KR102072154B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 케이싱의 내부공간에서 선회운동을 하는 선회 스크롤; 상기 선회 스크롤에 맞물려 상기 선회 스크롤과의 사이에 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축실을 형성하는 비선회 스크롤; 상기 비선회 스크롤과의 사이에 배압실을 형성하도록 상기 비선회 스크롤에 결합되고, 상기 배압실의 압력으로 상기 비선회 스크롤을 상기 선회 스크롤 쪽으로 지지하는 배압실 조립체; 상기 압축실에서 제1 중간압실과 상기 배압실 사이를 연결하는 제1 배압유로; 상기 제1 중간압실보다 높은 압력을 가지는 제2 중간압실과 상기 배압실 사이를 연결하는 제2 배압유로; 및 상기 제1 배압유로와 상기 제2 배압유로를 운전모드에 따라 선택적으로 개폐하는 배압제어밸브드;를 포함하고, 상기 배압제어밸브는, 파워운전에서는 상기 제1 배압유로가 열리고 상기 제2 배압유로는 닫히는 제1 위치로 이동하고, 세이빙운전에서는 상기 제1 배압유로가 닫히고 상기 제2 배압유로가 열리는 제2 위치로 이동할 수 있다. 이에 따라, 운전모드에 따라 배압력을 조절할 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 용량 가변 장치가 구비된 스크롤 압축기에 관한 것이다.

스크롤 압축기는 케이싱의 내부공간에 비선회 스크롤과 선회 스크롤이 서로 맞물리게 설치되고, 선회 스크롤이 비선회 스크롤에 대해 선회운동을 하도록 결합된다. 이때, 비선회 스크롤의 비선회랩과 선회 스크롤의 선회랩 사이에는 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 두 개 한 쌍의 압축실이 형성된다.

스크롤 압축기는 다른 종류의 압축기에 비해 높은 압축비를 얻을 수 있으면서 냉매의 흡입,압축,토출 행정이 부드럽게 이어지는 특징이 있다. 이에 따라 스크롤 압축기는 안정적인 토오크를 얻을 수 있는 장점 때문에 공조장치 등에서 냉매압축용으로 널리 사용된다.

스크롤 압축기는 비선회랩과 선회랩의 규격이 결정되면 흡입체적과 토출체적이 결정되고, 해당 압축기의 압축비가 정해지게 된다. 그러면, 압축기는 정해진 압축비에 따라 냉매를 압축하게 된다.

최근에는 운전모드에 따라 압축비를 조정하는 소위 모듈레이션 스크롤 압축기가 소개되고 있다. 예를 들어, 파워모드에서는 냉매 전체를 토출구까지 압축하는 반면 세이빙모드에서는 압축되는 냉매의 일부를 토출구보다 미리 바이패스시켜 압축비를 낮추고 있다.

상기와 같은 모듈레이션 스크롤 압축기는, 냉동사이클 장치의 부하 측면에서 보면 압축용량[이하, 냉력(cooling capacity)]의 가변 비율이 낮을수록, 즉 전체부하 운전(이하, 파워운전)의 압축용량을 100%라고 할 때 파워운전에서의 압축용량 대비 부분부하 운전(이하, 세이빙운전)의 압축용량이 낮을수록 유리하다.

이를 위해, 용량 가변용 바이패스구멍(이하, 바이패스구멍으로 약칭함)이 토출구쪽으로 가깝게 위치하는 것이 파워운전과 세이빙운전 간의 용량 가변량을 크게 할 수 있어 공기조화 시스템의 소비전력 측면에서 유리하다.

그러나, 상기와 같은 종래의 모듈레이션 스크롤 압축기는, 한 곳의 중간압을 이용하여 배압실의 압력을 조정하는 것이어서 압축기의 운전모드에 맞춰 배압실의 압력을 적정하게 조정하기가 곤란하다는 문제가 있었다.

즉, 바이패스구멍이 토출구쪽으로 이동을 하게 되면 배압구멍도 함께 토출구쪽으로 이동을 하게 된다. 그런데 세이빙 운전을 기준으로 바이패스구멍과 배압구멍의 위치를 설정하게 되면, 바이패스구멍과 배압구멍은 토출구에 가깝게 이동하게 된다. 이때, 배압구멍이 토출구쪽으로 가까워지는 만큼 배압력이 높아져 파워 운전에서는 배압력이 적정압력보다 과다하게 되고, 비선회 스크롤과 선회스크롤 사이에서의 마찰손실이 증가하는 동시에 마모로 인한 신뢰성 저하가 초래될 수 있다. 반대로 파워 운전을 기준으로 배압구멍의 위치를 설정하게 되면, 바이패스구멍과 배압구멍은 토출구에서 멀어지게 이동하게 된다. 이때, 배압구멍이 토출구에서 멀어져 흡입구에 가까워지는 만큼 배압력이 낮아지게 되어 세이빙 운전에서는 배압력이 약하게 되고, 비선회 스크롤과 선회스크롤 사이에 유격이 발생되는 동시에 선회스크롤이 틸팅되면서 소음이 발생되거나 또는 냉매가 누설될 수 있다.

또, 종래의 모듈레이션 스크롤 압축기는, 압축실에서 압축되는 냉매의 일부를 바이패스시키기 위한 구조가 복잡하여 제조 비용이 증가하게 되는 문제가 있었다.

또, 종래의 모듈레이션 스크롤 압축기는, 용량 가변 장치의 일부가 케이싱의 외부에 설치될 경우 용량 가변 장치를 연결하기 위한 부품수 및 그에 따른 조립공수가 증가하여 제조 비용이 상승하는 것은 물론, 조립시 연결부분에서의 실링이 난해하게 될 우려가 있었다.

본 발명의 목적은, 압축기의 용량 가변 비율을 낮춰 이 압축기를 적용하는 냉동장치의 시스템 효율을 높일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 압축기의 용량 가변 비율을 낮추면서도 파워운전시에는 마찰손실이 증가하는 것을 억제하고 세이빙운전시에는 냉매누설을 방지하여 압축기 효율을 높일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 복수 개의 중간압을 이용하여 배압실의 압력을 형성할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 용량 가변 장치의 구조를 간소화하여 부품수를 줄이고 이를 통해 제조 비용을 절감할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 용량 가변 장치의 조립시 실링구조를 견고하게 하여 신뢰성을 높일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 용량 가변 장치의 조립성을 높일 수 있고, 이를 통해 제조비용을 낮추며 조립 신뢰성을 높일 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 두 개 한 쌍의 스크롤에 의해 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하고 이 압축실에 연통되어 어느 한 쪽 스크롤의 배면에 배압실이 형성되는 스크롤 압축기에서, 상기 배압실에 연통되는 배압구멍이 복수 개가 구비되고, 상기 복수 개의 배압구멍이 일정 간격을 두고 형성되며, 상기 복수 개의 배압구멍은 한 개의 밸브에 의해 상호 독립적으로 개폐되어 상기 배압실의 압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 복수 개의 배압구멍은 흡입압과 토출압 사이의 서로 다른 중간압의 냉매가 공급되도록 중간압실에 연통될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간이 흡입공간 및 토출공간으로 구분되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에서 선회운동을 하는 선회 스크롤; 상기 선회 스크롤에 맞물려 상기 선회 스크롤과의 사이에 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축실을 형성하는 비선회 스크롤; 상기 비선회 스크롤과의 사이에 배압실을 형성하도록 상기 비선회 스크롤에 결합되고, 상기 배압실의 압력으로 상기 비선회 스크롤을 상기 선회 스크롤 쪽으로 지지하는 배압실 조립체; 상기 압축실에서 제1 중간압실과 상기 배압실 사이를 연결하는 제1 배압유로; 상기 제1 중간압실보다 높은 압력을 가지는 제2 중간압실과 상기 배압실 사이를 연결하는 제2 배압유로; 및 상기 제1 배압유로와 상기 제2 배압유로를 운전모드에 따라 선택적으로 개폐하는 배압제어밸브;를 포함하고, 상기 배압제어밸브는, 파워운전에서는 상기 제1 배압유로가 열리고 상기 제2 배압유로는 닫히는 제1 위치로 이동하고, 세이빙운전에서는 상기 제1 배압유로가 닫히고 상기 제2 배압유로가 열리는 제2 위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 배압유로의 일단은 상기 제1 중간압실에 연통되고, 상기 제2 배압유로의 일단은 상기 제1 배압유로에서 기설정된 간격만큼 이격되어 상기 제2 중간압실에 연통되며, 상기 제1 배압유로의 타단과 상기 제2 배압유로의 타단은 합쳐져 상기 배압실에 연통될 수 있다.

그리고, 상기 제1 배압유로는 상기 제1 중간압실에 연통되는 제1 배압구멍을 포함하고, 상기 제2 배압유로는 상기 제2 중간압실에 연통되는 제2 배압구멍을 포함하며, 상기 제1 배압구멍과 상기 제2 배압구멍은 반경방향으로 일직선 상에 위치하도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 배압유로와 상기 제2 배압유로는 합쳐져 상기 배압실에 연통되는 제3 배압구멍을 포함하며, 상기 제3 배압구멍은 반경방향으로 상기 제1 배압구멍과 제2 배압구멍의 사이에 위치하도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 비선회 스크롤에는 상기 제1 배압구멍과 상기 제1 중간압실 사이를 연통시키는 제1 중간압구멍 및 상기 제2 배압구멍과 상기 제2 중간압실 사이를 연통시키는 제2 중간압구멍이 각각 형성되고, 상기 제1 중간압구멍과 제2 중간압구멍은 원주방향으로 기설정된 간격만큼 이격되어 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 중간압구멍과 상기 제2 중간압구멍 중에서 어느 한 개는 원주방향으로 연장되는 제1 연장홈에 의해 해당 배압구멍과 연통될 수 있다.

여기서, 상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에는 상기 중간압실에서 냉매를 바이패스시키는 용량가변용 바이패스구멍이 형성되고, 상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에는 상기 용량가변용 바이패스구멍이 연통되어 바이패스되는 냉매를 상기 케이싱의 내부공간으로 배출하는 배출유로가 형성되며, 상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에는 상기 배압제어밸브에 연동되어 동작되면서 상기 배출유로를 선택적으로 개폐하는 용량제어밸브가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 용량제어밸브는, 상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에 결합되는 밸브하우징; 상기 밸브하우징에 미끄러지게 삽입되어 상기 배출유로를 선택적으로 개폐하는 밸브부재;를 포함하고, 상기 밸브하우징은, 상기 밸브부재에 대해 흡입압 또는 중간압의 압력을 제공하는 차압공간이 형성되며, 상기 차압공간은 상기 밸브하우징에 구비되는 차압구멍을 통해 상기 중간압실 또는 상기 케이싱의 흡입공간에 연통될 수 있다.

그리고, 상기 차압공간이 연통되는 중간압실은 상기 제2 배압유로가 연통되는 중간압실로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에는 상기 배압제어밸브가 결합되는 밸브수용홈이 형성되고, 상기 밸브수용홈에는 상기 케이싱의 흡입공간과 연통되는 흡입압구멍 및 상기 차압공간과 연통되는 모드전환구멍이 연통되며, 상기 흡입압구멍과 상기 모드전환구멍은 상기 배압제어밸브에 의해 선택적으로 연결 또는 차단될 수 있다.

그리고, 상기 배압제어밸브와 상기 용량제어밸브는 원주방향으로 기설정된 간격만큼 이격되고, 상기 모드전환구멍과 상기 차압구멍은 원주방향으로 연장되는 제2 연장홈에 의해 연결될 수 있다.

그리고, 상기 배압제어밸브는, 전원부; 및 상기 전원부에 공급되는 전원에 의해 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하는 밸브부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에 삽입되어 고정되며, 상기 밸브부가 미끄러지게 삽입되고, 상기 밸브부와 함께 상기 제1 배압유로와 제2 배압유로를 형성하는 유로안내부;를 더 포함하며, 상기 유로안내부는, 상기 제1 배압유로를 이루는 제1 연결구멍, 상기 제2 배압유로를 이루는 제2 연결구멍, 상기 배압실과 연통되는 제3 연결구멍, 상기 흡입압구멍과 연통되는 제4 연결구멍 및 상기 모드전환구멍과 연통되는 제5 연결구멍이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 밸브부는 상기 제1 연결구멍을 제3 연결구멍에 연통시키는 제1 연결홈, 상기 제2 연결구멍을 상기 제3 연결구멍에 연통시키는 제2 연결홈, 상기 제2 연결구멍 또는 상기 제4 연결구멍을 제5 연결구멍에 선택적으로 연통시키는 제3 연결홈이 길이방향을 따라 기설정된 간격을 두고 형성되며, 상기 각각의 연결홈 사이에는 실링부재가 구비될 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 서로 다른 중간압실에 연통되는 복수 개의 배압유로가 배압실에 선택적으로 연통됨으로써, 압축기의 용량 가변시 그에 따라 배압실의 압력을 조절할 수 있어 용량 가변에 따른 압축기의 효율 저하를 미연에 방지할 수 있고, 이를 통해 압축기의 용량 가변 비율을 크게 낮출 수 있다.

나아가, 압축기의 운전모드에 따라 배압력을 상이하게 조절할 수 있고, 이를 통해 파워운전시 마찰손실을 줄이는 동시에 세이빙운전시 냉매누설을 방지하여 압축기 효율을 높일 수 있으며, 이 압축기를 적용한 시스템의 효율도 향상될 수 있다.

또, 본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 압축기의 운전모드를 제어하는 용량제어밸브와 그 용량제어밸브를 작동시키는 배압제어밸브를 케이싱의 내부공간에 설치함에 따라, 복수 개의 제어밸브를 연동시키기 위한 부품수를 크게 줄일 수 있어 제조비용을 절감할 수 있다.

나아가, 압축기의 용량제어와 배압제어를 위한 유로를 배압실 조립체 또는 비선회 스크롤의 내부에 형성함에 따라, 조립구조를 간소화하면서도 실링구조를 견고하게 할 수 있어 그만큼 신뢰성을 높일 수 있다.

나아가, 용량제어밸브와 배압제어밸브를 각각 모듈화하여 용량제어밸브와 배압제어밸브의 조립성을 높일 수 있고, 이를 통해 제조비용을 낮추며 조립 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용량 가변 장치가 구비된 스크롤 압축기를 보인 종단면도,
도 2는 본 실시예에 따른 용량가변장치를 분해하여 보인 사시도이고, 도 3은 도 2의 용량가변장치를 조립하여 보인 사시도,
도 4 및 도 5는 본 실시예에 따른 용량가변장치가 구비된 배압플레이트를 상면에서 보인 평면도 및 저면에서 보인 평면도이며, 도 6은 도 5의 "Ⅴ-Ⅴ"선단면도,
도 7은 본 실시예에 따른 배압제어밸브를 설명하기 위해 보인 단면도이고, 도 8은 도 7의 "Ⅵ-Ⅵ"선단면도이며, 도 9는 도 7의 "Ⅶ-Ⅶ"선단면도,
도 10a 내지 도 11b는 본 발명에 의한 스크롤 압축기에서 압축기의 운전모드에 따라 배압력이 가변되는 과정을 설명하기 위해 보인 평면도 및 단면도로서, 도 10a 및 도 10b는 파워운전을, 도 11a 및 도 11b는 세이빙운전을 보인 도면들,

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

도 1은 본 발명에 따른 용량 가변 장치가 구비된 스크롤 압축기를 보인 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 스크롤 압축기는, 케이싱(110)의 밀폐된 내부공간이 고저압 분리판(115)에 의해 저압부인 흡입공간(111)과 고압부인 토출공간(112)으로 분리된다. 흡입공간(111)은 고저압 분리판(115)의 하측 공간에 해당되고, 토출공간(112)은 고저압 분리판(115)의 상측 공간에 해당된다.

흡입공간(111)과 연통되는 흡입관(113) 및 토출공간(112)과 연통되는 토출관(114)이 각각 케이싱(110)에 고정된다. 이에 따라, 냉매는 흡입관(113)을 통해 케이싱(110) 내부공간으로 흡입되고, 토출관(114)을 통해 케이싱(110) 외부로 토출된다.

케이싱(110)의 흡입공간(111)에는 고정자(121) 및 회전자(122)로 된 구동모터(120)가 구비된다. 고정자(121)는 케이싱(110)의 내벽면에 열박음 방식으로 고정되고, 회전자(122)의 중앙부에는 회전축(125)이 삽입되어 결합된다. 고정자(121)에는 코일(121a)이 권선되고, 코일(121a)은 케이싱(110)에 관통 결합되는 터미널(119)을 통해 외부전원과 전기적으로 연결된다.

회전축(125)의 하측은 케이싱(110) 하부에 설치되는 보조 베어링(117)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 보조 베어링(117)은 케이싱(110) 내면에 고정되는 하부 프레임(118)에 의해 지지되어, 회전축(125)을 안정적으로 지지할 수 있도록 한다. 하부 프레임(118)은 케이싱(110)의 내벽면에 용접 고정될 수 있고, 케이싱(110)의 바닥면은 오일 저장공간으로서 사용된다. 오일 저장공간에 저장된 오일은 회전축(125) 등에 의해서 상측으로 이송되어, 오일이 구동부와 압축실로 들어가 윤활을 원활하게 한다.

회전축(125)의 상단부는 메인 프레임(130)에 의해 회전가능하게 지지된다.

메인 프레임(130)은 하부 프레임(118)과 같이 케이싱(110)의 내벽면에 고정 설치되며, 하면에는 하향으로 돌출되는 메인 베어링부(131)가 형성되고, 메인 베어링부(131)의 내부에 회전축(125)이 삽입된다. 메인 베어링부(131)의 내벽면은 베어링 면으로서 작용하며, 상술한 오일과 함께 회전축(125)이 원활하게 회전될 수 있도록 지지한다.

또, 메인 프레임(130)의 상면에는 선회 스크롤(140)이 배치된다. 선회 스크롤(140)은 대략 원판 형태를 갖는 선회 경판부(141)와, 선회 경판부(141)의 일측면에 나선형으로 형성되는 선회랩(142)을 포함한다. 선회랩(142)은 후술할 비선회 스크롤(150)의 비선회랩(152)과 함께 압축실(V)을 형성하게 된다.

선회 경판부(141)는 메인 프레임(130)의 상면에 의해 지지된 상태에서 선회 구동하게 되는데, 선회 경판부(141)와 메인 프레임(130) 사이에는 올담링(136)이 설치되어 선회 스크롤(140)의 자전을 방지하게 된다.

그리고, 선회 경판부(141)의 하면에는 회전축(125)이 삽입되어 결합되는 보스부(143)가 형성되고, 이를 통해 회전축(125)의 회전력이 선회 스크롤(140)을 선회 구동하게 된다.

선회 스크롤(140)의 상부에는 그 선회 스크롤(140)과 맞물려 결합되는 비선회 스크롤(150)이 배치된다. 비선회 스크롤(150)은 선회 스크롤(140)에 대해서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는데, 구체적으로는 메인 프레임(130)에 끼워지는 복수 개의 가이드 핀(미도시)이 비선회 스크롤(150)의 외주부에 형성되는 복수 개의 가이드 홀(미도시)에 삽입된 상태로 메인 프레임(130)의 상부면에 얹혀 지지된다.

비선회 스크롤(150)은 비선회 경판부(151)가 원판 형태로 형성되고, 비선회 경판부(151)의 하부에는 선회랩(142)과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하는 비선회랩(152)이 나선형으로 형성된다.

비선회 경판부(151)의 측면에는 흡입공간(111)의 내부에 존재하는 냉매가 흡입되는 흡입구(153)가 형성되고, 비선회 경판부(151)의 대략 중앙부에는 압축된 냉매가 토출되는 토출구(154)가 형성된다.

압축경로를 기준으로 흡입구(153)와 토출구(154)의 사이에는 스크롤측 바이패스구멍(151a) 및 스크롤측 배압구멍(151b)이 형성된다. 스크롤측 배압구멍(151b)은 스크롤측 바이패스구멍(151a)보다 토출구(154)쪽으로 더 이동한 위치에 형성된다. 이에 대해서는 용량가변유닛과 함께 다시 설명한다.

여기서, 선회랩(142)과 비선회랩(152)은 복수 개의 압축실(V)을 이루고, 압축실은 토출구(154)측으로 선회 이동하면서 그 부피가 축소되어 냉매를 압축하게 된다. 따라서, 흡입구(153)와 인접한 압축실의 압력이 최소가 되고, 토출구(154)와 연통되는 압축실의 압력이 최대가 되며, 그 사이에 존재하는 압축실의 압력은 흡입구(153)의 흡입압과 토출구(154)의 토출압 사이의 값을 갖는 중간압을 이루게 된다. 따라서, 스크롤측 바이패스구멍(151a)과 스크롤측 배압구멍(151b)은 중간압실(V1)(V2)에 연통되며, 스크롤측 배압구멍(151b)은 스크롤측 바이패스구멍(151a)보다 더 높은 중간압실에 연통된다.

스크롤측 배압구멍(151b)은 제1 중간압구멍(151b1)과 제2 중간압구멍(151b2)으로 이루어진다. 제1 중간압구멍(151b1)과 제2 중간압구멍(151b2)은 서로 다른 중간압을 가지는 중간압실(V1)(V2)에 연통된다. 이하에서는 제1 중간압구멍이 제2 중간압구멍에 비해 상대적으로 낮은 중간압실에 연통된다.

한편, 비선회 스크롤(150)의 상면에는 배압실 조립체(160)가 결합된다. 배압실 조립체는 배압플레이트(161) 및 플로팅 플레이트(165)를 포함한다.

배압플레이트(161)는 대략 환형으로 형성되고, 비선회 경판부(151)와 접하게 되는 지지판부(162)가 구비된다. 지지판부(162)는 중앙이 비어있는 환형의 판 형태로 형성된다.

지지판부(162)의 상면에는 그 지지판부(162)의 내주면 및 외주면을 둘러싸도록 제1 환형벽(163) 및 제2 환형벽(164)이 반경방향으로 기설정된 간격을 두고 형성된다. 따라서, 제1 환형벽(163)의 외주면과 제2 환형벽(164)의 내주면, 그리고 지지판부(162)의 상면은 환형으로 된 배압실(160a)을 형성하게 된다.

제1 환형벽(163)과 제2 환형벽(164) 사이의 지지판부(162)에는 앞서 설명한 각각의 제1 중간압구멍(151a1) 및 제2 중간압구멍(151a2)과 독립적으로 연통되는 복수 개의 플레이트측 배압구멍(이하, 제1 배압구멍 및 제2 배압구멍)(161f1)(161f2)이 지지판부(162)를 축방향으로 관통하도록 형성된다. 제2 배압구멍(161e2)보다 바깥쪽에는 케이싱(110)의 흡입공간(111)과 용량제어밸브(180)의 차압공간(181b)를 선택적으로 연통시키는 흡입압구멍(161e4) 및 모드전환구멍[(161e5)(161e6)]이 형성된다. 이들 구멍에 대해서는 용량가변유닛과 함께 자세히 설명한다.

제1 환형벽(163)의 내측에는 토출구(154)와 연통되는 중간 토출구(167)가 형성된다. 중간 토출구(167)는 원주방향을 따라 복수 개가 형성된다. 중간 토출구(167)의 내측에는 밸브안내부(167a)가 형성되고, 밸브안내부(167a)에는 토출구(154)를 개폐하는 체크밸브(159)가 미끄러지게 삽입된다.

플로팅 플레이트(165)는 제1 환형(163)과 제2 환형벽(164) 사이에 미끄러지게 삽입된다. 이에 따라 플로팅 플레이트(165)는 앞서 설명한 배압실(160a)의 상면을 이루게 된다. 플로팅 플레이트(165)의 내측 공간부의 상단부에는 실링 단부(166)가 구비된다. 실링 단부(166)는 플로팅 플레이트(165)의 표면으로부터 상향으로 돌출되도록 형성되고, 그 내경은 중간 토출구(167)를 가리지 않을 정도로 형성된다. 실링 단부(166)는 상술한 고저압 분리판(115)의 하측면과 접하여, 토출된 냉매가 흡입공간(111)으로 누설되지 않고 토출공간(112)으로 토출되도록 밀폐하는 역할을 하게 된다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 고정자(121)에 전원이 인가되면, 회전축(125)이 회전자(122)와 함께 회전하게 된다. 그러면 회전축(125)의 상단부에 결합된 선회 스크롤(140)은 비선회 스크롤(150)에 대해서 선회 운동을 하게 되고, 선회랩(142)과 비선회랩(152) 사이에는 두 개 한 쌍의 압축실(V)이 형성된다. 이 두 개 한 쌍의 압축실(V)은 각각 바깥쪽에서 안쪽으로 이동하면서 체적이 감소되어 냉매를 흡입, 압축, 토출하게 된다.

이때, 압축실(V)의 궤적을 따라 이동하는 냉매의 일부는 토출구(154)에 도달하기 전에 나중에 설명할 제1 배압유로(BF1) 또는 제2 배압유로(BF2)를 통해 제1 중간압실(V1) 또는 제2 중간압실(V2)에서 배압실(160a)로 이동하게 된다. 이에 따라, 배압실(160a)은 제1 중간압 또는 제2 중간압의 배압력을 형성하게 된다.

배압실(160a)의 배압력에 의해 플로팅 플레이트(165)는 상향으로 압력을 받아 고저압 분리판(115)에 밀착되고, 케이싱(110)의 토출공간(112)과 흡입공간(111)이 분리되어 토출공간(112)으로 토출된 냉매가 흡입공간(111)으로 누설되는 것을 방지하게 된다.

반면, 배압실(160a)의 배압력에 의해 배압플레이트(161)는 하향으로 압력을 받아 비선회 스크롤(150)을 선회 스크롤 방향으로 가압하게 된다. 그러면 비선회 스크롤(150)이 선회 스크롤(140)에 밀착되면서 압축실(V)에서 압축되는 냉매가 선회 스크롤(140)과 비선회 스크롤(150) 사이로 누설되는 것을 차단할 수 있게 된다.

이로써, 케이싱(110)의 흡입공간(111)으로 흡입되는 냉매는 압축실(V)에서 압축되어 토출공간(112)으로 토출되고, 토출공간(112)으로 토출된 냉매는 냉동사이클을 순환한 후 다시 흡입공간(111)으로 흡입되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

한편, 본 실시예에 따른 스크롤 압축기에는 그 압축기가 적용된 냉동 시스템을 필요에 따라 전체부하 운전(이하, 파워운전)을 하거나 또는 부분 부하운전(세이빙운전)을 할 수 있도록 하는 용량가변장치가 구비될 수 있다. 예를 들어, 용량가변장치는 압축실의 중간에 바이패스유로를 형성함으로써 세이빙운전에서는 실질적인 압축실이 형성되는 구간을 단축시켜 압축용량을 낮추게 된다.

하지만, 스크롤 압축기는 운전모드가 변하게 되면 양쪽 스크롤을 실링하기 위한 필요 배압력도 달라지게 된다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 파워운전에서는 상대적으로 낮은 배압력이, 세이빙운전에서는 상대적으로 높은 배압력이 필요하게 된다. 따라서, 압축기의 운전모드에 관계없이 배압실의 배압력이 동일하게 되면 파워운전에서는 과배압이 발생될 수 있고, 세이빙모드에서는 부족배압이 발생될 수 있다. 이에, 본 발명에서는 운전모드에 따라 배압력을 가변할 수 있는 용량가변장치가 제시된다.

도 2는 본 실시예에 따른 용량가변장치를 분해하여 보인 사시도이고, 도 3은 도 2의 용량가변장치를 조립하여 보인 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 비선회 스크롤(150)의 경판부(151)에는 압축기의 운전모드를 가변할 수 있는 용량가변용 바이패스구멍(151b)이 형성된다. 이를 용량가변용 바이패스구멍(151a)이라고 한다. 용량가변용 바이패스구멍(151a)은 냉력비를 결정하는 요소로서, 대개는 냉력비가 60~70% 정도를 확보할 수 있는 위치에 형성된다. 물론, 냉동 시스템의 입장에서 보면 냉력비가 50% 또는 그 이하로 제어될 수 있는 것이 유리하다. 하지만, 단일 배압력을 이용하는 스크롤 압축기에서는 냉력비를 60% 이하로 낮추게 되면 안정적인 배압력을 확보하기가 어렵다.

하지만, 본 실시예에서와 같은 가변배압이 가능한 용량가변장치가 구비되는 경우에는 운전모드에 따라 배압력을 다르게 형성할 수 있으므로 용량가변용 바이패스구멍(151a)의 위치를 냉력비가 50% 또는 그 이하가 되는 위치에 형성할 수 있다. 본 실시예에 따른 용량가변용 바이패스구멍은 나중에 설명할 저압측 배압유로(또는, 제1 배압유로)보다도 압력이 낮은 중간압실에서 연통될 수 있다.

용량가변용 바이패스구멍(이하, 바이패스구멍)(151a1)(151a2)은 복수 개가 구비되고, 복수 개의 바이패스구멍(151a1)(151a2)은 동일한 압력을 이루는 내측포켓과 외측포켓에 각각 연통된다. 따라서, 복수 개의 바이패스구멍(151a1)(151a2)은 대략 180°간격을 두고 양쪽에 형성된다. 하지만, 선회랩(142)의 랩길이가 비선회랩(152)의 랩길이에 비해 180°가 긴 비대칭인 경우에는 내측포켓과 외측포켓이 동일한 크랭크각에서 동일한 압력이 형성되므로 복수 개의 바이패스구멍(151a)이 동일 크랭크각에 형성되거나 양쪽이 연통되도록 한 개만 형성될 수도 있다.

비선회 스크롤(150)의 경판부(151) 배면에는 바이패스구멍(151a)을 개폐할 수 있도록 체크밸브(155)가 각각 설치된다. 체크밸브(155)는 중간압실의 압력에 따라 개폐되는 리드밸브로 형성될 수 있다. 하지만, 체크밸브는 경우에 따라서는 복수 개의 피스톤 밸브로 이루어질 수도 있다.

비선회 스크롤(150)의 경판부(151) 배면에 대응하는 배압플레이트(161)의 저면에는 각각의 체크밸브(155)가 수용될 수 있도록 소정의 깊이만큼 함몰된 복수 개의 제1 밸브수용홈(161a1)(161a2)이 형성되며, 복수 개의 제1 밸브수용홈(161a1)(161a2)은 원호형으로 된 연통홈(161b)에 의해 서로 연통될 수 있다. 연통홈(161b)은 제1 밸브수용홈(161a1)과 같이 배압플레이트(161)의 저면에서 소정의 깊이만큼 함몰지게 형성될 수 있다.

배압플레이트(161)에는 바이패스구멍(151a)을 통해 바이패스되는 냉매를 케이싱(110)의 흡입공간(111)으로 안내하는 배출구멍(161c)이 형성된다. 배출구멍(161b)의 일단은 복수 개의 제1 밸브수용홈(161a1)(161a1) 중에서 어느 한쪽 제1 밸브수용홈(161a1)(161a1) 또는 연통홈(161b)에 연결되고, 배출구멍(161c)의 타단은 배압플레이트(161)의 외주면으로 관통 형성된다. 이에 따라, 제1 밸브수용홈(161a)과 연통홈(161b), 그리고 배출구멍(161c)은 체크밸브(155)가 열린 경우 중간압의 냉매가 수용되는 일종의 중간압공간을 형성하게 된다.

배압플레이트(161)의 외주면에는 배출구멍(161c)의 단부에 설치되어 그 배출구멍(161c)을 냉동 시스템의 운전모드에 따라 선택적으로 개폐함으로써 압축기의 운전모드를 제어하는 용량제어밸브(180)가 설치된다. 용량제어밸브에 대해서는 나중에 배압제어밸브와 함께 다시 설명한다.

한편, 비선회 경판부(151)에는 앞서 설명한 스크롤측 배압구멍을 이루는 제1 중간압구멍(151b1) 및 제2 중간압구멍(151b2)이 형성된다. 제1 중간압구멍(151b1)과 제2 중간압구멍(151b2)은 압축실의 경로를 따라 기설정된 간격만큼 이격된 위치에 각각 형성된다. 이에 따라, 제1 중간압구멍(151b1) 및 제2 중간압구멍(151b2)은 서로 다른 중간압실(V1)(V2)에 연통된다.

제1 중간압구멍(151b1)은 나중에 설명할 배압플레이트(161)의 제1 배압구멍(161e1)에 연통되어 제1 배압유로(BF1)를, 제2 중간압구멍(151b2)은 나중에 설명할 배압플레이트(161)의 제2 배압구멍(161e2)에 연통되어 제2 배압유로(BF2)를 이루게 된다.

제1 중간압구멍(151b1)은 제2 중간압구멍(151b2)에 비해 상대적으로 압력이 낮은 중간압실에 연통된다. 예를 들어, 제1 중간압구멍(151b1)은 통상적인 정속운전에서의 배압구멍 위치에 형성되고, 제2 중간압구멍(151b2)은 정속운전에서의 배압구멍 위치보다 더 높은 압력을 가지는 중간압실에 연통되는 위치에 형성될 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 실시예에 따른 용량가변장치가 구비된 배압플레이트를 상면에서 보인 평면도 및 저면에서 보인 평면도이며, 도 6은 도 5의 "Ⅴ-Ⅴ"선단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 배압제어밸브(170)는 압축기(또는 냉동시스템)의 운전모드에 따라 배압실(160a)의 압력을 가변될 수 있도록 제어하는 밸브이다. 배압제어밸브(170)는 배압플레이트(161)에 설치된다. 하지만 배압제어밸브(170)는 비선회 스크롤(150)에 설치될 수도 있다. 다만, 본 실시예에는 설명의 편의상 배압플레이트에 설치된 예를 중심으로 설명한다.

배압플레이트(161)에는 배압제어밸브(170)가 삽입되어 결합되도록 제2 밸브수용홈(161d)이 형성된다. 제2 밸브수용홈(161d)은 배압플레이트(161)의 외주면에서 토출구(154)를 향하는 방향으로 형성된다. 제2 밸브수용홈(161d)은 기설정된 길이와 넓이를 가지는 원형 단면 형상이면서 장공 형상으로 형성된다.

제2 밸브수용홈(161d)에는 앞서 설명한 복수 개의 배압유로(BF1)(BF2)가 연통된다. 복수 개의 배압유로(BF1)(BF2)는 저압측 배압유로(이하, 제1 배압유로)(BF1)와 고압측 배압유로(이하, 제2 배압유로)(BF2)로 이루어진다. 경우에 따라서는 복수 개의 배압유로는 세 개 이상의 배압유로를 포함할 수도 있다. 다만, 본 실시예에서는 배압유로가 2개인 경우를 예로 들어 설명한다.

제1 배압유로(BF1)의 일단은 제1 중간압실(V1)에 연통되고, 제2 배압유로(BF2)의 일단은 제2 중간압실(V2)에 연통된다. 제1 중간압실(V1)은 제2 중간압실(V2)에 비해 상대적으로 낮은 압력을 가지는 중간압실이다. 따라서, 배압제어밸브(170)가 제1 중간압실(V1)의 개방을 허용할 경우에는 배압실(160a)은 낮은 배압력을, 제2 중간압실(V2)의 개방을 허용할 경우에는 배압실(160a)은 높은 배압력을 형성하게 된다. 이는 압축기의 운전모드에 따라 적절하게 제어된다.

제1 배압유로(BF1)와 제2 배압유로(BF2)는 각각의 입구에서 출구까지 각각 독립적으로 형성될 수도 있다. 하지만, 본 실시예는 제1 배압유로(BF1)의 입구와 제2 배압유로(BF2)의 입구는 서로 독립된 개별입구로 형성되고, 제1 배압유로(BF1)의 출구와 제2 배압유로(BF2)의 출구는 공유할 수 있도록 한 개의 공통출구로 이루어진다. 이를 통해 밸브의 구성을 간소화할 수 있다.

제1 배압유로(BF1)는 제2 밸브수용홈(161d)의 저면 일측에 연통되는 저압측 배압구멍(이하, 제1 배압구멍)(161e1)과, 제2 밸브수용홈(161d)의 상면 중앙측에 연통되는 공용측 배압구멍(이하, 제3 배압구멍)(161e3)으로 이루어진다.

제1 배압구멍(161e1)은 비선회 스크롤(150)의 경판부(151)에 구비되는 제1 중간압구멍(151b1)과 연통된다. 제1 배압구멍(161e1)과 비선회 스크롤(150)의 제1 중간압구멍(151b1)은 축방향으로 일직선상에 형성될 수 있다. 하지만, 경우에 따라서는 제1 배압구멍(161e1)과 제1 중간압구멍(151b1)은 서로 축선상에 형성될 수도 있다. 이 경우에는 제1 배압구멍(161e1)과 비선회 스크롤(150)의 제1 중간압구멍(151b1)의 사이가 횡방향으로 연장되는 연결홈(미도시)으로 연통될 수 있다. 즉, 제1 배압구멍(161e1)과 비선회 스크롤(150)의 제1 중간압구멍(151b1)은 어느 위치에 형성되더라도 서로 연통되면 족하다.

제3 배압구멍(161e3)은 제2 배압유로를 이루는 제2 배압구멍(161e2)과도 연통되므로 반경방향으로 보면 제1 배압구멍(161e1)과 제2 배압구멍(161e2)의 사이에 위치하게 된다. 제3 배압구멍(161e3)은 제2 배압구멍(161e2)과 함께 나중에 설명한다.

제2 배압유로(BF2)는 제2 밸브수용홈(161d)의 저면 중앙측에 연통되는 고압측 배압구멍(이하, 제2 배압구멍)(161e2)과, 제2 밸브수용홈(161d)의 상면 중앙측에 연통되는 제3 배압구멍(161e3)으로 이루어진다. 제3 배압구멍(161e3)은 앞서도 설명한 바와 같이 제1 배압유로(BF1)를 이루기도 한다.

제2 배압구멍(161e2)은 비선회 경판부(151)에 구비되는 제2 중간압구멍(151b2)과 연통된다. 제2 배압구멍(161e2)과 비선회 스크롤(150)의 제2 중간압구멍(151b2)은 축방향으로 다른 선상에 형성된다. 예를 들어, 제2 배압구멍(161e2)은 제1 배압구멍(161e1)에 비해 토출실(또는 토출구)에 더 근접하도록 압축실의 형성경로를 기준으로 안쪽에 형성되어야 한다. 하지만, 나중에 설명할 배압제어밸브(170)가 직선형으로 형성되어 방사상으로 결합됨에 따라, 제2 배압구멍(161e2)은 가능한 한 제1 배압구멍(161e1)과 방사상으로 일직선상에 위치하는 것이 바람직하다.

따라서, 제2 배압구멍(161e2)은 제1 배압구멍(161e1)과 일직선상에 위치하도록 형성하되, 배압플레이트(161)의 저면에는 제2 배압구멍(161e2)과 비선회 스크롤(150)의 제2 중간압구멍(151b2)을 연통시키기 위한 제1 연장홈(161f1)이 횡방향으로 길게 형성된다.

물론, 경우에 따라서는 제2 배압구멍(161e2)과 제2 중간압구멍(151b2)은 동일 축선상에 형성되고, 제2 배압구멍(161e2)과 제1 중간압구멍(151b1)의 사이가 횡방향으로 연장되는 연결홈으로 연통될 수 있다. 즉, 제2 배압구멍(161e2)과 제2 중간압구멍(151b2)은 어느 위치에 형성되더라도 서로 연통되면 족하다.

제3 배압구멍(161e3)은 제2 밸브수용홈(161d)의 상면 중앙측에 형성된다. 제3 배압구멍(161e3)은 압축기의 운전모드에 따라 제1 배압구멍(161e1) 또는 제2 배압구멍(161e2)과 연통되어야 하므로, 반경방향을 기준으로 제1 배압구멍(161e1)과 제2 배압구멍(161e2)의 사이에 위치하도록 형성된다.

제3 배압구멍(161e3)의 일단은 제2 밸브수용홈(161d)에 연통되고, 타단은 배압실(160a)에 연통된다. 이에 따라, 제1 중간압실(V1)이 제1 배압구멍(161e1)과 제3 배압구멍(161e3)을 통해 배압실(160a)에 연통되거나 또는 제2 중간압실(V2)이 제2 배압구멍(161e2)과 제3 배압구멍(161e3)을 통해 배압실(160a)에 연통될 수 있다.

한편, 제2 밸브수용홈(161d)에는 흡입압구멍(161e4) 및 제1 모드전환구멍(161e5)이 연통된다. 흡입압구멍(161e4)과 제1 모드전환구멍(161e5)은 제1 배압유로 또는 제2 배압유로(BF2)와 연동되어 개폐된다.

흡입압구멍(161e4)은 배압플레이트(161)의 외주면에서 제2 밸브수용홈(161d)의 측면으로 관통하여 형성되고, 제1 모드전환구멍(161e5)은 제2 밸브수용홈(161d)의 저면에서 배압플레이트(161)의 저면으로 관통되어 형성된다. 흡입압구멍(161e4)과 제1 모드전환구멍(161e5)은 제2 밸브수용홈(161d)의 길이방향으로 동일한 길이게 형성된다.

제1 모드전환구멍(161e5)의 일측에는 제2 모드전환구멍(161e6)이 형성되고, 제1 모드전환구멍(161e5)과 제2 모드전환구멍(161e6)은 제2 연장홈(161f2)에 의해 연통된다. 제2 모드전환구멍(161e6)은 배압플레이트(161)의 저면에서 배압플레이트(161)의 외주면으로 관통 형성된다. 제2 모드전환구멍(161e6)은 나중에 설명할 차압구멍(181c)에 연통된다.

제1 모드전환구멍(161e5)은 제2 배압구멍(161e2)보다 바깥쪽에서 형성된다. 그리고, 제1 모드전환구멍(161e5)은 제1 배압구멍(161e1) 및 제2 배압구멍(161e2)과 함께 방사상으로 일직선상에 형성된다.

한편, 배압제어밸브(이하, 제1 제어밸브)(170)는 앞서 설명한 바와 같이, 제2 밸브수용홈(161d)에 반경방향으로 삽입되어 결합된다. 예를 들어, 제1 제어밸브(170)는 제2 밸브수용홈(161d)에 압입되어 고정될 수도 있지만, 경우에 따라서는 배압플레이트(161)에 결합되는 고정핀(미도시)을 이용하여 고정할 수도 있다.

도 7은 본 실시예에 따른 배압제어밸브를 설명하기 위해 보인 단면도이고, 도 8은 도 7의 "Ⅵ-Ⅵ"선단면도이며, 도 9는 도 7의 "Ⅶ-Ⅶ"선단면도이다.

다시 도 6을 참조하면, 제1 제어밸브(170)는 전원부(171), 밸브부(172), 유로안내부(173)로 이루어진다.

전원부(171)는 외부전원으로부터 전원을 인가받는 코일(미도시)의 안쪽에 가동자(미도시)가 구비되고, 가동자의 일단에는 복귀스프링(미도시)이 구비된다. 가동자의 타단에는 밸브부(172)가 결합된다. 밸브부(172)는 후술할 유로안내부(173)의 제1 연결구멍(173b1)과 제3 연결구멍(173b3)을 연통시키거나 또는 제2 연결구멍(173b2)과 제3 연결구멍(173b3)을 연통시킨다.

밸브부(172)는 전원부(171)의 가동자에 연결되어 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 사이를 이동하면서 제1 배압유로(BF1) 또는 제2 배압유로(BF2)를 선택적으로 개폐한다. 제1 위치(P1)는 제1 배압유로(BF1)를 열고 제2 배압유로(BF2)를 닫는 위치이며, 제2 위치(P2)는 제1 배압유로(BF1)를 닫고 제2 배압유로(BF2)를 여는 위치이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 밸브부(172)는 원형 봉 모양으로 형성되어 그 외주면에 제1 연결홈(172a1), 제2 연결홈(172a2) 및 제3 연결홈(172a3)이 순서대로 형성된다. 제1 연결홈(172a1)의 양측과 제2 연결홈(172a2)의 양측, 그리고 제3 연결홈(172a3)의 양측에는 각각의 연결홈을 밀봉하기 위한 오링(미부호)이 삽입될 수 있다.

밸브부(172)가 제1 위치(P1)로 이동하면 제1 연결홈(172a1)에 의해 제1 배압구멍(161e1)과 제3 배압구멍(161e3)이 연통되고, 제3 연결홈(172a3)에 의해 제2 배압구멍(161e2)과 제1 모드전환구멍(161e5)이 연통된다. 반면, 밸브부(172)가 제2 위치(P2)로 이동하면 제2 연결홈(172a2)에 의해 제2 배압구멍(161e2)과 제3 배압구멍(161e3)이 연통되고, 제3 연결홈(172a3)에 의해 흡입압구멍(161e4)과 제1 모드전환구멍(161e5)이 연통된다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 유로안내부(173)는 원통모양으로 형성되어 그 내부에 밸브부(172)가 미끄러지게 삽입되는 제1 밸브수용공간(173a)이 형성된다. 제1 밸브수용공간(173a)은 그 내주면이 매끄러운 평활관 형상으로 형성된다.

유로안내부(173)에는 길이방향(반경방향)을 따라 제1 연결구멍(173a1)과 제2 연결구멍(173a2)이 기설정된 간격을 두고 형성되며, 제1 연결구멍(173a1)과 제2 연결구멍(173a2)의 사이에는 제3 연결구멍(173a3)이 형성된다. 제1 연결구멍(173a1)은 제1 배압구멍(161e1)과 연통되고, 제2 연결구멍(173a2)은 제2 배압구멍(161e2)과 연통되며, 제3 연결구멍(173a3)은 제3 배압구멍(161e3)과 연통된다.

제1 연결구멍(173a1)과 제3 연결구멍(173a3)의 사이, 제3 연결구멍(173a3)과 제2 연결구멍(173a2)의 사이는 각각 실링되고, 제1 연결구멍(173a1)의 바깥쪽과 제2 연결구멍(173a2)의 바깥쪽에도 각각 실링된다. 이에 따라, 제1 연결구멍(173a1)과 제3 연결구멍(173a3)은 밸브부(172)가 제1 위치(P1)에 도달하면 제1 연결홈(172a1)을 통해 연통되고, 밸브부(172)가 제2 위치(P2)에 도달하면 폐쇄된다. 제2 연결구멍(173a2)과 제3 구멍은 밸브부(172)가 제2 위치(P2)에 도달하면 제1 연결홈(172a1)을 통해 연통되고, 밸브부(172)가 제1 위치(P1)에 도달하면 폐쇄된다.

또, 유로안내부(173)에는 제4 연결구멍(173a4)과 제5 연결구멍(173a5)이 기설정된 간격을 두고 형성된다. 제4 연결구멍(173a4)은 흡입압구멍(161e4)과 연통되고, 제5 연결구멍(173a5)은 제1 모드전환구멍(161e5)과 연통되도록 형성된다.

제4 연결구멍(173a4)은 제2 연결구멍(173a2)과의 사이가 실링되고, 제5 연결구멍(173a5)의 바깥쪽에도 실링된다. 이에 따라, 제4 연결구멍(173a4)과 제5 연결구멍(173a5)은 밸브부(172)가 제1 위치(P1)에 도달하면 연통되고, 제2 위치(P2)에 도달하면 폐쇄된다.

한편, 본 실시예에 따른 용량제어밸브(180)는 배압플레이트(161)의 외주면에 설치될 수 있다. 하지만, 경우에 따라서는 용량제어밸브(180)는 비선회 스크롤(150)의 외주면에 설치될 수도 있다. 다만, 본 실시예는 배압제어밸브(170)가 구조상 배압플레이트(161)에 형성되는 것이 유리하므로 용량제어밸브(180) 역시 배압플레이트(161)에 설치된 예를 중심으로 설명한다.

본 실시예에 따른 용량제어밸브(180)는 밸브하우징(181), 피스톤밸브(182)로 이루어질 수 있다.

다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 밸브하우징(181)은 내부에 제2 밸브수용공간(181a)이 형성되고, 제2 밸브수용공간(181a)의 후방측에는 차압공간(181b)이 형성되며, 차압공간(181b)은 제2 밸브수용공간(181a)의 일측에 구비되는 차압구멍(181c)에 연통된다.

차압구멍(181c)은 제2 모드전환구멍(161e6)에 연통된다. 따라서, 차압구멍(181c)은 제2 연장홈(161f2) 및 제1 모드전환구멍(161e5)을 통해 제2 중간압구멍(151b2) 또는 흡입압구멍(161e4)에 연통된다. 이에 따라, 차압공간(181b)에는 배압제어밸브(180)의 밸브부(182)가 제1 위치(P1)에 도달하면 제2 중간압의 냉매가, 제2 위치(P2)에 도달하면 흡입압의 냉매가 유입된다.

또, 밸브하우징(181)의 일측에는 제2 밸브수용공간(181a)과 케이싱(110)의 흡입공간(111) 사이를 연통시키는 배출홈(181d)이 형성된다. 배출홈(181d)은 피스톤 밸브(182)에 의해 배출구멍(161c)과 선택적으로 연통 또는 폐쇄된다.

피스톤밸브(182)는 제2 밸브수용공간(181a)에 미끄러지게 삽입되어 배압면에 형성되는 차압공간(181b)의 압력차이에 따라 제3 위치(P3)와 제4 위치(P4) 사이를 움직이게 된다. 제3 위치(P3)는 피스톤 밸브(172)가 배출구멍(161c)과 배출홈(181d) 사이를 차단하는 위치이고, 제4 위치(P4)는 피스톤 밸브(182)가 배출구멍(161c)과 배출홈(181d) 사이를 개방하는 위치이다.

또, 피스톤밸브(182)의 배면에는 피스톤밸브(182)가 신속하게 닫히도록 탄력 지지하는 지지스프링(183)이 더 구비될 수 있다.

도 10a 내지 도 11b는 본 발명에 의한 스크롤 압축기에서 압축기의 운전모드에 따라 배압력이 가변되는 과정을 설명하기 위해 보인 평면도 및 단면도로서, 도 10a 및 도 10b는 파워운전을, 도 11a 및 도 11b는 세이빙운전을 보인 도면들이다.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 냉동시스템이 파워모드로 운전을 할 때에는 제1 제어밸브(170)에 전원이 인가된다. 그러면 밸브부(172)는 전원부(171)에 의해 제1 위치(P1)로 이동하게 된다.

그러면, 제3 연결구멍(173a3)은 제1 연결홈(172a1)에 의해 제1 연결구멍(173a1)과 연통되는 한편 제5 연결구멍(173a5)은 제2 연결홈(172a2)에 의해 제2 연결구멍(173a2)과 연통된다.

즉, 제1 중간압실(V1)의 냉매가 제1 중간압구멍(151b1), 제1 배압구멍(161e1), 제1 연결구멍(173a1)을 차례로 통과한 후, 제1 연결홈(172a1)을 통해 제3 연결구멍(173a3)으로 안내되며, 이 냉매는 제3 배압구멍(161e3)을 통해 배압실(160a)로 이동하게 된다.

이와 동시에, 제2 중간압실(V2)의 냉매가 제2 중간압구멍(151b2), 제2 배압구멍(161e2), 제2 연결구멍(173a2)을 차례대로 통과한 후, 제2 연결홈(172a2)을 통해 제5 연결구멍(173a5)으로 안내되며, 이 냉매는 제1 모드전환구멍(161e5), 제2 연장홈(161f2), 제2 모드전환구멍(161e6) 그리고 차압구멍(181c)을 통해 제2 제어밸브(180)의 차압공간(181b)으로 이동을 하게 된다. 그러면 제2 제어밸브(180)를 이루는 피스톤밸브(182)가 제2 중간압의 높은 배압에 밀려 제3 위치(P3)로 이동을 하면서 배출구멍(161c)과 배출홈(181d) 사이를 차단하게 된다. 그러면 압축기는 용량가변용 바이패스구멍(151a)이 차단되면서 파워운전을 하게 된다.

이때, 배압실(160a)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 중간압실(V1)의 냉매가 유입됨에 따라, 배압실(160a)의 내부압력은 제1 중간압실(V1)의 압력인 제1 배압력을 형성하게 된다. 제1 중간압실(V1)의 압력은 제2 배압력인 제2 중간압실(V2)의 압력에 비해 낮으므로, 제1 배압력은 제2 배압력에 비해 낮다. 따라서, 파워운전시 배압력이 높을 경우 발생될 수 있는 스크롤 간의 마찰손실이나 마모를 미연에 방지할 수 있다.

반면, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 냉동시스템이 세이빙모드로 운전을 할 때에는 제1 제어밸브(170)의 전원부(171)에서 전원이 제거된다. 그러면 밸브부(172)는 복귀스프링에 의해 밸브부(172)가 제2 위치(P2)로 이동하게 된다. 그러면 밸브부(172)의 제2 연결홈(172a2)에 의해 유로안내부(173)의 제2 연결구멍(173b2)과 제3 연결구멍(173b3)이 연통된다.

그러면, 제2 중간압실에서 냉매가 제2 중간압구멍(151b2), 제2 배압구멍(161e2), 제2 연결구멍(173a2)을 차례로 통과한 후, 제2 연결홈(172a2)을 통해 제3 연결구멍(173a3)으로 안내된다. 이 냉매는 제3 배압구멍(161e3)을 통해 배압실(160a)로 이동하여 배압실(160a)의 내부압력은 제2 배압력을 형성하게 된다.

이와 동시에, 밸브부(172)가 제2 위치(P2)로 이동함에 따라, 제4 연결구멍(173a4)은 제3 연결홈(172a3)에 의해 제5 연결구멍(173a5)과 연통된다. 그러면, 케이싱(110)의 흡입공간(111)에 채워진 냉매가 흡입압구멍(161e4)과 제4 연결구멍(173a4)을 통과한 후 제5 연결구멍(173a5)으로 안내되고, 이 냉매는 제1 모드전환구멍(161e5), 제2 연장홈(161f2), 제2 모드전환구멍(161e6), 차압구멍을 통해 제2 제어밸브(180)의 차압공간(181b)으로 이동을 하게 된다. 그러면 제2 제어밸브(180)를 이루는 피스톤밸브(182)의 배압이 흡입압을 형성하게 되므로 피스톤밸브(182)는 배출구멍(161c)을 포함한 중간압공간의 압력에 밀려 제4 위치(P4)로 이동을 하면서 배출구멍(161c)과 배출홈(181d) 사이를 개방하게 된다. 그러면 압축기는 용량가변용 바이패스구멍(151b)이 개방되어 중간압공간에 채워져 있던 냉매가 케이싱(110)의 흡입공간(111)으로 바이패스되면서 세이빙운전을 하게 된다.

이때, 배압실(160a)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 중간압실(V2)의 냉매가 유입됨에 따라, 배압실(160a)의 내부압력은 제2 배압력을 형성하게 된다. 제2 배압력은 제1 배압력보다 높은 압력을 형성하게 되므로 세이빙운전시 배압력이 낮을 경우 발생될 수 있는 스크롤 간의 이격으로 인한 압축손실을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 체크밸브와 배압제어밸브, 그리고 용량제어밸브를 설치하기 위한 각각의 구성요소들은 배압플레이트의 저면 또는 배압플레트의 내부에 형성되는 것이나, 경우에 따라서는 비선회 스크롤의 상면 또는 비선회 스크롤의 내부에 형성될 수도 있다. 이러한 구성요소들의 형상 및 규격, 그에 따른 작용 효과는 전술한 실시예와 동일하게 형성될 수 있다. 따라서, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 본 실시예와 같이 용량을 가변하기 위한 구성요소들, 특히 제1 밸브수용홈과 연통홈, 그리고 배출구멍이 비선회 경판부의 배면에 형성되게 되면 바이패스구멍, 배압구멍의 길이가 짧아져 그만큼 사체적이 감소될 수 있다.

Claims (14)

1. 밀폐된 내부공간이 흡입공간 및 토출공간으로 구분되는 케이싱;
   상기 케이싱의 내부공간에서 선회운동을 하는 선회 스크롤;
   상기 선회 스크롤에 맞물려 상기 선회 스크롤과의 사이에 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축실을 형성하는 비선회 스크롤;
   상기 비선회 스크롤에 결합되어 배압실을 형성하고, 상기 배압실의 압력으로 상기 비선회 스크롤을 상기 선회 스크롤 쪽으로 지지하는 배압실 조립체;
   상기 압축실의 제1 중간압실과 상기 배압실 사이를 연결하는 제1 배압유로;
   상기 제1 중간압실보다 높은 압력을 가지는 제2 중간압실과 상기 배압실 사이를 연결하는 제2 배압유로; 및
   상기 제1 배압유로와 상기 제2 배압유로를 운전모드에 따라 선택적으로 개폐하는 배압제어밸브;를 포함하고, 상기 배압제어밸브는,
   파워운전에서는 상기 제1 배압유로가 열리고 상기 제2 배압유로는 닫히는 제1 위치로 이동하고, 세이빙운전에서는 상기 제1 배압유로가 닫히고 상기 제2 배압유로가 열리는 제2 위치로 이동하며,
   상기 제1 배압유로의 일단은 상기 제1 중간압실에 연통되고, 상기 제2 배압유로의 일단은 상기 제1 배압유로에서 기설정된 간격만큼 이격되어 상기 제2 중간압실에 연통되며,
   상기 제1 배압유로의 타단과 상기 제2 배압유로의 타단은 합쳐져 상기 배압실에 연통되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 배압유로는 상기 제1 중간압실에 연통되는 제1 배압구멍을 포함하고, 상기 제2 배압유로는 상기 제2 중간압실에 연통되는 제2 배압구멍을 포함하며,
   상기 제1 배압구멍과 상기 제2 배압구멍은 반경방향으로 일직선 상에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 배압유로와 상기 제2 배압유로는 합쳐져 상기 배압실에 연통되는 제3 배압구멍을 포함하며,
   상기 제3 배압구멍은 반경방향으로 상기 제1 배압구멍과 제2 배압구멍의 사이에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 비선회 스크롤에는 상기 제1 배압구멍과 상기 제1 중간압실 사이를 연통시키는 제1 중간압구멍 및 상기 제2 배압구멍과 상기 제2 중간압실 사이를 연통시키는 제2 중간압구멍이 각각 형성되고,
   상기 제1 중간압구멍과 제2 중간압구멍은 원주방향으로 기설정된 간격만큼 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 중간압구멍과 상기 제2 중간압구멍 중에서 어느 한 개는 원주방향으로 연장되는 제1 연장홈에 의해 해당 배압구멍과 연통되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
7. 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에는 상기 중간압실에서 냉매를 바이패스시키는 용량가변용 바이패스구멍이 형성되고, 상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에는 상기 용량가변용 바이패스구멍이 연통되어 바이패스되는 냉매를 상기 케이싱의 내부공간으로 배출하는 배출유로가 형성되며,
   상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에는 상기 배압제어밸브에 연동되어 동작되면서 상기 배출유로를 선택적으로 개폐하는 용량제어밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 용량제어밸브는,
   상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에 결합되는 밸브하우징;
   상기 밸브하우징에 미끄러지게 삽입되어 상기 배출유로를 선택적으로 개폐하는 밸브부재;를 포함하고,
   상기 밸브하우징은,
   상기 밸브부재에 대해 흡입압 또는 중간압의 압력을 제공하는 차압공간이 형성되며,
   상기 차압공간은 상기 밸브하우징에 구비되는 차압구멍을 통해 상기 중간압실 또는 상기 케이싱의 흡입공간에 연통되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 차압공간이 연통되는 중간압실은 상기 제2 배압유로가 연통되는 중간압실인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에는 상기 배압제어밸브가 결합되는 밸브수용홈이 형성되고,
    상기 밸브수용홈에는 상기 케이싱의 흡입공간과 연통되는 흡입압구멍 및 상기 차압공간과 연통되는 모드전환구멍이 연통되며,
    상기 흡입압구멍과 상기 모드전환구멍은 상기 배압제어밸브에 의해 선택적으로 연결 또는 차단되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 배압제어밸브와 상기 용량제어밸브는 원주방향으로 기설정된 간격만큼 이격되고, 상기 모드전환구멍과 상기 차압구멍은 원주방향으로 연장되는 제2 연장홈에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
12. 제11항에 있어서, 상기 배압제어밸브는,
    전원부; 및
    상기 전원부에 공급되는 전원에 의해 상기 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하는 밸브부;를 포함하는 스크롤 압축기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 배압실 조립체 또는 상기 비선회 스크롤에 삽입되어 고정되며, 상기 밸브부가 미끄러지게 삽입되고, 상기 밸브부와 함께 상기 제1 배압유로와 제2 배압유로를 형성하는 유로안내부;를 더 포함하며,
    상기 유로안내부는,
    상기 제1 배압유로를 이루는 제1 연결구멍, 상기 제2 배압유로를 이루는 제2 연결구멍, 상기 배압실과 연통되는 제3 연결구멍, 상기 흡입압구멍과 연통되는 제4 연결구멍 및 상기 모드전환구멍과 연통되는 제5 연결구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
14. 제13항에 있어서,
    상기 밸브부는 상기 제1 연결구멍을 제3 연결구멍에 연통시키는 제1 연결홈, 상기 제2 연결구멍을 상기 제3 연결구멍에 연통시키는 제2 연결홈, 상기 제2 연결구멍 또는 상기 제4 연결구멍을 제5 연결구멍에 선택적으로 연통시키는 제3 연결홈이 길이방향을 따라 기설정된 간격을 두고 형성되며,
    상기 각각의 연결홈 사이에는 실링부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.

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