KR100834017B1

KR100834017B1 - 스크롤 압축기의 바이패스 장치

Info

Publication number: KR100834017B1
Application number: KR1020060055625A
Authority: KR
Inventors: 조용일
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-06-02
Also published as: KR20070120844A

Abstract

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 장치는, 선회스크롤과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실이 형성되고, 상기 압축실에서 압축가스가 미리 토출공간으로 유출되도록 상기 압축실의 경로를 따라 적어도 한 개 이상의 바이패스구멍이 형성되는 고정스크롤; 상기 고정스크롤의 바이패스구멍 외곽에 설치되는 밸브가이드; 및 상기 밸브가이드에 미끄러지게 결합되어 상기 고정스크롤의 바이패스구멍을 개폐하는 슬라이딩밸브;를 포함함으로써, 상기 고정스크롤의 경판부 상면에 복수의 슬라이딩밸브가 장착된 한 개의 밸브가이드를 설치하여 압축실의 압력이 일정 압력을 유지하도록 할 수 있고 이를 통해 바이패스밸브를 간소하면서도 용이하게 설치할 수 있어 재료비용이 절감되고 조립공수를 줄일 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 바이패스 장치{BYPASS APPARATUS FOR SCROLL COMPRESSOR}

도 1은 종래 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 2는 종래 스크롤 압축기의 고정스크롤 배면을 분해하여 보인 사시도,

도 3은 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 4는 본 발명 스크롤 압축기에서 바이패스밸브를 보인 분해사시도,

도 5는 본 발명 스크롤 압축기에서 바이패스밸브의 동작을 보인 단면도,

도 6은 본 발명 스크롤 압축기에서 바이패스밸브의 변형예를 보인 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

6 : 고정스크롤 6c : 토출구

6d : 바이패스구멍 110 : 밸브가이드

111~115 : 밸브구멍 116 : 지지돌부

111a~115a : 밸브멈춤턱 121~125 : 슬라이딩밸브

130 : 체결볼트

본 발명은 스크롤 압축기의 바이패스 장치에 관한 것으로, 특히 압축실의 압 력변화에 따라 개폐되면서 과압축을 방지하는 스크롤 압축기의 바이패스 장치에 관한 것이다.

일반적으로 스크롤식 압축기는 공조기 분야에 널리 적용하는 고효율 저소음 압축기로서, 두 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 스크롤 사이에 복수 개의 압축실을 쌍으로 형성하고, 이 압축실이 지속적으로 중심방향으로 이동하면서 체적이 작아져 냉매가스를 연속으로 흡입 압축하여 토출하는 방식이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 스크롤 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 구비한 케이싱(1)과, 상기 케이싱(1)의 내주면 상하 양측에 각각 고정하는 메인프레임(2) 및 서브프레임(미도시)과, 상기 메인프레임(2)과 서브프레임 사이에 장착하는 구동모터(3)와, 상기 구동모터(3)의 회전자(3B) 중심에 압입하고 메인프레임(2)을 관통하여 구동모터(3)의 회전력을 전달하는 구동축(4)과, 상기 메인프레임(2)에 얹혀지고 구동축(4)에 결합하여 선회운동을 하는 선회스크롤(5)과, 상기 선회스크롤(5)의 랩(5a)에 맞물려 복수 개의 압축실(P)을 형성하도록 나선형의 랩(6a)을 형성하여 메인프레임(2)의 상면에 고정하는 고정스크롤(6)과, 상기 선회스크롤(5)과 메인프레임(2) 사이에 결합하여 상기 선회스크롤(5)의 자전을 방지하는 올담링(7)과, 상기 고정스크롤(6)의 배면에 결합하여 케이싱(1)의 내부를 흡입공간(S1)과 토출공간(S2)으로 구획하는 고저압분리판(8)과, 상기 고정스크롤(6)의 경판부 배면 중앙에 결합하여 토출공간(S2)으로 토출한 압축가스의 역류를 방지하는 역지밸브(9)와, 상기 고정스크롤(6)의 경판부 배면에 압축실(P)을 따라 설치하여 압축가스의 일부를 미리 바이패스시키는 복수의 바이패스밸브(11~14)가 포함 되어 있다.

상기 선회스크롤(5)은 그 경판부 상면에 후술할 고정스크롤(6)의 랩(6a)과 함께 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 이루는 선회랩(5a)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 상기 선회스크롤(5)의 경판부 저면 중앙에는 상기한 구동축(4)에 결합되어 구동모터(3)의 동력을 전달받는 보스부(5b)가 형성되어 있다.

상기 고정스크롤(6)은 도 1 및 도 2에서와 같이 그 경판부 저면에 상기 선회랩(5a)과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 이루는 고정랩(6a)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 상기 고정스크롤(6)의 경판부 측면에는 상기 가스흡입관(SP)을 연통하는 흡입구(6b)를 형성하며, 상기 고정스크롤(6)의 경판부 상면 중앙으로는 최종압축실(P)의 중앙에서 연통하여 압축가스를 케이싱(1)의 토출공간(S2)으로 토출하는 토출구(6c)를 형성하고, 상기 토출구(6c)의 주변에는 상기 압축실을 따라 초기 압축실(P)과 중간 압축실(P)에서 각각 경판부 배면쪽으로 관통하여 압축가스의 일부를 바이패스시키는 복수의 바이패스구멍(6d)을 형성하고 있다.

상기 바이패스밸브(11~14)는 도 1 및 도 2에서와 같이 고정스크롤(6)의 각 바이패스구멍(6d) 상단을 개폐하도록 판체로 형성하여 상기 고정스크롤(6)의 외측면에 고정하는 리드형 밸브판(11a~14a)과, 상기 밸브판(11a~14a)의 후위에 배치하여 함께 고정스크롤(6)에 고정하여 상기 밸브판(11a~14a)의 열림량을 제한하는 리테이너(11b~14b)로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 3A는 고정자, 4a는 오일유로이다.

상기와 같은 종래 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 상기 구동모터(3)에 전원을 인가하면, 상기 구동축(4)이 구동모터(3)의 회전자(3B)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(5)이 올담링(7)에 의해 메인프레임(2)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하고, 이와 함께 상기 고정스크롤(5)의 고정랩(5a)과 선회스크롤(5)의 선회랩(6a) 사이에서 한 쌍의 압축실(P)을 연속하여 형성하며, 이 압축실(P)은 선회스크롤(5)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스를 흡입 압축하고, 이 압축된 냉매는 상기 고정스크롤의 토출구를 통해 고저압분리판(8)의 상측 공간, 즉 토출공간(S2)으로 토출된다.

이때, 냉매가스의 압축시 운전 압축비가 설계 압축비 보다 높게 설정될 경우에는 압축실 내의 가스 압력이 아직 토출압에 이르지 못해 부족압축이 발생하게 되어 냉매가 토출실에서 압축실로 역류할 수 있는 반면, 운전 압력비가 설계 압력비 보다 낮을 경우에는 압축실 내의 가스압력이 토출압과 같아지더라도 아직 토출 개시각에 이르지 않는다면 압축이 계속 진행되므로 과압축 손실을 일으키게 된다. 이와 같이 과압축이 발생하는 경우에는 상기 바이패스밸브(11~14)가 압축실(P)과 토출공간(S2) 사이의 압력차에 따라 자동으로 개폐되면서 압축가스의 일부를 미리 유출시켜 선회스크롤(5)의 기동 토오크를 줄이거나 과압축으로 인한 랩의 파손 등을 미연에 방지하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기에서는, 전술한 바와 같이 복수의 바이패스밸브(11~14)가 고정스크롤(6)의 상면에 각각 독립적으로 설치됨에 따라 밸브 서로간의 간섭으로 인해 설치 자체가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 재료비용이 증가 하고 조립공정이 복잡하여 생산비용과 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 상기 바이패스밸브(11~14)가 자체 강성이 강한 리드형 밸브로 이루어져 과압축시 신속하게 열리지 못하면서 압축기의 압축손실이 더욱 가중되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 바이패스 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 바이패스밸브의 구조를 간소화하고 설치를 용이하게 하여 생산비용은 절감하고 생산성은 높일 수 있는 스크롤 압축기의 바이패스 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 과압축시 신속하게 열려 압축기의 압축손실을 줄일 수 있는 스크롤 압축기의 바이패스 장치를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 선회스크롤과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실이 형성되고, 상기 압축실에서 압축가스가 미리 토출공간으로 유출되도록 상기 압축실의 경로를 따라 적어도 한 개 이상의 바이패스구멍이 형성되고, 최종 압축실에서 토출공간으로 관통되어 압축된 냉매를 토출하도록 한 개의 토출구가 형성되는 고정스크롤; 상기 고정스크롤과 대향하는 면에 대해 일정 간격을 유지하도록 복수의 지지돌부가 형성되고, 그 지지돌부들 사이가 상기 토출공간을 향해 개구되도록 상기 고정스크롤의 바이패스구멍 외곽에 설치되며, 상기 복수의 바이패스구멍과 한 개의 토출구에 각각 대응되도록 복수의 밸브구멍이 형성되는 한 개의 밸브가이드; 및 상기 밸브가이드의 밸브구멍에 미끄러지게 결합되어 상기 고정스크롤의 바이패스구멍과 토출공간 사이 및 상기 토출구와 토출공간 사이를 각각 개폐하는 복수 개의 슬라이딩밸브;를 포함한 스크롤 압축기의 바이패스 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명 스크롤 압축기에서 바이패스밸브를 보인 분해사시도이며, 도 5는 본 발명 스크롤 압축기에서 바이패스밸브의 동작을 보인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 스크롤 압축기는, 케이싱(1)의 내주면 상측에 메인프레임(2)을 고정 설치하고, 상기 메인프레임(2)의 상면에는 선회운동을 하는 선회스크롤(5)과 치합하여 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하도록 고정스크롤(6)을 고정 설치하며, 상기 고정스크롤(6)의 경판부 배면쪽에는 압축가스의 일부를 유출시키는 바이패스유닛(100)을 설치하여 구성한다.

상기 고정스크롤(6)은 그 경판부 저면에 상기한 선회스크롤(5)의 선회랩(5a)과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 이루는 고정랩(6a)을 인벌류트 형상으로 형성하고, 상기 고정스크롤(6)의 경판부 측면에는 상기 가스흡입관(SP)을 연통하는 흡입구(6b)를 형성하며, 상기 고정스크롤(6)의 경판부 상면 중앙으로는 최종압축실(P)의 중앙에서 연통하여 압축가스를 케이싱(1)의 토출공간(S2)으로 토출하는 토출구(6c)를 형성하며, 상기 고정스크롤(6)의 경판부 상면쪽으로는 상기 압축실(P)의 경로를 따라 적정 위치에서 토출공간(S2)을 향해 관통하는 복수의 바이패스구멍(6d)을 형성한다.

상기 바이패스구멍(6d)은 후술할 슬라이딩밸브(121~125)의 외주면 형상과 동일하도록 상하 양단의 단면적이 동일하게 형성하거나 또는 외곽으로 갈수록 단면적이 좁아지는 절두원추형으로 형성할 수 있다. 또, 상기 바이패스구멍(6d)은 원형 외에도 각진 형상 등 다양한 형상으로 형성할 수도 있다.

상기 바이패스유닛(100)은 도 4에서와 같이 고정스크롤(6)의 토출구(6c)와 모든 바이패스구멍(6d)을 함께 수용하도록 상기 고정스크롤(6)의 상면에 설치하는 밸브가이드(110)와, 상기 밸브가이드(110)에 미끄러지게 결합하여 상기 고정스크롤(6)의 토출구(6c)와 바이패스구멍(6d)을 각각 개폐하는 복수의 슬라이딩밸브(121~125)로 이루어진다.

상기 밸브가이드(110)는 고정스크롤(6)의 토출구(6c) 및 바이패스구멍(6d)에 축방향으로 일치하도록 복수의 밸브구멍(111~115)이 형성되고, 그 밸브구멍(111~115)의 끝단에는 슬라이딩밸브(121~125)의 열림량을 제한하는 밸브멈춤턱(111a~115a)이 단차지게 형성되거나 또는 도면으로 도시되지는 않았으나 상기 밸브구멍(111~115) 보다 직경이 작은 관통구멍을 구비한 밸브멈춤판이 상기 밸브가이드의 외측면에 설치할 수도 있다.

또, 상기 밸브가이드(110)는 고정스크롤(6)과 대향하는 면에 소정의 높이로 복수의 지지돌부(116)를 별도로 구비하거나 또는 일체로 구비하여 그 지지돌부(116)의 사이가 토출공간(S2)을 향해 개구되어 토출유로(F)를 이루도록 형성한다.

또, 상기 지지돌부(116)의 내부에는 상기 고정스크롤(6)에 밸브가이드(110)를 고정하기 위한 체결볼트(130)가 통과하도록 관통구멍(116a)을 형성할 수도 있다.

상기 슬라이딩밸브(121~125)는 압축실의 압력변화에 신속하게 반응할 수 있도록 가벼우면서도 강도가 높고 금속성의 밸브가이드(110)와 마모되지 않도록 엔지 니어플라스틱 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

또, 상기 슬라이딩밸브(121~125)는 도 5에서와 같이 그 상하 양단의 외경이 동일한 봉 형상으로 형성하거나 또는 도 6에서와 같이 상기 토출구(6c) 또는 바이패스구멍(6d)에서 멀어질수록 단면적이 좁아지는 절두원추형상으로 형성하여 별도의 밸브멈춤수단을 구비할 필요가 없고 실링면적을 넓혀 정상운전시에 압축실 냉매가 누설되는 것을 방지할 수도 있다. 또, 상기 슬라이딩밸브(121~125)는 원형 단면 형상으로 형성하거나 또는 각진 단면 형상으로 형성할 수도 있다.

한편, 상기 슬라이딩밸브(121~125)의 후방측에는 그 슬라이딩밸브(121~125)가 적정한 시점에 열릴 수 있도록 압축스프링과 같은 별도의 탄성부재(미도시)를 설치할 수도 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 6c는 체결홈이다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기의 바이패스 장치는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 상기 구동모터(3)에 전원을 인가하여 구동축(4)이 회전을 하면, 상기 구동축(4)에 편심 결합한 선회스크롤(5)이 일정한 궤적을 따라 선회운동을 하고, 이 과정에서 상기 선회스크롤(5)과 고정스크롤(6) 사이에 형성되는 두 개 한 쌍의 압축실(P)이 선회운동의 중심으로 연속 이동하면서 체적이 감소하여 냉매가스가 연속적으로 흡입 압축되고, 이어서 상기 압축실(P)에서 압축된 냉매는 토출구(6c)를 통과하여 중앙의 슬라이딩밸브(121)를 밀어올리게 되며, 이 슬라이딩밸브가 압축된 냉매에 밀려 상승하면서 토출유로(F)가 개방되어 압축실의 냉매가 토출유로(F)를 통해 케이싱(1)의 토출공간(S2)으로 토출된다.

여기서, 상기 고정스크롤(6)의 경판부 상면에는 복수의 슬라이딩밸브(121~125)가 구비된 한 개의 밸브가이드(110)를 설치하여 압축기의 운전 압력비가 설정 압력비에 비해 낮은 경우에는 중간 압축실(P)의 냉매 일부를 유출시켜 압축실의 압력을 적정압력으로 낮춤으로써 모터의 부하를 낮춰 효율을 높여주게 된다. 예컨대, 도 5에서와 같이 상기 압축실(P)의 압력이 일정 압력 이상인 경우 그 압축실(P)의 경로 상에 구비한 각각의 슬라이딩밸브(122~125)를 상방향으로 밀어올려 바이패스구멍(6d)이 토출공간(S2)과 연통되도록 하고, 이 바이패스구멍(6d)을 통해 압축실(P)의 냉매 일부가 토출공간(S2)으로 유출되어 압축실(P)의 압력을 설정 압력비로 낮추게 된다. 이때, 상기 슬라이딩밸브(122~125)는 그 상단면이 밸브가이드(110)의 밸브구멍(112~115)에 구비된 밸브멈춤턱(122a~115a)에 걸려 이탈되지 않는 범위 내에서 움직이게 된다.

한편, 압축기의 기동시 기동토오크가 지나치게 큰 경우에는 모터의 입력 부하가 급격하게 증가하여 모터의 효율이 크게 저하될 우려가 있으므로 초기 압축실(P)의 압력이 소정 압력 이상인 경우에는 초기 압축실의 압력에 의해 흡입측에 가까운 슬라이딩밸브(122)가 밀려 올라가게 되고, 이 슬라이딩밸브(122)가 밀려 올라가면서 토출유로(F)가 개방되어 초기 압축실의 냉매 일부가 미리 토출공간(S2)으로 유출되어 기동에 필요한 토오크가 감소된다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 바이패스 장치는, 상기 고정스크롤의 경판부 상면에 복수의 슬라이딩밸브가 장착된 한 개의 밸브가이드를 설치하여 압축실의 압력이 일정 압력을 유지하도록 함으로써 상기 바이패스밸브를 간소하면서도 용이하게 설치할 수 있어 재료비용이 절감되고 조립공수를 줄일 수 있다.

Claims

선회스크롤과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실이 형성되고, 상기 압축실에서 압축가스가 미리 토출공간으로 유출되도록 상기 압축실의 경로를 따라 적어도 한 개 이상의 바이패스구멍이 형성되고, 최종 압축실에서 토출공간으로 관통되어 압축된 냉매를 토출하도록 한 개의 토출구가 형성되는 고정스크롤;

상기 고정스크롤과 대향하는 면에 대해 일정 간격을 유지하도록 복수의 지지돌부가 형성되고, 그 지지돌부들 사이가 상기 토출공간을 향해 개구되도록 상기 고정스크롤의 바이패스구멍 외곽에 설치되며, 상기 복수의 바이패스구멍과 한 개의 토출구에 각각 대응되도록 복수의 밸브구멍이 형성되는 한 개의 밸브가이드; 및

상기 밸브가이드의 밸브구멍에 미끄러지게 결합되어 상기 고정스크롤의 바이패스구멍과 토출공간 사이 및 상기 토출구와 토출공간 사이를 각각 개폐하는 복수 개의 슬라이딩밸브;를 포함한 스크롤 압축기의 바이패스 장치.
제1항에 있어서,

상기 밸브가이드는 복수의 바이패스구멍과 한 개의 토출구를 함께 수용하도록 형성되는 스크롤 압축기의 바이패스 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 밸브구멍의 끝단에는 상기 슬라이딩밸브의 열림량을 제한하는 밸브멈춤턱이 단차지게 형성되는 스크롤 압축기의 바이패스 장치.
제1항에 있어서,

상기 밸브가이드의 외측면에는 상기 밸브구멍을 복개하여 상기 슬라이딩밸브의 열림량을 제한하는 밸브멈춤판이 설치되는 스크롤 압축기의 바이패스 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 슬라이딩밸브와 밸브구멍은 양단의 단면적이 동일한 형상으로 형성되는 스크롤 압축기의 바이패스 장치.
제1항에 있어서,

상기 슬라이딩밸브와 밸브구멍은 바이패스구멍에서 멀어질수록 그 단면적이 좁아지게 형성되는 스크롤 압축기의 바이패스 장치.