KR100192626B1 - 시스템 작동 효율을 향상시키기 위한 배압 제어 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 정상 폐쇄 방식 밸브는 압축기를 윤활시키기에 충분한 오일 압력이 증강되도록 오일 분리기의 하류측에 위치된다. 이 밸브는 작동 포락선(envelope)의 제한된 부분에 대해서 교축이 발생하도록 토출구와 이코노마이저 사이의 압력차에 따라서 작동한다.

Description

시스템 작동 효율을 향상시키기 위한 배압 제어
공식적으로 양도된 미합중국 특허 제5,170,640호는 와류형 오일 분리기와 코올레서(coalescer) 사이에 밸브를 구비한 오일 분리기에 대하여 개시하고 있다. 밸브는 스프링 편의식으로 폐쇄된다. 개방 편의력은 압축기 흡입 압력과 밸브르 가로질러 작용하는 토출 압력 사이의 압력차에 의하여 제공된다. 따라서, 토출 압력이 증강되어야만 밸브가 개방될 수 있고 이에 따라 시스템의 냉매가 공급되기 전에 압축기에 윤활을 제공하기에 충분한 압력을 활용하는 것이 보장된다. 따라서, 밸브가 폐쇄되는 작동 상태나 혹은 유동을 교축(throttling)시키고 시스템 작동 효율을 감소 시키는 부분 개방 위치에 있게 되는 작동 상태의 범위가 존재한다.
본 발명은 토출 압력과 흡입 압력을 대신한 이코노마이저의 압력간의 압력차를 스프링 편의력에 대항하는 편의력으로서 이용한다. 특정의 베어링이 이코노마이저 압력이나 혹은 흡입 및 토출하기 위한 중간 압력에 있거나 혹은 압축기로 분사되는 오일이 중간 압력에 있는 이코노마이저형 압축기 구성에 있어서, 최소 오일 압력 요구 조건은 흡입 압력보다는 이코노마이저 압력에 보다 직접적으로 관계가 있다. 토출 압력과 흡입 압력간의 소정의 압력차에 있어서, 이코노마이저 압력은 비부하 상태, 흡입 압력, 시스템 또는 응축기 보조 냉각, 이코노마이저의 효율, 시스템 과도성, 그리고 압축기 제조 변수 등에 따라 달라진다. 따라서, 본 발명은 압축기 토출 유동을 교축시키고 그 결과 상기 미합중국 특허 제5,170,640호의 장치보다는 작은 작동 포락선(envelope)의 부분에 대하여 시스템 효율을 감소시키고 이와 동시에 동일한 최소의 토출 압력과 이코노마이저 압력간의 압력차를 유지하도록 개방 편의력이 선택된다. 미합중국 특허 제5,170,640호에서처럼 밸브의 덜컹거리는 소리가 제거될 수 있도록 하는 것이 바람직하므로 두 장치 모두에서는 밸브가 작동 포락선의 일부에 대해서만 교축시키고 나머지 작동 포락선에 대해서는 완전히 개방시키도록 한다.
본 발명의 목적은 냉각 시스템의 오일 분리기의 배압을 제한하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 밸브가 유동을 제한해야 하는 냉각 작동 포락선의 부분을 감소시키기 위한 것이다. 본 발명의 이러한 목적들과 기타 다른 목적은 이하의 설명으로부터 명확하게 될 것이며 본 발명에 의해서 달성된다.
제1도는 본 발병을 구체화한 냉동 시스템을 나타내는 개략도.
제2도는 제1도의 시스템의 압력-엔탈피 선도.
제3도는 제1도의 시스템의 압축기에 대한 예시적인 작동 포락선(envelope)을 나타내는 선도.
제4도는 제1도의 시스템의 밸브를 개방 위치에서 도시한 확대도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 냉동 시스템 12 : 압축기
14 : 오일 분리기 16 : 밸브
18 : 응축기 19,22,23 : 팽창 밸브
20 : 이코노마이저 24 : 증발기
26 : 모터
기본적으로, 오일 분리기를 관통하여 냉동 시스템으로 유동하는 유동을 제어하는 밸브는 토출 압력과 이코노마이저의 압력간의 압력차에 의하여 결정되는 개방 편의력을 가지며 작동 포락선의 감소된 부분에 대하여 밸브에 의하여 교축을 발생시킨다.
제1도에서, 도면 부호 10은 일반적으로 본 발명을 구체화하는 냉동 시스템을 나타내는 것이다. 통상적으로는 스크류 압축기이지만 스크롤 압축일 수도 있는 압축기(12)는 고압의 오일 함유 냉매 가스를 외부의 오일 분리기(14)로 보낸다. 밸브(16)는 오일 분리기(14)를 관통하여 응축기(18)로 유동하는 냉매 가스의 유량을 제어한다. 액체 냉매는 응축기(18)로부터 팽창 밸브(EV: Expansion Valve)(19)를 거쳐서 이코노마이저(20)를 통과하는데, 이코노마이저(20)를 통과한 냉매의 대부분은 순차적으로 팽창 밸브(22)와 증발기(24)를 통과하여서 압축기(12)의 흡입부로 들어간다. 포화 증기 상태인 가스상 냉매는 통상적으로 압축기 모터(26)로 공급되어서 모터를 냉각시키고 이어서 중간 단계 압력 하에 있는 압축 과정에 재혼합된다. 또한, 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이 이코노마이저(20)는 라인(28)을 거쳐서 밸브(16)에 연결되고 이에 따라서 밸브(16)에 이코노마이저 압력에 상응하는 유체 압력이 제공되게 된다. 밸브(23)는 이코노마이저(20)를 우회하여서 추가의 액체 냉매와 함께 모터(26)를 냉각시킬 수 있게 한다. 이코노마이저(20)는 플래쉬 탱크(flash tank) 이코노마이저 또는 열교환기 이코노마이저로 구성할 수 있다.
제2도에서, A 지점은 압축기의 흡입부를 나타내고, 선 A-B는 제1 단계 압축을 나타내고, 선 B-C-J는 이코노마이저 유동에 의한 모터(26)의 냉각과 그리고 이코노마이저 유동이 압축기(12)의 회전자 안으로 재도입되는 경우인 혼합 과정 둘다를 나타내는 것이다. 제2도는 간단하게 나타내기 위하여 일정 압력 과정으로 나타내었으나, 이코노마이저 측의 포트를 구비하는 스크류 압축기에 있어서는 혼합 과정 중에 압력이 증가한다. 선 C-D는 제2 단계 압축 과정을 나타내는데, 여기서 D는 압축기(12)의 배출구를 나타내는 것이다. 선 D-E는 오일 분리기(14)와 밸브(16)를 통과하는 토출 가스의 통과를 나타내는 것이다. 선 E-F는 응축기(18)를 통과하는 토출 가스의 통과를 나타내는 것이다. 선 F-G는 밸브(19)를 통과하는 팽창을 나타내는 것이다. 이코노마이저(20)는 H 지점에서 포화 액체를 보내고 J 지점에서 포화 증기를 보낸다. 선 H-I는 밸브(22)를 통과하는 팽창을 나타내는 것이다. 선택적으로, 이러한 것은 단열 플래쉬 탱크가 응축기로 들어오는 엔탈피를 100%의 효율을 갖는 열교환기와 동일하게 감소시키게 될 때에 열교환기에 의하여 달성될 수 있다. 100%의 효율을 갖는 열교환기 이코노마이저가 사용되는 경우, 열교환기를 빠져나가는 액체는 F' 지점까지 보조 냉각되는데, 밸브(22)를 통과하는 팽창은 선 F'-I를 나타나 있다. 모터(26) 또는 압축기(12)의 추가 냉각이 요구되는 상태에 있어서, 추가의 액체가 밸브(23)를 통하여서 선 F-G를 따라서 팽창되는데, 이렇게 되면 J 지점이 2상 영역으로 이동하게 된다. 선 J-C는 모터(26)에 대하여 유동함에 따라서 열을 흡수한 가스와 그리고 압축 과정 안으로의 재혼합을 나타내는 것이다.
제3도에서, K 지점 내지 R 지점은 압축기(12)에 대한 예시적인 작동 포락선을 한정한다. 앞에서 주지한 바와 같이, 미국 특허 제5,170,640호 장치의 밸브는 스프링 편의력을 압도하는 흡입부와 토출부 사이의 압력차에 의하여 개방되고 K-M-O-R 지점들에 의하여 한정된 영역은 오일 분리기를 통과하는 유량을 제어하는 밸브의 설치로 인하여 교축이 발생하는 작동 포락선의 부분을 나타내는 것이다. 이러한 교축은 시스템 손실을 나타내는 것이다.
제1도 및 제4를 참고하면, 밸브(16)는 와류 분리기와 코올레서 사이에 밸브가 위치하는 미합중국 특허 제5,170,640호 장치와 마찬가지로 오일 분리기(14) 내에 위치된다. 도시된 바와 같이, 밸브(16)는 오일 분리기(14)의 배출 포트(14-1)와 상호 작용하여서 오일 분리기(14)를 통과하여 냉동 시스템(10) 안으로 들어가는 냉매의 유량을 제어한다. 포트(14-1)는 중공인 디퍼런셜 피스톤 밸브 부재(34)용의 밸브 착좌부로 기능하는 환형 밸브 착좌부(30)에 의하여 일체형의 피스톤 구멍(32)으로부터 분할된다. 피스톤 구멍(32)은 그 한 단부가 판(40)에 의하여 폐쇄되며 응축기(18)에 유체 연통되게 연결된 반경 반향 포트(33)를 구비한다. 스프링(39)은 챔버(42) 내에 위치하며 디퍼런셜 피스톤 밸브 부재(34)에 오일 분리기(14) 내의 오일 저장조에 작용하는 소정의 상대 압력과 동일한 값의 착좌 편의력을 제공한다. 판(40) 내의 포트(41)는 라인(28)과 함께 이코노마이저(20)의 플래쉬 탱크와 챔버(42)가 서로 유체 연통하게 한다. 열교환기 이코노마이저인 경우에, 라인(28)은 압축기 이코노마이저 포트에 연결되며 이코노마이저 압력하에 있는 열교환기의 배출구에 연결된다.
시동 시에 스프링(39)은 디퍼런셜 피스톤 밸브 부재(34)를 그것의 착좌부(30)로 편의시키게 되고 이에 따라 오일 분리기(14)와 응축기(18) 사이의 유동이 차단되게 된다. 챔버(42)가 이코노마이저(20)에 연결되기 때문에 시스템(10)이 작동 평형에 이르게 됨에 따라 압력이 증강된다. 압축기(12)의 토출 압력이 오일 분리기(14)로 공급됨과 동시에 포트(14-1)에서 압력이 점차로 증강되어 스프링(39)의 편의력에 대항하여 디퍼런셜 피스톤 압력(34)에 작용하고 이로 인해 포트가 열린다. 스프링(39)의 편의력은 밸브(16)의 밸브 부재(34)가 개방되기 전에 오일 분리기(14) 내의 충분한 압력을 보장한다. 챔버(42)는 이코노마이저 압력에 있으므로 압력차, Pd- Pe는 토출 압력뿐만 아니라 이코노마이저 압력에 따라서 달라진다. 이코노마이저 압력은 흡입 압력과 토출 압력에 대해서보다는 작동 포락선에 대해서 더 가변적이므로 스프링(39)의 편의력에 대항하는 압력차는 작동 포락선의 보다 큰 부분에 대해서 밸브(16)를 완전히 개방시킬 수 있다. 제3도를 참고하면, 흡입 압력보다는 이코노마이저 압력을 압력차의 성분으로서 사용하는 본 발명은 L-M-N-L에 의하여 한정된 작동 압력의 부분에 대하여 조절을 한다. 이 결과 K-L-N-O-R-K에 의하여 한정된 작동 포락선의 부분에 대해서는 교축에 없게 되며 그리고 흡입 압력이 이코노마이저 압력 대신에 사용되는 경우에 나타나게 되는 부수적인 손실이 없게 된다. N 지점은 일반적으로 보다 낮게 포화된 토출 압력에 있는데, 그 이유는 O 지점이 최악의 경우 이코노마이저 압력 즉, 완전히 부하된 0인 시스템 보조 냉각, 100% 효율의 이코노마이저, 최악의 경우의 시스템의 과도성, 최악의 경우의 압축기 제조 변수 등에 대해서 선택되어져야 하기 때문이다. 압축기 부하, 시스템 보조 냉각, 이코노마이저 효율 등에 대한 소정의 상태에 대해서, 토출 압력과 이코노마이저 압력 사이의 일정한 압력차 즉, Pa- Pe= 일정인 선 L-N의 기울기는 토출 압력과 흡입 압력 간의 일정한 압력차 즉, Pa- Pe= 일정인 선 R-O의 기울기보다 급하다.
이상에서 본 발명의 양호한 실시예에 대하여 예시하고 설명하였지만 당업자들은 다른 변경도 할 수 있다. 일례로, 밸브(16)는 오일 분리기에 위치시키거나 혹은 오일 분리기의 하류에 위치시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 특허 청구의 범위에 의해서만 제한될 뿐이다.

Claims (3)

  1. 작동 포락선을 갖고 있으며 압축기(12), 오일 분리기(14), 정상 폐쇄 밸브(16), 응축기(18), 이코노마이저 수단(20), 증발기 수단(24)을 직렬도 포함하는 폐쇄형 냉동 시스템에 있어서, 상기 정상 폐쇄 밸브가 상기 작동 포락선의 제한된 부분에 대해서 밸브를 통과하는 유동을 교축시키고 작동 포락선의 나머지 부분에 대해서는 완전 개방시킬 수 있도록, 이코노마이저 압력이 상기 정상 폐쇄 밸브를 편의시키고 압축기 토출 압력이 상기 정상 폐쇄 밸브에 작용하여 상기 정상 폐쇄 밸브를 개방하는 편의력을 제공할 수 있게 하기 위하여, 정상 폐쇄 밸브가 상기 이코노마이저 수단에 유체 연통되게 연결시켜 구성한 밸브 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이코노마이저 수단이 플래쉬 탱크 이코노마이저인 것을 특징으로 하는 냉동 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이코노마이저 수단이 열교환기 이코노마이저인 것을 특징으로 하는 냉동 시스템.
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