KR100469465B1 - 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치에 관한 것으로, 본 발명은 케이싱의 내부에 고정하는 고정스크롤과, 고정스크롤에 치합한 상태에서 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤과 함께 연속적으로 이동하는 복수 개의 압축실을 형성하는 선회스크롤과, 케이싱의 내부에 고정하여 회전력을 발생하는 구동모터와, 구동모터의 회전자와 선회스크롤을 연결하도록 결합하여 상기 선회스크롤을 선회운동 시키는 구동축과, 구동축의 외주면에 음형지게 형성한 스토퍼홈에 삽입하여 선회스크롤이 정회전할 때는 스토퍼홈 내에 숨겨졌다가 선회스크롤이 역회전할 때 그 스토퍼홈에서 돌출하는 스토퍼부재와, 케이싱의 내부에 고정하여 상기한 고정스크롤과 구동축을 지지하고 상기 스토퍼부재가 대향하는 부위에는 스토퍼부재가 돌출할 때 이 스토퍼부재를 걸어 구동축을 포함한 회전체의 역회전을 차단하도록 스토퍼걸림부를 구비한 프레임으로 이루어짐으로써, 압축기의 정지 또는 이상 압력비 운전을 할 때 토출가스가 역류하면서 선회스크롤을 포함한 회전체의 역회전을 효과적으로 차단하면서도 이 과정에서 발생할 수 있는 부재간 충돌소음을 현저하게 줄일 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 역회전 방지 장치{APPARATUS FOR PREVENTING BACKLASHING OF SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치에 관한 것으로, 특히 구동축의 역회전을 신속하고 효과적으로 차단할 수 있는 스크롤 압축기의 역회전 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(3)과, 메인프레임(2)과 서브프레임(3) 사이에 장착하는 구동모터(4)와, 구동모터(4)의 중심에 압입하고 메인프레임(2)과 서브프레임(3)을 관통하여 구동모터(4)의 회전력을 전달하는 구동축(5)과, 구동축(5)에 결합하여 메인프레임(2)의 상면에 얹히는 선회스크롤(6)과, 선회스크롤(6)에 결합하여 복수 개의 압축실을 형성하도록 메인프레임(2)의 상면에 고정하는 고정스크롤(7)과, 고정스크롤(7)의 배면에 결합하여 케이싱(1)의 내부를 흡입압 영역과 토출압 영역으로 구획하는 고저압 분리판(8)과, 고정스크롤(7)의 경판부 배면에 결합하여 토출한 가스의 역류를 방지하는 역지밸브 조립체(9)를 포함하고 있다.

역지밸브 조립체(9)는 고정스크롤(7)의 배면에 토출구(7b)를 수용하여 체결 고정하는 밸브하우징(9a)과, 밸브하우징(9a)에 상하 방향으로 미끄러지게 결합하여 압축기의 정지시 상기한 토출구(7b)를 차단하도록 피스톤 모양으로 형성하는 체크밸브(9b)로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 O는 선회스크롤의 자전방지기구인 올담링, S1은 흡입압 영역, S2는 토출압 영역이다.

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 도 2에서와 같이 최종 압축실(P)의 압력이 토출압 영역(S2)의 압력 보다 항상 크기 때문에 체크밸브(9b)는 압축실(P)의 압력에 밀려 상승하고 이에 따라 고정스크롤(7)의 토출구(7b)가 열리면서 압축가스가 원활하게 토출한다.

반면, 압축기가 정지하는 경우에는 도 3에서와 같이 최종 압축실(P)의 압력이 토출압 영역(S2)의 압력 보다 상대적으로 낮아 체크밸브(9b)는 자체 무게와 토출압 영역(S2)의 압력에 밀려 하강하면서 고정스크롤(7)의 토출구(7b)를 닫아 토출압 영역(S2)으로 토출한 냉매가스가 압축실(P)로 역류하는 것을 방지하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치는, 체크밸브(9b)가 일정 압력비 내에서 정상적으로 거동하도록 그 무게를 설정하고 있으나, 압축기의 압력비가 일정 범위를 벗어나는 경우 체크밸브(9b)의 거동이 불안정해지면서 이상 소음이나 밸브타음을 유발하는 문제점이 있었다.

또, 압축기의 정지시 체크밸브(9b)가 자체 무게나 토출압 영역(S2)의 압력에 의해 고정스크롤(7)의 토출구(7b)를 차단하는 것이나, 특정 압력비 또는 밸브하우징(9a)과의 미끄럼부에 이물질이 끼는 경우 체크밸브(9b)의 닫힘 동작이 지연되면서 토출가스 일부가 압축실(P)로 역류하여 압축기에 악영향을 유발하는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축기를 운전할 때 여러 요인에 의해 압력비가 변하더라도 이로 인해 이상 소음이 유발하는 것을 미연에 방지할 수 있는 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 압축기를 정지할 때 토출가스가 역류하면서 선회스크롤과 구동모터가 역회전하는 것을 방지하여 압축기 신뢰성을 유지할 수 있는 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기를 보인 종단면도.

도 2 및 도 3은 종래 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치에 대한 동작과정을 보인 개략도.

도 4는 본 발명 역회전 방지 장치를 구비한 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 5는 도 4의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도.

도 6은 도 4의 "A"부를 보인 확대도.

도 7 및 도 8은 본 발명 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치에 대한 동작과정을 보인 단면도.

도 9는 본 발명 역회전 방지 장치를 구비한 스크롤 압축기의 다른 실시예를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

3 : 서브프레임 4 : 구동모터

6 : 선회스크롤 7 : 고정스크롤

10 : 메인프레임 11 : 축구멍

12 : 스토퍼 걸림턱 20 : 구동축

21 : 오일유로 22 : 스토퍼홈

22a : 장측면 22b : 단측면

30 : 스토퍼막대

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱의 내부에 고정하는 고정스크롤과, 고정스크롤에 치합한 상태에서 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤과 함께 연속적으로 이동하는 복수 개의 압축실을 형성하는 선회스크롤과, 케이싱의 내부에 고정하여 회전력을 발생하는 구동모터와, 구동모터의 회전자와 선회스크롤을 연결하도록 결합하여 상기 선회스크롤을 선회운동 시키는 구동축과, 구동축의 외주면에 음형지게 형성한 스토퍼홈에 삽입하여 선회스크롤이 정회전할 때는 스토퍼홈 내에 숨겨졌다가 선회스크롤이 역회전할 때 그 스토퍼홈에서 돌출하는 스토퍼부재와, 케이싱의 내부에 고정하여 상기한 고정스크롤과 구동축을 지지하고 상기 스토퍼부재가 대향하는 부위에는 스토퍼부재가 돌출할 때 이 스토퍼부재를 걸어 구동축을 포함한 회전체의 역회전을 차단하도록 스토퍼걸림부를 구비한 프레임으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치를 제공한다.

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

도 4는 본 발명 역회전 방지 장치를 구비한 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 5는 도 4의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도이며, 도 6은 도 4의 "A"부를 보인 확대도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 역회전 방지 장치를 구비한 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비한 케이싱(1)과, 케이싱(1)의 내주면 상하 양측에 각각 고정하고 그 내주면에 후술할 스토퍼막대(30)가 걸리도록 스토퍼걸림턱(12)을 형성하는 메인프레임(10)과, 메인프레임(10)과 일정 간격을 두고 역시 케이싱(1)의 내부에 고정하는 서브프레임(3)과, 메인프레임(10)과 서브프레임(3) 사이에 장착하는 구동모터(4)와, 구동모터(4)의 중심에 압입하여 회전력을 선회스크롤(6)에 전달하고 상기 메인프레임(10)에 대향하는 부위에 스토퍼막대(30)를 삽입하도록 스토퍼홈(22)을 형성하는 구동축(20)과, 구동축(20)에 결합하여 메인프레임(10)의 상면에 얹히는 선회스크롤(6)과, 선회스크롤(6)에 결합하여 복수 개의 압축실(P)을 형성하도록 메인프레임(10)의 상면에 고정하는 고정스크롤(7)과, 고정스크롤(7)의 배면에 결합하여 케이싱(1)의 내부를 흡입압 영역(S1)과 토출압 영역(S2)으로 구획하는 고저압 분리판(8)으로 구성한다.

메인프레임(10)은 그 중앙부에 구동축(20)이 관통하도록 축구멍(11)을 형성하여 평면투영시 환형으로 형성하되 축구멍(11)의 내주면에는 구동축(20)의 역회전방향으로 단차진 스토퍼걸림턱(12)을 등간격으로 돌출 형성한다. 스토퍼걸림턱(12)의 단차면 끝단에서 다음 단차면 시작단까지는 메인프레임(10)의 중심에서 점차 깊어지는 원호형 단면 형상으로 형성하는 것이 스토퍼막대(30)의 인출시 충돌소음을 줄일 수 있다.

또, 스토퍼걸림턱(12)의 단차면 끝단에서 일정 간격까지는 평면 또는 일정 곡률을 가지는 원호형으로 형성하는 것이 마모를 미연에 방지할 수 있다.

구동축(20)은 전술한 바와 같이 구동모터(4)의 회전자(미부호)에 결합하여 구동모터(4)의 회전력을 선회스크롤(6)에 전달하는 것으로, 그 상단은 선회스크롤(6)에 편심지게 결합하는 구동핀부(미부호)를 편심지게 형성하고 그 내부에는 케이싱(1)의 오일을 흡상하기 위한 오일유로(21)를 관통 형성한다.

또, 메인프레임(10)에 대향하는 부위에는 상기한 스토퍼막대(30)를 삽입하기 위한 스토퍼홈(22)을 형성한다. 스토퍼홈(22)은 평면투영시 부채꼴 모양으로 형성하되 장측면(22a)과 단측면(22b)을 가지도록 안쪽 꼭지점이 구동축(20)의 중심에서 일정정도 편심지게 형성한다. 그리고 장측면(22a) 길이는 스토퍼막대(30)의 길이와 거의 동일하게 형성하고 단측면(22b) 길이는 그 단측면(22b) 길이와 상기한 메인프레임(10)의 걸림턱(12) 높이를 합친 길이가 스토퍼막대(30)의 길이와 거의 동일하게 형성한다. 또 장측면(22a) 바깥단에서 구동축(20)의 외주면까지는 스토퍼막대(30)가 원심력에 의해 각회전할 때 부드럽게 미끄러지도록 평면투영시 원호형 단면 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.

스토퍼홈(22)은 도 6에서와 같이 정면투영시 장측면(22a)이 단측면(22b) 보다 높은 위치에 위치하도록 소정 각도로 경사지게 형성하는 한다.

스토퍼막대(30)는 긴 직사각형 모양으로 형성하되 그 양단은 각운동을 할 때 마찰소음이나 마모를 감안하여 반원형으로 형성하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 O는 선회스크롤의 자전방지기구인 올담링, S1은 흡입압 영역, S2는 토출압 영역이다.

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

즉, 압축기가 정상운전을 할 때에는 압축실(P) 내부의 압력이 압축실(P) 외부의 압력 보다 상대적으로 높아 선회스크롤(6)과 구동축(20)이 지속적으로 정회전(도면에선 시계방향)을 하는데, 이때 도 7에서와 같이 구동축(20)이 시계방향으로 회전함에 따라 스토퍼막대(30)가 관성에 의해 도면의 반시계방향으로 이동하는 형태가 되어 스토퍼홈(22)의 곡면을 따라 장측면(22a)쪽으로 이동하면서 스토퍼홈(22)에 감춰지고, 이로 인해 구동축(20)은 메인프레임(10)의 축구멍(11)에서 반경방향으로 지지되면서 원활하게 미끄러져 회전한다.

반면, 압축기가 정지할 때나 또는 이상 압력비 운전을 할 때에는 압축실(P) 내부의 압력이 압축실(P) 외부의 압력 보다 순간적으로 낮아 토출된 압축가스가 상대적으로 저압인 압축실(P)로 역류하면서 선회스크롤(6)과 구동축(20)을 역회전(도면의 반시계방향)시키려는 경향이 발생한다. 이때, 구동축(20)이 반시계방향으로 회전하려는 순간 스토퍼막대(30)가 관성에 의해 시계방향으로 회전하는 형태가 되면서 그 끝단이 스토퍼홈(22)에서 빠져 나오고, 이 스토퍼막대(30)의 끝단이 메인프레임(10)의 축구멍(11)에 구비한 걸림턱(12)에 걸려 구동축(20)의 역회전을 차단함으로써 구동모터(4)의 회전자와 선회스크롤(6)의 역회전을 방지하는 것이다.

여기서, 스토퍼홈(22)을 정면투영시 장측면(22a)이 높게 위치하도록 소정 각도로 경사지게 형성함으로써 정회전시 스토퍼막대(30)가 순간적인 속도변화 등에 의해 스토퍼홈(22) 밖으로 빠져나오는 것을 방지하는 한편 역회전시에는 스토퍼막대(30)가 스토퍼홈(22) 밖으로 쉽게 빠져나오도록 한다.

한편, 도면으로 도시하지는 않았으나 상기한 스토퍼걸림턱을 서브프레임에 형성하고 이에 대응하는 구동축의 외주면에 스토퍼홈과 스토퍼막대를 구비할 수도 있고, 전술한 일례와 본 변형예를 합하여 메인프레과 서브프레임 모두에 상기한 스토퍼걸림부를 형성할 수도 있다.

또, 도면에는 고정스크롤에 역지밸브 조립체를 설치하지 않았으나 토출가스의 역류를 보다 효과적으로 차단하기 위하여는 특히 소음이 적은 여러 형태의 역지밸브 조립체를 설치할 수도 있다.

또 한편, 도 9에서와 같이 스토퍼걸림부를 메인프레임(10)이나 서브프레임(3)에 형성하지 않고 별도의 프레임부재(40)를 케이싱(1)이나 상기한 메인프레임(10) 또는 서브프레임(3)에 고정 결합하여 구비할 수도 있다.

이 경우 메인프레임(10)이나 서브프레임(3)은 그 내주면을 단순 베어링으로 가공하는 반면 별도의 프레임부재(40)를 환형으로 형성하되 그 내주면에 스토퍼걸림턱(41)을 전술한 형상대로 형성하고 이에 대응하는 구동축(20)에도 상기한 스토퍼홈(22)과 스토퍼막대(30)를 전술한 형상대로 형성한다.

이렇게 하여 압축기의 운전중에 여러 요인에 의해 압력비가 변하거나 또는 압축기를 정지할 때 순간적으로 토출가스가 역류하면서 선회스크롤을 포함한 회전체가 역회전할 수 있으나 스토퍼를 이용하여 구동축을 기구적으로 잡아 역회전을 차단하므로 밸브를 이용하여 토출가스의 역류를 차단하던 방식에 비해 압축기의 신뢰성은 향상되는 반면 소음을 크게 줄일 수 있다.

또, 밸브를 추가로 사용하더라도 회전체의 역회전은 상기한 스토퍼와 스토퍼걸림턱으로 잡아주므로 밸브는 반응속도가 늦으면서도 소음이 적은 밸브를 선택해서 사용할 수 있으므로 밸브의 선택 폭이 그만큼 넓어지는 이점이 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치는, 구동축과 이를 지지하는 프레임 사이에 스토퍼부재와 이 스토퍼부재를 회전방향에 따라 선택적으로 걸어 잡는 스토퍼걸림턱을 형성하여 구성함으로써, 압축기의 정지 또는 이상 압력비 운전을 할 때 토출가스가 역류하면서 선회스크롤을 포함한 회전체의 역회전을 효과적으로 차단하면서도 이 과정에서 발생할 수 있는 부재간 충돌소음을 현저하게 줄일 수 있다.

Claims (9)

1. 케이싱의 내부에 고정하는 고정스크롤과,

   고정스크롤에 치합한 상태에서 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤과 함께 연속적으로 이동하는 복수 개의 압축실을 형성하는 선회스크롤과,

   케이싱의 내부에 고정하여 회전력을 발생하는 구동모터와,

   구동모터의 회전자와 선회스크롤을 연결하도록 결합하여 상기 선회스크롤을 선회운동 시키고 그 외주면에는 평면투영시 외주면쪽이 넓은 부채꼴 모양이고 양측면의 길이가 상이하도록 안쪽 꼭지점이 편심지게 스토퍼홈을 형성하는 구동축과,

   구동축의 편심홈에 회동 가능하게 삽입하여 선회스크롤이 정회전할 때는 스토퍼홈 내에 숨겨졌다가 선회스크롤이 역회전할 때 그 스토퍼홈에서 돌출하는 스토퍼부재와,

   케이싱의 내부에 고정하여 상기한 고정스크롤과 구동축을 지지하고 상기 스토퍼부재가 대향하는 부위에는 스토퍼부재가 돌출할 때 이 스토퍼부재를 걸어 구동축을 포함한 회전체의 역회전을 차단하도록 스토퍼걸림부를 구비한 프레임으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제3항에 있어서,

   스토퍼홈은 장측면 끝단에서 외주면쪽까지 원호형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,

   스토퍼홈은 정면투영시 지면을 기준으로 일정한 각도로 경사지게 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서,

   스토퍼홈은 정면투영시 지면을 기준으로 장측면 쪽이 단측면 쪽 보다 높게 일정한 각도로 경사지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치.
7. 제3항에 있어서,

   스토퍼걸림부는 프레임의 내주면에 구동축의 역회전방향으로 단차진 걸림턱을 여러 개 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치.
8. 제7항에 있어서,

   걸림턱의 끝단에서 다음 걸림턱의 시작단까지는 프레임의 중심에서 먼쪽으로 깊어지는 원호형 단면 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 역회전 방지 장치.
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