KR20130011863A

KR20130011863A - 밀폐형 압축기

Info

Publication number: KR20130011863A
Application number: KR1020110073299A
Authority: KR
Inventors: 장성순; 박정훈; 김정훈; 한나라
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-01-30

Abstract

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것이다. 본 발명은, 크랭크축의 하반부에서 급유용 오일구멍의 중간에 밀폐용기의 내부공간으로 연통되는 급유량 조절용 오일구멍이 형성함으로써 압축기의 고속운전시 급유용 오일구멍을 통해 압축실로 흡상되는 오일의 일부가 밀폐용기의 내부공간으로 배출되도록 하고 이를 통해 압축기에서의 유토출량을 줄여 압축기의 성능을 높이고 냉동시스템의 효율을 높일 수 있다.

Description

밀폐형 압축기{HERMETIC COMPRESSOR}

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 특히 고속회전시 오일이 과도하게 펌핑되는 것을 방지할 수 있는 밀폐형 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 압축기는 밀폐용기의 내부공간에 구동력을 발생하는 구동모터와, 그 구동모터에 결합되어 작동하면서 냉매를 압축하는 압축유닛이 함께 설치되어 있다. 그리고 상기 밀폐형 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 스크롤식, 로터리식, 진동식 등으로 구분할 수 있다. 상기 왕복동식과 스크롤식 그리고 로터리식은 구동모터의 회전력을 이용하는 방식이고, 상기 진동식은 구동모터의 왕복운동을 이용하는 방식이다.

상기와 같은 밀폐형 압축기 중에서 회전력을 이용하는 밀폐형 압축기의 구동모터에는 크랭크축이 구비되어 그 구동모터의 회전력을 압축유닛에 전달하도록 구성되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래 스크롤식 밀폐형 압축기(이하, 스크롤 압축기)의 구동모터는 밀폐용기(10)에 고정되는 고정자(41)와, 상기 고정자(41)에 일정 공극을 두고 삽입되어 상기 고정자(41)와의 상호작용으로 회전하는 회전자(42)와, 상기 회전자(42)에 결합되어 그 회전자(42)의 회전력을 상기 압축유닛에 전달하는 크랭크축(70)으로 이루어져 있다. 그리고 상기 압축유닛은 상기 크랭크축(70)에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤(60)이 고정된 고정스크롤(50)과 맞물려 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하여 냉매를 흡입,압축,토출시키도록 이루어져 있다. 그리고 상기 크랭크축(70)의 상하 양단에는 베어링을 이루는 복수 개의 프레임(20)(30)이 결합되어 상기 크랭크축(70)을 축방향과 반경방향으로 지지하고 있다.

상기 크랭크축(70)의 하단에는 밀폐용기(10)의 오일을 펌핑하여 윤활부위에 공급하기 위한 오일펌프(80)가 결합되어 있다. 그리고 상기 크랭크축(70)의 내부에는 오일펌프(80)에서 펌핑되는 오일을 윤활부위로 공급하기 위한 오일구멍이 형성되어 있다. 상기 오일구멍은 크랭크축의 상하 양단을 축방향으로 관통하는 제1 오일구멍(711)과, 상기 제1 오일구멍(711)에서 크랭크축(70)의 외주면을 향해 반경방향으로 관통되는 복수 개의 제2 오일구멍(715,716,717,718)으로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 20은 메인프레임, 30은 서브프레임, 40은 구동모터, 51은 고정랩, 52는 흡입구, 53은 토출구, 61은 선회랩, 62는 보스부, P는 압축실, SP는 흡입관, DP는 토출관이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 크랭크축에서는, 60Hz 이상의 고속운전시 급유량이 과도하게 상승하면서 압축기에서 냉동시스템으로의 유토출량이 급증하게 되어 압축기의 내부에서는 오일부족이 발생하게 되면서 압축기의 성능이 저하되는 반면 냉동시스템에서는 오일이 과다하게 유입되어 냉동시스템의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 고속운전시 급유량이 과도하게 상승하는 것을 방지면서도 저속운전시 급유량이 적정하게 유지될 수 있는 밀폐형 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐용기; 상기 밀폐용기의 내부공간에 고정되는 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 구비되는 회전자; 상기 회전자에 결합되고 제1 베어링부와 제2 베어링부가 상기 회전자를 사이에 두고 양측에 각각 형성되는 크랭크축; 상기 크랭크축에 결합되어 냉매를 흡입 압축하여 상기 밀폐용기의 내부공간으로 토출하는 압축유닛; 상기 압축유닛에 결합되어 상기 밀폐용기에 고정되고 상기 회전자를 중심으로 상기 크랭크축의 제1 베어링부를 지지하는 제1 고정부재; 및 상기 밀폐용기에 고정되어 상기 회전자를 중심으로 상기 크랭크축의 제1 베어링부의 반대쪽인 상기 크랭크축의 제2 베어링부를 지지하는 제2 고정부재;를 포함하고, 상기 크랭크축은, 축방향으로 관통하는 제1 오일구멍이 형성되고, 상기 제1 오일구멍에 연통되어 상기 크랭크축의 외주면으로 관통되는 적어도 한 개 이상의 제2 오일구멍이 형성되며, 상기 제2 오일구멍 중에서 적어도 어느 한 개는 외주면측 개구단이 반경방향에 대해 상향 경사지게 형성되는 밀폐형 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 밀폐형 압축기는, 상기 크랭크축의 하반부에 급유량 조절용 오일구멍이 형성됨에 따라 고속운전시 급유용 오일구멍을 통해 압축실로 흡상되는 오일의 일부가 급유량 조절용 오일구멍에 의해 밀폐용기의 내부공간으로 배출됨으로써 압축실로 유입되는 오일량을 줄일 수 있고 이를 통해 압축기에서의 유토출량을 줄여 압축기의 성능을 높이고 냉동시스템의 효율을 높일 수 있다.

도 1은 종래 크랭크축을 구비한 스크롤 압추기를 보인 종단면도,
도 2는 본 실시예에 의한 스크롤 압축기를 보인 종단면도,
도 3은 도 2에 따른 스크롤 압축기에서, 크랭크축을 보인 정면도,
도 4는 도 3에 따른 크랭크축에서 제2 오일구멍의 규격을 설명하기 위해 보인 정면도,
도 5는 상기와 같은 조절용 제2 오일구멍이 구비되는 경우와 조절용 제2 오일구멍이 없는 경우에 대해 실제 급유량(유토출량)을 비교하여 보인 그래프.

이하, 본 발명에 의한 밀폐형 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2은 본 실시예에 의한 스크롤 압축기를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 실시예에 의한 크랭크축을 구비한 스크롤 압축기는, 밀폐용기(10)의 내부에 제1 고정부재를 이루는 메인프레임(20)과 제2 고정부재를 이루는 서브프레임(30)이 설치되고, 상기 메인프레임(20)과 서브프레임(30) 사이에는 구동모터(40)가 설치되며, 상기 메인프레임(20)의 상측에는 구동모터(40)에 결합되어 냉매를 압축하도록 고정스크롤(50)과 선회스크롤(60)로 된 압축유닛이 설치된다.

상기 구동모터(40)는 코일이 감기는 고정자(41)와, 상기 고정자(41)에 회전 가능하게 삽입되는 회전자(42)로 이루어진다.

상기 회전자(42)의 중심에는 그 회전자(42)의 회전력을 압축유닛에 전달하는 크랭크축(70)이 압입되어 일체로 결합된다. 상기 크랭크축(70)의 상하 양단은 상기 메인프레임(20)과 서브프레임(30)에 축방향과 반경방향으로 지지되도록 삽입되어 회전 가능하게 결합된다. 상기 크랭크축(70)의 하단에는 오일펌프(80)가 결합되고, 상기 오일펌프(80)의 입구는 밀폐용기(10)의 내부공간에 구비된 오일저장부에 연통되는 반면 출구는 상기 크랭크축(70)에 구비되는 오일구멍(711)에 연통된다.

상기 고정스크롤(50)에는 나선형으로 감겨 후술할 선회랩(61)과 함께 압축실(P)을 이루는 고정랩(51)이 형성되고, 상기 선회스크롤(60)에는 나선형으로 감겨 상기 고정랩(51)과 맞물려 압축실(P)을 이루는 선회랩(61)이 형성된다. 그리고 상기 선회스크롤(60)의 저면, 즉 상기 선회랩(61)의 반대쪽 측면에는 상기 크랭크축(70)에 결합되어 회전력을 전달받도록 보스부(62)가 돌출 형성된다.

도면중 미설명 부호인 52는 흡입구, 53은 토출구, SP는 흡입관, DP는 토출관이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 스크롤 압축기는, 상기 구동모터(40)에 전원을 인가하여 크랭크축(70)이 회전을 하면, 상기 크랭크축(70)에 편심 결합한 선회스크롤(60)이 일정한 궤적을 따라 선회운동을 하고, 상기 선회스크롤(60)과 고정스크롤(50) 사이에 형성되는 압축실(P)이 선회운동의 중심으로 연속적으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매를 연속적으로 흡입 압축하면서 토출한다.

이때, 상기 크랭크축(70)이 회전을 하면서 오일펌프(80)가 작동하여 밀폐용기(10)의 오일저장부에 저장된 오일을 펌핑하고, 이 펌핑된 오일은 상기 크랭크축(70)의 내부에 형성되는 오일구멍(711)을 통해 흡상되어 윤활부위에 급유된다. 그리고 윤활을 마친 오일은 다시 오일저장부로 회수되어 압축기의 윤활부위를 지속적으로 윤활할 수 있게 된다.

하지만, 상기 윤활부위에 급유된 오일의 일부는 냉매가스와 함께 압축기 외부의 냉동시스템으로 유토출될 수 있다. 특히, 압축기가 60Hz 이상으로 고속운전을 하는 경우에는 크랭크축의 원심력이 높아지면서 급유량이 크게 증가하여 유토출량도 현저하게 증가하게 될 수 있다. 이 경우 압축기 내부에서의 오일량이 부족하게 되어 압축기 내부의 윤활부위에 오일이 적절하게 급유되지 못하면서 압축기 성능이 저하되는 반면, 냉동시스템으로는 오일이 과도하게 유입되어 냉매의 열교환을 방해하면서 냉동시스템의 효율이 저하될 수 있다. 실제, 도 에서와 같이 압축기의 운전시 60Hz 부근에서의 실측 급유량은 필요 급유량에 비해 크게 증가하는 것을 알 수 있다.

이를 감안하여 오일구멍의 직경을 작게 하거나 오일펌프의 용량을 낮출 수 있으나, 이 경우에는 압축기의 저속운전시 급유량이 현저하게 낮아져 윤활부위에서의 마찰손실이 증가될 수 있다. 따라서, 압축기의 고속운전시 급유량을 낮추면서 저속운전시 일정량의 급유량을 유지할 수 있도록 하여야 압축기의 성능과 냉동시스템의 효율을 높일 수 있다.

도 3은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 크랭크축을 보인 정면도이고, 도 4는 도 3에 따른 크랭크축에서 제2 오일구멍의 규격을 설명하기 위해 보인 정면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 크랭크축(70)은, 회전자(42)가 결합되는 축부(71)와, 상기 축부(71)의 상단에서 편심지게 형성되어 선회스크롤(60)이 결합되는 구동핀부(72)로 이루어진다.

상기 크랭크축(70)은 축방향으로 구동핀부(72)의 상단을 이루며 선회스크롤(60)이 결합되는 제1 단(701)과, 축방향으로 축부(701)의 하단을 이루며 오일펌프(80)가 결합되는 제2 단(702)으로 이루어진다. 상기 제1 단(701)의 외주면과 제2 단(702)의 외주면에는 각각 메인프레임(20)과 서브프레임(30)에 회전 가능하게 결합될 수 있도록 제1 베어링부(703)와 제2 베어링부(704)가 형성된다.

그리고 상기 제1 단(701)과 제2 단(702)의 사이를 관통하는 제1 오일구멍(711)이 형성되고, 상기 제1 단(701)과 제2 단(702)의 사이에서 외주면으로 관통되는 복수 개의 제2 오일구멍(715,716,717,719)이 형성된다.

상기 제1 오일구멍(711)은 축방향을 따라 한 개가 관통 형성될 수도 있지만, 도 3에서와 같이 두 개가 서로 연통되도록 형성될 수도 있다. 상기 제1 오일구멍(711)이 복수 개로 이루어지는 경우에는 축부(71)의 하단 중심과 구동핀부(72)의 중심이 편심된 점을 감안하여 복수 개의 제1 오일구멍(예를 들어, 이하에서는 축부의 하단에 연통되는 제1 오일구멍을 하부측 제1 오일구멍(712), 구동핀부의 상단에 연통되는 제1 오일구멍을 상부측 제1 오일구멍(713)으로 구분할 수 있다)의 축중심이 서로 일치하지 않고 편심지게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 상부측 제1 오일구멍(713)은 축방향으로 일직선상에 형성할 수도 있지만, 원심력을 높이기 위해서는 소정의 각도(α)만큼 편심지게 형성할 수도 있다.

상기 제2 오일구멍은 축방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 오일구멍은 상기 축부(71)의 제1 베어링부(703)에서 메인프레임의 내주면을 향해 관통되는 메인측 제2 오일구멍(715)(716)과, 상기 축부(71)의 제2 베어링부(704)에서 서브프레임(30)의 내주면을 향해 관통되는 서브측 제2 오일구멍(718)과, 상기 메인측 제2 오일구멍(715)(716)과 서브측 제2 오일구멍(718)의 사이에서 상기 회전자(42)와 서브프레임(30)의 사이의 외주면을 향해 관통되는 급유량 조절용 제2 오일구멍(이하, 조절용 제2 오일구멍으로 약칭함)(719)으로 이루어질 수 있다.

상기 조절용 제2 오일구멍(719)은 한 쪽이 제1 오일구멍(도면에선, 상부측 제1 오일구멍)(713)에 연통되는 내주면측 개구단이 형성되고, 상기 내주면측 개구단의 반대쪽에는 상기 축부(71)의 외주면을 향해 개구되는 외주면측 개구단이 형성된다. 그리고 상기 외주면측 개구단은 내주면측 개구단에 비해 상향 경사지게 형성된다.

여기서, 도 4에서와 같이, 상기 조절용 제2 오일구멍(719)은 상기 크랭크축(70)의 하단인 하부측 제1 오일구멍(712)의 입구단을 기준으로 할 때, 상기 내주면측 개구단의 높이(H)는 상기 크랭크축(70)의 축부 높이보다 1/2 이하가 되는 위치에 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 만약, 상기 조절용 제2 오일구멍(719)의 높이가 축부의 높이보다 1/2 이상이 되는 높은 위치에 형성되면 고속운전시 오일배출이 신속하게 이루어지지 않으면서 필요 급유량 이상으로 급유될 수 있다.

그리고 상기 조절용 제2 오일구멍(719)은 그 경사각(β)은 30° ~ 60°범위에 형성되는 것이 바람직하다. 만약, 상기 조절용 제2 오일구멍(719)의 경사각(β)이 너무 작은 경우에는 저속운전시 오일배출량이 너무 많아 급유량이 크게 저하될 수 있는 반면, 경사각(β)이 너무 크면 고속운전시 오일배출량이 너무 적어 급유량이 크게 증가하게 될 수 있기 때문이다.

그리고 상기 조절용 제2 오일구멍(719)의 내경(D)은 상부측 제1 오일구멍(713)의 내경(d)보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 상기 조절용 제2 오일구멍(719)의 내경(D)이 상부측 제1 오일구멍(713)의 내경보다 크거나 같으면 오일배출량이 너무 많아 저속운전시 급유량이 크게 낮아질 수 있기 때문이다. 이는 하부측 제1 오일구멍(712)에 대해서도 마찬가지이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 크랭크축이 구비되는 스크롤 압축기의 작용효과는 다음과 같다.

즉, 압축기의 고속운전시에는 오일펌프(80)를 통해 펌핑되는 오일이 하부측 제1 오일구멍(712)으로 유입되고, 이 오일은 상부측 제1 오일구멍(713)으로 이동하여 상기 크랭크축(70)의 제1 단(701)까지 흡상되면서 각각의 제2 오일구멍(715,716,718)들을 통해 필요한 윤활부위에 급유된다. 이때, 상기 상부측 제1 오일구멍(713)의 상단까지 흡상되는 오일은 선회스크롤(60)과 메인프레임(20) 사이를 통해 압축실(P)로 유입되고, 이 압축실(P)로 유입되는 오일은 냉매가스와 함께 냉동시스템으로 토출되어 압축기에서의 유토출이 크게 증가될 수 있다. 하지만, 상기 크랭크축(70)의 하반부에 조절용 제2 오일구멍(719)이 형성됨에 따라 상기 제1 오일구멍(711)을 통해 흡상되는 오일의 일부가 그 제1 오일구멍(711)의 중간에서 밀폐용기(10)의 내부공간으로 배출됨에 따라 압축실(P)로 유입되는 오일량을 줄일 수 있고 이를 통해 압축기에서의 유토출량을 줄여 압축기의 성능을 높이고 냉동시스템의 효율을 높일 수 있다.

도 5는 상기와 같은 조절용 제2 오일구멍이 구비되는 경우와 조절용 제2 오일구멍이 없는 경우에 대해 실제 급유량(유토출량)을 비교하여 보인 그래프이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 조절용 제2 오일구멍(719)이 없는 경우에는 특히 60Hz 부근에서부터 급유량이 크게 증가하는데 반해, 상기 조절용 제2 오일구멍(719)이 있는 경우에는 필요 급유량과 실제 급유량이 완만하게 상승하게 되는 것을 알 수 있다.

한편, 상기 압축기가 저속운전을 하는 경우에는 상기 오일펌프(80)를 통해 펌핑되는 오일이 하부측 제1 오일구멍(712)과 상부측 제1 오일구멍(713)을 통해 크랭크축(70)의 상단인 제1 단(701)까지 흡상된다. 이때 일부의 오일이 조절용 제2 오일구멍(719)을 통해 배출될 수 있지만, 상기 조절용 제2 오일구멍(719)의 내경(D)이 작고 상향으로 경사짐에 따라 상대적으로 압력이 낮은 오일이 조절용 제2 오일구멍(719)을 통해 밀폐용기(10)의 내부공간으로 쉽게 배출되지 않으면서 필요 급유량을 유지할 수 있게 된다.

이렇게, 상기 크랭크축의 축방향 오일구멍의 중간에 상향으로 경사져 관통되는 급유량 조절용 오일구멍을 형성함으로써, 고속운전시 급유량이 과도하게 상승하는 것을 방지면서도 저속운전시 급유량이 적정하게 유지될 수 있다.

50 : 고정스크롤 60 : 선회스크롤
70 : 크랭크축 71 : 축부
72 : 편심부 711 : 제1 오일구멍
712 : 하부측 제1 오일구멍 713 : 상부측 제1 오일구멍
715,716 : 메인측 제2 오일구멍 718 : 서브측 제1 오일구멍
719 : 급유량 조절용 제2 오일구멍

Claims

밀폐용기;
상기 밀폐용기의 내부공간에 고정되는 고정자;
상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 구비되는 회전자;
상기 회전자에 결합되고 제1 베어링부와 제2 베어링부가 상기 회전자를 사이에 두고 양측에 각각 형성되는 크랭크축;
상기 크랭크축에 결합되어 냉매를 흡입 압축하여 상기 밀폐용기의 내부공간으로 토출하는 압축유닛;
상기 압축유닛에 결합되어 상기 밀폐용기에 고정되고 상기 회전자를 중심으로 상기 크랭크축의 제1 베어링부를 지지하는 제1 고정부재; 및
상기 밀폐용기에 고정되어 상기 회전자를 중심으로 상기 크랭크축의 제1 베어링부의 반대쪽인 상기 크랭크축의 제2 베어링부를 지지하는 제2 고정부재;를 포함하고,
상기 크랭크축은,
축방향으로 관통하는 제1 오일구멍이 형성되고, 상기 제1 오일구멍에 연통되어 상기 크랭크축의 외주면으로 관통되는 적어도 한 개 이상의 제2 오일구멍이 형성되며,
상기 제2 오일구멍 중에서 적어도 어느 한 개는 외주면측 개구단이 반경방향에 대해 상향 경사지게 형성되는 밀폐형 압축기.
제1항에 있어서,
상기 상향 경사진 제2 오일구멍의 외주면측 개구단은 상기 회전자와 제2 고정부재 사이에서 상기 밀폐용기의 내부공간에 연통되도록 형성되는 밀폐형 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 오일구멍의 입구단인 제2 베어링부측 단부를 기준으로 할 때,
상기 상향 경사진 제2 오일구멍은 상기 제1 오일구멍과 연통되는 내주면측 개구단의 높이가 상기 제1 베어링부측 단부까지의 높이보다 1/2 이하가 되는 위치에 형성되는 밀폐형 압축기.
제1항에 있어서,
상기 상향 경사진 제2 오일구멍의 경사각은 30° ~ 60°범위에 형성되는 밀폐형 압축기.
제1항에 있어서,
상기 크랭크축의 제2 베어링부측 단부에는 오일펌프가 설치되고, 상기 오일펌프의 토출측이 상기 제1 오일구멍에 연통되는 밀폐형 압축기.
제1항에 있어서,
상기 상향 경사진 제2 오일구멍의 내경은 제1 오일구멍의 내경보다 작게 형성되는 밀폐형 압축기.
제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
상기 상향 경사진 제2 오일구멍의 내경은 제1 오일구멍의 내경보다 작게 형성되는 밀폐형 압축기.