KR100352442B1 - 횡형 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매유로의 개선을 통해 저압형 또는 고압형 압축기의 압축효율을 향상시킬 수 있도록 한 횡형 스크롤 압축기에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은 밀폐용기의 내주면에 밀착되게 설치되며, 가장자리에는 밀폐용기와 이격되도록 적어도 하나 이상의 평면형 홈을 형성하여 상기 밀폐용기와 홈 사이로 냉매유로를 갖도록 한 좌측 프레임과;

상기 좌측 프레임과 축 방향으로 나란하게 상기 밀폐용기의 내주면에 밀착되게 설치되며, 가장자리에는 상기 밀폐용기와 이격되도록 적어도 하나 이상의 평면형 홈을 형성하여 밀폐용기와 홈 사이로 냉매유로를 갖도록 하되, 상기 좌측 프레임의 홈과는 원주방향으로 어긋난 위치차를 갖는 고정자를 포함하는 횡형 스크롤 압축기가 제공된다.

Description

횡형 스크롤 압축기{horizontal type scroll compressor}

본 발명은 압축기 관련한 것으로서, 특히 횡형 스크롤 압축기에 관련한 것이다.

통상, 압축기는 증발기와 응축기 사이에 설치되어 증발기로 부터 유입된 저온,저압의 기체냉매를 압축하여 고온,고압의 기체냉매로 승온,승압시킨후 응축기로보내주는 역할을 하는 것으로서, 냉동사이클을 이루기 위한 필수적인 구성요소이다.

이러한 압축기는 흡입된 증기의 체적을 줄여서 응축하는 용적식(容積式) 압축기와, 고속으로 회전하는 임펠러로 유체에 속도를 주고 이 속도를 압력으로 바꾸어서 압축하는 원심식(遠心式) 압축기로 크게 분류된다.

이러한 압축기중 용적식 압축기에 포함되는 횡형 스크롤 압축기의 구성을 도 1을 통해 간략히 설명하면 다음과 같다.

본체(1)의 외형을 이루는 횡형 밀폐용기(3)의 일측에는 냉매가 유입되는 냉매 유입관(5)과 상기 본체(1)로 전원을 인가하기 위한 전원단자(7)가 각각 설치되어 있으며, 상기 밀폐용기(3)의 다른 일측에는 압축된 냉매가 배출되는 냉매 유출관(9)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 밀폐용기(3) 내의 냉매 유입측과 냉매 유출측에는 밀폐용기의 내벽에 밀착되도록 좌측 프레임(11)과 우측 프레임(13)이 각각 설치되어 있으며, 상기 좌측 프레임(11)과 우측 프레임(13) 사이에는 모터를 구성하는 고정자(15)와 회전자(17)가 설치되어 있다.

또한, 상기 회전자(17)의 중심부에는 회전자와 함께 회전되도록 중공형의 크랭크 축(19)이 축결합되어 있으며, 상기 좌측 프레임(11)에는 고정 스크롤(21)이 지지되어 있고, 상기 고정 스크롤(21)에는 이 고정스크롤을 중심으로 선회운동을 하는 선회 스크롤(23)이 맞물려 있으며, 상기 선회 스크롤은 크랭크 축(19)과 함께 회전되도록 크랭크 축의 일단에 결합되어 있다.

그리고, 상기 크랭크 축(19)의 다른 일단에는 밀폐용기(3)의 바닥면에 고인 오일을 크랭크 축의 중공부(19a)로 공급하기 위한 오일 유입관(25)이 근접되게 설치되어 있다.

상기한 구성요소들을 포함하여 구성된 횡형 스크롤 압축기는 본체(1)의 도면상 좌측에 설치된 냉매 유입관(5)을 통해 유입된 냉매가 고정 스크롤(21)과 선회 스크롤(23) 사이에 마련된 압축실(27)로 유입되어 있는 상태로 부터 본체(1)의 전원단자(7)를 통해 인가된 전원에 의해 선회 스크롤(23)이 일방향으로 선회운동을 하게 된다.

이에 따라, 압축실(27)의 체적이 점진적으로 감소되면서 압축실 내에 있는 냉매가 고온, 고압으로 압축된 상태로 고정 스크롤(21)의 중앙에 형성된 토출포트(21a)를 통해 압축실(27)로부터 토출된다.

이렇게 토출된 고온, 고압의 냉매가스는 밀폐용기(3)의 내벽을 따라 유동하여 냉매 유출관(9)을 통해 밀폐용기의 외부로 배출되는 과정을 반복하게 된다.

한편, 상기 고정 스크롤(21)의 토출포트(21a)를 통해 배출된 냉매가 냉매 유출관(9) 쪽으로 흘러갈 수 있는 유로를 형성하기 위해, 좌측 프레임(11)의 상,하단과 고정자(15)의 각 상,하단에는 밀폐용기(3)의 내벽으로부터 이격되도록 원주면을 깍아낸 평면형상의 상,하 홈부(11a,11b)(15a,15b)를 두고 있다.

이중, 각 하 홈부(11b)(15b)와 밀폐용기(3) 사이는 오일유로이며, 각 상 홈부(11a)(15b)와 밀폐용기(3) 사이는 냉매유로이다.

이 때, 상기 좌측 프레임(11)의 상 홈부(11a)와 고정자(15)의 상 홈부(15a)는 축방향으로 동일선상에 위치하고 있다.

이렇게 각 상 홈부(11a)(15a)가 축방향으로 동일선상에 배열된 형태는 냉매가 선형운동만을 한다고 가정하면 문제가 없지만, 좌측 프레임(11)의 상 홈부(11a)를 통과한 냉매는 회전자(17)의 회전력에 의해 회전유동이 주(主) 유동인 복잡한 회전류 형태를 갖게 된다.

따라서, 좌측 프레임(11)의 상 홈부(11a)를 통과한 냉매가 곧바로 고정자(15)의 상 홈부(15a)를 통하지 못하고 고정자(15)의 좌측 프레임(11)측 단부를 따라 한바퀴 또는 그 이상 선회한 후 비로소 고정자의 상 홈부(15a)를 통과하게 되므로, 냉매의 유동손실을 유발하여 압축기의 효율이 저하되는 문제점을 안고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 냉매유로의 개선을 통해 압축기의 압축효율을 향상시키는데 그 목적을 두고 있다.

도 1은 일반적인 횡형 스크롤 압축기의 종단면도

도 2는 종래 좌측 프레임과 고정자간의 설치형태를 나타낸 개략도

도 3은 본 발명의 일시예에 따른 좌측 프레임과 고정자간의 설치형태를 나타낸 사시도

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 좌측 프레임과 고정자간의 설치형태를 나타낸 사시도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11: 좌측 프레임 11a : 홈

30 : 고정자 31 : 홈

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면,

밀폐용기의 내주면에 밀착되게 설치되며, 가장자리에는 밀폐용기와 이격되도록 적어도 하나 이상의 평면형 홈을 형성하여 상기 밀폐용기와 홈 사이로 냉매유로를 갖도록 한 좌측 프레임과;

상기 좌측 프레임과 축 방향으로 나란하게 상기 밀폐용기의 내주면에 밀착되게 설치되며, 가장자리에는 상기 밀폐용기와 이격되도록 적어도 하나 이상의 평면형 홈을 형성하여 밀폐용기와 홈 사이로 냉매유로를 갖도록 하되, 상기 좌측 프레임의 홈과는 원주방향으로 어긋난 위치차를 갖는 고정자를 포함하는 횡형 스크롤 압축기가 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 압축기는 냉매의 유동손실을 줄이거나 또는 모터(고정자+회전자)의 냉각효율을 향상시키므로써 압축효율을 향상시킬 수 있는데, 상기 두 조건은 어느 한 조건의 효율을 향상시키면 다른 조건의 효율은 저하되는 상반관계에 있다.

따라서, 압축기 종류에 따라 어느 한 조건만을 선택하여 향상시키되 다른 조건의 효율저하는 무시할 수 밖에 없는 상황이므로 이를 적절히 활용해야 함을 전제한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 도시한 것으로서, 냉매의 유동손실을 줄이기 위한 형태이다.

즉, 밀폐용기(3)의 내면에 외주면이 밀착되게 설치된 고정자(30)의 상단에 평면형 홈(31)을 형성하되, 그 위치는 좌측 프레임(11)의 상단에 형성된 평면형 홈(11a)을 기준하여 냉매유동방향으로 어긋난 위치차를 갖도록 형성한 것이다.

따라서, 좌측 프레임(11)의 홈(11a)을 통해 배출된 냉매는 회전자(17)의 회전운동에 따른 영향으로 회전자의 회전방향을 따르게 되는데, 이 때 상술한 바와 같이 상기 고정자(30)의 홈(31)이 냉매유동방향으로 어긋난 위치차를 가지므로 좌측 프레임(11)의 홈(11a)과 고정자(30)의 홈(31)에 의해 형성되는 냉매유로가 냉매유동방향과 부합되어 냉매의 흐름을 원활하게 유도할 수 있게 된다.

이와 같이 원활한 냉매흐름은 냉매와 모터(고정자와 회전자)의 접촉시간이 단축되기 때문에 모터의 냉각효율은 저하되는 반면, 냉매의 유동손실 - 유체가 유로를 따라 흐를때 유로가 원활한 흐름을 방해하는 형상을 가짐에 따라 유체가 이를 극복하기 위해 유체의 고유에너지를 소모하게 되는 현상 - 은 줄어들게 된다.

저압형 압축기의 경우, 고압형 압축기에 비해 모터의 회전속도가 빠르지 않으므로 모터에서 발생되는 발열량은 냉매의 원활한 흐름에 의해서도 충분히 냉각시킬 수 있기 때문에 모터의 과열에 의한 손실보다는 냉매의 유동손실에 보다 중점을 두는 것이 압축기의 효율을 향상에 있어서 보다 효과적이다.

따라서, 상기한 실시예는 저압형 압축기에 보다 적합한 형태이다.

한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예를 예시한 것으로서, 고정자(30)의 상단에 형성된 평면형 홈(31)을 좌측 프레임(11)의 평면형 홈(11a)을 기준으로 냉매유동방향의 반대방향으로 어긋나게 형성한 것이다.

상기 형태는 냉매유동방향과 고정자(30)의 홈(31) 위치가 어긋나 있으므로 냉매가 고정자(30)의 홈(31)으로 단번에 유입되지 못하고 고정자의 가장자리에서 선회운동을 하게 된다.

이러한 현상에 의해 냉매가 모터를 이루는 고정자(30)의 외부에서 머무르는 시간이 길어져 냉각효율을 향상시킬 수 있게 되는 반면, 냉매의 원활한 유동은 제한되므로 유동손실은 자연히 커지게 된다.

이러한 형태는 고압형 압축기에 적합한 형태인데, 왜냐하면 저압형과 비교할때 냉매압력에 대한 유동손실의 비율이 작으므로 유동손실이 고압형 압축기의 효율에 미치는 영향력은 미미한 수준이다.

따라서, 유동손실의 증가는 감수하는 대신 모터가 고속 회전됨에 따른 모터의 과열을 방지하는 냉각효율향상에 보다 역점을 두면 유동손실을 개선하는 경우보다 압축효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.

즉, 압축기에 있어서 가장 차가운 부분은 외부공기와 직접 접촉된 밀폐용기(3) 이므로, 이 밀폐용기와 냉매의 접촉시간을 연장할수록 밀폐용기와 냉매와의 접촉시간이 길어져 냉매를 저온화 시킬 수 있게 된다.

이러한 고압형 압축기의 경우, 유동손실을 갖는 종래 압축기의 형태와 유사하기는 하지만 종래의 형태는 압축기의 종류에 관계없이 일률적으로 유동손실을 갖는 형태를 가지고 있는 종래 형태와는 구분된다.

또한, 종래에는 좌측 프레임(11)의 평면형 홈(11a)과 고정자의 평면형 홈이 일렬로 형성되어 있었기 때문에 냉매의 유동방향을 고려하더라도 일부 냉매는 고정자의 홈을 통해 바로 통과하는 반면, 본 발명은 전량(全量)의 냉매가 고정자의 홈으로 바로 통과되지 않도록 하는 차이점을 가지고 있다.

이상은 고정자(30)의 홈(31)의 위치가 어긋난 방향에 따라 고압형과 저압형 압축기로 구분하여 설명하였으나, 필요에 따라 고압형 또는 저압형에 모두 적용할 수 있음은 물론이다.

이상과 같은 본 발명은 압축기내의 냉매유로를 개선함에 따라 저압형 압축기에서는 유로손실을 줄여 압축기의 효율을 향상시킬 수 있으며, 고압형 압축기에서는 모터의 냉각효율을 향상시켜 압축기의 효율을 향상시키는 효과를 가져오게 된다.

또한, 모터의 냉각효율이 향상됨로 인해 냉각을 위해 고정자에 형성되었던 또 다른 냉매유로의 수를 줄이거나 없앨 수 있으므로 모터의 진동억제 효과도 얻을 수 있다.

그리고, 동일한 압력효율을 가지면서도 모터의 크기를 줄일 수 있으므로 압축기의 소형화를 이루게 되는 효과도 있다.

Claims (3)

1. 밀폐용기의 내주면에 밀착되게 설치되며, 가장자리에는 밀폐용기와 이격되도록 적어도 하나 이상의 평면형 홈을 형성하여 상기 밀폐용기와 홈 사이로 냉매유로를 갖도록 한 좌측 프레임과;

   상기 좌측 프레임과 축 방향으로 나란하게 상기 밀폐용기의 내주면에 밀착되게 설치되며, 가장자리에는 상기 밀폐용기와 이격되도록 적어도 하나 이상의 평면형 홈을 형성하여 밀폐용기와 홈 사이로 냉매유로를 갖도록 하되, 상기 좌측 프레임의 홈과는 원주방향으로 어긋난 위치차를 갖는 고정자를 포함하는 횡형 스크롤 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정자의 홈은 좌측 프레임의 홈을 기준으로 냉매 유동방향으로 어긋난 위치차를 갖도록 형성하여, 좌측 프레임의 홈을 지나온 회전기류인 냉매가 고정자의 홈으로 원활하게 유입되도록 함에 따라 냉매의 유동손실을 줄일 수 있도록 한 횡형 스크롤 압축기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정자의 홈은 좌측 프레임의 홈을 기준으로 냉매유동방향의 반대방향으로 어긋난 위치차를 갖도록 형성하여, 좌측 프레임의 홈을 지나온 회전기류인 냉매가 고정자의 홈으로 바로 유입되지 않고 정체되도록 함에 따라 냉매에 의한 고정자의 냉각효율이 향상되도록 한 횡형 스크롤 압축기.