KR101368394B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 압축실에 연통되어 압축되는 냉매의 일부를 바이패스시켜 압축기의 용량을 가변시키는 바이패스홀을 중간압 챔버와 밸브로 구성하여 스크롤 압축기의 용량가변장치를 간소화하고 이를 통해 압축기를 소형화하면서 생산비용을 절감할 수 있다. 또 상기 바이패스홀이 서로 근접되게 배치됨에 따라 한 개의 바이패스밸브만으로도 압축기의 운전용량을 용이하게 가변시킬 수 있어 바이패스밸브의 개수를 줄이면서도 신뢰도를 높일 수 있다.

스크롤, 바이패스홀, 중간압챔버, 바이패스밸브

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤 압축기는 공조기 분야에서 널리 사용되는 고효율, 저소음 압축기이다. 상기 스크롤 압축기는 두 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 양쪽 스크롤 사이에 두 개 한 쌍의 압축실이 형성되고, 상기 압축실이 지속적으로 중심방향으로 이동하면서 체적이 작아져 냉매가 연속으로 흡입 압축되어 토출되는 방식이다.

상기 스크롤 압축기는 압축실의 중간에 바이패스홀을 형성하고 그 바이패스홀을 이용하여 중간압이 형성된 일부의 냉매를 흡입홈쪽으로 이동시켜 압축기의 용량을 가변시키거나, 또는 토출관과 흡입관을 연결하고 그 사이에 솔레노이드밸브를 설치하여 상기 솔레노이드밸브를 개폐동작에 의해 압축기의 용량을 가변시키는 방식이 알려져 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 스크롤 압축기에 있어서, 상기 바이패스홀을 이용하는 방식은 바이패스홀의 위치가 토출구를 중심으로 대칭되게 형성됨에 따라 그 바이패스홀을 개폐하기 위하여는 복수 개의 밸브가 구비되어야 하므로 생산비용이 증가할 수 있고 비교적 먼 거리에 배치되는 바이패스홀을 동시에 제어하여야 하므로 그만큼 신뢰성이 저하될 수 있는 문제점이 있었다. 또, 상기 토출관과 흡입관을 연결하는 방식은 배관이 복잡하고 그 배관에 밸브를 설치하여야 하므로 그만큼 압축기의 크기가 커져야 하고 조립공수의 증가로 인해 생산비용이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 바이패스홀을 이용하여 압축기의 용량을 가변하면서도 이를 제어하기 위한 밸브의 개수를 줄일 수 있고 신뢰도를 높일 수 있으며 배관을 간소화하여 압축기를 소형화하면서 생산비용을 절감할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 해결하기 위하여, 밀폐용기; 상기 밀폐용기의 내부에 고정 설치되고 나선형의 고정랩이 형성되는 고정스크롤; 및 상기 고정스크롤의 고정랩에 맞물려 상대운동을 하면서 두 개 한 쌍의 압축실을 이루도록 나선형의 선회랩이 형성되는 선회스크롤;을 포함하고, 상기 고정스크롤 또는 선회스크롤 중에서 적어도 어느 한 쪽의 스크롤에는 적어도 한 개 이상의 바이패스홀이 형성되고, 상기 바이패스홀의 출구측에는 소정의 체적을 가지는 챔버가 형성되며, 상기 챔버의 일측에는 그 챔버의 내부공간을 개폐하도록 밸브가 설치되는 스크롤 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 상기 압축실에 연통되어 압축되는 냉매의 일부를 바이패스시켜 압축기의 용량을 가변시키는 바이패스홀을 중간압 챔버와 밸브로 구성하여 스크롤 압축기의 용량가변장치를 간소화하고 이를 통해 압축기를 소형화하면서 생산비용을 절감할 수 있다. 또 상기 바이패스홀이 서로 근접되게 배치 됨에 따라 한 개의 바이패스밸브만으로도 압축기의 운전용량을 용이하게 가변시킬 수 있어 바이패스밸브의 개수를 줄이면서도 신뢰도를 높일 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명 스크롤 압축기의 일실시예를 보인 종단면도들이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)이 구비되는 밀폐용기(10)와, 상기 밀폐용기(10) 내부의 상하 양측에 각각 고정되는 메인프레임(20) 및 서브프레임(30)과, 상기 메인프레임(20)과 서브프레임(30) 사이에 장착되어 회전력이 발생되도록 하는 구동모터(40)와, 상기 메인프레임(20)의 상면에 고정 설치되는 고정스크롤(50)과, 상기 고정스크롤(50)에 맞물려 2개 한 쌍의 압축실(P)이 형성되도록 상기 메인프레임(20)의 상면에 선회 가능하게 얹히는 선회스크롤(60)과, 상기 선회스크롤(60)과 메인프레임(20)의 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(60)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(70)과, 상기 고정스크롤(50)의 상면에 고정 설치되어 토출되는 냉매의 소음을 제거하는 토출머플러(80)와, 상기 토출머플러(80)의 일측에 설치되어 상기 압축실(P)에서 중간압의 냉매를 바이패스시키는 바이패스장치(90)를 포함한다.

상기 밀폐용기(10)은 상기 구동모터(40)를 설치하는 원통용기(11)와, 상기 원통용기(11)의 상하 양측에 결합되는 상부캡(12)과 하부캡(13)으로 이루어진다. 상기 원통용기(11)에 상기 가스흡입관(SP)이 결합되고, 상기 상부캡(12)에 상기 가스흡입관(SP)이 밀폐용기(10)의 길이방향에 대해 대략 수직한 방향으로 결합된다. 상기 가스토출관(DP)은 상부캡(12)을 관통하여 상기 토출머플러(80)의 토출공간(81)에 연통되도록 결합된다.

도 3에서와 같이 상기 고정스크롤(50)은 그 경판부 저면에 압축실을 형성하도록 나선형으로 고정랩(51)이 형성되고, 상기 고정랩(51)의 외곽측에 흡입홈(52)이 형성되며, 상기 고정랩(51)의 중앙측에 토출구(53)가 형성된다. 그리고 상기 고정랩(51)의 중간, 즉 중간측 고정랩 사이의 경판부에는 상기 바이패스장치(90)의 일부를 이루는 바이패스홀(91)이 형성된다. 상기 고정랩(51)은 양쪽 압축실(P)이 동시에 형성될 수 있도록 그 고정랩(51)의 랩길이가 후술할 선회랩(61)의 랩길이보다 180°정도 원주방향으로 더 길게 형성된다. 여기서, 상기 바이패스홀(91)이 선회스크롤(60)에 형성되는 경우에는 선회스크롤(60)의 선회랩(61)이 고정랩(51)에 비해 180°정도 더 길게 형성된다. 상기 바이패스홀(91)은 양쪽 압축실(P)에 각각 연통될 수 있도록 상기 선회스크롤(60)의 궤적을 따라 대략 90°범위 내에서, 경우에 따라서는 상기 토출구(53)를 중심으로 대략 방사상으로 일직선상에서 후술할 중간압챔버(92)에 함께 수용되도록 형성된다. 여기서, 상기 고정스크롤(50)의 고정랩(51)이 선회스크롤(60)의 선회랩(61) 길이보다 긴 소위 비대칭 형상으로 제작함에 따라 상기 바이패스홀(91)을 근접되게 배치하더라도 양쪽 압축실(P)의 압력균형이 틀어지지 않고 정상적으로 냉매를 압축할 수 있게 된다.

상기 선회스크롤(60)은 그 경판부 상면에 상기 고정랩(51)과 맞물려 2개 한 쌍의 압축실(P)을 형성할 수 있도록 나선형으로 선회랩(61)이 형성된다.

도 2에서와 같이 상기 토출머플러(80)는 그 저면이 개구되어 상기 고정스크롤(60)의 토출구(53)를 수용하도록 토출공간(81)이 형성되고, 상기 토출공간(81)의 일측에는 상기 바이패스장치(90)의 일부를 이루며 상기 고정스크롤(50)의 바이패스홀(91)을 수용하도록 중간압챔버(92)가 형성된다. 그리고 상기 중간압챔버(92)의 일측에는 그 중간압챔버(92)로 바이패스되는 냉매를 상기 밀폐용기(10)의 내부공간, 즉 흡입공간(10a)으로 바이패스시키며 상기 바이패스장치(90)의 일부를 이루는 바이패스관(93)이 삽입 결합된다. 상기 바이패스관(93)은 상기 토출머플러(80)에 용접 등으로 긴밀하게 실링되어 결합되는 것이 냉매의 누설을 방지할 수 있어 바람직하다.

도 2에서와 같이 상기 바이패스장치(90)는 상기 바이패스홀(91)과, 상기 중간압챔버(92)와, 상기 바이패스관(93)과, 그리고 상기 바이패스관(93)을 개폐할 수 있도록 별도의 고정부재(미도시)에 의해 상기 토출머플러(80) 또는 고정스크롤(50) 등에 고정되는 바이패스밸브(94)로 이루어진다. 상기 바이패스밸브(94)는 전원 인가시 그 개폐부(미부호)가 상기 바이패스관(93)을 개폐할 수 있도록 상기 바이패스관(93)에 대해 미끄러지게 설치된다. 그리고 상기 바이패스밸브(94)에 전원을 인가하기 위한 전원단자(95)는 상기 밀폐용기(10)의 상부캡(12)에 설치된다.

상기 바이패스홀(91)은 도 3에서와 같이 복수의 원형구멍으로 형성될 수도 있고, 도면으로 도시하지는 않았으나 장공 형상으로 형성될 수도 있다. 그외 다른 형상으로도 형성될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 41은 고정자, 42는 회전자, 43은 구동축이다.

상기와 같은 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(40)에 전원이 인가되면, 상기 구동축(43)이 회전자(42)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(60)이 올담링(70)에 의해 메인프레임(20)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하게 되고, 이와 함께 상기 고정랩(51)과 선회랩(61)의 사이에는 점차 중앙으로 이동하는 2개 한 쌍의 압축실(P)이 연속하여 형성되며, 상기 압축실(P)은 선회스크롤(60)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축한 후 상기 토출머플러(80)의 토출공간(81)과 가스토출관(DP)을 통해 냉동사이클로 토출된다.

여기서, 상기 바이패스밸브(94)를 필요에 따라 작동시켜 압축기의 용량을 가변시키게 된다. 예컨대, 압축기가 파워운전모드로 작동할 때는 도 4에서와 같이 상기 바이패스밸브(94)에 전원이 인가되지 않아 상기 바이패스밸브(94)가 바이패스관(93)을 차단한 상태를 유지하게 된다. 이에 따라 상기 중간압챔버(92)에는 중간압의 냉매가 채워진 상태를 유지하게 될 뿐 흡입압을 이루는 상기 밀폐용기(10)의 내부공간(10a)으로 바이패스 되지 않아 압축실(P)의 냉매는 지속적으로 이동하면서 압축된다.

반면, 압축기가 세이빙모드로 작동할 때는 도 5에서와 같이 상기 바이패스밸브(94)에 전원이 인가되어 상기 바이패스밸브(94)가 바이패스관(93)을 개방하게 된다. 이에 따라 상기 압축실(P)의 냉매가 중간압챔버(92)와 바이패스관(93)을 통해 흡입압을 이루는 상기 밀폐용기(10)의 내부공간(10a)으로 바이패스 되면서 압축기는 일을 하지 않거나 또는 파워모드보다 적은 일을 하게 된다.

이렇게 하여, 상기 바이패스홀을 이용하여 압축되는 냉매의 일부를 한 개의 바이패스밸브로 바이패스 시켜 압축기의 용량을 가변할 수 있도록 함으로써, 압축기의 용량을 가변시키는 장치를 간소화할 수 있고 이를 통해 저렴하면서도 신뢰성 높은 스크롤 압축기의 용량 가변 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기에 대한 다른 실시예들이 있는 경우는 다음과 같다.

먼저, 전술한 실시예에서는 상기 가스토출관(DP)이 밀폐용기(10)의 길이방향에 대해 수직한 방향으로 배치되는 것이나, 본 실시예는 도 6에서 같이 상기 밀폐용기(10)의 길이방향(축방향)에 대해 동일한 방향으로 배치되는 것이다. 이 경우에도 상기 바이패스홀(91)의 위치, 바애패스밸브(94)의 구성은 전술한 실시예와 동일하다. 다만, 본 실시예는 상기 가스토출관(DP)이 밀폐용기(10)의 길이방향과 동일한 방향으로 배치됨에 따라 상기 토출머플러(80)에 가스토출관(DP)을 연결하기가 용이하여 그만큼 제조공정이 간소하게 될 수 있다.

다음, 전술한 실시예들에서는 상기 중간압챔버(92)가 상기 토출머플러(80)에 형성되는 것이나, 본 실시예는 도 7에서와 같이 상기 중간압챔버(92)가 상기 토출머플러(80)와 떨어져 독립적으로 형성되는 것이다. 이 경우에도 상기 바이패스홀(91)의 위치, 바이패스밸브(94)의 구성은 전술한 실시예와 동일하다. 다만, 상기 중간압챔버(92)가 상기 토출머플러(80)에 형성되지 않고 별도의 챔버부재(96)를 상 기 고정스크롤(50)에 설치하여 형성함에 따라 상기 토출머플러(80)의 토출공간(81) 중간압챔버(92) 사이에서의 상호 냉매누설을 미연에 방지할 수 있다.

다음, 전술한 실시예들에서는 모두 중간압챔버(92)를 구비하여 압축실(P)의 중간에서 바이패스 되는 냉매를 모으고 이 중간압챔버(92)를 바이패스관(93)으로 연결하여 그 바이패스관(93)에 바이패스밸브(94)를 설치하는 것이나, 본 실시예는 도 8에서와 같이 상기 중간압챔버(92)와 바이패스관(93)을 배제하고 상기 토출머플러(80)에 밸브구멍(97)을 형성하고 그 밸브구멍(97)에 상기 바이패스밸브(94)가 미끄러지도록 직접 결합하는 것이다. 이 경우에도 상기 바이패스홀(91)의 위치는 전술한 실시예들과 동일하다. 다만, 상기 바이패스밸브(94)에 의해 바이패스홀(91)이 직접 개폐됨에 따라 상기 토출머플러(80)에는 밸브구멍(97)과 그 밸브구멍(97)을 통해 상기 밀폐용기의 흡입압 영역과 연통되도록 바이패스유로(98)가 더 형성될 수 있다. 여기서, 도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 바이패스밸브(94)가 토출머플러(80)에 직접 결합하지 않고 별도의 고정부재(미도시)를 이용하여 상기 바이패스홀을 직접 개폐할 수 있도록 설치될 수도 있다.

한편, 전술한 실시예들에서는 상기 고정스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩이 비대칭 형상으로 형성되는 것이었으나, 경우에 따라서는 상기 고정랩과 선회랩의 랩길이가 동일한, 소위 대칭형상으로 형성될 수도 있다. 예컨대, 도 9에서와 같이 상기 고정스크롤(50)은 그 경판부 저면에 압축실을 형성하도록 나선형으로 고정랩(51)이 형성되고, 상기 고정랩(51)의 외곽측에 흡입홈(52)이 형성되며, 상기 고정랩(51)의 중앙측에 토출구(53)가 형성된다. 그리고 상기 고정랩(51)의 중간, 즉 중간측 고정랩 사이의 경판부에는 상기 바이패스장치(90)의 일부를 이루는 바이패스홀(91)(91)이 대략 180°의 위상차를 두고 양측에 형성된다. 상기 고정랩(51)은 양쪽 압축실(P)이 동시에 형성될 수 있도록 그 고정랩(51)의 랩길이가 후술할 선회랩(61)의 랩길이와 원주방향으로 동일하게 형성될 수 있다. 상기 양쪽 바이패스홀(91)(91)은 각각 상기 고정스크롤(50)의 경판부 상면에 대략 180°의 위상차를 두고 고정되는 복수의 중간압챔버(92)(92)의 내부공간에 독립적으로 수용된다. 상기 복수의 중간압챔버(92)(92)는 상기 머플러(80)에 각각 일체로 형성될 수도 있고, 경우에 따라서는 상기 머플러(80)와 독립적으로 제작되어 조립될 수도 있다. 그리고 상기 중간압챔버는 복수의 바이패스홀이 함께 수용될 수 있도록 한 개의 원호형으로 형성될 수도 있다.

또, 전술한 실시예들은 상기 밀폐용기의 내부공간이 흡입압을 이루는 저압식 스크롤 압축기에 관하여 살펴본 것이나, 경우에 따라서는 도 10에서와 같이 상기 밀폐용기(10)의 내부공간(10a)이 토출압을 이루는 고압식 스크롤 압축기에서도 동일하게 적용될 수 있다. 다만, 상기와 같은 고압식 스크롤 압축기에서는 상기 밀폐용기(10)의 내부공간(10a)이 토출압을 형성함에 따라 상기 바이패스밸브(94)의 전자석이 고압분위기에서는 성능에 좋지 않은 영향을 받을 수 있다. 따라서 이 경우에는 상기 고정스크롤에 바이패스홀을 형성하고, 그 바이패스홀을 수용하는 중간압챔버(92)를 갖는 하우징(96)을 설치하고, 상기 하우징(96)의 중간압챔버(92)에 연통되는 바이패스관(93)을 밀폐용기(10)의 외곽으로 연장하여 가스흡입관(SP)에 연결하며, 상기 밀폐용기(10)의 외곽에서 바이패스밸브(94)가 설치되도록 할 수도 있 다. 이 경우에도 상기 바이패스홀(91)의 위치와 중간압챔버(92)의 구조는 전술한 실시예들과 동일하다.

도 1은 본 발명 저압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 스크롤 압축기의 요부를 보인 종단면도,

도 3은 도 1에 따른 스크롤 압축기의 비대칭 고정스크롤을 보인 평면도,

도 4 및 도 5는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 파워운전과 세이빙운전시 바이패스장치의 동작상태를 보인 종단면도,

도 6 내지 도 8은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 바이패스장치에 대한 다른 실시예를 보인 종단면도,

도 9는 본 발명 스크롤 압축기에서 대칭 고정스크롤을 보인 평면도,

도 10은 본 발명 고압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도.

Claims (16)

1. 밀폐용기; 상기 밀폐용기의 내부에 고정 설치되고 나선형의 고정랩이 형성되는 고정스크롤; 및 상기 고정스크롤의 고정랩에 맞물려 상대운동을 하면서 두 개 한 쌍의 압축실을 이루도록 나선형의 선회랩이 형성되는 선회스크롤;을 포함하고,

   상기 고정스크롤 또는 선회스크롤 중에서 적어도 어느 한 쪽의 스크롤에는 적어도 한 개 이상의 바이패스홀이 형성되고, 상기 바이패스홀의 출구측에는 소정의 체적을 가지는 챔버가 형성되며,

   상기 챔버의 일측에는 그 챔버의 내부공간을 개폐하도록 밸브가 설치되고,

   상기 챔버에는 그 내부공간에 바이패스관이 연결되고, 그 바이패스관에 상기 밸브가 설치되는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 챔버는 두 개의 압축실과 각각 연통되는 복수 개의 바이패스홀을 함께 수용하는 스크롤 압축기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 챔버는 두 개의 압축실과 각각 연통되는 복수 개의 바이패스홀을 각각 독립적으로 수용하는 스크롤 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 챔버는 상기 압축실의 최종 토출구를 수용하는 머플러에 형성되는 스크 롤 압축기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 챔버는 상기 압축실의 최종 토출구를 수용하는 머플러와 독립되어 형성되는 스크롤 압축기.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 밀폐용기는 원통모양의 용기와, 그 용기의 상하 양측을 복개하는 복수 개의 캡으로 이루어지고,

   상기 캡에 밸브를 작동시키기 위한 전원단자가 설치되는 스크롤 압축기.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 제1항에 있어서,

    상기 밀폐용기의 내부공간은 흡입압으로 형성되고, 상기 챔버는 상기 밸브에 의해 상기 밀폐용기의 내부공간과 선택적으로 연통되는 스크롤 압축기.
16. 제1항에 있어서,

    상기 밀폐용기의 내부공간은 토출압으로 형성되고, 상기 압축실은 가스흡입관이 직접 연결되며, 상기 챔버는 상기 밸브에 의해 상기 가스흡입관과 선택적으로 연통되는 스크롤 압축기.

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