KR101355114B1 - 전동 스크롤 압축기의 급유 시스템 - Google Patents

전동 스크롤 압축기의 급유 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 스크롤 압축기의 급유 시스템에 관한 것으로, 자동차 및 철도차량용 공조 시스템, 가정용 냉동사이클 및 공조 시스템, 그리고 각종 산업 분야에서 가스를 압축하는데 사용하는 전동식 스크롤 압축기에서 원활한 급유가 이루어져 선회스크롤과 고정스크롤이 마찰을 일으키는 스러스트면에 급유를 수행이 가능하도록 하기 위해 전동식 스크롤 압축기의 헤드의 토출실 하부에 모인 오일을 상기 선회스크롤과 메인프레임 사이의 배압실로 보내기 위해 고정스크롤의 몸체에 오일회수공을 마련하고, 선회스크롤의 경판에 압축실(144)과 배압실(162)을 연통하는 관통공(153)이 더 형성되어 상기 배압실(162)의 압력을 유지하고, 배압실로부터 상기 압축실의 스러스트 면으로의 오일 공급을 위해 선회스크롤의 경판 하부에는 고정스크롤의 몸체 전면 가장자리에 형성되는 그루브와 배압실을 연통하는 오일배출공을 형성한 전동 스크롤 압축기의 급유 시스템을 제공한다.

Description

전동 스크롤 압축기의 급유 시스템 {Oil supply system of an electric scroll compressor}
본 발명은 전동 스크롤 압축기의 급유 시스템에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 자동차 및 철도차량용 공조 시스템, 가정용 냉동사이클 및 공조 시스템, 그리고 각종 산업 분야에서 가스를 압축하는데 사용하는 전동식 스크롤 압축기에서 원활한 급유를 위하여 배압실 압력을 이용하되 토출실과 배압실의 차압 그리고 배압실과 압축실의 차압을 이용하여 토출가스에 함유된 오일을 회수하여 선회스크롤과 고정스크롤이 마찰을 일으키는 스러스트면에 급유를 수행하는 전동식 스크롤 압축기의 급유 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 공조용 전동식 스크롤 압축기는 횡형이므로 통상 입형인 가정용 스크롤 압축기와는 달리 크랭크축의 회전을 이용한 원심 펌핑식 급유를 수행할 수 없게 된다.
따라서 횡형의 전동식 스크롤 압축기는 오일이 저장되어 있는 압축기 하우징 내부를 고압식으로 하여 윤활이 필요한 부위와의 차압(差押)을 이용하든지 아니면 압축기 하우징 내부를 저압으로 유지할 경우에는 매우 복잡한 급유통로를 형성하여 급유를 수행한다.
이때, 고압식 스크롤 압축기는 하우징 내부가 고압을 견딜 수 있도록 하기 위해 하우징의 두께를 증가해야 하는 단점이 있으며, 또한 모터부가 고온부에 노출되므로 모터 냉각에는 불리하다.
이에 반해 저압식 스크롤 압축기는 하우징 내부를 저압으로 유지하므로 차압을 얻기가 어려워 자연 급유 시스템의 구조가 복잡해지는 단점이 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전동식 스크롤 압축기에서 원활한 급유를 위하여 배압실 압력을 이용하되 토출실과 배압실의 차압 그리고 배압실과 압축실의 차압을 이용하여 토출가스에 함유된 오일을 회수하여 선회스크롤과 고정스크롤이 마찰을 일으키는 스러스트면에 급유를 수행하여 전동식 스크롤 압축기의 구조를 간소화시킬 수 있는 전동식 스크롤 압축기의 급유 시스템을 제공하는 데 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
내부에 구동모터가 장착되며 일측에 저압의 가스가 유압되는 가스유입부가 형성되는 하우징과, 상기 하우징과 결합되며 고압의 가스가 배출되는 가스배출부가 형성되는 헤드와, 상기 헤드와 하우징 내부에 구비되며 다수의 압축실을 형성하는 나선형의 제1 및 제2랩이 각각 구비되는 고정스크롤 및 선회스크롤과, 배압실을 형성하도록 상기 선회스크롤의 후측에 구비되는 메인프레임으로 구성되는 전동식 스크롤 압축기의 오일 급유 시스템에 있어서,
상기 헤드에는 고정스크롤의 중앙에 형성되는 토출 포트를 통해 배출되는 고압의 가스를 가스배출부로 배출하는 토출실이 마련되고, 상기 토출실의 하단에 모인 오일을 상기 선회스크롤과 메인프레임 사이의 배압실로 보내기 위해 상기 고정스크롤의 몸체에 오일회수공을 마련하고 배압실로부터 상기 압축실의 스러스트 면으로의 오일 공급을 위해 선회스크롤의 경판 하부에는 상기 고정스크롤의 몸체 전면 가장자리에 형성되는 그루브와 배압실을 연통하는 오일배출공이 형성되며, 상기 선회스크롤의 경판에는 압축실과 배압실을 연통하는 관통공이 더 형성되어 상기 배압실의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 전동 스크롤 압축기의 급유 시스템을 제공한다.
이때, 상기 경판에 형성된 오일배출공에는 오일의 유입 압력을 강하하는 압력강하핀이 더 삽입되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 고정스크롤의 몸체 주위와 상기 선회스크롤의 경판이 습동하는 스러스트면의 마찰 저감을 위한 그루브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전동식 스크롤 압축기에서 원활한 급유를 위하여 배압실 압력을 이용하되 토출실과 배압실의 차압 그리고 배압실과 압축실의 차압을 이용하여 토출 가스에 함유된 오일을 오일회수공을 통해 배압실로 회수하고 이를 선회스크롤의 경판 하부에 형성되는 오일배출공을 통해 고정스크롤의 그루브로 공급하여 선회스크롤과 고정스크롤이 마찰을 일으키는 스러스트면에 급유를 수행하므로 급유시스템의 구조가 간단하다.
이와 같은 급유 시스템은 자동차 및 철도차량용 공조 시스템, 가정용 냉동사이클 및 공조 시스템, 그리고 각종 산업 분야에서 가스를 압축하는데 사용하는 다양한 형태의 전동식 스크롤 압축기에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 스크롤 압축기를 하측에서 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 스크롤 압축기를 상측에서 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 스크롤 압축기의 선회스크롤 및 메이프레임을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 스크롤 압축기의 고정스크롤 및 선회스크롤을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전동 스크롤 압축기의 결합단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전동 스크롤 압축기의 가스 압축 원리를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 전동 스크롤 압축기의 급유 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 6에 의하면, 본 발명에 따른 전동 스크롤 압축기(100)는 내부에 구동모터(130)가 장착되며 일측에 저압의 가스가 유압되는 가스유입부(112)가 형성되는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)과 결합되며 고압의 가스가 배출되는 가스배출부(122)가 형성되는 헤드(120)와, 상기 헤드(120)와 하우징(110) 내부에 고정되며 나선형의 제1랩(142)이 구비되는 고정스크롤(140)과, 상기 고정스크롤(140)의 제1랩(142)에 맞물려 결합하여 다수의 압축실(144)을 형성하는 나선형의 제2랩(152)이 구비되는 선회스크롤(150)과, 배압실(162)을 형성하도록 상기 선회스크롤(150)의 후측에 구비되며 중앙에 상기 구동모터(130)의 회전축(136)이 관통하는 메인프레임(160)으로 구성된다.
이때, 상기 헤드(120)에는 고정스크롤(140)의 중앙에 형성되는 토출 포트(146)를 통해 배출되는 고압의 가스를 가스배출부(122)로 배출하는 토출실(121)이 마련되고, 상기 토출실(121)의 하단에 모인 오일을 상기 선회스크롤(150)과 메인프레임(160) 사이의 배압실(162)로 보내기 위해 상기 고정스크롤(140)의 몸체(141)에 오일 회수공(147)을 마련하고 배압실(162)로부터 압축실(144) 주변의 스러스트 면으로의 오일 공급을 위해 선회스크롤(150)의 경판(151)에 오일배출공(154)을 마련하고 오일배출공(154) 내부에는 유량조절을 위한 압력강하핀(155)을 삽입 설치한다.
이하 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.
먼저, 상기 헤드(120)와 하우징(110)은 나사결합되어 본 발명에 따른 전동식 스크롤 압축기(100)의 외관을 형성한다.
이때, 상기 하우징(110)은 상기 헤드(120)에 결합되며 내부에 구동모터(130)가 장착되며 일측에 저압의 가스가 유입되는 가스유입부(112)와 상기 가스유입부(112)를 통해 하우징(110) 내부로 유입된 저압 가스를 고정스크롤(140)의 압축실(144)로 안내하는 안내유로(117)가 형성된다.
상기 구동모터(130)는 상기 하우징(110)의 내측에 결합되어 고정되는 스테이터(132)와, 회전축(136)이 중심부에 돌출되게 구비되는 로우터(134)로 이루어지며, 상기 회전축(136)의 단부에는 편심하는 크랭크핀(136a)이 구비된다.
상기 헤드(120) 내부에는 상기 고정스크롤(140)의 중앙에 형성되는 토출 포트(146)를 통해 배출되는 고압의 가스를 상기 가스배출부(122)로 배출하며 하부에는 오일이 저장되는 토출실(121)이 마련된다.
그리고 상기 토출실(121)로부터 스크롤 압축기(100)의 외부로 토출되는 고압의 가스는 가스배출부(122)를 통해 배출시 가스에 함유되어 있는 오일의 상당부분이 분리되어 토출실(121)의 하부로 모이도록 가스배출부(122)에 오일 분리관(124)을 구비하여 오일 분리관(124)의 유로를 따라 고압의 가스가 통과하여 외부로 배출된다.
이와 같은 헤드(120)와 하우징(110)의 결합 단부에는 가스 또는 오일이 누수되는 것을 방지할 수 있도록 누수방지용 가스킷(129)이 체결된다.
한편, 상기 헤드(120)의 전단에는 고정스크롤(140)과 선회스크롤(150) 및 메인프레임(160)이 순차적으로 구비되어 하우징(110)을 상기 헤드(120)에 결합하는 경우 고정스크롤(140)과 메인프레임(160)은 고정된다.
상기 고정스크롤(140)은 몸체(141)의 전면에 나선형의 제1랩(142)이 구비되고, 몸체(141)의 상단에는 하우징(110)의 안내유로(117)를 따라 안내된 저압의 가스가 유입되는 가스유입공(143)이 형성되고, 몸체(141)의 중앙에는 상기 헤드(120)와 연통되는 토출 포트(146)가 관통 형성되고, 상기 토출 포트(146) 출구에는 토출 밸브(180)가 설치된다.
이때 상기 고정스크롤(140)의 몸체(141) 하부에는 오일회수공(147)이 형성되어 상기 토출실(121) 하부에 저장된 오일은 상기 고정스크롤(140)의 몸체(141)에 뚫린 오일회수공(147)을 통해 압력차에 의해 상기 선회스크롤(150) 및 메인프레임(160) 사이의 배압실(162)로 이송된다. 이를 위해 상기 메인프레임(160)의 하부에는 상기 고정스크롤(140)의 오일회수공(147)을 통해 회수되는 오일을 상기 배압실(162)로 안내하는 안내홈(165)이 형성된다. 즉, 상기 오일회수공(147)은 상기 토출실(121) 하부와 배압실(162)을 연결하여 오일이 순환하면서 이동할 수 있도록 한다.
그리고 상기 고정스크롤(140)의 몸체(141) 전면 가장자리에는 오일이 유입될 수 있는 환형의 그루브(148)가 형성된다. 이는 후술하는 선회스크롤(150)의 경판(151)에 형성되는 오일배출공(154)을 통해 배압실(162)의 오일이 상기 환형의 그루브(148)로 유입되어 선회스크롤(150)의 경판(151)과 상기 고정스크롤(140)의 몸체(141) 가장자리 접촉부의 지속적인 마찰로 인한 마모 등을 방지하는 기능을 한다.
그리고 상기 헤드(120)와 고정스크롤(140)의 밀착면을 통한 오일 또는 가스의 누수를 차단하기 위해 누수방지링(149)이 체결된다.
또한, 상기 고정스크롤(140)의 오일 회수공(147) 전단에는 거름망(145)이 구비되어 선회스크롤(150)의 선회운동으로 인해 마찰로 인한 금속성 성분 및 오일 내 찌꺼기 등을 분리한다.
한편, 상기 선회스크롤(150)은 상기 고정스크롤(140)의 제1랩(142)에 맞물려 결합하여 복수의 압축실(144)을 형성하는 나선형의 제2랩(152)이 경판(151)의 일면에 구비되며, 상기 경판(151)에는 압축실(144)과 배압실(162)을 연통하는 관통공(153)이 형성되고, 상기 경판(151)의 하부에는 상기 고정스크롤(140)의 몸체(141) 전면 가장자리에 형성되는 그루브(148)와 배압실(162)을 연통하는 오일배출공(154)이 형성된다.
그리고 상기 오일배출공(154)에는 압력강하핀(155)이 삽입되어 배압실(162) 내부 오일이 오일배출공(154)과 압력강하핀(155) 사이의 틈새를 통해 상기 고정스크롤(140)의 몸체(141)의 가장자리면에 설치되는 환형의 그루브(148)로 공급된다.
또한 상기 선회스크롤(150)의 경판(151) 중앙에는 제1베어링(170)이 안착되는 제1베어링안착부(151a)가 형성되고, 경판(151)의 가장자리를 따라 선회스크롤(150)의 자전을 방지하고 선회가 가능하도록 지지홈(151b)이 형성되어 메인프레임(160)의 올담핀(164)이 안착된다.
그리고 상기 제1베어링(170) 중앙에는 밸런스웨이트(171)가 장착된 회전축(136)의 크랭크핀(136a)이 체결된다.
한편, 상기 메인프레임(160)의 중앙에는 축공이 형성되어 제2베어링(172)과 립씰(Lip Seal)(174)이 체결되어 회전축(136)이 관통된다.
그리고 상기 하우징(110)의 내부에는 제3베어링(176)이 설치되어 회전축(136)의 후단부를 지지한다. 따라서, 상기 회전축(136)은 제2 및 제3베어링(172,176)에 의해 회전이 자유롭게 지지된다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참고로 본 발명에 따른 전동 스크롤 압축기의 구동 예를 설명한다.
하우징(110)의 일측에 형성되는 가스유입부(112)를 통해 저압의 가스가 하우징(110) 내부로 유입되면 안내유로(117)를 따라 고정스크롤(140)의 압축실(144)로 안내되는데, 구동모터(130)의 작동으로 회전축(136)이 회전하면서 크랭크핀(136a)을 통해 체결된 선회스크롤(150)은 선회하게 되고 저압의 가스는 외측의 압축실(144)에서 내측 중심부의 압축실(144)로 이동하면서 압력이 상승하게 된다.
이때, 중간압 정도에 이른 압축실과 배압실(162)을 연통하는 관통공(153)을 통해 중간압력을 지닌 가스가 배압실(162)로 이송되어 배압실(162)을 채우게 되고 배압실(162) 압력은 중간압을 유지하게 된다.
그리고, 상기 고정스크롤(140)의 중앙에 형성되는 토출 포트(146)의 가스 압력에 의해 출구에는 토출 밸브(180)를 개방되어 고압의 가스가 토출실(121)로 배출된다.
이 경우 토출실(121)로 배출되는 고압의 가스가 오일분리관(124)을 통과할 때 토출 가스에 함유되어 있는 오일의 상당부분이 분리되어 토출실(121)의 하부에 모이게 된다.
그리고 상기 토출실(121)의 하부에 모인 오일은 상기 고정스크롤(140)의 몸체(141)에 뚫린 오일회수공(147)을 통해 압력 차이에 의해 상기 배압실(162)로 이송된다. 즉, 토출실(121)의 압력은 배압실(162)의 압력에 비해 상대적으로 높아 토출실(121)의 오일이 배압실(162)로 유입된다.
이때, 배압실(162) 내부를 채운 오일은 상기 선회스크롤(150)의 경판(151) 내부에 뚫려있는 오일배출공(154)과, 그 오일배출공(154) 내부에 삽입된 압력강하핀(155) 사이의 틈새를 통해 상기 고정스크롤(140)의 몸체(141)의 가장자리를 따라 형성되는 환형의 그루브(148)로 공급된다.
상기 환형의 그루브(148)가 설치되어 있는 고정스크롤(140)과 선회스크롤 경판(151)의 가장자리면은 서로 접동하는 구조임을 알 수 있다.
이때, 오일배출공(154)의 직경을 'd', 압력강하핀(155)과 오일배출공(154)의 직경 차이를 'ε', 압력강하핀(155)의 길이를 'l' 오일의 유량과 점도를 각각 'Q' 및 'μ'라고 하면, 오일배출공(154) 입구와 출구의 압력강하'△P'에 대해 오일유량은 다음의 식(1)과 같이 결정된다.
Figure 112012067808152-pat00001
(식1)
한편, 상기 배압실(162)의 압력은 선회스크롤(150)의 경판(151)에 형성된 관통공(153)을 통해 배압실(162)의 압력이 유지되어 고정스크롤(140)의 가스유입공(143)을 통해 유입되는 저압의 가스와 일정한 차압을 유지하고, 토출실(121)과도 일정한 차압을 유지하게 되어 오일의 순환이 이루어질 수 있게 된다.
그리고 배압실(162)의 압력 'PB'는 상기한 바와 같이 고정스크롤(140)의 제1랩(142)과 선회스크롤(150)의 제2랩(152) 사이에서 이루어지는 복수의 압축실(144) 가운데서 중간압에 해당하는 압축실(144)로부터 관통공(153)을 통해 가스를 받아들여 형성되므로 다음의 식(2)와 같이 결정된다.
Figure 112012067808152-pat00002
(식2)
여기서 'k'는 관통공(153)의 위치에 따라 결정되는데 일 예로 'k'는 1.4 ~ 1.6 정도를 유지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.
100: 전동식 스크롤 압축기 110: 하우징
120: 헤드 121: 토출실
122: 가스배출부 124: 오일 분리관
130: 구동모터 140: 고정스크롤
144: 압축실 145: 거름망
146: 토출 포트 147: 오일회수공
148: 그루브 150: 선회스크롤
151: 경판 153: 관통공
154: 오일배출공 155: 압력강하핀
160: 메인프레임 162: 배압실
164: 올담핀

Claims (3)

  1. 내부에 구동모터(130)가 장착되며 일측에 저압의 가스가 유압되는 가스유입부(112)가 형성되는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)과 결합되며 고압의 가스가 배출되는 가스배출부(122)가 형성되는 헤드(120)와, 상기 헤드(120)와 하우징(110) 내부에 구비되며 다수의 압축실(144)을 형성하는 나선형의 제1 및 제2랩(142,152)이 각각 구비되는 고정스크롤(140) 및 선회스크롤(150)과, 배압실(162)을 형성하도록 상기 선회스크롤(150)의 후측에 구비되는 메인프레임(160)으로 구성되는 전동식 스크롤 압축기(100)의 오일 급유 시스템에 있어서,
    상기 헤드(120)에는 고정스크롤(140)의 중앙에 형성되는 토출 포트(146)를 통해 배출되는 고압의 가스를 가스배출부(122)로 배출하는 토출실(121)이 마련되고, 상기 토출실(121)의 하단에 모인 오일을 상기 선회스크롤(150)과 메인프레임(160) 사이의 배압실(162)로 보내기 위해 상기 고정스크롤(140)의 몸체(141)에 오일회수공(147)을 마련하고 배압실(162)로부터 상기 압축실(144)의 스러스트 면으로의 오일 공급을 위해 선회스크롤(150)의 경판(151) 하부에는 상기 고정스크롤(140)의 몸체(141) 전면 가장자리에 형성되는 그루브(148)와 배압실(162)을 연통하는 오일배출공(154)이 형성되며, 상기 선회스크롤(150)의 경판(151)에는 압축실(144)과 배압실(162)을 연통하는 관통공(153)이 더 형성되어 상기 배압실(162)의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 전동 스크롤 압축기의 급유 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 경판에 형성된 오일배출공(154)에는 오일의 유입 압력을 강하하는 압력강하핀(155)이 더 삽입되는 것을 특징으로 하는 전동 스크롤 압축기의 급유 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고정스크롤(140)의 몸체(141) 주위와 상기 선회스크롤(150)의 경판(151)이 습동하는 스러스트면의 마찰 저감을 위한 그루브(148)이 구비되는 것을 특징으로 하는 전동 스크롤 압축기의 급유 시스템.
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