KR950002056B1 - 냉동장치와 회전변위형 압축기 - Google Patents

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스벤스카 로터 마스키너 아베
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Abstract

내용없음.

Description

냉동장치와 회전변이형 압축기
본 발명은 압축기와, 응축기와, 증발기 및 그 응축기와 증발기 사이의 감압수단을 구비하며, 상기 증발기는 고압배출채널을 통해서, 그리고 상기 응축기는 저압흡입채널을 통해서 상기 압축기와 연통하는 냉동장치에 관한 것이다. 상기 압축기는 나선 로우브(lobe)와 사이홈이 형성된 적어도 2개 이상의 회전자를 지니는 회전변위형(rotary positive displacement)압축기이다. 또한, 상기 장치는 가압수단을 통해서 응축기로, 또, 중간압력채널을 통해서 압축기의 중간포트수단으로 연통하는 중간압력용기를 구비한다. 또한, 본 발명은 상기 장치의 압축기로서 사용하기에 적합한 회전변위형 기계에 관한 것이다.
이러한 형태의 압축기 및 장치는 브라딘등에게 허여된 미합중국 특허 제3,568,466호 및 무디등에게 허여된 미합중국 특허 제3,913,346호에 공지되어 있다. 이러한 장치에서 중간압력구역은 증발기 온도 이상의 온도수준을 갖는 장치내의 내부냉각을 위해 사용된다. 냉각의 주요목적은 증발기에 공급되기전의 액화냉매를 미리 냉각시켜 증발기의 영역을 좀더 효과적으로 사용할 수 있게 하므로써 특정용량 및 동시적으로 압축기의 배기량을 위한 영역의 칫수를 최소화하고, 이에 따라 증발기의 크기를 최소화하는 것이다. 또한, 그 중간 압력구역으로 공급된 가스상태의 냉매를 재압축하기 위해 필요한 동력은 모든 냉매가 증발기 압력구역으로 공급되었을때의 동력보다 적게든다. 밀봉시스템과 열펌프장치에 특히 중요한 바이지만, 압축기가 전기모터에 의해 구동될 때 적용될 수 있는 제2의 냉각목적은 모든 구동상태하에서 압축기의 효과적인 냉각을 보장하기 위하여 모터를 통해 중간압력유체를 통과시키는 것이다.
비록, 이 명세서에서 냉동장치용 압축기의 설명이 헬리컬형 랜드(land)와 사이홈이 설치된 두 개의 상호 맞물림식 암, 수 회전자를 구비하는 형태로 제한될지라도, 본 발명은 소위 단일나사형태와 스크롤(scroll)형태의 압축기와 같은, 나선형 로우브를 지니는 적어도 1개 이상의 회전자를 구비하는 다른 형태의 기계에도 또한 적용될 수 있다.
본 발명에서 고려되는 모든 압축기는, 중간압력포트수단이 주요 흡입포트와 소정의 간격을 두고 배열되어 있어서 기계의 작동공간을 통해 장치 사이의 연통이 적어도 1개 이상의 회전자 로우브에 의해 연속적으로 차단되는 형태이다.
나사 압축기의 부피용적을 변하게 하기 위하여, 압축기로 공급된 작동유체의 일정한 량이 압축기의 흡입채널로 되돌려지도록 작동공간의 벽내의 블리이드(bleed)포트를 제어하는 선택적으로 조절가능한 밸브부재를 압축기에 설치하는 것은 쉬비(Schibbye)의 미합중국 특허 제3,314,597호에 개시되어 있다. 이러한 부피용적 제어형은 중간포트수단을 갖춘 나사 압축기에도 사용되어 왔다. 이 블리이드포트는 중간 포트수단과 같이 압축사이클의 동일한 상에 배치되어 있다. 블리이드포트가 개방되면, 압축기 작동공간 내부의 압력수준은 중간포트장치의 영역안에 있는 배압이 실질적으로 저압채널의 압력과 같아지게 되는 범위로 감소한다. 블리이드포트는 교축손실(throttling loss)을 막기 위해서 흡입포트를 통해서 공급된 잔여유체의 재순환 뿐만 아니라 중간포트수단을 통해 공급된 유체를 배출(draining)할 수 있을 정도의 커다란 면적으로 형성되어야만 한다. 따라서, 밸브부재의 크기는 회전자 베어링 외부측에 이용가능한 제한된 공간영역과 관련된 단부벽내에 설치하기에는 너무 커지게 될 것이다. 이러한 이유로 그 밸브는 작동공간의 배럴(barrel)형 벽에 위치해야만 한다. 따라서, 특히 최대 용량상태하에서 작동될 때 압축기에서의 내부 누설을 막기 위하여 하우징에 있는 밸브의 시트(seat)와 함께 밀봉가능하게 작용해야할 뿐 아니라 대면하는 회전자 또는 회전자들과 함께 밀봉가능하게 협력작동해야만 하기 때문에 이러한 밸브는 형상이 복잡하게 되고 제조비용이 높게된다.
본 발명의 주 목적은 종래에 사용된 것보다 좀더 적은 비용 및 간단한 밸브구조를 사용하여 완전한 장치를 제공하고, 보다 효율적인 용량제어를 달성하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적은 중간압력채널과 저압채널 사이에 선택적으로 조절가능한 오우버 플로우(over-flow)밸브를 설치함으로써 성취된다. 이러한 방식으로 독립된 블리이드포트의 필요성이 없어지게 되는데, 이는 저부피용적상태 중에 잉여공급 작동유체만이 작동공간으로부터 배출되어야 할 때, 중간압력포트수단이 상기 블리이드포트로서 작용하기 때문이다. 또한, 밸브몸체와 그 회전자 사이에는 밀봉작용이 불필요하고, 밸브몸체는 밸브의 시트에 대해서만 밀봉이 필요시 되기 때문에 상당히 간단해지고 값이 싸게된다.
본 발명의 다른 목적 및 그들 목적의 달성 방법은 이하 첨부도면에 도시된 본 발명의 양호한 실시예에 근거하여 상세히 설명될 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 냉동장치의 한 실시예를 도시한 개략도.
제2도는 제3도 압축기의 2-2부의 수직단면도.
제3도는 제2도 압축기의 3-3부의 수평단면도.
제1도에 도시된 냉동장치(10)는 고압채널(14)을 통해 응축기(12)와 연통하며 저압채널(18)을 통해 증발기(16)와 연통하는 압축기(10)를 구비한다. 응축기(12)와 증발기(16)는 채널(20)에 의해 상호 연결되어 있으며, 그 채널(20)에는 두 셋트의 감압수단(22)(24)이 각기 스로틀밸브 형태로 배치되어 있다. 플래시 챔버(flash chamber)형태의 중간압력용기(26)가 두개의 스로틀밸브(22)(24)사이에 배치되어 있다. 중간압력용기(26)의 플래시가스 측면은, 압축기(10)에 구동가능하게 연결된 전기모터(32)를 에워싸는 하우징(30)에 채널(28)을 통해 연결된다. 하우징(30)으로부터 나온 플래시가스는 장치의 중간압력부분(26)(28)(30)내의 최소압을 유지시키는 압력저장밸브(34)를 통과해서 압축기(10)의 중간포트수단(38)으로 유입된다. 또, 중간채널(36)은 선택적으로 조절가능한 밸브(40)를 통해 저압채널(18)로 통할 수도 있다. 또한, 이 장치에는, 액화된 냉매를 중간압력유체를 사용하여 냉각시키기 위해 응축기(12)로부터 열교환기(44)를 통해 전달하며, 고압채널(14)내의 온도에 따라 액체유동을 조절하기 위해 밸브(46)를 통과시켜 압축기(10)내의 액체분사개구(48)로 상기 냉매를 이송시키는 채널(42)이 설치되어 있다.
제2도와 제3도에 도시된 압축기(10)는 상호 맞물림식 나사 회전자형으로서, 수 회전자(50)와 암 회전자(52) 및, 그 회전자를 에워싸는 작동공간(56)이 형성되고, 흡입포트(58)를 통해 저압채널(18)과 연통하고 배출포트(60)을 통해 고압채널(14)과 연통하는 케이싱(54)을 구비한다.
압축기 케이싱(54)은 전기모터(32)를 동축적으로 에워싸는 모터하우징(30)에견고하게 연결되어 있고 수회전자(50)에 직접 접속되어 있다. 모터하우징(30)에는 채널(28)과 연통하는 흡입개구(62) 및, 모터(32)를 통과하며 열교환에 의해 모터를 냉각시키는 중간압력유체를 위한 배출개구(64)가 형성되어 있다. 배출개구(64)는 모터하우징(30)내부에 소정의 최소압을 유지시키기 위해 설치된 조절밸브(34)로 연결된다. 밸브(34)를 나온 유체는 중간채널(36)을 통해 작동공간(56)의 고압단부벽에서 개구(38)형태로 형성된 포트수단으로 보내진다. 개구(38)는 각을 이룬 위치로 배치되어 있어 상기 개구(38)와 흡입포트(58)사이의 작동공간(56)을 통한 연통은 각 회전자(50)(52)에 있는 적어도 1개 이상의 회전자 로우브에 의해 연속적으로 차단된다. 선택적으로 조절가능한 밸브(40)는 중간채널(36)과 저압채널(18)사이에 연통을 이루기 위해 설치되어 있다. 밸브(40)와 포트개구(38)는 상호간의 크기에 있어서 밸브의 유동면적이 포트개구의 유동면적의 약 2배이다.
또한, 압축기(10)에는 저압단부벽에서 배출포트(60)에 이르는 작동공간(56)의 배럴형 벽부분을 형성하는 축방향 몸체에, 미합중국 특허 제3,088,659호의 제1도에 일반적으로 도시된 형태인 축방향으로 선택적으로 조절가능한 밸브부재(66)가 설치되어 있다. 배출포트(60)에 대면하는 밸브몸체(66)의 단부에는 회전자의 각도위치(angular position)를 형성하는 연부(68)가 제공되어 있어서 배출포트(60)를 통해 고압채널(14)과의 연통이 개시된다. 밸브몸체(66)에는, 일단부가 액체냉매채널(42)과 연통하고 다른 단부가 액체분사개구(48)를 형성하는 내부채널(70)이 설치되어 있다. 상기 개구(48)는, 밸브부재(66)가 배출포트(60)의 최대크기를 형성하는 위치에 있을 때, 자동공간(56)을 통한 중간포트개구(38)와 상기 분사개구(48)사이의 어떠한 연통도 각각의 회전자(50)(52)상에 있는 적어도 1개 이상의 회전자 로우브에 의해서 연속적으로 차단되도록 배치되어 있다.
또한, 압축기에는, 실제로 압축되지 않은 작동유체를 작동공간으로부터 각각 저압채널(18)로 복귀시키기 위하여, 독립되어 있는 두 개의 선택적으로 조절가능한 블리이드밸브(72)(74) 및 관련된 오우버 플로우채널(76)(78)이 설치되어 있다.
밸브(40)(72)(74)는 모두 압축기시스템 내부에 이용할 수 있는 압력유체에 의해 선택적으로 작동할 수 있는 리프트(lift)밸브 같은 형태로 되어 있다. 또한 밸브(72)(74)에는 작동공간(56)의 인접한 배럴형 벽과 같은 만곡된 단부표면이 형성되어 있고 밸브가 폐쇄된 위치에 있을 때 배럴형 벽과 일치하게 되어 있다.
본 발명의 장치는 다음과같이 작동한다. 압축된 가스상태의 작동유체는 압축기(10)로부터 응축기(12)로 전달되어 외부 냉각수단에 의해 액화된다. 그 응축기(12)로부터 나온 액화된 작동유체의 대부분은 제1스로틀밸브(22)를 통과하면서 스로틀밸브에 의해 감압된다. 이후, 작동유체는 중간압력용기(26)로 보내져서 부분적으로 플래시가스처럼 증발되고 나머지 액화작동유체는 용기(26)안에 있는 압력에 상응하는 증발온도로 냉각된다. 이 냉각된 액화작동유체는 제2스로틀밸브(24)를 통과해 좀더 감압되어 증발기(16)로 보내짐으로써 작동유체가 외부 가열수단에 의해 증발된다. 이후, 그 저압가스상태의 작동유체는 증발기(16)로부터 압축기(10) 흡입구(18)로 복귀되고 재압축되어 응축기(12)에 재순환된다. 중간압력용기(26)에서 생성된 플래시가스는 모터하우징(30)을 통과하여 전기모터(32)를 냉각한다. 그 냉각효과는 모터하우징(30)에 약간의 액화작동유체를 추가 공급함으로써 좀더 향상될 수 있다. 이후, 모터하우징으로부터 나온 플래시가스는 압축기 케이싱(54)안에 설치된 중간채널(36)로 보내져, 압축기의 작동공간 벽에 있는 포트수단(38)과 연통한다. 압력저장밸브(34)는 모터하우징(32)내부에 소정의 최소압을 유지하기 위해서 양호하게 모터하우징(32)과 중간채널(36)사이에 배치된다. 포트수단(38)은, 트레일링(trailing) 회전자 랜드에 의해 흡입포트(58)와 항상 연통이 차단되는 회전자 홈과 연통하도록 각도위치에 배치된 작동공간의 고압단부벽에 있는 개구처럼 형성된다.
장치가 완전용량상태일 때, 압축기(10)에는 증발기(16)로부터 흡입포트(58)를 통해 저압작동유체가 그 최대용량으로 충진되며, 동시에 증발기(16)로 유입되는 액화작동유체를 미리 냉각시키고 모터(32)를 냉각시키기 위해 사용되는 중간압력가스가 중간포트수단(38)을 통해 이미 압력이 흡입포트상태로부터 승압되어 있는 압축실로 공급된다. 이렇게 하여, 중간포트수단을 통하여 공급된 가스의 재압축 동력은 압축기의 흡입압력보다 더 높은 압력에서 압축이 시작할때와 같이 감소된다. 동시에 압축기의 완전용량은 증발기로부터 얻은 가스로 사용될 수 있는데, 이는 장치의 특정용량을 위해 압축기의 크기가 축소될 수 있다는 것을 의미한다.
부분하중 상태를 달성하기 위하여, 중간채널(36)과 흡입채널(18)사이에 설치된 밸브(40)가 개방된다. 이렇게하여 중간압력유체는 중간포트수단(38)을 통하여 들어가는 대신에 압축기(10)에서 흡입채널(18)로 바이패스되고 따라서, 증발기(16)에서 다른 방법으로 흡입된 소정의 가스를 대체한다.
또한, 중간포트수단(38)은 부가적인 흡입포트로서 작용하는 대신에 중간채널(36)과 밸브(40)를 통해 흡입채널(18)로 되돌아가는 무시할 수 있을 정도로 압축된 가스용 블리이드포트로서 작용하며, 이에 따라 압축기(10)의 용적이 좀더 축소되고, 결과적으로 더욱 적은 작동유체가 증발기(16)를 통과함으로써 장치의 용적이 상당히 축소된다. 압력저장밸브(34)에 의해서, 모터하우징(32)과 중간압력용기(26)안에 있는 압력은, 압축기(10)에 의해 증발기로부터 흡입된 작동유체의 양과 똑같은 양의 작동유체를 증발기(16)이 연속해서 공급받을 수 있도록 유지된다.
이러한 부분하중 상태하에서 구동될 때, 압축기 내부의 압력수준이 감소되어 중간포트(38)로부터 차단된 압려길의 압력은 완전하중 상태에서 구동할 때 중간압력용기(26)와 동등하지 않고 흡입채널(18)에 있는 압력과 같아질 것이다. 반면에, 응축기(12)의 압력은 실제로 응축온도에 상응하는 압력에 따라 일정하게 될 것이다. 효율을 높이기 위하여 배출포트(60)는 축소되야만 하고, 그래서 고정부피비는 고정압력비가 응축기와 증발압력 사이의 비율에 상응되도록 변화되야만 한다. 배출포트(60)의 크기는 조절가능한 밸브(66)를 조절함으로써 변화된다.
압축기(10)내에서 압축되는 동안 가스의 밀봉 및 냉각을 향상시키기 위해, 응축기(12)로부터의 액화작동유체는 회전자 홈 안으로 액체가 분사되도록 배치된 분사개구부를 통해 압축기(10)내로 분사되며, 이후 상기 홈은 중간포트(38)로부터 차단되기 때문에 분사개구부(48)로부터 중간포트(38)로 액체가 직접 통과될 수 없다. 분사된 액체의 양은, 고압채널(14)에 있는 온도를 응축기(12)에서의 온도보다 다소 높게되는 거의 일정한 온도를 유지하기 위하여, 밸브(46)에 의해서 조절된다.
또한, 압축기(10)와 장치의 용적은 회전자 홈에 대해 다른 각 위치로 배열된 두 개의 블리이드밸브(72)(74)에 의해 축소될 수 있다.

Claims (20)

  1. 나선 로우브와 사이홈이 형성된 적어도 1개 이상의 회전자를 갖춘 회전변위형 압축기(10)와, 고압채널(14)을 통해서 압축기(10)의 배출포트(60)와 연통하는 응축기(12)와, 저압채널(18)을 통해서 압축기(10)의 흡입채널(58)과 연통하는 증발기(12)와, 중간압력채널(36)을 통해 상기 배출포트(60) 및 흡입포트(58)로부터 이격된 압축기(10)의 중간포트수단(38)과 연통되는 중간압력을 위한 용기(26)와, 응축기(12)의 고압을 용기(26)의 중간압력과 증발기(16)의 저압으로 각각 감소시키는 감압수단(22,24)을 구비하는 냉동장치에 있어서, 상기 중간압력채널(36)과 저압채널(18)사이에 리프트밸브(40)가 제공되며, 상기 리프트밸브(40)는 상기 중간압력채널(36)과 상기 저압채널(18)사이의 연통을 형성하도록 선택적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  2. 제1항에 있어서, 최대 개방위치에서의 상기 리프트밸브(40)의 유동면적이 상기 중간포트수단(38)의 유동면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 냉동형 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간포트수단(38)이 압축기의 고압단부벽에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압축기의 부피용적이 좀더 축소되도록 작동공간(56)의 벽에 설치되며, 상기 저압채널(18)과 연통하는 적어도 한 개 이상의 블리이드포트와 협동하는, 추가의 선택적으로 조절가능한 밸브수단(72,74)이 압축기에 제공되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간포트수단(38)으로부터 이격되어 있고, 작동공간(56)을 통한 상기 중간포트수단(38)과의 연통이 적어도 한 개 이상의 회전자 로브에 의해 연속적으로 차단되도록 배치되는 적어도 한 개 이상의 액화된 냉매용 분사개구(48)가 압축기에 제공되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  6. 제5항에 있어서, 분사될 액화된 냉매가 분사되기 전에 상기 중간압력유체에 의해 미리 냉각되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 응축기(12)와 증발기(16)의 실제온도 또는 상기 리프트밸브(40)의 조절에 따라 배출포트(60)를 변위시키는 조절가능한 밸브부재(66)가 압축기에 제공되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 조절가능한 밸브부재(66)는 축방향으로 활주가능하며, 압축실과 고압채널(14)사이를 연통시키는 협동회전자의 각도위치를 결정하는 연부(68)가 상기 밸브부재(66)에 제공되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  9. 제8항에 있어서, 세 개의 각기 다른 위치 사이에서 상기 축방향으로 활주가능한 밸브부재(66)를 조절하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  10. 제8항에 있어서, 두 말단위치 사이에서 상기 축방향으로 활주가능한 밸브부재(66)를 연속적으로 조절하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구동가능하게 압축기와 연결된 전기모터(32)를 냉각시키기 위한 열교환기가 장치의 중간압력구간에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간압력용기(26)가 상기 중간압력의 플래시가스를 발생시키는 플래시챔버로서 작용하도록, 상기 중간압력용기(26)와 상기 증발기(16)가 사이에 감압수단(26)을 개재하여 일렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  13. 탄성작동유체용 나선 로우브와 사이홈을 가지는 적어도 한 개 이상의 회전자를 가지며, 흡입채널(18)과 연통하는 흡입포트(58), 배출채널(14)과 연통하는 배출포트(60) 및, 상기 흡입포트(58)와 배출포트(60)로부터 이격되어 중간압력채널(36)가 연통하는 중간포트수단(38)이 제공되는 회전변위형 압축기에 있어서, 상기 중간압력채널(36)과 흡입채널(18)사이에 리프트밸브(40)가 제공되며, 상기 리프트밸브(40)는 상기 중간압력채널(36)과 상기 흡입채널(18)사이에 연통을 형성하도록 선택적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 회전변위형 압축기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 배출채널(14)과 연통하는 응축기(12), 상기 흡입채널(18)과 연통하는 증발기(16), 상기 중간압력채널(36)과 연통하는 중간압력용기(26) 및 응축기(12)의 고압을 용기(26)의 중간압력과 증발기(16)의 저압으로 각각 감소시키는 감압수단(22,24)을 구비하는 냉동장치에 특히 사용하기에 적합한 압축기로서, 상기 리프트밸브(40)의 조절에 따라 또는 응축기(12)와 증발기(16)에서의 실제온도에 따라 배출포트(60)를 변화시키는 조절가능한 밸브수단(66)이 제공되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 조절가능한 부재(66)는 축방향으로 활주가능하며, 또한 압축실과 배출채널(14)사이를 연통시키는 협동회전자의 각도위치를 결정하는 연부(68)가 상기 밸브부재(66)에 제공되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  16. 제15항에 있어서, 두 말단위치 사이에서 상기 축방향으로 활주가능한 밸브부재를 조절하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 흡입채널(18)과 연통하는 적어도 하나 이상의 블리이드 포트와 협동하며, 압축기의 부피용적이 좀더 축소되도록 작동공간(56)의 벽에 설치되는 추가의 선택적으로 조절가능한 밸브수단(72,74)이 상기 압축기에 제공되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  18. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 중간포트수단으로부터 이격되어 있고, 작동공간(56)을 통한 상기 중간포트수단(38)과의 연통이 적어도 한 개 이상의 회전자 로우브에 의해 연속적으로 차단되도록 형성되는 적어도 한 개 이상의 액화된 냉매용 분사개구(48)가 압축기에 제공되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  19. 제14항 내지 제16항중 어느 한 항에 있어서, 리프트밸브의 최대 개방위치에서, 상기 중간압력채널(36)과, 상기 흡입채널(18)사이에 있는 상기 리프트밸브(40)의 유동구역이 상기 중간포트수단(38)의 유동구역보다 더 큰 것을 특징으로 하는 압축기.
  20. 제14항 내지 제16항중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간포트수단(38)이 압축기의 고압단부벽에 배치되는 것을 특징으로 하는 압축기.
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