KR101378886B1 - 배압 토출수단을 갖는 스크롤 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배압 토출수단을 갖는 상부 배압식 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면에 의하면, 케이싱; 상기 케이싱 내부에 고정되어, 케이싱 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 토출 커버; 상기 토출 커버와 이격되어 배치되는 메인 프레임; 상기 메인 프레임 상에 지지된 상태에서 선회운동하는 선회 스크롤; 상기 선회 스크롤에 대해서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 선회 스크롤과 함께 흡입실, 중간압실 및 토출실을 형성하고, 작동유체가 토출되는 토출구를 구비하는 고정 스크롤; 및 상기 중간압실의 작동유체 일부를 유입하여 고정 스크롤을 선회 스크롤 측으로 가압하는 배압실, 상기 배압실과 연통되는 배압 토출구 및 상기 토출실과 상기 토출공간을 연통시키는 토출유로를 구비하며, 상기 고정 스크롤에 체결되는 배압실 조립체;를 포함하고, 상기 배압실 조립체 및 상기 고정 스크롤의 사이에는 상기 배압 토출구와 상기 토출유로를 연통시키는 배압토출 유로가 형성되고, 상기 배압 토출구에는 작동유체가 배압실 내부로 유입되는 것을 차단하는 체크 밸브가 구비되는 스크롤 압축기가 제공된다.

Description

배압 토출수단을 갖는 스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR WITH BACK PRESSURE DISCHARGING MEANS}
본 발명은 배압 토출수단을 갖는 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이를 실링하기 위한 배압챔버가 고정 스크롤의 상부에 위치한 형태의 스크롤 압축기에 관한 것이다.
스크롤 압축기는 나선형의 랩을 갖는 고정 스크롤과 상기 고정 스크롤에 대해서 선회 운동하는 선회 스크롤을 이용한 압축기로서, 고정 스크롤과 선회스크롤이 맞물려 돌면서 그 사이에서 형성된 압축실의 용적이 선회스크롤의 선회 운동에 따라 감소되며, 이에따라 유체의 압력이 상승되어 고정 스크롤 중심부에 뚫려있는 토출구에서 토출되는 형태의 압축기이다.
이러한 스크롤 압축기는 선회 스크롤이 선회하는 동안 흡입, 압축 및 토출이 연속적으로 이루어지는 특징을 갖고 있고, 이에 따라 원칙적으로 토출밸브 및 흡입밸브가 필요없고, 부품의 수가 적어 구조가 간단할 뿐만 아니라 고속회전이 가능한 특징을 갖는다. 또한, 압축에 필요한 토크의 변동이 적고, 연속적으로 흡입 및 압축이 일어나기 때문에 소음 및 진동이 작은 장점을 갖는다.
이러한 스크롤 압축기에서 중요한 것 중 하나가 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이의 누설 및 윤활문제이다. 즉, 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이에서의 누설을 방지하기 위해서는 랩의 단부와 경판부의 표면이 밀착되도록 하여 압축된 냉매가 누설되지 않도록 하여야 한다. 반면에, 선회 스크롤이 고정 스크롤에 대해서 원활하게 선회 운동할 수 있도록 마찰로 인한 저항을 최소화하여야 하지만, 상기 누설과 윤활 문제는 서로 상충하는 관계에 있게 된다. 즉, 랩의 단부와 경판부의 표면을 강하게 밀착시키면, 누설의 측면에서는 유리하지만 마찰이 증가하여 소음 및 마모로 인한 손상이 증가하게 된다. 반면에, 밀착 강도를 낮게 하면, 마찰은 감소하지만 실링력이 낮아져 누설이 증가하게 된다.
따라서, 종래에는 선회 스크롤 또는 고정 스크롤의 배면에 토출압과 흡입압의 사이값으로 정의되는 중간압을 갖는 배압실을 형성하여 실링 및 마찰 감소의 문제를 해소하여 왔다. 즉, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이에 형성된 복수 개의 압축실 중 중간압을 갖는 압축실과 연통되는 배압실을 형성하여, 선회 스크롤과 고정 스크롤이 적정한 정도로 밀착되도록 함으로써, 누설 및 윤활 문제를 해소할 수 있는 것이다.
한편, 상기 배압실은 선회 스크롤의 저면 또는 고정 스크롤의 상부면에 위치하는 경우가 있으며, 이를 편의상 하부 배압식 및 상부 배압식 스크롤 압축기라 칭한다. 하부 배압식 스크롤 압축기의 경우 구조가 간단하고 바이패스 홀 등을 용이하게 형성할 수 있는 장점이 있지만 선회 운동하는 선회 스크롤의 저면에 배압실이 위치하므로 배압실의 형태 및 위치가 선회 운동에 따라 변하게 되어 선회 스크롤이 틸팅하면서 진동 및 소음이 발생될 우려가 높고, 누설을 방지하기 위해 삽입되는 오링의 마모가 빠른 문제가 있었다. 한편, 상부 배압식의 경우 상대적으로 구조가 복잡하지만 배압실이 고정된 형태 및 위치를 가지고 있으므로, 고정 스크롤이 틸팅될 우려가 적고, 배압실의 실링도 양호한 장점을 갖는다.
대한민국 특허출원 제10-2000-0037517호(발명의 명칭 : 베어링하우징을 가공하기 위한 방법 및 베어링하우징을 포함하는 스크롤머신)은 이러한 상부 배압식 스크롤 압축기의 일예를 개시하고 있다. 도 1은 상기 종래 기술에 개시된 상부 배압식 스크롤 압축기의 일 예를 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 스크롤 압축기(10)는 케이싱(12) 내에 고정 설치되는 메인 프레임(24)의 상부에서 선회 운동하도록 배치되는 선회 스크롤(56)과, 상기 선회 스크롤과 맞물리는 고정 스크롤(68)을 포함한다. 그리고, 상기 고정 스크롤(68)의 상부에는 배압실(78)이 형성되고, 상기 배압실을 밀폐하는 플로팅 플레이트(80)가 토출유로(74)의 외주면을 따라서 상하로 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. 그리고, 상기 플로팅 플레이트(80)의 상부면에는 토출 커버(22)가 설치되어 압축기 내부 공간을 흡입 공간 및 토출 공간으로 구획하고 잇다.
그리고, 상기 플로팅 플레이트(80)와 상기 배압실 사이에는 립실(미도시)을 설치하여 배압실로부터의 누설을 차단할 수 있도록 하고 있다.
상기 배압실은 상기 압축실 중 하나와 연통되어 중간압이 인가되며, 그에 따라, 상기 플로팅 플레이트를 상향으로, 상기 고정 스크롤은 하향으로 압력을 받게 된다. 플로팅 플레이트가 배압실의 압력으로 인해 상승하면 그 단부가 상기 토출 커버와 접하면서 토출 공간을 밀폐하고, 고정 스크롤은 하부로 이동하면서 선회 스크롤과 밀착되게 된다. 이를 통해서, 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이를 효과적으로 실링할 수 있게 된다.
한편, 상기 배압실의 압력은 마찰은 최소화하면서 실링을 수행할 수 있을 정도로 유지되어야 한다. 그러나, 운전조건의 변화로 인해 토출압 보다 배압실의 압력이 높아지거나, 압축기 기동시에 배압실 내부의 압력이 급격히 상승하는 경우에 배압실 내부의 냉매가 고정 스크롤을 과도하게 누르게 되므로 마찰로 인한 소음 및 마모가 생기게 된다. 따라서, 이러한 경우 배압실 압력을 낮출 수 있도록 냉매를 외부로 배출할 수 있어야 하고, 상기 종래 예에서는 상기 립실을 통해서 배압실의 냉매가 토출공간으로 토출될 수 있도록 구성하고 있다.
그러나, 상기와 같은 구조의 스크롤 압축기를 냉난방 겸용의 공기조화기에 적용하는 경우 문제가 발생하게 된다. 즉, 난방 운전 중 실외기에 위치하는 응축기에 발생된 서리를 제거하기 위한 제상 운전을 수행하여야 하거나, 냉방 운전으로 전환하는 경우에는 스크롤 압축기의 흡입측 압력과 토출측 압력이 반대로 인가되게 된다. 즉, 운전을 전환한 직후에는 일시적으로 흡입측 압력이 토출측 압력보다 높아지게 된다.
따라서, 상기 배압실 내부의 압력이 토출측 압력보다 높아지기 때문에, 배압실의 압력이 토출측 압력과 동일해질 때까지 상기 립실의 내주면 전체를 통해서 배압실 내부의 냉매가 신속하게 토출측으로 토출되게 된다. 이때, 상기 플로팅 플레이트의 상부면은 흡입공간에 존재하기 때문에, 배압실의 압력보다 플로팅 플레이트의 상부 압력이 낮아지면서 플로팅 플레이트는 하강하게 되고, 고정 스크롤은 흡입압에 의해 상승하게 된다. 즉, 고정 스크롤과 선회 스크롤의 사이가 벌어진 상태로 압축기가 운전되므로 선회 스크롤이 틸팅되면서 소음 및 진동이 발생되게 된다.
이러한 문제를 해소하기 위해서, US 2012/0107163호(발명의 명칭 : Compressor seal assembly)에서는 상기 배압실의 일측에 흡입공간 측으로 연통되는 홀을 형성하고 여기에 스프링 및 볼로 이루어지는 IPR(Injection Pressure Regulator) 밸브를 설치하여, 배압실의 내부 압력이 흡입공간 측의 압력보다 소정량 이상 커지는 경우 냉매를 흡입측으로 배출할 수 있도록 하고 있다. 따라서, 배압실 내부의 압력이 과도하게 높아지는 경우 상기 밸브를 통해 배압실의 압력을 낮출 수 있게 된다.
그러나, 상기 예의 경우 정상 작동 조건에서 흡입압은 배압실의 압력보다 낮기 때문에 일반적인 체크 밸브를 사용하는 것이 불가능하며, 흡입압과 배압실 압력이 소정 정도의 차이를 갖는 경우에만 개방되는 특수한 형태의 IPR 밸브를 사용하여야 한다. 따라서, 압축기의 사양이 달라지거나 운전조건이 달라지는 경우 상기 IPR 밸브의 사양을 각각의 경우에 맞게 조정하여야 되므로, 압축기의 설계가 어려워지고 공용화가 곤란해지므로, 제품단가를 상승시키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 운전 조건이 변하더라도 배압실 내부의 압력을 안정적으로 조절할 수 있는 배압토출 수단을 갖는 스크롤 압축기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 케이싱; 상기 케이싱 내부에 고정되어, 케이싱 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 토출 커버; 상기 토출 커버와 이격되어 배치되는 메인 프레임; 상기 메인 프레임 상에 지지된 상태에서 선회운동하는 선회 스크롤; 상기 선회 스크롤에 대해서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 선회 스크롤과 함께 흡입실, 중간압실 및 토출실을 형성하고, 작동유체가 토출되는 토출구를 구비하는 고정 스크롤; 및 상기 중간압실의 작동유체 일부를 유입하여 고정 스크롤을 선회 스크롤 측으로 가압하는 배압실, 상기 배압실과 연통되는 배압 토출구 및 상기 토출실과 상기 토출공간을 연통시키는 토출유로를 구비하며, 상기 고정 스크롤에 체결되는 배압실 조립체;를 포함하고, 상기 배압실 조립체 및 상기 고정 스크롤의 사이에는 상기 배압 토출구와 상기 토출유로를 연통시키는 배압토출 유로가 형성되고, 상기 배압 토출구에는 작동유체가 배압실 내부로 유입되는 것을 차단하는 체크 밸브가 구비되는 스크롤 압축기가 제공된다.
본 발명의 상기 측면에서는 고정 스크롤과 배압실 조립체를 별도로 형성하여 서로 체결되도록 하고, 이들 사이에 배압토출 유로 및 배압실 내부의 압력이 토출압 보다 큰 경우에 작동 유체를 토출유로로 토출시키는 체크 밸브를 구비함으로써 운전조건이 달라지더라도 항상 배압실의 압력이 토출압 보다 낮거나 같게 유지할 수 있게 된다. 아울러, 토출유로로 토출되는 작동 유체는 상기 배압 토출구를 통해 종래의 립실에 비해서 상대적으로 느리게 토출되기 때문에 배압실과 토출실의 압력이 평형을 이룰 때까지는 소정의 시간이 소요되게 된다. 따라서, 일시적인 운전조건 변화가 있더라도, 압축기의 작동이 정상화될 때까지 배압실의 압력이 급격히 낮아지거나 높아지는 것을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 흡입실, 중간압실 및 토출실은 선회 스크롤과 고정 스크롤에 의해 형성되는 복수 개의 압축실을 의미하는 것으로서, 구체적으로 흡입실은 냉매를 흡입하여 압축이 시작되기 직전의 압축실을, 토출실은 토출구와 연통되어 토출이 개시되기 시작하거나 토출이 이루어지는 도중에 있는 압축실을, 마지막으로 중간압실은 상기 흡입실과 토출실의 사이에 위치하고 압축이 이루어지는 과정에 있는 압축실을 지칭하는 용어이다.
한편, 상기 배압 토출구는 복수 개가 구비될 수 있다. 즉, 동일 면적이더라도 하나의 토출구가 존재하는 경우에 비해서 복수 개의 토출구가 존재하는 경우 토출되는 냉매의 속도 및 압력에서 차이가 생기기 때문에 복수 개의 토출구를 구비하여 설계 자유도를 향상시킬 수 있다. 아울러, 복수 개의 토출구를 상기 토출 유로 주위에 배치하여 배압실 냉매를 보다 균일하게 토출시킬 수 있다.
그리고, 상기 배압토출 유로는 고정 스크롤의 상면에 오목하게 형성되는 홈부 및 상기 배압실 조립체의 하면에 의해 정의되고, 상기 체크 밸브는 상기 홈부의 내부에서 이동되면서 상기 배압 토출구를 개폐할 수 있다. 배압토출 유로를 고정 스크롤의 상면에 형성하게 되므로 임의의 형태를 갖는 배압토출 유로를 용이하게 가공할 수 있게 된다. 이때, 상기 배압토출 유로는 상기 배압실 조립체 하면에 오목하게 형성되는 홈부 및 고정 스크롤의 상면에 의해 정의되도록 할 수도 있다.
여기서, 상기 체크 밸브의 이동량은 상기 홈부의 내부면에 의해 제한되도록 할 수 있다. 또한, 상기 체크 밸브의 이동량은 상기 홈부의 내부에 구비되는 리테이너에 의해 제한되도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 체크 밸브는 소위 '리드 밸브(reed valve)'로도 불리우는 판형 밸브를 사용할 수 있다.
한편, 상기 홈부는 상기 체크 밸브의 이동공간을 제공하는 밸브 공간부 및 토출된 작동유체를 상기 토출유로로 이송시키도록 상기 토출유로의 하부까지 연장되는 유로 형성부를 포함하도록 형성할 수 있다.
그리고, 상기 체크 밸브는 상기 배압 토출구를 덮는 밸브 몸체; 및 상기 밸브 몸체를 상기 고정 스크롤과 배압실 조립체 사이에서 고정시키는 밸브 지지부;를 포함하도록 할 수 있다.
또한, 상기 밸브 지지부는 상기 토출구를 둘러싸도록 형성되고, 상기 밸브 몸체는 상기 밸브 지지부로부터 반경방향 내측으로 연장되도록 할 수 있다.
그리고, 상기 배압실 조립체는 상기 토출 커버의 하부에서 상기 고정 스크롤에 고정되고, 상부가 개방되며 상기 중간압실과 연통되는 공간부를 구비하는 배압 플레이트; 및 상기 공간부를 밀폐하도록 상기 배압 플레이트에 이동 가능하게 결합되어 배압실을 형성하는 플로팅 플레이트;를 포함하도록 할 수 있다.
여기서, 상기 배압 플레이트는 상기 고정 스크롤의 상부면과 접하는 링 형태의 지지 플레이트; 상기 지지 플레이트의 내측 공간부를 둘러 싸도록 형성되는 제1 환형벽; 및 상기 제1 환형벽의 외주부에 위치하는 제2 환형벽;을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 플로팅 플레이트는 링 형태를 가지며, 상기 제1 환형벽의 외주면과 상기 제2 환형벽의 내주면이 각각 상기 플로팅 플레이트의 내주면 및 외주면과 접하도록 상기 플로팅 플레이트와 상기 배압 플레이트가 결합될 수 있다. 아울러, 상기 플로팅 플레이트와 상기 제1 및 제2 환형벽의 접촉면에는 오링이 개재될 수 있다.
또한, 상기 제2 환형벽은 상기 지지 플레이트의 외주면에 위치할 수 있다. 즉, 배압 플레이트의 단면이 대략 'U'자 형태를 갖도록 할 수 잇다.
그리고, 상기 제2 환형벽은 상기 지지 플레이트의 외주면으로부터 내측으로 이격되어 위치하도록 할 수 있다. 즉, 제2 환형벽의 외측으로 플랜지가 형성되도록 할 수 있다. 이때, 복수 개의 볼트 체결공이 상기 지지 플레이트 상에 상기 제2 환형벽의 반경방향 외측으로 형성되고, 상기 볼트 체결공을 관통하는 볼트에 의해 상기 고정 스크롤과 배압 플레이트가 체결되도록 할 수 있다.
한편, 상기 배압 플레이트와 고정 스크롤의 접촉면에 실링 수단이 설치될 수 있다. 이를 통해서, 토출되는 냉매가 배압 플레이트와 고정 스크롤 사이에서 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 고정 스크롤은 상기 중간압실과 연통되는 중간압 토출구를 포함하고, 상기 배압 플레이트는 상기 중간압 토출구와 연통되는 중간압 흡입구를 포함할 수 있고, 이를 통해서 중간압이 배압실 내부로 인가되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 중간압 토출구와 중간압 흡입구 사이에서의 누설을 방지하기 위한 실링 수단이 구비될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 흡입공간 및 토출공간으로 구획되는 케이싱; 선회 스크롤과 함께 흡입실, 중간압실 및 토출실을 형성하는 고정 스크롤; 상기 중간압실 내의 작동유체를 유입하여 상기 고정 스크롤을 선회 스크롤측으로 가압하는 배압실을 가지며, 상기 고정 스크롤에 체결되는 배압실 형성부재; 및 상기 배압실과 상기 토출공간 사이에 형성되는 배압토출 유로에 의해서 상기 배압실의 압력이 토출공간의 압력보다 큰 경우에 배압실 내의 작동유체를 상기 토출공간으로 토출시키는 체크 밸브를 포함하고, 상기 배압토출 유로는 상기 고정 스크롤과 상기 배압실 형성부재 사이에 형성되는 스크롤 압축기가 제공된다.
여기서, 상기 배압실 형성부재는 배압실 내의 압력에 따라서 배압실의 부피를 변경시키는 플로팅 부재; 및 상기 플로팅 부재와 함께 배압실을 형성하는 공간부를 포함하는 배압 플레이트;를 포함하고, 상기 플로팅 부재와 배압 플레이트의 대향면은 작동유체가 누설되지 않도록 밀봉하는 실링 수단이 개재될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 케이싱; 상기 케이싱 내부에 고정되어, 케이싱 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 토출 커버; 상기 토출 커버와 이격되어 배치되는 메인 프레임; 상기 메인 프레임 상에 지지된 상태에서 선회운동하는 선회 스크롤; 및 상기 선회 스크롤에 대해서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 선회 스크롤과 함께 흡입실, 중간압실 및 토출실을 형성하는 고정랩 및 상기 중간압실의 작동유체 일부가 유입되는 배압실을 형성하도록 배치되는 제1 및 제2 환형벽을 구비하는 고정 스크롤; 및 상기 제1 및 제2 환형벽 사이에 설치되어, 상기 배압실을 밀폐하는 플로팅 플레이트;를 포함하고, 상기 제1 환형벽의 내부에는 토출실로부터 토출된 작동유체를 토출공간으로 유도하는 토출유로가 형성되고, 상기 배압실과 상기 토출유로를 연통시키도록 상기 고정 스크롤의 일부를 관통하여 형성되는 배압 토출유로; 및 상기 토출유로 상에 설치되어 상기 토출유로로부터 배압실로 작동유체가 유입되는 것을 방지하는 체크 밸브;를 포함하는 스크롤 압축기가 제공된다.
본 발명의 상기 측면에서는 배압실을 고정 스크롤에 일체로 형성하되, 플로팅 플레이트와 고정 스크롤 사이에서의 작동유체의 토출을 차단하고, 고정 스크롤 내부에 배압 토출유로를 형성하고 있다.
여기서, 상기 배압 토출유로는 상기 제1 환형벽을 관통하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 체크 밸브가 지지되는 밸브 시트부가 상기 토출 유로의 내면에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면 배압실 내부의 압력이 토출압 보다 큰 경우에 작동 유체를 토출유로로 토출시키는 체크 밸브를 구비함으로써 운전조건이 달라지더라도 항상 배압실의 압력이 토출압 보다 낮거나 같게 유지할 수 있게 된다. 이를 통해 압축기 기동시나 일시정지 후 재가동시에 배압실 내부의 압력이 급격히 상승하여 고정 스크롤이 선회 스크롤을 과도하게 누르는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 토출유로로 토출되는 작동 유체는 상기 배압 토출구를 통해 종래의 립실에 비해서 상대적으로 느리게 토출되기 때문에 배압실과 토출실의 압력이 평형을 이룰 때까지는 소정의 시간이 소요되게 된다. 따라서, 일시적인 운전조건 변화가 있더라도, 압축기의 작동이 정상화될 때까지 배압실의 압력을 적정 범위로 유지하는 것이 가능해진다.
도 1은 종래의 상부 배압식 스크롤 압축기의 일예를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배압 토출수단을 갖는 스크롤 압축기의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2 중 고정 스크롤 및 배압실 조립체가 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2 중 고정 스크롤 및 배압실 조립체를 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 도 2 중 고정 스크롤을 도시한 사시도이다.
도 6은 고정 스크롤과 배압 플레이트의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 7은 고정 스크롤과 배압 플레이트의 변형예의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 8은 도 2 중 고정 스크롤과 배압 플레이트의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 9는 도 2 중 체크 밸브 및 토출 체크 밸브의 작동을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 체크 밸브의 변형예를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 배압 토출수단을 갖는 스크롤 압축기의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 상부 배압식 스크롤 압축기의 실시예에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 배압 토출수단을 갖는 상부 배압식 스크롤 압축기의 일 실시예를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2 중 고정 스크롤 및 배압실 조립체가 결합된 상태를 도시한 사시도이며, 도 4는 도 2 중 고정 스크롤 및 배압실 조립체를 도시한 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배압 토출수단을 갖는 스크롤 압축기의 제1 실시예(100)는 내부에 후술할 흡입공간(S)과 토출공간(D)을 구비하는 케이싱(110)을 구비한다. 상기 케이싱(110)의 내부공간은 케이싱(110) 상측에 설치되는 토출커버(102)에 의해 흡입공간(S)과 토출공간(D)으로 구획되며, 상기 토출커버(102)의 상측이 토출공간(D)에 해당되고, 하측이 흡입공간(S)에 해당된다. 그리고, 상기 흡입공간(S)과 연통되는 흡입포트 및 상기 토출공간(D)과 연통되는 토출포트가 각각 상기 케이싱(110)에 고정되어, 냉매를 상기 케이싱(110) 내부로 흡입하거나 케이싱(110) 외부로 토출될 수 있도록 한다.
상기 흡입공간(S)의 하부에는 고정자(112) 및 회전자(114)가 구비된다. 상기 고정자(112)는 상기 케이싱(110)의 내벽면에 열박음 방식으로 고정되고, 회전자(114)의 중앙부에는 회전축(116)이 삽입되어, 외부로부터 공급된 전력에 의해 상기 회전축(116)을 회전시키게 된다.
상기 회전축(116)의 하측은 상기 케이싱(110) 하부에 설치되는 보조 베어링(117)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 상기 보조 베어링(117)은 케이싱(110) 내면에 고정되는 하부 프레임(118)에 의해 지지되어, 상기 회전축(116)을 안정적으로 지지할 수 있도록 한다. 상기 하부 프레임(118)은 상기 케이싱(110)의 내벽면에 용접 고정될 수 있고, 상기 케이싱(110)의 바닥면은 오일 저장공간으로서 사용된다. 상기 오일 저장공간에 저장된 오일은 상기 회전축(116) 등에 의해서 상측으로 이송되어, 오일이 케이싱(110) 내부로 고르게 공급될 수 있도록 한다.
상기 회전축(116)의 상단부는 메인 프레임(120)에 의해 회전가능하게 지지된다. 상기 메인 프레임(120)은 상기 하부 프레임(118)과 같이 상기 케이싱(110)의 내벽면에 고정 설치되며, 저면에는 하향으로 돌출되는 메인 베어링부(122)가 형성되고, 상기 메인 베어링부(122)의 내부에 상기 회전축(116)이 삽입된다. 상기 메인 베어링부(122)의 내벽면은 베어링 면으로서 작용하며, 상술한 오일과 함께 회전축(116)이 원활하게 회전될 수 있도록 지지한다.
상기 메인 프레임(120)의 상부면에 선회 스크롤(130)이 배치된다. 상기 선회 스크롤(130)은 대략 원판 형태를 갖는 경판부(132)와 상기 경판부(132)의 일측면에 나선형으로 형성되는 선회랩(134)을 포함한다. 상기 선회랩(134)은 후술할 고정 스크롤(140)의 고정랩(144)과 함께 압축실을 형성하게 된다. 상기 선회 스크롤(130)의 경판부는 상기 메인 프레임(120)의 상부면에 의해 지지된 상태에서 선회 구동하게 되는데, 상기 경판부(132)와 메인 프레임(120) 사이에는 올담링(136)이 설치되어 선회 스크롤(130)의 자전을 방지하게 된다. 그리고, 상기 선회 스크롤(130)의 경판부(132) 저면에는 상기 회전축(116)이 삽입되는 보스부(138)가 형성되어 있고, 이를 통해 회전축(116)의 회전력이 선회 스크롤(130)을 선회 구동하게 된다.
상기 선회 스크롤(130)과 맞물리는 고정 스크롤(140)은 상기 선회 스크롤(130)의 상부에 배치된다. 여기서, 상기 고정 스크롤(140)은 상기 선회 스크롤(130)에 대해서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되는데, 구체적으로는 상기 메인 프레임(120)에 끼워지는 3개의 가이드 핀(104)이 고정 스크롤(140)의 외주부에 형성되는 3개의 가이드 홀(141)에 삽입된 상태로 메인 프레임(120)의 상부면에 얹혀 있다.
상기 가이드 홀(141)은 상기 고정 스크롤(140)의 몸체부 외주면에 돌출되도록 형성되는 3개의 핀 지지부(142)에 각각 형성된다. 여기서, 상기 가이드 핀(104) 또는 핀 지지부(142)의 개수는 임의로 설정할 수 있는 것이므로 반드시 3개로 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 고정 스크롤(140)은 상기 몸체부의 상부면이 원판 형태로 형성되어 경판부(143)를 이루고, 상기 경판부(143)의 하부에는 상술한 선회 스크롤(130)의 선회랩(134)과 맞물리는 고정랩(144)이 형성된다. 상기 고정랩(144)은 소정 형상의 나선형을 이루도록 연장되고, 상기 경판부(143)의 대략 중앙부에는 압축된 냉매가 토출되는 토출구(145)가 형성된다. 아울러, 상기 고정 스크롤(140)의 측면에는 상기 흡입공간(S) 내부에 존재하는 냉매가 흡입되는 흡입구(146)가 형성되어, 선회랩(134)과의 상호작용에 의해서 상기 흡입구(146)로 냉매가 흡입되도록 하고 있다.
상술한 바와 같이, 상기 고정랩(144)과 선회랩(134)은 복수 개의 압축실을 이루고, 상기 압축실은 상기 토출구측으로 선회 이동하면서 그 부피가 축소되어 냉매를 압축하게 된다. 따라서, 상기 흡입구(146)와 인접한 압축실의 압력이 최소가 되고, 토출구(145)와 연통되는 압축실의 압력이 최대가 되며, 그 사이에 존재하는 압축실의 압력은 상기 흡입구(146)의 흡입압과 토출구(145)의 토출압 사이의 값을 갖는 중간압을 갖게 된다. 상기 중간압은 후술할 배압실(BP)로 인가되어 상기 고정 스크롤(140)을 선회 스크롤(130) 측으로 누르는 역할을 하게 되므로, 상기 중간압을 갖는 영역 중 하나와 연통되고, 냉매가 토출되는 중간압 토출구(147)가 상기 경판부(143)에 형성된다(도 4 참조).
상기 중간압 토출구(147)의 주위에는 토출된 중간압을 갖는 냉매의 누설을 방지하기 위한 중간압 오링이 설치되기 위한 중간압 실링홈(147a)이 형성된다. 상기 중간압 실링홈(147a)은 중간압 토출구(147)를 둘러싸는 대략 원형으로 형성되는데, 그 형태가 반드시 원형으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 중간압 실링홈(147a)은 반드시 고정 스크롤(140)의 경판부에 형성될 필요는 없으며, 후술할 배압 플레이트(150)의 저면에 형성되는 예도 고려할 수 있다.
아울러, 상기 고정 스크롤(140)의 경판부(143)에는 상기 배압 플레이트(150)와의 체결수단으로서의 볼트(106)가 체결되기 위한 볼트 체결공(148)이 형성된다. 도시된 예에서 상기 볼트 체결공(148)은 4개가 형성되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 경판부(143)에는 후술할 체크 밸브의 작동 공간을 제공하는 밸브 공간부(149)가 형성된다. 상기 밸브 공간부(149)는 리드 밸브 형태를 갖는 체크 밸브의 밸브 지지부가 상하 방향으로 이동할 수 있는 공간을 제공할 수 있도록, 상기 경판부(143)의 표면에 오목하게 형성된다.
도 5를 참조하면, 상기 밸브 공간부(149)는 상기 체크 밸브의 길이 방향을 따라서 배치되며, 두 개의 볼트 체결공(148)의 사이에서 연장되도록 형성된다.
상기 밸브 공간부(149)와 연결되며, 상기 경판부(143)의 토출구(145)를 향하도록 반경방향으로 연장되는 유로 형성부(149a)가 상기 경판부(143)에 형성된다. 상기 유로 형성부(149a)는 상기 밸브 공간부(149)와 연결되도록 형성된다. 그리고, 상기 밸브 공간부(149)의 상측면에 체크 밸브(124)가 배치된다. 상기 체크 밸브(124)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 얇은 판재로 이루어진 리드 밸브의 형태를 가지며, 일측에는 상기 볼트 체결공(148)의 주위에 배치되어 상기 볼트(106)에 의해 상기 고정 스크롤의 경판부(143)에 체결되는 밸브 지지부(124a)가 형성되고, 타측에는 후술할 배압 토출구를 개폐하는 밸브 바디(124c)가 형성되며, 상기 밸브 지지부(124a)와 밸브 바디(124c)는 연결부(124b)에 의해 서로 연결된다.
여기서, 상기 밸브 공간부(149)는 상기 연결부(124b)의 하부에 위치하도록 배치되어, 상기 밸브 바디 및 연결부가 상기 유로 형성부(149a)의 바닥면에 접하는 방향으로 이동할 수 있도록 공간을 제공하는 역할을 하게 된다.
상기 고정 스크롤(140)의 경판부(143) 상부에 배압실 조립체가 설치된다. 상기 배압실 조립체는 배압 플레이트(150) 및 플로팅 플레이트(160)를 포함하며, 상기 고정 스크롤의 경판부(143)의 상부에 고정된다. 상기 배압 플레이트(150)는 대략 환형으로 형성되어 있고, 상기 고정 스크롤(140)의 경판부(143)와 접하게 되는 지지 플레이트(152)를 갖는다. 상기 지지 플레이트(152)는 중앙이 비어있는 환형의 판 행태를 가지며, 상술한 중간압 토출구(147)와 연통되는 중간압 흡입구(153)가 지지 플레이트(152)를 관통하도록 형성된다(도 8 참조). 또한, 상기 지지 플레이트(152)에는 상기 고정 스크롤(140)의 경판부(143)에 형성되는 볼트 체결공(148)과 연통되는 볼트 체결공(154)이 형성된다.
상기 중간압 흡입구(153)와 별도로 배압 토출구(152a)가 상기 지지 플레이트(152)에 형성된다. 상기 배압 토출구(152a)는 상기 지지 플레이트(152)의 중앙을 기준으로 하여 상기 중간압 흡입구(153)의 반대측에 위치한다. 상기 배압 토출구(152a)는 상기 지지 플레이트(152)를 관통하도록 형성되어, 상기 배압 플레이트(150)와 플로팅 플레이트(160)에 의해 형성되는 배압실(BP) 내부의 냉매를 배압실 조립체 외부로 토출시킬 수 있도록 한다.
도 6을 참조하면, 상기 유로 형성부(149a)의 일측 단부는 상기 배압 토출구(152a)의 반경방향 외측에 위치하고, 타측 단부는 상기 토출구(145)의 상부에 존재하는 공간과 연통되도록 배치된다. 상기 토출구(145) 상부의 공간은 토출된 작동유체가 상기 토출공간으로 이동하는 토출유로의 일부를 형성하고 있다.
상기 배압실 내부의 냉매는 상기 배압 토출구(152a)를 통해서 밸브 바디(124c)에 압력을 가하게 되고, 배압실(BP) 내부의 냉매의 압력이 토출구(145)측의 냉매의 압력보다 높은 경우에는 상기 밸브 바디(124c)를 하향으로 밀어내면서 상기 유로 형성부(149a) 내부로 토출된다. 이렇게 토출된 냉매는 상기 유로 형성부(149a)를 따라서 이동한 후 토출구(145) 상부에 형성된 공간으로 이동하게 된다.
이때, 상기 밸브 바디(124c)의 이동량은 상기 유로 형성부(149a)의 상부면에 의해 제한되므로, 상기 유로 형성부(149a)는 벨브 바디의 이동량을 제한하고 밸브 바디의 거동을 가이드하는 리테이너로서 기능하게 된다. 물론, 도 7에 도시된 바와 같이, 별도의 리테이너(149b)를 상기 유로 형성부(149a) 내부에 설치하는 예도 고려할 수 있다.
또한, 상기 밸브 공간부 및 유로 형성부는 고정 스크롤의 상부면에 형성되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 지지 플레이트(152)의 저면에 형성되는 예도 고려할 수 있다.
그리고, 상기 지지 플레이트(152)의 저면과 상기 고정 스크롤(140)의 상부면 사이에는 오링(154)이 개재된다. 이는 상기 지지 플레이트(152)와 고정 스크롤(140) 사이에서의 누설을 방지하기 위한 것으로서, 상기 오링(154)은 상기 고정 스크롤(140)의 상부면에 형성되는 환형의 홈(155)의 내부에 끼워진 상태로 고정된다. 아울러, 상기 오링(154)은 상기 볼트(106)에 의해 고정 스크롤(140)과 배압 플레이트(150)가 체결되는 과정에서 강하게 눌려져서, 대향면 사이를 실링하게 된다. 여기서, 상기 환형의 홈(155)은 고정 스크롤(140)이 아니라 지지 플레이트(152)의 저면에 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 지지 플레이트(152)의 내주면 및 외주면을 둘러싸도록 형성되는 제1 및 제2 환형벽(158, 159)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 환형벽(158, 159)은 상기 지지 플레이트(152)와 함께, 소정 형태의 공간부를 형성하는데, 상기 공간부는 상술한 배압실(BP)을 이루게 된다. 상기 제1 환형벽(158)은 상기 지지 플레이트(152)의 중앙부로부터 상향으로 연장되도록 형성되고, 상측 단부를 덮는 상부면(158a)을 가져서, 대략 일측이 개방된 원통형태를 갖게 된다.
상기 제1 환형벽(158)의 내부 공간은 상기 토출구(145)와 연통되어, 토출된 냉매를 상기 토출공간(D)으로 이동시키는 토출유로의 일부를 이룬다. 도 3 및 도 9를 참조하면, 상기 토출구(145)의 상부에는 원기둥 형태의 토출 체크밸브(108)가 배치된다. 구체적으로, 상기 토출 체크밸브(108)는 상기 토출구(145)를 완전히 덮을 수 있을 정도의 하부 단부를 가지며, 이로 인해서 토출 체크밸브(108)가 상기 고정 스크롤(140)의 경판부(143)와 접한 경우, 상기 토출 체크밸브(108)가 상기 토출구(145)를 폐쇄하도록 구성된다.
상기 토출 체크밸브(108)는 상기 제1 환형벽(158)의 내부 공간에 형성되는 밸브 가이드부(158b) 내부에 설치되고, 상기 밸브 가이드부(158b)는 상기 토출 체크밸브(108)의 상하 이동을 가이드하게 된다. 상기 밸브 가이드부(158b)는 상기 제1 환형벽(158)의 내부 공간을 상하 방향으로 관통되도록 형성되며, 그 내경은 상기 토출 체크밸브(108)의 외경과 동일하게 설정되어 토출 체크밸브(108)가 토출구의 상부에서 상하이동하는 것을 가이드하게 된다. 여기서, 상기 토출 체크밸브(108)의 외경과 밸브 가이드부(158b)의 내경이 동일하다는 의미는 완전히 일치한다는 것이 아니라 토출 체크밸브(108)가 이동할 수 있을 정도의 공차가 있음을 의미하는 것이다.
그리고, 상기 제1 환형벽(158)의 상부면의 대략 중앙부에는 상기 밸브 가이드부(158b)와 연통되는 토출압 인가홀(158c)이 형성된다. 상기 토출압 인가홀(158c)은 상기 토출공간(D)과 항상 연통되어 있게 된다. 따라서, 토출공간(D)으로부터 냉매가 토출구(145)측으로 역류하는 경우에는 상기 토출압 인가홀(158c)에 인가되는 압력이 토출구(145)의 압력보다 높게 되므로 토출 체크밸브(108)가 하향으로 이동하면서 토출구(145)를 폐쇄하게 되고, 토출구(145)의 압력이 높아져서 토출공간(D)의 압력보다 높게 되면 토출 체크밸브(108)가 상향으로 이동하면서 토출을 허용하게 된다.
상기 밸브 가이드부(158b)의 외측으로 중간 토출구(158d)가 형성된다. 상기 중간 토출구(158d)는 상기 토출구(145)를 통해 토출된 냉매가 상기 토출공간(D)으로 이동하는 유로를 제공하는 것으로서, 도시된 예에서는 4개의 중간 토출구(158d)가 방사상으로 배치되어 있다. 물론, 상기 중간 토출구(158d)의 수도 임의로 설정할 수 있다. 상기 중간 토출구(158d)는 상기 제1 환형벽(158)을 관통하도록 상하 방향으로 연장되게 형성된다. 다만, 상기 4개의 중간 토출구(158d) 및 밸브 가이드부(158b)는 하단부에서 서로 연통되어 있다. 즉, 상기 제1 환형벽(158)과 상기 지지 플레이트(152)의 연결부 내측에 단턱부(158e)가 형성되어 있어, 토출된 냉매가 상기 단턱부(158e)에 의해 정의되는 공간에 도달한 후 상기 중간 토출구(158d)로 이동하도록 구성된다. 아울러, 상기 단턱부는 상술한 유로 형성부 및 토출유로를 서로 연통시키는 역할도 겸하게 되며, 이를 통해 토출된 배압실의 냉매가 토출 유로로 이동한 후 상기 토출공간(D)으로 토출되도록 할 수 있다.
경우에 따라서는 상기 단턱부(158e)를 형성하지 않고, 상기 밸브 가이드부(158b)와 중간 토출구(158d)를 연통하는 연통홀을 형성하는 것도 고려할 수 있다. 어느 경우이던, 상기 토출구를 통과한 냉매는 토출 체크밸브(108)가 닫힌 상태에서는 상기 중간 토출구(158d)로 토출되지 않게 된다. 그리고, 상기 단턱부(158e)를 상기 배압 플레이트(150)가 아니라 상기 고정 스크롤(140)의 경판부에 형성하는 예도 고려할 수 있다.
한편, 상기 제2 환형벽(159)은 상기 제1 환형벽(158)과 소정 거리만큼 이격되어 배치되고, 그 내주면에는 제1 실링 삽입홈(159a)이 형성된다. 상기 제1 실링 삽입홈(159a)은 후술할 플로팅 플레이트(160)와의 접촉면 사이에서의 누설을 방지하기 위한 오링(159b)을 고정하는 역할을 하게 된다. 여기서, 상기 제1 실링 삽입홈(159a)은 상기 플로팅 플레이트(160)의 외주면에 형성될 수도 있다. 다만, 플로팅 플레이트(160)의 경우 작동 과정에서 지속적으로 상하 방향으로 이동하기 때문에, 배압 플레이트(150) 측에 삽입홈을 형성하는 경우에 비해서 안정성이 낮은 문제가 있을 수 있다.
상기 제1 및 제2 환형벽(158, 159)과 상기 지지 플레이트(152)에 의해 대략 'U'자 형태의 단면을 갖는 공간부가 생기게 되며, 상기 공간부를 덮는 플로팅 플레이트(160)가 설치된다. 상기 플로팅 플레이트(160)는 환형의 판 형태를 가지고 있고, 내주면은 상기 제1 환형벽(158)의 외주면과 대향하게 되고, 외주면은 상기 제2 환형벽(159)과 대향하게 된다. 이를 통해서, 배압실(BP)이 정의되고, 상기 각각의 대향면 사이에는 상술한 바와 같은 오링(159a, 162a)이 개재되어 배압실(BP) 내부의 냉매가 외부로 누설되는 것을 방지하게 된다.
상기 플로팅 플레이트(160)의 내주면에는 상기 오링(162a)이 고정되는 제2 실링 삽입홈(162)이 형성된다. 제1 실링 삽입홈(159a)의 경우 상기 제2 환형벽(159)에 형성되는 것에 비해서, 제2 실링 삽입홈(162)은 플로팅 플레이트(160)의 내주면에 삽입되는데, 이는 제1 환형벽(158)의 내부에 형성되는 밸브 가이드부(158b) 및 중간 토출구(158d)로 인해서 홈을 가공할 여유가 부족하고, 제2 환형벽(159)에 비해서 직경이 작기 때문에 가공하는 것이 쉽지 않기 때문이다. 따라서, 제1 환형벽(158)의 직경이 충분히 크고 홈 가공의 여유가 있는 경우에는 상기 제1 환형벽(158)에 제2 실링 삽입홈(162)을 형성하는 예도 고려할 수 있다.
상기 플로팅 플레이트(160)의 내측 공간부의 상단부에는 실링 단부(164)가 구비된다. 상기 실링 단부(164)는 플로팅 플레이트(160)의 표면으로부터 상향으로 돌출되도록 형성되고, 그 내경은 상기 4개의 중간 토출구(158d)를 가리지 않을 정도의 값을 갖는다. 상기 실링 단부(164)는 상술한 토출커버(102)의 하측면과 접하여, 토출된 냉매가 흡입공간(S)으로 누설되지 않고 토출공간(D)으로 토출되도록 밀폐하는 역할을 하게 된다.
이제 상기 제1 실시예의 작동에 대해서 설명한다.
상기 고정자(112)측에 전력을 인가하면, 그로 인해서 회전축(116)이 회전하게 된다. 상기 회전축(116)의 상단부에 고정된 선회 스크롤(130)은 상기 회전축(116)이 회전하게 됨에 따라 상기 고정 스크롤(140)에 대해서 선회 운동을 하게 되고, 그로 인해 고정랩(144)과 선회랩(134) 사이에 형성된 복수 개의 압축실이 토출구(145)측으로 이동하면서 냉매가 압축되게 된다.
토출구(145)에 도달하기 전에 압축실이 상기 중간압 토출구(147)와 연통되면, 냉매의 일부가 상기 지지 플레이트(152)에 형성되는 중간압 흡입구(153)로 유입되고, 그에 따라 배압 플레이트(150) 및 플로팅 플레이트(160)에 의해 형성되는 배압실(BP)에 중간압이 인가된다. 이로 인해서, 상기 배압 플레이트(150)는 하향으로 압력을 받게 되고, 상기 플로팅 플레이트(160)는 상향으로 압력을 받게 된다.
여기서, 상기 배압 플레이트(150)는 볼트에 의해 상기 고정 스크롤(140)과 결합되어 있으므로, 상기 배압실(BP)의 중간압은 상기 고정 스크롤(140)에도 영향을 미치게 된다. 다만, 상기 고정 스크롤은 이미 선회 스크롤(130)의 경판부에 접하여 하향으로 이동이 불가능한 상태이므로, 상기 플로팅 플레이트(160)가 상향으로 이동하게 된다. 상기 플로팅 플레이트(160)는 상기 실링 단부(164)가 상기 토출커버(102)의 하단부와 접하면서 이동을 중단하게 되고, 이후에는 상기 배압실(BP)의 압력이 상기 고정 스크롤(140)을 선회 스크롤(130)측으로 밀면서 선회 스크롤(130)과 고정 스크롤(140) 사이에서의 누설을 방지하게 된다.
토출구의 압력이 토출공간(D)의 압력보다 높아지면, 상기 토출 체크밸브(108)가 상향으로 이동하면서 단턱부(158e)에 의해 정의되는 공간부에 냉매가 토출되고, 이는 중간 토출구(158d)로 유입되어 최종적으로 토출공간(D)으로 냉매가 토출된다. 압축기의 작동이 정지되거나 일시적으로 토출공간(D)측의 압력이 높아지면 상기 토출 체크밸브(108)는 하향으로 이동하여 토출구를 막게 되고, 그에 따라 냉매가 역류하여 고정 스크롤(140)을 역전시키는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 제상운전이 필요하거나, 냉난방 운전의 전환이 수행되는 경우, 일시적으로 상기 흡입공간(S)의 압력이 토출공간(D)의 압력보다 높아지게 된다. 이 상태에서 압축기가 작동하는 경우, 상기 중간압 토출구(147)를 통해 배압실(BP)로 유입되는 냉매의 압력은 흡입공간(S)의 압력보다 더욱 높아지므로, 토출측의 압력에 비해서 매우 높은 압력을 갖게 된다. 이러한 과도한 압력은 고정 스크롤을 선회 스크롤 측으로 과도하게 누르게 되므로, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 마찰이 증가하여, 소음 및 진동의 발생 및 소요동력의 증가와 같은 문제를 일으키게 된다.
다만, 흡입공간의 압력이 토출공간의 압력보다 높은 상태는 제상운전 또는 냉난방 운전 전환 직후에만 유지되고, 시간이 경과하여 시스템이 정상상태(steady state)에 도달하면 흡입공간의 압력이 토출공간의 압력보다 낮아지게 된다. 이러한 정상상태에서는 배압실 내부의 압력도 낮아져서 흡입공간과 토출공간의 압력 사이의 값을 갖게 된다.
따라서, 상기 배압실 내부의 압력을 제상운전 또는 냉난방 운전 전환 후 정상상태에 도달할 때까지 즉, 천이상태(transition state)인 동안 상기 배압실 내부의 압력을 적정상태로 유지할 필요가 있다.
이러한 천이상태에서 상기 밸브 몸체(124a)의 상부면, 즉 배압 토출구(152a)의 압력은 유로 형성부(149a) 내의 압력보다 높게 된다. 따라서, 상기 밸브 몸체(124c)가 하향으로 이동하면서 상기 배압 토출구(152a)가 개방된다. 그에 따라 냉매가 유로 형성부(149a) 및 토출유로를 경유하여 토출공간(D)으로 토출되고, 냉매의 토출과 함께 상기 배압실 내부의 압력은 낮아져서, 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이의 마찰력도 감소하게 된다.
이때, 상기 배압실 내부의 냉매는 상기 배압 토출구(152a)의 면적이 상기 배압실의 체적에 비해서 매우 작기 때문에 종래의 립실을 이용한 경우에 비해서 느린 속도로 토출되게 된다. 상기 립실은 원주상의 면 전체에 걸쳐서 냉매가 토출공간으로 토출되기 때문에, 배압실의 압력이 급격히 낮아지게 된다. 따라서, 천이상태 동안 높아진 흡입공간의 압력에 저항하지 못하므로, 상기 플로팅 플레이트는 하강하고, 고정 스크롤은 상승된 상태가 지속되게 된다.
반면에, 상기 실시예에서는 높아진 배압실의 압력이 서서히 낮아지기 때문에 상기 천이상태 동안 충분한 정도의 배압을 상기 고정 스크롤에 전달할 수 있을 정도의 값을 유지하게 된다. 따라서, 운전조건이 급격히 변화하더라도 배압실 내부의 압력은 서서히 증가하거나 감소하기 때문에, 급격한 운전조건 변화로 인한 영향을 완충하는 역할을 할 수 있다.
아울러, 체크 밸브가 리드 밸브 형태를 가지므로, 구성이 간단하고 설치비용이 저렴할 뿐만 아니라, 압축기의 사양이 변경되더라도 공용화가 가능한 장점이 있다.
한편, 상기 체크 밸브는 반드시 도시된 형태에 한하는 것은 아니며 다양한 형태로 변형할 수 있다.
도 10은 상기 체크 밸브의 변형예를 도시한 것으로서, 도 10을 참조하면, 상기 체크 밸브는 두 개의 배압 토출구를 포함하는 경우에 적용될 수 있다. 고정 스크롤의 경판부에 두 개 또는 그 이상의 배압 토출구가 형성되는 경우, 각각의 배압 토출구마다 개별적으로 상기 체크 밸브를 설치하는 예도 고려할 수 있지만, 도 9에 도시된 바와 같이, 대략 사각형의 형태를 갖는 테두리부(124d)에 각각의 체크 밸브가 연결된 형태를 갖도록 할 수 있다.
이 경우, 상기 고정 스크롤의 경판부에 형성되는 복수 개의 볼트 체결공과 대응되도록 밸브 지지부(124a)를 형성하고, 상기 밸브 지지부(124a) 중 일부에 두 개의 연결부(124b)가 연결되도록 구성할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 복수 개의 밸브를 개별적으로 설치할 필요가 없으므로, 밸브를 보다 용이하게 설치할 수 있게 된다.
한편, 상기 배압실 조립체와 고정 스크롤을 일체로 형성하는 예도 고려할 수 있다. 도 11을 참조하면, 상기 고정 스크롤(140)의 경판부 상부면에 상기 제1 및 제2 환형벽(158, 159)이 일체로 형성되어 있고, 플로팅 플레이트(160)가 상기 제1 및 제2 환형벽 사이에 오링(159a, 162a)과 함께 개재되어 배압실(BP) 내부의 냉매가 상기 플로팅 플레이트(160)와 상기 제1 환형벽 사이 또는 제2 환형벽 사이로 배출되는 것을 방지한다.
그리고, 상기 제1 환형벽(158)을 관통하여, 배압실 내부와 토출유로를 연통시키는 배압 토출유로(200)가 형성된다. 상기 배압 토출유로(200)는 상술한 배압 토출구(152a) 및 유로 형성부(149a)와 동일한 역할을 하는 것으로서, 상기 토출 유로 내부에 구비되는 체크 밸브(202)에 의해서 배압실 내부의 압력이 토출유로 내부의 압력보다 높은 경우에 배압실 내부의 냉매를 토출유로로 토출시키게 된다. 이때, 상기 토출유로의 내부면에는 상기 체크 밸브(202)가 안착되는 밸브 시트부(204)가 형성된다. 상기 밸브 시트부(204)는 판 형태를 갖는 체크 밸브가 안착될 수 있는 평면을 갖도록 형성된다.

Claims (24)

  1. 케이싱;
    상기 케이싱 내부에 고정되어, 케이싱 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 토출 커버;
    상기 토출 커버와 이격되어 배치되는 메인 프레임;
    상기 메인 프레임 상에 지지된 상태에서 선회운동하는 선회 스크롤;
    상기 선회 스크롤에 대해서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 선회 스크롤과 함께 흡입실, 중간압실 및 토출실을 형성하고, 작동유체가 토출되는 토출구를 구비하는 고정 스크롤; 및
    상기 중간압실의 작동유체 일부를 유입하여 고정 스크롤을 선회 스크롤 측으로 가압하는 배압실, 상기 배압실과 연통되는 배압 토출구 및 상기 토출실과 상기 토출공간을 연통시키는 토출유로를 구비하며, 상기 고정 스크롤에 체결되는 배압실 조립체;를 포함하고,
    상기 배압실 조립체 및 상기 고정 스크롤의 사이에는 상기 배압 토출구와 상기 토출유로를 연통시키는 배압토출 유로가 형성되고,
    상기 배압 토출구에는 작동유체가 배압실 내부로 유입되는 것을 차단하는 체크 밸브가 구비되는 스크롤 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배압 토출구는 복수 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배압토출 유로는 고정 스크롤의 상면에 오목하게 형성되는 홈부 및 상기 배압실 조립체의 하면에 의해 정의되고,
    상기 체크 밸브는 상기 홈부의 내부에서 이동되면서 상기 배압 토출구를 개폐하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배압토출 유로는 고정 스크롤의 상면에 오목하게 형성되는 홈부 및 상기 배압실 조립체의 하면에 의해 정의되고,
    상기 체크 밸브는 상기 홈부의 내부에서 이동되면서 상기 배압 토출구를 개폐하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 체크 밸브의 이동량은 상기 홈부의 내부면에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 체크 밸브의 이동량은 상기 홈부의 내부에 구비되는 리테이너에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 체크 밸브는 판형 밸브인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 홈부는 상기 체크 밸브의 이동공간을 제공하는 밸브 공간부 및 배압실로부터 토출된 작동유체를 상기 토출유로로 이송시키도록 상기 토출유로의 하부까지 연장되는 유로 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 체크 밸브는
    상기 배압 토출구를 덮는 밸브 몸체; 및
    상기 밸브 몸체를 상기 고정 스크롤과 배압실 조립체 사이에서 고정시키는 밸브 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 밸브 지지부는 상기 토출구를 둘러싸도록 형성되고, 상기 밸브 몸체는 상기 밸브 지지부로부터 반경방향 내측으로 연장되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배압실 조립체는,
    상기 토출 커버의 하부에서 상기 고정 스크롤에 고정되고, 상부가 개방되며 상기 중간압실과 연통되는 공간부를 구비하는 배압 플레이트; 및
    상기 공간부를 밀폐하도록 상기 배압 플레이트에 이동 가능하게 결합되어 배압실을 형성하는 플로팅 플레이트;를 포함하는 스크롤 압축기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배압 플레이트는
    상기 고정 스크롤의 상부면과 접하는 링 형태의 지지 플레이트;
    상기 지지 플레이트의 내측 공간부를 둘러 싸도록 형성되는 제1 환형벽; 및
    상기 제1 환형벽의 외주부에 위치하는 제2 환형벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 플로팅 플레이트는 링 형태를 가지며,
    상기 제1 환형벽의 외주면과 상기 제2 환형벽의 내주면이 각각 상기 플로팅 플레이트의 내주면 및 외주면과 접하도록 상기 플로팅 플레이트와 상기 배압 플레이트가 결합되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 플로팅 플레이트와 상기 제1 및 제2 환형벽의 접촉면에는 실링 수단이 개재되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 지지 플레이트에는 복수 개의 볼트 체결공이 형성되고, 상기 배압 플레이트 및 상기 고정 스크롤이 상기 볼트 체결공에 삽입되는 볼트에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 환형벽은 상기 지지 플레이트의 외주면에 위치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 배압 플레이트와 고정 스크롤의 접촉면에 실링 수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 고정 스크롤은 상기 중간압실과 연통되는 중간압 토출구를 포함하고, 상기 배압실 조립체는 상기 중간압 토출구와 연통되는 중간압 흡입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 중간압 토출구와 중간압 흡입구 사이에서의 누설을 방지하기 위한 실링 수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  20. 흡입공간 및 토출공간으로 구획되는 케이싱;
    선회 스크롤과 함께 흡입실, 중간압실 및 토출실을 형성하는 고정 스크롤;
    상기 중간압실 내의 작동유체를 유입하여 상기 고정 스크롤을 선회 스크롤측으로 가압하는 배압실을 가지며, 상기 고정 스크롤에 체결되는 배압실 형성부재; 및
    상기 배압실과 상기 토출공간 사이에 형성되는 배압토출 유로에 의해서 상기 배압실의 압력이 토출공간의 압력보다 큰 경우에 배압실 내의 작동유체를 상기 토출공간으로 토출시키는 체크 밸브를 포함하고,
    상기 배압토출 유로는 상기 고정 스크롤과 상기 배압실 형성부재 사이에 형성되는 스크롤 압축기.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 배압실 형성부재는 배압실 내의 압력에 따라서 배압실의 부피를 변경시키는 플로팅 부재; 및
    상기 플로팅 부재와 함께 배압실을 형성하는 공간부를 포함하는 배압 플레이트;를 포함하고,
    상기 플로팅 부재와 배압 플레이트의 대향면은 작동유체가 누설되지 않도록 밀봉하는 실링 수단이 개재되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  22. 케이싱;
    상기 케이싱 내부에 고정되어, 케이싱 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 토출 커버;
    상기 토출 커버와 이격되어 배치되는 메인 프레임;
    상기 메인 프레임 상에 지지된 상태에서 선회운동하는 선회 스크롤; 및
    상기 선회 스크롤에 대해서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 선회 스크롤과 함께 흡입실, 중간압실 및 토출실을 형성하는 고정랩 및 상기 중간압실의 작동유체 일부가 유입되는 배압실을 형성하도록 배치되는 제1 및 제2 환형벽을 구비하는 고정 스크롤; 및
    상기 제1 및 제2 환형벽 사이에 설치되어, 상기 배압실을 밀폐하는 플로팅 플레이트;를 포함하고,
    상기 제1 환형벽의 내부에는 토출실로부터 토출된 작동유체를 토출공간으로 유도하는 토출유로가 형성되고,
    상기 배압실과 상기 토출유로를 연통시키도록 상기 고정 스크롤의 일부를 관통하여 형성되는 배압 토출유로; 및
    상기 토출유로 상에 설치되어 상기 토출유로로부터 배압실로 작동유체가 유입되는 것을 방지하는 체크 밸브;를 포함하는 스크롤 압축기.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 배압 토출유로는 상기 제1 환형벽을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 체크 밸브가 지지되는 밸브 시트부가 상기 토출 유로의 내면에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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