KR20040029164A

KR20040029164A - 회전식압축기

Info

Publication number: KR20040029164A
Application number: KR10-2004-7003431A
Authority: KR
Inventors: 키타우라히로시; 야마지히로유키; 야나기사와마사노리; 우에카와타카시
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-04-03
Also published as: CN1327137C; EP1510695A1; US20040247474A1; AU2003227511A1; JP3731068B2; KR100538061B1; US7322809B2; BR0305094A; AU2003227511B2; CN1533480A; JP2004011482A; EP1510695A4; TW200406548A; BR0305094B1; MY133255A; WO2003104657A1; TWI221883B

Abstract

케이싱(10) 내의 고저차압을 이용하여, 구동축(17)에 형성된 주 급유로(51)를 통해 베어링(32, 34, 45)으로의 급유를 실행하는 회전식압축기에 있어서, 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면으로의 고압가스 유입을 방지하여 베어링(32, 34, 45)의 신뢰성을 높이기 위해, 구동축(17) 및 베어링(32, 34, 45)에, 베어링부 급유로(59, 60, 61)를 개재하고 축방향 양쪽에 위치하는 기밀구조의 실 부(65)를 형성한다.

Description

회전식압축기{ROTARY COMPRESSOR}

종래, 냉동주기로 냉매가스를 압축하는 회전식압축기로서, 예를 들어 스크롤압축기가 이용되고 있다. 스크롤압축기는, 서로 맞물리는 나선형 랩을 갖는 고정스크롤과 가동스크롤을 케이싱 내에 구비한다. 고정스크롤은 케이싱에 고정되며, 가동스크롤은 구동축(크랭크축)의 편심부에 연결된다. 또 구동축은, 베어링을 개재하고 케이싱에 지지된다. 이 스크롤압축기에서는, 가동스크롤이 고정스크롤에 대해 자전하는 일없이 공전만을 행함으로써, 양 스크롤의 랩 사이에 형성되는 압축실을 수축시켜 냉매 등의 가스를 압축하는 동작이 이루어진다.

스크롤압축기에서는 일반적으로, 케이싱 내의 오일저류부에 고인 냉동기유를, 구동축에 형성된 주 급유로를 통해, 양 스크롤의 습동면이나, 구동축과 베어링의 슬라이딩 접촉면 등에 공급하여 윤활시키는 구성이 채용된다. 예를 들어 일특개평 8-261177호 공보에는, 케이싱 내의 고압분위기에 오일저류부를 형성함과 동시에, 양 스크롤의 습동면을 압축기구의 흡입쪽으로 연통시켜 상대적으로 저압으로 함으로써, 고저차압을 이용한 차압펌프 구조에 의해 냉동기유를 상기 습동면에 공급하는 구성이 기재돼있다.

또 상기 공보의 스크롤압축기에서는, 주 급유로에서 분기하여 구동축과 베어링의 슬라이딩 접촉면으로 연통되는 베어링부 급유로를 구동축에 형성함과 동시에, 베어링 내주면에 나선형의 홈을 형성하여 주 급유로의 냉동기유를 상기 슬라이딩 접촉면에도 공급하도록 한다. 이 나선형 홈은, 베어링의 축 방향 양 단부에서 케이싱 내의 고압공간으로 개방된다. 이 경우, 상기 슬라이딩 접촉면을 윤활시킨 냉동기유는 나선형 홈으로부터 유출되어 케이싱 내의 공간을 통해 오일저류부로 돌아오게 된다.

-해결과제-

그러나 상기 구성에서는, 정상운전 중에는 차압펌프의 작용으로 냉동기유를 양 스크롤 습동면과 베어링의 슬라이딩 접촉면에 공급하기가 가능하기는 하지만, 기동 시에는 베어링 슬라이딩 접촉면의 윤활이 불충분해질 우려가 있다. 이는, 압축기의 기동 시에는, 차압펌프의 작용으로 오일저류부의 냉동기유가 양 스크롤의 습동면에 공급되기 전에, 케이싱 내를 고압분위기로 한 냉매가스가, 나선형 홈을 주 급유로로 향해 역출돼버리기 때문에, 오일저류부의 냉동기유가 베어링 개소의 슬라이딩 접촉면에 공급되기 어려워짐과 동시에, 운전정지 중에 이 슬라이딩 접촉면에 남아 있던 오일도 주 급유로로 되밀려 돌아와 버리는 것이 원인이라 생각된다. 따라서 윤활불량에 의해 베어링 온도가 과도하게 상승하기 쉬워지며, 이를 반복하면 베어링의 신뢰성이 저하되거나, 경우에 따라서는 구동축이 녹아 붙는 시저(seizure)가 발생하거나 할 우려가 있다.

본 발명은, 이와 같은 문제점에 감안하여 창안된 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 차압펌프에 의한 베어링 급유를 채용한 회전식압축기에 있어서, 구동축과 베어링 사이로의 가스 유입을 방지하여, 베어링의 신뢰성을 높이도록 하는 데 있다.

본 발명은 스크롤압축기 등의 회전식압축기에 관하며, 특히 구동축의 베어링 구조에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 스크롤압축기의 전체구성을 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명의 실시형태에서 급유 홈을 나타내는 구동축의 부분사시도.

도 3은 급유 홈의 기타 실시예를 나타내는 구동축의 부분사시도.

도 4는 실 성질의 지표값과 블로우 가스량의 상관관계를 나타내는 특성도.

도 5는 베어링과 급유 홈의 축방향 길이의 비율 "b/L"과 베어링 온도 상승의 상관관계를 나타내는 특성도.

도 6은 실시형태에서 베어링부 제 3 급유로의 유출 끝단을 나타내는 구동축의 부분사시도.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 회전식압축기의 베어링 개소에서 슬라이딩 접촉면의 축방향 양 단부 쪽에 기밀 구조의 실(seal) 부(65)를 형성하여, 이 슬라이딩 접촉면으로의 가스 유입을 저지하도록 하는 것이다.

구체적으로, 청구항 제 1 항 기재의 발명은, 케이싱(10) 내에 압축기구(15)와, 이 압축기구(15)를 구동시키는 구동축(17)을 갖는 압축기모터(16)를 구비하며, 상기 구동축(17)이, 케이싱(10) 내의 고압공간에 구성된 베어링(32, 34, 45)으로 지지됨과 동시에 이 구동축(17)에, 운전 중에 고압이 되는 오일저류부(48)에서 저압공간(37a)으로 연통되는 주 급유로(51)와, 한끝이 주 급유로(51)에 연통됨과 동시에 다른 끝이 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면으로 연통되는 베어링부 급유로(59, 60, 61)가 형성된 회전식 압축기를 전제로 한다.

그리고 이 회전식압축기에서는, 상기 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면에, 베어링부 급유로(59, 60, 61)를 개재하고 축방향 양쪽에 위치하는 실질적으로 기밀구조인 실 부(65)가 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 실 부(65)는, 예를 들어 슬라이딩 접촉면 구동축(17)의 바깥지름 치수와 베어링(32, 34, 45)의 안지름 치수를 미크론 오더로 관리하여, 거의 틈새가 없는 상태로 함으로써 실현할 수 있다.

이와 같이 구성하면, 압축기의 통상 운전 중에는 오일저류부(48)에 작용하는 고압압력에 의해 오일이 주 급유로(51)를 통해 저압공간(37a)으로 흐른다. 이 오일은, 주 급유로(51)에서 분기된 베어링부 급유로(59, 60, 61)를 통해 베어링(32, 34, 45)에도 공급된다. 따라서 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면이 윤활된다.

한편 압축기의 기동 시에는, 냉매 등의 고압가스에 의해 케이싱(10) 내의 압력이 상승함에 따라 오일저류부(48)에 고압압력이 작용하여, 오일저류부(48)의 오일이 주 급유로(51)로 유입된다. 이 때 케이싱(10) 내의 가스압은 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45) 사이에도 작용하지만, 그 슬라이딩 접촉면의 축방향 양쪽에는 기밀구조의 실 부(65)가 형성돼있으므로, 고압가스는 상기 슬라이딩 접촉면으로는 유입되지 않는다. 따라서 오일저류부(48)의 오일이 슬라이딩 접촉면으로의 공급이 저해되거나, 이 슬라이딩 접촉면에 남아있는 오일이 주 급유로(51)로 되돌아오거나 하지 않으므로 윤활 불량이 발생하지 않는다.

또 청구항 제 2 항 기재의 발명은, 제 1 항 기재의 회전식압축기에 있어서, 압축기구(15)가 케이싱(10)에 고정된 고정스크롤(22)과, 이 고정스크롤(22)에 대해 공전동작을 행하는 가동스크롤(26)을 구비하며, 가동스크롤(26)에는 구동축(17)의 주 급유로(51)로부터, 고정스크롤(22)과 가동스크롤(26)의 습동면을 개재하고 상기 압축기구(15) 흡입 쪽의 저압공간(37a)에 연통되는 스크롤부 급유로(53)가 구성되는 것을 특징으로 한다. 즉 이 제 2 항의 발명은, 회전식압축기를 스크롤압축기로 한정시킬 경우에, 오일저류부(48)와 압축기구(15)의 흡입 쪽을 연통시켜, 차압펌프의 작용으로 스크롤(22, 26)의 습동면과 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면에 급유하도록 하는 것이다.

이와 같이 구성하면 주 급유로(51)를 흐르는 오일은, 오일저류부(48)의 고압압력과 압축기구(15)의 흡입 쪽에서의 저압압력과의 차압에 의해, 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면에 공급됨과 동시에, 고정스크롤(22)과 가동스크롤(26)간의 습동면에도 공급되며, 이들 면이 모두 윤활된다.

또 청구항 제 3 항 기재의 발명은, 제 2 항 기재의 회전식압축기에 있어서, 스크롤부 급유로(53)의 적어도 일부가 조임통로(56)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성하면, 가동스크롤(26)의 공전 중에 압축실의 가스압이 과도하게 상승하고 이 가동스크롤(26)이 경사(전복)질 경우에, 양 스크롤(22, 26)의 습동면에 틈새가 생겨도, 스크롤부 급유로(53)의 조임 작용에 의해 냉동기유가 고정스크롤(22)과 가동스크롤(26)의 틈새로부터 누출되는 것을 억제할 수 있다. 따라서 이 습동면으로부터 오일이 다량으로 누출돼버리면 베어링(32, 34, 45) 쪽 급유량이 저하돼버림에 대해, 오일누출을 억제함으로써 베어링부 급유로(59, 60, 61)로의 급유량이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또 청구항 제 4 항 기재의 발명은, 제 1, 제 2, 또는 제 3 항 기재의 회전식압축기에 있어서, 구동축(17) 및 베어링(32, 34, 45)의 적어도 한쪽에는 그 슬라이딩 접촉면에, 베어링부 급유로(59, 60, 61)의 축방향 양쪽에 위치하는 실 부(65) 사이에 위치함과 동시에 베어링부 급유로(59, 60, 61)로 연통되는 급유 홈(64)이형성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성하면, 주 급유로(51)로부터 베어링부 급유로(59, 60, 61)를 통해 상기 슬라이딩 접촉면으로 공급되는 오일이, 베어링부 급유로(59, 60, 61)로부터 일단 급유 홈(64)으로 유입된 후, 구동축(17) 회전에 따라 슬라이딩 접촉면으로 퍼져감으로써 이 슬라이딩 접촉면이 윤활된다. 또 기동 시에는 슬라이딩 접촉면에 남은 오일과 급유 홈(64)에 고인 오일이 슬라이딩 접촉면으로 퍼져, 이 슬라이딩 접촉면이 윤활된다.

또한 청구항 제 5 항 기재의 발명은 제 4 항 기재의 회전식압축기에 있어서, 구동축(17)이 케이싱(10) 내에서 상하방향을 따라 배설됨과 동시에 베어링(32, 34, 45)이, 오일저류부(48)에 근접한 하부베어링(45)과, 하부베어링(45)보다 상방에 위치하는 상부베어링(32, 34)을 가지며, 또 슬라이딩 접촉면의 급유 홈(64)이 적어도 상부베어링(32, 34)에 대해 형성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성하면 상부베어링(32, 34)에서는, 통상운전 시와 기동 시 어느 경우에도, 슬라이딩 접촉면의 급유 홈(64)을 개재하고 이 슬라이딩 접촉면이 거의 균일하게 윤활된다. 또 하부베어링(45)은 오일저류부(48)에 근접한 위치에 구성되므로, 고여있는 오일을 이용하여 윤활할 수 있다. 특히 기동 시에는 냉동기유가 오일저류부(48)로 돌아와 오일저류부(48)의 액면이 상승하므로, 오일저류부(48)의 냉동기유를 효과적으로 이용할 수 있다.

또 청구항 제 6 항 기재의 발명은 제 4 항 기재의 회전식압축기에 있어서, 베어링(32, 34)의 축방향 길이를 L, 슬라이딩 접촉면의 베어링(32, 34) 안지름과구동축(17) 바깥지름과의 틈새치수를 C, 그리고 급유 홈(64)의 축방향 길이를 b로 했을 때, 이들 값이,

0.3L＜b＜L-0.2C ×10³

으로 나타나는 수학식 3을 만족시키도록 정해지는 것을 특징으로 한다.

상기 수학식 3은,

((L-b)/C) ×10^-3＞0.2

으로 나타나는 수학식 1과,

b/L＞0.3

으로 나타나는 수학식 2 양쪽을 만족시키도록, 수학식 2를 수학식 1에 대입함으로써 구한 것이다.

여기서 수학식 1의 "((L-b)/C) ×10^-3"값은, 실 부(65)의 축방향 길이와 구동축(17) 및 베어링(32, 34) 틈새 폭과의 비를 나타내며, 이 값이 0.2 이하에서는 슬라이딩 접촉면으로의 가스 유입량이 급격히 증대하여 실 성능이 악화되는 데 반해, 0.2보다 크게 하면 가스 유입량을 억제할 수 있다(도 4 참조).

또 수학식 2의 "b/L"로 표시되는 비율이 0.3 이하에서는 베어링(32, 34)의 온도상승이 급격히 증대하는 데 반해, 이 비율을 0.3보다 크게 하면 베어링(32,34)의 온도상승이 억제된다(도 5 참조).

그리고 수학식 2를 수학식 1에 대입함으로써 구한 수학식 3을 만족할 경우는, 수학식 1과 수학식 2 양쪽의 작용을 발휘한다. 따라서 이와 같이 구성하면 구동축(17)과 베어링(32, 34) 슬라이딩 접촉면으로의 가스 유입량이 억제됨과 동시에, 베어링(32, 34)의 온도상승도 억제된다.

-효과-

제 1 항 기재의 발명에 의하면, 구동축(17) 및 베어링(32, 34, 45)에, 주 급유로(51)로부터의 베어링부 급유로(59, 60, 61)를 개재하고 축방향 양쪽에 위치하는 기밀구조의 실 부(65)를 형성하여, 기동 시에도 구동축(17)과 베어링(32, 34)의 슬라이딩 접촉면으로 가스가 유입되지 않도록 하므로, 슬라이딩 접촉면의 윤활 불량에 의한 과도한 온도상승을 방지할 수 있다. 따라서 베어링(32, 34, 45)의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있어, 시저가 발생하거나 할 우려도 없다.

또 제 2 항 기재의 발명에 의하면 오일저류부(48)의 오일이, 차압펌프의 작용으로 고정스크롤(22)과 가동스크롤(26)의 습동면에 공급되는 스크롤압축기에서, 이 차압펌프를 이용하여 베어링 개소의 슬라이딩 접촉면의 윤활을 실행함과 동시에, 기동 시의 윤활 불량도 방지할 수 있다. 특히 스크롤압축기에서는 양 스크롤(22, 26)의 습동면에서 조임 효과를 얻을 수 있으므로, 냉동기유를 상기 슬라이딩 접촉면으로 확실하게 공급할 수 있다.

또한 제 3 항 기재의 발명에 의하면, 스크롤부 급유로(53)에 조임기능을 부여함으로써, 가동스크롤(26)이 압축실의 내압 상승에 의해 경사(전복)질 경우에도,그 조임 작용으로 습동면으로부터의 오일 누출을 억제할 수 있으므로, 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면으로의 급유를 확실하게 할 수 있다.

또 제 4 항 기재의 발명에 의하면, 슬라이딩 접촉면 축방향 양쪽의 실 부(65) 사이에 급유 홈(64)을 형성하므로, 오일이 슬라이딩 접촉면 전체로 퍼지기 쉬워져 윤활 효과가 높아짐과 동시에, 기동 시에는 급유 홈(64)에 남은 오일도 이용하여 슬라이딩 접촉면을 효과적으로 윤활할 수 있다. 이 급유 홈(64)은, 구동축(17)의 모든 베어링(32, 34, 45)에 대해 형성하면 윤활의 신뢰성을 높일 수 있다.

이에 반해 제 5 항 기재의 발명에 의하면, 상부 베어링(32, 34) 쪽의 슬라이딩 접촉면에는 급유 홈(64)을 형성하여 윤활을 확실하게 실행함과 동시에, 하부베어링(45)에는 급유 홈(64)을 형성하지 않고 오일저류부(48)의 오일을 이용함으로써 윤활하도록 한다. 따라서 베어링부 모두에 급유 홈(64)을 형성하는 구성에 비해 구성을 간단히 할 수 있다. 또 급유 홈(64)을 형성하지 않는 하부베어링(45)을 오일저류부(48)에 근접한 하부베어링(45)으로 한정시키므로, 슬라이딩 접촉면의 윤활 불량도 방지할 수 있다.

또한 제 6 항의 발명에 의하면, "0.3L＜b＜L-0.2C ×10³"으로 나타나는 수학식 3을 만족시키도록 급유 홈(64)을 치수 구성하므로, 베어링(32, 34)으로의 가스 유입을 확실하게 방지하여 베어링 성능을 높임과 동시에, 베어링(32, 34)의 온도 상승에 의한 내구성 저하도 방지할 수 있다.

즉 "((L-b)/C) ×10^-3＞0.2"로 나타나는 수학식 1을 만족시킴으로써, 베어링(32, 34)으로의 가스 유입을 확실하게 방지하며, 특히 기동 시의 베어링 성능을 높일 수 있음과 동시에, "b/L＞0.3"으로 나타나는 수학식 2를 만족시킴으로써, 베어링(32, 34)의 온도 상승을 확실하게 억제하여, 베어링(32, 34)의 내구성을 손상시키지 않도록 할 수 있다.

이하 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시형태는 스크롤압축기에 관한 것이다. 이 스크롤압축기는, 냉매가스가 순환하여 냉동주기운전 동작을 실행하는 도면 외의 냉매회로에 접속되어, 냉매가스를 압축하는 것이다.

도 1에 나타내는 바와 같이 이 스크롤압축기(1)는, 종형 원통형상이며 밀폐 돔형의 압력용기로 구성된 케이싱(10)을 구비한다. 이 케이싱(10) 내부에는 냉매가스를 압축하는 압축기구(15)와, 이 압축기구(15)를 구동시키는 압축기모터(16)가 수용된다. 압축기모터(16)는 압축기구(15) 하방에 배치된다. 그리고 압축기모터(16)는 압축기구(15)를 구동하는 구동축(17)을 가지며, 이 구동축(17)이 압축기구(15)에 연결된다.

상기 압축기구(15)는 고정스크롤(22)과, 이 고정스크롤(22) 하면에 밀착되도록 배치된 프레임(24)과, 상기 고정스크롤(22)에 맞물리는 가동스크롤(26)을 구비한다. 프레임(24)은 전 둘레에 걸쳐 케이싱(10)에 기밀상태로 접합된다. 고정스크롤(22) 및 프레임(24)에는 상하로 관통하는 연락통로(28)가 형성된다.

프레임(24)에는, 상면에 오목 형성된 프레임 오목부(30)와, 이 프레임 오목부(30) 저면에 오목 형성된 중간 오목부(31)와, 프레임(24) 하면 중앙에 연설된 상부 제 1 베어링(32)이 형성된다. 이 상부 제 1 베어링(32)에는, 상기 구동축(17)의 미끄럼베어링(32a)을 개재하고 회전 자유롭게 감합된다.

상기 케이싱(10)에는, 냉매회로의 냉매를 압축기구(15)로 유도하는 흡입관(19)과, 케이싱(10) 내의 냉매를 케이싱(10) 밖으로 토출시키는 토출관(20)이 각각 기밀상태로 접합된다.

상기 고정스크롤(22) 및 가동스크롤(26)은 각각, 경판(22a, 26a)과 나선형 랩(22b, 26b)을 구비한다. 또 상기 가동스크롤(26)의 경판(26a) 하면에는, 상기 프레임 오목부(30) 및 중간 오목부(31) 안쪽에 위치하며, 상기 구동축(17)과 연결되는 상부 제 2 베어링(34)이 구성된다. 이 상부 제 2 베어링(34) 바깥쪽에는 중간 오목부(31)의 내주면에 밀착되도록 고리형의 실 링(36)이 배설된다.

상기 프레임 오목부(30) 및 중간 오목부(31) 안쪽은, 실 링(36)이 판스프링 등의 부세수단(도시 생략)으로 가동스크롤(26)에 압력 밀착됨으로써, 실 링(36) 바깥쪽의 제 1 공간(37a)과 실 링(36) 안쪽의 제 2 공간(37b)으로 구획된다. 상기 프레임(24)에는, 오일회수공(도시 생략)이 형성되며, 상기 제 2 공간(37b)이 프레임(24) 하방공간과 연통된다. 이로써 제 2 공간(37b)에 냉동기유가 유입됐을 때, 이 냉동기유를 프레임(24) 하방으로 돌려보내도록 구성된다.

상기 가동스크롤(26)의 상부 제 2 베어링(34)에는, 구동축(17) 상단의 편심축부(17a)가 미끄럼베어링(34a)을 개재하고 감합된다. 한편, 상기 가동스크롤(26)은, 올덤커플링(38)을 개재하고 프레임(24)에 연결되어 자전하는 일없이 프레임(24) 내에서 공전하도록 구성된다. 상기 고정스크롤(22)의 경판(22a) 하면 및 가동스크롤(26)의 경판(26a) 상면은, 각각 서로 미끄럼 접촉하는 습동면이며, 양 스크롤(22, 26) 랩(22b, 26b)의 접촉부끼리의 틈새가 압축실(40)로서 구획 형성된다.

고정스크롤(22) 중앙에는 압축실(40)과 고정스크롤(22)의 위쪽 공간을 연통시키는 토출공(41)이 형성된다. 그리고 가동스크롤(26)의 공전으로 압축실(40)이 중심을 향해 수축함으로써 냉매가스가 압축되면, 이 압축실(40)에서 압축된 냉매가스는 토출공(41)을 통해 프레임(24)의 위쪽 공간으로 유입되고, 다시 연락통로(28)를 통해 프레임(24) 아래쪽 공간으로 유입된다. 이로써 케이싱(10) 안은 고압의토출냉매가스가 충만된 고압공간으로 되며, 상기 제 2 공간(37b)도 고압공간이 된다.

상기 압축기모터(16)의 하방에는, 케이싱(10)에 고정된 하부프레임(44)이 배치되며, 이 하부프레임(44)은, 구동축(17) 하부를 미끄럼 베어링(45a)을 개재하고 회전 자유롭게 지지하는 하부베어링(45)을 구비한다.

상기 케이싱(10) 저부에는 오일저류부(48)가 형성되며, 구동축(17) 하단부에는 이 구동축(17)의 회전에 의해 오일저류부(48)의 오일을 퍼 올리는 원심펌프(49)가 배설된다. 상기 하부프레임(44)은 이 오일저류부(48)의 오일에 일부가 잠긴다.

상기 구동축(17)에는, 원심펌프(49)로 퍼 올려진 오일이 유통하는 주 급유로(51)가 형성된다. 이 주 급유로(51)는, 구동축(17)의 축심으로부터 편심된 위치에 이 축심과 평행하게 형성된다. 또 가동스크롤(26)의 상부 제 2 베어링(34) 내에는 구동축(17)과 경판(26a) 사이에 오일 룸(52)이 형성되며, 주 급유로(51)로 유입된 오일은 구동축(17)과 각 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면으로 공급됨과 동시에, 상기 오일 룸(52)에도 공급된다.

이상과 같이 상기 가동스크롤(26)의 상부 제 2 베어링(34) 내의 오일 룸(52)에 고압의 냉동기유가 공급되며, 또 상기 제 2 공간(37b) 안이 고압의 냉매가스로 충만된다. 이로써 상기 냉동기유의 압력과 냉매가스의 압력을 이용하여 가동스크롤(26)을 고정스크롤(22)에 대해 축방향으로 밀어붙이는 힘이 작용한다.

한편, 상기 가동스크롤(26)의 경판(26a)에는 반경방향으로 이어지는 스크롤부 급유로(53)가 형성된다. 이 스크롤부 급유로(53)는, 경판(26a) 내부가 반경방향으로 이어지도록 형성되며, 내단부가 상기 오일 룸(52)으로 연통되고, 외단부가 경판(26a) 상면에 예를 들어 고리형으로 형성된 오일 홈(54)으로 연통된다. 저압공간인 압축실(40)의 흡입측 부분(랩(22b, 26b) 접촉부끼리의 틈새에서 둘레쪽 부분)은, 상기 양 스크롤(22, 26)의 습동면에 형성된 미세한 홈(도시 생략)을 통해 상기 제 1 공간(37a)으로 통한다. 때문에 습동면은, 압축기(1)의 운전 중에는 케이싱(10) 내의 고압공간에 대해 상대적으로 저압으로 되며, 그 사이에 차압이 발생한다.

즉 상기 구동축의 주 급유로(51)는, 운전 중에 고압이 되는 오일저류부(48)로부터, 상기 스크롤부 급유로(53)를 통해 저압공간인 제 1 공간(37a)으로 연통된다. 따라서 오일저류부(48)의 냉동기유는, 고저차압에 의한 펌프작용과 상기 원심펌프 작용을 받아, 오일저류부(48)로부터 주 급유로(51)를 상승시키고, 또 오일 룸(52)으로부터 스크롤부 급유로(53)를 통해 양 스크롤(22, 26)의 습동면에 공급된다.

상기 스크롤부 급유로(53)에는 그 일부에, 유로면적을 작게 한 조임부(56)가 형성된다. 조임부(56)는, 스크롤부 급유로(53)의 일부 유통면적을 작게 하는 대신, 이 급유로(53) 전체를 작은 지름으로 함으로써도 형성할 수 있으며, 그 편이 가공성을 높일 수 있다.

상기 구동축(17)에는, 한끝이 주 급유로(51)로 연통됨과 동시에 다른 끝이 구동축(17)과 각 베어링(32, 34, 45)과의 슬라이딩 접촉면으로 연통되는 베어링부 급유로(59, 60, 61)가 형성된다. 이 베어링부 급유로(59, 60, 61)로서,구동축(17)에는 가동스크롤(26)에 구성된 상부 제 2 베어링(34)으로 개구되는 베어링부 제 1 급유로(59)와, 프레임(24)에 형성되는 상부 제 1 베어링(32)으로 개구되는 베어링부 제 2 급유로(60)와, 하부프레임(44)에 형성된 하부베어링(45)으로 개구되는 베어링부 제 3 급유로(61)가 형성된다.

이들 베어링부 급유로(59, 60, 61)는, 모두 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45)과의 슬라이딩 접촉면으로 개구되며, 그 개구부는 슬라이딩 접촉면에서 축방향의 중간부에 위치한다. 그리고 상기 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45)과의 슬라이딩 접촉면에는, 베어링부 급유로(59, 60, 61)를 개재하고 축방향 양쪽에, 실질적으로 기밀구조인 실 부(65)가 구성된다(도 2 참조).

실 부(65)는, 구동축(17)의 외주면과 베어링(32, 34, 45)의 내주면을 예를 들어 미크론 오더로 치수 관리함으로써, 실질적으로 틈새가 없는 상태로 하여 구성된다. 이로써 이 베어링(32, 34, 45)의 축방향 양끝에서 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면으로의 냉매가스 유입이 저지된다. 특히 기동 시 등에 오일저류부(48)로부터 각 베어링(32, 34, 45)까지 냉동기유가 안정되게 흐르기 전에도, 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45) 사이에 고압의 냉매가스가 유입되는 것이 저지된다.

그리고 상기 실 부(65)는, 구동축(17)의 외주면과 베어링(32, 34, 45)의 내주면을 실질적으로 틈새가 없는 치수로 형성하는 것 외에, 예를 들어 별개의 실 부재를 장착시키는 등으로 구성해도 되며, 요컨대 슬라이딩 접촉면에 냉매가스가 유입되지 않는 구성이면 된다.

한편, 도 2에 나타내는 바와 같이 구동축(17)에는, 상부 제 2 베어링(34) 및 상부 제 1 베어링(32)의 슬라이딩 접촉면에 급유 홈(64)이 형성된다. 급유 홈(64)은, 구동축(17)의 외주면 일부를 평면상태로 절취함으로써 구성된다. 이 급유 홈(64)은, 구동축(17)과 상부 제 1, 제 2 베어링(32, 34)의 슬라이딩 접촉면 상에, 베어링부 급유로(59, 60)의 축방향 양쪽에 위치하는 실 부(65) 사이에 위치함과 동시에 이 베어링부 급유로(59, 60)로 연통되도록 형성된다. 이 급유 홈(64)은 베어링부 급유로(59, 60)의 개구 끝단이 축방향 및 둘레방향으로 확대되도록, 구동축(17)의 둘레방향으로 긴 장방형으로 형성된다.

그리고 이 급유 홈(64)은 도 3에 나타내는 바와 같이, 구동축(17)의 축방향으로 긴 장방형으로 형성돼도 된다. 또 급유 홈(64)은 장방형일 필요는 없으며, 양 단부에 실 부(65)가 형성되는 한, 원형으로 하거나 나선형 홈으로 하는 등, 형상은 임의로 변경해도 된다. 또 급유 홈(64)은 구동축(17) 쪽의 슬라이딩 접촉면에 형성되지 않고, 베어링(32, 34) 쪽의 슬라이딩 접촉면에 형성돼도 된다.

상기 급유 홈(64)은, 베어링(32, 34)의 축방향 길이를 L, 베어링(32, 34) 내경과 구동축(17) 외경의 틈새치수를 C, 급유 홈(64)의 축방향 길이를 b로 했을 때, 이들 값이,

((L-b)/C) ×10^-3＞0.2

과

b/L＞0.3

으로 나타나는 수학식 1, 2를 만족하도록 형성하는 것이 바람직하다.

상기 수학식 1의 "((L-b)/C) ×10^-3"은 실 부(65)의 축방향 길이와 구동축(17) 및 상부베어링(32, 34)의 틈새 폭과의 비를 나타내며, 실 성능을 나타내는 지표값이다. 도 4에는 이 지표값과 냉매가스의 유입량인 블로우 가스량(단위: 그램/sec)의 상관을 나타낸다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 슬라이딩 접촉면의 틈새에 대해 실 부(65)의 축방향 길이가 짧고 상기 지표값이 0.2 이하로 될 경우는, 실 부(65)에서의 통과저항이 작아지므로, 블로우 가스량이 급격히 증대하여 실 성능이 악화됨을 알 수 있다. 또 이렇게 되면 차압펌프를 위한 고저차압이 작아지므로 급유성능도 저하된다.

상기 도 4에 나타내는 상관관계는, 베어링 안지름, 베어링 길이, 베어링 틈새, 베어링 하중 및 회전 수 등을 파라미터로 하여, 이들 파라미터를 여러 가지로 변경 해석한 결과의 일례이다. 도 4로부터, 이들 파라미터를 변경해도, 상기 지표값이 0.2를 초과하는 범위에서는 블로우 가스 발생이 억제되므로, 실 성능이 효과적으로 발휘됨을 알 수 있다. 따라서 이 지표값을 이용하여 급유 홈(64)을 형성하면, 효과적으로 실 성능을 발휘하면서 차압펌프에 의한 충분한 급유성능도 확보할 수 있다.

도 5는 "b/L"로 표시되는 비율과 상부베어링(34, 32)의 온도상승과의 상관관계를 나타낸다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 "b/L"이 0.3 이하로 되는 범위에서는 상부베어링(34, 32)의 온도상승이 급격히 증대함을 알 수 있다. 도 5에 나타나는 상관관계는, 베어링 안지름, 베어링 길이, 베어링 틈새, 베어링 하중, 회전 수 및 오일 점성도 등을 파라미터로 하여, 이들 파라미터를 여러 가지로 변경 해석한 결과의 일례이다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 이들 파라미터를 변경해도, "b/L"이 0.3을 초과하면 상부베어링(34, 32)의 온도상승을 억제할 수 있다. 따라서 이 "b/L"을 상기 범위로 특정함으로써, 상부베어링(34, 32)의 내구성을 손상시키지 않도록 할 수 있다. 또 각 파라미터에서의 온도상승 값은, 급유 홈(64)을 형성하지 않을 경우의 온도상승을 100으로 하여 상대값으로 나타낸다.

이상으로써, 실 부(65)에 대해 급유 홈(64)이 작아질수록 실 성능이 향상되는 한편, 급유 홈(64)이 커질수록 온도상승은 억제됨을 알 수 있다. 그래서 상기 급유 홈(64)은 상기 수학식 1 및 2 양쪽을 만족하도록 치수 설정을 하면 된다. 이를 위해 상기 수학식 2를 수학식 1에 대입시켜 구해지는 수학식 3

0.3L＜b＜L-0.2C ×10³

을 만족시키도록 하면 된다.

그리고 상기 급유 홈(64)을 이와 같이 구성하면, 유효하게 실 성질을 발휘하면서 급유능력을 확보할 수 있음과 동시에, 상부베어링(34, 32)의 온도상승도 억제할 수 있다.

한편, 상기 베어링부 제 3 급유로(61)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 유출끝단의 단면이 확대되는 일없이 구동축(17) 외주면으로 개구된다. 즉 이 부분에는 급유 홈이 형성되지 않는다. 하부프레임(44)의 일부는 오일저류부(48)의 오일에잠기며, 특히 기동 시에는 케이싱(10) 내의 냉동기유가 오일저류부(48)로 거의 돌아오므로 액면이 상승한다. 이로써 오일저류부(48)의 오일이 구동축(17) 및 하부베어링(45) 사이로 유입되기 쉬운 상태가 된다. 따라서 베어링부 제 3 급유로(61)의 유출끝단에 급유 홈을 형성하지 않아도 하부베어링(45)으로의 급유량을 확보할 수 있다.

이 압축기(1) 운전 시에는, 고압공간 내에 있는 오일저류부(48)의 냉동기유가 구동축(17)의 주 급유로(51)로 유입된다. 그리고 주 급유로(51)로 유입된 오일은, 차압펌프와 원심펌프의 작용으로 일부가 베어링부 급유로(59, 60, 61)로 유입되며, 나머지가 주 급유로(51)에서 흘러나가 스크롤부 급유로(53)로 유입되어, 저압공간으로 통하는 스크롤(22, 26) 습동면에 공급된다.

상기 각 베어링부 급유로(59, 60, 61)로 유입된 오일은, 각각 구동축(17) 외주면의 개구 끝단으로부터 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면에 공급된다. 또 각 베어링부 급유로(59, 60, 61)에 대해 축방향 양쪽에 실 부(65)가 형성되므로, 예를 들어 기동 시 등과 같이 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45) 사이로부터 오일이 안정되게 토출되기 전이라도, 베어링(32, 34, 45)의 양 끝단 쪽으로부터 슬라이딩 접촉면으로 냉매가스가 유입되는 것을 저지할 수 있어, 베어링(32, 34, 45)의 윤활성을 유지할 수 있다. 이로써 베어링(32, 34, 45)의 과대한 온도상승을 방지할 수 있으므로, 베어링(32, 34, 45)의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 구동축(17)의 시저도 방지할 수 있다.

특히 구동축(17)에는, 프레임(24) 및 가동스크롤(26)의 상부베어링(32, 34)과의 슬라이딩 접촉면에 급유 홈(64)을 형성하므로, 상부베어링(32, 34)으로 충분한 양의 냉동기유를 공급할 수 있다.

또한 이 급유 홈(64)을, 구동축(17)과 상부베어링(32, 34)과의 축방향 슬라이딩 접촉길이(L), 베어링 안지름과 구동축 슬라이딩 접촉부의 바깥지름의 차(C), 및 급유 홈(64) 축방향 길이(b)의 관계가, 수학식 3: 0.3L＜b＜L-0.2C ×10³을 만족하도록 형성함으로써, 상부베어링(32, 34)으로의 냉매가스 유입을 확실하게 방지하면서 충분한 급유능력을 확보할 수 있음과 동시에, 상부베어링(32, 34)의 온도상승을 확실하게 억제할 수 있다.

한편, 구동축(17)과 하부베어링(45)의 슬라이딩 접촉면에 급유 홈은 형성되지 않지만, 이 부분에서는 오일저류부(48)의 오일을 구동축(17)과 하부베어링(45) 사이에서 슬라이딩 접촉면으로 공급할 수 있다. 특히 기동 시에는 케이싱(10) 내의 오일이 오일저류부(48)로 돌아와 유량이 증대하므로, 오일저류부(48)의 오일을 확실하게 이용할 수 있다. 따라서 간단한 구조임에도 불구하고 하부베어링(45)으로의 급유량을 확보할 수 있다.

또 스크롤(22, 26)의 습동면으로 연통되는 스크롤부 급유로(53)에는 조임부(56)를 형성하므로, 가동스크롤이 공전 중에 경사(전복)져, 양 스크롤(22, 26)의 습동면에 약간의 틈새가 생겼을 경우에도, 스크롤부 급유로(53)에서의 조임 효과에 의해 오일 유출의 억제가 가능하며, 이로써 주 급유로(51)에서의 압력저하를 억제할 수 있다. 그 결과 가동스크롤(26)이 전복됐다 하더라도 각 베어링부 급유로(59, 60, 61)로부터 베어링(32, 34, 45)으로의 오일 공급을 확실하게 행할 수 있다.

(그 밖의 실시형태)

상기 실시형태에서는, 스크롤압축기(1)에서 오일저류부(48)와 스크롤(22, 26) 습동면 사이의 고저차압에 의한 차압펌프를 이용하는 것으로 했지만, 저압 쪽은 반드시 스크롤(22, 26)의 습동면으로 연통시키지 않아도 된다. 즉 본 발명에서는 스크롤(22, 26) 습동면으로의 급유가 필수 구성요건은 아니다. 따라서 본 발명은 스크롤압축기 이외의 회전식압축기라도 적용 가능하다.

또 상기 실시형태에 대해, 베어링부 제 1 급유로(59) 및 베어링부 제 2 급유로(60)의 급유 홈(64)은 생략해도 된다. 특히, 예를 들어 상부베어링(32, 34)의 축방향 슬라이딩 접촉길이(L)가 짧고, 베어링부 급유로(59, 60)만으로 이들 베어링(32, 34)으로의 급유량이 충분히 확보될 경우에는, 급유 홈(64)을 생략하여 구성을 간소화시켜도 된다. 역으로 상기 실시형태에서, 베어링부 제 3 급유로(61)에는 급유 홈을 형성하지 않지만, 베어링부 제 3 급유로(61)를 포함하는 모든 베어링부 급유로(59, 60, 61)에 급유 홈(64)을 형성해도 된다. 이와 같이 하면, 모든 베어링부 급유로(59, 60, 61)에 대해 실 성능을 유지하면서 충분한 급유량을 확보할 수 있으므로, 베어링의 신뢰성을 더 한층 높일 수 있다.

또 베어링(32, 34, 45)이 몇 개소에 배치되는가, 혹은 그것이 케이싱 내의 어느 위치에 배치되는가는, 압축기의 구체적인 구조에 따라 설계되는 사항이며, 이들은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 경우에 따라서는 하부베어링을 배치하지 않는 구성으로 해도 된다.

또 상기 실시형태에서는 차압펌프와 원심펌프(49)를 병용하지만, 원심펌프(49) 등의 기계적 펌프는 반드시 구성시키지 않아도 된다. 또한 상기 실시형태에서는 주 급유로(51)를 구동축(17)의 축심으로부터 편심되는 위치에 형성하지만, 이 대신 주 급유로(51)를 구동축(17)의 축심과 일치하도록 형성해도 된다.

그리고 상기 실시형태에서는, 토출냉매가스가 케이싱(10) 내에 충만되는 이른바 고압 돔형의 압축기(1)에 대해 설명했지만, 본 발명은 케이싱(10) 내가 고압공간과 저압공간으로 구획된, 이른바 고저압 돔형 압축기로 구성해도 된다. 단 이 경우에는 오일저류부(48)와 베어링(32, 34, 45)을 고압공간에 구성시킬 필요가 있다.

이상과 같이, 본 발명은 회전식압축기에 대해 유용하다.

Claims

케이싱(10) 내에 압축기구(15)와, 이 압축기구(15)를 구동시키는 구동축(17)을 갖는 압축기모터(16)를 구비하며,

상기 구동축(17)은, 케이싱(10) 내의 고압공간에 구성된 베어링(32, 34, 45)으로 지지되고,

이 구동축(17)에, 운전 중에 고압이 되는 오일저류부(48)에서 저압공간(37a)으로 연통되는 주 급유로(51)와, 한끝이 주 급유로(51)에 연통됨과 동시에 다른 끝이 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면으로 연통되는 베어링부 급유로(59, 60, 61)가 형성된 회전식 압축기이며,

상기 구동축(17)과 베어링(32, 34, 45)의 슬라이딩 접촉면에는, 베어링부 급유로(59, 60, 61)를 개재하고 축방향 양쪽에, 실질적으로 기밀구조의 실 부(65)가 형성되는 것을 특징으로 하는 회전식압축기.
제 1 항에 있어서,

압축기구(15)는 케이싱(10)에 고정된 고정스크롤(22)과, 이 고정스크롤(22)에 대해 공전동작을 행하는 가동스크롤(26)을 구비하며,

가동스크롤(26)에는, 구동축(17)의 주 급유로(51)로부터, 고정스크롤(22)과 가동스크롤(26)의 습동면을 개재하고 상기 압축기구(15) 흡입 쪽의 저압공간(37a)으로 연통되는 스크롤부 급유로(53)가 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식압축기.
제 2 항에 있어서,

스크롤부 급유로(53)는, 적어도 일부가 조임통로(56)로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식압축기.
제 1, 제 2, 또는 제 3 항에 있어서,

구동축(17) 및 베어링(32, 34, 45)의 적어도 한쪽에는, 그 슬라이딩 접촉면에, 베어링부 급유로(59, 60, 61)의 축방향 양쪽에 위치하는 실 부(65) 사이에 위치함과 동시에 베어링부 급유로(59, 60, 61)로 연통되는 급유 홈(64)이 형성되는 것을 특징으로 하는 회전식압축기.
제 4 항에 있어서,

구동축(17)이 케이싱(10) 내에서 상하방향을 따라 배설되며,

베어링(32, 34, 45)은, 오일저류부(48)에 근접한 하부베어링(45)과, 하부베어링(45)보다 상방에 위치하는 상부베어링(32, 34)을 가지며,

슬라이딩 접촉면의 급유 홈(64)은, 적어도 상부베어링(32, 34)에 대해 형성되는 것을 특징으로 하는 회전식압축기.
제 4 항에 있어서,

베어링(32, 34)의 축방향 길이를 L, 슬라이딩 접촉면의 베어링(32, 34) 안지름과 구동축(17) 바깥지름과의 틈새치수를 C, 급유 홈(64)의 축방향 길이를 b로 했을 때, 이들 값이,

0.3L＜b＜L-0.2C ×10³............(3)

으로 나타나는 관계식(3)을 만족시키도록 정해지는 것을 특징으로 하는 회전식압축기.