KR100531833B1 - 스크롤 압축기의 용량 가변 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것으로, 본 발명은 케이싱의 내부에 고정 설치하고 그 상면에 고정스크롤을 고정 설치하는 제1 프레임과, 제1 프레임에 상대 회전운동을 할 수 있도록 결합하고 상기 고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하면서 상기한 고정스크롤과의 사이에 압축실을 쌍으로 형성하는 제2 프레임과, 제2 프레임과 선회스크롤 사이에 결합하여 상기 선회스크롤의 자전을 방지하면서 선회운동을 안내하는 자전방지부재와, 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 설치하여 제2 프레임의 회전각도를 가변하는 각도변경수단을 포함함으로써, 선회스크롤이 프레임의 상대 회전운동을 따라 함께 회전하면서 압축실의 체적을 가변하는 동시에 압축실의 압력을 저하시켜 저비용으로도 스크롤 압축기의 용량을 용이하게 가변할 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 용량 가변 장치{CAPACITY CHANGEABLE APPARATUS FOR SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것으로, 특히 저비용으로도 고효율의 용량 가변이 가능한 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤 압축기는 복수 개의 스크롤을 상대 운동시켜 압축실을 연속으로 이동시키면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 것으로 다른 기종의 압축기에 비해 높은 체적 효율과 뛰어난 성능으로 인해 냉매 압축기로 널리 사용되고 있다. 이러한 스크롤 압축기는 토출개시각이 스크롤 랩의 기하학적 형상에 의해 결정되므로 어느 주어진 형상의 스크롤에서는 흡입체적과 토출체적의 비가 고정되고 이 고정 체적비에 의해 압력비가 자연 결정된다.

운전조건에서 주어지는 흡입압과 토출압이 이루는 압력비가 스크롤 압축기의 고유 설계 압력비와 일치할 때에는 압축손실이 최소가 되지만 이 두 압력비가 일치하지 않을 때에는 손실이 증가한다. 만약 운전 압력비가 설계 압력비보다 높게 설정될 경우에는 압축실내의 가스 압력이 아직 토출압에 이르지 못했을 지라도 토출 개시각에 이르면 압축과정의 가스가 토출구에 노출되고 이때 토출실의 가스압이 높기 때문에 토출실에서 압축실로의 역류가 발생한다.

반대로 운전 압력비가 설계 압력비 보다 낮을 경우에는 압축실 내의 가스 압력이 토출압과 같아지더라도 아직 토출 개시각에 이르지 않는다면 압축기 계속 진행되므로 과압축 손실을 일으키게 된다. 이러한 압력비가 일치하지 않음에 따른 압축손실의 증가를 방지하기 위한 방법의 하나로써 배기 밸브 장치를 설치하는 방법이 있다. 이는 운전 압력비가 설계 압력비 보다 낮을 경우 압축과정의 가스가 토출압에 이르면 압축실내의 가스 일부를 토출실로 미리 유출시키는 장치이다.

압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 통상 왕복동식 및 스크롤식 및 원심식 그리고 베인식으로 구분할 수 있다. 스크롤식 압축기는 피스톤의 직선운동을 이용하는 왕복동식과는 달리 원심식이나 베인식과 같이 회전체를 이용하여 가스를 흡입 압축하여 토출하는 방식이다.

이러한 스크롤 압축기는 대부분 에어콘과 같은 공기조화기에 적용하는데, 최근 에어콘의 다기능화에 부응하여 스크롤 압축기도 용량을 가변할 수 있는 제품을 요구하는 추세이다. 이를 위해 압축기의 회전수를 제어하여 압축기 용량을 가변하는 방식이 주로 알려져 있으나 이는 복잡한 제어기(controller)를 구비하여야 하므로 제품가격이 상승하는 요인이 되었던 바 저렴하면서도 안정성이 있는 용량 가변 장치를 제공할 필요가 있다. 본 발명은 이에 대한 것이다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 2는 종래 스크롤 압축기에서 압축기구부를 분해하여 보인 사시도이다.

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, 메인프레임의 상면에 고정 설치하는 고정스크롤(5)과, 고정스크롤(5)에 맞물리도록 결합하고 구동축(4)에 결합하여 메인프레임(2)과 고정스크롤(5)의 사이에서 선회운동을 하면서 연속으로 이동하는 복수 개의 압축실(P1)(P2)을 형성하는 선회스크롤(6)과, 선회스크롤(6)과 메인프레임(2)의 사이에 맞물리도록 결합하여 상기 선회스크롤(6)의 자전운동을 방지하면서 선회운동을 안내하는 올담링(7)과, 고정스크롤(5)의 배면에 결합하여 토출가스의 토출소음을 상쇄함과 아울러 케이싱(1)의 내부를 흡입공간(S1)과 토출공간(S2)으로 구획하는 토출커버(8)를 포함하고 있다.

메인프레임(2)은 단일체의 환형으로 형성하여 그 중앙에 상기한 구동축(4)을 반경방향으로 지지하는 축구멍(2a)을 형성하고, 상면 가장자리 양측에는 후술할 올담링(7)의 제1 키부(7a)가 반경방향으로 미끄러지도록 복수 개의 제1 키홈(2b)을 양측 형성하고 있다.

선회스크롤(6)은 원판모양으로 경판부(미부호)를 형성하고, 경판부의 상면에는 상기한 고정스크롤(5)의 인벌류트형 랩(5a)에 치합하도록 역시 인벌류트 형상으로 랩(6a)을 형성하며, 경판부의 하면 가장자리에는 후술할 올담링(7)의 제2 키부(7b)가 반경방향으로 미끄러지도록 복수 개의 제2 키홈(6b)을 양측에 형성하고 있다. 제2 키홈(6b)은 메인프레임(2)의 제1 키홈(2b)과 대략 직교하도록 배치하고 있다.

올담링(7)은 환형으로 형성하여 그 저면 양측에는 상기한 메인프레임(2)의 제1 키홈(2b)에 반경방향으로 미끄러지도록 제1 키부(7a)를 좌우 양측에 형성하고, 그 상면 양측에는 상기한 선회스크롤(6)의 제2 키홈(6b)에 반경방향으로 미끄러지도록 제2 키부(7b)를 전후 양측에 형성하고 있다.

도면중 미설명 부호인 3A는 고정자, 3B는 회전자, 9는 역지밸브이다.

상기와 같은 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 인가한 전원에 의해 구동축(4)이 구동모터(3)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(6)이 올담링에 의해 메인프레임(2)의 상면에서 편심거리 만큼 선회하고, 선회스크롤(6)의 랩(6a)은 도 3에서와 같이 고정스크롤(6)의 랩(6a)에 대해 선회운동을 하면서 토출구(6c)를 중심으로 좌우 양측에 동일한 체적을 가지는 한 쌍의 압축실(P1)(P2)을 형성하며, 이 양쪽 압축실(P1)(P2)은 선회스크롤(5)의 지속적인 선회운동에 의해 동시에 중심으로 이동하면서 체적이 감소함으로써 냉매가스를 흡입 압축하여 토출한다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 압축기가 정상적으로 운전을 하는 중에는 냉매가스가 가스흡입관(SP)을 통해 케이싱(1)의 내부로 흡입되고, 이 흡입된 냉매가스는 고정스크롤(5)의 흡입구(5b)를 통해 최외곽 압축실로 유입되었다가 점차 안쪽의 최종 압축실쪽으로 이동하면서 압축되며, 이후 고정스크롤(5)의 토출구(5c)를 통해 토출커버(8)의 토출공간(S2)으로 토출되었다가 가스토출관(DP)을 거쳐 냉동사이클장치의 응축기로 토출되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기에 있어서는, 압축기의 용량을 가변하기 위하여는 앞서 언급한 회전수를 제어하는 전기적인 방식이 주로 사용되고 있으나 회전수를 제어하는 방식은 성능은 우수하나 고가의 제어기를 구비하여야 하므로 압축기의 가격이 상승하고 낮은 회전수에서의 급유문제와 높은 회전수에서의 마찰로 인한 신뢰성문제 등을 해결하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 용량 가변 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 비용이 저렴하면서도 용량을 다양하게 가변할 수 있는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱의 내부에 고정 설치하고 그 상면에 고정스크롤을 고정 설치하는 제1 프레임과, 제1 프레임에 상대 회전운동을 할 수 있도록 결합하는 제2 프레임과, 고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하면서 상기한 고정스크롤과의 사이에 압축실을 쌍으로 형성하는 선회스크롤과, 제2 프레임과 선회스크롤 사이에 결합하여 상기 선회스크롤의 자전을 방지하면서 선회운동을 안내하는 자전방지부재와, 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 설치하여 제2 프레임의 회전각도를 가변하는 각도변경수단을 포함한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치를 제공한다.

또, 고압부와 저압부로 구분된 케이싱의 내부에 고정 설치하고 그 상면에 고정스크롤을 고정 설치하는 제1 프레임과, 제1 프레임에 상대 회전운동을 할 수 있도록 평면상에 소정의 체적을 가지는 두 개 이상의 챔버를 구비하여 결합하는 제2 프레임과, 고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하면서 상기한 고정스크롤과의 사이에 압축실을 쌍으로 형성하는 선회스크롤과, 제2 프레임과 선회스크롤 사이에 결합하여 상기 선회스크롤의 자전을 방지하면서 선회운동을 안내하는 자전방지부재와, 제1 프레임과 제2 프레임 사이의 챔버에 연통하여 그 챔버에 주입되는 가스의 압력차에 따라 상기한 제2 프레임이 제1 프레임에 대해 상대 회전운동을 하도록 하는 가스주입수단을 포함한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치를 제공한다.

또, 케이싱의 내부에 고정 설치하고 그 상면에 고정스크롤을 고정 설치하는 제1 프레임과, 제1 프레임에 상대 회전운동을 할 수 있도록 평면상에 소정의 넓이를 가지는 두 개 이상의 회전공간을 구비하여 결합하는 제2 프레임과, 고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하면서 상기한 고정스크롤과의 사이에 압축실을 쌍으로 형성하는 선회스크롤과, 제2 프레임과 선회스크롤 사이에 결합하여 상기 선회스크롤의 자전을 방지하면서 선회운동을 안내하는 자전방지부재와, 제1 프레임과 제2 프레임 사이의 회전공간에 설치하여 그 길이변화에 따라 상기한 제2 프레임이 제1 프레임에 대해 상대 회전운동을 하도록 하는 신축수단을 포함한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 용량 가변 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 압축기구부를 분해하여 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 메인프레임을 조립하여 보인 평면도이며, 도 6은 도 5의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도이고, 도 7은 본 발명 스크롤 압축기의 프레임에 대한 요부를 보인 개략도이며, 도 8은 본 발명 스크롤 압축기에서 용량 가변 장치의 일례에 대한 계통도이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명 스크롤 압축기에서 압축기구부의 일례에 대한 동작을 평면도이며, 도 10은 본 발명 스크롤 압축기에서 압축실의 형상변화를 보인 평면도이고, 도 11은 본 발명 스크롤 압축기에서 용량 가변 장치의 변형예에 대한 계통도이며, 도 12a 및 도 12b는 본 발명 스크롤 압축기에서 압축기구부의 변형예에 대한 동작을 보인 평면도이고, 도 13a 및 도 13b는 본 발명 스크롤 압축기에서 압축기구부의 다른 실시예에 대한 동작을 보인 평면도이다.

도 1을 참조하면 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비한 케이싱(1)과, 케이싱(1)의 내주면 고정하고 상호 회전운동을 하도록 복수 개를 맞물려 결합하는 메인프레임(10)과, 메인프레임(10)과 그 하측에 고정한 서브프레임(미도시)의 사이에 장착하는 구동모터(3)와, 구동모터(3)의 중심에 압입하고 메인프레임(10)을 관통하여 구동모터(3)의 회전력을 전달하는 구동축(4)과, 메인프레임(10)의 상면에 고정 설치하는 고정스크롤(5)과, 고정스크롤(5)에 맞물리도록 결합하고 구동축(4)에 결합하여 메인프레임(10)과 고정스크롤(5)의 사이에서 선회운동을 하면서 연속으로 이동하는 복수 개의 압축실(P1)(P2)을 형성하는 선회스크롤(6)과, 선회스크롤(6)과 메인프레임(10)의 사이에 맞물리도록 결합하여 상기 선회스크롤(6)의 자전운동을 방지하면서 선회운동을 안내하는 올담링(7)과, 고정스크롤(5)의 배면에 결합하여 토출가스의 토출소음을 상쇄함과 아울러 케이싱(1)의 내부를 흡입공간(S1)과 토출공간(S2)으로 구획하는 토출커버(8)와, 케이싱(1)의 고압부와 저압부를 상기 메인프레임(10)에 연통시키도록 설치하여 선회스크롤(6)의 선회궤적을 가변시키도록 고압 또는 저압의 냉매가스를 상기한 메인프레임(10)에 주입하는 가스공급부(20)를 포함한다.

메인프레임(10)은 케이싱(1)에 고정 설치하는 제1 프레임(11)과, 제1 프레임(11)에 얹혀져 후술할 가스구멍(11g)를 통해 공급되는 냉매가스의 압력차에 의해 상대 회전운동을 하는 제2 프레임(12)으로 이루어진다.

제1 프레임(11)은 그 중앙에 구동축(3)을 반경방향으로 지지하도록 축구멍(11a)을 구비하여 환형으로 형성하고, 그 상면에는 상기한 제2 프레임(12)이 회전 가능하게 삽입되는 프레임안착부(11b)를 제2 프레임(12)의 두께만큼 음형지게 형성하며, 프레임안착부(11b)의 바닥면에는 후술할 제2 프레임(12)의 제2 챔버형성돌부(12b)와 맞물리도록 제1 챔버형성돌부(11c)를 형성한다.

제1 챔버형성돌부(11c)는 평면투영시 제1 프레임(11)의 중심을 기준으로 부채꼴 모양으로 형성하되 상기한 제2 챔버형성돌부(12b)와의 대향면에 소정 각도의 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)를 구비하여 맞물리도록 대략 180°의 위상차를 두고 90°보다 작게 형성한다.

또, 제1 챔버형성돌부(11c)의 내주연 일측면에는 후술할 제2 실링홈부(12c) 및 제2 실링돌부(12d)와 각각 맞물려 상기한 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)가 축구멍(11a)에 대해 밀봉되도록 제1 실링돌부(11d)와 제1 실링홈부(11e)를 원주방향으로 길게 연장 형성한다. 여기서, 제1 실링돌부(11d)의 길이와 제1 실링홈부(11e)의 깊이는 동일하게 형성하고, 제1 실링돌부(11d)와 제1 실링홈부(11e)의 최대 열림간격(t1)은 챔버((C1)(C2)(C3)(C4)의 최대 열림간격(t2)과 동일하게 형성하는 것이 제2 프레임(12)의 상대 회전운동 각도를 최대로 늘릴 수 있어 바람직하다.

제1 프레임(11)의 프레임안착부(11b) 바깥쪽에는 제2 프레임(12)의 이탈을 방지하는 프레임안내돌부(11f)를 환형으로 돌출 형성하되, 이 프레임안내돌부(11f)의 적당개소, 즉 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)의 범위내에는 후술할 가스공급부(20)의 제1 가스공급관(21a) 및 제2 가스공급관(21b)과 연통하여 냉매가스를 안내하는 복수 개의 가스구멍(11g)을 각각 형성한다.

제2 프레임(12)은 원판 모양으로 형성하되 그 중심에는 제1 프레임(11)의 축구멍(11a)에 연통하도록 축구멍(12a)을 형성하고, 저면에는 상기한 제1 프레임(11)의 제1 챔버형성돌부(11c)의 사이에 맞물리도록 제2 챔버형성돌부(12b)를 역시 부채꼴 모양으로 형성한다. 제2 챔버형성돌부(12b)는 제1 챔버형성돌부(11c)와 같이 평면투영시 상기한 제1 챔버형성돌부(11c)와의 대향면에 소정 각도의 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)를 구비하여 맞물리도록 대략 180°의 위상차를 두고 90°보다 작게 형성한다.

또, 제2 챔버형성돌부(12b)의 내주연 양측에는 상기한 제1 프레임(11)의 제1 실링돌부(11d) 및 제1 실링홈부(11e)와 맞물려 상기한 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)가 축구멍(12a)에 대해 밀봉되도록 제2 실링홈부(12c)와 제2 실링돌부(12d)를 원주방향으로 깊이 음형지게 형성한다.

또, 제1 챔버형성돌부(11c)와 제2 챔버형성돌부(12b)의 가압면에는 도 7에서와 같이 닫힌 상태에서 냉매가스가 원활하게 각 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)로 유입될 수 있도록 가스안내홈(11h)(12e)을 형성하는 것이 바람직하다.

여기서, 일부 챔버에는 가스공급관을 연결하지 않고 코일스프링과 같은 탄성부재(미도시)를 설치하여 상기한 제2 프레임(12)의 상대 회전운동을 보강할 수도 있다. 예컨대, 제1 챔버(C1)와 제3 챔버(C3)에 가스공급관을 연결하는 경우 제2 챔버(C2)와 제4 챔버(C4)에는 상기한 탄성부재(미도시)를 설치할 수도 있다.

한편, 제2 프레임(12)의 상면에는 후술할 올담링(7)의 제1 키부(7a)가 미끄러지게 삽입되도록 제1 키홈(12f)을 180°위상차를 두고 전후 양쪽에 형성한다.

선회스크롤(6)은 원판모양으로 경판부(미부호)를 형성하고, 경판부의 상면에는 상기한 고정스크롤(5)의 랩(5a)에 치합하도록 인벌류트 형상으로 랩(6a)을 형성하며, 경판부의 하면 가장자리에는 후술할 올담링(7)의 제2 키부(7b)가 반경방향으로 미끄러지도록 복수 개의 제2 키홈(6b)을 양측에 형성하고 있다. 제2 키홈(6b)은 제2 프레임(12)의 제1 키홈(12f)과 대략 직교하도록 배치한다.

올담링(7)은 환형으로 형성하여 그 저면 양측에는 상기한 제2 프레임(12)의 제1 키홈(12f)에 반경방향으로 미끄러지도록 제1 키부(7a)를 좌우 양측에 형성하고, 그 상면 양측에는 상기한 선회스크롤(6)의 제2 키홈(6b)에 반경방향으로 미끄러지도록 제2 키부(7b)를 전후 양측에 형성한다.

가스공급부(20)는 도 8에서와 같이 케이싱(1)의 고압부 또는 저압부에 그 일단을 연통하고 타단을 제1 프레임(11)의 각 가스구멍(11g)에 연통하는 제1 가스공급관(21a) 및 제2 가스공급관(21b)과, 가스공급관(21a)(21b)의 중간에 개폐 가능하게 설치하여 상기한 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)에 고압 또는 저압의 냉매가스를 차별적으로 공급할 수 있도록 조절하는 제1 가스절환밸브(22a) 및 제2 가스절환밸브(22b)와, 가스절환밸브(22a)(22b)의 개폐를 제어하는 밸브제어부(미도시)로 이루어진다.

예컨대, 도 8에서와 같이 케이싱(1)의 고압부와 저압부 사이에는 3방밸브로 된 제1 가스절환밸브(22a)를 설치하고, 제1 가스절환밸브(22a)의 나머지 한 변에는 제2 가스절환밸브(22b)를 연결하며, 이 제2 가스절환밸브(22b)의 나머지 좌우 양변에는 각각 제1 가스공급관(21a)과 제2 가스공급관(21b)을 연결한다. 또, 제1 가스공급관(21a)은 제1 챔버(C1)와 제3 챔버(C3)에 연결하는 반면 다른 제2 가스공급관(21b)은 제2 챔버(C2)와 제4 챔버(C4)에 연결하여 구성할 수 있다.

또, 도면으로 제시하지는 않았으나 제1 챔버와 제3 챔버 또는 제2 챔버와 제4 챔버에는 탄성부재를 개재하여 상기한 제2 프레임이 원활하게 회전하도록 할 수도 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기의 용량 가변 장치는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

즉, 인가한 전원에 의해 구동축(4)이 구동모터(3)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(6)이 편심거리 만큼 선회하고, 이와 함께 고정스크롤(5)과 선회스크롤(6)의 랩(5a)(6a) 사이에는 복수 개의 압축실(P1)(P2)을 쌍으로 형성하며, 이 압축실(P1)(P2)은 선회스크롤(6)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축하여 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 압축기가 정상적으로 운전을 할 때에는 가스공급부(20)의 제1 가스절환밸브(22a)와 제2 가스절환밸브(22b)를 조절하여 제1 가스공급관을 통해 제1 챔버(C1)와 제3 챔버(C3)에는 고압의 냉매가스가 유입되는 반면 제2 챔버(C2)와 제4 챔버(C4)에는 저압의 냉매가스가 유입된다. 이로 인해 제1 프레임(11)은 제1 챔버(C1)와 제3 챔버(C3)의 가스압이 제2 챔버(C2)와 제4 챔버(C4)의 가스압 보다 높음에 따라 도 9a에서와 같이 상기한 제1 챔버(C1)와 제3 챔버(C3)는 열리고 제2 챔버(C2)와 제4 챔버(C4)는 닫히게 된다. 이 과정에서의 선회스크롤(6)은 도 3에서와 같이 정상적인 선회궤적을 따라 선회운동을 하면서 좌우 한 쌍의 압축실(P1)(P2)을 형성하여 냉매가스를 흡입 압축하는 것이다.

반면, 압축기가 저용량 운전을 할 때에는 제1 가스절환밸브(22a)와 제2 가스절환밸브(22b)에 의해 고압부의 냉매가스가 제2 챔버(C2)와 제4 챔버(C4)로 공급되는 한편 저압부의 냉매가스는 제1 챔버(C1)와 제3 챔버(C3)로 공급되어 도 9b에서와 같이 제1 챔버(C1)와 제3 챔버(C3)는 닫히는 한편 제2 챔버(C2)와 제4 챔버(C4)는 열린다. 이와 동시에 올담링(7)이 결합된 제2 프레임(12)이 제1 프레임(11)을 기준으로 도면의 시계방향으로 회전을 하면서 선회스크롤(6)의 선회궤적이 도 10에서와 같이 소정의 각도로 회전한 상태에서 진행을 함에 따라 한 쪽 압축실(빗금으로 표시)(P1)의 체적을 줄어드는 한편 다른 한 쪽 압축실(P2)은 랩(5a)과 랩(6a) 사이가 일정 틈새(t)만큼 떨어지면서 누설이 발생하여 결국 양쪽 압축실(P1)(P2)의 압축효율이 종래 대비 대략 1/2 정도로 낮아짐으로써 스크롤 압축기의 저용량화를 이루는 것이다.

한편, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 대한 변형예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일례에서는 챔버를 가스공급관(21a)(21b)에만 연통하도록 외주연에 제1,제2,제3,제4 챔버(물론, 그 이상 또는 그 이하일 수도 있다)(C1)(C2)(C3)(C4)를 형성하되 제1 챔버(C1)와 제3 챔버(C3)에 공급되는 냉매가스의 압력과 제2 챔버(C2)와 제4 챔버(C4)에 공급되는 냉매가스의 압력을 상이하게 하여 제2 프레임(12)을 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 것이었으나, 본 일례에서는 도 10에서와 같이 챔버를 가스공급관에 연통하도록 외주연에 제1,제2,제3,제4 챔버(물론, 그 이상 또는 그 이하일 수도 있다)(C1)(C2)(C3)(C4)를 형성하는 반면 내주연에는 제1,제2,제3,제4 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)에 각각 대응하도록 제5,제6,제7,제8 챔버(C5)C6)(C7)(C8)를 형성하되 외주측 챔버(즉, 제1,제2,제3,제4 챔버)(C1)(C2)(C3)(C4)에는 고압의 냉매가스 또는 저압의 냉매가스를 일괄적으로 선택 공급하는 반면 내주측 챔버(제5,제6,제7,제8 챔버)(C5)(C6)(C7)(C8)에는 항상 중간압의 냉매가스를 지속적으로 공급하여 상기한 외주측 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)로 공급되는 냉매가스의 압력에 따라 내주측 챔버(C5)(C6)(C7)(C8)가 연동되면서 제2 프레임(12)을 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 것이다.

이를 위해, 도 12a 및 도 12b에서와 같이 외주측 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)의 가압면적을 상이하게 형성하는 동시에 내주측 챔버(C5)(C6)(C7)(C8)의 가압면적 역시 외주(C1)(C2)(C3)(C4)측 가압면적과는 거꾸로 상이하도록 형성한다. 예컨대, 제1 챔버(C1)와 제3 챔버(C3)의 가압면적(체적과 동일한 의미이다)이 제2 챔버(C2)와 제4 챔버(C4)의 가압면적 보다 크게 형성하는 경우에는 각각 챔버에 대응하는 제5 챔버(C5)와 제7 챔버(C7)의 가압면적이 제6 챔버(C6)와 제8 챔버(C8)의 가압면적 보다 작게 형성하는 것이다.

이렇게 하여, 외주측 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)에 고압의 냉매가스를 공급하는 경우에는 도 12a에서와 같이 제1 챔버(C1)와 제3 챔버(C3)의 가압면적이 제2 챔버(C2)와 제4 챔버(C4)에 비해 상대적으로 넓음에 따라 제2 프레임(12)은 제2 챔버(C2)와 제4 챔버(C4) 쪽으로 회전을 하면서 선회스크롤(6)이 도 3에서와 같이 정상적인 선회궤적을 따라 선회운동을 한다.

반면, 외주측 챔버(C1)(C2)(C3)(C4)에 저압의 냉매가스를 공급하는 경우에는 제2 프레임(12)이 상대적으로 압력이 높은 내주측 챔버(C5)(C6)(C7)(C8)의 압력차에 영향을 받아 도 12b에서와 같이 상대적으로 가압면적이 좁은 제5 챔버(C5)와 제7 챔버(C7) 쪽으로 역회전을 하면서 선회스크롤(6)이 도 10에서와 같이 변경된 선회궤적을 따라 선회운동을 한다.

이에 따라 전술한 일실시예에서와 같이 한 쪽 압축실(P1)의 체적은 좁아지는 한편 다른 한 쪽 압축실(P2)은 누설이 발생하여 결국 스크롤 압축기의 용량이 저용량화 되는 것이다.

또 한편, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일실시예들에서는 케이싱(1)의 냉매가스를 우회시켜 이를 이용하여 제2 프레임(12)을 상대 회전시키는 것이었으나, 본 실시예는 평면상에서 원주방향으로 길이가 가변하는 신축부재를 설치하여 상기한 제2 프레임을 강제로 회전시키는 것이다.

이를 위해, 도 13a 및 도 13b에서와 같이 제1 프레임(110)과 제2 프레임(120)에 각각 제1 공간형성돌부(111)와 제2 공간형성돌부(121)를 서로 맞물리게 형성하되 두 공간형성돌부(111)(121) 사이에는 제2 프레임(120)이 회전할 수 있도록 일정 범위 내에서 복수 개의 회전공간(V1)(V2)(V3)(V4)을 형성한다.

이 중 제1 회전공간(V1)과 제3 회전공간(V3)에는 도면의 반시계방향으로 신장하는 제1 신축부재(131)를 각각 설치하는 반면 제2 회전공간(V2)과 제4 회전공간(V4)에는 도면의 시계방향으로 신장하는 제2 신축부재(132)를 각각 설치하여 정상운전시에는 도 13a에서와 같이 전원의 인가에 따라 상기한 제1 신축부재(131)는 신장하는 반면 제2 신축부재(132)는 감축되어 제2 프레임(120)이 도면의 반시계방향으로 회전을 하면서 도 3에서와 같이 선회스크롤(6)이 정상적인 선회궤적을 따라 선회하여 한 쌍의 압축실(P1)(P2)을 형성한다.

반면, 압축기가 저용량 운전을 하기 위하여는 도 13b에서와 같이 전원의 인가에 따라 상기한 제2 신축부재(132)가 신장하는 반면 제1 신축부재(131)는 감축되어 제2 프레임(120)이 도면의 시계방향으로 회전을 하면서 도 8에서와 같이 선회스크롤(6)이 변경된 선회궤적으로 이동하여 선회운동을 하고 이에 따라 한 쪽 압축실(P1)은 좁아지는 반면 다른 한 쪽 압축실(P2)은 누설되어 결국 스크롤 압축기의 용량을 감소시키는 것이다.

여기서, 신축부재(131)(132)는 솔레노이드를 이용할 수도 있도 세라믹 압전소자 등의 압전소자를 이용할 수도 있다.

또, 도면으로 제시하지는 않았으나 제1 회전공간(V1)과 제3 회전공간(V3)에는 상기한 신축부재(131)를 설치하는 반면 제2 회전공간(V2)과 제4 회전공간(V4)에는 각각 제2 프레임(120)을 복원시키도록 코일스프링과 같은 탄성부재를 설치할 수도 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 용량 가변 장치는, 선회스크롤을 지지하는 프레임을 상호 회전 가능하도록 복수 개로 맞물리도록 구비하여 두 프레임 사이에 가스력을 차별 공급하거나 신축부재를 개재함으로써, 선회스크롤이 프레임의 상대 회전운동을 따라 함께 회전하면서 압축실의 체적을 가변하는 동시에 압축실의 압력을 저하시켜 저비용으로도 스크롤 압축기의 용량을 용이하게 가변할 수 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도,

도 2는 종래 스크롤 압축기에서 압축기구부를 분해하여 보인 사시도,

도 3은 종래 스크롤 압축기에서 압축실의 형상변화를 보인 평면도,

도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 압축기구부를 분해하여 보인 사시도,

도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 메인프레임을 조립하여 보인 평면도,

도 6은 도 5의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도,

도 7은 본 발명 스크롤 압축기의 프레임에 대한 요부를 보인 개략도,

도 8은 본 발명 스크롤 압축기에서 용량 가변 장치의 일례에 대한 계통도,

도 9a 및 도 9b는 본 발명 스크롤 압축기에서 압축기구부의 일례에 대한 동작을 평면도,

도 10은 본 발명 스크롤 압축기에서 압축실의 형상변화를 보인 평면도,

도 11은 본 발명 스크롤 압축기에서 용량 가변 장치의 변형예에 대한 계통도,

도 12a 및 도 12b는 본 발명 스크롤 압축기에서 압축기구부의 변형예에 대한 동작을 보인 평면도,

도 13a 및 도 13b는 본 발명 스크롤 압축기에서 압축기구부의 다른 실시예에 대한 동작을 보인 평면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 5 : 고정스크롤

6 : 선회스크롤 6b : 제2 키홈

7 : 올담링 7a : 제1 키부

7b : 제2 키부 10 : 메인프레임

11,110 : 제1 프레임 11a : 축구멍

11b : 프레임안착부 11c,111 : 제1 챔버형성돌부

11d : 제1 실링돌부 11e : 제1 실링홈부

11f : 프레임안내돌부 11g : 가스구멍

12,120 : 제2 프레임 12a: 축구멍

12b,121 : 제2 챔버형성돌부 12c : 제2 실링홈부

12d : 제2 실링돌부 11h,12e : 가스안내홈

12f : 제1 키홈 20 : 가스공급부

21a,21b : 제1,제2 가스공급관 22a,22b : 제1,제2 가스절환밸브

131,132 : 신축부재 P1,P2 : 압축실

C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8 : 챔버 V1,V2,V3,V4 : 회전공간

Claims (16)

1. 케이싱의 내부에 고정 설치하고 그 상면에 고정스크롤을 고정 설치하는 제1 프레임과,

   제1 프레임에 상대 회전운동을 할 수 있도록 결합하는 제2 프레임과,

   고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하면서 상기한 고정스크롤과의 사이에 압축실을 쌍으로 형성하는 선회스크롤과,

   제2 프레임과 선회스크롤 사이에 결합하여 상기 선회스크롤의 자전을 방지하면서 선회운동을 안내하는 자전방지부재와,

   제1 프레임과 제2 프레임 사이에 설치하여 제2 프레임의 회전각도를 가변하는 각도변경수단을 포함한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
2. 고압부와 저압부로 구분된 케이싱의 내부에 고정 설치하고 그 상면에 고정스크롤을 고정 설치하는 제1 프레임과,

   제1 프레임에 상대 회전운동을 할 수 있도록 평면상에 소정의 체적을 가지는 두 개 이상의 챔버를 구비하여 결합하는 제2 프레임과,

   고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하면서 상기한 고정스크롤과의 사이에 압축실을 쌍으로 형성하는 선회스크롤과,

   제2 프레임과 선회스크롤 사이에 결합하여 상기 선회스크롤의 자전을 방지하면서 선회운동을 안내하는 자전방지부재와,

   제1 프레임과 제2 프레임 사이의 챔버에 연통하여 그 챔버에 주입되는 가스의 압력차에 따라 상기한 제2 프레임이 제1 프레임에 대해 상대 회전운동을 하도록 하는 가스주입수단을 포함한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
3. 제2항에 있어서,

   챔버는 그 내부로 주입되는 가스에 대해 동일한 가압면적을 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
4. 제3항에 있어서,

   챔버는 제1 프레임과 제2 프레임의 평면상 그 외주연에 상기한 가스주입수단이 연통하도록 형성하는 반면 그 내주연에는 상기한 챔버가 밀봉되도록 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 실링부를 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
5. 제4항에 있어서,

   가스주입수단은 대칭되는 챔버끼리 연통하여 케이싱의 고압부와 저압부에 연결하는 복수 개의 가스공급관과, 가스공급관 중간에 설치하여 대칭되는 챔버끼리는 동일한 압력을 유지하되 이웃하는 챔버끼리는 상호간 압력차가 발생하도록 상기 가스공급관의 개폐를 조절하는 가스절환밸브를 포함한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
6. 제2항에 있어서,

   챔버는 그 내부로 주입되는 가스에 대해 상이한 가압면적을 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
7. 제6항에 있어서,

   챔버는 제1 프레임과 제2 프레임의 평면상 그 외주연에는 상기한 가스주입수단이 연통하도록 외주측 챔버를 형성하는 반면 그 내주연에는 상기 외주측 챔버의 가압면적과 반대로 배열되어 그 외주측 챔버의 중간압력을 유지하는 내주측 챔버를 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
8. 제7항에 있어서,

   가스주입수단은 외주측 챔버에 병렬 연통하여 케이싱의 고압부와 저압부에 연결하는 가스공급관과, 가스공급관의 중간에 설치하여 각 외주측 챔버에 케이싱의 고압부 또는 저압부를 선택적으로 연통시키는 가스절환밸브를 포함한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
9. 제5항 또는 제8항에 있어서,

   챔버는 상호 180°위상차를 가지는 챔버끼리는 동일한 가압면적을 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
10. 제9항에 있어서,

    챔버의 가압면에는 밀착시 냉매가스의 유입을 유도하는 가스안내홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
11. 제2항에 있어서,

    챔버에는 제2 프레임의 상대 회전운동을 보강하는 탄성부재를 부가하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
12. 케이싱의 내부에 고정 설치하고 그 상면에 고정스크롤을 고정 설치하는 제1 프레임과,

    제1 프레임에 상대 회전운동을 할 수 있도록 평면상에 소정의 넓이를 가지는 두 개 이상의 회전공간을 구비하여 결합하는 제2 프레임과,

    고정스크롤에 치합하여 선회운동을 하면서 상기한 고정스크롤과의 사이에 압축실을 쌍으로 형성하는 선회스크롤과,

    제2 프레임과 선회스크롤 사이에 결합하여 상기 선회스크롤의 자전을 방지하면서 선회운동을 안내하는 자전방지부재와,

    제1 프레임과 제2 프레임 사이의 회전공간에 설치하여 그 길이변화에 따라 상기한 제2 프레임이 제1 프레임에 대해 상대 회전운동을 하도록 하는 신축수단을 포함한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
13. 제12항에 있어서,

    신축수단은 각 회전공간에 상호 반대방향으로 신축되도록 설치하여 상기한 제2 프레임이 정회전 또는 역회전 운동을 하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
14. 제12항에 있어서,

    신축수단은 일부의 회전공간에는 동일방향으로 신축되도록 설치하는 반면 나머지 회전공간에는 상기한 신축수단의 반대방향으로 복원력을 발생하는 탄성부재를 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
15. 제12항 내지 제14항의 어느 한 항에 있어서,

    신축수단은 솔레노이드밸브인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
16. 제12항 내지 제14항의 어느 한 항에 있어서,

    신축수단은 압전소자인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.