KR100869928B1

KR100869928B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR100869928B1
Application number: KR1020070004554A
Authority: KR
Inventors: 황선웅; 김명균; 유병길; 이병철; 최세헌; 정철수; 장기태
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2008-11-24
Also published as: KR20080067262A

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 압축기에서 냉매와 함께 토출되는 오일을 분리하는 오일분리장치가 상기 압축기에 설치됨으로써, 상기 압축기를 구비하는 냉동사이클시스템에 별도의 오일분리기를 구비하지 않고서도 상기 압축기에 항상 적정량의 오일이 유지될 수 있고 이를 통해 냉동사이클시스템의 배관을 간소화하여 비용을 절감함과 아울러 압축기에서 토출되는 냉매의 압력이 낮아져 냉동사이클시스템의 성능이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

도 1은 본 발명에 의한 저압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2 내지 도 5는 도 1에 따른 오일분리부의 실시예들을 보인 평면도,

도 6은 도 1에 따른 오일분리부의 오일회수관에 대한 다른 실시예를 보인 종단면도,

도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 고압식 스크롤 압축기의 일실예들을 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10: 케이싱 14 : 고저압분리판

15 : 메인프레임 15a : 축수구멍

15b : 오일포켓 15c : 오일회수구멍

20 : 구동모터 23 : 구동축

30 : 압축기구부 31 : 고정스크롤

31d : 토출구 32 : 선회스크롤

33 : 올담링 40 : 오일분리부

41 : 분리캡 42 : 유분리관

43 : 오일회수관 44 : 모세관로

F1 : 오일회수유로 F2 : 냉매순환유로

S1 : 흡입공간 S2 : 토출공간

S3 : 상측공간 S4 : 하측공간

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 스크롤 압축기에 관한 것이다.

압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치이다. 상기 압축기는 유체에 대한 압축방식에 따라 왕복동식, 로터리식, 베인식, 스크롤식으로 구분할 수 있다.

상기 스크롤 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부공간에 동력을 발생하는 구동모터와 그 구동모터의 동력을 전달받아 압축성 유체인 냉매를 압축하는 압축기구부가 함께 구비되어 있다.

상기 압축기구부는 고정스크롤과 선회스크롤이 서로 맞물려 상기 선회스크롤이 고정스크롤에 대해 선회운동을 하면서 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하고, 상기 압축실이 안쪽으로 이동하면서 냉매를 연속으로 압축하여 토출하게 된다.

상기 케이싱의 내부공간에는 일정량의 오일이 채워지고, 이 오일은 상기 구동모터가 회전될 때 원심력에 의해 흡상되면서 비산되어 상기 구동모터와 압축기구부를 냉각시키는 동시에 일부 오일은 압축실로 유입되어 상기 고정스크롤과 선회스크롤 사이의 미끄럼면을 윤활시키게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기에 있어서는, 상기 압축기구부에서 냉동사이클시스템으로 토출되는 냉매에는 일정량의 오일이 섞여 토출됨에도 불구하고 상기 압축기 자체적으로는 오일을 분리하는 기능이 구비되지 않아 오일회수를 위한 별도의 오일분리기를 설치하지 않는 경우 오일부족으로 인해 압축기의 신뢰성이 크게 저하되는 문제점이 있었다. 이를 감안하여 상기 냉동사이클시스템에 오일분리기를 설치하는 경우에는 상기 오일분리기와 압축기를 연결하는 배관이 필요하게 되어 그만큼 냉동사이클시스템의 배관이 복잡하게 되면서 가격상승의 요인으로 작용하게 될 뿐만 아니라 상기 압축기에서 토출되는 냉매가 오일분리기를 통과하면서 압력이 낮아져 냉동사이클시스템의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 압축기에 오일분리기능을 추가하여 별도의 오일분리기를 냉동사이클시스템에 구비하지 않고도 항상 적정량의 오일이 유지될 수 있도록 하는 스크롤 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간이 구비되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 구동모터; 상기 케이싱의 내부공간에 고정 설치되는 고정스크롤; 상기 고정스크롤에 맞물려 선회운동을 하면서 압축실을 형성하는 선회스크롤; 및 상기 압축실에서 토출되는 냉매가 상기 케이싱의 내부공간에서 선회되도록 하여 그 냉매에서 오일을 분리하는 오일분리유닛;을 포함한 스크롤 압축 기가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 오일분리유닛이 적용된 저압식 스크롤 압축기를 보인 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 소정 량의 오일이 충전되도록 밀봉 형성되고 냉매흡입관(SP)과 냉매토출관(DP)이 연통 설치되는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 상측에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터(20)와, 상기 케이싱(10)의 하측에 설치되어 상기 구동모터(20)에서 발생되는 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축기구부(30)와, 상기 압축기구부(30)의 출구측에 설치되어 냉매와 오일을 분리하는 오일분리부(40)가 포함된다.

상기 케이싱(10)은 원통모양으로 형성되어 그 내주면 상하 양측에 상기 구동모터(20)와 압축기구부(30)가 고정 설치되는 본체(11)와, 상기 본체(11)의 상하 양측을 복개하여 밀봉하는 상부캡(12) 및 하부캡(13)으로 이루어진다.

상기 본체(11)의 상단에는 상기 케이싱(10)의 내부공간을 흡입공간(S1)과 토출공간(S2)으로 구분할 수 있도록 고저압분리판(14)이 설치되거나 또는 후술할 고정스크롤(31)의 외주면이 밀봉 결합된다. 또, 상기 본체(11)의 흡입공간(S1)에는 상기 구동모터(20)의 구동축(23)을 지지하도록 축수구멍(15a)(16a)이 각각 형성되는 메인프레임(15)과 서브프레임(16)이 상하 양측에 고정 설치된다.

상기 메인프레임(15)은 그 중앙에 축수구멍(15a)이 관통 형성되고, 그 축수 구멍(15a)의 상단에는 후술할 구동축(23)을 통해 흡상되는 오일이 모이도록 오일포켓(15b)이 형성되며, 상기 오일포켓(15b)의 일측 주면에는 그 오일포켓(15b)에 모인 오일이 상기 케이싱(10)으로 회수될 수 있도록 오일회수구멍(15c)이 외주면으로 관통 형성된다. 또, 상기 메인프레임(15)의 외주면 일측에는 상기 케이싱(10)의 토출공간(S2)에서 분리되어 흡입공간(S1)으로 회수되는 오일이 상기 케이싱(10)의 바닥으로 고이도록 오일유로(미도시)가 음형지거나 관통 형성된다.

상기 구동모터(20)는 상기 케이싱(10)의 내부에 고정되어 외부에서 전원을 인가받는 고정자(21)와, 상기 고정자(21)의 내부에 일정 공극을 두고 배치되어 상기 고정자(21)와 상호 작용하면서 회전하는 회전자(22)와, 상기 회전자(22)에 열박음으로 결합되어 상기 구동모터(20)의 회전력을 압축기구부(30)에 전달하는 구동축(23)으로 이루어진다. 상기 구동축(23)은 축방향으로 오일유로(23a)가 관통 형성되고, 상기 오일유로(23a)의 하단에는 오일펌프(24)가 설치된다.

여기서, 상기 구동모터(20)는 회전자(22)에 복수의 자속장벽을 가지는 동기 릴럭턴스 모터를 사용할 수 있으나 통상적인 유도전동기가 사용될 수도 있다.

상기 압축기구부(30)는 메인프레임(15)의 상면에 고정 설치되는 고정스크롤(31)과, 상기 고정스크롤(31)에 맞물려 복수 개의 압축실(P)을 형성하도록 상기 메인프레임(15)의 상면에 선회 가능하게 얹히는 선회스크롤(32)과, 상기 선회스크롤(32)과 메인프레임(15) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(32)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(33)으로 구성된다.

상기 고정스크롤(31)은 그 경판부(31a) 저면에 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 이루는 고정랩(31b)이 인벌류트 형상으로 형성되고, 상기 경판부(31a)의 측면에는 상기 케이싱(10)의 흡입공간(S1)과 연통되는 흡입구(31c)가 형성되며, 상기 경판부(31a) 상면 중앙에는 압축된 냉매를 상기 케이싱(10)의 토출공간(S2)으로 토출하는 토출구(31d)가 형성된다.

상기 선회스크롤(32)은 그 경판부(32a) 상면에 상기 고정스크롤(31)의 고정랩(31b)과 함께 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 이루는 선회랩(32b)이 인벌류트 형상으로 형성되고, 상기 경판부(32a) 저면 중앙에는 상기 구동축(23)에 결합되어 상기 구동모터(20)의 동력을 전달받는 보스부(32c)가 형성된다.

상기 오일분리부(40)는 상기 고정스크롤(31)의 토출구(31d)를 수용하도록 그 고정스크롤(31)의 경판부(31a)에 설치되는 분리캡(41)과, 상기 분리캡(41)에 연통되도록 설치되어 토출되는 냉매와 오일이 상기 케이싱(10)의 토출공간(S2)에서 선회되도록 유도하는 유분리관(42)으로 이루어진다.

상기 분리캡(41)은 하단이 개구되고 상단이 막힌 원통 또는 다각통 모양으로 형성되고, 그 외주면에 상기 유분리관(42)이 연통 설치된다. 상기 유분리관(42)은 경우에 따라 상기 분리캡(41)의 상단에 설치될 수도 있다.

상기 유분리관(42)은 냉매가 상기 케이싱(10)의 내주면을 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 선회할 수 있도록 평면상에서 도 2에서와 같이 곡선지게 형성되거나 또는 도 3에서와 같이 소정의 각도로 절곡지게 형성될 수 있다.

또, 상기 유분리관(42)은 2차원 상에서 곡선이나 절곡지게 형성될 수 있으나, 경우에 따라서는 3차원 상에서 곡선이나 절곡지게 형성될 수도 있다.

또, 상기 유분리관(42)은 동일한 내경으로 형성될 수도 있으나, 경우에 따라서는 도 4에서와 같이 냉매와 오일의 선회속도를 높일 수 있도록 출구쪽의 단면적(A)이 입구쪽의 단면적(B)보다 좁게 형성되거나 또는 도 5에서와 같이 냉매와 오일의 선회속도를 늦출 수 있도록 출구쪽의 단면적(A)이 입구쪽의 단면적(B)보다 넓게 형성될 수도 있다.

또, 상기 유분리관(42)의 출구는 평면지게 형성될 수도 있으나, 경우에 따라서는 경사지게 형성될 수도 있다. 상기 유분리관(42)의 출구가 경사지게 형성되는 경우 그 경사면이 상기 케이싱(10)의 내주면에 대향되도록 형성되는 것이 냉매와 오일을 케이싱(10)의 내주면쪽으로 안내할 수 있어 바람직하다.

한편, 상기 오일분리부(40)에 의해 상기 케이싱(10)의 토출공간(S2)에서 분리된 오일은 상기 케이싱(10)의 흡입공간(S1)으로 이동하여 그 바닥면으로 회수될 수 있도록 도 1에서와 같이 상기 토출공간(S2)과 흡입공간(S1)을 연통시키는 고저압분리판(14)에 오일회수관(43)이 삽입되어 결합될 수 있다.

상기 오일회수관(43)은 그 오일회수관(43)을 통해 상기 토출공간(S2)의 냉매가 흡입공간(S1)으로 누설되지 않도록 오일에 의해 차단될 수 있는 미세관(Capillary)으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 오일회수관(43)은 상기 고정스크롤(31)과 메인프레임(15)에 각각 구비된 오일회수구멍 또는 오일회수홈(미부호)을 통과하여 상기 구동모터(20)의 고정자(21)에 구비된 계자코일(21a)을 향하도록 결합되는 것이 상기 고정자(21)의 계자코일(21a)을 냉각하는데 바람직하다. 또, 상기 고정자(21)의 상단에 과부하차단기 (미도시)가 설치되는 경우에는 그 과부하차단기의 상측에 상기 오일회수관(43)의 출구가 향하도록 배치하는 것이 상기 토출공간(S2)에서 분리된 오일을 이용하여 압축기의 과열여부를 신속하게 판단할 수 있어 바람직하다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 상기 구동모터(20)에 전원이 인가되면, 상기 구동축(23)이 회전자(22)와 함께 회전을 하면서 상기 선회스크롤(32)에 회전력을 전달하고, 이 회전력을 전달받은 상기 선회스크롤(32)은 올담링(33)에 의해 상기 메인프레임(15)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤(31)의 고정랩(31b)과 상기 선회스크롤(32)의 선회랩(32b) 사이에 연속으로 이동하는 한 쌍의 압축실(P)이 형성되며, 이 압축실(P)은 상기 선회스크롤(32)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 흡입되는 냉매를 압축하게 된다.

이와 동시에, 상기 구동축(23)의 하단에 설치된 오일펌프(24)에서는 상기 케이싱(10)에 채워져 있는 오일을 펌핑하게 되고, 이 오일은 상기 구동축(23)의 오일유로(23a)를 통해 상단으로 흡상되면서 일부는 상기 서브프레임(16)과 메인프레임(15)의 축수구멍(16a)(15a)으로 공급되는 반면 일부의 오일은 상기 구동축(23)의 상단에서 비산되어 상기 메인프레임(15)의 오일포켓(15b)을 거쳐 압축실(P)로 공급된다. 또, 상기 압축실(P)에는 상기 냉매흡입관(SP)을 통해 상기 케이싱(10)의 흡입공간(S1)으로 흡입되는 냉매에 오일이 혼합되어 함께 흡입되기도 한다.

여기서, 상기 압축실(P)로 유입되는 오일은 냉매와 함께 중앙으로 이동하였다가 상기 토출구(31d)를 통해 상기 분리캡(41)으로 토출되고, 이 냉매와 오일은 다시 상기 유분리관(42)을 통해 상기 케이싱(10)의 토출공간(S2)으로 함께 토출된다. 이때, 상기 유분리관(42)이 상기 케이싱(10)의 내주면을 따라 곡선지거나 절곡되게 형성됨에 따라 상기 유분리관(42)에서 배출되는 냉매와 오일이 상기 케이싱(10)의 내주면을 따라 선회하게 되고, 이 과정에서 상기 냉매와 오일이 원심력에 분리되어 냉매는 상기 냉매토출관(DP)을 통해 냉동사이클시스템으로 이동을 하는 반면 오일은 상기 오일회수관(43)을 통해 케이싱(10)의 흡입공간(S1)으로 이동하여 회수된다.

이렇게, 상기 압축기의 내부에 오일을 분리하는 오일분리부가 구비됨에 따라 상기 냉동사이클시스템에 별도의 오일분리기를 구비하지 않고서도 상기 압축기에 항상 적정량의 오일이 유지될 수 있게 됨으로써 상기 냉동사이클시스템의 배관을 간소화할 수 있고 냉매의 압력이 일정하게 유지되어 냉동사이클시스템의 성능이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 스크롤 압축기에서 오일회수관은 상기 케이싱의 외곽에서 연통되도록 하여 보수를 용이하게 할 수도 있다. 예컨대, 도 6에서와 같이 상기 오일회수관(43)이 케이싱(10)의 외곽에 배치되어 그 입구는 상기 케이싱(10)의 토출공간(S1)에 연통되는 반면 그 출구는 상기 케이싱(10)의 흡입공간(S1)에 연통되도록 연결된다. 이때, 상기 오일회수관(43)은 전체가 미세관으로 형성되어 회수되는 오일의 온도를 낮출 수 있도록 할 수도 있으나, 상기 오일회수관(43)이 케이싱(10)의 외부에 설치되는 점을 고려하여 상기 오일회수관(43)의 중간에 미세관로(44)가 조립될 수 있다.

또 한편, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 오일 분리 장치는 전술한 실시예와 같은 저압식 스크롤 압축기는 물론 상기 케이싱의 내부공간이 토출압으로 채워지는 고압식 스크롤 압축기에도 동일하게 적용될 수 있다.

즉, 도 7 및 도 8에서와 같이 상기 고압식 스크롤 압축기는 냉동사이클시스템에서 흡입되는 냉매가 상기 케이싱(10)의 내부공간을 거치지 않고 압축실(P)로 직접 흡입될 수 있도록 상기 냉매흡입관(SP)은 상기 고정스크롤(31)의 흡입구(31b)에 직접 연결되는 반면 상기 냉매토출관(DP)은 압축된 냉매가 케이싱(10)의 내부공간에 채워졌다가 냉동사이클시스템으로 이동할 수 있도록 상기 케이싱(10)의 내부공간에 연통된다.

상기 냉매토출관(DP)은 도 7에서와 같이 상기 고정스크롤(31)의 토출구(31d)를 수용하는 상측공간(S3)에 연통되거나, 또는 도 8에서와 같이 상기 구동모터(20)를 수용하는 상기 고정스크롤(31)의 하측공간(S4)에 연통될 수 있다.

상기와 같은 고압식 스크롤 압축기에서도 상기 고정스크롤(31)의 경판부(31a)에는 토출구(31d)를 복개하도록 분리캡(41)이 설치되고, 그 분리캡(41)에는 전술한 저압식 스크롤 압축기에서 같이 토출되는 냉매에서 오일을 원심 분리하도록 곡선지거나 또는 절곡진 그리고 입출구의 단면적이 동일하거나 상이한 유분리관(42)이 연통 설치된다.

다만, 도 7에서와 같이 상기 냉매토출관(DO)이 오일분리부(40)가 구비된 상측공간(S3)에 연통되는 경우에는 그 오일분리부(40)에서 분리된 오일이 상기 케이싱(10)의 하측공간(S4)으로 이동할 수 있도록 상기 고정스크롤(31)과 메인프레 임(15)에 오일회수유로(F1)가 형성되거나 그 오일회수유로(F1)에 오일회수관(미도시)이 연통 설치될 수 있다.

반면, 도 8에서와 같이 상기 냉매토출관(DP)이 고정스크롤(31)을 기준으로 하측공간(S4)에 연통되는 경우에는 상기 오일분리부(40)에서 분리된 오일과 냉매가 모두 하측공간(S4)으로 이동하는 과정에서 다시 혼합될 수 있으므로 상기 고정스크롤(31)의 외주면과 메인프레임(15)의 외주면에는 냉매순환유로(F2)가 비교적 넓게 형성되고 상기 케이싱(10)의 외곽으로는 분리된 오일이 상기 케이싱(10)의 하반부로 이동될 수 있도록 모세관로(44)를 갖는 오일회수관(43)이 연통 설치될 수 있다. 여기서, 상기 냉매순환유로(F2)로 오일이 유입되어 냉매와 섞이지 않도록 상기 냉매순환유로(F2)와 오일회수관(43)이 중첩되지 않도록 배치하는 동시에 상기 냉매순환유로(F2)의 입구가 오일회수관(43)의 입구보다 높게 위치하도록 단차부(미도시)를 두거나 또는 가이드(미도시)를 설치할 수 있다.

상기와 같은 고압식 스크롤 압축기에서 오일분리부에 대한 구성 및 작용 효과는 전술한 저압식 스크롤 압축기와 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다.

Claims

밀폐된 내부공간이 구비되고 그 내부공간이 흡입공간과 토출공간으로 구분되는 케이싱;

상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 구동모터;

상기 케이싱의 내부공간에 고정 설치되는 고정스크롤;

상기 고정스크롤에 맞물려 선회운동을 하면서 압축실을 형성하는 선회스크롤;

상기 압축실에서 토출되는 냉매가 상기 케이싱의 내부공간에서 선회되도록 하여 그 냉매에서 오일을 분리하는 오일분리유닛; 및

상기 케이싱의 토출공간에서 분리되는 오일이 상기 케이싱의 흡입공간으로 이동하도록 구비되는 오일회수유닛;을 포함하고,

상기 오일회수유닛은 오일이 상기 케이싱의 외부를 통해 토출공간에서 흡입공간으로 회수되도록 하는 오일회수관이 구비되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,

상기 오일분리유닛은 상기 압축실에서 토출되는 냉매를 수용하도록 상기 고정스크롤에 결합되는 분리캡과, 상기 분리캡에 연통되어 토출되는 냉매가 상기 케이싱의 내부공간에서 선회되도록 유도하는 유분리관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,

상기 유분리관은 곡선지거나 또는 절곡 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,

상기 유분리관은 그 입구와 출구의 단면적이 동일한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,

상기 유분리관은 그 입구와 출구의 단면적이 상이한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,

상기 유분리관의 입구는 분리캡의 측벽면에 연결되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 오일회수관은 모세관(Capillary) 또는 모세관로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,

상기 오일회수관은 그 출구가 상기 구동모터에 결합되는 과부하차단기에 근접되어 회수되는 오일의 온도에 따라 상기 과부하차단기가 작동되도록 하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
삭제
제1항에 있어서,

상기 압축실의 토출측은 상기 케이싱의 내부공간에 연통되어 그 케이싱의 내부공간은 토출압으로 채워지고, 상기 고정스크롤의 상측공간에서 분리된 오일이 상기 케이싱의 외곽을 거쳐 하측공간으로 이동할 수 있도록 상기 케이싱의 외곽에서 오일회수관이 연결되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제13항에 있어서,

상기 오일회수관은 모세관(Capillary) 또는 모세관로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.