KR100343688B1

KR100343688B1 - 스크롤 압축기의 중간압 배압구조

Info

Publication number: KR100343688B1
Application number: KR1019990042633A
Authority: KR
Inventors: 장영일; 신동구
Original assignee: 엘지전자주식회사
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2002-07-19
Also published as: US6299417B1; KR20010035867A

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 중간압 배압구조에 관한 것으로, 본 발명은 고정스크롤의 일측에 소정의 체적을 갖는 배압공간이 형성되고, 그 배압공간의 바닥면에서 축방향으로 관통하여 상기 메인프레임과 고정스크롤 사이로 채워진 고압의 토출가스 일부를 상기한 배압공간으로 유도하는 배압공이 형성되며, 상기 배압공간의 측면에서 반경방향으로 상기한 최외곽 압축실로 연통되어 배압공을 통해 배압공간으로 유입된 고압의 토출가스를 상대적으로 저압부인 최외곽 압축실로 유도하는 배기공이 형성되고, 상기 배압공간의 내측에는 배압공과 대응하는 일측면 테두리에 가압면적확대돌부가 환형으로 형성되어 상기한 배압공을 개폐할 때 배압공의 넓이에 관계없이 양측면의 가압면적이 거의 유사하도록 형성한 배압제어밸브를 탄력적으로 지지하여 배치함으로써, 상기 배압제어밸브의 개폐에 관계없이 그 배압제어밸브가 배압공을 통한 토출가스로부터 받는 가압면적이 항상 동일하도록 하여 밸브의 반응속도를 향상시키고, 이를 통해 메인프레임과 고정스크롤 사이의 중간압공간이 항상 일정한 중압상태를 유지하도록 하여 선회스크롤의 이상거동을 방지함에 따라 압축가스의 누설을 방지할 수 있고, 상기 배압공의 위치를 다른 부품에 구속되지 않고 자유롭게 선택할 수 있어 제작이 용이하게 된다.

Description

스크롤 압축기의 중간압 배압구조{GAS-PRESSURE BYPASS STRUCTURE FOR SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 배압제어밸브에 관한 것으로, 특히 고압식 스크롤 압축기에서 메인프레임과 고정스크롤 사이를 중간압으로 배압하는 스크롤 압축기의 중간압 배압구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 이러한 압축기는 크게 왕복동식 및 스크롤식 및 원심식(통상, 터보식이라고도 함) 그리고 베인식(통상, 회전식이라고도 함)으로 구분된다.

이 중에서 상기 스크롤식 압축기는 피스톤의 직선운동을 이용하는 왕복동식 과는 달리 원심식이나 베인식과 같이 회전체를 이용하여 가스를 흡입 압축시켜 토출시키게 된다.

상기 스크롤식 압축기는 그 케이싱의 내부에 흡입가스가 충진되는지 아니면 토출가스가 충진되는지에 따라 저압식 스크롤 압축기 또는 고압식 스크롤 압축기로 나뉘어지게 된다.

상기 고압식 스크롤 압축기는 고압의 토출가스 중에서 선회스크롤과 고정스크롤 사이로 스며드는 가스의 일부를 흡입실측으로 선회시켜 그 선회스크롤과 고정스크롤 사이가 중간압을 유지하도록 하는 중간압 배압방식이 이용되고 있다.

도 1은 종래 고압식 스크롤 압축기에서 횡형식 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 횡형식 스크롤 압축기는, 오일이 적정높이까지 채워진 횡형 케이싱(1)의 좌우 양측에 메인프레임(2) 및 서브프레임(3)이 각각 고정되고, 그 메인프레임(2) 및 서브프레임(3)의 사이에 고정자(4A) 및 회전자(4B)로 이루어진 구동모터(4)가 장착되며, 그 구동모터의 회전자(4B) 중심에는 구동축(5)이 메인프레임(2)을 횡방향으로 관통하여 압입되며, 상기 메인프레임(2)의 상면에는 인벌류트 곡선으로 랩(Wrap)(6a)이 형성되어 구동축(5)에 편심되게 결합되는 선회스크롤(6)이 회전가능하게 삽입되어 설치되고, 상기 선회스크롤(6)의 상면에는 그 선회스크롤(6)의 랩(6a)에 치합되어 복수개의 압축실을 이루도록 인벌류트 곡선으로 랩(7a)이 형성된 고정스크롤(7)이 메인프레임(2)의 가장자리에 고정 설치되어 이루어져 있다.

상기 고정스크롤(7)의 최초 압축실(또는 흡입실)이 형성되는 랩부 가장자리에는 케이싱(1)을 관통한 흡입관(SP)이 연통 설치되고, 상기 고정스크롤(7)의 최종 압축실이 형성되는 랩부 중앙에는 압축된 냉매가스를 토출시키는 토출포트(7b)가 형성되어 있다.

또한, 상기 고정스크롤(7)의 평판측, 즉 선회스크롤(6)의 선회운동시 차별적으로 접촉되는 평판측 가장자리에는 평판형의 배압제어밸브(8)가 삽입되는 배압공간(7c)이 형성되고, 그 배압공간(7c)의 일측 바닥면에는 선회스크롤(6)의 선회운동시 개폐되는 배압공(7d)이 고정스크롤(7)을 관통하도록 형성되며, 상기 배압공간(7c)의 주면에는 배압공(7d)을 거쳐 배압공간(7c)으로 유입된 고압의 토출가스를 상기한 흡입실(미부호)로 유도하는 배기공(7e)이 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 5a는 오일유로, 7f는 배압공간 마개, 9는 밸브 스프링, DP는 토출관, MS는 중간압공간이다.

상기와 같이 구성된 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 인가된 전원에 의해 고정자(4A)의 내측에서 회전자(4B)가 구동축(5)과 함께 회전을 하면서 선회스크롤(6)을 편심거리만큼 편심회전을 시키게 되고, 이와 함께 상기 선회스크롤(6)은 축중심을 원점으로 선회반경 만큼 떨어진 거리에서 선회운동을 하면서 고정스크롤(7)과의 랩(6a,7a) 사이에 복수개의 압축실을 형성하게 된다. 이 압축실은 선회스크롤(6)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소되어 케이싱(1)의 저압부에 충진되어 있던 냉매가스를 흡입 압축하여 고정스크롤(7)의 토출포트(7b)를 통해 케이싱(1)의 내부로 토출되는 것이었다.

이렇게, 상기 케이싱(1)의 내부로 토출된 고압의 토출가스는 메인프레임(2)에 형성된 냉매통홈(미부호)을 통해 서브프레임(3)쪽으로 흘러 케이싱(1) 전체가 고압부를 이루게 되고, 이 고압부를 이루는 토출가스는 메인프레임(2)을 밀어 지지하는 한편 그 일부가 구동축(5)과 메인프레임(2) 사이의 공극을 통해 메인프레임(2)과 고정스크롤(7) 사이에 형성된 중간압공간(MS)으로 흘러들게 되며, 이 중간압공간(MS)으로 흘러든 고압의 토출가스는 상기 메인프레임(2)과 고정스크롤(7)을 서로 반대방향으로 밀어내 결국 상기한 선회스크롤(6)의 랩(6a)이 고정스크롤(7)의 랩(7a)으로부터 들뜨면서 축방향 누설을 발생시키게 되나, 이때 상기 중간압공간(MS)으로 흘러든 고압의 토출가스 일부가 선회스크롤(6)의 선회운동시 열린 배압공(7d)을 거쳐 배압제어밸브(8)를 밀어 올리면서 배압공간(7c)으로 흘러들었다가 배기공(7e)을 통해 흡입실(미부호)로 새어 나가 상기 선회스크롤(6)과 고정스크롤(7) 사이가 들뜨는 것을 방지하게 된다.

이후, 상기 선회스크롤(6)의 지속적인 선회운동으로 인해 배압공(7d)이 닫히게 되면 배압제어밸브(8)는 밸브스프링(9)에 의해 다시 하강하여 배압공(7d)을 차단하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 중간압 배압구조에 있어서는, 상기 배압공간(7c)의 직경이 배압공(7d)의 직경보다는 크게 형성됨에도 불구하고 상기한 배압제어밸브(8)의 저면이 배압공간(7c)의 바닥면에 면접촉되도록 편평하게 형성되어 밸브(8)의 개폐상태에 따라 배압공(7d)으로 유입된 토출가스로부터 가압되는 면적이 서로 상이하게 되고, 이로 인해 밸브(8)의 반응성이 늦어져 중간압의 변동이 심화되면서 선회스크롤(6)의 거동이 불안정하게 되어 압축기의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 배압제어밸브(8)가 배압공(7d)의 여닫힘에 의해서만 그 배압공(7d)을 개폐시키게 되어 상기한 배압공(7d)이 반드시 선회스크롤(6)의 반경 내에 형성되어야 하는 설치위치에 대한 제약이 뒤따르는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 중간압 배압구조가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상기 배압제어밸브가 닫혔을 때나 열렸을 때 배압공으로 유입된 토출가스에 대해 밸브가 빠르게 반응하도록 함으로써 중간압의 항상 일정하게 형성되게 하는 스크롤 압축기의 중간압 배압구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

또한, 상기 배압공을 형성함에 있어서, 그 위치가 다른 부품에 구속되지 않고 자유롭게 위치지어질 수 있도록 하여 제작이 용이한 스크롤 압축기의 중간압 배압구조를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 고압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 종래 고압식 스크롤 압축기에서 배압제어밸브의 일례를 보인 사시도.

도 3a 및 도 3b는 종래 중간압 배압과정을 보인 종단면도.

도 4는 본 발명에 의한 배압제어밸브가 구비된 고압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 반단면도.

도 5는 본 발명 배압제어밸브의 일례를 보인 사시도.

도 6a 및 도 6b는 본 발명 고압식 스크롤 압축기에서 중간압 배압과정을 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2 : 메인프레임 6 : 선회스크롤

7 : 고정스크롤 7c : 배압공간

7d : 배압공 7e : 배기공

7f : 배압공간 마개 10 : 배압제어밸브

10a : 압력면 10b : 가압면적확대돌부MS : 중간압공간

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱에 고정된 메인프레임에 선회스크롤이 얹혀지고, 그 선회스크롤과 함께 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤이 상기한 메인프레임에 고정되며, 상기 케이싱을 관통하는 흡입관이 상기한 고정스크롤을 관통하여 최외곽 압축실에 직접 연통되고, 상기 고정스크롤의 중앙부를 관통하여 최종 압축실에 연통되는 토출포트가 구비되어 고압의 토출가스가 케이싱에 채워지는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 고정스크롤의 일측에 소정의 체적을 갖는 배압공간이 형성되고, 그 배압공간의 바닥면에서 축방향으로 관통하여 상기 메인프레임과 고정스크롤 사이로 채워진 고압의 토출가스 일부를 상기한 배압공간으로 유도하는 배압공이 형성되며, 상기 배압공간의 측면에서 반경방향으로 상기한 최외곽 압축실에 연통되어 배압공을 통해 배압공간으로 유입된 고압의 토출가스를 상대적으로 저압부인 최외곽 압축실로 유도하는 배기공이 형성되고, 상기 배압공간의 내측에는 배압공과 대응하는 일측면 테두리에 가압면적확대돌부가 환형으로 형성되어 상기한 배압공을 개폐할 때 배압공의 넓이에 관계없이 양측면의 가압면적이 거의 유사하도록 형성한 배압제어밸브를 탄력적으로 지지하여 배치한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 중간압 배압구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 중간압 배압구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 배압제어밸브가 구비된 고압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 반단면도이고, 도 5는 본 발명 배압제어밸브의 일례를 보인 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 중간압 배압구조가 구비된 횡형식 스크롤 압축기는, 케이싱(1)의 내부에 메인프레임(2) 및 서브프레임(미도시)이 구동모터(4)의 좌우 양측에 각각 고정 설치되고, 상기 구동모터(4)의 회전자(4B)에는 메인프레임(2)을 관통하는 구동축(5)이 압입되며, 그 구동축(5)의 상단에는 인벌류트 곡선으로 랩(Wrap)(6a)이 형성되어 상기 메인프레임(2)의 상면(도면에선 측면)에서 미끄러지도록 얹혀지는 선회스크롤(6)이 결합되고, 그 선회스크롤(6)의 상면에는 상기 선회스크롤(6)의 랩(6a)에 치합되어 복수개의 압축실을 이루도록 인벌류트 곡선의 랩(7a)이 형성된 고정스크롤(7)이 메인프레임(2)의 가장자리에 고정되며, 상기 케이싱(1)을 관통하는 흡입관(SP)이 최외곽 압축실에 직접 연통되도록 고정스크롤(7)을 관통하여 고정되고, 상기 고정스크롤(7)의 중앙에는 최종 압축실에 연통되어 압축가스를 케이싱(1)의 내부로 토출시키는 토출포트(7b)가 형성되며, 상기 고정스크롤(7)의 가장자리에는 그 고정스크롤(7)과 메인프레임(2) 사이의 중간압공간(MS)으로 채워지는 고압의 토출가스 일부를 상기한 최외곽 압축실로 선회시키는 배압제어부(미부호)가 구비되어 이루어진다.

상기 배압제어부는 고정스크롤(7)의 일측에 소정의 체적을 갖도록 형성되는 배압공간(7c)과, 그 배압공간(7c)의 바닥면에 형성되어 상기한 중간압공간(MS)과배압공간(7c)을 연통시키는 배압공(7d)과, 상기 배압공간(7c)의 측면에 형성되어 그 배압공간(7c)과 최외곽 압축실을 연통시키는 배기공(7e)과, 상기 배압공간(7c)에 삽입되어 배압공(7d)을 개폐시키는 배압제어밸브(10)와, 그 배압제어밸브(10)의 배면에 장착되어 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(9)으로 이루어진다.

상기 배압공(7d)은 그 입구부가 선회스크롤(6)의 선회반경 내에 형성되거나 또는 선회스크롤의 선회반경 외곽에 형성되든 관계없다.

상기 배압제어밸브(10)는 그 개폐상태에 관계없이 양측면이 동일한 면적으로 가압력을 받게 하기 위하여 압력면(10a)이 상기한 배압공을 수용하도록 "ㄷ"자 단면 형상으로 형성되거나 또는 도면에 도시되지는 않았으나 일반적인 "돔" 형상으로 형성될 수 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 4A는 고정자, 5a는 오일유로, 7f는 배압공간 마개, 10b는 가압면적확대돌부이다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

즉, 인가된 전원에 의해 회전하는 회전자(4B)와 함께 구동축(5)이 회전을 하면서 선회스크롤(6)을 편심거리만큼 편심회전을 시키나, 이 선회스크롤(6)은 축중심을 원점으로 선회반경 만큼 떨어진 거리에서 선회운동을 하게 되어 고정스크롤(7)과의 두 랩(6a,7a) 사이에 복수개의 압축실이 형성되면서 냉매가스를 흡입 압축시켜 고정스크롤(7)의 토출포트(7b)로 토출시키게 된다.

이렇게, 상기 고압의 토출가스 일부가 중간압공간(MS)으로 흘러들어 그 중간압공간(MS)의 압력이 일정압력 이상으로 증가하게 되면, 그 고압의 토출가스 일부가 토출제어밸브(10)를 밀면서 배압공(7d)을 통해 열린 배압공간(7c)으로 유입되었다가 배기공(7e)을 거쳐 최외곽 압축실(또는, 흡입실)로 유출되어 상기한 중간압공간(MS)이 일정압력을 유지하게 되는데, 이때, 상기 배압제어밸브(10)가 전술한 바와 같이 "ㄷ"자 또는 "돔" 형상으로 형성되어 그 양측면의 수압면적이 동일하게 되므로 밸브(10)가 닫혔을 때나 열렸을 때 그 저면으로 가해지는 토출가스의 가압분포가 일정하게 되어 상기한 배압제어밸브(10)의 반응속도가 향상되고, 이로 인해 상기 중간압공간(MS)의 중간압이 항상 일정하게 유지되므로 메인프레임(2)과 고정스크롤(7) 사이의 간격이 항상 일정하게 지지되어 결국 선회스크롤(6)의 거동이 안정하게 유지되는 것이다.

이후, 상기 중간압공간(MS)이 일정압력으로 떨어지게 되면 상기한 배압제어밸브(10)가 밸브스프링(9)에 의해 하강하면서 배압공(7d)을 차단하게 된다.

이와 같이, 상기 배압공간(7c)의 직경이 배압공(7d)의 직경에 비해 상대적으로 크게 구비되는 경우 그 배압공간(7c)에 삽입되어 배압공(7d)을 개폐시키는 배압제어밸브(10)의 가압면적확대돌부(10b) 단면이 상기한 배압공간(7c)의 바닥면에 접촉되도록 그 배압제어밸브(10)를 형성시키게 되면, 상기 배압제어밸브(10)의 저면에 형성되는 가압분포가 항상 일정하게 되어 밸브(10)의 개폐에 상관없이 반응성이 향상되고, 이로 인해 상기 중간압공간(MS)의 압력이 항상 일정하게 유지되어 선회스크롤(6)이 안정적으로 거동하게 되면서 압축기의 성능이 향상된다.

또한, 상기 배압제어밸브(10)가 닫혔을 때나 열렸을 때의 수압면적이 동일하게 되므로 배압공(7d)이 선회스크롤(6)의 선회반경에 관계없이 어느 위치에나 배치할 수 있어 제작이 용이하게 된다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 중간압 배압구조는, 고정스크롤의 일측에 소정의 체적을 갖는 배압공간이 형성되고, 그 배압공간의 바닥면에서 고정스크롤을 관통하여 상기 메인프레임과 고정스크롤 사이로 채워진 고압의 토출가스 일부를 상기한 배압공간으로 유도하는 배압공이 형성되며, 상기 배압공간의 측면에서 상기한 최외곽 압축실로 연통되어 배압공을 통해 배압공간으로 유입된 고압의 토출가스를 상대적으로 저압부인 최외곽 압축실로 유도하는 배기공이 형성되고, 상기 배압공을 개폐하는 배압제어밸브가 그 개폐상태에 관계없이 양측면이 동일한 면적으로 가압력을 받도록 상기한 배압공간의 바닥면에 밸브의 가압면적확대돌부의 단면이 접촉되어 삽입되도록 구성함으로써, 상기 배압제어밸브의 개폐에 관계없이 그 배압제어밸브가 배압공을 통한 토출가스로부터 받는 가압면적이 항상 동일하도록 하여 밸브의 반응속도를 향상시키고, 이를 통해 메인프레임과 고정스크롤 사이의 중간압공간이 항상 일정한 중압상태를 유지하도록 하여 선회스크롤의 이상거동을 방지함에 따라 압축가스의 누설을 방지할 수 있고, 상기 배압공의 위치를 다른 부품에 구속되지 않고 자유롭게 선택할 수 있어 제작이 용이하게 된다.

Claims

케이싱에 고정된 메인프레임에 선회스크롤이 얹혀지고, 그 선회스크롤과 함께 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤이 상기한 메인프레임에 고정되며, 상기 케이싱을 관통하는 흡입관이 상기한 고정스크롤을 관통하여 최외곽 압축실에 직접 연통되고, 상기 고정스크롤의 중앙부를 관통하여 최종 압축실에 연통되는 토출포트가 구비되어 고압의 토출가스가 케이싱에 채워지는 스크롤 압축기에 있어서,

상기 고정스크롤의 일측에 소정의 체적을 갖는 배압공간이 형성되고, 그 배압공간의 바닥면에서 축방향으로 관통하여 상기 메인프레임과 고정스크롤 사이로 채워진 고압의 토출가스 일부를 상기한 배압공간으로 유도하는 배압공이 형성되며, 상기 배압공간의 측면에서 반경방향으로 상기한 최외곽 압축실로 연통되어 배압공을 통해 배압공간으로 유입된 고압의 토출가스를 상대적으로 저압부인 최외곽 압축실로 유도하는 배기공이 형성되고, 상기 배압공간의 내측에는 배압공과 대응하는 일측면 테두리에 가압면적확대돌부가 환형으로 형성되어 상기한 배압공을 개폐할 때 배압공의 넓이에 관계없이 양측면의 가압면적이 거의 유사하도록 형성한 배압제어밸브를 탄력적으로 지지하여 배치한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 중간압 배압구조.
제1항에 있어서, 상기 배압공은 그 입구부가 선회스크롤의 선회반경 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 중간압 배압구조.
제1항에 있어서, 상기 배압공은 그 입구부가 선회스크롤의 선회반경 외곽에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 중간압 배압구조.