KR20230156580A - 스크롤 압축기 - Google Patents
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Abstract
스크롤 압축기가 개시된다. 상기 스크롤 압축기는, 선회경판부의 중심부에서 선회랩과 반경방향으로 중첩되도록 축방향으로 연장되어 회전축의 편심부가 결합되는 회전축결합부가 구비되고, 고정경판부를 마주보는 회전축결합부의 선단면에는 선회랩의 일부가 연장될 수 있다. 이를 통해, 선회스크롤에 작용하는 베어링반력과 가스반력 사이의 거리를 줄어들면서 선회스크롤에 대한 전복모멘트가 감소되어 선회스크롤의 거동이 안정되고 배압력을 낮출 수 있어 스크롤 간 마찰손실이 감소될 수 있다. 이와 동시에 선회스크롤의 중심부까지 압축실을 형성하여 압축비가 증가하면서 체적효율이 향상될 수 있다.
Description
본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이다.
냉장고나 공기조화기 등의 냉동사이클에 적용되는 압축기는 냉매가스를 압축시켜 응축기로 전송하는 역할을 수행한다. 공기조화기에는 주로 로터리 압축기 또는 스크롤 압축기가 적용되고 있으며, 스크롤 압축기는 공기조화기는 물론 최근에는 공기조화기보다 더 높은 압축비를 요구하는 급탕기용 압축기에도 적용되고 있다.
스크롤 압축기는 구동부(또는 전동부)와 압축부가 한 개의 케이싱에 포함되면 밀폐형 압축기로, 각각 독립적으로 구비되면 개방형으로 구분하고, 압축부가 구동부의 상측에 위치하면 상부압축식으로, 하측에 위치하면 하부압축식으로 구분하며, 구동부가 수용된 공간이 흡입압이면 저압식으로, 토출압이면 고압식으로 구분할 수 있다.
또한, 스크롤 압축기는 고정랩을 구비하는 고정스크롤 및 고정랩과 맞물리는 선회랩을 구비하는 선회스크롤을 포함한다. 스크롤 압축기는 배압방식에 따라 선회배압방식과 고정배압방식으로 구분될 수 있다. 선회배압방식은 선회스크롤의 배면에 배압실이 형성되는 방식이고, 고정배압방식은 고정스크롤의 배면에 배압실이 형성되는 방식이다. 통상 고정배압방식에서는 고정스크롤을 비선회스크롤로 정의하여 설명한다.
선회배압방식 및 고정배압방식에서 선회스크롤은 회전축에 결합되어 메인프레임에 회전 가능하게 지지됨에 따라 선회스크롤은 압축실의 가스력에 의한 전복모멘트를 받게 된다. 이에 따라 선회스크롤이 회전축에 결합되어 원심력(베어링반력)이 작용하는 제1작용점과 가스력이 작용하는 제2작용점 사이의 간격이 가능한 한 작게 형성되는 것이 전복모멘트를 줄일 수 있어 유리하다.
이에 종래에는 특허문헌 1(일본 공개특허공보 특개평08-326671호)과 같이 회전축이 선회스크롤을 관통하여 결합되는 축관통 스크롤 압축기가 알려져 있다. 이러한 축관통 스크롤 압축기는 회전축이 선회스크롤을 관통함에 따라 선회스크롤과 회전축이 결합되는 제1작용점이 압축실과 횡방향으로 중첩되는 위치에 형성되어 그만큼 전복모멘트를 줄일 수 있다.
하지만, 상기와 같은 축관통 스크롤 압축기는 회전축이 선회스크롤을 관통함에 따라 선회스크롤의 중심부에는 압축실이 형성되지 못하게 된다. 이로 인해 압축비가 감소하게 되어 체적효율이 저하될 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 스크롤 압축기는 압축부의 중심에 토출구를 형성하지 못하고 토출구가 압축부의 중심에서 편심지게 형성됨에 따라 압축주기가 짧아지게 된다. 이로 인해 압축비가 저하될 뿐만 아니라 고정랩의 토출측 랩두께가 얇아지면서 신뢰성이 저하될수 있다.
특허문헌 2(일본 공개특허 특개평05-071477호)에서는 압축실의 중간을 단차지게 형성하여 흡입측은 랩높이가 높고 토출측은 랩높이를 낮게 형성하는 예를 개시하고 있다. 이는 흡입체적을 확대하여 체적효율을 높이는 동시에 토출측에서의 랩강성을 확보하여 신뢰성을 높일 수 있다.
하지만, 특허문헌 2의 경우에는 회전축에 결합되는 선회스크롤의 회전축결합부(보스부)의 길이가 길게 연장되어 앞서 설명한 제1작용점이 제2작용점으로부터 멀어지게 되어 그만큼 전복모멘트가 증가할 수 있다. 뿐만 아니라, 특허문헌 2는 단차면이 흡입측에 위치하여 선회스크롤의 선회운동시 그 선회스크롤의 단차면과 고정스크롤의 단차면이 이격되는 시점에서 압축실 간 누설이 발생되면서 압축효율이 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은 선회스크롤에 대한 전복모멘트를 줄이면서도 체적효율을 높일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.
나아가, 본 발명은 회전축에 선회스크롤이 결합되어 작용는 제1작용점과 압축실의 가스력이 선회스크롤에 작용하는 제2작용점 간의 거리를 줄여 선회스크롤에 대한 전복모멘트를 줄일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.
더 나아가, 본 발명은 회전축에 선회스크롤이 결합되는 제1작용점과 압축실의 가스력이 선회스크롤에 작용하는 제2작용점 간의 거리를 줄이면서도 선회스크롤의 중심부에 압축실이 형성되도록 하여 체적효율을 높일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 흡입체적을 확보하는 동시에 랩강도를 높일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.
나아가, 본 발명은 흡입측 랩높이보다 토출측 랩높이를 낮게 형성하여 흡입체적을 확보하면서도 랩강도를 높일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.
더 나아가, 본 발명은 압축실의 흡입측과 토출측 사이에 단차면이 형성되도록 하되 단차면에서 압축실 간 누설이 발생되어 압축효율이 저하되는 것을 억제할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 스크롤 압축기는 메인프레임, 회전축, 선회스크롤 및 고정스크롤을 포함한다. 상기 메인프레임은 케이싱의 내부에 고정된다. 상기 회전축은 상기 메인프레임을 관통하여 지지되고, 편심부가 구비된다. 상기 선회스크롤은 상기 회전축의 편심부에 결합되는 선회경판부와, 상기 선회경판부의 일측면에서 연장되는 선회랩을 구비한다. 상기 고정스크롤은 토출구가 구비되는 고정경판부와, 상기 고정경판부에서 상기 선회경판부를 향해 연장되어 상기 선회랩과 함께 압축실을 형성하는 고정랩을 구비한다. 상기 선회스크롤은, 상기 선회경판부의 중심부에서 상기 선회랩과 반경방향으로 중첩되도록 축방향으로 연장되어 상기 회전축의 편심부가 결합되는 회전축결합부가 구비될 수 있다. 상기 고정경판부를 마주보는 상기 회전축결합부의 선단면에는 상기 선회랩의 일부가 연장될 수 있다. 이를 통해, 선회스크롤에 작용하는 베어링반력과 가스반력 사이의 거리가 줄어들면서 선회스크롤에 대한 전복모멘트가 감소되고, 이로 인해 선회스크롤의 거동이 안정되어 압축실 간 누설이 억제되는 동시에 배압력을 낮출 수 있어 스크롤 간 마찰손실이 감소될 수 있다. 이와 동시에 선회스크롤의 중심부까지 압축실을 형성하여 압축비가 증가하면서 체적효율이 향상될 수 있다.
일례로, 상기 회전축결합부는, 제1결합부 및 제2결합부를 포함할 수 있다. 상기 제1결합부는 상기 선회경판부의 일측면에서 상기 고정스크롤을 향해 기설정된 높이만큼 연장될 수 있다. 상기 제2결합부는 상기 제1결합부에 연결되어 상기 선회경판부의 타측면에서 상기 메인프레임을 향해 기설정된 높이만큼 연장될 수 있다. 상기 제1결합부의 높이는, 상기 회전축결합부의 밖에 위치한 상기 선회랩의 랩높이보다 작게 형성될 수 있다. 이를 통해, 상대적으로 압력이 높은 선회랩의 토출단측 랩높이를 낮춰 선회랩의 토출단에 대한 랩강도를 높일 수 있다.
구체적으로, 상기 제1결합부의 높이는, 상기 제2결합부의 높이보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 이를 통해, 선회스크롤에 작용하는 베어링반력과 가스반력 사이의 거리를 더욱 줄여 선회스크롤에 대한 전복모멘트를 낮춰 선회스크롤의 전복모멘트를 더욱 낮출 수 있다.
다른 예로, 상기 회전축결합부의 내주면은, 축방향 투영시 상기 선회랩의 토출단과 중첩될 수 있다. 이를 통해, 회전축결합부가 선회랩과 반경방향으로 중첩되도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 선회랩은 상기 토출단이 원호곡선으로 형성될 수 있다. 상기 회전축결합부의 외주면은, 상기 선회랩의 토출단에서의 외측면을 연결하는 가상원 상에 형성될 수 있다. 이를 통해, 회전축결합부가 선회랩과 반경방향으로 중첩되도록 형성되면서도 회전축결합부의 베어링면적을 넓게 확보하여 선회스크롤을 안정적으로 지지하는 동시에 회전축결합부의 선단면에 압축실을 형성할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 선회경판부에는 상기 선회랩의 외측면과 이를 마주보는 상기 선회랩의 내측면 사이에 선회단차면이 구비될 수 있다. 상기 고정랩에는 상기 선회단차면과 대응하도록 고정단차면이 구비될 수 있다. 상기 선회단차면과 상기 고정단차면은, 상기 양쪽 압축실 중에서 적어도 어느 한쪽 압축실의 토출개시각에서 서로 이격될 수 있다. 이를 통해, 선회단차면과 고정단차면 사이가 이격되어 양쪽 압축실 간 누설이 발생되더라도 압축실이 토출구에 연통됨에 따라 실질적으로는 압축실 간 누설로 인한 압축손실이 억제될 수 있다.
구체적으로, 상기 선회단차면과 상기 고정단차면은, 상기 선회단차면과 연통되는 압축실이 토출행정에서 서로 이격된 상태가 지속될 수 있다. 이를 통해, 선회단차면과 고정단차면 사이가 이격되는 동안에는 압축실이 토출구에 연통된 상태가 지속됨에 따라 압축실 간 누설로 인한 압축손실이 더욱 효과적으로 억제될 수 있다.
구체적으로, 상기 선회단차면은 상기 선회랩의 토출단에서의 외측면과 이를 마주보는 바깥쪽 선회랩의 내측면 사이에서 원호단면형상으로 형성될 수 있다. 상기 고정단차면은, 상기 선회단차면의 곡률보다 큰 곡률을 갖는 원호단면형상으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 선회단차면과 고정단차면 사이가 선접촉을 하게 되어 선회단차면과 고정단차면 사이에서의 마찰손실을 줄일 수 있다.
또한, 상기 선회단차면보다 토출측에 위치하는 상기 선회랩의 랩높이는, 상기 선회단차면보다 흡입측에 위치하는 상기 선회랩의 랩높이보다 낮게 형성될 수 있다. 이를 통해, 선회랩의 토출측 랩높이를 가능한 한 낮게 형성하여 랩강도를 높일 수 있다.
또한, 상기 선회단차면보다 토출측에 위치하는 상기 선회랩의 랩두께는, 상기 선회랩의 흡입단의 랩두께보다 크게 형성될 수 있다. 이를 통해, 선회랩의 토출측 랩두께를 가능한 한 두껍게 형성하여 랩강도를 높일 수 있다.
또한, 상기 토출구는, 상기 압축실의 토출개시각에서 상기 선회단차면의 일단이 수용될 수 있다. 이를 통해, 선회단차면이 고정단차면으로부터 이격되는 시점에서 압축실이 토출구에 신속하게 연통되어 압축실 간 누설로 인한 압축효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 토출구는 상기 압축실의 토출개시각에서 상기 선회단차면으로부터 이격될 수 있다. 상기 선회경판부 또는 상기 고정경판부 중에서 적어도 어느 한쪽에는 상기 토출구와 상기 선회단차면을 연결하는 연결홈이 형성될 수 있다. 이를 통해, 토출구의 위치 및 크기에 제한되지 않으면서도 선회단차면이 고정단차면으로부터 이격되는 시점에서 압축실이 토출구에 신속하게 연통되어 압축실 간 누설로 인한 압축효율의 저하를 억제할 수 있다.
구체적으로, 상기 연결홈은 제1 연결홈 및 제2연결홈을 포함할 수 있다. 상기 제1연결홈은 상기 토출구를 축방향으로 마주보는 상기 선회경판부에 함몰지게 형성될 수 있다. 상기 제2연결홈은 상기 제1연결홈에서 상기 선회단차면으로 연장될 수 있다. 상기 제2연결홈은 상기 제1연결홈에 비해 단면적이 작게 형성될 수 있다. 이를 통해, 토출구가 선회단차면으로부터 멀리 위치하거나 작게 형성되는 경우에도 토출구와 압축실을 연통하는 동시에 연결홈으로 인한 사체적 발생을 낮출 수 있다.
구체적으로, 상기 연결홈은, 상기 토출구에서 상기 고정랩의 내측면을 향해 연장되도록 상기 고정경판부에 형성될 수 있다. 이를 통해, 토출구가 고정단차면으로부터 멀리 위치하거나 작게 형성되는 경우에도 토출구와 압축실을 연통하는 동시에 연결홈으로 인한 사체적 발생을 낮출 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 스크롤 압축기는 메인프레임, 회전축, 선회스크롤 및 고정스크롤을 포함한다. 상기 메인프레임은 케이싱의 내부에 고정된다. 상기 회전축은 상기 메인프레임을 관통하여 지지되고, 편심부가 구비된다. 상기 선회스크롤은 상기 회전축의 편심부에 결합되는 선회경판부와, 상기 선회경판부의 일측면에서 연장되는 선회랩을 구비한다. 상기 고정스크롤은 토출구가 구비되는 고정경판부와, 상기 고정경판부에서 상기 선회경판부를 향해 연장되어 상기 선회랩과 함께 압축실을 형성하는 고정랩을 구비한다. 상기 선회경판부에는 상기 선회랩의 외측면과 이를 마주보는 상기 선회랩의 내측면 사이에 선회단차면이 구비될 수 있다. 상기 고정랩에는 상기 선회단차면과 대응하도록 고정단차면이 구비될 수 있다. 상기 선회단차면과 상기 고정단차면은, 상기 양쪽 압축실 중에서 적어도 어느 한쪽 압축실의 토출행정에서 서로 이격될 수 있다. 이를 통해, 선회단차면과 고정단차면 사이가 이격되어 양쪽 압축실 간 누설이 발생되더라도 압축실이 토출구에 연통됨에 따라 실질적으로는 압축실 간 누설로 인한 압축손실이 억제될 수 있다.
일례로, 상기 선회스크롤은 상기 회전축의 편심부가 결합되는 회전축결합부가 구비될 수 있다. 상기 회전축결합부는, 상기 선회경판부를 기준으로 상기 선회랩의 반대쪽으로 연장될 수 있다. 이를 통해, 압축실의 토출측 체적을 확보하여 압축기울기가 급격하게 감소하는 것을 억제함으로써 고정랩 또는 선회랩에 가해지는 부하를 낮출 수 있다. 이와 동시에, 회전축결합부가 선회랩과 반경방향으로 중첩되지 않게 되어 선회단차면을 선회랩의 토출단쪽으로 더 깊게 형성함으로써 토출구와 선회단차면을 더욱 쉽게 연통시키거나 또는 토출구를 작게 형성하여 체적효율을 높일 수 있다.
다른 예로, 상기 고정랩과 상기 선회랩은, 각각 흡입단에서 토출단까지 복수 개의 원호곡선이 연속으로 연결될 수 있다. 이를 통해, 고정랩과 선회랩의 랩곡선이 넓게 형성되어 동일한 랩높이 및 경판넓이에서 행정체적이 확대될 수 있다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 선회경판부의 중심부에서 선회랩과 반경방향으로 중첩되도록 축방향으로 연장되어 회전축의 편심부가 결합되는 회전축결합부가 구비되고, 고정경판부를 마주보는 회전축결합부의 선단면에는 선회랩의 일부가 연장될 수 있다. 이를 통해, 선회스크롤에 작용하는 베어링반력과 가스반력 사이의 거리를 줄어들면서 선회스크롤에 대한 전복모멘트가 감소되어 선회스크롤의 거동이 안정되고 배압력을 낮출 수 있어 스크롤 간 마찰손실이 감소될 수 있다. 이와 동시에 선회스크롤의 중심부까지 압축실을 형성하여 압축비가 증가하면서 체적효율이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 고정스크롤쪽으로 연장되는 회전축결합부의 제1결합부의 높이는 그 회전축결합부의 밖에 위치한 상기 선회랩의 랩높이보다 작게 형성될 수 있다. 이를 통해, 상대적으로 압력이 높은 선회랩의 토출단측 랩높이를 낮춰 선회랩의 토출단에 대한 랩강도를 높일 수 있다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 회전축결합부의 내주면이 축방향 투영시 선회랩의 토출단과 중첩될 수 있다. 이를 통해, 회전축결합부가 선회랩과 반경방향으로 중첩되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 선회경판부에 구비된 선회단차면과 고정랩에 구비된 고정단차면이 양쪽 압축실 중에서 적어도 어느 한쪽 압축실의 토출개시각에서 서로 이격될 수 있다. 이를 통해, 선회단차면과 고정단차면 사이가 이격되어 양쪽 압축실 간 누설이 발생되더라도 압축실이 토출구에 연통됨에 따라 실질적으로는 압축실 간 누설로 인한 압축손실이 억제될 수 있다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 토출구가 압축실의 토출개시각에서 선회단차면의 일단이 수용될 수 있다. 이를 통해, 선회단차면이 고정단차면으로부터 이격되는 시점에서 압축실이 토출구에 신속하게 연통되어 압축실 간 누설로 인한 압축효율의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 선회경판부 또는 고정경판부 중에서 적어도 어느 한쪽에는 토출구와 선회단차면을 연결하는 연결홈이 형성될 수 있다. 이를 통해, 토출구의 위치 및 크기에 제한되지 않으면서도 선회단차면이 고정단차면으로부터 이격되는 시점에서 압축실이 토출구에 신속하게 연통되어 압축실 간 누설로 인한 압축효율의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 고정랩과 선회랩이 각각 흡입단에서 토출단까지 복수 개의 원호곡선이 연속으로 연결될 수 있다. 이를 통해, 고정랩과 선회랩의 랩곡선이 넓게 형성되어 동일한 랩높이 및 경판넓이에서 행정체적이 확대될 수 있다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 회전축결합부가 선회경판부를 기준으로 선회랩의 반대쪽으로 연장될 수 있다. 이를 통해, 압축실의 토출측 체적을 확보하여 압축기울기가 급격하게 감소하는 것을 억제함으로써 고정랩 또는 선회랩에 가해지는 부하를 낮출 수 있다. 이와 동시에, 회전축결합부가 선회랩과 반경방향으로 중첩되지 않게 되어 선회단차면을 선회랩의 토출단쪽으로 더 깊게 형성함으로써 토출구와 선회단차면을 더욱 쉽게 연통시키거나 또는 토출구를 작게 형성하여 체적효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 스크롤 압축기를 보인 단면도.
도 2는 도 1에서 고정스크롤과 선회스크롤을 분해하여 보인 사시도.
도 3은 도 2에서 고정스크롤을 보인 평면도.
도 4는 도 2에서 선회스크롤을 보인 평면도.
도 5 도 2에서 고정스크롤과 선회스크롤을 조립하여 보인 평면도.
도 6은 도 5의 "IX-IX"선단면도.
도 7은 토출개시직전의 선회단차면과 고정단차면의 상호관계를 보인 개략도.
도 8은 토출개시시점의 선회단차면과 고정단차면의 상호관계를 보인 개략도.
도 9는 선회스크롤의 다른 실시예를 보인 사시도.
도 10은 도 9의 평면도.
도 11은 도 10의 "Ⅹ-Ⅹ"선단면도.
도 12는 고정스크롤의 다른 실시예를 보인 사시도.
도 13은 도 12의 평면도.
도 14는 도 13의 "XI-XI"선단면도.
도 15는 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기의 압축부를 보인 평면도.
도 16은 도 15의 "XII-XII"선단면도.
도 2는 도 1에서 고정스크롤과 선회스크롤을 분해하여 보인 사시도.
도 3은 도 2에서 고정스크롤을 보인 평면도.
도 4는 도 2에서 선회스크롤을 보인 평면도.
도 5 도 2에서 고정스크롤과 선회스크롤을 조립하여 보인 평면도.
도 6은 도 5의 "IX-IX"선단면도.
도 7은 토출개시직전의 선회단차면과 고정단차면의 상호관계를 보인 개략도.
도 8은 토출개시시점의 선회단차면과 고정단차면의 상호관계를 보인 개략도.
도 9는 선회스크롤의 다른 실시예를 보인 사시도.
도 10은 도 9의 평면도.
도 11은 도 10의 "Ⅹ-Ⅹ"선단면도.
도 12는 고정스크롤의 다른 실시예를 보인 사시도.
도 13은 도 12의 평면도.
도 14는 도 13의 "XI-XI"선단면도.
도 15는 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기의 압축부를 보인 평면도.
도 16은 도 15의 "XII-XII"선단면도.
이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
스크롤 압축기는 케이싱의 내부공간에 구동모터와 압축부가 함께 설치되는지 여부에 따라 밀폐형 또는 개방형으로 구분될 수 있다. 본 실시예는 밀폐형 스크롤 압축기를 대표예로 삼아 설명한다. 하지만 개방형 스크롤 압축기에도 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 스크롤 압축기는 고정형 스크롤 압축기와 이동형 스크롤 압축기로 구분될 수 있다. 고정형은 통상 건물 공조용으로 적용되고, 이동형은 차량 공조용으로 적용된다. 본 실시예는 고정형 스크롤 압축기를 대표예로 삼아 설명한다. 하지만 이동형 스크롤 압축기에도 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 스크롤 압축기는 케이싱의 내부공간에 채워진 냉매의 압력에 따라 저압식 또는 고압식으로 구분될 수 있다. 저압식은 케이싱의 내부공간이 흡입압의 냉매로 채워지고, 고압식은 케이싱의 내부공간이 토출압의 냉매로 채워진다. 본 실시예는 고압식 스크롤 압축기를 대표예로 삼아 설명한다. 하지만 저압식 스크롤 압축기에도 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 스크롤 압축기는 압축부의 설치위치에 따라 상부압축식과 하부압축식으로 구분될 수 있다. 상부압축식은 압축부가 구동모터보다 상측에 설치되고, 하부압축식은 압축부가 구동모터보다 하측에 설치된다. 본 실시예는 상부압축식 스크롤 압축기를 대표예로 삼아 설명한다. 하지만 하부압축식 스크롤 압축기에도 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 스크롤 압축기는 스크롤의 회전여부에 따라 편회전 스크롤 압축기와 상호회전 스크롤 압축기로 구분될 수 있다. 편회전 스크롤 압축기는 한쪽 스크롤은 고정 또는 회전운동이 제한되는 반면 다른 쪽 스크롤은 선회운동을 하도록 구성되고, 상호회전 스크롤 압축기는 양쪽 스크롤이 회전하도록 구성된다. 본 실시예는 편회전 스크롤 압축기를 대표예로 삼아 설명한다. 하지만 상호회전 스크롤 압축기에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 스크롤 압축기를 보인 단면도이고, 도 2는 도 1에서 고정스크롤과 선회스크롤을 분해하여 보인 사시도이며, 도 3은 도 2에서 고정스크롤을 보인 평면도이고, 도 4는 도 2에서 선회스크롤을 보인 평면도이며, 도 5 도 2에서 고정스크롤과 선회스크롤을 조립하여 보인 평면도이고, 도 6은 도 5의 "IX-IX"선단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 스크롤 압축기는, 케이싱(110)의 하반부에 구동모터(120)가 설치되고, 구동모터(120)의 상측에는 메인프레임(130)이 설치된다. 메인프레임(130)의 상측에는 압축부가 설치된다. 압축부는 고정스크롤(140)과 선회스크롤(150)을 포함하되, 경우에 따라서는 메인프레임(130)도 압축부에 포함하여 설명될 수 있다.
본 실시예에 따른 케이싱(110)은 원통쉘(111), 상부캡(112) 및 하부캡(113)을 포함한다. 이에 따라, 케이싱(110)의 내부공간(110a)은 냉매의 유동순서를 기준으로 상부캡(112)의 내측에 구비된 상부공간(110b), 원통쉘(111)의 내측에 구비된 중간공간(110c), 하부캡(113)의 내측에 구비된 하부공간(110d)으로 구분될 수 있다. 이하에서 상부공간(110b)은 토출공간으로, 중간공간(110c)은 유분리공간으로, 하부공간(110d)은 저유공간으로 각각 정의될 수 있다.
원통쉘(111)은 상하 양단이 개구된 원통 형상이고, 원통쉘(111)의 내주면에는 구동모터(120)가 하반부에, 메인프레임(130)이 상반부에 각각 압입되어 고정된다.
원통쉘(111)의 중간공간(110c), 구체적으로 구동모터(120)와 메인프레임(130)의 사이에는 냉매토출관(116)이 관통되어 결합된다. 냉매토출관(116)은 원통쉘(111)에 직접 삽입되어 용접될 수도 있지만, 통상 원통쉘(111)과 동일 소재로 된 중간연결관(collar pipe)(미도시)이 원통쉘(111)에 삽입되어 용접되고, 중간연결관에 동관으로 된 냉매토출관(116)이 삽입되어 용접될 수 있다.
상부캡(112)은 원통쉘(111)의 개구된 상단을 복개하도록 결합된다. 상부캡(112)에는 냉매흡입관(115)이 관통하여 결합되고, 냉매흡입관(115)은 케이싱(110)의 상부공간(110b)을 통과하여 후술할 압축부의 흡입실(미부호)에 직접 연결된다. 이에 따라, 냉매는 냉매흡입관(115)을 통해 흡입실로 공급될 수 있다.
하부캡(113)은 원통쉘(111)의 개구된 하단을 복개하도록 결합된다. 하부캡(113)의 하부공간(110d)은 저유공간을 형성하게 되고, 저유공간에는 기설정된 양의 오일이 저장된다. 저유공간을 이루는 하부공간(110d)은 오일회수통로(미부호)를 통해 케이싱(110)의 상부공간(110b)과 중간공간(110c)에 연통된다. 이에 따라 상부공간(110b)과 중간공간(110c)에서 냉매로부터 분리된 오일과 압축부에 공급되었다가 회수되는 오일은 오일회수통로를 통해 저유공간을 이루는 하부공간(110d)으로 회수되어 저장될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 구동모터(120)는 케이싱(110)의 내부공간(110a)중에서 고압부를 이루는 중간공간(110c)의 하반부에 설치되며, 고정자(121) 및 회전자(122)를 포함한다. 고정자(121)는 원통쉘(111)의 내벽면에 열간압입으로 고정되고, 회전자(122)는 고정자(121)의 내부에 회전 가능하게 구비된다.
고정자(121)는 고정자코어(1211) 및 고정자코일(1212)을 포함한다.
고정자코어(1211)는 원통형상으로 형성되고, 원통쉘(111)의 내주면에 열간압입으로 고정된다. 고정자코일(1212)은 고정자코어(1211)에 권선되고, 케이싱(110)에 관통 결합되는 터미널(미부호)을 통해 외부전원과 전기적으로 연결된다.
회전자(122)는 회전자코어(1221) 및 영구자석(1222)을 포함한다.
회전자코어(1221)는 원통형상으로 형성되고, 고정자코어(1211)의 내부에 기설정된 공극만큼 간격을 두고 회전 가능하게 삽입된다. 영구자석(1222)은 회전자코어(1221)의 내부에 원주방향을 따라 기설정된 간격을 두고 매립된다.
회전축(125)은 회전자(122)에 압입되어 결합된다. 회전축(125)의 상단부는 후술할 메인프레임(130)에 회전 가능하게 삽입되어 반경방향으로 지지되고, 회전축(125)의 하단부는 서브프레임(118)에 회전 가능하게 삽입되어 반경방향 및 축방향으로 지지된다.
회전축(125)의 내부에는 그 회전축(125)의 양단 사이를 관통하여 급유구멍(1255)이 형성된다. 급유구멍(1255)은 회전축(125)의 하단에서 편심부(1251)의 바닥면으로 관통되어 형성된다. 이에 따라 저유공간을 이루는 하부공간(110d)에 저장된 오일은 급유구멍(1255)을 통해 편심부(1251)의 내부로 공급될 수 있다.
회전축(125)의 하단, 정확하게는 급유구멍(1255)의 하단에는 오일픽업(126)이 설치된다. 오일픽업(126)은 저유공간(110d)에 저장된 오일에 잠기도록 설치될 수 있다. 이에 따라 저유공간(110d)에 저장된 오일은 오일픽업(126)에 의해 펌핑되어 급유구멍(1255)을 통해 흡상될 수 있다.
회전축(125)의 상단에는 편심부(1251)가 구비되어 후술할 선회스크롤(150)의 회전축결합부(153)에 결합된다. 편심부(1251)는 회전축결합부(153)에 삽입되어 결합될 수도 있고, 회전축결합부(153)가 편심부(1251)에 삽입되어 결합될 수도 있다. 본 실시예는 회전축(125)의 편심부(1251)가 선회스크롤(150)의 선회경판부(151)에 삽입되어 결합되는 예를 중심으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 메인프레임(130)은 구동모터(120)의 상측에 설치되고, 원통쉘(111)의 내벽면에 열간압입으로 고정되거나 용접되어 고정된다. 이에 따라 메인프레임(130)은 통상 주철로 형성된다.
메인프레임(130)은 메인플랜지부(131) 및 축지지돌부(132)를 포함한다.
메인플랜지부(131)는 환형으로 형성되어 원통쉘(111)의 중간공간(110c)에 수용된다. 예를 들어 메인플랜지부(131)의 외주면은 원형으로 형성되어 원통쉘(111)의 내주면에 밀착될 수 있다. 이 경우에는 메인플랜지부(131)의 외주면과 내주면 사이에 축방향으로 관통되는 적어도 한 개 이상의 오일회수구멍(미도시)이 형성될 수 있다.
축지지돌부(132)는 메인플랜지부(131)의 중앙에서 구동모터(120)를 향해 연장되되, 축지지돌부(132)의 내측에는 축지지구멍(1321)이 형성된다. 축지지구멍(1321)은 메인플랜지부(131)의 축방향 양쪽 측면을 관통하여 형성될 수 있다. 이에 따라 메인플랜지부(131)는 환형으로 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 고정스크롤(140)은 고정경판부(141), 고정측벽부(142) 및 고정랩(143)을 포함한다.
고정경판부(141)는 원판 모양으로 형성된다. 고정경판부(141)의 외주면은 상부공간(110b)을 이루는 상부캡(112)의 내주면과 밀착되거나 또는 상부캡(112)의 내주면으로부터 이격될 수 있다. 고정경판부(141)는 동일한 두께로 형성될 수 있다. 이에 따라 후술할 고정랩(143)의 뿌리단은 고정랩(143) 전체에 걸쳐 동일한 높이로 형성될 수 있다.
고정경판부(141)의 가장자리에는 축방향으로 관통되어 흡입실(미부호)에 연통되는 흡입구(1411)가 형성되고, 흡입구(1411)에는 케이싱(110)의 상부캡(112)을 관통하는 냉매흡입관(115)이 삽입되어 결합된다. 이에 따라 냉매흡입관(115)은 케이싱(110)의 상부공간(110b)을 통과하여 고정스크롤(140)의 흡입구(1411)에 직접 연통될 수 있다.
고정경판부(141)의 중앙에는 토출구(1412)와 바이패스구멍(미도시)이 형성되고, 고정경판부(141)의 배면에는 토출구(1412)를 개폐하는 토출밸브(145)와 바이패스구멍을 개폐하는 바이패스밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 이에 따라 제1압축실(V1) 및 제2압축실(V2)에서 압축된 냉매는 고정스크롤(140)의 상측에서 상부캡(112)에 형성되는 상부공간(110b)으로 토출된다. 이하에서는 선회랩(152)의 외측면과 이를 마주보는 고정랩(143)의 내측면 사이에 형성되는 압축실을 제1압축실(V1)로, 선회랩(152)의 내측면과 이를 마주보는 고정랩(143)의 외측면 사이에 형성되는 압축실을 제2압축실(V2)로 정의하여 설명한다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 토출구(1412)는 압축기의 규격에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들어 토출구(정확하게는 토출입구)(1412)는 원형으로 형성될 수도 있고, 비정형 타원과 같은 형상으로 형성될 수도 있다. 본 실시예는 토출구(1412)가 고정랩(143)의 토출단으로 길게 늘어져 연장되는 비정형성 타원형상으로 형성된 예를 도시하고 있다. 이 경우 토출구(1412)는 고정랩(143)의 내측면과 거의 접하는 위치에서 고정랩(143)의 내측면을 따라 형성될 수 있다. 이에 따라 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)이 거의 동시에 토출구(1412)에 연통되어 토출지연으로 인한 과압축손실을 줄일 수 있다. 이는 토출구(1412)가 원형으로 형성되는 경우에도 가능할 수 있다.
고정측벽부(142)는 고정경판부(141)의 가장자리에서 메인프레임(130)을 향해 환형으로 연장될 수 있다. 이에 따라 고정측벽부(142)는 하면이 메인프레임(130)의 상면, 즉 메인플랜지부(131)의 상면에 밀착되어 볼트 체결될 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 고정랩(143)은 고정경판부(141)의 하면에서 선회스크롤(150)을 향해 연장된다. 고정랩(143)은 인벌류트 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어 고정랩(143)은 대수나선으로 형성될 수도 있고, 복수 개의 원호곡선으로 형성될 수도 있다.
다만, 고정랩(143)이 대수나선으로 형성되는 경우에는 후술할 선회랩(152) 역시 대수나선으로 형성되어야 하므로 후술할 회전축결합부(153)의 형상이 제한될 뿐만 아니라 동일한 랩높이 및 경판넓이에서 행정체적이 감소될 수 있다.
이에, 본 실시예에 따른 고정랩(143)은 랩곡선이 직경과 원점이 서로 다른 다수의 원호를 연결한 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라 고정랩(143)은 랩두께가 랩형성방향을 따라 상이하게 형성될 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에 따른 고정랩(143)은 중심쪽인 토출단(143a)의 랩두께가 최외곽쪽인 흡입단(143b)의 랩두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 이에 따라 상대적으로 높은 가스력을 받는 고정랩(143)의 토출단(143a)에서의 랩강도를 높여 고정랩(143)의 파손을 억제할 수 있다. 뿐만 아니라 고정랩(143)의 랩곡선이 넓게 형성되어 동일한 랩높이 및 경판넓이에서 행정체적이 확대될 수 있다. 이는 후술할 선회랩(152)도 마찬가지이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 고정랩(143)은 랩형성방향을 따라 동일한 랩높이로 형성될 수도 있고, 서로 다른 높이로 형성될 수도 있다. 본 실시예에서는 고정랩(143)의 랩높이가 그 고정랩(143)의 랩형성방향을 따라 서로 다른 예를 도시하고 있다. 예를 들어 본 실시예에서는 고정랩(143)의 중간에 후술할 고정단차면(1431)이 형성되어 그 고정단차면(1431)을 기준으로 중심쪽인 토출단(143a)의 랩높이(H11)가 최외곽쪽인 흡입단(143b)의 랩높이(H12)보다 낮게 형성된다. 이에 따라 상대적으로 높은 가스력을 받는 고정랩(143)의 토출단(143a)에서의 랩강도를 높여 고정랩(143)의 파손을 억제할 수 있다.
고정단차면(1431)은 양쪽 압축실(V1)(V2) 중에서 상대적으로 일찍 토출을 개시하는 압축실(예를 들어 제1압축실)(V1)의 토출개시각(토출개시시점)에서 해당 압축실이 토출구(1412)와 연통되는 위치에 형성될 수 있다. 이는 후술할 선회단차면(1511)도 마찬가지이며 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.
고정단차면(1431)은 기설정된 곡률을 갖는 곡면으로 형성된다. 예를 들어 고정단차면(1431)은 후술할 선회단차면(1511)을 향해 돌출되는 원호 형상으로 형성되되, 선회단차면(1511)의 곡률(R2)보다는 큰 곡률(R1)을 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라 고정단차면(1431)은 선회단차면(1511)에 선접촉하면서 마찰손실이 최소화될 수 있다.
고정단차면(1431)의 단차높이는 후술할 선회단차면(1511)의 단차높이와 거의 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라 고정랩(143)에 고정단차면(1431)이 형성되더라도 고정랩(143)의 선단면과 선회경판부(151)의 압축면(151a)은 긴밀하게 접촉하여 양쪽 압축실 사이가 실링될 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 선회스크롤(150)은 선회경판부(151), 선회랩(152) 및 회전축결합부(153)를 포함할 수 있다.
선회경판부(151)는 원판 모양으로 형성되고, 메인프레임(130)과 고정스크롤(140)의 사이에서 선회운동을 하도록 메인프레임(130)에 의해 축방향으로 지지된된다.
선회경판부(151)는 동일한 두께로 형성될 수도 있고, 부분적으로 다른 두께로 형성될 수도 있다. 예를 들어 선회경판부(151)는 회전축결합부(153)가 선회경판부(151)의 배면에서 메인프레임을 향해서만 연장되는 경우에는 선회경판부(151)는 전체가 동일한 두께로 형성될 수 있다. 하지만 회전축결합부(153)가 선회경판부(151)를 관통하여 후술할 선회랩(152)과 반경방향으로 중첩되도록 형성되는 경우에는 선회경판부(151)의 두께가 부분적으로, 다시 말해 회전축결합부(153)가 형성되는 부분에서 더 두껍게 형성될 수도 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예는 선회경판부(151)의 중심측 두께가 가장자리측 두께보다 두껍게 형성된 예를 도시하고 있다. 다시 말해 본 실시예에 따른 선회경판부(151)는 압축실(V)의 임의의 지점에서 선회단차면(1511)이 형성된다. 이에 따라 선회경판부(151)의 상면(압축면)(151a)은 선회단차면(1511)을 중심으로 흡입측의 선회경판부(151) 높이보다 토출측의 선회경판부(151)의 높이가 더 높게 형성된다. 이에 따라 후술할 회전축결합부(153)가 고정경판부(141)를 향하는 방향으로 돌출되어 연장될 수 있다.
선회단차면(1511)은 선회랩(152)의 토출단(152a)에서의 외측면과 이를 반경방향으로 마주보는 선회랩(152)의 내측면 사이를 연결하되, 앞서 고정단차면(1431)과 같이 양쪽 압축실 중에서 토출구(1412)에 인접한 압축실(예를 들어 제1압축실)(V1)의 토출개시각(토출개시시점)(A1)에서 해당 압축실(V1)이 토출구(1412)와 연통되는 위치에 형성될 수 있다.
다시 말해, 토출구(1412)가 비정형 타원으로 길게 형성됨에 따라 선회단차면(1511)과 고정단차면(1431)이 이격되는 시점에서 선회단차면(1511)의 일단(정확하게는 선회랩의 외측면측)이 토출구(1412)의 일부와 연접되거나 축방향으로 중첩되도록 형성될 수 있다. 이에 따라 선회단차면(1511)이 선회스크롤(150)의 선회운동중에 선회단차면(1511)이 고정단차면(1431)으로부터 이격되는 순간에 양쪽 압축실(V1)(V2)은 서로 연통되고, 이와 동시에 한쪽 압축실(예를 들어 제1압축실)(V1)은 토출구(1412)와 연통되게 된다. 그러면 양쪽 압축실(V1)(V2)이 연통되더라도 그 양쪽 압축실(V1)(V2)의 냉매가 토출구(1412)로 이동하여 함께 토출됨에 따라 양쪽 압축실(V1)(V2)에서의 압축손실을 억제할 수 있다.
선회단차면(1511)은 기설정된 곡률(R2)을 갖는 곡면으로 형성된다. 예를 들어 선회단차면(1511)은 앞서 설명한 고정단차면(1431)에 대해 함몰되는 원호 형상으로 형성되되, 고정단차면(1431)의 곡률(R1)보다는 작은 곡률(R2)을 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라 선회단차면(1511)은 고정단차면(1431)에 선접촉하면서 마찰손실이 최소화될 수 있다.
선회단차면(1511)의 단차높이는 고정단차면(1431)의 단차높이와 거의 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라 앞서 설명한 바와 같이 선회경판부(151)에 선회단차면(1511)이 형성되더라도 선회경판부(151)의 압축면(151a)과 고정랩(143)의 선단면은 긴밀하게 접촉하여 양쪽 압축실 사이가 실링될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 선회단차면(1511)은 앞서 고정단차면(1431)에서 설명한 바와 같이 양쪽 압축실(V1)(V2) 중에서 상대적으로 일찍 토출을 개시하는 압축실(예를 들어 제1압축실)(V1)의 토출개시각(A1)에 위치하도록 형성될 수 있다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 선회랩(152)은 선회경판부(151)의 상면(압축면)에서 고정스크롤(140)을 향해 연장된다. 이에 따라 선회랩(152)은 고정랩(143)과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실(V1)(V2)을 형성할 수 있다.
선회랩(152)은 고정랩(143)과 대응하도록 인벌류트 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어 선회랩(152)은 대수나선으로 형성될 수도 있고, 복수 개의 원호곡선으로 형성될 수도 있다.
다만, 앞서 고정랩에서 설명한 바와 같이 선회랩(152)이 대수나선으로 형성되는 경우에는 후술할 회전축결합부(153)의 형상이 제한될 뿐만 아니라 동일한 랩높이 및 경판넓이에서 행정체적이 감소될 수 있다. 이에 본 실시예에 따른 선회랩(152)은 고정랩(143)과 마찬가지로 랩곡선이 직경과 원점이 서로 다른 다수의 원호를 연결한 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라 선회랩(152)은 고정랩(143)과 마찬가지로 랩두께가 랩형성방향을 따라 상이하게 형성될 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에 따른 선회랩(152)은 중심쪽인 토출단(152a)의 랩두께가 최외곽쪽인 흡입단(152b)의 랩두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 이에 따라 상대적으로 높은 가스력을 받는 선회랩(152)의 토출단(152a)에서의 랩강도를 높여 선회랩(152)의 파손을 억제할 수 있다. 뿐만 아니라 고정랩(143)의 랩곡선이 넓게 형성되어 동일한 랩높이 및 경판넓이에서 행정체적이 확대될 수 있다.
선회랩(152)은 랩형성방향을 따라 동일한 랩높이로 형성될 수도 있고, 서로 다른 높이로 형성될 수도 있다. 본 실시예에서는 선회랩(152)의 랩높이가 랩형성방향을 따라 서로 다른 예를 도시하고 있다. 예를 들어 본 실시예에 따른 선회랩(152)의 랩높이는 선회단차면(1511)을 기준으로 중심쪽인 토출단(152a)의 랩높이(H21)가 최외곽쪽인 흡입단(152b)의 랩높이(H22)보다 낮게 형성된다. 이에 따라 상대적으로 높은 가스력을 받는 선회랩(152)의 토출단(152a)에서의 랩강도를 높여 고정랩(143)의 파손을 억제할 수 있다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 회전축결합부(153)는 회전축(125)의 편심부(1251)가 결합되는 부분으로, 원통 형상으로 형성되어 내주면에 부시베어링으로 된 편심베어링이 구비된다. 이하에서는 편의상 부시베어링을 회전축결합부(153)의 내주면으로 정의하여 설명한다. 이에 따라 회전축결합부(153)의 내주면은 실질적으로는 부시베어링의 내주면을 지칭하는 것으로 이해될 수 있다.
회전축결합부(153)는 선회랩(152)의 안쪽에 위치하도록 형성된다. 예를 들어 회전축결합부(153)의 내주면은 축방향 투영시 선회랩(152)의 토출단과 중첩되는 위치에 형성된다. 다시 말해 회전축결합부(153)의 외주면은 선회랩(152)의 토출단(152a)에서의 외측면을 연결하는 가상원(C1)과 동일원 상에 위치하도록 형성된다. 이에 따라 선회랩(152)의 토출단(152a) 주변에서의 내측면은 앞서 설명한 바와 같이 회전축결합부(153)의 외주면보다 안쪽, 다시 말해 회전축결합부(153)의 선단면(153a)에 위치하게 된다. 그러면 회전축결합부(153)가 선회랩(152)과 반경방향으로 중첩되도록 형성되면서도 회전축결합부(153)의 베어링면적을 넓게 확보하여 선회스크롤(150)을 안정적으로 지지하는 동시에 회전축결합부(153)의 선단면(153a)에 압축실(V1)(V2)을 형성할 수 있다.
회전축결합부(153)는 선회경판부(151)의 압축면에서 연장되는 제1결합부(1531) 및 선회경판부(151)의 배면에서 연장되는 제2결합부(1532)를 포함한다. 다만 경우에 따라서는 회전축결합부(153)는 제1결합부(1531)로만 이루어질 수도 있으나, 본 실시예에서는 회전축결합부(153)가 제1결합부(1531)와 제2결합부(1532)로 이루어진 예를 중심으로 설명한다.
제1결합부(1531)는 선회경판부(151)의 압축면(151a)에서 고정스크롤(140)을 향해 기설정된 높이만큼 연장된다. 제1결합부(1531)는 회전축(125)이 삽입되는 하단은 개구되는 반면 상단은 막힌 구조로 형성된다. 이에 따라 제1결합부(1531)는 선회경판부(151)의 배면(151b)을 기준으로 보면 함몰되는 반면 압축면을 기준으로 보면 돌출되는 것으로 이해될 수 있다. 다만 이하에서는 후술할 제2결합부(1532)와의 비교를 고려하여 편의상 제1결합부(1531)가 돌출되는 것으로 정의하여 설명한다.
제1결합부(1531)는 앞서 설명한 바와 같이 상단이 막힌, 예를 들어 캡단면 형상으로 형성됨에 따라, 회전축(125)의 편심부(1251)는 제1결합부(1531)의 상단(정확하게는 상단의 내측면)에 의해 삽입깊이가 제한된다.
제1결합부(1531)의 축방향높이(이하, 제1결합부의 높이)(H31)는 선회랩(152)의 랩높이, 다시 말해 회전축결합부(153)의 밖에 위치하는 선회랩(152)의 흡입단(152b)에서의 랩높이(H22)보다 낮게 형성된다. 예를 들어 제1결합부(1531)의 높이(H31)는 대략 선회랩(152)의 흡입단(152b)에서의 랩높이(H22)의 절반 정도가 되도록 형성될 수 있다. 이에 따라 회전축(125)이 선회스크롤(150)에 결합되는 제1작용점(P1)과 압축실(V)의 가스력이 선회스크롤(150)에 작용하는 제2작용점(P2) 사이의 거리(모멘트아암의 길이)(L)를 줄이면서도 회전축결합부(153)의 선단면(153a)에 의미있는 정도의 압축실(V)이 형성되도록 할 수 있다.
또한, 제1결합부(1531)의 높이(H31)는 후술할 제2결합부(1532)의 축방향높이(H32)보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 이에 따라 앞서 설명한 제1작용점(P1)과 제2작용점(P2) 사이의 간격(모멘트아암의 길이)(L)를 의미있는 정도로 줄일 수 있다.
제2결합부(1532)는 선회경판부(151)의 배면(151b)에서 구동모터(120)를 향해 기설정된 높이만큼 연장된다. 제2결합부(1532)는 회전축(125)이 관통되도록 환형으로 형성된다. 제2결합부(1532)의 내주면에는 앞서 설명한 편심베어링의 일부가 삽입된다. 이에 따라 제2결합부(1532)의 내경은 제1결합부(1531)의 내경과 동일하게 형성된다.
제2결합부(1532)의 축방향높이(H32)는 제1결합부(1531)의 높이(H31)와 동일하거나 작게 형성된다. 이에 따라 앞서 설명한 제1작용점(P1)과 제2작용점(P2) 사이의 간격을 최소화할 수 있다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 제2결합부(1532)는 배제될 수도 있다. 다시 말해 회전축결합부(153)가 제1결합부(1531)로만 이루어질 수도 있다. 다만 이 경우에는 제1결합부(1531)의 높이(H31)가 증가하거나 또는 제1결합부(1531)의 높이(H31)를 유지하면서 제1결합부(1531)의 내경이 확대될 수 있다. 이를 통해 편심부(1251)의 지지면적, 다시 말해 편심부(1251)의 베어링면적을 확보할 수 있다.
도면중 미설명 부호인 160은 올담링이다.
상기와 같은 본 실시예에 따른 스크롤 압축기의 작용효과는 다음과 같다.
즉, 구동모터(120)에 전원이 인가되어 회전력이 발생되면, 회전축(125)에 편심 결합된 선회스크롤(150)이 올담링(160)에 의해 고정스크롤(140)에 대해 선회운동을 하게 된다. 이때 고정스크롤(140)과 선회스크롤(150)의 사이에는 연속으로 이동하는 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)이 형성된다.
그러면, 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)은 선회스크롤(150)이 선회운동을 하는 동안 흡입구(또는, 흡입실)(1411)에서 토출구(또는, 토출실)(1412)쪽으로 이동하면서 점차 체적이 좁아지게 된다.
그러면, 냉매는 냉매흡입관(115)을 통하여 고정스크롤(140)의 흡입구(1411)를 통해 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)로 유입되고, 이 냉매는 선회스크롤(150)에 의해 최종 압축실쪽으로 이동하면서 압축된다. 이 냉매는 최종 압축실에서 고정스크롤(140)의 토출구(1412)를 통해 케이싱(110)의 상부공간(110b)으로 토출되고, 이 냉매는 고정스크롤(140)과 메인프레임(130)에 구비된 배출통로(미도시)를 통해 케이싱(110)의 중간공간(110c) 또는/및 하부공간(110d)으로 이동하게 된다.
그러면, 냉매는 케이싱(110)의 내부공간(110a)을 순환하면서 냉매로부터 오일이 분리되고, 냉매로부터 분리된 오일은 케이싱(110)의 하부공간(110d)을 이루는 저유공간으로 이동하여 저장되었다가 오일픽업(126)과 회전축(125)의 급유구멍(1255)을 통해 압축부로 공급되는 반면, 오일이 분리된 냉매는 냉매토출관(116)을 통해 케이싱(110)의 외부로 배출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.
한편, 압축기의 운전시에는 선회스크롤(150)은 회전축(125)에 편심지게 결합됨에 원심력에 대응하는 베어링반력(F1)을 받는 동시에 압축실(V)에서 압축되는 냉매의 가스반력(F2)을 받게 된다. 이때 베어링반력(F1)이 작용하는 제1작용점(P1)과 가스반력(F2)이 작용하는 제2작용점(P2) 간의 거리(L)가 크면 그만큼 전복모멘트가 증가하여 선회스크롤(150)의 거동이 불안정하게 되어 압축실(V1)(V2) 간 누설이 발생될 수 있다.
이를 고려하여 선회스크롤(150)을 지지하는 배압력을 높이게 되면 그 배압력에 의해 선회스크롤(150)의 변형이 발생되어 압축실(V1)(V2) 간 누설이 발생되거나 또는 선회스크롤(150)이 고정스크롤(140)에 과밀착되면서 마찰손실이 증가될 수 있다. 이는 특히 저압력/저부하 운전에서 불리하게 될 수 있다.
하지만, 본 실시예와 같이 회전축결합부(153)의 일부가 선회랩(152)과 반경방향으로 중첩되도록 고정스크롤(140)쪽으로 돌출(회전축쪽에서 보면 함몰)되어 형성됨에 따라 선회스크롤(150)과 회전축(125) 사이의 베어링면이 압축실(V1)(V2)과 반경방향으로 중첩되는 위치에 형성되게 된다. 그러면 앞서 설명한 제1작용점(P1)과 제2작용점(P2) 사이의 거리(L)가 좁아지면서 전복모멘트를 줄일 수 있다. 그러면 선회스크롤(150)의 거동이 안정되어 압축실(V1)(V2) 간 누설이 억제될 수 있고, 필요 배압력이 감소되어 선회스크롤(150)의 변형이나 스크롤간 과밀착을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 회전축결합부(153)의 선단면(153a)에 선회랩(152)의 일부가 연장 형성됨에 따라 선회스크롤(또는 고정스크롤)(150)의 중심부에도 압축실이 형성될 수 있다. 이를 통해 회전축결합부(153)가 선회랩(152)쪽으로 연장되면서도 압축실의 압축주기가 길어지면서 압축비가 증가되어 체적효율이 향상될 수 있다. 이와 함께 선회랩(152)의 토출단(152a)에서의 랩높이는 낮아지고 랩두께는 두꺼워져 선회랩(152)의 랩강도가 증가하면서 랩파손이 억제될 수 있다. 이는 고정랩(143)도 마찬가지이다.
또한, 본 실시예에서는 앞서 설명한 회전축결합부(153)가 선회랩(152)과 반경방향으로 중첩되도록 형성됨에 따라 선회경판부(151)에 선회단차면(1511)이 형성되고, 선회단차면(1511)이 형성됨에 따라 고정랩(143)에는 선회단차면(1511)과 대응하는 고정단차면(1431)이 형성된다. 이로 인해 선회스크롤(150)의 선회운동시 선회단차면(1511)과 고정단차면(1431)이 이격되면서 압축실(V1)(V2) 간 누설이 발생될 수 있다.
하지만, 본 실시예에서는 선회단차면(1511)이 고정단차면(1431)으로부터 이격되는 시점이 양쪽 압축실(V1)(V2)이 토출구(1412)에 연통되는 토출개시각(토출개시시점)(A1)에 해당하는 위치에 앞서 설명한 선회단차면(1511)과 고정단차면(1431)이 위치하도록 형성된다. 이에 따라 선회단차면(1511)이 고정단차면(1431)으로부터 이격되는 시점에서 양쪽 압축실(V1)(V2)이 토출구(1412)에 연통되므로 실질적으로는 압축실(V1)(V2) 간 누설이 발생되지 않게 된다.
도 7은 토출개시직전의 선회단차면과 고정단차면의 상호관계를 보인 개략도이고, 도 8은 토출개시시점의 선회단차면과 고정단차면의 상호관계를 보인 개략도이다.
도 7을 참조하면, 선회스크롤(150)이 선회운동을 하는 과정에서 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)은 각각의 흡입측에서 토출측을 향해 연속으로 이동을 냉매를 압축하게 된다. 그러면 냉매는 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)이 토출구(1412)에 도달하기 전까지는 지속적으로 압축되면서 토출구(1412)를 향해 이동하게 된다.
이때, 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)이 토출구(1412)에 도달하기 전, 다시 말해 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)이 압축행정을 진행하는 동안에는 선회단차면(1511)은 고정단차면(1431)에 접촉된 상태를 유지하게 된다. 이는 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)이 토출을 개시하기 직전까지 지속된다.
도 8을 참조하면, 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)이 토출구(1412)에 도달한 상태에서는 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)이 토출구(1412)와 연통되면서 제1압축실(V1)의 냉매와 제2압축실(V2)의 냉매가 토출구(1412)를 통해 토출되기 시작한다. 이는 토출구(1412)의 형상에 따라 양쪽 압축실(V1)(V2)이 거의 동시에 열릴 수도 있고, 소정의 시간차를 두고 열릴 수도 있다.
이때, 선회단차면(1511)은 고정단차면(1431)으로부터 이격된다. 다시 말해 제1압축실(V1) 및/또는 제2압축실(V2)이 토출구(1412)에 연통되어 토출을 개시하는 시점에서 선회단차면(1511)과 고정단차면(1431) 사이가 벌어지게 된다. 그러면 상대적으로 높은 압력의 압축실(예를 들어 제2압축실)(V2)의 냉매가 상대적으로 압력이 낮은 압축실(예를 들어 제1압축실)(V1)로 일부 누설될 수 있다.
하지만, 제1압축실(V1)이 이미 토출개시각(토출개시시점)(A1)에 도달하여 토출구(1412)와 연통된 상태이므로 제1압축실(V1)의 냉매는 물론 제2압축실(V2)에서 제1압축실(V1)로 유입된 냉매가 제1압축실(V1)의 냉매와 함께 토출구(1412)로 이동하여 토출되게 된다. 이와 같이 선회단차면(1511)이 고정단차면(1431)으로부터 이격된 상태는 제1압축실(V1)과 제2압축실(V2)이 토출행정을 진행하는 동안에 지속된다.
그러면 제1압축실(V1)에서는 상대적으로 고압의 냉매가 제2압축실(V2)에서 유입되더라도 과압축되지 않아 모터효율이 저하되지 않으며, 제2압축실(V2)에서는 이미 토출압에 도달한 냉매가 제1압축실(V1)을 통해 토출구(1412)로 토출됨에 따라 체적효율의 저하를 억제될 수 있다. 또한 제2압축실(V2)의 냉매가 제1압축실(V1)을 통해 미리 토출되면서 토출저항의 감소하여 제2압축실(V2)에서의 과압축이 억제될 수 있다.
그러면 선회단차면(1511)이 고정단차면(1431)으로부터 이격되어 양쪽 압축실(V1)(V2)이 설사 연통되더라도 냉매는 토출구(1412)를 통해 압축실 밖으로 토출되게 된다. 이에 따라 선회단차면(1511)과 고정단차면(1431)의 이격으로 인해 양쪽 압축실(V1)(V2)이 연통되더라도 압축실(V1)(V2) 간 누설에 의한 압축효율의 저하는 발생되지 않거나 현저하게 낮출 수 있게 된다.
한편, 토출구조에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
즉, 전술한 실시예에서는 토출구가 양쪽 압축실에 거의 동시에 연통되도록 형성되는 것이나, 경우에 따라서는 토출구가 양쪽 압축실에 시간차를 두고 연통되도록 형성될 수도 있다. 이는 토출구의 형상에 절대적으로 의존하지는 않는다. 다시 말해 토출구가 전술한 실시예와 같이 비정형 타원으로 형성되는 경우에도 양쪽 압축실이 시간차를 두고 연통될 수 있다. 다만 본 실시예에서는 토출구가 원형으로 형성된 경우 양쪽 압축실이 서로 시간차를 두고 연통되는 예를 중심으로 설명한다.
도 9는 선회스크롤의 다른 실시예를 보인 사시도이고, 도 10은 도 9의 평면도이며, 도 11은 도 10의 "Ⅹ-Ⅹ"선단면도이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 스크롤 압축기의 기본적인 구조 및 그에 따른 작용효과는 전술한 실시예와 유사하다. 예를 들어 선회스크롤(150)에 회전축결합부(153)가 구비되되, 회전축결합부(153)의 일부는 선회경판부(151)의 압축면(151a)에서 기설정된 높이만큼 돌출되도록 형성된다. 이에 따라 회전축(125)의 편심부(1251) 일부가 회전축결합부(153)에 삽입되어 선회랩(152)과 반경방향으로 중첩되어 앞서 설명한 제1작용점(P1)과 제2작용점(P2) 간의 간격을 줄일 수 있다.
또한, 선회랩(152)의 토출단(152a)은 회전축결합부(153)의 선단면(153a)으로 연장됨에 따라 회전축결합부(153)가 선회랩(152)쪽으로 연장되면서도 압축실(V1)(V2)의 압축주기를 연장할 수 있다. 이를 통해 압축실의 체적효율을 높이는 동시에 선회랩(152)의 랩높이는 낮고 랩두께는 두껍게 형성하여 랩강도를 높일 수 있다.
또한, 선회경판부(151)에는 선회단차면(1511)이, 고정랩(143)에는 고정단차면(1431)이 각각 형성됨에 따라, 회전축결합부(153)가 선회랩(152)과 중첩되는 동시에 선회랩(152)의 토출단(152a)이 회전축결합부(153)의 선단면까지 연장될 수 있다. 이와 동시에 고정랩(143)을 선회랩(152)과 같이 토출단(152a)쪽 랩높이는 낮고 랩두께는 두껍게 형성하여 랩강도를 높일 수 있다.
다만, 전술한 실시예에서는 토출구(1412)가 길게 연장되어 그 토출구(1412)의 일부가 선회단차면(1511)과 축방향으로 연접되거나 중첩되도록 형성될 수 있다. 이를 통해 선회단차면(1511)과 고정단차면(1431)이 이격되는 시점에서 압축실(V1)(V2)이 토출구(1412)와 연통될 수 있다. 하지만 본 실시예에서는 선회단차면(1511)이 고정단차면(1431)으로부터 이격되는 시점에서 토출구(1412)가 선회단차면(1511)으로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다. 이 경우 선회경판부(151)에 연결홈(1512)이 구비되어 토출구(1412)와 선회단차면(1511)이 연결되도록 할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 연결홈(1512)은 제1연결홈(1512a) 및 제2연결홈(1512b)을 포함한다.
제1연결홈(1512a)은 선회경판부(151)의 중심측에 형성되고, 축방향 투영시 토출구(1412)와 축방향으로 적어도 일부가 항상 연통되도록 형성된다. 예를 들어 제1연결홈(1512a)은 선회경판부(151)의 중심측에 일종의 딤플(dimple) 형상으로 형성되며, 선회스크롤(150)의 선회시 토출구(1412)와 적어도 일부가 축방향으로 중첩되도록 형성될 수 있다. 이에 따라 제1연결홈(1512a)은 압축기의 운전시 토출구(1412)와 지속적으로 연통될 수 있다.
또한, 제1연결홈(1512a)은 고정랩(143)의 토출단(143a)보다 넓게 형성될 수 있다. 이에 따라 제1연결홈(1512a)은 양쪽 압축실(V1)(V2)이 제1연결홈(1512a)을 통해 서로 연통되면서 토출지연을 억제할 수 있다.
제2연결홈(1512b)은 제1연결홈(1512a)과 선회단차면(1511) 사이를 연결하도록 형성될 수 있다. 예를 들어 제2연결홈(1512b)의 일단은 제1연결홈(1512a)에 연통되고, 제2연결홈(1512b)의 타단은 선회단차면(1511)에 연통될 수 있다. 이에 따라 선회단차면(1511)의 주변에 형성된 압축실(V1)(V2)로부터 냉매가 제2연결홈(1512b)을 통해 제1연결홈(1512a)으로 이동한 후 토출구(1412)로 안내될 수 있다.
제2연결홈(1512b)은 제1연결홈(1512a)에 비해 단면적이 작게 형성될 수 있다. 이에 따라 제2연결홈(1512b)에 의해 사체적이 증가하는 것을 억제할 수 있다.
제2연결홈(1512b)은 곡선으로 형성될 수 있다. 예를 들어 도 9 및 도 10과 같이 선회단차면(1511)이 선회랩(152)의 외측면에서 바깥쪽 선회랩(152)의 내측면을 연결하도록 형성되는 경우에는 그 선회단차면(1511)과 제1연결홈(1512a) 사이가 선회랩(152)에 의해 가로막히게 된다. 이에 제2연결홈(1512b)은 선회랩(152)의 토출단(152a)을 가로질러 형성되지 않고 그 선회랩(152)의 토출단(152a)을 둘러서 제1연결홈(1512a)과 선회단차면(1511) 사이를 연결할 수 있다. 이에 따라 제2연결홈(1512b)은 선회랩(152)의 토출단(152a) 형상에 따라 곡선으로 형성될 수 있다.
상기와 같이 선회경판부(151)에 연결홈(1512)이 형성되는 경우에는 축방향 투영시 토출구(1412)가 선회단차면(1511)으로부터 이격되더라도 앞서 설명한 연결홈을 통해 선회단차면(1511) 주변의 압축실(V1)(V2)로부터 냉매를 토출구(1412)로 신속하게 이동시킬 수 있다. 이에 따라 전술한 실시예에서와 같이 선회단차면(1511)이 고정단차면(1431)으로부터 이격되는 시점에서 압축실(V1)(V2)과 토출구(1412)가 연통될 수 있다. 이에 따른 작용 효과는 앞서 설명하였으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 제2연결홈(1512b)은 직선으로 형성될 수도 있다. 예를 들어 선회단차면(1511)이 선회랩(152)의 외측면과 내측면 사이의 중간에서 바깥쪽 선회랩(152)의 내측면을 연결하도록 형성되는 경우에는 그 선회단차면(1511)과 제1연결홈(1512a) 사이가 선회랩(152)에 의해 가로막히지 않게 된다. 이 경우에는 제2연결홈(1512b)은 직선으로 형성되어 제1연결홈(1512a)과 선회단차면(1511) 사이를 연결할 수 있다.
한편, 토출구조에 대한 또 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
즉, 전술한 연결홈이 선회경판부에 형성되는 것이나, 경우에 따라서는 연결홈이 고정경판부에 형성될 수도 있다.
도 12는 고정스크롤의 다른 실시예를 보인 사시도이고, 도 13은 도 12의 평면도이며, 도 14는 도 13의 "XI-XI"선단면도이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 스크롤 압축기는 전술한 도 5 및 도 10의 실시예와 동일하며, 토출구(1412)의 크기와 위치 및 선회단차면(1511)의 위치는 도 10의 실시예와 동일하거나 거의 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명은 전술한 실시예에서의 설명으로 대신한다.
이 경우에 연결홈(1413)은 고정경판부(141)의 일측면, 다시 말해 선회랩(152)의 선단면을 마주보는 고정경판부(141)의 압축면(141a)에 형성될 수 있다. 예를 들어 연결홈(1413)의 일단은 토출구(1412)에 직접 연결되고, 연결홈(1413)의 타단은 고정랩(143)의 내측면, 정확하게는 고정단차면(1431)을 기준으로 그 고정단차면(1431)보다 토출측에서 고정랩(143)의 내측면에 연접하도록 형성될 수 있다.
상기와 같이 고정경판부(141)에 연결홈(1413)이 형성되는 경우에는 축방향 투영시 토출구(1412)가 선회단차면(1511)으로부터 이격되더라도 앞서 설명한 연결홈(1413)을 통해 선회단차면(1511) 주변의 압축실(V1)(V2)로부터 냉매를 토출구(1412)로 신속하게 이동시킬 수 있다. 이에 따라 전술한 실시예에서와 같이 선회단차면(1511)이 고정단차면(1431)으로부터 이격되는 시점에서 제1압축실(실질적으로는 양쪽 압축실)(V1)과 토출구(1412)가 연통될 수 있다. 이에 따른 작용 효과는 앞서 설명하였으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 연결홈(1413)의 타단은 고정랩(143)을 관통하는 구멍으로 형성되거나, 또는 고정랩(143)의 일측면 또는 고정랩(143)의 표면을 따라 가로질러 연장되는 홈으로 형성될 수도 있다. 다만 이들 경우에는 고정랩(143)의 강성이 저하될 수 있으므로 연결홈(1413)은 전술한 실시예에 비해 작게 형성될 수 있다.
한편, 회전축결합부에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
즉, 전술한 실시예에서는 회전축결합부가 선회랩과 반경방향으로 중첩되도록 형성되는 것이나, 경우에 따라서는 회전축결합부가 선회랩과 반경방향으로 중첩되지 않도록 형성될 수도 있다.
도 15는 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기의 압축부를 보인 평면도이고, 도 16은 도 15의 "XII-XII"선단면도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 스크롤 압축기는 메인프레임(130)에 고정되는 고정스크롤(140)과, 회전축(125)에 결합되어 고정스크롤(140)에 대해 선회운동을 하는 선회스크롤(150) 등 스크롤 압축기의 기본적인 구조는 전술한 실시예들과 유사하다.
다만, 본 실시예에서는 선회스크롤(150)에 구비되는 회전축결합부(153)가 선회경판부(151)의 배면(151b)에서 메인프레임(130)을 향해 원통형상으로 연장될 수 있다. 다시 말해 본 실시예에 따른 회전축결합부(153)는 전술한 실시예들과 달리 선회경판부(151)의 압축면에서 고정스크롤(140)을 향해 연장되지 않고 선회랩(152)의 반대쪽인 메인프레임(130)쪽으로만 연장되어 형성될 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 회전축(125)의 편심부(1251)가 선회랩(152)의 밖에 위치하게 된다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 회전축결합부(153)가 선회경판부(151)의 배면(151b)에서 압축면(151a)쪽으로 약간 함몰될 수도 있다. 다만 이는 회전축결합부(153)가 선회랩(152)과 중첩되지 않는다는 면에서 앞서 설명한 예와 동일하므로, 이하에서는 회전축결합부(153)가 선회경판부(151)의 배면(151b)에서 메인프레임(130)을 향해 연장된 것으로 정의하여 설명한다.
상기와 같이 회전축결합부(153)가 선회경판부(151)의 배면(151b)쪽으로만 연장 형성되는 경우에는 선회랩(152)과 고정랩(143)은 랩형성방향을 따라 각각 동일한 랩높이로 형성될 수도 있다. 하지만 이 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 중앙부인 토출단(153a) 부근에서의 선회랩(152)과 고정랩(143)의 랩강도가 약화될 수 있다.
이에, 본 실시예에서는 회전축결합부(153)가 선회경판부(151)의 배면(151b)쪽으로만 연장되는 경우에도 선회경판부(151)의 압축면(151a)에는 선회단차면(1511)이 형성되고, 선회단차면(1511)과 대응하는 고정랩(143)에는 고정단차면(1431)이 형성될 수 있다. 선회단차면(1511)과 고정단차면(1431)의 기본적인 형상과 그에 따른 작용효과는 전술한 실시예들과 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
다만, 본 실시예와 같이 회전축결합부(153)가 선회경판부(151)의 배면(151b)쪽으로만 연장되면서도 선회단차면(1511)과 고정단차면(1431)이 형성되는 경우에는 그 선회단차면(1511)과 고정단차면(1431)이 전술한 실시예의 선회단차면(1511)과 고정단차면(1431)보다 더 토출단(153a)(143a)에 근접하게 형성될 수 있다.
예를 들어, 선회단차면(1511)은 선회랩(152)의 토출단(153a)에서의 외측면과 내측면의 중간에서 바깥쪽 선회랩(152)의 내측면을 연결하도록 형성되고, 고정단차면(1431)은 이 선회단차면(1511)에 대응되는 위치에서 고정랩(143)에 형성될 수 있다. 이에 따라 선회단차면(1511)이 고정단차면(1431)으로부터 이격되는 시점은 압축실(V1)(V2)에서의 토출이 개시된 이후가 되므로 압축실(V1)(V2) 간 누설로 인한 압축효율의 저하를 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
상기와 같이 회전축결합부(153)가 선회경판부(151)의 배면에서 연장되는 경우에는 압축실(V1)V2)의 토출측 체적을 확보하여 압축기울기가 급격하게 감소하는 것을 억제할 수 있다. 이를 통해 고정랩(143) 또는 선회랩(152)에 가해지는 부하를 낮출 수 있다.
또한, 회전축결합부(153)가 선회랩(152)과 반경방향으로 중첩되지 않게 됨에 따라 선회단차면(1511)이 선회랩(152)의 토출단(152a)쪽으로 더 깊게 형성될 수 있다. 이에 따라 토출구(1412)와 선회단차면(1511)을 더욱 쉽게 연통시키거나 또는 토출구(1412)를 작게 형성하여 체적효율을 높일 수 있다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 이 경우에 토출구(1412)의 위치 및 형상은 전술한 실시예들과 동일하게 형성될 수 있다. 이들 경우에도 연결홈(미도시)으로 토출구(1412)와 압축실(V1)(V2)을 연결할 수도 있다. 다만, 본 실시예의 경우에는 선회단차면(1511)이 선회랩(152)에 의해 토출구(1412)로부터 가려지지 않게 되므로 선회경판부(151)에 연결홈이 형성되는 경우에도 그 연결홈이 직선으로 형성될 수 있다.
110: 케이싱
110a: 내부공간
110b: 상부공간(토출공간) 110c: 중간공간(유분리공간)
110d: 하부공간(저유공간) 111: 원통쉘
112: 상부캡 113: 하부캡
115: 냉매흡입관 116: 냉매토출관
118: 서브프레임 120: 구동모터
121: 고정자 1211: 고정자코어
1212: 고정자코일 122: 회전자
1221: 회전자코어 1222: 영구자석
125: 회전축 1251: 편심부
1255: 급유구멍 126: 오일픽업
130: 메인프레임 131: 메인플랜지부
132: 축지지돌부 1321: 축지지구멍
140: 고정스크롤 141: 고정경판부
141a: 고정경판부의 압축면 1411: 흡입구
1412: 토출구 1413: 연결홈
142: 고정측벽부 143: 고정랩
143a: 고정랩의 토출단 143b: 고정랩의 흡입단
1431: 고정단차면 145: 토출밸브
150: 선회스크롤 151: 선회경판부
151a: 선회경판부의 압축면 151b: 선회경판부의 배면
1511: 선회단차면 1512: 연결홈
1512a: 제1연결홈 1512b: 제2연결홈
152: 선회랩 152a: 선회랩의 토출단
152b: 선회랩의 흡입단 153: 회전축결합부
153a: 회전축결합부의 선단면 1531: 제1결합부
1532: 제2결합부 160: 올담링
A1: 토출개시각(토출개시시점) C1: 가상원
F1: 베어링반력 F2: 가스반력
H11: 고정랩의 토출단 랩높이 H12: 고정랩의 흡입단 랩높이
H21: 선회랩의 토출단 랩높이 H22: 선회랩의 흡입단 랩높이
H31: 제1결합부의 높이 L: 모멘트아암의 길이
P1: 제1작용점 P2: 제2작용점
R1: 고정단차면의 곡률 R2: 선회단차면의 곡률
V: 압축실 V1,V2: 제1,2압축실
110b: 상부공간(토출공간) 110c: 중간공간(유분리공간)
110d: 하부공간(저유공간) 111: 원통쉘
112: 상부캡 113: 하부캡
115: 냉매흡입관 116: 냉매토출관
118: 서브프레임 120: 구동모터
121: 고정자 1211: 고정자코어
1212: 고정자코일 122: 회전자
1221: 회전자코어 1222: 영구자석
125: 회전축 1251: 편심부
1255: 급유구멍 126: 오일픽업
130: 메인프레임 131: 메인플랜지부
132: 축지지돌부 1321: 축지지구멍
140: 고정스크롤 141: 고정경판부
141a: 고정경판부의 압축면 1411: 흡입구
1412: 토출구 1413: 연결홈
142: 고정측벽부 143: 고정랩
143a: 고정랩의 토출단 143b: 고정랩의 흡입단
1431: 고정단차면 145: 토출밸브
150: 선회스크롤 151: 선회경판부
151a: 선회경판부의 압축면 151b: 선회경판부의 배면
1511: 선회단차면 1512: 연결홈
1512a: 제1연결홈 1512b: 제2연결홈
152: 선회랩 152a: 선회랩의 토출단
152b: 선회랩의 흡입단 153: 회전축결합부
153a: 회전축결합부의 선단면 1531: 제1결합부
1532: 제2결합부 160: 올담링
A1: 토출개시각(토출개시시점) C1: 가상원
F1: 베어링반력 F2: 가스반력
H11: 고정랩의 토출단 랩높이 H12: 고정랩의 흡입단 랩높이
H21: 선회랩의 토출단 랩높이 H22: 선회랩의 흡입단 랩높이
H31: 제1결합부의 높이 L: 모멘트아암의 길이
P1: 제1작용점 P2: 제2작용점
R1: 고정단차면의 곡률 R2: 선회단차면의 곡률
V: 압축실 V1,V2: 제1,2압축실
Claims (17)
- 케이싱의 내부에 고정되는 메인프레임;
상기 메인프레임을 관통하여 지지되고, 편심부가 구비되는 회전축;
상기 회전축의 편심부에 결합되는 선회경판부와, 상기 선회경판부의 일측면에서 연장되는 선회랩을 구비한 선회스크롤; 및
토출구가 구비되는 고정경판부와, 상기 고정경판부에서 상기 선회경판부를 향해 연장되어 상기 선회랩과 함께 압축실을 형성하는 고정랩을 구비한 고정스크롤을 포함하고,
상기 선회스크롤은,
상기 선회경판부의 중심부에서 상기 선회랩과 반경방향으로 중첩되도록 축방향으로 연장되어 상기 회전축의 편심부가 결합되는 회전축결합부가 구비되며,
상기 고정경판부를 마주보는 상기 회전축결합부의 선단면에는 상기 선회랩의 일부가 연장되는 스크롤 압축기. - 제1항에 있어서,
상기 회전축결합부는,
상기 선회경판부의 일측면에서 상기 고정스크롤을 향해 기설정된 높이만큼 연장되는 제1결합부; 및
상기 제1결합부에 연결되어 상기 선회경판부의 타측면에서 상기 메인프레임을 향해 기설정된 높이만큼 연장되는 제2결합부를 포함하며,
상기 제1결합부의 높이는,
상기 회전축결합부의 밖에 위치한 상기 선회랩의 랩높이보다 작게 형성되는 스크롤 압축기. - 제2항에 있어서,
상기 제1결합부의 높이는,
상기 제2결합부의 높이보다 크거나 같은 스크롤 압축기. - 제1항에 있어서,
상기 회전축결합부의 내주면은,
축방향 투영시 상기 선회랩의 토출단과 중첩되는 스크롤 압축기. - 제4항에 있어서,
상기 선회랩은 상기 토출단이 원호곡선으로 형성되고,
상기 회전축결합부의 외주면은,
상기 선회랩의 토출단에서의 외측면을 연결하는 가상원 상에 형성되는 스크롤 압축기. - 제1항에 있어서,
상기 선회경판부에는 상기 선회랩의 외측면과 이를 마주보는 상기 선회랩의 내측면 사이에 선회단차면이 구비되고,
상기 고정랩에는 상기 선회단차면과 대응하도록 고정단차면이 구비되며,
상기 선회단차면과 상기 고정단차면은,
상기 양쪽 압축실 중에서 적어도 어느 한쪽 압축실의 토출개시각에서 서로 이격되는 스크롤 압축기. - 제6항에 있어서,
상기 선회단차면과 상기 고정단차면은,
상기 선회단차면과 연통되는 압축실이 토출행정에서 서로 이격된 상태가 지속되는 스크롤 압축기. - 제7항에 있어서,
상기 선회단차면은 상기 선회랩의 토출단에서의 외측면과 이를 마주보는 바깥쪽 선회랩의 내측면 사이에서 원호단면형상으로 형성되고,
상기 고정단차면은,
상기 선회단차면의 곡률보다 큰 곡률을 갖는 원호단면형상으로 형성되는 스크롤 압축기. - 제6항에 있어서,
상기 선회단차면보다 토출측에 위치하는 상기 선회랩의 랩높이는,
상기 선회단차면보다 흡입측에 위치하는 상기 선회랩의 랩높이보다 낮게 형성되는 스크롤 압축기. - 제6항에 있어서,
상기 선회단차면보다 토출측에 위치하는 상기 선회랩의 랩두께는,
상기 선회랩의 흡입단의 랩두께보다 크게 형성되는 스크롤 압축기. - 제6항에 있어서,
상기 토출구는,
상기 압축실의 토출개시각에서 상기 선회단차면의 일단이 수용되는 스크롤 압축기. - 제6항에 있어서,
상기 토출구는 상기 압축실의 토출개시각에서 상기 선회단차면으로부터 이격되고,
상기 선회경판부 또는 상기 고정경판부 중에서 적어도 어느 한쪽에는 상기 토출구와 상기 선회단차면을 연결하는 연결홈이 형성되는 스크롤 압축기. - 제12항에 있어서,
상기 연결홈은,
상기 토출구를 축방향으로 마주보는 상기 선회경판부에 함몰지게 형성되는 제1연결홈과, 상기 제1연결홈에서 상기 선회단차면으로 연장되는 제2연결홈으로 이루어지고,
상기 제2연결홈은 상기 제1연결홈에 비해 단면적이 작게 형성되는 스크롤 압축기. - 제12항에 있어서,
상기 연결홈은,
상기 토출구에서 상기 고정랩의 내측면을 향해 연장되도록 상기 고정경판부에 형성되는 스크롤 압축기. - 케이싱의 내부에 고정되는 메인프레임;
상기 메인프레임을 관통하여 지지되고, 편심부가 구비되는 회전축;
상기 회전축의 편심부에 결합되는 선회경판부와, 상기 선회경판부의 일측면에서 연장되는 선회랩을 구비한 선회스크롤; 및
토출구가 구비되는 고정경판부와, 상기 고정경판부에서 상기 선회경판부를 향해 연장되어 상기 선회랩과 함께 압축실을 형성하는 고정랩을 구비한 고정스크롤을 포함하고,
상기 선회경판부에는 상기 선회랩의 외측면과 이를 마주보는 상기 선회랩의 내측면 사이에 선회단차면이 구비되며,
상기 고정랩에는 상기 선회단차면과 대응하도록 고정단차면이 구비되고,
상기 선회단차면과 상기 고정단차면은,
상기 양쪽 압축실 중에서 적어도 어느 한쪽 압축실의 토출행정에서 서로 이격되는 스크롤 압축기. - 제15항에 있어서,
상기 선회스크롤은 상기 회전축의 편심부가 결합되는 회전축결합부가 구비되고,
상기 회전축결합부는,
상기 선회경판부를 기준으로 상기 선회랩의 반대쪽으로 연장되는 스크롤 압축기. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정랩과 상기 선회랩은,
각각 흡입단에서 토출단까지 복수 개의 원호곡선이 연속으로 연결되는 스크롤 압축기.
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