KR20210082790A

KR20210082790A - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR20210082790A
Application number: KR1020190175082A
Authority: KR
Inventors: 김주형; 최이철; 박일영; 주상현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-07-06
Also published as: KR102332364B1

Abstract

스크롤 압축기에 대한 발명이 개시된다. 개시된 발명은 밀폐된 내부공간을 갖는 메인 하우징과 리어 하우징; 상기 내부공간에 위치하는 고정 스크롤; 상기 고정 스크롤과 함께 압축실을 형성하며 선회운동을 하는 선회 스크롤; 상기 메인 하우징과 상기 리어 하우징을 체결하는 체결기구; 상기 메인 하우징과 일체형 형상으로 연결된 메인 프레임;을 포함하는 스크롤 압축기인 것을 특징으로 한다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이다.

압축기는 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기기로서 유체를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기, 왕복동식 압축기, 스크롤 압축기 등으로 구분할 수 있다.

이 중 스크롤 압축기는 두 개의 스크롤(고정 스크롤 및 선회 스크롤)이 각각 랩들을 포함한다. 상기 랩들은 상대 선회운동을 하면서 양쪽 스크롤 사이에 복수 개의 압축실을 형성한다. 상기 압축실은 냉매가 흡입되는 흡입구로부터 압축된 냉매를 토출되는 토출구 쪽으로 지속적으로 대략 중심 방향으로 이동시키면서 냉매의 체적이 작아짐에 따라 냉매를 연속으로 흡입 압축한다.

이 때 상기 냉매로 종래에는 프레온계 냉매인 염화불화탄소(CFC) 성분의 R-12가 널리 사용되어 왔으나 상기 R-12는 오존층 파괴 지수가 높고 온난화 효과가 높다는 단점이 있다. 이에 따라 상기 R-12를 대체하기 위해 수소화염화불화탄소(HCFC) 성분의 R-134a가 개발되고 사용되고 있으나 상기 R-134a 냉매도 온난화효과가 자연 냉매 대비 매우 높다는 단점이 있다.

이에 따라 상기 냉매들을 대체할 수 있는 이산화탄소나 암모니아, 물, 프로판 등을 주성분으로 하는 자연 냉매가 크게 주목 받고 있다. 상기 자연 냉매 가운데 특히 이산화탄소는 CFC계 냉매가 사용되기 이전부터 냉매 물질로서 일부 사용되었다. 그러나 이산화탄소는 CFC계 냉매 대비 압축기 냉매로써 동일한 에너지 효율을 발생시키기 위하여 고온, 고압의 압축 환경이 필요하기 때문에 그 적용이 쉽지 않았다.

한편 종래의 스크롤 압축기는 주로 CFC계 냉매를 사용하는 것을 가정하여 설계되어 왔다. 따라서 이산화탄소가 종래의 스크롤 압축기의 냉매로 사용되게 되면, 고온, 고압의 작동 환경 하에서 압축기의 구성 부품의 변형으로 인한 각 구성 부품 간 뒤틀림이나 진동 등이 발생하거나 더 나아가 구성 부품의 파손이 발생하는 문제점이 있다.

상기 문제점을 개선하기 위해 일본공개특허공보 특개2017-155618호(2018. 12. 27. 공개, 이하 선행기술이라 함)는 이산화탄소를 냉매로 사용하는 경우에도 사용될 수 있는 스크롤 압축기를 개시하고 있다.

도 1은 상기 선행기술에서 도시한 스크롤 압축기의 단면도이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 선행기술의 스크롤 압축기는 하우징(10), 전동 모터(20)에 의하여 구동하는 스크롤 유닛(1)과 상기 전동 모터(20)의 구동축(21)의 일부를 지지하기 위한 베어링 유지부(30) 및 상기 전동 모터(20)를 제어하기 위한 인버터(40)를 포함한다.

상기 하우징(10)은 내부 공간에 상기 전동 모터(20)가 위치하는 프론트 하우징(11)과 스크롤 유닛(1)과 베어링 유지부를 포함하는 메인 프레임(30)이 위치하는 센터 하우징(12), 상기 센터 하우징(12)과 볼트 등의 체결부재(15)에 의하여 체결되는 리어 하우징(13)을 포함한다. 또한 상기 하우징(10)은 상기 프론트 하우징(11)과 볼트(15)에 의해 체결되는 인버터 커버(14)를 포함한다.

또한, 상기 프론트 하우징(11)은 일측에 흡입 포트(P1)가 형성되는 중공 원통 형상의 주벽부(11a)와 상기 인버터 커버(14) 측에 형성되는 칸막이 벽부(11b)를 포함한다. 또한, 상기 칸막이 벽부(11b)에는 상기 인버터 커버(14) 반대 측면에 지지부(11b1)가 형성된다. 상기 리어 하우징(13)은 일측에 형성되는 토출 통로(13a)와 토출 포트(P2)를 포함한다.

한편, 상기 구동 모터(20)는 상기 프론팅 하우징(11)의 내주면에 고정 설치되는 고정자(23)와 상기 구동축(21)과 함께 회전 가능하도록 상기 고정자(23)의 내측에 이격되어 결합되는 회전자(22)를 포함한다.

또한, 상기 구동축(21)의 일단은 상기 지지부(11b1)에 구비된 배어링(16)에 의하여 지지되며, 타단은 상기 베어링 유지부(30)를 관통하여 상기 스크롤 유닛(1)과 결합한다.

상기 스크롤 유닛(1)은 상기 리어 하우징(13) 측에 고정 결합되는 고정 스크롤(2)과 상기 구동축(21)에 편심 결합하여 상기 고정 스크롤(2)과 맞물려 선회 운동하는 선회 스크롤(3)을 포함한다.

보다 구체적으로 상기 고정 스크롤(2)은 상기 토출 통로(13a) 측에 형성되는 개구부(2a1)와 중심부에 형성되어 밸브(17)에 의하여 개폐 가능한 토출 구멍(2a2)을 포함하는 고정 플레이트(2a)와 상기 선회 스크롤(3) 측으로 형성되는 스파이럴 형상의 고정랩(2b)을 포함한다.

또한, 상기 선회 스크롤(3)은 상기 전동 모터(20) 측에 형성되는 선회 플레이트(3a)와 상기 고정 스크롤(2) 측으로 형성되는 스파이럴 형상의 선회랩(3b)을 포함한다.

이에 따라, 상기 스크롤 유닛(1)은 상기 고정 스크롤(2)과 선회 스크롤(3) 사이에 상기 고정랩(2b)과 선회랩(3b)이 맞물려 복수 개의 압축 공간(S)을 형성된다.

한편 상기 베어링 유지부(30)는 내측에 상기 스크롤 유닛(1)이 구비되는 대경부(30a1)와 상기 구동축(21)의 일부를 지지하는 베어링(18)이 구비되는 소경부(30a2) 및 상기 대경부(30a1)와 소경부(30a2) 사이에 형성되는 견부(30a3)를 포함한다.

이 때 상기 베어링 유지부(30)는 상기 고정 스크롤(2)과 함께 볼트(15)에 의하여 상기 리어 하우징(12)에 고정 결합된다.

또한, 상기 견부(30a3)에는 상기 선회 스크롤(3)에 작용하는 추력을 방지하기 위한 환형의 스러스트(thrust) 플레이트(19)가 위치한다. 다시 말하면, 상기 스러스트 플레이트(19)는 상기 선회 스크롤(3)의 선회 플레이트(3a)와 상기 견부(30a3) 사이에 구비된다.

보다 구체적으로 상기 스러스트 플레이트(19)는 상기 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 상기 대경부(30a1)의 내주면과 이격하여 설치된다.

이때, 상기 스러스트 플레이트(19)는 상기 선회 플레이트(3a)에 접촉되는 면과 상기 견부(30a3)에 접촉하는 면에 각각 링 형상의 씰부재(19a)들을 포함한다.

이러한 종래의 스크롤 압축기에 있어서 이산화탄소 냉매(이하, 냉매)의 흐름을 설명하면 하기와 같다.

상기 흡입 포트(P1)를 통하여 상기 하우징(10) 내부의 흡입실(H1)으로 유입된 냉매는 상기 소경부(30a2)와 상기 선회 스크롤(3) 사이에 형성되는 상기 스크롤 유닛(1)의 외측과 대경부(30a1) 사이의 공간(H4)을 거쳐 상기 스크롤 유닛(1) 내부의 압축 공간(S)으로 공급된다.

이후, 상기 선회 스크롤(3)의 선회 운동에 따라 고정 스크롤랩(2b)와 선회 스크롤랩(3b)가 서로 맞물려 압축된 냉매는 토출 통로(13a)를 거쳐 토출실(H2)로 유입된 후, 상기 토출 포트(P2)를 통하여 상기 하우징(10) 외부로 배출된다.

이에 따라, 상기 흡입실(H1)과 상기 스크롤 유닛(1)의 외측과 대경부(30a1) 사이의 공간(H4)은 비교적 저압의 환경이 조성되며, 상기 압축 공간(S)과 토출실(H2)은 고압의 환경이 조성된다.

따라서 상기 압축 공간(S) 및 토출실(H2)을 구성하는 부재들은 고온 및 고압의 환경에 의하여 변형 및 파손이 발생할 우려가 있다.

또한 상기 선행기술의 스크롤 압축기는 압축 공간(S)에서 고온 및 고압의 냉매 가스의 반발력이 선회 스크롤(3)에도 가해지게 된다. 선회 스크롤(3)에 가해지는 반발력은 다시 스러스트(thrust) 플레이트(19)와 메인 프레임(30)에 가해지게 된다. 이 때 상기 메인 프레임(30)은 볼트 등의 체결 부재(15)를 통해 상기 하우징(10)과 결합되어 있다.

그런데 상기 체결 부재(15)는 체결 상태부터 견고한 체결을 위해 이미 높은 응력이 가해진 상태에 있다. 따라서 고온 고압의 냉매 가스의 반발력이 상기 메인 프레임(30)의 체결을 위한 체결 부재(15)에 장시간 동안 가해지게 되면, 상기 체결 부재(15) 및/또는 메인 프레임(30)은 탄성 영역을 넘는 소성 영역까지 변형되거나 정렬이 어긋나기 쉽게 된다. 또한 비록 상기 소성변형이 발생하지 않더라도 냉매 가스의 반발력은 체결 부재(15)의 풀림 현상을 유발시킬 수 있다.

스크롤 압축기의 스크롤 유닛(1)의 경우, 압축 공간(S)의 효율적인 배치를 위해 고정랩(2b)와 선회랩(3b)의 배치 각도 등이 일반적으로 설계 단계에서부터 결정된다. 따라서 상기와 같이 체결 부재(15) 및/또는 메인 프레임(30)의 변형이나 정렬의 틀어짐 또는 체결 부재(15)의 풀림이 발생하게 되면, 스크롤 압축기의 효율 저하는 필연적으로 발생하게 된다.

더 나아가 상기 체결 부재(15) 및/또는 메인 프레임(30)의 변형으로 인한 체결 부재(15)의 마모는 파편이나 조각의 발생을 초래할 수 있다. 압축기 고유의 밀폐된 구조는 상기 파편이나 조각을 압축기 내에 가두게 된다. 결국 압축기 내에 갇힌 파편이나 조각은 압축기의 다른 부품들을 마모시키거나 파괴시킴으로써 압욱기의 신뢰성과 수명을 크게 저하시키게 된다.

한편 스크롤 압축기는 최근 들어 어플라이언스 분야뿐만 아니라 전기차 등의 자동차 분야에도 활발히 적용되고 있는 추세이다. 그런데 자동차의 엔진룸의 경우, 엔진룸의 제한된 공간은 자동차 부품들이 가질 수 있는 크기를 제한하게 된다. 엔진룸의 제한된 공간으로 인해, 일례로써 차량용 배터리는 엔진룸 이외의 다른 공간에 위치하게 되는 경우도 있다. 따라서 스크롤 압축기가 자동차에 적용되기 위해서는 스크롤 압축기의 크기가 더욱 제한된다.

상기 선행기술의 스크롤 압축기에서와 같이 메인 프레임(30)이 볼트 등의 체결 기구(15)에 의해 하우징(10) 등의 다른 구성 요소와 체결되려면, 상기 메인 프레임(30) 및 하우징(10)은 상기 체결 기구(15)가 안정적으로 위치할 수 있도록 충분한 두께를 확보하여야 한다. 이 때, 상기 체결 기구(15)가 위치하는 두께 또는 부피는 압축기의 압축 공간(S)에는 실질적으로 기여하지 않는다. 결국 체결 기구(15)에 의한 메인 프레임(30)의 체결 방식은 동일한 크기의 압축기 내에서 체결기구(15)가 차지하는 공간만큼 압축 공간(S)의 감소를 유발하게 된다. 또는 압축 공간(S)이 동일한 압축기의 경우, 상기 체결기구(15)는 압축기의 전체 크기의 증가를 유발시키는 문제가 있다.

그 결과 상기한 선행기술의 스크롤 압축기는 경량화 및 소형화가 주요 이슈로 대두되고 있는 차량용 공조장치를 위한 스크롤 압축기로는 더욱 적합하지 않다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하는데 목적이 있다.

본 발명의 목적은 강성이 높고 낮은 응력 상태를 가질 수 있는 새로운 구조의 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 동일한 압축기의 크기에서 메인 프레임의 체결을 위한 별도의 공간이 필요하지 아니하여 압축 공간을 최대한 확보할 수 있는 새로운 구조의 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

본 발명은 고온 고압의 압축 환경에서도 메인 프레임을 체결하는 체결 부재의 풀림을 원천적으로 방지할 수 있는 새로운 구조의 스크롤 압축기를 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 고온 고압의 압축 조건에서도 메인 프레임의 열 변형과 소성 변형을 억제하여 메인 프레임이 안정적으로 그 형상을 유지할 수 있는 새로운 구조의 스크롤 압축기를 제공하는데 목적이 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 압축기의 구성 요소들의 변형과 축의 정렬을 견고하게 유지함으로써 압축 공간을 설계대로 확보 및 유지시킬 수 있는 새로운 구조의 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 메인 프레임의 강성을 향상시켜 메인 프레임의 떨림을 방지함으로써 소음 및 진동이 개선된 새로운 구조의 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

나아가 본 발명은 체결 부재의 진동이나 마모에 의한 파편이나 조각의 발생을 방지하여 압축기의 신뢰성 및 수명을 원천적으로 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 스크롤 압축기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 별도의 체결부재 없이도 고정 스크롤을 하우징과 견고하게 고정시킬 수 있는 새로운 구조의 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

나아가 본 발명의 목적은 고정스크롤, 리어 하우징 및 메인 하우징의 설계 공차와 조립 공차에 구조적으로 대응할 수 있는 새로운 구조의 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 메인 프레임을 고정하는 체결 부재 등을 삭제함으로써 하우징 개수 및 체결 부재 감소로 인한 부품 간의 조립 공차를 완화할 수 있는 새로운 구조의 스크롤 압축기를 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명의 목적은 하우징 개수 및 체결 부재 감소로 인한 비용을 절감하고 나아가 스크롤 압축기의 패키징의 간소화를 제공할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 스크롤 압축기는 메인 프레임이 메인 하우징과 일체의 체결 기구 없이 일체형 형상으로 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 비한정적으로 구체화하는 본 발명의 스크롤 압축기는 메인 하우징과 리어 하우징을 체결하는 체결기구와 상기 체결기구에 의해 일체형 메인 프레임이 리어 하우징과 체결된 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 비한정적으로 더욱 구체화하는 본 발명의 하나의 태양에 따르면, 본 발명의 스크롤 압축기는 밀폐된 내부공간을 갖는 메인 하우징과 리어 하우징; 상기 내부공간에 위치하는 고정 스크롤; 상기 고정 스크롤과 함께 압축실을 형성하며 회전축에 의해 선회운동을 하는 선회 스크롤; 상기 메인 하우징과 상기 리어 하우징을 체결하는 체결기구; 및 상기 메인 하우징과 일체형 형상으로 연결된 메인 프레임;을 포함할 수 있다.

상기 목적을 비한정적으로 더욱 구체화하는 본 발명의 다른 하나의 태양에 따르면, 본 발명의 스크롤 압축기는 밀폐된 내부공간을 갖는 메인 하우징과 리어 하우징; 상기 내부공간에 위치하는 고정 스크롤; 상기 고정 스크롤과 함께 압축실을 형성하며 회전축에 의해 선회운동을 하는 선회 스크롤; 상기 메인 하우징과 상기 리어 하우징을 체결하는 체결기구; 상기 메인 하우징과 일체형 형상으로 연결된 메인 프레임; 상기 고정 스크롤과 상기 메인 프레임 사이의 경계면에 위치하는 제1 실링부재; 및 상기 고정 스크롤과 상기 리어 하우징 사이의 경계면에 위치하는 제2 실링부재;를 포함할 수 있다.

이에 따라 상기 메인 프레임은 그 외주면 및/또는 외벽부에 빈 공간이 없는 형상을 가질 수 있다.

이 때, 상기 체결기구는 볼트 및 상기 메인 프레임과 상기 리어 프레임이 상호 체결되는 부위에 위치하는 한 쌍의 암수 나사부들을 포함할 수 있다.

또는, 상기 체결기구는 상기 메인 프레임과 상기 리어 프레임이 상호 체결되는 부위에 위치하는 한 쌍의 암수 나사부들을 포함할 수 있다.

필요에 따라 상기 리어 하우징의 메인 하우징 방향의 끝단부에서 상기 나사부의 바로 아래 및/또는 상기 메인 하우징의 리어 하우징 방향으로의 끝단부에서 상기 나사부의 바로 위에 위치하는 용접 라인;을 포함할 수 있다.

나아가 상기 고정 스크롤과 상기 메인 하우징 사이의 경계면에 위치하며, 상기 제1 실링부재 보다 압축기의 중심에서 떨어진 장소에 위치하는 제3 실링부재;를 포함할 수 있다.

한편, 상기 선회 스크롤과 마주보는 상기 메인 프레임의 일측에 위치하고, 상기 압축실과 연통되는 배압챔버;를 포함할 수 있다.

이 때 상기 선회 스크롤은, 상기 고정 스크롤과 마주보게 배치되는 선회경판; 상기 선회 경판의 두께 방향으로 관통하고, 압축실 내부로 유입된 냉매 중 일부를 상기 배압챔버로 공급하며, 상기 배압챔버 보다 상기 선회경판의 직경방향의 내측에 위치하는 배압홀;을 포함할 수 있다.

상기 목적을 비한정적으로 구체화하는 본 발명의 실시예들에 따른 메인 프레임은 상기 선회 스크롤을 회전시키는 회전축이 수용되는 소경부; 상기 소경부보다 직경이 더 큰 대경부; 상기 소경부와 대경부 사이에 위치하는 제1 견부; 상기 대경부의 끝단부에서 상기 제1 견부와 평행한 방향으로 위치하는 제2 견부;를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 제1 실링부재는 상기 제2 견부에 위치할 수 있다.

한편, 상기 제1 견부와 상기 선회 스크롤 사이에 위치하는 스러스트 플레이트를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 스러스트 플레이트의 외주면에는 라운딩부를 추가로 포함할 수도 있다.

또한, 상기 제1 견부와 상기 스러스트 플레이트 사이에 위치하는 고정핀 및/또는 제4 실링부재를 포함할 수 있다.

한편, 상기 선회 스크롤에는 오목한 형상의 자전방지홈과 상기 자전방지홈에 삽입되는 자전방지기구를 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 자전방지홈은 상기 선회경판의 상기 스러스트 플레이트와 마주보는 면에 형성될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 자전방지기구는 상기 자전방지홈에 삽입되는 자전방지링;과 상기 자전방지링 내에서 공전운동하는 자전방지핀;을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 자전방지핀의 일 면은 상기 선회경판과 접촉하고 상기 자전방지핀의 다른 면은 상기 스러스트 플레이트와 접촉할 수 있다.

한편 상기 대경부에는 상기 회전축과 결합되는 선회 스크롤;과 상기 압축실을 형성하는 고정 스크롤의 일부;가 위치할 수 있다.

이 때, 상기 고정 스크롤의 나머지 일부는 상기 리어 하우징에 위치할 수 있다.

본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 메인 프레임 강성을 높일 수 있고 그로 인해 압축기의 조립 전/후에 압축기 부품들이 낮은 스트레스 상태를 유지할 수 있다.

본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 메인 프레임과 메인 하우징의 두께를 더 얇게 하더라도 강성을 유지할 수 있으므로 압축기의 크기를 줄일 수 있거나 또는 압축 공간을 더 확보할 수 있다. 그 결과 동일한 체적의 압축기에서는 압축 효율의 향상이 가능해지거나 또는 동일한 압축 효율을 얻기 위해 크기가 더 작은 압축기를 제공할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 별도의 체결부재 없이도 고정 스크롤을 케이싱과 안정적으로 결합시킬 수 있다. 특히 메인 하우징과 리어 하우징의 결합력을 이용하여 고정 스크롤을 안정적으로 고정시킬 수 있어 고정 스크롤, 메인 프레임 및 리어 하우징의 체결 구조가 단순해 질 수 있다.

본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 메인 프레임 및/또는 고정 프레임의 하우징과의 결합을 위한 별도의 체결부재를 필요로 하지 않는다. 따라서 체결부재 근처에서의 부품의 미스얼라인먼트(misalighnment), 진동, 변형 및 파손이 원천적으로 방지될 수 있다. 그 결과 스크롤 압축기의 효율저하뿐만 아니라 스크롤 압축기의 신뢰성 및 수명 저하를 예방할 수 있다.

본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 스크롤 압축기를 이루는 고정스크롤, 메인 하우징 및 리어 하우징의 설계 공차 또는 조립 공차에 따른 진동이나 소음을 고정 스크롤 및 메인 하우징의 설계에 의해 완충시킬 수 있다. 이로 인해 스크롤 압축기의 효율 및 소음 특성이 개선될 수 있다.

본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 하우징 및 체결 부재의 감소로 인하여 부품 수 저감과 조립 공정 단순화가 가능해 진다. 그 결과 비용 절감과 생산성 향상이 달성될 수 있다.

도 1은 종래의 이산화탄소 냉매의 적용이 가능한 스크롤 압축기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기에 있어서, 메인 하우징과 스러스트 플레이트의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스크롤 압축기에 있어서 스러스트 플레이트의 저면도이다.
도 6은 도 4의 "A"부를 확대한 도면이다.
도 7은 종래의 스크롤 압축기의 응력 상태를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 8은 종래의 스크롤 압축기의 내부 하우징에서의 볼트 체결부의 응력 상태를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기의 응력 상태를 타나내는 시뮬레이션 결과이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기의 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한 볼 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

한편 본 발명의 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한 C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.

나아가 본 발명에서 "일체형"이란 용어는 서로 다른 구성 요소들이 서로 개별적으로 존재하지 아니하고 다른 별도의 체결 기구로 연결되지 아니하며 연속적으로 연결됨을 의미한다. 다시 말하면 "일체형"이란 용어는 각각의 구성 요소들이 기능적으로는 구분될 수 있으나 물리적으로는 구성 요소들 사이에 틈이나 단절 없이 연속적으로 연결됨을 의미한다.

또한 상기 물리적으로 연속적으로 연결됨은 연결된 서로 다른 구성 요소들이 각각의 구성요소들의 전체에서 연결된 경우뿐만 아니라 각각의 구성요소들의 일부에서 연결된 경우도 포함한다.

다만, "일체형"이란 용어로 구성 요소(들)가 한정되지 않은 경우, 이는 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소 또는 체결 기구를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시 예에 따른 스크롤 압축기를 설명하도록 한다.

[스크롤 압축기의 전반적인 구조]

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기의 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기에 있어서, 메인 하우징과 스러스트 플레이트의 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도이다.

도 2 내지 4를 참조하면 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 전동 모터(200)와 상기 전동모터(200)의 구동력에 의하여 냉매를 압축하는 압축기구부(300)와 상기 전동 모터(200) 제어하는 인버터(400) 및 케이싱(100)을 포함할 수 있다.

케이싱(100)은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 외관을 형성한다. 상기 케이싱(100)은 전후 방향으로 개방된 대략 원통형의 외관을 가진다. 이 때, 상기 케이싱(100)의 형상은 후술할 압축기구부(300)에 의해 내부의 압력이 상승되므로, 케이싱(100) (100)의 형상은 내압에 대해 가장 높은 강성을 가질 수 있는 원형 단면을 갖는 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 본 실시예에서, 상기 케이싱(110)은 대략 원통 형상으로 형성되는 것으로 예시된다.

비 한정적이고 구체적인 예로써 본 실시예에서 상기 케이싱(100)은 양단에 개구부가 형성된 중공의 원통 형상의 메인 하우징(110)과 상기 메인 하우징 양단에 각각 결합하는 리어 하우징(120)과 프론트 하우징(130)을 포함할 수 있다. 또한 상기 메인 하우징(100)은 리어 하우징(120)과 유체 소통 가능하게 결합된다.

상기 메인 하우징(110)에는 후술할 리어 하우징(120)과 함께 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기를 구성하는 각종 부품들이 수용되는 내부공간이 형성된다. 구체적으로, 상기 메인 하우징(110) 내부의 수용 공간에는 후술할 전동 모터(200)와 냉매 가스의 압축이 이루어지는 압축기구부(300)의 일부가 위치한다.

또한 상기 케이싱(100)에는 흡입 포트(111) 및 배출 포트(121)가 설치될 수 있다. 상기 흡입 포트(111)는 냉매가 케이싱(110)의 내부로 유입되기 위해 케이싱(110)에 형성된 통로이며, 배출 포트(121)는 케이싱(110)의 내부에서 압축된 냉매가 케이싱(110)의 외부로 토출되기 위해 케이싱(110)에 형성된 통로이다.

보다 구체적으로, 본 실시예의 상기 메인 하우징(110)은 상기 프론트 하우징(130)과 인접한 일 측에 상기 메인 하우징(110) 내부로 냉매가 유입될 수 있도록 형성되는 흡입 포트(111)를 포함할 수 있다.

본 실시예의 상기 케이싱(110)의 내부공간은, 후술할 전동모터(200)가 설치되는 공간인 모터부와, 냉매의 압축이 이루어지는 공간인 압축기구부(300)로 구분될 수 있다.

또한, 본 실시예의 상기 케이싱(100)은 상기 프론트 하우징(130)이 상기 메인 하우징(110)과 결합하는 면과 반대 측 면에 결합하는 인버터 하우징(140)을 더 포함할 수 있다.

상기 리어 하우징(120)은 상기 메인 하우징(110)과 유체 소통 가능하게 결합된다. 또한 상기 리어 하우징(120)은 상기 메인 하우징(110)과 함께 상기 압축기구부(300)의 일부가 위치될 수 있다.

이를 위해 상기 리어 하우징(120)은 상기 흡입 포트(111)를 통하여 상기 메인 하우징(110) 내로 유입된 냉매가 배출되는 배출 포트(121)와 상기 메인 하우징(110)과 결합하는 면의 대략 중앙부에 위치하며 고정 스크롤의 일부가 삽입되는 고정 스크롤 삽입부(122)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 리어 하우징(120)은 상기 고정 스크롤 삽입부(122)와 상기 배출 포트(121) 사이에 압축된 냉매의 이동을 위한 냉매 통로(123)를 더 포함할 수 있다.

바람직하게 상기 냉매 통로(123) 또는 후술할 고정스크롤(310) 또는 토출실(S4)에는 개폐 가능하도록 밸브 등이 설치될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 밸브는 일 방향으로 개폐 가능하도록 체크 밸브일 수 있다.

한편 상기 리어 하우징(120)은 강성을 위해 알루미늄, 스틸 등의 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 리어 하우징(120)은 상기 메인 하우징(110)과 체결 부재(500)에 의하여 체결될 수 있다.

또한 바람직하게는 상기 리어 하우징(120)과 상기 메인 하우징(110)이 결합하는 면에는 냉매 등을 포함하는 유체의 새어나감을 방지하기 위하여 오링 등의 실링 부재를 더 포함할 수 있다.

한편 상기 프런트 하우징(130)은 상기 메인 하우징(110)과 결합하는 면 중앙부에 형성되는 회전축 결합부(131)를 포함할 수 있다.

또한 상기 상기 리어 하우징(120)과 상기 메인 하우징(110)의 결합 관계와 유사하게, 상기 프론트 하우징(130)과 상기 메인 하우징(110)이 결합하는 면에도 오링 등의 실링 부재를 더 포함할 수 있다.

한편 상기 프론트 하우징(130)도 상기 리어 하우징(120)과 유사하게 강성을 위해 알루미늄, 스틸 등의 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 프론트 하우징(130)은 상기 메인 하우징(110)과 복수 개의 볼트 등의 체결 부재에 의하여 체결될 수 있다.

다시 말하면, 상기 메인 하우징(110)은 양단에 각각 리어 하우징(120)과 프론트 하우징(130)이 결합함으로써 외부와 밀폐될 수 있다.

또한, 상기 메인 하우징(110)의 내측에는 메인 프레임(112)이 위치한다.

구체적으로 상기 메인 프레임(112)은 상기 메인 하우징(110)의 내측이면서 상기 흡입 포트(111)가 형성된 측과 반대 방향으로 메인 하우징(110)과 일체형으로 형성될 수 있다.

비 한정적이고 구체적인 예로써, 상기 메인 프레임(112)은 캐스팅(casting)으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 메인 하우징(110) 및 메인 프레임(112)은 일체형의 형상으로 캐스팅 또는 다이캐스팅(die casting)으로 형성되고, 상기 메인 프레임(112)의 세부 구조는 후가공을 통하여 형성될 수 있다.

상기 메인 프레임(112)은 전동 모터(200)와 압축기구부(300)의 구성 요소인 선회 스크롤(320) 사이에 위치할 수 있다. 상기 메인 하우징(110)의 내부 공간은 상기 메인 프레임(112)에 의해 모터부와 압축기구부(300)로 구분될 수 있다.

이 때 상기 메인 프레임(112)은 소경부(112a), 대경부(112b), 상기 소경부(112a)와 대경부(112b) 사이에 형성되는 제1 견부(112c) 및 상기 대경부(112b)의 끝단에서 상기 제1 견부(112c)와 평행한 제2 견부(112d)를 포함할 수 있다.

구체적으로 메인프레임(112)의 직경방향 중앙에는, 메인프레임(112)을 관통하는 회전축(230)을 지지하는 기능을 수행하는 소경부(112a)와 대경부(112b) 및 상기 소경부(112a)와 대경부(112b) 사이에 형성되는 제1 견부 (112c)가 위치한다. 상기 메인프레임(112)의 소경부(112a)에는 상기 회전축(230)을 메인프레임(112)의 직경방향으로 지지하는 제1 베어링(113)이 위치할 수 있다.

한편, 상기 전동 모터(200)는 고정자(210)와 회전자(220) 및 회전축(230)을 포함하며, 상기 메인 하우징(110)의 내부 공간, 보다 구체적으로는 상기 모터부에 위치한다. 또한 상기 전동모터(200)는 회전자(220)의 회전속도가 일정한 정속 모터가 사용될 수도 있고, 회전자(220)의 회전속도가 가변될 수 있는 인버터 모터가 사용될 수도 있다.

상기 고정자(210)는 전체적으로 중공 원통 형상을 가지며 상기 메인 하우징(110)의 내주면에 고정 설치된다.

또한, 상기 회전자(220)는 중심부에 회전축(230)이 결합되고, 상기 고정자(210)의 내측에 회전 가능하도록 이격되어 설치된다.

또한, 상기 회전축(230)의 일단은 제1 베어링(132)에 의하여 상기 프론트 하우징(130)의 메인 하우징(110)과 결합하는 면 중앙부에 위치하는 상기 회전축 결합부(131)에 결합되고 상기 메인 프레임(121)을 관통하여 지지되며, 타단에는 편심부시(240)가 결합된다.

보다 구체적으로 상기 회전축(230)은 상기 프론트 하우징(130)의 회전축 결합부(131)에 위치하는 제 2베어링(132)에 의하여 축 방향으로 지지되며 상기 메인 프레임(121)의 소경부(112a)에 위치하는 제 1베어링(113)에 의하여 반경 방향으로 지지된다.

이에 따라 상기 고정자(210)와 회전자(220)에 전기력이 인가되면, 상기 회전축(230)은 전동모터(200)에 의해 발생되는 회전력에 의해 상기 메인 하우징(110) 내에서 회전 운동을 수행한다.

한편 상기 전동모터(200)는 상기 프론트 하우징(130)과 인버터 하우징(140) 사이에 형성되는 공간에 위치하는 인버터(400)에 의하여 작동 여부 및 속도 등의 제어가 이루어질 수 있다.

따라서 상기 프론트 하우징(130)에는 상기 전동 모터(200)와 인버터(400)를 전기적으로 연결할 수 있는 터미널이나 커넥터 등이 관통되어 형성될 수 있다.

한편, 상기 압축기구부(300)는 고정 스크롤(310)과 선회 스크롤(320) 및 스러스트 플레이트(330)를 포함할 수 있다.

상기 고정 스크롤(310)은 상기 리어 하우징(112)의 고정 스크롤 삽입부(122)에 삽입되어 상기 메인 하우징(110)에 의하여 지지된다. 이러한 고정 스크롤(150)은 모터부에 배치되는 전동모터(200)보다는 배출 포트(121) 측에 인접되게 위치한다. 그리고 선회 스크롤(320)은 전동모터(200)와 고정 스크롤(3100) 사이에 배치된다. 이 때 선회 스크롤(320)은 고정 스크롤(310)과 맞물려 압축실(S3)을 형성한다.

또한 선회 스크롤(320)과 전동모터(200) 사이에는 자전방지부재(340)가 위치할 수 있다. 상기 자전방지부재(340)는 선회 스크롤(320)이 고정 스크롤(310) 내에서 선회할 수 있게 선회 스크롤(320)의 자전을 방지하는 역할을 한다.

상기와 같이 구성되는 스크롤 압축기에서, 냉매는 흡입포트(111)를 통해 스크롤 압축기의 내부로 유입된다. 이와 같이 유입된 냉매는 모터부를 통과하여 압축기구부(300)로 유입된다. 압축기구부(300)로 유입된 냉매는 선회 스크롤(320)과 고정 스크롤(310)이 맞물려 형성된 압축실(S3)로 유입되어 압축되고, 압축실(S3)에서 압축된 고압의 냉매는 배출포트(121)를 통해 스크롤 압축기(100)의 외부로 토출된다.

[고정 스크롤의 구조]

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스크롤 압축기의 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스크롤 압축기의 단면도이다.

도 2 및 4를 참고하면, 상기 압축기구부(300)는 고정 스크롤(310)과 선회 스크롤(320) 및 스러스트 플레이트(330)를 포함한다.

먼저 본 발명의 실시예에서의 고정 스크롤(310)은 고정경판(311)과 고정랩(312)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 고정경판(311)은 대략 원판 형상으로 형성되며, 각각 상기 리어 하우징(120)과 상기 메인 하우징(110) 방향을 향해 상호 대면하는 두 개의 나란한 평면으로 구성된다. 그리고 고정랩(312)은 상기 고정경판(311)으로부터 고정경판(311)의 두께방향으로 돌출되게 형성된다. 상기 고정랩(153)은 전동 모터(200)와 마주보는 고정경판(311)의 일측면으로부터 전동 모터(200)를 향한 측으로 돌출되게 형성되며, 후술할 선회랩(322)과 맞물려 압축실을 형성한다.

고정 스크롤(310)에는 압축된 냉매의 토출을 위한 냉매 토출홀(313)이 위치할 수 있다. 냉매 토출홀(313)은 상기 압축실(S3) 내부로 유입된 냉매가 압축실(S3) 외부로 토출되기 위한 통로를 형성한다. 이러한 냉매 토출홀(313)은 상기 고정경판(311)에 관통되게 형성될 수 있으며, 상기 압축실 내부로 냉매를 유입하기 위한 냉매 유입홀(미도시)에 비해 압축실의 중심부에 가까운 측에 배치된다.

상기 냉매 토출홀(313)은 리어 하우징(120) 내에 위치된 배출 포트(121)와 연결된다. 이에 따라 압축실 내부에서 압축된 후 고정 스크롤(310) 내의 냉매 토출홀(313)을 통해 리어 하우징(120) 내의 냉매 통로(123)를 거쳐 압축실 외부로 토출된 고압의 냉매는 배출 포트(121)를 통해 스크롤 압축기의 외부로 배출될 수 있다.

이 때 냉매 토출홀(313)의 개폐는, 고정 스크롤(310)의 리어 하우징(120) 방향의 고정경판(311)의 평면 상에 설치된 밸브에 의해 이루어질 수 있다. 바람직하게는 상기 토출홀(313)의 개폐는 일 방향으로만 개폐 가능한 체크 밸브가 바람직하다.

물론 앞에서도 기재한 바와 같이, 상기 밸브는 상기 냉매 통로(123)에 위치될 수도 있다.

또한 고정 스크롤(310)에는 고정 스크롤 확장부(314)가 위치할 수 있다. 상기 고정 스크롤 확장부(314)는 고정경판(311)으로부터 고정경판(311)의 두께방향으로 돌출되게 형성되되, 고정랩(312)의 돌출방향과 동일한 방향으로 돌출되게 위치될 수 있다. 이와 함께 상기 고정 스크롤 확장부(314)는 고정 스크롤(310)의 직경방향 외측으로 확장된 형태로 형성될 수 있다.

상기 고정 스크롤 확장부(314)로 인해 고정경판(311)의 직경은 후술할 선회경파(321)의 직경보다 크다. 이 때 상기 고정 스크롤 확장부(314)의 회전축(230)의 축 방향에 대해 수직한 상면 및 하면은 각각 상기 메인 하우징(110)과 상기 리어 하우징(120)과 면접촉하는 결합관계를 가질 수 있다.

구체적으로 상기 고정 스크롤 확장부(314)의 메인 하우징(112) 방향 면은 상기 메인 하우징(112)의 제2 견부(112d)와 직접적으로 면접촉한다. 또한 고정 스크롤(310)의 고정경판(311)의 리어 하우징(120) 방향 면은 상기 리어 하우징(120)과 직접적으로 면접촉한다.

특히 본 발명의 실시예에서와 같이 스크롤 압축기의 메인 프레임(112)이 메인 하우징(110)과 일체형으로 형성되는 경우, 상기 고정 스크롤(310)은 별도의 체결 부재 없이도 메인 프레임(112) 및/또는 메인 하우징(110)과 견고하게 결합되어야 한다.

상기 고정 스크롤(310)은 냉매가 압축되는 고온 및 고압의 환경에 반복적으로 노출된다. 따라서 만일 상기 고정 스크롤(310)이 냉매의 유입 및 압축에 의한 압력 변화에 의해 이동하게 되면, 상기 고정 스크롤(310)의 이동에 의해 압축 효율의 감소와 냉매의 압축실로부터의 유출이 발생하게 된다. 상기 압축 효율 감소와 냉매 유출은 압축기의 효율 저하시키게 된다. 이에 더하여 고정 스크롤(310)의 불안정한 고정은 고정 스크롤의 마모와 파손까지도 유발시킬 수 있다.

반면 만일 고정 스크롤(310)과 메인 프레임(112)의 고정을 위한 별도의 체결 기구가 압축 공간 근처에 위치하면, 압축 공간의 축소로 인해 압축기의 부피 대비 압축기의 효율은 저하되게 된다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 고정 스크롤(310)에서는 상기 고정 스크롤 확장부(314)의 회전축(230)의 축 방향에 대해 수직한 상면 및 하면이 별도의 체결부재 없이 단지 실링(sealing) 부재(114)들로만 각각 리어 하우징(120)과 메인 하우징(110)과 직접 접촉한 상태로 유지된다. 이 때 상기 실링 부재(114)로는 냉매 가스의 누출을 막을 수 있는 오링(O-ring)이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 따르면, 냉매 가스의 누설 없이 상기 고정 스크롤(310)은 고정 스크롤(310)의 고정을 위한 별도의 체결 부재 없이 단순히 실링 부재(114)와 후술할 메인 하우징(110)과 리어 하우징(120)의 체결부재(500)에 의해 상기 메인 하우징(110)과 리어 하우징(120)에 견고하게 결합될 수 있다.

구체적으로 먼저 본 발명의 실시예의 메인 프레임(112)는 메인 하우징(110)과 별도의 체결 부재 없이 일체형으로 구성되어 있다. 이 때 상기 메인 하우징(110)은 상기 리어 하우징(120)과 볼트 등의 체결 부재(501, 502)를 통해 상호 체결될 수 있다. 따라서 상기 메인 프레임(112)은 일체형으로 연결된 메인 하우징(110)에 의해 별도의 체결 부재 없이 리어 하우징(120)과 안정적인 체결 상태가 가능해진다.

상기와 같은 결합 관계로부터 본 발명의 일 실시예의 고정 스크롤(310)은 다음과 같이 안정적으로 고정될 수 있다. 먼저 본 발명의 일 실시예의 고정 스크롤(310)은 상기 메인 하우징(110)과 상기 리어 하우징(120)을 결합하는 체결 부재(501, 502)에 의한 체결력을 통해 상기 메인 프레임(112)과 상기 리어 하우징(120) 사이에서 고정될 수 있다.

다만 상기 메인 프레임(112), 메인 하우징(110) 및 리어 하우징(120)은 설계 공차 및 가공 공차를 가질 수 밖에 없다. 이에 더하여 상기 고정 스크롤(310)은 압축기의 구동으로 인한 저압과 고압의 환경에 노출된다. 따라서 압축기가 고동될 때, 압축기의 구동과 함께 압력의 변화와 상기 공차들은 고정 스크롤(310)을 진동시킬 수 있다. 그리고 고정 스크롤(310)의 진동은 다시 압축기의 소음과 수명의 저하뿐만 아니라 압축실(S3)의 부피 변화와 냉매 누출로 인한 압축 효율의 손실을 야기할 수 있다.

고정 스크롤(310)의 안정적인 고정과 진동 억제를 위해, 본 발명의 일 실시예의 상기 고정 스크롤(310)에 따르면 상기 고정 스크롤(310)이 메인 프레임(112)과 만나는 일면과 고정 스크롤(310)이 리어 하우징(120)과 만나는 다른 면에는 각각 제1 실링부재(114-1) 및 제2 실링부재(114-2)가 위치할 수 있다.

이 때 상기 실링부재들(114-1, 114-2)는 비한정적인 예로써 오링(o-ring)일 수 있다. 바람직하게는 상기 실링부재들(114-1, 114-2)은 탄성체일 수 있다.

상기 제1 실링부재(114-1)는 고정 스크롤(310)(다시 말하면 고정 스크롤 확장부(314))과 메인 프레임(112) 사이에 위치하여 고정 스크롤(310)과 메인 프레임(112) 사이로의 냉매의 유출을 방지할 수 있다. 또한 상기 제1 실링부재(114-1)는 상기 체결부재(500)와 함께 고정 스크롤(310)에 체결력과 탄성력을 제공하여 고정 스크롤(310)의 고정과 진동 억제의 기능을 수행할 수 있다.

상기 제2 실링부재(114-2)는 고정 스크롤(310)과 리어 하우징(120) 사이에 위치하여 토출실(S4)로부터 고정 스크롤(310)과 리어 하우징(120) 사이로의 냉매의 유출을 방지할 수 있다. 더 나아가 상기 체결부재(500)에 의한 채결력과 함께 고정 스크롤(310)의 고정과 진동 억제의 기능을 수행할 수 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 고정 스크롤(310)은 메인 하우징(110)과 리어 하우징(120) 사이의 체결 부재(501, 502)만으로도 메인 프레임(112), 메인 하우징(110) 및 리어 하우징(120)과 안정적인 체결이 가능할 수 있다. 나아가 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 고정 스크롤(310)은 상기 제1 실링부재(114-1) 및 제2 실링부재(114-2)의 탄성력과 상기 체결 부재(501, 502)의 체결력에 의해 압축기의 압력 변화에 따른 진동도 효과적으로 억제 가능할 수 있다.

그 결과 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 고정 스크롤(310)은 리어 하우징(120)과의 체결을 위한 별도의 체결 구멍 등이 필요하지 않으므로 고정 스크롤 확장부(314)의 공간을 과도하게 확보할 필요가 없어 압축기 전체 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. 나아가 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기는 압축기의 전체 크기가 동일한 경우, 기존 스크롤 압축기 대비 보다 큰 압축실을 가질 수 있어 압축 효율을 높일 수 있다.

[선회 스크롤 및 배압의 구조]

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스크롤 압축기에 있어서, 메인 하우징과 스러스트 플레이트의 분해 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스크롤 압축기에 있어서, 스러스트 플레이트의 저면도이다.

도 6은 도 4의 "A"부를 확대한 도면이다

도 2 내지 6을 참조하면, 상기 압축기구부(300)의 구성요소인 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기의 선회 스크롤(320)은 선회경판(321) 및 선회랩(322)을 포함하여 이루어질 수 있다.

선회경판(321)은 대략 원판 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 선회경판(321)의 일측에는 고정 스크롤(310)의 고정경판(311)과 마주보는 평면이 형성될 수 있다. 그리고 선회경판(321)의 타측에는 메인프레임(112)과 마주보는 평면이 형성될 수 있다.

선회랩(322)은 상기 선회경판(321)으로부터 선회경판(321)의 두께방향으로 돌출되게 위치한다. 상기 선회랩(322)은 선회경판(321)의 일측으로부터 고정 스크롤(310)의 선회경판(321)을 향한 측으로 돌출되게 형성되며, 상기 고정 스크롤(310)과 맞물려 압축실(S3)을 형성한다.

상기 선회 스크롤(320)에는 축결합부(323)가 구비될 수 있다. 축결합부(323)는 선회경판(311), 좀 더 구체적으로는 자전방지부재(340)가 위치하는 선회경판(321)의 동일 측면에 위치할 수 있다. 축결합부(323)에는 회전축(230)이 결합되며, 상기 축결합부(323)와 회전축(230) 간의 결합에 의해 선회 스크롤(320)과 회전축(230) 간의 결합이 이루어질 수 있다. 상기 축결합부(323)에는 회전축(230)을 선회 스크롤(320)의 직경방향으로 지지하는 제3베어링(241)이 위치할 수 있다.

상기 축결합부(323)는 선회경판(321)의 직경 방향 중앙에 배치될 수 있다. 상기 축결합부(323)가 회전축(230)에 편심되게 결합됨으로써, 선회 스크롤(320)이 회전축(230)에 편심되게 결합될 수 있다. 이와 같이 회전축(230)에 편심되게 결합된 선회 스크롤(320)은 회전축(230)의 회전에 의해 선회할 수 있게 된다.

또한 상기 축결합부(323)에는 상기 편심부시(240)가 결합될 수 있다. 상기 편심부시(240)은 상기 축결합부(323)에 결합된 회전축(230)의 회전 운동을 상기 선회 스크롤(320)의 선회 운동으로 변환시키는 기능을 수행한다.

이 때 사기 편심부시(240)와 상기 선회 스크롤(320)의 축결합부(323) 사이에는 마찰 및 마모를 줄이기 위해 제 3베어링(241)이 위치할 수 있다.

한편 선회 가능하게 마련되는 선회 스크롤(320)의 자전은 선회 스크롤(320)과 결합되는 자전방지부재(340)에 의해 방지될 수 있다. 선회 스크롤(320)과 자전방지부재(340)의 결합을 위해, 선회 스크롤(320)에는 자전방지홈(324)이 위치한다. 상기 자전방지홈(324)은 고정 스크롤(310)의 고정경판(311)과 마주보는 선회경판(321)의 반대 측면에 오목하게 형성될 수 있다.

상기 자전방지홈(324)은 선회경판(321)에 위치하되, 선회랩(322)이 돌출되는 선회경판(321)의 반대 면에 오목한 형상을 가지면서 위치할 수 있다. 즉 상기 자전방지홈(324)은 선회경판(321)에 위치하되, 선회랩(322)이 형성된 면과 반대 면에 형성될 수 있다.

한편 도면에는 도시되지 않았으나 한편 선회 스크롤(320)에는 배압홀이 마련될 수 있다. 배압홀은 압축실 내부로 유입된 냉매 중 일부가 고압상태로 냉매토출홀(313)까지 압축되기 전의 중간압 상태에서 압축실 외부로 배출될 수 있게 선회 스크롤(320) 상에 마련된 통로이다.

구체적으로 상기 배압홀은 선회경판(321)을 선회경판(321)의 두께방향으로 관통하는 관통홀 형태로 형성될 수 있다. 이러한 배압홀에 의해, 압축실 내부로 유입된 냉매 중 일부가 고정 스크롤(310) 상의 냉매토출홀(313)이 아닌 다른 통로를 통해 압축실 외부로 배출되기 위한 통로가 선회 스크롤(320) 상에 형성될 수 있다. 이때 배압홀은 배압챔버(S2)보다는 선회경판(321)의 직경방향 내측에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 배압홀을 통해 압축실 외부로 배출된 냉매는 선회 스크롤(320)과 메인프레임(112) 사이의 간격을 벌리며 선회 스크롤(320)을 고정 스크롤(310) 측으로 밀착시키는 압력을 생성하기 위한 압력 발생원으로 작용한다.

즉 선회 스크롤(320)에 배압홀이 형성됨에 따라 선회 스크롤(320)과 메인프레임(122) 사이에 중간압이 작용하게 된다. 그 결과 선회 스크롤(320)이 고정 스크롤(310) 측으로 효과적으로 밀착될 수 있고 선회 스크롤(320) 선회 시 선회 스크롤(320)과 메인프레임(112) 사이의 마찰로 인해 발생될 수 있는 마찰손실도 감소시킬 수 있게 된다.

[자전방지기구 및 스러스트 플레이트의 구조]

도 6은 도 4의 "A"부를 확대한 도면이다.

도 2 내지 6을 참조하면, 상기 선회경판부(321) 자전방지홈(324)에는 상기 자전방지기구(340)의 자전방지링(341)이 위치한다. 상기 자전방지링(341)은 후술할 자전방지핀(342)과 함께 선회 스크롤(320)의 자전을 방지하는 기능을 수행한다.

구체적이고 비한정적인 예로써, 상기 자전방지링(341)은 상기 자전방지홈(324)의 내부로 삽입되어 위치할 수 있다. 이에 따라 상기 자전방지링(341)의 회전축(230)의 길이 방향으로 수직한 상부 및 하부 바닥면들은 각각 선회경판(321)과 후술할 스러스트 플레이트(330)과 접촉하게 된다.

한편 상기 자전방지링(341)의 내부에는 상기 자전방지기구(340)를 구성하는 자전방지핀(342)이 위치한다. 이에 따라 상기 자전방지핀(342)의 회전축(230)의 축 방향으로 수직한 일면 및 타면은 각각 선회경판(321)과 후술할 스러스트 플레이트(330)와 접촉하게 된다.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 자전방지기구(340)는 자전방지링(341)과 자전방지핀(342)이 모두 선회 스크롤(320)과 스러스트 플레이트(330) 사이에 위치할 수 있다.

이와 같은 자전방지홈(324), 자전방지링(341) 및 자전방지핀(342)의 결합 관계를 통해, 상기 선회 스크롤(320)의 자전은 단지 상기 자전방지핀(342)이 상기 자전방지홈(324) 내에서 움직일 수 있는 범위는 자전방지링(341)의 내경으로 제한될 수 있다. 다시 말하면, 상기 자전방지핀(342)은 상기 자전방지링(341) 내에서만 공전하는 움직임을 가질 수 있다.

이 때 상기 자전방지링(341) 및 자전방지핀(342)의 개수는 제한되지 아니하나 각각 복수 개로 위치하는 것이 바람직하다. 다만, 상기 자전방지링(341) 및 자전방지핀(342)은 각각 일대일 대응의 관계를 가지는 것이 바람직하다. 더 나아가 상기 자전방지링(341) 및 자전방지핀(342)은 선회 스크롤(320)의 중심을 기준으로 등간격으로 위치하는 것이 보다 바람직하다. 만일 자전방지링(341) 및 자전방지핀(342)이 등간격으로 위치하지 않은 경우, 고압의 압축 가스에 의해 자전방지링(341) 및 자전방지핀(342)의 간격이 더 넓은 부분에서는 선회 스크롤(320)의 자전을 방지하기 어렵기 때문이다.

한편 상기 압축기구부(300)의 구성요소인 스러스트 플레이트(330)는 상기 메인 프레임(112)의 제1 견부(112c)에 위치하여 상기 선회 스크롤(320)을 상기 고정 스크롤(310) 측으로 지지한다.

보다 구체적으로, 상기 스러스트 플레이트(330)는 전체적으로 환형의 형상으로 형성되며 상기 대경부(112b)를 통하여 상기 제1 견부(112c)에 밀착되도록 압입 결합된다.

도 5와 6을 참조하여 상기 스러스트 플레이트(330)의 상세 구성을 설명하면 하기와 같다.

상기 스러스트 플레이트(330)는 상기 메인 프레임(112)의 제1 견부(112c) 상에 상기 메인 프레임(112)과 직접 접촉하는 결합관계를 가지면서 위치한다.

비 한정적이고 구체적인 예로써 상기 스러스트 플레이트(330)는 그 외주면에 라운딩부(331)를 포함할 수 있다. 상기 라운딩부(331)는 상기 스러스트 플레이트(330)가 상기 메인 프레임(112)의 대경부(112b)를 통하여 상기 제1 견부(112c)에 밀착되도록 압입 결합을 용이하게 할 수 있다. 이에 따라 스러스트 플레이트(330)의 압입을 위한 체결력에 의하여 스러스트 플레이트(330)나 메인 하우징(110)에 발생하는 변형이나 파손을 방지할 수 있다.

다만 본 발명의 일 실시예에서의 상기 스러스트 플레이트(330)가 반드시 상기 라운딩부(331)를 가질 필요는 없다.

한편 상기 스러스트 플레이트(330)는 상기 선회 스크롤(320)이 지지되는 측 면에 마모를 방지하고 윤활 특성을 향상시킬 수 있도록 테프론 코팅층을 더 포함할 수도 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.

또한 상기 스러스트 플레이트(330)는 상기 선회 스크롤(320)의 선회 운동에 의해 상기 스러스트 플레이트(330)의 자전을 방지하기 위해 상기 메인 프레임(112)의 제1 견부(112c)에 설치되는 고정핀(115)이 삽입되는 고정핀 제1홈(332)을 더 포함할 수 있다.

보다 자세히 살펴보면, 상기 고정핀(115)은 상기 스러스트 플레이트(330)의 자전을 방지하기 위해 상기 스러스트 플레이트(330)와 상기 메인 프레임(112)을 고정시키는 기능을 할 수 있다.

상기 스러스트 플레이트(330)에 형성되는 상기 고정핀 제1홈(332)은 상기 스러스트 플레이트(330)가 상기 메인 프레임(112)와 맞닿는 면에 개구 형상을 가지면서 위치한다. 반면 상기 스러스트 플레이트(33)에 형성되는 상기 고정핀 제1홈(332)은 상기 스러스트 플레이트의 상기 선회 스크롤(320)과 맞닿는 면까지는 관통되지 않는 것이 바람직하다.

또한 상기 메인 프레임(112)의 제1 견부(112c)에는 상기 고정핀 홈(332)과 연통되고 상기 고정핀 홈(332)과 동일한 직경을 가지며 상기 선회 스크롤(320) 방향의 반대 방향으로 형성된 고정핀 제2홈(116)이 위치한다.

따라서 상기 고정핀(115)은 상기 고정핀 제1홈(332)와 고정핀 제2홈(116)에 삽입되는 결합관계를 가지고 상기 고정핀(115)은 스러스트 플레이트(330)과 메인 프레임(112) 사이에 위치할 수 있다. 상기 결합관계로부터 스러스트 플레이트(330)의 자전은 방지될 수 있다.

이 때 상기 고정핀(115)은 상기 스러스트 플레이트(330)의 중심을 기준으로 복수 개가 등간격으로 설치되는 것이 바람직하다.

비록 상기 도 5에서는 상기 고정핀(115)이 2개인 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐이며 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 스러스트 플레이트(330)와 상기 제1 견부(112c) 사이에는 제 4 실링부재(114-4)가 구비되어 고압에 의한 냉매 누설을 더욱 방지할 수 있다.

[메인프레임의 구조]

도 6은 도 4의 "A"부를 확대한 도면이다.

도 2, 도4 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 프레임(112)은 상기 메인 하우징(110)와 일체형으로 형성된다. 다시 말하면, 본 발명의 일 실시예의 메인 프레임(112)은 메인 프레임(112)의 고정을 위한 별도의 체결 부재 없이 메인 하우징(110)과 일체로 형성된다. 따라서 본 발명의 일 실시예의 메인 프레임(112)은 메인 하우징(110)과 물리적인 틈, 간극 또는 공차 없이 연속적인 형상을 가지게 된다.

또한 본 발명의 일 실시예의 메인 프레임(112)은 그 외주면 또는 외벽부에 체결 부재를 위한 체결 구멍 등을 포함하지 않는다. 따라서 본 발명의 일 실시예의 메인 프레임(112)은 외주면 및/또는 외벽부에 체결 구멍 등에 의한 빈 공간(empty space)을 포함하지 아니한다. 다시 말하면, 도 4를 기준으로 상기 메인 프레임(112)의 상기 제2 견부(112d)는 두께 방향으로 체결 부재를 위한 어떠한 체결 구멍 등을 포함하지 아니한다.

이에 따라 메인 하우징(110)이 리어 하우징(120) 및 프론트 하우징(130)과 체결 부재를 이용하여 채결될 때, 본 발명의 일 실시예의 메인 프레임(112)은 메인 하우징(110)과 같이 체결되어 그 위치를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한 외주면 또는 외벽부에 체결 구멍 등에 의한 빈 공간을 포함하지 않는 본 발명의 일 실시예의 메인 프레임(112)은 높은 강성을 유지할 수 있다.

도 7은 도1과 같은 종래 구조의 스크롤 압축기의 응력 상태를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.

도 8은 종래 구조의 스크롤 압축기의 내부 하우징에서의 볼트 체결부의 응력 상태를 나타내는 시뮬레이션 결과이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기의 응력 상태를 타나내는 시뮬레이션 결과이다.

먼저 도 7을 살펴 보면, 종래 구조의 압축기 내부에 위치하는 메인 프레임은 압축기의 하우징의 조립 시부터 볼트의 체결력으로 응력(스트레스, stress)를 받은 상태가 된다. 종래 구조의 내부 프레임은 상기 초기의 높은 응력 상태에 더하여 압축기의 구동으로 인한 고온 및 고압의 환경에 노출되게 된다. 그 결과 종래의 압축기의 내부 프레임은 높은 응력 상태에 놓이게 되며, 특히 고정 스크롤과 선회 스크롤에 의해 형성되는 압축실 근처의 내부 프레임은 가장 높은 응력 상태에 놓이게 된다. 그런데 도 1에서 도시된 바와 같이, 종래 구조의 압축기는 내부 프레임이 다른 하우징 부품과 체결되는 위치를 상기 압축실 부근에 가질 수 밖에 없다. 따라서 도 8에서 도시하는 바와 같이, 종래 구조의 압축기에서는 내부 프레임 근처에서 체결 기구의 뒤틀림 등의 변형, 체결 기구의 탈락 또는 체결 기구의 파손이 발생하기 쉬워 진다. 만일 체결 기구의 뒤틀림이 발생하면, 내부 프레임의 위치가 변하게 됨으로써 압축기의 효율 저하가 발생하기 쉽다. 더 나아가 만일 체결 기구의 파손이 발생하는 경우, 상기 파손된 잔해는 밀폐된 압축기 내부에서 고속으로 동작하는 다른 부품들의 거동을 방해하여 압축기의 신뢰성 및 수명을 크게 떨어뜨리게 된다.

반면 도 9에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는 메인 프레임과 메인 하우징이 일체로 형성된다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는 종래의 압축기 대비 체결 기구의 체결을 위한 빈 공간을 포함하지 않으므로 보다 높은 강성을 가지게 된다. 이에 더하여 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 프레임은 조립시에 별 다른 응력을 받지 않으므로 고온 고압의 환경에 노출되어도 메인 프레임이 받는 응력은 그다지 높지 않게 된다.

나아가 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 프레임은 동일한 압력 및 온도 환경에서도 종래의 내부 프레임 대비 더 높은 강성을 가질 수 있으므로 더 낮은 응력 상태를 가질 수 있다.

만일 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 프레임이 높은 응력 상태를 가진다 하더라도, 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 프레임은 별도의 체결 기구를 가지지 아니하므로 체결 부재의 파손 등이 발생하지 않아서 압축기의 신뢰성 및 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 프레임은 메인 프레임의 두께 등을 줄이더라도 종래 구조의 내부 프레임과 동등 수준의 강성을 확보할 수 있다. 다시 말하면 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는 메인 프레임의 일체형 구조로 인해 더 얇은 두께의 메인 프레임을 사용할 수 있다. 이는 다시 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는 종래의 압축기 대비 동일 부피에서 메인 프레임의 부피를 줄일 수 있고, 이를 통해 압축실의 실제 체적 증가를 통한 효율 향상이 가능해짐을 의미한다.

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 프레임(112)은 소경부(112a), 대경부(112b), 상기 소경부(112a)와 대경부(112b) 사이에 위치하는 제1 견부(112c) 및 상기 대경부(112b)의 끝부분에서 상기 제1 견부(112c)와 평행하게 위치하는 제2 견부(112d)를 포함할 수 있다.

한편 상기 제2 견부(112d)는 메인 프레임(112)의 리어 하우징(120)의 끝단면에 해당하면서 동시에 메인 하우징(110)의 끝단면에 해당될 수도 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예에서의 상기 제2 견부(112d)는 압축기의 중심에서 바깥 방향을 기준으로 하였을 때, 도 2에서 도시된 볼트 구멍(502)의 안쪽 부분의 끝단면까지로 정의한다.

먼저 상기 소경부(112a)는 회전축(230)을 직접 지지하는 기능을 수행하며 상기 소경부(112a)에는 제 1베어링(113)이 위치한다. 따라서 상기 소경부(112a)는 회전축(230) 및 이와 결합되는 제 1베어링(113)을 내부에 수용할 수 있는 내부공간을 갖도록 형성된다.

한편 상기 회전축(230)을 관통하는 관통 구멍은 상기 메인프레임(112)의 소경부(112a)의 프론트 하우징(130) 방향에 위치한다.

상기 소경부(112a)는 또한 회전축(230) 및 상기 회전축(230)과 결합되는 편심부시(240)의 일부분을 수용한다. 이때 상기 편심부시(240)의 일부는 후술할 대경부(112b) 내에 수용될 수 있다.

상기 대경부(112b)는 상기 회전축(230)과 결합되는 선회 스크롤(320)과 상기 고정 스크롤(310)의 일부를 수용한다. 또한 상기 대경부(112b)는 상기 회전축(230)의 일부와 함께 상기 축결합부(323)를 수용할 수 있다. 축결합부(323)은 회전축(230)과 결합되어 상기 선회 스크롤(320)을 회전축과 결합시키며 상기 대경부(112b) 내에 수용될 수 있다.

이 때 상기 대경부(112b)는 선회 스크롤(320)의 선회에 따라 선회하는 축결합부(323)의 선회 범위 이상의 내부공간을 갖도록 형성된다. 즉 상기 대경부(112b)는 상기 소경부(112a)보다 큰 내경을 갖도록 형성되며, 이에 따라 상기 대경부(112b)와 상기 소경부(112a) 사이에는 단차가 형성되고 상기 단차에 해당하는 부분이 제1 견부(112c)에 해당한다.

한편 상기 제1 견부(112c)는 상기 선회 스크롤(320)과 회전축(230) 방향으로 마주보는 측에 위치한다. 상기 제1 견부(112c)는 상기 제2 견부(112d)와 동일하게 대략 원판 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1 견부(112c)는 선회경판(321)의 회전축(230) 방향의 일면과 마주보게 배치되어 선회 스크롤(320)을 지지할 수 있다.

구체적으로 상기 선회 스크롤(320)과 스러스트 플레이트(330)의 구조에서 살펴본 바와 같이, 리어 하우징(120) 방향으로 상기 제1 견부(112c)는 상기 스러스트 플레이트(330)와 직접 접촉되고 다시 상기 스러스트 플레이트(330)는 상기 선회 스크롤(320)의 선회 경판(321)과 직접 접촉되는 위치에 있다.

이 때 상기 스러스트 플레이트(330)는 상기 대경부(112b)를 통해 상기 제1 견부(112c)에 대해 밀착되도록 압입될 수 있다.

한편 상기 스러스트 플레이트(330)와 상기 제1 견부(112c) 사이에는 상기 선회 스크롤(320)의 선회 운동에 의한 스러스트 플레이트(330)의 운동을 방지하기 위한 고정핀(115)이 위치할 수 있다. 상기 스러스트 플레이트(330)에는 상기 고정핀(115)의 고정을 위한 고정핀 제1 홈(332)이 위치하고, 상기 제1 견부(112c)에는 고정핀 제2 홈(116)이 위치한다. 이에 따라 상기 고정핀(115)은 상기 고정핀 제1 홈(332)와 고정핀 제2 홈(116)에 삽입될 수 있다.

상기 스러스트 플레이트(330)과 상기 선회 스크롤(330) 사이에는 자전방지기구(340)가 위치할 수 있다.

상기 자전방지기구(340)는 자전방지링(341)과 자전방지핀(342)을 포함한다. 상기 자전방지링(341)은 선회 스크롤의 선회 경판부(321)의 자전방지홈(324) 내에 삽입되고, 상기 자전방지핀(342)은 상기 자전방지링(341) 내경만으로 그 움직임이 제한된다.

상기 스러스트 플레이트(330)의 리어 하우징(120) 방향의 면에는 선회 스크롤(320)이 위치한다. 상기 선회 스크롤(320)은 고정 스크롤(310)과 함께 압축실(S3)을 형성한다.

한편 상기 대경부(112b)의 리어 하우징(120) 방향으로의 끝부분은 상기 제1 견부(112c)와 평행한 제2 견부(112d)에 해당된다. 상기 제2 견부(112d)는 상기 고정 스크롤(310)의 고정 스크롤 확장부(314)의 일부와 상기 리어 하우징(120)의 일부와 직접 접촉한다.

구체적으로 상기 제2 견부(112d)는 상기 고정 스크롤 확장부(314)의 일부를 직접적으로 접촉하면서 지지한다. 따라서 상기 고정 스크롤(310)은 상기 고정 스크롤 확장부(314)와 상기 제2 견부(112d)와의 결합 관계를 통해 적어도 메인 하우징(112) 방향으로 견고하게 지지될 수 있다.

이 때, 상기 제2 견부(112d)와 상기 고정 스크롤 확장부(314) 사이에는 제1 실링부재(114-1)가 위치한다. 다시 말하면 제1 실링부재(114-1)는 상기 고정 스크롤(310)과 상기 메인 하우징(110)의 일부인 제2 견부(112d) 사이에 위치하며, 상기 제2 견부(112d) 또는 에민 프레임(112)과 상기 고정 스크롤(310) 사이의 냉매의 유출을 막는 기능을 한다. 나아가 상기 제1 실링 부재(114-1)는 고유의 탄성력을 가지며, 상기 탄성력은 상기 체결 기구(501, 502)에 의한 체결력과 상호 작용하여 고정 스크롤(310), 상기 메인 하우징(110) 및 리어 하우징(120)이 가지는 설계 및 가공 공차들에 의한 간격과 메인 하우징(110)의 진동을 저감시킬 수 있다.

또한 상기 제2 견부(112d)와 상기 리어 하우징(120)의 접촉면 사이에는 제3 실링 부재(114-3)가 위치할 수 있다.

상기 제3 실링 부재(114-3)은 상기 메인 하우징(110)의 제2 견부(112d)와 상기 리어 하우징(120) 사이로의 냉매의 유출을 차단하며, 나아가 상기 제1 실링 부재(114-1)에 가해지는 체결부재(501, 502)에 의한 과도한 체결력을 고르게 분산시키는 기능을 수행할 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기의 분해 사시도이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도이다.

도 10 및 11의 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기와 도 2 내지 4의 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기를 대비해 보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기는 체결 부재(503, 504)가 상이한 차이가 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 상기 도 10 및 11의 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기는 리어 하우징(120)과 메인 하우징(110)이 볼트 결합 방식이 아닌 나사 결합 방식에 의해 체결된 차이가 있다.

구체적으로 살펴보면, 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기는 메인 하우징(110)의 리어 하우징 방향으로의 바깥쪽 측면 최단부에는 암나사부 또는 수나사부가 형성되고(503), 상기 리어 하우징(120)의 메인 하우징 방향으로의 안쪽 측면 최단부에는 수나사부 또는 암나사부(504)가 형성된다.

이와 같이 한쌍의 상기 암, 수 나사부(503, 504)들에 의해 상기 메인 하우징(110)과 리어 하우징(120)이 체결되면, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트(501)와 볼트 구멍(502)의 체결 대비 메인 하우징(110)의 케이스 두께를 감소시킬 수 있다.

구체적으로 본 발명의 실시예의 메인 하우징(110)이 볼트(501)과 볼트 구멍(502)에 의해 체결되면, 상기 메인 하우징(110)은 상기 볼트 구멍(502)을 위한 추가적인 두께를 가져야 한다. 다시 말하면 압축기의 부피는 상기 볼트 구멍(502)의 형성을 위한 두께만큼 커져야 한다. 그런데 상기 볼트 구멍(502) 및 볼트 구멍 형성을 위한 두께는 실제 압축기의 압축기구부(300)에는 전혀 기여하지 못하는 데드 스페이스(dead space)에 해당한다.

반면 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기는 상기 데드 스페이스 공간의 여유가 있으므로, 더 작은 압축기 크기로 동일 수준의 압축 효율을 확보할 수 있게 된다.

한편 상기 도 10 및 도 11에는 도시되지 않았으나 본 발명의 다른 실시예의 압축기는 상기 나사선들(503, 504) 근처에 용접라인을 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 용접라인은 상기 리어 하우징(120)의 메인 하우징(110) 방향의 끝단부에서 상기 나사부(503)의 바로 아래 및/또는 상기 메인 하우징(110)의 리어 하우징(120) 방향으로의 끝단부에서 상기 나사부(504)의 바로 위에 위치할 수 있다.

만일 본 발명의 다른 실시예의 압축기가 자동차에 적용되면, 상기 나사선들(503, 504)은 자동차의 지속적인 운행 및 진동에 의해 헐거워질 우려가 있다. 그런데 자동차 부품들의 경우, 상기 부품들은 통상적으로 어셈블리(assembly) 형태로 교체된다. 만일 압축기의 수리가 필요한 경우, 통상적으로 압축기 전체가 교체되며 압축기 구성요소의 단위 부품으로는 교체되지 않는다. 따라서 비록 본 발명의 다른 실시예의 압축기에서 리어 하우징(120)과 메인 하우징(110)이 추가적으로 상호 용접된다 하더라도, 자동차 부품 분야에서의 교체 관행 상 상기 용접에 의한 단점은 무시될 수 있다.

[스크롤 압축기의 작동 및 효과]

도 2, 4, 10 및 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기는 다음과 같이 작동할 수 있다.

먼저 흡입 포트(111)를 통하여 상기 메인 하우징(110) 내부의 흡입실(S1)으로 유입된 냉매는 상기 고정 스크롤(310) 및 선회 스크롤(320)의 외측과 대경부(112b) 사이의 공간을 거쳐 상기 고정 스크롤(310)과 선회 스크롤(320)이 형성하는 압축실(S3)로 공급된다.

그 다음 상기 선회 스크롤(320)의 선회 운동에 따라 고정랩(312)와 선회랩(322)이 서로 맞물려 압축된 냉매는 고정 스크롤(310)의 고정 경판(311)의 대략 중앙부에 위치하는 냉매 토출홀(313)과 리어 하우징(120)에 위치하는 냉매 통로(123)를 통과하여 배출 포트(121)를 통해 외부로 배출된다.

이에 따라, 상기 흡입실(S1)과 상기 스크롤 유닛(1)의 외측과 상기 고정 스크롤(310) 및 선회 스크롤(320)의 외측과 대경부(112b) 사이의 공간은 비교적 저압의 환경이 조성되며, 상기 압축실(S3)과 토출실(S4)은 고압의 환경이 조성된다. 한편 상기 선회 스크롤(320)과 스러스트 플레이트(330) 사이에 위치하는 배압 챔버(S2)는 상기 저압과 고압의 중간 압력인 중간압의 환경이 조성된다.

이 때 본 발명의 실시예들에 따른 스크롤 압축기는 상기 메인 프레임이 별도의 체결 기구 없이 메인 하우징(110)과 일체형으로 형성된다.

여기서 "일체형"이란 의미는 앞에서도 설명한 바와 같이, 구성 요소들이 서로 개별적으로 존재하지 아니하고 다른 별도의 체결 기구로 연결되지 아니하며 연속적으로 연결됨을 의미한다. 다시 말하면 "일체형"이란 용어는 구성 요소들이 기능적으로는 구분될 수 있으나 물리적으로는 구성 요소들 사이에 틈이나 단절 없이 연속적으로 연결됨을 의미한다.

나아가 본 발명의 실시예들의 메인 프레임(112)은 외주면 및/또는 외벽부에 체결 구멍 등에 의한 빈 공간(empty space)을 포함하지 아니한다. 이와 같은 구조는 본 발명의 실시예들의 메인 프레임(112)의 높은 강성을 보장할 수 있다.

따라서 도 9에서 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기 부품들의 응력은 도 7 및 8에 도시된 종래의 스크롤 압축기 부품들의 응력 대비 낮은 상태에 놓일 수 있다.

한편 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기는 메인 하우징(110)과 리어 하우징(120)을 체결하는 체결부재(500)와 고정 스크롤(310)의 고정경판(311) 양 면에 복수 개의 실링부재(114-1, 114-2)를 포함함으로써 별도의 체결 부재 없이도 고정 스크롤(310)을 안정적이고 진동 없이 고정시킬 수 있다. 특히 상기 실링부재(114)는 상기 압축실(S3) 및 토출실(S4)의 높은 압력 상태의 압축된 냉매가 냉매 통로(123)를 통해서만 압축기 외부로 빠져 나갈 수 있게 한다.

상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기는 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.

첫째, 본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 메인 프레임 강성을 높일 수 있고 그로 인해 압축기의 조립 전/후에 압축기 부품들이 낮은 스트레스 상태를 유지할 수 있다.

둘째, 본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 메인 프레임과 메인 하우징의 두께를 더 얇게 하더라도 강성을 유지할 수 있으므로 압축기의 크기를 줄일 수 있거나 또는 압축 공간을 더 확보할 수 있다. 그 결과 동일한 체적의 압축기에서는 압축 효율의 향상이 가능해지거나 또는 동일한 압축 효율을 얻기 위해 크기가 더 작은 압축기를 제공할 수 있게 된다.

셋째, 본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 별도의 체결부재 없이도 고정 스크롤을 케이싱과 안정적으로 결합시킬 수 있다. 특히 메인 하우징과 리어 하우징의 결합력을 이용하여 고정 스크롤을 안정적으로 고정시킬 수 있어 고정 스크롤, 메인 프레임 및 리어 하우징의 체결 구조가 단순해 질 수 있다.

넷째, 본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 메인 프레임 및/또는 고정 프레임의 하우징과의 결합을 위한 별도의 체결부재를 필요로 하지 않는다. 따라서 체결부재 근처에서의 부품의 미스얼라인먼트(misalighnment), 진동, 변형 및 파손이 원천적으로 방지될 수 있다. 그 결과 스크롤 압축기의 효율저하뿐만 아니라 스크롤 압축기의 신뢰성 및 수명 저하를 예방할 수 있다.

다섯째, 본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 스크롤 압축기를 이루는 고정스크롤, 메인 하우징 및 리어 하우징의 설계 공차 또는 조립 공차에 따른 진동이나 소음을 고정 스크롤 및 메인 하우징의 설계에 의해 완충시킬 수 있다. 이로 인해 스크롤 압축기의 효율 및 소음 특성이 개선될 수 있다.

여섯째, 본 발명의 실시예들의 스크롤 압축기에 따르면, 하우징 및 체결 부재의 감소로 인하여 부품 수 저감과 조립 공정 단순화가 가능해 진다. 그 결과 비용 절감과 생산성 향상이 달성될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 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 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

S1: 흡입실
S2: 배압실
S3: 압축실
S4: 토출실
100: 케이싱
110: 메인 하우징
111: 흡입 포트
112: 메인 프레임
112a: 소경부
112b: 대경부
112c: 제1 견부
112d: 제2 견부
113: 제 1베어링
114: 실링부재
114-1: 제1 실링부재
114-2: 제2 실링부재
114-3: 제3 실링부재
114-4: 제4 실링부재
115: 고정핀
116: 고정핀 제2홈
120: 리어 하우징
121: 배출 포트
122: 고정 스크롤 삽입부
123: 냉매 통로
130: 프론트 하우징
131: 회전축 결합부
132: 제 2베어링
140: 인버터 하우징
200: 전동 모터
210: 고정자
220: 회전자
230: 회전축
240: 편심부시
241: 제 3베어링
300: 압축기구부
310: 고정 스크롤
311: 고정경판
312: 고정랩
313: 냉매 토출홀
314: 고정 스크롤 확장부
320: 선회스크롤
321: 선회경판
322: 선회랩
323: 축결합부
324: 자전방지홈
330: 스러스트 플레이트
331: 라운딩부
332: 고정핀 제1홈
340: 자전방지부재
341: 자전방지링
342: 자전방지핀
400: 인버터
500: 체결부재
501: 볼트
502: 볼트 구멍
503: 암나사(수나사)부
504: 수나사(암나사)부

Claims

밀폐된 내부공간을 갖는 메인 하우징과 리어 하우징;
상기 내부공간에 위치하는 고정 스크롤;
상기 고정 스크롤과 함께 압축실을 형성하며 회전축에 의해 선회운동을 하는 선회 스크롤;
상기 메인 하우징과 상기 리어 하우징을 체결하는 체결기구;
상기 메인 하우징과 일체형 형상으로 연결된 메인 프레임;
상기 고정 스크롤과 상기 메인 프레임 사이의 경계면에 위치하는 제1 실링부재;
상기 고정 스크롤과 상기 리어 하우징 사이의 경계면에 위치하는 제2 실링부재;
를 포함하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 체결기구는 상기 메인 프레임과 상기 리어 프레임이 상호 체결되는 부위에 위치하는 한 쌍의 암수 나사부들인,
스크롤 압축기.
제2항에 있어서,
상기 리어 하우징의 메인 하우징 방향의 끝단부에서 상기 나사부의 바로 아래 및/또는 상기 메인 하우징의 리어 하우징 방향으로의 끝단부에서 상기 나사부의 바로 위에 위치하는 용접 라인;
을 포함하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 고정 스크롤과 상기 메인 하우징 사이의 경계면에 위치하며, 상기 제1 실링부재 보다 압축기의 중심에서 떨어진 장소에 위치하는 제3 실링부재;
를 포함하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 메인 프레임은 그 외주면 및/또는 외벽부에 빈 공간이 없는,
스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 메인 프레임은 상기 선회 스크롤을 회전시키는 회전축이 수용되는 소경부;
상기 소경부보다 직경이 더 큰 대경부;
상기 소경부와 대경부 사이에 위치하는 제1 견부;
상기 대경부의 끝단부에서 상기 제1 견부와 평행한 방향으로 위치하는 제2 견부;
를 포함하는 스크롤 압축기.
제6항에 있어서,
상기 제1 실링부재는 상기 제2 견부에 위치하는;
스크롤 압축기.
제6항에 있어서,
상기 제1 견부와 상기 선회 스크롤 사이에 위치하는 스러스트 플레이트;
를 포함하는 스크롤 압축기.
제8항에 있어서,
상기 스러스트 플레이트의 외주면에 위치하는 라운딩부;
를 포함하는 스크롤 압축기.
제8항에 있어서,
상기 제1 견부와 상기 스러스트 플레이트 사이에 위치하는 고정핀;
을 포함하는 스크롤 압축기.
제8항에 있어서,
상기 제1 견부와 상기 스러스트 플레이트 사이에 위치하는 제4 실링부재;
를 포함하는 스크롤 압축기.
제8항에 있어서,
상기 선회 스크롤에 위치하며 오목한 형상을 가지는 자전방지홈;
상기 자전방지홈에 삽입되는 자전방지기구;
를 포함하는 스크롤 압축기.
제12항에 있어서,
상기 선회 스크롤은 상기 고정 스크롤과 마주보게 배치되는 선회경판;
상기 선회 스크롤과 상기 고정 스크롤 사이에 위치하여 상기 압축실을 형성하는 선회랩;을 포함하고,
상기 선회랩과 상기 자전방지홈은 상기 선회경판에 위치하되 상기 자전방지홈은 상기 스러스트 플레이트와 마주보는 면에 형성되는,
스크롤 압축기.
제12항에 있어서,
상기 자전방지기구는 상기 자전방지홈에 삽입되는 자전방지링;
상기 자전방지링 내에서 공전운동하는 자전방지핀;
을 포함하는 스크롤 압축기.
제14항에 있어서,
상기 자전방지핀의 일 면은 상기 선회경판과 접촉하고 상기 자전방지핀의 다른 면은 상기 스러스트 플레이트와 접촉하는,
스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 선회 스크롤과 마주보는 상기 메인 프레임의 일측에 위치하고, 상기 압축실과 연통되는 배압챔버;
를 포함하는 스크롤 압축기.
제16항에 있어서,
상기 선회 스크롤은, 상기 고정 스크롤과 마주보게 배치되는 선회경판;
상기 선회 경판의 두께 방향으로 관통하고, 압축실 내부로 유입된 냉매 중 일부를 상기 배압챔버로 공급하며, 상기 배압챔버 보다 상기 선회경판의 직경방향의 내측에 위치하는 배압홀;
을 포함하는 스크롤 압축기.
제6항에 있어서,
상기 소경부에는,
상기 회전축와 결합되는 제1 베어링;과,
상기 회전축과 결합되는 편심부시;가 위치하는 ,
스크롤 압축기.
제6항에 있어서,
상기 대경부에는,
상기 회전축과 결합되는 선회 스크롤;과
상기 선회 스크롤과 상기 압축실을 형성하는 고정 스크롤의 일부;가 위치하는,
스크롤 압축기.
제20항에 있어서,
상기 고정 스크롤의 일부는 상기 리어 하우징에 위치하는,
스크롤 압축기.