KR20150133046A - 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 압축기는, 밀폐용기; 상기 밀폐용기에 구비되는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되는 크랭크축; 상기 크랭크축에 결합되어 상기 구동모터의 회전력을 전달받아 선회운동을 하는 제1 스크롤; 상기 제1 스크롤에 결합되어 그 제1 스크롤과 함께 제1 압축부와 제2 압축부를 형성하는 제2 스크롤; 및 상기 제1 스크롤 또는 제2 스크롤에 구비되어 다른 쪽 스크롤과 접촉하여 상기 제2 압축부를 형성하는 베인;을 포함하고, 상기 제1 압축부는 제1 스크롤의 상면에 형성되는 반면 상기 제2 압축부는 제1 스크롤의 외주면에 형성될 수 있다.

Description

압축기{compressor}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 스크롤측 압축부와 로터리측 압축부를 가지는 2단 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 냉매 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 증기압축식 냉동사이클(이하, 냉동사이클로 약칭함)에 적용되고 있다. 냉매 압축기는 일정한 속도로 구동되는 등속형 압축기 또는 회전 속도가 제어되는 인버터형 압축기가 소개되고 있다.

냉매 압축기는 통상 전동기인 구동모터와 그 구동모터에 의해 작동되는 압축부가 밀폐된 케이싱의 내부공간에 함께 설치되는 경우를 밀폐형 압축기라고 하고, 상기 구동모터가 케이싱의 외부에 별도로 설치되는 경우를 개방형 압축기라고 할 수 있다. 가정용 또는 업소용 냉동기기는 대부분 밀폐형 압축기가 사용되고 있다.

그리고 냉매 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 스크롤식, 로터리식 등으로 구분될 수 있다. 로터리 압축기는 실린더의 압축공간에서 편심 회전운동을 하는 롤링피스톤과 그 롤링피스톤에 접하여 실린더의 압축공간을 흡입실과 토출실로 구획하는 베인을 이용하여 냉매를 압축하는 방식이다.

근래에는 복수 개의 실린더를 구비하고 그 복수 개의 실린더에 각각 롤링피스톤과 베인을 독립적으로 구비하여 한 개의 구동모터를 이용하여 냉매를 압축하는 복식 로터리 압축기가 알려져 있다. 복식 로터리 압축기는 다시 복수 개의 실린더가 서로 독립되어 냉매를 독립적으로 압축하는 용량 가변식 로터리 압축기와, 복수 개의 실린더가 서로 연통되어 냉매를 순차적으로 압축하는 2단식 로터리 압축기로 구분될 수 있다.

한편, 스크롤 압축기는 밀폐용기의 내부공간에 고정스크롤이 고정되고, 그 고정스크롤에 선회스크롤이 맞물려 선회운동을 하면서 고정스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩 사이에 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 두 개 한 쌍의 압축실이 연속으로 형성되는 압축기이다.

스크롤 압축기는 다른 종류의 압축기에 비하여 상대적으로 높은 압축비를 얻을 수 있으면서 냉매의 흡입,압축,토출 행정이 부드럽게 이어져 안정적인 토오크를 얻을 수 있는 장점 때문에 공조장치 등에서 냉매압축용으로 널리 사용되고 있다. 하지만, 스크롤 압축기는 고정랩과 선회랩이 맞물리도록 형성되어야 하므로 다른 압축기에 비해 제작이 어려워 복식 또는 2단식 스크롤 압축기가 널리 개발되고 있지 않은 실정이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 로터리식 압축기는 편심부가 선회운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이므로 압축기의 진동 소음이 가중되는 것은 물론, 특히 2단식 로터리 압축기의 경우에는 1단 압축부와 2단 압축부 사이에서 맥동압 등이 발생되면서 중간압이 불안정하게 되어 압축 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

반면, 스크롤식 압축기의 경우에는 스크롤 압축기의 특성상 체적비가 정해짐에 따라 저 체적비 설계시 고압력비 조건에서는 부족압축 손실이 발생함에도 불구하고 전술한 바와 같이 성능 대비 제조비용이 과도하게 소요되므로 2단 스크롤 압축기와 같은 고효율의 압축기를 제작하는데 한계가 있었다.

또, 로터리식 압축기와 스크롤식 압축기 모두 사체적으로 인한 압축효율의 손실이 발생되고, 특히 스크롤식 압축기의 경우 선회스크롤이 올담링과 같은 자전방지부재에 의해 지지됨에 따라 거동이 불안정하게 되고, 선회스크롤과 크랭크축이 결합되는 보스부가 돌출되어 오일 교반이 증가되는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은, 진동소음이 낮게 유지되고, 제조비용이 저렴한 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 밸런싱 유지에 유리하면서도 중간압이 안정적이고 제작이 용이하며 운전조건에 따라 토출압력을 용이하게 조절할 수 있어 2단 압축기로 적용할 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 2단 압축기로 적용하는 경우 사체적을 줄이며 압축부의 거동이 안정되고 흡입체적이 증가되며 오일교반으로 인한 손실을 최소화할 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐용기; 상기 밀폐용기에 구비되는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되는 크랭크축; 상기 크랭크축에 결합되어 상기 구동모터의 회전력을 전달받아 선회운동을 하는 제1 스크롤; 상기 제1 스크롤에 결합되어 그 제1 스크롤과 함께 제1 압축부와 제2 압축부를 형성하는 제2 스크롤; 및 상기 제1 스크롤 또는 제2 스크롤에 구비되어 다른 쪽 스크롤과 접촉하여 상기 제2 압축부를 형성하는 베인;을 포함하고, 상기 제1 압축부와 제2 압축부는 서로 다른 높이에 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 스크롤은, 제1 경판부; 상기 제1 경판부에 형성되어 상기 제1 압축부를 이루는 제1 랩부; 및 상기 제1 경판부의 외주면에 형성되어 상기 베인과 함께 상기 제2 압축부를 이루는 피스톤부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 피스톤부에는 그 피스톤부에서 외주면 방향으로 연장되어 상기 제2 스크롤과 함께 베어링면을 이루는 베어링부가 더 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 경판부에는 상기 크랭크축이 삽입되는 축결합부가 형성되고, 상기 축결합부는 상기 제2 압축부와 적어도 일부가 축방향으로 중첩되는 높이를 가지도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 크랭크축에는 상기 축결합부에 삽입되는 편심부가 상기 크랭크축의 회전중심에 대해 편심지게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 경판부에는 상기 제1 랩부의 반대면에서 돌출되어 상기 크랭크축에 결합되는 보스부가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 크랭크축에는 상기 보스부가 삽입되는 보스결합홈이 형성되고, 상기 보스결합홈은 상기 크랭크축의 회전중심에 대해 편심지게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 보스부의 외주면 또는 상기 보스결합홈의 내주면에 부시베어링이 구비되고, 상기 부시베어링은 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 부시베어링은 환형 단면 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 스크롤은, 제2 경판부; 및 상기 제2 경판부에 형성되어 제1 압축부를 이루는 제2 랩부;를 포함하고, 상기 제2 경판부에는 상기 제2 압축부를 이루는 압축공간부가 형성되며, 상기 압축공간부는 상기 제2 랩부와 다른 높이에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 스크롤에는 상기 베인이 미끄러지게 삽입되도록 베인슬롯이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 스크롤에는 상기 제1 압축부에 연통되는 제1 흡입구와 제2 토출구, 상기 제2 압축부에 연통되는 제2 흡입구와 제2 토출구가 각각 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 흡입구는 상기 밀폐용기를 관통하는 흡입관이 직접 연결되며, 상기 제2 토출구는 상기 밀폐용기의 내부공간에 연통될 수 있다.

그리고, 상기 제2 스크롤에는 상기 제1 토출구와 제2 흡입구를 연통시키도록 소정의 내부공간을 갖는 중간커버가 결합될 수 있다.

그리고, 상기 제1 흡입구는 상기 밀폐용기를 관통하는 흡입관이 직접 연결되고, 상기 제1 토출구와 제2 흡입구는 상기 밀폐용기의 내부공간에 연통되며, 상기 제2 토출구는 상기 밀폐용기를 관통하는 토출관이 직접 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제1 흡입구는 상기 밀폐용기의 내부공간에 연통되고, 상기 제2 토출구는 상기 밀폐용기를 관통하는 토출관이 직접 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제2 스크롤에는 상기 제1 토출구와 제2 흡입구를 연통시키도록 소정의 내부공간을 갖는 중간커버가 결합될 수 있다.

한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 서로 맞물리는 제1 스크롤과 제2 스크롤의 사이에 스크롤측 압축부와 로터리측 압축부를 형성하는 압축기에 있어서, 상기 스크롤측 압축부와 로터리측 압축부가 서로 다른 평면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 스크롤은 크랭크축의 편심부에 편심지게 결합되고, 상기 편심부는 상기 로터리측 압축부와 적어도 일부가 동일 평면상에 위치할 수 있다.

여기서, 상기 제1 스크롤은 크랭크축의 편심부에 편심지게 결합되고, 상기 편심부는 상기 로터리측 압축부와 서로 다른 평면상에 위치할 수 있다.

본 발명에 의한 2단 압축기는, 저압측인 1단 압축부가 스크롤 방식으로 형성됨에 따라 토출체적이 일정하게 유지될 수 있어 고압측인 2단 압축부의 행정체적을 용이하게 설계할 수 있다.

또, 1단 압축부가 스크롤 방식으로 형성됨에 중간압 구간이 길어지면서 중간압을 균일하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 필요시 중간압의 온도를 낮추거나 오일을 주입하기가 용이할 수 있다.

또, 1단 압축부가 스크롤 방식으로 형성됨에 따라 저압력비 운전시 압축되는 냉매의 일부를 용이하게 바이패스시킬 수 있고 이를 통해 압축기가 냉동사이클의 운전조건에 적절하게 대응할 수 있도록 할 수 있다.

또, 2단 압축부가 로터리 방식으로 형성됨에 따라 선회스크롤의 선회랩의 외주면을 이용하거나 또는 1단 압축부와 다른 방식으로 형성되어 2단 압축부를 용이하게 제작할 수 있다.

또, 2단 압축부가 토출밸브를 갖는 로터리 방식으로 형성됨에 따라 토출체적을 자유롭게 조절할 수 있어 운전조건에 따라 토출압력을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 고압력비 운전조건에서 토출지연을 통해 부족압축을 최소화할 수 있다.

또, 2단 압축부가 로터리 방식으로 형성됨에 따라 1단 압축부인 스크롤 방식의 배압력을 이용하여 2단 압축부를 실링할 수 있어 2단 압축부의 축방향 누설을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명 2단 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 2는 도 1에 따른 2단 압축기에서 압축부를 확대하여 보인 종단면도,
도 3은 도 2의 "I-I"선단면도,
도 4는 도 2에 따른 압축부에서 고정스크롤과 선회스크롤을 분리하여 보인 사시도,
도 5는 도 1에 따른 2단 압축기에서 냉매의 유토출 경로를 설명하기 위해 보인 종단면도,
도 6 내지 도 8은 도 1에 따른 2단 압축기에서 냉매의 흡토출 경로에 대한 다른 실시예들을 보인 종단면도 및 횡단면도,
도 9는 본 발명에 의한 2단 압축기의 다른 실시예를 보인 종단면도,
도 10은 도 9의 "II-II"선단면도.

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

도 1은 본 발명 2단 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1에 따른 2단 압축기에서 압축부를 확대하여 보인 종단면도이며, 도 3은 도 2의 "I-I"선단면도이고, 도 4는 도 2에 따른 압축부에서 고정스크롤과 선회스크롤을 분리하여 보인 사시도이며, 도 5는 도 1에 따른 2단 압축기에서 냉매의 유토출 경로를 설명하기 위해 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 2단 압축기는, 밀폐용기(1)의 내부공간(11)에 회전력을 발생하는 구동모터(2)가 설치되고, 상기 구동모터(2)의 상측에는 메인프레임(3)이 고정 설치될 수 있다.

상기 메인프레임(3)의 상면에는 고정스크롤(4)이 고정 설치되고, 상기 메인프레임(3)과 고정스크롤(4) 사이에는 선회스크롤(5)이 선회 가능하게 설치될 수 있다. 상기 선회스크롤(5)은 구동모터(2)의 회전자에 결합된 크랭크축(23)에 편심 결합되어 상기 고정스크롤(4)과 함께 스크롤측 압축부(P1)와 로터리측 압축부(P2)를 형성할 수 있다. 상기 스크롤측 압축부(P1)는 흡입실(P11), 중간압실(P12), 토출실(P13)로 이루어진 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하는 반면, 상기 로터리측 압축부(P2)는 흡입실과 토출실로 이루어진 한 개의 압축실을 형성할 수 있다.

그리고 상기 고정스크롤(4)과 선회스크롤(5) 사이에는 선회스크롤(5)의 자전운동을 방지하기 위한 올담링(6)이 설치될 수 있다.

상기 고정스크롤(4)은 그 경판부(41)의 저면에 돌출되어 후술할 선회스크롤(5)의 선회랩(52)과 함께 스크롤측 압축부(P1)를 이루도록 고정랩(42)이 형성될 수 있다.

상기 고정랩(42)은 인볼류트 형상으로 형성될 수도 있고, 대수나선이나 또는 다른 다양한 형상으로 형성될 수도 있다.

상기 고정스크롤(4)의 경판부(41) 일측에는 냉매를 스크롤측 압축부 중에서 최외곽 압축실을 이루는 스크롤측 흡입실(P11)로 안내하기 위한 제1 흡입구(43)가 형성될 수 있다. 상기 제1 흡입구(43)는 스크롤측 흡입실에만 연통되도록 형성될 수 있다.

상기 고정스크롤(4)의 경판부(41) 중앙에는 스크롤측 압축부(P1)에서 1단 압축된 냉매를 후술할 중간커버(8)의 내부공간으로 토출하기 위한 제1 토출구(44)가 스크롤측 토출실(P13)에 연통되도록 형성될 수 있다.

그리고 상기 제1 토출구(44)의 주변에는 저체적비 운전시 스크롤측 압축부(P1)의 중간압실에서 압축되는 냉매의 일부를 바이패스시키는 바이패스 구멍(45)이 형성될 수 있다. 상기 바이패스 구멍의 출구단에는 그 바이패스 구멍(45)을 선택적으로 개폐하는 바이패스 밸브(미도시)가 설치될 수 있다.

그리고 상기 제1 토출구(44)의 주변에는 스크롤측 중간압실(P12)로 오일을 주입하기 위한 오일공급구멍(미도시)이 형성될 수 있다.

상기 고정랩(42)의 바깥쪽에는 후술할 선회스크롤(5)의 피스톤부(53)가 선회운동을 하면서 로터리측 압축부(P2)를 이루도록 소정의 깊이와 폭을 가지는 압축실 공간부(46)가 형성될 수 있다. 상기 압축실 공간부(46)는 고정랩(42)의 바깥에 형성되는 제1 베어링면(B1)에서 단차져 형성될 수 있다.

상기 압축실 공간부(46)는 피스톤부(53)가 선회운동을 할 수 있도록 원형으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 압축실 공간부(46)의 깊이(H2)는 로터리측 압축부(P2)가 2차 압축실을 이루게 되므로 스크롤측 압축부(P1)의 깊이(H1)보다 낮게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 고정스크롤(4)에는 로터리측 압축부(P2)를 흡입실(P21)과 토출실(P22)로 구분하는 베인(7)이 결합될 수 있다. 상기 고정스크롤(4)에는 베인(7)이 압축실 공간부(46)의 일측에 삽입되어 반경방향으로 미끄러질 수 있도록 베인슬롯(47)이 형성될 수 있다. 상기 베인슬롯(47)의 원주방향 일측에는 스크롤측 압축부(P1)에서 1차 압축된 냉매가 로터리측 압축부(P2)로 안내되도록 제2 흡입구(48)가 형성되고, 상기 베인슬롯(47)의 원주방향 타측에는 로터리측 압축부(P2)에서 2차 압축된 냉매를 냉동사이클로 토출시키기 위한 제2 토출구(49)가 형성될 수 있다. 상기 제2 토출구(49)의 출구단에는 로터리측 압축부(P2)에서 토출되는 냉매의 토출압력을 조절할 수 있도록 토출밸브(49a)가 설치될 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 베인슬롯은 선회스크롤에 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 베인은 그 외측단이 상기 고정스크롤의 압축공간부 내주면에 미끄럼 접촉될 수 있다.

그리고 상기 제1 토출구(44)와 제2 흡입구(49)는 파이프 또는 덕트로 연결될 수도 있지만, 도 2에서와 같이 제1 토출구(44)의 단면적보다 넓은 내부공간을 가지는 중간커버(8)로 연결될 수 있다.

상기 중간커버(8)는 고정스크롤(4)의 배면을 거의 감싸도록 캡 모양으로 형성되어 고정스크롤(4)에 볼트로 체결될 수 있다. 상기 중간커버(8)의 내부공간(81)은 1단 압축된 냉매가 채워지는 반면, 상기 밀폐용기(1)의 내부공간(11)은 2단 압축된 냉매가 채워지게 되므로 중간커버(8)의 내부공간(81)과 밀폐용기(1)의 내부공간(11) 사이에는 압력차가 발생될 수 있다. 따라서, 상기 중간커버(8)의 개구단과 고정스크롤(4)의 배면 사이에는 실링부재(82)를 설치하는 것이 바람직할 수 있다.

또, 상기 중간커버(8)에는 관통구멍(83)이 형성될 수 있다. 상기 관통구멍(83)에는 제1 연결관(84)이 삽입되어 고정 결합될 수 있다. 상기 제1 연결관(84)의 하단은 고정스크롤(4)의 제1 흡입구(43)에 삽입되어 밀봉 결합되는 반면, 상기 제1 연결관(84)의 상단은 밀폐용기(1)를 관통하여 냉매관이 연결되는 제2 연결관(12)이 밀봉 결합될 수 있다.

상기 제1 연결관(84)은 플랜지부가 구비될 수 있다. 상기 제1 연결관(84)의 플랜지부(84a)는 중간커버(8)의 상면에 밀착 결합되는 한편 상기 제2 연결관(12)은 밀폐용기(1)에 밀봉 결합될 수 있다. 그리고 상기 제1 연결관(84)의 플랜지부(84a)와 이에 밀착되는 중간커버(8)의 사이 및 상기 제1 연결관(84)과 제2 연결관(12)이 접하는 부위 등에는 실링부재(미부호)를 설치하는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 상기 선회스크롤(5)은 그 경판부(51)의 상면에 돌출되어 고정랩(42)과 맞물려 2개 한 쌍의 스크롤측 압축실(P1)을 이루도록 선회랩(52)이 형성되고, 상기 선회랩(52)의 바깥쪽에는 압축실 공간부(46)에서 선회운동을 하면서 로터리측 압축실(P2)을 형성하도록 피스톤부(53)가 형성될 수 있다.

상기 피스톤부(53)는 경판부(51)의 상면에 환형으로 형성될 수도 있지만, 이 경우 상기 피스톤부(53)의 안쪽에 빈공간이 형성되어 압축시 로터리측 압축부(P2)에서 넘어오는 냉매가 채워져 일종의 사체적이 될 수 있다. 따라서, 상기 피스톤부(53)는 경판부(51)의 외주면, 즉 상기 선회랩(52)과 중첩되지 않는 부위에 형성되는 것이 상기 피스톤부(53)로 인한 사체적을 제거할 수 있어 바람직할 수 있다.

상기 선회스크롤(5)의 피스톤부(53)는 그 선회스크롤(5)의 경판부(51) 상면에서 하향으로 소정의 높이만큼 단차지게 형성되고, 상기 피스톤부(53)의 하단에는 고정스크롤(4)의 경판부(41) 저면과 함께 제2 베어링면(B2)을 이루도록 베어링부(54)가 연장 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 로터리측 압축부(P2)는 고정스크롤(4)의 압축실 공간부(45)를 이루는 내주면과 저면과 선회스크롤(5)의 피스톤부(53)를 이루는 외주면과 베어링부(54)의 상면으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 선회스크롤(5)의 피스톤부(53)는 진원형으로 형성되고, 상기 피스톤부(53)는 그 선회스크롤(5)의 회전중심에 대해 편심지게 형성될 수 있다. 상기 피스톤부(53)의 높이(H2)는 스크롤측 압축부(P1)를 이루는 선회랩(52)의 높이(H1)보다 높게 형성될 수도 있지만, 통상 1단 압축부의 체적이 2단 압축부의 체적보다 크게 형성되므로 2단 압축부를 이루는 피스톤부의 높이(H2)가 1단 압축부를 이루는 선회랩의 높이(H1)보다 낮게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 선회스크롤(5)의 경판부(51) 저면에는 크랭크축(23)의 편심부(23a)가 삽입되어 회전력을 전달받을 수 있도록 보스부(55)가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 피스톤부(53)가 선회스크롤(5)의 경판부(51) 상면에 형성되는 경우에는 상기 보스부(55)는 피스톤부(53)와 중첩되지 않고 축방향으로 일정 간격만큼 이격되어 형성될 수 있다. 하지만, 이 경우에는 상기 크랭크축(23)과 선회스크롤(5)이 결합되는 편심부(23a)의 베어링 높이와 상기 피스톤부(53)의 접선방향 가스력 높이 사이의 간격이 멀어져 상기 선회스크롤의 거동이 불안정하게 될 수 있다.

반면, 도 2에서와 같이 상기 선회스크롤(5)의 경판부(51) 저면에 상기 크랭크축(23)의 편심부(23a)가 삽입될 수 있도록 축결합홈(56)이 형성되는 경우에는 상기 축결합홈(56)의 높이(H3)는 피스톤부(53)의 높이(H2)와 축방향으로 일정 길이(L)만큼 중첩될 수 있다. 이 경우에는 상기 크랭크축(23)과 선회스크롤(5)이 결합되는 편심부(23a)의 베어링 높이와 상기 피스톤부(53)의 접선방향 가스력 높이가 비슷해져 상기 선회스크롤(5)의 거동이 안정될 수 있다. 또, 이 경우 상기 축결합홈(56)의 깊이와 반비례하여 상기 보스부(55)의 높이가 낮아지면서 그 보스부(55)로 인해 발생되는 오일교반이 감소되어 입력 대비 압축기 효율이 향상될 수 있다. 또, 이 경우 상기 선회스크롤(5)의 상면에 여유공간이 발생되어 랩끝각을 연장할 수 있고 이를 통해 흡입실의 체적이 증가하여 체적비가 향상될 수 있다. 또, 이 경우 상기 보스부(55)의 길이가 짧아져 그만큼 압축부의 높이가 낮아지면서 압축기가 소형화될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 13은 토출관, 31은 축수구멍, 32는 부시포켓, 33은 연통구멍, 71은 베인스프링, B2는 제2 베어링면이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 2단 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 상기 구동모터(2)에 전원이 인가되어 회전력이 발생되면, 그 구동모터(2)의 크랭크축(23)에 편심 결합된 선회스크롤(5)이 선회운동을 하면서 상기 선회랩(52)과 고정랩(42) 사이에 연속으로 이동하면서 흡입실(P11), 중간압실(P12), 토출실(P13)로 된 두 개 한 쌍의 압축실을 가지는 스크롤측 압축부(P1)를 형성하게 된다. 상기 스크롤측 압축부(P1)의 압축실은 중심방향으로 점차 체적이 좁아지면서 연속하여 여러 단계로 형성된다.

그러면, 도 5에서와 같이, 상기 밀폐용기(1)의 외부에서 제2 연결관(12)을 통하여 공급되는 냉매는 제1 연결관(84)과 제1 흡입구(43)를 차례로 거쳐 스크롤측 압축실(P1)로 직접 유입되고, 이 냉매는 선회스크롤(5)의 선회운동에 의해 스크롤측 압축부(P1)의 토출실 방향으로 이동하면서 1단 압축되었다가 그 스크롤측 압축부의 토출실(P13)에서 고정스크롤(4)의 제1 토출구(44)를 통해 중간커버(8)의 내부공간(81)으로 토출된다.

그러면, 상기 중간커버(8)의 내부공간(81)으로 토출되는 1단 압축된 냉매는 고정스크롤(4)의 제2 흡입구(48)를 통해 로터리측 압축부(P2)의 흡입실(P21)로 흡입되어 피스톤부(53)와 베인(7)에 의해 2단 압축되면서 제2 토출구(49)를 통해 밀폐용기(1)의 내부공간(11)으로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이때, 상기 피스톤부(53)는 선회스크롤(5)의 외주면에 형성되어 그 선회스크롤(5)의 선회운동을 따라 상기 고정스크롤(4)의 압축실 공간부(46)에서 선회운동을 하면서 베인(7)과 함께 로터리측 압축부(P2)의 압축실을 형성하게 된다.

이렇게 하여, 저압측인 1단 압축부가 스크롤 방식으로 형성됨에 따라 토출체적이 일정하게 유지될 수 있고, 이에 따라 고압측인 2단 압축부의 행정체적을 용이하게 설계할 수 있다.

또, 1단 압축부가 압축실의 궤적이 긴 스크롤 방식으로 형성됨에 중간압 구간이 길어지면서 중간압을 균일하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 필요시 중간압의 온도를 낮추거나 오일을 주입하기가 용이할 수 있다.

또, 1단 압축부가 스크롤 방식으로 형성됨에 따라 저압력비 운전시 압축되는 냉매의 일부를 용이하게 바이패스시킬 수 있고, 이를 통해 압축기가 냉동사이클의 운전조건에 적절하게 대응할 수 있도록 할 수 있다.

또, 고압측인 2단 압축부가 로터리 방식으로 형성됨에 따라 선회스크롤의 선회랩의 외주면을 이용하거나 또는 1단 압축부와 다른 방식으로 형성됨에 따라 2단 압축부를 용이하게 제작할 수 있다.

또, 2단 압축부가 토출밸브를 갖는 로터리 방식으로 형성됨에 따라 토출체적을 자유롭게 조절할 수 있어 운전조건에 따라 토출압력을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 고압력비 운전조건에서 토출지연을 통해 부족압축을 최소화할 수 있다.

또, 2단 압축부가 로터리 방식으로 형성됨에 따라 1단 압축부인 스크롤 방식의 배압력을 이용하여 2단 압축부를 실링할 수 있어 2단 압축부의 축방향 누설을 최소화할 수 있다.

또, 2단 압축부인 로터리 압축부가 1단 압축부인 스크롤 압축부보다 하측에 위치함에 따라 2단 압축부가 선회스크롤의 경판부 외주면에 형성될 수 있고, 이를 통해 2단 압축부에서의 사체적을 최소화하여 압축기 효율이 향상될 수 있다.

또, 2단 압축부가 선회스크롤의 경판부 외주면에 형성됨에 따라 상기 크랭크축의 편심부가 선회스크롤의 경판부 안쪽으로 삽입되어 결합될 수 있고, 이에 따라 상기 2단 압축부에서의 접선방향 가스력이 크랭크축과 선회스크롤 사이의 베어링 높이와 중첩될 수 있다. 이를 통해 상기 선회스크롤의 거동이 안정되어 축방향 누설이 감소하면서 압축기 효율이 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 선회스크롤의 경판부 저면으로 돌출되어 크랭크축과 결합되는 보스부의 길이가 짧아져 오일 교반으로 인한 입력손실이 감소되어 압축기 효율이 향상될 수 있다.

또, 2단 압축부가 선회스크롤의 경판부 외주면에 형성됨에 따라 그만큼 선회스크롤의 경판부 상면에 여유공간이 넓어져 랩끝각을 연장할 수 있고, 이를 통해 1단 압축부의 흡입공간이 넓어져 체적비가 증가될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 2단 압축기에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 제1 흡입구가 흡입관에, 제2 토출구는 밀폐용기의 내부공간에, 제1 토출구와 제2 흡입구는 직접 연결됨에 따라 밀폐용기의 내부공간이 고압부를 형성하는 것이나, 본 실시예는 도 6에서와 같이 상기 제1 흡입구(43)가 흡입관에 연결된 제2 연결관(12)에, 상기 제2 토출구(49)는 토출관(13)에 각각 직접 연결되는 반면 상기 제1 토출구(44)와 제2 흡입구(48)가 밀폐용기(1)의 내부공간(11)에 각각 연통되도록 형성되는 것이다.

본 실시예에 의한 2단 압축기의 기본적인 구성과 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이하다. 다만, 본 실시예는 밀폐용기(1)의 내부공간(11)이 스크롤측 압축부(P1)에서 1단 압축된 냉매로 채워짐에 따라 상기 밀폐용기(1)의 내부공간(11)은 중간압부를 형성하게 된다. 이에 따라 전술한 실시예들에 비해 구동모터의 냉각효과가 향상되어 압축기 효율이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 2단 압축기에 대한 또다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 본 실시예는 도 7에서와 같이, 상기 제1 흡입구(43)가 밀폐용기(1)의 내부공간(11)에, 상기 제2 토출구(49)는 토출관(13)에 각각 직접 연결되는 반면 제1 토출구(44)와 제2 흡입구(48)가 중간커버(8)의 내부공간(81)에 연통되는 것이다.

본 실시예에 의한 2단 압축기의 기본적인 구성과 작용 효과는 전술한 실시예들과 대동소이하다. 다만, 본 실시예는 밀폐용기(1)의 내부공간(11)이 흡입관(12)을 통해 흡입되는 냉매로 채워짐에 따라 밀폐용기(1)의 내부공간(11)은 저압부를 형성하게 된다. 이에 따라 전술한 실시예들에 비해 구동모터의 냉각효과가 더욱 향상되어 압축기 효율이 더욱 향상될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 2단 압축기에 대한 또다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예들에서는 스크롤측 압축부를 1단 압축부로, 로터리측 압축부를 2단 압축부로 구성하는 것이나, 본 실시예는 도 7에 도시된 바와 같이 로터리측 압축부를 1단 압축부로, 스크롤측 압축부를 2단 압축부로 구성하는 것이다.

이를 위해, 상기 고정스크롤(4)의 베인슬롯(47) 양측에 제1 흡입구(481)와 제1 토출구(491)가 형성되고, 상기 스크롤측 압축부(P1)의 흡입실에 제2 흡입구(431)가 연통되는 동시에 상기 스크롤측 압축부(P1)의 토출실에 제2 토출구(441)가 연통되도록 각각 형성될 수 있다.

이 경우에도 구동모터는 물론 중간커버 또는 각 연결관과 같은 2단 압축기의 기본적인 구성과 작용 효과는 전술한 실시예들과 대동소이하다. 다만, 이 경우에는 1단 압축부인 로터리측 압축부의 체적이 2단 압축부인 스크롤측 압축부의 체적에 비해 크게 형성하여야 하므로 로터리측 압축부의 체적을 최대한 크게 형성할 수 있어 전체적인 압축기 용량이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 2단 압축기에서 크랭크축과 선회스크롤의 결합구조에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 도 9 및 도 10에서와 같이, 상기 선회스크롤(5)은 그 경판부(51) 저면에 보스부(55)가 형성되어 크랭크축(23)에 삽입되어 결합될 수 있다. 이 경우, 도 에서와 같이 상기 크랭크축(23)의 상단에는 선회스크롤(5)의 보스부(55)가 삽입되는 보스결합홈(23b)이 축중심(O)으로부터 편심지게 형성될 수 있다.

이 경우에도 상기 피스톤부(53)는 선회랩(52)과 중첩되지 않도록 선회스크롤(5)의 경판부(51) 외주면에 형성될 수 있다. 그리고 상기 보스부(55)의 외주면 또는 상기 보스부(55)에 삽입되는 크랭크축(23)의 편심부(23a) 내주면에 환형으로 된 부시베어링(57)이 압입되거나 코팅되어 형성될 수 있다. 상기 부시베어링(57)은 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다. 상기 부시베어링(57)은 압입시 적절한 복원력을 가질 수 있도록 선회스크롤(5)의 열팽창율 등을 고려하여 연신율을 설계하는 것이 상기 부시베어링(57)의 탈거를 방지할 수 있어 바람직할 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에서의 기본적인 작용 효과는 전술한 실시예, 즉 상기 피스톤부가 선회스크롤의 경판부 외주면에 형성되는 실시예와 대동소이하다. 다만, 본 실시예에서는 도 5와 같이 상기 선회스크롤(5)에 보스부(55)가, 상기 크랭크축(23)에 선회스크롤(5)의 보스부(55)가 삽입되는 보스결합홈(23b)이 형성되는 경우에는 압축부의 높이가 더욱 낮아질 수 있고, 이로 인해 압축기가 더욱 소형화될 수 있다. 또, 이 경우에는 상기 선회스크롤(5)의 보스부(55)가 크랭크축(23)의 보스결합홈(23b)에 삽입되어 결합됨에 따라 상기 부시베어링(57)의 외주면이 보스결합홈(23b)의 내주면에 대해 전주(全州) 접촉하게 되어 부시베어링(57)의 마모를 줄일 수 있다. 또, 이 경우에는 상기 부시베어링(57)에서의 마찰손실이 감소되어 압축효율과 신뢰성은 향상되고, 소음은 감소되며, 재료비용은 절감될 수 있다. 또, 이 경우에는 상기 부시베어링(57)이 환형으로 형성되어 보스부(55)에 압입됨에도 불구하고 부시베어링(57)을 형성하는 소재가 열팽창율 또는 연신율, 압입대 등을 고려한 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재로 이루어짐에 따라 부시베어링(57)이 보스부(55)에서 탈거되는 것을 효과적으로 억제하여 압축기의 신뢰성이 향상될 수 있다.

1 : 밀폐용기 11 : 밀폐용기의 내부공간
12 : 제2 연결관 13 : 토출관
4 : 고정스크롤 42 : 고정랩
43 : 제1 흡입구 44 : 제1 토출구
45 : 바이패스 구멍 46 : 압축실 공간부
47 : 베인슬롯 48 : 제2 흡입구
49 : 제2 토출구 5 : 선회스크롤
52 : 선회랩 53 : 피스톤부
7 : 베인 8 : 중간커버
81 : 중간커버의 내부공간 84 : 제1 연결관
P1 : 스크롤측 압축부 P11 : 스크롤측 흡입실
P12 : 스크롤측 중간 압축실 P13 : 스크롤측 토출실
P2 : 로터리측 압축부 P21 : 로터리측 흡입실
P22 : 로터리측 토출실

Claims (20)

1. 밀폐용기;
   상기 밀폐용기에 구비되는 구동모터;
   상기 구동모터의 회전자에 결합되는 크랭크축;
   상기 크랭크축에 결합되어 상기 구동모터의 회전력을 전달받아 선회운동을 하는 제1 스크롤;
   상기 제1 스크롤에 결합되어 그 제1 스크롤과 함께 제1 압축부와 제2 압축부를 형성하는 제2 스크롤; 및
   상기 제1 스크롤 또는 제2 스크롤에 구비되어 다른 쪽 스크롤과 접촉하여 상기 제2 압축부를 형성하는 베인;을 포함하고,
   상기 제1 압축부와 제2 압축부는 서로 다른 높이에 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
2. 제2항에 있어서,
   상기 제1 스크롤은,
   제1 경판부;
   상기 제1 경판부에 형성되어 상기 제1 압축부를 이루는 제1 랩부; 및
   상기 제1 경판부의 외주면에 형성되어 상기 베인과 함께 상기 제2 압축부를 이루는 피스톤부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 피스톤부에는 그 피스톤부에서 외주면 방향으로 연장되어 상기 제2 스크롤과 함께 베어링면을 이루는 베어링부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 경판부에는 상기 크랭크축이 삽입되는 축결합부가 형성되고, 상기 축결합부는 상기 제2 압축부와 적어도 일부가 축방향으로 중첩되는 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 크랭크축에는 상기 축결합부에 삽입되는 편심부가 상기 크랭크축의 회전중심에 대해 편심지게 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
6. 제2항에 있어서,
   상기 제1 경판부에는 상기 제1 랩부의 반대면에서 돌출되어 상기 크랭크축에 결합되는 보스부가 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 크랭크축에는 상기 보스부가 삽입되는 보스결합홈이 형성되고, 상기 보스결합홈은 상기 크랭크축의 회전중심에 대해 편심지게 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 보스부의 외주면 또는 상기 보스결합홈의 내주면에 부시베어링이 구비되고,
   상기 부시베어링은 에테르 케톤(ether ketone) 결합을 가진 플라스틱 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 부시베어링은 환형 단면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스크롤은,
    제2 경판부; 및
    상기 제2 경판부에 형성되어 제1 압축부를 이루는 제2 랩부;를 포함하고,
    상기 제2 경판부에는 상기 제2 압축부를 이루는 압축공간부가 형성되며, 상기 압축공간부는 상기 제2 랩부와 다른 높이에 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 스크롤에는 상기 베인이 미끄러지게 삽입되도록 베인슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제2 스크롤에는 상기 제1 압축부에 연통되는 제1 흡입구와 제2 토출구, 상기 제2 압축부에 연통되는 제2 흡입구와 제2 토출구가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 흡입구는 상기 밀폐용기를 관통하는 흡입관이 직접 연결되며, 상기 제2 토출구는 상기 밀폐용기의 내부공간에 연통되는 것을 특징으로 하는 압축기.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 스크롤에는 상기 제1 토출구와 제2 흡입구를 연통시키도록 소정의 내부공간을 갖는 중간커버가 결합되는 것을 특징으로 하는 2단 압축기.
15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 흡입구는 상기 밀폐용기를 관통하는 흡입관이 직접 연결되고, 상기 제1 토출구와 제2 흡입구는 상기 밀폐용기의 내부공간에 연통되며,
    상기 제2 토출구는 상기 밀폐용기를 관통하는 토출관이 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기.
16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 흡입구는 상기 밀폐용기의 내부공간에 연통되고, 상기 제2 토출구는 상기 밀폐용기를 관통하는 토출관이 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 스크롤에는 상기 제1 토출구와 제2 흡입구를 연통시키도록 소정의 내부공간을 갖는 중간커버가 결합되는 것을 특징으로 하는 압축기.
18. 서로 맞물리는 제1 스크롤과 제2 스크롤의 사이에 스크롤측 압축부와 로터리측 압축부를 형성하는 압축기에 있어서,
    상기 스크롤측 압축부와 로터리측 압축부가 서로 다른 평면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 압축기.
19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 스크롤은 크랭크축의 편심부에 편심지게 결합되고, 상기 편심부는 상기 로터리측 압축부와 적어도 일부가 동일 평면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 압축기.
20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 스크롤은 크랭크축의 편심부에 편심지게 결합되고, 상기 편심부는 상기 로터리측 압축부와 서로 다른 평면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 압축기.
    

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