KR101376618B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 편심하중을 상쇄시키는 밸런스웨이트의 편심부를 감싸는 오일차단부재를 설치함으로써, 상기 밸런스웨이트에 의해 오일이 교반되면서 비산되는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 압축기구부의 압축실로 오일이 과다하게 유입되어 토출되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 압축실로 흡입되는 냉매의 흡입량을 증가시켜 압축기 효율을 높일 수 있다.

스크롤 압축기, 밸런스웨이트, 편심부, 오일차단부재

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

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

일반적으로 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 구동모터의 회전축과 프레임 사이의 베어링면이나 상기 고정스크롤과 선회스크롤 사이의 베어링면을 윤활시킨 후 상기 케이싱으 로 회수된다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기에 있어서는, 상기 회전축의 베어링면이나 압축기구부를 윤활하고 회수되는 오일이 상기 구동모터의 상측에 배치되어 회전축과 함께 회전하는 밸런스웨이트의 편심부에 의해 교반되고, 이 교반되는 오일이 비산되면서 상기 케이싱의 내부공간으로 흡입되는 냉매와 혼합되어 압축실로 과도하게 유입되며, 이 압축실로 유입되는 오일이 압축된 냉매와 함께 냉동사이클로 토출되면서 압축기의 내부공간에서는 오일부족을 초래할 우려가 있었다. 또, 상기 압축실로 오일이 과도하게 유입되면서 냉매의 흡입량이 감소하여 압축기 효율이 저하될 우려도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 밸런스웨이트에 의해 오일이 비산되면서 오일이 냉동사이클로 유출되는 것은 물론 압축실로 과도하게 유입되어 냉매의 흡입량이 감소되는 것을 방지할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적은, 밀폐된 내부공간이 구비되고 그 내부공간에 오일이 수용되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 축방향으로 일정 간격을 두고 설치되는 복수 개의 프레임; 상기 케이싱의 내부공간에서 양쪽 프레임 사이에 설치되는 구동모터; 상기 케이싱의 내부공간에서 어느 한 쪽 프레임에 지지되도록 설치되고, 복수의 스크롤이 서로 맞물려 압축실을 형성하는 압축유닛; 상기 구동모터에 결합되어 함께 회전하면서 편하중을 상쇄시키는 밸런스웨이트; 및 상기 밸런스웨이트를 수용하여 상기 압축유닛이 지지되는 프레임과 구동모터 사이에 설치되어 상기 밸런스웨이트에 의해 오일이 교반되는 것을 차단하는 오일차단부재;를 포함한 스크롤 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 상기 밸런스웨이트를 수용하는 오일차단부재를 설치하여 상기 밸런스웨이트에 의해 오일이 교반되면서 비산되는 것을 방지함으로써, 상기 압축기구부의 압축실로 오일이 과다하게 유입되어 토출되는 것을 방 지할 수 있을 뿐만 아니라 압축실로 흡입되는 냉매의 흡입량을 증가시켜 압축기 효율을 높일 수 있다.

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

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)로 구성된다.

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 상하 양측에는 구동모터(20)의 회전축(23)을 지지하도록 각각 축수구멍(14a)(15a)이 형성되는 메인프레임(14)과 서브프레임(15)이 고정 설치된다. 그리고 상기 본체(11)의 하반부에는 적정한 오일량을 유지할 수 있도록 냉동사이클시스템에 연결되는 오일레벨관(16)과 오일회수관(17)이 각각 연통된다. 상기 오일레벨관(16)보다 오일회수관(17)이 더 낮게 연통된다.

상기 메인프레임(14)은 그 중앙에 축수구멍(14a)이 관통 형성되고, 그 축수구멍(14a)의 상단에는 후술할 회전축(13)을 통해 흡상되는 오일이 모이도록 오일포 켓(14b)이 형성되고, 사기 오일포켓(14b)의 바닥측 측면에는 그 오일포켓(14b)에 고인 오일을 상기 케이싱(10)의 바닥으로 회수하기 위한 오일회수구멍(14c)이 반경방향으로 관통 형성된다.

상기 구동모터(20)는 도 1에서와 같이 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 회전축(23)으로 이루어진다.

상기 고정자(21)는 그 중앙에 회전자(22)가 회전 가능하게 위치하도록 원통모양으로 고정적층체(미부호)가 형성되고, 그 티스부에는 외부 전원과 연결되는 코일(21a)이 권선되어 이루어진다.

상기 회전자(22)는 얇은 강판을 축방향으로 복수 개 적층하여서 된 회전적층체(미부호)의 중앙에 상기 회전축(23)이 열박음으로 고정되도록 축구멍(22a)이 형성된다. 상기 축구멍(22a)의 주면에는 회수되는 오일이 회전자(22) 내부를 통과하면서 방열효과를 높일 수 있도록 적어도 한 개 이상의 오일회수홈(22b)이 형성될 수 있다. 상기 오일회수홈(22b)은 축방향과 일치되는 방향으로 형성될 수 있고, 소정의 각도로 경사진 축방향으로 형성될 수 있다. 상기 오일회수홈(22b)이 경사진 경우에는 가급적 상측에서 하측을 기준으로 할 때 상기 회전축(23)의 회전방향으로 형성되는 것이 오일의 회수를 원활하게 할 수 있다.

상기 회전축(23)은 그 내부에 오일유로(23a)가 축방향으로 관통 형성되고, 상기 오일유로(23a)의 중간에는 흡상되는 오일이 상기 서브프레임(15)과 메인프레임(14)의 축수구멍(15a)(14a)으로 공급될 수 있도록 오일통공(23c)(23b)이 상하 양측에 반경방향으로 관통 형성되며, 상기 오일통공(23c)(23b)의 사이에는 상기 오일유로(23a)를 통해 오일과 함께 흡상되는 거품이 오일유로(23a) 밖으로 배출될 수 있도록 가스빼기구멍(23d)이 적어도 한 개 이상 형성될 수 있다.

그리고, 상기 회전축(23)의 상단에는 그 회전축(23)의 편하중을 상쇄할 수 있도록 밸런스웨이트(24)가 설치되고, 상기 회전축(23)의 하단에는 상기 케이싱(10)의 오일을 펌핑할 수 있도록 오일펌프(25)가 설치된다. 상기 밸런스웨이트(24)는 상기 회전축(23)에 설치될 수도 있으나, 경우에 따라서는 회전자(22)에 설치될 수도 있다. 상기 오일펌프(25)는 흡입압력 변동 및 액냉매의 기화에 의한 급유끊김 현상의 시간을 줄일 수 있도록 내측기어와 외측기어가 용적을 형성하는 트로코이드기어 펌프(Trochoidgear PumP)가 적용될 수 있다. 물론, 상기 오일펌프(25)로는 트로코이드기어 펌프 외에 다른 펌프가 사용될 수 있다.

상기 밸런스웨이트(24)는 도 2 및 도 3에서와 같이 환형으로 형성되어 상기 회전축(23)의 외주면에 압입 고정되는 고정부(24a)와, 상기 고정부(24a)의 일측에 돌출되어 편하중을 상쇄시키는 편심부(24b)로 이루어진다. 그리고 상기 밸런스웨이트(24)의 외주면에는 원통모양으로 된 오일차단부재(26)가 씌워지고, 그 오일차단부재(26)의 상면을 안쪽으로 플랜지부(26a)가 절곡되어 그 플랜지부(26a)가 상기 밸런스웨이트(24)의 편심부(24b) 상면에 얹혀져 볼트 체결된다.

상기 압축기구부(30)는 도 1에서와 같이 메인프레임(14)의 상면에 고정 설치 되는 고정스크롤(31)과, 상기 고정스크롤(31)에 맞물려 복수 개의 압축실(P)을 형성하도록 상기 메인프레임(14)의 상면에 선회 가능하게 얹히는 선회스크롤(32)과, 상기 선회스크롤(32)과 메인프레임(14) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(32)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(33)과, 상기 고정스크롤(31)의 경판부 배면에 설치되어 상기 케이싱(10)의 내부를 흡입공간(S1)과 토출공간(S2)으로 구획하는 고저압분리판(34)과, 상기 고정스크롤(31)의 토출구(31c)를 개폐하여 토출가스의 역류를 차단하는 역지밸브(35)로 이루어진다.

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

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

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 상기 구동모터(20)에 전원이 인가되면, 상기 회전축(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(14)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤(31)의 고정랩(31a)과 상기 선회스크롤(32)의 선회랩(32a) 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. 이 압축된 냉매는 상기 고정스크롤(31)의 토출구(31c)를 통해 상기 케이싱(10)의 토출공간(S2)으로 연속 토출되었다가 상기 냉매토출관(DP)을 통해 냉동사이클시스템으로 이동하게 되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이와 동시에, 상기 회전축(23)의 하측에 설치된 오일펌프(25)에서는 상기 케이싱(10)에 채워져 있는 오일을 펌핑하게 되고, 이 오일은 상기 회전축(23)의 오일유로(23a)를 통해 상단으로 흡상되면서 일부는 오일통공(23b)을 통해 상기 메인프레임(14)의 축수구멍(14a)으로 공급되는 반면 일부의 오일은 상기 회전축(23)의 상단에서 비산된다. 이 회전축(23)의 상단에서 비산되는 오일은 상기 메인프레임(14)의 오일포켓(14b)에 저장되었다가 일부의 오일은 상기 케이싱(10)으로 회수되는 반면 일부의 오일은 상기 메인프레임(14)과 상기 선회스크롤(32)의 사이를 통해 압축실(P)로 공급된다.

여기서, 상기 케이싱(10)의 내부공간에 채워지는 오일 또는 상기 압축기구부(30)에서 회수되는 오일은 상기 밸런스웨이트(24)에 의해 비산되어 냉매와 혼합되고, 이 냉매와 혼합된 오일은 상기 냉매가 상기 압축실(P)로 흡입될 때 함께 흡입될 수 있다. 하지만, 오일이 압축실(P)로 흡입되는 전체 양 중에서 냉매와 혼합되어 압축실(P)로 흡입되는 비중이 증가하게 되는 것은 오일의 공급량이 압축기의 운전조건에 따라 크게 변화하기 때문에 바람직하지 않다.

이를 감안하여, 본 발명에서는 도 2 및 도 3에서와 같이 상기 밸런스웨이트(24)를 원통모양의 오일차단부재(26)로 감싸 상기 케이싱(10) 내부공간의 오일이나 또는 상기 압축기구부(30)에서 회수되는 오일이 상기 오일차단부재(26)에 막혀 밸런스웨이트(24)와 접촉하지 못하게 되고, 이로 인해 상기 밸런스웨이트(24)에 의해 오일이 교반되면서 비산되는 것을 현저하게 줄일 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 오일차단부재에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 오일차단부재가 원통모양으로 형성되어 상기 밸런스웨이트 전체를 감싸 수용하는 것이었으나, 본 실시예는 도 4 및 도 5에서와 같이 상기 오일차단부재(26)가 원호모양으로 형성되어 상기 밸런스웨이트(24)의 편심부(24b) 반대쪽에 결합되는 것이다. 이는, 상기 오일차단부재(26)의 무게를 줄여 그만큼 회전체의 전체 무게가 증가되는 것을 줄일 수 있고 이를 통해 모터 입력 상승을 감소시킬 수 있다.

이 경우, 상기 밸런스웨이트(24)의 편심부(24b) 상면에 오일차단부재(26)의 상측 플랜지부(26a)를 얹어 볼트 결합하거나 또는 상기 밸런스웨이트(24)의 편심부(24b) 상면에 단차면(24c)을 형성하여 그 단차면(24c)에 상기 오일차단부재(26)의 상측 플랜지부(26a)를 얹어 볼트 결합할 수 있다.

이에 대한 기본적인 구성과 작용 효과는 전술한 실시예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

본 실시예에서는 저압식 스크롤 압축기에 적용된 오일차단부재의 예를 살펴보았으나, 저압식의 다른 압축기에서도 밸런스웨이트에 의한 오일비산을 낮추기 위해서는 본 실시예와 같은 오일차단부재를 동일하거나 유사하게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에서 원통형 오일차단부재를 분리하여 보인 사시도,

도 3은 도 1에서 원통형 오일차단부재를 조립한 종단면도,

도 4은 도 1에서 반원형 오일차단부재를 분리하여 보인 사시도,

도 5는 도 1에서 반원형 오일차단부재를 조립한 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10: 케이싱 14 : 메인프레임

14b : 오일포켓 14c : 오일회수구멍

20 : 구동모터 23 : 회전축

24 : 밸런스웨이트 24a : 고정부

24b : 편심부 24c : 단차면

25 : 오일펌프 26 : 오일차단부재

26a : 플랜지부 30 : 압축기구부

31 : 고정스크롤 32 : 선회스크롤

Claims (6)

1. 밀폐된 내부공간이 구비되고 그 내부공간에 오일이 수용되는 케이싱;

   상기 케이싱의 내부에 축방향으로 일정 간격을 두고 설치되는 복수 개의 프레임;

   상기 케이싱의 내부공간에서 양쪽 프레임 사이에 설치되는 구동모터;

   상기 케이싱의 내부공간에서 어느 한 쪽 프레임에 지지되도록 설치되고, 복수의 스크롤이 서로 맞물려 압축실을 형성하는 압축유닛;

   상기 구동모터에 결합되어 함께 회전하면서 편하중을 상쇄시키는 밸런스웨이트; 및

   상기 밸런스웨이트를 수용하여 상기 압축유닛이 지지되는 프레임과 구동모터 사이에 설치되어 상기 밸런스웨이트에 의해 오일이 교반되는 것을 차단하는 오일차단부재;를 포함하고,

   상기 오일차단부재는 압축유닛이 지지되는 프레임에 결합되는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 오일차단부재는 밸런스웨이트에 결합되는 스크롤 압축기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 오일차단부재는 압축유닛이 지지되는 프레임에 결합되는 스크롤 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 오일차단부재는 원통모양으로 형성되는 스크롤 압축기.
5. 밀폐된 내부공간이 구비되고 그 내부공간에 오일이 수용되는 케이싱;

   상기 케이싱의 내부에 축방향으로 일정 간격을 두고 설치되는 복수 개의 프레임;

   상기 케이싱의 내부공간에서 양쪽 프레임 사이에 설치되는 구동모터;

   상기 케이싱의 내부공간에서 어느 한 쪽 프레임에 지지되도록 설치되고, 복수의 스크롤이 서로 맞물려 압축실을 형성하는 압축유닛;

   상기 구동모터에 결합되어 함께 회전하면서 편하중을 상쇄시키는 밸런스웨이트; 및

   상기 밸런스웨이트를 수용하여 상기 압축유닛이 지지되는 프레임과 구동모터 사이에 설치되어 상기 밸런스웨이트에 의해 오일이 교반되는 것을 차단하는 오일차단부재;를 포함하고,

   상기 오일차단부재는 상기 밸런스웨이트의 편심부 맞은편에 결합되어 그 편심부와 함께 원형을 이루도록 원호모양으로 형성되는 스크롤 압축기.
6. 제1항 및 제4항 및 제5항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 밸런스웨이트는 구동모터의 회전축에 결합되는 스크롤 압축기.

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