KR960002562B1 - 동시에 구동되는 2개의 압축기구부를 갖는 압축기를 구비한 냉동사이클장치 - Google Patents

동시에 구동되는 2개의 압축기구부를 갖는 압축기를 구비한 냉동사이클장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

동시에 구동되는 2개의 압축기구부를 갖는 압축기를 구비한 냉동사이클장치
제1도는 본 발명의 한 실시예를 나타내는 압축기와 축압기의 종단면도.
제2도는 냉동사이클장치의 구성도.
제3도 내지 제5도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 서로 다른 냉동사이클 장치의 구성도.
제6도는 또한 다른 실시예를 나타내는 냉동싸이클장치의 일부구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A : 제1압축기구부 B : 제2압축기구부
S : 압축기 1 : 밀폐케이스
21 : 역류방지수단(역류 저지밸브) 22 : 전환수단(전자 3방향 밸브)
25 : 응축기 27 : 냉매관
28 : 감압장치 29 : 증발기
본 발명은 밀폐케이스내에 2개의 압축기구부를 수용하는 압축기를 구비한 냉동사이클장치의 각 압축기부에 대한 냉매의 흡입 및 토출구조를 개량한 것으로서, 특히 냉동사이클장치를 구성하는 압축기로서 밀폐케이스내에 2개의 압축기구부를 수용하고 이들을 동일한 전동기부에 연결하여 동시에 구동시키는 것에 관련된 것이다.
예를들어 실개소 51-67452호 공보와 실공소 62-30693호 공보에 상기 2개의 압축기구부를 갖는 압축기를 구비한 냉동사이클장치가 개시되어 있다.
상기 실개소 51-67452호 공보에 있어서는 2단 압축에 의한 토출가스 냉각의 적정화를 도모하는 것을 목적으로 해서 이루어진 것이고, 상기 실공소 62-30693호 공보에 있어서는 3단 압축에 있어서의 중간 이코노 마이저(ecnomizer)를 간략화한 고단측 인젝션 방식의 채용을 목적으로 하여 이루어진 것이다. 어느쪽 압축기에 있어서도 특히 고단측의 보호를 이루는 효과가 있다.
그러나 냉동사이클장치에서 요구되는 압축기는 냉동사이클 부하에 따라서 냉동능력을 변화시킬 수 있는 압축기이다. 그점에 있어서는 상기 2단 압축전용 압축기로는 불충분하다.
그래서 예를들어 특개소 63-212797호 공보에 개시된 바와 같은 압축기가 발명되기에 이르렀다. 이것은 압축용적이 상이한 2개의 실린더를 구비한 제1압축기구부와 제2압축기구부를 밀폐케이스 내에 수용해서 이루어지는 압축기이다. 각 압축기구부의 흡입측과 토출측에는 가스 개폐수단이 설치됨과 동시에 필요한 냉매관으로 연이어 통해져서 이루어진다.
그리고 각 압축기구부는 동시에 구동되지만 상기 가스 개폐수단의 개폐 전환 작용에 의하여 크고 작은 상이한 2개의 실린더를 각각 독립적으로 구동하여 압축을 하는 단독 압축운전, 병렬로 압축작용을 실시하는 병렬 압축운전 및 한쪽 실린더에서 다른 쪽 실린더로 2단계에 걸쳐서 압축작용을 하는 직렬 압축운전과 같은 3종류의 운전전환이 가능하다. 즉 이와같은 압축기를 구비하게 되면 능력 가변폭이 일시에 확대되어 거의 모든 범위에 걸친 냉동사이클 부하의 요구를 만족시키게 된다.
그러나 상기 압축기에도 문제점이 존재하다. 즉 가스 개폐수단의 수가 많이 필요하고, 따라서 이들을 제어하기 위한 제어수단이 복잡하게 된다. 또한 많은 가스 개폐수단을 구비함에 따라 이들을 접속하는 배관이 길어져서 장치가 커지는 것을 피할 수 없다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서 그 목적으로 하는 점은 2개의 압축기구부를 구비한 압축기에 의한 능력 가변폭의 확대를 유지하는 동시에 냉매가스 전환 통전수단에 대한 간소화를 꾀하여 작은 크기로 높은 성능을 얻을 수 있는 냉동사이클을 제공하고자 하는 것이다.
즉 본 발명은 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기가 차례차례 냉매관을 통하여 연결되는 냉동사이클장치에 있어서 상기 압축기는 밀폐케이스 내부에 동시에 구동되는 제1압축기구부 및 제2압축기구부를 수용하고, 상기 제1압축기구부의 흡입측에 제1압축기구부로부터 상기 증발기측으로의 냉매가스의 역류를 저지하는 역류방지수단을 구비하며, 이 토출측은 밀폐케이스 내에 개구하고, 상기 제2압축기구부의 토출측에 압축한 냉매가스를 밀폐케이스 내 혹은 제1압축기구부 흡입측의 역류방지수단 보다 하류로 선택적으로 전환하여 인도하는 전환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치이다.
이 냉동사이클장치에 의하면 1개의 역류방지수단과 1개의 전환수단을 구비하는 것만으로 제1, 제2압축기구부의 병렬 압축운전과 직렬 압축 운전의 전환이 가능하다.
이하 본 발명의 한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
제1도는 냉동사이클장치에 이용되는 압축기(S)를 나타낸다. 1은 밀폐케이스이고, 2내부에는 주축(2) 연결되는 전동기부(3)와 압축기부(4)가 수용된다. 상기 전동기부(3)는 주축(2)에 끼워진 로터(5)와 밀폐케이스(1)의 안쪽벽에 붙어있으며, 로터(5)와는 협소한 간격을 갖고 설치되는 스테이터(6)로 이루어진다. 상기 압축기구부(54)는 제1압축기구부(A)와 제2압축기구부(B)로 구성된다. 이들 제1, 제2압축기구부(A) (B)는 상기 주축(2)에 따라서 서로 이웃하게 설치된다.
다음으로 상기 제1, 제2 압축기구부(A) (B)에 대하여 설명한다. 상기 주축(2)에는 서로 반대방향으로 편심하는 클럭부(7a) (7b)가 일체로 설치되고 각 클럭부(7a)(7b) 에는 로울러(8a) (8b)가 맞물린다. 그리고 상기 로울러(8a) (8b)가 각각 편심 회전할 수 있도록 수용하는 동시에 각각 흡입포트와 토출포트를 갖는 실린더(9a) (9b)가 설치된다. 상기 제1압축기구부(A)의 흡입포트에는 밀폐케이스(1)의 외부로부터 밀폐케이스(1)을 관통하여 설치되는 제1흡입냉매관(10)이 접속된다. 토출포트에는 토출밸브(11)가 개폐 가능하게 설치되어 있고, 이곳에서 토출되는 가스는 주베어링(12)에 설치되는 밸브덮개(13)를 통하여 밀폐케이스(1) 내부로 인도된다. 상기 제2압축기구부(B)에서의 흡입포트에는 밀폐케이스(1)의 외부로부터 밀폐케이스(1)를 관통하여 설치되는 제2흡입냉매관(14)이 접속된다. 이 토출포트에는 토출밸브(15)가 개폐 가능하게 설치되어 있고, 이곳에서 토출되는 가스는 부베어링(16)에 설치되는 밸브 덮개(17)에 충만하게 된다. 상기 실린더(8b)에는 밀폐케이스(1) 외부에서 밀폐케이스(1)를 관통하여 설치되는 중간 토출냉매관(18)이 접속되어 있어서, 상기 밸브덮개(17) 내부로 토출되는 가스를 중간 토출냉매관(18)을 통하여 밀폐케이스(1) 외부로 배출된다. 또한 밀폐케이스(1)에는 토출냉매관(19)이 접속되어 있어서 밀폐케이스(1) 내에 충만된 가스를 밀폐케이스(1) 외부로 배출하도록 되어 있다.
이와같이 하여 구성되는 압축기(S)에 대하여 축압기(20)가 이웃에 설치된다. 상기 제1, 제2흡입냉매관(10)(14)의 단부는 함께 상기 축압기(20)내에 삽입되고, 각각 이곳에서 액체냉매와 분리된 냉매가스를 흡입한다. 이 축압기(20)내에 위치하는 상기 제1흡입냉매관(10)의 중도부에는 역류방지수단인 역류저지밸브(21)가 설치된다. 역류저지밸브(21)는 축압기(20)에서 상기 제1압축기구부(A)에서 축압기(20)쪽으로 향하는 가스의 흐름을 차단한다. 한편 상기 중간토출 냉매관(18)의 단부는 전환수단인 전자(電磁) 3방향밸브(22)의 흡입포트에 접속된다. 이 전자 3방향밸브(22)의 한쪽 토출포트에는 상기 제1흡입냉매관(10)의 중도부에 연결된 흡입측 접속냉매관(23)이 접속된다. 이 흡입측 접속냉매관(23)의 제1흡입냉매관(10)에 대한 접속위치는 제1압축기구부(A)의 흡입포트와 상기 역류저지밸브(21)의 사이의 설정해야 한다. 상기 축압기(20)에서 제1압축기구부(A)에 흡입되는 가스를 기준으로 하면 상기 접속위치는 역류저지밸브(21)의 하류쪽이 된다. 상기 전자 3방향밸브(22)의 다른쪽 토출포트에는 토출측 접속냉매관(24)이 접속된다. 이 토출측 접속냉매관(24)의 타단부는 상기 밀폐케이스(1) 내부로 연결된다. 따라서 제2압축기구부(B)에 압축되어 토출되는 가스는 전자 3방향밸브(22)의 전환동작에 의해 흡입측 접속냉매관(23)과 토출측 접속냉매관(24)중 어느 한 쪽으로 인도된다. 예를들어 상기 흡입측 접속냉매관(23)으로 인도되는 가스는 제1흡입냉매관(10)으로 도입되지만 상기 역류저지밸브(21)가 있기 때문에 축압기(20)내로의 역류가 저지되어 제1흡입냉매관(10)에서 제1압축기구부(A)로 흡입된다. 또 상기 토출측 접속냉매관(24)으로 인도되는 가스는 그대로 밀폐케이스(1) 내부로 도입된다.
이와같은 압축기(S) 및 축압기(20)는 제2도에 나타낸 바와같은 냉동사이클장치를 달성한다. 다만 이곳에서는 압축기(S)의 상기 밀폐케이스(1)를 생략하여 나타내고 따라서 앞서 제1도에서 나타낸 배관구성이 간략화된다.
상기 토출냉매관(19)에는 응축기(25)가 접속되고 또한 냉매관(26)을 통하여 액탱크(27), 감압장치인 냉매 제어밸브(28), 증발기(29)가 차례로 이어져 상기 증발기(29)로부터 축압기(20)의 흡입측으로 연결된다.
또한 상기 전자 3방향밸브(22)는 증발기(29)의 증발온도를 검지하는 온도센서 혹은 압축기(S)의 흡입압력을 검지하는 압력센서(어느쪽도 도시하지 않는다)에 전기적으로 접속되어 있고 이들 센서의 검지신호가 소정치 이하의 레벨이었을때 동작하여 중간토출냉매관(18)과 흡입측 접속냉매관(23)을 연이어 통하게 한다. 또 센서의 검지신호가 소정치 이상 있으면 동작하지 않으며 중간 토출냉매관(18)과 토출측 접속냉매관(24)을 연이어 통하게 되어있다.
다음으로 이와같이하여 구성되는 냉동사이클장치의 작용에 대하여 설명한다.
상기 전자 3방향밸브(22)에 접속되는 센서의 검지신호가 소정치 이상있는 경우에는 중간토출냉매관(18)과 토출측 접속냉매관(24)이 연이어 통하는 것은 앞서 설명한 대로이다. 따라서 이때는 상기 증발기(29)에서 증발한 냉매가스가 상기 축압기(20)로 인도되어 기액분리되고, 또한 제1흡입냉매관(10)과 제2흡입냉매관(14)을 통하여 각각 압축기(S)내의 제1압축기구부(A)와 제2압축기구부(B)로 흡입된다. 제1압축기구부(A)에서 압축된 고압가스는 밸브덮개(13)을 통하여 밀폐케이스(1)내로 토출된다. 한편 제2압축기구부(B)에서 압축된 고압가스는 중간 토출냉매관(18)에서 전자 3방향밸브(22)를 통하여 밀폐케이스(1)내로 토출된다. 이 밀폐케이스(1)내에서 제1압축기구부(A)와 제2압축기구부(B)로 압축되어 토출되는 고압가스가 합류하고 토출냉매관(19)에서 응축기(25), 액탱크(27), 냉매 제어밸브(28), 증발기(29)를 차례로 인도하여 각각의 위치에 있어서 널리 알려진 냉동사이클 작용을 실시한다.
상기 전자 3방향밸브(22)의 센서가 소정치 이상을 검지하고 있는 상태에서는 압축기(S)에 있어서의 제1, 제2압축기구부(A)(B)가 병렬 압축운전을 행하게 되어 최대능력운전을 실시할 수 있다.
다만 이와같은 운전을 계속하면 증발기(29)측에 있어서의 열부하가 서서히 감소해 온다. 그리고 증발기(29)에 있어서 냉매의 증발압력이 저하하고 저온냉동기기의 경우에는 압축기(S)의 흡입압력이 대기압 이하로 저하하는 일이 있다. 냉동사이클을 순환하는 냉매 가스량은 감소하고 압축기(S)의 전동기부(3)를 냉각하는 능력이 감소하기 때문에 고압축비 운전과 가열운전이 동시에 진행되어 버린다.
상기 전자 3방향 밸브(22)에 접속되는 센서는 소정치 이하를 검지하고 이것을 전환동작시켜서 중간토출 냉매관(18)과 흡입측 접속 냉매관(23)을 연이어 통하게 한다. 상기 증발기(29)에서 증발하여 상기 축압기(20)에서 기액분리된 냉매가스는 상기 전자 3방향밸브(22)의 전환동작에 의해 제1흡입측 냉매관(10)에는 인도되지 않고 제2흡입측 냉매관(14)만으로 인도된다.
즉 증발하여 기액 분리된 냉매가스는 제2흡입측 냉매관(14)에서 제2압축기구부(B)로 흡입되어 압축되고, 중간 토출냉매관(18)만으로 토출된다. 이곳에서 상기 전자 3방향밸브(22)의 전환통로에 따라서 흡입측접속냉매관(23)으로 인도되고, 또한 제1흡입측 냉매관(10)으로 인도된다. 상기 역류저지 밸브(21)는 흡입측 접속냉매관(23)에서의 중간 고압가스에 의해 닫혀져서 축압기(20) 및 증발기(29)로의 흐름을 저지한다. 모든 중간 고압가스는 제1흡입측 냉매관(10)에서 제1압축기구부(A)로 흡입되어 압축된다. 결국 냉매가스는 2단 압축되어 밀폐케이스(11)내에 토출되고, 토출냉매관(19)에서 앞서 설명한 각 냉동사이클을 구성하는 기기로 인도되어 각각의 기기에 있어서 널리 알려진 냉동사이클 작용을 이룬다.
이와같은 2단 압축운전이면 상기 병렬 압축운전과 비교하여 냉동능력은 감소하지만 압축비가 작아진 분량만큼 운전효율의 향상화를 얻을 수 있어서 압축 효율이 향상된다. 또한 압축손실열이 감소하여 과열가스의 경감화를 꾀할 수 있어서 체적효율이 상승하고 냉동능력 회복이 실시된다.
또 2단 압축운전을 실시하면 냉동능력이 경감하고 상기 전동기부(3)의 모터 출력이 경감하여 모터과열을 방지할 수 있다. 혹은 통상의 1단 압축운전과 비교하여 모터 회전력 맥동을 작게할 수 있어서 운전소음 저하에 연계된다.
특히 냉매가스로서 프레인(22)을 이용한 저온 냉동 냉장기기등의 냉동사이클장치에서는 냉매가스의 증발 온도가 -40℃ 이하가 되면 증발압력이 대기압 이하의 진공운전으로 되어버린다. 이와같은 운전시에 상기2단 압축운전을 실시하면 압축기(S)의 과열방지를 효율있게 이룰 수 있음과 동시에 압축효율의 향상화와 축받침부하 경감에 의한 기계 효율의 향상을 얻을 수 있고 또한 운전소음이 저하하여 고효율인 냉동사이클장치를 얻을 수 있다.
또한 이와 같은 냉동사이클장치를 기초로하여 제3도 내지 제6도에 나타낸 바와같은 냉동사이클장치를 구성해도 좋다.
제3도에 나타나는 냉동사이클장치를 액탱크(27)와 제1압축기구부(A)의 실린더(9a)내를 바이패스관(30)으로 연이어 통하고 이 바이패스관(30)의 중도부에는 전자 개폐밸브(31)와 보조모세관(32)을 설치하여 이루어지는 액인젝션회로(33)을 구비하고 있다.
상기 압축기(S)에서 2단 압축운전할 때에 상기 전자 3방향밸브(22)의 전환과 동기하여 액인젝션회로(33)의 전자 개폐밸브(31)를 개방한다. 액탱크(27)에 수용되는 액냉매의 일부는 전자 개폐밸브(31)와 보조모세관(32)를 통하여 제1압축기구부(A)에서의 실린더(9a)내에 직접 주입된다. 이곳에서는 상기 제1압축기구부(A)는 고단측이 되어있기 때문에 고단측 압축가스는 액인젝션회로(33)에서 주입되는 액냉매에 의하여 효율있게 냉각된다. 따라서 압축기(S)의 성능을 저하시키지 않고 또한 압축기 냉각의 향상을 꾀할 수 있다.
제4도에 나타나는 냉동사이클장치를 액탱크(27)와 제1흡입냉매관(10)의 중도부를 바이패스관(34)으로 연이어 통하고, 이 바이패스관(34)의 중도부에는 보조모세관(35)과 2방향밸브(36)를 설치하여 이루어지는 액바이패스회로(37)를 구비하고 있다. 또한 상기 바이패스관(34)의 제1흡입냉매관(10) 접속부는 상기 흡입부 접속냉매관(23)의 제1흡입냉매관(10)에 대한 접속부에 맞추는 것으로 한다.
상기 압축기(S)에서 2단 압축운전할때 상기 전자 3방향밸브(22)의 전환과 동기하여 액바이패스 회로(27)의 2방향밸브(36)를 개방한다. 액탱크(27)에 수용되는 액냉매의 일부는 보조모세관(35)과 2방향밸브(36)를 통하여 흡입측 접속냉매관(23)에서 제1압축기구부(A)로 도입되는 중간압의 냉매가스에 혼합한다. 따라서 상기 제1압축기구부(A)에 대한 냉각을 효과적으로 이룬다. 앞서 제3도에서 나타낸 것보다도 압축기구조가 간단화되고 압축기 냉각의 향상화를 꾀할 수 있다.
제5도에 나타나는 냉동사이클장치는 흡입측 접속냉매관(23)의 중도부에 중간방열용 열교환기(38)를 설치하고 있다.
즉 전자 3방향밸브(22)를 통과한 중간압 영매가스를 상기 중간 방렬용 열교환기(38)로 인도하여 중간 냉각하고, 고단측인 제1압축기구부(A)에서의 과열을 방지할 수 있다. 중간 방열용 열교환기(38)의 형식으로서는 공랭 혹은 수냉의 어느 쪽인가를 선택해도 좋다.
또한 상기 실시예에 있어서 역류방지수단(21)으로서 역류저지밸브를 설치했지만 이에 한정되는 것은 아니고 제6도에 나타낸 바와같이 전자개폐밸브(21a)로 대신해도 좋다. 여기에서 "39"는 상기 축압기(20)외부에 설치되는 분류기이다.
또 이상 서술한 압축기(S)의 전원으로서 상업 주파수 전원은 물론이고 정현파 인버터 전원에 의한 전원주파수 가변타입에도 적용할 수 있다.
또한 상기 전자 3방향밸브(22)의 작동신호로서 증발온도센서와 흡입압력 센서를 열거했지만 이밖에 압축기 토출가스온도 검지와압축기의 밀폐케이스 온도검지등의 센서방식에 의하여 압축기 과열상태를 검지하는 능력가변방법도 가능하다.
또 프레온가스를 이용하는 경우에는 증발온도가 매우 저온이 되면 흡입압력이 진공상태에 가까워지고 냉매관내가 대기압력 보다도 낮아진다. 따라서 이 대기압력과 냉매관내 압력차를 이용한 제어밸브에 의해 병렬압축운전에서 2단 압축운전으로 전환되도록 한 방법도 가능하다.
이상 설명한 바와같이 본 발명에 따르면 압축기의 밀폐케이스 내에 제1, 제2압축기구부를 수용하고, 상기 제1압축기구부의 흡입측에 역류방지수단을 설치하여 이 토출측을 밀폐케이스내에 개구하고 상기 제2압축기구부의 토출측에 압축한 냉매가스를 밀폐케이스내 혹은 제1압축기구부 흡입측의 역류방지수단 보다 하류 위치에 선택적으로 전환하여 인도하는 전환수단을 구비했기 때문에 구성의 간소화를 꾀하고 압축기의능력가변폭의 확대를 유지하여 소형으로 고성능화를 얻을 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 구동수단에 의하여 동시에 구동되는 제1압축기구부 및 제2압축기구부가 밀폐케이스안에 수용되어 있는 압축기 ; 응축기 ; 감압장치 ; 및 증발기를 차례대로 주냉매관을 통해 접속하고, 상기 제1압축기구부의 토출측의 밀폐케이스 내에 개구하여 이루어지는 냉동사이클장치에 있어서, 상기 제2압축기구부의 토출측과 제1압축기구부의 흡입측을 연통시키는 제1냉매관 ; 상기 제2압축기구부의 토출측과 밀폐케이스 내부를 연통시키는 제2냉매관 ; 상기 제1 및 제2냉매관에 걸쳐서 설치되어 상기 제2압축기구부의 토출측으로부터의 압축 냉매를 제1냉매관 또는 제2냉매관으로 선택적으로 전환하여 인도하는 전환수단 ; 상기 제1압축기구부의 흡입측과 제1 냉매관의 접속부보다도 증발기측에 설치되어 상기 제1냉매관으로부터의 냉매의 증발기측에 대한 역류를 저지하는 역류방지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전환수단은 냉동사이클의 부하가 소정값보다 저하하는 경우 상기 제2압축기구부로부터 토출되는 냉매를 제1냉매관을 통하여 제1압축기구부의 흡입측으로 인도하도록 전환하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 냉동사이클장치는 응축기와 감압장치의 사이에 액탱크를 갖고 있으며, 상기 액탱크와 상기 제1압축기구부 사이에 전자개폐 밸브와 보조캐피럴튜브로 이루어지는 액인젝션회로를 설치한 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
  4. 제1항에 있어서, 냉동사이클장치는 응축기와 감압장치와의 사이에 액탱크를 갖고 있으며, 액탱크와 제1압축기구부의 흡입측의 제1냉매관의 사이에 보조캐피럴리튜브와 2방향밸브로 이루어지는 액인젝션회로를 설치하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전환수단과 제1압축기구부의 흡입측 사이의 제1냉매관에 설치된 중간방열용 열교환기를 갖는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
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