KR20030061117A

KR20030061117A - 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치

Info

Publication number: KR20030061117A
Application number: KR1020020001495A
Authority: KR
Inventors: 이동수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2003-07-18
Also published as: CN1431399A; JP4283548B2; US20030129066A1; JP2003227479A; CN1219981C; US6769881B2; KR100421393B1

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 관한 것으로, 본 발명은 선회스크롤과 함께 연속적으로 이동하는 복수 개의 압축실을 형성하고 그 압축실중에서 중간압영역의 압축실과 연통하도록 중간압구멍을 형성함과 아울러 흡입압영역과 연통하도록 흡입압구멍을 형성하는 고정스크롤과, 소정의 밸브수용공간을 구비하여 그 밸브수용공간에 중간압구멍과 흡입압구멍을 함께 수용하도록 고정스크롤에 고정하고 상기 중간압구멍과 흡입압구멍에 차별적으로 연통하도록 토출압구멍을 형성하는 밸브하우징과, 밸브하우징의 밸브수용공간에 회전가능하게 삽입하여 각 구멍을 통해 상기한 밸브수용공간으로 유입하는 유체의 압력에 따라 회전하면서 각 구멍을 선택적으로 연통하도록 판형으로 형성하는 체크밸브로 구성함으로써, 체크밸브의 설계가 용이할 뿐만 아니라 체크밸브의 개폐동작이 정확하게 이루짐에 따라 정상운전중에 토출압영역의 압축가스가 흡입압영역으로 누설하는 것을 방지하여 압축기 성능을 높일 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 고진공 방지 장치{APPARATUS FOR PREVENTING VACUUM COMPRESSION OF SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 관한 것으로, 특히 운전중에 토출실의 압축가스가 흡입영역이나 중간압실로 누설하는 것을 방지할 수 있는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치에 관한 것이다.

알려진 바와 같이 스크롤 압축기는 두 개의 나선형(螺旋形) 홈 사이에 기체를 가두고 그 기체를 회전에 의해 압축하는 것으로, 이러한 스크롤 압축기는 도 1에 도시한 바와 같이 메인프레임(1)에 얹어 고정하고 나선형의 랩(2a)을 구비한 고정스크롤(2)과 그 고정스크롤(2)의 랩(2a)에 맞물려 결합하는 나선형의 랩(3a)을 구비하여 상기 메인프레임(1)과 고정스크롤(2)의 사이에 배치하는 선회스크롤(3)로 이루어져 상기한 선회스크롤(3)이 고정스크롤(2)에 대해 선회운동을 하면서 랩(2a)과 랩(3a) 사이에 한 쌍의 압축실(P)(P)을 형성하고 이 한 쌍의 압축실(P)이 선회스크롤(3)의 선회운동시 연속적으로 중심을 향해 이동하면서 체적이 점차 줄어 압축실(P)내의 기체를 압축한 후 냉동시스템으로 토출하는 것이다.

이러한 과정에서 냉동시스템의 이상으로 인한 과압축 운전시 또는 흡입측 서비스밸브(미도시)를 잠근상태에서 운전하는 펌프다운 운전시에는 흡입압영역(S1)에 남아 있던 모든 냉매가스가 압축실(P)로 흡입되어 압축후 토출압영역(S3)으로 토출되므로 케이싱(C)의 흡입압영역(S1)과 압축실(P)이 점차 진공화 하여 허메틱 터미널(Hermetic Terminal)(미도시)이 소손되거나 팁실 등이 열화되면서 파손될 우려가있었다.

이를 감안하여 종래에는 도 2에서와 같이 고정스크롤(2)의 토출구(2c) 주변에 흡입압영역(S1)과 중간압영역(S2) 그리고 토출압영역(S3)을 서로 연통하는 배압유로(10)를 형성하고, 배압유로(10)의 내부에 각 영역을 선택적으로 연통하도록 하는 피스톤(20)을 미끄러지게 삽입하며, 피스톤(20)의 개폐동작을 보조하는 압축코일스프링(30)을 상기 피스톤(20)의 일측에 배치하여 고진공 방지 장치를 구성하고 있다.

도면중 미설명 부호인 2b는 흡입구, 4는 회전축, 5는 고저압 분리판, 6은 역지밸브 조립체, 11은 흡입압구멍, 12는 중간압구멍, 13은 토출압구멍, 40은 스토퍼, SP는 흡입관, DP는 토출관이다.

이는, 압축기의 운전중에는 도 2에서와 같이 피스톤(20)이 중간압영역(S2)의 압력에 밀려 토출압구멍(13)을 차단함으로써 토출압영역(S3)의 압축가스가 흡입압영역(S1)으로 역유입하는 것을 방지하는 반면, 압축기의 과압축 운전 또는 펌프다운 운전시에는 도 3에서와 같이 중간압영역(S2)의 압력이 피스톤(20)에 눌렸던 압축코일스프링(30)의 복원력 보다 작아져 피스톤(20)이 미끄러지면서 토출압구멍(13)이 열려 토출압영역(S3)의 압축가스가 스토퍼(40)의 흡입압구멍(11)을 통해 흡입압영역(S1)으로 역유입함으로써 압축실(P)이 진공화하는 것을 방지하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는 차단부재인 피스톤(20)이 흡입압영역(S1)과 중간압영역(S2)의 압력차이와 함께압축코일스프링(30)의 탄성계수 등에 따라 미끄럼운동을 하도록 구성하고 있으나, 실제 피스톤(20)의 미끄럼운동을 위해 공극(gap)이 형성되어야 하므로 이 공극을 통하여 정상운전중에도 토출압영역(S3)의 압축가스가 흡입압영역(S1)으로 누설되거나 중간압영역(S2)의 압축가스가 흡입압영역(S1)으로 누설되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 정상운전중에는 토출압영역의 압축가스가 흡입압영역으로 누설하는 것을 미연에 차단할 수 있으면서도 과압축이나 펌프다운과 같은 비정상운전에서는 토출압영역의 압축가스가 흡입압영역으로 원활하게 역류하도록 할 수 있는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도.

도 2 및 도 3은 종래 스크롤 압축기에서 고진공 방지 장치의 동작을 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도.

도 5는 본 발명 스크롤 압축기에서 고진공 방지 장치를 확대하여 보인 종단면도.

도 6은 본 발명 스크롤 압축기에서 고진공 방지 장치를 보인 분해사시도.

도 7 내지 도 10은 본 발명 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치가 작동하는 과정을 보인 횡단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2 : 고정스크롤 110 : 밸브하우징

111 : 밸브수용공간 112a,112b : 멈춤돌부

113 : 관통구멍 120 : 체크밸브

121a,121b : 멈춤면 122a,122b : 가스수용홈

123a,123b : 가스유로홈 124 : 힌지홈

130 : 고정볼트 141 : 흡입압구멍

142 : 중간압구멍 143 : 토출압구멍

S1 : 흡입압영역 S2 : 중간압영역

S3 : 토출압영역

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 선회스크롤과 함께 연속적으로 이동하는 복수 개의 압축실을 형성하고 그 압축실중에서 중간압영역의 압축실과 연통하도록 중간압구멍을 형성함과 아울러 흡입압영역과 연통하도록 흡입압구멍을 형성하는 고정스크롤과, 소정의 밸브수용공간을 구비하여 그 밸브수용공간에 중간압구멍과 흡입압구멍을 함께 수용하도록 고정스크롤에 고정하고 상기 중간압구멍과 흡입압구멍에 차별적으로 연통하도록 토출압구멍을 형성하는 밸브하우징과, 밸브하우징의 밸브수용공간에 회전가능하게 삽입하여 각 구멍을 통해 상기한 밸브수용공간으로 유입하는 유체의 압력에 따라 회전하면서 각 구멍을 선택적으로 연통하도록 판형으로형성하는 체크밸브로 구성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도이고, 도 5는 본 발명 스크롤 압축기에서 고진공 방지 장치를 확대하여 보인 종단면도이며, 도 6은 본 발명 스크롤 압축기에서 고진공 방지 장치를 보인 분해사시도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 고진공 방지 장치를 구비한 스크롤 압축기는, 케이싱(C)의 내주면에 고정하는 메인프레임(1)과, 메인프레임(2)의 하부에 고정 설치하는 구동모터(M)와, 메인프레임(1)의 상면에 고정 설치하는 고정스크롤(2)과, 고정스크롤(2)에 치합하여 연속적으로 이동하는 복수 개의 압축실(P)을 형성하는 선회스크롤(3)과, 고정스크롤(2)의 상면과 케이싱(C)의 내주면에 밀봉 결합하여 그 케이싱(C)의 내부를 흡입압영역(S1)과 토출압영역(S3)으로 구획하는 고저압 분리판(5)과, 고정스크롤(3)의 상면 일측에 구비하여 압축기의 진공운전을 방지하는 밸브하우징(110) 및 체크밸브(120)를 포함한다.

고정스크롤(2)은 복수 개의 압축실(P) 중에서 중간압영역(S2)을 이루는 압축실(P)에서 고정스크롤(2)의 배면까지 관통 형성하는 중간압구멍()과, 고저압 분리판(5)으로 구획한 흡입압영역(S1)에서 역시 고정스크롤(2)의 배면까지 관통 형성하는 흡입압구멍(141)을 포함한다.

중간압구멍(142)과 흡입압구멍(141)은 상기한 체크밸브(120)의 회동축을 중심으로 대략 180°위상차를 두고 형성하는 것이 가스의 미세한 누설을 감안할 때 체크밸브(120)의 거동을 안정화하는데 바람직하다.

밸브하우징(110)은 상기한 중간압구멍(142)과 흡입압구멍(141)을 함께 수용함과 아울러 토출압영역(S3)에 연통하는 토출압구멍(143)을 구비하여 상기 체크밸브(120)를 수용하도록 "부채꼴" 모양으로 밸브수용공간(111)을 형성하고, 밸브수용공간(111)의 일측에는 후술할 체크밸브(120)의 양측 멈춤면(121a)(121b)이 독립적으로 접촉하여 그 체크밸브(120)의 회전을 제한하는 멈춤돌부(112a)(112b)를 형성하며, 밸브수용공간(111)의 중앙인 멈춤돌부(112a)(112b)의 중앙점에는 그 밸브하우징(110)을 관통하여 고정스크롤(2)에 체결함으로써 밸브하우징(110)을 고정스크롤(2)에 고정함과 아울러 체크밸브(120)의 회전운동을 지지하기 위한 고정볼트(130)가 관통하도록 관통구멍(113)을 형성하여 이루어진다.

또, 토출압구멍(143)은 중간압구멍쪽 멈춤돌부(112b)와 이에 대응하는 체크밸브(120)의 일측 멈춤면(121b)이 접촉하였을 때 흡입압구멍쪽 멈춤돌부(112a)와 이에 대응하는 체크밸브(120)의 타측 멈춤면(121a) 사이에 위치하도록 형성하는 것이 바람직하다.

체크밸브(120)는 중간압구멍(142)과 흡입압구멍(141)이 전술한 바와 같이 대략 180°의 위상차를 갖도록 형성함에 따라 이 체크밸브(120)가 중간압구멍(142)과 흡입압구멍(141)을 개폐하기 위하여는 양쪽 멈춤면(121a)(121b)이 적어도 180°이상의 위상차를 갖는 부채꼴 모양으로 형성하는 것이 바람직하다.

또, 체크밸브(120)의 양쪽 멈춤면(121a)(121b) 주변에는 중간압구멍(142)과흡입압구멍(141)을 각각 수용하는 흡입압측 가스수용홈(122a)과 중간압측 가스수용홈(122b)을 형성하고, 그 각각의 가스수용홈(122a)(122b)에서 각 멈춤면(121a)(121b)까지는 가스를 멈춤돌부(112a)(112b)의 일측으로 유도하는 중간압측 가스유로홈(123b)과 토출압구멍(143)에서 유입한 가스를 흡입압구멍(141)으로 유도하는 흡입압측 가스유로홈(123a)을 각각 연통 형성한다.

또, 중간압측 가스유로홈(123b)은 체크밸브(120)가 운전중에 역회전하여 토출압구멍(143)과 흡입압구멍(141)이 연통하는 것을 방지하도록 상대적으로 고압인 중간압의 가스가 중간압구멍(142)을 통해 중간압측 가스수용홈(122b)으로 유입함으로써 체크밸브(120)를 다시 밀어줄 수 있도록 상기한 중간압구멍(142)과 일부 중첩하도록 중간압측 가스수용홈(122b)쪽으로 갈수록 확장 형성하는 것이 바람직하다.

도면중 미설명 부호인 2b는 흡입구, 2c는 토출구, 4는 회전축, 6은 역지밸브 조립체, 124는 힌지홈, DP는 토출관, SP는 흡입관이다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는 다음과 같이 동작한다.

즉, 압축기가 정지하였다가 운전을 개시할 때는 도 7에서와 같이 체크밸브(120)의 중간압측 멈춤면(121b)이 밸브하우징(110)의 중간압측 멈춤돌부(112b)에 접촉하고 있다가 중간압영역(S2)의 압축실 압력이 토출압영역(S3)의 압력 보다 상대적으로 고압이 되고, 고정스크롤(2)의 중간압구멍(142)을 통해 체크밸브(120)의 중간압측 가스수용홈(122b)으로 유입한 압축실의 압축가스가 체크밸브(120)를 밀어내며, 체크밸브(120)는 체결볼트(130)와힌지홈(124)을 중심으로 회전하여 도 8에서와 같이 토출압구멍(143)을 막으면서 흡입압측 멈춤면(121a)이 밸브하우징(110)의 흡입압측 멈춤돌부(112a)에 접촉한 상태를 유지한다.

이 과정에서 체크밸브(120)는 그 체크밸브(120)의 양쪽 멈춤면(121a)(121b) 주변이 중간압구멍(142)과 흡입압구멍(141)을 모두 막아 냉매가스는 흡입압영역(S1)에서 중간압영역(S2)인 압축실(P)로 유입하여 압축하였다가 토출구(2c)를 통해 토출압영역으로 토출하면서 정상적인 운전상태를 유지한다.

다음, 압축기가 지속적으로 운전하는 과정에서는 토출압영역(S3)의 압축가스 일부가 토출압구멍(143)을 통해 밸브하우징(110)과 체크밸브(120) 사이로 스며들고, 이 스며든 압축가스가 흡입압측 가스유로홈(123a)과 흡입압측 가스수용홈(122a)으로 일정량 이상 유입되면 도 9에서와 같이 체크밸브(120)를 역회전시켜 토출압구멍(143)과 흡입압구멍(141)을 연통시키려고 하나, 체크밸브(120)가 역회전하는 중에 중간압측 가스유로홈(123b)의 확장부(미부호)가 중간압구멍(142)과 연통하여 압축실(P)로부터 상대적으로 많은 양의 압축가스를 유입하면서 체크밸브(120)를 다시 정회전시켜 토출압구멍(143)과 흡입압구멍(141) 사이를 차단한다.

다음, 앞서 언급한 고압축비 또는 펌프다운 운전과 같은 경우에는 압축실(P)로 새로운 유체가 유입하지 않음에 따라 중간압영역(S2)인 압축실(P)의 압력이 급격하게 떨어지는 반면 토출압영역(S3)의 압력이 상대적으로 고압이 되어 압축가스의 일부가 빠르게 토출압구멍(143)을 통해 흡입압측 가스유로홈(123a)과 흡입압측가스수용홈(122a)으로 유입하여 체크밸브(120)를 역회전시킨다. 이때, 반대편인 중간압측 가스유로홈(123b)과 중간압측 가스수용홈(122b)에는 압축가스의 유입이 없어 체크밸브(120)의 역회전을 막지 못하고 허용한다. 이로 인해 토출압구멍(143)이 열리면서 그 토출압구멍(143)과 흡입압구멍(141)이 연통되어 토출압영역(S3)의 압축가스를 흡입압영역(S1)으로 역유입시킴으로써 압축기의 고진공 운전을 방지하는 것이다.

이렇게 하여, 체크밸브의 설계가 용이할 뿐만 아니라 정상운전중에 토출압영역의 압축가스가 흡입압영역으로 누설하는 것을 방지하여 압축기 성능을 높일 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치는, 흡입압영역과 중간압영역 그리고 토출압영역 사이의 압력차에 따라 체크밸브가 회전을 하면서 각각의 흡입압구멍과 중간압구멍 그리고 토출압구멍을 차별적으로 연통함으로써, 체크밸브의 설계가 용이할 뿐만 아니라 체크밸브의 개폐동작이 정확하게 이루어짐에 따라 정상운전중에 토출압영역의 압축가스가 흡입압영역으로 누설하는 것을 방지하여 압축기 성능을 높일 수 있다.

Claims

선회스크롤과 함께 연속적으로 이동하는 복수 개의 압축실을 형성하고 그 압축실중에서 중간압영역의 압축실과 연통하도록 중간압구멍을 형성함과 아울러 흡입압영역과 연통하도록 흡입압구멍을 형성하는 고정스크롤과,

소정의 밸브수용공간을 구비하여 그 밸브수용공간에 중간압구멍과 흡입압구멍을 함께 수용하도록 고정스크롤에 고정하고 상기 중간압구멍과 흡입압구멍에 차별적으로 연통하도록 토출압구멍을 형성하는 밸브하우징과,

밸브하우징의 밸브수용공간에 회전가능하게 삽입하여 각 구멍을 통해 상기한 밸브수용공간으로 유입하는 유체의 압력에 따라 회전하면서 각 구멍을 선택적으로 연통하도록 판형으로 형성하는 체크밸브로 구성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.
제1항에 있어서,

체크밸브는 고정스크롤 또는 밸브하우징에 구비한 힌지돌기에 끼워져 힌지 결합하도록 힌지홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.
제2항에 있어서,

체크밸브는 힌지홈을 중심으로 양쪽에 멈춤면을 구비하고, 밸브수용공간에는체크밸브의 양쪽 멈춤면과 일정간격을 두고 돌출 형성하여 그 체크밸브의 회전을 제한하는 멈춤돌부를 구비하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.
제3항에 있어서,

체크밸브의 일측 멈춤면이 멈춤돌부의 일측면에 접촉할 때 타측 멈춤면과 이에 대응하는 멈춤돌부의 타측면 사이에 상기한 토출압구멍이 위치하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.
제4항에 있어서,

체크밸브는 중간압구멍과 흡입압구멍에 각각 연통하도록 형성하는 중간압측 가스수용홈 및 흡입압측 가스수용홈과, 중간압측 가스수용홈에 수용한 가스를 멈춤돌부의 일측면으로 유도하는 중간압측 가스유로홈 및 토출압구멍을 통한 압축가스를 흡입압구멍으로 유도하는 흡입압측 가스유로홈을 구비한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.
제5항에 있어서,

중간압측 가스유로홈은 체크밸브가 운전중에 역회전하여 토출압구멍이 열리는 것을 방지할 수 있도록 상기 체크밸브의 역회전시 중간압구멍과 일부 중첩하게 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 고진공 방지 장치.