KR100438610B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 본 발명은 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 선회운동을 하는 선회스크롤과, 선회스크롤의 랩에 치합하도록 역시 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 상기 선회스크롤의 선회시 랩과 랩 사이에 연속적으로 위치를 이동하는 압축실을 형성하고 그 최종 압축실에서 연통하여 압축가스를 토출하는 토출구를 구비한 고정스크롤과, 고정스크롤의 토출구를 개폐하여 토출한 압축가스의 역류를 방지하도록 그 고정스크롤에 장착하는 리드밸브를 포함한 스크롤 압축기에 있어서, 토출구의 위치를 인벌류트 이너 랩의 끝각(Φe)-3*인벌류트 이너 랩의 시작각(Φd) > 3π의 범위 안에 복수 개로 형성함으로써, 압축기가 부족압축일 경우에는 냉매가스의 이론토출압을 높여 부족압축량을 줄이는 한편 과압축일 경우에는 토출가스를 미리 조금씩 토출하여 이론토출압을 낮춰 과압축을 줄여 토출구의 끝단에 장착한 리드밸브의 거동을 안정시키고 이를 통해 압축기의 밸브타음을 줄일 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 토출가스의 부족압축량과 과압축량을 효과적으로 줄여 체크밸브의 밸브타음을 낮춘 스크롤 압축기에 관한 것이다.

알려진 바와 같이 스크롤 압축기는 두 개의 나선형(螺旋形) 홈 사이에 기체를 가두고 그 기체를 회전에 의해 압축하는 것으로, 이러한 스크롤 압축기는 도 1에 도시한 바와 같이 메인프레임(1)에 얹어 고정하고 나선형의 랩(2a)을 구비한 고정스크롤(2)과 그 고정스크롤(2)의 랩(2a)에 맞물려 결합하는 나선형의 랩(3a)을 구비하여 상기 메인프레임(1)과 고정스크롤(2)의 사이에 배치하는 선회스크롤(3)로 이루어져 상기한 선회스크롤(3)이 고정스크롤(2)에 대해 선회운동을 하면서 랩(2a)과 랩(3a) 사이에 한 쌍의 압축실(P)(P)을 형성하고 이 한 쌍의 압축실(P)(P)이 선회스크롤(3)의 선회운동시 연속적으로 중심을 향해 이동하면서 체적이 점차 줄어 압축실(P)(P)내의 기체를 압축 토출하는 것이다.

도면중 미설명 부호인 2b는 토출구, 4는 체크밸브 조립체, 4a는 체크밸브(리드밸브), 4b는 리테이너, 5는 회전축이다.

스크롤 압축기는 고정 압축비를 가지고 운전을 하므로 운전영역에 따라서는 부족압축 또는 과압축이 일어날 수 있는데, 이 부족압축과 과압축은 모두 압축기의 효율을 저하시키는 것은 물론 토출구에 체크밸브를 장착한 경우에는 체크밸브(4a)의 거동을 불안정하게 하여 밸브 충격음을 유발할 수 있다.

즉, 스크롤 압축기는 운전 정지시 압축부의 역회전을 방지하기 위해 토출구(2b) 끝단에 리드밸브와 같은 체크밸브(4a)를 설치하는데, 압축기가 부족압축일 경우에는 체크밸브(4a)가 일시에 닫히면서 토출구(2b)의 선단면을 강하게 때려 밸브타음을 일으키는 반면 과압축일 경우에는 체크밸브(4a)가 갑자기 열리면서 리테이너를 강하게 때려 역시 밸브타음을 일으키는 문제점이 있었다.

이러한 밸브타음은 도 3에 도시한 바와 같이 리드밸브를 체크밸브(4a)로 장착한 경우 압축기가 부족압축일 때가 과압축일 때 보다 오히려 소음이 크고, 부족압축량과 과압축량이 거의 0인 지점에서 소음이 가장 적다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 토출구의 끝단에 리드밸브를 장착하여 압축가스의 역류를 방지하는 스크롤 압축기의 부족압축과 과압축을 줄여 소음을 낮출 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도.

도 2는 종래 스크롤 압축기의 고정스크롤을 보인 저면도.

도 3은 종래 스크롤 압축기에서 리드밸브를 장착한 경우 압축기 동작상태에 따른 소음의 변화를 보인 그래프.

도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도.

도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 고정스크롤을 보인 저면도.

도 6은 본 발명 스크롤 압축기의 고정스크롤을 보인 평면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

3 : 선회스크롤 3a : 선회스크롤의 랩

10 : 고정스크롤 11 : 고정스크롤의 랩

12 : 흡입홈 13a,13b,13c,13d : 토출구

20a,20b,20c,20d : 리드밸브 조립체 21d : 토출밸브

22d : 리테이너 P : 압축실

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 선회운동을 하는 선회스크롤과, 선회스크롤의 랩에 치합하도록 역시 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 상기 선회스크롤의 선회시 랩과 랩 사이에 연속적으로 위치를 이동하는 압축실을 형성하고 그 최종 압축실에서 연통하여 압축가스를 토출하는 토출구를 구비한 고정스크롤과, 고정스크롤의 토출구를 개폐하여 토출한 압축가스의 역류를 방지하도록 그 고정스크롤에 장착하는 리드밸브를 포함한 스크롤 압축기에 있어서, 인벌류트 이너 랩(involute inner wrap)의 끝각을 Φe, 인벌류트 이너 랩의 시작각을 Φd라고 할 때,

토출구의 위치를 φe - 3φd ＞3π의 범위 안에 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기를 제공한다.

또, 토출구는 복수 개로 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도이고, 도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 고정스크롤을 보인 저면도이며, 도 6은 본 발명 스크롤 압축기의 고정스크롤을 보인 평면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 메인프레임(도 1에 도시)(1)에 얹어 고정하고 적어도 한 개 이상(도면에선 4개를 도시)의 토출구(13a)(13b)(13c)(13d)를 구비하는 고정스크롤(10)과, 고정스크롤(10)에 치합하여 선회운동을 하면서 함께 복수 개의 압축실(P)을 형성하는 선회스크롤(3)과, 고정스크롤(10)의 각 토출구(13a)(13b)(13c)(13d) 끝에 각각 장착하여 토출한 압축가스가 압축실로 역류하는 것을 방지하도록 적어도 한 개 이상(도면에선 4개를 도시)의 체크밸브 조립체(20a)(20b)(20c)(20d)를 포함한다.

고정스크롤(10)의 일측면에는 인벌류트(involute) 형상으로 랩(11)을 형성하고, 랩(11)의 끝쪽에는 흡입구(12)를 형성하며, 랩(11)의 시작쪽에는 복수 개의 토출구(13a)(13b)(13c)(13d)를 랩(11)의 궤적을 따라 나란하게 형성한다.

또, 고정스크롤(10)의 토출구(13a)(13b)(13c)(13d)는 도 4에서와 같이 인벌류트 이너 랩(involute inner wrap)의 끝각을 Φe, 인벌류트 이너 랩의 시작각을 Φd라고 할 때,

토출구(13a)(13b)(13c)(13d)의 위치를 φe - 3φd ＞3π의 범위 안에 형성하는 것이 리드밸브 조립체(이하, 체크밸브 조립체와 혼용함)(20)를 구비한 압축기에서 압축시 부족압축량을 최소화하는데 바람직하다.

또, 고정스크롤(10)의 토출구(13a)(13b)(13c)(13d)는 압축되는 냉매가스의 유동경로(점선 화살표)를 따라 나란하게 복수 개로 형성하되, 압축가스의 유동경로를 기준으로 전위에 위치하는 토출구(13a) 보다 후위에 위치하는 토출구(13b)(13c)(13d)의 직경을 점차 크게 형성하는 것이 리드밸브 조립체(20a)(20b)(20c)(20d)를 구비한 압축기에서 압축시 과압축량을 최소화하는데 바람직하다.

또, 고정스크롤(10)의 각 토출구(13a)(13b)(13c)(13d)는 도 6에서와 같이 별도의 리드밸브 조립체(20a)(20b)(20c)(20d)를 이용하여 독립적으로 개폐할 수도 있으나, 경우에 따라서는 한 개의 리드밸브 조립체를 이용하여 각각의 토출구를 일괄적으로 개폐할 수도 있다. 여기서, 리드밸브 조립체를 한 개만 장착하는 경우에는 그 리드밸브 조립체의 개폐부가 전위의 토출구 쪽에 위치하도록 배치하여야 원활한 토출동작을 이룰 수 있다.

또, 고정스크롤(10)의 토출구(13a)(13b)(13c)(13d)는 가공상 강도를 고려하여 그 직경을 랩의 두께 보다는 크게 형성하는 것이 바람직하다.

리드밸브 조립체(20a)(20b)(20c)(20d)는 도 4에서와 같이 고정스크롤(10)의 경판부 배면에 배치하여 토출구(13a)(13b)(13c)(13d)를 개폐하는 토출밸브(이하, 맨 뒤의 토출밸브를 대표예로 보임)(21d)와, 토출밸브(21d)의 압력배면 쪽에 위치하여 그 토출밸브(21d)의 개폐정도를 제한하도록 토출밸브(21d)와 함께 고정스크롤(10)에 고정하는 리테이너(이하, 맨 뒤의 리테이너를 대표예로 보임)(22d)로 이루어진다.

토출밸브(21d)는 탄성을 갖는 금속재질로 평평하게 형성하고, 리테이너(22d)는 단단한 재질을 소정의 곡률로 만곡지게 형성한다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 선회스크롤(3)이 선회운동을 하면, 선회스크롤(3)의 랩(3a)이 고정스크롤(10)의 랩(11)과 함께 치합하면서 좌우 한 쌍의 압축실(P)(P)을 형성하여 냉매가스를 흡입하고, 이 압축실(P)(P)은 중심부쪽으로 이동하면서 체적이 감소하여 흡입한 압축가스를 압축한 후 토출밸브(21d)를 열면서 토출한다.

이때, 압축기가 운전을 중지하는 경우 토출공간(미부호)의 압력이 압축실(P)의 압력에 비해 상대적으로 고압이 되면서 토출된 압축가스가 역류를 하려고 하나, 이러한 경향은 토출구(13a)(13b)(13c)(13d)의 끝단에 장착한 리드밸브 조립체(20a)(20b)(20c)(20d)의 토출밸브(21d)가 차단하여 압축가스의 역류를 방지하게 된다.

이와 같은 일련의 동작중에 리드밸브 조립체(20a)(20b)(20c)(20d)의 토출밸브(21d)가 개폐하면서 고정스크롤(10)의 밸브자리면이나 리테이너(22d)의 저면에 부딪혀 밸브타음을 발생하는데, 이 밸브타음은 특히 부족압축일 때 토출밸브(21d)가 펴지면서 평면인 고정스크롤(10)의 밸브자리면을 강하게 때려 더욱 크게 나타난다. 하지만, 토출구(13a)(13b)(13c)(13d)의 위치를 앞서 언급한 위치로 이동하여 압축가스의 토출시점을 지연하게 되면 그만큼 흡입체적이 토출직전의 체적에 비해 상대적으로 증가하여 냉매가스의 이론토출압을 상승시킴으로써 토출밸브(21d)의 닫힘 가속도를 낮춰 밸브타음을 줄일 수 있다.

반면, 압축기가 고압축일 때에는 토출밸브(21d)가 열리면서 리테이너(22d)에 강하게 부딪혀 역시 충돌소음을 유발할 수 있으나, 토출구(13a)(13b)(13c)(13d)를 여러 개 형성하되 나란하게 배치하는 경우 압축가스가 맨 앞의 토출구(13a)에서부터 다음 토출구(13b→13c→13d)를 통해 차례대로 조금씩 토출하여 냉매가스의 이론토출압을 낮춤으로써 토출밸브의 열림 가속도를 낮춰 역시 밸브타음을 줄일 수 있다. 또, 이 경우 토출구(13a)(13b)(13c)(13d)를 냉매가스의 유동경로를 기준으로 전위에서 후위로 갈수록 직경을 크게 하면 이론토출압이 급격이 낮아지는 것을 방지하여 토출밸브(21d)의 닫힘 가속도가 증가하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 리드밸브를 한 개만 사용하는 경우는 조립이 용이한 반면, 여러 개를 사용하는 경우는 각 토출구의 개폐시점을 독립적으로 조절하기가 용이하다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 토출구의 위치를 인벌류트 이너 랩의 끝각(φe)-3*인벌류트 이너 랩의 시작각(φd) > 3π의 범위 안에 복수 개로 형성함으로써, 압축기가 부족압축일 경우에는 냉매가스의 이론토출압을 높여 부족압축량을 줄이는 한편 과압축일 경우에는 토출가스를 미리 조금씩 토출하여 이론토출압을 낮춰 과압축을 줄여 토출구의 끝단에 장착한 리드밸브의 거동을 안정시키고 이를 통해 압축기의 밸브타음을 줄일 수 있다.

Claims (17)

1. 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 선회운동을 하는 선회스크롤과, 선회스크롤의 랩에 치합하도록 역시 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 상기 선회스크롤의 선회시 랩과 랩 사이에 연속적으로 위치를 이동하는 압축실을 형성하고 그 최종 압축실에서 연통하여 압축가스를 토출하는 토출구를 구비한 고정스크롤을 포함한 스크롤 압축기에 있어서,

   인벌류트 이너 랩(involute inner wrap)의 끝각을 φe,

   인벌류트 이너 랩의 시작각을 φd라고 할 때,

   토출구의 위치를 φe - 3φd ＞3π의 범위 안에 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   토출구는 복수 개로 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
3. 제2항에 있어서,

   토출구는 압축가스의 유동경로를 기준으로 전위에서 후위로 갈수록 그 직경을 점차 확대하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
4. 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 선회운동을 하는 선회스크롤과, 선회스크롤의 랩에 치합하도록 역시 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 상기 선회스크롤의 선회시 랩과 랩 사이에 연속적으로 위치를 이동하는 압축실을 형성하고 그 최종 압축실에서 연통하여 압축가스를 토출하는 토출구를 구비한 고정스크롤을 포함한 스크롤 압축기에 있어서,

   토출구는 복수 개로 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
5. 제4항에 있어서,

   인벌류트 이너 랩(involute inner wrap)의 끝각을 φe,

   인벌류트 이너 랩의 시작각을 φd라고 할 때,

   토출구의 위치를 φe - 3φd ＞3π의 범위 안에 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
6. 제5항에 있어서,

   토출구는 압축가스의 유동경로를 기준으로 전위에서 후위로 그 직경을 점차 확대하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
7. 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 선회운동을 하는 선회스크롤과, 선회스크롤의 랩에 치합하도록 역시 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 상기 선회스크롤의 선회시 랩과 랩 사이에 연속적으로 위치를 이동하는 압축실을 형성하고 그 최종 압축실에서 연통하여 압축가스를 토출하는 토출구를 구비한 고정스크롤과, 고정스크롤의 토출구를 개폐하여 토출한 압축가스의 역류를 방지하도록 그 고정스크롤에 장착하는 리드밸브를 포함한 스크롤 압축기에 있어서,

   인벌류트 이너 랩(involute inner wrap)의 끝각을 φe,

   인벌류트 이너 랩의 시작각을 φd라고 할 때,

   토출구의 위치를 φe - 3φd ＞3π의 범위 안에 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
8. 제7항에 있어서,

   토출구는 복수 개로 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
9. 제8항에 있어서,

   각각의 토출구는 압축가스의 유동경로를 기준으로 전위에서 후위로 그 직경을 점차 확대하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
10. 제8항에 있어서,

    각각의 토출구는 한 개의 리드밸브에 의해 압축가스의 유동경로를 기준으로 전위에서 후위로 가면서 순서대로 열리도록 구성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
11. 제8항에 있어서,

    각각의 토출구는 각각의 리드밸브에 의해 개폐하도록 여러 개의 리드밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
12. 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 선회운동을 하는 선회스크롤과, 선회스크롤의 랩에 치합하도록 역시 인벌류트 형상으로 랩을 형성하여 상기 선회스크롤의 선회시 랩과 랩 사이에 연속적으로 위치를 이동하는 압축실을 형성하고 그 최종 압축실에서 연통하여 압축가스를 토출하는 토출구를 구비한 고정스크롤과, 고정스크롤의 토출구를 개폐하여 토출한 압축가스의 역류를 방지하도록 그 고정스크롤에 장착하는 리드밸브를 포함한 스크롤 압축기에 있어서,

    토출구는 복수 개로 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
13. 제12항에 있어서,

    인벌류트 이너 랩(involute inner wrap)의 끝각을 φe,

    인벌류트 이너 랩의 시작각을 φd라고 할 때,

    토출구의 위치를 φe - 3φd ＞3π의 범위 안에 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
14. 제13항에 있어서,

    각각의 토출구는 압축가스의 유동경로를 기준으로 전위에서 후위로 그 직경을 점차 확대하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
15. 제14항에 있어서,

    각각의 토출구는 한 개의 리드밸브에 의해 압축가스의 유동경로를 기준으로 전위에서 후위로 가면서 순서대로 열리도록 구성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
16. 제14항에 있어서,

    각각의 토출구는 각각의 리드밸브에 의해 개폐하도록 여러 개의 리드밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
17. 제1항 내지 제16항의 어느 한 항에 있어서,

    토출구의 직경은 랩의 두께 보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.