KR20070116883A - 냉동장치 - Google Patents

Abstract

팽창기구(60)의 유출포트(33)에는 버퍼용기(71)가 접속된다. 버퍼용기(71)는 냉매의 흐름 방향으로 이어지는 원통형으로 형성되며, 횡단면적이 유출포트(33) 의 횡단면적보다 크다. 버퍼용기(71)의 내부에는, 원판형 메시부(75a)를 갖는 정류판(75)이 배치된다. 버퍼용기(71)의 압력공급 및 압력흡수에 의해 압력변동이 완화됨과 더불어, 액적상태의 냉매가 정류판(75)을 통과할 때 미세화된다.

용적형 팽창기, 출구측 배관, 압력맥동, 유로 횡단면적, 유로 확대부

Description

냉동장치{REFRIGERATING APPARATUS}

본 발명은, 냉동장치에 관한 것이며, 특히 압력맥동의 저감대책에 관한 것이다.

종래, 이산화탄소를 냉매로서 이용하는 증기압축식 냉동주기의 냉동장치가 알려져 있다. 이러한 종류의 냉동장치는, 압축기와 냉각기와 팽창기와 증발기가 차례로 접속되어 이루어진 냉매회로를 구비한다(예를 들어, 특허문헌 1)참조).

상기 특허문헌 1의 냉매회로에서는, 냉매가 압축기에 의해 초임계 상태까지 압축되며, 냉각기에서 냉각된다. 이 냉각된 냉매는 팽창기에서 팽창하여 감압된 후, 증발기에서 증발하여 압축기로 돌아오는 순환을 반복한다. 이 냉동장치는, 예를 들어, 냉각기가 실내에 설치되며, 난방장치로서 이용된다.

[특허문헌 1: 일본특개 2000-234814호 공보].

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

-해결 과제-

그러나 전술한 종래의 냉동장치에서는, 특히 팽창기의 출구측에서 큰 진동이 발생한다는 문제가 있었다. 구체적으로, 팽창기로서 용적형의 것을 이용하면, 흡입과정의 흡입유량 및 토출과정의 토출유량이 일정하지 않으므로, 팽창기의 입구측 및 출구측에서 압력맥동이 발생하며, 이 압력맥동에 기인하여 진동이 발생한다. 또, 팽창기로부터 기액 2상상태의 냉매가 유출하므로, 그 냉매의 액적(液滴)이 배관 등에 충돌함으로써 팽창기의 출구측에서 더 큰 진동이 발생한다는 문제가 있었다. 따라서, 팽창기의 출구측에서 진동에 의한 기기류의 파손을 초래할 가능성이 높아져, 신뢰성을 현저하게 해칠 우려가 있었다.

본 발명은, 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 팽창기의 출구측에서 적어도 압력맥동을 저감하며, 진동의 저감을 도모하는 데 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명이 강구한 해결수단은, 이하에 나타낸 바와 같다.

제 1 해결수단은, 용적형 팽창기(60)가 배관접속되어 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(20)를 구비한 냉동장치를 전제로 한다. 그리고 상기 냉매회로(20)는, 용적형 팽창기(60)의 출구측 배관 도중에, 이 출구측 배관보다 냉매의 유로 횡단면적이 크게 형성되며, 용적형 팽창기(60)로부터 유출하는 냉매의 압력변동을 완화시키는 유로 확대부(71)를 구비한다.

상기 해결수단에서는, 유로 확대부(71)가 용적형 팽창기(60)의 유출냉매 압력변동을 완화하는 압력완충공간을 구성한다. 따라서, 상기 용적형 팽창기(60)의 출구측에서 발생하는 압력변동(압력맥동)이 유로 확대부(71)에 의해 완화돤다. 이로써 압력변동에 기인하는 기기 전체의 진동이 억제된다.

제 2 해결수단은, 용적형 팽창기(60)가 배관접속되어 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(20)를 구비한 냉동장치를 전제로 한다. 그리고 상기 냉매회로(20)는, 용적형 팽창기(60)의 출구측 배관 도중에, 이 출구측 배관보다 냉매의 유로 횡단면적이 크게 형성되며, 냉매의 흐름 방향을 따라 이어지는 통모양의 유로 확대부(71)를 구비한다.

상기 해결수단에서는, 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이, 유로 확대부(71)가 냉매의 흐름 방향으로 이어지는 통모양 용기로 형성되며, 이 용기 내가 압력 완충공간을 구성한다. 구체적으로, 상기 용적형 팽창기(60)로부터의 냉매 유출량이 증대되어 압력이 상승된 경우, 그 증대한 양만큼의 냉매가 유로 확대부(71)에 저류되어 압력이 흡수된다. 역으로, 상기 용적형 팽창기(60)로부터의 냉매 유출량이 감소되어 압력이 저하된 경우, 그 감소한 양만큼의 냉매가 유로 확대부(71)로부터 출구측 배관으로 유출되어 압력이 공급된다. 즉, 상기 유로 확대부(71)는, 용적형 팽창기(60) 출구측에서의 압력변동에 따라, 그 출구측의 냉매 유량을 조절함으로써 압력변동을 완화시킨다. 이로써 용적형 팽창기(60) 출구측에서의 압력변동이 억제되며, 기기 전체의 진동이 억제된다.

제 3 해결수단은, 상기 제 2 해결수단에서, 상기 유로 확대부(71)는 상하방향으로 이어지는 상태로 배치되며, 상부로부터 유입한 냉매가 수직하방을 향해 흐르고 하면으로부터 유출하도록, 용적형 팽창기(60)의 출구측 배관에 접속된다.

상기 해결수단에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 유로 확대부(71)가 상하방향, 즉 수직방향으로 이어지는 통모양 용기로 형성된다. 그리고 상기 용적형 팽창기(60)로부터 유출된 냉매는, 유로 확대부(71)의 상부로부터 유입하여 수직하방으로 흐르고, 하면으로부터 출구측 배관으로 유출하므로, 하면에 액냉매가 저류되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 용적형 팽창기(60)로부터 유출된 냉매는, 기액 2상상태가 되지만, 그 액냉매가 유로 확대부(71)에 고이지 않고 확실하게 유출된다.

제 4 해결수단은, 상기 제 1 또는 제 2 해결수단에서, 상기 유로 확대부(71)의 내부에 냉매의 정류수단(75, 76)이 배치된다.

상기 해결수단에서는, 유로 확대부(71)로 유입한 냉매의 흐름이 정류수단(75, 76)에 의해 안정된다. 즉, 상기 유로 확대부(71)로 유입한 냉매 중 액냉매의 흐름이 안정되므로, 액냉매가 배관 등의 내벽에 심하게 충돌되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 이 정류수단(75, 76)에 의해, 액냉매가 관벽 등에 충돌됨으로써 발생하는 진동이 억제된다. 그 결과, 압력맥동의 억제 효과와 더불어, 기기 전체의 진동이 한층 억제된다.

제 5 해결수단은, 상기 제 4 해결수단에서, 상기 정류수단(76)은 복수의 관통공을 갖는 판상으로 형성되며, 냉매의 흐름 방향으로 대향 배치되는 정류판이다.

상기 해결수단에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 유로 확대부(71)로 유입한 냉매가 정류판의 복수 관통공을 통과하여 흐르므로, 그 냉매의 흐름이 안정된다. 또, 냉매가 관통공을 통과할 때, 냉매의 유속(流速)이 증대되므로, 그 액냉매가 유속의 힘에 의해 미세화된다. 이로써, 액냉매가 관벽 등에 충돌해도, 그 충격은 작다. 따라서, 기기의 진동이 한층 억제된다.

제 6 해결수단은, 상기 제 4 해결수단에서, 상기 정류수단(75)은 판상의 메시부재로 형성되며, 냉매의 흐름 방향으로 대향 배치되는 정류판이다.

상기 해결수단에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 유로 확대부(71)로 유입한 냉매가 정류판의 메시부를 통과하여 흐르므로, 그 냉매의 흐름이 안정된다. 또, 냉매가 메시부를 통과할 때, 그 메시부에 의해, 냉매에 포함되는 액냉매가 미세화된다. 이로써 액냉매가 관벽 등에 충돌해도, 그 충격은 작다. 따라서, 기기의 진동이 한층 억제된다.

제 7 해결수단은, 상기 제 2 또는 제 3 해결수단에서, 상기 유로 확대부(71)에는, 관통공을 가지며, 내부를 냉매의 흐름 방향으로 구획하는 구획판(77)이 배치된다.

상기 해결수단에서는, 예를 들어 도 7에 나타낸 바와 같이, 구획판(77)에 의해 유로 확대부(71)의 내부가 상류 쪽 공간과 하류 쪽 공간으로 구획된다. 즉, 상기 유로 확대부(71)는, 예를 들어 2개의 압력완충공간을 구비한다. 이 구획판(77)에는 관통공이 형성되며, 이 관통공에 의해 상류 쪽 공간과 하류 쪽 공간이 연통된다. 따라서, 이 유로 확대부(71)에서는, 팽창기구(60) 출구측에서의 냉매 압력변동이 2단계로 완화된다. 또, 구획판(77)을 2장 이상 이용하여, 3개 이상의 압력완충공간을 형성하면, 그만큼 압력변동이 다단계로 완화된다. 이로써 급격한 압력변동에 따른 충격이 억제된다. 따라서, 기기 전체의 진동이 한층 억제된다.

제 8 해결수단은, 상기 제 1 또는 제 2 해결수단에서, 상기 냉매가 이산화탄소이다.

상기 해결수단에서는, 냉매회로(20)를 순환하는 냉매에 이산화탄소를 이용하므로, 지구환경 친화적인 기기 및 장치를 제공할 수 있다. 특히, 이산화탄소일 경우, 임계압상태까지 압축되므로, 그만큼 용적형 팽창기(60) 출구측에서의 압력변동은 커지지만, 이 압력변동이 확실하게 또 효과적으로 억제된다.

[발명의 효과]

따라서, 제 1 해결수단에 의하면, 용적형 팽창기(60)의 출구측 배관 도중에, 이 출구측 배관보다 냉매의 유로 횡단면적이 크게 형성되며, 용적형 팽창기(60)로부터 유출되는 냉매의 압력변동을 완화시키는 유로 확대부(71)를 배치하도록 하므로, 압력변동에 기인하는 기기의 진동을 억제할 수 있다. 그 결과, 기기류의 손상을 방지할 수 있다.

또, 제 2 해결수단에 의하면, 용적형 팽창기(60)의 출구측 배관 도중에, 이 출구측 배관보다 냉매의 유로 횡단면적이 크게 형성되며 또 냉매의 흐름 방향을 따라 이어지는 통모양으로 형성된 유로 확대부(71)를 배치하도록 하므로, 그 유로 확대부(71)로부터 출구측 배관으로 확실하게 압력공급 및 압력흡수 시킬 수 있다. 이로써, 압력변동을 억제할 수 있으므로, 기기 전체의 진동을 억제할 수 있다.

또한, 제 3 해결수단에 의하면, 유로 확대부(71)에서 냉매가 수직하향으로 흐르고 하면으로부터 유출하도록 배치하므로, 액냉매가 유로 확대부(71) 내에 고이는 것을 방지할 수 있다.

또, 제 4 내지 제 6 해결수단에 의하면, 유로 확대부(71) 내에 냉매의 정류수단(75, 76)을 배치하도록 하므로, 냉매의 흐름을 확실하게 안정시킬 수 있다. 이로써 액냉매의 배관 벽에의 충돌을 억제할 수 있다. 따라서, 액냉매의 충돌때문에 발생하는 진동을 억제할 수 있다.

또한, 제 7 해결수단에 의하면, 유로 확대부(71)에 구획판(77)을 배치하고, 내부에 복수의 압력완충공간을 형성하도록 하므로, 압력변동을 다단계로 완화시킬 수 있다. 따라서, 급격한 압력변동에 의해 발생하는 충격을 완화시킬 수 있다. 이로써, 기기 전체의 진동을 한층 억제할 수 있어, 기기류의 손상을 한층 방지할 수 있다.

또, 제 8 해결수단에 의하면, 냉매회로(20)를 순환하는 냉매로서 이산화탄소를 이용하므로, 지구환경 친화적인 기기 및 장치를 제공할 수 있다. 특히, 이산화탄소일 경우, 임계압상태까지 압축되므로, 그만큼 압력변동은 커지지만, 이 압력변동을 확실하게 또 효과적으로 억제할 수 있다.

도 1은, 실시형태에 관한 공조기를 나타낸 배관 계통도이다.

도 2는, 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 나타낸 것이며, (A)가 횡단면도, (B)가 종단면도이다.

도 3은, 제 1 실시형태에 관한 버퍼용기를 나타낸 것이며, (A)가 종단면도, (B)가 횡단면도이다.

도 4는, 실시형태에 관한 팽창기구의 동작상태를 나타낸 횡단면도이다.

도 5는, (A)가 팽창기구 토출냉매의 유속 및 압력을 나타낸 특성도이며, (B)가 팽창기구 출구측에서 발생하는 진동의 크기를 나타낸 특성도이다.

도 6은, 제 1 실시형태의 변형예에 관한 버퍼용기를 나타낸 것이며, (A)가 종단면도, (B)가 횡단면도이다.

도 7은, 제 2 실시형태에 관한 버퍼용기를 나타낸 것이며, (A)가 종단면도, (B)가 횡단면도이다.

도 8은, 제 2 실시형태의 변형예에 관한 버퍼용기를 나타낸 종단면도이다.

도 9는, 제 3 실시형태에 관한 버퍼용기를 나타낸 종단면도이다.

도 10은, 제 3 실시형태의 변형예에 관한 버퍼용기를 나타낸 종단면도이다.

도 11은, (A)가 종래의 팽창기구 토출냉매의 유속 및 압력을 나타낸 특성도이며, (B)가 종래 팽창기구의 출구측에서 발생하는 진동 크기를 나타낸 특성도이다.

[부호의 설명]

10 : 공조기(냉동장치) 20 : 냉매회로

60 : 팽창기구(용적형 팽창기) 71 : 버퍼용기(유로 확대부)

75, 76 : 정류판(정류수단) 77 : 구획판

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

[제 1 실시형태]

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 제 1 실시형태의 공조기(10)는, 본 발명에 관한 냉동장치를 구성한다. 상기 공조기(10)는, 실외 열교환기(23), 실내 열교환기(24), 2개의 십자전환밸브(21, 22), 및 압축 팽창유닛(30)이 배관 접속되어 폐쇄 회로로 형성된 냉매회로(20)를 구비한다. 이 냉매회로(20)는, 냉매로서 이산화탄소(CO₂)가 충전되며, 이 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 실행하도록 구성된다.

상기 실외 열교환기(23)는 열원측 열교환기를 구성하며, 실내 열교환기(24)는 이용측 열교환기를 구성한다. 상기 실외 열교환기(23) 및 실내 열교환기(24)는, 모두 크로스핀식의 핀 튜브형 열교환기이다. 그리고 상기 실외 열교환기(23)는, 냉매회로(20)를 순환하는 냉매가 실외공기와 열교환 하도록 구성된다. 상기 실내 열교환기(24)는 냉매회로(20)를 순환하는 냉매가 실내공기와 열교환 하도록 구성된다.

상기 압축팽창유닛(30)은, 압축기구(50)와 전동기(40)와 팽창기구(60)가 케이싱 내에 수납된다. 상기 압축기구(50)와 전동기(40)와 팽창기구(60)는, 이 순으로 회전축인 샤프트(45)에 의해 연결된다. 상기 압축기구(50)는 요동 피스톤형의 회전압축기를 구성한다. 상기 팽창기구(60)는 요동 피스톤형의 회전팽창기이며, 본 발명에 관한 용적형 팽창기(60)를 구성한다.

상기 압축팽창유닛(30)은, 냉매회로(20)의 냉매가 압축기구(50)로 흡입되는 흡입포트(34)와, 압축기구(50)에서 압축된 냉매가 냉매회로(20)로 토출되는 토출포트(31)가 설치된다. 또, 상기 압축팽창유닛(30)은, 냉매회로(20)의 냉매를 팽창기구(60)로 도입시키는 유입포트(32)와, 팽창기구(60)에서 팽창된 냉매를 냉매회로(20)로 도입시키는 유출포트(33)가 설치된다. 또, 상기 팽창기구(60)의 상세에 대해서는 후술한다.

상기 제 1 십자전환밸브(21)는 4개의 포트를 구비한다. 이 제 1 십자전환밸브(21)는, 제 1 포트가 압축팽창유닛(30)의 토출포트(31)에, 제 2 포트가 실내 열교환기(24)의 한끝인 가스측 단부에, 제 3 포트가 실외 열교환기(23)의 한끝인 가스측 단부에, 제 4 포트가 압축팽창유닛(30)의 흡입포트(34)에 각각 접속된다. 그리고 상기 제 1 십자전환밸브(21)는, 제 1 포트와 제 2 포트가 연통되며 제 3 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도 1에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통되며 제 2 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도 1에 점선으로 나타낸 상태)로 전환되도록 구성된다.

상기 제 2 십자전환밸브(22) 4개의 포트를 구비한다. 이 제 2 십자전환밸브(22)는, 제 1 포트가 압축팽창유닛(30)의 유출포트(33)에, 제 2 포트가 실외 열교환기(23)의 다른 끝인 액측 단부에, 제 3 포트가 실내 열교환기(24)의 다른 끝인 액측 단부에, 제 4 포트가 압축팽창유닛(30)의 유입포트(32)에 각각 접속된다. 그리고 상기 제 2 십자전환밸브(22)는, 제 1 포트와 제 2 포트가 연통되며 제 3 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도 1에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통되며 제 2 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도 1에 점선으로 나타낸 상태)로 전환되도록 구성된다.

상기 팽창기구(60)에 대하여 도 2를 참조하면서 설명한다. 여기서, 이 도 2의 (A)는 샤프트(45)의 중심축에 대해 수직인 횡단면을 나타내며, 도 2의 (B)는 샤프트(45)의 중심축을 따른 종단면을 나타낸다.

상기 팽창기구(60)는, 프론트헤드(61)와, 리어헤드(62)와, 실린더(63)와, 회전피스턴(67)을 구비한다.

상기 실린더(63)는, 한쪽 끝단면이 프론트헤드(61)에 의해 막히며, 다른 쪽 끝단면이 리어헤드(62)에 의해 막힌다.

상기 회전피스톤(67)은, 고리형 혹은 원통형으로 형성되며, 실린더(63)의 내부에 수납된다. 또 이 회전피스톤(67)은, 외주 면이 실린더(63)의 내주 면에 미끄럼 접촉됨과 더불어, 양 단면이 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62)에 미끄럼 접촉된다. 그리고 상기 실린더(63) 내에는, 내주 면과 회전피스톤(67) 외주 면과의 사이에 팽창실(65)이 형성된다.

상기 회전피스톤(67)에는 샤프트(45)가 관통된다. 이 샤프트(45)는 주축부(46)를 구비하며, 이 주축부(46) 한끝에 주축부(46)의 바깥 지름보다 큰 지름인 편심부(47)가 형성된다. 이 편심부(47)는, 주축부(46)의 축심에서 소정량만큼 편심된다. 그리고, 이 편심부(47)가 회전피스톤(67)에 회전운동 자유롭게 끼워진다.

또 상기 회전피스톤(67)에는, 판상으로 형성된 블레이드(68)가 일체로 형성된다. 이 블레이드(68)는 회전피스톤(67)의 외주 면에서 바깥 쪽으로 돌출되며, 실린더(63) 내의 팽창실(65)을 고압측(흡입/팽창측)과 저압측(배출측)으로 구획하도록 구성된다.

상기 실린더(63)에는 한 쌍의 부시(69)가 장착된다. 이 한 쌍의 부시(69)는 블레이드(68)를 사이에 두고, 이 블레이드(68)를 회전운동 자유롭게 또 진퇴 자유롭게 지지한다.

상기 유입포트(32)는 리어헤드(62)를 관통하며, 종단이 리어헤드(62) 내측 면의 편심부(47)와 미끄럼 접촉하는 범위로 개구된다. 즉, 상기 유입포트(32)는, 종단이 직접 팽창실(65)로 연통되지 않는 위치에 개구된다. 한편, 상기 유출포트(33)는, 실린더(63)를 지름방향으로 관통하며, 팽창실(65)의 저압측에 임해 개구된다. 또, 상기 유입포트(32) 및 유출포트(33)는, 배관에 의해 압축팽창유닛(30)의 케이싱 외부로 연장된다.

상기 리어헤드(62)에는 오목홈 형상의 통로(9a)가 형성된다. 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이, 이 통로(9a)의 한끝은, 실린더(63)의 내주 면부터 약간 안쪽에 위치하는 한편, 다른 끝은 리어헤드(62)와 편심부(47)가 미끄럼 접촉하는 부분에 위치한다. 그리고 이 통로(9a)는 팽창실(65)과 연통 가능하게 구성된다.

상기 샤프트(45)의 편심부(47)에는, 오목홈 형상의 연결통로(9b)가 형성된다. 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이, 이 연결통로(9b)는 편심부(47)의 외주를 따라 이어지는 원호형으로 형성된다. 그리고 상기 연결통로(9b)는 샤프트(45)의 회전에 따라 이동함으로써, 유입포트(32)와 통로(9a)를 간헐적으로 연통시키도록 구성된다.

또, 상기 냉매회로(20)에는, 본 발명의 특징으로서, 팽창기구(60)의 출구측 배관 압력변동(압력맥동)을 억제하기 위한 압력완충수단(70)이 설치된다. 이 압력완충수단(70)은 버퍼용기(71)를 구비한다. 이 버퍼용기(71)는, 팽창기구(60)의 출구측 배관 도중에 접속된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 버퍼용기(71)는 용기 전체가 대략 원통형으 로 형성된다. 이 버퍼용기(71)는 몸체부(72)와 입구측 단부(73)와 출구측 단부(74)를 구비한다. 상기 몸체부(72)는 단면에서 보아 원통형으로 형성된다. 상기 입구측 단부(73) 및 출구측 단부(74)는 몸체부(72)의 양끝에 연속되어 형성되며, 이 양끝을 막는다. 또, 상기 버퍼용기(71)의 용적은 팽창기구(60)의 팽창실(65) 용적보다 크게 형성되며, 팽창실(65) 용적의 10배 이상이 바람직하다.

상기 입구측 단부(73) 중앙에는 팽창기구(60)의 유출포트(33)가 접속되며, 상기 출구측 단부(74) 중앙에는, 냉매배관의 일부이며 제 2 십자전환밸브(22)의 제 1 포트로 이어지는 접속관(P)이 접속된다. 이 접속관(P)은, 유출포트(33)와 함께 팽창기구(60)의 출구측 배관을 구성한다. 상기 버퍼용기(71)는, 유출포트(33) 및 접속관(P)에 대해 동축으로 접속되며, 유출포트(33)로부터 유입한 냉매가 수평으로 흘러 접속관(P)으로 유출된다. 즉 상기 버퍼용기(71)는, 냉매의 흐름 방향을 따라 이어지는 통모양으로 형성된다. 이와 같이, 버퍼용기(71)는 원통형으로 형성되므로, 예를 들어 단면에서 보아 사각형의 통모양으로 형성된 경우에 비해 냉매의 유통저항이 작아진다.

상기 몸체부(72)의 횡단면적은, 유출포트(33) 및 접속관(P)의 횡단면적보다 아주 크게 형성된다. 이 버퍼용기(71)는 유출포트(33)의 냉매 압력이 증대되면, 유출포트(33)의 냉매를 흡수하여 저류하며, 역으로 유출포트(33)의 냉매 압력이 저하되면, 냉매를 유출포트(33)로 토출하도록 구성된다. 즉, 상기 버퍼용기(71)는 팽창기구(60) 출구측 배관의 유로 확대부를 구성하며, 그 내부가 압력완충공간을 구성한다.

상기 버퍼용기(71)의 내부에는 정류판(75)이 배치된다. 이 정류판(75)은, 냉매의 흐름을 안정시키는 냉매 정류수단을 구성한다.

상기 정류판(75)은 전체가 원판형으로 형성된다. 이 정류판(75)은, 바깥 지름이 버퍼용기(71) 몸체부(72)의 안지름과 거의 동등하게 형성되며, 바깥둘레가 몸체부(72)의 안둘레 전체에 접하여 설치된다. 즉, 이 정류판(75)은, 냉매의 흐름 방향으로 대향하도록 위치한다. 그리고 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이, 상기 정류판(75)은 바깥둘레의 내부 전체가 구물망 형태로 형성된 메시부(75a)를 갖는다. 상기 정류판(75)은, 냉매가 메시부(75a)를 통과할 때 액적상태의 냉매가 미세화되도록 구성된다. 상기 버퍼용기(71)로 유입된 냉매는, 정류판(75)의 메시부(75a)를 통과하여 하류 쪽으로 흐른다. 여기서 상기 정류판(75)은 버퍼용기(71) 내부의 입구측 단부(73) 쪽에 배치된다. 또 도 3의 (B)는, 도 3 (A)의 X-X선에서의 단면을 나타낸 것이다.

-운전동작-

다음에, 상기 공조기(10)의 운전동작에 대하여 설명한다. 여기서는 공조기(10)의 냉방운전 시 및 난방운전 시 동작에 대해 설명하며, 이어서 팽창기구(60)의 동작에 대해 설명한다.

〈냉방운전〉

이 냉방운전 시는, 제 1 십자전환밸브(21) 및 제 2 십자전환밸브(22)가, 도 1에 점선으로 나타낸 상태로 전환된 상태에서, 압축팽창유닛(30)의 전동기(45)를 통전시키면, 냉매회로(20)에서 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기가 행해진다.

상기 압축기구(50)에서 압축된 고압냉매는, 토출포트(31)를 통하여 압축팽창유닛(30)으로부터 토출된다. 이 상태에서, 고압냉매의 압력은 그 임계압력보다 높아진다. 이 고압냉매는 제 1 십자전환밸브(21)를 통하여 실외 열교환기(23)로 보내진다. 이 실외 열교환기(23)에서는, 유입한 고압냉매가 실외공기에 방열한다.

상기 실외 열교환기(23)에서 방열한 고압냉매는, 제 2 십자전환밸브(22)를 통하여, 유입포트(32)로부터 팽창기구(60)의 팽창실(65)로 유입한다. 이 팽창실(65)에서는 고압냉매가 팽창하며, 그 내부 에너지가 샤프트(45)의 회전동력으로 변환된다. 그리고 팽창 후의 저압냉매는, 유출포트(33)를 통하여 압축팽창유닛(30)으로부터 유출하며, 제 2 십자전환밸브(22)를 통하여 실내 열교환기(24)로 보내진다.

상기 실내 열교환기(24)에서는, 유입한 저압냉매가 실내공기로부터 흡열하여 증발하며, 실내공기가 냉각된다. 상기 실내 열교환기(24)로부터 나온 저압 가스냉매는, 제 1 십자전환밸브(21)를 통해, 흡입포트(34)로부터 압축팽창유닛(30)의 압축기구(50)로 흡입된다. 그리고 이 압축기구(50)는, 흡입한 냉매를 다시 압축하여 토출한다.

〈난방운전〉

이 난방운전에서는, 제 1 십자전환밸브(21) 및 제 2 십자전환밸브(22)가 도 1에 실선으로 나타낸 상태로 전환된 상태에서, 압축팽창유닛(30)의 전동기(45)를 통전시키면, 냉매회로(20)에서 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기가 행해진다.

상기 압축기구(50)에서 압축된 고압냉매는, 토출포트(31)를 통하여 압축팽창 유닛(30)으로부터 토출된다. 이 상태에서, 고압냉매의 압력은 그 임계압력보다 높아진다. 이 고압냉매는 제 1 십자전환밸브(21)를 통하여 실내 열교환기(24)로 보내진다. 이 실내 열교환기(24)에서는, 유입한 고압냉매가 실내공기에 방열하며, 실내공기가 가열된다.

상기 실내 열교환기(24)에서 방열한 고압냉매는, 제 2 십자전환밸브(22)를 통해, 유입포트(32)로부터 팽창기구(60)의 팽창실(65)로 유입한다. 이 팽창실(65)에서는 고압냉매가 팽창하며, 그 내부 에너지가 샤프트(45)의 회전동력으로 변환된다. 그리고 팽창 후의 저압냉매는 유출포트(33)를 통하여 압축팽창유닛(30)으로부터 유출하며, 제 2 십자전환밸브(22)를 통하여 실외 열교환기(24)로 보내진다.

상기 실외 열교환기(23)에서는, 유입한 저압냉매가 실외공기로부터 흡열하여 증발한다. 상기 실외 열교환기(23)로부터 나온 저압 가스냉매는, 제 1 십자전환밸브(21)를 통해, 흡입포트(34)로부터 압축팽창유닛(30)의 압축기구(50)로 흡입된다. 그리고 이 압축기구(50)는, 흡입한 냉매를 다시 압축하여 토출한다.

〈팽창기구의 동작〉

상기 팽창기구(60)의 동작에 대하여 도 4를 참조하면서 설명한다. 이 팽창기구(60) 팽창실(65)에 초임계 상태의 고압냉매가 유입되면, 샤프트(45)가 도 4 각 도에 있어서 반시계방향으로 회전한다. 그리고 이 도 4는, 샤프트(45)의 회전각 45°별로 나타낸 것이다.

상기 샤프트(45)의 회전각이 0°인 시점에서는, 유입포트(32)의 종단이 편심부(47)의 끝단면에 의해 막힌다. 이 시점에서 팽창실(65)은 유입포트(32)로부터 차단된 상태이며, 고압냉매는 팽창실(65)로 유입하지 않는다.

상기 샤프트(45)의 회전각이 45°인 시점에서는, 유입포트(32)가 연결통로(9b)로 연통된 상태가 된다. 그리고 이 연결통로(9b)는 홈형 통로(9a)로도 연통된다. 이 홈형 통로(9a)는, 도 4에서의 상단부가 회전피스톤(67)의 끝단면에서 벗어난 상태로 되며, 팽창실(65)의 고압측과 연통된다. 이 시점에서, 팽창실(65)이 홈형 통로(9a) 및 연결통로(9b)를 개재하고 유입포트(32)로 연통된 상태로 되며, 고압냉매가 팽창실(65)의 고압측으로 유입된다. 즉, 상기 팽창실(65)로의 고압냉매 유입은, 샤프트(45)의 회전각이 0°에서 45°에 이르는 동안에 개시된다.

상기 샤프트(45)의 회전각이 90°인 시점에서는, 여전히 팽창실(65)이 통로(9a) 및 연결통로(9b)를 개재하고 유입포트(32)로 연통된 상태가 된다. 따라서, 상기 샤프트(45)의 회전각이 45°에서 90°에 이르기까지, 고압냉매가 팽창실(65)의 고압측으로 계속 유입된다.

상기 샤프트(45)의 회전각이 135°인 시점에서는, 연결통로(9b)가 홈형 통로(9a) 및 유입포트(32)의 양쪽에서 벗어난 상태로 된다. 이 시점에서 팽창실(65)은 유입포트(32)와 차단된 상태이며, 고압냉매는 팽창실(65)로 유입하지 않는다. 즉 상기 팽창실(65)로의 고압냉매 유입은, 샤프트(45)의 회전각이 90°에서 135°에 이르는 동안에 종료된다.

상기 팽창실(65)로의 고압냉매 유입이 종료되면, 팽창실(65)의 고압측은 폐쇄공간이 되며, 내부의 냉매가 팽창한다. 즉, 도 4의 각 도에 나타낸 바와 같이, 샤프트(45)가 회전하여 팽창실(65)의 고압측 용적이 증대한다. 그 동안, 유출포 트(33)로 연통되는 팽창실(65)의 저압측으로부터, 팽창 후의 저압냉매가 유출포트(33)를 통하여 계속 토출된다.

상기 팽창실(65)에서의 냉매 팽창은, 샤프트(45)의 회전각이 135°에서 360°에 이르는 동안에, 회전피스톤(67)과 실린더(63)와의 접촉부가 유출포트(33)에 달할 때까지 계속된다. 그리고, 상기 회전피스톤(67)과 실린더(63)와의 접촉부가 유출포트(33)를 가로지르면, 팽창실(65)이 유출포트(33)로 연통되어, 팽창한 냉매가 토출되기 시작한다. 그 후, 상기 회전피스톤(67)과 실린더(63)와의 접촉부가 유출포트(33)를 통과하면, 팽창실(65)이 유출포트(33)와 차단되어, 팽창한 냉매의 토출이 종료된다.

전술한 바와 같이, 용적형 팽창기구(60)에 있어서 냉매의 흡입 및 토출은 샤프트(45)의 회전각도에 따라 정해진다. 이로써 팽창기구(60)에서의 냉매의 흡입유량 및 토출유량은, 주기를 통하여 단속적으로 된다. 따라서, 상기 팽창기구(60)의 유입포트(32) 및 유출포트(33)에서, 흡입냉매 및 토출냉매의 압력변동(압력맥동)이 발생한다. 이 압력변동은 기기 전체의 진동을 일으킨다. 또, 상기 팽창기구(60)의 유출포트(33)에서는, 팽창 후의 냉매가 기액 2상상태가 되므로, 액적상태의 냉매가 배관의 내벽에 충돌함으로써도 진동이 발생한다. 이와 같이, 팽창기구(60)의 출구측에서는 입구측보다 큰 진동이 발생한다.

다음에, 상기 압력완충수단(70)의 작용에 대하여 설명한다. 상기 토출냉매의 압력변동이 발생하면, 버퍼용기(71)에 의해 압력공급 및 압력흡수가 행해진다.

예를 들어, 상기 유출포트(33)의 토출냉매 유량이 감소되어 냉매압력이 저하 된 경우, 버퍼용기(71)로부터 통상보다 다량의 냉매가 접속관(P)으로 유출된다. 이로써 접속관(P)에서의 냉매의 압력 저하가 억제된다. 또, 상기 유출포트(33)에서의 토출냉매 유량이 증대되어 냉매압력이 상승된 경우, 버퍼용기(71)로 유입된 냉매 중, 증대한 양만큼의 냉매는 버퍼용기(71) 내에 그대로 저류되며, 나머지 냉매는 접속관(P)으로 유출한다. 이로써, 접속관(P)에서의 냉매 압력상승이 억제된다. 즉 상기 버퍼용기(71)는, 유출포트(33)에서의 압력변동에 따라 냉매의 토출 및 흡수를 행하며, 접속관(P)에서의 냉매 유량을 항상 일정하게 유지하도록 구성된다.

또, 상기 유출포트(33)로부터 버퍼용기(71)로 유입한 냉매는, 정류판(75)의 메시부(75a)를 통과하여 흐름이 안정된다. 따라서 액적상태의 냉매가 배관 벽에 종래와 같이 심하게 충돌하는 일이 없어진다. 또한, 냉매가 메시부(75a)를 통과할 때, 액적상태의 냉매가 미세화되므로, 액적상태의 냉매가 배관 벽에 충돌해도 그 충격이 작아진다.

이상으로부터, 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 팽창기구(60)의 출구측 배관에서의 냉매의 압력변동은, 버퍼용기(71)를 설치하지 않는 종래의 경우(도 11의 (A) 참조)에 비해 현저하게 작아졌음을 알 수 있다. 또, 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 팽창기구(60)의 출구측 배관에서의 진동은, 종래 경우(도 11의 (B) 참조)에 비해, 고진폭 부분이 없어져 전체적으로 작아졌음을 알 수 있다.

-제 1 실시형태의 효과-

이상 설명한 바와 같이, 본 제 1 실시형태에 의하면, 팽창기구(60) 유출포 트(33)의 유로 횡단면적보다 크게 형성되며, 팽창기구(60)의 토출냉매 압력변동을 완화시키는 버퍼용기(71)를 팽창기구(60)의 출구측 배관 도중에 설치하도록 구성되므로, 팽창기구(60)의 토출냉매 압력변동을 확실하게 억제할 수 있으며, 그 압력변동에 기인하는 기기 전체의 진동을 억제할 수 있다.

또한, 상기 버퍼용기(71)에 메시형태의 정류판(75)을 배치하도록 구성되므로, 버퍼용기(71)로 유입한 냉매의 흐름을 안정시킬 수 있음과 더불어, 냉매에 포함되는 액적상태의 냉매를 미세화시킬 수 있다. 이로써, 액적상태의 냉매가 배관 벽 등에 심하게 충돌하는 것을 억제할 수 있으며, 충돌했다 하더라도 물방울이 작으므로 그 충격을 완화시킬 수 있다. 따라서, 액냉매가 배관 벽 등에 충돌하여 발생하는 진동을 억제할 수 있으므로, 전술한 효과와 더불어, 기기 전체의 진동을 한층 억제할 수 있다. 그 결과, 기기류가 파손될 우려가 없어진다.

또, 상기 팽창기구(60)에서의 토출냉매 압력변동이 억제되므로, 토출압력 손실을 억제할 수 있으며, 용적형 팽창기구(60)의 효율 저하를 방지할 수 있고, 또한 급격한 압력변동에 기인하는 소음을 방지할 수 있다.

또, 상기 버퍼용기(71)를, 냉매의 흐름을 따라 이어지는 통모양으로 형성하도록 구성하므로, 예를 들어 냉매의 흐름에 대해 수직방향으로 이어지는 형상으로 한 경우에 비해, 냉매의 유통저항을 작게 할 수 있다. 따라서, 유로 확대부(71)를 설치하는 것에 의한 운전효율의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 상기 냉매회로(20)의 냉매에 이산화탄소를 이용하므로, 지구환경 친화적인 장치를 제공할 수 있다. 특히, 이산화탄소일 경우, 임계압상태까지 압축하므 로 그만큼 압력변동은 커지지만, 이 압력맥동을 확실하게 저감할 수 있다.

-제 1 실시형태의 변형예-

상기 제 1 실시형태의 변형예에 대하여 도 6을 참조하면서 설명한다. 이 변형예는 상기 제 1 실시형태에서의 버퍼용기(71) 정류판(75)의 구성을 변경한 것이다. 즉, 상기 제 1 실시형태가, 정류판(75)을 메시형태로 형성한 대신, 본 변형예는, 정류판(76) 전면에 걸쳐 관통공인 작은 구멍(76a)을 형성하도록 구성한다(도 6의 (B) 참조). 그리고 도 6의 (B)는, 도 6 (A)의 X-X선에서의 단면을 나타낸 것이다.

이 경우, 버퍼용기(71)로 유입한 냉매가 정류판(76)의 작은 구멍(76a)을 통하여 흐름으로써, 냉매의 흐름이 안정된다. 또, 냉매가 작은 구멍(76a)을 통과할 때, 그 흐름 속도가 가속되고, 그 힘에 의해 액적상태의 냉매가 미세화된다. 따라서, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 액적상태의 냉매가 배관 벽 등에 충돌함으로써 발생하는 진동을 억제할 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.

[제 2 실시형태]

다음에, 본 발명의 제 2 실시형태를 도 7을 참조하면서 설명한다.

본 제 2 실시형태는, 상기 제 1 실시형태가, 버퍼용기(71) 내에 정류판(75)을 배치한 대신, 버퍼용기(71) 내에 구획판(77)을 배치하도록 구성한 것이다. 구체적으로, 상기 구획판(77)은 원판형으로 형성되며, 바깥 지름이 버퍼용기(71) 몸체부(72)의 안 지름과 거의 동등하게 형성된다. 이 구획판(77) 중앙에는 냉매의 유통공으로서 원형 관통공(77a)이 1개 형성된다. 이 관통공(77a)의 안 지름은 유출포트(33)의 안 지름과 거의 같은 지름으로 형성된다. 그리고 상기 구획판(77)은 버퍼용기(71)의 내부 중앙에 배치되며, 이 내부를 유출포트(33)측의 상류 쪽 공간과, 접속관(P)측의 하류 쪽 공간으로 구획한다. 즉, 상기 버퍼용기(71) 내부가 2개의 압력완충공간으로 구성된다.

이 경우, 예를 들어 팽창기구(60)의 토출냉매 압력이 저하된 경우, 냉매가 상류 쪽 공간으로부터 하류 쪽 공간으로 흐르고, 이 하류 쪽 공간의 냉매와 함께 접속관(P)으로 유출한다. 역으로, 팽창기구(60)의 토출냉매 압력이 상승된 경우, 유출포트(33)로부터 증대한 양에 상당하는 냉매가 상류 쪽 공간으로 흐르고, 그 일부가 하류 쪽 공간으로 흐른다. 즉 상기 버퍼용기(71)에서는 토출냉매의 압력변동을 2단계로 완화시킨다. 이로써, 급격한 압력변동에 따른 충격을 완화시킬 수 있다. 따라서 기기 전체의 진동을 억제할 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.

또, 상기 구획판(77)의 수는 이에 한정되지 않으며, 복수 배치하여 복수의 압력완충공간을 형성하도록 구성해도 된다. 예를 들어, 도 8에 나타낸 바와 같이, 구획판(77)을 3개 배치하여, 4개의 압력완충공간을 형성하도록 해도 된다. 이 경우, 팽창기구(60)의 토출냉매 압력변동이 4단계로 완화된다. 따라서, 한층 진동 발생을 억제할 수 있다.

[제 3 실시형태]

다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태를 도 9를 참조하면서 설명한다.

본 제 3 실시형태는, 버퍼용기(71) 내에 제 1 실시형태의 정류판(75)과, 제 2 실시형태의 구획판(77)을 1개씩 배치하도록 구성한 것이다. 구체적으로 상기 구획판(77) 및 정류판(76)은, 이 순으로 유출포트(33) 쪽부터 배치된다. 즉, 상기 버퍼용기(71)에서는 내부가 2개의 압력완충공간으로 구획되며, 그 하류 쪽의 압력완충공간에 정류판(75)이 배치된다. 따라서, 압력변동에 의한 진동이나 액적상태의 냉매의 배관 벽 등에의 충돌에 의한 진동, 또한 급격한 압력변동의 충격에 의한 진동을 억제할 수 있다. 여기서, 상기 구획판(77)과 정류판(75)은 그 위치가 서로 바뀌어도 되고, 메시형태의 정류판(75) 대신 제 1 실시형태 변형예에서 이용한 정류판(76)을 이용하도록 해도 됨은 물론이다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.

-제 3 실시형태의 변형예-

상기 제 3 실시형태의 변형예에 대하여 도 10을 참조하면서 설명한다. 이 변형예는, 상기 제 3 실시형태가, 버퍼용기(71)를 수평으로 둔 상태로 이용한 대신, 버퍼용기(71)를 수직으로 둔 상태로 이용하도록 한 것이다. 즉, 상기 제 3 실시형태에서는 버퍼용기(71)로 유입한 냉매가 수평방향으로 흐르지만, 본 변형예에서는 냉매가 상하방향으로 흐르도록 한 것이다.

구체적으로 상기 버퍼용기(71)는, 몸체부(72)가 상하방향으로 이어지도록 배치되며, 이 몸체부(72)의 상측 끝단면이 입구측 단부(73)로 막히고, 하측 끝단면이 출구측 단부(74)로 막힌다. 즉, 상기 버퍼용기(71)는 수직방향으로 이어지는 원통형 용기로 형성된다. 그리고, 상기 유출포트(33)가 버퍼용기(71)의 상부 측면인 몸체부(72) 상부에 접속되며, 접속관(P)이 버퍼용기(71)의 하면인 출구측 단부(74) 중앙에 접속된다.

상기 버퍼용기(71)에서는 유출포트(33)로부터 유입한 냉매가 수직하향으로 흐른다. 즉, 유입한 가스냉매는 물론, 액냉매가 위부터 밑으로 흘러 접속관(P)으로 유출된다. 따라서, 액냉매가 버퍼용기(71) 내에 저류되는 것을 방지할 수 있다. 또 상기 유출포트(35)는, 버퍼용기(71)의 상면인 입구측 단부(73)에 접속하도록 해도 된다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.

[그 밖의 실시형태]

예를 들어, 상기 각 실시형태에서의 정류판(75, 76) 형상은, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 정류판(75, 76)의 단면형상은, 버퍼용기(71) 횡단면을 대략 차지할 정도의 면적을 갖는 원형이나 다각형으로 형성되어도 된다.

또, 상기 정류판(75)의 수는 1개에 한정되지 않으며, 2개 이상 병렬로 인접시켜 배치하도록 해도 된다.

또한, 상기 버퍼용기(71)의 형상은, 원통형에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 버퍼용기(71)는, 냉매의 흐름 방향을 따라 이어지는, 단면에서 보아 사각형의 통모양으로 형성해도 되며, 냉매의 유로 횡단면적이 입구측부터 출구측을 향해 점차 확대되도록 형성해도 된다.

여기서, 이상의 실시형태는, 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물, 혹은 그 용도 범위의 제한을 의도하는 것은 아니다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 용적형 팽창기를 갖는 냉매회로를 구비한 냉동장치로서 유용하다.

Claims (8)

1. 용적형 팽창기(60)가 배관접속되어 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(20)를 구비한 냉동장치에 있어서,

   상기 냉매회로(20)는, 용적형 팽창기(60)의 출구측 배관 도중에, 상기 출구측 배관보다 냉매의 유로 횡단면적이 크게 형성되며, 용적형 팽창기(60)로부터 유출하는 냉매의 압력변동을 완화시키는 유로 확대부(71)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
2. 용적형 팽창기(60)가 배관접속되어 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(20)를 구비한 냉동장치에 있어서,

   상기 냉매회로(20)는, 용적형 팽창기(60)의 출구측 배관 도중에, 상기 출구측 배관보다 냉매의 유로 횡단면적이 크게 형성되며, 냉매의 흐름 방향을 따라 이어지는 통모양의 유로 확대부(71)를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 유로 확대부(71)는, 상하방향으로 이어지는 상태로 배치되며, 상부로부터 유입된 냉매가 수직으로 하방을 향해 흐르고 하면으로부터 유출하도록, 용적형 팽창기(60)의 출구측 배관에 접속되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 유로 확대부(71)의 내부에는, 냉매의 정류수단(75, 76)이 배치되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 정류수단(76)은, 복수의 관통공을 갖는 판상으로 형성되며, 냉매의 흐름 방향으로 대향 배치되는 정류판인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 정류수단(75)은, 판상의 메시부재로 형성되며, 냉매의 흐름 방향으로 대향 배치되는 정류판인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
7. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 유로 확대부(71)에는, 관통공을 가지며, 내부를 냉매의 흐름 방향으로 구획하는 구획판(77)이 배치되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 냉매는, 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 냉동장치.

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