KR0152846B1 - 스크롤압축기의 축방향누설 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명 스크롤압축기의 축방힝 누설방지장치에 관한 것으로, 종래의 축방향 누설방지장치가 다양한 운전조건에 대해 안정적인 누설방지력을 얻지 못하는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 이와 갈은 본 발명은 스크롤(2,3)의 일측에 헝성된 배압실(13)로 압축실(25,26)의 압력을 유도하기 위한 배압공(24)을 압축된 냉매가스가 토출되기 전과 후에 각각 압축실(25,26)과 연통 및 폐쇄되도록 하는 스크롤(2,3) 상의 위치에 천공하여 구성되며, 따라서 흡입가스압보다는 크고 토출가스압보다는 작은 중간압력이 배압실(13)에 작용하게 되어 어떠한 운전조건에서라도 안정적인 누설방지력을 발생시켜 압축기의 손실발생을 줄이고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

스크롤압축기의 축방향누설 방지장치

제1도는 종래 기술에 의한 일반적인 스크롤 압축기의 구조를 보인 종단면도.

제2도는 종래 기술에 의한 스크롤 압축기의 축방향 누설방지 장치에 의한 축방향 누설 방지를 위한 압력작용을 보인 압력상태도.

제3도의 (a)내지 (h)는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 축방향 누설방지장치에 있어서의 배압공의 위치를 종래와 비교하여 나타내고 선회스크롤의 선회각도에 따라 냉매가스의 흡입과 압축 및 토출과정을 차례로 도시한 횡단면도.

제4도는 스크롤 압축기의 축방향 누설방지효과를 설명하기 위한 도면으로,

(a)는 압축기의 운전조건을 표시하는 그래프이고,

(b)는 (a)의 각각의 운전조건에 따른 PV선도 및 배압공의 개폐구간을 나타낸 그래프이며,

(c)는 (a)의 각각의 운전조건에 따른 축방향 누설방지력을 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 고정스크롤 3 : 선회스크롤

13 : 배압실 24 : 배압공

25,26 : 압축실

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 스크롤 압축기의 축방향 누설을 방지하기 위한 배압구멍의 위치를 압축가스의 토출이전과 이후에 각각 배압구멍이 개방및 폐쇄되도록 형성하여 스크롤 압축기의 전 운전영역에 걸쳐 안정적인 축방향 누설방지력이 발생되는 스크롤 압축기의 축방향 누설 방지장치에 관한 것이다.

제1도에는 종래의 일반적인 스크롤 압축기가 도시되어 있는데, 이에 도시된 바와 같이, 압축기 본체(1) 내측 상부에 위치한 압축기구부와 하부에 위치한 전동기구부로 크게 나누어지는데, 상기 압축기구부는 고정스크롤(2)과, 상기 고정스크롤(2)과 결합되어 압축실을 형성하는 선회스크롤(3)과, 상기 선회스크롤(3)의 하부에 위치하여 상기 고정스크롤(2) 등을 지지하는 메인프레임(4)등을 포함하여 구성된다. 그리고 상기 고정스크롤(2)은 메인 프레임(4)에 리이프 스프링(11)을 게재하여 보울트(12)로 고정되어 축방향으로 어느 정도의 이동이 가능하도록 설치되어 있다.

상기 전동기구부는 회전축(5)의 회전을 발생시키기 위한 고정자(7)와 회전자(6) 및 상기 회전자(6)의 중앙에 압입설치된 회전축(5)으로 구성된다. 상기 회전축(5)의 상단부는 상기 회전스크롤(3)이 결합되어 공전할 수 있도록 편심되어져 있다. 도면중 미설명 부호 8은 회전스크롤의 자전방지기구인 올담링이다.

상기와 같이 구성된 일반적인 스크롤압축기는 흡입관(10)을 통해 흡입된 냉매가스를 선회 스크롤(3)의 공전에 따라 스크롤 양 끝단에서 흡입하여 선회스크롤(3)과 고정스크롤(2)에 의해 형성된 두개의 초승달모양의 압축실(미도시)에서 압축하게 된다. 이때 압축실은 연속적으로 체적이 감소하면서 중심을 향해 이동하게 되고 이에 의해 냉매가스가 압축된다. 그리고 두개의 압축실이 중심에 오게되면 서로 합쳐지고 이때 토출구(15)가 열리면서 압축된 냉매가스의 토출이 시작된다.

그러나 상기와 같은 구성을 가지고 작동을 하는 스크롤압축기의 압축과정에 있어서는 압축실에서의 누설이 발생하게 된다. 이와 같은 누설에는 양 스크롤 랩(2')(3')의 측면에서 접선 방향으로 발생하는 누설과, 양 스크롤랩(2')(3')의 선단에서 축 방향 틈새로 말미암아 인벌루트 곡선을 따라 발생하는 누설이 있다. 일반적으로 후자의 경우가 그 누설라인의 길이가 길기 때문에 더욱 중요하다. 따라서 상기와 같은 축방향의 누설을 방지하기 위해 스크롤의 배면에 배압실을 형성하여 압축실로부터 압축과정의 가스를 유도하여 그 가스의 압력으로 스크롤을 상대 스크롤 쪽으로 밀어 붙여 누설을 방지하는 장치가 있다.

상기와 같은 누설 방지장치에는, 먼저 선회스크롤 배면에 배압실을 형성한 후 선회스크롤의 적절한 위치에 형성된 배압공을 통하여 압축실내에서 압축되고 있는 소정의 중간압력의 냉매가스를 상기 배압실에 유도하여 이 중간압력과 압축실내의 압력의 차이를 적절하게 설계하여 축방향 누설을 억제하는 것과, 제2도에 도시된 바와 같이, 고정스크롤(2)의 배면에 배압실(13)을 형성한 후, 마찬가지로 압축 과정의 중간압력의 냉매가스를 고정스크롤(2)에 형성된 압력공(14)을 통해 배압실(13)로 유도하여 형성된 배압실(13) 가스압력과 압축실에서 압축되어 토출된 가스에 의해 작용하는 가스압력을 동시에 사용하여 고정스크롤(2)을 선회스크롤(3) 쪽으로 밀어붙 여 누설을 방지하는 것이 있다. 이와 같은 구조의 축방향누설 방지장치에 있어서는 배압실(13)에 작용하는 가스압은 배압공(14)이 개방되기 시작할 때의 압축중인 가스 압력과 배압공(14)이 폐쇄되기 시작할 때의 압축중인 가스압력의 평균압력이 되고, 배압공(14)이 개방되어 있는 상태는 압축실과 토출구(15)가 연통되는 시기, 즉 토출개시각도 이전에 끝나게 되어 있다. 이와 같은 내용은 제4도의 (b)에서 알 수 있다.

그러나 상기와 같이 배압실(13)에 작용하는 가스압력만을 사용하여 축방향의 누설을 방지하는 장치에 있어서는 종래의 배압공(14)의 위치를 그대로 두고 토출구(15)에 작용하던 힘만큼 작용되도록 배압실(13)의 작용면적을 넓히게 되면 어느 한 운전조건에서는 기동성에 문제가 없지만 제4도의 (a)에 도시된 바와 같은 다양한 압축기 운전조건 하에서는 제4도의 (c)에 도시된 바와 같이 흡입가스압력의 변화에 따라 축방향 밀봉력이 크게 변동하게 된다. 즉 운전조건에 따라 압축비가 다르므로 제4도의 (b)에 도시된 바와 같이 각각의 운전조건에 따라 다양한 압축현상이 일어나므로 토출개시 이전의 중간 압축 가스압만이 배압실(13)에 작용하는 경우 축방향 누설방지력은 흡입가스압만의 함수가 되어 흡입가스압이 작으면 누설방지력도 작아지고, 흡입가스압이 커지면 누설방지력도 커지게 된다. 따라서 각각의 운전조건에 따라서 누설방지력이 안정적이지 못하게 되는 문제점이 있다.

그리고 배압실(13)의 압력과 토출압을 동시에 사용하여 누설을 방지하는 구조에 있어서 배압공(14)의 위치를 그대로 두고 토출가스압에 의한 압력을 더해주기 위해 단순히 배압실(14)의 면적만을 늘려주게 되면 제4도의 (c)에 도시된 바와 같이 다양한 운전조건에서 매우 크게 변하는 누설방지력을 얻게 된다. 이 경우 누설방지력은

F = (P_B- P_O)A_B- (Pc - Po)Ac

(여기서 P_B는 배압실압력, Po는 흡입가스압력, Pc는 압축실압력, A_B는 배압실면적 Ac는 압축실면적)의 식으로 나타내어진다. 그리고 P_B는 배압공의 직경이 아주 작으므로 압축실 압력에 따라 크게 변하지 않고 개폐 양 끝단의 압축실 압력의 평균이 되므로 단열압축과정(PV^k=CONSTANT)으로 보면 다음식이 유도된다.

PB = Po[(Vo/V₁)^k. (Vo/V₂)^k]/2

여기서 아랫첨자 1은 배압공이 열리는 시점이고, 2는 배압공이 닫히는 시점이다.

따라서 상기한 바와 같은 식에 의해 배압실압력(P_B)는 흡입가스압력의 변화에 따라 크게 변할 수 밖에 없다. 따라서 제4도의 (b)에 도시된 바와 같이 흡입압력에 비해 다양한 토출압력을 가지는 운전조건하에서는 안정된 누설방지력을 기대할 수 없다.

또한 압축실에서의 과도한 과압축이 발생하게 되면, 이와 같은 과압축에 압축실에서의 고압력은 압축실에서의 누설을 증가시켜 압축기 손실을 발생시키고, 또한 압축기의 마모를 증가시켜 압축기의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술에 의한 스크롤압축기의 누설방지장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 어떠한 운전조건하에서도 안정된 누설방지력을 발생하여 누설을 방지하는 스크롤압축기의 축방향 누설방지장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 축방향으로 결합되어 압축실을 형성하는 스크롤압축기의 고정스크롤과 선회스크롤의 일측을 타측으로 가압하도록 흡입되는 가스의 압력이 작용하는 배압실과, 압축실에서 압축되는 가스의 일부를 배압실로 유도할 수 있게 그 선회스크롤의 회전위치에 따라 개폐되는 배압공을 형성하는 구조에서, 상기한 배압공을 상기한 압축실에서 압축되는 가스가 그 압축과정에서 개방되어 있다가 그 토출이 개시된 직후에 폐쇄되는 위치에 형성하여, 상기한 압축실로 흡입되는 가스압과 토출되는 가스압의 평균압력이 배압실에 작용하게 구성하여 되는 스크롤압축기의 축방향 누설방지장치에 의해 달성된다.

상기 배압공은 고정스크롤에 천공되고, 배압실은 고정스크롤의 상면에 형성됨을 특징으로 한다.

상기 배압공은 선회스크롤에 천공되고, 배압실은 선회스크롤의 배면에 형성됨을 특징으로 한다.

상기 배압공의 직경은 압축실의 압력이 배압실로 그대로 유도될 수 있는 직경을 가짐을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 스크롤압축기의 축방향 누설방지장치를 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 종래 기술의 것과 동일한 것은 동일 부호를 부여하여 설명한다.

제3도의 (a) 내지 (h)는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 축방향 누설방지장치에 있어서의 배압공의 위치를 종래와 비교하여 나타내고 선회스크롤의 선회각도에 따라 냉매가스의 흡입과 압축 및 토출과정을 차례로 도시한 횡단면도로서, (a)는 냉매가스의 흡입이 완료된 상태를, (b) 내지 (e)는 흡입된 냉매가스가 압축되는 과정을, 그리고 (f) 내지 (h)는 압축된 냉매가스가 토출되는 상태를 보여준다. 이 도면에 있어서 냉매가스의 흡입과 압축 및 토출과정이 각각 도시되어 있으나, 실제에 있어서는 그러한 각 과정들이 연쇄적으로 이어져 행해지는 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 스크롤압축기의 축방향 누설방지장치에 있어서는, 스크롤압축기를 구성하는 두 개의 스크롤(2,3)중 고정스크롤(2)에 형성되어 그 배면에 형성되는 제2도에 도시된 바와 같은 배압실(13)로 통하는 배압공(24)을 종래의 배압공(14)과 다른 위치에 형성하여 된다. 배압공(24)은 선회스크롤(3)의 선회각도에 따라 그 스크롤 랩(도면에서 빗금부분)에 의해 개폐되는데, 본 발명에서의 그 배압공(24)은 제3도의 (a) 내지 (h)에서 보는 바와 같이 압축실(25,26)에서 압축되는 냉매 가스(27)가 토출되는 과정(제3도의 (f) 내지 (h))의 중간상태, 즉 토출직후에 제3도의 (g)에 나타난 바와 같이 선회스크롤(3)의 스크롤 랩에 의해 잠시 폐쇄되고, 그 전과 후의 상태에서는 개방되어 있도록 하는 위치에 형성되는 것이다.

참고로, 상기와 같은 본 발명의 배압공(24)에 대하여, 종래의 배압공(14) 위치는 흡입된 냉매가스(27)가 압축되는 과정의 중간상태(제3도의 (d)의 상태)에서 잠시 폐쇄되고 냉매가스(27)의 토출과정에서는 개방되는 위치에 형성된 것이다.

도면중 미설명된 부호 27은 토출구이다.

상기한 배압실(13)과 배압공(2B)은 제3도 및 다른 도면에서 고정스크롤(2)에 형성된 예를 보여주고 있으나, 이와는 반대로 상대측 선회스크롤(3)에 형성될 수도 있다. 즉, 상기 배압실(13)을 선회스크롤(3)의 배면에 형성하고, 배압공(24)을 압축실(25,26)과 상기 선회스크롤(3)의 배면에 형성된 배압실(13)이 상호 연통 혹은 차단되도록 선회스크롤(3)에 형성할 수 있는 것이다.

상기 배압공(24)의 직경은 일반적으로 배압실(13)의 체적에 비해 충분히 작게 형성하여 내압실(13) 가스압이 압축실(25,26) 압력에 따라 크게 변하지 않게 하고 다만 배압공(24) 개폐되는데 따라서 압축실(25,26)로 흡입되는 가스압과 그 압축실(25,26)에서 압축된 후 토출되는 가스압의 대략 평균값이 유지될 수 있게 한다.

또한 상기 배압공(24)의 직경을 충분히 크게 함으로써 압축실(25,26)의 압력이 배압실(13)로 그대로 유도되도록 하여 압축실(25,26)의 압력이 낮을 때는 배압실(13)의 압력도 낮아지게 하고 압축실(25,26)의 압력이 높을때에는 배압실(13)의 압력도 높아지게 하여 한 사이클 중에도 더욱 안정된 누설방지력을 얻을 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 축방향 누설방지장치의 작용효과는 다음과 같다.

고정스크롤(2)과 선회스크롤(3)에 의해 형성된 압축실(25,26)에서 상기 선회스크롤(3)의 공전에 의해 냉매가스의 압축이 수행되면, 이때 발생되는 누설을 방지하기 위해 배압공(24)의 개폐가 각각 압축실(25,26)에서 압축된 냉매가스의 토출시작을 기준으로 그 이전과 이후에 일어나게 된다. 따라서 배압실(13)에 작용하는 가스압력은 흡입가스압력과 토출가스압력의 대략 평균값을 유기하게 되고, 흡입가스의 압력 상태와 토출가스의 압력 상태가 다양한 여러가지 경우의 운전 조건하에서도 각각의 운전조건에 맞는 안정된 누설방지력으로 작용하게 되어 스크롤압축기의 축방향누설 방지 작용이 보다 안정적으로 이루어지게 된다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 스크롤압축기의 누설방지장치에 의하면, 제4도의 (c)에 도시된 바와 같이, 다양한 운전조건하에서도 안정적인 누설방지력을 얻을 수 있고, 과도한 압축이 되어질 때에도 토출가스압의 증가에 따라 누설방지력이 함께 증가되므로 압축기의 손실과 마모증가를 방지하여 압축기의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 축방향으로 결합되어 압축실을 형성하는 스크롤압축기의 고정스크롤과 선회스크롤의 일측을 타측으로 가압하도록 흡입되는 가스의 압력이 작용하는 배압실과, 압축실에서 압축되는 가스의 일부를 배압실로 유도할 수 있게 그 선회스크롤의 회전위치에 따라 개폐되는 배압공을 형성하여 되는 스크롤압축기의 축방향 누설방지장치에 있어서, 상기한 배압공이 상기한 압축실에서 압축되는 가스가 그 압축과정에서 개방되어 있다가 그 토출이 개시된 직후에 폐쇄되는 위치에 형성되어, 상기한 압축실로 흡입되는 가스압과 토출되는 가스압의 평균압력이 배압실에 작용하게 된 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 축방향 누설방지장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 배압공은 고정스크롤에 천공되고, 배압실은 고정스크롤의 상면에 형성됨을 특징으로 하는 스크롤압축기의 축방향 누설방지장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 배압공은 선회스크롤에 천공되고, 배압실은 선회스크롤의 배면에 형성됨을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 축방향 누설방지장치.