KR100425105B1 - 스크롤 압축기의 바이패스 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이패스공을 정확하게 개폐시키고, 조립을 용이하게 하며, 사체적을 줄일 수 있는 바이패스 장치를 제공하여, 기기의 효율 및 신뢰성을 향상시키는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 와권형상의 랩을 가진 선회스크롤과 고정스크롤이 맞물려 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 압축실에서 압축된 냉매가 토출되도록 상기 고정스크롤의 경판에 관통되게 형성되는 바이패스공과, 상기 바이패스공과 동심원을 이루며 상기 고정스크롤의 경판 상면에 함몰되게 형성되는 확장공과, 상기 확장공에 상/하 이동가능하게 구비됨과 함께 상기 바이패스공과 마주하지 않는 부위에 냉매통공이 형성되는 바이패스 밸브가 포함되어 이루어진 스크롤 압축기의 바이패스 장치를 제공한다.

Description

스크롤 압축기의 바이패스 장치{Bypass device for scroll compressor}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 스크롤 압축기의 바이패스 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 스크롤 압축기는, 대향하는 한쌍의 스크롤에 의해 형성되는 압축실의 체적을 변화시켜 냉매가스를 압축하는 압축기로서, 왕복동식 압축기 및 로타리 압축기에 비해 효율이 높고, 진동 및 소음이 낮으며, 또한 소형, 경량화가 가능하여 점차 그 사용영역을 넓혀가고 있는 추세에 있다.

여기서, 스크롤 압축기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 밀폐 케이싱(1)과, 상기 밀폐 케이싱 내에 서로 맞물린 상태로 압축실(1a)을 구획하는 와권형상의 랩(2a, 3a)을 가진 선회스크롤(2) 및 고정스크롤(3)과, 상기 압축실로 냉매가스를 유입시키는 흡입덕트(4)와, 상기 선회스크롤의 보스(2b)에 일단부가 회동가능하게 구비되고 타단부가 원동기(미도시)에 구비되어 상기 선회스크롤에 구동력을 전달하는 편심축(5)이 포함되어 이루어진다.

상기와 같이 이루어진 스크롤 압축기는 다음과 같은 동작을 수행한다.

상기 스크롤 압축기로 전원이 공급되면, 상기 원동기(미도시)의 고정자와 회전자 사이에 유도전류가 발생하고, 상기 유도전류에 의해 상기 회전자와 결합된 편심축(5)이 회전하며, 상기 편심축의 회전에 의해 상기 선회스크롤(2)이 선회한다.

이 때, 냉매가스는 흡입덕트(4)를 통해 상기 압축실(1a)로 유입된 후, 상기 선회스크롤(2)의 선회운동에 의해 압축실의 중심부로 이동되면서 압축되며, 압축된 후 상기 고정스크롤(3)의 중심측에 형성된 바이패스공(3b)을 통해 토출되게 된다.

하지만, 상술한 스크롤 압축기는 왕복동식 압축기와는 달리 토출압과 흡입압과의 비로 나타내는 압력비가 변하면 성능상의 손실이 급격히 증가하는 단점이 있다.

즉, 스크롤 압축기에서는 토출 개시각이 스크롤 랩(2a, 3a)의 기하학적 형상에 의해 결정되므로 어느 주어진 형상의 스크롤에서는 흡입체적과 토출체적의 비가 고정되게 되고, 이 고정 체적비에 의해 압력비가 자연 결정되게 된다. 이렇듯, 운전조건에서 주어지는 흡입압과 토출압이 이루는 압력비가 스크롤 압축기의 고유설계 압력비와 일치할 때에는 압축손실이 최소가 되지만, 이 두 압력비가 일치하지 않을 때에는 손실이 증가한다.

예를 들면, 운전 압력비가 설계 압력비보다 높게 설정될 경우에는, 압축실(1a)내의 냉매가스 압력이 아직 토출압에 이르지 못했을 지라도 토출 개시각에 이르면 압축과정의 냉매가스가 바이패스공(3b)에 노출되게 되고, 이때, 토출실(1b)의 가스압이 높기 때문에 토출실에서 압축실로의 역류가 발생한다.

반대로, 운전 압력비가 설계 압력비보다 낮을 경우에는, 압축실(1a)내의 냉매가스 압력이 토출압과 같아지더라도 아직 토출 개시각에 이르지 않는다면 압축이 계속 진행되므로 과압축 손실을 일으키게 된다.

이러한 압력비가 일치하지 않음에 따라 압축손실의 증가를 방지하기 위한 방법의 하나로써, 바이패스 장치가 제안되었다.

이하, 도 1내지 도 3을 참조하여, 종래기술에 따른 스크롤 압축기의 바이패스 장치를 언급하면 다음과 같다.

종래기술에 따른 바이패스 장치는, 상기 고정스크롤(3)의 상단면에 일단부가 나사체결되고 타단부가 상기 바이패스공(3b)에 상응하게 위치되는 리드형 바이패스 밸브(11)와, 상기 바이패스 밸브의 일단부 상면에 겹쳐 나사체결되어 상기 바이패스 밸브의 상향 이동거리를 제한하는 바이패스 시트(12)로 이루어진다. 그리고 미설명된 도면부호 13은 볼트이다.

상기와 같이 이루어진 종래기술에 따른 바이패스 장치는 다음과 같은 동작을 수행한다.

운전 압력비가 설계 압력비 보다 클 경우이든, 운전 압력비가 설계 압력비 보다 낮을 경우이든, 압축과정의 냉매가스의 압력이 토출압에 이르면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 바이패스 밸브(11)가 열리고 바이패스공(3b)을 통해 압축실(1a) 내의 가스가 토출실(1b)로 유출되게 되고, 압축과정의 냉매가스의 압력이 토출압에 이르지 않으면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 바이패스 밸브(11)는 계속해서 닫힌 상태를 유지하게 된다.

하지만 상기와 같이 이루어진 종래기술에 따른 바이패스 장치는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째, 도 3에 도시된 바와 같이, 바이패스 밸브(11)가 보통 한 개의볼트(13)로 구속되기 때문에, 볼트를 중심으로 바이패스 밸브가 회전될 우려가 발생되며, 이에 따라, 바이패스 밸브가 바이패스공(3b)을 정확하게 개폐시킬 수 없게 된다.

둘째, 바이패스 밸브(11)가 회전될 우려가 발생됨에 따라, 조립시 매우 조심하여 조립해야하므로 조립시간이 길어지는 문제가 있다.

셋째, 바이패스공(3b)에 해당하는 부분이 사체적(A, dead zone)임에 따라, 압축기의 효율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 종래기술에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 바이패스공을 정확하게 개폐시키고, 조립을 용이하게 하며, 사체적을 줄일 수 있는 바이패스 장치를 제공하여, 기기의 효율 및 신뢰성을 향상시키는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 스크롤 압축기의 구조를 나타낸 개략적 단면도.

도 2a와 도 2b는 종래의 바이패스 장치를 나타낸 도 1의 "A"부 상세도로서, 도 2a는 바이패스 밸브가 닫힌 상태를 나타낸 것이고, 도 2b는 바이패스 밸브가 열린 상태를 나타낸 것이다.

도 3은 도 2a의 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 바이패스 장치를 나타낸 요부 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 바이패스 장치 중 바이패스 밸브를 나타낸 평면도.

도 6은 본 발명에 따른 바이패스 장치 중 고정지그를 나타낸 사시도.

도 7a는 바이패스 밸브가 닫힌 상태를 나타낸 단면도.

도 7b는 바이패스 밸브가 열린 상태를 나타낸 단면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1a: 압축실 2: 선회스크롤

2a: 선회스크롤의 랩 3: 고정스크롤

3a: 고정스크롤의 랩 20: 바이패스공

30: 확장공 40: 바이패스 밸브

41: 냉매통공 42: 몸통부

43: 날개부 50: 고정지그

51: 멈춤부 52: 가이드홈부

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 와권형상의 랩을 가진 선회스크롤과 고정스크롤이 맞물려 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 압축실에서 압축된 냉매가 토출되도록 상기 고정스크롤의 경판 상면에 형성되는 바이패스공과, 상기 바이패스공과 동심원을 이루며 상기 고정스크롤의 경판 상면에 함몰되게 형성되는 확장공과, 상기 확장공에 상/하 이동가능하게 구비됨과 함께 상기 바이패스공과 마주하지 않는 부위에 냉매통공이 형성되는 바이패스 밸브가 포함되어 이루어진 스크롤 압축기의 바이패스 장치를 제공한다.

이 때, 상기 바이패스 장치는, 상기 확장공에 구비되어 상기 바이패스 밸브의 상/하 이동 거리를 제한하는 고정지그가 더 포함되어 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 상기 바이패스 밸브가 상기 확장공의 내벽을 따라 상/하 이동될 때, 상기 바이패스 밸브가 틀어지지 않도록 하기 위하여, 상기 확장공의 내벽에 접촉되는 상기 바이패스 밸브의 외곽부 두께는 상측으로 더 두껍게 되어 이루어짐 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 바이패스 장치를 나타낸 요부 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 바이패스 장치 중 바이패스 밸브를 나타낸 평면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 바이패스 장치 중 고정지그를 나타낸 사시도이다.

그리고, 도 7a는 바이패스 밸브가 닫힌 상태를 나타낸 단면도이고, 도 7b는 바이패스 밸브가 열린 상태를 나타낸 단면도이다.

도면 설명에 앞서, 스크롤 압축기의 구성은 종래기술에 언급된 바 있으므로, 그 설명을 생략하고, 종래기술과 동일한 구조에 한해서는 종래와 동일한 부호를 부여키로 한다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기의 바이패스 장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 와권형상의 랩(2a, 3a)을 가진 선회스크롤(2)과 고정스크롤(3)이 맞물려 압축실(1a)을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 압축실(1a)에서 압축된 냉매가 토출되도록 상기 고정스크롤(3)의 경판에 관통되게 형성되는 바이패스공(20)과, 상기 바이패스공과 동심원을 이루며 상기 고정스크롤의 경판 상면에 함몰되게 형성되는 확장공(30)과, 상기 확장공에 상/하 이동가능하게 구비됨과 함께 상기 바이패스공과 마주하지 않는 부위에 냉매통공이 형성되는 바이패스 밸브가 포함되어 루어진다.

이 때, 상기 바이패스 장치는, 상기 확장공(30)에 구비되어 상기 바이패스 밸브의 상/하 이동 거리를 제한하는 고정지그(50)가 더 포함되어 이루어짐이 바람직하다.

그리고, 상기 바이패스 밸브(40)가 상기 확장공(30)의 내벽을 따라 상/하 이동될 때, 상기 바이패스 밸브가 틀어지지 않도록 하기 위하여, 상기 확장공(30)의 내벽에 접촉되는 상기 바이패스 밸브(40)의 외곽부 두께는 상측으로 더 두껍게 되어 이루어짐 바람직하다(도 4의 "T"참조).

여기서, 상기 바이패스 밸브(40)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스공(20)을 덮는 몸통부(42)와, 상기 몸통부의 둘레에서 사방으로 돌출형성되는 날개부(43)로 이루어짐이 바람직하다. 그리고 이와 함께, 상기 고정지그(50)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스 밸브(40)보다 상측에 위치하여 상기 바이패스 밸브가 소정거리 상향 이동되면 상기 바이패스 밸브의 날개부(43)의 이동을 정지시키는 멈춤부(51)와, 상기 날개부가 좌/우로 회전되지 않고 원활하게 상/하로 이동되도록 상기 날개부(43)를 안내하는 가이드홈부(52)로 이루어짐이 바람직하다.

이하, 도 7a와 도 7b를 참조하여, 본 발명에 따른 바이패스 장치의 동작을 언급하면 다음과 같다.

첫째, 도 7a에 도시된 바와 같이, 압축과정의 냉매가스의 압력이 토출압에이르지 않으면, 토출실(1b)의 압력이 압축실(1a)에 압력보다 크게 되므로, 바이패스 밸브(40)는 압력차에 의해 계속해서 닫힌 상태를 유지하게 된다.

둘째, 도 7b에 도시된 바와 같이, 압축과정의 냉매가스의 압력이 토출압에 이르면, 압축실(1a)의 압력이 토출실(1b)의 압력보다 크게 되므로, 바이패스 밸브(40)는 압력차에 의해 상향 이동되고, 바이패스 밸브의 냉매통공(41)을 통해 압축실(1a)내의 냉매가스는 토출실(1b)로 유출되게 된다. 이때, 바이패스 밸브의 날개부(43)와 고정지그의 가이드홈(52)에 의해 바이패스 밸브(40)는 원활하게 상향 이동되며, 바이패스 밸브(40)가 소정거리 이동되면 고정지그의 멈춤부(51)에 접촉되어 멈추게 된다.

결국, 본 발명에 따른 바이패스 장치는, 바이패스공(20)이 위치하는 고정스크롤(3)에 바이패스 밸브(40)를 장착시킬 수 있는 확장공(30)이 형성됨에 따라, 바이패스공의 체적인 사체적(B)을 확장공이 형성되는 부위만큼 줄일 수 있게 된다. 그리고, 바이패스 밸브(40)가 확장공(30)의 내벽과 가이드홈부(52)를 따라 상/하 이동하면서 바이패스공(41)을 개폐시킴에 따라, 정확한 개폐가 가능하고, 조립시 별도의 나사체결을 요하지 않으므로 조립이 용이하다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 바이패스 장치가 제공됨에 따라, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 바이패스공이 위치하는 고정스크롤에 바이패스 밸브를 장작시킬 수 있는 확장공이 형성됨에 따라, 바이패스공의 체적인 사체적을 확장공이 형성되는 부위만큼 줄일 수 있는 이점이 있다.

둘째, 바이패스 밸브가 확장공의 내벽과 가이드홈부를 따라 상/하 이동하면서 바이패스공을 개폐시킴에 따라, 정확한 개폐가 가능한 이점이 있다.

셋째, 구성부품의 수를 줄일 수 있고, 그 구조가 간단하며, 조립시 별도의 나사체결을 요하지 않으므로, 조립이 용이한 이점이 있다.

넷째, 바이패스공을 정확하게 개폐시키고, 조립을 용이하게 하며, 사체적을 줄일 수 있게 됨에 따라, 기기의 효율 및 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 와권형상의 랩을 가진 선회스크롤과 고정스크롤이 맞물려 압축실을 형성하는 스크롤 압축기에 있어서,

   상기 압축실에서 압축된 냉매가 토출되도록 상기 고정스크롤의 경판에 관통되게 형성되는 바이패스공과,

   상기 바이패스공과 동심원을 이루며 상기 고정스크롤의 경판 상면에 함몰되게 형성되는 확장공과,

   상기 확장공에 상/하 이동가능하게 구비됨과 함께 상기 바이패스공과 마주하지 않는 부위에 냉매통공이 형성되는 바이패스 밸브가 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 바이패스 장치는, 상기 확장공에 구비되어 상기 바이패스 밸브의 상/하 이동 거리를 제한하는 고정지그가 더 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 바이패스 밸브가 상기 확장공의 내벽을 따라 상/하 이동될 때, 상기 바이패스 밸브가 틀어지지 않도록 하기 위하여, 상기 확장공의 내벽에 접촉되는 상기 바이패스 밸브의 외곽부 두께를 상측으로 더 두껍게 하여 이루어짐을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 바이패스 밸브는, 상기 바이패스공을 덮는 몸통부와, 상기 몸통부의 둘레에서 사방으로 돌출형성되는 날개부로 이루어지고;

   상기 고정지그는, 상기 바이패스 밸브보다 상측에 위치하여 상기 바이패스 밸브가 소정거리 상향 이동되면 상기 바이패스 밸브의 날개부의 이동을 정지시키는 멈춤부와, 상기 날개부가 좌/우로 회전되지 않고 원활하게 상/하로 이동되도록 상기 날개부를 안내하는 가이드홈부로 이루어짐을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 장치.