KR101952373B1 - 고압식 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압식 스크롤 압축기에 관한 것으로, 세퍼레이션 하우징의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부를 공급받아 선회 스크롤이 고정 스크롤 방향으로 밀착하도록 압력을 가하는 배압실이 센터 하우징에 설치되고, 메인 하우징 및 센터 하우징의 내부에는 배압실과 연통하여 세퍼레이션 하우징의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부를 배압실로 공급하는 배압실 유로가 형성되고, 상기 배압실 유로에는 상기 세퍼레이션 하우징의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부만을 상기 배압실로 이송하기 위해 감압수단인 오리피스가 설치되며, 상기 배압실 유로의 일부분인 메인 유로는 상기 회전축의 내부에 형성되고,상기 회전축의 메인 하우징 측 단부와, 상기 회전축의 메인 하우징 측 단부와 마주보는 상기 하우징의 내면 중 적어도 어느 하나에는, 상기 배압실 유로의 메인 유로로 혼합유체의 흐름이 유도되록 하는 유체저항 형상부가 형성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 고압식 스크롤 압축기에 배압실을 구성하고, 회전축의 중공을 통해 토출된 냉매 중 일부와 유분리된 오일이 배압실로 리턴 되도록 구성함으로써, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 간극에서 발생하는 미세 리크의 발생이 방지될 수 있게 되고, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 과다 밀착이 방지되어 토출 냉매의 온도 및 소비전력이 낮아지게 되고, 이를 통해 효율이 향상될 수 있게 된다.

Description

고압식 스크롤 압축기{HIGH-PRESSURE TYPE SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 고압식 스크롤 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배압실을 적용한 고압식 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 고정되는 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. 그리고 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.

한편, 스크롤 압축기는 하우징의 내부에 흡입 가스(냉매)가 채워지느냐 토출 가스(냉매)가 채워지느냐에 따라 크게 저압식과 고압식으로 구분할 수 있다. 상술한 종래 기술에 의한 스크롤 압축기는 저압식 스크롤 압축기이고, 이러한 저압식 스크롤 압축기의 경우, 상술한 것처럼 배압실이 구성되기 때문에 선회 스크롤과 고정 스크롤이 간극 없이 밀착되어 압축실이 밀폐될 수 있게 되지만, 고압식 압축기의 경우에는 위와 같은 배압실이 구성되어 있지 않았기 때문에 선회 스크롤을 축 방향으로 유동시켜 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이를 적정한 압력으로 간극 없이 밀착시키지 못하였다. 따라서 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 간극에서 미세 리크(leak)가 발생하여 토출 냉매의 온도가 상승함으로써, 압축 성능이 저하되는 문제점이 있었고, 선회 스크롤이 고정 스크롤에 과다하게 밀착하는 경우에는 마찰 과다로 소비전력이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 배압실을 구성하고, 회전축의 중공을 통해 토출된 냉매 중 일부와 유분리된 오일이 배압실로 리턴 되도록 구성함으로써, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 간극에서 발생하는 미세 리크의 발생을 방지하고, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 과다 밀착을 방지할 수 있는 고압식 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고압식 스크롤 압축기는 스테이터와 로터 및 회전축을 포함하는 구동부를 수용하는 메인 하우징과, 냉매 및 오일을 포함하는 혼합유체를 흡입하는 흡입구가 형성된 고정 스크롤과, 상기 구동부의 회전축에 의해 선회 운동하면서 상기 고정 스크롤과 맞물려 압축실을 형성하는 선회 스크롤과, 일측 외면에 상기 선회 스크롤이 선회 가능하게 설치되는 센터 하우징과, 상기 압축실에서 압축된 고압의 혼합유체가 이동하는 고압부와 상기 고정 스크롤로 유입되는 저압의 혼합유체가 이동하는 저압부를 포함하는 세퍼레이션 하우징을 포함하는 고압식 스크롤 압축기에 있어서, 상기 세퍼레이션 하우징의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부를 공급받아 상기 선회 스크롤이 상기 고정 스크롤 방향으로 밀착하도록 압력을 가하는 배압실이 상기 센터 하우징에 설치되고, 상기 메인 하우징 및 상기 센터 하우징의 내부에는 상기 배압실과 연통하여 상기 세퍼레이션 하우징의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부를 상기 배압실로 공급하는 배압실 유로가 형성되고, 상기 배압실 유로에는 상기 세퍼레이션 하우징의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부만을 상기 배압실로 이송하기 위해 감압수단인 오리피스가 설치되며, 상기 배압실 유로의 일부분인 메인 유로는 상기 회전축의 내부에 형성되고,상기 회전축의 메인 하우징 측 단부와, 상기 회전축의 메인 하우징 측 단부와 마주보는 상기 하우징의 내면 중 적어도 어느 하나에는, 상기 배압실 유로의 메인 유로로 혼합유체의 흐름이 유도되록 하는 유체저항 형상부가 형성되는 것이 바람직하다.

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상기 세퍼레이션 하우징의 저압부에는 상기 배압실 유로와 연결되어 상기 배압실의 압력을 조절하는 릴리프 밸브가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 배압실로 이동된 혼합유체가 상기 배압실 유로를 따라 상기 릴리프 밸브를 통해 이동할 때 발생하는 상기 배압실과 상기 세퍼레이션 하우징의 고압부의 압력 차로 인한 상기 배압실을 씰링하는 샤프트씰의 뒤집힘 현상을 방지하는 뒤집힘 방지턱이 상기 회전축의 외주에 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 고압식 스크롤 압축기에 따르면, 배압실을 구성하고, 회전축의 중공을 통해 토출된 냉매 중 일부와 유분리된 오일이 배압실로 리턴 되도록 구성함으로써, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 간극에서 발생하는 미세 리크의 발생이 방지될 수 있게 되고, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 과다 밀착이 방지될 수 있게 되며, 결과적으로 토출 냉매의 온도 및 소비전력이 낮아지게 되어 효율이 향상될 수 있게 된다.

도 1은 종래의 스크롤 압축기를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고압식 스크롤 압축기를 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 "A" 영역을 확대 도시한 도면.
도 4는 도 2의 "B" 영역을 확대 도시한 도면.
도 5는 도 2의 "C" 영역을 확대 도시한 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 용어들로서, 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 고압식 스크롤 압축기를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 "A" 영역을 확대 도시한 도면이며, 도 4는 도 2의 "B" 영역을 확대 도시한 도면이고, 도 5는 도 2의 "C" 영역을 확대 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고압식 스크롤 압축기는 대략의 원통 형상으로 형성되는 메인 하우징(10)과, 이 메인 하우징(10)의 내부에 설치되는 구동부(20)와, 일측 외면에 선회 스크롤(32)이 선회 가능하게 설치되는 센터 하우징(11)과, 압축부(30)를 포함하고, 냉매 및 오일을 포함하는 혼합유체를 압축하는 압축실(60)과, 상기 압축실(60)에서 압축된 고압의 혼합유체가 이동하는 고압부와 상기 고정 스크롤(31)로 유입되는 저압의 혼합유체가 이동하는 저압부를 포함하는 세퍼레이션 하우징(15)과, 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부를 공급받아 상기 선회 스크롤(32)이 상기 고정 스크롤(31) 방향으로 밀착하도록 압력을 가하는 배압실(80)과, 상기 메인 하우징(10) 및 상기 센터 하우징(11)의 내부에 형성되고, 상기 배압실(80)과 연통하여 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부를 상기 배압실(80)로 공급하는 배압실 유로(100)를 포함한다.

상기 구동부(20)는 상기 메인 하우징(10)의 내측에 동축 상으로 장착되는 스테이터(21)와, 로터(22) 및 회전축(23)을 포함하여 구성되고, 상기 압축부(30)는 상기 센터 하우징(11)의 내측에 고정되는 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 구성된다. 여기서, 상기 고정 스크롤(31)의 측부에는 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 저압부로 유입되는 냉매 및 오일을 포함하는 저압의 혼합유체를 흡입하는 흡입구(31a)가 형성되고, 상기 고정 스크롤(31)의 중심부에는 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 고압부로 고압의 혼합유체를 토출하는 토출구(31b)가 형성된다.

상기 배압실 유로(100)는 상기 메인 하우징(10) 및 상기 센터 하우징(11)의 내부에 위치하고, 상기 배압실(80) 및 상기 세퍼레이션 하우징(15)과 연통하도록 설치된다.

이러한 상기 배압실 유로(100)는 상기 메인 하우징(10) 및 상기 센터 하우징(11)의 내부 중 적절한 곳에 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 상기 메인 하우징(10) 및 상기 센터 하우징(11) 내부의 다양한 작동 환경 및 공간 활용을 고려할 때 상기 구동부(20)의 회전축(23)의 내부에 그 일부분이 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 배압실 유로(100)는 상기 회전축(23)의 내부에 형성되는 메인 유로(110)와, 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부를 상기 메인 유로(110)로 이송하는 제1 서브 유로(120)와, 상기 배압실(80)에 이송된 혼합유체를 다시금 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 저압부로 이송하는 제2 서브 유로(130)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 서브 유로(120)와 상기 제2 서브 유로(130)는 도면에서 간략히 화살표로 도시하였고, 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 고압부와 상기 제1 서브 유로(120)는 연결되는 구성이지만 구체적인 연결 구성은 생략하여 도시하였다.

한편, 도 3을 참조하면, 상기 배압실 유로(100)에는 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부만을 상기 배압실(80)로 이송하기 위해 감압수단인 오리피스(200)가 설치될 수 있다.

또한, 상기 회전축(23)의 메인 하우징(10) 측 단부(23a)와, 상기 회전축(23)의 메인 하우징(10) 측 단부(23a)와 마주보는 상기 하우징(10)의 내면(10a) 중 적어도 어느 하나에는, 상기 배압실 유로(100)의 메인 유로(110)로 혼합유체의 흐름이 유도되록 하는 유체저항 형상부(23b,10b)가 형성될 수 있으며, 여기서, 상기 유체저항 형상부(23b,10b)는 상기 회전축(23)의 메인 하우징(10) 측 단부(23a) 또는 상기 회전축(23)의 메인 하우징(10) 측 단부(23a)와 마주보는 상기 하우징(10)의 내면(10a)의 표면 조도를 거칠게 할 수 있는 다양한 형상으로도 형성될 수 있으며, 예컨대, 도 3에 도시된 것처럼 돌기 형상으로 형성될 수도 있다.

위와 같은 유체저항 형상부(23b,10b)가 상기 회전축(23)의 메인 하우징(10) 측 단부(23a)와, 상기 회전축(23)의 메인 하우징(10) 측 단부(23a)와 마주보는 상기 하우징(10)의 내면(10a) 중 적어도 어느 하나에 형성될 경우, 도 3에 도시된 것처럼, 혼합유체의 흐름이 화살표(H) 방향을 따라 메인 유로(110)로 유도될 수 있게 된다. 이는 상기 유체저항 형상부(23b,10b)로 인해 화살표(M) 방향을 따른 혼합유체의 흐름이 큰 저항을 받기 때문이다.

한편, 도 4를 참조하면, 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 저압부에는 상기 배압실 유로(100)와 연결되어 상기 배압실(80)의 압력을 조절하는 릴리프 밸브(300)가 설치될 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 상기 회전축(23)의 외주에는 상기 배압실(80)을 씰링하는 샤프트씰(S)이 화살표(F) 방향으로 뒤집히는 뒤집힘 현상을 방지하는 뒤집힘 방지턱(400)이 형성될 수 있다.

이처럼 회전축(23)의 외주에 뒤집힘 방지턱(400)을 형성할 경우, 상기 배압실(80)로 이동된 혼합유체가 상기 배압실 유로(100)를 따라 상기 릴리프 밸브(300)를 통해 이동할 때 발생하는 상기 배압실(80)과 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 고압부의 압력 차로 인한 상기 배압실(80)을 씰링하는 샤프트씰(S)의 뒤집힘 현상이 방지될 수 있게 된다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 고압식 스크롤 압축기에 따르면, 배압실을 구성하고, 회전축의 중공을 통해 토출된 냉매 중 일부와 유분리된 오일이 배압실로 리턴 되도록 구성함으로써, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 간극에서 발생하는 미세 리크의 발생이 방지될 수 있게 되고, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 과다 밀착이 방지될 수 있게 되며, 결과적으로 토출 냉매의 온도 및 소비전력이 낮아지게 되어 효율이 향상될 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 : 메인 하우징 11 : 센터 하우징
15 : 세퍼레이션 하우징 20 : 구동부
23 : 회전축 30 : 압축부
60 : 압축실 80 : 배압실
100 : 배압실 유로 200 : 오리피스
300 : 릴리프 밸브 400 : 뒤집힘 방지턱
23b,10b : 유체저항 형상부

Claims (6)

1. 스테이터(21)와 로터(22) 및 회전축(23)을 포함하는 구동부(20)를 수용하는 메인 하우징(10)과, 냉매 및 오일을 포함하는 혼합유체를 흡입하는 흡입구가 형성된 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, 일측 외면에 상기 선회 스크롤(32)이 선회 가능하게 설치되는 센터 하우징(11)과, 상기 압축실(60)에서 압축된 고압의 혼합유체가 이동하는 고압부와 상기 고정 스크롤(31)로 유입되는 저압의 혼합유체가 이동하는 저압부를 포함하는 세퍼레이션 하우징(15)을 포함하는 고압식 스크롤 압축기에 있어서,
   상기 세퍼레이션 하우징(15)의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부를 공급받아 상기 선회 스크롤(32)이 상기 고정 스크롤(31) 방향으로 밀착하도록 압력을 가하는 배압실(80)이 상기 센터 하우징(11)에 설치되고, 상기 메인 하우징(10) 및 상기 센터 하우징(11)의 내부에는 상기 배압실(80)과 연통하여 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부를 상기 배압실(80)로 공급하는 배압실 유로(100)가 형성되고,
   상기 배압실 유로(100)에는 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 고압부로 토출된 혼합유체의 일부만을 상기 배압실로 이송하기 위해 감압수단인 오리피스(200)가 설치되며,
   상기 배압실 유로(100)의 일부분인 메인 유로(110)는 상기 회전축(23)의 내부에 형성되고,
   상기 회전축(23)의 메인 하우징(10) 측 단부(23a)와, 상기 회전축(23)의 메인 하우징(10) 측 단부(23a)와 마주보는 상기 하우징(10)의 내면(10a) 중 적어도 어느 하나에는, 상기 배압실 유로(100)의 메인 유로(110)로 혼합유체의 흐름이 유도되록 하는 유체저항 형상부(23b,10b)가 형성되는 것을 특징으로 하는 고압식 스크롤 압축기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 세퍼레이션 하우징(15)의 저압부에는 상기 배압실 유로(100)와 연결되어 상기 배압실(80)의 압력을 조절하는 릴리프 밸브(300)가 설치되는 것을 특징으로 하는 고압식 스크롤 압축기.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 배압실(80)로 이동된 혼합유체가 상기 배압실 유로(100)를 따라 상기 릴리프 밸브(300)를 통해 이동할 때 발생하는 상기 배압실(80)과 상기 세퍼레이션 하우징(15)의 고압부의 압력 차로 인한 상기 배압실(80)을 씰링하는 샤프트씰(S)의 뒤집힘 현상을 방지하는 뒤집힘 방지턱(400)이 상기 회전축(23)의 외주에 형성되는 것을 특징으로 하는 고압식 스크롤 압축기.

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