KR100327539B1 - 압축기용어큐뮬레이터의용량설정방법 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 냉매를 기화시켜 압축기 본체에 공급하기 위한 압축기용 어큐뮬레이터의 용량설정 방법에 관한 것이다.

본 발명은 어큐뮬레이터의 용량을 압축기 실린더의 용량에 따라,

K = -0.1408X + 15.0563(여기서, K = 어큐뮬레이터 용량/압축기 실린더 용량이고, X = 압축기 실린더 용량)로 구하고, 여기서 구한 값 이상이 되도록 어큐뮬레이터의 용량을 설정하는 것을 특징으로 하며,

이에 따라, 압축기의 종류에 따라 적정한 어큐뮬레이터의 용량을 설정할 수 있으므로 충분한 냉매량을 확보할 수 있어 압축기의 성능이 향상되고, 흡입손실이 저감되는 이점이 있다.

Description

압축기용 어큐뮬레이터의 용량설정 방법{Method of the accumulator volume capacity in compressor}

본 발명은 압축기용 어큐뮬레이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 어큐뮬레이터의 용량을 적정 범위로 설정하여, 이에 의해 압축기 효율을 향상시키기 위한 어큐뮬레이터의 용량설정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 어큐뮬레이터는 냉매의 압축기 본체 유입 전단계에서 이를 기상의 상태로 변화시키기 위한 장치로서, 주로 로터리 압축기에 사용되므로 이하에서는 로터리 압축기에서 어큐뮬레이터를 사용한 예를 고려한다.

로터리 압축기는 회전에 의한 편심력을 이용하여 냉매를 압축하는 기기로서, 압축기 본체측으로 액상의 냉매가 유입되면 압축기의 압축효율이 저하되므로 냉매의 압축기 본체 유입 전단계에서 냉매를 기상의 상태로 변화시키기 위한 어큐뮬레이터가 필요하다.

이러한 로터리 압축기 및 어큐뮬레이터를 도 1 및 도 2 에 제시된 장치를 한 예로 하여 설명한다.

일반적인 로터리 압축기는 도 1a 에 도시된 바와 같이 냉매를 압축하는 압축부와, 압축부를 구동하기 위한 구동부로 구분되며, 이 구동부와 압축부는 크랭크축(3)으로 연결된다.

먼저, 전동부는 상호 유도작용에 의한 회전력을 얻기 위한 고정자(1) 및 회전자(2)로 구성되며, 전동부의 회전력을 압축부로 전달하는 크랭크축(3)은 회전자(2)에 압입된다.

압축부는 크랭크축(3)의 하부에 편심 설치되어 크랭크축(3)의 회전에 따라 일정한 편심궤적을 그리면서 회전하는 롤러(4)와, 롤러(4)의 회전에 따라 냉매가 흡입·압축되는 공간인 실린더(5)와, 실린더(5)의 상·하부에서 이를 지지하는 메인 베어링(6) 및 서브 베어링(7)과, 토출 냉매의 소음을 저감하기 위해 메인 베어링(6)에 체결되어 소정의 공명공간을 형성하는 머플러(8)로 구성된다.

도면상의 미설명 부호 9는 로터리 압축기의 외형을 이루는 밀폐용기이다.

여기서, 실린더(5)에는 도 1b 와 같이 냉매 흡입구(10) 및 토출구(11)가 형성되고, 토출구(11) 인접부에 형성된 슬롯(12)내를 롤러(4)의 회전에 따라 왕복하면서 흡입실(14)과 압축실(15)을 분리하는 베인(13)이 구비된다.

또한, 압축기 본체 실린더(5)의 흡입구(10)와 흡입파이프(19)를 통해 연결되는 어큐뮬레이터(16)는 도 2 와 같이 원통형의 쉘(17)로 외형을 이루게 되며, 그 상부에 도면상에 도시되지 않은 증발기에서 나온 냉매를 유입시키기 위한 유입파이프(18)가 삽입되어 있고, 하부 중앙부에는 냉매를 압축기 본체측으로 유입시키기 위한 입구부(19a)를 갖는 흡입파이프(19)가 삽입되어 그 내부까지 연장되어 있다.

또한, 어큐뮬레이터(16)의 내부에는 유입된 냉매의 필터역할을 하는 스크린(20)과, 스크린(20)을 지지함과 아울러 스크린(20)을 통해 나온 냉매를 유입시키기 위한 냉매 유입홀(21a)이 형성된 스크린 홀더(21)가 구비되어 있으며, 흡입파이프(19)의 일측에는 시스템을 돌고 나온 오일을 압축기 본체로 유입시키기 위한오일 리턴홀(22)이 구비되어 있다.

여기서, 스크린 홀더(21)의 냉매 유입홀(21a)은 수직선상으로 흡입파이프(19)의 입구부(19a)와 간섭되지 않도록 스크린 홀더(21)의 원주방향으로 다수개 형성된다.

이와 같이 구성된 종래의 기술에 따른 로터리 압축기 및 어큐뮬레이터는 아래와 같은 동작을 한다.

먼저, 전원이 인가되면 고정자(1)와 회전자(2)의 유도작용에 의해 회전자(2)가 회전하게 되며, 회전자(2)의 회전에 따라 크랭크축(3)이 회전하게 된다.

크랭크축(3)의 회전에 따라 롤러(4)가 일정한 편심괘적을 그리면서 실린더(5) 내주면을 따라 자전 및 공전하기 시작하면 실린더(5) 내측으로 흡입력이 발생하여 냉매가 흡입구(10)를 통해 실린더(5)의 흡입실(14) 내로 유입되고(흡입행정), 롤러(4)가 일정각 이상으로 회전하게 되면 냉매의 압축이 시작되며(압축행정), 롤러(4)의 회전각이 200°근방에 왔을 때 압축실(15) 내의 압력이 토출압과 같거나 커지게 되어 토출구(11) 전면의 도면상에 도시되지 않은 토출밸브가 열리고, 압축 냉매의 토출이 이루어지게 된다(토출행정).

이러한 로터리 압축기의 흡입·압축·토출행정은 통상 약 50∼60㎐의 주기로 이루어지게 된다.

한편, 로터리 압축기의 내부로 액냉매가 유입되면 압축기의 압축 효율이 현저히 저하되어 안정적인 시스템을 구축할 수 없으므로 압축기 본체측으로는 기상의 냉매만을 유입시켜야 되며, 이러한 역할을 냉매유입 전단계에서 어큐뮬레이터(16)가 수행하게 된다.

이러한 어큐뮬레이터의 동작을 살펴보면 아래와 같다.

먼저, 압축기의 작동초기에는 도면상에 도시되지 않은 증발기로부터 증발된 2상 상태의 냉매가 쉘(17) 상부의 유입파이프(18)를 통해 유입되고, 스크린(20)을 통해 오물(찌꺼기, 탄화물질, 마모입자 등)이 걸러지면서 쉘(17)의 하부측으로 유동하게 된다.

이때, 스크린 홀더(21)에 냉매가 직접적으로 부딪치면서 냉매 유입홀(21a)의 형상에 따라 흡입파이프(19)의 입구부(19a) 바깥 방향으로 나오게 된다.

이러한 과정에서 2상 상태의 냉매 중 기상의 냉매는 쉘(17)의 하부측으로 유동하면서 상승하여 흡입파이프(19)를 통해 압축기 본체로 공급되며, 액상의 냉매도 대부분 기화하게 되어 쉘(17)의 하부측으로 유동하면서 상승하여 흡입파이프(19)를 통해 압축기 본체로 공급되며, 그렇지 못한 액상의 냉매는 그 하중과 중력에 의해 쉘(17)의 하부에 모였다가 열에 의해 증발되어 기상상태로 되면서 상승하여 역시 흡입파이프(19)를 통해 압축기 본체로 공급된다.

압축기의 작동 중에는 증발기로부터 완전 증발된 기상의 냉매가 어큐뮬레이터(16)로 유입되며, 이때부터는 냉매가 쉘(17)에 모이지 않고 곧바로 상승하여 흡입파이프(19)를 통해 압축기 본체로 공급된다.

한편, 시스템을 돌고 나온 오일은 냉매와 함께 어큐뮬레이터(16)로 유입되어 쉘(17)의 하부에 모이게 되고, 일정 수위 이상이 되면 흡입파이프(19)에 구비되어 있는 오일 리턴홀(22)을 통해 압축기 본체에 다시 유입된다.

이러한 작용을 하는 어큐뮬레이터(16)는 그 용량을 설정함에 있어서는 증발기에서 완전히 증발되지 않은 액냉매가 기체로 되는 옥외 습구온도에 따른 증발량을 고려하여 어큐뮬레이터(16)가 저장할 수 있는 액냉매 저장량을 결정하고, 이 값을 토대로 어큐뮬레이터(16)의 용량을 설정하게 된다.

그러나 이러한 종래의 어큐뮬레이터의 용량 설정방법은 압축기 전체 효율에 대한 고찰이 없이 단순히 액냉매 저장량만을 고려하여 설정한 것이므로 실제 압축부의 흡입과정에서 필요로 하는 냉매량을 충분히 공급하지 못하게 되며, 이로 인해 압축과정상에서 흡입손실이 유발되고, 최대 1.5% 정도의 압축성능 저하를 초래하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 어큐뮬레이터의 용량을 설정함에 있어 적정한 기준을 마련하여 압축기의 압축성능을 향상시키는 어큐뮬레이터의 용량설정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

다른 견지로는, 어큐뮬레이터의 적정한 용량설정방법에 따라 압축기의 압축과정에서 발생되는 흡입손실을 최소한으로 줄이는 데 그 목적이 있다.

도 1 은 일반적인 로터리 압축기의 구성도로서,

도 1a 는 전체 종단면도이고,

도 1b 는 압축부 단면도이고,

도 2 는 일반적인 어큐뮬레이터의 구성도이고,

도 3 은 일반적인 어큐뮬레이터와 압축기 실린더의 용량비에 따른 압축기의 효율을 나타낸 그래프로서,

도 3a 는 압축기 실린더의 용량이 7.2㏄일 경우이고,

도 3b 는 압축기 실린더의 용량이 27.8㏄일 경우이고,

도 4 는 본 발명의 자료가 되는 그래프이고,

도 5 는 본 발명에 의한 어큐뮬레이터와 압축기 실린더의 용량비를 1차 함수로 나타낸 그래프이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 고정자 2 : 회전자

3 : 크랭크축 4 : 롤러

5 : 실린더 10 : 흡입구

16 : 어큐뮬레이터 19 : 흡입파이프

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 압축기용 어큐뮬레이터의 용량설정방법은, 기화되지 못한 액냉매를 기화시켜 압축기 본체측으로 유입시키기 위한 어큐뮬레이터의 용량을 압축기 실린더의 용량에 따라 설정하는 압축기용 어큐뮬레이터에 있어서:

상기 어큐뮬레이터의 용량을,

하기의 조건을 만족하는 용량 이상이 되도록 설정한다.

K = -0.1408X + 15.0563(여기서, K = 어큐뮬레이터 용량(cc) / 압축기 실린더 용량(cc)이고, X = 압축기 실린더 용량(cc)이다).

이와 같이 하면, 압축기의 성능이 향상되는 시작점 이상으로 어큐뮬레이터의 용량을 설정할 수 있다.

그 결과, 압축기의 성능이 향상될 뿐만 아니라 압축과정에서의 흡입손실도 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한, 어큐뮬레이터의 용량설정에 대한 기준점을 마련할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 압축기용 어큐뮬레이터의 용량설정방법의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

또한, 본 발명의 기술은 어큐뮬레이터를 사용하는 여러 가지 압축기 제품에 적용할 수 있다.

또한, 이하에서는 설명의 이해를 돕기 위해 로터리 압축기에 어큐뮬레이터를 사용한 예를 고려한다.

도 3 은 어큐뮬레이터와 압축기 실린더의 용량비에 따른 압축기의 효율을 나타낸 그래프로서, 도 3a 는 압축기 실린더의 용량이 7.2㏄일 경우를 나타내고, 도 3b 는 압축기 실린더의 용량이 27.8㏄일 경우를 나타내며, 도 4 는 본 발명의 요지가 되는 어큐뮬레이터와 압축기 실린더의 용량비를 1차 함수로 나타낸 그래프이다.

본 실시 예에 따른 압축기용 어큐뮬레이터의 용량을 설정함에 있어 기준이 되는 함수는 아래와 같이 구해진다.

일반적인 0.7 마력형 압축기와 2.0 마력형 압축기 각각에 대해 용량이 각기 다른 어큐뮬레이터를 부착하였을 경우의 압축기 성능(EER)은 도 3 에 도시된 바와 같다.

먼저, 0.7 마력형 압축기의 경우에는 그 실린더 용량이 7.2㏄ 정도로서, 어큐뮬레이터와 실린더의 용량비(어큐뮬레이터의 용량/압축기 실린더의 용량)가 14일 때를 시작으로 그 이상에서 압축기의 성능이 현저히 향상되며, 2.0 마력형 압축기의 경우에는 그 실린더 용량이 27.8㏄ 정도로서, 어큐뮬레이터와 실린더의 용량비(어큐뮬레이터의 용량/압축기 실린더의 용량)가 11일 경우를 시작으로 그 이상에서 압축기의 성능이 현저히 향상됨을 알 수 있다.

상기한 바를 토대로 각 종류별 압축기의 실린더 용량(X)을 일축으로 하고, 어큐뮬레이터와 압축기 실린더의 용량비(K=어큐뮬레이터의 용량/압축기 실린더의 용량)를 타축으로 하여 그래프로 나타낸 것이 도 4 이다.

이 그래프에는 자료가 되는 두 점, 즉 (7.2, 14)와 (27.8, 11)를 나타낼 수 있으며, 또한, 이 두 점을 지나는 직선을 1차 함수로 나타낼 수 있다.

이를 1차 함수로 나타내면 아래의 수학식 1과 같다.

K = -0.1456 + 15.0483

여기서, K = 어큐뮬레이터 용량(cc)/압축기 실린더 용량(cc), X = 압축기 실린더 용량(cc) 이다.

즉, 각 축을 이루는 K와 X의 관계에 대해 K=aX+b로 놓게 되면 자료가 되는 두 점 즉, (7.2, 14)와 (27.8, 11)를 통해 a=-0.1456, b=15.0483을 구할 수 있는 것이다.

그러나, 실제 실험에 의하면 다수의 데이터에서 다양한 산포를 가지므로 도 3 에 나타낸 것처럼 정확히 피팅(fitting)이 되지는 않는다.

또한, 실제 양산되는 압축기의 경우 압축기 실린더의 용량에 따라 7.5㏄형, 13.1㏄형, 28.8㏄형 등으로 다양한 기종을 가지며, 따라서 본 발명을 적용함에 있어 가장 정확한 피팅(fitting)을 이루는 기종, 즉 7.5㏄형과 28.8㏄을 기준으로 함이 바람직하다.

따라서, 자료가 되는 두 점은 (7.5, 14)와 (28.8, 11)이 된다.

도 5 는 자료가 되는 두 점 (7.5, 14)와 (28.8, 11)을 지나는 직선을 나타낸 그래프로서, 이 직선의 함수는 아래의 수학식 2와 같다.

K = -0.1408X + 15.0563

여기서, K = 어큐뮬레이터 용량(cc)/압축기 실런더 용량(cc), X = 압축기 실린더 용량(cc)이다.

즉, 전술한 바와 같이 각 축을 이루는 K와 X의 관계에 대해 K=aX+b로 놓게 되면 자료가 되는 두 점 (7.5, 14)와 (28.8, 11)을 통해 a=-0.1408, b=15.0563을 구할 수 있는 것이다.

여기서, 직선 K는 어큐뮬레이터 용량/압축기 실린더 용량이므로 압축기 실린더의 용량에 따라 어큐뮬레이터의 용량을 구할 수 있게 된다. 즉, 압축기 실린더의 용량에 따라 압축기용 어큐뮬레이터의 용량이 결정되는 것이다.

그러나, 어큐뮬레이터의 용량설정에 기준이 되는 직선 K는 압축기의 성능 향상이 시작되는 점을 기준으로 산출한 것이므로 실제 압축기용 어큐뮬레이터를 설계할 경우에는 K값을 통해 얻어진 어큐뮬레이터의 용량 이상으로 설계함이 바람직하다.

한편, 도 3a 에 도시된 바와 같이 7.2㏄형 압축기의 경우에는 K값이 14에서부터 25가 될 때까지 압축기의 효율이 급격히 증가되다가 25 이상이 되면 그 증가율이 둔화됨을 알 수 있고, 도 3b 에 도시된 바와 같이 27.8㏄형 압축기의 경우에는 K값이 11에서 12.5까지는 급격히 증가되다가 12.5 이상이 되면 그 증가율이 둔화됨을 알 수 있다.

따라서, 7.2㏄형 압축기는 어큐뮬레이터와 그 실린더의 용량비(K)가 25 이상이 되도록 설정함이 바람직하고, 27.8㏄형 압축기는 어큐뮬레이터와 그 실린더의 용량비(K)가 12.5 이상이 되도록 설정함이 바람직하며, 이와 같이 하면 압축기의 성능 향상면에서 최대한의 효과를 도모할 수 있다.

한편, 비교 예로서 종래의 기술, 즉 다시 말해서 압축기의 전체 효율에 대한 고찰없이 어큐뮬레이터내에 보전할 수 있는 액냉매 저장량으로만 용량을 설정하는 것과 달리, 본 발명은 어큐뮬레이터의 용량을 설정함에 있어 압축기 실린더의 용량에 따른 기준을 마련할 수 있다.

이 결과에서, 본 발명에 의하면 압축기 기종 및 용량에 따라 적정한 어큐뮬레이터의 용량을 설정할 수 있으므로 충분한 양의 냉매를 압축기에 공급할 수 있어 압축기의 성능을 향상시킬 수 있음과 아울러 압축기의 압축과정에서 발생되는 흡입손실을 현저히 저감할 수 있는 이점이 있다.

또한, 이 적용례에 의하면 본 발명은 어떠한 종류의 압축기에 대해서도 적정한 기준에 따라 어큐뮬레이터의 용량을 설정할 수 있으므로 작업성 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명에 의하면 충분한 냉매량 확보를 통해 압축기의 성능이 향상될 뿐만 아니라 압축과정에서 발생되는 흡입손실을 최소한으로 줄일 수 있는 효과가 있다는 것이다.

Claims (1)

1. 기화되지 못한 액냉매를 기화시켜 압축기 본체측으로 유입시키기 위한 어큐뮬레이터의 용량을 압축기 실린더의 용량에 따라 설정하는 압축기용 어큐뮬레이터에 있어서:

   상기 어큐뮬레이터의 용량을,

   하기의 조건을 만족하는 용량 이상이 되도록 설정함을 특징으로 하는 압축기용 어큐뮬레이터의 용량설정 방법.

   K = -0.1408X + 15.0563

   상기 조건식에서 K = 어큐뮬레이터 용량(cc) / 압축기 실린더 용량(cc)이고, X = 압축기 실린더 용량(cc)이다.