KR100740211B1 - 밀폐형 스크롤 압축기 및 냉동 공조장치 - Google Patents

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히로카츠 고소카베
가즈토 히가
겐지 도조
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히다치 어플라이언스 가부시키가이샤
도쿄 덴료쿠 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 밀폐형 스크롤 압축기에 있어서 비용저감을 도모하면서 압축기의 성능 향상 및 신뢰성 향상을 도모하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 밀폐형 스크롤 압축기(31)는, 선회 스크롤(3) 및 고정 스크롤(2)의 각 끝판(3b, 2b)을 서로 슬라이딩하도록 조합시켜 구성한 스크롤 압축요소(40)와, 이것을 구동하는 전동요소(7)와, 스크롤 압축요소(40) 및 전동요소(7)를 수납함과 동시에 바닥부에 윤활유(17)를 저류한 밀폐용기(1)와, 스크롤 압축요소(40)의 토출측에 설치된 오일 분리기(10)를 구비한다. 밀폐용기(1) 내의 압력은 흡입압력과 토출압력의 중간 압력으로 유지된다. 오일 분리기(10)로부터 선회 스크롤 끝판(3b)과 고정 스크롤 끝판(2b)과의 슬라이딩부에 윤활유를 간헐적으로 되돌리는 오일 리턴기구를 구비한다.

Description

밀폐형 스크롤 압축기 및 냉동 공조장치{HERMETIC SCROLL COMPRESSOR AND REFRIGERATING AIR CONDITIONER}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기의 종단면도,
도 2는 도 1의 A-A 횡단면도,
도 3은 제 1 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기의 중간 압력 조정기구를 설명하는 요부 확대도,
도 4는 제 1 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기의 오일 리턴기구를 설명하는 요부 확대도,
도 5는 제 1 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기의 끝판 슬라이딩부에의 급유기구를 설명하는 요부 확대도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기의 종단면도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예의 냉동 공조장치의 냉동사이클의 모식도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 밀폐용기 2 : 고정 스크롤
2a : 고정 스크롤 랩 2b : 고정 스크롤 끝판
2c : 흡입 포트 2d : 토출 포트
2e : 토출 통로 2f : 오일 분리공간
3 : 선회 스크롤 3a : 선회 스크롤 랩
3b : 선회 스크롤 끝판 3c : 선회 베어링
4 : 크랭크축 4a : 편심부
4b : 급유 구멍 4c : 급유 피스
4d : 평형추 5 : 프레임
5a : 주 베어링 5b : 오일 회수통로
6 : 올덤링 전동요소 7 : 전동요소
8 : 흡입 파이프 9 : 토출 파이프
10 : 오일 분리기 11 : 토출관
12 : 오일 리턴관 13 : 오일 리턴통로
14 : 오일 포켓 15 : 고리형상 홈
16 : 급유 홈 17 : 윤활유
18 : 유출 파이프 30 : 냉동사이클
31 : 밀폐형 스크롤 압축기 32 : 가스쿨러
33 : 팽창밸브 34 : 증발기
40 : 스크롤 압축요소
본 발명은 밀폐형 스크롤 압축기 및 냉동 공조장치에 관한 것으로, 특히 이 산화탄소(CO2)를 냉매로 하는 밀폐형 스크롤 압축기 및 냉동 공조장치에 적합한 것이다. 냉동 공조장치로서는 공기조화장치, 냉장고, 냉동고 등의 냉동사이클을 구비한 것이 포함된다.
주지와 같이, 밀폐형 스크롤 압축기에 있어서의 스크롤 압축요소는, 끝판면에 직립하는 소용돌이형상의 스크롤 랩을 가지는 고정 스크롤 및 선회 스크롤을 그 주요구성부품으로 하여 구성되어 있다. 그리고 이 스크롤 압축요소는 선회 스크롤이 고정 스크롤에 대하여 상대적으로 자전하지 않고 대략 일정 반경의 공전운동을 함으로써 양자의 스크롤 랩 사이에 형성된 작동실의 용적을 축소하여 작동유체의 압축작용을 이루는 것이다. 밀폐형 스크롤 압축기는 밀폐용기 내에 이 스크롤 압축요소와 이것을 구동하는 전동요소를 구비하고 있고, 통상 밀폐용기 내의 압력은 압축기의 흡입압력(저압) 또는 토출압력(고압)으로 되어 있다.
밀폐용기 내의 압력이 흡입압력이 되는 소위 저압 케이스방식의 스크롤 압축기에서는 흡입가스 중에 함유되는 윤활유가 이 밀폐용기 내에서 속도와 크기를 바꿈으로써 오일방울이 분리되어 스크롤 압축요소의 작동실로 유입하고, 작동실에서 압축된 가스는 직접 외부의 냉동 사이클로 유출되기 때문에, 적은 윤활유로 작동실의 밀봉기능을 처리하지 않으면 안된다. 이 때문에 스크롤 랩 사이의 각 부 간극(스크롤 랩 선단부의 축방향 간극과 스크롤 랩 측면 밀봉부의 지름방향 간극)을 작게 유지할 필요가 있어, 생산비용이 상승한다는 문제가 있었다.
한편, 밀폐용기 내의 압력이 토출압력이 되는 소위 고압 케이스방식의 스크 롤 압축기에서는 토출가스에 함유되는 윤활유는 밀폐용기 내로 토출되고 여기서 분리되기 때문에 작동실 내에는 비교적 많은 윤활유를 공급하는 것이 가능해지고, 유막 밀봉에 의해 스크롤 랩 사이의 간극 관리도 용이해지기 때문에 저압 케이스방식의 문제는 해소되어 저비용화가 도모된다. 고압 케이스방식의 밀폐형 스크롤 압축기에서는 밀폐용기의 내압 강도를 확보하기 위하여 케이스의 두께를 두껍게 할 필요가 있어 압축기의 중량이 증대하여 비용이 상승한다는 문제가 있었다.
특히, 지구 온난화 방지의 관점에서, 냉동시스템의 냉매로서 종래의 프론계 냉매를 대신하여 온난화 계수가 작은 자연계 냉매가 최근 주목받아 오고 있고, 냉동 공조장치용의 자연냉매로서는, CO2 냉매가 유망시되고 있다. CO2 냉매는 프론계 냉매에 비하여 임계 온도가 약 31℃로 낮기 때문에 냉동시스템의 동작압력이 높아지고, 고압측의 압력으로 약 10 MPa 정도가 된다. 따라서 고압 케이스방식의 CO2용 스크롤 압축기에서는 밀폐용기의 내압 강도를 확보하기 위하여 케이스의 두께를 특별히 두껍게 할 필요가 있어 압축기의 중량이 증대하여 비용이 상승한다는 문제가 있었다.
밀폐용기 내의 압력을 흡입압력과 토출압력의 중간의 압력으로 유지하는 스크롤 압축기의 예로서, 미국 특허 제4,343,599호 명세서(특허문헌 1)에 나타내는 것이 있다. 이 특허문헌 1에는 밀폐용기 내의 압력을 흡입압력과 토출압력의 중간의 압력으로 유지하여, 한쪽 끝을 밀폐용기 내의 윤활유 중으로 개구하고, 다른쪽 끝을 압축기의 흡입측으로 개구한 모세관(capillary tube)으로 이루어지는 급유경 로 및 한쪽 끝을 압축기의 토출측의 오일 분리기로 개구하고, 다른쪽 끝을 밀폐용기 내로 개구한 모세관으로 이루어지는 오일 리턴경로를 설치한 밀폐형 스크롤 압축기가 개시되어 있다. 이 특허문헌 1에서는 밀폐용기 내의 압력을 흡입압력과 토출압력의 중간의 압력으로 유지함으로써, 고압 케이스방식과 비교하여 용기의 내압 강도를 낮게 억제할 수 있어, 압축기의 중량 증가나 비용 상승을 억제할 수 있다.
[특허문헌 1]
미국 특허 제4,343,599호 명세서
그러나, 특허문헌 1의 밀폐형 스크롤 압축기에 CO2 냉매를 적용하는 경우에는 이하의 과제가 있다.
CO2 냉매를 밀폐형 스크롤 압축기에 적용한 경우에는, 압력이 통상의 프론계 냉매에 비하여 3∼4배 정도 높아짐과 동시에, 고압과 저압의 압력차도 증가한다. 이 때문에 오일 리턴경로 및 급유 경로의 유량을 모세관의 스로틀로 제어하는 특허문헌 1에서는 내경을 작게 하여 그 스로틀의 저항을 크게 하지 않으면 안되어, 마모분 등의 이물의 혼입에 의해 흐름이 저해받기 쉽고, 유량 제어기능이 손상되고 압축기가 윤활 불량이 되어, 신뢰성이 저하한다는 문제가 있다.
또한 특허문헌 1의 오일 공급경로에서는 밀폐용기 내의 윤활유를 급유 경로를 통하여 압축기의 흡입측에 주입하고 있고, 이에 의하여 작동실 내부는 양호하게 윤활이 행하여지나, 스러스트 하중을 받는 선회 스크롤 끝판과 고정 스크롤 끝판과의 슬라이딩부의 윤활에 대해서는 특별히 배려되어 있지 않았다. CO2 냉매를 사용 한 밀폐형 스크롤 압축기에서는 압력차의 증대에 의하여 이 스러스트 하중도 증가하고, 압축기의 성능 향상 및 신뢰성 향상을 도모하는 데에 있어서 스러스트 슬라이딩부의 윤활이 특히 중요하다.
본 발명의 목적은 비용 저감을 도모하면서 압축기의 성능 향상 및 신뢰성 향상을 도모할 수 있는 밀폐형 스크롤 압축기 및 냉동 공조장치를 얻는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선회 스크롤 및 고정 스크롤의 각 끝판을 서로 슬라이딩하도록 조합시켜 구성한 스크롤 압축요소와, 이 스크롤 압축요소를 구동하는 전동요소와, 상기 스크롤 압축요소 및 상기 전동요소를 수납함과 동시에 바닥부에 윤활유를 저류한 밀폐용기와, 상기 스크롤 압축요소의 토출측에 설치된 오일 분리기를 구비하고, 상기 밀폐용기 내의 압력을 흡입압력과 토출압력의 중간 압력으로 유지하도록 한 밀폐형 스크롤 압축기에 있어서, 상기 오일 분리기로부터 상기 밀폐용기 내로 윤활유를 간헐적으로 되돌리는 오일 리턴기구를 구비한 것이다.
상기에 관한 본 발명에 있어서의 더욱 바람직한 구체적 구성은 다음과 같다.
(1) 상기 오일 리턴기구는, 상기 오일 분리기에 연통되고 또한 상기 고정 스크롤 끝판의 슬라이딩면으로 개구하는 오일 리턴통로와, 상기 선회 스크롤 끝판의 슬라이딩면에 형성되고 또한 상기 선회 스크롤의 선회운동에 따라 상기 오일 리턴통로와 상기 밀폐용기 내 공간과 교대로 연통되는 오일 포켓을 구비한 것.
(2) 상기 (1)에 더하여 상기 오일 리턴기구는, 상기 고정 스크롤 끝판의 슬라이딩면으로 개구하는 세로 구멍과 상기 고정 스크롤 끝판의 측면으로 개구하는 가로 구멍을 가지는 상기 오일 리턴통로와, 상기 밀폐용기의 외부에 배치한 상기 오일 분리기로부터 상기 밀폐용기를 관통하여 상기 오일 리턴통로의 가로 구멍에 연통하는 오일 리턴관을 구비한 것.
(3) 고정 스크롤 끝판의 슬라이딩면에 밀폐용기 내 공간과 상시 연통하는 고리형상 홈을 형성하고, 상기 오일 포켓을 상기 오일 리턴통로와 상기 고리형상 홈과 교대로 연통하도록 형성한 것.
(4) 작동유체로서 이산화탄소를 사용한 것.
또, 본 발명은 선회 스크롤 및 고정 스크롤의 각 끝판을 서로 슬라이딩하도록 조합시켜 구성한 스크롤 압축요소와, 이 스크롤 압축요소를 구동하는 전동요소와, 상기 스크롤 압축요소 및 상기 전동요소를 수납함과 동시에 바닥부에 윤활유를 저류한 밀폐용기와, 상기 스크롤 압축요소의 토출측에 설치된 오일 분리기를 구비하고, 상기 밀폐용기 내의 압력을 흡입압력과 토출압력의 중간 압력으로 유지하도록 한 밀폐형 스크롤 압축기에 있어서, 상기 오일 분리기로부터 상기 밀폐용기 내에 윤활유를 간헐적으로 되돌리는 오일 리턴기구를 구비함과 동시에, 상기 선회 스크롤 끝판의 바깥 둘레부의 윤활유를 상기 선회 스크롤 끝판과 상기 고정 스크롤 끝판과의 슬라이딩부로 간헐적으로 유도하는 오일 공급기구를 구비한 것이다.
상기에 관한 본 발명에 있어서의 더욱 바람직한 구체적 구성은 다음과 같다.
(1) 상기 오일 공급기구는, 상기 선회 스크롤 끝판과 상기 고정 스크롤 끝판 의 슬라이딩부에 복수로 형성되고 또한 상기 선회 스크롤 끝판의 바깥 둘레 공간과 간헐적으로 연통하도록 설치된 급유 홈을 구비한 것.
(2) 상기 (1)에 더하여 상기 오일 공급기구는 상기 선회 스크롤 끝판의 슬라이딩부에 전체 주위에 걸쳐 형성되어 급유 홈과, 상기 선회 스크롤의 선회운동에 따라 상기 급유 홈과 간헐적으로 연통하도록 상기 고정 스크롤 끝판의 슬라이딩부에 형성된 고리형상 홈을 구비한 것.
(3) 작동유체로서 이산화탄소를 사용한 것.
또, 본 발명은 밀폐형 스크롤 압축기, 가스쿨러, 팽창밸브 및 증발기를 냉매배관으로 접속한 냉동 사이클을 구비하고, 상기 냉동 사이클의 냉매로서 이산화탄소를 사용함과 동시에, 밀폐용기 내의 압력을 흡입압력과 토출압력의 중간 압력으로 유지하도록 한 냉동 공조장치에 있어서, 상기 밀폐형 스크롤 압축기는, 선회 스크롤 및 고정 스크롤의 각 끝판을 서로 슬라이딩하도록 조합시켜 구성한 스크롤 압축요소와, 이 스크롤 압축요소를 구동하는 전동요소와, 상기 스크롤 압축요소 및 상기 전동요소를 수납하는 동시에 바닥부에 윤활유를 저류한 밀폐용기와, 상기 스크롤 압축요소의 토출측에 설치된 오일 분리기와, 상기 오일 분리기로부터 상기 밀폐용기 내로 윤활유를 간헐적으로 되돌리는 오일 리턴기구를 구비한 것이다.
상기에 관한 본 발명에 있어서의 더욱 바람직한 구체적 구성은 다음과 같다.
(1) 상기 오일 리턴기구는, 상기 오일 분리기에 연통되고 또한 상기 고정 스크롤 끝판의 슬라이딩면으로 개구하는 오일 리턴통로와, 상기 선회 스크롤 끝판의 슬라이딩면에 형성되고 또한 상기 선회 스크롤의 선회운동에 따라 상기 오일 리턴 통로와 상기 밀폐용기 내 공간과 교대로 연통되는 오일 포켓을 구비한 것.
(2) 상기 선회 스크롤 끝판의 바깥 둘레부의 윤활유를 상기 선회 스크롤 끝판과 상기 고정 스크롤 끝판과의 슬라이딩부로 간헐적으로 유도하는 오일 공급기구를 구비한 것.
이하, 본 발명의 복수의 실시예에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 각 실시예의 도면에 있어서의 동일 부호는 동일물 또는 상당물을 나타낸다.
먼저 본 발명의 제 1 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기를 도 1 내지 도 5를 사용하여 설명한다.
본 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기(31)의 전체 구성에 관련하여 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기(31)의 종단면도, 도 2는 도 1의 A-A 횡단면도, 도 3은 상기 밀폐형 스크롤 압축기(31)의 중간 압력 조정기구를 설명하는 요부 확대도이다.
1은 밀폐용기이고, 그 내부에 스크롤 압축요소(40)를 구성하는 주요 부품인 고정 스크롤(2)과 선회 스크롤(3)을 수납하고 있다. 밀폐용기(1)의 기본형상은 세로형 원통형상이다. 고정 스크롤(2)은 소용돌이형상의 고정 스크롤 랩(2a)과 이 랩(2a)이 직립하는 고정 스크롤 끝판(2b)으로 이루어져 있다. 고정 스크롤(2)은 프레임(5)에 얹어 놓여지고, 볼트에 의하여 고정되어 있다. 고정 스크롤 끝판(2b)의 바깥 둘레부에 흡입 포트(2c)가 측면으로부터 형성되고, 고정 스크롤 끝판(2b)의 중심부에는 토출 포트(2d)가 하면으로부터 형성되어 있다. 토출 통로(2e)는 토출 포트(2d)와 연통되고, 토출 포트(2d)는 끝판 측면으로 개구되어 있다. 선회 스 크롤(3)은 선회 스크롤 랩(3a)과 이 랩(3a)이 직립하는 선회 스크롤 끝판(3b)으로 이루어져 있다. 이 선회 스크롤 끝판(3b)의 랩(3a)과 반대측 면의 중심부에는 선회 베어링(3c)이 설치되어 있다. 선회 스크롤(3)은 고정 스크롤(2)과 프레임(5)로 둘러 싸인 공간 내에 배치되어 있다.
4는 선회 스크롤(2)을 그 편심부(4a)에 의하여 구동하는 크랭크축, 4b는 크랭크축(4) 내부에 형성된 급유 구멍, 4c는 크랭크축(4)의 하단부에 장착된 급유 피스, 4d는 크랭크축(4)에 장착된 평형추(balance weight)이다. 5는 크랭크축(4)을 축 지지하는 프레임, 5a는 프레임(5)의 중심에 설치된 주 베어링, 5b는 프레임(4) 내부에 고인 윤활유를 밀폐용기(1)의 바닥부로 되돌리는 오일 회수통로이다. 6은 선회 스크롤(3)의 자전운동을 방지하는 올덤링이다. 7은 밀폐용기(1)의 하부에 수납된 전동요소이고, 크랭크축(4)을 회전 구동한다. 전동요소(7)는 스테이터(7a)와 로터(7b)로 이루어져 있다.
8은 외부의 냉동회로로부터 CO2 냉매인 작동유체가 유입하는 흡입 파이프, 9는 스크롤 압축요소(40)로 압축된 작동유체가 유출되는 토출 파이프이다. 10은 토출된 작동유체 중에 혼입되어 있는 윤활유를 분리하는 오일 분리기이고, 윤활유를 분리한 작동유체가 외부의 냉동 사이클로 유출되는 토출관(11)이 상부에 접속되고, 분리된 윤활유를 밀폐용기로 되돌리는 오일 리턴관(12)이 하부에 접속되어 있다.
13은 고정 스크롤(2)에 형성된 오일 리턴통로, 14는 선회 스크롤(3)의 끝판 슬라이딩면에 형성된 오목부로 이루어지는 오일 포켓이다. 오일 리턴통로(13)는 오일 분리기(10)와 오일 리턴관(12)을 거쳐 연통되고, 고정 스크롤 끝판(3b)의 슬라이딩면으로 개구하도록 형성되어 있다. 또 오일 리턴통로(13)는 고정 스크롤 끝판(3b)의 슬라이딩면으로 개구하는 세로 구멍과, 고정 스크롤 끝판(3b)의 측면으로 개구하는 가로 구멍을 가지고 있다. 오일 포켓(14)은 오일 리턴통로(13)보다 큰 지름의 원형으로 형성되고, 선회 스크롤(3)의 선회운동에 따라 오일 리턴통로(13)와 밀폐용기(1) 내 공간[구체적으로는 고리형상 홈(15) 내 공간]과 교대로 연통된다.
15는 고정 스크롤(2)의 끝판 면에 형성된 고리형상 홈, 16은 선회 스크롤(3)의 끝판 슬라이딩면에 형성된 급유 홈이다. 17은 밀폐용기(1)의 하부에 저류된 윤활유이다. 고리형상 홈(15)은 밀폐용기(1) 내 공간과 상시 연통됨과 동시에, 선회 스크롤(3)의 선회운동에 따라 급유 홈(16)과 간헐적으로 연통하도록 고정 스크롤 끝판(3b)의 슬라이딩부에 형성되어 있다. 급유 홈(16)은 선회 스크롤 끝판(3b)과 고정 스크롤 끝판(2b)의 슬라이딩부에 복수로 형성되어, 선회 스크롤 끝판(3b)의 바깥 둘레 공간과 간헐적으로 연통하도록 배치되어 있다.
본 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기(31)의 가스 압축작용은, 전동요소(7)에 통전함으로써 크랭크축(4)이 회전하여 선회 스크롤(3)을 구동한다. 선회 스크롤(3)은 올덤링(6)에 의하여 자전운동을 저지받고 있기 때문에, 크랭크축(4)의 편심부(4a)에 의하여 그 중심은 일정 반경의 공전운동을 함으로써 고정 스크롤 랩(2a)과 선회 스크롤 랩(3a) 사이에 형성된 작동실이 그 용적을 축소하고, 흡입 파이프(8)로부터 흡입포트를 통하여 유입하여 온 작동유체는 압축되고, 고정 스크롤(2)의 중심부의 토출 포트(2d)로부터 토출통로(2e)를 통하여 밀폐용기(1)의 밖으로 토출된다.
여기서 밀폐용기(1) 내의 압력은 흡입 압력과 토출 압력과의 중간 압력으로 되어 있다. 밀폐용기(1) 내를 중간 압력으로 유지하기 위한 중간 압력 조정기구는, 도 3에 나타내는 바와 같이 밀폐용기(1) 내[고리형상 홈(15) 내]와 작동실 내를 연통하는 연통구멍(38)과, 이 연통구멍(38)을 소정의 중간 압력으로 개폐하는 플래퍼 밸브(39)를 구비하여 구성되어 있다. 플래퍼 밸브(39)는 압력 릴리프구멍(35a)을 가지는 플래퍼 밸브자리(35)와, 압력 릴리프구멍(35a)을 개폐하는 플래퍼 밸브판(36)과, 플래퍼 밸브판(36)을 플래퍼 밸브자리(35)측으로 가압하는 코일 스프링(37)을 구비하여 구성되어 있다. 중간 압력의 설정은 밀폐용기(1) 내와 작동실 내를 연결하는 연통구멍(38)의 위치나 밀폐용기(1) 내와 작동실을 연결하는 연통로의 도중에 배치하는 플래퍼 밸브(39)의 코일 스프링(37)의 스프링력을 바꿈으로써 바뀌어져 임의의 압력 레벨로 설정할 수 있다.
이와 같이 밀폐용기(1) 내를 중간 압력으로 함으로써 선회 스크롤(3)의 끝판(3b)에 중간 압력의 배압을 부여하여 선회 스크롤(3)을 고정 스크롤(2)에 가압하고, 이 가압력에 의하여 압축 반력에 의한 축방향의 스러스트 하중을 상쇄하여 기계마찰손실을 경감함과 동시에, 스크롤 랩 선단부의 간극을 축소하여 밀봉성이 확보된다. 또 밀폐용기(1) 내를 중간 압력으로 함으로써 고압 케이스방식의 것과 비교하여 밀폐용기(1)의 두께를 얇게 할 수 있어, 비용 저감을 도모할 수 있다.
다음에 베어링 슬라이딩부의 윤활작용에 대하여 도 1을 참조하면서 설명한 다. 전동요소(7)에 통전하여 크랭크축(4)이 회전함으로써 축의 원심 펌프작용에 의해 밀폐용기(1)의 바닥부에 저류된 윤활유(17)는 급유 피스(4c)로부터 급유 구멍(4b)을 통하여 끌어 올려져 프레임(5)의 축 지지부인 주 베어링(5a) 및 선회 스크롤(3)의 선회 베어링(3c)에 공급된다. 각 베어링의 윤활을 끝낸 윤활유는 프레임(5)의 내부로 유출되어 올덤링(6)의 슬라이딩부나 선회 스크롤(3)의 끝판 슬라이딩부에 공급되고, 제일 마지막으로 오일 회수통로(5b)를 통하여 밀폐용기(1)의 바닥부의 오일 고임부로 회수된다.
다음에 본 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기(31)의 오일 리턴기구를 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 상기 밀폐형 스크롤 압축기(31)의 오일 리턴기구를 설명하는 요부 확대도이다. 또한 도 4(a)는 오일 분리기(10)로 분리된 윤활유를 오일 리턴관(12)으로부터 고정 스크롤(2)에 형성된 오일 리턴통로(13)를 통하여 선회 스크롤(3) 끝판(3b)의 슬라이딩면에 형성된 오일 포켓(14) 내로 도입된 상태를 나타내고, 도 4(b)는 도 4(a)의 상태로부터 크랭크축(4)이 약 180도 회전한 상태를 나타낸다.
오일 분리기(10)는 스크롤 압축요소(40)의 토출측에 설치되어 있기 때문에, 그 내부는 토출압력으로 되어 있다. 오일 분리기(10) 내에서 분리된 윤활유는 도 4(a)의 점선 화살표에 나타내는 바와 같이 중간 압력인 오일 포켓(14) 내로 압력차에 의하여 되돌아간다. 이 상태에서 오일 포켓(14) 내는 토출압력의 윤활유로 채워지게 된다.
이 상태로부터 크랭크축(4)이 회전하여 선회 스크롤(3)이 선회운동하면 오일 리턴통로(13)는 선회 스크롤 끝판(3b)에 개구부가 차단된 후, 오일 포켓(14)은 고리형상 홈(15)과 연통되게 된다. 크랭크축(4)이 180도 회전한 도 4(b)에 나타내는 상태에서는 오일 포켓(14)의 전체가 고리형상 홈(15)과 연통된다. 오일 포켓(14) 내의 윤활유는 토출압력으로 채워져 있기 때문에, 압력차에 의하여 점선 화살표로 나타내는 바와 같이 중간 압력인 고리형상 홈(15) 내로 유출된다. 이와 같이 오일 리턴통로(13)와 밀폐용기(1) 내의 공간이 직접 연통하지는 않고, 오일 포켓(14)은 오일 리턴통로(13)와 고리형상 홈(15)과 교대로 연통된다. 또한 고리형상 홈(15) 내로 유출된 윤활유는, 다시 오일 회수통로(5b)를 통하여 밀폐용기(1) 내로 회수된다.
이 상태로부터 선회 스크롤(3)이 다시 선회 운동하면, 오일 포켓(14)은 고정 스크롤 끝판(2b)으로 상면이 차단된 후, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이 오일 리턴통로(13)와 연통되게 된다. 이하, 이것들의 동작을 반복하게 된다.
본 실시예에서는 선회 스크롤(3)의 선회운동에 의해 간헐적으로 밀폐용기 내로 윤활유를 되돌리는 오일 리턴기구를 구비함으로써, 오일 리턴관(12) 및 오일 리턴경로(13)의 통로 단면적을 축소하지 않고 오일 리턴량을 확실하게 제어하는 것이 가능하게 되어 신뢰성이 우수한 밀폐형 스크롤 압축기(31)를 제공할 수 있다. 또 작동유체로서 CO2 냉매를 사용하여도 오일 리턴량을 확실하게 제어하는 것이 가능하고, CO2 냉매를 사용함으로써 지구 온난화 방지를 도모할 수 있다. 또한 오일 리턴량은 오일 포켓(14)의 내용적을 변화시킴으로써 임의로 바꿀 수 있다.
다음에 본 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기(31)의 끝판 슬라이딩부에의 급유기구를 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5는 상기 밀폐형 스크롤 압축기(31)의 끝판 슬라이딩부에의 급유기구를 설명하는 요부 확대도이다. 도 5(a)는 선회 스크롤 끝판(3b)의 바깥 둘레부에 고인 윤활유를 고정 스크롤 끝판(2b)의 고리형상 홈(15)을 통하여 선회 스크롤 끝판(3b)의 급유 홈(16) 내로 도입한 상태를 나타내고, 도 5(b)는 도 5(a)의 상태로부터 크랭크축(4)이 약 180도 회전한 상태에서 끝판슬라이딩면으로 윤활유가 도입된 상태를 나타내고 있다.
고정 스크롤 끝판(2b)의 고리형상 홈(15)에는 상기한 바와 같이 베어링을 윤활하여 선회 스크롤 끝판(3b)의 바깥 둘레부에 고인 윤활유나 오일 포켓(14)을 통하여 되돌아간 윤활유가 공급된다. 그리고 도 5(a)에 나타내는 바와 같이 고리형상 홈(15)과 급유 홈(16)이 연통되면 고리형상 홈(15) 내의 윤활유가 고리형상 홈(15) 내에 채워진다.
이 상태로부터 크랭크축(4)이 회전하여 선회 스크롤(3)이 선회 운동하면 급유 홈(16)은 고정 스크롤 끝판(2b)으로 상면이 차단되어 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 고정 스크롤 끝판(2b)의 중앙측으로 이동된다. 이 급유 홈(16)의 윤활유에 의하여 고정 스크롤 끝판(2b)과 선회 스크롤 끝판(3b)의 슬라이딩부가 윤활된다.
이 상태로부터 선회 스크롤(3)이 다시 선회 운동하면, 급유 홈(16)은 고정 스크롤 끝판(2b)의 바깥 둘레측으로 이동하여 도 5(a)에 나타내는 바와 같이 고리형상 홈(15)과 연통되게 된다. 이하, 이것들의 동작을 반복하게 된다.
본 실시예에서는 이와 같이 선회 스크롤 끝판(3b)의 바깥 둘레부의 윤활유를 간헐적으로 선회 스크롤 끝판(3b)과 고정 스크롤 끝판(2b)과의 슬라이딩부로 유도하는 오일 공급기구를 구비함으로써 스러스트 슬라이딩부의 윤활을 양호하게 유지할 수 있어, 성능·신뢰성이 높은 밀폐형 스크롤 압축기(31)를 제공할 수 있다.
또, 급유 홈(16)은 도 2에 나타내는 바와 같이 선회 스크롤 끝판(3b)의 바깥 둘레부를 따라 전체 주위에 걸쳐 복수로 설치되어 있다. 이것에 의하여 더 한층 스러스트 슬라이딩부의 윤활을 양호하게 유지할 수 있다.
다음에 본 발명의 제 2 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기에 대하여 도 6을 사용하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 제 2 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기(31)의 종단면도이다. 이 제 2 실시예는 다음에 설명하는 점에서 제 1 실시예와 상위하는 것으로, 그 밖의 점에 대해서는 제 1 실시예와 기본적으로는 동일하다.
도 6에 있어서 2f는 오일 분리공간, 19는 유출 파이프이다. 오일 분리공간(2f)은 고정 스크롤(2)의 상면 둘레 가장자리에 전체 주위에 걸쳐 형성한 상승부(2g)와, 상승부(2g)의 상부 개구를 폐쇄하는 토출 커버(18)에 의하여 형성되어 있다. 유출 파이프(19)는 그 한쪽 끝부가 토출 포트(2d)에 끼워 맞춰지고, 그 다른쪽 끝부가 토출 파이프(9)의 개구단과 반대방향으로 연장되어 상승부(2g)의 측면에 대향하고 있다.
토출 포트(2d)를 통하여 토출된 작동유체는, 유출 파이프(19)에 의해 흐름의 방향이 바뀌어져 오일 분리공간(2f)의 측벽에 충돌하여 작동유체 중으로 혼입하고 있는 윤활유를 분리한다. 분리된 윤활유는 오일 분리공간(2f)의 바닥부에 고여 오일 리턴통로(13)를 통하여 선회 스크롤(3)과 고정 스크롤(2)의 끝판 슬라이딩부에 접속개구하여 선회 스크롤(3)의 운동에 의해 오일 포켓(14) 내로 도입된 윤활유를 간헐적으로 밀폐용기(1) 내로 되돌리는 오일 리턴기구를 구비하고 있다.
이와 같이 제 2 실시예는 오일 분리작용을 밀폐용기(1) 내부에서 행하기 때문에 외부에 오일 분리기를 설치할 필요가 없어, 압축기의 부품수를 줄여 저비용, 콤팩트화를 도모할 수 있다.
다음에 본 발명의 제 3 실시예의 냉동 공조장치에 대하여 도 7을 사용하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 제 3 실시예의 냉동 공조장치의 냉동 사이클의 모식도이다.
이 제 3 실시예의 냉동 공조장치는, 도 1에 나타내는 밀폐형 스크롤 압축기(31)를 냉동 사이클(30)의 압축기로서 조립한 것이다. 이 냉동 사이클(30)은 냉매로서의 CO2(이산화탄소) 냉매를 사용하고 있다. CO2 냉매는 무독이고 불연성의 자연냉매이며 지구 온난화 계수(GWP)도 프론계 냉매의 수천분의 일로 작아 지구환경보전의 점에서 우수하다. 반면, 임계 온도가 약 31℃로 낮기 때문에 냉동 공조장치의 통상의 운전조건으로, 고압측의 동작압력이 임계 압력(약 7 MPa)을 넘는 초임계 사이클이 되고, 고압냉매로 모리엘선도상의 이론 COP(성적계수)가 낮다는 단점이 있다. 그 때문에 각 기기 및 냉동 사이클의 효율 향상이 강하게 요구되고 있다.
도 6에 있어서 32는 가스 쿨러(방열기), 33은 팽창밸브, 34는 증발기이다. 밀폐형 스크롤 압축기(31), 가스 쿨러(방열기)(32), 팽창밸브(33) 및 증발기(34)는 냉매 배관(35)으로 접속되고, 냉동 사이클을 구성한다. 냉동 사이클(30)에 있어서의 냉매의 흐름은 스크롤 압축기(31)로부터 토출된 고온·고압의 초임계상태의 냉매는 오일 분리기(10)에 의해 윤활유를 분리 제거하고, 토출관(11)으로부터 가스 쿨러(32)로 들어 와 방열하여 온도 저하된다. 이 가스 쿨러(32)로부터 나간 냉매는 팽창밸브(33)로 들어가 저온·저압의 기액 2상 냉매가 되어 토출된다. 팽창밸브(33)를 나간 기액 2상 냉매는 증발기(34)로 들어 와 흡열·가스화하여 흡입 파이프(8)를 통하여 밀폐형 스크롤 압축기(31)로 되돌아가고, 다시 압축되어 고온·고압의 초임계상태의 냉매가 된다. 이상의 사이클이 반복되어 냉동(냉장)작용을 한다.
이와 같은 냉동 사이클(30)에서는 도 1의 스크롤 압축기(31)를 구비함으로써 오일 분리기(10)로 분리한 윤활유를 확실하게 밀폐용기(1) 내로 되돌릴 수 있기 때문에, 밀폐용기(1) 내에는 항상 안정되게 윤활유가 저류되고, 신뢰성이 우수한 밀폐형 스크롤 압축기(31)를 제공할 수 있음과 동시에, 냉동 사이클(30)의 효율을 향상할 수있다. 또 선회 스크롤(3)과 고정 스크롤(2)의 끝판 슬라이딩부로 윤활유를 유도하는 오일 공급기구에 의하여 스러스트 슬라이딩부의 윤활을 양호하게 유지하여 성능·신뢰성이 높은 밀폐형 스크롤 압축기(31)를 제공하는 것이 가능해지고, 특히 고압냉매로 고압과 저압의 압력차도 커지기 때문에 부하 하중이 증대하여 슬라이딩부의 마찰손실 저감이 과제가 되는 CO2 냉매를 사용한 냉동 사이클의 성능·신뢰성의 향상을 도모할 수 있다. 또한 밀폐용기(1) 내의 압력은 흡입 압력과 토 출 압력의 중간의 압력으로 유지되고 있고, 이 중간 압은 냉동 사이클 정지시의 사이클 평형압력에 가까운 값이 되기 때문에, 밀폐용기(1)에 가해지는 압력 변화도 작고, 밀폐용기(1)의 내압강도를 낮게 억제할 수 있어 압축기의 경량화·저비용화를 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면 비용 저감을 도모하면서 압축기의 성능 향상 및 신뢰성 향상을 도모할 수 있는 밀폐형 스크롤 압축기 및 냉동 공조장치를 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 선회 스크롤 및 고정 스크롤의 각 끝판을 서로 슬라이딩하도록 조합시켜 구성한 스크롤 압축요소와,
    상기 스크롤 압축요소를 구동하는 전동요소와,
    상기 스크롤 압축요소 및 상기 전동요소를 수납함과 동시에 바닥부에 윤활유를 저류한 밀폐용기와,
    상기 스크롤 압축요소의 토출측에 설치된 오일 분리기를 구비하고,
    상기 밀폐용기 내의 압력을 흡입압력과 토출압력의 중간 압력으로 유지하도록한 밀폐형 스크롤 압축기에 있어서,
    상기 오일 분리기로부터 상기 밀폐용기 내로 윤활유를 간헐적으로 되돌리는 오일 리턴기구를 구비하고,
    상기 오일 리턴기구는, 상기 오일 분리기와 연통되고 또한 상기 고정 스크롤 끝판의 슬라이딩면으로 개구하는 오일 리턴통로와, 상기 선회 스크롤 끝판의 슬라이딩면에 형성되고, 또한 상기 선회 스크롤의 선회운동에 따라 상기 오일 리턴통로와 상기 밀폐용기 내 공간과 교대로 연통되는 오일 포켓을 구비한 것을 특징으로 하는 밀폐형 스크롤 압축기.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고정 스크롤 끝판의 슬라이딩면에 밀폐용기 내 공간과 항시 연통하는 고리형상 홈을 형성하고, 상기 오일 포켓을 상기 오일 리턴통로와 상기 고리형상 홈과 교대로 연통하도록 형성한 것을 특징으로 하는 밀폐형 스크롤 압축기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 오일 리턴기구는, 상기 고정 스크롤 끝판의 슬라이딩면으로 개구하는 세로 구멍과 상기 고정 스크롤 끝판의 측면으로 개구하는 가로 구멍을 가지는 상기 오일 리턴통로와, 상기 밀폐용기의 외부에 배치한 상기 오일 분리기로부터 상기 밀폐용기를 관통하여 상기 오일 리턴통로의 가로 구멍과 연통하는 오일 리턴관을 구비한 것을 특징으로 하는 밀폐형 스크롤 압축기.
  5. 선회 스크롤 및 고정 스크롤의 각 끝판을 서로 슬라이딩하도록 조합시켜 구성한 스크롤 압축요소와,
    상기 스크롤 압축요소를 구동하는 전동요소와,
    상기 스크롤 압축요소 및 상기 전동요소를 수납함과 동시에 바닥부에 윤활유를 저류한 밀폐용기와,
    상기 스크롤 압축요소의 토출측에 설치된 오일 분리기를 구비하고,
    상기 밀폐용기 내의 압력을 흡입압력과 토출압력의 중간 압력으로 유지하도록한 밀폐형 스크롤 압축기에 있어서,
    상기 오일 분리기로부터 상기 밀폐용기 내로 윤활유를 간헐적으로 되돌리는 오일 리턴기구를 구비함과 동시에, 상기 선회 스크롤 끝판의 바깥 둘레부의 윤활유를 상기 선회 스크롤 끝판과 상기 고정 스크롤 끝판과의 슬라이딩부로 간헐적으로 유도하는 오일 공급기구를 구비한 것을 특징으로 하는 밀폐형 스크롤 압축기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 오일 공급기구는, 상기 선회 스크롤 끝판과 상기 고정 스크롤 끝판의 슬라이딩부에 복수로 형성되고 또한 상기 선회 스크롤 끝판의 바깥 둘레 공간과 간헐적으로 연통하도록 설치된 급유 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 밀폐형 스크롤 압축기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 오일 공급기구는, 상기 선회 스크롤 끝판의 슬라이딩부에 전체 주위에 걸쳐 형성된 급유 홈과, 상기 선회 스크롤의 선회운동에 따라 상기 급유 홈과 간헐적으로 연통하도록 상기 고정 스크롤 끝판의 슬라이딩부에 형성된 고리형상 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 밀폐형 스크롤 압축기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 작동유체로서 이산화탄소를 사용한 것을 특징으로 하는 밀폐형 스크롤 압축기.
  9. 밀폐형 스크롤 압축기, 가스 쿨러, 팽창밸브 및 증발기를 냉매 배관으로 접속한 냉동 사이클을 구비하고,
    상기 냉동 사이클의 냉매로서 이산화탄소를 사용함과 동시에, 밀폐용기 내의 압력을 흡입압력과 토출압력의 중간 압력으로 유지하도록 한 냉동 공조장치에 있어서,
    상기 밀폐형 스크롤 압축기는, 선회 스크롤 및 고정 스크롤의 각 끝판을 서로 슬라이딩하도록 조합시켜 구성한 스크롤 압축요소와, 상기 스크롤 압축요소를 구동하는 전동요소와, 상기 스크롤 압축요소 및 상기 전동요소를 수납함과 동시에 바닥부에 윤활유를 저류한 밀폐용기와, 상기 스크롤 압축요소의 토출측에 설치된 오일 분리기와, 상기 오일 분리기로부터 상기 밀폐용기 내로 윤활유를 간헐적으로 되돌리는 오일 리턴기구를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 오일 리턴기구는, 상기 오일 분리기와 연통되고 또한 상기 고정 스크롤 끝판의 슬라이딩면으로 개구하는 오일 리턴통로와, 상기 선회 스크롤 끝판의 슬라이딩면에 형성되고 또한 상기 선회 스크롤의 선회운동에 따라 상기 오일 리턴통로와 상기 밀폐용기 내 공간과 교대로 연통되는 오일 포켓을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 선회 스크롤 끝판의 바깥 둘레부의 윤활유를 상기 선회 스크롤 끝판과 상기 고정 스크롤 끝판과의 슬라이딩부로 간헐적으로 유도하는 오일 공급기구를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 공조장치.
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