KR20020029211A - 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치에 관한 것으로서, 고정스크롤에 밸브 통공과는 별도로 냉매 토출유로를 경사지게 형성하고, 상기 냉매 토출유로를 개폐시켜 주기 위한 구성요소를 밸브 통공 내에 구비시켜 압축실의 냉매가스가 토출실로 토출될 때는 밸브 통공이 아닌 냉매 토출유로를 통해서 만 토출되도록 함에 따라 조립작업시에 크게 신경을 쓰지 않아도 되도록 함과 함께 압축실 이외의 부분인 사체적이 크게 줄어들도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 고정스크롤(7)에 수직상태로 형성되어 압축실(6)과 토출실(8)을 연통시켜 주는 밸브 통공(101)과, 상기 고정스크롤(7)에 경사진 상태로 형성되어 밸브 통공(101)의 하단과 토출실(8)을 연통시켜 주는 냉매 토출유로(102)와, 상기 밸브 통공(101) 내에 설치되어 압축실(6)과 토출실(8)의 압력비에 따라 냉매 토출유로(102)의 하단을 선택적으로 개폐시켜 주는 냉매 토출유로 개폐수단으로 구성하여서 된 것이다.

Description

스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치{by-pass valve device in scroll compressor}

본 발명은 스크롤 압축기 분야에 관련된 것으로, 더욱 상세하게는 기기의 운전시 압축압과 토출압의 비인 압력비가 일치하도록 하여 압축손실의 증가가 방지되도록 한 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉동사이클을 이루는 한 구성요소로서, 냉장고나 에어컨디셔너 등에 사용되어 냉매를 압축하는 역할을 한다.

이러한 압축기는 왕복동식 압축기와 스크롤 압축기로 크게 나뉘어 지는데, 상기 스크롤 압축기는 왕복동식 압축기에 비해 높은 체적효율 및 뛰어난 성능으로 인해 널리 사용되고 있다.

한편 상기한 스크롤 압축기는 왕복동식 압축기와는 달리 토출압과 흡입압의 비로 나타내는 압력비가 변하면 성능상의 손실이 급격히 증가하는 단점이 있다.

그럼 이하에서 본 발명과 그에 따른 종래 기술의 이해를 돕기 위해 스크롤 압축기의 전반적인 구조 및 작용에 대하여 참고적으로 살펴보면 다음과 같다.

스크롤 압축기의 구성은 크게 전체적인 외형을 이루는 본체부와, 상기 본체부 내에 구비되어 전원을 공급받아 구동력을 발생시키는 동력발생부, 그리고 동력발생부에서 발생된 구동력을 받아 유체인 냉매를 흡입하여 압축한 다음 토출하는 압축부로 나뉘어 지는데, 이를 보다 구체화 하면, 본체(1) 내의 공간부에 고정자(2a)와 회전자(2b)로 이루어져 구동력을 발생시키는 모터(2)가 고정되어 있고, 상기 모터를 이루는 회전자(2a)의 중심부에는 모터(2)의 구동력을 받아 회전되도록 크랭크 축(3)이 압입되어 있으며, 상기 크랭크 축은 본체(1) 내에 고정된 프레임(4)에 의해 베어링 지지되어 있고, 상기 크랭크 축(3)의 상단에는 인벌류트(involute) 형상의 선회랩(5a)을 갖는 선회스크롤(5)이 편심된 상태로 결합되어 있으며, 상기 프레임(4)의 상부면에는 선회스크롤(5)과 함께 압축실(6)을 형성하도록 상기 선회스크롤(5)의 선회랩(5a)과 맞물림되게 인벌류트 형상의 고정랩(7a)을 갖는 고정스크롤(7)이 결합되어 있고, 상기 본체(1) 내의 공간부중 고정스크롤(7) 윗부분은 압축실(6)에서 압축된 냉매가 토출되기 위한 토출실(8)을 이루고 있으며, 상기 고정스크롤(7)에는 압축실(6)에서 압축된 냉매가스가 토출실(8)로 빠져나가도록 하면서 상기 토출실로 토출된 냉매가스는 다시 압축실(6)로 역류되지 못하도록 하는 바이패스 밸브장치가 갖추어져 있다.

따라서 스크롤 압축기를 냉장고나 에어컨디셔너의 냉동싸이클을 이루는 구성요소로 사용한 상태에서 상기 냉동싸이클이 운전되면, 본체(1) 내의 공간부에 고정되어 있는 모터(2)의 회전자(2b)가 회전하게 되므로 상기 회전자의 중심부에 압입된 크랭크 축(3)도 함께 회전을 하는데, 이때 상기 크랭크 축의 상단에 편심된 상태로 결합되어 있는 선회스크롤(5)이 프레임(4)과 선회스크롤(5) 사이에 설치되어 있는 올담링(도시는 생락함)에 의해 자전운동은 방지되면서 공전운동을 하게 된다.

한편 상기 모터(2)를 이루는 회전자(2b)의 회전에 의해 함께 회전하는 크랭크 축(3)은 본체(1) 내의 공간부에 고정되어 있는 프레임(4)에 의해 베어링 지지되어 있으므로 회전되는 과정에서 흔들리거나 하지 않고 안정을 이루게 됨은 이해 가능하다.

이와 같이하여 선회스크롤(5)이 회전하면, 상기 선회스크롤의 선회랩(5a)과 프레임(4)의 상부면에 결합되어 있는 고정스크롤(7)의 고정랩(7a)이 각각 인벌류트 형상을 가지면서 서로 맞물려 압축실(6)을 형성하고 있음을 감안할 때 상기 압축실의 체적이 변화되고, 이에 따라 흡입, 압축, 토출행정이 연속적으로 반복되는데, 상기 흡입행정시에는 냉매가 도시하지 않은 흡입포트를 통해 본체(1) 내로 흡입된 다음 계속해서 압축실(6) 내로 흡입되고, 이 흡입된 냉매는 압축행정시에 상기 압축실 내에서 압축되며, 이 압축된 냉매는 토출행정시에 고정스크롤(7)에 갖추어져 있는 바이패스 밸브장치를 통해 본체(1) 내의 공간부중 고정스크롤(7) 상부인 토출실(8)로 토출된 다음 계속해서 도시하지 않은 토출포트를 통해 본체(1) 외부로 빠져나간다.

상기 과정에 의해 스크롤 압축기가 운전되는 도중 주어진 흡입압과 토출압의 압력비가 스크롤 압축기의 고유설계 압력비와 일치할 때에는 압축손실이 최소가 되지만 두 압력비가 일치하지 않을 때에는 압축손실이 그만큼 증가하게 되는데, 만약 운전 압력비가 설계 압력비 보다 높게 설정되었다면 압축실(6) 내의 압력이 아직 토출압에 이르지 못하였을 지라도 토출 개시각에 이를 경우에는 압축실(6) 내의 냉매가스가 토출실(8)로 토출되게 되므로 이때에는 상기 토출실 내의 압력이압축실(6) 내의 압력에 비해 상대적으로 높아짐에 따라 상기 토출실(8)에서 압축실(6)로 냉매가 역류되는 현상이 일어나고, 반대로 운전 압력비가 설계 압력비 보다 낮게 설정되었다면 압축실(6) 내의 압력이 토출압과 같아졌더라도 아직 토출 개시각에 이르지 않은 경우에는 압축실(6) 내에서의 냉매 압축은 계속 진행되므로 과압축된 만큼 압축손실을 일으키게 된다.

따라서 스크롤 압축기에는 운전시 운전 압력비가 설계 압력비와 일치하지 않더라도 토출실(8)의 냉매가 압축실(6)로 역류되는 일이 없도록 하거나 상기 압축실 내에서의 과압축 손실이 일어나지 않도록 하기 위해 바이패스 밸브장치를 갖추고 있는데, 상기 바이패스 밸브장치는 상술한 바와 같이 토출실(8)의 압력이 압축실(6)의 압력보다 높아지게 되면 유로를 폐쇄시켜 상기 토출실(8)내의 냉매가스가 압축실(6)로 역류되지 않도록 하고, 반대로 압축실(6)의 압력이 토출실(8)의 압력보다 높아지게 되면 유로를 개방시켜 상기 압축실(6)내의 냉매가스가 토출실(8)로 토출되도록 하는 역할을 하는 것이다.

이상에서 설명된 바와 같은 스크롤 압축기의 종래 바이패스 밸브장치는 첨부된 도 1 내지 도 3과 같이 고정스크롤(7)의 적소에 압축실(6)과 토출실(8)을 수직상태로 연통시켜 주도록 밸브 통공(11)이 형성되어 있고, 상기 고정스크롤(7)의 상부면에는 고정점을 기준으로 회동하면서 밸브 통공(11)을 선택적으로 개폐시켜 주도록 밸브 판(12)의 일단부이 고정스크류(13)에 의해 고정되어 있으며, 상기 고정스크롤의 상부면에는 밸브 통공(11)이 열림상태가 되도록 밸브 판(12)이 회동될 때 그 회동이 필요 이상 이루어지지 않도록 밸브 스토퍼(14)의 일단이 밸브 판(12)과함께 고정스크류(13)에 의해 고정되어 있다.

따라서 첨부된 도 3a는 밸브 판이 밸브 통공을 폐쇄하고 있는 상태로서, 압축실(6)의 압력이 토출실(8)의 압력보다 낮은 상태인데, 이때에는 고정스크롤(7)의 상부면에 고정점을 기준으로 회동하도록 고정스크류(13)에 의해 일단부가 고정되어 있는 밸브 판(12)이 상기 고정점을 기준으로 도면상 시계방향으로 회동되어 상기 고정스크롤(13)에 형성되어 있는 밸브 통공(11)을 폐쇄하고 있으므로 토출실(8)로 토출되어 있는 냉매가 다시 압축실(6)로 역류되는 일은 없게된다.

한편 도 3a와 같은 상태에서 압축실(6)의 압력이 토출실(8)의 압력보다 높은 상태가 되면 상기 압축실(6) 내의 냉매가스가 고정스크롤(7)에 형성되어 있는 밸브 통공(11)을 통해 토출실(8)로 수직이동을 할려고 하므로 어느 순간 밸브 판(12)이 고정점을 기준으로 도면상 반시계방향으로 회동되면서 상기 밸브 통공(11)을 개방시키는데, 이때에는 압축실(6)의 압력이 토출실(8)의 압력보다 낮아질 때까지 상기 압축실(6) 내의 냉매가스 일부가 밸브 통공(11)을 통해 토출실(8)로 토출되므로 결국 과압축손실이 크게 완화된다.

그러나 종래 이와 같은 바이패스 밸브장치는 고정스크롤(7)의 상부면에 일단이 고정된 밸브 판(12)이 상기 고정스크롤(7)에 형성된 밸브 통공(11)을 정확히 개폐시켜 주어야 하므로 상기 밸브 판(12)의 고정작업시 그 위치가 틀어지거나 하면 안됨에 따라 조립과정에서 작업자가 많은 신경을 써야되어 작업성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한 고정스크롤(7)에 형성된 밸브 통공(11)을 개폐시켜 주는 밸브 판(12)은일측부인 고정점을 기준으로 회동하도록 되어 있으므로 장기간 사용시 상기 밸브 판의 탄성력이 처음시와는 달리 떨어짐에 따라 압축실(6)의 압력이 토출실(8)의 압력보다 낮을 때 상기 밸브 판(12)에 의한 밸브 통공(11)의 폐쇄상태가 완벽하게 이루어지지 못하여 이로 인한 압축기의 불량이 발생되는 문제점이 있었다.

그리고 고정스크롤(7)에 형성된 밸브 통공(11)을 통해 냉매가스가 직접 토출되도록 되어 있고, 상기 밸브 판(12)에 의한 밸브 통공(11)의 개폐는 그 상단에서 행하여 지므로 상기 냉매가스가 토출되는 밸브 통공은 압축실(6)과 연통된 상태로서 대부분 사체적(dead zome)임에 따라 압축시 실체 압축이 이루어지지는 부분은 압축실에 한정되어야만 되지만 그렇지 못하고 밸브 통공까지도 압축을 이루는 부분에 해당되어 결국 사체적인 밸브 통공 면적 만큼 압축기의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 고정스크롤에 밸브 통공과는 별도로 냉매 토출유로를 경사지게 형성하고, 상기 냉매 토출유로를 개폐시켜 주기 위한 구성요소를 밸브 통공 내에 구비시켜 압축실의 냉매가스가 토출실로 토출될 때는 밸브 통공이 아닌 냉매 토출유로를 통해서 만 토출되도록 함에 따라 조립작업시에 크게 신경을 쓰지 않아도 되도록 함과 함께 압축실 이외의 부분인 사체적이 크게 줄어들도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치를 나타낸 분해사시도

도 2는 종래 바이패스 밸브장치를 갖는 스크롤 압축기의 종단면도

도 3a는 도 2의 요부 확대도로서, 밸브 판이 밸브 통공을 폐쇄하고 있는 상태도

도 3b는 도 2의 요부 확대도로서, 밸브 판이 밸브 통공을 개방하고 있는 상태도

도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치를 나타낸 분해사시도

도 5는 본 발명 바이패스 밸브장치를 갖는 스크롤 압축기의 종단면도

도 6a는 도 5의 요부 확대도로서, 밸브 판이 밸브 통공을 폐쇄하고 있는 상태도

도 6b는 도 5의 요부 확대도로서, 밸브 판이 밸브 통공을 개방하고 있는 상태도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

6. 압축실 7. 고정스크롤

8. 토출실 101. 밸브 통공

102. 냉매 토출유로 103. 밸브 편

104. 스프링 105. 지그 편

106. 구멍

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 형태에 따르면, 고정스크롤에 수직상태로 형성되어 압축실과 토출실을 연통시켜 주는 밸브 통공과, 상기 고정스크롤에 경사진 상태로 형성되어 밸브 통공의 하단과 토출실을 연통시켜 주는 냉매 토출유로와, 상기 밸브 통공 내에 설치되어 압축실과 토출실의 압력비에 따라 냉매 토출유로의 하단을 선택적으로 개폐시켜 주는 냉매 토출유로 개폐수단으로 구성하여서 된 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치가 제공된다.

이하 본 발명을 실시예로 도시한 첨부된 도 4 내지 도 6을 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치를 나타낸 분해사시도이고, 도 5는 본 발명 바이패스 밸브장치를 갖는 스크롤 압축기의 종단면도이며, 도 6a 및 6b는 도 5의 요부 확대도로서, 본 발명 실시예는 고정스크롤(7)에 압축실(6)과 토출실(8)을 연통시켜 주도록 밸브 통공(101)이 수직상태로 형성되고, 상기 고정스크롤(7)에는 밸브 통공(101)의 하단부와 토출실(8)을 연통시켜 주도록 냉매 토출유로(102)가 경사지게 형성되며, 상기 밸브 통공(101) 내의 하단부에는 냉매 토출유로(102)를 선택적으로 개폐시켜 주기 위한 밸브 편(103)이 상,하로 자유롭게 이동가능한 상태로 설치되고, 상기 밸브 통공(101) 내의 밸브 편(103) 상방에는 밸브 편이 상부로 이동할 때 탄성력을 제공함과 함께 하부로 이동할 때는 복원력을 제공하도록 스프링(104)이 설치되며, 상기 밸브 통공(101) 내의 상단부에는 스프링(104)이 외부로 빠져나가는 것을 방지하여 주도록 지그 편(105)이 고정되고, 상기 지그 편에는 토출실(8)과 밸브 통공(101)이 연통되도록 복수개의 구멍(106)이 형성된 구조이다.

상기한 구조에서 지그편(105)이 밸브 통공(101) 내의 상단부에 고정될 때 압입에 의해 고정되거나 나사조임에 의해 고정된다.

이와 같은 본 발명 바이패스 밸브장치의 작용을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

따라서 첨부된 도 6a는 밸브 통공 내의 하단부에 설치되어 있는 밸브 편이 냉매 토출유로를 폐쇄하고 있는 상태로서, 압축실(6)의 압력이 토출실(8)의 압력보다 낮은 상태인데, 이 상태에서는 상기 압축실(6)의 압력이 밸브 통공(101) 내의 상단부에 고정되어 있는 지그 편(105)의 각 구멍(106)을 통해 상기 밸브 통공(101) 내로 들어가 있으므로 밸브 편(103)은 토출실(8)의 압력에 의해 스프링(104)의 복원력을 받으면서 하부로 이동되어 있다.

상기 도 6a와 같은 상태에서는 기 설명된 바와 같이 고정스크롤(7)에 경사진 상태로 형성되어 밸브 통공(101)의 하단부와 토출실(8)을 연통시켜 주고 있는 냉매 토출유로(102)를 밸브 편(103)이 폐쇄시켜 주고 있으므로 토출실(8)의 냉매가스가 상기 냉매 토출유로(102)를 통해 압축실(6)로 역류될려고 하지만 실제로 역류되지는 못한다.

한편 도 6a와 같은 상태에서 압축실(6)의 압력이 토출실(8)의 압력보다 높아지게 되면, 상기 압축실(6)의 압력으로 인해 밸브 통공(101) 내의 하단부에 설치되어 있는 밸브 편(103)이 스프링(104)의 탄성력을 이길 때까지 상부로 이동하고, 이에 따라 상기 밸브 편(103)에 의해 폐쇄되어 있던 냉매 토출유로(102)가 도 6b와 같이 개방되므로 결국 압축실(6) 내의 냉매가스 일부가 상기 냉매 토출유로(102)를통해 토출실(8)로 토출되므로 결국 과압축손실이 크게 완화된다.

상기 압축실(6)에서 토출실(8)로 냉매가스가 빠져나가게 되면 어느 순간 압축실(6)의 압력이 토출실(8)의 압력보다 낮아지는 시점이 생기게 되는데, 이때에는 다시 도 6a와 같이 밸브 편(103)이 하부로 이동하여 냉매 토출유로(102)를 폐쇄시키므로 더 이상 압축실(6) 내의 냉매가스가 토출실(8)로 빠져나가지 않게됨은 이해 가능하다.

상기한 본 발명 구성요소 중에서 밸브 편(103)의 상부 이동시 탄력을 제공함과 함께 하부이동시에는 복원력을 제공하는 스프링(104)은 밸브 통공(101) 내의 상단부에 고정되어 있는 지그 편(105)에 의해 외부로 빠져나가는 일이 없게 되는데, 상기 지그 편의 고정은 밸브 통공(101)에 압입시켜 고정할 수도 있고, 아니면 상기 밸브 통공에 나사조임하여 고정할 수도 있으며, 그외의 다른 고정 방법에 의해서도 고정할 수 있다.

한편 본 발명은 스크롤 유체기계의 하나인 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치에 한정되었지만 반드시 이에 국한되지 않고 스크롤 유체기계이면 어느 것이던 적용할 수 있음은 이해 가능하다.

그러므로 본 발명 바이패스 밸브장치는 실제로 압축실(6)의 냉매가스가 토출실(8)로 토출되는 통로인 냉매 토출유로(102)를 개폐시켜 주는 밸브 편(103)을 조립시 상기 냉매 토출유로(102)와는 별도로 형성되어 있는 밸브 통공(101) 내에 가볍게 집어 넣어주기만 하면 되므로 상기 밸브 편(103)의 위치를 맞추는데 크게 신경을 쓰지 않아도 됨에 따라 작업성이 향상되는 효과가 있다.

또한 밸브 통공(101) 내에 설치된 밸브 편(103)이 상,하로 이동되면서 냉매 토출유로(102)를 개폐시켜 주는 구조이므로 장기간 사용하더라도 상기 밸브 편(103)에 의한 냉매 토출유로(102)의 개폐력이 쉽게 떨어지거나 하지 않아 이로 인해 압축기의 불량 발생이 없게되는 효과가 있다.

그리고 고정스크롤(7)에 형성된 밸브 통공(101)과 연통된 상태로 별도 형성되어 있는 냉매 토출유로(102)를 통해 냉매가스가 토출되도록 되어 있고, 밸브 편(103)에 의한 냉매 토출유로(102)의 개폐는 밸브 통공(101)의 하단에서 행하여 지므로 압축실(6)과 연통되어 있는 상기 밸브 통공(101)이 대부분 사체적임을 감안하더라고 상기 밸브 통공(101)중 압축실(6)과 연통되어 있는 밸브 편(103)의 아래부분 면적은 극히 좁은 면적에 불과함을 감안할 때 압축효율이 그만큼 상승하게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 고정스크롤에 수직상태로 형성되어 압축실과 토출실을 연통시켜 주는 밸브 통공과,

   상기 고정스크롤에 경사진 상태로 형성되어 밸브 통공의 하단과 토출실을 연통시켜 주는 냉매 토출유로와,

   상기 밸브 통공 내에 설치되어 압축실과 토출실의 압력비에 따라 냉매 토출유로의 하단을 선택적으로 개폐시켜 주는 냉매 토출유로 개폐수단으로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   냉매 토출유로 개폐수단은,

   밸브 통공 내의 하단부에 상,하 자유롭이 이동가능한 상태로 설치되어 냉매 토출유로를 선택적으로 개폐시켜 주는 밸브 편과,

   상기 밸브 통공 내의 밸브 편 상방에 설치되어 밸브 편이 상부로 이동할 때는 밸브 편에 탄성력을 제공함과 함께 하부로 이동할 때는 밸브 편에 복원력을 제공하는 스프링과,

   상기 밸브 통공 내의 상단부에 고정되어 스프링이 외부로 빠져나가는 것을 방지하여 주는 지그 편과,

   상기 지그 편에 형성되어 토출실과 밸브 통공을 연통시켜 주는 복수개의 구멍으로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   지그 편이 밸브 통공의 상단부에 압입에 의해 고정된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   지그 편이 밸브 통공의 상단부에 나사조임에 의해 고정된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 바이패스 밸브장치.