KR100382910B1 - 스크롤압축기의바이패스밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치는 고정스크롤 하부의 압축실에서 고정스크롤 상부의 토출실로 냉매를 유출하는 바이패스 홀과, 상기 바이패스 홀의 상부에 바이패스 홀의 내경보다 큰 내경으로 형성된 밸브홈과, 상기 밸브홈 내를 상하 이동하여 상기 바이패스 홀을 개폐하는 원판과 이 원판의 외주부에 형성된 복수개의 걸림돌기로 되는 바이패스 밸브와, 상기 바이패스 홀의 내주면에 매립됨과 아울러 바이패스 홀의 내주면에서 중심부 쪽으로 돌출된 상태로 설치되는 링형의 밸브 스토퍼로 구성하여, 고정스크롤 경판상의 바이패스 홀(by-pass hole)이 차지하는 사체적(dead volume)를 최소화시킴으로써 압축효율이 향상되며, 또한 고정스크롤 상부의 고저압 분리와 체결위치를 중심부 쪽으로 이동시켜 고정스크롤 상면의 고압작용 면적을 줄일 수 있게 되어 그에 따라 고정스크롤의 변형을 줄일 수 있게 되고, 또한 압축실내 축방향 틈새를 보다 작게 설정하는 것이 가능하게 되어 효율이 크게 개선되도록 하였다.

Description

스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 고정스크롤 경판상의 바이패스 홀(by-pass hole)이 차지하는 사체적(dead volume)을 최소화시킴으로서 압축효율이 향상되며, 또한 체결위치를 중심부 쪽으로 이동시켜 고정스크롤 상면의 고압작용 면적을 줄일 수 있게 되므로 그에 따른 고정스크롤의 변형을 줄일 수 있게 되고, 또한 압축실 내 측방향 틈새를 보다 작게 설정하는 것이 가능하게 되어 효율이 크게 개선되도록 한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치에 관한 것이다.

종래의 기술에 의한 스크롤 압축기의 압축원리 및 작동을 제 1도 및 제 2도를 참고로 설명한다. 한 쌍의 인벌류트 곡선 형상의 랩을 갖는 스크롤, 즉 고정스크롤(1)과 선회스크롤(2)에 의해 형성되는 한 쌍의 초생달 모양의 압축실(3)은 선회스크롤(2)의 자전이 방지된 채 선회운동을 함에 따라 중심부 측으로 이동하면서 점점 체적이 감소되어 압력이 상승하게 되고, 결국에는 고정스크롤(1)의 중심부에 형성된 토출구(4)를 통해 토출되게 된다. 한편, 이러한 스크롤 압축기를 기동시킬 경우에 대해 설명한다. 스크롤 압축기는 토출밸브에 의해 토출이 일어나지 않고 스크롤 중심부의 기하학적 형상에 의해 토출이 시작되는 특징이 있다. 그리하여 초기 흡입량이 높을 경우 압축 부하는 그 만큼 크게 된다. 따라서 스크롤 압축기에는 초기 기동시의 압축토크를 저감시키기 위한 부가적인 장치들이 있다. 그 한 예가 제 2도에 도시한 바와 같이 바이패스 밸브(by-pass valve)(5)를 설치하는 구조이다.

고정스크롤 경판에 복수개의 바이패스 홀(6)을 가공하고, 고정스크롤(1) 상면쪽에 상기 바이패스 홀(6)을 개폐하는 바이패스 밸브(5)를 설치하게 된다. 이러한 구조의 경우 에어컨 사이클의 압력이 평형을 이루었을 때와 같은 흡입압력이 높은 조건하에서 압축기를 기동시킬 경우 높은 흡입압력의 냉매를 압축하는 것으로 인해 발생하는 높은 압력이 압축과정 중간에 바이패스 홀(6)을 통해 토출실(9)쪽으로 유출되므로 초기 기동시의 부하를 크게 저감시킬 수가 있는 것이다. 한편, 일정 시간이 경과하여 흡입 쪽의 압력이 떨어지고 토출 쪽의 압력이 상승하여 사이클이 안정된 후에는 바이패스 홀(6)이 형성되어 있는 중간과정의 압축실(3)내의 압력보다 토출된 고압의 압력으로 차 있는 고정스크롤(1)의 상면부 압력이 높기 때문에 바이패스 밸브(5)는 닫혀지게 되어 압축과정의 냉매가 바이패스 홀(6)을 통해 압축실(3) 하부로 누설되지 않고 정상적인 압축과정을 수행할 수 있게 된다.

이러한 초기 기동부하 저감구조는 모터의 설계에도 큰 영향을 미쳐 초기 기동 토오크를 작게 할 경우 고효율 모터 설계에도 적용된다.

도면 중 미설명 부호 7은 압축실 내의 저압측과 고압측을 분리하는 을 나타낸 것이다.

그러나 이러한 종래의 기술에서는 고정스크롤(1)의 경판 상면에 바이패스 밸브(5)가 장착되기 때문에 바이패스 홀(6)의 체적 전체가 사체적으로 되어 압축효율을 저하시키게 되고, 보다 큰 기동 부하 저감을 위해 바이패스 홀(6)의 내경을 크게 할 경우 압축효율은 더욱 나빠지게 되는 문제점이 있다. 이것을 압력-체적(P-V) 선도에 표시하면 제 3도와 같이 되며, A부분의 볼록한 면적이 크면 클수록 손실량은 커지게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 고정스크롤 경판 상의 바이패스 홀(by-pass hole)이 차지하는 사체적(dead volume)들 최소화시킴으로서 압축효율이 향상되며, 또한 고저압 분리막 체결위치를 중심부 쪽으로, 즉 고정스크롤의 중심부 쪽으로 이동시켜 고정스크롤 상면의 고압작용 면적으로 줄일 수 있게 되므로 그에 따른 고정스크롤의 변형을 줄일 수 있게 되고, 또한 압축실내 축방향 틈새를 보다 작게 설정하는 것이 가능하게 되어 효율이 크게 개선되도록 한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치를 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적은 고정스크롤 하부의 압축실에서 고정스크롤 상부의 토출실로 냉매를 유출하는 바이패스 홀과, 상기 바이패스 홀의 상부에 바이패스 홀의 내경보다 큰 내경으로 형성된 밸브홈과, 상기 밸브홈 내를 상하 이동하여 상기 바이패스 홀을 개폐하는 원판과 이 원판의 외주부에 형성된 복수개의 걸림돌기로 되는 바이패스 밸브와, 상기 바이패스 홀의 내주면에 매립됨과 아울러 바이패스 홀의 내주면에서 중심부 쪽으로 돌출된 상태로 설치되는 링형의 밸브 스토퍼로 구성된 것으로 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치를 제공하는 것에 의하여 달성된다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치를 첨부 도면에 도시한 실시례에 따라서 설명한다.

제 4도는 본 발명에 의한 바이패스 홀의 사체적 감소를 통한 압축손실감소를 나타낸 P-V 선도이고, 제 5도는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치를 나타낸 스크롤의 요부 단면도이며, 제 6도는 본 발명에 의한 바이패스 밸브를나타낸 평면도를 각각 보인 것이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치는 압축실의 냉매를 압축의 중간 과정에서 토출실로 유출될 수 있도록 한 스크롤 압축기를 전제로 한다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치는 고정스크롤(1)의 경판 내부(11)에 과다한 흡입압력의 냉매를 상기 고정스크롤(1) 하부의 압축실(3)에서 고정 스크롤(1) 상부의 토출실(9)로 유출하는 바이패스 홀(12)을 형성하고, 상기 바이패스 홀(12)의 상단부에 이 바이패스 홀(12)을 개폐하는 개폐수단을 형성한다.

상기 개폐수단은 바이패스 홀(12)의 내경보다 크게 형성된 밸브홈(13)과, 그 밸브홈(13)내를 상하 이동하여 상기 바이패스 홀(12)들 개폐하는 바이패스 밸브(14)와, 그 바이패스 밸브(14)와 고정스크롤(1) 경판의 상면 사이에 설치되어 상기 바이 패스 밸브(14)가 소정의 높이 이상 상승되지 않도록 하는 밸브 스토퍼(15)로 구성된다.

상기 바이패스 밸브(14)는 원판(14') 외주부에 다수개의 걸림돌기(14")가 형성되거나, 또는 상승되는 바이패스 밸브(14)를 통해 냉매가 유출될 수 있는 형상으로 이루어진다.

상기 밸브 스토퍼(15)는 링형으로 형성되어 밸브홈(13)의 내주면에 매설됨과 아울러 밸브홈(13)의 내주면에서 중심부를 향하여 돌출되는 상태로 설치된다.

여기서 밸브 스토퍼(15)가 링형으로 형성되어 있기 때문에 바이패스 밸브(14)를 단순한 원판(14')으로만 형성하였을 경우, 바이패스 밸브(14)가 상승하여 바이패스 홀(12)을 개방하더라도 바이패스 밸브(14)의 원판(14')의 상면이 밸브 스토퍼(15)의 하면에 밀착되어 바이패스 홀(12)을 통해 유출된 냉매가 토출실(9)로 토출될 수 없게 된다.

따라서 본 발명에서는 상기 바이패스 밸브(14)의 원판(14') 외주부에 다수개의 걸림돌기(14")를 형성하여 바이패스 밸브(14)가 상승하였을 때 이 걸림돌기(14")가 상기 밸브 스토퍼(15)에 걸려 그 상승 높이를 규제하게 됨과 아울러 바이패스 밸브(14)의 원판(14') 외주부와 걸림돌기(14") 및 밸브 스토퍼(15)의 내주면 사이에 통로가 형성되어 냉매가 통과할 수 있도록 한 것이다.

또한 상기 바이패스 밸브(14)의 원판(14') 외주부에 형성된 걸림돌기(14")는 상기 바이패스 홀(12)의 내주면과 원판(14')간의 접촉면적을 최소화하여 마찰저항을 최소화하기 위한 것이다.

즉, 바이패스 밸브(14)를 단순히 원판(14')으로만 형성하였을 경우에는 원판(14')의 외주부와 바이패스 홀(12)의 내주면 사이의 마찰접촉면적이 커지게 되어 바이패스 밸브(14)의 승강작동이 원활하게 이루어지지 않을 염려가 있는 바, 본 발명에서는 바이패스 밸브(14)의 외주부와 바이패스 홀(12)의 내주면 사이의 마찰접촉면적을 최소화하여 바이패스 밸브(14)의 승강작동이 원활하게 이루어지도록 하기 위하여 원판(14')의 외주부에 상기 걸림돌기(14")를 형성한 것이다.

종래 구성과 동일 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하였다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다

고정스크롤(1) 경판에 바이패스 홀(12)을 형성하되, 길이를 짧게 하고 동시에 바이패스 홀(12)보다 내경이 큰 밸브홈(13)을 바이패스 홀(12)과 동심의 위치에 연이어 고정스크롤(1) 경판 내부에 형성하여 단차를 이루게 한다. 그리고 상기 밸브홈(13)내에 방사형으로 걸림돌기(14")가 형성된 원판(14')로 된 바이패스 밸브(14)를 설치하고, 이 바이패스 밸브(14) 상부에는 밸브 스토퍼(15)를 설치한다.

이러한 구조의 기능은 종래의 구조와 마찬가지로 기동시 압축실(3)내에 압축부하가 크게 걸릴 때, 압축실내 압력이 고정스크롤(1) 상면 토출실(9)의 압력보다 클 때, 바이패스 밸브(14)가 스토퍼(15)에 의해 제한될 때까지 부상하게 되고, 압축실(3)내 고압의 가스는 바이패스 홀(12)을 통해 유출되어 바이패스 밸브(14)와 상기 밸브홈(13) 사이의 공간을 통해 토출실(9)로 흐르게 되어 압축실(3)내의 부하를 크게 저감시키게 된다.

한편, 일정 시간이 경과한 후 토출실(9)에 고압이 형성되면 토출실(9) 압력이 압축실(3) 압력보다 크므로 바이패스 밸브(14)는 닫히게 되어 토출실(9)의 고압이 압축실(3)로 유입되지 않고 정상적인 압축을 수행할 수 있게 된다.

본 구조의 경우 바이패스 홀(12)을 고정스크롤(1) 경판의 중간에 형성하므로 이 바이패스 홀(12)이 차지하는 체적 곧 사체적이 대폭 감소하게 되어 손실면적이 줄어들어 압축효율이 크게 향상된다.

또한 본 발명과 같이 바이패스 밸브(14)를 고정스크롤(1) 경판 내에 형성할 경우 압축실(3)내의 저압측과 고압측을 분리하는 고저압 분리막(7)의고정스크롤(1)과의 체결위치가 바이패스 밸브(14)의 영향을 받지 않으므로 최대한으로 중심 가까이 위치시킬 수 있게 된다.

따라서 고정스크롤(1) 상면부에 토출고압이 작용하는 면적이 현저히 줄어들게 되어 그 만큼 고정스크롤(1) 경판의 처짐이 작게 되고, 이것은 압축실(3)내에서 스크롤 랩 선단부와 상대 스크롤 저면부간의 축방향 틈새를 최소로 설정하는 것이 가능하게 되므로 효율개선이 가능하다.

상기의 바이패스 밸브(14)가 고정스크롤(1) 경판에 복수개 형성되어 있는 경우도 같은 효과를 얻을 수 있다.

제 3도와 대비하여 제 4도의 A'를 살펴보면 본 발명에 의한 바이패스 밸브장치를 적용한 스크롤 압축기에서는 바이패스 홀에 의한 사체적이 감소된 만큼 압축손실이 저감되었음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치는 고정스크롤의 경판 내부에 과다한 흡입압력의 냉매를 상기 고정스크롤 하부의 압축실에서 고정스크롤 상부의 토출실로 유출하는 바이패스 홀을 형성하고, 상기 바이패스 홀의 상단부, 즉 고정스크롤 경판의 내부에 홀을 개폐하는 개폐수단을 형성하여, 고정스크롤 경판상의 바이패스 홀이 차지하는 사체적을 최소화함으로서 압축 효율이 향상되며, 또한 고정스크롤 상면의 고저압 분리막 체결위치를 중심부 쪽으로 이동시켜 고정스크롤 상면의 고압작용 면적을 줄일 수 있게 되므로 그에 따른 고정스크롤의 변형을 줄일 수 있게 되고, 또한 압축실 내 축방향 틈새를 보다 작게 설정하는 것이 가능하게 되어 효율이 크게 개선되는 효과가 있다.

제 1도는 일반적인 스크롤 압축기의 압축과정을 나타내는 스크롤 단면도.

제 2도는 종래의 기술에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치를 나타낸 스크롤의 요부 단면도.

제 3도는 종래의 기술에 의한 바이패스 홀의 사체적을 통한 압축손실을 나타낸 P-V 선도.

제 4도는 본 발명에 의한 바이패스 홀의 사체적 감소를 통한 압축손실감소를 나타낸 P-V 선도.

제 5도는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치를 나타낸 스크롤의 요부 단면도.

제 6도는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브를 나타낸 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 고정스크롤 12 : 바이패스 홀

13 : 밸브홈 14 : 바이패스 밸브

14' : 밸브 원판 14" : 걸림돌기

15 : 밸브 스토퍼

Claims (1)

1. 고정스크롤 하부의 압축실에서 고정스크롤 상부의 토출실로 냉매를 유출하는 바이패스 홀과,

   상기 바이패스 홀의 상부에 바이패스 홀의 내경보다 큰 내경으로 형성된 밸브홈과,

   상기 밸브홈 내를 상하 이동하여 상기 바이패스 홀을 개폐하는 원판과 이 원판의 외주부에 형성된 복수개의 걸림돌기로 되는 바이패스 밸브와,

   상기 바이패스 홀의 내주면에 매립됨과 아울러 바이패스 ㅎ홀의 내주면에서 중심부 쪽으로 돌출된 상대로 설치되는 링형의 밸브 스토퍼로 구성된 것으로 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치.