KR100291990B1 - 스크롤압축기의역회전방지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 역회전 방지구조에 관한 것으로, 특히 운전시 흡입압력과 토출압력의 비가 특정한 값 이상이 되면 역회전 방지기구 주위에 발생한 불규칙한 압력분포로 인한 이상거동으로 이 기구부의 하우징과 상부격막부를 타격함으로 생기는 이상소음을 해결하고 운전정지시 이 기구부의 밸브가 신속히 토출구를 폐쇄하여 가스 역류에 의한 역회전 방지효과를 높일 수 있도록 하는데 목적이 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 고정스크롤 상단부의 토출구에 위치하는 하우징과, 상기 하우징 내에 삽입된 형태로 위치하는 피스톤형태의 첵밸브, 그리고 상기 하우징을 지지하며 첵밸브의 상승시 토출유로를 확보하는 작용을 하는 하우징 지지링을 구비하였다.

Description

스크롤 압축기의 역회전 방지 구조{Check Valve in Scroll compressor}

본 발명은 스크롤압축기에 관한 것으로서, 특히 압축기에서 운전 정지시 토출실과 압축실내의 압력차이로 생긴 가스역류에 의해 스크롤 및 로터가 역회전하는 것을 방지하기 위한 역회전 방지구조에 관한 것이다.

스크롤압축기는 공조기 및 냉동기 등에 사용되는 압축기의 한 형태로 도 1을 참조하여 그 구성을 살펴보면 냉매가스가 유입되는 흡입파이프(11)와, 고정자(4)와의 전자기적 작용에 의해 회전하는 회전자(5)와, 상기 회전자(5)와 일체로 결합된 샤프트(6)와, 상기 샤프트(6)의 상하단을 지지하는 상부프레임(2) 및 하부프레임(3)과, 압축기 상단에서 압축실을 형성하도록 선회스크롤(7)과 맞물려서 구성된 고정스크롤(8)과, 상기 압축실에서 압축된 가스를 토출포트(12) 및토출실(17)을 거쳐 외부로 배출하는 토출파이프(15)와, 상기 토출실(17)을 형성하는 상부쉘(1)로 구성된다.

도면중 미설명 부호 16은 오일펌프, O는 오일을 나타낸다.

이와 같이 구성되는 스크롤 압축기의 작동원리를 설명하면 다음과 같다.

흡입파이프(11)를 통해 유입된 냉매는 고정스크롤(8)과 선회스크롤(7)의 랩으로 형성된 압축챔버내로 흡입되어지고, 모터부의 회전자(5)가 회전하여 샤프트(6)를 회전시키면, 상부프레임(2)과 구동부시(10)위에 있는 올담링(9)이 선회스크롤(7)과 한방량 키이홈으로 연결되어 샤프트(6)의 회전운동을 선회스크롤(7)의 선회운동으로 바꾼다.

도 2에서는 선회스크롤의 선회각도에 따른 냉매압축과정을 나타낸 것으로 선회스크롤랩(7)이 0°에서 고정스크롤(8) 바깥쪽 랩과 떨어져 흡입유로를 형성할 때, 이를 통해 유입된 냉매가 선회각도에 따라 두 스크롤랩이 형성한 두 개의 반달형 압축챔버를 스크롤중앙으로 모아가며 압축을 진행한다. 결국 중앙으로 모아진 압축챔버는 고정스크롤(8) 배면에 있는 토출포트(12)에서 열리게 되고, 압축냉매 가스를 이를 통해 상부격막(13) 위에 고정된 책밸브하우징(14')을 통해 첵밸브(14)위로 밀어올려 상부격막(13)과 상부셀(1)로 이루어진 토출실(17)내로 토출하게 되고, 토출파이프(15)를 통해 가스를 콘덴서로 보내게 된다.

여기서 토출포트(12)를 나온 고압가스는 고저압분리를 위해 서리한 상부격막(13)을 통해 고정되어 있지 않은 첵밸브(14)를 부상시켜 상부격막 토출구를 개시하면서 나오게 되는데, 냉매가스가 토출되는 동안 첵밸브(14)는 첵밸브하우징(14') 상단부에 면접촉을 유지하여 가스토출흐름이 원활하도록 하며, 만일 압축기 운전정지시에는 고압가스 토출중단으로 첵밸브하우징(14') 상단부에 부상해 있던 첵밸브(14)가 신속히 상부격막 토출구를 폐쇄하고, 밀폐용기안의 고압가스가 스크롤압축챔버내로 역류하여 주축 및 스크롤의 역회전을 방지하게 된다.

종래의 첵밸브는 도 3에서와 가이 주로 얇은 판형으로 제작되어 상부격막(13)위에 설치되어 있으며, 실제 압축기 운전시에는 토출파이프(15)를 나가는 순간의 압력이 상부격막(13)과 밀폐용기(1) 사이의 공간에 형성되는데, 실제로 고정스크롤 배면에 있는 토출구를 지나는 순간의 가스압력은 밀폐용기내 압력(Pd)보다 높은 압력(Pdc)가 토출되므로, 첵밸브(14) 상단면보다 하단면의 압력이 높아 첵밸브가 부상하여 도 4의 (가)와 같이 밸브 하우징(14') 상단면에 붙게 된다.

그러나, 실제 압축기 운전시 흡입압력이 낮아지면, 즉, 압력비(토출압력/흡입압력)가 높아지면 도 4의 (다)에 나타낸 P-V선도에서 토출시작시의 압력은 Pd보다 작게되고 이때 밸브는 (나)에 나타낸 A와 같이 하우징 윗면에서 떨어져 내려오다가 오버셧(overshot) 되는 지점에서 B와 같이 다시 밸브가 부상하게 되어 하우징 상단부 및 측면 내벽을 가격하게 된다. 이러한 일련의 연속적인 사이클에 따라 밸브(14)의 심한 상하방향의 거동이 발생하게 되고, 금속부재의 가격에 의한 소음이 유발되는 문제점이 있었다.

특히 종래 밸브의 형상이 얇은 판형으로 축방향 단면적이 넓어 약간의 불균일한 압력차에 의해서도 쉽게 요동을 치게 되고, 토출구를 나온 토출가스가 밸브의무게중심에 정확히 분사하여 부상시키기 어렵고 밸브전면에 걸쳐 균등한 면압분포를 형성하기가 어려워 밸브하우징 상단면과 평행상태를 유지하기 어려우므로 하우징 측면과의 접촉으로 발생되는 소음 또한 문제가 된다. 이는 흡입압력이 낮고 토출압력이 높아질수록 더욱 심해진다. 그리고 압축기 정지시 신속히 첵밸브가 내려와 토출구를 단속하지 못해 발생하는 가스역류로 인해 역회전에 의한 소음이 발생하고 있다.

종래의 스크롤 압축기에서 주로 경량의 얇고 면이 넓은 판형태로 가공되어 있으므로 밸브의 거동자체가 고정스크롤 배면이나 하우징 상단면과 평행을 유지하며 상하운동을 하기가 불가능하기 때문에 첵밸브가 하우징내에서 기울어져 운동하여 소음과 역회전방지에 불리하였다.

또한 압축기의 양산시 용량별로 모델전개를 할 때 각 모델에 대해 판형 첵밸브의 작동경향이 상당히 달라 모델별로 별도의 첵밸브를 장착해야 하는 등 생산성에도 문제가 발생하고 있다.

본 발명은 상기한 바와 가은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 고정스크롤 상단부의 토출구에 위치하는 하우징과, 상기 하우징 내에 삽입된 상태로 위치하는 피스톤형태의 첵밸브, 그리고 상기 하우징을 지지하며 첵밸브의 상승시 토출유로를 확보하는 작용을 하는 하우징 지지링을 구비함으로써, 불규칙한 압력분포로 인해 발생되는 이상소음을 해결하고 운전정지시 첵밸브가 신속히토출구를 폐쇄하여 역회전 방지효과를 높이는데 목적이 있다.

도 1 은 종래 스크롤 압축기의 내부 구성도.

도 2 는 스크롤에 의한 가스압축과정을 나타낸 도면.

도 3 은 종래 첵밸브의 구성 상세도.

도 4 는 종래 첵밸브의 소음발생원리를 나타낸 것으로서,

(가)는 첵밸브 상승시 상태도.

(나)는 첵밸브에 의한 소음 발생시 상태도.

(다)는 흡입압력변화에 따른 토출압력분포를 나타낸 P-V선도.

도 5 는 본 발명의 첵밸브 구조를 나타낸 것으로서,

(가)는 각 부품의 분리 구조도.

(나)는 구성 단면도.

(다)는 첵밸브의 고정스크롤 장착시 사시도,

도 6 는 본 발명의 제1실시예도.

도 7 은 본 발명의 제2실시예도.

도 8 은 본 발명의 제3실시예도.

도 9 는 본 발명의 제4실시예도.

도 10 은 본 발명의 제5실시예도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100 : 토출구

101,111,121,131,141,151; 첵밸브

102,112,122,132,142,152; 하우징

102'; 홀 102"; 스토퍼

104; 고정스크롤

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 구성은 도 5에 나타낸 바와 같이, 종래의 하우징역할을 대신한 실린더형 하우징(102)과, 상기 하우징(102) 내에 삽입된 형태로 위치하는 피스톤형태의 첵밸브(101), 그리고 실린더형 하우징(102)을 지지하며 첵밸브(101)의 상승시 토출유로를 확보하는 작용을 하는 지지링(103)으로 구성된다.

본 발명은 고정스크롤(104) 배면에 지지링(103)을 고정하고, 그위에 실린더형 하우징(102)을 올려놓고 고정시킨다. 이때 생산성의 향상을 위해서 실린더 지지링과 실린더형 하우징을 일체형으로 가공하여 직접 고정스크롤 배면에 고정시킬 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 이하에서 살펴본다.

고정스크롤과 선회스크롤의 랩으로 구성된 압축챔버내에서 압축된 가스를 고정스크롤 배면에 있는 토출구(100)를 통해 선단에 놓여 있는 피스톤형 첵밸브(101)를 부상시키며 토출이 시작된다. 이때 부상된 첵밸브(101)는 실린더형 하우징(102)의 내측벽을 따라 운동을 하며 행정을 시작하여 압축기 운전이 계속 진행됨에 따라 실린더형 하우징의 스토퍼부(102")에 면접촉을 유지하며 부상해 있게 된다. 운전중 밸브(101)가 계속 부상해 있으므로 압축가스는 지지링(103)의 높이만큼의 가스유로를 통해 방출되고 있다.

그리고, 압축기 운전을 정지했을 때 상부 밀폐용기에 채워져 있던 토출가스가 실린더형 하우징(102)의 상단부 구멍(102')을 통해 첵밸브(101)의 상단면에 힘을 가하게 되고, 이로 인해 신속하게 토출구(100)를 폐쇄하여 토출가스의 역류를 막을 수 있는 것이다.

도 6은 본 발명의 제1실시예로 첵밸브(111)가 반대로 밸브하우징(112)의 외측에 씌워지는 형태로 형성되고, 상기 밸브 하우징(112)의 측벽에는 복수개의 토출유로(113)가 형성되었으며, 밸브하우징(112)의 외측벽 상단과 첵밸브(111)의 내측벽 하단에는 각각 첵밸브의 상승을 제한하기 위한 돌기(114) 및 스토퍼(115)가 형성되었다. 즉 냉매는 첵밸브(111)가 상승하였을 때 토출유로(113)를 통해 토출실로 흘러간다.

도 7은 본 발명의 제2실시예로 첵밸브(121)의 하단에 밸브하우징(122) 내경보다 큰 직경의 걸림턱(124)을 형성하여, 첵밸브(121)의 상승을 제한하고 하우징 지지링(123)에 의해 토출유로를 확보하게 된다.

도 8은 본 발명의 제3실시예로서, 밸브하우징(132) 측벽에 복수개의 냉매토출유로(133)를 형성하고, 벨브하우징(132)의 상부를 밀폐시켜 놓은 형태를 나타낸 것이다.

도 9는 본 발명의 제4실시예로서, 밸브하우징(142) 내에서 상하유동하는 첵밸브(141)의 경사부에 복수개의 냉매유로(143)를 형성하였다.

도 10은 본 발명의 제5실시예로서, (가)에 나타낸 밸브하우징(152)과 첵밸브(151)와 지지하우징(153)의 구조는 본 발명의 구성과 동일하나, (나)에서와같이, 상기 밸브하우징(152)을 하부밸브하우징(152')과 첵밸브(151)의 스토퍼역할을 하도록 내경이 적게 형성된 상부밸브하우징(152")으로 분리하여 구성한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 피스톤형태의 첵밸브를 장착하여 하우징내에서 기울어짐없이 상하운동을 하도록 하며, 특히 밸브질량의 증가로 인해 전영역의 운전조건에서도 안정적으로 하우징 상단부에 접촉을 유지할 수 있어 밸브타음을 줄일 수 있게 된다. 그리고 첵밸브 외경과 하우징 내경을 작은 간극을 두고 가공하므로 절대 운전중 밸브의 기울어짐이 없고, 특히 운전정지시 밸브의 질량증가와 기울어짐을 방지했기 때문에 신속한 토출가스역류를 방지하여 가스역류에 의한 역회전 소음을 줄이는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 고정스크롤 상단부의 토출구에 위치하고, 내부에 상단에 스톱퍼가 형성된 밸브하우징과;

   상기 밸브하우징의 내벽과 일정경사를 이루는 슬라이딩부가 형성되고 복수개의 토출유로가 형성되어 상기 밸브하우징에 가이드되는 첵밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 역회전 방지 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 첵밸브는 일정높이로 형성되어 내부에 공간을 이루도록 상단부가 밀폐되고, 그 하단에는 상기 밸브하우징의 하단에 걸림되어 상하유동을 제한하는 스토퍼가 형성됨을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 역회전 방지구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 첵밸브는 상기 밸브하우징의 상단부에 씌워지도록 그 상단이 밀폐된 형태로 형성되고, 상기 밸브하우징의 측벽에는 복수의 토출유로가 형성됨을 특징으로 하는 스크롤압축기의 역회전 방지구조.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 하우징 측벽의 상단에는 상기 첵밸브의 스토퍼 역할을 위한 돌기가 형성되며,

   상기 첵벨브 내벽하단에는 상기 돌기에 걸림되는 스토퍼부가 형성됨을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 역회전 방지 구조.