KR101692570B1

KR101692570B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR101692570B1
Application number: KR1020120016071A
Authority: KR
Inventors: 임권수; 원종보; 황인국; 김홍민; 김덕수
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2017-01-03
Also published as: KR20130094654A

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 선회 스크롤(32)을 지지하는 배압실(80)의 압력을 조절하는 미세한 유로(100)가 배압실(80) 및 흡입실(50)과 연통하여 설치되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 배압실(80)의 압력 조절을 위해 종래의 체크 밸브(90) 대신 미세한 유로(100)가 설치됨으로써, 흡입실(50)의 냉매 온도 상승이 억제되어 스크롤 압축기의 성능이 향상될 수 있게 되고, 체크 밸브(90)의 사용이 불필요하게 되어 원가 절감 효과를 얻을 수 있게 된다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세한 유로를 통해 배압실의 압력이 조절될 수 있도록 한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 냉각시스템에서 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기는 다양한 형태로 개발되어 왔다. 이와 같은 압축기에는 냉매를 압축하는 구성이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다. 왕복식에는 구동원의 구동력을, 크랭크를 사용하여 복수개의 피스톤으로 전달하는 크랭크식, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식, 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있고, 회전식에는 회전하는 로터리축과 베인을 사용하는 베인로터리식, 선회 스크롤과 고정 스크롤을 사용하는 스크롤식이 있다.

도 1에는 종래 기술에 의한 스크롤 압축기의 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 스크롤 압축기는 외관을 형성하는 하우징(10) 내부에 구동부(20)와, 압축부(30)와, 제어부(40)가 설치되고, 상기 하우징(10)의 내부 공간은 흡입실(50)과, 압축실(60)과, 토출실(70)과, 배압실(80)로 구획된다.

상기 구동부(20)는 상기 하우징(10)의 내측에 동축 상으로 장착되는 스테이터(21) 및 로터(22)를 포함하여 구성되고, 상기 압축부(30)는 상기 하우징(10)의 내측에 공정되는 고정 스크롤(31) 및 상기 구동부(20)에 의해 선회 운동하면서 상기 고정 스크롤(31)과 맞물려 압축실(60)을 형성하는 선회 스크롤(32)을 포함하여 구성되며, 상기 제어부(40)는 상기 하우징(10)의 내측에 장착되는 PCB 등 각종 구동회로 및 소자들을 포함하여 구성된다.

상기 흡입실(50)은 상기 하우징(10)의 외부로부터 흡입되는 혼합유체(냉매 및 오일을 포함함)가 저장되는 공간이고, 상기 압축실(60)은 상기 흡입실(50)로 흡입된 냉매가 압축되는 공간이며, 상기 토출실(70)은 상기 압축실(60)에서 압축된 냉매가 토출되는 공간이고, 상기 배압실(80)은 상기 선회 스크롤(32)이 상기 고정 스크롤(31) 방향으로 밀착하도록 압력을 가하기 위한 공간이다.

위와 같이 구성된 스크롤 압축기에 의해 냉매가 압축되는 과정을 살펴보면, 먼저 접속단 등을 통해 제어부(40)로 외부 전원이 인가되면, 상기 제어부(40)는 구동회로 등을 통해 구동부(20)로 동작 신호를 전송한다.

상기 구동부(20)로 동작 신호가 전송되면, 하우징(10)의 내주면에 압입되어 있는 전자석 형태의 스테이터(21)가 여자되어 자성을 띠게 되고, 그에 따라 로터(22)와 스테이터(21) 간에 전자기적인 상호 작용이 이루어져 로터(22)가 고속으로 회전하게 된다.

이때, 구동부(20)의 회전축(23)이 고속 회전하게 되면, 이 회전축 후단에 결합된 압축부(30)의 선회 스크롤(32)이 동기하여 고속으로 회전하게 되고, 이에 따라 마주보는 상태로 정합된 고정 스크롤(31)과의 상호 작용에 의해 상기 흡입실(50)에서 압축실(60)로 유동한 냉매가 스크롤 외주로부터 스크롤 중심부로 고압으로 압축된 후 상기 토출실(70)로 토출되면서 일련의 냉매 압축 동작이 완료하게 된다.

한편, 상기 토출실(70)로 토출된 혼합유체는 하우징(10)의 외부로 이송되고, 이 중 일부의 혼합유체는 오리피스를 통해 감압된 뒤 배압실(80)로 이송되며, 배압실(80)로 이송된 혼합유체에 의해 상기 배압실(80)에는 압력이 발생하고, 이 압력에 의해 상기 선회 스크롤(32)이 상기 고정 스크롤(31) 방향으로 밀착되어 선회 스크롤(32)과 고정 스크롤(31)이 간극 없이 밀착되어 압축실(60)이 밀폐될 수 있게 된다.

그런데, 상기 배압실(80)의 압력은 배압실(80)에 설치된 체크 밸브(90)를 통해 흡입실(50)의 압력과 연동되어 조절된다. 즉, 배압실(80)의 압력이 흡입실(50)의 압력보다 일정 크기 이상 높을 경우 상기 체크 밸브(90)가 열리면서 배압실(80)의 냉매가 흡입실(50)로 이송되어 배압실(80)의 압력은 흡입실(50)의 압력 대비 일정 크기 만큼만 높도록 유지된다.

하지만 위와 같이 배압실(80)의 혼합유체가 흡입실(50)로 이동할 경우 배압실(80)로부터 이동하는 고온의 냉매 때문에 흡입실(50)의 냉매 온도가 상승하게 됨으로써, 스크롤 압축기의 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 배압실(80)의 압력 조절을 위해 체크 밸브(90)가 사용되기 때문에 체크 밸브(90)의 사용으로 인하여 스크롤 압축기의 제조 원가가 상승하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 배압실의 압력 조절을 위해 종래의 체크 밸브 대신 미세한 유로가 설치됨으로써, 흡입실의 냉매 온도 상승이 억제되어 성능이 향상될 수 있고, 체크 밸브의 사용이 불필요하게 되어 원가 절감 효과를 얻을 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 스테이터와 로터 및 회전축을 포함하는 구동부를 수용하고, 냉매 및 오일을 포함하는 혼합유체를 흡입하는 흡입실이 내부에 형성된 하우징과, 이 하우징 내에 고정되는 고정 스크롤과, 상기 구동부의 회전축에 의해 선회 운동하면서 상기 고정 스크롤과 맞물려 압축실을 형성하는 선회 스크롤과, 상기 압축실에서 압축된 상기 혼합유체가 토출되는 토출실과, 상기 선회 스크롤이 상기 고정 스크롤 방향으로 밀착하도록 압력을 가하기 위해 상기 토출실로부터 상기 혼합유체를 공급받는 배압실을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 하우징의 내부에는 상기 배압실 및 흡입실과 연통하여 상기 배압실의 압력을 조절하는 유로가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 유로는 상기 배압실로부터 상기 흡입실로의 혼합유체 이송시 감압이 이루어질 수 있도록 미세관으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 배압실의 압력 조절은 상기 혼합유체에 포함된 오일이 상기 배압실의 압력과 연동되어 상기 유로를 폐쇄하거나 개방함에 따라 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 유로는 상기 회전축의 내부에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 유로의 입구는 상기 회전축의 단부 중심에 형성되고, 상기 유로의 출구는 상기 회전축의 측부에 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 스크롤 압축기에 따르면, 배압실의 압력 조절을 위해 종래의 체크 밸브 대신 미세한 유로가 설치됨으로써, 흡입실의 냉매 온도 상승이 억제되어 성능이 향상될 수 있게 되고, 체크 밸브의 사용이 불필요하게 되어 원가 절감 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 종래의 스크롤 압축기를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에 적용된 미세한 유로를 통한 배압실의 압력 조절 과정을 나타낸 도면.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에 적용된 미세한 유로를 통한 배압실의 압력 조절 과정을 나타낸 도면이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기는 대략의 원통 형상으로 형성되는 하우징(10)과, 이 하우징(10)의 내부에 설치되는 구동부(20)와, 압축부(30)와, 제어부(40)를 포함하고, 상기 하우징(10)의 내부 공간에 구획되는 흡입실(50)과, 압축실(60)과, 토출실(70)과, 배압실(80)과, 유로(100)를 포함한다.

상기 구동부(20)는 상기 하우징(10)의 내측에 동축 상으로 장착되는 스테이터(21)와, 로터(22) 및 회전축(23)을 포함하여 구성되고, 상기 압축부(30)는 상기 하우징(10)의 내측에 공정되는 고정 스크롤(31) 및 상기 구동부(20)에 의해 선회 운동하면서 상기 고정 스크롤(31)과 맞물려 압축실(60)을 형성하는 선회 스크롤(32)을 포함하여 구성되며, 상기 제어부(40)는 상기 하우징(10)의 내측에 장착되는 PCB 등 각종 구동회로 및 소자들을 포함하여 구성된다.

상기 유로(100)는 상기 하우징(10)의 내부에 위치하고, 상기 배압실(80) 및 흡입실(50)과 연통하도록 설치되며, 상기 배압실(80)의 압력을 조절하기 위해 종래의 체크 밸브를 대신하도록 마련된 구성으로서, 상기 배압실(80)의 압력 조절은 상기 혼합유체에 포함된 오일(O)이 상기 배압실(80)의 압력과 연동되어 상기 유로(100)를 폐쇄하거나 개방함에 따라 자동으로 이루어진다.

이러한 상기 유로(100)는 상기 하우징(10)의 내부 중 적절한 곳에 다양한 형태로 설치될 수 있으며, 상기 하우징(10) 내부의 다양한 작동 환경 및 공간 활용을 고려할 때 상기 구동부(20)의 회전축(23)의 내부에 설치되는 것이 바람직하고, 이때, 상기 유로(100)의 입구(110)는 상기 회전축(23)의 단부 중심에 형성되고, 상기 유로(100)의 출구(120)는 상기 회전축(23)의 측부에 형성된다.

한편, 상기 유로(100)는 상기 배압실(80)로부터 상기 흡입실(50)로의 혼합유체 이송시 감압이 이루어질 수 있도록 미세관으로 형성되는 것이 바람직하며, 이처럼 상기 유로(100)가 미세관으로 형성될 경우 상기 유로(100)를 통해 이송되는 혼합유체가 감압되는 동안 혼합유체 중의 냉매의 온도가 낮아지게 되어 상기 흡입실(40)에서의 냉매 온도 상승이 억제될 수 있게 되고, 이를 통해 스크롤 압축기의 성능이 향상될 수 있게 된다. 여기서, 상기 유로(100)가 미세관인지의 여부는 내경의 크기에 의해 구분되는 것은 아니며, 스크롤 압축기의 설계사양에 따라 원하는 감압 및 감온이 이루어질 수 있을 정도로 내경이 작게 형성되는 경우면 족하다.

이때, 구동부(20)의 회전축(23)이 고속 회전하게 되면, 이 회전축 후단에 결합된 압축부(30)의 선회 스크롤(32)이 동기하여 고속으로 회전하게 되고, 이에 따라 마주보는 상태로 정합된 고정 스크롤(31)과의 상호 작용에 의해 상기 흡입실(50)에서 압축실(60)로 유동한 혼합유체가 스크롤 외주로부터 스크롤 중심부로 고압으로 압축된 후 상기 토출실(70)로 토출되면서 일련의 냉매 압축 동작이 완료하게 된다.

한편, 상기 토출실(70)로 토출된 혼합유체는 하우징(10)의 외부로 이송되고, 이 중 일부의 혼합유체는 오리피스를 통해 감압된 뒤 배압실(80)로 이송되며, 배압실(80)로 이송된 혼합유체에 의해 상기 배압실(80)에는 압력이 발생하고, 이 압력에 의해 상기 선회 스크롤(32)이 상기 고정 스크롤(31) 방향으로 밀착되면서 선회 스크롤(32)과 고정 스크롤(31)이 간극 없이 밀착되어 압축실(60)이 밀폐될 수 있게 된다. 이때, 상기 배압실(80)의 압력은 상기 배압실(80) 및 흡입실(50)과 연통하여 설치되는 상기 유로(100)를 통해 상기 배압실(80)의 압력과 연동되어 조절된다.

이하에서는 상기 유로(100)를 통한 배압실(80)의 압력 조절이 어떻게 이루어지는 지를 도 3을 참조하고, 도 2를 부분적으로 참조하여 설명한다.

도 3을 참조하면, 배압실(80)에는 토출실(70)로부터 이송된 혼합유체가 존재하기에 배압실(80)의 압력(Pc)은 흡입실(50)의 압력(Ps)보다 높다. 따라서 배압실(80)의 혼합유체는 미세관으로 형성된 유로(100)를 통해 흡입실(50)로 이송된다.이때, 상기 혼합유체는 미세한 유로(100)를 통해 이송되기에 압력이 낮아지게 되고(ΔP_drop 만큼의 압력 저하가 발생함), 압력이 낮아짐에 따라 유로(100)의 일정 지점(L)에는 혼합유체에 포함된 오일(O)이 적층되기 시작한다.

상기 유로(100)에서 오일(O)의 적층이 진행됨에 따라 상기 유로(100)는 오일(O)에 의해 폐쇄되고, 유로(100) 내부의 혼합유체의 압력은 유로(100)를 폐쇄한 오일(O)의 점성을 이기지 못하게 되어 더 이상 혼합유체가 흡입실(50)로 이송되지 못하게 된다.

한편, 토출실(70)의 압력이 증가하여 배압실(80)의 압력이 증가하는 경우, 상기 유로(100)에서 오일(O)이 적층되는 지점이 흡입실(50) 쪽으로 이동[지점(L)에서 지점(L')으로 이동]하게 되면서 유로(100)가 개방된다.

이처럼 유로(100)가 개방됨에 따라 배압실(80)의 혼합유체가 흡입실(50)로 이송될 수 있게 되어 배압실(80)의 과도한 압력 상승이 조절될 수 있게 된다. 배압실(80)의 압력(Pc)이 과도할 경우 선회 스크롤(32)이 고정 스크롤(31)에 과다하게 밀착되어 선회 스크롤(32)의 구동을 위한 전력소비가 증가하기 때문에 배압실(80)의 압력(Pc)은 토출실(70)의 압력[또는 압축실(60)의 압력]보다 과도하지 않은 수준으로 유지될 필요가 있다.

한편, 토출실(70)의 압력이 감소하여 배압실(80)의 압력이 감소하는 경우, 상기 유로(100)에서 오일(O)이 적층되는 지점이 배압실(80) 쪽으로 이동[지점(L)에서 지점(L")으로 이동]하게 되면서 유로(100)가 폐쇄된다.

이처럼 유로(100)가 폐쇄됨에 따라 배압실(80)의 혼합유체가 흡입실(50)로 이송될 수 없게 되어 배압실(80)의 현저한 압력 저하가 조절될 수 있게 된다. 배압실의 압력(Pc)이 토출실(70)의 압력 대비 현저하게 낮을 경우 선회 스크롤(32)과 고정 스크롤(31) 사이에 간극이 발생하게 되면서 압축실(60)에서 내부리크가 발생할 수 있기 때문에 배압실(80)의 압력(Pc)은 토출실(70)의 압력[또는 압축실(60)의 압력]보다 현저하게 낮지 않은 수준으로 유지될 필요가 있다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에 따르면, 배압실의 압력 조절을 위해 종래의 체크 밸브 대신 미세한 유로가 설치됨으로써, 흡입실의 냉매 온도 상승이 억제되어 스크롤 압축기의 성능이 향상될 수 있게 되고, 체크 밸브의 사용이 불필요하게 되어 원가 절감 효과를 얻을 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.

10 : 하우징 20 : 구동부
23 : 회전축 30 : 압축부
40 : 제어부 50 : 흡입실
60 : 압축실 70 : 토출실
80 : 배압실 100 : 유로
110 : 입구 120 : 출구

Claims

스테이터(21)와 로터(22) 및 회전축(23)을 포함하는 구동부(20)를 수용하고, 냉매 및 오일을 포함하는 혼합유체를 흡입하는 흡입실(50)이 내부에 형성된 하우징(10)과, 이 하우징(10) 내에 고정되는 고정 스크롤(31)과, 상기 구동부(20)의 회전축(23)에 의해 선회 운동하면서 상기 고정 스크롤(31)과 맞물려 압축실(60)을 형성하는 선회 스크롤(32)과, 상기 압축실(60)에서 압축된 상기 혼합유체가 토출되는 토출실(70)과, 상기 선회 스크롤(32)이 상기 고정 스크롤(31) 방향으로 밀착하도록 압력을 가하기 위해 상기 토출실(70)로부터 상기 혼합유체를 공급받는 배압실(80)을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서,
상기 하우징(10)의 내부에는 상기 배압실(80) 및 흡입실(50)과 연통하여 상기 배압실(80)의 압력을 조절하는 유로(100)가 설치되고,
상기 유로(100)는,
상기 배압실(80)의 압력이 사전에 결정된 제1 압력 범위에 포함되면, 상기 혼합유체에 포함된 오일이 상기 유로(100)의 내부에 적층되어 상기 유로(100)가 폐쇄됨으로써, 상기 배압실(80)의 압력이 상기 제1 압력 범위보다 낮아지는 것을 방지하고,
상기 배압실(80)의 압력이 상기 제1 압력 범위보다 높은 제2 압력 범위에 포함되면, 상기 유로(100)의 내부에 적층되어 있던 오일이 상기 유로(100)의 출구(120) 측으로 이동되어 상기 유로(100)가 개방됨으로써, 상기 배압실(80)의 압력이 상기 제2 압력 범위보다 높아지는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 유로(100)는 상기 배압실(80)로부터 상기 흡입실(50)로의 혼합유체 이송시 감압이 이루어질 수 있도록 미세관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 유로(100)는 상기 회전축(23)의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 4에 있어서,
상기 유로(100)의 입구(110)는 상기 회전축(23)의 단부 중심에 형성되고, 상기 유로(100)의 출구(120)는 상기 회전축(23)의 측부에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.