KR20000043836A - 스크롤 압축기의 보호장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 보호장치에 관한 것으로, 종래의 스크롤 압축기는 과압축에 의한 이상 압력조건에서는 압력 밸브가 개방되어 압축기를 보호하도록 되어 있으나, 사이클이 막혔을 경우 등에 의한 흡입측 진공 발생시에는 압력차가 크지 않아서 압력 밸브가 동작하지 않게 되므로 인해 진공에 의한 모터의 소손 및 압축기의 기능이 정지되는 현상이 발생하게 되고, 압력 밸브의 부착이 어려워 부착 부위에 누설이 발생하게 되는 등의 많은 문제점이 있었던 바, 본 발명은 고정 스크롤에 고압축 또는 진공 압축시 고정 스크롤 내부에 토출압과 흡입압의 압력 차이와 설정 압력의 운전 범위를 조절하기 위해 동작하는 보호 수단이 장착되므로써 스크롤 압축기의 운전시 과압축 또는 진공 압축이 발생될 경우 저압실로 역류되는 고온 고압의 냉매 가스를 효율적으로 조절하여 압축기가 항상 정상적인 운전을 수행할 수 있도록 안전한 상태로 보호할 수 있어서 압축기의 사용 수명 및 작동 효율을 높일 수 있게 된다.

Description

스크롤 압축기의 보호장치

본 발명은 스크롤 압축기의 보호장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스크롤 압축기에서 과압축 또는 진공 압축이 발생될 경우 안전한 상태로 압축기를 보호할 수 있도록 한 것이다.

일반적인 종래의 스크롤 압축기는 도 1에 도시한 바와 같이, 소정의 내부 체적을 갖는 밀폐 용기(1)내의 상,하부에 각각 메인 및 하부 프레임(15)(16)이 설치되고, 상기 메인 및 하부 프레임(15)(16)의 사이에는 모터(14)를 이루는 고정자(17a) 및 회전자(17)가 설치되며, 상기 회전자(17)의 중앙을 관통하여 회전자(17)의 회전에 따라 연동하도록 설치된 크랭크축(18)의 상단에는 편심부(19)가 형성되고, 편심부(19)에는 반경 방향으로 가변되고 접선 방향으로 크랭크축(18)의 회전력을 전달받는 슬라이드 부쉬(20)가 삽입된다.

또한, 상기 메인 프레임(15) 상에는 인벌류트 형상의 랩(2a)이 형성된 고정 스크롤(2A)이 고정되고, 고정 스크롤(2A)에 형성된 랩(2a)에는 슬라이드 부쉬(20)와 미끄러지면서 압축 운동을 하는 선회 스크롤(10)의 랩(10a)이 선회가능하게 맞물리도록 설치되는 데, 상기 선회 스크롤(10)의 하부는 크랭크축(18)의 편심부(19)에 삽입된 슬라이드 부쉬(20)와 결합되며, 상기 선회 스크롤(10)의 하면과 메인 프레임(15)의 상면 사이에는 선회 스크롤(10)의 자전을 방지하는 자전 방지기구인 올담링(21)이 결합된다.

그리고, 상기 밀폐 용기(1) 내의 고정 스크롤(2A) 상면에는 밀폐 용기(1)의 내부를 고압부와 저압부로 분리하는 고저압 분리판(12)이 복수개의 볼트(22)에 의해 결합되고, 상기 고저압 분리판(12)의 중앙에는 압축 공간인 포켓 공간에서 압축된 고온 및 고압의 냉매 가스의 흐름을 조절하기 위한 역지 밸브(23) 및 밸브 하우징(24)이 결합되며, 상기 밀폐 용기(1)의 측부에는 냉매 가스가 흡입 및 토출되는 흡입관(25) 및 토출관(13)이 설치되고, 상기 고정 스크롤(2)의 중앙에는 토출 포트(11)가 형성되며, 상기 밀폐 용기(1)의 하부에는 슬라이딩 되는 부분에 공급되는 오일이 채워지도록 구성된다.

상기한 바와 같은 각 구성 부품을 포함하여 구성된 스크롤 압축기의 작동은 먼저, 인가되는 전류에 의해 모터(14)의 회전자(17)가 회전하게 되면, 회전자(17)의 회전에 의해 크랭크축(18)이 회전하면서 편심부(19)의 편심된 거리를 반경으로 하여 선회 스크롤(10)을 원운동, 즉 공전 운동시키게 된다.

상기 선회 스크롤(10)은 자전 방지기구인 올담링(21)에 의해 자전이 방지되면서 크랭크축(18)의 중심을 원점으로 하여 선회 반경만큼 떨어진 거리에서 선회원을 그리며 선회 운동을 하게 되는데, 이때 상기 선회 스크롤(10)의 선회 운동에 의해 고정 및 선회 스크롤(2A)(10)의 랩(2a)(10a)에 의해 압축 공간인 포켓이 형성되며, 이와 같은 포켓은 지속되는 선회 운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소되어 흡입되는 냉매 가스를 압축하여 고정 스크롤(2A)의 토출 포트(11)를 통해 토출된다.

상기 선회 스크롤(10)의 선회 운동에 의해 고정 및 선회 스크롤(2A)(10)의 랩(2a)(10a)이 이루는 포켓에서 압축된 고온 및 고압 상태의 냉매 가스는 고정 스크롤(2A)의 토출 포트(11)를 통해 토출되어 고압부와 저압부를 나누는 고저압 분리판(12)을 통해 고압부로 유입되고, 이 고압부로 유입된 냉매 가스는 토출관(13)을 통해 응축기(도시는 생략함)로 유입된다.

그리고, 스크롤 압축기의 운전중 잠시 운전을 정지한 후 다시 운전하게 될 경우에는 고압부의 가스가 저압부로 역류되어 토출 포트(11)를 통해 고정 및 선회 스크롤(2A)(10)의 랩(2a)(10a)에 의해 형성되는 포켓의 내부로 유입되어 선회 스크롤(10)을 역회전시키게 되므로써 랩(2a)(10a)의 파손 및 소음을 발생시킬 뿐만 아니라 압축 효율이 저하되는 것을 방지하기 위해 고저압 분리판(12) 상에 설치된 역지 밸브(23) 및 밸브 하우징(24)이 고압부의 가스가 저압부로 역류하는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 고저압 분리판(12)의 일측에는 압력 밸브(26)가 장착되어 있으므로 토출압이 비정상적으로 높은 경우, 즉 과압축에서만 상기 압력 밸브(26)가 개방되어 고압실(H)의 냉매 가스가 저압실(L)로 역류되도록 모터(14)에 부착된 과부하 보호장치(도시는 생략함)를 동작시켜서 압축기를 보호하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 스크롤 압축기는 과압축에 의한 이상 압력조건에서는 압력 밸브(26)가 개방되어 압축기를 보호하도록 되어 있으나, 사이클이 막혔을 경우 등에 의한 흡입측 진공 발생시에는 압력차가 크지 않아서 압력 밸브(26)가 동작하지 않게 되므로 인해 진공에 의한 모터(14)의 소손 및 압축기의 기능이 정지되는 현상이 발생하게 되고, 압력 밸브(26)의 부착이 어려워 부착 부위에 누설이 발생하게 되는 등의 많은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스크롤 압축기에서 과압축 또는 진공 압축이 발생될 경우 저압실로 역류되는 고온 고압의 냉매 가스를 효율적으로 조절하여 압축기가 항상 정상적인 운전을 수행할 수 있도록 안전한 상태로 보호할 수 있는 스크롤 압축기의 보호장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 스크롤 압축기를 나타낸 종단면도

도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축기를 나타낸 종단면도

도 3은 도 2의 A 부분 상세도

도 4는 본 발명에 따른 안전 밸브를 나타낸 정면도

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 정상 압력 부하시 및 과압축 또는 진공 압축시의 동작 상태를 각각 나타낸 종단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2; 고정 스크롤 3; 보호 수단

4; 수납홈 5; 통공

6; 안내공 7; 판형 밸브

8; 탄성 부재 9; 스톱퍼

H; 고압실 L; 저압실

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 밀폐 용기의 내부에 모터의 회전자와 연동되는 크랭크축이 설치되고, 메인 프레임의 상부에 인벌류트 형상의 랩이 형성된 고정 스크롤이 고정되며, 고정 스크롤에 형성된 랩에는 슬라이드 부쉬와 미끄러지면서 압축 운동을 하는 선회 스크롤의 랩이 선회가능하게 맞물리도록 설치되어 압축 기구부를 구성하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 고정 스크롤에 고압축 또는 진공 압축시 고정 스크롤 내부에 토출압과 흡입압의 압력 차이와 설정 압력의 운전 범위를 조절하기 위해 동작하는 보호 수단이 장착된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 보호장치가 제공되므로써 달성된다.

상기 보호 수단은 고정 스크롤의 상부 일측에 형성된 수납홈의 전방에 설치되어 복수개의 통공이 형성되며 고압실과 저압실을 연통하는 안내공(6)을 개폐시키는 판형 밸브와, 상기 수납홈에 설치되어 판형 밸브의 동작시 탄성 복원력을 부여하기 위한 탄성 부재와, 상기 수납홈의 후방 끝단에 설치되어 판형 밸브와 탄성 부재의 이탈을 방지하기 위한 스톱퍼로 구성된 것을 그 특징으로 한다.

상기 판형 밸브는 열전대로 된 것을 그 특징으로 한다.

상기 고압실측의 개구부는 저압실측의 개구부 보다 작게 형성된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축기를 나타낸 종단면도이고, 도 3은 도 2의 A 부분 상세도이며, 도 4는 본 발명에 따른 안전 밸브를 나타낸 정면도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 정상 압력 부하시 및 과압축 또는 진공 압축시의 동작 상태를 각각 나타낸 종단면도로서, 종래의 기술과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 본 발명을 설명한다.

본 발명은 스크롤 압축기의 밀폐 용기(1)내의 상부에 설치되는 고정 스크롤(2)의 상부 일측에 고압축 또는 진공 압축시 고정 스크롤(2) 내부에 토출압과 흡입압의 압력 차이와 설정 압력의 운전 범위를 조절하기 위해 동작하는 보호 수단(3)이 장착된다.

상기 보호 수단(3)은 고정 스크롤(2)의 상부 일측에 형성된 수납홈(4)의 전방에 설치되어 복수개의 통공(5)이 형성되며 고압실(H)과 저압실(L)을 연통하는 안내공(6)을 개폐시키는 열전대로 된 판형 밸브(7)와, 상기 수납홈(4)에 설치되어 판형 밸브(7)의 동작시 탄성 복원력을 부여하기 위해 스프링으로 된 탄성 부재(8)와, 상기 수납홈(4)의 후방 끝단에 설치되어 판형 밸브(7)와 탄성 부재(8)의 이탈을 방지하기 위한 스톱퍼(9)로 구성되는 데, 이때, 상기 고압실(H)측의 개구부는 저압실(L)측의 개구부 보다 작게 형성되도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 도 2 내지 도 5b에 도시한 바와 같이, 스크롤 압축기의 밀폐 용기(1) 내부에 설치된 고정 및 선회 스크롤(2)(10)의 랩(2a)(10a) 사이에 형성되는 압축실(C) 내부에서 상기 고정 및 선회 스크롤(2)(10)의 상호 작용에 의해 압축된 고온 고압의 냉매 가스는 상기 고정 스크롤(2)의 토출 포트(11)를 통하여 고정 스크롤(2) 상부의 고저압 분리판(12)을 지나 상기 밀폐 용기(1) 상부 일측의 토출관(13)을 통하여 냉동 사이클로 공급된다.

이때, 상기 냉동 사이클의 이상(배관의 막힘)으로 인하여 흡입 가스가 유입되지 못하는 경우에는 저압실(L)이 진공 상태가 되는 데, 실험 결과 진공 상태는 약 10∼30초만에 도달하게 된다.

상기한 진공 상태의 동작 원리는 고정 스크롤(2)의 상부 일측에 장착된 보호 수단(3)을 구성하는 고정 스크롤(2)의 상부 일측에 형성된 수납홈(4)의 전방에 설치되어는 판형 밸브(7)에 미치는 힘, 즉 토출압이 미치는 힘 Fd = Pd ·A1, 여기서 A1은 고압실(H)과 저압실(L)을 연통하는 안내공(6)의 단면적이며, Pd는 토출압이고, 상기 수납홈(4)에 설치되어 판형 밸브(7)의 동작시 탄성 복원력을 부여하기 위해 스프링으로 된 탄성 부재(8)에 의한 힘 Fc = k ·X, 여기서 k는 스프링 상수이며, X는 거리이고, 흡입압이 미치는 힘 Fs = Ps · A2, 여기서 Ps는 흡입압이며, A2는 판형 밸브(7)의 단면적인데, 이때의 단면적값은 판형 밸브(7)에서 복수개의 통공(5)을 뺀 값으로, 상기 식은 압력(P)이 단위 면적(A=π/4·d²)당 작용하는 힘(F)이므로 이 원리에 의해 정의할 수 있다.

상기와 같이 판형 밸브(7)에 대해 토출압이 미치는 힘과 탄성 부재에 의한 힘 및 흡입압이 미치는 힘은 힘의 평형에 의해 다음과 같이 된다.

즉, 상기 토출압이 미치는 힘이 탄성 부재에 의한 힘과 흡입압이 미치는 힘을 합한 것보다 클(Fd 〉 Fc+Fs) 경우에는 토출압이 과다하게 상승한 과압축 또는 흡입압이 지나치게 낮은 진공 압축 상태이며, 상기 토출압이 미치는 힘이 탄성 부재에 의한 힘과 흡입압이 미치는 힘을 합한 것보다 작을(Fd 〈 Fc+Fs) 경우에는 토출압과 흡입압이 설정 압력 범위내인 정상 운전일 경우이다.

따라서, 상기의 조건을 만족하도록 변수인 고압실(H)과 저압실(L)을 연통하는 안내공(6)의 직경, 판형 밸브(7)의 통공(5), 판형 밸브(7)의 전체 직경, 탄성 부재(8)의 스프링 상수, 변위 X를 결정하여 본 발명을 제작하는 것이 바람직하다.

즉, 정상적인 압력 부하 특성인 스크롤 압축기가 정상 운전을 하는 경우에는 상기 판형 밸브(7)에 대해 토출압이 미치는 힘이 탄성 부재에 의한 힘과 흡입압이 미치는 힘을 합한 것보다 작을(Fd 〈 Fc+Fs) 경우이므로 상기 판형 밸브(7)는 고압실(H)과 저압실(L)을 연통하는 안내공(6)을 도 5a에 도시한 바와 같이 폐쇄시켜 고압실(H)의 토출압이 저압실(L)로 역류되는 현상이 발생하지 않으므로 인해 압력 저하 현상이 발생하지 않게 된다.

또한, 비정상적인 압력 부하 특성, 즉 스크롤 압축기가 과압축 또는 진공 압축인 경우에는 상기 판형 밸브(7)에 대해 토출압이 미치는 힘이 탄성 부재에 의한 힘과 흡입압이 미치는 힘을 합한 것보다 클(Fd 〉 Fc+Fs) 경우이므로 상기 판형 밸브(7)는 도 5b에 도시한 바와 같이 후퇴하여 안내공(6)을 개방시키게 되므로 인해 토출압이 판형 밸브(7)의 복수개 통공(5)을 통과하여 저압실(L)로 역류하게 되는 데, 이때 역류한 고온 고압의 냉매 가스는 모터(14)에 부착된 과부하 보호장치를 동작시켜서 압축기를 정지시키므로 압축기를 과압축 또는 진공 압축 발생시 안전하게 보호할 수 있게 된다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 스크롤 압축기의 운전시 과압축 또는 진공 압축이 발생될 경우 저압실로 역류되는 고온 고압의 냉매 가스를 효율적으로 조절하여 압축기가 항상 정상적인 운전을 수행할 수 있도록 안전한 상태로 보호할 수 있으므로써 압축기의 사용 수명 및 작동 효율을 높일 수 있으므로 인해 기기의 효율성 및 신뢰성을 대폭 향상시킨 매우 유용한 발명이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

1. 밀폐 용기의 내부에 모터의 회전자와 연동되는 크랭크축이 설치되고, 메인 프레임의 상부에 인벌류트 형상의 랩이 형성된 고정 스크롤이 고정되며, 고정 스크롤에 형성된 랩에는 슬라이드 부쉬와 미끄러지면서 압축 운동을 하는 선회 스크롤의 랩이 선회가능하게 맞물리도록 설치되어 압축 기구부를 구성하는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 고정 스크롤에 고압축 또는 진공 압축시 고정 스크롤 내부에 토출압과 흡입압의 압력 차이와 설정 압력의 운전 범위를 조절하기 위해 동작하는 보호 수단이 장착된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 보호장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보호 수단이 고정 스크롤의 상부 일측에 형성된 수납홈의 전방에 설치되어 복수개의 통공이 형성되며 고압실과 저압실을 연통하는 안내공(6)을 개폐시키는 판형 밸브와, 상기 수납홈에 설치되어 판형 밸브의 동작시 탄성 복원력을 부여하기 위한 탄성 부재와, 상기 수납홈의 후방 끝단에 설치되어 판형 밸브와 탄성 부재의 이탈을 방지하기 위한 스톱퍼로 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 보호장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 판형 밸브가 열전대로 된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 보호장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 고압실측의 개구부는 저압실측의 개구부 보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 보호장치.