KR100434401B1 - 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치에 관한 것으로서, 케이싱의 내부에 선회스크롤 및 그 선회스크롤과 함께 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤이 구비되어 상기 선회스크롤의 선회시 각 압축실이 서로 다른 압력을 갖으면서 연속적으로 위치를 이동하도록 이루어지는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 케이싱의 흡입압 영역과 토출압 영역 그리고 상기 고정스크롤과 선회스크롤에 의해 형성되는 압축실로 냉매가 흡입되는 흡입홈이 서로 연통되어 구비되는 밸브하우징이 형성된 고정스크롤과, 상기 밸브하우징 내주면에 미끄럼 접촉되게 삽입되어 압축기의 운전상태에 따른 흡입압의 상태 변화에 따라 움직이면서 상기한 흡입압 영역과 토출압 영역을 연통시키거나 차단시키는 밸브부재와, 상기 밸브하우징 내부에 장착되어 상기 밸브부재를 지지하며 그 움직임을 보강하는 탄성부재로 구성됨으로써, 상기 흡입압 영역이 진공화되면서 발생되는 진공압축에 의한 허매틱 터미널의 파손을 미연에 방지할 수 있고, 상기 압축기구부의 재압축에 따른 부품의 열화와 이로 인한 압축기의 신뢰성 저하를 미연에 방지하고, 상기 진공방지수단이 압축기의 운전 중 압력 맥동이 적은 흡입홀 측에 장착되므로 밸브의 진동에 의한 소음이 저감되도록 한 것이다.

Description

스크롤 압축기의 진공압축 방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING VACUUM COMPRESSION OF SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치에 관한 것으로, 특히 흡입압을 이용하여 압축기의 진공압축을 차단하는 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치에 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 나뉘어 진다.

상기 저압식 스크롤 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 오일이 적정높이까지 채워진 케이싱(1)의 내주면 상하 양측에 상부프레임(2) 및 하부프레임(3)이 각각 고정되고, 그 상부프레임(2) 및 하부프레임(3)의 사이에는 고정자(4A) 및 회전자(4B)로 이루어진 구동모터(4)가 고정 설치되며, 그 구동모터(4)의 회전자(4B) 중심에는 구동축(5)이 상부프레임(2)을 관통하여 압입되고, 그 상부프레임(2)이 상면에는 인벌류트 곡선으로 랩(Wrap)(6a)이 형성되어 구동축(5)에 편심되게 결합되는선회스크롤(6)이 회전가능하게 얹혀져 설치되며, 상기 선회스크롤(6)의 상면에는 그 선회스크롤(6)의 랩(6a)에 치합되어 복수개의 압축실을 이루도록 인벌류트 곡선의 랩(7a)이 형성되는 고정스크롤(7)이 상부프레임(2)의 가장자리에 고정 설치되고, 상기 고정스크롤(7)의 상측에는 케이싱(1) 내부를 고압부인 토출압 영역과 저압부인 흡입압 영역으로 구획하는 고저압 분리판(8)이 케이싱(1)의 내주면에 고정되어 이루어져 있다.

상기 고정스크롤(7)의 일측 외주연에는 흡입관(SP)과 연통되는 흡입홈(7b)이 최외곽 랩의 안쪽으로 형성되고, 상기 고정스크롤(7)의 중앙에는 토출관(DP)과 연통되는 토출포트(7c)가 형성되며, 상기 고정스크롤(7)의 선단면에는 토출포트(7c)를 개폐하는 역지밸브 조립체(9)가 설치되어 있다.

도면중 미설명 부호인 5a는 오일유로, 8a는 가스토출공이다.

상기와 같이 구성된 종래의 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 올담링(미부호)에 의해 축중심을 원점으로 선회반경 만큼 떨어진 거리에서 선회운동을 하게 되어 고정스크롤(7)과의 두 랩(6a,7a) 사이에 복수개의 압축실이 형성되며, 이 압축실은 선회스크롤(6)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소되어 흡입된 냉매가스를 더욱 압축하여 토출시키게 된다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 상기 흡입관(SP)을 통해 케이싱(1)의 흡입압 영역에 충진되는 흡입가스는 선회스크롤(6)의 선회운동시 열리는 고정스크롤(7)의 흡입홈(7b)을 통해 최외곽측 압축실로 흡입되고, 이 흡입가스는 압축실을 따라 중심으로 이동하면서 점차 압축되어 토출포트(7c)를 통해 토출압 영역으로 토출되며, 이 토출가스는 역지밸브 조립체(9)를 개방시키면서 고저압 분리판(8)의 가스토출공(8a) 및 토출관(DP)을 통해 냉동사이클시스템으로 토출된다.

이때, 상기 압축기의 정상운전시 역지밸브 조립체(9)가 압축실로부터 지속적으로 토출되는 고압의 토출가스에 의해 열린상태를 유지하게 되나, 압축기의 이상운전(과압축 또는 고진공운전)시에는 토출실의 압력이 압축실의 압력 보다 상대적으로 고압이 되면서 역지밸브 조립체(9B)가 고정스크롤(7)의 토출포트(7a)를 차단하여 토출가스의 역류를 방지하게 되는 것이었다.

그러나, 압축기의 운전중 여타 요인에 의한 과압축 운전시 또는 서비스(흡입)밸브를 잠근상태에서 운전을 하는 펌프다운 운전시에는 흡입압 영역에 남아 있던 냉매가스가 모두 압축실로 흡입되어 토출압 영역으로 토출되므로 상기 케이싱(1)의 흡입압 영역은 물론 압축실이 점점 진공상태로 되는데, 이러한 이상운전이 장시간 지속되면 흡입압 영역 및 압축실의 진공이 가속되면서 진공압축에 의하여 허메틱 터미널(Hermetic Terminal)(미도시)이 소손되거나, 또는 압축기구부에서의 재압축에 의해 팁실 등이 열화되면서 파손되어 결국 압축기의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 저압식 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축기의 운전중에 흡입압 영역이 고진공화되는 것을 방지할 수 있는 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 본 발명 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치에 대한 일례를 보인 부분 종단면도.

도 3은 도 2의 "A"부를 상세히 보인 확대도.

도 5 및 도 6은 본 발명 진공압축 방지장치가 구비된 스크롤 압축기에서 정상운전시에 대한 부분 종단면도 및 이 진공압축 방지장치에 대한 자유도.

도 6 및 도 7은 본 발명 진공압축 방지장치가 구비된 스크롤 압축기에서 이상운전(고진공운전)시에 대한 부분 종단면도 및 이 진공압축 방지장치에 대한 자유도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 6 : 선회스크롤

6a : 선회스크롤의 랩 10 : 고정스크롤

11 : 고정스크롤의 랩 12 ; 흡입홈

12a : 제1흡입구 12b : 제2흡입구

13 : 토출포트 100 : 고진공 방지수단

110 : 밸브하우징 111 : 밸브 흡입압공간

111a : 흡입압측 가스구멍 111b : 토출압측 가스구멍

112 : 밸브 초기압공간 120 : 밸브부재

130 : 탄성부재 Sl : 흡입압 영역

Sf : 초기압 영역 Sh : 토출압 영역

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치는 케이싱의 내부에 선회스크롤 및 그 선회스크롤과 함께 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤이 구비되어 상기 선회스크롤의 선회시 각 압축실이 서로 다른 압력을 갖으면서 연속적으로 위치를 이동하여 케이싱 내부의 흡입압 영역에서 냉기를 흡입하여 토출압영역으로 압축된 냉기를 토출하는 스크롤 압축기에 있어서, 압축기의 진공압축을 방지할 수 있도록 상기 고정스크롤에는 소정의 내부 공간을 갖는 밸브하우징이 형성되고, 상기 밸브하우징의 내부에는 그 내주면에 미끄럼 접촉되게 삽입되어 압축기의 운전상태에 따라 이동하며, 상기 밸브하우징을 밸브흡입압공간과 밸브 초기압공간으로 구획하는 밸브부재가 장착되고, 상기 밸브하우징의 밸브 흡입압공간은 상기 밸브부재에 의해 개폐되며 상기 케이싱의 흡입압 영역과 토출압 영역과 연통되어 냉매를 안내하는 흡입압측 가스구멍과, 토출압측 가스구멍이 형성되고, 상기 밸브부재에 의해 개폐되며 상기 밸브 초기압공간과 상기 흡입압영역을 연통시키는 제1흡입구 및 상기 밸브부재에 의해 개폐되며 상기 선회스크롤 및 고정스크롤에 의하여 압축을 시작하는 초기압공간과 상기 밸브 초기압공간을 연통시키거나 상기 초기압공간을 밸브 흡입압공간에 연통시키는 제2흡입구가 고정스크롤에 형성되고, 상기 밸브하우징의 밸브 흡입압공간에는 상기 밸브부재를 지지하며 그 움직임을 보강하는 탄성부재가 장착되어 구성된다.

이하 본 발명의 일 실시예인 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같고, 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하여 설명한다.

도 2는 본 발명 진공압축 방지장치가 구비된 스크롤 압축기의 일례를 보인 부분 종단면도이고, 도 3은 도 2의 "A"부를 상세히 보인 확대도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 진공압축 방지장치가 구비된 저압식 스크롤 압축기는, 케이싱(1)의 내부에 고정된 상부프레임(2)에 고진공 방지수단(100)이 구비된 고정스크롤(10)이 고정되고, 그 고정스크롤(10)과 함께 복수개의 압축실을 형성하는 선회스크롤(6)이 상기 케이싱(1)에 장착된 구동모터(미도시)의 회전자(미도시)에 구동축(5)으로 일체되어 상기한 상부프레임(2)에 얹혀지며, 상기 고정스크롤(10)의 상측에 케이싱(1)의 내부를 흡입압 영역(Sl)과 토출압 영역(Sh)으로 구획하는 고저압 분리판(8)이 케이싱(1)에 고정되고, 상기 고정스크롤(10)의 토출포트(13) 선단면에는 토출가스의 역류를 방지하는 역지밸브 조립체(9)가 설치되는 것을 포함하여 구성된다.

상기 고진공 방지수단(100)은 고정스크롤(10)의 내부에 형성되는 밸브하우징(110)과, 그 밸브하우징(110)의 내부에 미끄러지게 삽입되어 케이싱(1)의 흡입압 영역(Sl)과 토출압 영역(Sh)을 서로 연통시키거나 또는 차단시키는 밸브부재(120)와, 상기 밸브하우징(110)과 밸브부재(120) 사이에 개재되어 그 밸브부재(120)의 미끄럼운동에 탄성력을 부가하는 탄성부재(130)로 이루어진다.

상기 밸브하우징(110)은 그 상,하 양측이 밸브부재(120)에 의해 각각 밸브 흡입압공간(111)과 밸브 초기압공간(112)으로 구획되도록 종방향의 밸브유동공간으로 형성되고, 그 밸브 흡입압공간(111) 주면의 일측면에는 상기 케이싱(1)의 흡입압 영역(Sl)과 연통되는 흡입압측 가스구멍(111a)이 형성되고, 상기 일측면과 대향되는 타측면에는 상기 토출압 영역(Sh)과 연통되는 토출압측 가스구멍(111b)이 형성되고, 상기 밸브 초기압공간(112)은 상기 고정스크롤(10) 및 선회스크롤(6)에 의해 구획되는 최외각 압축공간인 초기압 공간(Sf)과 상기 흡입압 영역(Sl)이 관통되어 형성되는 흡입홈(12)과 연통되어 구성된다.

상기 흡입압측 가스구멍(111a)은 고정스크롤(10)의 외주면으로 관통 형성되고, 토출압측 가스구멍(111b)은 상기 고정스크롤(10)의 상면으로 관통 형성되고, 상기 흡입홈(12)은 상기 밸브 초기압공간(112)과 상기 고정스크롤(10) 외주면의 흡입압영역(Sl)을 연통시키는 제1흡입구(12a)와, 상기 밸브 초기압공간(112)과, 상기 초기압공간(Sf)를 연통시키는 제2흡입구(12b)가 관통 형성된다.

상기 제2흡입구(12b)는 상기 밸브부재(120)의 종방향 유동에 의하여 상기 초기압공간(Sf)이 상기 밸브 흡입압공간(111)에 연통되거나, 상기 밸브 초기압공간(112)에 연통되는 것을 순차적으로 실시하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브부재(120)는 밸브하우징(110)의 내주면에 미끄럼 접촉되도록 삽입되고, 그 외주면에는 밸브하우징(110)과의 실링을 위한 오링(미도시)이 삽입된다.

상기 탄성부재(130)는 압축코일 스프링으로 밸브하우징(110)의 밸브 흡입압공간(111)에 개재되거나, 또는 상기 밸브하우징(110)의 밸브 초기압공간(112)에도 하나 더 개재될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 6a는 선회스크롤의 랩, 8a는 가스토출공, 9a는 역지밸브 조립체, 11은 고정스크롤의 랩이다.

상기와 같은 본 발명 진공압축 방지장치가 구비되는 스크롤 압축기의 일반적인 동작은 종래와 유사하다.

즉, 인가된 전원에 의해 회전하는 모터의 회전자(미도시)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(10)과의 두 랩(6a,11) 사이에 복수개의 압축실이 형성되면서 케이싱(1)의 저압부인 흡입압 영역(Sl)에 충진되어 있던 냉매가스를 흡입 압축시켜 고정스크롤(10)의 토출포트(13)로 토출시키게 된다.

이때, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 압축기의 정상운전 시에는 냉매가스가 상기 제1흡입구(12a)를 통해 상기 밸브 초기압공간(112)으로 유입되어 상기 밸브부재(130)의 초기압 부압면을 밀어주게 되므로, 상기 밸브부재(120)의 초기압 부압면에 가해지는 압력하중(Pf ×A)이 그 이면에 가해지는 탄성부재(130)의 탄성력(Fk) 및 흡입압 영역(Sl)의 압력하중(Pl ×A)을 합한 힘보다 크게되어 상기 흡입압측 가스구멍(111a) 및 토출압측 가스구멍(111b)을 차단하게 된다.

이를 통해, 상기 토출압 영역(Sh)의 고압가수가 토출압측 가스구멍(111b)를 통해 상기 밸브 흡입압공간(111)에 유입되었다가 상기 흡입압측 가스구멍(111a)를 통해 상기 흡입압 영역(Sl)로 바이패스되는 것을 방지하게 된다.

반면, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 압축기의 과압축시나 또는 펌프다운시에는 압축실을 비롯한 상기 흡입압 영역(Sl)의 냉매가스가 모두 토출압 영역(Sh)으로 토출되어 상기한 압축실의 초기압축공간(Sf)은 물론 상기 초기압축공간(Sf)에 제2흡입구(12b)로 연통되었던 밸브 초기압공간(112)도 진공상태가 되고, 상기 밸브부재(120)의 초기압 부압면에 가해지는 압력하중(Pf ×A)이 그 이면에 가해지는 탄성부재(130)의 탄성력(Fk) 및 흡입압 영역(Sl)의압력하중(Pl ×A)을 합한 힘보다 작아지게되어 상기 흡입압측 가스구멍(111a) 및 토출압측 가스구멍(111b)이 열려 연통되는 것이다.

이를 통해, 상기 토출압 영역(Sh)의 고압냉매가 토출압측 가스구멍(111b)를 통해 상기 밸브 흡입압공간(111)에 유입되었다가 상기 흡입압측 가스구멍(111a)를 통해 상기 흡입압 영역(Sl)으로 바이패스 되어 진공상태가 해제되는 것이다.

이때, 상기 밸브 흡입압공간(111)에 유입된 고압냉매가 상기 제2흡입구(12b)를 통해 상기 초기압공간(Sf)에 바이패스되어 진공상태가 해제되기도 한다.

이후, 상기 밸브부재(120)는 흡입압 영역(Sl)으로 반입되는 냉매가스에 의해 흡입압 영역(Sl)의 압력하중(Pl×A)과 탄성부재(130)의 탄성력(Fk)을 합한 힘을 이기고 밸브 흡입압공간(111)으로 되밀려나면서 상기 흡입압측 가스구멍(111a)과 토출압측 가스구멍(111b)를 다시 차단하고, 상기 제1흡입구(12a)와 제2흡입구(12b)를 연통시키게 되는 것이다.

한편, 이와 같은 압축기의 진공압축 시 전원이 오프(off)되지 않으면 압축기의 구동모터(미부호)가 연속적으로 회전하게 되어 압축기는 다시 진공압축 되었다가 상기한 진공방지수단(100)에 의해 진공압축 상태가 해제되는 일련의 동작을 반복하게 되면서 밸브부재(120)가 밸브하우징(110)내에서 일정 주파수로 연속 왕복운동을 하게 된다.

이렇게, 상기 케이싱의 흡입압 영역을 비롯한 압축실이 진공상태로 되는 것을 방지하여 진공압축에 의한 허매틱 터미널의 파손을 미연에 방지할 수 있고, 또한 상기 압축기구부의 재압축시 발생되는 부품의 열화와 이에 따른 압축기의 신뢰성 저하를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 상기 진공방지수단이 압축기의 운전 중 압력 맥동이 적은 흡입홀 측에 장착되므로 밸브의 진동에 의한 소음이 저감된다.

또한, 상기 토출포트로부터 토출되었던 압축가스가 압축기의 정지시 또는 진공압축 운전시 상기 흡입홀이 차단되어 냉매의 역류를 방지하여 압축기의 역회전을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치는 상기 케이싱의 흡입압 영역과 토출압 영역 그리고 상기 고정스크롤과 선회스크롤에 의해 형성되는 압축실로 냉매가 흡입되는 흡입홈이 서로 연통되어 구비되는 밸브하우징이 형성된 고정스크롤과, 상기 밸브하우징 내주면에 미끄럼 접촉되게 삽입되어 압축기의 운전상태에 따른 흡입압의 상태 변화에 따라 움직이면서 상기한 흡입압 영역과 토출압 영역을 연통 시키거나 차단시키는 밸브부재와, 상기 밸브하우징 내부에 장착되어 상기 밸브부재를 지지하며 그 움직임을 보강하는 탄성부재로 구성됨으로써, 상기 케이싱의 흡입압 영역을 비롯한 압축실이 진공상태로 되는 것을 방지하여 진공압축에 의한 허매틱 터미널의 파손을 미연에 방지할 수 있고, 또한 상기 압축기구부의 재압축시 발생되는 부품의 열화와 이에 따른 압축기의 신뢰성 저하를 미연에 방지하는 효과가 있다.

또한, 상기 진공방지수단이 압축기의 운전 중 압력 맥동이 적은 흡입홀 측에 장착되므로 밸브의 진동에 의한 소음이 저감되는 효과가 있다.

또한, 상기 토출포트로부터 토출되었던 압축가스가 압축기의 정지시 또는 진공압축 운전시 상기 흡입홀이 차단되어 냉매의 역류를 방지하여 압축기의 역회전을 방지하여 압축기의 손상을 방지하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 케이싱의 내부에 선회스크롤 및 그 선회스크롤과 함께 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤이 구비되어 상기 선회스크롤의 선회시 각 압축실이 서로 다른 압력을 갖으면서 연속적으로 위치를 이동하여 케이싱 내부의 흡입압 영역에서 냉기를 흡입하여 토출압영역으로 압축된 냉기를 토출하는 스크롤 압축기에 있어서,

   압축기의 진공압축을 방지할 수 있도록 상기 고정스크롤에는 소정의 내부 공간을 갖는 밸브하우징이 형성되고,

   상기 밸브하우징의 내부에는 그 내주면에 미끄럼 접촉되게 삽입되어 압축기의 운전상태에 따라 이동하며, 상기 밸브하우징을 밸브흡입압공간과 밸브 초기압공간으로 구획하는 밸브부재가 장착되고,

   상기 밸브하우징의 밸브 흡입압공간은 상기 밸브부재에 의해 개폐되며 상기 케이싱의 흡입압 영역과 토출압 영역과 연통되어 냉매를 안내하는 흡입압측 가스구멍과, 토출압측 가스구멍이 형성되고,

   상기 밸브부재에 의해 개폐되며 상기 밸브 초기압공간과 상기 흡입압영역을 연통시키는 제1흡입구 및 상기 밸브부재에 의해 개폐되며 상기 선회스크롤 및 고정스크롤에 의하여 압축을 시작하는 초기압공간과 상기 밸브 초기압공간을 연통시키거나 상기 초기압공간을 밸브 흡입압공간에 연통시키는 제2흡입구가 고정스크롤에 형성되고,

   상기 밸브하우징의 밸브 흡입압공간에는 상기 밸브부재를 지지하며 그 움직임을 보강하는 탄성부재가 장착되어 구성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치.
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6. 제 1항에 있어서, 상기 제2흡입구는 상기 밸브부재의 종방향 유동에 의하여 상기 초기압공간이 상기 밸브 흡입압공간에 연통되거나, 상기 밸브 초기압공간에 연통되는 것을 순차적으로 실시하도록 관통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치.
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