KR100370025B1 - 스크롤 압축기의 진공 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 대한 것으로서, 특히 리드 밸브를 설치하고, 피스톤과 스토퍼가 면접촉되도록 하여 정상가동시 냉매의 누설을 방지함으로써 압축효율을 향상시키는 한편, 압축기의 펌프 다운 운전시 저압부가 진공상태로 형성되지 않도록 하여 압축기의 소손을 방지하는 진공방지장치가 제공되도록 한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 와권 형상의 랩을 가진 선회 스크롤과 고정 스크롤이 맞물려 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 압축실의 중간압부와 저압부의 압력차를 이용하여 구동하는 진공방지장치는 압력차에 따라 피스톤 운동하는 구동부와, 상기 구동부의 이동에 따라 고압부, 중간압부, 저압부를 연결하는 연결 통로상에 설치되어 냉매의 누설을 방지하는 판형의 밸브장치부로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공방지장치가 제공되도록 한 것이다.

Description

스크롤 압축기의 진공 방지장치{Vaccum protection equipment for scroll compressor}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기조화기에 사용되는 스크롤 압축기의 진공방지장치의 구조개선에 대한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 도 1에서 도시된 것과 같이, 냉매를 압축하는 스크롤 압축기(100)와, 압축된 고온 고압의 냉매를 응축시키는 응축기(200)와, 냉매를 감압시키는 모세관 및 감압된 냉매를 저온에서 증발시키는 증발기(300)로 대별된다.

그리고, 상기 응축기(200)와 증발기(300) 사이 및, 증발기(300)와 압축기(100)사이에 냉매의 흐름을 제어할 수 있는 서비스 밸브(9,8)가 설치된다.

이 때, 도 2와 같이, 종래 스크롤 압축기는 인벌루트 형상의 랩(4)을 갖는 고정 스크롤(1)과, 상기 인벌루트 곡선과 180도의 위상차를 가진 인벌루트 형상의 랩을 갖는 선회 스크롤(2)이 서로 마주보도록 맞물려서 쌍으로 형성된 초생달 모양의 압축실(5)이 랩과 랩(4)사이에 형성된다.

이와 같은 스크롤 압축기가 설치된 공기조화기의 냉매 압축과정을 보다 상세하게 설명하면, 흡입 파이프(7)를 통하여 스크롤 압축기 내부로 유입된 냉매 가스는 흡입실(3)에서 보통 고정 스크롤(1)의 한쪽 측면에 형성된 흡입포트를 통하여 스크롤 내부로 유입된다.

이때, 상기 흡입가스는 고정 스크롤 흡입 포트쪽에 형성되는 압축실(5)로 유입되고, 일부는 고정 스크롤의 안내통로를 따라 180도 반대쪽에 형성되어 압축실로 유입된다.

그리고, 고정 스크롤(1)에 대하여 자전되지 못하도록 고정된 선회 스크롤(2)이 선회 운동을 하게되면, 압축실(5)이 중심부 쪽으로 움직이면서 체적이 감소되어 압축 작용을 하게 되어 냉매가 동시에 압축된다.

이와 같이 대칭적으로 동시에 압축되기 시작한 압축실(5)의 냉매가스는 선회 스크롤이 선회운동을 함에 따라 스크롤 중심부 쪽으로 이동하면서 압축된 후 고정 스크롤(1) 중심부 경판에 형성된 토출 파이프(6)를 통하여 토출되어 응축기, 증발기를 순환하면서 열교환된 후 다시 압축기내로 재유입된다.

그러나, 공기조화기의 설치시 서비스 요원이 부주의하게 서비스 밸브(8,9)가 잠긴 상태에서 장시간 운전하거나, 에어컨 이설 및 수리를 위하여 증발기 냉매를 응축기로 몰아 넣기 위해 펌프 다운 운전을 하게 되면 압축기의 흡입실(3)내로 냉매가 유입되지 않기 때문에 압축기의 저압부가 진공 상태가 된다.

즉, 일반적인 압축기의 가동중 중간압을 갖는 압축실(5)의 압력이 흡입부(3)의 압력보다 높게 형성되나, 상기와 같은 펌프 다운 가동시에는 압축실로 냉매가 유입되지 않기 때문에 저압부내에 공기가 존재하지 않으므로 진공 상태가 된다.

이와 같은, 펌프 다운 운전시에는 압축기의 저압부는 압력이 점점 떨어져 쉘 내부가 고진공 상태로 형성되기 때문에 터미널 단자간 아크가 발생하여 터미널이 파손된다.

그리고, 팁실등 상호접촉되어 운전되는 부품들간에 냉매의 흐름이 끊기게되어 고열이 발생되기 때문에 스크롤 압축기의 부품이 소손된다.

이를 방지하기 위하여 종래 스크롤 압축기에서는 도 3a 및 3b와 같은 진공 방지장치를 설치한다.

종래 진공방지장치는 고정 스크롤의 상부에 형성되고, 실린더(20)의 내부에 단차 형성된 피스톤(10)이 위치되고, 상기 피스톤의 후방에 스프링(11)이 배치되며, 상기 스프링의 내부에는 피스톤의 이동을 제어하기 위하여 원통형으로 형성된 스토퍼(12)가 설치되어 수직방향으로 관통하는 고정핀(13)에 의하여 고정 스크롤에 고정된다.

그리고, 상기 스프링의 상측에는 토출실(30)과 흡입실(3)을 연통하는 가스통과공(21)이 형성되고, 상기 피스톤(10)의 안쪽 방향에 압축실(5)과 연통되는 가스통과공(22)이 형성된다.

이러한 진공 방지장치는 도 4a에서 도시된 것과 같이 압축기가 정상가동되는 경우, 압축실의 중간압력과 흡입실의 저압에 의한 압력차에 의하여 피스톤이 스토퍼측으로 밀려나 상기 피스톤이 후방에 위치된 가스통과공(21)을 막게된다.

즉, 압축기의 가동중에는 압축실의 압력이 흡입부의 압력보다 높기 때문에 중간압실의 압력과 흡입부의 압력차가 상기 피스톤을 미는 스프링 반발력보다 커져 피스톤이 가스통과공(21)을 막아 고압부에서 저압부로의 가스 흐름을 폐쇄한다.

한편, 압축기의 펌프 다운 운전시에는 도 4b와 같이, 흡입되는 냉매가스가 없으므로 압축실에 압력이 형성되지 않기 때문에 피스톤이 스프링에 의하여 스토퍼로부터 밀려나게 되어, 고압부와 저압부를 연결하는 가스통과공이 개방된다.

이에 따라, 고압의 토출실(30) 가스가 저압부로 흘러 들어와 저압부가 고진공으로 형성되지 않기 때문에 압축기 구동부의 부품 마찰에 의한 온도 상승이 감소된다.

그러나, 상기와 같은 진공 방지장치는 피스톤과 실린더 사이의 간극이 존재하기 때문에 압축기의 정상가동시 압축실에서 고압으로 형성된 가스가 저압의 흡입실로 누설되어 압축 효율이 감소하게 된다.

또한, 상기와 같은 누설을 방지하도록 피스톤과 실린더 사이의 간극을 극단적으로 작게 형성할 경우, 가공상의 한계가 있을 뿐만 아니라 피스톤이 실린더에 끼어 정상작동하지 않는등 품질 관리 측면에서 문제가 발생된다.

본 발명은, 상기에서 설명된 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 진공방지장치를 설치하여 압축기의 펌프다운 가동시 저압부가 진공으로 형성되지 않도록 하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 진공방지장치에 리드 밸브를 설치하고, 피스톤과 스토퍼가 면접촉되도록 함으로써 압축기의 정상가동시 고압의 가스의 누출로 인한 압축 효율이 감소되는 것을 방지하는데 있다.

도 1은 일반적인 공기조화기의 구성을 나타내는 개략 단면도

도 2는 공기조화기에 설치되는 종래 스크롤 압축기의 횡단면도

도 3a와 도 3b는 도 2의 요부 확대단면도와 진공방지장치의 분해사시도

도 4a 및 도 4b는 종래 스크롤 압축기에 설치된 진공방지장치의 작동상태단면도

도 5는 본 발명에 따른 스크롤 압축기에 설치된 진공방지장치의 횡단면도

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 스크롤 압축기에 설치된 진공방지장치의 작동상태단면도

<도면 주요 부분의 부호설명>

1 : 고정 스크롤 2 : 선회 스크롤

3 : 흡입실 4 : 랩

5 : 압축실 8,9 : 서비스 밸브

7 : 흡입파이프 30 : 토출실

10, 16 : 피스톤 11 : 스프링

12 : 스토퍼 13 : 고정핀

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 와권 형상의 랩을 가진 선회 스크롤과 고정 스크롤이 맞물려 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 압축실의 중간압부와 저압부의 압력차를 이용하여 구동하는 진공방지장치는 압력차에따라 피스톤 운동하는 구동부와, 상기 구동부의 이동에 따라 고압부, 중간압부, 저압부를 연결하는 연결 통로상에 설치되어 냉매의 누설을 방지하는 판형의 밸브장치부로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공방지장치가 제공되도록 한 것이다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기의 진공방지장치의 구성과 작동 방법은 첨부도면에 참고하여 하기에서 상세히 설명된다.

도 5는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 진공방지장치의 횡단면도이고, 도 6a 및 도 6b는 종래 스크롤 압축기에 설치된 진공방지장치의 작동상태단면도이다.

도 5에서 도시된 것과 같이, 스크롤 압축기의 고정 스크롤(1) 상부에 설치되는 진공방지장치는 압력차에 따라 피스톤 운동하는 구동부와, 상기 구동부의 이동에 따라 고압부, 중간압부, 저압부를 연결하는 연통 통로상를 개폐하는 밸브장치부로 구성된다.

상기 구동부는 피스톤의 외주면을 형성하는 실린더(20)와, 특히 단차형성되어 소정의 기울기를 가지도록 외주면이 테이퍼가공된 피스톤(16)과, 상기 피스톤의 후방에 설치되는 스프링(11)과, 상기 스프링내에 삽입되어 상기 피스톤의 이동을 제한하는 스토퍼(12)와, 상기 스토퍼에 직교되도록 삽입되는 고정핀(13)으로 구성된다.

그리고, 밸브장치부는 상기 피스톤의 테이퍼가공면을 따라 상하운동하도록 막대 가이드홀(18)에 삽입되는 밸브개폐막대(14)와, 상기 밸브개폐막대의 운동에 따라 고압부, 중간압부, 저압부를 연결하는 연통 통로를 개폐하도록 설치되는 판형의 밸브 또는 리드 밸브(15) 및, 고압의 냉매가 저압부로 유입되도록 판형의 밸브하부에 형성되는 바이패스통로(17)로 구성된다.

이 때, 상기 밸브 개폐막대(14)는 상기 피스톤(16)의 테이퍼 가공면을 따라 상하 운동할 수 있도록 막대 가이드홀(18)이 형성되고, 상기 판형 밸브(15)의 하부면에는 상기 막대 가이드홀과, 압축실(5)과 흡입실을 연통하는 바이패스통로(17)가 위치된다.

이와 같은 구조를 가진 스크롤 압축기가 정상가동될 때, 도 6a에서 도시된 것과 같이 180의 위상차를 가지는 인벌루트 형상의 랩을 갖는 고정 스크롤과 선회 스크롤이 서로 마주보도록 맞물려서 쌍으로 형성된 초생달 모양의 압축실(5)의 상부에 본 발명에 따른 진공방지장치가 설치된다.

이 때, 선회 스크롤의 회전에 따라 냉매가 압축되기 때문에 저압의 냉매가 저장된 흡입실(3)과 압축실(5)사이에는 압력차가 발생되고, 이러한 압력차는 스프링 반력보다 크기 때문에 실린더(20)내 피스톤(16)이 스프링(11)을 밀어내면서 스토퍼(12)측으로 이동한다.

이러한 피스톤의 축방향 이동에 따라, 밸브 개폐막대(14)가 피스톤 테이퍼 외주면의 하부면으로 이동되고, 이와 같은 밸브 개폐막대의 하부이동으로 판형 또는 리드 밸브(15)는 막대 가이드홀(18) 및 바이패스통로(17)를 폐쇄하게 된다.

이 때, 본 발명에 따른 진공방지장치는 스프링반력과 냉매의 압력차를 고려하여 압축기의 정상가동시 상기 피스톤(16)과 스토퍼(12)는 완전히 면접촉되도록 설계되므로 피스톤과 스토퍼사이에 간극이 발생되지 않는다.

따라서, 고압으로 형성된 압축실의 가스가 바이패스 통로를 통하여 저압부측으로 누설되는 것이 방지된다.

한편, 스크롤 압축기가 진공운전되는 경우, 압축실(5)로 가스 냉매가 유입되지 않기 때문에 압축실에 압력이 형성되지 못하므로 스프링 반력이 상기 압력차보다 크게 형성된다.

이에 따라, 상기 피스톤(16)은 스프링(11)에 의하여 상기 스토퍼(12)와 면접촉을 끊고 축방향으로 밀려나게 된다.

따라서, 상기 피스톤의 테이퍼면과 접촉되어 있던 밸브개폐막대(14)가 테이퍼의 상부로 미끄러져 수직방향으로 상향이동된다.

상향 이동된 밸브 개폐막대는 판형 밸브 또는 리드 밸브(15)를 상부로 밀어올리기 때문에 고압부와 저압부를 연결하는 바이패스 통로(17)가 개방된다.

이에 따라, 고압 가스가 저압부로 유입되면서, 저압부의 진공이 방지되어 터미널 단자간 아크 발생 및 구동부 부품들간의 마찰에 의한 소손등이 방지된다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 진공방지장치는 피스톤의 축방향 운동에 따라 상하운동하는 밸브 개폐막대를 이용하여 판형 혹은 리드 밸브를 개폐하여 압축실과 흡입실을 개폐시키기 때문에 피스톤과 실린더의 간극을 작게 형성하지 않고도 고압 냉매의 누설을 효과적으로 방지하여 압축 효율이 감소되는 것을 방지한다.

또한, 압축기의 정상가동시 피스톤과 스토퍼가 완전 면접촉되기 때문에 고압냉매가 저압부로 누설되지 않는다.

그리고, 피스톤과 실린더 사이의 간극이 여유있게 형성되기 때문에 가공이 용이하고 생산 관리가 용이하며, 간극이 크게 형성되어 피스톤이 실린더에 맞물려 정상작동되지 않는등의 문제가 해결된다.

Claims (4)

1. 와권 형상의 랩을 가진 선회 스크롤과 고정 스크롤이 맞물려 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서,

   상기 압축실의 중간압부와 저압부의 압력차를 이용하여 구동하는 진공방지장치는 압력차에 따라 피스톤 운동하는 구동부와,

   상기 구동부의 이동에 따라 고압부, 중간압부, 저압부를 연결하는 연결 통로상에 설치되어 냉매의 누설을 방지하는 판형의 밸브장치부로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공방지장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동부는 단차형성되어 소정의 기울기를 가지도록 외주면이 테이퍼가공된 피스톤과,

   상기 피스톤이 삽입되는 실린더와,

   상기 피스톤의 후방에 설치되는 스프링과,

   상기 스프링내에 삽입되어 상기 피스톤의 이동을 제한하는 스토퍼와,

   상기 스토퍼에 직교되도록 삽입되는 고정핀으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공방지장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸브장치부는 상기 피스톤의 테이퍼가공면을 따라 상하운동하도록 막대 가이드홀에 삽입되는 밸브개폐막대와,

   상기 밸브개폐막대의 운동에 따라 고압부, 중간압부, 저압부를 연결하는 연통 통로를 개폐하도록 설치되는 판형의 밸브,

   고압의 냉매가 저압부로 유입되도록 판형의 밸브하부에 형성되는 바이패스통로로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공방지장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   스크롤 압축기가 정상가동될 때, 상기 피스톤의 후방면과 상기 스토퍼의 전방면은 면접촉되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공방지장치.