KR20180024814A - 고압식 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 고압식 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클 장치는, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 구비되는 구동모터; 상기 케이싱의 내부공간에 구비되고, 냉매를 압축하는 압축공간이 구비되며, 상기 압축공간으로 냉매를 안내하는 흡입구가 구비되고, 상기 압축공간에서 압축된 냉매를 상기 케이싱의 내부공간으로 안내하는 토출구가 구비되는 압축부; 상기 압축부에 구비되며, 상기 케이싱의 내부공간의 압력과 상기 압축부의 압축공간의 압력 사이의 차이에 따라 상기 토출구를 선택적으로 개폐하는 토출밸브; 상기 케이싱의 내부공간에서 토출된 냉매가 상기 케이싱의 내부공간으로 역류하는 것을 억제하는 제1 밸브; 상기 압축부를 기준으로 그 압축부의 토출측과 흡입측 사이를 연결하는 바이패스관; 및 상기 바이패스관에 설치되어 그 바이패스관을 선택적으로 개폐하는 제2 밸브;를 포함한 고압식 압축기가 제공될 수 있다.

Description

고압식 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클 장치{HIGH PRESSURE COMPRESSOR AND REFRIGERATING MACHINE HAVING THE SAME}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 케이싱의 내부공간이 고압부를 이루는 고압식 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클 장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 증기압축식 냉동사이클(이하, 냉동사이클로 약칭함)에 적용되고 있다.

압축기는 냉매를 압축실로 흡입하는 방식에 따라 간접 흡입 방식과 직접 흡입 방식으로 구분될 수 있다. 간접 흡입 방식은 냉동사이클을 순환하는 냉매가 압축기 케이싱의 내부공간으로 유입되었다가 압축실로 흡입되는 방식이고, 직접 흡입 방식은 간접 흡입 방식과 달리 냉매가 직접 압축실로 흡입되는 방식이다. 간접 흡입 방식은 저압식 압축기로, 직접 흡입 방식은 고압식 압축기로 구분되기도 한다.

저압식 압축기는 냉매가 압축기 케이싱의 내부공간으로 먼저 유입됨에 따라 액냉매나 오일이 압축기 케이싱의 내부공간에서 걸러지게 되고, 이에 따라 별도의 어큐뮬레이터가 구비되지 않는다. 반면, 고압식 압축기는 압축실로 액냉매나 오일이 유입되는 것을 방지하기 위해 통상 어큐뮬레이터가 압축실보다 흡입측에 구비되어 있다.

이러한 고압식 압축기는 케이싱의 내부공간이 토출공간인 고압부를 이루며, 어큐뮬레이터의 내부공간은 저압부를 이루게 된다. 때문에, 운전 중에 냉동사이클의 전원이 오프되면 압축기의 흡입압과 토출압의 차이가 커서, 압축기는 순간 재기동이 불가능하게 된다. 따라서, 대부분의 고압식 압축기를 사용하고 있는 에어콘은 압축기의 운전이 정지(OFF)된 이후, 일정시간 동안 운전 정지를 지속시켜, 상기 흡입압과 토출압이 일정 범위내로 조정되도록 하는 평압 시간을 확보하는, 소위 '3분 재기동'이라는 부가적인 운전을 실시하고 있다.

특히, 북미 지역의 유니터리 에어콘 분야에서는 압축기의 정지시 3분 재기동과 같은 부가적인 운전을 실시하는 동안에 냉동사이클의 팬을 작동시켜, 냉동사이클 장치의 운전 중 발생한 차압이 평압에 도달할 때까지의 잠열을 이용함으로써, 냉동사이클 장치의 효율을 극대화하는 방법을 사용하고 있다.

하지만, 냉동사이클 장치의 차압이 평압에 도달하는 시간(이하, 차압 구간 또는 평압 소요 시간)이 길어지면, 압축기 내 오일이 부재간 틈새를 통해 유출되어 오일의 유면이 낮아질 뿐만 아니라, 압축기가 재기동되지 않고 이로 인해 고압식 압축기를 에어콘과 같은 냉동장치에 적용하기가 어려워지는 문제점이 있었다. 즉, 상기 흡입압과 토출압의 차이에 의해 상기 케이싱의 내부공간의 오일이 부재간 틈새를 통해 상기 케이싱의 내부공간에 비해 상대적으로 저압인 어큐뮬레이터로 유출되어 상기 압축기 케이싱의 내부공간에 저장되는 오일의 유면이 낮아진다. 특히, 로터리 압축기는 그 특성상 흡입압력과 토출압력 사이의 차압이 1kgf/㎠ 정도로 작은 상태에서도 재기동이 되지 않는다. 때문에 압축기가 한번 정지하게 되면, 압축기는 쉽게 재기동이 되지 않는다. 그런데 압축기가 상기 차압에 의해 재기동이 되지 않는 상태에서도 입력 전원이 계속 투입되면 모터에 과부하가 발생되어, 결국 과부하 방지장치(Over Load Protecter:OLP)가 작동되면서 압축기의 정지 상태가 장기화될 수 있다. 따라서, 오일의 유출을 고려하면 압축기가 평압에 도달하는 시간을 길게 진행할 수 없고, 이에 따라 허용될 수 있는 평압 소요 시간이 짧은 로터리 압축기는 평압 소요 시간에 잠열을 이용하는 냉동사이클 장치에는 적용되기 어렵다. 따라서, 냉동사이클 장치의 효율을 중요시하는 지역에서는 고압식 압축기인 로터리 압축기를 에어콘 등에 적용하기가 곤란해지는 문제점이 있다.

대신에, 고압식 압축기를 적용하는 유니터리 에어콘에서는 차압에서 평압으로 신속하게 도달할 수 있도록 응축기와 증발기 사이에 오리피스(orifice)를 설치하는 방식이 적용될 수 있다. 하지만, 오리피스를 사용하여 평압 소요 시간을 단축하게 되면 차압구간의 잠열을 사용하는 것이 역시 불가능하게 되기 때문에 이 역시 효율 측면에서 불리하여 에어콘과 같은 냉동장치에 고압식 압축기를 적용하기가 어렵게 되는 문제점이 있었다.

또, 종래의 로터리 압축기가 적용되는 경우에는, 냉동사이클 자이의 정지후 재운전시 압축기의 재기동이 원활하게 이루어지지 않음에 따라 모터의 과부하를 방지하는 과부하 방지장치가 반복적으로 작동하게 되고, 이로 인해 과부하 방지장치가 손상되거나 또는 모터의 과열로 인해 소손되면서 압축기에 대한 신뢰성이 저하되는 문제점도 있었다.

본 발명이 목적은, 냉동사이클 장치가 오프되었다가 재운전되는 경우 신속하게 재기동될 수 있는 고압식 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 냉동사이클 장치가 오프되어 압축기가 정지되는 경우, 흡입압과 토출압 사이의 차압을 해소시키는 평압 운전을 압축기 정지와 동시에 실시하여, 냉동사이클 장치의 재운전시 압축기가 신속하게 재기동될 수 있도록 하는 고압식 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 냉동사이클 장치가 오프되어 압축기가 정지되는 경우, 흡입압과 토출압 사이의 차압을 해소시키는 평압 운전을 적절한 시점에 실시하여, 냉동사이클 장치의 재운전시 압축기가 신속하게 재기동될 수 있도록 하는 고압식 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 냉동사이클 장치가 오프되어 압축기가 정지된 상태에서 냉동사이클 장치가 열교환을 할 수 있도록 하는 고압식 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 냉동사이클 장치의 재운전시 압축기가 신속하게 재기동될 수 있도록 하여 과부하 방지장치가 손상되는 것을 미연에 방지하고, 이를 통해 모터가 과열되어 소손되는 것을 방지함으로써 압축기의 신뢰성을 높일 수 있는 로터리 압축기 및 이를 구비한 냉동사이클 장치를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 구비되는 구동모터; 상기 케이싱의 내부공간에 구비되고, 냉매를 압축하는 압축공간이 구비되며, 상기 압축공간으로 냉매를 안내하는 흡입구가 구비되고, 상기 압축공간에서 압축된 냉매를 상기 케이싱의 내부공간으로 안내하는 토출구가 구비되는 압축부; 상기 압축부에 구비되며, 상기 케이싱의 내부공간의 압력과 상기 압축부의 압축공간의 압력 사이의 차이에 따라 상기 토출구를 선택적으로 개폐하는 토출밸브; 상기 케이싱의 내부공간에서 토출된 냉매가 상기 케이싱의 내부공간으로 역류하는 것을 억제하는 제1 밸브; 상기 압축부를 기준으로 그 압축부의 토출측과 흡입측 사이를 연결하는 바이패스관; 및 상기 바이패스관에 설치되어 그 바이패스관을 선택적으로 개폐하는 제2 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제2 밸브는 상기 압축부에 압축부하가 발생하면 상기 바이패스관을 차단하는 반면 상기 압축부에 압축부하가 제거되면 상기 바이패스관을 개방하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 밸브는 상기 구동모터를 제어하는 제어부에 전기적으로 연결되어, 상기 구동모터의 동작중에는 상기 바이패스관을 차단하는 반면 상기 구동모터의 정지중에는 상기 바이패스관을 개방하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 밸브는 상기 구동모터의 정지와 동시에 상기 바이패스관을 개방하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 밸브는 상기 구동모터가 재기동하는 동시에 상기 바이패스관을 차단하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 제어부는 상기 구동모터를 재기동시키기 전에, 상기 제2 밸브의 개폐상태를 확인하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 제어부는 상기 제2 밸브의 개폐상태를 확인한 후에, 상기 압축부를 기준으로 한 흡입측과 토출측 사이의 압력차가 상기 제어부에 저장된 기준값 이상인 경우에는 상기 구동모터의 재기동을 지연시키도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 제2 밸브는 그 제2 밸브를 제어하는 밸브 제어부에 전기적으로 연결되어, 상기 구동모터와 독립적으로 제어될 수 있다.

그리고, 상기 밸브 제어부는 상기 구동모터에 대한 구동여부를 확인하여, 상기 구동모터가 구동중인 때에는 상기 바이패스관을 차단하는 반면 상기 구동모터가 정지중일 때에는 상기 바이패스관을 개방하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 밸브 제어부는 상기 구동모터가 정지한 후에 상기 바이패스관을 개방하도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 바이패스관의 제1 단은 상기 토출밸브와 상기 제1 밸브 사이에 연통되고, 상기 바이패스관의 제2 단은 상기 제1 밸브와 상기 압축부의 흡입구 사이에 연통될 수 있다.

그리고, 상기 바이패스관의 제1 단은 상기 케이싱의 내부공간 또는 상기 케이싱의 내부공간에 연결되는 토출관에 연통될 수 있다.

그리고, 상기 케이싱의 일측에는 내부공간을 가지며 그 내부공간이 상기 압축부의 흡입구와 연통되는 어큐뮬레이터가 구비되고, 상기 바이패스관의 제2 단은 상기 어큐뮬레이터의 내부공간에 연통될 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부공간이 고압부를 이루며 상기 내부공간에 압축부가 구비되는 케이싱; 상기 압축부를 기준으로 흡입측과 토출측 사이를 연결하는 제1 냉매유로; 상기 제1 냉매유로에 구비되는 체크밸브; 상기 제1 냉매유로에서 분관되어 상기 압축부를 기준으로 그 압축부의 흡입측에 연결되는 상기 제1 냉매유로의 입구와 상기 압축부의 토출측에 연결되는 상기 제1 냉매유로의 출구 사이의 거리를 단축하는 제2 냉매유로; 상기 제2 냉매유로에 구비되어 그 제2 냉매유로를 선택적으로 개폐하는 솔레노이드밸브; 및 상기 압축부에 압축부하가 발생하면 상기 제2 냉매유로가 차단되도록 상기 솔레노이드밸브를 제어하는 반면 상기 압축부에 압축부하가 제거되면 상기 제2 냉매유로가 개방되도록 상기 솔레노이드밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제2 냉매유로는 제1 단이 상기 압축부와 상기 체크밸브 사이에서 분관될 수 있다.

그리고, 상기 제어부는 상기 압축부에 압축부하가 제거되는 동시에 상기 제2 냉매유로가 개방되도록 상기 솔레노이드밸브를 제어할 수 있다.

그리고, 상기 제어부는 상기 압축부에 압축부하가 발생하기 전에 일정 시간 동안 상기 제2 냉매유로가 개방되도록 상기 솔레노이드밸브를 제어할 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축기; 상기 압축기에 연결되는 응축기; 상기 응축기의 일측에 구비되는 응축기 팬; 상기 응축기에 연결되는 증발기; 및 상기 증발기의 일측에 구비되는 증발기 팬;을 포함하고, 상기 압축기는, 밀폐된 내부공간을 가지고, 그 내부공간에 토출관이 연통되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 구비되는 구동모터; 상기 케이싱의 내부공간에 구비되고, 냉매를 압축하는 압축공간이 구비되며, 상기 압축공간으로 냉매를 안내하도록 흡입관이 연통되는 흡입구가 구비되고, 상기 압축공간에서 압축된 냉매를 상기 케이싱의 내부공간으로 안내하는 토출구가 구비되는 압축부; 상기 압축부에 구비되며, 상기 케이싱의 내부공간의 압력과 상기 압축부의 압축공간의 압력 사이의 차이에 따라 상기 토출구를 선택적으로 개폐하는 토출밸브; 상기 케이싱의 내부공간에서 토출된 냉매가 상기 케이싱의 내부공간으로 역류하는 것을 억제하는 제1 밸브; 상기 압축부를 기준으로 그 압축부의 토출측과 흡입측 사이를 연결하는 바이패스관; 및 상기 바이패스관에 설치되어 그 바이패스관을 선택적으로 개폐하는 제2 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제2 밸브의 개폐하는 제어부가 더 구비되고, 상기 제어부는, 상기 구동모터가 구동중에는 상기 제2 밸브를 닫고, 상기 구동모터가 정지하면 상기 제2 밸브를 열어 상기 압축부의 흡입측과 토출측이 평압을 형성하도록 제어할 수 있다.

그리고, 상기 제어부는, 상기 제2 밸브가 열린 상태에서 상기 응축기 팬과 상기 증발기 팬 중에서 적어도 어느 한 쪽 팬이 작동되도록 제어할 수 있다.

본 발명에 의한 고압식 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클 장치는, 압축기에서 응축기를 향해 토출된 냉매가 다시 압축기로 역류하는 것을 차단하는 체크밸브를 설치함과 아울러 압축부에서 케이싱의 내부공간으로 토출된 냉매의 일부가 압축부의 흡입측으로 바이패스 되도록 하는 바이패스관 및 그 바이패스관을 선택적으로 개폐하는 솔레노이드밸브를 설치함으로써, 로터리 압축기와 같은 고압식 압축기가 적용되는 냉동사이클 장치에서 일시적으로 정지되는 경우 압축부를 기준으로 흡입측과 토출측이 신속하게 평압 상태를 이룰 수 있어 냉동사이클의 재운전시 압축기가 신속하게 재기동을 할 수 있다.

이를 통해, 압축기가 정지되더라도 그 정지된 시간 동안 냉동사이클 장치의 팬을 작동시켜 열교환을 지속시키는 소위 차압운전을 실시할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 냉동사이클 장치의 정지후 재운전시 압축기의 재기동이 원활하지 않을 경우 발생될 수 있는 과부하 방지장치와 모터의 손상을 미연에 방지하여 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 냉동사이클 장치를 보인 계통도,
도 2는 도 1에 따른 냉동사이클 장치에서 어큐뮬레이터를 가지는 로터리 압축기를 보인 종단면도,
도 3a 및 도 3b는 도 2에 따른 압축기에서, 제1 밸브 및 제2 밸브를 각각 보인 종단면도,
도 4a 내지 도 4c는 도 2에 따른 냉동사이클 장치에서 차압 운전, 평압 운전, 재기동 운전을 설명하기 위해 보인 각각의 개략도,
도 5a 내지 도 6b는 종래의 로터리 압축기와 본 발명의 로터리 압축기에 대한 동작을 보인 블록도 및 이에 대한 압력변화와 전류변화를 보인 그래프로서, 도 5a 및 도 5b는 종래 로터리 압축기에 대해 보인 도면들이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명에 대해 보인 도면들,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 로터리 압축기가 적용된 냉동사이클 장치를 종래의 로터리 압축기가 적용된 냉동사이클 장치와 비교하여 보인 그래프로서, 도 7a는 종래의 로터리 압축기와 본 발명의 로터리 압축기를 동일 부하에서 운전중 정지시킨 경우, 잠열구간을 상대 비교하여 보인 그래프이고, 도 7b는 종래의 로터리 압축기와 본 발명의 로터리 압축기에 대한 재기동 시점 및 안정화 단계를 비교하여 보인 그래프,
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 로터리 압축기에서, 밸브 제어부를 구비한 제2 밸브 및 이 제2 밸브가 적용되는 냉동사이클 장치의 일례를 보인 개략도,
도 10 및 도 11은 도 2에 따른 냉동사이클 장치에서, 제1 밸브의 설치위치에 대한 다른 실시예들을 보인 개략도,
도 12 내지 도 16은 도 2에 따른 냉동사이클 장치에서, 바이패스관의 연결위치에 대한 다른 실시예들을 보인 개략도.

이하, 본 발명에 의한 압축기 및 이를 적용한 냉동사이클 장치 및 이 냉동사이클 장치의 운전 방법을 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 냉동사이클 장치를 보인 계통도이고, 도 2는 도 1에 따른 냉동사이클 장치에서 어큐뮬레이터를 가지는 로터리 압축기를 보인 종단면도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 의한 냉동사이클 장치는 압축기(1), 응축기(2), 팽창변(3), 증발기(4)로 이루어진다. 이 냉동사이클 장치가 유니터리 어에콘(unitary air-conditioner)에 적용되는 경우에는 실외기에는 압축기, 실외측 열교환기(응축기 또는 증발기)와 실외팬(응축기 팬 또는 증발기 팬) 및 팽창변이 설치되고, 실내기에는 실내측 열교환기(증발기 또는 응축기)와 실내팬(증발기 팬 또는 응축기 팬)가 설치된다.

도면에는 도시하지 않았으나, 압축기(1)의 토출측과 흡입측 사이에는 냉매전환밸브(미도시)가 설치되어, 압축기(1)에서 토출되는 냉매의 순환방향을 실외기 또는 실내기로 전환하면서 냉동사이클 장치를 냉방용 또는 난방용으로 전환시킬 수 있다. 도 1에서는 냉매전환밸브가 도시되지 않은 계통도로서, 냉방용을 예로 들어 살펴본다.

압축기(1)에서 토출되는 고압의 냉매는 실외기에 설치되는 응축기(2)로 이동하고, 이 냉매는 응축기(2)에서 응축되어 팽창변(3)을 거치면서 팽창되며, 이 팽창된 냉매는 실내기에 설치되는 증발기(4)를 거쳐 증발된 상태로 압축기(1)로 다시 흡입되는 일련의 순환과정을 반복한다. 여기서, 압축기(1)는 그 케이싱의 내부공간이 고압인 토출압 상태를 이루는 로터리 압축기로 이루어질 수 있다.

도 2를 참고하면, 본 실시예에 의한 로터리 압축기(1)는, 압축기 케이싱(10)의 내부공간에는 전동부가 설치되고, 전동부의 하측에는 압축부가 설치되어 있다. 전동부와 압축부는 회전축에 의해 기구적으로 연결되어 있다.

전동부는 압축기 케이싱(10)의 내부에 고정자(21)가 압입되어 고정되고, 고정자(21)의 내부에는 회전자(22)가 회전 가능하게 삽입되어 있다. 회전자(22)의 중심에는 회전축(23)이 압입되어 결합되어 있다.

압축부는 회전축(23)을 지지하는 메인베어링(31)이 압축기 케이싱(10)의 내주면에 고정 결합되고, 메인베어링(31)의 하측에는 그 메인베어링(31)과 함께 회전축(23)을 지지하는 서브베어링(32)이 일정 간격을 두고 메인베어링(31)에 고정되며, 메인베어링(31)과 서브베어링(32)의 사이에는 압축공간(33a)을 형성하는 실린더(33)가 설치되어 있다. 실린더(33)의 압축공간(33a)에는 그 압축공간(33a)에서 회전축(23)과 함께 선회운동을 하면서 냉매를 압축하는 롤링피스톤(34)이 구비되고, 실린더(33)의 내벽에는 롤링피스톤(34)과 함께 압축공간(33a)을 흡입실과 압축실로 구획하는 베인(35)이 미끄러지게 삽입되어 있다.

메인베어링(31)에는 압축공간(33a)에서 압축된 냉매를 토출하는 토출구(31a)가 형성되고, 토출구(31a)의 단부에는 그 토출구(31a)를 개폐하는 토출밸브(36)가 설치되어 있다. 메인베어링(31)의 상면에는 소정의 소음공간을 가지는 토출머플러(37)가 설치되어 있다.

이로써, 토출밸브(36)는 압축공간의 내부압력(이하, 흡입압)(Ps)과 압축기 케이싱(10)의 내부공간(정확하게는, 토출머플러의 소음공간)의 내부압력(이하, 토출압)(Pd)의 차이에 따라 개폐될 수 있다. 따라서, 흡입압(Ps)이 너무 낮으면 그 흡입압(Ps)과 토출압(Pd) 사이의 압력차가 너무 커지게 되고, 이로 인해 흡입압(Ps)이 토출가능압력(토출밸브가 열릴 수 있는 압력)에 도달하지 못하면서 압축공간(33a)의 냉매를 토출시키지 못하게 된다. 그러면 전동부(이하, 모터와 혼용함)에 과부하가 걸리면서 전동부에 구비되는 과부하방지장치(50)가 작동하여 모터를 정지시켜 압축부에서의 압축부하를 제거하게 된다.

한편, 압축기 케이싱(10)은 상하 양단이 개구된 원형통체(11)와, 원형통체(11)의 상하 양단을 복개하여 내부공간(10a)을 밀봉하는 상부캡(12) 및 하부캡(13)으로 이루어질 수 있다. 원형통체(11)의 하반부에는 후술할 어큐뮬레이터(40)의 출구측에 연결되는 흡입관(15)이 결합되고, 상부캡(12)에는 후술할 응축기(2)의 입구측에 토출측 냉매관(L1)으로 연결되는 토출관(16)이 결합될 수 있다. 흡입관(15)은 원형통체(11)를 관통하여 실린더(33)의 흡입구(33b)에 직접 연결되고, 토출관(16)은 상부캡(12)을 관통하여 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에 연통될 수 있다.

압축기 케이싱(10)의 일측에는 어큐뮬레이터(40)가 배치되고, 어큐뮬레이터(40)의 내부에는 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)과 분리되는 내부공간(40a)이 소정의 체적을 가지도록 형성될 수 있다. 어큐뮬레이터(40)의 상부에는 증발기(4)와 흡입측 냉매관(L2)으로 연결되며, 어큐뮬레이터(40)의 하부에는 압축기 케이싱(10)의 실린더(33)에 연결되는 흡입관(15)이 연결될 수 있다.

흡입측 냉매관(L2)은 어큐뮬레이터(40)의 상면에 연결되고, 흡입관(15)은 엘자(L) 모양으로 형성되어 어큐뮬레이터(40)의 하면을 관통하여 그 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a) 안쪽으로 소정의 높이만큼 깊숙하게 삽입되어 연결될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 로터리 압축기는, 고정자(21)에 전원이 인가되면, 회전자(22)와 회전축(23)이 고정자(21)의 내부에서 회전을 하면서 롤링피스톤(34)이 선회운동을 하고, 이 롤링피스톤(34)의 선회운동에 따라 흡입실의 체적이 가변되어 냉매를 실린더(33)로 흡입하게 된다.

이 냉매는 롤링피스톤(34)과 베인(35)에 의해 압축공간(33a)에서의 압축부하가 발생되어 압축되면서 메인베어링(31)에 구비된 토출구(31a)를 통해 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 토출되고, 이 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 토출되는 냉매는 토출관(16)을 통해 냉동사이클 장치로 배출되며, 이 냉동사이클 장치로 배출되는 냉매는 응축기(2)와 팽창변(3) 그리고 증발기(4)를 거쳐 어큐뮬레이터(40)로 유입되고, 이 냉매는 실린더(33)로 흡입되기 전에 어큐뮬레이터(40)를 거치면서 액냉매나 오일이 가스냉매와 분리되어, 가스냉매는 실린더(33)로 흡입되는 반면 액냉매는 어큐뮬레이터(40)에서 증발된 후에 실린더(33)로 흡입되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이때, 냉동사이클 장치의 운전이 정지되어 압축기(1)가 일시적으로 정지(OFF)되어 압축공간(33a)에서의 압축부하가 제거되더라도 그 압축기(1)에서 냉동사이클로 배출되었던 냉매는 압축부를 기준으로 흡입측과 토출축 사이의 압력 차이에 의해 상대적으로 고압을 이루는 응축기(2)에서 상대적으로 저압을 이루는 증발기(4) 방향으로 이동을 하게 된다. 따라서, 압축기(1)가 정지된 상태, 즉 압축부의 압축부하가 제거된 상태에서 냉동사이클 장치의 실외팬(2a)과 실내팬(4a)을 작동시키면 냉매가 압력 차이에 따라 이동하는 동안의 잠열을 이용하여 열교환을 지속할 수 있고, 이를 통해 냉동사이클 장치의 효율을 높일 수 있다.

하지만, 상기와 같은 로터리 압축기는 그 특성상 흡입압(압축공간의 압력)(Ps)과 토출압(케이싱 내부공간의 압력)(Pd)의 압력 차이가 1kgf/㎠ 내로 작은 경우에도 재기동이 불가능하여 평압 소요 시간을 길게 진행해야 한다. 하지만, 평압 소요 시간을 길게 진행할 경우, 오일 누설이 증가하게 되므로 현실적으로는 평압 소요 시간을 길게 진행할 수 없다. 따라서, 평압 소요 시간을 가능한한 짧게 진행하여야 하는데, 그러면 압축기는 재기동에 필요한 평압에 미처 도달하지 못한 상태이므로 냉동사이클 장치를 재운전시키려고 해도 압축기는 재기동을 하지 못하게 된다. 더군다나, 평압 소요 시간을 짧게 설정하게 되면 차압 구간에서의 잠열을 이용하지 못하여 그만큼 에너지 효율이 저하될 수 있다.

이를 감안하여, 본 실시예에서는 압축기 케이싱의 내부공간에서 토출관의 입구단 또는 입구측에 체크밸브(이하 제1 밸브)를 설치하여 토출된 냉매가 압축기의 외부에서 내부공간 방향으로 역류하지 못하도록 함으로써 평압 소요 시간에 해당하는 차압 구간에서의 차압 운전을 길게 운용하는 동시에, 냉매가 압축기에서 토출되는 방향을 기준으로 제1 밸브의 입구단과 어큐뮬레이터의 흡입측 사이에는 바이패스관 및 그 바이패스관을 선택적으로 개폐하기 위한 솔레노이드 밸브(이하, 제2 밸브)를 설치하여, 압축기의 정지시 압축부의 흡입측과 토출측이 신속하게 평압에 이루도록 할 수 있도록 함으로써, 로터리 압축기와 같은 고압식 압축기에서의 재기동이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

이를 위해, 냉매유로는 압축부를 기준으로 토출측과 흡입측 사이를 연결하는 제1 냉매유로(P1)와, 제1 냉매유로(P1)의 양단부를 서로 연결하는 제2 냉매유로(P2)로 이루어질 수 있다. 제2 냉매유로(P2)의 일단은 압축부(정확하게는 토출밸브)를 기준으로 토출측에 연결되고, 제2 냉매유로(P2)의 타단은 압축부를 기준으로 흡입측에 연결될 수 있다.

예를 들어, 제1 냉매유로(P1)는 그 일단이 압축부의 토출밸브(36)를 기준으로 토출측인 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에서 흡입측인 실린더(33)의 압축공간(33a)까지라고 한다면, 제1 냉매유로(P1)는 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 토출되는 냉매가 응축기(2)와 팽창변(3) 그리고 증발기(4)로 이루어지는 냉동사이클을 포함하여 압축공간(33a)까지 연결되는 유로라고 할 수 있다.

또, 제2 냉매유로(P2)는 압축부의 토출밸브(36)를 기준으로 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)과 압축부의 압축공간(33a) 사이에서 응축기(2)와 팽창변(3), 그리고 증발기(4)를 거치지 않고 직접 연결되는 유로라고 할 수 있다.

여기서, 제2 냉매유로(P2)는 도 1 및 도 2와 같이, 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)과 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a)에 양단이 각각 연결되는 바이패스관(120)으로 이루어질 수 있다.

그리고, 제1 냉매유로(P1)에는 후술할 체크밸브(110)가 설치되고, 제2 냉매유로(P2)에는 후술할 솔레노이드밸브(130)가 각각 설치될 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 따른 압축기에서, 제1 밸브 및 제2 밸브를 각각 보인 종단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 밸브(110)는 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에서 토출관(16)의 입구단에 설치될 수 있다. 이로써, 제1 밸브(110)가 케이싱(10)의 외부에서 토출관(16)에 설치되는 것에 비해 실질적인 압축기(1)의 내부체적을 줄일 수 있고, 이에 따라 평압 소요 시간을 더욱 단축할 수 있다.

여기서, 제1 밸브(110)는 냉매가 압축기 케이싱(10)에서 응축기(2)를 향해 토출된 냉매가 압축기(10)의 정지시, 즉 압축공간(33a)에서의 압축부하 제거시 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 역류하는 것을 차단할 수 있는 일방향 밸브로 이루어질 수 있다. 물론, 제1 밸브(110)는 전자식 밸브로 이루어질 수도 있지만, 비용이나 신뢰성 등을 고려하면 기계식 밸브가 적당할 수 있다.

도 3a를 참조하면, 제1 밸브(110)는 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에서 토출관(16)의 입구단 또는 입구측에 연통되도록 설치되는 하우징(111)과, 그 하우징(111)에 수용되어 양쪽 압력차에 따라 움직이면서 하우징(111)을 개폐하는 밸브체(112)로 이루어질 수 있다.

하우징(111)은 양단이 개구되어 응축기측 개구단(제1 개구단)(111a)과 압축기측 개구단(제2 개구단)(111b)이 형성되고, 제1 개구단(111a)과 제2 개구단(111b)의 사이에는 밸브체(112)가 움직일 수 있는 밸브공간(111c)이 확장 형성될 수 있다.

제1 개구단(111a)은 개구되어 토출관(16)이 연결되고, 제2 개구단(111b)에는 밸브체(112)에 의해 개폐되도록 관통구멍(113a)을 가지는 밸브커버(113)가 결합될 수 있다.

밸브체(112)는 피스톤 형상으로 형성될 수도 있지만 얇은 판체로 형성되는 것이 밸브 응답성 등을 고려할 때 바람직할 수 있다.

또, 밸브체(112)는 그 중앙부에 가스연통홈(112a)이 형성될 수 있다. 이로써, 밸브체(112)가 제1 개구단(111a)에 접하였을 경우에는 그 제1 개구단(111a)이 개방되는 반면, 밸브체(112)가 제2 개구단(111b)에 접하였을 경우에는 그 제2 개구단(111b)에 구비된 밸브커버(113)의 관통구멍(113a)을 완전히 차단할 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 압축기 케이싱(10)과 어큐뮬레이터(40)의 사이에는 바이패스관(120)이 연결되고, 바이패스관(120)에는 솔레노이드 밸브로 된 제2 밸브(130)가 설치될 수 있다.

그리고 제2 밸브(130)는 그 제2 밸브(130)를 포함하여 냉동사이클 장치 전체를 제어하는 제어부, 즉 압축기(1)와 연동되도록 그 압축기(1)를 제어하는 제어부(140)에 전기적으로 연결될 수 있다.

이에 따라, 제2 밸브(130)는 제어부(140)에 의해 압축기(1)에 연동되어 제어될 수 있다. 예를 들어, 압축기(1)가 정지되어 압축공간(33a)의 압축부하가 제거되면 제2 밸브(130)는 압축기가 정지되는 동시에 열리고, 압축기(1)가 재기동되어 압축공간(33a)에 압축부하가 발생하면 제2 밸브(130)는 압축기(1)가 재기동되는 동시에 닫히도록 제어될 수 있다.

여기서, 바이패스관(120)의 일단은 냉매의 토출방향을 기준으로 제1 밸브(110)보다 전류측에 해당하는 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에 연통되도록 연결되고, 바이패스관(120)의 타단은 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a)에 연결될 수 있다. 물론, 바이패스관(120)의 일단이 제1 밸브(110)를 기준으로 그 제1 밸브(110)보다 후류측인 응축기(2) 쪽에 연결될 수도 있지만, 이 경우 제1 밸브(110)에서 응축기(2) 사이의 토출측 냉매관(L1)을 대상으로 평압 동작을 실시하여야 하므로 그만큼 평압 소요 시간이 지연될 수 있다.

그리고 바이패스관(120)의 내경(D1)은 토출관(16)이나 토출측 냉매관(L1)의 내경 또는 흡입측 냉매관(L2)의 내경(D2)보다 같거나 작게 형성될 수 있다. 바이패스관(120)의 내경(D1)이 토출관(16)이나 토출측 냉매관의 내경 또는 흡입측 냉매관(L2)의 내경(D2)보다 큰 경우에는 냉매의 유속이 저하되어 평압 소요 시간이 지연될 뿐만 아니라 제2 밸브(130)의 크기가 그만큼 커져야 하므로 비용이 증가될 수 있다.

도 3b를 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 밸브(130)는, 바이패스관(120)에 설치되고 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에 연결되는 바이패스관(120)의 고압측(이하, 제1 단)(121)과 어큐뮬레이터의 내부공간에 연결되는 저압측(이하, 제2 단)(122)을 연통하는 연통로(131a)가 형성되는 하우징(131)과, 하우징(131)의 내부에 형성되고 제어부(140)에 전기적으로 연결되는 구동부(132)와, 구동부(132)의 가동자(미부호)에 결합되어 그 구동부(132)에 전원이 인가되는지 여부에 따라 움직이면서 연통로(131a)를 개폐하는 밸브체(133)로 이루어질 수 있다.

한편, 제2 밸브(130)는 그 제2 밸브(130)를 독립적으로 제어하는 별도의 제어부(미도시) 또는 앞서 설명한 압축기 제어(또는, 냉동사이클 제어)를 위한 제어부(140)에 의해 개도량이 전기적으로 제어되는 양방향 밸브로 이루어질 수 있다. 이 경우에는, 제2 밸브(130)는 개도량을 제어하여 평압 소요 시간을 조절할 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 로터리 압축기를 포함한 냉동사이클 장치는 다음과 같이 동작된다. 도 4a 내지 도 4c는 도 2에 따른 냉동사이클 장치에서 차압 운전, 평압 운전, 재기동 운전을 설명하기 위해 보인 각각의 개략도이다.

도 4a를 참조하면, 압축기가 정지하면 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에서 토출관(16)을 통해 응축기 방향으로 배출된 냉매가 그 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 역류할 수 있지만, 이는 제1 밸브(110)에 의해 억제될 수 있다. 이를 통해, 냉매는 압력차에 따라 응축기(2)에서 팽창변(3)과 증발기(4)를 거쳐 어큐뮬레이터(40) 방향으로만 이동할 수 있다. 이때, 응축기 팬(2a) 또는 증발기 팬(4a)을 작동시키면 압축기(1)가 정지된 상태에서도 응축기(2)와 증발기(4)를 통과하는 냉매가 공기와 열교환될 수 있어, 그만큼 냉동사이클 장치의 에너지 효율이 향상될 수 있다.

다음, 도 4b를 참조하면, 압축기(1)가 정지됨과 동시에, 도 4a에서와 같이 제2 밸브(130)가 온(ON)되어 바이패스관(120)을 개방하게 된다. 그러면, 압축기 케이싱(10)으로 토출된 냉매중에서 일부의 냉매는 응축기 방향으로 이동을 하지 않고, 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a) 압력과 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a) 압력 사이의 차이에 의해 바이패스관(120)쪽으로 이동을 하여, 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a)으로 이동을 하게 된다. 그러면, 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a) 압력과 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a) 압력이 소정의 범위(통상, 1kgf/㎠ 이내)에서 평압을 이루게 된다. 그러면, 압축기(1)는 흡입압(Ps)과 토출압(Pd)이 압축기 기동이 가능한 평압 상태로 유지하게 되어 압축기(1)는 재기동을 대기하는 상태가 될 수 있다.

다음, 도 4c를 참조하면, 사용자가 순간 정지된 냉동사이클 장치에 대해 재작동을 선택하게 되면, 앞서 4b에서 본 바와 같이 흡입압(Ps)과 토출압(Pd)이 평압 상태가 됨에 따라, 압축기는 신속하게 재기동을 하게 되어 압축공간(33a)에서 압축된 냉매가 토출밸브(36)를 밀면서 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 토출할 수 있다. 이로 인해 냉동사이클 장치가 원활하게 재작동될 수 있다. 이때, 제2 밸브(130)가 열린 상태에서 닫힌 상태로 전환되어, 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 토출된 냉매가 바이패스관(120)을 통해 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a)으로 이동하는 것을 차단하게 된다.

도 5a 내지 도 6b는 종래의 로터리 압축기와 본 발명의 로터리 압축기에 대한 동작을 보인 블록도 및 이에 대한 압력변화와 전류변화를 보인 그래프로서, 도 5a 및 도 5b는 종래 로터리 압축기에 대해 보인 도면들이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명에 대해 보인 도면들이다.

도 5a를 참조하면, 종래의 로터리 압축기가 냉동사이클 장치에 적용되는 경우에는, 압축기가 정지하면 토출압(Pd)은 지속적으로 낮아지고 흡입압(Ps)은 일시적으로 상승하였다가 유지된다.

여기서, 사용자가 냉동사이클 장치를 작동시켜 압축기에 전원이 인가되었을 때, 압축기 내부의 압력차, 즉 흡입압(Ps)과 토출압(Pd) 사이의 차압(△P)이 평압 조건(통상, 1kgf/㎠ 이내)에 해당되면 압축기는 곧바로 운전을 재개하게 된다.

하지만, 압축기 내부의 압력차가 평압 조건보다 크면 압축기는 기동하지 못하여 냉매가스를 압축 및 토출시키지 못하게 된다. 그러면 전동부인 구동모터에 과전류가 발생하면서 과부하 방지장치(50)가 작동하여 구동모터로 공급되는 전원을 차단하게 된다. 그러면 과부하 방지장치(50)의 복귀시간이 지난 후 과부하 방지장치(50)는 복귀하게 되고 구동모터에 다시 전원이 인가된다. 하지만, 아직도 압축기 내부의 압력이 평압 조건을 만족하지 못하면 앞서 진행된 동작을 반복하게 된다. 상기와 같이 종래의 로터리 압축기는 평압 조건에 도달하는 시간이 오래 걸리므로 이러한 과정을 수회 반복하게 된다.

이를 그래프로 보면 도 5b와 같다. 즉, 압축기의 정지시 그 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 응축기(2)와 팽창변(3) 그리고 증발기(4)로 이어지는 냉동사이클을 모두 거쳐 압축기로 유입되기 때문에 토출압(실선)은 완만하게 감소하게 된다. 실험결과 압축기가 재기동할 수 있는 압력 조건(평압 조건)에 도달하는데 대략 20분 정도가 소요되는 것으로 나타났다.

그리고 이 평압 조건에 도달할 때까지 구동모터로는 도 5b의 아래 그래프와 같이 재기동 전류가 공급되지만 압축기가 수회 재기동에 실패함에 따라, 전류는 높은 피크점이 주기적으로 나타나게 된다. 이 피크점이 나타나는 지점은 과부하 방지장치(50)가 작동하는 지점이며, 이 피크점 사이는 과부하 방지장치(50)가 다시 복귀하는 구간이다. 도면에서 보는 바와 같이 피크점 사이가 점점 멀어지는데, 이는 압축기가 잦은 재기동 실패를 거듭함에 따라 과부하 방지장치(50)가 과열되어 그만큼 복귀시간이 지연되기 때문이다. 따라서, 압축기가 재기동할 수 있는 평압 조건에 미처 도달하지 못한 상태임에도 구동모터에 지속적으로 전류가 인가됨에 따라 모터의 과부하를 방지하기 위한 과부하 방지장치(50)가 다수 회 반복하여 동작하게 되는 것을 알 수 있다.

반면, 도 6a를 참조하면, 본 실시예의 로터리 압축기가 냉동사이클 장치에 적용되는 경우에도, 압축기가 정지하면 토출압은 일시적으로 낮아지고 흡입압은 일시적으로 상승하게 된다.

그러면, 솔레노이드 밸브인 제2 밸브(130)의 동작을 확인하여, 그 제2 밸브(130)를 기준으로 고압측과 저압측의 압력차가 소정의 범위(대략, 1.5MPa)를 초과하면 제2 밸브(130)는 닫힌 상태를 유지하는 반면, 소정의 범위보다 작으면 제2 밸브(130)는 열리게 된다.

여기서, 솔레노이드 밸브는 그 종류에 따라 솔레노이드 밸브를 기준으로 고압측과 저압측 사이의 압력차가 아주 큰 경우(대략 1.5MPa 이상)에는 열리지 않을 수도 있다. 하지만, 아주 가혹한 조건이 아닌 일상적인 조건에서는 양측의 압력차가 대부분 1.5MPa 이내가 되어 제2 밸브는 압축기의 정지되는 동시에 열릴 수 있다.

그러면 제2 밸브(130)가 열리면서 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 토출되는 냉매의 일부가 바이패스관(120)을 통해 저압부인 흡입측으로 이동을 하여, 압축기 내부의 흡입압(Ps)과 토출압(Pd)이 신속하게 평압 조건을 만족하게 된다.

이때, 사용자가 냉동사이클 장치를 작동시켜 압축기의 구동모터에 전원이 인가되면, 압축기 내부의 압력차는 이미 평압 조건(통상, 1kgf/㎠ 이내)을 만족한 상태이므로, 압축기는 곧바로 운전을 재개하게 된다. 물론, 여타의 이유로 압축기가 한번에 재기동하지 못할 수는 있지만, 종래의 로터리 압축기에 비해서는 재기동 실패가 훨씬 적게 나타난다. 이는 도 6b를 통해서도 확인할 수 있다. 참고로, 도 6b는 도 5b와 같은 시간 동안에 냉동사이클 장치를 수회 온/오프를 반복하여, 압축기가 재기동 하는지를 실험하여 본 그래프이다.

이에 도시된 바와 같이, 압축기의 정지시 토출압(굵은 실선)은 순간적으로 낮아지며 흡입압은 일시적으로 상승하였다가 일정하게 유지된다.

이때, 제2 밸브(130)가 작동하여 바이패스관(120)이 열리면서 압축부를 기준으로 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 토출되는 냉매의 일부가 바이패스관(120)을 통해 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a)으로 이동하면서, 압축기 내부의 토출압(Pd)과 흡입압(Ps)이 신속하게 평압 조건에 도달하고, 이로 인해 압축기의 내부공간(10a)은 중간압(가는 실선)을 형성하게 되는 것을 알 수 있다.

이에 따라, 도 6b에서 굵은 실선으로 도시된 바와 같이 토출압(Pd)이 수회 등락을 반복하면서 도 5b와 비교할 때 동일한 시간 동안 본 발명의 압축기는 수회 재기동을 실행하는 것을 알 수 있다.

이는, 도 6b에서 아랫쪽에 보인 바와 같이, 재기동 전류가 모터로 공급될 때 재기동시에 대부분의 구간에서 정상적인 전류공급이 이루어져 안정적으로 운전이 재개되는 것을 알 수 있다.

이렇게 하여, 냉동사이클 장치의 정지시에는 압축기가 정지됨과 동시에 흡입압과 토출압이 신속하게 평압을 이룰 수 있어 압축기의 재기동이 원활하게 이루어질 수 있고, 이를 통해 과부하 방지장치가 빈번하게 온/오프를 반복하지 않도록 하여 과부하 방지장치의 고장을 미연에 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 과압축으로 인해 구동모터가 과열되고 이로 인해 구동모터가 소손되는 것을 방지하여 압축기에 대한 신뢰성이 향상될 수 있다.

또, 로터리 압축기와 같은 고압식 압축기가 적용되는 냉동사이클 장치에서 일시적으로 정지되더라도 그 정지된 시간 동안 냉동사이클 장치의 팬을 작동시키는 소위 차압운전을 지속할 수 있어 냉동사이클 장치의 에너지 효율을 높일 수 있다. 이에 대해서는 도 7a 및 도 7b를 통해 알 수 있다. 도 7a는 종래의 로터리 압축기와 본 발명의 로터리 압축기를 동일 부하에서 운전중 정지시킨 경우, 잠열구간을 상대 비교하여 보인 그래프이고, 도 7b는 종래의 로터리 압축기와 본 발명의 로터리 압축기에 대한 재기동 시점 및 안정화 단계를 비교하여 보인 그래프이다.

도 7a를 보면, 흡입압은 압축기가 정지된 시점에서 갑자기 증가하였다가 이후에는 완만하게 증가하지만, 특히 종래의 경우가 본 발명의 경우에 비해 더 높은 압력에서부터 빠르게 증가하는 것을 볼 수 있다. 반면, 토출압은 압축기가 정지된 시점에서 갑자기 감소하였다가 이후에는 완만하게 감소하지만, 특히 종래의 경우가 본 발명의 경우에 비해 더 낮은 압력에서 빠르게 감소하는 것을 것을 볼 수 있다.

이는, 종래의 경우 압축기에서 토출되는 냉매의 일부가 압축기의 정지시 압력차에 의해 응축기쪽에서 상대적으로 저압인 압축기쪽으로 역류하게 되고, 이 역류하는 냉매는 압축기 케이싱의 내부공간에 남은 냉매보다 상대적으로 고압을 이루게 된다. 그러면 압축기 케이싱의 내부공간에 잔류하는 냉매를 밀어내고, 이 밀린 냉매가 압축부를 이루는 부재들 틈새를 통해 어큐뮬레이터 방향으로 누설된다. 이에 따라 종래의 로터리 압축기는 흡입압이 급격하게 증가하는 것이고, 반면 토출압은 압축기쪽으로 일부 냉매가 역류함에 따라 급격하게 감소하는 것이다.

반면, 본 발명의 경우는 토출관에 체크밸브인 제1 밸브(110)가 설치되어 응축기쪽에서 압축기쪽으로 냉매가 역류하지 못하도록 차단함에 따라, 앞서 본 종래의 압축기에 비해 흡입압은 낮고 토출압은 높은 상태를 유지할 수 있다. 뿐만 아니라, 흡입압과 토출압의 변화폭이 상대적으로 낮음에 따라, 결국 동일구간에서의 잠열 사용율이 대략 35% 정도 많게 된다. 이는 도 7a에서 빗금친 영역이 된다.

따라서, 압축기가 정지되어 있는 상태에서의 열교환 가능 구간과 압력차의 크기가 커서 유니터리형 냉동사이클 장치에서의 열교환 효율측면에서 보면 본 발명이 종래에 비해 향상되면서 전력소모량을 줄이면서 에너지 효율이 높아지게 된다.

아울러, 종래의 경우에는 압축기 케이싱에서 냉매가 어큐뮬레이터 방향으로 누설되면서 압축기 케이싱에 잔류하는 오일도 함께 밀고 나가게 됨에 따라, 압축기 케이싱의 내부공간에서 오일부족이 야기될 수 있고 이로 인해 종래의 경우에는 압축기 운전시 마찰손실이 증가할 수 있으나, 본 발명은 이러한 이유로 인한 마찰손실도 줄일 수 있어 에너지 효율을 더욱 높일 수 있다.

한편, 도 7b를 참조하면, 종래의 로터리 압축기가 적용된 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 압축기에서 토출된 냉매가 응축기, 팽창변, 증발기를 거쳐 순환하게 되므로 압축기가 재기동할 수 있는 상태, 즉 흡입압과 토출압 사이의 평압 조건(차압: 1kgf/㎠ 이내)을 만족하는데 소요되는 시간(평압 소요 시간)이 본 발명에 비해 훨씬 많이 필요하게 된다. 이에 따라 종래의 로터리 압축기에 대한 재기동 가능시점은 본 발명의 로터리 압축기에 대한 재기동 가능시점보다 상당히 늦어지게 된다. 따라서, 사용자가 종래의 로터리 압축기가 적용된 경우에는 냉동사이클 장치를 다시 운전 시키려고 해도 압축기가 신속하게 재기동되지 않음에 따라 냉동사이클 장치 역시 빠르게 운전을 재개하지 못하게 되고, 이로 인해 앞서 도 5b에 대한 설명에서와 같은 문제가 발생하게 된다.

반면, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이 압축기의 정지와 동시에 바이패스관(120)과 제2 밸브(130)을 이용하여 미리 평압을 실시함에 따라, 별도의 평압 소요 시간이 불필요하거나 설사 필요하더라도 종래에 비해 훨씬 짧아지게 된다. 이에 따라, 사용자가 냉동사이클 장치를 재가동시키고자 하면 압축기가 신속하게 재기동하여 냉동사이클 장치는 종래에 비해 훨씬 빠르게 정상운전에 돌입할 수 있게 된다. 그러므로, 본 발명은 종래에 비해 에너지 효율이 훨씬 향상될 수 있다.

아울러, 냉동사이클 장치의 안정부하 구간을 보더라도 본 발명이 종래에 비해 훨씬 빠르게 안정화 단계에 접어드는 것을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명의 로터리 압축기를 적용한 냉동사이클 장치가 종래의 로터리 압축기를 적용한 냉동사이클 장치에 비해 에너지 효율이 향상될 수 있슴을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 로터리 압축기에서 제2 밸브에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 제2 밸브가 압축기의 온/오프에 연동되어 자동으로 개폐되도록 제어되는 것이었으나, 본 실시예는 제2 밸브의 개폐시점을 압축기의 온/오프와 별도로 제어할 수 있도록 하는 것이다.

예를 들어, 제2 밸브(130)는 그 제2 밸브(130)를 압축기에 대해 독립적으로 제어하도록 압축기 제어부(140)와는 별도로 구비되는 밸브 제어부(240)에 전기적으로 연결되어, 구동모터와 독립적으로 제어되도록 구성될 수 있다.

이러한, 밸브 제어부(240)는 구동모터에 대한 구동여부를 확인하고, 구동모터가 구동중인 때에는 바이패스관(120)을 차단하는 반면 구동모터가 정지중일 때에는 바이패스관(120)을 개방하도록 제어할 수 있다.

즉, 전술한 실시예에서는 제2 밸브(130)가 압축기(더 정확하게는 전동부인 구동모터)(1)의 정지시, 즉 구동모터의 정지와 동시에 바이패스관(120)을 개방하는 것이었으나, 본 실시예에 따른 밸브 제어부는 구동모터가 정지한 후에 일정 시간을 두고 바이패스관(120)을 개방할 수 있다. 물론, 압축기(1)가 정지된 상태에서 바이패스관(120)이 열리지 않게 되면 제1 밸브(110)의 흡입압이 그 제1 밸브(110)의 토출압에 비해 높아져 신속하게 닫히지 않을 수 있게 되고, 이로 인해 응축기 방향으로 토출된 냉매가 압축기 방향으로 역류할 수도 있다. 하지만, 제2 밸브(130)를 별도의 밸브 제어부(240)에 연결하게 되면 운전조건에 따라 냉동사이클 장치를 다양하게 제어할 수 있다.

또, 도 9와 같이, 바이패스관(120)의 일단이 제1 밸브(110)의 토출측, 즉 제1 밸브(110)의 출구측과 응축기(2)의 입구 사이에서 분관될 수도 있는데, 이 경우에는 도 8과 같이 제2 밸브(130)가 압축기(1)와 직접적으로 연동되지 않고 별도로 구비되는 밸브 제어부(240)에 의해 압축기(1)에 대해 독립적으로 제어될 수 있다.

즉, 이 경우에는 도 1 내지 도 7에 대한 설명에서와 같이 압축기가 정지하면 제2 밸브(130)가 곧바로 열리고 압축기가 재기동되면 제2 밸브(130)가 곧바로 닫히는 것이 아니라, 압축기(1)가 정지되더라도 제2 밸브(130)는 일정 시간 동안은 닫힌 상태를 유지하다가 압축기(1)가 재기동되기 직전에 열려 압축기(1)의 흡입측과 토출측이 순간적으로 평압 상태에 도달되도록 할 수도 있다. 이로써, 차압 운전시 제1 밸브(110)와 응축기(2) 사이의 냉매가 바이패스관(120)으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 로터리 압축기에서 제1 밸브의 설치위치에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 도 10 및 도 11과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 제1 밸브가 압축기 케이싱의 내부공간(10a)에 설치되는 것이나, 본 실시예는 도 10과 같이 제1 밸브(110)가 압축기 케이싱(10)의 외부에 설치되는 것이다.

상기와 같이 제1 밸브(110)가 압축기 케이싱(10)의 외부에 설치되는 경우에도 제2 밸브(130)는 전술한 실시예와 동일한 위치, 즉 냉매의 토출순서를 기준으로 할 때 제1 밸브(110)보다 상류측에 설치될 수 있으며, 이에 따른 기본적인 구성과 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 이 경우에는 제1 밸브(110)가 케이싱(10)의 외부에 설치됨에 따라, 제1 밸브(110)에 대한 유지보수가 유리해질 수 있다.

또, 도 11과 같이, 제1 밸브(110)는 어큐뮬레이터(40)의 입구단에 연결되는 흡입측 냉매관(L2)에 설치될 수도 있다. 이 경우에는 압축기(1)의 정지시 제2 밸브(130)가 닫힌 상태를 유지하더라도 제1 밸브(110)가 열리지 않는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 로터리 압축기에서 바이패스관의 분관되는 위치에 대해 다른 실시예가 있는 경우는 도 12 내지 도 16과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 바이패스관의 출구단이 어큐뮬레이터의 내부공간에 연통되는 것이었으나, 본 실시예는 도 12와 같이 바이패스관(120)의 출구단이 흡입관(15)에 연결되는 것이다.

이 경우에는 케이싱(10)의 내부공간(10a)에서 흡입관(15)으로 직접 연통됨에 따라, 평압 소요 시간이 더욱 감축될 수 있다. 다만, 케이싱(10)의 내부공간(10a)으로 토출되는 오일이나 액냉매가 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a)을 거치지 않고 직접 압축공간(33a)으로 유입될 수 있으므로 바이패스관(120)의 입구단에 오일분리장치 또는 액냉매 분리장치(125) 등이 구비되는 것이 바람직할 수 있다.

또, 도 13과 같이, 바이패스관(120)의 입구단은 압축기 케이싱(10)의 외부에서 토출관(16)에 연결될 수도 있다.

이 경우에는, 바이패스관(120)의 입구단이 토출관(16)에 설치할 수 있어 바이패스관(120)의 입구단을 압축기 케이싱(10)에 연통시키는 것에 비해 바이패스관(120)의 연결 작업이 용이할 수 있다.

여기서, 제1 밸브(110)는 압축기 케이싱(10)의 외부에 설치되는 것이 바람직하나, 도 9의 실시예와 같이 제1 밸브(110)가 바이패스관(120)이 입구단보다 상류측, 즉 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에서 토출관(16)의 입구단에 설치될 수도 있다.

또, 도 14와 같이, 바이패스관(120)의 출구단이 어큐뮬레이터(40)의 입구측, 즉 흡입측 냉매관(L2)에 연결될 수도 있다.

이 경우에는 바이패스관(120)의 출구단이 흡입측 냉매관(L2)에 연결할 수 있어 도 13과 같이 바이패스관(120)의 출구단이 어큐뮬레이터(40)의 내부공간(40a)에 연통시키는 것에 비해 그만큼 바이패스관의 연결 작업이 용이할 수 있다.

여기서, 바이패스관(120)의 입구측은 도 14와 같이 토출관(16)에 연결될 수도 있지만, 경우에 따라서는 도 15와 같이 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에 연결될 수도 있다.

또, 도 16과 같이, 바이패스관(120)의 출구단이 도 12의 실시예와 같이 흡입관(15)에 연결될 수도 있다.

이에 대한 작용 효과는 전술한 도 12의 경우와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략한다. 다만, 이 경우, 바이패스관(120)의 입구단이 토출관(16)에 연결됨에 따라 오일이나 액냉매가 압축기 케이싱(10)의 내부공간(10a)에서 상당량 분리됨에 따라 오일이나 액냉매가 압축공간으로 유입되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 로터리 압축기가 정지를 포함한 파워운전만 수행하는 단일 운전모드의 경우에 대해서만 적용되는 것으로 한정하여 살펴보았으나, 경우에 따라서는 전술한 실시예외에 아이들링 운전이 더 포함된 복수운전 모드의 경우에서도 동일하게 적용될 수 있다.

예를 들어, 파워운전은 압축기가 구동을 하여 압력부하가 발생한 상태이고, 정지는 압축기가 오프(OFF)되어 압력부하가 제거된 상태라고 한다면, 아이들링 운전은 압축기는 구동을 하지만 일을 하지 않아 압축부하가 제거된 상태라고 할 수 있다.

따라서, 전술한 실시예에서 제시된 제1 밸브와 바이패스관 그리고 제2 밸브가 적용되면, 아이들링 운전의 경우에도 필요에 따라 압축부의 흡입측과 토출측 사이가 평압 상태를 이루도록 할 수 있다.

또 한편, 전술한 실시예들에서는 로터리 압축기를 예로 들어 설명하였으나, 복수 개의 실린더가 축방향으로 배치된 복식 로터리 압축기를 포함한 케이싱의 내부공간이 토출공간인 고압식 압축기는 모두 동일하게 적용될 수 있다.

Claims (11)

1. 밀폐된 내부공간을 가지는 케이싱;
   상기 케이싱의 내부공간에 구비되는 구동모터;
   상기 케이싱의 내부공간에 구비되고, 냉매를 압축하는 압축공간이 구비되며, 상기 압축공간으로 냉매를 안내하는 흡입구가 구비되고, 상기 압축공간에서 압축된 냉매를 상기 케이싱의 내부공간으로 안내하는 토출구가 구비되는 압축부;
   상기 압축부에 구비되며, 상기 케이싱의 내부공간의 압력과 상기 압축부의 압축공간의 압력 사이의 차이에 따라 상기 토출구를 선택적으로 개폐하는 토출밸브;
   상기 케이싱의 내부공간에서 토출된 냉매가 상기 케이싱의 내부공간으로 역류하는 것을 억제하는 제1 밸브;
   상기 압축부를 기준으로 그 압축부의 토출측과 흡입측 사이를 연결하는 바이패스관; 및
   상기 바이패스관에 설치되어 그 바이패스관을 선택적으로 개폐하는 제2 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 밸브는 상기 압축부에 압축부하가 발생하면 상기 바이패스관을 차단하는 반면 상기 압축부에 압축부하가 제거되면 상기 바이패스관을 개방하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2 밸브는 상기 구동모터를 제어하는 제어부에 전기적으로 연결되어, 상기 구동모터의 동작중에는 상기 바이패스관을 차단하는 반면 상기 구동모터의 정지중에는 상기 바이패스관을 개방하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 밸브는 상기 구동모터의 정지와 동시에 상기 바이패스관을 개방하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제2 밸브는 상기 구동모터가 재기동하는 동시에 상기 바이패스관을 차단하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
6. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 구동모터를 재기동시키기 전에, 상기 제2 밸브의 개폐상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 제2 밸브의 개폐상태를 확인한 후에, 상기 압축부를 기준으로 한 흡입측과 토출측 사이의 압력차가 상기 제어부에 저장된 기준값 이상인 경우에는 상기 구동모터의 재기동을 지연시키는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제2 밸브는 그 제2 밸브를 제어하는 밸브 제어부에 전기적으로 연결되어, 상기 구동모터와 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 바이패스관의 제1 단은 상기 토출밸브와 상기 제1 밸브 사이에 연통되고, 상기 바이패스관의 제2 단은 상기 제1 밸브와 상기 압축부의 흡입구 사이에 연통되는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스관의 제1 단은 상기 케이싱의 내부공간 또는 상기 케이싱에 연결되는 토출관에 연통되고,
    상기 케이싱의 일측에는 내부공간을 가지며 그 내부공간이 상기 압축부의 흡입구와 연통되는 어큐뮬레이터가 구비되어, 상기 바이패스관의 제2 단은 상기 어큐뮬레이터의 내부공간에 연통되는 것을 특징으로 하는 고압식 압축기.
11. 압축기;
    상기 압축기에 연결되는 응축기;
    상기 응축기의 일측에 구비되는 응축기 팬;
    상기 응축기에 연결되는 증발기; 및
    상기 증발기의 일측에 구비되는 증발기 팬;을 포함하고,
    상기 압축기는, 상기 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 고압식 압축기로 된 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.

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