KR100371171B1

KR100371171B1 - 스크롤 압축기의 반경방향 순응구조

Info

Publication number: KR100371171B1
Application number: KR10-2000-0037223A
Authority: KR
Inventors: 장영일
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2003-02-05
Also published as: US6461131B2; US20020001532A1; CN1335453A; CN1230622C; KR20020002874A

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 반경방향 순응구조에 관한 것으로, 본 발명은 편심부시를 이용한 가변반경식 스크롤 압축기에서, 편심부시에는 회전축의 구동핀부에 결합하는 구동핀 결합구멍을 그 편심부시의 외주면에 대해 편심지게 형성하고, 상기 편심부시의 구동핀 결합구멍 일 측에는 구동핀부에 착탈하면서 상기한 편심부시의 편심 회전을 제한하도록 하는 스토퍼 핀을 구동핀 결합구멍 안쪽으로 돌출하여 결합하며, 상기 구동핀부의 외주면에는 편심부시가 일정 범위 만큼 편심 회전한 후 스토퍼 핀이 접촉하여 편심부시의 편심 회전을 제한할 수 있도록 스토퍼 걸림면을 형성하여서 구성함으로써, 상기 회전축의 구동핀부에 스토퍼 핀이 접촉되도록 배치되어 그 회전축의 직경이 감소됨에 따라 회전축과 이를 반경방향으로 지지하는 메인프레임 사이의 베어링면 면적이 줄어들게 되고, 이를 통해 상기 베어링면에서 발생되는 마찰손실을 저감시키는 것은 물론 회전축에 대한 생산비용을 절감할 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 반경방향 순응구조{RADIAL ADAPTATION STRUCTURE FOR SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 반경방향 순응구조에 관한 것으로, 특히 편심부시를 이용한 가변반경식 스크롤 압축기에서 회전축과 이를 지지하는 베어링 사이에서의 마찰손실을 줄이고자 하는 스크롤 압축기의 반경방향 순응구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 이러한 압축기는 크게 왕복동식 및 스크롤식 및 원심식(통상, 터보식이라고도 함) 그리고 베인식(통상, 회전식이라고도 함)으로 구분되고, 이 중에서 스크롤식 압축기는 피스톤의 직선운동을 이용하는 왕복동식 과는 달리 원심식이나 베인식과 같이 회전체를 이용하여 가스를 흡입 압축시켜 토출시키게 된다.

상기 스크롤식 압축기는 선회스크롤이 압축조건의 변화에 관계없이 항상 동일궤적을 따라 선회하는 고정반경식 스크롤 압축기와, 액냉매나 오일 또는 이물질이 압축실로 유입되어 압축실 내의 압력이 비정상적으로 상승하였을 때 선회스크롤이 랩의 파손을 방지하기 위하여 반경방향으로 후퇴하도록 마련되는 가변반경식 스크롤 압축기로 나뉘어진다.

상기 가변반경식 스크롤 압축기에서 선회스크롤의 선회반경이 가변되도록 하기 위하여는 통상 회전축과 선회스크롤 사이에 슬라이드 부시 또는 슬라이드 블록을 개재시키거나 또는 편심부시를 개재시키는 방식 등이 알려져 있다. 이 중에서본 발명은 편심부시를 개재시키는 가변반경식 스크롤 압축기에 대하여 살펴본다.

상기 스크롤 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 오일이 적정높이까지 채워진 케이싱(1)의 내주면 상하 양측에 메인프레임(2) 및 서브프레임(3)이 각각 고정되고, 그 메인프레임(2) 및 서브프레임(3)의 사이에는 고정자(4A) 및 회전자(4B)로 이루어진 구동모터(4)가 고정 설치되며, 그 구동모터(4)의 회전자(4B) 중심에는 회전축(5)이 메인프레임(2)을 관통하여 압입되고, 그 메인프레임(2)이 상면에는 인벌류트 곡선으로 랩(Wrap)(6a)이 형성되어 회전축(5)에 편심되게 결합되는 선회스크롤(6)이 선회가능하게 얹혀져 설치되며, 상기 선회스크롤(6)의 상면에는 그 선회스크롤(6)의 랩(6a)에 치합되어 복수개의 압축실을 이루도록 인벌류트 곡선의 랩(7a)이 형성되는 고정스크롤(7)이 메인프레임(2)의 가장자리에 고정 설치되고, 상기 고정스크롤(7)의 상측에는 케이싱(1) 내부를 고압부인 토출압 영역과 저압부인 흡입압 영역으로 구획하는 고저압 분리판(8)이 케이싱(1)의 내주면에 고정되어 이루어져 있다.

상기 회전축(5)의 선단면에는 선회스크롤(6)을 편심 회전시키기 위한 구동핀부(5a)가 편심져 돌출 형성되고, 그 구동핀부(5a)의 중앙에서 회전축(5)의 하단까지 길게 오일유로(5b)가 비스듬하게 관통 형성되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 구동핀부(5a)에는 선회스크롤(6)의 보스부(6b)에 삽입되어 이상압축시 선회스크롤(6)이 반경방향으로 후퇴하도록 하는 편심부시(9)가 캠과 같이 편심져 삽입되고, 그 편심부시(9)와 이 편심부시(9)의 저면이 미끄럼 접촉되는 회전축(5)의 선단면(5c) 사이에는 편심부시(9)의 편심 회전운동을 제한하는 스토퍼 핀(10)이 소정의 횡방향 유동범위를 갖도록 하여 개재되어 있다.

상기 스토퍼 핀(10)은 그 상반부가 편심부시(9)에 삽입 결합되는 반면 그 하반부는 회전축(5)의 선단면(5c)에 구비된 스토퍼 홈(5d)에 횡방향으로 유동가능하게 삽입되어 있다.

도면중 미설명 부호인 2a는 회전축의 레이디얼 베어링면을 이루는 관통구멍이다.

상기와 같이 구성된 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 인가된 전원에 의해 고정자(4A)의 내측에서 회전자(4B)가 회전축(5)과 함께 편심 회전을 하면서 선회스크롤(6)을 편심거리만큼 선회를 시키게 되고, 이와 함께 상기 선회스크롤(6)은 올담링(미부호)에 의해 축중심을 원점으로 선회반경 만큼 떨어진 거리에서 선회운동을 하게 되어 고정스크롤(7)과의 두 랩(6a,7a) 사이에 복수개의 압축실이 형성되며, 이 압축실은 선회스크롤(6)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소되어 흡입된 냉매가스를 더욱 압축하여 토출시키게 된다.

이때, 상기 압축실로 유입되는 냉매가스가 정상적인 상태를 유지하는 경우에는 선회스크롤(6)의 랩(6a)과 고정스크롤(7)의 랩(7a)이 서로 면접촉되어 양쪽 압축실이 서로 밀폐공간을 형성하게 되어 도 4a에서와 같이 편심부시(9)와 스토퍼 핀(10)이 제위치를 유지하게 되는 반면, 상기 압축실로 유입되는 냉매가스에 전술한 바와 같이 일정량 이상의 액냉매나 오일 또는 다른 이물질이 섞여 있는 경우에는 압축실의 압력이 비정상적으로 상승하게 되어 선회스크롤(6)이 후퇴하려는 경향이 발생되고 이 후퇴하려는 경향은 그 선회스크롤(6)의 보스부(도 2에 도시)(6b)에 삽입되어 있는 편심부시(9)에 전달되어 이 편심부시가 도 4b에서와 같이 스토퍼 핀의 멈춤위치까지 반시계방향(선회스크롤의 후퇴방향)으로 편심 회전을 하여 선회스크롤의 랩(6a)과 고정스크롤의 랩(7a)이 이격되도록 함으로써 고압측 압축실(HR)의 압축가스가 저압측 압축실(LR)로 누설되도록 하여 과압축에 따른 랩(6a,7a)의 파손을 미연에 방지하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기에서는, 스토퍼 핀(10)이 구동핀부(5a)로부터 일정간격을 두고 구비되므로 인해 도 3에서와 같이 회전축(5)의 직경(D1)도 스토퍼 핀(10)과 구동핀부(5a) 사이의 간격보다는 크게 형성되어야 하고 그 회전축(5)을 반경방향으로 지지하는 메인프레임(2)의 관통구멍(2a) 직경도 함께 커지게 되어 결국 회전축(5)과 메인프레임(2) 사이의 마찰면적이 커지게 됨에 따라 재료비용의 상승은 물론 압축기 구동시 마찰손실로 인한 모터효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 회전축의 직경을 줄여 메인프레임과의 베어링면에 발생되는 마찰손실을 최소화할 수 있는 스크롤 압축기의 반경방향 순응구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 도 1의 "A"부를 상세히 보인 종단면도.

도 3은 종래 스크롤 압축기에서 편심부시의 결합상태를 보인 횡단면도.

도 4a 및 도 4b는 종래 스크롤 압축기에서 구동상태에 따른 편심부시의 동작을 보인 횡단면도.

도 5 본 발명 반경방향 순응구조가 구비된 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도.

도 6는 도 5의 "B"부를 상세히 보인 종단면도.

도 7은 본 발명 스크롤 압축기에서 편심부시의 결합상태를 보인 횡단면도.

도 8a 및 도 8b는 본 발명 스크롤 압축기에서 구동상태에 따른 편심부시의 동작을 보인 횡단면도.

도 9는 본 발명 스크롤 압축기에서 탄성부재가 부가된 편심부시 결합상태를 보인 횡단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2 : 메인프레임 2a : 관통구멍

6 : 선회스크롤 6a : 선회스크롤의 랩

7 : 고정스크롤 7a : 고정스크롤의 랩

100 : 회전축 110 : 구동핀부

120 : 오일유로 130 : 스토퍼 걸림면

200 : 편심부시 210 : 구동핀 결합구멍

220 : 스토퍼 결합구멍 300 : 스토퍼 핀

400 : 탄성부재

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 인벌류트 형상의 랩을 갖는 고정스크롤과 선회스크롤이 서로 맞물리고, 그 중 선회스크롤이 회전축의 구동핀부에 결합하여 선회운동을 하면서 두 랩 사이에 연속적으로 위치가 이동하는 복수개의 압축실을 형성하며, 그 중 어느 하나의 압축실 압력이 과도하게 상승하는 경우 상기 선회스크롤이 일정범위 내에서 편심 회전하면서 반경방향으로 후퇴하여 두 스크롤의 랩이 서로 이격되도록 구동핀부와 선회스크롤 사이에 편심 회전 가능한 편심부시를 구비하는 가변반경식 스크롤 압축기에 있어서 ; 상기 편심부시에는 회전축의 구동핀부에 결합하는 구동핀 결합구멍을 그 편심부시의 외주면에 대해 편심지게 형성하고, 상기 편심부시의 구동핀 결합구멍 일 측에는 구동핀부에 착탈하면서 상기한 편심부시의 편심 회전을 제한하도록 하는 스토퍼 핀을 구동핀 결합구멍 안쪽으로 돌출하여 결합하며, 상기 구동핀부의 외주면에는 편심부시가 일정 범위 만큼 편심 회전한 후 스토퍼 핀이 접촉하여 편심부시의 편심 회전을 제한할 수 있도록 스토퍼 걸림면을 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 반경방향 순응구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 반경방향 순응구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 5 본 발명 반경방향 순응구조가 구비된 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도이고, 도 6는 도 5의 "B"부를 상세히 보인 종단면도이며, 도 7은 본 발명 스크롤 압축기에서 편심부시의 결합상태를 보인 횡단면도이고, 도 8a 및 도 8b는 본 발명 스크롤 압축기에서 구동상태에 따른 편심부시의 동작을 보인 횡단면도이며,도 9는 본 발명 스크롤 압축기에서 탄성부재가 부가된 편심부시 결합상태를 보인 횡단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반경방향 순응구조가 구비된 스크롤 압축기는, 흡입관(SP)와 토출관(DP)을 갖는 케이싱(1)내 상하 양측에 고정되는 메인프레임(2) 및 서브프레임(미도시)과, 그 메인프레임(2)과 서브프레임 사이의 케이싱(1)내에 장착되는 구동모터(4)와, 상기 메인프레임(2)과 서브프레임을 관통하여 구동모터(4)의 회전자(4B)에 결합되는 회전축(100)과, 그 회전축(100)의 상단에는 인벌류트 형상의 랩(6a)을 갖고 편심 결합되는 선회스크롤(6)과, 그 선회스크롤(6)의 상측에는 선회스크롤(6)의 랩(6a)과 맞물려 복수개의 압축실을 형성하도록 인벌류트 형상의 랩(7a)을 갖고 메인프레임(2)에 고정 결합되는 고정스크롤(7)과, 상기 회전축(100)의 선단에 편심 결합되어 압축실 압력에 따라 선회스크롤(6)이 반경방향으로 미끄지게 편심 회전하는 편심부시(200)와, 회전축(100)의 구동핀부(110)에 착탈 가능하도록 편심부시(200)에 결합하여 선회스크롤(6)의 후퇴시 편심부시(200)의 편심 회전을 제한하는 스토퍼 핀(300)을 포함하여 구성된다.

상기 회전축(100)은 메인프레임(2) 및 서브프레임의 관통구멍(2a)을 관통하여 지지되고, 그 회전축(100)의 상단 선단면에는 선회스크롤(6)을 편심 회전시키는 구동핀부(110)가 편심 형성된다. 상기 구동핀부(110)는 회전축(100)의 중심으로부터 최대한 멀게 그 중심이 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.상기 구동핀부(110)는 전술한 바와 같이 회전축(100)의 선단면에 편심지게 형성하도록 회전축(100)의 직경 보다는 작게 형성하되 외주면 일측은 이에 연하는 회전축(100)의 외주면과 일직선을 이루도록 형성한다.또, 상기 구동핀부(110)의 타측 외주면에는 상기한 스토퍼 핀(300)과 착탈 하면서 접촉시 상기 스토퍼 핀(300)에 압접하여 편심부시(200)의 편심 회전운동을 차단할 수 있도록 도 7에서와 같이 "D-cut"진 스토퍼 걸림면(130)을 형성한다.

상기 편심부시(200)는 회전축(100)의 직경과 거의 유사한 정도로 형성되고, 그 외주면을 기준으로 편심진 위치에 상기 회전축(100)의 구동핀부(110)에 대해 회전 가능하도록 미끄러지게 접촉되어 상기한 구동핀부(110)가 삽입되는 구동핀 결합구멍(210)이 형성되며, 그 구동핀 결합구멍(210)에 스토퍼 핀(300)의 주면 일부가 안쪽으로 돌출하도록 삽입되는 스토퍼 결합구멍(220)이 서로 중첩하여 연접하도록 형성된다.

상기 스토퍼 핀(300)은 편심부시(200)의 스토퍼 결합구멍(220)에 압입 또는 유동가능하게 결합하되 그 외주면 일측은 전술한 바와 같이 정상운전시에는 구동핀부(110)의 스토퍼 걸림면(130)에서 이격하고 있다가 선회스크롤(6)이 편심부시(200)와 함께 후퇴할 때 적정 후퇴시점에서 구동핀부(110)의 스토퍼 걸림면(130)에 압접하도록 상기한 편심부시(200)의 구동핀 결합구멍(210) 안쪽으로 약간 돌출하여 결합한다.도 9에 도시된 바와 같이, 상기 스토퍼 걸림면(130)에는 정상운전시 또는 기동운전시 오일의 점성에 의해 편심부시(200)가 선회부시(미도시) 및 선회스크롤(6)을 끌고 회전하면서 그 선회스크롤(6)의 랩(6a)이 고정스크롤(7)의 랩(7a)으로부터 이격되는 것을 방지하도록 편심부시(200)를 밀어주는 판형 탄성부재(400)가 개재되는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 6b는 보스부이다.상기와 같이 본 발명에 의한 반경방향 순응구조를 갖는 스크롤 압축기의 일반적인 동작은 종래와 유사하다.

즉, 상기 구동모터(4)에 전원이 인가되어 회전축(100)이 회전을 하게 되면, 이 회전축(100)에 편심 결합된 선회스크롤(6)이 일정한 궤적을 따라 선회운동을 하게 되고, 이 과정에서 선회스크롤(6)의 랩(6a)과 고정스크롤(7)의 랩(7a) 사이에 형성되는 압축실이 연속적으로 선회운동의 중심으로 이동하면서 체적이 감소되는 일련의 과정에서 냉매가스가 상기한 압축실로 흡입되었다가 점차 압축되면서 토출된다.

여기서, 상기 압축실로 유입되는 냉매가스가 정상적인 상태를 유지하는 경우에는 선회스크롤의 랩(6a)과 고정스크롤의 랩(7a)이 서로 면접촉되어 양쪽 압축실이 서로 밀폐공간을 형성하게 되어 도 8a에서와 같이 편심부시(200)와 스토퍼 핀(300)이 일정간격을 두고 제위치를 유지하게 된다.

반면, 상기 압축실로 유입되는 냉매가스에 전술한 바와 같이 일정량 이상의 액냉매나 오일 또는 다른 이물질이 섞여 있는 경우에는 압축실의 압력이 비정상적으로 상승하게 되어 선회스크롤(6)이 압축실의 압력에 밀려 반경방향으로 후퇴하려는 경향이 발생되고, 이 후퇴하려는 경향은 그 선회스크롤(6)의 보스부(6a)에 삽입되어 있는 편심부시(200)에 전달되어 이 편심부시(200)가 도 8b에서와 같이 스토퍼 핀(300)과 함께 도면의 반시계 방향으로 편심 회전을 하다가 스토퍼 핀(300)이 구동핀부(110)의 스토퍼 걸림면(130)에 접촉하여 걸리는 순간 편심부시(200)의 편심 회전을 정지시켜 선회스크롤(6)의 후퇴량을 제한하게 된다.이때, 상기 편심부시(200)가 선회스크롤(6)과 함께 반경방향으로 후퇴한 만큼 그 선회스크롤의 랩(6a)이 고정스크롤의 랩(7a)으로부터 이격되어 결국 압축실들이 서로 열리면서 고압측 압축실(HR)에서 저압측 압축실(LR)로 압축가스가 이동하게 되어 압축실의 과압축을 방지하게 되는 것이다.

이렇게, 상기 스토퍼 핀(300)이 스토퍼 걸림면(130)을 갖는 회전축(100)의 구동핀부(110)에 직접 접촉되는 범위내에 배치시키게 되면 도 7에서와 같이 동일한 편심부시(200)의 단면적 대비 회전축(100)의 직경(D2)이 현저하게 감축되므로 인해 회전축(100)의 외주면과 이에 대응되는 메인프레임(2)의 관통구멍(2a) 내주면 사이의 베어링면 면적이 줄게 되어 결국 이 베어링면에서 발생되는 마찰손실을 최소한으로 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 회전축(100)의 직경(D2)이 작아짐에 따라 그 회전축(100)에 필요한 재료비용도 함께 절감할 수 있게 된다.

한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 스토퍼 핀이 구동핀부의 내주면에 유동 가능하게 삽입되어 결합될 수도 있는데, 이 경우에는 구동핀부의 상단에 스토퍼 삽입홈이 형성되고 그 스토퍼 삽입홈의 일측 내주면에 압축기의 정상운전시 스토퍼 핀이 약간 이격되었다가 과압축운전과 같은 이상운전시 편심부시와 함께 회전하면서 반경방향으로 후퇴하는 스토퍼 핀이 걸리도록 스토퍼 걸림면이 선회스크롤의 후퇴방향에 대해 엇갈림각으로 '디컷(D-cut)'져 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우에는 상기 회전축의 직경을 전술한 일례에서 보다도 더 작게 할 수 있으므로 이에 따른 마찰손실의 저감 및 생산비용의 절감 등 그 작용효과가 한층 배가될 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 반경방향 순응구조는, 회전축의 구동핀부 외주면과 이에 결합되는 스크롤의 보스부 내주면 사이에는 편심부시가 개재되어 회전축에 편심 회전가능하게 편심 결합되고, 상기 회전축의 선단면과 이에 대면되는 편심부시의 일측면 사이에는 그 편심부시의 반경방향 이동을 제한하는 스토퍼 핀이 유동 가능하게 개재되며, 상기 회전축의 구동핀부에는 스토퍼 핀의 외주면에 밀착되어 편심부시가 스크롤과 함께 일정범위 내에서 반경방향으로 이동하는 것을 제한하는 스토퍼 걸림면이 스크롤의 후퇴방향에 대해 평면투영시 엇갈림각으로 형성되어 이루어지도록 함으로써, 상기 회전축의 구동핀부에 스토퍼 핀이 접촉되도록 배치되어 그 회전축의 직경이 감소됨에 따라 회전축과 이를 반경방향으로 지지하는 메인프레임 사이의 베어링면 면적이 줄어들게 되고, 이를 통해 상기 베어링면에서 발생되는 마찰손실을 저감시키는 것은 물론 회전축에 대한 생산비용을 절감할 수 있다.

Claims

인벌류트 형상의 랩을 갖는 고정스크롤과 선회스크롤이 서로 맞물리고, 그 중 선회스크롤이 회전축의 구동핀부에 결합하여 선회운동을 하면서 두 랩 사이에 연속적으로 위치가 이동하는 복수개의 압축실을 형성하며, 그 중 어느 하나의 압축실 압력이 과도하게 상승하는 경우 상기 선회스크롤이 일정범위 내에서 편심 회전하면서 반경방향으로 후퇴하여 두 스크롤의 랩이 서로 이격되도록 구동핀부와 선회스크롤 사이에 편심 회전 가능한 편심부시를 구비하는 가변반경식 스크롤 압축기에 있어서 ;

상기 편심부시에는 회전축의 구동핀부에 결합하는 구동핀 결합구멍을 그 편심부시의 외주면에 대해 편심지게 형성하고,

상기 편심부시의 구동핀 결합구멍 일 측에는 구동핀부에 착탈하면서 상기한 편심부시의 편심 회전을 제한하도록 하는 스토퍼 핀을 구동핀 결합구멍 안쪽으로 돌출하여 결합하며,

상기 구동핀부의 외주면에는 편심부시가 일정 범위 만큼 편심 회전한 후 스토퍼 핀이 접촉하여 편심부시의 편심 회전을 제한할 수 있도록 스토퍼 걸림면을 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 반경방향 순응구조.
제1항에 있어서, 상기 스토퍼 걸림면이 디컷(D-cut)지게 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 반경방향 순응구조.
제2항에 있어서, 상기 스토퍼 걸림면과 이에 대응되는 스토퍼 핀의 사이에는 편시부시가 항상 선회운동을 하는 스크롤을 탄력 지지하도록 하는 탄성부재가 개재되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 반경방향 순응구조.