KR100608662B1 - 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치에 관한 것으로, 본 발명은 고압상태를 유지하는 케이싱의 내부에 고정 설치하는 프레임; 상기 프레임에 얹혀져 구동모터에 의해 선회운동을 하고 상기 프레임과 함께 그 배면에 중간압을 이루는 배압공간을 구비하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 맞물려 연속으로 이동하는 압축실을 형성하도록 상기 프레임에 고정 설치하고, 흡입공간과 연통되는 흡입압구멍 및 토출공간과 연통되는 토출압구멍 그리고 배압공간과 연통되는 중간압구멍을 형성하며, 상기 흡입압구멍과 토출압구멍 그리고 중간압구멍이 함께 연통하도록 밸브공간을 형성하는 고정스크롤; 상기 토출압구멍과 중간압구멍을 개폐하도록 내부유로를 형성하여 상기 고정스크롤의 밸브공간에 미끄러지게 삽입하는 배압밸브; 및 상기 밸브공간과 배압밸브 사이에 설치하여 상기 배압공간과 흡입공간 사이의 압력차와 함께 상기 배압밸브의 내부유로가 토출압구멍과 중간압구멍을 개폐하도록 신축되면서 상기 배압밸브를 지지하는 배압스프링;을 포함함으로써, 압축기의 이상운전시 선회스크롤이 밀리면서 고정스크롤과 이격되더라도 상기한 배압공간홈이 적정압력을 유지하도록 하여 선회스크롤을 신속하게 복귀시키고 이를 통해 압축기가 항상 정상적으로 운전할 수 있도록 하여 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

고압식 스크롤 압축기의 배압 장치{BACK PRESSURE APPARATUS FOR HIGH-PRESSURE TYPE SCROLL COMPRESSOR}

도 1은 종래 고압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 2 및 도 3은 종래 고압식 스크롤 압축기에서 가스압과 배압 사이의 압력차에 따른 선회스크롤의 거동을 보인 단면도,

도 4는 본 발명 고압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 5는 본 발명 고압식 스크롤 압축기에서 정상운전 상태를 보인 단면도,

도 6은 본 발명 고압식 스크롤 압축기에서 이상운정 상태에 대한 배압 장치의 동작을 보인 단면도,

도 7은 본 발명 고압식 스크롤 압축기에서 배압 장치에 대한 다른 실시예를 보인 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2 : 메인프레임 2a : 축구멍

2b : 보스수용홈 2c : 배압공간홈

6 : 선회스크롤 6a : 랩

10 : 고정스크롤 11 : 랩

12 : 흡입구 13 : 토출구

14 : 가스공급구멍 20 : 배압조절부

21 : 밸브공간 21a : 흡입압구멍

21b : 토출압구멍 21c : 중간압구멍

22 : 배압밸브 22a : 내부유로

23 : 배압스프링

본 발명은 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치에 관한 것으로, 특히 선회스크롤의 배면 가장자리에 항상 중간압의 냉매가스가 채워지도록 하는 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤식 압축기는 공조기 분야에 널리 적용하는 고효율 저소음 압축기로서, 두 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 스크롤 사이에 복수 개의 압축실을 쌍으로 형성하고, 이 압축실이 지속적으로 중심방향으로 이동하면서 체적이 작아져 냉매가스를 연속으로 흡입 압축하여 토출하는 방식이다.

스크롤 압축기는 케이싱의 내부에 흡입가스가 채워지느냐 토출가스가 채워지느냐에 따라 크게 저압식과 고압식으로 구분할 수 있다. 고압식 스크롤 압축기는 도 1에 도시한 바와 같이 고압상태를 유지하고 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비하는 케이싱(1)과, 케이싱(1) 내부의 상하 양측에 각각 고정하는 메인프레임(2) 및 서브프레임(미도시)과, 메인프레임(2)과 서브프레임(미도시) 사 이에 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 설치하고 상기한 가스흡입관(SP)을 직접 결합하는 고정스크롤(5)과, 고정스크롤(5)에 맞물려 복수 개의 압축실(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)을 포함하고 있다.

가스흡입관(SP)은 케이싱(1)을 밀봉하도록 통과하여 고정스크롤(5)의 흡입구(5b)에 연통 설치하는 한편 가스토출관(DP)은 케이싱(1)에 밀봉하도록 연통 설치하고 있다.

메인프레임(2)의 상면 가장자리에는 상기 선회스크롤(6)의 배면과 함께 소정의 내부체적을 가지고 그 내부체적에 중간압측 압력(Pi)의 냉매가스가 채워지도록 환형의 배압공간홈(2c)을 음형지게 형성하고 있다.

배압공간홈(2c)은 평면투영시 환형으로 형성하되 상기한 고정스크롤(5)의 흡입구(5b)가 선회스크롤(6)과의 착탈에 의해 선택적으로 연통될 수 있는 범위에 형성하고 있다.

도면중 미설명 부호인 2a는 축구멍, 2b는 보스수용홈, 3A는 고정자, 4a는 오일유로, 5a는 고정스크롤의 랩, 5c는 토출구, 5d는 가스공급구멍, 6a는 선회스크롤의 랩, Ph는 고압측 압력, Pg는 가스압측 압력이다.

상기와 같은 종래의 고압식 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 구동모터(3)에 전원을 인가하면, 구동축(4)이 구동모터(3)의 회전자(3B)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(5)이 올담링(7)에 의해 메인프레임(2)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하고, 이와 함께 선회스크롤(6)은 고정스크롤(5)과의 랩(5a,6a) 사이에서 한 쌍의 압축실(P)을 연속하여 형성하며, 이 압축실(P)은 선회스크롤(6)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축하여 토출한다.

여기서, 냉매가스는 가스흡입관(SP)을 통해 고정스크롤(5)의 흡입구(5b)로 직접 흡입되었다가 압축실(P)에서 압축되어 고정스크롤(5)의 토출구(5c)를 통해 케이싱(1)의 내부로 토출된다. 이 냉매가스의 일부는 메인프레임(2)과 선회스크롤(6)의 중앙측에 유입되어 선회스크롤(6)을 축방향으로 지지하는 반면 냉매가스의 다른 일부는 선회스크롤(6)의 가장자리측 배면에 대향하도록 메인프레임(2)의 상면 가장자리에 음형지게 형성하는 배압공간홈(2c)에 수용되어 고압의 냉매가스와 함께 선회스크롤(6)을 축방향으로 지지하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 고압식 스크롤 압축기에 있어서는, 도 2에서와 같이 압축실(P)의 가스압측 압력(Pg)이 선회스크롤(6)의 배면측 압력, 즉 선회스크롤(6)의 중앙부위를 지지하는 고압측 압력(Ph)과 가장자리를 지지하는 중간압측 압력(Pi)을 합한 압력 보다 작은 경우에는 상기한 선회스크롤(6)이 고정스크롤(5)과 미끄럼 접촉하여 선회운동을 하므로 압축기가 정상적으로 운전을 하는 반면, 도 3에서와 같이 압축실(P)의 가스압측 압력(Pg)이 과도하게 상승하는 경우에는 선회스크롤(6)이 약간 밀려나면서 틈새(t)가 발생하고 이 틈새(t)를 통해 고 정스크롤(5)의 흡입구(5b)가 배압공간홈(2c)과 연통하여 그 배압공간홈(2c)의 냉매가스가 상대적으로 저압측인 흡입구(5b) 쪽으로 빠르게 이동을 함에도 불구하고 상기한 배압공간홈(2c)으로 고압의 냉매가스가 원활하게 유입되지 못하여 선회스크롤(6)이 밀린 상태를 지속하면서 압축기가 불안정하게 운전하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 고압식 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축실의 압력에 의해 선회스크롤이 밀린 경우 케이싱 내부의 냉매가스가 상기한 선회스크롤과 메인프레임 사이의 배압공간홈으로 빠르게 유입되도록 하여 압축기가 항상 안정적으로 운전할 수 있도록 하는 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 고압상태를 유지하는 케이싱의 내부에 고정 설치하는 프레임; 상기 프레임에 얹혀져 구동모터에 의해 선회운동을 하고 상기 프레임과 함께 그 배면에 중간압을 이루는 배압공간을 구비하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 맞물려 연속으로 이동하는 압축실을 형성하도록 상기 프레임에 고정 설치하고, 흡입공간과 연통되는 흡입압구멍 및 토출공간과 연통되는 토출압구멍 그리고 배압공간과 연통되는 중간압구멍을 형성하며, 상기 흡입압구멍과 토출압구멍 그리고 중간압구멍이 함께 연통하도록 밸브공간을 형성하는 고정스크롤; 상기 토출압구멍과 중간압구멍을 개폐하도록 내부유로를 형성하여 상기 고정스크롤의 밸브공간에 미끄러지게 삽입하는 배압밸브; 및 상기 밸브공간과 배압밸브 사이에 설치하여 상기 배압공간과 흡입공간 사이의 압력차와 함께 상기 배압밸브의 내부유로가 토출압구멍과 중간압구멍을 개폐하도록 신축되면서 상기 배압밸브를 지지하는 배압스프링;을 포함한 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 고압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도이고, 도 5는 본 발명 고압식 스크롤 압축기에서 정상운전 상태를 보인 단면도이며, 도 6은 본 발명 고압식 스크롤 압축기에서 이상운정 상태에 대한 배압 장치의 동작을 보인 단면도이고, 도 7은 본 발명 고압식 스크롤 압축기에서 배압 장치에 대한 다른 실시예를 보인 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명 고압식 스크롤 압축기는, 고압상태를 유지하고 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비하는 케이싱(1)과, 케이싱(1) 내부의 상하 양측에 각각 고정하고 그 가장자리에 선회스크롤(6)과 함께 배압공간을 이루는 배압공간홈(2c)을 형성하는 메인프레임(2)과, 메인프레임(2)의 상면에 고정 설치하고 상기한 가스흡입관(SP)을 직접 결합하는 고정스크롤(10)과, 구동축(4)에 편심지게 결합하여 메인프레임(2)의 상면에서 얹히고 고정스크롤(10)에 맞물려 올담링(7)에 의해 선회하면서 복수 개의 압축실(P)을 형성하는 선회스크롤(6)과, 고정스크롤(10)에 설치하여 배압공간홈(2c)이 적정한 중간압측 압력(Pi)을 형성하도록 하는 배압조절부(20)를 포함한다.

가스흡입관(SP)은 케이싱(1)을 밀봉하도록 통과하여 고정스크롤(10)의 흡입구(12)에 연통 설치하는 한편 가스토출관(DP)은 케이싱(1)에 밀봉하도록 연통 설치하고, 메인프레임(2)의 상면 가장자리에는 상기 선회스크롤(6)의 배면과 함께 소정의 내부체적을 가지는 배압공간을 이루도록 배압공간홈(2c)을 음형지게 형성한다.

배압공간홈(2c)은 평면투영시 환형으로 형성하되 상기한 고정스크롤(10)의 흡입구(12)가 선회스크롤(6)과의 착탈에 의해 선택적으로 연통될 수 있는 범위에 형성한다.

배압조절부(20)는 고정스크롤(10)의 흡입구(12) 바깥쪽에 소정의 내부공간을 가지도록 축방향으로 길게 형성하는 밸브공간(21)과, 밸브공간(21)에 축방향으로 미끄러지게 삽입하여 후술할 토출압구멍(21b)과 중간압구멍(21c)을 개폐하는 배압밸브(22)와, 배압밸브(22)의 일측에 설치하여 그 배압밸브(22)를 복귀시키는 배압스프링(23)으로 이루어진다.

밸브공간(21)은 전술한 바와 같이 그 배면에서 축방향으로 길게 형성하여 상기한 배압밸브(22)와 배압스프링(23)을 차례대로 삽입한 후에 밸브마개(24)로 압입 밀봉하는 것이 바람직하다.

또, 밸브공간(21)은 그 안쪽으로는 흡입구(12)와 연통하도록 흡입압구멍(21a)을 형성하고, 바깥쪽으로는 케이싱(1)의 내부와 연통하도록 토출압구멍(21b)을 형성하며, 메인프레임(2)의 배압공간홈(2c)을 향하여서는 중간압구멍(21c)을 형성한다.

배압밸브(22)는 밸브공간(21)에서 축방향으로 미끄러지도록 원봉형상으로 형성하되 그 내부에는 상기 토출압구멍(21b)과 중간압구멍(21c)을 연통할 수 있도록 "기역자" 형상의 내부유로(22a)를 형성한다.

배압스프링(23)은 도 4에서와 같이 흡입압구멍(21a)과 토출압구멍(21b)의 사이, 즉 배압밸브(22)의 상단에 설치하여 정상운전시에는 그 배압밸브(22)에 의해 밀려 압축되었다가 이상운전시 복원되면서 상기한 배압밸브(22)를 밀어내도록 압축코일스프링으로 형성할 수도 있으나, 경우에 따라서는 도 7에서와 같이 토출압구멍(21b)과 중간압구멍(21c)의 사이, 즉 배압밸브(22)의 하단에 설치하여 정상운전시에는 배압밸브(22)를 따라 늘어났다가 이상운전시 복원되면서 상기한 배압밸브(22)를 당기도록 인장코일스프링으로 형성할 수도 있다.

한편, 메인프레임(2)의 상면과 선회스크롤(6)의 배면 사이, 즉 배압공간홈(2c)의 내경보다 안쪽에는 그 배압공간홈(2c)에 채워지는 중간압의 냉매가스가 누설되는 것을 차단할 수 있도록 실링부재(2d)를 개재하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 2a는 축구멍, 2b는 보스수용홈, 3A는 고정자, 4a는 오일유로, 5a는 고정스크롤의 랩, 5c는 토출구, 5d는 가스공급구멍, 6a는 선회스크롤의 랩, Ph는 고압측 압력, Pg는 가스압측 압력이다.

상기와 같은 본 발명 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 인가한 전원에 의해 구동축(4)이 구동모터(3)의 회전자(3B)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(6)이 편심거리 만큼 선회하고, 이와 함께 선회스크롤(6)은 고정스크롤(10)과의 사이에 연속으로 이동하면서 체적이 좁아지는 압축실(P)을 쌍 으로 형성하여 냉매가스를 흡입 압축하여 토출한다.

여기서, 압축기가 정상운전을 진행할 때는 도 5에서와 같이 압축실(P)의 가스력(가스압측 압력) 보다 선회스크롤의 배면을 지지하는 케이싱(1) 내부의 가스력(고압측 압력)과 배압공간홈(2c)의 가스력(중간압측 압력)이 상대적으로 더 커서 상기한 선회스크롤(6)이 고정스크롤(10)에 접촉하여 선회운동을 하면서 냉매가스를 원활하게 흡입 압축한다. 이때, 배압공간홈(2c)의 중간압구멍(21c)을 통해 배압공간홈(2c)의 하측으로 유입되는 중간압의 냉매가스가 흡입압구멍(21a)을 통해 배압공간홈(2c)의 상측으로 유입되는 흡입압의 냉매가스와 배압스프링(23)의 탄성력을 이기고 상기 배압밸브(22)를 밀어 토출압구멍(21b)과 중간압구멍(21c)을 차단함으로써 상기한 배압공간홈(2c)의 압력이 적정한 중간압을 유지하도록 하는 것이다.

반면, 압축실(P)의 가스력이 비정상적으로 상승하여 선회스크롤(6)이 메인프레임(2)쪽으로 밀려나는 경우에는 도 6에서 점선으로 도시한 바와 같이 압축실(P)을 형성하는 고정스크롤(10)의 랩(11)과 선회스크롤(6)의 랩(6a)이 이격되면서 압축실(P)이 열려 냉매가스를 정상적으로 흡입 압축할 수 없게 된다. 이때, 고정스크롤(10)과 선회스크롤(6)의 열린 틈새(t)를 통해 배압공간홈(2c)에 채워져 있던 중간압측 압력(Pi)의 냉매가스가 흡입구(12)쪽으로 이동을 하였다가 흡입압구멍(21a)을 통해 밸브공간(21)의 상측으로 유입되어 배압스프링(23)의 복원력과 함께 배압밸브(22)를 누르는 동시에 배압공간홈(2c)의 압력이 급속하게 낮아져 결국 배압밸브(22)가 아랫쪽으로 이동을 하면서 토출압구멍(21b)과 중간압구멍(21c)이 배압밸 브(22)의 내부유로(22a)를 통해 연통된다. 이어서 도 6에서 실선으로 도시한 바와 같이 케이싱(1) 내부에 채워져 있던 고압의 냉매가스(점선 화살표)가 상기한 토출압구멍(21b)과 배압밸브(22)의 내부유로(22a) 그리고 중간압구멍(21c)을 통해 메인프레임(2)의 배압공간홈(2c)으로 흡입되어 상기 배압공간홈(2c)의 압력이 중간압으로 회복되고, 선회스크롤(6)이 다시 원위치로 밀어 올려져 고정스크롤(10)과 함께 압축실(P)을 형성하도록 함으로써 압축기가 정상운전상태로 되돌아가도록 하는 것이다.

여기서, 배압스프링(23)은 도 7에서와 같이 배압밸브(22)의 하단을 인장 지지하도록 인장코일스프링으로 대체하더라도 그 작용효과는 전술한 일실시예와 대동소이하다.

본 발명에 의한 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치는, 고정스크롤에 배압공간홈의 압력을 중간압으로 유지할 수 있도록 배압조절부를 설치함으로써, 압축기의 이상운전시 선회스크롤이 밀리면서 고정스크롤과 이격되더라도 상기한 배압공간홈이 적정압력을 유지하도록 하여 선회스크롤을 신속하게 복귀시키고 이를 통해 압축기가 항상 정상적으로 운전할 수 있도록 하여 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims (4)

1. 고압상태를 유지하는 케이싱의 내부에 고정 설치하는 프레임;

   상기 프레임에 얹혀져 구동모터에 의해 선회운동을 하고 상기 프레임과 함께 그 배면에 중간압을 이루는 배압공간을 구비하는 선회스크롤;

   상기 선회스크롤에 맞물려 연속으로 이동하는 압축실을 형성하도록 상기 프레임에 고정 설치하고, 흡입공간과 연통되는 흡입압구멍 및 토출공간과 연통되는 토출압구멍 그리고 배압공간과 연통되는 중간압구멍을 형성하며, 상기 흡입압구멍과 토출압구멍 그리고 중간압구멍이 함께 연통하도록 밸브공간을 형성하는 고정스크롤;

   상기 토출압구멍과 중간압구멍을 개폐하도록 내부유로를 형성하여 상기 고정스크롤의 밸브공간에 미끄러지게 삽입하는 배압밸브; 및

   상기 밸브공간과 배압밸브 사이에 설치하여 상기 배압공간과 흡입공간 사이의 압력차와 함께 상기 배압밸브의 내부유로가 토출압구멍과 중간압구멍을 개폐하도록 신축되면서 상기 배압밸브를 지지하는 배압스프링;을 포함한 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 배압스프링은 배압밸브가 흡입압구멍을 통해 유입되는 흡입압의 냉매가스와 함께 상기한 배압밸브를 밀어 그 배압밸브의 내부유로가 토출압구멍과 중간압구멍을 연통하도록 복원력을 가지는 압축스프링으로 된 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 배압스프링은 배압밸브가 흡입압구멍을 통해 유입되는 흡입압의 냉매가스와 함께 상기한 배압밸브를 당겨 그 배압밸브의 내부유로가 토출압구멍과 중간압구멍을 연통하도록 복원력을 가지는 인장스프링으로 된 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치.
4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

   선회측 스크롤과 프레임의 사이에는 배압공간을 실링하는 실링부재를 삽입하는 것을 특징으로 하는 고압식 스크롤 압축기의 배압 장치.

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