KR830002826B1 - 냉각 압축기의 용량 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

냉각 압축기의 용량 제어장치

제 1 도는 본 발명의 냉각압축기를 갖는 기계적 냉동장치의 계략도.

제 2 도는 본 발명의 상세한 부분의 확대도.

본 발명은 냉각압축기의 용량 제어에 관한 것으로, 특히 냉각장치의 부하가 감소될 때 압축전동기의 필요한 입력동력을 감소시키는 용량제어장치에 관한 것이다.

공기조화장치에 이용되는 것 같은 기계적 냉각장치는 일반적으로 가변 부하조건에서 작동되어진다. 이러한 장치는 약40℃(이하 최대부하라함)의 고온 환경에서 25℃의 조화된 공기를 공급하도록 설계되어 있다. 냉각장치가 최대부하 이하에서 작동될때는 이의 냉각 용량을 감소시키는 것이 필요하다.

장치에 의한 실내의 불필요한 과냉각을 방지하여 장치의 냉각용량을 감소시킬 뿐만 아니라 냉각장치를 작동하기 위해 필요한 입력동력을 감소시키기 위해 최대부하 이하에서 작동되는, 냉각장치의 용량을 감소시키는 여러 방법이 시도되어 왔다. 이러한 효과를 노리기 위해 100%용량 이하에서 필요한 조건하에서 절약하기 위해 필요한 감소된 입력 동력에서 작동되도록 이상적인 설계가 필요하다. 용량 감소가 필요할때 냉각압축기의 하나나 그 이상의 실린더에 부하를 없게하기 위해 냉각 압축기의 흡입 매니폴드(manifold)와 하나 이상의 냉각 압축기의 실린더 사이에 밸브를 사용하는 것이 알려져 있다. 압축기의 용량을 감소하기 위하여 실린더를 무부하로 작동시키려 할때 매니폴드에 설치한 밸브는 매니폴드로부터 실린더로 냉매가스의 유입을 막도록 위치되어진다. 용량 제어를 위한 방법으로써 이것은 효과적일 수는 있으나, 감소된 부하에 필요한 입력동력의 더 많은 감소는 개방위치에서는 매니폴드로 부터 실린더에 전유량의 냉매를 통과시키고 폐쇄위치에서는 냉매가스의 유입을 정지시키도록 밸브를 작동시키는 대신에 조정하므로써 얻어질 수 있다.

시험결과 특히 장치의 최대부하의 20내지 40%의 용량 감소가 필요할때는 종래의 특허에 공지된 방법에 의한 밸브를 개폐하는 대신에 하나 이상의 압축기의 실린더내로 유입되는 냉매의 유량이 변하도록 밸브를 조정하므로써 약 10%의 소요 동력의 감소를 얻어 낼 수 있었다.

밸브가 부하증가 또는 감소될때 냉매유량을 증가 또는 감소시키므로써 냉각장치의 부하의 변화에 상응하여 직접 가변밸브의 작동을 조절하기 위한 조절장치를 포함하고 압축기의 실린더와 흡입 매니폴드 사이에 가변밸브가 설치되어 있는 기계적 냉각장치를 사용하는 다기통 냉각압축기의 용량 제어장치로써 위와같은 실시예를 얻을 수 있었다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하며 도면중에 동일한 부품에 대해서는 동일한 번호로 표시하였다.

제 1 도에 의하여 기계적 냉각장치(10)에는 실외 열교환코일(12)와 실내 열교환 코일(24), 그리고 압축기20)과 팽창장치(22)가 포함함되어 있다. 고압냉매가스는 압축기(20)에 의하여 압축되고 도관(16)을 통하여 배출되며 실외 열교환 코일(12)에 운반되어 여기서 팬(fan, 14)에 의하여 코일전표면이 대기와 접하게되고 코일내를 통과하는 냉매는 응축된다. 이 응축된 냉매는 도관(18)을 경유하여 팽창장치(22)를 거쳐 실내열교환 코일(24)에 운반된다. 실내코일은 냉각될 공기나 물과 접촉하여 이는 팬(26)의 작동에 의하여 냉각된다. 코일(24)의 표면으로 이동된 공기는 냉매에게 열을 빼앗기며 이로써 냉매는 기화한다. 기체 냉매는 도관(28)을 경유하여 압축기의 흡입구에 되돌아간다. 상기한 기계적 냉각장치는 기계적 공기 조화장치에 통상적으로 사용되며 표준적인 장치이다.

일반적인 다기통 압축기는 대기온도가 비교적 높을때 예를들어 40℃에서 실린더 전체에 부하가 걸린다. 이와같이 고온의 대기하에서 냉각장치의 냉각부하 역시 크게 된다. 최대부하이하의 조건에서는 장치에 의해 발생되는 실내의 과냉각을 방지하고 필요한 입력동력을 감소시키기 위해 냉각장치의 냉각용량을 감소시키는 것이 바람직하다. 감소된 냉각부하에서 상기 용량감소를 성취하기 위해 다기통 압축기에 사용하는 많은 압축기용량 제어장치가 있었다. 이같은 용량 제어 기구중의 하나는 흡입 매니폴드와 압축기의 실린더사이에 밸브가 설치되어 압축기의 용량 감소가 필요할때는 흡입 매니폴드로부터 일부 실린더에 냉매의 유동이 중지되도록 장치되어 있다. 이 형태의 용량 제어방법은 비교적 효과적이나, 상당한 양의 필요한 입력동력을 효과적으로 감소시킬 수 있는 장치가 필요하다.

제 2 도에 의하면, 본 발명의 용량제어장치가 상세히 도시되어 있으며 이 장치는 냉각부하가 감소되었을 때 냉각장치의 냉각용량이 감소됨과 동시에 압축기의 필요한 입력동력을 감소시키므로써 에너지를 절약할 수 있다.

본 발명의 용량 제어장치는 압축기의 실린더헤드(46)안에 설치된 하우징(42)이 있으며 이 하우징에는 흡입 매니폴드(34)와 연통되어 있는 입구(43)가 있고, 하나 이상의 배출구(58)에 의하여 적절히 형성된 출구를 가지고 있다. 배출구(58)를 통하여 유출하는 냉매가스는 각각의 실린더의 흡입헤더(35)내에 공급되어진다. 각 실린더는 일반적으로 각각 별개의 흡입헤더와 결합되어 있다. 헤어(35)로부터 방출되는 흡입가스는 흡입구(36)을 통해 압축기실린더(30) 내로 유입된다. 실린더(30)내의 냉매가스는 피스톤(31)의 왕복운동에 의해서 압축되며 배출구(38)을 통하여 배기실(32)내로 배출된다. 흡배출구(36, 38)를 통하여 흐르는 냉매가스는 통상의 밸브에 의하여 제어된다.

피스톤(52)는 하우징(42)에 의해 형성된 내부(41)에 접동가능하게 설치된다. 리테이너링(48)은 내부(41)내에 피스톤(52)을 지지한다. 리테이너(60)에 설치된 스프링(54, 56)은 내부(41)내에 상향으로 피스톤(52)이 움직이도록 힘을 가한다. 스프링(54, 56)에 의해 발생되는 피스톤의 하부면에 작용하는 힘에 의하여 비교적 일정한 크기의 힘이 피스톤(52)의 상부면 위에 설치된 실(49)내에 발생된다. 일정한 크기의 힘은 도관(16, 17)을 통과하는 배출 가스의 압력에 의해서도 발생된다. 정압밸브(44)는 실(49)내의 압력을 일정하게 유지하기 위하여 도관(17)을 통과하는 가스를 제어하도록 장치되어 있다. 0형 링(50)은 하우징(4)의 대향면과 밸브(40)가 설치된 실린더 블록 사이의 누출을 방지하기 위하여마련되어 있다. 흡입매니폴드(34)내의 가스의 흡입 압력에 의하여 발생하는 힘은 피스톤(52)의 하부 표면에 스프링(54, 56)에 의해 발생되는 힘과 함께 내부(41)안에서 피스톤을 상향으로 움직이게 한다.

작동상태에 있어, 먼저 장치내의 필요한 냉각용량을 유지하기 위하여 압축기의 모든 실린더가 가동되어야 할 상태인 최대부하조건에 대하여 고찰해보자. 만일 냉각장치(10)에 부하가 감소되면, 도관(28)을 통하여 흡입 매니폴드로(34)로 유입되는 냉매의 압력은 감소될 것이다. 실제로 흡입매니폴드(34)에 유입되는 냉매 가스의 흡입 압력은 냉각장치의 부하에 따라 직접 변화된다. 즉 부하가 감소하면 흡입 매니폴드(34)로 유입되는 냉매의 압력이 감소될 것이다. 흡입 매니폴드(34)내의 압력감소는 피스톤(5)의 하부면에 작용하는 전체힘을 감소시킨다. 실(49)내의 압력이 일정치로 유지되어 있으므로 피스톤(52)의 상부면에 작용하는 힘 역시 일정한 크기로 유지된다. 이는 피스톤(52)의 힘의 불균형을 일으키게 하며 피스톤이 제 2 도에 표시된 위치(실린더(30)을 통과하는 냉매의 최대유량시)로부터 내부(41)내를 흡입매니폴드(34)쪽으로 하향하게 한다 냉각부하의 감소로부터 생기는 배출구(58)에 대한 피스톤(52)의 상대적 이동은 흡입매니폴드로부터 흡입헤더(34)로 방출되는 냉매의 량을 갑소시키도록 한다.

실제 피스톤(52)은 배추구(58)의 유효유동면적의 변화에 의해 냉각장치의 부하를 변화시켜 헤더(35)내로 방출되는 냉매의 유량을 변화시킨다. 부하가 계속적으로 갑소되어서 피스톤(52)의 하부 표면상에 작용하는 힘이 감소되며 내부(41)내에서 피스톤이 이동하게 되고, 배출구(58)의 유효면적은 보다 감소되어 통과하는 냉매의 유량을 계속 감소시킨다. 결국 냉각부하가보다 감소하면, 피스톤(52)은 배출구(58)에 대하여 계속적으로 이동하게 되며, 통과하는 냉매의 유량을 완전히 차단시킨다. 이와같은 경우에는, 실린더(30)은 완전히 무부하상태가 된다. 압축기의 입력동력은 배출구(58)에 대한 피스톤(52)의 이동에 일반적으로 비례하여 감소된다. 즉 피스톤이 배출구(58)를 통하여 실린더(30)에 방출되는 냉매의 유량을 감소시키면 압축기는 실린더내에 여전히 유입하고 있는 냉매를 압축하는데 적은 에너지를 필요로 하게 된다.

만일 냉동부하가 증가되면 흡입 매니폴드내로 통과하는 냉매가스의 압력은 증가하여 피스톤(52)의 하부표면에 작용하는 힘을 증가시켜서 내부(41)내의 피스톤이 상승되어 배출구(58)를 통하여 새로운 냉매가스가 흐르도록 한다. 배출구를 통과하는 냉매가스의 량은 피스톤(52)의 하부 표면상에 작용하는 냉매가스의 압력에 의하여 직접 변한다. 이로서 부하가 계속 증가하면 피스톤(52)의 하부 표면상에 작용하는 압력 역시 증가되어 배출구(58)에 대하여 피스톤(52)을 보다 이동시켜 유체의 통로면적을 증가시켜, 이로서 흡입헤더(35)내의 냉매가스의 유입량을 크게 한다.

상기와 같은 본 발명은 냉각 장치의 성능을 증가시키기 위해 부분 부하상태의 냉각장치의 필요한 소비동력을 감소시키므로서 실린더로 유입되는 가스를 조절하는 것이다. 여기에 도시된 대표적인 실시예는 용량제어장치의 피스톤 상부에 마련된 격실에 동작되는 미미 정해진 압력과 흡입압력 사이의 압력차의 변화에 따라 용량 제어장치 이동을 제어하므로써 필요한 용량 제어가 성취됨을 설명하였다.

용량 제어장치와 공기조화장치에 사용되는 압축기를 사용하여 설명하였으나 본 발명은 물을 냉각하기 위한 냉각장치에 역시 쉽게 사용되어질 수 있다. 일반제으로 이들 냉각장치에서는 증발기를 통과한 물의 온도는 장치내의 냉각부하를 감지하여 모니터 시키게 된다.

Claims (1)

1. 압축기의 실린더 각각에 냉매가스를 유입시키는 흡입매니폴드와, 흡입 매니폴드로부터 냉매가스가 유입되는 흡입매니폴드와 실린더 사이에 설치된 하우징과, 상기 하우징 안에서 왕복 운동가능하고 상기 하우징을 흡입매니폴드와 떨어져 있는 상부실과 흡입매니폴드와 연통된 하부실로 분할하는 피스톤등으로 구성되는 기계적인 냉각장치에 사용되는 복수 실린더 냉매압축기의 용량제어장치에 있어서, 정압밸브(44)가 상기 상부실(49)안의 압력을 미리 설정된 크기로 유지되도록 도관(17)을 통해 유입되는 가스압력을 제어하기 위하여 도관(17)과 상부실(49)사이에 설치되고, 하우징의 측면에 실린더(30)과 흡입매니폴드(34)가 서로 연통되도록 유체 배출구(58)를 설치하고, 스프링(54, 56)이 피스톤(52)의 하부실안에 설치되어 상기유체배출구(58)의 유효면적을 변화시키도록 피스톤을 개방위치로 작동시키는 가변력을 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉각 압축기의 용량 제어장치.

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