KR20190000688A - 토출 성능을 개선한 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 토출 저항을 감소시킬 수 있도록 하는 연통홈을 구비하는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 고정경판부와 고정랩을 구비하는 고정 스크롤과 고정 스크롤에 대하여 선회운동을 하며 선회경판부와 선회랩을 구비하는 선회 스크롤을 포함하고, 상기 선회경판부의 내면에 오목홈 형상의 연통홈을 구비하여, 고정랩과 상기 연통홈의 중첩 상태에 따라서 상기 연통홈을 통한 냉매의 흐름이 이루어지도록 하는 구조를 제공함으로써, 토출 초기에 토출구의 개방 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가져온다.

Description

토출 성능을 개선한 압축기{COMPRESSOR HAVING ENHANCED DISCHARGE STRUCTURE}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축실에서 압축된 냉매의 토출 성능을 개선한 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.

스크롤 압축기는 고정랩을 구비하는 고정 스크롤 및 고정랩과 맞물리는 선회랩을 구비하는 선회 스크롤을 포함한다. 즉, 스크롤 압축기는 선회 스크롤이 고정 스크롤 상에서 선회운동을 하면서, 고정랩과 선회랩 사이에 형성되는 압축실의 연속적인 부피 변화를 통해서 냉매를 흡입 및 압축하는 형태의 압축기이다.

스크롤 압축기는 다른 종류의 압축기에 비하여 상대적으로 높은 압축비를 얻을 수 있으면서 냉매의 흡입, 압축, 토출 행정이 부드럽게 이어져 안정적인 토크를 얻을 수 있는 장점 때문에 공조장치 등에서 냉매압축용으로 널리 사용되고 있다.

스크롤 압축기에 있어서, 그 거동 특성은 고정랩 및 선회랩의 형태에 의해 결정된다. 고정랩과 선회랩은 임의의 형상을 가질 수 있지만 통상적으로 가공이 용이한 인볼류트 곡선(Involute Curve)의 형태를 가지고 있다.

선회 스크롤은 통상적으로 원판 형태로 경판이 형성되고, 상기 경판의 일측면에 선회랩이 형성된다. 그리고, 선회랩이 형성되지 않은 경판의 타측면에는 소정의 높이를 가지는 보스부가 형성된다. 그리고 상기 보스부에는 회전축의 편심부가 결합되어 선회 스크롤을 선회구동시킨다. 이러한 구조는 경판의 거의 전체 면적에 걸쳐서 선회랩을 형성할 수 있으므로, 얻고자 하는 압축비가 동일할 경우 경판의 크기를 작게 할 수 있는 장점이 있다.

그러나 이러한 구조는 선회랩과 보스부가 축방향으로 이격되어 있어서 압축시 냉매의 반발력이 작용되는 작용점과, 이 반발력을 상쇄하기 위한 반력이 작용되는 작용점이 축방향으로 서로 다른 위치가 되고, 이로 인해 압축기의 구동시 반발력과 반력이 서로 우력으로 작용하면서 선회 스크롤을 기울이게 되므로, 압축기의 동작시 진동이나 소음이 증가하는 단점을 가지고 있었다.

대한민국 등록특허 10-1059880호 '스크롤 압축기'는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 회전축의 편심부와 선회 스크롤이 결합되는 지점이 선회랩과 동일 평면(회전축 상에서 중첩되는 위치)에 형성되는 형태의 스크롤 압축기를 개시하고 있다. 회전축의 편심부가 선회랩과 회전축을 기준으로 중첩되는 높이에 결합된 구조의 스크롤 압축기는 냉매의 반발력이 작용하는 작용점과 그 반발력에 대한 반력의 작용점이 동일한 높이에서 상호 반대방향으로 작용하게 되므로 선회 스크롤이 기울어지는 문제를 해소할 수 있다.

한편, 스크롤 압축기는 각 압축실에서 압축된 냉매를 토출시키는 토출구를 구비한다. 압축실은 선회랩의 외측면에 형성되는 제1압축실과, 선회랩의 내측면에 형성되는 제2압축실이 있다.

제1압축실에서 압축된 냉매와 제2압축실에서 압축된 냉매가 한 개의 토출구를 구비하는 경우에는, 토출구가 제1압축실에 대해 개방되는 시점과 제2압축실에 대해 개방되는 시점이 달라진다. 따라서 상대적으로 늦게 냉매가 토출되는 압축실에서는 토출지연에 따른 과압축 손실이 발생하는 문제점을 가지고 있었다.

이를 해소하기 위하여, 제1압축실의 토출구와, 제2압축실의 토출구를 개별적으로 형성하는 구조가 제시되었으나, 토출구를 개별적으로 형성하더라도 제2압축실의 경우 토출 초기에 토출구의 개방면적을 확보하기 어려운 문제점을 가지고 있었다.

본 발명의 목적은, 고정 스크롤과 선회 스크롤을 이용한 스크롤 압축기에 있어서, 압축실에서 압축된 냉매를 토출하는 토출 초기에 토출 지연을 감소시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 복수개의 토출구가 단일의 토출출구로 연결되도록 함으로써 토출 밸브의 감소시킬 수 있는 스크롤 압축기를 제공함에 있다.

본 발명은 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이에 제1압축실과 제2압축실이 형성되는 스크롤 압축기에 있어서, 제2압축실의 토출 초기에 제2압축실에서 압축된 냉매가 선회 스크롤의 내면에 형성된 연통홈을 통하여 제1압축실의 토출구를 통하여 토출될 수 있도록 하는 구조를 제공한다.

그리고, 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 제1압축실에 형성된 제1토출입구와 제2압축실에 형성된 제2토출입구가 고정 스크롤의 고정경판부의 내부에서 연통유로로 연결되도록 함으로써, 단일의 토출출구와 단일의 토출밸브로 이루어지는 구조를 제공한다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 고정랩의 외면과 선회랩의 내면 사이에 형성되는 제1압축실과 고정랩의 내면과 선회랩의 외면 사이에 형성되는 제2압축실의 압축비율을 향상할 수 있는 구조를 제공한다. 이 때 제2압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 토출 초기에, 제2압축실에서 압축된 냉매가 제1토출구를 통해서도 토출될 수 있도록 한다. 따라서 제2압축실의 토출 초기에 제2토출구의 개방면적이 부족하더라도 제1토출구를 이용함으로써 토출 지연에 따른 과압축 손실을 감소킬 수 있는 효과를 가져온다.

또한, 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 제1압축실에서 압축된 냉매를 토출하는 제1토출구와 제2압축실에 압축된 냉매를 토출하는 제2토출구를 단일의 토출출구로 연결하는 구조를 제공하여, 토출밸브의 개수를 감소시킬 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예중 압축 유닛을 도시한 부분 절개도이다.
도 3은 도 2에 도시된 압축 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 종래의 인볼류트 형태의 선회랩 및 고정랩을 갖는 스크롤 압축기에서 흡입 직후 및 토출 직전의 제1 및 제2압축실을 나타낸 평면도이다.
도 5는 종래의 또 다른 인볼류트 형태의 선회랩 및 고정랩을 갖는 스크롤 압축기에서의 선회랩의 형태를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 실시예에 대한 포락선을 얻는 과정을 도시한 설명도이다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예의 최종 포락선을 도시한 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 포락선에 의해 얻어진 선회랩 및 고정랩을 도시한 평면도이다.
도 9는 도 8의 중앙부를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 10은 도 8의 중앙부를 확대하여 도시한 또 다른 평면도이다.
도 11은 크랭크각이 150ㅀ 위치에 있는 상태를 도시한 평면도이다.
도 12는 도 8에 도시된 실시예에서 제2압축실에서 토출이 개시되는 시점을 도시한 평면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 고정 스크롤과 선회 스크롤을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 선회 스크롤의 선회 동작을 나타낸 도면이다.
도 15 내지 도 19는 제2압축실의 토출 개시 시점인 도 15를 기준으로 크랭크각이 시계방향으로 10ㅀ씩 이동한 상태를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 연통홈을 통한 냉매의 이동을 설명하기 위한 확대도이다.
도 21은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 연통홈의 형태를 나타낸 단면도이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 토출 밸브의 구조를 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 밸브의 구조를 나타낸 도면이다.
도 24는 도 23에 나타낸 토출 밸브의 단면 구조를 나타낸 도면이다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 내부 구조를 도시한 단면도이고, 도 2는 상기 실시예 중 압축 유닛을 도시한 부분 절개도이고, 도 3은 도 2에 도시된 압축 유닛을 도시한 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기(100)는 원통형의 케이싱(110)과 상기 케이싱(110)의 상부 및 하부를 각각 덮는 상부 쉘(112) 및 하부 쉘(114)을 갖는다. 상기 상부 쉘(112)과 하부 쉘(114)은 상기 케이싱(110)에 용접되어 케이싱(110)과 함께 하나의 밀폐 공간을 형성할 수 있다.

상부 쉘(112)의 상부에는 토출파이프(116)가 배치된다. 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.

케이싱(110)의 측면으로 흡입파이프(118)가 배치된다. 흡입파이프(118)는 압축될 냉매가 유입되는 통로로서, 도 1에서는 상기 흡입파이프(118)가 상기 케이싱(110)과 상부 쉘(112)의 경계면에 위치하고 있으나 그 위치는 임의로 설정할 수 있다. 아울러, 하부 쉘(114)은 압축기가 원활하게 작동될 수 있도록 공급되는 오일을 저장하는 오일챔버로서도 기능하게 된다.

케이싱(110) 내부의 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 배치되어, 상기 회전자(124)와 회전축(126)은 함께 회전하게 된다.

상기 회전축(126)의 중심부에는 오일유로(126a)가 회전축(126)의 길이방향을 따라서 연장되도록 형성되어 있고, 상기 회전축(126)의 하단부에는 상기 하부 쉘(114)에 저장되어 있는 오일을 상부로 공급하기 위한 오일펌프(126b)가 설치된다.

도면에 명확하게 도시하지는 않았으나, 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 고정 스크롤에 형성되는 보스부 내부에 삽입되는 확경부(126c)가 배치된다. 상기 확경부는 다른 부분에 비해서 큰 직경을 갖도록 형성되고, 확경부의 단부에는 핀부(126d)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 확경부가 생략되고 전체가 일정한 직경을 갖도록 하는 형태가 될 수도 있다. 핀부(126d)에는 편심 베어링(128)이 끼워지는데, 도 3을 참조하면, 상기 편심 베어링(128)은 상기 핀부(126d)에 대해서 편심되게 끼워지며, 핀부(126d)에 대해서 편심 베어링(128)이 회전하지 않도록 양자의 결합부는 대략 "D"자 형태를 갖도록 형성된다.

상기 케이싱(110)과 상부 쉘(112)의 경계부에 고정 스크롤(130)이 장착된다. 상기 고정 스크롤(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 고정 스크롤(130)의 저면에는 상술한 회전축(126)이 삽입되는 보스부(132)가 형성된다. 상기 보스부(132)의 상측면(도 1 기준)에는 상기 회전축(126)의 핀부(126d)가 관통될 수 있도록 하는 관통공이 형성되어 이를 통해 상기 핀부(126d)는 상기 고정 스크롤(130)의 경판부(134)의 상측으로 돌출되게 된다.

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

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

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

여기서, 상기 편심 베어링을 대신하여 편심 부시가 설치되는 예도 고려할 수 있으며, 이 경우 상기 편심 부시가 삽입되는 회전축 결합부(146)의 내면을 특수 처리하여 회전축 결합부의 내면이 베어링 역할을 하도록 하거나, 상기 편심 부시와 상기 회전축 결합부 사이에 별도의 베어링을 설치하는 예도 고려할 수 있다.

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

그리고, 상기 선회 스크롤(140)의 상측에는 상기 선회 스크롤의 자전을 방지하기 위한 올담링(150)이 설치된다. 상기 올담링(150)은 상기 선회 스크롤(140)의 경판부 배면에 끼워지는 대략 원 형태를 갖는 링부(152)와 상기 링부(152)의 일측면으로 돌출되는 한 쌍의 제1 키(154) 및 제2 키(156)를 포함한다.

상기 제1 키(154)는 상기 선회 스크롤(140)의 경판부(142) 외주측의 두께보다 길게 돌출되어, 상기 고정 스크롤(130)의 측벽부(138)의 상단 및 상기 선회 스크롤 지지부(138a)에 걸쳐서 형성되는 제1 키홈(154a)의 내부에 삽입된다. 아울러, 상기 제2키(156)는 상기 선회 스크롤(140)의 경판부(142)의 외주부에 형성되는 제2 키홈(156a)에 각각 끼워진 상태로 결합된다.

여기서, 상기 제1 키홈(154a)은 상방향으로 연장되는 수직부와 좌우방향으로 연장되는 수평부를 갖도록 형성된다. 상기 선회 스크롤의 선회 운동 시에 상기 제1 키(154)의 하측 단부는 항상 상기 제1 키홈(154a)의 수평부에 끼워진 상태를 유지하지만, 제1 키(154)의 반경방향 외측 단부는 상기 제1 키홈(154a)의 수직부로부터 이탈될 수 있도록 형성된다. 즉, 상기 제1 키홈(154a)과 고정 스크롤 사이의 결합이 상하 방향으로 이루어지기 때문에, 고정 스크롤의 직경을 작게 할 수 있다.

구체적으로, 상기 선회 스크롤의 경판부와 상기 고정 스크롤의 내벽 사이에는 선회 반경에 해당되는 만큼의 유격을 확보하여야 한다. 만일, 올담링의 키가 고정 스크롤과 반경방향으로 결합되는 경우에는, 선회 과정에서 올담링이 키홈으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해서는 고정 스크롤에 형성되는 키홈의 길이가 적어도 선회 반경보다는 커야 하고 이는 고정 스크롤의 크기를 증가시키는 원인이 된다.

반면에, 상기 실시예와 같이 키홈이 선회 스크롤의 경판부와 선회랩 사이의 공간 하부로 연장되도록 하면 충분한 키홈의 길이를 확보하면서도 고정 스크롤의 크기를 작게 할 수 있다.

아울러, 상기 실시예에서의 올담링은 링부의 일측면에 모든 키가 형성되어 있어, 양측면에 각각 키가 형성되는 경우에 비해서 압축 유닛의 상하방향의 높이를 줄일 수 있게 된다.

한편, 상기 케이싱(110)의 하부에는 상기 회전축(126)의 하측을 회전가능하게 지지하기 위한 하부 프레임(160)이 설치되어 있고, 상기 선회 스크롤의 상부에는 상기 선회 스크롤과 상기 올담링(150)을 지지하는 상부 프레임(170)이 각각 설치된다. 상기 상부 프레임(170)의 중앙에는 상기 선회 스크롤(140)의 토출구와 연통되어 압축된 냉매를 상기 상부 쉘측으로 토출되도록 하는 홀이 형성된다.

이제, 상기 고정 스크롤과 선회 스크롤의 형상에 대해 설명하기에 앞서, 본원 발명의 이해를 돕기 위해 상기 선회랩과 고정랩이 인볼류트 형태를 갖는 경우에 대해서 설명한다.

도 4는 인볼류트 곡선으로 이루어진 선회랩과 고정랩을 갖고, 축의 일부가 경판을 관통하는 형태의 스크롤 압축기에서 흡입 직후의 압축실과 토출 직전의 압축실을 도시한 평면도이다.

도 4의 (a)는 고정랩의 내측면과 선회랩의 외측면 사이에서 형성되는 제1압축실의 변화를 도시한 것이고, (b)는 선회랩의 내측면과 고정랩의 외측면 사이에서 형성되는 제2압축실의 변화를 도시한 것이다.

스크롤 압축기에서 압축실은 고정랩과 선회랩이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점 사이에서 생기게 되며, 인볼류트 곡선을 갖는 고정랩과 선회랩을 갖는 경우 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 압축실을 정의하는 두 개의 접촉점은 일직선 상에 위치하게 된다. 다시 말해서, 상기 압축실은 상기 회전축의 중심에 대해서 360ㅀ에 걸쳐서 배치된다.

도 4의 (a)에서 상기 제1압축실의 체적변화를 살펴보면, 압축실의 부피는 선회 스크롤의 선회운동에 의해서 중심부로 이동하면서 점차적으로 감소하여, 선회 스크롤의 중심에 위치하는 회전축 결합부의 외주부에 도달할 때 최소값을 갖는다. 인볼류트 곡선의 고정랩 및 선회랩을 갖는 경우에는 체적감소율이 상기 회전축의 선회각도(이하, '크랭크각'이라 한다)가 증가함에 따라서 선형적으로 감소하게 된다. 따라서, 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 된다.

한편, 도 4의 (b)에 도시된 제2압축실은 제1압축실에 비해서 더욱 낮은 압축비를 갖게 된다. 그러나, 제2압축실의 경우 선회 스크롤의 형상을 변경하여, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 상기 회전축 결합부(P)와 선회랩의 연결부위를 원호 형상으로 하면, 토출되기 전까지의 제2압축실의 압축경로가 길어져서 압축비를 높일 수 있게 된다. 이 경우, 상기 제2압축실은 토출직전에 360도 미만의 범위를 갖게 된다. 그러나, 이러한 방법은 상기 제1압축실에 대해서는 적용이 불가능하다.

따라서, 인볼류트 형상의 고정랩과 선회랩을 갖는 경우에는 제2압축실의 경우 의도한 수준의 압축비를 얻을 수 있지만, 제1압축실의 경우에는 불가능하며, 이렇게 두 개의 압축실 사이에서 현저한 압축비의 차이가 있는 경우 압축기의 작동에 좋지 않은 영향을 미치게 될 뿐만 아니라, 전체 압축비도 낮아지게 된다.

이를 해소하기 위해서, 상기 실시예에서는 상기 고정랩과 선회랩이 인볼류트 곡선이 아닌 다른 곡선을 갖도록 하고 있다. 도 6의 (a) 내지 (e)는 상기 실시예의 고정랩과 선회랩의 형상을 결정하는 과정을 도시한 것으로서, 도 6에서 실선은 상기 제1압축실에 대한 포락선이고 점선은 제2압축실에 대한 포락선이다.

여기서, 포락선이란 소정 형태가 이동하면서 그리는 궤적을 의미하는데, 여기서 실선은 상기 제1압축실이 흡입 및 토출되는 과정에서 그리는 궤적을 의미하고, 점선은 제2압축실에서의 궤적을 의미하는 것이다.

따라서, 상기 실선을 기준으로 하여, 선회 스크롤의 선회반경만큼 양쪽으로 평행이동시키면 고정랩의 내측면과 선회랩의 외측면의 형상이 되며, 점선을 기준으로 하여 평행이동시키면 고정랩의 외측면과 선회랩의 내측면의 형상이 된다.

도 6의 (a)는 도 5의 (a)에 도시한 형태의 랩 형상을 갖는 경우에 해당되는 포락선을 도시한 것이다.

여기서, 굵은 선으로 표시된 부분은 토출 직전의 제1압축실에 해당되는 것으로서, 도시된 바와 같이 시작점과 끝점이 일직선 상에 위치하게 된다. 이러한 경우에 충분한 압축비를 얻기가 어렵다.

도 6의 (b)와 같이 굵은 선 중 외측에 위치하는 단부를 상기 포락선을 따라서 시계방향으로 이동시키고, 내측에 위치하는 단부를 상기 회전축 결합부와 접촉되는 점까지 이동시킨다. 즉, 포락선 중 회전축 결합부와 인접한 부분을 보다 작은 곡률 반경을 갖도록 구부린다.

앞서 설명한 바와 같이, 스크롤 압축기의 특성상 압축실은 선회랩과 고정랩이 만나는 두 개의 접촉점에 의해 형성된다. 도 6의 (a)에서 굵은 선의 양단부가 두 개의 접촉점에 해당되는데, 스크롤 압축기의 동작 원리상 각각의 접촉점에서의 법선 벡터는 서로 평행하게 배치된다. 그리고, 이들 법선 벡터는 상기 회전축의 중심과 상기 편심베어링의 중심을 연결하는 선과도 평행하게 된다. 다만, 고정랩과 선회랩이 인볼류트 형상을 갖는 경우에 상기 두 개의 법선벡터는 서로 평행할 뿐만 아니라 도 6(a)와 같이 일치하게 된다.

즉, 도 6의 (a)에서 상기 회전축 결합부(146)의 중심을 O라 하고, 두 개의 접촉점을 각각 P1, P2라 할 때, P2는 O와 P1을 연결한 직선상에 위치하게 되고, 선OP1과 OP2가 이루는 각 중 큰 각을 α라 할 때, 상기 α는 360ㅀ가 된다. 아울러, 점 P1과 P2에서의 법선 벡터 사이의 거리를 ℓ이라 할 때, 상기 ℓ은 0이 된다.

상기 P1과 P2를 상기 포락선을 따라서 보다 내측으로 이동시키면 제1압축실의 압축비를 높일 수 있다. 이를 위해서, 상기 P2를 상기 회전축 결합부(146)측으로 이동시켜서, 다시 말해 상기 제1압축실에 대한 포락선을 회전축 결합부(146)측으로 꺾어서 이동시키면 점 P2에서의 법선 벡터와 평행한 법선 벡터를 갖는 점 P1는 상기 도 6의 (a)에 비해서 도 6을 기준으로 시계방향으로 회전하여 이동된 지점에 위치하게 된다.

상술한 바와 같이, 제1압축실은 포락선을 따라서 내측으로 이동할수록 부피가 작아지므로, 도 6의 (b)에서 제1압축실은 도 6의 (a)에 비해서 보다 내측으로 이동하게 되고 그만큼 더 압축되므로 압축비가 높아지게 된다.

한편, 도 6의 (b)의 경우 점 P2가 회전축 결합부에 지나치게 근접하게 되어, 회전축 결합부의 두께가 작아져 충분한 강성을 갖지 못하게 되므로 이를 다시 뒤로 후퇴시켜 도 6의 (c)와 같이 포락선을 수정한다. 다만, 도 6의 (c)에서는 제1압축실과 제2압축실에 대한 포락선들이 지나치게 밀접하여 랩 두께가 지나치게 얇아지거나 물리적으로 랩을 형성할 수 없으므로, 도 6의 (d)에서와 같이 제2압축실에 대한 포락선을 수정하여 두 개의 포락선이 소정 간격을 유지할 수 있도록 한다.

아울러, 제2압축실의 포락선 중 그 단부에 위치하는 원호부분(c)이 제 1 압축실의 포락선과 접하도록 도 6의 (e)와 같이 수정한다. 그리고, 포락선 전체에 걸쳐서 두 개의 포락선이 소정간격을 유지하도록 수정하고, 고정랩 단부에서의 랩 강도 확보를 위해서 상기 제2압축실의 포락선 중 상기 원호부분(c)의 반경을 키우면 도 7과 같은 형태를 갖는 포락선을 얻게 된다.

도 8은 상기 도 7의 포락선을 근거로 하여 완성한 선회랩 및 고정랩을 도시한 평면도이고, 도 9는 상기 도 8 중 중앙부를 확대하여 도시한 평면도이다.

도 8은 상기 제1압축실에서 토출이 개시되는 시점에서의 선회랩의 위치를 도시한 것이다. 여기서, 상기 도 8에서의 P1은 제1압축실에서 토출이 개시되기 시작하는 경우에 제1압축실의 정의하는 두 개의 접촉점 중 내측에 위치하는 점으로서, 도 9에서는 이를 특별히 P3로 지칭하기로 한다. 그리고, 선 S는 상기 회전축의 위치를 표시하기 위한 가상의 선이고, 원 C는 상기 선 S가 그리는 궤적이다.

이하에서는, 상기 선 S가 도 8에 도시된 상태와 같이 배치된 경우, 즉 토출 개시시인 경우에 크랭크각을 0ㅀ로 정의하고, 반시계방향으로 회전된 경우에 음(-)의 값을, 시계방향으로 회전된 경우에 양(+)의 값을 갖는 것으로 정의한다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 두 개의 접촉점(P1, P2)과 상기 회전축 결합부의 중심(O)을 연결한 두 개의 직선에 의해 정의되는 각 α는 360ㅀ보다 작고, 각각의 접촉점에서의 법선 벡터 사이의 거리 ℓ도 0보다 큰 값을 갖는 것을 알 수 있다.

이로 인해서, 토출 직전의 제1압축실이 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.

상기 실시예에서, 상기 각α는 270 내지 345ㅀ사이의 값을 갖도록 설정된다. 압축비 향상의 관점에서는 상기 각α는 작게 설정되는 것이 유리하지만, 270ㅀ보다 작게 설정되면, 기계 가공이 어려워져 생산성이 좋지 못하고 압축기의 단가가 높아지는 문제가 있다. 그리고, 345ㅀ를 초과하면, 압축비가 2.1 이하로 낮아져서 충분한 정도의 압축비를 제공하지 못하게 된다.

그리고, 상기 고정랩의 내측 단부 부근에 상기 회전축 결합부(146)측으로 돌출되는 돌기부(161)가 형성되는데, 상기 돌기부(161)에는 상기 돌기부로부터 돌출되도록 형성되는 접촉부(162)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(162) 중에서 도 9와 같이 토출개시 시점에서 제1압축실을 형성하는 두 개의 접촉점 중에서 내측에 위치하는 접촉점(P3)을 시작으로 하여 고정랩의 두께는 점차적으로 감소하게 된다.

구체적으로, 상기 접촉점(P3)과 인접한 제1 감소부(164) 및 제1 감소부와 이어지는 제2 감소부(166)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 DF라 할 때, 상기 DF는 상기 P3에서 반시계방향(도 9 기준)으로 갈수록 증가한 후 감소하게 되는데, 그 구간이 도 12에 도시되어 있다. 도 12는 상기 회전축의 크랭크각이 토출 개시 150ㅀ전인 경우, 즉 크랭크각이 150ㅀ인 경우에 선회랩의 위치를 도시한 평면도로서,

도 12의 상태로부터 상기 회전축이 150ㅀ더 회전하면 도 8에 도시된 상태에 이르게 된다. 도 12를 참조하면, 제1압축실을 형성하는 두 개의 접촉점 중에서 내측에 위치하는 접촉점(P4)은 상기 회전축 결합부(146)의 상측에 위치하게 되며, 도 9에서의 P3에서 도 12에서의 P4 사이의 구간에서 상기 DF는 증가한 후 감소하게 된다.

상기 회전축 결합부(146)에는 상기 돌기부와 맞물리게 되는 오목부(171)가 형성된다. 상기 오목부(171)의 일측벽은 상기 돌기부(161)의 접촉부(162)와 접촉하면서 제1압축실의 일측 접촉점을 형성하게 된다. 상기 회전축 결합부(146)의 중심으로부터 상기 회전축 결합부(146)의 외주부 사이의 거리를 Do라 할 때, 상기 Do는 상기 도 9의 P3에서 도 11의 P4 사이의 구간에서 증가한 후 감소하게 된다. 마찬가지로, 상기 회전축 결합부(146)의 두께도 상기 도 9의 P3에서 도 11의 P4 사이의 구간에서 증가한 후 감소하게 된다.

그리고, 상기 오목부(171)의 일측벽은 두께가 상대적으로 급격히 증가하는 제1 증가부(172)와 상기 제1 증가부와 연결되며 상대적으로 낮은 비율로 두께가 증가하는 제2 증가부(174)를 포함한다. 이는 상기 고정랩의 제1 감소부 및 제2 감소부와 대응된다. 이들 제1 증가부, 제1 감소부, 제2 증가부 및 제2 감소부는 상기 도 6의 (b)단계에서 포락선을 회전축 결합부 측으로 꺾은 결과로 얻어진 것이다. 이들에 의해, 제1압축실을 형성하는 내측 접촉점(P1)이 상기 제1 증가부 및 제2 증가부에 위치하게 되며, 토출 직전의 제1압축실의 길이를 짧게 하여 결과적으로 압축비를 높일 수 있게 한다.

상기 오목부(171)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 제2압축실의 압축비도 증가하는 장점이 있다.

여기서, 상기 오목부(171)의 중앙부는 상기 제2압축실의 일부를 이루게 된다. 도 14는 제2압축실에서 토출이 개시될 때의 선회랩의 위치를 도시한 평면도로서, 도 14에서 제2압축실은 두 개의 접촉점(P6, P7) 사이에서 정의되며, 상기 오목부의 원호형태의 측벽과 접하고 있으며, 회전축이 좀 더 회전하면 제2압축실의 일단부는 상기 오목부의 중앙부를 지나게 된다.

도 10은 상기 도 9에 도시된 상태를 도시한 또 다른 평면도로서, 도 10을 참조하면, 상기 P3에서 그은 접선(T)은 상기 회전축 결합부의 내부를 통과하게 되는 것을 알 수 있다. 이러한 결과도 상기 도 6의 (b) 과정에서 포락선을 내측으로 꺾은 결과로서 얻어지는 것으로서, 상기 접선(T)과 상기 회전축 결합부 중심 사이의 거리가 상기 회전축 결합부 내부의 직경 보다 작게 된다.

그리고, 도 10에서 P5는 크랭크 각이 90ㅀ인 경우의 내측 접촉점을 지칭하는 것이며, 도시된 바와 같이 상기 회전축 결합부의 외주부의 곡률 반경은 상기 P3 및 P5 사이에서 각 지점에 따라서 다양한 값을 갖게 된다.

일반적으로, 공조용 압축기에 있어서 냉난방 겸용장치에 사용되는 경우 2.3 이상, 냉방용으로 사용되는 경우 2.1 이상의 압축비를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 상기 P5는 반드시 크랭크각이 90ㅀ인 경우에 한정되는 것은 아니지만, 스크롤 압축기의 작동 원리상 90ㅀ이후의 곡률반경에 대한 설계 자유도가 낮으므로, 상대적으로 자유도가 높은 0ㅀ 내지 90ㅀ사이에서의 형상을 변경하는 것이 압축비 향상에 유리하다.

다음으로, 제1압축실과 제2압축실에 압출된 냉매를 토출되는 토출 구조에 관하여 살펴본다.

제1압축실과 제2압축실은 서로 포락선을 따라 압축이 이루어지게 되므로, 제1압축실에 압축된 냉매와 제2압축실에서 압축된 냉매는 각각 제1토출구와, 제2토출구를 통해서 압축실에서 토출되어 케이싱의 내부로 이동한다.

각각의 토출구의 위치는 요구되는 토출압을 고려하여 임으로 설정할 수 있다.

토출구는 고정 스크롤의 고정경판부에 관통공의 형태로 형성될 수 있다. 고정경판부의 내면(선회 스크롤과 마주하는 면)인 압축실 측의 토출구를 토출입구라 칭하고, 고정경판부의 외면(케이싱과 마주하는 면)의 토출구를 토출 출구로 칭한다.

그런데, 앞서 살펴본 바와 같이 제2압축실은 내측부분의 형상이 굽혀진 형상을 가지게 되어 제2압축실의 토출개시 시점에서 제2토출 입구의 개방면적을 확보하는데 한계를 가지고 있다. 토출 입구의 개방면적이 충분히 확보되지 못하는 경우 토출 손실이 과도하게 발생하여 전체 압축기의 성능을 저하시키는 원인이 된다.

본 발명은 제2압축실의 압축된 냉매가 제1압축실의 냉매를 토출하기 위한 제1토출구를 통해서도 토출될 수 있도록 함으로써, 제2압축실의 토출 초기의 토출 저항을 감소시킬 수 있도록 하는 구조를 제공한다.

압축된 냉매의 이동은 압력차에 의하여 발생하게 되는데, 이때 유량과 유속은 압력차와 유로의 단면적에 의하여 결정된다. 따라서 토출구의 개방면적을 충분하게 확보하지 못하면, 토출 저항이 커지게 되므로 필요한 토출 유량을 확보하지 못하게 되는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 선회 스크롤의 경판부에 제2압축실의 토출 초기에 제2압축실에서 압출된 냉매가 제1토출구로 이동할 수 있도록 하는 연통홈을 구비한다.

상기 연통홈은 상기 선회 스크롤의 선회경판부에 오목홈의 형태로 형성될 수 있다. 이하에서는 선회경판부에 압축된 냉매의 이동을 위한 오목홈을 연통홈이라 칭한다.

상기 연통홈은 선회경판부의 내면에 오목한 형태로 가공되어 형성된다. 선회경판부의 내면은 고정랩의 상면과 접촉하여 압축실을 설정하게 되는데, 선회경판부에 오목한 홈 형태의 연통홈이 구비되면 고정랩의 상면이 상기 연통홈을 완전히 덮지 못하게 될 경우, 연통홈이 고정 스크롤의 상면에서 벗어나 있는 부분들 사이를 냉매가 이동할 수 있게 된다.

다시말해, 연통홈으로 유입되어 연통홈이 고정랩을 벗어나 있는 부분들 간에 냉매가 이동할 수 있게 되는 것이다.

이러한 연통홈은 선회경판부에 형성된 것으로 선회 스크롤의 선회운동에 따라(크랭크 각의 변화) 고정랩과의 상대 위치가 변화하게 되므로, 연통홈의 형성 위치와 연통홈의 형상을 조절하면, 선회 스크롤의 특정 위치에서 상기 연통홈을 통하여 냉매가 고정랩의 상면을 타고 이동할 수 있게 된다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 고정 스크롤과 선회 스크롤을 나타낸 도면이고, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 선회 스크롤의 선회 동작을 나타낸 도면이다.

고정 스크롤(130)은 원판 형상의 고정경판부(134)와, 고정랩(136)을 구비하며, 선회 스크롤(140)은 원판 형상의 선회경판부(142)와, 선회랩(144)을 구비한다.

고정경판부(134)에는 제1토출구(210)과 제2토출구(220)이 관통홀 형태로 형성될 수 있다.

제1토출구(210)는 앞서 설명한 대로, 제1압축실에서 압축된 냉매가 압축실의 외부로 토출될 수 있도록 하는 역할을 수행하며, 제2토출구(220)는 제2압축실에서 압축된 냉매가 압축실의 외부로 토출될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

제1토출구(210)가 제1압축실의 영역 내부로 진입하게 되면, 제1압축실 내부에서 압축된 냉매가 제1토출구(210)를 통하여 프레임 내부로 토출된다. 마찬가지로 제2토출구(220)가 제2압축실의 영역 내부로 진입하게 되면, 제2압축실 내부에서 압축된 냉매가 제2토출구(220)를 통하여 프레임 내부로 토출된다.

도시한 실시예의 경우 선회 스크롤이 시계방향으로 회전하는 형태를 나타낸 것으로, 도 15에 도시한 상태는 제2압축실의 토출이 개시되는 시점을 나타낸 것이다. 제2압축실의 토출이 개시되는 시점의 크랭크각을 기준으로, 선회 스크롤이 10도씩 회전한 상태를 도 15 내지 도 19에 나타내었다.

도 15를 살펴보면, 제2토출구(220)가 선회 스크롤의 선회랩(144)에 완전히 덮혀진 상태이나, 선회 스크롤이 추가적으로 회전하게 되면 제2토출구(220)가 제2압축실의 내부로 진입하게 되어 토출이 개시된다. 도 15의 상태를 기점으로 제2압축실의 토출이 개시되므로, 도 15의 상태를 토출 개시 시점이라 할 수 있다.

도 15의 토출 개시 시점에서 선회경판부(142)에 형성된 연통홈(143)은 고정랩(136)의 상면 내부에 위치하게 되므로, 이 상태에서는 연통홈(143)을 통한 냉매의 이동이 이루어지지 않는다. 다시말해 토출 개시 시점에서는 연통홈(143)이 제2압축실의 내부와 중첩되는 영역이 존재하지 않는다.

도 16은 도 15에서 크랭크각이 시계방향으로 10ㅀ 회전한 상태를 나타낸 것으로, 선회랩(144)과 연통홈(143)이 고정랩(136)과 토출구(210,220)에 대하여 10ㅀ회전한 것을 알 수 있다.

도 16의 상태에서는 제2토출구(220)가 제2압축실의 내부로 진입하여 제2토출구(220)를 통하여 제2압축실에 압축된 냉매가 배출된다. 그런데, 제2토출구(220)가 제2압축실의 내부로 중첩된 면적이 매우 협소한 것을 알 수 있다. 제2토출구(220)가 제2압축실의 내부로 진입되기는 하였으나, 개방면적이 작아서 제2토출구(220)만으로는 압축된 냉매가 원활하게 토출될 수 없다.

도 16에서 연통홈(143)의 위치를 살펴보면, 고정랩(136)의 위쪽으로 연통홈(143)이 노출되어 있고, 또한 연통홈(143)이 제2압축실의 내부를 향해서도 고정랩(136)을 벗어나 노출되어 있다. 이러한 상태에서는 제2압축실의 내부로 노출된 부분의 연통홈을 통하여 압축된 냉매가 유입된 후, 연통홈(143)을 경유하여 고정랩(136) 위쪽의 공간으로 이동하게 된다. 이 때 고정랩(136) 위쪽의 공간으로는 제1토출구(210)가 진입되어 있는 상태이다.

따라서, 제2압축실에서 압축된 냉매가 연통홈(143)을 통하여, 제1토출구(210)가 진입된 공간으로 이동한 후, 다시 제1토출구(210)를 통하여 배출될 수 있다.

결과적으로, 도 16의 상태에서는 제2압축실에서 압축된 냉매가 제2토출구(220)로 토출됨과 동시에 제1토출구(210)를 통해서도 토출될 수 있게 된다. 이 때, 제1토출구(210)의 개방면적이 제2토출구(220)의 개방면적보다 넓은 면적으로 개방되어 있는 것을 확인할 수 있다.

도 17은 도 16에서 크랭크각이 시계방향으로 10 회전한 상태를 나타낸 것으로, 선회랩(144)과 연통홈(143)이 고정랩(136)과 토출구(210,220)에 대하여 도 16에 비하여 10더 회전한 상태이다.

도 16과 비교하면 제2토출구(220)의 개방면적이 확대되었으며, 제2압축실과 도 16의 고정랩 위쪽의 공간이 제2압축실로 연결되었음을 확인할 수 있다. 연통홈(143)의 위치를 살펴보면 연통홈(143)의 상부와 좌측부분이 고정랩(136)을 벗어나 있어서, 연통홈을 통해서도 제2압축실의 유체가 제1토출구(210)가 노출된 영역으로 압축된 냉매가 흐를 수 있는 상태임을 알 수 있다. 따라서, 이 상태에서도 제2압축실의 냉매의 토출은 제2토출구를 통하여 이루어짐과 동시에 제1토출구(210)를 통해서 이루어진다.

도 18은 도 17에서 크랭크각이 시계방향으로 10 회전한 상태를 나타낸 것이다. 도 18을 살펴보면 제2압축실의 제2토출구(220)의 개방면적이 확대되었음을 알 수 있으며, 이 때 연통홈(143)은 상부와 좌측부분이 고정랩(136)을 벗어나 있는 것을 알 수 있다. 그러나 도 18의 상태에서는 제1토출구(210)가 제2압축실의 내부로 개방된 면적이 축소되었으며, 연통홈(143)을 통하지 않고서도 제1토출구(210)가 제2압축실과 연결되어 있는 상태이므로, 연통홈(143)으로 인한 효과가 큰 의미를 가지지 않는다.

한편, 도 18의 상태에서 제1압축실을 살펴보면 제1토출구(210)가 압축실에 개방되기 직전의 상태임을 알 수 있다. 다시말해, 제1토출구(210)가 제1압축실로 진입되기 직전의 상태이며, 이 상태에서 크랭크각이 시계방향으로 추가적으로 회전하게 되면, 제1압축실의 토출이 개시된다.

도 19는 도 18에서 크랭크각이 시계방향으로 10ㅀ 회전한 상태를 나타낸 것이다. 도 18을 살펴보면 제2압축실의 제2토출구의 개방면적이 확대되었으며, 제1압축실의 경우에도 제1토출구(210)가 제1압축실 내부로 진입되어 제1압축실의 토출이 이루어지고 있는 상태인 것을 알 수 있다.

이 때, 연통홈(143)의 경우 도 17의 상태와 마찬가지로 상부와 좌측부분이 고정랩(136)을 벗어나 있는 것을 알 수 있다. 그러나 도 16의 상태와 마찬가지로 제1토출구(210)가 제2압축실의 영역으로 개방된 면적이 극히 협소하여 연통홈(143)으로 인한 효과가 의미를 가지지는 않는 상태이다.

도 20은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 연통홈을 통한 냉매의 이동을 설명하기 위한 확대도이다.

도시한 바와 같이, 토출 개시 시점에서는 제2토출구(220)와 연통홈(143)이 모두 제2압축실(C2)과 중첩되는 영역이 존재하지 않는 상태이다.

토출 개시 시점에서 선회 스크롤(130)이 추가적으로 회전하게 되면, 제2토출구(220)가 제2압축실(C2)의 내부로 진입한 영역이 생성된다. 제2토출구(220)가 제2압축실(C2)로 진입한 영역이 제2토출구의 개방면적(220_1)이 된다. 개방면적은 선회 스크롤(130)의 선회각도가 증가할수록 확대된다.

그런데, 토출 초기(토출 개시 직후)에는 제2토출구(220)의 개방면적(220_1)이 협소하여 토출 저항이 커서 제2토출구(220)만으로는 충분한 토출 성능을 확보하기 어렵다.

본원 발명은 이를 보완하기 위하여 연통홈(143)을 통하여 제2압축실(C2)에서 압축된 냉매가 연통홈(143)을 경유하여 제1토출구(210)를 통해서도 토출될 수 있도록 한 것이다.

연통홈(143)은 선회 스크롤의 선회 경판부에 오목홈의 형태로 형성된 것으로, 선회 스크롤의 선회 운동에 따라서 연통홈(143)과 고정랩(136)의 중첩 형태가 달라지게 된다.

도시된 바와 같이, 토출 개시 시점에서는 연통홈(143)과 제2압축실(C2)이 중첩된 영역이 존재하지 않으므로, 연통홈(143)을 통한 냉매의 이동이 발생하지 않는다.

그런데, 선회 스크롤이 토출 개시 시점에서 추가로 회전하게 되면, 연통홈(143)이 고정랩(136)을 벗어나며 제2압축실(C2)과 중첩되는 영역이 발생하게 된다.

토출 개시 +10ㅀ에서는 연통홈(143)이 제2압축실(C2)과 중첩된 영역이 발생하게 되며, 이 부분이 연통 입구(143_1)가 된다. 그리고 연통홈(143)이 제1압축실(C1)과 중첩된 영역이 연통 출구(143_2)가 된다.

따라서, 제2압축실(C2) 내부의 냉매가 연통 입구(143_1)로 유입되어, 고정랩의 위쪽을 통과한 후, 연통 출구(143_2)를 통해 제1압축실(C1)로 이동할 수 있고, 제1압축실(C1)에서 제1토출구(21)를 통해서 토출된다.

도시한 실시예의 경우 토출구의 개방과 연통홈을 통한 냉매의 이동이 동시에 시작되는 형태이나, 연통홈의 형상을 변경하는 것으로 토출구의 개방에 앞서 연통홈을 통한 냉매의 이동이 시작될 수도 있다.

살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 선회경판부(142)의 내면에 오목홈 형상의 연통홈(143)을 형성하여, 제2압축실에서 압축된 냉매가 제1토출구(210)를 통해서 토출될 수 있도록 함으로써, 제2토출구(220)의 개방면적이 협소한 제2압축실 토출 초기에 토출 손실을 감소시키는 효과를 가져온다.

또한, 냉매의 과압축이 발생하는 압축실 구간에 연통홈을 배치하여, 과압축되는 냉매가 다른 압축실로 이동하도록 할 수도 있다. 이 경우 연통홈을 이용하여 냉매의 과압축을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

도 21은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 연통홈의 형태를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 연통홈(143)은 선회 스크롤(140)의 선회랩(144) 사이의 선회경판부(142) 내면에 형성된다. 연통홈(143)을 통해서 압축된 냉매가 효과적으로 유동할 수 있도록 하기 위해서, 상기 연통홈(143)은 (a)에 도시된 바와 같이 측면과 바닥면이 라운드 형태로 연결되거나, (b)에 도시된 바와 같이 측면이 경사면으로 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 연통홈(143)으로 유입되는 냉매와 연통홈(143)에서 유출되는 냉매의 유동 저항을 감소시키기 위한 것이다. 측면이 바닥면과 직각으로 형성되어 있으면, 연통홈(143)으로 이동하는 압축된 냉매의 유동 저항이 상대적으로 크기 때문이다.

도 22는 본 발명의 실시예에 따른 토출 밸브의 구조를 나타낸 도면이고, 도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 밸브의 구조를 나타낸 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 제1압축실에서 압축된 냉매를 토출하기 위한 제1토출구와, 제2압축실에 압축된 냉매를 토출하기 제2토출구가 구비되며, 제1토출구와 제2토출구는 고정 스크롤의 고정경판부에 형성된다.

도 21에 도시된 바와 같이, 제1토출구(210)와 제2토출구(220)를 고정경판부를 관통하는 관통홀의 형태로 형성할 수 있다. 이 경우 제1토출구(210)와 제2토출구(220)는 토출입구와 토출출구가 동일한 모양의 관통홀이 된다. 이러한 형상은 토출구의 가공이 유리한 장점을 가진다.

이러한 실시형태의 경우 각각의 제1토출구와 제2토출구를 개페하는 제1토출밸브(215)와 제2토출밸브(225)를 별도로 구비한다.

다른 실시형태로, 도 23에 도시된 바와 같이 제1토출입구(212)와 제2토출입구(222)가 연통유로를 통하여 연결되어 하나의 토출출구(230)로 배출되도록 할 수 있다.

이러한 구조는 토출밸브의 개수를 감소시킬 수 있는 장점을 가진다.

도 24은 도 23에 도시한 토출 밸브의 구조를 나타낸 단면도이다.

제1토출입구(212)와 제2토출입구(222)가 고정경판부(134)의 내부에서 합쳐져서 하나의 토출출구(230)로 토출될 수 있도록 하기 위해서는 고정경판부(134)의 내부에 연통유로(240)를 형성해야 한다.

이를 가공하기 위한 방법으로는 도시한 바와 같이, 고정경판부(134)를 관통하여, 제1토출입구(212)와 제2토출입구(222)의 형상에 대응하는 관통공을 형성한 후, 제1토출입구(212)와 제2토출입구(222)를 연결하는 연통유로홈(242)을 가공한다. 연통유로홈(242)은 고정경판부(134)의 배면에서 고정경판부(134)가 관통되지 않도록 하며 홈의 형태로 가공할 수 있다. 그리고, 고정경판부(134)의 배면에서 제1토출입구와, 연통유로홈과, 제2토출입구가 합쳐진 형상을 가지며 단일의 토출출구를 구비하는 덮개판(250)을 결합한다. 토출출구(230)에는 토출밸브(235)가 결합된다.

이러한 구조를 통하여, 제1토출입구(212)와 제2토출입구(222)가 하나의 토출출구(230)로 토출되는 구조를 구현할 수 있다.

이러한 구조는 토출출구(230)의 위치와 형상을 제1토출입구 및 제2토출입구의 위치나 형상으로부터 자유롭게 설계할 수 있는 장점을 가지며, 밸브의 개수를 감소시켜 밸브 동작에 따른 소음을 감소시키는 효과를 가져온다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 스크롤 압축기 110: 케이싱
112: 상부 쉘 114: 하부 쉘
120: 구동 모터 122: 고정자
124 :회전자 126: 회전축
160: 하부 프레임 170: 상부 프레임
130: 고정 스크롤 132: 보스부
134: 고정경판부 136: 고정랩
140: 선회 스크롤 142: 선회경판부
143: 연통홈
144: 선회랩 146: 회전축 결합부
150: 올담링 161: 돌기부
162: 접촉부 171: 오목부
210: 제1토출구 220: 제2토출구
230: 토출출구

Claims (19)

1. 고정경판부와 고정랩을 구비하는 고정 스크롤과, 선회경판부와 선회랩을 구비하며 상기 고정 스크롤에 대하여 선회운동을 하는 선회 스크롤을 포함하는 스크롤 압축기로서,
   상기 선회경판부의 내면에 오목홈 형상의 연통홈을 구비하여, 상기 고정랩과 상기 연통홈의 중첩 상태에 따라서 상기 연통홈을 통한 냉매의 흐름이 이루어지는
   스크롤 압축기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정경판부는
   상기 고정랩과 상기 선회랩 사이에서 압축된 냉매를 토출하기 위한 복수의 토출구를 구비하며,
   상기 연통홈은 특정 토출구의 토출초기에 인접 토출구를 통한 냉매의 토출이 이루어질 수 있도록 배치된 스크롤 압축기.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 고정랩의 외면과 상기 선회랩의 내면의 사이에 제1압축실이 형성되고,
   상기 고정랩의 내면과 상기 선회랩의 외면의 사이에 제2압축실이 형성되며,
   상기 고정 스크롤의 고정경판부는 상기 제1압축실에서 압축된 냉매를 토출하는 제1토출구와, 상기 제2압축실에서 압축된 냉매를 토출하는 제2토출구를 구비하고,
   상기 연통홈은 상기 제2압축실의 토출초기에 상기 제2압축실에서 압축된 냉매가 상기 연통홈을 통과하여 상기 제1토출구로도 토출될 수 있도록 배치된
   스크롤 압축기.
   
4. 고정경판부와 고정랩을 구비하는 고정 스크롤과, 선회경판부와 선회랩을 구비하며 상기 고정 스크롤에 대하여 선회운동을 하는 선회 스크롤을 포함하는 스크롤 압축기로서,
   상기 고정랩의 내측면과 상기 선회랩의 외측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점 사이에 제1압축실이 형성되고,
   상기 고정랩의 외측면과 상기 선회랩의 내측면이 접촉하여 생기는 두개의 접촉점 사이에 제2압축실이 형성되며,
   상기 고정경판부는 상기 제1압축실에서 압축된 냉매를 위하여 토출하는 제1토출구와, 상기 제2압축실에서 압축된 냉매를 토출하는 제2토출구를 구비하고,
   상기 선회경판부는 압축실이 형성되는 내면에 상기 제2압축실의 냉매를 상기 제1토출구측으로 이동하시기 위한 유로를 제공하는 연통홈을 구비하는
   스크롤 압축기.
   
5. 제4 항에 있어서,
   상기 연통홈은
   상기 제2압축실의 압축된 냉매가 상기 제2토출구로 토출되는 토출 개시 시점부터 상기 제2압축실의 냉매가 상기 제1토출구측으로 이동할 수 있도록 배치된
   스크롤 압축기.
   
6. 제5 항에 있어서,
   상기 토출 개시 시점부터 상기 연통홈이 상기 제2압축실과 중첩되는 영역인 연통 입구의 면적이 증가하게 되는
   스크롤 압축기
   
7. 제6 항에 있어서,
   상기 연통홈은
   상기 제1압축실과 중첩되는 영역을 가질 수 있는 형상으로 형성되어,
   상기 연통 입구로 유입된 냉매가 연통홈을 통과하여 상기 연통 출구로 이동할 수 있도록 한
   스크롤 압축기.
   
8. 제4 항에 있어서,
   상기 제1토출구와 상기 제2토출구는
   상기 고정경판부의 내면에 형성되는 토출입구의 형상과, 상기 고정경판부의 외면에 형성되는 토출출구의 형상이 동일한 관통공으로 형성되는
   스크롤 압축기.
   
9. 제4 항에 있어서,
   상기 제1토출구와 상기 제2토출구는
   상기 고정경판부의 내면에 형성되는 제1토출입구 및 제2토출입구와, 상기 고정경판부의 내부에서 상기 제1토출입구와 상기 제2토출입구를 연결하는 연통유로와, 상기 연통유로와 연결되는 단일의 토출출구를 포함하는
   스크롤 압축기.
   
10. 고정경판부와 고정랩을 구비하는 고정 스크롤과,
    선회경판부와 선회랩을 구비하며, 상기 선회랩이 상기 고정랩과 접촉하여 선회하며 상기 선회랩의 외측면과 내측면에 형성되는 제1압축실 및 제2압축실에 유입된 냉매를 압축시키는 선회 스크롤을 포함하며,
    상기 고정랩의 내측의 단부의 내주면에는 돌기부가 형성되고, 상기 선회랩의 회전축 결합부의 외주면에는 상기 돌기부와 접촉하여 압축실을 형성하는 오목부가 형성되고,
    상기 고정 스크롤의 고정경판부는 상기 제1압축실에서 압축된 냉매를 토출하는 제1토출구와, 상기 제2압축실에서 압축된 냉매를 토출하는 제2토출구를 구비하고,
    상기 선회 스크롤의 선회경판부는 상기 제2압축실의 토출초기에 상기 제2압축실에서 압축된 냉매가 상기 제1토출구로 토출될 수 있도록 하는 연통홈을 구비하는
    스크롤 압축기
    
11. 제10 항에 있어서,
    상기 연통홈은
    상기 제2압축실의 압축된 냉매가 상기 제2토출구로 토출되는 토출 개시 시점부터 상기 제2압축실의 냉매가 상기 제1토출구측으로 이동할 수 있도록 배치된
    스크롤 압축기.
    
12. 제11 항에 있어서,
    상기 토출 개시 시점부터 상기 연통홈이 상기 제2압축실과 중첩되는 영역인 연통 입구의 면적이 증가하게 되는
    스크롤 압축기
    
13. 제12 항에 있어서,
    상기 연통홈은
    상기 제1압축실과 중첩되는 영역을 가질 수 있는 형상으로 형성되어,
    상기 연통 입구로 유입된 냉매가 연통홈을 통과하여 상기 연통 출구로 이동할 수 있도록 한
    스크롤 압축기.
    
14. 제10 항에 있어서,
    상기 제1토출구와 상기 제2토출구는
    상기 고정경판부의 내면에 형성되는 토출입구의 형상과, 상기 고정경판부의 외면에 형성되는 토출출구의 형상이 동일한 관통공으로 형성되는
    스크롤 압축기.
    
15. 제10 항에 있어서,
    상기 제1토출구와 상기 제2토출구는
    상기 고정경판부의 내면에 형성되는 제1토출입구 및 제2토출입구와, 상기 고정경판부의 내부에서 상기 제1토출입구와 상기 제2토출입구를 연결하는 연통유로와, 상기 연통유로와 연결되는 단일의 토출출구를 포함하는
    스크롤 압축기.
    
16. 고정경판부와 고정랩을 구비하는 고정 스크롤과,
    선회경판부와 선회랩을 구비하며, 상기 선회랩이 상기 고정랩과 접촉하여 선회하며 상기 선회랩의 외측면과 내측면에 형성되는 제1압축실 및 제2압축실에 유입된 냉매를 압축시키는 선회 스크롤을 포함하며,
    상기 선회 스크롤의 선회경판부는 연통홈을 구비하고,
    상기 연통홈은 상기 선회 스크롤의 위치가 변화함에 따라 상기 제1압축실과 중첩되는 영역과, 상기 제2압축실과 중첩되는 영역이 변화하는
    스크롤 압축기
    
17. 제16 항에 있어서,
    상기 연통홈과 상기 제1압축실이 중첩되는 영역이 연통 입구가 되고,
    상기 연통홈과 상기 제2압축실이 중첩되는 영역이 연통 출구가 되어,
    상기 연통홈을 통하여 상기 제1압축실의 냉매가 상기 제2압축실로 유동하는 스크롤 압축기.
    
18. 제16 항에 있어서,
    상기 연통홈과 상기 제2압축실이 중첩되는 영역이 연통 입구가 되고,
    상기 연통홈과 상기 제1압축실이 중첩되는 영역이 연통 출구가 되어,
    상기 연통홈을 통하여 상기 제2압축실의 냉매가 상기 제1압축실로 유동하는 스크롤 압축기.
    
19. 제16 항에 있어서,
    상기 고정경판부는
    상기 제1압축실에서 압축된 냉매를 토출하기 위한 제1토출구와,
    상기 제2압축실에서 압축된 냉매를 토출하기 위한 제2토출구를 구비하며,
    상기 연통홈은
    상기 제2압축실에서 압축된 냉매가 제1압축실로 유동할 수 있는 경로를 제공하여, 제2압축실에서 압축된 냉매가 제2토출구와 제1토출구로 토출되는
    스크롤 압축기.

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