KR20090084298A

KR20090084298A - 스크롤 압축기의 모드 전환장치

Info

Publication number: KR20090084298A
Application number: KR1020080010376A
Authority: KR
Inventors: 김명균; 황선웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-05
Also published as: KR100916229B1; CN101498302B; EP2085617A2; US8177522B2; EP2085617B1; US20090196781A1; EP2085617A3; CN101498302A

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 모드 전환장치를 개시한다. 본 발명은 케이싱 내부에 위치하는 고정 스크롤 및 선회 스크롤과; 상기 선회 스크롤의 선회 운동에 의해 형성되는 흡입측과 연통되는 저압 통로와; 상기 선회 스크롤의 선회 운동에 의해 형성되는 중간압측과 연통되는 중간압 통로와; 상기 고정 스크롤에 장착되며 상기 저압 통로와 중간압 통로를 연결시키는 연결 유로가 구비된 블록 어셈블리와; 상기 블록 어셈블리에 구비되어 연결 유로를 개폐하는 개폐 유닛과; 상기 고정 스크롤과 선회 스크롤에 토출된 토출 가스 압력과 고정 스크롤과 선회 스크롤로 흡입되는 흡입 가스 압력을 선택적으로 상기 블록 어셈블리에 작용시켜 상기 개폐 유닛을 움직이는 압력 공급유닛을 포함하여 구성된다. 이로 인하여, 스크롤 압축기에서 가스를 압축시키는 용량을 가변시킬 뿐만 아니라 구조를 간단하게 하여 시스템의 에너지 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

스크롤 압축기의 모드 전환장치{APPARATUS FOR CHANGING MODE IN SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 가스를 압축시키는 용량을 많고 적게 할 뿐만 아니라 구조를 간단하게 하고 고장 발생시 수리를 수월하게 할 수 있도록 한 스크롤 압축기의 모드 전환장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 전기 에너지를 운동 에너지로 변환시키며 그 운동 에너지에 의해 냉매 가스를 압축하게 된다. 압축기는 냉동사이클 시스템을 구성하는 핵심 요소이며, 냉매를 압축하는 압축 매카니즘에 따라 회전식 압축기(rotary compressor), 스크롤 압축기(scroll compressor), 왕복동식 압축기(reciprocal compressor) 등 다양한 종류가 있다. 이와 같은 압축기들은 냉장고, 에어컨, 쇼케이스 등에 사용되고 있다.

도 1은 상기 스크롤 압축기의 압축 기구부를 도시한 단면도이고, 도 2는 상기 압축 기구부를 구성하는 고정 스크롤의 랩과 선회 스크롤의 랩을 도시한 평면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 상기 스크롤 압축기의 압축 기구부는 케이싱(10)내 에 장착되는 상부 프레임(20)과 일정 간격을 두고 그 케이싱(10)내에 장착되는 고정 스크롤(30)과, 상기 고정 스크롤(30)과 선회 운동 가능하게 맞물리도록 상기 고정 스크롤(30)과 상부 프레임(20)사이에 위치하는 선회 스크롤(40)과, 상기 선회 스크롤(40)과 상부 프레임(20) 사이에 위치하여 상기 선회 스크롤(40)의 자전을 방지하는 올담링(50)과, 상기 고정 스크롤(30)과 상기 케이싱(10)에 결합되어 그 케이싱(10) 내부를 고압 영역과 저압 영역으로 분리하는 고저압 분리판(11)과, 상기 고정 스크롤(30)의 상면에 장착되어 그 고정 스크롤(30)에 형성된 토출 구멍(31)을 개폐하는 토출 밸브 조립체(60)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 선회 스크롤(40)은 상기 상부 프레임(20)에 삽입되는 회전축(70)의 편심부(71)와 연결된다.

그리고 상기 저압 영역에 위치하는 케이싱(10)의 일측에 가스가 흡입되는 흡입관(12)이 결합되고, 상기 고압 영역에 위치하는 케이싱(10)의 일측에 가스가 토출되는 토출관(13)이 결합된다.

미설명 부호 32는 인벌류트 곡선 형상으로 돌출 형성된 고정 스크롤(30)의 랩이고, 41은 인벌류트 곡선 형상으로 돌출 형성된 선회 스크롤(40)의 랩이며, B는 부시들이고, S는 실링부재이다.

상기한 바와 같은 스크롤 압축기 압축 기구부의 작동은 다음과 같다.

먼저, 전동 기구부의 회전력을 전달받아 회전축(70)이 회전하게 되면 그 회전축의 편심부(71)에 결합된 선회 스크롤(40)이 그 회전축(70)의 축 중심으로 기준으로 선회 운동하게 된다. 상기 선회 스크롤(40)은 올담링(50)에 의해 자전이 방지 되면서 선회 운동하게 된다.

상기 선회 스크롤(40)이 선회 운동함에 따라 그 선회 스크롤(40)의 랩(41)이 고정 스크롤(30)의 랩(32)과 맞물려 선회 운동하면서 그 선회 스크롤(40)의 랩(41)과 고정 스크롤(30)의 랩(32)에 의해 형성되는 복수 개의 압축 포켓들(P)이 그 고정 스크롤(30)과 선회 스크롤(40)의 중심부로 이동하게 된다. 그 복수 개의 압축 포켓(P)들이 고정 스크롤(30)과 선회 스크롤(40)의 중심부로 이동함과 동시에 체적이 변화되면서 가스를 흡입하고 압축하여 고정 스크롤(30)의 토출 구멍(31)을 통해 토출시키게 된다.

상기 고정 스크롤(30)의 토출 구멍(31)을 통해 토출된 고온 고압의 가스는 고압 영역을 거쳐 토출관(13)을 통해 케이싱(10)의 외부로 토출된다.

일반적으로 스크롤 압축기는 케이싱(10)의 내부 압력 상태에 따라 고압식과 저압식으로 분류하고, 복수 개의 압축 포켓들 내부의 압력 상태에 따라 대칭과 비대칭으로 분류한다. 또한 스크롤 압축기는 두 개의 압축 포켓으로 흡입 가스가 각각 흡입되어 스크롤의 중심부로 이동하게 되며, 이때 두 개의 압축 포켓들의 가스 흡입 체적이 같으면 대칭이고, 그 두 개의 압축 포켓들의 가스 흡입 체적이 각각 다르면 비대칭이다.

이와 같은 스크롤 압축기는 보통 냉동사이클 시스템의 구성요소이며, 그 스크롤 압축기를 포함하는 냉동사이클 시스템은 에어컨에 장착된다.

한편, 에어컨은 소모 전력을 최소화하기 위하여 그 에어컨의 냉동사이클 시스템을 운전시키는 스크롤 압축기의 용량을 가변시키는 것이 요구된다. 즉, 상기 에어컨에 부하가 크게 작용하게 될 경우 스크롤 압축기의 토출 가스의 유량을 증가시는 파우어 모드(power mode)로 운전하게 되고, 부하가 적게 작용하게 될 경우 스크롤 압축기의 토출 가스의 유량을 감소시키는 세이빙 모드(saving mode)로 운전하게 된다.

상기 스크롤 압축기의 용량을 가변시키는 방법으로 인번터 방식과 바이패스 방식이 있다. 인버터 방식은 전동기구부를 구성하는 모터의 회전 속도를 가변시키는 것이나 이는 제어가 복잡하고 부품 단가가 비싼 단점이 있다. 그리고 바이패스 방식은 정속 모터를 사용하면서 고압측과 저압식을 연통시키는 것으로 단가가 상대적으로 저렴하나 제작이 복잡하고 압축기의 크기가 커지는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 점들을 고려하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 가스를 압축시키는 용량을 가변시킬 뿐만 아니라 그 용량을 가변시키는 구조를 간단하게 할 수 있도록 한 스크롤 압축기의 모드 전환장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 고장 발생시 수리를 간단하게 할 수 있도록 한 스크롤 압축기의 모드 전환장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱 내부에 위치하는 고정 스크롤 및 선회 스크롤과; 상기 선회 스크롤의 선회 운동에 의해 형성되는 흡입측과 연통되는 저압 통로와; 상기 선회 스크롤의 선회 운동에 의해 형성되는 중간압측과 연통되는 중간압 통로와; 상기 고정 스크롤에 장착되며 상기 저압 통로와 중간압 통로를 연결시키는 연결 유로가 구비된 블록 어셈블리와; 상기 블록 어셈블리에 구비되어 연결 유로를 개폐하는 개폐 유닛과; 상기 고정 스크롤과 선회 스크롤에 토출된 토출 가스 압력과 고정 스크롤과 선회 스크롤로 흡입되는 흡입 가스 압력을 선택적으로 상기 블록 어셈블리에 작용시켜 상기 개폐 유닛을 움직이는 압력 공급유닛을 포함하는 스크롤 압축기의 모드 전환장치가 제공된다.

상기 저압 통로와 중간압 통로는 각각 고정 스크롤에 형성된다.

상기 블록 어셈블리는 연결 유로가 구비된 연결 블록과, 상기 연결 블록에 결합되며 상기 연결 유로와 연통되는 압력 작용 유로가 형성된 커버 블록을 포함한 다.

상기 연결 유로는 실린더 홀과, 상기 저압 통로와 실린더 홀을 연통시키는 제1 통로와, 상기 중간압 통로와 상기 실린더 홀을 연통시키는 제2 통로를 포함한다.

상기 개폐 유닛은 상기 연결 유로에 위치하는 스프링과, 상기 연결 유로에 움직임 가능하게 삽입되며 상기 압력 공급 유닛에서 공급되는 압력과 상기 스프링의 탄성력에 의해 움직이면서 상기 연결 유로를 개폐하는 개폐형 피스톤을 포함한다.

상기 압력 공급 유닛은 상기 케이싱에 결합되어 가스가 토출되는 토출관과 연결되는 제1 연결관과, 상기 케이싱에 결합되어 가스가 흡입되는 흡입관에 연결되는 제2 연결관과, 상기 블록 어셈블리의 연결 유로와 연결되는 제3 연결관과, 상기 제1,2,3 연결관들이 각각 연결되며 상기 제1 연결관과 제3 연결관을 연통시키거나 제2 연결관과 제3 연결관을 연통시키는 밸브를 포함한다.

본 발명의 스크롤 압축기의 모드 전환장치는 압력 공급 유닛의 작동에 의해 토출 압력과 흡입 압력을 선택적으로 개폐 유닛에 작용시켜 고정 스크롤과 선회 스크롤에 의해 형성되는 중간압측과 흡입압측을 연통시키거나 그 연통을 막아 100% 운전인 파우어 모드 운전과 압축 용량을 감소시킨 세이빙 모드 운전이 가능하게 된다. 이로 인하여, 더운 여름철 등과 약간 더운 가을철이나 봄철 등에 따라 용량 가변 운전을 가능하게 하여 시스템의 에너지 효율을 높일 수 있다.

또한, 가변속 모터를 사용하는 인버터 방식의 경우 가스 압축 양을 줄여 운전시 모터가 저속으로 회전하게 되므로 케이싱의 저면에 있는 오일을 압축 기구부측으로 공급되는 양이 적어 급유 및 신뢰성에 문제가 발생할 수 있으나, 본 발명은 모터가 정속으로 회전하게 되므로 급유 및 신뢰성을 유지하게 된다.

또한, 구성이 간단하여 제작을 수월하고, 고장 발생시 그 고장 수리가 간편하게 된다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 모드 전환장치를 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 스크롤 압축기 모드 전환장치의 일실시예를 구비한 스크롤 압축기의 압축 기구부를 도시한 단면도이고, 도 4는 상기 모드 전환장치의 일부분을 분해하여 도시한 사시도이다.

이에 도시한 바와 같이, 먼저 스크롤 압축기의 압축 기구부는 다음과 같다. 소정 형상을 갖는 케이싱(10)내에 장착되는 상부 프레임(20)과 일정 간격을 두고 그 케이싱(10)내에 고정 스크롤(100)이 장착되고, 상기 고정 스크롤(100)과 선회 운동 가능하게 맞물리도록 상기 고정 스크롤(100)과 상부 프레임(20) 사이에 선회 스크롤(200)이 위치하게 된다.

상기 고정 스크롤(100)은 소정 형상으로 형성된 몸체부(110))의 일면에 일정 두께와 높이를 갖는 인볼류트 곡선 형상의 랩(120)이 형성되고 그 몸체부(110)의 가운데 토출 구멍(130)이 형성되고 그 몸체부(110)의 일측에 흡입구(140)가 형성된 다.

상기 선회 스크롤(200)은 일정 두께와 면적을 갖는 원판부(210)의 일면에 일정 두께와 높이를 갖는 인볼류트 곡선 형상의 랩(220)이 형성되고 그 원판부(210)의 타면에 보스부(230)가 형성된다.

상기 선회 스크롤(200)은 그 랩(220)이 고정 스크롤의 랩(120)과 맞물리게 상기 상부 프레임(20)과 고정 스크롤(100) 사이에 삽입된다. 상기 선회 스크롤(200)이 선회 운동하게 되면 그 선회 스크롤의 랩(220)과 고정 스크롤의 랩(120)에 의해 복수 개의 압축 포켓(P)들이 연속적으로 형성된다. 이때 고정 스크롤(100)의 가장자리 측에 위치하는 압축 포켓(P)들은 저압인 흡입압 상태이고 그 고정 스크롤(100)의 가운데 위치하는 압축 포켓(P)들은 고압인 토출압 상태이며 그 고정 스크롤(100)의 가장자리와 가운데 사이에 위치하는 압축 포켓(P)들은 중간압 상태이다. 상기 선회 스크롤(200)은 상부 프레임(20)의 상면에 지지된다.

상기 선회 스크롤(200)과 상부 프레임(20) 사이에 그 선회 스크롤(200)의 자전을 방지하는 올담링(50)이 결합되고, 상기 고정 스크롤(100)의 상면에 그 고정 스크롤(100)의 토출 구멍(130)을 개폐하는 토출 밸브 조립체(60)를 구비된다.

그리고 상기 선회 스크롤의 보스부(230)는 상기 상부 프레임(20)에 삽입되는 회전축(70)의 편심부(71)와 연결된다.

상기 케이싱(10)에 가스가 흡입되는 흡입관(12)이 관통 결합되고, 상기 케이 싱(10)에 가스가 토출되는 토출관(13)이 결합된다.

상기 압축 기구부는 비대칭 압축기의 압축 기구부인 것이 바람직하다.

상기 선회 스크롤(200)의 선회 운동에 의해 형성되는 흡입측과 연통되는 저압 통로(L)와 상기 선회 스크롤(200)의 선회 운동에 의해 형성되는 중간압측과 연통되는 중간압 통로(M)가 구비된다.

상기 저압 통로(L)와 중간압 통로(M)는, 도 5, 6에 도시한 바와 같이, 상기 고정 스크롤(100)의 몸체부(110)에 각각 형성됨이 바람직하다. 상기 저압 통로(L)와 중간압 통로(M)는 각각 고정 스크롤(100)의 몸체부(110)를 수직 방향으로 관통한 형태로 형성된다.

상기 저압 통로(L)는 일정 간격을 두고 위치하는 두 개의 통로(150)들로 이루어짐이 바람직하고, 그 하나의 통로(150)는 두 개의 관통홀(151)들로 이루어짐이 바람직하며 그 두 개의 관통홀(151)들은 일정 내경과 깊이를 갖는 원형 홈(152)의 내부에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 중간압 통로(M)는 일정 간격을 두고 위치하는 두 개의 통로(160)들로 이루어짐이 바람직하고, 그 하나의 통로(160)는 두 개의 관통홀(161)들로 이루어짐이 바람직하며 그 두 개의 관통홀(161)들은 일정 내경과 깊이를 갖는 원형 홈(162)의 내부에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 저압 통로(L)는 중간압 통로(M)보다 고정 스크롤의 몸체부(110) 중간에서 가장자리로 멀리 떨어져 위치한다. 상기 저압 통로(L)를 구성하는 두 개의 통로(150)들은 원주 방향으로 배열됨이 바람직하고, 중간압 통로(M)를 구성하는 두 개의 통로(160)들은 중심 방향으로 배열됨이 바람직하다.

그리고 상기 저압 통로(L)와 중간압 통로(M)를 연결시키는 연결 유로(CP)가 구비된 블록 어셈블리(300)가 상기 고정 스크롤(100)의 상면에 결합된다.

상기 블록 어셈블리(300)는 상기 고정 스크롤(100)의 상면에 결합되며 내부에 연결 유로(CP)가 구비된 연결 블록(310)과, 상기 연결 블록(310)에 결합되며 상기 연결 유로(CP)와 연통되는 압력 작용 유로(321)가 구비된 커버 블록(320)을 포함하여 구성된다.

상기 연결 블록(310)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 일정 두께와 면적을 갖는 블록 몸체부(311)와, 상기 블록 몸체부(311)의 양측에 각각 형성된 결합부(312)와, 상기 블록 몸체부(311)에 구비된 연결 유로(CP)를 포함하여 이루어진다.

상기 연결 유로(CP)는 상기 블록 몸체부(311)에 관통 형성되는 실린더 홀(313)과, 상기 블록 몸체부(311)에 형성되어 저압 통로(L)와 실린더 홀(313)을 연통시키는 제1 통로(H1)와, 상기 블록 몸체부(311)에 형성되어 중간압 통로(M)와 상기 실린더 홀(313)을 연통시키는 제2 통로(H2)를 포함하여 이루어진다. 상기 실린더 홀(313)은 일정 내경을 가지며 그 블록 몸체부(311)의 두께 방향으로 수직 관통 형성됨이 바람직하다. 한편, 상기 실린더 홀(313)은 다양한 형태로 구현될 수 있다.

상기 제1 통로(H1)는 상기 고정 스크롤(100)과 접면되는 연결 블록(310)의 접촉면에서부터 일정 깊이를 갖도록 형성되는 두 개의 수직 홀(314)들과, 상기 두 개의 수직 홀(314)들에서 각각 실린더 홀(313)과 연통되게 형성되는 두 개의 수평 홀(315)들로 이루어진다.

상기 제2 통로(H2)는 상기 고정 스크롤(100)과 접면되는 연결 블록(310)의 접촉면에서부터 일정 깊이를 갖도록 형성되는 두 개의 수직 홀(316)들과, 상기 두 개의 수직 홀(316)들에서 각각 실린더 홀(313)과 연통되게 형성되는 두 개의 수평 홀(317)들과, 상기 연결 블록(310)의 접촉면에 소정 깊이와 굴곡진 형태로 형성되어 두 개의 수직 홀(317)들 중 하나의 수직 홀(317)에 연결되는 연결 홈(318)으로 이루어진다.

상기 연결 유로(CP)를 형성하는 방법은 네 개의 수직홀(314)(316)들을 연결 블록(310)의 블록 몸체부(311)의 접촉면에 각각 형성한 다음 그 블록 몸체부(311)의 측면에서 두 개의 수직홀(314)(316)들을 연결시키는 홀을 각각 형성한 다음 그 네개의 홀들의 가운데 위치에 블록 몸체부(311)를 관통하는 실린더 홀(313)을 형성하게 된다. 그리고 그 블록 몸체부(311)의 측면에 두 개의 홀들에 각각 마개(330)를 결합한다.

상기 연결 블록(310)은 제1 통로(H1)가 저압 통로(L)와 연결되고 제2 통로(H2)가 중간압 통로(M)와 연통되도록 상기 고정 스크롤(100)의 상면에 고정 결합되며, 그 연결 블록(310)은 복수 개의 체결 볼트(미도시)에 의해 고정 스크롤(100)에 결합됨이 바람직하다. 이때, 제1 통로(H1)의 두 개의 수직홀(314)들은 저압 통로(L)의 두 개의 통로(150)들과 각각 연통되고, 제2 통로(H2)의 연결홈(318)과 하나의 수직홀(316)은 중간압 통로(M)의 두 개의 통로(160)들과 각각 연통된다.

상기 커버 블록(320)의 압력 작용 유로(321)는 커버 블록(320)의 가운데를 수직 방향으로 관통한 관통 구멍으로 이루어지며, 그 관통 구멍의 크기는 상기 실린더 홀(313)의 크기보다 작게 형성된다.

상기 커버 블록(320)은 그 압력 작용 유로(321)가 실린더 홀(313)과 연통되도록 연결 블록(310)의 상면에 결합되며 그 커버 블록(320)의 일면에 의해 그 연결 블록(310)의 실린더 홀(313)을 막게 된다.

그리고 상기 블록 어셈블리(300)의 연결 유로(CP)를 개폐하는 개폐 유닛(400)이 그 블록 어셈블리(300)에 구비된다.

상기 개폐 유닛(400)은 상기 연결 유로(CP)에 위치하는 스프링(410)과, 상기 연결 유로(CP)에 움직임 가능하게 삽입되어 상기 연결 유로(CP)를 개폐하는 개폐형 피스톤(420)을 포함하여 이루어진다.

상기 스프링(410)은 원형 코일 스프링이 바람직하며, 그 스프링(410)은 상기 연결 블록(310)의 실린더 홀(313)에 삽입되며, 그 실린더 홀(313)과 대면되는 고정 스크롤(100)의 상면은 그 스프링(410)의 일측이 삽입되도록 일정 깊이와 내경을 갖도록 스프링 삽입홀(170)이 형성된다. 상기 스프링 삽입홀(170)과 상기 저압 통로(L) 사이에 개폐형 피스톤(420)이 움직임시 발생되는 압력을 배출하는 배기홀(171)이 형성됨이 바람직하며 그 배기홀은 고정 스크롤(100)의 상면에 형성된다.

상기 스프링 삽입홀(170)의 내부에 일정 외경과 길이를 가지며 가운데 관통 구멍이 형성된 스프링 지지블록(430)이 삽입되어 그 스프링(410)의 일측을 지지함이 바람직하다. 그 스프링 지지블록(430)의 길이는 스프링 삽입홀(170)의 깊이보다 작다.

상기 개폐형 피스톤(420)은 일정 길이와 단면적을 갖는 피스톤 몸체(421)와 그 피스톤 몸체(421)의 일측에 형성되는 연결 통로(422)를 포함하여 이루어진다. 상기 피스톤 몸체(421)의 단면 형상은 상기 실린더 홀(313)의 단면 형상과 상응하게 형성되며, 그 단면 형상은 원형으로 형성됨이 바람직하다. 상기 연결 통로(422)는 피스톤 몸체(421)의 외면에 일정 폭과 깊이를 갖는 홈 형태로 형성됨이 바람직하다.

상기 개폐형 피스톤(420)은 상기 실린더 홀(313)에 삽입되어 그 일측이 상기 스프링(410)의 타측에 접촉되어 그 스프링(410)의 탄성력에 의해 지지되며 그 개폐형 피스톤(420)의 타측은 커버 블록(320)의 하면에 접촉 지지된다. 아울러 그 커버 블록(320)과 접촉되는 개폐형 피스톤(420)의 면은 그 커버 블록(320)의 압력 작용 유로(321)를 막게 된다.

상기 개폐형 피스톤(420)의 피스톤 몸체(421)는 연결 통로(422)에 의해 양쪽 부분으로 구획되며 그 일측이 제1 통로(H1)와 제2 통로(H2)를 막는 상태가 된다.

상기 커버 블록(320)의 압력 작용 유로(321)에 스프링(410)의 탄성력보다 큰 압력이 작용하게 되면 그 개폐형 피스톤(420)이 스프링(410)을 밀면서 아래로 움직이게 되고 그 개폐형 피스톤(420)이 아래로 움직이면서 그 개폐형 피스톤(420)의 연결 통로가 제1 통로(H1)와 제2 통로(H2) 사이에 위치하게 되어 그 제1 통로(H1)와 제2 통로(H2)를 연통시키게 된다.

그리고 상기 고정 스크롤(100)과 선회 스크롤(200)에서 토출된 토출 가스 압력과 그 고정 스크롤(100)과 선회 스크롤(200)로 흡입되는 흡입 가스 압력을 선택 적으로 상기 블록 어셈블리(300)에 작용시켜 상기 개폐 유닛(400)을 움직이는 압력 공급 유닛(500)이 구비된다.

상기 압력 공급 유닛(500)은 상기 토출관(13)과 연결되는 제1 연결관(510)과, 상기 흡입관(12)에 연결되는 제2 연결관(520)과, 상기 블록 어셈블리(300)의 연결 유로(CP)와 연결되는 제3 연결관(530)과, 상기 제1, 2, 3 연결관(510)(520)(530)들이 각각 연결되며 상기 제1 연결관(510)과 제3 연결관(530)을 연통시키거나 제2 연결관(520)과 제3 연결관(530)을 연통시키는 밸브(540)를 포함하여 구성된다.

상기 밸브(540)는 4방향 밸브(four way valve)인 것이 바람직하고, 그 밸브(540)는 상기 케이싱(10)의 외측에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 제3 연결관(530)은 상기 케이싱(10)을 관통하여 커버 블록(320)의 압력 작용 유로(321)에 연통되도록 그 커버 블록(320)에 결합된다. 그 제3 연결관(530)과 케이싱(10)의 연결부분은 용접 등에 의해 결합된다.

이하, 본 발명의 스크롤 압축기 모드 전환장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 스크롤 압축기의 압축기구부의 작동은 다음과 같다.

전동 기구부의 회전력이 회전축(70)을 통해 선회 스크롤(200)에 전달되면 그 선회 스크롤(200)이 고정 스크롤(100)과 맞물려 회전축(70)의 중심을 기준으로 선회 운동하게 된다.

상기 선회 스크롤(200)이 선회 운동함에 따라 그 선회 스크롤(200)의 랩(220)이 고정 스크롤(100)의 랩(120)과 맞물려 선회 운동하면서 그 선회 스크롤(200)의 랩(220)과 고정 스크롤(100)의 랩(120)에 의해 형성되는 복수 개의 압축 포켓(P)들이 그 고정 스크롤(100)의 중심부로 이동하게 된다.

그 복수 개의 압축 포켓(P)들이 중심부로 이동함과 동시에 체적이 변화되면서 가스를 흡입하고 압축하여 고정 스크롤(100)의 토출 구멍(130)을 통해 토출시키게 된다. 상기 선회 스크롤(200)의 선회 운동에 따라 고정 스크롤(100)과 선회 스크롤(200)의 가장자리 측에서 지속적으로 형성되어 고정 스크롤(100)의 가운데 측으로 이동하면서 가스를 압축시키게 되며, 상기 흡입관(12)을 통해 흡입되는 가스는 고정 스크롤(100)의 흡입구(140)를 통해 압축 포켓(P)들로 유입된다.

상기 압축 포켓(P)들이 고정 스크롤(100)의 가장자리에 위치한 상태에서는 저압인 흡입압 상태이고, 고정 스크롤(100)의 가운데 위치한 상태에서는 고압인 토출압 상태이다. 그리고 그 압축 포켓(P)들이 고정 스크롤(100)의 가운데와 가장자리의 사이에 위치한 상태에서 중간압 상태이다.

상기 고정 스크롤(100)의 토출 구멍(130)을 통해 토출되는 고온 고압 상태의 가스는 토출관(13)을 통해 외부로 토출된다.

한편, 부하가 크게 작용하여 스크롤 압축기가 100% 용량으로 운전(이하, 파우어 모드라 함)하게 될 경우, 도 8에 도시한 바와 같이, 압력 공급 유닛(500)의 밸브(540)가 제2 연결관(520)과 제3 연결관(530)을 연통시킨 상태가 된다. 상기 제2 연결관(520)과 제3 연결관(530)이 연통된 상태가 되므로 흡입관(12)의 저압이 제2 연결관(520)과 제3 연결관(530)을 통해 커버 블록(320)의 압력 작용 유로(321)에 작용하게 되며 그 커버 블록(320)의 압력 작용 유로(321)에 작용하는 저압이 개폐형 피스톤(420)에 작용하게 된다.

상기 흡입관(12)의 저압이 개폐형 피스톤(420)에 작용하게 되므로 그 개폐형 피스톤(420)의 일측을 지지하는 스프링(410)의 탄성력이 그 개폐형 피스톤(420)의 타측에 작용하는 저압보다 크게 되어 그 개폐형 피스톤(420)이 움직이지 않게 됨으로써 그 개폐형 피스톤(420)이 제1 통로(H1)와 제2 통로(H2)를 막게 된다.

상기 개폐형 피스톤(420)이 제1 통로(H1)와 제2 통로(H2)를 막은 상태이므로 흡입측에 위치하는 압축 포켓(P)과 중간압측에 위치하는 압축 포켓(P)이 서로 연결되지 않아 위에서 설명한 바와 같이 고정 스크롤(100)의 가장자리에 위치하는 압축 포켓(P)들이 고정 스크롤(100)의 가운데로 이동하면서 가장자리의 압축 포켓(P)들로 흡입된 가스가 그대로 압축되어 토출된다.

그리고 부하가 작게 작용하여 상기 스크롤 압축기가 압축 용량을 줄여서 운전(이하, 세이빙 모드라 함)하게 될 경우, 도 9에 도시한 바와 같이, 압력 공급 유닛(500)의 밸브(540)가 작동하여 제1 연결관(510)과 제3 연결관(530)을 연통시키게 된다. 상기 제1 연결관(510)과 제3 연결관(530)이 연통된 상태가 되면 토출관(13)의 고압이 제1 연결관(510)과 제3 연결관(530)을 통해 커버 블록(320)의 압력 작용 유로(321)에 작용하게 되며 그 커버 블록(320)의 압력 작용 유로(321)에 작용하는 고압이 개폐형 피스톤(420)에 작용하게 된다.

상기 개폐형 피스톤(420)의 일측에 작용하는 고압이 그 개폐형 피스톤(420)의 타측을 지지하는 스프링(410)의 탄성력보다 크게 되어 그 스프링(410)이 압축되 면서 개폐형 피스톤(420)이 아래로 움직이게 된다. 그 개폐형 피스톤(420)이 아래로 움직이면서 그 개폐형 피스톤(420)의 연통 통로(421)에 의해 제1 통로(H1)와 제2 통로(H2)가 연통되며 그 제1,2 통로(H1)(H2)가 연통됨으로써 중간 압력 상태인 압축 포켓(P)과 흡입 압력 상태인 압축 포켓(P)이 연통된다.

이와 같은 상태로 운전하게 되면 중간 압력 상태인 압축 포켓(P)과 흡입 압력 상태의 압축 포켓(P)이 연통되어 그 중간 압력 측의 압축 포켓(P)이 저압인 흡입압 상태가 된다. 이로 인하여 그 중간 압력의 위치부터 그 압축 포켓(P)이 고정 스크롤(100)의 토출 구멍(130)까지 이동하면서 체적이 감소되어 가스를 압축하게 되고 그 압축된 가스가 고정 스크롤(100)의 토출 구멍(130)을 통해 토출된다. 따라서 토출 구멍(130)을 통해 토출되는 가스 압력이 작아지게 될 뿐만 아니라 용량이 적게 된다.

이와 같이, 본 발명은 압력 공급 유닛(500)의 작동에 의해 토출 압력과 흡입 압력을 선택적으로 개폐 유닛(400)의 개폐형 피스톤(420)에 작용시켜 그 개폐형 피스톤(420)을 움직임으로써 고정 스크롤(100)과 선회 스크롤(200)에 의해 형성되는 중간압측과 흡입압측을 연통시키거나 그 연통을 막아 100% 운전인 파우어 모드 운전과 압축 용량을 감소시킨 세이빙 모드 운전이 가능하게 된다. 이로 인하여, 그 본 발명이 적용된 스크롤 압축기가 에어컨에 장착된 경우 더운 여름철 등에는 파우어 모드 운전을 하고 약간 더운 가을철이나 봄철 등에는 세이빙 모드 운전을 하게 됨으로써 on/off 방식을 대비하여 전체 시스템상 에너지 효율이 25% ~ 33% 정도 절 약을 할 수 있다.

또한 가변속 모터를 사용하는 인버터 방식의 경우 세이빙 모드 운전시 모터가 저속으로 회전하게 되므로 케이싱(10)의 저면에 있는 오일을 압축 기구부측으로 공급되는 양이 적어 급유 및 신뢰성에 문제가 발생할 수 있으나, 본 발명은 전동기구부의 모터가 정속으로 회전하게 되므로 급유 및 신뢰성을 유지하게 된다.

본 발명은 블록 어셈블리(300)와 개폐 유닛(400) 그리고 압력 공급 유닛(500)을 통해 파우어 모드 운전과 세이빙 모드 운전이 가능하게 되므로 그 구성이 간단하게 된다.

또한 고장이 발생하게 될 경우 압력 공급 유닛(500)이 케이싱(10)의 외측에 위치하게 되어 고장 수리가 간편하게 된다.

도 1은 일반적인 스크롤 압축기의 압축 기구부를 도시한 단면도,

도 2는 상기 스크롤 압축기의 압축 기구부를 구성하는 고정 스크롤 랩과 선회 스크롤 랩을 도시한 평면도,

도 3은 본 발명의 스크롤 압축기의 모드 전환장치의 일실시예가 구비된 스크롤 압축기의 압축 기구부를 도시한 단면도,

도 4는 본 발명의 스크롤 압축기의 모드 전환장치의 일실시예를 단면하여 도시한 사시도,

도 5는 본 발명의 스크롤 압축기 모드 전환장치를 구성하는 저압 통로와 중간압 통로를 나타낸 고정 스크롤의 평면도,

도 6은 본 발명의 스크롤 압축기 모드 전환장치의 일실시예를 구성하는 저압 통로 또는 중간압 통로의 단면도,

도 7은 본 발명의 스크롤 압축기 모드 전환장치를 구성하는 연결 블록의 사시도,

도 8,9는 본 발명의 스크롤 압축기 모드 전환장치의 일실시예의 작동 상태를 각각 도시한 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10; 케이싱 100; 고정 스크롤

200; 선회 스크롤 300; 블록 어셈블리

310; 연결 블록 320; 커버 블록

400; 개폐 유닛 500; 압력 공급 유닛

510; 제1 연결관 520; 제2 연결관

530; 제3 연결관 540; 밸브

H1; 제1 통로 H2; 제2 통로

L; 저압 통로 M; 중간압 통로

Claims

케이싱 내부에 위치하는 고정 스크롤 및 선회 스크롤;

상기 선회 스크롤의 선회 운동에 의해 형성되는 흡입측과 연통되는 저압 통로;

상기 선회 스크롤의 선회 운동에 의해 형성되는 중간압측과 연통되는 중간압 통로;

상기 고정 스크롤에 장착되며 상기 저압 통로와 중간압 통로를 연결시키는 연결 유로가 구비된 블록 어셈블리;

상기 블록 어셈블리에 구비되어 연결 유로를 개폐하는 개폐 유닛; 및

상기 고정 스크롤과 선회 스크롤에 토출된 토출 가스 압력과 고정 스크롤과 선회 스크롤로 흡입되는 흡입 가스 압력을 선택적으로 상기 블록 어셈블리에 작용시켜 상기 개폐 유닛을 움직이는 압력 공급유닛을 포함하는 스크롤 압축기의 모드 전환장치.
제 1 항에 있어서, 상기 저압 통로와 중간압 통로는 각각 고정 스크롤에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 모드 전환장치.
제 1 항에 있어서, 상기 블록 어셈블리는 연결 유로가 구비된 연결 블록과, 상기 연결 블록에 결합되며 상기 연결 유로와 연통되는 압력 작용 유로가 형성된 커버 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 모드 전환장치.
제 1 항에 있어서, 상기 연결 유로는 실린더 홀과, 상기 저압 통로와 실린더 홀을 연통시키는 제1 통로와, 상기 중간압 통로와 상기 실린더 홀을 연통시키는 제2 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 모드 전환장치.
제 4 항에 있어서, 상기 제1 통로는 상기 고정 스크롤과 접면되는 블록 어셈블리의 접촉면에서부터 일정 깊이를 갖도록 형성되는 두 개의 수직 홀들과, 상기 두 개의 수직 홀들에서 각각 실린더 홀과 연통되게 형성되는 두 개의 수평 홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 모드 전환장치.
제 4 항에 있어서, 상기 제2 통로는 상기 고정 스크롤과 접면되는 블록 어셈블리의 접촉면에서부터 일정 깊이를 갖도록 형성되는 두 개의 수직 홀들과, 상기 두 개의 수직 홀들에서 각각 실린더 홀과 연통되게 형성되는 두 개의 수평 홀들과, 상기 블록 어셈블리의 접촉면에 소정 깊이와 굴곡진 형태로 형성되어 두 개의 수직 홀들 중 하나의 수직 홀에 연결되는 연결 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 모드 전환장치.
제 1 항에 있어서, 상기 개폐 유닛은 상기 연결 유로에 위치하는 스프링과, 상기 연결 유로에 움직임 가능하게 삽입되며 상기 압력 공급 유닛에서 공급되는 압 력과 상기 스프링의 탄성력에 의해 움직이면서 상기 연결 유로를 개폐하는 개폐형 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 모드 전환장치.
제 7 항에 있어서, 상기 피스톤은 일정 길이와 단면적을 갖는 피스톤 몸체와 그 피스톤 몸체의 일측에 형성되는 연결 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 모드 전화장치.
제 1 항에 있어서, 상기 압력 공급 유닛은 상기 케이싱에 결합되어 가스가 토출되는 토출관과 연결되는 제1 연결관과, 상기 케이싱에 결합되어 가스가 흡입되는 흡입관에 연결되는 제2 연결관과, 상기 블록 어셈블리의 연결 유로와 연결되는 제3 연결관과, 상기 제1,2,3 연결관들이 각각 연결되며 상기 제1 연결관과 제3 연결관을 연통시키거나 제2 연결관과 제3 연결관을 연통시키는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 모드 전환장치.
제 9 항에 있어서, 상기 밸브는 케이싱의 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 모드 전환장치.