KR100417430B1 - 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조 - Google Patents

스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조에 관한 것으로, 본 발명은 전동기구부의 구동력을 전달받아 고정스크롤과 맞물려 선회 운동하는 선회스크롤의 스러스트 베어링면과, 그 선회스크롤의 스러스트 베어링면이 지지되는 상부 프레임의 스러스트 베어링면과, 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면에 소정의 폭과 깊이를 갖도록 환형으로 형성되는 오일 그루브와, 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면에 소정의 폭과 깊이를 갖도록 방사 방향으로 형성된 단차홈이 원주방향으로 일정 간격을 두고 다수개 형성되어 이루어진 마찰저감부가 구비되도록 구성하여 전동기구부의 구동력을 전달받아 고정스크롤과 맞물려 선회 운동하는 선회스크롤과 그 선회스크롤을 지지하는 상부 프레임사이의 마찰 손실을 최소화함으로써 입력 전원을 감소시키게 될 뿐만 아니라 가스 압축 성능을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조{STRUCTURE FOR REDUCING LOSS OF FRICTION IN SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 전동기구부의 구동력을 전달받아 고정스크롤과 맞물려 선회 운동하는 선회스크롤과 그 선회스크롤을 지지하는 상부 프레임사이의 마찰 손실을 최소화할 수 있도록 한 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기기다. 상기 압축기의 일예로 스크롤 압축기는, 도 1에 도시한 바와 같이, 소정의 내부 공간을 갖는 밀폐용기(1) 내부에 상,하부 프레임(2)(3)이 각각 결합되며, 상기 상부 프레임(2)과 하부 프레임(3)의 사이에 전동기구부를 구성하는 고정자(4) 및 회전자(5)가 장착되어 있다.
상기 회전자(5)에 편심부(6a)가 형성된 회전축(6)이 압입되며 상기 상부 프레임(2)의 상측에 고정스크롤(7)이 소정 간격을 두고 고정 결합되고 상기 상부 프레임(2)과 고정스크롤(7)사이에 그 고정스크롤(7)과 선회 운동 가능하도록 선회스크롤(8)이 삽입되어 있다. 상기 회전축(6)의 편심부(6a)는 선회스크롤(8)과 연결되고 상기 선회스크롤(8)과 상부 프레임(2)사이에 선회스크롤(8)의 자전을 방지하는 올담링(9)이 결합되어 있다.
상기 고정스크롤(7)에 밀폐용기(1)의 내부를 고압영역과 저압영역으로 분리하는 고저압 분리판(10)이 결합되며, 그 고저압 분리판(10)에 고온고압의 냉매가스의 흐름을 조절하는 가스흐름 조절수단(11)이 결합되어 있다. 상기 밀폐용기(1)의 저압영역과 고압영역에 흡입관(12)과 토출관(13)이 각각 결합되어 있다.
상기 밀폐용기(1)의 저면에 오일이 채워지고 상기 회전축(6)의 단부에 오일흡상수단(14)이 결합되며 상기 회전축에 상기 오일흡상수단(14)에서 피딩된 오일이 흡상되는 오일유로(6b)가 형성되어 있다.
상기 스크롤 압축기의 작동은 먼저, 전원이 인가되어 전동기구부가 작동함에 따라 전동기구부를 구성하는 회전자(5)가 회전하게 되면 그 회전력이 회전자(5)에 압입된 회전축(6)을 통해 선회스크롤(8)에 전달되며 그 선회스크롤(8)은 올담링(9)에 의해 자전이 방지되면서 그 선회스크롤의 랩(8a)이 상기 고정스크롤의 랩(7a)과 맞물려 선회 운동하게 된다. 상기 선회스크롤(8)의 선회 운동에 의해 흡입관(12)을 통해 흡입된 냉매 가스가 고정스크롤(7)의 일측에 형성된 흡입구(미도시)를 통해 고정스크롤의 랩(7a)과 선회스크롤의 랩(8a)사이로 흡입되어 압축되면서 고정스크롤(7)에 형성된 토출포트(7b)를 통해 토출되며 그 토출포트(7b)로 토출되는 고온고압 상태의 냉매가스는 토출관(13)을 통해 토출된다.
그리고 상기 회전축(6)이 회전함에 따라 밀폐용기(1)의 저면에 채워진 오일이 오일흡상수단(14)에 의해 펌핑되어 회전축(6)에 형성된 오일유로(6b)를 통해 흡상하면서 슬라이딩 접촉이 이루어지는 부분에 공급되고 그 공급된 오일은 밀폐용기(1) 저면으로 귀환된다.
한편, 도 2, 3은 상기 스크롤 압축기의 압축기구부의 주요 구성부품을 분해하여 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 상부 프레임(2)은 그 프레임 몸체(2a)의 상면에 스러스트 베어링면(2b)이 형성되고 그 스러스트 베어링면(2b) 가운데 일정 내경과 깊이를 갖는 보스 삽입홈(2c)이 형성되고 그 보스 삽입홈(2c)에 이어 회전축(6)이 삽입되는 축 삽입구멍(2d)이 형성되며 상기 몸체(2a)에 보스 삽입홈(2c)과 외주면이 연통되도록 오일구멍(2e)이 형성되고 상기 스러스트 베어링면(2b)에 상기 보스 삽입홈(2c)을 중심으로 일정 폭과 깊이를 갖는 환형 형태의 오일 그루브(2f)가 형성되며 상기 프레임 몸체(2a)의 상면에 상기 올담링(9)의 키(9a)가 삽입되는 키홈(2g)이 형성되어 있다.
그리고 상기 선회스크롤(8)은 일정 두께와 면적을 갖는 경판(8d)의 상면에 랩(8a)이 형성되고 그 하면에 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)과 대면되는 스러스트 베어링면(8b)이 형성되고 그 가운데 상기 보스 삽입홈(2c)에 삽입되는 보스부(8c)가 형성되며 상기 경판(8d)의 하면에 상기 올담링(9)의 키(9b)가 삽입되는 키홈(8e)이 형성되어 있다.
상기 선회스크롤(8)은 그 보스부(8c)가 상부 프레임 보스 삽입홈(2c)에 삽입됨과 아울러 그 스러스트 베어링면(8b)이 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)에 대면되도록 결합된다. 그리고 상기 회전축(6)이 상부 프레임의 축 삽입구멍(2d)에 삽입됨과 아울러 그 편심부(6a)가 선회스크롤의 보스부(8c)내에 삽입된다.
이와 같은 구조에서 회전축(6)의 오일유로(6b)로 흡상되어 유출된 오일은 상기 보스 삽입홈(2c)에 채워짐과 아울러 상부 프레임의 오일 그루브(2f)로 유입되면서 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)사이로 공급된다. 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)에 공급된 오일의 일부는 키홈(2g)을 거치면서 밀폐용기(1) 저면으로 귀환되고 또한 상기 보스 삽입홈(2c)에 유입된 오일은 오일구멍(2e)을 통해 밀폐용기(1) 저면으로 귀환된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는 상기 회전축(6)을 통해 전달되는 회전력을 전달받아 선회 운동하면서 가스를 압축하는 선회스크롤(8)과 그 선회스크롤(8)을 지지하는 상부 프레임(2)사이의 지지면, 즉 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)이 각각 원형 평면 형태로 형성되고 그 원형 평면의 전체면이 서로 면접촉되면서 지지되므로 선회스크롤(8)과 상부 프레임(2)사이의 마찰 면적이 크게 되어 마찰 손실을 유발시키게 되는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 점들을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 전동기구부의 구동력을 전달받아 고정스크롤과 맞물려 선회 운동하는 선회스크롤과 그 선회스크롤을 지지하는 상부 프레임사이의 마찰 손실을 최소화할 수 있도록 한 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조를 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 스크롤 압축기를 도시한 단면도,
도 2는 상기 스크롤 압축기의 압축기구부를 분해하여 도시한 사시도,
도 3은 상기 스크롤 압축기를 구성하는 상부 프레임의 평면도,
도 4는 본 발명의 스크롤 압축기 마찰손실 저감구조가 구비된 스크롤 압축기의 단면도,
도 5는 본 발명의 스크롤 압축기 마찰손실 저감구조가 구비된 스크롤 압축기 압축기구부를 분해하여 도시한 사시도,
도 6는 본 발명의 스크롤 압축기 마찰손실 저감구조의 평면도,
도 7은 본 발명의 스크롤 압축기 마찰손실 저감구조의 다른 실시예를 도시한 평면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
2 ; 상부 프레임 2b ; 상부 프레임 베어링면
2k ; 단차홈 2f ; 오일 그루브
7 ; 고정스크롤 8 ; 선회스크롤
8b ; 선회스크롤 베어링면 N ; 마찰저감부
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 전동기구부의 구동력을 전달받아 고정스크롤과 맞물려 선회 운동하는 선회스크롤의 스러스트 베어링면과, 그 선회스크롤의 스러스트 베어링면이 지지되는 상부 프레임의 스러스트 베어링면과, 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면에 소정의 폭과 깊이를 갖도록 방사 방향으로 형성된 단차홈이 원주방향으로 일정 간격을 두고 다수개 형성되어 이루어진 마찰저감부가 구비된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조가 제공된다.
이하, 본 발명의 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.
도 4, 5, 6은 본 발명의 스크롤 압축기 마찰손실 저감구조의 일예가 구비된 스크롤 압축기를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 먼저 상기 스크롤 압축기는 밀폐용기(1) 내부에 상,하부 프레임(2)(3)이 각각 결합되며, 상기 상부 프레임(2)과 하부 프레임(3)의 사이에 전동기구부를 구성하는 고정자(4) 및 회전자(5)가 장착되며 상기 회전자(5)에 편심부(6a)가 구비된 회전축(6)이 압입된다.
그리고 상기 상부 프레임(2)의 상측에 고정스크롤(7)이 소정 간격을 두고 고정 결합되고 상기 상부 프레임(2)과 고정스크롤(7)사이에 그 고정스크롤(7)과 맞물려 선회 운동 가능하도록 선회스크롤(8)이 결합된다.
상기 상부 프레임(2)은 소정 형상으로 형성된 프레임 몸체(2a)의 상면에 스러스트 베어링면(2b)이 형성되고 그 스러스트 베어링면(2b) 가운데 일정 내경과 깊이를 갖는 보스 삽입홈(2c)이 형성되고 그 보스 삽입홈(2c)에 이어 회전축(6)이 삽입되는 축 삽입구멍(2d)이 형성되며 상기 몸체(2a)에 보스 삽입홈(2c)과 외주면이 연통되도록 오일구멍(2e)이 형성되고 상기 스러스트 베어링면(2b)에 상기 보스 삽입홈(2c)을 중심으로 일정 폭과 깊이를 갖는 환형 형태의 오일 그루브(2f)가 형성되며 상기 프레임 몸체(2a)의 상면에 상기 올담링(9)의 키(9a)가 삽입되는 키홈(2g)이 형성된다.
그리고 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면에 마찰저감부(N)가 구비된다. 상기 마찰저감부(N)는 소정의 폭과 깊이를 갖도록 방사 방향으로 형성된 단차홈(2k)이 원주방향으로 일정 간격을 두고 다수개 형성되어 이루어진다.
상기 마찰저감부(N)를 구성하는 단차홈(2k)들은 외측 단면이 내측 단면보다 크게 부채꼴 형상으로 형성됨이 바람직하고, 상기 단차홈(2k)의 면적이 그 단차홈(2k)들 사이에 위치하는 스러스트 베어링면(2b), 즉 접촉면(S)의 면적보다 크거나 또는 작게 형성된다.
상기 단차홈(2k)의 깊이는 상기 오일 그루브(2f)의 깊이보다 낮게 형성됨이 바람직하다.
상기 선회스크롤(8)은 일정 두께와 면적을 갖는 경판(8d)의 상면에 랩(8a)이 형성되고 그 하면에 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)과 대면되는 스러스트 베어링면(8b)이 형성되고 그 가운데 상기 보스 삽입홈(2c)에 삽입되는 보스부(8c)가 돌출 형성되며 상기 경판(8d)의 하면에 상기 올담링(9)의 키(9b)가 삽입되는 키홈(8e)이 형성된다.
상기 선회스크롤(8)은 그 보스부(8c)가 상부 프레임 보스 삽입홈(2c)에 삽입됨과 아울러 그 스러스트 베어링면(8b)이 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)에 접면되고 그 선회스크롤 랩(8a)이 상기 고정스크롤 랩(7a)에 맞물리도록 결합된다. 그리고 상기 회전축(6)이 상부 프레임의 축 삽입구멍(2d)에 삽입됨과 아울러 그 편심부(6a)가 선회스크롤의 보스부(8c)내에 삽입되고 상기 선회스크롤(8)과 상부 프레임(2)사이에 선회스크롤(8)의 자전을 방지하는 올담링(9)이 결합된다.
상기 고정스크롤(7)에 밀폐용기(1)의 내부를 고압영역과 저압영역으로 분리하는 고저압 분리판(10)이 결합되며 그 고저압 분리판(10)에 고온고압의 냉매가스의 흐름을 조절하는 가스흐름 조절수단(11)이 결합되고 상기 밀폐용기(1)의 저압영역과 고압영역에 흡입관(12)과 토출관(13)이 각각 결합된다.
상기 밀폐용기(1)의 저면에 오일이 채워지고 상기 회전축(6)의 단부에 오일흡상수단(14)이 결합되며 상기 회전축에 상기 오일흡상수단(14)에서 피딩된 오일이 흡상되는 오일유로(6b)가 형성된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 마찰저감부(N)가 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)에 형성된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로, 상기 마찰저감부(N)가 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)과 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)에 각각 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 스크롤 압축기 마찰손실 저감구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전원이 인가되어 전동기구부의 회전자(5)가 회전하게 되면 그 회전자(5)에 압입된 회전축(6)이 회전하게 되어 그 회전축(6)의 편심부(6a)에 결합된 선회스크롤(8)이 올담링(9)에 의해 자전이 방지되면서 선회 운동하게 된다. 상기 선회스크롤(8)이 선회 운동하면서 고정스크롤의 랩(7a)과 선회스크롤의 랩(8a)에 의해 형성되는 압축 포켓이 중심으로 이동하면서 냉매 가스를 흡입하고 압축하여 토출시키게 된다.
그리고 상기 선회스크롤(8)이 선회 운동하면서 가스를 압축하는 과정에서 그 선회스크롤(8)에 작용하는 압력은 그 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)이 지지되면서 상기 선회스크롤(8)이 회전하게 되며 이때 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면(8b)에 구비된 마찰저감부(N)에 의해 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)사이의 접촉면적이 적게 되어 그 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)사이의 마찰이 감소된다.
한편, 상기 회전축(6)이 회전함에 따라 밀폐용기(1)의 저면에 채워진 오일이 오일흡상수단(14)에 의해 펌핑되어 회전축(6)의 오일유로(6a)를 통해 흡상되며 그 흡상되는 오일은 회전축의 편심부(6a)와 선회스크롤의 보스부(8c)사이를 통해 상부 프레임의 보스 삽입홈(2c)에 고이게 된다. 상기 상부 프레임의 보스 삽입홈(2c)에 고이는 오일은 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)사이로 유입됨과 아울러 상기 오일 그루브(2f)에 고이면서 그 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)사이로 공급된다. 이때 상기 오일 그루브(2f)에 고이는 오일은 마찰저감부(N)를 구성하는 다수개의 단차홈(2k)을 통해 그 단차홈(2k)들사이에 각각 위치하는 접촉면(S)들사이로 유입되면서 유막을 형성하게 됨과 아울러 부양 현상이 발생되어 마찰 손실을 더욱 감소시키게 된다.
본 발명은 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)과 상부 프레임의 베어링면(2b)사이에 다수개의 단차홈(2k)으로 구성되는 마찰저감부(N)가 형성되어 상기 선회스크롤(8)이 상기 고정스크롤(7)과 맞물려 선회 운동하면서 가스를 압축하는 과정에서 작용하는 압력을 지지하는 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면(2b)과 선회스크롤의 스러스트 베어링면(8b)사이의 마찰 면적을 줄여 마찰 손실을 최소화시키게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조는 전동기구부의 구동력을 전달받아 고정스크롤과 맞물려 선회 운동하는 선회스크롤과 그 선회스크롤을 지지하는 상부 프레임사이의 마찰 손실이 최소화됨으로써 입력 전원을 감소시키게 될 뿐만 아니라 가스 압축 성능을 높이게 되어 압축기의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 전동기구부의 구동력을 전달받아 고정스크롤과 맞물려 선회 운동하는 선회스크롤의 스러스트 베어링면과, 그 선회스크롤의 스러스트 베어링면이 지지되는 상부 프레임의 스러스트 베어링면과, 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면에 소정의 폭과 깊이를 갖도록 방사 방향으로 형성된 단차홈이 원주방향으로 일정 간격을 두고 다수개 형성되어 이루어진 마찰저감부가 구비된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마찰저감부는 상기 선회스크롤의 스러스트 베어링면에 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마찰저감부를 구성하는 단차홈들은 외측 단면이 내측 단면보다 크게 부채꼴 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마찰저감부는 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링면에 소정의 폭과 깊이를 갖도록 환형으로 형성되는 오일 그루브가 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마찰저감부를 구성하는 단차홈의 깊이는 5~50μm의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 마찰손실 저감구조.
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