KR20140011953A

KR20140011953A - 압축기

Info

Publication number: KR20140011953A
Application number: KR1020130083900A
Authority: KR
Inventors: 타쿠로 야마시타; 카즈히로 구로키; 타츠야 이토; 준 야마자키
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2014-01-29
Also published as: CN103573639A; EP2687727B1; JP2014020306A; US20140023542A1; EP2687727A1; JP5692177B2

Abstract

압축기는, 압축된 냉매 가스를 토출되는 토출실과, 오일 분리실과, 상기 토출실과 상기 오일 분리실 사이를 접속하는 유통로 및, 상기 오일 분리실을 통과한 냉매 가스를 하우징 밖으로 유동하게 하는 출구 포트를 갖는 하우징과; 상기 오일 분리실내에 설치되는 원통형 오일 분리기를 구비한다. 상기 오일 분리기는, 대경부(large-diameter portion)와, 소경부(small-diameter portion) 및, 상기 대경부와 상기 소경부 사이에 형성되고 상기 소경부를 향해 테이퍼진 중간부를 구비한다. 상기 오일 분리기의 소경부의 원주부에 복수의 소공이 형성되어 있고, 냉매 가스가 상기 소경부의 주위를 선회하도록 상기 유통로가 상기 오일 분리기의 소경부를 향해 있어, 윤활유가 분리된 냉매 가스가 상기 소공을 통해 오일 분리기로 유입한다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것이다.

냉매 가스 압축기에 있어서는, 냉매 가스의 토출 맥동(pulsation of discharge)이 발생한다. 차량용 공조 장치에 사용되는 압축기의 경우, 토출 맥동이 냉매 회로의 배관을 통하여 차량 실내로 전파되어, 차량 실내 장치의 진동과 비정상적 소음을 야기한다. 이러한 토출 맥동을 저감하기 위해, 냉매 가스의 토출측에 대용적의 머플러를 설치하거나, 토출된 냉매 가스의 유통로를 교축(throttling)하는 등의 여러 가지 방법이 제안되고 있다.

그러나, 대용적의 머플러의 설치는, 압축기의 대형화와, 압축기의 설치 공간의 증대를 가져와, 차량 등과 같이 설치 공간이 제한되는 환경에는 바람직하지 않다. 또한, 냉매 가스의 토출 맥동을 저감하기 위해 유통로의 단면적을 작게 하여 냉매 가스 유통로를 교축할 경우, 냉매 가스의 압력 손실이 증대되어, 공조 장치의 냉각 효율의 저감을 가져온다.

일본공개특허공보 특개2005-16454호에는, 압축실로부터 토출되는 압축된 냉매 가스가 토출되는 토출실을 대용적으로 하여 머플러를 형성한 압축기가 개시되어 있다. 이 토출실에는 외부 냉매 회로에 접속하고 오일 세퍼레이터로서 작용하는 수직으로 신장하는 파이프가 설치되어 있다. 토출실은 토출 포트(port)와 토출 밸브를 통하여 압축실에 접속되어 있다. 파이프는 토출 포트와 토출 밸브의 상방에 위치되어 있다. 또한, 파이프에는, 하단이 토출실로 개구되는 교축부(throttling portion)와 상단이 외부 냉매 회로에 접속되는 디퓨저부(diffuser portion)가 형성되어 있다.

상기 일본공개특허공보 특개2005-16454호에서는, 대형의 토출실의 머플러 기능에 의해 냉매 가스의 토출 맥동이 저감되고, 토출실로부터 파이프에 유입되는 토출된 냉매 가스의 교축에 의해 토출 맥동이 더욱 저감된다. 파이프를 통해 유입되는 냉매 가스의 압력이 교축부에서 감소되지만, 디퓨저부에서 회복된다. 이어서, 냉매 가스는, 압축기의 외부로 부터 외부 냉매 회로에 유출된다.

일본공개특허공보 특개평11-107959호에는, 밀폐된 하우징내에, 압축 기구로부터 토출된 압축 냉매 가스가 토출 배관을 통해 유입되는 토출 공간을 갖는 압축기가 개시되어 있으며, 토출 공간에는, 압축 냉매 가스가 하우징의 밖으로 토출되는 토출관이 설치되어 있다. 토출관은, 하우징내에서 하단이 판재에 의해 폐쇄되어 있고, 하단 부분에 인접한 원주면(peripheral surface)내에 복수의 소공(small hole)이 형성되어 있다. 따라서, 토출 공간내로 토출된 냉매 가스가 상기 소공을 통과할 때에, 냉매 가스에 포함되어 있던 윤활유가 분리되어 토출관의 외면(outer surface)에 부착되며, 그와 동시에, 냉매 가스의 맥동이 저감된다.

상기 일본공개특허공보 특개2005-16454호에 있어서는, 대용적의 토출실을 머플러로서 형성함으로 인해, 압축기의 크기가 대형화되어, 실용적이지 않다. 또한, 교축부의 단면적을 감소하여 파이프를 통해 유통하는 냉매 가스를 교축하는 것은, 디퓨저부에 의해 회복할 수 있는 압력의 범위 내로 제한 되기 때문에, 냉매 가스의 토출 맥동의 바람직한 감소를 가져오는 것은 아니다.

상기 일본공개특허공보 특개평11-107959호에 개시된 구조에 있어서는, 토출 공간내로 토출된 압축 냉매 가스가 소공을 통해 토출관으로 직접 유입되기 때문에, 소공에 의해 냉매 가스로부터 분리되어 소공에 인접한 파이프의 벽면에 부착된 윤활유가 냉매 가스의 소공으로의 유입을 저해할 가능성이 있어, 소공에 의한 냉매 가스의 교축으로 인한 냉매 가스의 압력 손실의 증대를 억제하는데 바람직하지 않다. 또한, 냉매 가스로 부터 분리된 윤활유가 소공을 통해 유입되는 압축 가스에 의해 토출관 내로 유입될 수도 있어, 윤활유의 분리가 충분히 행해지지 않을 수도 있다.

본 발명은, 냉매 가스의 압력 손실의 증대를 방지하면서 냉매 가스의 토출 맥동을 저감하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 따라, 압축기는, 압축된 냉매 가스가 토출되는 토출실과, 토출된 냉매 가스내에 포함된 윤활유를 분리하는 오일 분리실과, 상기 토출실과 상기 오일 분리실 사이를 접속하는 유통로 및, 상기 오일 분리실을 통과한 냉매 가스를 하우징 밖으로 유동하게 하는 출구 포트를 갖는 하우징과; 상기 오일 분리실내에 설치되고 일단부가 상기 출구 포트에 접속되는 원통형 오일 분리기를 구비한다. 상기 오일 분리기는, 대경부(large-diameter portion)와, 상기 대경부보다 직경이 작은 소경부(small-diameter portion) 및, 상기 대경부와 상기 소경부 사이에 형성되고 상기 소경부를 향해 테이퍼진(tapered) 중간부를 구비한다. 상기 오일 분리기의 소경부의 원주부에 복수의 소공이 형성되어 있다. 상기 유통로를 통해 오일 분리실로 유입된 냉매 가스가 상기 소경부의 주위를 선회하도록 상기 유통로가 상기 오일 분리기의 소경부를 향해 있어, 윤활유가 분리된 냉매 가스가 상기 소공을 통해 오일 분리기로 유입한 후, 상기 오일 분리기의 대경부로 배출된다.

본 발명의 여타의 실시형태와 장점은, 본 발명의 사상의 일예를 예시하는 첨부의 도면을 참조로 한 하기의 설명으로부터 명료해 질 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전동 압축기의 종단면도(longitudinal sectional view)이다.
도 2는 도 1의 압축기의 원통형 오일 분리기의 확대도이다.
도 3은 도 2의 오일 분리기의 평면도이다.
도 4는 도 1의 압축기중 오일 분리실과 그의 관련 구성요소를 나타내는 확대 단편도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 압축기의 오일 분리기의 제2 실시 형태의 평면도이며, 도 5b는 도 5a의 선 VB-VB를 따라 취한 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조로, 본 발명에 따른 전동 압축기를 실시형태에 대하여 설명키로 한다.

도 1∼도 4는 본 발명에 따른 전동 스크롤식 압축기의 제1 실시형태를 나타낸다. 또한, 도 1에 나타낸 압축기의 좌측과 우측을 각각 전측(front side)과 후측(rear side)으로 하고, 도 1에 나타낸 압축기의 상측과 하측을 각각 상측과 하측으로 하여 설명한다.

도 1에 있어서, 압축기는 전측 하우징(front housing; 1)과 후측 하우징(rear housing; 2)을 가지며, 이들은, 복수의 볼트(3)에 의해 고정되어, 밀폐된 압축기의 하우징을 구성한다. 후측 하우징(2)과 전측 하우징(1)은 각각, 도시하지 않은 외부 냉매 회로와 접속되어 있는 입구 포트(4)와 출구 포트(5)를 갖는다. 따라서, 냉매 가스는 후측 하우징(2)의 입구 포트(4)를 통하여 압축기로 유입되어 후측 하우징(2)과 전측 하우징(1)을 유동하여 전측 하우징(1)의 출구 포트(5)를 향한다.

후측 하우징(2)의 내부에는, 스크롤식의 압축 기구(6)와, 상기 압축 기구(6)를 구동하는 전동 모터(7)가 수용되어 있다. 전동 모터(7)는 3상(三相) AC 모터로서, 베어링에 의해 후측 하우징(2)내에 회전 가능하게 지지된 회전축(8)과, 회전축(8)에 고정된 로터(rotor; 9)와, 로터(9)의 주위에 배치되고, 후측 하우징(2)의 내측면에 고정된 스테이터(stator; 10)를 갖는다. 스테이터(10)는 3상의 코일(11)을 갖고 있다. 또한, 코일(11)은 클러스터 블록(cluster block; 12)을 통하여 인버터 하우징(13) 내에 설치된 인버터(도시하지 않음)에 전기적으로 접속되어 있다.

압축 기구(6)는, 주로, 후측 하우징(2)의 내측면에 고정된 고정 스크롤(14)과, 상기 고정 스크롤(14)에 대향 배치된 가동 스크롤(15)로 구성되어 있다. 고정 스크롤(14)과 가동 스크롤(15)과의 사이에는, 냉매 가스를 압축하기 위한 용적 가변의 압축실(16)이 복수 형성되어 있다. 가동 스크롤(15)은, 베어링과 편심 부시(eccentric bush; 17)를 통하여 회전축(8)의 편심 핀(18)에 연결됨으로써, 회전축(8)의 회전에 따라 고정 스크롤(14) 주위를 공전하여, 압축실(16)의 용적을 변화시키도록 구성되어 있다.

전측 하우징(1)과 후측 하우징(2)은 그 사이에 토출실(19)을 형성하고, 전측 하우징(1)의 내부에는, 오일 분리실(20)이 형성되어 있다. 또한, 고정 스크롤(14)의 중심부에는 압축실(16)과 토출실(19)을 연통(communication)하는 토출구(21)가 형성되어 있다. 토출구(21)는 토출실(19) 내에 설치된 토출 밸브(22)에 의해 통상적으로 폐쇄되며, 압축실(16)에서 압축된 냉매 가스가 토출 밸브(22)를 가압하여 열어, 토출실(19)내로 토출한다. 또한, 토출 밸브(22)의 열림량은 리테이너(retainer; 23)에 의해 규제된다.

토출실(19)은, 내부에 적어도 토출 밸브(22)와 리테이너(23)를 수용할 수 있는 정도의 공간으로 형성되고, 토출실(19)은 상부에서, 유통로(24)를 통해 오일 분리실(20)에 접속되어 있다.

오일 분리실(20)은, 상하 방향으로 긴 공간으로 형성되어 있고, 오일 분리실(20)의 하부는 오일 고임부(oil reservoir; 25)로서 작용하고, 상부에는 오일 분리기(26)가 설치되어 있다. 오일 고임부(25)내에 모아진 윤활유는, 오일 고임부(25)의 저부 부근에 설치된 오일 복귀 통로(27)를 통해 압축 기구(6)쪽으로 유동한다.

도 2 및 도 3은 오일 분리기(26)의 상세 구조를 나타내고 있다. 오일 분리기(26)는 일반적으로 중공의(hollow) 원통으로 이루어지며, 상부측에 대경부(28)를 갖고, 오일 고임부(25)에 인접한 하부측에 상기 대경부(28)보다 내경이 작은 소경부(29)를 갖는다. 대경부(28)와 소경부(29)와의 사이에는, 소경부(29)측으로 테이퍼진 중간부(30)가 형성되어 있다. 오일 분리기(26)의 일단부가 되는 대경부(28)의 상단은 개방되고, 오일 고임부(25)에 대향하는 소경부(29)의 하단 즉, 오일 분리기(26)의 타단부는 저부판(31)에 의해 폐쇄되어 있다. 오일 분리기(26)의 대경부(28)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 오일 분리실(20)의 내측면에 고정되고, 상단부가 출구 포트(5)에 접속되어 외부 냉매 회로에 연통되어 있다.

오일 분리기(26)의 소경부(29)의 하부 원주부에는, 복수의 원형의 소공(32)이 형성되어 있다. 소공(32)은, 상하 2단에 걸쳐 형성되고, 각 단에는 소경부(29)의 원주부를 따라 등간격으로 8개 형성되어, 전체적으로 16개 형성되어 있다. 복수의 소공(32)은 오일 분리기(26)의 내부 공간(33)과 외부 공간(37) 사이를 연통하고 있다. 또한, 소경부(29)는, 소공(32)이 형성된 천공 영역(perforated region; 34)과, 소공(32)이 형성되어 있지 않은 비천공 영역(non-perforated region; 35)을 갖는다. 또한, 소공(32)의 단면적(S2)은, 오일 분리실(20)과 접속하는 위치의 유통로(24)의 단면적(S1)보다도 가능한 한 작게 형성되어 있다.

오일 분리기(26)는, 소경부(29)의 비천공 영역(35)이 유통로(24)와 대향하는 위치에 배치되어 있다. 또한, 유통로(24)는 상기 소경부(29)의 접선(tangential) 방향을 지향하도록 배치되어 있다. 구체적으로, 유통로(24)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 냉매 가스의 유통로(24)로 부터의 배출방향으로부터 볼때, 유통로(24)의 중심축선(X1)이 소경부(29)의 접선과 일치한다. 환언하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 유통로(24)의 중심축선(X1)이 소경부(29)의 외주면의 접선방향으로 신장한다. 본 발명에 있어서는, 유통로(24)의 중심축선(X1)이 소경부(29)의 반경 방향 내측 또는 외측의 1점에 교차하도록 형성될 수도 있고, 유통로(24)의 중심축선(X1)이 소경부(29)의 중심축선(X2)으로부터 편심한 위치를 향하도록 배치될 수도 있으며, 이 모든 것이 본 발명의 범위내에 포함하는 것이다.

따라서, 유통로(24)를 통해 오일 분리실(20)내로 유입된 냉매 가스는, 오일 분리기(26)의 소경부(29)의 주위를 선회하며, 그에 따라, 냉매 가스에 포함되어 있던 윤활유가 원심력에 의해 분리된다. 분리된 윤활유는 오일 분리실(20)의 내측면에 부착되고, 내측면을 타고 하부의 오일 고임부(25)에 적하된다.

도 4를 참조로 하면, 압축 기구(6)(도 1 참조)의 중심 위치의 압축실(16)에 서 압축된 냉매 가스는, 토출 밸브(22)를 열어, 토출구(21)를 통해 토출실(19)내로 토출된다. 이어 냉매 가스는, 실선의 화살표로 나타내는 바와 같이, 유통로(24)를 통해 오일 분리실(20)내의 오일 분리기(26)의 소경부(29)의 비천공 영역(35)을 향하여 토출된 후, 비천공 영역(35)으로부터 소경부(29) 주위를 선회하면서 천공 영역(34)을 향하여 하강 이동한다. 냉매 가스의 선회 중에, 냉매 가스에 포함되어 있던 윤활유가 원심력에 의해 냉매 가스로부터 분리되어, 오일 분리실(20)의 내측면에 부착된다. 이어, 분리된 윤활유는, 점선의 실선으로 나타내는 바와 같이, 오일 분리실(20)의 내측면을 따라 하강하여, 참조부호 G로 나타낸 바와 같이, 오일 고임부(25)에 적하되어 고이게 된다.

따라서, 대부분의 오일이 분리된 냉매 가스가, 오일 분리기(26)의 천공 영역(34)의 주위를 선회하여, 천공 영역(34)의 소공(32)을 통하여 오일 분리기(26)의 내부 공간(33)으로 유입된다. 복수의 소공(32)은 단면적(S2)이 작게 형성되어 있기 때문에, 복수의 소공(32)을 통과하는 냉매 가스는 유효하게 교축되어, 냉매 가스에 발생하고 있는 토출 맥동이 저감된다. 냉매 가스는 복수의 소공(32)을 통과하기 때문에, 오일 분리기(26)의 내부 공간(33)으로 유입되는 유량이 충분히 확보되어, 소공(32)에 의한 토출 냉매 가스의 교축으로 인해 냉매 가스의 압력 손실이 증대되는 것을 억제할 수 있다.

오일 분리기(26)의 내부 공간(33)으로 유입되고 압력이 저감된 냉매 가스는, 소경부(29)로부터 중간부(30)로 유동하며, 디퓨저로서 작용하는 중간부(30)의 확산 구조(diverging structure)에 의해 냉매 가스의 압력의 회복이 행해져, 냉매 가스의 압력 손실의 억제가 더욱 증대된다. 중간부(30)로부터 오일 분리기(26)의 대경부(28)로 유동된 냉매 가스는, 출구 포트(5)를 통하여 압축기 밖으로 배출되어 외부 냉매 회로로 유동된다.

도 5는 본 발명에 따른 전동 압축기의 제2 실시형태를 나타낸 것으로, 도면에 있어, 전술한 제1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 상세한 설명을 생략한다. 제2 실시 형태는, 소경부(29)에 형성된 소공(32)에 추가하여, 오일 분리기(26)의 소경부(29)의 저부판(31)에 3개의 소공(36)을 형성한 구성이 제1 실시형태와 상이하다. 소공(36)의 단면적(S3)은 소공(32)의 단면적(S2)(도 2 참조)보다도 작게 형성되어 있다. 오일 분리실(20)내로 유입된 냉매 가스는, 오일 분리기(26)의 소경부(29)의 주위를 선회하며, 냉매 가스에 포함되어 있던 윤활유가 원심력에 의해 분리된다. 윤활유가 분리된 냉매 가스는, 소경부(29)의 주위를 선회하여, 오일 분리기(26)의 원주부에 형성된 소공(32)과 오일 분리기(26)의 저부판(31)에 형성된 소공(36)을 통해 오일 분리기(26)의 내부 공간(33)으로 유입된다.

소공(36)의 존재는, 오일 분리기(26)의 소경부(29)의 주위를 선회하는 냉매 가스가 오일 분리기(26)의 내부 공간(33)에 유입되는 것을 용이하게 하고, 내부 공간(33) 내의 냉매 가스의 유량을 증가하기 때문에, 냉매 가스의 압력 손실이 증대하지 않게 기여한다. 또한, 오일 고임부(25)내에 모아진 윤활유가 냉매 가스의 선회류에 의해 오일 분리기(26)의 저부판(31)으로 딸려 올라 오지만, 저부판(31)에 형성된 소공(36)의 단면적이 작기 때문에, 윤활유가 오일 분리기(26)의 내부 공간(33)으로 유입되는 것이 억제된다.

본 발명은, 전술한 실시형태로만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위로 부터 벗어나지 않는 한 다음과 같이 여러 가지 방법으로 변경될 수 있다.

(1) 제1 및 제2 실시형태에 있어서는, 유통로(24)가, 소공(32)이 형성되어 있지 않은 비천공 영역(35)을 향해 있는 구성으로 하고 있지만, 소공(32)이 형성되어 있는 천공 영역(35)을 향해 있는 구성으로 해도 좋다. 이러한 구성에 있어서도, 유통로(24)로부터 토출되고 윤활유를 포함하는 냉매 가스는, 오일 분리기(26)의 소경부(29) 주위를 선회하기 때문에, 냉매 가스가 소공(32)으로 직접 유입되는 기회가 적어, 제1 및 제2 실시형태와 유사한 작용 효과를 얻을 수 있다.

(2) 오일 분리기(26)와 소공(32)의 단면은 원형으로 되어 있지만, 타원형 또는 각형(square shape)으로 구성해도 좋고, 또한, 원형, 타원형, 각형을 적절하게 조합한 구성으로 해도 좋다.

(3) 소공(32)은 모두 동일 지름 또는 동일 단면적의 구성을 나타냈지만, 상이한 지름 또는 상이한 단면적의 소공(32)으로 대체해도 좋다.

(4) 본 발명이 적용되는 압축기로서, 제1 및 제2 실시 형태에서는 스크롤식 전동 압축기의 예를 나타냈지만, 기계적으로 구동되는 압축기라도 좋고, 또한, 스크롤식 압축기에 한정하지 않고, 피스톤식 압축기 혹은 베인식(vane type) 압축기라도 좋다.

Claims

압축된 냉매 가스가 토출되는 토출실과, 토출된 냉매 가스내에 포함된 윤활유를 분리하는 오일 분리실과, 상기 토출실과 상기 오일 분리실 사이를 접속하는 유통로 및, 상기 오일 분리실을 통과한 냉매 가스를 하우징 밖으로 유동하게 하는 출구 포트를 갖는 하우징과,
상기 오일 분리실내에 설치되고 일단부가 상기 출구 포트에 접속되며, 대경부(large-diameter portion)와, 상기 대경부보다 직경이 작은 소경부(small-diameter portion) 및, 상기 대경부와 상기 소경부 사이에 형성되고 상기 소경부를 향해 테이퍼진 중간부를 구비하는 원통형 오일 분리기를 포함하는 압축기에 있어서,
상기 오일 분리기의 소경부의 원주부에 복수의 소공이 형성되어 있고, 상기 유통로를 통해 오일 분리실로 유입된 냉매 가스가 상기 소경부의 주위를 선회하도록 상기 유통로가 상기 오일 분리기의 소경부를 향해 있어, 윤활유가 분리된 냉매 가스가 상기 소공을 통해 오일 분리기로 유입한 후, 상기 오일 분리기의 대경부로 배출되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 소공의 단면적이, 상기 오일 분리실에 접속되는 유통로의 단면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 오일 분리기의 소경부는, 상기 소공이 형성된 천공 영역(perforated region)과 소공이 형성되지 않은 비천공 영역(non-perforated region)을 갖고, 상기 유통로는 상기 소경부의 비천공 영역을 향해 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 오일 분리기의 타단부가 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.