WO2018056634A1 - 위치 가변 베어링이 적용된 상호 회전형 스크롤 압축기 - Google Patents

위치 가변 베어링이 적용된 상호 회전형 스크롤 압축기 Download PDF

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WO2018056634A1
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scroll
bearing
center
rotation
housing
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PCT/KR2017/010067
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이재상
전나영
이병철
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a mutually rotating scroll compressor, and more particularly, to a wrap of a mutually rotating scroll while the position of the bearing supporting the scroll is displaced by the torque repulsive force acting on the bearing by the compression reaction of the compressed fluid.
  • the present invention relates to a mutually rotating scroll compressor in which the sealing force of the compression pocket is increased by converting the sealing force to the compression pocket defined by the compression pocket.
  • the scroll compressor is a compressor in which the fluid flowing from the outside of the scroll is compressed toward the center of the scroll by the shape of the wraps of the two scrolls which rotate relative to each other, and is discharged in the compressed state at the center of the scroll.
  • the scroll is a structure in which a wrap is provided on the hard plate portion, and the scroll compressor is arranged so that the wrap forming portions of the two scrolls face each other and overlap the wraps so that the sides of the wraps come into contact with each other to provide a compression space.
  • Scroll compressors use a pair of scrolls on a compression principle.
  • Conventional compressors are swing scroll compressors that rotate and compress fluid by rotating one scroll without the other rotating.
  • Swivel scroll compressors should be operated to swing against fixed scrolls without rotating the rotating scroll.
  • the center of gravity of the swivel scroll must be eccentric from the center of the swivel, so the faster the rotational speed, the more the centrifugal force proportional to the square of the speed. This action has a problem that the vibration is strong.
  • the rotational scroll compressor rotates based on the rotational center of the driving scroll and the driven scroll in the same direction, but the rotational axis is shifted from each other, and does not rotate.
  • the fixed scroll does not rotate but rotates only the scroll scroll while being fixed to the frame of the compressor. Since the swing scroll is influenced by the centrifugal force while turning, if the centrifugal force acting on the swing scroll is designed to act in the direction of sealing the compression pocket formed by the two scroll wraps, the compression pocket can be sealed.
  • an interrotating scroll compressor has a structure in which a pair of compression pockets located opposite to each other with respect to the center of the scroll moves in a straight line from the suction chamber to the discharge chamber.
  • the bearing supporting the rotating shaft of the torque acts continuously in one direction, the torque repulsion force and the sealing interference force.
  • the inter-rotating scroll compressor in the bearing installation structure installed in the frame, allows the movement of the bearing so that a part of the torque repulsive force is converted into a sealing force against the sealing interference force according to the direction of movement of the bearing,
  • a structure is applied in which the wraps of the two scrolls are brought into close contact with each other so that the compression pocket is securely sealed.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and implements a structure in which the two scroll wraps of the inter-rotating scroll in close contact with each other in a simple structure, and the compressor structure of the inter-rotating scroll is simple to manufacture and assemble. It aims to provide.
  • the compression chamber 20 is provided with a frame 10;
  • the wraps 62 and 72 are disposed to face each other, and have a rotation axis eccentric with each other to rotate in the same direction to compress the fluid sucked into the compression chamber and discharge the fluid to the outside of the compression chamber 60.
  • a second scroll 70 And a second scroll 70;
  • a fixed bearing 14 installed in the bearing installation hole 13 provided in the frame to support the rotation shaft of the first scroll;
  • a moving bearing 18 supporting the rotating shaft of the second scroll;
  • a bearing housing 16 provided with a bearing receiving hole 17 for receiving the movable bearing 18;
  • Moving bearings to create a sealing force (Fseal) of the wrap in the inter-rotating scroll compressor which includes; a housing accommodating hole (15) provided in the frame (10), the bearing housing (16) is received to be movable.
  • the provision of (18) is the main point of the invention.
  • the second scroll that is rotationally supported by the moving bearing 18, the actual center of rotation (C2) of the second scroll, the center of rotation (C1) and the second scroll of the first scroll The theoretical rotation center of the second scroll (C'2) can be moved in parallel with the straight line, the actual center of rotation (C2) of the second scroll is the second rotation of the theoretical center of rotation (C'2) Positioned by offset a predetermined distance (a) in the direction opposite to the action direction of the torque reaction force (F ⁇ ) acting on the two scrolls, the moving bearing supporting the rotation axis of the second scroll is part of the torque reaction force (F ⁇ )
  • a sealing force Fseal
  • sealing interference force Fr
  • the movement path of the center of the bearing housing 16 accommodated in the housing accommodating hole 15 is in a straight line shape, so that the center C1 of the bearing installation hole is located on a straight line including the movement path of the bearing housing. It is possible to simplify the machining process of the housing receiving hole.
  • the movable bearing 18 is offset from the center of the bearing housing 16 in the direction opposite to the direction of action of the torque reaction force (F ⁇ ), thereby bearing bearing holes eccentric to the bearing housing that is relatively easy to process ( By processing 17), the machining process can be simplified.
  • the housing accommodating hole 15 is in the form of a track-shaped hole having a short axis and a long axis, and the bearing housing 16 has a short axis corresponding to the short axis of the housing accommodating hole 15 and has a long axis of the housing accommodating hole 15.
  • the track shape can have a shorter major axis.
  • the bearing housing 16 is rotatably installed in the housing accommodating hole 15, and the bearing housing 16 is mounted on the bearing housing 16 at a position eccentric with respect to the swing center G.
  • the center of rotation C2 is located and the bearing housing 16 oscillates due to the torque reaction force F ⁇ acting on the second scroll, a part of the torque reaction force F ⁇ is opposed to the sealing interference force Fr.
  • Fr sealing force
  • the second scroll is the torque repulsive force (F ⁇ ) applied to the rotation center (C2) of the second scroll.
  • F ⁇ torque repulsive force
  • the predetermined angle (x) is tan ⁇ 1 (e / g) ⁇ x ⁇ 180 °, or ⁇ 360 ° ⁇ tan ⁇ 1 (e / g) ⁇ ⁇ x ⁇ ⁇ 360 °, provided that e is the distance from the rotational center C1 of the first scroll to the rotational center C2 of the second scroll, and g is the second scroll at the rotational center G.
  • a swing shaft 161 having a substantially circular cross section extends downwardly at a lower end of the bearing housing 16, and the swing shaft 161 is rotatably inserted into a lower end surface of the housing accommodating hole 15.
  • the swing center groove 151 may be provided.
  • a swing range limiting structure for limiting the swing range of the bearing housing 16 accommodated in the housing accommodation hole 15 may be further included.
  • the swing range has an outer circumferential surface of the bearing housing 16 and a housing accommodating the outer circumferential surface of the bearing housing 16 so as to be able to swing to accommodate the outer circumferential surface of the bearing housing 16. It can be limited by the interference between the inner peripheral surface of the hole (15).
  • the rocking range limiting structure is provided on the rocking limiting protrusion 121 provided on the frame and the rocking shaft 161 and has a larger area than the rocking limiting protrusion 121. It may include a rocking restriction groove 162 to receive the rocking restriction projection 121 to be swingable.
  • the rocking range limiting structure may include a rocking limiting protrusion 163 provided on the rocking shaft 161 and a rocking limiting protrusion 163 provided on the frame and larger than the rocking limiting protrusion 163. It may include an oscillation limiting groove 122 having an area and receiving the oscillation limiting projection 163 so as to oscillate.
  • the bearing housing 16 is rotatably installed in the housing accommodating hole 15 and the rotation of the second scroll in a position eccentric with respect to the rotation center G of the bearing housing 16.
  • the center C2 is positioned and the bearing housing 16 is rotated by the torque repelling force F ⁇ acting on the second scroll, a part of the torque repelling force F ⁇ is opposed to the sealing interference force Fr.
  • the sealing force can be in close contact with the wrap of the first scroll by the sealing force.
  • the second scroll is applied to the rotation center C2 of the second scroll based on a line segment connecting the rotation center G of the bearing housing 16 and the rotation center C1 of the first scroll. It is located at a position rotated by a predetermined angle (x) in the direction opposite to the direction of action of the torque reaction force (F ⁇ ), the predetermined angle (x) is tan -1 (e / g) ⁇ x ⁇ 180 °, or ⁇ 360 ° tan -1 (e / g) ⁇ ⁇ x ⁇ 360 °, provided that e is the distance from the center of rotation C1 of the first scroll to the center of rotation C2 of the second scroll, g being of the bearing housing It is possible to satisfy the range of the distance from the rotation center (G) to the center of rotation (C2) of the second scroll), so that the sealing force can prevent the leakage of the compression pocket.
  • the housing accommodating hole 15 may have a circular cross section, and the bearing housing 16 may have a cross section corresponding to the cross section of the housing accommodating hole 15.
  • the rotary limiting groove 122 provided in any one of the outer peripheral portions of the 16 and the rotary limiting groove 122 is accommodated, a portion around the housing receiving hole 15 or the outer peripheral portion of the bearing housing 16 It may include a rotation limiting projection 163 provided in the other one of the.
  • the sealing force between the wraps of the two scrolls in the inter-rotating scroll compressor can be implemented in a variable position structure of the bearing of the second scroll to prevent leakage of the compression pocket, as well as the simple structure of the inter-rotating scroll compressor. It implements a structure in which the two scroll wraps closely adhere to each other, and is simple to manufacture and assemble.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a cross section of a frame portion of a mutual rotary scroll compressor as an embodiment according to the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view A-A for illustrating a first embodiment of a rotating shaft support structure of the second scroll of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a view showing another embodiment of FIG.
  • Figure 4 is an exploded perspective view showing a second embodiment of the rotating shaft support structure of the second scroll according to the present invention
  • FIG. 5 is a side cross-sectional view of the rotating shaft support structure of FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional plan view of the rotary shaft support structure of FIG.
  • FIG. 7 is a side cross-sectional view of a first modification of the rotary shaft support structure of FIG. 4;
  • FIG. 8 is a plan sectional view of a first modification of the rotary shaft support structure of FIG. 4;
  • FIG. 9 is a side cross-sectional view of a second modification of the rotary shaft support structure of FIG. 4;
  • FIG. 10 is a sectional plan view of a second modification of the rotary shaft support structure of FIG. 4; FIG.
  • Figure 11 is a side cross-sectional view showing a third embodiment of the support shaft of the second axis of rotation of the present invention.
  • FIG. 12 is a sectional plan view of FIG. 11;
  • FIG. 13 is a view showing the geometrical relationship of the respective configurations in the second and third embodiments of the rotation shaft support structure of the second scroll;
  • FIG. 14 is a side sectional view showing a modification of FIG. 11.
  • FIG. 15 is a plan sectional view of FIG. 14.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a cross-section of the frame portion of the mutual rotary scroll compressor as an embodiment according to the present invention.
  • the co-rotating scroll compressor according to the present invention constitutes an overall appearance, accommodates the drive sources 42 and 50 and the co-rotating scrolls 60 and 70 therein, and the fluid in the casing (not shown) of the compressor.
  • the compression chamber 20 is provided with a frame 10 for separating the space and the other space is compressed.
  • the frame 10 may be assembled in a manner in which the divided parts are fixed to each other directly or indirectly after being manufactured by being divided into the main frame 11 and the subframe 12 for convenience of manufacture and assembly. The number and position of these divisions can be variously changed and modified to the extent necessary for the convenience of manufacture and assembly.
  • a compression chamber 20 is provided in a predetermined region of the frame 10, and a suction port (not shown), which is a passage through which fluid flows, is installed at a side of the compression chamber 20 so as to communicate with a space of the suction chamber.
  • the compression chamber 20 is provided with a first scroll 60 and a second scroll 70 that rotate about their respective rotation axes.
  • the first scroll located in the upper portion of the first scroll is a driving scroll that receives rotational force from the driving source, and the second scroll located in the lower portion rotates mutually together with the first scroll by receiving the rotational force from the first scroll. It is driven scroll.
  • the first scroll 60 includes a hard plate portion 61 having a substantially circular flat plate shape, and spirals in a direction toward the second scroll on the lower surface of the hard plate portion 61, that is, the surface facing the second scroll. ) And the involute type wrap 62 protrudes. At the center of the upper surface of the hard plate portion 61, that is, the opposite surface of the surface facing the second scroll, a boss portion 63 serving as the rotation center of the first scroll is protruded.
  • the boss portion 63 is provided in a substantially cylindrical shape and is accommodated in the bearing installation hole 13 formed in the frame 10 positioned above the compression chamber 20, and supported to be rotatable by the fixed bearing 14. do.
  • the second scroll 70 also includes a hard plate portion 71 having a substantially circular flat plate shape, and has a spiral shape in a direction toward the first scroll on an upper surface of the hard plate portion 71, that is, the surface facing the first scroll. Wrap 72 protrudes. At the center of the lower surface of the hard plate portion 71, that is, the opposite surface of the surface facing the first scroll, a boss portion 73 serving as the center of rotation of the second scroll is formed.
  • the boss portion 73 is provided in a substantially cylindrical shape, and includes a bearing housing in which a linear movement or rotational movement is accommodated in the housing accommodation hole 15 formed in the frame 10 positioned below the compression chamber 20. It is supported to be rotatable by the movable bearing 18 installed in 16).
  • the housing accommodating hole 15 is formed in the subframe 12, and the bearing housing 16 is movably accommodated in the housing accommodating hole 15.
  • the bearing housing 16 may be rotated, linearly moved, or oscillated with respect to the housing accommodating hole 15, such that the position of the bearing housing 16 may be changed to secure the sealing force of the wrap to be described later.
  • the bearing housing 16 is provided with a bearing accommodating hole 17 for fixing the movable bearing 18, and the movable bearing 18 is coupled to the bearing accommodating hole 17 by an interference fit method.
  • the boss portion 73 of the second scroll is inserted into the moving bearing 18 to be rotatably supported.
  • the center axis of rotation of the first scroll 60 coincides with the geometric center axis of the boss portion 63
  • the center axis of rotation of the second scroll 70 coincides with the geometric center axis of the boss portion 73. That is, the first scroll 60 and the second scroll 70 rotate without eccentricity with respect to the center of the hard plate portions 61 and 71, respectively, and this rotational movement is performed by the boss portions 63 and 73 and the bearings 14 and 18. Is supported by.
  • the boss portion 63, the bearing mounting hole 13, and the fixed bearing 14, the boss portion 73, the housing accommodating hole 15, and the moving bearing 18 are axially oriented at the position shifted from each other.
  • each scroll has no eccentricity with respect to the rotation axis, so even when the scroll is rotated at high speed, the centrifugal force or vibration does not occur that is large enough to be a problem for the operation of the compressor.
  • bosses 63 and 73 are rotatably supported by the bearing, but other structures, such as bushings, may be applied. That is, a mechanical element for reducing friction loss may be applied between the bearing installation hole 13 of the frame 10 or the bearing accommodation hole 17 of the bearing housing 16 and the rotating shaft (boss portion) of the scroll.
  • a driving source is provided above the compression chamber 20.
  • a rotor 42 is provided on the outer circumferential portion of the drive shaft 50, and the rotor 42 is surrounded by an annular stator (not shown) concentric with the rotor 42 and spaced apart from each other. .
  • the lower end of the drive shaft 50 is fastened to each other so that the front end and the rotational force of the boss portion 63 of the first scroll (60). That is, the driving rotary shaft 50 and the boss portion 63 of the driving scroll may be fastened in a form that is mutually constrained in the rotational direction and not mutually constrained in the axial direction.
  • the rotational force transmission unit 53 and the rotational force transmission unit 67 have a structure for transmitting a rotational force centered on the central axis of the driving rotational shaft 50 and acting on the first scroll 60 due to the compression repulsive force of the fluid.
  • the overturning moment is not transmitted. Therefore, the driving rotation shaft 50 can be smoothly rotated by the stator and the rotor 42 without being affected by the overturning moment acting on the first scroll 60.
  • the rotational force of the first scroll is transmitted to the second scroll by Oldhamling or other anti-rotation power transmission structure. That is, the anti-rotation power transmission structure transmits the rotational force of the first scroll to the second scroll while preventing the second scroll from rotating relatively to the first scroll by rotating the first scroll and the second scroll in the same direction and speed. It has a kinematic structure.
  • the central axes of the two bosses 63 and 73 are parallel to each other but slightly offset. Therefore, when the driving rotary shaft 50 rotates and transmits a rotational force to the first scroll 60, the first scroll 60 transmits the rotational force to the second scroll through Olddamling or other anti-rotation power transmission structure. To pass.
  • the first scroll and the second scroll rotate in the same direction, and the portion of the first scroll and the second scroll wrap 62, 72 is engaged with each other of the compression pocket that traps and compresses the fluid as the two scrolls rotate
  • the area is narrowed and moved to the center.
  • the compressed fluid is discharged to the outside of the compression chamber 20 through the discharge port provided in the center of the hard plate portion 61 and the boss portion 63 of the first scroll. That is, the fluid introduced through the suction port is compressed and moved to the center of the two scrolls while being confined in the compression pocket formed by the wraps of the two scrolls 60 and 70, and is discharged through the discharge port.
  • the compressed fluid discharged to the outside of the frame 10 through the discharge port is discharged to the outside of the compressor through the discharge port 31 communicated to the outside of the compressor.
  • the inner space of the casing of the compressor is a space in which the pressure of the compressed fluid is formed.
  • the inner wall surface of the hard plate portion 61 of the first scroll and the compression chamber 20 facing it, and the inner wall surface of the hard plate portion 71 of the second scroll and the compression chamber 20 facing it Pressure rings 81 and 82 are provided between the compression chamber 20 and the pressure chambers 81 and 82 to prevent the movement of the fluid generated by the difference in the back pressure between the compression chamber 20 and the pressure chamber to maintain the differential pressure inside the compression chamber 20 and the outside of the suction chamber. .
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A for illustrating a first embodiment of the rotating shaft support structure of the second scroll of FIG. 1
  • FIG. 3 is a view showing another embodiment of FIG.
  • the interrotating scroll hardly generates centrifugal force because it rotates about its own axis of rotation rather than eccentrically when the scroll rotates. Therefore, in order to maintain the adhesion between the wraps 62 and 72 of the first scroll and the second scroll, at least one of the scrolls is pushed toward the wraps of the other scrolls so as to be formed by the two wraps. Make sure the pockets do not leak.
  • a housing accommodating hole 15 is provided in the subframe 12.
  • the housing accommodating hole 15 is a track-shaped hole having a long axis and a short axis, and the bearing housing 16 accommodated in the hole is movable along the longitudinal direction of the long axis.
  • the bearing housing 16 also has a track shape having a long axis and a short axis.
  • the long axis of the bearing housing 16 is shorter than that of the housing accommodating hole 15, and the width of the short axis of the bearing housing 16 is It corresponds to the width of the short axis of the housing accommodating hole (15). Therefore, the bearing housing 16 inserted into the housing accommodation hole 15 is movable in the long axis direction.
  • the theoretical center of rotation C'2 of the second scroll also exists in the subframe 12 with respect to the center of rotation C1 of the first scroll installed in the mainframe 11.
  • the long axis of the housing accommodating hole 15 is arranged in parallel with a straight line connecting the rotational center C1 of the first scroll and the theoretical rotational center C′2 of the second scroll.
  • the housing accommodating hole 15 has a predetermined distance with respect to a straight line connecting the center of rotation C1 of the first scroll and the theoretical center of rotation C'2 of the second scroll. It is offset by (a).
  • the offset direction is the direction opposite to the direction of the action of the torque repulsive force (F ⁇ ) applied to the boss portion 73 of the second scroll by the compression pocket in which the compression proceeds while the first scroll and the second scroll rotate.
  • the first scroll is about a straight line connecting the center of rotation C1 of the first scroll and the theoretical center of rotation C'2 of the second scroll.
  • the angle Y formed by the straight line connecting the center of rotation C1 and the actual center of rotation C2 of the second scroll is related to the rate at which the torque reaction force applied to the boss portion 73 of the second scroll is converted into a sealing force. .
  • FIG. 2 illustrates a structure in which the housing accommodating hole 15 is offset and the movable bearing 18 is not offset with respect to the bearing housing 16 accommodated in the housing accommodating hole 15.
  • the structure in which the moving bearing 18 is offset with respect to a straight line connecting the rotational center C1 of the first scroll and the theoretical center of rotation C'2 of the second scroll may vary.
  • the housing accommodating hole 15 and the bearing housing 16 are not offset with respect to a straight line connecting the center of rotation C1 of the first scroll and the theoretical center of rotation C'2 of the second scroll.
  • the moving bearing 18 is offset with respect to the bearing housing 16 accommodated in the accommodation hole 15, resulting in the rotational center C1 of the first scroll and the theoretical center of rotation C'2 of the second scroll.
  • An embodiment is shown in which the mobile bearing 18 is offset with respect to the straight line connecting it.
  • the housing accommodation hole 15 is not offset with respect to the rotational center C1 of the first scroll and the theoretical center of rotation C'2 of the second scroll, and thus the housing accommodation hole 15. ).
  • processing the hole in the sub-frame not only do not need a jig for angular machining, but also eccentric machining is not necessary, so the processing difficulty is low and manufacturing cost can be reduced. That is, it is easier to manufacture the bearing accommodation hole 17 in the bearing housing 16 in terms of manufacturing.
  • the rotation axis which is the boss portion 73 of the second scroll, is offset by a distance from the rotational center C1 of the first scroll and the theoretical center of rotation C'2 of the second scroll. That is, the center of the boss portion 73 moves in the direction parallel to the straight line connecting the rotational center C1 of the first scroll and the theoretical rotational center C'2 of the second scroll, but the movement trajectory of the first scroll It is located eccentrically by a with respect to the straight line connecting the center of rotation C1 and the theoretical center of rotation C'2 of the second scroll.
  • the sealing interference force ⁇ Fr applied to the boss portion 73 positioned in such an offset position; Acts along a straight line connecting the center of rotation C1 of the first scroll and the actual center of rotation C2 of the second scroll ⁇ and torque repulsive force ⁇ F ⁇ ; Acting in a direction perpendicular to a straight line connecting the center of rotation C1 of the first scroll and the actual center of rotation C2 of the second scroll, is inclined by the angle Y generated by the offset a. Accordingly, reaction force R is generated on the opposite surface of the bearing housing 16 as shown, and when the reaction force R is decomposed into a component of the torque reaction force F ⁇ and a component of the sealing interference force Fr, it is sealed. The component parallel to the interference force (R sin Y) resists the sealing interference force.
  • the sealing force (Fseal) of the two wraps can be expressed as R sin Y-Fr. And this is equal to F ⁇ tan Y-Fr.
  • Y sin -1 (a / e)
  • a the offset length
  • e the distance between the center of rotation C1 of the first scroll and the actual center of rotation C2 of the second scroll.
  • the moving bearing installation structure using the offset it is easier to machine than to place the angular displacement.
  • the machining is simpler if the moving bearing 18 is offset relative to the bearing housing 16 without offset to other configurations as shown in FIG. 3.
  • Figure 4 is an exploded perspective view showing a second embodiment of the rotary shaft support structure of the second scroll according to the present invention
  • Figure 5 is a side cross-sectional view of the rotary shaft support structure of Figure 4
  • Figure 6 is a cross-sectional plan view of the rotary shaft support structure of Figure 4 to be.
  • the subframe 12 is provided with a housing accommodating hole 15 for accommodating the bearing housing 16.
  • the bearing housing 16 has a smaller size than the housing accommodating hole 15 so that the bearing housing 16 can move in the housing accommodating hole 15.
  • a swing shaft 161 is provided below the bearing housing 16, and the swing shaft 161 is rotatably inserted into the swing center hole 151 provided at the bottom of the housing accommodating hole 15.
  • the outer circumferential surface of the rocking shaft 161 and the inner circumferential surface of the rocking central hole 151 form a mutual axis and are coupled to allow relative rotation.
  • the bearing housing 16 is provided with a bearing accommodation hole 17, the center C2 of the bearing accommodation hole 17 is eccentrically positioned with respect to the center G of the swing shaft 161. Therefore, when the bearing housing 16 swings with respect to the swinging center G, as shown by the arrow in FIG. 6, the second scroll is built up through the moving bearing 18 in the bearing accommodation hole 17. The axis of rotation will swing.
  • the distance between the rotational center C1 and the rocking center G of the first scroll is greater than or equal to the rocking radius g (that is, C1 outside the circle centered on G and having a radius g).
  • the rotational center C2 of the second scroll is moved by the torque reaction force F ⁇ generated while the second scroll is rotated, the rotational center C2 of the second scroll is the rotational center of the first scroll.
  • the direction of action of the torque reaction force F ⁇ acting on the rotation center C2 of the second scroll is perpendicular to the straight line between the rotation center C2 of the second scroll and the rotation center C1 of the first scroll. Based on these conditions, the range of angle x at which the rotational center C2 of the second scroll should be located is as follows.
  • the torque repulsive force can be converted into a sealing force when satisfying the range of.
  • the center of rotation C2 of the second scroll must be positioned to satisfy the angular displacement x condition, and also, when the first scroll and the second scroll are assembled, their wraps 62 and 72 are well engaged with each other without interference. It is desirable to be located in a position where it can be. Accordingly, the present invention may further include a swing range limiting structure for limiting a moving angle of the rotation center C2 of the second scroll.
  • the housing accommodating hole 15 is larger than the bearing housing 16, but the housing accommodating hole 15 is not to the extent that the bearing housing 16 can be returned in all angle ranges.
  • the inner circumferential portion and the outer circumferential portion of the bearing housing 16 can oscillate with respect to the swing center G within a range not to interfere. Therefore, as long as the bearing housing 16 is accommodated in the housing accommodating hole 15 through the assembling process as shown in FIG. 4, the bearing housing 16 is installed within a range of a predetermined angle x. The assembly of one scroll can be facilitated, and the torque repulsion force generated in the second scroll when the compressor is operated is converted to a sealing force (Fseal).
  • the swing range limiting structure can be variously modified.
  • FIG. 7 is a side cross-sectional view of the first modification of the rotation shaft support structure of FIG. 4, and FIG. 8 is a plan cross-sectional view of the first modification of the rotation shaft support structure of FIG. 4.
  • the oscillation limiting protrusion 121 is formed in the subframe 12, and the oscillation limiting groove 162 is formed in the oscillation shaft 161.
  • the 162 has a larger area than the swing limiting protrusion 121 and the swing limiting groove 162 accommodates the swing limiting protrusion 121 so that the swing limiting protrusion 121 can swing, the position of the rotating shaft of the second scroll and its swing range It is possible to limit the, it is possible to facilitate the assembly of the second scroll and the first scroll, it is possible to convert the torque reaction force generated in the second scroll when operating the compressor to the sealing force (Fseal).
  • FIG. 9 is a side cross-sectional view of a second modification of the rotary shaft support structure of FIG. 4, and FIG. 10 is a plan cross-sectional view of a second modification of the rotary shaft support structure of FIG. 4. As shown in FIG. 9 and FIG.
  • the rocking limiting protrusion 163 is formed in the rocking shaft 161 and the rocking limiting groove 122 is formed in the frame, but the rocking limiting groove 122 is Having an area larger than the swing limiting projection 163 and allowing the swing limiting groove 122 to swing the swing limiting projection 163 to limit the position of the rotation axis of the second scroll and the swing range thereof It is possible to facilitate the assembly of the second scroll and the first scroll, and it is possible to convert the torque reaction force generated in the second scroll when the compressor is operated to the sealing force (Fseal).
  • the third embodiment of the movable bearing installation structure is different in that the bearing housing itself acts like the swing shaft of the second embodiment, instead of the separate swing shaft 161 being provided in the bearing housing 16, The rest of the structure is much the same.
  • FIG. 11 is a side sectional view showing a third embodiment of a rotation shaft support structure of the second scroll according to the present invention
  • FIG. 12 is a plan sectional view of FIG.
  • the subframe 12 is formed with a circular housing accommodating hole 15 for accommodating the bearing housing 16.
  • the bearing housing 16 has a circular cross section of a size and shape corresponding to the housing accommodating hole 15 and is rotatable within the housing accommodating hole 15. In other words, the rotation center G of the bearing housing becomes the center of the circle.
  • the bearing housing 16 is provided with a bearing accommodation hole 17, the center C2 of the bearing accommodation hole 17 is eccentrically positioned with respect to the rotation center G of the bearing housing 16. Therefore, when the bearing housing 16 is rotated based on the rotation center (G), as shown by the arrow in Figure 6 of the second scroll built up through the moving bearing 18 in the bearing receiving hole 17 The axis of rotation rotates.
  • the center of rotation (C2) of the rotation shaft is the center of rotation of the bearing housing 16 by the torque reaction force (F ⁇ ). It rotates in the arrow direction centering on G), and the sealing force Fseal which resists the sealing interference force Fr arises by this.
  • the torque repulsive force is converted into a sealing force.
  • the rotation center G is based on a line segment connecting the rotation center G of the rotation axis of the second scroll and the rotation center C1 of the first scroll.
  • the rotational center (C2) of the second scroll is located at a position rotated by a predetermined angle (x) in the direction opposite to the direction of action of the torque reaction force (F ⁇ ) .
  • the predetermined angle x is
  • the torque repulsive force can be converted into a sealing force when satisfying the range of.
  • the center of rotation C2 of the second scroll must be positioned to satisfy the angular displacement x condition, and also, when the first scroll and the second scroll are assembled, their wraps 62 and 72 are well engaged with each other without interference. It is desirable to be located in a position where it can be. To this end, a rotation range limiting structure may be added to the bearing housing 16.
  • the rotation range limiting structure includes a rotation limiting groove 122 provided at a portion of the circumference of the housing accommodating hole 15, and a rotation limiting accommodation accommodated in the rotation limiting groove 122.
  • the protrusion 163 includes a structure.
  • the rotation limiting projection 163 is installed in the bearing housing 16 in a form projecting outwardly than the outer circumferential surface of the bearing housing 16, the size of which is smaller than the rotation limiting groove 122, so that the bearing housing 16
  • the rotation limiting projection 163 may be rotated only within a range rotatable within the rotation limiting groove 122.
  • a rotation limiting groove 122 is provided in a part of the outer circumferential surface of the bearing housing 16, and the rotation is formed around the housing accommodating hole 15.
  • the structure for installing the rotation limiting projection 163 accommodated in the restriction groove 122 is also applicable.
  • the rotation limiting projection 163 is smaller than the rotation limiting groove 122, so that the bearing housing 16 can rotate only within a range where the rotation limiting groove 122 is not interfered by the rotation limiting projection 163. do.
  • the rotation limiting projection 163 is separately manufactured and then fitted into and fixed to a groove provided in an outer circumferential surface portion of the bearing housing (FIGS. 11 and 12) or a circumference of the housing accommodation hole 15 (FIGS. 14 and 15). Can be arranged in a way.

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Abstract

본 발명은 스크롤을 지지하는 베어링의 위치가, 압축 유체의 압축 반발에 의해 상기 베어링에 작용하는 토크 반발력에 의해 변위하면서 상호 회전형 스크롤의 랩에 의해 규정되는 압축 포켓에 대한 밀봉력으로 변환됨으로써, 압축 포켓의 밀봉력을 높인 상호 회전형 스크롤 압축기에 관한 것으로, 베어링 하우징이 상기 하우징 수용홀에 회전 가능하게 설치되고, 상기 베어링 하우징의 회전 중심(G)에 대해 편심된 위치에 제2스크롤의 회전중심(C2)이 위치하여서, 제2스크롤에 작용하는 토크반발력(Fθ)에 의해 상기 베어링 하우징(16)이 회전함에 따라, 상기 토크반발력(Fθ)의 일부가 밀봉방해력(Fr)에 대항하는 밀봉력(Fseal)으로 전환됨으로써, 상기 밀봉력에 의해 상기 제2스크롤의 랩이 제1스크롤의 랩에 밀착되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

위치 가변 베어링이 적용된 상호 회전형 스크롤 압축기
본 발명은 상호 회전형 스크롤 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스크롤을 지지하는 베어링의 위치가, 압축 유체의 압축 반발에 의해 상기 베어링에 작용하는 토크 반발력에 의해 변위하면서 상호 회전형 스크롤의 랩에 의해 규정되는 압축 포켓에 대한 밀봉력으로 변환됨으로써, 압축 포켓의 밀봉력을 높인 상호 회전형 스크롤 압축기에 관한 것이다.
스크롤 압축기는 서로 상대적으로 선회하는 두 스크롤의 랩의 형상에 의해, 스크롤 바깥쪽에서 유입된 유체가 스크롤 중심부로 갈수록 압축이 진행되어, 스크롤의 중심부에서 압축된 상태로 토출되도록 한 압축기이다. 스크롤은 경판부 상에 랩이 마련된 구조이며, 스크롤 압축기는 두 스크롤의 랩 형성부가 서로 마주보도록 하며 랩을 겹쳐서 배치함으로써, 랩의 측면이 서로 맞닿게 하여 압축 공간을 마련한다.
스크롤 압축기는 압축 원리 상 한 쌍의 스크롤이 사용되는데, 전통적인 압축기는 하나의 스크롤이 고정되어 있고 다른 하나의 스크롤이 자전은 하지 아니하며 선회 운동하여 유체를 압축하는 선회 스크롤 압축기이다. 선회 스크롤 압축기는 고정 스크롤에 대해 선회 스크롤이 자전하지 않으면서도 선회하도록 동작해야 하는데, 그 원리상 선회 스크롤의 무게 중심이 선회의 중심으로부터 편심될 수밖에 없어 회전 속도가 빨라질수록 속도의 제곱에 비례하는 원심력이 작용하여 진동이 거세지는 문제점이 있다.
반면 상호 회전형 스크롤 압축기는 구동스크롤(driving scroll)과 종동스크롤(driven scroll)이 서로 동일한 방향으로 회전하되 서로 회전축이 어긋나 위치하는 각자의 회전 중심을 기준으로 자전할 뿐 선회 운동을 하지는 아니하므로, 그 원리상 선회형 스크롤 압축기에서 발생할 수 있는 편심에 따른 원심력 문제는 발생하지 아니한다.
한편 두 스크롤의 랩이 서로 마주하며 상대적으로 선회하여 유체를 압축할 때, 압축 포켓을 형성하기 위해 두 스크롤의 랩이 서로 마주하는 면이 밀착되지 않으면, 압축되는 유체의 압력이 누설되어 압축 효율이 떨어지는 문제가 있다.
선회형 스크롤 압축기는, 고정스크롤은 회전하지 않고 압축기의 프레임에 고정된 상태에서 선회스크롤만 선회한다. 선회스크롤은 선회하면서 원심력의 영향을 받기 때문에, 선회스크롤에 작용하는 원심력이 두 스크롤의 랩에 의해 형성되는 압축 포켓을 밀봉하는 방향으로 작용하도록 설계하면, 압축 포켓의 밀봉이 가능하다.
반면 상호회전형 스크롤 압축기는 구동스크롤과 종동스크롤이 모두 회전하지만, 모두 자신의 회전 중심에서 회전하므로 선회스크롤 압축기의 선회스크롤에서와 같은 원심력은 발생하지 않는다. 그러나 고정된 좌표계인 프레임의 관점에서 보았을 때, 상호회전형 스크롤 압축기는, 서로 스크롤의 중심에 대해 대향하여 위치하는 한 쌍의 압축포켓이 흡입실에서 토출실로 일직선 상을 이동하는 구조이기 때문에, 스크롤의 회전축을 지지하는 베어링에는 지속적으로 한 방향으로 토크반발력과 밀봉방해력이 작용하게 된다.
따라서 상호회전형 스크롤 압축기는, 프레임에 설치되는 베어링의 설치 구조에 있어서, 베어링의 이동을 허용하여 베어링의 이동방향에 따라 상기 토크 반발력의 일부가 밀봉방해력을 대항하는 밀봉력으로 전환되도록 함으로써, 두 스크롤의 랩을 서로 밀착시켜 압축 포켓이 확실히 밀봉되도록 하는 구조가 적용된다.
그런데 이러한 구조를 압축기에 구현하기 위해 이루어지는 가공 공정은 복잡하기 때문에, 이는 압축기의 단가 상승으로 이어질 수 있다. 또한 위치 가변 베어링에 종동스크롤이 설치됨으로 인해, 압축기의 조립 과정 역시 매우 복잡해 진다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 간단한 구조로 상호회전형 스크롤의 두 스크롤 랩을 서로 밀착시키는 구조를 구현하고, 제조와 조립이 간단한 상호회전형 스크롤의 압축기 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 압축실(20)이 마련된 프레임(10); 상기 압축실 내에서 랩(62, 72)이 서로 마주하도록 배치되고 서로 편심된 회전축을 가지고 동일한 방향으로 상호 회전하여 압축실에 흡입된 유체를 압축하여 압축실 외부로 토출하는 제1스크롤(60)과 제2스크롤(70); 상기 제1스크롤의 회전축을 지지하도록 프레임에 마련된 베어링 설치공(13)에 설치된 고정베어링(14); 상기 제2스크롤의 회전축을 지지하는 이동베어링(18); 상기 이동베어링(18)을 수용하는 베어링 수용홀(17)이 마련된 베어링 하우징(16); 상기 프레임(10)에 마련되며, 상기 베어링 하우징(16)이 이동 가능하도록 수용되는 하우징 수용홀(15);을 포함하는 상호회전형 스크롤 압축기에 랩의 밀봉력(Fseal)을 생성하기 위해 이동베어링(18)을 설치하는 것을 발명의 골자로 한다.
제1실시예로서, 상기 이동베어링(18)에 의해 회전 지지되는 제2스크롤은, 상기 제2스크롤의 실제 회전중심(C2)이, 상기 제1스크롤의 회전중심(C1)과 상기 제2스크롤의 이론적인 회전중심(C'2)을 잇는 직선과 나란한 방향으로 이동 가능하며, 상기 제2스크롤의 실제 회전중심(C2)은 상기 제2스크롤의 이론적인 회전중심(C'2)에서 상기 제2스크롤에 작용하는 토크 반발력(Fθ)의 작용 방향의 반대 방향으로 소정 거리(a)만큼 오프셋(offset) 되어 위치함으로써, 상기 제2스크롤의 회전축을 지지하는 이동베어링이 토크반발력(Fθ)의 일부를 밀봉방해력(Fr)에 대항하는 밀봉력(Fseal)으로 전환함으로써, 상기 밀봉력에 의해 상기 제2스크롤의 랩이 제1스크롤의 랩에 밀착되도록 할 수 있다.
상기 하우징 수용홀(15)에 수용된 베어링 하우징(16)의 중심의 이동 경로는 직선 형태로서, 상기 베어링 설치공의 중심(C1)은 상기 베어링 하우징의 이동 경로를 포함하는 직선 상에 위치하도록 함으로써, 하우징 수용홀의 가공 공정을 단순화할 수 있다.
상기 이동베어링(18)은, 상기 베어링 하우징(16)의 중심에서 토크 반발력(Fθ)의 작용 방향의 반대 방향으로 오프셋 되어 위치하도록 함으로써, 상대적으로 가공이 용이한 베어링 하우징에 편심된 베어링 수용홀(17)을 가공함으로써, 가공 공정을 단순화할 수 있다.
상기 오프셋 거리는 Fseal = Fθ tan {sin-1(a/e)} - Fr > 0 (단, e는 제1스크롤의 회전중심(C1)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리임)의 식을 만족하도록 설정되어, 밀봉력이 압축 포켓의 누설을 방지하도록 할 수 있다.
상기 하우징 수용홀(15)은 단축과 장축을 가지는 트랙 형상의 홀 형태이고, 상기 베어링 하우징(16)은 하우징 수용홀(15)의 단축과 대응하는 단축을 가지고 상기 하우징 수용홀(15)의 장축보다 짧은 장축을 가지는 트랙 형상으로 할 수 있다.
제2실시예로서, 상기 베어링 하우징(16)은 상기 하우징 수용홀(15)에 요동 가능하게 설치되고, 상기 베어링 하우징(16)에, 요동 중심(G)에 대해 편심된 위치에 제2스크롤의 회전중심(C2)이 위치하여서, 제2스크롤에 작용하는 토크반발력(Fθ)에 의해 상기 베어링 하우징(16)이 요동함에 따라, 상기 토크반발력(Fθ)의 일부가 밀봉방해력(Fr)에 대항하는 밀봉력(Fseal)으로 전환됨으로써, 상기 밀봉력에 의해 상기 제2스크롤의 랩이 제1스크롤의 랩에 밀착되도록 할 수 있다.
상기 요동 중심(G)과 상기 제1스크롤의 회전 중심(C1)을 잇는 선분을 기준으로 하여, 상기 제2스크롤은, 상기 제2스크롤의 회전중심(C2)에 가해지는 토크 반발력(Fθ)의 작용 방향의 반대 방향으로 소정 각도(x)만큼 요동된 위치에 위치하며, 상기 소정 각도(x)는 tan-1(e/g) < x < 180°, 또는 {360° - tan-1(e/g)} < x ≤≤ 360°(단, e는 제1스크롤의 회전중심(C1)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리이고, g는 요동 중심(G)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리임)의 범위를 만족하도록 함으로써, 밀봉력이 압축 포켓의 누설을 방지하도록 한다.
상기 베어링 하우징(16)의 하단부에는, 실질적으로 원형 단면을 가지는 요동축(161)이 하향 연장되고, 상기 하우징 수용홀(15)의 하단면에는, 상기 요동축(161)이 회전 가능하게 삽입되는 요동 중심홈(151)이 마련될 수 있다.
상기 하우징 수용홀(15)에 수용된 베어링 하우징(16)의 요동 범위를 제한하는 요동범위 제한구조를 더 포함할 수 있다.
상기 요동범위 제한구조의 일례로서, 상기 요동범위는 상기 베어링 하우징(16)의 외주면과, 상기 베어링 하우징(16)보다 큰 면적을 가지며 상기 베어링 하우징(16)의 외주면을 요동 가능하게 수용하는 하우징 수용홀(15)의 내주면 간의 간섭에 의해 제한되도록 할 수 있다.
상기 요동범위 제한구조의 다른 일례로서, 상기 요동범위 제한 구조는, 상기 프레임에 마련된 요동제한돌기(121)와, 상기 요동축(161)에 마련되고, 상기 요동제한돌기(121)보다 큰 면적을 가지며 상기 요동제한돌기(121)를 요동 가능하게 수용하는 요동제한홈(162)을 포함할 수 있다.
상기 요동범위 제한구조의 또 다른 일례로서, 상기 요동범위 제한 구조는, 상기 요동축(161)에 마련되는 요동제한돌기(163)와, 상기 프레임에 마련되고, 상기 요동제한돌기(163)보다 큰 면적을 가지며 상기 요동제한돌기(163)를 요동 가능하게 수용하는 요동제한홈(122)을 포함할 수 있다.
제3실시예로서, 상기 베어링 하우징(16)은 상기 하우징 수용홀(15)에 회전 가능하게 설치되고, 상기 베어링 하우징(16)의 회전 중심(G)에 대해 편심된 위치에 제2스크롤의 회전중심(C2)이 위치하여서, 제2스크롤에 작용하는 토크반발력(Fθ)에 의해 상기 베어링 하우징(16)이 회전함에 따라, 상기 토크반발력(Fθ)의 일부가 밀봉방해력(Fr)에 대항하는 밀봉력(Fseal)으로 전환됨으로써, 상기 밀봉력에 의해 상기 제2스크롤의 랩이 제1스크롤의 랩에 밀착되도록 할 수 있다.
상기 베어링 하우징(16)의 회전 중심(G)과 상기 제1스크롤의 회전 중심(C1)을 잇는 선분을 기준으로 하여, 상기 제2스크롤은, 상기 제2스크롤의 회전중심(C2)에 가해지는 토크 반발력(Fθ)의 작용 방향의 반대 방향으로 소정 각도(x)만큼 회전된 위치에 위치하며, 상기 소정 각도(x)는 tan-1(e/g) < x < 180°, 또는 {360° - tan-1(e/g)} < x ≤≤ 360°(단, e는 제1스크롤의 회전중심(C1)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리이고, g는 베어링 하우징의 회전 중심(G)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리임)의 범위를 만족하도록 하여, 밀봉력이 압축 포켓의 누설을 방지하도록 할 수 있다.
상기 하우징 수용홀(15)은 원형의 단면을 포함하고, 상기 베어링 하우징(16)은 상기 하우징 수용홀(15)의 단면과 대응하는 단면을 가질 수 있다.
상기 하우징 수용홀(15)에 수용된 베어링 하우징(16)의 회전 범위를 제한하는 회전범위 제한구조를 더 포함하되, 상기 회전범위 제한구조는, 상기 하우징 수용홀(15) 둘레의 일부 또는 상기 베어링 하우징(16)의 외주 부분 중 어느 한 곳에 마련된 회전제한홈(122)과, 상기 회전제한홈(122)에 수용되며, 상기 하우징 수용홀(15) 둘레의 일부 또는 상기 베어링 하우징(16)의 외주 부분 중 나머지 한 곳에 마련되는 회전제한돌기(163)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상호회전형 스크롤 압축기에서 두 스크롤의 랩 간의 밀봉력을 제2스크롤의 베어링 위치 가변 구조로 구현하여 압축 포켓의 누설을 방지할 수 있음은 물론, 간단한 구조로 상호회전형 스크롤의 두 스크롤 랩을 서로 밀착시키는 구조를 구현하고, 제조와 조립이 간단하다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예로서 상호 회전형 스크롤 압축기의 프레임 부분의 단면을 간략히 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 제2스크롤의 회전축 지지구조의 제1실시예를 나타내기 위한 A-A 단면도,
도 3은 도 2의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 제2스크롤의 회전축 지지구조의 제2실시예를 나타낸 분해사시도,
도 5는 도 4의 회전축 지지구조의 측면 단면도,
도 6은 도 4의 회전축 지지구조의 평면 단면도,
도 7은 도 4의 회전축 지지구조의 제1변형례의 측면 단면도,
도 8은 도 4의 회전축 지지구조의 제1변형례의 평면 단면도,
도 9는 도 4의 회전축 지지구조의 제2변형례의 측면 단면도,
도 10은 도 4의 회전축 지지구조의 제2변형례의 평면 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 제2스크롤의 회전축 지지구조의 제3실시예를 나타낸 측면 단면도,
도 12는 도 11의 평면 단면도,
도 13은 제2스크롤의 회전축 지지구조의 제2실시예와 제3실시예에서 각 구성의 기하학적 관계를 나타낸 도면,
도 14는 도 11의 변형례를 나타낸 측면 단면도, 그리고
도 15는 도 14의 평면 단면도이다.
[부호의 설명]
10: 프레임
11: 메인프레임
12: 서브프레임
121: 요동제한돌기
122: 요동제한홈(회전제한홈)
13: 베어링 설치공
14: 고정베어링
15: 하우징 수용홀
151: 요동 중심홈
16: 베어링 하우징
161: 요동축
162: 요동제한홈
163: 요동제한돌기(회전제한돌기)
17: 베어링 수용홀
18: 이동베어링
20: 압축실
42: 로터
50: 구동회전축
60: 제1스크롤(구동스크롤)
61: 경판부
62: 랩
63: 보스부
70: 제2스크롤(종동스크롤)
71: 경판부
72: 랩
73: 보스부
81: 제1압력링
82: 제2압력링
C1: 구동스크롤 회전중심, 베어링 설치공의 중심, 고정베어링의 중심
C'2: 종동스크롤 이론회전중심, 이동베어링의 이론 중심
C2: 종동스크롤 실제회전중심, 이동베어링의 실제 중심
G: 요동중심,회전중심
a: 오프셋 거리
r: C1~C'2간 거리
e: C1~C2간 거리
Y: C1~C2와 C1~C'2의 사이각
Fθ: 토크반발력
Fr: 밀봉방해력
R: 토크반발력에 대한 반력
Fseal: 압축실에 대한 밀봉력
x: 요동 중심에 대한 반발
g: G~C2간 거리
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
[상호 회전형 스크롤 압축기]
도 1은 본 발명에 따른 일실시예로서 상호 회전형 스크롤 압축기의 프레임 부분의 단면을 간략히 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 상호 회전형 스크롤 압축기는, 전체적인 외형을 구성하고, 구동원(42, 50)과 상호 회전형 스크롤(60, 70)을 그 내부에 수용하며, 압축기의 케이싱(미도시) 내에서 유체의 압축이 진행되는 압축실(20) 공간과 그 외의 공간을 구분하는 프레임(10)을 구비한다. 프레임(10)은 제조와 조립의 편의를 위해 메인프레임(11)과 서브프레임(12)으로 분할 제작된 후 분할된 부분들이 상호 직,간접적으로 고정되는 방식으로 조립될 수 있다. 이들의 분할 개수와 위치는 제조와 조립의 편의를 위해 필요한 범위 내에서 다양한 변경과 변형이 가능하다.
프레임(10)의 소정 영역에는 압축실(20)이 마련되고, 상기 압축실(20)의 측면에는 유체가 유입될 수 있는 통로인 흡입구(미도시)가 흡입실의 공간과 연통하도록 설치된다. 압축실(20) 내에는 각자의 회전축을 중심으로 회전하는 제1스크롤(60)과 제2스크롤(70)이 구비된다. 그 중 상부에 위치하는 제1스크롤은 구동원으로부터 회전력을 전달받아 회전하는 구동스크롤이 되고, 그 하부에 위치하는 제2스크롤은 상기 제1스크롤로부터 회전력을 전달받아 제1스크롤과 함께 상호 회전하게 되는 종동스크롤이 된다.
제1스크롤(60)은 대략 원형 평판 형상의 경판부(61)를 구비하고, 상기 경판부(61)의 하부면, 즉 제2스크롤을 바라보는 면에는 제2스크롤을 향하는 방향으로 나선(spiral) 내지 인벌류트(involute) 형태의 랩(62)이 돌출된다. 경판부(61)의 상부면, 즉 제2스크롤을 바라보는 면의 대향면의 중심에는 제1스크롤의 회전 중심이 되는 보스부(63)가 돌출 형성된다. 상기 보스부(63)는 대략 원기둥 형태로 마련되며, 압축실(20)의 상부에 위치하는 프레임(10)에 형성된 베어링 설치공(13)에 수용되되 고정베어링(14)에 의해 회전 가능하도록 지지된다.
제2스크롤(70) 역시 대략 원형 평판 형상의 경판부(71)를 구비하고, 상기 경판부(71)의 상부면, 즉 제1스크롤을 바라보는 면에는 제1스크롤을 향하는 방향으로 나선 형태의 랩(72)이 돌출된다. 경판부(71)의 하부면, 즉 제1스크롤을 바라보는 면의 대향면의 중심에는 제2스크롤의 회전 중심이 되는 보스부(73)가 돌출 형성된다. 보스부(73)는 대략 원기둥 형태로 마련되며, 압축실(20)의 하부에 위치하는 프레임(10)에 형성된 하우징 수용홀(15)에 직선 이동 또는 회전 이동 등이 가능하게 수용되는 베어링 하우징(16)에 설치된 이동베어링(18)에 의해 회전 가능하도록 지지된다.
즉 서브프레임(12)에는 하우징 수용홀(15)이 형성되고, 상기 하우징 수용홀(15)에는 베어링 하우징(16)이 이동 가능하게 수용된다. 베어링 하우징(16)은 하우징 수용홀(15)에 대해 회전 운동하거나 직선 운동하거나 요동하는 등, 후술할 랩의 밀봉력을 확보하기 위해 필요한 위치 가변이 가능하다.
베어링 하우징(16)에는 이동베어링(18)을 고정하기 위한 베어링 수용홀(17)이 마련되고, 상기 베어링 수용홀(17)에 이동베어링(18)이 억지끼움 등의 방식으로 결합된다. 그리고 상기 제2스크롤의 보스부(73)는 상기 이동베어링(18)에 삽입되어 회전 지지된다.
상기 제1스크롤(60)의 회전 중심축은 상기 보스부(63)의 기하학적 중심축과 일치하고, 제2스크롤(70)의 회전 중심축은 상기 보스부(73)의 기하학적 중심축과 일치한다. 즉 제1스크롤(60)과 제2스크롤(70)은 각각 경판부(61, 71)의 중심에 대해 편심 없이 회전하는데, 이러한 회전 운동은 보스부(63, 73)와 베어링(14, 18)에 의해 지지된다. 다만 보스부(63), 베어링 설치공(13), 및 고정베어링(14)과, 보스부(73), 하우징 수용홀(15), 및 이동베어링(18)은, 서로 어긋난 위치에서 축방향이 평행하게 배치되어 있기 때문에, 이 둘이 같은 방향으로 회전하면 두 스크롤의 랩이 상대적으로 선회하게 된다. 이처럼 상호회전형 스크롤 압축기는, 두 스크롤이 회전축은 서로 어긋나 위치하지만, 각각의 스크롤의 관점에서 보았을 때 각 스크롤의 회전축은 해당 스크롤 경판부의 형상의 기하학적 중심에 위치한다. 따라서 각 스크롤은 회전축에 대해 편심이 없어, 스크롤을 고속 회전시키더라도 압축기의 운전에 문제가 될 만큼 큰 원심력이 발생하거나 진동이 발생하지 아니한다.
본 발명의 실시예에서는 베어링에 의해 보스부(63, 73)가 회전 지지됨이 예시되어 있으나, 이 외의 다른 구조, 가령 부싱 등이 적용될 수도 있다. 즉 프레임(10)의 베어링 설치공(13) 또는 베어링 하우징(16)의 베어링 수용홀(17)과 스크롤의 회전축(보스부) 사이에는 마찰 손실을 줄이기 위한 기계요소가 적용될 수 있다.
상기 압축실(20)의 상부에는 구동원이 마련된다. 구동회전축(50)의 외주 부분에는 도시된 바와 같이 로터(42)가 설치되고, 상기 로터(42)는 상기 로터(42)와 동심을 가지며 이격 배치된 환형의 스테이터(미도시)에 의해 둘러싸여 있다. 그리고 구동회전축(50)의 하단부에는 상기 제1스크롤(60)의 보스부(63)의 선단부와 회전력이 전달되도록 상호 체결된다. 즉 구동회전축(50)과 구동스크롤의 보스부(63)는 회전방향으로는 상호 구속되고 축방향으로는 상호 구속되지 않는 형태로 체결될 수 있다.
상기 회전력전달부(53)와 회전력피전달부(67)는 구동회전축(50)의 중심축을 회전 중심으로 하는 회전력은 전달하는 구조이면서, 유체의 압축 반발력 등으로 인해 제1스크롤(60)에 작용하게 되는 전복 모멘트는 전달하지 않는 구조이다. 따라서 구동회전축(50)은 제1스크롤(60)에 작용하게 되는 전복 모멘트의 영향을 받지 않고 스테이터와 로터(42)에 의해 원활하게 회전할 수 있다.
한편, 제1스크롤의 회전력은 올담링 혹은 기타 다른 자전 방지 동력 전달 구조에 의해 제2스크롤에 전달된다. 즉 자전 방지 동력 전달 구조는 제1스크롤과 제2스크롤이 동일한 방향과 속도로 회전하여 제1스크롤에 대해 제2스크롤이 상대적으로 자전하는 것은 방지하면서 제1스크롤의 회전력을 제2스크롤에 전달해주는 기구학적 구조를 갖춘 구성이다.
상호회전형 스크롤 압축기의 이론적 작동 원리에 따르면, 제1스크롤과 제2스크롤의 랩(62, 72)이 서로 마주하며 접촉 회전할 때, 제1스크롤의 회전력이 랩을 통해 제2스크롤에 전달된다. 그러나 실제 두 랩에 의해 형성되는 압축실의 유체에 의해 발생하는 압축반발력 등 여러 실제적인 요인으로 인해 회전력의 전달이 원활히 이루어지지 않는 경향이 있기 때문에, 상술한 올담링이나 기타 자전 방지 동력 전달 구조가 추가적으로 적용될 수 있다.
앞서 설명한바 있듯이 상기 두 보스부(63,73)의 중심축은 서로 평행하되 약간 어긋나 배치되어 있다. 따라서, 상기 구동회전축(50)이 회전하며 상기 제1스크롤(60)에 회전력을 전달하면, 제1스크롤(60)은 올담링 혹은 기타 다른 자전 방지 동력 전달 구조를 통해 그 회전력을 제2스크롤에 전달한다.
상기 제1스크롤과 제2스크롤은 서로 같은 방향으로 회전하며, 제1스크롤과 제2스크롤의 랩(62, 72)이 서로 맞물리는 부분은 두 스크롤이 회전함에 따라 유체를 가두어 압축하는 압축 포켓의 면적을 좁히며 중앙으로 이동하게 된다. 그리고 압축된 유체는 제1스크롤의 경판부(61) 중심과 보스부(63)에 마련된 토출포트를 통해 압축실(20)의 외부로 토출된다. 즉 흡입구를 통해 유입된 유체는 두 스크롤(60, 70)의 랩에 의해 형성되는 압축 포켓에 가두어진 채 두 스크롤의 중심으로 이동하며 압축되고, 토출포트를 통해 토출된다. 그리고 토출포트를 통해 프레임(10) 외부로 토출된 압축 유체는 압축기 외부로 연통되는 토출구(31)를 통해 압축기 외부로 토출된다.
압축기의 케이싱 내부 공간은 압축 유체의 압력이 형성되는 공간이 된다. 이러한 점을 감안하여 제1스크롤의 경판부(61) 및 이와 마주하는 압축실(20)의 내벽면 사이, 그리고 제2스크롤의 경판부(71) 및 이와 마주하는 압축실(20)의 내벽면 사이에는 압축실(20)과 그 외부의 배압의 차이로 인해 발생하는 유체의 이동을 방지하여 압축실(20) 내부와 흡입실 외부의 차압을 유지하기 위한 압력링 (81, 82)이 마련된다.
[이동베어링 설치 구조의 제1실시예]
도 2는 도 1의 제2스크롤의 회전축 지지구조의 제1실시예를 나타내기 위한 A-A 단면도, 도 3은 도 2의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
상호회전형 스크롤은 스크롤이 회전할 때 편심 회전하지 않고 각자의 회전축을 중심으로 하여 회전하기 때문에 원심력이 거의 발생하지 않는다. 따라서 제1스크롤과 제2스크롤의 랩(62, 72) 사이의 밀착력을 유지하기 위해서는 두 스크롤 중 적어도 어느 하나의 스크롤의 랩이 다른 하나의 스크롤의 랩 쪽으로 밀어붙여져서 두 랩에 의해 형성되는 압축 포켓이 누설되지 않도록 해야 한다.
먼저 도 2를 참조하면, 서브프레임(12)에는 하우징 수용홀(15)이 마련된다. 하우징 수용홀(15)은 장축과 단축을 가지는 트랙 형태의 구멍으로서, 상기 구멍에 수용되는 베어링 하우징(16)이 장축의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 된다. 상기 베어링 하우징(16) 역시 장축과 단축을 가지는 트랙 형상으로 이루어지며, 상기 베어링 하우징(16)의 장축은 상기 하우징 수용홀(15)의 장축 보다는 짧고, 상기 베어링 하우징(16)의 단축의 폭은 상기 하우징 수용홀(15)의 단축의 폭과 일치한다. 따라서 상기 하우징 수용홀(15)에 삽입된 베어링 하우징(16)은 장축 방향으로 이동 가능하다.
메인프레임(11)에 설치된 제1스크롤의 회전중심(C1)에 대해 서브프레임(12)에도 제2스크롤의 이론적인 회전 중심(C'2)이 존재한다. 그리고 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 이론적인 회전 중심(C'2)을 잇는 직선에 대해 상기 하우징 수용홀(15)의 장축은 평행하게 배치된다.
도 2에 도시된 실시예에 따르면, 상기 하우징 수용홀(15)은 상기 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 이론적인 회전 중심(C'2)을 잇는 직선에 대해 소정의 거리(a)만큼 오프셋 배치되어 있다. 상기 오프셋 방향은, 상기 제1스크롤과 제2스크롤이 회전하면서 압축이 진행되는 압축 포켓에 의해 제2스크롤의 보스부(73)에 가해지는 토크 반발력(Fθ) 작용 방향의 반대 방향이다.
후술하겠지만, 이렇게 하우징 수용홀(15)이 오프셋 된 후, 상기 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 이론적인 회전 중심(C'2)을 잇는 직선에 대해, 상기 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 실제 회전 중심(C2)을 잇는 직선이 이루는 각(Y)은 제2스크롤의 보스부(73)에 가해지는 토크 반발력이 밀봉력으로 전환되는 비율과 관계된다.
도 2에는 하우징 수용홀(15)이 오프셋 되고, 하우징 수용홀(15) 내에 수용되는 베어링 하우징(16)에 대해 이동베어링(18)은 오프셋 되지 않은 구조를 예시하였다. 그러나 이 외에도 이동베어링(18)이 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 이론적인 회전 중심(C'2)을 잇는 직선에 대해 오프셋 되는 구조는 다양할 수 있다.
가령 도 3에는 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 이론적인 회전 중심(C'2)을 잇는 직선에 대해 하우징 수용홀(15)과 베어링 하우징(16)은 오프셋 되지 않고, 하우징 수용홀(15) 내에 수용되는 베어링 하우징(16)에 대해 이동베어링(18)이 오프셋 되어, 결과적으로 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 이론적인 회전 중심(C'2)을 잇는 직선에 대해 이동베어링(18)이 오프셋 된 형태의 실시예가 도시된다.
도 3을 참조하여 설명하면, 하우징 수용홀(15)은 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 이론적인 회전 중심(C'2)에 대해 오프셋 되어 있지 않으므로, 하우징 수용홀(15)을 가공함에 있어서 서브 프레임에 홀 가공을 할 때 각도 가공을 위한 지그가 필요하지 아니함은 물론, 편심 가공도 필요 없기 때문에 가공 난이도가 낮고 제작비를 절감할 수 있다. 즉 베어링 하우징(16)에 베어링 수용홀(17)을 가공하는 것이 더 제작 측면에서 수월하다.
다음으로 제2스크롤의 보스부(73)인 회전축은 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 이론적인 회전 중심(C'2)에 대해 a의 거리만큼 오프셋 되어 있다. 즉 보스부(73)의 중심은 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 이론적인 회전 중심(C'2)을 잇는 직선과 나란한 방향으로 이동하지만, 그 이동 궤적은 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 이론적인 회전 중심(C'2)을 잇는 직선에 대해 a만큼 편심되어 위치한다.
이렇게 오프셋 위치하는 보스부(73)에 가해지는 밀봉방해력{Fr; 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 실제 회전 중심(C2)을 잇는 직선 방향을 따라 작용함}과 토크 반발력{Fθ; 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 실제 회전 중심(C2)을 잇는 직선에 수직한 방향으로 작용함}은 오프셋(a)에 의해 발생한 각도(Y)만큼 기울어져 가해지게 되고, 이에 따라 베어링 하우징(16)의 대향면에는 도시된 바와 같이 반력(R)이 발생하며, 이러한 반력(R)을 토크 반발력(Fθ)의 성분과 밀봉방해력(Fr)의 성분으로 분해하면, 밀봉방해력과 나란한 성분(R sin Y)이 밀봉방해력에 저항하게 된다.
따라서 두 랩의 밀봉력(Fseal)은 R sin Y - Fr로 표현할 수 있다. 그리고 이는 Fθ tan Y - Fr 과 같다. 여기서 Y = sin-1(a/e)이고, a는 오프셋 길이이며, e는 제1스크롤의 회전중심(C1)과 제2스크롤의 실제 회전 중심(C2) 사이의 거리이다. 결국 Fθ sin-1(a/e) - Fr > 0 이면 두 랩 사이에 밀봉력이 발생하게 된다. 즉 Fθ sin-1(a/e) - Fr > 0 가 만족하는 범위의 a 만큼 오프셋을 하게 되면 두 랩(62, 72) 사이에 밀봉력이 발생하여 압축 포켓의 누설을 방지할 수 있다. 물론 Fθ sin-1(a/e) - Fr 의 값이 수백 뉴턴(N) 이상이 되도록 함으로써 밀봉력이 더욱 확실하게 되도록 설계할 수도 있을 것이다.
앞서 오프셋을 이용한 이동베어링 설치 구조에 따르면, 각도 변위를 두는 것보다 가공이 더 용이하다. 특히 도 3에 도시된 바와 같이 다른 구성에 대한 오프셋 없이 베어링 하우징(16)에 대해 이동베어링(18)이 오프셋 되도록 하면, 가공이 더욱 간단하다.
[이동베어링 설치 구조의 제2실시예]
도 4는 본 발명에 따른 제2스크롤의 회전축 지지구조의 제2실시예를 나타낸 분해사시도, 도 5는 도 4의 회전축 지지구조의 측면 단면도, 그리고 도 6은 도 4의 회전축 지지구조의 평면 단면도이다.
서브프레임(12)에는 베어링 하우징(16)을 수용할 수 있는 하우징 수용홀(15)이 형성된다. 베어링 하우징(16)은 하우징 수용홀(15)보다 작은 크기를 가지고 있어서 상기 하우징 수용홀(15) 내에서 이동이 가능하다. 베어링 하우징(16)의 하부에는 요동축(161)이 마련되고, 상기 요동축(161)은 상기 하우징 수용홀(15) 바닥에 마련된 요동 중심홀(151)에 회전 가능하게 삽입된다. 상기 요동축(161)의 외주면과 요동 중심홀(151)의 내주면은 상호 동축을 이루며 상대적인 회전이 가능하도록 결합된다.
상기 베어링 하우징(16)에는 베어링 수용홀(17)이 마련되는데, 상기 베어링 수용홀(17)의 중심(C2)은 상기 요동축(161)의 중심(G)에 대해 편심되어 위치한다. 따라서 상기 베어링 하우징(16)이 요동 중심(G)을 기준으로 요동하게 되면, 도 6에 화살표로 도시한 바와 같이 베어링 수용홀(17)에 이동베어링(18)을 개재하여 축설된 제2스크롤의 회전축이 요동하게 된다.
도 6을 참조하면, 압축이 진행되며 제2스크롤의 회전축에 밀봉방해력(Fr)과 토크 반발력(Fθ)이 발생하면, 토크 반발력(Fθ)에 의해 상기 회전축의 중심이 화살표 방향으로 요동하게 되고, 이에 따라 밀봉방해력(Fr)에 저항하는 밀봉력(Fseal)이 발생한다. 따라서 토크 반발력은 밀봉력으로 전환된다. 다만, 제2스크롤의 회전 중심이 어느 위치에 있더라도 토크 반발력이 밀봉력으로 전환되는 것은 아니며, 오히려 그 반대의 경우도 있을 수 있다. 따라서 제2스크롤의 회전 중심이 위치할 수 있는 범위에 대한 설정이 요구된다.
도 13을 참조하여 직관적으로 살펴보면, 제1스크롤의 회전 중심(C1)과 요동 중심(G) 사이의 거리는 요동 반경(g) 이상이라는 전제(즉 G를 중심으로 하고 반경이 g인 원 바깥에 C1이 존재함) 하에, 제2스크롤이 회전하면서 발생하는 토크 반발력(Fθ)에 의해 제2스크롤의 회전 중심(C2)이 이동할 때, 제2스크롤의 회전 중심(C2)이 제1스크롤의 회전 중심(C1)으로부터 멀어져야 한다. 그리고 제2스크롤의 회전 중심(C2)에 작용하는 토크 반발력(Fθ)의 작용 방향은 제2스크롤의 회전 중심(C2)이 제1스크롤의 회전 중심(C1)을 잇는 직선에 수직이다. 이러한 조건을 바탕으로 제2스크롤의 회전 중심(C2)이 위치해야 하는 각도(x) 범위는 다음과 같다.
상기 요동 중심(G)과 상기 제1스크롤의 회전 중심(C1)을 잇는 선분을 기준으로 하여 요동 중심(G)을 중심으로 하는 각도 변위(x)를 측정할 때, 상기 제2스크롤의 회전 중심(C2)이 토크 반발력(Fθ)의 작용 방향의 반대 방향으로 소정 각도(x)만큼 요동된 위치에 위치한다고 하면, 상기 소정 각도(x)는
tan-1(e/g) < x < 180°, 또는 {360° - tan-1(e/g)} < x ≤≤ 360°
(단, e는 제1스크롤의 회전중심(C1)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리이고, g는 요동 중심(G)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리임)
의 범위를 만족할 때 토크 반발력이 밀봉력으로 전환될 수 있다.
이처럼 제2스크롤의 회전 중심(C2)은 각도 변위(x) 조건을 만족하도록 위치해야 하며, 또한 제1스크롤과 제2스크롤을 조립할 때 이들의 랩(62, 72)이 간섭 없이 서로 잘 맞물릴 수 있는 위치에 위치하는 것이 바람직하다. 이에 본 발명에서는 상기 제2스크롤의 회전 중심(C2)의 이동 각도를 제한하는 요동범위 제한 구조를 더 구비할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 하우징 수용홀(15)은 베어링 하우징(16)보다 크지만, 베어링 하우징(16)이 모든 각도 범위에서 돌아갈 수 있는 정도는 아니며, 하우징 수용홀(15)의 내주부와 베어링 하우징(16)의 외주부가 간섭되지 않는 범위 내에서 요동 중심(G)을 기준으로 요동할 수 있게 된다. 따라서 도 4와 같은 조립 과정을 통해 하우징 수용홀(15)에 베어링 하우징(16)을 수용하기만 하면, 예정된 각도(x)의 범위 내에 베어링 하우징(16)이 설치된 것이 되어, 제2스크롤과 제1스크롤의 조립을 용이하게 할 수 있으며, 압축기를 운전할 때 제2스크롤에 발생하는 토크 반발력이 밀봉력(Fseal)으로 전환된다.
이러한 요동범위 제한 구조는 다양한 변형이 가능하다.
도 7은 도 4의 회전축 지지구조의 제1변형례의 측면 단면도이고, 도 8은 도 4의 회전축 지지구조의 제1변형례의 평면 단면도이다. 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 서브프레임(12)에 요동제한돌기(121)를 형성하고, 상기 요동축(161)에 요동제한홈(162)을 형성하되, 상기 요동제한홈(162)이 상기 요동제한돌기(121)보다 큰 면적을 가지고, 상기 요동제한홈(162)이 상기 요동제한돌기(121)를 요동 가능하게 수용하도록 하면, 제2스크롤의 회전축의 위치와 그 요동 범위를 제한하는 것이 가능하여, 제2스크롤과 제1스크롤의 조립을 용이하게 할 수 있으며, 압축기를 운전할 때 제2스크롤에 발생하는 토크 반발력이 밀봉력(Fseal)으로 전환하는 것이 가능하다.
도 9는 도 4의 회전축 지지구조의 제2변형례의 측면 단면도이고, 도 10은 도 4의 회전축 지지구조의 제2변형례의 평면 단면도이다. 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 요동축(161)에 요동제한돌기(163)를 형성하고, 상기 프레임에 요동제한홈(122)을 형성하되, 상기 요동제한홈(122)이 상기 요동제한돌기(163)보다 큰 면적을 가지고, 상기 요동제한홈(122)이 상기 요동제한돌기(163)를 요동 가능하게 수용하도록 하면, 제2스크롤의 회전축의 위치와 그 요동 범위를 제한하는 것이 가능하여, 제2스크롤과 제1스크롤의 조립을 용이하게 할 수 있으며, 압축기를 운전할 때 제2스크롤에 발생하는 토크 반발력이 밀봉력(Fseal)으로 전환하는 것이 가능하다.
[이동베어링 설치 구조의 제3실시예]
이동베어링 설치 구조의 제3실시예는, 베어링 하우징(16)에 별도의 요동축(161)이 마련되는 대신, 베어링 하우징 자체가 제2실시예의 요동축과 같은 작용을 한다는 점에서 차이가 있고, 나머지 구조는 대동소이하다.
도 11은 본 발명에 따른 제2스크롤의 회전축 지지구조의 제3실시예를 나타낸 측면 단면도이고, 도 12는 도 11의 평면 단면도이다.
서브프레임(12)에는 베어링 하우징(16)을 수용할 수 있는 원형의 하우징 수용홀(15)이 형성된다. 베어링 하우징(16)은 하우징 수용홀(15)과 대응하는 크기와 형상의 원형 단면을 구비하며 상기 하우징 수용홀(15) 내에서 회전 이동 가능하다. 즉 베어링 하우징의 회전 중심(G)은 원의 중심이 된다.
상기 베어링 하우징(16)에는 베어링 수용홀(17)이 마련되는데, 상기 베어링 수용홀(17)의 중심(C2)은 상기 베어링 하우징(16)의 회전 중심(G)에 대해 편심되어 위치한다. 따라서 상기 베어링 하우징(16)이 회전 중심(G)을 기준으로 회전하게 되면, 도 6에 화살표로 도시한 바와 같이 베어링 수용홀(17)에 이동베어링(18)을 개재하여 축설된 제2스크롤의 회전축은 회동한다.
압축이 진행되며 제2스크롤의 회전축에 밀봉방해력(Fr)과 토크 반발력(Fθ)이 발생하면, 토크 반발력(Fθ)에 의해 상기 회전축의 중심(C2)이 베어링 하우징(16)의 회전 중심(G)을 중심으로 화살표 방향으로 회동하게 되고, 이에 따라 밀봉방해력(Fr)에 저항하는 밀봉력(Fseal)이 발생한다. 따라서 토크 반발력은 밀봉력으로 전환된다.
도 13을 참조하면, 앞서 제2실시예와 유사하게, 상기 제2스크롤의 회전축의 회동 중심(G)과 상기 제1스크롤의 회전 중심(C1)을 잇는 선분을 기준으로 하여 회동 중심(G)을 중심으로 하는 각도 변위(x)를 측정할 때, 상기 제2스크롤의 회전 중심(C2)이 토크 반발력(Fθ)의 작용 방향의 반대 방향으로 소정 각도(x)만큼 회동된 위치에 위치한다고 하면, 상기 소정 각도(x)는
tan-1(e/g) < x < 180°, 또는 {360° - tan-1(e/g)} < x ≤≤ 360°
(단, e는 제1스크롤의 회전중심(C1)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리이고, g는 회동 중심(G)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리임)
의 범위를 만족할 때 토크 반발력이 밀봉력으로 전환될 수 있다.
이처럼 제2스크롤의 회전 중심(C2)은 각도 변위(x) 조건을 만족하도록 위치해야 하며, 또한 제1스크롤과 제2스크롤을 조립할 때 이들의 랩(62, 72)이 간섭 없이 서로 잘 맞물릴 수 있는 위치에 위치하는 것이 바람직하다. 이를 위해 베어링 하우징(16)에는 회전범위 제한 구조가 부가될 수 있다.
회전 범위 제한 구조는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 상기 하우징 수용홀(15)의 둘레의 일부에 마련되는 회전제한홈(122)과, 상기 회전제한홈(122)에 수용되는 회전제한돌기(163) 구조를 포함한다. 회전제한돌기(163)는 상기 베어링 하우징(16)의 외주면보다 더 외측으로 돌출된 형태로 베어링 하우징(16)에 설치되며, 그 크기는 회전제한홈(122)보다도 작아서, 베어링 하우징(16)은 상기 회전제한돌기(163)가 회전제한홈(122) 내에서 회전 가능한 범위 내에서만 회전할 수 있게 된다.
이러한 회전 범위 제한 구조에 대한 변형례로서, 도 14 및 도 15를 참조하면, 베어링 하우징(16)의 외주면 일부에 회전제한홈(122)을 마련하고, 하우징 수용홀(15)의 둘레에 상기 회전제한홈(122)에 수용되는 회전제한돌기(163)를 설치하는 구조도 적용 가능하다. 이 역시 회전제한돌기(163)가 회전제한홈(122)보다 작아서, 베어링 하우징(16)은 회전제한홈(122)이 상기 회전제한돌기(163)에 의해 간섭되지 않는 범위 내에서만 회전할 수 있게 된다.
상기 회전제한돌기(163)는 별도로 제작된 후 상기 베어링 하우징의 외주면 부분(도 11 및 도 12), 또는 상기 하우징 수용홀(15)의 둘레(도 14 및 도 15)에 마련된 홈에 끼워져 고정되는 방식으로 마련할 수 있다.
이와 같이 베어링 하우징(16)의 회전 범위를 제한하면, 결과적으로 제2스크롤의 회전축의 중심(C2)이 회동 중심(G)을 기준으로 회동하는 범위 역시 제한된다. 따라서 이러한 구조에 따르면, 제2스크롤과 제1스크롤의 조립을 용이하게 할 수 있으며, 압축기를 운전할 때 제2스크롤에 발생하는 토크 반발력이 밀봉력(Fseal)으로 전환하는 것이 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (10)

  1. 압축실(20)이 마련된 프레임(10);
    상기 압축실 내에서 랩(62, 72)이 서로 마주하도록 배치되고 서로 편심된 회전축을 가지고 동일한 방향으로 상호 회전하여 압축실에 흡입된 유체를 압축하여 압축실 외부로 토출하는 제1스크롤(60)과 제2스크롤(70);
    상기 제1스크롤의 회전축을 지지하도록 프레임에 마련된 베어링 설치공(13)에 설치된 고정베어링(14);
    상기 제2스크롤의 회전축을 지지하는 이동베어링(18);
    상기 이동베어링(18)을 수용하는 베어링 수용홀(17)이 마련된 베어링 하우징(16);
    상기 프레임(10)에 마련되며, 상기 베어링 하우징(16)이 이동 가능하도록 수용되는 하우징 수용홀(15);을 포함하고,
    상기 이동베어링(18)에 의해 회전 지지되는 제2스크롤은, 상기 제2스크롤의 실제 회전중심(C2)이, 상기 제1스크롤의 회전중심(C1)과 상기 제2스크롤의 이론적인 회전중심(C'2)을 잇는 직선과 나란한 방향으로 이동 가능하며,
    상기 제2스크롤의 실제 회전중심(C2)은 상기 제2스크롤의 이론적인 회전중심(C'2)에서 상기 제2스크롤에 작용하는 토크 반발력(Fθ)의 작용 방향의 반대 방향으로 소정 거리(a)만큼 오프셋(offset) 되어 위치함으로써,
    상기 제2스크롤의 회전축을 지지하는 이동베어링이 토크반발력(Fθ)의 일부를 밀봉방해력(Fr)에 대항하는 밀봉력(Fseal)으로 전환함으로써, 상기 밀봉력에 의해 상기 제2스크롤의 랩이 제1스크롤의 랩에 밀착되도록 한 상호회전형 스크롤 압축기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징 수용홀(15)에 수용된 베어링 하우징(16)의 중심의 이동 경로는 직선 형태로서, 상기 베어링 설치공의 중심(C1)은 상기 베어링 하우징의 이동 경로를 포함하는 직선 상에 위치하는 상호회전형 스크롤 압축기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 이동베어링(18)은, 상기 베어링 하우징(16)의 중심에서 토크 반발력(Fθ)의 작용 방향의 반대 방향으로 오프셋 되어 위치하는 상호회전형 스크롤 압축기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 오프셋 거리는
    Fseal = Fθ tan {sin-1( a/e)} - Fr > 0
    (단, e는 제1스크롤의 회전중심(C1)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리임)
    의 식을 만족하도록 설정되는 상호회전형 스크롤 압축기.
  5. 압축실(20)이 마련된 프레임(10);
    상기 압축실 내에서 랩(62, 72)이 서로 마주하도록 배치되고 서로 편심된 회전축을 가지고 동일한 방향으로 상호 회전하여 압축실에 흡입된 유체를 압축하여 압축실 외부로 토출하는 제1스크롤(60)과 제2스크롤(70);
    상기 제1스크롤의 회전축을 지지하도록 프레임에 마련된 베어링 설치공(13)에 설치된 고정베어링(14);
    상기 제2스크롤의 회전축을 지지하는 이동베어링(18);
    상기 이동베어링(18)을 수용하는 베어링 수용홀(17)이 마련된 베어링 하우징(16);
    상기 프레임(10)에 마련되며, 상기 베어링 하우징(16)이 이동 가능하도록 수용되는 하우징 수용홀(15);을 포함하고,
    상기 베어링 하우징(16)은 상기 하우징 수용홀(15)에 요동 가능하게 설치되고,
    상기 베어링 하우징(16)에, 요동 중심(G)에 대해 편심된 위치에 제2스크롤의 회전중심(C2)이 위치하여서,
    제2스크롤에 작용하는 토크반발력(Fθ)에 의해 상기 베어링 하우징(16)이 요동함에 따라, 상기 토크반발력(Fθ)의 일부가 밀봉방해력(Fr)에 대항하는 밀봉력(Fseal)으로 전환됨으로써, 상기 밀봉력에 의해 상기 제2스크롤의 랩이 제1스크롤의 랩에 밀착되도록 한 상호회전형 스크롤 압축기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 요동 중심(G)과 상기 제1스크롤의 회전 중심(C1)을 잇는 선분을 기준으로 하여, 상기 제2스크롤은, 상기 제2스크롤의 회전중심(C2)에 가해지는 토크 반발력(Fθ)의 작용 방향의 반대 방향으로 소정 각도(x)만큼 요동된 위치에 위치하며, 상기 소정 각도(x)는
    tan-1(e/g) < x < 180°, 또는 {360° - tan-1(e/g)} < x ≤ 360°
    (단, e는 제1스크롤의 회전중심(C1)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리이고, g는 요동 중심(G)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리임)
    의 범위를 만족하는 상호회전형 스크롤 압축기.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 베어링 하우징(16)의 하단부에는, 실질적으로 원형 단면을 가지는 요동축(161)이 하향 연장되고,
    상기 하우징 수용홀(15)의 하단면에는, 상기 요동축(161)이 회전 가능하게 삽입되는 요동 중심홈(151)이 마련된 상호회전형 스크롤 압축기.
  8. 압축실(20)이 마련된 프레임(10);
    상기 압축실 내에서 랩(62, 72)이 서로 마주하도록 배치되고 서로 편심된 회전축을 가지고 동일한 방향으로 상호 회전하여 압축실에 흡입된 유체를 압축하여 압축실 외부로 토출하는 제1스크롤(60)과 제2스크롤(70);
    상기 제1스크롤의 회전축을 지지하도록 프레임에 마련된 베어링 설치공(13)에 설치된 고정베어링(14);
    상기 제2스크롤의 회전축을 지지하는 이동베어링(18);
    상기 이동베어링(18)을 수용하는 베어링 수용홀(17)이 마련된 베어링 하우징(16);
    상기 프레임(10)에 마련되며, 상기 베어링 하우징(16)이 이동 가능하도록 수용되는 하우징 수용홀(15);을 포함하고,
    상기 베어링 하우징(16)은 상기 하우징 수용홀(15)에 회전 가능하게 설치되고,
    상기 베어링 하우징(16)의 회전 중심(G)에 대해 편심된 위치에 제2스크롤의 회전중심(C2)이 위치하여서,
    제2스크롤에 작용하는 토크반발력(Fθ)에 의해 상기 베어링 하우징(16)이 회전함에 따라, 상기 토크반발력(Fθ)의 일부가 밀봉방해력(Fr)에 대항하는 밀봉력(Fseal)으로 전환됨으로써, 상기 밀봉력에 의해 상기 제2스크롤의 랩이 제1스크롤의 랩에 밀착되도록 한 상호회전형 스크롤 압축기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 베어링 하우징(16)의 회전 중심(G)과 상기 제1스크롤의 회전 중심(C1)을 잇는 선분을 기준으로 하여, 상기 제2스크롤은, 상기 제2스크롤의 회전중심(C2)에 가해지는 토크 반발력(Fθ)의 작용 방향의 반대 방향으로 소정 각도(x)만큼 회전된 위치에 위치하며, 상기 소정 각도(x)는
    tan-1(e/g) < x < 180°, 또는 {360° - tan-1(e/g)} < x ≤ 360°
    (단, e는 제1스크롤의 회전중심(C1)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리이고, g는 베어링 하우징의 회전 중심(G)에서 제2스크롤의 회전중심(C2) 까지의 거리임)
    의 범위를 만족하는 상호회전형 스크롤 압축기.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 하우징 수용홀(15)은 원형의 단면을 포함하고, 상기 베어링 하우징(16)은 상기 하우징 수용홀(15)의 단면과 대응하는 단면을 가지는 상호회전형 스크롤 압축기.
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