KR0124573Y1 - 액체가 주입되는 회전형 압축기 - Google Patents

Abstract

높은 측면의 회전형 압축기(10)에 있어서, 액체 냉매는 모세관(50)과 액체 주입구(24-2)를 통해서 압축실(C)로 공급된다. 이 윤활유는 흡입 포트가 폐쇄되고 난 후 압축실의 압력이 주입 액체의 압력을 초과하기 전에 전송된다.

Description

액체가 주입되는 회전형 압축기

제1도는 냉각 회로내에 개략적으로 위치설정된 본 고안을 채용한 압축기의 부분 단면도.

제2도는 제1도의 2-2선을 따라 취한 단면도.

제3도는 액체 주입 구조체의 확대도.

제4a도 내지 제4d도는 액체 주입 구조체와 피스톤의 상호작용을 90°간격으로 도시한 도면.

제5도는 액체 주입구의 최적 위치를 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10:압축기 12:쉘

16:흡입 튜브 20:실린더

24:펌프 말단 베어링(제1베어링) 24-2:액체 냉매 주입구

28:모터 말단 베어링(제2베어링) 40:편심 샤프트

42:고정자 44:회전자

46-2:편심부분 50:모세관

S:흡입실 C:압축실

고정 베인 또는 로울링 피스톤 압축기에 있어서, 베인은 원통형상 로울러 또는 피스톤과 접촉하도록 가압된다. 이 로울러 또는 피스톤은 크랭크축상의 편심부에 의해서 지지되며, 피스톤과 실린더가 초생달 형상의 공간을 규정하게 상호 작용하도록 라인을 따라 접촉하면서 실린더의 내측면을 따라 이동하다. 상기 공간은 크랭크 축을 중심으로 회전하며, 피스톤과 상호 작용하는 베인에 의해서 흡입실(suction chamber)과 압축실(compression chamber)로 분할된다. 밀폐된 냉각시스템에 사용되는 로울링 피스톤 압축기에 있어서는, 모터의 폐열(waste heat)을 흡수하고 그것을 허용가능한 냉각 상태로 유지하기 위해 압축기로부터의 배기 가스를 사용하는 것이 통상적인 관례이다. 냉각 작용시 또는 입력(input power)이 약 2마력보다 클 때, 모터에 의해서 발생된 열이 배기가스에 흡수되면 반드시 배기가스와 권선의 온도에 현저한 증가가 나타난다.

높은 측면(high side)의 로울링 피스톤 압축기에 있어서, 쉘의 내측은 배기 압력 상태에 있다. 압축 행정(stroke)의 개시와 배기 행정의 개시 사이에, 실린더와 피스톤 및 베인에 의해서 규정된 트랩 체적(trapped volume)은 흡입 압력으로부터 배출 압력으로 변환한다. 트랩 체적안으로 액체 냉매를 주입하는 것은 여러 가지 결과를 초래한다. 트랩 체적내에는 압축대상 물질의 증가와, 액체 냉매의 증발로 인한 온도의 저하가 나타난다. 온도의 저하는 배기 가스에 영향을 주어서, 모터 권선의 냉각에 도움을 줄 것이다. 증가된 질량은 압축되고 있기 때문에, 냉각 시스템의 특성에 따라 변하는 냉각능력의 감소가 나타날 수 있다. 냉각능력에 영향을 주는 요소로는 액체공급원과 액체주입량, 및 주입구에서 역류가 발생하는지의 여부, 그리고 정상상태의 여건 및 시스템 부하와 주변온도가 있다. 압축기의 일정한 냉각능력을 유지하기 위해서, 피스톤은 개구와 상호작용하여 제한된 개구를 열어서 압축행정의 일부중 액체 냉매의 주입이 이루어지도록 하고 그렇지 않은 경우에는 흐름을 차단시키게 된다. 주입(injection)은 흡입구가 트랩 체적으로부터 차단된 후에 일어난다. 그러나, 액체 주입 라인으로 역류를 방지한다는 것은 중요하다. 트랩된 체적의 압력이 증가함에 따라, 배출 밸브와 응축기 및 액체 라인내의 압력손실로 인해서 상기 압력이 액체 주입구내의 압력을 초과할 수도 있다. 이상적으로는, 트랩된 체적내의 압력이 주입구의 압력값에 도달할 때 액체주입구가 폐쇄되어야 한다. 이 지점은 작동상태에 따라 변화하며, 주입구의 흐름 저항은 역류의 발생 경향을 완화시킨다.

증발기를 통한 유체 흐름은 상기 시스템의 냉각 능력을 결정하며, 증발기로부터 압축기의 흡착부로의 흐름에 의해서 제한된다. 그러므로, 주입액체는 압축기에 의해서 압축되지만, 증발기를 통과하지는 않은 냉매를 나타내며, 냉각 시스템의 냉각 능력에 영향을 미치지 않는다. 상술한 바로부터, 액체주입이 압축기의 능력에 영향을 주지 않으며, 냉매가 상기 시스템의 냉각 필요를 초과할 때 발생하고, 모터 냉각용으로 사용된다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 고안의 목적은 압축기 또는 증발기의 능력을 변화시키지 않고서 액체주입을 통해 모터를 냉각시키는 데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 액체주입구의 위치를 최적화하는데 있다. 이하에 설명되어지는 바와 같이, 이러한 목적 및 기타 목적은 본 고안에 의해서 달성된다.

기본적으로, 응축기의 하류 지점으로부터 액체 냉매는 모세관을 통하여 공급되며, 트랩 체적이 액체 냉매보다 낮은 압력에 있는 동안에만 상기 액체냉매가 트랩 체적내로 주입되고, 그렇지 않은 경우에는 유체연통이 이루어지지 않는다.

제1도 및 제2도에 있어서, 참조번호(10)는 수직방향으로 높은 측면에 있는 로울링 피스톤 압축기를 일괄하여 나타낸다. 압축기(100)는 압축기(10), 응축기(70), 팽창 밸브(80) 및 증발기(90)를 잇따라 포함하는 냉각 회로내에 있다. 참조번호(12)는 쉘 또는 케이싱(casing)을 일괄하여 도시한 것이다. 흡입 튜브(16)는 쉘(12)에 대해 밀봉되어 있으며, 증발기(90)에 연결된 흡입 어큐뮬레이터(14)와 흡입실(S) 사이에 유체가 흐를 수 있게 한다. 흡입실(S)은 실린더(20)의 보어(20-1)와, 피스톤(22)과, 펌프 말단 베어링(24) 및 모터 말단 베어링(28)에 의해서 형성된다.

편심 샤프트(40)는 펌프 말단 베어링(24)의 보어(24-1)내에 지지가능하게 수납되는 부분(40-1)과, 피스톤(22)의 보어(22-1)내에 수납되는 편심부분(40-2), 및 모터 말단 베어링(28)의 보어(28-1)내에 지지가능하게 수납되는 부분(40-3)을 포함한다. 오일 픽업 튜브(34)는 부분(40-1)내의 보어로부터 오일통(36)안으로 연장된다. 고정자(42)는 수축끼워맞춤(shrink fit), 용접 또는 그 밖의 방법에 의해서 쉘(12)에 고정된다. 회전자(44)는 수축 끼워맞춤등에 의해서 축(40)에 적당히 고정되고, 고정자(42)의 보어(42-1)내에 위치설정되며, 고정자와 상호작용하여 변속 모터를 규정한다. 베인(30)은 스프링(31)에 의해서 피스톤(22)과 접촉하도록 가압된다. 지금까지 상술한 바와 같이, 압축기(10)는 대체로 종래의 것이다.

본 고안은 바람직하게는 직경이 0.5 내지 1.3㎜인 기계 가공된 액체 냉매(24-2)를 추가한다.. 제3도에 가장 잘 도시된 바와 같이, 주입구(24-2)는 보어(24-3)내에 수납된 모세관(50)과 연결된다. 연결 튜브(52)는 보어(24-4)내에 위치설정되고 쉘(12)의 내측부로부터 모세관(50)을 에워싸면서 그것을 지지하고 밀봉한다. 아래에 보다 상세히 설명되어지는 바와 같이, 액체 냉매 주입구(24-2)는, 피스톤(22)으로부터 상호작용을 받아 압축 사이클중 개폐될 수 있도록 위치설정된다.

작동시, 회전자(44)와 편심 축(40)은 일체로서 회전하며 편심부분(40-2)은 피스톤(22)의 운동을 야기시킨다. 오일통(36)으로부터의 오일은 오일 픽업 튜브(34)를 통하여 원심 펌프로서 작용하는 보어(40-4)안으로 흡입된다. 펌핑 작용(pumping action)은 샤프트(40)의 회전 속도에 따라 달라질 것이다. 제 2 도에 가장 잘 도시된 바와 같이, 보어(40-4)로 전송된 오일은 부분(40-1)과 편심부분(40-2) 및 부분(40-3)내의 일련의 반경방향 연장 통로[예시적으로 편심부분(40-2)의 유로(40-5)를 도시함]내로 흘러서, 베어링(24)과 피스톤(22) 및 베어링(28)이 윤활되도록 한다. 잉여의 오일은 보어(40-4)로부터 흘러서, 회전자(44) 및 고정자(42)의 표면을 따라 오일통(36)까지 하향으로 흐르거나 또는 오일통(36)으로 배수되기 전에 회전자(44)와 고정자(42) 사이의 환상의 갭(annular gap)으로부터 흐르는 가스에 의해서 운반되어 커버(12-1)의 내측에 수집된다. 피스톤(22)은 통상적인 방법으로 베인(30)과 상호작용하여, 가스가 흡입 튜브(16) 및 통로(20-2)를 통해 흡입실(S)로 흡입되도록 한다. 흡입실(S)내의 가스는 압축된 다음, 배기 밸브(29)를 통해 소음기(32)의 내부로 배출된다. 압축된 가스는 소음기(32)를 관통하여 쉘(12)의 내부를 지난 다음, 회전하는 회전자(44)와 고정자(42) 사이의 환상의 갭을 경유하고 배기 라인(60)을 통하여 냉각 회로의 응축기(70)로 흐른다.

제4a도에 대해 설명하면, 흡입실(S)은 피스톤(22)과 보어(20-1)사이에 초승달 형상의 공간을 형성되며, 흡입공정과 압축공정의 양끝을 규정한다. 제4a도로부터90°변위된 제4b도에 있어서 제4a도의 흡입실은 흡입 튜브(16)로부터 단절되고, 압축실(C)로 변환되는 한편 새로운 흡입실이 형성된다. 제4c도는 제1도 및 제2도에 대응하며, 압축 공정의 중간 지점을 도시한다. 제4d도는 흡입 공정 및 배기 공정의 보다 나중 부분을 나타내며, 이 공정들은 제4a도에서 각기 공칭적으로 종결된다.

제4b도에 가장 잘 도시한 각각의 압축 사이클의 개시 때, 압축실(C)내의 압력은 응축기의 압력보다 낮다. 결과적으로, 응축기 압력의 액체 냉매는 포트(24-2)가 개방되는 경우, 모세관 튜브(50), 보어(24-3) 및 액체 냉매 주입구(24-2)를 통해서 압축실(C)로 공급된다. 주입구(24-2)를 통해서 압축실안으로 주입된 액체 냉매는 증발되고[압축실(C)내의 냉매를 냉각 및 증가시킴]분산된다. 제4a도와 제4b도를 비교하면, 냉매의 전량이 보존될 수 있도록 흡입 입구가 봉쇄된 후에만 액체 주입구(24-2)가 개방된다는 것을 명확히 알 수 있을 것이다. 마찬가지로, 제4c도와 제4d도를 비교해 보면, 압축실(C)내의 압력이 주입 압력에 도달하기 전에, 피스톤(22)이 액체 주입구(24-2)를 폐쇄시키고, 그로 인하여 역류를 방지한다.

액체 주입구(24-2)의 특정 위치 및 크기는 상당히 중요하다. 특히, 주입구의 위치 및 크기는 주입이 발생되는데 사용된 시간과, 주입이 발생된 압력차와 주입된 냉매의 양을 조절할 수 있다. 이론적으로, 주입된 냉매의 양은 냉각에 필요한 정도로 제공하기에 충분하면 된다. 상기 성분은 고온에서 작동하도록 설계되어 있기 때문에, 과잉 냉각은 낮은 온도와 모터를 냉각시키는 배기 가스의 증가된 유량으로 인하여 에너지 소모의 순수한 증가를 야기시킨다. 포트(24-2)의 위치는 작동하는 동안 피스톤(22)에 의해서 개폐되고, 압축 공정이 이루어지는 동안에만 개방되도록 설정되어야 한다. 바람직하게, 주입은 전체 압축 공정을 통해서 발생하지만, 압축 공정동안 압력차가 감소하기 때문에, 유체주입율은 압축 공정이 진행됨에 따라 감소된다. 결과적으로, 압축 공정의 완결시 주입유체의 흐름율은 그에 상당하게 아주 작게 되며 어쩌면 역류가 일어날 가능성도 있다. 이것은 두 개의 인자 즉, 주입구(24-2)의 크기와 주입 공정에 이용되는 시간에 의해서 한정된다.

제5도에 대해 설명하면, O는 편심부분(40-2)의 중앙의 경로이다. 이 영역은 항상 피스톤(22)에 의해서 덮혀져 있으며, 피스톤(22)에 의한 개폐작용과 무관한 영역이 원(P)으로 도시되어 있다. 원(P)과 보어(20-1)사이의 환상 영역은 피스톤(22)에 의해 개폐된다. 원(Q)은 압축실(C)이 흡입 통로(20-2)로부터 격리될 때 피스톤(22)의 위치를 도시한 것이다. 원(R)은 압축실(C)내의 압력이 모세관(50)내의 압력과 동일할 때 피스톤(22)의 위치를 도시한 것이다. 원(R)은 압축실(C)내에 형성된 압력이 압축실(C)의 부피의 감소와, 튜브(50)을 통해 압축실(C)안으로의 흐름 양 및 보어(24-3)또는 모세관(50)내의 냉매 압력이 함수이기 때문에, 구조 설계시의 선택사항이라는 것을 이해해야 한다. 또한 튜브(50)를 통해 압축실(C)로의 흐름 양은 주입구(24-2)의 크기와 유체연통기간의 함수이다.

점(X)은 원(Q,P)의 교점이다. 점(Y)은 원(P,R)의 교점이다. 점(Z)은 원(Q,R)의 교점이며, 원(P)의 반경방향 외측에 있다. 따라서, 액체 주입구(24-2)는 점(X,Y,Z)에 의해서 한정된 영역 내에 위치된다. 주입구(24-2)를 접(X,Y,Z)으로 한정된 영역내에 배치하면, 그것이 압축행정내의 지점과 관련되어 있고 압축행정중 배출 압력이 될 때 주입량의 제어가 보다 용이해지기 때문에, 트랩 체적내로의 흐름을 냉각 필요에 대응하게 조절할 수 있다. 그러므로, 주입 냉매의 양이 제어되며, 주입 냉매의 흐름이 증발기 흐름을 우회하는 것으로 여겨질 수 있기 때문에 냉각 시스템의 능력에 영향을 끼치지 않으며, 모터 냉각 흐름이 되도록 설계된 부가 흐름이다.

이상에서는 본 고안이 수직 변속 압축기에 관하여 도시되고 기술되었을지라도, 당업자라면 다른 변형예가 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를들어, 본 고안은 수평방향 및 수직방향의 양방향 압축기에 적용가능하다. 마찬가지로, 모터가 변속 모터일 필요는 없다. 그러므로 본 고안은 첨부된 청구범위의 범주로 제한하고자 하는 바이다.

Claims (6)

1. 냉매를 수용하고, 높은 측면의 회전형 압축기(10)와 응축기(70)와 팽창수단(80) 및 증발기(90)를 직렬로 구비하는 냉각 시스템에서, 상기 압축기는: 제1말단부와 제2말단부를 갖는 쉘 수단(12)과; 베인과 흡입실(S)과 압축실(C)을 규정하기 위해서 실린더 수단과 상호작용하는 피스톤을 포함하는 펌프 수단을 보유하며, 상기 제1말단부 부근에서 상기 쉘 수단내에 고정된 상기 실린더 수단(20)과; 상기 실린더 수단에 고정되고, 상기 제1말단부를 향하여 연장된 제1베어링 수단(24)과; 상기 실린더 수단에 고정되고, 상기 제2말단부를 향하여 연장된 제2베어링 수단(28)과; 회전자 수단(44)과 고정자 수단(42)을 포함하여, 상기 고정자 수단은 실린더 수단과 상기 제2말단부 사이에서 상기 쉘 수단내에 고정되고 상기 실린더 수단과 상기 제2베어링 수단으로부터 축방향으로 이격된 모터 수단과; 상기 제1베어링 수단과 제2베어링 수단에 의해서 지지되고, 상기 피스톤에 작동가능하게 연결된 편심수단(40-2)을 포함하며, 상기 회전자 수단과 단일체가 되도록 상기 회전자 수단에 고정되고, 상기 회전자 수단은 상기 고정자와의 사이에 환상 갭을 규정하도록 상기 고정자 내에 위치설정되는 편심 샤프트 수단(40)과; 가스를 상기 펌프 수단에 공급하기 위한 흡입 수단(16)과; 상기 쉘 수단에 유체흐름가능하게 연결된 배출 수단(60)을 포함하는 압축기에 있어서, 상기 압축실 안으로 개방되는 액체 냉매 주입구(24-2)와; 응축기 압력에서 액체 냉매를 상기 주입구로 전송하기 위한 한정된 전송 수단(50)을 추가로 포함하며, 상기 피스톤은, 각각의 압축 사이클의 일부분에서 액체 냉매가 상기 압축실로 전송될 수 있도록 상기 주입구와 상호작용하는 것을 특징으로하는 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 액체 냉매 주입구는 상기 제1베어링 수단내에 위치설정된 압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기 압축기는 수직 압축기인 압축기.
4. 제1항에 있어서, 상기 모터 수단은 변속 모터인 압축기.
5. 제1항에 있어서, 상기 냉매 주입구는 직경이 0.5 내지 1.3㎜인 압축기.
6. 제1항에 있어서, 상기 액체 냉매 주입구는 각각의 압축 사이클을 거치는 동안 상기 피스톤에 의해서 개폐되는 영역내에 위치설정되고, 이 주입구는 상기 압축실과 연통될 때와, 상기 압축실내의 압력이 상기 주입구에 공급되는 상기 액체 냉매의 압력을 초과하지 않을 때 개방되는 압축기.