KR100274464B1 - 스크롤압축기의 실린더형 체크밸브구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크롤압축기의 실린더형 체크밸브구조에 관한 것으로, 특히 운전정지시 기구부의 피스톤밸브가 신속히 토출구를 폐쇄하여 가스 역류에 의한 역회전을 방지하기 위한 실린더형 체크밸브에 있어서 압축기의 운전중 각 마찰부위에서 발생된 마모입자가 밸브와 하우징사이에 끼임으로 인한 문제를 해결하여 체크밸브의 운전소음을 저감시키고 정지시 역회전 방지를 원활히 수행하도록 하도록 하는데 목적이 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 토출실 내에서 고정스크롤 상단부의 토출구에 위치하는 실린더형 하우징과, 상기 하우징에 가이드되며 일정범위 내에서 면접촉에 의한 미끄럼운동을 통해 상하 유동하는 피스톤밸브가 포함되어 이루어지는 스크롤압축기의 실린더형 체크밸브구조에 있어서, 상기 피스톤밸브의 외벽 또는 하우징 내벽에 이물질을 외부로 배출하기 위한 배출홈을 형성하였다.

Description

스크롤압축기의 실린더형 체크밸브구조

본 발명은 스크롤압축기에 관한 것으로서, 특히 압축기에서 운전 정지시 토출실과 압축실내의 압력차이로 생긴 가스역류에 의해 스크롤 및 로터가 역회전하는 것을 방지하기 위한 실린더형 체크밸브구조에 관한 것이다.

스크롤압축기는 공조기 및 냉동기 등에 사용되는 압축기의 한 형태로 도 1 을 참조하여 그 구성을 살펴보면, 냉매가스가 유입되는 흡입파이프(11)와, 고정자(4)와의 전자기적 작용에 의해 회전하는 회전자(5)와, 상기 회전자(5)와 일체로 결합된 샤프트(6)와, 상기 샤프트(6)의 상하단을 지지하는 상부프레임(2) 및 하부프레임(3)과, 압축기 상단에서 압축실을 형성하도록 선회스크롤(7)과 맞물려서 구성된 고정스크롤(8)과, 상기 압축실에서 압축된 가스를 토출포트(12) 및 토출실(17)을 거쳐 외부로 배출하는 토출파이프(15)와, 상기 토출실(17)을 형성하는 상부셸(1)로 구성된다.

도면중 미설명 부호 16은 오일펌프, O는 오일을 나타낸다.

이와같이 구성되는 스크롤 압축기의 작동원리를 설명하면 다음과 같다.

흡입파이프(11)를 통해 유입된 냉매는 고정스크롤(8)과 선회스크롤(7)의 랩으로 형성된 압축챔버내로 흡입되어지고, 모터부의 회전자(5)가 회전하여 샤프트(6)를 회전시키면, 상부프레임(2)과 구동부시(10)위에 있는 올담링(9)이 선회스크롤(7)과 한방향 키이홈으로 연결되어 샤프트(6)의 회전운동을 선회스크롤(7)의 선회운동으로 바꾼다.

도 2 에서는 선회스크롤(7)의 선회각도에 따른 냉매압축과정을 나타낸 것으로 선회스크롤랩(7)이 0°에서 고정스크롤(8) 바깥쪽랩과 떨어져 흡입유로를 형성할 때, 이를 통해 유입된 냉매가 선회각도에 따라 두 스크롤랩이 형성한 두 개의 반달형 압축챔버를 스크롤중앙으로 모아가며 압축을 진행한다. 결국 중앙으로 모아진 압축챔버는 고정스크롤(8) 배면에 있는 토출포트(12)에서 열리게 되고 압축냉매가스를 이를 통해 상부격막(13)위에 고정된 체크밸브 하우징(14')을 통해 체크밸브(14)를 위로 밀어올려 상부격막(13)과 상부셸(1)로 이루어진 토출실(17)내로 토출하게 되고 토출파이프(15)를 통해 가스를 콘덴서로 보내게 된다.

여기서 토출포트(12)를 나온 고압가스는 고저압분리를 위해 설치한 상부격막(13)을 통해 고정되어 있지않은 체크밸브(14)를 부상시켜 상부격막 토출구를 개시하면서 나오게 되는데, 냉매가스가 토출되는 동안 체크밸브(14)는 체크밸브하우징(14') 상단부에 면접촉을 유지하여 가스토출흐름이 원활하도록 하며, 만일 압축기 운전정지시에는 고압가스 토출중단으로 체크밸브하우징(14')상단부에 부상해 있던 체크밸브(14)가 신속히 상부격막 토출구를 폐쇄하고, 밀폐용기안의 고압가스가 스크롤압축챔버내로 역류하여 주축 및 스크롤의 역회전을 방지하게 된다.

상기에서 적용된 체크밸브는 판형 체크밸브이고 이하에서는 종래의 다른 실시예인 피스톤형 체크밸브에 대해 살펴보기로 한다.

피스톤형 체크밸브의 구성은 도 3 에 도시된 바와같이 피스톤형태의 밸브(24)와, 중심 상단에 스토퍼(25') 및 관통홀(25")이 형성된 실린더형 하우징(25), 그리고 상기 하우징(25)을 지지하며 피스톤밸브의 상승시 토출유로를 확보하는 작용을 하는 실린더 지지링(26)으로 구성된다. 상기 체크밸브는 고정스크롤(8) 배면에 실린더 지지링(26)을 고정하고 그 위에 실린더형 하우징(25)을 올려놓고 고정시킨다. 이때 생산성의 향상을 위해서 실린더 지지링(26)과 실린더형 하우징(25)을 일체형으로 가공하여 직접 고정스크롤 배면에 고정시킬 수 도 있다.

상기 피스톤형 체크밸브는 운전시 흡입 압력과 토출압력의 비가 큰 고압력비 조건에서 발생하는 이상 소음이 현저히 저감되고, 역회전 방지 효과도 탁월하여 기존의 여러 체크밸브형태중 뛰어난 성능을 가지고 있다. 이 피스톤형 체크밸브구조는 피스톤 밸브와 실린더 하우징 사이의 적정한 설계 틈새가 성능에 매우 중대한 영향을 끼치게 된다. 이 설계 틈새의 정도가 고압력비 조건에서의 운전소음, 부하가 큰 영역에서의 정지시 원활한 역회전 방지에 매우 중요한 인자가 되는 것이다.

한편, 스크롤압축기의 운전중에는 각 윤활 부위에서 정상적 혹은 비정상적인 마모가 발생하게 된다. 비정상적인 마모는, 에어컨 시스템의 이상 과부하 현상이나 압축기의 조립시 축심 조립의 어긋남 등으로 인해 발생하며, 과도한 마모입자를 발생케 한다. 정상적인 마모란, 압축기 운전이 진행되면서 각 윤활 부위에서 안정된 운전위치를 찾게 될 때 까지 발생하는 마모이며 일정 수준까지 진행되고, 그 이후에는 더 이상 진행되지 않는 특성을 나타낸다.

상기 각각의 두 경우 모두 마모입자가 발생하며, 발생된 마모입자는 압축기의 윤활유에 함유되어 압축기의 전체로 퍼지게 되고, 이 마모입자에 의해 다른 부분의 마모가 더욱 가속되는 경우가 있으며, 이로인해 압축기의 성능에 악영향을 미치기도 한다.

또한, 마모입자가 압축부로 유입되어 토출구로 통하여 토출되면, 피스톤밸브(24)와 실린더하우징(25) 사이에 입자가 쌓이는 경우가 생기게 되며, 또한 피스톤밸브와 실린더하우징 사이의 접촉으로 인한 마모입자가 쌓이게 되어 피스톤밸브와 실린더하우징 사이의 적정 틈새가 유지되지 않고, 피스톤밸브의 운동이 원활하지 않게 되어 체크밸브의 역할에 문제점을 발생시키는 원인이 된다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 스크롤압축기의 운전중 마모입자가 체크밸브의 외부로 쉽게 빠져나갈 수 있도록 하여 실린더형 체크밸브의 운전소음을 저감시키고 정지시 역회전 방지를 원활히 하는데 목적이 있다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 기술적 수단은 피스톤 밸브와 실린더 하우징으로 구성되어 있는 체크밸브구조에 있어서, 피스톤 밸브의 외측벽 또는 실린더 하우징의 내측벽에 이물질 혹은 마모입자가 배출될 수 있는 배출홈을 형성시킨 것이다.

도 1 은 종래 회전형 압축기의 단면 구성도.

도 2 는 스크롤에 의한 가스압축 과정도.

도 3 은 종래 체크밸브구조를 도시한 것으로서,

(가)는 부품도.

(나)는 결합후 단면도.

(다)는 고정스크롤 장착시 사시도.

도 4 는 본 발명의 피스톤밸브로서,

(가)는 측면도.

(나)는 평면도.

도 5 는 본 발명의 실린더하우징 구조도.

도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 피스톤밸브를 나타낸 것으로서,

(가)는 측면도.

(나)는 평면도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

24 : 피스톤밸브 25 : 실린더하우징

25': 스토퍼 25": 관통홀

26 : 지지링 27,27',28 : 배출홈

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.

본 발명이 적용되는 스크롤압축기의 전체적인 구성 및 동작상태는 종래 기술과 동일하므로 실린더형 체크밸브 이외의 구성에 대해서는 설명을 생략하고 종래와 동일한 도면번호를 부여하기로 한다.

먼저, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실린더형 체크밸브구조를 살펴보면, 피스톤형태의 피스톤밸브(24)와, 중심 상단에 스토퍼(25') 및 관통홀(25")이 형성된 실린더 하우징(25), 그리고 상기 하우징(25)을 지지하며 피스톤밸브(24)의 상승시 토출유로를 확보하는 작용을 하는 실린더 지지링(26)으로 구성된 구조에 있어서, 상기 피스톤밸브(24)의 외벽 또는 하우징(25) 내벽에는 이물질 또는 마모입자가 외부로 유출될수 있도록 하는 배출홈(27,28)이 형성되었다.

도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 피스톤밸브(24)의 배출홈(27') 형상을 나선형으로 도시한 것이다.

상기 구조를 갖는 본 발명이 적용된 스크롤압축기의 동작을 체크밸브를 중심으로 살펴보면 다음과 같다.

고정스크롤(8)과 선회스크롤(7)의 랩으로 구성된 압축챔버 내에서 압축된 가스는 고정스크롤 배면에 있는 토출구를 통해 선단에 놓여있는 피스톤밸브(24)를 부상시키며 토출하기 시작한다. 이때 부상된 피스톤밸브(24)는 실린더 하우징(25)의 내측벽을 따라 운동을 하며 행정을 시작하여 압축기 운전이 계속 진행됨에 따라 실린더 하우징(25)의 상단 스토퍼(25')에 면접촉을 유지하며 부상해 있게된다. 운전중 밸브가 계속 부상해 있으므로 압축가스는 실린더 지지링(26)의 높이만큼의 가스유로를 통해 방출된다.

압축기의 운전정지시에는 상부 밀폐용기에 채워져 있던 토출가스가 실린더형 하우징(25)의 상단부 관통홀(25")을 통해 피스톤밸브(24)의 상단면에 힘을 가하게 되고, 이로 인해 피스톤밸브(24)가 신속하게 토출구를 폐쇄하여 토출가스의 역류를 막을 수 있게된다.

한편, 압축기의 흡입 압력과 토출 압력의 차이가 큰 고압력비 운전 영역에서는 피스톤밸브(24)의 상/하 양단면의 압력차이가 커져 피스톤밸브(24)의 상/하 움직임이 커지게 된다. 피스톤밸브(24)는 종래의 밸브구조에 비해 고압력비 운전 소음특성이 뛰어나지만, 기본 원리상 이러한 움직임을 피할 수가 없으며, 이때 피스톤밸브(24)와 실린더하우징(25)간의 틈새가 성능에 매우 중요한 인자가 되는 것이다. 따라서, 마모입자 혹은 이물질이 틈새에 존재하게 되면 피스톤밸브(24)의 성능에 치명적인 영향을 미치게 된다. 또한, 압축기의 정지시에도 이물질이나 마모입자의 존재는 피스톤의 원활한 움직임에 영향을 미쳐 정지시의 역회전 방지성능도 저하시키게 한다.

본 발명에서는 유동부인 피스톤밸브(24)의 원주면을 따라 한 개 또는 다수의 홈(27,27')을 형성하거나 실린더 하우징(25)의 내측벽에 홈(28)을 형성하고, 이 홈을 상하로 연결시켜 마모입자 혹은 이물질이 체크밸브장치의 외부로 쉽게 유출될 수 있게 되는 것이다.

이상 설명한 바와같이 본 발명의 체크밸브 구조는 실린더 하우징 내에서 피스톤 밸브의 움직임을 원활히하여 체크밸브의 운전소음을 저감시키고 정지시 역회전 방지를 원활히 수행하도록 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 토출실 내에서 고정스크롤 상단부의 토출구에 위치하는 실린더형 하우징과, 상기 하우징에 가이드되며 일정범위 내에서 면접촉에 의한 미끄럼운동을 통해 상하 유동하는 피스톤밸브가 포함되어 이루어지는 스크롤압축기의 실린더형 체크밸브구조에 있어서,

   상기 피스톤밸브의 외벽 또는 하우징 내벽에는 이물질을 배출하기 위한 배출홈이 형성됨을 특징으로 하는 스크롤압축기의 실린더형 체크밸브구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 배출홈은 나선형으로 형성됨을 특징으로 하는 스크롤압축기의 실린더형 체크밸브구조.