KR20100058826A - 오일분리구조를 가진 스크롤 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스크롤 압축기에서 토출되는 압축냉매에서 오일성분을 분리함으로써 냉매의 열교환효율을 향상시킬 수 있는 오일분리구조를 가진 스크롤 압축기에 관한 것이다.
본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 하우징; 상기 하우징 내에 고정되고, 제1원형 단부판 및 이 제1원형 단부판에서 돌출된 제1나선형요소를 가진 고정스크롤; 상기 하우징 내에 선회가능하게 설치되고, 제2원형 단부판 및 이 제2원형 단부판에서 돌출된 제2나선형요소를 가진 선회스크롤; 상기 고정스크롤 및 하우징의 서로 인접한 부분에 형성된 토출챔버; 상기 토출챔버를 구획하고, 하나 이상의 소통공을 가진 격벽; 및 상기 고정스크롤의 제1원형 단부판에 형성된 하나 이상의 오일 리턴통로;를 포함한다.
스크롤, 압축기, 오일, 분리, 리턴, 토출챔버, 격벽

Description

오일분리구조를 가진 스크롤 압축기{SCROLL TYPE COMPRESSOR WITH OIL SEPARATING STRUCTURE}
본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스크롤 압축기에서 토출되는 압축냉매에서 오일성분을 분리함으로써 냉매의 열교환효율을 향상시킬 수 있는 오일분리구조를 가진 스크롤 압축기에 관한 것이다.
스크롤 압축기는 프랑스의 Leon Creux에 의해 개발되어 1905년 미국에서 특허를 취득하였으나 초정밀가공기술 및 가스누설 방지기술의 적용이 가능해진 1980년대 들어와서 그 실용화가 이루어졌다. 이러한 스크롤 압축기는 1981년에 Sanden이 자동차 에어컨용 냉매압축기로, 1983년에 Hitachi가 거주형 에어컨용 냉매압축기로 개발하여 그 실용화에 성공한 후에, 많은 제조업체에서 보다 개선된 구조를 구현하기 연구 및 개발이 진행되고 있다.
스크롤 압축기는 다른 종류의 압축기에 비해 고효율, 저소음, 저진동 및 경량 등의 장점을 가지고 있으며, 특히 인버터를 장착하였을 때의 적합성 및 압축기 내에 액냉매나 이물질이 주입되었을 때 과압을 자동으로 방지할 수 있는 구조적 특징을 가지고 있다. 이러한 장점에 의해 현재 스크롤 압축기의 사용범위는 냉방능력 이 2~20ton으로 확장되었으며, 이는 거주형 에어컨 뿐만 아니라 룸에어컨, 영업용 에어컨 등에도 적용가능하다.
이러한 스크롤 압축기는 서로 맞물려 상대적으로 선회가능한 2개의 스크롤을 포함하고, 2개의 스크롤은 고정스크롤(fixed scroll) 및 선회스크롤(orbiting scroll)로 구성된다. 각 스크롤은 원형 단부판(circular end plate)과 이 원형 단부판에서 돌출된 나선형요소(wrap or spiral element)를 가진다. 이에 고정스크롤 및 선회스크롤의 각 나선형요소는 서로 맞물려 배치되고, 선회스크롤이 고정스크롤에 대해 상대적으로 선회함에 따라 선회스크롤의 나선형요소와 고정스크롤의 나선형요소 사이에는 그 체적이 가변되면서 이동하는 하나 이상의 유체포켓(fluid pocket)이 형성된다. 선회스크롤의 선회작동이 진행될수록 유체포켓은 하우징의 토출포트로 이동하면서 그 체적이 감소하고, 이에 따라 유체포켓 내의 냉매유체는 압축되어 토출포트를 통해 토출된다.
스크롤 압축기의 선회스크롤은 구동축에 의해 구동되며, 이 구동축은 외부의 동력원에 의해 구동한다. 선회스크롤은 편심부시를 매개로 구동축에 대해 편심되게 설치되고, 구동축의 회전에 의해 선회스크롤은 구동축의 중심에 대해 편심적으로 선회한다. 구동축, 편심부시, 선회스크롤의 회전접촉하는 부분에는 베어링이 개재됨으로써 그 회전을 지지한다.
압축기의 원활한 작동성 내지 내구성 등을 도모하기 위하여 베어링에는 적절한 윤활이 제공되어야 하며, 이러한 베어링의 적절한 윤활을 위해 냉매유체에는 미량의 오일이 함유되어 있다. 이에 오일이 함유된 냉매유체가 구동축, 편심부시, 선 회스크롤 등의 베어링으로 이동하면서 베어링을 윤활하도록 구성된다.
한편, 스크롤 압축기는 유체포켓에 의해 압축된 냉매를 증발기측으로 토출하고, 이렇게 토출되는 압축냉매에는 윤활을 위한 오일이 함유되어 있다. 즉, 종래의 스크롤 압축기는 압축냉매 내의 오일 함유량(순환량)이 많아 냉매의 열교환효율이 극히 저하되는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 오일을 함유한 압축냉매에서 오일을 분리한 후에, 이 분리된 오일을 하우징 내의 저압부로 리턴시킴으로써 토출되는 압축냉매의 열교환효율을 증대시킴과 더불어 오일의 낭비를 최소화할 수 있는 오일분리구조를 가진 스크롤 압축기를 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 스크롤 압축기는,
하우징;
상기 하우징 내에 고정되고, 제1원형 단부판 및 이 제1원형 단부판에서 돌출된 제1나선형요소를 가진 고정스크롤;
상기 하우징 내에 선회가능하게 설치되고, 제2원형 단부판 및 이 제2원형 단부판에서 돌출된 제2나선형요소를 가진 선회스크롤;
상기 고정스크롤 및 하우징의 서로 인접한 부분에 형성된 토출챔버;
상기 토출챔버를 구획하고, 하나 이상의 소통공을 가진 격벽; 및
상기 고정스크롤의 제1원형 단부판에 형성된 하나 이상의 오일 리턴통로;를 포함한다.
상기 토출챔버는 상기 격벽에 의해 제1 및 제2 챔버로 구획되고, 상기 제1챔버는 제1원형 단부판의 토출구와 소통하고, 상기 제2챔버는 하우징의 토출포트와 소통하며, 상기 오일 리턴통로는 상기 제2챔버와 상기 제1원형 단부판의 전방영역을 소통시키는 것을 특징으로 한다.
상기 격벽은 상기 고정스크롤의 제1원형 단부판 및 상기 하우징의 후방 내측면 중에서 적어도 어느 하나에서 돌출하는 것을 특징으로 한다.
상기 오일 리턴통로는 서로 다른 직경을 가진 2 이상의 통로로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고정스크롤의 제1원형 단부판 및 선회스크롤의 제2나선형요소 사이에는 선회 개폐판이 개재되고, 상기 선회개폐판은 상기 선회스크롤의 선회작동에 따라 선회작동함에 따라 상기 오일 리턴구멍을 개폐한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 하우징 내의 고정스크롤 및 선회스크롤에 의해 압축된 냉매에서 오일을 용이하게 분리할 수 있고, 이 분리된 오일을 하우징 내의 저압부로 리턴시킴으로써 토출되는 압축냉매의 열교환효율을 증대시킴과 더불어 오일의 낭비 및 오일 충진량을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기용 오일분리장 치를 도시한다.
본 발명의 스크롤 압축기(100)는 하우징(110)을 포함하고, 하우징(110)은 전방하우징(111) 및 후방하우징(112)이 상호 결합됨으로써 구성될 수 있다. 하우징(110)의 후방하우징(112) 일측에는 흡입포트(117) 및 토출포트(116)가 형성되어 있다.
하우징(110) 내에는 고정스크롤(130) 및 상기 고정스크롤(130)에 대해 선회작동하는 선회스크롤(150)을 포함한다.
고정스크롤(130)은 하우징(110), 특히 후방하우징(112) 내에 체결구 등을 통해 고정적으로 설치되고, 고정스크롤(130)은 제1원형 단부판(131) 및 제1원형 단부판(131)에서 돌출된 제1나선형요소(132)를 가진다. 제1원형 단부판(131)의 중심부에는 토출구(135)가 형성되고, 고정스크롤(130)과 하우징(110)의 후방 내측면, 보다 구체적으로 고정스크롤(130)의 제1원형 단부판(131)과 후방 하우징(112)의 내면 사이에는 토출챔버(210)가 형성되며, 토출구(135)는 토출챔버(210)와 소통한다. 토출챔버(210)는 토출포트(116)와 소통한다.
선회스크롤(150)은 고정스크롤(130)에 대해 선회가능하게 설치되고, 고정스크롤(130)의 제1원형 단부판(131)과 마주보게 배치된 제2원형 단부판(151)을 가진다. 제2원형 단부판(151)에는 제2나선형요소(152)가 돌출되고, 제2나선형요소(152)는 고정스크롤(130)의 제1나선형요소(132)와 맞물린다.
이에 제2나선형요소(152)와 제1나선형요소(132)의 맞물림에 의해 유체포켓이 형성되고, 이 유체포켓을 통해 냉매가 압축되며, 압축된 냉매는 제1원형 단부 판(131)의 토출구(135)를 통해 토출챔버(210)로 토출된다.
제2원형 단부판(151)은 제2나선형요소(152)의 대향단부에 보스(153)를 가지고, 이 보스(153)에는 편심부시(170)가 회전가능하게 설치되고, 이 편심부시(170)에는 구동축(190)이 회전가능하게 연결된다.
구동축(190)은 하우징(110) 특히, 전방하우징(111) 내에 회전가능하게 설치되고, 이 구동축(190)은 외부의 구동원에 의해 구동되며, 특히 구동축(190)과 외부의 동력원 사이에는 전자클러치가 개재될 수도 있다. 구동축(190)이 회전함에 따라 선회스크롤(150)은 구동축(190)의 중심에 대해 편심되어 선회구동한다. 구동축(190)은 전방하우징(111) 내에서 베어링(193)을 매개로 회전지지된다.
구동축(190)의 단부에는 디스크부(195)가 구비되고, 디스크부(195)의 축선은 구동축(190)의 축선과 일치하며, 디스크부(195)는 구동축(190) 보다 큰 직경을 가진다. 디스크부(195)는 구동핀(197)을 가지며, 이 구동핀(197)은 디스크부(195)의 축선에서 반경방향으로 편심되어 있다. 디스크부(195)는 베어링(199)을 매개로 전방하우징(111) 내에서 회전지지된다.
구동핀(197)은 편심부시(170)에 회전가능하게 설치되고, 이에 편심부시(170)는 구동축(190)의 축선에 대해 편심되게 설치된다.
편심부시(170)와 선회스크롤(150)의 보스(153)은 그 축선이 서로 일치한 상태에서 편심부시(170)가 선회스크롤(150)의 보스(153)에 회전지지되게 설치됨으로써 선회스크롤(150)은 구동축(190)의 축선에 대해 편심되어 선회구동한다.
한편, 본 발명의 스크롤 압축기(100)는 고정스크롤(130)의 토출구(135)를 통 해 토출되는 압축냉매에서 오일성분을 분리하기 위한 오일분리구조를 가진다.
토출챔버(210)는 고정스크롤(130)의 토출구(135)와 소통하도록 고정스크롤(130)의 제1원형 단부판(131)과 후방하우징(112) 사이에 형성되고, 토출챔버(210)는 격벽(220)에 의해 제1 및 제2 챔버(211, 212)로 구획된다.
격벽(220)은 고정스크롤(130)의 제1원형 단부판(131)과 후방하우징(112)의 내면에서 개별적으로 돌출된 제1격벽(221) 및 제2격벽(222)을 포함하고, 제1 및 제2 격벽(221, 222)의 각 단부들이 접촉함으로써 형성될 수도 있다.
이와 달리, 격벽(220)은 고정스크롤(130)의 제1원형 단부판(131)에서 돌출된 제1격벽(221)으로만 구성되어 그 단부가 후방하우징(112)의 내면에 접촉된 구조로 이루어질 수도 있고, 또한 격벽(220)은 후방 하우징(112)의 내면에서 돌출된 제2격벽(222)으로만 구성되어 그 단부가 제1원형 단부판(131)에 접촉된 구조로 이루어질 수도 있을 것이다. 이와 같이, 격벽(220)은 토출챔버(210)를 제1 및 제2 챔버(211, 212)로 구획하기 위해 다양한 설계변경이 가능할 것이다.
제1챔버(211)는 제1원형 단부판(131)의 토출구(135)와 소통하고, 제2챔버(212)는 하우징(100)의 토출포트(116)와 소통한다.
그리고, 격벽(220)은 하나 이상의 소통공(225)을 가지고, 이 소통공(225)을 통해 제1챔버(211) 및 제2챔버(212)가 서로 소통한다.
고정스크롤(130)의 제1원형 단부판(131)에는 하나 이상의 오일 리턴통로(230)가 형성될 수 있고, 이 오일 리턴통로(230)를 통해 제2챔버(212)는 제1원형 단부판(131)의 전방공간과 소통한다. 오일 리턴통로(230)는 상기 격벽(220)의 소통 공(225) 보다 좁은 폭을 가진다. 이에, 미스트 또는 액체 상태의 오일은 오일 리턴통로(230)를 통해 용이하게 리턴될 수 있다.
오일 리턴통로(230)는 미스트 또는 액체 상태의 오일 이송을 보다 원활하게 진행시키도록 2 이상의 서로 다른 직경의 통로로 구성될 수 있다. 예컨대, 도 2와 같이 오일 리턴통로(230)는 제2챔버(212)와 소통하는 대직경부(231) 및 하우징(110) 내의 전방공간과 소통하는 소직경부(232)로 구성될 수 있다.
고정스크롤(130)의 제1원형 단부판(131) 및 선회스크롤(150)의 제2나선형요소(152) 사이에는 선회 개폐판(140)이 개재되고, 선회개폐판(140)은 선회스크롤(150)의 선회작동과 함께 선회작동함에 따라 각 오일 리턴통로(230)의 단부를 간헐적으로 개폐한다.
또한, 이 선회개폐판(140)은 제1원형 단부판(131)과 제2나선형요소(152) 사이에 개재됨에 따라 제1원형 단부판(131)과 제2나선형요소(152)의 마모를 방지하는 역할을 겸한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작동은 다음과 같다.
구동축(190)의 회전하면, 선회스크롤(150)이 고정스크롤(130)에 대해 상대적으로 선회작동함에 따라 고정스크롤(130)의 제1나선형요소(132)과 선회스크롤(150)의 제2나선형요소(152) 사이에는 그 체적이 가변되면서 이동하는 하나 이상의 유체포켓(fluid pocket)이 형성된다. 선회스크롤의 선회작동이 진행될수록 유체포켓은 토출구(135)측으로 이동하면서 그 체적이 감소하고, 이에 따라 압축된 냉매는 토출챔버(210)의 제1챔버(211)로 이동한다.
그리고, 제1챔버(211) 내의 냉매는 격벽(220)의 소통공(225)을 통과하여 제2챔버(212)로 이동하고, 이렇게 격벽(220)의 소통공(225)을 통과하는 도중에 가스 상태의 냉매는 하우징(110)의 토출포트(116)를 통해 외부로 토출되고, 미스트 또는 액체 상태의 오일은 소통공(225) 보다 좁은 폭을 가진 오일리턴통로(230)를 통해 리턴된다. 이는, 제1원형 단부판(131)의 전방영역이 토출챔버(210) 보다 상대적으로 저압영역이 되므로 미스트 상태의 오일이 그 압력차이에 의해 용이하게 리턴된다.
이와 같이, 본 발명은 압력차이를 이용하여 냉매에 함유된 오일을 용이하게 분리할 수 있고, 또한 이 분리된 오일을 저압영역으로 리턴시킨 후에 하우징(110) 내에서 재순환시킴으로써 오일의 낭비 및 오일 충진량을 최소화할 수 있고, 또한 토출되는 압축 냉매의 오일함유량을 최소화시킴으로써 냉매의 열교환효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오일분리구조를 가진 스크롤 압축기를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 화살표 A부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 고정스크롤 구조를 도시한 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 관한 간단한 설명 *
110: 하우징 130: 고정스크롤
150: 선회스크롤 210: 토출챔버
220: 격벽 225: 소통공
230:오일리턴통로

Claims (6)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 고정되고, 제1원형 단부판 및 이 제1원형 단부판에서 돌출된 제1나선형요소를 가진 고정스크롤;
    상기 하우징 내에 선회가능하게 설치되고, 제2원형 단부판 및 이 제2원형 단부판에서 돌출된 제2나선형요소를 가진 선회스크롤;
    상기 고정스크롤 및 하우징의 서로 인접한 부분에 형성된 토출챔버;
    상기 토출챔버를 구획하고, 하나 이상의 소통공을 가진 격벽; 및
    상기 고정스크롤의 제1원형 단부판에 형성된 하나 이상의 오일 리턴통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일분리구조를 가진 스크롤 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 토출챔버는 상기 격벽에 의해 제1 및 제2 챔버로 구획되고, 상기 제1챔버는 제1원형 단부판의 토출구와 소통하고, 상기 제2챔버는 하우징의 토출포트와 소통하며, 상기 오일 리턴통로는 상기 제2챔버와 상기 제1원형 단부판의 전방영역을 소통시키는 것을 특징으로 하는 오일 분리구조를 가진 스크롤 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오일 리턴통로는 상기 격벽의 소통공 보다 좁은 폭을 가지는 것을 특징 으로 하는 오일분리구조를 가진 스크롤 압축기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 고정스크롤의 제1원형 단부판 및 상기 하우징의 후방 내측면 중에서 적어도 어느 하나에서 돌출하는 것을 특징으로 하는 오일분리구조를 가진 스크롤 압축기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오일 리턴통로는 서로 다른 직경을 가진 2 이상의 통로로 구성되는 것을 특징으로 하는 오일분리구조를 가진 스크롤 압축기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고정스크롤의 제1원형 단부판 및 선회스크롤의 제2나선형요소 사이에는 선회 개폐판이 개재되고, 상기 선회개폐판은 상기 선회스크롤의 선회작동에 따라 선회작동함에 따라 상기 오일 리턴구멍을 개폐하는 것을 특징으로 하는 오일분리구조를 가진 스크롤 압축기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101284953B1 (ko) * 2011-07-22 2013-07-10 한라비스테온공조 주식회사 전동 압축기
WO2013165157A1 (ko) * 2012-05-03 2013-11-07 학교법인 두원학원 스크롤 압축기

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