KR20050095246A - 스크롤 압축기의 용량 가변 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것으로, 본 발명은 구동모터의 회전자에 회전축으로 편심 결합하여 선회운동을 하는 선회스크롤과, 선회스크롤의 랩과 맞물려 연속으로 이동하는 압축실을 형성하도록 랩을 구비하고 흡입압축실에 연통하는 제1 바이패스구멍과 중간압축실에 연통하는 제2 바이패스구멍을 형성하며 제1 바이패스구멍과 제2 바이패스구멍을 서로 연통하도록 밸브구멍을 형성하는 고정스크롤과, 고정스크롤의 밸브구멍에 설치하여 상기한 제1 바이패스구멍과 제2 바이패스구멍을 선택적으로 연통시켜 압축시점을 가변하는 바이패스조절수단을 포함함으로써, 선회스크롤의 회전수를 가변하거나 배관을 복잡하게 연결하지 않고도 압축가스의 토출량을 줄일 수 있어 저렴하면서도 신속하게 저용량 가변형의 스크롤 압축기를 구현할 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 용량 가변 장치{CAPACITY CHANGEABLE APPARATUS FOR SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것으로, 특히 저용량으로의 용량 가변이 가능한 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 통상 왕복동식 및 스크롤식 및 원심식 그리고 베인식으로 구분할 수 있다. 스크롤식 압축기는 피스톤의 직선운동을 이용하는 왕복동식과는 달리 원심식이나 베인식과 같이 회전체를 이용하여 가스를 흡입 압축하여 토출하는 방식이다.

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 압축실(P)을 형성하도록 메인프레임(2)의 상면에 고정하는 고정스크롤(6)과, 고정스크롤(6)의 배면에 결합하여 토출가스의 토출소음을 상쇄함과 아울러 케이싱(1)의 내부를 흡입공간(S1)과 토출공간(S2)으로 구획하는 토출커버(7)와, 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, 이들 랩(5a)(6a)의 선단면에는 압축가스가 누설을 방지하는 팁실부재(5b)(6b)를 상하 이동 가능하도록 삽입 결합하고 있다.

또, 양쪽 스크롤(5)(6) 중에서 고정스크롤(6)의 최외곽 랩 바깥쪽에는 흡입구(6c)를 형성하고, 중앙부근에는 토출구(6d)를 형성하고 있다.

도면중 미설명 부호인 3A는 고정자, 3B는 회전자, 9는 올담링이다.

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 압축하여 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 압축기가 정상적으로 운전을 하는 중에는 냉매가스가 가스흡입관(SP)을 통해 케이싱(1)의 내부로 흡입되고, 이 흡입된 냉매가스는 고정스크롤(6)의 흡입구(6c)를 통해 최외곽 압축실(P)로 유입되었다가 점차 안쪽의 최종 압축실(P)쪽으로 이동하면서 압축되며, 이후 고정스크롤(6)의 토출구(6d)를 통해 토출커버(7)의 토출공간(S2)으로 토출되었다가 가스토출관(DP)을 거쳐 냉동사이클장치의 응축기로 토출되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기에 있어서는, 압축기의 용량을 가변하기 위하여는 주로 회전수를 제어하는 전기적인 방식을 사용하고 있으나, 이는 회전수를 제어하는 방식은 성능은 우수한 반면 고가의 제어기를 구비하여야 하므로 압축기의 가격이 상승할 뿐만 아니라 낮은 회전수에서 급유가 원활하지 못하고 반대로 높은 회전수에서는 마찰로 인해 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 용량 가변 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 비용이 저렴하면서도 용량을 효과적으로 가변시킬 수 있는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 구동모터의 회전자에 회전축으로 편심 결합하여 선회운동을 하는 선회스크롤과, 선회스크롤의 랩과 맞물려 연속으로 이동하는 압축실을 형성하도록 랩을 구비하고 흡입압축실에 연통하는 제1 바이패스구멍과 중간압축실에 연통하는 제2 바이패스구멍을 형성하며 제1 바이패스구멍과 제2 바이패스구멍을 서로 연통하도록 밸브구멍을 형성하는 고정스크롤과, 고정스크롤의 밸브구멍에 설치하여 상기한 제1 바이패스구멍과 제2 바이패스구멍을 선택적으로 연통시켜 압축시점을 가변하는 바이패스조절수단을 포함한 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, 도 3은 본 발명 용량 가변 장치의 요부를 보인 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에서 고정스크롤을 보인 저면도이고, 도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 정상운전상태를 보인 종단면도이며, 도 6은 본 발명 스크롤 압축기의 저용량운전상태를 보인 종단면도이고, 도 7은 본 발명 스크롤 압축기의 가변운전시 압력변화를 설명하기 위하여 보인 그래프이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 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 압축실(P1)(P2)(P3)을 형성하도록 메인프레임(2)의 상면에 고정하는 고정스크롤(6)과, 고정스크롤(6)의 토출구(6d)를 수용하여 배면에 밀봉 결합하고 소정의 토출공간(S2)을 형성하여 상기한 가스토출관(DP)을 연통하는 토출커버(7)와, 토출커버(7)의 내부에서 상기 고정스크롤(6)의 배면에 결합하여 흡입압축실(P1)과 중간압축실(P2)을 선택적으로 연통하는 바이패스조절부(10)를 포함한다.

고정스크롤(6)은 도 4에서와 같이 선회스크롤(5)의 랩(5a)과 맞물려 복수 개의 압축실(P)을 형성하도록 인벌류트 형상으로 랩(6a)을 형성하고, 그 랩(5a)(6a)의 바깥쪽에는 흡입구(6c)를 형성하는 반면 랩(6a)의 중앙에는 상기한 토출구(6d)를 형성한다. 또, 흡입구(6c)에 연통하는 흡입압축실(P1)에는 고정스크롤(6)의 배면으로 제1 바이패스구멍(6e)을 형성하고, 흡입압축실(P1)에 연속하는 중간압축실(P2)에는 고정스크롤(6)의 배면으로 상기한 제1 바이패스구멍(6e)과 독립된 제2 바이패스구멍(6f)을 형성한다. 또, 제1 바이패스구멍(6e)과 제2 바이패스구멍(6f)의 끝단에는 두 바이패스구멍(6e)(6f)을 연통하도록 밸브구멍(6g)을 형성한다.

밸브구멍(6g)은 상기한 토출커버(7)의 내부에 수용되는 위치에서 후술할 피스톤밸브(11)가 닫힐 때 신속하게 닫히도록 축방향으로 형성하되 그 밸브구멍(6g)의 상단에는 후술할 솔레노이드(12)가 안착되도록 솔레노이드안착홈(6h)을 확장 단차지게 형성하는 것이 바람직하다.

바이패스조절부(10)는 상기한 제1 바이패스구멍(6e)과 제2 바이패스구멍(6f)을 함께 개폐하는 피스톤밸브(11)와, 피스톤밸브(11)의 압축배면에 설치하여 필요시 인가된 전원에 의해 자력을 발생하면서 상기 피스톤밸브(11)를 당겨 상기한 두 바이패스구멍(6e)(6f)이 열리도록 하는 솔레노이드(12)와, 피스톤밸브(11)와 솔레노이드(12) 사이에 개재하여 전원 오프시 복원되면서 상기한 피스톤밸브(11)가 두 바이패스구멍(6e)(6f)을 닫도록 하는 압축스프링(13)으로 이루어진다.

피스톤밸브(11)는 원봉모양의 자성체로 형성하여 그 압축배면의 중앙에 후술할 솔레노이드(12)에 신속하게 반응하도록 자력돌기(11a)를 형성하고, 자력돌기(11a)의 주변에는 상기한 압축스프링(13)을 끼워 고정하는 고정돌기(11b)를 형성한다.

솔레노이드(12)는 고정스크롤(6)의 솔레노이드안착홈(6h)에 얹어 고정하고, 그 배면은 별도의 고정판(14)을 압입하여 빠지지 않도록 견고하게 고정한다.

압축스프링(13)은 솔레노이드(12)가 동작하면 피스톤밸브(11)가 신속하게 열릴 수 있는 탄성계수를 가진 압축코일스프링으로 이루어져 하단은 상기한 피스톤밸브(11)의 고정돌기(11b)에 끼워 고정하는 반면 상단은 솔레노이드(12)의 저면에 밀착 고정한다.

한편, 도면으로 도시하지는 않았으나 피스톤밸브(11)는 별도의 고정돌기(11b)를 형성하지 않고 압축스프링(13)을 피스톤밸브(11)의 자력돌기(11a)에 끼워 고정할 수도 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 3A는 고정자, 3B는 회전자, 5b는 팁실부재, 6b는 팁실부재, 8은 역지밸브조립체, 9는 올담링, P3는 토출압축실, S1은 흡입공간, S2는 토출공간, W는 전원이다.

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(P1)(P2)(P3)을 쌍으로 형성하며, 이 압축실(P1)(P2)(P3)은 선회스크롤(5)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축하여 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 압축기가 정상적으로 운전을 할 때에는 도 5에서와 같이 솔레노이드(12)에 전원이 인가되지 않아 솔레노이드(12)가 자력을 띠지 않게 되고, 이에 따라 피스톤밸브(11)는 자체 하중과 압축스프링(13)의 탄성력에 의해 하강하여 틈새(t)를 거의 없앰에 따라 제1 바이패스구멍(6e)과 제2 바이패스구멍(6f)을 차단한 상태를 유지하게 된다. 이때, 냉매가스는 고정스크롤(6)의 흡입구(6c)를 통해 흡입압축실(P1)로 흡입되어 중간압축실(P2)로 이동하면서 도 7의 A지점과 B지점, 즉 흡입구(6c)를 기준으로 대략 360°되는 지점(한 쪽 압축실의 경우)과 대략 540°되는 지점(맞은편 압축실의 경우)부터 압축을 시작하여 토출압축실(P3)로 각각 이동하였다가 토출구(6d)를 통해 토출된다.

한편, 압축기가 저용량 운전을 할 때에는 도 6에서와 같이 솔레노이드(12)에 전원이 인가되어 솔레노이드(12)가 자력을 띠게 되고, 이에 따라 피스톤밸브(11)는 솔레노이드(12)의 자력에 의해 자체 하중과 압축스프링(13)의 탄성력을 이기면서 상승하여 틈새(t)가 발생하고 이 틈새(t)를 통해 제1 바이패스구멍(6e)과 제2 바이패스구멍(6f)을 연통시키게 된다. 이때, 고정스크롤(6)의 흡입구(6c)를 통해 흡입압축실(P1)로 흡입되어 중간압축실(P2)로 이동하던 냉매가스가 상기한 제2 바이패스구멍(6f)을 통해 밸브구멍(6g)으로 누설되었다가 다시 제1 바이패스구멍(6e)을 통해 흡입압축실(P1)로 유입되어 결국 중간압축실(P2)이 실질적으로는 흡입압축실(P1)의 역할을 함에 따라 압축개시시점이 도 7의 A'지점과 B'지점, 즉 흡입구(6c)를 기준으로 대략 720°되는 지점(한 쪽 압축실의 경우)과 대략 900°되는 지점(맞은편 압축실의 경우)으로 이동하게 된다. 이로 인해 실질적인 압축실의 체적이 좁아져 압축기의 용량을 낮출 수 있는 것이다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 용량 가변 장치는, 중간압축실과 흡입압축실을 선택적으로 연통할 수 있도록 하여 압축개시시점을 늦춤으로써, 선회스크롤의 회전수를 가변하거나 배관을 복잡하게 연결하지 않고도 압축가스의 토출량을 줄일 수 있어 저렴하면서도 신속하게 저용량 가변형의 스크롤 압축기를 구현할 수 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도,

도 2는 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 3은 본 발명 용량 가변 장치의 요부를 보인 분해 사시도,

도 4는 본 발명 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에서 고정스크롤을 보인 저면도,

도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 정상운전상태를 보인 종단면도,

도 6은 본 발명 스크롤 압축기의 저용량운전상태를 보인 종단면도,

도 7은 본 발명 스크롤 압축기의 가변운전시 압력변화를 설명하기 위하여 보인 그래프.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 5 : 선회스크롤

6 : 고정스크롤 6c : 흡입구

6d : 토출구 6e : 제1 바이패스구멍

6f : 제2 바이패스구멍 6g : 밸브구멍

6h : 솔레노이드안착면 10 : 바이패스조절부

11 : 피스톤밸브 11a : 자력돌기

11b : 고정돌기 12 : 솔레노이드

13 : 압축스프링 14 : 고정판

P1,P2,P3 : 흡입,중간,토출압축실

Claims (5)

1. 구동모터의 회전자에 회전축으로 편심 결합하여 선회운동을 하는 선회스크롤과,

   선회스크롤의 랩과 맞물려 연속으로 이동하는 압축실을 형성하도록 랩을 구비하고 흡입압축실에 연통하는 제1 바이패스구멍과 중간압축실에 연통하는 제2 바이패스구멍을 형성하며 제1 바이패스구멍과 제2 바이패스구멍을 서로 연통하도록 밸브구멍을 형성하는 고정스크롤과,

   고정스크롤의 밸브구멍에 설치하여 상기한 제1 바이패스구멍과 제2 바이패스구멍을 선택적으로 연통시켜 압축시점을 가변하는 바이패스조절수단을 포함한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
2. 제1항에 있어서,

   바이패스조절수단은 상기한 제1 바이패스구멍과 제2 바이패스구멍을 함께 개폐하는 피스톤밸브와, 피스톤밸브의 압축배면에 설치하여 필요시 인가된 전원에 의해 자력을 발생하면서 상기 피스톤밸브를 당겨 상기한 두 바이패스구멍이 열리도록 하는 솔레노이드와, 피스톤밸브와 솔레노이드 사이에 개재하여 전원 오프시 복원되면서 상기한 피스톤밸브가 두 바이패스구멍을 닫도록 하는 압축스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
3. 제2항에 있어서,

   피스톤밸브는 원봉모양의 자성체로 형성하여 그 압축배면의 중앙에 솔레노이드와 신속하게 반응하도록 자력돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
4. 제2항에 있어서,

   밸브구멍은 피스톤밸브가 닫힐 때 압축스프링과 함께 하중에 의해 신속하게 닫히도록 축방향으로 미끄러게 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.
5. 제4항에 있어서,

   피스톤밸브는 그 압축배면에 상기한 압축스프링을 끼워 고정하는 고정돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치.