KR20010014817A - 냉매압축기 및 이것을 이용한 냉동냉방장치 - Google Patents

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고마쯔바라다께오
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다카노 야스아키
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Abstract

냉매로서 디플루오로메탄을 사용해도 윤활유 및 디플루오로메탄의 화학적 안정성을 손상시키지 않고, 성능과 신뢰성이 높은 회전식 압축기 및 냉동냉방장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 복수의 회전압축요소를 단일의 밀폐용기 (2) 내에 수용하고, 밀폐용기 (2) 외부로부터 흡입한 냉매가 복수의 압축요소로 순서대로 압축된 후 밀폐용기 (2) 외부로 토출되는 냉매회로를 구성하고, 냉매로서 디플루오로메탄을 사용함과 동시에, 회전압축요소 (2) 간을 연결하는 냉매회로 중에 냉매를 냉각시키는 중간냉각기 (35) 를 구비하는 것이다.

Description

냉매압축기 및 이것을 이용한 냉동냉방장치{refrigerant compressor and refrigeration cooling apparatus using the same}
본 발명은 냉매로서 디플루오로메탄을 사용한 냉매압축기 및 이 냉매압축기를 사용한 냉동냉방장치에 관한 것이다.
종래, 냉동냉방장치의 냉매로서 클로로디플루오로메탄 (R22, 비등점 -40.8 ℃) 이 통상적으로 사용되어 왔다. 그러나, R22 는 잠재적으로 오존파괴성이 높고, 대기중으로 방출되어 지구상공의 오존층에 도달하면 이 오존층을 파괴한다는 문제가 있어서 프레온가스규제의 대상이 되고 있다.
이 오존층의 파괴는 냉매중의 염소기 (Cl) 에 의해 발생되는 것이 알려져 있다. 그래서 염소기를 포함하지 않는 냉매, 예를 들면 R407C (R32, R125, R134a), R410A (R32, R125), 디플루오로메탄 (HFC-32, R32, 비등점 -52 ℃) 등이 대체냉매의 후보로 오르고 있다.
그러나, R407C, R410A 는 지구온난화효과 (GWP) 가 높지만, 디플루오로메탄은 지구온난화효과 (GWP) 가 비교적 작은 것 및 고효율 (COP 가 약 10 % 증가함) 이라는 등의 이유로부터 R22 의 유력한 대체냉매로서 생각되고 있다.
그러나, 디플루오로메탄을 범용의 회전식 압축기로 압축할 경우, 압축 후의 디플루오로메탄의 온도가 종래의 냉매 (R22) 에 비해 고온이 되고, 회전식 압축기에 사용하는 윤활유 및 디플루오로메탄 자체의 화학적 안정성이 저하되고, 냉동냉방장치 자체의 성능과 신뢰성이 저하된다는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 냉매로서 디플루오로메탄을 사용한 경우라도, 회전식 압축기 내의 윤활유 및 디플루오로메탄의 화학적 안정성을 손상시키지 않고, 성능과 신뢰성이 높은 회전식 압축기 및 그 회전식 압축기를 사용한 냉동냉방회로를 구비한 냉동냉방을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은, 본 발명의 하나의 실시예인 냉동냉방장치에 포함되는 2 실린더방식인 회전식 압축기의 횡단면도이다.
도 2 는, 본 발명의 하나의 실시예인 냉동냉방장치의 냉동냉방회로도이다.
도 3 은, 본 발명의 하나의 실시예인 냉동냉방장치의 냉동냉방회로에 있어서의 몰리에르선도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 회전식 압축기 2: 밀폐용기
3: 전동요소 4: 회전축
5: 회전압축요소 14: 상실린더
15: 하실린더 18: 상롤러
19: 하롤러 20: 상베인
21: 하베인 22: 메인프레임
23: 베어링플레이트 35: 중간냉각기
42: 과냉각기
청구항 1 에 기재된 냉동냉방장치는, 냉매로서 디플루오로메탄을 사용하고, 복수단(複數段)압축되는 디플루오로메탄을 냉각시키는 중간냉각기를 회전압축요소간의 냉매회로 중에 설치하고 있다.
이에 따라, 후단의 회전식 압축기로 흡입되는 디플루오로메탄의 온도가 저하되고, 최종적으로 압축된 디플루오로메탄의 온도가 낮게 유지되어 윤활유 및 디플루오로메탄의 화학적 안정성이 손상되지 않는다.
청구항 2 에 기재된 냉동냉방장치는, 냉매로서 디플루오로메탄을 사용하고, 냉동냉방회로 중에 디플루오로메탄을 냉각시키는 과냉각기를 설치하고 있다.
이에 따라, 회전식 압축기로 흡입되는 디플루오로메탄의 온도가 저하되고, 압축 후의 디플루오로메탄의 온도가 저하되어 윤활유 및 디플루오로메탄의 화학적 안정성이 손상되지 않는다.
청구항 3 에 기재된 냉동냉방장치는, 냉매로서 디플루오로메탄을 사용하고, 복수단압축되는 디플루오로메탄을 냉각시키는 중간냉각기를 회전압축요소간의 냉매유통경로 내에 설치하고, 또 냉동냉방회로 중에 디플루오로메탄을 냉각시키는 과냉각기를 설치하고 있다.
이에 따라, 회전식 압축기로 흡입되는 디플루오로메탄의 온도가 더욱 저하되고, 압축 후의 디플루오로메탄의 온도가 한층 저하되어 윤활유 및 디플루오로메탄의 화학적 안정성이 손상되지 않는다.
이하, 본 발명의 하나의 실시예에 대해 도면을 참조하며 설명한다.
도 1 에는, 본 발명의 냉동냉방장치에 포함되는 회전식 압축기의 횡단면도를 나타내었다.
1 은 회전식 압축기 (로터리식 컴프레서) 로서 회전압축요소를 구성하는 2 개의 실린더를 갖고 있다. 이 압축기 (1) 는, 철판을 드로잉 가공한 금속통의 개구를 막아 구성한 밀폐용기 (2) 내의 상부에 전동요소 (전동기: 3) 와 이 전동요소 (3) 의 하부에 설치되고, 전동요소 (3) 의 회전축 (4) 에서 회전구동되는 회전압축요소 (5) 를 구비하고 있다.
또, 상기 밀폐용기 (2) 는 하부를 윤활유저장으로 하고, 상기 전동요소 (3) 및 회전압축요소 (5) 를 수납하는 용기체 (금속통: 2A) 와 이 용기체 (2A) 의 개구를 밀폐시키는 밀폐마개 (2B) 로 이루어지는 것으로, 이 밀폐마개 (2B) 에는 상기 전동요소 (3) 로 전력을 공급하기 위한 밀봉터미널단자 (배선은 생략: 6) 가 부착되어 있다.
또, 전동요소 (3) 는 회전자 (7) 및 고정자 (8) 로 이루어지는 것이고, 회전자 (7) 는 전자강판(電磁鋼板)을 복수장 적층시킨 적층체 (10) 내부에 도시하지 않은 영구자석을 수납하여 이루어지는 것이고, 고정자 (8) 는 링형상의 전자강판을 복수장 적층시킨 적층체 (12) 의 슬롯(slot)에 고정자 권선 (11) 을 삽입한 것으로 회전자 (7) 의 주위에 배치되어 있다. 또한, 9 는 밸런서(balancer)이다.
이 구조는 직류모터라고 하는데, 바구니형의 회전자를 갖는 유도전동기라는 모터를 사용해도 된다.
또한, 자동차 등의 에어콘에 사용할 경우, 자동차의 엔진 등을 구동원으로 하는 개방형의 회전식 압축기를 구성해도 된다.
또, 회전압축요소 (5) 는 플레이트 (중간구분판: 13) 와, 이 플레이트 (13) 의 상하에 부착된 상하실린더 (14, 15) 와, 이 상하실린더 (14, 15) 내를 회전축 (4) 의 상하편심부 (16, 17) 의 회전에 의해 회전하는 상하롤러 (18, 19) 와, 이 상하롤러 (18, 19) 에 접하여 상하실린더 (14, 15) 내를 고압실과 저압실로 구획하는 상하베인(vane) (20, 21) 과, 상하실린더 (14, 15) 의 상하의 개구를 폐쇄함과 동시에, 상기 회전축 (4) 의 회전을 허용하는 메인프레임 (22), 베어링플레이트 (23) 로 구성되어 있다.
또한 이들은 메인프레임 (22), 상실린더 (14), 플레이트 (13), 하실린더 (15), 베어링플레이트 (23) 의 순으로 배치되어 볼트 (24) 로 연결되어 있다.
또, 상기 회전축 (4) 에는, 상기회전압축요소 (5) 의 각 접동부에 윤활유를 공급하기 위한 급유공 (25) 이 설치되어 있다. 또한, 회전축 (4) 의 외주면에는, 이 급유구 (25) 와 연통하여 윤활유를 상하롤러 (18, 19) 의 내측으로 유도하는 급유구(溝) (26) 가 형성되어 있다. 또한, 상기 상하베인 (20, 21) 에는 상기 상하롤러 (18, 19) 에 대해 항상 힘을 인가하기 위한 스프링 (27) 이 설치되어 있다.
여기서, 윤활유는 광물유 (미네럴오일), 알킬벤젠유, 에테르유, 에스테르유 등의 기존의 윤활유가 이용가능하다.
또, 상기 상하실린더 (14, 15) 에는 냉매를 도입하는 상하도입관 (도시하지 않음) 이 설치되어 있음과 동시에, 냉매를 토출하는 상하출구관 (30, 31) 이 각각 설치되어 있다. 그리고, 이들 상하도입관 및 상하출구관 (30, 31) 에는 냉매배관 (32, 33, 34) 이 각각 접속되어 있다.
또한, 50 은 밀폐용기 (2) 를 지지하기 위한 받침대이고, 36 은 석션머플러(suction muffler)이다.
이와 같이 구성된 회전식 압축기 (1) 는 전동요소 (3) 가 통전(通電)되어 회전함으로써 회전압축요소 (5) 의 상롤러 (18), 하롤러 (19) 가 회전한다. 상롤러 (18) 가 회전함으로써 흡입측 냉매배관 (33), 상도입관을 통하여 상실린더 (14) 로 냉매가 흡입되고, 이 냉매가 압축된 후, 압축냉매가 상출구관 (30) 으로부터 냉매배관 (34) 으로 토출된다.
이 냉매배관 (34) 은 중간냉각기 (34) 를 통하여 석션머플러 (36) 로 연결되고, 상실린더 (14) 에서 압축된 냉매는 석션머플러 (36) 내에서 후기하는 과냉각 후의 냉매와 서로 혼합된 후, 하롤러 (19) 의 회전으로 하도입관을 통하여 하실린더 (15) 로 냉매가 흡입되고, 이 냉매가 압축된 후, 압축냉매가 하출구관 (31) 으로부터 냉매배관 (32) 으로 토출된다.
중간냉각기 (34) 는 냉매와 공기와의 열교환을 실행시키는 열교환기이며 냉매의 온도를 낮출 수 있는 구조이면 된다.
다음으로, 이와 같이 구성된 회전식 압축기 (1) 를 사용한 냉매회로를 도 2 및 도 3 에 나타내는 몰리에르선도를 사용하여 설명한다.
회전식 압축기 (1) 의 하실린더 (15) 에 설치된 하출구관 (31) 과 응축기 (37) 가 토출측 냉매배관 (32) 을 통하여 접속되어 있고, 이 응축기 (37) 와 냉각기 (38) 는 팽창밸브 (39) 를 통하여 냉매배관 (40) 에서 접속되어 있다. 또, 이 냉각기 (38) 와 회전식 압축기 (1) 의 상실린더 (14) 의 상도입관은 흡입측 냉매배관 (33) 에서 접속되어 있다.
또한, 상기 응축기 (37) 와 팽창밸브 (39) 를 접속하는 냉매배관 (40) 에는, 바이패스팽창밸브 (41) 를 통하여 과냉각기 (42) 와 접속하는 바이패스관 (43) 이 설치되어 있다.
또, 과냉각기 (42) 로부터의 과냉각기 냉매배관 (44) 은, 상기 회전식 압축기 (1) 의 상실린더 (14) 의 상출구관 (30) 으로부터 중간냉각기 (30) 를 통하여 얻어지는 접속냉매배관 (34) 에 석션머플러 (36) 로 결합된 후, 하실린더 (15) 의 도시하지 않은 하도입관 (29) 으로 접속되어 있다.
과냉각기 (42) 는, 이중관으로 구성되고, 바이패스관 (43) 으로부터의 냉매를 내측으로 흘리고, 냉매배관 (40) 의 냉매를 외측으로 흘리고 있다. 이것은, 반대로 내측에 냉매배관 (40) 의 냉매를 흘리고, 외측으로 바이패스관 (43) 의 냉매를 흘려도 된다.
또한, 바이패스관 (43) 의 냉매와 냉매배관 (40) 의 냉매를 열전도적으로 접촉시킬 수 있는 구조이면 된다.
또, 상기 바이패스관 (43) 과 분기한 후의 냉매배관 (40) 은, 과냉각기 (42) 로 연결되고, 과냉각기 (42) 에서, 냉매배관 (40) 을 거친 냉매와 바이패스팽창밸브 (41) 로 압축되어 이 과냉각기 (42) 에서 증발하는 냉매가 열전도가 가능하게 접촉하고, 냉매배관 (40) 을 거친 냉매가 냉각되어 이 냉매가 과냉각기 상태에 도달한다. 그런 후, 이 냉각된 냉매는 전술한 팽창밸브 (39) 로 공급되는 것이다.
따라서, 2 실린더방식의 회전식 압축기 (1) 에서 압축되고, 고온ㆍ고압이 된 디플루오로메탄의 가스용매가 응축기 (37) 에서 냉각되고, 또한 과냉각기 (42) 에서 과냉각상태까지 냉각되고, 팽창밸브 (39) 로 감압된다. 그런 후, 냉각기 (38) 로 유입하고 증발하여 방열한 디플루오로메탄의 가스용매는, 다시 흡입측 냉매배관 (33) 으로부터 회전식 압축기 (1) 로 돌아오게 된다.
또, 응축기 (37) 에서 응축된 냉매의 일부는, 바이패스관 (43) 으로 분류(分流)하고, 바이패스팽창밸브 (41) 로 감압된 후, 과냉각기 (42) 에서 증발하여 냉매배관 (40) 내의 냉매로부터 수열(收熱)한다. 과냉각기 (42) 에서 수열하여 가스형상이 된 냉매는, 상실린더 (14) 에서 고온, 고압으로 압축된 가스형상의 냉매와 혼합되고, 고온, 고압인 가스용매의 온도를 낮춘 후, 하실린더 (15) 로 흡입된다. 또한, 과냉각기 (42) 에서 수열한 후의 냉매는 상기 상실린더 (14) 의 토출 후의 고온, 고압냉매보다 저온이다.
도 3 에는, 본 발명의 냉동냉방장치인 냉동냉방회로에 있어서의 몰리에르선도를 나타내었다.
도 3 의 A 점은 하실린더 (15) 로 흡입되는 냉매의 상태를 나타내고 (과냉각기 (42) 에서 증발한 냉매 및 압축기 (1) 의 상실린더 (14) 로부터 토출된 냉매가 합류한 냉매), B 점은 하실린더 (15) 로부터 토출되는 냉매의 상태를 나타내고 있다.
B 점에서는, 중간냉각기 (35) 가 없고 또 과냉각기가 없는 냉매의 상태 (B'에서 나타내는 냉매의 상태) 보다 동일한 압력에서 저온이 되어 있다.
그리고, C 점은 응축기 (37) 에서 냉각되어 응축 (액화) 된 후, 바이패스팽창밸브 (41) 의 입구에 도달한 냉매의 상태를 나타내고, 이 바이패스팽창밸브 (41) 로 감압된 냉매의 상태가 D 로 나타난다. 이 D 로 나타나는 냉매는 과냉각기 (42) 에서 증발하여 가스화하고, A 로 나타나는 상태의 냉매가 된다. 냉매배관 (40) 을 거친 냉매는, 바이패스팽창밸브 (41) 로 감압된 냉매의 증발로 E 로 나타나는 상태까지 냉각된다.
또, 과냉각되어 E 로 나타나는 상태가 된 냉매는, 팽창밸브 (39) 로 감압되고, F 로 나타내는 상태의 냉매가 된다. 그런 후, 냉각기 (38) 에서 증발하여 G 점으로 나타낸 바와 같이 수열하여 고온의 냉매가 된다.
H 는 상실린더 (14) 에서 압축되고, 고온, 고압이 된 냉매의 상태를 나타내고, 이 냉매는 전술한 과냉각기 (42) 에서 증발하여 압력이 저하되어 상승한 냉매 (단, 전술한 바와 같이, 상실린더 (14) 의 토출 후의 고온, 고압냉매보다 저온) 와 서로 혼합되고, A 에 나타낸 상태와 같이, 온도저하된 냉매가 하실린더 (15) 로 흡입된다.
이상과 같이, 복수단압축해도 회전식 압출기 (1) 의 토출가스온도를 낮게 억제할 수 있다. 따라서, 회전식 압축기 (1) 에 특별한 기구를 설치하지 않고 디플루오로메탄을 압축할 수 있고, 또 디플루오로메탄냉매 자체 및 종래의 윤활유라도 화학적 안정성을 손상시키지 않는다.
또, 이상에서 상세히 설명한 냉동냉방장치는 요부를 변경하지 않는 범위에서 각종의 변형이 가능하고, 가정용 에어콘, 업무용 에어콘 (패키지 에어콘), 자동차용 에어콘, 가정용 냉장고, 업무용 냉장고, 업무용 냉동냉장고, 쇼케이스, 자동판매기 등이 다른 실시형태로서 들 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것이 아니기 때문에, 특허청구범위에 기재된 취지로부터 일탈하지 않는 범위에서 각종의 변형실시가 가능하다.
청구항 1 에 기재된 본 발명에 의하면, 중간냉각기를 구비하기 때문에 회전식 압축기로부터 토출된 냉매인 디플루오로메탄의 온도가 저하되고, 윤활유 및 디플루오로메탄의 화학적 안정성이 손상되지 않아서 냉동냉방장치의 성능과 신뢰성의 향상이 가능해진다.
청구항 2 에 기재된 본 발명에 의하면, 과냉각기를 구비하기 때문에 회전식 압축기로부터 토출된 냉매인 디플루오로메탄의 온도가 저하되고, 윤활유 및 디플루오로메탄의 화학적 안정성이 손상되지 않아서 냉동냉방장치의 성능과 신뢰성의 향상이 가능해진다.
청구항 3 에 기재된 본 발명에 의하면, 중간냉각기와 과냉각기를 구비하기 때문에 회전식 압축기로부터 토출된 냉매인 디플루오로메탄의 온도가 더욱 한층 저하되고, 윤활유 및 디플루오로메탄의 화학적 안정성이 손상되지 않아서 냉동냉방장치의 성능과 신뢰성의 향상이 더욱 가능해진다.

Claims (3)

  1. 실린더 내부에, 회전하는 롤러 및 이 롤러에 맞닿음으로써 상기 실린더 내부에 압축공간을 형성하는 베인을 각각 구비한 복수의 회전압축요소를 단일의 밀폐용기 내에 수용하고, 상기 밀폐용기 외부로부터 흡입한 냉매가 상기 복수의 압축요소로 순서대로 압축된 후 상기 밀폐용기 외부로 토출되는 냉매회로를 구성하고, 상기 냉매로서 디플루오로메탄을 사용함과 동시에, 상기 회전압축요소간을 연결하는 냉매회로 중에 상기 냉매를 냉각시키는 중간냉각기를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉매압축기.
  2. 실린더 내부에, 회전하는 롤러 및 이 롤러에 맞닿음으로써 상기 실린더 내부에 압축공간을 형성하는 베인을 각각 구비한 복수의 회전압축요소를 단일의 밀폐용기 내에 수용하고, 상기 밀폐용기 외부로부터 흡입한 냉매가 상기 복수의 압축요소로 순서대로 압축된 후 상기 밀폐용기 외부로 토출되는 냉매회로를 구성한 냉매압축기와 응축기와 팽창밸브와 냉각기를, 냉각배관을 사용하여 고리형상으로 접속시킨 냉동냉방회로를 구비한 냉동냉방장치로서, 상기 냉매로서 디플루오로메탄을 사용함과 동시에, 상기 냉동냉방회로 중에 상기 냉매압축기로에서 압축되어 토출되는 상기 냉매의 온도를 저하시키는 과냉각기를 구비한 것을 특징으로 하는 냉매압축기 및 이것을 사용한 냉동냉방장치.
  3. 실린더 내부에, 회전하는 롤러 및 이 롤러에 맞닿음으로써 상기 실린더 내부에 압축공간을 형성하는 베인을 각각 구비한 복수의 회전압축요소를 단일의 밀폐용기 내에 수용하고, 상기 밀폐용기 외부로부터 흡입한 냉매가 상기 복수의 압축요소로 순서대로 압축된 후 상기 밀폐용기 외부로 토출되는 냉매회로를 구성하고, 상기 회전압축요소간을 연결하는 냉매회로 중에 상기 냉매를 냉각시키는 중간냉각기를 구비한 냉매압축기와 응축기와 팽창밸브와 냉각기를, 냉각배관을 사용하여 고리형상으로 접속시킨 냉동냉방회로를 구비한 냉동냉방장치로서, 상기 냉매로서 디플루오로메탄을 사용함과 동시에, 상기 냉동냉방회로 중에 상기 냉매압축기로에서 압축되어 토출되는 상기 냉매의 온도를 저하시키는 과냉각기를 구비한 것을 특징으로 하는 냉매압축기 및 이것을 사용한 냉동냉방장치.
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