KR100664292B1 - 스크롤 압축기의 진공 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 진공 방지 장치는, 가스흡입관이 연통되어 흡입공간이 형성되는 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에 고정되어 선회스크롤과 함께 복수개의 압축실이 형성되고 그 압축실에 연통되도록 중간압유로가 형성되는 고정스크롤과, 상기 고정스크롤의 상면에 고정 설치되어 상기 케이싱을 통과하는 가스토출관이 연통되도록 그 내부에 토출공간이 형성되는 토출커버와, 상기 토출커버에 형성되고 상기 케이싱의 흡입공간과 토출커버의 토출공간이 연통되도록 흡입압유로와 토출압유로가 형성되며 상기 고정스크롤의 중간압유로와 토출커버의 토출공간이 연통되도록 배압유로가 형성되는 밸브블록과, 상기 밸브블록에 삽입되어 압축실의 압력에 따라 흡입압유로와 토출압유로 사이를 개폐하는 밸브부재와, 상기 밸브블록에 고정 설치되어 그 밸브블록의 배압밸브를 개폐하는 배압밸브를 포함함으로써, 밸브블록이 토출커버내에서 고정스크롤의 상단면에 탈착이 가능하게 설치됨과 아울러 그 밸브블록과 밸브부재 등이 모듈화되어 설치됨에 따라 고장시 특정 부품만 교체할 수 있어 유지 비용을 절감할 수 있다. 또, 상기 밸브블록이 생산비용 부담이 비교적 적은 토출커버에 일체로 형성됨으로써, 고정스크롤의 내부에 진공방지장치를 가공할 필요가 없어 고정스크롤의 강도를 일정하게 유지할 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 진공 방지 장치{PREVENTIVE APPARATUS OF VACUUM COMPRESSION IN SCROLL COMPERSSOR}

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2a는 도1의 A부인 진공 방지 장치의 정상상태 동작을 보인 종단면도,

도 2b는 도1의 A부인 진공 방지 장치의 비정상상태 동작을 보인 종단면도,

도 3은 본 발명 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도,

도 4a는 본 발명 진공 방지 장치의 정상상태 동작을 보인 종단면도,

도 4b는 본 발명 진공 방지 장치의 비정상상태 동작을 보인 종단면도,

도 5는 본 발명 진공 방지 장치의 다른 변형예를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 5 : 선회스크롤

6 : 고정스크롤 6c : 토출구

6d : 중간압유로 7 : 토출커버

9 : 고진공 차단부 9a : 밸브블록

9b : 밸브부재 9c : 스프링

9d : 마개 9e : 흡입압유로

9f : 배압유로 9g : 토출압유로

9h : 공간부 DP : 가스토출관

SP : 가스흡입관 S1 : 흡입공간

S2 : 토출공간 P : 압축실

본 발명은 스크롤 압축기의 진공 방지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가공성과 조립성이 향상되어 생산비용을 절감시킬 수 있는 스크롤 압축기의 진공 방지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 통상 왕복동식, 스크롤식, 원심식 및, 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.

도시된 바와 같이 종래의 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비한 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내주면 상하 양측에 각각 고정되는 메인프레임(20) 및 서브프레임(미도시)과, 메인프레임(20)과 서브프레임(미도시) 사이에 장착되는 구동모터(30)와, 구동모터(30)의 중심에 압입되고 메인프레임(20)을 관통하여 구동모터(30)의 회전력을 전달하는 구동축(40)과, 구동축(40)에 결합되어 메인프레임(20)의 상면에 얹히는 선회스크롤(50)과, 선회스크롤(50)에 결합되어 복 수 개의 압축실을 형성하도록 메인프레임(20)의 상면에 고정하는 고정스크롤(60)과, 고정스크롤(60)의 배면에 결합되어 케이싱(10)의 내부를 흡입공간(S1)과 토출공간(S2)으로 구획하는 고저압 분리판(70)과, 고정스크롤(60)의 경판부(64) 배면에 결합되어 토출된 가스의 역류를 방지하는 역지밸브 조립체(80)와, 고정스크롤(60)의 경판부(64) 안쪽에 설치되어 압축기 정지시 압축실(P)의 고진공을 차단하는 고진공 차단부(90)를 포함하고 있다.

상기 선회스크롤(50)의 상, 하부에는 선회스크롤(50)의 선회운동시 회전불균형이 조절되도록 밸런스 웨이트(BW)가 장착되어 있다.

상기 구동축(40)의 중심부를 종으로 관통하여 저부에 고인 오일을 흡상하도록 오일유로(41)가 형성되어 있고, 상기 선회스크롤(50)의 하단부에 형성된 보스부(52)의 결합공에는 상기 구동축(40)의 상단부에 편심되도록 형성된 편심부(42)가 삽입 결합되어 있다.

아울러, 상기 보스부(52)와 편심부(42)의 사이에는 베어링(43)이 삽입되어 회전운동시 발생하는 마찰을 최소화 할 수 있다.

상기 고저압분리판(70)은 고정스크롤(60)의 상단면에 체결볼트(71)로 체결되어 있고, 상기 역지밸브조립체(80)는 역지밸브(82), 리테이너(83) 및 체결볼트(81)로 이루어져 있다.

고진공 차단부(90)는 고정스크롤(60)의 경판부(64) 측면에서 반경방향으로 일정 깊이 만큼 형성되는 실린더부(94)와, 이 실린더부(94)에 삽입되어 압력차에 따라 토출공간(S2)을 차단하거나 또는 토출공간(S2)과 흡입공간(S1)을 연통하는 피 스톤(95)과, 이 피스톤(95)의 일측에 설치되어 압축실(P)이 진공 상태일 때 그 피스톤(95)을 밀어 토출공간(S2)과 흡입공간(S1)이 연통되도록 하는 스프링(96)으로 이루어져 있다.

실린더부(94)는 흡입공간(S1)에 연통되도록 흡입압유로(91)를 구비한 마개(97)가 개방단부에 삽입되고, 주면 일측에는 복수개의 압축실중에서 중간압이 형성되는 중간압축실(P)에 연통되도록 중간압유로(92)가 관통 형성되며, 주면 타측에는 경판부(64) 배면으로 관통되어 토출압유로(93)가 관통 형성되어 있다.

또한, 실린더부(94)는 정면투영시 통상 원형으로 형성되고 이에 삽입되는 피스톤(95) 역시 정면투영시 원형 단면 형상으로 형성되고 있다.

아울러, 실린더부(94)의 내주면과 피스톤(95)의 외주면 사이에는 그 피스톤(95)이 원활하게 미끄러질 수 있도록 미세한 공극을 유지하고 있다.

도면중 미설명 부호인 51은 선회스크롤의 랩, 61은 고정스크롤의 랩, 62는 흡입구, 63은 토출구, 98은 마개 고정핀, 99는 고정핀 홈, FR은 흡입가스의 유동로, LP는 흡입통로이다.

상기와 같이 구성된 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 구동모터(30)에 전원을 인가하면 구동축(40)이 회전을 하여 선회스크롤(50)을 편심거리 만큼 선회시키고, 이와 함께 선회스크롤(50)은 고정스크롤(60)과의 랩부(51,61) 사이에 압축실(P)을 복수 개 형성하며, 이 압축실(P)은 선회스크롤(50)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축하여 토출한다.

이때, 압축기가 정상적으로 운전을 하는 중에는 압축실(P)의 압력이 흡입측의 압력과 스프링(96)의 탄성력을 합한 힘 보다 크게 되어 상기한 피스톤(95)이 흡입측으로 밀리면서 토출압유로(93)와 흡입압유로(91)를 차단함으로써 압축가스가 흡입측으로 역류하는 것을 방지하면서 원활하게 토출되도록 한다.(도 2a 참조)

반면, 압축기가 펌프다운이나 기타 비정상적인 고압축비 운전을 하는 중에는 냉매가스의 유입량이 현저하게 떨어져 압축실(P)의 압력이 흡입측의 압력과 거의 동일하게 됨으로써 피스톤(95)이 스프링(96)의 복원력에 의해 반대쪽으로 밀리면서 토출압유로(93)와 흡입압유로(91)가 연통되고 이 유로(91,93)를 통해 토출가스의 일부가 흡입측으로 역류하였다가 압축실(P)로 흡입되면서 압축실(P)의 고진공화를 방지하는 것이다.(도 2b 참조)

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 진공 방지 장치는, 고정스크롤(60)의 경판부(64)에 유로(91,92,93)가 형성된 실린더부(94)를 가공하여 장착해야 하기 때문에, 고정스크롤(60)의 경판부(64)가 두꺼워지므로 생산비용이 증대되는 문제점이 있었다.

또한, 고정스크롤(60)의 경판부(64)에 실린더부(94)를 가공하는 것이 어렵기 때문에, 불량이 발생할 가능성이 높고, 불량이 발생하게 되면 고정스크롤(60)을 새로 교체해야 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 실린더와 유로의 가공이 용이하고, 모듈화가 가능한 위치에 설치되는 스크롤 압축 기의 진공 방지 장치를 제공하는 것이 목적이다.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 가스흡입관이 연통되어 흡입공간이 형성되는 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에 고정되어 선회스크롤과 함께 복수개의 압축실이 형성되고 그 압축실에 연통되도록 중간압유로가 형성되는 고정스크롤과, 상기 고정스크롤의 상면에 고정 설치되어 상기 케이싱을 통과하는 가스토출관이 연통되도록 그 내부에 토출공간이 형성되는 토출커버와, 상기 토출커버에 형성되고 상기 케이싱의 흡입공간과 토출커버의 토출공간이 연통되도록 흡입압유로와 토출압유로가 형성되며 상기 고정스크롤의 중간압유로와 토출커버의 토출공간이 연통되도록 배압유로가 형성되는 밸브블록과, 상기 밸브블록에 삽입되어 압축실의 압력에 따라 흡입압유로와 토출압유로 사이를 개폐하는 밸브부재와, 상기 밸브블록에 고정 설치되어 그 밸브블록의 배압밸브를 개폐하는 배압밸브를 포함한 스크롤 압축기의 진공 방지 장치를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설 명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 3은 본 발명 진공 방지 장치를 구비한 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 진공 방지 장치가 정상상태와 비정상상태로 동작하는 것을 구분해서 보인 종단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 진공 방지 장치는, 고정스크롤(6)의 경판부(6e)에 토출커버(7)를 장착하고 이 토출커버(7)내에서 고정스크롤(6)의 상단면에 고진공차단부(9)를 탈착가능하게 수평방향으로 설치하는 것이다.

도 3에서 6은 고정스크롤을 보인 것으로, 고정스크롤(6)은 소정의 두께를 가지는 경판부(6e)와, 이 경판부(6e)의 일측면에 인벌류트 형상으로 형성하여 선회스크롤(5)의 그것과 함께 연속적인 좌우 한 쌍으로 된 압축실(P)을 이루는 랩(6a)로 이루어진다.

경판부(6e)에는 그 중앙에 최종 압축실(P)에서 관통하여 압축가스를 후술할 토출커버(7)의 토출공간(S2)으로 토출하는 토출구(6c)을 형성하고, 토출구(6c) 일측에는 중간 압축실(P)에서 관통하여 후술할 밸브블록(9a)에 연통하도록 중간압유로(6d)를 형성하여 이루어진다.

도 3에서 7은 토출커버를 보인 것으로, 토출커버(7)는 고정스크롤(6)의 토출구(6c)을 밀봉 수용할 수 있도록 그 안쪽에 소정의 체적으로 토출공간(S2)을 구비하여 상기한 고정스크롤(6)의 경판부(6e) 배면에 고정 설치하고, 그 토출공간(S2)의 하부에서 상기한 중간압유로(6d)에 연통하도록 밸브블록(9a)을 수평방향을 따라 일체로 형성한다.

또한, 토출커버(7)는 알루미늄과 같은 재질을 이용하여 다이캐스팅으로 용이하게 성형하는 것이 바람직하다.

상기 선회스크롤(5)의 상, 하부에는 선회스크롤(5)의 선회운동시 회전불균형이 조절되도록 밸런스 웨이트(BW)가 장착되어 있다.

구동축(4)의 중심부를 종으로 관통하여 저부에 고인 오일을 흡상하도록 오일유로(4a)가 형성되어 있고, 상기 선회스크롤(5)의 하단부에 형성된 보스부(5b)의 결합공에는 상기 구동축(4)의 상단부에 편심되도록 형성된 편심부(4b)가 삽입 결합되어 있다.

아울러, 상기 보스부(5b)와 편심부(4b)의 사이에는 베어링(4c)이 삽입되어 회전운동시 발생하는 마찰을 최소화 할 수 있다.

역지밸브조립체(V)는 역지밸브(V2), 리테이너(V3) 및 체결볼트(V1)로 이루어져 고정스크롤(6)의 최종압축실(P)에 연통된 토출구(6c) 상단에 설치된다.

도 3에서 9는 고진공차단부로서, 9a는 밸브블록을 보인 것이다.

밸브블록(9a)은 진원형 단면이나 기타 여러 단면 모양으로 형성할 수 있다.

또한, 밸브블록(9a)에 수평방향으로 형성된 공간부(9h)의 개방단부에는 케이싱(1)의 흡입공간(S1)과 연통하도록 흡입압유로(9e)를 가지는 마개(9d)를 삽입 고정하고, 상기 공간부(9h)의 폐쇄단부에는 중간압유로(6d)에 연장하는 배압유로(9f)를 형성하며, 흡입압유로(9e)와 중간압유로(9f)의 중간인 주벽에는 케이싱(1)의 토출공간(S2)에 연통하도록 토출압유로(9g)를 관통 형성한다.

밸브블록(9a)과 고정스크롤(6)의 접합면 사이에는 오-링(O-ring)과 같은 실링부재(8)를 장착하여 가스가 누설되는 것을 방지한다.

아울러, 9b는 밸브부재를 보인 것으로, 밸브부재(9b)는 상기한 밸브블록(9a)과 같이 진원형 단면이나 기타 여러 단면 모양으로 형성할 수 있다.

9c는 스프링을 보인 것으로, 스프링(9c)은 정상운전시에는 압축가스의 압력에 의해 밸브부재(9b)가 토출압유로(9g)를 차단할 수 있도록 밸브블록(9a)의 공간부에서 개방단부쪽으로 밀리는 반면 고압축비 운전시에는 토출압유로(9g)와 흡입압유로(9e)를 연통할 수 있도록 밸브부재(9b)를 상기 공간부의 폐쇄단부쪽으로 미는 정도의 강성을 가지는 압축코일스프링으로 이루어진다.

도면중 미설명 부호인 2는 메인프레임, 3은 구동모터, 5a는 선회스크롤의 랩, 6a는 고정스크롤의 랩, FR은 흡입가스의 유동로, LP는 흡입통로이다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기의 진공 방지 장치는 다음과 같이 작용한다.

즉, 구동모터(3)에 전원을 인가하면 구동축(4)이 회전하여 선회스크롤(5)을 선회시키고, 이로 인해 선회스크롤(5)의 랩(5a)과 고정스크롤(6)의 랩(6a) 사이에 형성한 압축실(P)로 냉매가스를 흡입하여 점차 중심으로 이동시키면서 압축하여 토출하게 된다.

이때, 압축기가 정상운전을 할 때에는 도 4a에서와 같이 고압의 압축가스가 중간압유로(6d,9f)를 통해 밸브블록(9a)으로 유입하고, 이 고압의 압축가스가 상대적으로 저압인 밸브블록(9a)의 흡입측 압력과 스프링(9c)의 저항력을 모두 이기면서 밸브부재(9b)를 흡입측으로 밀어 토출압유로(9g)를 차단함으로써 토출커버(7)의 토출공간(S2)으로 토출된 토출가스가 토출압유로(9g)를 통해 케이싱(1)의 흡입공간(S1)으로 역류하는 것을 방지한다.

반면, 압축기가 고압축비 운전 또는 펌프다운을 할 때에는 흡입공간(S1)의 압력과 압축실(P)의 압력이 거의 동일하게 되어 압축되었던 스프링(9c)이 팽창하면서 밸브부재(9b)를 밀어 낸다. 이 과정에서 토출압유로(9g)와 흡입압유로(9e)가 연통되면서 고압인 토출가스의 일부가 토출압유로(9g)를 통해 밸브블록(9a)의 내부로 유입되었다가 흡입압유로(9e)를 통해 케이싱(1)의 흡입공간(S1)으로 빠지고 이 흡입공간(S1)을 나온 압축가스는 다시 압력이 떨어져 압축실(P)로 흡입됨으로써 압축실(P)이 과압축되거나 또는 진공화 되는 것을 미연에 방지한다.(도 4b 참조)

한편, 도5는 본 발명에 의한 진공 방지 장치의 다른 변형예를 보인 종단면도로서, 실린더 공간부(9h)의 폐쇄단부와 토출공간(S2)이 연통되도록 제 2토출압유로(9k)를 형성하고, 밸브블록(9a) 상단면에 체결볼트(DV1)로 배압밸브(DV2)와 리테이너(DV3)가 체결되어 설치된 배압밸브조립체(DV)에 의해 제 2토출압유로(9k)가 닫히도록 한다.

이때, 복수개의 압축실 중 중간압이 형성되는 중간압축실(P)에서 압축된 가스가 과압축된 경우에 배압밸브(DV2)가 열려 토출공간(S2)으로 과압축된 가스가 토출되도록 하여 진공 방지 장치가 안정적으로 작동될 수 있도록 한다.

이상과 같이 본 발명의 스크롤 압축기의 진공 방지 장치는, 밸브블록이 토출커버내에서 고정스크롤의 상단면에 탈착이 가능하게 설치됨과 아울러 그 밸브블록과 밸브부재 등이 모듈화되어 설치됨에 따라 고장시 특정 부품만 교체할 수 있어 유지 비용을 절감할 수 있다.

또, 상기 밸브블록이 생산비용 부담이 비교적 적은 토출커버에 일체로 형성됨으로써, 고정스크롤의 내부에 진공방지장치를 가공할 필요가 없어 고정스크롤의 강도를 일정하게 유지할 수 있다.

Claims (5)

1. 가스흡입관이 연통되어 흡입공간이 형성되는 케이싱과,

   상기 케이싱의 내부에 고정되어 선회스크롤과 함께 복수개의 압축실이 형성되고 그 압축실에 연통되도록 중간압유로가 형성되는 고정스크롤과,

   상기 고정스크롤의 상면에 고정 설치되어 상기 케이싱을 통과하는 가스토출관이 연통되도록 그 내부에 토출공간이 형성되는 토출커버와,

   상기 토출커버에 형성되고 상기 케이싱의 흡입공간과 토출커버의 토출공간이 연통되도록 흡입압유로와 토출압유로가 형성되며 상기 고정스크롤의 중간압유로와 토출커버의 토출공간이 연통되도록 배압유로가 형성되는 밸브블록과,

   상기 밸브블록에 삽입되어 압축실의 압력에 따라 흡입압유로와 토출압유로 사이를 개폐하는 밸브부재와,

   상기 밸브블록에 고정 설치되어 그 밸브블록의 배압밸브를 개폐하는 배압밸브를 포함한 스크롤 압축기의 진공 방지 장치.
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