KR940000131B1 - 스크롤 유체기계의 급유장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스크롤 유체기계의 급유장치

제1도는 스크롤 유체기체의 스크롤 부재 작동원리 설명도.

제2도는 본 발명의 실시예를 나타내는 스크롤 유체기계의 냉동장치 구성도.

제3도는 본 발명의 실시예를 나타내는 스크롤 유체기계의 종단면도.

제4도는 본 발명의 구성부재인 플레이트의 명면 및 단면 형상도.

제5도는 본 발명의 일요부인 오일분리구의 확대 단면도.

제6도는 본 발명의 요동 스크롤 하측면에 장착되는 슬라이딩 베어링의 상세도.

제7도는 본 발명의 블록에 장착되는 슬라이딩 베어링의 상세도.

제8도는 종래 유체기계를 이용한 냉동장치의 구성도.

제9도는 종래 밀폐형 스크롤 유체기계의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고압실 1a : 톱 하우징(Top Housing)

2 : 고정 스크롤 2a : 윤활유 회수홀

3 : 요동 스크롤 4 : 블록(Block)

4a : 플레이트 4b,4c : 윤활유 씰(Seal)부

4d : 윤활로 배출홀 5 : 웨이트 밸런스(Weight Valance)

6 : 고정 스크롤 랩(Lap) 7 : 요동 스크롤 랩(Lap)

8 : 슬라이딩 베어링 9 : 올덤(Oldham)링

10 : 슬라이딩 베어링 12 : 편심축

13 : 로터 14 : 모터권선부

16 : 하우징 17 : 오일팬(OIL PAN)

17a : 구멍 18 : 하부캡

20 : 토출 파이프 21 : 흡입파이프

26 : 오일 분리구 27 : 역류 방지 밸브

28,29 : 볼트 30 : 볼베이링

본 발명은 스코롤형 유체기계에 관한 것으로, 특히 스크롤 유체기계의 급유장치에 대한 것이다.

일반적인 스크롤형 유체기계의 구도 및 원리는 다음과 같다. 제1도는 스크롤형 유체기계의 반응용인 스크롤 압축기의 기본적인 구성요소와 압축원리를 나타낸 것으로, 여기서 (A) (B) (C) (D)는 서로 다른 작동위치를 표시한 작동원리도로써 2는 고정 스크롤, 3은 요동 스크롤, a는 토출구, b는 고정스크롤(2)과 요동 스크롤(3)의 간극으로 된 압축실이다.

고정 스크롤(2) 및 요동 스크롤(3)은 통상은 동일형상인데, 권회방향이 서로 반대인 와권판을 갖고 있으며, 이들의 와권판 형체는 나선상 혹은 원호산등을 조합한 것이며, 인볼류트 곡선 혹은 그와 유사한 곡선으로 양 곡선사이에서 압축실(b)이 형성된다.

제1도에 있어서 고정 스크롤(2)은 공간에 대하여 정지하게 되어있고, 요동 스크롤(3)은 고정 스크롤(2)과 대응조합되어 이 자세를 공간에 대하여 변화시키지 않으며, 즉 자전운동은 하지 않으면서 고정 스크롤(2)의 중심주위를 회전운동하는 요동운동을 하며, 제1도의 (A) (B) (C) (D)에 표시한 0°, 90°, 180°, 270°의 각도를 따라 그 위치가 변위되면서 압축운동을 수행한다.

이와같은 요동 스크롤(3)의 운동에 수반하여 압축실(b)은 순차적으로 그 용적(그림에서 점모양으로 표시)을 감축하게 되므로써, 압축된 유체 예로써 기체는 고정 스크롤(2)의 중앙부에 압축되어서 토출구(a)를 통하여 토출된다.

여기서 와권판의 간격을 p, 그 두께를 t로 표시하면(크랭크 반경) 00'=p/2-t로 된다. 이때 p는 와권판의 피치(Pitch)에 해당한다.

이와같은 원리의 스크롤(SCROLL) 유체기계는 압축기, 팽창기, 액체펌프에 이용되어지고 있으며, 그 기본구성은 위에서 언급한 바와같이 인볼류트 혹은 인볼류트에 가까운 곡선으로 형성된 랩을 갖는 고정 스크롤 부재 및 요동스크롤 부재에 토출구를 추가한 구성의 고정 스크롤을 서로 랩을 안쪽으로 향해서 맞물리게 하고, (제1도 참조) 이것을 흡입구를 갖는 블록 내부에 수납하여, 요동 스크롤(3)과 블록 또는 고정 스크롤(2)과의 사이에 요동 스크롤(3)의 자전을 저지하는 올덤링을 개재시키며, 요동 스크롤(3)에 편심축을 결합하고 이 편심축에 의해 요동 스크롤(3)을 외관상 자전하지 않도록 선회시켜, 양 스크롤(2)(3)에 의해 형성되는 밀폐공간내의 유체에 펌프작용을 시키게 하는 것으로, 각 구성요소를 밀폐용기내에 배치한 구성을 가지며, 일반적으로 편심축은 입형(立形)으로 배치되며, 그 편심축의 상하에는 각각 1개씩의 슬라이드 베어링, 혹은 메탈 부시로 지지되어 있다.

한편, 이들 베어링에 윤활유를 공급하는 수단으로서는 편심축에 설치한 급유공(급유로)에 의해서 용기내하부에 고인 윤활유를 원심작용을 이용해서 공급하도록 하는 방식이 대한민국 특허공보 제1402호(공고번호-88-934), 제1385호(공고번호 88-551)등에 기재되어 있고, 트로코이드(Trochioid)에 의하여 윤활유를 공급하는 방법 대한민국 특허공보 제2235호(공고번호 91-1824)에 기재되어 있다.

이어서 종래의 스크롤 유체기계의 윤활 방법에 대한 한 실례를 제8도 및 제9도의 예시도면의 의거 설명하면; 제9도에 있어서 1a는 톱 하우징(Top Housing), 1은 챔버(고압실), 1은 고정 스크롤, 3은 요동 스크롤이다. 고정 스크롤(2)과 요동 스크롤(3)은 서로 원판상의 경판(經板)과 이것에 직립한 소용돌이 형상의 랩(6)(7)을 구비하고, 이들 랩(6)(7)을 안쪽으로 향해 맞물리게 하고 있다.

요동스크롤(3)에는 그하측면에 슬라이딩 베어링(8)이 장착되어있다. 이 슬라이딩 베어링(8)에는 편심축(12)의 축부 중심에 대하여 편심되어 있는 크랭크부가 결합되어 있다. 편심축(12)은 블록(4')에 장착되어 있는 슬라이딩 베어링(10)과 오일팬(17')에 장착되어 있는 볼베어링에 의해서 지지되고 있다.

편심축(12)은 전동기(로터 : 13)에 의해서 회전된다. 이 편심축(12)의 회전에 의해, 요동 스크롤(3)은 올덤링(9')에 의해 회전운동을 하지만 외관상의 자전운동은 저지된다. 이 운동에 의해 톱 하우징(1a)에 설치되어 있는 흡입 파이프(21)로 흡입된 가스는 요동 스크롤(3)과 고정 스크롤(21)의 내부에서 즉 압축실에서 압출되어 토출구(a)에서 고압실(1)로 방출되고, 토출파이프(21)를 통해 냉동시스템으로 출력된다.

즉, 용축기(83)→팽창밸브(84)→증발기(82)→오일냉각기(81)→흡입파이프(21)를 거쳐 유체기계(80)로 귀한하는 과정은 반복수행하게 된다. 양 스크롤(2)(3)에 의해 갇힌 유체의 압축작용에 의해 요동 스크롤(3), 슬라이드 베어링(8) 및 편심축(12)에 작용하는 하중은 슬라이드 베어링(10) 및 오일팬(17')에 장착되어 있는 볼베어링으로 미치게 된다.

편심축(12)내에는 그 상부로 감에 따라 편심축(12)의 중심에 대해서 편심량이 커지는 편심급유로 혹은 급유로(12a)가 설치되어 있다. 이 급유로(12a)는 편심축(12)의 회전에 의해 챔버(1) 저부의 오일을 원심펌프 작용에 의해 빨아 올려가 유체기계(80)의 구성요소인 슬라이딩 베어링(8)(10), 부시(11) 부재에 공급한다. 혹은 대한민국 특허공보 제1385호(공고번호 88-550)에 기재된 양유관과 고압에 의한 강제순환 방법과 트로코이드에 의한 급유방법이 많이 사용되어지고 있다.

여기서, 제9도의 각 베어링부에 대한 급유방법에 대하여 간단히 기술하면, 양유관(15)을 통한 오일은 편심축(12)의 원심력에 의하여 급유로(12a)를 통하여 슬라이딩 베어링(8)(10) 및 브러시(11)에 공급되어지고 요동 스크롤(3)을 급유하게 된다.

한편, 압축가스에 의하여 유체기체(80)의 하부에 설치된 윤활유관(19)를 통하여 외부로 배출되어 제8도의 유압조절밸브(85)를 통하여 오일냉각기(81)로 들어가 냉각된 오일이 오일관(22)을 거쳐 분기된 오일흡입구(22a)(22b)를 통하여 양 스크롤(2)(3)을 냉각 윤활하게 되어 있다.

그러나, 이와같은 윤활방법은 트로코이드 펌프에 의한 강제 윤활방식으로써 편심축으로의 윤활유 공급을 위하여 가공정도가 요구되는 급유공을 가공해야 하는 가공상의 문제점이 있었으며, 또한 각 부재로의 윤활유 공급에 대하여 많은 시간과 비용을 투자해야 하는 문제점이 있다.

또한, 공급된 윤활유가 압축가스와 함께 배출됨으로 인하여 유체기계와는 별도로 외부에 오일 세페레이터 장치를 별도 설치해야 하는 구조적인 모순을 갖고 있었다.

본 발명에서는 상기와 같은 종래 스크롤 유체기계에 이용되고 있는 급유방법의 제반 문제점을 감안하여 저압가스와 윤활유의 공급이 동시에 이루어지도록 하며, 고압실로 연결되는 토출구상에 오일 분리구를 설치하고 고정 스크롤과 블록을 관통하는 윤활유 회수홀을 형성하여 종래 윤활유 방식에서 필수적으로 따르는 편심축내에 형성되는 윤활유로 제거토록 하고, 또한 본 발명은 오일분리구(장치)를 유체기계 내부에 설치함으로써 이로인한 냉동장치의 소형화와 단순화를 가능하게 하는 목적이 있는 것으로 이를 첨부 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도에 있어서 1a는 톱 하우징(Top Housing), 1은 챔버(고압실), 2는 고정 스크롤부재, 3은 요동 스크롤부재이다. 고정 스크롤(2)과 요동 스크롤(3)은 서로 원판상의 경판(經板)과 이것에 직립한 소용돌이 형상의 랩(6)(7)을 구비하고 있으며, 이들 랩(6)(7)들을 안쪽으로 향해 맞물리게 하고 있다. 요동 스크롤(3)에는 그 하측면에 슬라이딩 베어링(8)이 장착되어 있으며, 이 슬라이딩 베어링(8)에는 편심축(12)의 축부의 중심에 대해서 편심되어 있는 크랭크부가 결합되어 있다. 편심축(12)은 블록(4)에 장착되어 있는 슬라이딩 베어링(10)과 오일팬(17)에 장착되어 있는 볼베어링(30)에 의해 지지되고 있다.

편심축(12)은 로타(13)에 의해서 회전되며, 이 편심축(12)의 회전으로 요동 스크롤(3)은 올덤링(9)에 의해 회전운동을 하지만 외관상의 자전운동은 지지된다. 이 운동에 의해 흡입 파이프(21)를 통하여 흡입된 가스는 요동 스크롤(3)과 고정 스크롤(2)의 내부에 마련된 압축실(b)에서 압축되어 토출구(a)에서 고압실(1)로 방출되고, 토출 파이프(20)를 통해 냉동시스템으로 배출된다. 양 스크롤(2)(3) 부재에 의해 갇힌 유체의 압축작용에 의해 요동 스크롤(3), 슬라이드 베어링(8) 및 편심축(12)에 작용하는 하중이 슬라이드 베어링(10) 및 볼 베어링(30)에 미치게 되므로 이들 부재간의 윤활작용이 요망된다.

여기서, 본 발명에 의한 각 베어링(8)(10) 및 올덤링(9)에의 급유구조를 제3도 및 제4-6도에 의하여 설명하면 냉동시스템을 통하여 저온 저압(3kg/㎠)으로 된 가스가 유체기계(80) 저부에 마련된 흡입파이프(21)를 통하여 유체기계내로의 오일저장부로 팽창 토출되어 유체기계의 하부와 오일팬(17)과 하부랩(18)으로 형성되어 있는 오일정장부로 유입됨으로써 오일저장부에는 일정압(3kg/㎠)이 형성된다.

그런데, 앙스크롤(2)(3) 부재를 구성하는 랩(6)(7)의 회전운동에 의한 압축작용시 압축실(b)에는 대기압 보다 낮은 상태의 압력이 형성되므로 압력차에 의해 오일저장부내의 유체(가스와 오일)가 회전하고 있는 오일팬(17)의 구멍(18a)으로 분출하게 되는 것이며(유체이송이 이루어짐), 이때 가스에 함유된 오일에 의하여 편심축(12), 로터(13), 모터 권선부(14; 모터 스테타)를 냉각하게 되고, 이어서 요동 스크롤(3)과 플레이트부재(4a) 사이에 설치되어 있는 흡입구(c)를 통하여 고정 스크롤(3)와 요동 스크롤(3)의 압축부재에 주입되어 양 스크롤(2)(3)의 레이디얼(Radial) 및 트러스트(Thrust) 방향의 습동부에 대하여 윤활작용을 하게 된다. 양 스크롤(2)(3)의 연속적인 압축작용에 의해서 압축된 가스가 오일을 포함하여 토출구(a)를 통하여 토출되어 역류방지 배릅(27)를 거쳐 절곡형성된 오일 분리구(26)의 토출구(a')를 통하여 고압실(1)로 배출된다.

오일 분리구(26)를 나온 고압가스는 톱 하우징(1a)에 충돌하게 되어 오일(oil)과 가스(Gas)가 분리되게 되고 분리된 가스는 중앙의 토출 파이프(20)를 나와 냉동 시스템으로 배출된다.

즉, 제2도에 도시된 본 발명의 냉동 장치 구성도의 냉동장치를 순화하게 되는데 고온고압의 가스가 응축기(83)를 통과하여 저온 고압가스로 되어 팽창밸브(84)와 증발기(82)를 통과하여 저온 저압으로 되어 다시 유체기계(80)의 흡입파이프(21)를 통하여 스크롤 유체계의 오일저장부로 유입된다. 이와같은 동작이 주기적으로 반복 진행되면서 냉동시스템을 가동시키게 되는 것이다.

한편, 톱 하우징(1a)에 부딪혀 분리된 오일은 고정 스크롤(2)과 플레이트(4a) 블록(4)에 관통설치되어 있는 윤활유 회수홀(2a)을 통하여 슬라이딩 베어링(10)(8)은 윤활하게 된다. 즉, 제6도에 도시된, 블록(4)에 장착되는 슬라이딩 베어링(10)에 형성된 윤활나선(10a)를 통하여 슬라이드 베어링(10)을 윤활하게 되고, 제7도에 도시된, 요동 스크롤(3) 하측면에 장착되는 슬라이딩 베어링(8)에 형성된 윤활나선(8a)을 통하여 올덤링(9)과 블럭(4) 및 요동 스크롤(3)의 습동면을 윤활하게 된다. 습동면의 윤활이 끝난 윤활유는 자증에 의해 유체기계 저부의 오일 저장부에 귀환하게 된다. 또한 요동 스크롤(3)가 블록(4)이 접촉되는 블록(4) 상면에는 윤활유 배출홀(4b)이 마련되어 흡입구(c)를 통한 양 스크롤 부재(2)(3)의 흡입가스 유입시이 윤활유 배출홀(4d)을 통하여 윤활유의 순환이 이루어지도록 하고 있다.

이와같이 본 발명은 유체기계의 양 스크롤 부재에 의하여 압축된 가스가 냉동 시스템을 순화한후 유체기계에 귀환되어 재주입된 저압의 흡입가스가 오일 저장부에 유입되면서 가스가 오일을 함유 상승 토출되도록 하되, 유체기계의 고압실내에서 오일과 가스의 분리가 이루어지도록 하여 분리된 오일에 의한 각 부재간의 습동부위의 윤활작용이 이루어지도록 함으로써, 유체기계 외부에 별도로 오일 세퍼레이터(오일 분리구)를 설치하지 않아도 시스템으로 윤활유가 유출되는 양을 줄일 수 있는 효과를 득할 수 있으며, 또한 시스템을 돌고온 저압가스가 흡입파이프를 통하여 오일저장실로 흡입되도록 하는 방식이기 때문에 가스가 오일을 함유케되어 강제적으로 오일을 공급해주는 장치가 필요없으며, 즉 트로코이드 펌프나 다른 오일 공급장치를 생략할수가 있는 것이며, 특히 편심축상에 윤활통로를 가공하지 않아도 되는 잇점이 있는 것이다.

또한, 유체기계 내부에 오일분리구를 설치하게 됨으로써 시스템전체의 크기를 소형화(콤팩트화)할 수 있는 장점이 있는 획기적인 발명인 것이다.

Claims (6)

1. 밀폐된 하우징(16)내에 압축수단으로서의 양 스크롤 부제(2)(3)와 이를 구동시키기 위한 전동기, 편심축(12), 웨이트 밸런스부재(5), 올덤링(9) 및 블록부재(4)와 상기 요동 스크롤부재(3)와 웨이트 밸런스부재(5)에 개재되는 슬라이딩 베어링, 블록(4)에 장착되는 슬라이딩 베어링등의 구성요소들로 이루어지는 스크롤 유체기계에 있어서, 냉동시스템을 거틴 저온저압의 귀환가스가 유체기계의 저부에 설치된 오일저장부로 흡입되면서 오일을 함유, 상승토록함을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 급유장치.
2. 제1항에 있어서, 오일을 함유하는 흡입가스가 오일팬(17)의 구멍(17a)을 통하여 상부로 상승하여 로터(13) 및 모터권선부(14)의 냉각 윤활을 실시하고, 양 스크롤(2)(3)을 윤활토록 하는 스크롤 유체기계의 급유장치.
3. 고정 스크롤(2)에 설치된 토출구(a)에 절곡형의 토출구(a')를 갖는 오일 분리구(26)를 설치하여 압축된 가스가 이 오일분리구(26)에 의해 고압실(1)로 토출되어 유체기계의 내부에서 오일의 분리가 이루어지도록한 스크롤 유체기계의 급유장치.
4. 제1항 및 제3항에 있어서, 요동 스크롤(3)의 하측면에 장착되는 슬라이딩 베어링(8)과 블록(4)에 장착되는 슬라이딩 베어링(10) 및 요동 스크롤(3)과 블록(4) 사이에 장착되는 올덤링(9)등의 습동부를 윤활하기 위한 윤활유회수율(2a)을 고정 스크롤(2)과 블록(4)에 관통설치함을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 급유장치.
5. 제1항 및 제4항에 있어서, 슬라이딩 베어링(8)(10)에 블럭(4)에 형성된 윤활유회수홀(2a)과 연통하는 윤활나선(8a)(10a)를 설치함을 특징으로 하는 스크롤 유체기계의 급유장치.
6. 제1항에 있어서, 요동 스크롤(3)과 블록(4)이 접촉되는 블록(4) 상면에 윤활유 배출홀(4b)을 구성한 스크롤 유체기계의 급유장치.