KR101462929B1 - 밀폐형 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 밀폐형 압축기는, 토출구의 내경을 고정자의 외경으로 나눈 비율(α)이 0.07배 이상이 되도록 형성함으로써 압축공간에서 냉매가 토출될 때 그 냉매의 토출에 대한 토출구의 유로저항이 감소하여 결국 압축기의 효율이 향상될 수 있다.

로터리 압축기, 가변용량, 토출구, 효율

Description

밀폐형 압축기{HERMETIC COMPRESSOR}

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 특히 고속 운전 영역에서 발생하는 유로손실을 줄일 수 있는 밀폐형 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 응축기, 팽창변, 증발기와 함께 냉동사이클을 이루는 것으로, 증발기로부터 흡입되는 냉매를 압축하여 응축기로 토출하는 기기이다. 상기 압축기는 압축방식에 따라 왕복동식, 로터리식, 스크롤식 등으로 구분할 수 있다.

그리고 상기 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부에 구동모터와 압축부를 모두 구비하는지에 따라 밀폐형과 개방형으로 구분할 수 있다. 예컨대, 상기 밀폐형 압축기는 외부를 둘러싸는 밀폐된 케이싱의 내부공간에 고정자와 회전자로 구성되는 구동모터가 설치되고, 상기 구동모터의 일측에는 그 구동모터의 동력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부가 설치되어 있다.

상기와 같은 밀폐형 압축기는 구동모터의 고정자에 전류가 인가되면, 그 구동모터의 회전자가 회전축을 회전시키고, 그 회전축이 압축부에 상기 구동모터의 동력을 전달하여 냉매를 흡입 압축한 후 토출하게 된다. 이 토출된 냉매는 냉동사 이클의 응축기와 팽창변 그리고 증발기를 거쳐 다시 압축기로 흡입되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

최근 들어 압축기를 적용한 냉동장치의 기능이 다양해지면서 압축기도 대용량화되거나 또는 구동모터의 회전속도가 가변되면서 압축기의 용량이 소용량에서 대용량까지 용량가변이 가능한 인버터형 압축기가 널리 소개되고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 밀폐형 압축기에 있어서는, 압축기의 용량이 통상 60Hz를 초과하는 고속 운전 영역에서는 압축된 냉매의 토출주기가 증가함에 따라 냉매가 토출구를 통과할 때 유로저항이 증가하게 되고, 이로 인해 고속 운전 영역에서의 압축기 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 밀폐형 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 고속 운전 영역에서 토출구를 통해 토출되는 냉매의 유로저항을 줄여 압축기 효율을 높일 수 있는 밀폐형 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 구동력을 발생하는 구동모터; 및 상기 구동모터에 결합되어 냉매를 압축하도록 압축공간을 구비하고, 그 압축공간에서 압축된 냉매를 상기 케이싱의 내부공간으로 토출하도록 토출구가 구비되며, 상기 토출구를 개폐하도록 토출밸브가 구비되는 압축부;를 포함하고, 상기 토출구의 직경(d)은 상기 고정자의 외경(D) 대비 0.07배 이상이 되도록 형성되는 밀폐형 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 밀폐형 압축기는, 상기 토출구의 내경이 상기 고정자의 외경으로 나눈 비율(α)을 0.07배 이상으로 형성함으로써 압축공간에서 냉매가 토출될 때 그 냉매의 토출에 대한 유로저항이 감소하여 압축기의 효율이 향상될 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 밀폐형 압축기를 첨부도면에 도시된 일실예를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 의한 토출구의 직경에 따른 압축기의 효율변화 를 설명하기 위하여 밀폐형 압축기 중에서 로터리 압축기를 예로 들어 살펴본 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 로터리 압축기는, 케이싱(1)의 내부공간에 회전력을 발생하는 구동모터(10)와 그 구동모터(10)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(20)가 함께 설치된다.

상기 구동모터(10)는 상기 케이싱(1)에 고정되는 고정자(11)와, 상기 고정자(11)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 회전자(12)와, 상기 회전자(12)의 중심에 압입되고 그 하단부에 캠부가 형성되는 한 개의 회전축(13)으로 이루어진다. 상기 구동모터(10)는 정속모터일 수 있으나, 그 회전속도가 냉동사이클의 주변환경에 따라 가변될 수 있는 인버터 모터로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 고정자(11)의 외경은 그 고정자(11)가 상기 케이싱(1)의 내주면에 압입되어 고정될 수 있도록 상기 케이싱(1)의 내경과 대략 동일하게 형성될 수 있다.

상기 압축부(20)는 케이싱(1)의 내부공간에 설치하여 압축공간(V)을 형성하는 실린더(21)와, 상기 실린더(21)의 상면과 하면을 복개하여 압축공간(V)을 형성하는 동시에 상기 회전축(13)을 반경방향으로 지지하는 상부베어링(22) 및 하부베어링(23)과, 상기 회전축(13)의 캠부에 결합되어 상기 실린더(21)의 압축공간에서 편심 회전하면서 냉매를 압축하는 롤링피스톤(24)과, 상기 롤링피스톤(24)의 외주면에 압접되어 그 롤링피스톤(24)의 선회운동시 직선운동을 하면서 상기 압축공간(V)을 흡입영역과 토출영역으로 구분하는 베인(미도시)과, 상기 상부베어링(22)의 토출구(22b) 주변에 설치되어 냉매의 토출을 제한하는 토출밸브(25)를 포함한 다.

상기 실린더(21)에는 냉매가 압축공간(V)으로 안내되도록 흡입구(21a)가 형성되고, 상기 흡입구(21a))에는 어큐뮬레이터(31)에서 냉매를 상기 흡입구(21a)로 안내하는 흡입관(32)이 결합된다. 그리고 상기 흡입구(21a)의 일측에는 상기 베인이 미끄러지게 삽입되는 베인슬롯(미도시)이 형성되고, 상기 베인슬롯의 타측, 즉 흡입구(21a)의 반대쪽에는 상기 압축공간(V)에서 압축된 냉매를 상기 상부베어링(22)의 토출구(22b)로 안내하는 토출안내홈(21b)이 형성된다.

상기 상부베어링(22)은 그 중앙에 상기 회전축(13)을 반경방향으로 지지하도록 축수구멍(22a)이 형성되고, 상기 축수구멍(22a)의 일측, 즉 상기 실린더(21)의 토출안내홈(21b)에 대응되는 위치에는 상기 실린더(21)의 압축공간(V)에서 압축된 냉매가 상기 케이싱(1)의 내부공간으로 토출되도록 안내하는 토출구(22b)가 축방향으로 관통 형성된다. 상기 토출구(22b)의 출구측에는 그 토출구(22b)를 통해 토출되는 냉매를 제한할 수 있도록 상기 토출밸브(25)가 설치된다. 상기 토출밸브(25)는 도 2와 같은 리드밸브로 형성될 수도 있고, 도면으로 도시하지는 않았으나 피스톤 밸브로 형성될 수도 있다. 예컨대, 상기 토출밸브(25)가 리드밸브일 경우에는 그 일단이 상기 상부베어링(22)에 체결 고정되는 밸브판(25a)과, 상기 밸브판(25a)의 압축배면쪽에 배치되고 그 일단이 상기 밸브판(25a)과 함께 상부베어링(22)에 고정되어 상기 밸브판(25a)의 열림량을 제한하는 리테이너(25b)로 이루어진다.

상기 토출구(22b)의 내경(d)은 상기 압축공간(V)에서 토출되는 냉매의 유로저항과 깊은 관련이 있다. 즉, 상기 토출구(22b)의 내경(d)이 너무 큰 경우에는 유 로저항은 감소하지만 압축공간(V)에서 압축된 냉매가 너무 쉽게 토출되어 압력손실이 발생할 수 있는 반면, 상기 토출구(22b)의 내경(d)이 너무 작은 경우에는 유로저항이 크게 증가하여 과압축으로 인한 모터 효율이 저감될 수 있다.

이를 감안하여, 도 3에서와 같이 상기 토출구(22b)의 내경(d)은 상기 고정자(11)의 외경(D) 대비 대략 0.07배 이상이 되도록 형성될 수 있다. 이는, 상기 토출구(22b)의 내경(d)이 그 토출구(22b)를 통해 토출되는 냉매에 대한 유로저항을 최소한으로 줄일 수 있는 정도이다. 그리고 이 경우, 상기 고정자(11)의 외경은 전술한 바와 같이 케이싱(1)의 내경과 거의 동일하게 형성될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 26은 머플러, 33은 토출관이다.

상기와 같은 본 발명의 로터리 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 상기 구동모터(10)의 고정자(11)에 전원을 인가하여 상기 회전자(12)가 회전축(13)과 함께 회전하고, 상기 롤링피스톤(24)이 실린더(21)의 압축공간(V)에서 편심 회전하며, 상기 롤링피스톤(24)의 편심 회전에 따라 냉매가 상기 어큐뮬레이터(31)를 통해 실린더(21)의 압축공간(V)으로 흡입되어 일정압력까지 지속적으로 압축되다가 상기 압축공간(V)의 압력이 케이싱(1)의 내부압력보다 높아지게 되는 순간 상기 케이싱(1)의 내부공간로 토출되어 냉동사이클로 배출된다.

여기서, 상기 냉동사이클의 주변환경이 극한조건, 즉 에어콘의 경우 주변온도가 평균온도보다 높은 경우에 상기 압축기는 보다 큰 냉력을 발생시켜야 한다. 이를 위해, 상기 구동모터(10)는 고속으로 회전을 하게 되고, 이에 따라 압축된 냉매의 토출속도가 빨라지게 된다. 이때, 상기 토출구(22b)의 내경(d)이 작은 경우, 즉 상기 토출구(22b)의 내경(d)을 고정자(11)의 외경(D)으로 나눈 비율(α)이 대략 0.07배 이하인 경우에는 그만큼 토출되는 냉매에 대한 유로저항이 증가하게 되어 결국 압축기의 효율이 저하될 수 있다. 하지만, 상기 토출구(22b)의 내경(d)을 상기 고정자(11)의 외경(D)으로 나눈 비율(α)이 0.07배 이상으로 형성되는 경우에는 토출되는 냉매에 대한 유로저항이 낮아져 결국 압축기의 효율이 향상될 수 있다. 도 4는 이에 대한 실험결과를 보인 표이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 비율(α)이 0.07배 이하인 경우에는 도면에서 점선으로 나타낸 바와 같이 대략 60Hz까지는 압축기의 효율이 지속적으로 상승하게 되지만, 그 60Hz를 넘어서면 압축기 효율이 급격하게 저하되는 것을 알 수 있다. 이는 압축기의 고속 운전 영역에서 토출구를 통과하려는 냉매에 대한 유로저항이 급격하게 상승하여 유로손실이 발생하면서 결국 압축기의 효율저하를 초래하게 되는 것으로 판단될 수 있다.

반면, 상기 비율(α)이 0.07배 이상인 경우에는 도면에서 실선으로 나타낸 바와 같이 대략 60Hz 이상의 고속 운전 영역에서도 압축기의 효율이 지속적으로 상승하는 것을 알 수 있다. 이는 압축기의 고속 운전 영역에서 토출구를 통과하려는 냉매에 대한 유로저항이 상대적으로 감소하여 유로손실이 줄면서 결국 압축기의 효율상승을 유도하게 되는 것으로 판단될 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 상기 토출구의 직경을 고정자의 외경과 비교하여 그 적정한 값을 구한 것이나, 상기 토출구의 직경이 고정자의 외경 외에도 압축기의 용량을 나타내는 다른 대상과 비교할 수도 있다. 예컨대, 상기 토출구의 직경을 고정자의 외경과 유사한 케이싱의 내경과 비교할 수도 있고, 케이싱의 내부체적과도 비교할 수 있다. 그리고 상기 구동모터에 인가되는 전압범위와도 비교할 수 있다. 하지만, 전압은 압축기의 용량과도 관련이 있으나 압축기의 용량과는 무관하게 주변 조건에 따라 가변될 수 있으므로 특정적인 비교대상이 되지 않을 수도 있다.

본 발명에 의한 밀폐형 압축기는 전술한 실시예에서와 같이 단식 로터리 압축기는 물론 복식 로터리 압축기에도 동일하게 적용될 수 있다. 그리고 로터리 압축기 외에도 냉매의 흡입과 토출이 주기적으로 발생되는 왕복동식 압축기 등에도 유사하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 로터리 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 로터리 압축기에서 토출밸브를 분해하여 보인 사시도,

도 3은 도 1에 따른 로터리 압축기에서 토출구의 직경을 고정자의 외경과 비례하여 설명하기 위해 보인 종단면도,

도 4는 도 1에 따른 로터리 압축기에서 토출구의 직경을 고정자의 외경과 비례한 값에 따른 압축기 효율을 비교하여 보인 그래프.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 10 : 구동모터

11 : 고정자 12 : 회전자

20 : 압축부 21 : 실린더

22 : 상부베어링 22b : 토출구

23 : 하부베어링 24 : 롤링피스톤

25 : 토출밸브 25a : 밸브판

25b : 리테이너

Claims (5)

1. 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱;

   상기 케이싱의 내부공간에 설치되어 구동력을 발생하는 구동모터; 및

   상기 구동모터에 결합되어 냉매를 압축하도록 압축공간을 구비하고, 그 압축공간에서 압축된 냉매를 상기 케이싱의 내부공간으로 토출하도록 토출구가 구비되며, 상기 토출구를 개폐하도록 토출밸브가 구비되는 압축부;를 포함하고,

   상기 토출구의 직경(d)은 상기 고정자의 외경(D) 대비 0.07배 이상이 되도록 형성되는 밀폐형 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구동모터는 회전속도가 가변되는 인버터 모터인 밀폐형 압축기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 토출밸브는 그 일단이 상기 압축부에 고정되는 고정부를 이루고, 그 타단이 상기 고정부를 중심으로 회전하면서 상기 토출구를 개폐하는 개폐부를 이루는 밀폐형 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 고정자는 그 외경이 상기 케이싱의 내경과 동일하게 형성되는 밀폐형 압축기.
5. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 압축부는 압축공간을 구비하여 상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 실린더조립체와, 상기 실린더조립체에서 선회운동을 하면서 냉매를 이동시키는 롤링피스톤과, 상기 롤링피스톤에 압접되어 직선운동을 하면서 상기 실린더의 내부공간을 흡입영역과 토출영역으로 구획하는 베인;을 포함하는 밀폐형 압축기.

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