KR101718014B1 - 오일 레벨 제어수단을 갖는 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일 레벨 제어수단을 갖는 압축기에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면에 의하면, 하부에 오일이 저장되는 오일 저장부를 갖는 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 설치되며 작동 유체를 흡입하여 압축하는 압축 기구부; 상기 압축 기구부와 기계적으로 연결되며, 상기 압축 기구부를 작동시키기 위한 동력을 생성하는 전동 기구부; 상기 케이싱 내부에 설치되어 상기 오일의 높이를 측정하는 유면 감지부; 및 상기 유면 감지부를 통해 감지된 오일의 높이를 근거로 상기 압축 기구부의 운전 속도를 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 압축 기구부의 운전속도 가속시에 상기 오일의 높이 변화가 있는 경우 운전속도의 가속도를 변경하여 오일의 높이를 소정 범위 내로 유지하도록 제어하는 압축기가 제공된다.

Description

오일 레벨 제어수단을 갖는 압축기{COMPRESSOR WITH OIL LEVEL CONTROLLING MEANS}

본 발명은 오일 레벨 제어수단을 갖는 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 윤활을 위해 압축기의 케이싱 내부에 저장되어 있는 오일의 레벨을 제어할 수 있는 압축기에 관한 것이다.

냉장고 및 에어컨 등에 사용되는 압축기는 일반적으로 케이싱의 하부에 냉매을 흡입하여 압축하는 압축 기구부가 배치되고, 압축 기구부의 상부에 전동 기구부가 배치되는 구조를 갖는다. 이때, 상기 압축 기구부와 전동 기구부는 하나의 회전축에 연결되어, 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 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.

종래에는 압축기는 정상 구동 상태에서는 일정한 회전속도로 구동되어 왔으며, 이로 인해서 케이싱의 내부에 적정량의 오일만을 공급하기만 하면 기기적인 파손이나 이상이 없는 한 적정 정도의 오일이 공급될 수 있었다. 그러나, 최근에는 효율적인 구동을 위해서 압축기의 운전속도를 가감속할 수 있는 형태의 압축기가 널리 사용되고 있는데, BLDC(BrushLess Direct Current) 모터를 갖는 압축기가 대표적인 예이다.

이러한 BLDC 모터의 경우 작동 과정에서 불규칙적으로 가속 및 감속을 거듭하게 되는데, 이러한 가감속은 케이싱 하부에 저장된 오일의 레벨에 영향을 주게 된다. 이로 인해, 적정량의 오일이 케이싱 내부에 공급되어 있는 상황에서도 운전 속도의 변화에 따라서 일시적으로 오일의 레벨이 낮아질 수 있고 이로 인해 압축 기구부에 오일 공급이 정상적으로 이루어지지 않아 장치의 효율을 저하시키고 수명을 단축시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 가감속 과정에서도 오일의 레벨을 적정 수준으로 제어할 수 있는 압축기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 하부에 오일이 저장되는 오일 저장부를 갖는 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 설치되며 작동 유체를 흡입하여 압축하는 압축 기구부; 상기 압축 기구부와 기계적으로 연결되며, 상기 압축 기구부를 작동시키기 위한 동력을 생성하는 전동 기구부; 상기 케이싱 내부에 설치되어 상기 오일의 높이를 측정하는 유면 감지부; 및 상기 유면 감지부를 통해 감지된 오일의 높이를 근거로 상기 압축 기구부의 운전 속도를 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 압축 기구부의 운전속도 가속시에 상기 오일의 높이 변화가 있는 경우 운전속도의 가속도를 변경하여 오일의 높이를 소정 범위 내로 유지하도록 제어하는 압축기가 제공된다.

본 발명자들은 상기와 같은 가감속시의 오일 유면의 높이 변화에 대해 연구한 결과, 오일 유면의 높이가 가감속 시에 발생되는 급유량 및 회수유량의 차이로 인해 변화되는 것을 확인하였다. 즉, 가속 시에는 이전 단계에서 펌핑된 오일이 압축기 및 압축기와 연결된 시스템으로부터 복귀하는 양보다 오일 피더를 통해서 압축 기구부로 공급되는 오일의 양이 많으므로 오일 유면의 높이가 낮아지고, 감속 시에는 반대로 복귀하는 양보다 공급되는 양이 적으므로 오일 유면의 높이가 증가하는 경향이 있음을 확인하였다.

본 발명은 이러한 연구 결과를 토대로 하여 안출된 것으로서, 압축기 내부에 오일 유면의 높이를 측정할 수 있는 유면 감지부를 두어 이를 통해 유면의 변화를 감지하고, 가감속 시에 유면에 변화가 있는 경우 이를 정상 작동 범위 내로 유지될 수 있도록 회전축의 회전속도를 가변하여, 즉 가감속 속도를 변경하여 오일의 유면의 높이를 정상 범위 내로 제어할 수 있도록 하고 있다.

예를 들어, 가속 구간에서 오일의 유면 높이가 낮아지는 것으로 감지되면 가속도를 낮추거나 소정 시간동안 정속 운전, 즉 운전 속도를 일정하게 유지하여 오일의 유면 높이가 높아지도록 제어부가 압축기의 운전속도를 제어하게 된다. 이때, 상기 제어부는 오일의 유면 높이가 감소하거나 또는 사전에 결정된 범위 이하로 감소하는 경우에 운전속도의 가속도를 낮추도록 할 수도 있다. 즉, 초당 4Hz 정도로 가속를 하는 경우에 오일 레벨의 감소가 확인되면 이를 초당 2Hz 정도로 가속도를 낮출 수 있다. 경우에 따라서는 운전속도의 가속을 중단하고, 오일의 레벨이 적정 범위, 즉 사전에 결정된 범위 이하로 감소하는 것이 확인된 시점에서의 운전속도를 소정 시간 동안 유지하도록 할 수도 있다.

이때, 상기 운전속도를 일정하게 유지하는 시간은 상기 압축기가 설치되는 장소에 따라서 다르게 설정될 수 있다. 즉, 압축기가 극지방 또는 한랭지방과 같은 곳에 설치되는 경우에는 운전속도 유지시간을 온대지방에 설치되는 경우에 비해서 더욱 길게 설정할 수 있다.

아울러, 운전속도를 유지하는 시간을 사전에 결정하는 것이 아니라 상기 유면 감지부를 통해서 오일의 레벨이 정상 범위로 회복되는 것이 확인되는 경우 가속을 재개하도록 설정할 수도 있다.

다만, 압축기의 파손 또는 오일의 절대량의 부족 등과 같은 원인이 있는 경우에는 상기와 같은 운전속도의 변경만으로 오일 유면의 높이를 제어할 수 없으므로, 상술한 바와 같은 제어에도 불구하고 오일 레벨이 정상 범위로 복귀하지 않는 경우에는 압축기의 작동을 중지시키도록 할 수도 있다.

한편, 상기 압축 기구부는 내부에 압축 공간을 제공하는 실린더; 상기 실린더 내부에 편심회전 가능하게 장착되는 롤링 피스톤; 상기 롤링 피스톤을 관통하도록 배치되며, 하단부에 오일 피더가 구비되는 회전축; 및 상기 실린더의 상부 및 하부에 각각 배치되는 상부 및 하부 베어링;을 포함할 수 있다.

이때, 상기 제어부는 운전속도 가속시에 오일의 높이가 상기 오일 피더의 상단부 이하인 경우에 운전속도의 가속도를 낮추도록 설정될 수 있다. 즉, 오일 피더가 오일에 충분히 잠기지 않은 상태에서 운전이 지속될 경우 원활한 오일 공급이 어려울 수 있으므로 이러한 경우에는 운전속도의 가속도를 낮춰서 오일의 레벨이 오일 피더의 상단부 이상이 되도록, 즉 오일 피더가 완전히 오일에 잠기도록 한다.

상기 제어부는 운전속도 가속시에 오일의 높이가 상기 오일 피더의 최하단부 보다도 낮은 경우에 상기 압축 기구부의 운전속도를 일정 속도로 유지하고, 오일의 높이가 오일 피더의 최하단부 이상으로 회복되는 경우에 압축 기구부의 운전속도 가속을 재개하도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 운전속도 가속시에 오일의 높이가 상기 오일 피더의 최하단부 보다도 낮은 경우에 운전속도의 가속을 중단하고 소정시간 동안 운전속도를 일정하게 유지하도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 유면 감지부는 상기 상부 베어링 및 실린더의 경계면과 상기 오일 피더의 최하단부 사이에서 연장되도록 설치되어 오일 레벨의 변화를 연속적으로 확인하도록 할 수도 있다.

또한, 복수 개의 유면 감지부가 상기 상부 베어링 및 실린더의 경계면과 상기 오일 피더의 최하단부 사이에 설치되어, 각각의 설치 지점에 오일 레벨이 도달하였는지의 여부를 확인하도록 할 수도 있다.

이때, 상기 복수 개의 유면 감지부는 각각 상기 롤링 실린더의 하부면; 상기 오일 피더의 상단부; 및 상기 오일 피더의 최하단부;의 높이에 설치될 수 있다.

그리고, 상기 유면 감지부는 상기 오일 저장부 내면에 배치되는 복수 개의 열선; 상기 복수 개의 열선에 교류 전류를 통전하는 통전부; 및 상기 열선으로부터 측정된 신호를 분석 및 처리하는 신호 처리부;를 포함하도록 구성될 수 있다. 즉, 교류 전류를 열선에 통전시키면 상기 열선 주위의 유체가 갖는 열물질 특성에 따라서 온도 변화의 진폭에 차이가 생기게 되는데, 상기 신호 처리부는 이러한 온도 변화의 진폭 차이를 감지하여 오일의 레벨을 감지할 수 있다. 이때, 상기 신호 처리부는 소위 "3-오메가 방법(3ω method)"에 의해 열선의 온도 변화의 진폭을 감지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 압축기의 운전속도를 가속하는 단계; 운전속도 가속과정에서 압축기 내부의 오일의 높이를 감지하는 단계; 및 오일의 높이가 사전에 설정된 제1 높이 이하인 경우에 상기 운전속도의 가속도를 낮추는 단계;를 포함하는 압축기의 운전방법이 제공된다.

여기서, 상기 제1 높이는 압축기 내의 오일 레벨의 허용 최소 유면보다 높은 수준의 레벨로 설정될 수 있다.

또한, 상기 오일의 높이가 사전에 설정된 제2 높이 이하인 경우에 상기 운전속도의 가속을 중단하고 소정시간 동안 운전속도를 일정하게 유지하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제2 높이는 압축기 내의 오일 레벨의 허용 최소 유면과 동일하게 설정될 수 있다.

또한, 상기 오일의 높이가 사전에 설정된 제2 높이 이하인 경우에 상기 운전속도의 가속을 중단하고 운전속도를 일정하게 유지하는 단계; 및 상기 오일의 높이가 상기 제2 높이 이상으로 회복되는 경우에 운전속도의 가속을 재개하는 단계;를 추가적으로 포함할 수 있다.

여기서, 상기 압축기가 내부에 압축공간을 제공하는 실린더; 상기 실린더 내부에서 편심회전 가능하게 장착되는 롤링 피스톤; 상기 피스톤을 관통하도록 배치되며, 하단부에 오일 피더가 구비되는 회전축; 상기 실린더의 상하부에 각각 배치되는 상부 및 하부 베어링;을 포함하는 경우에 상기 제1 높이는 상기 오일 피더의 상단부의 높이로 설정될 수 있다.

또한, 상기 제2 높이는 상기 오일 피더의 하단부의 높이로 설정될 수 있다.

그리고, 일정 속도로 유지되는 상태에서의 운전속도는 오일의 유면이 상기 제2 높이 이하인 것이 감지된 순간의 속도로 설정될 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 압축기 운전속도를 변경하는 과정에서도 오일의 레벨을 소정 범위 내로 제어할 수 있으므로 압축기의 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 압축기의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예 중 하단부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 실시예 중 레벨 센서를 확대하여 도시한 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 실시예의 제어부 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 5는 도 1에 도시된 실시예의 작동 과정을 도시한 흐름도이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 압축기의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 압축기의 일 실시예를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 압축기는 로터리식 압축기로서 상기 실시예는 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(112) 및 하부 흡입관(114)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 상하부 흡입관(112, 114)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 실린더에 한정되는 것은 아니다. 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 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(134, 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 케이싱 상측으로 이송되도록 한다.

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 구성하게 되고, 도시되지 않은 제어부, 예를 들어 인버터 등을 통해서 상기 모터의 회전 속도를 가변할 수 있도록 구성되어 있다.

도 2는 상기 케이싱(110)의 하부를 확대하여 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 상기 케이싱(110)의 하부는 오일이 저장되는 저장공간으로서 기능하게 된다. 상기 오일은 압축기의 작동 과정에서 그 유면의 높이가 변화하게 되는데, 이러한 유면의 높이 변화는 오일의 소실 또는 누유 등으로 인한 절대량의 변화와 압축기의 운전 속도 변화에 따라 작동 과정에서 일시적으로 유면의 높이가 증가하거나 감소하는 일시적 변화로 구분할 수 있다. 이러한 오일의 레벨은 압축기의 운전 과정 중에서 적정 정도로 유지되어야 압축기의 정상적인 작동을 보장할 수 있게 된다.

도 2에서 선 a는 압축기 작동 전의 상태에서의 오일의 레벨을 나타내는 것으로서, 도 2에 도시된 예에서는 상기 상부 실린더와 상부 베어링의 경계면에 해당되는 높이이다. 선 b와 d는 작동 과정에서 압축기가 정상적으로 작동될 수 있는 최고 유면 및 최저 유면의 높이에 해당되는 것으로서, 구체적으로는 상기 중간판과 상부 실린더의 경계면이 선 b에 해당되고, 선 d는 상기 오일 피더(144)의 최하단부의 높이에 해당된다. 즉, 오일 레벨이 선 d 보다도 낮은 경우에는 오일 피더(144)에 의해 오일이 공급되지 못하게 되므로 어떠한 경우에도 압축기 작동 중에는 오일 레벨이 선 d 이상으로 유지되어야 하는 것이다.

선 c는 선택적인 사항으로서, 압축기 사용자의 과실 유무를 판단하기 위한 오일의 유면에 해당된다. 구체적으로 상기 선 c는 오일 피더의 상단부의 높이에 해당되는 것으로서, 오일 레벨이 선 c 이상인 경우에 상기 오일 피더는 오일의 내부에 완전히 잠기게 되는 것이다.

선 c에 대해서 부연하면, 압축기를 구매하거나 사용하는 사용자에게 작동 과정에서 적어도 오일의 유면을 선 c 이상으로 유지하도록 계약서 등을 통해서 확약을 받은 후, 보증 수리 시에 오일이 선 c 이하를 기록한 적이 있는 지를 확인하여 무상수리 여부를 결정할 수 있도록 하기 위한 것이다.

여기서, 상기 각각의 선들의 위치는 임의로 설정할 수 있는 것은 물론이다.

한편, 상기 압축기에는 오일 유면의 높이를 확인하기 위한 감지수단으로서 레벨 선서(170)가 구비된다. 상기 레벨 센서(170)는 상기 케이싱(110)의 하부 내벽면에 설치되며, 도 3a에 도시된 바와 같이 복수 개의 레벨 센서를 케이싱의 높이 방향을 따라서 나란하게 배치할 수도 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 최저 및 최고 높이 사이에서 연장되는 하나의 레벨 센서를 배치할 수도 있다.

도 3a의 경우 각각의 센서들은 상술한 선 a 내지 d와 일치하도록 배치되며, 도 3b의 경우 상기 레벨 센서의 상단부는 상기 선 a 보다 높게 위치하고 하단부는 상기 선 c 보다 낮게 위치한다. 이들 각각의 센서는 금속 박막을 에칭 공법 등을 통해 가공하여 제조한 것이나, 그 외의 임의의 형태의 센서를 사용할 수 있다.

상기 각각의 레벨 센서들은 열선을 이용하는 열선 센서로서 전류의 통전에 의해서 생긴 열이 열선 주위 유체의 열물성 변화에 따라 열전달 성능이 바뀌는 것을 감지하여 센서에 오일과 같은 유체가 접촉하였는지의 여부를 감지하고 이를 통해 오일의 레벨을 측정할 수 있는 것이다.

따라서, 상기 레벨 센서들은 에칭 공법 등에 의해서 제조된 박막 형태의 열선을 포함하게 되며, 상기 열선 센서는 직류 또는 교류를 통전하여 측정을 할 수 있는데, 직류를 사용하는 경우는 직류 전류를 가하여 열선을 가열하고 센서의 평형 온도를 측정할 수 있고, 교류를 이용하는 경우는 교류 전류를 가하여 열선을 가한 후 온도 진동의 진폭을 측정하게 된다.

직류의 경우 교류에 비해서 간단하지만 센서가 평형 온도에 이르는데 걸리는 시간 때문에 응답 속도가 다소 느리고 외부 온도에 의해 영향을 받아 측정 오차가 발생할 우려가 있다. 이에 비해, 교류 가열법은 센서가 준평형 온도에 이르는데 걸리는 시간이 매우 짧아 응답 속도가 빠르고 외부 온도에 의한 영향을 제거할 수 있게 된다.

따라서, 상기 레벨 센서(170)는 교류 전류를 통전하여 측정을 하게 된다. 이때, 3 오메가 방법을 사용한다. 3 오메가 방법은 박막 열선을 이용하여 고체 또는 액체 시료의 열물성(열전도율, 체적열용량)을 측정하는 교류 열분석법이다. 박막 센서를 이용하는 것에 의해 열침투 깊이가 짧아 준평형 온도에 빠르게 도달할 수 있을 뿐만 아니라 외부 유동이나 진동의 영향을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 박막 구조는 체적 대비 면적이 크고 축열체가 작기 때문에 외부 시료의 변화에 따른 민감도가 우수하고 빠른 응답 속도를 갖는다. 아울러, 초소형화가 가능하고 MEMS 기술을 이용한 대량 생산에 유리하다.

도 3a 및 3b에 도시된 레벨 센서(170)들의 박막 열선(170a)들은 모두 AC 전류를 공급하고 전압 신호를 읽어들이는 역할을 수행하는 4개의 전극(미도시)과 연결되어 있다. 따라서, 이들 전극을 통해서 박막 열선(170a)에 ω 각주파수의 전류를 가하면 2ω 각주파수를 갖는 온도와 저항 변화가 일어난다. 2ω 각주파수의 저항 변화는 ω 각주파수를 가진 전류와 곱해져서 3ω 각주파수를 가지는 전압 신호로 나타난다. 이때, 박막 열선의 저항 변화는 온도의 함수이므로 3ω 각주파수를 가지는 전압 신호로부터 박막 열선의 온도 변화를 측정할 수 있게 된다.

한편, 이러한 박막 열선의 온도 변화의 진폭은 오일과 박막의 열물성, 박막 열선의 길이와 폭, 가열 주파수에 의해서 결정되게 된다. 여기서, 박막의 열물성, 길이, 폭 및 가열 주파수는 알고 있는 값이므로 온도 변화의 진폭은 결국 상기 박막 열선과 접하는 물질의 열물성에 의해 정해지게 된다. 상기 실시예에서 상기 박막 열선과 접하게 되는 물질은 오일 또는 공기이고, 이들의 열물성의 차이는 크므로 온도 변화의 진폭을 통해서 박막 열선에 오일이 접촉하였는지의 여부를 알 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 레벨 센서를 특정한 종류로 한정하는 것은 아니며 오일과 접촉하여 유면의 높이를 감지할 수 있는 임의의 형태의 레벨 센서가 사용될 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 실시예의 작동을 제어하기 위한 제어부의 구성이 도시되어 있다. 상기 제어부(200)는 상술한 레벨 센서(170)와 연결되는 신호 입력부(202) 및 상기 신호 입력부(202)로부터 입력된 신호를 처리하기 위한 신호 처리부로서의 마이컴(204)을 구비하고 있다. 한편, 상기 레벨 센서(170)에는 상술한 박막 열선(170a)에 교류 전류를 공급하기 위한 통전부(172)가 연결된다.

또한, 상기 제어부(200)는 제어부의 작동을 위해 필요한 각종 정보 및 상기 레벨 센서(170)를 통해서 측정된 오일 유면의 높이에 대한 정보를 저장하기 위한 메모리(206)를 포함한다.

그리고, 상기 제어부(200)는 인버터(210)와 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 인버터(210)는 상술한 고정자 및 회전자로 이루어지는 모터와 전기적으로 연결된다. 상기 인버터(210)는 상기 제어부(200)의 지령에 의해 모터의 회전 속도를 제어하게 된다.

이제 도 5를 참조하여, 상기 실시예의 작동에 대해서 설명한다.

도 5는 상기 압축기의 운전 속도를 변경하는 경우에 상기 압축기의 구동속도를 제어하는 제어 방법의 일 예를 도시한 것으로서, 운전속도 변경 과정(S01 단계)에서 상기 레벨 센서(170)를 통해서 오일 유면의 높이(h)를 지속적으로 감지하게 된다(S02 단계). 이렇게 감지된 높이(h)는 상기 메모리(206)에 저장되어(S03 단계) 추후 압축기의 사용이력 등을 확인하기 위한 정보로서 활용될 수 있다. 경우에 따라서는 상기 S03 단계를 생략하는 예도 고려할 수 있다. 또한, 상기 S03 단계는 반드시 도시된 순서로 수행될 필요는 없으며 후술할 임의의 단계의 전후에 수행될 수 있다.

S03 단계 이후, 상기 마이컴(204)을 통해서 감지된 높이(h)와 상기 선 c를 대비한다(S04 단계). 즉, 측정된 오일 유면의 높이가 정삼 범위 내에 있는 지를 확인하는 것으로서, 실제의 경우 초기에 주입된 오일의 유면 높이가 운전 과정에서 증가되지는 않으므로 상기 S04 단계에서는 실질적으로 측정된 높이(h)가 권장 높이인 선 c 미만인지의 여부를 확인하게 된다.

상기 S04 단계에서 측정된 높이(h)가 권장 높이인 c 이상인 경우에는 S05 단계로 복귀하여 정상 운전을 지속하게 되고, 그렇지 않은 경우에는 S06 단계로 진행하게 된다.

한편, 상기 S06 단계에서는 오일의 높이(h)와 상기 선 d 및 c와 대비한다. 상기 S04 단계에서 측정된 높이(h)가 권장 높이 c 미만인 것으로 판단된 경우에는 가속도가 커서 이전 단계에서 압송된 오일이 시스템 내부로부터 미처 복귀하지 못한 경우에 해당된다. 따라서, 가속도를 낮춰서 시스템으로 공급되는 양을 일시적으로 늘려야 하지만 오일의 높이(h)가 정상 작동을 위한 최저 높이인 d 미만인 경우에는 오일 복귀량을 보다 신속하게 늘릴 필요가 있고 이를 위해서는 가속을 정지할 필요가 있다.

따라서, 상기 S06 단계에서는 측정된 높이(h)가 최저 높이 d 이상인지의 여부를 확인하게 된다. 만일, 측정된 높이(h)가 최저 높이 d 이상인 경우에는 오일이 어느 정도는 공급될 수 있는 경우에 해당되므로, S07 단계로 이동하여 가속도를 낮춘 후 다시 S02 단계로 복귀하여 상술한 과정을 반복하게 된다.

만일, S06 단계에서 측정된 높이(h)가 최저 높이 d 미만인 경우에는 가속을 정지하고 일정 속도를 유지할 필요가 있다. 이때, 상기 압축기 또는 압축기가 설치된 장치가 설치되는 장소에 따라서 상기 속도 유지 시간을 달리 설정하게 되는데, 예를 들어 극 지방과 같은 한랭지의 경우 다른 지역에 비해서 오일의 점도가 증가하게 되므로 그로 인해 복귀 속도 역시 늦어지게 된다.

따라서, S08 단계에서는 상기 압축기가 설치되는 장소가 한랭지인지의 여부를 확인하게 되고, 그에 따라서 S09 단계 또는 S10 단계로 진행하여 압축기의 가속을 중단하고 일정 시간 동안 정속 운전을 실시한다. 여기서, 상기 정속 운전시의 운전속도는 상기 S06 단계가 수행되는 시점에서의 운전속도, 즉 오일의 높이(h)가 d 미만인 것이 감지된 시점의 속도로 설정된다. 이외에도, 측정된 오일의 높이(h)와 d와의 차이에 따라서 더욱 낮은 운전속도로 정속 운전을 실시하는 예도 고려할 수 있다.

이를 통해, 시스템으로 공급되는 유량보다 시스템으로부터 복귀하는 유량이 더욱 많아지므로 유면의 높이를 증가시킬 수 있다. 따라서, 압축기 운전 개시시에 충분한 유량의 오일이 공급되어 있는 상태라면, 상기 단계들을 통해서 오일의 유면 높이를 정상범위로 유지할 수 있다. 그러나, 경우에 따라서는 오일의 공급량이 충분치 않거나 기기의 파손 또는 누유 등으로 인해서 오일이 유실되는 경우도 생길 수 있다. 이를 위해서, 상기 S09 또는 S10 단계 이후에 재차 오일 유면의 높이를 확인하여 오일 유면의 높이가 정상 범위로 회복되지 않는 경우에는 압축기의 작동을 중지시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.

경우에 따라서는 작동 초기에 오일 유면의 높이를 확인할 수도 있다. 즉, 압축기 작동 개시시에 오일의 유면의 높이를 확인하고, 최소 높이보다 낮은 것으로 감지되는 경우에는 압축기가 작동하지 않도록 상기 제어부를 통해 제어되도록 하는 예도 고려할 수 있다.

Claims (21)

1. 하부에 오일이 저장되는 오일 저장부를 갖는 케이싱;
   상기 케이싱의 내부에 설치되며 작동 유체를 흡입하여 압축하는 압축 기구부;
   상기 압축 기구부와 기계적으로 연결되며, 상기 압축 기구부를 작동시키기 위한 동력을 생성하는 전동 기구부;
   상기 케이싱 내부에 설치되어 상기 오일의 높이를 측정하는 유면 감지부; 및
   상기 유면 감지부를 통해 감지된 오일의 높이를 근거로 상기 압축 기구부의 운전 속도를 제어하는 제어부;를 포함하며,
   상기 유면 감지부는
   상기 오일 저장부 내면에 배치되며, 박막으로 이루어지는 복수 개의 열선;
   상기 복수 개의 열선에 교류 전류를 통전하는 통전부; 및
   상기 열선으로부터 측정된 신호를 분석 및 처리하는 신호 처리부;를 포함하고,
   상기 제어부는 압축 기구부의 운전속도 가속시에 상기 오일의 높이 변화가 있는 경우 운전속도의 가속도를 변경하여 오일의 높이를 소정 범위 내로 유지하도록 제어하는 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 운전속도 가속시에 오일의 높이가 감소하는 경우에 운전속도의 가속도를 낮추는 것을 특징으로 하는 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 운전속도 변경시에 오일의 높이가 사전에 결정된 범위 이하로 감소하는 경우 운전속도의 가속도를 낮추는 것을 특징으로 하는 압축기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 운전속도 변경시에 오일의 높이가 사전에 결정된 범위 이하로 감소하는 경우 운전속도의 가속을 중단하고 소정시간 동안 운전속도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는 운전속도 변경시에 오일의 높이가 사전에 결정된 범위 이하로 감소하는 경우 운전속도의 가속을 중단하고 운전속도를 일정하게 유지한 후 오일의 높이가 상기 사전에 결정된 범위 이상으로 회복되면 가속을 재개하는 것을 특징으로 하는 압축기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 압축 기구부는
   내부에 압축 공간을 제공하는 실린더;
   상기 실린더 내부에 편심회전 가능하게 장착되는 롤링 피스톤;
   상기 롤링 피스톤을 관통하도록 배치되며, 하단부에 오일 피더가 구비되는 회전축; 및
   상기 실린더의 상부 및 하부에 각각 배치되는 상부 및 하부 베어링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는 운전속도 가속시에 오일의 레벨이 상기 롤링 피스톤의 저면의 높이 이하인 경우에 운전속도의 가속도를 낮추는 것을 특징으로 하는 압축기.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는 운전속도 가속시에 오일의 높이가 상기 오일 피더의 최하단부 보다도 낮은 경우에 상기 압축 기구부의 운전속도를 일정 속도로 유지하고,
   오일의 높이가 오일 피더의 최하단부 이상으로 회복되는 경우에 압축 기구부의 운전속도 가속을 재개하는 것을 특징으로 하는 압축기.
9. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는 운전속도 가속시에 오일의 높이가 상기 오일 피더의 최하단부 보다도 낮은 경우에 운전속도의 가속을 중단하고 소정시간 동안 운전속도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 운전속도 유지 시간은 상기 압축기의 설치 장소에 따라서 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 압축기.
11. 제6항에 있어서,
    상기 유면 감지부는 상기 상부 베어링과 실린더의 경계면과 상기 오일 피더의 최하단부 사이에서 연장되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 압축기.
12. 제6항에 있어서,
    복수 개의 유면 감지부가 상기 상부 베어링과 실린더의 경계면과 상기 오일 피더의 최하단부 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 압축기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 복수 개의 유면 감지부는 각각
    상기 실린더의 하부면;
    상기 오일 피더의 상단부; 및
    상기 오일 피더의 최하단부;의 높이에 설치되는 것을 특징으로 하는 압축기.
    
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