KR20070042078A - Two stage screw compressor and compression refrigerator using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 2단 스크류 압축기는, 흡입 압력의 변화에 따라서 행정 체적 가변 수단에 의해 1단측 압축기 및 2단측 압축기의 적어도 어느 한쪽의 행정 체적을 변화시켜 1단측 압축기와 2단측 압축기의 행정 체적비를 조정하는 행정 체적비 조정 수단과, 회전 제어 수단에 의해 모터의 회전수를 변화시켜 용량을 조정하는 용량 조정 수단을 구비한다. 이러한 구성에 의해, 중간 압력을 이상적인 값으로 하도록 1단측과 2단측의 행정 체적비를 조정하는 동시에, 증발 온도의 변화에 따라서 1단측과 2단측의 압축기의 부담을 경감하고, 효율이 좋은 운전을 행할 수 있다. In the two-stage screw compressor of the present invention, the stroke volume ratio of the first-stage compressor and the second-stage compressor is adjusted by changing the stroke volume of the first-stage compressor and the second-stage compressor by the stroke volume varying means in accordance with the change of the suction pressure. And a capacity adjusting means for adjusting the capacity by varying the rotational speed of the motor by the rotation volume ratio adjusting means. With this configuration, the stroke volume ratio of the first and second stages is adjusted so that the intermediate pressure is an ideal value, and the burden of the compressors of the first and second stages can be reduced according to the change of the evaporation temperature, and the operation can be performed efficiently. Can be.
2단 스크류 압축기, 오일 세퍼레이터, 응축기, 팽창 밸브, 증발기, 케이싱 2-stage screw compressor, oil separator, condenser, expansion valve, evaporator, casing
Description
도1은 본 발명에 관한 2단 스크류 압축기를 구비한 2단 압축 냉동기 사이클을 도시하는 도면. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 shows a two stage compression freezer cycle with a two stage screw compressor according to the present invention.
도2는 도1의 2단 스크류 압축기의 피스톤 밸브의 확대 단면도. FIG. 2 is an enlarged sectional view of the piston valve of the two stage screw compressor of FIG.
도3은 증발 온도의 변화에 대한 2단 스크류 압축기의 흡입 압력, 중간 압력, 토출 압력의 변화를 나타내는 그래프. 3 is a graph showing changes in suction pressure, intermediate pressure, and discharge pressure of a two-stage screw compressor with respect to a change in evaporation temperature.
도4는 증발 온도의 변화에 대한 2단 스크류 압축기의 이상적인 중간 압력과 행정 체적비가 일정한 경우의 중간 압력의 변화를 나타내는 그래프. 4 is a graph showing the change in the intermediate pressure when the ideal middle pressure and the stroke volume ratio of the two-stage screw compressor are constant with respect to the change in the evaporation temperature.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 2단 스크류 압축기1: two stage screw compressor
2 : 오일 세퍼레이터2: oil separator
3 : 응축기3: condenser
4 : 팽창 밸브4: expansion valve
5 : 증발기5: evaporator
6: 냉매 순환유로6: refrigerant circulation flow path
7 : 1단측 압축기7: 1 stage compressor
8 : 케이싱8: casing
9 : 구동축9: drive shaft
10 : 2단측 압축기10: two stage compressor
11 : 2단측 압축기 케이싱11: two stage compressor casing
12 : 모터12: motor
13 : 모터 케이싱13: motor casing
14 : 흡입구14: suction port
15 : 필터15: filter
16 : 토출구16 discharge port
17 : 실린더17: cylinder
18 : 피스톤 밸브18: piston valve
19 : 가스 공간19: gas space
20 : 유압 공간20: hydraulic space
21 : 구멍21: hole
22 : 코일 스프링22: coil spring
[문헌 1] 일본 특허 공개 평11-117879호 공보[Document 1] Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-117879
[문헌 2] 일본 특허 공개 2003-21089호 공보[Document 2] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-21089
[문헌 3] 일본 특허 공개 2004-278824호 공보[Document 3] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-278824
본 발명은 2단 스크류 압축기 및 그것을 이용한 2단 압축 냉동기에 관한 것이다. The present invention relates to a two stage screw compressor and a two stage compressor using the same.
냉매 순환유로에 2단 스크류 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기를 구비한 2단 압축 냉동기에서는, 증발기에 있어서의 냉매의 증발 온도(ET)가 -30°내지 -60°의 넓은 온도 범위에 대응할 수 있고, 또한 이것을 동일한 냉동기에서 대응하는 것이 요구된다. In a two-stage compressed refrigerator having a two-stage screw compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator in the refrigerant circulation passage, the evaporation temperature (ET) of the refrigerant in the evaporator can correspond to a wide temperature range of -30 ° to -60 °. It is also required to correspond to this in the same refrigerator.
종래, 일본 특허 공개 평11-117879호 공보에 기재된 바와 같은 2단 스크류 압축기에서는, 1단측 압축기에 슬라이드 밸브로 이루어지는 용량 제어 기구가 설치되고, 슬라이드 밸브를 언로드함으로써 부분 부하 운전을 행하고 있다. 또한, 일본 특허 공개 2003-21089호 공보에 기재된 2단 스크류 압축기에서는, 1단측 압축기와 2단측 압축기를 회전시키는 구동 모터의 회전수를 제어함으로써 부분 부하 운전을 행하고 있다. 또한, 일본 특허 공개 2004-278824호 공보의 냉동 사이클 장치에서는, 저단측 압축기와 고단측 압축기의 회전수를 독립하여 가변으로 하고, 부하에 따라서 각각의 회전수를 증감시키는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이러한 부분 부하 운전만으로는, 냉매의 증발 온도(ET)가 -30°내지 -60°의 넓은 온도 범위에 충분히 대응할 수 없었다. Conventionally, in the two-stage screw compressor as described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-117879, a capacity control mechanism consisting of a slide valve is provided in the first stage side compressor, and partial load operation is performed by unloading the slide valve. In the two-stage screw compressor described in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-21089, partial load operation is performed by controlling the rotation speed of the first stage compressor and the drive motor for rotating the second stage compressor. Moreover, in the refrigeration cycle apparatus of Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-278824, it is described that the rotation speed of a low stage compressor and a high stage compressor is changed independently, and each rotation speed is increased or decreased according to a load. However, only by such partial load operation, the evaporation temperature ET of the refrigerant could not sufficiently correspond to a wide temperature range of -30 ° to -60 °.
일반적으로, 1단측 압축기의 압축비와 2단측 압축기의 압축비가 동등할 때, 2단 압축기의 이상적인 운전으로 된다. 흡입 압력(1단측 압축기의 흡입 압력)을 Ps, 중간 압력(1단측 압축기의 토출 압력이고, 또한 2단측 압축기의 흡입 압력)을 Pm, 토출 압력(2단측 압축기의 토출 압력)을 Pd로 하면, 1단측 압축비(r1) = Pm/Ps, 2단측 압축비(r2) = Pd/Pm이기 때문에, 1단측 압축비(r1)와 2단측 압축비(r2)가 동등할 때(r1 = r2), Pm/Ps = Pd/Pm로부터, Pm = √(PsㆍPd)로 된다. In general, when the compression ratio of the first stage compressor and the compression ratio of the second stage compressor are equal, it becomes an ideal operation of the two stage compressor. When the suction pressure (suction pressure of the first stage compressor) is Ps, the intermediate pressure (the discharge pressure of the first stage compressor, and the suction pressure of the second stage compressor) is Pm, and the discharge pressure (the discharge pressure of the two stage compressor) is Pd, Since the first stage compression ratio r1 = Pm / Ps and the second stage compression ratio r2 = Pd / Pm, when the first stage compression ratio r1 and the second stage compression ratio r2 are equal (r1 = r2), Pm / Ps From = Pd / Pm, Pm = √ (Ps · Pd).
토출 압력을 15.64 ata로 하고, 증발 온도(ET)(℃)가 -30, -40, -50, -60일 때의 흡입 압력(Ps)(ata)을 각각 1.67, 1.07, 0.658, 0.382로 하면, 중간 압력(Pm)(ata)은, Pm = √(PsㆍPd)로부터, 5.11, 4.09, 3.21, 2.44로 되고, 이것을 도면에 플롯하면 도3에 나타내는 바와 같이 된다. 이 도3으로부터, 2단 스크류 압축기의 토출 압력과 흡입 압력이 결정되면, 1단측 압축기의 압축비와 2단측 압축기의 압축비가 동등할 때의 이상적인 중간 압력이 결정되는 것을 알 수 있다. When the discharge pressure is 15.64 ata and the suction pressure Ps (ata) at the evaporation temperature (ET) (° C) of -30, -40, -50, or -60 is set to 1.67, 1.07, 0.658, 0.382, respectively. The median pressure Pm (ata) is 5.11, 4.09, 3.21, 2.44 from Pm = √ (Ps.Pd), which is as shown in FIG. 3 shows that when the discharge pressure and the suction pressure of the two-stage screw compressor are determined, the ideal intermediate pressure is determined when the compression ratio of the first stage compressor and the compression ratio of the second stage compressor are equal.
그러나, 실제로는, 1단측 압축기와 2단측 압축기의 행정 체적의 비인 행정 체적비(R)(= V1/V2)에 의해 중간 압력이 결정된다. 또한, 행정 체적은 압축기에 있어서의 단위 시간당 압축되는 체적을 의미한다. 흡입 압력(Ps)에 상당하는 압축 매체의 비용적을 v1, 중간 압력(Pm)에 상당하는 압축 매체의 비용적을 v2로 하면, v1/v2 = V1/V2 = R이기 때문에, v2 = v1 × (1/R)로부터 v2를 구하고, 이 v2에 상당하는 압력으로부터 중간 압력(Pm)을 구한다. 또한, 비용적이라 함은 물체의 단위 중량당의 체적이다. 또한, 여기서 말하는「v2에 상당하는 압력」은 냉동기의 분야에서 잘 알려져 있는 모리엘선도(P-h선도) 등을 이용하여 구한다. 예를 들어, 증발 온도(ET)(℃)가 -30, -40, -50, -60일 때의 v1은 0.135, 0.205, 0323, 0.536으로 변화한다. 이 v1과 행정 체적비 R = 3을 이용하여 중간 압력(Pm)을 구하여 도면에 플롯하고, 이상적인 중간 압력과 함께 나타내면 도4와 같아진다. 이 도4로부터, 증발 온도가 -40 ℃에서는 중간 압력은 이상의 중간 압력과 대략 동일하여 이상적이지만, 증발 온도가 -30 내지 -40 ℃에서는 중간 압력은 이상의 중간 압력보다 높아 1단측 압축기의 부담이 크고, 증발 온도가 -40 내지 -60 ℃가 되면 중간 압력은 이상의 중간 압력보다 낮아져 2단측 압축기의 부담이 커지는 것을 알 수 있다. In practice, however, the intermediate pressure is determined by the stroke volume ratio R (= V1 / V2) which is the ratio of the stroke volumes of the first stage compressor and the second stage compressor. In addition, a stroke volume means the volume compressed per unit time in a compressor. When the cost of the compressed medium corresponding to the suction pressure Ps is set to v1 and the cost of the compressed medium corresponding to the intermediate pressure Pm is set to v2, since v1 / v2 = V1 / V2 = R, v2 = v1 × (1 V2 is obtained from / R), and the intermediate pressure Pm is obtained from the pressure corresponding to this v2. Also, cost is the volume per unit weight of the object. In addition, the "pressure equivalent to v2" here is calculated | required using the Moriel diagram (P-h diagram) etc. well known in the field of a refrigerator. For example, v1 when evaporation temperature (ET) (degreeC) is -30, -40, -50, -60 changes to 0.135, 0.205, 0323, 0.536. Using this v1 and the stroke volume ratio R = 3, the median pressure Pm is obtained, plotted in the figure, and shown in FIG. 4 together with the ideal median pressure. From Fig. 4, when the evaporation temperature is -40 deg. C, the intermediate pressure is approximately the same as the ideal intermediate pressure. However, at the evaporation temperature of -30 to -40 deg. C, the intermediate pressure is higher than the above intermediate pressure. When the evaporation temperature is -40 to -60 ℃, the intermediate pressure is lower than the above intermediate pressure, it can be seen that the burden on the two-stage compressor increases.
이와 같이, 종래의 2단 스크류 압축기는, 증발 온도(ET)가 -30°내지 -60°에 걸쳐, 1단측 압축기와 2단측 압축기의 행정 체적비가 일정하다. 이로 인해, 설계점을 최적 증발 온도로 결정하면, 그 점에서는 이상적인 중간 압력으로 되지만, 그 이외의 증발 온도에서는, 한쪽의 압축기에 지나치게 부담이 되어 압축기의 효율을 나쁘게 하게 된다. As described above, in the conventional two-stage screw compressor, the stroke volume ratio of the first stage compressor and the second stage compressor is constant over the evaporation temperature ET of -30 ° to -60 °. For this reason, if the design point is determined to be the optimum evaporation temperature, it becomes an ideal intermediate pressure at that point, but at other evaporation temperatures, one compressor is excessively burdened and the efficiency of the compressor is deteriorated.
본 발명은, 상기 종래의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 중간 압력을 이상적인 값으로 하도록 1단측과 2단측의 행정 체적비를 조정하는 동시에, 증발 온도의 변화에 따라서 1단측과 2단측의 압축기의 부담을 경감하고, 효율이 좋은 운전을 행할 수 있는 2단 스크류 압축기 및 그것을 이용한 2단 압축 냉동기를 제공하는 것을 과제로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above conventional problems, and adjusts the stroke volume ratio of the first and second stages to make the intermediate pressure an ideal value, and reduces the burden on the compressors of the first and second stages according to the change in the evaporation temperature. Another object is to provide a two-stage screw compressor capable of efficient operation and a two-stage compressed refrigerator using the same.
도4에 있어서, 2점 쇄선으로 나타내는 중간 압력을 실선으로 나타내는 이상적인 중간 압력에 가깝게 하기 위해, 증발 온도가 -30 ℃의 영역에서는, 비용 적(v1)이 0.135인 경우에 있어서 비용적(V2)이 이상적인 중간 압력 5.11 ata에 상당하는 비용적 0.053이 되도록 행정 체적비를 R = 0.135/0.053 = 2.55로 내리고, 즉 1단측의 압축기의 행정 체적을 2.55/3.0 = 0.85(15 % 감소)로 하면 된다. 이 결과 생기는 압축 능력의 저하는, 스크류 압축기의 회전수를 증가함으로써 대처한다. 한편, 증발 온도가 -60 ℃의 영역에서는 역의 동작을 행한다. 이에 의해, 중간 압력을 이상적인 중간 압력에 가깝게 할 수 있다. 본 발명은, 이러한 지견을 기초로 하여 이루어진 것이다. In Fig. 4, in order to bring the intermediate pressure represented by the dashed-dotted line closer to the ideal intermediate pressure represented by the solid line, in the region where the evaporation temperature is -30 deg. The stroke volume ratio may be lowered to R = 0.135 / 0.053 = 2.55 so as to achieve a cost of 0.053 corresponding to the ideal medium pressure of 5.11 ata, that is, the stroke volume of the compressor on the first stage may be 2.55 / 3.0 = 0.85 (15% reduction). The resulting reduction in compression capacity is addressed by increasing the rotational speed of the screw compressor. On the other hand, in the region where the evaporation temperature is -60 deg. This makes it possible to bring the intermediate pressure closer to the ideal intermediate pressure. This invention is made | formed based on this knowledge.
즉, 본 발명은, 2단 스크류 압축기이며, 압축기 본체 내에 배치된 1단측 압축기와, 압축기 본체 내의 상기 1단측 압축기의 하류측에 배치된 2단측 압축기와, 상기 1단측 압축기 및 2단측 압축기를 구동하는 단일의 모터와, 상기 1단측 압축기 및 2단측 압축기의 적어도 어느 한쪽의 행정 체적을 가변으로 하는 행정 체적 가변 수단과, 상기 1단측 압축기의 흡입 압력치(Ps)를 계측하는 흡입 압력 검출기와, 상기 1단측 압축기와 상기 2단측 압축기의 행정 체적비를 조정하는 행정 체적비 조정 수단과, 상기 모터의 회전수를 제어하는 회전 제어 수단과, 상기 회전 제어 수단에 의해 상기 모터의 회전수를 변화시켜 상기 2단 스크류 압축기의 용량을 조정하는 용량 조정 수단으로 이루어지고, 상기 행정 체적비 조정 수단은, 상기 흡입 압력 검출기에 의해 계측된 흡입 압력치(Ps)에 따라서 상기 행정 체적 가변 수단에 의해 상기 1단측 압축기 및 2단측 압축기의 적어도 어느 한쪽의 행정 체적을 변화시킨다. That is, the present invention is a two-stage screw compressor, which drives a first stage compressor disposed in the compressor main body, a second stage compressor disposed downstream of the first stage compressor in the compressor main body, the first stage compressor, and the second stage compressor. A single motor, a stroke volume varying means for varying at least one stroke volume of the first stage compressor and the second stage compressor, a suction pressure detector for measuring the suction pressure value Ps of the first stage compressor; The stroke volume ratio adjusting means for adjusting the stroke volume ratio of the first stage compressor and the second stage compressor, the rotation control means for controlling the rotation speed of the motor, and the rotation speed of the motor by the rotation control means to change the 2 However, it consists of a capacity | capacitance adjustment means which adjusts the capacity | capacitance of a screw compressor, and the said stroke volume ratio adjustment means is the suction which was measured by the said suction pressure detector. By the stroke volume varying means according to the pressure value (Ps) thereby changing the stroke volume of the at least either one of said first end side compressor and the second short-side compressor.
본 발명의 2단 스크류 압축기에 있어서는, 행정 체적비 조정 수단에 의해 1 단측 압축기와 2단측 압축기의 행정 체적비를 변경하면 중간 압력이 변화하므로, 중간 압력을 이상적인 이론 중간 압력에 가깝게 할 수 있다. In the two-stage screw compressor of the present invention, when the stroke volume ratio of the first-stage compressor and the second-stage compressor is changed by the stroke volume ratio adjusting means, the intermediate pressure changes, so that the intermediate pressure can be made close to the ideal theoretical intermediate pressure.
덧붙여, 본 발명의 2단 스크류 압축기에 있어서는, 용량 조정 수단에 의해 모터의 회전수가 변화하므로, 이에 의해 2단 스크류 압축기의 용량, 즉 압축된 기체의 공급량을 변화시킬 수 있다. 이에 의해, 압축기체의 공급처가 필요로 하는 만큼의 양을 송출하는 것이 가능해지고 있다. In addition, in the two-stage screw compressor of the present invention, since the rotation speed of the motor is changed by the capacity adjusting means, the capacity of the two-stage screw compressor, that is, the supply amount of the compressed gas can be changed. Thereby, it becomes possible to send out the quantity as required by the supply source of a compressor body.
이와 같이, 본 발명에 있어서는, 행정 체적비 조정 수단과 용량 조정 수단을 조합하는 것에 의해, 효율적인 운전이 가능한 2단 스크류 압축기를 교묘하게 실현하고 있다. 즉, 중간 압력을 이상적인 값으로 제어하는 것에 의한 효율화를 행정 체적 가변 수단 및 행정 체적비 조정 수단에 담당하게 하고, 압축된 기체의 공급량 제어를 회전 제어 수단 및 용량 조정 수단에 주로 담당하게 하고 있다. 바꾸어 말하면, 행정 체적 가변 수단은 오로지 중간 압력의 최적화를 위해 이용하고, 공급량의 조정은 별도로 회전 제어 수단을 이용하고 있다. As described above, in the present invention, by combining the stroke volume ratio adjusting means and the capacity adjusting means, a two-stage screw compressor capable of efficient operation is artfully realized. That is, the efficiency by controlling the intermediate pressure to an ideal value is in charge of the stroke volume varying means and the stroke volume ratio adjusting means, and the control of the supply amount of the compressed gas is mainly in charge of the rotation control means and the capacity adjustment means. In other words, the stroke volume varying means is used only for the optimization of the intermediate pressure, and the rotational control means is separately used for adjusting the supply amount.
본 발명의 2단 스크류 압축기는, 또한 상기 2단측 압축기의 토출 압력치(Pd)를 계측하는 토출 압력 검출기 및 상기 1단측 압축기의 토출 압력치인 중간 압력치(Pm)를 계측하는 중간 압력 검출기로 이루어지고, 상기 행정 체적비 조정 수단은 상기 흡입 압력 검출기에 의해 계측된 흡입 압력치(Ps)와 상기 토출 압력 검출기에 의해 계측된 토출 압력치(Pd)를 기초로 하여 √(PsㆍPd)에 의해 이론 중간 압력치(Pmth)를 계산하고, 상기 중간 압력 검출기에 의해 계측된 중간 압력치(Pm)와 상기 이론 중간 압력치(Pmth)의 차가 제로가 되도록, 상기 행정 체적 가변 수단에 의 해 행정 체적을 변화시키는 것이 바람직하다. The two-stage screw compressor of the present invention further comprises a discharge pressure detector for measuring the discharge pressure value Pd of the two-stage compressor and an intermediate pressure detector for measuring the intermediate pressure value Pm, which is the discharge pressure value of the first-stage compressor. The stroke volume ratio adjusting means is based on √ (Ps · Pd) based on the suction pressure value Ps measured by the suction pressure detector and the discharge pressure value Pd measured by the discharge pressure detector. The stroke volume is calculated by the stroke volume varying means such that the intermediate pressure value Pmth is calculated and the difference between the intermediate pressure value Pm measured by the intermediate pressure detector and the theoretical intermediate pressure value Pmth is zero. It is desirable to change.
상기 행정 체적 가변 수단은 피스톤 밸브 또는 슬라이드 밸브로 할 수 있다. 행정 체적 가변 수단은, 1단측 압축기와 2단측 압축기의 적어도 어느 한쪽에 있으면 되지만, 1단측 압축기에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 회전 제어 수단은 인버터로 할 수 있다. The stroke volume varying means may be a piston valve or a slide valve. Although the stroke volume variable means should just be in at least one of a 1st stage compressor and a 2nd stage compressor, it is preferable to provide in a 1st stage compressor. The rotation control means may be an inverter.
또한 본 발명은, 상기 구성의 2단 스크류 압축기를 이용한 2단 압축 냉동기이며, 냉매 순환유로에 2단 스크류 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기가 이 순서로 구비되고, 상기 증발기에는 증발 온도값을 계측하는 증발 온도 검출기가 설치되고, 상기 용량 조정 수단은 상기 증발 온도 검출기에 의해 계측된 증발 온도값과 미리 설정된 목표 증기 온도값과의 차가 제로가 되도록 상기 회전 제어 수단에 의해 상기 모터의 회전수를 변화시킨다. In addition, the present invention is a two-stage compressed refrigerator using the two-stage screw compressor of the above configuration, the two-stage screw compressor, the condenser, the expansion valve and the evaporator are provided in this order in the refrigerant circulation passage, the evaporator measures the evaporation temperature An evaporation temperature detector is provided, and the capacity adjusting means changes the rotational speed of the motor by the rotation control means so that the difference between the evaporation temperature value measured by the evaporation temperature detector and the preset target steam temperature value becomes zero. Let's do it.
본 발명의 2단 압축 냉동기에 따르면, 광범위한 증발 온도에 대해 중간 압력을 이상적인 이론 중간 압력에 가깝게 할 수 있고, 압축기의 효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 특히, 종래 -20 내지 -30 ℃에서 중간 압력이 지나치게 상승하여 운전할 수 없었던 경우라도, 행정 체적비 조정 수단에 의해 행정 체적을 조정하여 중간 압력을 내림으로써 운전을 가능하게 할 수 있다. According to the two-stage compression refrigerator of the present invention, the medium pressure can be made close to the ideal theoretical medium pressure for a wide range of evaporation temperatures, and the efficiency of the compressor can be greatly improved. In particular, even when the intermediate pressure is too high to operate at -20 to -30 deg. C, it is possible to operate by adjusting the stroke volume by lowering the intermediate pressure by the stroke volume ratio adjusting means.
이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 따라서 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described according to an accompanying drawing.
도1은 본 발명에 관한 2단 스크류 압축기(1)를 이용한 2단 압축 냉동기의 사이클을 도시한다. 이 냉동 사이클은 2단 스크류 압축기(1), 오일 세퍼레이터(2), 응축기(3), 팽창 밸브(4) 및 증발기(5)를 냉매 순환유로(6)로 연결한 것이다. 1 shows a cycle of a two stage compressed refrigerator using a two
2단 스크류 압축기(1)의 본체는, 서로 맞물리는 암수 한 쌍의 스크류 회전자로 이루어지는 1단측 압축기(7)를 수용한 1단측 압축기 케이싱(8)과, 상기 1단측 압축기(7)의 수회전자와 공통의 구동축(9)을 갖고, 서로 맞물리는 암수 한 쌍의 스크류 회전자로 이루어지는 2단측 압축기(10)를 수용한 2단측 압축기 케이싱(11)과, 상기 1단측 압축기(7) 및 상기 2단측 압축기(10)의 구동축(9)을 구동하는 단일의 모터(12)를 수용하는 모터 케이싱(13)으로 되어 있다. The main body of the two-stage screw compressor (1) includes a first stage compressor casing (8) containing a first stage compressor (7) consisting of a pair of male and female screw rotors engaged with each other, and several times of the first stage compressor (7). A two-
1단측 압축기 케이싱(8)에는 1단측 압축기(7)의 흡입측에 연통하는 흡입구(14)가 마련되고, 상기 흡입구(14)의 상류측에는 필터(15)가 설치되어 있다. 1단측 압축기(7)의 토출측은 케이싱 내 공간을 거쳐서 2단측 압축기(10)의 흡입측에 연통하고 있다. 2단측 압축기 케이싱(11)에는, 2단측 압축기(10)의 토출측에 연통하는 토출구(16)가 마련되어 있다. The first
도2에 도시하는 바와 같이, 1단측 압축기 케이싱(8)에는 1단측 압축기(7)의 구동축(9)에 평행하게 실린더(17)가 형성되고, 상기 실린더(17)에 피스톤 밸브(18)가 미끄럼 이동 가능하게 수용되어 있다. 피스톤 밸브(18)는, 실린더(17)를 1단측 압축기(7)의 흡입측에 위치하는 가스 공간(19)과, 1단측 압축기(7)의 토출측에 위치하는 유압 공간(20)으로 분리하고 있다. 피스톤 밸브(18)는 실린더(17)의 가스 공간(19)측으로부터 축방향에 형성된 구멍(21)에 코일 스프링(22)의 일단부를 삽입하고, 상기 코일 스프링(22)의 타단부를 실린더(17)의 단부벽에 접촉하는 것에 의해, 1단측 압축기(7)의 토출측으로 압박되어 있다. 코일 스프링(22)은 그 내측에 위치하는 가이드 막대(23)에 의해 가이드되어 있다. 실린더(17)의 가스 공간(19) 은 1단측 압축기(7)의 흡입측과 연통하는 동시에, 1단측 압축기 케이싱(8)에 형성된 복수의 개구부(24)를 거쳐서 1단측 압축기(7)의 폐입 공간에 연통하도록 되어 있다. 실린더(17)의 유압 공간(20)에는, 피스톤 밸브(18)를 코일 스프링(22)의 압박력에 대항하여 가스 공간(19)측으로 이동시키기 위해 유압이 공급되도록 되어 있다. As shown in Fig. 2, a
도1로 복귀하면, 2단측 압축기(10)의 모터(12)는 전원(25)으로부터 인버터(26)를 거쳐서 전력이 공급되고, 회전수가 제어된다. 인버터(26)는 회전 제어 수단을 구성한다. 또한, 피스톤 밸브(18)의 유압 공간(20)에는 유압 장치(27)에 의해 유압이 공급되고, 유압 공간(20)으로의 유압의 공급량을 조정하는 것에 의해, 피스톤 밸브(18)가 모든 개구부(24)를 폐쇄한 풀로드 상태와, 적어도 1개의 개구부(24)를 개방한 언로드 상태로 할 수 있다. 피스톤 밸브(18)는 용량 제어 수단을 구성한다. 인버터(26) 및 유압 장치(27)는 컨트롤러(28)에 의해 제어된다. 컨트롤러(28)에는, 압력계로 계측한 흡입 압력(Ps), 중간 압력(Pm), 토출 압력(Pd)을 입력할 수 있다. 또한, 압력계는 1단측 압축기(7)의 흡입측에 연통하는 유로(Ps계측), 1단측 압축기(7)의 토출측과 2단측 압축기(10)의 흡입측 사이의 케이싱 내 공간(Pm계측), 2단측 압축기(10)의 토출측에 연통하는 유로(Pd계측)에 각각 부설되어 있다. 또한, 컨트롤러(28)에는, 증발기(5)에 설치한 온도 센서(29)에 의해 검출된 증발 온도가 온도 조절계(30)를 거쳐서 입력된다. 컨트롤러(28)는, 본원 발명의 행정 체적비 조정 수단과 용량 조정 수단을 구성하는 것이다. Returning to Fig. 1, the
다음에, 상기 구성으로 이루어지는 2단 압축 냉동기의 동작을 설명한다. Next, the operation of the two-stage compression refrigerator having the above configuration will be described.
예를 들어, 1단측 압축기(7)의 행정 체적(V1)과 2단측 압축기(10)의 행정 체적(V2)의 행정 체적비(R)(= V1/V2)가 R = 3으로 설계되어 있는 것으로 한다. 이 경우, 1단측 압축기(7)가 풀로드의 상태에서, 1단측 압축기(7)와 2단측 압축기(10)와의 행정 체적비가 R = 3인 상태에서는, 중간 압력(Pm)은 도4에 나타낸 바와 같이 이론 중간 압력(Pmth)을 상회하는 6.3 ata로 되는 것이 예상된다. 여기서, 피스톤 밸브(18)를 이동시켜 1단측 압축기(7)를 15 % 언로드하면 1단측 압축기(7)의 행정 체적이 85 %가 되고, 행정 체적비(R)는 R = 3 × 0.85 = 2.55로 되는 결과, 중간 압력(Pm)이 저하하고, 이론 중간 압력(Pmth)에 가깝게 할 수 있다. 이와 같이 하여, 광범위한 증발 온도에 대해 중간 압력을 이상적인 이론 중간 압력(Pmth)에 가깝게 할 수 있고, 압축기의 효율을 대폭 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 행정 체적비(R)(= V1/V2)가 R = 3으로 되도록 이 2단 압축 냉동기가 설계되어 있는 경우, 도4로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 증발 온도(ET)(℃)가 -40 ℃ 이상, 나아가서는 흡입 압력이 Ps가 1.07 ata 이상이면, 피스톤 밸브(18)를 이동시켜 1단측 압축기(7)를 필요한 비율만큼 언로드하는 것에 의해, 중간 압력(Pm)을 저하시키고, 이론 중간 압력치에 가깝게 할 수 있다. For example, the stroke volume ratio R (= V1 / V2) of the stroke volume V1 of the
또한, 이와 같이 임의인 언로드량을 설정하는 것은, 도2에 도시하는 기구를 이용하여 문제없이 실현할 수 있다. 즉, 도2에 있어서, 피스톤 밸브(18)의 이동량과 언로드량이 비례하도록 개구부(24)가 마련되어 있다. 이러한 피스톤 밸브에 의한 언로드 기구는 공지이다. In addition, setting an arbitrary amount of unloading in this way can be implemented without a problem using the mechanism shown in FIG. That is, in FIG. 2, the opening
도1의 2단 스크류 압축기(1)에 있어서는, 흡입 압력(Ps), 토출 압력(Pd), 및 중간 압력(Pm)을 계측하는 압력계가 설치되어 있으므로, 운전 상태에 있어서 2단 스크류 압축기(1)에 있어서 계측된 흡입 압력(Ps), 토출 압력(Pd), 중간 압력(Pm)을 컨트롤러(28)에 입력하면, 컨트롤러(28)는 이론 중간 압력(Pmth) = √(PsㆍPd)를 계산하고, 계측 중간 압력(Pm)과 이론 중간 압력(Pmth)의 차가 제로가 되도록 피스톤 밸브(18)를 이동시킨다. 여기서, 계측 중간 압력(Pm)과 이론 중간 압력(Pmth)을 기초로 하여 PID 연산으로 피스톤 밸브(18)의 이동 위치를 결정하도록 해도 좋다. In the two-
토출 압력(Pd)이 대략 일정하게 되는 용도, 예를 들어 냉동기에 2단 스크류 압축기(1)가 적용되는 경우에는 토출 압력(Pd)의 압력계를 생략해도 좋다. 이 경우, 그 토출 압력치를 컨트롤러(28)에 기억시켜 두고, 이론 중간 압력(Pmth)의 계산에 이용하면 좋다. The pressure gauge of the discharge pressure Pd may be omitted when the use of the discharge pressure Pd becomes substantially constant, for example, when the two-
또한, 토출 압력(Pd)이 대략 일정하는 경우, 중간 압력(Pm)의 압력계를 생략하여, 흡입 압력(Ps)의 값에만 따라서 피스톤 밸브(18)의 위치를 결정하도록 해도 좋다. 즉, 흡입 압력(Ps)의 값과 그 흡입 압력(Ps)의 값에 있어서 중간 압력(Pm)이 대략 이론 중간 압력(Pmth)으로 되는 피스톤 밸브(18)의 위치와의 관계를 미리 구하고, 그 관계를 컨트롤러(28)에 기억시켜 둔다. 운전시에는, 그 기억된 관계를 기초로 하여, 계측된 토출 압력(Pd)에 따라서 피스톤 밸브(18)의 위치를 결정한다. In addition, when discharge pressure Pd is substantially constant, the pressure gauge of intermediate pressure Pm may be abbreviate | omitted, and the position of the
한편, 증발기(5) 내의 온도 센서(29)에 의해 검출된 증발 온도는 온도 조절계(30)에 입력되고, 온도 조절계(30)는 검출된 증발 온도를 목표 온도와 비교하고, 목표 온도보다 높을 때는 컨트롤러(28)에 증속을 요구한다. 이에 의해, 컨트롤 러(28)는 인버터(26)를 거쳐서 모터(12)의 회전수를 증대한다. 이 결과, 1단측 압축기(7)와 2단측 압축기(10)의 행정 체적이 동시에 커져 행정 체적비(R)를 이상적인 상태로 유지한 채, 용량 나아가서는 냉동 능력을 크게 할 수 있다. 역으로, 목표 온도보다 낮을 때에는 모터(12)의 회전수를 감소하고, 지나친 냉각 등의 손실을 방지한다. On the other hand, the evaporation temperature detected by the
상기한 구성으로 이루어지는 2단 압축 냉동기는, 증발 온도(ET)(℃)가 소정 온도(구체적으로는 -40 ℃)이상, 나아가서는 흡입 압력(Ps)이 소정 압력(구체적으로는 1.07 ata) 이상의 경우에 중간 압력(Pm)을 이론 중간 압력(Pmth)에 가깝게 할 수 있는 것이지만, 그 이외의 경우에도 동등한 효과가 얻어지도록 하는 것이 바람직하다. 그것을 위해서는, 상기한 구성에 부가하여, 2단측 압축기 케이싱(11)에 2단측 압축기(10)의 구동축(9)[1단측 압축기(7)의 구동축(9)과 공통]과 평행하게 실린더가 형성되고, 상기 피스톤 밸브(18)과는 별도의 피스톤 밸브가 미끄럼 이동 가능하게 그 실린더에 수용되어 있도록 구성한다. 이 구성에 관한 2단 압축 냉동기이면, 1단측 압축기(7)의 헹정 체적뿐만 아니라 2단측 압축기(10)의 행정 체적도 변화시킬 수 있다. 그리고, 이 구성에 관한 2단 압축 냉동기이면, -40 ℃보다 낮고, 나아가서는 흡입 압력(Ps)이 1.07 ata보다 저압인 경우에, 2단측 압축기(10)측의 피스톤 밸브를 이동시켜 2단측 압축기(10)를 필요한 비율만큼 언로드하는 것에 의해 중간 압력(Pm)을 상승시키고, 이론 중간 압력(Pmth)에 가깝게 할 수 있다. In the two-stage compression refrigerator having the above-described configuration, the evaporation temperature ET (° C) is higher than or equal to a predetermined temperature (specifically, -40 ° C), and the suction pressure Ps is higher than or equal to a predetermined pressure (specifically, 1.07 ata). In this case, the intermediate pressure Pm can be made close to the theoretical intermediate pressure Pmth. However, it is preferable that the equivalent effect is also obtained in other cases. To this end, in addition to the above-described configuration, a cylinder is formed in the two-
또한, 상기 실시예에서는 행정 체적 가변 수단으로서 피스톤 밸브(18)를 이용했지만 슬라이드 밸브를 이용한 것이라도 좋다. 또한, 피스톤 밸브(18)나 슬라 이드 밸브는, 상술한 바와 같이 1단측 압축기(7)로 한정되지 않고 2단측 압축기(10)에 설치해도 좋고, 1단측 압축기(7)와 2단측 압축기(10)의 양쪽에 형성해도 좋다. In addition, although the
본 발명에 따르면, 중간 압력을 이상적인 값으로 하도록 1단측과 2단측의 행정 체적비를 조정하는 동시에, 증발 온도의 변화에 따라서 1단측과 2단측의 압축기의 부담을 경감하고, 효율이 좋은 운전을 행할 수 있는 2단 스크류 압축기 및 그것을 이용한 2단 압축 냉동기를 제공할 수 있다. According to the present invention, the stroke volume ratio of the first and second stages is adjusted to make the intermediate pressure an ideal value, and the burden of the compressors of the first and second stages can be reduced according to the change of the evaporation temperature, and efficient operation can be performed. It is possible to provide a two-stage screw compressor and a two-stage compression refrigerator using the same.
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