KR100850750B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차, 냉장고 등의 각종 공조시스템에 설치되어 냉매를 압축하여 배출시키는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

또한 본 발명의 스크롤 압축기는, 냉매흡입실과 냉매토출실이 형성된 하우징과, 일측 단부는 상기 하우징에 베어링을 개재하여 설치되고 타측은 상기 하우징의 내부에 결합된 메인프레임에 회전 가능하게 설치되는 회전축과, 상기 하우징 내부에 설치되며 상기 회전축 선단에 형성된 구동핀에 결합된 선회스크롤과, 상기 하우징 내부에 설치되며 상기 선회스크롤에 결합되어 냉매를 압축하는 고정스크롤을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 냉매토출실은 상기 하우징과 고정스크롤 사이에서 토출밸브를 개재하여 마련되며, 상기 냉매토출실에는 그 내벽에 밀착되게 수지계열의 소재로 형성된 오일분리기가 설치되어, 상기 선회스크롤과 고정스크롤에서 고압으로 압축된 냉매로부터 오일을 분리하고, 상기 오일분리기에서 분리된 냉매가스는 외부의 냉매배관으로 배출되는 한편, 오일은 고정스크롤을 통해 상기 하우징 내로 공급되는 것을 특징으로 한다.

스크롤, 압축기, 오일분리기, 냉매, 오일, 윤활

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

도 1은, 종래의 스크롤 압축기의 단면을 나타내는 도면이다.

도 2는, 도 1의 종래의 스크롤 압축기의 일부 단면을 나타내는 도면이다.

도 3은, 본 발명의 스크롤 압축기의 단면을 나타내는 도면이다.

도 4는, 본 발명의 스크롤 압축기에 사용되는 오일분리기의 사시도이다.

도 5a는, 도 4의 오일분리기가 고정스크롤과 전방 하우징 사이에서 결합되는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5b는, 도 5a에서 전방 하우징의 일부를 절단한 상태에서 오일분리기와 전방 하우징 사이의 결합상태를 나타내는 사시도이다.

도 6은, 도 4의 오일분리기에서 냉매로부터 오일이 분리되는 상태를 나타내는 단면도이다.

도 7은, 본 발명의 스크롤 압축기에서 오일분리기로부터 분리된 오일이 순환되는 경로를 나타내는 도면이다.

도 8은 도 7에서 고정스크롤을 나타내는 도면으로, 도 8a는 고정스크롤에 형성된 오일통로를 나타내는 단면도(도 7의 A부분 확대도)이고, 도 8b는 고정스크롤의 전면을 나타내는 사시도이며, 도 8c는 고정스크롤의 후면을 나타내는 사시도이다.

도 9는 도 7에서 가이드 링을 나타내는 도면으로, 도 9a는 가이드 링에 형성 된 오일 공급통로를 나타내는 단면도(도 7의 B부분 확대도)이고, 도 9b는 가이드 링의 전면을 나타내는 사시도이며, 도 9c는 가이드 링의 후면을 나타내는 사시도이다.

도 10은, 도 7에서 메인 프레임을 나타내는 사시도이다.

* 주요 구성부호에 대한 설명 *

50, 1000 : 스크롤 압축기 100 : 하우징

124 : 냉매흡입실 126 : 보스부

127 : 냉매통과용 홈 140 : 모터

150 : 메인프레임 160 : 스러스트 베어링

170 : 선회스크롤 180 : 고정스크롤

190 : 배출밸브 200 : 오일분리기

210 : 냉매토출관 220 : 가이드 링

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차, 냉장고 등의 각종 공조시스템에 설치되어 냉매를 압축하여 배출시키는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 스크롤 압축기는 응축기, 팽창밸브, 증발기와 함께 냉동 사이클을 이루는 부품의 하나로써 증발기에서 증발된 냉매를 흡입, 압축하여 순환시키는 것이다.

이러한 스크롤 압축기의 일례로서 일본 공개특허공보 제2004-47406호(이하, "종래기술"이라 함)에 "스크롤 압축기"가 개시되어 있으며, 이를 도 1 및 도 2에 도시하였다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래기술의 스크롤 압축기(50)는, 스크롤 압축기의 냉매 토출측을 전방으로 할 때(도면에서는 상부로 되어 있다), 하우징(4)과, 상기 하우징(4) 내에 전후방향으로 연장되게 설치된 회전축(3)을 구비하며, 상기 하우징(4)에는 그 후방에 냉매흡입포트(1)가 접속되는 한편, 전방 측벽에는 냉매토출관(2)이 접속된다.

상기 냉매흡입포트(1)에는 도시하지 않은 냉각사이클의 증발기에 연결된 냉매배관이 접속되며, 상기 냉매토출관(2)에는 도시하지 않은 냉각사이클의 응축기에 연결된 냉매배관이 접속된다.

그리고, 상기 하우징(4)의 내부에는 후방으로부터 모터(5)와, 중간 하우징(6), 선회스크롤(7), 고정스크롤(8), 토출챔버(9)가 순서대로 배치되어 있다.

상기 회전축(3)은, 중간 하우징(6)에 형성된 제1 베어링(10)과 모터(5)에 설치된 제2 베어링(11)에 의해 회동이 자유롭게 지지되며, 그 전방 단부에 축 중심에 대하여 소정 량만큼 편심된 구동핀(12)과 밸런스 웨이트(13)가 설치된다.

또한, 모터(5)는 하우징(4)의 내주면에 대하여 고정된 스테이터 코일(16)과, 상기 스테이터 코일(16) 내에서 회전하는 로터(17)로 이루어진 공지의 전동기로서, 상기 스테이터 코일(16)이 도시하지 않은 제어장치에 의해 통전됨에 따라서 회전축(3)을 회전 구동하게 된다.

한편, 상기 중간 하우징(6)에는, 상기 냉매흡입포트(1)에서 흡입되어 흡입실(18)에 다다른 냉매를 후술하는 선회스크롤(7)과 고정스크롤(8)에 의해 구성되는 압축기부(43)의 고정날개부(23)의 최외경부(45)로 안내하기 위한 냉매도입관(미도시)이 중간 하우징(6)을 축방향으로 관통되게 복수 개 형성된다.

그리고, 상기 선회스크롤(7)은, 원판 형상의 선회판부(19)와, 상기 선회판부(19)로부터 전방 축방향으로 돌출하도록 형성된 와류형상의 선회날개부(20)와, 상기 선회판부(19)의 후면에 형성된 보스부(미도시)를 구비하고 있다. 상기 보스부에는 부쉬를 개재하여 구동핀(12)과 밸런스 웨이트(13)가 설치된다.

여기서, 상기 선회스크롤(7)은 회전축(3)의 회전에 의해 회전축(3)을 중심으로 공전운동의 하는 것으로, 스러스트 베어링(46)과 도시하지 않은 자전방지핀에 의해 양호하게 공전운동을 할 수 있게 구성된다.

또한, 고정스크롤(8)은, 후술하는 토출챔버(9)에 고정된 고정판부(22)와, 상기 고정판부(22)로부터 후방 축방향으로 돌출하도록 형성된 와류형상의 고정날개부(23)를 구비하고 있으며, 상기 고정스크롤(8)의 전방 측면에는 단열재(39)가 도포되어 있다.

한편, 상기 고정스크롤(8)을 구성하는 고정판부(22)의 내부에는 원반상의 단 열부재(27)가 삽입되어 있으며, 상기 고정판부(22)의 중앙에는 압축된 냉매를 토출챔버(9)로 토출시키는 토출포트(40)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 고정스크롤(8)의 전방에는 토출챔버(9)에 의해 냉매토출실(25)이 마련되는데, 상기 냉매토출실(25)의 내벽에는 단열재(33)가 도포되어 있다.

또한, 상기 토출포트(40)의 출구측{냉매토출실(25) 쪽}에는 토출밸브(30)가 설치되며, 상기 냉매토출실(25)로 토출된 냉매는 고정판부(22)의 요부(28)의 측벽에 마련된 냉매토출로(26)를 통해 냉매토출관(2)까지 유도된다.

이하, 상기 종래기술의 압축기(50)에서 냉매를 압축하는 과정을 간단히 설명한다.

외부의 제어장치를 통해 스테이터 코일(16)이 통전되면 회전축(3)이 회전하게 되며, 이때 냉매는 냉매흡입포트(1)으로부터 하우징(4) 내로 유입된다.

흡입실(18)에 도달한 냉매는 선회스크롤(7)이 공전운동함에 따라 작동실(24)로 유입되어 상기 선회스크롤(7)의 선회날개부(20)와 고정스크롤(8)의 고정날개부(23) 사이에서 고압으로 압축된다.

압축된 고압의 냉매는 고정스크롤(8)의 토출포트(40)를 통해 냉매토출실(25)로 토출된 후 냉매토출관(2)을 통해 냉각사이클의 응축기에 연결된 냉매배관으로 배출된다.

그런데, 전술한 상기 종래기술의 스크롤 압축기에 따르면, 고압으로 압축된 냉매로부터의 열전달을 방지하기 위하여 고정스크롤의 내부에 단열재를 삽입함은 물론, 상기 고정스크롤의 측벽과 냉매토출실의 내벽에도 단열재를 도포하는데, 이와 같이 단열재를 삽입 또는 도포하는 공정은 매우 번거로울 뿐만 아니라, 이에 의하더라도 단열효과를 충분히 얻을 수 없어 압축기의 성능 저하가 초래되는 문제가 있었다.

또한, 상기 종래기술의 스크롤 압축기에서는 고압으로 압축된 냉매에 함유된 오일을 윤활에 재활용하는 구성이 없어 구동부품이 윤활부족에 의해 마모되거나 소착되는 문제가 있었으며, 이를 방지하기 위해서는 각 구동부품의 윤활을 위해 별도의 구성을 통해 오일을 공급해야 할 필요가 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 스크롤 압축기는 토출챔버 내측에 마련된 냉매토출실에 단열소재의 오일분리기를 설치하여 압축된 냉매로부터 오일을 회수함은 물론 하우징으로의 열전달을 방지하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 스크롤 압축기는 간단하고 콤팩트한 오일 공급구성을 통하여 오일분리기에서 냉매로부터 분리된 오일을 스크롤 압축기의 각 구동부품에 원활하게 공급하는데 또 다른 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 스크롤 압축기는, 냉매흡입포트, 냉매흡입실, 냉매토출포트 및 냉매토출실이 형성된 하우징과, 일측 단부는 상기 하우징에 베어링을 개재하여 설치되고 타측은 상기 하우징의 내부에 결합된 메인프레임에 회전 가능하게 설치되는 회전축과, 상기 하우징 내부에 설치되며 상기 회전축 선단에 형성된 구동핀에 결합된 선회스크롤과, 상기 선회스크롤에 대향되게 배치되며 냉매토출공이 형성된 고정스크롤을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서,
상기 하우징의 고정스크롤쪽 단부에는 냉매토출실을 구성하기 위한 장착홈이 형성되어 있고, 상기 장착홈의 안쪽 둘레에는 수지계열의 소재로 형성된 오일분리기가 밀착되게 설치되어 있되,
상기 오일분리기는, 지지판의 둘레로 플랜지 형태의 테두리가 돌출 형성된 몸체부와, 상기 지지판과 테두리에 일체로 형성된 오일분리부를 포함하며,
상기 오일분리부의 내부에는 상기 테두리의 표면에 형성된 개구에 연통되도록 상하방향으로 연장되는 공간부가 형성되어 있고, 상기 오일분리부의 표면에는 상기 공간부와 연통되는 냉매유입공과 오일배출공이 상하 위치에 각각 형성되어 있으며,
중공의 냉매토출관이 상기 냉매토출포트와 테두리의 개구를 통해 상기 공간부 내에 삽입 설치되되, 상기 냉매토출관의 외면이 상기 공간부의 내면에 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 스크롤 압축기에 있어서, 상기 오일분리기를 형성하는 수지계열의 소재는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이나 폴리아미드(PI), 폴리프탈아마이드(PPA)로부터 선택된 어느 하나의 소재인 것을 특징으로 하며, 이 경우 상기 소재에는 그라스파이바(GF)나 카본파이바(CF)가 추가로 첨가되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 스크롤 압축기는, 냉매흡입포트, 냉매흡입실, 냉매토출포트 및 냉매토출실이 형성된 하우징과, 일측 단부는 상기 하우징에 베어링을 개재하여 설치되고 타측은 상기 하우징의 내부에 결합된 메인프레임에 회전 가능하게 설치되는 회전축과, 상기 하우징 내부에 설치되며 상기 회전축 선단에 형성된 구동핀에 결합된 선회스크롤과, 상기 선회스크롤에 대향되게 배치되며 냉매토출공이 형성된 고정스크롤을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서,
상기 하우징과 고정스크롤 사이에 형성된 냉매토출실, 상기 냉매토출실 내에 설치되어 상기 냉매토출공을 통해 토출된 냉매로부터 오일을 분리하는 오일분리기,상기 고정스크롤의 후방면에 접하는 링 형상의 가이드 플레이트와 상기 가이드 플레이트의 둘레를 따라 후방으로 돌출되게 형성되는 가이드 돌기로 구성되는 가이드 링, 상기 가이드 링의 안쪽에서 상기 선회스크롤과 메인프레임 사이에 설치되는 스러스트 베어링을 포함하되,
상기 고정스크롤에는 분리된 오일이 통과하는 오일통로가 관통되게 형성되어 있고,
상기 가이드 플레이트의 안쪽 둘레에는 선회스크롤의 선회운동을 제한하기 위한 선회 가이드 홈이 간격을 두고 형성되어 있으며, 상기 가이드 링의 가이드 돌기에는 상기 오일통로와 연통되는 오일유통공이 관통되게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 스크롤 압축기에 있어서, 상기 회전축과 구동핀은 그 중앙에 냉매를 공급하는 통로가 형성되며, 상기 회전축의 일측 단부가 베어링을 개재하여 설치되는 하우징의 보스부에는 냉매가 상기 회전축의 통로로 원활하게 공급되도록 냉매통과용 홈을 형성한 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 스크롤 압축기에 있어서, 상기 오일분리기는 일측면이 막히고 원주둘레로 테두리가 돌출되게 형성된 원통형의 몸체부와, 상기 몸체부에 형성되며 그 내측에 공간부가 형성된 오일분리부와, 상기 오일분리부의 일측에 형성된 냉매유입공과, 상기 오일분리부의 타측에 상기 냉매유입공에 대향되게 형성된 오일배출공으로 이루어지며, 상기 공간부는 냉매유입공이 형성된 쪽에서 몸체부 테두리에 형성된 통공을 통해 외부로 개방되어 있고, 상기 통공을 통해 상기 공간부 내로 그 일측 단부가 외부의 냉매배관에 접속되는 냉매토출관이 삽입되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 여기서, 도 3은 본 발명의 스크롤 압축기의 단면을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 스크롤 압축기에 사용되는 오일분리기의 사시도이며, 도 5는 도 4의 오일분리기가 고정스크롤과 전방 하우징 사이에서 결합되는 상태를 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 4의 오일분리기에서 냉매로부터 오일이 분리되는 상태를 나타내는 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스크롤 압축기(1000)는, 하우징(100)과, 상기 하우징(100) 내에 전후방향{스크롤 압축기(1000)의 냉매 토출측 즉, 도면에서 좌측을 전방이라 하며, 이하 같다}으로 설치된 회전축(130)을 구비하며, 상기 하우징(100)에는 그 후방에 냉매흡입포트(미도시)이 접속되는 한편, 전방 측벽에는 냉매토출관(210)이 접속된다(도 5a와 도 5b 참조).

상기 냉매흡입포트(114)에는 도시하지 않은 냉각사이클의 증발기에 연결된 냉매배관이 접속되며, 상기 냉매토출관(210)에는 도시하지 않은 냉각사이클의 응축기에 연결된 냉매배관이 접속된다.

한편, 상기 하우징(100)은 전방 하우징(110)과 후방 하우징(120)으로 이루어지며, 상기 후방 하우징(120)에는 냉매흡입실(124)이 마련되고, 상기 냉매토출관(210)이 접속되는 전방 하우징(110)의 내측 주면과 고정스크롤(180) 사이에는 냉매토출실(112)이 마련된다.

또한, 상기 하우징(100)의 내부에는 후방으로부터 회전축(130)을 회전시키는 모터(140)와, 메인프레임(150), 스러스트 베어링(160), 선회스크롤(170), 고정스크롤(180)이 순서대로 배치된다.

여기서 상기 회전축(130)은, 후방 하우징(120)의 내측 단면에 돌출되게 형성된 보스부(126)에 설치된 제1 베어링(136)과 메인프레임(150)에 설치된 제2 베어링(138)에 의해 회동이 자유롭게 지지되며, 그 전방 단부에는 축 중심에 대하여 소정 량만큼 편심된 구동핀(132)이 설치되며, 상기 구동핀(132)에는 부시(133)와 밸런스 웨이트(134)를 개재하여 선회스크롤(170)의 보스부가 결합된다.

한편, 상기 회전축(130)과 구동핀(132)은 모두 그 내부에 냉매가 통과하는 냉매통로가 형성된 중공의 것으로, 냉매토출포트(114)를 통해 후방 하우징(120)의 유입구(129)를 통해 냉매흡입실(124)로 유입된 냉매를 구동핀(132) 전방에 설치된 선회스크롤(170)과 고정스크롤(180) 쪽으로 공급하게 된다.

그리고, 상기 후방 하우징(120)의 보스부(126)에는 안쪽에서 바깥쪽을 향해 냉매통과용 홈(127)을 형성하여, 상기 냉매흡입실(124)의 냉매가 상기 냉매통과용 홈(127)을 통과하고, 이어서 제1 베어링(136)의 외주와 후방 하우징(120)의 후단의 지지홈(123) 내주면 사이의 틈새(128)를 통해 회전축(130) 내부에 형성된 냉매통로로 원활하게 유입되도록 한다(도 3의 부분확대도 참조).

또한, 상기 모터(140)는 후방 하우징(120)의 내주면에 대하여 고정된 스테이터 코일(142)과, 상기 스테이터 코일(142) 내에서 회전하는 로터(144)로 이루어진 공지의 전동기로서, 상기 스테이터 코일(142)이 도시하지 않은 제어장치에 의해 통전됨에 따라서 로터(144)와 상기 로터(144)에 결합된 회전축(130)을 회전 구동하게 된다.

그리고, 상기 회전축(130)의 구동핀(132)에 결합된 선회스크롤(170)에는 고정스크롤(180)이 결합되는데, 상기 선회스크롤(170)과 고정스크롤(180)의 대향하는 면에는 와류형상의 날개부가 각각 돌출되게 형성되며, 상기 선회스크롤(170)의 선회에 따라 상기 날개부들 사이에서 냉매가 고압으로 압축되게 된다.

한편, 상기 선회스크롤(170)은 냉매를 압축할 때 강한 스러스트 하중을 받으므로, 이러한 스러스트 하중을 지지하면서 선회스크롤(170)의 원활한 선회운동을 얻기 위해서 선회스크롤(170)의 후방측 면 즉, 날개부가 형성된 면과 반대되는 면과 메인프레임(150) 사이에는 스러스트 베어링(160)을 개재한다.

그리고, 상기 고정스크롤(180)에는 그 중앙에 압축된 냉매를 상기 냉매토출실(112)로 토출하기 위한 토출공(미도시)이 형성되며, 상기 고정스크롤(180)의 토출공에는 토출밸브(190)가 설치되어 냉매의 역류를 방지한다.

한편, 본 발명의 스크롤 압축기(1000)에서는 상기 냉매토출실(112) 내부에 오일분리기(200)를 설치하여 상기 토출밸브(190)를 통해 냉매토출실(112)로 유입된 고압의 냉매로부터 오일을 분리하게 되는데, 이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 상기 오일분리기(200)의 구성 및 작용에 대하여 상세하게 설명한다.

상기 오일분리기(200)는, 하우징(100)에서 냉매토출실(112)을 구성하기 위한 장착홈(117)의 내벽에 밀착되게 설치되며, 단열성과 내압성이 우수한 수지계열의 재질로 형성된다. 예컨대, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이나 폴리아미드(PI), 폴리프탈아마이드(PPA) 등의 수지를 사용하며, 강도와 기계적 성질을 보강하기 위하여 이들 수지에 그라스파이바(GF)나 카본파이바(CF) 등을 첨가할 수도 있다.

이 경우, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아미드(PI), 폴리프탈아마이 드(PPA) 등에 대한 그라스파이바(GF)나 카본파이바(CF)의 함유량은 10~30wt%로 하는 것이 좋다. 이는, GF나 CF가 많이 포함될수록 강도 및 내열성이 향상되지만 과다 첨가시 마찰계수가 증가하여 상대 부품의 마모를 초래할 수 있기 때문이며, 10%미만에서는 제 특성을 나타내기 어렵기 때문이다.

상기 오일분리기(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 지지판(201a)의 둘레로 플랜지 타입의 테두리(201b)가 돌출되게 형성된 몸체부(201)와, 상기 몸체부(201)의 지지판(201a)을 가로질러서 상하방향으로 연장되게 형성되며 그 내측에는 속이 빈 공간부(205)가 형성된 오일분리부(202)와, 상기 오일분리부(202)의 상부 일측에 형성된 냉매유입공(203)과, 상기 오일분리부(202)의 하부 일측에 형성된 오일배출공(204)으로 이루어져 있다.
특히, 상기 공간부(205)는 상기 몸체부(201)의 테두리(201b)로부터 오일분리부(202)의 내부에 그 길이방향을 따라 형성한 중공 부분으로서, 상기 몸체부(201)의 테두리(201b)에는 상기 공간부(205)와 연통되는 개구(206)가 형성되어 있다.

그리고, 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 오일분리기(200)는 전방 하우징(110)의 내측에 마련된 냉매토출실(112)의 내벽에 밀착되게 설치되되, 상기 냉매유입공(203)과 오일배출공(204)은 후방을 향하도록 즉, 고정스크롤(180)을 향하도록 설치된다.

이때, 상기 오일분리기(200)의 몸체부(201)에 형성된 개구(206)는 전방 하우징(110)의 냉매토출실(112) 측벽에 마련된 토출포트(114)와 연통하도록 설치된다.

다음, 상기 토출포트(114)를 지나 상기 오일분리부(202)의 공간부(205)로 세장형의 냉매토출관(210)이 삽입 설치되되, 상기 냉매토출관(210)의 선단부는 상기 공간부(205) 내에서 상기 냉매유입공(203)과 오일배출공(204) 사이에 배치되며 후단부는 전방 하우징(110)의 토출포트(114) 입구에서 고정된다.
여기서, 냉매토출관(210)의 선단부는 토출포트(114)에 가장 먼저 삽입되는 부분이고, 후단부는 그 반대쪽 단부를 지칭한다.

한편, 상기 오일분리기(200)의 오일분리부(202) 내부에 형성된 공간부(205)는 아래쪽으로 경사지게 형성되어 있어 분리된 오일이 자중에 의해 흘러내릴 수 있게 되어 있다.
물론, 상기 공간부(205)의 경사구성에 의해, 상기 공간부(205)의 내부에 간격을 두고 설치된 상기 냉매토출관(210)도 아래쪽으로 경사지게 설치된다.
이에 따라, 상측의 냉매유입공(203)으로 유입된 고압의 냉매는 상기 공간부(205)의 내주벽과 냉매토출관(210)의 외주벽 사이의 공간을 통해 냉매토출관(210)의 주위를 선회하면서 이동하게 되며, 선회하는 동안 원심력에 의해 오일이 분리된 냉매가스는 상승하여 토출포트(114)를 통해 배출되는 한편, 액상 오일은 아래쪽으로 흘러내려 오일배출공(204)을 통해 배출된다.
그리고, 후술하는 바와 같이, 배출된 오일은 고정스크롤(180)에 설치된 오일필터(183)와 오일통로(182)로 향한다.

그리고, 도 3과 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 오일분리기(200)의 후방에는 고정스크롤(180)이 설치되는데, 상기 고정스크롤(180)은 그 전방측 면에 돌출되게 형성된 복수 개의 결합핀(181)을 상기 오일분리기(200)의 몸체부(201) 테두리에 대응되게 마련된 결합홈(207)에 삽입시켜 설치한다.

상기 고정스크롤(180)에는 그 전방측 면에 압축된 냉매를 냉매토출실(112)로 배출하는 토출밸브(190)가 구비된다.
그리고, 상기 고정스크롤(180)에는 상기 냉매토출실(112)로부터 오일통로(182)가 후면까지 관통되게 형성되어 있어, 상기 오일분리기(200)로부터 분리된 오일을 하우징(100) 내부에 배치된 각 구동부품으로 공급할 수 있게 된다.
또한, 상기 냉매토출실(112)에 있는 상기 오일통로(182)의 입구에 오일필터(183)를 설치하는 것이 좋다.

또한, 상기 오일분리기(200)와 고정스크롤(180)을 결합할 때, 상기 토출밸브(190)는 상기 냉매유입공(203)와 마주보도록 설치하고, 상기 오일통로(182)에 설치된 오일필터(183)는 오일배출공(204)과 마주보도록 설치하는 것이 좋다.
이와 같이 구성하면, 고정스크롤(180)에 설치된 토출밸브(190)를 통해 배출되는 냉매가 오일분리기(200)의 냉매유입공(203)에 신속히 유입되게 되며, 유입된 냉매가 오일분리기(200)에서 기액분리된 후, 액상의 오일이 흘러내려 오일분리기(200) 하부의 오일배출공(204)으로부터 배출된 후 신속하게 오일필터(183)를 통해 오일통로(182)로 유입되게 된다.
이어서, 오일통로(182)를 통과한 오일은 하우징(100) 내부에 배치된 각 구동부품으로 공급된다.

또한, 상기 냉매유입공(203)은 상부에 형성되어 있고 오일 배출공(204)은 하부에 형성되어 있어, 오일 배출공(204)으로 배출된 오일이 다시 유입되지 않는다. 여기서, 상부와 하부는 도 3에 나타나 있으며 중력이 작용하여 액체 오일이 고이는 쪽을 하부로 정하고, 가스냉매가 토출되는 개구(206)가 형성된 쪽을 상부로 정한다.

이하에서는 도 3 및 도 6을 참조하여 상기 오일분리기(200)를 이용하여 압축된 냉매로부터 오일을 분리하는 과정을 설명한다.

먼저, 본 발명의 스크롤 압축기(1000)의 스테이터 코일(142)이 통전되면, 로터(144)에 고정된 회전축(130)이 회전하게 되어 냉매흡입포트를 통해 후방 하우징(120) 내의 냉매흡입실(124)로 냉매가 흡입되게 된다.

상기 냉매흡입실(124)로 흡입된 냉매는 후방 하우징(120)의 보스부(126)에 형성된 냉매통과용 홈(127)을 통과하고, 이어서 제1 베어링(136)의 외주와 후방 하우징(120)의 후단에 형성된 지지홈(123)의 내주면 사이의 틈새(128)로 회전축(130)과 구동핀(132)의 내부에 형성된 냉매통로를 통해 선회스크롤(170)과 고정스크롤(180)의 날개부 사이로 공급되어 고압으로 압축된다.
그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, 흡입된 냉매중 일부는 하우징(100) 내부의 회전축(130) 둘레를 통과한 후, 상기 회전축(130)과 구동핀(132)의 냉매통로를 지난 냉매와 합류하여 선회스크롤(170)과 고정스크롤(180)의 날개부 사이로 공급되어 고압으로 압축된다(냉매 흡입 경로를 나타내는 화살표 참조).

상기 선회스크롤(170)과 고정스크롤(180)의 각 날개부 사이에서 고압으로 압축된 냉매는 상기 고정스크롤(180)의 중앙에 형성된 토출공(미도시)과 토출밸브(190)를 통해 냉매토출실(112)로 토출되는데, 이때의 냉매에는 미스트상으로 오일이 함유되어 있는 상태이다.

상기 냉매토출실(112)로 유입된 고압의 냉매는 오일분리기(200)의 냉매유입공(203)을 통해 공간부(205) 내로 들어오는데, 상기 공간부(205) 내에는 냉매토출관(210)이 삽입되어 있으므로, 냉매는 공간부(205)의 내벽과 냉매토출관(210)의 외주면을 타고 냉매토출관(210)의 상단부를 향해 선회하면서 진행하게 된다.

이때, 상기 냉매에 함유되어 있던 오일(액체)은 원심력에 의해 냉매로부터 분리되어 아래쪽으로 흐르고, 나머지 냉매가스는 전방하우징(110)의 토출포트(114)를 통해 도시하지 않은 냉각사이클의 응축기에 연결된 냉매배관 쪽으로 토출된다.

한편, 냉매로부터 분리된 오일은 오일분리기(200)의 오일배출공(204)을 통해 배출되며, 상기 오일은 상기 냉매토출실(112)의 하부에 모인 후 고정스크롤(180)에 마련된 오일필터(183)에서 오일에 함유된 이물질 등이 걸러진 다음 오일통로(182)를 통해 하우징(100) 내에 배치된 각 구동부품으로 공급된다.
또한, 전술한 바와 같이, 상기 오일필터(183)를 오일배출공(204)에 연결하여 오일배출공(204)로부터 오일을 직접 오일통로(182)로 공급할 수 있다.

이와 같은 오일분리기(200)를 구비한 스크롤 압축기(1000)에 따르면, 오일분리기(200)가 단열성 및 내압성이 우수한 수지계열의 재질로 형성됨으로서, 고압으로 압축된 냉매로부터의 열이 하우징(100) 후방 내측으로 전달되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 간단한 구성을 통하여 냉매로부터 오일을 효과적으로 분리할 수 있고, 또 이와 같이 분리된 오일을 다시 하우징 내측에 배치된 각 구동부품들로 공급하여 윤활에 이용할 수 있게 된다.

다음은, 전술한 본 발명의 스크롤 압축기(1000)에서 오일분리기(200)로부터 분리된 오일을 이용하여 각 구동부품을 윤활하는 구성 및 작용에 대하여 첨부된 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한다. 여기서, 도 7은 본 발명의 스크롤 압축기에서 오일분리기로부터 분리된 오일이 순환되는 경로를 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7에서 고정스크롤을 나타내는 도면으로서, 도 8a는 고정스크롤에 형성된 오일통로를 나타내는 단면도(도 7의 A부분 확대도)이고, 도 8b는 고정스크롤의 전면을 나타내 는 사시도이며, 도 8c는 고정스크롤의 후면을 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 9는 도 7에서 가이드 링을 나타내는 도면으로, 도 9a는 가이드 링에 형성된 오일 공급통로를 나타내는 단면도(도 7의 B부분 확대도)이고, 도 9b는 가이드 링의 전면을 나타내는 사시도이며, 도 9c는 가이드 링의 후면을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 10은 도 7에서 메인 프레임을 나타내는 사시도이다.

상기 고정스크롤(180)의 일측에는, 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 오일분리기(200)에서 냉매로부터 분리된 오일이 통과하는 오일통로(182)가 관통되게 형성되는 한편, 상기 오일통로(182)의 입구측에는 오일필터(183)가 설치된다.

여기서, 상기 오일통로(182)는 그 내경이 작게 형성하거나, 가공의 용이성을 고려할 때 타원형의 비교적 큰 내경으로 오일통로(182)를 형성한 후에 상기 오일통로(182) 내측에 핀(184)을 삽입하여 오일이 통과하는 공간을 협소하게 만드는 것이 바람직하다(도 8a 및 도 8c 참조).

그리고, 상기 고정 스크롤(180)에는 도 7 및 도 9a 내지 도 9c에 도시되어 있는 바와 같이 가이드 링(220)이 접하게 설치되며, 상기 가이드 링(220)의 내측에는 선회스크롤(170)과 스러스트 베어링(160)이 배치된다.

상기 가이드 링(220)은 고정스크롤(180)의 후방 면에 접하며 그 내부에 고정스크롤(180)의 날개부가 관통되는 통공이 형성된 링 형상의 가이드 플레이트(221)와, 상기 가이드 플레이트의 내측 주면에 일정한 간격으로 형성되며 선회스크롤(170)의 선회핀(미도시)의 선회운동 범위를 제한하는 선회 가이드 홈(222)과, 상기 가이드 플레이트(221)에 돌출되게 형성되며 상기 선회 가이드 홈(222)들 사이에 위치하는 가이드 돌기(223)로 이루어진다.

여기서, 상기 다수의 가이드 돌기(223)들 중 어느 하나의 가이드 돌기(223)에는 상기 가이드 플레이트(221)를 관통하는 오일유통공(224)이 형성되는데, 상기 오일유통공(224)은 상기 고정스크롤(180)에 형성된 오일통로(182)의 출구측과 일치되게 설치된다.

한편, 상기 오일유통공(224)이 형성된 가이드 돌기(223)와 대향하는 가이드 돌기(223)에는 오일유입공(225)이 형성되며, 상기 가이드 돌기(223)의 외주면에는 상기 오일유입공(225)을 관통하는 오일공급공(226)이 형성된다.

본 실시예에서는 상기 오일유입공(225)이 형성된 가이드 돌기(223)와 오일통로(182)가 형성된 가이드 돌기(223)는 서로 대향하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 대향하지 않는 가이드 돌기(223)에 오일유입공(225)과 오일유통공(224)을 형성하여도 무방하다.

또한, 본 실시예에서는 스러스트 베어링(160)을 구성하는 전방 스러스트 베어링과 후방 스러스트 베어링에 오일이 각각 공급될 수 있도록 오일공급공(226)을 2개 형성하였으나, 이 역시 1개 이상 형성되면 충분하다.

한편, 상기 오일유입공(225)에는 공급되는 오일의 압력에 따라 오일이 유입될 수 있도록 오일유입 제어수단(230)을 설치하는데, 상기 오일유입 제어수단(230)은 상기 오일유입공(225)의 내측 바닥부에 설치되는 스프링(231)과, 상기 스프링(231)의 타측 단부에 놓여지는 볼(232)과, 상기 오일유입공(225)의 입구측에 설치되어 상기 볼(232)의 이탈을 방지하며 그 중앙에 유공(234)이 형성된 플러그(233)로 이루어진다.

그리고, 상기 가이드 링(220)의 가이드 돌기(223)의 단부에는, 도 10에 도시된 바와 같이, 스러스트 베어링(160)을 지지하는 지지플레이트(161)를 개재하여 메인프레임(150)이 접촉되게 설치된다. 상기 메인프레임(150)은 후방 하우징(120)의 내측에 고정되어 있다.

여기서, 상기 지지플레이트(161)에는 상기 가이드 돌기(223)에 형성된 오일유통공(224)의 출구측에 일치되게 연결되는 제1 오일통로(162)가 관통되게 형성되는 한편, 타측에는 후술할 메인프레임(150)의 오일안내홈(152)의 단부와 연결되는 제2 오일통로(163)가 형성된다.

그리고, 상기 지지플레이트(161)에 면 접촉되며 상기 지지플레이트(161)를 위치 고정하는 메인프레임(150)에는 상기 지지플레이트(161)의 제1 오일통로(162)의 출구측에 일단이 연결되고, 타단은 상기 지지플레이트(161)의 제2 오일통로(163)을 경유하여 가이드 링(220)의 오일유입공(225) 입구측에 설치된 플러그(233)의 유공(234)에 일치되게 연결되는 오일안내홈(152)이 형성된다.

이하, 전술한 본 발명의 스크롤 압축기(1000)에서 각 구동부품으로 오일을 공급하는 작동관계를 설명한다.

먼저, 상기 모터(140)에 전원이 공급되면, 회전축(130)이 회전되어 그 선단에 설치된 구동핀(132)에 결합된 선회스크롤(170)이 선회하게 된다.

상기 선회스크롤(170)의 선회에 따라 상기 선회스크롤(170)과 고정스크 롤(180)에 형성된 날개부 사이에서 냉매는 고압으로 압축되며, 압축된 냉매는 고정스크롤(180)의 중앙에 형성된 토출공(미도시)을 통해 토출밸브(190)를 경유하여 냉매토출실(112)로 토출된다.

냉매토출실(112)로 토출된 냉매는 오일분리기(200)의 냉매유입공(203)을 통해 공간부(205) 내로 유입되며, 상기 냉매는 공간부(205)의 내주면과 냉매토출관(210)의 외주면 사이의 공간에서 나선형의 궤적을 그리며 냉매토출관(210)의 선단측 입구로 진행한다.

그 과정에서 냉매가스는 냉매토출관(210)의 입구를 통해 도시하지 않은 냉각사이클의 응축기에 연결된 냉매배관으로 배출되고, 상기 냉매로부터 분리된 오일은 오일분리기(200)의 오일배출공(204)을 경유하여 고정스크롤(180)에 형성된 오일통로(182)를 통해 하우징 내부로 공급된다. 여기서, 상기 냉매는 오일통로(182) 입구측에 설치된 오일필터(183)에서 이물질 등이 걸러지게 된다.

상기 고정스크롤(180)의 오일통로(182)를 통과한 오일은 가이드 링(220)의 일측 가이드 돌기(223)에 형성된 오일유통공(224)을 통해 스러스트 베어링(160)의 지지플레이트(161)에 형성된 제1 오일통로(162)를 경유하여 메인프레임(150)의 오일안내홈(152)의 일단으로부터 타단으로 공급된다.

상기 오일안내홈(152)의 타단으로 안내된 오일은 다시 지지플레이트(161)의 제2 오일통로(163)를 경유하여 가이드 링(220)의 오일유입공(225)에 도달하게 된다.

상기 가이드 링(220)의 오일유입공(225)에 도달하게 된 오일의 압력이 일정한 압력 이상일 때에는, 상기 오일은 플러그(233)에 형성된 유공(234) 내로 유입되어 상기 볼(232)을 탄성적으로 지지하고 있는 스프링(231)을 누르면서 그 내측으로 공급되게 된다.

상기 오일유입공(225)의 내측으로 공급된 오일은 오일공급공(226)을 통해 스러스트 베어링(160)으로 공급되어 스러스트 베어링(160)을 윤활시키게 된다.

한편, 스러스트 베어링(160)을 윤활시킨 오일은 냉매흡입포트로부터 공급되는 냉매와 혼합되어 다시 선회스크롤(170)과 고정스크롤(180)에 의해 고압으로 압축된 후 냉매토출실(112)로 토출되어 오일분리기(200)에서 냉매와 오일로 분리되게 되며, 오일분리기(200)에서 분리된 냉매는 냉매토출관(210)을 통해 토출되고 오일은 전술한 과정을 반복하면서 윤활작용을 수행하게 된다.

전술한 본 발명의 스크롤 압축기에 따르면, 단열성 및 내압성이 우수한 수지계열의 소재로 형성된 오일압축기를 통해 냉매로부터 오일을 분리토록 함으로서, 오일분리와 함께 압축된 냉매로부터의 열이 하우징 내부로 전달되는 것을 방지함은 물론 이를 통해 압축기의 성능 저하를 방지할 수 있는 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 스크롤 압축기에 따르면, 간단하고 콤팩트한 오일 공급구성을 통하여 오일분리기에서 냉매로부터 분리된 오일을 각 구동부품에 공급할 수 있으므로, 윤활작용이 보다 원활하게 이루어져 구동부품의 마모나 소착을 방지하고 기계적 효율을 향상시킬 수 있다는 유용한 효과가 있다.

Claims (17)

1. 냉매흡입포트, 냉매흡입실, 냉매토출포트 및 냉매토출실이 형성된 하우징과, 일측 단부는 상기 하우징에 베어링을 개재하여 설치되고 타측은 상기 하우징의 내부에 결합된 메인프레임에 회전 가능하게 설치되는 회전축과, 상기 하우징 내부에 설치되며 상기 회전축 선단에 형성된 구동핀에 결합된 선회스크롤과, 상기 선회스크롤에 대향되게 배치되며 냉매토출공이 형성된 고정스크롤을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서,

   상기 하우징의 고정스크롤쪽 단부에는 냉매토출실을 구성하기 위한 장착홈이 형성되어 있고, 상기 장착홈의 안쪽 둘레에는 수지계열의 소재로 형성된 오일분리기가 밀착되게 설치되어 있되,

   상기 오일분리기는, 지지판의 둘레로 플랜지 형태의 테두리가 돌출 형성된 몸체부와, 상기 지지판과 테두리에 일체로 형성된 오일분리부를 포함하며,

   상기 오일분리부의 내부에는 상기 테두리의 표면에 형성된 개구에 연통되도록 상하방향으로 연장되는 공간부가 형성되어 있고, 상기 오일분리부의 표면에는 상기 공간부와 연통되는 냉매유입공과 오일배출공이 상하 위치에 각각 형성되어 있으며,

   중공의 냉매토출관이 상기 냉매토출포트와 테두리의 개구를 통해 상기 공간부 내에 삽입 설치되되, 상기 냉매토출관의 외면이 상기 공간부의 내면에 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 오일분리기를 형성하는 수지계열의 소재는, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이나 폴리아미드(PI), 폴리프탈아마이드(PPA)로부터 선택된 어느 하나의 소재인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 소재에는, 그라스파이바(GF)나 카본파이바(CF)가 추가로 첨가된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 회전축과 구동핀은 그 중앙에 냉매흡입실과 연결된 통로가 형성되며,

   상기 회전축의 일측 단부가 베어링을 개재하여 설치되는 하우징의 보스부에는 냉매가 상기 회전축의 통로로 원활하게 공급되도록 냉매통과용 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 오일분리기에서 분리된 냉매가스는 외부의 냉매배관으로 배출되는 한편, 오일은 고정스크롤의 내부에 관통 형성된 오일통로를 통해 선회스크롤쪽으로 공급되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
6. 제5항에 있어서

   상기 냉매토출관은, 그 일측 단부가 상기 냉매유입공과 오일배출공 사이에 위치하며, 타측 단부는 하우징의 냉매토출실 측벽에 마련된 냉매토출포트에 고정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
7. 삭제
8. 제5항에 있어서,

   상기 오일통로에는 핀이 삽입되어 오일이 통과하는 공간을 협소하게 만든 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
9. 제8항에 있어서,

   상기 오일통로의 입구에는 오일로부터 이물질을 걸러내는 오일필터가 더 구비된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
10. 냉매흡입포트, 냉매흡입실, 냉매토출포트 및 냉매토출실이 형성된 하우징과, 일측 단부는 상기 하우징에 베어링을 개재하여 설치되고 타측은 상기 하우징의 내부에 결합된 메인프레임에 회전 가능하게 설치되는 회전축과, 상기 하우징 내부에 설치되며 상기 회전축 선단에 형성된 구동핀에 결합된 선회스크롤과, 상기 선회스크롤에 대향되게 배치되며 냉매토출공이 형성된 고정스크롤을 포함하는 스크롤 압축기에 있어서,

    상기 하우징과 고정스크롤 사이에 형성된 냉매토출실, 상기 냉매토출실 내에 설치되어 상기 냉매토출공을 통해 토출된 냉매로부터 오일을 분리하는 오일분리기,상기 고정스크롤의 후방면에 접하는 링 형상의 가이드 플레이트와 상기 가이드 플레이트의 둘레를 따라 후방으로 돌출되게 형성되는 가이드 돌기로 구성되는 가이드 링, 상기 가이드 링의 안쪽에서 상기 선회스크롤과 메인프레임 사이에 설치되는 스러스트 베어링을 포함하되,

    상기 고정스크롤에는 분리된 오일이 통과하는 오일통로가 관통되게 형성되어 있고,

    상기 가이드 플레이트의 안쪽 둘레에는 선회스크롤의 선회운동을 제한하기 위한 선회 가이드 홈이 간격을 두고 형성되어 있으며, 상기 가이드 링의 가이드 돌기에는 상기 오일통로와 연통되는 오일유통공이 관통되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
11. 제10항에 있어서,

    상기 가이드 돌기는 가이드 플레이트의 둘레를 따라 일정한 간격으로 복수개 형성되어 있되, 상기 가이드 돌기 중 어느 하나에는 오일유통공이 형성되고 다른 하나에는 오일유입공이 관통되게 형성되며,

    상기 메인프레임의 단면에는 오일안내홈이 형성되어 있어,

    상기 오일안내홈의 일측 단부에는 상기 오일유통공이 연결되고, 타측 단부에는 오일유입공이 연결되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
12. 제11항에 있어서,

    상기 가이드 돌기의 외측면에는, 상기 오일유입공과 연통되어 오일을 스러스트 베어링으로 공급하기 위한 오일공급공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
13. 제11항에 있어서,

    상기 가이드 돌기와 메인프레임 사이에는 스러스트 베어링을 지지하는 지지플레이트가 개재되되,

    상기 지지플레이트에는, 일측이 가이드 돌기에 형성된 오일통로와 연결되며 타측은 상기 메인프레임의 오일안내홈의 일단부에 연결되는 제1 오일통로와, 일측은 상기 오일안내홈의 타단부에 연결되며 타측은 상기 가이드 돌기의 오일유입공에 연결되는 제2 오일통로가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
14. 제11항에 있어서,

    상기 오일유입공에는 오일유입 제어수단이 설치된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
15. 제14항에 있어서,

    상기 오일유입 제어수단은,

    상기 오일유입공의 내측 바닥부에 설치되는 스프링과, 상기 스프링의 타측 단부에 놓여지는 볼과, 상기 오일유입공의 입구측에 설치되며 그 중앙에 오일통로가 형성된 플러그로 이루어진 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
16. 삭제
17. 삭제

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