KR100492955B1 - 스크롤 압축기의 오일 분리장치 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 냉매와 오일을 원활히 분리함과 아울러 냉매의 압력손실을 최소화하기 위한 스크롤 압축기의 오일 분리장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 하부 프레임에 고온 고압의 냉매가 토출파이프측으로 직접 유동하도록 통로를 이루는 적어도 하나의 냉매 유로와, 각 기구부의 윤활을 수행하고 고온 고압의 냉매와 함께 냉매 유로를 나온 오일을 냉매로부터 분리하기 위해 냉매의 진행방향을 기준으로 냉매 유로와 동일방향에 형성된 적어도 하나의 오일분리판을 포함한 것을 특징으로 하며,

이에 따라, 냉매의 유로 손실이 최소화되어 압축기의 효율을 향상시킬 수 있으며, 부품수가 감소되어 제조원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

Description

스크롤 압축기의 오일 분리장치

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매와 오일을 원활히 분리함과 아울러 냉매의 압력손실을 최소화하기 위한 횡형 스크롤 압축기의 오일 분리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 스크롤 압축기는 고정스크롤 및 선회스크롤 사이에 형성되는 인벌류트 곡선 랩의 압축챔버 내에 냉매를 개재시켜 축에 의한 회전력을 이용, 냉매를 압축하는 기기로서, 다른 종류의 압축기들에 비해 넓은 용량의 범위에서 우수한 동적 성능을 갖고 있어 주로 공조기 및 냉동기 등에 사용됨은 주지된 사실이다.

이러한 스크롤 압축기로는 종형 및 횡형이 있으며, 도 1에 제시된 횡형 스크롤 압축기를 종래 스크롤 압축기의 한 예로서 설명한다.

스크롤 압축기의 전체적인 구성은 도 1과 같이 냉매를 압축하는 압축기구부, 주축(3)을 통해 상기 압축기구부에 구동력을 제공하는 전동기구부로 나눌 수 있다.

전동기구부는 고정자(1) 및 회전자(2)로 구성되며, 주축(3)은 회전자(2)에 압입되어 회전자(2)가 회전하게 되면 같이 회전하게 된다.

압축기구부는 고정스크롤(4)과 선회스크롤(5)로 구성되어 있어 흡입파이프(6)를 통해 유입되는 냉매는 고정스크롤(4)과 선회스크롤(5)에 형성된 인벌류트 곡선 랩(Wrap)의 압축챔버 안으로 흡입되어지고, 주축(3)이 회전하게 되면 상부 프레임(8)과 구동부시(9) 위에 있는 올담링(10)이 선회스크롤(5)과 한방향 키이홈으로 연결되어 주축(3)의 회전운동을 선회스크롤(5)의 선회운동으로 바꾸게 된다.

선회스크롤(5)의 선회 각도에 따르는 냉매 압축과정은 도 2와 같다. 여기서 A는 선회방향이고, S1은 선회운동중심=주축중심=고정스크롤중심이다.

선회스크롤 랩이 0°에서 고정스크롤의 바깥쪽 랩과 떨어져 흡입유로를 형성할 때 이를 통해 유입된 냉매가 선회각도에 따라 두 스크롤 랩이 형성한 두 개의 반달형 압축챔버를 스크롤 중앙으로 모아가며 압축을 진행한다.

결국 중앙으로 모아진 압축챔버는 고정스크롤(4) 배면에 있는 토출포트(11)에서 열리게 되며, 압축된 냉매는 토출파이프(12)를 통해 압축된 냉매를 냉동·공조 사이클 등으로 보내게 된다.

한편, 전동기구부 및 압축기구부의 마모를 최소화하기 위해 수시로 윤활을 시켜주어야 하며, 이를 위해 하부 프레임(13)의 하부에 주축(3)과 연통되는 오일펌프(14)를 구비하였다.

이 오일펌프(14)는 압축기 내부의 압차에 의해 작동된다. 즉, 토출포트(11)를 나온 고온 고압의 냉매가 좌측에서 우측으로 유동함에 따라 흡입측과 토출측에 압차가 발생되며, 이러한 압차로 오일펌프(14)가 작동되는 것이다.

오일펌프(14)가 구동됨에 따라 쉘(15) 바닥부에 고여있는 오일은 오일펌프(14)의 펌핑력에 의해 주축(3)의 오일 그루브를 따라 이송되어 압축기구부 및 전동기구부를 윤활시키게 된다.

여기서, 오일이 공급될 때의 압차로 인하여 오일 유면이 오일펌프(14)측으로 기울어 올라가게 되며, 이러한 힘에 의해 윤활을 마친 오일은 고온 고압의 냉매와 섞인 상태로 오일펌프(14)측으로 유동하게 된다.

오일과 냉매의 혼합유는 하부 프레임(13)에 형성된 오일 회수로(13a)를 통해 나온 후 그 전방에 설치된 오일 분리기(16)에 부딪히는 과정에서 오일과 냉매가 분리되어 오일은 쉘(15) 바닥부에 다시 고이고, 냉매는 상승하여 냉매 유로(17)와 토출파이프(12)를 통해 냉동, 공조 사이클로 토출된다.

이러한 종래 스크롤 압축기에서 고정스크롤과 선회스크롤에 의해 압축된 고온 고압의 냉매는 윤활을 마치고 나온 오일과 함께 오일펌프측으로 유동하면서 오일회수로를 나와 1차적으로 오일 분리기에 부딪히게 되며, 이러한 과정에서 그 유로가 막혀 주축을 중심으로 180° 회전하면서 상승한 후 냉매 유로를 통해 토출파이프로 빠져나가게 된다.

이와 같이, 냉매가 토출파이프를 통해 토출되기까지 연속적인 유로를 확보하지 못하고 다단 꺽임되므로 압력이 저하되어 압축기 전체의 효율이 저하될 우려가 있다.

또한, 하부 프레임과 쉘 사이의 협소한 공간에 오일분리기를 설치해야 되므로 공간상의 제약이 수반되며, 이를 위해서는 압축기의 전장을 길게 형성해야 하므로 현추세인 소형 압축기를 구현하는 데 한계가 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 압축된 냉매를 연속적인 유로를 통해 압력 저하없이 토출하면서도 오일을 냉매로부터 원활히 분리하도록 한 스크롤 압축기의 오일 분리장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

다른 견지로는, 소요 부품수를 줄여 제조원가를 절감함과 아울러 압축기의 소형화를 구현하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일 분리장치는, 냉매를 압축하는 압축기구부, 주축을 통해 상기 압축기구부에 구동력을 제공하는 전동기구부, 상기 주축의 하부를 지지하는 하부 프레임, 냉매를 흡입하는 흡입파이프, 압축된 냉매를 토출하는 토출파이프를 포함한 스크롤 압축기에 있어서:

상기 하부 프레임은,

(1) 상기 압축기구부에서 압축된 고온 고압의 냉매가 상기 토출파이프측으로 직접 유동하도록 통로를 이루는 적어도 하나의 냉매 유로, 및

(2) 상기 압축기구부 및 상기 전동기구부의 윤활을 수행하고 상기 압축된 냉매와 함께 상기 냉매 유로를 통해 나온 오일을 상기 압축된 냉매로부터 분리하기 위해 상기 압축된 냉매의 진행방향을 기준으로 상기 냉매 유로와 동일방향에 형성된 적어도 하나의 오일 분리판을 포함한다.

바람직하기로, 상기 오일 분리판은 상기 오일이 상기 압축된 냉매로부터 분리되어 중력에 의해 꺽일 수 있도록 일측이 개방되어 상기 냉매 유로의 토출측에 형성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 압축된 고온 고압의 냉매가 연속적인 유로를 통해 토출파이프측으로 유동할 수 있으며, 아울러 기구부의 윤활을 수행하고 나온 오일이 냉매로부터 원활히 분리될 수 있다.

그 결과, 냉매의 압력을 일정 수준으로 유지할 수 있어 압축기의 효율을 향상시킬 수 있으며, 별도의 오일분리기가 필요치 않아 제조원가를 절감할 수 있음은 물론 압축기의 소형화가 가능해지는 이점이 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

또한, 설명에 사용되는 도면에 있어서, 도 1 및 도 2와 같은 구성성분에 관해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.

또한, 이하에서는 설명의 이해를 돕기 위해 횡형 스크롤 압축기에 적용한 예를 고려한다.

도 3은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 설명에 제공되는 실시예를 나타낸 도면으로서, 도 3a는 종단면도이고, 도 3b는 하부 프레임 상세도이다.

본 실시 예에 따른 스크롤 압축기는 주축의 하부 방향을 지지하는 하부 프레임(101)에 냉매의 통로를 이루는 냉매 유로(102)와, 냉매에 섞여 있는 오일을 분리하기 위한 오일분리판(103)이 냉매의 진행방향을 기준으로 동일방향에 일체로 형성된 것이 특징이다.

이때, 오일분리판(103)은 오일이 냉매로부터 분리되어 쉘(15)의 하방향으로 꺽일 수 있도록 일측이 상방향으로 개방되어 상기 냉매 유로(102)의 토출측에 형성되어 있다.

즉, 종래의 하부프레임(13) 구조에서 오일회수로(13a) 및 별도의 오일분리기(16)를 없애고 고온 고압의 냉매와 오일이 혼합된 혼합유의 통로를 이루는 냉매 유로(102)를 구비함과 아울러 냉매 유로(102)의 토출측에 오일분리판(103)을 일체로 형성한 것이다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 다음과 같은 동작을 한다.

먼저, 흡입파이프(6)를 통해 유입된 냉매가 고정스크롤(4)과 선회스크롤(5)의 작용에 의해 고온 고압으로 압축되어 토출포트(11)를 나와 토출파이프(12)측으로 유동하게 된다.

이때, 냉매의 유동에 의해 압축기 전체에는 일정의 압력분포가 형성되어 각 부분에 압차가 발생된다. 즉, 고온 고압의 냉매가 유동하는 방향에 따라 좌측은 저압측을 이루며, 우측은 고압측을 이루게 된다.

압축기 각 부분에 압차가 발생되면 쉘(15) 하부의 오일펌프(14)가 작동되어 오일을 압축기구부 및 전동기구부에 공급하게 되며, 이러한 작용에 의해 각 기구부의 윤활이 이루어지게 된다.

여기서, 오일이 공급될 때의 압차로 인하여 오일 유면이 오일펌프(14)측으로 기울어 올라가게 되며, 이러한 힘에 의해 윤활을 마친 오일은 고온 고압의 냉매와 섞인 상태로 오일펌프(14)측으로 유동하게 된다.

즉, 각 기구부의 윤활을 수행한 오일은 토출되는 고온 고압의 냉매에 섞인 상태로 하부 프레임(101)에 형성되어 있는 냉매 유로(102)를 나오게 되며, 냉매 유로(102)의 토출측에 형성되어 있는 오일분리판(103)에 부딪히게 된다.

이러한 과정에서 냉매와 오일이 분리되어 오일은 관성에 의해 쉘(15) 하부측으로 꺽여 다시 모이게 되며, 고온 고압의 냉매는 냉매 유로(102)를 나와 곧바로 토출파이프(12)를 통해 냉동 또는 공조 사이클로 토출된다.

이와 같이, 냉매의 유로가 꺽임되지 않고 연속적으로 이루어지게 되어 냉매는 압력 손실없이 직접 토출파이프(12)측으로 유동할 수 있으며, 냉매에 섞여 있는 오일은 냉매 유로(102)에 연속·설치되어 있는 오일분리판(103)에 부딪히는 과정에서 원활하게 분리될 수 있다.

한편, 비교 예로서 종래의 기술, 즉 다시 말해서 냉매에 섞인 오일을 분리하도록 하부 프레임에 별도의 오일분리기를 설치하여 냉매의 유로가 다단 꺽임되는 것과 달리, 본 발명은 하부 프레임의 임의의 위치에 냉매의 통로를 이루는 냉매 유로와 오일분리판을 설치하여 냉매의 유로가 연속적으로 형성됨을 알 수 있다.

이 결과에서, 본 발명에 의하면 냉매의 유로가 연속적으로 형성됨에 따라 냉매가 압력 손실없이 토출파이프측으로 직접 유동할 수 있어 압축기의 효율을 향상시킬 수 있으며, 별도의 오일분리기가 필요치 않아 제조원가를 절감할 수 있음은 물론 압축기의 전장 길이를 줄일 수 있어 소형화가 가능해지는 이점이 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명은 냉매의 유로 손실을 최소화하여 압축기의 효율을 향상시킬 수 있으며, 부품수를 줄여 제조원가를 절감함과 아울러 압축기의 소형화가 가능해지는 효과가 있다는 것이다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 구성도로서,

도 1a는 종단면도이고,

도 1b는 하부 프레임 상세도이고,

도 2는 일반적인 스크롤 압축기의 냉매 압축 진행도이고,

도 3은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 구성도로서,

도 3a는 종단면도이고,

도 3b는 하부 프레임 상세도이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 고정자 2 : 회전자

3 : 주축 4 : 고정스크롤

5 : 선회스크롤 6 : 흡입파이프

12 : 토출파이프 14 : 오일펌프

101 : 하부 프레임 102 : 냉매 유로

103 : 오일분리판

Claims (2)

1. 냉매를 압축하는 압축기구부, 주축을 통해 상기 압축기구부에 구동력을 제공하는 전동기구부, 상기 주축의 하부를 지지하는 하부 프레임, 냉매를 흡입하는 흡입파이프, 압축된 냉매를 토출하는 토출파이프를 포함한 스크롤 압축기에 있어서:

   상기 하부 프레임은,

   (1) 상기 압축기구부에서 압축된 고온 고압의 냉매가 상기 토출파이프측으로 직접 유동하도록 통로를 이루는 적어도 하나의 냉매 유로; 및

   (2) 상기 압축기구부 및 상기 전동기구부의 윤활을 수행하고 상기 압축된 냉매와 함께 상기 냉매 유로를 나온 오일을 상기 압축된 냉매로부터 분리하기 위해 상기 압축된 냉매의 진행방향을 기준으로 상기 냉매 유로와 동일방향에 형성된 적어도 하나의 오일 분리판을 포함한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일 분리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 오일 분리판은 상기 오일이 상기 압축된 냉매로부터 분리되어 중력에 의해 꺽일 수 있도록 일측이 개방되어 상기 냉매 유로의 토출측에 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일 분리장치.