KR100315794B1 - 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 특히, 압축기 내부로 흡입되는 냉매가스와 오일의 혼합유체로부터 오일을 효과적으로 분리, 회수시킬 수 있는 구조를 구비함으로써 압축기의 유토출량이 감소되어 압축기의 윤활을 위한 오일의 급유를 안정적으로 유지할 수 있게 됨은 물론, 오일의 급유 불량이 방지되어 압축기의 신뢰성이 향상되도록 하는 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치에 관한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매가스가 압축될 수 있도록 서로 맞물려 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤 및 선회스크롤과, 상기 고정스크롤과 선회스크롤의 압축실로 냉매가스가 공급되도록 압축기 내부로 냉매가스와 오일의 혼합유체를 흡입하는 흡입파이프와, 상기한 혼합유체의 흡입시 혼합유체가 충돌할 수 있도록 상기 흡입파이프의 출구 측에 설치되어 혼합유체로부터 오일을 일부 분리하는 흡입배플과, 상기 흡입파이프의 출구와 흡입배플 사이에 설치되고 냉매가스와 오일 사이의 물성차를 이용하여 냉매가스로부터 오일을 효과적으로 분리하는 보조분리수단을 포함한다.

Description

스크롤 압축기의 유토출 저감 장치 {Scroll Compressor}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 특히 압축기 내부로 흡입되는 냉매가스와 오일의 혼합유체로부터 오일을 효과적으로 분리, 회수시킬 수 있는 구조를 구비한 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치에 관한 것이다.

일반적인 스크롤 압축기에는 도 1에 도시된 바와 같이, 인벌루트 형상의 랩(Wrap)을 갖는 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)이 서로 마주 보도록 맞물려짐으로써 상기 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 측벽면과 바닥면에 의해서 여러 개의 크고 작은 초생달 모양의 압축실(P)이 형성된다. 이때, 상기 선회스크롤(3)의 인벌루트 형상의 랩은 상기 고정스크롤(1)의 인벌루트 형상의 랩과 180°의 위상차를 가지도록 형성되어 있다.

상기한 구조에서, 상기 고정스크롤(1)에 대해 상기 선회스크롤(3)이 선회운동을 하게 되면 초생달 모양의 압축실이 상기 고정스크롤(1) 및 선회스크롤(3)의 중심부 쪽으로 이동되면서 그 체적이 점점 감소되어, 결과적으로 상기 고정스크롤(1) 및 선회스크롤(3) 내부의 냉매를 압축시키게 된다.

이와 같은 압축 작용은 연속적이고 대칭적으로 이루어지므로 왕복동식 압축기 또는 로터리 압축기보다 부하의 변동폭이 훨씬 작게 된다. 따라서, 스크롤 압축기는 진동 및 소음, 압축효율, 신뢰성 등의 측면에서 다른 타입의 압축기보다 아주 유리하다.

도 2를 참조하여 더 상세하게 설명하면, 종래 기술에 따른 스크롤 압축기에서는 흡입파이프(5)를 통해 압축기 내부로 유입된 냉매는 고정스크롤(1)의 한쪽 측면에 형성된 흡입포트를 통해 상기 고정스크롤(1) 및 선회스크롤(3)의 내부로 공급된다. 이때, 상기한 냉매의 일부는 상기 고정스크롤(1)의 흡입포트 쪽에 형성되어 있는 압축실(P)로 유입되고, 나머지 일부는 상기 고정스크롤(1)의 안내통로를 따라180°반대쪽에 형성되는 압축실(P)로 유입되어, 동시에 양쪽에서 대칭적으로 압축되기 시작한다.

이와 동시에, 모터의 고정자(7)에 전기를 흘리면 유동 전기에 의하여 내측의 회전자(9)가 회전 운동하게 된다. 그리고, 상기 회전자(9)의 중심에는 크랭크샤프트(11)가 압입되어 있어 상기 회전자(9)와 함께 크랭크샤프트(11)가 회전되면서 상기 크랭크샤프트(11)의 편심 끝단에 결합된 선회스크롤(3)이 선회 운동하게 된다.

이때, 상기 선회스크롤(3)은 메인프레임(13)과 선회스크롤(3) 사이에 안착되어 있는 올담링(15)에 의해서 자전하지 않고 공전 운동만 하게 되며, 상기 크랭크샤프트(11)는 상단과 하단이 각각 메인프레임(13)과 서브프레임(17)에 지지되어 있다.

이후, 상기 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 상호 운동에 의하여 압축실(P)이 중심부 쪽으로 이동되면서 그 체적이 점점 감소되어 상기 압축실(P) 내의 냉매가 압축된다. 이와 같이 상기 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)에 의하여 압축된 냉매는 상기 고정스크롤(1)의 중심부에 형성된 토출구를 통하여 토출파이프(19)로 제공된 후, 상기 토출파이프(19)를 통해 압축기 외부로 토출되어 냉동사이클을 순환하게 된다.

상기와 같은 냉매를 압축시키기 위한 구조 외에도 스크롤 압축기에는 압축부와 기구부의 윤활을 원활하게 해주기 위한 구조가 포함되어 있다. 이러한 윤활 구조는 압축기의 하부에 저장된 오일을 압축부와 기구부 측으로 이동시킬 수 있도록 상기 크랭크샤프트(11)의 내부에 형성된 급유공(11a) 및 경사공급공(11b) 및 공급공(11c)과, 상기 급유공(11a)으로 오일을 공급하도록 상기 서브프레임(17)에 설치된 오일펌프(21)를 포함하며, 상기 오일펌프(21)에는 보통 원심펌프, 용적펌프, 차압펌프 등이 사용되고 있다.

상기와 같은 구조를 가진 스크롤 압축기의 윤활 작용을 설명하면, 먼저, 오일펌프(21)에 의해 크랭크샤프트(11)의 급유공(11a)으로 공급된 오일은 상기 크랭크샤프트(11)의 하부에 설치된 서브 저어널베어링(23)으로 일부 공급되고, 그 외의 나머지는 중력과 유로저항을 극복하면서 상기 급유공(11a) 및 경사공급공(11b)을 통해 상측으로 이동된다.

이후, 상기 경사공급공(11b)을 통해 이동되던 오일 중의 일부가 상기 공급공(11c)을 통해 상기 크랭크샤프트(11)의 상부에 설치된 메인 저어널베어링(25)에 공급된다. 이로써, 상기 서브 저어널베어링(23)과 메인 저어널베어링(25)이 각각 윤활되고, 상기 서브 저어널베어링(23)을 윤활시킨 후의 오일은 다시 압축기의 하부로 회수된다.

이후, 상기 메인 저어널베어링(25)을 윤활시킨 후의 오일은 공급공(11c)을 통해 메인 트러스트베어링으로 일부가 공급되어 상기 메인 트러스트베어링을 윤활시키고, 나머지 일부는 선회스크롤(3)의 선회축과 메인프레임(13) 사이의 공간으로 공급된다.

또한, 상기 경사공급공(11b)에서 공급공(11c)으로 유입되지 않은 나머지 오일은 상기 경사공급공(11b)을 따라 이동되어 일부는 상기 크랭크샤프트(11)의 끝단부에 설치된 O/S 저어널베어링(27)으로 공급되고, 일부는 축핀부(29)와 슬라이드부시(31) 사이의 공간으로 공급된다.

이후, 상기 축핀부(29)와 슬라이드부시(31) 사이의 공간으로 공급된 오일은 상기 선회스크롤(3)의 선회축과 메인 저어널베어링(25) 사이의 공간으로 공급된 후 대부분은 상기 메인프레임(13)에 형성된 유회수관(33)을 통해 압축기 하부로 회수되고 나머지는 상기 메인 트러스트베어링으로 공급된다.

이후, 상기 메인 트러스트베어링을 윤활시킨 오일은 흡입파이프(5)를 통해 흡입된 냉매가스와 혼합된 후 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 압축실(P)로 유입되어 유토출되거나 압축기의 하부로 회수된다.

이때, 상기 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 내부로 냉매가스와 함께 유입된 오일은 토출파이프(19)를 통해 압축기의 외부로 토출되어 냉매가스와 함께 냉동사이클을 순환한 후 다시 흡입파이프(5)를 통해 압축기 내부로 흡입되게 된다.

이와 같이 상기 흡입파이프(5)를 통해 압축기 내부로 흡입되는 냉매가스와 오일의 혼합유체는 흡입시 흡입파이프(5)의 출구 측에 설치된 흡입배플(6)과 충돌하게 되고, 이러한 충돌에 의해 혼합유체로부터 일부 분리된 오일이 하측으로 흘러내려 압축기의 하부로 회수되게 된다.

이와 동시에, 상기한 혼합유체는 상기 흡입배플(6)의 가이드를 따라 상기 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 압축실(P)로 유입되어 압축된다. 상기와 같이, 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 압축실(P)로 냉매가스와 함께 유입된 오일은 압축, 토출, 흡입의 과정을 계속해서 반복적으로 순환하게 된다.

그런데, 일반적인 스크롤 압축기의 경우 실외온도, 실내온도, 사용자의 목표온도 설정에 따라 압축기의 운전속도가 통상적으로 정격 운전 주파수의 0.5∼2배까지 변화되고, 이에 따라 오일펌프(21)에 의해 크랭크샤프트(11)의 급유공(11a) 및 경사공급공(11b) 및 공급공(11c)으로 공급되는 오일의 양이 함께 변화되어 압축기의 저속 운전시와 고속 운전시의 오일 급유량이 현저히 차이 나게 된다.

따라서, 압축기의 고속 운전시 오일펌프(21)에 의해 상기 경사공급공(11b)과 공급공(11c)으로 공급되는 오일의 양이 증가되면 메인 저어널베어링(25), O/S 저어널베어링(27), 메인 트러스트베어링 등 습동부의 윤활을 마친 오일이 압축기 하부로 전량 회수되지 않고 일부는 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 압축실(P)로 유입되어 냉매가스와 함께 순환하게 되므로 오일의 급유량과 압축기의 유토출량은 비례적으로 증가하게 된다.

또한, 종래의 스크롤 압축기의 경우 흡입파이프(5)를 통해 압축기 내부로 흡입되는 냉매가스와 오일의 혼합유체가 상기 흡입배플(6)과 충돌한 후 상기 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 압축실(P)로 바로 유입되도록 구성되어 있으므로 압축기 내부로 냉매가스와 함께 흡입된 대부분의 오일이 압축기 하부로 회수되지 못하고 냉동사이클 상을 계속해서 순환하게 되는 경향이 크다.

즉, 상기 흡입배플(6)과의 충돌시 혼합유체로부터 분리되는 오일의 양이 극히 미미할 뿐만 아니라, 상기한 혼합유체로부터 분리된 오일조차도 상기 고정스크롤(1)과 선회스크롤(3)의 압축실(P) 쪽으로 형성된 혼합유체의 흐름에 휩쓸려서 상기 압축실(P)로 유입되므로 압축기 내부로 흡입되는 혼합유체에서 분리, 회수되는 오일의 양은 극소량에 지나지 않는다.

따라서, 종래의 스크롤 압축기는 고속 운전시 오일펌프(21)의 급유량이 증가되어 압축기의 유토출량이 급격히 증가하게 되면 압축기의 하부에 저장된 오일의 양이 급격히 감소되기 때문에 압축기의 윤활에 필요한 오일의 급유량을 충분히 확보할 수 없게 되어 오일의 급유 불량이 발생되고, 이로 인하여 압축기의 신뢰성에 치명적인 해가 미치게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압축기 내부로 흡입되는 냉매가스와 오일의 혼합유체로부터 오일을 효과적으로 분리, 회수시킬 수 있는 구조를 구비함으로써 압축기의 유토출량이 감소되어 압축기의 윤활을 위한 오일의 급유를 안정적으로 유지할 수 있게 됨은 물론, 오일의 급유 불량이 방지되어 압축기의 신뢰성이 향상되도록 하는 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 스크롤 압축기의 압축원리가 도시된 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 스크롤 압축기의 구조가 도시된 종단면도,

도 3은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치가 도시된 구성도,

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치가 도시된 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 고정스크롤 53 : 선회스크롤

55 : 흡입파이프 57 : 흡입배플

61 : 메쉬(Mesh) 65 : 배유관

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치의 특징은, 냉매가스가 압축될 수 있도록 서로 맞물려 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤 및 선회스크롤과, 상기 고정스크롤과 선회스크롤의 압축실로 냉매가스가 공급되도록 압축기 내부로 냉매가스와 오일의 혼합유체를 흡입하는 흡입파이프와, 상기한 혼합유체의 흡입시 혼합유체가 충돌할 수 있도록 상기 흡입파이프의 출구 측에 설치되어 혼합유체로부터 오일을 일부 분리하는 흡입배플과, 상기 흡입파이프의 출구와 흡입배플 사이에 설치되고 냉매가스와 오일 사이의 물성차를 이용하여 냉매가스로부터 오일을 효과적으로 분리하는 보조분리수단을 포함한 것이다.

또한, 본 발명의 부가적인 특징은, 상기 보조분리수단은 흡입파이프의 출구와 흡입배플의 충돌면 사이에 설치된 적어도 하나 이상의 메쉬(Mesh)로 구성되는 데 있다.

또한, 본 발명의 부가적인 특징은, 상기 흡입배플의 하측에는 냉매가스로부터 분리된 오일이 상기한 냉매가스의 흐름에 휩쓸려 냉매가스와 함께 고정스크롤과 선회스크롤의 압축실로 유입되지 않도록 상기한 오일을 압축기의 하부로 회수시키는 배유관이 설치되고, 상기 배유관은 끝단이 압축기의 케이스와 모터의 고정자 사이에 형성된 틈새 부분에까지 도달되도록 형성되는 데 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 압축기의 내부로 흡입되는 냉매가스와 오일의 혼합유체로부터 오일을 효과적으로 분리, 회수시킬 수 있게 되므로 압축기의 유토출량이 감소되어 압축기의 윤활을 위한 오일의 급유를 안정적으로 유지할 수 있게 됨은 물론, 오일의 급유불량이 방지되어 압축기의 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치가 도시된 구성도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치가도시된 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치는 냉매가스가 압축될 수 있도록 서로 맞물려 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤(51) 및 선회스크롤(53)과, 상기 고정스크롤(51)과 선회스크롤(53)의 압축실로 냉매가스가 공급되도록 압축기 내부로 냉매가스와 오일의 혼합유체를 흡입하는 흡입파이프(55)와, 상기한 혼합유체의 흡입시 혼합유체가 충돌할 수 있도록 상기 흡입파이프(55)의 출구 측에 설치되어 혼합유체로부터 오일을 일부 분리하는 흡입배플(57)과, 상기 흡입파이프(55)의 출구와 흡입배플(57) 사이에 설치되고 냉매가스와 오일 사이의 물성차를 이용하여 냉매가스로부터 오일을 효과적으로 분리하는 보조분리수단과, 상기 흡입배플(57)의 하측에 설치되어 냉매가스로부터 분리된 오일이 상기한 냉매가스의 흐름에 휩쓸려 냉매가스와 함께 고정스크롤(51)과 선회스크롤(53)의 압축실로 유입되지 않도록 상기한 오일을 압축기의 하부로 회수시키는 배유관(65)으로 구성된다.

여기서, 상기 보조분리수단은 흡입파이프(55)의 출구와 흡입배플(57)의 충돌면 사이에 설치된 1개의 메쉬(61)로 구성되어 있다.

또한, 상기 배유관(65)은 끝단이 압축기의 케이스(58)와 모터의 고정자(59) 사이에 형성된 틈새 부분에까지 도달되도록 형성되어 상기한 오일의 회수가 더욱더 효과적으로 수행되도록 되어 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 보조분리수단은 도 4에 도시된 바와 같이 흡입파이프(55)의 출구와 흡입배플(57)의 충돌면 사이에 이중 구조로설치된 2개의 메쉬(61a, 61b)로 구성될 수도 있다. 이와 같이 메쉬(61a, 61b)를 2개 이상 설치하면 1개 설치했을 때보다 오일의 분리효과가 훨씬 커지게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치에서는, 고정스크롤(51)과 선회스크롤(53)의 압축실에서 압축된 후 압축기에서 토출되어 냉동사이클의 순환을 마친 냉매가스와 오일의 혼합유체가 흡입파이프(55)를 통해 압축기 내부로 흡입되는 경우, 상기한 혼합유체가 상기 흡입파이프(55)의 출구에 설치된 메쉬(61)를 통과하면서 냉매가스와 오일로 서로 분리되게 된다.

이때, 상기 오일은 기본적으로 기체상태를 유지하는 냉매가스와는 달리 액상상태를 유지하므로 상기 메쉬(61)를 통과할 때 상기한 냉매가스보다 훨씬 큰 유로저항을 겪게 되며, 이 때문에 상기 오일이 냉매가스로부터 쉽게 분리되게 된다.

이후, 상기 메쉬(61)를 통해 한번 걸러진 오일은 최종적으로 상기 흡입배플(57)의 충돌면에 충돌함으로써 자중에 의하여 하측으로 흘러내리게 된다.

이후, 상기 흡입배플(57)의 하측으로 흘러내리는 오일은 배유관(65)을 통해 이동되어 케이스(58)와 고정자(59) 사이에 형성된 틈새로 배출되고, 이렇게 상기 배유관(65)으로부터 배출된 오일은 압축기 하부로 회수되게 된다.

상기와 같이 본 발명은 메쉬(61)와 배유관(65)을 통해 압축기 내부로 흡입되는 혼합유체로부터 분리되어 압축기 하부로 회수되는 오일의 양을 증가시킴으로써 압축기의 유토출량이 감소되어 압축기의 윤활을 위한 오일의 급유량을 충분히 확보할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치는, 흡입파이프(55)의 출구와 흡입배플(57)의 충돌면 사이에 설치된 메쉬(61)와, 상기 흡입배플(57)의 하측에 설치되어 냉매가스로부터 분리된 오일을 압축기의 하부로 회수시키는 배유관(65)을 이용하여 압축기의 내부로 흡입되는 냉매가스와 오일의 혼합유체로부터 오일을 효과적으로 분리, 회수시킴으로써 압축기의 유토출량이 감소되어 압축기의 윤활을 위한 오일의 급유를 안정적으로 유지할 수 있게 되고, 이에 따라 오일의 급유불량이 방지되어 압축기의 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 냉매가스가 압축될 수 있도록 서로 맞물려 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤 및 선회스크롤과, 상기 고정스크롤과 선회스크롤의 압축실로 냉매가스가 공급되도록 압축기 내부로 냉매가스와 오일의 혼합유체를 흡입하는 흡입파이프와, 상기한 혼합유체의 흡입시 혼합유체가 충돌할 수 있도록 상기 흡입파이프의 출구 측에 설치되어 혼합유체로부터 오일을 일부 분리하는 흡입배플과, 상기 흡입파이프의 출구와 흡입배플의 충돌면 사이에 설치된 적어도 하나 이상의 메쉬(Mesh)로 구성되어 냉매가스와 오일 사이의 물성차를 이용하여 냉매가스로부터 오일을 효과적으로 분리하는 보조분리수단을 포함한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 흡입배플의 하측에는 냉매가스로부터 분리된 오일이 상기한 냉매가스의흐름에 휩쓸려 냉매가스와 함께 고정스크롤과 선회스크롤의 압축실로 유입되지 않도록 상기한 오일을 압축기의 하부로 회수시키는 배유관이 설치된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 배유관은 끝단이 압축기의 케이스와 모터의 고정자 사이에 형성된 틈새 부분에까지 도달되도록 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 유토출 저감 장치.