KR20000022849A - 밀폐형 전동 압축기 - Google Patents

Abstract

냉동기와 공기 조화기에 사용되는 종래의 밀폐형 전동 압축기에 있어서는 토출 파이프로부터 사이클로 토출되는 냉동기 오일의 양이 많으므로, 냉동 사이클의 열교환율이 저하하는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해, 고정자(6)의 압축 기구부(2)측의 코일 단부(8)의 외주에 링(9)을 설치하고, 또한 회전자(4)의 압축 기구부(2)측의 균형추(5)의 형상을 대략 원형(일부분이 개구된 원통형)이고 단부면이 평탄한 것으로 했다.

Description

밀폐형 전동 압축기{Closed-Type Electric Compressor}

본 발명은 냉동기와 공기 조화기에 사용되는 밀폐형 전동 압축기에 관한 것이다.

종래의 밀폐형 전동 압축기는 밀폐 용기의 본체인 원통 몸체 내의 상부에 설치된 압축 기구부와, 이 압축 기구부의 하부에 설치되어 이 압축 기구부를 구동하는 전동기부를 구비하고 있다. 냉장고나 공기 조화기 등의 냉동 사이클로부터 복귀해 온 냉매는 원통 몸체 상부에 설치된 냉매 흡입 파이프로부터 흡입되어 압축 기구부에서 압축된 후, 압축 기구부의 중앙부에 설치되어 있는 냉매 토출 포트로부터 밀폐 용기 내로 일단 토출된다. 원통 몸체 내에 가득찬 가스의 일부는 전동기를 구성하는 고정자의 압축 기구부측에 존재하는 코일 단부의 간극으로부터 회전자의 상부에 도달한다. 그 밖의 가스는 고정자 외곽의 철판부에 설치된 냉매 가스 통로를 통과하여 전동기 하부에 도달하고, 그 후 고정자와 회전자 사이의 공극을 통해 회전자의 상부 공간으로 유입한다. 회전자의 상부 공간으로 유입한 가스는, 그 후 원통 몸체 내벽으로부터 내부로 돌출하여 설치된 토출 파이프로부터 냉동 사이클로 토출된다.

이 때, 고정자의 압축 기구부측의 코일 단부의 간극으로부터 회전자의 상부 공간으로 유입한 가스는 압축 기구부로부터 막 토출된 상태이므로, 다량의 냉동기 오일을 포함한 연무(mist) 형상의 가스이며, 이 냉동기 오일을 다량으로 함유한 연무 형상의 냉매 가스를 회전자의 상부에 의해 교반하면서 토출 파이프를 거쳐서 냉동 사이클로 토출시키는 구조로 되어 있었다.

이와 같이 냉동 사이클로 토출되는 냉동기 오일을 저감하는 것이 일본 특허 공개 소63-21385호 공보에 기재되어 있다. 스크롤 압축기의 상부로부터 토출된 냉매는 압축 기구부의 상부로부터 압축 기구부와 밀폐 용기 사이에 설치된 냉매 통로를 통과하고, 주 베어링이 설치되어 선회 스크롤의 트러스트 하중을 받는 블록과 전동기 고정자 사이에 설치된 흐름 안내판을 통해 압축 기구부로부터 고정자의 하부로 냉매 가스를 유도한다. 이 과정에서, 원통 몸체와 고정자 사이에 오일 분리기가 설치되어 있으므로, 이 오일 분리기를 통과한 냉매는 냉동기 오일이 분리되어 밀폐 용기 하부의 오일 저장부로 복귀된다. 한편, 냉동기 오일이 분리된 냉매는 원통 몸체와 고정자 사이에 설치된 제2 오일 분리기를 통해 더욱 오일 분리되면서 블록 하부로 유도되고, 원통 몸체의 블록과 고정자 사이에 설치된 토출 파이프로부터 냉동 사이클로 토출된다.

상기 종래의 밀폐형 전동 압축기에 있어서의 냉매 유로의 구조에서는 다음에 설명하는 바와 같은 문제가 있다. 일반적으로 밀폐형 전동 압축기 내에는 압축 기구부 및 베어링부에 있어서의 부품 사이의 마찰력을 저감함으로써, 미끄럼 이동 효율을 올리고, 부품의 마모를 방지하기 위해 윤활유(냉동기 오일)가 봉입되어 있다.

이 냉동기 오일은 그 대부분이 밀폐 용기 내의 바닥부, 특히 오일 저장부에 저장되어 있으며, 오일 저장부에 하부가 잠긴 샤프트 내에 설치되어 있는 급유 통로를 통해 주 베어링부 및 압축 기구부 내의 선회 스크롤과 고정 스크롤 사이나 스크롤 랩 선단부와 경계판 사이를 윤활하고 있다. 이 샤프트 내의 급유 통로를 통해 베어링부에 공급된 냉동기 오일은 베어링 간극부를 통해 다시 용기 바닥부에 저장된다.

한편, 압축 기구부에 공급된 냉동기 오일은 냉매와 마찬가지로 토출 포트로부터 용기 내로 토출되어 다시 용기 바닥부에 저장된다. 그러나, 토출 포트로부터 토출된 냉동기 오일 중의 일부는 연무 형상이 되어 토출되므로, 이 연무 형상이 된 냉동기 오일의 대부분은 전술한 냉매 유로와 같은 경로를 통해 냉매와 함께 토출 파이프로부터 냉동 사이클 내로 방출되고, 그리고 다시 흡입 파이프를 통해 밀폐 용기 내의 압축 기구부로 복귀해 온다.

이와 같이 하여 냉동기 오일의 사이클로의 반출량이 많아지면, 열교환기에 있어서의 열교환율의 저하, 압축기 내의 냉동기 오일의 감소에 의한 베어링부나 압축 기구부 등으로의 급유 불충분 등의 문제가 발생한다.

또한, 앞에 개시한 일본 특허 공개 소63-21385호 공보에 기재된 구조에서는, 토출 포트로부터 토출된 냉매는 압축 기구부에 설치된 유일한 관통 구멍, 흐름 안내판 및 오일 분리기를 통해 밀폐 용기 하부에 설치된 오일 저장부에 이르고, 이곳으로부터 제2 오일 분리기를 통해 블록과 고정자 사이의 공간에 이른다. 그리고, 이 공간으로부터 토출 파이프를 거쳐서 냉동 사이클 내로 유출하는 구조로 되어 있다.

이와 같이, 본 종래 기술에서는 밀폐 용기 내에 있어서 냉매가 통과하는 통로가 한정되어 있으므로, 압력 손실이 증대하여 냉동 사이클용의 압축기로서 이용한 경우, 냉동 사이클의 효율이 저하한다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 압력 손실을 억제하면서 토출 파이프로부터의 냉동기 오일의 유출을 저감한 압축기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 밀폐 용기 내의 유체의 교반을 저감한 균형추를 구비한 압축기를 제공하는 데 있다.

도1은 본 발명의 밀폐형 전동 압축기의 구조도.

도2는 본 발명의 일 실시 형태인 고정자의 압축 기구부측의 코일에 부착하는 링의 사시도.

도3은 종래와 본 발명의 일 실시 형태인 회전자의 압축 기구부측의 균형추의 사시도.

도4는 본 발명에 의한 오일 토출량 저감 효과를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 원통 몸체

2 : 압축 기구부

3 : 토출 포트

4 : 회전자

5 : 압축 기구부측 균형추

5a : 균형추 개구부

6 : 고정자

7 : 고정자의 냉매 통로

8 : 압축 기구부측 코일

9 : 링

10 : 토출 파이프

11 : 냉동기 오일

12 : 전동기부

13 : 냉매 흡입 파이프

14 : 베어링부 간극

15 : 흐름 안내판

16 : 오일 분리기

상기 목적은 밀폐 용기 내에 압축 기구부 및 이 압축 기구부를 구동하는 전동기부가 수납되고, 이 압축 기구부로부터의 냉매를 이 밀폐 용기 내로 토출시키고, 이 밀폐 용기 내에 삽입되어 상기 압축 기구부와 상기 전동 기구부 사이에 설치된 토출 파이프로부터 밀폐 용기 외부로 토출시키는 밀폐형 전동 압축기에 있어서, 상기 전동기부의 상기 압축 기구부측의 고정자의 코일 단부의 간극을 저감시키는 부재를 구비하고, 상기 토출 파이프를 상기 코일 단부 외주보다도 깊게 삽입함으로써 달성된다.

또한, 상기 다른 목적은 밀폐 용기 내에 수납된 압축 기구부 및 이 압축 기구부를 구동하는 전동기부를 구비한 밀폐형 전동 압축기에 있어서, 상기 전동기부의 회전자의 상기 압축 기구부측 단부에 설치되고, 외주에 일부 절결이 마련되며, 내부에 공간을 갖는 균형추를 구비함으로써 달성된다.

이하 본 발명의 밀폐형 전동 압축기의 구성을 도1에, 그 각부 구성을 도2 및 도3에 도시한다. 또한, 본 실시 형태에 의한 오일 토출량의 저감 효과를 도4에 도시한다.

도1에 있어서, 밀폐 용기의 본체인 원통 몸체(1)의 상부 내에 압축 기구부(2)가 설치되고, 그 압축 기구부의 하부에는 압축 기구부(2)를 구동하는 전동기부(12)가 설치되어 있다. 압축 기구부(2)는 널빤지에 스크롤 랩이 세워 설치된 고정 스크롤과 선회 스크롤이 선회 위치에서 서로 맞물리고, 선회 스크롤이 선회 운동함으로써 주위로부터 흡입한 냉매를 작동실 용적을 축소함으로써 압축하여 중앙부에 설치된 토출 포트로부터 토출하는 형식의 스크롤형 압축기에 의해 구성되어 있다. 밀폐 용기 상부에 삽입되어 압축 기구부(2)에 접합된 냉매 흡입 파이프(13)로부터 흡입된 냉매는 압축 기구부(2)에서 압축된 후, 압축 기구부(2)의 중앙부에 설치되어 있는 냉매 토출 포트(3)로부터 원통 몸체(1) 상부 내로 일단 토출된다. 원통 몸체(1) 상부 내에 충만한 가스 냉매는 압축 기구부(2)의 주위에 복수 군데 개방된 관통 구멍으로부터 전동기부(12)측으로 흐른다. 압축 기구부(2)와 전동 기구부(13) 사이에 토출 파이프(10)가 설치되고, 이 토출 파이프(10)의 밀폐 용기 내측의 개구부는 가능한 한 압축기 구동축의 회전 중심 근방에 설치(밀폐 용기 내벽면으로부터 떨어져서 설치)되어 있다. 이와 같은 토출 파이프 구조로 함으로써, 토출 파이프(10)의 개구부로부터는 가능한 한 유속이 느린 냉매 가스가 흡입된다.

그리고, 압축 기구부(2)의 압축실에서 압축되고, 이 압축 기구부(2)에 설치된 냉매 토출 포트(3)로부터 토출된 가스 속에는 냉매 외에 연무 형상의 냉동기 오일이 많이 함유되어 있다. 예를 들어, 상기한 종래 기술의 전자에서는 냉매 토출 포트로부터 토출된 냉동기 오일을 많이 함유하는 연무 형상의 가스가 전동 기구부측을 통과할 때, 본래적으로는 고정자에 설치된 냉매 통로를 통과시킴으로써 충분히 냉동기 오일을 냉매 가스로부터 분리시켜 냉동기 오일을 밀폐 용기 하부의 오일 저장부에 저장하고, 냉매 가스만 고정자(6)와 회전자(4) 사이의 공극을 통과시켜 압축 기구부(2)와 전동 기구부(12) 사이에 설치된 토출 파이프(10)로부터 냉동 사이클로 토출되도록 하고 싶은 것인데, 실제로는 고정자(6)의 압축 기구부측의 코일 단부(8)에 많이 존재하는 간극으로 인해 냉동기 오일을 많이 함유하는 연무 형상의 가스는 이 코일 간극으로부터 회전자(4)의 방향으로 누설되어 들어가 냉매 사이클로 토출되어 버린다.

또한, 냉동 사이클로의 토출 파이프(10)의 근방에 위치하는 압축 기구부의 회전 불균형을 보정하기 위해 설치된 회전자(4)의 균형추(5)의 형상이 말굽형을 하고 있으며, 회전자(4)의 상부 공간에서 냉매가 소용돌이식으로 회전됨으로써, 전술한 코일 간극으로부터의 누설을 증가시키고, 냉동 사이클로의 토출 가스에는 많은 냉동기 오일이 포함되어 있었다.

그리고, 전술한 종래 기술의 후자는 토출 파이프(10)의 개구부가 원통 몸체(1)의 내벽에 있으므로, 압축기 내의 냉매 가스는 회전자(4)에 의한 와류로 인해 유속이 가장 큰 상태에서 토출되고, 원통 몸체(1) 내벽에 부착된 냉동기 오일이 냉동 사이클 내로 토출되고 있었다.

이 냉동 사이클 내로 토출된 냉동기 오일의 양이 증가하면, 냉동 사이클을 순환하는 가스에 대한 냉매의 비율이 저하하므로, 그 결과 냉동 사이클을 구성하는 열교환기의 열교환율의 저하를 초래하게 된다. 또한, 압축기 내의 냉동기 오일이 감소함으로써, 희석율이 높아지는 등으로 인해 베어링부, 압축실 등으로의 충분한 급유를 행할 수 없게 되어 신뢰성의 저하를 초래한다는 문제가 있었다.

이 문제를 해결하기 위해, 본 실시 형태에서는 압축 기구부(2)와 전동 기구부(12) 사이에 토출 파이프(10)를 설치하고, 또한 토출 파이프(10)의 개구부를 가능한 한 압축기 축의 회전 중심 근방에 설치[토출 파이프(10)의 밀폐 용기측 개구부를 이 토출 파이프(10)가 삽입된 밀폐 용기 내벽면 위치보다도 밀폐 용기 안 쪽에 위치시키도록, 토출 파이프(10)를 밀폐 용기에 깊게 삽입]하고, 고정자(6)의 전동기측의 코일 단부(8)의 외주에 절연물로 가능한 원통형의 링(9)을 설치하였다. 도2를 참조하여 설명한다. 코일 단부(8)와 고정자(6)는 모식적으로 나타내고 있다. 코일 단부(8)에 씌우는 원통형 링(9)은 재질은 고정자 코일의 상호간에 삽입되는 상호간 절연지와 같은 소재로서 얇고 절연성과 가공성이 뛰어난 플라스틱류이며, 코일 단부(8)의 외부 주위보다도 조금 긴 1장의 직사각형의 재료를 직경이 코일 단부(8)의 외주에 피복되도록 원통형으로 하고, 코일 단부(8)의 상부에도 피복되도록 상부에 절입부를 넣어 회전자(4)가 전부 혹은 일부가 노출하도록, 절입부를 내측으로 접어 넣고 겹쳐진 부분을 절취하여 겹치는 부분을 없애도록 한다[도2에 있어서 링(9)의 상부에 반경 방향으로 복수개 그은 선]. 또, 프레스에 의해 가공을 실시해도 좋다. 또한, 코일 단부(8)를 거쳐서 회전자(4) 상부로 유입하는 냉매의 대부분은 코일 단부(8)의 기저부 부근에 있으므로, 코일 단부(8)의 단부(코일선이 절곡되어 있는 곡률이 작은 부분)를 반드시 피복하지 않아도 된다. 또한, 외주에 링(9)을 설치하도록 하였는데, 접촉하여 회전자(4)의 회전에 영향을 끼치지 않는 범위에서 코일 단부(8)의 내주에 설치해도 같은 효과를 거둔다[이 경우는 코일 단부(8)의 외주와 원통 몸체 내벽 사이의 공간보다도 토출 파이프(10)를 깊게 삽입한다].

도2에 도시한 바와 같이, 이 코일 단부(8)의 외주에 원통형 링(9)을 설치함으로써 냉매의 흐름은 다음과 같이 변화한다. 토출 포트(3)로부터 토출된 냉동기 오일을 많이 함유한 가스 냉매는 압축 기구부(2)의 주위에 개방된 관통 구멍을 통해 전동 기구부(12)측에 이른다. 종래 기술의 경우, 여기에서 가스 냉매는 고정자(6)의 코일 단부(8)의 간극으로부터 대량으로 회전자(4)의 상부 중앙 부근으로 유입하므로, 토출 파이프(10)를 중심 부근까지 삽입했다고 해도, 냉동기 오일을 많이 함유한 냉매가 냉동 사이클로 유출되어 버린다. 본 실시 형태에서는 전동기부(12)측으로 유입한 냉동기 오일을 많이 함유한 가스는 코일 단부(8)의 주위를 피복하도록 설치된 링(9)의 외벽면과 밀폐 용기의 원통 몸체(1)의 내벽면과의 사이를 통과하여 고정자(6)에 설치된 냉매 통로(7)를 통과함으로써 냉매 가스와 냉동기 오일이 충분히 분리된다. 그 후, 와류의 유속이 느린 냉동기 오일의 함유량이 저하한 냉매 가스가 고정자(6)와 회전자(4)의 공극을 통과하여 회전자(4)의 상부 공간으로 흐른다. 그리고, 그 공간 부근까지 깊게 삽입된[링(9)과 원통 몸체(1)의 내벽 사이에 형성된 공간을 걸치도록 삽입] 토출 파이프(10)를 통해 냉동 사이클로 토출된다.

이로써, 도4에 도시한 바와 같이 토출 포트(3)로부터 토출된 연무 형상의 냉동기 오일의 대부분은 밀폐 용기(1) 내를 부유하여 냉동 사이클로의 방출량을 저감할 수 있고, 냉동기 오일을 밀폐 용기 바닥부에 저장할 수 있다.

그런데, 상기한 종래 기술 중의 후자는 본 실시 형태와 같이 냉매가 코일 단부(8)의 전체 주위 및 고정자(6)와 원통 몸체(1)의 내벽 사이의 전체 주위를 통해 밀폐 용기 바닥부에 설치된 오일 저장부 상부를 거쳐서, 회전자(4)와 고정자(6) 사이의 간극을 통해 트러스트 베어링과 회전자(4) 사이에 존재하는 공간에 이르는 경로를 흐르지 않고, 코일 단부와 원통 몸체 사이에 설치된 1개의 흐름 안내판 및 오일 분리기를 거쳐서만 용기 바닥부의 오일 저장부에 이르고, 오일 저장부로부터 또 다른 1개의 오일 분리기 및 회전자와 고정자 사이의 간극을 거쳐서 블록과 회전자 사이의 공간에 이르는 경로로 되어 있어 압력 손실이 크고, 냉동 사이클에 추가된 경우, 입력이 커지기 때문에 냉동 사이클의 능률[성적 계수(COP)]이 악화되어 버린다는 문제가 있다. 본 실시 형태에서는 코일 단부(8)의 전체 주위로부터 밀폐 용기 바닥부로 냉매가 유도되는 경로로 되어 있어 오직 1개의 흐름 안내판을 통과시키는 것 보다도 압력 손실이 작게 된다.

또한, 상기 종래 기술에서는 취침 운전시(정지로부터 기동까지의 기간이 긴, 예를 들어 하룻밤) 등, 대량의 액체 냉매를 흡입 파이프로부터 흡입한 때, 냉매가 흐르는 경로가 좁기 때문에 고압의 액체 냉매가 토출 포트로부터 압축기 하부를 향하여 토출되므로, 분사된 냉매에 의해 압축기 하부에 저장되어 있는 냉동기 오일(11)이 발포되어 고정자의 상부 공간까지 냉동기 오일을 많이 함유한 호밍 냉매가 존재해 버린다. 이 때, 토출 파이프의 밀폐 용기 내에 개구된 개구부가 원통 몸체의 내벽과 거의 동일면에 있으므로, 압축기 내의 냉매 가스는 회전자에 의해 와류가 발생하여 유속이 가장 큰 원통 몸체 내벽 부근으로부터 토출된다. 이로 인해, 상기 호밍 냉매나 원통 몸체 내벽에 부착된 냉동기 오일이 제거되어 냉매에 섞인 냉동기 오일이 냉동 사이클로 토출되어버려 열교환율이 저하해 버린다.

본 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 압력 손실이 작아져 밀폐 용기 하부로 토출되는 냉매 유속이 저하하므로 호밍이 발생하기 어려우며, 또한 토출 파이프를 깊게 삽입하였으므로 원통 몸체 내벽으로부터 제거된 냉동기 오일이 토출 파이프로부터 나가기 어렵다.

또한, 상기 종래 기술에서는 냉동기 오일이 냉동 사이클 내로 유출하기 쉬우므로, 압축기 내의 냉동기 오일이 감소하여 베어링부나 압축 기구부 등으로의 급유를 충분히 행할 수 없게 되는 등의 문제가 발생하는데, 본 실시 형태에서는 냉동 사이클로의 냉동기 오일의 유출을 억제할 수 있으므로 이와 같은 문제는 없다.

이상 서술해 온 링(9)은 막 토출된 상태의 냉동기 오일을 많이 함유한 냉매 가스가 고정자(6)의 압축 기구부측의 코일 단부(8)의 간극으로부터 누설되어 들어가 냉동 사이클로 토출되는 것을 방지하고, 냉동 사이클로 방출되는 냉동기 오일의 양을 저감하고 있었다. 그러나, 더욱 효과를 얻기 위해 회전자(4)의 압축 기구부측의 균형추(5)의 형상을 외주의 형상이 대략 원형(일부분이 개구한 원통형)이고 단면이 평탄한 것으로 했다.

도1에 도시한 바와 같이, 회전자(4)의 압축 기구부측[회전자(4)의 상부]은 토출 파이프(10)의 근방에 위치하고 있으며, 도3에 도시한 바와 같이 균형추(5)의 형상이 대략 원형(일부분이 개구한 원통형)이고 압축 기구부측 단부면이 평탄한 것으로 함(절반을 두껍게 하고, 절반을 얇게 한 외주 형상이 대략 원통)으로써, 회전자(4) 상부의 토출 파이프(10) 근방의 공간에서의 소용돌이식 회전을 저감함으로써, 냉동 사이클로의 토출 가스 중의 냉동기 오일을 감소시킬 수 있다.

또한, 전술한 균형추의 일부에 개구부(5a)(얇은 부분에 설치된 절결부로서 반원호보다도 작은 절결부)를 설치하였으므로, 베어링부의 간극(14)으로부터 회전자(4) 상부로 유입하는 냉동기 오일을 압축기 하부로 방출함으로써, 회전자(4)의 소용돌이식 회전에 의한 토출 가스 중의 냉동기 오일을 감소시킬 수 있다. 즉, 내부에 저장된 냉동기 오일은 원심력에 의해 두께가 얇은 쪽으로 흘러가므로, 개구부(5a)는 이 두께가 얇은 부위에 설치되어 있어 원심력에 의해 냉동기 오일을 배출할 수 있다.

이와 같이 하여, 냉동 사이클로 방출되는 냉동기 오일의 양을 저감할 수 있고, 그 결과 열교환율의 저하를 방지할 수 있으며, 또한 베어링부, 압축실 등으로 충분한 급유가 가능한 신뢰성이 높은 밀폐형 전동 압축기를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 압축기의 압력 손실을 억제하면서 토출 파이프로부터의 냉동기 오일의 유출을 저감할 수 있다. 또한, 압축기 밀폐 용기 내의 유체의 균형추에 의한 교반을 저감할 수 있다.

Claims (2)

1. 밀폐 용기 내에 압축 기구부 및 이 압축 기구부를 구동하는 전동기부가 수납되고, 이 압축 기구부로부터의 냉매를 이 밀폐 용기 내로 토출시키고, 이 밀폐 용기 내에 삽입되어 상기 압축 기구부와 상기 전동 기구부 사이에 설치된 토출 파이프로부터 밀폐 용기 외부로 토출시키는 밀폐형 전동 압축기에 있어서, 상기 전동기부의 상기 압축 기구부측의 고정자의 코일 단부의 간극을 저감시키는 부재를 구비하고, 상기 토출 파이프를 상기 코일 단부 외주보다도 깊게 삽입한 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.
2. 밀폐 용기 내에 수납된 압축 기구부 및 이 압축 기구부를 구동하는 전동기부를 구비한 밀폐형 전동 압축기에 있어서, 상기 전동기부의 회전자의 상기 압축 기구부측 단부에 설치되고 외주에 일부 절결이 마련되며 내부에 공간을 갖는 균형추를 구비한 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.