KR20010010752A - 스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 스크롤 압축기의 바이패스 밸브구조가 보통 한 개의 볼트로 바이패스 밸브를 구속시켜 회전이 가능하므로 바이패스 구멍을 정확히 막을 수 없어 압축이 불량해지는 문제점이 있기 때문에,

와권형상의 랩을 가진 선회스크롤에 맞물려 압축실을 형성하는 고정스크롤과, 상기 고정스크롤에 형성된 바이패스 구멍을 막아주는 밸브 볼과, 상기 고정스크롤의 구멍 상단에 압입고정되어 상기 밸브 볼의 이탈을 방지하고 유체가 흐를 수 있도록 다수의 관통공이 형성된 고정지그로 구성됨으로써,

밸브 볼이 압축실의 압력변화에 민감하게 반응하여 압축실의 가스가 과압축되는 것을 방지하므로 과압축으로 인한 손실을 완화시킬 수 있고 구조가 간단하여 가공 및 조립이 용이한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템에 관한 것이다.

Description

스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템{ Bypass valve system of scroll compressor }

본 발명은 냉매 압축기용으로 주로 사용되는 스크롤 압축기에서 과압축으로 인한 손실을 완화시켜 주는 바이패스 밸브에 관한 것으로서, 특히 밸브 구조를 변경하여 바이패스 구멍으로 인한 사체적을 줄이고 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템에 관한 것이다.

냉매 압축기용으로 널리 사용되고 있는 스크롤 압축기는 다른 기종의 압축기에 비해 높은 체적효율과 뛰어난 성능을 가지고 있다. 그런데, 스크롤 압축기는 왕복동식 압축기와는 달리 토출압과 흡입압의 비로 나타내는 압력비가 변화되는 경우 성능상의 손실이 급격하게 증가되는 단점이 있다.

스크롤 압축기는 토출개시각이 스크롤 랩의 기하학적 형상의 의해 결정되는 바, 어느 주어진 형상의 스크롤에서는 흡입체적과 토출체적의 비가 고정되며 이 고정 체적비에 의해 압력비가 자연스럽게 결정된다. 따라서, 실제 운전조건에서 주어지는 압력비가 스크롤 압축기의 고유설계 압력비와 일치되는 경우에는 압력손실이 최소가 되지만, 두 압력비가 일치되지 않는 경우에는 손실이 증가하게 된다.

만약, 운전 압력비가 설계 압력비에 비해 높게 설정될 경우에는 압축실내의 가스 압력이 아직 토출압에 이르지 못했다 하더라도 토출개시각에 이르면 압축과정의 가스가 토출구에 노출되게 된다. 따라서, 가스압이 높은 토출실의 가스가 압축실로 흐르는 역류 현상이 발생된다. 반대로 운전 압력비가 설계 압력비에 비해 낮을 경우에는 압축실내의 가스 압력이 토출압과 같아지더라도 아직 토출개시각에 이르지 않았다면 압축이 계속 진행되는 바, 압축실내의 가스가 과압축되고 과압축으로 인한 손실이 발생된다.

상기와 같이 운전 압력비와 설계 압력비가 일치되지 않는 경우에 발생되는 압축손실을 방지하기 위한 방법으로 자주 사용되는 것이 바이패스 밸브를 설치하는 것이다. 이는 운전 압력비가 설계 압력비보다 낮을 경우에 압축과정의 가스가 토출압에 이르면 바이패스 밸브가 열려 바이패스 구멍을 통해 압축실 내의 가스가 토출실로 유출되도록 함으로써 과압축 손실을 완화시키게 된다.

도 1에는 일반적인 스크롤 압축기가 도시되어 있는 바, 와권형상의 랩을 가지고 크랭크축(3)에 삽입되어 회전되는 선회스크롤(1)과, 상기 선회스크롤(1)과 맞물려 압축실을 형성하고 토출실과의 사이에 바이패스 구멍(2')이 형성된 고정스크롤(2)로 구성되고, 상기 바이패스 구멍(2')의 상측에는 바이패스 구멍(2')을 막아주는 바이패스 밸브(4)가 설치됨을 알 수 있다.

상기와 같이 구성된 스크롤 압축기는 흡입포트를 통해 유입된 가스를 압축하여 토출실로 토출하게 된다. 가스는 선회스크롤(1)이 흡입개시각에 이른 순간부터 압축실내로 유입되고, 선회스크롤(1)의 회전에 따라 압축된 후 토출개시각에 이른 순간부터 토출실로 토출된다. 이때, 선회스크롤(1)이 토출개시각에 이르지 않았음에도 압축실의 가스압이 토출압에 이르게 되면 바이패스 밸브(4)가 열려 압축실의 가스를 토출실로 유출시키게 되므로 압축실 내의 가스가 과압축되는 현상은 발생되지 않게 된다.

종래의 바이패스 밸브구조는 도 2에 도시된 바와 같이 일단이 고정스크롤(10)의 상측에 고정되고 다른 일단이 고정스크롤(10)의 바이패스 구멍(11)을 차단하도록 리드형으로 형성된 바이패스 밸브(21)와, 상기 바이패스 밸브(21)의 후면에 위치되고 일단이 상기 바이패스 밸브(21)와 함께 고정스크롤(10)에 볼트(23)로 결합되어 바이패스 밸브(21)의 이탈을 방지하고 바이패스 밸브(21)가 과다하게 젖혀지는 것을 방지하는 밸브 시트(22)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 바이패스 밸브구조는 압축실 내의 압력에 따라 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이 동작된다. 즉, 압축실의 가스 압력이 토출실의 압력보다 낮은 경우에는 도 3a과 같이 바이패스 밸브(21)가 고정스크롤(10)의 바이패스 구멍(11)을 차단하고 있다. 따라서, 압축실의 가스는 토출실로 유출되지 못하고 계속 압축된다. 압축실의 가스가 압축되는 도중 압축실의 가스 압력이 토출실의 압력에 비해 높아지는 경우 도 3b와 같이 바이패스 밸브(21)가 젖혀져 고정스크롤(10)의 바이패스 구멍(11)을 열게 되고, 그에 따라 압축실의 가스가 토출실로 유출되어 압축실 내부에서의 가스 과압축이 방지된다. 물론, 선회스크롤이 토출개시각에 이른 경우에는 압축실 내부의 가스가 선회스크롤에 형성된 토출구를 통해 토출실로 토출된다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 스크롤 압축기의 바이패스 밸브구조는 보통 한 개의 볼트로 바이패스 밸브를 구속시켜 회전이 가능하므로 바이패스 구멍을 정확히 막을 수 없어 압축이 불량해지는 문제점이 있다.

즉, 바이패스 밸브는 밸브 시트와 함께 하나의 볼트에 의해 고정스크롤에 고정되는 바, 바이패스 밸브는 볼트를 중심으로 하여 회전될 수 있는 자유도를 가지게 된다. 만약, 바이패스 밸브가 회전되는 경우에는 바이패스 구멍을 정확히 막을 수 없고 이는 압축 불량을 야기한다. 따라서, 바이패스 밸브를 고정스크롤에 고정하는 경우 매우 세심하게 고정하여야 한다.

또한, 바이패스 밸브가 하나의 구조물로 토출실 내부에 설치되는 바, 이는 사체적을 형성하여 압축기의 효율을 저하시키는 하나의 원인이 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 바이패스 밸브의 형상을 변경하여 가공 및 조립이 용이하고 사체적을 줄여 압축기의 효율을 증대시킬 수 있는 스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 바이패스 밸브가 구비된 스크롤 압축기가 도시된 단면도,

도 2는 종래의 바이패스 밸브가 도시된 상세도,

도 3a는 종래의 바이패스 밸브에서 압축실 압력에 비해 토출실의 압력이 큰 경우의 작동 상태도,

도 3b는 압축실 압력이 토출실 압력에 비해 큰 경우의 작동 상태도,

도 4는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템이 도시된 구성도,

도 5는 본 발명의 바이패스 밸브 구조가 도시된 도면,

도 6a는 본 발명의 요부구성인 고정지그가 도시된 도면,

도 6b는 본 발명의 요부구성인 고정지그의 다른 예가 도시된 도면,

도 7a는 본 발명의 바이패스 밸브 시스템에서 압축실 압력에 비해 토출실의 압력이 큰 경우의 작동 상태도,

도 7b는 본 발명의 바이패스 밸브 시스템에서 압축실 압력이 토출실 압력에 비해 큰 경우의 작동 상태도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

50 : 고정스크롤 51 : 바이패스 구멍

52 : 지그삽입구 53 : 경사면

61 : 밸브 볼 62 : 고정지그

63 : 관통공

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 와권형상의 랩을 가진 선회스크롤에 맞물려 압축실을 형성하는 고정스크롤과, 상기 고정스크롤에 형성된 바이패스 구멍을 막아주는 밸브 볼과, 상기 고정스크롤의 구멍 상단에 압입고정되어 상기 밸브 볼의 이탈을 방지하고 유체가 흐를 수 있도록 다수의 관통공이 형성된 고정지그로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이 와권형상의 랩을 가진 선회스크롤에 맞물려 압축실을 형성하는 고정스크롤(50)과, 상기 고정스크롤(50)에 형성된 바이패스 구멍(51)을 막아주는 밸브 볼(61)과, 상기 고정스크롤(50)의 구멍 상단에 압입고정되어 상기 밸브 볼(61)의 이탈을 방지하고 유체가 흐를 수 있도록 다수의 관통공(63)이 형성된 고정지그(62)로 구성된다.

상기 고정스크롤(50)에 형성되는 구멍은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 고정지그(62)가 삽입되는 상단 지그삽입구(52)의 직경이 크게 형성되고 하단 바이패스 구멍(51)은 작게 형성되며, 상하부 구멍의 연결부는 경사면(53)으로 형성된다. 또, 상기 고정지그(62)는 도 6a에 도시된 바와 같이 원형 디스크 형상으로 형성되며, 도 6b에 도시된 바와 같이 더 많은 수의 관통공(63)이 형성될 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템은 압축실의 가스압력에 따라 밸브 볼이 이동되면서 압축실의 가스가 과압축되는 것을 방지하게 된다.

선회스크롤의 회전에 따라 압축실 내부의 가스는 압축되는데, 토출실의 압력이 압축실의 압력에 비해 높을 경우에는 도 7a와 같이 밸브 볼(61)은 바이패스 구멍(51)을 막고 있다. 따라서, 압축실의 가스는 토출실로 유출되지 않으며 토출실의 가스가 압축실로 역류되지도 않는다.

상기 선회스크롤이 토출개시각에 이르지 않았음에도 압축실의 가스압력이 토출압에 이른 경우에는 압축실의 가스가 바이패스 구멍(51)을 통해 밸브 볼(61)에 작용하므로 밸브 볼(61)은 바이패스 구멍(51)으로부터 이탈된다. 따라서, 압축실의 가스가 바이패스 구멍(51)을 통해 빠져나가게 되고, 고정지그(62)에 형성된 관통공(63)을 통해 토출실로 유출된다. 가스의 유출로 인해 압축실의 가스압력이 낮아지는 경우 밸브 볼(61)은 고정스크롤(50)의 구멍 내부에 형성된 경사면(53)을 따라 하강되어 바이패스 구멍(51)을 막게 된다.

물론, 선회스크롤이 토출개시각에 이르러 토출구를 통해 압축실의 가스가 토출실로 토출되는 경우에도 상기 밸브 볼(61)은 바이패스 구멍(51)을 막고 있다. 결과적으로 밸브 볼(61)은 압축실과 토출실의 압력변화에 민감하게 반응하면서 압축실의 가스가 과압축되는 것을 방지하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템은 밸브 볼이 압축실의 압력변화에 민감하게 반응하여 압축실의 가스가 과압축되는 것을 방지하므로 과압축으로 인한 손실을 완화시킬 수 있고 구조가 간단하여 가공 및 조립이 용이한 이점이 있다.

또, 바이패스 밸브 장치가 모두 고정스크롤의 내부에 설치되므로, 사체적이 감소되어 압축기의 효율을 증대시킬 수 있는 다른 이점이 있다.

Claims (3)

1. 와권형상의 랩을 가진 선회스크롤에 맞물려 압축실을 형성하는 고정스크롤과, 상기 고정스크롤에 형성된 바이패스 구멍을 막아주는 밸브 볼과, 상기 고정스크롤의 구멍 상단에 압입고정되어 상기 밸브 볼의 이탈을 방지하고 유체가 흐를 수 있도록 다수의 관통공이 형성된 고정지그로 구성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정지그는 원형 디스크 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정스크롤에 형성된 구멍은 상기 고정지그가 삽입되는 상단부의 직경이 크게 형성되고 하단부의 바이패스 구멍은 작게 형성되며, 상하부 구멍의 연결부는 경사면으로 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 밸브 시스템.