KR100575709B1

KR100575709B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR100575709B1
Application number: KR1020040092615A
Authority: KR
Inventors: 황선웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2006-05-03
Also published as: EP1657443A1; CN100480514C; CN1773118A; US20060104846A1

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 케이싱 내 구동모터의 회전력을 전달하는 구동축을 지지하도록 상기 케이싱에 고정 설치하고, 베인측 흡입구와 베인측 토출구를 형성하는 프레임과; 프레임에 고정 설치하고 스크롤측 흡입구와 스크롤측 토출구를 형성하는 고정스크롤과; 고정스크롤에 맞물리고 구동축에 편심지게 결합하여 선회운동을 하면서 스크롤측 흡입구로 흡입되는 냉매를 압축하여 스크롤측 토출구로 토출하도록 스크롤측 압축포켓을 형성하는 동시에 프레임의 베인측 흡입구로 흡입되는 냉매를 압축하여 베인측 토출구로 토출하도록 선회베인을 구비하는 선회스크롤과; 프레임의 베인측 흡입구와 베인측 토출구 사이에서 그 프레임의 내주면에 대해 원주방향으로 미끄러지게 결합하는 동시에 선회베인과 함께 베인식 압축포켓을 형성하는 미끄럼블록과; 프레임의 베인측 흡입구와 베인측 토출구를 선택적으로 개폐하여 냉매의 일부를 베인측 흡입구로 바이패스시키는 용적가변유닛과; 용적가변유닛이 압축기의 운전모드에 따라 움직이면서 용적가변유닛에 배압을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함함으로써, 용량이 스크롤압축부 외에 베인압축부를 더 구비함에 따라 압축기의 크기를 늘리지 않고도 용량을 크게 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 베인압축부의 용량을 다단계로 가변하여 스크롤 압축기의 용량 가변 운전 능력을 높여 압축기 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도,

도 2는 종래 스크롤 압축기의 압축기구부에서 메인프레임과 선회스크롤의 결합상태를 보인 평면도,

도 3은 본 발명 스크롤 압축기를 구비한 냉동사이클시스템의 계통도,

도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 베인압축부에 대한 용량가변장치를 보인 평면도,

도 6은 본 발명 스크롤 압축기에서 용량 가변 장치를 파단하여 보인 평면도,

도 7은 본 발명 스크롤 압축기에서 압축원리를 설명하기 위해 보인 개략도,

도 8a 및 도 8b는 본 발명 스크롤 압축기에서 용량 가변 장치의 동작을 보인 개략도,

도 9는 본 발명 스크롤 압축기의 변형예를 보인 종단면도,

도 10은 본 발명 스크롤 압축기의 베인압축부에 대한 용량 가변 장치의 변형예를 보인 평면도,

도 11a 내지 도 11c는 본 발명 스크롤 압축기에서 용량 가변 장치의 변형예에 대한 동작을 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 3 : 구동모터

4 : 구동축 10 : 메인프레임

11 : 축구멍 12 : 보스수용포켓

13 : 격벽 15 : 베인측 흡입구

15a,15b : 제1,제2 베인측 흡입구 16 : 베인측 토출구

16a,16b : 제1,제2 베인측 토출구 17 : 바이패스구멍

20 : 고정스크롤 21: 랩

22 : 스크롤측 흡입구 23 : 스크롤측 토출구

30 : 선회스크롤 31 : 랩

32 : 보스부 33 : 선회베인

33a : 블록슬릿 40 : 올담링

50 : 미끄럼블록 60,80 : 용적가변유닛

61,81 : 제2 슬라이딩밸브 61a,81a : 제1 압력부

61b,81b : 제2 압력부 61c,81c : 연통부

62,82 : 밸브스프링 63,83 : 밸브스토퍼

71,91 : 전환밸브조립체 72,92 : 고압연결관

73,93 : 저압연결관 74,94 : 공통연결관

75,95 : 절환밸브하우징 76,96 : 절환밸브

77,97 : 전자석 78,98 : 절환밸브스프링

P1 : 제1 압축포켓 P2 : 제2 압축포켓

P21 : 외측포켓 P22 : 내측포켓

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 압축기의 크기는 동일하게 유지하면서 압축기의 용량을 증가시키는 동시에 가변시킬 수 있는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤 압축기는 고정스크롤과 선회스크롤 사이에 두 개 한 쌍의 압축포켓을 형성하고 선회스크롤의 선회운동에 따라 압축포켓이 중심으로 이동하면서 체적이 좁아져 냉매가스를 압축하는 방식이다. 이러한 스크롤 압축기는 주로 에어콘과 같은 공기조화기에 적용하는 것으로 최근 에어콘의 용량이 증가하면서 압축기의 용량도 함께 증가되고 있다. 이렇게 압축기의 용량이 커질수록 부피도 커져 그만큼 소유면적이 넓어지면서 에어콘의 비대화를 초래하므로 가급적 용량은 증가하면서도 부피는 증가하지 않는 압축기가 요구되고 있다. 또, 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.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 2는 종래 스크롤 압축기의 압축기구부에서 메인프레임과 선회스크롤의 결합상태를 보인 평면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비한 케이싱(1)과, 케이싱(1) 내부의 상하 양측에 각각 고정하는 메인프레임(2) 및 서브프레임(미도시)과, 메인프레임(2)과 서브프레임(미도시) 사이에 장착하여 회전력을 발생하는 구동모터(3)와, 구동모터(3)의 회전자(3B) 중심에 압입하고 메인프레임(2)을 관통하여 구동모터(3)의 회전력을 전달하는 구동축(4)과, 메인프레임(2)의 상면에 고정 설치하는 고정스크롤(5)과, 고정스크롤(5)에 맞물려 복수 개의 압축포켓(P)을 형성하도록 메인프레임(2)의 상면에 선회 가능하게 얹히는 선회스크롤(6)과, 선회스크롤(6)과 메인프레임(2) 사이에 설치하여 상기 선회스크롤(6)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(7)과, 고정스크롤(6)의 배면에 결합하여 케이싱(1)의 내부를 저압부(S1)와 고압부(S2)로 구획하는 토출커버(8)를 포함하고 있다.

메인프레임(2)은 그 중앙에 구동축(4)을 반경방향으로 지지하는 축구멍(2a)을 형성하고, 축구멍(2a)의 상반부에는 선회스크롤(6)의 보스부(6b)가 선회운동을 하도록 확장한 보스수용포켓(2b)을 형성하며, 상면 양측에는 올담링(7)의 하측키부(7b)가 반경방향으로 미끄러지도록 키홈부(2c)를 형성하고 있다.

고정스크롤(5)은 그 경판부 저면에 후술할 선회스크롤(6)의 랩(6a)과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축포켓(P)을 쌍으로 이루는 랩을(5a) 인벌류트 형상으로 형성하 고, 최외곽 랩의 바깥쪽에는 흡입구(5b)를 형성하며, 중앙부근에는 케이싱(1)의 고압부(S2)쪽으로 연통하는 토출구(5c)를 형성하고 있다.

선회스크롤(6)은 그 경판부 상면에 상기한 고정스크롤(5)의 랩(5a)과 맞물리도록 랩(6a)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 경판부의 저면 중앙에는 상기한 구동축(4)의 편심부에 결합하여 메인프레임(2)의 보스수용포켓(2b)에서 선회운동을 하는 보스부(6b)를 형성하며, 경판부의 저면 보스부(6b) 양측에는 상기한 올담링(7)의 상측키부(7c)가 반경방향으로 미끄러지도록 키홈부(6c)를 형성하고 있다.

올담링(7)은 도 2에서와 같이 환형으로 형성하는 몸체부(7a)와, 몸체부(7a)의 저면 양측에 형성하여 상기한 메인프레임(2)의 키홈부(2c)에 미끄러지게 삽입하는 하측키부(미부호)와, 몸체부(7a)의 상면 양측에 형성하여 상기한 선회스크롤(6)의 키홈부(6c)에 미끄러지게 삽입하는 상측키부(7c)로 이루어져 있다. 몸체부(7a)는 그 외주면은 진원형으로 형성하되 내주면 양측에는 메인프레임(2)에 대해 직선으로 움직이도록 미끄럼면(7d)을 형성하고, 하측키부(미부호)와 상측키부(7c)는 원주방향을 따라 90°마다 교번되게 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 올담링(7)에 의해 편심거리 만큼 선회하고, 이와 함께 선회스크롤(6)은 고정스크롤(5)과의 랩부(5a)(6a) 사이에 두 개 한 쌍의 압축포켓(P)을 형성하며, 이 압축포켓(P)은 선회스크롤(6)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동 하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축한 후 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 냉매가스는 가스흡입관(SP)을 통해 케이싱(1)의 저압부(S1)로 흡입되었다가 고정스크롤(5)의 흡입구(5b)를 통해 최외곽 압축포켓(P)로 유입되고, 선회스크롤(6)의 계속적인 선회운동에 의해 냉매가스는 점차 안쪽의 최종 압축포켓(P)쪽으로 이동하면서 압축되어 고정스크롤(5)의 토출구(5c)를 통해 케이싱(1)의 고압부(S2)로 토출되며, 이 토출가스는 다시 가스토출관(DP)을 거쳐 냉동사이클장치의 응축기로 토출되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기에 있어서는, 냉매가스가 선회스크롤(6)과 고정스크롤(5)로 이루어진 압축포켓(P)에서만 압축됨에 따라 압축기 용량을 증가시키는데 한계가 있었다.

또, 압축기의 용량을 가변하기 위하여는 주로 구동모터(3)의 회전수를 제어하는 전기적인 방식을 사용하고 있으나, 이와 같은 회전수를 제어하는 방식의 경우 성능은 우수한 반면 고가의 제어기를 구비하여야 하므로 압축기의 가격이 상승할 뿐만 아니라 낮은 회전수에서 급유가 원활하지 못하고 반대로 높은 회전수에서는 마찰로 인해 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 용량 가변 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축기의 크기를 동일하게 유지하면서도 용량을 증가시킬 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 비용이 저렴하면서도 용량을 효과적으로 가변시킬 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱의 내부공간에 고정 설치하는 구동모터와; 구동모터의 회전력을 전달하는 구동축을 지지하도록 상기 케이싱에 고정 설치하고, 베인측 흡입구와 베인측 토출구를 형성하는 프레임과; 프레임에 고정 설치하고 스크롤측 흡입구와 스크롤측 토출구를 형성하는 고정스크롤과; 고정스크롤에 맞물리고 구동축에 편심지게 결합하여 선회운동을 하면서 스크롤측 흡입구로 흡입되는 냉매를 압축하여 스크롤측 토출구로 토출하도록 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 스크롤측 압축포켓을 형성하는 동시에 프레임의 베인측 흡입구로 흡입되는 냉매를 압축하여 베인측 토출구로 토출하도록 선회베인을 구비하는 선회스크롤과; 프레임의 베인측 흡입구와 베인측 토출구 사이에서 그 프레임의 내주면에 대해 원주방향으로 미끄러지게 결합하는 동시에 선회베인에 대해 축방향으로 미끄러지게 결합하여 상기 선회베인과 함께 베인식 압축포켓을 형성하는 미끄럼블록과; 프레임의 베인측 흡입구와 베인측 토출구를 선택적으로 개폐하여 베인식 압축포켓에서 압축되는 냉매의 일부를 베인측 흡입구로 바이패스시키는 용적가변유닛과; 용적가변유닛이 압축기의 운전모드에 따라 움직이면서 베인식 흡입구와 베인식 토출구를 개폐하도록 상기한 용적가변유닛에 배압을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함한 스크롤 압축기를 제공한다.

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

도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 베인압축부에 대한 용량가변장치를 보인 평면도이며, 도 6은 본 발명 스크롤 압축기에서 용량 가변 장치를 파단하여 보인 평면도이고, 도 9는 본 발명 스크롤 압축기에서 압축원리를 설명하기 위해 보인 개략도이며, 도 8a 및 도 8b는 본 발명 스크롤 압축기에서 용량 가변 장치의 동작을 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비한 케이싱(1)과, 케이싱(1)의 내주면 상하 양측에 각각 고정하는 메인프레임(10) 및 서브프레임(미도시)과, 메인프레임(10)과 서브프레임(미도시) 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(20)과, 고정스크롤(20)에 맞물려 두 개 한 쌍의 스크롤식 압축포켓(이하,"제1 압축포켓"으로 약칭함)(P1)을 형성하도록 메인프레임(10)의 상면에 선회 가능하게 얹히는 선회스크롤(30)과, 선회스크롤(30)과 메인프레임(10) 사이에 설치하여 상기 선회스크롤(30)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(40)과, 선회스크롤(30)의 배면에 반경방향으로 미끄러지도록 결합하여 후술할 메인프레임(10)의 베인수용홈(14)과 선회스크롤(30)의 선회베인(33) 사이에 복수 개의 베인식 압축포켓(이하,"제2 압축포켓"으로 약칭함)(P21)(P22)을 형성하는 미끄럼블록(50)과, 고정스크롤(20)의 배면에 결합하여 케이싱(1)의 내부를 흡입공간(S1)과 토출공간(S2)으로 구획하는 토출커버(8)와, 메인프레임에 구비하여 상기 한 제2 압축포켓의 용량을 가변하는 용적가변유닛(60)과, 용적가변유닛(60)에 연결하여 압축기의 운전모드에 따른 압력차에 의해 상기한 용적가변유닛(60)을 동작시키는 배압절환유닛(70)을 포함한다.

메인프레임(10)은 도 4 내지 도 6에서와 같이 그 중앙에 구동축(4)을 반경방향으로 지지하는 축구멍(11)을 형성하고, 축구멍(11)의 상반부에는 선회스크롤(30)의 보스부(32)가 선회운동을 하도록 확장한 보스수용홈(12)을 형성하며, 보스수용홈(12)의 외곽에는 소정 두께를 격벽(13)을 사이에 두고 후술할 선회베인(33)을 선회 가능하게 삽입하여 제2 압축포켓(P2)을 이루는 베인수용홈(14)을 형성한다. 또, 베인수용홈(14)의 바닥면에는 상기한 미끄럼블록(50)을 사이에 두고 원주방향 일측에는 베인측 흡입구(15)를 형성하는 반면 타측에는 복수 개의 베인측 토출구(16a)(16b)를 후술할 선회베인(33) 내외측에 각각 형성하고, 베인측 흡입구(15)와 어느 한 쪽 베인측 토출구(16a) 중간을 연통하되 후술할 슬라이딩밸브(61)에 의해 상기한 베인측 흡입구(15)와 베인측 토출구(16a)를 개폐하는 바이패스구멍(17)을 형성하여 이루어진다. 여기서, 베인수용홈(14)은 보스수용홈(12)과 동일한 깊이로 형성할 수도 있으나 경우에 따라서는 보스수용홈(12)을 더 깊게 형성하여 반경방향으로 배유공(미도시)을 형성할 수도 있다.

베인측 흡입구(15)는 도 6에서와 같이 선회베인(33)으로 구분되는 외측 베인식 압축포켓(이하, "외측포켓"으로 약칭함)(P21)과 내측 베인식 압축포켓(이하, "내측포켓"으로 약칭함)(P22)을 모두 수용하는 넓이로 형성하는 반면 베인측 토출구(16a)(16b)는 외측포켓(P21)과 내측포켓(P22)에 각각 독립적으로 수용하는 넓이로 소정의 간격을 두고 형성하는 것이 바람직하다. 또, 베인측 흡입구(15)와 베인측 토출구(16a)(16b)는 모두 메인프레임(10)의 내부를 관통하여 형성하되, 베인측 흡입구(15)는 케이싱(1)의 흡입공간(S1)에 연통하도록 형성하는 반면 베인측 토출구(16a)(16b)는 메인프레임(1)과 고정스크롤(20)을 통해 토출커버(8)의 토출공간(S2)에 연통하도록 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 베인측 토출구(16a)(16b)의 출구단에는 베인식 압축부의 특성상 양쪽 압축포켓(P21)(P22)에서의 냉매가스가 토출되는 것을 조절할 수 있도록 토출밸브(미도시)를 설치한다.

바이패스구멍(17)은 메인프레임(10)의 외주면에서 상기한 베인측 흡입구(15)와 베인측 토출구(16a)를 직각 방향으로 관통하도록 소정의 깊이로 형성하고, 그 개구된 한 쪽을 배압통공(63a)이 구비된 밸브스토퍼(63)로 압입하여 밀봉하며, 후술할 밸브스프링(62)이 설치되는 공간의 주면에는 상기한 흡입공간(S1)과 연통하도록 균일공(18)을 형성한다.

고정스크롤(20)은 그 경판부 저면에 상기한 선회스크롤(30)의 랩(31)과 맞물려 두 개 한 쌍의 제1 압축포켓(P1)을 쌍으로 이루는 랩(21)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 최외곽 랩의 바깥쪽에는 스크롤측 흡입구(22)를 형성하며, 중앙부근에는 케이싱(1)의 토출공간(S2)쪽으로 연통하는 스크롤측 토출구(23)를 형성한다.

선회스크롤(30)은 도 4 및 도 5에서와 같이 그 경판부 상면에 상기한 고정스크롤(20)의 랩(21)과 맞물리도록 랩(31)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 경판부의 저면 중앙에는 상기한 구동축(4)의 편심부에 결합하여 메인프레임(10)의 보스수용포켓(12)에서 선회운동을 하는 보스부(32)를 형성하며, 보스부(32)의 외곽에는 선 회스크롤(30)의 선회운동시 그 외주면이 메인프레임(10)의 보스수용홈(12)의 내주면에 선접촉하고 내주면이 메인프레임(10)의 격벽(13) 외주면에 선접촉하면서 외측포켓(P21)과 내측포켓(P22)으로 된 제2 압축포켓(P2)을 형성하도록 소정의 간격을 두고 환형의 선회베인(33)을 형성한다. 선회베인(33)의 주면 일측, 즉 베인측 흡입구(15)와 두 베인측 토출구(16a)(16b) 사이에는 상기한 미끄럼블록(50)이 반경방향으로 미끄럼 운동을 할 수 있도록 블록슬릿(33a)을 형성한다.

미끄럼블록(50)은 도 5에서와 같이 그 외주면이 메인프레임(10)의 베인수용홈(14) 외주면에 미끄러지도록 접촉하도록 원호형상으로 형성하는 반면 그 내주면은 베인수용홈(14)의 내주면을 이루는 메인프레임(10)의 격벽(13) 외주면에 미끄럼 접촉하도록 원호형상으로 형성하여 선접촉하도록 하는 것이 냉매가스의 누설을 차단하는데 바람직하다.

용적가변유닛(60)은 도 5 및 도 6에서와 같이 상기 바이패스구멍(17)에 미끄러지게 삽입하여 상기 배압절환유닛(70)에 의한 압력차에 따라 바이패스구멍(17)에서 이동하면서 상기한 베인측 흡입구(15)와 베인측 토출구(16a)를 상호 개폐하는 슬라이딩밸브(61)와, 슬라이딩밸브(61)의 이동방향을 탄력 지지하여 양단의 압력차가 동일할 때 상기한 슬라이딩밸브(61)가 닫는 위치로 이동하도록 압축스프링으로 된 적어도 한 개의 밸브스프링(62)과, 슬라이딩밸브(61)의 이탈을 방지하도록 상기한 바이패스구멍(17)의 일측 개구단을 차폐하는 밸브스토퍼(63)로 이루어진다.

슬라이딩밸브(61)는 바이패스구멍(17)의 내주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하여 상기한 배압절환유닛(70)으로부터 압력을 전달받는 제1 압력부(61a)와, 바이패 스구멍(17)의 주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하여 밸브스프링(62)으로 지지되고 상기한 베인측 흡입구(15)와 베인측 토출구(16a) 사이를 차단하거나 개방하는 제2 압력부(61b)와, 두 압력부(61a)(61b) 사이를 연결하고 그 외주면과 바이패스구멍(17) 사이에 가스통로가 형성되도록 하는 연통부(61c)로 이루어진다. 제2 압력부(61a)는 베인측 흡입구(15) 또는 베인측 토출구(16a)의 직경 보다 짧게 형성하고 그 후방단에서 안쪽으로는 상기한 밸브스프링(62)을 삽입하여 고정하도록 스프링고정홈(미부호)을 형성하는 것이 밸브의 길이를 최소화하는데 바람직하다.

밸브스프링(62)은 전술한 바와 같이 베인측 흡입구(15)와 베인측 토출구(16a) 사이를 개폐하는 제2 압력부(61b)의 배면에 설치할 수도 있으나, 경우에 따라서는 도 6에서와 같이 상기한 제1 압력부(61a) 배면에 설치하는 반면 제2 압력부(61b)의 배면에는 후술할 배압절환유닛(70)의 공통연결관(74)을 연통 설치할 수도 있다.

밸브스토퍼(63)의 중앙에는 후술할 배압절환유닛(70)의 공통연결관(74)이 연결되도록 배압통공(63a)을 형성한다.

배압절환유닛(70)은 도 4 및 도 5에서와 같이 슬라이딩밸브(61)의 압력부측 압력을 결정하는 절환밸브조립체(71)와, 가스토출관(DP)과 절환밸브조립체(71)의 고압측 입구(75a) 사이에 연결하여 고압 분위기를 공급하는 고압연결관(72)과, 가스흡입관(SP)과 절환밸브조립체(71)의 저압측 입구(75b) 사이에 연결하여 저압 분위기를 공급하는 저압연결관(73)과, 절환밸브조립체(71)의 공통측 출구(75c)를 밸브스토퍼(63)의 배압통공(63a)에 연결하여 슬라이딩밸브(61)의 제1 압력부(61a)에 고압 분위기 또는 저압 분위기를 선택적으로 공급하는 공통연결관(74)으로 이루어진다.

절환밸브조립체(71)는 상기한 고압측 입구(75a)와 저압측 입구(75b) 그리고 공통측 출구(75c)를 형성하는 절환밸브하우징(75)과, 절환밸브하우징(75)의 내부에 미끄러지게 결합하여 상기한 고압측 입구(75a)와 공통측 출구(75c) 또는 저압측 입구(75b)와 공통측 출구(75c)를 선택적으로 연결하는 절환밸브(76)와, 절환밸브하우징(75)의 일측에 설치하여 인가된 전원에 의해 상기한 절환밸브(76)를 이동시키는 전자석(77)과, 전자석(77)에 인가되던 전원을 차단할 때 상기한 절환밸브(76)를 복원시키는 절환밸브스프링(78)으로 이루어진다.

도면중 미설명 부호인 A1은 응축기, A2는 팽창기구, A3은 증발기, 3A는 고정자, 3B는 회전자, 19는 키홈, 41 및 43 및 44는 올담링의 몸체부 및 상측키부 및 미끄럼면이다.

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)의 회전자(3B)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(30)이 편심거리 만큼 선회운동을 하여 선회스크롤(30)의 랩(31)과 고정스크롤(20)의 랩(21) 사이에 두 개 한 쌍의 제1 압축포켓(P1)을 형성하고, 이 제1 압축포켓(P1)은 선회스크롤(30)의 지속적인 선회운동에 의해 중심을 향해 연속으로 이동하면서 체적이 감소하며 이 과정에서 냉매가스가 케이싱(1)의 흡 입공간(S1)에서 스크롤측 흡입구(22)로 흡입되어 점차 압축된 후 고정스크롤(20)의 스크롤측 토출구(23)를 통해 케이싱(1)의 토출공간(S2)으로 토출된다.

이와 함께 도 6에서와 같이 선회스크롤(30)의 배면에는 선회베인(33)을 형성하고 그 선회베인(33)에는 반경방향으로 직선운동을 하는 미끄럼블록(50)을 베인측 흡입구(15)와 각 베인측 토출구(16a)(16b) 사이에 구비함에 따라 상기한 선회스크롤(30)이 선회운동을 할 때 그 선회스크롤(30)의 선회베인(33) 외주면과 메인프레임(10)의 보스수용홈(12) 내주면 사이 그리고 상기 선회베인(33) 내주면과 메인프레임(10)의 격벽(13) 외주면 사이에는 각각 미끄럼블록(50)에 의해 외측포켓(P21)과 내측포켓(P22)이 서로 180°의 위상차를 두고 형성되어 케이싱(1) 내부의 냉매가스가 베인측 흡입구(15)를 통해 번갈아 흡입되면서 압축된 후 양쪽 베인측 토출구(16a)(16b)를 통해 토출된다. 이 토출되는 냉매는 가스안내관(미도시) 또는 가스통구(미도시)를 통해 케이싱(1)의 토출공간(S2)으로 토출되어 상기한 제1 압축포켓(P1)에서 토출된 압축가스와 함께 가스토출관(DP)으로 배출된다.

여기서, 제2 압축포켓에서 냉매가 흡입 압축되는 과정을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

예컨대, 도 7의 (a)에서와 같이 선회베인(33)의 블록슬릿(33a)이 미끄럼블록(50)의 외주면을 잇는 선과 일치하여 메인프레임(10)의 베인수용홈(14)의 내주면에 접하는 순간을 0°라고 가정하면 이 시점에서는 베인측 흡입구(15)가 내측포켓(P22)에만 연통하여 그 내측포켓(P22)으로만 냉매가 흡입되는 동시에 미끄럼블록(50)의 맞은편에서는 토출이 시작된다. 반면 외측포켓(P21)은 흡입을 완료하고 압 축을 개시하게 된다.

다음, 도 7의 (b)에서와 같이 선회베인(33)이 더 선회를 하여 90°위치에 도달하면 이 시점에서는 외측포켓(P21)으로 냉매가 미세하게 흡입되는 동시에 미끄럼블록(50)의 맞은편 외측포켓(P21)에서는 더욱 압축이 진행된다. 반면, 내측포켓(P22)에서는 더욱 흡입면적이 넓어지면서 냉매를 흡입하는 동시에 타측에서는 압축을 종료한다.

다음, 도 7의 (c)에서와 같이 선회베인(33)이 더 선회를 하여 180°위치에 도달하면 한 쪽 외측포켓(P21)으로 흡입이 진행되는 동시에 다른 쪽으로는 토출을 시작한다. 반면 내측포켓(P22)에서는 흡입을 완료하고 압축을 시작한다.

다음, 도 7의 (d)에서와 같이 선회베인(33)이 더 선회를 하여 270°위치에 도달하면 한 쪽 외측포켓(P21)에서는 냉매를 지속적으로 흡입하는 동시에 다른 쪽 외측포켓(P21)에서는 압축을 종료한다. 반면 한 쪽 내측포켓(P22)에서는 흡입을 개시하는 동시에 다른 쪽에서는 압축을 지속한다.

다음, 다시 도 7의 (a)에서와 같은 행정을 반복하는 것이다.

한편, 베인식 압축방식을 구비한 스크롤 압축기는 이를 채용한 에어콘의 운전 상태에 따라 고용량 운전을 하거나 또는 저용량 운전을 하게 되는데, 이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 고용량 운전은 도 8a에서와 같이 파일로트밸브인 배압절환유닛(70)의 전자석(77)에 전원을 온(ON)시켜 절환밸브(76)가 절환밸브스프링(78)의 탄성력을 이기고 이동하여 저압측 출구(75b)와 공통측 출구(75c)가 연통되도록 한다. 그리하 여 운전중에 가스흡입관(SP) 또는 증발기(A3)를 통과한 저압의 냉매가스가 저압연결관(73)과 공통연결관(74)을 거쳐 슬라이딩밸브(61)의 제1 압력부(61a) 쪽으로 유입되도록 한다. 이때, 슬라이딩밸브(61)는 그 제2 압력부(61b) 쪽을 지지하는 밸브스프링(62)의 탄성력에 의해 밀려나면서 도면의 좌측으로 이동을 하여 제2 압력부(61b)가 베인측 흡입구(15)와 베인측 토출구(16) 사이에 위치하도록 한다. 이렇게 하여 외측포켓(P21)과 내측포켓(P22)으로 흡입되는 냉매가스가 온전히 압축되어 토출커버(8)의 토출공간(S2)으로 모두 토출된 후 응축기(A1)와 팽창기구(A2) 그리고 증발기(A3)를 순환하면서 100%의 냉동능력을 발휘하는 압축운전을 하게 된다.

반면, 저용량 운전은 도 8b에서와 같이 파일로트밸브인 배압절환유닛(70)의 전자석(77)에 전원을 오프(OFF)시켜 절환밸브(76)가 절환밸브스프링(78)의 탄성력에 의해 이동하여 고압측 출구(75a)와 공통측 출구(75c)가 연통되도록 한다. 그리하여 운전중에 가스토출관(DP) 또는 케이싱(1)의 내부에 고압의 냉매가스가 고압연결관(72)과 공통연결관(74)을 거쳐 슬라이딩밸브(61)의 제1 압력부(61a) 쪽으로 유입되도록 한다. 이때, 슬라이딩밸브(61)는 제1 압력부(61a)의 압력면이 고압 분위기가 형성됨에 따라 밸브스프링(62)의 탄성력을 이기고 도면의 우측으로 이동을 하여 슬라이딩밸브(61)의 연통부(61c)가 베인측 흡입구(15)와 베인측 토출구(16)의 중간에 위치하면서 흡입구(15)와 토출구(16a)를 연통시킨다. 이렇게 하여 제2 압축포켓(P2)의 외측포켓(P21)으로 흡입되는 냉매가스가 베인측 토출구(16a)와 바이패스구멍(17)을 통해 베인측 흡입구(15)로 누설되면서 상기한 제2 압축포켓(P2)의 외측포켓(P21)에서는 압축이 일어나지 않아 제2 압축포켓(P2)의 내측포켓(P22)에서만 압축이 진행된다.

여기서, 용적가변유닛의 밸브스프링을 슬라이딩밸브의 제1 압력부 배면에 설치하는 경우에는 배압절환유닛이 전술한 일례와는 반대로 동작하여 슬라이딩밸브를 이동시킴으로써 고용량운전과 저용량운전을 실시한다. 용적가변유닛의 동작은 전술한 예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이렇게 하여, 스크롤 압축기의 용량이 스크롤압축부 외에 베인압축부를 더 구비함에 따라 압축기의 크기를 늘리지 않고도 용량을 크게 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 베인압축부의 용량을 2단계로 가변하여 스크롤 압축기의 용량 가변 운전 능력을 높일 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 스크롤 압축기는 고용량 운전과 저용량 운전 사이에 중간용량 운전을 추가할 수도 있다. 이 경우 제2 압축포켓의 외측포켓과 내측포켓의 용량을 상이하게 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 외측포켓의 용량을 60%, 내측포켓의 용량을 40%로 설정한 경우에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 9는 본 발명 스크롤 압축기의 변형예를 보인 종단면도이고, 도 10은 본 발명 스크롤 압축기의 베인압축부에 대한 용량 가변 장치의 변형예를 보인 평면도이며, 도 11a 내지 도 11c는 본 발명 스크롤 압축기에서 용량 가변 장치의 변형예에 대한 동작을 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 베인압축부는, 전술한 외측포켓(P21)에 속하도록 제1 베인측 흡입구(15a)와 제1 베인측 토출구(16a)를 형성하고 내측포켓(P22)에 속하도록 제2 베인측 흡입구(15b)와 제2 베인측 토출구 (16b)를 형성하며 상기 제1 베인측 흡입구(15a)와 제1 베인측 토출구(16a)를 연통하도록 제1 바이패스구멍(17a)을 형성하고 상기 제2 베인측 흡입구(15b)와 제2 베인측 토출구(16b)를 연통하도록 제2 바이패스구멍(17b)을 형성하는 메인프레임(10)과, 메인프레임(10)의 제1 바이패스구멍(17a)을 개폐하여 상기한 외측포켓(P21)의 용량을 가변하기 위한 제1 용적가변유닛(60) 및 그 제1 용적가변유닛(60)을 구동하기 위한 제1 배압절환유닛(70)과, 메인프레임(10)의 제2 바이패스구멍(17b)을 개폐하여 상기한 내측포켓(P22)의 용량을 가변하기 위한 제2 용적가변유닛(80) 및 그 제2 용적가변유닛(80)을 구동하기 위한 제2 배압절환유닛(90)을 포함한다.

제1 용적가변유닛(60)과 제2 용적가변유닛(80) 그리고 제1 배압절환유닛(70)과 제2 배압절환유닛(90)은 각각 도 5와 도 6을 참조하여 앞서 설명한 일례와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도면중 전술한 일례와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 61 및 81은 제1 및 제2 슬라이딩밸브, 61a 및 81a는 각 슬라이딩밸브의 제1 압력부, 61b 및 81b는 각 슬라이딩밸브의 제2 압력부, 61c 및 81c는 각 슬라이딩밸브의 연통부, 62 및 82는 제1 및 제2 밸브스프링, 63 및 83은 제1 및 제2 밸브스토퍼, 71 및 91은 제1 및 제2 전환밸브조립체, 72 및 92는 제1 및 제2 고압연결관, 73 및 93은 제1 및 제2 저압연결관, 74 및 94는 제1 및 제2 공통연결관, 75 및 95는 제1 및 제2 절환밸브하우징, 76 및 96은 제1 및 제2 절환밸브, 77 및 97은 제1 및 제2 전자석, 78 및 98은 제1 및 제2 절환밸브스프링이다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

먼저, 고용량 운전일 경우에는 도 11a에서와 같이 제1 배압절환유닛(70)과 제2 배압절환유닛(90)에 의해 각 슬라이딩밸브(61)(81)의 제2 압력부(61b)(81b)가 각각의 베인측 흡입구(15a)(15b)와 베인측 토출구(16a)(16b) 사이를 차단하여 제2 압축포켓(P2)의 외측포켓(P21)과 내측포켓(P22)으로 흡입되는 냉매가 온전히 압축되어 토출되도록 함으로써 스크롤 압축기의 베인압축부가 100%의 냉력을 발휘하도록 한다.

다음, 중간용량 운전일 경우에는 도 11b에서와 같이 제1 배압절환유닛(70)에 의해 제1 슬라이딩밸브(61)의 제2 압력부(61b)가 제1 베인측 흡입구(15a)와 제1 베인측 토출구(16a) 사이를 차단하여 외측포켓(P21)으로 흡입되는 냉매가 온전히 압축되어 토출되도록 하는 반면 제2 배압절환유닛(70)에 의해서는 제2 슬라이딩밸브(81)의 연통부(81c)가 상기한 제2 베인측 흡입구(15b)와 제2 베인측 토출구(16b) 사이에 위치하여 내측포켓(P22)으로 흡입되는 냉매가 압축되지 않고 누설되도록 함으로써 스크롤 압축기의 베인압축부가 외측포켓(P21)의 용량인 60%의 냉력만을 발휘하도록 한다.

다음, 저용량 운전일 경우에는 도 11c에서와 같이 제1 배압절환유닛(71)에 의해 제1 슬라이딩밸브(61)의 연통부(61c)가 상기한 제1 베인측 흡입구(15a)와 제1 베인측 토출구(16a) 사이에 위치하여 외측포켓(P21)으로 흡입되는 냉매가 압축되지 않고 누설되도록 하는 반면 제2 배압절환유닛(90)에 의해서는 제2 슬라이딩밸브(81)의 제2 압력부(81b)가 제2 베인측 흡입구(15b)와 제2 베인측 토출구(16b) 사이를 차단하여 내측포켓(P22)으로 흡입되는 냉매가 온전히 압축되어 토출되도록 함으 로써 스크롤 압축기의 베인압축부가 내측포켓(P22)의 용량인 40%의 냉력만을 발휘하도록 한다.

이렇게 하여, 베인압축부의 용량을 3단계로 가변하여 스크롤 압축기의 용량 가변 운전 능력을 더욱 높일 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 스크롤 압축기의 용량이 스크롤압축부 외에 베인압축부를 더 구비함에 따라 압축기의 크기를 늘리지 않고도 용량을 크게 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 베인압축부의 용량을 다단계로 가변하여 스크롤 압축기의 용량 가변 운전 능력을 높여 압축기 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims

케이싱의 내부공간에 고정 설치하는 구동모터와;

구동모터의 회전력을 전달하는 구동축을 지지하도록 상기 케이싱에 고정 설치하고, 베인측 흡입구와 베인측 토출구를 형성하는 프레임과;

프레임에 고정 설치하고 스크롤측 흡입구와 스크롤측 토출구를 형성하는 고정스크롤과;

고정스크롤에 맞물리고 구동축에 편심지게 결합하여 선회운동을 하면서 스크롤측 흡입구로 흡입되는 냉매를 압축하여 스크롤측 토출구로 토출하도록 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 스크롤측 압축포켓을 형성하는 동시에 프레임의 베인측 흡입구로 흡입되는 냉매를 압축하여 베인측 토출구로 토출하도록 선회베인을 구비하는 선회스크롤과;

프레임의 베인측 흡입구와 베인측 토출구 사이에서 그 프레임의 내주면에 대해 원주방향으로 미끄러지게 결합하는 동시에 선회베인에 대해 축방향으로 미끄러지게 결합하여 상기 선회베인과 함께 베인식 압축포켓을 형성하는 미끄럼블록과;

프레임의 베인측 흡입구와 베인측 토출구를 선택적으로 개폐하여 베인식 압축포켓에서 압축되는 냉매의 일부를 베인측 흡입구로 바이패스시키는 용적가변유닛과;

용적가변유닛이 압축기의 운전모드에 따라 움직이면서 베인식 흡입구와 베인식 토출구를 개폐하도록 상기한 용적가변유닛에 배압을 차별적으로 공급하는 배압 절환유닛;을 포함한 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,

선회스크롤은 프레임과 접하는 배면에 구동축과 편심지게 결합하는 보스부를 형성함과 아울러 그 보스부의 외곽에 상기한 선회베인을 일체로 형성하고, 프레임은 선회스크롤이 얹히는 상면 중앙부에 상기 선회스크롤의 보스부가 선회 가능하게 결합하도록 보스수용홈을 형성함과 아울러 그 보스수용홈의 외곽에는 상기 선회스크롤의 선회베인이 선회 가능하게 결합하여 상기한 베인식 압축포켓을 이루도록 베인수용홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,

베인식 토출구는 선회베인을 사이에 두고 그 내외측에 각각 독립적으로 복수 개를 구비하여 상기한 베인식 압축포켓이 복수 개를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제3항에 있어서,

베인수용홈의 바닥면에는 선회베인의 내외 양측에 형성되는 복수 개의 베인식 압축포켓을 모두 수용하도록 한 개의 베인측 흡입구를 형성하고, 그 베인측 흡입구와 어느 한 쪽 베인측 토출구의 중간을 연통하여 상기한 용적가변유닛에 의해 개폐되는 한 개의 바이패스구멍을 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축 기.
제3항에 있어서,

베인수용홈의 바닥면에 선회베인의 내외 양측에 형성되는 복수 개의 베인식 압축포켓과 서로 독립적으로 연통하도록 복수 개의 베인측 흡입구를 형성하고, 그 각각의 베인측 흡입구와 베인측 토출구의 중간을 독립적으로 연통하여 상기한 용적가변유닛에 의해 각각 독립적으로 개폐되는 복수 개의 바이패스구멍을 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제4항 또는 제5항에 있어서,

선회베인의 내외측에 형성되는 복수 개의 베인식 압축포켓 용량이 동일한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제4항 또는 제5항에 있어서,

선회베인의 내외측에 형성되는 복수 개의 베인식 압축포켓 용량이 상이한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제4항 또는 제5항에 있어서,

용적가변유닛은 상기 바이패스구멍에 미끄러지게 삽입하여 상기 배압절환유닛에 의한 압력차에 따라 움직이면서 상기한 베인측 흡입구와 베인측 토출구를 개 폐하는 슬라이딩밸브와, 슬라이딩밸브의 이동방향을 탄력 지지하여 양단의 압력차가 동일할 때 상기한 슬라이딩밸브가 닫는 위치로 이동하도록 하는 적어도 한 개의 밸브스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제8항에 있어서,

슬라이딩밸브는 바이패스구멍의 양측에 위치하여 그 바이패스구멍의 내주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하고 배압절환유닛을 통해 압력을 전달받아 이동하면서 적어도 한 개가 베인측 흡입구와 베인측 토출구 사이를 개폐할 수 있도록 형성하는 복수 개의 압력부와, 복수 개의 압력부 사이를 연결하고 그 외주면과 바이패스구멍 사이에 상기한 베인측 흡입구와 베인측 토출구가 연통하도록 가스통로가 형성되는 연통부로 이루어진 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제9항에 있어서,

바이패스구멍은 양측면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 배압절환유닛의 출구에 연통하는 배압통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제10항에 있어서,

밸브스프링은 슬라이딩밸브의 베인측 토출구쪽 압력부 배면에 설치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제10항에 있어서,

밸브스프링은 슬라이딩밸브의 베인측 흡입구쪽 압력부 배면에 설치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제4항 또는 제5항에 있어서,

배압절환유닛은 슬라이딩밸브의 압력부측의 압력을 결정하는 절환밸브조립체와, 절환밸브조립체의 고압측 입구에 연결하여 고압 분위기를 공급하는 고압연결관과, 절환밸브조립체의 저압측 입구에 연결하여 저압 분위기를 공급하는 저압연결관과, 절환밸브조립체의 공통측 출구를 바이패스구멍에 연결하여 슬라이딩밸브의 압력부에 고압 분위기 또는 저압 분위기를 공급하는 공통연결관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제13항에 있어서,

절환밸브조립체는 상기한 고압측 입구와 저압측 입구 그리고 공통측 출구를 형성하는 절환밸브하우징과, 절환밸브하우징의 내부에 미끄러지게 결합하여 상기한 고압측 입구와 공통측 출구 또는 저압측 입구와 공통측 출구를 선택적으로 연결하는 절환밸브와, 절환밸브하우징의 일측에 설치하여 인가된 전원에 의해 상기한 절환밸브를 이동시키는 전자석과, 전자석에 인가되던 전원을 차단할 때 상기한 절환밸브를 복원시키는 탄성부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.