KR100200088B1 - 2단 원심압축기의 냉동능력 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2단 원심압축기의 냉동능력 측정장치에 관한 것으로서, 종래의 압축기용 열량계는 통상의 왕복동식, 회전식, 스크롤식 등의 용적형 압축기에 적용되는 것으로서 열교환식 증발기 열량계법, 2차냉매 열량계법과 가스냉매 유량계법 등이 있었으나 이러한 종래기술은 용적형 압축기의 냉동사이클을 기본으로 구성한 것이기 때문에 본 출원인에 의한 1996년 특허출원 제 45732 호 2단 원심 압축기의 냉동 사이클과 같은 새로운 냉동 사이클에서는 2단 원심압축기의 냉동능력을 정확하고 신뢰성있게 평가 및 시험, 측정 할수 없었기 때문에 문제가 되어왔다.
본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위하여 냉매 유체 경로가 응축기→기액 분리기→증발기→ 2단 원심 압축기→응축기로 순환되는 냉매 유체의 경로와, 2단 원심 압축기의 전동부 냉각유체가 응축기→전동부의 고정자 자켓공간→기액 분리기로 순환되는 냉각유체 경로와, 기액 분리기→전동부측의 냉각가스 입구→전동부측의 내부공간→전동부측의 냉각가스출구→원심 압축기 2단 압축부의 2단 압축실경로로 순환되는 냉각유체 경로를 포함하고 있는 2단 원심 압축기의 냉동 사이클에서 상기 증발기측에 설치되어 냉동사이클의 냉동열량을 측정하여 2단 원심 압축기의 냉동 능력을 시험하기 위한 열교환식 증발기 열량측정수단이 구비 되어져 있는 구성의 2단 원심 압축기의 냉동능력 측정장치에 의하여 2단 원심 압축기의 냉동능력을 정확하고 신뢰성있게 평가할수 있는 효과가 있다.

Description

2단원심압축기의 냉동능력 측정장치
본 발명은 2단 원심압축기의 냉동능력 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 출원인에 의한 1996년 특허출원 제 45732 호 2단 원심 압축기의 냉동 사이클에서 2단 원심압축기의 냉동능력을 적합하게 측정 및 시험할수 있도록 한 것이다.
냉동사이클은 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발하는 과정으로 이뤄져 있으며, 상기 냉동사이클에는 열량을 측정하는 측정기가 설치되어 있어서 냉동사이클에 대한 성능등을 알아볼 수 있도록 되어 있다.
이러한 냉동사이클에서 종래의 압축기의 능력시험 방법은 통상의 왕복동식, 회전식, 스크롤식등 용적형 압축기 및 이를 이용한 냉동 사이클에 적용되는 것으로서 그 종류는 열교환식 증발기 열량계법, 2차냉매 열량계법, 가스냉매 유량계법등이 알려져 있다.
또, 이들의 능력시험 방법은 대한민국 산업규격 냉동용 압축기의 능력시험방법(KS-B 6365-1987)에 소개 되어져 있다.
그러나, 이러한 압축기의 능력시험방법은 상기와 같이 용적형 압축기의 냉동사이클을 기본으로 구성되어져 있기 때문에 본 출원인에 의한 선특허출원인 2단 원심압축기의 냉동사이클에 적용하는데에는 냉동 사이클 구성이 상호 상이하기 때문에 선특허 출원의 2단 원심 압축기 능력을 시험하는데는 많은 문제가 있는 것이었다.
일례로, 상기 2단 원심 압축기를 이용한 냉동 사이클은 냉매 유체 경로가 응축기→기액 분리기→증발기→ 2단 원심 압축기→응축기로 순환되는 냉매 유체의 경로와, 2단 원심 압축기의 전동부 냉각유체가 응축기→전동부의 고정자 자켓공간→기액 분리기로 순환되는 냉각유체 경로와, 기액 분리기→전동부측의 냉각가스 입구→전동부측의 내부공간→전동부측의 냉각가스출구→원심 압축기 2단 압축부의 2단 압축실경로로 순환되는 냉각유체 경로를 포함하고 있는 냉동 사이클로 이뤄져 있다.
이러한 냉동 사이클은 특히 2단 원심 압축기의 밀폐된 고정자 및 회전자를 고속회전시에 냉각 시키기위한 특별한 순환 냉각유로를 갖고 있으며, 이러한 냉각 유로와 함께 냉동 사이클이 구성되기 때문에 이러한 2단 원심 압축기의 능력을 시험하는데는 이러한 사이클에 적합한 냉동 능력 시험장치가 요구되는 것이었다.
본 발명은 이러한 상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인에 의한 1996년 특허출원 제 45732 호 2단 원심 압축기의 냉동 사이클에 적합한 냉동능력 시험장치를 제공 하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 2단 원심 압축기의 냉동 사이클에서 열교환식 증발기 열량계 측정수단이 구비 되어져 있는 2단원심압축기의 냉동능력 측정장치를 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 또다른 특징은 2단 원심 압축기의 냉동사이클에서 2차냉매 열량계 측정수단이 구비 되어져 있는 2단원심압축기의 냉동능력 측정장치에 있다.
본 발명의 또다른 특징은 2단 원심 압축기의 냉동사이클에서 열교환식 열량계 측정수단과 함께 가스냉매 유량계 측정수단이 병행하여 구비 되어져 있는 2단원심압축기의 냉동능력 측정장치에 있다.
본 발명의 또다른 특징은 2단 원심 압축기의 냉동사이클에서 2차냉매 열량계 측정수단과 병행하여 가스냉매 유량계 측정수단이 구비 되어져 있는 2단원심압축기의 냉동능력 측정장치에 있다.
이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 더욱 상세히 설명하여 봄으로서 본 발명의 보다 구체적인 특징들이 이해될수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 열교환식 증발기 열량계 측정 수단과 가스냉매 유량계 측정 수단이 설치된 냉동사이클의 개략도
도 2는 본 발명에 의한 2차냉매 열량계 측정수단과 가스냉매 유량계 측정수단이 설치된 냉동사이클의 개략도
도 3은 본 발명에 적용된 열교환식 증발기의 열량계 측정수단을 설명하기 위한 참고도
도 4는 본 발명에 적용된 2차냉매 열량계 측정수단을 설명하기 위한 참고도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100. 열교환부 101 : 원심압축기 102 : 응축기
107 : 주팽창변 108 : 증발기
109, 111a, 112a : 냉매유량계111 : 고정자냉각토출로
112 : 회전자냉각유입로114 : 열원장치
115 : 순환펌프116 : 유량계
117 : 2차냉매압력용기118 : 가열코일
도 1은 열교환식 증발기 열량계 측정수단과 가스냉매 유량계 측정수단이 2단원심 압축기의 냉동사이클에 병행하여 설치된 냉동사이클을 나타 내었다.
상기 냉동사이클의 동작에 대해서는 선특허 출원 제96-45732호의 명세서에 자세히 설명되어져 있다.
한편, 상기 냉동사이클의 증발기(108)측에는 열교환부(100)가 구성되어 있으며 원심압축기(101)의 흡입라인상에는 흡입측 냉매유량계(109)가 설치되어 있다.
또, 상기 열교환부(100)는 열원장치(114), 순환펌프(115), 유량계(116)로 구성되어 있으며 상기 증발기(108)의 입구단과 출구단에는 각각 입구단온도계(t1)과 출구단 온도계(t2)가 설치되어 있다.
그리고 상기 냉동사이클의 냉매 온도 및 압력을 측정하기 위해서 원심압축기(101) 흡입단 g1, 원심압축기(101) 토출단 f1, 주팽창변(107) 상류단 f2, 증발기(108) 하류단 g2에는 각각 압력계와 온도계가 설치되어져 있다.
상기 원심압축기(101)의 고정자 냉각을 위한 냉매유량을 측정하기 위해 고정자냉각 토출로(111)상에는 냉매유량계(111a)가 설치되어 있으며, 상기 원심압축기(101)의 회전자 냉각을 위한 냉매유량을 측정하기 위해서 회전자냉각 유입로(112)상에는 냉매유량계(112a)가 설치되어져 있다.
한편 도 2는 2단 원심 압축기의 냉동 사이클에 2차냉매 열량계 측정수단과 가스냉매 유량계 측정수단이 구비된 또다른 실시예를 나타 내었다.
여기서는 도 1에서의 증발기(108)측 열교환부(100)대신 증발기(108)에는 2차냉매 압력용기(117)와 가열코일(118)이 구성되어 있으며 이 압력용기(117)의 상단에는 2차냉매의 압력을 측정하기 위한 압력계가 설치되어져 있다는 점에서 차이가 있을뿐 도 1의 구성과 동일하다.
이러한 구성의 본 발명은 각각의 열량계법 단위별로 그 동작 및 시험 측정 방법을 설명하고 있는 한국산업규격 냉동용 압축기의 능력 시험방법(KS-B 6365-1987)을 참조하여 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
우선 도 1에서 적용된 열교환식 증발기 열량계 측정수단은 이것을 발췌한 도 3과 같이 2중관식의 열 교환기 안쪽의 유체회로를 증발기(108)로 하고, 열교환부(100)는 열원장치(114)와 순환펌프(115), 유량계(116) 등을 통하여 바깥쪽의 유체회로에 물성이 명확한 가열매체를 순환시킨다.
그리고 가열매체의 열교환부(100) 출입구에는 온도차계와 압력차계를 통하여 출입구 라인의 온도차와 압력차를 측정한다.
이때 압력차가 60㎪(0.5㎏f/㎠)이하인 것이 확인되어 있을 때는 압력치를 측정하지 않고 0으로 하여도 좋다.
그런다음 가열매체의 열원장치와 순환장치는 열량계로 부터 멀어지게 설치하고 온도와 유량이 조절되는 구조로 한다.
그리고 상기 열교환식 증발기 열량계의 누설열량의 검정은 다음에 따른다.
열량계 입구에 있어서의 가열매체의 온도는 주위 온도보다 약 15℃높게 또한 온도변동은 ±0.3℃이내에서 일정온도로 유지하고 유량은 열량계 출입구의 온도차가 6℃이상이 되는 일정치에 설정한다.
그리고 시간마다 4회 연속하여 측정하며 이 사이에 열교환부(100) 출입구의 온도차와 유량의 곱이 ±3%이상 변동해서는 안된다.
이러한 검정에 따른 열누설계수의 산정은 다음식에 의해 나타낼 수 있다.
Figure kpo00001
여기에서Φn은 열량계의 가열기로의 열 입력이고 Φt는 누설열량이며 Δt는 가열매체 또는 냉각수의 열량계 입구와 출구에 있어서의 온도를 더한 것을 2로 나눈 후 이것을 평균주위온도로 감산한 온도이다.
그리고 상기 열교환식 증발기 열량측정수단에 의한 압축기 냉동능력의 시험방법을 살펴본다.
상기 가열매체의 질량유량과 그 열량계 출입구 온도차와의 곱이 ±1%이상 변동하지 않도록 유지하고 상기 열량계 입구에 있어서의 가열매체의 온도 변동은 ±0.3℃ 이내로 유지하고 유량은 열량계 출입구의 온도차가 6℃이상이 되는 일정치로 설정한다.
이렇게 하여 산정된 압축기의 냉동능력은 식으로 나타내면 이렇게 된다.
우선 냉매의 질량유량은 다음식에 따른다.
Figure kpo00002
여기에서 Φn는 열량계의 가열기로의 열입력이고 Φl은 교번에 의한 열입력이며 Φt는 누설열량이다.
그리고 hg2는 열량계 출구에 있어서 냉매의 비엔탈피이며 hf2는 팽창밸브 입구에 있어서 냉매액의 배엔탈피이다.
상기 압축기 냉동능력의 산정은 다음식에 따른다.
Figure kpo00003
여기에서 qmf는 냉매의 질량유량이고 hg1은 압축기 입구에 있어서 냉매의 비엔탈피이며 hf1은 압축기 토출가스의 압력에 대응한 포화냉매액의 비엔탈피이다.
한편 상기 본 발명에 의한 냉동싸이클에 열교환식 증발기 열량측정수단과 조합구성된 가스냉매 유량측정수단에 대해서 설명하면 다음과 같다.
상기 가스냉매 유량측정수단은 도 1 또는 도 2의 냉매유량계(109)를 설치한 자체로 완성되는 것이며 상기 가스냉매 유량측정수단에 의해 산정되는 냉동능력을 식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure kpo00004
여기에서 qmf은 오리피스유량계로 측정된 냉매의 질량유량이고 hg1은 압축기 입구에 있어서 냉매의 비엔탈피이며 hf1은 압축기 토출가스의 압력에 대응한 포화냉매액의 비엔탈피이다.
본 발명에서 상기 냉매유량계(109)는 오리피스이다.
그리고 상기에서 냉매 유량계 측정방법은 KS A 0612에 따른다.
한편 도 2와 같은 본 발명의 또다른 실시예에 있어서는 증발기(108)측에 2차냉매 열량측정수단을 적용하고 있으며, 여기서는 상기 열량계의 구조로서 첨부된 도 4에서 나타낸 것과 같이 2차냉매 열량계의 용기(117)는 2상의 2차냉매를 봉입한 기밀의 압력용기(117)로서 증발기(108)는 열량계 용기내의 상부에 설치하고 가열기(118)는 하부의 2차냉매 액면하에 담가서 설치한다.
그리고 상기 2차냉매 열량계의 누설열량을 검정하는 방법은 열량계의 열입력은 2차 냉매의 압력이 주위 온도보다 약 15℃ 높은 온도에 대응하는 일정의 포화압력을 유지하도록 설정한다.
또한 주위온도는 40℃ 이하로 하고 그 온도 변동은 ±1℃ 이내로 한다.
그런다음 가열기의 열입력의 변동에 의한 2차 냉매의 압력에 대응하는 온도변동은 1시간에 걸쳐 ±0.5℃ 이내로 한다.
이런 검정에 따른 열누설계수는 다음식에 의해 산정한다.
Figure kpo00005
여기에서 P는 열량계의 가열기로의 공급전력이고 tp는 2차냉매의 압력에 대응한 포화 냉매온도이며 ta는 평균주위온도를 나타낸다.
이와같은 2차냉매 열량측정수단에 의한 압축기 냉동능력의 시험은 다음과 같이 수행할 수가 있다.
열량계로의 열 입력의 변동은 측정되는 냉동능력의 ±1% 이내로 한다.
열량계로의 열 입력의 변동에 의한 2차 냉매의 압력에 대응한 포화온도의 변동은 1시간에 걸쳐 ±0.6℃ 이내로 한다.
이러한 상기 2차냉매 열량측정수단에 의한 압축기 냉동능력의 산정은 다음에 따른다.
우선 냉매의 질량유량은 다음식에 따른다.
Figure kpo00006
여기에서 P는 열량계의 가열기로의 공급전력이고 Φt는 누설열량이며 hg2는 열량계 출구에 있어서 냉매의 비엔탈피이고 hf2는 팽창밸브 입구에 있어서 냉매액의 비엔탈피이다.
한편 압축기의 냉동능력은 다음식에 따른다.
Figure kpo00007
여기에서 qmf는 냉매의 질량유량이고 hg1은 압축기 입구에 있어서 냉매의 비엔탈피이며 hf1은 압축기 토출가스의 압력에 대응한 포화냉매액의 비엔탈피이다.
이렇게 하여 2차 냉매 열량측정수단에 대해 알아보았다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 2단 원심압축기의 냉동능력 측정장치는 원심압축기의 냉동열량을 측정하기 위해서 열교환식 증발기 열량측정수단 또는 2차냉매 열량측정수단을 가스냉매 유량측정수단과 병행하여 수행하거나 또는 이들 측정수단 단독의 측정 방법을 통하여 측정할수 있도록 함으로서 이러한 2단 원심 압측기의 냉동 성능을 평가 할수 있는 것이다.
특히, 상기 측정 수단을 단독으로 이용하는 것도 가능 하지만 열교환식 증발기 열량측정수단 또는 2차냉매 열량측정수단을 가스냉매 유량측정수단과 병행하여 수행할때는 냉동열량 측정결과에 대해 비교 측정할 수 있기 때문에 측정치에 대한 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 냉매 유체 경로가 응축기→기액 분리기→증발기→ 2단 원심 압축기→응축기로 순환되는 냉매 유체의 경로와, 2단 원심 압축기의 전동부 냉각유체가 응축기→전동부의 고정자 자켓공간→기액 분리기로 순환되는 냉각유체 경로와, 기액 분리기→전동부측의 냉각가스 입구→전동부측의 내부공간→전동부측의 냉각가스출구→원심 압축기 2단 압축부의 2단 압축실경로로 순환되는 냉각유체 경로를 포함하고 있는 2단 원심 압축기의 냉동 사이클에서 상기 증발기측에 설치되어 냉동사이클의 냉동열량을 측정하여 2단 원심 압축기의 냉동 능력을 시험하기 위한 열교환식 증발기 열량측정수단이 구비 되어져 있는 구성을 특징으로 하는 2단 원심 압축기의 냉동능력 측정장치
  2. 제 1항에 있어서, 상기 열교환식 증발기 열량측정수단은 2차냉매 열량측정수단으로 대체 되어져 있는 구성을 특징으로 하는 2단 원심압축기의 냉동능력 측정장치.
  3. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 열교환식 증발기 열량측정수단 또는 2차냉매 열량측정수단이 구비된 2단원심 압축기의 냉동 사이클에는 2단 원심압축기의 흡입라인상에 가스냉매 유량측정수단이 병행하여 설치 되어져 있는 구성을 특징으로 하는 2단 원심압축기의 냉동능력 측정장치.
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