KR20090040146A - 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 고정스크롤의 토출구 형상을 하트모양과 같은 비원형으로 형성함으로써, 별도의 바이패스 밸브를 설치하지 않고도 냉매의 토출압력을 부족압축 또는 과압축되는 것을 방지할 수 있어 압축기의 제조비용을 절감할 수 있고 상기 바이패스 밸브의 설치시 다른 부품과의 간섭을 고려하지 않아도 되므로 제조공정을 간소화할 수 있다.

스크롤, 토출구, 바이패스 밸브, 부족압축, 과압축

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 장치이다. 상기 압축기는 유체를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 로터리식, 베인식, 스크롤식으로 구분할 수 있다.

상기 스크롤 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부공간에 동력을 발생하는 구동모터와 그 구동모터의 동력을 전달받아 압축성 유체인 냉매를 압축하는 압축부가 함께 구비되어 있다.

상기 압축부는 고정랩이 형성되어 케이싱에 고정되는 고정스크롤과, 상기 고정랩에 맞물리도록 선회랩이 형성되어 선회운동을 하는 선회스크롤로 이루어져 있다. 상기 고정과 선회랩은 서로 동일한 기초원반경을 가지는 동시에 그 시작각에서 끝각까지 한 개의 인벌류트곡선 형상으로 형성되어 180°의 위상차를 두고 서로 맞물리게 결합되어 있다.

상기와 같은 스크롤 압축기는 상기 고정스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩이 서로 맞물려 상기 선회스크롤이 고정스크롤에 대해 선회운동을 하면서 두 개 한 쌍의 압축실을 형성하고, 상기 압축실이 선회스크롤의 선회운동시 중심으로 이동하면서 체적이 좁아져 냉매를 연속으로 압축하여 토출하게 된다.

상기와 같은 스크롤 압축기에서는, 상기 고정랩과 선회랩의 기하학적 형상에 의해 토출개시각이 결정되므로 통상 흡입체적과 토출체적의 체적비가 고정되면 이 고정체적비에 의해 압력비가 결정된다. 따라서 스크롤 압축기는 운전 조건에서 주어지는 흡입압과 토출압이 이루는 압력비가 스크롤 압축기의 고유설계 압력비와 일치할 때에는 압축손실이 최소가 되지만, 이 두 압력비가 일치하지 않을 때에는 손실이 증가하게 된다. 예컨대, 운전 압력비가 설계 압력비보다 높게 설정될 경우에는 압축실 내의 가스압력이 아직 토출압에 이루지 못해 실제 토출되는 압력은 부하에 맞는 필요한 압력보다 낮게 되어 부족압축이 발생하게 되고, 이 상태에서 토출개시각에 다다르게 되면 토출구가 열리게 되어 토출실의 냉매가 토출구로 역류하게 된다. 반대로, 운전 압력비가 설계 압력비보다 낮을 경우에는 부하에 대응하는 필요 압력이 낮음에도 불구하고 압축실 내의 가스압력이 토출압과 같아지더라도 아직 토출개시각에 다다르지 않아 압축이 계속 진행되어 과압축 손실이 발생하게 된다. 이를 감안하여, 종래에는 상기 압축실에 바이패스 구멍을 형성하여 운전 압력비가 설계 압력비보다 낮을 경우 압축과정의 가스가 토출압에 이르면 바이패스구멍을 통해 미리 유출되도록 하고 있었다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 바이패스 장치는, 상기 바이패스구멍을 개폐하기 위하여 복수 개의 바이패스 밸브를 장착하여야 하므로 그만큼 재료비 상승과 조립공수의 증가로 인해 제조비용이 증가하게 되는 문제점이 있었다. 또, 스크롤 압축기의 특성상 상기 고정스크롤의 상면에는 토출밸브 또는 진공방지장치가 설치될 수도 있는데, 이 경우 상기 토출밸브나 진공방지장치와 설치위치가 간섭되어 원하는 위치에 바이패스밸브를 설치하지 못하게 될 수도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 고정스크롤의 토출구와 선회스크롤의 토출딤플의 형상을 변경하여 별도의 바이패스밸브를 구비하지 않고도 압축기의 운전용량 변화에 따른 성능저하를 미연에 방지할 수 있는 스크롤 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 서로 맞물려 중심방향으로 연속하여 이동하면서 체적이 좁아지는 압축실을 이루도록 고정랩과 선회랩이 각각 형성되고, 상기 고정랩의 시작점 부근에는 상기 압축실에서 압축되는 냉매가 토출되도록 토출구가 관통 형성되는 고정스크롤과 선회스크롤을 포함하고, 상기 토출구는 진원형이 아닌 형상으로 형성되는 스크롤 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 상기 고정스크롤의 토출구 형상을 하트모양과 같은 비원형으로 형성함으로써, 별도의 바이패스 밸브를 설치하지 않고도 냉매의 토출압력을 부족압축 또는 과압축되는 것을 방지할 수 있어 압축기의 제조비용을 절감할 수 있고 상기 바이패스 밸브의 설치시 다른 부품과의 간섭을 고려하지 않아도 되므로 제조공정을 간소화할 수 있다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 스크롤 압축기는, 흡입관(SP)과 토출 관(DP)이 연통 설치되는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 상측에 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터(20)와, 상기 케이싱(10)의 상측에 설치되고 상기 구동모터(20)에서 발생되는 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(30)로 구성된다.

상기 압축부(30)는 상기 케이싱(10)에 고정되는 메인프레임(11)의 상면에 고정 설치되고 그 저면에 고정랩(111)이 형성되는 고정스크롤(110)과, 상기 고정스크롤(110)의 고정랩(111)에 맞물려 복수 개의 압축실(P)을 형성하도록 선회랩(121)이 구비되어 상기 메인프레임(11)의 상면에 선회 가능하게 얹히는 선회스크롤(120)과, 상기 선회스크롤(120)과 메인프레임(11) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(120)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(130)으로 이루어진다.

상기 고정스크롤(110)은 도 2에서와 같이 그 경판부의 외주면이 상기 케이싱(10)의 내주면에 밀착될 수 있도록 원형으로 형성되고, 상기 경판부의 저면 중앙에는 상기 고정랩(111)이 형성되며, 상기 경판부의 저면 일측에는 상기 압축실(P)과 케이싱(10)의 흡입공간(S1)이 연통되도록 흡입홈(112)이 형성되고, 상기 경판부의 상측 중앙에는 상기 압축실(P)의 토출측과 케이싱(10)의 토출공간(S2)이 연통되도록 토출구(113)가 형성된다.

상기 고정랩(111)은 소정의 기초원 반경을 가지는 인벌류트곡선 형상으로 형성된다. 그리고 상기 고정랩(111)은 그 시작점에서 끝점까지 동일한 높이와 동일한 두께로 형성된다.

상기 토출구(113)는 진원형이 아닌 형상, 예컨대 도 2에서와 같이 평면투영시 상기 고정랩(111)의 형성방향을 기준으로 할 때 그 고정랩의 시작점에서 끝점방 향으로 긴 하트모양으로 형성될 수 있다. 이를 위해, 도 5에서와 같이 상기 고정랩(111)과 선회랩(121)이 토출직선에 맞닿아 있는 2개의 지점에서 각각 접선을 그었을 때, 그 접선의 범위내에서 상기 토출구(113)가 형성되도록 할 수 있다. .

상기 선회스크롤(120)은 도 3에서와 같이 그 경판부의 상면에 상기 선회랩(121)이 소정의 기초원 반경을 가지는 인벌류트 형상으로 형성된다. 그리고 상기 선회랩(121)은 그 시작점에서 끝점까지 동일한 높이와 동일한 두께로 형성된다. 그리고 상기 선회랩(121)은 고정랩(111)과 대칭되도록 동일한 길이로 형성된다.

상기 선회스크롤(120)의 중심부위, 즉 상기 선회랩(121)의 시작점 부근에는 상기 고정스크롤(110)의 토출구(113)와 대칭되도록 동일한 형상으로 음각진 토출안내부(discharge guide portion)(122)가 형성된다.

도면중 미설명 부호인 12는 서브프레임, 13은 고저압분리판, 21은 고정자, 22는 회전자, 23은 회전축이다.

상기와 같은 본 발명의 스크롤 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 상기 구동모터(20)에 전원이 인가되면, 상기 구동모터(20)의 회전력을 전달받은 선회스크롤(120)이 올담링(130)에 의해 상기 메인프레임(11)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하게 된다. 그리고 상기 선회스크롤(120)이 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤(110)의 고정랩(111)과 상기 선회스크롤(120)의 선회랩(121) 사이에 연속으로 이동하는 한 쌍의 압축실(P)이 형성되고, 이 압축실(P)은 상기 선회스크롤(120)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하면서 상기 흡입관(SP)을 통해 흡입되는 냉매를 압축하게 된다.

여기서, 상기 고정스크롤(110)과 선회스크롤(120) 사이에 형성되는 압축실(P)에서 냉매가 토출되는 과정을 상세히 살펴보면 도 6 및 도 7과 같다.

예컨대, 도 6에서와 같이 압축기의 운전 압력비가 설계 압력비에 비해 높게 설정되는 경우, 즉 상기 압축기가 고부하 조건에서 운전을 하게 되는 경우에는 토출개시각이 지연되어야 압축실의 토출압이 필요 압력까지 더 압축될 수 있게 된다. 하지만, 본 발명의 토출구(113)가 종래의 원형에 비해 상류측으로 길게 형성됨에 따라 자칫 냉매의 압력이 필요 압력에 도달하지 못하여 역류가 발생될 수 있으나, 상기 토출구(113)의 전위쪽이 상기 선회랩(121)의 두께에 가려져 부족압축된 냉매가 토출구(113)에 노출되는 것을 일정 정도 차단할 수 있다. 이에 따라 압축실의 냉매에 대한 토출개시각이 지연되어 압축실의 토출압력이 부족압축되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

반면, 도 7에서와 압축기의 운전 압력비가 설계 압력비에 비해 낮게 설정되는 경우, 즉 상기 압축기가 저부하 조건에서 운전을 하게 되는 경우에는 토출개시각이 일찍 시작되어야 압축실의 토출압이 필요 압력보다 높게 압축되어 손실이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우에는, 본 발명의 토출구(113)가 종래의 원형에 비해 상류측으로 길게 형성됨에 따라 종래의 원형 토출구에 비해 상기 압축실(P)의 토출개시각이 일찍 시작될 수 있고 이에 따라 별도의 바이패스 밸브를 구비하지 않고도 압축실의 토출압력이 필요 압력 이상으로 과압축되는 것을 미연에 방지할 수 있게 되는 것이다.

이렇게, 상기 고정스크롤에 복수 개의 바이패스 밸브를 설치하지 않고도 압 축실의 압력을 부하에 따라 변동시킬 수 있어 상기 바이패스 밸브의 설치시 발생되는 비용 상승과 다른 부품간의 간섭현상을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2 및 도 3은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 고정스크롤과 선회스클로의 평면도,

도 4는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 고정스크롤과 선회스크롤이 결합된 상태를 보인 평면도,

도 5는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 토출구의 형상을 보인 평면도,

도 6 및 도 7은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서 고부하조건 및 저부하조건에서의 운전상태를 보인 평면도.

Claims (6)

1. 서로 맞물려 중심방향으로 연속하여 이동하면서 체적이 좁아지는 압축실을 이루도록 고정랩과 선회랩이 각각 형성되고, 상기 고정랩의 시작점 부근에는 상기 압축실에서 압축되는 냉매가 토출되도록 토출구가 관통 형성되는 고정스크롤과 선회스크롤을 포함하고,

   상기 토출구는 진원형이 아닌 형상으로 형성되는 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 토출구는 상기 고정랩의 형성방향을 기준으로 할 때 그 고정랩의 시작점에서 끝점방향으로 길게 형성되는 스크롤 압축기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 고정랩과 선회랩이 토출직선에 맞닿아 있는 2개의 지점에서 각각 접선을 그었을 때, 그 접선의 범위내에서 상기 토출구가 형성되도록 하는 스크롤 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 토출구는 평면투영시 하트모양으로 형성되는 스크롤 압축기.
5. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 선회랩의 시작점 부근에는 상기 압축실에서 압축되는 냉매를 상기 토출구로 안내하도록 소정 깊이의 토출안내부(discharge guide portion)가 형성되는 스크롤 압축기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 토출안내부는 토출구와 대칭되도록 형성되는 스크롤 압축기.

Images