WO2009108006A9 - 인버터형 스크롤 압축기 - Google Patents

인버터형 스크롤 압축기 Download PDF

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WO2009108006A9
WO2009108006A9 PCT/KR2009/000951 KR2009000951W WO2009108006A9 WO 2009108006 A9 WO2009108006 A9 WO 2009108006A9 KR 2009000951 W KR2009000951 W KR 2009000951W WO 2009108006 A9 WO2009108006 A9 WO 2009108006A9
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scroll
inverter
suction port
fixed scroll
compressor
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이건호
구인회
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두원공과대학교
두원전자
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Publication of WO2009108006A3 publication Critical patent/WO2009108006A3/ko
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation
    • F04C29/047—Cooling of electronic devices installed inside the pump housing, e.g. inverters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0215—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
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    • F04C2240/80—Other components
    • F04C2240/808—Electronic circuits (e.g. inverters) installed inside the machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/008—Hermetic pumps

Definitions

  • the present invention relates to an inverter type scroll compressor, and more particularly, to an inverter type scroll compressor capable of reducing power consumption and greatly increasing efficiency by simultaneously cooling an inverter and a compressed refrigerant using suction refrigerant.
  • a scroll compressor includes a fixed scroll having a helical scroll wrap and fixed regardless of the rotation of the drive shaft, and a turning scroll which is also formed with a spiral scroll wrap and pivoting in accordance with the rotation of the drive shaft.
  • FIG. 1 A typical example of such a conventional scroll compressor is disclosed in FIG. 1 (hereinafter referred to as 'prior art 1'), and the structure thereof will be described below.
  • the electric scroll compressor has a housing 10, a suction port 60 and a discharge port 70 formed in the housing 10, and a fixed scroll 81 accommodated in the housing 10 and engaged with each other.
  • the suction port 60 and the suction chamber 13 are formed on the rear side of the housing 10, and the discharge port 70 and the discharge chamber 73 are formed on the front side.
  • the inverter 20 is sealed to the side of the main housing 10.
  • the refrigerant passing through the suction chamber 13, the suction port 16, and the space 17 below the inverter 20 passes through the communication path 15 to the compression chamber (the space between the fixed scroll and the turning scroll) 88.
  • an object of the present invention is to provide an inverter scroll compressor that can prevent overheating of the compressor and significantly increase the efficiency of the compressor by simultaneously cooling the inverter and the compressed refrigerant using the suction refrigerant. To provide.
  • an object of the present invention is to provide an inverter-type scroll compressor that can reduce the power required as the efficiency of the compressor increases.
  • inverter-type scroll compressor that can increase the heat exchange efficiency of the evaporator to reduce the superheat degree at the time of the first suction of the refrigerant.
  • the fixed scroll has a suction port penetrated to the compression chamber, and the discharge scroll is formed in the turning scroll, and the suction refrigerant flows between the inverter and the fixed scroll through the suction port and is discharged through the discharge port. .
  • a guide portion for guiding the suction refrigerant from the suction port to the suction port is formed on the front surface of the fixed scroll facing the inverter.
  • the guide portion is characterized in that the introduction port is formed in communication with the suction port of the fixed scroll.
  • the guide portion when viewed from the direction of the drive shaft, is characterized in that a plurality of guide channels are formed extending in the circumferential direction.
  • At least one of the guide channels is characterized in that one end is disposed in the vicinity of the suction port and the other end is arranged in the inlet.
  • the guide channel is characterized in that it has an arc shape.
  • At least one of the guide channels is characterized in that it has a straight inlet on the suction port side.
  • the guide channel is characterized by being formed by a plurality of guide strips or guide grooves.
  • the drive shaft is characterized in that the discharge passage is formed through the longitudinal direction.
  • At least a portion of the discharge passage formed in the drive shaft is characterized in that formed inclined outward from the center of rotation from the rear toward the front.
  • discharge port is characterized in that formed behind the swinging scroll.
  • the present invention having the above-described configuration, by simultaneously cooling the inverter and the compressed refrigerant using the suction refrigerant, it is possible to prevent overheating of the compressor by the inverter and to significantly increase the compressor efficiency.
  • the suction gas is far from the discharge chamber, the suction gas is not heated by the discharge chamber, thereby preventing a decrease in compression efficiency.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of an inverter compressor according to the prior art 1.
  • FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view showing the configuration of an inverter-type compressor according to the present invention.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the circulation structure of the suction refrigerant in the inverter-type compressor according to the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of an inverter-type compressor according to the present invention.
  • FIG. 5 is a front perspective view excluding the inverter of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a P-H diagram of the suction refrigerant passing through the inverter compressor according to the present invention.
  • FIG. 7 is a P-H diagram of the suction refrigerant passing through the inverter compressor according to the prior art.
  • the inverter-type scroll compressor 1000 As shown, the inverter-type scroll compressor 1000 according to the present invention, the housing 100, the suction port 600 and the discharge port 700 formed in the housing 100, and in the housing 100
  • the rotating scroll is provided between the fixed scroll 810 and the turning scroll 820, the driving shaft 830, the motor 840, the tip of the driving shaft 830 and the turning scroll 820 to be received and engaged with each other.
  • Sliding bush 850 to induce a swing (orbit) movement of the 820, and a rotation preventing means 860, such as the old dam ring for preventing the rotation of the swing scroll 820.
  • the drive shaft 830, the drive motor 840, the sliding bush 850, and the anti-rotation means 860 constitute a turning drive means of the turning scroll 820.
  • the housing 100 includes an inverter housing 110 at the front, a main housing 130 at the rear, and a main frame 120 disposed between the inverter housing 110 and the main housing 130.
  • the configuration of the housing 100 may be adopted a variety of known examples.
  • a suction port 600 and a discharge port 700 are formed, respectively, to suck refrigerant from the evaporator through the suction port 600, and between the fixed scroll 810 and the turning scroll 820. After the refrigerant is compressed in the compression chamber 880, the refrigerant is sent to the condenser through the discharge port 700.
  • the inverter 200 is disposed on the front surface of the fixed scroll 810, and the suction port 815 is formed in the fixed scroll 810 so as to pass through the compression chamber 880.
  • the suction port 815 is formed near the outer circumference of the fixed scroll 810 to have a structure in which the sucked refrigerant is discharged while being compressed toward the center from the outer circumference.
  • a guide portion 900 for guiding the suction refrigerant from the suction port 600 to the suction port 815 is formed on the front surface of the fixed scroll 810 facing the inverter 200.
  • the suction refrigerant flows between the inverter 200 and the guide unit 900 to simultaneously cool the inverter 200 and the compression chamber 880.
  • the guide unit 900 is omitted to allow the suction refrigerant to pass between the inverter 200 and the fixed scroll 810, and the refrigerant flows into the compression chamber 880 through the suction port 815 of the fixed scroll 810. It can also be inhaled.
  • the refrigerant passing through the compression chamber 880 passes through the discharge port 821 formed in the turning scroll 820 and is discharged through the discharge port 700.
  • the suction refrigerant is discharged through the rear end of the housing 100 by forming the discharge passage 835 in the drive shaft 830 along its longitudinal direction, but does not necessarily pass through the inside of the drive shaft.
  • the guide portion 900 is preferably formed with an inlet 910 in communication with the inlet 815 of the fixed scroll (810). In this configuration, the sucked refrigerant is guided through the guide unit 900 and then flows into the compression chamber 880.
  • the guide unit 900 when viewed from the direction of the drive shaft, has a plurality of guide channels 920 are formed extending in the circumferential direction. In this case, one or more of the guide channel 920, one end thereof is disposed near the suction port 600 and the other end is disposed near the inlet 910.
  • the refrigerant is guided from the suction port 600 to the inlet 910 to uniformly cool the inverter 200 and the compression chamber 880.
  • the suction port 600 when the suction port 600 is formed on the side of the housing 100, a part of the guide channel 920 has a linear inlet 921 on the suction port 600 side and the remaining section is an arc-shaped guide 922 ), Uniform cooling of the compression chamber 880 is possible. That is, during suction, the liquid is rapidly introduced through the linear inlet 921 and uniformly cools the entire surface of the compression chamber 880 through the arc-shaped guide 922. After the cooling is completed, the suction refrigerant flows into the compression chamber 880 through the inlet 910 and the suction port 815.
  • the suction refrigerant is substantially separated from the discharge portion. Accordingly, the suction refrigerant can exhibit an intact cooling effect without being thermally affected by the discharge portion.
  • the guide channel 920 is formed by a plurality of guide strips 923 but may be formed by guide grooves.
  • At least a portion of the discharge passage 835 formed in the drive shaft 830 is preferably formed to be inclined outward from the center of rotation from the rear toward the front.
  • the refrigerant which partially contains oil while passing through the compression chamber 880, is separated by gas-liquid separation by centrifugal force when passing through the discharge passage 835.
  • the separated oil may be flowed back on the discharge passage 835 and supplied to the main bearing 870.
  • suction refrigerant flows in through a suction port 600 formed in the housing 100 from an evaporator (not shown).
  • the refrigerant is kept at a very low temperature and contains some liquid.
  • the sucked refrigerant passes through the guide portion 900 between the inverter 200 and the fixed scroll 810 and simultaneously cools the inverter 200 and the compression chamber 880 and heats itself to maintain an appropriate degree of superheat.
  • the suction refrigerant passing through the guide unit 900 enters the compression chamber 880 through the inlet 910 of the guide unit 900 and the inlet 815 of the fixed scroll 810.
  • cooling is performed by a subsequent suction refrigerant during the compression process. Cooling during the compression process reduces the power required for compression up to a predetermined pressure.
  • the compressed refrigerant is discharged through the discharge port 700 through the discharge port 821 formed in the turning scroll 820.
  • the discharge passage 835 is formed through the drive shaft 830 along its longitudinal direction so that the refrigerant passing through the discharge port 821 passes through the rear end of the housing 100 and the drive motor and the housing 100. It is discharged to the discharge port 700 through the passage formed between.
  • the rear end of the housing 100 may be formed with a groove 170 extending in the radial direction for the passage of the refrigerant.
  • Undescribed components 710 and 720 denote gaskets.
  • FIG. 6 shows a P-H (pressure-enthalpy) graph showing a cooling cycle including the inverter scroll compressor according to the present invention.
  • P-H pressure-enthalpy
  • A-B-C-D-E-F represents the process of circulating the refrigerant
  • A-D corresponds to the compressor
  • D-E is the condenser
  • E-F is the expansion valve
  • F-A corresponds to the section in the evaporator.
  • the suction refrigerant at the compressor inlet A is in a state containing liquid. That is, the volume occupied by the liquid in the evaporator increases, so that the heat exchange efficiency increases.
  • section A ⁇ B represents the state where the temperature rises by cooling the inverter 200 by itself
  • section B ⁇ C shows the state where the temperature rises while cooling the refrigerant compressed in the compression chamber 880.
  • the C ⁇ D section is a process in which the actually sucked refrigerant is compressed.
  • a predetermined pressure is reached at a steep slope. In other words, the predetermined compression is completed with a small power requirement.
  • the dotted line in the graph represents the theoretical relationship as an isentropic process.
  • the isentropic efficiency defined as the power of the isentropic process (PAs) relative to the power (work) of the actual process (PAr) exceeds 100%.
  • FIG. 7 illustrates a cooling cycle including a compressor in which a conventional suction refrigerant cools only an inverter.
  • the inverter is cooled through A ' ⁇ B' and is heated by itself and directly enters the compression chamber, power required to obtain a predetermined pressure is greatly increased. That is, since there is no cooling action of the refrigerant under compression by the suction refrigerant in the compression chamber, the efficiency of the compressor is greatly reduced compared to the present invention.
  • the dotted line in the graph is an isotropic process, and the isentropic efficiency cannot exceed 100%.
  • the present invention having the above-described configuration, by simultaneously cooling the inverter and the compressed refrigerant using the suction refrigerant, it is possible to prevent overheating of the compressor by the inverter and to significantly increase the compressor efficiency.
  • the suction gas is far from the discharge chamber, the suction gas is not heated by the discharge chamber, thereby preventing a decrease in compression efficiency.

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Abstract

본 발명은 인버터형 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 하우징, 상기 하우징 내에 고정 설치된 고정스크롤과 상기 고정스크롤에 대하여 선회운동하는 선회스크롤, 상기 선회스크롤을 선회 구동시키는 구동수단, 상기 하우징에 형성된 흡입포트와 토출포트, 상기 고정스크롤의 앞면에 대향되게 배치된 인버터를 포함하되, 상기 고정스크롤에는 압축실까지 흡입구가 관통되게 형성되어 있고 선회스크롤에는 토출구가 형성되어 있어, 흡입냉매가 인버터와 고정스크롤 사이를 지나 흡입구를 통해 압축실로 유입된 후 토출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 흡입냉매에 의해 인버터와 압축냉매가 동시에 냉각됨으로써 인버터에 의한 압축기의 과열을 방지하고 압축기 효율도 대폭 증가시킬 수 있으며, 소정의 압력으로 압축시키기 위한 소요동력도 크게 절감할 수 있다.

Description

인버터형 스크롤 압축기
본 발명은 인버터형 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡입냉매를 이용하여 인버터와 압축냉매를 동시에 냉각함으로써 소요동력을 저감시키고 효율을 크게 증대시킬 수 있는 인버터형 스크롤 압축기에 관한 것이다.
일반적으로, 스크롤 압축기는, 나선형 스크롤 랩이 형성되어 있고 구동축의 회전에 관계없이 고정되어 있는 고정 스크롤과, 역시 나선형 스크롤 랩이 형성되어 있고 구동축의 회전에 따라 선회하는 선회 스크롤을 포함하되, 상기 고정스크롤과 선회스크롤 사이에 형성된 압축실에 냉매를 흡입한 상태에서 고정스크롤에 대하여 선회스크롤을 선회시킴으로써 냉매를 압축하는 장치이다.
이와 같은 종래 스크롤 압축기의 대표적인 예가 도 1(이하, '종래기술 1'이라 함)에 개시되어 있으며 그 구조에 관해서 개략적으로 기술하면 이하와 같다.
도시된 바와 같이, 전동식 스크롤 압축기는 하우징(10)과, 상기 하우징(10)에 형성된 흡입포트(60) 및 토출포트(70)와, 상기 하우징(10) 내에 수용되어 서로 맞물리는 고정스크롤(81) 및 선회스크롤(82)과, 구동축(83)과, 모터(84)와, 상기 구동축(83)의 선단과 선회스크롤(82) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(82)의 선회(공전)운동을 유도하는 슬라이딩 부시(sliding bush, 85), 및 선회스크롤(82)의 자전을 방지하기 위한 자전방지수단(86) 등으로 구성되어 있다.
그리고, 하우징(10)의 후방쪽에 흡입포트(60) 및 흡입챔버(13)가 형성되어 있고, 전방쪽에 토출포트(70) 및 토출챔버(73)가 형성되어 있다.
또한, 상기 메인 하우징(10)의 측면에는 인버터(20)가 밀봉되게 설치되어 있다.
한편, 흡입챔버(13)와 흡입구(16) 및 인버터(20) 하부의 공간(17)을 통과한 냉매는 연통로(15)를 통해 압축실(고정스크롤과 선회스크롤 사이 공간)(88)로 유입되어 고정스크롤(81)에 형성된 토출구(811)를 지나 토출챔버(73)와 토출포트(70)를 지나 응축기를 향한다.
그러나, 이와 같은 종래기술 1의 스크롤 압축기에 따르면, 흡입냉매가 인버터(20)를 냉각하고 바로 압축실(88)로 유입되므로 압축실(88)에서의 압축냉매가 가열된다.
이에 따라, 압축기의 효율이 저하하고 소요동력이 증가하는 단점이 있었다. 즉, 압축과정중 발생하는 온도상승으로 인해 등엔트로피 효율이 떨어지면서 소요동력의 증가로 이어졌다.
또한, 흡입가스가 토출챔버(73)에 인접해 있으므로 가열에 의한 효율저하가 발생하였다.
또한, 종래기술 1의 압축기에 따르면, 선행구성요소인 증발기(미도시)의 열교환효율을 높이기 위해 과열도를 낮추는 경우 미처 액상영역을 벗어나지 못한 흡입냉매가 압축되어 습압축(wet compressing) 상태에 들어가는 것에 의해 압축기가 파손될 우려도 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 흡입냉매를 이용하여 인버터와 압축냉매를 동시에 냉각함으로써 압축기의 과열을 방지하고 압축기 효율도 대폭 증가시킬 수 있는 인버터형 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 압축기의 효율 증가에 따라 소요동력을 절감시킬 수 있는 인버터형 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.
또한, 냉매의 최초 흡입시 과열도를 낮출 수 있어 증발기의 열교환효율을 증대시킬 수 있는 인버터형 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 인버터형 스크롤 압축기는,
하우징,
상기 하우징 내에 고정 설치된 고정스크롤과 상기 고정스크롤에 대하여 선회운동하는 선회스크롤,
상기 선회스크롤을 선회 구동시키는 구동수단,
상기 하우징에 형성된 흡입포트와 토출포트,
상기 고정스크롤의 앞면에 대향되게 배치된 인버터를 포함하되,
상기 고정스크롤에는 압축실까지 흡입구가 관통되게 형성되어 있고 선회스크롤에는 토출구가 형성되어 있어, 흡입냉매가 인버터와 고정스크롤 사이를 지나 흡입구를 통해 압축실로 유입된 후 토출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 인버터에 대향하는 고정스크롤의 앞면에는 상기 흡입포트로부터의 흡입냉매를 상기 흡입구까지 안내하기 위한 가이드부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가이드부에는 상기 고정스크롤의 흡입구와 연통하는 도입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 구동축 방향에서 바라볼 때, 상기 가이드부에는 복수의 가이드 채널이 둘레방향을 따라 연장되어 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가이드 채널의 하나 이상은, 그 일단이 흡입포트 근방에 배치되고 타단은 도입구에 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가이드 채널의 적어도 일부 구간은 원호형을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가이드 채널의 하나 이상은 흡입포트쪽에 직선형의 도입부를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가이드 채널은 다수의 가이드 스트립에 의해 형성되거나 가이드 홈에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동축에는 그 길이방향을 따라 배출통로가 관통되게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동축에 형성된 배출통로의 적어도 일부 구간은 후방에서 전방을 향해 회전중심으로부터 바깥쪽으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 토출포트는 선회스크롤의 후방에 형성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 흡입냉매를 이용하여 인버터와 압축냉매를 동시에 냉각함으로써 인버터에 의한 압축기의 과열을 방지하고 압축기 효율도 대폭 증가시킬 수 있다.
또한, 압축기의 효율증가로 인해 소정의 압력으로 압축시키기 위한 소요동력도 크게 절감할 수 있다.
또한, 냉매의 최초 흡입시 과열도를 낮출 수 있어 증발기의 열교환효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 흡입가스가 토출챔버로부터 멀리 떨어져 있으므로 토출챔버에 의해 가열되는 경우가 없어 압축효율저하를 막을 수 있다.
도 1은 종래기술 1에 따른 인버터형 압축기의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 다른 인버터형 압축기의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인버터형 압축기에서 흡입냉매의 순환구조를 나타내는 종단면도이다.
도 4는 본 발명에 다른 인버터형 압축기의 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 도 2에서 인버터를 제외한 전방 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 인버터형 압축기를 지나는 흡입냉매의 P-H 선도이다.
도 7은 종래기술에 따른 인버터형 압축기를 지나는 흡입냉매의 P-H 선도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인버터형 스크롤 압축기(1000)는, 하우징(100)과, 상기 하우징(100)에 형성된 흡입포트(600) 및 토출포트(700)와, 상기 하우징(100) 내에 수용되어 서로 맞물리는 고정스크롤(810) 및 선회스크롤(820)과, 구동축(830)과, 모터(840)와, 상기 구동축(830)의 선단과 선회스크롤(820) 사이에 설치되어 상기 선회스크롤(820)의 선회(공전)운동을 유도하는 슬라이딩 부시(850), 및 선회스크롤(820)의 자전을 방지하기 위한 올댐링 등의 자전방지수단(860)을 포함한다. 상기 구동축(830), 구동모터(840), 슬라이딩 부시(850) 및 자전방지수단(860)은 상기 선회스크롤(820)의 선회 구동수단을 구성한다.
도 2 내지 도 4에서, 상기 하우징(100)은 전방의 인버터 하우징(110), 후방의 메인 하우징(130), 및 상기 인버터 하우징(110)과 메인 하우징(130) 사이에 배치된 메인 프레임(120)으로 이루어져 있다. 그러나, 상기 하우징(100)의 구성은 공지된 다양한 예가 채택될 수 있다.
상기 하우징(100)에는 흡입포트(600)와 토출포트(700)가 각각 형성되어 있어, 흡입포트(600)를 통해 증발기로부터 냉매를 흡입하고, 고정스크롤(810)과 선회스크롤(820) 사이의 압축실(880)에서 냉매를 압축한 후, 토출포트(700)를 통해 응축기로 보내게 되어 있다.
특히, 본 발명에 따르면 상기 고정스크롤(810)의 앞면에 인버터(200)가 대향되게 배치되어 있고, 상기 고정스크롤(810)에는 압축실(880)까지 흡입구(815)가 관통되게 형성되어 있다. 상기 흡입구(815)는 고정스크롤(810)의 외주부 근방에 형성되어 있어 흡입된 냉매가 외주로부터 중앙을 향해 압축되면서 배출되는 구조를 갖는다.
또한, 상기 인버터(200)에 대향하는 고정스크롤(810)의 앞면에는 상기 흡입포트(600)로부터의 흡입냉매를 상기 흡입구(815)까지 안내하기 위한 가이드부(900)가 형성되어 있다.
이에 따라, 상기 인버터(200)와 가이드부(900) 사이에 흡입냉매를 흐르게 하여 인버터(200)와 압축실(880)을 동시에 냉각시키는 구조를 갖는다.
그러나, 상기 가이드부(900)를 생략하여 인버터(200)와 고정스크롤(810) 사이에 흡입냉매를 통과시키도록 하고 고정스크롤(810)의 흡입구(815)를 통해 압축실(880)로 냉매가 흡입되도록 할 수도 있다.
상기 압축실(880)을 통과한 냉매는 선회스크롤(820)에 형성된 토출구(821)를 통과하여 토출포트(700)를 통해 배출된다.
도면에서는, 구동축(830)에 그 길이방향을 따라 배출통로(835)를 관통되게 형성함으로써 흡입냉매가 하우징(100)의 후단을 지나 배출되도록 되어 있으나 반드시 구동축의 내부를 통과할 필요는 없다.
한편, 도시된 바와 같이, 상기 가이드부(900)에는 고정스크롤(810)의 흡입구(815)와 연통하는 도입구(910)가 형성되어 있는 것이 좋다. 이와 같이 구성하면, 흡입된 냉매가 가이드부(900)를 통해 안내된 후 압축실(880)로 흘러들어간다.
그리고, 구동축 방향에서 바라볼 때, 상기 가이드부(900)에는 복수의 가이드 채널(920)이 둘레방향을 따라 연장 형성되어 있다. 이 경우, 상기 가이드 채널(920)의 하나 이상은, 그 일단이 흡입포트(600) 근방에 배치되고 타단은 도입구(910) 근방에 배치된다.
이에 따라, 흡입포트(600)로부터 도입구(910)까지 냉매가 안내되면서 균일하게 인버터(200)와 압축실(880)을 냉각할 수 있게 된다.
특히, 하우징(100)의 측면에 흡입포트(600)가 형성된 경우, 상기 가이드 채널(920)의 일부는 흡입포트(600) 쪽에 직선형의 도입부(921)를 가지고 나머지 구간은 원호형 안내부(922)로 되어 있도록 하면 압축실(880)의 균일한 냉각이 가능하다. 즉, 흡입시에는 직선형의 도입부(921)를 통해 빠르게 유입되다가 원호형 안내부(922)를 통해 압축실(880) 전면에 균일한 냉각이 이루어진다. 냉각이 완료된 후에 흡입냉매는 도입구(910)와 흡입구(815)를 통해 압축실(880)로 유입된다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따르면 토출포트(700)가 선회스크롤(820)의 후방에 위치되기 때문에 흡입냉매가 토출부와 상당한 거리를 두고 있다. 이에 따라, 흡입냉매가 토출부에 의해 열적 영향을 받지 않고 온전한 냉각효과를 발휘할 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 가이드 채널(920)은 다수의 가이드 스트립(923)에 의해 형성되어 있지만 가이드 홈에 의해 형성될 수도 있다.
한편, 상기 구동축(830)에 형성된 배출통로(835)의 적어도 일부 구간은 후방에서 전방을 향해 회전중심으로부터 바깥쪽으로 경사지게 형성된 것이 좋다. 이와 같이 구성하면, 압축실(880)을 통과하면서 오일을 일부 포함하게 되는 냉매가 배출통로(835)를 지날 때 원심력에 의해 기액분리된다. 이때, 분리된 오일은 배출통로(835) 상에서 역류되어 메인베어링(870) 등에 공급될 수 있다.
이하, 도 2와 도 3을 참조하여 전술한 본 발명의 인버터형 스크롤 압축기에서 흡입냉매의 순환 및 냉각작용을 설명하도록 한다.
먼저, 증발기(미도시)로부터 하우징(100)에 형성된 흡입포트(600)를 통해 흡입냉매가 유입된다.
이때의 냉매는 매우 저온을 유지하고 있으며 다소의 액체가 포함되어 있는 상태이다.
흡입된 냉매는 인버터(200)와 고정스크롤(810) 사이의 가이드부(900)를 통과하면서 인버터(200)와 압축실(880)을 동시에 냉각하고 스스로는 가열되어 적절한 과열도를 유지한다.
가이드부(900)를 모두 통과한 흡입냉매는 가이드부(900)의 도입구(910)와 고정스크롤(810)의 흡입구(815)를 통해 압축실(880)로 들어간다.
압축실(880)에서는 압축과정이 이루어지는 동안 후속하는 흡입냉매에 의해 냉각이 이루어진다. 압축과정 중의 냉각으로 인해 소정 압력까지의 압축에 필요한 동력이 줄어들게 된다.
압축이 완료된 냉매는 선회스크롤(820)에 형성된 토출구(821)를 통과하여 토출포트(700)를 통해 배출된다.
특히, 도면에서는, 구동축(830)에 그 길이방향을 따라 배출통로(835)가 관통되게 형성되어 있어 토출구(821)를 통과한 냉매가 하우징(100)의 후단을 지나 구동모터와 하우징(100) 사이에 형성된 통로를 통해 토출포트(700)로 배출된다.
이를 위해, 하우징(100)의 후단에는 냉매의 통과를 위해 반경방향으로 연장된 홈(170)이 형성될 수 있다.
기술되지 않은 구성부호 710과 720은 개스킷을 나타낸다.
한편, 도 6에는 본 발명에 따른 인버터형 스크롤 압축기를 포함하여 냉각 사이클을 나타내는 P-H(압력-엔탈피) 그래프가 도시되어 있다. 이하, 첨부한 그래프를 참조하여 냉각 사이클을 설명하도록 한다.
그래프에서 A-B-C-D-E-F는 냉매가 순환하는 과정을 나타내는 것으로, A-D는 압축기, D-E는 응축기, E-F는 팽창밸브, F-A는 증발기에서의 구간에 해당한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 압축기 유입부(A)에서의 흡입냉매가 액체를 포함한 상태로 되어 있다. 즉, 증발기의 내부에서 액체가 차지하는 체적이 커지므로 열교환효율이 커지게 된다.
그래프에서, A→B 구간은 인버터(200)를 냉각하여 스스로는 온도가 올라가는 상태를 나타내며, B→C 구간은 압축실(880)에서 압축되는 냉매를 냉각시키면서 스스로는 온도가 올라가는 상태를 나타낸다. 이와 같이 2번의 냉각작용에 의해 흡입냉매는 완전한 기체상태가 될 뿐만 아니라 적절한 과열도를 가지게 된다.
다음, C→D 구간은 실제 흡입된 냉매가 압축되는 과정이다. 그런데, 압축과정 중 흡입냉매에 의한 압축중인 냉매의 냉각이 이루어지기 때문에 급한 기울기로 소정의 압력에 도달하게 된다. 즉, 작은 소요동력으로 소정의 압축이 완료된다.
그래프에서 점선은 준평형단열과정(isentropic process)으로서 이론적인 관계를 나타내고 있다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 실제과정(PAr)의 동력(일)에 대한 등엔트로피 과정(PAs)의 동력으로 정의되는 등엔트로피 효율은 100%를 초과한다.
참고로, 도 7에는 종래 흡입냉매가 인버터만 냉각하는 압축기를 포함하여 냉각사이클이 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 A'→B' 구간을 통해 인버터를 냉각하고 스스로는 가열되며 바로 압축실로 들어가기 때문에 소정의 압력을 얻기 위해서는 소요되는 동력이 크게 증가하게 된다. 즉, 압축실에서 흡입냉매에 의한 압축중인 냉매의 냉각작용이 없기 때문에 압축기의 효율은 본 발명에 비해 크게 저하하게 된다.
그래프에서 점선은 준평형단열과정(isentropic process)으로서 등엔트로피 효율은 100%를 넘을 수 없다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 흡입냉매를 이용하여 인버터와 압축냉매를 동시에 냉각함으로써 인버터에 의한 압축기의 과열을 방지하고 압축기 효율도 대폭 증가시킬 수 있다.
또한, 압축기의 효율증가로 인해 소정의 압력으로 압축시키기 위한 소요동력도 크게 절감할 수 있다.
또한, 냉매의 최초 흡입시 과열도를 낮출 수 있어 증발기의 열교환효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 흡입가스가 토출챔버로부터 멀리 떨어져 있으므로 토출챔버에 의해 가열되는 경우가 없어 압축효율저하를 막을 수 있다.

Claims (11)

  1. 하우징,
    상기 하우징 내에 고정 설치된 고정스크롤과 상기 고정스크롤에 대하여 선회운동하는 선회스크롤,
    상기 선회스크롤을 선회 구동시키는 구동수단,
    상기 하우징에 형성된 흡입포트와 토출포트,
    상기 고정스크롤의 앞면에 대향되게 배치된 인버터를 포함하되,
    상기 고정스크롤에는 압축실까지 흡입구가 관통되게 형성되어 있고 선회스크롤에는 토출구가 형성되어 있어, 흡입냉매가 인버터와 고정스크롤 사이를 지나 흡입구를 통해 압축실로 유입된 후 토출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터에 대향하는 고정스크롤의 앞면에는 상기 흡입포트로부터의 흡입냉매를 상기 흡입구까지 안내하기 위한 가이드부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가이드부에는 상기 고정스크롤의 흡입구와 연통하는 도입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    구동축 방향에서 바라볼 때, 상기 가이드부에는 복수의 가이드 채널이 둘레방향을 따라 연장되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가이드 채널의 하나 이상은, 그 일단이 흡입포트 근방에 배치되고 타단은 도입구에 배치된 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가이드 채널의 적어도 일부 구간은 원호형을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 가이드 채널의 하나 이상은 흡입포트쪽에 직선형의 도입부를 가지는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 채널은 다수의 가이드 스트립에 의해 형성되거나 가이드 홈에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토출포트는 선회스크롤의 후방에 형성되는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동축에는 그 길이방향을 따라 배출통로가 관통되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구동축에 형성된 배출통로의 적어도 일부 구간은 후방에서 전방을 향해 회전중심으로부터 바깥쪽으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 인버터형 스크롤 압축기.
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