KR100585799B1 - 스크롤압축기의 고온방지장치 - Google Patents

스크롤압축기의 고온방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스크롤압축기의 고온방지장치에 관한 것으로, 고정스크롤과 선회스크롤 사이에 형성되는 압축부에서 고온가스를 배출시키기 위한 통로를 형성하고, 이 통로의 중간부에는 온도에 반응하여 통로를 개폐하는 온도 감응밸브를 설치하여 구성된다. 상기 통로는 고정스크롤의 토출구 일측에 압축부에 연통되도록 형성되는 수직통로와 이 수직통로에 연통되도록 형성되는 수평통로로 이루어지며, 상기 온도 감응밸브는 상기 수직통로에 상하로 이동 가능하게 삽입되어 수평통로를 개폐하는 개폐부재와, 상기 수직통로의 상측 설치홈에 설치되고 개폐부재가 중간부에 결합되며 온도에 의해 변화되어 개폐부재를 작동시키는 바이메탈과 같은 온도 감응부재로 구성된다. 이와 같은 본 발명은 토출 가스를 이용하지 않고 중간 압축부에 의해 형성되는 가스 및 압력를 이용하여 비정상적인 운전조건에 의해 형성되는 토출 가스 온도 상승을 방지 함으로써 압축기의 신뢰성을 향상 시킬 수 있다.

Description

스크롤압축기의 고온방지장치{APPARATUS PREVENTING HIGH TEMPERATURE FOR SCROLL COMPRESSOR}
도 1은 종래 스크롤압축기의 구성을 보인 종단면도.
도 2는 본 발명 장치가 채용된 스크롤압축기의 종단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 스크롤압축기의 고온방지장치의 구성 및 작용을 보인 부분 확대 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
8 : 고정스크롤 8a : 토출구
9 : 선회스크롤 100 : 압축부
200 : 통로 201 : 통로부재
210 : 수직통로 211 : 상측 설치홈
220 : 수평통로 221 : 안착홈
300 : 온도 감응밸브 310 : 온도 감응부재
311 : 고정공 320 : 개폐부재
321 : 고정홈
본 발명은 스크롤압축기의 고온방지장치에 관한 것으로, 특히 고정 스크롤과 선회스크롤에 의해 형성되는 압축부의 중간압력과 온도를 감지하여 고압부에서 저압부로 연통되는 통로를 개폐토록 하는 부재를 작동하게 하여 토출 가스가 전동부에 부착되어있는 보호장치를 작동시킴으로써 압축기를 보호 하도록 한 스크롤압축기의 고온방지장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 스크롤압축기를 보인 종단면도로서, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 스크롤압축기의 과열방지장치가 채용되는 스크롤 압축기는 본체를 이루며 내부가 밀폐된 밀폐용기(1)와, 상기 밀폐용기(1)의 내부 상측으로 결합된 상부 프레임(2)과, 상기 밀폐용기(1)의 내부 하측으로 결합된 하부 프레임(3)과, 상기 상부 프레임(2)과 하부 프레임(3)의 사이에 설치되고 고정자(4)와 회전자(5)가 구비되는 모터(6)를 포함하여 구성된다.
상기 회전자(5)의 중심에는 회전자(5)의 회전에 따라 함께 회전하는 크랭크축(7)이 결합되어 있으며, 상기 상부 프레임(2)에는 고정스크롤(8)이 고정되어 있고, 상기 고정스크롤(8)의 하부에는 선회스크롤(9)이 선회 가능하도록 맞물려 있으며, 상기 선회스크롤(9) 하부의 중심부는 상기 크랭크축(7)의 중심에서 벗어난 위치에서 크랭크축(7)의 상단 편심부(7a)와 슬라이드 부시(10)를 재재하여 결합되어 있다.
상기 밀폐용기(1)의 고정스크롤(8)의 상부에는 고저압 분리형 머플러(20) 내측으로 고압가스가 잔존하는 토출실(21)이 구비되고, 고정스크롤(8)의 중간부에는 토출구(8a)가 형성됨과 아울러 그 상측에 토출밸브(22)가 결합되어 있으며, 상부 프레임(2)의 일측으로 냉매 흡입관(11)이 설치되고, 토출실(20)의 일측으로 압축된 냉매가스가 토출되는 토출관(12)이 설치됨과 아울러 그 내측에 차압밸브(13)가 설치되어 있다. 그리고 상기 밀폐용기(1)의 하부에는 스크롤 압축기 내부의 슬라이딩되는 부분에 공급되는 오일(23)이 채워져 있다.
이와 같은 스크롤 압축기는 먼저 모터(6)의 고정자(4)에 전원이 공급되고 상기 고정자(4) 내부의 회전자(5)가 고정자(4)와의 상호작용에 의해 회전한다.
이에 따라 상기 회전자(5)의 중앙부에 압입 설치된 크랭크축(7)이 회전하고, 상기 크랭크축(7)의 회전에 의해서 크랭크축(7)의 상단 편심부(7a)에 설치된 선회스크롤(9)이 편심거리만큼 편심 회전하고, 축 중심을 원점으로 선회반경만큼 떨어진 거리에서 선회운동을 하게 된다. 그리고 상기 선회스크롤(9)의 선회운동에 의해 그 선회스크롤(9)과 고정스크롤(8)의 각 랩(wrap; 와권형 형상부) 사이에 압축실이 형성되고, 그 압축실은 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소되어 밀폐용기(1)의 흡입관(11)를 통해 상기 밀폐용기(1) 내부로 흡입된 냉매가스를 더욱 압축하게 된다.
이 때 압출된 냉매는 다시 고정스크롤(8)에 형성된 토출포트를 통해 토출실(21)로 토출되고, 상기 토출실(21)로 토출된 압축 냉매가스는 토출실(21)에 설치된 토출관(12)을 통해 사이클을 이루는 다른 장치로 보내진다.
일반적으로 위와 같은 스크롤압축기가 채용된 에어컨의 냉동사이클은 압축기, 응축기, 증발기, 그리고 팽창변(또는 모세관)으로 구성된다. 그리고, 냉동기 운전 시 압축기에 의해 압축된 고온고압의 냉매는 응축기에 보내져 외부로 열을 방출하고 액화되며, 다시 팽창변을 통과하면서 저온저압의 냉매로 변환되어 증발기에서 기화하며 주위의 열을 흡수한 후, 압축기로 흡입되는 과정을 반복하게 된다
이러한 운전 상황이 정상적으로 이루어지면 압축기의 고압부의 온도는 일정 수준 이하를 유지하게 되며, 압축기의 제작에 있어 이러한 온도는 중요한 설계 변수로 작용하여 압축기의 성능, 효율, 신뢰성에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 압축기 설계에 있어서 상기 고압부의 온도를 어느 정도까지 허용치를 설정하게 되면 그 범위 내에서 압축기가 운전 가능하도록 설계되어지고 있다. 하지만 불행히도 실제 에어컨 사용환경은 매우 다양하며 또한 에어컨의 각 구성요소가 제 기능을 충분히 유지하지 못하는 경우 압축기의 수명을 단축시키거나 고장을 일으키게 된다.
이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 종래의 기술로서 미국특허 제5,527,158호에는 스크롤압축기의 과열방지장치(Scroll machine with overheating protection)가 알려지고 있으며, 이 종래의 기술은 온도를 감지하는 영역이 토출부 상단에 직접 위치하고, 토출이 완료 된 가스가 온도 감지 센서를 작동하도록 하고 있으며, 또한 고압측에서 저압측으로 연결된 통로 상에 온도 감지 센서가 부착 되어, 이 온도 감지 센서는 직접적으로 고압측과 저압측의 연결 개폐토록 설계되어 있다. 즉, 고온의 가스를 감지 하는 영역이 토출 개시각 이후 즉 압축이 완료된 후 토출 유로 상에 위치 하고 있으며, 고온의 가스를 감지하는 센서와 고압측에서 저압측으로 관통된 홀을 온도감지 센서가 직접 개폐 도록 되어 있다.
종래의 기술은 구조적으로는 다소 간단하지만 이 경우 온도를 감지하는 바이 메탈은 온도에 따라 형상이 변화되어 온도가 변화됨에 따른 고압측에서 저압측으로 통로를 완전하게 밀봉하지 못하므로 누설이 발생 하게 되고 이는 성능저하를 유발하게 된다.
또한 종래의 기술인 중간압력을 이용한 진공방지 구조는 압력에 따라 작동됨으로 압력에 관계없이 토출 가스 온도만 상승하는 경우 압축부의 손상을 방지 할 수 없다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점 및 결함을 해소하기 위하여 창안한 것으로, 고정 스크롤과 선회 스크롤에 의해 형성되는 중간 압축부의 압력과 온도를 이용하여 토출 가스가 이상 고온으로 상승할 경우 온도 감응장치가 중간 압축부의 가스에 반응토록 하여 토출과 흡입측 통로를 막고 있는 부재를 작동시킴으로 토출 가스가 전동부에 부착되어있는 보호장치를 작동시킴으로써 압축기를 보호 할 수 있게 되는 스크롤압축기의 고온방지장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 스크롤압축기의 고온방지장치는 밀폐형 스크롤 압축기에 있어서 압축부를 형성하는 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이에 형성되는 압축부에서 토출개시각 이전의 위치에 일정한 통로를 형성하고 이 통로상에 온도에 반응하는 부재를 설치한 구조를 갖는다.
상기 온도에 반응토록 하는 구조는 열팽창이 다른 두 금속으로 만든 부재를 이용하여 토출과 흡입 통로를 개폐하기 위한 다른 부재를 작동하도록 하는 구조를 갖는다. 온도에 반응토록 하는 부재에는 바이메탈이 이용되고, 또 형상기억합금 등이 이용될 수 있다.
상기 온도에 반응토록 하는 부재가 설치되어 고온의 가스를 감지하는 영역은 고온의 가스가 고압측에서 저압측으로 연결된 통로 상에 있지 아니하고 별도의 영역을 형성하고 온도에 형상이 변화는 부재가 고압측과 저압측 사이를 개폐하는 부재를 작동하도록 하는 구조로 실시될 수도 있다.
보다 구체적으로 본 발명에 의한 스크롤압축기의 고온방지장치는 고정스크롤과 선회스크롤 사이에 형성되는 압축부에서 고온가스를 배출시키기 위한 통로를 형성하고, 이 통로의 중간부에는 온도에 반응하여 통로를 개폐하는 온도 감응밸브를 설치하여 구성된다.
상기 통로는 고정스크롤의 토출구 일측에 압축부에 연통되도록 형성되는 수직통로와 이 수직통로에 연통되도록 형성되는 수평통로로 이루어지며, 상기 온도 감응밸브는 상기 수직통로에 상하로 이동 가능하게 삽입되어 수평통로를 개폐하는 개폐부재와, 상기 수직통로의 상측 설치홈에 설치되고 개폐부재가 중간부에 결합되며 온도에 의해 변화되어 개폐부재를 작동시키는 바이메탈과 같은 온도 감응부재로 구성된다.
이와 같은 본 발명은 토출 가스를 이용하지 않고 중간 압축부에 의해 형성되는 가스 및 압력를 이용하여 비정상적인 운전조건에 의해 형성되는 토출 가스 온도 상승을 방지 함으로써 압축기의 신뢰성을 향상 시킬 수 있다.
도 2에는 본 발명 장치가 채용된 스크롤압축기의 종단면도가 도시되고, 도 3 및 도 4에는 본 발명에 의한 스크롤압축기의 고온방지장치의 구성 및 작용을 보인 부분 확대 단면도가 도시되어 있다.
이에 도시한 바와 같이, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 스크롤압축기의 고온방지장치가 채용되는 스크롤 압축기는 본체를 이루며 내부가 밀폐된 밀폐용기(1)와, 상기 밀폐용기(1)의 내부 상측으로 결합된 상부 프레임(2)과, 상기 밀폐용기(1)의 내부 하측으로 결합된 하부 프레임(3)과, 상기 상부 프레임(2)과 하부 프레임(3)의 사이에 설치되고 고정자(4)와 회전자(5)가 구비되는 모터(6)를 포함하여 구성된다.
상기 회전자(5)의 중심에는 회전자(5)의 회전에 따라 함께 회전하는 크랭크축(7)이 결합되어 있으며, 상기 상부 프레임(2)에는 고정스크롤(8)이 고정되어 있고, 상기 고정스크롤(8)의 하부에는 선회스크롤(9)이 선회 가능하도록 맞물려 있으며, 상기 선회스크롤(9) 하부의 중심부는 상기 크랭크축(7)의 중심에서 벗어난 위치에서 크랭크축(7)의 상단 편심부(7a)와 슬라이드 부시(10)를 재재하여 결합되어 있다.
상기 밀폐용기(1)의 고정스크롤(8)의 상부에는 고저압 분리형 머플러(20) 내측으로 고압가스가 잔존하는 토출실(21)이 구비되고, 고정스크롤(8)의 중간부에는 토출구(8a)가 형성됨과 아울러 그 상측에 토출밸브(22)가 결합되어 있으며, 상부 프레임(2)의 일측으로 냉매 흡입관(11)이 설치되고, 토출실(20)의 일측으로 압축된 냉매가스가 토출되는 토출관(12)이 설치되어 있다.
이와 같은 스크롤압축기에 있어서, 본 발명에 의한 스크롤압축기의 고온방지 장치는 고정스크롤(8)과 선회스크롤(9) 사이에 형성되는 압축부(100)에서 고온가스를 배출시키기 위한 통로(200)를 형성하고, 이 통로(200)의 중간부에는 온도에 반응하여 통로(200)를 개폐하는 온도 감응밸브(300)를 설치한 구성으로 되어 있다.
도면에 도시된 형태는 상기 고정스크롤(8)의 토출구(8a) 일측에 압축부(100)에 연통되도록 형성되는 수직통로(210)와 이 수직통로(210)에 연통되도록 형성되는 수평통로(220)로 통로(200)가 이루어지고, 상기 온도 감응밸브(300)는 상기 수직통로(210)에 상하로 이동 가능하게 삽입되어 수평통로(220)를 개폐하는 개폐부재(320)와, 상기 수직통로(210)의 상측 설치홈(211)에 설치되고 개폐부재(320)가 중간부에 결합되며 온도에 의해 변화되어 개폐부재(320)를 작동시키는 온도 감응부재(310)로 구성된다.
상기 수평통로(220)에는 상기 개폐부재(320)의 상단부가 끼워져 수평통로(220)를 안정하게 폐쇄하도록 안착홈(221)이 형성된다.
상기 온도 감응부재(310)는 부분 구면형이고, 상기 개폐부재(320)는 원봉형으로 개폐부재(320)의 하측부에 형성된 고정홈(321)에 온도 감응부재(310)의 중앙 고정공(311)이 체결되어 고정된다.
상기 온도 감응부재(310)에는 열팽창이 서로 다른 두 금속으로 만든 부재를 이용하여 상기 통로(200)를 개폐하기 위한 개폐부재(320)를 작동하도록 한다. 상기 온도 감응부재(310)에는 예를 들어 바이메탈이 이용될 수 있으며, 형상기억합금도 이용될 수 있다.
상기 통로(200)는 상기 고정스크롤(8)에 수직통로(210)와 수평통로(220)를 직접 형성되는 형태가 이용될 수 있으며, 고정스크롤(8)의 상면에 별도의 통로부재(201)가 부착되어 고정스크롤(8)과 통로부재(201)에 수직통로(210)와 수평통로(220)가 형성되는 형태도 이용될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의한 스크롤압축기의 고온방지장치는 토출 개시각 이전 즉 압축영역에서 형성된 압축가스의 온도를 상기 고정스크롤(8)의 수직통로(210)에 설치된 온도 감응밸브(300)의 온도 감응부재(310)가 감지하여 정상운전시에는 도 3과 같이 개폐부재(320)가 수평통로(220)를 폐쇄하고 있으나, 비정상운전, 즉 이상고온 시에는 도 4와 같이 온도 감응부재(310)의 바이메탈이 변형되면서 개폐부재(320)를 하측으로 이동시키며, 이에 따라 수평통로(220)가 개방되어 고온가스가 고압부(H)에서 저압부(L)로 토출된다.
또한, 이와 같이 고압부(H)의 고온고압의 가스가 저압부(L)로 누설되면 밀폐용기(1) 내부에 모터(6)를 보호하기 위해 설치된 모터 보호장치를 가열하여 작동시키게 되며, 이로써 압축기의 운전을 정지시키게 된다.
그리고 압축기 정지 후 서서히 냉각됨에 따라 상기 온도 감지밸브(200)는 원상태로 복귀하게 되며 또한 압력밸브(300)도 복귀하게 된다.
이러한 작동 원리에 의해 고압부 내의 온도가 설정된 적정치 이상으로 상승하지 않게 하여 압축기를 보호할 수 있게 된다.
본 발명을 실시함에 있어서, 상기 온도 감응밸브(300)는 고온의 가스를 감지하는 영역은 고온의 가스가 고압측에서 저압측으로 연결되는 통로(200)에 설치되는 것이 바람직하나, 이 통로(200)에 있지 않고 별도의 영역을 형성하여 이 별도의 영 역에서 온도에 형상이 변화되는 온도 감응부재(310)가 고압측과 저압측 사이를 개폐하는 개폐부재(320)를 작동하도록 하는 구조도 이용할 수 있다.
이와 같은 본 발명은 토출 가스를 이용하지 않고 중간 압축부에 의해 형성되는 가스 및 압력를 이용하여 비정상적인 운전조건에 의해 형성되는 토출 가스 온도 상승을 방지 함으로써 압축기의 신뢰성을 향상 시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 고정스크롤(8)과 선회스크롤(9) 사이에 형성되는 압축부(100)에서 고온가스를 배출시키기 위하여, 상기 고정스크롤(8)의 토출구(8a) 일측에 압축부(100)에 연통되도록 형성되는 수직통로(210)와 이 수직통로(210)에 연통되도록 형성되는 수평통로(220)로 이루어지는 통로(200)를 형성하고, 이 통로(200)의 중간부에는 온도에 반응하여 통로(200)를 개폐하는 온도 감응밸브(300)를 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 고온방지장치에 있어서, 상기 온도 감응밸브(300)는 상기 수직통로(210)에 상하로 이동 가능하게 삽입되어 수평통로(220)를 개폐하는 개폐부재(320)와, 상기 수직통로(210)의 상측 설치홈(211)에 설치되고 개폐부재(320)가 중간부에 결합되며 온도에 의해 변화되어 개폐부재(320)를 작동시키는 온도 감응부재(310)로 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 고온방지장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 통로(200)는 고정스크롤(8)의 상면에 별도의 통로부재(201)가 부착되어 고정스크롤(8)과 통로부재(201)에 수직통로(210)와 수평통로(220)가 형성되어 구성된 것임을 특징으로 하는 스크롤압축기의 고온방지장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 수평통로(220)에는 상기 개폐부재(320)의 상단부가 안착되는 안착홈(221)이 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 고온방지장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 온도 감응부재(310)는 부분 구면형이고, 상기 개폐부재(320)는 원봉형으로 개폐부재(320)의 하측부에 형성된 고정홈(321)에 온도 감응부재(310)의 중앙 고정공(311)이 체결되어 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤압축기의 고온방지장치.
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