KR101200626B1 - 스크롤 압축기의 오일 공급 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 상세하게는 선회 스크롤의 안정적 거동의 확보와 소음을 감소시키는 스크롤 압축기의 오일 공급 구조에 관한 것이다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기의 베어링 면 확보 구조는 고정 스크롤과 상호작용을 하여 유체를 압축하며, 하면에 선회 스크롤 스러스트 베어링 면이 형성된 선회 스크롤; 상면에 상기 선회 스크롤 스러스트 베어링 면의 외측과 면접하는 보존베어링 면을 확보하기 위한 파셜 오일 그루브가 형성된 상부 프레임;이 포함된다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급 구조에 의하여, 선회 스크롤의 선회 운동(공전 운동)에 의하여 발생 되는 불연속적인 압력변동에도 상기 선회 스크롤은 안정적으로 지지 된다. 이렇게 됨으로써, 상기 선회 스크롤의 거동이 안정적으로 되어, 소음이 감소 되는 효과가 있다.

스크롤 압축기, 오일 그루브, 스러스트 베어링면

Description

스크롤 압축기의 오일 공급 구조{Oil feeding structure of scroll compreser}

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급 구조가 적용된 스크롤 압축기의 종단면도.

도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 고정 스크롤과 선회 스크롤의 압축수행과정을 설명한 평면도.

도 3은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급 구조가 적용된 상부 프레임과 올담 링과 선회 스크롤을 나타낸 분해 사시도.

도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'따라 절취한 단면도.

도 5는 도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 절취한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40: 상부 프레임 42: 상부 프레임 베어링 면

47: 보존 베어링 면 54: 선회 스크롤 베어링 면

50: 선회 스크롤

본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 상세하게는 선회 스크롤의 안정적 거동의 확보와 소음을 감소시키는 스크롤 압축기의 오일 공급 구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기체를 압축시켜 그 압력을 높이는 기계적 장치로서, 크게 디스플레이트먼트형 압축기와, 다이내믹형의 압축기와 스크롤 압축기로 구분된다. 디스플레이스먼트형 압축기는 대표적인 피스톤식 압축기이며, 공장용 압축공기의 공급에 많이 사용된다. 용량은 가정용 냉장고의 압축기처럼 소형도 있으나 보통 시간당 50~25,000 m3 이며, 압력은 최고 3,500기압까지 올릴 수 있다. 이 압축기는 실린더 내의 피스톤의 왕복 운동과 밸브의 개폐(開閉)에 따라 공기를 흡입하여 압축 후 배출하는 사이클로 이루어져 있다. 이 형태는 일반적으로 유량(流量)보다는 높은 압력이 필요할 때 많이 사용된다. 그리고 다이내믹형의 압축기는 회전차(回轉差)를 아주 빠른 속도로 회전시켜, 이때 얻어지는 큰 유동속도(流動速度)로 인한 운동량으로 기체의 압력을 상승시키는 장치인데, 큰 유량이 필요할 때 많이 사용된다. 보통 공업용 다이내믹형 압축기는 최대 유량으로 시간당 300,000 m3의 대형까지 존재하며, 압력은 최대 350기압까지 상승시킬 수 있다.

특히, 두 개의 나선형(螺旋形) 홈 사이의 기체를 회전에 의해 압축시키는 스크롤 압축기는 공조기 및 냉동기의 압축기로 많이 사용된다. 이러한 스크롤식 압축기는 그 케이싱의 내부에 흡입가스가 충진 되는지, 아니면 토출 가스가 충진되는지에 따라 저압식 스크롤 압축기 또는 고압식 스크롤 압축기로 나뉘어지게 된다.

상세히, 종래의 저압식 스크롤 압축기는 회전자와 고정자로 이루어지는 구동모터, 상기 구동모터가 회전함에 따라 함께 회전하고, 또한 상부에 편심부가 형성되는 구동축이 포함되는 구동부와, 상기 구동축의 상측에 끼워지는 상부 프레임과, 외부로부터 유체가 유입되도록 하기 위한 흡입관이 포함된다.

또한, 상기 상부 프레임의 상측에 위치되고, 상기 흡입관을 통해 흡입된 냉매를 선회 운동에 의하여 압축하는 선회 스크롤, 상기 선회 스크롤과 맞물려 상기 상부 프레임의 상측에 고정되는 고정 스크롤, 상기 선회 스크롤이 상기 고정 스크롤내에서 선회될 수 있도록 하는 올담 링과, 상기 고정 스크롤에 형성되어 압축된 냉매가 외부로 토출되는 토출관이 포함된다.

상기되는 구성에 의해서 스크롤 압축기의 압축작용을 간단히 설명하도록 한다.

먼저, 팽창 과정을 거친 저압상태의 유체가 흡입관을 통하여 유입되고, 유입된 냉매는 상기 스크롤 압축부로 이동된다. 그리고 이렇게 이동된 유체는 상기 스크롤 압축부에서 고온 고압상태의 유체로 압축되어 상기 토출관을 통하여 압축기 외부로 토출 된다.

한편, 상기 선회 스크롤의 하면에 형성된 베어링 면과 상기 상부 프레임의 상면에 형성된 베어링 면이 대면 되면서 발생하는 마찰을 감소시키기 위하여, 종래의 스크롤 압축기는 상기 상부 프레임의 상면에 환형의 오일 그루브가 형성되어 윤활 된다.

그러나 상기와 같은 환형의 오일 그루브에 의하여, 상기 선회 스크롤이 선 회운동을 하는 경우, 상기 선회 스크롤의 외측 베어링 면이 상기 오일 그루브에 위치된다. 이렇게 상기 선회 스크롤의 외측 베어링 면이 상기 오일 그루브에 위치되므로 베어링 면적이 감소된다. 이러한 베어링 면적의 손실은 스크롤 압축부의 급격한 압력변동을 야기하여, 상기 선회 스크롤의 불완전한 거동과 이러한 불완전한 거동에 의한 소음을 발생 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 선회 스크롤의 선회 운동(공전 운동)에 의하여 발생 되는 베어링 면적의 손실에 의한 불연속적인 압력 변동을 개선하여, 선회 스크롤의 안정적 거동의 확보와 소음을 감소시키는 스크롤 압축기의 오일 공급 구조를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기된 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오일 공급구조에는 상부면에 스러스트 베어링 면이 형성되는 상부 프레임; 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링 면에 안착되어 선회 운동하는 선회 스크롤; 상기 선회 스크롤의 상측에 고정되어 유체가 압축되도록 하는 고정 스크롤; 및 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링 면에 함몰 형성되며, 상기 상부 프레임 및 선회 스크롤이 접촉되는 면 사이로 오일을 안내하는 복수의 오일 그루브가 포함되고, 상기 상부 프레임의 스러스트 베어링 면에는, 상기 복수의 오일 그루브 중 일 그루브의 단부와 타 그루브의 단부 사이에 규정되어, 상기 선회 스크롤의 스러스트 베어링 면과 접촉되도록 구비되는 보존 베어링 면이 복수 개 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급구조에 의하여, 선회 스크롤의 선회 운동(공전 운동)에 의하여 발생 되는 불연속적인 압력변동에도 상기 선회 스크롤은 안정적으로 지지 된다. 이렇게 됨으로써, 상기 선회 스크롤의 거동이 안정적 으로 되어, 소음이 감소되는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시예에 제한된다고 할 수 없으며, 또다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제등에 의해서, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급 구조가 적용된 스크롤 압축기의 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급 구조가 적용된 스크롤 압축기(1)는 케이싱(10)과, 외부에서 유체가 흡입되는 흡입부와, 상기 흡입부로부터 흡입된 유체가 압축되는 스크롤 압축부와, 상기 스크롤 압축부에 의해 압축된 고압의 유체가 토출되는 토출부와, 상기 케이싱(10) 하부에 형성된 오일 저유부(12)와, 상기 오일 저유부(12)에 저장된 오일을 펌핑하는 오일펌프(35)와, 고정자(21)와 회전자(22)의 자기적 상호작용에 의해 회전력이 발생되는 구동부(20)와, 상기 회전자에 압입되어 상기 스크롤 압축부와 상기 오일펌프(35)로 회전력을 전달하는 구동축(100)이 포함된다.

상세히, 상기 흡입부는 상기 케이싱(10)의 외주면 일측에 형성된 흡입관(84)과, 상기 흡입관(84)과 연통 되며, 유입된 냉매가 축적되는 흡입실(82)이 포함된다. 한편, 상기 유입된 냉매의 일부는 후술하는 스크롤 압축부로 유입되어 압축된다.

또한, 상기 토출부는 상기 고정 스크롤(70)의 중앙부에 형성되어 압축된 냉 매를 내보내는 토출 포트(92)와, 상기 토출 포트(92)와 연통되고, 상기 케이싱(10)의 최상측에 형성되는 토출실(94)과, 상기 토출실(94)의 일측면에 형성되는 토출관(96)이 포함된다.

또한, 상기 구동부는 고정자(21)과 회전자(22)로 구성된 구동 모터(20)로써, 상기 구동축(100)을 통하여 상기 오일펌프(35)와 상기 스크롤 압축부로 회전력을 전달한다.

또한, 상기 오일 펌프(35)는 인너 기어(34)와 아우터 기어(33)로 내접 기어 펌프로 구성된다. 이러한 상기 오일 펌프(35)은 상기 하부 프레임(30)에 형성된 삽입홀에 삽입된 상태에서 상기 오일펌프(35)의 하측 커버 역할을 하는 펌프커버(36)가 상기 하부 프레임(30)에 체결됨에 따라 상기 삽입홀에 실장된다. 상세히, 상기 오일펌프(35)는 상기 인어 기어(34)와 아우터 기어(33) 사이에 형성되는 챔버로 오일이 흡입된 상태에서, 상기 구동축(100)이 회전되면, 인너 기어(34)의 회전과 함께 아우터 기어(33)가 회전된다. 그리고, 상기 인너 기어(34)와 아우터 기어(33)가 회전됨에 따라 상기 챔버 내의 오일은 상기 오일 공급통로(32)를 따라 상승하게 된다. 이러한 오일은 상기 선회 스크롤 스러스트 베어링 면(54)과 상기 상부 프레임 스러스트 베어링 면(42)에 스며들어 윤활 작용을 한다.

또한, 상기 스크롤 압축부는 상기 구동축(100)의 상부에 끼워져서 상기 구동축(100)을 지지하는 상부 프레임(40)과, 상기 흡입관(84)을 통하여 흡입된 냉매를 압축할 수 있도록 상기 상부 프레임(40) 상측에 의하여 지지 되는 선회 스크롤(50)과, 상기 선회 스크롤(50)과 맞물려 상기 상부 프레임(40)의 상측에 체결수단에 의 하여 고정되는 고정 스크롤(70)과, 상기 선회 스크롤(50)이 상기 고정 스크롤(70) 내에서 선회될 수 있도록 하는 올담 링(60)과, 상기 고정 스크롤(70)의 하측에 스파이럴 형상으로 형성되어 있는 고정 스크롤 랩(72)과, 상기 선회 스크롤(50)의 상측에 스파이럴 형상으로 형성되고, 상기 고정 스크롤 랩(72)에 대하여 180도 엇갈려 삽입되는 선회 스크롤 랩(52)과, 상기 고정 스크롤 랩(72)의 내측 중심부에 형성되는 토출 포트(92)가 포함된다.

도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 고정 스크롤과 선회 스크롤의 압축수행과정을 설명한 평면도이다.

상기와 같은 구성에 의한 냉매가 압축되는 과정을 설명하면, 먼저, 상기 선회 스크롤(50)이 상기 구동축(100)을 중심으로 편심되어 선회(공전)하게 된다. 그리고 상기 선회 스크롤(50)이 상기 고정 스크롤(70)에 대하여 상기 구동축(100)의 회전에 의하여 선회운동 되어, 각각의 스크롤 랩(52)(72)들이 면 접촉을 일으켜 냉매를 압축하는 포켓(73)이 형성된다. 이러한 포켓(73)은 상기 스크롤 랩(52)(72)의 중심부로 회전하면서 들어가 그 체적이 작아진다. 이렇게 체적이 작아진 포켓 내부에는 고압상태가 된다. 따라서, 포켓 내부에 존재하는 냉매는 고압의 냉매가 되어 토출 포트(92)를 통하여 토출실(94)로 토출 된다.

도 3은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급 구조가 적용된 상부 프레임과 올담 링과 선회 스크롤을 나타낸 분해사시도이고, 도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'따라 절취한 단면도이고, 도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 절취한 단면도이다.

도 3 내지 5를 참조하면, 상기 상부 프레임(40)은 그 프레임 몸체(41)의 상 면에는 상부 프레임 스러스트 베어링 면(42)이 형성된다. 그리고 상기 상부 프레임스러스트 베어링면(42) 중앙에 상기 선회 스크롤 보스(51)가 삽입되도록 소정의 내경과 깊이를 가지는 보스 삽입홈(43)이 형성된다. 그리고 상기 보스 삽입홈(43)의 중앙에는 상기 구동축(100)이 삽입되는 구동축 삽입홀(44)이 형성된다.

상세히, 상기 선회 스크롤(50)은 소정의 두께와 면적을 갖는 경판(55)의 상면에 선회 스크롤 랩(52)이 형성된다. 그리고 상기 경판(55)의 하면에 상기 상부 프레임(40)의 상부 프레임 스러스트 베어링면(42)과 대면 되는 선회 스크롤 스러스트 베어링면(54)이 형성된다. 그리고 상기 선회 스크롤 스러스트 베어링 면(54)의 중앙에는 상기 보스 삽입 홈(43)에 삽입되는 보스(55)가 형성된다. 그리고 상기 선회 스크롤 스러스트 베어링 면(54)의 외측에는 상기 올담 링(60)의 상부 키(61)가 삽입되는 상부 키홈(53)이 형성된다.

그리고, 상기 선회 스크롤(50)의 그 보스(51)가 상기 보스 삽입홈(43)에 삽입됨과 아울러 상기 선회 스크롤 스러스트 베어링 면(54)이 상부 프레임의 스러스트 베어링 면(42)과 대면 되도록 결합 된다. 그리고 상기 구동축(100)이 상부 프레임의 상기 구동축 홀(44)에 삽입됨과 아울러 그 편심부(101)가 선회스크롤의 보스(51) 내에 삽입된다.

더욱 상세히, 상기 상부 프레임 스러스트 베어링 면(42)에 상기 보스 삽입홈(43)을 중심으로 소정의 폭과 깊이를 가지는 오일 그루브(46)가 형성된다. 그리고 상기 오일 그루브(46)는 상기 스러스트 베어링 면(42)의 곡률과 동일한 곡률 반경으로 만곡 된다. 그리고 상기 스러스트 베어링 면(42) 상에는 상기 오일 그루브 (46)가 다수개가 형성되며, 서로 연결되지 아니한다. 그리고 상기 오일 그루브(46)은 상기 상부 프레임(40)의 중심과 연결되는 오일 공급 유로(48)이 더 형성된다. 따라서, 상기 오일 그루브(46)가 하나의 원형 띠 형상으로 이루어지는 경우에 비하여,상기 선회 스크롤(50)과 접촉하는 면적이 넓어지게 되어, 상기 선회 스크롤(50)의 선회운동에 따른 외측 스러스트 베어링 면적손실이 보완되게 하는 보존 베어링 면(47)이 형성된다. 이러한 보존 베어링 면(47)에 의하여, 압력의 불연속이 감소되어, 상기 선회 스크롤(50)의 거동불안이 안정적이게 되며, 소음이 감소 된다. 여기서, 상기 보존 베어링면(47)은 적어도 2개 이상으로 형성될 수 있음을 밝혀둔다. 더 나아가서, 상기 보존 베어링 면(47)은 상기 상부 프레임(40)의 중심에 대향 하여 다수 개로 형성될 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 상기 올 담링(60)은 링 모양의 형상을 가지며 그 상부에는 상부 키(61)가 대향되며 돌출 형성된다. 그리고 상기 올 담링(60)의 하면에는 하부키(62)가 대향되며 돌출형성된다. 이러한 상기 상부/하부 키(61)(62)는 상기 선회 스크롤(50)의 상부 키 홈(53)과 상기 상부 프레임(40)의 하부 키 홈(45)에 스라이딩 가능하게 결합된다. 이렇게 스라이딩 가능하게 결합 되는 상부/하부 키(61)(62)와 상부/하부 키 홈(53)(45)에 의하여, 상기 선회 스크롤(50)은 전후좌우로 왕복운동을 함으로써, 상기 선회 스크롤(50)이 자전 되는 것이 방지되어 선회운동이 가능하게 된다.

이하, 상기와 같은 구성에 의한 스크롤 압축기의 작용에 대하여 설명하도록 한다.

상기 스크롤 압축기의 작동은 먼저, 전원이 인가되어 구동부가 작동함에 다라 구동부의 회전자(22)가 회전하게 되어 회전력이 발생된다. 이러한 회전력은 상기 회전자(22)에 압입된 구동축(100)을 통하여 상기 선회 스크롤(50)로 전달된다. 이렇게 회전력을 전달받은 선회 스크롤(50)은 상기 올담링(60)에 의해 자전이 방지되면서 상기 선회 스크롤 랩(52)이 상기 고정 스크롤 랩(72)과 맞물려 선회 운동을 하게 된다. 그리고 상기 선회 스크롤(50)의 선회 운동에 의해 흡입관(84)을 통해 흡입된 유체가, 상기 고정 스크롤(70)의 일측에 형성된 흡입구(도면에 도시되디 않음)를 통해, 상기 고정 스크롤 랩(72)과 상기 선회 스크롤 랩(52) 사이로 흡입되어, 가운데 부분으로 이동됨과 동시에 압축되면서, 상기 고정 스크롤(70)에 형성된 토출 포트(92)를 통해 토출 되는 고온고압 상태의 유체 상태가 되어 상기 토출관(96)을 통해 토출된다.

또한, 상기 구동축(100)이 회전함에 따라 상기 케이싱(10)의 저유부(12)에 채워진 오일이 상기 오일 펌프(30)에 의해 펌핑되어 상기 구동축(100)의 내부에 형성된 상기 오일 공급통로(32)를 통해 상승한다. 이렇게 상승한 오일은 상기 보스부 삽입홈(43)에 채워짐과 아울러 상부 프레임의 오일 그루브(46)로 유입되면서 상기 선회 스크롤(50)의 상기 선회 스크롤 베어링 면(54)과 상기 상부 프레임(40)의상부 프레임 베어링면(42)에 공급된다. 상세히, 선회 스크롤 스러스트 베어링 면(54)과 상부 프레임 스러스트 베어링 면(42)에 공급된 오일은 선회 스크롤 베어링면(54)과 상기 상부 프레임 스러스트 베어링 면(42)에 윤활작용을 한다. 그리고 이렇게 윤활작용을 마친 오일은 상기 저유부(12)로 귀환된다.

한편, 상기 선회 스크롤(50)이 상기 상부 프레임(40) 상면에서 선회운동을 하게 된다. 이렇게 선회운동을 하면서 상기 선회 스크롤 스러스트 베어링 면(54)의 외측은 상기 상부 프레임(40)의 보존 베어링 면(47)과 면접을 하게 되어, 상기 선회 스크롤(50)의 상부에서 발생 되는 높은 압력에 의해서도 지지 된다.

상기된 바와 같은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 오일 공급 구조에 의하여, 선회 스크롤의 선회 운동(공전 운동)에 의하여 발생 되는 불연속적인 압력변동에도 상기 선회 스크롤은 안정적으로 지지 된다. 이렇게 됨으로써, 상기 선회 스크롤의 거동이 안정적으로 되어, 소음이 감소되는 효과가 있다.

더 나아가서, 급격한 압력변동에 의한 선회 스크롤의 베어링 면과 상부 프레임의 베어링 면의 마손이 감소 되는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 상부면에 스러스트 베어링 면이 형성되는 상부 프레임;

   상기 상부 프레임의 스러스트 베어링 면에 안착되어 선회 운동하는 선회 스크롤;

   상기 선회 스크롤의 상측에 고정되어 유체가 압축되도록 하는 고정 스크롤; 및

   상기 상부 프레임의 스러스트 베어링 면에 함몰 형성되며, 상기 상부 프레임 및 선회 스크롤이 접촉되는 면 사이로 오일을 안내하는 복수의 오일 그루브가 포함되고,

   상기 상부 프레임의 스러스트 베어링 면에는, 상기 복수의 오일 그루브 중 일 그루브의 단부와 타 그루브의 단부 사이에 규정되어, 상기 선회 스크롤의 스러스트 베어링 면과 접촉되도록 구비되는 보존 베어링 면이 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일 공급구조
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 오일 그루브는 상호 대칭되는 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일 공급 구조.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 오일 그루브는 상기 상부 프레임의 상부면의 외주면과 동일한 곡률로 만곡되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 오일 공급 구조.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 상부 프레임의 중심과 상기 오일 그루브를 연결하는 오일 공급유로가 더 포함되는 스크롤 압축기 오일 공급구조.

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