KR100865207B1

KR100865207B1 - 냉매 압축기

Info

Publication number: KR100865207B1
Application number: KR1020077012825A
Authority: KR
Inventors: 히로타카 가와바타; 히로나리 아카시; 가즈히로 요코타
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2008-10-23
Also published as: US20080253909A1; JP4525679B2; US9422930B2; JP2008531896A; EP1721076B1; EP1721076A1; KR20070085851A; WO2006062245A1

Abstract

본 발명은 저점도 냉매를 사용하여 우수한 신뢰도를 보장할 수 있는 냉매 압축기를 제공한다. 냉매 압축기는, 밀폐 용기 내에 저장된 오일의 점도가 VG3 내지 VG8 범위이고, 350℃ 이상의 비등점 성분이 체적비 10% 내지 30%이고, 300℃ 이하의 비등점 성분이 체적비 50% 내지 70% 인 것을 특징으로 한다. 따라서, 활주면의 입력 감소가 실현될 수 있으며, 윤활제가 증발되어, 배출 리드 등의 표면에 침전되는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 등에 의해 유발되는 불완전 압축이 방지될 수 있으며, 효율 및 신뢰도 향상이 가능하다.

Description

냉매 압축기{REFRIGERANT COMPRESSOR}

본 발명은 냉장고, 에어컨, 냉동 장치 등에 사용되는 냉매 압축기에 관한 것이다.

이러한 유형의 종래의 냉매 압축기에 대하여, 보다 적은 양의 화석 연료를 소비하는 고효율 냉매 압축기의 개발은 전 세계적 환경 보호의 관점에서 추진되어 왔다. 특히, 윤활유 점도를 더 낮게 하고, 미끄럼 손실을 감소시키기 위한 특별한 노력이 진행되었다. 이러한 종래의 냉매 압축기는 예를 들어, 일본 특허공개 공보 제 2000-297753 호 및 일본 특허공개 공보 제 1998-204458 호에 개시되어 있다.

종래의 회전 압축기가 도면을 참조하여 이하에 설명될 것이다.

도 14는 종래 기술에 기초한 폐쇄형 전기 냉매 압축기의 단면도이다. 도 15는 종래 기술에 있어서의 부분(E)의 확대도이다. 밀폐 용기(1)는 점도 VG15 내지 VG20 범위의 광유인 오일(2)을 저장하고, 또한 고정자(3)와 회전자(4)로 이루어진 모터요소인 전동기(5)와, 상기 모터에 의해 구동되는 왕복운동식의 압축 기구(6)를 수용한다. 또한, 사용되는 냉매는 R600a이다.

다음으로, 압축 기구(6)의 상세가 이하 설명된다.

크랭크 샤프트(7)는 그 내부에 억지끼워맞춤되는 주축(8)과, 상기 주축(8)에 편심되어 형성되고 오일 공급 펌프(10)를 구비하는 편심 부재(9)를 포함한다. 실런더 블록(11)은 대체로 원통형인 보어(12)로 형성되는 압축 챔버(13)와, 주축(8)을 지지하는 베어링(14)을 포함한다.

보어(12)에 이동 가능하게 끼워지는 피스톤(15)은 연결 수단인 커넥팅 로드(17)에 의해 피스톤 핀(16)을 통해 편심 부재(9)에 연결된다.

밸브판(20)은 보어(12)의 단부를 밀봉하도록 배치되어, 흡입 구멍(24) 및 배출 구멍(25)을 형성한다. 판 스프링 재료로 이루어지는 흡입 리드(18)는 보어(12)의 단부와 밸브판(20) 사이에 유지되며, 흡입 구멍을 개폐하는 역할을 한다. 판 스프링 재료로 이루어지는 배출 리드(19)는 밸브판(20)의 보어(12) 반대측에 배치되고, 배출 구멍을 개폐하는 역할을 한다. 헤드(21)는 밸브판(20)의 보어(12) 반대측에 고정되어, 배출 리드(19)를 수용하는 고압 챔버(26)를 형성한다.

흡입 튜브(22)는 밀폐 용기(1) 상에 고정되고, 냉매(도시되지 않음)를 밀폐 용기(1) 내로 유도하는 냉동 사이클의 저압측(도시되지 않음)에 연결된다. 흡입 머플러(23)는 밸브판(20)과 헤드(21) 사이에 유지된다.

활주면은 크랭크 샤프트(7)의 주축(8)과 베어링(14) 사이, 피스톤(15)과 보어(12) 사이, 피스톤 핀(16)과 커넥팅 로드(17) 사이, 크랭크 샤프트(7)의 편심 부재(9)와 커넥팅 로드(17) 사이에 각각 형성된다.

전술된 구성에 있어서의 일련의 작동이 이하에서 설명될 것이다.

상용 전원(도시되지 않음)으로부터 공급되는 전력이 전동기(5)에 공급되어, 전동기(5)의 회전자(4)를 회전시킨다. 회전자(4)는 크랭크 샤프트(7)를 회전시키고, 편심 부재(9)의 편심 운동은 연결 수단인 커넥팅 로드(17)로부터 전달되어 피스톤 핀(16)을 통해 피스톤(15)을 구동시켜, 상기 피스톤(15)을 보어(12) 내에서 왕복 운동시킨다.

그리고 흡입 튜브(22)를 통해 밀폐 용기(1) 내로 인도된 냉매 가스는 흡입 머플러(23)를 통해 흡입 리드(18)를 개방하고, 흡입 구멍(24)으로부터 압축 챔버(13) 내로 흡입된다. 계속해서, 압축 챔버(13) 내로 인도된 냉매 가스는 압축되고, 배출 리드(19)를 개방하여, 배출 구멍(25)으로부터 고압 챔버(26) 내로 배출되고, 그 후에 냉동 사이클의 고압측(도시되지 않음)에 전달된다.

오일(2)은 크랭크 샤프트(7)가 회전함에 따라, 오일 공급 펌프(10)로부터 각각의 활주면으로 공급되어, 상기 활주면을 윤활하고, 마찰 계수를 감소시키며, 또한 피스톤(15)과 보어(12) 사이의 밀봉부로서의 기능을 한다.

또한, 오일(2) 내에 수용되는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 등의 석출을 억제하기 위해, 오일(2)에 있어서의 400℃ 이상의 비등점 성분의 체적비를 20% 이상으로 한다.

발명의 요약

냉매 압축기에 있어서, 오일을 내부에 저장하고, 냉매 가스를 압축하기 위한 압축 기구를 수용하는 밀폐 용기를 포함하며, 상기 오일은 VG3 내지 VG8의 점도 범위를 갖는다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예 1의 냉매 압축기의 단면도,

도 2는 도 1의 부분(A)의 확대 단면도,

도 3은 오일 점도 및 마찰 계수의 특성표,

도 4는 오일 점도 및 압축기 효율의 특성표,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예 2의 냉매 압축기의 단면도,

도 6은 도 5의 부분(B)의 확대 단면도,

도 7은 도 5의 7-7에 따른 단면도,

도 8은 도 7의 주요 부분에 대한 확대 단면도,

도 9는 오일 점도 및 소중합체 추출의 특성표,

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예 3의 냉매 압축기의 단면도,

도 11은 도 10의 부분(C)의 확대 단면도,

도 12는 도 10의 12-12에 따른 단면도,

도 13은 도 12의 주요 부분에 대한 확대 단면도,

도 14는 종래의 냉매 압축기의 단면도,

도 15는 도 14의 부분(E)의 확대 단면도.

400℃ 이상의 비등 성분의 체적비를 20% 이상으로 한 종래의 오일(2)의 경우에, 점도는 VG12 이상이며, 점도를 감소시킴으로써 효율을 더 증대시키는 것은 불가능하다.

또한, 만약 효율을 증대시킬 목적으로 점도를 낮추면, 오일의 분자량이 작아져서, 전기 자동차 등에 사용되는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 등과 같은 소중합체(oligomer)의 추출이 보다 쉽게 생긴다. 또한, 점도를 낮추면 비등점이 낮아지면, 특히 점도가 VG10 이하로 낮아지면 오일은 예를 들어, 온도가 더 높아지는 배출 리드에서 증발하여, 오일 내의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 등이 배출 리드의 표면 상에 석출될 것이다. 석출물은 고온에서 탄화되고, 오일 슬러지 형태로 퇴적되어 배출 리드의 밀봉 효과에 영향을 미쳐서, 압축 불량의 문제를 야기한다.

또한, 냉매로서 R600a가 사용될 때, 저압측의 압력은 흔히 대기압까지 낮아지며, 또한 많은 경우에 있어서 큰 실린더 용량이 압축기의 용량을 확보하기 위해 적용된다. 따라서, 압축 챔버 내의 압력은 현저하게 감소하고, 오일은 증발하려는 경향이 보다 강해져, 흡입 리드 및 밸브판의 보어 측에 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 등의 석출이 보다 쉬워져 흡입 리드의 밀봉 효과에 영향을 미쳐서 압축 불량의 문제를 야기한다.

본 발명은 이러한 종래의 문제를 해결하고자 하는 것으로, 그 목적은 고효율 및 높은 신뢰성을 보장할 수 있는 저점도 오일을 사용하는 냉매 압축기를 제공하는 것이다.

전술한 종래의 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 냉매 압축기는, 입력을 감소시키려는 목적을 달성하기 위해 용기에 저장되는 오일의 점도를 VG3 내지 VG8의 범위로 하고, 오일에 있어서의 350℃ 이상의 비등점 성분의 체적비를 10% 내지 30% 범위로 하고, 300℃ 이하의 비등점 성분의 체적비를 50% 내지 70% 범위로 하여, 배출 리드 등의 윤활유의 증발로 인한 윤활유 내에서 추출되는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 등이 배출 리드 등의 표면에 석출되는 것을 방지하는 것이 가능하다.

본 발명의 냉매 압축기에 있어서, 입력을 감소시키는 목적은 오일 점도를 낮춤으로써, 그리고 오일의 비등점 성분의 농도를 조절함으로써 달성지며, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)와 같은 슬러지의 발생이 방지될 수 있어, 고효율 및 우수한 신뢰도를 보장할 수도 있는 냉매 압축기를 제공하는 것이 가능하다.

본 발명은 내부에 오일을 저장하고, 또한 냉매 가스를 압축하기 위한 압축 기구를 수용하는 밀폐 용기를 포함한다. 오일 점도가 VG3 내지 VG8의 범위에 있기 때문에, 활주면에서의 마찰 계수가 낮아지며, 입력이 감소하게 되어, 고효율을 보장할 수 있는 냉매 압축기를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서, 오일에 있어서의 350℃ 이상의 비등점 성분의 체적비를 10% 내지 30% 범위로 하고, 300℃ 이하의 비등점 성분의 체적비를 50% 내지 70% 범위로 하고 있기 때문에, 배출 리드 등의 윤활유의 증발에 의해 윤활유 내에 수용되는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 등이 배출 리드 등의 표면에 석출되는 것을 방지한다. 따라서, 윤활유의 증발에 의한 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)와 같은 슬러지의 발생 및 활주 부재의 마모가 방지될 수 있어, 고효율 및 우수한 신뢰성을 보장할 수 있는 냉매 압축기를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서, 사용된 냉매는 R600a이거나, 또는 R600a를 주성분으로 하는 혼합물이며, 사용된 오일은 광유이거나 합성유이다. 따라서, 오일에 용해되기 쉽고 증발하기 쉬운 냉매와 혼합시에도, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)와 같은 슬러지가 발생되는 것이 방지될 수 있어, 고효율 및 높은 신뢰도를 보장할 수 있는 냉매 압축기를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 냉매 압축기에 있어서, 인 함유 극압 첨가제(phosphorous extreme-pressure additive)가 오일에 추가되며, 저점도 오일을 사용하기 때문에 오일 막의 두께가 얇아지는 경우에도, 내마모성은 인 함유 극압 첨가제의 극압 효과로 인해 개선된다. 따라서, 추가적인 신뢰도의 향상이 가능하다.

또한, 본 발명의 냉매 압축기에 있어서, 사용된 압축 기구는 왕복 운동식 압축 기구이며, 순환되는 오일의 양이 적은 경우에도, 배출 리드 내의 윤활유의 증발이 방지되어, 성능 저하가 방지되며, 저점도 오일을 사용하면서 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 압축 기구를 구동하기 위한 전동기를 포함하며, 상기 전동기용으로 사용된 절연 물질은 저 소중합체(low oligomer)형 절연 물질이다. 따라서, 활주면의 마찰 계수가 감소되기 때문에, 입력이 감소될 수 있으며, 또한 추출되는 소중합체의 양이 억제되어, 고효율 및 높은 신뢰도를 보장하는 냉매 압축기를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서, 사용된 오일은 증발 온도가 거의 동등한 단일 오일이기 때문에, 범용 오일이 사용될 수 있어, 저렴한 압축기를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서, 사용된 전동기는 분포권(分布卷; distributed-winding) 방식 모터이며, 층간 절연지 또는 슬롯 절연지로서 저 소중합체 막을 사용하는 것에 의해, VG3 내지 VG8 범위의 저점도 오일이 적용될 수 있어, 고효율 및 높은 신뢰도를 보장할 수 있는 냉매 압축기를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 있어서, 사용된 전동기는 집중권(concentrated-winding) 방식 모터이며, 권선용 절연체로서 저 소중합체 절연 물질을 사용하는 것에 의해, VG3 내지 VG8 범위의 저점도 오일이 적용될 수 있어, 고효율 및 높은 신뢰도를 보장할 수 있는 냉매 압축기를 제공하는 것이 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 이하 설명될 것이다. 본 발명은 상기 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

바람직한 실시예 1

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예 1에서의 냉매 압축기의 단면도이다. 도 2는 바람직한 실시예의 부분(A)의 확대도이다. 도 3은 오일 점도 및 마찰 계수의 특성표이다. 도 4는 오일 점도 및 압축 효율의 특성표이다.

도 1 및 도 2에 있어서, 밀폐 용기(101)는 R600a로 이루어진 냉매 가스(102)가 내부에 충전되며, 상기 용기의 바닥에는, 350℃ 이상의 비등점 성분의 체적비를 10% 내지 30%로 하고, 300℃ 이하의 비등점 성분의 체적비를 50% 내지 70%로 한 윤활유로서 VG5의 광유(103)를 저장하며, 고정자(104) 및 회전자(105)로 구성된 전동기 요소(106)와, 상기 요소에 의해 구동되는 왕복 압축 기구(107)를 수용한다. 광유(103)는 오일의 일예이며, 합성유가 사용될 수도 있다.

압축 기구(107)의 상세는 이하에서 설명될 것이다.

크랭크 샤프트(108)는 주축(109) 및 편심 부재(110)로 구성되며, 그 바닥 단부에는, 광유(103)에 연결되는 오일 공급 펌프(111)가 제공된다. 회전자(105)는 주축(109)에 억지 끼워맞춤된다. 편심 부재(110)는 주축(109)에 편심하여 형성된다. 주철로 이루어진 실린더 블록(112)은 일반적으로 주축(109)을 지지하는 베어링(114) 및 실린더 보어(113)를 형성한다.

보어(113)에 이동 가능하게 끼워지는 피스톤(115)은, 철계 재료로 이루어지고, 상기 보어(113)와 함께 압축 챔버(116)를 형성하고 피스톤 핀(117)을 통해 연결 수단인 커넥팅 로드(118)에 의해 편심 부재(110)에 연결된다. 보어(113)의 단부는 흡입 리드(119), 배출 리드(120) 및 밸브판(121)으로 밀봉된다.

밸브판(121)은 보어(113)의 단부를 밀봉하도록 배치되고 흡입 구멍(122) 및 배출 구멍(123)이 형성되어 있다. 판 스프링 재료로 이루어진 흡입 리드(119)는 보어(113)의 단부와 밸브판(121) 사이에 유지되고, 흡입 구멍을 개폐하는 역할을 한다. 판 스프링 재료로 이루어진 배출 리드(120)는 밸브판(121)의 보어(113) 반대측에 배치되어, 배출 구멍을 개폐하는 역할을 한다. 헤드(124)는 밸브판(121)의 보어(113) 반대측에 고정되고, 배출 리드(120)를 수용하는 고압 챔버(125)를 형성한다.

흡입 튜브(126)는 밀폐 용기(101) 상에 고정되고, 냉매 가스(도시되지 않음)를 밀폐 용기(101) 내로 유도하는 냉동 사이클의 저압측(도시되지 않음)에 연결된다. 소음 감소 공간을 갖는 흡입 머플러(127)는 밸브판(121)과 헤드(124) 사이에 유지되어, 밀폐 용기(101)를 흡입 구멍(122)에 연통시킨다.

활주면은 주축(109)과 베어링(114) 사이, 피스톤(115)과 보어(113) 사이, 피스톤 핀(117)과 커넥팅 로드(118) 사이, 편심 부재(110)와 커넥팅 로드(118) 사이에 각각 형성된다.

이상의 구성을 갖는 냉매 압축기의 작동은 이하에 설명될 것이다.

상용 전원(도시되지 않음)으로부터 공급되는 전력은 전동기 요소(106)에 공급되어 전동기 요소(106)의 회전자(105)를 회전시킨다. 회전자(105)는 크랭크 샤프트(108)를 회전시키고, 편심 부재(110)의 편심 운동이 연결 수단인 커넥팅 로드(118)로부터 피스톤 핀(117)을 통해 전달되어 피스톤(115)을 구동시켜서, 상기 피스톤(115)이 보어(113) 내에서 왕복 운동하게 된다.

그리고 흡입 튜브(126)를 통해 밀폐 용기(101)로 유도되는 냉매 가스는 흡입 머플러(127)를 통해 흡입 리드(119)를 개방하여, 흡입 구멍(122)으로부터 압축 챔버(116)로 흡입된다. 계속해서, 압축 챔버(116)로 흡입된 냉매 가스는 압축되어 배출 리드(120)를 개방하여서, 배출 구멍(123)으로부터 고압 챔버(125)로 배출되며, 그 후에 냉동 사이클의 고압측(도시되지 않음)으로 전달된다.

크랭크 샤프트(108)가 회전됨에 따라, 윤활을 목적으로 광유(103)가 오일 공급 펌프(111)로부터 주축(109)과 베어링(114) 사이에 형성되는 활주면, 피스톤(115)과 보어(113) 사이에 형성되는 활주면, 피스톤 핀(117)과 커넥팅 로드(118) 사이에 형성되는 활주면 및 편심 부재(110)와 커넥팅 로드(118) 사이에 형성되는 활주면으로 공급되며, 또한 오일은 피스톤(115)과 보어(113) 사이의 밀봉부로서의 기능을 한다.

여기서, 본 발명의 바람직한 실시예의 오일 점도에 관계된 마찰 계수는 도 3을 사용함으로써 이하에서 설명될 것이다.

도 3의 측정은 0.5MPa의 면압 및 1.0m/s의 활주 속도의 상태하에서, 냉매(HFC134a)의 대기압(0.4MPa)에서 VG1과 동등한 에탄올 및 VG3 내지 VG22의 범위의 에스테르 오일을 사용함으로써 실행된 테스트의 결과를 포함한다.

결과에 있어서, 오일 점도가 VG5까지 낮아질 때, 마찰 계수의 상승은 관측되지 않으며, 오일 점도가 VG3까지 낮아진 경우에 마찰 계수가 약간 상승되었음이 관측된다. 그러나 마찰 계수의 급격한 상승은 상기 점도가 VG1(에탄올)까지 낮아질 때 관측된다.

이는 점도가 VG3 이하로 낮아질 때, 발생되는 오일막의 두께가 얇아지는 것에 인해, 금속 접촉의 증가로 마찰 계수가 상승하기 때문인 것으로 생각된다.

도 4는 54.4℃의 응축 온도, -23.3℃의 증발 온도 및 32.2℃의 흡입 가스의 팽창 밸브 이전 온도의 조건하에서, VG5 및 VG10의 광유 및 냉매(R600a)를 사용하여 성능을 측정한 결과를 보여준다.

결과에 있어서, 오일 점도가 VG5보다 낮아질 때, 성능 계수(COP)가 상승한다는 것을 관측할 수 있다. 이는 VG10로부터 VG5로의 오일 점도의 하강으로 점성 저항의 감소 및 활주면에서의 마찰 계수의 감소가 냉매 압축기의 입력 감소에 현저하게 영향을 미치기 때문인 것으로 생각된다.

또한, 점도 VG5의 오일을 사용하고, 오일에 있어서의 350℃ 이상의 비등점 성분 및 300℃ 이하의 비등점 성분을 변경하여, 슬러지의 발생에 대한 비교를 실시하였으며, 그 결과는 51℃의 응축 온도 및 -25℃의 증발 온도의 조건에서 500 시간 동안 왕복 냉매 압축기에 의해 실행된 지속적인 테스트를 통해 측정되었다.

350℃ 이상의 비등점 성분의 체적비가 5%이고, 300℃ 이하의 비등점 성분의 체적비가 50%인 오일과, 350℃ 이상의 비등점 성분의 체적비가 12%이고, 300℃ 이하의 비등점 성분의 체적비가 70%인 오일과, 350℃ 이상의 비등점 성분의 체적비가 20%이고, 300℃ 이하의 비등점 성분의 체적비가 50%인 오일을 사용하는 테스트에서 슬러지의 발생에 대해, 비교 결과를 표 1에서 확인할 수 있다.

<표 1>

	300℃ 이하의 비등점 성분	350℃ 이상의 비등점 성분	슬러지의 발생
체적비[%]	50	15	예
	70	12	아니오
	50	20	아니오

350℃ 이상의 비등점 성분이 30% 이상인 경우, 오일 점도는 VG10 이상이며, 이는 마찰 계수를 감소시킬 수 없다.

이러한 경우에, 압축 챔버(116) 내에 흡입된 냉매 가스(102)가 압축될 때, 헤드(124)의 고압 챔버내의 냉매 가스(102)는 온도가 상승하고, 냉매 가스(102) 내에 수용된 광유(103)도 유사하게 온도가 상승한다. 그러나 350℃ 이상의 비등점 성분의 체적비가 10% 내지 30%일 때, 광유(103)의 증발은 발생되지 않으며, 고정자(104) 등을 위해 사용된 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)와 같은 유기 물질이, 상기와 같은 물질이 광유(103)에 혼합된 경우에도, 배출 리드(120)의 표면에 석출되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 석출 및 그에 따른 압축 불량에 의한 배출 리드(120)의 밀봉 효과에 대한 저해가 억제될 수 있어, 신뢰도 향상이 가능하다.

또한, 300℃ 이하의 비등점 성분의 체적비가 50% 내지 70%일 때, 오일 점도는 VG10 이하이며, 마찰 계수는 감소될 수 있으며, 입력은 감소될 수 있고, 효율의 증대를 가져올 수 있다.

또한, 오일 점도를 낮춤으로써, 피스톤(115)과 보어(113) 사이의 활주면 및 피스톤 핀(117)과 커넥팅 로드(118) 사이의 활주면에서, 상호 활주 속도는 압축 공정당 2회 0m/s가 된다. 그때, 광유(103)의 발생 압력은 제로가 되어, 고체 접촉이 발생하기 쉬운 상태가 초래된다. 그러나 인 함유 극압 첨가제를 광유(103)에 첨가함으로써, 첨가제의 극압 작용에 의해 고체 접촉시의 응착(adhesion) 발생을 방지하여, 내마모성을 개선하고 신뢰도를 향상시키는 것이 가능하다.

또한, 첨가제의 극압 작용은 거의 모든 활주면 재료에 효과적이다. 즉, 철계 재료의 조합 뿐만 아니라, 알루미늄계 재료 등이나, 질화와 같은 표면 처리를 실시한 것이나 세라믹과 같은 코팅 재료의 조합에 있어서도 유사한 효과를 얻을 수 있음은 당연하다.

또한, 광유(103)에 혼합된 물질은 고정자(104)의 절연 재료로 사용된 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)의 유기 재료이다. 그러나 고정자(104)용으로 사용된 LCP(액정 폴리머 혼합물)과 같은 다른 유기 재료 및 다른 복합 요소용으로 사용되는, 흡입 머플러(127)용으로 사용된 PPS(폴리페닐렌설파이드) 및 PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트)와 같은 유기 재료에 대해, 추출된 물질에 무관하게 유사한 효과를 얻을 수 있는데, 이는 광유(103)의 350℃ 이상의 비등점 성분의 체적비가 10% 내지 30%여서, 배출 리드(120)에서 증발이 발생하지 않기 때문이다.

또한, R600a와 광유의 조합의 예는 전술되었으나, 유사한 효과는 사용된 냉매가 탄화수소계 냉매인 R290인 경우 또는 상기 냉매가 고온에서 광유(103)의 증발이 발생하지 않으므로 윤활 특성에 있어서 열악한 HFC계 냉매인 경우에도 얻어질 수 있다. 또한, 상기 효과는 응축 및 증발 압력이 높고, 온도에 따라 증가하기 쉬운 이산화탄소(CO₂) 냉매의 경우에 특히 매우 크다.

전술한 바는 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 일정한 속도로 작동되는 압축기이지만, 냉매 압축기의 작동 속도는 인버터 시스템의 사용으로 감소, 특히 20Hz 미만의 초저 속도 작동으로 감소되며, 순환되는 광유(103)의 양은 감소되고, 온도는 배출 리드(120)에서 현저하게 상승하여, 본 발명의 효과는 자연적으로 현저해진다.

또한, 전술된 것은 본원의 바람직한 실시예의 왕복 운동하는 냉매 압축기의 일예이지만, 회전형, 스크롤형 및 진동형과 같은 배출 밸브 및 활주면을 갖는 다른 압축기의 경우에서도 유사한 효과를 얻을 수 있다는 것은 당연하다.

바람직한 실시예 2

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예의 냉매 압축기에 대한 개략도이다. 도 6은 도 5의 부분(B)의 확대 도면이다. 도 7은 도 5의 7-7의 단면도이다. 도 8은 도 7의 주요 부분의 확대 도면이다. 도 9는 오일 점도 및 소중합체 추출의 특성표이다.

도 5 내지 도 8에서, 밀폐 용기(201)는 증발 온도가 거의 동일한 단일 광유로 형성되는 점도 VG5의 오일(202)을 내부에 저장하고, 또한 압축 요소로서 압축 기구(203) 및 상기 압축 기구(203)를 구동하기 위한 전동기 요소로서 분포권 방식의 유도형 전동기(204)를 포함한다. 또한, R600a가 냉매로서 사용된다.

전동기(204)는 상용 전력 공급원(도시되지 않음)으로부터 공급되는 전류가 흐르는 주 코일(205) 및 압축기의 시동시에만 전류가 흐르는 부 코일(206)이 슬롯(207)을 통과하도록 권취되어 있다. 주 코일(205) 및 부 코일(206)은 절연 물질인 층간 절연지(208)로 각각 권취되어, 그들이 슬롯(207)에서 서로 접촉하지 않게 되고, 슬롯 절연지(209)는 주 코일(205) 및 부 코일(206)과 접촉하는 것을 방지하기 위해 슬롯(207)의 내측벽에 삽입된다.

층간 절연지(208) 및 슬롯 절연지(209)로서는, 추출 용매로서 크실렌을 사용하는 속슬릿 추출기(Soxhlet extractor)에 의해 48시간 동안 추출된 때, 추출양이 1.0wt% 이하인 저 소중합체 막이 사용된다.

크랭크 샤프트(210)는 주축(212), 부축(213) 및 편심 부재(214)로 구성되며, 그 바닥에는 오일(202)에 연결되는 오일 공급 펌프(215)가 제공된다. 전동기(204)의 회전자(211)는 주축(212) 상에 억지 끼워맞춤된다. 편심 부재(214)는 주축(212)과 부축(213) 사이에서 주축(212)에 편심되어 형성된다. 실린더 블록(216)은 일반적으로 원통형 보어(217)로 형성되는 압축 챔버(218)를 구비하며, 또한 주축(212)을 지지하는 주 베어링(219)과 부축(213)을 지지하는 부 베어링(220)을 포함한다.

보어(217) 내에 이동 가능하게 끼워지는 피스톤(221)은 피스톤 핀(222)을 통해 연결 수단인 커넥팅 로드(223)에 의해 편심 부재(214)에 결합된다.

밸브판(224)은 보어(217)의 단부를 밀봉하도록 배치되고, 흡입 구멍(225) 및 배출 구멍(226)이 형성된다. 판 스프링 재료로 이루어진 흡입 리드(227)는 보어(217)의 단부와 밸브판(224) 사이에 유지되고, 흡입 구멍(225)을 개폐하는 역할을 한다. 판 스프링 재료로 이루어진 배출 리드(228)는 밸브판(224)의 보어 반대측에 배치되고, 배출 구멍(226)을 개폐하는 역할을 한다. 헤드(229)는 밸브판(224)의 보어 반대측에 고정되고, 배출 리드(228)를 수용하는 고압 챔버(230)를 형성한다.

흡입 튜브(231)는 밀폐 용기(201) 상에 고정되고, 또한 밀폐 용기(201) 내로 냉매 가스(도시되지 않음)를 인도하기 위해, 냉동 사이클의 저압측(도시되지 않음)에 연결된다. 흡입 머플러(232)는 밸브판(224)과 헤드(229) 사이에 유지된다.

활주면은 크랭크 샤프트(210)의 주축(212)과 주 베어링(219) 사이, 부축(213)과 부 베어링(220) 사이, 피스톤(221)과 보어(217) 사이, 피스톤 핀(222)과 커넥팅 로드(223) 사이, 및 크랭크 샤프트(210)의 편심 부재(214)와 커넥팅 로드(223) 사이에 형성된다.

전술한 구성을 갖는 압축기의 작동 및 효과는 이하에서 설명될 것이다.

상용 전력 공급원(도시되지 않음)으로부터 공급되는 전력은 전동기(204)에 공급되어, 전동기(204)의 회전자(211)를 회전시킨다. 회전자(211)는 크랭크 샤프트(210)를 회전시키고, 편심 부재(214)의 편심 운동이 연결 수단인 커넥팅 로드(223)로부터 전달되어, 피스톤 핀(222)을 거쳐 피스톤(221)을 구동시키며, 이로써, 피스톤(221)은 보어(217) 내에서 왕복 운동을 하게 된다.

피스톤(221)이 보어(217) 내에서 왕복운동함에 따라, 흡입 과정 동안 압축 챔버(218) 내의 압력이 낮아지고, 흡입 튜브(231)를 통해 밀폐 용기(201) 내로 유도되는 냉매 가스는 흡입 머플러(232)를 통해 흡입 리드(227)를 개방하고, 흡입 구멍(225)으로부터 압축 챔버(218)로 흡입된다. 계속해서, 압축 챔버(218)로 흡입된 냉매 가스는 압축되고, 배출 리드(228)를 개방하여, 배출 구멍(226)으로부터 고압 챔버(230) 내로 배출되고, 그 후에 냉동 사이클의 고압측(도시되지 않음)으로 전달된다.

오일(202)은 크랭크 샤프트(210)가 회전됨에 따라, 오일 공급 펌프(215)로부터 각각의 활주면으로 공급되고, 주축(212)과 주 베어링(219) 사이에 형성되는 활주면, 부축(213)과 부 베어링(220) 사이에 형성되는 활주면, 피스톤(221)과 보어(217) 사이에 형성되는 활주면, 피스톤 핀(222)과 커넥팅 로드(223) 사이에 형성되는 활주면, 및 편심 부재(214)와 커넥팅 로드(223) 사이에 형성되는 활주면을 윤활하고, 또한 피스톤(221)과 보어(217) 사이의 밀봉부로서의 기능을 제공한다.

사용된 오일(202)의 점도가 VG5일 경우, 활주면의 마찰 계수의 감소 및 오일(202)의 점도의 하락에 대한 점성 저항의 감소는 냉매 압축기의 입력 저감에 지대한 공헌을 하여, 냉매 압축기에 있어 현저한 효율 개선을 가져온다.

또한, 오일(202)은 크랭크 샤프트(210) 위로부터 압축 기구(203) 및 밀폐 용기(201)로 튀기고, 오일의 일부는 전동기(204) 상에 떨어진다. 또한, 안개 같은 오일(202)이 밀폐 용기(210)에 존재하는데, 이러한 오일은 밀폐 용기(201)의 내벽, 압축 기구 및 전동기(204)에 부착된다.

전동기(204)로 떨어져 부착된 오일(202)은 도 9에 도시된 바와 같이, 층간 절연지(208) 및 슬롯 절연지(209)로서 사용된 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 막으로부터 소중합체를 추출하며, 추출된 소중합체의 양은 오일(202)의 점도가 더 낮은 경우에 더 증가된다. 도 9의 수평축은 점도이고, 수직축은 추출된 소중합체의 양이다. 또한, ● 마크는 통상의 오일이며, ○ 마크는 저 소중합체 오일이다. 그러나 저 소중합체 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 막이 본 발명의 바람직한 실시예에 사용된 전동기(204)의 슬롯 절연지(209) 및 층간 절연지(208)로서 사용되기 때문에, 추출된 소중합체의 양은 저 점도 오일(202)이 분위기 온도 220℃에서 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 막에 대해 사용된 경우에도 억제된다. 따라서, 오일(202)이 압축 챔버(218) 내의 압력의 현저한 감소로 인해 증발되는 경우에도, 소중합체의 석출을 억제하는 것은 가능하다. 또한, 오일(202)이 온도가 높아지는 배출 리드(228) 등에서 증발될 때에도, 소중합체의 석출은 유사하게 억제될 수 있다. 결과적으로, 흡입 리드(227) 및 배출 리드(228)의 밀봉 효과를 저해하는 압축 불량이 억제될 수 있어, 신뢰성 향상이 가능하다.

또한, 저 소중합체 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 막이 전동기(204)의 슬롯 절연지(209) 및 층간 절연지(208)로서 사용되지만, PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트) 막의 사용으로도, 추출되는 소중합체의 양을 억제하는 것이 가능하여, 유사한 효과가 얻어질 수 있다.

바람직한 실시예 3

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예의 냉매 압축기의 개략도이다. 도 11은 도 10의 부분(C)의 확대도이다. 도 12는 도 10의 라인 12-12에 따른 단면도이다. 도 13은 도 12의 주요 부분의 확대도이다.

도 10 내지 도 13에서, 밀폐 용기(301)는 증발 온도가 거의 동일한 단일 광유로 이루어지는 점도 VG8의 오일(302)을 내부에 저장하고, 또한 압축 기구(303) 및 상기 압축 기구(303)를 구동하기 위한 집중권 방식의 인버터형 전동기(304)를 포함한다.

전동기(304)는 상용 전력 공급원(도시되지 않음)으로부터 공급되는 전류가 전력 회로(도시되지 않음)를 통해 흐르는 주 코일(305)이 인접한 슬롯(307)을 통과하도록 권취되어 있다. 슬롯(307) 및 주 코일(305)은 슬롯(307)의 내벽 및 전동기(304)의 단부를 덮도록 바닥부 및 상부로부터 슬롯(307) 내로 삽입되는 절연체(333)에 의해 절연된다. 절연체용 재료인 절연체(333)는 수용되는 소중합체의 양이 보다 적은 PPS(폴리페닐렌 설파이드)이다.

크랭크 샤프트(310)는 주축(312) 및 편심 부재(314)로 구성되고, 그 바닥부에는 오일(302)에 연결되는 오일 공급 펌프(315)가 제공된다. 전동기(304)의 회전자(311)는 주축(312)에 억지 끼워맞춤된다. 편심 부재(314)는 주축(312) 위에서 상기 주축(312)에 편심하여 형성된다. 실린더 블록(316)은 대체로 원통형인 보어(317)로 이루어지는 압축 챔버(318)를 가지며, 또한 주축(312)을 지지하는 주 베어링(319)을 포함한다.

보어(317) 내에 이동 가능하게 끼워지는 피스톤(321)은 피스톤 핀(322)을 통해 연결 수단인 커넥팅 로드(323)에 의해 편심 부재(314)에 연결된다.

밸브판(324)은 보어(317)의 단부를 밀봉하도록 배치되고, 흡입 구멍(325) 및 배출 구멍(326)이 형성된다. 판 스프링 재료로 형성되는 흡입 리드(327)는 보어(317)의 단부와 밸브판(324) 사이에 유지되고, 흡입 구멍(325)을 개폐하는 역할을 한다. 판 스프링 재료로 형성되는 배출 리드(328)는 밸브판(324)의 보어 반대측에 배치되고, 배출 구멍(326)을 개폐하는 역할을 한다. 헤드(329)는 밸브판(324)의 보어 반대측에 고정되고, 배출 리드(328)를 수용하는 고압 챔버(330)를 형성한다.

흡입 튜브(331)는 밀폐 용기(301) 상에 고정되고, 또한 밀폐 용기(301) 내로 냉매 가스를 안내하기 위해 냉동 사이클의 저압측(도시되지 않음)에 연결된다. 흡입 머플러(332)는 밸브판(324)과 헤드(329) 사이에 유지된다.

활주면은 크랭크 샤프트(310)의 주축(312)과 주 베어링(319) 사이, 피스톤(321)과 보어(317) 사이, 피스톤 핀(322)과 커넥팅 로드(323) 사이, 크랭크 샤프트(310)의 편심 부재(314)와 커넥팅 로드(323) 사이에 형성된다.

전술한 구성을 갖는 압축기의 작동 및 효과는 이하 설명될 것이다.

상용 전력 공급원(도시되지 않음)으로부터 공급되는 전력은 전동기(304)의 회전자(311)를 회전시키는 전력 회로(도시되지 않음)를 통해 전동기(304)로 공급된다. 회전자(311)는 크랭크 샤프트(310)를 회전시키고, 편심 부재(314)의 편심 운동은 연결 수단인 커넥팅 로드(323)로부터 전달되어, 피스톤 핀(322)을 통해 피스톤(321)을 구동시키고, 이에 따라 피스톤(321)은 보어(317) 내에서 왕복 운동을 하게 된다.

피스톤(321)이 보어(317) 내에서 왕복 운동함에 따라, 압축 챔버(318) 내의 압력은 흡입 과정에서 낮아지고, 흡입 튜브(331)를 통해 밀폐 용기(301) 내로 유도되는 냉매 가스는 흡입 머플러(332)를 통해 흡입 리드(327)를 개방하여, 흡입 구멍(325)으로부터 압축 챔버(318)로 흡입된다. 계속해서, 압축 챔버(318)로 흡입되는 냉매 가스는 압축되고, 배출 리드(328)를 개방하여, 배출 구멍(326)으로부터 고압 챔버(330)로 배출되고, 이 후에 냉동 사이클의 고압측(도시되지 않음)으로 전달된다.

오일(302)은 크랭크 샤프트(310)가 회전됨에 따라, 오일 공급 펌프(315)로부터 각각의 활주면, 즉 주축(312)과 주 베어링(319) 사이의 활주면, 피스톤(321)과 보어(317) 사이의 활주면, 피스톤 핀(322)과 커넥팅 로드(323) 사이의 활주면 및 편심 부재(314)와 커넥팅 로드(323) 사이의 활주면으로 공급되어, 상기 각각의 활주면을 윤활하고, 또한 피스톤(321)과 보어(317) 사이의 밀봉부로서의 기능을 한다.

사용된 오일(302)의 점도가 VG8인 경우, 활주면의 마찰 계수의 감소 및 오일(302)의 점도의 하락에 대한 점성 저항의 감소는 냉매 압축기의 입력 감소에 지대한 영향을 미쳐, 냉매 압축기의 효율을 현저하게 개선한다.

또한, 오일(302)은 크랭크 샤프트(310) 위로부터 밀폐 용기(301) 및 압축 기구(303)로 튀기며, 오일의 일부는 전동기(304) 위로 떨어진다. 또한, 안개 같은 오일(302)이 밀폐 용기(301) 내에 존재하고, 이러한 오일은 밀폐 용기(301)의 내벽, 압축 기구(303) 및 전동기(304)에 부착된다.

전동기(304)에 떨어져 부착된 오일(302)은 절연체(333)로부터 소중합체를 추출하고, 추출된 소중합체의 양은 오일(302)의 점도가 낮아질 때, 더 증가된다. 그러나 수용된 소중합체의 양이 더 적은 PPS(폴리페닐렌 설파이드)가 본 바람직한 실시예에 사용된 전동기(304)의 절연체(333)로서 사용되기 때문에, 추출된 소중합체의 양은 저점도 오일(302)이 사용된 경우에도 억제된다. 따라서, 오일(302)이 압축 챔버(318) 내 압력의 현저한 증가로 인해 증발되는 경우에도, 소중합체의 석출을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 오일(302)이 온도가 높은 배출 리드(328) 등에서 증발될 때에도, 소중합체의 석출은 유사하게 억제될 수 있다. 결과적으로, 흡입 리드(327) 및 배출 리드(328)의 밀봉 효과를 저해하는 압축 불량이 억제될 수 있어, 신뢰성 향상이 가능하다.

본 발명의 냉매 압축기는 저점도 윤활유를 사용할 때, 고 신뢰성을 보장할 수 있으며, 따라서 냉동 사이클을 사용하는 장치에 광범위하게 적용될 수 있다.

Claims

내부에 오일을 저장하고, 냉매 가스를 압축하기 위한 압축 기구를 수용하는 밀폐 용기를 포함하며,

상기 오일은 VG3 내지 VG8 범위의 점도를 가지며,

상기 오일에 있어서의 350℃ 이상의 비등점 성분은 오일 전체에 대한 체적비가 10% 내지 30%이며, 300℃ 이하의 비등점 성분은 오일 전체에 대한 체적비가 50% 내지 70%인

냉매 압축기.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 냉매는 R600a, 및 R600a을 주성분으로 하는 혼합물 중 하나이며,

상기 오일은 광유 및 합성유 중 하나인

냉매 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 오일에 인 함유 극압 첨가제(phosphorous extreme-pressure additive)가 첨가되는

냉매 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 압축 기구는 왕복 압축 기구인

냉매 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 압축 기구를 구동하기 위한 전동기를 더 포함하며,

상기 전동기용 절연 재료로서 저 소중합체형 절연 재료가 사용되는

냉매 압축기.
제 6 항에 있어서,

상기 오일은 증발 온도가 동일한 단일 오일로 이루어지는

냉매 압축기.
제 6 항에 있어서,

상기 전동기는 분포권 방식 모터인

냉매 압축기.
제 6 항에 있어서,

상기 전동기는 집중권 방식 모터인

냉매 압축기.