KR100459451B1 - 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치 - Google Patents

스크롤 압축기의 고진공 방지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 관한 것으로, 본 발명은 가스흡입관을 연통 설치하고 가스토출관을 관통 설치하는 케이싱과, 케이싱의 내부에 고정하는 고정스크롤과, 고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하면서 흡입가스를 압축하도록 복수 개의 압축실을 형성하는 선회스크롤과, 가스토출관을 연통하고 최종압축실에 형성한 토출구멍을 수용하도록 토출공간을 구비하여 고정스크롤의 외곽에 밀봉 설치하는 토출커버와, 토출커버에 설치하여 펌프다운이나 고압축비 운전시 토출가스의 일부를 케이싱의 흡입공간으로 역류시켜 압축실의 고진공화를 방지하는 고진공 차단부를 포함함으로써, 고정스크롤의 가공이 용이하여 생산비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 고정스크롤의 강도를 일정하게 유지할 수 있어 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.
또, 토출커버를 다이캐스팅과 같이 단순한 제조방식으로 가공함에 따라 가공비용을 절감할 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 고진공 방지 장치{APPARATUS FOR PREVENTING VACUUM COMPRESSION OF SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 관한 것으로, 특히 고정스크롤의 외곽에 설치하고 가공이 용이하여 가공비용을 줄일 수 있는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 통상 왕복동식 및 스크롤식 및 원심식 그리고 베인식으로 구분한다.
스크롤식 압축기는 피스톤의 직선운동을 이용하는 왕복동식과는 달리 원심식이나 베인식과 같이 회전체를 이용하여 가스를 흡입 압축하여 토출한다.
도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.
이에 도시한 바와 같이 종래의 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비한 케이싱(1)과, 케이싱(1)의 내주면 상하 양측에 각각 고정하는 메인프레임(2) 및 서브프레임(미도시)과, 메인프레임(2)과 서브프레임(미도시) 사이에 장착하는 구동모터(3)와, 구동모터(3)의 중심에 압입하고 메인프레임(2)을 관통하여 구동모터(3)의 회전력을 전달하는 구동축(4)과, 구동축(4)에 결합하여 메인프레임(2)의 상면에 얹히는 선회스크롤(5)과, 선회스크롤(5)에 결합하여 복수 개의 압축실을 형성하도록 메인프레임(2)의 상면에 고정하는 고정스크롤(6)과, 고정스크롤(6)의 배면에 결합하여 케이싱(1)의 내부를 흡입압 영역과 토출압 영역으로 구획하는 고저압 분리판(7)과, 고정스크롤(6)의 경판부 배면에 결합하여 토출한 가스의역류를 방지하는 역지밸브 조립체(8)와, 고정스크롤(6)의 경판부 안쪽에 설치하여 압축기 정지시 압축실(P)의 고진공을 방지하는 고진공 차단부(9)를 포함하고 있다.
고진공 차단부(9)는 도 2에서와 같이 고정스크롤(6)의 경판부 측면에서 반경방향으로 일정 깊이 만큼 음각지게 형성하는 진공실린더(9A)와, 진공실린더(9A)에 미끄러지게 삽입하여 압력차에 따라 미끄러지면서 토출측을 차단하거나 또는 토출측과 흡입측을 연통하는 진공피스톤(9B)과, 진공피스톤(9B)의 일측에 설치하여 압축실(P)이 고진공 상태일 때 그 진공피스톤(9B)을 밀어 토출측과 흡입측이 연통하도록 하는 진공스프링(9C)으로 이루어져 있다.
진공실린더(9A)는 흡입측에 연통하도록 흡입압유로(9a)를 구비한 진공마개(9D)로 입구를 막고, 주면 일측에는 압축실(P)에 연통하도록 중간압유로(9b)를 관통 형성하며, 주면 타측에는 경판부 배면으로 관통하여 토출압유로(9c)를 관통 형성하고 있다.
또, 진공실린더(9A)는 정면투영시 통상 원형으로 형성하고 이에 삽입하는 진공피스톤(9B) 역시 정면투영시 원형 단면 형상으로 형성하고 있다. 진공실린더(9A)의 내주면과 진공피스톤(9B)의 외주면 사이에는 그 진공피스톤(9B)이 원활하게 미끄러질 수 있도록 미세한 공극을 유지하고 있다.
도면중 미설명 부호인 5a 및 6a는 선회스크롤의 랩부 및 고정스크롤의 랩부, 6b는 흡입구, 6c는 토출구, 9E는 진공마개 고정핀이다.
상기와 같이 구성된 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.
즉, 인가된 전원에 의해 구동축(4)이 구동모터(3)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(5)이 편심거리 만큼 선회하고, 이와 함께 선회스크롤(5)은 고정스크롤(6)과의 랩부(5a,6a) 사이에 압축실(P)을 복수 개 형성하며, 이 압축실(P)은 선회스크롤(5)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축하여 토출한다.
이때, 압축기가 정상적으로 운전을 하는 중에는 압축실(P)의 압력이 흡입측의 압력과 진공스프링(9C)의 탄성력을 합한 힘 보다 크게 되어 상기한 진공피스톤(9B)이 흡입측으로 밀리면서 토출압유로(9c)와 흡입압유로(9a)를 차단함으로써 압축가스가 흡입측으로 역류하는 것을 방지하면서 원활하게 토출되도록 한다.
반면, 압축기가 펌프다운이나 기타 비정상적인 고압축비 운전을 하는 중에는 냉매가스의 유입량이 현저하게 떨어져 압축실(P)의 압력이 흡입측의 압력과 거의 동일하게 됨으로써 진공피스톤(9B)이 진공스프링(9C)의 복원력에 의해 반대쪽으로 밀리면서 토출압유로(9c)와 흡입압유로(9a)가 연통하고 이 유로(9c)(9a)를 통해 토출가스의 일부가 흡입측으로 역류하였다가 압축실(P)로 흡입되면서 압축실(P)의 고진공화를 방지하는 것이었다.
그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는, 소정의 내부체적을 가지는 진공실린더(9A)를 고정스크롤(6)에 형성하는 것이나, 이는 고정스크롤(6)의 경판부가 얇아 가공공간을 확보하기도 어렵고 설사 가공공간을 확보하더라도 가공이 난해하여 자칫 오작업으로 인해 고정스크롤(6) 자체를 폐기하여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 고진공 차단부를 고정스크롤이나 선회스크롤의 외곽에 설치하여 가공성을 높인 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.
도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도.
도 2는 종래 고진공 방지 장치의 일례를 보인 종단면도.
도 3은 본 발명 고진공 방지 장치를 구비한 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도.
도 4 및 5는 본 고진공 방지 장치의 동작을 비정상상태와 정상상태로 구분하여 보인 종단면도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
1 : 케이싱 10 : 고정스크롤
11b : 배기구멍 20 : 토출커버
30 : 실링부재 110 : 진공실린더
111 : 흡입압유로 112 : 중간압유로
113 : 토출압유로 120 : 진공피스톤
130 : 진공스프링 140 : 진공마개
S1 : 흡입공간 S2 : 토출공간
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 가스흡입관을 연통 설치하고, 가스토출관을 관통 설치하는 케이싱과; 그 케이싱의 내부에 고정 설치하고, 중앙부에 토출구멍을 형성하며 토출구멍의 상류측에 압축가스의 일부를 중간에서 배기하도록 배기구멍을 형성하는 고정스크롤과; 그 고정스크롤과 함께 상기 토출구멍을 향해 연속으로 이동하는 복수 개의 압축실을 형성하도록 상기한 고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하는 선회스크롤과; 고정스크롤의 토출구멍과 배기구멍을 수용하도록 소정의 토출공간을 구비하여 고정스크롤의 외곽에 밀봉 설치하고, 그 토출공간에 상기한 가스토출관을 연통 설치하는 토출커버와; 압축실과 흡입공간 사이의 압력차에 따라 토출공간과 흡입공간을 개폐하도록 상기 토출커버에 설치하여 펌프다운이나 고압축비 운전시 토출가스의 일부를 케이싱의 흡입공간을 통해 압축실로 역류시켜 압축실의 고진공화를 방지하는 고진공 차단부를 포함한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치를 제공한다.
이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명 고진공 방지 장치를 구비한 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도이고, 도 4 및 5는 본 고진공 방지 장치의 동작을 비정상상태와 정상상태로 구분하여 보인 종단면도이다.
이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는, 고정스크롤의 경판부에 토출커버를 장착하고 이 토출커버에 상기한 고진공 방지 장치를 설치하는 것이다.
도 3에서 10은 고정스크롤을 보인 것으로, 고정스크롤(10)은 소정의 두께를 가지는 경판부(11)와, 이 경판부(11)의 일측면에 인벌류트 형상으로 형성하여 선회스크롤(5)의 그것과 함께 연속적인 좌우 한 쌍으로 된 압축실(P)을 이루는 랩부(12)로 이루어진다.
경판부(11)에는 그 중앙에 최종 압축실(P)에서 관통하여 압축가스를 후술할 토출커버(20)의 토출공간(S2)으로 토출하는 토출구멍(11a)을 형성하고, 토출구멍(11a) 일측에는 중간 압축실(P)에서 관통하여 후술할 진공실린더(110)의 중간압유로(112)에 연통하도록 배기구멍(11b)를 형성하여 이루어진다.
도 3에서 20은 토출커버를 보인 것으로, 토출커버(20)는 고정스크롤(10)의 토출구멍(11a)을 밀봉 수용할 수 있도록 그 안쪽에 소정의 체적으로 토출공간(S2)을 구비하여 상기한 고정스크롤(10)의 경판부(11) 배면에 고정 설치하고, 그 토출공간(S2)의 중간에서 상기한 배기구멍(11b)에 축방향으로 연통하도록 진공실린더(110)를 기둥모양으로 돌출 형성한다.
또, 토출커버(20)는 알루미늄과 같은 재질을 이용하여 다이캐스팅으로 용이하게 성형하는 것이 바람직하다.
도 3에서 110은 진공실린더를 보인 것으로, 진공실린더(110)는 평면투영시 진원형 단면이나 기타 여러 단면 모양으로 형성할 수 있다.
또, 진공실린더(110)의 입구측인 일단에는 케이싱(1)의 흡입공간(S1)과 연통하도록 흡입압유로(111)를 가지는 진공마개(140)를 삽입 고정하고, 흡입압유로(111)의 맞은편인 타단에는 고정스크롤(10)의 배기구멍(1)에 연장하는 중간압유로(112)를 형성하며, 흡입압유로(111)와 중간압유로(112)의 중간인 주벽에는 케이싱(1)의 토출공간(S2)에 연통하도록 토출압유로(113)를 관통 형성한다.
중간압유로(112)는 압축기의 정상운전시 진공피스톤(120)이 빠르게 이동할 수 있도록 피스톤의 운동방향에 대해 일직선으로 형성하는 것이 바람직하다.
또, 진공실린더(110)의 선단면과 고정스크롤(10)의 배면 사이에는 오-링(O-ring)과 같은 실링부재(30)를 개재하는 것이 바람직하다.
도 4에서 120은 진공피스톤을 보인 것으로, 진공피스톤(120)은 상기한 진공실린더(110)와 같이 진원형 단면이나 기타 여러 단면 모양으로 형성하고, 진공실린더(110)의 중간압유로(112)에 대향하는 일측면에는 그 중간압유로(112)의 직경 보다 넓게 가압홈부(미도시)를 음각지게 형성하거나 또는 가압돌부(미부호)를 단차지게 형성하는 것이 바람직하다.
도 3에서 130은 진공스프링을 보인 것으로, 진공스프링(130)은 정상운전시에는 압축가스의 압력에 의해 진공피스톤(120)이 토출압유로(113)를 차단할 수 있도록 흡입압유로(111)쪽으로 밀리는 반면 고압축비 운전시에는 토출압유로(113)와 흡입압유로(111)를 연통할 수 있도록 진공피스톤(120)을 다시 밀어낼 수 있는 정도의 강성을 가지는 압축코일스프링으로 이루어진다.
도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.
도면중 미설명 부호인 2는 메인프레임, 4는 구동축, 5a는 선회스크롤의 랩,12a는 고정스크롤의 랩이다.
상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.
즉, 구동모터에 전원을 인가하면 구동축(5)이 회전하여 선회스크롤(5)을 선회시키고, 이로 인해 선회스크롤(5)의 랩(5a)과 고정스크롤(10)의 랩(10a) 사이에 형성한 압축실(P)로 냉매가스를 흡입하여 점차 중심으로 이동시키면서 압축하여 토출하게 된다.
이때, 압축기가 정상운전을 할 때에는 도 4에서와 같이 고압의 압축가스가 중간압유로(112)를 통해 진공실린더(110)로 유입하고, 이 고압의 압축가스가 상대적으로 저압인 진공실린더(110)의 흡입측 압력과 진공스프링(130)의 저항력을 모두 이기면서 진공피스톤(120)을 흡입측으로 밀어 올려 토출압유로(113)를 차단함으로써 토출커버(20)의 토출공간(S2)으로 토출된 토출가스가 토출압유로(113)를 통해 케이싱(1)의 흡입공간(S1)으로 역류하는 것을 방지한다.
반면, 압축기가 이상운전(고압축비 또는 펌프다운)을 할 때에는 도 5에서와 같이 흡입공간(S1)의 압력과 압축실(P)의 압력이 거의 동일하게 되어 압축되었던 진공스프링(130)이 팽창하면서 진공피스톤(120)을 밀어 낸다. 이 과정에서 토출압유로(113)와 흡입압유로(111)가 연통되면서 고압인 토출가스의 일부가 토출압유로(113)를 통해 진공실린더(110)의 내부로 유입되었다가 흡입압유로(111)를 통해 케이싱(1)의 흡입공간(S1)으로 빠지고 이 흡입공간(S1)을 나온 압축가스는 다시 압력이 떨어져 압축실(P)로 흡입됨으로써 압축실(P)이 과압축되거나 또는 고진공화 되는 것을 미연에 방지한다.
이후, 압축기가 앞서 설명한 바와 같이 정상운전을 수행하게 되면 압축실(P)의 압축가스가 중간압유로(112)를 통해 진공실린더(110)로 유입하려고 하는데, 이때 압축가스가 진공피스톤(120)을 빨리 밀어 올려야 토출가스의 누설을 최소화할 수 있다. 이를 위해 본 발명에서와 같이 중간압유로(112)에 대응하는 진공피스톤(120)의 선단면에 중간압유로(112)의 직경 보다 넓은 가압홈부(미도시)를 음각지게 형성함에 따라 압축실에서 중간압유로(112)를 통과한 압축가스가 가압홈부에서 진공피스톤(120)을 상대적으로 높은 압력으로 빨리 밀어 올릴 수 있게 된다.
또, 상기한 진공피스톤(120)의 선단면에 중간압유로(112)의 직경 보다 넓은 가압돌부(미부호)를 단차지게 형성하는 경우에는 가압돌부의 단면적이 본래 진공피스톤(120)의 선단면 단면적 보다 좁아져 중간압유로(112)를 통과한 압축가스가 용이하게 단차면으로 빠져 나오면서 진공피스톤(120)을 쉽고 빠르게 밀어 올릴 수 있게 되는 것이다.
이와 같이, 진공 방지 장치를 고정스크롤(10)의 외곽에 설치하는 토출커버(20)에 형성함에 따라 고정스크롤(10)의 가공이 용이하여 생산비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 고정스크롤(10)의 강도를 일정하게 유지할 수 있어 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.
또, 토출커버(20)를 다이캐스팅과 같이 단순한 제조방식으로 가공함에 따라 가공비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 의한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는, 고정스크롤의 배면에 설치하여 토출공간을 형성하는 토출커버에 설치함으로써, 고정스크롤의 가공이 용이하여 생산비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 고정스크롤의 강도를 일정하게 유지할 수 있어 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.
또, 토출커버를 다이캐스팅과 같이 단순한 제조방식으로 가공함에 따라 가공비용을 절감할 수 있다.

Claims (4)

  1. 가스흡입관을 연통 설치하고, 가스토출관을 관통 설치하는 케이싱과;
    그 케이싱의 내부에 고정 설치하고, 중앙부에 토출구멍을 형성하며 토출구멍의 상류측에 압축가스의 일부를 중간에서 배기하도록 배기구멍을 형성하는 고정스크롤과;
    그 고정스크롤과 함께 상기 토출구멍을 향해 연속으로 이동하는 복수 개의 압축실을 형성하도록 상기한 고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하는 선회스크롤과;
    고정스크롤의 토출구멍과 배기구멍을 수용하도록 소정의 토출공간을 구비하여 고정스크롤의 외곽에 밀봉 설치하고, 그 토출공간에 상기한 가스토출관을 연통 설치하는 토출커버와;
    압축실과 흡입공간 사이의 압력차에 따라 토출공간과 흡입공간을 개폐하도록 상기 토출커버에 설치하여 펌프다운이나 고압축비 운전시 상기한 토출커버로 토출되는 토출가스의 일부를 케이싱의 흡입공간을 통해 압축실로 역류시켜 압축실의 고진공화를 방지하는 고진공 차단부를 포함한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    고진공 차단부는 배기구멍을 통해 중간압축실에서 연통하는 중간압유로 및 토출커버의 토출공간에 연통하는 토출압유로 그리고 케이싱의 흡입공간에 연통하는 흡입압유로를 각각 형성한 진공실린더와,
    진공실린더에 미끄러지게 삽입하여 중간압축실과 흡입공간의 차압에 따라 상기한 진공실린더의 내부에서 승강하면서 압축기의 정상운전시에는 토출압유로를 차단하는 반면 펌프다운이나 고압축비 운전시에는 토출압유로와 흡입압유로를 연통시켜 토출가스 일부를 흡입측으로 유도하는 진공피스톤과,
    진공실린더의 흡입압유로와 이에 대향하는 진공피스톤의 미끄럼방향 일측면 사이에 설치하여 고진공운전시 토출압유로와 흡입압유로를 연통하도록 상기한 진공피스톤을 밀어내는 진공스프링을 포함한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    고정스크롤의 배면과 이에 대응하는 진공실린더의 선단면 사이에는 실링부재를 개재하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    진공피스톤은 진공실린더의 중간압유로에 대응하는 일측면에 그 중간압유로의 직경 보다 넓은 가압면을 가지도록 가압홈부 또는 가압돌부를 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.
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