KR100309290B1 - 스크롤 압축기의 오일 토출 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 오일 토출 저감장치에 관한 것으로서, 특히 차압을 유지하는 차압판에 오일 게이트를 형성하여 오일의 유면이 과도하게 상승하여 스크롤 압축기 외부로 토출되는 것을 방지할 수 있는 스크롤 압축기의 오일 토출 저감장치에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 냉매가스가 통과되는 상부 구멍과 오일이 통과되는 하부 구멍이 형성된 차압판과, 상기 차압판의 일정 높이에 오일에 의한 수두차에 기인하여 개폐되는 개폐수단으로 구성되어, 유면이 급격히 상승되면 오일 게이트가 개방되어 오일이 이동하게 되므로 오일이 상기 토출파이프를 통하여 외부로 유출되지 않는 효과를 제공한다.

Description

스크롤 압축기의 오일 토출 저감장치 {Oil discharge protector for scroll compressor}

본 발명은 스크롤 압축기의 오일 토출 저감장치에 관한 것으로서, 특히 차압을 유지하는 차압판에 오일 게이트를 형성하여 오일의 유면이 과도하게 상승하여 스크롤 압축기 외부로 토출되는 것을 방지할 수 있는 스크롤 압축기의 오일 토출 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로, 스크롤 압축기의 압축원리는 도 1에 도시된 바와 같이 인벌류트(involute) 형상의 랩(wrap)을 갖는 고정스크롤(1)과 상기 고정스크롤(1)의 인벌류트 곡선과 180°의 위상차를 가진 인벌류트 형상의 랩을 갖는 선회스크롤(2)이 서로 마주 보도록 맞물려서 쌍으로 형성된 초생달 모양의 압축실(3)을 형성하게 되고, 고정된 고정스크롤(1)에 대하여 선회스크롤(2)이 자전이 방지된 채로 선회운동을 하면서 압축실(3)이 중심부 쪽으로 이동되는 동시에 체적이 감소되어 압축작용을 하게 되며, 이 과정은 연속적이면서 대칭적으로 이루어지게 되어 부하 변동 폭이 왕복동식이나 로터리 압축기보다 현저하게 작게 되기 때문에 진동, 소음, 신뢰성, 그리고 효율 등의 측면에서 크게 유리한 점이 있다.

참조된 도면, 도 2는 종래기술에 의한 스크롤 압축기의 단면도이고, 도 3은 종래기술에 의한 스크롤 압축기 차압구조의 단면도이며, 도 4는 종래기술에 의한차압판의 정면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 AA선에 의한 단면도이다.

종래의 스크롤 압축기는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 흡입파이프(14)를 통하여 압축기 내부로 유입된 냉매가스는 고정스크롤(15)의 한 쪽 측면에 형성된 흡입포트를 통하여 고정스크롤(15)과 선회스크롤(16) 사이로 흡입되고, 흡입가스는 고정스크롤(15) 흡입포트 쪽에 형성된 압축실로 유입되어 압축이 시작되고 일부는 고정스크롤(15)의 안내통로를 따라 180° 반대쪽에 형성된 압축실로 유입되어 압축되기 시작한다. 이와 같이 대칭적으로 압축되기 시작한 압축실의 냉매가스는 선회스크롤(16)이 선회운동을 함에 따라 고정스크롤(15) 중심부 쪽으로 이동하면서 압축된 다음 고정스크롤(15) 중심부 경판에 형성된 토출구를 통하여 토출된다.

이때, 압축실의 고압측으로부터 저압측으로의 축방향 누설을 방지하기 위한 방법으로는 랩의 선단에 팁 실(tip seal)을 두어 실링하는 방법, 고정스크롤(15)을 토출가스의 압력으로 선회스크롤(16) 쪽으로 밀어서 축방향의 틈새를 없애는 방법, 선회스크롤(16)을 토출가스의 압력, 탄성부재, 토출가스와 흡입가스의 중간압력 등으로 고정스크롤(15) 쪽으로 밀어서 틈새를 없애어 실링하는 방법 등이 쓰이고 있다.

여기서, 상기 선회스크롤(16)은 고정자(11)와의 전자기력에 의해 회전되는 회전자(12)에 압입된 회전축(13)에 의해 선회하게 되고, 올담링(18)에 의해 선회스크롤(16)의 자전이 방지된다.

그리고, 토출파이프(19) 쪽에는 차압을 위한 서브프레임인 차압판(20)이 설치되어 있고, 상기 차압판(20)에는 서브 베어링(21), 펌프 커버(22), 오일튜브(23) 등이 조립되어 있다.

즉, 기존의 차압식 급유구조는 고정스크롤(15)과 선회스크롤(16)로 구성된 압축실에서 토출된 고압의 냉매가스는 차압판(20)의 상면에 형성된 두 개의 상부 구멍(20a)을 지나서 토출파이프(19)로 배출된다. 이와 동시에 고압의 냉매가스로 인하여 오일은 차압판(20)의 하면에 형성된 하부 구멍(20b)을 통하여 압축기 내부의 우측으로 모이게 되고 모여진 오일은 오일 튜브(23)를 통하여 회전축(13)에 윤활을 위하여 공급된다.

미설명 부호, 18은 메인 프레임을 나타낸다.

그러나, 종래의 스크롤 압축기는 고속운전시에 차압판(20)의 하부 구멍(20b)을 통과하는 오일의 양이 급격히 증가하여 오일유면이 급상승하는 동시에 회전축(13)에 유입되지 못하고 넘치는 오일은 토출파이프(19)로 과다하게 배출되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 스크롤 압축기는 고속운전에 의한 냉매가스의 과다한 압력증가에 의해 차압판(20) 상부의 구멍(20a)을 통하여 과다한 오일이 다시 압축실 쪽으로 역류하는 것을 방해하기 때문에 적절 유면을 유지하기 위하여 설계된 차압판(20) 상부 구멍(20a)의 역할이 제대로 진행되지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,차압판의 일정 높이에 토출파이프 측의 오일 압력이 일정이상이 되면 오일이 역류할 수 있도록 오일 게이트를 설치함으로써 오일이 토출파이프를 통하여 과다하게 유출되는 것을 방지할 수 있는 스크롤 압축기의 오일 토출 저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 스크롤 압축기의 압축원리가 도시된 도면,

도 2는 종래기술에 의한 스크롤 압축기의 단면도,

도 3은 종래기술에 의한 스크롤 압축기 차압구조의 단면도,

도 4는 종래기술에 의한 차압판의 정면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 AA선에 의한 단면도,

도 6은 본 발명에 의한 스크롤 압축기 차압구조의 단면도,

도 7은 본 발명에 의한 차압판의 정면도,

도 8은 본 발명에 의한 차압판의 측면도,

도 9는 본 발명에 의한 오일 게이트의 설계기준이 되는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 스크롤 압축기 51 : 토출파이프 52 : 회전축

53 : 차압판 54 : 베어링 55 : 펌프 커버

56 : 오일 튜브 57 : 오일 게이트 58 : 힌지

본 발명은 냉매가스가 통과되는 상부 구멍과 오일이 통과되는 하부 구멍이 형성된 차압판과, 상기 차압판의 일정 높이에 오일에 의한 수두차에 기인하여 개폐되는 개폐수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 참조된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선 참조된 도면, 도 6은 본 발명에 의한 스크롤 압축기 차압구조의 단면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 차압판의 정면도이며, 도 8은 본 발명에 의한 차압판의 측면도이고, 도 9는 본 발명에 의한 오일 게이트의 설계기준이 되는 그래프이다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 오일 토출 저감장치는 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 냉매가스가 통과되는 상부 구멍(53a)과 오일이 통과되는 하부 구멍(53b)이 형성된 차압판(53)과, 상기 차압판(53)의 일정 높이에 힌지(58)로 연결되고 오일에 의한 수두차에 기인하여 한쪽 방향으로만 개폐되는 오일 게이트(57)로 구성된다.

상기에서, 스크롤 압축기(50)의 동작은 종래기술과 마찬가지로 전원이 공급되면 회전축(52)이 압입된 회전자가 고정자와의 전자기력에 의해 회전하게 되고, 회전축(52)의 회전에 의해 선회스크롤이 고정스크롤에 대하여 선회하게 되며, 이와 동시에 흡입파이프를 통하여 흡입된 냉매가스가 선회스크롤과 고정스크롤 사이에 형성된 압축실에서 압축된 후 고정스크롤 중심부 경판에 형성된 토출구를 통하여 토출된다. 그 후 토출된 냉매가스는 토출파이프(51)를 통하여 압축기 외부로 배출된다.

이때, 회전축(52)의 회전이 과도하여 과도한 압축이 이루어지면 상기 차압판(53)의 우측으로 오일이 모이게 되고 그 유면이 급격히 상승하게 된다. 유면이 급격히 상승하여 임의의 높이 차 h_max가 형성되면 상기 오일 게이트(57)가 상기 힌지(58)를 중심으로 회전되어 상기 오일 게이트(57)가 개방되고, 상기 차압판(53)의 우측의 오일이 상기 오일 게이트(57)를 통하여 좌측으로 이동하게 됨으로써 오일이 상기 토출파이프(51)를 통하여 압축기(50) 외부로 토출되는 것이 방지된다.

여기서, 상기 오일 게이트의 작동원리를 설명하면 다음과 같다.

정적상태에서 유체에 작용하는 압력의 변화는 미소유체입자에 대하여 힘의 평형관계를 고려하면 중력이 작용하는 방향을 -Z축으로 표현하였을 때 아래의 수학식 1에 의한 관계를 갖는다.

∂P/∂Z = -ρg

상기 수학식 1에서 P는 압력을, Z는 중력이 작용하는 방향에 대한 유체입자의 길이를, ρ는 유체의 밀도를, g는 중력가속도를 각각 나타낸다.

유체의 자유표면을 기준으로 임의의 깊이 -h를 갖는 경우에는 Z = -h이고, 따라서 압력 P는 P = ρgh의 압력을 갖게 되며, 이 값을 특히 유체정압력(hydrostatic pressure)이라 한다. 따라서, 임의의 유면 차가 있을 때 오일에 의한 수두 차 h로 발생되는 압력을 이용하면 상기 오일 게이트(57)에 작용하는 힘 F = PA로 표현된다. 여기서 A는 오일 게이트(57)의 면적을 나타낸다. 상기 힘(F)에 대한 식을 이용하면 과도한 오일이 토출파이프(51)를 통하여 배출되지 않고 오일 게이트(57)로 빠져나갈 수 있음을 알 수 있다.

이때, 중요한 것은 오일의 유면 차 h에 반응되어 작동되도록 오일 게이트(57)의 면적 A를 결정하는 것이며, 유체정압력에 쉽게 열릴 수 있는 오일 게이트(57)와 힌지(58)를 선정하여야 한다. 따라서 상기 차압판(53)에 설치된 오일 게이트(57)는 오일 유면의 차이에 의하여 열리는 정도가 결정되므로 최대 유면차이를 넘어서 오일이 토출되지 않도록 도 9에 도시된 오일 게이트 설계기준을 다르도록 한다.

도 9에서 오일 게이트(57)의 열림 각 θ는 오일 유면 차 h의 함수로 표현되며 초기 오일 봉입량이 압축기 설계단계에서 결정되므로 이에 준하여 고속운전에 의한 가속조건시의 최대 유면 차 h_max가 역시 결정된다. 그러므로 오일 유면의 최대 유면 차 h_max를 초과하지 않도록 상기 오일 게이트(57)가 작동하는 것이 가능하다.

미설명 부호 54는 베어링을, 55는 펌프 커버를, 56은 오일 튜브를, θ_max는 오일 게이트(57)의 최대 열림각을 나타낸다.

이와 같이, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 오일 토출 저감장치는 상기 차압판(53)에 힌지(58)로 오일 게이트(57)가 설치되어 있으므로 유면이 급격히 상승되면 오일 게이트(57)가 개방되어 오일이 이동하게 되므로 오일이 상기 토출파이프(51)를 통하여 외부로 유출되지 않는 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 냉매가스가 통과되는 상부 구멍과 오일이 통과되는 하부 구멍이 형성된 차압판과, 상기 차압판의 일정 높이에 오일에 의한 수두차에 기인하여 개폐되는 개폐수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일 토출 저감장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 개폐수단은 상기 차압판에 힌지로 연결되고 한쪽 방향으로만 개폐되는 오일 게이트인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일 토출 저감장치.