KR100310526B1 - 스크롤 압축기의 과열 방지장치 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 냉매에 과열 발생시 이로 인한 각 부품의 열화를 방지하기 위한 스크롤 압축기의 과열 방지장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 외관을 이루는 상부쉘 및 하부쉘, 냉매를 압축하는 압축기구부, 상기 압축기구부에 구동력을 제공하는 전동기구부, 상기 전동기구부에 외부 전원을 인가하는 다수의 단자를 갖는 전원 터미널, 상기 압축기구부에서 압축된 냉매가 토출되는 토출실, 상기 토출실 내부의 압축 냉매를 외부로 토출하는 토출파이프를 포함한 스크롤 압축기에 있어서: 상기 토출실 부근의 상부쉘 또는 상기 토출파이프의 적소에 선택적으로 장착되며 일측과 타측에서 제1,2 인가선이 인입된 하우징; 상기 하우징의 내측에 위치되는 상기 상부쉘 또는 상기 토출파이프에 부착되며 가해지는 온도에 따라 자성이 유지 또는 소멸되는 큐리 포인트(Curie point) 특성을 가진 영구자석; 상기 영구자석의 상측에 고정된 탄성부재; 및 상기 탄성부재의 상측에 설치되고 그 양단부 하측은 상기 제1,2 인가선에 대해 접촉되며 상기 영구자석의 자성에 반응하여 상기 제1,2 인가선을 연결 또는 단락시키는 전도체를 포함한다.

따라서, 압축기 내에 비정상적인 온도 상승이 발생하게 되면 이 열을 전달받아 즉각적으로 압축기의 운전을 정지시킴에 따라 시간적인 측면에서 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 이러한 장치를 압축기의 외부에 설치할 수 있어 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

스크롤 압축기의 과열 방지장치{Device preventing over heat in scroll compressor}

본 발명은 고정스크롤과 선회스크롤 간 선회작용에 의해 냉매를 압축하는 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매가 과열되었을 경우 곧바로 압축기의 운전을 정지시켜 각 부품의 열화를 방지하기 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, 고정스크롤(7)의 중앙부에 형성된 토출포트(10)를 통해 압축기구부에서압축된 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(6)의 랩이 0°에서 고정스크롤(7)의 바깥쪽 랩과 떨어져 흡입유로를 형성할 때 이를 통해 냉매가 유입되며, 선회스크롤(6)의 선회작용에 따라 두 스크롤 랩이 형성한 반달형 압축챔버가 스크롤 중앙으로 모아지면서 냉매의 압축이 진행된다.

결국 중앙으로 모아진 압축챔버는 고정스크롤(7) 배면에 있는 토출포트(10)에서 열리게 되어 압축된 냉매가 상부격막(1)과 상부 쉘(2)로 이루어진 토출실(8)내로 토출되고, 토출파이프(15)를 통해 냉동 또는 공조 사이클의 응축기로 보내진다.

여기서, 압축기는 항상 일정 온도하에서 운전되는 것이 아니고, 어떤 특정한조건들, 예컨대 작동 유체의 충전손실, 냉동 시스템의 폐색된 응축기 팬, 저압조건 또는 폐색된 흡입조건 등에 의해 냉매가 과열될 수 있다.

이러한 열에 의해 고정스크롤(7)과 선회스크롤(6) 사이의 일부에서 유막이 깨질 경우 고정스크롤(7)과 선회스크롤(6)이 금속접촉을 하면서 운전되어 이 부분에서 고열이 발생되며, 오일이 탄화되고 심하게는 고정스크롤(7)과 선회스크롤(6)이 서로 눌러 붙게 되어 압축기의 작동 불능 상태를 초래하게 된다.

이를 해결하기 위해 한국특허 공고번호 97-8003에서는 도 3과 같이 고정스크롤(7)의 토출포트(10) 일측에 온도에 감응하는 써멀밸브(Thermal valve)(16)를 설치하고, 고정자(4)에는 과부하보호장치인 OLP(Over Load Protection)(17)를 장착하며, 써멀밸브(16)와 OLP(17)의 사이에는 냉매를 우회시키는 우회로(18)를 연결하는 방안을 제안하였다.

즉, 압축 챔버 중심부 부근의 온도가 설정치 이상이 되면 써멀밸브(16)의 밸브부재(16a)가 작동기(16b)의 작용에 의해 개방되어 토출부의 냉매를 저압부인 흡입실(9)측으로 우회시키며, 이에 따라 고온의 토출 냉매가 우회로(18)를 거쳐 OLP(17)로 유입되어 이 OLP(17)가 전동기구부에 인가되는 전원을 차단, 압축기를 정지시키는 것이다.

이러한 써멀밸브(16)의 작동기(16b)로는 도시한 바와 같은 바이메탈 다이아프램(bimetal diaphragm) 뿐만 아니라 온도에 따라 밸브부재(16a)를 거동시킬 수 있는 것이라면 무엇이든 가능하다.

그러나, 이와 같이 써멀 밸브를 토출포트에 설치하는 데에는 고정스크롤 배면 및 토출포트에 매우 정밀하고 복잡한 가공을 요하므로 생산성이 저하되며, 이 써멀밸브는 온도와 압력 등의 주위 환경에 의해 작동 오차범위를 갖게 되어 초기 기준치 설정 및 재현성에 문제가 발생될 우려가 있다.

또한, 써멀밸브는 작동 중 토출 냉매가 우회로를 따라 과부하 보호장치(OLP)에까지 도달해야 되므로 시간 지연이 발생될 우려가 있어 신뢰성이 문제시된다.

따라서, 본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 냉매가 과열상태라고 판단됨과 동시에 즉시 압축기를 정지시키는 스크롤 압축기의 과열 방지장치를 제공하는 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 스크롤 압축기의 과열 방지장치 동작도로서,

도 5a는 전원 연결시이고,

도 5b는 전원 단락시이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

2 : 상부쉘 15 : 토출파이프

101 : 영구자석 102 : 전도체

103 : 스프링 104 : 제 1 인가선

105 : 제 2 인가선 106 : 하우징

107 : 절연체

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 과열 방지장치는, 외관을 이루는 상부쉘 및 하부쉘, 냉매를 압축하는 압축기구부, 상기 압축기구부에 구동력을 제공하는 전동기구부, 상기 전동기구부에 외부전원을 인가하는 다수의 단자를 갖는 전원 터미널, 상기 압축기구부에서 압축된 냉매가 토출되는 토출실, 상기 토출실 내부의 압축 냉매를 외부로 토출하는 토출파이프를 포함한 스크롤 압축기에 있어서: 상기 토출실 부근의 상부쉘 또는 상기 토출파이프의 적소에 선택적으로 장착되며 일측과 타측에서 제1,2 인가선이 인입된 하우징; 상기 하우징의 내측에 위치되는 상기 상부쉘 또는 상기 토출파이프에 부착되며 가해지는 온도에 따라 자성이 유지 또는 소멸되는 큐리 포인트(Curie point) 특성을 가진 영구자석; 상기 영구자석의 상측에 고정된 탄성부재; 및 상기 탄성부재의 상측에 설치되고 그 양단부 하측은 상기 제1,2 인가선에 대해 접촉되며 상기 영구자석의 자성에 반응하여 상기 제1,2 인가선을 연결 또는 단락시키는 전도체를 포함하는 스크롤 압축기의 과열 방지장치를 제공한다.바람직하게는, 상기 제 1,2 인가선 중 어느 하나는 외부전원과 연결되고, 다른 하나는 상기 전원 터미널의 단자와 연결되는 것이 바람직하다.또한 바람직하게는, 상기 탄성부재는 비전도성 재질로 이루어진 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 냉매의 토출측에 위치한 영구자석이 냉매로부터 열을 전달받아 그 온도에 따라 자성을 유지하거나 잃을 수 있으며, 영구자석의 자성 유무에 따라 영구자석과 소정거리 이격된 전도체가 제 1 인가선 및 제 2 인가선을 연결하거나 단락시킬 수 있다.

그 결과, 냉매가 비정상적인 조건에 의해 과열될 경우에는 영구자석이 일정 온도 이상이 되어 자성을 잃는 상태가 되므로 전도체가 각 인가선으로부터 이탈되어 압축기에 인가되는 전원이 차단되는 이점이 있으며, 압축기 내부의 협소한 공간에 설치하지 않아도 되므로 작업성 및 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.

도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 과열 방지장치 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 과열 방지장치 동작도로서, 도 5a는 전원 연결시이고, 도 5b는 전원 단락시이다.

본 실시 예에 따른 스크롤 압축기의 과열 방지장치는 일종의 열 스위치로서, 도 4와 같이 냉매로부터 열을 전달받아 일정온도 이상으로 올라가면 자성이 없어지고 이하인 상태이면 자성이 유지되는 큐리 포인트(Curie point) 성질을 갖는 영구자석(101)을 상부쉘(2)의 외부나 토출파이프(15)의 내부 등 토출실(8) 부근에 부착하며, 이 영구자석(101)의 자성이 미치는 범위 내에 자성에 반응하는 전도체(102)를 구비하고, 영구자석(101)과 전도체(102)의 사이는 스프링(103)을 개재한다.

또한, 전도체(102)가 영구자석(101)에 의한 인력 또는 스프링(103)에 의한 척력에 의해 상/하 이동함에 따라 연결 또는 단락되도록 제 1 인가선(104) 및 제 2 인가선(105)을 위치시킨다.

이때, 제 1 인가선(104)이나 제 2 인가선(105) 중 어느 하나는 외부 전원과 연결되고, 다른 하나는 압축기 전원 터미널의 단자와 연결되어 압축기의 스위칭 역할을 해야 한다.

또한, 스프링(103)은 비영구자석 및 비전도체로 구성함이 바람직하며, 제 1 인가선(104) 및 제 2 인가선(105)의 절연을 위하여 외곽을 이루는 하우징(106)의 제 1 인가선 및 제 2 인가선 인입홀에는 절연체(107)를 구비함이 바람직하다.

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

먼저, 압축기가 정상적으로 운전하는 경우는 도 5a와 같이 영구자석(101)을 가열하는 냉매의 온도가 설정 범위 내에 있으므로 영구자석(101)의 온도가 큐리 포인트(영구자석이 자성을 잃게 되는 온도) 이하에 있게 되어 영구자석(101)의 자성이 계속 유지되며, 이 자성은 전도체(102)에 대해 인력으로 작용되어 전도체(102)를 하부 방향으로 끌어당기게 된다.

이때의 영구자석(101)에 의한 인력은 스프링(103)에 의한 척력보다 크게 나타나므로 전도체(102)가 하부 방향으로 끌려 내려오게 되며, 전도체(102)에 의해 제 1 인가선(104)과 제 2 인가선(105)이 연결된다.

제 1 인가선(104)과 제 2 인가선(105)이 연결되는 것은 전원이 압축기의 전원 터미널에 인가됨을 의미하며, 이에 따라 압축기는 정상적인 냉매의 압축 과정을 수행하게 된다.

다음으로, 냉매가 특정한 조건에 의해 과열되는 경우에는 도 5b와 같이 과열된 냉매의 열에 의해 영구자석(101)의 온도가 큐리 포인트 이상으로 올라가게 되어 영구자석(101)의 자성이 소멸되며, 전도체(102)에는 스프링(103)에 의한 척력만이 작용되어 전도체(102)가 상부 방향으로 밀림에 따라 제 1,2 인가선(104)(105)에서 이격되어 둘을 단락시키게 된다.

제 1,2 인가선(104)(105)이 단락되는 것은 전원이 인가되지 않는 것과 마찬가지이므로 압축기는 즉시 정지하게 되어 냉매의 과열에 의한 각 부품의 열화를 방지할 수 있게 된다.

상기에는 영구자석(101)의 열 특성에 따른 원론적인 열 스위칭 기능에 대하여 설명하였지만 이러한 작용을 원활히 하기 위해서는 영구자석(101)의 자성, 큐리 포인트 및 스프링(103)의 탄성력을 포함한 최적의 조건을 설정해야만 할 것이다.

한편, 비교 예로서 종래의 기술, 즉 다시 말해서 고정스크롤의 토출포트 주위에 매우 정밀하게 써멀밸브를 설치한 것과 달리, 본 발명은 압축기의 외부, 냉매의 토출측에 냉매의 열에 따라 압축기의 운전을 정지시킬 수 있는 장치를 설치한 것을 알 수 있다.

이 결과에서, 본 발명에 의하면 영구자석이 냉매로부터 열을 전달받아 큐리 포인트를 기준으로 이하이면 정상운전을 수행하고, 이상이면 압축기에 인가되는 전원을 차단하게 되므로 냉매의 과열에 대한 즉각적인 반응을 보일 수 있어 압축기의 운전 정지시간 측면에서 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 이 장치는 구조가 간단하면서도 압축기의 외부에 설치 가능하여 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이있다.

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 이 열을 전달받아 즉각적으로 압축기의 운전을 정지시킴에 따라 시간적인 측면에서 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 이 장치를 압축기의 외부에 설치할 수 있어 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다는 것이다.

Claims (3)

1. 외관을 이루는 상부쉘 및 하부쉘, 냉매를 압축하는 압축기구부, 상기 압축기구부에 구동력을 제공하는 전동기구부, 상기 전동기구부에 외부전원을 인가하는 다수의 단자를 갖는 전원 터미널, 상기 압축기구부에서 압축된 냉매가 토출되는 토출실, 상기 토출실 내부의 압축 냉매를 외부로 토출하는 토출파이프를 포함한 스크롤 압축기에 있어서:

   상기 토출실 부근의 상부쉘 또는 상기 토출파이프의 적소에 선택적으로 장착되며 일측과 타측에서 제1,2 인가선이 인입된 하우징;

   상기 하우징의 내측에 위치되는 상기 상부쉘 또는 상기 토출파이프에 부착되며 가해지는 온도에 따라 자성이 유지 또는 소멸되는 큐리 포이트(Curie point) 특성을 가진 영구자석;

   상기 영구자석의 상측에 고정된 탄성부재; 및

   상기 탄성부재의 상측에 설치되고 그 양단부 하측은 상기 제1,2 인가선에 대해 접촉되며 상기 영구자석의 자성에 반응하여 상기 제1,2 인가선을 연결 또는 단락시키는 전도체를 포함하는 스크롤 압축기의 과열 방지장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1,2 인가선 중 어느 하나는 외부전원과 연결되고, 다른 하나는 상기 전원 터미널의 단자와 연결된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 과열 방지장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성부재는 비전도성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 과열 방지장치.