KR20200054785A - 압축기 - Google Patents

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KR20200054785A
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김태경
이강욱
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 구체적으로 윤활 오일과 압축된 냉매를 압축기 내부에서 효과적으로 분리할 수 있는 압축기에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 케이스; 상기 케이스의 내측에 장착되는 스테이터와 상기 스테이터의 반경 방향 내측에서 회전 가능하게 구비되는 로터를 포함하는 구동모터; 상기 케이스 내부에서 상기 구동모터의 일측(downstream side)과 상기 케이스에 의해 정의되며, 압축된 냉매와 윤활 오일의 원심 분리가 수행되는 원심분리공간; 상기 케이스를 관통하며, 냉매 유입홀을 형성하는 말단이 상기 원심분리공간 내부로 연장되도록 구비되는 토출관; 상기 로터에 결합되어 회전하는 회전축; 상기 구동모터의 타측(upsteam side)에 구비되며, 상기 회전축의 회전에 의해서 냉매가 압축되는 압축부; 그리고 상기 원심분리공간의 측면이면서 상기 케이스의 측면에 구비되어, 상기 스테이터의 코일과 결선되는 터미널을 포함하는 압축기가 제공될 수 있다.

Description

압축기{COMPRESSOR}
본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 구체적으로 윤활 오일과 압축된 냉매를 압축기 내부에서 효과적으로 분리할 수 있는 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 냉매 압축식 냉동사이클(이하, 냉동사이클로 약칭함)에 적용되고 있다.
압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식 압축기 및 로터리식 압축기로 구분될 수 있으며, 로터리식 압축기에는 스크롤식 압축기가 포함될 수 있다.
스크롤 압축기는 구동모터와 압축부의 위치에 따라 상부 압축식 또는 하부 압축식으로 구분될 수 있다. 상부 압축식은 압축부가 구동모터보다 상측에 위치하는 방식이고, 하부 압축식은 압축부가 구동모터보다 하측에 위치하는 방식이다.
즉, 구동모터와 압축부의 상대적인 위치에 따라 압축기를 달리 명명할 수 있다. 압축기는 수직 장착이 아닌 수평 장착이 가능할 수 있다. 따라서, 구동모터와 압축부의 상대적인 위치에 따라 보다 일반화하여 압축기를 명명할 수 있다. 압축기 내에서 냉매의 흐름 방향과 구동모터의 위치에 따라, 구동모터의 상류측(upsteam)에서 냉매의 압축이 수행되고 구동모터의 하류측(downstream)에서 냉매가 토출되는 압축기를 상류측 압축기라 할 수 있다. 그리고 구동모터의 하류측(upsteam)에서 냉매의 압축이 수행되고 냉매가 토출되는 압축기를 하류측 압축기라 할 수 있다.
상부 압축식 압축기(하류측 압축기)의 경우에는 구동모터의 상부에 위치하는 압축부에서 냉매가 압축되어 토출된 후 냉매와 함께 윤활 오일이 토출될 가능성이 크다. 즉, 토출되는 냉매에 윤활 오일이 섞이게 된다. 냉매에 섞인 윤활 오일은 냉각 효율을 저하시키고 압축기 내부의 윤활 오일 부족을 야기한다. 따라서, 상부 압축식 압축기의 경우에는 주기적으로 윤활 오일의 회수가 필요하거나 별도의 오일 회수장치 또는 오일 분리장치가 장착되는 것이 일반적이다.
하부 압축식 압축기(상류측 압축기)의 경우에는 압축된 냉매가 구동모터를 관통하여 토출 공간을 통해 압축기 외부로 토출된다.
상기 토출 공간에는 구동모터의 로터와 회전축에 의해 회전 유동이 발생될 수 있다. 즉, 상기 토출 공간은 원심분리공간이라 할 수 있다. 토출 공간의 중심부 즉 원심분리공간의 중심부를 중심으로 회전 유동이 발생되며 이러한 회전 유동에 의해서 냉매와 윤활 오일의 원심 분리가 발생될 수 있다.
윤활 오일의 밀도는 냉매의 밀도보다 현저히 크다. 따라서 원심 분리에 의해서 윤활 오일의 토출 공간의 반대 방향으로 몰리고 냉매는 토출 공간의 중심 방향으로 몰려 압축기 외부로 토출될 수 있다.
따라서 하부 압축식 압축기는 상부 압축식 압축기에 비하여 오일 토출량이 현저히 작다고 할 수 있다. 그러나 하부 압축식 압축기에서의 오일 토출량은 무시할 수 없을 정도이며, 따라서 별도의 오일 회수장치 또는 오일 분리장치가 장착되는 것이 일반적이다. 그러므로 하부 압축식 압축기에서 별도의 오일 회수장치 또는 오일 분리장치를 생략할 수 있을 정도로 오일 토출량을 현저히 줄일 수 있는 방안이 모색될 필요가 있다.
본 실시예를 통해서 오일 토출량을 현저히 줄일 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.
본 실시예를 통해서 냉매의 토출 공간을 효과적으로 원심분리공간으로 사용할 수 있는 압축기를 제공하고자 한다. 특히, 냉매의 노출 공간의 일부가 아닌 실질적으로 전체 공간을 원심분리공간으로 사용할 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.
본 실시예를 통해서, 기존의 압축기 구성에서 매우 작은 변화만을 통해서도 오일 토출량을 현저히 줄일 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.
본 실시예를 통해서, 원심분리공간 내에서 원심분리에 따른 유동을 방해하는 요소를 효과적으로 제거하여 오일 토출량을 현저히 줄일 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.
본 실시예를 통해서, 상부 쉘의 형상에 따른 유동 저항을 줄여 오일 토출량을 현저히 줄일 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.
본 실시예를 통해서, 상부 쉘에 구비되는 터미널을 케이스의 측면인 원통쉘에 구비시켜 오일 토출량을 현저히 줄일 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.
본 실시예를 통해서, 원심분리공간의 확장과 원심분리 유동의 저항 요소 제거를 동시에 수행하여, 요구되는 오일 토출량의 0.1 중량 퍼센트보다 현저히 낮은 0.01 중량 퍼센트 미만을 만족시킬 수 있는 압축기를 제공하고자 한다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 케이스; 상기 케이스의 내측에 장착되는 스테이터와 상기 스테이터의 반경 방향 내측에서 회전 가능하게 구비되는 로터를 포함하는 구동모터; 상기 케이스 내부에서 상기 구동모터의 일측(downstream side)과 상기 케이스에 의해 정의되며, 압축된 냉매와 윤활 오일의 원심 분리가 수행되는 원심분리공간; 상기 케이스를 관통하며, 냉매 유입홀을 형성하는 말단이 상기 원심분리공간 내부로 연장되도록 구비되는 토출관; 상기 로터에 결합되어 회전하는 회전축; 상기 구동모터의 타측(upsteam side)에 구비되며, 상기 회전축의 회전에 의해서 냉매가 압축되는 압축부; 그리고 상기 원심분리공간의 측면이면서 상기 케이스의 측면에 구비되어, 상기 스테이터의 코일과 결선되는 터미널을 포함하는 압축기가 제공될 수 있다.
상기 케이스는 상기 토출관이 관통하는 상부쉘과 원통 쉘을 포함하며, 상기 원심분리공간은 상기 상부쉘의 내측 하부, 상기 원통 쉘의 내측 상부 그리고 상기 구동모터의 상부에 의해서 정의될 수 있다.
상기 터미널은 상기 원통 쉘의 상부 측면에 구비됨이 바람직하다.
상기 터미널은 복수 개의 리드 와이어가 결선되는 복수 개의 탭이 구비되는 본체를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 탭은 서로 이격되어 동일 선상에서 나란하게 구비될 수 있다.
상기 터미널의 본체는, 상기 복수 개의 탭이 상기 압축기의 길이 방향과 나란하게 위치하도록 상기 원통 쉘에 장착됨이 바람직하다.
상기 리드 와이어는 상기 스테이터의 상부에서 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 터미널에 결선될 수 있다. 따라서, 터미널이 상부 쉘에 구비되는 경우보다 리드 와이어의 길이가 짧아지고 리드 와이어가 터미널에 결선되는 높이가 낮아지게 된다.
상기 상부쉘은 평평한 면으로 형성되며, 반경 방향 말단에서 절곡되어 상기 원통 쉘과 연결될 수 있다.
상기 상부쉘은 반경 방향 외측으로 하향 경사진 곡면으로 형성되며, 반경 방향 말단에서 상기 원통 쉘과 연결될 수 있다.
상기 곡면은 다단 곡률 반경을 갖도록 형성되며, 반경 방향 외측으로 갈수록 곡률 반경이 작아질 수 있다.
상기 곡면에서 각각의 곡률 반경과 각각의 호의 길이를 곱한 값들의 합을 상기 원심분리공간의 직경으로 나눈 값은, 상기 원심분리공간의 직경의 0.1배 이상인 것이 바람직하다. 이러한 값을 평균 곡률 반경 팩터로 정의할 수 있다.
상기 상부쉘은 반경 방향으로 높이 차이를 갖는 두 개의 연속면을 가지며, 반경 방향 내측에서의 연속면의 높이가 반경 방향 외측에서의 연속면의 높이보다 클 수 있다.
상기 두 개의 연속면은 평면일 수 있다.
상기 두 개의 연속면은 상부로 볼록한 곡면일 수 있다.
상기 두 개의 연속면은 곡률 중심이 압축기 내부에 위치하며, 상기 두 개의 연속면을 연결하는 단차면의 곡률 중심은 압축기 외부에 위치할 수 있다.
두 개 이상의 연속면을 갖는 경우, 상기 상부쉘 각각의 곡률 반경과 각각의 호의 길이를 곱한 값들의 합을 상기 원심분리공간의 직경으로 나눈 값은, 상기 원심분리공간의 직경의 0.1배 이상인 것이 바람직하다.
상기 로터의 회전력을 상기 원심분리공간으로 확장시켜 상기 냉매와 오일에 원심력을 제공하도록 구비되는 회전부재를 더 포함할 수 있다.
상기 회전부재는, 상기 원심 분리 공간에 위치되고 상기 로터의 중심에서 소정 거리 이격되도록 구비되는 회전익을 포함할 수 있다.
상기 회전부재는 상기 로터 또는 회전축과 결합하는 플렌지부를 포함하고, 상기 로터 또는 회전축과 일체로 회전하도록 구비됨이 바람직하다.
상기 회전익의 상단 위치는 상기 터미널의 상단 위치와 같거나 높은 것이 바람직하다.
전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 케이스; 상기 케이스의 내측에 장착되는 스테이터와 상기 스테이터의 반경 방향 내측에서 회전 가능하게 구비되는 로터를 포함하는 구동모터; 상기 케이스 내부에서 상기 구동모터의 일측(downstream side)과 상기 케이스에 의해 정의되며, 압축된 냉매와 윤활 오일의 원심 분리가 수행되는 원심분리공간; 상기 케이스를 관통하며, 냉매 유입홀을 형성하는 말단이 상기 원심분리공간 내부로 연장되도록 구비되는 토출관; 상기 로터에 결합되어 회전하는 회전축; 상기 구동모터의 타측(upsteam side)에 구비되며, 상기 회전축의 회전에 의해서 냉매가 압축되는 압축부; 그리고 상기 로터의 회전력을 상기 원심분리공간으로 확장시켜 상기 냉매와 오일에 원심력을 제공하도록 구비되고, 상기 로터의 일측(downstream side)에 상기 로터와 일체로 회전되도록 구비되는 회전부재를 포함하는 압축기가 제공될 수 있다.
상기 회전부재는, 상기 원심분리공간에 위치되고 상기 로터의 중심에서 소정 거리 이격되도록 구비되는 회전익을 포함할 수 있다. 상기 회전익은 상기 로터의 중심에서 소정 반경을 갖도록 구비될 수 있다.
상기 회전익의 최대 외경은 상기 로터의 외경과 같거나 작을 수 있다. 또한, 상기 회전익의 최대 외경은 상기 로터의 외경과 같거나 클 수 있다.
상기 회전익은, 수평 단면이 원형인 단일 회전익이거나 또는 수평 단면이 다각형인 단일 회전익일 수 있다.
상기 회전익의 최소 내경은 상기 토출관을 둘러싸도록 상기 토출관의 외경보다 큰 것이 바람직하다.
상기 회전익은, 상기 로터에서 소정 높이를 갖도록 구비되어, 상기 원심분리공간 내부에서 상기 회전부재의 내부 공간을 정의할 수 있다.
상기 회전익은, 높이가 일정하게 형성되거나 또는 높이가 원주 방향을 따라 다르게 형성되되 원주 방향으로 대칭되도록 형성될 수 있다.
상기 토출관의 말단은, 상기 회전부재 내부 공간 내측으로 더욱 연장되도록 구비됨이 바람직하다.
상기 회전부재 내부 공간 내에서 상기 토출관의 냉매 유입홀로 압축된 냉매가 유입될 수 있는 여유 직선 거리(T)는 상기 원주벽의 상부 말단과 상기 케이스 내면 사이의 직선 거리(d)의 0.1배보다 큰 것이 바람직하다.
상기 회전익의 높이는 상기 스테이터에 권선된 엔드 코일의 높이와 갖거나 크도록 형성됨이 바람직하다.
상기 회전부재는 상기 로터에 결합되는 플렌지부를 포함하고, 상기 회전익은 상기 플렌지부에서 높이를 갖도록 돌출되어 형성됨이 바람직하다.
상기 플렌지부는 갭을 통해 원심분리공간으로 유입되는 냉매와 오일이 회전부재의 내부공간으로 직접 유입되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 회전부재의 회전익의 반경 방향 외측으로 냉매가 우회하여 회전부재의 내부 공간으로 유입되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 회전익의 최하단부와 상기 로터의 최상단부의 간격이 좁은 경우 상기 회전익의 최대 외경은 상기 로터의 외경과 같거나 작은 것이 바람직하다. 이 경우 갭을 통해 원심분리공간으로 유입되는 냉매와 오일은 플렌지부의 영향을 받지 않고 회전익의 영향을 받아 반경 방향 외측으로 몰리게 된다.
그러나 상기 회전익의 최하단부와 상기 로터의 최상단부의 간격이 큰 경우 상기 회전익의 최대 외경은 상기 로터의 외경과 같거나 큰 것이 바람직하다. 이 경우, 갭을 통해 원심분리공간으로 유입되는 냉매와 오일은 플렌지부와 회전익의 영향을 받아 반경 방향 외측으로 몰리게 된다. 플렌지부와 갭 사이의 이격 거리가 충분하므로 원심력을 받는 시간이 증가시킬 수 있다.
상기 플렌지부와 회전익은 일체로 형성됨이 바람직하다.
상기 윤활 오일이 상기 토출관의 외면 인근에서 상기 토출관의 냉매 유입홀로 유입되는 것을 방지하도록, 상기 토출관의 말단 인근에서 상기 토출관을 둘러싸는 가이드를 포함할 수 있다.
상기 가이드는 상기 토출관의 외면에서 반경 방향으로 연장되는 스커트 형상을 갖는 것이 바람직하다.
상기 가이드의 최상부의 위치는 상기 회전익의 최상부의 위치와 동일하거나 높게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 가이드는 중심 부분에서 상기 토출관이 관통되는 원형 플레이트 형상을 가질 수 있다.
상기 가이드의 최대 외경은 상기 회전익의 최소 내경보다 작은 것이 바람직하다.
상기 가이드는 상기 회전익에 의해서 정의되는 상기 회전부재의 내부 공간의 내부에 구비되며, 상기 토출관의 말단은 상기 회전부재 내부 공간의 내측으로 더욱 연장되도록 구비됨이 바람직하다.
상기 회전부재 내부 공간 내에서 상기 토출관의 냉매 유입홀로 압축된 냉매가 유입될 수 있는 여유 직선 거리(T)는 상기 회전익의 말단과 상기 케이스 내면 사이의 직선 거리(h1)의 0.1배보다 큰 것이 바람직하다.
상기 회전부재는, 플레이트 형태의 플렌지부; 그리고 상기 플렌지부의 중심과 상기 로터 또는 회전축의 중심이 일치하도록, 상기 플렌지부를 상기 로터 또는 회전축에 고정시키고, 상기 플렌지부를 상기 원심분리공간을 향하여 상기 로터로부터 이격시키도록 구비되는 결합부를 포함할 수 있다.
상기 압축기는, 상기 원심분리공간의 측면이면서 상기 케이스의 측면에 구비되어, 상기 스테이터의 코일과 결선되는 터미널을 포함할 수 있다. 이를 통해서, 원심분리공간 내에서의 이상 유동을 방지하여 원심분리효과를 더욱 증진시킬 수 있다.
본 실시예를 통해서 오일 토출량을 현저히 줄일 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.
본 실시예를 통해서 냉매의 토출 공간을 효과적으로 원심분리공간으로 사용할 수 있는 압축기를 제공할 수 있다. 특히, 냉매의 노출 공간의 일부가 아닌 실질적으로 전체 공간을 원심분리공간으로 사용할 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.
본 실시예를 통해서, 기존의 압축기 구성에서 매우 작은 변화만을 통해서도 오일 토출량을 현저히 줄일 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.
본 실시예를 통해서, 원심분리공간 내에서 원심분리에 따른 유동을 방해하는 요소를 효과적으로 제거하여 오일 토출량을 현저히 줄일 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.
본 실시예를 통해서, 상부 쉘의 형상에 따른 유동 저항을 줄여 오일 토출량을 현저히 줄일 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.
본 실시예를 통해서, 상부 쉘에 구비되는 터미널을 케이스의 측면인 원통쉘에 구비시켜 오일 토출량을 현저히 줄일 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.
본 실시예를 통해서, 원심분리공간의 확장과 원심분리 유동의 저항 요소 제거를 동시에 수행하여, 요구되는 오일 토출량의 0.1 중량 퍼센트보다 현저히 낮은 0.01 중량 퍼센트 미만을 만족시킬 수 있는 압축기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용할 수 있는 압축기 특히 하부(상류측) 압축 타입 스클롤 압축기의 단면도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압축기의 간략한 단면도이며,
도 3은 도 2에 도시된 압축기 내부 원심분리공간에서의 오일과 냉매의 유동 모습을 나타내고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기의 간략한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기의 간략한 단면도이며,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기의 간략한 단면도이며,
도 7은 도 2, 도 4, 도 5, 도 6에 도시된 실시예들에서의 OCR 성능을 비교한 테이블이며,
도 2 내지 도 7은 OCR 감소를 위한 제1형태의 실시예들에 대한 도면들이며,
도 8은 종래의 압축기의 간략한 단면도이며,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 압축기의 간략한 단면도이며,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기의 간략한 단면도이며,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기의 간략한 단면도이며,
도 12는 도 8 내지 도 11에 도시된 실시예들에서의 OCR 성능을 비교한 테이블이며,
도 13은 상부 쉘의 평균 곡률 반경 팩터와 터미널의 위치에 따른 OCR 변화 테이블이며,
도 8 내지 도 13은 OCR 감소를 위한 제2형태의 실시예들에 대한 도면들이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 적용될 수 있는 압축기에 대해서 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 적용될 수 있는 스크롤 압축기의 단면을 도시하고 있다. 압축부가 구동모터의 하부에 위치하므로 하부 압축식 압축기 또는 상류측 압축기라 할 수 있다.
설명의 편의상 수직으로 위치되는 압축기를 기준으로 상측/하측 위치를 명명할 수 있다. 냉매의 흐름과 구동모터(120)의 위치를 기준으로 상류측/하류측 위치를 명명할 수 있다. 동일한 압축기에서 상부(upper)는 하류측(downstream)을 의미하고 하부(lower)는 상류측(upsteam)을 의미할 것이다.
본 발명에 따른 압축기는 케이스(110), 구동모터(120), 압축부(100) 및 회전축(126)을 포함할 수 있다.
상기 케이스(110)는 내부 공간을 구비하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 오일이 저장되는 저유 공간이 케이스(110)의 하부에 구비될 수 있다. 상기 저유 공간은 후술할 제4공간(V4)을 의미할 수 있다. 즉, 후술할 제4공간(V4)이 상기 저유 공간으로 형성될 수 있다.
또한, 압축된 냉매를 토출하기 위한 냉매 토출관(116)이 상부에 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 케이스(110)의 내부공간은 구동모터(110)의 상측에 배치되는 제1공간(V1), 구동모터(120)와 압축부(100)의 사이에 배치되는 제2공간(V2), 후술할 토출커버(170)에 의해 구획되는 제3공간(V3) 및 압축부(100)의 하측에 배치되는 제4공간(V4)을 포함할 수 있다.
상기 케이스(110)는 원통형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 케이스(110)는 상단 및 하단이 개방된 원통 쉘(111)을 포함할 수 있다.
상기 원통 쉘(111)의 상부에는 상부 쉘(112)이 설치되고, 원통 쉘(111)의 하부에는 하부 쉘(114)이 설치될 수 있다. 상부 및 하부 쉘(112, 114)은 예를 들어, 용접으로 원통 쉘(111)에 결합되어 내부공간을 형성할 수 있다.
상부 쉘(112)에는 냉매 토출관(116)이 설치될 수 있다. 압축부(100)에서 압축된 냉매는 상기 냉매 토출관(116)을 통해 외부로 토출될 수 있다. 예를 들어, 압축부(100)에서 압축된 냉매는 제3공간(V3), 제2공간(V2) 및 제1공간(V1)을 순차적으로 경유한 후에, 상기 냉매 토출관(116)을 통해 외부로 토출될 수 있다.
도 1에는 일반적인 구성으로 압축기와 연결되는 오일 분리장치 또는 오일 회수장치가 도시되어 있지 않다. 이는 본 실시예에 따른 압축기에서는 별도의 오일 분리장치가 요구되지 않을 정도로 충분히 효과적으로 오일이 분리될 수 있음을 의미하는 것이다.
하부 쉘(114)은 오일을 저장할 수 있는 저유 공간인 상기 제4공간(V4)을 구획할 수 있다. 제4공간(V4)은 압축기가 원활하게 작동될 수 있도록 압축부(100)에 오일을 공급하는 오일챔버로서의 기능을 수행할 수 있다.
또한 원통 쉘(111)의 측면에는 압축될 냉매가 유입되는 통로인 냉매 흡입관(118)이 설치될 수 있다. 냉매 흡입관(118)은 후술할 고정 스크롤(150)의 측면을 따라 압축실(S1)까지 관통되어 설치될 수 있다.
상기 구동모터(120)는 상기 케이스(110) 내측에 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 구동모터(120)는 상기 케이스(110)의 내측에서 상기 압축부(100)보다 상측에 배치될 수 있다.
상기 구동모터(120)는 스테이터(122) 및 로터(124)를 포함할 수 있다. 스테이터(122)는 예를 들어, 원통형일 수 있으며, 케이스(110)에 고정될 수 있다. 스테이터(122)에는 코일(122a)이 권선될 수 있다. 또한 로터(124)의 외주면과 스테이터(122)의 내주면 사이에는 압축부(100)에서 토출되는 냉매 또는 오일이 통과하도록 냉매유로홈(112a)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 냉매유로홈(112a)은 상기 스테이터(122)의 내주면과 로터(124)의 외주면에 의해 구획될 수 있다.
로터(124)는 스테이터(122)의 반경방향 내측에 배치되고, 회전동력을 발생시킬 수 있다. 즉, 로터(124)는 그 중심에 회전축(126)이 압입되어 회전축(126)과 함께 회전운동할 수 있다. 로터(124)에 의해 발생된 회전동력은 회전축(126)을 통하여 압축부(100)에 전달될 수 있다.
상기 압축부(100)는 상기 구동모터(120)에 결합되어 냉매를 압축하도록 형성될 수 있다. 상기 압축부(100)는 상기 구동모터(120)에 연결된 상기 회전축(126)이 관통하도록 형성될 수 있다.
상기 압축부(100)는 상방 및 하방으로 돌출된 축수부를 구비할 수 있으며, 회전축(126)은 상기 축수부의 적어도 일부를 관통할 수 있다. 예를 들어, 상기 축수부는 압축부(100)로부터 상방으로 돌출된 제1 축수부 및 하방으로 돌출된 제2 축수부를 포함할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
상기 압축부(110)는 메인 프레임(130), 고정 스크롤(150) 및 선회 스크롤(140)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 압축부(100)는 올담링(Oldham's ring)(135)을 더 구비할 수 있다. 올담링(135)은 선회 스크롤(140)과 메인 프레임(130) 사이에 설치될 수 있다. 또한 올담링(135)은 선회 스크롤(140)의 자전을 방지하면서 고정 스크롤(150) 상에서의 선회 스크롤(140)의 선회 운동을 가능하게 한다.
메인 프레임(130)은 구동모터(120)의 하부에 구비되고, 압축부(100)의 상부를 형성할 수 있다.
메인 프레임(130)에는 대략 원형을 갖는 프레임 경판부(이하, '제1 경판부'라 함)(132), 제1 경판부(132)의 중앙에 구비되고 회전축(126)이 관통하는 프레임 축수부(이하, '제1 축수부'라 함)(132a), 및 제1 경판부(132)의 외주부에서 하부로 돌출되는 프레임 측벽부(이하, '제1 측벽부'라 함)(131)가 구비될 수 있다.
제1 측벽부(131)는 외주부가 원통 쉘(111)의 내주면과 접하고, 하단부가 후술할 고정 스크롤 측벽부(155)의 상단부와 접할 수 있다.
제1 측벽부(131)에는 제1 측벽부(131)의 내부를 축 방향으로 관통하여 냉매 통로를 이루는 프레임 토출공(131a)이 구비될 수 있다. 프레임 토출공(131a)은 입구가 후술할 고정 스크롤 토출공(155a)의 출구와 연통되고, 출구가 제2 공간(V2)과 연통될 수 있다. 서로 연통되는 상기 프레임 토출공(131a)과 상기 고정 스크롤 토출공(155a)은 제2토출공(131a, 155a)으로 나타낼 수 있다.
상기 프레임 토출공(131a)은 메인 프레임(130)의 둘레를 따라서 복수개가 구비될 수 있다. 그리고, 고정 스크롤 토출공(155a) 역시, 상기 프레임 토출공(131a)에 대응하도록 고정 스크롤(150)의 둘레를 따라서 복수개가 구비될 수 있다.
제1 축수부(132a)는 제1 경판부(132)의 상면에서 구동모터(120) 측으로 돌출 형성될 수 있다. 또한 제1 축수부(132a)에는 후술할 회전축(126)의 메인 베어링부(126c)가 관통 지지되도록 제1 베어링부가 형성될 수 있다.
즉, 메인 프레임(130)의 중심에는 제1 베어링부를 이루는 회전축(126)의 메인 베어링부(126c)가 회전 가능하게 삽입되어 지지되는 제1 축수부(132a)가 축방향으로 관통 형성될 수 있다.
제1 경판부(132)의 상면에는 제1 축수부(132a)와 회전축(126) 사이에서 토출되는 오일을 포집하는 오일포켓(132b)이 형성될 수 있다.
오일포켓(132b)은 제1 경판부(132)의 상면에 오목하게 형성되고, 제1 축수부(132a)의 둘레를 따라 환형으로 형성될 수 있다. 또한, 메인 프레임(130)의 저면에는 고정 스크롤(150) 및 선회 스크롤(140)과 함께 공간을 형성하여 그 공간의 압력에 의해 선회 스크롤(140)을 지지하도록 배압실(S2)이 형성될 수 있다.
참고로, 배압실(S2)은 중간압 영역(즉, 중간압실)을 포함할 수 있고, 회전축(126)에 구비된 오일 공급 유로(126a)는 배압실(S2)보다 압력이 높은 고압 영역을 포함할 수 있다.
이러한 고압 영역과 중간압 영역을 구분하기 위해 메인 프레임(130) 및 선회 스크롤(140) 사이에 배압 씰(seal)(180)이 구비될 수 있고, 배압 씰(180)은 예를 들어, 밀봉 부재 역할을 할 수 있다.
또한 메인 프레임(130)은 고정 스크롤(150)과 결합하여 선회 스크롤(140)이 선회 가능하도록 설치될 수 있는 공간을 형성할 수 있다.
상기 고정 스크롤(150)은 메인 프레임(130)의 하부에 구비될 수 있다. 즉, 메인 프레임(130)의 저면에는 제1 스크롤을 이루는 고정 스크롤(150)이 결합될 수 있다.
고정 스크롤(150)은 대략 원형을 갖는 고정 스크롤 경판부(이하, '제2 경판부'라 함)(154), 제2 경판부(154)의 외주부에서 상부로 돌출되는 고정 스크롤 측벽부(이하, '제2 측벽부'라 함)(155), 제2 경판부(154)의 상면에서 돌출되고 후술할 선회 스크롤(140)의 선회랩(141)과 맞물려 압축실(S1)을 형성하는 고정랩(151), 및 제2 경판부(154)의 배면 중앙에 형성되고 회전축(126)이 관통하는 고정 스크롤 축수부(이하, '제2 축수부'라 함)(152)를 구비할 수 있다.
상기 압축부(100)는 압축된 냉매를 토출커버(170)로 토출하는 제1토출공(153) 및 상기 제1토출공(153)으로부터 상기 압축부(100)의 반경방향 외측으로 이격되고 압축된 냉매를 상기 냉매 토출관(116)을 향해 안내하는 전술한 제2토출공(131a, 155a)을 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 경판부(154)에는 압축된 냉매를 압축실(S1)로부터 토출커버(170)의 내부공간으로 안내하는 제1토출공(153)이 형성될 수 있다. 또한 제1토출공(153)의 위치는 요구되는 토출압 등을 고려하여 임의로 설정될 수 있다.
제1토출공(153)이 하부 쉘(114)을 향해 형성됨에 따라 고정 스크롤(150)의 저면에는, 압축부로부터 토출되는 냉매를 후술할 고정 스크롤 토출공(155a)으로 안내하기 위한 토출커버(170)가 결합될 수 있다.
토출커버(170)는 압축부(100)의 하단에 밀봉결합될 수 있다. 상기 토출커버(170)는 상기 압축부(100)에서 압축된 냉매를 상기 냉매 토출관(116)을 향해 안내하도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 토출커버(170)는 냉매의 토출유로와 제4공간(V4)을 분리할 수 있도록 고정 스크롤(150)의 저면에 밀봉 결합될 수 있다.
또한 토출커버(170)에는, 제2 베어링부를 이루는 회전축(126)의 서브 베어링부(126g)에 결합되어 케이스(110)의 제4공간(V4)에 수용된 오일에 적어도 일부가 잠기는 오일피더(171)가 관통하도록 관통구멍(176)이 형성될 수 있다.
한편, 제2 측벽부(155)에는 그 제2 측벽부(155)의 내부를 축 방향으로 관통하여 프레임 토출공(131a)과 함께 냉매 통로를 이루는 고정 스크롤 토출공(155a)이 구비될 수 있다.
고정 스크롤 토출공(155a)은 프레임 토출공(131a)에 대응되게 형성되고, 입구가 토출커버(170)의 내부공간과 연통되고, 출구가 프레임 토출공(131a)의 입구와 연통될 수 있다.
고정 스크롤 토출공(155a)과 프레임 토출공(131a)은, 압축실(S1)에서 토출커버(170)의 내부공간으로 토출된 냉매가 제2 공간(V2)으로 안내되도록, 제3 공간(V3)과 제2 공간(V2)을 연통시킬 수 있다.
그리고, 제2 측벽부(155)에는 냉매 흡입관(118)이 압축실(S1)의 흡입 측에 연통되도록 설치될 수 있다. 또한 냉매 흡입관(118)은 고정 스크롤 토출공(155a)과 이격되게 설치될 수 있다.
제2 축수부(152)는 제2 경판부(154)의 하면에서 제4공간(V4) 측으로 돌출 형성될 수 있다. 또한, 제2 축수부(152)에는 회전축(126)의 서브 베어링부(126g)가 삽입되어 지지되도록 제2 베어링부가 구비될 수 있다.
그리고, 제2 축수부(152)는 하단부가 회전축(126)의 서브 베어링부(126g) 하단을 지지하여 스러스트 베어링면을 이루도록 축 중심을 향해 절곡될 수 있다.
상기 선회 스크롤(140)은 메인 프레임(130)과 고정 스크롤(150)의 사이에 배치될 수 있으며, 제2 스크롤을 형성할 수 있다.
구체적으로, 선회 스크롤(140)은 회전축(126)에 결합되어 선회운동을 하면서 고정 스크롤(150)과의 사이에 두 개 한 쌍의 압축실(S1)을 형성할 수 있다.
선회 스크롤(140)은 대략 원형을 갖는 선회 스크롤 경판부(이하, '제3 경판부'라 함)(145), 제3 경판부(145)의 하면에서 돌출되어 고정랩(151)과 맞물리는 선회랩(141) 및 제3 경판부(145)의 중앙에 구비되고 회전축(126)의 편심부(126f)에 회전 가능하게 결합되는 회전축 결합부(142)를 포함할 수 있다.
상기 제3 경판부(145)의 외주부는 제2 측벽부(155)의 상단부에 위치하고, 선회랩(141)의 하단부는 제2 경판부(154)의 상면에 밀착되어, 고정 스크롤(150)에 지지될 수 있다.
참고로, 선회 스크롤(140)의 상면에는 후술할 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)을 통해 토출된 오일을 중간압실로 안내하기 위한 포켓 홈(185)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 포켓 홈(185)은 제3 경판부(145)의 상면에 오목하게 형성될 수 있다. 즉, 포켓 홈(185)은 배압 씰(180)과 회전축(126) 사이에서 제3 경판부(145)의 상면에 형성될 수 있다.
또한 포켓 홈(185)은 도면에 도시된 바와 같이, 회전축(126)의 양 옆에 하나 이상이 형성될 수 있다. 포켓 홈(185)은 배압 씰(180)과 회전축(126) 사이에서, 제3 경판부(145)의 상면에 회전축(126)을 중심으로 환형으로 형성될 수도 있다.
회전축 결합부(142)의 외주부는 선회랩(141)과 연결되어 압축과정에서 고정랩(151)과 함께 압축실(S1)을 형성하는 역할을 하게 된다.
고정랩(151)과 선회랩(141)은 인볼류트 형상으로 형성될 수 있다. 인볼류트 형상은 임의의 반경을 갖는 기초원의 주위에 감겨있는 실을 풀어낼 때 실의 단부가 그리는 궤적에 해당되는 곡선을 의미할 수 있다.
또한 회전축 결합부(142)에는 회전축(126)의 편심부(126f)가 삽입될 수 있다. 회전축 결합부(142)에 삽입된 편심부(126f)는 선회랩(141) 또는 고정랩(151)과 압축기의 반경방향으로 중첩될 수 있다.
여기에서, 반경방향은 축방향(즉, 상하방향)과 직교하는 방향(즉, 좌우방향)을 의미할 수 있다.
상기와 같이, 회전축(126)의 편심부(126f)가 제3 경판부(145)를 관통하여 선회랩(141)과 반경방향으로 중첩되는 경우, 냉매의 반발력과 압축력이 제3 경판부(145)를 기준으로 하여 동일 평면에 가해지면서 서로 일정 부분 상쇄될 수 있다.
또한 회전축(126)은 구동모터(120)에 결합되며, 케이스(110)의 저유 공간인 제4공간(V4)에 담긴 오일을 상부로 안내하기 위한 오일 공급 유로(126a)를 구비할 수 있다.
구체적으로, 회전축(126)은 그 상부가 로터(124)의 중심에 압입되어 결합되고, 그 하부는 압축부(100)에 결합되어 반경방향으로 지지될 수 있다.
회전축(126)은 구동모터(120)의 회전력을 압축부(100)의 선회 스크롤(140)에 전달할 수 있다. 이를 통해 회전축(126)에 편심 결합된 선회 스크롤(140)이 고정 스크롤(150)에 대해 선회운동을 할 수 있다.
이러한 회전축(126)의 하부에는 메인 프레임(130)의 제1 축수부(132a)에 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 메인 베어링부(126c)가 형성될 수 있다. 또한 메인 베어링부(126c)의 하부에는 고정 스크롤(150)의 제2 축수부(152)에 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 서브 베어링부(126g)가 형성될 수 있다. 그리고 메인 베어링부(126c)와 서브 베어링부(126g) 사이에는 선회 스크롤(140)의 회전축 결합부(142)에 삽입되어 결합되도록 편심부(126f)가 형성될 수 있다.
메인 베어링부(126c)와 서브 베어링부(126g)는 동일 축중심을 가지도록 동축 선상에 형성되고, 편심부(126f)는 메인 베어링부(126c) 또는 서브 베어링부(126g)에 대해 반경방향으로 편심지게 형성될 수 있다.
편심부(126f)는 그 외경이 메인 베어링부(126c)의 외경보다는 작게, 서브 베어링부(126g)의 외경보다는 크게 형성될 수 있다. 이 경우, 회전축(126)을 각각의 축수부(132a, 152)와 회전축 결합부(142)를 통과하여 결합시키는데 유리할 수 있다.
그리고 회전축(126)의 내부에는 저유 공간인 제4공간(V4)의 오일을 각 베어링부(126c, 126g)의 외주면과 편심부(126f)의 외주면에 공급하기 위한 오일 공급 유로(126a)가 형성될 수 있다. 또한 회전축(126)의 베어링부 및 편심부(126c, 126g, 126f)에는 오일 공급 유로(126a)에서 회전축(126)의 반경방향 외측으로 관통되는 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 오일 홀은 제1 오일 홀(128a), 제2 오일 홀(128b), 제3 오일 홀(128d), 제4 오일 홀(128e)을 포함할 수 있다.
먼저, 제1 오일 홀(128a)은 메인 베어링부(126c)의 외주면을 관통하도록 형성될 수 있다. 제1 오일 홀(128a)은 오일 공급 유로(126a)에서 메인 베어링부(126c)의 외주면으로 관통되도록 형성될 수 있다.
또한 제1 오일 홀(128a)은 예를 들어, 메인 베어링부(126c)의 외주면 중 상부를 관통하도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 오일 홀(128a)이 복수개의 홀을 포함하는 경우, 각 홀은 메인 베어링부(126c)의 외주면 중 상부 또는 하부에만 형성될 수도 있고, 메인 베어링부(126c)의 외주면 중 상부 및 하부에 각각 형성될 수도 있다.
제2 오일 홀(128b)은 메인 베어링부(126c)와 편심부(126f) 사이에 형성될 수 있다. 제2 오일 홀(128b)은 도면에 도시된 것과 달리, 복수개의 홀을 포함할 수도 있다.
제3 오일 홀(128d)은 편심부(126f)의 외주면을 관통하도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제3 오일 홀(128d)은 오일 공급 유로(126a)에서 편심부(126f)의 외주면으로 관통되도록 형성될 수 있다.
제4 오일 홀(128e)은 편심부(126f)와 서브 베어링부(126g) 사이에 형성될 수 있다.
오일 공급 유로(126a)를 통해 상부로 안내된 오일은, 제1 오일 홀(128a)을 통해 토출되어 메인 베어링부(126c)의 외주면에 전체적으로 공급될 수 있다.
또한, 오일 공급 유로(126a)를 통해 상부로 안내된 오일은, 제2 오일 홀(128b)을 통해 토출되어 선회 스크롤(140)의 상면에 공급되고, 제3 오일 홀(128d)을 통해 토출되어 편심부(126f)의 외주면에 전체적으로 공급될 수 있다.
또한, 오일 공급 유로(126a)를 통해 상부로 안내된 오일은, 제4 오일 홀(128e)을 통해 토출되어 서브 베어링부(126g)의 외주면 또는 선회 스크롤(140)과 고정 스크롤(150) 사이에 공급될 수 있다.
회전축(126)의 하단, 즉 서브 베어링부(126g)의 하단에는 제4공간(V4)에 채워진 오일을 펌핑하기 위한 오일피더(171)가 결합될 수 있다. 상기 오일피더(171)는 제4공간(V4)에 수용된 오일을 전술한 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)을 향해 공급하도록 형성될 수 있다.
오일피더(171)는 회전축(126)의 오일 공급 유로(126a)에 삽입되어 결합되는 오일공급관(173)과, 오일공급관(173)의 내부에 삽입되어 오일을 흡상하는 오일흡상부재(174)로 이루어질 수 있다.
오일공급관(173)은 토출커버(170)의 관통구멍(176)을 통과하여 제4공간(V4)에 잠기도록 설치될 수 있고, 오일흡상부재(174)는 프로펠러처럼 기능할 수 있다.
오일흡상부재(174)는 상기 오일흡상부재(174)의 길이방향을 따라 연장된 나선형 홈(174a)을 구비할 수 있다. 상기 나선형 홈(174a)은 오일흡상부재(174)의 둘레에 형성될 수 있으며, 전술한 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)을 향해 연장될 수 있다.
회전축(126)과 함께 오일피더(171)가 회전되면, 제4공간(V4)에 수용된 오일이 상기 나선형 홈(174a)을 따라서 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)로 안내될 수 있다.
로터(124) 또는 회전축(126)에는 소음진동을 억제하기 위한 밸런스 웨이트(127)가 결합될 수 있다. 밸런스 웨이트(127)는 구동모터(120)와 압축부(100) 사이의 제2 공간(V2)에 구비될 수 있다.
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 동작과정을 살펴보면, 다음과 같다.
구동모터(120)에 전원이 인가되어 회전력이 발생되면, 그 구동모터(120)의 로터(124)에 결합된 회전축(126)이 회전을 하게 된다. 그러면 회전축(126)에 편심 결합된 선회 스크롤(140)이 고정 스크롤(150)에 대해 선회운동을 하면서 선회랩(141)과 고정랩(151) 사이에 압축실(S1)이 형성된다. 압축실(S1)은 중심방향으로 점차 체적이 좁아지면서 연속하여 여러 단계로 형성될 수 있다.
그러면, 케이스(110)의 외부에서 냉매 흡입관(118)을 통하여 공급되는 냉매는 압축실(S1)로 직접 유입될 수 있다. 이 냉매는 선회 스크롤(140)의 선회운동에 의해 압축실(S1)의 토출실 방향으로 이동하면서 압축되었다가 토출실에서 고정 스크롤(150)의 토출구(153)를 통해 제3 공간(V3)으로 토출될 수 있다.
이 후, 제3 공간(V3)으로 토출되는 압축된 냉매는 고정 스크롤 토출공(155a) 및 프레임 토출공(131a)을 통해 케이스(110)의 내부공간으로 토출되었다가 냉매 토출관(116)을 통해 케이스(110)의 외부로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.
압축기가 작동하는 동안에, 제4공간(V4)에 담긴 오일이 회전축(126)을 통해 상부로 안내되어 복수개의 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)을 통해 베어링부, 즉, 베어링면에 원활하게 공급됨으로써 베어링부의 마모가 방지될 수 있다.
또한, 복수개의 오일 홀(128a, 128b, 128d, 128e)을 통해 토출된 오일은 고정 스크롤(150)과 선회 스크롤(140) 사이에 유막을 형성하여 압축부에 기밀 상태가 유지되도록 할 수 있다.
이러한 오일로 인해, 압축부(100)에서 압축되어 제1토출공(153)으로 토출되는 냉매에는 오일이 혼입되어 있을 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 오일이 혼입된 냉매를 오일 혼입 냉매라고 할 수 있다.
이러한 오일 혼입 냉매가 상기 제2토출공(131a, 155a), 제2공간(V2) 및 냉매유로홈(112a)을 경유하여, 제1공간(V1)으로 안내된다. 그리고, 제1공간(V1)으로 안내된 오일 혼입 냉매 중 냉매는 냉매 토출관(116)을 통해 압축기의 외부로 토출될 수 있고, 오일은 오일회수유로(112b)를 통해 제4공간(V4)으로 회수될 수 있다.
예를 들어, 상기 오일회수유로(112b)는 케이스(110) 내에서 반경방향으로 가장 외측에 배치될 수 있다. 구체적으로, 오일회수유로(112b)는 스테이터(122)의 외주면과 원통 쉘(111)의 내주면 사이의 유로, 메인 프레임(130)의 외주면과 원통 쉘(111)의 내주면 사이의 유로, 및 고정 스크롤(150)의 외주면과 원통 쉘(111)의 내주면 사이의 유로를 포함할 수 있다.
한편, 압축부(100)의 하단에 토출커버(170)가 결합되기 때문에, 압축부(100)의 하단과 토출커버(170)의 상단 사이에 미세한 틈이 존재할 수 있다. 이러한 미세한 틈은 냉매 누설의 원인이 될 수 있다.
즉, 압축부(100)의 제1토출공(153)을 통해 제3공간(V3)으로 냉매가 토출되어 제2토출공(131a, 155a)으로 안내될 때, 냉매의 일부가 압축부(100)와 토출커버(170) 사이에 존재할 수 있는 틈으로 누설될 수 있다.
또한, 이러한 냉매의 누설은 압축기의 압축 효율을 저하시킬 수 있는 문제가 있다. 이러한 문제는 압축부(100)와 토출커버(170) 사이(즉, 압축부(100)와 토출커버(170)의 결합부)에 구비되는 실링부재(210, 220) 및 압축부(100)와 토출커버(170)의 결합구조를 통해 해결될 수 있다.
본 실시예는 도 1에 도시된 압축기에서 회전부재(200)를 더 포함한 압축기를 제공할 수 있다. 즉, 제1공간(V1)에서 원심 분리가 더욱 효과적으로 발생하도록 하기 위한 회전부재(200)가 설치된 압축기가 제공될 수 있다. 따라서, 상기 제1공간(V1)은 냉매와 오일이 회전부재(200)에 의해서 원심 분리되는 원심분리공간이라 할 수 있다.
도 2를 통해 회전부재(200)가 구비된 압축기의 일례에 대해서 상세히 설명한다.
압축기 내부의 상부 또는 하류측에는 원심분리공간(V1)이 형성된다. 구체적으로는 케이스(110) 상부 또는 하류측의 내부와 구동모터의 일측에 의해서 정의되는 원심분리공간이 형성된다. 압축부에서 압축된 냉매와 윤활 오일은 상기 원심분리공간으로 유입된다.
말단(116a)에 냉매 유입홀(116b)이 형성된 토출관(116)이 상기 케이스(110) 특히 상부 쉘(112)을 관통하여 상기 원심분리공간 내부로 연장된다. 상기 냉매 유입홀(116b)을 통해서 압축된 냉매가 압축기 외부로 토출된다.
구동모터(120)의 스테이터(122)는 케이스(110) 특히 원통 쉘(111)의 내벽에 고정되며, 상기 스테이터(122)의 반경 방향 내측에 로터(124)가 회전 가능하게 구비된다. 상기 로터(124)의 중심에는 회전축(126)가 구비된다. 상기 로터(124)와 회전축(126)이 일체로 회전한다.
상기 로터(124)와 회전축(126)의 상단면은 상기 원심분리공간(V1)을 정의하므로, 원심분리공간의 하부면 또는 하부 영역의 중심부에서는 상기 로터(124)와 회전축(126)의 회전에 의한 원심력이 발생하게 된다. 그러나 이러한 원심력은 원심분리공간 전체로 확장되기 어렵다. 즉, 상부 쉘(112)까지 원심력이 확장되기 어렵다.
이러한 이유로, 상기 원심분리공간에서의 원심력 발생을 증가시키는 한편 원심력을 원심분리공간 전체 영역으로 확장하기 위하여, 상기 회전부재(200)가 구비될 수 있다.
상기 회전부재(200)는 로터(124) 및/또는 회전축(126)의 상측(하류측)에 고정되도록 구비되며, 상기 로터(124) 및 회전축(126)과 일체로 회전하도록 구비될 수 있다. 상기 회전부재(200)는 상기 로터(124) 및/또는 회전축(126)에서 상측(하류측)으로 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 회전부재(200)는 상기 로터의 회전력을 상기 원심분리공간으로 확장시켜 냉매와 오일에 원심력을 제공하도록 구비될 수 있다.
상기 회전부재(200)는 상기 원심분리공간에 위치되고 상기 로터(124)의 중심에서 소정 반경을 갖고 이격되도록 구비되는 회전익(210)을 포함할 수 있다.
상기 회전익(210)은 소정 높이를 갖도록 형성된다. 따라서 상기 회전익(21)이 회전함에 따라 상기 회전익(210)의 반경과 상기 회전익(210)의 높이에 의해서 상기 회전부재의 내부 공간(V12)이 정의된다. 즉, 원심분리공간(V1)은 회전부재의 외부 공간(V11)과 회전부재의 내부 공간(V12)으로 구획될 수 있다.
상기 회전익(210)은 상기 로터에서 소정 높이를 갖도록 구비되는 것이 바람직하다. 로터(124)와 스테이터(122) 사이의 갭 즉 냉매유로홈(112a)을 통해서 냉매와 오일이 원심분리공간(V1)으로 유입된다. 따라서, 냉매와 오일이 원심분리공간에 원활히 토출된 후, 회전익에 의한 원심력에 영향을 받도록 하기 위함이다.
상기 회전익(210)은 높이가 일정하게 형성될 수 있다. 물론, 상기 회전익의 높이는 원주 방향을 따라 다르게 형성될 수도 있다. 일례로, 원주 방향을 따라 물결 모양으로 형성되거나 계단 형태로 형성될 수도 있다. 상기 회전익(210)은 단일 원주벽 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 회전부재(200)는 컵 형상을 갖게 된다.
상기 회전부재(200)를 단순한 형태로 형성하고 용이하게 고정하기 위하여, 상기 회전부재(200)는 플렌지부(220)를 포함할 수 있다. 상기 플렌지부(220)가 로터(124) 또는 회전축(126)에 고정될 수 있다. 스터드, 볼트 또는 스크류 결합을 통해서 플렌지부(220)가 고정될 수 있다.
상기 회전익은 상기 플렌지부에서 높이를 갖도록 돌출되어 형성될 수 있다. 즉, 플렌지부의 둘레에서 상부로 회전익이 돌출되어 회전부재(200)가 컵 형상을 가질 수 있다. 상기 플렌지부(220)는 평판 형태인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 회전부재(200)를 회전 컵이라 할 수도 있다.
회전부재(200)는 플렌지부(220)와 회전익(210)이 일체로 형성됨으로써 용이하게 제작할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 코일(112a)은 스테이터(112)의 상부면에서 상부로 더욱 돌출되는 엔드 코일(122b)을 갖는다. 따라서, 회전부재(200)를 통한 원심력이 엔드 코일(122b)보다 더욱 상부까지 확장되는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 회전익(210)의 높이는 스테이터에 권선된 코일의 상부 말단, 즉 상부 엔드 코일(122b)의 높이와 갖거나 크도록 형성됨이 바람직하다. 따라서, 회전부재(200)에 의해서 발생되는 유동이 상부 엔드 코일(122b) 상부를 넘어서 반경 방향 외측으로 더욱 확장될 수 있다.
상기 토출관(116)의 말단(116a)은 상기 회전부재(200)의 내부 공간(V12) 내측으로 더욱 연장되도록 구비되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 회전부재(200)가 원심분리공간(V1)을 회전부재의 내측 공간(V12)과 외측 공간(V11)로 구획하는데, 밀도가 높은 오일은 반경 방향 외측으로 몰리고 밀도가 낮은 냉매는 반경 방향 내측으로 몰리기 때문이다. 그리고 상기 토출관(116)은 상대적으로 고압인 압축기 내부 공간과 상대적으로 저압인 압축기 외부 공간을 연통시키기 때문이다. 따라서, 토출관(116)의 말단(116a)의 위치는 원심분리공간의 중심에서 하방으로 더욱 연장되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 통해서 원심력을 이기고 고밀도의 오일이 토출관으로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 토출관(116)의 냉매 유입홀(116b)를 통해서 오일이 유입되는 것을 현저히 방지할 수 있다.
원심분리공간의 높이를 H라 할 경우, H는 회전익의 높이인 h2와 회전익의 상단과 상부 쉘 사이의 거리인 h1를 더한 값이라 할 수 있다. 또한, 토출관의 내경을 d1, 토출관의 외경을 d2 그리고 원심분리공간의 직경을 D1이라 할 수 있다.
토출관의 규격은 토출되는 냉매의 양 또는 압축기의 용량이나 규격에 따라 결정될 것이므로, d1과 d2는 고정된 값일 것이며 H와 D1 또한 고정된 값일 것이다. 물론, 이러한 값들은 변경이 가능하지만 이의 변경은 기설계된 압축기의 전체적인 구조와 사이즈의 변경을 요구하기 때문에 바람직하지 않다.
따라서, 다른 값들을 제외하고 회전부재(200)의 직경 D2, 회전부재(200)의 높이 h2 그리고 회전부재(200)와 토출관 말단(116a) 사이의 이격 거리 T를 적절히 결정하는 것이 바람직할 것이다.
전술한 바와 같이, 토출관 말단(116a)은 회전부재(200)의 내부 공간에 위치하는 것이 바람직하므로, T는 h2보다 작아야 한다. h2를 키울수록 회전부재(200) 내부 공간(V12)의 체적이 커지게 된다. 그러나 이 경우 회전부재(200) 외부 공간(V11)에 위치되는 냉매가 원활히 토출될 수 없는 문제가 발생될 수 있다. 왜냐하면, h2가 커짐에 따라 h1이 작아져 회전부재 외부 공간(V11)에서 내부 공간(V12)로 냉매가 유입되기 위한 면적이 작아지기 때문이다.
따라서, h1은 토출관의 외경인 d2와 같게 하거나 d2 값에서 실질적으로 10% 내외로 증감을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 h2가 h1보다 큰 것이 바람직하다. 이를 통해서, 회전부재에 의한 원심력을 원심분리공간으로 더욱 확장하는 한편, 회전부재 외부 공간에서 내부 공간으로 냉매의 유입을 원활히 할 수 있다.
한편, T이 작아질수록 토출관의 냉매 유입홀(116b)을 통해 냉매가 유입되는 면적이 작아지게 된다. 따라서 유동 저항이 커지게 된다. 그러므로 T는 d2의 0.25배보다는 크도록 결정할 수 있다. T가 더욱 커짐에 따라 토출관의 냉매 유입홀(116b)는 회전부재의 외부 공간과 더욱 가까워지게 된다. 따라서, 토출관으로 오일이 유입될 가능성이 커지게 된다. 이를 고려하여, T는 d1과 같거나 작게 결정할 수 있다.
한편, 회전부재는 구동모터의 추가적인 부하를 의미하게 된다. 따라서, 회전부재(200)의 두께는 얇은 것이 바람직하다. 그러나 회전부재(200) 특히 회전익(210)의 두께는 변형에 취약하지 않을 정도의 강성을 가지는 두께를 갖는 것이 바람직할 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 회전부재를 적용한 경우 냉매와 오일의 유동 모습을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 토출관을 통해서는 연한 색으로 표시된 냉매가 토출관을 통해 토출되고 진한 색으로 표시된 오일은 원심분리공간에서 유동되어 원심분리공간의 바닥부로 몰리는 것을 볼 수 있다.
그러나 이러한 유동 해석에서 볼 수 있듯이 토출관(116) 말단(116c)의 외벽(116c) 부근에서 토출관을 향하는 오일을 볼 수 있다. 대략 80도의 각도(토출관의 외벽을 기준으로는 대략 10도 각도)를 갖고 토출관의 말단 부근으로 오일이 유동될 수 있다. 이러한 오일 유동에 의해서 미량의 오일이 토출관으로 토출될 가능성이 있다.
이러한 오일 토출 가능성의 문제를 해결하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에서는 가이드(230)를 더 구비할 수 있다.
상기 가이드(230)를 통해서 윤활 오일이 토출관(116)의 외벽(116c)를 타고 하방으로 유동하여 냉매 유입홀(116b)로 유입되는 것이 방지될 수 있다.
상기 가이드(230)는 상기 토출관의 말단(116a) 인근에서 상기 토출관(116)를 둘러싸도록 구비될 수 있다. 상기 토출관의 외벽에서 반경 방향으로 연장되는 스커트 형상으로 상기 가이드(230)가 형성될 수 있다.
상기 가이드(230)는 중심 부분에서 상기 토출관(116)이 관통되는 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 원형 플레이트 형상일 수 있다.
상기 가이드의 최대 외경(D3)는 상기 회전익의 최소 내경보다 작은 것이 바람직하다. 따라서, 상기 회전익의 최소 내경의 반경 방향 내측과 상기 가이드의 최대 외경의 반경 방향 외측 사이에 환형의 공간이 형성된다. 즉, 환형의 공간을 통해서 냉매와 오일이 회전부재의 내부공간(V12)으로 유입될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 밀도가 높은 오일은 반경 방향 외측으로 몰리게 되므로, 상기 환형의 공간을 통해서 실질적으로 냉매만 내부공간(V12)로 유입될 수 있다. 그리고, 토출관(116)의 외벽을 향한 오일의 유동은 가이드(230)에 막혀 반경 방향 외측으로 유동된다. 이러한 반경 방향 외측의 오일의 유동은 회전부재(200)의 회전력에 영향을 받아 상부로 비산된 후 반경 방향 외측으로 몰리게 된다.
상기 가이드(230)의 상면의 위치는 상기 회전익(210)의 상단의 위치와 동일할 수 있다. 물론, 상기 가이드(230)의 상면의 위치는 상기 회전익(210)의 상단의 위치보다 상측 또는 하측일 수도 있다. 그러나 도 3에 도시된 바와 같이, 오일이 토출관(116)을 향한 유동이 회전부재의 상단보다 상측에서부터 발생되므로, 상기 가이드(230)의 상면의 위치는 상기 회전익(210)의 상단위 위치와 동일하거나 상측에 위치하는 것이 바람직할 것이다.
한편, 상기 가이드(230)는 우산 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 반경 방향 중심에서 외측으로 갈수록 하향 경사지게 형성될 수 있다. 이 경우, 가이드(230)의 중심은 토출관에 대해서 더우 상측에 위치될 수 있다. 그러나, 반경 방향 말단의 위치는 도 4에 도시된 반경 방향의 말단 위치와 동일하거나 약간 상측에 위치될 수 있으며, 최대 반경은 동일한 것이 바람직할 것이다.
상기 회전부재의 내경에 의해서 형성되는 면적에서 상기 가이드의 외경에 의해서 형성되는 면적의 차이는 회전부재의 내부로 냉매가 유입되는 면적이라 할 수 있다. 따라서 상기 면적의 크기는 상기 토출관의 냉매유입홀의 면적보다는 큰 것이 바람직하다.
도 5는 가이드에 대한 다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서의 가이드(240)는 전술한 실시예에서의 가이드보다 상측에 위치하고 최대 반경이 더욱 큰 것이라 할 수 있다. 즉, 회전부재(200)의 최대 외경보다 큰 외경을 갖는 가이드가 구비된 것이라 할 수 있다.
이 경우, 토출관(116)의 외벽을 향하는 오일의 유동이 미연에 차단되어 회전부재의 내부공간으로 오일이 유입되는 것이 효과적으로 차단된다. 따라서, 도 3에 도시된 실시예에서 보다는 오일 토출량이 저감되는 것을 충분히 예상할 수 있다.
도 6은 가이드에 대한 다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서의 가이드(250)은 수평부(251)와 수직부(252)를 포함할 수 있다. 수평부는 전술한 가이드(240)와 동일할 수 있으며, 수직부(252)는 수평부(251)의 반경 방향 말단에서 하측으로 연장될 수 있다.
상기 수직부(252)는 토출관(116)의 외벽을 향하는 오일의 유동이 미연에 차단되어 회전부재 내부공간으로 오일이 유입되는 것이 효과적으로 차단된다. 아울러, 수평부(251)에서 반경 방향으로 비산되는 오일은 수직부(252)에 막혀서 회전부재 내부공간으로 유입되는 것이 용이하지 않다. 따라서, 도 3에 도시된 실시예에서 보다는 오일 토출량이 저감되는 것을 충분히 예상할 수 있다.
도 7에는 오일 토출량의 효과를 비교한 테이블이 도시되어 있다. 도 2에 도시된 기본 컨셉, 도 4에 도시된 케이스 1, 도 5에 도시된 케이스 2 그리고 도 6에 도시된 케이스 3에서의 오일 토출량(OCR, Oil Content Rate)를 나타낸다. 오일 토출량은 토출관(116)에서 토출된 냉매와 오일의 전체 중량 퍼센트에서 오일의 중량 퍼센터의 비율로 표시될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 케이스 1과 같이 단순히 회전부재(200)를 적용하면 압축기의 동일 구동 조건(일례로, 120Hz)에서 0.02 OCR 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 이는 매우 효과적인 오일 분리 결과이며, 실질적으로 오일 분리기나 오일 회수기가 필요하지 않는 수준의 오일 분리 결과라 할 수 있다.
케이스 2와 같이 회전부재(200)와 가이드(230)를 적용하면 더욱 극심한 압축기의 구동 조건(일례로, 161Hz)에서 0.01 OCR 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 이는 매우 현저한 오일 분리 결과라 할 수 있다. 즉, 오일 분리기나 오일 회수기를 필요로 하지 않는 오일 분리 결과라 할 수 있다.
케이스 3과 4의 경우에도 기본 컨셉보다는 오일 분리 결과가 우수한 것을 알 수 있다. 즉, 어느 경우나 회전부재(200)와 가이드(230, 240, 250)를 구비함으로써 오일 분리 결과가 향상되는 것을 알 수 있다.
그러나 케이스 3과 케이스 4에서 알 수 있듯이 가이드(240, 250)를 통해서 회전부재(200)의 외부에서 내부로의 유동 경로가 굴곡되거나 유동 경로의 면적이 좁아지는 것은 최적의 솔루션이 아님을 알 수 있다.
이는 압축기의 내부 압력과 외부 압력의 차이에서 토출관(116)에서 흡입하는 압력은 동일하지만 토출관(116)에 이르기까지 유동 저항이 발생되면 냉매가 유동하면서 일정 부분 오일도 함께 유동되는 것에 기인한 것이라 볼 수 있다.
따라서, 회전부재(200)의 내부공간으로 냉매의 유동 경로의 면적 즉 회전부재(210)의 회전익(210)과 가이드(230, 240, 250) 사이에 형성되는 유로의 굴곡 횟수는 적을수록 바람직하다고 할 수 있다.
기본 컨셉과 케이스 1은 0 내지 1회의 굴곡, 케이스 2는 1 내지 2회, 그리고 케이스 3은 2 내지 3회의 유동 굴곡에 의해서 냉매가 회전부재(200)의 내부공간으로 유입된다고 할 수 있다.
이러한 유동 경로의 면적이 좁아질수록 냉매의 토출이 원활히 발생되지 않고 이는 오히려 오일 토출량의 증가를 야기시킬 수 있다. 따라서, 회전부재와 가이드 사이의 유동 경로의 단면적은 토출관의 내경에 의한 면적보다는 큰 것이 바람직할 것이다.
이상에서는 원심분리 공간 내에서 회전부재(200)를 통한 오일 토출량 감소 효과를 갖는 실시예들에 대해서 설명하였다. 즉, 원심분리 공간에서 회전부재(200)를 부가함으로써 원심력을 증진시켜 오일 토출량을 감소할 수 있는 실시예들을 설명하였다.
본 발명자는 원심력을 증진시키거나 원심력이 미치는 영역을 확장함에 따른 오일 토출량 감소뿐만 아니라 원심력의 방해 요소를 제거함으로써 오일 토출량을 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다. 즉, 압축기 내부의 원심분리 공간에서 원심력의 방해 요소를 고려하였고, 이를 효과적으로 해소하여 오일 토출량을 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다.
이하에서는, 원심력 방해 요소를 효과적으로 개선한 실시예들에 대해서 상세히 설명한다. 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 통해서 설명하며, 중복 설명은 생략될 수 있다.
도 8은 종래의 로터리 압축기의 상부 단면을 도시하고 있다. 종래에는 제작의 편의상 또는 관행적으로 상부쉘(113)에 단차(113c)를 형성하였고, 상부쉘(113)의 최상부에 전원 연결을 위한 터미널(300)을 형성하였다. 즉, 상부쉘(113)의 중심 상부면(113a)에 터미널을 구비하였다. 상기 터미널(300)은 본체(310)와 탭(311, 312, 313)을 포함하게 된다. 단상인 각각의 탭은 플러스 탭, 마이너스 탭 그리고 접지 탭일 수 있다. 삼상인 경우 각각의 탭은 1상 탭, 2상 탭 그리고 3상 탭일 수 있다.
상기 탭은 압축기의 내부에서 리드 와이어(314, 315, 316)과 결선된다. 즉, 탭에서 리드 와이어가 하부로 연장되어 스테이터의 코일(122a)과 결선될 수 있다.
전술한 바와 같이, 하부 압축 또는 상류측 압축 방식의 압축기에서 압축기 내부의 상부 공간 또는 하류측 공간을 원심분리공간으로 활용하여 오일 토출량을 저감시킬 수 있음을 설명한 바 있다.
본 발명자는 원심분리공간에서의 원심분리 방해 요소로서 상기 상부쉘(113)의 형상과 터미널(300)의 위치의 영향에 주목하였다. 상부쉘은 탑 캡(top cap)이라고도 할 수 있다.
원심력에 의해서 밀도가 큰 오일은 반경 방향 외측 방향으로 원활히 유동되어야 한다. 그리고 이러한 원활한 유동은 원심분리공간의 전체에서 수행되어야 한다. 또한, 반대로 반경 방향 외측에 존재하는 냉매는 반경 방향 내측 방향으로 원활히 유동되어야 한다.
그러나 원심분리공간의 상부에서는 상부쉘(113)의 형상과 탭 터미널에 의해서 유동 저항이 발생되어 원심분리의 방해가 발생될 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 탭 터미널(300)에서 하부 그리고 반경방향 외측으로 연장되는 리드 와이어(314, 315, 316)에서도 원심분리의 방해가 발생될 수 있음을 알 수 있었다.
이러한 상부쉘(113)의 형상과 탭 터미널(300)의 위치는 종래의 상부 또는 하류측 압축 방식의 압축기에서는 문제되지 않았다. 왜냐하면 원심분리공간이 형성되지 않았으므로, 원심분리공간을 이용한 오일 분리가 적용되지 않았기 때문이다.
또한, 상부쉘(113)를 상부중심면(113a), 단차(113c) 그리고 하부주변면(113b)로 형성함으로써 토출관과 터미널의 설치가 용이하므로 특별히 상부쉘의 형상과 터미널의 설치 위치를 변경할 필요가 없었다.
반면에, 본 발명의 실시예에서와 같이 상부 공간 또는 하류측 공간을 원심분리공간으로 적용할 수 있는 로터리 또는 스크롤 압축기의 경우, 이러한 원심분리 방해 요소 제거를 통해서 더욱 효과적인 오일 분리가 수행될 수 있다.
먼저, 도 9를 통해서 탭 터미널의 위치를 변경한 일실시예를 설명한다.
본 실시예에서는 종래의 스텝 형 상부쉘을 그대로 적용하면서 터미널(300)의 위치를 압축기의 상부가 아닌 측부에 형성한 것이다. 일례로, 원통형 쉘(111)의 상부에 터미널(300)을 형성한 것이라 할 수 있다.
이 경우, 상기 터미널(300)과 스테이터(122) 사이의 높이 차이는 현저히 줄어들 수 있다. 그리고, 리드 와이어(314, 315, 316)는 스테이터(122)에서 반경 방향 내측이 아닌 반경 방향 외측으로 연장될 수 있다. 즉, 원심분리공간 내에서 리드 와이어의 길이는 줄어들 수 있으며, 리드 와이어의 위치는 원심분리공간의 상하 중심 또는 상하 중심보다 낮은 곳에 위치될 수 있다.
여기서, 상기 터미널(300)의 탭(311, 312, 313)의 위치 관계가 중요하다. 즉, 탭들의 높이가 동일하거나 서로 다르게 형성될 수 있다. 즉, 탭 터미널의 본체(310)를 수평하게 위치시키거나 수직하게 위치시킬 수 있다.
탭들 사이에는 일정한 간격이 형성되어야 하므로, 마찬가지로 리드 와이어들 사이에도 일정한 간격이 형성된다. 따라서, 반경 방향으로 유동이 발생됨을 전제로 하면 탭 터미널 본체(310)를 수평하게 위치시키는 경우 유동 저항 면적이 더욱 크게 발생된다. 즉, 세 개의 리드 와이어 모두에서 유동 저항 면적이 형성될 수 있다. 반면, 탭 터미널 본체(310)을 수직하게 위치시키는 경우 유동 저항 면적이 현저히 줄어들게 된다. 즉, 세 개의 리드 와이어가 반경 방향으로 중첩되므로 마치 하나의 리드 와이어에서 유동 저항 면적이 형성된다고 할 수 있다.
따라서, 도 9에 도시된 터미널(300)의 위치, 터미널 본체(310)의 설치 자세, 그리고 리드 와이어의 연장 방향에 의해서 원심분리에 의한 유동이 효과적으로 발생될 수 있다. 즉, 원심분리의 방해 면적이 현저히 줄어들 수 있다. 그러므로, 원심분리에 의한 오일 분리 효과가 증진될 것으로 예상할 수 있다.
도 10에 도시된 실시예에서는, 도 9에 도시된 실시예에서 상부쉘(113)의 형상을 평평하게 한 것이 다르다. 즉, 스텝 형태의 상부쉘이 아닌 평평한 형태로 상부쉘을 형성한 것이다.
따라서, 상부쉘의 형상에 의한 원심분리의 방해 요소가 현저히 줄어들 수 있으므로, 오일 분리 효과가 증진될 것으로 예상될 수 있다. 특히, 원심분리공간이 증가할 수 있으며 연속면으로 인한 유동 저항의 감소로 현저한 오일 분리 효과를 기대할 수 있을 것이다.
도 11에 도시된 실시예에서는, 도 9에 도시된 실시예에서 상부쉘(113)의 형상을 곡면으로 형성한 것이 다르다. 즉, 상부 또는 하류측으로 상부쉘(113)이 볼록하게 형성된 것이 다르다. 상부쉘(113)의 압축기 내부 면은 곡면을 형성하게 되며 이러한 곡면은 반경 방향으로 갈수록 하향 경사지게 형성될 수 있다.
따라서, 상부쉘(113)의 내면을 따라 반경 방향 외측으로 원활한 유동이 발생될 수 있다. 즉, 유동 저항이 현저히 줄어들 수 있다.
한편, 상부쉘(113)의 내면을 따라 유동 저항을 더욱 줄이기 위하여 상기 상부쉘(113)의 내면은 다단으로 곡률을 갖도록 할 수 있다. 즉, 반경 방향 내측에서 외측으로 갈수록 곡률 반경이 작아지도록 형성될 수 있다.
도 12는, 도 8에 도시된 압축기 특히 로터리 압축기, 도 9에 도시된 압축기 특히 로터리 압축기, 도 10에 도시된 압축기 특히 스크롤 압축기 그리고 도 11에 도시된 압축기 특히 스크롤 압축기에서의 OCR 값을 비교한 테이블이다. 모두 동일 운전 조건에서의 OCR 값을 비교한 테이블이다.
도 8에 도시된 하부 압축 타입 로터리 압축기에서의 OCR 값은 상대적으로 매우 크다. 특히, 다단면을 갖는 상부쉘의 형상과 터미널의 위치로 인해 별도의 오일 분리기 등이 요구된다고 할 수 있다.
도 9에 도시된 하부 압축 타입 로터리 압축기에서의 OCR 값은 터미널의 위치로 인해 0.13까지 OCR이 감소되는 것을 알 수 있다. 그러나, 여전히 요구되는 0.1 중량 퍼센트보다는 높다고 할 수 있다.
도 10과 도 11에 도시된 하부 압축 타입 스크롤 압축기에서의 OCR 값은 터미널의 위치와 상부 쉘의 형상으로 인해 요구되는 0.1 중량 퍼센트보다는 현저히 낮은 0.02 중량 퍼센트를 갖는 것을 알 수 있다.
이는 하부 압축 타입 로터리 압축기보다는 하부 압축 타입 스크롤 압축기에서의 OCR 성능이 현저히 우수함을 알 수 있다. 또한, 상부쉘의 형상과 터미널의 변경을 통해서 매우 우수한 OCR 성능을 발휘할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 상부쉘의 형상은 다양하게 변경될 수 있다. 따라서, 상부쉘 형상의 일반화와 과정과 이에 따른 OCR의 변화를 살펴볼 필요가 있다.
도 9에 도시된 상부쉘(113)은 높이 차이를 갖는 두 개의 연속면과 두 개의 연속면 사이의 단차면을 갖는다. 두 개의 연속면은 평면이거나 곡면일 수 있다. 그리고 이때 곡률 반경의 중심은 압축기 내부일 수 있다. 물론, 단차면의 곡률 반경의 중심은 압축기 외부일 수 있다. 따라서, 곡률 반경은 반경 방향을 따라 복수 개를 갖는다.
도 10에 도시된 상부쉘(113)은 실질적으로 하나의 평면으로 형성될 수 있다. 따라서, 곡률 반경은 실질적으로 무한대를 갖는다.
도 11에 도시된 상부쉘(113)은 하나의 곡면을 가질 수 있다. 그러나, 곡률 반경은 반경 방향을 따라 달라질 수 있다.
도 13은 상부쉘(113)의 곡률과 오일 토출량 사이의 관계를 도시하고 있다.
터미널(300)이 종래와 같이 상부쉘(113)에 구비되고 복수 개의 탭의 높이가 동일한 경우, 상부쉘의 평균 곡률 반경 팩터가 커질수록 오일 토출량이 감소하는 것을 알 수 있다. 평균 곡률 반경 팩터는 상부쉘을 반경 방향을 따라 복수 개의 구간으로 구획하고, 각각의 구획 구간에서의 곡률 반경과 호의 길이를 곱한 값들을 모두 더한 후 원심분리공간의 직경으로 나눈값이라 할 수 있다. 곡률 반경은 하나 이상 구비될 수 있고 경우에 따라서는 다단으로 구비될 수 있다. 따라서, 이러한 평균 곡률 반경 팩터를 정한 것이라 할 수 있다.
여기서, 평균 곡률 반경 팩터가 커질 수록 오일 토출량이 감소하지만 최대 0.05 OCR 까지만 감소될 수 있음을 알 수 있다.
요구되는 OCR이 0.1임을 전제로 하면, 상부쉘에 터미널을 구비하고 상부셀의 형상을 변경하는 것으로는 오일 토출량 감소의 요구치를 만족시키기 어려움을 알 수 있다.
반면, 터미널(300)을 원통쉘(111)의 측면에 구비함으로써, 요구되는 OCR을 용이하게 만족시킬 수 있음을 알 수 있다. 대략 평균 곡률 반경 팩터가 원심분리공간의 직경의 0.1배 이상인 경우 요구되는 OCR인 0.1 중량 퍼센트를 만족시킬 수 있음을 알 수 있다.
점차 평균 곡률 반경 팩터를 증가시키면 대략 0.02 중량 퍼센트까지 만족시킬 수 있음을 알 수 있다.
그러므로, 제조가 용이한 형태의 상부쉘을 형성하고 원통쉘에 터미널을 구비함으로써 매우 효과적으로 OCR 성능을 증진시킬 수 있다. 특히, 요구되는 0.1 중량 퍼센트보다 더욱 낮은 OCR 값을 얻을 수 있다. OCR 값은 낮을수록 좋다. 따라서, 별도의 오일 분리기 등을 요구하지 않고도 압축기 자체에서 압축기의 큰 구성 변화없이도 이를 구현할 수 있게 된다.
이상에서는, 회전부재와 가이드에 의한 OCR 개선 실시예(제1형태)와 상부 쉘의 형상 그리고 터미널의 위치에 따른 OCR 개선 실시예(제2형태)를 설명하였다.
여기서, 각각의 형태는 서로 모순되지 않는다. 즉, 어느 하나의 형태는 다른 형태와 복합적으로 구현될 수 있다. 즉, OCR 개선이 더욱 증진될 수 있음을 쉽게 예측할 수 있다.
일례로, 도 7에 도시된 최적 실시예인 케이스 1과 도 12에 도시된 최적 실시예인 측면 터미널 평면 형상의 상부 쉘을 갖는 실시예를 복합적으로 구현할 수 있을 것이다. 이 경우, 0.01 보다 더욱 낮은 OCR을 기대할 수 있을 것이다. 특히, 로터리 압축기가 아닌 스크롤 압축기에서 OCR 개선 효과는 매우 현저할 것이다.
압축기 자체에서 저렴에 추가 비용만으로 OCR을 현저히 개선할 수 있다는 것은 매우 고무적이다. 특히, 요구되는 0.1 중량 퍼센트보다 현저히 낮은 0.01 중량 퍼센트 미만으로 OCR을 구현하는 것은 놀라운 성과라 할 수 있다. 이는 별도의 오일 분리기 등의 비용, 설치 비용, 관리 비용, 열교환 효율 저하, 베어링부등의 마모에 의한 압축기 손상 등등 매우 많은 문제를 간단히 해결할 수 있음을 의미하게 된다.
100: 압축부 110: 케이스
112, 113 : 상부 쉘 111 : 원통 쉘
120: 구동 모터 126: 회전축
130: 메인 프레임 140: 선회 스크롤
150: 고정 스크롤 200 : 회전부재
210 : 회전익 220 : 회전부재 플렌지부
300 : 터미널

Claims (20)

  1. 케이스;
    상기 케이스의 내측에 장착되는 스테이터와 상기 스테이터의 반경 방향 내측에서 회전 가능하게 구비되는 로터를 포함하는 구동모터;
    상기 케이스 내부에서 상기 구동모터의 일측(downstream side)과 상기 케이스에 의해 정의되며, 압축된 냉매와 윤활 오일의 원심 분리가 수행되는 원심분리공간;
    상기 케이스를 관통하며, 냉매 유입홀을 형성하는 말단이 상기 원심분리공간 내부로 연장되도록 구비되는 토출관;
    상기 로터에 결합되어 회전하는 회전축;
    상기 구동모터의 타측(upsteam side)에 구비되며, 상기 회전축의 회전에 의해서 냉매가 압축되는 압축부; 그리고
    상기 원심분리공간의 측면이면서 상기 케이스의 측면에 구비되어, 상기 스테이터의 코일과 결선되는 터미널을 포함하는 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 토출관이 관통하는 상부쉘과 원통 쉘을 포함하며,
    상기 원심분리공간은 상기 상부쉘의 내측 하부, 상기 원통 쉘의 내측 상부 그리고 상기 구동모터의 상부에 의해서 정의되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 터미널은 상기 원통 쉘의 상부 측면에 구비됨을 특징으로 하는 압축기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 터미널은 복수 개의 리드 와이어가 결선되는 복수 개의 탭이 구비되는 본체를 포함함을 특징으로 하는 압축기.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수 개의 탭은 서로 이격되어 동일 선상에서 나란하게 구비되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 터미널의 본체는, 상기 복수 개의 탭이 상기 압축기의 길이 방향과 나란하게 위치하도록 상기 원통 쉘에 장착되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 리드 와이어는 상기 스테이터의 상부에서 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 터미널에 결선되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 상부쉘은 평평한 면으로 형성되며, 반경 방향 말단에서 절곡되어 상기 원통 쉘과 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 상부쉘은 반경 방향 외측으로 하향 경사진 곡면으로 형성되며, 반경 방향 말단에서 상기 원통 쉘과 연결되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 곡면은 다단 곡률 반경을 갖도록 형성되며, 반경 방향 외측으로 갈수록 곡률 반경이 작아지는 것을 특징으로 하는 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 곡면에서 각각의 곡률 반경과 각각의 호의 길이를 곱한 값들의 합을 상기 원심분리공간의 직경으로 나눈 값은, 상기 원심분리공간의 직경의 0.1배 이상인 것을 특징으로 하는 압축기.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 상부쉘은 반경 방향으로 높이 차이를 갖는 두 개의 연속면을 가지며, 반경 방향 내측에서의 연속면의 높이가 반경 방향 외측에서의 연속면의 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 압축기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 두 개의 연속면은 평면인 것을 특징으로 하는 압축기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 두 개의 연속면은 상부로 볼록한 곡면인 것을 특징으로 하는 압축기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 두 개의 연속면은 곡률 중심이 압축기 내부에 위치하며, 상기 두 개의 연속면을 연결하는 단차면의 곡률 중심은 압축기 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 상부쉘 각각의 곡률 반경과 각각의 호의 길이를 곱한 값들의 합을 상기 원심분리공간의 직경으로 나눈 값은, 상기 원심분리공간의 직경의 0.1배 이상인 것을 특징으로 하는 압축기.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터의 회전력을 상기 원심분리공간으로 확장시켜 상기 냉매와 오일에 원심력을 제공하도록 구비되는 회전부재를 더 포함하는 압축기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 회전부재는, 상기 원심 분리 공간에 위치되고 상기 로터의 중심에서 소정 거리 이격되도록 구비되는 회전익을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 회전부재는 상기 로터 또는 회전축과 결합하는 플렌지부를 포함하고, 상기 로터 또는 회전축과 일체로 회전하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 회전익의 상단 위치는 상기 터미널의 상단 위치와 같거나 높은 것을 특징으로 하는 압축기.
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