KR20180124636A - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 내부공간이 밀봉되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 고정되는 고정자, 상기 고정자의 내부에서 회전하는 회전자로 이루어지고, 축방향으로 관통하는 내측유로와 외측유로를 가지는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축; 상기 구동모터의 하측에 구비되는 제1 스크롤과, 상기 제1 스크롤에 맞물려 압축실을 형성하고 상기 회전축이 상기 압축실과 반경방향으로 중첩되도록 편심지게 결합되어, 상기 제1 스크롤에 대해 선회운동을 하면서 상기 압축실에서 압축된 냉매가 상기 케이싱의 내부공간을 향해 토출되도록 제2 스크롤을 포함하는 압축부; 상기 케이싱의 내부공간 중에서 상기 구동모터의 상측에 형성되는 상측공간에 연통되는 토출관; 및 상기 구동모터와 토출관 사이에 구비되며, 상면에 깊이를 가지는 체적부가 구비되어 냉매와 오일을 원심 분리하는 오일 분리부재;를 포함한다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 압축부가 전동부 하측에 위치하는 압축기에 관한 것이다.

스크롤 압축기는 복수 개의 스크롤에 맞물려 상대 선회운동을 하면서 양쪽 스크롤 사이에 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축실을 형성하는 압축기이다. 이러한, 스크롤 압축기는 다른 종류의 압축기에 비하여 상대적으로 높은 압축비를 얻을 수 있으면서 냉매의 흡입,압축,토출 행정이 부드럽게 이어져 안정적인 토오크를 얻을 수 있다. 따라서, 스크롤 압축기는 공조장치 등에서 냉매압축용으로 널리 사용되고 있다. 최근에는 편심부하를 낮춰 운전 속도가 180Hz 이상인 고효율 스크롤 압축기가 소개되고 있다.

스크롤 압축기는 흡입관이 저압부를 이루는 케이싱의 내부공간에 연통되는 저압식과, 흡입관이 압축실에 직접 연통되는 고압식으로 구분될 수 있다. 이에 따라, 저압식은 전동부가 저압부인 흡입공간에 설치되는 반면, 고압식은 전동부가 고압부인 토출공간에 설치된다.

이러한 스크롤 압축기는 전동부와 압축부의 위치에 따라 상부 압축식과 하부 압축식으로 구분될 수 있다. 상부 압축식은 압축부가 전동부보다 상측에 위치하는 방식이고, 반대로 하부 압축식은 압축부가 전동부보다 하측에 위치하는 방식이다.

통상, 고압식 스크롤 압축기를 포함한 압축기는 케이싱의 내부공간에서 냉매로부터 오일을 분리할 수 있도록 토출관은 압축부로부터 멀리 배치하게 된다. 따라서, 상부 압축식의 고압식 스크롤 압축기에서는 토출관이 전동부와 압축부의 사이에 위치하는 반면, 하부 압축식의 고압식 스크롤 압축기에서는 토출관이 전동부의 상측에 위치하게 된다.

이에 따라, 상부 압축식은 압축부에서 토출되는 냉매가 전동부까지 이동하지 않고 전동부와 압축부 사이의 중간공간에서 토출관을 향해 이동하게 된다. 반면, 하부 압축식은 압축부에서 토출되는 냉매가 전동부를 통과한 후 그 전동부의 상측에 형성되는 유분리 공간에서 토출관을 향해 이동하게 된다.

이때, 유분리 공간인 상측공간에서 냉매로부터 분리된 오일이 전동부를 통과하여 압축부의 하측에 형성되는 저유공간으로 이동하게 되고, 압축부에서 토출되는 냉매 역시 전동부를 통과하여 유분리 공간쪽으로 이동을 하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 하부 압축식 스크롤 압축기에서는, 압축부에서 토출되는 상측공간으로 이동하는 냉매와 오일은 그 상측공간을 선회하면서 냉매로부터 오일이 분리되고, 분리된 냉매는 토출관을 통해 압축기 외부로 배출되는 반면 오일은 하측공간으로 회수되는 것이나, 실제 상측공간으로 이동하는 오일이 냉매로부터 충분하게 분리되지 않으면서 그 냉매와 함께 압축기 외부로 배출되어 압축기의 오일부족을 가중시키는 문제점이 있었다.

또, 종래의 하부 압축식 스크롤 압축기에서는, 전동부의 운전속도가 가변속되는 인버터 모터가 적용되는 경우 오일 분리 정도가 일정하지 않아 압축기의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다. 즉, 전동부가 고속(압축기를 기준으로 대략 90Hz 이상)이나 저속(압축기를 기준으로 대략 40~50Hz 이하)으로 운전하는 경우에는 압축부에서 토출되는 냉매와 오일이 전동부를 통과하여 상측공간으로 이동하는 과정에서 원심력에 의해 어느 정도의 유분리 효과가 발생할 수는 있다. 하지만, 이는 회전자에 의래 발생하는 원심력에 의존함에 따라 만족할 만큼의 유분리 효과를 기대하기 어렵고, 전동부가 중속(압축기를 기준으로 대략 60~90Hz)으로 운전하는 경우에는 특성상 원심력에 의한 유분리 효과가 더욱 저하되는 한계가 있었다.

또, 종래의 하부 압축식 스크롤 압축기에서는, 냉매의 토출경로와 오일의 회수경로가 서로 반대방향을 향하면서 간섭되어 냉매와 오일이 서로 유로저항을 유발하게 된다. 특히, 오일은 고압의 냉매에 밀려 저유공간으로 회수되지 못하면서 케이싱의 내부에 오일부족이 야기되고, 이로 인해 압축부에서의 오일부족으로 인한 마찰손실이나 마모가 발생될 수 있다.

또, 종래의 하부 압축식 스크롤 압축기와 같이, 냉매의 토출경로와 오일의 회수경로가 간섭되면 냉매에 케이싱의 내부공간에서 분리된 오일이 토출되는 냉매와 다시 혼합되어 압축기 외부로 배출되면서 압축기 내부의 오일부족을 더욱 가중시키는 문제점이 있었다.

또, 종래의 하부 압축식 스크롤 압축기에서는, 전동부와 압축부의 사이에 모인 오일이 케이싱의 하측공간으로 이동하기 위한 오일 회수 유로가 충분히 확보되지 않으면서 오일이 압축부의 상측에 잔류할 수 있다. 이는, 오일이 냉매와 혼합되어 케이싱의 상측공간으로 이동한 후 압축기 외부로 배출될 가능성이 증가되면서 압축기 내부에서의 오일부족을 더욱 가중시킬 수 있다.

본 발명의 목적은, 케이싱 내부에서 냉매와 오일이 효과적으로 분리되도록 하여 오일이 냉매와 함께 배출되는 것을 최소화할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전동부의 운전속도에 따른 영향을 적게 받되 특히 저속 또는 고속 운전영역에서의 유분리 효과를 더욱 높일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 케이싱의 상측공간에서 냉매로부터 분리된 오일이 케이싱의 하측공간으로 원활하게 회수될 수 있도록 하는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 케이싱의 상측공간에서 냉매로부터 분리된 오일이 케이싱의 하측공간에서 상측공간으로 이동하는 냉매와 섞이는 것을 미연에 방지할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전동부와 압축부 사이에 모인 오일이 압축부로부터 토출되는 냉매와 섞이지 않고 압축기의 하측공간으로 회수될 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 케이싱 내부에서 냉매 유로와 오일 유로를 확실하게 분리시킬 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부공간을 갖는 케이싱; 상기 내부공간에 구비되고, 상기 케이싱에 결합되는 고정자와 상기 고정자의 내부에서 회전 가능하게 구비되는 회전자를 가지는 전동부; 상기 전동부의 하측에 구비되는 압축부; 상기 전동부로부터 상기 압축부로 구동력을 전달하는 회전축; 및 상기 전동부의 상측에 구비되며 오일의 관성력을 높여 냉매로부터 분리하는 오일 분리부재;를 포함하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 오일 분리부재는 상면에 체적부를 가지는 컵 단면 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 전동부와 상기 압축부 사이에 설치되어 냉매유로와 오일유로를 분리하는 유로 분리유닛가 더 구비될 수 있다.

그리고, 상기 유로 분리유닛은 상기 압축부에 결합되는 제1 유로 가이드와, 상기 전동부에서 연장되는 제2 유로 가이드로 형성되고, 상기 제2 유로 가이드는 상기 전동부에 구비되는 인슐레이터로 이루어지며, 제1 유로 가이드와 제2 유로 가이드 사이에는 오일 실링부재가 더 구비될 수 있다.

또, 본 발명이 목적을 달성하기 위하여, 내부공간이 밀봉되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 고정되는 고정자, 상기 고정자의 내부에서 회전하는 회전자로 이루어지고, 축방향으로 관통하는 내측유로와 외측유로를 가지는 구동모터; 상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축; 상기 구동모터의 하측에 구비되는 제1 스크롤과, 상기 제1 스크롤에 맞물려 압축실을 형성하고 상기 회전축이 상기 압축실과 반경방향으로 중첩되도록 편심지게 결합되어, 상기 제1 스크롤에 대해 선회운동을 하면서 상기 압축실에서 압축된 냉매가 상기 케이싱의 내부공간을 향해 토출되도록 제2 스크롤을 포함하는 압축부; 상기 케이싱의 내부공간 중에서 상기 구동모터의 상측에 형성되는 상측공간에 연통되는 토출관; 및 상기 구동모터와 토출관 사이에 구비되며, 상면에 깊이를 가지는 체적부가 구비되어 냉매와 오일을 원심 분리하는 오일 분리부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 토출관의 단부가 상기 체적부에 삽입되어 그 토출관과 체적부가 축방향으로 중첩될 수 있다.

그리고, 상기 오일 분리부재는, 상기 구동모터의 회전자 또는 상기 회전축의 상단에서 상기 케이싱의 내주면을 향해 연장되며, 상기 토출관의 하단으로부터 이격되는 평판부; 및 상기 평판부의 가장자리에서 상측을 향해 돌출되어 상기 체적부를 형성하는 측벽부;로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 측벽부의 높이는 상기 평판부의 상면과 상기 토출관의 하단 사이의 간격보다 크거나 같게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 측벽부는 그 상단으로 갈수록 내경이 확대되도록 경사지게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 측벽부는 그 상단의 내경이 하단의 내경보다 확대되도록 단차지게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 체적부는 그 중심이 상기 토출관의 중심과 동축상에 위치하도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 토출관의 입구단에는 메쉬 또는 오일분리판이 더 구비될 수 있다.

여기서, 상기 구동모터와 압축부의 사이에는 환형으로 형성되어 상기 구동모터와 프레임 사이의 공간을 상기 구동모터의 내측유로와 연통되는 내측공간 및 상기 외측유로와 연통되는 외측공간으로 분리하는 유로 분리유닛이 더 포함될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 고정자와 회전자를 포함한 전동부; 상기 회전자에 결합되는 회전축; 복수 개의 스크롤이 맞물려 결합되고, 상기 복수 개의 스크롤은 회전축이 관통하여 결합되며, 상기 복수 개의 스크롤 중에서 어느 한 개는 상기 회전축에 의해 상기 전동부의 회전력을 전달받고 이 스크롤이 다른 스크롤에 대해 선회운동을 하면서 유체를 압축하는 압축부; 상기 전동부와 압축부를 수용하며, 상기 전동부의 하측와 상기 압축부의 상측 사이에 제1 공간이, 상기 전동부의 상측에는 토출관이 연통되는 제2 공간이, 상기 압축부의 하측에는 상기 압축부를 관통하는 회전축에서 연장된 오일피더가 수용되는 제3 공간이 각각 구비되는 케이싱; 상기 제2 공간에 구비되어 상기 회전자 또는 회전축에 결합되며, 상면에 함몰진 체적부가 형성되는 오일 분리부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제2 공간에는 상기 케이싱을 관통하는 토출관이 연통되도록 결합되고, 상기 토출관은 상기 오일 분리부재의 체적부와 축방향으로 중첩될 수 있다.

그리고, 상기 전동부와 압축부의 사이에는 그 전동부와 압축부 사이의 공간을 반경방향을 따라 복수 개의 공간으로 분리하는 유로 가이드가 더 포함될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 구비되는 구동모터; 상기 구동모터에 결합되어 회전하면서 냉매를 압축하는 압축부; 상기 구동모터의 상측에 형성되는 상기 케이싱의 상측공간에 연통되어 상기 압축부에서 상기 케이싱의 내부공간으로 토출되는 냉매를 배출하는 토출관; 및 상면에 깊이를 가진 체적부가 형성되어 상기 전동부의 회전자 또는 회전축에 구비되고, 상기 회전자 또는 회전축과 함께 회전하면서 상기 체적부에서 냉매와 오일이 원심 분리되도록 하는 오일 분리부재;를 포함하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 오일 분리부재는, 상기 케이싱의 내주면을 향해 연장되며, 상기 토출관의 하단으로부터 이격되는 평판부; 및 상기 평판부의 가장자리에서 상측을 향해 환형으로 돌출되어 상기 체적부가 형성되는 측벽부;로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 토출관의 하단이 상기 측벽부와 축방향으로 중첩될 수 있다.

그리고, 상기 토출관의 하단에는 메쉬 또는 환형으로 된 오일분리판이 더 구비될 수 있다.

그리고, 상기 전동부와 압축부의 사이에는 그 전동부와 압축부 사이의 공간을 반경방향을 따라 복수 개의 공간으로 분리하는 유로 가이드가 더 포함될 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 회전자 또는 회전축의 상단에 체적부를 포함된 오일 분리부재가 설치됨으로써, 냉매와 함께 체적부에 담긴 오일이 회전자 또는 회전축과 함께 회전하면서 오일이 높은 관성력이 발생하게 되고, 이 관성력에 의해 냉매로부터 효과적으로 분리되어 저속 또는 고속운전시에도 압축기 내부에서의 오일부족으로 인한 마찰손실이나 마모를 미연에 방지할 수 있다.

또, 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 오일 분리부재 외에 토출관의 입구단에 메쉬 또는 오일분리판이 더 구비됨으로써, 원심분리 외에 여과방식이나 침강방식에 의해서도 오일이 냉매와 분리될 수 있고 이에 따라 저속과 고속 운전은 물론 중속시에도 오일 분리 효과가 개선될 수 있다.

또, 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 케이싱의 내부공간에 냉매통로와 오일통로가 분리됨에 따라 케이싱의 상측공간에서 냉매로부터 분리된 오일이 케이싱의 하측공간으로 회수되는 과정에서 냉매와 재혼합되는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 하부 압축식 스크롤 압축기를 보인 종단면도,
도 2는 도 1에서 압축부를 보인 횡단면도,
도 3은 도 1에서 습동부를 설명하기 위해 회전축의 일부를 보인 정면도,
도 4는 도 1에서 배압실과 압축실 사이의 급유통로를 설명하기 위해 보인 종단면도,
도 5는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 오일 분리유닛을 분해하여 보인 사시도,
도 6은 도 5에 따른 오일 분리유닛이 조립된 상태를 보인 종단면도,
도 7 및 도 8은 도 5에 따른 오일 분리유닛에서, 오일 분리부재에 대한 다른 실시예를 각각 보인 종단면도,
도 8은 도 5에서 유로 분리유닛을 조립하여 보인 " "Ⅳ-Ⅳ"선단면도,
도 9는 도 1에 따른 하부 압축식 스크롤 압축기에서 냉매와 오일이 순환하는 과정을 설명하기 위해 보인 개략도,
도 10은 본 발명에 의한 오일 분리유닛에 대한 효과를 설명하기 위해 보인 그래프,
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 오일 분리유닛에 대한 다른 실시예를 각각 보인 종단면도.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다. 참고로, 본 발명에 의한 스크롤 압축기는 편의상 압축부가 전동부보다 하측에 위치하는 하부 압축식 스크롤 압축기에서 회전축이 선회랩과 동일 평면상에서 중첩되는 유형의 스크롤 압축기를 대표예로 삼아 살펴본다. 이러한 유형의 스크롤 압축기는 고온 고압축비 조건의 냉동사이클에 적용하기에 적합한 것으로 알려져 있다.

도 1은 본 발명에 의한 하부 압축식 스크롤 압축기를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1에서 압축부를 보인 횡단면도이며, 도 3은 도 1에서 습동부를 설명하기 위해 회전축의 일부를 보인 정면도이고, 도 4는 도 1에서 배압실과 압축실 사이의 급유통로를 설명하기 위해 보인 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 하부 압축식 스크롤 압축기는, 케이싱(10)의 내부에 구동모터를 이루며 회전력을 발생하는 전동부(20)가 설치되고, 전동부(20)의 하측에는 소정의 공간(이하, 중간공간)(10a)을 두고 그 전동부(20)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(30)가 설치될 수 있다.

케이싱(10)은 밀폐용기를 이루는 원통 쉘(11)과, 원통 쉘(11)의 상부를 덮어 함께 밀폐용기를 이루는 상부 쉘(12)과, 원통 쉘(11)의 하부를 덮어 함께 밀폐용기를 이루는 동시에 저유공간(10c)을 형성하는 하부 쉘(13)로 이루어질 수 있다.

원통 쉘(11)의 측면으로 냉매 흡입관(15)이 관통하여 압축부(30)의 흡입실에 직접 연통되고, 상부 쉘(12)의 상부에는 케이싱(10)의 상측공간(10b)과 연통되는 냉매 토출관(16)이 설치될 수 있다. 냉매 토출관(16)은 압축부(30)에서 케이싱(10)의 상측공간(10b)으로 토출되는 압축된 냉매가 외부로 배출되는 통로에 해당되며, 상측공간(10b)이 일종의 유분리 공간을 형성할 수 있도록 냉매 토출관(16)이 케이싱(10)의 상측공간(10b) 중간까지 삽입될 수 있다. 그리고 경우에 따라서는 냉매에 혼입된 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터(미도시)가 상측공간(10b)을 포함한 케이싱(10)의 내부 또는 상측공간(10b) 내에서 냉매 흡입관(16)에 연결하여 설치될 수 있다.

전동부(20)는 고정자(21)와 그 고정자(21)의 안쪽에서 회전하는 회전자(22)로 이루어진다. 고정자(21)는 그 내주면에 원주방향을 따라 다수 개의 코일권선부(미부호)를 이루는 티스와 슬롯이 형성되어 코일(25)이 권선되며, 고정자의 내주면과 회전자(22)의 외주면 사이의 간격과 코일권선부를 합쳐 제2 냉매유로(P_G2)가 형성된다. 이로써, 후술할 제1 냉매유로(P_G1)를 통해 전동부(20)와 압축부(30) 사이의 중간공간(10c)으로 토출되는 냉매는 전동부(20)에 형성되는 제2 냉매유로(P_G2)를 통해 그 전동부(20)의 상측에 형성되는 상측공간(10b)으로 이동하게 된다.

그리고 고정자(21)의 외주면에는 원주방향을 따라 다수 개의 디컷(D-cut)면(21a)이 형성되며, 디컷면(21a)은 원통 쉘(11)의 내주면과의 사이에 오일이 통과하도록 제1 오일유로(P_O1)가 형성될 수 있다. 이로써, 상측공간(10b)에서 냉매로부터 분리된 오일은 제1 오일유로(P_O1)와 후술할 제2 오일유로(P_O2)를 통해 하측공간(10c)으로 이동하게 된다.

고정자(21)의 하측에는 소정의 간격을 두고 압축부(30)를 이루는 프레임(31)이 케이싱(10)의 내주면에 고정 결합될 수 있다. 프레임(31)은 그 외주면이 원통 쉘(11)의 내주면에 열박음되거나 용접되어 고정 결합될 수 있다.

그리고 프레임(31)의 가장자리에는 환형으로 된 프레임 측벽부(제1 측벽부)(311)가 형성되고, 제1 측벽부(311)의 외주면에는 원주방향을 따라 복수 개의 연통홈(311b)이 형성될 수 있다. 이 연통홈(311b)은 후술할 제1 스크롤(32)의 연통홈(322b)과 함께 제2 오일유로(P_O2)를 형성하게 된다.

또, 프레임(31)의 중심에는 후술할 회전축(50)의 메인 베어링부(51)를 지지하기 위한 제1 축수부(312)가 형성되고, 제1 축수부에는 회전축(50)의 메인 베어링부(51)가 회전 가능하게 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 제1 축수구멍(312a)이 축방향으로 관통 형성될 수 있다.

그리고 프레임(31)의 하면에는 회전축(50)에 편심 결합된 선회스크롤(이하, 제2 스크롤)(33)을 사이에 두고 고정스크롤(이하, 제1 스크롤)(32)이 설치될 수 있다. 제1 스크롤(32)은 프레임(31)에 고정 결합될 수도 있지만, 축방향으로 이동 가능하게 결합될 수도 있다.

한편, 제1 스크롤(32)은 고정 경판부(이하, 제1 경판부)(321)가 대략 원판모양으로 형성되고, 제1 경판부(321)의 가장자리에는 프레임(31)의 하면 가장자리에 결합되는 스크롤 측벽부(이하, 제2 측벽부)(322)가 형성될 수 있다.

제2 측벽부(322)의 일측에는 냉매 흡입관(15)과 흡입실이 연통되는 흡입구(324)가 관통 형성되고, 제1 경판부(321)의 중앙부에는 토출실과 연통되어 압축된 냉매가 토출되는 토출구(325a)(325b)가 형성될 수 있다. 토출구(325a)(325b)는 후술할 제1 압축실(V1)과 제2 압축실(V2)에 모두 연통될 수 있도록 한 개만 형성될 수도 있지만, 각각의 압축실(V1)(V2)과 독립적으로 연통될 수 있도록 복수 개가 형성될 수도 있다.

그리고 제2 측벽부(322)의 외주면에는 앞서 설명한 연통홈(322b)이 형성되고, 이 연통홈(322b)은 제1 측벽부(311)의 연통홈(311b)과 함께 회수되는 오일을 하측공간(10c)으로 안내하기 위한 제2 오일유로(P_O2)를 형성하게 된다.

또, 제1 스크롤(32)의 하측에는 압축실(V)에서 토출되는 냉매를 후술할 냉매유로로 안내하기 위한 토출커버(34)가 결합될 수 있다. 토출커버(34)는 그 내부공간이 토출구(325a)(325b)를 수용하는 동시에, 그 토출구(325a)(325b)를 통해 압축실(V)에서 토출된 냉매를 케이싱(10)의 상측공간(10b), 더 정확하게는 전동부(20)와 압축부(30) 사이의 공간으로 안내하는 제1 냉매유로(P_G1)의 입구를 수용하도록 형성될 수 있다.

여기서, 제1 냉매유로(P_G1)는 유로 분리유닛(40)의 안쪽, 즉 유로 분리유닛(40)을 기준으로 안쪽인 회전축(50)쪽에서 고정스크롤(32)의 제2 측벽부(322)와 프레임(31)의 제1 측벽부(311)를 차례로 관통하여 형성될 수 있다. 이로써, 유로 분리유닛(40)의 바깥쪽에는 앞서 설명한 제2 오일유로(P_O2)가 제1 오일유로(P_O1)와 연통되도록 형성된다. 유로 분리유닛에 대해서는 나중에 자세히 설명한다.

그리고 제1 경판부(321)의 상면에는 후술할 선회랩(이하, 제2 랩)(33)과 맞물려 압축실(V)을 이루는 고정랩(이하, 제1 랩)(323)이 형성될 수 있다. 제1 랩(323)에 대해서는 나중에 제2 랩(332)과 함께 설명한다.

또, 제1 경판부(321)의 중심에는 후술할 회전축(50)의 서브 베어링부(52)를 지지하는 제2 축수부(326)가 형성되고, 제2 축수부(326)에는 축방향으로 관통되어 서브 베어링부(52)를 반경방향으로 지지하는 제2 축수구멍(326a)이 형성될 수 있다.

한편, 제2 스크롤(33)은 선회 경판부(이하, 제2 경판부)(331)가 대략 원판모양으로 형성될 수 있다. 제2 경판부(331)의 하면에는 제1 랩(322)과 맞물려 압축실을 이루는 제2 랩(332)이 형성될 수 있다.

제2 랩(332)은 제1 랩(323)과 함께 인볼류트 형상으로 형성될 수 있지만 그 외의 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 제2 랩(332)은 직경과 원점이 서로 다른 다수의 원호를 연결한 형태를 가지며, 최외곽의 곡선은 장축과 단축을 갖는 대략 타원형 형태로 형성될 수 있다. 이는 제1 랩(323)도 마찬가지로 형성될 수 있다.

제2 경판부(331)의 중앙부위에는 제2 랩(332)의 내측 단부를 이루며, 후술할 회전축(50)의 편심부(53)가 회전가능하게 삽입되어 결합되는 회전축 결합부(333)가 축방향으로 관통 형성될 수 있다.

회전축 결합부(333)의 외주부는 제2 랩(332)과 연결되어 압축과정에서 제1 랩(322)과 함께 압축실(V)을 형성하는 역할을 하게 된다.

또, 회전축 결합부(333)는 제2 랩(332)과 동일 평면상에서 중첩되는 높이로 형성되어, 회전축(50)의 편심부(53)가 제2 랩(332)과 동일 평면상에서 중첩되는 높이에 배치될 수 있다. 이를 통해, 냉매의 반발력과 압축력이 제2 경판부를 기준으로 하여 동일 평면에 가해지면서 서로 상쇄되어, 압축력과 반발력의 작용에 의한 제2 스크롤(33)의 기울어짐이 방지될 수 있다.

또, 회전축 결합부(333)는 제1 랩(323)의 내측 단부와 대향되는 외주부에 후술할 제1 랩(323)의 돌기부(328)와 맞물리게 되는 오목부(335)가 형성된다. 이 오목부(335)의 일측은 압축실(V)의 형성방향을 따라 상류측에 회전축 결합부(333)의 내주부에서 외주부까지의 두께가 증가하는 증가부(335a)가 형성된다. 이는 토출 직전의 제1 압축실(V1)의 압축 경로가 길어져, 결과적으로 제1 압축실(V1)의 압축비를 제2 압축실(V2)의 압력비에 근접하게 높일 수 있게 한다. 제1 압축실(V1)은 제1 랩(323)의 내측면과 제2 랩(332)의 외측면 사이에 형성되는 압축실로서, 제2 압축실(V2)과 구분하여 나중에 설명한다.

오목부(335)의 타측은 원호 형태를 갖는 원호압축면(335b)이 형성된다. 원호압축면(335b)의 직경은 제1 랩(323)의 내측 단부 두께(즉, 토출단의 두께) 및 제2 랩(332)의 선회반경에 의해 결정되는데, 제1 랩(323)의 내측 단부 두께를 증가시키면 원호압축면(335b)의 직경이 커지게 된다. 이로 인해, 원호압축면(335b) 주위의 제2 랩 두께도 증가되어 내구성이 확보될 수 있고, 압축 경로가 길어져서 그만큼 제2 압축실(V2)의 압축비도 증가할 수 있다.

또, 회전축 결합부(333)에 대응하는 제1 랩(323)의 내측 단부(흡입단 또는 시작단) 부근에는 회전축 결합부(333)의 외주부측으로 돌출되는 돌기부(328)가 형성되는데, 돌기부(328)에는 그 돌기부로부터 돌출되어 오목부(335)와 맞물리는 접촉부(328a)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 랩(323)의 내측 단부는 다른 부분에 비해서 큰 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이로 인해, 제1 랩(323) 중에서 가장 큰 압축력을 받게 되는 내측 단부의 랩 강도가 향상되어 내구성이 향상될 수 있다.

한편, 압축실(V)은 제1 경판부(321)와 제1 랩(323), 그리고 제2 랩(332)과 제2 경판부(331) 사이에 형성되며, 랩의 진행방향을 따라 흡입실, 중간압실, 토출실이 연속으로 형성되어 이루어질 수 있다.

도 2와 같이, 압축실(V)은 제1 랩(323)의 내측면과 제2 랩(332)의 외측면 사이에 형성되는 제1 압축실(V1)과, 제1 랩(323)의 외측면과 제2 랩(332)의 내측면 사이에 형성되는 제2 압축실(V2)로 이루어질 수 있다.

즉, 제1 압축실(V1)은 제1 랩(323)의 내측면과 제2 랩(332)의 외측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점(P11, P12) 사이에 형성되는 압축실을 포함하고, 제2 압축실(V2)은 제1 랩(323)의 외측면과 제2 랩(332)의 내측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점(P21, P22) 사이에 형성되는 압축실을 포함한다.

여기서, 토출 직전의 제1 압축실(V1)은 편심부의 중심, 즉 회전축 결합부의 중심(O)과 두 개의 접촉점(P11, P12)을 각각 연결한 두 개의 선이 이루는 각도 중 큰 값을 갖는 각도를 α라 할 때, 적어도 토출 개시 직전에 α < 360°이고, 두 개의 접촉점(P11, P12)에서의 법선 벡터 사이의 거리 ℓ도 0보다 큰 값을 갖게 된다.

이로 인해, 토출 직전의 제1 압축실이 인볼류트 곡선으로 이루어진 고정랩과 선회랩을 갖는 경우에 비해서 더 작은 볼륨을 갖게 되므로, 제1 랩(323)과 제2 랩(332)의 크기를 늘리지 않고도 제1 압축실(V1)의 압축비와 제2 압축실(V2)의 압축비가 모두 향상될 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 제2 스크롤(33)은 프레임(31)과 고정스크롤(32) 사이에서 선회 가능하게 설치될 수 있다. 그리고 제2 스크롤(33)의 상면과 이에 대응하는 프레임(31)의 하면 사이에는 제2 스크롤(33)의 자전을 방지하는 올담링(35)이 설치되고, 올담링(35)보다 안쪽에는 후술할 배압실(S1)을 형성하는 실링부재(36)가 설치될 수 있다.

그리고 실링부재(36)의 바깥쪽에는 제2 스크롤(32)에 구비되는 급유구멍(321a)에 의해 중간압 공간을 형성하게 된다. 이 중간압 공간은 중간 압축실(V)과 연통되어 중간압의 냉매가 채워짐에 따라 배압실의 역할을 할 수 있다. 따라서, 실링부재(36)를 중심으로 안쪽에 형성되는 배압실을 제1 배압실(S1)이라고 하고, 바깥쪽에 형성되는 중간압 공간을 제2 배압실(S2)이라고 할 수 있다. 결국, 배압실(S1)은 실링부재(36)를 중심으로 프레임(31)의 하면과 제2 스크롤(33)의 상면에 의해 형성되는 공간으로, 이 배압실(S1)에 대해서는 후술할 실링부재와 함께 다시 설명한다.

한편, 유로 분리유닛(40)은 전동부(20)의 하면과 압축부(30)의 상면 사이에 형성되는 경유공간인 중간공간(10a)에 설치되어, 압축부(30)로부터 토출되는 냉매가 유분리 공간인 전동부(20)의 상측공간(10b)에서 저유공간인 압축부(30)의 하측공간(10c)으로 이동하는 오일과 간섭되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

이를 위해, 본 실시예에 따른 유로 분리유닛(40)은 제1 공간(10a)을 냉매가 유동하는 공간(이하, 냉매 유동공간)과 오일이 유동하는 공간(이하, 오일 유동공간)으로 분리하는 유로 가이드를 포함한다. 유로 가이드는 그 유로 가이드 자체만으로 제1 공간(10a)을 냉매 유동공간과 오일 유동공간으로 분리할 수 있지만, 경우에 따라서는 복수 개의 유로 가이드를 조합하여 유로 가이드의 역할을 하도록 할 수도 있다.

본 실시예에 따른 유로 분리유닛은 프레임(31)에 구비되어 상향 연장되는 제1 유로 가이드(410)와, 고정자(21)에 구비되어 하향 연장되는 제2 유로 가이드(420)로 이루어진다. 제1 유로 가이드(410)와 제2 유로 가이드(420)가 축방향으로 중첩되어 중간공간(10a)이 냉매 유동공간과 오일 유동공간으로 분리될 수 있도록 한다.

여기서, 제1 유로 가이드(410)는 환형으로 제작되어 프레임(31)의 상면에 고정 결합되고, 제2 유로 가이드(420)는 고정자(21)에 삽입되어 권선코일을 절연하는 인슐레이터에서 연장 형성될 수 있다.

제1 유로 가이드(410)는 외측에서 상향 연장되는 제1 환벽부(411)와, 내측에서 상향 연장되는 제2 환벽부(412), 그리고 제1 환벽부(411)와 제2 환벽부(412) 사이를 연결하도록 반경방향으로 연장되는 환면부(413)로 이루어진다. 제1 환벽부(411)는 제2 환벽부(412)보다 높게 형성되고, 환면부(413)에는 압축부(30)에서 중간공간(10a)으로 연통되는 냉매구멍이 연통되도록 냉매통공이 형성될 수 있다.

그리고, 제2 환벽부(412)의 안쪽, 즉 회전축 방향에 제1 밸런스 웨이트(261)가 위치하며, 제1 밸런스 웨이트(261)는 회전자(22) 또는 회전축(50)에 결합되어 회전한다. 이때, 제1 밸런스 웨이트(261)가 회전하면서 냉매를 교반할 수 있지만, 제2 환벽부(412)에 의해 냉매가 제1 밸런스 웨이트(261)쪽으로 이동하는 것을 막아 냉매가 제1 밸런스 웨이트(261)에 의해 교반되는 것을 억제할 수 있다.

제2 유로 가이드(420)는 인슐레이터의 외측에서 하향 연장되는 제1 연장부(421)와, 인슐레이터의 내측에서 하향 연장되는 제2 연장부(422)로 이루어질 수 있다. 제1 연장부(421)는 제1 환벽부(411)와 축방향으로 중첩되도록 형성되어, 냉매 유동공간과 오일 유동공간으로 분리하는 역할을 한다. 제2 연장부(422)는 필요에 따라 형성되지 않을 수도 있지만, 형성되더라도 제2 환벽부(412)와 축방향으로 중첩되지 않거나 중첩되더라도 냉매가 충분히 유동할 수 있도록 반경방향으로 충분한 간격을 두고 형성되는 것이 바람직하다.

제1 유로 가이드(410)의 제1 환벽부(411)와 제2 유로 가이드(420)의 제2 연장부(421) 사이에는 제1 공간(10a)의 내측과 외측에 형성되는 양쪽 공간을 완전히 분리시키기 위한 유로 실링부재(430)가 구비될 수 있다.

한편, 회전축(50)은 그 상부는 회전자(22)의 중심에 압입되어 결합되는 반면 하부는 압축부(30)에 결합되어 반경방향으로 지지될 수 있다. 이로써, 회전축(50)은 전동부(20)의 회전력을 압축부(30)의 선회스크롤(33)에 전달하게 된다. 그러면 회전축(50)에 편심 결합된 제2 스크롤(33)이 제1 스크롤(32)에 대해 선회운동을 하게 된다.

회전축(50)의 하반부에는 프레임(31)의 제1 축수구멍(312a)에 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 메인 베어링부(이하, 제1 베어링부)(51)가 형성되고, 제1 베어링부(51)의 하측에는 제1 스크롤(32)의 제2 축수구멍(326a)에 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 서브 베어링부(이하, 제2 베어링부)(52)가 형성될 수 있다. 그리고 제1 베어링부(51)와 제2 베어링부(52)의 사이에는 회전축 결합부(333)에 삽입되어 결합되도록 편심부(53)가 형성될 수 있다.

제1 베어링부(51)와 제2 베어링부(52)는 동일 축중심을 가지도록 동축 선상에 형성되고, 편심부(53)는 제1 베어링부(51) 또는 제2 베어링부(52)에 대해 반경방향으로 편심지게 형성될 수 있다. 제2 베어링부(52)는 제1 베어링부(51)에 대해 편심지게 형성될 수도 있다.

편심부(53)는 그 외경이 제1 베어링부(51)의 외경보다는 작게, 제2 베어링부(52)의 외경보다는 크게 형성되어야 회전축(50)을 각각의 축수구멍(312a)(326a)과 회전축 결합부(333)를 통과하여 결합시키는데 유리할 수 있다. 하지만, 편심부(53)가 회전축(50)에 일체로 형성되지 않고 별도의 베어링을 이용하여 형성하는 경우에는 제2 베어링부(52)의 외경이 편심부(53)의 외경보다 작게 형성되지 않고도 회전축(50)을 삽입하여 결합할 수 있다.

그리고 회전축(50)의 내부에는 각 베어링부와 편심부에 오일을 공급하기 위한 오일공급유로(50a)가 축방향을 따라 형성될 수 있다. 오일공급유로(50a)는 압축부(30)가 전동부(20)보다 하측에 위치함에 따라 회전축(50)의 하단에서 대략 고정자(21)의 하단이나 중간 높이, 또는 제1 베어링부(31)의 상단보다는 높은 위치까지 홈파기로 형성될 수 있다. 물론, 경우에 따라서는 회전축(50)을 축방향으로 관통하여 형성될 수도 있다.

그리고 회전축(50)의 하단, 즉 제2 베어링부(52)의 하단에는 하측공간(10c)에 채워진 오일을 펌핑하기 위한 오일피더(60)가 결합될 수 있다. 오일피더(60)는 회전축(50)의 오일공급유로(50a)에 삽입되어 결합되는 오일공급관(61)과, 오일공급관(61)을 수용하여 이물질의 침입을 차단하는 차단부재(62)로 이루어질 수 있다. 오일공급관(61)은 토출커버(34)를 관통하여 하측공간(10c)의 오일에 잠기도록 위치될 수 있다.

한편, 도 3에서와 같이, 회전축(50)의 각 베어링부(51)(52)와 편심부(53)에는 오일공급유로(50a)에 연결되어 각 습동부로 오일을 공급하기 위한 습동부 급유통로(F1)가 형성된다.

습동부 급유통로(F1)는 오일공급유로(50a)에서 회전축(50)의 외주면을 향해 관통되는 복수 개의 급유구멍(511)(521)(531)과, 각 베어링부(51)(52)와 편심부(53)의 외주면에는 급유구멍(511)(521)(531)에 각각 연통되어 각 베어링부(51)(52)와 편심부(53)를 윤활하는 복수 개의 급유홈(512)(522)(532)으로 이루어진다.

예를 들어, 제1 베어링부(51)에는 제1 급유구멍(511)과 제1 급유홈(512)이, 제2 베어링부(52)에는 제2 급유구멍(521)과 제2 급유홈(522)이, 그리고 편심부(53)에는 제3 급유구멍(531)과 제3 급유홈(532)이 각각 형성된다. 제1 급유홈(512)과 제2 급유홈(522), 그리고 제3 급유홈(532)은 각각 축방향 또는 경사방향으로 길게 장홈 형상으로 형성된다.

그리고, 제1 베어링부(51)와 편심부(53)의 사이, 편심부(53)와 제2 베어링부(52)의 사이에는 각각 환형으로 된 제1 연결홈(541)과 제2 연결홈(542)이 각각 형성된다. 이 제1 연결홈(541)은 제1 급유홈(512)의 하단이 연통되고, 제2 연결홈(542)은 제2 급유홈(522)의 상단이 연결된다. 이에 따라, 제1 급유홈(512)을 통해 제1 베어링부(51)를 윤활하는 오일의 일부는 제1 연결홈(541)으로 흘러내려 모이게 되고, 이 오일은 제1 배압실(S1)로 유입되어 토출압의 배압력을 형성하게 된다. 또, 제2 급유홈(522)을 통해 제2 베어링부(52)를 윤활하는 오일과 제3 급유홈(532)을 통해 편심부(53)를 윤활하는 오일은 제2 연결홈(542)으로 모여 회전축 결합부(333)의 선단면과 제1 경판부(321) 사이를 거쳐 압축부(30)로 유입될 수 있다.

그리고 제1 베어링부(51)의 상단방향으로 흡상되는 소량의 오일은 프레임(31)의 제1 축수부(312) 상단에서 베어링면 밖으로 흘러나와 그 제1 축수부(312)를 따라 프레임(31)의 상면(31a)으로 흘러내린 후, 그 프레임(31)의 외주면(또는 상면에서 외주면으로 연통되는 홈)과 제1 스크롤(32)의 외주면에 연속으로 형성되는 오일유로(P_O1)(P_O2)를 통해 하측공간(10c)으로 회수된다.

아울러, 압축실(V)에서 냉매와 함께 케이싱(10)의 상측공간(10b)으로 토출되는 오일은 케이싱(10)의 상측공간(10b)에서 냉매로부터 분리되어, 전동부(20)의 외주면에 형성되는 제1 오일유로(P_O1) 및 압축부(30)의 외주면에 형성되는 제2 오일유로(P_O2)를 통해 하측공간(10c)으로 회수된다. 이때, 전동부(20)와 압축부(30)의 사이에는 나중에 설명할 유로 분리유닛(40)이 구비되어, 상측공간(10b)에서 냉매로부터 분리되어 하측공간(10c)으로 이동되는 오일이 압축부(20)에서 토출되어 상측공간(10b)으로 이동하는 냉매와 간섭되어 재혼합되지 않고 서로 다른 통로[(P_O1)(P_O2)][(P_G1)(P_G2)]를 통해 각각 오일은 하측공간(10c)으로, 냉매는 상측공간(10b)으로 이동할 수 있게 된다.

한편, 제2 스크롤(33)에는 오일공급유로(50a)를 통해 흡상되는 오일을 압축실(V)로 공급하기 위한 압축실 급유통로(F2)가 형성된다. 압축실 급유통로(F2)는 앞서 설명한 습동부 급유통로(F1)에 연결된다.

압축실 급유통로(F2)는 오일공급유로(50a)와 중간압 공간을 이루는 제2 배압실(S2) 사이에 연통되는 제1 급유통로(371)와, 제2 배압실(S2)과 압축실(V)의 중간압실에 연통되는 제2 급유통로(372)로 이루어질 수 있다.

물론, 압축실 급유통로는 제2 배압실(S2)을 경유하지 않고 오일공급유로(50a)에서 중간압실로 직접 연통되도록 형성될 수도 있다. 하지만, 이 경우에는 제2 배압실(S2)과 중간압실(V)을 연통시키는 냉매유로를 별도로 구비하여야 하고, 제2 배압실(S2)에 위치하는 올담링(35)에 오일을 공급하기 위한 오일유로를 별도로 구비해야 한다. 이로 인해 통로의 개수가 많아져 가공이 복잡하게 된다. 따라서, 냉매유로와 오일유로를 단일화하여 통로의 개수를 줄이기 위해서라도 본 실시예와 같이 오일공급유로(50a)와 제2 배압실(S2)을 연통시키고, 제2 배압실(S2)을 중간압실(V)에 연통시키는 것이 바람직할 수 있다.

이를 위해, 제1 급유통로(371)는 제2 경판부(331)의 하면에서 두께방향으로 중간까지 형성되는 제1 선회통로부(371a)가 형성되고, 제1 선회통로부(371a)에서 제2 경판부(331)의 외주면을 향해 제2 선회통로부(371b)가 형성되며, 제2 선회통로부(371b)에서 제2 경판부(331)의 상면을 향해 관통되는 제3 선회통로부(371c)가 형성된다.

그리고, 제1 선회통로부(371a)는 제1 배압실(S1)에 속하는 위치에 형성되고, 제3 선회통로부(371c)는 제2 배압실(S2)에 속하는 위치에 형성된다. 그리고 제2 선회통로부(371b)에는 그 제1 급유통로(371)를 통해 제1 배압실(S1)에서 제2 배압실(S2)로 이동하는 오일의 압력을 낮출 수 있도록 감압봉(375)이 삽입된다. 이로써, 감압봉(375)을 제외한 제2 선회통로부(371b)의 단면적은 제1 선회통로부(371a) 또는 제3 선회통로부(371c)제2 선회통로부(371b)작게 형성된다.

여기서, 제3 선회통로부(371c)의 단부가 올담링(35)의 안쪽, 즉 올담링(35)과 실링부재(36)의 사이에 위치하도록 형성되는 경우에는 그 제1 급유통로(371)를 통해 이동하는 오일이 올담링(35)에 막혀 제2 배압실(S2)로 원활하게 이동하지 못하게 된다. 따라서, 이 경우에는 제3 선회통로부(371c)의 단부에서 제2 경판부(331)의 외주면을 향해 제4 선회통로부(371d)가 형성될 수 있다. 제4 선회통로부(371d)는 도 4와 같이 제2 경판부(331)의 상면에 홈으로 형성될 수도 있고, 제2 경판부(331)의 내부에 구멍으로 형성될 수도 있다.

제2 급유통로(372)는 제2 측벽부(322)의 상면에서 두께방향으로 제1 고정통로부(372a)가 형성되고, 제1 고정통로부(372a)에서 반경방향으로 제2 고정통로부(372b)가 형성되며, 제2 고정통로부(372b)에서 중간압실(V)로 연통되는 제3 고정통로부(372c)가 형성된다.

도면중 미설명 부호인 70은 어큐뮬레이터이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 하부 압축식 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 전동부(20)에 전원이 인가되면, 회전자(21)와 회전축(50)에 회전력이 발생되어 회전하고, 회전축(50)이 회전함에 따라 그 회전축(50)에 편심 결합된 선회스크롤(33)이 올담링(35)에 의해 선회운동을 하게 된다.

그러면, 케이싱(10)의 외부에서 냉매 흡입관(15)을 통하여 공급되는 냉매는 압축실(V)로 유입되고, 이 냉매는 선회스크롤(33)의 선회운동에 의해 압축실(V)의 체적이 감소함에 따라 압축되어 토출구(325a)(325b)를 통해 토출커버(34)의 내부공간으로 토출된다.

그러면, 토출커버(34)의 내부공간으로 토출된 냉매는 그 토출커버(34)의 내부공간을 순환하며 소음이 감소된 후 프레임(31)과 고정자(21) 사이의 공간으로 이동하고, 이 냉매는 고정자(21)와 회전자(22) 사이의 간격을 통해 전동부(20)의 상측공간으로 이동하게 된다.

그러면, 전동부(20)의 상측공간에서 냉매로부터 오일이 분리된 후 냉매는 냉매 토출관(16)을 통해 케이싱(10)의 외부로 배출되는 반면, 오일은 케이싱(10)의 내주면과 고정자(21) 사이의 유로 및 케이싱(10)의 내주면과 압축부(30)의 외주면 사이의 유로를 통해 케이싱(10)의 저유공간인 하측공간(10c)으로 회수되는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 하측공간(10c)의 오일은 회전축(50)의 오일공급유로(50a)를 통해 흡상되고, 이 오일은 각각의 급유구멍(511)(521)(531)과 급유홈(512)(522)(532)을 통해 제1 베어링부(51)와 제2 베어링부(52), 그리고 편심부(53)를 각각 윤활하게 된다.

이 중에서 제1 급유구멍(511)과 제1 급유홈(512)을 통해 제1 베어링부(51)를 윤활한 오일은 제1 베어링부(51)와 편심부(53) 사이의 제1 연결홈(541)으로 모이고, 이 오일은 제1 배압실(S1)로 유입된다. 이 오일은 거의 토출압을 형성하게 되어 제1 배압실(S1)의 압력도 거의 토출압을 형성하게 된다. 따라서, 제2 스크롤(33)의 중심부측은 토출압에 의해 축방향으로 지지할 수 있게 된다.

한편, 제1 배압실(S1)의 오일은 제2 배압실(S2)과의 압력차이에 의해 제1 급유통로(371)를 거쳐 제2 배압실(S2)로 이동을 하게 된다. 이때, 제1 급유통로(371)를 이루는 제2 선회통로부(371b)에는 감압봉(375)이 구비되어, 제2 배압실(S2)로 향하는 오일의 압력이 중간압으로 감압된다.

그리고, 제2 배압실(중간압 공간)(S2)로 이동하는 오일은 제2 스크롤(33)의 가장자리부를 지지하는 동시에 중간압실(V)과의 압력차이에 따라 제2 급유통로(372)를 통해 중간압실(V)로 이동하게 된다. 하지만, 압축기의 운전중에서 중간압실(V)의 압력이 제2 배압실(S2)의 압력보다 높아지게 되면 제2 급유통로(372)를 통해 중간압실(V)에서 냉매가 제2 배압실(S2)쪽으로 이동하게 된다. 다시 말해, 제2 급유통로(372)는 제2 배압실(S2)의 압력과 중간압실(V)의 압력 차이에 따라 냉매와 오일이 교차 이동하는 통로 역할을 한다.

이때, 앞서 설명한 바와 같이, 유로 분리유닛(40)은 전동부(20)의 하면과 압축부(30)의 상면 사이에 형성되는 경유공간인 중간공간(이하, 제1 공간)(10a)에 설치되어, 압축부(30)로부터 토출되는 냉매가 유분리 공간인 전동부(20)의 상측공간(이하, 제2 공간)(10b)에서 저유공간인 압축부(30)의 하측공간(이하, 제3 공간)(10c)으로 이동하는 오일과 간섭되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다. 이에 따라, 압축부(30)에서 냉매와 오일이 함께 토출되어 전동부(20)를 통과하고, 전동부(20)를 통과한 냉매와 오일은 상측공간인 제2 공간((10b)에서 냉매로부터 오일이 분리되고, 이 분리된 오일은 제1 오일통로(P_O1)와 제2 오일통로(P_O2)를 통해 저유공간인 제3 공간(10c)으로 회수된다.

하지만, 제2 공간(10b)에는 별도의 유분리 장치도 없거나 설사 유분리 장치가 있더라도 유분리 효과가 낮아 오일이 냉매와 함께 압축기 외부로 배출될 우려가 많았다. 그러면 압축기의 저유공간인 제3 공간(10c)으로 회수되는 오일량이 급감하게 되어 각 습동부로의 오일공급량이 감소하면서 마찰손실이나 마모가 발생하게 될 수 있다.

특히, 압축기 내부에서의 오일 분리는 그 오일을 포함한 냉매(이하, 냉매오일)의 유속과 깊은 관련이 있는데, 통상 냉매오일의 유속이 저속이거나 또는 고속인 경우에는 원심분리 방식이 적합한 것으로 알려져 있다. 이는, 저속인 경우 입자간 충돌이 활발하지는 않지만 냉매오일이 산개되는 정도가 약해 오히려 오일의 입자크기가 증대하면서 중력침강에 의한 오일 분리 효과가 향상되는 것이고, 고속인 경우에는 입자간 충돌이 활발해지면서 오일입자들이 합쳐져 냉매보다 큰 원심력을 받게 되어 관성에 의한 오일 분리 효과가 냉매로부터 분리되는 것이다.

하지만, 중속인 경우에는 저속에서와 같은 중력침강에 의한 오일 분리 효과나 고속에서와 같은 관성에 의한 오일 분리 효과를 기대하기 어렵게 된다. 따라서 중속의 경우에는 원심분리 방식보다는 별도의 유분리 장치를 구비하는 것이 바람직하다.

그러나, 종래에는 앞서 설명한 바와 같이 별도의 유분리 장치를 구비하지 않고 공간을 이용한 중력침강 방식이나 원심분리 방식을 이용하여 오일을 분리함에 따라 압축기의 저속이나 고속운전(실제로는 압축기 케이싱 내부의 유속이 정확하나, 유속은 압축기의 운전속도와 대략 비례관계가 성립하므로 이하에서는 편의상 압축기 운전속도를 기준으로 유속을 대신한다)에서는 나름대로 오일 분리 효과를 기대할 수 있지만, 중속운전에서는 오일 분리 효과가 낮아지는 한계가 있었다. 하지만, 오일 분리 공간을 확보하기 위해 제2 공간(10b)을 너무 확대할 경우 압축기가 비대해지게 되므로 제2 공간(10b)의 넓이는 제한적일 수밖에 없다. 따라서, 제2 공간(10b)으로 유입되는 냉매오일에서 오일이 충분히 분리되지 못하고, 냉매와 함께 압축기 외부로 배출되어 압축기 내부에서는 오일부족이 초래될 수 있다. 특히, 고속 운전에서는 냉매와 오일의 순환량이 증가하게 되고, 이는 압축기에서 냉동사이클로 배출되는 오일의 유출량도 함께 증가할 수 있다. 하지만, 단순 원심분리 방식은 냉매오일로부터 오일을 충분히 분리하지 못함에 따라, 오일의 유출량이 증가하여 압축기 내부의 습동부에 대한 마찰손실이나 마모가 증가할 수 있다. 이에 대해서는 도 10을 참조하여 나중에 다시 설명한다.

이를 감안하여, 본 실시예에 따른 하부 압축식 스크롤 압축기에서는 제2 공간에 압축기의 운전속도 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 오일 분리유닛이 구비될 수 있다. 도 5 및 도 6은 이러한 오일 분리유닛의 일례를 보인 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 오일 분리유닛(80)은, 회전자(22)의 상측에 결합되는 오일 분리부재(81)로 이루어질 수 있다.

오일 분리부재(81)는 전동부(20)와 토출관(16) 사이에 구비되는 것으로, 상면 중앙부에 소정의 깊이만큼 함몰진 체적부(813)를 가지는 컵 단면 형상으로 형성될 수 있다. 이로써, 오일 분리부재(81)는 회전자(22)와 함께 회전을 하면서 그 체적부(813)로 유입되는 냉매와 오일을 원심력에 의해 분리시켜 오일의 분리 효과를 높일 수 있다.

여기서, 오일 분리부재(81)는 케이싱(10)의 내주면을 향해 연장되는 평판부(811)와, 평판부(811)의 가장자리에서 상측을 향해 돌출되어 앞서 설명한 체적부(813)를 형성하는 측벽부(812)로 이루어질 수 있다.

도 5와 같이, 평판부(811)는 회전자(22)의 상면에 구비된 제2 밸런스 웨이트(262)의 상면에 고정될 수 있다. 이 경우 평판부(811)에는 제2 밸런스 웨이트(262)에 구비되는 체결홈(262a)에 볼트 또는 리벳과 같은 체결부재(815)로 체결될 수 있도록 체결구멍(811a)이 형성될 수 있다.

도 6과 같이, 평판부(811)는 그 외경(D1)이 회전자(또는 제2 밸런스 웨이트)의 외경(D2)보다는 작거나 같게 형성될 수 있다. 물론, 평판부(811)를 포함하는 오일 분리부재(81)의 외경은 크면 클수록 냉매오일에 대한 원심력을 높일 수 있으나, 오일 분리부재(811)가 회전자(22)에 결합된 상태로 고정자(21)에 삽입되는 점을 고려하면 오일 분리부재(81)의 최대 외경은 고정자(21)의 내경(D3)보다 작거나 같게, 더 바람직하게는 회전자(22)의 외경(D2)보다 작거나 같게 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

측벽부(812)는 환형으로 형성될 수 있다. 그리고 측벽부(812)의 높이(H1)는 평판부(811)의 상면에서 토출관(16)의 단부(16a)까지의 간격(H2)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이로써, 토출관(16)의 단부(16a)가 삽입되어 그 토출관(16)의 단부(16a)가 측벽부(812)와 축방향으로 중첩될 수 있고, 이를 통해 제2 공간(10b)에서 분리된 오일이 다시 체적부(813)로 유입되어 토출관(16)을 통해 압축기의 외부로 유출되는 것을 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다.

그리고, 본 실시예에 따른 측벽부(812)는 평판부(811)에서 수직한 방향으로 돌출 형성될 수도 있다. 하지만, 이 경우에는 냉매오일에서 분리되어 체적부(813)에 담긴 오일이 측벽부(812)에 막혀 체적부(813)의 외부로 원활하게 비산되지 못할 수 있다. 특히, 저속 운전의 경우 원심력이 약해 다량의 오일이 체적부(813)에 잔류하면서 냉매오일이 토출관(16)으로 유입되는 것을 막게 될 수 있다.

이를 감안하여, 측벽부(812)는 상단(812a)의 내경(D11)이 하단(812b)의 내경(D12)보다 확대되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 측벽부(812)는 도 7에서와 같이 경사지게 형성되거나 또는 도 8과 같이 그 중간 높이에서 적어도 2단 이상으로 단차진 단차면(812c)이 형성될 수 있다. 이로써, 체적부(813)에 담긴 오일이 체적부(813) 밖으로 원활하게 비산되어, 냉매의 토출을 막는 유동저항이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

그리고, 측벽부(812)의 중심, 즉 체적부(813)의 중심(O_V)과 토출관(16)의 중심(O_D)이 동축상에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이로써, 체적부(813)의 원주방향을 따라 유입되는 냉매가 토출관(16)으로 고르게 안내될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 따른 스크롤 압축기에서 냉매와 오일이 분리되는 과정은 다음과 같다. 도 9는 도 1에 따른 하부 압축식 스크롤 압축기에서 냉매와 오일이 순환하는 과정을 설명하기 위해 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이, 압축부(30)에서 토출되는 냉매오일에는 오일이 포함된 상태로 제1 냉매통로(P_G1)와 제2 냉매통로(P_G2)를 통해 제2 공간(10b)으로 유입된다.

그러면, 제2 공간(10b)으로 유입되는 냉매(점선 화살표)와 오일(실선 화살표)은 오일 분리부재(81)의 평판부(811)에 의해 케이싱(10)의 내주면 방향으로 퍼졌다가 토출관(16)을 향해 오일 분리부재(81)의 측벽부(812)를 타고 넘어와 체적부(813)를 채우게 된다.

이때, 오일 분리부재(81)가 회전을 지속함에 따라 체적부(813)에 채워진 냉매와 오일은 원심력을 받게 되고, 이에 따라 체적부(813)에서 냉매와 오일이 분리된다. 즉, 오일 분리부재(81)의 평판부(811)가 측벽부(812)에 의해 반경방향으로 닫힌 공간인 체적부(813)를 형성함에 따라 오일입자는 더욱 많은 오일입자들과 충돌하여 합쳐지면서 더 큰 오일입자를 형성하게 되고, 이에 따라 큰 오일입자는 관성력이 증가하면서 측벽부(812)의 내측면 근처로 몰리게 되며, 측벽부(812)의 내측면 근처로 몰린 오일은 그 측벽부(812)를 넘어 제2 공간(10b)으로 비산될 수 있다.

그러면, 체적부(813)의 중심부근에는 빈공간이 형성되어 오일에 비해 원심력을 작게 받는 냉매가 채워지게 되고, 이 냉매는 압력에 의해 토출관(16)을 통해 압축기 외부로 배출되게 된다.

한편, 제2 공간(10b)으로 비산되는 오일은 원심력에 의해 케이싱(10)의 내주면에 부딪혀 그 케이싱의 내주면을 타고 흘러내리거나 또는 비산되어 제1 제1 오일통로(P_O1)쪽으로 안내된다.

그러면, 이 오일은 중력에 의해 제1 오일통로(P_O1)와 제2 오일통로(P_O2)를 통해 제3 공간(10c)으로 회수되고, 이 회수된 오일은 오일피더(60)에 의해 습동부로 재공급된다.

이때, 제2 공간(10b)으로 비산된 오일의 일부가 냉매에 휩쓸려 다시 체적부(813)로 유입될 수도 있지만, 체적부(813)는 측벽부(812)에 의해 제한됨에 따라 오일이 측벽부(812)를 넘어 체적부(813)로 유입되기는 매우 어렵게 된다. 이에 따라, 오일이 토출관(16)을 통해 외부로 배출되는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

이로써, 본 실시예에 따른 오일 분리유닛은 압축기가 고속이나 저속 또는 중속으로 운전할 때 냉매로부터 오일이 원활하게 분리될 수 있다. 이에 대해서는 도 10에 도시되어 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 오일 분리유닛이 구비되지 않은 경우(종래)에는 압축기의 운전속도가 증가함에 따라 오일분리율(n%)이 급속하게 저하되는 것을 볼 수 있다. 이는, 오일의 유출량이 운전속도가 증가함에 따라 급격하게 증가된다는 것을 의미한다.

하지만, 본 실시예와 같이 체적부를 포함한 오일 분리유닛(80)이 구비되는 경우에는 전반적으로 오일분리율(n%)이 오일 분리유닛이 없는 종래에 비해서는 물론 체적부가 없는 원심분리 방식에 비해서도 향상되는 것을 볼 수 있다. 이는, 앞서 설명하였듯이 본 실시예가 체적부(813)를 가지는 원심분리 방식이 채용됨에 따라, 오일의 관성력이 증가하면서 고속(대략 90Hz 이상) 또는 저속(대략 40~50Hz 이하) 영역에서의 오일분리율(%)이 크게 향상되는 것을 알 수 있다.

한편, 본 실시예와 같이 체적부(813)를 포함한 오일 분리유닛(80)이 구비되는 경우에는 앞서 설명한 고속이나 저속은 물론 중속(대략 50~90Hz) 영역에서도 여과분리 방식에 준하는 정도로 오일분리율(n%)이 향상되는 것을 볼 수 있다. 이는, 앞서 설명하였듯이 체적부를 가지는 원심분리 방식이 채용됨에 따라, 오일의 관성력이 증가하면서 중속(대략 50~90Hz) 영역에서의 오일분리율(n%)이 크게 향상되는 것을 알 수 있다.

이에 따라, 본 실시예는 압축기의 운전속도에 관계없이 냉매와 오일이 효과적으로 분리될 수 있고, 이를 통해 압축기 내부에서의 오일부족을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 오일 분리유닛에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 오일 분리유닛이 컵 단면 형상으로 된 오일 분리부재로만 이루어진 것이나, 본 실시예는 토출관의 단부에 메쉬가 더 구비되거나 또는 오일분리판이 더 구비되는 것이다.

예를 들어, 도 11과 같이 토출관(16)의 입구단 부근에 환형상으로 된 메쉬(mesh)(82)가 결합될 수 있다. 원통상으로 된 메쉬(82)는 상면은 막히고 하면은 개방된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 메쉬는 반드시 메쉬 형태로 형성될 필요는 없다. 예를 들어, 다수 개의 미세구멍이 구비된 원통 형상으로 형성되는 등 냉매에서 오일이 분리될 수 있는 구조면 족하다.

이에 따라, 제2 공간(10b)에서 체적부(813)로 유입되는 냉매오일이 메쉬(82)를 통과하면서 오일을 여과방식으로 미리 분리함에 따라, 원심분리 방식에 의해 미처 분리되지 못한 오일을 추가적으로 분리하여 오일분리율(n%)이 더욱 향상될 수 있다.

또, 도 12와 같이, 토출관(16)의 입구단 부근에 플랜지 형상으로 오일분리판(83)이 적어도 한 개 이상 형성될 수 있다.

이에 따라, 제2 공간(10b)에서 체적부(813)로 유입되는 냉매오일이 오일분리판(83)를 통과하면서 오일을 여과방식으로 미리 분리함에 따라, 원심분리 방식에 의해 미처 분리되지 못한 오일을 추가적으로 분리하여 오일분리율(n%)이 더욱 향상될 수 있다.

10 : 케이싱 10a : 중간공간(제1 공간)
10b : 상측공간(제2 공간) 10c : 하측공간(제3 공간)
20 : 전동부 21 : 고정자
22 : 회전자 262 : 제2 밸런스 웨이트
26 : 인슐레이터 30 : 압축부
32 : 제1 스크롤 323 : 제1 랩
33 : 제2 스크롤 332 : 제2 랩
40 : 유로 분리유닛 50 : 회전축
60 : 오일피더 70 : 어큐뮬레이터
80 : 오일 분리유닛 81 : 오일 분리부재
811: 평판부 812 : 측벽부
813 : 체적부 82 : 메쉬
83 : 오일분리판 V : 압축실
F1 : 습동부 급유통로 F2 : 압축부 급유통로

Claims (17)

1. 내부공간이 밀봉되는 케이싱;
   상기 케이싱의 내부공간에 고정되는 고정자, 상기 고정자의 내부에서 회전하는 회전자로 이루어지고, 축방향으로 관통하는 내측유로와 외측유로를 가지는 구동모터;
   상기 구동모터의 회전자에 결합되어 회전하는 회전축;
   상기 구동모터의 하측에 구비되는 제1 스크롤과, 상기 제1 스크롤에 맞물려 압축실을 형성하고 상기 회전축이 상기 압축실과 반경방향으로 중첩되도록 편심지게 결합되어, 상기 제1 스크롤에 대해 선회운동을 하면서 상기 압축실에서 압축된 냉매가 상기 케이싱의 내부공간을 향해 토출되도록 제2 스크롤을 포함하는 압축부;
   상기 케이싱의 내부공간 중에서 상기 구동모터의 상측에 형성되는 상측공간에 연통되는 토출관; 및
   상기 구동모터와 토출관 사이에 구비되며, 상면에 깊이를 가지는 체적부가 구비되어 냉매와 오일을 원심 분리하는 오일 분리부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 토출관의 단부가 상기 체적부에 삽입되어 그 토출관과 체적부가 축방향으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
3. 제2항에 있어서, 상기 오일 분리부재는,
   상기 구동모터의 회전자 또는 상기 회전축의 상단에서 상기 케이싱의 내주면을 향해 연장되며, 상기 토출관의 하단으로부터 이격되는 평판부; 및
   상기 평판부의 가장자리에서 상측을 향해 돌출되어 상기 체적부를 형성하는 측벽부;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 측벽부의 높이는 상기 평판부의 상면과 상기 토출관의 하단 사이의 간격보다 크거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
5. 제3항에 있어서,
   상기 측벽부는 그 상단으로 갈수록 내경이 확대되도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
6. 제3항에 있어서,
   상기 측벽부는 그 상단의 내경이 하단의 내경보다 확대되도록 단차지게 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 체적부는 그 중심이 상기 토출관의 중심과 동축상에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 토출관의 입구단에는 메쉬 또는 오일분리판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구동모터와 압축부의 사이에는 환형으로 형성되어 상기 구동모터와 프레임 사이의 공간을 상기 구동모터의 내측유로와 연통되는 내측공간 및 상기 외측유로와 연통되는 외측공간으로 분리하는 유로 분리유닛이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
10. 고정자와 회전자를 포함한 전동부;
    상기 회전자에 결합되는 회전축;
    복수 개의 스크롤이 맞물려 결합되고, 상기 복수 개의 스크롤은 회전축이 관통하여 결합되며, 상기 복수 개의 스크롤 중에서 어느 한 개는 상기 회전축에 의해 상기 전동부의 회전력을 전달받고 이 스크롤이 다른 스크롤에 대해 선회운동을 하면서 유체를 압축하는 압축부;
    상기 전동부와 압축부를 수용하며, 상기 전동부의 하측와 상기 압축부의 상측 사이에 제1 공간이, 상기 전동부의 상측에는 토출관이 연통되는 제2 공간이, 상기 압축부의 하측에는 상기 압축부를 관통하는 회전축에서 연장된 오일피더가 수용되는 제3 공간이 각각 구비되는 케이싱; 및
    상기 제2 공간에 구비되어 상기 회전자 또는 회전축에 결합되며, 상면에 함몰진 체적부가 형성되는 오일 분리부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 공간에는 상기 케이싱을 관통하는 토출관이 연통되도록 결합되고,
    상기 토출관은 상기 오일 분리부재의 체적부와 축방향으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 전동부와 압축부의 사이에는 그 전동부와 압축부 사이의 공간을 반경방향을 따라 복수 개의 공간으로 분리하는 유로 가이드가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
13. 케이싱;
    상기 케이싱의 내부공간에 구비되는 전동부;
    상기 전동부에 결합되어 회전하면서 냉매를 압축하는 압축부;
    상기 전동부의 상측에 형성되는 상기 케이싱의 상측공간에 연통되어 상기 압축부에서 상기 케이싱의 내부공간으로 토출되는 냉매를 배출하는 토출관; 및
    상면에 깊이를 가진 체적부가 형성되어 상기 전동부의 회전자 또는 회전축에 구비되고, 상기 회전자 또는 회전축과 함께 회전하면서 상기 체적부에서 냉매와 오일이 원심 분리되도록 하는 오일 분리부재;를 포함하는 스크롤 압축기.
14. 제13항에 있어서, 상기 오일 분리부재는,
    상기 케이싱의 내주면을 향해 연장되며, 상기 토출관의 하단으로부터 이격되는 평판부; 및
    상기 평판부의 가장자리에서 상측을 향해 환형으로 돌출되어 상기 체적부가 형성되는 측벽부;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
15. 제14항에 있어서,
    상기 토출관의 하단이 상기 측벽부와 축방향으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
16. 제14항에 있어서,
    상기 토출관의 하단에는 메쉬 또는 환형으로 된 오일분리판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전동부와 압축부의 사이에는 그 전동부와 압축부 사이의 공간을 반경방향을 따라 복수 개의 공간으로 분리하는 유로 가이드가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.

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