KR20150051537A - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 메인프레임에 저유부를 포함하는 오일 공급 유닛을 형성하여 그 오일 공급 유닛에 냉매와 분리된 오일이 저장되었다가 압축부와 습동면으로 공급되도록 함으로써 오일이 압력차에 의해 신속하게 압축부와 습동면으로 공급될 수 있고 이를 통해 압축기의 기동시 또는 저속운전시 크랭크축의 오일유로가 막히면서 발생될 수 있는 오일부족을 미연에 방지할 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기기로서, 유체를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기, 왕복동식 압축기, 스크롤 압축기 등으로 구분할 수 있다.

스크롤 압축기는 두 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 양쪽 스크롤 사이에 복수 개의 압축실이 형성되고, 이 압축실이 지속적으로 중심 방향으로 이동하면서 체적이 작아짐에 따라 냉매가 연속으로 흡입 압축되며 토출되는 방식이다.

도 1은 종래 횡형 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 종래의 횡형 스크롤 압축기(이하, 스크롤 압축기로 약칭함)는, 밀폐된 케이싱(1)의 내부공간에 고정스크롤(2)과 선회스크롤(3)로 된 압축부와 그 압축부에 동력을 전달하기 위한 구동모터(4)가 크랭크축(5)으로 연결되어 설치되어 있다.

케이싱(1)의 내부공간은 메인프레임(6)에 의해 흡입구(11)가 연통되는 흡입공간(S1) 및 토출구(12)가 연통되는 토출공간(S2)으로 분리되고, 흡입공간(S1)은 흡입구(11)와 연통되는 흡입챔버(15) 및 그 흡입챔버(15)와 분리되어 압축실(P)과 토출공간(S2)이 연통되도록 하는 토출챔버(16)로 구획되어 있다.

고정스크롤(2)은 고정랩(21)이 구비되어 메인프레임(6)의 전방측에 고정 설치되고, 고정스크롤(2)에는 그 고정스크롤(2)에 맞물리며 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(S)을 형성하도록 선회랩(31)을 가지는 선회스크롤(3)이 결합되며, 선회스크롤(3)과 메인프레임(6)의 사이에는 선회스크롤(3)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(7)이 설치되어 있다.

메인프레임(6)의 중앙에는 크랭크축(5)을 반경 방향으로 지지하는 축수부(61)가 형성되고, 축수부(61)에는 크랭크축(5)을 반경방향으로 지지하는 메인베어링(62)이 설치되어 있다.

그리고 메인프레임(6)의 일측에는 그 메인프레임(6)과 함께 크랭크축(5)을 지지하는 서브프레임(8)이 소정의 간격을 두고 고정 결합되고, 메인프레임(6)과 서브프레임(8)의 사이의 토출공간(16)에는 회전력을 발생시키는 구동모터(4)가 설치되어 있다.

도면중 미설명 부호인 22는 흡입포트, 23은 토출포트, 32는 보스부, 33은 핀베어링, 41는 구동모터의 고정자, 51은 오일유로, 81은 크랭크축을 반경방향으로 지지하는 서브베어링, 82는 오일펌프, 9는 인버터이다.

상기와 같은 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 구동모터(4)에 전원이 인가되면, 크랭크축(5)이 구동모터(4)의 회전자(42)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(3)이 올담링(7)에 의해 메인프레임(6)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하고, 이와 함께 고정랩(21)과 선회랩(31)의 사이에서 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 연속하여 형성하게 된다.

이 압축실(P)이 선회스크롤(3)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동되며 체적이 감소됨에 따라 냉매가스는 흡입구(11)를 통해 케이싱(1)의 흡입공간(S1)으로 흡입되고, 이 냉매가스는 고정스크롤(2)에 구비되는 흡입포트(22)를 통해 압축실(P)로 흡입되어 압축되면서 토출포트(23)를 통해 케이싱(1)의 토출공간(S2)으로 토출되며, 이 냉매는 토출관(미도시)을 통해 냉동사이클을 순환하여 다시 케이싱(1)의 흡입공간(S1)으로 흡입되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이때, 크랭크축(5)의 후방단에는 오일펌프(82)가 결합되어 크랭크축(5)과 함께 회전을 하면서 케이싱(1) 내부의 오일을 펌핑하고, 이 오일은 크랭크축(5)에 구비된 오일유로(51)를 통해 흡상되어 압축부 또는 습동면에 공급하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 횡형 스크롤 압축기는, 케이싱(1)의 내부에 오일과 냉매가 혼합된 상태로 존재함에 따라 오일과 냉매가 함께 오일유로(51)로 유입되면서 압축부와 습동면에 오일이 충분하게 공급되지 못하는 문제점이 있었다. 특히, 압축기가 저속으로 운전을 하는 경우에는 오일펌프(82)의 펌핑력이 저하되어 오일의 펌핑량도 적어지는데다 오일과 함께 유입되는 냉매에 의해 오일유로(51)가 막히면서 오일공급이 더욱 어려워지는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 케이싱 내부의 오일이 압축부와 습동면에 원활하게 공급될 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일정량의 오일이 채워지는 케이싱; 상기 케이싱에 고정 설치되는 프레임; 상기 프레임에 고정 결합되는 고정스크롤; 상기 고정스크롤에 맞물려 압축실을 형성하도록 상기 프레임에 지지되는 선회스크롤; 및 상기 선회스크롤에 결합되어 모터의 회전력을 전달하는 크랭크축;을 포함하고, 상기 프레임의 일측면에는 상기 케이싱의 내부공간과 분리되어 오일이 저장되도록 저유부가 형성되며, 상기 크랭크축에는 상기 케이싱의 오일을 상기 저유부로 안내하는 오일유로가 형성되고, 상기 프레임과 고정스크롤에는 상기 저유부의 오일을 압축실로 안내하는 인젝션 유로가 형성되는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

또, 일정량의 오일이 채워지는 케이싱; 상기 케이싱에 고정 설치되는 프레임; 상기 프레임에 고정 결합되는 고정스크롤; 상기 고정스크롤에 맞물려 압축실을 형성하도록 상기 프레임에 지지되는 선회스크롤; 및 상기 선회스크롤에 결합되어 모터의 회전력을 전달하는 크랭크축;을 포함하고, 상기 프레임에는 일정량의 오일을 저장할 수 있도록 저유부가 형성되며, 상기 프레임과 고정스크롤에는 상기 저유부의 오일을 압축실로 안내하는 인젝션 유로가 형성되는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 메인프레임에 저유부를 포함하는 오일 공급 유닛을 형성하여 그 오일 공급 유닛에 냉매와 분리된 오일이 저장되었다가 압축부와 습동면으로 공급되도록 함으로써, 오일이 압력차에 의해 신속하게 압축부와 습동면으로 공급될 수 있고 이를 통해 압축기의 기동시 또는 저속운전시 크랭크축의 오일유로가 막히면서 발생될 수 있는 오일부족을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 종래 횡형 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 2는 본 발명의 횡형 스크롤 압축기의 외관을 보인 사시도,
도 3은 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 케이싱의 일부를 파단하여 내부를 보인 사시도,
도 4는 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기의 내부를 보인 종단면도,
도 5는 도 4에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 프론트 하우징과 고정스크롤을 분해하여 보인 사시도,
도 6은 도 5에서 프론트 하우징을 후방면에서 보인 사시도,
도 7 및 도 8은 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 고정랩과 선회랩에 대한 다른 실시예들을 보인 평면도,
도 9는 도 4에서 오일공급유로를 보이기 위해 압축부를 확대하여 보인 종단면도,
도 10은 도 9에서 오일 인젝션 유로의 일례를 설명하기 위해 메인프레임과 고정스크롤을 분해하여 보인 사시도,
도 11은 도 10에서 오일 인젝션 구멍을 보이기 위해 고정스크롤의 압축면을 보인 평면도,
도 12는 도 9에서 오일 인젝션 유로에 대한 다른 실시예를 설명하기 위해 메인프레임과 고정스크롤을 분해하여 보인 사시도,.

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

도 2는 본 발명의 횡형 스크롤 압축기의 외관을 보인 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 케이싱의 일부를 파단하여 내부를 보인 사시도이며, 도 4는 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기의 내부를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 실시예에 의한 스크롤 압축기는, 케이싱(101)의 중간에 메인프레임(102)이 고정 설치될 수 있다. 그리고 메인프레임(102)의 일측에는 구동력을 발생시키는 구동모터(103)가 설치되고, 메인프레임(102)의 타측에는 구동모터(103)의 구동력을 전달받아 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하면서 냉매를 압축하도록 고정스크롤(104)과 선회스크롤(105)을 포함하는 압축부가 설치될 수 있다. 그리고 압축부의 일측에는 압축기의 운전을 제어하는 제어유닛(이하, 인버터로 약칭함)(106)이 설치될 수 있다.

도 2 내지 도 5에서와 같이, 케이싱(101)은 내부에 구동모터(103)가 설치되는 쉘(shell)(111)과, 쉘(111)의 일단에 결합되어 압축부를 수용하는 프론트 하우징(front housing)(112)과, 프론트 하우징(112)의 일단에 결합되어 인버터(106)를 수용하는 탑 커버(top cover)(113)와, 쉘(111)의 타단을 복개하여 밀봉하는 리어 하우징(rear housing)(114)으로 이루어질 수 있다.

여기서, 쉘(111)과 메인프레임(102)의 사이, 메인프레임(102)과 프론트 하우징(112)의 사이, 프론트 하우징(112)과 탑 커버(113)의 사이, 그리고 쉘(111)과 리어 하우징(114)의 사이에는 각각 가스켓이나 오링과 같은 실링부재(미부호)가 개재되어 설치될 수 있다.

쉘(111)은 양단이 개구되는 원통모양으로 형성되고, 내부에는 구동모터(103)가 고정 설치될 수 있다. 쉘(111)의 전방단에는 후술할 크랭크축(135)을 지지하는 메인프레임(102)이 밀착되어 결합될 수 있다.

프론트 하우징(112)은 환형으로 형성되어 메인프레임(102)에 결합되는 캡부(1121)와, 플랜지 형상으로 형성되어 캡부(1121)의 일측단을 횡방향으로 복개하는 플레이트부(1122)로 이루어질 수 있다.

캡부(1121)에는 냉매를 압축실로 안내하기 위한 흡입구(1125)가 형성되고, 흡입구(1125)의 일측에는 압축실(P)에서 토출되는 냉매를 다시 압축실(P)로 재유입시키는 제1 가스 인젝션 구멍구멍(1127)이 형성될 수 있다.

플레이트부(1122)의 전방면에는 도 5 및 도 6에서와 같이, 인버터(106)의 일부를 이루는 아이지비티(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)(161)가 결합되도록 인버터 안착부(1122a)가 형성되고, 아이지비티(161)에는 그 아이지비티와 전기적으로 연결되는 기판(162)이 소정의 높이만큼 이격되어 결합될 수 있다.

그리고 도 6에서와 같이 플레이트부(1122)의 후방면에는 후술할 고정스크롤(104)의 제2 안내돌부(1421)와 함께 흡입챔버(S1)와 토출챔버(S2)를 구휙하는 제1안내돌부(1126)가 형성될 수 있다. 제1 안내돌부(1126)는 폐루프 모양으로 형성되어 그 바깥쪽에 흡입챔버(S1)가, 그 안쪽에 토출챔버(S2)가 각각 형성될 수 있다.

그리고 프론트 하우징(112)에는 냉동사이클로 토출되는 냉매의 일부를 중간 압축실(P)로 재흡입시키기 위한 제1 가스 인젝션 구멍(1127)이 형성될 수 있다. 제1 가스 인젝션 구멍(1127)의 입구(1127a)는 인젝션관(미도시)이 삽입되어 결합되도록 캡부(1121)의 외주면에 관통 형성되고, 출구(1127b)는 제2 안내돌부(1421)의 상면에 접촉되는 제1 안내돌부(1126)의 저면으로 관통 형성될 수 있다.

제1 가스 인젝션 구멍(1127)이 캡부(1121)의 외주면에서 제1 안내돌부(1126) 바닥면으로 관통 형성되도록 하기 위해서는 캡부(1121)의 내주면에서 제1 안내돌부(1126)의 외주면 사이, 즉 플레이트부(1122)를 통과하여야 하지만, 플레이트부(1122)의 두께가 얇아 제1 가스 인젝션 구멍(1127)을 형성할 수 없을 수 있다. 이를 감안하여, 캡부(1121)의 내주면에서 제1 안내돌부(1126)의 외주면 사이를 연결하는 연결돌부(1128)가 형성되고, 연결돌부(1128)의 내부에는 제1 가스 인젝션 구멍(1127)의 입구(1127a)와 출구(1127b) 사이를 연통시키는 연결구멍(미부호)이 형성될 수 있다.

탑 커버(113)는 후방면에 인버터(106)를 수용하는 공간부를 가질 수 있도록 형성될 수 있다.

리어 하우징(114)은 전방면에 토출공간 또는 유분리공간을 이루는 공간부를 가지도록 형성될 수 있다. 그리고 리어 하우징(114)의 일측 가장자리에는 토출관과 연결되도록 배출구(1141)가 형성되고, 배출구(1141)의 내부에는 냉매와 오일을 분리하도록 유분리 공간부(1142)가 형성되며, 유분리 공간부(1142)에는 관 형상의 오일분리기(107)가 삽입되어 설치될 수 있다.

오일분리기(107)는 분리된 오일이 그 오일분리기(107)를 통해 냉매와 함께 토출되지 않고 회수펌프(171)로 원활하게 안내될 수 있도록 설치면에 대해 수직방향으로 설치하는 것이 바람직할 수 있다. 하지만, 원심력을 높여 오일분리 효과를 배가시키기 위해서는 오일분리기(107)가 경사지게 설치될 수도 있다.

한편, 프론트 하우징(112)에는 구동모터(103)의 단자와 제어유닛(105)의 단자를 전기적으로 연결하기 위한 단자부(116)가 형성될 수 있다. 단자부(116)는 복수 개의 단자핀(1161)으로 이루어지고, 복수 개의 단자핀(1161) 주변에는 플라스틱과 같은 절연재를 이용하여 몰딩부(11162)를 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

메인프레임(102)의 일측면에는 고정스크롤(104)이 고정 결합될 수 있다. 메인프레임(102)의 중앙에는 크랭크축(135)을 반경방향으로 지지하도록 축수부(121)가 형성되고, 축수부(121)의 일측에는 크랭크축(135)을 반경방향으로 지지하는 메인베어링(122)이 설치될 수 있다.

구동모터(103)는 고정자(131)에 권선코일이 집중권 방식으로 권선될 수 있다. 그리고 구동모터(103)는 회전자(132)의 회전속도가 동일한 정속모터가 사용될 수도 있으나, 압축기가 적용되는 냉동기기의 다기능화를 고려하여 회전자(132)의 회전속도가 가변될 수 있는 인버터 모터가 사용될 수 있다. 그리고 구동모터(103)의 회전자(132)에는 후술할 선회스크롤(105)에 회전 가능하게 결합되어 그 선회스크롤(105)에 구동모터(103)의 회전력을 전달하는 크랭크축(135)이 결합될 수 있다.

고정스크롤(104)은 메인프레임(102)에 고정되도록 원판모양으로 고정경판(141)이 형성되고, 고정경판(141)의 일측면에는 압축실(P)을 형성하기 위한 고정랩(142)이 형성될 수 있다.

고정경판(141)의 가장자리에는 흡입구(1125)과 연통되는 흡입포트(1411)가 형성되고, 고정경판(141)의 중심부에는 토출포트(1412)가 형성될 수 있다. 고정스크롤(104)의 배면(즉, 전방면)에는 프론트 하우징(112)의 제1 안내돌부(1126)와 밀착되어 함께 흡입챔버(S1)와 토출챔버(S2)를 구획하는 제2 안내돌부(1413)가 형성될 수 있다. 제2 안내돌부(1413)에는 실링을 위한 오링(O-ring)(146)이 삽입되도록 실링홈(1413a)이 형성될 수 있다. 그리고, 고정스크롤(104)의 외주면이 프론트 하우징(112)의 캡부(1121)에 삽입되지만, 고정스크롤(104)의 외경을 최소화할 수 있도록 그 고정스크롤(104)의 외경은 프론트 하우징(112)의 캡부(1121)의 내경보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라 흡입챔버(S1)가 프론트 하우징(112)과 함께 밀봉된 공간을 형성할 수 있도록 제2 안내돌부(1413)의 외주면에는 알루미늄과 같은 가벼운 재질이고 환형으로 된 쿨링 가이드(cooling guide)(147)가 결합될 수 있다.

그리고 도 6에서와 같이, 고정스크롤(104)에는 프론트 하우징(112)의 제1 가스 인젝션 구멍(1127)에 연결되는 제2 가스 인젝션 구멍(1414)이 형성될 수 있다. 제2 가스 인젝션 구멍(1414)은 제1 가스 인젝션 구멍(1127)의 출구(1127b)가 제1 안내돌부(1126)의 저면으로 관통 형성됨에 따라 제1 안내돌부(1126)의 저면과 접촉되는 제2 안내돌부(1413)의 상면에서 중간 압축실로 관통 형성될 수 있다.

제2 가스 인젝션 구멍(1414)의 내경은 제1 가스 인젝션 구멍(1127)의 내경과 동일하게 형성되고, 선회랩(152)의 랩두께보다는 작게 형성되는 것이 양쪽 압축실 간 냉매누설을 방지할 수 있어 바람직할 수 있다.

선회스크롤(105)는 메인프레임(102)에 지지되어 선회운동을 하면서 고정스크롤(104)과 함께 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하도록 메인프레임(102)의 상면과 고정스크롤(104)의 저면 사이에 설치될 수 있다.

선회스크롤(105)은 메인프레임(102)과 고정스크롤(104) 사이에서 선회운동을 하도록 원판모양으로 선회경판(151)이 형성되고, 선회경판(151)의 일측면에는 고정랩(142)과 맞물려 압축실(P)을 형성하는 선회랩(152)이 형성될 수 있다. 선회경판(151) 타측면에는 크랭크축(135)과 결합되는 보스부(1511)가 돌출 형성될 수 있다.

선회스크롤(105)과 메인프레임(102)의 사이에는 선회스크롤(105)이 구동모터(103)의 회전력을 전달받아 자전은 하지 않으면서 공전만 할 수 있도록 하는 자전방지부재인 올담링(155)이 설치될 수 있다. 한편, 도면으로 제시하지는 않았으나, 자전방지부재는 키를 갖는 올담링 외에 키 없는 올담링으로 이루어질 수도 있고, 선회스크롤에 핀이 구비되고 맞은 편에 링을 갖는 홈이 형성되는 핀과 링 타입으로 이루어질 수 있다.

고정랩(142)과 선회랩(152)이 통상적인 인벌류트 형상으로 형성될 수 있다. 하지만, 고정랩과 선회랩이 인벌류트 형상으로 형성되는 경우에는 랩의 두께가 일정하게 되므로 용적변화율도 일정하게 된다. 따라서, 인벌류트 곡선을 이용한 스크롤 압축기에서 높은 압축비를 얻기 위해서는 랩의 권수를 늘리거나 랩의 높이를 높여야 한다. 그러나 랩의 권수가 늘어나면 압축기의 크기도 함께 커지게 되고 랩의 높이를 높이면 랩 강도가 약해져 신뢰성이 저하될 수 있다.

이에 따라, 고정랩(142)과 선회랩(152)은 랩의 흡입단에서 토출단 방향으로 갈수록 랩두께가 일정한 비율로 두꺼워지는 대수나선 형상으로 형성될 수도 있다. 이 경우에는 랩의 권수를 늘리지 않고도 압축비를 일정정도까지는 높일 수 있다. 하지만, 랩이 대수나선 형상으로 형성되는 경우에는 흡입단(즉, 랩의 끝단)의 랩두께가 정해지면 토출단(즉, 랩의 시작단)의 랩두께도 함께 정해지게 되므로 랩의 설계자유도가 낮아지게 된다. 이로 인해 스크롤 압축기의 압축비를 원하는 냉동능력에 맞게 설계하는데 한계가 있다.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 고정랩과 선회랩(고정랩과 선회랩은 대칭되도록 형성됨에 따라 이하에서는 선회랩을 대표예로 살펴본다)(152)은 랩의 흡입측 끝단(랩의 끝각)에서 일정 구간까지는 랩두께가 동일한 제1 균일구간(1521)이 형성되고, 제1 균일구간(1521)의 내측 끝단에서 일정 구간까지는 랩두께가 토출측으로 갈수록 두꺼워지는 가변구간(1522)이 형성되며, 가변구간(152b)의 내측 끝단에서 랩의 토출측 끝단(랩의 시작각)까지는 랩두께가 동일한 제2 균일구간(1523)이 형성될 수 있다.

이에 따라, 랩의 토출단 두께(즉, 랩의 시작단 두께)가 흡입단 두께(즉, 랩의 끝단 두께)에 비해 현저히 크게 형성되므로 압축비의 변화에 따라 랩의 두께를 두껍게 하여 압축기 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

또, 도 8에서와 같이, 고정랩(142)과 선회랩(152)은 원호압축 형상으로 형성될 수도 있다. 이 경우 선회스크롤(105)에는 크랭크축(125)이 선회랩(152)과 중첩되는 깊이까지 삽입될 수 있도록 축 결합부(1525)가 형성될 수 있다. 축 결합부(1525)의 중심을 O라 하고, 두 개의 접촉점을 각각 A, B라 할 때, 두 개의 접촉점(A, B)과 축 결합부의 중심(O)을 연결한 두 개의 직선에 의해 정의되는 각α는 360°보다 작고, 각각의 접촉점에서의 법선 벡터 사이의 거리 ℓ도 0보다 큰 값을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 선회스크롤(105)의 거동이 안정되는 것은 물론 토출 직전의 압축실이 인볼류트 곡선으로 이루어진 고정랩과 선회랩을 갖는 경우에 비해 더 작은 볼륨을 갖게 되므로 압축비가 증가될 수 있다. 그리고, 고정랩(142)의 내측 단부 부근에 축 결합부(1525)측으로 돌출되는 돌기부(1421)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 고정랩의 내측 단부는 다른 부분에 비해서 보다 큰 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 1123은 단자핀이 삽입되는 단자홈, 115는 베어링 하우징, 1151은 크랭크축의 타단을 지지하는 서브베어링, 172는 급유펌프이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 횡형 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작될 수 있다.

즉, 구동모터(103)에 전원이 인가되면, 크랭크축(135)이 회전자(142)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(105)에 회전력을 전달하게 된다.

그러면 선회스크롤(105)은 올담링(155)에 의해 메인프레임(102)에서 편심 거리만큼 선회운동을 하면서 고정랩(142)과 선회랩(152) 사이에 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하게 된다.

그러면 압축실(P)은 선회스크롤(105)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 흡입구(1125)와 흡입챔버(S1) 그리고 흡입포트(1411)를 통해 압축실(P)로 흡입되는 냉매를 압축하고, 이 압축된 냉매는 내측의 최종 압축실에 연통된 토출포트(1412)를 통해 케이싱(101)의 토출챔버(S2)로 토출된다.

여기서, 도 4에서 실선화살표로 도시된 바와 같이, 압축실(P)에서 토출되는 냉매는 토출챔버(S2)로 토출되고, 이 토출챔버(S2)로 토출되는 냉매는 고정스크롤(104)와 메인프레임(102)을 통과하여 쉘(111)의 내부공간으로 이동을 하게 된다. 그리고, 이 냉매는 베어링 하우징(115)을 통과하여 리어하우징(114)의 전방 공간으로 이동하게 되고, 이 냉매는 유분리 공간부(1142)로 유입되어 오일분리기(107)의 외주면을 따라 감아 돌면서 오일이 원심 분리된다. 이 분리되는 냉매는 배출구(1141)를 통해 냉동사이클로 배출되는 반면 오일은 회수펌프(171)에 의해 케이싱(101)의 내부공간으로 회수된다.

이때, 케이싱(101)의 내부공간으로 회수되는 오일은 급유펌프(172)에 의해 펌핑되어 크랭크축(135)의 오일유로(1351)를 통해 압축부 방향으로 이동을 하여 압축부로 공급되거나 또는 각 베어링면을 윤활하게 된다.

하지만, 케이싱(101)의 내부공간에 수용되는 오일은 냉매와 혼합되어 크랭크축(135)의 오일유로(1351)로 유입됨에 따라 크랭크축(135)의 오일유로(1351)가 가스냉매에 의해 막혀 오일이 원활하게 공급되지 않을 수가 있다. 특히 압축기의 기동시 또는 저속운전시에는 펌핑력이 약해 오일유로(1351)의 가스냉매를 밀어내지 못하면서 오일 공급이 원활하게 이루어지지 않으면서 압축부와 습동면에서의 오일부족으로 인한 마찰손실이 발생하거나 마모가 발생될 우려가 있었다.

이에, 본 실시예에서는 메인프레임(102)에 저유부를 포함하는 오일 공급 유닛을 형성하여 그 오일 공급 유닛에 냉매와 분리된 오일이 저장되었다가 압축부와 습동면으로 공급되도록 함으로써 기동시 또는 저속운전시 발생될 수 있는 오일부족을 미연에 방지할 수 있다.

도 4 및 도 9에 도시된 바와 같이, 메인프레임(102)의 하반부 일측면에는 오일이 저장될 수 있는 저유홈(1211)이 형성될 수 있다. 저유홈(1211)은 메인프레임(102)의 일측면을 홈파기 가공하여 형성할 수도 있지만, 본 실시예의 스크롤 압축기가 전기차량이나 기타 차량에 적용되는 경우 압축기 무게를 최소화하기 위해 메인프레임(102)의 축수부(1211) 주변에 형성되는 살빼기홈의 일부를 이용할 수 있다. 이 경우, 저유홈(1211)이 케이싱(101)의 내부공간과 분리되도록 저유홈(1211)의 개구면에는 덮개(1231)를 밀봉 결합할 수 있다.

그리고 크랭크축(135)이 관통되어 반경방향으로 지지되는 축수부(121)에는 후술할 오일유로(1351)의 출구단이 저유홈(1211)과 연통될 수 있는 연통공간(1212)을 확보할 수 있도록 비교적 길게 형성될 수 있다. 그리고 축수부(121)에는 그 축수부(121)의 연통공간(1212)과 저유홈(1211)이 연통될 수 있도록 연통구멍(1213)이 형성되고, 연통구멍(1213)의 반대쪽에는 오일이 과도하게 유입될 경우 그 오일을 다시 케이싱(101)의 내부공간으로 배유할 수 있도록 배유구멍(1214)이 형성될 수 있다.

여기서, 크랭크축(135)에는 급유펌프(172)가 결합되는 후방단에서 압축부가 결합되는 전방단 방향으로 오일유로(1351)가 형성되고, 오일유로(1351)의 출구단(1351a)은 크랭크축(135)의 전방측에서 외주면, 즉 축수부(121)의 연통공간(1212)을 향해 관통 형성될 수 있다.

한편, 도 10 및 도 11에서와 같이, 메인프레임(102)과 고정스크롤(104)에는 그 메인프레임(102)의 저유홈(1211)에 저장된 오일을 압축부로 주입할 수 있도록 인젝션 유로가 형성될 수 있다. 예를 들어, 메인프레임(102)에는 저유홈(1211)에서 반대쪽으로 관통되는 급유구멍(1215)이 형성되고, 메인프레임(102)의 전방면에는 급유구멍(1215)에 연통되어 반원 모양으로 형성되는 급유홈(1216)이 형성될 수 있다. 그리고 고정스크롤(104)의 고정경판(141)에는 메인프레임(102)의 급유홈(1216)에 연통되어 오일이 압축실, 더 정확하게는 흡입포트(1411)로 연통되도록 오일 인젝션 구멍(1415)이 형성될 수 있다. 그리고 오일 인젝션 구멍(145)에는 오일의 압력을 낮출 수 있는 감압핀(148)이 설치될 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 메인프레임에 대향하는 고정스크롤의 후방면에도 메인프레임의 급유홈과 대응하는 급유홈이 형성될 수 있다.

오일 인젝션 구멍(1415)은 제2 가스 인젝션 구멍(1414)은 원주방향으로 일정 간격을 두고 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 그리고 오일 인젝션 구멍(1415)은 도 10에서와 같이 그 고정스크롤의 전방면에서 오일 인젝션 구멍(1415)의 주변에 밀봉돌기(1416)를 형성하여 오일이 흡입챔버(S1)를 거치지 않고 흡입포트(1411)로 곧바로 유입되도록 할 수도 있고, 도 12에서와 같이 오일이 흡입챔버(S1)를 통해 흡입포트(1414)로 유입될 수 있도록 오일 인젝션 구멍(1415)의 배출단이 흡입챔버(S1)에 노출되도록 형성될 수도 있다. 오일이 흡입챔버(S1)를 거치게 되면 오일의 압력과 온도가 더욱 낮아질 수 있다. 도면중 미설명 부호인 136은 편심부시, 1361은 부시부, 1362는 편심질량부이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 스크롤 압축기는, 케이싱(101)의 내부공간에 저장된 오일이 급유펌프(172)에 의해 크랭크축(135)의 오일유로(1351)로 유입되어 흡상되고, 이 흡상되는 오일은 크랭크축(135)이 회전을 하면서 그 오일유로(1351)의 출구단에서 메인프레임(102)의 축수부(121) 내측에 구비되는 연통공간(1212)으로 분사된다. 이 오일은 연통공간(1212)에서 크랭크축(135)과 함께 회전을 하는 편심부시(136)의 편심하중부(1362)에 의해 축수부(121)의 내주면으로 밀려나면서 일부 오일이 연통구멍(1213)을 통해 저유홈(1211)으로 이동하여 저장된다.

이때, 토출압력을 형성하는 저유홈(1211)의 압력과 흡입압력을 형성하는 흡입포트(또는 흡입실)(1411) 사이에는 압력차가 발생하게 되므로, 압축기의 기동시 또는 저속운전시에도 저유홈(1211)에 저장되는 오일이 급유구멍(1215)과 급유홈(1216) 그리고 오일 인젝션 구멍(1415)을 따라 저유홈(1211)에서 흡입포트(또는 흡입실)(1411)로 원활하게 이동을 하게 된다. 이에 따라 압축기의 기동시 또는 저속운전시에도 압축실로 오일이 원활하게 공급되어 오일부족으로 인한 압축기 성능의 저하를 미연에 방지할 수 있다.

101 : 케이싱 111 : 쉘
112 : 프론트 하우징 1125 : 흡입구
1126 : 제1 안내돌부 1127 : 제1 가스 인젝션 구멍
113 : 탑 커버 114 : 리어 하우징
1141 : 배출구 1142 : 유분리 공간부
102 : 메인프레임 121 : 축수부
1211 : 저유홈 1212 : 연통공간
1213 : 연통구멍 1214 : 배유구멍
1215 : 급유구멍 1216 : 급유홈
103 : 구동모터 135 : 크랭크축
136 : 편심부시 104 : 고정스크롤
141 : 고정경판 1411 : 흡입포트
1412 : 토출포트 1413 : 제2 안내돌부
1414 : 제2 가스 인젝션 구멍 1415 : 오일 인젝션 구멍
142 : 고정랩 105 : 선회스크롤
151 : 선회경판 152 : 선회랩
106 : 제어유닛 P : 압축실
S1 : 흡입챔버 S2 : 토출챔버

Claims (8)

1. 일정량의 오일이 채워지는 케이싱;
   상기 케이싱에 고정 설치되는 프레임;
   상기 프레임에 고정 결합되는 고정스크롤;
   상기 고정스크롤에 맞물려 압축실을 형성하도록 상기 프레임에 지지되는 선회스크롤; 및
   상기 선회스크롤에 결합되어 모터의 회전력을 전달하는 크랭크축;을 포함하고,
   상기 프레임의 일측면에는 상기 케이싱의 내부공간과 분리되어 오일이 저장되도록 저유부가 형성되며,
   상기 크랭크축에는 상기 케이싱의 오일을 상기 저유부로 안내하는 오일유로가 형성되고,
   상기 프레임과 고정스크롤에는 상기 저유부의 오일을 압축실로 안내하는 인젝션 유로가 형성되는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프레임에는 상기 크랭크축이 관통되어 지지되는 축수부가 형성되고, 상기 축수부의 외주면 주변에 저유부가 형성되며,
   상기 축수부와 저유부 사이를 연통시키도록 상기 축수부에 연통구멍이 형성되는 스크롤 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 축수부에는 상기 크랭크축을 지지하는 베어링이 설치되고, 상기 오일유로는 그 출구단의 적어도 일부가 상기 베어링의 내주면과 접하도록 형성되는 스크롤 압축기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 저유부는 상기 프레임에 형성되는 저유공간에 덮개가 결합되어 상기 케이싱의 내부공간과 분리 형성되는 스크롤 압축기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 프레임에는 상기 저유부에서 그 저유부의 타측면으로 관통되는 급유구멍이 형성되고,
   상기 고정스크롤에는 상기 급유구멍에 연통되어 상기 압축실로 연통되도록 하는 오일 인젝션 구멍이 형성되는 스크롤 압축기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 고정스크롤과 접하는 상기 프레임의 타측면에는 상기 급유구멍에서 호 형상으로 연장되어 상기 오일 인젝션 구멍에 연통되도록 급유홈이 형성되는 스크롤 압축기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 인젝션 유로에는 오일의 압력을 낮출 수 있는 감압부재가 설치되는 스크롤 압축기.
8. 일정량의 오일이 채워지는 케이싱;
   상기 케이싱에 고정 설치되는 프레임;
   상기 프레임에 고정 결합되는 고정스크롤;
   상기 고정스크롤에 맞물려 압축실을 형성하도록 상기 프레임에 지지되는 선회스크롤; 및
   상기 선회스크롤에 결합되어 모터의 회전력을 전달하는 크랭크축;을 포함하고,
   상기 프레임에는 일정량의 오일을 저장할 수 있도록 저유부가 형성되며,
   상기 프레임과 고정스크롤에는 상기 저유부의 오일을 압축실로 안내하는 인젝션 유로가 형성되는 스크롤 압축기.

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