KR100738712B1 - 스크롤 압축기의 오일공급구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 상세하게는 스크롤 압축부의 윤활을 위한 오일이 안정적으로 공급되도록 하는 스크롤 압축기의 오일 공급 구조에 대한 것이다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일공급구조는 소정 크기의 홀이 형성되는 하부 프레임; 상기 홀에 삽입되는 아우터 기어와, 상기 아우터 기어의 내부에서 회전하는 인너 기어로 구성된 기어부; 상기 아우터 기어의 외주면에 개입되어 상기 아우터 기어를 가압하는 탄성부재;가 포함된다.

본 발명에 따는 스크롤 압축기의 오일 공급구조에 의하여,인너 기어와 아우터 기어로 구성된 오일펌프의 인너 기어와 아우터 기어 사이에 이물질이 개재되어도, 상기 오일 펌프가 정상적으로 동작 되는 효과가 있다.

인너 기어, 아우터 기어, 판 스프링

Description

스크롤 압축기의 오일공급구조{Oil feeding structure of scroll compressor}

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일공급구조가 적용된 스크롤 압축기의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 냉매 압축과정을 수행하는 고정 스크롤과 선회 스크롤을 나타낸 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 오일공급장치를 보여주는 분해 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 하부 프레임에 기어부가 삽입된 모습을 나타내는 사시도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

121: 아우터 기어 124: 인너 기어

125: 판 스프링

본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 상세하게는 스크롤 압축부의 윤활을 위한 오일이 안정적으로 공급되도록 하는 스크롤 압축기의 오일 공급 구조에 대한 것 이다.

일반적으로 압축기는 기체를 압축시켜 그 압력을 높이는 기계적 장치로서, 크게 디스플레이트먼트형 압축기와, 다이내믹형의 압축기와 스크롤 압축기로 구분된다. 디스플레이스먼트형 압축기는 대표적인 피스톤식 압축기이며, 공장용 압축공기의 공급에 많이 사용된다. 용량은 가정용 냉장고의 압축기처럼 소형도 있으나 보통 시간당 50~25,000 m3 이며, 압력은 최고 3,500기압까지 올릴 수 있다. 이 압축기는 실린더 내의 피스톤의 왕복 운동과 밸브의 개폐(開閉)에 따라 공기를 흡입하여 압축 후 배출하는 사이클로 이루어져 있다. 이 형태는 일반적으로 유량(流量)보다는 높은 압력이 필요할 때 많이 사용된다. 그리고 다이내믹형의 압축기는 회전차(回轉差)를 아주 빠른 속도로 회전시켜, 이때 얻어지는 큰 유동속도(流動速度)로 인한 운동량으로 기체의 압력을 상승시키는 장치인데, 큰 유량이 필요할 때 많이 사용된다. 보통 공업용 다이내믹형 압축기는 최대 유량으로 시간당 300,000 m3의 대형까지 존재하며, 압력은 최대 350기압까지 상승시킬 수 있다.

특히, 두 개의 나선형(螺旋形) 홈 사이의 기체를 회전에 의해 압축시키는 스크롤 압축기는 공조기 및 냉동기의 압축기로 많이 사용된다.

이러한 스크롤식 압축기는 그 케이싱의 내부에 흡입가스가 충진되는지, 아니면 토출가스가 충진되는지에 다라 저압식 스크롤 압축기 또는 고압식 스크롤 압축기로 나뉘어지게 된다.

한편, 종래의 저압식 스크롤 압축기는 회전자와 고정자로 이루어지는 구동부가 포함된다. 그리고 상기 구동부의 회전자가 회전함에 따라 함께 회전하고, 상부 에 편심부가 형성되는 구동축과, 상기 구동축의 상측에 끼워지는 상부 프레임과, 외부로부터 유체가 유입되도록 하기 위한 흡입관이 포함된다.

또한, 상기 상부 프레임의 상측에 위치되고, 상기 흡입관을 통해 흡입된 냉매를 선회 운동에 의하여 압축하는 선회 스크롤, 상기 선회 스크롤과 맞물려 상기 상부 프레임의 상측에 고정되는 고정 스크롤, 상기 선회 스크롤이 상기 고정 스크롤내에서 선회될 수 있도록 하는 올담링이 포함되는 스크롤 압축부와, 상기 고정 스크롤에서 압축된 냉매가 외부로 토출되는 토출관이 포함된다.

또한, 상기 구동축의 내부에는 오일공급통로가 형성되며, 상기 오일공급통로로 오일을 펌핑하는 오일 공급부가 포함된다.

상세히, 상기 오일 공급부는 하부 프레임과, 상기 하부 프레임의 하측에 삽입되고, 구동축과 결합되어 상기 구동축의 회전과 함께 회전되는 인너 기어와, 상기 하부프레임에 삽입되는 아우터기어와, 상기 하부 프레임의 하측에 결합되는 커버가 포함된다.

상기되는 구성에 의한 스크롤 압축기의 냉매 압축작용을 간단히 설명한다.

먼저 팽창 과정을 거친 저압상태의 냉매가 흡입관을 통하여 유입되고, 유입된 냉매 중 일부는 상기 스크롤 압축부로 이동하고, 일부는 압축기의 하부로 이동하게 된다. 그리고, 상기 스크롤 압축부에서 압축된 고압상태의 냉매는 상기 토출관을 통하여 압축기 외부로 토출되게 된다.

또한, 상기와 같이 압축과정이 수행되는 동안, 압축기의 내측 하부챔버에 저장되어 있는 오일 및 냉매는 구동축의 회전과 동시에 회전되는 인너 기어와 하부프레임에 밀착된 아우터 기어로 구성된 오일공급부에 의하여 펌핑 된다. 그리고 펌핑된 오일은 상기 구동축의 내부에 형성된 오일공급통로를 경유하여 상측으로 밀려 올라가게 된다. 그리고 이렇게 오일공급통로를 경유하여 밀려 올라간 오일은 상기 스크롤 압축부의 마찰부위에 스며들게 되어 접촉면에 윤활이 이루어진다.

한편, 종래의 오일 공급장치는 하부프레임에 아우터 기어가 밀착된 구조를 가진다. 이러한 구조에 의하여, 상기 인너 기어가 회전함에 있어서, 상기 인너 기어와 아우터 기어 사이에 이물질이 끼어 상기 오일 펌프가 정상적으로 동작하지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 인너 기어와 아우터 기어로 구성된 오일펌프의 인너 기어와 아우터 기어 사이에 이물질이 개재되어도, 상기 오일 펌프가 정상적으로 동되도록 하는 스크롤 압축기의 오일 공급구조를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기된 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일공급구조는 소정 크기의 홀이 형성되는 하부 프레임; 상기 홀에 삽입되는 아우터 기어와, 상기 아우터 기어의 내부에서 회전하는 인너 기어로 구성된 기어부; 상기 아우터 기어의 외주면에 개입되어 상기 아우터 기어를 가압하는 탄성부재;가 포함 된다.

본 발명에 따는 스크롤 압축기의 오일 공급구조에 의하여,인너 기어와 아우터 기어로 구성된 오일펌프의 인너 기어와 아우터 기어 사이에 이물질이 개재되어도, 상기 오일 펌프가 정상적으로 동작 되는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시예에 제한된다고 할 수 없으며, 또다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제등에 의해서, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일공급구조가 적용된 스크롤 압축기의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일공급장치가 적용된 스크롤 압축기(1)는 케이싱(10)과, 외부에서 유체가 흡입되는 흡입부와, 상기 흡입부로부터 흡입된 유체가 압축되는 스크롤 압축부와, 상기 스크롤 압축부에 의해 압축된 고압의 유체가 토출되는 토출부와, 상기 케이싱(10) 하부에 형성된 오일 저유부(12)에 저장된 오일을 펌핑하는 오일공급장치(100)와, 고정자와 회전자의 자기적 상호작용에 의해 회전력이 발생되는 구동부가 포함된다.

상세히, 상기 흡입부는 상기 케이싱(10)의 외주면 일측에 형성된 흡입관(84)과, 상기 흡입관(84)과 연통되며 유입된 냉매가 축적되는 흡입실(82)이 포함된다. 그리고, 상기 유입된 냉매의 일부는 후술하는 스크롤 압축부로 유입되어 압축된다.

또한, 상기 토출부는 상기 고정 스크롤(60)의 중앙부에 형성되어 압축된 냉매가 배출되게 하는 토출 포트(92)와, 상기 토출 포트(92)와 연통되고, 상기 케이싱(10)의 최상측에 형성되는 토출실(94)과, 상기 토출실(94)의 일측면에 형성되는 토출관(96)이 포함된다.

이하에서는 본 발명에 따른 스크롤 압축기(1)의 작용에 대하여 설명하도록 한다.

먼저, 외부의 전원이 인가됨에 따라 상기 고정자(21)와 상기 회전자(22)로 이루어진 구동 모터(20)가 가동되면, 상기 회전자(22)에 결합된 구동축(30)이 회전하게 된다. 이렇게 상기 구동축(30)이 회전함에 따라 상기 흡입관(84)을 통해 냉매가 흡입된다. 상기 흡입된 냉매는 상기 흡입실(82)로 유입되어 스크롤 압축부로 유입되게 된다.

그 다음으로, 스크롤 압축부로 유입된 냉매는 상기 선회 스크롤(50)의 선회 운동에 의해 상기 스크롤의 중앙부로 모아지면서 고압으로 압축된다. 그리고 고압의 냉매는 상기 토출 포트(92)를 통하여 상기 토출실(94)로 이동된다.

마지막으로, 상기 토출실(94)로 이동된 고압의 냉매는 상기 토출관(96)을 통하여 상기 스크롤 압축기(1)의 외부로 토출되게 된다.

상기 스크롤 압축부는 상기 구동축(30)의 상부에 끼워져서 상기 구동축(30)을 지지하는 상부 프레임(40)과, 상기 흡입관(84)을 통하여 흡입된 냉매를 압축할 수 있도록 상기 상부 프레임(40) 상측에 의하여 지지 되는 선회 스크롤(50)과, 상기 선회 스크롤(50)과 맞물려 상기 상부 프레임(40)의 상측에 체결수단에 의하여 고정되는 고정 스크롤(60)과, 상기 선회 스크롤(50)이 상기 고정 스크롤(60) 내에서 선회될 수 있도록 하는 올담링(도면에 도시되지 않음)과, 상기 고정 스크롤(60)의 하측에 스파이럴 형상으로 형성되어 있는 고정 스크롤랩(62)과, 상기 선회 스크롤(50)의 상측에 스파이럴 형상으로 형성되고, 상기 고정 스크롤랩(62)에 대하여 180도 엇갈려 삽입되는 선회 스크롤랩(52)과, 상기 고정 스크롤랩(62)의 내측 중심부에 형성되는 토출 포트(92)가 포함된다.

도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 냉매 압축과정을 수행하는 고정 스크롤과 선회 스크롤을 나타낸 평면도이다.

상기와 같은 구성에 의한 냉매가 압축되는 과정을 설명하면, 먼저, 상기 선회 스크롤(50)이 상기 구동축(30)을 중심으로 편심되어 선회(공전)하게 된다. 그리고 상기 선회 스크롤(50)이 상기 고정 스크롤(60)에 대하여 상기 구동축(30)의 회전에 의하여 선회됨으로써, 각각의 스크롤 랩(52)(62)들이 면접촉을 일으켜 냉매를 압축하는 포켓(70)이 형성된다. 이러한 포켓(70)은 상기 스크롤 랩(52)(62)의 중심부로 회전하면서 들어가 그 체적이 작아진다. 이렇게 체적이 작아진 상기 포켓(70) 내부에는 고압상태가 된다. 따라서, 포켓 내부에 존재하는 냉매는 고압의 냉매가 되어 토출 포트(92)를 통하여 토출실(94)로 토출 된다.

또한, 상기 구동부는 고정자(21) 및 상기 고정자(21)의 내측에 위치하는 회전자(22)로 형성되는 구동 모터(20)와, 상기 회전자(21)의 중심에 끼워져서 회전되어 상기 선회 스크롤(50)과 상기 오일공급장치(30)로 회전력을 전달하는 구동축(30)이 포함된다. 상세히, 상기 구동축(30)은 상기 회전자(21)에 동축적으로 고정된다. 그리고 상기 구동축(30)의 선단에 상기 구동축(30)의 축선에 대하여 소정량 만큼 편심된 크랭크축(33)이 포함되어 있다. 그리고 상기 구동축(30)의 내부에는 윤활유를 상기 크랭크축(33)의 선단으로까지 유도하는 오일공급통로(32)가 편심적으로 뚫여 있다. 이렇게 편심적으로 뚫여 있는 오일공급통로(32)는 상기 구동축(30)이 고속으로 회전하면, 상기 윤활유가 원심력에 의하여 상승 되도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 오일공급장치를 보여주는 분해 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 오일공급장치(100)는 상기 케이싱(10)의 내부 하측에 오일 저유부(12)에 위치하며, 구동축(30)이 중앙에 관통 삽입되는 하부 프레임(110)과, 상기 하부 프레임(110)의 하부에 삽입되며, 상기 구동축(30)의 회전시 함께 회전되는 기어부(120)와, 상기 하부 프레임(110)의 하측에 결합되는 오일공급장치 커버(130)가 포함된다.

상세히, 상기 오일 저유부(12)에는 일반적으로 오일이 저유 된다. 그리고 이러한 오일은 상기 선회스크롤(50)의 하면에 형성된 베어링면과 상기 상부 프레임(40)의 상면에 형성된 베어링면으로 스며들어 윤활작용을 한다. 그리고, 상기 구동부와 상기 압축부를 냉각시키는 냉각매질로서 작용한다.

또한, 상기 구동축(30)은 소정 직경과 길이로 형성되며, 펌핑된 오일이 상기 스크롤 압축부로 유동되는 통로 역할을 하는 오일공급통로(32)가 수직 방향으로 관통 성형된다. 그리고, 상기 구동축(30)의 하측에는 인너 기어(124)에 삽입되어 상기 기어부(120)가 회전가능하도록 하는 기어 구동부(34)가 상기 구동축(30)의 직경보다 작게 형성된다.

그리고, 상기 기어 구동부(34)에는 외주면을 따라 오일이 원활하게 유입되도록 하는 가이드 홈(35)이 형성된다. 그리고, 상기 가이드 홈(35) 상에는 수평 방향으로 관통되어 상기 오일공급통로(32)와 연통 되며, 오일이 유입되도록 하는 오일 유입홀(36)이 형성된다. 따라서, 오일은 상기 오일 유입홀(36)을 통하여 수평 방향으로 유입된 후에 상기 오일공급통로(32)를 따라서 수직 방향으로 상승하게 된다.

한편, 상기 하부 프레임(110)은 상기 기어부(120)의 바디 역할을 한다. 그리고, 상기 하부 프레임(110)에는 상기 구동축(30)이 삽입되는 구동축 삽입홈(112)이 소정 깊이로 함몰 성형 되며, 상기 구동축(30)의 외경과 대응되는 크기로 형성된다. 그리고, 상기 구동축 삽입홈(112)의 저면에 마찰 저감 플레이트(140)가 안착 되는 플레이트 안착부(114)가 형성된다.

여기서, 상기 마찰 저감 플레이트(140)는 상기 구동축(30)의 회전시 상기 구동축(30)과 하부 프레임(110) 간의 마찰을 저감 시키도록 하는 역할을 한다.

그리고, 상기 마찰 저감 플레이트(140)에는 상기 플레이트 안착부(114)에 안착된 상태에서 상기 하부 프레임(110)에 고정되도록 하는 고정부(142)가 측 방향으로 돌출 형성되며, 상기 하부 프레임(110)에는 상기 고정부(142)가 삽입되어 고정되도록 하는 고정홀(115)이 형성된다.

또한, 상기 구동축 삽입홈(112)에는 상기 기어 구동부(34)가 관통 삽입되는 기어 구동부 관통홀(116)이 형성된다.

도 4는 본 발명에 따른 하부 프레임에 기어부가 삽입된 모습을 나타내는 사 시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 하부프레임(110)은 상기 기어부(120)의 반경보다 큰 반경을 가지며 소정의 깊이로 함몰 형성된 기어부 삽입홈(118)과, 상기 기어부 삽입홈(118)에 삽입되며 인너 기어(124)와 아우터 기어(122)로 구성된 기어부(120)와, 상기 기어부(120)와 상기 기어부 삽입홈(118)의 내주면 사이에 개재되는 스프링(125)이 포함된다.

상세히, 상기 기어부(120)는 상기 기어부 삽입홈(118)에 삽입되어 안착된다. 이때 상기 기어부(120)의 외주면과 상기 기어부 삽입홈(118)의 내주면 사이에는 소정의 공간이 형성된다. 그리고, 상기 기어부(120)는 중공이 형성되며, 내주면에 아우터 기어 이(121)가 형성되는 아우터 기어(122)와, 외주면에 인너 기어 이(123)가 형성되며, 상기 아우터 기어(122)에 삽입되는 인너 기어(124)가 포함된다.

여기서, 상기 아우터 기어(122)의 중공은 편심되게 형성된다. 즉, 상기 인너 기어(124)가 상기 아우터 기어(122)에 삽입되면, 상기 인너 기어(124)의 인너 기어 이(123)와 상기 아우터 기어(122)의 아우터 기어 이(121)는 완전하게 맞물리지 않게 되고, 소정의 챔버(126)가 복수 개로 형성된다. 여기서, 상기 챔버(126)는 상기 오일이 펌핑 되도록 하는 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 챔버(126)로 오일이 유입된 상태에서 상기 기어부(120)가 회전되면, 회전 압력에 의해 오일의 펌핑이 가능하게 된다.

또한, 상기 아우터 기어(122)의 외주면에 탄성부재(125)가 형성되어 상기 기어부 삽입홈(118)의 내주면을 가압한다. 이러한 탄성부재(125)는 다각을 가지는 링 형상을 가진다. 상세히, 소정의 곡률로 만곡된 다수의 판 스프링이 각각의 단부가 서로 연결되어 링 모양을 형성한다. 더욱 상세히, 평상시에는 상기 탄성부재(125)는 상기 기어부(120)가 상기 기어부 삽입홈(118)의 중앙에 위치하게 한다. 반면에, 상기 인너 기어 이(123)와 상기 아우터 기어 이(121)사이에 이 물질이 개재되는 경우, 상기 기어부(120)가 상기 기어부 삽입홈(118)의 중심에서 편심이 가능하도록 한다. 그리고 상기 이물질이 제거되면, 상기 기어부(120)가 제자리로 복귀 가능하게 한다.

한편, 상기 오일공급장치커버(130)는 상기 하부 프레임(110)의 하측에 스크류의 체결에 의해 결합된다. 그리고 상기 하부 프레임(110)에 기어부(120)가 삽입된 상태에서 상기 오일공급장치커버(130)가 체결됨에 따라 상기 오일공급장치커버(130)는 상기 기어부(120)의 하측 커버 역할을 하게 된다.

또한, 상기 기어부(120)는 상술한 바와 같이 아우터 기어(122)와 인너 기어(124)로 구성된다. 그리고 상기 인너 기어(124)의 외측과 아우터 기어(122)의 내측이 서로 맞물리도록 구성되며, 상기 인너 기어(124)에는 기어 구동부(34)가 삽입되며, 상기 아우터 기어(122)는 상기 하부 프레임(110)의 기어부 삽입홈(118)에 삽이된다. 또한, 상기 아우터 기어(122)의 외주면에는 상기 기어부 삽입홈(118)의 내주면을 가압하는 탄성부재(125)가 형성된다.

이하, 상기되는 구성에 의해서 오일이 기어부(120)에 의해서 펌핑되는 과정을 설명한다.

먼저, 펌프 커버(130)의 흡입구(132)를 통하여 상기 인너 기어(124)와 아우터 기어(122) 사이에 형성되는 챔버(126)로 오일이 흡입된 상태에서, 상기 구동축(30)이 회전되면, 기어 구동부(34)와 결합된 인너 기어(124)의 회전과 함께 아우터 기어(122)가 회전된다. 즉, 상기 인너 기어(124)의 인너 기어 이(123)는 상기 아우터 기어(122)의 아우터 기어 이(121)를 타고 회전하게 되고, 상기 인너 기어(124)의 회전에 의해 상기 아우터 기어(122)가 함께 회전된다.

그리고, 상기 인너 기어(124)와 아우터 기어(122)가 회전됨에 따라 상기 챔버(126) 내의 오일은 펌프 커버(130)의 토출구 쪽으로 이동하게 된다. 그 다음, 상기 오일은 상기 토출구로 낙하 되고, 낙하된 오일은 상기 구동축(30)의 오일 유입홀(36)을 통하여 유입된다. 그리고, 상기 오일 유입 홀(36)로 유입된 오일은 상기 오일공급통로(32)를 따라 상승하여 상기 스크롤 압축부로 공급될 수 있게 된다.

한편, 상기 흡입구(132)로 이물질이 유입되어 상기 아우터 기어 이(121)과 인너 기어(123) 사이에 개재되는 경우, 상기 아우터 기어(122)는 상기 탄성부재(125)를 가압하며 상기 기어부(120)의 중심에서 외측방향으로 밀려나가게 된다. 따라서, 상기 아우터 기어 이(121)과 인너 기어 이(123) 사이에 간극이 형성되어 상기 이물질이 밀려나가게 된다. 그리고, 상기 탄성부재(125)는 상기 아우터 기어(122)를 가압하여 상기 아우터 기어(122)이 제자리로 복귀될 수 있도록 한다. 이렇게 함으로써, 상기 기어부(120)의 작동은 원활하게 이루어진다.

상기된 바와 같은 본 발명에 따는 스크롤 압축기의 오일 공급구조에 의하여,인너 기어와 아우터 기어로 구성된 오일펌프의 인너 기어와 아우터 기어 사이에 이물질이 개재되어도, 상기 오일 펌프가 정상적으로 동작 되는 효과가 있다.

또한, 이러한 오일 펌프의 정상적인 동작은 스크롤 압축기의 신뢰성을 확보하여 압축 능력을 향상시킨다.

Claims (4)

1. 소정 크기의 홀이 형성되는 하부 프레임;

   상기 홀에 삽입되는 아우터 기어와, 상기 아우터 기어의 내부에서 회전하는 인너 기어로 구성된 기어부;

   상기 아우터 기어의 외주면에 개입되어 상기 아우터 기어를 가압하는 탄성부재;가 포함되는 스크롤 압축기의 오일 공급구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성 부재는 다각형의 판 스프링인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일공급구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기어부는 상기 인너 기어의 외주면에는 적어도 하나 이상의 인너 기어 이가 형성되고 상기 아우터 기어의 내주면에는 적어도 하나 이상의 아우터 기어 이가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일공급구조.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 기어부는 상기 인너 기어 이와 상기 아우터 기어 이가 소정의 간극이 형성되도록 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일공급구조.

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