KR20000057858A

KR20000057858A - 기체압축기

Info

Publication number: KR20000057858A
Application number: KR1020000004875A
Authority: KR
Inventors: 노나카다케시
Original assignee: 다카키도시요시; 세이코세이키 가부시키가이샤
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2000-09-25
Also published as: JP4040225B2; JP2000291555A; EP1026403A3; EP1026403B1; US6478551B1; EP1026403A2; KR100723745B1

Abstract

공기조화시스템에서의 냉각효율의 향상과 오일부족에 의한 윤활불량방지를 도모하기에 적합한 기체압축기를 제공한다.

토출실(7)의 용적을 대용적으로 확대하는 것과 함께, 냉매가스와 오일이 용해하기 쉬운 조합의 것으로 한다. 토출실(7)의 용적을 확대하면, 미분리오일분(un-separated oil portion)을 포함하는 고압냉매가스는 충분한 시간에 걸쳐 토출실(7)을 통과한다. 이렇게 토출실(7)의 통과시간이 길어지게 되면, 고압냉매가스 중의 미분리오일분이 토출실(7) 바닥부의 오일저장소(7b)에 자체 하중으로 낙하하는 비율이 높아지게 되고, 공기조화시스템의 응축기 측으로 미분리오일분의 유입량을 가급적 감소시킬 수 있음과 동시에, 기체압축기 내로 오일이 복귀하기 쉬워 오일을 충분하게 저류하여 두는 것이 가능하다.

Description

기체압축기{Air Compressor}

본 발명은 공기조화시스템에서 사용되는 기체압축기에 관한 것이고, 특히, 공기조화기에서의 냉각효율의 향상과, 오일부족에 의한 윤활불량의 방지를 도모하기 위한 것이다.

종래, 이러한 종류의 기체압축기는, 도 8에 도시한 바와 같이, 한 쪽 끝이 열려진 일단개구형의 케이스(1)와 이 개구단에 형성된 프론트 헤드(2)로 된 케이싱(3) 내에 압축기본체(4), 오일분리기(5) 등을 수납하여 이루어지며, 케이싱(3) 안쪽과 압축기본체(4)의 앞쪽 사이에 형성되는 공간을 흡입실(6)로서, 케이싱(3) 안쪽과 압축기본체(4)의 뒤쪽 사이에 형성되는 공간을 토출실(7)로 하여 형성되어 있다.

압축기본체(4)는 로터축(4a)과 일체로 로터(4b)가 회전하면, 흡입실(6)로부터 프론트사이드블록(4c)을 매개로 실린더(4d) 내에 저압의 냉매가스를 흡입하고, 이 저압냉매가스를 윤활용 오일과 함께 압축하고, 이것을 리어사이드블록(4e)에서 토출실(7) 쪽으로 토출한다. 또한, 오일분리기(5)는 압축기 본체의 리어사이드브록(4e)에 설치되고, 압축기본체(4)에서 토출실(7) 쪽으로 토출한 고압의 냉매가스를 가스성분과 오일성분으로 분리한다. 이렇게, 분리된 가스성분은 토출실(7)로부터 케이스(1)의 토출구(7a), 도 9에 도시하는 공기조화시스템(8)의 응축기(9), 팽창밸브(10), 증발기(11) 등을 통과한 후, 흡입구(6a)에서 흡입실(6)로 복귀하고, 또한 다시 냉매가스로서 오일과 함께 압축되며, 한편, 오일성분은 토출실(7) 바닥부의 오일저장소(7b)에 일시 저류되며, 또한 다시 냉매가스와 함께 압축된다.

그렇지만, 전술한 종래의 기체압축기에서는, 압축기 본체(4)로부터 토출된 고압의 냉매가스가 오일분리기(5)로 공급되지만, 오일분리기(5)에서는 이 고압의 냉매가스를 가스성분과 오일성분으로 완전히 분리하는 것이 곤란하다. 이 때문에 분리되지 않은 오일성분(이하 "미분리오일분(un-separated oil portion)"라 함)이 미스트 오일로서 공기조화시스템(8)의 응축기(9), 증발기(11) 등으로 유출하여, 공기조화시스템(8)의 오일순환율(Oil Circulated Ratio: 이하 OCR이라 함)이 높아지고, 본래 냉각과는 직접관련 없는 오일이 공기조화시스템(8) 내를 다수 순환하게 되버려, 냉각효율을 나쁘게 한다. 또한, 공기조화시스템(8)의 응축기(9) 쪽으로 오일성분이 유출하면, 기체압축기 내의 오일이 줄고, 오일부족에 의한 기체압축기의 윤활불량이 생길 수 있는 등의 문제점이 있다. 더욱이, 냉매가스의 가스성분과 오일성분을 보다 높은 비율로 분리시키기 위해서는, 냉매가스와 오일이 용해되기 어려운 조합의 것을 사용하는 것이 고려되고 있지만, 이 경우에는 기체압축기로부터 방출된 오일이 증발기(11) 등 내부에서 냉각되고 오일의 점도가 상승하여 기체압축기로 복귀하지 않게 되고, 오일 부족에 의한 기체압축기의 윤활불량이 생길 수 있는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적하는 바는, 공기조화시스템에서의 냉각효율의 향상과, 오일부족에 의한 윤활불량의 방지를 도모하기에 적합한 기체압축기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 기체압축기의 한 실시형태(단일압축기)의 종단면도,

도 2는 도 1에 도시한 화살표 A 방향에서 본 도면,

도 3은 본 발명에 관한 기체압축기의 다른 실시형태(다중압축기)를 평면으로부터 본 상태의 일부 단면도,

도 4는 도 3의 A-A선을 따라 절개한 상태의 단면도,

도 5는 도 1에 도시한 단일압축기의 경우에서, 압축기 1회전에 따른 흡입가스 배제용적에 대한 토출실 공간용적의 비와 OCR과의 관계를 나타내는 설명도,

도 6은 도 3에 도시한 다중압축기의 경우에서, 압축기 1회전에 따른 흡입가스 배제용적에 대한 토출실 공간용적의 비와 OCR과의 관계를 나타내는 설명도,

도 7은 오일 중에 냉매가스가 10%용해할 때, 냉매가스오일의 조합이 달라짐에 따른 온도와 압력의 관계를 나타내는 설명도,

도 8은 종래의 기체압축기를 나타내는 단면도, 그리고,

도 9는 공기조화시스템을 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 케이스 2: 프론트 헤드

3: 케이싱 4: 압축기 본체

4a: 로터 축 4b: 로터

4c: 프론트 사이드 블록 4d: 실린더

4e: 리어 사이드 블록 5: 오일분리기

6: 흡입실 6a: 흡입구

7: 토출실 7a: 토출구

7b: 오일저장소 8: 공기조화시스템

9: 응축기 10: 팽창밸브

11: 증발기 700: 공유 토출실

전술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 흡입실의 냉매가스를 윤활용 오일과 함께 압축하여 이것을 토출실 측으로 토출하는 압축기 본체와, 상기 압축기 본체로부터 토출한 고압의 냉매가스를 가스성분과 오일성분으로 분리하는 오일분리기를 구비하고, 이 가스성분은 상기 토출실로부터 공기조화시스템의 응축기 등을 통해서 상기 흡입실로 복귀하고, 또한 다시 냉매가스로서 오일과 함께 압축되고, 상기 오일성분은 상기 토출실 바닥의 오일저장소에 일시 저류되며, 또한 다시 냉매가스와 함께 압축되는 구조의 기체압축기에서, 상기 토출실의 공간용적을 공기조화시스템의 오일 순환율을 작게 하며, 기체압축기 내부에 충분한 오일량을 확보하는 데에 필요한 큰 용적으로 확대하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 압축기 본체 및 오일분리기를 수납하는 케이싱을 가지며, 이 케이싱 안쪽과 압축기 본체의 앞쪽 사이에 형성된 공간을 흡입실로 하고, 이 케이싱 안쪽과 압축기 본체의 뒤쪽 사이에 형성된 공간을 토출실로 하여 구비하고, 상기 토출실의 공간용적의 확대는 상기 케이싱 안쪽을 바깥쪽으로 돌출시켜서 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 복수의 압축기본체와 1개의 토출실을 가지며, 상기 각 압축기본체마다에 각각 흡입실의 냉매가스를 오일과 함께 압축하고, 이것을 오일분리기에서 가스성분과 오일성분으로 분리하여 상기 1개의 토출실 쪽으로 토출하며, 상기 1개의 토출실로부터 공기조화시스템의 응축기 등을 통해 상기 흡입실로 복귀하며, 또한, 다시 냉매가스로서 오일과 함께 압축되고, 상기 오일성분은 상기 토출실 바닥부의 오일저장소에 일시 저류되고, 또한 다시 냉매가스와 함께, 압축되는 구조의 기체압축기에서, 상기 1개의 토출실의 공간용적이 공기조화시스템의 오일순환율을 작게 하며, 또한 기체압축기 내에 충분한 오일량을 확보하는 데 필요한 만큼 큰 용적으로 한 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 토출실의 공간용적이 압축기 1회전에 따른 흡입가스 배제용적의 2배 이상 10배 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 본 발명은, 1개의 토출실의 공간용적이, 복수의 압축기 1회전에 따른 흡입가스 배제용적의 10배 이상 30배 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 본 발명은, 오일과 냉매가스의 조합이, PAG계 오일과 R22냉매, PAG계 오일과 R407C 냉매, 에테르계 오일과 R407C 냉매, 가보네이트계 오일과 R407C 냉매, 카보네이트계 오일과 R410a 냉매, 에스테르계 오일과 R410a 냉매 또는 PAG계 오일과 R134a 냉매 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는 토출실의 공간용적이 전술한 바와 같이 큰 용적이므로, 오일분리기에서 완전히 분리되지 못한 오일성분(미분리오일분)을 포함하는 고압냉매가스가 토출실에 오래 머무르게 되기 때문에, 이 미분리오일분이 토출실 바닥부의 오일저장소에 자체 하중으로 낙하하는 비율이 증가하고, 공기조화시스템의 응축기, 증발기 등으로의 미분리오일분 유출량이 대폭 감속한다.

또한, 본 발명에서, 오일순환율 또는 OCR이란 압축기 내에 충전된 오일의 일부가 압축기의 운전에 의해 공기조화시스템 내로 방출될 때의 압축기를 제외한 공기조화시스템 내의 임의의 개소에서 냉매가스성분과 오일성분의 혼합물 전체량에 대한 오일성분량의 비율이다. 또한, 압축기 1회전에 따른 흡입가스 배제용적이란, 압축기 본체가 로터의 회전에 의해 냉매가스를 압축하는 구조의 경우, 이 로터가 1회전하였을 때에 배제하는 흡입가스의 이 압축기의 구조와 치수로부터 산출 가능한 이론적 체적이다. PAG는 폴리알킬렌글리콜의 약칭이다.

이하, 본 발명에 관한 기체압축기의 실시형태에 대해서 도 1 및 도 7을 기초로 상세히 설명한다.

또한 기체압축기의 기본적 구성에서, 예를 들면, 기체압축기가 압축기 본체(4)와 오일분리기(5) 등을 가지고, 압축기 본체(4)는 흡입실(6)의 냉매가스를 윤활용의 오일과 함께 압축하고, 이것을 토출실(7) 측으로 토출하도록, 또한 오일분리기(5)는 압축기 본체(4)로부터 토출된 고압 냉매가스를 가스성분과 오일성분으로 분리하도록 구성되어 있는 것 등은 종래와 동일하기 때문에, 그것과 동일한 부재에는 동일 부호를 부여하고, 그 상세한 설명도 생략한다.

도 1에 도시한 기체압축기는, 토출실의 공간용적이 종래의 기체압축기(도 8참조)에 비해서 확대되어, 큰 용적의 토출실(7)을 구비하고 있는 것으로서 구성되어 있다.

즉, 도 1에 도시한 기체압축기는, 압축기 본체(4) 및 오일분리기(5)를 수납하는 케이싱(3)을 가지고, 이 케이싱 안쪽과 압축기 본체(4)의 사이에 형성되는 공간을 흡입실(6)로 하고, 또한 당해 케이싱 안쪽과 압축기 본체(4)의 뒤쪽 사이에 형성되는 공간을 토출실(7)로 구비하고 있는 점은 종래의 것과 동일하지만, 도 1에 도시한 기체압축기에서는, 토출실(7)의 공간용적을 종래 구성의 기체압축기보다 확대하도록, 그 확대의 수단으로서 토출실(7)의 내벽을 구성하는 케이싱(3)의 안쪽(케이스 본체(1)의 뒤쪽 내벽면)이 바깥쪽으로 돌출하고 있다는 점에서, 종래의 것과 다르다. 요컨대, 도 1에 도시하는 기체압축기에서는 케이싱(3)의 뒤쪽은 케이싱(3)의 동체복부(3a)(압축기 본체(4)의 외주를 포위하는 잘록한 부분)보다 크게 팽창한 외관형태를 상정하였지만, 이 팽창되어 보이는 부분의 안쪽이 큰 용적의 토출실(7)이다.

토출실(7)의 공간용적을 확대하면, 미분리오일분(오일분리기(5)에서 완전히 분리되지 않은 오일성분)을 포함하는 고압냉매 가스는 충분한 시간을 걸쳐 토출실(7)을 통과하고 토출구(7a) 쪽에 이른다. 이렇게, 고압냉매가스의 토출실(7)의 통과시간이 길어지게 되면, 고압냉매가스 중의 미분리오일분이 토출실(7) 바닥부의 오일저장소(7b)에 자체 하중으로 낙하하는 양이 종래에 비해 증가하고, 공기조화시스템(8)의 응축기(9) 쪽으로(도 9 참조)의 미분리오일분의 유입량을 대폭으로 감소시키는 것, 및 기체압축기 내에 오일을 충분히 저류하여 두는 것이 가능하게 된다. 따라서, 토출실(7)은 종래에 비해서 큰 용량으로 되고 있지만, 그 용적은 전술한 바와 같이, 공기조화시스템(8) 내의 오일순환율을 적게 하고 또한 충분한 오일량을 확보하는 데 필요한 큰 용적까지 확대되고 있다.

다음으로, 전술한 바와 같이 구성된 기체압축기의 작용에 대해 도 1을 기초로 설명한다. 또한, 기체압축기가 운전을 개시하면 흡입실(6)의 냉매가스가 압축기본체(4) 내로 흡입되고, 이 흡입된 냉매가스는 압축기본체(4) 내에서 오일과 함께 압축된 후, 고압 냉매가스로서 토출실(7) 쪽으로 토출되는 것, 그리고 압축기 본체(4)로부터 토출된 고압의 냉매가스는 오일분리기(5)에 의해 가스성분과 오일성분으로 나뉘어지고, 가스성분은 토출실(7)로부터 케이스(1)의 토출구(7a), 공기조화시스템의 응축기 등을 통과한 후, 흡입구(6a)를 통해 흡입실(6)로 복귀하고, 또한 다시 냉매가스로서 오일과 함께 압축되는 한편, 오일성분은 토출실(7) 바닥의 오일저장소(7b)에 일시 저류되고, 또한 다시 오일로서 냉매가스와 함께 압축되는 것은 종래와 동일하다.

이 기체압축기에서도, 압축기본체(4)로부터 토출된 고압의 냉매가스를 오일분리기(5)에 의해 가스성분과 오일성분으로 완전히 분리하는 것은 곤란하며, 토출실(7)의 고압냉매가스 중에는 완전히 분리되지 못한 오일성분(미분리오일분)이 미스트 오일 상태로 포함되어 있지만, 이러한 미분리오일분 중 공기조화시스템(8)의 응축기(9) 쪽(도 9참조)으로 유출하는 양은 극히 일부이며, 대부분의 미분리오일분은 토출실(7) 바닥부의 오일저장소(7b)로 낙하한다.

요컨대, 도 1에 도시한 기체압축기에서는 종래에 비해 토출실(7)의 공간용적을 확대하는 것이므로, 미분리오일분을 포함하는 고압냉매가스의 토출실에서의 정류시간이 종래 구성의 기체압축기 보다 길게 되며 일시적으로 유지되기 때문에, 고압냉매가스 중 미분리오일분은 그 대부분이 토출실(7) 바닥부의 오일저장소(7b)로 자체 하중으로 낙하한다. 이 때문에, 공기조화시스템(8)의 응축기(9) 쪽으로의 미분리오일분 유출량이 대폭 감소하고, 당해 공기조화시스템(8)의 오일순환률이 낮아진다. 따라서, 본래 냉각과는 직접관계가 없는 오일이 공기조화시스템(8) 내를 다량으로 순환하지 않게 되어, 공기조화시스템(8) 중의 오일순환율을 낮게 억제할 수 있으며 냉각효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한 기체압축기 내에 오일을 충분히 저류하여 둘 수 있어서 오일부족에 의한 기체압축기의 윤활불량도 방지할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 케이싱(3)의 내측을 이 케이싱(3)의 동체복부(3a)보다도 크게 바깥쪽으로 돌출시키는 것에 의해, 토출실(7)의 공간용적을 확대하였지만, 토출실(7)의 용적확대는 그 이외의 방법, 예를 들면, 케이싱(3) 안쪽부분의 압축기본체(4) 등을 소형화하는 것으로 토출실(7) 공간용적의 상대적인 확대를 도모하는 것도 가능하다.

도 3은 본 발명과 관련된 기체 압축기의 다른 실시형태를 도시한 것이다. 이 도면의 기체압축기는 다중압축기(multi-compressor)라고 부르는 것으로서, 케이싱 본체(1) 내에 2대의 압축기본체(4, 4)와, 그 압축기 본체(4, 4) 각각에 설비된 오일분리기(5, 5)와, 압축기본체(4, 4)에 공유의 1개의 토출실(7)을 가지고 있다. 각 압축기본체(4, 4)의 기본적 구성은 도 8에 도시한 기체압축기(이하 단일압축기: single compressor)에서의 압축기본체(4)(도 1참조)와 동일한 형태이므로, 그것과 동일부재에는 동일부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이 도 3의 다중압축기에서의 토출실(7)의 공간 용적은, 1대의 단일압축기에서의 토출실(7) 2개분에 상당하는 것이다.

도 3의 다중압축기에서는 각 압축기본체(4, 4)마다에, 각각 흡입실의 냉매가스를 오일과 함께 압축한다. 그리고, 이 압축된 고압의 냉매가스는, 오일분리기(5, 5)에서 가스성분과 오일성분으로 분리된 후, 공유의 1개의 토출실(7) 쪽으로 토출된다.

요컨대, 도 3에서의 다중압축기에서는 2대의 압축기본체(4, 4)가 고압냉매가스의 토출처로서 1개의 토출실(7)을 공동으로 사용하고 있지만, 본 실시형태는 이러한 토출실(7)(이하, 공유토출실이라고도 한다)의 공간용적을 공기조화시스템의 오일순환율을 적게 하고, 또한 기체압축기 내에 충분한 오일량을 확보하기에 필요한 정도의 큰 용적으로 하는 것이다.

또한, 공유토출실(7)로 토출한 냉매가스 중의 가스성분에 대해서는, 공유토출실(7)에 연통하고 있는 케이스(1)의 1개의 토출구(7a)와 공기조화시스템(8)의 응축기(10) 등을 통과하여 흡입구(6a)로부터 흡입실(6)로 복귀하고, 또한 다시 냉매가스로서 오일과 함께 압축된다. 또한, 공유토출실(7)로 토출된 냉매가스 중의 오일성분에 대해서는 공유토출실(7) 바닥부의 오일저장소(7b)에 일시저류되고, 또한 재차 냉매가스와 함께 압축된다.

그렇지만, 도 8에 도시한 단일압축기를 2대 병렬로 설치한 구조의 것과, 도 3에 도시한 1대의 다중압축기를 비교하면, 도 2와 도 3으로부터 명확한 바와 같이, 도 3의 다중압축기 쪽이 케이스(1)의 토출구(7a)를 오일분리기(5)로부터 멀리 배치할 수 있으므로, 케이스(1) 내에 고압냉매가스가 정류하는 시간을 보다 길게 잡는 것이 가능하고, 고압냉매가스 중의 미분리오일분의 자체 하중에 따른 낙하량이 많아지게 되므로 오일의 분리성능이 높다.

또한, 도 3에 도시한 1대의 다중압축기에서, 2개의 압축기 본체(4, 4) 중 어느 하나만을 운전한 경우(편도 운전)와, 도 8에 도시한 단일압축기를 2대 병렬로 설치한 구조에서 하나만을 운전한 경우와 비교하면, 앞쪽이 오일 분리성능이 좋다. 이것은 다중압축기 쪽이 케이스 본체(1) 내의 공간용적이 커지고, 다중압축기의 공유토출실(7)은 단일압축기의 토출실(7)의 2개분에 상당하는 것이므로, 다중압축기에서는 단일압축기에 비해서 케이스 본체(1) 안에 고압냉매가스가 정류하는 시간이 길어지게 되기 때문이다.

더욱이, 본 실시형태에서와 같이, 다중압축기의 공유토출실(7)의 공간용적을 확대한 경우는, 미분리유 성분을 포함하는 고압냉매 가스의 공유토출실(7)에서의 정류시간이 보다 한층 길게되어 일시적으로 유지되므로, 고압냉매가스 중의 미분리오일분이 공유토출실(7) 바닥부의 오일저장소(7b)에 자체 하중으로 낙하하는 양이 더욱 증가하고, 그 결과, 공기조화시스템의 압축기 쪽으로 미분리오일분의 유입량이 대폭으로 감소하고, 본래 냉각과는 직접관계 없는 오일이 공기조화시스템 내로 순환하지 않고, 공기조화시스템의 오일순환률을 낮게 억제하는 것이 가능하고, 냉각효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한 기체압축기 내에 오일을 충분히 저류하여 둘 수 있고, 오일부족에 의한 기체압축기의 윤활불량도 방지할 수 있다.

도 5는 단일압축기의 경우에 대해서, 압축기 1회전에 따른 흡입가스 배제용적에 대한 토출실공간용적의 비(토출실 공간용적/압축기 1회전에 대한 흡입가스 배제용적)와 OCR(오일순환율)과의 관계를 나타낸 것이다.

도 6은 다중압축기의 경우에 대해서, 압축기 1회전에 따른 흡입가스 배제용적에 대한 토출실 공간용적의 비와 OCR과의 관계를 나타낸 것이다. 또한 도 5, 도 6 모두 오일과 냉매가스의 조합은 PAG계 오일과 R22냉매에 의한 것이다.

여기서, 압축기 1회전에 대한 흡입가스 배제용적이란, 도 1을 사용하여 설명하면, 로터(4b)가 1회전한 때 흡입실(6)로부터 압축기 본체(4)로 흡입되는 저압냉매가스의, 이 압축기본체(4)의 구조와 치수로부터 산출가능한 이론적 체적이다. 또한 OCR이란 전술한 바와 같이, 압축기 내에 충전된 오일의 일부가 이 압축기의 운전에 의해 공기조화시스템 안으로 방출된 때, 이 압축기를 제외하고, 공기조화시스템 내의 임의의 개소에서 냉매가스성분과 오일성분의 혼합물 전체량에 대한 오일성분량의 비율이다. 이 OCR은 통상의 경우, 응축기와 팽창밸브의 사이에서 냉매가 고압의 액체 상태로 되어 있는 부분에서 실측한다.

그런데, OCR은 어느 값 이하인 것이 바람직하다. 즉, 예를 들면, 공기조화시스템의 증발기에서는, 기체압축기 쪽으로부터 응축기에서 응축되고, 팽창밸브에서 감압된 액체 냉매를 관로안으로 통과시켜 열교환을 행하지만, OCR이 너무 큰 경우 오일의 과다 혼입에 따라 증발기 관로 내벽에 두꺼운 오일막이 발생함에 의해 액체 냉매와 관벽 사이의 열전달이 저해되어 열교환율이 저하된다.

이상과 같이, OCR의 대소와, 공기조화시스템의 열전달율의 관계로부터 보면, OCR은 실험상 4% 이하가 적정값, 즉, 공기조화시스템의 열교환 효율을 가장 높게 할 수 있는 값인 것으로 판명되었다. 덧붙여, 다중압축기는 단일압축기의 수배 내지 수십배의 냉매량을 봉입한 공기조화시스템에서 사용되므로, 구조적으로 공기조화시스템에 봉입가능한 오일량 및 봉입한 오일에 걸리는 비용을 고려하여, OCR은 1% 이하가 적정값인 것으로 판명되었다. 또한 OCR은 기체압축기의 회전수에 의해 변화하지만, 기체압축기의 상용 회전수는 3000rpm 부근이므로 이 회전수부근에서 OCR이 적정치로 되는 것이 중요하다.

이렇게 하면, 도 5로부터 명확한 바와 같이, 단일압축기에서는 그 회전수가 3000rpm 인 경우에 OCR이 4%이하의 적정값으로 되는 것은, 토출실(7)의 공간용적이 압축기 1회전에 따른 흡입가스 배제용적의 2배 이상이다. 또한, 도 6으로부터 명확한 바와 같이, 다중압축기에서는 그 회전수가 3000rpm인 경우에, OCR이 1% 이하의 적정값으로 되는 것은, 토출실(7)의 공간용적이 압축기 1회전에 따른 흡입가스 배제용적의 10배 이상이다. 즉, OCR을 적정한 것으로 하는데는 토출실(7)의 공간용적을 크게 하면 할수록 좋지만, 지나치게 크면 실제로 압축기를 제조하거나 공기조화시스템에 부착하거나 하는 데에는, 제조비용이 높게 되거나 취급이 불편하게 되버린다. 이런 점을 고려하면, 단일압축기에서는, 토출실(7)의 공간용적은 압축기 1회전에 따른 흡입가스 배출용적이 2배 이상이고 10배 이하인 것이 가장 바람직하고, 다중압축기에서는 토출실(7)의 공간용적은 압축기 1회전에 따른 흡입가스 배제용적의 10배 이상 30배 이하인 것이 가장 바람직하다.

또한, OCR은 오일과 냉매가스가 용해되기 쉽게 한 정도에 의해서도 변화한다. 즉, 냉매가스가 오일 중에 용해되기 쉽게 한 경우는, 기체압축기 내에 설치되 있는 오일분리기(5)에 의해서도 가스성분과 오일성분으로 분리하기 어렵고, 공기조화시스템(8) 내의 OCR이 높게 되기 쉽다. 거꾸로, 냉매가스가 오일 내에 용해되기 어려울 때는, 기체압축기 내에 설치되어 있는 오일분리기(5)에 의해서 가스성분과 오일성분으로 분리하기 어렵고, 공기조화시스템(8) 내의 OCR은 낮게 되기 쉽다. 따라서, OCR을 낮게 하는 데는 사용하는 냉매가스에 따라서 냉매가스가 용해되기 어려운 오일을 선택하면 바람직할 것으로 생각된다. 그렇지만, 냉매가스가 오일 내에 용해되기 어려운 경우에는 기체압축기로부터 공기조화시스템(8) 내로 방출되는 오일성분이 단위시간에 대해서는 적은 바, 팽창밸브(10)의 출구로부터 증발기(11) 내에 걸쳐서는 저압저온이기 때문에 냉매가스에 용해되지 않은 오일의 점도가 상승하고, 오일이 기체압축기로 복귀되기 어렵다고 하는 문제가 있다. 오일이 기체압축기로 복귀하지 않으면, 압축기본체(4)를 윤활하기 위한 오일저장소(7b)의 오일량이 운전시간과 함께 감소하고, 압축기본체(4)의 윤활부족이 생겨버린다.

따라서, 압축기본체(4)의 윤활부족을 발생시키지 않고 최적의 OCR을 얻기에는 기체압축기 내에서 냉매가스성분과 오일성분을 많이 분리시킴과 함께, 냉매가스와 오일이 용해되기 쉬운 관계에 있는 것이 중요하다. 여기서, 도 7은 오일 중의 냉매가스가 10% 용해되어 있는 경우에, 냉매가스 오일 조합을 다르게 함에 따른 온도와 압력 사이의 관계를 나타낸 것이다. 도 7에서, Go로 표시된 선은 오일 중에 냉매가스가 10% 용해하고 있는 경우의, 오일이 기체압력기로 복귀하기 쉬운가 복귀하기 어려운가의 경계를 나타내며, 냉매가스와 오일의 조합의 사용가부 판단기준으로 되는 온도와 압력의 관계를 나타내고 있다. 즉, 기준값 Go를 넘는 범위(Go로 표시하는 선의 왼쪽 위 범위)에서 오일 중에 냉매가스가 10% 용해하는 냉매가스와 오일의 조합에서는 특히, 공기조화시스템에서의 증발기 등의 저압저온부분의 압력온도가 Go로 표시된 선의 오른쪽 아래 범위로 되기 때문에, 냉매가스가 오일 중에 10%미만밖에 용해되지 않게 되고, 오일의 점도가 높게 되어 오일이 기체압축기로 복귀하기 어려운 것을 나타내고 있다. 이것과는 반대로, 기준값 Go 이하의 범위(Go로 표시된 선의 오른쪽 아래 범위)에서, 오일 중에 냉매가스가 10% 용해하는 냉매가스와 오일의 조합으로는, 증발기 등의 저압저온 부분에서도 냉매가스가 오일 중에 10%이상 용해되고, 냉매가스가 용해되기 쉬운 오일이 기체압축기로 복귀하기 쉬운 것을 나타내고 있다.

오일과 냉매가스의 조합으로는, 여러 가지가 고려되고 있지만, 도 7의 기준값 Go 이하로 되는 용해되기 쉬운 조합은 예를 들면 이 도면에 도시한 바와 같이, (1) PAG계 오일인 PAG(폴리알킬렌글리콜)1오일과 R22 용매, (2) PAG계 오일인 PAG2오일과 R407C 냉매, (3) 에테르계 오일인 에테르오일1과 R407C 냉매, (4) 카보네이트계 오일인 카보네이트1오일과 R407C 냉매, (5) 카보네이트계 오일인 카보네이트2오일과 R401a 냉매, (6) 에스테르계 오일인 에스테르오일1과 R407C, (7) 에스테르계 오일인 에스테르2오일과 R410a 냉매, (8) PAG계 오일인 PAG2오일과 R134a, (9) PAG계 오일인 PAG3오일과 R134a 냉매, (10) PAG계 오일인 PAG4오일과, R134a 냉매이다. 도 7로부터 명확한 바와 같이, 이러한 오일과 냉매의 조합 중, 특히 (1)과 (8)의 조합이 가장 용해되기 쉬운 것임을 알 수 있다. 또한 도 7에 도시하지는 않았지만, 기준값 Go를 넘는 오일과 냉매가스의 용해되기 어려운 조합으로는 파라핀계 오일과 R22냉매, 나프텐계 오일과 R134a 냉매, 알킬벤젠계 오일과 R407C 냉매 등이 있다.

또한, 전술한 실시형태는, 압축기 본체를 2대 설치한 다중압축기에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 2대 이상의 압축기 본체를 가지는 다중 압축기에 대해서도 적용하는 것이 가능하다.

본 발명에 관한 기체압축기에서는 전술한 바와 같이, 토출실의 공간용적을 공기조화시스템의 오일순환율을 적게 또한 기체압축기내에 충분한 오일량을 확보하기 위해 필요한 큰 용적으로 확대한 것이다. 이 때문에, 오일분리기에서 완전히 분리되지 않은 오일 성분(미분리오일분)을 포함하는 고압냉매가스의 토출실에 머무는 정류시간이 길게 되기 때문에 당해 미분리오일분이 토출실 바닥부의 오일저장소에 자체 하중으로 낙하하는 비율이 증가하고, 공기조화시스템의 응축기 쪽으로 미분리오일분의 유입량이 대폭 감소하고, 본래 냉각과는 직접관계가 없는 오일이 공기조화시스템 내를 많이 순환하지 않게 되어, 냉각효율의 향상을 도모한다. 또한 냉매가스와 오일이 용해되기 쉽고 분리되기 어려운 조합의 것이라도, 공기조화시스템 내의 오일 순환율을 적게 할 수 있고, 기체압축기 내에 오일을 충분히 저류하여 둘 수 있으며, 오일 부족에 의한 기체압축기의 윤활불량도 방지할 수 있게 되는 등의 효과가 있다.

Claims

냉매가스를 흡입하고 윤활용 오일과 함께 압축하여, 이 압축된 냉매가스와 오일을 토출하는 압축기본체와,

상기 압축기 본체로부터 토출된 고압의 냉매가스를 가스성분과 오일성분으로 분리하는 오일분리기와,

상기 오일분리기로부터 분리된 상기 가스성분과 오일성분을 일시적으로 공간에 유지시킴과 동시에 상기 가스성분을 공기조화시스템으로 토출시키기 위한 토출구와 상기 오일성분을 바닥부에 저류하는 오일저장소를 구비하고, 공기조화시스템의 오일순환율을 적게 하고 또한 기체압축기 내에 충분한 오일량을 확보하는 데 필요한 만큼 큰 공간용적의 토출실을 구비하는 것을 특징으로 하는 기체압축기.
제1항에 있어서,

상기 토출실은 상기 압축기본체 및 상기 오일분리기를 수납하는 케이싱의 안쪽에 형성됨과 동시에 상기 케이싱의 안쪽을 바깥쪽으로 돌출시켜서 큰 공간용적을 한 것을 특징으로 하는 기체압축기.
제2항에 있어서,

상기 케이싱의 안쪽을 이 케이싱의 동체복부보다도 크게 바깥쪽으로 돌출시켜서 큰 공간용적으로 한 것을 특징으로 하는 기체압축기.
제1항에 있어서,

상기 토출실은 상기 압축기본체 1회전에 따른 흡입가스 배제용적의 2배 이 상 및 10배 이하의 공간용적인 것을 특징으로 하는 기체압축기.
냉매가스를 흡입하고 윤활용 오일과 함께 압축하여, 이 압축된 냉매가스와 오일을 토출하는 복수의 압축기 본체와,

상기 압축기본체로부터 토출되는 고압냉매가스를 가스성분과 오일성분으로 분리하는 오일분리기와,

상기 오일분리기에 의해 분리된 상기 가스성분과 오일성분을 일시적으로 공간에 유지하는 것과 함께, 상기 가스성분을 공기조화시스템으로 토출시키기 위한 1개의 토출구와 상기 오일성분을 바닥부에 저류하는 1개의 오일저장소를 구비하며, 공기조화시스템의 오일순환율을 적게 하고, 또한 기체압축기 내에 충분한 오일량을 확보하는 데 필요한 큰 공간용적의 1개의 토출실을 구비하는 것을 특징으로 하는 기체압축기
제5항에 있어서,

상기 1개의 토출실은 상기 복수의 압축기본체 및 상기 오일분리기를 수납하는 1개의 케이싱의 안쪽에 형성되는 것과 동시에, 이 케이싱의 안쪽을 바깥쪽으로 돌출시켜서 큰 공간용적으로 한 것을 특징으로 하는 기체압축기.
제6항에 있어서,

상기 1개의 케이싱 안쪽을 이 케이싱의 동체복부보다도 크게 하고, 바깥쪽으로 돌출시켜서 큰 공간용적으로 한 것을 특징으로 하는 기체압축기.
제5항에 있어서,

상기 1개의 토출실은 상기 압축기본체 1회전에 따른 흡입가스 배제용적의 10배 이상 30배 이하의 공간용적으로 한 것을 특징으로 하는 기체압축기.
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 오일과 상기 냉매가스의 조합은, PAG계 오일과 R22냉매, PAG계 오일과 R407C 냉매, 에테르계 오일과 R407C 냉매, 가보네이트계 오일과 R407C 냉매, 카보네이트계 오일과 R410a 냉매, 에스테르계 오일과 R410a 냉매 또는 PAG계 오일과 R134a 냉매 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기체압축기.