KR100317379B1

KR100317379B1 - 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치

Info

Publication number: KR100317379B1
Application number: KR1019990056487A
Authority: KR
Inventors: 이승준
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-12-24
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: KR20010055305A

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치는, 케이싱의 흡입압 영역과 중간압 영역 그리고 토출압 영역이 서로 연통되도록 고정스크롤의 경판부에 종방향으로 밸브유동공간을 갖도록 구비되고 그 주면에 토출압측 가스구멍이 적어도 하나 이상 등간격으로 형성되는 밸브하우징과, 그 밸브하우징의 내부가 흡입압공간과 중간압공간으로 구획되도록 내주면에 미끄러지게 삽입되어 압축기의 운전상태에 따른 중간압 영역의 압력변화에 따라 상기한 흡입압 영역과 토출압 영역을 서로 연통시키거나 또는 차단시키는 밸브부재와, 그 밸브부재를 지지하도록 밸브하우징의 측면과 밸브부재 사이에 개재되어 상기 밸브부재의 미끄럼운동을 보강하는 탄성부재로 구성함으로써, 상기 흡입압 영역이 진공화되면서 발생되는 진공압축에 의한 허매틱 터미널의 파손을 미연에 방지할 수 있고, 상기 압축기구부의 재압축에 따른 부품의 열화와 이로 인한 압축기의 신뢰성 저하를 미연에 방지할 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 진공압축 방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING VACUUM COMPRESSION OF SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치에 관한 것으로, 특히 중간압을 이용하여 압축기의 진공압축을 차단하는 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로, 이러한 압축기는 크게 왕복동식 및 스크롤식 및 원심식(통상, 터보식이라고도 함) 그리고 베인식(통상, 회전식이라고도 함)으로 구분된다.

이 중에서 상기 스크롤식 압축기는 피스톤의 직선운동을 이용하는 왕복동식 과는 달리 원심식이나 베인식과 같이 회전체를 이용하여 가스를 흡입 압축시켜 토출시키게 된다. 상기 스크롤식 압축기는 그 케이싱의 내부에 흡입가스가 충진되는지 아니면 토출가스가 충진되는지에 따라 저압식 스크롤 압축기 또는 고압식 스크롤 압축기로 나뉘어 진다.

상기 저압식 스크롤 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 오일이 적정높이까지 채워진 케이싱(1)의 내주면 상하 양측에 상부프레임(2) 및 하부프레임(3)이 각각 고정되고, 그 상부프레임(2) 및 하부프레임(3)의 사이에는 고정자(4A) 및 회전자(4B)로 이루어진 구동모터(4)가 고정 설치되며, 그 구동모터(4)의 회전자(4B) 중심에는 구동축(5)이 상부프레임(2)을 관통하여 압입되고, 그 상부프레임(2)이 상면에는 인벌류트 곡선으로 랩(Wrap)(6a)이 형성되어 구동축(5)에 편심되게 결합되는선회스크롤(6)이 회전가능하게 얹혀져 설치되며, 상기 선회스크롤(6)의 상면에는 그 선회스크롤(6)의 랩(6a)에 치합되어 복수개의 압축실을 이루도록 인벌류트 곡선의 랩(7a)이 형성되는 고정스크롤(7)이 상부프레임(2)의 가장자리에 고정 설치되고, 상기 고정스크롤(7)의 상측에는 케이싱(1) 내부를 고압부인 토출압 영역과 저압부인 흡입압 영역으로 구획하는 고저압 분리판(8)이 케이싱(1)의 내주면에 고정되어 이루어져 있다.

상기 고정스크롤(7)의 일측 외주연에는 흡입관(SP)과 연통되는 흡입홈(7b)이 최외곽 랩의 안쪽으로 형성되고, 상기 고정스크롤(7)의 중앙에는 토출관(DP)과 연통되는 토출포트(7c)가 형성되며, 상기 고정스크롤(7)의 선단면에는 토출포트(7c)를 개폐하는 역지밸브 조립체(9)가 설치되어 있다.

도면중 미설명 부호인 5a는 오일유로, 8a는 가스토출공이다.

상기와 같이 구성된 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 인가된 전원에 의해 고정자(4A)의 내측에서 회전자(4B)가 구동축(5)과 함께 회전을 하면서 선회스크롤(6)을 편심거리만큼 편심회전을 시키게 되고, 이와 함께 상기 선회스크롤(6)은 올담링(미부호)에 의해 축중심을 원점으로 선회반경 만큼 떨어진 거리에서 선회운동을 하게 되어 고정스크롤(7)과의 두 랩(6a,7a) 사이에 복수개의 압축실이 형성되며, 이 압축실은 선회스크롤(6)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소되어 흡입된 냉매가스를 더욱 압축하여 토출시키게 된다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 상기 흡입관(SP)을 통해 케이싱(1)의 흡입압 영역에 충진되는 흡입가스는 선회스크롤(6)의 선회운동시 열리는 고정스크롤(7)의 흡입홈(7b)을 통해 최외곽측 압축실로 흡입되고, 이 흡입가스는 압축실을 따라 중심으로 이동하면서 점차 압축되어 토출포트(7c)를 통해 토출압 영역으로 토출되며, 이 토출가스는 역지밸브 조립체(9)를 개방시키면서 고저압 분리판(8)의 가스토출공(8a) 및 토출관(DP)을 통해 냉동사이클시스템으로 토출된다.

이때, 상기 압축기의 정상운전시 역지밸브 조립체(9)가 압축실로부터 지속적으로 토출되는 고압의 토출가스에 의해 열린상태를 유지하게 되나, 압축기의 이상운전(과압축 또는 고진공운전)시에는 토출실의 압력이 압축실의 압력 보다 상대적으로 고압이 되면서 역지밸브 조립체(9B)가 고정스크롤(7)의 토출포트(7a)를 차단하여 토출가스의 역류를 방지하게 되는 것이었다.

그러나, 압축기의 운전중 여타 요인에 의한 과압축 운전시 또는 서비스(흡입)밸브를 잠근상태에서 운전을 하는 펌프다운 운전시에는 흡입압 영역에 남아 있던 냉매가스가 모두 압축실로 흡입되어 토출압 영역으로 토출되므로 상기 케이싱(1)의 흡입압 영역은 물론 압축실이 점점 진공상태로 되는데, 이러한 이상운전이 장시간 지속되면 흡입압 영역 및 압축실의 진공이 가속되면서 진공압축에 의하여 허메틱 터미널(Hermetic Terminal)(미도시)이 소손되거나, 또는 압축기구부에서의 재압축에 의해 팁실 등이 열화되면서 파손되어 결국 압축기의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 저압식 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축기의 운전중에 흡입압 영역이 고진공화되는 것을 방지할수 있는 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 본 발명 진공압축 방지장치가 구비된 스크롤 압축기의 일례를 보인 부분 종단면도.

도 3은 본 발명 진공압축 방지장치가 구비된 스크롤 압축기의 고정스크롤의 평면도.

도 4는 도 2의 'A'부를 상세히 보인 확대도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명 진공압축 방지장치가 구비된 스크롤 압축기에서 정상운전시에 대한 부분 종단면도 및 이 진공압축 방지장치에 대한 자유도.

도 6a 및 도 6b는 본 발명 진공압축 방지장치가 구비된 스크롤 압축기에서 이상운전(고진공운전)시에 대한 부분 종단면도 및 이 진공압축 방지장치에 대한 자유도.

도 7a 및 도 7b는 본 발명 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치에 대한 변형예를 보인 고정스크롤의 평면도 및 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 6 : 선회스크롤

6a : 선회스크롤의 랩 10 : 고정스크롤

11 : 고정스크롤의 랩 12 : 흡입홈

13 : 토출포트 100 : 고진공 방지수단

110 : 밸브하우징 111a : 흡입압측 가스구멍

112 : 중간압공간 112a : 중간압측 가스구멍

113 : 토출압공간 113a,113b : 토출압측 가스구멍

120 : 밸브부재 130 : 탄성부재

140 : 하우징마개 S_l: 흡입압 영역

S_m: 중간압 영역 S_h: 토출압 영역

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱의 내부에 선회스크롤 및 그 선회스크롤과 함께 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤이 구비되어 상기 선회스크롤의 선회시 각 압축실이 서로 다른 압력을 갖으면서 연속적으로 위치를 이동하도록 이루어지는 스크롤 압축기에 있어서 ;

상기 케이싱의 흡입압 영역과 토출압 영역 그리고 그 흡입압 영역과 토출압 영역 사이에 형성되어 압축이 진행되는 중간압 영역이 서로 연통되도록 구비되는 밸브하우징과, 그 밸브하우징의 내주면에 미끄럼 접촉되게 삽입되어 압축기의 운전상태에 따른 중간압 영역의 압력변화에 따라 움직이면서 상기한 흡입압 영역과 토출압 영역을 서로 연통시키거나 또는 차단시키는 밸브부재와, 그 밸브부재를 지지하도록 밸브하우징과의 사이에 개재되어 상기 밸브부재의 움직임을 보강하는 탄성부재로 구성하되,

상기 밸브하우징은 그 상하 양측이 밸브부재에 의해 흡입압공간과 중간압공간으로 구획되어 종방향의 밸브유동공간을 갖도록 형성되고, 그 흡입압공간에는 밸브부재에 의해 개폐되어 흡입압 영역과 연통되는 흡입압측 가스구멍이 형성되며, 그 중간압공간에는 케이싱의 중간압 영역과 연통되는 중간압측 가스구멍이 형성되고, 그 주면에는 흡입압측 가스구멍과 함께 밸브부재에 의해 개폐되어 토출압 영역과 연통되는 토출압측 가스구멍 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 진공압축 방지장치가 구비된 스크롤 압축기의 일례를 보인 부분 종단면도이고, 도 3은 본 발명 진공압축 방지장치가 구비된 스크롤 압축기의 고정스크롤의 평면도이며, 도 4는 도 2의 'A'부를 상세히 보인 확대도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 진공압축 방지장치가 구비된 저압식 스크롤 압축기는, 케이싱(1)의 내부에 고정된 상부프레임(2)에 고진공 방지수단(100)이 구비된 고정스크롤(10)이 고정되고, 그 고정스크롤(10)과 함께 복수개의 압축실을 형성하는 선회스크롤(6)이 상기 케이싱(1)에 장착된 구동모터(미도시)의 회전자(미도시)에 일체되어 상기한 상부프레임(2)에 얹혀지며, 상기 고정스크롤(10)의 상측에 케이싱(1)의 내부를 흡입압 영역(S_l)과 토출압 영역(S_h)으로 구획하는 고저압 분리판(8)이 케이싱(1)에 고정되고, 상기 고정스크롤(10)의 토출포트(13) 선단면에는 토출가스의 역류를 방지하는 역지밸브 조립체(9)가 설치되는 것을 포함하여 구성된다.

상기 고진공 방지수단(100)은 고정스크롤(10)의 내부에 형성되는 밸브하우징(110)과, 그 밸브하우징(110)의 내부에 미끄러지게 삽입되어 케이싱(1)의 흡입압 영역(S_l)과 토출압 영역(S_h)을 서로 연통시키거나 또는 차단시키는 밸브부재(120)와, 상기 밸브하우징(110)과 밸브부재(120) 사이에 개재되어 그밸브부재(120)의 미끄럼운동에 탄성력을 부가하는 탄성부재(130)로 이루어진다.

상기 밸브하우징(110)은 그 상하 양측이 밸브부재(120)에 의해 각각 흡입압공간(111)과 중간압공간(112)으로 구획되도록 종방향의 밸브유동공간으로 형성되고, 그 흡입압공간(111)측 주면에는 케이싱(1)의 흡입압 영역(S_l)과 연통되는 흡입압측 가스구멍(111a)이 형성되며, 그 중간압공간(112)측 저면에는 케이싱(1)의 중간압 영역(S_m)과 연통되는 중간압측 가스구멍(112a)이 형성되고, 상기 흡입압측 가스구멍(111a)과 대향되는 주면에는 케이싱(1)의 토출압 영역(S_h)과 연통되어 상기 밸브부재(120)에 의해 개폐되는 토출압측 가스구멍(113a)이 동일 원주상에 등간격으로 형성되어 이루어진다.

상기 흡입압측 가스구멍(111a)은 고정스크롤(10)의 외주면으로 관통 형성되고, 상기 중간압측 가스구멍(112a)은 선회스크롤(6)과 고정스크롤(10)로 이루어지는 복수개의 압축실중에서 중간압 영역(S_m)을 형성하는 중간압실로 관통 형성되며, 상기 토출압측 가스구멍(113a)은 고정스크롤(10)의 배면으로 관통 형성된다.

상기 밸브부재(120)는 밸브하우징(110)의 내주면에 미끄럼 접촉되도록 삽입되고, 그 외주면에는 밸브하우징(110)과의 실링을 위한 오링(미도시)이 삽입된다.

상기 탄성부재(130)는 밸브하우징(110)의 흡입압공간(111)에 개재되어 그 일단은 밸브하우징(110)의 개구부를 복개하는 하우징마개(140)에 지지되는 반면 타단은 밸브부재(120)의 흡입압 부압면(미부호)에 지지된다. 상기 탄성부재(130)는 전술한 바와 같이 흡입압공간(111)에만 개재될 수도 있고, 경우에 따라서는 중간압을고려하여 중간압공간(112)에도 개재시킬 수도 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 5는 구동축, 6a는 선회스크롤의 랩, 11은 고정스크롤의 랩, 12는 흡입홈이다.

상기와 같은 본 발명 진공압축 방지장치가 구비되는 스크롤 압축기의 일반적인 동작은 종래와 유사하다.

즉, 인가된 전원에 의해 회전하는 모터의 회전자(미도시)와 함께 구동축(5)이 회전을 하면서 선회스크롤(6)을 편심거리만큼 편심회전을 시키나, 이 선회스크롤(6)은 축중심을 원점으로 선회반경 만큼 떨어진 거리에서 선회운동을 하게 되어 고정스크롤(10)과의 두 랩(6a,11) 사이에 복수개의 압축실이 형성되면서 케이싱(1)의 저압부에 충진되어 있던 냉매가스를 흡입 압축시켜 고정스크롤(10)의 토출포트(13)로 토출시키게 된다.

이때, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 압축기의 정상운전시에는 냉매가스가 중간압측 가스구멍(112a)을 통해 밸브하우징(110)의 중간압공간(112)으로 유입되어 밸브부재(130)의 중간압 부압면을 밀어주게 되므로, 상기 밸브부재(120)의 중간압 부압면에 가해지는 압력하중(P_m×A)이 그 이면에 가해지는 탄성부재(130)의 탄성력(F_k) 및 흡입압 영역(S_l)의 압력하중(P_l×A)과 일정정도 평형을 이루게 되어 상기한 밸브부재(120)가 토출압측 가스구멍(113a)을 차단하게 된다. 이를 통해, 상기 토출압 영역(S_h)의 고압가스가 토출압측 가스구멍(113a)을 통해 밸브하우징(110)의 흡입압공간(111)으로 유입되었다가 흡입압측 가스구멍(111a)을 통해 흡입압 영역(S_l)으로 역류하는 것을 방지하게 된다.

반면, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 압축기의 과압축시나 또는 펌프다운시에는 압축실을 비롯한 흡입압 영역(S_l)의 냉매가스가 모두 토출압 영역(S_h)으로 토출되어 상기한 압축실의 중간압실은 물론 밸브하우징(110)의 중간압공간(112)도 진공상태가 되고, 상기 밸브부재(120)의 중간압 부압면에 가해지는 압력하중(P_m×A)이 그 이면에 가해지는 탄성부재(130)의 탄성력(F_k) 및 토출압 영역(S_l)의 압력하중(P_l×A)을 합한 힘보다 작게 되어 결국 상기한 밸브부재(120)가 중간압공간(112)으로 밀리게 되면서 토출압측 가스구멍(113a)이 열리게 되며, 동시에 상기 토출압 영역(S_h)의 토출가스 일부가 토출압측 가스구멍(113a)을 통해 밸브하우징(110)의 흡입압공간(111)으로 유입되었다가 흡입압측 가스구멍(111)을 통해 흡입압 영역(S_l)으로 역류하여 압축기의 진공상태가 해제된다.

이후, 상기 밸브부재(120)는 흡입압 영역(S_l)으로 반입되는 냉매가스에 의해 탄성부재(130)의 탄성력(F_k)과 흡입압 영역(S_l)의 압력하중(P_l×A)을 이기고 흡입압공간(111)으로 되밀려나면서 흡입압측 가스구멍(111a)과 토출압측 가스구멍(113a)을 다시 차단하게 된다.

이와 같은 압축기의 진공압축시 전원이 오프(off)되지 않으면 압축기의 구동모터(미부호)가 연속적으로 회전하게 되어 압축기는 다시 진공압축되었다가 상기한 진공방지수단(100)에 의해 진공압축 상태가 해제되는 일련의 동작을 반복하게 되면서 밸브부재(120)가 밸브하우징(110)내에서 일정 주파수로 연속 왕복운동을 하게 된다.

한편, 전술한 일례에서는 토출압측 가스구멍(113a)이 밸브하우징(110)의 주면 일측에서 고정스크롤(10)의 배면으로 하나가 형성되어 있으나, 본 변형예에서는 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 토출압측 가스구멍이(113b) 밸브하우징(10)의 주면 타측에서 고정스크롤(10)의 가스구멍(13)으로 하나 더 형성되는 것으로, 이는 상기 밸브부재(120)가 대칭되는 양쪽에서 토출압을 받게 되어 그 밸브부재(120)의 편심이 방지된다.

이렇게, 상기 케이싱의 흡입압 영역을 비롯한 압축실이 진공상태로 되는 것을 방지하여 진공압축에 의한 허매틱 터미널의 파손을 미연에 방지할 수 있고, 또한 상기 압축기구부의 재압축시 발생되는 부품의 열화와 이에 따른 압축기의 신뢰성 저하를 미연에 방지할 수 있다.

Claims

케이싱의 내부에 선회스크롤 및 그 선회스크롤과 함께 복수개의 압축실을 형성하는 고정스크롤이 구비되어 상기 선회스크롤의 선회시 각 압축실이 서로 다른 압력을 갖으면서 연속적으로 위치를 이동하도록 이루어지는 스크롤 압축기에 있어서 ;

상기 케이싱의 흡입압 영역과 토출압 영역 그리고 그 흡입압 영역과 토출압 영역 사이에 형성되어 압축이 진행되는 중간압 영역이 서로 연통되도록 구비되는 밸브하우징과, 그 밸브하우징의 내주면에 미끄럼 접촉되게 삽입되어 압축기의 운전상태에 따른 중간압 영역의 압력변화에 따라 움직이면서 상기한 흡입압 영역과 토출압 영역을 서로 연통시키거나 또는 차단시키는 밸브부재와, 그 밸브부재를 지지하도록 밸브하우징과의 사이에 개재되어 상기 밸브부재의 움직임을 보강하는 탄성부재로 구성하되,

상기 밸브하우징은 밸브부재에 의해 흡입압공간과 중간압공간으로 구획되어 종방향의 밸브유동공간을 갖도록 형성되고, 그 흡입압공간에는 밸브부재에 의해 개폐되어 흡입압 영역과 연통되는 흡입압측 가스구멍이 형성되며, 그 중간압공간에는 케이싱의 중간압 영역과 연통되는 중간압측 가스구멍이 형성되고, 그 주면에는 흡입압측 가스구멍과 함께 밸브부재에 의해 개폐되어 토출압 영역과 연통되는 적어도 하나 이상의 토출압측 가스구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치.
제1항에 있어서, 상기 토출압측 가스구멍은 동일높이의 원주상에 등간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치.
제1항에 있어서, 상기 탄성부재는 밸브하우징의 흡입압공간에 개재되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치.
제3항에 있어서, 상기 탄성부재는 밸브하우징의 중간압공간에도 하나 더 개재되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 진공압축 방지장치.