KR20170029313A - 스크롤 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축; 알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및 상기 선회스크롤에 결합되며, 소결금속으로 형성되는 자전방지부재;를 포함한다. 이로써, 올담링이 선회스크롤과의 접촉으로 인해 마모되는 것을 억제할 수 있다. 또, 올담링의 일부에 살빼기부를 형성하거나 내마모 코팅층을 형성함으로써, 올담링의 무게가 증가하여 압축기의 진동 소음이 증가되는 것을 억제할 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 선회스크롤이 알루미늄 소재로 형성되는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
스크롤 압축기는 케이싱의 내부공간에 고정스크롤이 고정되고, 고정스크롤에 선회스크롤이 맞물려 선회운동을 하면서 고정스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩 사이에 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 두 개 한 쌍의 압축공간을 형성하는 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. 최근에는 편심부하를 낮춰 운전 속도가 180Hz 이상인 고효율 스크롤 압축기가 소개되고 있다.
도 1은 종래 고압식 스크롤 압축기(이하, 스크롤 압축기로 약칭함)의 일례를 보인 종단면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 종래의 스크롤 압축기는, 밀폐된 케이싱(10)의 내부공간(11)에 회전력을 발생하는 구동모터(20)가 설치되며, 구동모터(20)의 상측에는 메인프레임(30)이 설치되어 있다.
메인프레임(30)의 상면에는 고정스크롤(40)이 고정 설치되고, 메인프레임(30)과 고정스크롤(40) 사이에는 선회스크롤(50)이 선회 가능하게 설치되어 있다. 선회스크롤(50)은 구동모터(20)의 회전자(22)에 결합되는 회전축(60)에 결합되어 있다.
선회스크롤(50)은 고정스크롤(40)의 고정랩(44)과 맞물려 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축공간(P)을 형성하도록 선회랩(54)이 형성되어 있다. 압축공간(P)은 흡입실, 중간압실, 토출실이 연속으로 형성되고, 중간압실은 여러 단계가 연속으로 형성되어 있다.
그리고 고정스크롤(40)과 선회스크롤(50) 사이에는 선회스크롤(50)의 자전운동을 방지하기 위한 올담링(70)이 설치되어 있다.
그리고 고정스크롤(40)과 선회스크롤(50) 사이에는 선회스크롤(50)의 자전운동을 방지하기 위한 올담링(70)이 설치되어 있다. 올담링(70)은 알루미늄 소재로 형성되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 올담링(70)은 환형으로 형성되는 링부(71)와, 링부(71)의 축방향 양측면에 돌출 형성되는 복수 개씩의 키부(75)로 이루어져 있다.
링부(71)는 원형 띠 모양으로 형성되고, 키부(75)를 제외한 축방향 양측면 전체가 평평하게 형성되어 있다. 하지만, 경우에 따라서는 키부(75) 주변의 축방향 양측면에 소정의 높이만큼 돌출되어 스러스트면이 각각 단차지게 형성될 수 있다.
키부(75)는 메인프레임(30)의 키홈(35)에 미끄러지게 삽입되는 제1 키부(76) 및 선회스크롤(50)의 키홈(55)에 미끄러지게 삽입되는 제2 키부(78)로 이루어져 있다.
제1 키부(76)는 원주방향을 따라 180도 간격을 두고 링부(71)의 축방향 일측면에 형성되며, 제2 키부(78)는 원주방향을 따라 180도 간격을 두고 링부(71)의 축방향 타측면에 형성되어 있다.
제1 키부(76)와 제2 키부(78)는 평면 투영시 원주방향을 따라 90도 간격을 두고 번갈아 형성되어 있다.
한편, 케이싱(10)의 일측에는 토출관(16)이 연통되어 그 케이싱(10)으로부터 토출되는 냉매로부터 오일을 분리하는 오일분리기(90)가 설치되고, 오일분리기(90)의 하단에는 오일이 채워진 케이싱(10)의 내부공간(11)으로 연통되어 분리된 오일을 케이싱(10)으로 회수하는 오일회수관(91)이 연결되고, 오일분리기(90)의 상단에는 오일이 분리된 냉매를 냉동사이클의 응축기로 안내하는 냉매관(92)이 연결되어 있다.
도면중 미설명 부호인 15는 흡입관, 21은 고정자, 41은 고정스크롤의 경판부, 42는 고정스크롤의 측벽부, 44는 흡입구, 45는 토출구, 51은 선회스크롤의 경판부, 53은 보스부, 61은 오일유로, 62는 보스부 삽입홈, 80은 서브프레임이다.
상기와 같은 종래의 스크롤 압축기는, 구동모터(20)에 전원이 인가되어 회전력이 발생되면, 회전축(60)이 구동모터(20)의 회전력을 선회스크롤(50)에 전달하게 된다.
그러면 선회스크롤(50)이 올담링(70)에 의해 고정스크롤(40)에 대해 선회운동을 하면서 그 고정스크롤(40)과의 사이에 두 개 한 쌍의 압축공간(P)을 형성하여 냉매를 흡입·압축·토출시키게 된다.
이때, 선회스크롤(50)이 회전축(60)에 의해 원주방향으로 회전력을 전달받지만 올담링(70)의 제1 키부(76) 및 제2 키부(78)는 메인프레임(30)의 키홈(35) 및 선회스크롤(50)의 키홈(55)에 각각 반경방향으로 미끄러지게 삽입됨에 따라, 제1 키부(76) 및 제2 키부(78)의 일측면과 각 키홈(35)(55)의 일측면 사이에는 집중하중에 의한 마모가 발생될 수 있다. 하지만, 올담링(70)의 제1 키부(76)과 메인프레임(30)의 키홈(35)이 올담링(70)의 제2 키부(78)와 선회스크롤(50)의 키홈(55)에 대해 직교하는 방향으로 형성됨에 따라, 각 키와 키홈 사이의 마모를 억제하는 동시에 선회스크롤(50)이 메인프레임(30)에 대해 선회운동을 할 수 있게 된다. 도면중 미설명 부호인 t1은 링부의 두께이고, t2는 양쪽 스러스트면 사이의 두께이다.
그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기는, 선회스크롤(50)과 올담링(70)이 모두 알루미늄 소재로 형성됨에 따라, 올담링(70)에서 심한 마모가 발생되는 문제점이 있었다. 통상, 서로 미끄럼 접촉되는 두 부재가 동종 소재로 형성되는 경우에는 이종 소재로 형성되는 것에 비해 상대적으로 마모가 크게 일어나게 된다. 이를 감안하여, 주철과 같이 경도가 높은 소재로 올담링(70)을 형성하는 경우에는 올담링(70)의 무게가 증가하여 원심력에 의한 편심부하가 증가하게 되고, 이로 인해 압축기의 진동 소음이 증가하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 올담링 또는 올담링과 접하는 부재의 마모를 억제할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 선회스크롤과 올담링을 이종 소재로 형성하는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 선회스크롤과 올담링의 소재를 이종 소재로 형성하면서도 편심하중이 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축; 알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및 상기 선회스크롤에 결합되며, 소결금속으로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축; 알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및 상기 선회스크롤에 결합되며, 상기 선회스크롤과 다른 소재로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축; 알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및 상기 선회스크롤에 결합되며, 상기 선회스크롤보다 경도가 높은 소재로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 자전방지부재는, 링부; 및 상기 링부의 축방향 양측면에 돌출 형성되어 상기 자전방지부재가 대응되는 부재의 키홈과 반경방향으로 미끄럼 결합되는 복수 개의 키부;를 포함하고, 상기 링부에는 축방향 측면에 단차지는 면이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 자전방지부재는, 링부; 및 상기 링부의 축방향 양측면에 돌출 형성되어 상기 자전방지부재가 대응되는 부재의 키홈과 반경방향으로 미끄럼 결합되는 복수 개의 키부;를 포함하고, 상기 링부에는 소정의 체적을 가지는 구멍 또는 홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축; 알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및 상기 선회스크롤에 결합되며, 상기 선회스크롤과 결합되는 부위는 알루미늄 이외의 소재로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축; 알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및 상기 선회스크롤에 결합되며, 상기 선회스크롤과 결합되는 부위는 그 선회스크롤보다 경도가 높은 소재로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축; 알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및 상기 선회스크롤에 결합되며, 서로 다른 소재를 가지는 복수 개의 부재로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 자전방지부재는, 링부; 및 상기 링부의 축방향 양측면에 돌출 형성되어 상기 자전방지부재가 대응되는 부재의 키홈과 반경방향으로 미끄럼 결합되는 복수 개의 키부;를 포함하고, 상기 링부와 키부는 서로 다른 소재로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 링부와 키부 중에서 어느 한 쪽에는 돌기가, 다른 한 쪽에는 상기 돌기가 삽입되는 홈 또는 구멍이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 케이싱에는 그 케이싱에 고정되어 상기 자전방지부재가 미끄러지게 결합되는 프레임이 구비되며, 상기 키부는 상기 프레임과 동일 소재로 형성될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축; 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및 상기 선회스크롤에 결합되며, 상기 선회스크롤과 동일 소재로 형성되는 베이스 금속부의 외측면에는 상기 선회스크롤과 다른 소재로 된 코팅부를 가지는 자전방지부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 코팅부는 서로 다른 소재를 가지는 복수 층으로 형성되며, 상기 코팅부를 이루는 복수 층은 상기 베이스 금속으로부터 멀리 위치하는 층일수록 경도가 높은 소재로 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 올담링 전체 또는 일부를 선회스크롤과 다른 소재로 형성함으로써, 올담링이 선회스크롤과의 접촉으로 인해 마모되는 것을 억제할 수 있다. 또, 이 경우, 올담링의 일부에 살빼기부를 형성함으로써, 올담링의 무게가 증가하여 압축기의 진동 소음이 증가되는 것을 억제할 수 있다. 또, 올담링을 선회스크롤과 동일 소재로 형성하되 표면에 내마모 코팅층을 형성함으로써, 올담링의 무게가 증가하는 것을 억제하면서도 선회스크롤과의 접촉으로 인해 마모되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 2는 도 1에 따른 종래 올담링의 사시도,
도 3은 본 발명에 의한 스크롤 압축기를 보인 종단면도,
도 4는 도 3에 도시된 올담링을 보인 사시도,
도 5는 도 4의 "Ⅳ-Ⅳ"선단면도,
도 6은 도 3에 따른 올담링의 다른 실시예를 보인 사시도,
도 7은 도 3에 따른 올담링의 또다른 실시예를 보인 사시도,
도 8 및 도 9는 도 7에 따른 올담링에서 링부에 키부를 결합하는 각각의 실시예를 보인 사시도,
도 10 및 도 11은 본 실시예에 의한 올담링들을 종래의 알루미늄 올담링과 비교하여 소음크기 및 배관진동을 보인 그래프,
도 12는 도 3에 따른 올담링의 또다른 실시예를 보인 사시도,
도 13은 도 12의 "Ⅴ-Ⅴ"선단면도,
도 14 및 도 15는 본 실시예에 따른 내마모층(Si-DLC)이 코팅된 올담링에 대한 마모면적과 마모량을 철계 소결 합금 및 알루미늄 올담링과 비교하여 보인 그래프.
이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 스크롤 압축기를 보인 종단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 올담링을 보인 사시도이며, 도 5는 도 4의 "Ⅳ-Ⅳ"선단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 스크롤 압축기는, 케이싱(110)의 내부공간이 밀폐되고, 내부공간은 후술할 구동모터(120)가 설치되는 모터공간(112) 및 후술할 압축공간에서 토출되는 냉매가 일시적으로 채워지는 유분리공간(113)으로 분리될 수 있다. 하지만, 모터공간(112)과 유분리공간(113)은 후술할 연통구멍(146)(147)과 연통홈(136)(137)에 의해 서로 연통될 수 있다. 이로써, 압축공간(P)에서 유분리공간(113)으로 토출되는 냉매의 일부는 토출관(116)을 통해 토출되는 반면, 다른 냉매의 일부는 압축공간(P)에서 모터공간(112)으로 이동하였다가 다시 유분리공간(113)으로 이동한 후 토출관(116)을 통해 토출된다.
케이싱(110)의 모터공간(112)에는 회전력을 발생하는 구동모터(120)가 설치되며, 구동모터(120)의 회전자(122)에는 오일유로(161)를 가지는 회전축(160)이 결합될 수 있다. 회전축(160)은 후술할 선회스크롤(150)에 결합되어 구동모터(120)의 회전력을 선회스크롤(150)에 전달하게 된다. 도면중 미설명 부호인 141은 고정자이다.
구동모터(120)의 상측에는 모터공간(112)과 유분리공간(113)을 구분하며 회전축(160)의 일단을 지지하는 메인프레임(130)이 고정 설치되고, 메인프레임(130)의 상면에는 그 메인프레임(130)과 함께 모터공간(112)과 유분리공간(113)을 구분하는 고정스크롤(140)이 고정 설치될 수 있다. 이에 따라, 메인프레임(130)과 고정스크롤(140)은 케이싱(110)에 함께 고정 결합될 수 있다. 하지만, 고정스크롤(140)은 메인프레임(130)에 대해 상하 방향으로는 미끄러질 수 있지만 원주방향으로는 움직이지 못하도록 결합될 수 있다.
메인프레임(130)은 주철과 같은 경도가 높은 소재로 형성되고, 고정스크롤(140)은 후술할 선회스크롤(150)과 같이 주철보다는 가벼운 소재, 예를 들면 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 이에 따라, 고정스크롤(140)의 가공성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 압축기가 경량화될 수 있다.
고정스크롤(140)은 원판 모양으로 경판부(141)가 형성되고, 경판부(141)의 저면 테두리에는 상기 메인프레임(130)의 상면에 소정의 높이만큼 이격되어 고정 결합되는 환상의 측벽부(142)가 형성되며, 측벽부(142)의 안쪽에는 선회스크롤(150)과 함께 압축공간(P)을 형성하는 고정랩(143)이 형성될 수 있다. 측벽부(142)의 저면에는 선회스크롤(150)의 경판부(151)와 함께 스러스트 베어링면을 형성하는 스러스트면이 형성될 수 있다.
고정스크롤(140)의 경판부(141) 일측에는 후술할 흡입실과 연통되도록 흡입구가 형성되고, 경판부(141) 중앙에는 후술할 토출실과 연통되는 토출구가 형성될 수 있다. 고정스크롤(140)의 경판부(141) 외주면 일측에는 상기 토출구를 통해 토출되는 냉매 또는 냉매로부터 분리되는 오일이 구동모터(120)가 구비된 케이싱(110)의 모터공간(112)으로 이동할 수 있도록 제1 연통구멍(146)이 형성되고, 제1 연통구멍(146)과 원주방향 일측에는 모터공간(112)의 냉매가 유분리공간(113)으로 이동할 수 있도록 제2 연통구멍(147)이 형성될 수 있다.
여기서, 메인프레임(130)에는 제1 연통구멍(146) 및 제2 연통구멍(147)과 각각 연통되어 냉매 또는 오일이 상기 모터공간(112)으로 이동하였다가 냉매가 유분리공간(113)으로 이동할 수 있도록 복수 개의 연통홈(136)(137)이 각 연통구멍(146)(147)과 대응하도록 형성될 수 있다. 이로써, 압축공간(P)에서 후술할 토출커버(190)의 공간부(191)로 토출되는 냉매의 일부는 그 공간부(191)에서 분리되는 오일과 함께 제1 연통구멍(146)과 연통홈(136)을 통해 모터공간(112)으로 이동하여 구동모터(120)를 냉각하고, 구동모터(120)를 냉각한 오일은 케이싱(110)의 저면으로 회수되는 반면 냉매는 연통홈(137)과 제2 연통구멍(147)을 통해 유분리공간(113)으로 이동하여 그 유분리공간(113)에서 오일과 분리된 냉매와 함께 토출관(116)을 통해 외부로 배출된다.
선회스크롤(150)은 회전축(160)에 결합되어 메인프레임(130)과 고정스크롤(140) 사이에서 선회 가능하게 구비될 수 있다.
선회스크롤(150)은 메인프레임(130)에 지지되는 선회스크롤(150)의 경판부(151)가 원판모양으로 형성되고, 선회스크롤(150)의 경판부(151) 상면에는 상기 고정랩(143)과 맞물려 압축공간(P)을 형성하는 선회랩(152)이 형성되며, 선회스크롤(150)의 경판부(151) 저면에는 회전축(160)의 보스부 삽입홈(162)에 삽입되어 결합되는 보스부(153)가 형성될 수 있다. 이로써, 선회스크롤(150)은 회전축(160)에 편심지게 결합된 상태로 고정스크롤(140)에 맞물려 선회운동을 하면서 흡입실, 중간압실, 토출실로 이어지는 두 개 한 쌍의 압축공간(P)을 형성할 수 있다.
선회스크롤(150)은 고정스크롤(140)과 같이 메인프레임(130)보다 가벼운 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 이로써, 압축기가 더욱 가벼워질 수 있을 뿐만 아니라, 선회스크롤(150)의 회전시 발생되는 원심력이 작아져 회전축(160) 또는 회전자(122)에 결합되어 편심하중을 상쇄시키는 밸런스 웨이트(165)를 소형화할 수 있다. 밸런스 웨이트(165)가 소형화되면 회전축(160)의 축길이를 줄일 수 있고, 회전축(160)의 축길이가 줄어든 만큼 압축기 전체를 소형화하거나 또는 케이싱(110)의 내부공간에 발생되는 여유공간을 활용할 수 있다. 즉, 회전축(160)의 축길이가 감소된 만큼 구동모터(120)에서 고정스크롤(140)까지의 축방향 길이가 감소되고, 이에 따라 케이싱(110)의 내부공간에 여유공간이 확보되어 이 여유공간을 활용할 수 있다.
예를 들어, 선회스크롤(150)이 경량화되면 전술한 바와 같이 원심력에 따른 편심부하를 줄여 압축기가 180Hz 이상으로 고속운전을 할 수 있다. 하지만, 압축기가 고속운전을 하게 되면 그만큼 오일이 유출량이 증가될 수 있어, 오일부족에 따른 압축기의 신뢰성이 저하될 수 있다. 따라서, 고속운전이 가능한 스크롤 압축기는 오일분리기의 체적을 증가시켜 오일이 과도하게 유출되는 것을 방지하여야 한다. 하지만, 오일분리기가 케이싱(110)의 외부에 설치되는 경우에는 압축기의 축길이가 감소됨에 따라, 케이싱(110)의 축길이는 감소하는 반면 오일분리기는 증가되어야 한다. 이는 오일분리기의 2차 진동이 증가하게 되어 압축기의 전체적인 진동소음이 증가될 수 있다.
이를 감안하여, 케이싱(110)의 축길이를 유지한 상태에서 유분리공간(113)에 오일분리가 가능한 토출커버(190)를 설치하여, 케이싱(110)의 축길이를 증가시키지 않고도 케이싱(110)의 외부에 설치되는 오일분리기를 제거할 수 있다. 이에 따라, 동일 효율 대비 압축기의 진동 소음을 줄일 수 있다.
한편, 메인프레임(130)과 선회스크롤(150) 사이에는 선회스크롤(150)의 자전운동을 제한하는 올담링(170)이 설치된다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 올담링(170)은 환상으로 형성되어, 메인프레임(130)에 반경방향으로 미끄러지게 결합되는 동시에 선회스크롤(150)에도 반경방향으로 미끄러지게 결합될 수 있다. 다만, 올담링(170)은 메인프레임(130)과 선회스크롤(150)에 대해 직교하는 방향으로 미끄러지게 결합될 수 있다. 이로써, 선회스크롤(150)은 회전축(160)에 의해 회전력을 전달받더라도 메인프레임(130)과의 사이에 설치되는 올담링(170)에 의해 자전운동이 억제되면서 선회운동을 하게 된다.
올담링(170)은 메인프레임(130)과 선회스크롤(150) 사이에서 미끄러지게 결합됨에 따라 다른 부재에 비해 상대적으로 낮은 부하를 받게 된다. 따라서, 올담링(170)은 저렴하면서도 가공성이 좋고 경도가 낮은 알루미늄 소재로 형성될 수 있다.
하지만, 올담링(170)이 알루미늄으로 형성되는 경우에는 선회스크롤(150)과 동종 소재을 이루게 되어 마모가 크게 발생하면서 압축기의 신뢰성이 저하될 수 있고, 주철과 같은 소재로 형성되는 경우에는 압축기의 진동 소음이 증가될 수 있다.
이를 감안하여, 본 실시예의 올담링(170)은 선회스크롤(150)과는 다른 소재이면서 올담링(170)의 무게가 증가되는 것을 최소화할 수 있는 소재 또는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 아울러, 올담링(170)은 메인프레임(130)과도 미끄럼 접촉하므로 가급적 메인프레임(130)과 다른 소재로 형성되는 것이 바람직하지만, 주철의 경우 알루미늄 보다는 내마모성이 우수하므로 메인프레임(130)과 동종 소재로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 올담링(170)은 소결 금속, 더 정확하게는 철계 소결 합금으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 올담링(170)은 종래의 알루미늄 소재와 달리 선회스크롤(150)과 다른 소재로 형성됨에 따라 그만큼 마모가 감소되어 올담링(170)의 손상을 줄일 수 있다.
하지만, 올담링(170)이 철계 소결 합금으로 형성되는 경우에는 종래의 알루미늄 올담링에 비해 올담링의 무게가 증가할 수 있다. 이를 감안하여, 본 실시예에서는 올담링(170)에 살빼기부(170a)를 형성하여 올담링의 무게를 낮출 수 있다. 이로써, 본 실시예의 올담링(170)은 선회스크롤(150)과의 이종 소재를 채용함으로 인해 마모를 줄이는 동시에 살빼기부(170a)를 통해 올담링의 무게를 낮춰 진동 소음이 증가되는 것을 최소화할 수 있다.
도 4 및 도 5에서와 같이, 본 실시예의 올담링(170)은 환형으로 형성되는 링부(171)와, 링부(171)의 축방향 양측면에 돌출 형성되는 복수 개씩의 키부(175)로 이루어질 수 있다.
링부(171)는 원형 띠 모양으로 형성되고, 키부(175)를 제외한 축방향 양쪽 측면 전체가 평평하게 형성될 수 있다. 하지만, 키부(175)가 형성되는 링부(171)의 일측면 또는 그 일측면과 반대쪽 링부(171)의 타측면에 소정의 높이만큼 돌출되어 스러스트면(172)이 형성되고, 양쪽 스러스트면 중에서 일측 스러스트면(172)에 상기 키부(175)가 돌출 형성될 수 있다. 스러스트면(172)은 링부에서 경사지게 형성될 수도 있지만, 링부의 축방향 양쪽 측면에 살빼기부(170a)가 형성되도록 하기 위해서는 도 4에서와 같이 후술할 인접한 제1 키부(176)와 제2 키부(178) 사이의 링부 측면에서 소정의 높이만큼 단차진 단차면(170b)이 스러스트면(172)의 원주방향 양쪽에 형성될 수 있다. 이로써, 본 실시예는 링부(171)의 상하 양쪽 측면에 살빼기부(170a)가 형성됨에 따라, 링부(171)의 두께가 얇아지게 된다.
이 경우, 링부(171)의 두께가 얇아진 만큼 키부(175)의 높이를 높일 수 있지만, 키부(175)의 높이가 높아지면 키부(175)의 강도가 약해져 내구성이 저하되거나 또는 이를 보상하기 위해 키부(175)의 폭을 넓게 형성하여야 하므로 마찰손실이 증가될 수 있다.
따라서, 키부(175)의 높이를 높이기보다는 스러스트면(172)의 단차 높이를 크게 하여 키부(175)의 높이를 높이지 않으면서도 링부(171)의 두께를 줄이는 것이 바람직할 수 있다. 이로써, 링부의 두께(t21)는 양쪽 스러스트면 사이의 두께(t22)보다 작게, 즉 알루미늄 소재로 된 종래의 링부 두께(t1)보다 살빼기부(170a)의 두께만큼 작게 형성될 수 있다.
또, 도면으로 도시하지는 않았지만, 링부(171)는 속빈 중공 형상으로 형성될 수도 있고, 내주면이나 외주면이 소정의 깊이만큼 함몰된 단면 형상으로 형성될 수도 있다.
키부(175)는 메인프레임(130)의 키홈(135)에 미끄러지게 삽입되는 제1 키부(176) 및 선회스크롤(150)의 키홈(155)에 미끄러지게 삽입되는 제2 키부(178)로 이루어질 수 있다.
제1 키부(176)는 원주방향을 따라 180도 간격을 두고 링부(171)의 축방향 일측면에 형성되며, 제2 키부(178)는 원주방향을 따라 180도 간격을 두고 링부(171)의 축방향 타측면에 형성될 수 있다.
제1 키부(176)와 제2 키부(178)는 평면 투영시 원주방향을 따라 90도 간격을 두고 번갈아 형성되어 있다.
도 6에서와 같이, 살빼기부(170a)는 링부(171)에 소정의 단면적을 가지는 구멍 또는 홈으로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 본 실시예의 살빼기부(170a)는 구멍 또는 홈의 전체 체적만큼 형성되도록 할 수도 있다. 이 경우, 링부(175)의 두께(t1)는 종래와 같이 양쪽 스러스트면 사이의 두께(t2)와 동일하게 형성되는 것이 올담링의 강성을 유지하는데 바람직할 수 있다. 하지만, 링부(171)의 두께를 종래의 링부 두께보다는 얇게 형성하여 링부에 살빼기부를 형성할 수도 있다.
한편, 본 발명에 의한 올담링에 대한 또다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
즉, 전술한 실시예에서는 올담링 전체를 소결된 알루미늄과 같은 철계 소결 합금으로 형성하고, 소재에 따른 올담링의 무게 증가는 살빼기부를 통해 낮추는 것이었다. 하지만, 본 실시예는 링부와 키부를 각각 다른 소재로 형성하여 조립하는 방식이다.
도 7에서와 같이, 링부(171)는 종래와 같이 경질인 알루미늄 소재로 형성하는 반면, 메인프레임(130)과 선회스크롤(150)에 대해 실질적으로 부하를 받는 키부(175)만 다른 소재, 예를 들어 메인프레임과 동일 재질인 주철 또는 메인프레임과도 다른 철계 소결 합금으로 형성할 수 있다. 이 경우, 링부(175)의 두께(t1)는 종래 알루미늄 소재로 된 올담링의 링부 두께와 동일하게 형성될 수 있다. 이로써, 전체 올담링의 무게가 증가하는 것을 줄이면서도 올담링(170)의 키부(175)가 마모되는 것을 억제할 수 있다.
여기서, 링부와 키부는 도 8 및 도 9에 도시된 방식으로 결합될 수 있다. 도 8에 따른 실시예는 링부에 고정돌기를 형성하여 키부를 결합하는 방식이고, 도 9에 따른 실시예는 도 8과는 반대로 키부에 고정돌기를 형성하여 링부에 결합하는 방식이다.
도 8에서와 같이, 링부(171)의 축방향 양측면 중에서 키부(175)가 결합될 부위에는 소정의 높이를 가지는 고정돌기(171a)가 형성되고, 키부(175)에는 고정돌기(171a)가 삽입되어 움직이지 못하도록 고정하는 고정구멍(고정홈이 될 수도 있다)(175a)이 형성될 수 있다. 여기서, 고정돌기(171a)는 고정구멍(175a)에 압입되거나 또는 삽입후 용접이나 접착제로 접합될 수 있다. 이 경우, 키(175)가 헛돌지 않도록 고정돌기(171a)와 고정구멍(175a)은 장방형 또는 각진 형상으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
도 9에서와 같이, 링부(171)에 고정홈(171b)을, 키부(175)에 고정돌기(175b)를 각각 형성하여, 앞선 실시예와 같이 압입하거나 접합하여 결합할 수 있다. 이 경우에도 고정돌기(175b)와 고정홈(171b)은 장방형 또는 각진 형상으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
상기와 같이 올담링의 극히 일부에 해당하는 키만 소결 금속으로 형성하는 경우에는, 올담링 전체를 알루미늄보다 무거운 철계 소결 합금으로 형성하는 것에 비해 올담링의 무게가 증가하는 것을 최소한으로 줄일 수 있다.
이에 따라, 메인프레임(130) 및 선회스크롤(150)과 이종 소재를 이루게 되어 그만큼 올담링의 마모를 억제하면서도 올담링의 무게를 낮출 수 있어 압축기의 진동 소음을 줄일 수 있다.
이 경우에도, 링부(171)의 두께(t1)는 종래 링부의 두께와 동일하게 형성할 수도 있지만, 종래의 링부 두께보다는 얇게 형성하여 링부에 살빼기부를 형성할 수도 있다.
도 10 및 도 11은 본 실시예에 의한 올담링들을 종래의 알루미늄 올담링과 비교하여 소음크기 및 배관진동을 보인 그래프이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 살빼기부를 가지며 철계 소결 합금 소재로 된 올담링(도 6의 올담링)은 종래의 알루미늄 올담링(도 2의 올담링)과 비교해서 소음크기와 배관진동에서 대략 유사한 특성을 가지지만, 알루미늄 링부에 주물로 키부를 형성하는 올담링(도 7의 올담링)은 종래의 알루미늄 올담링에 비해서도 소음크기가 개선되는 것을 알 수 있다. 이는, 압축기의 장시간 운전시 발생되는 올담링의 마모를 줄여 압축기의 운전상태가 안정적으로 유지됨에 따른 것으로 유추할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 배관진동 측면에서도 도 7의 올담링이 특히 150Hz 이상에서 종래의 알루미늄 올담링에 비해 개선된 것을 볼 수 있다. 이 역시, 압축기의 장시간 운전시에도 올담링의 마모가 최소화되어 압축기의 운전상태가 안정적으로 유지되면서 전체적인 진동이 개선되는 것으로 유출할 수 있다.
또, 도 6의 올담링 역시 소음과 진동이 다른 올담링과 크게 높아지지 않은 것을 알 수 있다. 이는 도 6의 올담링의 링부 두께가 종래 알루미늄 올담링의 링부 두께인 6mm보다 1mm정도 얇아진 5mm 정도로 형성됨에 따라, 올담링의 무게가 종래 올담링 규격일 경우 대비 약 20% 정도 가벼워지면서 그만큼 진동 소음을 낮출 수 있는 것으로 볼 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 올담링에 대한 또다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
즉, 전술한 실시예들에서는 올담링 전체 또는 일부를 철계 소결 합금 또는 주철로 변경하는 것이었으나, 본 실시예는 도 12에서와 같이 올담링(270)을 이루는 베이스 금속(271)은 알루미늄과 같은 가벼운 소재로 형성하되 그 베이스 금속(271)의 외표면은 내마모 코팅층(275)을 형성하는 것이다. 이 경우, 링부의 두께(t1)는 알루미늄 소재로 된 종래의 올담링의 링부 두께와 동일하게 형성될 수 있다. 하지만, 링부(171)의 두께(t1)를 종래의 링부 두께보다는 얇게 형성하여 링부에 살빼기부를 형성할 수도 있다.
내마모 코팅층(275)은 탄성계수, 마찰계수, 내열성, 내화학성, 열팽창계수 등을 고려하여 선정하여야 하는데, 이렇게 선정된 코팅소재를 베이스 금속(271)의 표면에 직접 코팅하여 형성할 수도 있다. 하지만, 이 경우 알루미늄의 소재 특성상 코팅소재와 접합성이 낮거나 열팽창계수가 상이하여 코팅층이 박리될 수 있다.
따라서, 본 실시예와 같이 내마모 코팅층(275)은 적어도 2개 이상의 복수 층으로 형성되되, 그 복수 층은 베이스 금속(271)을 기준으로 베이스 금속의 표면으로부터 가까운 쪽은 경도가 낮고 먼 쪽은 경도가 높은 소재로 코팅층을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 도 13에서와 같이 본 실시예의 내마모층(275)은 베이스 금속(271)의 표면에 Ni-P층(276) -> 버퍼층(277) -> Si-DLC층(278)으로 이루어질 수 있다. 버퍼층으로는 탄성계수, 내열성, 내화학성, 열팽창계수 등이 Ni-P층이나 Si-DLC층과 비교하여 중간 정도되는 크롬, 텅스텐, 보로나이트 등이 적용될 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 실시예에 따른 내마모층(Si-DLC)이 코팅된 올담링에 대한 마모면적과 마모량을 철계 소결 합금 및 알루미늄 올담링과 비교하여 보인 그래프이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 코팅된 올담링은 알루미늄 올담링은 물론 철계 소결 합금으로 된 올담링에 비해서도 마모면적이 적고 마모량도 크게 개선되는 것을 알 수 있다.
이에 따라, 베이스 금속(271)으로 알루미늄을 적용함에 따라 올담링(270)의 무게가 증가되지 않으면서도, 그 베이스 금속(271)의 표면에 내마모 코팅층(275)을 형성함에 따라 올담링(270)이 마모되는 것을 효과적을 억제할 수 있다. 이를 통해 스크롤 압축기가 180Hz 이상으로 운전을 하면서도 올담링의 신뢰성을 유지하여 압축기는 물론 배관의 진동 소음을 줄일 수 있다.
110 : 케이싱 112 : 모터공간
113 : 유분리공간 120 : 구동모터
130 : 메인프레임 135 : 키홈
140 : 고정스크롤 143 : 고정랩
144 : 흡입구 145 : 토출구
146,147 : 연통구멍 150 : 선회스크롤
152 : 선회랩 155 : 키홈
160 : 회전축 170 : 올담링
170a : 살빼기부 170b : 단차면
171 : 링부 172 : 스러스트면
175 : 키부 190 : 토출커버

Claims (13)

  1. 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터;
    상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축;
    알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤;
    상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및
    상기 선회스크롤에 결합되며, 소결금속으로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기.
  2. 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터;
    상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축;
    알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤;
    상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및
    상기 선회스크롤에 결합되며, 상기 선회스크롤과 다른 소재로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기.
  3. 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터;
    상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축;
    알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤;
    상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및
    상기 선회스크롤에 결합되며, 상기 선회스크롤보다 경도가 높은 소재로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기.
  4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 자전방지부재는,
    링부; 및
    상기 링부의 축방향 양측면에 돌출 형성되어 상기 자전방지부재가 대응되는 부재의 키홈과 반경방향으로 미끄럼 결합되는 복수 개의 키부;를 포함하고,
    상기 링부에는 축방향 측면에 단차지는 면이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 자전방지부재는,
    링부; 및
    상기 링부의 축방향 양측면에 돌출 형성되어 상기 자전방지부재가 대응되는 부재의 키홈과 반경방향으로 미끄럼 결합되는 복수 개의 키부;를 포함하고,
    상기 링부에는 소정의 체적을 가지는 구멍 또는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터;
    상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축;
    알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤;
    상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및
    상기 선회스크롤에 결합되며, 상기 선회스크롤과 결합되는 부위는 알루미늄 이외의 소재로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기.
  7. 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터;
    상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축;
    알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤;
    상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및
    상기 선회스크롤에 결합되며, 상기 선회스크롤과 결합되는 부위는 그 선회스크롤보다 경도가 높은 소재로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기.
  8. 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터;
    상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축;
    알루미늄 소재로 형성되고, 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤;
    상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및
    상기 선회스크롤에 결합되며, 서로 다른 소재를 가지는 복수 개의 부재로 형성되는 자전방지부재;를 포함하는 스크롤 압축기.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자전방지부재는,
    링부; 및
    상기 링부의 축방향 양측면에 돌출 형성되어 상기 자전방지부재가 대응되는 부재의 키홈과 반경방향으로 미끄럼 결합되는 복수 개의 키부;를 포함하고,
    상기 링부와 키부는 서로 다른 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 링부와 키부 중에서 어느 한 쪽에는 돌기가, 다른 한 쪽에는 상기 돌기가 삽입되는 홈 또는 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 케이싱에는 그 케이싱에 고정되어 상기 자전방지부재가 미끄러지게 결합되는 프레임이 구비되며,
    상기 키부는 상기 프레임과 동일 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  12. 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터;
    상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축;
    상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤;
    상기 선회스크롤에 결합되어 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축공간을 형성하는 고정스크롤; 및
    상기 선회스크롤에 결합되며, 상기 선회스크롤과 동일 소재로 형성되는 베이스 금속부의 외측면에는 상기 선회스크롤과 다른 소재로 된 코팅부를 가지는 자전방지부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 코팅부는 서로 다른 소재를 가지는 복수 층으로 형성되며, 상기 코팅부를 이루는 복수 층은 상기 베이스 금속으로부터 멀리 위치하는 층일수록 경도가 높은 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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