KR101294670B1

KR101294670B1 - 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클

Info

Publication number: KR101294670B1
Application number: KR1020070031848A
Authority: KR
Inventors: 이승준
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2013-08-09
Also published as: KR20080088939A

Abstract

본 발명에 의한 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클은, 냉동사이클에서 팽창밸브를 별도로 배치하지 않고 압축기의 내부에 설치함에 따라 그 압축기의 압축유닛을 구동시키는 동력을 이용하여 냉매를 팽창시킬 수 있게 될 뿐만 아니라 상기 팽창밸브의 구성을 간소화하여 조립공정을 단축함에 따라 상기 냉동사이클을 적용한 냉장고 또는 에어콘의 제조비용을 낮출 수 있다. 또, 고가의 팽창밸브를 사용하지 않고도 냉매를 정확하게 팽창시킬 수 있어 그만큼 냉동사이클과 이를 적용한 냉장고 또는 에어콘에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

압축기 및 이를 적용한 냉동사이클{COMPRESSOR AND REFRIGERATION CYCLE HAVING THE SAME}

도 1은 본 발명의 압축기가 적용된 냉동사이클을 보인 개략도,

도 2는 도 1의 냉동사이클에 적용된 압축기의 일실시예를 보인 종단면도,

도 3 및 도 4는 도 1의 냉동사이클에 적용된 압축기의 다른 실시예를 보인 개략도,

도 5 및 도 6은 도 1의 냉동사이클이 적용된 냉장고 및 에어콘을 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 압축기 20 : 응축기

30 : 증발기 110 : 압축기 케이싱

120 : 구동모터 123 : 회전축

130 : 압축유닛 131 : 제1 실린더

131a : 제1 흡입구 132 : 메인베어링

132a : 제1 토출구 133 : 중간베어링

134 : 제1 롤링피스톤 135 : 토출밸브

136 : 제1 머플러 140 : 팽창유닛

141 : 제2 실린더 141a : 제2 흡입구

142 : 서브베어링 142a : 제2 토출구

143 : 제2 롤링피스톤 144 : 제2 머플러

220,321,322 : 구동모터 230,330 : 압축유닛

240,340 : 팽창유닛 V1 : 압축실

V2 : 팽창실

본 발명은 압축과 팽창기능을 갖는 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클에 관한 것이다.

일반적으로 냉동사이클은 열역학 사이클(thermodynamic cycle)의 한 종류이다. 상기 냉동사이클은 일을 가하여 저온부(cold reservoir)에서 열을 추출하는 것으로, 주로 냉장고와 에어컨 등에 사용되고 있다.

상기 냉동사이클은 냉매를 고온·고압으로 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 압축되어 나온 냉매로부터 열을 빼앗아 외부로 방출하여 냉매를 액체 상태로 만드는 응축기와, 상기 응축기로부터 유입된 냉매를 단열 팽창시켜 압력을 급강하시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 거친 냉매가 외부의 열을 흡수하면서 저압의 기체로 되는 증발기로 이루어진다.

상기 압축기와 응축기와 팽창밸브 그리고 증발기는 폐루프 모양으로 연결되 도록 구성된다. 상기 냉동사이클이 냉장고에 적용되는 경우에는 상기 압축기와 응축기 그리고 팽창기는 통상 냉장고의 기계실에 장착되고, 상기 증발기는 냉장실 또는 냉동실 주변에 장착된다. 그리고 상기 냉동사이클이 냉방용 에어콘에 적용되는 경우에는 상기 압축기와 응축기 그리고 팽창기가 실외기에 장착되고, 상기 증발기는 실내기에 장착된다. 하지만, 상기 에어콘이 난방용인 경우에는 상기 응축기가 실내기에, 상기 증발기가 실외기에 장착된다. 그리고, 상기 에어콘이 냉난방 겸용인 경우에는 상기 압축기의 입출구쪽에 사방밸브(4-way valve)를 이용하여 상기 응축기와 증발기가 서로 역할을 바꾸도록 구성된다.

그러나, 상기와 같은 종래 냉동사이클에 있어서는, 상기 압축기와 응축기와 팽창밸브 그리고 증발기가 각각 독립적으로 제작되어 냉매관으로 연결됨에 따라 배관이 복잡하게 되고 그에 따라 조립공정이 복잡하게 되어 생산성이 저하될 우려가 있었다. 특히, 상기 팽창밸브가 모세관으로 이루어지는 경우에는 그 모세관을 여러 번 감아 설치하여야 하므로 그만큼 조립공정이 더욱 복잡하게 될 뿐만 아니라 상기 팽창밸브가 많은 공간을 차지하게 되어 냉장고나 에어콘의 부피가 커지는 문제점이 있었다. 반면, 상기 팽창밸브가 전자밸브와 같은 온/오프밸브로 이루어지는 경우에는 그 팽창밸브의 비용이 비싸게 될 뿐만 아니라 신뢰성이 높이 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 냉동사이클의 팽창밸브가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 압축기가 냉매의 압축기능은 물론 팽창기능까지도 가지도록 하여 냉동사이클을 단순화할 수 있고 신뢰성을 높일 수 있는 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클을 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 고정 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터; 상기 구동모터에 결합되어 냉매를 압축하는 압축유닛; 및 상기 구동모터에 결합되어 냉매를 팽창시키는 팽창유닛;을 포함한 압축기가 제공된다.

또, 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 고정 설치되어 각각 회전력을 발생하는 제1 구동모터 및 제2 구동모터; 상기 제1 구동모터에 결합되어 냉매를 압축하는 압축유닛; 및 상기 제2 구동모터에 결합되어 냉매를 팽창시키는 팽창유닛;을 포함한 압축기가 제공된다.

또, 앞에서 제시된 적어도 어느 한 항의 압축기; 상기 압축기의 토출측에 일단이 연결되고 그 타단은 상기 압축기의 팽창유닛 입구에 연결되는 응축기; 및 상기 압축기의 팽창유닛 출구에 일단이 연결되고 그 타단은 상기 압축기의 압축유닛 입구에 연결되는 증발기:를 포함한 냉동사이클이 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클을 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 압축기가 적용된 냉동사이클을 보인 개략도이고, 도 2는 도 1의 냉동사이클에 적용된 압축기의 일실시예를 보인 종단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 냉동사이클은 냉매를 압축하고 팽 창할 수 있도록 압축유닛()과 팽창유닛()이 구비되는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)의 압축유닛()에 연결되어 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20)와, 상기 압축기(10)의 팽창유닛()에 연결되어 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(30)로 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압축기(10)는 밀폐된 케이싱(110)과, 상기 케이싱(110)의 내부에 고정 설치되어 회전력을 발생하는 한 개의 구동모터(120)와, 상기 구동모터(120)의 회전축(123)에 결합되어 그 구동모터(120)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축유닛(130)과, 상기 구동모터(120)의 회전축(123)에 결합되어 그 구동모터(120)의 회전력을 전달받아 냉매를 팽창하는 팽창유닛(140)으로 이루어진다.

상기 케이싱(110)은 그 일측에는 상기 압축유닛(130)의 입구와 연통되도록 어큐뮬레이터(150)가 제1 흡입관(161)으로 연결되고, 상기 케이싱(110)의 상단에는 상기 압축유닛(130)에서 케이싱(110)의 내부공간으로 토출되는 압축된 냉매를 상기 응축기(20)로 안내하도록 제1 토출관(162)이 연결된다. 그리고, 상기 케이싱(110)의 타측에는 상기 응축기(20)와 상기 압축기(10)의 팽창유닛(140)을 연결하여 응축된 냉매가 상기 팽창유닛(140)으로 안내되도록 제2 흡입관(163)이 연결되고, 상기 케이싱(110)의 또다른 타측에는 상기 팽창유닛(140)에서 팽창된 냉매를 상기 증발기(30)로 안내하도록 제2 토출관(164)이 연결된다.

여기서, 상기 압축유닛(130)으로 흡입되는 냉매가 그 압축유닛(130)에서 압축된 후 토출됨에 따라 상기 제1 흡입관(161)은 제1 토출관(162)의 직경보다 크게 형성되고, 상기 팽창유닛(140)으로 유입되는 냉매가 팽창된 후 토출됨에 따라 상기 제2 흡입관(163)은 제2 토출관(164)의 직경보다 작게 형성될 수 있다.

상기 압축유닛(130)은 상기 케이싱(110)의 내부에서 고정 결합되는 제1 실린더(131)와, 상기 제1 실린더(131)의 상측에 복개 결합되는 동시에 상기 회전축(123)을 지지하는 메인베어링(132)과, 상기 제1 실린더(131)의 하측을 복개하는 동시에 후술할 팽창유닛(140)의 제2 실린더(141)와 분리하는 중간베어링(133)과, 상기 구동모터(120)의 회전축(123)에 편심 결합되어 상기 제1 실린더(131)의 내부공간에서 선회운동을 하면서 냉매를 압축하는 제1 롤링피스톤(134)과, 상기 제1 롤링피스톤(134)의 외주면에 압접되어 왕복운동을 하면서 상기 제1 롤링피스톤(134)과 함께 압축실(V1)을 형성하는 제1 베인(미도시)과, 상기 메인베어링(132)에 구비되는 제1 토출구(132a)를 개폐하도록 설치되는 토출밸브(135)와, 상기 메인베어링(132)에 설치되어 토출되는 냉매로부터 진동 소음을 감쇄하는 제1 머플러(136)로 이루어진다.

상기 제1 실린더(131)의 일측에는 상기 제1 흡입관(161)이 연결되도록 제1 흡입구(131a)가 형성되고, 상기 제1 흡입구(131a)의 일측에는 상기 제1 베인이 삽입되어 왕복운동을 할 수 있도록 제1 베인슬롯(미도시)이 형성된다. 그리고, 상기 메인베어링(132)에는 상기 압축실(V1)에서 압축된 냉매가 상기 응축기(20)를 향해 배출되도록 제1 토출구(132a)가 형성된다.

상기 제1 흡입구(131a)와 제1 토출구(132a)는 상기 제1 흡입관(161)과 제1 토출관(162)의 경우에서와 같이 냉매의 압축효율을 높일 수 있도록 상기 제1 흡입 구(131a)의 직경이 제1 토출구(132a)의 직경보다 크게 형성될 수 있다.

한편, 상기 팽창유닛(140)은 상기 케이싱(110)의 내부에서 고정 결합되고 그 상측은 상기 중간베어링(133)으로 복개되는 제2 실린더(141)와, 상기 제2 실린더(141)의 하측에 복개 결합되는 동시에 상기 회전축(123)을 지지하는 서브베어링(142)과, 상기 구동모터(120)의 회전축(123)에 편심 결합되어 상기 제2 실린더(141)의 내부공간에서 선회운동을 하면서 냉매를 압축하는 제2 롤링피스톤(143)과, 상기 제2 롤링피스톤(143)의 외주면에 압접되어 왕복운동을 하면서 상기 제2 롤링피스톤(143)과 함께 팽창실(V2)을 형성하는 제2 베인(미도시)과, 상기 서브베어링(142)의 하측에 결합되어 팽창된 냉매가 증발기(30)로 안내되도록 하는 제2 머플러(144)로 이루어진다.

상기 제2 실린더(141)의 일측에는 상기 제2 흡입관(163)이 연결되도록 제2 흡입구(141a)가 형성되고, 상기 제2 흡입구(141a)의 일측에는 상기 제2 베인이 삽입되어 왕복운동을 할 수 있도록 제2 베인슬롯(미도시)이 형성된다. 그리고, 상기 서브베어링(142)에는 상기 팽창실(V2)에서 팽창된 냉매가 상기 증발기(30)를 향해 배출되도록 제2 토출구(142a)가 형성된다. 그리고, 상기 제2 토출구(142a)의 출구측에는 상기 팽창실(V2)에서 팽창된 냉매가 원활하게 배출될 수 있도록 별도의 토출밸브를 설치하지 않거나 또는 아주 탄성이 약한 밸브를 설치할 수도 있다. 그리고, 상기 제2 토출구(142a)는 한 개의 구멍으로 형성될 수 있으나 경우에 따라서는 복수의 모세구멍으로 형성될 수 있다.

상기 제2 흡입구(141a)와 제2 토출구(142a)는 상기 제2 흡입관(163)과 제2 토출관(164)의 경우에서와 같이 냉매의 압축효율을 높일 수 있도록 상기 제2 흡입구(141a)의 직경이 제2 토출구(142a)의 직경보다 작게 형성될 수 있다.

상기 제2 머플러(144)는 소정의 체적을 가지고 상기 서브베어링(1420에 고정 결합되며, 그 일측에 상기 제2 토출관(164)이 연통되도록 결합된다. 그리고, 상기 제2 머플러(144)는 통상 상기 케이싱(110)에 채어진 오일에 잠기게 되므로 오일이 침입하는 것을 방지할 수 있도록 상기 서브베어링(142)에 긴밀하게 결합되어야 한다.

도면중 미설명 부호인 121은 고정자, 122는 회전자이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 압축기와 이를 적용한 냉동사이클을 다음과 같이 작동된다.

즉, 상기 구동모터(120)에 전원이 인가되어 상기 회전축(123)이 회전을 하면, 상기 회전축(123)이 구동모터(120)의 회전력을 상기 압축유닛(130)과 팽창유닛(140)에 전달하고, 상기 압축유닛(130)과 팽창유닛(140)에서는 각각 제1 롤링피스톤(134)과 제2 롤링피스톤(143)이 상기 제1 실린더(131)와 제2 실린더(141)에서 편심 회전운동을 하면서 상기 제1 실린더(131)에서는 냉매를 압축시켜 싱기 응축기(20)로 토출하는 반면 상기 제2 실린더(141)에서는 냉매를 팽창시켜 상기 증발기(30)로 토출하는 일련의 과정을 반복하게 된다.

예컨대, 상기 압축기(10)의 압축유닛(130)이 흡입행정을 시작하면, 상기 증발기(30)의 냉매가 어큐뮬레이터(150)와 제1 흡입관(161)을 통해 상기 제1 실린더(131)의 압축실(V1)로 흡입되고, 이 냉매는 상기 제1 롤링피스톤(134)과 제1 베 인(미도시)에 의해 상기 압축실(V1)에서 압축되며, 이 압축된 냉매는 상기 토출밸브(135)를 통해 상기 제1 머플러(136)로 흡입되어 압축된다.

그리고, 상기 압축유닛(130)에서 압축된 냉매는 상기 압축기 케이싱(110)의 내부로 토출되었다가 상기 제1 토출관(161)을 통해 상기 응축기(20)로 유입되어 고온고압의 액냉매로 변환되고, 이 과정에서 냉매는 응축기 주변으로 열을 방출하게 되므로 온기를 생성하게 된다.

그리고, 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매는 상기 압축기(10)의 팽창유닛(140)이 흡입행정을 시작함에 따라 상기 제2 흡입관(163)을 통해 상기 제2 실린더(141)의 팽창실(V2)로 흡입되고, 이 냉매는 상기 제2 롤링피스톤(143)과 제2 베인(미도시)에 의해 저온저압의 액냉매로 팽창되면서 이동하여 상기 제2 토출구(142a)를 통해 상기 제2 머플러(144)로 배출되며, 이 팽창된 냉매는 상기 제2 토출관(164)을 통해 상기 제2 머플러(!44)에서 증발기(30)로 유입된다.

그리고, 상기 증발기(30)로 유입된 저온저압 액냉매는 그 증발기(30)를 통과하면서 고온고압의 가스냉매로 전환되어 다시 상기 제1 흡입관(161)을 통해 상기 압축기(10)의 압축유닛(130)으로 흡입된다. 이 과정에서 상기 냉매는 증발기 주변으로부터 열을 흡수하게 되므로 냉기를 생성하게 된다.

이렇게 하여, 상기 냉동사이클에서 팽창밸브를 별도로 배치하지 않고 상기 압축기의 내부에 설치함에 따라 그 압축기의 압축유닛을 구동시키는 동력을 이용하여 냉매를 팽창시킬 수 있게 될 뿐만 아니라 상기 팽창밸브의 구성을 간소화하여 조립공정을 단축할 수 있다. 그리고 고가의 팽창밸브를 사용하지 않고도 냉매를 정 확하게 팽창시킬 수 있어 냉동사이클에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.

본 발명의 압축기에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일실시예에서는 상기 구동모터의 일측에 압축유닛과 팽창유닛이 복층으로 설치되는 것이었으나, 본 실시예는 도 3에서와 같이 상기 구동모터(220)의 양측에 각각 압축유닛(230)과 팽창유닛(240)이 설치되거나 도 4에서와 같이 복수의 구동모터(321)(322)에 각각 압축유닛(330)과 팽창유닛(340)이 독립적으로 설치되는 이 경우에도 상기 압축유닛(230)(330)에는 증발기(30)의 출구가 연통되는 제1 흡입관(161)과 상기 응축기(20)의 입구가 연통되는 제1 토출관(162)이 각각 연결되고, 상기 팽창유닛(240)(340)에는 응축기(20)의 출구가 연통되는 제2 흡입관(163)과 상기 증발기(30)의 입구가 연통되는 제2 토출관(164)이 각각 연결된다. 그리고 그에 따른 구성이나 작용효과가 전술한 일실시예와 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클이 냉장고와 에어콘에 실제 적용된 실시예를 보인 개략도이다.

본 발명의 압축기가 상기 냉장고에 적용된 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 하측 기계실에 압축유닛과 팽창유닛을 함께 구비한 압축기(10)가 설치되고, 그 압축기(10)의 일측에는 상기 압축기(10)의 압축유닛 출구와 팽창유닛 입구 사이에 연결되는 응축기(20)가 설치된다. 그리고 상기 냉장고의 상측 증발실에는 상기 압축기(10)의 팽창유닛 출구와 압축유닛 입구 사이에 연결되는 증발기(30)가 설치되어 상기 냉장고가 구성된다.

그리고, 본 발명의 압축기가 상기 에어콘에 적용된 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 실외기에 압축유닛과 팽창유닛을 함께 구비한 압축기(10)가 설치되고, 그 압축기(10)의 일측에는 상기 압축기(10)의 압축유닛 출구와 팽창유닛 입구 사이에 연결되는 응축기(20)가 설치된다. 그리고 상기 에어콘의 실내기에 상기 압축기(10)의 팽창유닛 출구와 압축유닛 입구 사이에 연결되는 증발기(30)가 설치되어 상기 에어콘이 구성된다.

이에 따른 구성과 작용 효과는 전술한 실시예들과 대동소이하므로 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명에 의한 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클은, 상기 냉동사이클에서 팽창밸브를 별도로 배치하지 않고 상기 압축기의 내부에 설치함에 따라 그 압축기의 압축유닛을 구동시키는 동력을 이용하여 냉매를 팽창시킬 수 있게 될 뿐만 아니라 상기 팽창밸브의 구성을 간소화하여 조립공정을 단축함에 따라 상기 냉동사이클을 적용한 냉장고 또는 에어콘의 제조비용을 낮출 수 있다. 또, 고가의 팽창밸브를 사용하지 않고도 냉매를 정확하게 팽창시킬 수 있어 그만큼 냉동사이클과 이를 적용한 냉장고 또는 에어콘에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims

케이싱;

상기 케이싱의 내부에 고정 설치되어 회전력을 발생하는 구동모터;

상기 구동모터의 회전자에 일단이 결합되는 회전축;

상기 구동모터의 회전축에 편심 결합되어 제1 실린더에서 선회운동을 하는 제1 롤링피스톤과, 상기 제1 롤링피스톤의 외주면에 압접되어 왕복운동을 하면서 그 제1 롤링피스톤과 함께 압축실을 형성하는 제1 베인을 포함하는 압축유닛; 및

상기 구동모터의 회전축에 편심 결합되어 제2 실린더에서 선회운동을 하는 제2 롤링피스톤과, 상기 제2 롤링피스톤의 외주면에 압접되어 왕복운동을 하면서 그 제2 롤링피스톤과 함께 팽창실을 형성하는 제2 베인을 포함하는 팽창유닛;을 포함하고,

상기 압축유닛과 팽창유닛은 상기 구동모터의 일측에 설치되어 상기 회전축의 타단에 결합되는 압축기.
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제1항의 압축기;

상기 압축기의 토출측에 일단이 연결되고 그 타단은 상기 압축기의 팽창유닛 입구에 연결되는 응축기; 및

상기 압축기의 팽창유닛 출구에 일단이 연결되고 그 타단은 상기 압축기의 압축유닛 입구에 연결되는 증발기:를 포함한 냉동사이클.
제5항에 있어서,

상기 압축기의 각 실린더 상하 양측에는 상기 구동모터의 회전축을 지지하는 베어링이 각각 설치되어 압축실과 팽창실이 형성되고,

상기 압축유닛의 실린더에는 상기 증발기의 출구에 연결되는 제1 흡입관이 연통되도록 제1 흡입구가 형성되고, 상기 압축유닛의 실린더에 설치되는 한 쪽 베어링에는 상기 압축실에서 압축된 냉매를 상기 케이싱의 내부로 토출하는 제1 토출구가 형성되며,

상기 팽창유닛의 실린더에는 상기 응축기의 출구에 연결되는 제2 흡입관이 연통되도록 제2 흡입구가 형성되고, 상기 팽창유닛의 실린더에 설치되는 한 쪽 베어링에는 상기 팽창실에서 팽창된 냉매를 상기 증발기로 안내하도록 제2 토출구가 형성되는 냉동사이클.