KR101738458B1

KR101738458B1 - 고압식 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클 장치

Info

Publication number: KR101738458B1
Application number: KR1020160023483A
Authority: KR
Inventors: 이진규; 박정현; 고영철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-06-08
Also published as: TW201730488A; US10309700B2; JP6291533B2; US20170248353A1; TWI656310B; JP2017150466A

Abstract

본 발명에 의한 고압식 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클 장치는, 압축부에서 토출되는 냉매가 구동모터가 설치된 내부공간에 채워지는 케이싱; 상기 압축부의 흡입구에 직접 연결되는 흡입관; 상기 케이싱의 내부공간에 연결되는 토출관; 상기 토출관 또는 흡입관에 설치되어, 상기 구동모터의 정지시 토출된 냉매가 고압측에서 저압측으로 유동하는 것을 억제하는 제1 밸브; 상기 압축부를 중심으로 토출측과 흡입측 사이를 연결하는 바이패스관; 및 상기 바이패스관에 설치되어, 상기 구동모터의 작동시 고압측의 냉매가 상기 바이패스관을 통해 저압측으로 이동하도록 하는 상기 제2 밸브;를 가지는 압축기를 포함함으로써, 압축기 정지시 차압운전을 지속할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있고, 재기동시 흡입압과 토출압이 신속하게 평압을 이룰 수 있어 압축기의 재기동이 원활하게 이루어질 수 있다.

Description

고압식 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클 장치{HIGH PRESSURE COMPRESSOR AND REFRIGERATING MACHINE HAVING THE SAME}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 케이싱의 내부공간이 고압부를 이루는 고압식 압축기 밀 이를 구비한 냉동사이클 장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 증기압축식 냉동사이클(이하, 냉동사이클로 약칭함)에 적용되고 있다.

압축기는 냉매를 압축실로 흡입하는 방식에 따라 간접 흡입 방식과 직접 흡입 방식으로 구분될 수 있다. 간접 흡입 방식은 냉동사이클을 순환하는 냉매가 압축기 케이싱의 내부공간으로 유입되었다가 압축실로 흡입되는 방식이고, 직접 흡입 방식은 간접 흡입 방식과 달리 냉매가 직접 압축실로 흡입되는 방식이다. 간접 흡입 방식은 저압식 압축기로, 직접 흡입 방식은 고압식 압축기로 구분되기도 한다.

저압식 압축기는 냉매가 압축기 케이싱으로 먼저 유입됨에 따라 액냉매나 오일이 압축기 케이싱에서 걸러지게 되고 이에 따라 별도의 어큐뮬레이터가 구비되지 않는 반면, 고압식 압축기는 압축실로 액냉매나 오일이 유입되는 것을 방지하기 위해 통상 어큐뮬레이터가 흡입측에 구비되어 있다.

이러한 고압식 압축기는 케이싱의 내부공간이 토출공간인 고압부를 이루며, 어큐뮬레이터의 내부공간은 저압부를 이루게 된다. 때문에, 운전 중에 냉동사이클의 전원이 오프되면 흡입측 압력과 토출측 압력의 차이가 커서 순간 재기동이 불가능하게 된다. 따라서, 대부분의 고압식 압축기를 사용하고 있는 에어콘은 압축기의 운전이 정지(Off)된 이후, 일정시간 동안 운전 정지를 지속시켜 평압 시간을 확보하는, 소위 '3분 재기동'이라는 부가적인 운전을 실시하고 있다.

특히, 북미 지역의 유니터리 에어콘 분야에서는 압축기의 정지시 3분 재기동과 같은 부가적인 운전을 실시하는 동안에 냉동사이클의 팬을 작동시켜, 냉동사이클 장치의 운전 중 발생한 차압이 평압에 도달할 때까지의 잠열을 이용함으로써, 냉동사이클 장치의 효율을 극대화하는 방법을 사용하고 있다.

하지만, 냉동사이클 장치의 차압이 평압에 도달하는 시간(이하, 차압 구간 또는 평압 소요 시간)이 길어지면, 압축기 내 유면이 낮아질 뿐만 아니라 압축기가 재기동되지 않고 이로 인해 고압식 압축기를 에어콘과 같은 냉동장치에 적용하기가 어려워지는 문제점이 있었다. 즉, 압축기 내부의 오일이 부재간 틈새를 통해 압력차에 의해 저압인 어큐뮬레이터로 유출되어 오일의 유면이 저하되고, 로터리 압축기는 그 특성상 흡입압력과 토출압력 사이의 차압이 1kgf/㎠ 정도로 작은 상태에서도 재기동이 되지 않는다. 때문에 압축기가 한번 정지되면 쉽게 재기동이 되지 않는데 이 과정에서 입력 전원이 계속 투입되면 모터에 과부하가 발생되어 결국 과부하 방지장치(OLP)가 작동되면서 압축기의 정지 상태가 장기화될 수 있다. 이로 인해 압축기가 평압에 도달하는 시간을 길게 가져갈 수 없고, 이에 따라 평압 소요 시간에 잠열을 이용하는 방식은 로터리 압축기와 같은 고압식 압축기 분야에서는 적용하기가 어렵게 된다. 따라서, 냉동사이클 장치의 효율을 중요시하는 지역에서는 고압식 압축기를 에어콘 등에 적용하기가 곤란해지는 문제점이 있다.

대신에, 고압식 압축기를 적용하는 유니터리 에어콘에서는 차압에서 평압으로 신속하게 도달할 수 있도록 응축기와 증발기 사이에 오리피스(orifice)를 설치하는 방식이 적용될 수 있다. 하지만, 오리피스를 사용하여 평압 소요 시간을 단축하게 되면 차압구간의 잠열을 사용하는 것이 역시 불가능하게 되기 때문에 이 역시 효율 측면에서 불리하여 에어콘과 같은 냉동장치에 고압식 압축기를 적용하기가 어렵게 되는 문제점이 있었다.

본 발명이 목적은, 압축기가 정지되면 흡입압력과 토출압력 사이의 차압이 해소되는 평압 소요 시간을 충분히 확보하면서도 재기동시에는 신속하게 평압에 도달할 수 있는 고압식 압축기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 일시 정지시 평압 소요 시간 동안에 냉동사이클 장치가 열교환을 할 수 있도록 하는 냉동사이클 장치를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축부에서 토출되는 냉매가 구동모터가 설치된 내부공간에 채워지는 케이싱; 일단이 상기 압축부의 흡입구에 직접 연결되고, 타단이 증발기의 출구측에 연결되는 흡입관; 일단이 상기 케이싱의 내부공간에 연결되고, 타단이 응축기의 입구측에 연결되는 토출관; 상기 토출관에 설치되어, 상기 구동모터의 정지시 상기 압축부에서 상기 응축기를 향해 토출된 냉매가 상기 케이싱의 내부공간을 향해 유동하는 것을 억제하는 제1 밸브; 상기 압축부를 중심으로 토출측과 흡입측 사이를 연결하는 바이패스관; 및 상기 바이패스관에 설치되어, 상기 압축부를 중심으로 토출측의 냉매가 흡입측으로 바이패스되도록 상기 바이패스관을 선택적으로 개폐하는 제2 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제1 밸브는 상기 케이싱의 외부 또는 내부에서 상기 토출관에 설치될 수 있다.

그리고, 상기 제2 밸브는 상기 구동모터의 재기동 전에 상기 바이패스관을 개방할 수 있다.

그리고, 상기 흡입관에는 상기 케이싱의 내부공간과 분리된 내부공간을 가지는 어큐뮬레이터가 연결되고, 상기 제1 밸브는 상기 어큐뮬레이터의 내부공간에 연통되는 흡입측 또는 토출측에 설치될 수 있다.

그리고, 상기 제1 밸브는 1방향 밸브로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 흡입관에는 상기 케이싱의 내부공간과 분리된 내부공간을 가지는 어큐뮬레이터가 연결되고, 상기 바이패스관은 상기 토출관과 상기 어큐뮬레이터의 내부공간에 연통되는 흡입측 또는 토출측 사이를 연결할 수 있다.

그리고, 상기 흡입관에는 상기 케이싱의 내부공간과 분리된 내부공간을 가지는 어큐뮬레이터가 연결되고, 상기 바이패스관은 상기 케이싱의 내부공간과 상기 어큐뮬레이터의 내부공간 사이를 연결할 수 있다.

그리고, 상기 제2 밸브는 상기 구동모터와 함께 작동되는 솔레노이드 밸브로 이루어질 수있다.

그리고, 상기 압축부는, 상기 케이싱의 내부공간에 구비되며 압축공간을 형성하는 실린더; 상기 실린더의 압축공간에서 회전하면서 냉매를 압축하는 롤러; 및 상기 롤러의 외주면에 접하여 그 롤러에 의해 상기 실린더에서 미끄럼 운동을 하면서 상기 압축공간을 흡입실과 압축실로 분리하는 베인;을 포함할 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부공간이 고압부를 이루며 상기 내부공간에 압축부가 구비되는 케이싱; 상기 압축부를 기준으로 흡입측과 토출측 사이를 연결하는 제1 냉매유로; 상기 제1 냉매유로에서 분관되어 상기 압축부를 기준으로 그 압축부의 흡입측에 연결되는 상기 제1 냉매유로의 입구와 상기 압축부의 토출측에 연결되는 상기 제1 냉매유로의 출구 사이의 거리를 단축하는 제2 냉매유로; 상기 제2 냉매유로에 구비되어 그 제2 냉매유로를 선택적으로 개폐하는 솔레노이드밸브;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 냉매유로에는 고압측의 냉매가 저압측으로 유동하는 것을 차단하는 체크밸브가 설치될 수 있다.

그리고, 상기 체크밸브는 상기 제1 냉매유로와 제2 냉매유로가 분관되는 지점보다 압축기를 기준으로 후류측에 위치할 수 있다.

그리고, 상기 제1 냉매유로에는 상기 케이싱의 내부공간과 분리된 내부공간을 가지는 어큐뮬레이터가 연결되고, 상기 제2 냉매유로는 상기 어큐뮬레이터의 내부공간 또는 상기 어큐뮬레이터의 내부공간에 연통되는 흡입측 또는 토출측에 설치될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축기; 상기 압축기에 연결되는 응축기; 및 상기 응축기에 연결되는 증발기;를 포함하고, 상기 압축기는 앞서 서술한 고압식 압축기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치가 제공될 수 있다.

본 발명에 의한 고압식 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클 장치는, 고압측에서 저압측으로 냉매가 유동하는 것을 차단하는 체크밸브를 설치함과 아울러 고압측에서 저압측으로 냉매가 바이패스되도록 바이패스관 및 그 바이패스관을 선택적으로 개폐하는 솔레노이드밸브를 설치함으로써, 로터리 압축기와 같은 고압식 압축기가 적용되는 냉동사이클 장치에서 일시적으로 정지되더라도 그 정지된 시간 동안 냉동사이클 장치의 팬을 작동시키는 소위 차압운전을 지속할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있다. 아울러, 재기동시에는 흡입압과 토출압이 신속하게 평압을 이룰 수 있어 압축기의 재기동이 원활하게 이루어져 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 냉동사이클 장치를 보인 계통도,
도 2는 도 1에 따른 냉동사이클 장치에서 어큐뮬레이터를 가지는 로터리 압축기를 보인 종단면도,
도 3a 및 도 3b는 도 2에 따른 압축기에서, 제1 밸브 및 제2 밸브를 각각 보인 종단면도,
도 4a 및 도 4b는 도 2에 따른 냉동사이클 장치에서 차압 운전 및 재기동 운전을 설명하기 위해 보인 개략도,
도 5는 도 2에 따른 냉동사이클 장치에서, 제1 밸브의 설치위치에 대한 다른 실시예를 보인 개략도,
도 6 및 도 7은 도 2에 따른 냉동사이클 장치에서, 제1 밸브의 설치위치에 대한 또다른 실시예를 보인 개략도,
도 8 및 도 9는 도 2에 따른 냉동사이클 장치에서, 제2 밸브의 설치위치에 대한 다른 실시예를 보인 개략도.

이하, 본 발명에 의한 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클 장치 및 이 냉동사이클 장치의 운전 방법을 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 냉동사이클 장치를 보인 계통도이고, 도 2는 도 1에 따른 냉동사이클 장치에서 어큐뮬레이터를 가지는 로터리 압축기를 보인 종단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 의한 냉동사이클 장치는 압축기(1), 응축기(2), 팽창변(3), 증발기(4)로 이루어진다. 이 냉동사이클 장치가 유니터리 어에콘(unitary air-conditioner)에 적용되는 경우에는 실외기에 압축기와 실외측 열교환기(응축기 또는 증발기)와 팽창변이 설치되고, 실내기에 실내측 열교환기(증발기 또는 응축기)가 설치된다.

도 2를 참고하면, 본 실시예에 의한 로터리 압축기(1)는, 압축기 케이싱(10)의 내부공간에는 전동부가 설치되고, 전동부의 하측에는 압축부가 설치되어 있다. 전동부와 압축부는 회전축에 의해 기구적으로 연결되어 있다.

전동부는 압축기 케이싱(10)의 내부에 고정자(21)가 압입되어 고정되고, 고정자(21)의 내부에는 회전자(22)가 회전 가능하게 삽입되어 있다. 회전자(22)의 중심에는 회전축(23)이 압입되어 결합되어 있다.

압축부는 회전축(23)을 지지하는 메인베어링(31)이 압축기 케이싱(10)의 내주면에 고정 결합되고, 메인베어링(31)의 하측에는 그 메인베어링(31)과 함께 회전축(23)을 지지하는 서브베어링(32)이 일정 간격을 두고 메인베어링(31)에 고정되며, 메인베어링(31)과 서브베어링(32)의 사이에는 압축공간(33a)을 형성하는 실린더(33)가 설치되어 있다. 실린더(33)의 압축공간(33a)에는 그 압축공간(33a)에서 회전축(23)과 함께 선회운동을 하면서 냉매를 압축하는 롤링피스톤(34)이 구비되고, 실린더(33)의 내벽에는 롤링피스톤(34)과 함께 압축공간(33a)을 흡입실과 압축실로 구획하는 베인(35)이 미끄러지게 삽입되어 있다.

한편, 압축기 케이싱(10)은 상하 양단이 개구된 원형통체(11)와, 원형통체(11)의 상하 양단을 복개하여 내부공간(10a)을 밀봉하는 상부캡(12) 및 하부캡(13)으로 이루어질 수 있다. 원형통체(11)의 하반부에는 후술할 어큐뮬레이터(40)의 출구측에 연결되는 흡입관(15)이 결합되고, 상부캡(12)에는 후술할 응축기(2)의 입구측에 연결되는 토출관(16)이 결합될 수 있다. 흡입관(15)은 원형통체(11)를 관통하여 실린더(33)의 흡입구(33b)에 직접 연결되고, 토출관(16)은 상부캡(12)을 관통하여 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에 연통될 수 있다.

압축기 케이싱(10)의 일측에는 어큐뮬레이터(40)가 배치되고, 어큐뮬레이터(40)의 내부에는 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)과 분리되는 내부공간(40a)이 소정의 체적을 가지도록 형성될 수 있다. 어큐뮬레이터(40)의 상부에는 증발기(4)와 연결되는 냉매관(41)이 연결되며, 어큐뮬레이터(40)의 하부에는 압축기 케이싱(10)의 실린더(33)에 연결되는 흡입관(15)이 연결될 수 있다.

냉매관(41)은 어큐뮬레이터(40)의 상면에 연결되고, 흡입관(15)은 엘자(L) 모양으로 형성되어 어큐뮬레이터(40)의 하면을 관통하여 그 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a) 안쪽으로 소정의 높이만큼 깊숙하게 삽입되어 연결될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 31a는 토출구, 36은 토출머플러이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 로터리 압축기는, 고정자(21)에 전원이 인가되면, 회전자(22)와 회전축(23)이 고정자(21)의 내부에서 회전을 하면서 롤링피스톤(34)이 선회운동을 하고, 이 롤링피스톤(34)의 선회운동에 따라 흡입실의 체적이 가변되어 냉매를 실린더(33)로 흡입하게 된다.

이 냉매는 롤링피스톤(34)과 베인(35)에 의해 압축되면서 메인베어링(31)에 구비된 토출구(31a)를 통해 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 토출되고, 이 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 토출되는 냉매는 토출관(16)을 통해 냉동사이클 장치로 배출되며, 이 냉동사이클 장치로 배출되는 냉매는 응축기(2)와 팽창변(3) 그리고 증발기(4)를 거쳐 어큐뮬레이터(40)로 유입되고, 이 냉매는 실린더(33)로 흡입되기 전에 어큐뮬레이터(40)를 거치면서 액냉매나 오일이 가스냉매와 분리되어, 가스냉매는 실린더(33)로 흡입되는 반면 액냉매는 어큐뮬레이터(40)에서 증발된 후에 실린더(33)로 흡입되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이때, 압축기(1)가 일시적으로 정지(OFF)되더라도 그 압축기(1)에서 냉동사이클로 배출되었던 냉매는 압력 차이에 의해 상대적으로 고압을 이루는 응축기(2)에서 상대적으로 저압을 이루는 증발기(4) 방향으로 이동을 하게 된다. 따라서, 압축기(1)가 정지된 상태에서 냉동사이클 장치의 팬을 작동시키면 냉매가 압력 차이에 따라 이동하는 동안의 잠열을 이용하여 열교환을 지속할 수 있고, 이를 통해 냉동사이클 장치의 효율을 높일 수 있다.

하지만, 상기와 같은 로터리 압축기는 그 특성상 흡입압과 토출압의 압력 차이가 1kgf/㎠ 내외로 작은 경우에도 재기동이 불가능하여 평압 소요 시간을 길게 유지할 수 없다. 만약, 평압 소요 시간이 길게 설정되면 사용자가 냉동사이클 장치를 재동작시키려고 해도 재기동에 필요한 평압에 미처 도달하지 못한 상태이므로 압축기는 재기동을 하지 못하게 된다. 그렇다고 해서 평압 소요 시간을 짧게 설정하게 되면 차압 구간에서의 잠열을 이용하지 못하여 그만큼 에너지 효율이 저하될 수 있다.

이를 감안하여, 본 실시예에서는 압축기 케이싱의 외부에서 토출관의 중간에 체크밸브(이하 제1 밸브)를 설치하여 토출된 냉매가 압축기 외부에서 내부로 역류하지 못하도록 함으로써 평압 소요 시간에 해당하는 차압 구간에서의 차압 운전을 길게 운용하는 동시에, 토출관의 중간과 어큐뮬레이터의 흡입측 사이에는 바이패스관 및 그 바이패스관을 선택적으로 개폐하기 위한 솔레노이드 밸브(이하, 제2 밸브)를 설치하여 재기동시 신속하게 평압에 도달하는 재기동 운전을 할 수 있도록 함으로써 로터리 압축기와 같은 고압식 압축기에서의 재기동이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 따른 압축기에서, 제1 밸브 및 제2 밸브를 각각 보인 종단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 2에 따른 냉동사이클 장치에서 차압 운전 및 재기동 운전을 설명하기 위해 보인 개략도이다.

도 2를 참조하면, 제1 밸브(110)는 냉매가 압축기 케이싱(10)으로 유동하는 것을 차단할 수 있는 일방향 밸브로 이루어질 수 있다. 물론, 제1 밸브(110)는 전자식 밸브로 이루어질 수도 있지만, 비용이나 신뢰성 등을 고려하면 기계적 밸브가 적당할 수 있다.

도 3a를 참조하면, 제1 밸브(110)는 토출관(16)의 중간에 연통되도록 설치되는 하우징(111)과, 그 하우징(111)에 수용되어 양쪽 압력차에 따라 움직이면서 하우징(111)을 개폐하는 밸브체(112)로 이루어질 수 있다.

하우징(111)은 양단이 개구되어 응축기측 개구단(제1 개구단)(111a)과 압축기측 개구단(제2 개구단)(111b)이 형성되고, 제1 개구단(111a)과 제2 개구단(111b)의 사이에는 밸브체(112)가 움직일 수 있는 밸브공간(111c)이 확장 형성될 수 있다.

제1 개구단(111a)은 개구되어 토출관(16)이 연결되고, 제2 개구단(111b)에는 밸브체(112)에 의해 개폐되도록 관통구멍(113a)을 가지는 밸브커버(113)가 결합될 수 있다.

밸브체(112)는 피스톤 형상으로 형성될 수도 있지만 얇은 판체로 형성되는 것이 밸브 응답성 등을 고려할 때 바람직할 수 있다.

밸브체(112)는 그 중앙부에 가스연통홈(112a)이 형성될 수 있다. 이로써, 밸브체(112)가 제1 개구단(111a)에 접하였을 경우에는 그 제1 개구단(111a)이 개방되는 반면, 밸브체(112)가 제2 개구단(111b)에 접하였을 경우에는 그 제2 개구단(111b)에 구비된 밸브커버(113)의 관통구멍(113a)을 완전히 차단할 수 있다.

도 4a를 참조하면, 상기와 같은 본 실시예에 의한 제1 밸브(110)에 의해, 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에서 토출관(16)을 통해 응축기 방향으로 배출된 냉매가 압축기 정지시 발생하는 평압 과정에서 그 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 역류하는 것을 방지할 수 있고, 이를 통해 냉매가 압력차에 따라 응축기(2)에서 팽창변(3)과 증발기(4)를 거쳐 어큐뮬레이터(40) 방향으로만 이동할 수 있다. 이 과정에서 응축기 팬(2a) 또는 증발기 팬(4a)을 작동시키면 응축기(2)와 증발기(4)를 통과하는 냉매가 공기와 열교환되면서 냉동사이클 장치의 에너지 효율이 향상될 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 토출관(16)의 중간과 어큐뮬레이터(40)의 흡입측 사이에는 바이패스관(120)이 설치되고, 바이패스관(120)의 중간에는 그 바이패스관(120)을 선택적으로 개폐하기 위한 솔레노이드 밸브(이하, 제2 밸브)(130)가 설치될 수 있다. 그리고 제2 밸브(130)는 그 제2 밸브(130)를 포함하여 냉동사이클 장치 전체를 제어하는 제어부(140)에 전기적으로 연결될 수 있다.

바이패스관(120)의 일단은 제1 밸브(110)를 기준으로 압축기(1) 쪽에 연결되고, 바이패스관(120)의 타단은 어큐뮬레이터(40)의 흡입측에 연결되는 냉매관(41)의 중간에 연결될 수 있다. 물론, 바이패스관(120)의 일단이 제1 밸브(110)를 기준으로 응축기(2) 쪽에 연결될 수도 있지만, 이 경우 압축기에서 응축기 사이의 냉매관을 대상으로 평압 동작을 실시하여야 하므로 그만큼 평압 소요 시간이 지연될 수 있다.

그리고 바이패스관(120)의 내경(D1)은 토출관(16)이나 냉매관(41)의 내경(D2)보다 같거나 작게 형성될 수 있다. 바이패스관(120)의 내경(D1)이 토출관(16)이나 냉매관(41)의 내경(D2)보다 큰 경우에는 냉매의 유속이 저하되어 평압 소요 시간이 지연될 뿐만 아니라 제2 밸브(130)의 크기가 그만큼 커져야 하므로 비용이 증가될 수 있다.

제2 밸브(130)는 제어부(140)에 의해 개도량이 전기적으로 제어되는 양방향 밸브로 이루어질 수 있다. 따라서, 제2 밸브(130)는 개도량을 제어하여 평압 소요 시간을 조절할 수 있다.

도 3b를 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 밸브(130)는, 바이패스관(120)의 중간에 설치되고 그 바이패스관(120)의 고압측(121)과 저압측(122)을 연통하는 연통로(131a)가 형성되는 하우징(131)과, 하우징(131)의 내부에 형성되고 제어부(140)에 전기적으로 연결되는 구동부(132)와, 구동부(132)의 가동자(미부호)에 결합되어 그 구동부(132)에 전원이 인가되는지 여부에 따라 움직이면서 연통로(131a)를 개폐하는 밸브체(133)로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 제2 밸브(130)에 의해, 사용자가 순간 정지된 냉동사이클 장치에 대해 재작동을 선택한 경우 흡입측 압력과 토출측 압력이 신속하게 평압에 이르도록 함으로써 로터리 압축기와 같은 고압식 압축기에서도 재기동이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

즉, 도 4b를 참조하면, 사용자가 순간 정지된 냉동사이클 장치에 대해 재작동을 선택하게 되면 제2 밸브(130)가 열린 상태로 전환되어 상대적으로 고압인 토출관측의 냉매가 바이패스관(120)을 통해 상대적으로 저압인 흡입관측(즉, 어큐뮬레이터의 흡입측에 연결된 냉매관)으로 신속하게 이동하여, 순식간에 압축기의 흡입측과 토출측 압력이 평형을 이루게 된다. 이에 따라, 흡입측 압력과 토출측 압력차가 거의 일치하거나 적어도 1kgf/㎠ 이내로 작아져 로터리 압축기가 재기동할 수 있는 여건이 마련될 수 있다.

이렇게 하여, 로터리 압축기와 같은 고압식 압축기가 적용되는 냉동사이클 장치에서 일시적으로 정지되더라도 그 정지된 시간 동안 냉동사이클 장치의 팬을 작동시키는 소위 차압운전을 지속할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있다. 아울러, 재기동시에는 흡입압과 토출압이 신속하게 평압을 이룰 수 있어 압축기의 재기동이 원활하게 이루어져 신뢰성이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 로터리 압축기에서 제1 밸브의 설치위치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 도 5와 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 제1 밸브가 압축기 케이싱의 외부에 설치되는 것이나, 본 실시예는 제1 밸브(110)가 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에 설치되는 것이다.

이 경우, 제1 밸브(110)는 토출관(16)과 연통되는 별도로 관로를 이용하여 설치할 수도 있지만, 토출관(16)의 단부에 전술한 제1 밸브(110)의 하우징(111)을 연결하여 설치할 수 있다.

상기와 같이 제1 밸브(110)가 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에 설치되는 경우에도 제2 밸브(130)는 전술한 실시예와 동일한 위치에 설치될 수 있으며, 이에 따른 기본적인 구성과 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 본 실시예는 제1 밸브(110)가 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에 설치됨에 따라 전술한 실시예와 같이 토출관(16)의 중간에 설치되는 것에 비해 실질적인 압축기(1)의 내부체적을 줄일 수 있고, 이에 따라 평압 소요 시간을 더욱 단축할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 로터리 압축기에서 제1 밸브의 설치위치에 대한 또다른 실시예가 있는 경우는 도 6 및 도 7과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 제1 밸브가 압축기 케이싱의 외부 또는 내부에서 토출관에 설치되는 것이나, 본 실시예는 제1 밸브(110)가 어큐뮬레이터(40)의 입구측 또는 출구측에 설치되는 것이다.

예를 들어, 도 6과 같이, 제1 밸브(110)는 어큐뮬레이터(40)의 입구측에 연결되는 냉매관(41)에 설치되고, 바이패스관(120)의 고압측은 토출관(16)에, 저압측은 제1 밸브(110)보다 전류측(증발기쪽)에 각각 연결될 수 있다. 이로써, 냉매가 어큐뮬레이터(40)에서 증발기 방향으로 유동하는 것을 차단할 수 있다.

또, 도 7과 같이, 제1 밸브(110)는 어큐뮬레이터(40)의 출구측에 연결되는 흡입관(통상, 엘자 관)(15)에 설치되고, 바이패스(120)의 고압측은 압축기 케이싱(10)에, 저압측은 흡입관(15)에 각각 연결될 수 있다. 이로써, 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에서 오일과 혼화된 냉매가 각 부품들 사이의 틈새를 통해 어큐뮬레이터 방향으로 유동하는 것을 차단할 수 있다.

이에 따라, 본 실시예들은 차압 구간을 충분히 확보하여 압축기가 정지된 상태에도 냉동사이클 장치의 팬을 작동시켜 에너지 효율을 향상시키는 동시에, 재기동시에는 신속하게 평압을 이뤄 압축기가 원활하게 재기동되도록 하는 효과는 전술한 실시예와 동일하다.

다만, 본 실시예에서는 압축기 케이싱의 내부에 오일을 봉입할 때 별도의 오일봉입관을 설치하지 않고 토출관을 이용할 수 있어 토출관에 제1 밸브를 설치하는 것에 비해 재료비용을 절감하고 제조공정을 간소화할 수 있다. 전술한 실시예들의 경우 토출관에 일방향 밸브인 제1 밸브를 설치할 경우 그 토출관을 이용하여 오일을 봉입할 수 없기 때문에 별도의 오일봉입관이 필요하였지만, 본 실시예는 앞서 설명한 바와 같이 별도의 오일봉입관 없이 토출관을 이용하여 오일을 봉입할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 로터리 압축기에서 제2 밸브의 설치위치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 도 8 및 도 9와 같다.

즉, 전술한 실시예들에서는 제2 밸브가 토출관과 어큐뮬레이터의 흡입측 냉매관 사이에 연결되는 바이패스관의 중간에 설치되는 것이나, 본 실시예는 바이패스관(120)의 일단이 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에 연결되는 것이다.

이 경우, 도 8과 같이 바이패스관(120)의 고압측은 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에, 저압측은 어큐뮬레이터(40)의 출구측에 연결된 흡입관(15)의 중간에 연결되거나, 또는 도 9에서와 같이 바이패스관(120)의 고압측은 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에, 저압측은 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a)에 연결될 수 있다.

상기와 같이 바이패스관의 일단이 압축기 케이싱의 내부공간에 연결되는 경우에도 그에 따른 제2 밸브의 기본적인 구성과 작용 효과는 전술한 실시예들과 대동소이하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 바이패스관(120)의 일단이 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에 연결되고 바이패스관(120)의 타단이 흡입관(15) 또는 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a)에 연결되는 경우에는 실질적으로 평압을 이루는 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)과 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a) 사이의 거리가 짧아져 평압 소요 시간을 더욱 단축할 수 있다.

아울러, 상기와 같은 경우 제1 밸브는 전술한 실시예들과 같이 토출관 또는 어큐뮬레이터의 흡입측 냉매관에 설치할 수도 있지만, 본 실시예와 같이 어큐뮬레이터의 토출측 흡입관에 설치할 수도 있다. 이 경우, 제1 밸브는 바이패스관의 타단보다 고압측인 압축기 케이싱 쪽에 설치하는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 전술한 실시예들에서는 로터리 압축기를 예로 들어 설명하였으나, 케이싱의 내부공간이 토출공간인 고압식 압축기는 모두 동일하게 적용될 수 있다.

1 : 압축기 2 : 응축기
2a : 응축용 팬 3 : 팽창변
4 : 증발기 4a : 증발용 팬
10 : 압축기 케이싱 10a : 압축기 케이싱의 내부공간
15 : 흡입관 16 : 토출관
21 : 고정자 22 : 회전자
33 : 실린더 33a : 압축공간
34 : 롤링피스톤 40 : 어큐뮬레이터
40a : 어큐뮬레이터의 내부공간 41 : 냉매관
110 : 제1 밸브(체크밸브) 111 : 하우징
112 : 밸브체 120 : 바이패스관
121 : 고압측 122 : 저압측
130 : 제2 밸브(솔레노이드밸브) 131 : 하우징
132 : 구동부 133 : 밸브체
140 : 제어부

Claims

케이싱;
흡입구가 형성되어 상기 케이싱의 내부공간에 구비되고, 상기 흡입구에 연통되어 냉매를 압축하도록 압축공간을 형성하는 실린더;
상기 실린더의 압축공간에서 회전하면서 냉매를 압축하는 롤러;
상기 롤러의 외주면에 접하여 그 롤러에 의해 상기 실린더에서 미끄럼 운동을 하면서 상기 압축공간을 흡입실과 압축실로 분리하는 베인;
상기 실린더에서 압축된 냉매가 상기 케이싱의 내부공간으로 토출되는 것을 제어하는 밸브;
일단이 상기 흡입구에 직접 연결되고, 타단이 증발기의 출구측에 연결되는 흡입관;
일단이 상기 케이싱의 내부공간에 연결되고, 타단이 응축기의 입구측에 연결되는 토출관;
상기 토출관에 설치되어, 구동모터의 정지시 상기 압축공간에서 상기 응축기를 향해 토출된 냉매가 상기 케이싱의 내부공간을 향해 역류하여 상기 케이싱의 내부공간으로 유입되는 것을 억제하는 제1 밸브;
일단이 상기 압축공간과 상기 제1 밸브 사이에 연결되고, 타단은 상기 압축공간을 중심으로 흡입측에 연결되는 바이패스관; 및
상기 바이패스관에 설치되어, 상기 압축공간을 중심으로 토출측의 냉매가 흡입측으로 바이패스되도록 상기 바이패스관을 선택적으로 개폐하며, 전기적 신호에 의해 동작되는 제2 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 밸브는 상기 케이싱의 내부공간에서 상기 토출관에 설치되는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 밸브는 상기 구동모터의 재기동 전에 상기 바이패스관을 개방하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
제1항에 있어서,
상기 흡입관에는 상기 케이싱의 내부공간과 분리된 내부공간을 가지는 어큐뮬레이터가 연결되고,
상기 제1 밸브는 상기 어큐뮬레이터의 내부공간에 연통되는 흡입측 또는 토출측에 설치되는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 밸브는 1방향 밸브인 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 흡입관에는 상기 케이싱의 내부공간과 분리된 내부공간을 가지는 어큐뮬레이터가 연결되고,
상기 바이패스관은 상기 토출관과 상기 어큐뮬레이터의 내부공간에 연통되는 흡입측 또는 토출측 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 흡입관에는 상기 케이싱의 내부공간과 분리된 내부공간을 가지는 어큐뮬레이터가 연결되고,
상기 바이패스관은 상기 케이싱의 내부공간과 상기 어큐뮬레이터의 내부공간 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 밸브는 상기 구동모터와 함께 작동되는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
삭제
내부공간이 고압부를 이루며 상기 내부공간에 압축부가 구비되는 케이싱;
상기 압축부를 기준으로 흡입측과 토출측 사이를 연결하는 제1 냉매유로;
상기 제1 냉매유로에서 분관되어 상기 압축부를 기준으로 그 압축부의 흡입측에 연결되는 상기 제1 냉매유로의 입구와 상기 압축부의 토출측에 연결되는 상기 제1 냉매유로의 출구 사이의 거리를 단축하는 제2 냉매유로;
상기 제2 냉매유로에 구비되어 그 제2 냉매유로를 선택적으로 개폐하는 솔레노이드밸브;를 포함하고,
상기 제1 냉매유로 중에서 고압측의 냉매가 저압측으로 유동하는 것을 차단하는 체크밸브가 상기 케이싱의 내부공간에서 설치되며,
상기 체크밸브는 상기 압축부를 기준으로 할 때 냉매의 순환방향을 기준으로 상기 제1 냉매유로와 제2 냉매유로가 분관되는 지점보다 후류측에 위치하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
삭제
삭제
제10항에 있어서,
상기 제1 냉매유로에는 상기 케이싱의 내부공간과 분리된 내부공간을 가지는 어큐뮬레이터가 연결되고,
상기 제2 냉매유로는 상기 어큐뮬레이터의 내부공간 또는 상기 어큐뮬레이터에 연통되는 흡입측 또는 토출측에 연결되는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
제10항에 있어서,
상기 압축부는,
상기 케이싱의 내부공간에 구비되며 압축공간을 형성하는 실린더;
상기 실린더의 압축공간에서 회전하면서 냉매를 압축하는 롤러; 및
상기 롤러의 외주면에 접하여 그 롤러에 의해 상기 실린더에서 미끄럼 운동을 하면서 상기 압축공간을 흡입실과 압축실로 분리하는 베인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
압축기;
상기 압축기에 연결되는 응축기; 및
상기 응축기에 연결되는 증발기;를 포함하고,
상기 압축기는 제1항, 제2항, 제10항, 제13항 및 제14항 중 어느 한 항의 고압식 압축기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.