KR20190001070A

KR20190001070A - 냉매 토출 구조가 개선된 압축기

Info

Publication number: KR20190001070A
Application number: KR1020170080454A
Authority: KR
Inventors: 이호원; 이동근; 최중선; 김철환; 이강욱
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2019-01-04

Abstract

본 발명은 냉매의 유동 손실 및 외부로 배출되는 오일 양을 저감하기 위한 구조를 갖춘 냉매 토출관을 포함하는 스크롤 압축기에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기는, 케이싱, 케이싱의 내부 공간에 구비되는 구동 모터, 구동 모터에 결합되어 함께 회전하는 회전축, 구동 모터의 하부에 구비되는 메인 프레임, 메인 프레임의 하부에 구비되는 고정 스크롤, 메인 프레임과 고정 스크롤 사이에 구비되고, 고정 스크롤과 압축실을 형성하도록 고정 스크롤에 맞물려 선회 운동하는 선회 스크롤 및 케이싱의 상면을 관통하도록 설치되고, 압축실에서 케이싱의 내부 공간으로 토출된 냉매를 케이싱의 외부로 배출하기 위해 구비되며, 냉매가 유입되는 부분의 단면적이 케이싱의 상면에 가까워질수록 점진적으로 감소되는 냉매 토출관을 포함한다.

Description

냉매 토출 구조가 개선된 압축기{COMPRESSOR HAVING ENHANCED STRUCTURE FOR DISCHARGING REFRIGERANT}

본 발명은 냉매의 유동 손실 및 외부로 배출되는 오일 양을 저감하기 위한 구조를 갖춘 냉매 토출관을 포함하는 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 증기압축식 냉동사이클(이하, 냉동사이클로 약칭함)에 적용되고 있다.

압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 로터리식, 스크롤식 등으로 구분될 수 있다.

이 중 스크롤 압축기는 밀폐용기의 내부공간에 고정된 고정 스크롤에 선회 스크롤이 맞물려 선회운동을 함으로써 고정 스크롤의 고정랩과 선회 스크롤의 선회랩 사이에 압축실이 형성되는 압축기이다.

스크롤 압축기는 다른 종류의 압축기에 비하여 상대적으로 높은 압축비를 얻을 수 있고, 냉매의 흡입, 압축, 토출 행정이 부드럽게 이어져 안정적인 토크를 얻을 수 있는 장점 때문에 공조장치 등에서 냉매압축용으로 널리 사용되고 있다.

이러한 스크롤 압축기에는 냉매가 외부로 배출되는 통로인 냉매 토출관이 설치된다. 구체적으로, 냉매 토출관은 케이싱의 상부 쉘을 관통하도록 설치된다. 이에 따라, 압축실에서 케이싱의 내부 공간으로 토출된 냉매는 냉매 토출관을 통해 케이싱의 외부로 배출될 수 있다.

다만, 종래의 냉매 토출관은 축방향으로 연장되도록 형성되고, 단면적이 전체적으로 일정하다. 이에 따라, 케이싱의 내부 공간과 냉매 토출관 내부의 압력 차이가 발생하게 되고, 이러한 압력 차이로 인해 냉매 토출관을 통과하는 냉매의 유동 경로가 불안정해지게 된다. 또한 냉매의 유동 경로가 불안정해지면서 냉매의 유동 손실이 발생하게 되고, 냉매와 함께 다량의 오일이 케이싱의 외부로 배출된다는 문제가 있다.

그뿐만 아니라 냉매의 유동 손실로 인해 스크롤 압축기의 구동 효율이 저감되고, 케이싱의 외부로 배출되는 오일로 인해 스크롤 압축기의 신뢰성이 저하된다는 문제가 있다. 또한 냉매 토출관을 통해, 스크롤 압축기와 폐루프를 이루는 냉동 사이클 장치로 오일이 배출되면서 냉동 사이클 장치 내 열 교환 효율이 저감된다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 냉매 토출관을 통해 토출되는 냉매의 유동 손실을 저감할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 냉매 토출관을 통해 냉매와 함께 토출되는 오일 양을 저감할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기는 냉매가 유입되는 부분의 단면적이 케이싱의 상면에 가까워질수록 점진적으로 감소되는 구조를 갖춘 냉매 토출관을 포함함으로써 냉매의 유동 손실을 저감할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 스크롤 압축기는 나팔형 또는 플레어형으로 형성된 냉매 유입부가 구비된 냉매 토출관을 포함함으로써 냉매 토출관의 외측면을 타고 흘러내려오는 오일이 외곽(즉, 케이싱의 내측면)으로 낙하하도록 할 수 있다. 이를 통해, 케이싱의 외부로 토출되는 오일 양의 저감이 가능하다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기에서는, 냉매 토출관을 통해 토출되는 냉매의 유동 손실이 저감됨으로써 스크롤 압축기의 구동 효율이 개선될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 스크롤 압축기에서는, 냉매 토출관을 통해 토출되는 오일 양이 저감됨으로써 스크롤 압축기의 신뢰성이 향상될 수 있다. 그뿐만 아니라 스크롤 압축기와 폐루프를 이루는 냉동 사이클 장치로 배출되는 오일 양이 저감됨으로써 냉매 사이클 장치 내 열 교환 효율이 개선될 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기가 적용된 냉동 사이클 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기를 설명하는 단면도이다.
도 3은 종래의 스크롤 압축기에 구비된 냉매 토출관을 통과하는 냉매의 유동 경로를 설명하는 개략도이다.
도 4는 도 2의 스크롤 압축기에 구비된 냉매 토출관을 통과하는 냉매의 유동 경로를 설명하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기를 설명하는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기가 적용된 냉동 사이클 장치를 설명하는 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기를 설명하는 단면도이다.

참고로, 도 1에 도시된 냉동 사이클 장치에는 도 2의 스크롤 압축기(1)가 아닌 도 5의 스크롤 압축기(10)가 적용될 수도 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 도 1에는 도 2의 스크롤 압축기(1)가 적용된 모습을 도시하였다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기(1)가 적용되는 냉동 사이클 장치는, 스크롤 압축기(1), 응축기(2) 및 응축팬(2a), 팽창기(3), 증발기(4) 및 증발팬(4a)가 폐루프를 이루도록 구성될 수 있다.

여기에서, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기(1)는 내부공간을 갖는 케이싱(210), 내부공간의 상부에 구비되는 구동 모터(220), 구동 모터(220)의 하단에 배치되는 압축부(200), 구동 모터(220)의 구동력을 압축부(200)로 전달하는 회전축(226)을 포함할 수 있다.

참고로, 스크롤 압축기(1)는 압축부(200)가 구동 모터(220) 보다 하측에 위치하는 하부 압축식 스크롤 압축기일 수 있다.

구체적으로, 케이싱(210)의 내부공간은 구동 모터(220)의 상측인 제1 공간(V1), 구동 모터(220)와 압축부(200)의 사이인 제2 공간(V2), 토출커버(270)에 의해 구획된 제3 공간(V3) 및 압축부(200)의 하측인 저유 공간(V4; 제4 공간)으로 구획될 수 있다.

케이싱(210)은 예를 들어, 원통형의 형상일 수 있고, 이에 따라, 케이싱(210)은 원통 쉘(211)을 포함할 수 있다.

또한 원통 쉘(211)의 상부에는 상부 쉘(212)이 설치되고, 원통 쉘(211)의 하부에는 하부 쉘(214)이 설치될 수 있다. 상부 및 하부 쉘(212, 214)은 예를 들어, 용접으로 원통 쉘(211)에 결합되어 내부공간을 형성할 수 있다.

여기에서, 상부 쉘(212)에는 냉매 토출관(216)이 설치될 수 있는데, 냉매 토출관(216)은 압축부(200)에서 제2 공간(V2)과 제1 공간(V1)으로 토출되는 압축된 냉매가 외부로 배출되는 통로이다.

참고로, 토출되는 냉매에 혼입된 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터(미도시)가 냉매 토출관(216)과 연결될 수 있다.

냉매 토출관(216)에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

하부 쉘(214)은 오일을 저장할 수 있는 저유 공간(V4)을 형성할 수 있다.

저유 공간(V4)은 압축기가 원활하게 작동될 수 있도록 압축부(200)에 오일을 공급하는 오일챔버로서의 기능을 수행할 수 있다.

또한 원통 쉘(211)의 측면에는 압축될 냉매가 유입되는 통로인 냉매 흡입관(218)이 설치될 수 있다.

구체적으로, 냉매 흡입관(218)은 고정 스크롤(250)의 측면을 따라 압축실(S1)까지 관통되어 설치될 수 있다. 즉, 냉매 흡입관(218)은 고정 스크롤(250)의 측면을 관통하도록 설치되는바, 압축실(S1)로 냉매를 안내할 수 있다.

또한 냉매 흡입관(218)은 케이싱(210)의 외부에 구비된 어큐뮬레이터(70)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 냉매 흡입관(218)은 어큐뮬레이터(70)로부터 냉매를 공급받아 압축실(S1)로 냉매를 안내할 수 있다.

이러한 케이싱(210) 내측의 상부에는 구동 모터(220)가 설치될 수 있다.

구체적으로, 구동 모터(220)는 고정자(222) 및 회전자(224)를 포함할 수 있다.

고정자(222)는 예를 들어, 원통형일 수 있으며, 케이싱(210)에 고정될 수 있다. 고정자(222)는 그 내주면에 원주방향을 따라 다수 개의 슬롯(미도시)이 형성되어 코일(222a)이 권선된다. 또한 고정자(222)의 외주면에는 디컷(D-cut) 모양으로 절단되어 압축부(200)에서 토출되는 냉매 또는 오일이 통과하도록 냉매유로홈(212a)이 형성될 수 있다.

회전자(224)는 고정자(222)의 내부에 결합되고, 회전동력을 발생시킬 수 있다. 즉, 회전자(224)는 그 중심에 회전축(226)이 압입되어 회전축(226)과 함께 회전운동할 수 있다. 회전자(224)에 의해 발생된 회전동력은 회전축(226)을 통하여 압축부(200)에 전달된다.

압축부(200)는 메인 프레임(230), 고정 스크롤(250), 선회 스크롤(240) 및 토출 커버(270)를 포함할 수 있다.

참고로, 압축부(200)는 올담링(Oldham's ring)(150)을 더 구비할 수 있다. 올담링(150)은 선회 스크롤(240)과 메인 프레임(230) 사이에 설치될 수 있다. 또한 올담링(150)은 선회 스크롤(240)의 자전을 방지하면서 고정 스크롤(250) 상에서의 선회 스크롤(240)의 선회 운동을 가능하게 한다.

메인 프레임(230)은 구동 모터(220)의 하부에 구비되고, 압축부(200)의 상부를 형성할 수 있다.

메인 프레임(230)에는 대략 원형을 갖는 프레임 경판부(이하, 제1 경판부)(232), 제1 경판부(232)의 중앙에 구비되고 회전축(226)이 관통하는 프레임 축수부(이하, 제1 축수부)(232a), 및 제1 경판부(232)의 외주부에서 하부로 돌출되는 프레임 측벽부(이하, 제1 측벽부)(231)가 구비될 수 있다.

제1 측벽부(231)는 외주부가 원통 쉘(211)의 내주면과 접하고, 하단부가 후술할 고정 스크롤 측벽부(255)의 상단부와 접할 수 있다.

제1 측벽부(231)에는 제1 측벽부(231)의 내부를 축방향으로 관통하여 냉매 통로를 이루는 프레임 토출공(이하, 제1 토출공)(231a)이 구비될 수 있다. 제1 토출공(231a)은 입구가 후술할 고정 스크롤 토출공(256b)의 출구와 연결되고, 출구가 제2 공간(V2)과 연결될 수 있다.

제1 축수부(232a)는 제1 경판부(232)의 상면에서 구동 모터(220) 측으로 돌출 형성될 수 있다. 또한 제1 축수부(232a)에는 후술할 회전축(226)의 메인 베어링부(226c)가 관통 지지되도록 제1 베어링부가 형성될 수 있다.

즉, 메인 프레임(230)의 중심에는 제1 베어링부를 이루는 회전축(226)의 메인 베어링부(226c)가 회전 가능하게 삽입되어 지지되는 제1 축수부(232a)가 축방향으로 관통 형성될 수 있다.

제1 경판부(232)의 상면에는 제1 축수부(232a)와 회전축(226) 사이에서 토출되는 오일을 포집하는 오일포켓(232b)이 형성될 수 있다.

오일포켓(232b)은 제1 경판부(232)의 상면에 음각지게 형성되고, 제1 축수부(232a)의 외주면을 따라 환형으로 형성될 수 있다. 또한 메인 프레임(230)의 저면에는 고정 스크롤(250) 및 선회 스크롤(240)과 함께 공간을 형성하여 그 공간의 압력에 의해 선회 스크롤(240)을 지지하도록 배압실(S2)이 형성될 수 있다.

참고로, 배압실(S2)은 중간압 영역(즉, 중간압실)을 포함할 수 있고, 회전축(226)에 구비된 오일 공급 유로(226a)는 배압실(S2)보다 압력이 높은 고압 상태일 수 있다. 또한 회전축(226), 메인 프레임(230) 및 선회 스크롤(240)에 의해 둘러싸인 공간은 고압 영역일 수 있다. 즉, 메인 프레임(230)과 선회 스크롤(240) 사이에 고압 영역과 중간압 영역이 형성될 수 있다.

이러한 고압 영역과 중간압 영역을 구분하기 위해 메인 프레임(230) 및 선회 스크롤(240) 사이에 배압 씰(seal)(280)이 구비될 수 있고, 배압 씰(280)은 예를 들어, 밀봉 부재 역할을 할 수 있다.

또한 메인 프레임(230)은 고정 스크롤(250)과 결합하여 선회 스크롤(240)이 선회 가능하도록 설치될 수 있는 공간을 형성할 수 있다. 즉, 이러한 구조는 회전축(226)을 통해 압축부(200)에 회전동력이 전달될 수 있도록 회전축(226)을 감싸는 구조가 될 수 있다.

메인 프레임(230)의 저면에는 제1 스크롤을 이루는 고정 스크롤(250)이 결합될 수 있다.

구체적으로, 고정 스크롤(250)은 메인 프레임(230)의 하부에 구비될 수 있다.

또한 고정 스크롤(250)은 대략 원형을 갖는 고정 스크롤 경판부(제2 경판부)(254), 제2 경판부(254)의 외주부에서 상부로 돌출되는 고정 스크롤 측벽부(이하, 제2 측벽부)(255), 제2 경판부(254)의 상면에서 돌출되고 후술할 선회 스크롤(240)의 선회랩(241)과 맞물려 압축실(S1)을 형성하는 고정랩(251), 및 제2 경판부(254)의 배면 중앙에 형성되고 회전축(226)이 관통하는 고정 스크롤 축수부(이하, 제2 축수부)(252)를 구비할 수 있다.

제2 경판부(254)에는 압축된 냉매를 압축실(S1)로부터 토출커버(270)의 내부공간으로 안내하는 토출구(253)가 형성될 수 있다. 즉, 제2 경판부(254)에는 제2 경판부(254)를 축방향으로 관통하도록 토출구(253)가 형성될 수 있다. 또한 토출구(253)의 위치는 요구되는 토출압 등을 고려하여 임의로 설정될 수 있다.

여기에서, 토출구(253)가 하부 쉘(214)을 향해 형성됨에 따라 고정 스크롤(250)의 저면에는, 토출되는 냉매를 수용하고 해당 냉매를 오일과 혼합되지 않게 후술할 고정 스크롤 토출공(256b)으로 안내하기 위한 토출커버(270)가 결합될 수 있다. 토출커버(270)는 냉매의 토출유로와 저유 공간(V4)을 분리할 수 있도록 고정 스크롤(250)의 저면에 밀봉 결합될 수 있다.

또한 토출커버(270)에는, 제2 베어링부를 이루는 회전축(226)의 서브 베어링부(226g)에 결합되어 케이싱(210)의 저유 공간(V4)에 잠기는 오일피더(271)가 관통하도록 관통구멍(276)이 형성될 수 있다.

한편, 제2 측벽부(255)에는 그 제2 측벽부(255)의 내부를 축방향으로 관통하여 제1 토출공(231a)과 함께 냉매 통로를 이루는 고정 스크롤 토출공(이하, 제2 토출공)(256b)이 구비될 수 있다.

제2 토출공(256b)은 제1 토출공(231a)에 대응되게 형성되고, 입구가 토출커버(270)의 내부공간과 연결되고, 출구가 제1 토출공(231a)의 입구와 연결될 수 있다.

여기에서, 제2 토출공(256b)과 제1 토출공(231a)은, 압축실(S1)에서 토출커버(270)의 내부공간으로 토출된 냉매가 제2 공간(V2)으로 안내되도록, 제3 공간(V3)과 제2 공간(V2)을 연결시킬 수 있다.

그리고, 제2 측벽부(255)에는 냉매 흡입관(218)이 압축실(S1)의 흡입 측에 연결되도록 설치될 수 있다. 또한 제2 측벽부(255)에는 냉매 흡입관(218)과 압축실(S1)이 연결되도록 흡입구(293)가 관통 형성될 수 있다. 참고로, 냉매 흡입관(218)은 제2 토출공(256b)과 이격되게 설치될 수 있다.

제2 축수부(252)는 제2 경판부(254)의 하면에서 저유 공간(V4) 측으로 돌출 형성될 수 있다.

또한 제2 축수부(252)에는 회전축(226)의 서브 베어링부(226g)가 삽입되어 지지되도록 제2 베어링부가 구비될 수 있다.

그리고, 제2 축수부(252)는 하단부가 회전축(226)의 서브 베어링부(226g) 하단을 지지하여 스러스트 베어링면을 이루도록 축 중심을 향해 절곡될 수 있다.

메인 프레임(230)과 고정 스크롤(250)의 사이에는 제2 스크롤을 이루는 선회 스크롤(240)이 설치될 수 있다.

구체적으로, 선회 스크롤(240)은 회전축(226)에 결합되어 선회운동을 하면서 고정 스크롤(250)과의 사이에 두 개 한 쌍의 압축실(S1)을 형성할 수 있다.

또한 선회 스크롤(240)은 대략 원형을 갖는 선회 스크롤 경판부(이하, 제3 경판부)(245), 제3 경판부(245)의 하면에서 돌출되어 고정랩(251)과 맞물리는 선회랩(241) 및 제3 경판부(245)의 중앙에 구비되고 회전축(226)의 편심부(226f)에 회전 가능하게 결합되는 회전축 결합부(242)를 포함할 수 있다.

선회 스크롤(240)의 경우, 제3 경판부(245)의 외주부가 제2 측벽부(255)의 상단부에 위치하고, 선회랩(241)의 하단부가 제2 경판부(254)의 상면에 밀착되어, 고정 스크롤(250)에 지지될 수 있다.

회전축 결합부(242)의 외주부는 선회랩(241)과 연결되어 압축과정에서 고정랩(251)과 함께 압축실(S1)을 형성하는 역할을 하게 된다.

참고로, 고정랩(251)과 선회랩(241)은 인볼류트 형상으로 형성될 수 있지만 그 외의 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

여기에서, 인볼류트 형상은 임의의 반경을 갖는 기초원의 주위에 감겨있는 실을 풀어낼 때 실의 단부가 그리는 궤적에 해당되는 곡선을 의미한다.

또한 회전축 결합부(242)에는 회전축(226)의 편심부(226f)가 삽입될 수 있다. 회전축 결합부(242)에 삽입된 편심부(226f)는 선회랩(241) 또는 고정랩(251)과 압축기의 반경방향으로 중첩될 수 있다.

여기에서, 반경방향은 축방향(즉, 상하방향)과 직교하는 방향(즉, 좌우방향)을 의미할 수 있고, 보다 구체적으로, 반경방향은 회전축의 외측에서 내측을 향하는 방향을 의미할 수 있다.

상기와 같이, 회전축(226)의 편심부(226f)가 제3 경판부(245)를 관통하여 선회랩(241)과 반경방향으로 중첩되는 경우, 냉매의 반발력과 압축력이 제3 경판부(245)를 기준으로 하여 동일 평면에 가해지면서 서로 일정 부분 상쇄될 수 있다.

또한 회전축(226)은 구동 모터(220)에 결합되며, 케이싱(210)의 저유 공간(V4)에 담긴 오일을 상부로 안내하기 위한 오일 공급 유로(226a)를 구비할 수 있다.

구체적으로, 회전축(226)은 그 상부가 회전자(224)의 중심에 압입되어 결합되고, 그 하부는 압축부(200)에 결합되어 반경방향으로 지지될 수 있다.

이로써, 회전축(226)은 구동 모터(220)의 회전력을 압축부(200)의 선회 스크롤(240)에 전달할 수 있다. 또한 이를 통해 회전축(226)에 편심 결합된 선회 스크롤(240)이 고정 스크롤(250)에 대해 선회운동을 하게 된다.

이러한 회전축(226)의 하부에는 메인 프레임(230)의 제1 축수부(232a)에 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 메인 베어링부(226c)가 형성될 수 있다. 또한 메인 베어링부(226c)의 하부에는 고정 스크롤(250)의 제2 축수부(252)에 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 서브 베어링부(226g)가 형성될 수 있다. 그리고 메인 베어링부(226c)와 서브 베어링부(226g) 사이에는 선회 스크롤(240)의 회전축 결합부(242)에 삽입되어 결합되도록 편심부(226f)가 형성될 수 있다.

메인 베어링부(226c)와 서브 베어링부(226g)는 동일 축중심을 가지도록 동축 선상에 형성되고, 편심부(226f)는 메인 베어링부(226c) 또는 서브 베어링부(226g)에 대해 반경방향으로 편심지게 형성될 수 있다.

참고로, 편심부(226f)는 그 외경이 메인 베어링부(226c)의 외경보다는 작게, 서브 베어링부(226g)의 외경보다는 크게 형성될 수 있다. 이 경우, 회전축(226)을 각각의 축수부(232a, 252)와 회전축 결합부(242)를 통과하여 결합시키는데 유리할 수 있다.

반면, 편심부(226f)가 회전축(226)에 일체로 형성되지 않고 별도의 베어링을 이용하여 형성될 수도 있다. 이 경우에는 서브 베어링부(226g)의 외경이 편심부(226f)의 외경보다 작게 형성되지 않고도 회전축(226)이 각각의 축수부(232a, 252)와 회전축 결합부(242)에 삽입되어 결합될 수 있다.

그리고 회전축(226)의 내부에는 저유 공간(V4)의 오일을 각 베어링부(226c, 226g)의 외주면과 편심부(226f)의 외주면에 공급하기 위한 오일 공급 유로(226a)가 형성될 수 있다. 또한 회전축(226)의 베어링부 및 편심부(226c, 226g, 226f)에는 오일 공급 유로(226a)에서 외주면으로 관통되는 오일 홀(228b, 228d, 228e)이 형성될 수 있다.

즉, 오일 공급 유로(226a)를 통해 상부로 안내된 오일은, 오일 홀(228a)을 통해 토출되어 각 베어링부(226c, 226g)의 외주면과 편심부(226f)의 외주면에 전체적으로 공급될 수 있다.

그리고 회전축(226)의 하단, 즉 서브 베어링부(226g)의 하단에는 저유 공간(V4)에 채워진 오일을 펌핑하기 위한 오일피더(271)가 결합될 수 있다.

오일피더(271)는 회전축(226)의 오일 공급 유로(226a)에 삽입되어 결합되는 오일공급관(273)과, 오일공급관(273)의 내부에 삽입되어 오일을 흡상하는 오일흡상부재(274)로 이루어질 수 있다.

여기에서, 오일공급관(273)은 토출커버(270)의 관통구멍(276)을 통과하여 저유 공간(V4)에 잠기도록 설치될 수 있고, 오일흡상부재(274)는 프로펠러처럼 기능할 수 있다.

또한 도면에 도시되어 있지는 않지만, 오일피더(271) 대신 저유 공간(V4)에 채워진 오일을 상부로 강제로 펌핑하기 위해 서브 베어링부(226g)에 트로코이드 펌프(trochoid pump; 미도시)가 결합될 수도 있다.

또한 도면에 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기는 메인 베어링부(226c)의 상단과 메인 프레임(230)의 상단 사이의 간극을 밀봉하기 위한 제1 실링 부재(미도시) 및 서브 베어링부(226g)의 하단과 고정 스크롤(250)의 하단 사이의 간극을 밀봉하기 위한 제2 실링 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.

참고로, 이러한 제1 및 제2 실링 부재를 통해 오일이 베어링면(즉, 베어링부의 외주면)을 따라 압축부(200) 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 차압 급유 구조의 구현이 가능하고 냉매의 역류를 방지할 수 있다.

회전자(224) 또는 회전축(226)에는 소음진동을 억제하기 위한 밸런스 웨이트(227)가 결합될 수 있다.

참고로, 밸런스 웨이트(227)는 구동 모터(220)와 압축부(200) 사이, 즉 제2 공간(V2)에 구비될 수 있다.

한편, 어큐뮬레이터(70)는 케이싱(210)의 외부에 구비되고, 냉매 흡입관(218)에 연결될 수 있다.

구체적으로, 어큐뮬레이터(70)는 냉동 사이클 장치의 증발기(4)로부터 공급받은 냉매를 냉매 흡입관(218)을 통해 압축실(S1)에 제공할 수 있다. 또한, 어큐뮬레이터(70)는 증발기(4)로부터 공급받은 냉매에서 액냉매(즉, 액체 상태 냉매)를 분리하여, 기체 상태 냉매만 냉매 흡입관(218)으로 제공할 수 있다. 이를 통해, 액냉매가 스크롤 압축기(1)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한 어큐뮬레이터(70)에는 냉매 흡입관(218)의 내경보다 큰 내경을 가지는 원통 형상의 하우징부(71)와, 하우징부(71)를 밀봉하기 위해 하우징부(71)의 일단에 결합되는 캡부(72)가 더 구비될 수 있다.

물론, 어큐뮬레이터(70)의 하우징부(71)는 냉매 흡입관(218)보다 작은 내경을 가질 수 있고, 하우징부(71)와 캡부(72)가 일체형으로 구성될 수도 있다.

다만, 본 발명의 일 실시예에서는, 설명의 편의를 위해 어큐뮬레이터(70)의 하우징부(71)는 냉매 흡입관(218)의 내경보다 큰 내경을 가지고, 하우징부(71)와 캡부(72)가 별개로 구성되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기의 동작과정을 살펴보면, 다음과 같다.

구동 모터(220)에 전원이 인가되어 회전력이 발생되면, 그 구동 모터(220)의 회전자(224)에 결합된 회전축(226)이 회전을 하게 된다. 그러면 회전축(226)에 편심 결합된 선회 스크롤(240)이 고정 스크롤(250)에 대해 선회운동을 하면서 선회랩(241)과 고정랩(251) 사이에 압축실(S1)을 형성하게 된다. 압축실(S1)은 중심방향으로 점차 체적이 좁아지면서 연속하여 여러 단계로 형성될 수 있다.

케이싱(210)의 외부에서 냉매 흡입관(218)을 통하여 공급되는 냉매는 상기와 같은 과정을 통해 형성된 압축실(S1)로 직접 유입될 수 있다. 즉, 냉동 사이클 장치의 응축기(2), 팽창기(3), 증발기(4)를 거친 냉매가 어큐뮬레이터(70)를 통과한 후 냉매 흡입관(218)을 통해 압축실(S1)로 공급될 수 있다. 이 냉매는 선회 스크롤(240)의 선회운동에 의해 압축실(S1)의 토출실 방향으로 이동하면서 압축되었다가 토출실에서 고정 스크롤(250)의 토출구(253)를 통해 제3 공간(V3)으로 토출될 수 있다.

즉, 냉매 흡입관(218)으로부터 공급된 냉매는 흡입구(293)를 통해 압축실(S1)로 공급되고, 압축실(S1)에서 압축된 냉매는 토출구(253)를 통해 제3 공간(V3)으로 토출되는 것이다.

이 후, 제3 공간(V3)으로 토출되는 압축된 냉매는 제2 토출공(256b) 및 제1 토출공(231a)을 통해 케이싱(210)의 내부공간(제2 공간(V2) 및 제1 공간(V1))으로 토출되었다가 냉매 토출관(216)을 통해 케이싱(210)의 외부로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이 때, 제1 공간(V1)과 냉매 토출관(216) 내부의 압력 차이로 인한 냉매의 유동 손실을 저감하기 위해 나팔형 또는 플레어(flare)형 냉매 유입부(216a)를 포함하는 냉매 토출관(216)이 구비될 수 있다.

구체적으로, 냉매 토출관(216)은 케이싱(210)의 상면(즉, 상부 쉘(212))을 관통하도록 설치되고, 압축실(S1)에서 케이싱(210)의 내부 공간으로 토출된 냉매를 케이싱(210)의 외부로 배출하기 위해 구비될 수 있다. 또한 냉매 토출관(216)은 냉매가 유입되는 부분의 단면적이 케이싱(210)의 상면에 가까워질수록 점진적으로 감소될 수 있다.

즉, 냉매 토출관(216)은, 케이싱(210)의 내부에 위치하고 냉매가 유입되는 냉매 유입부(216a)와, 케이싱(210)의 상면을 관통하여 냉매 유입부(216a)와 연결되도록 설치되고 냉매 유입부(216a)를 통해 유입된 냉매를 케이싱(210)의 외부로 배출하는 냉매 토출부(216b)를 포함할 수 있다.

여기에서, 냉매 유입부(216a)의 일단은 케이싱(210)의 내부 공간(즉, 제1 공간(V1))을 향해 개방되고, 냉매 유입부(216a)의 타단은 냉매 토출부(216b)의 일단과 연결될 수 있다.

반면에, 냉매 토출부(216b)의 일단은 케이싱(210)의 내부에 위치하고 냉매 유입부(216a)의 타단과 연결되며, 냉매 토출부(216b)의 타단은 케이싱(210)의 외부에 위치할 수 있다.

또한, 냉매 유입부(216a)의 내주면의 직경(D2)은 냉매 토출부(216b)와 가까워질수록 점진적으로 감소될 수 있고, 냉매 토출부(216b)의 내주면의 직경(D1)보다 클 수 있다.

즉, 냉매 유입부(216a)의 내주면의 직경(D2)은, 냉매 유입부(216a)의 일단에서 냉매 유입부(216a)의 타단으로 갈수록 점진적으로 감소될 수 있다.

상기와 같은 냉매 토출관(216)의 구조를 통해 냉매의 유동 손실 및 오일 토출량 저감이 가능한바, 이하에서는, 나팔형 또는 플레어형 냉매 유입부(216a)를 통해 획득되는 효과를 설명하도록 한다.

도 3은 종래의 스크롤 압축기에 구비된 냉매 토출관을 통과하는 냉매의 유동 경로를 설명하는 개략도이다. 도 4는 도 2의 스크롤 압축기에 구비된 냉매 토출관을 통과하는 냉매의 유동 경로를 설명하는 개략도이다.

도 3을 참조하면, 종래의 스크롤 압축기에 구비된 냉매 토출관(216')을 통과하는 냉매의 유동 경로가 도시되어 있다.

먼저, 제1 공간(V1)으로 토출된 냉매의 유동 경로를 간략하게 설명하자면 다음과 같다.

제1 공간(V1)으로 토출된 냉매는 오일과 함께 케이싱의 내측면(즉, 원통 쉘(211)과 상부 쉘(212)의 내측면)을 따라 이동하여 냉매 토출관(216')의 외측면으로 안내된다. 또한 냉매 토출관(216')의 외측면으로 안내된 냉매와 오일은 냉매 토출관(216')의 외측면을 따라 냉매 토출관(216') 내부로 유입된 후 케이싱의 외부로 배출된다.

종래의 냉매 토출관(216')의 경우, 축방향(즉, 세로 방향)으로 연장되도록 형성되고, 단면적이 전체적으로 일정(즉, 냉매 유입부와 냉매 토출부의 단면적이 동일)하다는 특징이 있다. 이에 따라, 제1 공간(V1)과 냉매 토출관(216') 내부의 압력 차이가 발생하게 되고, 이러한 압력 차이로 인해 냉매 토출관(216')을 통과하는 냉매의 유동 경로가 도면에 도시된 바와 같이 불안정해지게 된다는 문제가 있다.

또한 냉매의 유동 경로가 불안정해지면서 냉매의 유동 손실이 발생하게 되고, 냉매와 함께 다량의 오일이 케이싱 외부로 배출된다는 문제가 있다.

반면에, 도 4를 참조하면, 도 2의 스크롤 압축기(1)에 구비된 냉매 토출관(216)의 경우, 냉매 유입부(216a)의 단면적이 상부 쉘(212)에 가까워질수록 감소된다는 것을 알 수 있다.

즉, 도 2의 스크롤 압축기(1)에 구비된 냉매 토출관(216)은 나팔형 또는 플레어형 냉매 유입부(216a)를 포함하는바, 제1 공간(V1)과 냉매 토출관(216) 내부의 압력 차이는 도 3에서의 압력 차이보다 작을 수 있다.

따라서, 냉매 토출관(216)을 통과하는 냉매의 유동 경로가 도 3의 유동 경로 대비 안정화될 수 있고, 이를 통해 냉매의 유동 손실도 저감될 수 있다.

또한 제1 공간(V1)으로 냉매와 함께 토출된 오일은 도 3과 달리, 케이싱의 내측면을 따라 이동하여 냉매 토출관(216)의 외측면으로 안내된 후 점선으로 표시된 바와 같이, 냉매 토출관(216)의 외측면을 따라 흘러내려 케이싱의 내측면을 향해 낙하할 수 있다.

이에 따라, 냉매 토출관(216)을 통해 토출되는 오일 양이 도 3 대비 저감될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기(1)에서는, 냉매 토출관(216)을 통해 토출되는 냉매의 유동 손실이 저감됨으로써 스크롤 압축기(1)의 구동 효율이 개선될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기(1)에서는, 냉매 토출관(216)을 통해 냉매와 함께 토출되는 오일 양이 저감됨으로써 스크롤 압축기(1)의 신뢰성이 향상될 수 있다. 그뿐만 아니라 스크롤 압축기(1)와 폐루프를 이루는 냉동 사이클 장치로 배출되는 오일 양이 저감됨으로써 냉매 사이클 장치 내 열 교환 효율이 개선될 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 하부 압축식 스크롤 압축기(1)에 대해 설명하였으나, 이러한 냉매 토출관 구조가 반드시 하부 압축식 스크롤 압축기에만 적용되는 것은 아니다.

즉, 전술한 냉매 토출관 구조는 압축부가 구동 모터보다 상측에 위치하는 상부 압축식 스크롤 압축기에도 동일하게 적용될 수 있다.

여기에서, 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기(10), 즉, 상부 압축식 스크롤 압축기가 도시되어 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기를 설명하는 단면도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 압축기(10)는 압축부(190; 즉, 메인 프레임(130), 고정 스크롤(150), 선회 스크롤(140)을 포함)가 구동 모터(120)보다 상측에 위치하는 상부 압축식 스크롤 압축기라는 점에서 도 2의 스크롤 압축기(1)와 차이가 있다.

그러나, 도 5의 스크롤 압축기(10)는 도 2의 스크롤 압축기(1)의 냉매 토출관(도 2의 216)과 동일한 구조의 냉매 토출관(116)을 포함할 수 있다.

즉, 스크롤 압축기(10)의 냉매 토출관(116)은 케이싱(110)의 상면, 즉, 상부 쉘(112)을 관통하도록 설치될 수 있다. 또한 냉매 토출관(116)은 냉매가 유입되는 부분의 단면적이 케이싱(110)의 상면(즉, 상부 쉘(112))에 가까워질수록 점진적으로 감소되는 나팔형 또는 플레어형 구조를 포함할 수 있다.

이에 따라, 도 5의 스크롤 압축기(10)도 전술한 도 2의 스크롤 압축기(1)의 효과와 동일한 효과를 가질 수 있다.

전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

200: 압축부 210: 케이싱
216: 냉매 토출관 220: 구동 모터
226: 회전축 230: 메인 프레임
240: 선회 스크롤 250: 고정 스크롤

Claims

케이싱;
상기 케이싱의 내부 공간에 구비되는 구동 모터;
상기 구동 모터에 결합되어 함께 회전하는 회전축;
상기 구동 모터의 하부에 구비되는 메인 프레임;
상기 메인 프레임의 하부에 구비되는 고정 스크롤;
상기 메인 프레임과 상기 고정 스크롤 사이에 구비되고, 상기 고정 스크롤과 압축실을 형성하도록 상기 고정 스크롤에 맞물려 선회 운동하는 선회 스크롤; 및
상기 케이싱의 상면을 관통하도록 설치되고, 상기 압축실에서 상기 케이싱의 내부 공간으로 토출된 냉매를 상기 케이싱의 외부로 배출하기 위해 구비되며, 냉매가 유입되는 부분의 단면적이 상기 케이싱의 상면에 가까워질수록 점진적으로 감소되는 냉매 토출관을 포함하는
스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 케이싱은 원통 쉘과, 상기 원통 쉘의 상부에 설치되는 상부 쉘과, 상기 원통 쉘의 하부에 설치되는 하부 쉘을 포함하되,
상기 케이싱의 상면은 상기 상부 쉘을 포함하고,
상기 냉매 토출관은 상기 상부 쉘을 관통하도록 설치되는
스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 케이싱의 내부 공간은,
상기 구동 모터의 상측에 위치하는 제1 공간과,
상기 구동 모터와 상기 메인 프레임 사이에 위치하는 제2 공간과,
상기 고정 스크롤의 하면에 밀봉 결합된 토출 커버에 의해 구획된 제3 공간과,
상기 케이싱의 하부에 위치하고 오일이 저장되는 제4 공간을 포함하는
스크롤 압축기.
제3항에 있어서,
상기 압축실에서 상기 제3 공간으로 토출된 냉매는 상기 고정 스크롤과 상기 메인 프레임을 축방향으로 관통하도록 형성된 토출공을 통해 상기 제2 공간으로 안내되고,
상기 제2 공간으로 안내된 냉매는 상기 구동 모터의 외주면에 형성된 냉매유로홈을 통해 상기 제1 공간으로 안내되며,
상기 제1 공간으로 안내된 냉매는 상기 냉매 토출관을 통해 상기 케이싱의 외부로 토출되는
스크롤 압축기.
제4항에 있어서,
상기 제1 공간으로 냉매와 함께 토출된 오일은 상기 케이싱의 내측면을 따라 이동하여 상기 냉매 토출관의 외측면으로 안내되고,
상기 냉매 토출관의 외측면으로 안내된 오일은 상기 냉매 토출관의 외측면을 따라 흘러내려 상기 케이싱의 내측면을 향해 낙하하는
스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 냉매 토출관은,
상기 케이싱의 내부에 위치하고, 냉매가 유입되는 냉매 유입부와,
상기 케이싱의 상면을 관통하여 상기 냉매 유입부와 연결되도록 설치되고, 상기 냉매 유입부를 통해 유입된 냉매를 상기 케이싱의 외부로 배출하는 냉매 토출부를 포함하는
스크롤 압축기.
제6항에 있어서,
상기 냉매 유입부의 내주면의 직경은 상기 냉매 토출부와 가까워질수록 점진적으로 감소되고,
상기 냉매 유입부의 내주면의 직경은 상기 냉매 토출부의 내주면의 직경보다 큰
스크롤 압축기.
제6항에 있어서,
상기 냉매 유입부의 일단은 상기 케이싱의 내부 공간을 향해 개방되고,
상기 냉매 유입부의 타단은 상기 냉매 토출부의 일단과 연결되고,
상기 냉매 토출부의 일단은 상기 케이싱의 내부에 위치하고,
상기 냉매 토출부의 타단은 상기 케이싱의 외부에 위치하는
스크롤 압축기.
제8항에 있어서,
상기 냉매 유입부의 내주면의 직경은,
상기 냉매 유입부의 일단에서 상기 냉매 유입부의 타단으로 갈수록 점진적으로 감소되고,
상기 냉매 토출부의 내주면의 직경보다 큰
스크롤 압축기.
제6항에 있어서,
상기 냉매 유입부는 나팔형 또는 플레어(flare)형으로 형성되는
스크롤 압축기.
케이싱;
상기 케이싱의 내부 공간에 구비되는 구동 모터;
상기 구동 모터에 결합되어 함께 회전하는 회전축;
상기 구동 모터의 하부에 구비되는 메인 프레임과, 상기 메인 프레임의 하부에 구비되는 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤과 상기 메인 프레임 사이에 구비되고 상기 고정 스크롤과 맞물려 압축실을 형성하는 선회 스크롤과, 상기 고정 스크롤의 하면에 밀봉 결합된 토출 커버를 구비하는 압축부; 및
상기 케이싱의 상면을 관통하도록 설치되고, 상기 압축부에서 상기 케이싱의 내부 공간으로 토출된 냉매를 상기 케이싱의 외부로 배출하기 위해 구비되는 냉매 토출관을 포함하되,
상기 냉매 토출관은 내주면의 직경이 상기 케이스의 상면에 가까워질수록 점진적으로 감소되는 냉매 유입부를 포함하는
스크롤 압축기.
제11항에 있어서,
상기 케이싱의 내부 공간은,
상기 구동 모터의 상측에 위치하는 제1 공간과,
상기 구동 모터와 상기 압축부 사이에 위치하는 제2 공간과,
상기 고정 스크롤과 상기 토출 커버 사이에 위치하는 제3 공간과,
상기 압축부의 하측에 위치하고 오일이 저장되는 제4 공간을 포함하는
스크롤 압축기.
제12항에 있어서,
상기 압축실에서 상기 제3 공간으로 토출된 냉매는 상기 압축부를 축방향으로 관통하도록 형성된 토출공을 통해 상기 제2 공간으로 안내되고,
상기 제2 공간으로 안내된 냉매는 상기 구동 모터의 외주면에 형성된 냉매유로홈을 통해 상기 제1 공간으로 안내되며,
상기 제1 공간으로 안내된 냉매는 상기 냉매 토출관을 통해 상기 케이싱의 외부로 토출되는
스크롤 압축기.
제13항에 있어서,
상기 제1 공간으로 냉매와 함께 토출된 오일은 상기 케이싱의 내측면을 따라 이동하여 상기 냉매 토출관의 외측면으로 안내되고,
상기 냉매 토출관의 외측면으로 안내된 오일은 상기 냉매 유입부의 외측면을 따라 흘러내려 상기 케이싱의 내측면을 향해 낙하하는
스크롤 압축기.
제11항에 있어서,
상기 냉매 토출관은,
상기 케이싱의 상면을 관통하여 상기 냉매 유입부와 연결되도록 설치되고, 상기 냉매 유입부를 통해 유입된 냉매를 상기 케이싱의 외부로 배출하는 냉매 토출부를 더 포함하는
스크롤 압축기.
제15항에 있어서,
상기 냉매 토출부의 내주면의 직경은 상기 냉매 유입부의 내주면의 직경보다 작은
스크롤 압축기.
케이싱;
상기 케이싱의 내부 공간에 구비되는 구동 모터;
상기 구동 모터에 결합되어 함께 회전하는 회전축;
상기 구동 모터의 상부에 구비되는 메인 프레임;
상기 메인 프레임의 상부에 구비되는 고정 스크롤;
상기 메인 프레임과 상기 고정 스크롤 사이에 구비되고, 상기 고정 스크롤과 압축실을 형성하도록 상기 고정 스크롤에 맞물려 선회 운동하는 선회 스크롤; 및
상기 케이싱의 상면을 관통하도록 설치되고, 상기 압축실에서 상기 케이싱의 내부 공간으로 토출된 냉매를 상기 케이싱의 외부로 배출하기 위해 구비되며, 냉매가 유입되는 부분의 단면적이 상기 케이싱의 상면에 가까워질수록 점진적으로 감소되는 냉매 토출관을 포함하는
스크롤 압축기.
제17항에 있어서,
상기 냉매 토출관은,
상기 케이싱의 내부에 위치하고, 냉매가 유입되는 냉매 유입부와,
상기 케이싱의 상면을 관통하여 상기 냉매 유입부와 연결되도록 설치되고, 상기 냉매 유입부를 통해 유입된 냉매를 상기 케이싱의 외부로 배출하는 냉매 토출부를 포함하는
스크롤 압축기.
제18항에 있어서,
상기 냉매 유입부의 내주면의 직경은 상기 냉매 토출부와 가까워질수록 점진적으로 감소되고,
상기 냉매 유입부의 내주면의 직경은 상기 냉매 토출부의 내주면의 직경보다 큰
스크롤 압축기.