KR20040035177A - 스크롤 압축기의 용량 가변 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것으로, 본 발명은 일 측면에 압축실을 이루도록 랩을 형성하고 압축실에서 외부로 고정측 바이패스 유로를 적어도 한 개 이상 관통 형성하여 케이싱 내에 고정 설치하는 고정스크롤과, 고정측 바이패스 유로의 중간에 설치하여 그 고정측 바이패스 유로를 개폐하는 배기조절밸브와, 배기조절밸브에 전기적으로 연결하여 그 배기조절밸브의 개폐동작을 제어하는 밸브제어부와, 전동기구부에 결합하여 선회운동을 하면서 고정스크롤의 랩과 맞물려 함께 압축실을 이루도록 일 측면에 랩을 형성하고 상기한 고정측 바이패스 유로의 출구와 주기적으로 연통하도록 선회측 바이패스유로를 적어도 한 개 이상 관통 형성하는 선회스크롤로 구성함으로써, 인버터 모터와 같이 고가의 부품을 사용하지 않고도 압축기의 용량을 가변할 수 있어 용량 가변형 스크롤 압축기의 제조비용을 줄일 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 용량 가변 장치{CAPACITY VARIABLE DEVICE FOR SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것으로, 특히 압축실의 압축가스 일부를 바이패스 시켜 용량을 가변할 수 있도록 하는 스크롤 압축기의용량 가변 장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 통상 왕복동식 및 스크롤식 및 원심식 그리고 베인식으로 구분한다.

스크롤식 압축기는 피스톤의 직선운동을 이용하는 왕복동식과는 달리 원심식이나 베인식과 같이 회전체를 이용하여 가스를 흡입 압축하여 토출하는 압축기이다.

이러한 스크롤 압축기는 대부분 에어콘과 같은 공기조화기에 적용하는데, 최근 에어콘의 다기능화에 부응하여 스크롤 압축기도 용량을 가변할 수 있는 제품을 요구하는 추세이다. 이를 위해 압축기의 회전수를 제어하여 압축기 용량을 가변하는 방식이 주로 알려져 있으나 이는 복잡한 제어기(controller)를 구비하여야 하므로 제품가격이 상승하는 요인이 되었던 바 저렴하면서도 안정성이 있는 용량 가변 장치를 제공할 필요가 있다. 본 발명은 이에 대한 것이다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비한 케이싱(1)과, 케이싱(1)의 내주면 상하 양측에 각각 고정하는 메인프레임(2) 및 서브프레임(미도시)과, 메인프레임(2)과 서브프레임(미도시) 사이에 장착하는 구동모터(3)와, 구동모터(3)의 중심에 압입하고 메인프레임(2)을 관통하여 구동모터(3)의 회전력을 전달하는 구동축(4)과, 구동축(4)에 결합하여 메인프레임(2)의 상면에 얹히는 선회스크롤(5)과, 선회스크롤(5)에 결합하여 복수 개의 압축실을 형성하도록 메인프레임(2)의 상면에 고정하는 고정스크롤(6)과, 고정스크롤(6)의 배면에 결합하여 케이싱(1)의 내부를 흡입압 영역과 토출압 영역으로 구획하는 토출플레늄(7)과, 고정스크롤(6)의 경판부 배면에 결합하여 토출한 가스의 역류를 방지하는 역지밸브 조립체(8)를 포함하고 있다.

선회스크롤(5)과 고정스크롤(6)에는 서로 맞물리면서 복수 개의 압축실(P)을 쌍으로 형성하는 랩(5a)(6a)을 각각 인벌류트 형상으로 형성하고, 이 랩(5a)(6a)의 선단면과 이에 마주하는 경판부(5b)(6b) 평면과의 사이로 압축가스가 누설하는 것을 방지하도록 각 랩(5a)(6a)의 선단면에는 인벌류트 형성으로 팁실 홈(미부호)(미부호)을 형성하여 역시 인벌류트 형상의 팁실부재(5c)(6c)를 상하 이동 가능하도록 삽입 결합하고 있다.

도면중 미설명 부호인 6d는 흡입구, 6e는 토출구이다.

상기와 같은 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 인가한 전원에 의해 구동축(4)이 구동모터(3)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(5)이 편심거리 만큼 선회하고, 이와 함께 선회스크롤(5)은 고정스크롤(6)과의 랩부(5a,6a) 사이에 압축실(P)을 복수 개 형성하며, 이 압축실(P)은 선회스크롤(5)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축한 후 토출하는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 스크롤 압축기는 앞서 언급한 바와 같이 에어콘의 활용도에 따라 압축기의 용량을 저용량에서 고용량으로 또는 고용량에서 저용량으로 가변해야 하는데, 이러한 경우 스크롤 압축기는 통상 인버터 모터를 사용하여 선회스크롤(5)의 회전수를 가감하는 인버터 방식을 적용하고 있으나 이는 용량 가변의 폭이 넓고 성능이 우수하지만 고가의 인버터 모터를 사용함에 따라 압축기의 제조비용이 과다하게 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 용량 가변 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축기 용량을 효과적으로 가변할 수 있으면서도 저렴한 스크롤 압축기의 용량 가변 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도.

도 2는 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 스크롤 압축기의 고정스크롤과 선회스크롤을 분해하여 보인 사시도,

도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 용량 가변 장치의 요부 동작을 보인 개략도,

도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 저용량 운전시 압축가스의 배기상태를 보인 상세도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

5 : 선회스크롤 6 : 고정스크롤

10 : 배압가스공급부 11 : 선회측 바이패스유로

12 : 고정측 바이패스유로 12a,12b : 제1,제2 고정측바이패스유로

13 : 배기제어밸브 14 : 연결관

15 : 배기제어부

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입관과 토출관을 연통 설치하는 케이싱과, 일 측면에 압축실을 이루도록 랩을 형성하고 압축실에서 외부로 고정측 바이패스 유로를 적어도 한 개 이상 관통 형성하여 케이싱 내에 고정 설치하는 고정스크롤과, 고정측 바이패스 유로의 중간에 설치하여 그 고정측 바이패스 유로를 개폐하는 배기조절밸브와, 배기조절밸브에 전기적으로 연결하여 그 배기조절밸브의 개폐동작을 제어하는 밸브제어부와, 전동기구부에 결합하여 선회운동을 하면서 고정스크롤의 랩과 맞물려 함께 압축실을 이루도록 일 측면에 랩을 형성하고 상기한 고정측 바이패스 유로의 출구와 주기적으로 연통하도록 선회측 바이패스유로를 적어도 한 개 이상 관통 형성하는 선회스크롤로 구성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 용량 가변 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도3은 본 발명 스크롤 압축기의 고정스크롤과 선회스크롤을 분해하여 보인 사시도이며, 도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 용량 가변 장치의 요부 동작을 보인 개략도이고, 도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 저용량 운전시 압축가스의 배기상태를 보인 상세도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 용량 가변 장치를 구비한 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비한 케이싱(1)과, 케이싱(1)의 내주면 상하 양측에 각각 고정하는 메인프레임(2) 및 서브프레임(미도시)과, 메인프레임(2)과 서브프레임(미도시) 사이에 장착하여 항상 일정한 회전수로 회전하는 구동모터(3)와, 구동모터(3)의 중심에 압입하고 메인프레임(2)을 관통하여 구동모터(3)의 회전력을 전달하는 구동축(4)과, 구동축(4)에 결합하여 메인프레임(2)의 상면에 얹히는 선회스크롤(5)과, 선회스크롤(5)에 결합하여 복수 개의 압축실을 형성하도록 메인프레임(2)의 상면에 고정하는 고정스크롤(6)과, 고정스크롤(6)에 결합하여 압축기의 운전상태에 따라 흡입가스의 일부 또는 토출가스의 일부를 후술할 팁실홈(6c)에 공급함으로써 팁실부재(6d)의 기밀정도를 가감하는 배압가스공급부(10)를 포함한다.

선회스크롤(5)은 원판모양으로 경판부(5b)를 형성하고, 경판부(5b) 상면에는 후술할 고정스크롤(6)의 랩(6a)과 치합하여 복수 개의 압축실(P)을 이룰 랩(5a)을인벌류트 형상으로 형성한다. 랩(5a)의 선단면에는 팁실부재(5c)를 상하로 미끄러지게 삽입하는 팁실홈(미부호)을 형성한다.

또, 선회스크롤(5)의 경판부(5b), 그 중에서도 가장자리인 랩(5a) 외곽 평면에는 도 3에서와 같이 후술할 고정스크롤(6)의 고정측 바이패스유로(보다 정확하게는 제2 고정측 바이패스유로의 출구단)(12)에 주기적으로 연통할 수 있는 선회측 바이패스유로(11)를 형성한다. 선회측 바이패스유로(11)는 고정측 바이패스유로(12)와 연통할 때 메인프레임(2)의 직경 범위를 벗어나는 위치에 수직으로 관통 형성하는 것이 바람직하다.

고정스크롤(6)은 그 경판부(6b) 저면에 선회스크롤(5)의 랩과 치합하여 압축실을 이룰 랩(6a)을 역시 인벌류트 형상으로 형성하고, 선회스크롤(5)의 경판부(5b) 상면에 대응하는 고정스크롤(6)의 랩(6a) 선단면에는 팁실부재(6c)를 상하로 미끄러지게 삽입하는 팁실홈(미부호)을 형성한다.

또, 랩(6a)과 랩(6a) 사이에 형성하는 압축실(P) 중에서 중간압에 해당하는 평면부에서 고정스크롤(6)의 랩(6a) 외곽 평면, 즉 선회스크롤(5)의 랩 외곽 평면과 접하는 면으로는 도 3에서와 같이 상기한 선회측 바이패스유로(11)와 주기적으로 연통하는 고정측 바이패스유로(12)를 관통 형성하고, 고정측 바이패스유로(12)의 중간에 압축가스의 배기를 제어하는 배기제어밸브(13)를 설치한다.

고정측 바이패스유로(12)는 고정스크롤(6)의 경판부(6b) 내부에서 수회 절곡한 모양으로 관통할 수도 있으나 제작상의 편리성을 고려하면 도 2에서와 같이 랩(6a) 사이의 평면부에서 경판부(6b) 외주면으로 관통하는 제1 고정측 바이패스유로(12a)를 형성하고 이 제1 고정측 바이패스유로(12a)와 독립적하여 고정스크롤(6)의 경판부(6b) 외주면 중단에서 랩 외곽 평면으로 관통하는 제2 고정측 바이패스유로(12b)를 형성하여 상기한 제1 고정측 바이패스유로(12a)와 제2 고정측 바이패스유로(12b)를 연결관(14)으로 연결할 수도 있다. 이 연결관(14)의 중간에 상기한 배기제어밸브(13)를 설치한다.

배기제어밸브(13)는 솔레노이드 밸브로 이루어져 이 밸브(13)의 개폐를 전기적으로 제어하기 위한 밸브제어부(15)를 케이싱(1)의 외곽에 설치하는 것이 안정적으로 밸브(13)를 제어하는데 보다 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 6d는 흡입구, 6e는 토출구, 7은 토출플레늄, 8은 역지밸브 조립체이다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기의 용량 가변 장치는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

즉, 인가한 전원에 의해 구동축(4)이 구동모터(3)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(5)이 편심거리 만큼 선회하고, 이와 함께 선회스크롤(5)과 고정스크롤(6)의 랩(5a,6a) 사이에는 복수 개의 압축실(P)을 쌍으로 형성하며, 이 압축실(P)은 선회스크롤(5)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축하여 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 에어콘 시스템을 제어하는 시스템제어부가 열교환기의 온도를 감지하여 압축기가 정상운전이 필요하다고 지령을 내리면 이를 전달받은밸브제어부(15)에 의해 배기제어밸브(13)가 연결관(정확하게는 고정측 바이패스유로)(14)을 차단하여 압축실(P) 내부의 압축가스가 배기되는 것을 방지함으로써 압축기가 정상적으로 운전하도록 한다.

반면, 시스템제어부가 열교환기의 온도를 감지하여 압축기가 저용량 운전이 필요하다고 지령을 내리면 이를 전달받은 밸브제어부(15)는 배기제어밸브(13)에 전원을 인가하여 연결관(14)을 열고 압축실(P)의 압축가스 일부가 배기되도록 한다. 이때, 도 4에서와 같이 고정측 바이패스유로(12)와 선회측 바이패스유로(11)는 서로 접하는 스크롤의 랩 외곽 평면에 입출구를 형성함에 따라 배기조절밸브(13)가 열렸다 하더라도 압축가스가 지속적으로 배기되는 것이 아니라 선회스크롤(5)이 고정스크롤(6)을 상대로 선회운동을 하다가 두 바이패스유로(11)(12)가 연통할 때만 주기적으로 압축가스를 배기하게 되는 것이다.

이렇게 하여 압축기가 저용량 운전을 할 때에는 도 5에서와 같이 압축실의 압축가스 일부가 고정측 바이패스유로를 통과하여 열린 배기조절밸브를 통해 선회측 바이패스유로를 거친 후 케이싱 내부로 배기됨에 따라 압축실의 압력을 적정한 압력으로 낮출 수 있게 된다. 이 때에도 선회스크롤의 회전속도는 정상운전일 때와 동일하게 유지함으로써 토출가스의 압력이 과도하게 저하되는 것을 방지하면서도 선회스크롤의 회전속도를 제어하기 위한 고가의 제어기를 구비할 필요가 없어 용량 가변형 압축기의 제조비용을 줄일 수 있다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 용량 가변 장치는, 압축기가 저용량 운전을할 경우에는 선회스크롤의 회전속도를 정상운전 때와 동일하게 유지하면서도 압축가스의 일부를 주기적으로 배기시켜 압축실의 압력을 낮추도록 구성함으로써, 인버터 모터와 같이 고가의 부품을 사용하지 않고도 압축기의 용량을 가변할 수 있어 용량 가변형 스크롤 압축기의 제조비용을 줄일 수 있다.

Claims (3)

1. 흡입관과 토출관을 연통 설치하는 케이싱과,

   일 측면에 압축실을 이루도록 랩을 형성하고 압축실에서 외부로 고정측 바이패스 유로를 적어도 한 개 이상 관통 형성하여 케이싱 내에 고정 설치하는 고정스크롤과,

   고정측 바이패스 유로의 중간에 설치하여 그 고정측 바이패스 유로를 개폐하는 배기조절밸브와,

   배기조절밸브에 전기적으로 연결하여 그 배기조절밸브의 개폐동작을 제어하는 밸브제어부와,

   전동기구부에 결합하여 선회운동을 하면서 고정스크롤의 랩과 맞물려 함께 압축실을 이루도록 일 측면에 랩을 형성하고 상기한 고정측 바이패스 유로의 출구와 주기적으로 연통하도록 선회측 바이패스유로를 적어도 한 개 이상 관통 형성하는 선회스크롤로 구성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
2. 제1항에 있어서,

   배기조절밸브는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
3. 제1항에 있어서,

   밸브제어부는 케이싱의 외곽에 설치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.