KR100927437B1

KR100927437B1 - 인버터형 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR100927437B1
Application number: KR1020080018985A
Authority: KR
Inventors: 이건호; 구인회
Original assignee: 학교법인 두원학원; 주식회사 두원전자
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-11-19
Also published as: WO2009108006A2; DE112009000419T5; WO2009108006A3; CN102007297A; KR20090093455A; US20110008197A1; WO2009108006A9

Abstract

본 발명은 인버터형 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 하우징, 상기 하우징 내에 고정 설치된 고정스크롤과 상기 고정스크롤에 대하여 선회운동하는 선회스크롤, 상기 선회스크롤을 선회 구동시키는 구동수단, 상기 하우징에 형성된 흡입포트와 토출포트, 상기 고정스크롤의 앞면에 대향되게 배치된 인버터를 포함하되, 상기 고정스크롤에는 압축실까지 흡입구가 관통되게 형성되어 있고 선회스크롤에는 토출구가 형성되어 있어, 흡입냉매가 인버터와 고정스크롤 사이를 지나 흡입구를 통해 압축실로 유입된 후 토출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 흡입냉매에 의해 인버터와 압축냉매가 동시에 냉각됨으로써 인버터에 의한 압축기의 과열을 방지하고 압축기 효율도 대폭 증가시킬 수 있으며, 소정의 압력으로 압축시키기 위한 소요동력도 크게 절감할 수 있다.

압축기, 인버터, 하우징, 선회스크롤, 고정스크롤, 가이드부, 채널, 냉각

Description

인버터형 스크롤 압축기{A SCROLL COMPRESSOR OF INVERTOR}

본 발명은 인버터형 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡입냉매를 이용하여 인버터와 압축냉매를 동시에 냉각함으로써 소요동력을 저감시키고 효율을 크게 증대시킬 수 있는 인버터형 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 스크롤 압축기는, 나선형 스크롤 랩이 형성되어 있고 구동축의 회전에 관계없이 고정되어 있는 고정 스크롤과, 역시 나선형 스크롤 랩이 형성되어 있고 구동축의 회전에 따라 선회하는 선회 스크롤을 포함하되, 상기 고정스크롤과 선회스크롤 사이에 형성된 압축실에 냉매를 흡입한 상태에서 고정스크롤에 대하여 선회스크롤을 선회시킴으로써 냉매를 압축하는 장치이다.

이와 같은 종래 스크롤 압축기의 대표적인 예가 도 1(이하, '종래기술 1'이라 함)에 개시되어 있으며 그 구조에 관해서 개략적으로 기술하면 이하와 같다.

도시된 바와 같이, 전동식 스크롤 압축기는 하우징(10)과, 상기 하우징(10)에 형성된 흡입포트(60) 및 토출포트(70)와, 상기 하우징(10) 내에 수용되어 서로 맞물리는 고정스크롤(81) 및 선회스크롤(82)과, 구동축(83)과, 모터(84)와, 상기 구동축(83)의 선단과 선회스크롤(82) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(82)의 선 회(공전)운동을 유도하는 슬라이딩 부시( sliding bush , 85), 및 선회스크롤(82)의 자전을 방지하기 위한 자전방지수단(86) 등으로 구성되어 있다.

그리고, 하우징(10)의 후방쪽에 흡입포트(60) 및 흡입챔버(13)가 형성되어 있고, 전방쪽에 토출포트(70) 및 토출챔버(73)가 형성되어 있다.

또한, 상기 메인 하우징(10)의 측면에는 인버터(20)가 밀봉되게 설치되어 있다.

한편, 흡입챔버(13)와 흡입구(16) 및 인버터(20) 하부의 공간(17)을 통과한 냉매는 연통로(15)를 통해 압축실(고정스크롤과 선회스크롤 사이 공간)(88)로 유입되어 고정스크롤(81)에 형성된 토출구(811)를 지나 토출챔버(73)와 토출포트(70)를 지나 응축기를 향한다.

그러나, 이와 같은 종래기술 1의 스크롤 압축기에 따르면, 흡입냉매가 인버터(20)를 냉각하고 바로 압축실(88)로 유입되므로 압축실(88)에서의 압축냉매가 가열된다.

이에 따라, 압축기의 효율이 저하하고 소요동력이 증가하는 단점이 있었다. 즉, 압축과정중 발생하는 온도상승으로 인해 등엔트로피 효율이 떨어지면서 소요동력의 증가로 이어졌다.

또한, 흡입가스가 토출챔버(73)에 인접해 있으므로 가열에 의한 효율저하가 발생하였다.

또한, 종래기술 1의 압축기에 따르면, 선행구성요소인 증발기(미도시)의 열교환효율을 높이기 위해 과열도를 낮추는 경우 미처 액상영역을 벗어나지 못한 흡 입냉매가 압축되어 습압축(wet compressing) 상태에 들어가는 것에 의해 압축기가 파손될 우려도 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 흡입냉매를 이용하여 인버터와 압축냉매를 동시에 냉각함으로써 압축기의 과열을 방지하고 압축기 효율도 대폭 증가시킬 수 있는 인버터형 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 압축기의 효율 증가에 따라 소요동력을 절감시킬 수 있는 인버터형 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

또한, 냉매의 최초 흡입시 과열도를 낮출 수 있어 증발기의 열교환효율을 증대시킬 수 있는 인버터형 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 인버터형 스크롤 압축기는,

하우징,

상기 하우징 내에 고정 설치된 고정스크롤과 상기 고정스크롤에 대하여 선회운동하는 선회스크롤,

상기 선회스크롤을 선회 구동시키는 구동수단,

상기 하우징에 형성된 흡입포트와 토출포트,

상기 고정스크롤의 앞면에 대향되게 배치된 인버터를 포함하되,

상기 고정스크롤에는 압축실까지 흡입구가 관통되게 형성되어 있고 선회스크롤에는 토출구가 형성되어 있어, 흡입냉매가 인버터와 고정스크롤 사이를 지나 흡 입구를 통해 압축실로 유입된 후 토출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 인버터에 대향하는 고정스크롤의 앞면에는 상기 흡입포트로부터의 흡입냉매를 상기 흡입구까지 안내하기 위한 가이드부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드부에는 상기 고정스크롤의 흡입구와 연통하는 도입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 구동축 방향에서 바라볼 때, 상기 가이드부에는 복수의 가이드 채널이 둘레방향을 따라 연장되어 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드 채널의 하나 이상은, 그 일단이 흡입포트 근방에 배치되고 타단은 도입구에 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드 채널의 적어도 일부 구간은 원호형을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드 채널의 하나 이상은 흡입포트쪽에 직선형의 도입부를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드 채널은 다수의 가이드 스트립에 의해 형성되거나 가이드 홈에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동축에는 그 길이방향을 따라 배출통로가 관통되게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동축에 형성된 배출통로의 적어도 일부 구간은 후방에서 전방을 향해 회전중심으로부터 바깥쪽으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 토출포트는 선회스크롤의 후방에 형성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 흡입냉매를 이용하여 인버터와 압축냉매를 동시에 냉각함으로써 인버터에 의한 압축기의 과열을 방지하고 압축기 효율도 대폭 증가시킬 수 있다.

또한, 압축기의 효율증가로 인해 소정의 압력으로 압축시키기 위한 소요동력도 크게 절감할 수 있다.

또한, 냉매의 최초 흡입시 과열도를 낮출 수 있어 증발기의 열교환효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 흡입가스가 토출챔버로부터 멀리 떨어져 있으므로 토출챔버에 의해 가 열되는 경우가 없어 압축효율저하를 막을 수 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인버터형 스크롤 압축기(1000)는, 하우징(100)과, 상기 하우징(100)에 형성된 흡입포트(600) 및 토출포트(700)와, 상기 하우징(100) 내에 수용되어 서로 맞물리는 고정스크롤(810) 및 선회스크롤(820)과, 구동축(830)과, 모터(840)와, 상기 구동축(830)의 선단과 선회스크롤(820) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(820)의 선회(공전)운동을 유도하는 슬라이딩 부시(850), 및 선회스크롤(820)의 자전을 방지하기 위한 올댐링 등의 자전방지수단(860)을 포함한다. 상기 구동축(830), 구동모터(840), 슬라이딩 부시(850) 및 자전방지수단(860)은 상기 선회스크롤(820)의 선회 구동수단을 구성한다.

도 2 내지 도 4에서, 상기 하우징(100)은 전방의 인버터 하우징 (110), 후방의 메인 하우징 (130), 및 상기 인버터 하우징(110)과 메인 하우징 (130) 사이에 배치된 메인 프레임(120)으로 이루어져 있다. 그러나, 상기 하우징(100)의 구성은 공지된 다양한 예가 채택될 수 있다.

상기 하우징(100)에는 흡입포트(600)와 토출포트(700)가 각각 형성되어 있어, 흡입포트(600)를 통해 증발기로부터 냉매를 흡입하고, 고정스크롤(810)과 선회스크롤(820) 사이의 압축실(880)에서 냉매를 압축한 후, 토출포트(700)를 통해 응축기로 보내게 되어 있다.

특히, 본 발명에 따르면 상기 고정스크롤(810)의 앞면에 인버터(200)가 대향 되게 배치되어 있고, 상기 고정스크롤(810)에는 압축실(880)까지 흡입구(815)가 관통되게 형성되어 있다. 상기 흡입구(815)는 고정스크롤(810)의 외주부 근방에 형성되어 있어 흡입된 냉매가 외주로부터 중앙을 향해 압축되면서 배출되는 구조를 갖는다.

또한, 상기 인버터(200)에 대향하는 고정스크롤(810)의 앞면에는 상기 흡입포트(600)로부터의 흡입냉매를 상기 흡입구(815)까지 안내하기 위한 가이드부(900)가 형성되어 있다.

이에 따라, 상기 인버터(200)와 가이드부(900) 사이에 흡입냉매를 흐르게 하여 인버터(200)와 압축실(880)을 동시에 냉각시키는 구조를 갖는다.

그러나, 상기 가이드부(900)를 생략하여 인버터(200)와 고정스크롤(810) 사이에 흡입냉매를 통과시키도록 하고 고정스크롤(810)의 흡입구(815)를 통해 압축실(880)로 냉매가 흡입되도록 할 수도 있다.

상기 압축실(880)을 통과한 냉매는 선회스크롤(820)에 형성된 토출구(821)를 통과하여 토출포트(700)를 통해 배출된다.

도면에서는, 구동축(830)에 그 길이방향을 따라 배출통로(835)를 관통되게 형성함으로써 흡입냉매가 하우징(100)의 후단을 지나 배출되도록 되어 있으나 반드시 구동축의 내부를 통과할 필요는 없다.

한편, 도시된 바와 같이, 상기 가이드부(900)에는 고정스크롤(810)의 흡입구(815)와 연통하는 도입구(910)가 형성되어 있는 것이 좋다. 이와 같이 구성하면, 흡입된 냉매가 가이드부(900)를 통해 안내된 후 압축실(880)로 흘러들어간다.

그리고, 구동축 방향에서 바라볼 때, 상기 가이드부(900)에는 복수의 가이드 채널(920)이 둘레방향을 따라 연장 형성되어 있다. 이 경우, 상기 가이드 채널(920)의 하나 이상은, 그 일단이 흡입포트(600) 근방에 배치되고 타단은 도입구(910) 근방에 배치된다.

이에 따라, 흡입포트(600)로부터 도입구(910)까지 냉매가 안내되면서 균일하게 인버터(200)와 압축실(880)을 냉각할 수 있게 된다.

특히, 하우징(100)의 측면에 흡입포트(600)가 형성된 경우, 상기 가이드 채널(920)의 일부는 흡입포트(600) 쪽에 직선형의 도입부(921)를 가지고 나머지 구간은 원호형 안내부(922)로 되어 있도록 하면 압축실(880)의 균일한 냉각이 가능하다. 즉, 흡입시에는 직선형의 도입부(921)를 통해 빠르게 유입되다가 원호형 안내부(922)를 통해 압축실(880) 전면에 균일한 냉각이 이루어진다. 냉각이 완료된 후에 흡입냉매는 도입구(910)와 흡입구(815)를 통해 압축실(880)로 유입된다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따르면 토출포트(700)가 선회스크롤(820)의 후방에 위치되기 때문에 흡입냉매가 토출부와 상당한 거리를 두고 있다. 이에 따라, 흡입냉매가 토출부에 의해 열적 영향을 받지 않고 온전한 냉각효과를 발휘할 수 있다.

도시된 바와 같이, 상기 가이드 채널(920)은 다수의 가이드 스트립(923)에 의해 형성되어 있지만 가이드 홈에 의해 형성될 수도 있다.

한편, 상기 구동축(830)에 형성된 배출통로(835)의 적어도 일부 구간은 후방에서 전방을 향해 회전중심으로부터 바깥쪽으로 경사지게 형성된 것이 좋다. 이와 같이 구성하면, 압축실(880)을 통과하면서 오일을 일부 포함하게 되는 냉매가 배출통로(835)를 지날 때 원심력에 의해 기액분리된다. 이때, 분리된 오일은 배출통로(835) 상에서 역류되어 메인베어링(870) 등에 공급될 수 있다.

이하, 도 2와 도 3을 참조하여 전술한 본 발명의 인버터형 스크롤 압축기에서 흡입냉매의 순환 및 냉각작용을 설명하도록 한다.

먼저, 증발기(미도시)로부터 하우징(100)에 형성된 흡입포트(600)를 통해 흡입냉매가 유입된다.

이때의 냉매는 매우 저온을 유지하고 있으며 다소의 액체가 포함되어 있는 상태이다.

흡입된 냉매는 인버터(200)와 고정스크롤(810) 사이의 가이드부(900)를 통과하면서 인버터(200)와 압축실(880)을 동시에 냉각하고 스스로는 가열되어 적절한 과열도를 유지한다.

가이드부(900)를 모두 통과한 흡입냉매는 가이드부(900)의 도입구(910)와 고정스크롤(810)의 흡입구(815)를 통해 압축실(880)로 들어간다.

압축실(880)에서는 압축과정이 이루어지는 동안 후속하는 흡입냉매에 의해 냉각이 이루어진다. 압축과정 중의 냉각으로 인해 소정 압력까지의 압축에 필요한 동력이 줄어들게 된다.

압축이 완료된 냉매는 선회스크롤(820)에 형성된 토출구(821)를 통과하여 토출포트(700)를 통해 배출된다.

특히, 도면에서는, 구동축(830)에 그 길이방향을 따라 배출통로(835)가 관통되게 형성되어 있어 토출구(821)를 통과한 냉매가 하우징(100)의 후단을 지나 구동모터와 하우징(100) 사이에 형성된 통로를 통해 토출포트(700)로 배출된다.

이를 위해, 하우징(100)의 후단에는 냉매의 통과를 위해 반경방향으로 연장된 홈이 형성될 수 있다.

기술되지 않은 구성부호 710과 720은 개스킷을 나타낸다.

한편, 도 6에는 본 발명에 따른 인버터형 스크롤 압축기를 포함하여 냉각 사이클을 나타내는 P-H(압력-엔탈피) 그래프가 도시되어 있다. 이하, 첨부한 그래프를 참조하여 냉각 사이클을 설명하도록 한다.

그래프에서 A-B-C-D-E-F는 냉매가 순환하는 과정을 나타내는 것으로, A-D는 압축기, D-E는 응축기, E-F는 팽창밸브, F-A는 증발기에서의 구간에 해당한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 압축기 유입부(A)에서의 흡입냉매가 액체를 포함한 상태로 되어 있다. 즉, 증발기의 내부에서 액체가 차지하는 체적이 커지므로 열교환효율이 커지게 된다.

그래프에서, A→B 구간은 인버터(200)를 냉각하여 스스로는 온도가 올라가는 상태를 나타내며, B→C 구간은 압축실(880)에서 압축되는 냉매를 냉각시키면서 스스로는 온도가 올라가는 상태를 나타낸다. 이와 같이 2번의 냉각작용에 의해 흡입냉매는 완전한 기체상태가 될 뿐만 아니라 적절한 과열도를 가지게 된다.

다음, C→D 구간은 실제 흡입된 냉매가 압축되는 과정이다. 그런데, 압축과 정 중 흡입냉매에 의한 압축중인 냉매의 냉각이 이루어지기 때문에 급한 기울기로 소정의 압력에 도달하게 된다. 즉, 작은 소요동력으로 소정의 압축이 완료된다.

그래프에서 점선은 준평형단열과정(isentropic process)으로서 이론적인 관계를 나타내고 있다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 실제과정(PAr)의 동력(일)에 대한 등엔트로피 과정(PAs)의 동력으로 정의되는 등엔트로피 효율은 100%를 초과한다.

참고로, 도 7에는 종래 흡입냉매가 인버터만 냉각하는 압축기를 포함하여 냉각사이클이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 A'→B' 구간을 통해 인버터를 냉각하고 스스로는 가열되며 바로 압축실로 들어가기 때문에 소정의 압력을 얻기 위해서는 소요되는 동력이 크게 증가하게 된다. 즉, 압축실에서 흡입냉매에 의한 압축중인 냉매의 냉각작용이 없기 때문에 압축기의 효율은 본 발명에 비해 크게 저하하게 된다.

그래프에서 점선은 준평형단열과정(isentropic process)으로서 등엔트로피 효율은 100%를 넘을 수 없다.

도 1은 종래기술 1에 따른 인버터형 압축기의 구성을 나타내는 종단면도이다.

도 2는 본 발명에 다른 인버터형 압축기의 구성을 나타내는 종단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 인버터형 압축기에서 흡입냉매의 순환구조를 나타내는 종단면도이다.

도 4는 본 발명에 다른 인버터형 압축기의 구성을 나타내는 분해 사시도이다.

도 5는 도 2에서 인버터를 제외한 전방 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 인버터형 압축기를 지나는 흡입냉매의 P-H 선도이다.

도 7은 종래기술에 따른 인버터형 압축기를 지나는 흡입냉매의 P-H 선도이다.

※ 주요 도면부호의 설명

100... 하우징

200.... 인버터

300, 500... 인버터 케이스

600... 흡입포트

700... 토출포트

810... 고정 스크롤

820... 선회 스크롤

830... 회전축

840... 모터

850... 슬라이딩 부시

860... 자전 방지수단

900... 가이드부

910... 도입구

920... 가이드 채널

921... 직선형 도입부

922... 원호형 안내부

1000... 인버터형 압축기

Claims

하우징,

상기 하우징 내에 고정 설치된 고정스크롤과 상기 고정스크롤에 대하여 선회운동하는 선회스크롤,

상기 선회스크롤을 선회 구동시키는 구동수단,

상기 하우징에 형성된 흡입포트와 토출포트,

상기 고정스크롤의 앞면에 대향되게 배치된 인버터를 포함하되,

상기 고정스크롤에는 압축실까지 흡입구가 관통되게 형성되어 있고 선회스크롤에는 토출구가 형성되어 있어, 흡입냉매가 인버터와 고정스크롤 사이를 지나 흡입구를 통해 압축실로 유입된 후 토출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
제1항에 있어서,

상기 인버터에 대향하는 고정스크롤의 앞면에는 상기 흡입포트로부터의 흡입냉매를 상기 흡입구까지 안내하기 위한 가이드부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
제2항에 있어서,

상기 가이드부에는 상기 고정스크롤의 흡입구와 연통하는 도입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
제3항에 있어서,

구동축 방향에서 바라볼 때, 상기 가이드부에는 복수의 가이드 채널이 둘레방향을 따라 연장되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
제4항에 있어서,

상기 가이드 채널의 하나 이상은, 그 일단이 흡입포트 근방에 배치되고 타단은 도입구에 배치된 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
제5항에 있어서,

상기 가이드 채널의 적어도 일부 구간은 원호형을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
제5항에 있어서,

상기 가이드 채널의 하나 이상은 흡입포트쪽에 직선형의 도입부를 가지는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가이드 채널은 다수의 가이드 스트립에 의해 형성되거나 가이드 홈에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 토출포트는 선회스크롤의 후방에 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구동축에는 그 길이방향을 따라 배출통로가 관통되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
제10항에 있어서,

상기 구동축에 형성된 배출통로의 적어도 일부 구간은 후방에서 전방을 향해 회전중심으로부터 바깥쪽으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.