KR980010247A - 변속 구동 냉매 압축기와, 그 압축기를 포함하는 냉동 사이클 장치 - Google Patents

Abstract

냉동싸이클에서 사용되고 전원으로부터 공급된 주파수를 변화시킴으로써, 변속 구동을 실행하는 냉매 압축기에 있어서, 상기 압축기(10)는 시동할 때를 제외하고 정상적인 동작에서 소정의 작동 주파수 범위를 가지며, 작동 주파수 범위는 전력 공급 주파수 부근의 주파수 보다 작지 않는 최소 작동 주파수를 가진다.

Description

변속 구동 냉매 압축기와, 그 압축기를 포함하는 냉동 사이클 장치

본 발명은 냉동사이클에서 사용되며 인버터를 사용하여 전원으로부터 공급된 주파수를 변경함으로써, 변속 구동을 수행하는 냉매 압축기와 인버터를 사용하여 압축기가 변속 구동을 수행하도록 실행하는 냉매 압축기에 대한 작동 주파수를 제어하는 냉동사이클에 관한 것이다.

인버터를 사용하여 냉매 압축기가 변속 구동을 수행하도록 실행하는 냉동사이클 장치에 있어서, 압축기는 JP-A-7294030에 기술된 바와 같이 약 28H_Z의 최소 작동 주파수를 가지며, 이 주파수는 상업상의 전력 공급 주파수 보다 낮다.

압축기가 변속 구동을 수행하도록 실행하는 냉동사이클장치의 냉매 압축기로써, 제7도에 도시된 회전 압축기가 통상적으로 사용되거나 또는 최근에는 제10도에 도시된 스크롤 압축기 (scroll compressor)가 일반적으로 사용되었다.

제7도는 개략적인 구조를 도시하는 회전 압축기의 보기의 종단면도이고, 제8도는 제7도에 도시된 압축 요소의 횡단면도를 도시한다. 밀봉케이스(1)는 압축요소(2)와 압축요소 (2)를크랭크축(4)을 통해서 변속 구동을 실행하는 호환성 전기 모터(3)를 수용한다. 부호 "5"는 작동 냉매를 압축요소(2)에 흡입시키고, 압축실(11)을 형성하는 실린더(6)와 연통하는 흡입관을 표시한다. 실린더(6)는 제8도에 도시된 바와 같이, 흡입관(5)과 실린더(6)의 내부 공간으로 존재하는 압축실 (11)의 저압실(11a) 사이를 연결하도록 내부에 형성된 흡입홀(7)을 구비한다. 실린더(6)는 크랭크축(4)의 회전으로 구동되고 실린더(6)의 내측벽을 따라 미끄러질 수 있도록, 내부에 배열된 롤링 피스톤(rolling piston)(8)을 구비한다. 부호 "9"는 롤링 피스톤(8)의 외주면에 대해 일정하게 작용하는 베인(vane)을 표시하며, 상기 롤링피스톤(8)은 실린더(6)의 반경 방향으로 왕복 운동할 수 있도록 실린더(6)에 형성된 베인홈(10)에 배열되고, 압축실을 고압실(11b)과 저압실(11a)로 분리한다. 또한, 실린더는 흡입관(7)으로부터 멀리 이격된 베인(9) 부근에 위치하는 실린더 부근에는 고압실(11b)과 교통하고, 밀봉케이스(1)의 압축된 작동 냉매를 방출하며, 방출밸브(13)에 의해 개방 및 밀폐되는 방출홀(12)이 형성된다.

이와 같이, 구성된 회전 압축기에서 흡입홀(7)을 통해서 흡입관(5)으로부터 저압실(11a)에서 흡입된 작동 냉매는 크랭크축(4)에 의해 구동되는 롤링피스톤(8)의 편심 회전운동에 의해 정해진 압력까지 점차 압축되고, 고압실(11b)로부터 방출홀(12)을 통해서 방출밸브(13)를 개방시키며 밀봉케이스(1)내로 방출된다.

제9도는 공전형 스크롤 압축기(orbiting scroll compressor)의 기본 요소와 압축 원리를 도시하며, 상기 공전형 스크롤 압축기에서, 스크롤 부재중 한 부재는 고정되고, 다른 스크롤 부재는 자전하지 않는 고정된 스크롤 부재의 중심에 대해 선회하여 작동 냉매를 압축시킨다. 제10도에서, 부호 "21"는 공간에 대해 정지하고 스크롤 부재(21a)중 하나를 구비하는 고정된 스크롤을 표시하며, 부호 "22"는 선회동작을 실행하고, 고정 스크롤 부재(21a)의 방향에 대향하는 나선 방향으로 형성되며 고정스크롤 부재(21a)와 180°의 위상변환으로 결합된 다른 스크롤 부재(22a)를 가지는 공전형 스크롤을 표시한다. 상기 스크롤 부재(21a, 22a)는 인별류트 곡선 또는 아크 등을 조합시킴으로써 얻어진 형태를 가진다. 부호"23"은 흡입실을 표시하고, 부호 "24"는 방출홀을 표시하며, 부호 "25"는 압축실을 표시한다.

다음, 제9도에 도시된 장치의 동작에 대해서 설명한다. 공전형 스크롤(22)은 자세를 변화시키지 않고, 즉, 자전하지 않으면서 고정 스크롤 부재(21a)의 중심에 주위를 회전운동 즉, 공전운동을 실행함으로써, 제9도의 (a)(b)(c) 및 (d)에 도시된 0°, 90°, 180° 및 270°의 작동 위치로 순차적으로 운동한다. 제9(a)도에 도시된 0°에서, 흡입실(23)의 작동 냉매를 포획하는 동작이 완료되고, 압축실(25)은 고정 스크롤(21a)과 공전형 스크롤 부재(22a)사이에서 초승달 형태 (crescent form)로 한정된다. 공전형 스크롤(22)이 선회 운동을 실행할 때, 압축실(25)의 용적은 점차 감소되어, 고정 스크롤(21)의 중심부까지 작동 냉매를 압축시키고, 압축실은 방출홀(24)로부터 작동 냉매를 방출시킨다.

계속해서, 스크롤 압축기의 구체적인 구성 및 작동에 대해서 설명한다. 제10도는 공전형 스크롤 압축기의 보기를 도시한 종단면도이다. 부호"21"은 스크롤 부재(21a)가 설치되고 주프레임(26)에 고정된 베이스플레이트(21b)를 구비하는 고정 스크롤을 표시하며, 부호 "22"는 고정 스크롤 부재(21a)와 결합된 스크롤 부재(22a)가 설치된 베이스플레이트(22b)를 갖는 공전형 스크롤을 표시한다. 스크롤 부재(22a)로부터 이격된 베이스플레이트(22b)의 단부면에는 공전형 베어링(22d)이 설치되어 있다. 공전형 스크롤(22)과 공전형 스크롤(22)에 적용된 압축 부하로 인한 추력을 받는 트러스트면(22c) 상에 작용하는 압축 부하와, 선회 운동으로부터 얻어지는 원심력으로부터 발생하는 래디얼 부하( radial load)는 공전형 베어링(22d)에 의해 발생한다. 주 프레임 (26)에는 트러스트 베어링(26a)이 설치되어 있고, 주 프레임(26)은 밀봉케이스(27)에 고정되며, 공전형 스크롤이 주 프레임 상에서 미끄러질 수 있도록, 공전형 스크롤(22)을 축방향으로 지지한다. 부호"28"은 주축(29)을 변속도로 회전시키는 변속 겸용식 전기 모터를 표시하며, 이 전기모터 (28)은 고정자(28a)와 회전자(28b)로 구성된다. 회전자(28b)는 주축(29)에 수축끼워 맞춤으로 고정되고, 공전형 스크롤(22)의 공전운동으로 발생하는 원심력에 대항하여 전체 회전시스템의 군형을 유지시키는 밸런서(balancer)(30a, 30b)가 설치된 상부 및 하부를 가진다. 주축(29)은 전기모터(28)에 의해 구동되고, 주축(26) 상에 제공된 주베어링(26b)과 보조 프레임(31) 상에 제공된 보조 베어링(31a)에 의해서, 반경방향으로 지지되는 전기모터(28)의 양 단부에서 대향하는 단부를 가진다. 부호"32"는 공전형 스크롤(22)과 주프레임(26)에 대해서 반복적인 선형운동을 실행하는 올드햄스 링(Oldham's ring)을 표시한다. 주축(29)은 편심축(29a)이 설치된 상단부를 가지며, 주축(29)이회전함으로써, 편심축(29a)은 공전형 베어링(22d)을 통해서 공전형 스크롤(22)에 회전 운동을 전달한다. 올드햄스 링의 반복가능한 선형운동은 공전형 스크롤(22)의 자전을 억제하기 때문에, 공전형 스크롤은 고정 스크롤(21)에 대해 공전 운동을 실행하여, 상기 작동 냉매를 압축한다. 밀봉케이스(27)는 바닥부에서 윤활유 저장소(33)를 포함한다. 주축(29)은 주축(29)에 형성된 오일 경로(29d)를 통해서 베어링(22d, 26a, 26b, 31a)과 다른 미끄럼부에 윤활유를 공급하기 위해, 용적형 펌프(34)가 설치된 하단부를 가진다.

상기 기술된, 회전 압축기와 스크롤 압축기와 같은 냉매 압축기가, 시동할 때를 제외하고 정상적인 작동범위 내에서, JP-A-729403 공보에 도시된 28H_Z와 같은 상용 전력 공급 주파수 보다 저주파수에서 작동할 때, 냉매 압축기는 압축기가 상용 전력 공급 주파수 또는 상용 전력 공급 주파수 보다 고주파수에서 작동할 경우와 비교하여, 매우 낮은 성능을 가지는 문제점이 발생한다.

그에 대한 제1이유는 이론상 압축 작업의 손실 비율이 저속 작동시 증가하기 때문이며, 이것은 압축 동안 또는 압축 종료 후 여러 틈새를 통해서 저압 측부상의 압축실로 누설되는 단위 시간에 비례한 작동 냉매의 내부 누설량이 속도(즉, 작동 주파수)에 무관하기 때문이다. 저속 작동은 1회전에 필요한 시간을 더욱 필요로 하기 때문에, 누설량은 더 커지므로 이론상 압축 작업의 누설 손실비율은 동일한 압력 조건에서 증가하여 실행 계수를 더욱 저하시킨다. 회전압축기에 대해서, 누설을 발생하는 틈새의 보기를 들면 베인과 베인홈 사이의 측면 틈새와 방출압력으로 밀봉케이스(27)로 방출되는 작동 냉매가 고압실과 저압실로 누설되는 경로로써 롤링피스톤의 상단부면 상의 축 틈새와, 롤링피스톤(8)이 외부면과 실린더의 내부면 사이의 반경 틈새와, 작동 냉매가 회전 압축기에 대해서 고압실로부터 저압실로 누설되는 경로로써 베인의 상단부면 상의 축 틈새가 있다. 회전 압축기에 있어서, 틈새의 보기를 들면 스크롤 부재의 주면과 대향하는 스크롤의 베이스플레이트의 사이에 있는 축 틈새와, 작동 냉매가 압축실로부터 다음 압축실로 누설되는 경로부로써, 양 스크롤 부재의 측면 사이에 형성되며 압력이 낮은 반경 틈새가 있다. 부가로, 스크롤 압축기에서, 가장 바깥쪽 외주부에 한정된 압축실의 작동 냉매는 작동 행정 동안 초기 단계에서 경로를 통하여 가장 바깥쪽의 외주부에서 압축실로부터 누출될 수 있으므로, 저속 동작에서 체적 효율을 매우 낮아진다.

제2이유는 저속 동작시 이론상 압축작업에 대한 모터 손실 비율이 높기 때문이다. 인버터를 사용하여 전원으로부터 공급된 주파수를 변화시킴으로써, 변속구동을 실행하는 냉매 압축기의 전기 모터는 대체로 3상 다람쥐형-케이지 유도 모터로 구성된다. 상기 3상 다람쥐형-케이지 (squirrel-cage) 유도 모터에 있어서, 주파수는 고정자와 회전자를 구성하는 스트립과 평평한 회전 자기 강철 시트의 자속 밀도와, 주파수와 무관한 고정자와 회전자 사이의 틈새의 자속 밀도를 안정시키기 위해, 전압에 따라 적당한 비율로 조절되어야 한다. 이 경우, 주파수가 낮을수록, 정동 토크(stalling torque)는 작아진다. 특히, 정동 토크가 상용 전력 주파수 보다 저주파수로 급격히 낮아지는 지점이 있다. 압축기가 상용 전력 주파수 보다 고주파수에서 동일한 압력 조건하에서 구동되도록 실행될 때, 작동 토크는 주파수(속도)가 낮아짐에 따라 정동 토크에 근접하며, 이 경우, 전류가 상승하여 모터 효율을 낮추면서 동손실(copper loss)(동손실은 전류 자승에 비례한다.)을 증가시키고, 이것은 이론상의 압축 작업에 대한 모터의 손실 비율이 증가한다는 것을 의미한다. 이러한 이유에 대해서, 정동 토크가 작은 상용 전력 공급 주파수보다 저주파수에서의 정동 토크를 중가시키기 위해, 비례 관계에 의해 결정된 전압 보다 높은 전압으로 세팅시키는 방법이 채택된다. 비록, 이 방법은 모터 효율을 증가시킬 수 있지만, 증가된 전압은 고정자와 회전자를 구성하는 스트립과 평평한 회전마그네틱 강철 시트의 자속 밀도와, 고정자와 회전자 사이의 틈새의 자속 밀도를 상승시켜서 철 손실(iron loss)(철 손실은 자속 밀도의 자승에 비례한다.)을 증가시킨다. 압축기가 상용 전력 공급 주파수보다 저주파수에서 구동될 때, 모터 효율은 상용 전력 공급 주파수보다 고주파수에서의 작동과 비교하여 낮아지고, 이론상의 압축 작업에 대한 모터 손실 비율은 기술된 바와 같이 상승한다.

압축기가 상용 전력 공급 주파수 보다 저주파수, 즉, 28H_Z에서 구동될 때, 특히, 공전형 스크롤 압축기의 트러스트 베어링은 베어링의 회전 운동을 위해, 보통 트러스트 베어링에 적용된 운동과 다른 특별한 동작인 선회 동작을 담당한다. 트러스트 베어링의 회전 반경은 회전 동작의 반경이기 때문에, 회전 반경은 회전 반경의 래디얼 부하를 유지하기 위한, 주 베어링과 다른 베어링 보다 작으며, 이것은 트러스트 베어링의 미끄럼 속도가 작아져서 윤활작용을 저하시켜서, 내구성과 같은 압축기의 신뢰성을 나쁜 영향을 미친다. 저하된 윤활작용은 유체의 윤활상태를 유지할 수 없으며, 유체 윤활상태는 주변 윤활상태를 변형시켜서 마모량을 증가시키거나 또는 작동이 정지하여 압축기를 고정시킴으로써, 최악의 상태에서는 작업 능력을 상실하며 이것은 압축기에 있어서 심각한 문제가 된다. 또한, 주변 윤활상태에서, 마찰계수가 증가하여 베어링 손실을 증가시키며, 성능상의 관점에서 문제점을 발생시킨다.

종래의 냉동사이클장치는 사계절에서 상대적으로 장시간 동안 여유 온도 부근에서 세팅된 온도로 구동되는 조건에서 더욱 편안한 주위 상황을 얻기 위하여, 압축기가 상용 전력 공급 주파수 보다 저주파수에서 저속 동작으로 정확하게 제어하여 변속 구동을 행하도록 실행한다. 상기 기술된 바와 같이, 압축기는 상용 전력 공급 주파수 보다 고주파수에서 작동할 때의 성능과 비교하여 저속 동작에서 성능(성능계수)이 저하된다. 결과적으로, 주기적인 에너지 효율비(여기서는 SEER로 표시됨)는 낮다. 상용 전력 공급 주파수 보다 저주파수에서 장시간 동안 작동하면 압축기의 내구성이 저하되어 베어링 성능을 악화시키는 문제점이 발생한다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하고, SEER가 향상되고 내구성이 진보된 변속 구동을 실행할 수 있는 냉매 압축기와, 매우 편리할 뿐 아니라 SEER 및 내구성이 향상되며 변속 구동을 겸비한 냉매 압축기를 제공할 수 있는 냉동사이클장치와, 컴팩트하면서 가벼운 냉매 압축기와 압축기를 구비한 냉동 사이클장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1형태에 따라서, 냉동사이클을 사용하고 전원으로부터 공급된 주파수를 변화시킴으로써 변속 구동을 실행하는 냉매 압축기가 제공되며, 이 냉매 압축기는 시동할 때를 제외하고는 정상적인 동작으로 소정의 주파수 범위를 가지며, 작동 주파수 범위는 상용 전력 공급 주파수 부근의 주파수 보다 낮지 않은 최소 작동 주파수를 가진다.

본 발명의 제2형태에 따른, 압축기는 제1형태의 작동 냉매를 압축하기 위해, 한쌍의 스크롤 부재를 결합시켜서 구성되는 스크롤 압축기이다.

본 발명의 제3형태에 따른, 작동 냉매는 제1형태 또는 제2형태의 디플루오로메탄(HFC32)과 펜타플루오로에탄(HFC125)의 혼합물이다.

본 발명의 제4형태에 따라서, 냉매 압축기와, 열교환기 및 팽창장치 등을 배관 접속으로 구비하는 냉동 사이클장치를 제공하며, 이 냉동사이클장치는 시동할 때를 제외하고는 정상적인 작동시 소정의 작동 주파수 범위를 가지며 전원으로부터 공급된 주파수를 변화시킴으로써 변속 구동을 실행할 수 있는 압축기를 포함하고, 상기 작동 주파수 범위는 상용 전력 공급 주파수 부근의 주파수 보다 낮지 않은 최소 작동 주파수를 가진다.

본 발명의 제5형태에 따른, 압축기는 제4형태의 작동 냉매를 압축하기 위해 한쌍의 스크롤 부재를 결합시켜서 구성되는 스크롤 압축기이다.

본 발명의 제6형태에 따른, 작동 냉매는 제4형태 또는 제5형태의 디플루오로메탄(HFC32)과 펜타플루오로에탄(HFC145)의 혼합물이다.

제1도는 본 발명의 제1실시예를 도시하는 냉매 압축기의 변속 구동을 수행하는 냉동사이클장치의 기본 구성도.

제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉매 압축기(공전형 스크롤 압축기)구조를 도시하는 종단면도.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 스크롤 압축기의 압축실에서 누설 틈새를 개략적으로 도시하는 설명도.

제4도는 본 발명의 제1실시예와 종래의 냉매 압축기(공전형 압축기)를 성능의 관점에서 비교한 그래프.

제5도는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉매 압축기(양회전형 스크롤 압축기)의 구조의 종단면도.

제6(a)도 내지 6(d)는 양회전형 스크롤 압축기의 압축 원리를 도시한 설명도.

제7도는 종래 냉매 압축기(회전 압축기)의 구조를 도시한 종단면도.

제8도는 회전 압축기의 압축 요소를 도시한 횡단면도.

제9(a)도 내지 9(d)는 공전형 스크롤 압축기의 압축 원리를 도시한 설명도.

제10도는 종래 냉매 압축기(공전형 스크롤 압축기)의 구조를 도시한 종단면도

＊도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 케이스 2 : 압축 요소

3 : 전기 모터 5 : 흡입관

6 : 실린더 8 : 피스톤

9 : 베인 13 : 방출 밸브

21, 22 : 스크롤 25 : 압축실

28 : 전기 모터 29 : 축

100 : 압축기 107 : 전력 공급부

실시예 1

제1도는 냉매 압축기가 본 발명의 제1실시예에 따라 변속 구동을 실행하는 냉동사이클 장치의 기본 구성도이며, 제1도에서 부호"100"은 냉매 압축기를 표시하고, 부호 "101"은 실외형 열교환기를 표시하고, 부호"102"는 실내형 열교환기를 표시하며, 부호 "103"은 4포트형 밸브(four port valve)를 표시하고, 부호"104"은 실외형 팽창밸브를 표시하며, 부호"105"는 실내형 팽창밸브를 표시하고, 부호"106"은 축압기를 표시한다. 이러한 요소들은 결합되어 냉동 사이클 제공한다. 부호"107"은 인버터 회로와 같이, 주파수 가변장치(108)이 접속된 상용 전력 공급부를 표시한다. 주파수 가변장치(108)는 냉매 압축기(100)의 전기 모터에 접속된 출력부를 구비한다. 상용 전력 공급부(107)로부터의 전류는 주파수 가변장치(108)에 의해 가변 전압 및 가변 주파수가 제어되어서, 압축기(100)가 변속 구동을 행하도록 실행한다.

제2도는 작동 냉매를 압축하기 위해 결합된 한쌍의 스크롤 부재를 구비하는 공전형 스크롤 압축기인, 냉매 압축기(100)와 같은 스크롤 압축기의 횡단면도이다. 냉매 압축기의 기본 구조 및 동작은 제9도와 제10도에 도시된 스크롤 압축기와 동일하다. 동일하거나 유사한 부분은 종래 압축기와 같은 부호로 표시하였으며, 동일하거나 유사한 부분의 설명은 생략한다.

냉매 압축기(100)는 상용 전력 공급부(107)의 주파수 보다 큰 주파수 또는 상용 전력 공급부(107)의 주파수(일본에서 60H_Z또는 50H_Z)부근의 주파수에서 세팅된 시동할 때를 제외하고, 정상적인 작동 주파수 영역에서 최소 주파수를 가진다. 압축기는 종래 압축기와 비교하여 고주파수 측(high frequency side)을 향해 변환되는 전체 작동 주파수 영역을 가진다. 구체적으로, 최소 작동 주파수는 시동할 때를 제외하고는 정상적인 작동 주파수 범위에서 60H_Z으로 세팅되고, 정상적인 작동 주파수 범위는 실시예에서 60 내지 240H_Z에서 세팅되며, 이것은 30H_Z내지 120H_Z으로 세팅된 정상적인 작동 주파수 범위를 가지는 압축기가 2배속 작동을 하며, 압축기가 냉매 압축기 (100)의 행정용량을 반감시켜서, 양 스크롤 부재(21a, 22a)의 크기를 더욱 소형화할 수 있다는 것을 의미한다. 스크롤 부재가 인벌류트 커브 형태에 있을 때, 행정용량은 하기 식으로 구해진다:

VST＝(2N-1)πp(p-2t)h (1)

여기서, VST : 행정용적

N : 턴수

P : 피치(P＝2πA, A는 인벌류트 기초 서클의 반경)

t : 스크롤 부재의 두께

h : 스크롤 부재의 높이를 표시한다.

턴수(N)와 스크롤 부재의 두께(t)가 변화되지 않는다면, 스크롤 부재의 높이(h)와 피치(p)는 감소될 수 있다. 30H_Z내지 120H_Z의 작동 범위를 갖는 종래 냉매 압축기(100)와 비교하여, 스크롤 부재의 높이(h)의 감소량은 제3도에 도시된 바와 같이, 양 스크롤 부재의 측면 사이의 반경 틈새(C)에 의해 한정된 누설 경로부의 면적을 감소시킬 수 있으며 피치(p)의 감소량은 제3도에 도시된 바와 같이, 결합된 스크롤의 베이스플레이트의 단부면과 스크롤 부재의 주요 에지면 사이의 축 틈새(K)에 의해 한정된 누설 경로부의 면적을 마찬가지로 감소시킬 수 있다. 30 내지 120H_Z의 작동 범위를 갖는 종래의 냉매 압축기가 30H_Z, 즉, 이론상 압축 작업에 대한 누설손실의 비율이 상승하는 최소 주파수 동작에서 구동될 때와, 상기 기술된 종래 압축기와 비교하여 행정용량이 반감된 60H_Z내지 240H_Z의 작동 범위를 갖는 실시예에 따른 압축기가 종래 압축와 동일한 압력 조건에서 60H_Z의 최소 주파수로 구동될 때, 실시예에 따른 압축기는 동일한 용량을 가짐에도 불구하고 누설 면적의 감소에 의해 누설손실을 감소시킬 수 있다.(용적효율이 동일하다면 냉동 용량과 압축 작업이 동일해진다). 실시예에 있어서, 감소된 누설 면적은 외부 주변부에서 한정된 압축실의 작동 냉매가 압축 행정 동안 초기 단계에서 압축실로부터 누설되는 양을 최소화할 수 있다. 실시예에 따른 압축기는 단위 시간에 비례한 이론상의 흡입량(주파수×행정용량)이 종래 압축기와 동일하기 때문에 종래 압축기와 비교하여 용적 효율을 증가시킬 수 있다. 이론상 압축작업은 용적효울을 증가시킴으로써 향상될 수 있고, 누설 손실은 기술된 바와 같이 낮추어진다. 실시예에 따라서, 이론상의 압축작업에 대한 누설 손실비율은 종래 압축기와 비교하여 감소될 수 있고, 60H_Z의 최소 주파수에서 동작할 때 실시예의 압축 성능은 종래 압축기가 누설손실이 상당히 높은 30H_Z의 최소 주파수에서 동작할 때 의 성능과 비교하여 현저하게 향상된다. 다른 주파수에서의 작동에 대해서, 비교를 위해 동일한 용적과 동일한 압력조건을 제공하기 위해, 실시예에 따른 압축기와 종래 압축기가 상응하는 다른 주파수에서 구동되는 한, 실시예에 따른 압축기는 종래 압축기와 비교하여 동일한 이유로 용적 효율을 증가시키고 이론상의 압축 작업에 대한 누설 손실비율을 감소시킬 수 있다. 양 스크롤 부재 크기의 컴팩트화는 고정형 스크롤(22)과 공전형 스크롤(22)의 컴팩트화를 의미하며, 이 컴팩트화에 의해서 공정형 스크롤(22)과 고전형 스크롤(21)을 수용하는 주 프레임(26)은 작게 만들어질 수 있다. 컴팩트한 스크롤(21, 22)은 트러스트 베어링(26a)과, 주 베어링(26b)과 다른 부속품에 적용된 부하를 감소시킬 수 있다.

동일한 압력 조건에서 작동 냉매를 압축하는데 필요한 전기 모터(28)의 구동토크는 이론상의 압축 작업을 (2π×주파수)로 나누어서 얻어진 값이다. 실시예에 따라서, 작동 냉매를 동일한 이론상의 압축작업, 즉, 종래 압축기와 비교하여 동일한 압력조건 하에 동일한 냉동 용량으로 압축하기 위해. 주파수는 두배이기 때문에 전기 모터(28)의 구동 토크를 반감시킬 수 있으며, 이것은 전기 모터(28) 자체가 종래 압축기와 비교하여 상당히 컴팩트하게 제조될 수 있다는 것을 의미한다. 실시예에 따라서, 본 발명의 목적에 대하여 기술된 모터 손실의 문제는 상용 전력 공급 주파수 보다 저주파수에서의 동작, 즉, 정동 토크가 급격히 저하되는 포인트에서의 동작은 정상적인 작동 범위에서는 실행되지 않기 때문에 해소된다. 실시예에 따른 압축기는 정상적인 작동 주파수 범위의 최소 주파수 작동시에도 다른 주파수와 동일한 자속밀도로 구동될 수 있기 때문에, 종래의 최소 주파수 동작과 비교하여 철손실이 감소하여 모터 효율을 향상시킬 수 있다. 실시예에 따른 최소 주파수(60H_Z) 작동은 종래 최소 작동 주파수(30H_Z) 동작과 비교하여 이론상의 압축작업에 대한 모터 손실 비율을 감소시켜서 압축 성능을 개선할 수 있다. 만약, 전기 모터(28)가 모터를 컴팩트하게 만들지 않고, 동일한 크기로 구성된다면, 정동 토크에 대한 작동 토크의 비율은 크게 저하되어 모터 효율을 크게 향상시킨다. 그러나, 모터를 컴팩트하게 만들면서 크기를 변화시키지 않으면 우수한 성능과 많은 장점을 제공한다. 정상적인 작동 주파수 범위에서의 최소 주파수는 상용 전력 공급 주파수 부근 또는 상용 전력 공급 주파수 보다 고주파수로 변화되어 전기 모터의 정동토크가 정상적인 작동 범위에서 갑자기 저하되는 포인트를 제거할 수 있다. 최소 주파수 동작에서 모터 효율을 저하시키는요소, 예를 들어, 전류의 증가로 인한 구리 손실량의 증가 또는 전압을 고압으로 세팅함으로써 발생한 철 손실량의 증가를 제거할 수 있다. 따라서, 최소 주파수 동작에서의 모터 효율은 현저하게 증가하여 최소 주파수 동작에서 압축기의 성능을 개선할 수 있다.

계속해서, 트러스트 베어링(26a)에 대해서 설명한다. 실시예에 따라서, 반감된 행정용량은 양 스크롤(21, 22)을 컴팩트하게 만들어서 상기 기술된 피치(p)의 감소량 만큼 주파수와 독립적으로 작동 냉매를 압축시킴으로써 발생한 추력 방향으로의 압축 부하를 감소시킬 수 있으므로, 트러스트 베어링(26a)은 더욱 소형화될 수 있다. 정상적인 작동 영역에서의 최소 주파수가 종래 압축기와 비교하여 두배이기 때문에 미끄럼 속도는 증가한다. 공전형 스크롤(22)의 공전 반경은 하기 식으로 구해진다.

공전반경(Rc)＝p/2－t (2)

여기서, P : 피치(P=2πA, A는 인벌류트 기초 서클의 반경)

t : 스크롤 부재의 두께를 표시한다.

실시예에서, 행정용량을 반감시킴으로써 스크롤 부재(21a, 22a)를 컴팩트하게 만들기 위해, 피치(p)뿐 아니라 스크롤 부재(h)의 높이는 감소되며, 이것은 공전반경이 반감되지 않는 것을 의미한다. 공전 반경은 종래 공전 반경을 감소시킴으로써 얻어진 값보다 충분히 더욱 큰 값을 가진다. 따라서, 최소 작동 주파수에서 트러스트 베어링(26a)에 대한 미끄럼 속도는 종래 압축 동작과 비교하여 향상될 수 있다. 비록, 트러스트 베어링(26a)가 더욱 소형화되어도, 최소 작동 주파수에서의 트러스트 베어링(26a)의 윤활성능은 종래 압축 동작과 비교하여 향상될 수 있으며, 유체 윤활상태를 확실히 유지하여 냉매 압축기의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다. 압축기는 4계절에서 상대적으로 장시간 동안 최소 작동 주파수에서 구동된다. 유체 윤활상태에서, 증가된 미끄럼 속도는 미끄럼 손실량을 중가시킨다. 트러스트 베어링의 비끄럼 손실은 고주파수 동작에서 더욱 커지기 때문에, 트러스트 베어링의 미끄럼 속도 손실의 가능성은 유체 윤활이 제공된 종래 압축기 동작의 주파수 영역과 동일한 실시예의 주파수 영역에서 증가한다. 그러나, 트러스트 베어링이 회전 반경으로써 작은 공전 반경을 가지기 때문에, 유체윤활이 제공되는 동안 이론상의 압축 작업에 대한 미끄럼 손실의 비율은 작다. 비록, 상응하는 주파수로써 120H_Z와 같은 고주파수에서의 종래 압축기와 비교하여, 실시예의 240H_Z와 같은 고주파수에서의 트러스트 베어링(26a)의 미끄럼 속도를 증가시키도록, 미끄럼 속도는 증가한다. 실시예에 따라서, 신뢰성을 증가시킬 뿐 아니라 미끄럼 손실을 감소시키면서 종래 주변 윤활상태와 비교하여 마찰계수를 감소시키기 위해 최소 주파수에서 유체 윤활상태를 확실히 유지한다.

또한, 주 베어링(26b), 보조 베어링(31a) 및 공전형 베어링(22d)과 같이, 래디얼 부하를 상대적으로 회전하는 축로부터 지지하기 위한 베어링에 있어서, 회전 반경은 각각의 베어링 반경이기 때문에 크며 미끄럼 속도는 트러스트 베어링(26a)과 비교하여 회전 반경의 증가량 만큼 크기 때문에, 종래 압축기 동작의 최소 동작 주파수에서 윤활 성능이 충분히 유지된다. 만약, 최소 작동 주파수의 각각의 반경 베어링 상의 오일 막의 최소 두께가 동일한 압력 조건 하의 종래 최소 작동 주파수의 오일 막 두께와 동일하거나 또는 그 이상의 두께를 가지더라도, 본 발명에 따른 압축기는 윤활성능을 충분히 유지할 수 있다. 실시예에 따라서, 반감된 행정용량은 주파수와 독립적으로 작동 냉매를 압축함으로써 발생된 래디얼 부하를 반경 방향으로 감소시키기 위해, 종래 압축기와 비교하여 양 스크롤(21, 22)을 더욱 소형으로 만들 수 있다. 특히, 스크롤 부재의 높이(h)를 낮추는 것과 피치(p)를 줄이는 것은 압축 부하를 감소시키는 데 효과가 있다. 또한, 원심력을 발생시키는 공전형 스크롤부재(22)는 더욱 소형으로 또는 경량으로 제조되고, 공전형 스크롤(22)의 공전 반경은 감소되기 때문에, 공전 동작으로 인한 원심력으로부터 전체 회전 시스템의 균형을 맞추는 밸런서(30a, 30b)는 더욱 컴팩트하고 경량으로 만들 수 있다. 컴팩트한 전기 모터(28)는 주 베어링(26b)과 보조 베어링(31a) 사이의 거리와 밸런서(30a, 30b) 사이의 거리를 단축시킬 수 있다. 실시예의 60H_Z의 최소 작동 주파수에서 각 반경 베어링 상의 오일 막의 최소 두께가 종래 압축기의 30H_Z의 최소 작동 주파수에서의 오일막 두께로 세팅될 때, 원심력은 턴수의 자승, 즉, 주파수에 비례하도록 원심력의 증가를 통해 상기 저주파수로 인하여 영향이 작아진다. 따라서, 적용된 래디얼 부하는 종래 압축기와 비교하여 본 실시예에서 감소되고 두배의 주파수는 종래 압축기 보다 각각의 반경 베어링을 더욱 소형으로 만들면서 미끄럼 속도를 증가시킬 수 있다. 만약, 베어링 직경이 반감되어 압축기를 컴팩트하게 만들면, 주파수는 두배가 되지만 미끄럼 속도는 변하지 않는다. 그러나, 상기 방식으로 컴팩트한 것은 윤활성능이 저하되도록 하지 않으며 부하가 감소되기 때문에 충분한 내구성을 제공할 수 있다. 원심력은 큰 영향력을 갖은 원심력으로 고주파수 상의 주파수 자승에 비례하도록 증가하기 때문에, 실시예의 각각의 반경 베어링에 적용된 래디얼 부하는 기술된 바와 같이, 래디얼 부하를 감소시킬 수 있는 요소가 있을지라도, 저주파수 측 상의 부하와 대조적으로 상응하는 고주파수 측 상의 종래 압축기의 래디얼 부하와 비교하여 증가한다. 그러나, 마찰 계수는 각각의 반경 베어링이 컴팩트하게 만들어지기 때문에 감소된다. 실시예에서, 각각의 반경 베어링의 직경을 감소시키면 베어링을 컴팩트하게 만드는데 효과가 있으므로, 각 베어링의 회전 직경은 감소된다. 비록, 주파수가 두배일 때에도, 미끄럼 속도는 거의 증가하지 않는다. 상기 측정으로, 실시예의 고주파수 측 상의 반경 베어링의 미끄럼 손실은 억제되어 상응하는 다른 주파수 상의 종래 압축기의 미끄럼 손실 보다 작게 할 수 있다. 종래 압축기보다 고주파수 측의 이론상 압축 작업에 대하여 큰 비율을 갖은 실시예의 반경 베어링의 미끄럼 손실은 비록, 실시예의 주파수가 종래 압축기 주파수의 두배 일때에도, 고주파수 측의 종래 압축기의 이론상 압축 작업에 대한 미끄럼 손실 보다 작게 억제된다.

제4도는 동일한 조건에서 30 내지 120H_Z의 정상적인 작동 주파수 범위를 갖는 종래의 공전형 스크롤 압축기와 실시예에 따른 공전형 스크롤 압축기 사이의 비교를 나타내는 그래프를 도시하며, 제4도에서, 종축은 1로 규정된 60H_Z의 종래 압축기의 성능 계수(COP)(Coefficient Of Performance)의 비율을 표시하고, 횡축은 종래 압축기의 주파수와 실시예의 상응하는 주파수가 각각 동일한 위치에서 배치되는 작동 주파수를 표시한다. 제4도에 도시된 바와 같이, 최소 주파수의 COP는 상기 기술된 이유로 크게 상승된다. 주파수가 높을수록, 종래 기술에 대한 실시예의 COP의 우월성은 작아지며, 이것은 누설 손실의 감소로 인하여 실시예에서 제공된 장점이, 동일한 용량의 공급 관점에서 상응하는 주파수에서 실시예에 따른 압축기를 종래 기술과 비교하는 상기 기술과 같이, 트러스트 베어링(26a)에 의해 제공된 손실과 부가로 소위 "오버슈트 손실(overshoot loss)"로 호칭되는 방출 압력손실 및 전기 모터(28)의 표피 효과에 의한 2차 동손실이 증가함으로써 서로 상쇄되기 때문이다. 그러나, 실시예의 COP는 최고 주파수일 때에도 종래 기술 보다 높다. 오버슈트 손실에 대해서, 주파수가 높을수록 이론상의 압축 작업율도 높아진다. 비록, 실시예는 방출 체적 유량을 반감시키기 위해 행정 용적을 반감시키지만, 두배로 증가된 주파수는 실시예에 더욱 영향을 미쳐서 상응하는 주파수에서의 종래 기술과 비교하여 더 고주파수 측에서 비율을 높이도록 실행하면서, 이론상의 압축작업에 대한 오버슈트 손실 비율을 증가시킨다. 표피 효과에 대해서, 표피효과는 2차 저항 또는 2차 인덕턴스가 회전자(28b)에 흐르는 일정하지 않은 전류로 인하여 변화되고, 특히, 주파수가 높아짐에 따라 2차 동손실이 증가하는 현상이다.

비록, 고주파수 측에서의 압축기 성능의 향상은 기술된 바와 같이 크지 않지만, 초기 60H_Z을 제외하고 정상적인 작동 주파수 범위에서 최소 작동 주파수를 세팅함으로써, 정상적인 작동 주파수 범위를 60 내지 240H_Z즉, 고주파수 측으로 변환하도록, 최소 주파수 동작에서 냉매 압축기 (100)의 압축성능을 크게 개선할 수 있다. 최소 주파수 동작은 4계절에서 상대적으로 장시간 동안 행해진다. 향상된 압축 성능은 냉매 압축기의 SEER를 개선하고 변속 구동을 실행하도록 냉매 압축기가 설치된 냉동사이클 장치의 SEER를 개선한다. 변환된 작동 주파수 범위의 최소 작동 주파수에서 동작함으로써, 종래 기술과 같은 여유 온도 부근에서 세팅된 온도를 갖는 환경에서 섬세하게 제어할 수 있다. 최소 주파수 동작에서 트러스트 베어링(26a)의 윤활성능은 향상되어 신뢰성을 증가시키면서, 냉매 압축기(100)의 내구성을 개선할 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 부속품을 컴팩트하게 만들 수 있기 때문에, 대체로, 냉매 압축기(100)는 컴팩트하고 가볍게 만들 수 있고, 압축기의 비용을 절감할 수 있다. 제4도의 기술과 관련된 스크롤 압축기에 있어서, 실시예는 종래 기술과 비교하여 압축기의 외경을 88%, 압축기의 크기를 78%, 압축기의 무게를 65%만큼 감소시킬 수 있으며, 이것은 냉매 압축기를 갖는 냉동사이클 장치를 더욱 작고 가볍게 만들고 장치의 비용을 절감할 수 있다는 것을 의미한다.

냉매 압축기(100)로써 스크롤 압축기를 사용함으로써 얻어지는 장점은 하기에 기술된다. 압력 상승속도의 관점에서 스크롤 부재는 그 속도가 느리고, 압축기에서 흡입행정과, 압축 및 방출 행정이 연속으로실행되며 중간 압력의 압축실은 흡입 및 방출 행정 사이에 형성되기 때문에 스크롤 부재는 토크의 변화가 가장 작다. 방출된 작동 냉매는 거의 연속적인 유동에서 방출되기 때문에 압력변화가 가장 작으며, 압축기는 저진동이기 때문에 고주파수에서 작동하기에 적당하다. 비록, 정상적인 작동 주파수 범위의 최소 주파수는 전체 정상적인 작동 주파수 범위를 종래 기술과 비교하여 고주파 측으로 변환하기 위해, 상용 전력 공급부(107)의 주파수 부근 또는 상용 전력 공급(107)의 주파수 이상으로 세팅되지만, 고주파수측에서의 작동은 어려움이 없다.

본 실시예는 스크롤 압축기로써, 한 스크롤이 고정되고 다른 스크롤이 자전없이 고정된 스크롤 중심 주위를 선회 동작을 실행하는 공전형 스크롤 압축기를 사용한다. 스크롤 부재는 양 스크롤이 편심으로 결합되어서 같은 방향으로 자전하여 작동 냉매를 압축하는 양회전을 포함한다. 제5도는 양회전형 스크롤 압축기의 종단면도이고, 제6도는 양회전형 스크롤 압축기의 압축 원리를 도시한 개략도이다. 제5도 및 제6도에 있어서, 동일하거나 또는 상응하는 부분은 상기 기술된 공전형 스크롤 압축기와 연관된 것과 동일한 부호로 표시되며, 반복적인 설명은 생략한다. 또한, 제5도 및 제6도에 있어서, 부호(41)는 스크롤 부재가 직립 방식으로 형성된 베이스플레이트(41b)를 가지고 베이스플레이트면이 구동축(42)과 결합된 스크롤 부재로부터 이격된 구동 스크롤을 표시하고, 부호(43)는 스크롤 부재(43a)가 곧은 방식으로 형성된 베이스플레이트(43b)를 가지며, 베이스플레이트면은 종동축(44)에 결합된 스크롤 부재로부터 이격되는 종동 스크롤을 표시한다. 양 스크롤부재(41a, 43a)는 편상되게 결합되고, 구동축(42)은 전기 모터(28)에 의해 구동되므로 구동축과 결합된 구동 스크롤(41)도 회전한다. 또한, 구동 스크롤(41)이 회전할 때, 구동 스크롤(41)이 베이스플레이트(41b) 상에 직립한 구동핀(45)은 반경방향으로 연장하기 위해 종동 스크롤(43)에 형성된 홈(46)과 결합하기 때문에, 종동 스크롤(43)은 구동 스크롤(41)과 동일한 방향으로 회전한다. 편심으로 결합된 양 스크롤(41, 43)은 동일한 방향으로 회전하고, 양 스크롤 부재(41a, 43a) 사이에 한정된 초승달 형태의 압축실(25)은 방출홀(24)로부터 작동 냉매를 압축하기 위해 점차 행정용량이 감소되도록 실행된다. 만약, 구동 스크롤(41)의 중력 중심이 구동축(42)과 동축이 되도록 구동 스크롤(41)이 형성된다면, 구동 스크롤은 구동축(42)을 반경 방향으로 유지하기 위한 구동 베어링(47)에 대해서 편심 운동을 하지 않으며, 이러한 조치는 밸런스 웨이트를 설치할 필요가 없이, 전체 회전 시스템에 완전한 균형을 제공할 수 있다.

상기 양 회전형 스크롤 압축기를 냉매 압축기(100)로 사용하고, 시동할 때를 제외하고 정상적인 작동 주파수 범위의 최소 작동 주파수가 상용 전력 공급부(107)의 주파수 부근으로 또는 상용 전력 공급부(107)의 주파수 이상으로 세팅되어 정상적인 작동 주파수 범위를 종래 보다 전체적으로 고주파 측으로 변환할 때, 상기 기술된 실시예와 유사한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 회전 시스템의 완전한 벨런스가 구성되어 고주파수 작동시 진동을 더욱 줄일 수 있다.

냉매 압축기(100)가 장시간 동안 정지할 때, 작동 냉매는 압축되고 작동 냉매가 액체 상태로 유지되는 현상이 발생한다. 만약, 스크롤 압축기가 다량의 냉매를 압축상태로 가진다면, 압축실(25)은 액화된 냉매로 가득차고, 압축기가 이 상태에서 가동될 가능성이 있다. 만약, 압축기가 상기 상태에서 고주파수로 빠르게 작동하면, 압축실에서 시간에 용적 변화율이 커지므로, 특히, 중간 압축실 내의 압력의 급격한 상승, 즉, 압력 펄스가 발생하여 스크롤 부재가 파괴될 가능성이 생긴다. 이러한 이유에 대해, 비록, 정상적인 작동 주파수 범위의 최소 주파수가 실시예의 상용 전력 공급부(107)의 주파수 부근으로 또는 상용 전력 공급부(107)의 주파수 이상으로 세팅되어도, 시동할 때 10H_Z와 같은 저주파수에서 기동이 느려지고, 주파수는 단계적으로 증가하여 발생시 압력 펄스의 발생을 방지한다.

실시예 2

회전 압축기가 냉매 압축기(100)로 사용될 때, 행정용량은 스크롤 압축기와 같은 최소 주파수 동작에서 감소되고, 특히, 베인과 베인홈 사이의 측면 틈새와 롤링피스톤의 외부면과 실린더의 내부면 사이의 반경 틈새에서 규정된 누설 영역은 감소되어 누설 손실을 감축할 수 있다. 부가로, 모터 손실에 대해서 유사한 장점이 얻어져서 압축기의 성능을 크게 개선할 수 있다. 그러나, 회전 압축기는 스크롤 압축기와 다르게 단일 회전에 의하여 흡입, 압축 및 방출 행정을 실행하기 때문에 압력 상승속도가 크며, 이러한 이유에 대해서, 회전 압축기는 토크의 변화가 스크롤 압축기보다 크고 방출 밸브가 필요하다는 점에서, 스크롤 압축기와 대조적으로 고속 작동시에 적합하지 않다. 회전압축의 작동 주파수 범위는 고주파수 측상의 작동 주파수 범위가 스크롤 압축기와 비교하여 제한되기 때문에, 스크롤 압축기의 작동 주파수 범위 보다 좁다. 회전 압축기의 고속 동작을 방해하는 주요인은 베인과 롤링피스톤의 외부면 사이의 미끄럼 운동이 작용하기 때문이라고 사료된다. 상기 미끄럼부는 항상 주변이 윤활상태에 있기 때문에, 고주파수 동작은 롤링피스톤의 외부면과 베인의 주요 에지가 크게 마모되도록 실행한다. 그러나, 베인과 롤링피스톤이 한 단위로 구성되고, 베인과 롤링피스톤의 외부면이 미끄럼 운동을 하지 않는 회전 압축기가 최근에 제안되어서 상기 미끄럼 부분의 마모 문제를 해소하였다.

실시예 3

하이드로풀루오로카본 냉매(이하, HFC 냉매로 칭함)와, 오존층을 파괴하는 염소 원자 (chlorine atoms)를 포함하지 않는 분자구조는 환경 보호의 관점에서 최근에 냉동사이클 장치용 작동 냉매로써 점차 폭넓게 사용되고 있다. 최근에 공조(air condition)용으로 주로 사용되고 있는 클로로디플루오로메탄(이하, HFC 22로 칭함)도 최근에 완전히 폐지할 것을 결정하였다. 디플루오로메탄(이하, HFC32로 칭함)과, 펜타플루오노에탄(이하, HFC125로 칭함)과, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(이하, HFC134a로 칭함)과, 1,1,1-트리플루오로에탄(이하, HFC143a) 및 1,1-디플루오로에탄(이하, HFC152a로 칭함)과 같은 HFC냉매는 단독형태 또는 HFC22용 변형냉매로써 혼합형태로 사용된다. 3종류의 HFC32와, HFC125 및 HFC134a으로 혼합된 HFC32/125/134a 작동 냉매 또는 두 종류의 HFC32 및 HFC125으로 혼합된 HFC32/125는 공조용 냉매로써 장래에 주로 사용될 것이다. 특히, HFC32/125냉매는 고압 냉매이고 동일한 온도에서 HFC22와 비교하여 포화압력을 가진다. HFC32/125의 고압과 저압의 차이는 HFC22와 비교하는 종래 기술로써 동일한 온도 조건에서 매우 크다. HFC32/125는 HFC22보다 큰 밀도를 가지기 때문에, HFC22의 용도로써 냉동 능력이 동일하도록 HFC22의 용도와 비교하여 감소될 수 있다.

HFC32/125가 냉매 압축기가 변속 구동을 실행하는 냉동사이클 장치용 작동 냉매로 사용될 때, 고압과 저압의 차이는 상기 기술된 HFC22의 사용과 비교하여 확대되어 누설 손실을 증가시키고, 특히, 이론상의 압축 작업에 대한 누설 손실 비율이 큰 30H_Z와 같은 최소 주파수 동작에서 압축기의 성능을 매우 저하시킨다. 냉매 압축기(100)가 스크롤 압축기로 구성되고, 시동할 때를 제외하고 정상적인 작동 주파수 범위에서의 최소 작동 주파수가 상용 전력 공급부(107)의 주파수 부근 또는 상용 전력 공급부(107)의 주파수 이상으로 세팅되어, 전체 정상적인 작동 주파수 범위를 본 발명에 따른 고주파수 측을 향해 변환할 때, 상기 기술된 이론에 의해 누설 손실이 저하되는 효과가 작용하여 최소 주파수 동작에서 압축기의 성능을 크게 개선할 수 있다. 부가로, 행정용량은 HFC22의 사용과 비교하여 감소되어서 오버슈트 손실을 낮추면서 고주파수 동작에서 방출 체적 유량을 감소시키며, 이 방식으로, 압축기 성능은 고주파수 측 뿐 아니라 압축기의 성능, 즉, COP는 거의 균일하게 될 수 있다. 따라서, 냉매 압축기(100)의 SEER는 개선되고 압축기가 변속 구동을 실행하도록 설치된 냉동사이클 장치의 SEER도 역시 개선될 수 있다.

상기 기술된 실시예는 정상적인 동작의 소정의 작동 주파수 범위가 60 내지 240H_Z로 세팅되는 경우에 대해서 설명되었지만, 본 발명에 따른 정상적인 동작의 소정의 작동 주파수 범위는 60 내지 240H_Z에 국한되지 않는다. 최소 작동 주파수는 상용 전력 공급부 주파수 부근의 주파수 보다 작지 않은 주파수 즉, 정동 토크가 종래 기술의 문제에 대해 기술된 것과 같이 급격히 떨어지는 포인트 보다 높은 주파수로 세팅될 수 있다. 최대 작동 주파수는 베어링 부분의 미끄럼 손실 또는 고속 동작시의 오버슈트 손실 또는 전기 모터의 표피 효과로 발생하는 제2차 동손실로 인한 손실의 증가가 성능을 저하시키는 문제점을 피할 수 있는 주파수로 세팅될 수 있다. 작동 주파수 범위는 최소 작동 주파수와 최대 작동 주파수 사이에서 선택적으로 선택될 수 있다.

본 발명에 따라서, 정상적인 동작의 소정의 작동 주파수 범위는 상기 기술된 바와 같이 세팅되어 컴팩트하고 가볍게 제조되며, SEER 및 내구성을 개선한 변속 구동 냉매 압축기를 저렴하게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 냉동사이클 장치는 충분히 편리하고 냉매 압축기가 높은 신뢰성으로 변속 구동을 행하도록 실행하면서, 컴팩트하고 가볍게 제조되며, SEER를 개선하면서 저렴하게 제공될 수 있다.

본 발명의 제1형태에 따라서, 정상적인 작동 주파수 범위에서 최소 주파수 동작의 압축기의 이론상 압축 작업에 대한 모터 손실 비율과 이론상 압축 작업에 대한 누설 비율은 감소되어 4계절에서 상대적으로 장시간 동안 행해진 최소 주파수 동작에서 압축기의 성능을 개선시킬 수 있으며, 결과적으로 압축기는 SEER를 개선할 수 있다. 압축기를 작동 주파수 범위의 최소 작동 주파수에서 구동시킴으로써, 대체로 여유 온도 부근의 세팅된 온도에서 정확하게 제어할 수 있다. 또한, 압축기를 컴팩트하고 가볍게 제조하여 비용을 절감할 수 있다.

제2형태에 따라서, 제1형태에서 제공된 장점외에 최소 주파수 동작에서 압축기의 베어링 부분에서 윤활 성능을 개선할 수 있으므로, 압축기는 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 압축기는 저진동 설계를 제공하기 위해 비록, 고주파수 동작의 압력 변화를 최소화 할 수 있다.

제3형태에 따라서, 특히, 고압 압축 냉매의 사용으로 인한 누설 소실이 증가하는 것을 완하시킬 수 있으며, 부가로, 작동 냉매로써 HFC32와 HFC125의 혼합물을 사용함으로써, 다른 주파수로 인한 성능상의 차이점을 최소화 하고, 압축기의 성능을 더욱 균일하게 하며, 부가로 압축기의 SEER를 개선한다.

제4형태에 따라서, 냉동사이클 장치는 SEER를 개선할 수 있으며, 냉동사이클 장치를 컴팩트하고 가볍게 만들고, 컴팩트하고 가벼운 냉매 압축기에 상기 장치를 제공함으로써 비용을 절감할 수 있다.

제5형태에 따라서, 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 고주파수 작동에서 압력 변화를 최소로 만들 수 있다. 저진동 설계를 갖는 압축기를 사용함으로써, 높은 신뢰성과 향상된 성능을 갖는 냉동사이클 장치를 제공할 수 있다.

제6형태에 따라서, 고압 압축 냉매의 사용으로 인한 누설손실이 증가하는 것을 감소시킬 수 있으며, 향상된 SEER를 갖은 냉매 압축기를 사용하여 향상된 성능과 SEER를 갖은 냉동사이클 장치를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 냉동사이클에서 사용되고 구동 전원의 주파수를 변화시킴으로써, 변속 구동을 실행하는 냉매 압축기에 있어서, 시동할 때를 제외하고 정상적인 동작에서 소정의 작동 주파수 범위를 갖는 압축기와, 작동 주파수 범위의 최저 작동 주파수를 상용 전력 공급 주파수 부근의 주파수 보다 작지 않은 작동 주파수로 한 것을 특징으로 하는 냉매 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 압축기가 한쌍의 스크롤 부재를 결합시켜서 구성되는 스크롤 압축기인 것을 특징으로 하는 냉매 압축기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 작동 냉매는 디플루오로메탄(HFC32)과 펜타플루오로에탄 (HFC125)의 혼합 냉매인 것을 특징으로 하는 냉매 압축기.

   ※참고사항:최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.