KR100465735B1 - 스크롤 압축기의 오일 공급구조 - Google Patents

Abstract

크랭크샤프트의 오일그루브와 연통되는 오일 통로를 통해 선회 스크롤과 메인프레임 사이에 위치되는 중간압실에 선택적으로 오일을 공급하는 스크롤 압축기의 오일 공급구조에 관한 것으로서,

선회 스크롤과 메인프레임 사이에 위치되는 중간압실에 압력 손실을 보충하기 위해 중간압실로 통하는 오일 통로를 오일그루브와 연통되도록 설치하고 그 오일 통로 상에는 스크롤의 회전에 의한 원심력에 의해 선택적으로 개폐되는 탄성부재를 설치함으로써, 압축기가 저속에서 고속으로 운전될 경우에 오일의 압력 강하에 의한 중간압실의 압력 손실이 보충되면서 압축기의 효율 및 신뢰성이 보장될 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

스크롤 압축기의 오일 공급구조 {An oil providing structure for scroll compressor}

본 발명은 크랭크샤프트의 오일그루브와 연통되는 오일 통로를 통해 선회 스크롤과 메인프레임 사이에 위치되는 중간압실에 선택적으로 오일을 공급하는 스크롤 압축기의 오일 공급구조에 관한 것으로서, 특히 스크롤 압축기의 오일 공급구조에 관한 것이다.

종래 기술에 의한 스크롤 압축기의 오일 공급구조를 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 스크롤 압축기의 동작 원리가 상세히 도시된 도면이고, 도 2은 종래 기술에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급구조가 도시된 단면도이며, 도 3는 도 2의 'A' 부분이 확대 도시된 도면이다.

도 1 내지 도 3를 참조하여 일반적인 스크롤 압축기의 압축 과정을 살펴보면, 인벌루트 형상의 랩(Wrap)(W1)을 갖는 고정스크롤(10)과 선회스크롤(20)이 서로 마주 보도록 맞물려짐으로써 상기 고정스크롤(10)과 선회스크롤(20)의 측벽면과 바닥면에 의해서 여러 개의 크고 작은 초생달 모양의 압축실(C)이 형성된다. 이때, 상기 선회스크롤(20)의 인벌루트 형상의 랩은 상기 고정스크롤(10)의 인벌루트 형상의 랩과 180°의 위상차를 가지도록 형성되어 있다.

상기한 구조에서, 상기 고정스크롤(10)에 대해 상기 선회스크롤(20)이 선회운동을 하게 되면 초생달 모양의 압축실(C)이 상기 고정스크롤(10) 및 선회스크롤(20)의 중심부 쪽으로 이동되면서 그 체적이 점점 감소되어, 결과적으로상기 고정스크롤(10) 및 선회스크롤(20) 내부의 냉매를 압축시키게 된다.

상기와 같은 압축 원리는 연속적이면서 대칭적으로 이루어지기 때문에 부하 변동폭이 왕복운동식 또는 회전식 압축기보다 현저하게 작게 되어 진동 및 신뢰성, 효율 측면에서 유리하게 작용된다.

이때, 상기 압축실(C)의 고압측에서 저압측으로의 축방향 누설을 방지하기 위한 방법으로는 상기 각 스크롤(10, 20) 랩(W1, W2)의 끝단부에 팁실(tip seal)을 형성하여 실링하는 방법과, 상기 고정 스크롤(10)을 토출구(14)에서 토출되는 냉매 가스의 압력을 이용하여 선회 스크롤(20) 쪽으로 밀어서 축방향의 틈새를 없애는 방법과, 상기 선회 스크롤(20)을 토출되는 냉매 가스의 압력 및 탄성 부재, 토출되는 냉매 가스와 흡입되는 냉매 가스의 중간 압력 등을 이용하여 상기 고정 스크롤(10) 쪽으로 밀어서 축방향의 틈새를 없애는 동시에 실링하는 방법이 이용되고 있다.

특히, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 가변속 스크롤 압축기는, 모터의 고정자(2)에 전기를 흘리면 유도 전기에 의하여 내측의 회전자(1)가 회전 운동하게 된다. 그리고, 상기 회전자(1)의 중심에 크랭크샤프트(3) 압입되어 있으므로 회전자(1)와 함께 크랭크샤프트(3)가 회전되면서 이 크랭크샤프트(3)의 편심 끝단에 위치한 선회 스크롤(20)을 고정 스크롤(10)내에서 선회 운동시키게 된다.

여기서, 상기 크랭크샤프트(3)의 상단은 메인 프레임(4)에 지지되며, 하단은 서브 프레임(8)에 지지되어 있다. 특히, 상기 선회 스크롤(20)은 상기 메인 프레임(4)과의 사이에 안착되어 있는 자전 방지구(7)에 의해 자전하지 않고 상기고정 스크롤(10)내에서 공전 운동하게 된다.

이와 같은 스크롤 압축기는 상기 선회 스크롤(20)과 대향해 있는 고정 스크롤(10)과의 상호 운동에 의하여 초생달 모양의 압축실(C)을 점차 줄여 감으로써 냉매를 압축시킨 다음, 냉매 토출구(9)를 통하여 냉매를 토출하면서 냉동 사이클로 순환시키게 된다.

이때, 스크롤 압축기가 저속에서 고속으로 가변될 경우에 윤활 작용을 수행하도록 상기 크랭크샤프트(3)의 내측에 설치된 오일그루브(groove)(G)를 통해 공급되는 오일이 상기 선회 스크롤(20)과 메인프레임(4) 사이에 위치되는 중간압실(M)로 통하는 상기 크랭크샤프트(3)의 핀부와 상기 선회 스크롤(20)의 베어링부의 미세한 틈새로 빠져나게 된다. 그런데, 상기에서 오일이 빠져나오면서 상기 크랭크샤프트(3)의 속도, 상기 틈새의 길이, 유효직경 등에 의해 압력 강하가 발생되어 상기 중간압실(M)의 압력이 일시적으로 중간압보다 낮아지게 된다.

즉, 고속 가변되면서 상기 선회 스크롤(20) 베어링부의 틈새를 빠져 나가는 오일의 양이 상기 크랭크샤프트(3)의 오일그루브(G)를 통하여 공급되는 오일의 양보다 많아지게 됨으로써 고속으로 가변되는 순간에 일시적으로 중간압실(M)의 압력이 떨어지게 된다.

따라서, 종래 경우에는 고속 가변시 일시적으로 중간압실(M)의 압력이 떨어짐으로써 상기 선회 스크롤(20)에 작용하는 하중들에 의한 전복 모멘트가 증가되게 되고, 상기 선회 스크롤(20)의 불안전한 동적 거동에 의해 효율 및 신뢰성이 저하되게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 선회 스크롤과 메인프레임 사이에 위치되는 중간압실에 압력 손실을 보충하기 위해 중간압실로 통하는 오일 통로를 오일그루브와 연통되도록 설치하고 그 오일 통로 상에는 스크롤의 회전에 의한 원심력에 의해 선택적으로 개폐되는 탄성부재를 설치함으로써, 압축기가 저속에서 고속으로 운전될 경우에 오일의 압력 강하에 의한 중간압실의 압력 손실이 보충되면서 압축기의 효율 및 신뢰성이 보장될 수 있는 스크롤 압축기의 오일 공급구조를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 스크롤 압축기의 동작 원리가 상세히 도시된 도면,

도 2은 종래 기술에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급구조가 도시된 단면도,

도 3는 도 2의 'A' 부분이 확대 도시된 도면,

도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급구조가 도시된 단면도,

도 5a는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 저속 운전시 도 5의 'B' 부분이 확대 도시된 도면,

도 5b는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 고속 운전시 도 5의 'B' 부분이 확대 도시된 도면.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

51 : 고정 스크롤 52 : 선회 스크롤

60 : 크랭크 샤프트 61 : 오일 통로

62 : 탄성부재 65 : 오일그루브

70 : 메인프레임 M : 중간압실

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 오일 공급구조의 제1 특징에 따르면, 인벌루트(Involute) 형태의 랩(Wrap)을 갖는 고정 스크롤 및 선회 스크롤이 크랭프샤프트에 의해 회전력이 제공되어 서로 맞물려 선회 회전함에 따라 압축작용이 수행되는 압축실과, 상기 선회스크롤과 메인프레임 사이에 중간압을 형성하는 중간압실을 포함하는 가변속 스크롤 압축기에 적용되는 스크롤 압축기의 오일 공급구조에 있어서,

상기 크랭크샤프트의 핀부에는 상기 중간압실과 연통되는 오일 통로가 설치되고, 상기 오일 통로 상에는 상기 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 회전에 의한 원심력에 따라 선택적으로 개폐되는 탄성부재가 설치된다.

또한, 본 발명의 제2 특징에 따르면, 상기 탄성부재는 고속 운전시 상기 원심력에 의해 열림 동작되어 오일의 일부를 상기 중간압실에 공급함으로써 중간압실의 압력이 안정된 상태를 유지할 수 있도록 형성된다.

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

도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급구조가 도시된 단면도이고, 도 5a는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 저속 운전시 도 4의 'B' 부분이 확대 도시된 도면이며, 도 5b는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 고속 운전시 도 4의 'B' 부분이 확대 도시된 도면이다.

도 4 내지 도 5을 참조하면, 인벌루트(Involute) 형태의 랩(Wrap)을 갖는 고정 스크롤(51) 및 선회 스크롤(52)이 크랭프샤프트(60)에 의해 회전력이 제공되어 서로 맞물려 선회 회전함에 따라 압축작용이 수행되는 쌍으로 이루어지는 초생달 모양의 압축실이 형성되게 되고, 상기 선회 스크롤(52)과 메인프레임(70) 사이에 중간압을 형성하는 중간압실(M)이 형성되어 있다.

또한, 상기 크랭크샤프트(60)에는 오일을 공급하는 오일그루브(65)가 형성되어 있고, 상기 크랭크샤프트(60) 핀부에는 상기 오일그루브(65)를 통해 중간압실(M)로 오일이 전달되는 오일 통로(61)가 설치되어 있다. 또한, 상기 오일 통로(61) 상에는 상기 고정 스크롤(51) 및 선회 스크롤(52)의 회전에 의한 원심력에 따라 선택적으로 개폐 동작되는 탄성부재(62)가 설치되어 있다.

특히, 상기 탄성부재(62)는 스크롤 압축기가 저속 운전될 경우에는 도 5a에도시된 바와 같이 닫힘 동작되어 오일이 상기 중간압실(M)로 공급되는 것이 차단되게 된다. 반면에, 상기 탄성부재(62)는 스크롤 압축기가 고속 운전될 경우에 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 원심력에 의해 열림 동작되어 상기 오일그루브(65)에서 공급되는 오일의 일부가 상기 중간압실(M)로 들어가도록 함으로써, 기존에 상기 크랭크샤프트(60)의 핀부와 선회 스크롤(52)의 베어링부의 미세한 틈새를 통해 오일이 공급되면서 발생되는 압력 강하로 인한 상기 중간압실(M)의 압력 손실분을 보충하는 역할을 수행하게 된다.

따라서, 상기 중간압실(M)은 신속하게 압력이 안정된 상태를 유지하게 됨으로써 상기 선회 스크롤(52)의 동적 거동이 안정되게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 오일 공급구조의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 스크롤 압축기가 저속으로 운전될 경우에는 크랭크샤프트(60)에 형성되어 있는 오일그루브(65)에서 오일이 계속적으로 공급되지만 오일 통로(61)를 통해 중간압실(M)로 오일이 전달되지 않게 탄성부재(62)가 닫힘 동작되어 있다.

다음에, 스크롤 압축기가 저속에서 고속으로 운전하게 되면 고정 스크롤(51) 및 선회 스크롤(52)의 회전에 의한 원심력에 따라 상기 오일 통로(61) 상에 설치되어 있는 탄성부재(62)가 열림 동작되어 상기 오일그루브(65)에서 공급되는 오일의 일부가 상기 오일 통로(61)를 통해 중간압실(M)로 흘러 들어가게 된다.

따라서, 상기 중간압실(M)을 흐르는 오일은 기존에 상기 크랭크샤프트(60)의 핀부와 선회 스크롤(52)의 베어링부에 형성되어 있는 미세한 틈새를 통해 흘러 들어가게 되어 오일에 의한 압력 강하로 인하여 발생되는 상기 중간압실(M)의 압력 손실분이 보충되면서 신속하게 상기 중간압실(M)의 압력이 안정된 상태를 유지하게 된다.

상기 중간압실(M)의 압력이 안정되게 되면 상기 선회 스크롤(52)의 동적 거동도 안정되게 되므로 효율 및 신뢰성 저하가 방지되게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 오일 공급구조는 선회 스크롤과 메인프레임 사이에 위치되는 중간압실에 압력 손실을 보충하기 위해 중간압실로 통하는 오일 통로를 오일그루브와 연통되도록 설치하고 그 오일 통로 상에는 스크롤의 회전에 의한 원심력에 의해 선택적으로 개폐되는 탄성부재를 설치함으로써, 압축기가 저속에서 고속으로 운전될 경우에 오일의 압력 강하에 의한 중간압실의 압력 손실이 보충되면서 압축기의 효율 및 신뢰성이 보장될 수 있는 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 인벌루트(Involute) 형태의 랩(Wrap)을 갖는 고정 스크롤 및 선회 스크롤이 크랭프샤프트에 의해 회전력이 제공되어 서로 맞물려 선회 회전함에 따라 압축작용이 수행되는 압축실과, 상기 선회스크롤과 메인프레임 사이에 중간압을 형성하는 중간압실을 포함하는 가변속 스크롤 압축기에 적용되는 스크롤 압축기의 오일 공급구조에 있어서,

   상기 크랭크샤프트의 핀부에는 상기 중간압실과 연통되는 오일 통로가 설치되고, 상기 오일 통로 상에는 상기 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 회전에 의한 원심력에 따라 선택적으로 개폐되는 탄성부재가 설치된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일 공급구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성부재는 고속 운전시 상기 원심력에 의해 열림 동작되어 오일의 일부를 상기 중간압실에 공급함으로써 중간압실의 압력이 안정된 상태를 유지할 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일 공급구조.