KR100304945B1 - 스크롤압축기의오일토출저감구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 오일 토출량을 줄이기 위한 장치에 관한 것으로 고정스크롤과 선회스크롤 랩이 압축실을 만들고 이들의 상대운동으로 생긴 압축력으로 냉매를 흡입.압축.토출 시키는 과정에서 냉매와 함께 유동하는 오일의 유동 경로를 바꿔 줌으로서 토출되는 오일양을 줄여 오일 부족으로 생기는 문제를 해결하는 것이다.

본 발명의 구성은 압축기의 고정스크롤과 선회스크롤의 스크롤 랩 상단면에 중앙부로 부터 바깥방향으로 인벌루트 곡선을 따라 오일유로를 형성하거나, 고정스크롤과 선회스크롤의 팁실홈이 만드는 인벌루트 궤적상의 면을 따라 오일유로를 형성하여 이루어진다.

이에따라 저비용의 토출오일 저감구조를 만들 수 있으며 토출되는 오일양을 안정적으로 줄여준다.

Description

스크롤 압축기의 오일 토출 저감구조{Scroll Compressor with oil control structure}

본 발명은 스크롤 압축기의 오일 토출량을 줄이기 위한 장치에 관한 것으로 더 상세하게는 고정스크롤과 선회스크롤 랩이 압축실을 만들고 이들의 상대운동으로 생긴 압축력으로 냉매를 흡입.압축.토출 시키는 과정에서 냉매와 함께 유동하는 오일의 유동 경로를 바꿔 줌으로서 토출되는 오일양을 줄여 오일 부족으로 생기는 문제를 해결하는 것이다.

일반적으로 스크롤 압축기는 다른 종류의 압축기들에 비해 넓은 용량의 범위에서 우수한 동적 성능을 갖고 있어 주로 공조기 및 냉동기 등에 사용되는 압축기의 한 형태이다.

또 스크롤 랩으로 압축실을 구성하므로 스크롤 랩간 상.하 좌우면이 모두 접촉운동을 나타내며 이로 인해서 압축실의 마모는 다른 종류의 압축기 보다 크며 따라서 스크롤 랩간의 접촉운동면에 대한 윤활 비중이 크고 중요하다.

스크롤 압축기 뿐만아니라 다른 작동기구에서도 접촉운동면에 대한 윤활은 마모나 다양한 기계적 결함으로 부터 벗어나기 위한 최소한의 조치로 제공되며, 스크롤 압축기도 압축기구부, 주축의 상.하 지지계통을 중심으로 접촉운동면에서의 윤활이 가능하도록 설계되어 있다. 이러한 윤활시스템은 스크롤 압축기의 구동계통과 밀접한 관계를 가지면서 각 구동계통의 동적 운동이 정상적으로 이루어질 수 있도록 한다.

스크롤 압축기의 주요부분은 도 1과 같이 상부격막(1)을 통해 토출실(2)과 흡입실(3)을 구분하기 위해 상.하부캡(4)(5)을 갖는 케이스(6), 회전자(7) 및 고정자(8) 그리고 주축(9)으로 된 전동기구부, 전동기구부에 연동하는 선회스크롤(10)및 고정스크롤(11)로 이루어지고 상부격막(1)에 보호되는 형태로 압축실(12)을 형성하는 압축기구부 등으로 되어있고, 상부격막(1)을 중심으로 윗쪽은 토출실(2)이 되고 아래쪽은 흡입실(3)로 이루어 진다.

또 흡입실(3)과 토출실(2)을 구분하는 상부격막(1)과 고정스크롤(11) 사이에 첵밸브(13)가 있으며 이를 통해서 압축실(12)에서 압축된 냉매가스를 토출실(2)로 보내거나 토출실(2)의 가스 역류를 막는다.

운전중 압축기 케이스(6)안의 압력분포는, 흡입파이프(14)를 통해 냉매를 유입하는 흡입실(3)은 저압측이 되고, 압축기구부를 거쳐서 유입되는 토출실(2)은 상대적으로 고압측이 된다.

흡입파이프(14)를 통해 유입되는 냉매는 주축(9)의 구동력을 받는 선회스크롤(10)과 여기에 결합되는 고정스크롤(11)에 각각 형성된 인벌루트 곡선 랩(Wrap)의 압축실(12) 안으로 흡입되는 경로를 갖게되고, 회전자(7)가 회전하여 주축(9)을 회전 시키면, 메인프레임(15)과 구동부시(16) 위에 있는 올담링(17)이 선회스크롤(10)과 한방향 키이홈으로 연결되어 주축(9)의 회전운동을 선회스크롤(10)의 선회운동으로 바꾸도록 되어있고, 선회스크롤 랩(30)이 초기 위치에서 고정스크롤(11)의 바깥쪽 랩(30A)과 떨어져 흡입유로를 형성할 때 이를 통해 유입된 냉매가 선회각도에 따라 두 스크롤 랩(30)(30A)이 형성한 두 개의 반달형 압축실(12)을 스크롤 랩(30)(30A)의 중앙으로 모아가며 연속적으로 압축을 진행한다.

결국 중앙으로 모아진 압축실(12)은 고정스크롤(11) 배면에 있는토출포트(18)에서 열리게 되고 토출된 압축 냉매가스가 고정스크롤(11)에 장착된 첵밸브(13)를 위로 밀어올려 상부격막(1)과 상부캡(4)으로 이루어진 토출실(2)내로 토출되고 토출파이프(19)를 통해 냉매 가스를 콘덴서와 같은 냉동.공조사이클로 보내게 된다.

고정스크롤(11)과 선회스크롤(10)에 의해 형성되는 압축실(12)에서는 선회스크롤(10)의 랩(30) 선단과 고정스크롤(11)의 저면부 사이 틈새를 통한 반경 방향으로의 누설과 서로 접속되어 있는 랩(30)(30A) 측면부 사이의 틈새를 통한 접선방향으로 발생되는 누설이 있을 수 있는데, 이러한 누설에 대비하기 위해 구동부시(16)를 슬라이드 부시나 편심부시 등의 형태로 가공하여 반경 방향으로의 순응성을 부여하거나 도 2.3과 같이 각 스크롤 랩(30)(30A)의 상단면에 팁실홈(31)(31A)을 형성하여 반경방향으로의 누설에 대비하도록 하고 있다.

특히 선회스크롤(10)의 스크롤 랩(30)에 팁실홈(31)을 두고 여기에 팁실(32)을 안착시키면 도 4와 같이 랩(30)을 경계로 한쪽은 고압이 형성되고 다른 한쪽은 그보다 저압이 형성되어 반드시 고압측에서 저압측을 향하는 냉매의 누설이 발생하게 되는데, 이때 랩 상단에 위치하는 팁실(32)은 고압측에서 저압측으로 발생하는 냉매의 흐름에 저항하는 역할을 하게되어 랩 측면부로의 냉매 누설을 저감 하게된다. 고정스크롤 랩(30A)에도 마찬가지의 팁실(32) 구조가 적용되며, 이때 스크롤 랩에서의 냉매 누설 경로의 예는 도 6과 같다.

스크롤 압축기는 이같이 주축회전-선회스크롤회전-냉매흡입-압축-토출순으로 냉매를 유동시키기 위해 모든 구동계통 즉, 압축기구부 및 전동기구부를 축 중심에배치하고 이는 지지계통을 통해 지지하며 지지계통은 다시 상부측과 하부측으로 나눠서 구동계통을 케이스에 지지 시킨다.

압축기구부 상부측 지지계통은, 고정스크롤(11)과 랩으로 결합되는 선회스크롤(10)을 메인프레임(15)을 통해 안내하여 주축(9)을 중심으로 지지 하는 형식이다.

선회스크롤(10)과 메인프레임(15)이 접하는 면에는 스러스트베어링(20)이 있으며, 또 슬라이드나 편심형으로 만들어 주축(9)에 끼워지는 구동부시(16)와 여기에 결합되는 선회스크롤(10)과의 접선면 사이에는 저어널베어링(21)을 두었고, 다시 주축(9)과 메인프레임(15)의 접촉운동면에는 저어널베어링(21A)을 끼워 전체적으로는 고정스크롤(11)을 뺀 압축기구부의 동하중을 메인프레임(15)이 받으며 구동부품들 간은 베어링 윤활이 된다.

하부측 지지계통은, 주축(9) 지지를 위해 꾸며진 부분이다. 이것은 주축(9)을 케이스(6) 내벽에 지지하는 서브프레임(22), 주축(9)과 서브프레임(22)간 접촉운동면에 설치된 저어널베어링(21B)이 대표적이다.

지지계통외에 윤활시스템이 있다. 이 부분은 주축 및 지지계통 중심으로 나타나는 접촉운동면이나 압축기구부 까지 오일을 보내주기 위해 주축(9)의 아래에 공급통로(23)를 두고 여기서 부터 올라가면서 주축(9)의 상단 선회스크롤(10)과 만나는 지점까지 편심된 경사공급통로(24)와 그리고 몇 개의 출구를 가지며, 오일펌핑계통과 리턴계통을 따로 갖는다.

오일펌핑계통은, 서브프레임(22) 중심이고, 위치적으로는 오일 유면에 잠겨있어서 주축(9) 중심의 공급통로(23)를 포함하며, 그 밖에 서브프레임(22)안에서 주축(9)에 따라 도는 펌프롤러(25), 펌프롤러(25)에 통로를 만들어 주는 유로(26)가 있는 펌프커버(27), 서브프레임(22) 과 펌프커버(27) 사이에 펌프플레이트(28)를 게재 시킨 것이다.

오일리턴계통은, 구동부시(16)와 결합되는 선회스크롤(10)과 메인프레임(15)의 면부에 약간의 공간(29)을 두고 이 공간(29)의 옆쪽 외벽이 되는 메인프레임(15)의 두께를 따라 흡입실(3)로 통하는 오일리턴홀(R)과 각 지지계통 이나 오일유로에 나있는 리턴홀을 포함한다.

운전중 구동계통 및 지지계통에 대한 오일 할당 방식은 아래에서 위쪽으로의 방향성을 가진다.

즉, 주축(9)이 돌면 서브프레임(22)에 장착된 용적식 급유펌프인 펌프롤러(25)가 따라 돌면서 오일을 주축(9)의 공급통로(23)로 보낸다. 주축(9)안으로 유입되는 오일은 주축(9)의 원심력으로 연속적으로 유입되어 먼저 서브프레임(22)과 주축(9) 사이의 저어널베어링(21B)에 공급되고 나머지는 중력과 유로저항을 극복하여 일부는 더 위쪽의 경사공급통로(24)를 따라 올라가서 주축(9)과 메인프레임(15)의 접촉운동면에 있는 저어널 베어링(21A)을 윤활하며, 이때 아래쪽 저어널베어링(21B)을 윤활한 오일은 유면(H)으로 돌아간다.

연속적으로 저어널베어링(21A) 윤활을 마친 오일중 일부는 급유공을 통해 메인 스러스트베어링(20)을 윤활하며 그 일부는 메인프레임(15)과 선회스크롤(10)의 선회축 사이의 공간(29)으로 공급된다.

그리고 공급공에서 급유공으로 유입되지 않은 나머지는 주축(9)의 끝단부로 올라와 일부는 선회스크롤(10)과 구동부시(16) 사이에 있는 저어널베어링(21)을 윤활하고 나머지는 축핀부와 구동부시(16) 사이의 공간(29)으로 들어가 저어널베어링(21)과 선회스크롤(10)의 선회축 사이의 공간으로 공급되어 대부분은 오일리턴홀(R)을 통해 유면(H)으로 돌아가고 그 나머지는 스러스트베어링(20)을 윤활한 뒤 고정스크롤(11)과 선회스크롤(10)의 압축실(12)에 있는 유로를 따라 압축실(12)로 유입되어 냉매와 함께 토출되지 않으면 역시 유면(H)으로 되돌아간다.

특히 고정스크롤(11)과 선회스크롤(10)의 상대운동으로 냉매의 흡입과 압축 그리고 토출로 이어지는 냉매 압축과정에서는 압축실에 상당량의 오일이 들어가고 냉매와 함께 토출되는데, 이러한 오일 토출은 압축실(12)에서의 접촉운동부에 대한 유막 형성과 스크롤 랩간의 실링을 위해 압축실로 오일 경로를 만들어 줌으로서 생긴다.

즉 압축기구부의 압축실로 일단 들어가는 오일은 다른 어떤 인위적 수단이 없는한 대부분 냉매와 함께 토출되는 것으로 본다.

오일토출이 일어나는 것은 이러한 압축기구부가 가지는 압축실 특성에 따른 요인에 기인하면서도 그 양은 운전속도에 따라 가변된다.

예를들면, 운전속도가 환경에 따라 정격주파수의 0.5 ~ 2배 정도 까지 변화하는 가변속 스크롤 압축기에서는 급유량이 운전속도 및 주파수대역에 따라 다르게 나타난다. 고속운전의 경우 저속/정격주파수대 운전 보다 급유량은 증가하게 되며, 압축기안에서 냉매와 함께 압축기 외부로 토출되는 오일량은 이 급유량에 비례하여증가한다.

따라서 고속운전에서는 급유량과 오일 토출량이 함께 증가함에 따라 압축기에 잔류하는 오일량이 감소하게 되며, 이러한 잔류 오일량이 임계치 이하인 저수위에 이르면 운전속도에 상응하는 충분한 오일 공급이 제대로 이루어지지 않는 급유량 부족 현상이 나타나고, 이 급유불량은 지지계통을 중심으로 꾸며진 각각의 윤활부분과 접촉운동면에 충분한 오일을 보내지 못하게 되어 접촉운동면에서의 마모, 베어링 구속 또는 부품간 열변형 등을 일으켜 눌러붙는 등의 기계적 결함으로 나타나 압축기 신뢰성에 영향을 준다.

이 문제는 실.내외온도,목표온도 설정 등의 조작 환경에 대응하기 위해 대략 정격 운전 주파수의 0.5 ~ 2배 정도 까지 증감속을 하게 하는 냉동.공조사이클 등에 적용되는 가변속 스크롤 압축기에서 더 심각하다.

운전속도 변동에 따라 급유펌프가 도는 속도는 동일하게 변한다. 이는 급유량을 변동 시키며 저속과 고속운전에서의 급유량은 현저한 차이를 보인다. 역시 고속일 때 오일 공급이 활성화 되어 많은 양의 오일이 주축을 따라 들어간다. 버려지는 오일 토출량은 급유량과 밀접한 관계를 만든다.

토출되는 오일량을 줄이는 방법은 몇가지가 있다.

운전속도를 정격주파수대에 유지 시키는 것이다. 그러나 가변속 스크롤 압축기에서 이러한 운전은 의미가 없다.

토출되는 양을 예를들면 정격주파수대에서 일어나는 토출량과 비슷하게 억제 시키면서 충분한 급유량은 증감속도에 맞게 유지하는 것이다. 왜냐하면 운전속도가빠르면 그만큼 오일의 순환도 빠르고 충분한 유량이 필요하기 때문이다. 그러나 급유량에 비례하는 토출양 제어가 문제로 남는다.

다른 하나는 급유량은 속도에 비례하여 충분히 유지하면서 냉매와 함께 압축실에 흡입,압축 토출과정을 거치게 한 뒤 토출이 끝난 오일을 회수 하는 것이다. 예를들면 냉매와 함께 압축실로 부터 토출된 오일을 토출압이 형성된 토출실로 부터 저압쪽으로 모세관과 같은 기구를 사용하여 저면으로 회수하는 방법을 쓰는 것이다.

그러나 시스템적으로 토출실의 오일을 아래쪽으로 보내는데 어려움이 있으며, 오일회수 전용의 부가장치를 별도로 갖추어야만 하는 부담이 있다.

가변속 스크롤 압축기에서는 이와같이 운전속도에 비례하여 오일 급유량과 토출량이 비례적으로 나타나 손실로 나타났다.

몇가지 방법들의 적용은 가변속 스크롤 압축기에서 필요로 하는 충분한 유량확보에서 모자라거나 아니면 토출양 제어에 관련되는 부분과 회수에 관련되는 새로운 장치의 적용을 불가피하게 만들었다.

밀폐된 토출실이나 토출유로에 이미 토출된 오일을 거두기 위한 회수전용의 장치를 따로 두는 것은 압축기구부의 동적성능과는 무관한 단순한 부착물 이상의 가치를 가지지 않으며 경제성을 떨어뜨린다.

그러나 가변속 스크롤 압축기에서 오일 회수장치가 없으면 특히 고속운전에서 급유량과 토출량이 급격히 증가하여 그 양이 임계치를 벗어나는 저수위에 도달하면 바로 급유에 필요한 충분한 유면을 유지하지 못하는 현상으로 나타나 급유불량이 생기고 이로인해 구동계통의 접촉운동면의 마모, 베어링 구속 또는 부품간 열변형을 일으켜 눌러붙는 등의 기계적 결함으로 이어져 압축기 성능에 영향을 주고 이는 신뢰성을 떨어 뜨리는 문제로 발전되는 문제점이 있었다.

본 발명은 압축기 운전중 토출되는 오일을 어떻게 별도의 부가장치 없이 신뢰성 있게 줄여줄 수 있는 가에 의해 제공되었다.

따라서 본 발명의 목적은 오일 토출이 일어나는 고정스크롤과 선회스크롤의 스크롤 랩으로 이루어지는 압축실로 부터 오일을 별도의 부가장치 없이 회수하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 압축기 운전중 유체 유동의 흐름을 통해 압축실로 부터 오일을 회수하여 신뢰성을 향상 시키는 것이다.

도 1은 스크롤 압축기 개략도.

도 2는 선회스크롤 구조,

(가)는 평면도,

(나)는 단면도.

도 3은 고정스크롤 구조,

(가)는 평면도,

(나)는 단면도.

도 4는 스크롤 랩 전선면 단면도.

도 5는 도 4의 A부 상세도.

도 6은 스크롤 랩에서의 냉매 유동 방향선도.

도 7은 본 발명에 따른 스크롤 랩 전선면을 보인 것으로,

(가)는 단면도,

(나)는 (가)의 B부 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 스크롤 랩에서의 냉매 유동 방향선도.

도 9는 본 발명의 다른 실시예를 보인 것으로,

(가)는 단면도,

(나)는 (가)의 C부 사시도.

도 10은 본 발명의 따른 배출공 구조.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

2:토출실 3:흡입실

6:케이스 9:주축

10:선회스크롤 11:고정스크롤

12:압축실 15:메인프레임

16:구동부시 20:스러스트베어링

21.21A.21B:저어널베어링 22:서브프레임

23:공급통로 24:경사공급통로

25:펌핑롤러 27:펌프케이스

29:공간 30.30A:스크롤 랩

31:팁실홈 32:팁실

40:오일유로 41:배출공

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예는, 인벌루트 곡선상의 스크롤 랩을 가지는 고정스크롤과 대응되는 스크롤 랩으로 결합되는 선회스크롤을 통해 이들이 가지는 각 랩간의 상대운동으로 압축실을 이루며, 상기 인벌루트 곡선상의 랩 상단면이 팁실홈을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서; 상기 고정스크롤과 선회스크롤의 인벌루트 궤적상의 면을 따라 형성된 팁실홈의 바닥면에 오일유로가 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일토출 저감구조를 제공한다.

바람직하게는, 상기 오일유로는 고정스크롤과 선회스크롤의 랩 끝단면에 팁실홈을 관통하는 배출공이 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 제2 실시예로는, 인벌루트 곡선의 스크롤 랩을 가지는 고정스크롤에 대하여 주축의 회전운동을 선회운동으로 변환 시켜 받고 고정스크롤과 대응되는 스크롤 랩으로 결합되는 선회스크롤을 통해 이들이 가지는 각 랩간의 상대운동으로 냉매 압축실을 이루는 스크롤 압축기에 있어서; 상기 고정스크롤과 선회스크롤에 형성된 적어도 어느 하나의 스크롤 랩 끝단면에 중앙부로 부터 바깥방향의 인벌루트 곡선을 따라 오일유로가 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일토출 저감구조를 제공한다.

선택적으로 상기 오일유로는 팁실홈의 바닥면을 선정해서 형성한 것을 특징으로 한다.

선택적으로 상기 오일유로는 고정스크롤과 선회스크롤의 랩 끝단면과 팁실홈을 관통하는 배출공을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

선택적으로 오일유로의 단면을 각형으로 처리한 것을 특징으로 한다.

선택적으로 오일유로의 단면을 반구형을 포함하는 구형으로 처리한 것을 특징으로 한다.

이와같이 고정스크롤과 선회스크롤 랩간 접촉으로 압축실을 만드는 각 스크롤 랩의 상면부에 오일유로를 두면 별도의 부가장치 없이도 스크롤 랩간의 접촉운동면을 거치는 오일중 일부를 저압측으로 보내 그 만큼 압축실에서 냉매와 같이 빠져나가는 오일양을 줄여주는 결과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 7은 고정스크롤과 선회스크롤의 랩 접촉면의 도식도 이고, 도 9는 형태가 다른 스크롤 랩의 접촉면 도식을 나타낸다.

실시예에서 주요부분은, 고정스크롤(11)과 선회스크롤(10)이 만드는 압축실(12)의 인벌루트 곡선의 스크롤 랩(30)(30A)에 상단면에 오일유로(40)를 갖는다.

이 오일유로는 선회스크롤(10) 또는 고정스크롤(11)의 스크롤 랩(30)(30A) 상단면 근처에 하나 또는 그 이상의 복합유로 형태이거나 각 스크롤에 선택적으로 정해지며, 각 스크롤의 끝단면상에 도 10과 같이 배출공(41)을 따로 갖기도 한다.

그러나 선회스크롤(10)과 고정스크롤(11)이 가지는 인벌루트 곡선상의 스크롤 랩(30)(30A) 상단면 궤적에 해당하는 오일유로(40)를 형성하여 각 스크롤 랩(30)(30A)이 접촉하는 면부에 공급되고 남는 오일이 고압측으로 부터 저압측으로 흐를 수 있도록 만들어준 형태가 기본 구조이다.

스크롤 랩(30)(30A)에 오일유로(40)를 만드는 다른 형태는 선회/고정스크롤(10)(11)의 각 스크롤 랩(30)(30A) 또는 어느 하나의 스크롤 랩이 팁실(32)을 가지는 경우 제한된 팁실홈(31) 안에서 새로운 오일유로(40)를 형성하는 것이다.

이같은 오일유로(40)의 형성은 팁실홈(31)의 바닥면을 따라 오일이 흐를 수 있는 공간을 하나 더 가공하는 정도로 형성하고, 그 위로는 팁실(32)을 박아넣어 팀실홈(31)에서 유동하는 오일이 오일유로(40)에 고이는 정도로 한다.

각 스크롤 랩들에 형성되는 오일유로(40)는 스크롤 랩의 형상과 관계없이 어느형태이거나 오일유로(40)의 단면은 구형에서 부터 사각.삼각.노치(notch)등의 형상을 선택해서 적용할 수 있다.

이럴 때 스크롤 랩(30)(30A)의 상대측 랩간 접촉면 사이에는 오일유로(40)가 형성된다.

스크롤 랩(30)(30A)의 상단면이 평면인 경우 그 표면으로 부터 오일유로(40)는 파여있는 형태이며, 스크롤 랩(30)(30A)의 상단면이 팁실로 이루어진 경우 팁실(32)이 상대측 면과 접하지만 오일유로(40)는 팁실홈(31)의 안에 비노출형으로 위치한다.

이렇게 각 스크롤 랩이 가지는 인벌루트 곡선의 상단면을 따라 다양한 형태의 오일유로를 정해 압축실안의 오일을 밑으로 내려주는 통로를 만들 경우 토출 냉매와 같이 따라 토출실로 나가려는 오일들 중 고정스크롤과 선회스크롤의 랩 표면에 잔류하는 오일을 빨리 오일유로를 통해 저압측 유면으로 보낼수 있어 토출되는 오일량을 줄일 수 있다. 구체적인 작용은 다음과 같다.

주축(9)이 회전하면 선회스크롤(10)이 따라 돌면서 고정스크롤(11)과 스크롤 랩(30)(30A)간의 상대운동을 일으켜 냉매를 압축한다. 이때 스크롤 랩(30)(30A)간 접촉운동면에 대한 유막형성으로 마모를 낮추고 반경방향과 접선방향 누설에 대한 실링은 전부 아래 에서 펌핑된 충분한 오일 공급에 의존한다. 따라서 스크롤 랩이 압축실을 형성하는 경우 압축실(12)에는 충분히 오일이 공급되고 또 압축된 냉매를 토출실로 보내기 때문에 압축실안에서 오일은 토출되는 냉매와 함께 딸려나간다.물론 가변속 스크롤 압축기에서 고속운전일 때 오일이 빠져나가는 양은 더 크다. 이를 양적으로 보면 운전속도에 비례한다.

주축을 따라 압축실로 올라간 오일은 스크롤 랩(30)(30A)간 급유와 실링을 마치고 일부는 냉매와 같이 토출실로 토출되고 일부는 각 스크롤 랩간의 접촉면에 모인다.

스크롤 랩(30)(30A)의 상대운동으로 나타나는 압축실의 형태는 바깥으로 부터 중앙부로 모이고 다시 벌어지는 운동을 가지면서 압축작용을 하는데 오일도 이와같이 스크롤 랩이 만드는 공간과 각 랩 접촉면을 유동한다. 따라서 오일 유량분포는 중앙부가 제일 많고 바깥이 적은 분포를 나타낸다. 이 지역은 냉매가 모여 고정스크롤(11)의 토출포트(18)로 빠져나가는 부분이기 때문에 냉매로 부터 분리된 오일도 모이므로 더 많은 유량 분포를 가질 것이다.

이는 스크롤 랩(30)(30A)의 상대운동으로 나타나는 압축실에서의 유량분포지만 스크롤 랩 상단면에서의 유량분포는 안쪽 고압측 방향으로 흐르지 않고 바깥쪽 저압측 방향으로 흐르는 현상이 나타난다.

이 현상은 도 6과 같은 일반적인 스크롤 압축기의 압축실에서 스크롤 랩에 팁실을 적용했을 때 냉매 흐름에 따른 누설 경로를 통해 알 수 있다. 그 흐름은 대체로 네가지 방향성으로 분류된다.

반경방향 X, 고정스크롤(11)과 선회스크롤(10)의 팁실(32)과 그 상대측인 고정.선회스크롤(11)(10)의 저면과의 사이로 발생하는 누설.

반경방향 X', 고정스크롤(11)과 선회스크롤(10)의 팁실홈(31)과 팁실(32)의간극을 통한 누설.

고압부→저압부방향 Y, 고정스크롤(11)과 선회스크롤(10)의 팁실홈(31)과 팁실(32)의 간극을 통하여 랩의 인벌루트를 따라 흐르는 누설.

랩 접선방향 Z, 고정스크롤(11)과 선회스크롤(10)의 랩 측벽 접선(tangential)을 따라 흐르는 누설 등의 각 X.X'.Y.Z 방향의 흐름이다.

구조화된 팁실이 있는 스크롤 랩(30)(30A)에 오일유로(40)를 형성하면 도 8과 같이 X1.X'1.Y1.Z1의 냉매 누설 흐름을 갖지만 각 방향은 오일유로(40)가 있을때나 없을 때의 흐름에 차이가 없다.

그러나 스크롤 랩(30)(30A)에 오일유로(40)가 있을 경우 Y/Y1의 방향 즉 팁실홈(31)과 팁실(32)이 가지는 간극을 통하여 랩 곡선을 따라 유동하는 냉매의 흐름이 있을 때 오일의 흐름도 같은 방향으로의 방향성을 나타난다.

연속적으로 방향성 냉매 흐름은 안쪽 방향인 고압부에서 바깥 방향인 저압부 방향성을 가지며 오일의 흐름도 같은 방향으로의 순응성이 부여되는데, 이는 토출구(19) 근처에 위치하는 팁실홈(31)과 바깥쪽 흡입구(14) 근처에 위치하는 랩의 팁실홈(31)이 각각 토출압력과 흡입압력에 가까운 압력이 조성되고 있기 때문에 가능하다. 즉 스크롤 랩(30)(30A)에는 위치별로 큰 압력차가 스크롤 랩의 인벌루트를 따라 팁실홈(31)부에 형성되고 있으며, 선회스크롤(10)과 고정스크롤(11)의 팁실(32)은 서로 상대측의 면부와 접촉운동하고 이 면부에는 오일이 차 있는 상태에 있어서 오일은 냉매 이동과 그 유동의 흐름이 같은 방향성을 나타내는 것이다.

이렇게 스크롤 랩의 팁실홈(31)에 오일유로(40)를 설치함과 동시에 랩의 끝단부에 배출공(41)을 설치하여 팁실홈(31)의 가장자리와 연통시키면 최외곽쪽 랩의 팁실홈(31)에 도달한 오일이 배출공(41)을 통하여 압축실(12)의 바깥쪽으로 배출되는 작용이 나타난다.

오일의 유동속도와 배출양은 압축기의 운전속도에 비례한다. 즉 고속운전에서 압축실(12)안으로 들어가는 오일양이 많아지고 이는 곧 고압의 랩 중앙부와 저압의 랩 끝단부에 고인 오일양을 증가시킨 상태이므로 배출양이 증가하는 것으로 볼 수 있다.

스크롤 랩(30)(30A) 상단면부에 팁실홈(31)이 없는 평면의 스크롤 랩에 오일유로(40)를 만든 도 9와 같은 경우 팁실이 차지하는 공간상의 차이에 의해 냉매의 누설 경로는 달라질 수 있다. 그러나 기본적으로 반경방향 X2, 고압부→저압부방향 Y2, 랩 접선방향 Z2로 나타나는 유동의 흐름에는 차이가 없다.

따라서 팁실을 적용하지 않는데 따르는 유량변수를 제외하면 기본적으로 냉매 유동의 흐름중 고압부→저압부방향인 Y2의 흐름이 팁실이 없는 스크롤 랩(30)(30A)에서도 오일유로(40)를 따라 그대로 나타나고 이로인해 오일의 유동 현상은 팁실홈이 있는 스크롤 랩과 마찬가지의 흐름이 유지된다.

스크롤 랩(30)(30A)의 상단면에 형성하는 오일유로(40)의 형태는 사각형. 삼각형. 노치형상등 다양한 형태로 가공하여 만들 수 있으며, 오일의 유동이 기본적으로 스크롤 랩의 오일유로가 만드는 유면에서의 압력차에 기인하므로 오일유로 형상이 차지하는 영향은 적다.

한편, 스크롤 압축기에서 이미 토출된 오일을 회수하는 부가장치의 적용은기능적으로 긴 유로 경로를 가지기 때문에 여러 가지 면으로 부적합 하고 또 경제적이지 못하며 가변속 압축기에서 오일회수 장치가 없으면 그 대신 손실이 더 커지는 것으로 나타났다. 본 발명은 오일회수와 관련되어 나타나는 다양한 문제들에 대하여 주로 오일 토출이 일어나는 압축실중에서도 스크롤 랩간 접촉운동면에 집중되어 공급되는 오일흐름을 압축기 운전중 스크롤 랩을 따라 저압측으로 유도하여 압축실의 중앙부에서 모여서 토출실로 빠져 나가는 오일량을 저감 시킨다.

본 발명은 스크롤 압축기에서 운전 속도에 따라 증감하는 오일 토출량을 다른 인위적 요소에 의하지 않고 압축실을 이루는 스크롤 랩으로 부터 새로운 오일 회수 경로를 얻어 직접 오일을 스크롤 랩을 따라 저압측으로 보내 줌으로서 압축실을 나가는 오일량을 줄이고 이로부터 오일 부족 현상으로 나타나는 압축기 신뢰성 저하를 방지하고, 냉매와 함께 토출되는 오일을 다시 회수하기 위해 제공되는 다른 장치에 비해 가공성. 설치성 등이 양호하고 부가 부품없이 스크롤 랩의 형상가공으로 만들 수 있어 경제성이 있으며, 가변속 스크롤 압축기에서 효과가 더 크다.

Claims (3)

1. 인벌루트 곡선상의 스크롤 랩을 가지는 고정스크롤과 대응되는 스크롤 랩으로 결합되는 선회스크롤을 통해 이들이 가지는 각 랩간의 상대운동으로 압축실을 이루며, 상기 인벌루트 곡선상의 랩 상단면이 팁실홈을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서;

   상기 고정스크롤과 선회스크롤의 인벌루트 궤적상의 면을 따라 형성된 팁실홈의 바닥면에 오일유로가 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일토출 저감구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 오일유로는 고정스크롤과 선회스크롤의 랩 끝단면에 팁실홈을 관통하는 배출공이 형성된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일토출 저감구조.
3. 인벌루트 곡선의 스크롤 랩을 가지는 고정스크롤에 대하여 주축의 회전운동을 선회운동으로 변환 시켜 받고 고정스크롤과 대응되는 스크롤 랩으로 결합되는 선회스크롤을 통해 이들이 가지는 각 랩간의 상대운동으로 냉매 압축실을 이루는스크롤 압축기에 있어서;

   상기 고정스크롤과 선회스크롤에 형성된 적어도 어느 하나의 스크롤 랩 끝단면에 중앙부로 부터 바깥방향의 인벌루트 곡선을 따라 오일유로가 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일토출 저감구조.