KR19990021325A - 냉동시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 압축기와, 압축기로부터의 냉매를 열교환하는 응축기 및 증발기를 구비한 냉동시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 설치되어 분리된 오일을 상기 압축기로 복귀시키는 오일분리기와, 상기 오일분리기로부터의 오일을 상기 압축기로 안내하는 복귀배관과, 상기 복귀배관상에 설치되어 상기 오일을 저장하는 오일탱크와, 상기 오일탱크와 상기 압축기 사이에 설치된 개폐밸브와, 상기 압축기내의 오일량을 감지하는 오일감지부와, 상기 오일감지부로부터의 감지신호에 따라 상기 개폐밸브를 개폐하도록 제어하는 제어부를 갖는다. 이에 의해, 압축기내에 오일잔존량을 일정하게 유지함으로써, 압축기의 냉각 및 윤활작용을 원활하게 하여 냉동시스템의 전체적인 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

Description

냉동시스템 및 그 제어방법
본 발명은 냉동시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히, 오일분리기로부터 압축기로 복귀되는 오일을 적절히 조절하여 압축기의 냉각 및 윤활작용을 원활하게 할 수 있는 냉동시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
통상적으로 냉장고나 공조기기등 냉매를 이용하여 냉각작용을 하는 냉동시스템은, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(80)와, 압축기(80)로부터의 냉매를 열교환하는 응축기(81)와, 응축기(81)로부터의 냉매를 증발시키는 증발기(82)로 이루어진 냉동사이클이 형성되며, 여기서 응축기(81)와 증발기(82) 사이에는 냉매를 팽창시키는 모세관(83)이 형성되어 있다. 이러한 압축기(80)와 응축기(81) 및 증발기(82)는 냉매배관에 의해 상호 연결되어 있다.
이 중 압축기(80)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 밀폐된 케이싱(51)내에 냉매를 압축하는 실린더장치(60)와, 실린더장치(60)를 구동하는 구동모터(55)로 이루어진다. 구동모터(55)는, 코일이 감겨진 고정자(52)와, 고정자(52)에 수용되어 회전하는 회전자(53)와, 회전자(53)에 압입되어 회전자(53)와 일체로 회전하는 회전축(54)을 갖는다. 한편, 회전축(54)의 말단부의 내측에는 케이싱(51)의 하부의 오일수용부(65)로부터의 오일을 회전자(53)와 회전축(54) 사이로 공급하기 위한 오일공급편(64)이 설치되어 있다.
한편, 실린더장치(60)는, 일측에 흡입구가 형성된 원통형상의 실린더(58)와, 실린더(58)내에 수용되며 회전축(54)이 편심되어 형성된 편심부(61)와, 편심부(61)를 둘러싸며 실린더(58)의 내벽면에 구름접촉하며 냉매를 압축하는 로울러(59)와, 실린더(58)를 고정지지하는 상부플랜지(57)와 하부플랜지(56)로 이루어져 있다. 여기서, 상부플랜지(57)의 일측영역에는 냉매를 토출시키는 도시않은 토출구가 형성되어 있으며, 상부플랜지(57)의 상측에는 상부플랜지(57)를 덮는 토출머플러(70)가 설치되어 있다.
이러한 밀폐형 회전압축기(80)에 전원이 인가되고, 회전자와 회전축이 회전하면 편심부(61)와 로울러(59)에 의해 냉매가 압축되고, 하부의 오일수용부(65)로부터 오일이 상부로 공급되어 각 부품의 회전마찰시 발생하는 열을 냉각시키고 구동을 원활하게 한다. 그런데, 실린더(58)내에서 냉매가 압축되는 동안, 실린더(58)내에 공급된 오일이 고압에 의해 입자화되어 고온의 냉매와 함께 토출구로 토출되며, 오일이 혼입된 냉매가 토출관을 통해 냉동사이클내로 유입되면 냉동사이클의 전체적인 효율이 저하되고, 압축기(80)내의 오일의 부족으로 인하여 압축기(80)내 부품들의 냉각 및 윤활작용이 원활히 이루어지지 못하였다.
이러한 문제점을 개선하기 위해, 압축기(80)와 응축기(81)의 사이에 냉매속에 혼합된 오일을 걸러주는 오일분리기(85)를 설치하고, 오일분리기(85)와 압축기(80)를 연결하는 복귀배관(86)을 설치하였다. 그런데, 오일분리기(85)에서 냉매에 혼입된 오일은 전부 분리되지 아니하고 그 일부가 다시 냉동사이클내를 순환하며 냉동사이클내의 냉매배관상에 잔존하게 된다. 특히, 속도 가변이 가능한 인버터모터를 채용한 경우, 속도에 따라 냉동사이클내로 유입되는 냉매의 양과 오일의 양이 달라지므로 오일의 분리량의 정도가 속도에 따라 많이 차이가 나게 된다. 따라서, 압축기(80)내의 오일의 양이 점차적으로 감소하여 압축기(80)의 냉각 및 윤활작용이 원활히 이루어지지 아니하여 압축기(80)가 고열로 인해 손상되는 경우가 발생하였다.
이에 따라, 압축기(80)내에 오일의 양을 일정하게 유지시켜 압축기(80)의 냉각 및 윤활작용을 원할하게 함으로써 압축기(80)의 손상을 방지하도록 하는 것이 필요하다.
따라서 본 발명의 목적은, 압축기내에 오일의 양을 일정하게 유지하여 압축기의 냉각 및 윤활작용을 원활하게 할 수 있는 냉동시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 냉동사이클을 갖는 냉동시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 압축기의 단면도,
도 3은 도 2의 냉동사이클의 제어를 위한 제어블럭도,
도 4는 종래의 냉동사이클을 갖는 냉동시스템의 구성도,
도 5는 종래의 압축기의 단면도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
5 : 구동모터 10 : 실린더장치
13 : 제어부 15 : 오일수용부
20 : 오일감지장치 21 : 플로터
22 : 플로터감지센서 23 : 감지관
30 : 압축기 35 : 오일분리기
36 : 복귀배관 37 : 복귀모세관
40 : 오일탱크 41 : 개폐밸브
42 : 전동팽창밸브 45 : 바이패스배관
상기 목적은, 본 발명에 따라, 압축기와, 압축기로부터의 냉매를 열교환하는 응축기 및 증발기를 구비한 냉동시스템에 있어서, 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 설치되어 분리된 오일을 상기 압축기로 복귀시키는 오일분리기와, 상기 오일분리기로부터의 오일을 상기 압축기로 안내하는 복귀배관과, 상기 복귀배관상에 설치되어 상기 오일을 저장하는 오일탱크와, 상기 오일탱크와 상기 압축기 사이에 설치된 개폐밸브와, 상기 압축기내의 오일량을 감지하는 오일감지부와, 상기 오일감지부로부터의 감지신호에 따라 상기 개폐밸브를 개폐하도록 제어하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 냉동시스템에 의해 달성된다.
여기서, 상기 오일분리기와 상기 압축기 사이에는 오일의 복귀속도를 완화하는 모세관이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 한편, 상기 오일탱크와, 상기 증발기와 상기 압축기를 연결하는 냉매배관 사이에는 바이패스배관이 설치되어 있으며, 상기 바이패스배관상에는 상기 오일탱크의 압력조절을 위한 압력조절밸브가 설치되어 압축기로 유입되는 오일의 양을 조절할 수 있다.
그리고, 상기 오일감지부는, 상기 압축기의 상단부와 오일을 저장하는 하부의 오일저장부에 연결되는 관상의 감지관과, 상기 감지관내에서 유동하는 플로터와, 상기 플로터의 유동을 감지하는 플로터감지센서를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제어부는 상기 플로터감지센서로부터 상기 플로터가 일정범위 이하로 낮아지면, 상기 개폐밸브를 개방하고, 상기 플로터의 위치에 따라 상기 압력조절밸브의 개방도를 조절할 수 있다.
한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 압축기와, 압축기로부터의 냉매를 열교환하는 응축기 및 증발기와, 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 설치되어 오일을 분리하는 오일분리기를 구비한 냉동시스템의 제어방법에 있어서, 상기 오일분리기와 상기 압축기 사이에 오일을 저장하는 오일탱크를 마련하는 단계와, 상기 오일분리기로부터의 오일을 상기 오일탱크로 안내하는 단계와, 상기 압축기내의 오일량을 감지하는 단계와, 상기 오일량의 감지값에 따라 상기 오일탱크로부터의 오일을 상기 압축기로 유입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동시스템의 제어방법에 의해 달성될 수도 있다.
상기 오일량을 감지하는 단계는, 상기 압축기의 상부와 하부의 오일수용부를 연결하는 감지관을 마련하는 단계와, 감지관내에서 오일량에 따라 승강하는 플로터와, 감지관에 플로터를 감지하는 감지센서를 마련하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 오일을 공급하는 단계는, 상기 플로터가 소정 범위이하로 내려가면 상기 오일탱크를 개방하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 냉동사이클을 갖는 냉동시스템의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 냉동사이클은 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(30)와, 압축기(30)로부터의 냉매를 열교환하는 응축기(31) 및 증발기(32)가 냉매배관에 의해 상호 연결되어 형성된 순환루프이다.
여기서, 압축기(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 밀폐된 케이싱(1)내에 냉매를 고온고압으로 압축하는 실린더장치(10)와, 실린더장치(10)를 구동시키는 구동모터(5)로 이루어져 있으며, 케이싱(1)내 하부에는 오일을 수용하는 오일수용부(15)가 형성되어 있다. 이러한 압축기(30)가 구동하여 냉매를 압축하면, 실린더장치의 윤활 및 냉각작용을 위해 실린더장치(10)내에 잔류하는 오일이 냉매의 압축시 고압에 의해 입자화되며, 냉매와 함께 냉동사이클내로 유출된다. 이에 따라, 압축기(30)에는 압축기(30)내에서 증감하는 오일잔존량을 감지할 수 있도록 오일감지장치(20)가 설치되어 있다.
오일감지장치(20)는, 냉매가 존재하는 케이싱(1)의 상부와 오일수용부(15)가 형성된 케이싱(1)의 하부를 연결하는 관상의 감지관(23)과, 감지관(23)내에서 승강운동하는 플로터(21)와, 플로터(21)의 유동을 감지하는 플로터감지센서(22)를 포함하고 있다. 여기서, 감지관(23)내의 상부에는 냉매가 존재하고 하부에는 오일이 존재하게 되며, 플로터(21)는 오일위에 부유되어 오일의 증감에 따라 승강하게 된다. 그리고, 플로터감지센서(22)는 압축기(30)의 냉각 및 윤활작용에 필요한 적절한 범위내에서의 플로터(21)의 승강을 감지하게 된다.
한편, 냉동사이클상에는 냉매에 혼입되어 냉동사이클내로 유출되는 오일을 분리하기 위해 압축기(30)와 응축기(31) 사이에 오일분리기(35)가 설치되어 있으며, 오일분리기(35)와 압축기(30) 사이에는 오일의 복귀를 위한 복귀배관(36)이 더 형성되어 있다. 그리고, 복귀배관(36)상에는 오일분리기(35)로부터 회수된 오일을 저장하는 오일탱크(40)가 설치되어 있으며, 오일분리기(35)와 오일탱크(40) 사이에는 오일분리기(35)로부터 오일탱크(40)로 복귀하는 오일의 복귀속도를 완화하는 복귀모세관(37)이 설치되어 있다. 한편, 오일탱크(40)와 압축기(30) 사이에는 오일탱크(40)를 개폐하는 개폐밸브(41)가 설치되어 있으며, 오일탱크(40)와 증발기(32)로부터의 냉매가 유입되는 압축기(30)의 유입배관은 바이패스배관(45)에 의해 상호 연결되어 있다. 그리고, 바이패스배관(45)상에는 개방도의 조절이 가능한 전동팽창밸브(42)가 설치되어 개방도에 따라 오일탱크(40)내의 압력을 조절할 수 있게 된다. 이 전동팽창밸브(42)의 개방도를 크게 하면, 증발기(32)로부터의 냉매가 오일탱크(40)내로 유입되고 오일탱크(40)내의 압력이 상승한다. 이에 따라, 압축기(30)로 유입되는 오일의 양이 증가하게 된다.
도 3은 이러한 냉동시스템의 제어를 위한 제어블럭도이다. 제어부(13)는, 전원공급부(9)와, 외부의 조작패널부(12) 및 플로터감지센서(22)로부터의 신호를 입력받으며, 입력된 신호에 기초하여 압축기구동회로(50), 개폐밸브구동회로(46), 전동팽창밸브구동회로(42)로 신호를 출력하게 된다. 이에 따라, 전원이 인가되고 기기의 조작신호가 입력되면, 제어부(13)는 압축기(30)를 구동하여 냉매를 압축하도록 하고, 플로터감지센서(22)로부터 감지된 플로터(21)의 유동에 따라 개폐밸브(41)를 온오프하고 전동팽창밸브(42)의 개방도를 조절하게 된다.
이러한 구성에 의한 냉동시스템에 전원이 인가되고 조작신호가 입력되면, 제어부(13)는 압축기(30)를 구동시킨다. 압축기(30)에서 고온고압으로 압축되면서 오일이 혼입된 냉매는, 냉동사이클내로 유출되어 흐르다가 오일분리기(35)에서 걸러진다. 오일분리기(35)에서 냉매와 분리된 오일은 복귀배관(36)을 따라 오일탱크(40)로 복귀되는데, 이 때, 복귀모세관(37)에 의해 복귀되는 오일이 양이 거의 일정하게 된다.
한편, 제어부(13)에서는 플로터감지센서(22)로부터 감지신호를 입력받으며, 플로터감지센서(22)로부터 압축기(30)내의 오일량이 일정이하로 감소됨이 감지되면 개폐밸브(41)와 전동팽창밸브(42)를 개방하게 된다. 이 때, 제어부(13)는 플로터감지센서(22)로부터의 오일량을 복수의 단계로 나누어 각 단계에 따라 전동팽창밸브(42)의 개방도를 조절하도록 할 수 있으며, 오일량에 따라 연속적으로 전동팽창밸브(42)의 개방도를 조절하도록 할 수도 있다. 개폐밸브(41)와 전동팽창밸브(42)가 개방되면, 전동팽창밸브(42)의 개방도에 따라 압축기(30)내로 유입되는 오일의 유입속도가 결정된다. 오일이 유입되어 플로터가 상승하게 되고, 제어부(13)는 플로터감지센서(22)로부터 일정 이상의 오일이 유입되었음이 감지되면, 개폐밸브(41)와 전동팽창밸브(42)를 폐쇄하게 된다.
이와 같이, 냉동사이클상의 냉매가 복귀되는 복귀배관(36)상에 오일탱크(40)와 개폐밸브(41) 및 전동팽창밸브(42)를 설치하고, 압축기(30)에는 압축기(30)내의 오일잔존량을 감지할 수 있는 오일감지장치(20)를 마련함으로써, 압축기(30)내에 항상 일정량의 오일이 존재할 수 있도록 하였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 압축기내에 오일잔존량을 일정하게 유지함으로써, 압축기의 냉각 및 윤활작용을 원활하게 하여 냉동시스템의 전체적인 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 압축기와, 압축기로부터의 냉매를 열교환하는 응축기 및 증발기를 구비한 냉동시스템에 있어서,
    상기 압축기와 상기 응축기 사이에 설치되어 분리된 오일을 상기 압축기로 복귀시키는 오일분리기와,
    상기 오일분리기로부터의 오일을 상기 압축기로 안내하는 복귀배관과,
    상기 복귀배관상에 설치되어 상기 오일을 저장하는 오일탱크와,
    상기 오일탱크와 상기 압축기 사이에 설치된 개폐밸브와,
    상기 압축기내의 오일량을 감지하는 오일감지부와,
    상기 오일감지부로부터의 감지신호에 따라 상기 개폐밸브를 개폐하도록 제어하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일분리기와 상기 압축기 사이에는 오일의 복귀속도를 완화하는 모세관이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일탱크와, 상기 증발기와 상기 압축기를 연결하는 냉매배관 사이에는 바이패스배관이 설치되어 있으며, 상기 바이패스배관상에는 상기 오일탱크의 압력조절을 위한 압력조절밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일감지부는, 상기 압축기의 상단부와 오일을 저장하는 하부의 오일저장부에 연결되는 관상의 감지관과, 상기 감지관내에서 유동하는 플로터와, 상기 플로터의 유동을 감지하는 플로터감지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 플로터감지센서로부터 상기 플로터가 일정범위 이하로 낮아지면, 상기 개폐밸브를 개방하고, 상기 플로터의 위치에 따라 상기 압력조절밸브의 개방도를 조절하는 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
  6. 압축기와, 압축기로부터의 냉매를 열교환하는 응축기 및 증발기와, 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 설치되어 오일을 분리하는 오일분리기를 구비한 냉동시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 오일분리기와 상기 압축기 사이에 오일을 저장하는 오일탱크를 마련하는 단계와,
    상기 오일분리기로부터의 오일을 상기 오일탱크로 안내하는 단계와,
    상기 압축기내의 오일량을 감지하는 단계와,
    상기 오일량의 감지값에 따라 상기 오일탱크로부터의 오일을 상기 압축기로 유입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동시스템의 제어방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 오일량을 감지하는 단계는, 상기 압축기의 상부와 하부의 오일수용부를 연결하는 감지관을 마련하는 단계와, 감지관내에서 오일량에 따라 승강하는 플로터와, 감지관에 플로터를 감지하는 감지센서를 마련하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동시스템의 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 오일을 공급하는 단계는, 상기 플로터가 소정 범위이하로 내려가면 상기 오일탱크를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동시스템의 제어방법.
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