KR100392197B1 - 공기 조화기, 실외 유닛 및 냉각 유닛 - Google Patents

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Abstract

효율을 높이기 위해 전력 소모를 감소시킬 수 있는 냉각 사이클을 각각 사용하는 공기 조화기, 실외 유닛 및 냉각 장치는 상용 전원에 의해 작동될 수 있고 신뢰성이 높다. 공기 조화기는 모터 및 상기 모터에 의해 구동되는 압축기, 실외 열교환기 및 실내 열교환기를 포함하는 냉각 사이클을 포함하고, 상기 모터는 밀폐된 압축 컨테이너내의 모터 챔버에 놓여있고 냉각 사이클내의 냉각 가스는 상기 모터 챔버를 통해 흐르고, 상기 모터는 쌍극 상태로 자화된 영구 자석과 케이지형 도체가 내장된 회전자의 코어를 갖고, 상기 모터는 상용 전원에 의해 구동된다.

Description

공기 조화기, 실외 유닛 및 냉각 유닛{AIR-CONDITIONER, OUTDOOR UNIT AND REFRIGERATION UNIT}
본 발명은 증기 압축 냉각 사이클을 사용하는 공기 조화기, 실외 유닛 및 냉각 유닛에 관한 것이고, 특히, 압축기에 설치된 모터가 상용(commercially available) 전력에 의해 구동될 수 있는 것들에 바람직하고, 저비용 제품으로부터 고비용 제품에 이르는 폭넓은 범위에서 공통성이 향상되고 종류의 확장이 용이해진다.
증기 압축 냉각 사이클을 사용하는 공기 조화기, 실외 유닛 및 냉각 유닛에서 사용되는 냉매 압축기로서는 실질적으로 일정한 속도로 구동되는 등속형 압축기와 회전 속도가 제어되는 인버터형 압축기가 사용되었고, 또한 케이지형 도체(권선)를 포함하는 유도 모터가 상용 주파수등의 A.C.전압에 의해 쉽게 구동될 수 있기 때문에 자주 사용될 수 있다. 또한, 일본국 특허 공개 제 5-211796 호에서 기재된 바와 같이, 고효율성의 관점으로부터 영구 자석을 고정자 코어에 설치하여 형성된 고정자와 3-상(three-phase)권선을 회전자 코어에 설치하여 형성된 회전자를 갖는 D.C 모터가 자주 사용된다는 것이 알려져 있다.
또한, 에너지 절약의 필요성 관점에서 산업용 모터로서는 상용 전력에 의해 구동될 수 있는 내장 자석 동기 모터가 제안되었고, 이것은 히라노등에 의해 기술된 1998년 야수카와 기술 공보 Vol.62 No. 4, (Series Volume No.241)의 " 슈퍼 이코노 모터 및 그것의 응용" 에 기재되어 있다.
상술된 종래의 기술에서는 고효율의 관점으로부터 일본국 특허 공개 제 5-211796 호에서 기재된 모터가 유용하기는 하지만, 모터를 시동하기 위해서는, 주파수가 가변인 인버터를 전원으로서 사용하는 것이 불가결하다. 전원 회로등은 복잡해지고 냉각 사이클을 갖는 시스템의 경우에서는 소정의 응용에서 더욱 복잡하게 되어 비용이 상승하게 된다.
또한, 상술된 종래 기술의 내장 자석 동기 모터를 사용하기 위해서는 냉각 사이클이 사용되는 공기 조화기, 실외 유닛 및 냉각 유닛에서 예를 들어 모터의 회전 속도에 대한 냉각 사이클의 효율 및 냉각 사이클에 필요한 냉매의 방출 부피가고려되어야만 하고, 또한, 압축기의 압축 챔버의 부피, 전체 압축기의 크기 및 압축기가 설치되는 실외 유닛의 크기가 커지는 것을 피해야만 한다.
또한, 냉각 사이클이 개시될 때, 압축기의 흡입부와 방출부 사이의 차동 압력이 커지면, 내장 자석 동기 모터가 사용될 때조차도 냉각 사이클의 개시가 불가능해지거나 그것의 신뢰성이 불충분해질 수 있다.
또한, 냉각 사이클의 정상 상태 동작시 즉, 동기 상태에서의 동작시, 과부하가 발생하면, 내장 자석 동기 모터의 회전자가 멈추거나 모터의 권선 온도가 상승한다. 최악의 경우에 있어서는 권선 재료가 열화될 수 있거나 권선의 절연이 파괴되어 장치의 신뢰도가 상당히 열화될 수 있다.
또한, 냉각 사이클을 통해 순환하는 냉매와 윤활유의 열화에 대한 내장 자석 동기 모터내의 영구 자석의 영향을 최소화시키는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은 동력 소모를 감소시킬 수 있고, 효율이 높고, 상용 전원으로 구동될 수 있고 신뢰성이 높은 냉각 사이클을 사용하는 공기 조화기, 실외 유닛 및 냉각 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 압축기의 압축 챔버의 부피, 전체 압축기의 크기, 및 압축기가 설치된 실외 유닛과 냉각 유닛(공기 조화기를 포함)의 크기를 비록 이들의 효율이 높더라도 감소시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 상술된 과제와 목적중 적어도 하나를 달성하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 사이클의 시스템 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 냉각 용량과 외부 공기 온도 사이의 관계를 도시하는 그래프,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 사이클의 시스템 구성도,
도 4는 본 발명의 또다른 실시예의 냉각 사이클의 시스템 구성도,
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 냉각 사이클의 시스템 구성도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 단면도, 및
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 회전자의 단면도이다.
상술된 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따라 제공되는 공기 조화기는, 모터에 의해 구동되는 압축기, 실외 열교환기 및 실내 열교환기를 포함하는 냉각 사이클을 구비하고, 상기 모터는 밀폐된 압축 컨테이너내의 모터 챔버내에 위치되고, 냉각 가스는 상기 모터 챔버를 통과하고, 상기 모터는, 회전자의 코어에 케이징형 도체와 모터가 동기 모터로서 사용되도록 쌍극(bipolar)상태로 자화된 영구자석을 포함하고, 또한 상기 모터는 상용 전원에 의해 구동된다.
상기 구성에 따르면, 상용 모터에 의해 냉각 사이클이 작동되어, 공기 조화기는 냉각 사이클을 갖는 시스템으로서 간략화될 수 있고, 폭넓은 범위에서 다양한 적용이 실시될 수 있다. 또한, 회전자에 설치된 영구 자석은 쌍극 상태로 자화되므로 상용 전원이 50 또는 60 Hz의 낮은 주파수를 가짐에도 불구하고, 냉각 사이클의 정상 상태 동작(steady - state operation)이 상대적으로 높은 속도(3000 r/min, 3600 r/min)로 실시될 수 있다. 또한, 압축기, 실외 유닛, 냉각 유닛 등은 작은 크기로 소형화될 수 있어, 냉각 사이클 효율의 증가와 소음 감소에 유용해진다. 특히, 냉각 사이클의 효율은 다음 사실들의 조합으로부터 더욱 향상될 수 있다: 정상 상태 동작동안 모터가 동기화되고 슬립에 대항하는 동력이 불필요해지고, 외부 공기 온도에서의 변화에 기인하여 부하가 증가하더라도 압축기의 속도 변화가 발생하지 않아서 압축 효율이 낮아지지 않고, 냉각 사이클 자체는 부하 변동이 냉각 사이클에서 일어나더라도 안정적일 수 있다.
또한, 압축 기구 부분은 인버터가 사용되는 변속형 공기 조화기 등과 공통으로 사용될 수 있고, 그 종류의 확장이 용이해지고 저렴한 비용이 달성될 수 있다.
또한, 작동개시시에, 대량의 냉매액이 압축기 내부로 복귀되어 윤활유의 점성을 더욱 낮추고, 가열 동작이 개시될 때 공기 조화기의 라이즈-업(rise-up)이 열화된다. 그러나, 냉각 가스가 모터 챔버를 통해 유도되고 모터는 상용 전원에 의해 시동된 후 동기화될 때까지는 비동기 상태로 구동되기 때문에, 모터에 의해 발생된 열은 냉매 및 윤활유를 가열하여 압축기내의 베어링이 손상되는 것을 막아 열용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 제공되는 공기 조화기는, 모터에 의해 구동되는 압축기, 실외 열교환기, 및 실내 열교환기를 포함하는 냉각 사이클을 포함하고, 상기 모터는 유도 모터 및 동기 모터의 조합에 의해 압축기를 구동하고, 상기 유도 모터는 냉각 사이클내의 냉매 또는 윤활유를 가열하도록 하는 도체를 포함하고, 가열 동작동안에는 상기 모터가 유도 모터로서 작동되어 냉각 사이클을 개시하고, 그 후, 상기 모터가 동기 모터로서 작동된다.
상기 구성에 있어서는 적어도 가열 동작시 유도 모터로 사용되는 모터에 의해 냉각 사이클이 개시되고, 모터에 의해 발생된 열이 냉매와 윤활유를 가열시켜 그것의 점성이 낮아지는 것을 막아 압축기내의 베어링이 손상되는 것을 방지함으로써 열용량을 향상시킬 수 있다. 그 후에는 상기 모터가, 압축기의 속도가 변하지 않는 동기 상태로 변화되어, 비록 외부 공기의 온도 변화에 기인하여 부하가 더욱 커지더라도 압축 효율이 낮아지는 것을 막을 수 있다.
또한, 상술된 공기 조화기에서는 압축기의 방출부와 흡입부를 바이패스하는 회로와, 이 회로를 개방 및 폐쇄하는 차단 밸브가 제공되어, 상기 차단 밸브가 개방된 후 냉각 사이클을 개시하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상술된 공기 조화기에서는 압축기의 방출부와 흡입부를 바이패스하는 회로와, 상기 회로를 개방 및 폐쇄하는 차단 밸브와, 냉각 사이클의 동작동안 방출 압력 검출 장치에 의해 검출된 값이 설정된 압력값을 초과할 때에는 차단 밸브를 개방하기 위한 방출 압력 검출 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 상술된 공기 조화기에서는, 실외 열교환기와 실내 열교환기 사이에 놓인 액체 수용기와, 상기 액체 수용기내로 냉매를 도입하기 위한 냉매 도입 및 전달 파이프와, 상기 액체 수용기내의 가스 냉매를 냉매의 흐름 방향을 고려하여 하류쪽으로 바이패스하는 바이패스 파이프와, 상기 바이패스 파이프내에 결합되어 있으며 냉각 사이클의 동작동안 압축기의 방출 압력이 설정된 압력값을 초과할 때 차단 밸브를 개방하기 위한 차단 밸브를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 상술된 공기 조화기에서는 상술된 압축기로서 스크롤 압축기를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 회전 성분인 궤도 선회 스크롤 부재등의 관성력이 작아 그것의 개시를 용이하게 하며, 또한 비록 냉각 사이클상에 가해진 부하가 변하더라도 냉각 사이클 자체가 안정될 수 있고 소음이 감소되기 때문이다.
또한, 상술된 공기 조화기에서는 냉매와 윤활유의 열화를 방지하기 위해 영구 자석의 외부 표면을 코팅시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따라 제공되는 공기 조화기는, 모터에 의해 구동되는 복수의 압축기, 실외 열교환기 및 실내 열교환기를 포함하는 냉각 사이클과, 등속 압축기의 방출부상에 설치된 체크 밸브를 포함하고, 상기 복수의 압축기는 케이지형 도체와 쌍극 상태로 자화된 영구 자석이 회전자의 코어에 설치되는 모터에 의해 구동되는 용량 제어형 변속 압축기와 등속 압축기를 포함하여 이루어진다.
상기 구성을 가지면, 변속 압축기가 작동될 때도 등속 압축기의 방출부 압력과 흡입부 압력 사이의 차동 압력을 감소시킴으로써 상용 전력에 의해 등속 압축기를 쉽게 시동할 수 있고, 용량이 크게 증가될 때조차도, 인버터 전원을 그에 대응하여 증가시키지 않고도 용량 변동의 범위가 증가될 수 있고, 더 나아가, 정확한 제어가 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 모터에 의해 구동되는 압축기와 실외 열교환기를 포함하는 실내유닛이 제공되며, 상기 모터는 밀폐된 압축 컨테이너의 모터 챔버내에 수용되고, 상기 압축기는 스크롤 압축기를 포함하고, 상기 모터는 회전자의 코어에 설치된 케이지형 도체와 쌍극 상태로 자화된 영구 자석을 구비한다.
또한, 본 발명에 따르면, 모터에 의해 구동되는 압축기, 콘덴서, 액체 수용기, 팽창 밸브 및 증발기를 포함하는 냉각 유닛이 제공되며, 상기 모터는 밀폐된 압축 컨테이너내의 모터 챔버에 수용되고, 상기 압축기는 고정 스크롤과 궤도 선회 스크롤을 갖는 스크롤 압축기를 포함하고, 상기 궤도 선회 스크롤은 회전자의 코어내에 케이지형 도체와 영구 자석이 내장된 모터에 의해 구동된다.
(실시예)
본 발명의 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참고로 다음에서 설명될 것이다.
증기 압축 냉각 사이클을 사용하는 공기 조화기의 효율을 향상시키기 위해서는 냉각 사이클을 구성하는 성분 가운데 가장 높은 전력을 소모하는 냉각 압축기 내에 사용되는 모터의 효율을 증가시키는 것이 효과적이다. 종래에는 냉각 압축기용으로서 유도 전동기가 자주 사용되어왔으나, 영구 자석이 회전자의 코어내에 설치된 동기 모터가 유도 모터에 비해 효율이 높다는 것은 잘 알려져 있다. 모터의 회전자에 설치된 영구 자석과 고정자로부터 유도된 회전 자기장 사이의 인력을 이용함으로써 동기 모터가 회전되기 때문에, 유도 모터에 발생되는 2차 전류는 모터의 회전자내에 발생되지 않고 어떠한 에너지 손실도 없어 상기 효율을 향상시킬 수 있다.
그러나, 냉각 압축기의 모터로서 동기 모터를 사용하는 경우에는 다음의 사실들이 고려되어야만 한다.
냉각 압축기의 모터로서 사용되는 동기 모터가 상용 전원에 직접 접속될 때, 모터의 고정자에 의해 발생되는 회전 자기장은 전원 주파수 (50 / 60 Hz)에 대응하는 회전 속도를 갖는다. 냉각 압축기를 위해 사용되는 모터의 회전자는 냉각 압축기내의 회전 성분과 일체로 결합되기 때문에 거대한 관성력을 갖는다. 따라서, 시동될 때, 회전자가 고정자에 의해 발생되는 회전 자기장의 회전 속도를 따를 수 없어서 냉각 사이클이 개시될 수 없다. 따라서, 등속 압축기를 필요로하는 경우에서는 일반적으로 상용 전원의 사용이 바람직하다고 고려되기 때문에 동기 모터가 사용될 수 없다.
본 발명의 실시예의 공기 조화기를 나타내는 도 1 및 도 2를 참조하면, 상용 전원에 의해 구동되는 등속 압축기가 사용되고, 이것은 압축기를 구동하기 위한 모터내의 회전자 코어가 동기 속도 이하의 속도에서 회전될 때 유도 모터로서 사용되는 즉, 회전자 코어내에 쌍극의 영구 자석이 내장된 동기 모터를 포함한다.
도 1에서 나타난 공기 조화기는, 등속 압축기(1), 4 방향 밸브(2), 실외 열교환기(3), 실외 팽창 장치(5), 실내 팽창 장치(6), 실내 열교환기(7), 및 어큐뮬레이터(9)를 포함하고, 이들은 연속적으로 접속된다. 등속 압축기(1)에서 케이지형 권선 (도체)은 회전자의 원주 부근의 회전자 주위를 따라 형성되고, 회전자내에 영구 자석이 설치된다. 상기 구성에 따르면, 회전자의 속도가 동기 속도에 도달할 때까지는 모터가 유도 모터로서 작용하고, 회전자의 속도가 동기 속도가 될 때 모터는 동기 모터로서 작용한다. 따라서, 인버터가 사용되지 않을 때조차 시동이 행해질 수 있고, 동기 속도의 동작시, 즉, 상용 전원의 전원 주파수 (50Hz 또는 60Hz)에 의해서 결정되는 속도(3,000r/min, 3,600r/min)에서의 정상 상태 동작시, 모터의 회전자내에 2차 전류가 발생되지 않아서 효율이 향상될 수 있다.
영구 자석이 모터의 회전자에 설치된 모터가 상기 등속 압축기(1)용으로 사용되었으나, 동기 속도 부근의 속도에서 구동될 수 있는 단순 영구 자석형 동기 모터와 유도 모터가 결합되는 구성을 사용할 수도 있다. 이러한 경우에는, 시동시, 유도 모터에만 전력이 공급되고, 유도 모터의 속도가 동기 모터 속도 주위의 속도에 도달할 때, 유도 모터의 전력 공급이 차단되는 동시에 동기 모터에 전력이 공급된다. 상기 구성에 따르면, 압축기(1)는 정상 상태 동작을 하는 동안 내내 동기 모터에 의해서만 구동된다. 따라서, 모터와 압축기(1)의 작동 효율이 높아지므로 전체적으로 공기 조화기의 효율도 향상된다.
즉, 유도 모터내에서 발생할 수 있는, 고정자와 회전자 사이의 미끄러짐 (slippage)이 동기 모터에서는 발생되지 않으므로, 부하 변동에 기인한 회전자 속도의 변동이 유도 모터에 비해 작고, 동일한 부하 아래서 회전자의 회전 속도가 더욱 높아진다. 따라서, 압축기(1)내의 냉매 압축 기구에 의해 압축되는 냉매의 부피가 증가하고, 또한 압축기(1)로부터 냉매의 방출 부피가 증가하여, 도 2에서 나타낸 바와 같이 표준 부하 영역내에서 냉각 사이클의 성능을 향상시킬 수 있다.
특히, 냉각 사이클이 과부하되는 동작시에도 동기 상태에서는 어떠한 슬립도 발생하지 않으므로, 케이지형 도체를 통해 어떠한 전류도 흐르지 않기 때문에, 과부하 상태에서 유도 모터가 커다란 슬립을 발생시킨다는 사실과 비교하여 성능이 향상되는 효과가 매우 커진다. 또한, 스크롤 압축기가 상기 압축기(1)용으로 사용되면, 압축 토크의 변동이 작아지고, 따라서 모터에 대한 부하 변동이 작아서, 효율이 더욱 향상될 수 있다. 도 2는 냉각 동작을 통해서 얻어지는 결과를 나타내고, 가열 동작을 통해서도 동일한 결과가 얻어질 수 있다.
또한, 모터의 회전자 속도는 모터의 극수에 반비례하고, 따라서 극수를 최소한 두개로 설정함으로써 모터내의 회전자 속도가 증가될 수 있다. 따라서, 압축기 (1)로부터 냉매의 방출 부피가 증가될 수 있다. 따라서, 압축기(1)내의 압축 챔버의 부피가 감소될 수 있고, 그 결과, 압축기(1)의 크기와 압축기가 설치된 실외 유닛(20)의 크기도 감소시킬 수 있다. 또한, 냉각 사이클에 필요한 압축 기구부와 다른 성분은 공통적으로 인버터를 사용하는 변속형 공기 조화기를 포함하는 다양한 공기 조화기용으로 사용될 수 있고, 공기 조화기 종류의 확장이 용이하고 값싼 공기 조화기를 제조할 수 있다.
도 6 과 도 7을 참조로 압축기(1)와 회전자(52)에 대한 설명이 실시될 것이다.
압축기(1)는 냉매가스가 압축되는 압축 챔버와, 모터를 수용하는 모터 챔버를 포함하는 밀폐된 압축 컨테이너로 구성되며, 압축 기구부는 고정된 스크롤(60)의 끝단 플레이트(61)상에 설치된 나선형 랩(63)과 궤도 선회 스크롤(57)의 끝단 플레이트(58)상에 설치된 나선형 랩(68)을 포함하고, 이들은 서로 맞물려진다. 크랭크 샤프트(55)에 의해 궤도 선회 스크롤 (57)이 회전되어 압축 동작을 행한다.
고정 스크롤(60)과 궤도 선회 스크롤(57)사이에 형성된 압축 챔버 (59)(59a, 59b...)중 방사상의 방향으로 가장 바깥쪽에 놓인 압축 챔버가 양 스크롤의 중심을 향하여 배치되고 그 부피는 점진적으로 감소된다. 양 압축 챔버(59a, 59b)가 양 스크롤(60,57)의 중심 부근의 위치에 올 때, 양 압축 챔버에서 압축된 냉매 가스는 상기 압축 챔버들과 연통된 방출 포트(62)를 통해서 방출된다. 방출된 냉매 가스는 고정된 스크롤(60)과 프레임(56)내에 형성된 가스 통로를 통해 프레임(56) 아래의 모터 챔버내로 이동된 후 모터 챔버의 측벽에 설치된 방출 파이프(64)를 통해서 압축기의 바깥쪽으로 방출된다.
또한, 모터 챔버내에 모터가 수납되고, 모터에 의해 궤도 선회 스크롤(57)이 구동되어 압축 동작을 수행한다.
모터 아래에 오일 섬프부(66 : oil sump part)가 설치되고, 상기 섬프부내의 윤활유는 회전 운동에 의한 압력 차이로 인하여 크랭크 샤프트(55)내에 형성된 오일 통로(65)를 통해 섬프부내의 윤활유가 이동되어, 궤도 선회 스크롤(57), 크랭크샤프트(55), 슬라이드 베어링등의 슬라이딩부에 윤활유를 바른다.
모터는 고정자(51)와 회전자(52)를 포함하는 내장 자석 동기 모터이다. 고정자(51)는 고정자 코어(53)와 이 고정자 코어(53)상에 감겨진 고정자 권선(도체)을 포함한다. 회전자(52)는, 영구 자석(71)이 내장되고 자석 사이에 슬릿(73)을 갖는 회전자 코어(74)를 포함한다. 영구 자석(71)은 쌍극 상태로 자화되고, 회전자(52)의 원주 부근에 도체가 내장되어 케이지형 도체(권선)(72)를 형성한다.
다음, 도 3을 참조로 또다른 실시예가 설명될 것이다.
냉각 사이클이 개시되는 경우, 압축기(1)의 방출부와 흡입부 사이의 차동 압력이 커지면 개시될 수 없어, 그것의 신뢰도가 낮아지므로, 따라서 충분한 개시 토크(starting torque)를 보장하는 것이 요구된다. 따라서, 냉각 사이클이 유도 모터에 의해 개시된 후, 동기 모터에 의해 동작될 때에도, 유도 모터에 의해 실시된 작용, 즉 개시 토크를 증가시키기 위해 그것을 통해 흐르는 전류를 증가시키려면 회전자의 케이지형 도체의 부피가 증가되어야만 하거나 도체의 직경이 증가되어야만 한다. 따라서, 압축기(1)가 대형화될 염려가 있다. 또한, 압축기가 소형화되도록 만들어져야만 한다면, 그 구조를 고려할 때 회전자 코어내에 영구 자석이 내장되기는 어렵다. 또한, 압축기(1)가 멈춘후 냉각 사이클내의 압력이 균형을 이룰 때까지 수 분이 경과한다.
따라서, 바이패스 파이프를 통해 압축기의 방출부와 흡입부가 함께 접속되고, 바이패스 통로를 개방 및 폐쇄하는 차단 밸브(10)가 설치된다. 상기 구성에 따르면, 시동전에 차단 밸브(10)를 개방함으로써, 방출 압력과 흡입 압력 사이의 차동 압력이 감소될 수 있고 따라서 압축기(1)가 용이하게 시동될 수 있다. 또한, 케이지형 도체의 부피가 감소될 수 있고, 회전자(52)내에 영구 자석이 용이하게 결합될 수 있어서, 압축기를 적당히 소형화시킬 수 있고 신뢰도를 보장할 수 있다.
또한, 압축기(1)의 동작시, 모터의 회전자(52)에 가해진 토크가 더욱 커질 때, 즉, 방출 압력이 더욱 커질 때, 모터의 회전자가 멈추는 위험이 발생할 수 있다. 따라서, 모터의 회전자(52)가 멈추는 것을 방지하는 방출 압력값(Pdset)이 설정되고, 방출 압력 검출 장치(14)에 의해 방출 압력이 측정된다. 방출 압력이 상기값 (Pdset)까지 증가되면 차단 밸브(10)가 개방되어 방출 압력을 낮추므로, 모터의 멈춤으로 인하여 냉각 사이클이 비정상적으로 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 압축기로서 스크롤 압축기가 사용되면 스크롤 압축기의 토크 변동이 더 적어지고 냉각 사이클이 비정상적으로 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어, 신뢰도를 향상시키고 소음을 감소시킨다.
방출 압력이 설정된 압력(Pdset)에 도달할 때 전기 회로내의 스위치가 개방(또는 폐쇄)되도록 설정된 압력 스위치가, 상기 압력 검출 장치(14)로서 사용될 수 있다.
다음, 도 4를 참조로 본 발명의 또 다른 실시예가 설명될 것이다. 공기 조화기는 실외 열교환기(3)와 실내 열교환기(7)사이(실외 열교환기(3)와 실내 팽창 장치 (6)사이)의 액체 수용기(11), 상기 액체 수용기(11)내에 냉매를 도입하기 위한 냉매 도입 파이프(15), 상기 액체 수용기(11)로부터 메인 파이프라인의 하류쪽으로 흐름 방향으로 가스 냉매를 바이패스 시키는 바이패스 파이프(16), 냉매 도입 파이프 (15)를 개방 및 폐쇄하는 제 1 차단 밸브(10a), 상기 바이패스 파이프(16)를 개방 및 폐쇄하는 제 2 차단 밸브(10b)를 포함한다.
냉각 동작동안에는 차단 밸브(10b)가 개방된다. 액체 수용기(11)내의 가스 냉매가 방출될 수 있다. 액체 수용기(11)의 입구와 출구에서의 냉매의 건조 정도가 더욱 높아져서, 콘덴서로 사용되는 실외 열교환기(3)의 출구에서의 냉매의 건조 정도가 더욱 높아진다. 따라서, 실외 열교환기(3)가 콘덴서로서 효과적으로 사용될 수 있으므로, 콘덴싱 압력을 좀 더 낮은 값으로 억제할 수 있어, 방출 압력을 낮출 수 있다. 가열 동작동안에는 차단 밸브(10a)가 개방되어, 냉각 동작시에서 얻어진 것과 유사한 효과를 얻을 수 있다.
상술된 구성을 사용하여, 압축기(1)용으로 사용되는 모터의 회전자(52)가 멈추지 않는 방출 압력(Pdset)이 설정되고, 방출 압력 검출 장치(14)에 의해 방출 압력이 검출된다. 방출 압력이 설정된 방출 압력(Pdset)에 도달하면, 냉각 동작시에는 차단 밸브(10b)가 개방되고, 또한 가열 동작시에는 차단 밸브(10a)가 개방된다. 따라서, 방출 압력이 좀 더 낮아질 수 있어서, 냉각 사이클이 비정상 상태가 되는 것을 방지할 수 있다.
도 5를 참조로 또다른 실시예가 설명될 것이다.
상용 전원에 의해 구동되는 단일의 변속 압축기(1a)와 하나 이상의 등속 압축기(1b)가 상기 압축기(1)용으로 설치되고, 등속 압축기(1b)의 방출부상에 체크 밸브 (13)가 설치된다.
복수의 실내 유닛(21a , 22b)이 설치되고, 실내 유닛(21a , 22b)의 사용 조건에 따라 부하가 크게 변화된다. 실내 유닛측상의 부하가 작으면 압축기(1a ,1b) 모두를 구동시킬 필요가 없고, 따라서 변속 압축기(1a)만이 구동되어 용량 제어 동작을 수행한다. 단지 변속 압축기(1a)만이 구동될 때에는 실내 유닛측상의 부하가 커져서 변속 압축기(1a)에 의해서만으로는 용량이 보장될 수 없게 되면, 등속 압축기(1b)가 구동된다. 이와 같은 상태에서, 이미 변속 모터(1a)가 작동되었기 때문에, 등속 압축기(1b)에 대하여 방출부 압력과 흡입부 압력 사이의 차동 압력이 크다. 그러나, 등속 압축기(1b)의 방출부상에 체크 밸브(13)가 설치되기 때문에, 변속 압축기(1a)가 작동하는 동안에도 등속 압축기(1b)의 방출부 압력과 흡입부 압력 사이의 차동 압력이 감소된다. 따라서, 상용 전원의 사용으로 시동을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 다중 공기 조화기 유닛의 경우에서와 같이 큰 용량이 요구되어질 때에 인버터 전원의 추가적인 설비 없이 광범위한 용량 변동 범위에 걸쳐 미세한 제어를 수행할 수 있다.
상술된 구성에서, 압축기(1)를 위해서 모터의 회전자(52)내의 코어에 내장된 자석으로서 네오디뮴, 철, 붕소 또는 사마륨-코발트로 만들어진 자석이 사용되면, 영구 자석의 크기가 감소될 수 있고, 그 수도 또한 감소될 수 있다. 따라서, 그 구조에 대한 관점에서 회전자(52)의 코어내의 케이지형 도체와 영구 자석의 설비가 용이해질 수 있고, 따라서, 압축기(1)가 소형화될 수 있다. 또한, 상기 효율이 향상될 수 있기 때문에, 압축기가 설치된 실외 유닛(20)의 크기가 감소될 수 있다.
또한, 네오디뮴, 철, 붕소 또는 사마륨-코발트로 이루어진 자석이 사용될 때, 영구 자석의 재료인 네오디뮴 또는 사마륨등의 희토류 원소는 강한 촉매로 작용하여 윤활유를 열화시켜, 자석이 냉매 및 윤활유와 접촉할 때 열화 생성물이 냉각 사이클내에 슬러지로서 침전된다. 결과적으로, 모세관이 막혀 냉매의 흐름을 방해하고, 냉매 압축기의 온도의 비정상적인 상승을 초래한다.
그러나, 코팅, 니켈 도금 또는 알루미늄 도금으로 영구 자석의 외부 표면을 코팅함으로써, 영구 자석이 압축기(1)의 냉매 및 윤활유와 직접 접촉하는 것을 막을 수 있어서, 윤활유의 열화가 억제될 수 있고 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상술된 실시예에서는, 상용 전원에 의해서 구동되는 등속 압축기가 사용된다는 것이 고려된다. 그러나, 도 7에 나타난 바와 같이 내장 자석형 동기 모터가 그것의 주파수를 변경시킬 수 있는 인버터 전원을 사용하여 구동되면, 성능을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.
특히, 진열 케이싱(exhibition casing)등을 위한 냉각 장치의 경우에 있어서는, 냉각 싸이클을 안정화시키고 신뢰도를 향상시키기 위해서 액체 주입 형태의 스크롤 압축기를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 액체 주입 파이프 라인에 설치된 전자 팽창 밸브(electronic expansion valve)의 개방 정도는, 압축기의 방출부의 온도에 따라 제어되어 액체 주입 부피를 조절하고, 따라서 압축기의 과열을 막을 수 있어서, 증발 온도에서 광범위한 성능을 갖는 작동이 수행될 수 있다.
또한, 냉각 장치의 최대 용량은 미리 추정된 부하, 즉, 진열 케이싱의 수보다 더 크게 되도록 설정되고, 인버터 전원을 사용함으로써, 여유(margin)를 갖도록 용량이 조절된다. 이것으로, 부하, 즉, 진열 케이싱의 개수가 상기 추정값을 초과하여 증가하더라도, 더 큰 용량을 갖는 냉각 장치를 구비한 압축기로 대체하지 않고 냉각 장치의 용량만을 증가시킴으로써 이것에 대처할 수 있다. 냉매로 널리 사용되고 있는 HCFC22 대신, 오존층을 파괴하지 않는 HFC 그룹 냉매 등의 염소가 처리되지 않은 냉매가 사용되더라도, 공기 조화기의 높은 성능과 신뢰도가 보장될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전력 소비를 줄일 수 있고, 효율을 향상시킬 수 있고, 상용 전원에 의해 구동될 수 있고, 신뢰도가 높은 냉각 싸이클을 사용하는 공기 조화기와, 실외 유닛 및 냉각 장치가 제공될 수 있다. 또한, 이러한 고효율에서도, 압축기내의 압축 챔버의 부피, 압축기의 전체 크기, 및 실외 유닛과 압축기가 설치되는 냉각 장치의 크기를 줄이는 것이 가능하다.

Claims (11)

  1. 모터와 상기 모터에 의해 구동되는 압축기, 실외 열교환기 및 실내 열교환기를 갖는 냉각 사이클을 포함하는 공기 조화기로서,
    상기 압축기는, 냉매가스를 압축하기 위한 압축 챔버와; 모터를 수용하기 위한 모터 챔버를 포함하는 밀폐된 압축 컨테이너로 이루어지며, 상기 압축 챔버와 모터 챔버 사이에는 냉매가스가 흐르도록 구성된 통로가 형성되며,
    상기 모터는 상기 모터 챔버내에 놓여 있고, 상기 냉각 사이클내의 냉매 가스는 상기 모터 챔버를 통해 흐르고, 상기 모터는 케이지형 도체와 동기 모터로서 이용되도록 쌍극 상태로 자화된 영구 자석이 내장된 회전자의 코어를 구비하며, 상기 모터는 상용 전원에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  2. 모터 및 상기 모터에 의해 구동되는 압축기, 실외 열교환기 및 실내 열교환기를 갖는 냉각 사이클을 포함하는 공기 조화기로서,
    상기 모터는 상기 냉각 사이클에서 그들의 도체가 냉매와 윤활유를 가열하는 유도 모터와 동기 모터로서 작용하고, 상기 모터는 가열 동작 동안에는 상기 냉각 사이클을 개시하기 위해 상기 유도 모터로서 작동되고, 그 후에는, 상기 모터가 상기 동기 모터로서 작동되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압축기의 방출부와 흡입부를 바이패스하는 회로 및 상기 회로를 개방 및 폐쇄하는 차단 밸브를 더욱 포함하고,
    상기 차단 밸브가 개방된 후 상기 냉각 사이클이 개시되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 압축기의 방출부와 흡입부를 바이패스하는 회로, 상기 바이패스 회로를 개방 및 폐쇄하는 차단 밸브, 및 방출 압력 검출 장치를 더욱 포함하고,
    상기 방출 압력 검출 장치에 의해 검출된 값이 냉각 사이클의 동작시의 설정 압력값을 초과할 때 상기 차단 밸브가 개방되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 실외 열교환기와 상기 실내 열교환기 사이의 액체 수용기, 상기 액체 수용기에 냉매를 도입하는 냉매 도입 파이프, 냉매의 흐름 방향에 대한 방향을 고려하여 상기 액체 수용기로부터 하류쪽으로 냉매 가스를 바이패스시키는 바이패스 파이프, 및 상기 바이패스 파이프에 놓인 차단 밸브를 더욱 포함하여 이루어지고, 상기 압축기의 방출 압력이 상기 냉각 사이클의 동작시의 설정 압력값을 초과할 때, 상기 차단 밸브가 개방되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 압축기가 스크롤 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 영구 자석이 코팅된 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  8. 복수의 모터,
    상기 모터에 의해 각각 구동되는 복수의 압축기, 실외 열교환기 및 실내 열교환기를 포함하는 냉각 사이클과, 등속 압축기의 방출부에 놓인 체크 밸브를 포함하여 이루어지고, 상기 복수의 압축기는 용량이 제어되는 변속 압축기와, 쌍극 상태로서 자화된 케이지형 도체와 영구 자석이 내장된 회전자의 코어를 갖는 상기 복수의 모터중 하나에 의해 구동되는 등속 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  9. 모터, 상기 모터에 의해 구동되는 압축기 및 실외 열교환기를 포함하여 이루어지고, 상기 모터는 압축 컨테이너의 모터 챔버내에 설치되고 스크롤 압축기를 포함하며, 상기 모터는 케이지형 도체와 쌍극 상태로 자화된 영구 자석이 설치되는 회전자의 코어를 갖는 것을 특징으로 하는 실외 유닛.
  10. 모터, 압축기, 콘덴서, 액체 수용기, 팽창 밸브 및 증발기를 포함하여 이루어지고,
    상기 모터는 압축 컨테이너의 모터 챔버내에 포함되고,
    상기 압축기는 고정 스크롤과 궤도 선회 스크롤을 갖는 스크롤 압축기를 포함하고, 상기 궤도 선회 스크롤은 케이지형 도체와 영구 자석이 내장된 회전자의 코어를 갖는 상기 모터에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 압축기는 액체 주입형이고, 액체 주입의 부피와 상기 압축기의 속도가 제어되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
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