KR100390430B1 - 스크롤 유체기계의 축방향 순응구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 유체기계에 대한 것으로서, 특히 자전운동을 하는 부재에 배압판을 결합하여 선회스크롤하부에 압력실을 형성하여 축방향 순응구조를 제공함으로써, 선회스크롤의 거동 안정성을 확보하고, 선회스크롤과 고정스크롤이 맞닿는 면의 마찰손실이 감소되도록 한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 와권형상의 랩을 가진 선회스크롤과, 상기 선회스크롤의 상부에 안착되어 압축실을 형성하는 고정스크롤을 구비하는 스크롤 유체기계에 있어서; 배압판이 압축기 내부의 자전 운동을 하는 부재와 결합되거나, 일체로 형성되어, 흡입가스보다 높은 압력을 가진 가스 또는 오일이 선회스크롤과 배압판사이에 유입되도록 하여 상기 선회스크롤을 고정스크롤측으로 밀어올리는 압력실을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 축방향순응구조가 제공되도록 한 것이다.

더욱 바람직하게는 상기 배압판은 구동축 또는 균형추 또는 슬라이드부시 또는 편심부시와 결합되거나 일체로 형성된다.

Description

스크롤 유체기계의 축방향 순응구조{Axial compliance mechanism of scroll machine}

본 발명은 스크롤 유체기계에 대한 것으로서, 특히 스크롤 유체기계에서 발생되는 선회스크롤 전복모멘트를 상쇄시킬 수 있도록 선회스크로 하부에 형성되는 배압구조로 형성된 축방향 순응구조에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤 유체기계는 소용돌이 모양의 스크롤이 설치된 장치로써, 스크롤압축기 등이 있다.

상기 스크롤압축기(1)는 도 1에서 도시된 것과 같이, 인벌류트 형상의 랩(11)을 가진 고정스크롤(10)과, 상기 인벌류트 곡선과 180도의 위상차를 가진 인벌류트 형상의 랩(21)을 가진 선회스크롤(20)을 구비한다.

이와 같은 스크롤압축기(1)에서는 상기 선회스크롤(20)과 고정스크롤(10)이 서로 마주 보도록 맞물려서 압축실(12)이 형성되어 고정스크롤(10)에 대하여 선회스크롤(20)이 자전이 방지된 채로 선회 운동을 하면 압축실(12)이 중심부 쪽으로 움직이면서 체적이 감소되어 냉매를 압축하게된다.

이러한 냉매의 압축시 고압인 내측의 압축실에서 상대적으로 저압인 외측의 압축실로 냉매의 누설이 발생되는데, 스크롤랩의 선단인 팁부와 상대스크롤 저면 사이의 틈새사이에 발생되는 축방향틈새를 통한 반경방향 누설과, 선회 및 고정스크롤의 랩(21)과 랩(11)사이의 측면틈새사이에서 발생되는 반경방향 틈새를 통한 접선방향 누설이 발생된다.

상기 선회스크롤의 안정적인 거동을 위한 반경방향 누설을 방지하기 위한 방법으로는 팁실방식과, 고정스크롤 배압방식과, 선회스크롤 배압방식이 사용된다.

이러한 팁실방식은 도 2에서 도시된 것과 같이, 랩(21)의 끝단인 팁부를 실링(22)하여 축방향 가스력에 의해 선회스크롤(20)이 선회스크롤이 안착된 메인프레임(30)쪽으로 밀린 상태로 고정스크롤에 대하여 선회되도록 한 것이다.

그러나, 팁실방식이 적용되면, 압축실에서 발생한 축방향 가스력(Fga)에 대응되는 스러스트반력(F_ra)이 발생되고, 상기 축방향 가스력에 의하여 발생되는 모멘트가 모두 메인 프레임(30)의 스러스트 베어링(31)에 전달되어 마찰 손실을 발생시키며, 상기 팁실(22)이 상대 스크롤의 저면 마찰에 의하여 마모됨으로써, 냉매의 누설이 발생할 수 있다.

한편, 고정스크롤 배압방식(미도시)은 토출압과 중간압을 이용하여 고정스크롤(10, 도 1참조)을 선회스크롤(20, 도 2참조)측으로 밀어붙여 냉매의 누설을 방지하는 방식으로 메인프레임(30, 도 2참조)의 스러스트 베어링(31, 도 2참조)에 축방향 가스력(Fga) 및 고정스크롤의 배면에 형성되는 배압까지 가해지기 때문에 메인프레임(30)과 선회스크롤(20)간의 마찰손실이 더욱 커진다.

그리고, 선회스크롤 배압방식은 도 3에서 도시된 것과 같이, 토출압이나 중간압을 이용하여 선회스크롤(20)을 고정스크롤측(10, 도 1참조)으로 밀어붙이는 방식으로 메인프레임(30)과 선회스크롤(20)사이의 마찰에 의한 손실은 방지되지만, 선회스크롤의 전복을 방지하기 위해서는 배압력(F_b)이 상당히 커져야 하므로 고정스크롤과 선회스크롤이 맞닿는 면에 작용하는 스러스트 반력(F_ra= F_b- F_ga)은 팁실 방식과 비슷하게 되어 여전히 큰 마찰손실이 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 선회스크롤의 거동을 불안정하게하는 선회스크롤의 전복모멘트를 효과적으로 상쇄시킬 수 있는 배압구조를 제공함으로써, 선회스크롤의 거동 안전성을 높이고 고정스크롤과 선회스크롤 사이에 발생되는 마찰손실을 최소화하는데 그 목적이 있다.

도 1은 스크롤 유체기계중 일반적인 스크롤압축기를 보여주는 종단면도

도 2는 팁실 방식이 적용된 스크롤압축기의 선회스크롤을 보여주는 개략 요부단면도

도 3는 선회스크롤 방식이 적용된 스크롤압축기의 선회스크롤을 보여주는 개략 요부단면도

도 4는 본 발명에 따른 스크롤압축기를 나타내는 종단면도

도 5는 선회스크롤의 하부에 배압판에 의하여 형성되는 압력실을 보여주는 압축실의 횡단면도

도 6은 본 발명에 따른 배압방식이 적용된 스크롤압축기의 선회스크롤에 작용하는 스러스트 반력을 보여주는 선회스크롤의 개략 요부단면도

* 도면 주요부분의 부호설명 *

1, 2 : 스크롤압축기 10 : 고정스크롤

20 : 선회스크롤 30 : 상부 프레임

40 : 구동축 50 : 배압판

60 : 고정자 70 : 회전자

이를 위하여 본 발명은 와권형상의 랩을 가진 선회스크롤과, 상기 선회스크롤의 상부에 안착되어 압축실을 형성하는 고정스크롤을 구비하는 스크롤 유체기계에 있어서; 배압판이 압축기 내부의 자전 운동을 하는 부재와 결합되거나, 일체로 형성되어, 흡입가스보다 높은 압력을 가진 가스 또는 오일이 선회스크롤과 배압판사이에 유입되도록 하여 상기 선회스크롤을 고정스크롤측으로 밀어올리는 압력실을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 축방향 순응구조가 제공되도록 한 것이다.

더욱 바람직하게는 상기 배압판은 구동축 또는 균형추 또는 슬라이드부시 또는 편심부시와 결합되거나 일체로 형성된다.

본 발명에 따른 스크롤 유체기계를 첨부도면에 따라 설명하면 하기와 같고, 도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축기를 나타내는 종단면도이며, 도 5는 선회스크롤의 하부에 배압판에 의하여 형성되는 압력실을 보여주는 압축실의 횡단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 배압방식에서 선회스크롤의 거동시 나타나는 스러스트 반력을 보여주는 선회스크롤의 개략 요부단면도이다.

본 발명에 따른 스크롤 유체기계중의 스크롤압축기는 도 4 및 도 5에서 도시된 것과 같이, 밀폐용기의 내측 상하부에 상하부 프레임(30)이 설치되고, 상기 상부프레임(30)의 상면에는 인벌류트 곡선으로 랩이 형성된 선회스크롤(20)이 얹혀지며, 상기 선회스크롤(20)의 상측에는 선회스크롤(20)의 랩(21)과 서로 맞물려 압축실(12)을 형성하도록 랩(11)을 구비하는 고정스크롤(10)이 얹혀져 상부프레임(30)의 가장자리에 볼트로 체결된다.

그리고, 상기 선회스크롤(20)의 배면에는 보스(23)가 연장 형성되어 구동축(40)과 편심되게 결합되고, 상기 선회스크롤(20)의 하부 일측을 감싸도록 구동축(40)의 상부에 형성된 평면부와 일체로 배압판(50)이 위치된다.

또, 상기 선회스크롤의 배면에 형성된 보스(23)와 결합되는 구동축(40)의 단부에는 소정량 편심져 돌출된 크랭크핀(미도시)이 결합되고, 상기 크랭크핀과 상기 선회스크롤(20)의 보스(23)사이에는 구동부시(미도시)가 개재되어 있을 수 있다.

이 때, 상기 구동축(40)의 하부에는 오일저장부(100)가 위치되고, 상기 구동축의 종방향 내측에는 급유로(42)가 구동축(40) 전체를 종단하여 형성되며, 상기 오일 급유로(42)를 통하여 오일이 배압판내부로 유동된다.

그리고, 상기 배압판(50)과 선회스크롤(20)사이에 형성된 압력실(52)과 스크롤압축기 내부사이에는 씰부재(51)가 설치되어 상기 압력실(52)로 유입되는 고압의공기와 오일의 누설이 방지되도록 한다.

한편, 상기 상하부 프레임의 사이에는 고정자(60)가 밀폐용기 내면에 압입되어 설치되고, 상기 고정자(60)의 내주면에는 회전자(70)가 삽입 설치되고 상기 회전자의 중앙에는 구동축(40)이 상부프레임의 중앙부를 관통하도록 위치된다.

이와 같은 구조를 가진 스크롤압축기(2)로 전원이 인가되면 고정자(60)의 내측에 회전자(70)가 회전하면서 구동축(40)을 회전시키게되고, 이에 따라, 상기 선회스크롤(20)은 구동축(40)중심을 원점으로 선회반경만큼 떨어진 거리에서 선회운동하게된다.

따라서, 도 5에서 도시된 것과 같이, 선회스크롤(20)이 자전이 방지된 채로 고정스크롤(10)에 대하여 선회 운동하면 압축실이 중심부 쪽으로 움직이면서 냉매의 체적이 감소되어 그 압력이 상승하여 토출포트를 통하여 토출되고, 토출된 가스는 토출실을 지나 토출파이프(13)를 통과한 후 공기조화기의 다른 장치로 보내진다.

이 때, 상기 선회스크롤(20)의 하부면에 형성되는 압력실(52)은 축방향가스력(F_gt)을 향하도록 고정스크롤(10)과 선회스크롤(20)의 접점이 생기는 방향과 직교되는 방향에 위치된다.

한편, 구동축의 회전에 따라 오일저장부(100)에서 흡입된 오일은 급유로(42)를 따라 압축기구부로 흡상되는데, 그 흡상되는 오일의 일부는 상부 프레임(30)의 오일급유구를 통해 각 마찰부위로 유입되어 윤활작용을 하게된다.

그리고, 나머지 오일은 도 6에서 도시된 것과 같이, 상기 구동축(40)과 일체로 형성된 배압판(50)과, 선회스크롤(20)의 하부 일측사이에 유입되어 상기 선회스크롤(20)을 고정스크롤측으로 밀어올려 선회스크롤(20)을 고정스크롤(10)에 밀착시킴으로써 선회스크롤의 축방향순응이 이루어진다.

즉, 압축기 하부의 오일저장부(100)에서 구동축의 급유로(42)를 통하여 흡상된 오일은 상기 압축실로 유입되는 흡입가스보다 높은 압력을 가지고 선회스크롤(20)의 하부면과 배압판(50)사이에 형성된 압력실(52)로 유입되어, 선회스크롤(20)의 일부를 떠받쳐서 선회스크롤(20)을 고정스크롤(10)에 밀착시킨다.

이에 따라, 스크롤 압축기에는 도 6에서 도시된 것과 같이, 배압판(50)에 의하여 형성된 압력실(52)내의 압력으로 인하여 선회스크롤(20)이 고정스크롤(10)측으로 밀려올라감에 따라, 선회스크롤(20)이 선회될 때, 선회스크롤(20)과 고정스크롤(10)의 마찰면사이에는 스러스트 반력(F_ra)이 형성된다.

그리고, 상기 스러스트 반력(F_ra)은 축중심부의 고압 가스력에 의하여 발생되는 반력( F_b1)과, 압력실(52) 내부의 오일 또는 고압공기에 의한 배압력(F_b2)의 합에서 축방향가스력(F_ga)을 뺀 것과 같다.

이 때, 압력실(52)에 의한 배압력(F_b2)의 위치가 선회스크롤(20)에 가해지는 접선방향 가스력(F_gt)과 같은 방향에 작용하기 때문에, 선회스크롤(20)의 모멘트 평형이 자연스럽게 이루어지므로 상기 스러스트 반력(F_ra)이 아주 작아지는 한편, 선회스크롤의 전복모멘트가 상쇄된다.

한편, 본 발명에 따른 다른 실시예로써, 상기 배압판(50)을, 구동축(40) 중심과 편심되어진 선회스크롤등의 불균형력을 상쇄하기 위하여 회전자의 상부단면에 설치되는 균형추(80)와 일체로 형성하여 스크롤압축기의 진동을 줄이는 효과도 얻을 수 있다.

이와 달리, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 냉매의 반경방향 누설을 방지할 수 있도록 상기 배압판(50)을 구동부시(미도시)인 슬라이드부시나, 편심부시, 또는 스윙 링크 등의 자전운동을 하는 다른 부재와 결합시키거나 일체형으로 형성함으로써, 이들부재와 선회스크롤 하부면 일측사이에 압축실이 형성되도록 할 수도 있다.

이 때, 상기 슬라이드부시(미도시)는 선회스크롤과 같은 중심을 가지면서 선회스크롤(20)을 구동하며 구동축(40)의 상단에 편심되어 돌출된 평면부를 따라 슬라이딩 운동할 수 있도록 선회스크롤(20)과 구동축(40)사이에 개제된다.

그리고, 상기 편심부시(미도시)는 선회스크롤(20)과 동일한 중심을 가지고 구동축(40)과 결합되는 크랭크핀을 중심으로 편심회전하여 고정스크롤(10)에 대하여 선회스크롤(20)의 선회 반경길이가 가변적으로 변화되도록 선회스크롤(20)과 구동축(40)사이에 개제된다.

한편, 본 발명에 따른 다른 실시예에서는 구동축의 상부에 결합되는 크랭크핀(미도시)의 외경을 구동축(40)의 외경보다 작게 형성하여 구동축의 양단에 형성되는 압력차에 의하여 구동축(40)이 상향이동되도록 함으로써, 선회스크롤을 고정스크롤측으로 밀착시켜 배압판(50)의 하단면과 메인프레임(30)의 사이에 발생될 수있는 스러스트 손실을 감소시킨 것이다.

이 때, 상기 배압판(50)이 구동축 및 슬라이드부시등의 압축기내부에서 자전운동하는 부재와 결합되거나 또는 일체로 형성될 수 있다는 것은 이해 가능하다.

상기에서 설명한 바와 같이, 구동축을 따라 흡상되는 오일 또는 고압의 공기가 선회스크롤의 하부 일측을 고정스크롤측으로 밀어올릴 수 있도록 배압판을 이용하여 선회스크롤의 하부일측에 압력실을 형성하기 때문에 선회스크롤의 전복모멘트를 상쇄할 수 있으므로 선회스크롤이 안정적으로 거동되고, 선회스크롤과 고정스크롤이 맞닿는 면에 형성되는 마찰손실이 작아진다.

Claims (7)

1. 와권형상의 랩을 가진 선회스크롤과,

   상기 선회스크롤의 상부에 안착되어 압축실을 형성하는 고정스크롤을 구비하는 스크롤 유체기계에 있어서,

   배압판이 압축기 내부의 자전 운동을 하는 부재와 결합되거나, 일체로 형성되어,

   흡입가스보다 높은 압력을 가진 가스 또는 오일이 선회스크롤과 배압판사이에 유입되도록 하여 상기 선회스크롤을 고정스크롤측으로 밀어올리는 압력실을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 축방향 순응구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배압판과 선회스크롤사이에 형성된 압축실과 외부사이에는 씰부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 축방향 순응구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 배압판은 선회스크롤과 결합되어 구동력을 전달하는 구동축의 상단과 결합되거나 또는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 축방향 순응구조.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 배압판은 회전자의 상단면에 설치되는 균형추와 결합되거나 또는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 축방향 순응구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 배압판은 상기 선회스크롤의 부시와 구동축사이에 개제되는 슬라이드부시와 결합되거나 또는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의축방향 순응구조.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 배압판은 상기 선회스크롤의 부시와 구동축사이에 개제되는 편심부시와 결합되거나 또는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 축방향순응구조.
7. 제 1항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 구동축과 결합되는 크랭크 핀의 외경이 구동축의 외경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 축방향순응구조.