KR20130036464A - 스크롤 압축기 및 이를 포함하는 공기 조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스크롤 압축기 및 이를 포함하는 공기 조화기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에는, 제 1 랩을 구비하는 고정 스크롤; 상기 고정 스크롤에 대하여 위상차를 갖도록 배치되며, 상기 제 1 랩과의 사이에서 압축실을 형성하는 제 2 랩을 구비하는 선회 스크롤; 상기 압축실로 냉매가 흡입되도록 하는 흡입부; 상기 고정 스크롤의 일측에 구비되며, 상기 압축실로 냉매를 인젝션 하기 위한 제 1 유입부; 및 상기 고정 스크롤의 타측에 구비되며, 상기 제 1 유입부로 유입되는 냉매와 다른 압력의 냉매를 상기 압축실로 인젝션 하기 위한 제 2 유입부가 구비되며, 상기 제 2 랩은, 상기 선회 스크롤이 선회하는 과정에서, 상기 흡입부를 통한 냉매의 흡입이 완료되기 이전에 상기 제 1 유입부의 개방이 시작되도록, 이동하는 것을 특징으로 한다.

Description

스크롤 압축기 및 이를 포함하는 공기 조화기 {A scroll compressor and an air conditioner including the same}
본 발명은 스크롤 압축기 및 이를 포함하는 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 사이클이 구동되며, 이에 따라 실내공간의 냉방 또는 난방운전을 수행할 수 있다.
이러한 공기 조화기는 실내기와 실외기의 분리 여부에 따라, 실내기와 실외기를 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 6에는, 종래의 냉매 사이클 p-h 선도가 도시된다. 도 6을 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 즉 d-a를 연결하는 라인의 하부 면적이 증가될 수 있음에도, 도 6과 같은 시스템에서는 냉매의 과냉도를 확보할 수 없으므로 이러한 성능의 향상을 기대할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 압축기로 인젝션 되는 냉매 유량을 증대할 수 있는 스크롤 압축기 및 이를 포함하는 공기 조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에는, 제 1 랩을 구비하는 고정 스크롤; 상기 고정 스크롤에 대하여 위상차를 갖도록 배치되며, 상기 제 1 랩과의 사이에서 압축실을 형성하는 제 2 랩을 구비하는 선회 스크롤; 상기 압축실로 냉매가 흡입되도록 하는 흡입부; 상기 고정 스크롤의 일측에 구비되며, 상기 압축실로 냉매를 인젝션 하기 위한 제 1 유입부; 및 상기 고정 스크롤의 타측에 구비되며, 상기 제 1 유입부로 유입되는 냉매와 다른 압력의 냉매를 상기 압축실로 인젝션 하기 위한 제 2 유입부가 구비되며, 상기 제 2 랩은, 상기 선회 스크롤이 선회하는 과정에서, 상기 흡입부를 통한 냉매의 흡입이 완료되기 이전에 상기 제 1 유입부의 개방이 시작되도록, 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기에는, 냉매를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기에서 토출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 바이패스 하여 상기 압축기로 인젝션 하는 제 2 인젝션 유로; 및 상기 제 2 인젝션 유로의 냉매보다 낮은 압력을 가지는 냉매를 상기 압축기로 인젝션 하는 제 1 인젝션 유로; 및 상기 응축기에서 토출된 냉매 중 팽창장치에서 교축된 냉매를 증발시키는 증발기가 포함되며, 상기 압축기에는, 상기 증발기를 거친 냉매가 흡입되는 냉매 흡입부; 및 상기 냉매 흡입부 및 제 1 인젝션 유로 중 적어도 하나가 선택적으로 차폐될 수 있도록 선회운동 가능하게 구비되며, 상기 냉매 흡입부가 차폐되기 이전의 시점에 상기 제 1 인젝션 유로가 개방되기 시작하도록 운동되는 선회 스크롤랩이 포함된다.
이러한 본 발명에 의하면, 스크롤 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.
또한, 냉매가 냉매 흡입부를 통하여 압축기로 흡입 완료되기 전에 제 1 인젝션 유입부가 개방되기 시작되고 압축기의 냉매 1단 압축시 인젝션이 이루어질 수 있으므로, 인젝션 되는 냉매의 압력(중간압력)을 낮출 수 있고 이에 따라 인젝션 되는 냉매의 유량이 증가될 수 있다는 효과가 있다.
또한, 제 1 인젝션 유입부와 제 2 인젝션 유입부가 소정의 위상차를 가지고 압축기에 형성됨으로써, 제 1 인젝션 유입부와 제 2 인젝션 유입부의 개폐 시점이 최적화될 수 있으므로, 냉매의 인젝션 및 압축이 효과적으로 이루어질 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 운전에 따른 냉매 시스템을 보여주는 P-H 선도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 일부 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에서 스크롤 랩과 인젝션 유입부의 배치 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 종래의 공기 조화기의 운전에 따른 냉매 시스템을 보여주는 P-H 선도이다.
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 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 운전에 따른 냉매 시스템을 보여주는 P-H 선도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기(1)에는 냉매가 순환하는 냉동 사이클이 구동된다. 상기 공기 조화기(1)는 냉매의 순환 방향에 따라 냉방 또는 난방운전이 수행될 수 있다.
공기 조화기(1)가 냉방운전을 수행하는 경우, 상기 공기 조화기(1)에는, 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 1,2 팽창장치(30,60)를 거친 냉매가 증발되도록 하는 증발기(70) 및 이들 구성을 연결하며 냉매의 유동을 가이드 하는 냉매관(15)이 포함된다.
상기 압축기(10)는 다단 압축 가능하도록 구성되며, 고정 스크롤과 선회 스크롤의 상대적인 위상차에 의하여 냉매가 압축되도록 구성되는 스크롤 압축기일 수 있다. 이와 관련된 설명은 후술한다.
상기 공기 조화기(1)에는, 상기 응축기(20)를 통과한 냉매가 과냉각 되도록 하는 복수의 과냉각 장치(40,50)가 포함된다. 상기 복수의 과냉각 장치(40,50)에는, 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)가 포함된다. 상기 응축기(20)에서 토출된 냉매는 상기 제 1 팽창장치(30)를 거치면서 팽창되지 않을 수 있다.
상기 공기 조화기(1)에는, 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)가 포함된다. 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, 분지냉매를 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 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)에는, 상기 압축기(10)로 냉매를 인젝션 하는 제 2 인젝션 유입부(91)가 포함된다. 상기 제 2 인젝션 유입부(91)는 상기 압축기(10)의 제 1 위치에 연결된다.
상기 공기 조화기(1)에는, 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)가 포함된다. 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)에는, 상기 압축기(10)로 냉매를 인젝션 하는 제 1 인젝션 유입부(81)가 포함된다. 상기 제 1 인젝션 유입부(81)는 상기 압축기(10)의 제 2 위치에 연결된다. 즉, 상기 제 1 인젝션 유입부(81)와 제 2 인젝션 유입부(91)는 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 상기 압축기(10)에서 압축되어 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 압축되며, 압축된 냉매는 상기 제 2 인젝션 유로(90)를 통하여 상기 압축기(10)로 인젝션 된 냉매와 혼합된다. 혼합된 냉매는 C의 상태를 나타낸다. 냉매가 B 상태로부터 C 상태에 이르기까지 압축되는 과정을 "2단 압축"이라 칭한다.
냉매(C 상태)는 다시 압축되어 D의 상태에서 상기 응축기(20)로 유입되며, 상기 응축기(20)에서 토출되면 E의 상태를 나타낸다.
상기 응축기(20)를 통과한 냉매 중 바이패스 되어 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, 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 실시예에 따른 스크롤 압축기의 구조를 보여주는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기의 일부 구성을 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기(10)에는, 외관을 형성하는 하우징(110)과, 상기 하우징의 상측을 차폐하는 토출 커버(112) 및 상기 하우징(110)의 하측에 구비되며 오일이 저장되는 베이스 커버(116)가 포함된다. 상기 토출 커버(112)의 적어도 일부분에는, 냉매가 상기 압축기(10) 내로 유입되도록 하는 냉매 흡입부(111)가 규정된다.
상기 스크롤 압축기(10)에는, 상기 하우징(110)의 내부에 수용되어 회전력을 발생시키는 모터(160)와, 상기 모터(160)의 중심을 관통하여 회전되는 구동축(150)과, 상기 구동축(150)의 상부를 지지하는 메인 프레임(140)과, 상기 메인 프레임(140)의 상측에 구비되어 냉매를 압축시키는 압축부가 포함된다.
상기 모터(160)에는, 상기 하우징(110)의 내주면에 결합되는 고정자(161) 및 상기 고정자(161)이 내부에서 회전되는 회전자(162)가 포함된다. 상기 구동축(150)은 회전자(162)의 중심부를 관통하도록 배치된다.
상기 구동축(150)의 중심부에는, 오일공급유로(157)가 어느 일측으로 편심되도록 형성되어, 상기 오일공급유로(157) 내부로 유입되는 오일은 상기 구동축(150)의 회전에 의하여 발생되는 원심력에 의하여 상승된다.
상기 구동축(150)의 하측에는 오일공급부(155)가 결합되어, 상기 구동축(150)과 함께 일체로 회전되면서 상기 베이스 커버(116)에 저장된 오일이 상기 오일공급유로(157)로 이동될 수 있도록 한다.
상기 압축부에는, 상기 메인 프레임(140)의 상면에 고정 설치되고 상기 냉매 흡입부(111)와 연통하는 고정 스크롤(120)과, 상기 고정 스크롤(120)에 맞물려 압축실을 형성하도록 상기 메인 프레임(140)의 상면에 선회 가능하게 지지되는 선회 스크롤(130) 및 상기 선회 스크롤(130)과 메인 프레임(140)의 사이에 설치되어 상기 선회 스크롤(130)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(131, Oldham's ring)이 포함된다. 상기 선회 스크롤(130)은 상기 구동축(150)에 결합되어, 상기 구동축(150)으로부터 회전력을 전달받는다.
상기 고정 스크롤(120)과 선회 스크롤(130)은 서로 180도의 위상차를 갖도록 배치된다. 상기 고정 스크롤(120)에는 스파이럴 형상의 고정 스크롤랩(123)이 구비되며, 상기 선회 스크롤(130)에는 스파이럴 형상의 선회 스크롤랩(132)이 구비된다. 편의상, 상기 고정 스크롤랩(123)을 "제 1 랩"이라 하고, 상기 선회 스크롤랩(132)을 "제 2 랩"이라 칭한다.
상기 압축실은 고정 스크롤랩(123) 및 선회 스크롤랩(132)의 맞물림에 의하여 복수 개가 형성될 수 있다. 상기 선회 스크롤(130)의 선회 운동에 의하여 상기 복수의 압축실에 유입된 냉매는 고압으로 압축될 수 있다. 그리고, 상기 고정 스크롤(120)의 상부 대략 중심부에는, 고압으로 압축된 냉매와 오일 유체가 토출되는 토출홀(121)이 형성된다.
상세히, 상기 복수의 압축실은 상기 선회 스크롤(130)의 선회 운동에 의하여 상기 토출홀(121)을 향하여 중심 방향으로 이동하면서 체적이 감소되고, 감소된 체적 내에서 냉매가 압축된 후 상기 토출홀(121)을 통하여 상기 고정 스크롤(120)의 외부로 토출된다.
상기 고정 스크롤(120)의 일측부에는, 상기 토출홀(121)을 통하여 토출된 고압의 유체가 하강되도록 하는 배출홀(122)이 형성된다. 상기 배출홀(122)을 통하여 배출된 유체는 상기 하우징(110)의 내부로 유입된 후, 토출관(114)을 통하여 배출된다.
한편, 상기 제 제 1 인젝션 유입부(81) 및 제 2 인젝션 유입부(91)는 상기 토출 커버(112)를 관통하여 상기 고정 스크롤(120)에 결합된다. 상기 고정 스크롤(120)에는, 상기 제 1 인젝션 유입부(81)가 결합되는 제 1 인젝션 홀(124) 및 상기 제 2 인젝션 유입부(91)가 결합되는 제 2 인젝션 홀(125)이 형성된다. 상기 제 1 인젝션 유입부(81) 및 제 2 인젝션 유입부(91)는 상기 인젝션 홀(124,125)에 각각 삽입될 수 있다.
상기 제 1 인젝션 홀(124) 및 제 2 인젝션 홀(125)에는, 인젝션 되는 냉매가 상기 고정 스크롤(120)의 외부로 누설되는 것을 방지하는 실링부(127)가 제공된다. 상기 실링부(127)는 상기 제 1 인젝션 유입부(81) 및 제 2 인젝션 유입부(91)의 외주면을 각각 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 선회 스크롤(130)이 회전되는 과정에서, 상기 선회 스크롤 랩(132)은 상기 냉매 흡입부(111)와, 제 1 인젝션 홀(124) 및 제 2 인젝션 홀(125)을 선택적으로 개폐시킨다.
상세히, 상기 선회 스크롤 랩(132)이 제 1 위치에 있을 때 또는 상기 구동축(150)이 제 1 각도에 있을 때, 상기 냉매 흡입부(111)는 개방되어 냉매가 상기 압축기(10)로 유입된다. 그리고, 상기 선회 스크롤(130)이 계속 선회하면, 상기 선회 스크롤 랩(132)은 상기 냉매 흡입부(111)를 차폐하며 상기 압축실내에 있는 냉매는 압축되어 상기 토출홀(121)을 통하여 토출된다. 이와 같이, 상기 선회 스크롤(130)의 선회 운동에 의하여, 냉매 흡입부 개방 및 차폐, 냉매 압축의 과정이 반복적으로 수행된다.
한편, 이러한 냉매의 압축 과정에서, 상기 인젝션 유로(80,90)의 냉매는 상기 제 1 인젝션 유입부(81) 또는 제 2 인젝션 유입부(91)를 통하여 상기 복수의 압축실로 선택적으로 인젝션 된다.
상기 제 1 인젝션 유입부(81) 및 제 2 인젝션 유입부(91)의 위치에 따라 형성되는 냉매 사이클은 달라질 수 있다. 여기서, 상기 제 1,2 인젝션 유입부(81,82)의 위치라 함은, 상기 냉매 흡입부(111)를 통한 냉매 흡입이 완료된 시점으로부터 어느 정도의 선회 스크롤(130)의 회전이 이루어질 때 인젝션 유입부가 개방될 수 있는가에 대한 개념으로서 이해될 수 있다. 여기서, 상기 선회 스크롤(130)의 회전정도는 상기 구동축(150)의 회전 정도에 대응될 수 있다.
달리 말하면, 본 발명의 실시예는, 상기 냉매 흡입부(111)를 통하여 냉매가 흡입되는 시점을 기준으로 어느 정도의 압축이 이루어졌을 때 상기 제 1 인젝션 유입부(81) 또는 제 2 인젝션 유입부(91)를 통하여 인젝션이 이루어질 것인지 여부에 대하여 규정한다. 이와 관련한 자세한 설명은 이하에서 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기에서 스크롤 랩과 인젝션 유입부의 배치 구성을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선회 스크롤(130)과 고정 스크롤(120)의 맞물림에 의하여, 압축실이 형성된다. 그리고, 상기 선회 스크롤(130)의 선회 운동에 의하여, 상기 압축실은 고정 스크롤(120)의 중심 방향으로 이동하면서 그 체적이 감소된다.
그리고, 상기 제 1 인젝션 유입부(81) 및 제 2 인젝션 유입부(91)는 상기 고정 스크롤(120)의 일 위치와 타 위치에 각각 형성될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 인젝션 유입부(81)와 제 2 인젝션 유입부(91)를 연결하는 가상의 선은 상기 고정 스크롤(120)의 중심부, 즉 상기 토출홀(121)과 대응되는 지점을 지날 수 있다. 즉, 상기 제 1 인젝션 유입부(81)와 제 2 인젝션 유입부(91)는 상기 토출홀(121)을 중심으로 서로 마주보는 위치에 형성될 수 있다.
상기 선회 스크롤(130)이 선회되는 과정에서, 상기 압축실은 상기 제 1 인젝션 유입부(81) 또는 제 2 인젝션 유입부(91)측으로 이동될 수 있다. 그리고, 냉매는 상기 제 1 인젝션 유입부(81) 또는 제 2 인젝션 유입부(91)를 통하여 상기 압축실로 유입될 수 있다. 이 때, 냉매는 유동경로를 달리하여 복수의 압축실로 유입될 수 있다.
한편, 상기 제 1 인젝션 홀(124) 또는 제 2 인젝션 홀(125)은 상기 선회 스크롤랩(132)에 의하여 선택적으로 개방될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 인젝션 홀(124)이 개방되면 상기 제 2 인젝션 홀(125)은 상기 선회 스크롤랩(132)에 의하여 차폐될 수 있고, 상기 제 2 인젝션 홀(125)이 개방되면 상기 제 1 인젝션 홀(124)은 상기 선회 스크롤랩(132)에 의하여 차폐될 수 있다.
상세히, 상기 제 1 인젝션 홀(124)은, 냉매가 상기 냉매 흡입부(111)를 통하여 흡입 완료되는 시점 이전에 개방되기 시작할 수 있다. 그리고, 상기 선회 스크롤랩(132)이 움직이는 과정에서, 상기 제 1 인젝션 홀(124)은 소정 시간을 두고 서서히 개방될 수 있다. 즉, 상기 선회 스크롤랩(132)은 상기 냉매 흡입부(111)를 통한 냉매 흡입이 완료되는 시점 이전에 상기 제 1 인젝션 홀(124)을 개방할 수 있도록 배치될 수 있다.
따라서, 상기 냉매 흡입부(111)를 통한 냉매의 흡입이 완료되기 전에 상기 제 1 인젝션 홀(124)이 개방되어 냉매의 인젝션이 시작되더라도, 상기 제 1 인젝션 홀(124)이 완전히 개방되어 냉매의 인젝션량이 많아지는 시점은, 상기 냉매 흡입부(111)가 차폐되는 시점 또는 그 이후의 냉매 압축이 이루어지는 시점일 수 있다.
일례로, 상기 냉매 흡입부(111)를 통한 냉매의 흡입이 완료되는 시점, 즉 상기 냉매 흡입부(111)가 상기 선회 스크롤랩(132)에 의하여 차폐되는 시점을 상기 구동축(150)의 회전각도가 0°인 때로 보면, 상기 제 1 인젝션 홀(124)의 개방은 상기 구동축(150)의 회전각도가 -10°~ -30°인 때 시작될 수 있다.
여기서, 상기 구동축(150)의 회전각도가 0°일 때 냉매의 흡입이 완료되고, 상기 회전각도가 10°, 20°로 증가되면서 냉매의 압축이 점점 더 이루어지는 것으로 이해될 수 있다.
그리고, 상기 구동축(150)이 더 회전되어 상기 냉매 흡입부(111)가 상기 선회 스크롤랩(132)에 의하여 차폐되는 시점 부근에서는, 상기 제 1 인젝션 홀(124)이 완전히 개방되어, 많은 냉매가 인젝션 될 수 있다.
이와 같이, 상기 압축기(10)로의 냉매 흡입이 완료되는 시점에서, 상기 제 1 인젝션 홀(124)을 통한 냉매의 인젝션이 이루어지면 상기 P-H 선도에서 상기 제 1 중간압이 낮게 형성되므로, 냉매의 인젝션량이 증대될 수 있다는 효과가 나타난다.
상기 제 1 인젝션 홀(124)을 통하여 인젝션 된 냉매는 상기 압축기(10) 내의 냉매와 혼합되어 2단 압축 된다.
한편, 상기 제 2 인젝션 홀(125)은 상기 제 1 인젝션 홀(124)이 개방되기 시작하는 시점으로부터, 상기 구동축(150)의 회전각도(또는 선회 스크롤랩(132)의 회전각도)를 기준으로 180°만큼 경과된 시점에 개방되기 시작할 수 있다.
일례로, 상기 제 1 인젝션 홀(124)이 -20°의 회전각도에서 개방되기 시작하였다면, 상기 구동축(150)의 회전각도가 160°일 때, 상기 제 2 인젝션 홀(125)이 개방되기 시작할 수 있다.
그리고, 상기 제 2 인젝션 홀(125)이 개방되기 시작하는 시점에는, 상기 제 1 인젝션 홀(124)이 상기 선회 스크롤랩(132)에 의하여 차폐될 수 있다.
그리고, 상기 구동축(150)이 상기 180°만큼 더 회전되는 구간동안, 상기 압축기(10)에서는 상기 2단 압축이 이루어지며, 상기 제 2 인젝션 홀(125)이 개방되기 시작하는 시점은, 상기 2단 압축이 완료되기 이전의 시점일 수 있다.
상기 제 2 인젝션 홀(125)이 개방되기 시작한 시점으로부터 상기 구동축(150)이 더 회전되면, 상기 제 2 인젝션 홀(125)은 완전 개방되어 인젝션 되는 냉매량이 많을 수 있으며, 이 때가 상기 2단 압축이 완료되는 시점 부근일 수 있다.
상기 제 2 인젝션 홀(125)을 통하여 인젝션 된 냉매는 상기 압축기(10) 내의 냉매와 혼합되어 3단 압축 된다. 3단 압축 완료된 냉매는 상기 토출홀(121)을 통하여 상기 고정 스크롤(120)외부로 토출될 수 있다.
상기 제 2 인젝션 홀(125)이 개방되기 시작한 시점으로부터 상기 구동축(150)의 회전각도를 기준으로 180°만큼 더 회전되면 상기 제 1 인젝션 홀(124)이 개방될 수 있다. 즉, 상기 구동축(150)의 회전각도가 340°일 때, 다시 말하면 360도 1회전을 기준으로 -20°일 때 상기 제 1 인젝션 홀(124)이 개방될 수 있다.
이와 같이, 상기 압축기(10)에서의 냉매흡입이 완료되는 시점에 대응하여 상기 제 1 인젝션 유로(80)를 통한 냉매의 인젝션이 본격적으로 이루어지도록 함으로써 제 1 중간압을 낮출 수 있고, 그에 따라 인젝션 되는 냉매량을 증대시킬 수 있다는 효과가 나타난다.
다른 실시예를 제안한다.
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
20 : 응축기 30 : 제 1 팽창장치
40 : 제 1 과냉각장치 50 : 제 2 과냉각장치
60 : 제 2 팽창장치 70 : 증발기
80 : 제 1 인젝션유로 81 : 제 1 인젝션 유입부
90 : 제 2 인젝션유로 91 : 제 2 인젝션 유입부
111 : 냉매 흡입부 112 : 토출커버
120 : 고정 스크롤 121 : 토출홀
123 : 고정 스크롤랩 124 : 제 1 인젝션홀
125 : 제 2 인젝션홀 130 : 선회 스크롤
132 : 선회 스크롤랩

Claims (11)

  1. 제 1 랩을 구비하는 고정 스크롤;
    상기 고정 스크롤에 대하여 위상차를 갖도록 배치되며, 상기 제 1 랩과의 사이에서 압축실을 형성하는 제 2 랩을 구비하는 선회 스크롤;
    상기 압축실로 냉매가 흡입되도록 하는 흡입부;
    상기 고정 스크롤의 일측에 구비되며, 상기 압축실로 냉매를 인젝션 하기 위한 제 1 유입부; 및
    상기 고정 스크롤의 타측에 구비되며, 상기 제 1 유입부로 유입되는 냉매와 다른 압력의 냉매를 상기 압축실로 인젝션 하기 위한 제 2 유입부가 구비되며,
    상기 제 2 랩은,
    상기 선회 스크롤이 선회하는 과정에서, 상기 흡입부를 통한 냉매의 흡입이 완료되기 이전에 상기 제 1 유입부의 개방이 시작되도록, 이동하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 랩은,
    상기 선회 스크롤이 선회하는 과정에서, 상기 흡입부, 제 1 유입부 및 제 2 유입부 중 적어도 하나를 차폐하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 선회 스크롤에 회전력을 전달하는 구동축이 더 포함되며,
    상기 흡입부를 통한 냉매의 흡입이 완료되는 시점의 구동축 회전각도가 0°라 할 때, 상기 제 1 유입부의 개방은 상기 구동축의 회전각도가 -10°~ -30°일 때 시작되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 유입부의 개방은,
    상기 제 1 유입부의 개방이 시작된 이후, 상기 회전각도가 180°만큼 더 증가되었을 때 개방되기 시작하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 스크롤의 중심부에는, 상기 압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 토출홀이 형성되며,
    상기 제 1 유입부와 제 2 유입부를 연결하는 가상의 선은 상기 토출홀을 지나는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 스크롤과 선회 스크롤의 상측을 차폐하는 토출 커버가 더 포함되며,
    상기 제 1 유입부 및 제 2 유입부는 상기 토출 커버를 관통하여 상기 고정 스크롤에 결합되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 스크롤에는,
    상기 제 1 유입부 또는 제 2 유입부가 각각 삽입되는 인젝션 홀; 및
    상기 제 1 유입부 또는 제 2 유입부의 외주면을 둘러싸도록 배치되는 실링부가 포함되는 스크롤 압축기.
  8. 냉매를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에서 토출된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 바이패스 하여 상기 압축기로 인젝션 하는 제 2 인젝션 유로; 및
    상기 제 2 인젝션 유로의 냉매보다 낮은 압력을 가지는 냉매를 상기 압축기로 인젝션 하는 제 1 인젝션 유로; 및
    상기 응축기에서 토출된 냉매 중 팽창장치에서 교축된 냉매를 증발시키는 증발기가 포함되며,
    상기 압축기에는,
    상기 증발기를 거친 냉매가 흡입되는 냉매 흡입부; 및
    상기 냉매 흡입부 및 제 1 인젝션 유로 중 적어도 하나가 선택적으로 차폐될 수 있도록 선회운동 가능하게 구비되며, 상기 냉매 흡입부가 차폐되기 이전의 시점에 상기 제 1 인젝션 유로가 개방되기 시작하도록 운동되는 선회 스크롤랩이 포함되는 공기 조화기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 인젝션 유로는,
    상기 냉매 흡입부가 차폐될 때 완전히 개방되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 인젝션 유로는,
    상기 제 1 인젝션 유로가 개방되기 시작한 이후, 상기 선회 스크롤랩이 180도 회전되면 개방되기 시작하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  11. 제 8 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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