KR20130031736A

KR20130031736A - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR20130031736A
Application number: KR1020110095473A
Authority: KR
Inventors: 엄태민; 이병철; 박진성; 배철직
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-03-29

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기에 관한 것이다. 본 발명은, 회전축의 편심부가 선회스크롤의 선회랩과 반경방향으로 중첩되는 축관통 스크롤 압축기에서 선회스크롤과 프레임의 대향면 사이에 복수 개의 자전방지핀이 설치됨으로써 가스력이 편심지게 발생하게 되더라도 그로 인해 상기 선회스크롤의 선회운동을 지지하는 자전방지부재와 선회스크롤 또는 고정스크롤 사이에서의 마찰손실이나 마모가 증가하는 것을 방지할 수 있고 이를 통해 압축기의 성능을 높일 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이다.

스크롤 압축기는 고정랩을 갖는 고정스크롤과 선회랩을 갖는 선회스크롤을 포함한다. 이러한 스크롤 압축기는 상기 선회스크롤이 고정스크롤 상에서 선회운동을 하면서, 고정랩과 선회랩 사이에 형성되는 압축실의 연속적인 부피 변화를 통해서 냉매를 흡입 및 압축하는 방식이다.

그리고 이러한 스크롤 압축기는 흡입, 압축 및 토출이 연속적으로 이루어지므로 작동 과정에서 발생되는 진동 및 소음의 측면에서 다른 형태의 압축기에 비해서 우수한 장점을 갖는다.

스크롤 압축기에 있어서, 그 거동 특성은 상기 고정랩 및 선회랩의 형태에 의해 결정되게 된다. 고정랩과 선회랩은 임의의 형상을 가질 수 있지만 통상적으로는 가공이 용이한 인볼류트 곡선의 형태를 갖고 있다. 인볼류트 곡선은 임의의 반경을 갖는 기초원의 주위에 감겨있는 실을 풀어낼 때 실의 단부가 그리는 궤적에 해당되는 곡선을 의미한다. 이러한 인볼류트 곡선을 이용하는 경우 랩의 두께가 일정하므로 용적변화율도 일정하게 되므로, 충분한 정도의 압축비를 얻기 위해서는 랩의 권수를 늘려야 하지만, 압축기의 크기도 함께 커지게 된다.

한편, 상기 선회스크롤은 통상적으로는 원판 형태의 경판과 상기 경판의 일측에 상술한 선회랩이 형성된다. 그리고, 선회랩이 형성되지 않은 배면에 보스부가 형성되어 선회스크롤을 선회구동시키는 회전축과 연결되게 된다. 이러한 형태는 경판의 거의 전 면적에 걸쳐서 선회랩을 형성할 수 있어 동일한 압축비를 얻기 위한 경판부의 직경을 작게 할 수 있는 반면에, 압축시에 냉매의 반발력이 적용되는 작용점과 상기 반발력을 상쇄하기 위한 반력이 적용되는 작용점이 서로 축방향으로 이격되어 작동 과정에서 선회스크롤이 기울어(tilting)지면서 진동이나 소음이 커지는 문제가 있다.

이러한 문제를 해소하기 위한 방법으로, 회전축과 선회스크롤이 결합되는 지점이 상기 선회랩과 동일한 면에 형성되는 형태인 소위 축관통 스크롤 압축기가 개시된 바 있다. 이러한 형태의 압축기는 냉매의 반발력의 작용점과 그 반력의 작용점이 동일지점에 작용되므로 선회스크롤이 기울어지는 문제를 해소할 수 있게 된다.

상기와 같은 종래의 축관통 스크롤 압축기에 있어서는, 도 1에서와 같이 상기 선회스크롤(1)과 그 선회스크롤(1)을 지지하는 고정부재(예를 들어, 케이싱에 고정되는 프레임)(2)의 사이에는 상기 선회스크롤(1)의 자전운동을 방지하기 위하여 링 형상의 올담링(Oldham's ring)(3)이 설치되어 있다.

상기 올담링(3)은 도 2에서와 같이, 상기 선회스크롤(1)의 경판부 배면에 끼워지는 대략 원 형태를 갖는 링부(31)와, 상기 링부(31)의 상하 양측면으로 각각 돌출되거나 또는 일측면으로 돌출되는(도면에서는, 일측면으로 돌출되는 예를 도시) 한 쌍의 제1 키(32) 및 제2 키(33)로 이루어져 있다.

그리고 상기 제1 키(32)는 상기 선회스크롤(1)의 경판부 외주측의 두께보다 길게 돌출되어 상기 고정스크롤(4)의 측벽부의 상단 및 상기 선회스크롤(1)의 지지부에 걸쳐서 형성되는 제1 키홈(41)의 내부에 삽입되고, 상기 제2 키(33)는 상기 선회스크롤(1)의 경판부의 외주부에 형성되는 제2 키홈(11)에 각각 끼워진 상태로 결합되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 올담링은, 그 올담링(3)의 키(31)(32)가 상기 선회스크롤(1)의 회전방향에 대해 대략 직교하는 방향으로 미끄러질 수 있도록 형성되어 상기 선회스크롤(1)의 회전운동을 억제하게 됨에 따라 상기 올담링(3)의 키(32)(33)는 큰 응력하중을 받게 된다. 더군다나, 축관통 스크롤 압축기는 그 특성상 토출구가 축중심에 대해 편심지게 형성됨에 따라 가스력이 편심지게 발생하게 되고 이로 인해 상기 올담링(3)의 키(32)(33)는 더욱 큰 응력하중을 받게 되므로 상기 선회스크롤(1)이나 고정스크롤(4)과의 사이에서 마찰손실이나 마모가 크게 증가하여 압축기 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 축관통 스크롤 압축기에서 선회스크롤의 자전운동을 방지하는 자전방지부재와 이에 대응하는 부재 사이에서의 마찰손실이나 마모를 줄일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 고정랩을 갖는 고정스크롤; 상기 고정랩과 치합되어 외측면과 내측면에 제1 및 제2 압축실을 형성하는 선회랩을 가지며, 상기 고정스크롤에 대해서 선회운동하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤을 사이에 두고 상기 고정스크롤의 반대쪽에 설치되어 상기 선회스크롤을 지지하는 프레임; 일단부에 편심부를 가지며, 상기 편심부가 상기 선회랩과 반경방향으로 중첩되도록 상기 선회스크롤에 결합되는 회전축; 및 상기 회전축을 구동하는 구동유닛;을 포함하고, 상기 선회스크롤과 프레임 또는 선회스크롤과 고정스크롤 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 상대편을 향해 돌출되는 적어도 한 개 이상의 자전방지핀이 구비되며, 상기 자전방지핀의 단부가 대향되는 프레임 또는 고정스크롤 또는 선회스크롤에는 상기 자전방지핀의 단부가 선회 가능하게 삽입되도록 핀홈이 형성되는 스크롤 압축기가 제공된다.

여기서, 상기 핀홈에는 상기 선회스크롤과 프레임에 비해 윤활성이 좋은 재질로 된 윤활링이 삽입될 수 있다.

그리고, 상기 제1 압축실은 상기 고정랩의 내측면과 선회랩의 외측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점(P1, P2) 사이에서 형성되고, 상기 편심부의 중심(O)과 상기 두 개의 접촉점(P1, P2)을 각각 연결한 두 개의 선이 이루는 각도 중 큰 값을 갖는 각도를 α라 할 때, 적어도 토출 개시 전에 α < 360° 가 된다.

또, 토출 개시시에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P3, 토출 개시 150°전에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P4라 할 때, 상기 고정랩의 두께는 상기 P3에서 P4로 갈수록 감소한 후 증가하게 된다.

또, 상기 고정랩의 내주면과 상기 회전축의 축중심 사이의 거리를 D_F, 토출 개시시에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P3, 토출 개시 150°전에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P4라 할 때, 상기 D_F는 상기 P3에서 P4로 갈수록 증가한 후 감소하게 된다.

또, 상기 편심부의 중심과 상기 선회랩의 외주면 사이의 거리를 D_O라 할 때, 토출 개시시에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P3, 토출 개시 150°전에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P4라 할 때, 상기 D_O는 상기 P3에서 P4로 갈수록 증가한 후 감소하게 된다.

또, 상기 선회스크롤의 중심부에는 내부에 상기 편심부가 결합되는 회전축 결합부가 형성되고, 상기 고정랩의 내측 단부의 내주면에는 돌기부가 형성되며, 상기 회전축 결합부의 외주면에는 상기 돌기부와 접촉하여 압축실을 형성하는 오목부가 형성된다.

여기서, 상기 회전축은, 상기 구동유닛과 연결되는 축부; 상기 축부의 단부에 축부와 동심으로 형성되는 핀부; 및 상기 핀부에 편심되게 끼워지는 편심베어링;을 포함하고, 상기 편심베어링은 상기 회전축 결합부에 회전가능하게 결합된다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 선회스크롤과 프레임의 대향면 사이에 복수 개의 자전방지핀이 설치됨으로써 가스력이 편심지게 발생하게 되더라도 그로 인해 상기 선회스크롤의 선회운동을 지지하는 자전방지부재와 선회스크롤 또는 고정스크롤 사이에서의 마찰손실이나 마모가 증가하는 것을 방지할 수 있고 이를 통해 압축기의 성능을 높일 수 있다.

도 1은 종래 축관통 스크롤 압축기에서 압축 유닛을 도시한 단면도,
도 2는 도 1에 따른 압축 유닛에서 올담링을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 축관통 스크롤 압축기의 일실시예를 개략적으로 도시한 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 실시예 중 압축 유닛에서 자전방지핀을 분해하여 도시한 부분 절개도,
도 5는 도 3에서 자전방지핀이 조립된 상태를 보인 평면도,
도 6은 인볼류트 형태의 선회랩 및 고정랩을 갖는 스크롤 압축기에서 흡입 직후 및 토출 직전의 제1 및 제2 압축실을 도시한 평면도,
도 7은 다른 인볼류트 형태의 선회랩 및 고정랩을 갖는 스크롤 압축기에서의 선회랩의 형태를 도시한 평면도,
도 8은 다른 포락선에 의해 얻어진 선회랩 및 고정랩을 도시한 평면도,
도 9는 도 8에서 중앙부를 확대하여 도시한 평면도,
도 10은 도 8에 도시된 실시예에서 선회랩이 토출 개시전 150°위치에 있는 상태를 도시한 평면도,
도 11은 도 8에 도시된 실시예에서 제2 압축실에서 토출이 개시되는 시점을 도시한 평면도,

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

도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 스크롤 압축기는, 원통형의 케이싱(110)과, 상기 케이싱의 상부 및 하부를 각각 덮는 상부 쉘(112) 및 하부 쉘(114)을 갖는다. 상기 상부 쉘과 하부 쉘은 상기 케이싱에 용접되어 케이싱과 함께 하나의 밀폐 공간을 형성하게 된다.

상기 상부 쉘(112)의 상부에는 토출파이프(116)가 설치된다. 상기 토출파이프(116)는 압축된 냉매가 외부로 배출되는 통로에 해당되며, 토출되는 냉매에 혼입된 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터(미도시)가 상기 토출파이프(116)와 연결될 수 있다. 그리고, 상기 케이싱(110)의 측면으로 흡입파이프(118)가 설치된다. 상기 흡입파이프(118)는 압축될 냉매가 유입되는 통로로서, 도 3에서는 상기 흡입파이프(118)가 상기 케이싱(110)과 상부 쉘(112)의 경계면에 위치하고 있으나 그 위치는 임의로 설정할 수 있다. 아울러, 상기 하부 쉘(114)은 압축기가 원활하게 작동될 수 있도록 공급되는 오일을 저장하는 오일챔버로서도 기능하게 된다.

상기 케이싱(110) 내부의 대략 중앙부에는 구동유닛으로서의 모터(120)가 설치된다. 상기 모터(120)는 상기 케이싱(110)의 내면에 고정되는 고정자(122)와, 상기 고정자(122)의 내부에 위치하며 고정자(122)와의 상호작용에 의해 회전되는 회전자(124)를 포함한다. 상기 회전자(124)의 중심에는 회전축(126)이 결합되어 상기 회전자(124)와 함께 회전하게 된다.

상기 회전축(126)의 중심부에는 오일유로(126a)가 회전축(126)의 길이방향을 따라서 연장되도록 형성되고, 상기 회전축(126)의 하단부에는 상기 하부 쉘(114)에 저장되어 있는 오일을 상부로 공급하기 위한 오일펌프(126b)가 설치된다. 상기 오일펌프(126b)는 상기 오일유로의 내부에 나선형의 홈을 형성하거나 별도의 임펠러를 설치한 형태일 수 있고, 별도의 용적식 펌프를 설치할 수도 있다.

상기 회전축(126)의 상단부에는 후술할 고정스크롤에 형성되는 보스부 내부에 삽입되는 확경부(126c)가 형성된다. 상기 확경부는 다른 부분에 비해서 큰 직경을 갖도록 형성되고, 확경부의 단부에는 핀부(126d)가 형성된다. 상기 핀부(126d)에는 편심베어링(128)이 끼워지는데, 도 4를 참조하면, 상기 편심베어링(128)은 상기 핀부(126d)에 대해서 편심되게 끼워지며, 핀부(126d)에 대해서 편심베어링(128)이 회전하지 않도록 양자의 결합부는 대략 "D"자 형태를 갖도록 형성된다.

상기 케이싱(110)과 상부 쉘(112)의 경계부에 고정스크롤(130)이 장착된다. 상기 고정스크롤(130)은 그 외주면이 상기 케이싱(110)과 상부 쉘(112) 사이에 열박음 방식으로 압입되어 고정되거나, 케이싱(110)과 상부 쉘(112)와 함께 용접에 의해 결합될 수 있다.

상기 고정스크롤(130)의 저면에는 상술한 회전축(126)이 삽입되는 보스부(132)가 형성된다. 상기 보스부(132)의 상측면(도 3 기준)에는 상기 회전축(126)의 핀부(126d)가 관통될 수 있도록 하는 관통공이 형성되어 이를 통해 상기 핀부(126d)는 상기 고정스크롤(130)의 경판부(134)의 상측으로 돌출되게 된다.

상기 경판부(134)의 상부면에는 후술할 선회랩과 치합되어 압축실을 형성하는 고정랩(136)이 형성되며, 상기 경판부(134)의 외주부에는 후술할 선회스크롤(140)을 수용하는 공간부를 형성하고, 상기 케이싱(110)의 내주면과 접하는 측벽부(138)가 형성된다. 상기 측벽부(138)의 상단부 내측에는 상기 선회스크롤(140)의 외주부가 안착되는 선회스크롤 지지부(138a)가 형성되며, 상기 선회스크롤 지지부(138a)의 높이는 상기 고정랩(136)과 동일 높이 또는 고정랩 보다 약간 작은 높이를 갖도록 형성되어 선회랩의 단부가 고정스크롤의 경판부 표면과 접할 수 있도록 하고 있다.

상기 고정스크롤(130)의 상부에는 선회스크롤(140)이 설치된다. 상기 선회스크롤(140)는 대량 원형을 갖는 경판부(142) 및 상기 고정랩(136)과 치합되는 선회랩(144)이 형성된다. 그리고, 경판부(142)의 중심부에는 상기 편심베어링(128)이 회전가능하게 삽입 및 고정되는 대략 원형의 회전축 결합부(146)가 형성된다. 상기 회전축 결합부(146)의 외주부는 상기 선회랩과 연결되어 압축과정에서 상기 고정랩과 함께 압축실을 형성하는 역할을 하게 된다. 이에 대해서는 후술한다.

한편, 상기 회전축 결합부(146)에는 상기 편심베어링(128)이 삽입되어 상기 회전축(126)의 단부가 상기 고정스크롤의 경판부를 관통하여 삽입되고, 상기 선회랩, 고정랩 및 편심베어링(128)은 상기 압축기의 반경방향으로 중첩되도록 설치된다. 압축시에는 냉매의 반발력이 상기 고정랩과 선회랩에 가해지게 되고, 이에 대한 반력으로서 회전축 지지부와 편심베어링 사이에 압축력이 가해지게 된다. 상기와 같이, 축의 일부가 경판부를 관통하여, 랩과 반경방향으로 중첩되는 경우 냉매의 반발력과 압축력이 경판을 기준으로 하여 동일 측면에 가해지므로 서로 상쇄되게 된다. 이로 인해서, 압축력과 반발력의 작용에 의한 선회스크롤의 기울어짐이 방지될 수 있다.

그리고, 도시되지 않았으나 상기 경판부(142)에는 토출공이 형성되어 압축된 냉매가 상기 케이싱의 내부로 토출될 수 있도록 한다. 상기 토출공의 위치는 요구되는 토출압 등을 고려하여 임의로 설정할 수 있다.

한편, 상기 선회스크롤(140)의 상부에는 상부프레임(170)이 설치되고, 상기 상부프레임(170)의 중앙에는 상기 선회스크롤(140)의 토출공과 연통되어 압축된 냉매를 상기 상부 쉘측으로 토출되도록 하는 홀이 형성된다.

그리고 상기 케이싱(110)의 하부에는 상기 회전축(126)의 하측을 회전가능하게 지지하기 위한 하부프레임(160)이 설치된다.

도 6 인볼류트 곡선으로 이루어진 선회랩과 고정랩을 갖고, 축의 일부가 경판을 관통하는 형태의 스크롤 압축기에서 흡입 직후의 압축실과 토출 직전의 압축실을 도시한 평면도이다. 도 6의 (a)는 고정랩의 내측면과 선회랩의 외측면 사이에서 형성되는 제1 압축실의 변화를 도시한 것이고, (b)는 선회랩의 내측면과 고정랩의 외측면 사이에서 형성되는 제2 압축실의 변화를 도시한 것이다.

스크롤 압축기에서 압축실은 고정랩과 선회랩이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점 사이에서 생기게 되며, 인볼류트 곡선을 갖는 고정랩과 선회랩을 갖는 경우 도 6에 도시된 바와 같이 하나의 압축실을 정의하는 두 개의 접촉점은 일직선 상에 위치하게 된다. 다시 말해서, 상기 압축실은 상기 회전축의 중심에 대해서 360°에 걸쳐서 배치된다.

도 6의 (a)에서 상기 제1 압축실의 체적변화를 살펴보면, 외측에 위치하는 흡입 직후의 압축실은 선회스크롤의 선회운동에 의해서 중심부로 이동하면서 점차적으로 그 체적이 감소하여, 선회스크롤의 중심에 위치하는 회전축 결합부의 외주부에 도달할 때 최소값을 갖는다. 인볼류트 곡선의 고정랩 및 선회랩을 갖는 경우에는 체적감소율이 상기 회전축의 회전각이 증가함에 따라서 선형적으로 감소하게 되므로 높은 압축비를 얻기 위해서는 압축실을 가급적 중심에 가깝게 이동시켜야 하지만, 상기와 같이 중심부에 회전축이 존재하는 경우에는 회전축의 외주부까지만 압축실을 이동시킬 수 있게 된다. 이로 인해서 압축비가 낮아지게 되며, 도 4의 (a)에서 압축비는 대략 2.13 정도이다.

한편, 도 6의 (b)에 도시된 제2 압축실은 제1 압축실에 비해서 더욱 낮은 압축비를 갖는데 대략 1.46의 값을 갖게 된다. 그러나, 제2 압축실의 경우 선회스크롤의 형상을 변경하여, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이 상기 회전축 결합부(P)와 선회랩의 연결부위를 원호 형상으로 하면, 토출되기 전까지의 제2 압축실의 압축경로가 길어져서 압축비를 3.0 정도까지 높일 수 있게 된다. 이 경우, 상기 제2 압축실은 토출직전에 360도 미만의 범위를 갖게 된다. 그러나, 이러한 방법은 상기 제1 압축실에 대해서는 적용이 불가능하다.

따라서, 인볼류트 형상의 고정랩과 선회랩을 갖는 경우에는 제2 압축실의 경우 의도한 수준의 압축비를 얻을 수 있지만, 제1 압축실의 경우에는 불가능하며, 이렇게 두 개의 압축실 사이에서 현저한 압축비의 차이가 있는 경우 압축기의 작동에 좋지 않은 영향을 미치게 된다.

이를 해소하기 위해서, 상기 고정랩과 선회랩이 인볼류트 곡선이 아닌 다른 곡선을 갖도록 형성할 수도 있다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 회전축 결합부(146)의 중심을 O라 하고, 두 개의 접촉점을 각각 P1, P2라 할 때, 상기 두 개의 접촉점(P1, P2)과 상기 회전축 결합부의 중심(O)을 연결한 두 개의 직선에 의해 정의되는 각 α는 360°보다 작고, 각각의 접촉점에서의 법선 벡터 사이의 거리 ℓ도 0보다 큰 값을 갖는 것을 알 수 있다. 이로 인해서, 토출 직전의 제1 압축실이 인볼류트 곡선으로 이루어진 고정랩과 선회랩을 갖는 경우에 비해서 더 작은 볼륨을 갖게 되므로 압축비가 증가된다. 그리고, 도 8에 도시된 선회랩과 고정랩은 직경과 원점이 서로 다른 다수의 원호를 연결한 형태를 가지며, 최외곽의 곡선은 장축과 단축을 갖는 대략 타원형 형태를 갖고 있다.

그리고, 상기 고정랩의 내측 단부 부근에 상기 회전축 결합부(146)측으로 돌출되는 돌기부(137)가 형성되는데, 상기 돌기부(137)에는 상기 돌기부로부터 돌출되도록 형성되는 접촉부(137a)가 추가적으로 형성된다. 즉, 상기 고정랩의 내측 단부는 다른 부분에 비해서 보다 큰 두께를 갖도록 형성된다. 이로 인해서, 고정랩 중 가장 큰 압축력을 받게 되는 내측 단부의 랩 강도를 향상시킬 수 있으므로 내구성을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 접촉부(137a) 중에서 도 9와 같이 토출개시 시점에서 제1 압축실을 형성하는 두 개의 접촉점 중에서 내측에 위치하는 접촉점(P1)을 시작으로 하여 고정랩의 두께는 점차적으로 감소하게 된다. 구체적으로, 상기 접촉점(P1)과 인접한 제1 감소부(137b) 및 제1 감소부와 이어지는 제2 감소부(137c)를 형성하게 되며, 상기 제1 감소부에서의 두께 감소율은 제2 감소부에서보다 크게 된다. 그리고, 상기 제2 감소부 이후에는 상기 고정랩은 소정 구간동안 그 두께가 증가하게 된다.

그리고, 상기 고정랩 내측면과 회전축의 축중심(O') 사이의 거리를 D_F라 할 때, 상기 D_F는 상기 P1에서 반시계방향(도 9 기준)으로 갈수록 증가한 후 감소하게 되는데, 그 구간이 도 10에 도시되어 있다. 도 10은 토출 개시 150°전에 선회랩의 위치를 도시한 평면도로서, 도 10의 상태로부터 상기 회전축이 150°더 회전하면 도 6에 도시된 상태에 이르게 된다. 도 10을 참조하면, 상기 접촉점은 상기 회전축 결합부(146)의 상측에 위치하게 되며, 도 8에서의 P1에서 도 10에서의 P1 사이의 구간에서 상기 D_F는 증가한 후 감소하게 된다.

상기 회전축 결합부(146)에는 상기 돌기부와 맞물리게 되는 오목부(145)가 형성된다. 상기 오목부(145)의 일측벽은 상기 돌기부(137)의 접촉부(137a)와 접촉하면서 제1 압축실의 일측 접촉점을 형성하게 된다. 상기 회전축 결합부(146)의 중심으로부터 상기 회전축 결합부(146)의 외주부 사이의 거리를 D_o라 할 때, 상기 D_o는 상기 도 8의 P1에서 도 10의 P1 사이의 구간에서 증가한 후 감소하게 된다. 마찬가지로, 상기 회전축 결합부(146)의 두께도 상기 도 8의 P1에서 도 8의 P1 사이의 구간에서 증가한 후 감소하게 된다.

그리고, 상기 오목부(145)의 일측벽은 두께가 상대적으로 급격히 증가하는 제1 증가부(145a)와 상기 제1 증가부와 연결되며 상대적으로 낮은 비율로 두께가 증가하는 제2 증가부(145b)를 포함한다. 이는 상기 고정랩의 제1 감소부 및 제2 감소부와 대응된다. 이들 제1 증가부, 제1 감소부, 제2 증가부 및 제2 감소부는 포락선을 회전축 결합부 측으로 꺾은 결과로 얻어진 것이다. 이들에 의해, 제1 압축실을 형성하는 내측 접촉점(P1)이 상기 제1 증가부 및 제2 증가부에 위치하게 되며, 토출 직전의 제1 압축실의 길이를 짧게 하여 결과적으로 압축비를 높일 수 있게 한다.

상기 오목부(145)의 타측벽은 원호 형태를 갖도록 형성된다. 상기 원호의 직경은 상기 고정랩 단부의 랩 두께 및 선회랩의 선회반경에 의해 결정되는데, 고정랩 단부의 두께를 증가시키면 상기 원호의 직경이 커지게 된다. 이로 인해서, 상기 원호 주의의 선회랩 두께도 증가되어 내구성이 확보될 수 있고, 압축 경로가 길어져서 그만큼 제2 압축실의 압축비도 증가하는 장점이 있다.

여기서, 상기 오목부(145)오목부(145)오목부(145)축실의 일부를 이루게 된다. 도 11은 제2 압축실에서 토출이 개시될 때의 선회랩의 위치를 도시한 평면도로서, 도 11에서 제2 압축실은 상기 오목부의 원호형태의 측벽과 접하고 있으며, 회전축이 좀 더 회전하면 제2 압축실의 일단부는 상기 오목부의 중앙부를 지나게 된다.

한편, 상기와 같은 축관통 스크롤 압축기에서 선회스크롤의 자전운동을 방지하기 위해 링 형상의 올담링이 적용되는 경우에는, 토출구가 축중심에 대해 편심지게 형성됨에 따라 가스력이 편심지게 발생하면서 상기 올담링의 키와 선회스크롤의 키홈 사이에서 마찰손실이 증가할 수 있었다. 하지만, 본 실시예에서와 같이 상기 선회스크롤(140)의 자전방지부재로 핀을 적용하게 되면 축관통 스크롤 압축기에서 자전방지부재로 인한 마찰손실을 줄여 압축기 성능을 높일 수 있다.

예를 들어, 도 3 내지 도 5에서와 같이, 상기 선회스크롤(140)의 경판부(142) 상면과 이에 대응하는 상부프레임(170)의 저면 사이에는 상기 선회스크롤(140)의 자전방지를 위한 복수 개의 자전방지핀(150)이 설치될 수 있다.

상기 자전방지핀(150)은 원형단면 모양으로 형성되어 적어도 3개 이상 설치하는 것이 상기 선회스크롤(140)의 선회운동을 안정적으로 지지할 수 있어 바람직하다. 상기 복수 개의 자전방지핀(150)의 중심을 잇는 가상원의 중심은 선회스크롤(140)의 선회중심와 일치하도록 배치되는 것이 바람직하다.

상기 선회스크롤(140)의 상면에는 상기 자전방지핀(150)의 하반부가 삽입되어 선회운동을 하도록 제1 핀홈(143)이 형성되고, 상기 상부프레임(170)의 저면에는 상기 제1 핀홈(143)과 대응되어 상기 자전방지핀(150)의 상반부가 압입되도록 제2 핀홈(171)이 형성된다. 상기 제1 핀홈(143)은 원형 단면 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제1 핀홈(143)은 제2 핀홈(171)의 내경은 자전방지핀(150)의 외경보다 크면서 서로 동일하게 형성될 수도 있지만, 이 경우 상기 자전방지핀(150)의 거동이 불안정하게 될 수 있으므로 상기 제1 핀홈(143) 또는 제2 핀홈(171) 중에서 어느 한 쪽은 자전방지핀(150)이 압입될 수 있는 정도의 내경을 가지도록 형성되는 반면 다른 한 쪽 핀홈은 상기 자전방지핀이 선회운동을 할 수 있을 정도의 크기, 즉 상기 선회스크롤(140)의 선회반경만큼의 크기를 가지도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

그리고 상기 제1 핀홈(143) 또는 제2 핀홈(171) 중에서 상기 자전방지핀이 선회운동을 하는 핀홈(도면에서는 제1 핀홈)에는 내마모성이 좋은 재질로 된 윤활링(151)을 삽입하는 것이 상기 자전방지핀(150)과 선회스크롤(140) 사이에서의 마찰손실이나 마모를 줄일 수 있어 바람직하다. 상기 윤활링(151)은 선회스크롤(140)이나 상부프레임(170)보다 내마모성이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 자전방지핀(150)이 선회스크롤(140)과 프레임(170) 사이에 설치되는 경우에는 상기 선회스크롤(140)이 회전축(126)에 의해 자전운동을 하려고 할 때 상기 선회스크롤(140)이 상기 자전방지핀(150)을 중심으로 선회운동을 하게 된다.

이때, 상기 선회스크롤(140)에 형성된 제1 핀홈(143)의 내주면에 상기 자전방지핀(150)의 외주면이 미끄럼 접촉되어 지지되면서 상기 선회스크롤(140)의 자전운동을 저지하게 된다.

여기서, 상기 자전방지핀(150)과 제1 핀홈(정확하게는 윤활링)(143)이 원형으로 형성됨에 따라 축관통 스크롤 압축기의 특성상 발생되는 가스력 편심과 이로 인한 힘의 편중 현상을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 선회스크롤(140)과 자전방지핀(150)의 접촉운동상의 급격한 방향변화를 없애 자전방지핀(150)에 가해지는 힘을 최소화함으로써 상기 선회스크롤(140)과 자전방지핀(150) 사이에서의 마찰손실을 최소화할 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 상기 자전방지핀이 선회스크롤과 상부프레임 사이에 설치되는 것이나, 상기 자전방지핀은 선회스크롤과 고정스크롤 사이에도 설치될 수 있다. 이에 대한 구체적인 구성이나 작용효과는 전술한 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

110 : 케이싱 122 : 고정자
124 : 회전자 126 : 회전축
126a : 오일유로 126c : 확경부
126d : 핀부 128 : 편심베어링
130 : 고정스크롤 131 : 스러스트 베어링면
132 : 보스부 134 : 경판부
136 : 고정랩 138 : 측벽부
139 : 급유홀 140 : 선회스크롤
142 : 경판부 143 : 제1 핀홈
144 : 선회랩 146 : 회전축 결합부
150 : 자전방지핀 151 : 윤활링
160 : 하부프레임 170 : 상부프레임
171 : 제2 핀홈

Claims

고정랩을 갖는 고정스크롤;
상기 고정랩과 치합되어 외측면과 내측면에 제1 및 제2 압축실을 형성하는 선회랩을 가지며, 상기 고정스크롤에 대해서 선회운동하는 선회스크롤;
상기 선회스크롤을 사이에 두고 상기 고정스크롤의 반대쪽에 설치되어 상기 선회스크롤을 지지하는 프레임;
일단부에 편심부를 가지며, 상기 편심부가 상기 선회랩과 반경방향으로 중첩되도록 상기 선회스크롤에 결합되는 회전축; 및
상기 회전축을 구동하는 구동유닛;을 포함하고,
상기 선회스크롤과 프레임 또는 선회스크롤과 고정스크롤 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 상대편을 향해 돌출되는 적어도 한 개 이상의 자전방지핀이 구비되며, 상기 자전방지핀의 단부가 대향되는 프레임 또는 고정스크롤 또는 선회스크롤에는 상기 자전방지핀의 단부가 선회 가능하게 삽입되도록 핀홈이 형성되는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 핀홈에는 상기 선회스크롤 또는 프레임에 비해 윤활성이 좋은 재질로 된 윤활링이 삽입되는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 압축실은 상기 고정랩의 내측면과 선회랩의 외측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점(P1, P2) 사이에서 형성되고,
상기 편심부의 중심(O)과 상기 두 개의 접촉점(P1, P2)을 각각 연결한 두 개의 선이 이루는 각도 중 큰 값을 갖는 각도를 α라 할 때,
적어도 토출 개시 전에 α < 360° 인 스크롤 압축기.
제3항에 있어서,
상기 두 개의 접촉점(P1, P2)에서의 법선 사이의 거리를 ℓ이라 할 때, ℓ> 0 인 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
토출 개시시에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P3, 토출 개시 150°전에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P4라 할 때, 상기 고정랩의 두께는 상기 P3에서 P4로 갈수록 감소한 후 증가하는 스크롤 압축기.
제5항에 있어서,
상기 P3에서의 고정랩의 두께가 최대인 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 고정랩의 내주면과 상기 회전축의 축중심 사이의 거리를 D_F, 토출 개시시에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P3, 토출 개시 150°전에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P4라 할 때,
상기 D_F는 상기 P3에서 P4로 갈수록 증가한 후 감소하는 스크롤 압축기.
제7항에 있어서,
상기 D_F는 상기 P3에서 최소값을 갖는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 편심부의 중심과 상기 선회랩의 외주면 사이의 거리를 D_O라 할 때,
토출 개시시에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P3, 토출 개시 150°전에 상기 제1 압축실의 내측 접촉점을 P4라 할 때, 상기 D_O는 상기 P3에서 P4로 갈수록 증가한 후 감소하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 선회스크롤의 중심부에는 내부에 상기 편심부가 결합되는 회전축 결합부가 형성되고,
상기 고정랩의 내측 단부의 내주면에는 돌기부가 형성되며, 상기 회전축 결합부의 외주면에는 상기 돌기부와 접촉하여 압축실을 형성하는 오목부가 형성되는 스크롤 압축기.
제1항 내지 제10항의 어느 한 항에 있어서, 상기 회전축은,
상기 구동유닛과 연결되고 상기 보스부에 삽입되는 축부;
상기 축부의 단부에 축부와 동심으로 형성되는 핀부; 및
상기 핀부에 편심되게 끼워지는 편심베어링;을 포함하고,
상기 편심베어링은 상기 회전축 결합부에 회전가능하게 결합되는 스크롤 압축기.
제11항에 있어서,
상기 핀부는 비대칭형상을 갖도록 형성되는 스크롤 압축기.