KR101452767B1 - 압축기의 오일 레벨 감지수단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기의 오일 레벨 감지수단에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 작동유체를 흡입하여 압축하는 압축 기구부; 상기 압축 기구부와 기계적으로 연결되어 압축 기구부를 작동시키는 전동 기구부; 및 상기 압축 기구부와 전동 기구부가 내부에 수용되며, 하부에 오일이 저장되는 오일 저장부를 갖는 케이스;를 포함하는 압축기에 설치되는 오일 레벨 감지수단으로서, 오일 레벨에 따라서 서로 다른 물성치를 갖는 감지부; 및 상기 감지부의 물성치와 기준값을 비교하여 제어 신호를 출력하는 신호 처리부;를 포함하며 상기 신호 처리부는 상기 기준값에 대응되는 물성치를 갖는 전자소자를 포함하는 오일 레벨 감지수단이 제공된다.

Description

압축기의 오일 레벨 감지수단{OIL LEVEL DETECTING MEANS FOR COMPRESSOR}

본 발명은 압축기의 오일 레벨 감지수단에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 압축기 저면에 저장되는 오일의 레벨을 감지하기 위한 수단에 관한 것이다.

일반적으로, 압축기는 케이싱의 하부에 냉매를 흡입하여 압축하는 압축 기구부가 배치되고, 압축 기구부의 상부에 전동 기구부가 배치되는 구조를 갖는다. 이때, 상기 압축 기구부와 전동 기구부는 하나의 회전축을 공유하게 되며, 전동 기구부를 통해서 생성된 동력에 의해서 상기 회전축이 회전되고, 이러한 회전에 의해 회전축에 결합되는 압축 기구부가 작동하면서 압축이 이루어지도록 구성된다.

이때, 압축 기구부의 원활한 회전을 위해서 오일이 압축 기구부의 베어링과 롤링 피스톤 등에 공급되어야 하는데, 상기 오일은 통상적으로 케이싱의 하부에 위치하게 되는 저유 공간에 저장되어 있고 상기 회전축의 하단에 설치되는 오일 피더에 의해 펌핑되어 압축 기구부로 공급되도록 구성된다. 상기 오일은 윤활 작용 외에도 전동 기구부의 냉각에도 기여하게 되므로 적절한 양의 오일이 안정적으로 공급될 수 있도록 제어하는 것은 압축기의 수명 및 작동 효율에 매우 중요하다.

그러나, 압축기의 구조가 점점 복잡해지고 대형 에어컨이나 시스템 등에 압축기가 사용되게 되면서, 오일 및 작동 유체가 흐르게 되는 배관이 길어지는 등의 원인으로 인해서 압축기 내부의 유면 관리가 점점 어려워지고 있다. 특히, 배관이 길어지는 경우 배관 내에 잔류하는 오일의 양이 많아지게 되므로 초기에 적정량의 오일을 공급한다 하더라도 작동 중에 상기 저유 공간 내에 저장되는 오일의 양은 불규칙적으로 크게 변화하게 된다.

이로 인해서, 지속적으로 또는 주기적으로 저유공간 내부의 오일의 레벨을 확인할 필요가 있고, 확인 결과 오일의 레벨이 적정 수준 이하인 것으로 판단되면 압축기 내부로 오일을 모으기 위한 오일 회수 운전을 실시하여야 한다. 오일의 레벨은 통상적으로는 압축기 케이싱에 투명창을 형성하고 이를 통해서 육안으로 확인하는 방법이 있으나 이는 경제적으로 비효율적이어서 실제로는 오일의 레벨에 관계없이 일정 시간을 주기로 해서 오일 회수 운전을 실시하게 된다. 그러나, 이러한 경우에는 실제로 오일의 레벨이 충분한 경우에도 강제적으로 오일 회수 운전을 실시하게 될 가능성이 있고, 이로 인해서, 예를 들어 에어컨의 경우 냉방을 제공하지 못하면서 에너지를 소모하게 되므로 비효율적이다.

이를 위해, 최근에는 압축기 케이싱에 별도의 유면 센서를 설치하고 센서를 통해 감지된 레벨에 따라서 오일 회수 운전을 수행하도록 하는 경우도 있다. 이러한 경우에는 불필요한 오일 회수 운전을 줄일 수 있으므로 에너지 소모량을 줄이고 의도한 용도로 압축기가 운전되는 시간을 늘릴 수 있어 효율적이다.

상기와 같은 유면 센서는 오일과의 접촉여부에 따라서 달라지는 물성치를 읽어들인 후 측정된 물성치에 대응되는 오일의 레벨을 산출하여 실제의 오일 레벨을 확인한 후에 이를 미리 저장된 적정 수준의 레벨과 대비하여 오일 회수 운전의 수행여부를 결정하게 된다. 따라서, 상기 컨트롤러는 물성치를 오일 레벨로 변환하기 위한 연산부 등을 포함하여야 하므로 전체 구성이 복잡해지고 그에 따라 비용이 증가하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 종래에 비해서 보다 간단한 구조를 갖도록 하여 제조 비용을 낮출 수 있는 오일 레벨 감지수단을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 작동유체를 흡입하여 압축하는 압축 기구부; 상기 압축 기구부와 기계적으로 연결되어 압축 기구부를 작동시키는 전동 기구부; 및 상기 압축 기구부와 전동 기구부가 내부에 수용되며, 하부에 오일이 저장되는 오일 저장부를 갖는 케이스;를 포함하는 압축기에 설치되는 오일 레벨 감지수단으로서, 오일 레벨에 따라서 서로 다른 물성치를 갖는 감지부; 및 상기 감지부의 물성치와 기준값을 비교하여 제어 신호를 출력하는 신호 처리부;를 포함하며 상기 신호 처리부는 상기 기준값에 대응되는 물성치를 갖는 전자소자를 포함하는 오일 레벨 감지수단이 제공된다.

본 발명의 상기 측면에 의하면, 감지부에 의해 측정된 값을 변환하고 이를 메모리와 같은 저장수단에 기록된 수치와 대비하여 오일 레벨을 판단하는 것이 아니라, 감지부가 오일의 레벨에 따라서 달라지는 물성치를 갖도록 구성하고, 오일 레벨이 특정 수준인 경우에 해당되는 물성치를 갖는 전기 소자를 포함하여, 별도의 변환 과정 없이 양자를 직접 대비하도록 함으로써 신호 처리부의 구성을 단순화할 수 있게 된다.

여기서, 상기 전기 소자는 복수 개가 설치될 수 있고, 각각의 전기 소자가 갖는 물성치는 압축기 내에서 특정 오일 레벨에 대응되도록 할 수 있다. 이를 통해서, 오일 레벨이 특정 범위 내에 위치하는 지의 여부도 확인할 수 있다.

그리고, 상기 물성치는 전기 소자가 가질 수 있는 임의의 값일 수 있으며, 일 예로서 상기 물성치는 저항 또는 정전 용량일 수 있다. 가령, 상기 감지부는 상기 오일 레벨에 따라서 달라지는 정전용량을 가질 수 있고, 이 경우 상기 전기소자는 기준값에 해당되는 정전용량을 갖는 커패시터일 수 있다.

한편, 상기 감지부는 상기 오일 저장부의 내측으로 연장되는 한 쌍의 전극판을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 전극판 사이에 존재하게 되는 오일의 양에 따라서 감지부가 갖는 정전용량이 변화하게 된다.

아울러, 상기 신호 처리부의 제어 신호에 의해 작동되며, 상기 감지부에 의해서 감지된 오일의 레벨을 시각적 또는 청각적으로 표시하는 표시수단을 추가적으로 포함할 수 있다.

또한, 상기 감지부는 상기 케이스의 벽면 일부를 형성하도록 장착되는 지지판; 상기 지지판에 고정되는 한 쌍의 전극판을 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 지지판은 금속재로 이루어지며, 상기 지지판과 상기 전극은 절연재를 개재하여 결합될 수 있다.

또한, 상기 전극판은 상기 오일 저장부 내부에 위치하는 전도성 플레이트; 및 상기 전도성 플레이트로부터 상기 지지판을 관통하여 연장되는 핀;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 표시수단은 상기 신호 처리부로부터 출력되는 제어 신호에 따라서 서로 다른 색상을 내는 발광수단을 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 감지부의 물성치와 기준값으로서의 전기 소자의 물성치를 비교하여 오일 레벨을 실시간으로 확인할 수 있으므로 신호 처리부의 구성을 단순화할 수 있어 제품의 단가를 저렴하게 할 수 있을 뿐만 아니라 신뢰성도 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 오일 레벨 감지장치의 일 실시예가 적용된 압축기의 내부구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1 중 상기 실시예를 확대하여 도시한 측면도이다.
도 3은 상기 오일 레벨 감지수단의 다른 실시예를 도시한 도 2 상당도이다.
도 4는 도 1 중 신호 처리부를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 상기 신호 처리부의 구성을 도시한 회로도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 오일 레벨 감지수단의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 오일 레벨 감지수단의 일 실시예가 구비된 압축기를 도시한 단면도로서, 도 1에 도시된 압축기는 로터리 압축기로서 전체적으로 대략 원통형의 형태를 갖는 케이싱(110)과 상기 케이싱(110)의 일측에 배치되는 어큐뮬레이터(120)를 포함한다. 상기 어큐뮬레이터(120)는 압축기를 통해 배출되어 압축기와 연결된 장치, 예를 들어 냉장고나 에어컨 등을 순환한 후 복귀하는 냉매와 오일의 혼합체 중 액상의 형태를 갖는 것을 기화시키며, 상기 케이싱(110)의 일측에 설치되는 상부 흡입관(112a) 및 하부 흡입관(112b)과 각각 연통된다. 경우에 따라서는 상기 어큐뮬레이터(120)를 생략할 수도 있다. 그리고, 상기 케이싱(110)의 상측에는 압축된 냉매가 외부로 토출되는 토출관(116)이 설치된다.

한편, 상기 흡입관(112)은 상기 케이싱(110)의 하부에 위치하는 상부 실린더(130)와 하부 실린더(132)와 각각 연통되어 있다. 즉, 상기 압축기는 두 개의 실린더를 갖는 소위 '투 스테이지' 형태를 갖고 있으나, 본 발명은 반드시 투 스테이지 형테에 한정되는 것은 아니며, 하나의 실린더만을 포함하는 압축기에도 적용이 가능한 것은 물론이다.

상기 상부 실린더(130)의 상부에는 상부 베어링(130a)이 설치되고, 하부 실린더(132)의 하부에는 하부 베어링(132a)이 각각 배치된다. 아울러, 상기 상하부 실린더(130, 132)의 사이에는 양자를 구획하기 위한 중간판(130b)이 설치된다.

이러한 구조에 의해서, 상기 상부 실린더(130), 상부 베어링(130a) 및 중간판(130b)이 상부 압축실을 형성하고, 하부 실린더(132), 하부 베어링(132a) 및 중간판(130b)이 하부 압축실을 형성하게 된다. 상기 상부와 하부 압축실의 내부에 각각 상부 롤링 피스톤(134) 및 하부 롤링 피스톤(136)이 설치되고, 상기 상하부 롤링 피스톤(134, 136)의 편심회전에 의해서 상기 상하부 압축실로 냉매가 흡입, 압축 및 토출되게 된다.

상기 상하부 롤링 피스톤(136)은 회전축(140) 상에 편심되게 설치된다. 상기 회전축(140)은 상기 케이싱(110)의 길이 방향을 따라서 배치되며 내부에는 오일 유로(142)가 회전축(140)을 따라서 관통되도록 형성된다. 그리고, 상기 회전축(140)의 하부에는 오일 그루브(144)가 형성되어 있어, 회전축(140)이 회전시에 상기 오일 그루브(144)를 따라서 상기 케이싱(110)의 하부에 저장된 오일이 상기 오일 유로를 따라서 이동하면서 상기 베어링 및 피스톤 측으로 오일이 공급된다.

한편, 상기 회전축(140)의 상부에는 회전자(150)가 설치되어 있고, 상기 회전자(150)의 외측으로 고정자(160)가 상기 케이싱(110)의 내부에 고정되어 배치된다. 상기 회전자와 고정자는 상기 회전축(140)을 회전구동시키기 위한 모터를 구성한다.

상기 케이싱(110)의 하부는 오일이 저장되는 저유공간으로서 기능하게 된다. 상기 오일의 레벨은 압축기의 작동 과정에서 변화하게 되는데, 이러한 오일 레벨의 변화는 오일의 소실 또는 누유 등으로 인한 절대량의 변화와 압축기의 운전 속도 변화에 따라 작동 과정에서 일시적으로 증가하거나 감소하는 일시적 변화로 구분할 수 있다. 이러한 오일의 레벨은 압축기의 운전 과정 중에서 적정 정도로 유지되어야 압축기의 정상적인 작동을 보장할 수 있으며, 이를 실시간으로 감지하기 위한 오일 레벨 감지수단은 상기 케이싱(100)에 설치되는 감지부(200)와 상기 감지부(200)로부터 측정된 값을 이용하여 오일의 레벨을 확인하는 컨트롤러(250)를 포함한다. 여기서, 상기 컨트롤러(250)는 상기 케이싱(100)의 외벽에 설치될 수도 있고 조정실 또는 제어실과 같은 원격지에 설치될 수도 있다.

도 2는 상기 감지부(200)를 확대하여 도시한 사시도로서, 도 2를 참조하면, 상기 감지부(200)는 상기 케이싱(110)의 저유공간측으로 연장되도록 배치되는 한 쌍의 전극판(210)을 포함하며, 상기 전극판(210)는 상기 케이싱(110)의 측벽에 고정되는 지지판(220)에 고정되어 있다.

상기 전극판(210)은 전도성 재질로 이루어지는 전도성 플레이트(212)와 상기 전도성 플레이트(212)와 일체로 형성되는 핀(214)으로 구성되며, 상기 각각의 전도성 플레이트(212)는 서로 이격되도록 배치되어 오일 레벨에 따라서 서로 다른 정전용량을 갖는 커패시터로서 기능할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 각각의 전극판(210)은 오일 레벨의 적정 수준의 상부 및 하부에 배치되도록 하여, 오일 레벨이 적정 수준을 벗어나는 경우에 정전용량이 민감하게 변화할 수 있도록 하는 것이 좋다.

한편, 상기 지지판(220)에는 나사산부(222)가 형성되어, 상기 케이싱(110)의 측벽에 고정되며, 상기 핀(214)은 절연재(224)에 의해 상기 지지판(220)으로부터 절연된 상태로 고정된다.

여기서, 상기 전극판(210)의 전도성 플레이트(212)와 핀(214)은 일체로 형성되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도 3에 도시된 바와 같이 전도성 플레이트(212')와 핀(214')을 개별적으로 성형한 후 이를 용접 등의 방법을 이용하여 서로 접합하는 예도 고려할 수 있다.

도 4는 상기 감지부(200)와 연결되는 컨트롤러(250)를 도시한 사시도이다. 상기 컨트롤러(250)는 상기 감지부(200)의 핀(214)과 연결되는 리드선(230)과 커넥터(240)에 의해서 연결되어 감지부(200)와 전기적으로 연결된다. 상기 컨트롤러(250)의 내부에는 신호 처리부가 구현되는 인쇄회로기판(미도시)이 구비되어 있고, 외부에는 두 개의 LED(252, 254)가 구비되어 있다.

상기 LED(252, 254)는 감지된 오일 레벨을 시각적으로 표시하기 위한 표시부로서 기능하게 되며, 구체적으로 LED(252)는 오일 레벨이 정상 수준에 있음을 지시하기 위한 것이고, 나머지 하나의 LED(254)는 오일 레벨이 정상 수준이 아닌 경우를 지시하기 위한 것이다. 상기 각각의 LED는 서로 다른 색상을 갖도록 하여 사용자가 용이하게 오일 레벨을 외부에서 인식할 수 있도록 하고 있다.

도 5는 상기 인쇄회로기판에 구비되는 신호 처리부의 구성을 도시한 회로도이다. 상기 신호 처리부에는 상기 감지부(200)와 연결되어 감지부(200)의 정전용량을 입력받는 마이컴(260)이 구비되어 있다. 구체적으로, 상기 마이컴(260)은 6개의 단자를 갖고 있으며, 1번 단자로는 DC 전압(VDD)이 인가되고, 2번 단자에는 노이즈 필터가 연결되어 있다.

그리고, 상기 감지부(200)는 3번 단자와 연결되어 있으며, 4번 단자에는 사전에 정해진 정정용량을 갖는 기준 커패시터(264)가 연결되어 있다. 상기 기준 커패시터(264)는 오일 레벨이 정상 수준에 있을 때,상기 감지부(200)가 갖게 되는 정전용량과 동일한 정정용량을 갖는 것이며, 상기 마이컴(260)은 상기 감지부(200)의 정전용량을 입력값으로 하고, 상기 기준 커패시터(264)의 정전용량을 기준값으로 하여 오일 레벨을 확인하게 된다.

한편, 상기 마이컴(260)의 5번 단자는 접지되어 있고, 6번 단자는 출력 단자로서 상기 컨트롤러(250)에 구비되는 출력단자로서의 3핀 헤더(262)의 3번 단자와 연결되어 있다. 상기 3핀 헤더(262)의 2번 단자는 접지되고, 1번 단자로는 상기 DC 전압(VDD)이 인가된다. 아울러, 상기 3핀 헤더(262)는 상기 압축기를 구동하기 위한 제어부와 연결되어 제어부로 하여금 오일 레벨에 대한 정보를 제공하게 된다.

이제 상기 신호 처리부의 작동에 대해서 설명한다.

오일 레벨이 정상 수준에 있는 경우에 상기 감지부(200)의 정전용량은 상기 기준 커패시터(264)의 정전용량과 동일하게 되고, 상기 6번 단자를 통해 상기 DC 전압(VDD)과 동일한 전압이 출력되어, 상기 3핀 헤더(262)의 1번 및 3번 단자 사이의 전압차는 0이 된다. 반대로 오일 레벨이 정상 수준이 아닌 경우에 상기 감지부(200)의 정전용량은 상기 기준 커패시터(264)와 달라지게 되고, 이 경우 상기 6번 단자의 전압은 0이 된다. 이로 인해, 상기 3핀 헤더(262)의 1번 및 3번 단자 사이의 전압차는 VDD에 해당된다. 이렇게 상기 3핀 헤더(262)를 통해 출력되는 전압차는 상기 제어부로 하여금 오일 회수 운전을 실시하도록 하는 신호로서 활용되어 압축기 내의 오일 레벨이 정상 수준이 되도록 유지할 수 있다.

여기서, 상기 6번 단자를 통해 출력되는 전압은 반드시 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 반대의 값을 갖도록 구성될 수도 있다. 즉, 오일 레벨이 정상 수준인 경우와 그렇지 않은 경우에 출력 전압을 각각 0 및 VDD로 할 수도 있다.

이 외에도, 상기 기준 커패시터(264)의 정전용량과 감지부(200)의 정전용량의 차이에 비례하는 전압이 상기 6번 단자를 통해 출력되도록 할 수도 있다. 이 경우에는, 단순히 오일 레벨이 정상 수준인지의 여부만이 아니라 정상 수준과의 차이에 대해서도 확인할 수 있으므로 보다 정밀한 제어가 가능해지게 된다.

어느 경우이던, 상기 마이컴(260)은 감지부로부터 측정된 값을 변환하고 이를 메모리 등에 기록된 기준값과 비교하는 것과 같은 복잡한 과정을 거치지 않아도 오일 레벨을 실시간으로 확인할 수 있으므로 장치의 구성을 단순화할 수 있게 된다.

그리고, 상기 오일 레벨을 감지하기 위해 사용하는 감지부의 물성은 반드시 설명된 바와 같이 정전용량에 한하는 것은 아니며, 상기 오일 레벨에 따라서 달라지는 임의의 물성을 사용할 수도 있다. 가령, 상기 감지부가 오일 레벨에 따라서 저항값이 달라지도록 구성하고, 상기 신호 처리부의 내부에 감지부의 저항값과 대비되기 위한 저항값을 갖는 저항을 구비하도록 하는 예도 고려할 수 있다.

아울러, 상기 신호 처리부의 내부에 복수 개의 전자소자를 구비하고 이들 각각이 서로 다른 오일 레벨에 대응되도록 하여 오일 레벨이 소정 구간 내에 위치하는지의 여부를 확인할 수 있도록 하는 예도 고려할 수 있다.

Claims (9)

1. 작동유체를 흡입하여 압축하는 압축 기구부; 상기 압축 기구부와 기계적으로 연결되어 압축 기구부를 작동시키는 전동 기구부; 및 상기 압축 기구부와 전동 기구부가 내부에 수용되며, 하부에 오일이 저장되는 오일 저장부를 갖는 케이스;를 포함하는 압축기에 설치되는 오일 레벨 감지수단으로서,
   오일 레벨에 따라서 서로 다른 물성치를 갖는 감지부; 및
   상기 감지부의 물성치와 기준값을 비교하여 제어 신호를 출력하는 신호 처리부;를 포함하며,
   상기 신호 처리부는 상기 기준값에 대응되는 물성치를 갖는 전자소자를 포함하고,
   상기 감지부는,
   상기 케이스에 장착되는 지지판; 및
   판상으로 형성되고 상기 지지판에 고정되며 전하가 대전되어 있는 면이 대면되는 한 쌍의 전극판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 레벨 감지수단.
2. 제1항에 있어서,
   상기 감지부는 상기 오일 레벨에 따라서 달라지는 정전용량을 가지며,
   상기 전자소자는 기준값에 해당되는 정전용량을 갖는 커패시터인 것을 특징으로 하는 오일 레벨 감지수단.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 신호 처리부의 제어 신호에 의해 작동되며, 상기 감지부에 의해서 감지된 오일의 레벨을 시각적 또는 청각적으로 표시하는 표시수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 레벨 감지수단.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 지지판은 금속재로 이루어지며,
   상기 지지판과 상기 전극판은 절연재를 개재하여 결합되는 것을 특징으로 하는 오일 레벨 감지수단.
7. 제1항에 있어서,
   상기 전극판은
   상기 오일 저장부 내부에 위치하는 전도성 플레이트; 및
   상기 전도성 플레이트로부터 상기 지지판을 관통하여 연장되는 핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 레벨 감지수단.
8. 제4항에 있어서,
   상기 표시수단은 상기 신호 처리부로부터 출력되는 제어 신호에 따라서 서로 다른 색상을 내는 발광수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 레벨 감지수단.
9. 제7항에 있어서,
   상기 핀과 상기 전도성 플레이트는 일체로 형성되고,
   상기 핀은 강체로 형성되어 상기 전도성 플레이트를 상기 지지판에 지지시키고,
   상기 전도성 플레이트는 상기 핀 및 상기 지지판을 통해 상기 신호처리부에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 오일 레벨 감지수단.

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