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KR20200133100A - 전동식 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템 - Google Patents

전동식 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템 Download PDF

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KR20200133100A
KR20200133100A KR1020190057696A KR20190057696A KR20200133100A KR 20200133100 A KR20200133100 A KR 20200133100A KR 1020190057696 A KR1020190057696 A KR 1020190057696A KR 20190057696 A KR20190057696 A KR 20190057696A KR 20200133100 A KR20200133100 A KR 20200133100A
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KR
South Korea
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refrigerant
oil
unit
discharge
expanded
Prior art date
Application number
KR1020190057696A
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Inventor
문제현
박일영
임준영
최이철
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

전동식 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 팽창기는 내부에 오일 분리기를 포함한다. 오일 분리기는 팽창된 냉매와 혼합된 오일을 분리하도록 구성된다.
오일이 분리된 냉매는 냉매 배기구를 통해 배출되어 증발기로 유입되도록 구성된다. 또한, 냉매로부터 분리된 오일은 오일 배출구를 통해 증발기와 전동식 압축기를 연통하는 냉매 유로에 유입되도록 구성된다. 냉매 유로에 유입되는 오일은 오일의 압력 차이에 의해 이동된다.
따라서, 별도의 오일 분리 장치가 전동식 팽창기의 외부에 구비될 필요가 없으므로, 전동식 팽창기 및 공기 조화 시스템의 소형화가 가능하다. 더 나아가, 분리된 오일을 사이클 내에 재공급하기 위한 별도의 펌프 등이 요구되지 않으므로, 전력 효율이 향상될 수 있다.

Description

전동식 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템{Electric expander and air conditioning system include the same}
본 발명은 전동식 팽창기 및 공기 조화 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 내부에서 팽창되는 냉매에 혼합된 오일의 분리 효율을 향상시킬 수 있는 구조의 전동식 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템에 관한 것이다.
차량용 공조 시스템에서 냉매를 팽창시키는 역할을 하는 팽창기는 다양한 형태로 개발된 바 있다. 최근, 자동차 부품의 전장화 추세에 따라 모터를 이용하여 전기로 구동되는 전동식 팽창기의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
전동식 팽창기는 고팽창비 운전에 적합한 스크롤 팽창 방식이 주로 적용되고 있다. 이러한 스크롤 방식의 전동식 팽창기(이하, "전동식 팽창기"라 함)는 전동부, 팽창부 및 전동부와 팽창부를 연결하는 회전축으로 구성된다.
구체적으로, 전동부는 회전모터 등으로 구비되어 밀폐된 케이싱의 내부에 설치된다. 팽창부는 전동부의 일측에 위치되며, 고정 스크롤과 선회 스크롤로 구성된다. 회전축은 전동부의 회전력을 팽창부에 전달할 수 있도록 구성된다.
팽창부에서 팽창된 냉매는 배기구를 통해 전동식 팽창기의 외부로 배출된다. 배출된 냉매는 차량용 공조 시스템의 작동을 위해 활용된다.
차량용 공조 시스템은 상술한 전동식 팽창기 외에도, 냉매를 상변화시켜 공기 등과 열교환하기 위한 다양한 장치들을 포함한다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 공기 조화 시스템(1000)은 압축기(1100), 응축기(1200), 팽창기(1300) 및 증발기(1400)를 포함한다. 냉매는 냉매 유로(1610)를 따라 상기 구성들을 유동하며, 압축, 팽창되고 공기와 열교환된다.
상기 구성 중 팽창기(1300)는 응축기(1200)로부터 고압의 냉매를 전달받아, 이를 팽창시키는 역할을 수행한다. 구체적으로, 팽창기(1300)에 유입된 냉매는 내부에 구비되는 고정 스크롤(미도시) 및 선회 스크롤(미도시) 사이에서 팽창된다.
그런데, 고정 스크롤(미도시) 및 선회 스크롤(미도시) 사이에는 냉매만 유입되지 않는다. 즉, 각 스크롤(미도시)의 원활한 회전 및 냉각 등의 목적으로 오일이 함께 유입되는 것이 일반적이다.
팽창이 완료된 냉매는 증발기(1400)로 이동되어, 공기와 열교환하며 증발된다. 이때, 증발기(1400)에 유입되는 냉매에 오일이 포함되어 있는 경우, 증발기(1400)의 손상의 원인이 될 수 있다. 뿐만 아니라, 오일로 인해 공기 조화 시스템 전체의 공기 조화 효율이 저하될 염려가 있다.
이에, 종래 기술에 따른 공기 조화 시스템(1000)은 냉매가 압축, 팽창되는 압축기(1100) 및 팽창기(1300)에 오일 분리기(1500)를 구비한다. 특히, 팽창기(1300)에는 오일 분리기(1520) 및 오일 펌프(1530)가 구비된다.
오일 분리기(1520)는 팽창기(1300)에서 배출된 냉매로부터 오일을 분리한다. 오일 펌프(1530)는 분리된 오일을 다시 팽창기(1300)로 재공급하도록 구성된다.
상기한 종래 기술에 따른 공기 조화 시스템(1000)이 차량에 구비된다는 점을 고려하면, 공기 조화 시스템(1000)의 크기는 소형화되는 것이 유리하다. 그런데, 별도의 오일 분리기(1500)가 구비될 경우 공기 조화 시스템(1000)의 크기가 증가된다는 문제가 있다.
특히, 팽창기(1300)에 구비되는 오일 펌프(1530)는 공기 조화 시스템(1000) 전체의 부피 증가를 유발할 뿐만 아니라, 오일 펌프(1530)를 구동하기 위한 별도의 전력을 필요로 한다.
따라서, 공기 조화 시스템(1000)을 구동하기 위해 요구되는 전력량이 증가된다. 이는, 공기 조화 시스템(1000) 전체의 전력 효율의 저하를 유발할 수 있다.
한국등록특허문헌 제10-1633781호는 칠러를 개시한다. 구체적으로, 압축기에서 토출된 오일과 냉매를 분리하기 위한 오일분리기를 별도로 구비하여, 응축기로 유입되는 냉매로부터 오일을 분리할 수 있는 구조의 칠러를 개시한다.
그러나, 이러한 유형의 칠러는 팽창기에서 팽창되어 배출된 냉매에 혼합된 오일을 분리하기 위한 방안에 대한 고찰이 없다는 한계가 있다. 또한, 냉매와 오일을 분리하기 위한 오일분리기를 별도로 구비해야 하므로, 칠러 전체의 크기 감소가 어렵다는 한계 또한 존재한다.
한국등록특허문헌 제10-0990782호는 팽창기를 통과한 냉매에 혼합된 오일을 분리할 수 있는 냉동장치를 개시한다. 구체적으로, 팽창기의 유출 측 배관에 설치되어 냉매와 윤활유를 분리하도록 구성되는 오일분리기를 별도로 구비하는 냉동장치를 개시한다.
그러나, 이러한 구조의 냉동장치 또한 냉매와 오일을 분리하기 위해 팽창기의 외부에 오일분리기가 별도로 구비되어야만 한다. 따라서, 냉동장치 전체의 크기를 감소시키기 위한 고찰이 없다는 한계가 있다.
또한, 상술한 선행문헌들은 냉매로부터 분리된 오일을 재공급하기 위해 별도의 펌프 등을 필요로 한다. 따라서, 이를 구동하기 위한 추가 전력이 요구되므로, 장치 전체의 소모 전력이 증가된다는 단점이 있다.
한국등록특허문헌 제10-1633781호 (2016.06.27.) 한국등록특허문헌 제10-0990782호 (2010.10.29.)
본 발명은 상술한 문제점을 해결할 수 있는 구조의 전동식 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
먼저, 별도의 장치를 구비하지 않고도 팽창된 냉매에 혼합된 오일을 분리할 수 있는 구조의 전동식 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템을 제공함을 일 목적으로 한다.
또한, 점유하는 공간을 감소시킬 수 있는 구조의 전동식 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템을 제공함을 일 목적으로 한다.
또한, 팽창된 냉매에 혼합된 오일을 분리하기 위해 과다한 추가 전력이 요구되지 않는 구조의 전동식 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템을 제공함을 일 목적으로 한다.
또한, 냉매의 팽창 효율 및 공기 조화 시스템의 공기 조화 효율이 향상될 수 있는 구조의 전동식 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템을 제공함을 일 목적으로 한다.
또한, 팽창된 냉매에서 분리된 오일을 압축기에 재공급하기 위한 별도의 펌프가 요구되지 않는 구조의 전동식 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템을 제공함을 일 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 내부에 모터실이 구비되는 메인 하우징; 상기 모터실에 수용되는 모터부; 상기 모터부에 회전 가능하게 연결되어, 냉매를 팽창시키도록 구성되는 팽창부; 및 상기 팽창부와 연통되어, 상기 팽창부에서 팽창된 냉매 및 상기 냉매에 혼합된 오일을 배출하도록 구성되는 배출부를 포함하며, 상기 배출부는, 팽창된 상기 냉매에 혼합된 오일을 분리하도록 구성되는 오일 분리기; 및 분리된 상기 오일이 포집되도록 구성되는 오일 챔버(chamber)를 포함하는 전동식 팽창기를 제공한다.
또한, 상기 전동식 팽창기의 상기 배출부는, 상기 배출부의 상측에 형성되며, 상기 오일과 분리된 상기 냉매가 상기 배출부의 외부로 배출되도록 상기 배출부의 내부와 외부를 연통하게 구성되는 냉매 배기구; 및 상기 배출부의 하측에 형성되며, 분리된 상기 오일이 상기 배출부의 외부로 배출되도록 상기 오일 챔버의 내부와 외부를 연통하게 구성되는 오일 배출구를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전동식 팽창기의 상기 오일 분리기는 상기 냉매 배기구와 연통되며, 상기 냉매 및 상기 냉매에 혼합된 오일이 상기 냉매 배기구를 향해 이동되며 원심 분리되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 전동식 팽창기의 상기 냉매는 상기 배출부의 상측으로 이동되어 상기 냉매 배기구를 통해 배출되고, 분리된 상기 오일은 상기 배출부의 하측으로 이동되어 상기 오일 배출구를 통해 배출될 수 있다.
또한, 상기 전동식 팽창기의 상기 팽창부에는, 상기 냉매가 상기 팽창부에 유입되도록, 상기 팽창부의 외부와 내부를 연통하는 냉매 유입구가 형성되고, 상기 팽창부는 상기 메인 하우징과 연통되어, 상기 팽창된 냉매는 상기 메인 하우징에 유입되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 전동식 팽창기의 상기 메인 하우징에는, 상기 메인 하우징과 상기 배출부를 연통하는 토출구가 형성되고, 상기 메인 하우징에 유입된 상기 팽창된 냉매는 상기 토출구를 통해 상기 배출부에 유입되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은, 냉매를 압축하도록 구성되는 압축기; 상기 압축기와 연통되며, 압축된 상기 냉매를 응축하도록 구성되는 응축기; 상기 응축기와 연통되며, 응축된 상기 냉매를 팽창시키도록 구성되는 팽창기; 및 상기 팽창기와 연통되며, 팽창된 상기 냉매를 증발시키도록 구성되는 증발기를 포함하며, 상기 증발기는 상기 압축기와 연통되어, 상기 증발기에서 증발된 냉매가 상기 압축기에 유입되도록 구성되고, 상기 팽창기는, 내부에 모터실이 구비되는 메인 하우징; 상기 모터실에 수용되는 모터부; 상기 모터부에 회전 가능하게 연결되어, 냉매를 팽창시키도록 구성되는 팽창부; 및 상기 팽창부와 연통되어, 상기 팽창부에서 팽창된 냉매 및 상기 냉매에 혼합된 오일을 배출하도록 구성되는 배출부를 포함하며, 상기 배출부는, 팽창된 상기 냉매에 혼합된 오일을 분리하도록 구성되는 오일 분리기; 및 분리된 상기 오일이 포집되도록 구성되는 오일 챔버를 포함하는 공기 조화 시스템을 제공한다.
또한, 상기 공기 조화 시스템의 상기 팽창기는, 상기 배출부의 내부와 외부를 연통하여 상기 냉매가 배출되도록 구성되는 냉매 배기구를 포함하고, 상기 냉매 배기구와 상기 증발기는 냉매 유로에 의해 연통되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 공기 조화 시스템의 상기 팽창기는, 상기 배출부의 내부와 외부를 연통하여 상기 오일이 배출되도록 구성되는 오일 배출구를 포함하고, 상기 오일 배출구는, 상기 증발기와 상기 압축기를 연통하는 냉매 유로와 연통되도록 구성되어, 상기 오일은 상기 압축기로 유입되는 냉매와 혼합되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 공기 조화 시스템의 상기 오일 배출구에서의 상기 오일의 압력은, 상기 냉매 유로에서의 상기 오일의 압력보다 높을 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 달성될 수 있다.
먼저, 팽창된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 오일 분리기는 전동식 팽창기의 내부에 구비된다. 일 실시 예에서, 오일 분리기는 원심 분리의 방식으로 냉매와 오일을 분리하도록 구성된다.
따라서, 팽창된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 별도의 장치가 요구되지 않는다. 이에 따라, 전동식 팽창기 및 공기 조화 시스템의 구조가 간명해질 수 있다.
더 나아가, 오일을 분리하기 위한 별도의 장치를 구비하기 위한 추가 공간이 요구되지 않는다. 이에 따라, 공기 조화 시스템 전체의 크기가 감소될 수 있다.
또한, 전동식 팽창기 내부에 구비되는 오일 분리기는 별도의 전력을 필요로 하지 않는다. 오일 분리기가 별도의 전력을 필요로 하는 경우에도, 오일 분리기는 전동식 팽창기를 작동시키는 전력에 의해 함께 작동될 수 있다.
따라서, 팽창된 냉매에 혼합된 오일을 분리하기 위해 과다한 추가 전력이 요구되지 않는다.
또한, 별도의 장치를 구비하지 않고도 팽창된 냉매로부터 오일을 효과적으로 분리할 수 있다. 따라서, 별도의 장치가 구비되는 경우에 비해 전력 효율이 증가될 수 있다.
더 나아가, 전동식 팽창기에서 배출되는 냉매는 오일이 분리된 상태로 이동되므로, 전동식 팽창기와 증발기를 연통하는 냉매 유로 상에 오일이 잔류할 가능성이 감소될 수 있다.
따라서, 냉매의 팽창 효율 및 공기 조화 시스템의 공기 조화 효율이 향상될 수 있다.
또한, 팽창된 냉매로부터 분리된 오일이 포집되는 오일 챔버와 연통되는 냉매 유로의 압력은, 냉매가 오일 챔버에 유입되는 토출구에서의 압력보다 낮게 형성된다.
따라서, 별도의 펌프 등이 구비되지 않더라도, 압력 차에 기인하여 오일이 전동식 팽창기로부터 냉매 유로에 유입될 수 있다. 이에 따라, 펌프 등을 구동하기 위한 추가 전력이 요구되지 않으므로, 전력 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 팽창기를 포함하는 공기 조화 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 팽창기를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 팽창기의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 팽창기의 단면도이다.
도 5는 도 2의 팽창기를 포함하는 공기 조화 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 6은 도 5의 공기 조화 시스템에서 냉매와 오일의 흐름을 도시하는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축 팽창기 및 이를 포함하는 공기 조화 시스템을 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서는 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해, 일부 구성 요소들에 대한 설명이 생략될 수 있다.
1. 용어의 정의
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 설명에서 사용되는 "냉매"라는 용어는 저온의 물체에서 열을 빼앗아 고온의 물체로 운반해 주는 임의의 매체를 의미한다. 일 실시 예에서, 냉매는 이산화탄소(CO2), R134a 또는 R1234yf 등일 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 "오일"(oil)이라는 용어는 기계의 마찰 부분에 생기는 열이나 마모를 방지하거나 분산시킬 목적으로 사용되며, 냉매와 혼합되거나 분리될 수 있는 임의의 유체를 의미한다. 일 실시 예에서, 오일은 윤활유일 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 "혼합 유체"라는 용어는 후술될 팽창부(500)에서 압축된 냉매와 오일이 혼합된 유체를 의미한다.
이하의 설명에서 사용되는 "유 분리 효율"이라는 용어는 혼합 유체로부터 오일이 분리되는 효율을 의미한다. 유 분리 효율은 토출된 혼합 유체가 배기구를 통해 배출될 때까지 혼합 유체로부터 분리된 오일의 양 등으로 정량화될 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 "공기 조화 효율"이라는 용어는 공기 조화 시스템에 의해 공기가 가열, 냉각 및 습도 조절되는 효율을 의미한다.
이하의 설명에서 사용되는 "전방 측", "후방 측", "상측", "하측", "우측" 및 "좌측"이라는 용어는 도 2 및 도 4에 도시된 좌표계를 참조하여 이해될 것이다.
2. 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 팽창기(10)의 구성의 설명
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 팽창기(10)는 메인 하우징(100), 모터부(200), 회전축부(300), 프레임부(400), 팽창부(500)를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 팽창기(10)는 팽창된 냉매에 혼합된 오일을 분리 배출하도록 구성되는 배출부(600)를 포함한다. 배출부(600)는 별항으로 상세하게 설명한다.
도시된 실시 예에서, 전동식 팽창기(10)가 외부의 제어부(미도시)와 통전 가능하게 연결되어 전원 및 제어 신호를 인가받도록 구성된다.
대안적으로, 전동식 팽창기(10)는 모터부(200)에 전원 및 제어 신호를 인가하기 위한 인버터부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 실시 예에서, 인버터부(미도시)는 외부와 통전 가능하게 연결되어 전원 및 제어 신호를 입력받도록 구성될 수 있다.
(1) 메인 하우징(100)의 설명
메인 하우징(100)은 전동식 팽창기(10)의 외관의 일부를 형성한다. 또한, 메인 하우징(100)은 전동식 팽창기(10)의 몸체부를 형성하며, 내부에 공간이 형성된다. 상기 공간에는 전동식 팽창기(10)에 구비되는 장치가 수용될 수 있다.
메인 하우징(100)은 길이 방향, 도시된 실시 예에서 전후 방향으로 길게 형성된 원통형으로 구비된다. 메인 하우징(100)은 내부에 전동식 팽창기(10)의 장치를 수용할 수 있는 임의의 형상일 수 있다.
다만, 메인 하우징(100) 내부에 유입되는 냉매가 고압임을 고려하면, 메인 하우징(100)은 내압성이 높은 형상인 원통형으로 형성되는 것이 바람직하다.
메인 하우징(100)의 길이 방향의 일측, 도시된 실시 예에서 전방 측에는 프레임부(400)가 위치된다. 프레임부(400)는 메인 하우징(100)과 팽창부(500)의 고정 스크롤(520)을 유체 소통 가능하게 연결한다.
메인 하우징(100)과 프레임부(400)의 외경은 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 메인 하우징(100)의 외면과 프레임부(400)의 외면은 동일한 면 상에 배치될 수 있다.
도시되지 않은 실시 예에서, 프레임부(400)는 별도로 구비되지 않을 수 있다. 상기 실시 예에서, 메인 하우징(100)은 후술될 프레임부(400)의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.
프레임부(400)에 대향하는 메인 하우징(100)의 길이 방향의 타측, 도시된 실시 예에서 후방 측에는 배출부(600)가 위치된다. 배출부(600)는 메인 하우징(100)과 연통된다. 팽창부(500)에서 팽창된 냉매는 프레임부(400) 및 메인 하우징(100)을 거쳐 배출부(600)로 유입될 수 있다.
메인 하우징(100)은 모터실(110) 및 토출구(120)를 포함한다.
모터실(110)은 모터부(200)가 회전 가능하게 수용되는 공간이다. 모터실(110)은 메인 하우징(100)의 내부 공간으로 정의될 수 있다. 모터실(110)의 외주면은 메인 하우징(100)의 내주면에 의해 정의될 수 있다.
대안적으로, 모터실(110)을 구성하기 위해 별도의 하우징(미도시)이 구비될 수 있다. 상기 하우징(미도시)은 메인 하우징(100)의 내부에 수용될 수 있다. 이 경우, 상기 하우징(미도시)의 외주면은 메인 하우징(100)의 내주면에 접촉되도록 구성될 수 있다.
모터실(110)에 모터부(200)가 수용되면, 모터부(200)의 외측을 형성하는 고정자(210)의 외주면은 상기 모터실(110)의 외주면에 접촉되도록 구성될 수 있다. 고정자(210)는 모터실(110)에 고정될 수 있고, 그 결과 회전자(220)의 회전과 무관하게 정지 상태를 유지할 수 있다.
토출구(120)는 메인 하우징(100)의 내부와 배출부(600)를 연통한다. 팽창된 냉매는 프레임부(400)를 거쳐 메인 하우징(100) 내부에 유입된 후, 토출구(120)를 통해 배출부(600)의 배기 유로(610)로 진입될 수 있다.
토출구(120)는 관통공의 형태로 형성될 수 있다. 토출구(120)는 배출부(600)의 연통부(640)와 맞추어질 수 있다.
(2) 모터부(200)의 설명
모터부(200)는 팽창부(500)가 냉매를 팽창시키기 위한 동력을 제공한다. 모터부(200)는 전동식 팽창기(10) 외부의 제어부(미도시)로부터 전원 및 제어 신호를 전달받아 작동되도록 구성될 수 있다. 모터부(200)는 외부의 제어부(미도시)와 통전 가능하게 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이, 다른 실시 예에서, 모터부(200)는 전동식 팽창기(10)에 구비된 인버터부(미도시)로부터 전원 및 제어 신호를 인가받도록 구성될 수 있다. 상기 실시 예에서, 모터부(200)와 인버터부(미도시)는 통전 가능하게 연결될 수 있다.
모터부(200)는 팽창부(500)와 연결된다. 구체적으로, 팽창부(500)의 선회 스크롤(510)은 모터부(200)가 회전되면 일체로 회전되도록 모터부(200)와 연결된다. 이를 위해, 모터부(200) 및 팽창부(500)는 회전축부(300)와 각각 연결된다.
모터부(200)는 메인 하우징(100)의 내부 공간에 수용된다. 구체적으로, 모터부(200)는 모터실(110)에 수용되되, 모터부(200)의 외측을 형성하는 고정자(210)의 외주면이 모터실(110)의 외주면과 접촉되도록 구성된다.
이에 의해, 고정자(210)는 회전자(220)의 회전과 무관하게 정지 상태를 유지한 채 메인 하우징(100) 내부에 배치될 수 있다.
모터부(200)는 고정자(210) 및 회전자(220)를 포함한다. 또한, 도시되지는 않았으나, 모터부(200)는 외부의 제어부(미도시)로부터 전원 및 제어 신호를 인가받기 위한 입력부(미도시)를 포함할 수 있다.
고정자(210)는 인가된 전원 및 제어 신호에 따라 전자기장을 형성한다. 고정자(210)가 형성한 전자기장은 회전자(220)에 구비되는 마그넷(magnet)에 전자기력을 미친다. 이에 따라, 회전자(220)가 회전되어 선회 스크롤(510)이 회전될 수 있다.
고정자(210)는 복수 개의 코일(미도시)을 포함한다. 복수 개의 코일(미도시)은 고정자(210)에 권취된다. 복수 개의 코일(미도시) 각각에는 서로 다른 상(phase)의 전류가 흐르도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 각 코일(미도시)에는 U상, V상 및 W상 중 어느 하나의 상의 전류가 흐르도록 구성될 수 있다.
고정자(210)는 모터부(200)의 외측을 형성한다. 즉, 고정자(210)는 모터부(200)가 외부로 노출되는 부분이다. 모터부(200)가 모터실(110)에 수용되면, 고정자(210)의 외주면은 모터실(110), 즉 메인 하우징(100)의 내주면에 접촉될 수 있다.
고정자(210)의 내부에는 중공부가 형성된다. 상기 중공부에는 회전자(220)가 회전 가능하게 수용된다. 회전자(220)는 상기 중공부에서 고정자(210)와 소정 거리 이격되도록 수용된다.
즉, 고정자(210)와 회전자(220)는 서로 접촉되지 않는다. 이에 따라, 회전자(220)는 고정자(210)에 대해 상대적으로 회전될 수 있다. 또한, 고정자(210)는 회전자(220)의 회전과 무관하게 정지 상태를 유지할 수 있다.
회전자(220)는 고정자(210)의 복수 개의 코일이 형성하는 전자기장에 의해 전자기력을 받아 회전된다. 회전자(220)는 복수 개의 마그넷(미도시)을 포함한다.
고정자(210)의 복수 개의 코일(미도시)이 전자기장을 형성하면, 회전자(220)의 복수 개의 마그넷(미도시)은 전자기력을 받게 된다. 상기 전자기력에 의해, 회전자(220)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전된다.
회전자(220)는 고정자(210)의 내부에 형성된 중공부에 회전 가능하게 수용된다. 회전자(220)는 상기 중공부 내부에서, 고정자(210)와 소정 거리 이격되도록 배치된다. 즉, 회전자(220)의 외주면과 고정자(210)의 내주면은 서로 접촉되지 않는다.
회전자(220)에는 회전축부(300)가 관통 결합된다. 회전자(220)와 회전축부(300)는 동축으로 배치될 수 있다.
회전자(220)가 회전되면, 회전축부(300)는 회전자(220)와 일체로서 회전된다. 이에 따라, 회전축부(300)에 결합되는 선회 스크롤(510) 또한 회전자(220)와 일체로 회전될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 회전자(220)의 길이 방향의 양 측, 도시된 실시 예에서 전후 방향 양 측 중 어느 하나 이상에는 밸런스 웨이트(balance weight)가 구비될 수 있다. 밸런스 웨이트(미도시)는 선회 스크롤(510)의 편심 회전에 따라 발생될 수 있는 무게 중심의 이동을 보상하도록 구성될 수 있다.
(3) 회전축부(300)의 설명
회전축부(300)는 모터부(200)에서 발생된 회전력을 팽창부(500)에 전달한다.
회전축부(300)는 모터부(200)에 관통 결합된다. 이때, 회전축부(300)는 모터부(200)와 일체로 회전 가능하게 결합된다.
회전축부(300)의 일측, 도시된 실시 예에서 전방 측에는 팽창부(500)의 선회 스크롤(510)이 결합된다. 회전축부(300)가 회전되면, 선회 스크롤(510)은 회전축부(300)와 일체로서 회전된다.
회전축부(300)의 상기 일측은 선회 스크롤(510)에 결합된 제1 선회 베어링(미도시)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 또한, 상기 일측에 대향하는 회전축부(300)의 타측은 메인 하우징(100)의 일측, 도시된 실시 예에서 후방 측에 구비되는 제2 선회 베어링(미도시)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
회전축부(300)는 모터부(200)와 같은 중심축을 갖도록 배치될 수 있다.
회전축부(300)는 제1 단부(310) 및 제2 단부(320)를 포함한다.
제1 단부(310)는 팽창부(500)를 향하는 회전축부(300)의 일측 단부로 정의될 수 있다. 제1 단부(310)는 선회 스크롤(510)에 회전 가능하게 연결된다.
부호가 부여되지는 않았으나, 제1 단부(310)에는 핀이 결합된다. 핀은 회전축부(300)와 다른 중심축을 갖도록 배치된다. 핀은 선회 스크롤(510)과 연결된다. 이에 따라, 회전축부(300)가 회전되면, 선회 스크롤(510)은 회전축부(300)의 중심축에 대해 편심되어 회전될 수 있다.
제2 단부(320)는 배출부(600)를 향하는 회전축부(300)의 타측 단부로 정의될 수 있다. 제2 단부(320)는 메인 하우징(100)에 구비되는 제2 선회 베어링(미도시)에 회전 가능하게 연결된다.
(4) 프레임부(400)의 설명
프레임부(400)는 메인 하우징(100)과 팽창부(500)를 연통한다. 팽창부(500)에 유입되어 팽창된 냉매는 프레임부(400)를 통해 메인 하우징(100)에 유입될 수 있다.
프레임부(400)는 메인 하우징(100)의 일측, 도시된 실시 예에서 전방 측에 위치된다. 또한, 프레임부(400)는 팽창부(500)의 일측, 도시된 실시 예에서 후방 측에 위치된다. 즉, 프레임부(400)는 메인 하우징(100)과 팽창부(500) 사이에 위치된다.
프레임부(400)는 메인 하우징(100) 및 팽창부(500)와 동일한 외경을 갖도록 형성될 수 있다. 프레임부(400)의 외주면은 메인 하우징(100) 및 팽창부(500)의 외주면과 동일 면 상에 배치될 수 있다.
프레임부(400)는 배압실(410) 및 펜스부(420)를 포함한다. 또한, 부호가 부여되지는 않았으나, 프레임부(400)는 회전축부(300)를 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링부를 구비할 수 있다.
배압실(410)은 팽창부(500)에서 팽창된 냉매의 일부가 유입되는 공간이다. 배압실(410)은 팽창부(500)와 연통된다. 구체적으로, 배압실(410)은 선회 스크롤(510)의 냉매 개구부(513)와 연통된다.
배압실(410)은 프레임부(400)의 내부에서 회전축부(300)에 인접한 공간에 의해 형성된다. 배압실(410)은 회전축부(300), 펜스부(420) 및 선회 경판부(511)에 의해 둘러싸인 공간으로 정의될 수 있다.
배압실(410)에 유입된 냉매는 선회 스크롤(510)에 배압(back pressure)를 가하도록 구성된다. 즉, 배압실(410)에 유입된 냉매는 선회 스크롤(510)에 고정 스크롤(520)을 향하는 방향의 압력을 가하게 된다.
압축된 냉매가 팽창부(500)에 유입됨에 따라, 압축된 냉매의 압력에 의해 선회 스크롤(510)은 고정 스크롤(520)에 대향하는 방향으로 밀리게 된다.
이 경우, 선회 스크롤(510)의 선회 랩(512)의 단부 면과 고정 스크롤(520)의 고정 경판부(521)가 이격될 수 있다. 마찬가지로, 선회 스크롤(510)의 선회 경판부(511)와 고정 스크롤(520)의 고정 랩(522)의 단부 면이 이격될 수 있다.
상기 상태가 될 경우, 팽창부(500)에 유입된 냉매가 선회 스크롤(510) 및 고정 스크롤(520)이 이격되어 형성되는 공간으로 누설될 수 있다. 그 결과, 팽창부(500) 및 메인 하우징(100) 내부에 수용된 임의의 구성요소가 고압의 냉매에 의해 손상될 수 있다.
또한, 냉매의 팽창이 충분히 팽창되지 않은 채로 전동식 팽창기(10)의 외부로 배출될 수 있다. 그 결과, 공기 조화 시스템(1)의 효율이 저하됨은 물론, 공기 조화 시스템(1)을 구성하는 다른 장치가 손상될 우려가 있다.
이에, 배압실(410)에 수용된 팽창된 냉매는 선회 스크롤(510)에 고정 스크롤(520)을 향하는 방향으로의 압력을 가한다. 이에 따라, 선회 스크롤(510)과 고정 스크롤(520)의 접촉 상태가 유지되어, 냉매가 누설되지 않고 효과적으로 팽창될 수 있다.
펜스부(420)는 프레임부(400)의 내부에 형성된다. 펜스부(420)는 배압실(410)을 구획한다. 즉, 펜스부(420)가 둘러싸는 공간에 의해 배압실(410)이 정의될 수 있다. 펜스부(420)는 격벽의 형태로 구성될 수 있다.
펜스부(420)는 팽창부(500)와 접촉될 수 있다. 구체적으로, 펜스부(420)는 선회 스크롤(510)의 선회 경판부(511)와 접촉된다.
펜스부(420)에는 제1 선회 베어링(미도시)이 구비될 수 있다. 제1 선회 베어링(미도시)은 회전축부(300)를 회전 가능하게 지지한다.
(5) 팽창부(500)의 설명
팽창부(500)는 모터부(200)가 생성한 회전력에 의해 회전되어, 냉매를 팽창시키는 역할을 실질적으로 수행한다. 팽창부(500)는 회전축부(300)에 의해 모터부(200)와 연결된다. 팽창부(500)는 모터부(200)와 회전축부(300)와 일체로서 회전될 수 있다.
팽창부(500)는 메인 하우징(100)에 대향하는 프레임부(400)의 일측, 도시된 실시 예에서 전방 측에 위치된다.
팽창부(500)는 프레임부(400)와 연통 가능하게 결합된다. 팽창부(500)에 유입되어 팽창된 냉매는 프레임부(400)에 유입될 수 있다
팽창부(500)는 선회 스크롤(510) 및 고정 스크롤(520)을 포함한다.
선회 스크롤(510)은 모터부(200)의 회전에 따라 회전되도록 구성된다. 선회 스크롤(510)은 회전축부(300)와 결합된다. 이때, 선회 스크롤(510)은 회전축부(300)와 편심되도록 배치되는 핀에 의해 회전축부(300)와 결합될 수 있다.
이에 따라, 회전축부(300)가 회전되면, 선회 스크롤(510)은 회전축부(300)의 중심축과 상이한 축을 중심으로 회전된다. 즉, 선회 스크롤(510)은 회전축부(300)에 대해 편심되어 회전된다.
이에 반해, 고정 스크롤(520)은 회전축부(300)와 같은 중심축을 갖도록 구성될 수 있다. 따라서, 선회 스크롤(510)은 고정 스크롤(520)에 대해서도 편심되어 회전될 수 있다.
선회 스크롤(510)의 편심 회전에 의해, 선회 랩(512) 및 고정 랩(522) 사이의 공간에서 냉매가 팽창될 수 있다.
선회 스크롤(510)은 선회 경판부(511), 선회 랩(512) 및 냉매 개구부(513)를 포함한다.
선회 경판부(511)는 선회 스크롤(510)의 몸체를 형성한다. 도시된 실시 예에서, 선회 경판부(511)는 프레임부(400)에 인접하게 위치된다. 고정 스크롤(520)을 향하는 선회 경판부(511)의 일측, 도시된 실시 예에서 전방 측으로부터 선회 랩(512)이 돌출 형성된다.
선회 랩(512)은 고정 랩(522)과 소정의 공간을 형성하며 결합된다. 선회 스크롤(510)이 회전되면, 선회 랩(512)은 상기 소정의 공간 내에서 고정 랩(522)에 대해 상대적으로 회전될 수 있다. 상기 회전에 의해, 상기 소정의 공간에 유입된 냉매가 팽창될 수 있다.
선회 랩(512)은 나선형으로 형성될 수 있다. 선회 랩(512)의 형상은 변경 가능하나, 고정 랩(522)의 형상에 상응하게 변경되는 것이 바람직하다.
냉매 개구부(513)는 상기 소정의 공간에서 팽창된 냉매의 일부가 배압실(410)로 유입되는 통로이다. 냉매 개구부(513)는 상기 소정의 공간과 배압실(410)을 연통한다.
냉매 개구부(513)는 선회 경판부(511)에 관통 형성될 수 있다.
고정 스크롤(520)은 선회 스크롤(510)의 상대 회전에 의해 냉매를 팽창시키도록 구성된다.
고정 스크롤(520)은 프레임부(400)에 대향하는 선회 스크롤(510)의 일측, 도시된 실시 예에서 전방 측에 위치된다. 즉, 고정 스크롤(520)은 전동식 팽창기(10)의 전방 측을 형성한다. 대안적으로, 고정 스크롤(520)은 프레임부(400) 내부에 수용되도록 구성될 수 있다.
고정 스크롤(520)은 프레임부(400) 및 메인 하우징(100)과 같은 외경으로 형성될 수 있다. 고정 스크롤(520)의 외주면은 프레임부(400)의 외주면 및 메인 하우징(100)의 외주면과 동일 면 상에 배치될 수 있다.
고정 스크롤(520)은 고정 경판부(521), 고정 랩(522) 및 냉매 유입구(523)를 포함한다.
고정 경판부(521)는 고정 스크롤(520)의 몸체를 형성한다. 또한, 고정 경판부(521)는 고정 스크롤(520)이 외부로 노출되는 부분이다. 고정 경판부(521)는 선회 스크롤(510)에 대향하는 고정 스크롤(520)의 일측에 위치된다.
고정 랩(522)은 선회 스크롤(510)을 향하는 고정 경판부(521)의 일측에서 돌출 형성된다. 고정 랩(522)은 선회 랩(512)과 소정의 공간을 형성하며 결합된다.
선회 스크롤(510)이 회전되면, 선회 랩(512)은 상기 소정의 공간 내에서 고정 랩(522)에 대해 상대적으로 편심 회전될 수 있다. 상기 회전에 의해, 상기 소정의 공간에 유입된 냉매가 팽창될 수 있다.
고정 랩(522)은 나선형으로 형성될 수 있다. 고정 랩(522)의 형상은 변경 가능하나, 선회 랩(512)의 형상에 상응하게 변경되는 것이 바람직하다.
냉매 유입구(523)는 외부로부터 압축된 냉매가 팽창부(500)로 유입되는 통로이다. 냉매 유입구(523)는 선회 스크롤(510)에 대향하는 고정 스크롤(520)의 일측, 도시된 실시 예에서 전방 측에 형성된다.
냉매 유입구(523)는 고정 경판부(521)에 관통 형성될 수 있다. 후술될 바와 같이, 냉매 유입구(523)는 응축 냉매 유로(742)와 연통되어, 응축기(720)에서 응축된 고압의 냉매가 유입되도록 구성될 수 있다.
냉매 유입구(523)에 유입된 냉매는 선회 랩(512) 및 고정 랩(522) 사이의 공간에 유입되어 팽창된다. 팽창된 냉매의 일부는 배압실(410)로 유입되고, 나머지 냉매는 프레임부(400) 및 메인 하우징(100)을 거쳐 배출부(600)로 이동된다.
3. 본 발명의 실시 예에 따른 배출부(600)의 설명
본 발명의 실시 예에 따른 전동식 팽창기(10)는 팽창된 냉매를 배출하기 위한 배출부(600)를 포함한다. 배출부(600)는 전동식 팽창기(10)의 외부와 연통된다. 구체적으로, 배출부(600)는 증발기(730)와 연통된다.
배출부(600)는 팽창된 냉매 뿐만 아니라, 냉매에 혼합된 오일 또한 배출하도록 구성된다. 배출부(600)는 증발기(730)와 압축기(710)를 연통하는 증발 냉매 유로(744)와 연통된다.
또한, 배출부(600)는 팽창된 냉매와 혼합된 오일을 분리할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화 시스템(1)은 팽창된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 별도의 외부 장치를 구비하지 않고도 냉매로부터 오일을 효과적으로 분리할 수 있다.
이하, 다시 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 배출부(600)를 상세하게 설명한다.
도시된 실시 예에서, 배출부(600)는 배기 유로(610), 오일 분리기(620), 오일 챔버(chamber)(630) 및 연통부(640)를 포함한다.
(1) 배기 유로(610)의 설명
배기 유로(610)는 팽창부(500)에서 팽창된 냉매가 전동식 팽창기(10)의 외부로 배출되기 위해 이동하는 통로이다. 배기 유로(610)는 메인 하우징(100)의 토출구(120)와 연통된다.
팽창부(500)에서 팽창된 냉매는 프레임부(400) 및 메인 하우징(100)을 통과하여 배기 유로(610)로 유동될 수 있다.
배기 유로(610)는 오일 분리기(620) 내부에 형성될 수 있다. 후술될 바와 같이, 오일 분리기(620) 내부에는 중공부가 형성될 수 있다. 배기 유로(610)는 오일 분리기(620) 내부에 형성된 중공부에 의해 정의될 수 있다.
배기 유로(610)는 오일 챔버(630)와 연통된다. 배출부(600) 내부에서, 배기 유로(610)는 오일 챔버(630)의 상측에 위치될 수 있다.
배기 유로(610)를 따라 유동하는 팽창된 냉매에 혼합된 오일은 오일 분리기(620)에 의해 분리되어, 오일 챔버(630)로 낙하 이동될 수 있다.
배기 유로(610)의 일측 단부, 도시된 실시 예에서 상측 단부에는 냉매 배기구(612)가 형성된다. 냉매 배기구(612)는 배기 유로(610)와 배출부(600)의 외부를 연통한다. 일 실시 예에서, 냉매 배기구(612)는 배출부(600)의 내부와 외부를 연통하는 관통공의 형태로 형성될 수 있다.
냉매 배기구(612)는 팽창 냉매 유로(743)와 연통될 수 있다. 냉매 배기구(612)에서 배출된 냉매는 팽창 냉매 유로(743)를 따라 유동하여 증발기(730)로 유입될 수 있다.
(2) 오일 분리기(620)의 설명
오일 분리기(620)는 배출부(600)로 유입된 팽창된 냉매에 혼합된 오일을 분리하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 오일 분리기(620)는 원심 분리 방식으로 오일을 분리하도록 구성될 수 있다. 상기 실시 예에서, 오일 분리기(620)는 사이클론(cyclone) 형태로 구비될 수 있다.
오일 분리기(620)는 내부에 중공부가 형성된 입체도형의 형상이다. 오일 분리기(620)의 형상은 내부의 중공부로 냉매가 유동될 수 있고, 외주면을 따라 혼합 유체가 이동되며 오일이 분리될 수 있는 임의의 형상일 수 있다.
오일 분리기(620)는 배기 유로(610)를 정의할 수 있다. 구체적으로, 오일 분리기(620) 내부에 형성된 중공부에 의해 배기 유로(610)가 형성될 수 있다.
배출부(600)로 유입된 팽창된 냉매는 오일 분리기(620)의 외주면을 따라 상승 또는 하강되며 오일이 분리된다. 오일이 분리된 팽창된 냉매는 밀도차에 의해 상승하려는 경향을 보이게 된다.
이에, 오일이 분리된 냉매는 오일 분리기(620) 내부의 중공부에 형성된 배기 유로(610)를 따라 이동되어, 냉매 배기구(612)를 통해 전동식 팽창기(10)의 외부로 배출된다.
도시된 바와 같이, 오일 분리기(620)의 하측 단부는 토출구(120) 및 연통부(640)보다 하측으로 연장 형성될 수 있다. 이에 따라, 토출구(120) 및 연통부(640)를 통과한 냉매와 오일의 혼합 유체는 오일 분리기(620)의 외주면을 따라 회전되며 오일이 분리될 수 있다.
(3) 오일 챔버(630)의 설명
오일 챔버(630)는 냉매와 오일의 혼합 유체로부터 분리된 오일이 포집되는 부분이다. 배출부(600)에 유입된 냉매와 오일의 혼합 유체는 오일 분리기(620)에 의해 오일이 분리된다.
분리된 오일은 밀도차에 의해 하측으로 이동하려는 경향을 보이게 된다. 오일 챔버(630)는 배출부(600)의 하측에 형성되어, 분리된 오일이 포집되도록 구성된다.
오일 챔버(630)는 일종의 공간으로 형성되어, 배기 유로(610)와 연통되도록 구성된다. 배출부(600) 내부에서, 오일 챔버(630)는 배기 유로(610)의 하측에 위치될 수 있다. 이에 따라, 배기 유로(610)에서 분리된 오일은 오일 챔버(630)로 낙하될 수 있다.
오일 챔버(630)는 배출부(600)의 외부와 연통된다. 구체적으로, 오일 챔버(630)의 일측, 도시된 실시 예에서 하측에는 오일 배출구(632)가 형성된다.
오일 배출구(632)는 오일 챔버(630)에 포집된 오일이 배출부(600)의 외부로 배출되는 통로이다. 일 실시 예에서, 오일 배출구(632)는 오일 챔버(630)의 하측에 관통공으로 형성될 수 있다.
오일 배출구(632)는 압축기(710)와 증발기(730)를 연통하는 증발 냉매 유로(744)와 연통될 수 있다. 오일 챔버(630)에서 배출된 오일은 증발 냉매 유로(744)를 유동하는 냉매와 혼합되어 압축기(710)에 유입될 수 있다.
(4) 연통부(640)의 설명
연통부(640)는 메인 하우징(100)과 배출부(600)의 내부 공간을 연통한다. 구체적으로, 연통부(640)는 메인 하우징(100)에 인접한 배출부(600)의 내벽에 형성된다. 연통부(640)는 메인 하우징(100)의 내부 공간과 배출부(600)의 배기 유로(610)를 연통하도록 구성된다.
연통부(640)는 배출부(600)의 내벽에 관통 형성될 수 있다.
연통부(640)는 메인 하우징(100)에 형성된 토출구(120)와 맞추어질 수 있다. 다시 말하면, 토출구(120)와 연통부(640)는 서로 맞추어지도록 구성되어, 메인 하우징(100)의 내부 공간과 배출부(600)의 내부 공간을 연통하는 통로로 기능한다.
연통부(640)의 크기, 형상 및 위치는 토출구(120)의 크기, 형상 및 위치에 상응하게 결정될 수 있다.
다만, 연통부(640)는 오일 분리기(620)의 하측 단부의 높이보다 높게 위치되는 것이 바람직하다. 이는 냉매와 오일의 혼합 유체가 오일 분리기(620)에 접촉되게 연통부(640)를 통해 유입되도록 하기 위함이다.
4. 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화 시스템(1)의 구성의 설명
본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화 시스템(1)은 냉매와의 열교환을 통해 공기를 냉각하거나 가열하도록 구성된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화 시스템(1)은 전동식 팽창기(10)에서 팽창된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 별도의 장치가 요구되지 않는다. 상술한 바와 같이, 오일 분리를 위한 구성요소는 전동식 팽창기(10)의 내부에 구비된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화 시스템(1)은 상술한 전동식 팽창기(10) 외에도, 공기 조화부(700)를 더 포함한다.
공기 조화부(700)는 냉매를 압축하거나 팽창시키고, 압축되거나 팽창된 냉매가 외부의 공기 등과 열교환하도록 구성된다. 공기 조화부(700)는 냉매와 열교환된 공기가 사용자의 요구에 따라 냉각되거나 가열되도록 구성될 수 있다.
공기 조화부(700)는 압축기(710), 응축기(720), 증발기(730), 냉매 유로부(740) 및 오일 유로부(750)를 포함한다.
압축기(710)는 증발기(730)로부터 냉매를 전달받아, 전달받은 냉매를 압축하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 압축기(710)는 모터에 의해 스크롤이 회전되어 냉매를 압축하는 전동식 압축기로 구비될 수 있다.
압축기(710)는 증발기(730)와 연통된다. 구체적으로, 압축기(710)는 냉매 유로부(740)의 증발 냉매 유로(744)에 의해 증발기(730)와 연통된다. 후술될 바와 같이, 증발 냉매 유로(744)는 제2 오일 유로(752)에 의해 전동식 팽창기(10)의 오일 챔버(630)와 연통된다.
압축기(710)는 오일 분리 장치(712)를 포함한다. 오일 분리 장치(712)는 압축기(710)와 연통된다. 구체적으로, 오일 분리 장치(712)는 제1 압축 냉매 유로(741a)에 의해 압축기(710)와 연통된다.
오일 분리 장치(712)에는 압축된 냉매와 오일의 혼합 유체가 유입될 수 있다. 오일 분리 장치(712)는 상기 혼합 유체로부터 오일을 분리하도록 구성될 수 있다.
도시되지 않은 실시 예에서, 오일 분리 장치(712)는 별도로 구비되지 않고 압축기(710)의 내부에 구비될 수 있다.
오일 분리 장치(712)에서 오일이 분리된 압축된 냉매는 제2 압축 냉매 통로(741b)를 통해 응축기(720)에 유입될 수 있다.
응축기(condenser)(720)에는 압축기(710)에서 압축된 냉매가 유입된다. 응축기(720)는 압축 냉매 유로(741)에 의해 압축기(710)와 연통된다.
응축기(720)는 압축된 고온 고압의 냉매와 공기를 열교환시켜, 공기를 가열하도록 구성된다. 공기와 열교환된 냉매는 고압 저온 상태로 변환된다.
고압 저온 상태의 냉매는 전동식 팽창기(10)로 유입되어 팽창된다. 응축기(720)는 응축 냉매 유로(742)에 의해 전동식 팽창기(10)의 팽창부(500)와 연통된다.
증발기(evaporator)(730)에는 전동식 팽창기(10)에서 팽창된 냉매가 유입된다. 증발기(960)는 팽창 냉매 유로(743)에 의해 전동식 팽창기(10)의 배출부(600)와 연통된다.
증발기(730)는 팽창된 저온 저압 상태의 냉매와 공기를 열교환시켜, 냉매를 가열하도록 구성된다. 공기와 열교환된 냉매는 고온 저압 상태로 변환된다.
즉, 본 발명의 공기 조화 시스템(1)은 냉매가 압축기(710), 응축기(720), 전동식 팽창기(10) 및 증발기(730)를 순환하며 공기와 열교환되도록 구성된다.
냉매 유로부(740)는 공기 조화 시스템(1)의 각 구성 요소 간에 냉매가 유동되는 통로이다. 냉매 유로부(740)는 압축기(710), 응축기(720), 전동식 팽창기(10) 및 증발기(730)를 각각 유체 소통 가능하게 연결한다.
냉매 유로부(740)는 내부에서 냉매가 유동할 수 있는 임의의 형태로 구비될 수 있다. 일 실시 예에서, 냉매 유로부(740)는 내부에 중공부가 형성된 파이프 등으로 구비될 수 있다.
냉매 유로부(740)는 압축 냉매 유로(741), 응축 냉매 유로(742), 팽창 냉매 유로(743) 및 증발 냉매 유로(744)를 포함한다.
압축 냉매 유로(741)는 압축기(710)와 응축기(720)를 유체 소통 가능하게 연결한다. 압축 냉매 유로(741)는 제1 압축 냉매 유로(741a) 및 제2 압축 냉매 유로(741b)를 포함한다.
제1 압축 냉매 유로(741a)는 압축기(710)와 오일 분리 장치(712)를 유체 소통 가능하게 연결한다. 또한, 제2 압축 냉매 유로(741b)는 오일 분리 장치(712)와 응축기(720)를 유체 소통 가능하게 연결한다.
응축 냉매 유로(742)는 응축기(720)와 전동식 팽창기(10)를 유체 소통 가능하게 연결한다. 구체적으로, 응축 냉매 유로(742)는 응축기(720)와 전동식 팽창기(10)의 냉매 유입구(523)를 연통하도록 구성된다.
응축 냉매 유로(742)는 제1 오일 유로(751)와 연통될 수 있다. 오일 분리 장치(712)에서 압축된 냉매로부터 분리된 오일은 제1 오일 유로(751)를 통해 응축 냉매 유로(742)에 유입될 수 있다.
응축 냉매 유로(742)를 유동하는 냉매는 상기 오일과 함께 전동식 팽창기(10)로 유입되도록 구성될 수 있다.
팽창 냉매 유로(743)는 전동식 팽창기(10)와 증발기(730)를 유체 소통 가능하게 연결한다. 구체적으로, 팽창 냉매 유로(743)는 전동식 팽창기(10)의 냉매 배기구(612)와 증발기(730)를 연통하도록 구성된다.
증발 냉매 유로(744)는 증발기(730)와 압축기(710)를 유체 소통 가능하게 연결한다.
또한, 증발 냉매 유로(744)는 제2 오일 유로(752)와 연통될 수 있다. 전동식 팽창기(10)의 오일 챔버(630)에 포집된 오일은 제2 오일 유로(752)를 통해 증발 냉매 유로(744)에 유입될 수 있다.
증발 냉매 유로(744)를 유동하는 냉매는 상기 오일과 함께 압축기(710)로 유입되도록 구성될 수 있다.
오일 유로부(750)는 공기 조화 시스템(1)의 각 구성 요소 간에 오일이 유동되는 통로이다. 오일 유로부(750)는 오일 분리 장치(712), 전동식 팽창기(10) 및 증발 냉매 유로(744)를 각각 유체 소통 가능하게 연결한다.
오일 유로부(750)는 내부에서 오일이 유동할 수 있는 임의의 형태로 구비될 수 있다. 일 실시 예에서, 오일 유로부(750)는 내부에 중공부가 형성된 파이프 등으로 구비될 수 있다.
오일 유로부(750)는 제1 오일 유로(751) 및 제2 오일 유로(752)를 포함한다.
제1 오일 유로(751)는 오일 분리 장치(712)와 응축 냉매 유로(742)를 유체 소통 가능하게 연결한다. 오일 분리 장치(712)에서 압축된 냉매와 분리된 오일은 제1 오일 유로(751)를 통해 응축 냉매 유로(742)에 유입될 수 있다.
응축 냉매 유로(742)를 유동하는 냉매는 상기 오일과 혼합되어, 전동식 팽창기(10)의 냉매 유입구(523)로 유입되도록 구성된다.
제2 오일 유로(752)는 전동식 팽창기(10)의 오일 챔버(630)와 증발 냉매 유로(744)를 유체 소통 가능하게 연결한다. 제2 오일 유로(752)는 오일 배출구(632)와 연통될 수 있다.
오일 챔버(630)에 포집된 오일은 오일 배출구(632)를 통과하여 제2 오일 유로(752)로 유동되어 증발 냉매 유로(744)에 유입된다.
증발 냉매 유로(744)를 유동하는 냉매는 상기 오일과 혼합되어, 압축기(710)로 유입되도록 구성된다.
이에 따라, 냉매가 압축기(710) 및 전동식 팽창기(10)에 유입되어 압축 또는 팽창될 때, 과다한 열 또는 마찰이 발생되는 것이 방지될 수 있다.
5. 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화 시스템(1)에서 냉매 및 오일이 유동되는 과정의 설명
이하, 다시 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화 시스템(1)에서 냉매 및 오일이 유동되는 과정을 설명한다.
이하의 설명에서는, 압축기(710)에 의해 냉매가 압축되는 과정이 선행되는 것으로 가정하여 설명한다.
먼저 압축기(710)에서 냉매가 압축된다. 압축된 냉매는 제1 압축 냉매 유로(741a)를 통해 오일 분리 장치(712)로 유동된다.
오일 분리 장치(712)는 압축된 냉매에 혼합된 오일을 분리한다. 오일이 분리된 냉매는 제2 압축 냉매 유로(741b)를 통해 응축기(720)로 유동된다. 냉매와 분리된 오일은 제1 오일 유로(751)를 통해 응축 냉매 유로(742)로 유동된다.
응축기(720)는 압축된 냉매를 응축한다. 응축된 냉매는 응축 냉매 유로(742)를 통해 전동식 팽창기(10)의 냉매 유입구(523)로 유입된다. 이때, 냉매 유입구(523)에는 제1 오일 유로(751)를 통해 유입된 오일이 혼합된 혼합 유체가 유입된다.
전동식 팽창기(10)는 유입된 냉매, 구체적으로 냉매와 오일이 혼합된 혼합 유체를 팽창시킨다. 팽창된 냉매는 프레임부(400) 및 메인 하우징(100)을 거쳐 배출부(600)에 유입된다.
배출부(600)는 오일 분리기(620)를 포함한다. 배출부(600)에 유입된 냉매와 오일의 혼합 유체는 오일 분리기(620)에 의해 냉매와 오일로 분리된다. 팽창된 냉매는 냉매 배기구(612)를 통해 배출된다. 또한, 분리된 오일은 오일 챔버(630)에 포집된 후, 오일 배출구(632)를 통해 배출된다.
냉매 배기구(612)에서 배출된 팽창된 냉매는 팽창 냉매 유로(743)를 통해 증발기(730)에 유입된다. 또한, 오일 배출구(632)에서 배출된 오일은 제2 오일 유로(752)를 통해 증발 냉매 유로(744)에 유입된다.
이때, 오일 배출구(632)에서의 오일의 압력은 증발 냉매 유로(744)를 유동하는 오일의 압력에 비해 크게 구성된다. 따라서, 별도의 펌프 등이 구비되지 않더라도, 오일은 오일 배출구(632)로부터 제2 오일 유로(752)를 통해 증발 냉매 유로(744)에 유입될 수 있다.
증발기(730)는 팽창된 냉매를 증발시킨다. 증발된 냉매는 증발 냉매 유로(744)를 통해 다시 압축기(710)로 유동된다. 이때, 증발 냉매 유로(744)에는 제2 오일 유로(752)를 통해 전달된 오일이 유동된다.
따라서, 압축기(710)에는 증발 냉매 유로(744) 내부를 유동하는 냉매와 오일의 혼합 유체가 유입된다.
상기 과정은 공기 조화 시스템(1)에 작동되는 동안 반복되며, 공기 조화 사이클을 형성하게 된다.
6. 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 팽창기(10) 및 공기 조화 시스템(1)의 효과의 설명
본 발명의 실시 예에 따른 전동식 팽창기(10)는 내부에 오일 분리기(620)를 구비한다. 이에 따라, 팽창된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 별도의 장치가 요구되지 않는다.
따라서, 팽창된 냉매에 혼합된 오일을 분리하기 위한 별도의 장치가 구비될 필요가 없다. 그 결과, 전동식 팽창기(10) 및 공기 조화 시스템(1)의 구조가 간명해질 수 있다.
이에 더하여, 팽창된 냉매에 혼합된 오일을 분리하기 위한 별도의 장치를 배치하기 위한 공간이 요구되지 않는다. 그 결과, 공기 조화 시스템(1)의 크기가 소형화될 수 있다.
또한, 일 실시 예에서, 전동식 팽창기(10)에 구비되는 오일 분리기(620)는 원심 분리의 방식으로 냉매와 오일을 분리하도록 구성될 수 있다. 상기 실시 예에서, 오일 분리기(620)를 구동하기 위한 별도의 전력이 요구되지 않는다.
따라서, 팽창된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 장치를 구동하기 위한 별도의 전력 공급이 요구되지 않는다.
따라서, 팽창된 냉매로부터 오일을 분리하기 위한 추가 전력이 불요하다. 이에 따라, 전동식 팽창기(10) 및 공기 조화 시스템(1) 전체의 필요 전력이 감소되므로, 전력 효율이 증가될 수 있다.
또한, 전동식 팽창기(10)에서 배출되는 냉매는 오일이 분리된 상태로 배출된다. 이에 따라, 전동식 팽창기(10)와 증발기(730)를 연통하는 팽창 냉매 유로(743) 내부에 의도치 않은 오일의 잔류가 방지될 수 있다.
그 결과, 냉매의 팽창 효율 및 공기 조화 시스템의 공기 조화 효율이 향상될 수 있다.
또한, 배출부(600)의 배기 유로(610), 오일 챔버(630) 및 이와 연통되는 오일 배출구(632)에서의 오일의 압력은 증발 냉매 유로(744)를 유동하는 오일의 압력보다 크게 형성된다.
따라서, 별도의 펌프 등이 구비되지 않더라도, 오일 챔버(630)의 오일은 압력 차에 의해 제2 오일 유로(752)를 통해 증발 냉매 유로(744)에 유입될 수 있다. 이에 따라, 오일을 유동시키기 위한 추가 전력이 요구되지 않으므로, 전력 효율이 향상될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 공기 조화 시스템
10: 전동식 팽창기
100: 메인 하우징
110: 모터실
120: 토출구
200: 모터부
210: 고정자
220: 회전자
300: 회전축부
310: 제1 단부
320: 제2 단부
400: 프레임부
410: 배압실
420: 펜스부
500: 팽창부
510: 선회 스크롤
511: 선회 경판부
512: 선회 랩
513: 냉매 개구부
520: 고정 스크롤
521: 고정 경판부
522: 고정 랩
523: 냉매 유입구
600: 배출부
610: 배기 유로
612: 냉매 배기구
620: 오일 분리기
630: 오일 챔버
632: 오일 배출구
640: 연통부
700: 공기 조화부
710: 압축기
712: 오일 분리 장치
720: 응축기
730: 증발기
740: 냉매 유로부
741: 압축 냉매 유로
741a: 제1 압축 냉매 유로
741b: 제2 압축 냉매 유로
742: 응축 냉매 유로
743: 팽창 냉매 유로
744: 증발 냉매 유로
750: 오일 유로부
751: 제1 오일 유로
752: 제2 오일 유로
1000: 종래 기술에 따른 공기 조화 시스템
1100: 종래 기술에 따른 압축기
1200: 종래 기술에 따른 응축기
1300: 종래 기술에 따른 팽창기
1400: 종래 기술에 따른 증발기
1500: 종래 기술에 따른 오일 분리기
1510: 종래 기술에 따른 제1 오일 분리기
1520: 종래 기술에 따른 제2 오일 분리기
1530: 종래 기술에 따른 오일 펌프
1600: 종래 기술에 따른 유로
1610: 종래 기술에 따른 냉매 유로
1620: 종래 기술에 따른 오일 유로

Claims (10)

  1. 내부에 모터실이 구비되는 메인 하우징;
    상기 모터실에 수용되는 모터부;
    상기 모터부에 회전 가능하게 연결되어, 냉매를 팽창시키도록 구성되는 팽창부; 및
    상기 팽창부와 연통되어, 상기 팽창부에서 팽창된 냉매 및 상기 냉매에 혼합된 오일을 배출하도록 구성되는 배출부를 포함하며,
    상기 배출부는,
    팽창된 상기 냉매에 혼합된 오일을 분리하도록 구성되는 오일 분리기; 및
    분리된 상기 오일이 포집되도록 구성되는 오일 챔버(chamber)를 포함하는,
    전동식 팽창기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배출부는,
    상기 배출부의 상측에 형성되며, 상기 오일과 분리된 상기 냉매가 상기 배출부의 외부로 배출되도록 상기 배출부의 내부와 외부를 연통하게 구성되는 냉매 배기구; 및
    상기 배출부의 하측에 형성되며, 분리된 상기 오일이 상기 배출부의 외부로 배출되도록 상기 오일 챔버의 내부와 외부를 연통하게 구성되는 오일 배출구를 포함하는,
    전동식 팽창기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오일 분리기는 상기 냉매 배기구와 연통되며,
    상기 냉매 및 상기 냉매에 혼합된 오일이 상기 냉매 배기구를 향해 이동되며 원심 분리되도록 구성되는,
    전동식 팽창기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉매는 상기 배출부의 상측으로 이동되어 상기 냉매 배기구를 통해 배출되고,
    분리된 상기 오일은 상기 배출부의 하측으로 이동되어 상기 오일 배출구를 통해 배출되는,
    전동식 팽창기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 팽창부에는,
    상기 냉매가 상기 팽창부에 유입되도록, 상기 팽창부의 외부와 내부를 연통하는 냉매 유입구가 형성되고,
    상기 팽창부는 상기 메인 하우징과 연통되어, 상기 팽창된 냉매는 상기 메인 하우징에 유입되도록 구성되는,
    전동식 팽창기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메인 하우징에는, 상기 메인 하우징과 상기 배출부를 연통하는 토출구가 형성되고,
    상기 메인 하우징에 유입된 상기 팽창된 냉매는 상기 토출구를 통해 상기 배출부에 유입되도록 구성되는,
    전동식 팽창기.
  7. 냉매를 압축하도록 구성되는 압축기;
    상기 압축기와 연통되며, 압축된 상기 냉매를 응축하도록 구성되는 응축기;
    상기 응축기와 연통되며, 응축된 상기 냉매를 팽창시키도록 구성되는 팽창기; 및
    상기 팽창기와 연통되며, 팽창된 상기 냉매를 증발시키도록 구성되는 증발기를 포함하며,
    상기 증발기는 상기 압축기와 연통되어, 상기 증발기에서 증발된 냉매가 상기 압축기에 유입되도록 구성되고,
    상기 팽창기는,
    내부에 모터실이 구비되는 메인 하우징;
    상기 모터실에 수용되는 모터부;
    상기 모터부에 회전 가능하게 연결되어, 냉매를 팽창시키도록 구성되는 팽창부; 및
    상기 팽창부와 연통되어, 상기 팽창부에서 팽창된 냉매 및 상기 냉매에 혼합된 오일을 배출하도록 구성되는 배출부를 포함하며,
    상기 배출부는,
    팽창된 상기 냉매에 혼합된 오일을 분리하도록 구성되는 오일 분리기; 및
    분리된 상기 오일이 포집되도록 구성되는 오일 챔버를 포함하는,
    공기 조화 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 팽창기는,
    상기 배출부의 내부와 외부를 연통하여 상기 냉매가 배출되도록 구성되는 냉매 배기구를 포함하고,
    상기 냉매 배기구와 상기 증발기는 냉매 유로에 의해 연통되도록 구성되는,
    공기 조화 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 팽창기는,
    상기 배출부의 내부와 외부를 연통하여 상기 오일이 배출되도록 구성되는 오일 배출구를 포함하고,
    상기 오일 배출구는,
    상기 증발기와 상기 압축기를 연통하는 냉매 유로와 연통되도록 구성되어, 상기 오일은 상기 압축기로 유입되는 냉매와 혼합되도록 구성되는,
    공기 조화 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 오일 배출구에서의 상기 오일의 압력은, 상기 냉매 유로에서의 상기 오일의 압력보다 높은,
    공기 조화 시스템.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100990782B1 (ko) 2006-04-20 2010-10-29 다이킨 고교 가부시키가이샤 냉동장치
KR101633781B1 (ko) 2010-03-05 2016-06-27 엘지전자 주식회사 칠러

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