KR20120080275A

KR20120080275A - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR20120080275A
Application number: KR20110001617A
Authority: KR
Inventors: 김양선; 조성해
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-07-17
Also published as: EP2474741A3; US20120177522A1; US9133845B2; KR101827829B1; EP2474741A2; CN102588275A; CN102588275B; EP2474741B1

Abstract

본 발명의 사상에 따른 스크롤 압축기는 고정스크롤과 맞물리며 선회하여 냉매를 압축하는 선회스크롤을 지지하도록 상기 선회스크롤의 배면에 형성된 배압실과, 압축비에 따라 자동적으로 제1중간압 또는 상기 제1중간압보다 작은 제2중간압 중 어느 하나를 상기 배압실에 부가하는 배압조절장치를 포함한다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 배압조절장치를 구비한 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤 압축기는 스파이럴 형상으로 된 랩(Wrap)을 가지는 고정 스크롤과 선회 스크롤을 조합하여 상대적인 운동에 의해 냉매를 압축하는 장치이다.

스크롤 압축기는 선회 스크롤의 지지 및 고정 스크롤과 선회 스크롤의 밀봉 유지를 위하여 선회 스크롤의 배면측에 형성된 배압실을 갖는다.

적절한 크기의 배압(Back Pressure)이 부가되도록 배압실은 고정 스크롤과 선회 스크롤에 의해 형성되는 압축실의 일 지점에 연통되기도 한다.

즉, 배압실에는 흡입압과 토출압의 중간압이 배압으로서 부가된다.

이 경우 고압축비에서는 상대적으로 커진 배압에 의해 고정 스크롤과 선회 스크롤의 스러스트(Trust)면에 마모가 발생할 수 있다.

또한, 저압축비에서는 상대적으로 작아진 배압에 의해 선회 스크롤의 드롭(Drop) 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 일측면은 흡입과 토출 압축비에 따라서 부가되는 배압을 조절하는 배압조절장치를 갖는 스크롤 압축기를 제공한다.

본 발명의 사상에 따르면 스크롤 압축기는 외부에서 냉매가 유입되는 흡입실과, 유입된 냉매를 압축하도록 고정 스크롤과 선회 스크롤에 의해 형성되는 압축실과, 상기 압축실을 거쳐 압축된 냉매가 토출되는 토출실과, 상기 압축실의 일 지점에 연통되는 제1중간압영역과, 상기 압축실의 또 다른 일지점에 연통되는 제2중간압영역과, 상기 선회 스크롤을 가압하도록 상기 선회스크롤의 배면 측에 형성된 배압실과, 압축비에 따라서 상기 제1중간압영역 또는 상기 제2중간압영역 중 어느 하나에 상기 배압실이 연통되도록 제어하는 배압조절장치를 포함한다.

여기서, 상기 배압조절장치는 상기 제1중간압영역을 상기 배압실에 연통시키는 제1유로와, 상기 제2중간압영역을 상기 배압실에 연통시키는 제2유로가 형성된 실린더와, 상기 실린더 내부에 진퇴 가능하게 수용되어 상기 제1유로와, 상기 제2유로를 선택적으로 개폐하는 피스톤을 포함한다.

또한, 상기 피스톤의 상단부에 토출압이 작용하도록 상기 실린더의 상부는 상기 토출실에 연통된다.

또한, 상기 피스톤의 하단부에 흡입압이 작용하도록 상기 실린더의 하부는 상기 흡입실에 연통된다.

또한, 상기 실린더의 상부 내주면은 상기 실린더의 하부 내주면 보다 작은 직경을 갖는다.

또한, 상기 실린더의 하단부에는 상기 피스톤의 하단부 보다 작은 직경을 갖는 시트부가 형성된다.

또한, 상기 피스톤은 상기 제1유로를 개폐하는 제1개폐부와, 상기 제2유로를 개폐하는 제2개폐부를 포함한다.

또한, 상기 피스톤의 상단부는 상기 피스톤의 하단부 보다 작은 직경을 갖는 다.

바람직하게는, 상기 제1중간압영역과, 상기 제2중간압영역은 상기 고정 스크롤 내부에 형성될 수 있다.

한편, 상기 제1중간압영역은 상기 제2중간압영역 보다 상기 토출실에 가깝게 형성될 수 있다.

다른 측면에서 본 발명의 사상에 따른 스크롤 압축기는 고정스크롤과 맞물리며 선회하여 냉매를 압축하는 선회스크롤을 지지하도록 상기 선회스크롤의 배면에 형성된 배압실과, 압축비에 따라 자동적으로 제1중간압 또는 상기 제1중간압보다 작은 제2중간압 중 어느 하나를 상기 배압실에 부가하는 배압조절장치를 포함한다.

여기서, 상기 배압조절장치는 상기 제1중간압을 상기 배압실에 부가하기 위한 제1유로와, 상기 제2중간압을 상기 배압실에 부가하기 위한 제2유로가 형성된 실린더를 포함한다.

또한, 상기 실린더 내부에 진퇴 가능하게 수용되어 상기 제1유로와, 상기 제2유로를 선택적으로 개폐하는 피스톤을 더 포함한다.

본 발명의 사상에 따르면 고압축비와 저압축비에서 배압의 크기가 조정되므로 압축비의 변화에도 불구하고 배압의 크기가 적절하게 유지될 수 있으며 스크롤 압축기의 운전 영역이 넓어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 스크롤 압축기의 배압조절장치의 단면도로서 제1유로가 개방된 상태를 보인 것이다.
도 3은 도 1의 스크롤 압축기의 배압조절장치의 단면도로서 제2유로가 개방된 상태를 보인 것이다.
도 4는 도 1의 스크롤 압축기의 피스톤을 도시한 단면도이다.
도 5는 모드 전환을 위한 기준 압축비를 설명하기 위한 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 스크롤 압축기(1)는 하우징(2), 구동부 및 압축기구부를 포함한다.

하우징(2)의 일측 상부에는 압축된 냉매가 외부로 토출되도록 토출구(3)가 마련되고, 일측 하부에는 냉매가 유입되도록 유입구(4)가 마련된다.

구동부는 하우징(2)의 하측 내부에 압입 고정되는 고정자(5)와, 고정자(5)의 중앙에 회동 가능하게 설치되는 회전자(6)를 포함한다.

구동축(7)의 상단에는 편심 회전하는 편심부(8)가 마련된다.

압축기구부는 구동축(7)에 끼워지고 하우징(2)의 내주 상단에 고정되는 프레임(9), 구동축(7)에 의해 가동되고 상면에 스파이럴 형상의 선회 스크롤 랩(31)이 형성되는 선회 스크롤(30) 및 하면에 선회 스크롤 랩(31)과 맞물리는 고정 스크롤 랩(21)이 형성된 고정 스크롤(20)을 포함한다.

프레임(9)의 스러스트면에 형성된 원형의 홈에는 선회 스크롤(30)의 배면 측에 배압실(43)이 형성되도록 원형의 띠 형상을 갖는 실링부재(10)가 설치된다.

고정 스크롤(20)은 프레임(9)의 상측에 고정되고, 선회 스크롤(30)은 고정 스크롤 랩(21)과 선회 스크롤 랩(31)이 맞물리도록 고정 스크롤(20) 하측에서 선회한다.

흡입실(41)로 유입된 냉매는 고정 스크롤(20)과 선회 스크롤(30)에 의해 형성된 압축실(40)로 이동되고 선회 스크롤의 선회 운동을 통해 압축된다. 압축된 고압의 냉매는 고정 스크롤(20)의 토출포트(23)를 통해 토출실(42)로 토출된다.

고정 스크롤(20)에는 압축실(40)의 일 지점에 연통되는 제1중간압영역(44)과, 압축실(40)의 또 다른 일지점에 연통되는 제2중간압영역(45)이 형성된다.

제1중간압영역(44)은 제2중간압영역(45) 보다 고압이 형성되도록 압축실(40)의 내측에 연통된다. 즉, 제1중간압영역(44)은 제2중간압영역(45) 보다 토출실(42)에 가깝게 형성된다.

한편, 스크롤 압축기(10)는 배압조절장치(50)를 더 포함한다.

배압조절장치(50)는 제1중간압통로(51)에 의해 제1중간압영역(44)에 연통되고, 제2중간압통로(52)에 의해 제2중간압영역(45)에 연통된다.

또한, 배압조절장치(50)는 배압통로(53)에 의해 배압실(43)에 연통된다.

또한, 배압조절장치(50)는 흡입압통로(55)에 의해 흡입실(41)에 연통되고, 토출압통로(54)에 의해 토출실(42)에 연통된다.

도 2는 도 1의 스크롤 압축기의 배압조절장치의 단면도로서 제1유로가 개방된 상태를 보인 것이고, 도 3은 도 1의 스크롤 압축기의 배압조절장치의 단면도로서 제2유로가 개방된 상태를 보인 것이다. 도 4는 도 1의 스크롤 압축기의 피스톤을 도시한 단면도이다. 도 5는 모드 전환을 위한 기준 압축비를 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3에서 보듯이, 배압조절장치(50)는 대략 원통 형상의 실린더(56)와, 실린더(56) 내부에 수용되는 피스톤(60)을 포함한다.

피스톤(60)은 실런더(56) 내부에 상하로 진퇴 가능하게 수용된다.

실린더(56)의 상부는 피스톤(60)의 상단부(64)에 토출압(Pd)이 작용하도록 토출압통로(54)에 의해 토출실(42)에 연통된다.

또한, 실린더(56)의 하부는 피스톤(60)의 하단부(65)에 흡입압(Ps)이 작용하도록 흡입압통로(55)에 의해 흡입실(41)에 연통된다.

이러한 구성으로 피스톤(60)은 흡입압(Ps)과 토출압(Pd)의 압축비에 따라서 상측으로 전진하거나 하측으로 후퇴할 수 있다.

여기서, 피스톤(60)의 상단부(64)의 직경이 D1이고, 피스톤(60)의 하단부(65)의 직경이 D2인 경우, 도 2에서 보듯이 Pd×D1^2 < Ps×D2^2 일 때 피스톤(60)은 상측으로 전진하고, 도 3에서 보듯이 Pd×D1^2 > Ps×D2^2 일 때 피스톤(60)은 하측으로 후퇴한다.

따라서, 피스톤(60)의 상단부(64)의 직경(D1)과, 피스톤(60)의 하단부(65)의 직경(D2)을 적절히 설계하여 피스톤(60)의 전진과 후퇴의 기준 압축비를 결정할 수 있다.

이러한 기준 압축비는 도 5에서 도시된 바와 같이 고압축비와 저압축비의 사이의 일정 비율로 설정될 수 있다. 도 5에서 가로축은 증발온도를 나타내고 세로축은 응축온도를 나타낸다. P5점과 P6점 사이는 대략 저압축비에 해당하고 P2점과 P3점 사이는 대략 고압축비에 해당한다.

물론, 토출압(Pd)은 흡입압(Ps) 보다 고압이 되므로 피스톤(60)의 상단부(64)의 직경(D1)은 피스톤(60)의 하단부(65)의 직경(D2) 보다 작은 범위에서 설계되어야 한다.

한편, 도 2에서 도시된 바와 같이 실린더(56)에는 제1중간압통로(51)를 배압통로(53)에 연통시킴으로써 제1중간압영역(44)을 배압실(43)에 연통시키는 제1유로(Pa1)가 형성된다.

또한, 도 3에서 도시된 바와 같이 제2중간압통로(52)를 배압통로(53)에 연통시킴으로써 제2중간압영역(45)을 배압실(43)에 연통시키는 제2유로(Pa2)가 형성된다.

따라서, 제1유로(Pa1)가 개방되는 경우 제1중간압(Pm1)이 배압실(43)에 부가되고, 제2유로(Pa2)가 개방되는 경우 제2중간압(Pm2)이 배압실(43)에 부가되게 된다.

여기서, 제1유로(Pa1)와 제2유로(Pa2)는 피스톤(60)에 의해서 선택적으로 개폐된다. 피스톤(60)은 제1유로(Pa1)를 개폐하도록 형성되는 제1개폐부(61)와, 제2유로(Pa2)를 개폐하도록 형성되는 제2개폐부(62)를 포함하고, 제1개폐부(61)와 제2개폐부(62)는 연결부(63)에 의해서 연결된다.

제1개폐부(61)와 제2개폐부(62)는 실린더(56)의 내주와 밀착되도록 형성되고, 연결부(63)는 제1유로(Pa1) 또는 제2유로(Pa2)를 형성하도록 실린더(56)의 내주 보다 다소 작은 직경을 가지도록 형성될 수 있다.

또한, 실린더(56)는 피스톤(60)의 형상에 대응하여 상부 내주면(57)은 하부 내주면(58) 보다 작은 직경을 갖도록 형성된다.

실린더(56)의 하단부에는 피스톤(60)의 이탈을 방지하도록 피스톤(60)의 하단부(65) 보다 작은 직경을 갖는 시트부(59)가 형성될 수 있다.

이상과 같은 구성으로 배압조절장치(50)는 압축비에 따라 자동적으로 제1중간압(Pm1) 또는 제1중간압(Pm1)보다 작은 제2중간압(Pm2) 중 어느 하나를 배압실(43)에 부가할 수 있게 된다.

즉, 압축비(Pd/Ps)가 큰 경우 상대적으로 저압인 제2중간압(Pm2)을 배압실(43)에 부가하고, 압축비(Pd/Ps)가 작은 경우 상대적으로 고압인 제1중간압(Pm1)을 배압실(43)에 부가한다.

이와 같은 스크롤 압축기(1)의 작동 과정을 도 1 내지 도 5를 참조하여 간단히 설명한다.

스크롤 압축기(1)의 작동이 시작되면, 고정자(5)에 발생되는 유기전력에 의해 회전자(6)에 고정된 구동축(7)이 회전하게 되고, 구동축(7)의 상단에 마련된 편심부(8)에 끼워진 선회 스크롤(30)이 고정 스크롤(20)에 맞물린 상태에서 선회한다.

유입구(4)로 유입된 냉매는 흡입실(41)을 거쳐 선회 스크롤(30)과 고정 스크롤(20)에 의해 형성된 압축실(40)로 이동하고, 선회 스크롤(30)의 선회 운동에 의해 압축된다.

고압으로 압축된 냉매는 토출실(42)과 토출구(3)를 거쳐 외부로 토출된다.

이때, 스크롤 압축기(1)가 설정된 기준압축비를 기준으로 저압축비로 가동되는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 배압조절장치(50)의 피스톤(60)이 상측으로 전진하면서 제1유로(Pa1)가 개방되고, 제2유로(Pa2)는 폐쇄된다. 개방된 제1유로(Pa1)를 통해 상대적으로 고압인 제1중간압(Pm1)이 배압실(43)에 부가된다.

반대로, 스크롤 압축기(1)가 설정된 기준압축비를 기준으로 고압축비로 가동되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 배압조절장치(50)의 피스톤(60)이 하측으로 후퇴하면서 제1유로(Pa1)는 폐쇄되고, 제2유로(Pa2)가 개방된다. 개방된 제2유로(Pa2)를 통해 상대적으로 저압인 제2중간압(Pm1)이 배압실(43)에 부가된다.

따라서, 압축비의 변화에도 불구하고 배압의 크기는 적절하게 유지될 수 있으며, 운전 영역이 넓어진다.

특정 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 특허청구범위에 명시된 본 발명의 기술적 사상으로서의 요지를 일탈하지 아니하는 범위 안에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 또는 변형 가능한 다양한 실시예들도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

1 : 스크롤 압축기 2 : 하우징
3 : 토출구 4 : 유입구
5 : 고정자 6 : 회전자
7 : 구동축 8 : 편심부
9 : 프레임 10 : 실링부재
20 : 고정 스크롤 21 : 고정 스크롤 랩
23 : 토출포트 30 : 선회 스크롤
31 : 선회 스크롤 랩 40 : 압축실
41 : 흡입실 42 : 토출실
43 : 배압실 44 : 제1중간압영역
45 : 제2중간압영역 50 : 배압조절장치
51 : 제1중간압통로 52 : 제2중간압통로
53 : 배압통로 54 : 토출압통로
55 : 흡입압통로 56 : 실린더
57 : 상부 내주면 58 : 하부 내주면
59 : 시트부 60 : 피스톤
61 : 제1개폐부 62 : 제2개폐부
63 : 연결부 64 : 피스톤 상단부
65 : 피스톤 후단부 D1 : 피스톤 상단부 직경
D2 : 피스톤 하단부 직경 Pa1 : 제1유로
Pa2 : 제2유로 Pb : 배압
Pd : 토출압 Ps : 흡입압
Pm1 : 제1중간압 Pm2 : 제2중간압

Claims

외부에서 냉매가 유입되는 흡입실;
유입된 냉매를 압축하도록 고정 스크롤과 선회 스크롤에 의해 형성되는 압축실;
상기 압축실을 거쳐 압축된 냉매가 토출되는 토출실;
상기 압축실의 일 지점에 연통되는 제1중간압영역;
상기 압축실의 또 다른 일지점에 연통되는 제2중간압영역;
상기 선회 스크롤을 가압하도록 상기 선회스크롤의 배면 측에 형성된 배압실; 및
압축비에 따라서 상기 제1중간압영역 또는 상기 제2중간압영역 중 어느 하나에 상기 배압실이 연통되도록 제어하는 배압조절장치; 를 포함하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 배압조절장치는 상기 제1중간압영역을 상기 배압실에 연통시키는 제1유로와, 상기 제2중간압영역을 상기 배압실에 연통시키는 제2유로가 형성된 실린더; 및
상기 실린더 내부에 진퇴 가능하게 수용되어 상기 제1유로와, 상기 제2유로를 선택적으로 개폐하는 피스톤을 포함하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,
상기 피스톤의 상단부에 토출압이 작용하도록 상기 실린더의 상부는 상기 토출실에 연통된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,
상기 피스톤의 하단부에 흡입압이 작용하도록 상기 실린더의 하부는 상기 흡입실에 연통된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,
상기 실린더의 상부 내주면은 상기 실린더의 하부 내주면 보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,
상기 실린더의 하단부에는 상기 피스톤의 하단부 보다 작은 직경을 갖는 시트부가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,
상기 피스톤은 상기 제1유로를 개폐하는 제1개폐부와, 상기 제2유로를 개폐하는 제2개폐부를 포함하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,
상기 피스톤의 상단부는 상기 피스톤의 하단부 보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1중간압영역과, 상기 제2중간압영역은 상기 고정 스크롤 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1중간압영역은 상기 제2중간압영역 보다 상기 토출실에 가깝게 형성된 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
고정스크롤과 맞물리며 선회하여 냉매를 압축하는 선회스크롤을 지지하도록 상기 선회스크롤의 배면에 형성된 배압실; 및
압축비에 따라 자동적으로 제1중간압 또는 상기 제1중간압보다 작은 제2중간압 중 어느 하나를 상기 배압실에 부가하는 배압조절장치; 를 포함하는 스크롤 압축기.
제11항에 있어서,
상기 배압조절장치는 상기 제1중간압을 상기 배압실에 부가하기 위한 제1유로와, 상기 제2중간압을 상기 배압실에 부가하기 위한 제2유로가 형성된 실린더를 포함하는 스크롤 압축기.
제11항에 있어서,
상기 실린더 내부에 진퇴 가능하게 수용되어 상기 제1유로와, 상기 제2유로를 선택적으로 개폐하는 피스톤을 더 포함하는 스크롤 압축기.