KR100469460B1 - 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 관한 것으로, 본 발명은 흡입영역과 토출영역을 연통하는 진공실린더의 내부에 미끄러지게 삽입하여 이상운전시 압축기 내부의 고진공화를 방지하는 진공피스톤의 외주면에 원주방향으로 음각진 적어도 한 개 이상의 가스통로를 축방향으로 일정간격을 두고 형성함으로써, 압축가스가 가스통로를 따라 진공피스톤의 원주방향으로 고르게 분포되도록 하고 이를 통해 진공피스톤이 진공실린더의 내부에서 어느 한 쪽으로 쏠리는 것을 막아 압축가스의 누설을 방지할 수 있다.

또, 이를 통해 진공실린더와 진공피스톤 사이의 공차를 긴밀하게 유지하지 않고서도 압축가스의 누설을 효과적으로 막아 생산비용을 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 토출가스의 누설을 방지하고 용이하게 제작할 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 가스의 역류를 방지하는 역지밸브 조립체(8)와, 고정스크롤(6)의 경판부 안쪽에 설치하여 압축기 정지시 압축실(P)의 고진공을 방지하는 고진공 차단부(10)를 포함하고 있다.

고진공 차단부(10)는 도 2에서와 같이 고정스크롤(6)의 경판부 측면에서 반경방향으로 일정 깊이 만큼 음각지게 형성하는 진공실린더(11)와, 진공실린더(11)에 미끄러지게 삽입하여 압력차에 따라 미끄러지면서 토출측을 차단하거나 또는 토출측과 흡입측을 연통하는 진공피스톤(12)과, 진공피스톤(12)의 일측에 설치하여 압축실(P)이 고진공 상태일 때 그 진공피스톤(12)을 밀어 토출측과 흡입측이 연통하도록 하는 진공스프링(13)으로 이루어져 있다.

진공실린더(11)는 흡입측에 연통하도록 흡입압유로(9a)를 구비한 진공마개(14)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(11)는 정면투영시 통상 원형으로 형성하고 이에 삽입하는 진공피스톤(12) 역시 정면투영시 원형 단면 형상으로 형성하고 있다. 진공실린더(11)의 내주면과 진공피스톤(12)의 외주면 사이에는 그 진공피스톤(12)이 원활하게 미끄러질 수 있도록 미세한 공극을 유지하고 있다.

도면중 미설명 부호인 5a 및 6a는 선회스크롤의 랩부 및 고정스크롤의 랩부, 6b는 흡입구, 6c는 토출구, 15는 진공마개 고정핀이다.

상기와 같은 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 인가한 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(13)의 탄성력을 합한 힘 보다 크게 되어 상기한 진공피스톤(12)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(12)이 진공스프링(13)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, 정상 운전시에 상대적으로 고압인 토출가스가 토출압유로(9c)를 통해 진공피스톤(12)을 누름에 따라 그 진공피스톤(12)이 토출가스에 눌려 도 3에서와 같이 상대적으로 저압인 중간압유로(9b)쪽으로 밀려 진공실린더(11)와의 공극(t)이 확대되고, 이 확대된 공극(t)을 통해 토출가스의 일부가 흡입측으로 누설되면서 압축효율이 저하할 우려가 있었다.

또, 이를 최대한 줄이기 위하여는 진공실린더(11)와 진공피스톤(12) 사이의 공극(t)을 최대한 정밀하게 유지하여야 하므로 가공이 난해하여 생산비용이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 정상운전중에 토출가스가 흡입측으로 누설하는 것을 효과적을 차단할 수 있는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 진공실린더와 진공피스톤의 가공을 용이하게 하여 생산비용을 줄일 수 있는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도.

도 2는 종래 고진공 방지 장치의 일례를 보인 종단면도.

도 3은 도 2의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도.

도 4는 본 발명 고진공 방지 장치를 분해하여 보인 사시도.

도 5는 본 발명 고진공 방지 장치를 구비한 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도.

도 6은 도 5의 "Ⅱ-Ⅱ"선단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 고정스크롤 120 : 진공실린더

121 : 흡입압유로 122 : 중간압유로

123 : 토출압유로 130 : 진공피스톤

131 : 가스통로 140 : 진공스프링

150 : 진공마개

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 케이싱과, 케이싱의 내부에 고정하는 고정스크롤과, 고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하면서 유체를 압축하는 복수 개의 압축실을 형성하는 선회스크롤과, 고정스크롤 또는 선회스크롤에 반경방향으로 일정 깊이까지 음형지게 형성하고 그 일측에는 케이싱의 흡입공간에 연통하도록 흡입압유로를 형성하며 타측에는 압축실과 연통하도록 중간압유로를 형성하고 다른 타측에는 케이싱의 토출공간에 연통하도록 토출압유로를 형성하는 진공실린더와, 진공실린더에 미끄러지게 삽입하여 압축기의 정상운전시에는 토출압유로를 차단하여 토출가스의 누설을 방지하는 반면 고압축비 운전시에는 토출압유로와 흡입압유로를 연통시켜 토출가스 일부를 흡입측으로 유도하는 진공피스톤과, 진공실린더의 흡입압유로와 이에 대향하는 진공피스톤의 미끄럼방향 일측면 사이에 설치하여 고진공운전시 토출압유로와 흡입압유로를 연통하도록 진공피스톤을 밀어내는 진공스프링을 포함한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 있어서, 진공피스톤의 외주면에 원주방향으로 음각진 적어도 한 개 이상의 가스통로를 축방향으로 일정간격을 두고 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 고진공 방지 장치를 분해하여 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명 고진공 방지 장치를 구비한 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도이며, 도 6은 도 5의 "Ⅱ-Ⅱ"선단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는, 압축기의 정상운전시 상대적으로 고압인 토출가스에 의해 진공피스톤이 눌려 가스누설이 발생하는 것을 방지하고자 하는 것이다.

도 4에서 110은 고정스크롤을 보인 것으로, 고정스크롤(110)은 소정의 두께를 가지는 경판부(111)와, 이 경판부(111)의 일측면에 인벌류트 형상으로 형성하여 선회스크롤의 그것과 함께 연속적인 좌우 한 쌍으로 된 압축실(P)을 이루는 랩부(112)로 이루어진다.

경판부(111)에는 그 중앙에 최종 압축실(P)에서 관통하여 압축가스를 케이싱(미도시)의 토출공간(S2)으로 토출하는 토출구멍(113)을 형성하고, 외주면어느 한 쪽에는 상기한 진공실린더(120)를 반경방향으로 일정 깊이 만큼 음형지게 가공 형성한다.

도 4에서 120은 진공실린더를 보인 것으로, 진공실린더(120)는 상기한 진공피스톤(130)이 반경방향으로 미끄러지게 삽입할 수 있고 가공이 용이하도록 원형 단면 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.

또, 진공실린더(120)의 입구측은 압축기 케이싱의 흡입공간(S1)과 연통하도록 흡입압유로(121)를 가지는 진공마개(150)를 삽입 고정하고, 압축실(P)에 인접하는 저면측에는 그 압축실(P)과 연통하도록 중간압유로(122)를 관통 형성하며, 케이싱의 토출공간(S2)에 인접하는 상면측에는 그 토출공간(S2)에 연통하도록 토출압유로(123)를 관통 형성한다.

중간압유로(122)는 그 직경이 토출압유로(123)의 직경 보다는 적어도 같거나 크게 형성하는 것이 두 유로(122)(123) 사이의 압력차에 따른 쏠림을 방지하는데 바람직하다. 또, 중간압유로(122)와 토출압유로(123)는 가능하면 피스톤 방향에 수직한 동일 수직선상에 위치하는 것이 진공피스톤(130)의 요동을 방지하는데 바람직하다.

도 4에서 130은 진공피스톤을 보인 것으로, 진공피스톤(130)은 상기한 진공실린더(120)와 같이 원형 단면 형상으로 형성하고, 그 외주면에는 압축기의 정상운전시 토출압유로(123)를 통해 진공실린더(120)의 내부로 유입하려는 압축가스를 상기한 토출압유로(123)의 반대편으로 유도하기 위한 가스통로(131)를 원주방향으로 음각지게 형성한다.

가스통로(131)는 축방향으로 여러 개를 일정 간격으로 형성하여 일종의 래버린스 실을 형성하도록 하는 것이 압축가스의 누설을 방지하는데 바람직하다.

도 4에서 140은 진공스프링을 보인 것으로, 진공스프링(140)은 정상운전시에는 압축가스의 압력에 의해 진공피스톤(130)이 흡입압유로(121)쪽으로 밀리는 반면 고압축비 운전시에는 진공피스톤(130)을 다시 밀어낼 수 있는 정도의 강성을 가지는 압축코일스프링으로 이루어진다.

도 4에서 150은 진공마개를 보인 것으로, 진공마개(150)는 상기한 바와 같이 그 중앙에 피스톤의 운동방향으로 흡입압유로(121)을 형성하여 진공실린더(120)의 입구측에 삽입 고정한다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 160은 진공마개 고정핀이다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

즉, 압축기가 정상운전을 할 때에는 고압의 압축가스가 중간압유로(122)를 통해 진공실린더(120)로 유입하고, 이 고압의 압축가스가 상대적으로 저압인 진공실린더(120)의 흡입측 압력과 진공스프링(140)의 저항력을 모두 이기면서 진공피스톤(130)을 흡입측으로 밀어 토출압유로(123)를 차단함으로써 토출공간(S2)의 압축가스가 토출압유로(123)를 통해 흡입공간(S1)으로 누설되는 것을 방지한다.

이때, 압축가스의 일부가 토출압유로(123)를 통해 진공피스톤(130)을 반대쪽으로 밀어내 진공피스톤(130)이 눌리면서 진공실린더(120)의 상반부와 이에 대응하는 진공피스톤(130)의 상반부 사이에 누설간극이 발생할 수 있으나, 본 발명에서와 같이 진공피스톤(130)의 외주면에 토출압유로(123)와 연통하는 가스통로(131)를 "띠"모양으로 형성하는 경우 도 6에서와 같이 토출압유로(123) 내의 압축가스가 상기한 가스통로(131)를 따라 반대쪽으로 유도되어 일종의 가스스프링 역할을 함으로써 진공피스톤(130)이 원주방향으로 균등한 압력을 받아 진공실린더(120)의 중앙부위에 위치하게 되어 상하 양측의 틈새(t1)가 거의 동일하게 되고 이로 인해 압축가스가 진공실린더(120)와 진공피스톤(130) 사이로 누설되는 것을 효과적으로 줄일 수 있다.

또, 가스통로(131)를 축방향을 따라 일정한 간격으로 여러 개 형성하여 일종의 '래버린스 실'을 이루도록 함으로써 압축가스가 진공실린더(120)와 진공피스톤(130) 사이의 미세한 틈새로 누설되는 것을 더욱 효과적으로 줄일 수 있다.

한편, 압축기가 이상운전(고압축비 또는 펌프다운)을 할 때에는 흡입공간(S1)의 압력과 압축실(P)의 압력이 거의 동일하게 되어 압축되었던 진공스프링(140)이 원상태로 복원되면서 진공피스톤(130)을 밀어 낸다. 이 과정에서 토출압유로(123)가 열리면서 고압인 토출가스의 일부가 토출압유로(123)를 통해 진공실린더(120)의 내부로 유입되었다가 케이싱의 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.

이렇게 하여, 진공실린더와 진공피스톤 사이의 간극이 넓어지는 것을 막아압축가스가 누설되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또, 진공실린더와 진공피스톤 사이의 공차를 긴밀하게 유지하기 위한 가공비용을 줄일 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는, 진공피스톤의 외주면에 다수 개의 가스통로를 축방향으로 일정간격을 두고 형성함으로써, 압축가스가 가스통로를 따라 진공피스톤의 원주방향으로 고르게 분포되도록 하고 이를 통해 진공피스톤이 진공실린더의 내부에서 어느 한 쪽으로 쏠리는 것을 막아 압축가스의 누설을 방지할 수 있다.

또, 이를 통해 진공실린더와 진공피스톤 사이의 공차를 긴밀하게 유지하지 않고서도 압축가스의 누설을 효과적으로 막아 생산비용을 절감할 수 있다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 케이싱과, 케이싱의 내부에 고정하는 고정스크롤과, 고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하면서 유체를 압축하는 복수 개의 압축실을 형성하는 선회스크롤과, 고정스크롤 또는 선회스크롤에 반경방향으로 일정 깊이까지 음형지게 형성하고 그 일측에는 케이싱의 흡입공간에 연통하도록 흡입압유로를 형성하며 타측에는 압축실과 연통하도록 중간압유로를 형성하고 다른 타측에는 케이싱의 토출공간에 연통하도록 토출압유로를 형성하는 진공실린더와, 진공실린더에 미끄러지게 삽입하여 압축기의 정상운전시에는 토출압유로를 차단하여 토출가스의 누설을 방지하는 반면 고압축비 운전시에는 토출압유로와 흡입압유로를 연통시켜 토출가스 일부를 흡입측으로 유도하는 진공피스톤과, 진공실린더의 흡입압유로와 이에 대향하는 진공피스톤의 미끄럼방향 일측면 사이에 설치하여 고진공운전시 토출압유로와 흡입압유로를 연통하도록 진공피스톤을 밀어내는 진공스프링을 포함한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 있어서,

   진공피스톤의 외주면에 원주방향으로 음각진 적어도 한 개 이상의 가스통로를 축방향으로 일정간격을 두고 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.