KR101878989B1 - 압축기 및 공기 조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기 및 공기 조화기에 관한 것이다. 일 측면에 따른 압축기는, 하우징; 상기 하우징 내에서 냉매를 다단으로 압축하기 위한 압축부; 및 상기 압축부를 구동하기 위한 구동부를 포함하고, 상기 압축부는, 서로 다른 압력의 냉매를 압축하기 위한 다수의 실린더와, 상기 다수의 실린더 사이에 구비되어 상기 다수의 실린더를 연통시키며, 인젝션되는 냉매가 유입되기 위한 하나 이상의 챔버를 포함한다.

Description

압축기 및 공기 조화기{Compressor and air conditioner}

본 명세서는 압축기 및 공기 조화기에 관한 것이다.

공기 조화기는 실내의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 가전기기이다. 이를테면, 여름에는 실내를 시원한 냉방상태로, 겨울에는 실내를 따뜻한 난방상태로 조절하고, 또한 실내의 습도를 조절하며, 실내의 공기를 쾌적한 청정상태로 조절한다.

상세히, 공기 조화기는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 수행하는 냉동 사이클을 포함하며, 이에 따라 실내공간의 냉방 또는 난방운전을 수행할 수 있다.

이러한 공기 조화기는 실내기와 실외기의 분리 여부에 따라, 실내기와 실외기가 각각 분리된 분리형 공기조화기와, 실내기와 실외기를 하나의 장치로 결합된 일체형 공기조화기로 구분될 수 있다.

실외기에는 외기와 열교환하는 실외 열교환기가 포함되며, 실내기에는 실내 공기와 열교환하는 실내 열교환기가 포함된다. 공기 조화기는 냉방 모드 또는 난방 모드로 전환 가능하게 작동될 수 있다.

상기 공기 조화기가 냉방모드로 운전되는 경우, 상기 실외 열교환기는 응축기, 상기 실내 열교환기는 증발기로 기능한다. 반면에, 상기 공기 조화기가 난방모드로 운전되는 경우, 상기 실외 열교환기는 증발기, 상기 실내 열교환기는 응축기로서 기능한다.

도 7에는 종래의 냉매 사이클 P-H 선도가 도시된다. 도 7을 참조하면, 냉매는 상태 a에서 압축기로 흡입되며, 상기 압축기에서 압축된 후 b의 상태로 토출되어 응축기로 유입된다. b 상태의 냉매는 액상으로 형성될 수 있다.

그리고, 냉매는 상기 응축기에서 응축된 후 c의 상태로 토출되며, 팽창장치에서 교축되어 d의 상태, 즉 2상 상태로 변화된다. 상기 팽창장치에서 교축된 냉매는 증발기로 유입되며, 상기 증발기에서 열교환되어 a의 상태로 변화된다. a 상태의 냉매는 기상이며, 이 상태에서 상기 압축기로 유입된다. 이러한 냉매의 사이클이 반복된다.

이러한 종래기술에 의하면, 냉방 또는 난방 성능이 제한될 수 있다.

상세히, 외기 조건이 좋지 않을 경우, 즉 공기 조화기가 설치된 지역의 외기온도가 매우 높거나 매우 낮은 경우, 원하는 냉난방 성능을 얻기 위하여 충분한 냉매 순환량이 확보되어야 한다.

이를 위하여, 압축기의 능력을 증대하기 위하여 용량이 큰 압축기를 구비하여야만 하는데, 이 경우 공기 조화기의 제조 또는 설치비용이 증가되는 문제점이 있었다.

그리고, 응축기에서 토출되는 냉매의 상태가 과냉 상태일 경우, 즉 냉매의 과냉도가 확보되면 증발기의 증발능력, 즉 d-a를 연결하는 라인의 하부 면적이 증가될 수 있음에도, 도 7과 같은 시스템에서는 냉매의 과냉도를 확보할 수 없으므로 이러한 성능의 향상을 기대할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 압축기로 인젝션되는 냉매 유량을 증대할 수 있는 압축기 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하는 것에 있다.

일 측면에 따른 압축기는, 하우징; 상기 하우징 내에서 냉매를 다단으로 압축하기 위한 압축부; 및 상기 압축부를 구동하기 위한 구동부를 포함하고, 상기 압축부는, 서로 다른 압력의 냉매를 압축하기 위한 다수의 실린더와, 상기 다수의 실린더 사이에 구비되어 상기 다수의 실린더를 연통시키며, 인젝션되는 냉매가 유입되기 위한 하나 이상의 챔버를 포함한다.

다른 측면에 따른 공기 조화기는, 냉매를 다단으로 압축하기 위한 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 토출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 바이패스하여 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 유로; 및 상기 응축기에서 토출된 냉매 중 팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하며, 상기 압축기는, 서로 다른 압력의 냉매를 압축하기 위한 다수의 실린더와, 상기 다수의 실린더 사이에 구비되어 상기 다수의 실린더를 연통시키며, 인젝션되는 냉매가 유입되기 위한 하나 이상의 챔버를 포함한다.

제안되는 발명에 의하면, 압축기의 서로 다른 위치로 냉매가 인젝션 되도록 함으로써 시스템의 냉매 순환량을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 냉난방 성능이 향상될 수 있다는 효과가 있다.

그리고, 중간압력을 형성하는 냉매가 압축기로 인젝션 될 수 있으므로, 압축기에서 냉매를 압축하는 데 소요되는 동력을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 냉난방 효율이 증대될 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화기의 운전에 따른 냉매 시스템을 보여주는 P-H 선도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압축기의 구조를 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하부 실린더의 구성을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 중간 실린더의 구성을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부 실린더의 구성을 보여주는 도면.
도 7에는 종래의 냉매 사이클 P-H 선도.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화기의 운전에 따른 냉매 시스템을 보여주는 P-H 선도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기(1)는 냉매가 순환하는 냉동 사이클을 포함한다. 상기 공기 조화기(1)는 냉매의 순환 방향에 따라 냉방 또는 난방운전이 수행될 수 있다.

공기 조화기(1)는 상기 공기 조화기(1)는, 냉매를 압축하기 위한 압축기(10)와, 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매가 응축되도록 하는 응축기(20)와, 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 선택적으로 팽창시키기 위한 제 1 팽창장치(30) 및 제 2 팽창장치(60)와, 상기 제 1 및 제 2 팽창장치(30,60)를 거친 냉매가 증발되도록 하는 증발기(70)를 포함할 수 있다.

상기 압축기(10)는 다단 압축 가능하도록 구성되며, 일 예로 로터리(rotary) 압축기일 수 있다. 이와 관련된 설명은 후술한다.

상기 공기 조화기(1)는, 상기 응축기(20)를 통과한 냉매가 과냉각 되도록 하는 복수의 과냉각 장치(40, 50)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 과냉각 장치(40, 50)는, 상기 제 1 팽창장치(30)를 통과한 냉매를 과냉각 시키는 제 2 과냉각 장치(50) 및 상기 제 2 과냉각 장치(50)를 거친 냉매를 과냉각 시키는 제 1 과냉각 장치(40)를 포함한다. 상기 응축기(20)에서 토출된 냉매는 상기 제 1 팽창장치(30)를 거치면서 팽창되지 않을 수 있다.

상기 공기 조화기(1)는, 상기 제 1 팽창장치(30)를 통과한 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 바이패스 되도록 하는 제 2 인젝션 유로(90) 및 상기 제 2 인젝션 유로(90)에 구비되며 바이패스 되는 냉매의 양을 조절하는 제 2 인젝션 팽창부(95)를 포함할 수 있다. 냉매는 상기 제 2 인젝션 팽창부(95)를 통과하는 과정에서 팽창될 수 있다.

상기 제 1 팽창장치(30)를 통과한 냉매 중 바이패스 된 냉매를 "제 1 분지 냉매"라 하고, 제 1 분지 냉매를 제외한 나머지 냉매를 "메인 냉매"라 이름한다. 상기 제 2 과냉각장치(50)에서는, 상기 메인 냉매와 제 1 분지 냉매간에 열교환이 이루어진다.

상기 제 1 분지 냉매는 상기 제 2 인젝션 팽창부(95)를 통과하면서 저온 저압으로 변하므로 상기 메인 냉매와 열교환 되는 과정에서 흡열하게 되며, 상기 메인 냉매는 상기 제 1 분지 냉매로 방열하게 된다. 따라서, 상기 메인 냉매는 과냉각 될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 과냉각장치(50)를 통과한 제 1 분지 냉매는 상기 제 2 인젝션 유로(90)를 통하여 상기 압축기(10)로 유입(인젝션) 된다.

상기 제 2 인젝션 유로(90)는, 상기 압축기(10)로 냉매를 인젝션하는 제 2 인젝션 유입관(91)을 포함한다. 상기 제 2 인젝션 유입관(91)은 상기 압축기(10)의 제 1 위치에 연결된다.

상기 공기 조화기(1)는, 상기 제 2 과냉각 장치(50)를 통과한 메인 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 바이패스 되도록 하는 제 1 인젝션 유로(80) 및 상기 제 1 인젝션 유로(80)에 구비되며 바이패스 되는 냉매의 양을 조절하는 제 1 인젝션 팽창부(85)를 포함할 수 있다. 냉매는 상기 제 1 인젝션 팽창부(85)를 통과하는 과정에서 팽창될 수 있다.

상기 제 1 인젝션 유로(80)로 바이패스 되는 냉매를 "제 2 분지 냉매"라 이름한다. 상기 제 1 과냉각장치(40)에서는, 상기 메인 냉매와 제 2 분지 냉매간에 열교환이 이루어진다.

상기 제 2 분지 냉매는 상기 제 1 인젝션 팽창부(85)를 통과하면서 저온 저압으로 변하므로 상기 메인 냉매와 열교환 되는 과정에서 흡열하게 되며, 상기 메인 냉매는 상기 제 2 분지 냉매로 방열하게 된다. 따라서, 상기 메인 냉매는 과냉각 될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 과냉각장치(40)를 통과한 제 2 분지 냉매는 상기 제 1 인젝션 유로(80)를 통하여 상기 압축기(10)로 유입(인젝션) 된다.

상기 제 1 인젝션 유로(80)는, 상기 압축기(10)로 냉매를 인젝션하는 제 1 인젝션 유입관(81)을 포함한다. 상기 제 1 인젝션 유입관(81)은 상기 압축기(10)의 제 2 위치에 연결된다. 즉, 상기 제 1 인젝션 유입관(81)과 제 2 인젝션 유입관(91)은 상기 압축기(10)의 서로 다른 위치에 연결된다.

상기 제 1 과냉각장치(40)를 통과한 냉매는 상기 제 2 팽창장치(60)를 통과하면서 팽창된 후, 상기 증발기(70)로 유입된다.

도 2를 참조하여, 공기 조화기를 순환하는 냉매 시스템의 P-H(압력-엔탈피) 선도를 설명한다.

상기 압축기(10)에 흡입되는 냉매(A 상태)는 1차적으로 압축된 후에 상기 제 1 인젝션 유로(80)를 통하여 상기 압축기(10)로 인젝션 된 냉매와 혼합된다. 혼합된 냉매는 B의 상태를 나타낸다. 냉매가 A 상태로부터 B 상태에 이르기까지 압축되는 과정을 "1단 압축"이라 칭한다.

냉매(B 상태)는 다시 2차적으로 압축되며, 압축된 냉매는 상기 제 2 인젝션 유로(90)를 통하여 상기 압축기(10)로 인젝션된 냉매와 혼합된다. 혼합된 냉매는 C의 상태를 나타낸다. 냉매가 B 상태로부터 C 상태에 이르기까지 압축되는 과정을 "2단 압축"이라 칭한다.

냉매(C 상태)는 다시 3차적으로 압축되어 D의 상태에서 상기 응축기(20)로 유입되며, 상기 응축기(20)에서 토출되면 E의 상태를 나타낸다. 냉매가 C 상태로부터 D 상태에 이르기까지 압축되는 과정을 "3단 압축"이라 칭한다.

상기 응축기(20)를 통과한 냉매 중 바이패스되어 상기 제 2 인젝션 팽창부(95)를 거친 냉매(제 1 분지 냉매)는 팽창(K 상태)되며, E 상태의 메인 냉매와 열교환 된다. 이 과정에서 E 상태의 메인 냉매는 G 상태로 과냉각 되며, K 상태의 제 1 분지 냉매는 상기 압축기(10)로 인젝션 된 후 상기 압축기(10) 내의 냉매와 혼합되어 C 상태를 나타낸다.

상기 제 2 과냉각 장치(50)를 통과한 메인 냉매(G 상태) 중 바이패스 되어 상기 제 1 인젝션 팽창부(85)를 거친 냉매(제 2 분지 냉매)는 M 상태로 팽창되며, 상기 메인 냉매와 열교환 된다. 이 과정에서 G 상태의 메인 냉매는 H 상태로 과냉각 되며, M 상태의 제 2 분지 냉매는 상기 압축기(10)로 인젝션 된 후 상기 압축기(10)내의 냉매와 혼합되어 B 상태를 나타낸다.

H 상태로 과냉각된 메인 냉매는 상기 제 2 팽창장치(60)에서 팽창된 후 상기 증발기(70)로 유입되며, 상기 증발기(70)에서 열교환 되어 상기 압축기(10)로 유입된다.

한편, 본 명세서에서 D-H를 연결하는 선도의 압력을 "고압", C-K를 연결하는 선도의 압력, 즉 제 2 인젝션 유로(90)에서의 압력을 "제 2 중간압", B-M을 연결하는 선도의 압력, 즉 제 1 인젝션 유로(80)에서의 압력을 "제 1 중간압", A-I를 연결하는 선도의 압력을 "저압"이라 이름할 수 있다.

이 때, 상기 제 1 인젝션 유로(80)를 통하여 상기 압축기(10)로 인젝션 되는 유량(Q1)은 상기 고압과 제 1 중간압의 차이 압력에 비례할 수 있고, 상기 제 2 인젝션 유로(90)를 통하여 상기 압축기(10)로 인젝션 되는 유량(Q2)은 상기 고압과 제 2 중간압의 차이 압력에 비례할 수 있다.

따라서, 상기 제 1 중간압과 제 2 중간압을 저압측에 형성시킬수록 상기 압축기(10)로 인젝션 되는 유량은 많아질 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압축기의 구조를 보여주는 단면도이다.

도 3에는 일 예로 로터리 압축기의 단면도가 개시된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압축기(10)는, 밀폐된 하우징(101)과, 냉매를 다단 압축하기 위한 압축부(120)과, 상기 압축부(120)와 연결되어 상기 압축부(120)를 동작시키기 위한 구동부(110)를 포함할 수 있다.

상기 하우징(101)에는 저압의 냉매 유입되기 위한 냉매 유입관(75)과, 압축된 고압의 냉매가 토출되기 위한 냉매 토출관(22)과, 제 1 중간압의 냉매가 인젝션되기 위한 제 1 인젝션 유입관(81)과, 제 2 중간압의 냉매가 인젝션되기 위한 제 2 인젝션 유입관(91)이 연결될 수 있다. 이 때, 도시되지는 않았으나, 상기 제 1 인젝션 유입관(81) 및 제 2 인젝션 유입관(91)에는 인젝션된 냉매의 역류를 방지하기 위한 체크 밸브가 구비될 수 있다.

상기 구동부(110)는, 스테이터(111), 로터(112) 및 회전축(113)을 포함할 수 있다. 상기 스테이터(111)는 링 형상의 전가 강판을 적층한 라미네이션과 라미네이션에 권선된 코일을 구비할 수 있다. 상기 로터(112)는 전자 강판을 적층한 라미네이션을 구비할 수 있다. 상기 회전축(113)은 상기 로터(112)의 중앙을 관통하며 상기 로터(112)에 고정된다. 또한, 상기 회전축(113)은 상기 압축부(120)의 중앙을 관통한다. 상기 구동부(110)에 전류가 인가되면, 상기 스테이터(111)와 상기 로터(112)의 상호 전자기력에 의해서 상기 로터(112)가 회전되며, 상기 로터(112)에 고정된 회전축(113) 또한 상기 로터(112)와 함께 회전된다.

상기 압축부(120)는 상하로 이격되는 다수의 실린더(130, 150, 170)를 포함한다. 상기 각 실린더(130, 150, 170)는 상기 하우징(110) 내면에 고정될 수 있다.

상기 다수의 실린더(130, 150, 170)는, 하부 실린더(130)(또는 제1실린더)와, 중간 실린더(150)(또는 제2실린더) 및 상부 실린더(170)(또는 제3실린더)를 포함한다. 상기 하부 실린더(130)는 저압의 냉매를 압축하는 저압 실린더이고, 상기 중간 실린더(150)는 1차적으로 압축된 냉매를 2차적으로 압축하는 중압 실린더이며, 상기 상부 실린더(170)는 2차적으로 압축된 냉매를 3차적으로 압축하는 고압 실린더이다.

상기 하부 실린더(130)의 하측에는 상기 하부 실린더(130)에 결합되어 상기 하부 실린더(130)와 함께 하부 압축실(131: 또는 제1압축실)을 형성하는 하부 플레이트(180)가 결합된다. 상기 하부 실린더(130)에는 저압의 냉매가 흡입되기 위한 제1냉매 유입부(132)가 형성된다. 상기 제1냉매 유입부(132)에는 상기 하우징(101)을 관통한 냉매 유입관(75)이 삽입될 수 있다.

또한, 상기 하부 실린더(130)에는 1차적으로 압축된 냉매가 토출되는 제1냉매 토출부(133)가 형성된다. 상기 회전축(113)은 상기 하부 실린더(130)의 중앙부를 관통하며, 상기 회전축(113)에는 제1편심부(114)가 일체로 형성된다. 그리고, 상기 제1편심부(114)에 하부 롤러(136)(또는 제1롤러)가 결합된다.

상기 하부 실린더(130)와 상기 중간 실린더(150) 사이에는 상기 하부 실린더에서 1차적으로 압축된 냉매와 제 1 인젝션 유입관(81)을 통하여 인젝션된 냉매(제 2 분지 냉매)가 혼합되는 제1챔버(140)가 형성된다. 상기 제1챔버(140)에서 냉매가 혼합된 상태(도 2에서 B 상태)에서 상기 중간 실린더(150)로 이동된다.

상기 제1챔버(140)는 상하로 이격된 제1하부판(141)과 제1상부판(145) 사이에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 인젝션 유입관(81)은 상기 제1챔버(140)와 대응되는 위치에서 상기 하우징(101)에 연결된다.

상기 제1하부판(141)은 상기 하부 실린더(130)의 상측에 연결되어 상기 하부 실린더(130)와 함께 상기 하부 압축실(131)을 형성한다. 그리고, 상기 제1하부판(141)에는 상기 하부 실린더(130)에서 압축된 냉매가 토출되는 하부 실린더 토출포트(142)가 형성된다.

상기 제1상부판(145)은 상기 중간 실린더(150)의 하측에 연결되어 상기 중간 실린더(150)와 함께 중간 압축실(151: 제2압축실)을 형성한다. 상기 제1상부판(145)에는 상기 제1챔버(140)의 냉매가 상기 중간 실린더(150)로 유입되도록 하는 중간 실린더 유입포트(146)가 형성된다.

상기 중간 실린더(150)에는 상기 제1챔버(140)의 냉매가 유입되는 제2냉매 유입부(152)와, 상기 중간 압축실(151)에서 2차적으로 압축된 냉매가 토출되는 제2냉매 토출부(153)가 형성된다.

상기 회전축(113)은 상기 중간 실린더(150)의 중앙부를 관통하며, 상기 회전축(113)에는 제2편심부(115)가 일체로 형성된다. 그리고, 상기 제2편심부(115)에 중간 롤러(156)(또는 제2롤러)가 결합된다.

상기 중간 실린더(150)와 상기 상부 실린더(170) 사이에는 상기 중간 실린더(150)에서 2차적으로 압축된 냉매와 상기 제 2 인젝션 유입관(91)을 통하여 인젝션된 냉매(제 1 분지 냉매)가 혼합되는 제2챔버(160)가 형성된다. 상기 제2챔버(160)에서 냉매가 혼합된 상태(도 2에서 C 상태)에서 상기 상부 실린더(170)로 이동된다.

상기 제2챔버(160)는 상하로 이격된 제2하부판(161)과 제2상부판(165) 사이에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 인젝션 유입관(91)은 상기 제2챔버(160)와 대응되는 위치에서 상기 하우징(110)에 연결된다.

상기 제2하부판(161)은 상기 중간 실린더(150)의 상측에 연결되어 상기 중간 실린더(150)와 함께 상기 중간 압축실(151)을 형성한다. 그리고, 상기 제2하부판(161)에는 상기 중간 실린더(150)에서 압축된 냉매가 토출되는 중간 실린더 토출포트(162)가 형성된다.

상기 제2상부판(165)은 상기 상부 실린더(170)의 하측에 연결되어 상기 상부 실린더(170)와 함께 상부 압축실(171: 또는 제3압축실)을 형성한다. 상기 제2상부판(165)에는 상기 제2챔버(160)의 냉매가 상기 상부 실린더(170)로 유입되도록 하는 상부 실린더 유입포트(166)가 형성된다.

상기 상부 실린더(170)는, 상기 제2챔버(160)의 냉매가 유입되는 제3냉매 유입부(172)와, 상기 상부 압축실(171)에서 3차적으로 압축된 냉매가 토출되는 제3냉매 토출부(173)가 형성된다.

상기 상부 실린더(170)의 상측에는 상기 상부 실린더(170)에 결합되어 상기 상부 실린더(170)와 함께 상부 압축실(171)을 형성하는 상부 플레이트(190)가 결합된다. 그리고, 상기 상부 플레이트(190)에는 머플러(202)가 결합될 수 있다. 그리고, 상기 상부 플레이트(190) 및 머플러(202)에는 각각 냉매가 통과하기 위한 홀이 형성될 수 있다. 즉, 본 실시 예에서 냉매를 압축하기 위한 압축실(131, 151, 171)은 직렬로 배치된다.

본 실시 예에서, 상기 제1편심부(114)와, 상기 제2편심부(115) 및 상기 제3편심부(116)는 대략 120도의 위상차를 가지도록 배치될 수 있다. 또는, 상기 제1편심부(114)와 상기 제3편심부(116)는 상기 제2편심부(116)와 대략 180도의 위상차를 가지도록 배치될 수 있다. 즉, 인접하는 두 개의 편심부는 위상차를 가지도록 배치될 수 있다.

한편, 본 실시 예에서 상기 각 실린더(130, 150, 170)의 내경은 동일하고, 높이는 하부 실린더(130)가 H1, 중간 실린더(150)가 H2, 상부 실린더(170)가 H3일 수 있다. 따라서, 각 실린더의 체적(V1, V2, V3)은 H1, H2, H3와 비례할 수 있다.

본 실시 예에서는 상기 각 실린더의 체적(높이)은 서로 다를 수 있으며, 하부 실린더(130)의 체적(V1)은 상부 실린더(170)의 체적(V3) 보다 클 수 있다. 상기 중간 실린더(150)의 체적(V2)은 하부 실린더(130)의 체적(V1) 보다 작고, 상기 상부 실린더(170)의 체적(V3) 보다는 클 수 있다. 다른 예로서, 상기 중간 실린더(150)의 체적(V2)은 V1 또는 V3 중 어느 하나와 같을 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 하부 실린더(130)의 체적(V1)과 중간 실린더(150)의 체적(V2)은 하기의 조건1을 만족할 수 있다.

0.5 ≤ V1/(V1+V2) ≤ 0.7

그리고, 상기 중간 실린더(150)의 체적(V2)과 상부 실린더(170)의 체적(V3)은 하기의 조건2를 만족할 수 있다.

0.5 ≤ V2/(V2+V3) ≤ 0.7

본 실시 예에 의하면, 각 압축실(131, 151, 171)을 연통시키기 위한 유로가 상기 압축기(10) 내부에 위치되므로, 상기 압축기(10) 외부에서의 유로 구성이 간단해지는 장점이 있고, 상기 압축기(10)에 연결되는 배관이 불필요하므로, 상기 압축기(10)가 설치되는 공간의 활용도가 향상되는 장점이 있다.

본 실시 예에서는 공기 조화기의 운전 조건에 따라서, 상기 제 1 인젝션 유입관 및 상기 제 2 인젝션 유입관 중 하나 이상을 통하여 냉매가 상기 압축기로 인젝션될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하부 실린더의 구성을 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 제1냉매 유입부(132)와 제1냉매 토출부(133) 사이에 하부 베인(137)(또는 제1베인)이 구비될 수 있다. 상기 하부 베인(137)은 상기 하부 실린더(130)에 반경방향으로 형성된 베인홈(135)에 일측이 삽입된 상태에서 타측이 상기 하부 압축실(131)로 돌출될 수 있다. 그리고, 상기 하부 베인(137)의 일측 단부는 상기 베인홈(135)에 삽입된 제1탄성부재(138)에 의해서 탄성 지지될 수 있다. 상기 제1탄성부재(138)에 의해서 상기 하부 베인(137)은 상기 하부 롤러(136)와 접촉된 상태를 유지할 수 있다. 이때, 상기 하부 베인(137)의 타측 단부는 곡면(137a)으로 형성된다. 따라서, 상기 원형의 하부 롤러(136)가 편심 회전 하더라도, 하부 롤러(136)와 접촉된 상태를 유지할 수 있다. 상기와 같이 하부 베인(137)은 베인홈(135)에서 출몰하면서, 상기 하부 압축실(131)의 공간을 구획할 수 있다.
상기 하부 압축실(131)의 내부 공간은 상기 하부 베인(137)과 하부 롤러(136)에 의해서 구획되어, 압축 전/후의 냉매가 상기 하부 압축실(131) 내에 공존할 수 있다. 상기 하부 압축실(131)은 상기 하부 베인(137)과 하부 롤러(136)에 의해서 압축 전의 냉매가 위치할 수 있는 제1하부 압축실(S1)과 압축된 냉매가 위치할 수 있는 제2하부 압축실(D1)로 구분될 수 있다. 상기 제1냉매 유입부(132)의 냉매가 상기 제1하부 압축실(S1)로 유입되고, 상기 제1하부 압축실(D1)의 냉매가 상기 제1냉매 토출부(133)를 통하여 토출될 수 있다.

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도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 중간 실린더의 구성을 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 상기 제2냉매 유입부(152)와 제2냉매 토출부(153) 사이에 중간 베인(157)(또는 제2베인)이 구비될 수 있다. 상기 중간 베인(157)은 상기 중간 실린더(150)에 반경방향으로 형성된 베인홈(155)에 삽입된 상태에서 타측이 상기 중간 압축실(151)로 돌출될 수 있다. 그리고, 상기 중간 베인(157)의 일측 단부는 상기 베인홈(155)에 삽입된 제2탄성부재(158)에 의해서 탄성 지지될 수 있다. 상기 제2탄성부재(158)에 의해서 상기 중간 베인(157)은 상기 중간 롤러(156)와 접촉된 상태를 유지할 수 있다. 이때, 상기 중간 베인(157)의 타측 단부는 곡면(157a)으로 형성된다. 따라서, 상기 원형의 중간 롤러(156)가 편심 회전 하더라도, 중간 롤러(156)와 접촉된 상태를 유지할 수 있다. 상기와 같이 중간 베인(157)은 베인홈(155)에서 출몰하면서, 상기 중간 압축실(151)의 공간을 구획할 수 있다.

상기 중간 압축실(151)의 내부 공간은 상기 중간 베인(157)과 중간 롤러(156)에 의해서 구획되어, 압축 전/후의 냉매가 상기 중간 압축실(151) 내에 공존할 수 있다. 상기 중간 압축실(151)은 상기 중간 베인(157)과 중간 롤러(156)에 의해서 압축 전(중간 압축실에서 압축되기 전을 의미함)의 냉매가 위치할 수 있는 제1중간 압축실(S2)과 압축된 냉매가 위치할 수 있는 제2중간 압축실(D2)로 구분될 수 있다. 상기 제2냉매 유입부(152)를 유동한 냉매가 상기 제1중간 압축실(S2)로 유입되고, 상기 제2중간 압축실(D2)의 냉매가 상기 제2냉매 토출부(153)를 통하여 토출될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부 실린더의 구성을 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 상기 제3냉매 유입부(172)와 제3냉매 토출부(173) 사이에 상부 베인(177)(또는 제3베인)이 구비될 수 있다. 상기 상부 베인(177)은 상기 상부 실린더(170)에 반경방향으로 형성된 베인홈(175)에 일측이 삽입된 상태에서 타측이 상기 상부 압축실(171)로 돌출될 수 있다. 그리고, 상기 상부 베인(177)의 일측 단부는 상기 베인홈(175)에 삽입된 제3탄성부재(178)에 의해서 탄성 지지될 수 있다. 상기 제3탄성부재(178)에 의해서 상기 상부 베인(177)은 상기 하부 롤러(176)와 접촉된 상태를 유지할 수 있다. 이때, 상기 상부 베인(177)의 타측 단부는 곡면(177a)으로 형성된다. 따라서, 상기 원형의 상부 롤러(176)가 편심 회전 하더라도, 상부 롤러(176)와 접촉된 상태를 유지할 수 있다. 상기와 같이 상부 베인(177)은 베인홈(175)에서 출몰하면서, 상기 상부 압축실(171)의 공간을 구획할 수 있다.

상기 상부 압축실(171)의 내부 공간은 상기 상부 베인(177)과 하부 롤러(176)에 의해서 구획되어, 압축 전/후의 냉매가 상기 상부 압축실(171) 내에 공존할 수 있다. 상기 상부 압축실(171)은 상기 상부 베인(177)과 중간 롤러(176)에 의해서 압축 전(상부 압축실에서 압축되기 전을 의미함)의 냉매가 위치할 수 있는 제1상부 압축실(S3)과 압축된 냉매가 위치할 수 있는 제2상부 압축실(D3)로 구분될 수 있다. 상기 제3냉매 유입부(172)를 유동한 냉매가 상기 제1상부 압축실(S3)로 유입되고, 상기 제2상부 압축실(D3)의 냉매가 상기 제3냉매 토출부(173)를 통하여 토출될 수 있다.

이와 같은 본 실시 예에 의하면, 압축기의 서로 다른 위치로 냉매가 인젝션 되도록 함으로써 시스템의 냉매 순환량을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 냉난방 성능이 향상될 수 있다는 효과가 있다.

또한, 증발압보다 높은 압력의 냉매를 인젝션하여 압축하므로, 동일 냉매량을 압축하는데 소요되는 압축기 동력이 감소되어 압축 효율이 향상되는 장점이 있다.

또한, 서로 다른 중간압의 냉매를 각각 서로 다른 위치에서 상기 압축기로 인젝션하는 경우, 상기 압축기의 토출 온도가 감소될 수 있게 되어 고압에서의 운전이 가능하고, 상기 압축기 내부의 온도를 낮춰 압축 효율이 상승할 수 있다.

또한, 압축기로의 냉매 인젝션에 의해서 증발기로 유입되는 냉매가 상태가 변경되므로, 증발능력이 향상되고, 응축기의 유량이 증가되어 응축 능력이 향상될 수 있다.

위의 예에서는 상기 각 압축실을 연통시키기 위한 각 챔버가 하부판과 상부판에 의해서 형성되는 것으로 설명되었으나, 이와 달리 연결관에 의해서 각 압축실이 연통되고, 연결관에 인젝션 유입관이 연결되는 것도 가능하다.

또한, 도 1에서는 중간압력을 형성하는 냉매를 인젝션 하기 위하여, 복수의 과냉각 장치가 구비되는 것으로 설명되었으나, 이와는 달리, 상기 복수의 과냉각 장치 중 적어도 하나는 상분리기(Phase separator)로 대체될 수 있다.

상기 상분리기는 2상 상태의 냉매 중 적어도 일부의 기상냉매를 분리하여 상기 압축기로 유입시키는 장치로서 이해될 수 있다.

1: 공기 조화기 10: 압축기

Claims (18)

1. 하우징;
   상기 하우징 내에서 냉매를 다단으로 압축하기 위한 압축부; 및
   상기 압축부를 구동하기 위한 구동부를 포함하고,
   상기 압축부는,
   서로 다른 압력의 냉매를 압축하기 위해 압축실을 구비하고, 반경방향으로 베인홈이 형성된 다수의 실린더와,
   상기 다수의 실린더 사이에 구비되어 상기 다수의 실린더를 연통시키며, 인젝션되는 냉매가 유입되기 위한 하나 이상의 챔버와,
   일단이 상기 베인홈에 삽입되고, 타단의 적어도 일부가 곡면으로 형성되어 상기 압축실로 돌출되는 베인과,
   상기 베인홈에 수용되어 상기 베인의 일측을 탄성 지지하면서, 상기 베인을 압축실 측으로 밀어내는 탄성부재를 포함하고,
   상기 베인은, 상기 베인홈에서 출몰하면서, 상기 압축실의 공간을 구획하는 것을 특징으로 하는 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수의 실린더는, 유입된 냉매를 1차적으로 압축하기 위한 제1압축실을 구비하는 제1실린더와,
   상기 제1실린더에서 토출된 냉매를 2차적으로 압축하기 위한 제2압축실을 구비하는 제2실린더를 포함하고,
   상기 하나 이상의 챔버는 상기 제1실린더에서 토출된 냉매와 인젝션된 냉매가 혼합되는 제1챔버를 포함하는 압축기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1챔버는, 제1하부판과 제1상부판 사이에 형성되며,
   상기 제1하부판은 상기 제1실린더의 상측에 연결되고,
   상기 제1상부판은 상기 제2실린더의 하측에 연결되는 압축기.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1실린더는 제1냉매 유입부와, 상기 제1압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 제1냉매 토출부를 포함하고,
   상기 베인은 상기 제1냉매 유입부와 상기 제1냉매 토출부 사이에 위치되는 압축기.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1하부판에는 상기 제1압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 제1실린더 토출포트가 형성되고,
   상기 제1상부판에는 상기 제1챔버의 혼합 냉매가 유입되는 제2실린더 유입포트가 형성되는 압축기.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2실린더는 제2냉매 유입부와, 상기 제2압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 제2냉매 토출부를 포함하고,
   상기 베인은 상기 제2냉매 유입부와 상기 제2냉매 토출부 사이에 위치되는 압축기.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2실린더에서 압축된 냉매를 3차적으로 압축하기 위한 제3압축실을 구비하는 제3실린더와,
   상기 제2실린더와 제3실린더를 연통시키며, 상기 제1챔버로 인젝션된 냉매와 다른 상태의 냉매가 인젝션되는 제2챔버를 더 포함하는 압축기.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제2챔버는, 제2하부판과 제2상부판 사이에 형성되며,
   상기 제2하부판은 상기 제2실린더의 상측에 연결되고,
   상기 제2상부판은 상기 제3실린더의 하측에 연결되는 압축기.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 제3실린더는 제3냉매 유입부와, 상기 제3압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 제3냉매 토출부를 포함하고,
   상기 베인은 상기 제3냉매 유입부와 상기 제3냉매 토출부 사이에 위치되는 압축기.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2하부판에는 상기 제2압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 제2실린더 토출포트가 형성되고,
    상기 제2상부판에는 상기 제2챔버의 혼합 냉매가 유입되는 제3실린더 유입포트가 형성되는 압축기.
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 각 실린더를 관통하는 구동축을 포함하고,
    상기 구동축에는 각 실린더와 대응되는 제1편심부, 제2편심부, 제3편심부가 구비되며,
    인접하는 두 개의 편심부는 위상차를 가지도록 배치되는 압축기.
12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1압축실, 제2압축실 및 제3압축실의 체적은 서로 다른 압축기.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1압축실의 체적은 상기 제3압축실의 체적보다 큰 압축기.
14. 냉매를 다단으로 압축하기 위한 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기;
    상기 응축기에서 토출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 바이패스하여 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 유로; 및
    상기 응축기에서 토출된 냉매 중 팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하며,
    상기 압축기는, 상기 제1항에 따른 압축기를 의미하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 다수의 실린더는, 유입된 냉매를 1차적으로 압축하기 위한 제1압축실을 구비하는 제1실린더와,
    상기 제1실린더에서 토출된 냉매를 2차적으로 압축하기 위한 제2압축실을 구비하는 제2실린더를 포함하고,
    상기 하나 이상의 챔버는 상기 제1실린더에서 토출된 냉매와 인젝션된 냉매가 혼합되는 제1챔버를 포함하는 공기 조화기.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제2실린더에서 압축된 냉매를 3차적으로 압축하기 위한 제3압축실을 구비하는 제3실린더와,
    상기 제2실린더와 제3실린더를 연통시키며, 상기 제1챔버로 인젝션된 냉매와 다른 상태의 냉매가 인젝션되는 제2챔버를 더 포함하는 공기 조화기.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 인젝션 유로는, 상기 제1챔버로 냉매를 인젝션하기 위한 제 1 인젝션 유로와,
    상기 제1챔버로 인젝션되는 냉매와 다른 상태의 냉매를 상기 제2챔버로 인젝션하기 위한 제 2 인젝션 유로를 포함하는 공기 조화기.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 응축기를 통과한 냉매를 과냉각 하기 위한 복수의 과냉각 장치가 구비되며, 상기 복수의 과냉각 장치에는,
    상기 제 1 인젝션 유로의 냉매가 열교환 되는 제 1 과냉각 장치; 및
    상기 제 2 인젝션 유로의 냉매가 열교환 되는 제 2 과냉각 장치가 포함되는 공기 조화기.

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