KR100294429B1

KR100294429B1 - 스크롤기계

Info

Publication number: KR100294429B1
Application number: KR1019940027608A
Authority: KR
Inventors: 개리켄트페인
Original assignee: 에반스 에릭 씨; 코프랜드 코포레이션
Priority date: 1993-11-03
Filing date: 1994-10-27
Publication date: 2002-04-06
Also published as: EP0657650B1; EP0657650A1; DE69409474D1; JPH07180677A; DE69409474T2; CN1107555A; US5370513A; JP4021946B2

Abstract

스크롤 압축기의 윤활 순환 시스템은 임펠러가 회전하는 챔버에 윤활유를 공급하는 통상의 동심 보어 윤활유 펌프(concentric bore oil pump)를 갖는다. 이 챔버내의 임펠러가 회전하면 윤활유가 제어 통로와 연통하는 통로를 통해서 송출되는데, 그 제어 통로는 통로를 통해서 송출되는데, 그 제어 통로는 냉각 및 윤활을 위해 스크롤의 압축 챔버내로 소정량의 윤활유를 분사한다. 압축 챔버로 분사되는 윤활유의 양은 궤도 선회 운동 스크롤을 통과하는 제어 통로의 형상에 의해 제어된다.

Description

스크롤 기계

본 발명은 일반적으로 말하면 스크롤 기계 , 보다 구체적으로 말하면 기계의 작동중에 윤활유 순환 유량(oil circulation rate)을 제어하는 개량된 압축기용 윤활 시스템을 구비한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

발명의 배경 및 개요

유체의 압축 또는 팽창용의 스크롤 기계 는 개별적인 축을 중심으로 형성되어 직립 상태로 상호 맞물리는 인볼류트 나선형 랩(wrap) 또는 나선형 베인을 각각 구비하는 2개의 스크롤 부재로 구성되어 있다. 각 나선형 베인은 단부판(end plate)에 장착되며, 각 나선형 베인의 선단은 상대측 스크롤 부재의 단부판과 접촉하거나 거의 접촉하는 상태로 배치된다. 각 스크롤 부재의 나선형 베인은 또한 상대측 스크롤 부재의 나선형 베인의 측면에 인접한 측면을 구비하는데, 이 측면은 상대측 스크롤 부재의 나선형 베인의 측면에 대하여 가동하는 선 접촉 또는 거의 선 접촉 상태로 되어 이들 두 스크롤 부재의 나선형 베인 사이에는 복수 개의 가동 포켓이 형성된다. 두 스크롤 부재의 상대적인 선회 운동(orbital motion)에 따라, 상기 포켓들은 스크롤 부재의 반경 방향 외측단에서 반경 방향 내측단으로 이동하여 유체를 압축하거나, 또는 스크롤 부재의 반경 방향 내측단에서 반경 방향 외측단으로 이동하여 유체를 팽창시킨다. 상기 스크롤 부재는 구동 기구에 의한 상대적 선회 운동을 수행하여 상기 포켓들을 형성한다. 스크롤 부재 중 어느 일방의 부재가 선회 운동을 행할 수 있으며, 양자 모두가 서로에 대해 편심으로 회전할 수도 있다.

통상적인 스크롤 기계 는, 비선회 스크롤 부재를 구비한 형태의 것인 경우, 그 비선회 스크롤 부재와 맞물리는 선회 스크롤 부재와, 이 선회 스크롤 부재에 인가되는 축방향 하중을 지지하는 드러스트 베어링, 그리고 이 드러스트 베어링을 비롯한 기계의 여러 가지 가동 부품을 윤활시키기 위한 윤활유 공급 시스템을 구비한다. 따라서, 스크롤 기계 분야에서는 기계의 운전 범위 전체에 걸쳐 윤활시키는 윤활 기술의 개선이 지속적으로 요구되고 있다.

통상, 측부 저압형 스크롤 압축기에 있어서는, 윤활의 일부는 흡입 가스 흐름에 의해 얻어지는데, 이 흡입 가스 흐름은 압축기의 구성 요소들로부터 비말(飛沫)된 윤활유를 포획하여 그것을 압축기 전체에 걸쳐 순환시킨다. 흡입 가스는 그것의 흐름 방향을 편향시켜, 그것이 포획한 윤활유의 양이 정격 운전 조건에서 압축기 운전에 적합한 수준으로 제어하게 되는 경로로 압축기를 통해서 유동된다. 냉각 효과를 높이기 위하여 윤활유 순환 유량을 더욱 높이는 것이 요망될 수 있는 고온의 "고압축비"조건에서, 실제로는 윤활유의 순환 유량이 더 낮아진다. 이 처럼 윤활유 순환 유량이 낮아지는 것은 흡입 가스가 고압축비의 운전 조건 하에서 흡입 가스의 밀도가 훨씬 더 낮고, 이에 따라 그 흡입 가스가 비말된 윤활유를 많이 수반할 수 없는 데에서 기인한다.

따라서, 압축기의 전체 운전 범위에 걸쳐 그 흡입 가스가 수반하는 비말 윤활유의 양을 제어하는 것이 요망된다. 이는, 고압축비의 운전시 발생하는 고온 조건의 경우 및 압축기의 저온 운전 범위의 경우에도 적용된다. 아울러, 스크롤 부재의 나선형 블레이드의 팁이 마손(摩損)되는 것을 방지하기 위해서 몇 가지 형태의 미스트 윤활(mist lubrication)을 제공하는 것도 바람직하다.

따라서, 본 발명의 주목적은 회전하는 상부 균형추(rotating upper counter-balance weight)에 의해 발생된 원심력을 윤활 시스템의 일부에 있는 윤활유의 흐름에 영향을 주는 데에 사용하는 개량된 윤활 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 윤활 시스템은 압축기의 전체 운전 범위에 걸쳐 일정한 윤활유 순환 유량을 제공할 수 있으며, 또한 본 발명은 낮은 온도에서는 공칭(nominal) 윤활유 순환 유량을 제공하고, 보다 높은 윤활유 온도에서는, 필요한 경우, 선택적으로 더 높은 윤활유 순환 유량을 제공할 수도 있다.

당업자에게는, 본 발명의 다른 장점 및 목적이 후술되는 상세한 설명, 첨부된 특허 청구의 범위 및 도면으로부터 명확활 것이다. 도면에는, 현재 본 발명을 실시함에 있어서의 최적의 양태가 도시되어 있다.

바람직한 실시예의 설명

본 발명은 많은 다양한 형태의 스크롤 기계 에서 구체화될 수 있지만, 여기에서는 단지 예시를 목적으로 스크롤 압축기에 구체화되는 예에 대하여 설명하겠다. 도면 전체에 걸쳐 동일 부호가 동일 부분 또는 대응하는 부분을 지시하고 있다. 제1도에는, 본 발명에 따른 윤활 시스템을 합체하는 스크롤 압축기(10)의 연직 방향 단면도가 도시되어 있다. 일반적으로 말하면, 압축기(10)는 상단에 캡(14)이 용착된 대체로 원통형의 밀폐된 동체(12)를 구비한다. 캡(14)에는, 선택적으로 통상적인 배출 밸브(도시되지 않음)가 내장되는 냉매 배출관 연결구(16)가 마련되어 있다. 원통형 동체에 취부되는 다른 기계 요소로는, 캡(14)과 거의 동일한 지점에서 동체(12)에 대하여 둘레 부분이 용착되어 있는 횡방향 연장 격벽(18), 당해 기술 분야에서 주지되어 있는 방법에 의해 다수의 지점에서 동체(12)에 대하여 둘레 부분이 용착되어 있는 베어링 케이지(20), 그리고 흡입 가스 흡입관 연결구(22)가 포함된다.

베어링 케이지(20)는 동체(12) 내에서 주 베어링 하우징(24), 모터의고정자(26), 하부 베어링(28), 그리고 비선회 스크롤 부재(30)의 위치를 결정하고 지지한다. 상단에 편심 크랭크 핀(34)을 구비한 크랭크샤프트(32)는 베어링 케이지(20) 내의 하부 베어링(28) 및 주 베어링 하우징(24) 내의 상부 베어링(26)에 회전 가능하게 저어널 되어 있다. 크랭크샤프트(32)는 하단에 이 크랭크샤프트와 동심으로서 비교적 직경이 큰 윤활유 펌핑 보어(oil-Pumping concentric bore:38)를 구비하고 있는데, 이 보어는 크랭크샤프트(32)의 상단까지 연장하는 보다 작은 직경의 보어(40)와 연통된다. 원통형 동체(12)의 하단 부분에는 통상적인 방법으로 윤활유가 충전되어 있으며, 크랭크샤프트(32)의 하단에 있는 윤활유 펌핑 보어(38)는 상기 작은 직경의 보어(40)와 협동하여, 후술되는 바와 같이 윤활이 필요한 여러 가지 형태의 압축기 부분 모두에 윤활유를 공급하는 일차적인 펌핑 수단을 형성한다.

크랭크샤프트(32)는 내부를 관통하는 모터 권선(42)을 구비한 고정자(26)와, 그 크랭크샤프트(32)에 억지끼워맞춤된 회전자(44)를 구비한 전기 모터에 의해 회전 구동되며, 그 크랭크샤프트의 상하단 부근에는 각각 하부 균형추(46)와 상부 균형추(48)가 장착되어 있다.

주 베어링 하우징(24)은 하부 베어링 하우징(50)과 상부 베어링 하우징(52)을 구비하고 있다. 하부 베어링 하우징(50)은 대체로 원통형의 중앙 부분(54)을 지니는데, 이 중앙 부분(54) 내에서 크랭크샤프트(32)의 상단 부분이 베어링(36)에 회전 가능하게 지지되어 있다, 상기 하부 베어링 하우징(50) 상에는, 상기 중앙 부분(54)의 외주부에 환형 지지 돌출부(56)가 마련되어 있는데, 이 돌출부는 정밀하게 기계 가공된 반경 방향 외향면(58), 정밀하게 기계 가공된 반경 방향 내향면(59), 그리고 상향면(60)을 구비한다. 중앙 부분(54)에는 대체로 반경 방향 외측으로 연장하는 복수 개의 지지 아암(62)이 원주 방향으로 일정 간격을 두고 배치되며, 이들 지지 아암(62)은 베어링 케이지(20)에 결합되어 지지되도록 형성되어 있는 축방향 연장부를 포함한다. 각 지지 아암(62)의 축방향 연장부의 말단에는 베어링 케이지(20)와 결합하는 계단부(64)가 마련되어 있다. 계단부(64)는 베어링 케이지(20)의 접촉부에 마련된 대응하는 리세스(recess)와 결합하여 베어링 케이지(20)에 관하여 하부 베어링 하우징(50)의 반경 방향 위치를 결정하도록 설계되어 있다.

주 베어링 하우징(24)에 있어서, 상부 베어링 하우징(52)은 대체로 컵 형상으로 형성되어 있으며, 일체로 형성된 상부의 환형 가이드 링 부분(66)과, 그 링부분 아래에 배치된 환형의 축방향 드러스트 베어링 면(68), 그리고 이 축방향 드러스트 베어링 면(68)의 하방에서 상기 축방향 드러스트 베어링 면(68)을 반경 방향 외측에서 포위하도록 배치되는 제2 환형 지지 베어링 면(70)을 구비한다. 축방향 드러스트 베어링 면(68)은 선회 스크롤 부재(72)를 축방향으로 이동 가능하게 지지하는 작용을 하며, 상기 제2 환형 지지 베어링 면(70)은 올댐 커플링(Oldham coupling; 74)을 지지한다. 상부 베어링 하우징(52)의 하단은 각기 반경 방향 내향면(76)과 축방향 하향면(78)을 형성하는데, 이 면들은 각기 하부 베어징 하우징(50)의 반경 방향 외향면(58) 및 상향면(60)과 정합하여 상부 베어링 하우징(52)과 하부 베어링 하우징(50)의 서로에 대한 축방향 및 반경 방향 위치 결정을 보조한다. 아울러, 크랭크샤프트(32)의 상단에 취부되어 있는 상부 균형추(48)가 회전 운동할 수 있도록 형성된 챔버(80)가 마련되어 있다. 이 챔버를 마련함으로써, 균형추(48)를 스크롤 부재(72)에 더욱 근접하게 배치할 수 있으며, 따라서 전체 치수를 축소시킬 수 있다. 또한, 챔버(80) 내에서 회전하여 임펠러를 구성하는 균형추(48)는, 후술되는 바와 같이, 압축기(10)의 일부를 윤활시키기 위한 윤활유를 송출하는 펌핑 수단으로서의 기능을 수행한다.

상부 베어링 하우징(52)에 일체로 형성된 환형 가이드 링(66)은 비선회 스크롤 부재(30)의 반경 방향 외향 플랜지 부분(84)를 포위하도록 배치되어 있으며, 상기 플랜지 부분(84)과 맞물려서 비선회 스크롤 부재(30)의 반경 방향 위치를 결정함과 아울러 축선 방향 이동을 안내하도록 형성되어 있는 반경 방향 내향면(88)을 구비한다.

비선회 스크롤 부재(30)는 중앙에 배치된 배출 통로(94)를 구비하며, 이 배출 통로(94)는 상방으로 개방된 리세스(96)와 연통하며, 이 리세스(96)는 격벽(18)내의 개구부(98)를 거쳐 캡(14)과 격벽(18)에 의해 구획 형성되어 있는 배출소음(消音) 챔버(100)와 연통되어 있다. 비선회 스크롤 부재(30)는 또한 그것의 상면에 동심으로 배치된 평행한 양측의 측벽들을 갖는 환형 리세스(102)를 구비하고 있는데, 그 환형 리세스(102) 내에는 환형의 부동 시일(floating seal)(104)이 상하로 이동 가능하게 밀봉 배치되어 있다. 이 부동 시일(104)은 리세스(102)의 저부를 흡입 압력의 가스 및 배출 압력의 가스 공급원과 격리시키고, 소정 통로(도시안됨)에 의해 중간 압력의 유체 공급원과 연통되게 할 수 있다. 이에 의해, 비선회 스크롤부재(30)에는 비선회 스크롤 부재(30)의 중앙 부위에 작용하는 배출 압력에 의해 발생된 힘과 리세스(102)의 저부에 작용하는 중간 유체 압력에 의해 발생된 힘에 의해 선회 스크롤 부재(72)를 향하여 축방향으로 편향력이 가해진다. 이처럼 축방향으로의 편향력을 가하고 스크롤 부재(30)을 축방향으로 제한된 범위에서 가동하도록 지지하기 위한 여러 가지 기술 수단은 본원 출원인 명의의 미국 특허 제4,877,382호에 보다 상세히 기술되어 있는 바, 이 특허의 설명 내용은 본 명세서에 인용된다.

양측의 스크롤 부재(30,72) 사이의 상대 회전은 전술한 미국 특허 제 4,877,382호에 개시된 형태의 통상적인 올댐 커플링(74)에 의하여 저지될 수 있지만, 또한 본원 출원인 명의로, "스크롤 압축기용 올댐커플링"을 발명의 명칭으로 하여 1990년 10월 1일자로 출원되어 현재 계류 중인 미국 특허 출원 제591,443호에 개시된 커플링을 대신 사용할 수 있다.

도면에 도시된 압축기는 가스 흡입구(22)를 거쳐 도입되는 흡입 가스의 일부가 동체(12)의 내부로 빠져나가 모터의 냉각을 보조하는 "측부 저압(low side)" 형이다. 복귀되는 흡입 가스의 적절한 흐름이 있는 한, 모터는 소정의 온도 한계범위 내에 유지된다. 그러나, 이 흐름이 현저히 저하되면, 그 냉각 작용의 손실에 의해 온도 감지기로부터 제어 장치에 대하여 신호가 보내져서 기계가 정지되게 되어 있다.

이상에서 설명한 스크롤 압축기는 당해 기술 분야에서 이미 공지된 것이거나, 또는 본원 출원인의 계류중인 다른 특허 출원의 주제로 되어 있다. 본 발명의원리를 합체하는 구조의 세부 사항은 독특한 윤활 시스템(200)과 관계된다. 윤활 시스템(200)은 드러스트 베어링 면(68)의 윤활, 신뢰성을 높이기 위한 그 윤활 시스템의 환기, 그리고 효율을 상승시킴과 아울러 소음을 감소시키기 위한, 압축 바로 직전의 냉매 가스 중으로의 소량의 윤활유의 주입과 관련된다.

압축기(10)용 윤활 시스템은 통상적인 방법으로 윤활유가 충전되어 있는 원통형 동체(12)의 하부로부터 시작한다. 크랭크샤프트(32)의 하단에 있는 펌핑 보어(38)는 보어(40)와 협동하여 윤활이 필요한 압축기의 모든 부분으로 윤활유를 송출하는 일차적인 펌핑 수단으로서 작용한다. 하부 베어링(28)에 윤활유를 공급하기 위하여, 크랭크샤프트(32)를 관통하여 펌핑 보어(38)까지 연장하는 횡방향 보어(cross bore)(154)가 마련되어 있다. 크랭크샤프트(32)의 외면에는 하부 베어링(28)에 대한 윤활유의 분배를 보조하도록 평탄부(도시 안됨)가 마련되어 있다. 제2의 횡방향 보어(158)가 크랭크샤프트(32)를 관통해서 보어(40)까지 연장되어 있다. 이 제2의 횡방향 보어(158)는 상부 베어링(36)으로 윤활유를 공급하는 역할을 한다. 크랭크샤프트(32)의 외면에는 상부 베어링(36)으로의 윤활유의 분배를 보조하도록 평탄부(160)가 마련되어 있다. 제2의 횡방향 보어(158)을 통해 상부 베어링(36)으로 펌핑되는 윤활유는 상부 베어링(36)의 주위를 흘러서 그 일부는 동체(12)의 하부로 복귀하고 나머지는 챔버(80) 내로 방출된다. 제2도에 가장 잘 도시된 바와 같이, 상기 펌핑 보어(38) 및 윤활유 송출시 이 펌핑 보어와 협동하는 보어(40)를 통해서 펌핑되는 윤활유의 나머지 부분은 크랭크샤프트(32)의 상단에서 보어(40)를 나와서 편심 크랭크핀(34)의 외면상에 배치된 구동 베어링(162)과 부하경감 부싱(unloader bushing)(164)을 윤활시킨다. 크랭크핀(34) 외면의 평탄한 구동면(172)에 대한 윤활유의 공급은 부하 경감 부싱(164)을 관통하고 있는 블리드 홀(bleed hole, 174)에 의해서 행해진다. 부하 경감 부싱(164)을 적절히 윤활시키기 위한 윤활유는 부하 경감 부싱(164)과 크랭크샤프트(32) 사이의 리세스를 통해서 흐른다. 윤활유와 그것에 함유되는 기포(氣泡)는 크랭크핀(34)을 포위하는 영역에서 챔버(80) 내로 방출된다.

윤활 시스템(200)은 상부 스크롤 부분에 대하여 윤활유를 펌핑하기 위한 균형추 펌프(202)로 작용하는 임펠러로서 챔버(80) 내에서 회전하는 상부 균형추(48)를 사용한다. 하부 베어링 하우징(50)의 전술한 내향면(59)은 상부 균형추(48)의 회전 직경보다 약간 더 큰 내경을 갖는다, 균형추(48)와 내향면(59)사이의 이러한 근접 배치 관계는 균형추(48)의 회전시 강한 원심 펌프 작용을 발생시켜 상기 균형추 펌프(202)를 형성하게 된다. 이 균형추 펌프(202)는 동체(12)의 내부로부터 윤활유와 흡입 가스를 끌어올려 하부 베어링 하우징(50)의 내향 벽면(59)를 따라 강한 와류를 발생시키는 윤활유의 압력 헤드(oil head)를 발생시킨다. 발생된 압력 헤드는 윤활유를 내향 벽면(59) 위로 상승시킨다. 환형 단면 형태를 이루는 윤활유 흐름의 일부는 상부 베어링 하우징(52) 내에 마련되어, 제4도에 도시된 바와 같이 반경 방향 내측 방향으로 만곡되어 있는 밀링된 홈(176) 내로 유입된다. 이 밀링된 홈(176)은 급작스럽게 종결되며, 마찬가지로 윤활유는 속도 헤드에 의해서 상기 밀링된 홈(176)의 단부로부터 상부 베어링 하우징(52)에 배치되는 연직 방향의 윤활유 순환 급송 통로{이하, 제2 통로(210)}의 내부를 통해 상승한다. 이 제2 통로는,구체적으로 후술되는 바와 같이, 선회 스크롤 부재(72)의 단부판을 관통하여 형성된 윤활유 순환 제어 통로{이하, 제 1 통로(216)}와 주기적으로 연통되며, 이에 따라 제1 통로(216)는 챔버(80)로부터 윤활유를 급송하는 상기 제2 통로(210)로부터 윤활유를 수취한다.

챔버(80) 내에서 내향 벽면(59)을 따라 환형 단면 형태를 이루어 흐르는 윤활유 흐름의 나머지 부분은 상부 베어링 하우징(52) 내에 마련되고, 제4도에 도시된 바와 같이 반경 방향 외측으로 만곡되어 있는 밀링된 홈(204)으로 유입하고, 하부 베어링 하우징(50)의 윤활유 방출 구멍(212)과 연통하는 상부 베어링 하우징(52)내의 윤활유 방출 구멍(206) 내로 유입한다. 윤활유는 이들 방출 구멍(206,212)을 통해서 진행하여, 그곳에서 동체(12)의 내벽과 접촉하고, 이 내벽을 타고 흘러내려 윤활유 집유통(sump)에 도달한다. 이 균형추 펌프(202)에 의한 펌핑 작용은 챔버(80) 내의 압력을 감압하고, 따라서 펌핑 보어(38)의 전체적인 윤활유 송출 양정(oil Pump head)이 증가된다.

순환되는 윤활유는 제3 통로(220)를 통해서 동체(12) 내의 하부로 방출된다. 구체적으로, 주베어링 하우징(24)에 있어서 상부 베어링 하우징(52)의 제2의 환형 지지 베어링 면(70)은 절삭 가공된 환형의 홈 형태로 형성된 제4 통로(218)를 구비하고 있다. 이 제4 통로(218)는 베어링 드러스트 면(68)으로부터 방출되는 윤활유를 수집하고, 또 올댐 커플링(74)에 대하여 윤활유를 공급하는 작용을 한다. 상기 제3 통로(220)는 주 베어링 하우징(24)에 있어서 상부 베어링 하우징(52)의 외면으로부터 환형으로 형성된 제4 통로(218)와 교차하는 지점으로 드릴링 가공에 의해 2개의 경사진 구멍의 형태로서 상기 상부 베어링 하우징(52)에 형성되어 있다. 따라서, 제4 통로(218) 내에 축적되는 윤활유는 중력의 작용에 의해서 상기 제3 통로(220)를 통해서 동체(12) 내의 하부로 배출된다.

윤활 시스템은 하부 베어링(28), 상부 베어링(36), 구동 베어링(162), 부하 경감 부싱(164), 스크롤 드러스트 베어링 면(68,70), 올댐 커플링(74)에 대하여, 그리고 윤활유 순환 제어 홀(216)을 거쳐 스크롤 윤활유 순환 시스템에 대하여 연속적으로 윤활유를 공급하는 작용을 한다. 윤활유의 공급은 집유통 또는 동체(12)의 하부에서 시작하며, 윤활유는 펌핑 보어(38)와 보어(40) 내부로 퍼 올려져서 크랭크샤프트(32)의 상단에서 방출된다. 윤활유가 펌핑 보어(38) 및 보어(40) 내부를 통해 상방으로 유동하는 사이에, 그 윤활유의 일부는 횡방향 보어(154)를 통해서 하부 베어링(28)으로, 또한 횡방향 보어(158)를 통해서 상부 베어링(36)으로 향한다. 크랭크샤프트(32)의 상단으로부터 유출되는 윤활유는 구동 베어링(162) 및 부하 경감 부싱(164)을 윤활시킨다. 상부 베어링(36)으로부터 유출되는 윤활유는 챔버(80)에 축적된다. 챔버(80) 내에서 상부 균형추(118)가 회전하여 그 챔버(80) 내의 윤활유의 일부를 밀링된 홈(176) 및 밀링된 홈(204) 내로 펌핑한다. 밀링된 홈(204) 내로 유입된 윤활유 부분은 방출 구멍(206) 내로 유입하여, 전술한 바와 같이, 방출 구멍(212)을 통해 집유통으로 복귀한다. 밀링된 홈(176) 내로 펌핑된 윤활유 부분은 제2 통로(210) 내부을 통해서 상승하여 윤활유 순환 유량을 제어하는 제1 통로(216)를 포함하는 스크롤 윤활유 제어 시스템에 대하여 윤활유를 공급한다. 밀링된 홈(176) 내로 펌핑된 윤활유 부분은 이 홈(176)으로부터 넘쳐흘러 상부 균형추(48)에 의해 선회 스크롤 부재(72)의 드러스트 면 위으로 튄다. 이렇게 튄 윤활유는 선회 스크롤 부재(72)의 선회 운동에 의해 드러스트 베어링 면(68) 위로 이송된다. 이에 따라, 필요한 양의 윤활유를 드러스트 베어링 면(68)에 유지하기에 충분한 양의 윤활유가 공급된다.

스크롤 윤활 시스템에 대한 윤활유의 공급은 적정 시점에 맞춰 행해진다. 윤활유 순환 유량을 제어하는 상기 제1 통로(216), 상기 홈(176) 및 상기 제2 통로(210)는 스크롤의 둘레 방향에서 보아서 가장 외측의 스크롤 흡입 압축 포켓이 개방되어 있는 동안에, 상부 균형추(48)의 선단 연부가 상기 홈(176) 및 제2 통로(210)의 위치를 통과하여 이 제2 통로(210)를 통해서 윤활유를 펌핑하도록 배치되어 있다. 이 시점과 동일한 시점에, 제1 통로(216)가 제2 통로(210) 바로 위로 선회 이동하고, 이에 따라 윤활유가 제2 통로(210) 내부를 통해 상승하여 제2 통로(216) 및 개방된 최외측 스크롤 흡입 압축 챔버 내로 유입된다.

전술한 윤활유 순환 제어 시스템은 압축기(10)가 그 운전 범위 내에서 어떠한 조건하에서 작동하더라도 항상 윤활유 순환 유량을 제어할 수 있도록 보장한다. 윤활유 순환 유량은 제1 통로(216)의 치수 및 형상을 변동시킴으로써 선택될 수 있는 성질의 것이다. 이 윤활유 순환 유량 또는 윤활유 유량은 압축기의 전체 운전 범위 걸쳐 일정하게 유지되거나(선택 #1), 또는 압축기가 비교적 고온에서 작동하는 상태에서 증가될 수 있다(선택 #2). 전술한 바와 같이, 최외측 스크롤 흡입 압축 포켓이 개방되는 경우, 흡입 가스가 개구부를 통해서 유입되면서 흡입 가스의 흐름이 시작된다. 제1 통로(216)는 개방된 압축 챔버의 시단부(始端部)에 인접한흡입구에 배치된다. 이 시점과 동일한 시점에서, 윤활유 순환 유량을 제어하는 제1 통로(216)는 임펠러로서의 균형추가 수용되어 있는 챔버로부터 윤활유를 급송하는 제2 통로(210) 바로 위에 배치되며, 이에 따라 소정량의 윤활유가 상기 제1 통로(216)를 통해서 개방된 흡입 압축 포켓 속으로 유입된다. 제1 통로(216)를 통해 포켓 속으로 유입되는 윤활유의 양은 상기 제1 통로 (216)의 치수 및 형상을 변경시킴에 의해 선택될 수 있다.

상기 제1 통로(216) 상단에서 동적 압력, PV²/2과 같은 압력 강하가 있게 된다. 스크롤 흡입 과정은 등적(等積) 과정이기 때문에, 흡입 속도 V도 일정하다. 따라서, 제1 통로(216)의 상단에서의 동적 압력 강하는 흡입 가스 밀도에 의해서만 영향을 받는다. 이는 윤활유 순환 유량을 일정하게 유지하기 위해서는(선택 #1), 다음과 같이 밀도가 큰 가스일수록 윤활유 유량을 크게 할 필요가 있음을 의미한다.

상기 제1 통로(216)를 통해서 흐르는 윤활유의 양은 윤활유의 이송 압력, 오리피스 손실 및 점성 손실의 함수이다. 이송 압력이 극히 낮거나 일정하다고 가정하면, 상기 제1 통로(216)를 통해서 흐르는 윤활유의 양은 다음과 같이 된다.

식중, KP₀Q² ₀/2 은 오리피스 손실이고, M₀Q₀l/d⁴는 점성 손실이다. P₀는 윤활유 밀도, Q₀는 유량, M₀는 윤활유 점도, K 는 오리퍼스 손실 계수, 1은 순환 제어 홀(216)의 길이, 그리고 d 는 순환 제어 홀(216)의 직경이다.

압축기(10)가 운전 범위에 있어서 중간 값으로 운전되고 있는 경우의 윤활유 순환 운량이 기준선으로 고려된다. 압축기의 운전 범위의 중간 값은 ASI(Air-Conditioning and Refrigeration Institute)에 의해 정해진 표준에 근접한다. 전체 운전 범위에 걸쳐 어느 정도 일정한 윤활유 순환 유량을 유지하고자 하는 경우에는, 제8도에 도시된 바와 같은 오리피스 형태로 형성된 제1 통로(216)가 선택된다. 이러한 형태의 제1 통로(216)를 채용하면, 이 제1 통로를 통한 주손실이 상기 식에서 오리피스 손실의 항과 관련되고 점성 손실의 항과는 거의 관련이 없다. 따라서, 윤활유의 순환 유량이 매우 균일하게 유지되며 점성 손실에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 운전 온도가 높은 만큼 윤활유 순환 유량을 증가시키고자 하는 경우에는, 제9도에 도시된 바와 같이 제1 통로(216)를 소직경으로 길게 형성한다. 이렇게 소직경으로 길게 형성된 제1 통로(216)는 점성 손실이 윤활유 순환 유량을 결정하는 일차적 인자가 되게 하는데, 이 인자는 윤활유 온도에 의해 크게 좌우된다. HCR(고압축비) 조건에서의 고온 영역 또는 보다 많은 양의 흡입 가스는 어느 정도 윤활유의 점도를 낮추는 역할을 할 수 있으며, 따라서, 윤활유의 흐름을 증대시킨다. 그러므로, 압축기(10)의 고온 운전 조건에서는 윤활유 순환 유량이 증가되게 된다.

이상, 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참고로 본 발명을 상세히 설명했으나, 본 발명은 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 범위 및 의미로부터 벗어남이 없이 수정, 변형 및 변경될 수 있음을 이해하여야 한다.

제1도는 본 발명의 원리를 구체화하는 밀폐형 스크롤 압축기의 연직 방향 관통 단면도,

제2도는 본 발명의 원리를 구체화하는 제1도의 압축기 상단에 인접한 영역을 보여주는 연직 방향 관통 확대단면도,

제3도는 본 발명의 상부 베어링 하우징의 평면도,

제4도는 본 발명의 상부 베어링 하우징의 저면도,

제5도는 제3도의 5-5 선을 따라 취한 단면도,

제6도는 제4도의 6-6 선을 따라 취한 단면도,

제7도는 제4도의 7-7 선을 따라 취한 단면도,

제8도는 본 발명의 윤활유 순환 제어 통로를 보여주는 확대 단면도,

제9도는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 윤활유 순환 제어 통로를 보여주는 제8도와 유사한 확대 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 스크롤 압축기

20 : 베어링 케이지

32 : 크랭크샤프트

38 : 펌핑 보어

40 : 보어

48 : 균형추

50 : 하부 베어링 하우징

52 : 상부 베어링 하우징

66 : 안내 링

74 : 올댐 커플링

80 : 챔버

102 : 리세스

154,158 : 횡방향 보어

176 : 홈

200 : 윤활 시스템

216 : 제1통로(윤활유 순환 제어 통로)

Claims

일측면에 제1의 나선형 베인을 구비한 제1 스크롤 부재와;

제2의 나선형 베인을 구비한 제2 스크롤 부재로서, 상기 제1의 나선형 베인과 제2의 나선형 베인은 상기 제1 스크롤 부재와 제2 스크롤 부재가 상대적으로 선회 운동함에 따라 상기 제1 나선형 베인과 제2 나선형 베인 사이에 흡입 가스를 받아들이는 제1 포켓을 포함한 복수 개의 가변 체적형 가동 포켓을 형성하도록 상호 맞물려 있고, 상기 가동 포켓은 흡입 압력 영역과 배출 압력 영역 사이에 배치되어 있는 그러한 제2 스크롤 부재와;

상기 제1 스크롤 부재와 제2 스크롤 부재 중 일방의 부재에 형성되어 상기 제1 포켓과 연통되는 제1 통로와;

상기 흡입 영역에 배치되어 상기 제1 통로와 연통되는 챔버와;

상기 챔버 내에 배치되어 있는 임펠러와;

윤활유 집유통으로부터 상기 챔버로 윤활유를 공급하는 펌핑부: 그리고

상기 제1 스크롤 부재와 제2 스크롤 부재를 상대적으로 선회 운동시킴과 아울러 상기 임펠러를 회전시키는 구동 부재

를 구비하고, 상기 임펠러는 그것의 회전시 윤활유를 상기 챔버로부터 상기 제1 통로를 통해서 상기 제1 포켓으로 펌핑하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제1항에 있어서, 상기 제1 통로는 가스를 받아들이도록 개방되는 상기 제1 포켓의 개방시 이 제1 포켓과 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계 .
제1항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 챔버 내에서 회전하는 균형추인 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제1항에 있어서, 상기 챔버는 상기 제1 스크롤 부재와 제2 스크롤 부재 근처에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제1항에 있어서, 상기 제1 스크롤 부재는 상기 제 2 스크롤 부재에 관해서 선회 운동하고, 상기 제1 통로는 상기 제1 스크롤 부재에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제1항에 있어서, 상기 챔버는 환형 챔버로 형성되고, 상기 임펠러는 상기 환형 챔버 내에서 회전하는 균형추인 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제1항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 제2 통로가 상기 제1 포켓에 인접한 경우에만 상기 제1 통로를 통해서 윤활유를 펌핑하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제1항에 있어서, 상기 제1 스크롤 부재와 제2 스크롤 부재 중 일방의 스크롤 부재에 고착된 상부 베어링 하우징을 또한 포함하고, 상기 상부 베어링 하우징에는 홈과, 이 홈에 연통되는 입구를 구비한 제2 통로, 그리고 이 제2 통로를 상부 베어링 하우징의 제1 면에 접속시키는 제1 출구를 포함하고 있고, 상기 제1 출구는 상기 제1 통로와 연통되는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제8항에 있어서, 상기 상부 베어링 하우징은 유체 흐름이 상기 챔버로부터 배출될 수 있도록 하는 제3 통로를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제8항에 있어서, 상기 챔버는 상기 상부 베어링 하우징과 하부 베어링 하우징에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제8항에 있어서, 상기 상부 베어링 하우징은 제2 면 및 제4 통로를 구비하며, 상기 제4 통로는 상기 제2 면과 집유통 사이의 유체 흐름을 허용하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계 .
일측면에 제1의 나선형 베인을 구비한 제1 스크롤 부재와;

제2의 나선형 베인을 구비한 제2 스크롤 부재로서, 상기 제2의 나선형 베인은 상기 제1 스크롤 부재와 제2 스크롤 부재가 상대적으로 선회 운동함에 따라 상기 제1 나선형 베인과 제2 나선형 베인 사이에 흡입 가스를 받아들이도록 개방되는 제1 포켓을 포함한 복수 개의 가변 체적형 가동 포켓을 형성하도록 상기 제1 나선형 베인과 상호 맞물려 있고, 상기 가동 포켓은 흡입 압력 영역과 배출 압력 영역 사이에서 이동하는 그러한 제2 스크롤 부재와;

상기 제1 스크롤 부재에 형성되어 상기 제1포켓 개방시 제1포켓에 인접 배치되는 제1 통로와;

상기 제1 스크롤 부재와 제2 스크롤 부재를 상대적으로 선회시키기 위한 구동 부재로서, 상기 제1 스크롤 부재에 근접하여 상기 흡입 압력 영역에 배치되는 챔버 내에서 회전하는 균형추를 포함하는 그 구동 부재와;

윤활유를 집유통으로부터 상기 챔버로 공급하는 펌핑부; 그리고

상기 제1 포켓이 개방되는 경우, 상기 윤활유가 상기 챔버로부터 상기 제1 스크롤 부재 내의 상기 제1 통로를 통해 상기 제1 포켓으로 흐를 수 있도록 하는 추가의 통로

를 구비하며, 상기 균형추는 회전시 상기 윤활유를 상기 챔버로부터 상기 제 1 포켓으로 펌핑하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계 .
제12항에 있어서, 상기 제2 스크롤 부재에 고착된 상부 베어링 하우징을 또한 포함하며, 상기 추가의 통로는 상기 제1 베어링 하우징 내에 형성된 제2 통로를 포함하고, 이 제2 통로는 상기 상부 베어링 하우징에 형성된 홈과 상기 상부 베어링 하우징 내에 형성된 홈과 연통하는 흡입 포트 및 상기 제2 통로를 상기 상부 베어링 하우징의 제1 면에 연결하는 제1 배출 포트를 포함하며, 상기 제1 배출 포트는 상기 제1 포켓이 개방되는 경우 상기 제1 스크롤 부재 내의 제1 통로와 연통되는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제13항에 있어서, 상기 상부 베어링 하우징은 유체 흐름이 상기 챔버로부터 배출될 수 있게 하는 제3 통로를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제13항에 있어서, 상기 챔버는 상기 상부 베어링 하우징과 하부 베어링 하우징에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제13항에 있어서, 상기 상부 베어링 하우징은 제2 면 및 제4 통로를 구비하며, 이 제4 통로는 상기 제2 면과 집유통 사이의 유체 흐름을 허용하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
제12항에 있어서, 상기 제1 포켓은 상기 균형추가 상기 추가의 통로에 인접해 있을 때에 개방되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.
일측면에 제1 나선형 베인을 구비한 제1 스크롤 부재와;

제2 나선형 베인을 갖는 제2 스크롤 부재로서, 상기 제2 나선형 베인은 상기제1 스크롤 부재가 제2 스크롤 부재에 대해 선회 운동함에 따라 흡입 가스를 받아들이도록 개방되는 제1 포켓을 포함한 가변 체적의 포켓들을 형성하도록 상기 제1 나선형 베인과 맞물리고, 상기 가동 포켓은 흡입 압력 영역과 배출 압력 영역 사이에서 이동하도록 구성되는 그러한 제2스크롤 부재와;

상기 제1 스크롤 부재에 형성되어, 제1 포켓이 개방되는 경우 이 제1 포켓에 인접 배치되는 제1 통로와;

상기 제2 스크롤 부재에 고착되어 상기 제1 스크롤 부재 지지용의 제1 베어링 면을 갖는 상부 베어링 하우징으로서, 상기 제1 베어링 면 반대측 단부에 형성된 홈과, 이 홈과 연통하는 흡입 포트 및 상기 제2 통로를 상기 제1 베어링 면에 연결시키는 제2 통로를 구비하고, 상기 제2 통로는 상기 제1 포켓이 개방되는 경우 상기 제1 통로와 연통하는 그 상부 베어링 하우징과;

상기 상부 베어링 하우징에 고착되며, 상기 상부 베어링 하우징과 함께 상기 제1 스크롤 부재 근처에 배치된 챔버를 형성하는 하부 베어링 하우징과;

상기 상부 베어링 하우징에 형성되어 유체 흐름이 상기 챔버로부터 배출될 수 있게 하는 제3 통로와;

상기 집유통으로부터 상기 챔버로 윤활유를 공급하는 펌핑부; 그리고

상기 제1 스크롤 부재와 제2 스크롤 부재를 상대적으로 선회 운동시키는 구동 부재로서, 상기 챔버 내에서 회전하는 균형추를 포함하는 그 구동 부재를 구비하고, 상기 균형추는 제1 포켓이 개방될 때 상기 윤활유를 상기 챔버로부터 상기 제1 통로 및 제2 통로를 통해서 상기 제1 포켓으로 펌핑하도록 구성되어 있는 것을특징으로 하는 스크롤 기계.
제18항에 있어서, 상기 상부 베어링 하우징은 상기 제1 베어링 면의 반경 방향 외측에 배치된 제2 베어링 면과, 상기 제2 베어링 면과 상기 집유통 사이의 윤활유 흐름을 허용하는 제4 통로를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 기계.