KR100631727B1 - 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임에 관한 것으로서, 일정량의 오일을 채운 케이싱에 고정하는 메인프레임과, 상기 메인프레임에 고정하고 나선형의 랩을 형성하는 고정스크롤과, 상기 고정스크롤의 랩에 치합하도록 일 측면에 나선형의 랩을 형성하여 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤과 함께 연속으로 이동하는 복수 개의 압축실을 형성하는 선회스크롤과, 상기 선회스크롤에 결합하여 구동모터의 회전력을 전달하고 상기 케이싱의 오일을 흡상하여 미끄럼부에 공급하는 구동축과, 상기 메인프레임과 상기 선회스크롤 사이에 개재하여 상기 선회스크롤의 자전을 방지하면서 선회운동을 유도하기 위하여 상기 메인프레임에 형성된 올담링키홈을 따라 이동하는 올담링을 포함한 스크롤 압축기에 있어서, 상기 메인프레임의 스러스트베어링면은 상기 올담링의 이동방향의 폭이 그와 수직한 수직방향의 폭 보다 작도록 형성됨으로써, 올담링의 이동에 따른 저항을 줄여서 압축기의 입력 손실을 저감시키고 올담링에 과부하가 걸리지 않게 하여 전체적인 압축기의 효율성 및 신리성을 개선한 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임을 제공한다.

Description

스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임{MAIN FRAME OF A INPUT-LOSS REDUCING TYPE FOR A SCROLL COMPRESSOR}

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일부를 보인 단면도,

도 2는 종래 스크롤 압축기의 압축기구부를 보인 분해 사시도,

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르는 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임 및 이에 결합된 올담링에 대한 평면도,

도 4는 도 3의 메인프레임에 대한 다른 실시예를 보인 평면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10,20,30,40: 메인프레임 10a,20a,30a,40a: 축구멍

10b,20b,30b,40b: 올담링이동면 10c,20c,30c,40c: 올담링키홈

10d',20d'30d',40d': 스러스트베어링면 L: 절개 부분의 길이

S,Sa,Sb,Sc: 여유 공간 W: 올담링키홈의 폭

본 발명은 스크롤 압축기의 메인프레임에 관한 것으로, 특히 올담링의 이동에 따라 오일이 압축되는 것을 방지할 수 있는 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤식 압축기는 공조기 분야에 널리 적용하는 고효율 저소음 압축기로서, 두 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 스크롤 사이에 복수 개의 압축실을 쌍으로 형성하고, 이 압축실이 지속적으로 중심방향으로 이동하면서 체적이 작아져 냉매가스를 연속으로 흡입 압축하여 토출하는 방식이다.

두 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하기 위하여는 두 스크롤 사이 또는 회전운동을 하는 스크롤과 이를 지지하는 프레임 사이에 올담링(Oldham's Coupling)이라고 하는 자전 방지 기구를 개재하여 자전하려는 스크롤을 강제로 일정 선회 궤적을 가지게 선회 운동시켜 압축실의 체적이 연속으로 가변되도록 하는 것이다. 따라서, 올담링과 이를 지지하는 선회스크롤이나 프레임 사이에는 미끄럼부가 발생하며 이 미끄럼부의 윤활 상태는 압축기의 성능과 밀접한 관련이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 압축부를 보인 종단면도이고, 도 2는 종래 스크롤 압축기의 압축기구부를 보인 분해 사시도이다.

이들에 도시한 바와 같이 종래 스크롤 압축기는, 메인프레임(1)에 얹어 고정하고 나선형의 랩(2a)을 구비한 고정스크롤(2)과, 고정스크롤(2)의 랩(2a)에 맞물려 결합하는 나선형의 랩(3a)을 구비하여 상기 메인프레임(1)과 고정스크롤(2)의 사이에 배치하는 선회스크롤(3)과, 구동모터(미도시)의 회전력을 선회스크롤(3)에 전달하도록 상기 구동모터의 회전자와 선회스크롤(3)을 연결하는 구동축(4)과, 선회스크롤(3)과 메인프레임(1) 사이에 결합하여 선회스크롤(3)의 자전을 방지하는 올담링(5)을 포함하고 있다.

메인프레임(1)은 그 중앙부가 관통하여 구동축(4)이 회전 가능하게 관통하는 축구멍(1a)을 형성하고, 축구멍(1a)의 상단 주변에는 링 형상의 몸체(5a)를 가지는 올담링(5)을 얹어 지지하는 올담링이동면(1b)을 환형으로 형성하며, 올담링이동면(1b)의 좌우 양측에는 올담링(5)의 올담링키(5b)(5b)가 일정 궤적 안에서 반경방향으로 미끄러지도록 삽입하는 올담링키홈(1c)(1c)을 형성하고 있다. 또한, 축구멍(1a)을 감싸며 환형으로 돌출한 환형돌부(1d)에는 일정한 이격 공간을 가지고서 올담링(5)이 끼워진다. 나아가, 환형돌부(1d)의 상면은 스러스트베어링면(1d')로서 선회스크롤(3)의 저면과 접촉하여 지지한다.

선회스크롤(3)은 원판모양으로 형성하여 그 상면은 전술한 랩(3a)을 나선형으로 형성하고, 저면 중앙에는 상기한 메인프레임(1)의 축구멍(1a)에 삽입되어 구동축(4)의 상단에 편심 결합하는 보스부(3b)를 형성하고, 보스부(3b)의 주변에는 올담링(5)의 자전방지돌기(5c)(5c)가 일정 궤적 안에서 반경방향으로 미끄러지도록 삽입하는 자전방지홈(3c)(3c)을 형성하고 있다.

선회스크롤(3)의 자전방지홈(3c)(3c)은 메인프레임(1)의 올담링키홈(1c)(1c)과 직교하는 위치에 형성하고 있다.

올담링(5)은 링몸체(5a)를 환형으로 형성하여 그 저면의 좌우 양측에는 상기한 메인프레임(1)의 올담링키홈(1c)(1c)에 반경방향으로 미끄러지도록 올담링키(5b)(5b)를 돌출 형성하고, 상면의 전후 양측에는 상기한 올담링키(5b)(5b)와 직교하는 위치에 상기 선회스크롤(3)의 자전방지홈(3c)(3c)과 반경방향으로 미끄러지도록 자전방지돌기(5c)(5c)를 돌출 형성하고 있다.

도면중 미설명 부호인 4a는 오일유로, P는 압축실이다.

상기와 같은 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 구동모터(미도시)에 전원을 인가하면 구동모터에 압입한 구동축(4)이 회전을 하여 선회스크롤(3)이 올담링(5)에 의해 편심거리 만큼 선회하고, 이와 함께 선회스크롤(3)은 고정스크롤(2)과의 랩(2a)(3a) 사이에 복수 개의 압축실(P)을 형성하며, 이 압축실(P)은 선회스크롤(3)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축하여 토출한다.

이때, 구동축(4)이 고속으로 회전을 하면서 케이싱의 바닥에 채운 오일을 흡입하여 오일유로(4a)를 통해 상단으로 흡상하고, 이 오일은 구동축(4)의 상단에서 비산하여 일부는 메인프레임(1)과 구동축(4) 사이의 미끄럼부위를 윤활하는 한편 일부는 메인프레임(1)과 선회스크롤(3) 사이의 미끄럼부위를 윤활하여 압축기가 원활하게 동작되도록 하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기에서는, 올담링키홈(1c)(1c)에 삽입되어 그를 따라서 왕복 이동하는 올담링(5)의 올담링키(5b)(5b)의 이동 시에 올담링키홈(1c)(1c)에 고인 오일은 올담링키홈(1c)(1c)과 메인프레임(1)의 환형돌부(1d)에 의해 압축되게 된다.

이러한 오일의 압축에 따라, 구동모터를 구동하여 구동축(4)을 회전시키고 그에 따라 선회스크롤(3)이 올담링(5)에 의해 편심거리 만큼 선회하게 하기 위한 입력이 증대된다. 이는 결과적으로 압축기의 전체적인 효율 저하로 이어질 수 밖에 없다. 또한, 올담링(5)에 과도한 저항력이 작용할 경우에 올담링(5)이 파손될 수도 있다.

이를 해결하기 위하여 통상적으로 원형의 단면을 가지는 스러스트베어링면(1d')의 크기를 줄여서 올담링(5) 이동 시에 발생하는 오일 압축에 의한 저항을 줄이는 방안을 강구할 수 있다.

그러나, 이러한 방안은 선회스크롤(3)이 운전 중에 압축실(P)의 가스력과 구동축(4)의 회전력 및 자신의 원심력의 작용에 의하여 전복될려는 전복 모멘트에 노출되는 문제점을 갖는다. 다시 말하자면, 선회 스크롤(3)의 안정적인 거동을 고려한다면 스러스트베어링면(1d')의 크기는 최대화되어야 한다. 다만, 이러한 크기는 무조건 최대화되는 것은 아니며 다른 구조물, 특히 올담링(5)과의 간섭을 회피하는 크기 내에서 최대화되어야 하는 것이다.

따라서, 선회스크롤(3)의 거동 안정성을 확보화면서도 올담링(5)의 이동에 따른 오일 압축의 문제를 개선할 수 있는 구조에 대한 개발의 필요성이 끊임없이 제기되고 있다.

상기와 같은 필요성에 부응하여 안출한 것으로, 본 발명은 선회스크롤의 거동 안정성을 훼손하지 않으면서도 올담링의 이동 시에 발생하는 오일 압축에 의한 입력 증대를 방지할 수 있는 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임은 일정량의 오일을 채운 케이싱에 고정하는 메인프레임과, 상기 메인프레임에 고정하고 나선형의 랩을 형성하는 고정스크롤과, 상기 고정스크롤의 랩에 치합하도록 일 측면에 나선형의 랩을 형성하여 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤과 함께 연속으로 이동하는 복수 개의 압축실을 형성하는 선회스크롤과, 상기 선회스크롤에 결합하여 구동모터의 회전력을 전달하고 상기 케이싱의 오일을 흡상하여 미끄럼부에 공급하는 구동축과, 상기 메인프레임과 상기 선회스크롤 사이에 개재하여 상기 선회스크롤의 자전을 방지하면서 선회운동을 유도하기 위하여 상기 메인프레임에 형성된 올담링키홈을 따라 이동하는 올담링을 포함한 스크롤 압축기에 있어서, 상기 메인프레임의 스러스트베어링면은 상기 올담링의 이동방향의 폭이 그와 수직한 수직방향의 폭 보다 작도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 스러스트베어링면은 타원형으로 형성될 수 있다.

나아가, 상기 스러스트베어링면은 상기 이동방향 측이 절개된 원의 형상을 가질 수도 있다.

여기서, 상기 스러스트베어링면의 절개된 부분은 직선 또는 중심 측으로 오목하게 요입된 형태를 가지는 것일 수 있다.

또한, 상기 스러스트베어링면의 절개된 부분은 상기 스러스트베어링의 원주를 따라 일정한 간격으로 균일하게 절개된 형태를 가질 수도 있다.

이상에서, 상기 스러스트베어링면의 절개된 부분은 상기 올담링키홈의 폭의 2배 이상인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서는, 앞서의 도면들에 도시된 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르는 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임 및 이에 결합된 올담링에 대한 평면도이다.

메인프레임(10)의 스러스트베어링면(10d')은 올담링(5)의 이동방향의 폭이 그와 수직한 수직방향의 폭 보다 작도록 형성된다.

이러한 형태의 하나로서 스러스트베어링면(10d')을 타원형으로 형성한다. 이러한 스러스트베어링면(10d')의 타원형은 올담링(5)의 이동방향에 대해 수직한 수직방향을 따라서는 긴 폭을 갖게 형성되고, 올담링(5)의 이동방향은 좁은 폭을 가진다.

이러한 구성에 의하면, 올담링(5)이 스러스트베어링면(10d')과의 사이에 일정한 여유 공간(S)을 가지게 된다.

나아가, 통상적으로 올담링(5)의 올담링키(도 2의 5b 참조)가 삽입되는 올담링키홈(10c) 부분에는 오일이 빠져 나갈 공간이 거의 없으나, 나머지 올담링(5)의 저면과 메인프레임(10)의 올담링이동면(10b) 사이에는 일정한 이격 공간이 있어서 오일이 빠져 나갈 수 있다.

따라서, 오일은 올담링키홈(10c)에 머물르면서 올담링(5)이 스러스트베어링면(10d')에 접근함에 따라 압축되는 것이 아니라, 올담링(5)의 접근 시에 여유 공간(S)을 통해서 올담링(5)의 저면과 메인프레임(10)의 올담링이동면(10b) 사이의 이격 공간으로 빠져나가게 된다.

그에 따라, 올담링의 이동에 따른 오일 압축에 의한 입력 손실 및 올담링에 과부하가 걸리는 것에 대한 우려가 해소된다. 나아가, 오일 배출을 위해 필요한 최소한의 범위 내에서 스러스트베어링면을 줄인 것이여서 선회스크롤의 거동 안정성을 해하지 않게 된다.

이상과 같이 스러스트베어링면을 타원형으로 가공하는 방식 대신에, 기존의 원형 형태에서 일부를 절개하는 방식을 고려할 수 있는데, 이에 대해서는 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 도 3의 메인프레임에 대한 다른 실시예를 보인 평면도이다.

도 4(a)에 예시된 형태에서는, 원형 단면을 가지는 스러스트베어링면(20d')이 메인프레임(20)의 올담링이동면(20b)에 형성된 올당링키홈(20c)을 따라 이동하는 올담링(5)의 이동 방향 측이 직선으로 절개된 형태이다.

그에 따라, 오일이 흘러 나갈 수 있는 여유 공간(Sa)은 반원형으로 각각 올담링(5)과 스러스트베어링면(20d')이 만나는 부분에 형성된다.

도 4(b)에 예시된 다른 형태에서는, 원형 단면을 가진 스러스트베어링면(30d')은 메인프레임(30)의 올담링이동면(30b)에 형성된 올담링키홈(30c)을 따라 이동하는 올담링(5)과 만나는 양 측면에서 축구멍(30a) 쪽으로 오목하게 요입된 형태를 가진다. 그에 따라, 스러스트베어링면(30d')의 양 측 외주부에는 대략 원형에 가까운 여유 공간(Sb)이 형성된다.

도 4(c)에 예시된 또 다른 형태에서는, 원형 단면을 가진 스러스트베어링면 (40d')은 메인프레임(40)의 올담링이동면(40b)에 형성된 올담링키홈(40c)을 따라 이동하는 올담링(5)과 만나는 양 측면에서 스러스트베어링면(40d')의 외주를 따라 일정한 간격으로 절개되어 축구멍(40a) 쪽으로 요입된 형태를 가진다. 그에 따라, 스러스트베어링면(40d')의 양 측 외주부에는 대략 타원형에 가까운 여유 공간(Sc)이 형성된다.

이상의 3가지 형태에 있어서, 올담링키홈(20c,30c, 40c)에 고여 있는 오일은 올담링(5)이 스러스트베어링면(20d', 30d', 40d')을 향하여 이동함에 따라, 여유 공간(Sa, Sb, Sc)을 통해서 올담링(5)의 저면과 메인프레임(20,30,40)의 올담링이동면(20b, 30b, 40b) 사이의 이격된 틈새를 통해서 유출된다. 그에 따라, 오일 압축에 의한 저항이 감소된다.

나아가, 이러한 3가지의 절개된 형태에 있어서, 스러스트베어링면(20d', 30d', 40d')에서 올담링(5)이 접하는 부분에서 절개된 여유 공간(Sa, Sb, Sc)의 길이(La, Lb, Lc)는 올담링키홈(20c,30c, 40c)의 폭(W)의 2배 이상으로 형성된다.

이러한 여유 공간(Sa, Sb, Sc)의 길이(La, Lb, Lc)가 올담링키홈(20c,30c, 40c)의 폭(W)과 같다면, 오일은 그대로 올담링키홈(20c,30c, 40c) 내에만 머물러서 절개하여 여유 공간(Sa, Sb, Sc)을 형성한 의미가 없게 된다. 나아가, 여유 공간(Sa, Sb, Sc)의 길이(La, Lb, Lc)가 올담링키홈(20c,30c, 40c)의 폭(W)의 2배 이상이 되어야 오일이 배출되기에 알맞은 여유 공간(Sa, Sb, Sc)이 확보될 수 있기 때문이다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임은, 선회스크롤의 안정적인 거동을 해하지 않으면서도 오일 압축에 의한 저항을 감소시켜서 입력 손실을 저감시시켜 압축기 전체적인 신뢰성 및 효율성을 개선한다.

나아가, 과도한 오일 압축력에 의한 올담링의 파손 가능성을 현저하게 낮춤으로 해서 압축기의 내구성 또는 안정성을 향상시킨다.

Claims (6)

1. 일정량의 오일을 채운 케이싱에 고정하는 메인프레임과, 상기 메인프레임에 고정하고 나선형의 랩을 형성하는 고정스크롤과, 상기 고정스크롤의 랩에 치합하도록 일 측면에 나선형의 랩을 형성하여 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤과 함께 연속으로 이동하는 복수 개의 압축실을 형성하는 선회스크롤과, 상기 선회스크롤에 결합하여 구동모터의 회전력을 전달하고 상기 케이싱의 오일을 흡상하여 미끄럼부에 공급하는 구동축과, 상기 메인프레임과 상기 선회스크롤 사이에 개재하여 상기 선회스크롤의 자전을 방지하면서 선회운동을 유도하기 위하여 상기 메인프레임에 형성된 올담링키홈을 따라 이동하는 올담링을 포함한 스크롤 압축기에 있어서,

   상기 메인프레임의 스러스트베어링면은 상기 올담링의 이동방향의 폭이 그와 수직한 수직방향의 폭 보다 작도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스러스트베어링면은 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임.
3. 제1항에 있어서,

   상기 스러스트베어링면은 상기 이동방향 측이 절개된 원의 형상을 가지는 것 을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임.
4. 제3항에 있어서,

   상기 스러스트베어링면의 절개된 부분은 직선 또는 중심 측으로 오목하게 요입된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 입력 손실 저감형 메인프레임.
5. 제3항에 있어서,

   상기 스러스트베어링면의 절개된 부분은 상기 스러스트베어링의 원주를 따라 일정한 간격으로 균일하게 절개되어 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 압력 손실 저감형 메인프레임.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스러스트베어링면의 절개된 부분은 상기 올담링키홈의 폭의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 압력 손실 저감형 메인프레임.

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