 대한 작용 효과를 실험을 통해 살펴본 그래프.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

20 : 메인프레임 23 : 배압홈

40 : 고정스크롤 41 : 고정스크롤 경판부

50 : 선회스크롤 51 : 선회스크롤 경판부

45,54 : 배압통로

Claims (9)

1. 복수 개의 스크롤의 나선형 랩이 서로 맞물려 연속으로 이동하는 압축실을 형성하고, 복수 개의 스크롤 중에서 선회운동을 하는 스크롤의 압축배면에 배압실을 형성하여 복수 개의 스크롤이 축방향으로 실링되도록 하는 스크롤 압축기에 있어서,

   상기 복수 개의 스크롤중에서 상대편 스크롤과 접하는 한 쪽 스크롤에는 선회하는 스크롤의 운동에 따라 상기 압축실과 배압실이 주기적으로 연통되도록 하는 적어도 한 개의 배압통로가 형성되는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 배압통로는 홈으로 형성되는 스크롤 압축기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 배압통로는 선회하는 스크롤의 외주면 모서리에서 중심방향으로 대략 방사상 선형으로 형성되는 스크롤 압축기.
4. 제2항에 있어서,

   상기 배압통로는 고정되는 스크롤의 스러스트면에 대략 방사상 선형으로 형성되는 스크롤 압축기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 배압통로는 구멍으로 형성되는 스크롤 압축기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 배압통로는 선회하는 스크롤의 외주면에서 스러스트면으로 절곡되어 선형으로 관통 형성되는 스크롤 압축기.
7. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 배압통로는 그 출구높이가 적어도 선회하는 스크롤의 외주면에 대한 두께방향 중심보다는 높게 형성되는 스크롤 압축기.
8. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 배압통로는 그 중심방향 끝단의 위치(A)가 최외곽 랩의 바깥면에서 0.1mm < A < 선회반경×2 범위에 형성되는 스크롤 압축기.
9. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 배압통로의 선회방향 각도는 대략 180°+ 중심각도(a+b)/2의 범위에서 형성되는 스크롤 압축기.

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