KR20190005589A - 토출 손실을 저감한 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 토출구의 구조를 개선하여 토출 저항을 감소시킨 스크롤 압축기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 고정경판부와 고정랩을 구비하는 고정스크롤과 고정스크롤에 대하여 선회운동을 하며 선회경판부와 선회랩을 구비하는 선회스크롤을 포함하고, 상기 고정경판부의 내면에 형성되는 토출입구의 단면적보다 상기 고정경판부의 외면에 형성되는 토출출구의 단면적을 크게 함으로써, 압축된 냉매가 토출구를 통과할 때 발생하는 토출 손실을 저감하는 효과를 가져온다.

Description

토출 손실을 저감한 압축기{COMPRESSOR HAVING REDUCED DISCHARGING RESITANCE}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토출 구조를 개선하여 토출 손실을 저감한 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.

선회스크롤은 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 선회스크롤을 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 선회스크롤을 기울이게 되므로, 압축기의 동작시 진동이나 소음이 증가하는 단점을 가지고 있었다.

대한민국 등록특허 10-1059880호 '스크롤 압축기'는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 회전축의 편심부와 선회스크롤이 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 선회스크롤이 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.

상기 제1압축실과 제2압축실에는 각각 토출구가 구비된다. 토출구는 일정한 단면을 가지는 관통공으로 형성된다.

그런데, 토출구의 형상은 고정랩과 선회랩의 형상 등에 의하여 제한을 받게 되어 단면적이 좁은 문제점을 가지고 있었다.

토출구의 단면적이 좁을 경우 압축된 냉매가 토출구를 통과하며 받게되는 토출 저항이 커져서, 토출 손실이 증가하는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명의 목적은, 고정스크롤과 선회스크롤을 이용한 스크롤 압축기에 있어서, 압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 토출구의 구조를 개선하여 토출 손실을 감소시키기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 스크롤 압축기의 토출 구조를 개선하여 토출 저항을 감소시키되, 개선된 토출 구조를 구현함에 있어서 가공성이 우수하고 제조 원가를 절감할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 고정스크롤과 선회스크롤이 맞물리며 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 압축된 냉매를 토출하는 토출구가 압추경판부의 내면에 구비되는 토출입구와 고정경판부의 외면에 구비되는 토출출구로 구성되고, 토출출구의 개구면적이 토출입구의 개구면적보다 크게 형성된 구조를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 제1토출입구와 동일한 단면적을 가지는 제1입구구간과, 제2토출입구와 동일한 단면적을 가지는 제2입구구간이 토출구와 동일한 단면적을 가지는 출구구간으로 연결되는 구조를 제공한다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기는 토출출구의 단면적을 확대하여, 압축된 냉매가 토출구에서 받게되는 유로 저항을 감소시킴으로써, 토출구에서 발생하는 토출 손실을 저감하는 효과를 가져온다.

또한, 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 2개의 토출입구가 단일의 토출출구로 연결되는 구조를 제공함으로써, 토출구 가공에 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 토출 밸브의 개수를 감소시킬 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 스크롤 압축기의 압축부를 구성하는 선회스크롤과 고정스크롤을 나타낸 분리사시도이다.
도 3은 선회스크롤의 선회운동을 90도 단위로 나타낸 단면도이다.
도 4는 고정스크롤의 고정경판부에 구비된 토출구의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 토출 구조가 적용된 고정스클롤을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 토출 구조의 토출구 형상만을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 토출 구조의 토출구 형상을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 토출 구조가 적용된 고정스클롤을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 토출 구조의 토출구 형상만을 나타낸 도면이다.

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

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 내부 구조를 도시한 단면도이다.

도시한 실시예의 스크롤 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부에 구동 모터와 압축부가 함께 설치된 밀폐형 압축기에 해당하며, 압축부가 구동 모터보다 하측에 위치하므로 하부 압축식 압축기에 해당한다.

본 실시예에 따른 스크롤 압축기는 내부 공간을 밀폐하는 케이싱(210)과, 상기 내부 공간의 상부에 배치되는 구동 모터(220)와, 상기 구동 모터의 하부에 배치되는 압축부(200)와, 상기 구동모터(220)의 회전력을 상기 압축부(200)로 전달하는 회전축(226)을 포함한다.

이하 각각의 구성에 관하여 보다 상세하게 살펴본다.

[ 케이싱 (210)]

케이싱(210)은 내부 공간을 밀폐하는 역할을 수행하며, 이를 위하여 상부와 하부가 막힌 원통형으로 형성될 수 있다.

케이싱(210)은 중간 부분에 해당하는 원통 쉘(211)과, 원통 쉘(211)의 상부에 결합되는 상부 쉘(212)과, 원통 쉘(211)의 하부에 결합되는 하부 쉘(214)을 포함한다.

케이싱(210)의 내부 공간은, 상부 쉘(212)의 하부이며 구동 모터(220)의 상측인 제1공간(V1), 구동 모터(220)와 압축부(200)의 사이인 제2공간(V2), 고정 스크롤(250)의 하부와 토출커버(270)의 내부에 해당하는 제3공간(V3), 그리고 토출커버(270)의 하부이며 하부 쉘(214)의 상부에 해당하는 제4공간(V4)으로 구분할 수 있다.

상부 쉘(212)에는 냉매 토출관(216)이 설치된다. 냉매 토출관(216)의 입구는 제1공간(V1)에 배치된다.

압축부(200)에서 압축된 냉매는 제2공간(V2)으로 토출되고, 제2공간(V2)으로 토출된 냉매는 구동모터(220)를 통과하여 제1공간(V1)으로 이동한 후, 제1공간(V1)에 배치된 냉매 토출관(216)을 통해 배출된다.

이 때, 오일이 냉매와 함께 냉매 토출관(216)을 통하여 유출되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 압축기 내부를 순환해야 하는 오일이 냉매 토출관(216)을 통해서 유출되면 압축기 내부를 순환하는 오일량이 감소하여 윤활과 냉각 효과가 저감되는 문제가 발생하기 때문이다.

이를 위해서 오일을 분리하는 오일세퍼레이터(미도시)를 냉매 토출관(216)에 연결할 수 있다.

하부 쉘(214)의 아래쪽인 제4공간(V4)은 오일을 저장하는 저유 공간으로서의 역할을 수행한다. 다시말해 제4공간(V4)은 압축기 내부에서 오일이 공급되어야 하는 윤활 필요 구간에 공급되는 오일을 임시로 저장하는 오일 챔버로서의 기능을 수행한다. 압축기의 동작 중에는 제4공간(V4)에 저장된 오일이 급유 필요 구간으로 공급되며 순환하게 되고, 압축기가 정지하면 오일이 제4공간(V3)으로 모이게 된다.

한편, 원통 쉘(211)의 측면에는 압축될 냉매가 유입되는 통로인 냉매 흡입관(218)이 설치된다. 냉매 흡입관(218)은 고정 스크롤(250)의 측면을 관통하여 압축실(S1)로 연결된다.

냉매 흡입관(218)을 통해서 유입되는 냉매는 냉매 토출관(216)을 통해서 토출되는 냉매보다 상대적으로 낮은 압력을 가진다. 이하에서 냉매 흡입관(218)을 통해 유입되는 냉매의 압력을 저압, 냉매 토출관(216)을 통해서 토출되는 냉매를 고압, 이들의 사이의 압력을 중간압이라 칭한다.

[구동 모터(220)]

본 실시예에 따른 압축기는 하부 압축식으로, 압축부(200)를 구동하기 위한 구동 모터(220)가 케이싱(210)의 내부 공간에서 상부측에 배치된다. 물론 상부 압축식 압축기의 경우에는 구동 모터가 케이싱(210)의 내부 공간에서 하부 측에 배치된다.

구동 모터(220)는 고정자(222)와 회전자(224)를 포함한다. 고정자(222)는 원통형으로 형성되어 고정자(222)의 외주면이 케이싱(210)의 내면에 고정되는 구조이다. 고정자(222)는 그 내주면에 원주방향을 따라 다수 개의 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯에 코일(222a)이 권선된다.

고정자(222)의 외주면에 냉매유로홈(212a)이 구비될 수 있다.

냉매유로홈(212a)은 제2공간(V2)의 냉매가 제1공간(V1)으로 이동할 수 있도록 하는 통로 역할을 수행한다. 냉매유로홈(212a)은 고정자(222)의 외주면의 일부를 절단한 형태로 형성되거나, 고정자(222)의 외주면에 종방향 홈의 형태로 형성될 수 있다.

회전자(224)는 고정자(222)의 내부에서 회전하며 회전동력을 발생시킨다. 회전자(224)에서 발생된 회전 동력은 회전축(225)을 통하여 압축부(200)로 전달된다. 회전축(225)은 회전자(224)에 결합되어 회전자(224)와 일체로 회전한다.

[압축부(200)]

압축부(200)는 메인 프레임(230)과, 고정 스크롤(250)과, 선회 스크롤(240)과, 토출커버(270)를 포함한다.

[메인 프레임(230)]

메인 프레임(230)은 압축부(200)의 상부를 형성하며, 구동 모터(220)의 하부와 마주한다.

메인 프레임(230)은 프레임 경판부(232)와 프레임 측벽부(231)를 포함한다.

상기 프레임 경판부(232)는 대략 원형으로 형성되며 중앙에 프레임 축수부(232a)를 구비한다. 프레임 축수부(232a)는 회전축이 관통하는 부분이다. 상기 프레임 축수부(232a)는 프레임 경판부(232)의 상면에서 구동 모터(220)측으로 돌출된 형태로 형성될 수 있으며, 회전축(226)의 메인 베어링부(MB)에 회전 가능하게 결합된다.

상기 프레임 측벽부(231)는 고정 스크롤 측으로 연장되어 하단부가 고정 스크롤(250)과 결합된다. 또한, 프레임 측벽부(231)의 외주부는 케이싱(210)의 원통 쉘(211)에 결합된다.

프레임 측벽부(231)는, 그 내부를 축 방향(종 방향)으로 관통하는 프레임 토출공(231a)를 구비한다. 상기 프레임 토출공(231a)은 압축된 냉매가 제3공간(V3)에서 제2공간(V2)으로 이동할 수 있는 통로를 제공한다. 프레임 토출공(231a)은 고정 스크롤(250)에 구비되는 고정 스크롤 토출공(256b)과 연결된다.

메인 프레임(230)은 고정 스크롤(250)과 결합하며, 메인 프레임(230)가 고정 스크롤(250)의 사이에는 선회 스크롤(240)이 선회 가능하도록 배치된다.

메인 프레임(230)의 저면과 선회 스크롤(240)의 사이에 배압실(S2)이 형성된다. 상기 배압실(S2)은 저압과 고압의 사이의 압력을 가지는 중간압 영역을 포함한다. 배압실(S2)의 압력에 의해 선회 스크롤(240)이 고정 스크롤(250)에 밀착된다.

그리고, 메인 프레임(230)과 선회 스크롤(240)의 사이에는 올담링(Oldham's ring)(150)이 구비된다. 올담링(150)은 선회 스크롤(240)이 자전은 하지 않고 선회 운동만을 하도록 하는 역할을 수행한다.

[고정 스크롤(250)]

고정 스크롤(250)은 고정 경판부(254)와, 고정 스크롤 측벽부(255)와, 고정랩(251)과, 고정 스크롤 축수부(252)를 포함한다.

고정 경판부(254)는 대략 원형의 형상을 가진다. 상기 고정 경판부(254)에는 압축실(S1)에서 압축된 냉매를 토출하는 토출구(DH)가 구비된다.

고정 스크롤 측벽부(255)는 상기 고정 경판부(254)의 외주부에서 메인 프레임측으로 연장형성되어, 메인 프레임 측벽부(231)와 연결된다.

고정랩(251)은 고정 경판부(254)의 상부측으로 돌출된 형태로 형성된다. 상기 고정랩(251)은 선회 스크롤(240)의 선회랩(241)과 맞물려 압축실(S1)을 형성하는 역할을 수행한다.

고정 스크롤 축수부(252)는 고정 경판부(254)의 중앙에 형성되고 회전축(225)이 관통하는 부분이다.

한편, 고정 스크롤(250)의 저면에는 압축실에서 토출되는 냉매를 수용하며 제3공간(V3)을 구획하는 토출커버(270)가 결합된다.

고정 스크롤 측벽부(255)는 상술한 프레임 토출공(231a)에 연결되는 고정 스크롤 토출공(256b)를 구비한다. 프레임 토출공(231a)과 고정 스크롤 토출공(256b)은 압축실(S1)에서 토출커버(270)의 내부 공간인 제3공간(V3)으로 토출된 냉매를 제2공간(V2)으로 흐를 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

고정 스크롤 축수부(252)는 고정 경판부(254)의 하면에서 저유 공간(V4)측으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 이 때, 고정 스크롤 축수부(252)는 하단부가 회전축(226)의 서브 베어링부(SB) 하단을 지지하여 스러스트 베어링면을 형성하도록 중심측으로 절곡된 형태가 될 수 있다.

[토출커버(270)]

토출커버(270)는 고정 경판부(254)에 구비된 토출구(DH)에서 토출되는 냉매가 제4공간(V4)에 저장된 오일과 혼합되지 않도록 하는 역할을 수행한다. 토출커버(270)는 고정 스크롤(250)의 저면과의 사이 공간을 밀봉할 수 있도록 결합된다.

상기 토출커버(270)는 오일피더(271)가 관통되는 관통구멍(276)을 구비한다. 상기 오일피더(271)는 회전축(226)의 서브 베어링부(SB)에 결합되어 케이싱(210)의 저유 공간에 저장된 오일에 침지된다.

[선회 스크롤(240)]

선회 스크롤(240)은 메인 프레임(230)과 고정 스크롤(250)의 사이에는 배치되며, 회전축(226)의 편심부(EC)에 결합된다. 선회 스크롤(240)은 회전축(226)의 회전에 의하여 선회운동 한다.

선회 스크롤(240)은 선회 경판부(245)와, 선회랩(241)과, 회전축 결합부(242)를 포함한다.

선회 경판부(245)는 대략 원형의 형상을 가지며 고정 경판부(245)와 마주한다.

선회랩(241)은 상기 선회 경판부(245)의 저면에서 고정 경판부(245)측으로 돌출되어 고정랩(251)과 맞물리게 된다. 선회랩(241)의 하면은 고정 경판부(254)의 상면에 밀착된다.

회전축 결합부(242)는 선회 경판부(245)의 중앙에 배치되어 회전축의 편심부(EC)에 회전 가능하게 결합된다. 회전축 결합부(242)는 선회랩(241)과 중첩되는 높이로 형성되어 선회랩(241)과 연결된다. 이러한 회전축 결합부(242)는 선회랩(241)과 연결되어 압축과정에서 고정랩(251)과 함께 압축실(S1)을 형성하는 역할도 수행한다.

냉매의 압축시에는 냉매의 반발력이 고정랩(251)과 선회랩(241)에 가해지게 되고, 이에 대한 반력으로서 회전축 결합부(242)와 편심부(EC) 사이에 압축력이 가해지게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기는 회전축(226)의 편심부(EC)가 선회 스크롤(240)의 선회 경판부(245)를 관통하여, 선회랩(241)과 반경방향으로 중첩되는 구조를 가진다. 이러한 구조는 냉매의 반발력과 압축력이 선회 경판부(245)를 기준으로 동일 평면에서 가해지게 된다. 따라서, 냉매의 반발력과 압축력이 서로 상쇄되므로, 선회 스크롤(240)의 기울어짐을 감소시킬 수 있는 효과를 가져온다.

[회전축(226)]

회전축(226)의 구동 모터(220)의 회전력을 압축부(200)로 전달하는 역할과, 오일이 공급되는 유로를 제공하는 역할을 수행한다.

회전축(226)의 상부는 구동 모터(220)의 회전자(224)에 일체로 결합되며, 회전축(226)의 하부는 압축부(200)에 회전가능하게 결합된다.

회전축(226)은 메인 베어링부(MB)와, 서브 베어링부(SB)와, 편심부(EC)와, 오일 공급 유로(226a)와, 급유홀(H1,H2,H3,H4,H5)과, 급유홈(G1,G2)를 구비한다.

상기 오일 공급 유로(226a)는 회전축의 중심부에 축방향으로 구비된다. 오일 공급 유로(226a)는 저유 공간(V4)에 저장된 오일이 상측으로 이동할 수 있는 경로를 제공한다.

메인 베어링부(MB)와, 서브 베어링부(SB)와, 편심부(EC)는 모두 원형의 단면을 가진다. 각 부분의 직경은 서로 다르게 설정될 수 있다.

서브 베어링부(SB)의 축중심은 메인 베어링부(MB)의 축중심과 일치하고, 편심부(EC)의 축중심은 메인 베어링부(MB)의 축중심에 대하여 편심된 위치가 되도록 형성된다. 다시말해 메인 베어링부(MB)와 서브 베어링부(SB)는 동일 축중심을 가지도록 동축상에 형성되며, 편심부(EC)는 메인 베어링부(MB)의 축중심에 대하여 편심된 위치에 원형의 단면으로 형성된다.

편심부(EC)는 그 외경이 메인 베어링부(MB)의 외경보다는 작게, 서브 베어링부(SB)의 외경보다는 크게 형성될 수 있다. 이는 회전축(226)을 압축부(200)에 결합할 때의 조립성을 향상하기 위한 것이다.

오일 공급 유로(226a)는 회전축(226)의 내부에 구비되어, 저유 공간(V4)에 저장된 오일을 베어링부(MB,SB)과 편심부(EC)로 공급하는 경로를 제공한다. 오일 공급 유로(226a)는 회전축(226)의 내부에 축방향으로 구비되는 것이고, 오일의 공급이 필요한 급유 필요 구간(베어링부, 편심부 등)은 회전축의 외주면이다. 따라서, 급유 필요 구간에서 회전축의 외주면을 관통하여 오일 공급 유로(226a)로 연결되는 급유홀을 형성한 것이다.

그리고 회전축(226)의 하단, 즉 서브 베어링부(SB)의 하단에는 제4공간(V4)에 저장된 오일을 펌핑하기 위한 오일피더(271)가 결합될 수 있다.

오일피더(271)는 회전축(226)의 오일 공급 유로(226a)에 삽입되어 결합되는 오일공급관(273)과, 오일공급관(273)의 내부에 삽입되어 오일을 흡상하도록 프로펠러와 같은 오일흡상부재(274)로 이루어질 수 있다.

여기에서, 오일공급관(273)은 토출커버(270)의 관통구멍(276)을 통과하여 저유 공간(V4)에 잠기도록 설치된다.

이어서, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 동작과정에 관하여 설명한다.

구동 모터(220)에 전원이 인가되면, 그 구동 모터(220)의 회전자(224)과 일체로 결합된 회전축(226)이 회전을 하게 된다. 그러면 회전축(226)에 편심 결합된 선회 스크롤(240)이 선회운동을 하면서 선회랩(241)과 고정랩(251)의 사이에 형성된 압축실(S1)이 체적이 변화하면서 이동하게 된다. 이 때, 압축실(S1)은 중심방향으로 점차 체적이 좁아지면서 연속하여 여러 단계로 형성될 수 있다.

선회 스크롤(240)의 선회운동에 의하여, 냉매는 이동하면서 압축되었다가 고정 스크롤(250)의 토출구(DH)를 통해 제3 공간(V3)으로 토출된다.

제3 공간(V3)으로 토출된 고압 냉매는 고정 스크롤(250)과 메인 프레임(230)에 서로 연결되도록 형성된 고정 스크롤 토출공(256b)과 프레임 토출공(231a)을 통해 제2 공간(V2)으로 토출된다. 제2 공간(V2)으로 토출된 냉매는 냉매유로홈(212a)을 통하여 제1 공간(V1)으로 상승한 후, 제1 공간(V1)에서 냉매 토출관(216)을 통해 케이싱(210)의 외부로 배출된다.

본 발명은 고정경판부(254)에 구비되는 토출구의 구조를 개선하여 토출 저항을 감소시키기 위한 것이다.

도 3은 선회스크롤의 선회운동을 90도 단위로 나타낸 것이다. 도시된 실시예의 경우 선회스크롤이 고정스크롤에 대하여 시계 방향으로 선회운동하게 된다. 선회 스크롤이 선회운동 함에 제1토출구(110)과 제2토출구(120)가 압축실의 내부로 진입하여 압축된 냉매를 토출하는 구조이다.

도 4는 고정스크롤의 고정경판부에 구비된 토출구의 형상을 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 고정스크롤의 고정경판부에는 제1압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 제1토출구(110)와, 제2압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 제2토출구(120)가 구비된다.

도시한 실시예의 경우 제1토출구(110)는 개구면적의 비원형을 형상을 가지고, 제2토출구(120)는 개구면적이 원형의 형상을 가지는 것이다.

토출구(110,120)는 선회스크롤의 선회운동에 의하여 선회랩(241)을 벗어나면 개구될 수 있는 위치와 모양으로 형성될 수 있다.

이 때, 토출구는 고정랩의 형상, 선회랩의 형상, 선회스크롤의 베어링부분과의 씰링, 압축비 등을 고려하여 형상이 결정된다.

도시한 실시예의 제1토출구(110)를 살펴보면, 하부 우측(LR)의 모양은 선회랩(241)의 모양에 대응하도록 형성된 것이다. 도시한 실시예의 경우 선회랩(241)이 시계 방향으로 회전하는 구조므로, 토출초기에 제1토출구(110)의 개구면적을 확보하기 위해서는 제1토출구의 하부 우측(LR)의 모양이 그 부분을 통과하는 선회랩(241)의 모양과 일치하는 것이 바람직하다.

또한, 제1토출구(110)는 고정스크롤의 고정경판부에 구비되는 것으로, 고정랩(251)이 형성되지 않은 부분에 배치될 수 밖에 없다. 따라서, 제1토출구(110)의 하부 좌측(LL)는 그 부분에 형성된 고정랩(251)의 형상과 대응하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 제1토출구(110)는 고정랩(251)에서 일정간격 이격(off set) 될 수 있다. 이러한 간격은 제1토출구(110)의 가공시에 툴과 고정랩의 간섭을 피하기 위한 간격을 확보하기 위하여 발생할 수 있다.

그리고, 제1토출구(110)의 상부 우측(UR)는 토출시의 압축비에 의하여 결정된다.

또한, 제1토출구(110)의 상부 좌측(UL)은 선회스크롤(241)의 베이링부와의 씰링 간격을 확보할 수 있도록 결정된다.

결과적으로, 제1토출구(110)의 형상은 여러가지 제한 사항으로 인하여 개구면적을 확보하는 데 한계를 가지고 있다.

도시한 실시예의 경우 제2토출구(120)를 원형으로 형성하였으나, 제2토출구(120)의 경우에도 제1토출구(110)의 유사하게 제한을 받게 되므로, 제2토출구(120)의 경우에도 개구면적의 확보에 한계가 있다.

종래에는 고정경판부의 내면에 여러가지 제한사항들에 의하여 토출구의 모양이 결정되면, 그 모양 그대로 고정경판부를 관통하는 형태로 토출구를 형성하였다.

그런데, 이렇게 토출구의 개구면적이 협소하면 압축된 냉매가 토출구를 통과하는 과정에서 받게되는 토출 저항이 과도하여 토출 손실이 증가하는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 고정경판부에 형성되는 토출구의 형상을 개선하여, 토출 저항과 토출 손실을 감소시키기 위한 것으로, 토출입구와 토출출구의 형상을 달리하되, 토출출구가 토출입구에 비하여 확대된 단면적을 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 토출 구조가 적용된 고정스클롤을 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 토출 구조의 토출구 형상만을 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 스크롤 압축기의 토출 구조는 고정경판부의 내면에 형성되는 토출입구(112,122)의 형상과 고정경판부에 외면에 형성되는 토출출구(114,124)의 형상을 달리하되, 토출출구(114,124)의 개구면적을 확대함으로써 토출구 전체에서 받게되는 토출저항을 감소시킨 것이다.

제1토출구의 경우 토출입구(112)가 비원형의 형상을 가지고 있으며, 토출출구(114)는 원형의 형상을 가지고 있다. 이때, 토출출구(114)의 개구면적은 토출입구(112)의 개구면적에 비하여 크게 형성된다.

도 6을 참조하면, 토출구는 토출입구(112,122)와 동일한 개구면적을 가지는 입구구간(113,123)과 토출출구(114,124)와 동일한 개구면적을 가지는 출구구간(115,125)을 포함한다.

이 때, 출구구간(115,125)의 길이가 입구구간(113,123)의 길이보다 길게 형성되는 것이 토출 저항의 감소에 더욱 유리하다. 왜냐하면 입구구간과 출구구간의 합계는 고정경판부의 두께로 제한되기 때문에, 상대적으로 저항이 더 큰 입구구간의 길이를 짧게 하는 것이 전체 토출 저항을 감소시킬 수 있기 때문이다.

제2토출구의 경우 토출입구(122)와 토출출구(124)의 개구면이 모두 원형의 형상을 가지고 있으며, 토출출구(124)의 개구면적이 토출입구(122)의 개구면적보다 크게 형성된 것이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 토출 구조의 토출구 형상을 나타낸 도면이다.

본 실시예는 토출구의 입구구구간(113,123)과 출구구간(115,125)의 사이에 개구면적이 확대되는 확관구간(116,126)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

확관구간(116,126)은 토출출구 측으로 갈수록 단면적이 확대되는 테이퍼 형상을 가진다. 확관구간(116,126)은 유로 저항을 더육 감소시키는 효과와 토출구의 내부에서 유동이 발생하지 않는 데드스페이스를 감소시키는 효과를 가져온다.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 토출 구조가 적용된 고정스클롤을 나타낸 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 토출 구조의 토출구 형상만을 나타낸 도면이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 토출구조는 2개의 토출입구(132a,132b)가 단일의 토출출구(134)로 연결되는 구조를 제공한다.

도시된 바와 같이, 제1토출입구(132a)는 비원형의 개구면적을 기지며, 제2토출입구(132b)는 원형의 개구면적을 가진다.

제1토출입구(132a)와 동일한 개구면적을 가지는 제1입구구간(132a)고, 제2토출입구(132b)와 동일한 개구면적을 가지는 제2입구구간(132b)가 구비된다.

토출출구(134)는 제1토출입구(132a)의 단면적과, 제2토출입구(132b)의 단면적의 합보다가 큰 개구면적을 가지도록 형성된다.

이 때, 토출출구(134)의 형상은 원형 또는 타원형으로 형성되는 것이 바람직히다. 이는 토출밸브의 동작의 성능을 확보하기 위한 것이다.

출구구간(135)은 토출출구(134)와 동일한 단면적을 가지며, 제1입구구간(133a)와 제2입구구간(133b)이 출구구간(135)에 연결된 형태가 된다.

도시한 실시예의 경우 입구구간들이 출구구간에 모두 중첩된 형상을 가지나, 입구구간의 일부 영역이 출구구간에 중첩되는 형태가 될 수도 있다.

도시하지는 않았으나, 앞선 제2실시예와 유사하게 제1입구구간과 출구간의 사이 또는 제2입구구간과 출구구간의 사이에 확관구간을 더 포함할 수도 있다.

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.

110: 제1토출구 112: 토출입구
114: 토출출구 120: 제2토출구
122: 토출입구 124: 토출출구
132a: 제1토출입구 132b: 제2토출입구
133a: 제1입구구간 133b: 제2입구구간
134: 토출출구 135: 출구구간
150: 올담링 200: 압축부
210: 케이싱 211: 원통 쉘
212a: 냉매유로홈 212: 상부 쉘
214: 하부 쉘 216: 냉매 토출관
218: 냉매 흡입관 220: 모터
222: 고정자 224: 회전자
225: 회전축 226a: 오일 공급 유로
226: 회전축 230: 프레임
231: 프레임 측벽부 231a: 프레임 토출공
232: 프레임 경판부 232a: 프레임 축수부
240: 선회스크롤 241: 선회랩
242: 회전축 결합부 245: 경판부
250: 고정스크롤 251: 고정랩
252: 고정 스크롤 축수부 254: 고정 경판부
255: 고정 스크롤 측벽부 256b: 고정 스크롤 토출공
270: 토출커버 271: 오일피더
273: 오일공급관 274: 오일흡상부재
276: 관통구멍

Claims (13)

1. 고정경판부와 고정랩을 구비하는 고정 스크롤과, 선회경판부와 선회랩을 구비하며 상기 고정 스크롤에 대하여 선회운동을 하는 선회 스크롤을 포함하는 스크롤 압축기로서,
   상기 고정랩과 상기 선회랩의 접촉점 사이에 복수의 압축실이 형성되고,
   상기 고정경판부는 압축된 냉매가 토출되는 토출구를 구비하되,
   상기 토출구는 상기 고정경판부 내면에 형성되는 토출입구와 상기 고정경판부의 외면에 형성되는 토출출구를 포함하며,
   상기 토출출구의 개구면적이 상기 토출입구의 개구면적보다 크게 형성된 스크롤 압축기.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 토출출구는 상기 토출입구를 내부에 중첩하도록 형성된 스크롤 압축기.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 토출입구의 일부 영역은
   상기 선회랩의 일부구간과 단면과 동일한 모양을 가지는 스크롤 압축기.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 토출구는
   상기 토출입구와 동일한 단면을 가지는 입구구간과,
   상기 토출출구와 동일한 단면을 가지는 출구구간을 포함하는 스크롤 압축기.
   
5. 제4 항에 있어서,
   상기 입구구간과, 상기 출구구간의 사이에 개구단면적이 확대되는 확관구간을 더 포함하는 스크롤 압축기.
   
6. 고정경판부와 고정랩을 구비하는 고정스크롤과,
   선회경판부와 선회랩을 구비하며, 상기 선회랩이 상기 고정랩과 접촉하여 선회하며 상기 선회랩의 외측면과 내측면에 형성되는 제1압축실 및 제2압축실에 유입된 냉매를 압축시키는 선회스크롤을 포함하며,
   상기 고정랩의 내측의 단부의 내주면에는 돌기부가 형성되고, 상기 선회랩의 회전축 결합부의 외주면에는 상기 돌기부와 접촉하여 압축실을 형성하는 오목부가 형성되고,
   상기 고정스크롤의 고정경판부는
   상기 제1압축실에서 압축된 냉매를 토출하는 제1토출구와, 상기 제2압축실에 압축된 냉매를 토출하는 제2토출구를 구비하되,
   상기 제1토출구는 상기 고정경판부의 내면에 형성되는 제1토출입구와, 상기 고정경판부의 외면에 형성되며 상기 제1토출입구보다 큰 개구면적을 가지는 제1토출출구를 구비하고,
   상기 제2토출구는 상기 고정경판부의 내면에 형성되는 제2토출입구와, 상기 고정경판부의 외면에 형성되며 상기 제2토출입구보다 큰 개구면적을 가지는 제2토출출구를 구비하는 스크롤 압축기.
   
7. 제6 항에 있어서,
   상기 토출출구는 상기 토출입구를 내부에 중첩하도록 형성된 스크롤 압축기.
   
8. 제6 항에 있어서,
   상기 토출구는
   상기 토출입구와 동일한 단면을 가지는 입구구간과,
   상기 토출출구와 동일한 단면을 가지는 출구구간을 포함하는 스크롤 압축기.
   
9. 제8 항에 있어서,
   상기 입구구간과, 상기 출구구간의 사이에 개구단면적이 확대되는 확관구간을 더 포함하는 스크롤 압축기.
   
10. 하부의 저유 공간에 오일이 저장되는 케이싱;
    상기 케이싱의 내부에 구비되는 구동모터;
    상기 케이싱의 내부에 결합되며 상기 구동모터의 일측에 배치되는 프레임;
    상기 프레임의 일측에 고정되며 고정경판부와 고정랩을 구비하는 고정스크롤;
    상기 고정랩에 맞물려 압축실을 형성하는 선회랩을 구비하며 상기 프레임과 상기 고정스크롤의 사이에 배치되어 상기 고정스크롤에 대하여 선회운동하는 선회스크롤; 및
    상기 구동모터에 결합되며 상기 선회스크롤에 편심결합되는 편심부를 구비하는 회전축;을 포함하며,
    상기 고정경판부는 상기 압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 토출구를 구비하되, 상기 토출구는 상기 고정경판부 내면에 형성되는 토출입구와 상기 고정경판부의 외면에 형성되는 토출출구를 포함하며,
    상기 토출출구의 개구면적이 상기 토출입구의 개구면적보다 크게 형성된 스크롤 압축기.
    
11. 제10 항에 있어서,
    상기 토출입구는 제1토출입구와 제2토출입구로 분할되고,
    상기 제1토출입구와 제2토출입구가 단일의 토출출구로 연결된 스크롤 압축기.
    
12. 제11 항에 있어서,
    상기 토출출구는
    상기 제1토출입구 및 제2토출입구와 중첩되는 영역을 가지도록 배치된 스크롤 압축기.
    
13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1토출입구와 동일한 단면을 가지는 제1입구구간과,
    상기 제2토출입구와 동일한 단면적을 가지는 제2입구구간과,
    상기 토출출구와 동일한 단면을 가지는 출구구간을 포함하는 스크롤 압축기.

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