KR100834203B1 - 압축기, 냉매 사이클 및 압축기 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

압축기에서 무동력 역회전을 방지하는 본 발명의 방법은 압축기 토출부 근방의 위치에 솔레노이드 밸브를 위치시키는 단계를 포함한다. 밸브는 양호하게는 모터로의 동력이 차단된 후에 곧이어 작동되어, 냉매의 유동이 압축기의 압축 챔버를 향해 다시 팽창되는 것을 차단한다. 압축기는 스크롤 압축기로서 개시되지만, 스크루 압축기일 수도 있다. 이러한 두 가지 유형의 압축기는 압축 냉매가 압축기 토출부로부터 압축 요소를 통해 압축기 흡입부 내로 재팽창할 때, 바람직하지 않은 무동력 역회전을 하기 쉽다. 냉매의 유동을 차단함으로써, 이러한 무동력 역회전이 방지된다. 고압 스위치는 밸브가 정상 압축기 작동 중에 오작동하여 냉매의 유동을 차단하면, 압축기를 즉시 정지시키도록 솔레노이드 밸브의 바로 상류에 위치될 수 있다. 이러한 고압 스위치는 압축기 모터로의 동력을 차단하기 위해 제어부로 신호를 송신함으로써 차단된 토출 라인에 의해 압축기의 계속되는 작동을 방지한다. 압력차 스위치가 밸브를 가로지른 바람직하지 않게 높은 압력차를 회피하기 위해 유사한 방식으로 이용될 수 있다. 또한, 밸브 자체는 밸브를 가로지른 압력차가 안전 한계를 초과하면 개방되는 유동 바이패스를 갖출 수 있다.
스크롤 압축기, 스크루 압축기, 냉매, 차단 밸브, 무동력 역회전

Description

압축기, 냉매 사이클 및 압축기 제어 방법 {Compressor, Refrigerant Cycle and Method of Controlling Compressor}
본 출원은 압축기 토출 라인에 인접하게 위치되어, 압축기 운전 정지 시에 압축기 펌프 유닛 내로의 압축 냉매의 역류 및 결과적인 압축기의 역운전을 방지하도록 작동 가능한 밸브에 관한 것이다.
압축기는 대부분의 냉매 압축 용도에서 이용된다. 압축기 내에서, 냉매는 전형적으로 압축기 펌프 유닛을 위한 모터를 둘러싸는 흡입 챔버 내로 이동된다. 흡입 냉매는 모터를 냉각시키고, 결국 압축기 펌프 유닛의 압축 챔버 내로 이동하여 압축되고, 토출 포트를 통해 토출 챔버 내로 통과한다. 토출 챔버로부터, 냉매는 압축기 토출 튜브 내로, 그 다음 냉매 시스템 내의 다음의 구성요소로 하류로 통과한다.
널리 이용되고 있는 압축기의 한 가지 일반적인 유형은 스크롤 압축기이다. 스크롤 압축기 내에서, 제1 스크롤 부재는 기부 및 기부로부터 연장되는 대체로 나선형인 덮개를 갖고, 제2 스크롤 부재는 기부 및 그의 기부로부터 연장되는 대체로 나선형인 덮개를 갖는다. 2개의 덮개는 서로 끼워져서 압축 챔버를 한정한다. 제1 스크롤 부재는 제2 스크롤 부재에 대해 선회되고, 이들 둘이 서로에 대해 선회함 에 따라, 압축 챔버의 크기가 감소하여, 포착된 냉매를 압축한다.
스크롤 압축기는 무동력 역회전으로 불리는 문제점을 갖는다. 스크롤 압축기는 양호하게는 선택 방향으로 선회하도록 구동된다. 제1 스크롤 압축기가 반대 방향으로 선회되면, 선회 스크롤 및 샤프트 평형추의 과속도로 인해, 바람직하지 않은 소음 및 압축기에 대한 잠재적인 손상이 발생할 수 있다.
스크롤 압축기의 운전 정지 시에, 응축기 내에서 압축기 하류의 토출 파이프에 인접하여 저장되는 상당량의 압축 냉매가 있다. 운전 정지 시에, 이러한 압축 냉매는 압축 챔버를 통해 팽창하여, 선회 스크롤 부재를 역방향으로 구동한다. 이는 바람직하지 않다.
스크롤 압축기 내부에 설치된 토출 체크 밸브가 때때로 냉매가 스크롤 요소를 통해 팽창하는 것을 차단하여 역회전을 방지하도록 이용된다. 체크 밸브는 장기간 작동 후의 피로 시에 마모되고 파손될 수 있으므로, 신뢰성의 문제점을 가질 수 있다. 이와 같이, 내부 체크 밸브의 사용과 관련되는 바와 같이 무동력 역회전에 관한 우려가 있다.
냉매의 이러한 역류를 차단하기 위한 적절한 수단이 없으면, 냉매가 스크루 압축 요소를 통해 팽창할 수 있는 스크루 압축기에서 유사한 문제점이 존재한다. 스크루 요소의 역회전은 스크루 압축기의 스크루 로터를 손상시킬 수 있다.
본 발명의 개시된 실시예에서, 솔레노이드 밸브가 압축기 하우징의 외측에서 압축기에 인접한 토출 튜브 내에 또는 토출 라인 내로 위치된다. 양호하게는, 밸브는 압축기 모터의 운전 정지 후에 곧이어 폐쇄된다. 밸브가 모터의 운전 정지 시에 즉시 또는 그 이전에 폐쇄되면, 모터가 운전 정지 후의 짧은 기간 동안 정방향으로 계속 작동할 것이므로, 냉매의 압력 증가와 관련된 잠재적인 문제점이 있다. 그러나, 모터 운전 정지 후의 상당한 시간이 경과한 후에 밸브가 폐쇄되면, 응축기 및 토출 라인으로부터의 냉매는 스크롤 요소를 통해 다시 재팽창하여 이를 역으로 작동시킨다. 따라서, 최적 성능을 위한 짧은 시간창 내에서 밸브를 폐쇄하는 것이 필수 불가결하다. 따라서, 개시된 실시예에서, 양호하게는, 밸브는 모터의 운전 정지 후의 0.1초 내지 1.0초 사이에서 폐쇄된다. 솔레노이드 밸브가 개시되었지만, 다른 밸브 유형이 본 발명의 범주 내에 든다.
다른 특징에서, 고압 스위치가 솔레노이드 밸브의 상류에 위치된다. 압축기가 운전 중일 때 솔레노이드 밸브가 우발적으로 폐쇄되면, 고압 스위치는 바람직하지 않은 압력 증가를 신속하게 감지한다. 고압 스위치는 양호하게는 과압력 상황이 검출되면 모터를 정지시킬 수 있는 제어부에 연결된다.
본 발명에 따르면, 동력식 차단 밸브는 압력이 안전 압력을 초과하면, 그의 폐쇄 위치로부터 개방되는 압축기가 제공된다.
본 발명에 따르면, 동력식 차단 밸브는 압력차가 안전 압력차를 초과하면, 그의 폐쇄 위치로부터 개방되는 압축기가 제공된다.
본 발명에 따르면, 동력식 차단 밸브는 밸브를 가로지른 압력차가 안전 압력차를 초과하면 개방되는 유동 바이패스를 갖춘 밸브인 압축기가 제공된다.
본 발명에 따르면, 동력식 차단 밸브는 압력이 안전 압력을 초과하면, 그의 폐쇄 위치로부터 개방되는 냉매 사이클이 제공된다.
본 발명에 따르면, 동력식 차단 밸브는 압력차가 안전 압력차를 초과하면, 그의 폐쇄 위치로부터 개방되는 냉매 사이클이 제공된다.
본 발명에 따르면, 동력식 차단 밸브는 밸브를 가로지른 압력차가 안전 압력차를 초과하면 개방되는 유동 바이패스를 갖춘 밸브인 냉매 사이클이 제공된다.
본 발명에 따르면, 냉매 사이클은 이코노마이저 분지부를 포함하는 냉매 사이클이 제공된다.
본 발명에 따르면, (1) 무동력 역회전을 하기 쉬운 종류의 압축기 펌프 유닛 내에서 냉매를 압축하는 단계와, (2) 상기 압축기 펌프 유닛을 구동하기 위한 모터로의 동력을 차단하는 단계와, (3) 동력식 밸브를 작동시킴으로써 압축 냉매의 유동이 압축기 펌프 유닛을 통해 팽창되는 것을 차단하는 단계를 포함하는 압축기 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 특징은 다음의 명세서 및 도면으로부터 가장 잘 이해될 것이고, 도면의 간단한 설명은 다음과 같다.
도1은 본 발명을 통합한 냉매 사이클의 개략도이다.
도2는 선택적인 특징을 도시한다.
도3은 다른 선택적인 특징을 도시한다.
압축기 펌프 유닛(22)을 갖는 압축기(20)가 도1에 도시되어 있다. 흡입 튜브(24)가 흡입 냉매를 흡입 플리넘(25) 내로 송출한다. 흡입 플리넘(25)으로부터, 냉매는 선회 스크롤 부재(30)와 비선회 스크롤 부재(32) 사이에 형성된 압축 챔버(27) 내로 상방으로 통과할 수 있다. 스크롤 부재를 이용하는 압축기 펌프 유닛(22)에 대해, 전술한 바와 같이, 운전 정지 시의 무동력 역회전과 관련된 문제점이 있다. 스크롤 압축기가 도시되어 있지만, 무동력 역회전과 관련된 잠재적인 문제점을 갖는 임의의 유형의 압축기(예를 들어, 스크루 압축기)가 본 발명으로부터 유익을 얻을 수 있다.
토출 챔버(34)가 고정 스크롤(32)의 바로 하류에 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 토출 챔버(34) 및 냉매 출구를 고정 스크롤 포트(36)로부터 분리하는 체크 밸브가 없다. 이러한 경우의 체크 밸브의 기능은 밸브 부재(40)에 의해 대체된다. 도시된 바와 같이, 토출 챔버(34)로부터, 냉매는 토출 튜브(38)를 통해 응축기(48), 주 팽창 장치(50), 및 증발기(52)를 향해 하류로 통과할 수 있다.
본 발명이 바로 하류에 응축기(48)를 구비한 압축기(20)로 도시되어 있지만, 본 발명의 압축기는 또한 냉매의 토출 튜브(38)로부터 응축기(48)로 또는 증발기(52)로의 루트를 선택할 수 있는 능력을 통합한 냉매 사이클 내에서 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러한 선택적인 루트는 예를 들어 4-방향 역전 밸브(122)를 사용함으로써 달성될 수 있다 (도2 참조). 그러한 냉매 사이클은 열 펌프 시스템 내에서 이용되고, 당업자에게 공지되어 있다. 또한, 냉매 시스템은 기술 분야에 공지된 바와 같이 증기 주입, 액체 주입, 또는 바이패스 제하 능력을 추 가로 갖출 수 있다 (도3 참조).
모터(37)가 샤프트(39)를 구동하여, 선회 스크롤 부재(30)를 비선회 스크롤 부재(32)에 대해 선회시킨다. 비선회 스크롤 부재(30)가 고정 스크롤로서 도시되어 있지만, 본 발명은 또한 비선회 스크롤이 축방향으로 이동할 수 있는 스크롤 압축기로 확장된다.
본 출원에 개시된 발명은 압축기 운전 정지 시에 응축기(48)로부터 토출 튜브(38)를 통한 냉매의 역류를 차단하기 위해 솔레노이드 밸브 제어부(44)에 의해 작동 가능한 밸브 부재(40)에 관한 것이다. 다시 한번, 다른 유형의 차단 밸브가 사용될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 제어부(46)는 밸브 제어부(44), 및 또한 모터(37)를 위한 (압축기 내부 또는 외부에 위치된) 차단 스위치(47)와 통신한다. 아울러, 선택적인 고압 스위치(42)가 토출 튜브(38) 내의 압력을 감지하며, 제어부(46)와 통신한다.
제어부(46)는 모터(37)를 정지시킬 때, 밸브(40)를 도1에 도시된 것과 같은 폐쇄 위치로 구동하도록 솔레노이드 밸브 제어부(44)를 작동시킨다. 이러한 작동 이전에, 밸브(40)는 토출 튜브(38)를 통한 유동을 차단하지 않는 후퇴 위치에 있다. 안전을 고려하여, 이러한 밸브로의 동력이 차단된 후에 평시 개방 위치를 유지하는 유형의 밸브를 사용하는 것이 양호하다.
양호하게는, 이러한 작동은 신호가 모터(37)를 정지시키도록 송신된 후의 단기간 내에 발생한다. 이는 모터가 정방향 회전을 멈추게 하고, 밸브(40)가 압축 냉매의 유동을 방지하기 전에, 추가의 압축을 방지한다. 다른 한편으로, 밸브(40)가 하류 위치로부터 토출 튜브(38)를 통한 냉매의 역류를 방지하기 위해 운전 정지 후의 조기의 특정 시점에서 유동을 차단하여, 잠재적으로 무동력 역운전 상황을 일으키는 것이 바람직하다. 개시된 실시예에서, 이러한 기간은 0.1 내지 1.0초 사이이다.
아울러, 밸브 제어부(44)가 오작동하여 밸브(40)를 그의 폐쇄 위치로 구동할 수 있는 것이 가능하므로, 압축기가 작동 중에 있을 때, 고압 스위치(42)가 이용된다. 고압 스위치(42)는 토출 튜브(38) 내의 압력이 예상되거나 바람직한 것보다 더 높다고 감지하면, 제어부(46)로 신호를 송신할 수 있다. 제어부(46)는 그 다음 오작동이 평가될 수 있도록 모터(37)를 정지시키도록 작동 가능하다. 밸브를 가로지른 압력차가 특정한 소정값을 초과하면, 개방되도록 구동되는 솔레노이드 밸브를 이용하는 것도 본 발명의 범주 내에 있고, 이러한 경우에, 고압 스위치(42)의 사용은 필요치 않을 수 있다.
도2는 스크루 또는 스크롤 압축기 또는 무동력 역회전의 경향이 있는 임의의 다른 압축기일 수 있는 압축기(120)를 도시한다. 도2 및 도3에 의해 도시된 다른 세부는 스크루 압축기 또는 앞서 도시된 스크롤 압축기 내에서 이용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 앞서 개시된 밸브로서 기능하는 밸브(40)가 압축기(120)에 대한 토출 라인 상에 장착된다. 압축기(120)는 도2에 도시된 바와 같이, 냉매를 실외 열교환기(48)로 또는 실내 열교환기(52)로 선택적으로 연결할 수 있는 4-방향 밸브(122)를 갖는 열 펌프 시스템의 일부이다. 따라서, 본 발명은 냉각 모드 또는 가열 모드에서 이용될 수 있다.
도3은 다른 가능한 특징을 도시한다. 도3에서, 압축기(120)는 스크롤 압축기 또는 스크루 압축기일 수 있다. 이코노마이저 열 교환기(202)가 이코노마이저 기능과, 이미 압축된 냉매의 일부의 압축기(120)의 중간 압축기 챔버(들)로의 주입을 제공한다. 도2 및 도3에 도시된 특징은 일반적으로 공지되어 있다. 이는 밸브(40)와, 본 발명의 선택적인 고압 스위치(42)의 통합이다.
본 발명의 양호한 실시예가 개시되었지만, 당업자는 특정 변형이 본 발명의 범주 내에 든다는 것을 인식할 것이다. 그러한 이유로, 다음의 청구범위가 본 발명의 진정한 범주 및 내용을 결정하기 위해 연구되어야 한다.

Claims (34)

  1. 압축기이며,
    압축기 하우징과, 냉매를 압축하기 위한 압축 챔버를 갖고 압축된 냉매를 토출 챔버 내로 송출하며 무동력 역회전을 하기 쉬운 압축기 펌프 유닛과,
    상기 압축기 펌프 유닛을 구동하기 위한 모터를 포함하고,
    상기 토출 챔버와, 압축기의 하류에 위치된 열교환기 사이의 위치에서 냉매의 유동을 차단하기 위한 동력식 차단 밸브를 포함하여, 상기 동력식 차단 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때, 냉매가 상기 하류 열교환기로부터 상기 토출 챔버로 유동할 수 없게 하는 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압축기 펌프 유닛은 스크롤 압축기 펌프 유닛인 압축기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압축기 펌프 유닛은 스크루 압축기 펌프 유닛인 압축기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 압축기 토출 튜브 상에 위치되는 압축기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 압축기 토출 라인 상에 위치되는 압축기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브를 제어하기 위한 제어부가 상기 모터가 정지된 후의 소정의 기간 내에 상기 동력식 차단 밸브를 작동시키는 압축기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 상기 모터로의 동력이 차단된 후의 0.1초 이상에서 상기 제어부에 의해 작동되는 압축기.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어부는 상기 모터로의 동력이 차단된 후의 0.1 내지 1.0초 사이에서 상기 동력식 차단 밸브를 작동시키는 압축기.
  9. 제1항에 있어서, 압력 스위치가 상기 동력식 차단 밸브의 상류에 위치되고, 상기 압력 스위치는 상기 전기 모터를 위한 제어부와 통신하고, 상기 압력 스위치는 상기 동력식 차단 밸브의 상류에서 소정의 값을 초과하는 높은 압력을 식별하고, 소정의 값을 초과하는 높은 압력이 감지되면 상기 모터의 작동을 정지시키도록 작동 가능한 압축기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 솔레노이드 동력식 밸브인 압축기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 압력이 안전 압력을 초과하면, 상기 동력식 차단 밸브가 폐쇄 위치로부터 개방되는 압축기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 평시 개방 밸브인 압축기.
  13. 제1항에 있어서, 압력차 스위치가 상기 동력식 차단 밸브를 가로지른 압력차를 감지하도록 위치되고, 상기 압력차 스위치는 상기 동력식 차단 밸브를 위한 제어부와 통신하고, 상기 압력차 스위치는 상기 동력식 차단 밸브를 가로지른 소정의 값을 초과하는 높은 압력차를 식별하고, 소정의 값을 초과하는 높은 압력차가 감지되면 상기 모터의 작동을 정지시키도록 작동 가능한 압축기.
  14. 제1항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 압력차가 안전 압력차를 초과하면, 상기 동력식 차단 밸브가 폐쇄 위치로부터 개방되는 압축기.
  15. 제1항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 밸브를 가로지른 압력차가 안전 압력차를 초과하면 개방되는 유동 바이패스를 갖춘 밸브인 압축기.
  16. 냉매 사이클이며,
    냉매를 압축하기 위한 압축 챔버를 갖고 압축된 냉매를 토출 챔버 내로 송출하며 무동력 역회전을 하기 쉬운 압축기와,
    상기 압축기의 하류에 위치된 열교환기를 포함하고,
    냉매는 상기 토출 챔버로부터 상기 하류 열교환기로 통과하고,
    상기 토출 챔버와 하류 열교환기 사이의 위치에서 냉매의 유동을 차단하기 위한 동력식 차단 밸브를 포함하여, 상기 동력식 차단 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때, 냉매가 상기 하류 열교환기로부터 상기 토출 챔버로 유동할 수 없게 하는 냉매 사이클.
  17. 제16항에 있어서, 상기 압축기는 스크롤 압축기인 냉매 사이클.
  18. 제16항에 있어서, 상기 압축기는 스크루 압축기인 냉매 사이클.
  19. 제16항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 압축기 토출 튜브 상에 위치되는 냉매 사이클.
  20. 제16항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 압축기 토출 라인 상에 위치되는 냉매 사이클.
  21. 제16항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브를 제어하기 위한 제어부가 상기 모터가 정지된 후의 소정의 기간 내에 상기 동력식 차단 밸브를 작동시키는 냉매 사 이클.
  22. 제21항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 상기 모터로의 동력이 차단된 후의 0.1초 이상에서 상기 제어부에 의해 작동되는 냉매 사이클.
  23. 제21항에 있어서, 상기 제어부는 상기 모터로의 동력이 차단된 후의 0.1 내지 1.0초 사이에서 상기 동력식 차단 밸브를 작동시키는 냉매 사이클.
  24. 제16항에 있어서, 압력 스위치가 상기 동력식 차단 밸브의 상류에 위치되고, 상기 압력 스위치는 전기 모터를 위한 제어부와 통신하고, 상기 압력 스위치는 상기 동력식 차단 밸브의 상류에서 소정의 값을 초과하는 높은 압력을 식별하고, 소정의 값을 초과하는 높은 압력이 감지되면 상기 전기 모터의 작동을 정지시키도록 작동 가능한 냉매 사이클.
  25. 제16항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 솔레노이드 동력식 밸브인 냉매 사이클.
  26. 제16항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 압력이 안전 압력을 초과하면, 상기 동력식 차단 밸브가 폐쇄 위치로부터 개방되는 냉매 사이클.
  27. 제16항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 평시 개방 밸브인 냉매 사이클.
  28. 제16항에 있어서, 압력차 스위치가 상기 동력식 차단 밸브를 가로지른 압력차를 감지하도록 위치되고, 상기 압력차 스위치는 상기 동력식 차단 밸브를 위한 제어부와 통신하고, 상기 압력차 스위치는 상기 동력식 차단 밸브를 가로지른 소정의 값을 초과하는 높은 압력차를 식별하고, 소정의 값을 초과하는 높은 압력차가 감지되면 상기 압축기를 위한 전기 모터의 작동을 정지시키도록 작동 가능한 냉매 사이클.
  29. 제16항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 압력차가 안전 압력차를 초과하면, 상기 동력식 차단 밸브가 폐쇄 위치로부터 개방되는 냉매 사이클.
  30. 제16항에 있어서, 상기 동력식 차단 밸브는 밸브를 가로지른 압력차가 안전 압력차를 초과하면 개방되는 유동 바이패스를 갖춘 밸브인 냉매 사이클.
  31. 제16항에 있어서, 상기 냉매 사이클은 공조 사이클인 냉매 사이클.
  32. 제16항에 있어서, 냉매 사이클은 열 펌프 사이클인 냉매 사이클.
  33. 제16항에 있어서, 냉매 사이클은 이코노마이저 분지부를 포함하는 냉매 사이클.
  34. 압축기 제어 방법이며,
    (1) 무동력 역회전을 하기 쉬운 압축기 펌프 유닛 내에서 냉매를 압축하는 단계와,
    (2) 상기 압축기 펌프 유닛을 구동하기 위한 모터로의 동력을 차단하는 단계와,
    (3) 동력식 밸브를 작동시킴으로써 압축 냉매의 유동이 압축기 펌프 유닛을 통해 팽창되는 것을 차단하는 단계를 포함하는 압축기 제어 방법.
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