KR101194120B1 - 스크롤압축기의 교반손실 저감구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤압축기의 회전부와 오일유면이 마찰하여 발생하는 교반손실을 줄이기 위한 구조에 관한 것이다. 본 발명은 케이싱(1)의 하부에 오일저장부(5)를 구비하고, 상기 케이싱(1)에는 크랭크축(11)이 중심축방향을 따라 설치되어 하단이 오일저장부(5)까지 연장되며 크랭크축(11)은 상단에서 메인프레임(16)상에 회전가능하게 지지되고, 하단은 케이싱(1) 내측에 고정된 하부프레임(17)의 하부베어링(19)을 관통하여 회전가능하게 지지된다. 상기 하부프레임(17)은 상기 오일저장부(5)에 충전되는 오일의 최대 수위보다 높은 위치에 가로방향으로 배치되고, 상기 하부베어링(19)의 상면에는 상기 크랭크축(11)의 하단에 구비된 발란스웨이트(15)주위를 감싸는 오일펜스(20)가 구비되어 오일저장부(5)에 오일이 적정한 수위이상으로 과충전되거나 충전된 오일이 열을 받아서 포밍현상을 일으켜 오일유면이 상승하는 경우에도 발란스웨이트(15)와 회전자(12)의 하단은 오일펜스(20)에 의해 오일유면 또는 오일포밍과 직접 접촉하지 않으므로 오일과의 직접 마찰접촉에 의한 교반손실을 저감할 수 있다.

스크롤압축기, 오일유면, 교반손실, 하부베어링,

Description

스크롤압축기의 교반손실 저감구조{STRUCTURE FOR REDUCING AGITATE LOSS OF A SCROLL COMPRESSOR}

도 1은 종래 스크롤압축기의 길이방향 단면도,

도 2는 도 1의 하단 주요부를 확대도시한 단면도,

도 3은 도 2에 도시된 하부프레임의 부품도 및 조립도로서, (a)는 하부베어링의 평면도 및 단면도이고, (b)는 하부프레임의 평면도 및 단면도이며, (c)는 하부프레임상에 하부베어링의 조립된 상태의 평면도 및 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 교반손실 저감구조가 구비된 스크롤압축기의 길이방향 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 스크롤압축기의 교반손실 저감구조에 대한 확대단면도,

도 6a는 하부베어링의 평면도 및 단면도이고,

도 6b는 하부프레임의 평면도 및 단면도이며,

도 6c는 하부프레임상에 하부베어링이 조립된 조립체의 평면도 및 단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 케이싱 2: 흡입관

3: 토출관 4: 고압실

5: 오일저장부 6: 고정스크롤

7: 고정랩 8: 선회스크롤

9: 선회랩 10: 압축실

11: 크랭크축 11a: 오일통로

12: 회전자 13: 고정자

14: 모터

15: 발란스웨이트 16: 메인프레임

17: 하부프레임 18: 지지브라켓트

19: 하부베어링 20: 오일펜스

본 발명은 스크롤압축기에 관한 것으로, 특히 스크롤압축기의 크랭크축 및 선회스크롤의 균일한 회전을 위하여 모터의 하부에 구비된 발란스웨이트가 오일저장부에 적정량 이상으로 과충전(overcharging)되거나 열에 의해 포밍(foaming)되어 유면이 상승한 오일과 마찰접촉하면서 발생하는 교반손실을 줄이기 위한 구조개선에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤압축기는 크랭크축에 의해 선회운동을 하는 선회스크롤이 인볼류트 형상의 선회랩을 구비하여 고정스크롤의 인볼류트형상의 고정랩과 함께 인볼류트 형상의 압축실을 형성하고, 이 선회스크롤이 크랭축의 회전에 의해 편심선회운동을 하면서 상기 압축실의 체적을 점차적으로 감소시킴으로써 압축실 안에 충전된 유체를 압축하게 되고 일정한 압축비에 이르면 압축된 유체를 토출구를 통하여 배출하도록 되어 있다.

이와 같은 스크롤압축기는 다른 종류의 압축기에 비하여 상대적으로 높은 압축비를 얻을 수 있고, 유체의 흡입-압축-토출행정이 부드럽게 연속적으로 이어지므로 토오크의 변화가 적은 장점때문에 공조장치 등에서 냉매압축용으로 널리 사용되고 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여 압축대상의 유체로 공조장치의 냉매가스를 예를 들어 설명하지만 본 발명은 이것에 한정하는 것은 아니다.

종래의 스크롤압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부의 냉매가 유입되는 흡입관(102)과 외부로 냉매를 배출하는 토출관(103)이 구비된 케이싱(101)을 구비하고, 상기 케이싱(101)에는 상면에 고압실(104)이 구비되고 저면에는 인볼류트 형상의 고정랩(107)이 형성된 고정스크롤(106)이 고정설치되어 있으며, 상기 고정스크롤(106)의 하부에는 상기 고정랩(107)과 함께 압축실(110)을 형성하는 선회랩(109)이 구비된 선회스크롤(108)이 배치되어 케이싱(101)의 중심축방향으로 설치된 크랭크축(111)에 의해 편심회전하도록 설치되어 있다.

상기 크랭크축(111)은 상부가 케이싱(101)의 상부에 구비된 메인프레임(116)에 회전가능하게 지지되며 하부는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 케이싱(101) 의 하부에 고정설치된 하부프레임(117)의 중심방향으로 설치된 하부베어링(119)을 관통하여 회전가능하게 지지된다.

그리고 상기 크랭크축(111)은, 외주면에 고정된 회전자(112)와 상기 회전자(112)를 내측에 끼워 케이싱(101)의 내벽에 고정된 고정자(113)로 이루어진 모터(114)에 의해 회전하게 되어 있다. 또한 상기 선회스크롤(108)이 크랭크축(111)에 대하여 편심회전하게 되므로 이 편심회전에 의한 회전속도 불균일을 해소하기 위하여 상기 모터(114)의 회전자(112)에는 발란스웨이트(115)가 구비되어 크랭크축(111)과 선회스크롤(108)이 회전할 때 균일한 속도로 회전하도록 균형을 잡아주게 되어 있다.

그리고 크랭크축(111), 고정스크롤(106), 선회스크롤(108) 등과 같은 습동부는 계속 마찰접촉을 하게 되므로 이 습동부에는 윤활이 필요하고, 특히 고온ㆍ고압 조건에서 작동하므로 냉각이 필요하다. 따라서 상기 습동부를 냉각시키고 윤활하기 위하여 케이싱(101)의 하부의 오일저장부(105)에 충전된 오일을 상기 습동부에 공급하게 되어 있다.

그런데 상기 크랭크축(111)의 하부를 지지하는 하부프레임(117)은 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 중심에 관통구멍(117a)이 형성되고 그 중심에서 반경방향 외측으로 연장되어 사이에 공간부를 형성하는 복수개의 지지브라켓트(118)가 구비되어있다. 상기 하부프레임(117)의 관통구멍(117a)에는 도 3의 (a)에 도시된 하부베어링(119)을 끼워서 도 3의 (c)와 같이 조립하고나서 도 2에 도시된 바와 같이 상기 지지브라켓트(118)를 케이싱(101)의 내측벽에 용접등의 수단으로 고정된다.

따라서 케이싱(101) 하부의 오일저장부(105)에 오일이 적정수위 이상으로 과충전되는 경우나 스크롤압축기의 운전중 유온이 상승하여 표면에 거품이 발생하는 소위 "포밍(foaming)"현상이 발생하는 경우에 오일유면이 상기 하부프레임(117)의 공간부를 통과하여 발란스웨이트(115)까지 상승하여 상기 회전자(112)의 발란스웨이트(115)가 회전할 때 오일유면에 맞닿아 교반손실을 일으키는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기 종래 스크롤압축기가 가진 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로, 크랭크축이 회전할 때 회전자에 구비된 발란스웨이트가 함께 회전하면서 케이싱하부의 오일에 맞닿아 발생하는 교반손실을 저감할 수 있는 스크롤압축기를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하부에 오일이 일정한 수위로 저장되는 오일저장부를 구비한 케이싱과, 상기 케이싱의 중심축방향을 따라 배치되어 상단은 상기 케이싱의 내벽에 고정된 메인프레임상에 회전가능하게 지지되고, 하단은 하부프레임상에 하부베어링을 통하여 회전가능하게 지지된 크랭크축 및 상기 크랭크축에 연결되어 상기 크랭크축이 등속회전운동을 하도록 균형을 잡아주는 발란스웨이트를 포함한 스크롤압축기에 있어서,

상기 케이싱 내부에 고정되어 상기 오일저장부의 오일이 상기 발란스웨이트에 직접 접촉하는 것을 차단하도록 상기 발란스웨이트의 아래쪽과 발란스웨이트 회전반경 외측을 둘러싸는 오일펜스를 구비한 구조로 된 것이다.

상기 오일펜스는 하부프레임이나 하부베어링과는 별개의 부재로 구성되어 상기 하부프레임의 하부베어링의 상면 또는 상기 하부베어링의 상면중 어느 한쪽에 고정된다.

또한 상기 오일펜스는 상기 하부베어링의 가장자리에서 상방향으로 일체로 연장되어 구비될 수도 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 스크롤압축기의 운전중에 케이싱 내부의 오일이 열을 받아서 표면에 거품이 발생하는 오일포밍의 경우나, 케이싱의 내부에 오일이 적정량 이상으로 과충전되어 오일유면이 상승하는 경우에도 오일펜스가 회전자의 하부 및 발란스웨이트를 케이싱 하부에 충전된 오일과 차단하게 되므로 회전자 및 발란스웨이트가 오일유면 또는 오일포밍과 직접적인 접촉에 의한 교반손실이 일어나지 않게 된다.

또한 오일펜스는 하부베어링과 일체로 형성되거나 하부프레임상에 구비되므로 설치구조가 간단하여 별도의 공간을 차치하지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 교반손실 저감구조를 구비한 스크롤압축기의 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 교반손실 저감구조가 적용된 스크롤압축기의 길이방향 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 교반손실 저감구조를 확대도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스크롤압축기는, 일측 측벽에 냉 매 흡입관(2)이 구비되며, 하부에는 안쪽면이 중심을 향하여 오목하게 형성된 오일저장부(5)가 구비되며 상단 일측 측벽에 고압의 냉매가 토출되는 토출관(3)이 연결된 케이싱(1)을 구비한다.

상기 케이싱(1)의 내부에는 크랭크축(11)이 중심축방향으로 설치되어 상단은 케이싱(1)의 상부에 가로방향으로 배치된 메인프레임(16)에 회전가능하게 지지되고, 하단은 케이싱(1)의 하단 내벽에 가로방향으로 부착된 하부프레임(17)의 중심에 설치된 하부베어링(19)에 의해 회전가능하게 지지되어 케이싱(1) 하부의 오일저장부(5)까지 연장되어 있다.

상기 하부프레임(17)은 도 6b에 도시된 바와 같이, 중심에 관통구멍(17a)이 형성되고 그 중심에서 반경방향 외측으로 연장되어 사이에 공간부를 형성하는 복수개의 지지브라켓트(18)가 구비되어있다. 상기 하부프레임(17)의 관통구멍(17a)에는 도 6a에 도시된 하부베어링(19)을 끼워서 도 6c와 같이 조립하고나서 도 5에 도시된 바와 같이 상기 지지브라켓트(18)를 케이싱(1)의 내측벽에 용접등의 수단으로 고정된다.

상기 크랭크축(11)은 외주면에 끼워져 고정된 회전자(12)와, 이 회전자(12)의 외측에 배치되어 회전자(12)를 회전시키는 고정자(13)로 이루어진 모터(14)에 의해 회전구동된다.

그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 저면에 인볼류트 형상의 고정랩(7)을 구비한 고정스크롤(6)이 케이싱(1)에 고정설치되고, 고정스크롤(6)의 아래쪽에는 상면에 상기 고정스크롤(6)의 고정랩(7)과 함께 인볼류트 형상의 압축실(10)을 형성하 는 인볼류트 형상의 선회랩(9)을 형성한 선회스크롤(8)이 배치되어 상기 크랭크축(11)의 상단에 편심되게 결합된다.

따라서 고정자(13)에 전원이 인가되면 회전자(12)가 회전하여 크랭크축(11)을 회전시키고, 이 크랭크축(11)은 상단에 결합된 선회스크롤(8)을 선회시킨다. 이 때 선회스크롤(8)에 구비된 선회랩(9)은 고정스크롤(6)측 고정랩(7)에 대하여 상대선회운동을 하면서 인볼류트 형상의 압축실(10)의 체적을 가변시켜 압축실(10)에서 냉매를 압축한 후 고정스크롤(6)의 상부에 구비된 고압실(4)로 토출하게 되고, 이 고압실(4)로 토출된 고압의 압축냉매는 토출관(3)을 통하여 케이싱(1) 외부로 토출되게 된다.

그리고 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 선회스크롤(8)이 크랭크축(11)에 대하여 편심회전하게 되므로 이 편심회전에 의해 크랭크축(11)의 회전속도가 불일정해지는 것을 해소하기 위해 크랭크축(11)에 고정된 회전자(12)의 일측에 발란스웨이트(15)가 설치되고, 발란스웨이트(15)와 회전자(12)의 하단은 상기 하부베어링(19)에 구비된 오일펜스(20)에 의해 둘러싸여 있다.

상기 오일펜스(20)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 발란스웨이트(15)의 회전반경 외측을 감싸도록 하부베어링(19)의 상면 가장자리에서 축방향을 따라 위쪽방향으로 일체로 연장된다.

상기 오일펜스(20)는 오일이 오일저장부(5)에 적정한 수위이상으로 과충전되 거나 오일이 열을 받아서 포밍현상을 일으켜 오일유면이 상승하는 경우에도 발란스웨이트(15)와 회전자(12)의 하단이 오일유면 또는 오일포밍과 직접 접촉하는 것을 방지한다.

한편, 상기 오일펜스(20)는 하부베어링(19)과는 별개의 부재로 구성되어 하부베어링(19)의 상면 또는 하부프레임(17)의 상면중 어느 한쪽에 고정부착될 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 스크롤압축기의 작동을 설명한다.

도 4에 도시된 고정자(13)에 전원을 인가하면 고정자(13)에는 자력이 형성되어 그 자력에 의해 회전자(12)를 회전시키고, 이에 따라 회전자(12)를 고정한 크랭크축(11)이 회전구동되면서 상단에 편심되게 결합된 선회스크롤(8)을 선회운동시킨다. 선회스크롤(8)이 회전축인 크랭크축(11)의 회전중심에 대하여 편심선회운동을 하면서 고정스크롤(6)과 함께 형성하는 인볼류트 형상의 압축실(10)에서 냉매를 압축시키게 된다. 압축실(10)에서 압축된 냉매는 고압실(4)을 거쳐 토출관(3)을 통하여 외부로 배출되게 된다.

이와 동시에 크랭크축(11)은 회전하면서 원심력에 의해 오일저장부(5)의 오일을 중심축방향으로 형성된 오일통로(11a)를 통하여 흡입하여 상단의 고정스크롤(6) 및 선회스크롤(8)을 포함하는 작동부로 공급하여 냉각시킨다.

그리고 크랭크축(11)은 하부프레임(17)상에 설치된 하부베어링(19)에 의해 지지되고, 크랭크축(11)과 함께 회전하는 회전자(12)에 구비된 발란스웨이트(15)에 의해 회전속도의 변동없이 일정하게 회전하게 된다.

하부베어링(19)의 상면에 구비된 오일펜스(20)는 오일저장부(5)에 적정한 수위이상으로 오일이 과충전되거나 오일이 열을 받아서 포밍현상을 일으켜 오일유면이 상승하는 경우에도 발란스웨이트(15) 및 회전자(12)의 하단을 오일유면 또는 오일포밍과 직접 접촉하지 않도록 차단함으로써 발란스웨이트(15)나 회전자 하단이 오일에 잠겨서 교반손실을 일으키는 것을 방지하게 된다.

본 발명에 따른 스크롤압축기의 교반손실 저감구조에 의하면, 오일저장부에 오일이 적정한 수위이상으로 과충전되거나 충전된 오일이 열을 받아서 포밍현상을 일으켜 오일유면이 상승하는 경우에도 발란스웨이트(15)와 회전자(12)의 하단은 오일유면 또는 오일포밍과 직접 접촉하지 않으므로 오일과의 직접 마찰접촉에 의한 교반손실을 저감할 수 있다.

Claims (5)

1. 하부에 오일이 일정한 수위로 저장되는 오일저장부(5)를 구비한 케이싱(1)과, 상기 케이싱(1)의 중심축방향으로 설치되어 상단은 상기 케이싱의 내벽에 고정된 메인프레임(16)상에 회전가능하게 지지되고, 하단은 하부프레임(17)에 구비된 하부베어링(19)을 관통하여 회전가능하게 지지된 크랭크축(11) 및 상기 크랭크축이 회전운동을 하도록 균형을 잡아주는 발란스웨이트(15)를 포함한 스크롤압축기에 있어서,

   상기 오일저장부(5)의 오일과 상기 발란스웨이트(15)가 직접 접촉하는 것을 차단하도록 상기 발란스웨이트(15)의 하부와 회전반경 외측을 둘러싸는 오일펜스(20)를 더 포함하며,

   상기 오일펜스(20)는 상기 하부베어링(19)의 상면 둘레를 따라 중심축방향 위쪽으로 일체로 연장된 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 교반손실 저감구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 오일펜스(20)는 상기 하부프레임(17)의 상면에 체결되어 고정된 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 교반손실 저감구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 오일펜스(20)는 상기 하부베어링(19)의 상면에 고정된 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 교반손실 저감구조.
4. 삭제
5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부프레임(17)은 상기 오일저장부(5)에 저장되는 오일의 최대수위보다 상대적으로 더 높은 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 교반손실 저감구조.

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