KR100371320B1 - 스크롤 압축기의 고진공 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 관한 것으로서, 특히 고압력의 운전 조건과 고진공 작동시에 보다 안정적인 중간압력을 생성하여 압축 작동의 신뢰성이 향상되도록 한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명은 선회 스크롤과 맞물리는 압축 공간으로부터 중간 압력 구멍이 형성되고, 흡입 공간으로부터 흡입 압력 구멍이 형성되며, 토출 공간으로부터 토출 압력 구멍이 형성된 고정 스크롤과; 상기 세 개의 압력 구멍이 만나는 지점에 상기 중간 압력 구멍으로부터 제공되는 압력 변화에 따라 상기 토출 압력 구멍에서 흡입 압력 구멍으로 통하는 통로를 개폐토록 이루어진 피스톤 및 탄성 부재가 포함된 스크롤 압축기에 있어서, 상기 중간 압력 구멍이 개방되는 크랭크 각도의 범위가 최소 480°이상에서 최대 토출 개시각 전까지로 설정된 것을 특징으로 한다.

Description

스크롤 압축기의 고진공 방지장치{The protector high vacuum for scroll compressor}

본 발명은 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 관한 것으로서, 특히 고압력의 운전 조건과 고진공 작동시에 보다 안정적인 중간압력을 생성하여 압축 작동의 신뢰성이 향상되도록 한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술의 고진공 방지 장치가 구비된 스크롤 압축기의 단면도이다.

종래 기술의 스크롤 압축기는 케이스(1)의 상부에 냉매 가스를 압축하여 토출하는 압축부(10)가 메인 프레임(20)에 의해 지지된 상태로 위치되고, 상기 압축부(10)의 하측인 가운데 부분에는 상기 압축부(10)를 구동하기 위한 모터부(30)가 위치되며, 상기 모터부(30)의 하측에는 서브 프레임(25)이 위치된다.

상기에서 압축부(10)는 인벌루트 형상의 랩을 갖는 고정 스크롤(11)과, 상기 인벌루트 곡선과 180도의 위상차를 가진 인벌루트 형상의 랩을 갖는 선회 스크롤(15)이 상호 마주하도록 맞물려서 압축실(C)을 형성토록 이루어져 있다.

따라서, 상기 선회 스크롤(15)이 상기 고정 스크롤(11)에 대해 구동축(35)의구동력으로 선회 운동되면서 압축실(C)의 체적을 감소시키는 압축 작용을 연속적으로 실시하게 된다.

즉, 상기 선회 스크롤(15)은 자전하지 않고 공전 운동만 하게 되고, 상기 선회 스크롤(15)과 대향해 있는 고정 스크롤(11)과의 상호 운동에 의하여 초생달 모양의 압축 공간을 점차 줄여 감으로써 냉매를 압축시키고 결국에는 토출구(19)를 통하여 냉매를 토출시키게 된다.

상기와 같은 구성되는 스크롤 압축기에는 제품 설치시나 이송시에 냉매 라인을 개폐하는 서비스 밸브를 미개봉한 상태에서 작동시킬 때 압축기의 흡입부쪽에 고진공 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해 고진공 방지 장치가 설치된다.

도 2는 도 1의 "A"부분 상세도로서, 종래 기술의 고진공 방지 구조가 도시된 상세도이다.

종래 기술의 고진공 방지 구조는 고정 스크롤(11)에 중간 압력 구멍(12a), 토출 압력 구멍(12b), 흡입 압력 구멍(12c)이 각각 형성되고, 상기 세 개의 구멍(12a)(12b)(12c)이 만나는 지점에 스토퍼(47)에 지지된 탄성 부재(43)로부터 탄성력을 제공받아 상기 중간 압력 구멍(12a)을 통해 가해지는 압력에 따라 직선 운동하면서 토출 압력 구멍(12b)을 개폐하는 피스톤(41)이 구비된다.

도 3은 종래 기술의 고진공 방지 구조의 작동 상태가 도시된 도면으로서, 도 3a는 고진공 발생시 작동 상태도이고, 도 3b는 정상적인 압축과정에서의 작동 상태도이다.

서비스 밸브를 개봉하지 않은 상태에서 압축기를 작동시키게 되면 흡입부 쪽에 가스가 유입되지 않으므로 고진공 현상이 발생하게 되고, 이때 도 3a에서와 같이 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 중간 압력(Pm)이 탄성 부재(43)의 탄성력을 극복하지 못하므로 피스톤(41)은 중간 압력 구멍(12a) 쪽으로 이동된 상태에 있게 된다.

이와 같은 상태에서는 토출 압력 구멍(12b)이 개방된 상태에 있으므로 토출 쪽의 압력(Pd)이 흡입부쪽으로 유입되면서 흡입 압력(Ps)이 대기 압력 이상이 되도록 한다.

반대로 정상적인 압축기 작동시에는 스크롤 사이의 중간 압력(Pm)에 의해 피스톤(41)이 흡입 압력구멍(12c) 쪽으로 이동된 상태에 있게 되므로 토출 압력 구멍(12b)이 막혀 토출 압력이 흡입부 쪽으로 유입되지 않게 된다.

도 4는 종래 기술의 고진공 방지 구조에서 중간 압력 구멍 위치가 도시된 평면도이고, 도 5는 압축기의 크랭크 각에 따른 체적 변화 및 압력 변화를 나타낸 그래프이다.

종래 기술의 중간 압력 구멍(12a)은 선회 스크롤이 회전하는 크랭크 각도가 360°~ 500°와 525°~ 645°사이에서 개방될 수 있는 위치에 형성된다.

그러나, 상기한 종래 기술의 스크롤 압축기의 고진공 방지 구조는 압축기의 토출 압력이 높은 상태에서 운전될 때 정상 운전 작동시에도 중간 압력이 낮아지게 되면 토출 압력 구멍(12b)이 개방되어 토출 압력이 흡입 압력 쪽으로 바이패스 되는 경우가 발생되기 때문에 압축 성능이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 압축기의 흡입 쪽 서비스 밸브를 바로 개방한 상태에서 중간 압력(Pm)이 형성되기 전에 토출 압력(Pd)이 작용하게 되면 토출 쪽의 압력이 흡입쪽으로 바이패스 되어 역시 압축기의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고압력의 운전 조건과 고진공 작동시에 보다 안정적인 중간압력을 생성토록 중간압력 구멍 위치를 선정함으로써 흡입 압력이 진공 이하로 저하되어 신뢰성이 떨어지는 것을 방지하는 동시에 정상 운전 작동시에 압축 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 기술의 고진공 방지 장치가 구비된 스크롤 압축기의 단면도,

도 2는 도 1의 "A"부분 상세도로서, 종래 기술의 고진공 방지 구조가 도시된 상세도,

도 3은 종래 기술의 고진공 방지 구조의 작동 상태가 도시된 도면들,

도 4는 종래 기술의 고진공 방지 구조에서 중간 압력 구멍 위치가 도시된 평면도,

도 5는 압축기의 크랭크 각에 따른 체적 변화 및 압력 변화를 나타낸 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 고진공 방지 장치가 구비된 스크롤 압축기의 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 고진공 방지 장치서 중간 압력 구멍 위치가 도시된 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 고정 스크롤 51a : 랩

52 : 중간 압력 구멍 53 : 토출 압력 구멍

54 : 흡입 압력 구멍 55 : 선회 스크롤

61 : 피스톤 63 : 탄성 부재

65 : 스토퍼 67 : 고정핀

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는, 선회 스크롤과 맞물리는 압축 공간으로부터 중간 압력 구멍이 형성되고, 흡입 공간으로부터 흡입 압력 구멍이 형성되며, 토출 공간으로부터 토출 압력 구멍이 형성된 고정 스크롤과; 상기 세 개의 압력 구멍이 만나는 지점에 상기 중간 압력 구멍으로부터 제공되는 압력 변화에 따라 상기 토출 압력 구멍에서 흡입 압력 구멍으로 통하는 통로를 개폐토록 이루어진 피스톤 및 탄성 부재가 포함된 스크롤 압축기에 있어서, 상기 중간 압력 구멍이 개방되는 크랭크 각도의 범위가 최소 480°이상에서 최대 토출 개시각 전까지로 설정된 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 고진공 방지 장치가 구비된 스크롤 압축기의 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 고진공 방지 장치서 중간 압력 구멍 위치가 도시된 평면도이다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는 고정 스크롤(51)에 중간 압력 구멍(52), 흡입 압력 구멍(54), 토출 압력 구멍(52)이 형성되고, 상기 세 개의 압력 구멍(52,53,54)이 만나는 지점에 상기 중간 압력 구멍(52)으로부터 제공되는 압력 변화에 따라 상기 토출 압력 구멍(53)에서 흡입 압력 구멍(54)으로 통하는 통로를 개폐토록 이루어진 피스톤(61) 및 탄성 부재(63)가 설치된다.

상기에서 중간 압력 구멍(52)은 고정 스크롤(51)과 선회 스크롤(55)과 맞물리는 압축 공간에 형성되고, 상기 흡입 압력 구멍(54)은 스크롤의 흡입 공간으로부터 형성되며, 토출 압력 구멍(53)은 스크롤의 토출 공간으로부터 형성된다.

그리고, 상기 피스톤(61) 및 탄성 부재(63)의 후방에는 스토퍼(65) 및 고정핀(67)이 설치되어 피스톤(61) 및 탄성 부재(63)가 이탈되는 것을 방지한다.

특히, 상기 중간 압력 구멍(52)의 개방 위치는 도 5에서와 같이 크랭크 각도의 범위가 최소 480°이상에서 최대 토출 개시각 전까지로 설정된다.

상기 중간 압력 구멍(52)이 개방되는 각도는 가스의 흡입이 완료되고 바로 압축이 진행되는 시점부터 중간 압력이 작용하게 되는 바, 탄성 부재(63)의 체결력, 토출 압력의 힘, 오일 점성에 의한 전단력 등을 극복하는 중간 압력이 중간 압력 구멍(52)을 통해 작동할 수 있는 최소 크랭크 각도로 설정하여야 한다.

상기 최소 중간 압력 산출 방법은 하기의 수학식1을 통해 구할 수 있다.

여기서,: 최소 중간 압력

: 피스톤에 작용하는 중간 압력 면적

: 탄성 부재의 스프링 계수

: 초기 탄성 부재 체결 길이

: 토출 압력

: 피스톤에 작용하는 토출 압력 면적

: 오일 점성에 의한 전단력 + 피스톤 관성력이다.

다음 중간 압력의 체적()은 상기 수학식 1에서 산출된 최소 중간 압력()으로부터 하기의 수학식 2를 통해 구할 수 있다.

,

여기서,: 흡입 압력

: 행정 체적

: 중간 압력 체적

: 비열비

a : 기초원 반경

h : 랩 높이

rs : 선회 반경

: 랩의 인볼루트 각도이다.

그리고 하기의 수학식 3을 통해 랩(51a)의 인볼루트 각도를 크랭크 각도로 변환시킬 수 있다.

여기서,: 랩의 끝각

theta : 크랭크 각도이다.

상기와 같이 설정되는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는 도 5에서와 같이 종래 기술에 비하여 중간 압력 구멍(52)이 개방되는 크랭크 각도의 범위가 최소화됨으로써 서비스 밸브가 개방된 초기 작동시나 정상 운전 작동 중에 흡입 압력쪽에 토출 압력이 작용하지 않도록 하여 압축 성능이 저하되는 것을 방지하게 된다.

한편, 상기 중간 압력 구멍(52)과 토출 압력 구멍(53)은 상기 스크롤의 랩(51a) 두께(t)보다 작은 직경(d₁)(d₂)으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는 고압력의운전 조건과 고진공 작동시에 보다 안정적인 중간압력을 생성토록 중간압력 구멍 위치를 선정함으로써 흡입 압력이 진공 이하로 저하되어 신뢰성이 떨어지는 것을 방지하는 동시에 정상 운전 작동시에 압축 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 선회 스크롤과 맞물리는 압축 공간으로부터 중간 압력 구멍이 형성되고, 흡입 공간으로부터 흡입 압력 구멍이 형성되며, 토출 공간으로부터 토출 압력 구멍이 형성된 고정 스크롤과; 상기 세 개의 압력 구멍이 만나는 지점에 상기 중간 압력 구멍으로부터 제공되는 압력 변화에 따라 상기 토출 압력 구멍에서 흡입 압력 구멍으로 통하는 통로를 개폐토록 이루어진 피스톤 및 탄성 부재가 포함된 스크롤 압축기에 있어서,

   상기 중간 압력 구멍이 개방되는 크랭크 각도의 범위가 최소 480°이상에서 최대 토출 개시각 전까지로 설정된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 중간 압력 구멍과 토출 압력 구멍은 상기 스크롤의 랩 두께 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.