KR100677521B1 - 스크롤 압축기의 유분리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 유분리 장치는 구동모터와 오일의 유면 사이에 냉매가스에서 오일을 분리하거나 오일이 냉매가스에 혼합되는 것을 차단함과 아울러 분리된 오일이 케이싱에 흘러내리도록 오일구멍을 갖는 유분리판을 설치함으로써, 토출되는 냉매가스가 상기한 유분리판에 부딪혀 오일이 분리되도록 함과 아울러 오일포밍이 상승하는 것을 막아 오일의 유출을 미연에 방지할 수 있고 이를 통해 케이싱 내부의 마찰부위가 오일부족으로 인해 마모되면서 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 이를 채용한 세트의 관로에 오일이 차는 것을 막아 세트 전체의 성능을 높일 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 유분리 장치{OIL SEPARATION APPARATUS FOR SCROLL COMPRESSOR}

도 1은 종래 고압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 2는 본 발명 고압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 3은 도 2의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도,

도 4는 본 발명 유분리 장치의 설치 상태를 파단하여 보인 사시도,

도 5는 본 발명 고압식 스크롤 압축기의 변형에를 보인 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 2 : 메인프레임

4 : 구동모터 5 : 구동축

6 : 고정스크롤 7 : 선회스크롤

9 : 가스안내판 10 : 유분리판

11 : 축구멍 12 : 체결구멍

13 : 오일구멍 h1 : 하향 가스유로

h2 : 상향 가스유로

본 발명은 스크롤 압축기의 유분리 장치에 관한 것으로, 특히 고압식의 경우에는 토출가스 중에 포함된 오일을 분리하고 오일포밍에 의한 유토출을 차단하는 한편 저압식의 경우에는 오일포밍에 의한 유토출을 차단하고자 하는 스크롤 압축기의 유분리 장치에 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.

스크롤 압축기는 케이싱의 내부에 흡입가스가 채워지느냐 토출가스가 채워지느냐에 따라 크게 저압식과 고압식으로 구분할 수 있다. 고압식 스크롤 압축기는 도 1에 도시한 바와 같이 고압상태를 유지하고 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비하는 케이싱(1)과, 케이싱(1) 내부의 상하 양측에 각각 고정하는 메인프레임(2) 및 서브프레임(3)과, 메인프레임(2)과 서브프레임(3) 사이에 장착하여 회전력을 발생하는 구동모터(4)와, 구동모터(4)의 회전자(4B) 중심에 압입하고 메인프레임(2)을 관통하여 구동모터(4)의 회전력을 전달하는 구동축(5)과, 메인프레임(2)의 상면에 고정 설치하고 상기한 가스흡입관(SP)을 직접 결합하는 고정스크롤(6)과, 고정스크롤(6)에 맞물려 복수 개의 압축실(P)을 형성하도록 메인프레임(2)의 상면에 선회 가능하게 얹히는 선회스크롤(7)과, 선회스크롤(7)과 메인프레임(2) 사이에 설치하여 상기 선회스크롤(7)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(8)과, 케이싱(1)의 내주면에 설치하여 토출가스를 고정자(4A)의 하향 가스유로(h1)로 유도하는 가스안내판(9)을 포함하고 있다.

가스흡입관(SP)은 케이싱(1)을 통과하여 고정스크롤(6)의 흡입구(6b)에 연통 설치하는 한편 가스토출관(DP)은 메인프레임을 중심으로 고정스크롤(6)의 반대쪽 케이싱(1)의 내부공간에 밀봉하도록 연통 설치하고 있다.

메인프레임(2)은 그 중앙에 구동축(5)을 반경방향으로 지지하는 축구멍(2a)을 형성하고, 축구멍(2a)의 상반부에는 선회스크롤(7)의 보스부(7b)가 선회운동을 하도록 보스수용홈(2b)을 확장 형성하며, 상면 가장자리에는 상기 선회스크롤(7)의 배면과 함께 소정의 내부체적을 가지고 그 내부체적에 중간압측 압력의 냉매가스가 채워지도록 환형의 배압공간홈(2c)을 음형지게 형성하고 있다.

또, 메인프레임(2)은 그 외주면이 케이싱(1)의 내주면에 밀착하여 용접으로 고정 결합하되, 가스토출관(DP)이 메인프레임(2)을 중심으로 고정스크롤(6)의 반대쪽에 연통 설치됨에 따라 고정스크롤(6)을 통해 토출되는 토출가스가 상기한 가스토출관(DP)으로 유도될 수 있도록 메인프레임(2)의 외주면을 따라 적당개소에 가스연통홈(2d)을 형성하고 있다.

구동모터(4)는 케이싱(1)의 내주면에 삽입 고정하는 고정자(4A)와, 고정자(4A)의 안쪽에 소정의 공극을 두고 회전 가능하게 결합하는 회전자(4B)로 이루어져 있다. 고정자(4A)는 평면투영시 대략 6각형 모양으로 형성하여 그 외주면에 상기 케이싱(1)과 함께 토출가스를 유동시키는 가스유로를 형성하되 일부는 상기한 가스안내판(9)에 연통하는 하향 가스유로(h1)를 형성하고 나머지는 가스토출관(DP)에 연통하는 상향 가스유로(h2)를 형성하도록 이루어져 있다.

구동축(5)은 구동모터(4)의 회전자(4B)에 압입하여 상하 양측을 각각 메인프레임(2)과 서브프레임(3)으로 지지하고, 그 내부에는 케이싱(1)의 오일을 흡상하여 각 베어링면을 윤활하도록 축방향으로 길게 오일유로(5a)를 형성하고 있다.

고정스크롤(6)은 그 경판부 저면에 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 이루는 랩(6a)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 경판부의 측면에는 상기한 가스흡입관(SP)을 연통하는 흡입구(6b)를 형성하며, 경판부 상면 중앙으로는 랩(6a)의 중앙에서 연통하여 압축가스를 케이싱(1)의 상측 공간으로 토출하는 토출구(6c)를 형성하고, 경판부 가장자리에는 상기한 메인프레임(2)의 가스연통홈(2d)과 연결되도록 가스통과홈(6d)을 형성하고 있다.

선회스크롤(7)은 그 경판부 상면에 상기한 고정스크롤(6)의 랩(6a)과 함께 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 이루는 랩(7a)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 경판부 저면 중앙에는 상기한 구동축(5)을 결합하여 구동모터(4)의 동력을 전달받는 보스부(7b)를 형성하고 있다. 선회스크롤(7)의 보스부(7b)는 메인프레임(2)의 보스수용홈(2b)에 삽입되어 선회운동을 하도록 이루어져 있다.

가스안내판(9)은 토출가스를 케이싱(1)의 하반부로 안내하도록 상하 양단이 개구되어 도 3에서와 같이 평면투영시 대략 곡면진 '디귿자' 단면 형상으로 형성하되, 상단의 입구면적과 하단의 출구면적이 대략 동일하게 형성하고 있다.

도면중 미설명 부호인 3a는 서브프레임의 축구멍, V는 역지밸브이다.

상기와 같은 종래의 고압식 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 구동모터(4)에 전원을 인가하면, 구동축(5)이 구동모터(4)의 회전자(4B)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(6)이 올담링(8)에 의해 메인프레임(2)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하고, 이와 함께 선회스크롤(7)의 랩(7a)은 고정스크롤(6)과의 랩(6a) 사이에서 한 쌍의 압축실(P)을 연속하여 형성하며, 이 압축실(P)은 선회스크롤(7)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축 토출한다.

이를 보다 상세히 보면, 냉매가스는 가스흡입관(SP)을 통해 고정스크롤(6)의 흡입구(6b)로 직접 흡입되었다가 압축실(P)에서 압축되어 고정스크롤(6)의 토출구(6c)를 통해 케이싱(1)의 상측 내부공간으로 토출되고, 이 냉매가스는 고정스크롤(6)의 가스통과홈(6d)과 메인프레임(2)의 가스연통홈(2d)을 통과하여 가스안내판(9)을 따라 고정자(4A)의 하향 가스유로(h1)로 이동하였다가 구동모터(4)를 냉각하면서 상향 가스유로(h2)로 상승하여 가스토출관(DP)을 통해 냉동사이클시스템으로 토출된다.

반면, 오일은 구동축(5)의 고속회전시 원심력에 의해 그 구동축(5)의 오일유로(5a) 흡입되어 상단으로 흡상되면서 일부는 서브프레임(3)의 축구멍(3a)을 윤활하는 한편 일부는 구동축(5)의 상단에서 비산되어 보스수용홈(2b)을 통해 메인프레임(2)의 축구멍(2a)을 윤활하면서 토출가스에서 분리되는 오일과 함께 케이싱(1)의 바닥으로 회수되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 고압식 스크롤 압축기에 있어서는, 냉매가스가 고정자(4A)의 하항 가스유로(h1)를 통과하였다가 다시 상향 가스유로(h2)를 따라 상 승하여 가스토출관(DP)으로 토출되는 것이나, 냉매가스가 빠른 속도로 토출되면서 많은 오일이 가스와 함께 휩쓸려 가스토출관(DP)으로 토출되고 이로 인해 압축기 케이싱(1) 내부의 오일부족을 초래하여 각종 마찰부위에 마모가 발생하는 등 압축기의 신뢰성을 크게 떨어뜨리는 것은 물론 이를 적용한 전체 세트의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 구동축(5)의 하단에서의 오일펌핑시 그 구동축(5)이 오일을 휘저으면서 오일포밍을 야기시키고 이 포밍된 오일이 상승하면서 냉매가스와 혼합되어 더욱 많은 오일이 유출되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 토출되는 냉매가스로부터 오일을 용이하게 분리할 수 있는 스크롤 압축기의 유분리 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 구동축에 의해 발생되는 오일포밍을 제거하거나 냉매가스와 혼합되는 것을 차단할 수 있는 스크롤 압축기의 유분리 장치를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 소정량의 오일이 충전되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 설치되어 구동력이 발생되는 구동모터; 상기 구동모터 양측에 고정 설치되어 상기 구동모터의 구동축을 지지하는 복수 개의 프레임; 상기 구동모터의 구동축에 의해 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 맞물려 함께 연속으로 이동하는 한 쌍의 압축실이 형성되는 고정스크롤; 상기 케이싱의 내부가 토출압의 냉매로 채워지도록 상기 압축실에 직접 연결되는 가스흡입관; 상기 압축된 냉매를 시스템으로 안내하는 가스토출관; 및 상기 구동모터와 오일의 유면 사이에 설치되고 냉매가스와 분리된 오일이 상기 케이싱의 바닥면으로 흘러내리도록 오일구멍이 구비되는 유분리판;을 포함한 스크롤 압축기의 유분리 장치를 제공한다.
또, 소정량의 오일이 충전되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 설치되어 구동력이 발생되는 구동모터; 상기 구동모터 양측에 고정 설치되어 상기 구동모터의 구동축을 지지하는 복수 개의 프레임; 상기 구동모터의 구동축에 의해 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 맞물려 함께 연속으로 이동하는 한 쌍의 압축실이 형성되는 고정스크롤; 상기 케이싱의 내부가 흡입압의 냉매로 채워지도록 상기 케이싱에 연결되는 가스흡입관; 상기 압축된 냉매를 시스템으로 안내하는 가스토출관; 및 상기 구동모터와 오일의 유면 사이에 설치되고 냉매가스와 분리된 오일이 상기 케이싱의 바닥면으로 흘러내리도록 오일구멍이 구비되는 유분리판;을 포함한 스크롤 압축기의 유분리 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 유분리 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 고압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도이고, 도 3은 도 2의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도이며, 도 4는 본 발명 유분리 장치의 설치 상태를 파단하여 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명 고압식 스크롤 압축기의 변형에를 보인 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명 고압식 스크롤 압축기는, 소정량의 오일을 채우고 고압상태를 유지하는 케이싱(1)과, 케이싱(1) 내부의 상하 양측에 각각 고정하는 메인프레임(2) 및 서브프레임(3)과, 메인프레임(2)과 서브프레임(3)에 지지하여 구동모터(4)의 구동력을 전달하는 구동축(5)과, 메인프레임(2)의 상면에 고정 설치하고 상기한 가스흡입관(SP)을 직접 결합하는 고정스크롤(6)과, 구동축(5)에 편심지게 결합하여 메인프레임(2)의 상면에 얹고 고정스크롤(6)에 맞물려 올담링(8)에 의해 선회하면서 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하는 선회스크롤(7)과, 메인프레임(2)과 구동모터(4)의 고정자(4A) 상단 사이에 축방향으로 길게 설치하여 메인프레임(2)을 통과하는 냉매가스를 후술할 구동모터(4)의 하향 가스유로(h1)로 안내하는 가스안내판(9)과, 상기한 서브프레임(3)의 상면에 횡방향으로 고정 설치하여 구동모터(4)를 통과한 냉매가스가 상기 구동모터(4)와 서브프레임(3) 사이에서 부딪혀 가스와 오일이 분리되도록 하는 유분리판(10)을 포함한다.

가스흡입관(SP)은 케이싱(1)을 통과하여 고정스크롤(6)의 흡입구(6b)에 연통 설치하는 한편 가스토출관(DP)은 메인프레임(2)을 기준으로 케이싱(1)의 하반부 내부공간에 밀봉하도록 연통 설치하여 이루어진다.

메인프레임(2)은 그 중앙에 구동축(5)을 반경방향으로 지지하는 축구멍(2a)을 형성하고, 축구멍(2a)의 상반부에는 선회스크롤(7)의 보스부(7b)가 선회운동을 하도록 보스수용홈(2b)을 확장 형성하며, 상면 가장자리에는 상기 선회스크롤(7)의 배면과 함께 소정의 내부체적을 가지고 그 내부체적에 중간압측 압력의 냉매가스가 채워지도록 환형의 배압공간홈(2c)을 음형지게 형성한다. 또, 메인프레임(2)은 그 외주면이 케이싱(1)의 내주면에 밀착하여 용접으로 고정 결합하되, 가스토출관(DP)이 메인프레임(2)을 중심으로 고정스크롤(6)의 반대쪽에 연통 설치됨에 따라 고정스크롤(6)을 통해 토출되는 토출가스가 상기한 가스토출관(DP)으로 유도될 수 있도록 메인프레임(2)의 외주면을 따라 적당개소에 가스연통홈(2d)을 형성한다.

구동모터(4)는 케이싱(1)의 내주면에 삽입 고정하는 고정자(4A)와, 고정자(4A)의 안쪽에 소정의 공극을 두고 회전 가능하게 결합하는 회전자(4B)로 이루어진다. 고정자(4A)는 평면투영시 대략 6각형 모양으로 형성하여 그 외주면에 상기 케이싱(1)과 함께 토출가스를 유동시키는 가스유로를 형성하되 일부는 상기한 가스안내판(9)에 연통하는 하향 가스유로(h1)를 형성하고 나머지는 가스토출관(DP)에 연 통하는 상향 가스유로(h2)를 형성하도록 이루어진다.

유분리판(10)은 도 3 또는 도 4에서와 같이 원판 모양으로 형성하되, 그 중앙에는 구동축(5)이 회전 가능하게 삽입되는 축구멍(11)을 형성하고, 그 외주연에는 유분리판(11)을 서브프레임(3)에 체결하는 복수 개의 체결구멍(12)을 형성하며, 체결구멍(12)의 사이에는 분리된 오일이 케이싱(1)의 내부로 흘러내리도록 원호형상으로 된 복수 개의 오일구멍(13)을 형성한다. 또, 유분리판(10)은 분리된 오일이 보다 원활하게 오일구멍(13) 또는 축구멍(11)으로 흘러내리도록 중심부가 하향진 구형 단면으로 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 유분리판(10)은 도 4에서와 같이 케이싱(1)의 내주면, 즉 고정자(4)와 서브프레임(3)의 사이 또는 서브프레임(3)의 하측 유면 보다는 높게 용접 등으로 고정할 수도 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 3a는 서브프레임의 축구멍, 4B는 회전자, 6a는 고정스크롤의 랩, 7a는 선회스크롤의 랩, V는 역지밸브이다.

상기와 같은 본 발명 고압식 스크롤 압축기의 유분리 장치는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 인가한 전원에 의해 구동축(5)이 구동모터(4)의 회전자(4B)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(7)이 편심거리 만큼 선회하고, 이와 함께 선회스크롤(7)은 고정스크롤(6)과의 사이에 연속으로 이동하면서 체적이 좁아지는 압축실(P)을 쌍으로 형성하여 냉매가스를 흡입 압축하여 토출한다.

여기서, 냉매가스는 가스흡입관(SP)을 통해 고정스크롤(6)의 흡입구(6b)로 직접 흡입되어 압축실(P)에서 압축되었다가 토출구(6c)를 통해 케이싱(1)의 내부로 토출되고, 이 토출가스는 메인프레임(2)의 가스연통홈(2d)을 통과하여 가스안내판(9)을 따라 고정자(4A)의 하향 가스유로(h1)로 이동하였다가 구동모터(4)를 냉각하면서 상향 가스유로(h2)로 상승하여 가스토출관(DP)을 통해 냉동사이클시스템으로 토출된다.

이때, 고정자(4A)의 하향 가스유로(h1)를 통해 케이싱(1)의 하반부로 빠른 속도로 이동하는 냉매가스는 서브프레임(3)의 상면에 설치된 유분리판(10)에 부딪히면서 가스와 오일이 분리되어 그 중 오일은 유분리판(10)의 오일구멍(13) 등을 통해 케이싱(1)의 저면으로 회수되는 반면 가스는 고정자(4A)의 상향 가스유로(h2)로 안내되어 가스토출관(DP)으로 이동을 하게 됨으로써 오일이 냉매가스에 휩쓸려 냉동사이클시스템으로 누설되는 것을 크게 줄일 수 있다. 또, 구동축(5)이 회전을 하면서 오일을 펌핑할 때 그 구동축(5), 보다 정확하게는 프로펠러와 같은 오일피더가 케이싱(1)의 오일을 휘저어 오일포밍을 유발하고 이 오일포밍이 상승하여 토출되는 가스와 혼합될 우려가 있으나, 이 오일포밍이 상승하는 것을 상기한 유분리판(10)이 차단하여 오일의 유출을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 유분리판을 저압식 스크롤 압축기에 적용할 수도 있다. 예컨대, 유분리판을 고정자와 오일유면 사이에 배치하는 경우 케이싱의 내부를 채웠다가 압축실로 흡입되는 냉매에 오일포밍으로 인한 오일이 혼합되는 것을 막을 수 있어 오일의 유출을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 유분리 장치는, 고정자와 오일 유면 사이에 상기한 유분리판을 설치함으로써, 토출되는 냉매가스가 상기한 유분리판에 부딪혀 오일이 분리되도록 함과 아울러 오일포밍이 상승하는 것을 막아 오일의 유출을 미연에 방지할 수 있고 이를 통해 케이싱 내부의 마찰부위가 오일부족으로 인해 마모되면서 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 이를 채용한 세트의 관로에 오일이 차는 것을 막아 세트 전체의 성능을 높일 수 있다.

Claims (6)

1. 소정량의 오일이 충전되는 케이싱;

   상기 케이싱의 내부에 설치되어 구동력이 발생되는 구동모터;

   상기 구동모터 양측에 고정 설치되어 상기 구동모터의 구동축을 지지하는 복수 개의 프레임;

   상기 구동모터의 구동축에 의해 선회운동을 하는 선회스크롤;

   상기 선회스크롤에 맞물려 함께 연속으로 이동하는 한 쌍의 압축실이 형성되는 고정스크롤;

   상기 케이싱의 내부가 토출압의 냉매로 채워지도록 상기 압축실에 직접 연결되는 가스흡입관;

   상기 압축된 냉매를 시스템으로 안내하는 가스토출관; 및

   상기 구동모터와 오일의 유면 사이에 설치되고 냉매가스와 분리된 오일이 상기 케이싱의 바닥면으로 흘러내리도록 오일구멍이 구비되는 유분리판;을 포함한 스크롤 압축기의 유분리 장치.
2. 소정량의 오일이 충전되는 케이싱;

   상기 케이싱의 내부에 설치되어 구동력이 발생되는 구동모터;

   상기 구동모터 양측에 고정 설치되어 상기 구동모터의 구동축을 지지하는 복수 개의 프레임;

   상기 구동모터의 구동축에 의해 선회운동을 하는 선회스크롤;

   상기 선회스크롤에 맞물려 함께 연속으로 이동하는 한 쌍의 압축실이 형성되는 고정스크롤;

   상기 케이싱의 내부가 흡입압의 냉매로 채워지도록 상기 케이싱에 연결되는 가스흡입관;

   상기 압축된 냉매를 시스템으로 안내하는 가스토출관; 및

   상기 구동모터와 오일의 유면 사이에 설치되고 냉매가스와 분리된 오일이 상기 케이싱의 바닥면으로 흘러내리도록 오일구멍이 구비되는 유분리판;을 포함한 스크롤 압축기의 유분리 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유분리판은 구동모터의 하측에 위치하는 프레임에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 유분리 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유분리판은 그 외주면이 상기 케이싱의 내주면에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 유분리 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유분리판은 그 중앙이 하향 볼록한 구형 단면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 유분리 장치.
6. 삭제

Images