KR100585811B1

KR100585811B1 - 용량 가변형 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR100585811B1
Application number: KR1020040118468A
Authority: KR
Inventors: 이근형; 이승준; 이장우; 하삼철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2024-12-31

Abstract

본 발명은 용량 가변형 스크롤 압축기에 관한 것으로, 케이싱의 내부에 고정 설치하여 구동모터의 회전축을 지지하고 그 상면에 제1 압축실을 이룰 인벌류트 형상의 랩을 형성하는 프레임과, 구동모터의 회전축에 편심지게 결합하여 선회운동을 하도록 상기 프레임에 얹히고 그 프레임과의 사이에 중심을 향해 연속으로 이동하는 제1 압축실을 이루도록 일 측면에 인벌류트 형상의 제1 랩을 형성하는 동시에 타측면에도 인벌류트 형상의 제2 랩을 형성하는 선회스크롤과, 선회스크롤의 제2 랩과 맞물려 그 선회스크롤의 선회운동시 중심을 향해 연속으로 이동하는 제2 압축실을 이루도록 인벌류트 형상의 랩을 형성하는 고정스크롤과, 운전모드에 따라 냉매를 양쪽 압축실에서 독립적으로 압축하거나 순차적으로 압축하도록 냉매 유동을 조절하는 연결유닛을 포함함으로써, 저용량 운전시 에너지 준위를 유지하도록 하여 부족압축으로 인한 압축기의 성능 저하를 미연에 방지함과 아울러 이를 통해 에어콘의 운전시간을 단축하여 전력손실을 줄일 수 있다.

Description

용량 가변형 스크롤 압축기{MODULATION TYPE SCROLL COMPRESSOR}

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2a 및 도 2b는 종래 스크롤 압축기에서 고용량 운전시와 저용량 운전시에 대한 동작상태를 보인 개략도,

도 3은 본 발명 용량 가변형 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도,

도 4a 및 도 4b는 본 발명 용량 가변형 스크롤 압축기의 운전상태를 보인 계통도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 케이싱 20 : 구동모터

30 : 메인프레임 31 : 축구멍

32 : 랩 33 : 제1 흡입구

34 : 제1 토출구 40 : 선회스크롤

41 : 제1 랩 42 : 제2 랩

50 : 고정스크롤 51 : 랩

52 : 제2 흡입구 53 : 제2 토출구

60 : 연결유닛 61,62 : 제1,제2 가스흡입관

63 : 가스토출관 64 : 가스연결관

65 : 바이패스관 66,67 : 제1,제2 조절밸브

S3 : 중간압공간 S4 : 토출압공간

본 발명은 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것으로, 특히 저용량 운전시 압축효율을 높일 수 있는 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤 압축기는 복수 개의 스크롤을 상대 운동시켜 압축실을 연속으로 이동시키면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 것으로 다른 기종의 압축기에 비해 높은 체적 효율과 뛰어난 성능으로 인해 에어콘과 같은 공기조화기에 널리 사용되고 있다.

최근 들어 에어콘의 기능이 다양해짐에 따라 스크롤 압축기도 용량을 가변할 수 있는 제품을 요구하는 추세이다. 이에 따라 압축기의 회전수를 제어하여 압축기 용량을 가변하는 방식이 주로 알려져 있으나 이는 복잡한 제어기(controller)를 구비하여야 하므로 제품가격이 상승하는 요인이 되었던 바 저렴하면서도 안정성이 있는 용량 가변 장치에 대한 요구가 증가하는 실정이다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도이고, 도 2a 및 도 2b는 종래 스크롤 압축기에서 고용량 운전시와 저용량 운전시에 대한 동작상태를 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관 (DP)을 연통 설치하는 케이싱(1)과, 케이싱(1)의 내부에 고정 설치하여 회전력을 발생하는 구동모터(2)와, 구동모터(2)의 상하 양측에 설치하여 구동모터(2)의 회전축을 지지하는 메인프레임(3) 및 서브프레임(미도시)과, 구동모터(2)의 회전축(2c)에 결합하여 선회운동을 할 수 있도록 메인프레임(3)의 상면에 얹히는 선회스크롤(4)과, 선회스크롤(4)에 맞물려 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하도록 메인프레임(3)의 상면에 고정하는 고정스크롤(5)과, 각 압축실(P)의 중간을 압축기의 운전조건에 따라 흡입공간(S1)과 개폐시켜 압축기의 용량을 적절하게 가변시키는 복수 개의 용량가변부(6)로 구성하고 있다.

선회스크롤(4)은 그 경판부 상면에 후술할 고정스크롤(5)의 랩(5a)과 함께 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 이루는 랩(4a)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 경판부 저면 중앙에는 상기한 회전축(2c)을 결합하여 구동모터(2)의 동력을 전달받는 보스부(4b)를 형성하고 있다.

고정스크롤(5)은 그 경판부 저면에 상기한 선회스크롤(4)의 랩(4a)과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 이루는 랩(5a)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 경판부의 측면에는 상기한 가스흡입관(SP)을 직접 연통하는 흡입구(5b)를 형성하며, 경판부 상면 중앙으로는 랩(5a)의 중앙에서 연통하여 압축가스를 토출공간(S2)으로 토출하는 토출구(5c)를 형성하고 있다. 또, 고정스크롤(5)의 경판부에는 중간압축실(P2)에서 연통하여 압축되는 유체의 일부를 미리 바이패스시키도록 복수 개의 바이패스구멍(5d)을 각 압축실(P)에 한 개씩 형성하고 있다.

용량가변부(6)는 고정스크롤(5)의 경판부 배면 일부를 감싸 회전 가능하게 설치하는 바이패스 개폐판(6a)과, 압축기의 용량 변화에 따라 상기 바이패스 개폐판(6a)을 회전시켜 바이패스구멍(5d)을 개폐하도록 상기한 바이패스 개폐판(6a)에 연결하여 고정스크롤(5)에 설치하는 엑추에이터(6b)로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 2a는 고정자, 2b는 회전자이다.

상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 용량 가변 장치는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

즉, 구동모터(2)에 인가한 전원에 의해 회전축(2c)이 회전을 하면서 선회스크롤(4)이 편심거리 만큼 선회하고, 이와 함께 선회스크롤(4)과 고정스크롤(5)의 랩(4a)(5a) 사이에는 복수 개의 압축실(P)을 쌍으로 형성하며, 이 압축실(P)은 선회스크롤(4)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소함에 따라 냉매를 직접 흡입한 후 압축하여 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 압축기가 고용량운전(100%운전)을 할 때에는 엑추에이터(6b)에 전원을 인가하여 상기 엑추에이터(6b)의 전동부재를 당김으로써 바이패스 개폐판(6a)이 고정스크롤의 바이패스구멍(5d)을 차단하여 압축실로 흡입된 냉매가 온전히 압축되어 본래의 압축기 용량을 유지하게 된다.

반면, 압축기가 저용량운전(67%운전)을 할 때에는 엑추에이터(6b)에 전원을 인가하지 않아 상기 엑추에이터(6b)의 전동부재가 스프링에 의해 밀려나면서 바이패스 개폐판(6a)이 고정스크롤(5)의 바이패스구멍(5d)을 열게 되고 이 열린 바이패스구멍(5d)을 통해 압축실(P)로 흡입된 냉매의 일부가 압축과정 중에 미리 바이패스되어 압축기의 용량이 줄어드는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 용량 가변 장치에 있어서는, 체적이 이미 정해진 스크롤 압축기의 특성상 저용량운전시 냉매의 토출량만 감소하는 것이 아니라 토출되는 냉매의 압력이 함께 낮아져 결국 부족압축으로 인한 압축기 효율이 저하되면서 에어콘의 운전시간을 늘려 전력손실이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 저용량 운전시 토출되는 냉매의 압력이 저하되는 것을 방지하고 이를 통해 에어콘의 운전시간을 단축하여 전력손실을 줄일 수 있는 용량 가변형 스크롤 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱의 내부에 고정 설치하여 구동모터의 회전축을 지지하고 그 상면에 제1 압축실을 이룰 인벌류트 형상의 랩을 형성하는 프레임과, 구동모터의 회전축에 편심지게 결합하여 선회운동을 하도록 상기 프레임에 얹히고 그 프레임과의 사이에 중심을 향해 연속으로 이동하는 제1 압축실을 이루도록 일 측면에 인벌류트 형상의 제1 랩을 형성하는 동시에 타측면에도 인벌류트 형상의 제2 랩을 형성하는 선회스크롤과, 선회스크롤의 제2 랩과 맞물려 그 선회스크롤의 선회운동시 중심을 향해 연속으로 이동하는 제2 압축실을 이루도록 인벌류트 형상의 랩을 형성하는 고정스크롤과, 운전모드에 따라 냉매를 양쪽 압축실에서 독립적으로 압축하거나 순차적으로 압축하도록 냉매 유동을 조절하는 연결 유닛을 포함한 용량 가변형 스크롤 압축기를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 용량 가변형 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 용량 가변형 스크롤 압축기의 일부를 보인 종단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명 용량 가변형 스크롤 압축기의 운전상태를 보인 계통도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 용량 가변형 스크롤 압축기는, 케이싱(10)의 내부에 고정 설치하여 회전력을 발생하는 구동모터(20)와, 구동모터(20)의 상하 양측에 설치하여 구동모터(20)의 회전축(23)을 지지하는 메인프레임(30) 및 서브프레임(미도시)과, 구동모터(20)의 회전축(23)에 편심 결합하여 선회운동을 하면서 상기 메인프레임(30)과의 사이에 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 제1 압축실(P1)을 형성하는 동시에 후술할 고정스크롤(50)과의 사이에 역시 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 제2 압축실(P2)을 형성하는 선회스크롤(40)과, 선회스크롤(40)에 맞물려 상기한 제2 압축실(P2)을 형성하도록 메인프레임(30)의 상면에 고정하는 고정스크롤(50)과, 운전모드에 따라 냉매를 양쪽 압축실(P1)(P2)에서 독립적으로 압축하거나 순차적으로 압축하도록 냉매 유동을 조절하는 연결유닛(60)을 포함한다.

메인프레임(30)은 그 외주면이 케이싱(10)의 내주면에 밀착하여 상기 케이싱(10)의 내부공간을 중간압공간(S3)과 토출압공간(S4)으로 구획하도록 형성하고, 그 중앙에는 구동모터(20)의 회전축(23)을 반경방향으로 지지하는 축구멍(31)을 형성하며, 축구멍(31)의 상단, 즉 메인프레임(30)의 상면 중앙부에는 후술할 선회스크 롤(40)의 제1 랩(41)과 치합하여 상기한 제1 압축실(P1)을 이루도록 인벌류트 형상으로 랩(32)을 형성한다. 또 메인프레임(30)의 일측, 즉 최외곽 랩의 입구단에는 후술할 제1 가스흡입관(61)과 직접 연통하도록 제1 흡입구(33)를 형성하고, 최종 랩의 안쪽에는 케이싱(10)의 중간압공간(S3)으로 연통하여 압축된 냉매를 상기 중간압공간(S3)으로 토출하도록 제1 토출구(34)를 형성한다.

선회스크롤(40)은 그 경판부 저면에 상기한 메인프레임(30)의 랩(32)과 맞물려 제1 압축실(P1)을 이루도록 제1 랩(41)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 그 경판부 상면에는 후술할 고정스크롤(50)의 랩(51)과 맞물려 제2 압축실(P2)을 이루도록 제2 랩(42)을 역시 인벌류트 형상으로 형성한다. 또, 선회스크롤(40)의 경판부 저면 중앙, 즉 제1 랩(41)의 중앙에는 상기한 회전축(23)을 결합하여 구동모터(20)의 동력을 전달받는 보스부(43)를 형성한다. 제2 랩(42)은 랩간격을 제1 랩(41)과 동일하게 형성할 때 제2 랩(42)의 랩수를 제1 랩(41)의 랩수 보다 적게 형성하는 것이 2단 압축시 에너지 준위가 낮아지는 것을 방지할 수 있어 바람직하다.

고정스크롤(50)은 그 경판부 저면에 상기한 선회스크롤(40)의 제2 랩(42)과 맞물려 제2 압축실(P2)을 이루도록 랩(51)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 경판부의 측면에는 후술할 제2 가스흡입관(62)을 직접 연통하는 제2 흡입구(52)를 형성하며, 경판부 상면 중앙으로는 랩(51)의 중앙에서 연통하여 압축된 냉매를 케이싱(10)의 토출압공간(S4)으로 토출하도록 제2 토출구(53)를 형성한다.

여기서, 고정스크롤(50)의 랩(51)은 압축기의 저용량운전시 제1 압축실(P1)에서 1단 압축된 냉매를 2단 압축할 때 에너지 준위를 높일 수 있도록 메인프레임 (30)의 랩수 보다 적게 형성하는 것이 바람직하다.

연결유닛(60)은 각각의 압축실(P1)(P2)에 직접 연통하도록 설치하여 증발기를 통과한 냉매를 각각의 압축실(P1)(P2)에 공급하는 제1 가스흡입관(61) 및 제2 가스흡입관(62)과, 토출압공간(S4)에 연통하도록 설치하여 압축된 냉매를 응축기로 배출하는 한 개의 가스토출관(63)과, 중간압공간(S3)을 가스토출관(63)에 연결하여 압축기의 고용량운전시 제1 압축실(P1)에서 압축된 냉매를 곧바로 응축기로 배출하는 가스연결관(64)과, 가스연결관(64)을 제2 압축실(P2)에 연통하도록 제2 가스흡입관(62)과 가스연결관(64)을 연결하여 저용량운전시 중간압공간(S3)의 1단 압축된 냉매를 제2 압축실(P2)로 안내하는 바이패스관(65)과, 제2 가스흡입관(62)의 중간에 설치하여 냉매의 흡입을 조절하는 2방밸브인 제1 조절밸브(66)와, 가스연결관(64)과 바이패스관(65)의 접점 위치에 설치하여 중간압공간(S3)의 냉매 유동을 조절하는 3방밸브인 제2 조절밸브(67)로 이루어진다.

상기와 같은 본 발명 용량 가변형 스크롤 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 구동모터(20)에 전원을 인가하여 회전축(23)이 회전을 하면, 회전축(23)에 편심 결합한 선회스크롤(40)이 일정한 궤적을 따라 선회운동을 하고, 이 과정에서 선회스크롤(40)과 메인프레임(30) 사이에 형성되는 제1 압축실(P1)과 고정스크롤(50) 사이에 형성되는 제2 압축실(P2)이 선회운동의 중심으로 연속 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 연속적으로 흡입 압축하면서 토출한다.

여기서, 압축기가 고용량운전(100%운전)을 하는 경우에는 도 4a에서와 같이 제1 조절밸브(66)는 열고 제2 조절밸브(67)는 가스연결관(64)이 가스토출관(63)에 연통되도록 조절하여 제1 압축실(P1)과 제2 압축실(P2)로 냉매가 각각 흡입되어 압축된 후 토출되도록 하는 것이다.

반면, 압축기가 저용량운전(67%운전)을 하는 경우에는 도 4b에서와 같이 제1 조절밸브(65)는 닫고 제2 조절밸브(66)는 가스연결관(64)이 제2 가스흡입관(62)에 연통되도록 조절하여 제1 압축실(P1)로만 냉매가 흡입되어 1단 압축된 후 다시 제2 압축실(P2)로 흡입되어 2단 압축된 후 토출되도록 하는 것이다.

이렇게 하여, 압축기가 저용량으로 운전할 때 에너지 준위가 떨어지지 않고 유지되어 압축기 효율을 높일 수 있다.

본 발명에 의한 용량 가변형 스크롤 압축기는, 선회스크롤의 상하 양측에 각각 압축부를 형성하고 두 압축부를 압축기의 운전모드에 따라 각각 압축하거나 연속 압축하도록 구성함으로써, 저용량 운전시 에너지 준위를 유지하도록 하여 부족압축으로 인한 압축기의 성능 저하를 미연에 방지함과 아울러 이를 통해 에어콘의 운전시간을 단축하여 전력손실을 줄일 수 있다.

Claims

케이싱의 내부에 고정 설치하여 구동모터의 회전축을 지지하고 그 상면에 제1 압축실을 이룰 인벌류트 형상의 랩을 형성하는 프레임과,

구동모터의 회전축에 편심지게 결합하여 선회운동을 하도록 상기 프레임에 얹히고 그 프레임과의 사이에 중심을 향해 연속으로 이동하는 제1 압축실을 이루도록 일 측면에 인벌류트 형상의 제1 랩을 형성하는 동시에 타측면에도 인벌류트 형상의 제2 랩을 형성하는 선회스크롤과,

선회스크롤의 제2 랩과 맞물려 그 선회스크롤의 선회운동시 중심을 향해 연속으로 이동하는 제2 압축실을 이루도록 인벌류트 형상의 랩을 형성하는 고정스크롤과,

운전모드에 따라 냉매를 양쪽 압축실에서 독립적으로 압축하거나 순차적으로 압축하도록 냉매 유동을 조절하는 연결유닛을 포함한 용량 가변형 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,

연결유닛은 각각의 압축실에 직접 연통하도록 설치하여 증발기를 통과한 냉매를 각각의 압축실에 공급하는 복수 개의 가스흡입관과, 토출압공간에 연통하도록 설치하여 압축된 냉매를 응축기로 배출하는 한 개의 가스토출관과, 중간압공간을 가스토출관에 연결하여 압축기의 고용량운전시 중간압공간에 연통하는 압축실에서 압축된 냉매를 곧바로 응축기로 배출하는 가스연결관과, 가스연결관을 토출압공간 에 연통하는 압축실에 연통하도록 해당 가스흡입관과 가스연결관을 연결하여 저용량운전시 중간압공간의 압축 냉매를 다른 압축실로 안내하는 바이패스관과, 토출압공간에 연통하는 압축실측 가스흡입관의 중간에 설치하여 냉매의 흡입을 조절하는 제1 조절밸브와, 가스연결관과 바이패스관의 접점 위치에 설치하여 중간압공간의 냉매 유동을 조절하는 제2 조절밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 용량 가변형 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,

프레임 또는 고정스크롤의 외주면이 케이싱의 내주면에 긴밀하게 밀착하여 상기 케이싱의 내부를 중간압공간과 토출압공간으로 구획하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 스크롤 압축기.
제3항에 있어서,

프레임의 일측에는 제1 압축실에서 중간압공간으로 관통하여 그 제1 압축실에서 압축된 냉매를 중간압공간으로 토출하도록 제1 토출구를 형성하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 스크롤 압축기.
제1항 또는 제3항에 있어서,

제1 압축실 대비 제2 압축실의 체적이 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 용량 가변형 스크롤 압축기.
제5항에 있어서,

제1 랩과 제2 랩의 간격이 동일한 경우 제1 랩의 랩수를 상대적으로 많게 형성하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,

구동모터는 정속모터 인 것을 특징으로 하는 용량 가변형 스크롤 압축기.