KR20120045958A

KR20120045958A - 압축기

Info

Publication number: KR20120045958A
Application number: KR1020100107864A
Authority: KR
Inventors: 김정훈; 장성순; 박정훈; 김수철; 한나라
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2012-05-09
Also published as: KR101718033B1

Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 토출구의 상단에 밸브안착부가 확장 형성되어 그 밸브안착부에 구 형상의 밸브부재가 탄성부재에 탄력 지지되도록 설치됨으로써, 상기 토출구의 직경을 비교적 넓게 유지하여 냉매의 토출량을 확보할 수 있고 이를 통해 냉매의 과압축을 방지하여 압축기의 입력상승을 미연에 방지할 수 있다. 또, 냉매의 토출량을 유지하면서도 밸브부재가 탄성부재에 접촉되어 미끄러지면서 개폐되어 상기 체크밸브의 밸브타음을 방지할 수 있고 이를 통해 압축기 소음을 줄일 수 있다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 체크밸브가 과압축을 방지할 수 있는 토출량을 확보하면서도 밸브타음을 줄일 수 있는 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 압축기는 밀폐용기의 내부공간에 구동력을 발생하는 구동모터와, 그 구동모터에 결합되어 작동하면서 냉매를 압축하는 압축유닛이 함께 설치되어 있다. 그리고 상기 밀폐형 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 스크롤식, 로터리식, 진동식 등으로 구분할 수 있다. 상기 왕복동식과 스크롤식 그리고 로터리식은 구동모터의 회전력을 이용하는 방식이고, 상기 진동식은 구동모터의 왕복운동을 이용하는 방식이다.

상기와 같은 밀폐형 압축기 중에서 스크롤식이나 로터리식 압축기의 경우에는 압축유닛의 토출구가 밀폐용기의 내부공간에 연통되고, 상기 토출구에는 그 토출구를 선택적으로 개폐하여 상기 압축유닛의 압축공간에서 밀폐용기의 내부공간으로 토출되는 냉매를 제어하도록 체크밸브가 설치되어 있다.

상기 체크밸브는 밸브의 형상에 따라 리드형 또는 피스톤형 등으로 구분될 수 있다. 상기 리드형 체크밸브의 경우는 얇은 판체의 일단을 압축유닛에 고정하고 타단을 자유단으로 하여 상기 토출구를 개폐하도록 구성되어 있다. 반면 피스톤형 체크밸브의 경우는 피스톤 모양으로 생긴 밸브가 밸브가이드의 내부에 상하방향으로 미끄러지게 삽입되어 상기 토출구를 개폐하도록 구성되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 리드형 체크밸브는, 박판으로 된 밸브가 개폐되는 과정에서 탄력적으로 복원되면서 고정단이 밸브시트면과 충돌하여 심한 밸브타음을 발생시키는 문제점이 있었다. 반면, 종래의 피스톤형 체크밸브는, 토출구의 직경을 작게 하는 경우에는 밸브타음은 개선할 수 있으나 이로 인해 토출유로가 좁아져 냉매의 토출량이 감소하면서 과압축 손실이 발생되어 압축기의 입력이 상승하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 체크밸브가 냉매의 토출량을 확보하여 압축기의 입력이 상승하는 것을 방지하면서도 밸브타음을 미연에 방지할 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐용기; 상기 밀폐용기의 내부공간에 설치되고, 냉매를 압축하도록 압축공간을 형성하며, 상기 압축공간에서 압축된 냉매가 상기 밀폐용기의 내부공간으로 토출되도록 토출구가 형성되는 압축유닛; 및 상기 압축유닛의 토출구를 개폐하도록 설치되는 밸브조립체;를 포함하고, 상기 밸브조립체는, 상기 토출구의 출구측에 연통되도록 밸브안착부가 확장 형성되는 밸브플레이트; 상기 밸브안착부에서 움직일 수 있도록 그 밸브안착부에 구비되어 상기 토출구를 개폐하는 밸브부재; 및 상기 밸브플레이트에 고정되고 상기 밸브부재가 밸브안착부에서 접촉된 상태로 움직이도록 그 밸브부재를 탄력 지지하는 탄성부재;를 포함한 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 압축기는, 상기 토출구의 직경을 비교적 넓게 유지하여 냉매의 토출량을 확보할 수 있고 이를 통해 냉매의 과압축을 방지하여 압축기의 입력상승을 미연에 방지할 수 있다. 또, 냉매의 토출량을 유지하면서도 밸브부재가 탄성부재에 접촉되어 미끄러지면서 개폐되어 상기 체크밸브의 밸브타음을 방지할 수 있고 이를 통해 압축기 소음을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명 본 발명에 따른 저압식 스크롤 압축기를 보인 종단면도,
도 2는 본 발명의 스크롤 압축기에서 체크밸브를 설명하기 위해 스크롤 압축기의 압축부를 보인 종단면도,
도 3은 도 2의 "I-I"선단면도,
도 4 및 도 5는 도 2에 따른 스크롤 압축기에서 체크밸브의 동작을 설명하기 위해 보인 확대도,
도 6은 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 체크밸브에 대한 다른 실시예를 보인 종단면도,
도 7은 본 발명에 따른 체크밸브가 로터리 압축기에 적용된 예를 보인 종단면도.

이하, 본 발명에 의한 압축기를 첨부된 도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 본 발명에 따른 저압식 스크롤 압축기를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 저압식 스크롤 압축기(이하, 스크롤 압축기로 약칭함)는, 밀폐용기(1)의 내부공간이 저압부인 흡입공간(11)과 고압부인 토출공간(12)으로 구분되고, 상기 밀폐용기(1)의 흡입공간(11)에 회전력을 발생하는 구동모터(2)가 설치되며, 상기 밀폐용기(1)의 흡입공간(11)과 토출공간(12) 사이에는 메인프레임(3)이 고정 설치된다. 상기 메인프레임(3)의 상면에는 고정스크롤(4)이 고정 설치되고, 상기 메인프레임(3)과 고정스크롤(4) 사이에는 상기 구동모터(2)의 크랭크축(23)에 편심 결합되어 상기 고정스크롤(4)과 함께 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하는 선회스크롤(5)이 선회 가능하게 설치된다.

상기 밀폐용기(1)의 내부공간은 고정스크롤(4)에 의해 흡입공간(11)과 토출공간(12)으로 구분되고, 상기 흡입공간(11)에는 흡입관(13)이 연통되도록 결합되는 반면 상기 토출공간(12)에는 토출관(14)이 연통되도록 결합된다.

여기서, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 밀폐용기는 밀봉된 소정의 토출공간이 구비되어 상기 고정스크롤(4)에 고정 결합되는 토출플레넘에 의해 저압부인 흡입공간과 고압부인 토출공간이 구획되거나, 또는 상기 고정스크롤의 상면에 고정되고 밀폐용기의 내주면에 밀착되는 고저압분리판(미도시)에 의해서도 상기 밀폐용기의 내부공간이 흡입공간과 토출공간으로 구획될 수도 있다.

상기 고정스크롤(4)은 그 경판부(41) 저면에 돌출되어 상기 선회스크롤(5)의 선회랩(52)과 함께 압축실(P)을 이루도록 인볼류트 형상으로 고정랩(42)이 형성된다. 상기 고정스크롤의 경판부(41) 외주연 바닥면에는 상기 밀폐용기(1)의 흡입공간(11)과 압축실(P)이 연통되도록 흡입구(43)가 형성되고, 상기 고정스크롤(4)의 경판부(41) 중심에는 압축실(P)과 상기 밀폐용기(1)의 토출공간(12)이 연통되도록 토출구(44)가 형성된다.

상기 선회스크롤(5)은 그 경판부(51)의 상면에 돌출되어 상기 고정랩(42)과 함께 압축실(P)을 이루도록 인볼류트 형상으로 선회랩(52)이 형성된다.

도면중 미설명 부호인 6은 서브프레임, 7은 체크밸브, 21은 고정자, 22는 회전자이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(2)에 전원이 인가되어 회전력이 발생되면, 상기 구동모터(2)의 크랭크축(23)에 편심 결합된 선회스크롤(5)이 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤(4)과의 사이에 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성한다. 상기 압축실(P)은 흡입구(또는, 흡입실)(43)에서 토출구(또는, 토출실)(44) 방향으로 점차 체적이 좁아지는 압축실(P)이 연속하여 여러 단계로 형성된다. 여기서, 상기 압축실(P)은 바깥쪽 압축실을 제1 중간압축실(P1), 안쪽 압축실을 제2 중간압축실(P2)로 약칭한다.

그러면, 상기 밀폐용기(1)의 외부에서 제공되는 냉매는 흡입관(13)을 통하여 밀폐용기(1)의 저압부인 흡입공간(11)으로 유입되고, 상기 흡입공간(11)의 저압냉매는 고정스크롤(4)의 흡입구(43)를 통해 유입되어 상기 선회스크롤(5)에 의해 제1 중간압축실(P1)에서 제2 중간압축실(P2) 방향으로 이동하면서 압축되었다가 상기 고정스크롤(4)의 토출구(44)를 통해 상기 밀폐용기(1)의 토출공간(12)으로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

상기와 같은 스크롤 압축기의 경우는 양쪽 스크롤(4)(5)이 상대운동을 하면서 냉매를 바깥쪽 압축실(P1)에서 안쪽 압축실(P2) 방향으로 이동시켜 토출하게 되므로 상기 토출구(44)의 출구단에 별도의 체크밸브(또는, 토출밸브라고도 한다)가 설치되지 않더라도 냉매는 지속적으로 압축되어 토출되는 일련의 과정을 반복할 수는 있다. 하지만, 상기 토출구(44)에 별도의 체크밸브(100)가 설치되지 않는 경우에는 상기 토출공간(12)으로 토출되었던 냉매가 순간적으로 압축실(P)로 역류할 수 있어 가급적 체크밸브(100)를 설치하는 것이 압축기의 안정성 측면에서 바람직할 수 있다.

이 경우 상기 고정스크롤(4)의 토출구(44)에 설치된 체크밸브(100)가 그 토출구(44)를 개폐하는 과정에서 상기 체크밸브(100)가 고정스크롤(4)의 상면에 부딪혀 밸브타음을 유발할 수 있으므로 상기 체크밸브(100)가 고정스크롤(4)에 부딪혀 발생되는 밸브타음을 최소화하면서도 상기 토출구(44)의 일정 직경(또는, 토출 단면적이라고도 할 수 있다)을 유지하여 냉매의 토출량을 확보할 수 있도록 하는 것이 냉매의 토출손실을 줄여 입력 대비 압축기 효율을 높이는데 바람직하다.

도 2는 본 발명의 스크롤 압축기에서 체크밸브를 설명하기 위해 스크롤 압축기의 압축부를 보인 종단면도이고, 도 3은 도 2의 "I-I"선단면도이며, 도 4 및 도 5는 도 2에 따른 스크롤 압축기에서 체크밸브의 동작을 설명하기 위해 보인 확대도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 체크밸브(100)는 상기 고정스크롤(4)의 토출구(44)에 밸브안착부(441)가 확장되어 형성되고, 상기 밸브안착부(441)에는 상기 토출구(44)를 개폐하는 밸브부재(110)가 움직일 수 있도록 삽입되며, 상기 고정스크롤(4)의 상면에는 상기 밸브부재(110)를 탄력 지지하여 그 밸브부재(110)가 상기 밸브안착부(441)에서 접촉된 상태로 움직이도록 하는 탄성부재(120)가 고정된다.

상기 밸브안착부(441)는 그 바닥면이 중심으로 갈수록 깊어지도록 경사져 깔때기 모양으로 형성되고, 그 축중심(CL1)이 상기 토출구(44)의 축중심(CL2)과 소정의 간격(d)을 가지도록 편심되게 형성된다. 즉, 상기 밸브안착부(441)의 경사진 바닥면 중에서 상기 토출구(44)와 접하는 면은 상기 밸브부재(110)가 밀착되도록 밸브시트면(442)이 형성되고, 상기 밸브시트면(442)에 접하여 대응하는 면에는 상기 밸브부재(110)가 열릴 때 상기 탄성부재(120)를 가세할 수 있도록 밸브미끄럼면(443)이 형성된다.

상기 밸브시트면(442)과 밸브미끄럼면(443)은 상기 토출구(44)의 출구단을 기준으로 할 때 소정의 높이차(△H)를 갖도록 서로 다른 높이로 형성될 수 있다. 즉, 상기 밸브시트면(442)의 높이(H1)가 상기 밸브미끄럼면(443)의 높이(H2)보다 높게 형성되어야 상기 토출구(44)를 통해 토출되는 냉매가 상기 밸브부재(110)를 가세할 때 그 밸브부재(110)가 밸브미끄럼면 방향으로 움직일 수 있게 된다.

상기 밸브부재(110)는 도 2 및 도 3에서와 같이 상기 토출구(44)의 직경(D1)보다 큰 직경(D2)을 갖는 구 형상으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

그리고 상기 밸브부재(110)의 직경(D2)은 그 밸브부재(110)가 토출구(44)를 닫은 상태에서 상기 밸브부재(110)의 최상점이 상기 고정스크롤(4)의 상면보다 높거나 또는 동일한 높이의 직경을 가지도록 형성되는 것이 상기 밸브부재(110)와 탄성부재(120)가 항상 접촉된 상태를 유지할 수 있어 바람직하다.

상기 탄성부재(120)는 그 일단이 상기 고정스크롤(4)의 상면에 고정되는 고정단(121)으로 형성되고, 그 타단이 자유상태인 자유단(122)으로 형성되며, 상기 자유단(122)이 상기 밸브부재(110)와 접촉되어 상기 고정단(121)을 중심으로 하여 탄력적으로 휘어지도록 형성된다.

그리고 상기 탄성부재(120)는 그 자유단(122)이 상기 밸브안착부(441)를 복개할 수 있는 넓이로 형성될 수도 있지만 상기 자유단(122)이 밸브안착부(441)를 개폐하는 역할을 하지는 않으므로 상기 자유단(122)의 넓이가 밸브안착부(441)의 넓이보다 넓게 형성될 필요는 없다. 그리고 상기 탄성부재(120)는 그 고정단(121)이 상기 밸브안착부(441)의 밸브미끄럼면 방향으로 위치하는 반면, 그 자유단(122)이 상기 밸브안착부(441)의 밸브시트면 방향으로 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 탄성부재(120)의 배면에는 그 탄성부재(120)의 휨 정도를 제한하도록 강체로 된 지지부재(130)가 더 구비될 수 있다. 상기 지지부재(130)는 소정의 곡률로 휘어지도록 형성되어 상기 탄성부재(120)의 고정단(121)과 함께 상기 고정스크롤(4)에 고정 결합된다.

상기와 같은 본 발명에 의한 스크롤 압축기에서 체크밸브가 가지는 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 상기 선회스크롤(5)이 선회운동을 하여 압축실(P)에서 압축되는 냉매가 안쪽 압축실에서 상기 고정스크롤(4)의 토출구(44)를 통해 토출되면 그 토출되는 냉매가 상기 밸브부재(110)의 저면을 가세하게 된다.

그러면 상기 밸브부재(110)는 토출되는 냉매가 가세하는 방향, 즉 밸브미끄럼면 방향으로 미끄러져 이동을 하게 되고, 동시에 상기 탄성부재(120)는 고정단(121)을 중심으로 약간 들려 휘어지면서 복원력을 축적하게 된다.

그러면 상기 압축실(P)에서 토출되는 냉매는 상기 밸브부재(110)가 밸브미끄럼면 방향으로 이동하면서 발생되는 틈새(t)를 통해 빠르게 흘러나와 상기 밸브안착부(441)를 거쳐 토출공간(12)으로 토출된다. 동시에 상기 밸브부재(110)는 그 일측면이 상기 밸브안착부(441)의 내벽면에 막힐 때까지 밸브미끄럼면(443)과 탄성부재(120)의 저면에 접촉된 상태로 미끄러져 이동을 하여 토출구(44)가 완전히 개방된다.

다음, 상기 압축된 냉매가 모두 토출되고 나면 상기 밸브부재(110)의 저면을 가세하던 가스력이 제거되어 상기 밸브부재(110)는 탄성부재(120)의 복원력에 눌려 상기 토출구(44)를 다시 차단하게 된다. 이때, 상기 밸브부재(110)는 그 외주면이 상기 탄성부재(120)와 밸브미끄럼면(443)에 접촉된 상태로 미끄러져 밸브시트면 방향으로 이동을 하여 상기 토출구(44)를 차단하게 된다.

이렇게 하여, 상기 토출구의 직경을 비교적 넓게 유지하여 냉매의 토출량을 확보할 수 있게 되고 이를 통해 냉매가 압축실에서 과압축되어 압축기 입력이 상승하게 되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또, 냉매의 토출량을 유지하면서도 상기 밸브부재가 탄성부재에 접촉되어 미끄러지면서 개폐되어 상기 체크밸브의 밸브타음을 방지할 수 있고 이를 통해 압축기 소음을 줄일 수 있다.

한편, 상기 밸브부재(110)는 구 형상 외에 다면체 형상으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도 6에서와 같이 상기 밸브부재(210)는 그 저면 일측이 경사진 경사면(211)을 가지도록 형성되고, 상기 밸브부재(210)의 저면에는 토출되는 냉매가 상기 밸브부재(210)를 한 쪽 방향(밸브미끄러면 방향)으로 가세할 수 있도록 가압면(212)을 경사지게 형성할 수도 있다. 이 경우 상기 밸브안착부(441)는 깔때기 형상보다는 상기 밸브부재(110)의 형상과 대응되도록 다면체 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 밸브부재(210)는 상기 탄성부재(220)와 접촉되는 면이 점접촉 또는 선접촉하도록 곡선으로 형성되는 것이 상기 밸브부재(210)와 탄성부재(220) 사이의 마찰손실을 줄여 밸브부재(210)가 원활하게 열릴 수 있어 바람직할 수 있다. 도면중 미설명 부호인 230은 지지부재이다.

본 실시예들은 밀폐용기의 내부공간이 흡입공간과 토출공간으로 구획되는 저압식 스크롤 압축기에 적용된 진공방지유닛을 살펴보았으나, 본 발명에 의한 진공방지유닛은 상기 밀폐용기의 내부공간이 토출공간을 형성하는 고압식 스크롤 압축기에도 유사하게 적용될 수 있다.

또, 본 발명에 의한 압축기의 체크밸브는 로터리 압축기에도 동일하게 적용할 수 있다. 즉, 도 7에서와 같이, 로터리 압축기에서는 압축실을 형성하는 상부베어링(1100)에 토출구(1110)를 형성하고, 상기 토출구(1110)의 출구단에 상기와 같은 밸브안착부(1111)를 확장 형성하며, 상기 밸브안착부(1111)에는 구 형상의 밸브부재(1112)를 삽입하고, 상기 상부베어링(1100)의 상면에는 상기 밸브부재(1112)를 탄력적으로 지지하는 탄성부재(1113)를 고정 설치할 수 있다. 도면중 미설명 부호인 1114는 지지부재이다.

본 실시예와 같이 로터리 압축기에 상기와 같은 체크밸브가 적용되는 경우 그 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이하다. 즉, 상기 로터리 압축기의 압축실에서 토출구(1110)를 통해 토출되는 냉매가 밸브부재(1112)를 밀어 그 밸브부재(1112)가 상기 밸브안착부(1111)에서 미끄러져 이동하면서 상기 토출구(1110)가 개방되도록 하고, 상기 압축실에서 압축된 냉매가 토출된 이후에는 상기 밸브부재(1112)를 지지하는 탄성부재(1113)가 탄력적으로 복원되면서 상기 밸브부재(1112)를 밀어 토출구(1110)를 차단하는 위치로 미끄러져 이동하도록 함으로써 상기 토출구(1110)의 직경을 일정 정도 유지하면서도 체크밸브의 밸브타음을 미연에 방지할 수 있다.

1 : 밀폐용기 2 : 구동모터
3 : 메인프레임 4 : 고정스크롤
5 : 선회스크롤 11 : 흡입공간
12 : 토출공간 42 : 고정랩
44 : 토출구 100 : 체크밸브
110 : 밸브부재 120 : 탄성부재
121 : 고정단 122 : 자유단
441 : 밸브안착부 442 : 밸브시트면
443 : 밸브미끄럼면

Claims

밀폐용기;
상기 밀폐용기의 내부공간에 설치되고, 냉매를 압축하도록 압축공간을 형성하며, 상기 압축공간에서 압축된 냉매가 상기 밀폐용기의 내부공간으로 토출되도록 토출구가 형성되는 압축유닛; 및
상기 압축유닛의 토출구를 개폐하도록 설치되는 밸브조립체;를 포함하고,
상기 밸브조립체는,
상기 토출구의 출구측에 연통되도록 밸브안착부가 확장 형성되는 밸브플레이트;
상기 밸브안착부에서 움직일 수 있도록 그 밸브안착부에 구비되어 상기 토출구를 개폐하는 밸브부재; 및
상기 밸브플레이트에 고정되고 상기 밸브부재가 밸브안착부에서 접촉된 상태로 움직이도록 그 밸브부재를 탄력 지지하는 탄성부재;를 포함한 압축기.
제1항에 있어서, 상기 밸브안착부는,
상기 토출구와 밸브안착부가 접하는 면에 상기 밸브부재가 밀착되도록 형성되는 밸브시트면과,
상기 밸브시트면에 접하도록 형성되고 상기 밸브부재가 탄성부재를 가세하는 방향으로 경사지게 형성되는 밸브미끄럼면을 포함하는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 밸브시트면은 상기 밸브부재가 토출구를 통해 토출되는 냉매에 의해 상기 밸브미끄럼면 방향으로 움직이도록 소정의 경사각을 가지는 경사면으로 형성되는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 밸브부재는 상기 밸브부재가 토출구를 통해 토출되는 냉매에 의해 상기 밸브미끄럼면 방향으로 움직이도록 소정의 경사각을 갖는 경사면이 형성되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 토출구는 그 축방향 중심이 상기 밸브안착부의 축방향 중심에서 일정 간격만큼 편심되도록 형성되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 탄성부재는 그 일단이 상기 밸브플레이트에 고정되는 고정단으로 형성되고 그 타단이 자유상태인 자유단으로 형성되며, 상기 자유단이 상기 밸브부재와 접촉되어 상기 고정단을 중심으로 하여 탄력적으로 휘어지도록 형성되는 압축기.
제6항에 있어서,
상기 탄성부재의 배면에는 그 탄성부재의 휨 정도를 제한하도록 강체로 된 지지부재가 더 구비되는 압축기.
제6항에 있어서,
상기 밸브부재는 상기 탄성부재와 접촉되는 면이 점접촉 또는 선접촉하도록 곡선으로 형성되는 압축기.