KR100304808B1 - 스크롤압축기의과열방지장치 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 냉매 압축과정에서 발생된 열이 압축기의 기구부에 미치는 영향을 최소화하기 위한 스크롤 압축기의 과열 방지장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 토출실 내부의 냉매 온도 고저에 따라 개폐되도록 토출파이프의 선단에 설치된 써멀 밸브와, 고압부를 이루는 토출실과 저압부를 이루는 전동기구부측을 개폐하도록 상부격막의 적소에 설치되어 써멀밸브의 개폐에 따른 토출실 내부의 압력에 따라 개폐되는 차압밸브와, 고정자의 적소에 설치되어 차압밸브의 개방에 따라 고온의 냉매가 유입되면 고정자에 인가되는 전원을 차단하여 운전을 정지시키는 과부하보호장치를 포함하며,

이에 따라, 압축기 내에 비정상적인 온도 상승 발생시 압축기의 운전을 신속히 정지시켜 오일이 탄화하거나 압축기구부가 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 간단한 방법으로 설치할 수 있어 생산성이 향상되는 이점이 있다.

Description

스크롤 압축기의 과열 방지장치{The overheating protection device in scroll compressor}

본 발명은 고정스크롤과 선회스크롤 간 선회작용에 의해 냉매를 압축하는 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매 압축과정에서 발생된 열의 압축기 기구부에 미치는 영향을 최소화하기 위한 과열 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로, 스크롤 압축기는 고정스크롤 및 선회스크롤 사이에 형성되는 인벌류트 곡선 랩의 압축챔버 내에 냉매를 개재시켜 축에 의한 회전력을 이용, 냉매를 압축하는 기기로서, 다른 종류의 압축기들에 비해 넓은 용량의 범위에서 우수한 동적 성능을 갖고 있어 주로 공조기 및 냉동기 등에 사용됨은 주지된 사실이다.

이러한 스크롤 압축기를 도 1 에 제시된 장치를 예로 하여 설명한다.

스크롤 압축기의 전체적인 구성은 도 1과 같이 상부격막(1)을 통해 구분된 상,하부 쉘(2)(2a), 회전자(3) 및 고정자(4)로 된 전동기구부, 전동기구부에 연동하는 선회스크롤(6) 및 고정스크롤(7)로 이루어지는 압축기구부, 전동기구부로부터 발생된 회전력을 압축기구부로 전달하는 주축(5)으로 되어 있다.

이때, 상부격막(1)을 중심으로 윗쪽은 토출실(8), 아래쪽은 흡입실(9)로 이루어지며, 흡입실(9)과 토출실(8)을 구분하는 상부격막(1)과 고정스크롤(7) 사이에 설치된 첵밸브(10)를 통해 압축기구부에서 압축된 냉매를 토출실(8)로 보내도록 되어 있다.

따라서, 압축기 쉘(2)(2a) 내부의 압력 분포는, 흡입파이프(11)를 통해 냉매를 유입하는 흡입실(9)은 저압측이 되고, 압축기구부를 거쳐서 유입되는 상부 쉘(2)의 토출실(8)은 상대적으로 고압측을 형성한다.

흡입파이프(11)를 통해 유입되는 냉매는 고정스크롤(7)과 선회스크롤(6)에 형성된 인벌류트 곡선 랩(Wrap)의 압축챔버 안으로 흡입되어지고, 전동기구부의 회전자(3)가 회전하여 주축(5)을 회전시키면 상부프레임(12)과 구동부시(13) 위에 있는 올담링(14)이 선회스크롤(6)과 한방향 키이홈으로 연결되어 주축(5)의 회전운동을 선회스크롤(6)의 선회운동으로 바꾸게 된다.

선회스크롤(6)의 선회 각도에 따르는 냉매 압축과정은 도 2와 같다. 여기서 A는 선회방향이고, S1은 선회운동중심=주축중심=고정스크롤중심이다.

선회스크롤 랩이 0°에서 고정스크롤의 바깥쪽 랩과 떨어져 흡입유로를 형성할 때 이를 통해 유입된 냉매가 선회각도에 따라 두 스크롤 랩이 형성한 두 개의 반달형 압축챔버를 스크롤 중앙으로 모아가며 압축을 진행한다.

결국 중앙으로 모아진 압축챔버는 고정스크롤(7) 배면에 있는 토출포트(15)에서 열리게 되며, 이를 통해 토출된 압축 냉매가 고정스크롤(7)에 장착된 밸브하우징(16)을 통해 밸브부재(17)를 위로 밀어 올려 상부격막(1)과 상부 쉘(2)로 이루어진 토출실(8)내로 토출되고, 토출파이프(18)를 통해 압축된 냉매를 냉동·공조 사이클 등으로 보내게 된다.

여기서, 흡입실과 토출실에 압차가 발생됨은 자명하나 그 차이가 설정 압력 이상 커지게 되면 압축기는 상당한 부하를 받게 되며, 이로 인해 압축되는 냉매의 온도가 상승된다.

이러한 열에 의해 고정스크롤과 선회스크롤 사이의 일부에서 유막이 깨질 경우 고정스크롤과 선회스크롤이 금속접촉을 하면서 운전되어 이 부분에서 고열이 발생되며, 오일이 탄화되고 심하게는 고정스크롤과 선회스크롤이 서로 눌러 붙게 되어 압축기의 작동 불능 상태를 초래하게 된다.

이를 해결하기 위해 미국특허 5,707,210에서는 도 3과 같이 고정스크롤(7)의 토출포트(15)에 써멀밸브(Thermal valve)(19)를 설치하고, 고정자(4)에 장착된 과부하보호장치인 OLP(Over Load Protection)(20)와 써멀밸브(19)의 사이에는 가스파이프(21)를 연결하는 방안을 제안하였다.

즉, 토출 냉매의 온도가 설정 온도 이상으로 올라가면 써멀밸브(19)가 열리게 되며, 이에 따라 고온의 토출 냉매가 가스파이프(21)를 거쳐 OLP(20)로 유입되어 이 OLP(20)가 전동기구부에 인가되는 전원을 차단, 압축기를 정지시키는 것이다.

또한, 상부격막(1)의 일측에는 차압밸브를 설치하여 OLP(20)와 연통되도록 하였다.

이 차압밸브는 토출실(8) 내의 냉매 압이 설정치 이상이 되면 개방되어 고압의 냉매를 OLP(20)에 유입시킴으로써 전술한 써멀밸브(19)의 역할과 동일한 역할을 수행하도록 한 것이다.

그러나, 이와 같이 써벌 밸브를 토출포트에 설치함에 있어서, 이 방법은 고정스크롤 배면 및 토출포트에 매우 정밀하고 복잡한 가공을 요하므로 생산성이 저하되는 문제점이 내재되어 있다.

따라서, 토출 냉매의 열로 인한 압축기의 기구부 손상을 방지하면서도 종래의 것과 동등 이상의 효과를 창출할 수 있는 구조가 바람직하다.

따라서, 본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 토출실의 냉매가 과열되어 압축기의 기구부가 손상되는 것을 방지하기 장치를 토출파이프의 선단에 써멀밸브를 설치하고, 상부격막에 차압밸브를 설치함으로써, 과열방지장치의 설치하는 구조가 간단하고, 이에 따라 압축기의 생산성을 향상시키도록 한 압축기의 과열 방지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

다른 견지로는, 압축기 내에서 과열을 방지하기 위한 구조를 간단히 하여 생산성을 향상시키는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 스크롤 압축기의 종단면도이고,

도 2는 일반적인 스크롤 압축기의 냉매 압축 진행도이고,

도 3은 종래 스크롤 압축기의 과열 방지장치 예시도이고,

도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 과열 방지장치 구성도이고,

도 5는 본 발명에 따른 써멀밸브 상세도로서,

도 5a는 밸브가 개방된 상태이고,

도 5b는 밸브가 폐쇄된 상태이고,

도 6은 본 발명에 의한 차압밸브 상세도로서,

도 6a는 밸브가 폐쇄된 상태이고,

도 6b는 밸브가 개방된 상태이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 상부격막 2, 2a : 상, 하부 쉘

3 : 회전자 4 : 고정자

5 : 주축 6 : 선회스크롤

7 : 고정스크롤 8 : 토출실

11 : 흡입파이프 18 : 토출파이프

20 : 과부하보호장치(OLP) 21 : 가스파이프

101 : 써멀밸브(Thermal Valve) 101a : 냉매 토출구

101b : 바이메탈 다이아프램 102 : 차압밸브

102a : 밸브부재 102b : 스프링

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 과열 방지장치는, 고정자 및 회전자로 이루어진 전동기구부, 냉매를 흡입하는 흡입파이프, 상기 흡입파이프를 통해 유입된 냉매를 압축하는 고정스크롤 및 선회스크롤, 상기 고정스크롤을 지지함과 아울러 흡입실과 토출실을 구획하는 상부격막, 상기 토출실 내의 냉매를 외부로 토출하는 토출파이프를 포함한 스크롤 압축기에 있어서: 상기 토출실 내부의 냉매 온도 고저에 따라 개폐되도록 상기 토출파이프의 선단에 설치된 토출 제어수단; 고압부를 이루는 상기 토출실과 저압부를 이루는 상기 전동기구부측을 개폐하도록 상기 상부격막의 적소에 설치되어 상기 토출실과 상기 흡입실의 압력차에 따라 개폐되는 선택 토출수단; 및 상기 흡입실의 적소에 설치되어 상기 선택 토출수단의 개방에 따라 냉매가 유입되면 상기 전동기구부에 인가되는 전원을 차단하여 운전을 정지시키는 운전 정지수단와, 상기 선택 토출수단과 상기 운전 정지수단의 사이에는 토출실의 과열된 냉매를 상기 운전 정지수단으로 이송하기 위한 가스파이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 토출 제어수단은 냉매의 온도에 따라 반응하는 써멀밸브(Thermal Valve)인 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 써멀밸브는 상기 토출파이프의 입구부를 개폐하는 밸브부재로 구성된 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 밸브부재는 열팽창률이 다른 2개 이상의 재질로 구성된 바이메탈 다이아프램으로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 선택 토출수단은 상기 토출실과 상기 흡입실의 압력차에따라 반응하는 차압밸브인 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 차압밸브는 상기 토출실과 상기 흡입실의 압력차에 따라 냉매 유입부를 개폐하는 밸브부재와, 상기 밸브부재를 탄력적으로 지지하는 탄성부재로 구성된 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 밸브부재는 냉매 유입구의 경보다 큰 경을 갖는 구(球) 형상으로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 선택 토출수단과 상기 운전 정지수단의 사이에는 냉매의 이송 통로를 이루는 가스파이프가 설치된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 압축기 내에서의 냉매 과열시 신속하게 압축기의 운전을 정지시킬 수 있다.

그 결과, 고정스크롤과 선회스크롤 사이의 윤활막 열화가 방지되어 서로간의 금속접촉을 방지할 수 있으며, 오일이 탄화하거나 고정스크롤과 선회스크롤이 서로 눌러 붙는 현상을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 과열 방지장치를 구성함에 있어 기존에 설치된 차압밸브를 이용함으로써 설치가 간단하여 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 과열 방지장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

또한, 본 발명의 기술은 공조기 또는 냉동기 등에 적용되는 다양한 스크롤 압축기 제품에 적용할 수 있다.

따라서, 설명에 사용되는 도는 특정한 스크롤 압축기 제품이 아니고 일반적인 스크롤 압축기에 착안한 도면이다.

또한, 설명에 사용되는 도면에 있어서, 도 1 및 도 3과 같은 구성성분에 관해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 과열 방지장치의 설명에 제공되는 실시예를 나타내는 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 써멀밸브 상세도로서, 도 5a는 밸브가 개방된 상태이고, 도 5b는 밸브가 폐쇄된 상태이고, 도 6은 본 발명에 따른 차압밸브 상세도로서, 도 6a는 밸브가 폐쇄된 상태이고, 도 6b는 밸브가 개방된 상태를 도시한 것이다.

본 실시 예에 따른 스크롤 압축기의 과열 방지장치는 압축기 내의 냉매 온도가 과열될 시 압축기의 운전을 정지시켜 기구부의 열화를 방지하기 위한 것으로, 도 4와 같이 토출실(8) 내부의 냉매 온도가 정상 상태이면 개방되고 설정온도보다 높으면 폐쇄되도록 토출파이프(18)의 선단에 설치된 토출 제어수단 즉, 써멀밸브(101)와, 써멀밸브(101)가 폐쇄됨에 따른 토출실(8)의 압력 상승에 의해 고압부인 토출실(8) 내의 과열 냉매를 저압부인 전동기구부측으로 토출시키도록 상부격막(1)의 임의의 위치에 설치되는 선택 토출수단 즉, 차압밸브(102)와, 차압밸브(102)가 개방되어 과열 냉매가 유입되면 전동기구부에 인가되는 전원을 차단하여압축기의 운전을 정지시키도록 고정자(4)에 장착되는 운전 정지수단 즉, 과부하보호장치(20)로 구성된다.

이때, 써멀밸브(101)는 냉매의 토출을 제어하는 수단으로서, 도 5와 같이 냉매를 토출시키기 위한 냉매 토출구(101a)와, 2종 이상의 열팽창률이 다른 재질로 구성되어 토출파이프(18)의 입구부를 개폐하는 바이메탈 다이아프램(101b)으로 된 밸브부재로 구성된다.

또한, 차압밸브(102)는 써멀밸브(101)의 개폐에 따라 냉매를 선택적으로 토출하는 수단으로서, 종래 구조의 차압밸브를 동일 목적으로 사용한 것이며, 그 구조는 도 6과 같이 냉매 유입구의 경보다 큰 경을 갖는 구(球) 형상의 밸브부재(102a)와, 밸브부재(102a)를 탄력적으로 지지하는 스프링(102b)으로 구성된다.

또한, 과부하보호장치(20)는 차압밸브(102)의 개방에 따른 과열 냉매의 유입에 의해 작동되어 압축기의 운전을 정지하는 수단으로서, 역시 종래 구조의 OLP(Over Load Protection)를 동일 목적으로 사용한 것이다.

여기서, 차압밸브(102)를 통해 토출되는 과열 냉매를 과부하보호장치(20)로 원활히 이송하기 위해 차압밸브(102)와 과부하보호장치(20)의 사이에 가스파이프(21)를 구비함이 바람직하다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 과열 방지장치는 다음과 같은 동작을 한다.

먼저, 일반적인 냉매의 흡입·압축·토출 과정은 종래와 동일하게 진행된다.

이때, 토출실(8)로 토출된 압축 냉매의 온도가 정상인 경우에는 일반적인 냉매의 토출 과정과 동일하게 냉동 또는 공조 사이클로 토출된다. 즉, 토출파이프(18) 선단의 써멀밸브(101)는 개방된 상태를 유지하여 냉매의 토출에 간섭하지 않으며, 차압밸브(102)는 토출실(8)의 압력이 써멀밸브(101)가 개방됨에 따라 정상상태를 유지하고 있으므로 폐쇄된 상태를 유지하게 된다.

이러한 상태에서 만일 압축 냉매의 온도가 설정 온도 이상의 과열 상태인 경우에는 토출파이프(18) 선단의 써멀밸브(101)가 냉매의 온도에 반응하여 바이메탈 다이아프램(101b)이 토출파이프(18)의 입구부를 폐쇄하는 방향으로 휘어짐에 따라 토출파이프(18)가 폐쇄되며, 토출파이프(18)가 폐쇄됨에 따라 토출실(8) 내의 압력이 급격히 상승하여 일정 압력 이상, 예컨대 차압밸브(102)의 스프링(102b) 탄성력과 흡입압을 더한 수치 이상이 되면 차압밸브(102)의 구 형상의 밸브부재(102a)가 냉매 유입구로부터 이격·개방되어 과열된 냉매가 저압측을 이루는 전동기구부측으로 토출된다.

상기 토출된 과열 냉매는 가스파이프(21)를 따라 과부하보호장치(20)에 이르게 되며, 과부하보호장치(20)를 가열하여 과부하보호장치(20)를 구동시키게 된다. 즉, 과부하보호장치(20)는 전동기구부에 인가되는 전원을 차단하게 되어 압축기의 운전을 정지시키는 것이다.

이에 따라, 압축기 내에서 과열 냉매가 발생될 경우 신속히 압축기를 차단하게 되어 이러한 열에 의한 오일의 탄화 및 압축기구부의 손상을 방지할 수 있게 된다.

한편, 비교 예로서 종래의 기술, 즉 다시 말해서 고정스크롤의 토출포트에 매우 정밀하고 복잡한 가공방법을 사용하여 과부하보호장치로 과열 냉매를 유입시키는 냉매 유로를 구성한 것과 달리, 본 발명은 비교적 간단한 방법, 즉 토출실로 냉매를 먼저 토출시킨 후 토출실 내에서의 냉매 온도 및 압력에 따라 냉매의 토출을 제어하도록 토출파이프의 선단과 상부격막의 적소에 각각 밸브를 설치하는 방법을 사용한 것을 알 수 있다.

이 결과에서, 본 발명에 의하면 과열 방지장치를 설치하지 않은 것과 비교하여 압축기의 성능 향상 및 수명이 연장됨은 자명한 일이지만 고정스크롤의 토출포트를 경유하는 과열 방지장치의 유로 구성과 비교해서도 간단한 설치 방법에 의해 생산성을 크게 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명에 의하면 압축기 내에 비정상적인 온도 상승 발생시 압축기의 운전을 신속히 정지시켜 오일이 탄화하거나 고정스크롤과 선회스크롤이 서로 눌러 붙는 현상을 미연에 방지할 수 있으며, 과열 냉매를 과부하보호장치로 유입시키기 위한 연결 통로를 설치함에 있어 종래 방법에 비해 간단한 방법으로 구성할 수 있으므로 생산성이 향상되는 효과가 있다는 것이다.

Claims (4)

1. 고정자 및 회전자로 이루어진 전동기구부, 냉매를 흡입하는 흡입파이프, 상기 흡입파이프를 통해 유입된 냉매를 압축하는 고정스크롤 및 선회스크롤, 상기 고정스크롤을 지지함과 아울러 흡입실과 토출실을 구획하는 상부격막, 상기 토출실 내의 냉매를 외부로 토출하는 토출파이프를 포함한 스크롤 압축기에 있어서:

   상기 토출실 내부의 냉매 온도 고저에 따라 개폐되도록 상기 토출파이프의 선단에 설치된 토출 제어수단;

   고압부를 이루는 상기 토출실과 저압부를 이루는 상기 전동기구부측을 개폐하도록 상기 상부격막의 적소에 설치되어 상기 토출실과 상기 흡입실의 압력차에 따라 개폐되는 선택 토출수단; 및

   상기 흡입실의 적소에 설치되어 상기 선택 토출수단의 개방에 따라 냉매가 유입되면 상기 전동기구부에 인가되는 전원을 차단하여 운전을 정지시키는 운전 정지수단와,

   상기 선택 토출수단과 상기 운전 정지수단의 사이에는 토출실의 과열된 냉매를 상기 운전 정지수단으로 이송하기 위한 가스파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 과열 방지 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 토출 제어수단은 냉매의 온도에 따라 반응하는 써멀밸브(Thermal Valve)인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 과열 방지장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 써멀밸브는 상기 토출파이프의 입구부를 개폐하는 밸브부재로 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 과열 방지장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 밸브부재는 열팽창률이 다른 2개 이상의 재질로 구성된 바이메탈 다이아프램으로 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 과열 방지장치.