KR100585810B1 - 이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법에 관한 것으로, 제1 밀폐공간을 내부에 형성하고 그 제1 밀폐공간을 냉동사이클의 응축기에 연결하는 냉매토출관을 연통 설치하며 상기 제1 밀폐공간에 구동유닛을 설치하고 그 구동유닛의 구동력을 전달받아 냉매를 압축하도록 복수 개의 압축유닛을 설치하는 제1 케이싱과, 제1 케이싱의 외곽에 설치하여 압축기의 운전모드에 따라 한 쪽 압축유닛에서 1단 압축되는 냉매를 다른 압축유닛으로 안내하도록 제2 밀폐공간을 형성하는 제2 케이싱과, 압축기의 운전모드에 따라 냉매의 유동방향을 조절하는 연결유닛을 포함함으로써, 배관과 밸브를 이용하여 압축기의 용량을 용이하게 가변하면서도 상기한 배관과 밸브를 케이싱의 내부에 설치함에 따라 에어콘에 압축기를 조립할 때 조립작업이 용이하고 조립후에도 배관 소음 등을 줄여 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법{MODULATION TYPE ROTARY COMPRESSOR WITH DOUBLE SHELL AND OPERATION METHOD}

도 1은 본 발명 이중 셀을 구비한 로터리 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2 및 도 3은 본 발명 이중 셀을 구비한 로터리 압축기에서 각각의 운전모드에 따른 계통도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1 : 구동유닛 2 : 제1 압축유닛

3 : 제2 압축유닛 10 : 제1 케이싱

20 : 제2 케이싱 30 : 연결유닛

31,32 : 제1,제2 흡입측 연결관 33 : 토출측 바이패스관

34 : 흡입측 바이패스관 35,36,37 : 제1,제2,제3 개폐밸브

본 발명은 용량 가변형 로터리 압축기에 관한 것으로서, 특히 케이싱을 이중 구조로 하여 용량을 가변할 수 있는 이중 셀을 구비한 용량 가변형 복식 로터리 압축기 및 그 운전 방법에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 전기 모터 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 특수가스에 압축일을 가함으로써 작동가스를 압축시켜 압력을 높여 주는 장치로서 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다. 압축기는 압축을 이루는 방식에 따라서 용적형과 터보형으로 분류할 수 있다. 용적형 압축기(positive displacement compressor)는 체적의 감소를 통해 압력을 증가시키는 방식이고, 터보형 압축기(turbo compressor)는 가스의 운동에너지를 압력에너지로 변환시켜 압축을 이루는 방식이다. 용적형 압축기 중 로터리 압축기는 주로 에어컨과 같은 공기조화기에 적용하는 것으로 최근 들어 에어컨의 기능이 다양해지는 추세에 부응하여 로터리 압축기도 용량을 가변할 수 있는 제품을 요구하고 있는 실정이다.

로터리 압축기에서 용량을 가변하는 기술로는 주로 인버터 모터를 채용하여 압축기의 회전수를 제어하는 소위 인버터 방식이 알려져 있으나, 이 기술은 인버터 모터 자체가 고가여서 원가 부담이 클 뿐만 아니라 통계상 대부분의 에어콘은 냉방기로 사용하는 점을 감안할 때 에어콘용 압축기에서 더욱 중요한 냉방조건에서의 냉동능력을 높이는 것이 오히려 난방조건에서의 냉동능력을 높이는 것에 비해 어렵다는 한계가 있었다.

또, 종래의 로터리 압축기는 대개 한 개의 셀로 이루어져 용량 가변을 위하여는 복잡한 배관과 수 개의 외부 밸브를 구비함에 따라 에어콘에 장착할 때 조립 공정이 복잡하고 난해할 뿐만 아니라 조립 후 배관에 의한 진동이 가중되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 인버터모터를 사용하지 않고도 압축기 용량을 안정적으로 가변할 수 있을 뿐만 아니라 배관이나 외부 밸브를 간소화하여 조립이 용이하고 배관 진동을 줄일 수 있는 이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법을 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 제1 밀폐공간을 내부에 형성하고 그 제1 밀폐공간을 냉동사이클의 응축기에 연결하는 냉매토출관을 연통 설치하며 상기 제1 밀폐공간에 구동유닛을 설치하고 그 구동유닛의 구동력을 전달받아 냉매를 압축하도록 복수 개의 압축유닛을 설치하는 제1 케이싱과, 제1 케이싱의 외곽에 설치하여 압축기의 운전모드에 따라 한 쪽 압축유닛에서 1단 압축되는 냉매를 다른 압축유닛으로 안내하도록 제2 밀폐공간을 형성하는 제2 케이싱과, 압축기의 운전모드에 따라 냉매의 유동방향을 조절하는 연결유닛을 포함한 이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기를 제공한다.

또, 앞에서 파워모드인 경우에는 흡입측 연결관에 설치한 개폐밸브만 열고 다른 개폐밸브는 차단하여 냉매가 증발기에서 각 압축유닛으로 흡입되어 압축된 후 제1 케이싱의 제1 밀폐공간으로 토출되도록 하는 반면, 세이빙모드인 경우에는 흡입측 연결관에 설치한 개폐밸브만 닫고 다른 개폐밸브는 열어 냉매가 증발기에서 제2 압축유닛으로만 흡입되도록 하고 이 제2 압축유닛에서 1단 압축되는 냉매가 제2 케이싱의 제2 밀폐공간으로 유도되었다가 다시 제1 압축유닛으로 흡입되어 2단 압축된 후 제1 케이싱의 제1 밀폐공간으로 토출되도록 하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 다중 로터리 압축기의 운전 방법을 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법을 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 이중 셀을 구비한 로터리 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명 이중 셀을 구비한 로터리 압축기에서 각각의 운전모드에 따른 계통도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기는, 제1 밀폐공간(S1)을 내부에 형성하고 그 제1 밀폐공간(S1)에 구동력을 발생하는 구동유닛(1) 및 그 구동유닛(1)에 연결하여 냉매를 압축하도록 설치하는 제1 압축유닛(2)과 제2 압축유닛(3)을 구비하는 제1 케이싱(10)과, 제1 케이싱(10)의 외곽에 제2 밀폐공간(S2)을 구비하여 설치하는 제2 케이싱(20)과, 압축기의 운전모드에 따라 양쪽 압축유닛(2)(3)에서 모두 냉매를 압축하도록 하거나 한 쪽 압축유닛(2)에서 1단 압축하고 나서 다른 압축유닛(3)에서 2단 압축할 수 있도록 냉매를 안내하는 연결유닛(30)으로 구성한다.

구동유닛(1)은 제1 케이싱(10)의 내부에 고정하여 외부에서 전원을 인가하는 고정자(1a)와, 고정자(1a)의 내부에 일정 공극을 두고 배치하여 상기 고정자(1a)와 상호 작용하면서 회전하는 회전자(1b)와, 회전자(1b)와 일체로 결합하여 구동력을 압축유닛(2)(3)으로 전달하는 회전축(1c)으로 이루어진다. 여기서, 구동유닛(1)은 정속 모터로 구성하는 것이 제어 드라이브를 구비하는 인버터 모터보다 가격이 저 렴하여 바람직하나, 경우에 따라서는 인버터 모터로 구성할 수도 있다.

제1 압축유닛(2)은 환형으로 형성하여 제1 케이싱(10)의 내부에 설치하는 제1 실린더(2a)와, 제1 실린더(2a)의 상하 양측을 복개하여 함께 제1 내부공간을 이루면서 회전축(1c)을 반경방향 및 축방향으로 지지하는 상부베어링(2b) 및 중간베어링(2c)과, 회전축(1c)의 상측 편심부에 삽입하여 제1 실린더(2a)의 제1 내부공간에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제1 롤링피스톤(2d)과, 제1 롤링피스톤(2d)의 외주면에 압접하도록 제1 실린더(2a)에 반경 방향으로 이동 가능하게 결합하여 상기 제1 실린더(2a)의 제1 내부공간을 제1 흡입실과 제1 압축실로 각각 구획하는 제1 베인(미도시)과, 상부베어링(2b)에 설치하여 제1 압축실에서 토출되는 냉매의 토출을 조절하는 제1 토출밸브(2e)와, 제1 토출밸브(2e)를 수용하여 상부베어링(2b)에 설치하는 상부머플러(2f)로 이루어진다.

제2 압축유닛(3)은 환형으로 형성하여 상기 제1 실린더(2a) 하측에 위치하며 상기 중간베어링(2c)에 접촉하는 제2 실린더(3a)와, 제2 실린더(3a)의 상면에 결합하여 함께 제2 내부공간을 이루면서 상기 회전축(1c)을 축방향으로 지지하는 하부베어링(3b)과, 회전축(1c)의 하측 편심부에 회전 가능하게 결합하여 상기 제2 실린더(3a)의 제2 내부공간에 위치하는 압축하는 제2 롤링피스톤(3c)과, 제2 롤링피스톤(3c)의 외주면에 압접하도록 제2 실린더(3a)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합하여 상기 제2 실린더(3a)의 제2 내부공간을 제2 흡입실과 제2 압축실로 구획하는 제2 베인(미도시)과, 중간베어링(2c)의 일측에 설치하는 제2 압축실에서 토출되는 냉매의 토출을 조절하는 제2 토출밸브(3d)와, 제2 토출밸브(3d)를 수용하여 하 부베어링(3b)에 설치하는 하부머플러(3e)로 이루어진다. 또, 하부머플러(3e)의 일측에는 제1 케이싱(10)을 관통하여 제2 케이싱(20)의 제2 밀폐공간(S2)으로 연통하도록 후술할 토출측 바이패스관(33)을 연통 설치하고, 타측에는 상기한 토출측 바이패스관(33)의 개폐 여부에 따라 변하는 하부머플러(3e) 내부와 제1 밀폐공간(S1) 사이의 압력차에 따라 개폐되면서 냉매의 유동방향을 조절하는 체크밸브(3f)를 설치한다.

제1 케이싱(10)은 냉동사이클의 증발기 출구(보다 정확하게는 어큐뮬레이터의 출구)에 각각의 압축유닛(2)(3)을 연통하도록 제1 냉매흡입관(11)과 제2 냉매흡입관(12)을 연결 설치하고, 냉동사이클의 응축기 입구에 제1 밀폐공간(S1)을 연통하도록 한 개의 냉매토출관(13)을 관통 설치하여 이루어진다.

제2 케이싱(20)은 제1 케이싱(10)의 외곽을 감싸 밀봉하도록 용접 결합하고, 그 일측에는 상기한 제1 냉매흡입관(11)과 제2 냉매흡입관(12)을 상기 어큐뮬레이터(A)의 출구에 연통하도록 후술할 제1 흡입측 연결관(31)과 제2 흡입측 연결관(32)을 관통 설치하여 이루어진다. 또, 제2 케이싱(20)의 제2 밀폐공간(S2) 일측에는 후술할 하부머플러(3e)에서 제1 케이싱(10)을 관통하여 연결하는 토출측 바이패스관(33)을 설치하고, 제2 케이싱(20)의 제2 밀폐공간(S2) 타측에는 상기한 토출측 바이패스관(33)에 연통하여 제1 흡입측 연결관(31)에 연결하는 흡입측 바이패스관(34)을 설치하여 이루어진다.

연결유닛(30)은 어큐뮬레이터(4)의 출구측에서 분관되어 각각의 냉매흡입관(11)(12)을 통해 각 실린더(2a)(3a)의 흡입측에 연결하는 제1 흡입측 연결관(31) 및 제2 흡입측 연결관(32)과, 하부머플러(3e)의 일측에 설치하여 그 하부머플러(3e)의 내부공간을 제2 케이싱(20)의 제2 밀폐공간(S2)에 연통시키는 토출측 바이패스관(33)과, 제2 밀폐공간(S2)의 내부에서 제1 흡입측 연결관(31)에 연결하는 흡입측 바이패스관(34)과, 제1 흡입측 연결관(31)과 토출측 바이패스관(33) 그리고 흡입측 바이패스관(34)의 중간에 설치하여 2방향 밸브로 구성하여 각 관의 내부를 통과하는 냉매를 조절하는 제1,제2,제3 개폐밸브(35)(36)(37)로 이루어진다.

도면중 미설명 부호인 F는 냉매유로이다.

상기와 같은 본 발명 용량 가변형 다중 로터리 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 구동유닛(1)의 고정자(1a)에 전원을 인가하여 회전자(1b)가 회전하면, 회전축(1c)이 회전자(1b)와 함께 회전하면서 구동유닛(1)의 회전력을 제1 압축유닛(2)과 제2 압축유닛(3)에 전달하고, 에어콘에서의 필요 용량에 따라 각각의 개폐밸브를 적절하게 조절하여 파워모드로 운전하면서 대용량의 냉력을 발생하거나 세이빙운전을 실시하면서 소용량의 냉력을 발생한다.

예컨대, 파워모드로 운전하는 경우에는 도 2에서와 같이 제1 개폐밸브(35)를 열고 제2 개폐밸브(36)와 제3 개폐밸브(37)는 닫아 증발기를 통과한 냉매가 제1 압축유닛(2)의 제1 실린더(2a)와 제2 압축유닛(3)의 제2 실린더(3a)로 모두 흡입되도록 하여 양쪽 압축유닛(2)(3)에서 냉매가 압축된 후 제1 케이싱(10)의 제1 밀폐공간(S1)으로 토출되었다가 냉매토출관(13)을 통해 응축기로 안내되어 100%의 냉력을 발생한다. 이때, 하부머플러(3e)에 설치하는 체크밸브(3f)는 제2 개폐밸브(36)가 닫힘에 따라 하부머플러(3e) 내부의 압력이 제1 밀폐공간(S1)의 압력 보다 높아져 상기한 체크밸브(3f)가 열리면서 하부머플러(3e)로 토출되는 냉매가 제1 밀폐공간(S1)으로 배출되어 냉매유로(F)를 통해 냉매토출관(DP)으로 이동하도록 하는 것이다.

반면, 세이빙모드로 운전하는 경우에는 도 3에서와 같이 제1 개폐밸브(35)는 닫고 제2 개폐밸브(36)와 제3 개폐밸브(37)를 열어 제2 압축유닛(3)으로만 냉매가 흡입되도록 하였다가 이 제2 압축유닛(3)에서 1단 압축되어 하부머플러(3e)로 토출되는 냉매는 토출측 바이패스관(33)을 통해 제2 밀폐공간(S2)으로 이동하고 이후 흡입측 바이패스관(34)을 통해 다시 제1 압축유닛(2)으로 공급되어 2단 압축된 후 상부머플러(2f)를 통해 제1 밀폐공간(S1)으로 배출되었다가 냉매토출관(13)을 통해 응축기로 안내되어 제2 압축유닛(3)의 용량만큼 냉력을 발생한다. 이때, 하부머플러(3e)에 설치하는 체크밸브(3f)는 제2 개폐밸브(36)가 열림에 따라 하부머플러(3e) 내부의 압력이 제1 밀폐공간(S1)의 압력 보다 낮아져 상기한 체크밸브(3f)는 닫힘 상태를 유지하면서 하부머플러(3e)로 토출되는 냉매가 제2 밀폐공간(S2)으로 이동하도록 하는 것이다.

본 발명에 의한 이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법은, 배관과 밸브를 이용하여 압축기의 용량을 용이하게 가변하면서도 상기한 배관과 밸브를 케이싱의 내부에 설치함에 따라 에어콘에 압축기를 조립할 때 조립작업이 용이하고 조립후에도 배관 소음 등을 줄여 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims (5)

1. 제1 밀폐공간을 내부에 형성하고 그 제1 밀폐공간을 냉동사이클의 응축기에 연결하는 냉매토출관을 연통 설치하며 상기 제1 밀폐공간에 구동유닛을 설치하고 그 구동유닛의 구동력을 전달받아 냉매를 압축하도록 복수 개의 압축유닛을 설치하는 제1 케이싱과,

   제1 케이싱의 외곽에 설치하여 압축기의 운전모드에 따라 한 쪽 압축유닛에서 1단 압축되는 냉매를 다른 압축유닛으로 안내하도록 제2 밀폐공간을 형성하는 제2 케이싱과,

   압축기의 운전모드에 따라 냉매의 유동방향을 조절하는 연결유닛을 포함한 이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   제1 압축유닛은 그 토출측이 제1 밀폐공간에 연통하도록 형성하고,

   제2 압축유닛은 그 토출측의 일측은 제1 밀폐공간에 연통하도록 형성하는 반면 타측은 제2 밀폐공간에 선택적으로 연통하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기.
3. 제2항에 있어서,

   연결유닛은 냉동사이클의 증발기 출구에서 각 압축유닛의 흡입측에 각각 독 립적으로 연결하는 복수 개의 흡입측 연결관과, 제2 압축유닛의 한 쪽 토출측을 제2 밀폐공간에 연통하는 토출측 바이패스관과, 제2 밀폐용기의 내부에서 제1 압축유닛의 흡입측에 연결한 흡입측 연결관의 중간에 연결하는 흡입측 바이패스관과, 제1 압축유닛에 연결하는 흡입측 연결관과 토출측 바이패스관 그리고 흡입측 바이패스관에 각각 설치하여 냉매의 유동을 조절하는 수 개의 개폐밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기.
4. 제3항에 있어서,

   제2 압축유닛에서 제1 밀폐공간에 연통하도록 하는 일측 토출측에는 토출측 바이패스관의 개폐밸브가 닫혔을 때 열리도록 체크밸브를 설치하는 것을 특징으로 하는 이중 셀을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기.
5. 제3항에서 파워모드인 경우에는 흡입측 연결관에 설치한 개폐밸브만 열고 다른 개폐밸브는 차단하여 냉매가 증발기에서 각 압축유닛으로 흡입되어 압축된 후 제1 케이싱의 제1 밀폐공간으로 토출되도록 하는 반면,

   세이빙모드인 경우에는 흡입측 연결관에 설치한 개폐밸브만 닫고 다른 개폐밸브는 열어 냉매가 증발기에서 제2 압축유닛으로만 흡입되도록 하고 이 제2 압축유닛에서 1단 압축되는 냉매가 제2 케이싱의 제2 밀폐공간으로 유도되었다가 다시 제1 압축유닛으로 흡입되어 2단 압축된 후 제1 케이싱의 제1 밀폐공간으로 토출되도록 하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 다중 로터리 압축기의 운전 방법.

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