KR20100016916A

KR20100016916A - 배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR20100016916A
Application number: KR1020080076567A
Authority: KR
Inventors: 구인회; 이건호
Original assignee: 학교법인 두원학원; 주식회사 두원전자
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2010-02-16
Also published as: WO2010016689A3; KR101151206B1; US20110194964A1; CN102124228A; DE112009001893B4; CN102124228B; DE112009001893T5; US8550797B2; WO2010016689A2

Abstract

본 발명은 하우징과; 회전력이 발생되는 구동부와; 흡입된 유체를 압축하기 위해 나선형의 스크롤 랩으로 구성되고 상기 구동부의 구동축 회전에 관계없이 고정되어 있는 고정 스크롤과, 구동축의 회전에 따라 선회하며 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩과 결합하는 나선형의 스크롤 랩이 형성되는 선회 스크롤로 구성되는 스크롤 압축부로 구성되는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 하우징의 내부에 배치되어 상기 선회 스크롤의 후면을 지지하며 내부에는 배압실이 형성되는 메인 프레임; 상기 선회 스크롤과 메인 프레임 사이에 배치되는 스러스트 플레이트 및 상기 선회 스크롤과 메인 프레임 사이에 삽입되는 실링부재를 포함하되, 상기 실링부재는, 상기 선회 스크롤과 스러스트 플레이트 사이에 삽입되는 제1실링부재와, 상기 스러스트 플레이트와 메인 프레임 사이에 삽입되는 제2실링부재로 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 선회스크롤과 메인프레임의 마찰 부위에 경도가 높은 트러스트 부재를 추가하여 질량의 증가를 최소화하면서 마찰부위의 마모가 방지됨과 아울러 압축기의 효율저하 및 파손을 방지하는 효과를 제공한다.

스크롤 압축기, 배압, 실링

Description

배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기{A SCROLL COMPRESSOR IMPROVED IN FUNCTION OF BACK PRESSURE CONTROL}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배압조절을 수행하면서 배압실의 실링을 확실하게 유지하여 효율을 향상시키는 배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤 압축기는 스크롤 랩으로 구성되고 구동축의 회전에 관계없이 고정되어 있는 고정 스크롤과, 구동축의 회전에 따라 선회하는 선회 스크롤의 상대적인 운동을 통해 압축을 수행하는 장치로서 시중에 많은 종류가 개시되어 있다.

상기한 스크롤 압축기의 일례로서 한국공개특허공보 제1998-0050613호에 개시되어 있으며, 도 1을 참조하여 그 구조에 대하여 간략히 기술하도록 한다.

도시된 바와 같이, 종래의 스크롤 압축기는, 밀폐용기(1)의 내측 상,하부에 상,하부프레임(2,3)이 설치되고, 그 상,하부프레임(2,3) 사이에 고정자(4)가 고정,설치되며, 그 고정자(4)의 내주연에는 회전자(5)가 삽입설치되고, 그 회전자(5)의 중앙에는 구동축(6)이 상부프레임(2)의 중앙부를 관통하도록 압입되며, 상기 상부프레임(2)의 상단면에는 인벌류트 곡선으로 랩(Wrap)(7a)이 형성된 선회스크롤(7)이 구동축(6)과 편심되게 결합되어 얹혀진다.

그리고, 상기 선회스크롤(7)의 상측에는 선회스크롤(7)의 랩과 서로 맞물려 압축실을 형성하는 고정스크롤(8)이 얹혀져 상부프레임(2)의 가장자리에 체결되며, 상기 상부프레임(2)과 선회스크롤(7) 사이에는 자전방지기구인 올댐링(9)이 결합되어 있다.

도면중 미설명 부호인 10은 토출커버, 11은 역지변 하우징, 12는 흡입파이프, 13은 토출파이프이다.

상기와 같이 구성된 종래의 스크롤 압축기는, 인가된 전원에 의해 고정자(4)의 내측에서 회전자(5)가 회전을 하면서 구동축(6)을 회전시키고, 그 구동축(6)은 선회스크롤(7)을 편심거리 만큼 편심회전을 시키게 되는데, 이때 상기 올댐링(9)에 의해 선회스크롤(7)은 축의 중심을 원점으로 선회반경만름 떨어진 거리에서 선회운동을 하게 된다.

이와 같은 선회스크롤(7)의 선회운동에 의해 그 선회스크롤(7)과 고정스크롤(8)의 각 랩(7a,8a) 사이에는 압축실(포켓)이 형성되고, 그 압축실은 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소되어 흡입된 냉매가스를 더욱 압축하게 되는 것이다.

여기서, 상기 고정스크롤(8)의 배면과 토출커버(10)의 저면은 각각 한 번씩 요철(凹凸)구조로 성형되어 그 요철의 대응면에 배압실(14)이 형성되고, 그 배압 실(14)의 일측에는 고정스크롤(8)의 압축실과 연통되는 배압공(14a)이 형성되며, 상기 배압실(14)의 양측에는 실링재(미도시)가 개재되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 스크롤 압축기는, 상기 고정스크롤(8)에 형성된 흡입구(미도시)를 통해 유입된 냉매가스가 선회스크롤(7)의 선회운동에 따라 스크롤 원주의 양끝단 부분에서 동시에 흡입되어 동일 체적으로 형성된 2개의 초승달형 포켓(Pocket, 또는 압축실)에 갇히게 되고, 이 포켓이 연속적으로 체적이 감소하면서 중심을 향하여 이동하는 과정에서 상기 냉매가스가 압축되는 것이었다.

상기와 같은 종래의 스크롤 압축기에서는, 고정스크롤(8)의 소정위치에 배압실(14)과 연통되는 하나의 배압공(14a)이 형성되어 있고, 그 배압공(14a)을 통하여 중간압의 냉매가스가 배압실(14)로 들어가 그 압력으로 고정스크롤(8)이 선회스크롤(7) 측으로 밀착되어 냉매가스의 누설을 방지하게 된다.

그러나, 종래의 스크롤 압축기는 배압에 의해 고정스크롤(8)을 선회스크롤(7)에 대하여 축방향 이동시키는 구조로 되어 있어 구조가 불안하고 진동이 심한 단점이 있었다.

또한, 상기 선회스크롤(7)은 포켓의 고압에 의해 하단으로 밀리면서 상부프레임(2)의 상단면과 접촉이 발생하고, 이로 인해 선회스크롤(7)과 상부프레임(2) 사이에 과도한 마찰을 일으켜서 압축기의 효율을 떨어뜨리고 파손이 일어나는 경우가 있었다.

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 마찰 부위에 경도가 높은 트러스트 부재를 추가하여 질량의 증가를 최소화하면서 마찰부위의 마모가 방지됨과 아울러 압축기의 효율저하 및 파손을 방지하는 배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 실링부재의 면적을 조절하여 배압력의 조절이 용이한 배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 실링부재의 취부를 위한 공간 확보가 용이하여 배압실의 실링을 충분히 유지할 수 있음과 아울러 실링부재의 내구성을 향상시킬 수 있는 배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기는, 하우징과; 회전력이 발생되는 구동부와; 흡입된 유체를 압축하기 위해 나선형의 스크롤 랩으로 구성되고 상기 구동부의 구동축 회전에 관계없이 고정되어 있는 고정 스크롤과, 구동축의 회전에 따라 선회하며 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩과 결합하는 나선형의 스크롤 랩이 형성되는 선회 스크롤로 구성되는 스크롤 압축부로 구성되는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 하우징의 내부에 배치되어 상기 선회 스크롤의 후면을 지지하며 내부에는 배압실이 형성되는 메인 프레임; 상기 선회 스크롤과 메인 프레임 사이에 배치되는 스러스트 플레이트 및 상기 선회 스크롤과 메인 프레임 사이에 삽입되는 실링부재를 포함하되, 상기 실링부재는, 상기 선회 스크롤과 스러스트 플레이트 사이에 삽입되는 제1실링부재와, 상기 스러스트 플레이트와 메인 프레임 사이에 삽입되는 제2실링부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 선회 스크롤과 메인 프레임은 알루미늄으로 형성되고, 상기 스러스트 플레이트는 철계 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스러스트 플레이트는 열처리 및 표면처리를 한 것이 바람직하다.

그리고, 상기 메인프레임에는 상기 스러스트 플레이트가 삽입되는 수용홈이 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 스러스트 플레이트의 외경은 선회 스크롤의 선회 직경보다 큰 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 퓨즈홀더 및 이를 구비하는 배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기에 따르면, 선회스크롤과 메인프레임의 마찰 부위에 경도가 높은 트러스트 플레이트를 추가하여 질량의 증가를 최소화하면서 마찰부위의 마모가 방지됨과 아울러 압축기의 효율저하 및 파손을 방지하는 효과를 제공한다.

또한, 실링부재의 면적을 조절하여 배압력의 조절이 용이한 효과를 제공한다.

또한, 실링부재의 취부를 위한 공간 확보가 용이하여 배압실의 실링을 충분히 유지할 수 있음과 아울러 실링부재의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 실시예를 나타내는 종단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 배압구조를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 배압력을 표시한 종단면도이다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스크롤 압축기(A)는, 하우징(100)과, 회전력이 발생되는 구동부와, 상기 구동부에 의해 구동되는 구동축(200)과, 흡입된 유체를 압축하기 위해 스크롤 랩(510)으로 구성되고 구동축(200)의 회전에 관계없이 고정되어 있는 고정 스크롤(500)과, 구동축(200)의 회전에 따라 선회하며 나선형의 스크롤 랩(410)이 형성되는 선회 스크롤(400)로 구성되는 스크롤 압축부로 구성되어 있다.

그리고, 본 발명에서는 상기 하우징(100)이 전방 하우징(600), 메인 하우징(300) 및 후방 하우징(700) 3개로 구성되어 있지만, 필요에 따라 2개로 분할될 수 있다.

여기서, 전방 하우징(600)에는 토출관(미도시)과 토출실(610)이 형성되어 있 고, 하우징(100)의 중도부에는 냉매가 통과하는 통로가 형성되어 있으며,하우징(100)의 후방부에는 흡입관(미도시)과 흡입실(710)이 각각 형성되어 있다.

그러나, 각종 흡입관, 흡입실, 토출관 및 토출실이 전술한 바와 같이 형성될 이유는 없으며, 필요와 편의에 따라 하우징의 임의 위치에 각각 형성될 수 있다.

또한, 상기 하우징(100)의 내부에는 구동축(200) 등을 내부에서 지지하기 위한 메인 프레임(800)을 별도로 구비하며, 그 내부에는 배압실(BAC)이 형성된다.

그리고, 상기 구동부는 고정자(210) 및 상기 고정자(210)의 내측에 위치하는 회전자(220)로 형성되는 구동 모터(230)와, 구동 모터(230)의 중심부에 끼워져서 회전하는 구동축(200)이 포함된다.

또한, 상기 구동 모터(230)에 의해 회전구동되는 구동축(200)의 앞쪽에는 메인 베어링(240)과 서브 베어링(250)이 설치되어 있으며, 상기 서브 베어링(250)은 상기 구동축(200)에 대하여 편심되게 설치된 편심작용부(260)의 둘레부분을 지지한다.

아울러, 상기 구동축(200)의 내부에는 후술하는 전방 하우징(600)의 토출실(610)로부터 오일이 복귀하도록 복귀유로(290)가 길이방향으로 관통 형성되어 있다.

특히, 상기 구동축 복귀유로(290)에는 조절밸브(270)가 설치되어 있다. 따라서, 배압실(BAC)의 압력이 클 때 조절밸브(270)가 열려 오일이 배출된다.

또한, 상기 스크롤 압축부는, 전방 하우징(600)에 대하여 고정되어 있으며 스크롤 랩(510)이 형성되어 있는 고정 스크롤(500)과, 상기 고정 스크롤(500)과 결 합되는 것으로서 역시 나선형의 스크롤 랩(410)이 형성되는 선회 스크롤(400)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 구동축(200)에 설치된 편심작용부(260)는 서브 베어링(250)을 매개로 선회 스크롤(400)에 연결된다.

이에 따라서, 구동축(200)이 회전함에 따라 상기 편심작용부(260)가 구동축(200)에 대하여 편심회전하고, 결국 상기 편심작용부(260)에 서브 베어링(250)을 매개로 설치된 선회 스크롤(400)이 고정 스크롤(500)에 대하여 선회운동하게 된다.

그리고, 전술한 바와 같이, 상기 선회 스크롤(400)의 선회운동에 따라 스크롤 랩(410)(510) 사이에 포켓이 형성되고, 그 부피가 연속적으로 변화하면서 냉매가 압축된다.

또한, 상기 고정 스크롤(500)의 중앙부에는 압축된 냉매를 전방 하우징(600)의 토출실(610)로 내보내기 위한 토출포트(560)가 형성되어 있다.

한편, 상기 선회 스크롤(400)의 선회운동에 의해 포켓에는 고압이 발생하며 상기 선회 스크롤(400)은 상기 고정 스크롤(500)과 멀어지는 방향으로 이동하려는 힘이 작용한다.

이 경우, 상기 스크롤 랩(410)(510)의 사이가 벌어지며 압축효율이 저하된다. 이를 방지하기 위해 상기 토출포트(560)로 배출된 냉매의 일부는 상기 하우징(100)의 내부통로를 따라 상기 메인프레임(800)의 배압실(BAC)로 안내되어 상기 선회 스크롤(400) 후면으로 압력을 가해준다. 이러한 냉매의 순환구조는 공지이므로 구체적인 설명은 생략한다.

아울러, 상기 배압실(BAC)로 가해지는 압력이 높은 경우 상기 선회 스크롤(400)과 상기 고정 스크롤(500)은 서로 밀착하여 운동성이 저하되어 이 또한 압축효율이 저하된다. 따라서, 상기 선회 스크롤(400)에 가해지는 배압력은 적절하게 조절됨이 바람직하며 이에 대한 세부적인 내용은 후술한다.

이하, 도면을 참조하여 배압구조에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 선회 스크롤(400)의 후면을 지지하며 내부에는 배압실(BAC)이 형성되는 메인 프레임(800)과, 상기 선회 스크롤(400)과 메인 프레임 사이에 배치되는 스러스트 플레이트(900) 및 상기 선회 스크롤(400)과 메인 프레임(800) 사이에 삽입되는 실링부재(910)로 구성된다.

먼저, 상기 스러스트 플레이트(900)는 상기 선회 스크롤(400)의 선회운동을 지지하도록 충분한 강도를 가지도록 형성된다.

또한, 상기 선회 스크롤(400)과 메인 프레임(800)은 알루미늄으로 형성되고, 상기 스러스트 플레이트(900)는 선회 스크롤(400)의 선회운동에 따른 마모를 방지하도록 내마모성이 우수한 강재(steel) 및 주철(cast iron)과 같은 철계 금속으로 형성되는 것이 좋다.

아울러, 강재로 형성된 상기 스러스트 플레이트(900)는 열처리(담금질, 침탄, 고주파, 화염경화, 질화 등) 및 표면처리(샌드브라스트, 에어브라스트, 쇼트브라스트, 코팅 및 도금 등)를 해줘 기계적인 성능을 향상시키는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 스러스트 플레이트(900)는 상기 선회 스크롤(400)과 면 접촉하 므로 그 표면에 윤활코팅(테프론, 바나듐, 안티몬)을 해줘 스크래치가 생기는 것을 방지하도록 할 수도 있다.

또한, 상기 메인프레임(800)에는 상기 스러스트 플레이트(900)가 삽입되는 수용홈(810)이 형성되어 상기 스러스트 플레이트(810)의 이동 및 회전을 방지하며, 상기 수용홈(810) 외에도 핀, 키, 돌출부 등에 의해서도 상기 스러스트 플레이트(900)의 이동 및 회전을 방지할 수 있다.

아울러, 상기 실링부재(910)는, 상기 선회 스크롤(400)과 스러스트 플레이트(900) 사이에 삽입되는 제1실링부재(911)와, 상기 스러스트 플레이트(900)와 메인 프레임(800) 사이에 삽입되는 제2실링부재(912)로 구성된다.

이때, 상기 제1실링부재(911)는 'O'링으로 형성되며, 상기 선회 스크롤(400)에는 상기 제1실링부재(911)가 삽입되어 이탈을 방지하는 제1고정홈(401)이 형성되고, 상기 메인프레임(800)에는 상기 제2실링부재(912)가 삽입되어 이탈을 방지하는 제2고정홈(801)이 형성된다.

이에 따라, 상기 제1,2실링부재(911,912)에 의해 선회 스크롤(400)의 후면에 작용하는 배압을 일정하게 유지함과 아울러 배압실(BAC)을 밀봉시켜 압축기의 효율저하를 방지한다.

또한, 상기 제1실링부재(911) 및 제2실링부재(912)의 내주면 사이즈에 따라 배압력의 크기를 조절할 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 냉매의 압력이 작용하는 면적(내주면)이 조정되므로 배압력의 크기가 조절되는 것이다. 더욱 상세하게는, 상기 선회 스크 롤(400)의 전면에 작용하는 냉매의 압력(P_C)과 상기 선회 스크롤(400)의 후면에 작용하는 배압력(P_BAC)을 상기 제1,2실링부재(911,912)에 의해 적절히 조절하는 것이다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

도 1a는, 종래의 배압조절밸브 기능을 가지는 스크롤 압축기의 일 예를 나타내는 종단면도이다.

도 1b는, 도 1a에서의 배압구조를 나타내는 평면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 실시예를 나타내는 종단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 배압구조를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 배압력을 표시한 종단면도이다.

*도면중 주요부분에 관한 부호의 설명*

A - 스크롤 압축기 100 - 하우징

200 - 구동축 300 - 메인 하우징

400 - 선회 스크롤 500 - 고정 스크롤

600 - 전방하우징 800 - 메인 프레임

900 - 스러스트 플레이트

Claims

하우징과; 회전력이 발생되는 구동부와; 흡입된 유체를 압축하기 위해 나선형의 스크롤 랩으로 구성되고 상기 구동부의 구동축 회전에 관계없이 고정되어 있는 고정 스크롤과, 구동축의 회전에 따라 선회하며 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩과 결합하는 나선형의 스크롤 랩이 형성되는 선회 스크롤로 구성되는 스크롤 압축부로 구성되는 스크롤 압축기에 있어서,

상기 하우징의 내부에 배치되어 상기 선회 스크롤의 후면을 지지하며 내부에는 배압실이 형성되는 메인 프레임;

상기 선회 스크롤과 메인 프레임 사이에 배치되는 스러스트 플레이트; 및

상기 선회 스크롤과 메인 프레임 사이에 삽입되는 실링부재;

를 포함하되, 상기 실링부재는,

상기 선회 스크롤과 스러스트 플레이트 사이에 삽입되는 제1실링부재와,

상기 스러스트 플레이트와 메인 프레임 사이에 삽입되는 제2실링부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기.
제 1항에 있어서,

상기 선회 스크롤과 메인 프레임은 알루미늄으로 형성되고,

상기 스러스트 플레이트는 철계 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배압 조절 기능이 개선된 스크롤 압축기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 스러스트 플레이트는 열처리 및 표면처리를 한 것을 특징으로 하는 배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기.
제 1항에 있어서,

상기 메인프레임에는 상기 스러스트 플레이트가 삽입되는 수용홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기.
제 1항에 있어서,

상기 스러스트 플레이트의 외경은 선회 스크롤의 선회 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 배압조절 기능이 개선된 스크롤 압축기.