KR102162738B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 메인프레임 상에 지지된 상태에서 선회운동하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 대해 상하 방향으로 이동할 수 있도록 상기 메인프레임에 결합되고, 상기 선회스크롤과 함께 맞물려 흡입실, 중간압실 및 토출실을 형성하며, 상기 중간압실 또는 토출실에서 상기 토출공간으로 연통되는 바이패스구멍을 관통 형성하는 고정스크롤; 상기 고정스크롤의 상면에 위치하여 상기 바이패스구멍을 개폐하는 바이패스 밸브; 및 상기 토출커버와 고정스크롤의 사이에 구비되어 상기 중간압실과 연통되는 배압실을 형성하는 동시에 상기 바이패스 밸브를 지지하는 배압플레이트;를 포함함으로써, 바이패스 밸브를 용이하게 설치할 수 있고, 운전조건의 변화 등에 의해 압축기에 과부하가 걸리는 것을 최소화할 수 있으며, 압축 초기에 과부하가 걸리는 경우에도 대처가 가능하고, 배압플레이트가 일체로 형성되어 배압실과 토출구 사이의 실링 정도를 높이는 동시에 압축기의 조립공수를 줄여 생산비용을 절감할 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 중간압실에 존재하는 냉매를 토출공간으로 바이패스할 수 있는 스크롤 압축기에 관한 것이다.

스크롤 압축기는 나선형의 랩을 갖는 고정 스크롤과 고정 스크롤에 대해서 선회 운동하는 선회 스크롤을 이용한 압축기이다. 이러한 스크롤 압축기는 고정 스크롤에 선회스크롤이 맞물려 선회 운동을 하면서 그 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이에 형성된 압축실의 용적이 선회스크롤의 선회 운동에 따라 감소되며, 이에 따라 유체의 압력이 상승되어 고정 스크롤 중심부에 뚫려있는 토출구에서 토출되는 형태의 압축기이다.

이러한 스크롤 압축기는 선회 스크롤이 선회하는 동안 흡입, 압축 및 토출이 연속적으로 이루어지는 특징을 가지며, 이에 따라 원칙적으로 토출밸브 및 흡입밸브가 필요 없고, 부품의 수가 적어 구조가 간단할 뿐만 아니라 고속회전이 가능한 특징을 갖는다. 또한, 압축에 필요한 토크의 변동이 적고, 연속적으로 흡입 및 압축이 일어나기 때문에 소음 및 진동이 작은 장점을 갖는다.

이러한 스크롤 압축기에서 중요한 것 중 하나가 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이의 누설 및 윤활문제이다. 즉, 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이에서의 누설을 방지하기 위해서는 랩의 단부와 경판부의 표면이 밀착되도록 하여 압축된 냉매가 누설되지 않도록 하여야 한다. 반면에, 선회 스크롤이 고정 스크롤에 대해서 원활하게 선회 운동할 수 있도록 마찰로 인한 저항을 최소화하여야 하지만, 상기 누설과 윤활 문제는 서로 상충하는 관계에 있게 된다. 즉, 랩의 단부와 경판부의 표면을 강하게 밀착시키면, 누설의 측면에서는 유리하지만 마찰이 증가하여 소음 및 마모로 인한 손상이 증가하게 된다. 반면에, 밀착 강도를 낮게 하면, 마찰은 감소하지만 실링력이 낮아져 누설이 증가하게 된다.

따라서, 종래에는 선회 스크롤 또는 고정 스크롤의 배면에 토출압과 흡입압의 사이값으로 정의되는 중간압을 갖는 배압실을 형성하여 실링 및 마찰 감소의 문제를 해소하여 왔다. 즉, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이에 형성된 복수 개의 압축실 중 중간압을 갖는 압축실과 연통되는 배압실을 형성하여, 선회 스크롤과 고정 스크롤이 적정한 정도로 밀착되도록 함으로써, 누설 및 윤활 문제를 해소하고 있다.

한편, 상기 배압실은 선회 스크롤의 저면 또는 고정 스크롤의 상부면에 위치하는 경우가 있으며, 이를 편의상 하부 배압식 및 상부 배압식 스크롤 압축기라 칭한다. 하부 배압식 스크롤 압축기의 경우 구조가 간단하고 바이패스구멍 등을 용이하게 형성할 수 있는 장점이 있지만 선회 운동하는 선회 스크롤의 저면에 배압실이 위치하므로 배압실의 형태 및 위치가 선회 운동에 따라 변하게 되어 선회 스크롤이 틸팅하면서 진동 및 소음이 발생될 우려가 높고, 누설을 방지하기 위해 삽입되는 오링의 마모가 빠른 문제가 있었다. 한편, 상부 배압식의 경우 상대적으로 구조가 복잡하지만 배압실이 고정된 형태 및 위치를 가지고 있으므로, 고정 스크롤이 틸팅될 우려가 적고, 배압실의 실링도 양호한 장점을 갖는다.

대한민국 특허출원 제10-2000-0037517호(발명의 명칭 : 베어링하우징을 가공하기 위한 방법 및 베어링하우징을 포함하는 스크롤머신)은 이러한 상부 배압식 스크롤 압축기의 일예를 개시하고 있다. 도 1은 상기 종래 기술에 개시된 상부 배압식 스크롤 압축기의 일 예를 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 스크롤 압축기(10)는 케이싱(12) 내에 고정 설치되는 메인 프레임(24)의 상부에서 선회 운동하도록 배치되는 선회 스크롤(56)과, 상기 선회 스크롤과 맞물리는 고정 스크롤(68)을 포함한다. 그리고, 상기 고정 스크롤(68)의 상부에는 배압실(78)이 형성되고, 상기 배압실을 밀폐하는 플로팅 플레이트(80)가 토출유로(74)의 외주면을 따라서 상하로 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. 상기 플로팅 플레이트(80)에는 실링부재(82)가 결합되고, 상기 플로팅 플레이트(80)의 상부면에는 토출 커버(22)가 설치되어 압축기 내부 공간을 흡입 공간 및 토출 공간으로 구획하고 있다.

그리고, 상기 플로팅 플레이트(80)와 상기 배압실 사이에는 립실(미도시)을 설치하여 배압실로부터의 누설을 차단할 수 있도록 하고 있다.

상기 배압실은 압축실 중 하나와 연통되어 중간압이 인가되며, 그에 따라, 상기 플로팅 플레이트를 상향으로, 상기 고정 스크롤은 하향으로 압력을 받게 된다. 플로팅 플레이트가 배압실의 압력으로 인해 상승하면 그 단부가 상기 토출 커버와 접하면서 토출 공간을 밀폐하고, 고정 스크롤은 하부로 이동하면서 선회 스크롤과 밀착된다. 이를 통해서, 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이를 효과적으로 실링할 수 있게 된다.

그러나, 상기와 같은 상부 배압식 스크롤 압축기의 경우 고정 스크롤의 상부면이 배압실에 의해서 가려져 있기 때문에 바이패스구멍을 형성할 수 없는 문제점이 있었다. 이를 해소하기 위해서, 대한민국 특허출원 제10-2012-7023733호(발명의 명칭 : 밸브 조립체를 포함하는 압축기)에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 배압실(BP)의 중앙부에 위치하며, 배압실을 상하로 관통하는 허브 부재(76) 및 상기 허브 부재의 하부에 배치되는 밸브 조립체(28)를 구비하고, 상기 밸브 조립체가 상기 허브 부재 내부에서 상하로 이동하면서 고정 스크롤 상부면에 형성되는 바이패스구멍(90, 92)을 개폐하도록 하고 있다.

상기 종래 기술에 의하면, 상부 배압식 스크롤 압축기에서도 바이패스구멍을 구비하여 과부하를 방지할 수 있는 효과를 제공하지만, 배압실 내에 허브 부재가 배치됨으로 인해서, 바이패스구멍의 위치를 임의로 설정하지 못하는 문제가 있었다. 즉, 배압실에 의해 충분한 배압력을 얻기 위해서는 소정 크기 및 위치에 배압실이 배치되어야 하기 때문에 상기 허브 부재의 크기가 제한되게 된다. 따라서, 바이패스구멍의 위치도 상기 허브 부재의 하부로 제한될 수밖에 없다.

또, 플로팅 플레이트가 고정 스크롤의 배압실 내면과 상기 허브 부재의 외주면과 각각 접하면서 배압실을 밀봉하여야 하지만, 허부 부재의 가공 공차 및 결합 공차로 인해서 플로팅 플레이트의 실링 성능이 저하되는 문제점도 존재한다.

또, 플로팅 플레이트(80)와 허브부재(76)가 분리됨에 따라 가공공차와 조립공차가 발생하고 이로 인해 배압실(78)을 토출구와 실링하는데 어려움이 있을 뿐만 아니라, 조립공수가 증가하여 생산비용이 증가하는 문제점도 있었다.

본 발명은, 바이패스구멍을 고정 스크롤의 임의의 위치에 배치할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

본 발명은, 간단한 구조의 바이패스 밸브를 채용할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.

본 발명은, 배압실과 토출구 사이의 실링을 용이하게 하는 동시에 조립공수를 줄여 생산비용을 절감하는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱 내부에 고정되어, 케이싱 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 토출 커버; 상기 토출 커버와 이격되어 상기 케이싱의 내부에 배치되는 메인 프레임; 상기 메인 프레임 상에 지지된 상태에서 선회운동하는 선회 스크롤; 상기 선회 스크롤에 대해서 상하 방향으로 이동할 수 있도록 상기 메인 프레임에 결합되며, 상기 선회 스크롤과 함께 흡입실, 중간압실 및 토출실을 형성하는 고정 스크롤; 및 상기 토출 커버와 고정스크롤의 사이에 구비되어 상기 중간압실과 연통되는 배압실을 형성하는 배압 플레이트;를 포함하는 스크롤 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 고정 스크롤에는 상기 토출실에 연통되는 토출구가 형성되고, 상기 토출구의 주변에는 바이패스구멍이 형성되고, 상기 고정 스크롤과 배압 플레이트의 사이에는 상기 바이패스구멍을 개폐하는 바이패스 밸브가 설치될 수 있다.

그리고, 상기 배압 플레이트의 하면과 상기 고정스크롤의 상면 사이의 공간으로 정의되는 밸브공간에는 상기 바이패스 밸브가 삽입될 수 있다.

그리고, 상기 바이패스 밸브는 환형으로 형성되어 상기 밸브공간에 자유상태로 삽입될 수 있다.

그리고, 상기 배압 플레이트의 하면에는 상기 바이패스 밸브의 개도량을 제한하는 리테이너돌기가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 바이패스 밸브는 환형으로 형성되어 상기 고정 스크롤에 체결 고정될 수 있다.

그리고, 상기 배압 플레이트에는 상기 토출구와 연통되어 상기 토출구를 통해 토출되는 냉매를 토출공간으로 안내하는 중간 토출구가 형성되며, 상기 중간 토출구는 상기 바이패스 밸브와 중첩되는 위치에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 고정 스크롤의 상면에는 상기 토출구와 바이패스구멍을 수용하도록 소정이 깊이를 가지는 제1 환형벽면이 형성되고, 상기 제1 환형벽면에는 상기 배압 플레이트의 일부를 이루는 가이드부가 삽입되어 결합될 수 있다.

상기 가이드부에는 상기 토출실과 토출공간 사이의 압력차에 따라 상기 토출구를 개폐하는 체크밸브가 상하 방향으로 미끄러지게 삽입되도록 밸브안내구멍이 형성될 수 있다.

상기 가이드부의 하면에서 상기 배압부의 상면까지 관통되어 상기 토출구에서 토출되는 냉매를 상기 토출공간으로 안내하는 중간 토출구가 형성될 수 있다.

상기 제1 환형벽면의 바깥쪽에는 상기 배압 플레이트의 외주면이 삽입되어 결합되는 제2 환형벽면이 형성되고, 상기 제1 환형벽면의 외측면과 상기 제2 환형벽면의 내측면 사이에는 상기 중간압실과 연통되는 적어도 한 개 이상의 배압구멍이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 배압 플레이트의 하면 또는 상기 배압 플레이트의 하면과 대응하는 상기 고정 스크롤의 상면에는 소정의 깊이를 갖는 배압홈이 형성되고,

상기 배압홈은 상기 배압구멍이 연통될 수 있다.

그리고, 상기 배압 플레이트는, 상기 제1 환형벽면의 내주면에 삽입되는 가이드부; 및 상기 제2 환형벽면의 내주면에 삽입되는 배압부;로 이루어지고, 상기 가이드부는 상기 배압부의 하면에서 일체로 연장 형성될 수 있다.

그리고, 상기 고정스크롤과 배압 플레이트의 사이에는 실링부재가 구비되고, 상기 실링부재는 상기 배압실과 흡입공간의 사이 및 상기 배압실과 배압플레이트의 하면 사이에 각각 구비될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱 내부에 고정되어 상기 케이싱 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 토출 커버; 상기 토출커버와 이격되어 상기 케이싱의 내부에 배치되는 메인프레임; 상기 메인프레임 상에 지지된 상태에서 선회운동하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 대해 상하 방향으로 이동할 수 있도록 상기 메인프레임에 결합되고, 상기 선회스크롤과 함께 맞물려 흡입실, 중간압실 및 토출실을 형성하며, 상기 토출실에서 상기 토출공간으로 연통되는 토출구가 관통 형성되고, 상기 토출구의 주변에는 상기 중간압실에서 상기 토출공간으로 연통되는 바이패스구멍이 관통 형성되는 고정스크롤; 상기 고정스크롤의 상면에 위치하여 상기 바이패스구멍을 개폐하는 바이패스 밸브; 및 상기 토출커버와 고정스크롤의 사이에 구비되어 상기 중간압실과 연통되는 배압실을 형성하는 동시에 상기 바이패스 밸브를 지지하는 배압플레이트;를 포함하며, 상기 배압플레이트는, 상기 고정스크롤의 상면과의 사이에 배압실을 형성하는 배압부; 및 상기 배압부의 하면에서 연장 형성되어 상기 고정스크롤의 상면과의 사이에서 상기 바이패스 밸브를 지지하는 가이드부;로 된 스크롤 압축기가 제공될 수도 있다.

여기서, 상기 고정스크롤에는 상기 가이드부가 미끄러지게 삽입되는 제1 환형벽면이 형성되고, 상기 제1 환형벽면의 바깥쪽에는 상기 배압부가 미끄러지게 삽입되는 제2 환형벽면이 형성되며, 상기 상기 제1 환형벽면의 내주면과 이에 대응하는 상기 가이드부의 외주면 사이 또는 상기 제2 환형벽면의 내주면과 이에 대응하는 상기 배압부의 외주면 사이 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 실링부재가 구비될 수 있다.

그리고, 상기 배압부는 중앙에 토출압 인가구멍을 가지는 환형으로 형성되고, 상기 가이드부는 상기 토출압 인가구멍과 연통되어 상기 토출구를 개폐하는 체크밸브를 수용하는 밸브안내구멍을 가지는 원통 형상으로 형성되며, 상기 가이드부의 하면에서 상기 배압부의 상면으로 관통되어 상기 토출구와 연통되는 중간 토출구가 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 고정 스크롤을 고정랩이 위치하는 부분과 배압실이 위치하는 부분으로 나누고, 이들 사이에 바이패스 밸브 및 바이패스 유로를 배치하는 것을 통해서 바이패스 밸브를 용이하게 설치할 수 있다. 이를 통해, 조립 난이도를 경감하고 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 바이패스구멍의 위치를 임의의 위치로 설정하는 것이 가능하므로, 운전조건의 변화 등에 의해 압축기에 과부하가 걸리는 것을 최소화할 수 있으며, 압축 초기에 과부하가 걸리는 경우에도 대처가 가능한 장점을 가질 수 있다.

또한, 허브부재와 플로팅 플레이트를 일체로 하여 배압실과 토출구 사이의 실링 정도를 높이는 동시에 압축기의 조립공수를 줄여 생산비용을 절감할 수 있다.

또한, 바이패스 밸브의 구조를 간소화하여 양쪽 압축실을 동시에 개폐할 수 있도록 함으로써 양쪽 압축실 사이에서의 압력차를 줄여 압축기 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 상부 배압식 스크롤 압축기의 일예를 보인 단면도,
도 2는 종래의 또 다른 상부 배압식 스크롤 압축기의 일예를 보인 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 배압 토출수단을 갖는 상부 배압식 스크롤 압축기의 일실시예를 보인 단면도,
도 4는 도 3에서 압축기구부와 배압실 조립체를 보인 분해 사시도,
도 5는 도 3에서 고정 스크롤과 배압실 조립체가 결합된 상태를 보인 사시도,
도 6은 도 5에서 바이패스구멍과 바이패스 밸브를 보인 평면도,
도 7은 도 3에서 바이패스 밸브의 일실시예에 대한 개폐동작을 확대하여 보인 단면도,
도 8은 도 3에서 바이패스 밸브의 다른 실시예에 대한 개폐동작을 보인 단면도,
도 9는 도 3에서 압축기의 정상운전시 압축기구부와 배압실 조립체의 상태를 보인 단면도.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 상부 배압식 스크롤 압축기의 실시예에 대해서 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 배압 토출수단을 갖는 상부 배압식 스크롤 압축기의 일실시예를 보인 단면도이고, 도 4는 도 3에서 압축기구부와 배압실 조립체를 보인 분해 사시도이며, 도 5는 도 3에서 고정 스크롤과 배압실 조립체가 결합된 상태를 보인 사시도이고, 도 6은 도 5에서 바이패스구멍과 바이패스 밸브를 보인 평면도이다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 바이패스 수단을 갖는 스크롤 압축기(100)는 내부에 후술할 흡입공간(S)과 토출공간(D)을 구비하는 케이싱(110)을 포함할 수 있다. 상기 케이싱(110)의 내부공간은 그 케이싱(110) 상측에 설치되는 토출커버(102)에 의해 흡입공간(S)과 토출공간(D)으로 구획될 수 있다. 여기서, 상기 토출커버(102)의 상측이 토출공간(D)에 해당되고, 하측이 흡입공간(S)에 해당될 수 있다.

그리고, 상기 흡입공간(S)과 연통되는 흡입포트 및 토출공간(D)과 연통되는 토출포트가 각각 케이싱(110)에 고정되어, 냉매를 케이싱(110) 내부로 흡입하거나 케이싱(110) 외부로 토출될 수 있도록 한다.

상기 흡입공간(S)의 하부에는 고정자(112) 및 회전자(114)가 구비될 수 있다. 상기 고정자(112)는 케이싱(110)의 내벽면에 열박음 방식으로 고정되고, 회전자(114)의 중앙부에는 회전축(116)이 삽입되어 외부로부터 공급된 전력에 의해 회전축(116)을 회전시키게 된다.

상기 회전축(116)의 하측은 케이싱(110) 하부에 설치되는 보조 베어링(117)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 상기 보조 베어링(117)은 케이싱(110) 내면에 고정되는 하부 프레임(118)에 의해 지지되어, 회전축(116)을 안정적으로 지지할 수 있도록 한다.

상기 하부 프레임(118)은 케이싱(110)의 내벽면에 용접 고정될 수 있고, 상기 케이싱(110)의 바닥면은 오일 저장공간으로서 사용될 수 있다. 상기 오일 저장공간에 저장된 오일은 회전축(116) 등에 의해서 상측으로 이송되어, 오일이 케이싱(110)의 내부로 고르게 공급될 수 있도록 한다.

상기 회전축(116)의 상단부는 메인 프레임(120)에 의해 회전가능하게 지지될 수 있다. 상기 메인 프레임(120)은 하부 프레임(118)과 같이 케이싱(110)의 내벽면에 고정 설치되며, 저면에는 하향으로 돌출되는 메인 베어링부(122)가 형성되고, 상기 메인 베어링부(122)의 내부에 회전축(116)이 삽입될 수 있다. 상기 메인 베어링부(122)의 내벽면은 베어링 면으로서 작용하며, 상술한 오일과 함께 회전축(116)이 원활하게 회전될 수 있도록 지지한다.

상기 메인 프레임(120)의 상부면에 선회 스크롤(130)이 배치될 수 있다. 상기 선회 스크롤(130)은 대략 원판 형태를 갖는 경판부(132)와 그 경판부(132)의 일측면에 나선형으로 형성되는 선회랩(134)을 포함할 수 있다. 상기 선회랩(134)은 후술할 고정 스크롤(140)의 고정랩(144)과 함께 압축실을 형성할 수 있다. 상기 선회 스크롤(130)의 경판부(132)는 메인 프레임(120)의 상부면에 의해 지지된 상태에서 선회 구동하게 되는데, 상기 경판부(132)와 메인 프레임(120) 사이에는 올담링(136)이 설치되어 선회 스크롤(130)의 자전을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 선회 스크롤(130)의 경판부(132) 저면에는 회전축(116)이 삽입되는 보스부(138)가 형성되고, 이를 통해 회전축(116)의 회전력이 선회 스크롤(130)을 선회 구동할 수 있다.

상기 선회 스크롤(130)과 맞물리는 고정 스크롤(140)은 선회 스크롤(130)의 상부에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 고정 스크롤(140)은 선회 스크롤(130)에 대해서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는데, 구체적으로는 메인 프레임(120)에 끼워지는 3개의 가이드 핀(104)이 고정 스크롤(140)의 외주부에 형성되는 3개의 가이드 구멍(141)에 삽입된 상태로 메인 프레임(120)의 상부면에 얹혀 있다.

상기 가이드 구멍(141)은 고정 스크롤(140)의 몸체부 외주면에 돌출되도록 형성되는 3개의 핀 지지부(142)에 각각 형성될 수 있다. 여기서, 상기 가이드 핀(104) 또는 핀 지지부(142)의 개수는 임의로 설정할 수 있는 것이므로 반드시 3개로 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 고정 스크롤(140)은 몸체부의 상부면이 원판 형태로 형성되어 경판부(143)를 이루고, 상기 경판부(143)의 하부에는 상술한 선회 스크롤(130)의 선회랩(134)과 맞물리는 고정랩(144)이 형성될 수 있다.

상기 고정랩(144)은 소정 형상의 나선형을 이루도록 연장되고, 상기 경판부(143)의 대략 중앙부에는 압축된 냉매가 토출되는 토출구(143a)가 형성될 수 있다. 상기 토출구(143a)의 주변에는 그 토출구와 후술할 바이패스구멍(143b)을 수용하도록 소정의 깊이를 갖는 제1 환형벽면(145)이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 토출구(143a)와 바이패스구멍(143b)의 높이가 낮아져 그만큼 사체적이 감소할 뿐만 아니라 후술할 배압 플레이트(150)의 가이드부(155)가 상하 방향으로 삽입되어 실링되면서 토출구(143a)와 배압실(BP) 사이의 실링효과를 높일 수 있다.

그리고 상기 고정 스크롤(140)의 측면에는 흡입공간(S) 내부에 존재하는 냉매가 흡입되는 흡입구(143c)가 형성되어, 상기 선회랩(134)과의 상호작용에 의해입 흡입구(143c)로 냉매가 흡입되도록 하고 있다.

상술한 바와 같이, 상기 고정랩(144)과 선회랩(134)은 복수 개의 압축실을 이루고, 압축실은 토출구측으로 선회 이동하면서 그 부피가 축소되어 냉매를 압축하게 된다. 따라입, 상기 흡입구(143c)와 인접한 압축실의 압력이 최소가 되고, 상기 토출구(143a)와 연통되는 압축실의 압력이 최대가 되며, 그 사이에 존재하는 압축실의 압력은 흡입구(143c)의 흡입압과 토출구(143a)의 토출압 사이의 값을 갖는 중간압을 갖게 된다.

중간압은 후술할 배압실(BP)로 인가되어 상기 고정 스크롤(140)을 선회 스크롤(130) 측으로 누르는 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 고정 스크롤의 경판부(143)에는 중간압을 갖는 영역 중 하나와 연통되어 중간압의 냉매가 배압실(BP)로 토출되는 적어도 한 개 이상의 배압구멍(143d)이 형성될 수 있다. 상기 배압구멍(143d)의 상단은 고정 스크롤(140)의 제1 환상벽면(145) 외측과 제2 환상벽면(146) 내측 사이의 경판부 상면(이하, 제2 상면)(146a)으로 관통 형성될 수 있다. 상기 배압실(BP)을 이루는 제2 상면의 내측면과 외측면에는 각각 후술할 배압 플레이트(150)의 가이드부(155)가 고정 스크롤(140)의 상면과 이격되어 배압실(BP)을 이루도록 배압실 돌기(143e)가 형성될 수 있다.

도 6에서와 같이, 상기 토출구(143a)의 양측, 즉 배압구멍(143d)보다 궤적상 토출측에는 압축되는 냉매의 일부를 바이패스시켜 과압축을 방지하는 바이패스구멍(143b)이 형성될 수 있다. 상기 바이패스구멍(143b)은 경판부(143)를 관통하도록 형성되어, 상기 고정랩과 선회랩에 의해 형성되는 압축실에서 상기 제1 환형벽면(145) 내측의 경판부 상면(이하, 제1 상면)(145a)까지 연장될 수 있다.

여기서, 상기 바이패스구멍(143b)의 위치는 운전조건에 따라서 다르게 설정될 수 있지만, 바람직하게는 흡입압의 1.5배의 압력을 갖는 압축실과 연통되도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 바이패스구멍(143b)은 고정랩의 궤적을 따라 복수 개의 관통구멍을 포함하도록 형성될 수 있다. 상기 바이패스구멍(143b)은 고정랩의 안쪽과 바깥쪽에 형성되는 양쪽 압축실에 모두 연통되도록 각각 형성될 수 있다.

도 6에서와 같이 상기 바이패스 밸브(160)는 외력이 없는 경우 상기 바이패스구멍(143b)를 모두 덮을 수 있을 정도의 직경을 갖도록 환형으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 바이패스 밸브(160)는 도 7에서와 같이, 자유 상태로 일정 범위 내에서 상하 이동할 수 있도록 상기 제1 상면(145a)과 배압 플레이트(150)의 가이드부(155) 하면 사이에 정의되는 밸브공간에 삽입될 수 있다. 하지만, 배압 플레이트(150)의 가이드부(155) 하면에 환형으로 밸브홈(미도시)이 형성되어 그 밸브홈에 삽입될 수 있다.

여기서, 상기 가이드부(155)의 하면이 바이패스 밸브(160)의 개도량을 제한하는 리테이너 역할을 할 수도 있지만, 도 5 및 도 7에서와 같이 상기 가이드부(155)의 하면에 리테이너돌기(155c)를 형성하여 상기 바이패스 밸브(160)의 개도량을 제한하면서 상기 바이패스 밸브(160)가 열린 상태에서도 후술할 중간 토출구(155c)가 개방되도록 할 수 있다.

한편, 상기 바이패스 밸브(160)는 도 8에서와 같이 고정 스크롤(140)에 볼트 또는 리벳으로 체결되어 배압 플레이트(150)의 밸브홈(155b)에 삽입될 수도 있다.

상기 배압 플레이트(150)는 상기 고정 스크롤(140)의 경판부(143) 상부에 상하 방향으로 미끄러져 이동 가능하게 설치될 수 있다.

상기 배압 플레이트(150)는 상기 고정 스크롤(140)의 제2 상면(146a)을 복개하여 배압실(BP)을 형성하는 배압부(151)가 형성되고, 상기 배압부(151)의 하면 중앙에는 상기 고정스크롤(140)의 제1 환형벽면(145)에 삽입되어 상기 바이패스 밸브(160)를 지지하는 가이드부(155)로 이루어질 수 있다.

상기 배압부(151)는 제2 상면(146a)을 복개할 수 있을 정도, 즉 내 외측 배압실 돌기(143e)에 얹힐 수 있는 정도의 외경과 내경을 가지는 환상형으로 형성될 수 있다. 상기 배압부(151)의 외주면은 상기 고정 스크롤(143)의 상면 가장자리에 형성되는 제2 환형벽면(146)의 내주면과 접하도록 형성될 수 있다. 상기 제2 환형벽면(146)의 내주면과 배압부(151)의 외주면 중에서 어느 한 쪽에는 실링홈(도면에서는 배압부에)(미부호)이 형성되고, 상기 실링홈에는 오-링과 같은 실링부재(152)가 삽입될 수 있다.

상기 배압부(151)의 내주면에는 후술할 가이드부(155)의 밸브안내구멍(155a)과 연통되는 토출압 인가구멍(151a)이 형성될 수 있다. 상기 토출압 인가구멍(151a)은 상기 토출공간(D)과 항상 연통될 수 있다. 따라서, 상기 토출공간(D)으로부터 냉매가 토출구(143a)측으로 역류하는 경우에는 상기 토출압 인가구멍(151a)에 인가되는 압력이 토출구(143a)의 압력보다 높게 되므로 후술할 체크밸브(170)가 하향으로 이동하면서 토출구(143a)를 폐쇄하게 되고, 상기 토출구(143a)의 압력이 높아져서 토출공간(D)의 압력보다 높게 되면 상기 체크밸브(170)가 상향으로 이동하면서 토출을 허용하게 된다.

상기 체크밸(170)는 원기둥 형태로 형성되어 상기 토출구(143a)를 완전히 덮을 수 있을 정도의 하부 단부를 가지며, 이로 인해서 체크밸브(170)가 상기 고정 스크롤(140)의 경판부(143)와 접한 경우, 상기 체크밸브(170)가 상기 토출구(143a)를 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 상기 체크밸브는 압축코일스프링으로 지지될 수도 있다.

상기 토출압 인가구멍(151a)과 후술할 밸브안내구멍(155a)의 사이에는 체크밸브(170)의 상단이 밸브안내구멍을 벗어나지 못하도록 지지하는 단턱면(151b)이 형성될 수 있다.

그리고 상기 배압부(151)의 상면에는 상기 토출커버(102)의 하면과 접하여 실링되도록 실링돌부(151c)가 환상으로 형성될 수 있다.

상기 가이드부(155)는 그 중앙에 밸브안내구멍(155a)을 가지는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 가이드부(155)의 외주면은 고정 스크롤(140)의 제1 환형벽면(145)에 미끄럼 접촉할 수 있도록 가이드부(155)의 외경이 제1 환형벽면(145)이 내경과 거의 동일하게 형성될 수 있다. 그리고 상기 가이드부(155)의 외주면과 제1 환형벽면(145)의 내주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 실링홈(미부호)이 형성되고, 상기 실링홈에는 오-링과 같은 실링부재(156)가 삽입될 수 있다.

상기 가이드부(155)의 하면에는 리테이너 돌기(145a)가 형성되거나 또는 내측 모서리에 상기 바이패스 밸브(160)를 수용할 수 있도록 밸브홈이 단차지게 형성될 수도 있다.

그리고 상기 가이드부(!55)의 하면에서 배압부(151)의 외측으로 중간 토출구(155d)가 상하 방향으로 관통 형성될 수 있다. 상기 중간 토출구(155d)는 상기 토출구(143a)를 통해 토출된 냉매가 상기 토출공간(D)으로 이동하는 유로를 제공하는 것으로서, 도시된 예에서는 4개의 중간 토출구(155d)가 방사상으로 배치되어 있다. 물론, 상기 중간 토출구(155d)의 개수는 임의로 설정할 수 있다.

한편, 상기 중간 토출구(155d)는 가이드부(155)의 하면에서 배압부(151)의 상면으로 관통 형성되지 않고 상기 밸브안내구멍(155a)의 내주면 중간에서 중간 토출구(155d)를 연통하는 연통구멍을 형성하는 것도 고려할 수 있다. 어느 경우이든 상기 토출구(143a)를 통과한 냉매는 체크밸브(170)가 닫힌 상태에서는 상기 중간 토출구(155d)로 토출되지 않게 된다.

그리고, 상기 고정 스크롤(140)의 제1 상면에 상기 바이패스 밸브가 수용되도록 밸브홈(미도시)을 형성하는 예도 고려할 수 있다. 이 경우 상기 바이패스구멍의 길이를 더욱 짧게 할 수 있고, 그 결과 바이패스구멍에 의해 발생되는 사체적(Dead volume)을 더욱 감소시킬 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 스크롤 압축기는 다음과 같이 작동한다.

즉, 상기 고정자(112)측에 전력을 인가하면, 그로 인해서 회전축(116)이 회전하게 된다. 상기 회전축(116)의 상단부에 고정된 선회 스크롤(130)은 상기 회전축(116)이 회전하게 됨에 따라 상기 고정 스크롤(140)에 대해서 선회 운동을 하게 되고, 그로 인해 고정랩(144)과 선회랩(134) 사이에 형성된 복수 개의 압축실이 토출구(143a)측으로 이동하여서 냉매가 압축되게 된다.

상기 토출구(14a)에 도달하기 전에 압축실이 상기 배압구멍(143d)와 연통되면 냉매의 일부가 상기 배압구멍(143d)로 유입되고, 그에 따라 배압 플레이트(150)와 고정 스크롤(140)에 의해 형성되는 배압실(BP)에 중간압이 인가된다. 이로 인해서, 상기 고정 스크롤(140)은 하향으로 압력을 받게 되고, 상기 배압 플레이트(150)는 상향으로 압력을 받게 된다.

여기서, 상기 고정 스크롤(140)은 이미 선회 스크롤(130)의 경판부에 접하여 하향으로 이동이 불가능한 상태이므로, 상기 배압 플레이트(150)가 상향으로 이동하게 된다. 상기 배압 플레이트(150)는 상기 실링돌부(151c)가 상기 토출커버(102)의 하단부와 접하면서 이동을 중단하게 되고, 이후에는 상기 배압실(BP)의 압력이 상기 고정 스크롤(140)을 선회 스크롤(130)측으로 밀면서 선회 스크롤(130)과 고정 스크롤(140) 사이에서의 누설을 방지하게 된다.

반면, 상기 토출구의 압력이 토출공간(D)의 압력보다 높아지면, 상기 체크밸브(170)가 상향으로 이동하면서 토출실의 냉매가 토출안내구멍(155a)쪽으로 토출되고, 이는 중간 토출구(155d)로 유입되어 최종적으로 토출공간(D)으로 냉매가 토출된다. 압축기의 작동이 정지되거나 일시적으로 토출공간(D)측의 압력이 높아지면 상기 체크밸브(170)는 하향으로 이동하여 토출구를 막게 되고, 그에 따라 냉매가 역류하여 고정 스크롤(140)을 역전시키는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 밸브홈(155b)은 중간 토출구(155d)에 의해 토출유로와 연통되어 있기 때문에 토출압력이 인가되게 된다. 그리고, 상기 바이패스 밸브(160)의 저면에는 중간압실의 압력이 인가된다. 정상 조건에서 토출압은 중간압 보다 크기 때문에 상기 바이패스 밸브(160)는 바이패스구멍(143b)을 닫은 상태를 유지하게 된다.

도 9와 같이, 운전 조건의 변화 등으로 인해 흡입압이 높아지면, 상기 흡입압의 대략 1.5배 정도가 되는 중간압이 토출압 보다 커지게 된다. 스크롤 압축기의 경우 압축비가 고정되어 있기 때문에, 토출압은 흡입압에 압축비를 곱한 값을 갖게 된다. 따라서, 흡입압력이 적정 범위를 초과하게 되는 경우 토출압이 과다하게 커지게 되어, 과부하의 우려가 있다. 따라서, 냉매가 토출실에 도달하기 전이라도 과도한 압력을 갖는 경우 이를 사전에 토출시켜 과부하를 해소할 필요가 있다.

상기 실시예에서 중간압이 증가하여, 토출압 보다 커지면, 상기 바이패스 밸브(160)가 상승하여 바이패스구멍(143b)이 열리게 된다. 중간압실 내부에 존재하는 냉매는 바이패스구멍(143b)이 개방됨에 따라, 상기 제1 상면(145a)으로 토출되고, 토출유로를 경유하여 상기 토출공간으로 이동하게 된다. 이로 인해, 중간압실의 압력이 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있게 된다.

압축기의 경우, 그것이 채용될 시스템의 운전조건의 범위 등이 사전에 미리 결정되기 때문에, 흡입 및 토출압이 어느 정도의 압력 범위를 갖게 될지를 사전에 알 수 있다. 이러한 값을 토대로 하여 중간압실이 어느 지점에서 과도한 압력을 갖게 될지를 예측할 수 있고, 그러한 지점에 바이패스구멍을 형성하여 과부하를 해소하도록 하고 있다.

종래의 경우, 바이패스구멍이 형성되어야 할 최적의 위치가 결정되더라도 그것이 허브 부재의 외부에 위치하는 경우에는 해당 위치에 바이패스구멍을 형성하는 것이 불가능하지만, 본 실시예에서는 허브 부재 자체가 배압 플레이트의 일부를 이루기 때문에 고정 스크롤의 경판부 임의의 위치에 바이패스구멍을 형성하고, 바이패스 밸브를 설치할 수 있으므로 과부하를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

또, 종래의 경우, 바이패스 밸브와 체크밸브를 지지하는 배압 플레이트와 그 배압 플레이트 또는 허브부재에 배압실을 형성하는 플로팅 플레이트가 별개로 제작되어 조립됨에 따라 조립공수가 증가하고 조립공차로 인해 토출구와 배압실 사이를 실링하는 것이 용이하지 않았으나, 본 실시예에서는 플로팅 플레이트를 배압 플레이트 또는 허브부재에 일체로 형성함에 따라 조립공수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 토출구와 배압실 사이를 용이하게 실링할 수 있어 그만큼 압축기 성능이 향상될 수 있다.

Claims (17)

1. 케이싱;
   상기 케이싱의 내부에 고정되어, 상기 케이싱의 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 토출 커버;
   상기 토출 커버와 이격되어 상기 케이싱의 내부에 배치되는 메인 프레임;
   상기 메인 프레임 상에 지지된 상태에서 선회운동하는 선회 스크롤;
   상기 선회 스크롤에 대해서 상하 방향으로 이동할 수 있도록 상기 메인 프레임에 결합되며, 상기 선회 스크롤과 함께 흡입실, 중간압실 및 토출실을 형성하고, 상기 토출실에 연통되는 토출구가 형성되며, 상기 토출구의 주변에는 바이패스구멍이 형성되는 고정 스크롤; 및
   상기 토출 커버와 고정스크롤의 사이에 구비되어 상기 고정 스크롤과의 사이에 상기 중간압실과 연통되는 배압실을 형성하는 배압 플레이트;를 포함하고,
   상기 고정 스크롤의 상면에는 상기 토출구와 바이패스구멍을 수용하도록 소정이 깊이를 가지는 제1 환형벽면이 형성되며, 상기 제1 환형벽면의 바깥쪽에는 제2 환형벽면이 형성되고, 상기 제1 환형벽면의 외측면과 상기 제2 환형벽면의 내측면 사이에는 상기 중간압실과 연통되는 적어도 한 개 이상의 배압구멍이 형성되며,
   상기 배압 플레이트는,
   상기 제2 환형벽면의 내주면에 축방향으로 미끄러지게 삽입되고, 상기 토출 커버에 축방향으로 밀착되는 배압부; 및
   상기 배압부에서 일체로 연장되어 상기 제1 환형벽면의 내주면에 축방향으로 미끄러지게 삽입되는 가이드부;를 포함하며,
   상기 가이드부와 상기 고정 스크롤의 사이에는 상기 바이패스구멍을 개폐하는 바이패스 밸브가 구비되는 스크롤 압축기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 가이드부의 하면과 상기 고정스크롤의 상면 사이의 공간으로 정의되는 밸브공간에는 상기 바이패스 밸브가 삽입되는 스크롤 압축기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 바이패스 밸브는 환형으로 형성되어 상기 밸브공간에 자유상태로 삽입되는 스크롤 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 가이드부의 하면에는 상기 바이패스 밸브의 개도량을 제한하는 리테이너돌기가 형성되는 스크롤 압축기.
6. 제3항에 있어서,
   상기 바이패스 밸브는 환형으로 형성되어 상기 고정 스크롤에 체결 고정되는 스크롤 압축기.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 배압 플레이트에는 상기 토출구와 연통되어 상기 토출구를 통해 토출되는 냉매를 토출공간으로 안내하는 중간 토출구가 형성되며,
   상기 중간 토출구는 상기 바이패스 밸브와 중첩되는 위치에 형성되는 스크롤 압축기.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 가이드부에는 상기 토출실과 토출공간 사이의 압력차에 따라 상기 토출구를 개폐하는 체크밸브가 상하 방향으로 미끄러지게 삽입되도록 밸브안내구멍이 형성되는 스크롤 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 가이드부의 하면에서 상기 배압부의 상면까지 관통되어 상기 토출구에서 토출되는 냉매를 상기 토출공간으로 안내하는 중간 토출구가 형성되는 스크롤 압축기.
11. 삭제
12. 제1항에 있어서,
    상기 배압 플레이트의 하면 또는 상기 배압 플레이트의 하면과 대응하는 상기 고정 스크롤의 상면에는 소정의 깊이를 갖는 배압홈이 형성되고,
    상기 배압홈은 상기 배압구멍이 연통되는 스크롤 압축기.
13. 삭제
14. 제1항에 있어서,
    상기 고정스크롤과 배압 플레이트의 사이에는 실링부재가 구비되고, 상기 실링부재는 상기 배압실과 흡입공간의 사이 및 상기 배압실과 배압플레이트의 하면 사이에 각각 구비되는 스크롤 압축기.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제

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