KR101368395B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기에 관한 것이다. 본 발명의 스크롤 압축기는, 고정스크롤에 압축실에서 압축되는 냉매의 일부를 바이패스시키는 복수 개의 바이패스홀을 한개의 중간압 챔버에 연통시키고, 그 중간압 챔버의 출구에 한 개의 바이패스밸브를 설치함으로써, 용량가변장치를 간소화하고 압축기를 소형화하여 생산비용을 절감할 수 있다. 또, 복수 개의 바이패스홀이 중간압 챔버에 서로 연통되도록 배치됨에 따라 복수 개의 바이패스홀을 한 개의 바이패스밸브만으로도 용이하게 제어할 수 있다. 이를 통해 상기 바이패스밸브의 개수를 줄여 생산비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 한 개의 바이패스밸브로 용량을 가변할 수 있어 제어를 용이하면서도 정확하게 할 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 된 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 복수의 바이패스홀을 동시에 제어하여야 하므로 그만큼 제어가 용이하지 않아 신뢰성이 저하될 수 있으며, 각각의 바이패스홀에서 바이패스되는 냉매의 양이 일정하지 않아 압축기의 용량 가변을 정밀하게 제어하지 못하는 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 바이패스되는 냉매의 양을 일정하게 하여 압축기의 용량을 정밀하게 제어할 수 있고 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 고정스크롤에는 압축실의 안쪽에서 바깥쪽으로 연통되는 적어도 한 개 이상의 바이패스홀이 형성되고, 상기 바이패스홀의 출구 측에는 소정의 체적을 가지는 중간압 챔버가 형성되는 스크롤 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 상기 고정스크롤에 압축실에서 압축되는 냉매의 일부를 바이패스시키는 복수 개의 바이패스홀을 형성하고 그 복수 개의 바이패스홀의 출구단이 서로 연통되도록 하는 중간압 챔버를 상기 고정스크롤의 상면에 형성하며 상기 중간압 챔버의 출구에 한 개의 바이패스밸브를 설치함으로써 용량가변장치를 간소화하고 이를 통해 압축기를 소형화하면서 생산비용을 절감할 수 있다. 또, 복수 개의 바이패스홀이 중간압 챔버에 서로 연통되도록 배치됨에 따라 복수 개의 바이패스홀을 한 개의 바이패스밸브만으로도 용이하게 제어할 수 있고, 이를 통해 상기 바이패스밸브의 개수를 줄여 생산비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 한 개의 바이패스밸브로 용량을 가변할 수 있어 제어를 용이하면서도 정확하게 할 수 있다.

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

도 1에 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 메인프레임(20)의 일측에 설치되어 후술할 중간압 챔버(55)에서 중간압의 냉매를 상기 밀폐용기(10)의 흡입공간(S 1)으로 선택적으로 바이패스시키는 바이패스밸브(80)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 토출공간(S2)에 연통되도록 결합된다.

도 1에서와 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. 상기 고정랩(51)은 양쪽 압축실(P)이 동시에 형성될 수 있도록 그 고정랩(51)의 감긴방향 길이가 후술할 선회랩(61)의 감긴방향 길이와 거의 동일하게 형성될 수 있으나, 경우에 따라서는 선회랩(61)의 감긴방향 길이와 대략 180°의 위상차만큼 길거나 짧게 형성될 수도 있다.

그리고 상기 고정랩(51)의 중간, 즉 중간측 고정랩 사이의 경판부에는 상기 압축실(P)의 안쪽에서 바깥쪽으로 연통되도록 복수 개의 바이패스홀(54)이 원주방향을 따라 등간격으로 형성되고, 상기 바이패스홀들(54)의 출구, 즉 상기 고정스크롤(50)의 상면에는 원호모양의 중간압 챔버(55)가 소정의 깊이로 음각지게 형성된다. 상기 바이패스홀들(54)은 상기 중간압 챔버에 함께 수용되도록 형성된다. 상기 바이패스홀들(54)은 원주방향을 따라 등간격으로 형성될 수도 있으나, 양쪽 압축실(P)에 각각 연통될 수 있도록 상기 선회스크롤(60)의 궤적을 따라 대략 180°의 위상차를 두고 형성될 수도 있다. 상기 바이패스홀들(54)은 원형단면 형상의 구멍으로 형성될 수도 있고, 도 2에서와 같이 원호단면 형상의 장공으로 형성될 수도 있다. 그외 다른 형상으로도 형성될 수 있다.

그리고 상기 고정스크롤(50)의 상면에는 상기 원호모양의 중간압 챔버(55)를 복개하도록 하는 덮개판(56)이 설치된다. 상기 덮개판(56)은 도 2에서와 같이 원판모양으로 형성될 수도 있고 상기 중간압 챔버(55)를 덮을 수 있을 정도의 원호형 또는 환형으로 형성될 수도 있다.

그리고 도 2 및 도 3에서와 같이 상기 고정스크롤(50)의 가장자리에는 상기 중간압 챔버(55)의 외주면 또는 저면에서 고정스크롤(50)을 관통하여 상기 밀폐용기(10)의 흡입공간(S1)에 연통되도록 한 개의 연통구멍(58)이 형성되고, 상기 연통구멍의 중간에는 반경방향으로 관통되고 상기 바이패스밸브(80)가 장착되어 그 바이패스밸브(80)가 상기 연통구멍(58)을 개폐하도록 하는 밸브구멍(59)이 형성된다. 상기 연통구멍(58)은 한 개만 형성하는 것이 바이패스밸브(80)의 개수를 줄일 수 있어 바람직하나 경우에 따라서는 복수 개가 형성될 수도 있다.

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.

상기 바이패스밸브(80)는 전원 인가시 그 개폐부(미부호)가 상기 연통구멍(58)을 개폐할 수 있도록 상기 밸브구멍(59)에 대해 삽입되어 설치된다. 그리고 상기 바이패스밸브(80)에 전원을 인가하기 위한 전원단자(미도시)는 상기 밀폐용기(10)에 설치될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 21은 관통구멍, 41은 고정자, 42는 회전자, 43은 구동축, 56a는 토출공, 57은 역지밸브이다.

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 토출공간(S2)으로 토출되었다가 상기 가스토출관(DP)을 통해 냉동사이클로 토출된다.

여기서, 상기 바이패스밸브(80)를 압축기의 운전모드에 따라 작동시켜 압축기의 용량을 가변시키게 된다. 예컨대, 압축기가 파워운전모드로 작동할 때는 도 4에서와 같이 상기 바이패스밸브(80)에 전원이 인가되지 않아 상기 바이패스밸브(80)가 연통구멍(58)을 차단한 상태를 유지하게 된다. 이에 따라 상기 중간압 챔 버(55)에는 중간압의 냉매가 채워진 상태를 유지하게 될 뿐 흡입압을 이루는 상기 밀폐용기(10)의 흡입공간(S1)으로 바이패스 되지 않아 압축실(P)의 냉매는 지속적으로 이동하면서 압축된다.

반면, 압축기가 세이빙모드로 작동할 때는 도 5에서와 같이 상기 바이패스밸브(80)에 전원이 인가되어 상기 바이패스밸브(80)가 연통구멍(58)을 개방하게 된다. 이에 따라 상기 압축실(P)의 냉매가 복수 개의 바이패스홀(54)과 중간압 챔버(55) 그리고 상기 고정스크롤(50)의 연통구멍(58)과 메인프레임의 관통구멍(21)을 통해 흡입압을 이루는 상기 밀폐용기(10)의 흡입공간(S1)으로 바이패스 되면서 압축기는 일을 하지 않거나 또는 파워모드 보다 적은 일을 하게 된다.

이렇게 하여, 상기 바이패스홀을 이용하여 압축되는 냉매의 일부를 한 개의 중간압 챔버에 모아 한 개의 바이패스밸브로 바이패스시켜 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 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 고정스크롤(50)의 고정랩(51)과 선회스크롤(60)의 선회랩(61)이 대칭 형상으로 형성되는 것이었으나, 경우에 따라서는 상기 고정랩(51)과 선회랩(61)의 감긴 방향 길이가 다른, 소위 비대칭형상으로 형성될 수도 있다. 예컨대, 상기 고정스크롤(50)의 고정랩(51)은 양쪽 압축실(P)이 동시에 형성될 수 있도록 그 고정랩(51)의 감긴 방향 길이가 상기 선회랩(61)의 감긴방향 길이보다 대략 180°의 위상차를 가지도록 더 길게 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 고정랩(51)의 중간, 즉 중간측 고정랩 사이의 경판부에는 복수 개의 바이패스홀(54)이 대략 방사상으로 동일선상에 형성되거나 또는 ±45°의 범위내에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 중간압 챔버(55)는 복수의 바이패스홀(54)이 함께 수용될 수 있도록 한 개의 원형 또는 방사상의 원호형으로 형성될 수 있다. 이에 대한 다른 구성과 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 전술한 실시예들에서는 저압식 스크롤 압축기에 관하여 살펴본 것이나, 경우에 따라서는 도 6에서와 같이 상기 밀폐용기의 내부공간이 토출압을 이루는 고압식 스크롤 압축기에서도 동일하게 적용될 수 있다. 이 경우, 상기 밀폐용기(10)의 내부공간이 토출압을 형성함에 따라 상기 바이패스밸브(80)의 전자석이 고압분위기에서는 성능에 좋지 않은 영향을 받을 수 있다. 따라서 이 경우에는 상기 고정스크롤(50)에 바이패스홀(54)과 그 바이패스홀(54)을 수용하는 중간압 챔버(55)를 형성하고, 상기 중간압 챔버(55)에 연결되어 상기 밀폐용기(10)의 외곽으로 연장되는 바이패스관(90)을 상기 가스흡입관(SP)에 연결하며, 상기 밀폐용기(10)의 외곽에서 바이패스밸브(80)가 설치되도록 할 수도 있다. 이에 대한 다른 구성과 작용 효과는 전술한 실시예들과 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 이 경우에는 앞서 언급한 바와 같이 고온에서 신뢰성이 낮은 전자밸브를 바이패스밸브로 사용하더라도 그 바이패스밸브가 저온에서 작동하게 되어 압축기의 용량가변 동작에 대한 신뢰성이 향상될 수 있다.

본 발명의 스크롤 압축기는 공기조화기에 주로 적용되고 있으나, 냉동사이클을 이용하는 냉동기기에는 폭넓게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명 저압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 고정스크롤을 상측에서 보인 분해 사시도,

도 3은 도 2에 따른 스크롤 압축기의 요부를 보인 사시도,

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

도 6은 본 발명 고압식 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 케이싱 50 : 고정스크롤

51 : 고정랩 52 : 흡입홈

53 : 토출구 54 : 바이패스홀

55 : 중간압 챔버 56 : 덮개판

58 : 연통구멍 59 : 밸브구멍

60 : 선회스크롤 61 : 선회랩

80 : 바이패스밸브 90 : 바이패스관

Claims (11)

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 고정스크롤에는 압축실의 안쪽에서 바깥쪽으로 연통되는 적어도 한 개 이상의 바이패스홀이 형성되고, 상기 바이패스홀의 출구측에는 소정의 체적을 가지는 중간압 챔버가 형성되며,

   상기 바이패스홀은 두 개의 압축실에 각각 연통되도록 복수 개가 형성되고, 상기 중간압 챔버는 복수 개의 바이패스홀을 함께 수용하도록 형성되며,

   상기 중간압 챔버는 상기 고정스크롤의 상면에 원호형 또는 환형으로 홈을 형성하고, 그 홈을 덮개판으로 복개하여서 된 스크롤 압축기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 바이패스홀은 원주방향을 따라 180°의 위상차를 두고 형성되는 스크롤 압축기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 고정스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩은 그 랩의 감긴방향 길이가 서로 동일하게 형성되는 스크롤 압축기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 바이패스홀은 반경방향을 따라 동일선상에 형성되는 스크롤 압축기.
7. 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 고정스크롤에는 압축실의 안쪽에서 바깥쪽으로 연통되는 적어도 한 개 이상의 바이패스홀이 형성되고, 상기 바이패스홀의 출구측에는 소정의 체적을 가지는 중간압 챔버가 형성되며,

   상기 바이패스홀은 두 개의 압축실에 각각 연통되도록 복수 개가 형성되고, 상기 중간압 챔버는 복수 개의 바이패스홀을 함께 수용하도록 형성되며,

   상기 바이패스홀은 반경방향을 따라 동일선상에 형성되고,

   상기 고정스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩은 그 랩의 감긴방향 길이가 180°만큼 상이하게 형성되는 스크롤 압축기.
8. 삭제
9. 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 고정스크롤에는 압축실의 안쪽에서 바깥쪽으로 연통되는 적어도 한 개 이상의 바이패스홀이 형성되고, 상기 바이패스홀의 출구측에는 소정의 체적을 가지는 중간압 챔버가 형성되며,

   상기 중간압 챔버의 일측에는 그 중간압 챔버가 흡입압을 형성하는 부위와 연통되도록 한 개의 연통구멍이 형성되고, 상기 연통구멍에는 그 연통구멍을 선택적으로 개폐하도록 밸브가 설치되며,

   상기 연통구멍의 중간에는 그 연통구멍에 직교하도록 밸브구멍이 형성되고, 그 밸브구멍에 상기 밸브가 장착되는 스크롤 압축기.
10. 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 고정스크롤에는 압축실의 안쪽에서 바깥쪽으로 연통되는 적어도 한 개 이상의 바이패스홀이 형성되고, 상기 바이패스홀의 출구측에는 소정의 체적을 가지는 중간압 챔버가 형성되며,

    상기 밀폐용기는 그 내부공간이 흡입공간과 토출공간으로 분리되고, 상기 중간압 챔버의 출구가 상기 밀폐용기의 흡입공간에 연통되는 스크롤 압축기.
11. 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 고정스크롤에는 압축실의 안쪽에서 바깥쪽으로 연통되는 적어도 한 개 이상의 바이패스홀이 형성되고, 상기 바이패스홀의 출구측에는 소정의 체적을 가지는 중간압 챔버가 형성되며,

    상기 밀폐용기의 내부공간은 토출압으로 형성되고, 상기 압축실은 가스흡입관이 직접 연결되며, 상기 중간압챔버의 출구가 상기 가스흡입관과 선택적으로 연통되는 스크롤 압축기.

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