KR100202916B1 - 히트파이프를 이용한 압축기 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉장고의 밀폐형 압축기에서 고압발생부에 히트파이프를 설치하여 압축기 성능향상을 도모하는 히트파이프를 이용한 압축기 냉각장치에 관한 것이다.

이러한 장치는 편심축(12)의 작용으로 실린더(13) 내에서 피스톤(14)을 왕복 운동시켜 냉매를 압축하는 수단을 밀폐케이스(11) 내부에 지니는 냉장고용 압축기(10)에 있어서: 상기 밀폐케이스(11)의 내부에서 실린더(13)의 외부를 감싸는 다수의 증발부(21)를 설치하고, 상기 증발부(21)의 상부를 하나로 통합한 곳에 응축부(22)를 연결하여 밀폐케이스(11)의 상측 외부로 인출하고, 상기 응축부(22)의 표면에는 다수의 전열휜(22a)을 설치하여; 상기 증발부(21) 및 응축부(22)가 소정의 히트파이프(20)를 구성하고 실린더(13)에서 발생하는 압축열을 방열한다.

이에 따라, 본 발명은 밀폐케이스 내부에 냉매를 흡입하고 토출하는 수단을 지니는 냉장고의 밀폐형 압축기에서 고압발생부에 히트파이프를 설치함으로써, 냉매가 등온압축과정을 행하여 압축일의 저감을 통한 압축기 성능향상을 도모하는 효과가 있다.

Description

히트파이프를 이용한 압축기 냉각장치

본 발명은 압축기(compressor)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 밀폐케이스 내부에 냉매를 흡입하고 토출하는 수단을 지니는 냉장고의 밀폐형 압축기에서 고압 발생부에 히트파이프를 설치하여 압축일의 저감을 통한 압축기 성능향상을 도모하는 히트파이프를 이용한 압축기 냉각장치에 관한 것이다.

냉장고에 있어서 압축기는 통상적으로 전기적 에너지에 의한 회전력을 왕복 운동의 기계적 에너지로 변환하는 수단으로서, 비등점이 낮은 냉매가 압축기를 거치면서 고압(약 12기압) 상태로 된다. 다시 고압의 냉매는 응축기에서 냉각되어 액체 상태가 되고, 이러한 액체 상태의 냉매가 냉각기에서 기체화 되면 하나의 냉동 사이클이 완료된다.

제1도는 밀폐형 압축기를 개략적으로 나타내는 내부구성도가 도시된다.

압축기(10)는 밀폐케이스(11) 외부에 냉매의 흡입파이프(도시 생략) 및 배출 파이프(도시 생략)가 접합되고 내부에 고압발생부 및 모터부가 장착된 구조이다. 고압발생부는 실린더(13)·피스톤(14)·밸브(15) 등으로 대별할 수 있으며, 모터부는 스테이터(18) 및 로터(19)로 대별할 수 있는데, 고압발생부는 하부에 설치되는 모터부와 편심축(12)으로 연결된다.

이러한 실린더(13)·피스톤(14)·밸브(15)·토출머플러(16) 등은 일체의 조립체로 형성되고 프레임(17) 상에 지지된다. 프레임(17)은 또한 로터(19)가 장착된 편심축(12)을 회전가능하게 지지하는 부싱의 역할도 수행한다.

작동을 보면, 모터에 의해 회전 되는 편심축(12)이 그 상부에서 편심캠의 캠운동을 유도하고, 캠운동은 다시 커넥팅로드를 통하여 실린더(13) 내의 피스톤(14)을 왕복운동시키고, 밸브(15)는 이때 형성되는 양면의 압력차에 의해 피동적으로 개폐되어 냉매를 일 방향으로 이동시킨다.

이에 따라, 흡입파이프를 통해 들어온 냉매는 밀폐케이스(11) 내부에 충전된 후 흡입머플러를 통하여 실린더(13)로 유입되고, 실린더(13)에서 압축된 냉매는 토출머플러(16)를 지나고 배출파이프를 통해 응축기(도시 생략)로 보내진다. 상기 흡입머플러 및 토출머플러(16)는 냉장고 작동소음의 대부분을 차지하는 압축기 소음을 감소시키는 역할을 수행한다.

이러한 구성을 지닌 압축기(10)에서 압축성능(COP)은 냉동능력/입력 으로 나타내는데, 실린더(13) 내의 냉매가 이상적인 등온압축과정을 행하면 COP는 약 2.7에 이르지만 실제적으로 단열압축 또는 폴리트로픽 압축과정을 행하면서 COP는 약 1.5 정도에 이르고 있다.

COP가 저하되는 것은 단열압축 또는 폴리트로픽압축은 등온압축에 비하여 압축에 요하는 일(즉 압축일)이 증가하기 때문이므로 COP를 향상시키기 위해서는 실린더(13)에서 압축작용시 발생하는 열을 외부로 방출시키는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명은 밀폐케이스 내부에 냉매를 흡입하고 토출하는 수단을 지니는 냉장고의 밀폐형 압축기에서 고압발생부에 히트파이프를 설치하여 압축일의 저감을 통한 압축기 성능향상을 도모하는 히트파이프를 이용한 압축기 냉각장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

제1도는 밀폐형 압축기를 개략적으로 나타내는 내부구성도.

제2도는 본 발명에 따른 냉각장치를 나타내는 정면도.

제3도는 제2도의 히트파이프를 나타내기 위한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압축기 11 : 밀폐케이스

12 : 편심축 13 : 실린더

14 : 피스톤 15 : 밸브

16 : 토출머플러 17 : 프레임

18 : 스테이터 19 : 로터

20 : 히트파이프 21 : 증발부

22 : 응축부 22a : 전열휜

31 : 동관 32 : 내측관

33 : 작동유체

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 편심축(12)의 작용으로 실린더(13) 내에서 피스톤(14)을 왕복운동시켜 냉매를 압축하는 수단을 밀폐케이스(11) 내부에 지니는 냉장고용 압축기(10)에 있어서: 상기 밀폐케이스(11)의 내부에서 실린더(13)의 외부를 감싸는 다수의 증발부(21)를 설치하고, 상기 증발부(21)의 상부를 하나로 통합한 곳에 응축부(22)를 연결하여 밀폐케이스(11)의 상측 외부로 인출하고, 상기 응축부(22)의 표면에는 다수의 전열휜(22a)을 설치하여; 상기 증발부(21) 및 응축부(22)가 소정의 히트파이프(20)를 구성하고 실린더(13)에서 발생하는 압축열을 방열하는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 압축기 냉각장치를 제공한다.

이때, 상기 히트파이프(20)의 증발부(21)는 실린더(13)의 외측에 감는 대신, 상기 실린더(13)의 벽속으로 삽입시켜 설치하는 것도 가능하다.

한편, 상기 히트파이프(20)는 열전도율이 좋은 재질을 이용하여 완전히 밀폐 되는 구조로 성형되는 동관(31)과, 상기 동관(31)의 내측으로 미소한 틈새를 유지하며 장착되는 메쉬구조의 내측관(32)과, 상기 동관(31) 내부에 충전되는 작동유체(33)를 구비한다.

[실시예]

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술한다.

제2도는 본 발명에 따른 냉각장치를 나타내는 정면도가 도시된다.

본 발명은 편심축(12)의 작용으로 실린더(13) 내에서 피스톤(14)을 왕복운동시켜 냉매를 압축하는 수단을 밀폐케이스(11) 내부에 지니는 냉장고용 압축기(10)에 적용된다.

상기 밀폐케이스(11)의 내부에서 실린더(13)의 외부를 감싸는 다수의 증발부(21)를 설치한다. 증발부(21)는 실린더(13)의 상면에 배치되는 관으로 부터 분기되는 다수의 관으로 구성되고 실린더(13)의 외부에 접촉되며 고르게 감싸야 한다. 실린더(13)와의 접촉면적을 증가시키기 위해 증발부(21)의 관경은 축소하고 수량을 증가시키는 것이 바람직하다.

이때, 상기 히트파이프(20)의 증발부(21)는 실린더(13)의 외측에 감는 대신, 상기 실린더(13)의 벽속으로 삽입시켜 설치하는 것도 가능하다.

실린더(13) 벽에 설치하는 것은 제조가 까다로운 편이지만 본 발명의 목적을 더욱 효과적으로 달성할 수 있다. 이 경우에도 증발부(21)의 관경은 축소하고 수량을 증가시켜 실린더(13)와의 접촉면적을 증가시키는 것이 바람직하다.

상기 증발부(21)의 상부를 하나로 통합한 곳에 응축부(22)를 연결하여 밀폐케이스(11)의 상측 외부로 인출한다.

응축부(22)는 증발부(21)에서 보내오는 열을 외부로 방출시키는 부분이므로 고온이 형성되는 밀폐케이스(11) 내부에 두지 않고 외부로 인출하고, 적절한 간격으로 설치한 브라켓트(도시 생략)를 이용하여 지지한다.

본 실시예의 경우 응축부(22)를 냉장고의 냉기 유로 내에 설치하는 것을 도시하였으나, 응축부(22)로 부터의 방열량이 많을 경우 보다 많은 브라케트를 이용하여 냉기 유로의 외측으로 유도하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 응축부(22)의 표면에는 다수의 전열휜(22a)을 설치한다. 전열휜(22a)은 응축부(22)와 외기 사이의 열교환 면적을 크게 하여 방열량을 증가시키기 위한 것으로서, 응축부(22)와 동일한 재질로 균일하게 형성한다. 이러한 전열휜(22a)에 냉각팬(도시 생략)을 설치하여 강제 냉각시키면 더욱 방열량이 증가된다.

도시에는 없으나 응축부(22)와 밀폐케이스(11)가 접촉되는 곳에는 내열·내화학성 재질의 고무로 된 패킹을 설치하는 것이 바람직하다. 고무 패킹은 편심축(12)·피스톤(14) 등의 작동부에서 발생하는 진동이 실린더(13) 및 증발부(21)를 통해 상부로 전달되어 응축부(22)와 밀폐케이스(11)를 마찰 손상시키는 것을 방지할 뿐 아니라 밀폐케이스(11)내의 냉매가 유출되는 것을 방지한다.

이와 같이 하여 상기 증발부(21) 및 응축부(22)가 소정의 히트파이프(20)를 구성하고 실린더(13)에서 발생하는 압축열을 방열하는데, 그 주요구성은 제3도를 통하여 명확하게 설명된다.

제3도는 제2도의 히트파이프를 나타내기 위한 단면도가 도시된다.

본 발명에 따른 히트파이프(20)는 동관(31), 내측관(32) 및 작동유체(33) 등으로 구성되는 바, 제2도의 증발부(21)로 부터 응축부(22)에 걸쳐 같은 구조로 형성한다.

상기 동관(31)은 열전도율이 좋은 재질을 이용하여 완전히 밀폐되는 구조로 성형된다.

동관(31)은 열전도율이 양호한 알루미늄 등의 재질을 이용하는 것도 가능한데, 증발부(21) 및 응축부(22) 뿐 아니라 이들이 연결되는 부분에서 기밀성이 유지되도록 한다. 또, 동관(31)은 밀폐케이스(11) 및 실린더(13)와의 진동에 의한 상대적 변위량에 대한 피로강도가 요구된다.

상기 동관(31)의 내측으로 미소한 틈새를 유지하면 장착되는 메쉬구조의 내측관(32)이 설치된다.

내측관(32)은 철망을 동관(31)과 같은 형태로 절곡한 메쉬(mesh) 구조인데 증발부(21)의 말단으로 부터 응축부(22)의 말단에 걸쳐 동관(31)의 내측면과 일정한 틈새를 유지하며 삽입된다.

특히 증발부(21) 및 응축부(22)의 연결부나 곡률부에서 내측관(32)의 연결이 자연스럽도록 중간에 용접부분 등 연결부를 지니지 않고 일체로 연결된 내측관(32)을 사용하여야 증발부(21)의 말단으로 부터 응축부(22)의 말단에 걸쳐 동관(31)의 내측면과 일정한 틈새를 유지하기 용이하다.

이때, 상기 동관(31) 내부에 소정의 작동유체(33)를 충진한다. 작동유체(33)는 중간부(21)에서 기화되고 응축부(22)에서 응축되기 쉬운 성질의 액체를 사용하는데, 본 발명의 경우 압축기의 정상작동 중에 증발부(21)가 설치되는 실린더(13)의 온도가 100℃ 이상으로 유지되므로 물을 사용하는 것도 가능하다.

이와 같이 하여 상기 동관(31), 내측관(32), 작동유체(33)가 소정의 히트파이프(20)를 구성하고 실린더(13)에서 발생하는 압축열을 방열하는데, 그 방열작용은 제1도 내지 제3도를 참조하여 설명한다.

모터에 의해 회전 되는 편심축(12)이 그 상부에서 편심캠의 캠운동을 유도하고, 캠운동은 다시 커넥팅로드를 통하여 실린더(13)내의 피스톤(14)을 왕복운동시키고, 이때 형성되는 양면의 압력차에 의해 밸브(15)가 개폐된다.

이러한 고압발생부에서 냉매는 밀폐케이스(11) 내부에 충전된 후 흡입머플러를 통하여 실린더(13)로 유입되고 압축된 후 배출파이프를 통해 응축기(도시 생략)로 보내지는데, 약 150℃에 이르는 냉매의 온도에 의해 실린더(13)가 가열된다.

압축기의 작동중에 실린더(13)가 물의 비등점 이상의 온도를 유지하므로 작동유체(33)는 그 열량을 흡수하여 수증기 상태로 된다. 이러한 상태의 작동유체(33)는 제3도에서 화살표로 표시한 바와 같이 동관(31) 및 내측관(32)의 중심으로 흐르면서 증발부(21)의 말단으로 부터 전열휜(22a)이 형성된 응축부(22) 까지 실린더(13)의 열을 수송한다.

응축부(22)의 상단에 도달한 기체 상태의 작동유체(33)는 방열하여 응축되고, 다시 액체 상태로 된 작동유체(33)는 동관(31) 및 내측관(32)의 틈새를 타고 표면장력에 의해 증발부(21)의 하단에 도달한다.

증발부(21)를 하방향에 설치하고 응축부(22)를 상방향으로 설치하는 것도 작동유체(33)의 순환이 원활하도록 하기 위함이다.

이와 같이 동관(31) 내에서 작동유체(33)의 열방출 순환사이클을 형성하는 히트파이프(20)를 이용하면 냉매의 압축시 발생하는 압축열을 외기로 방출하여 등온압축에 가까운 압축과정을 구성하고 압축일 및 압축기 일을 감소시킨다.

이것은 냉동능력/입력으로 나타내는 압축성능(COP)에서 입력이 저감되는 것이므로 압축기의 성능향상을 의미한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 히트파이프를 이용한 압축기 냉각장치는 밀폐케이스 내부에 냉매를 흡입하고 토출하는 수단을 지니는 냉장고의 밀폐형 압축기에서 고압발생부에 히트파이프를 설치함으로써, 냉매가 등온압축과정을 행하여 압축일의 저감을 통한 압축기 성능향상을 도모하는 효과가 있다.

본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (3)

1. 편심축(12)의 작용으로 실린더(13) 내에서 피스톤(14)을 왕복운동시켜 냉매를 압축하는 수단을 밀폐케이스(11) 내부에 지니는 냉장고용 압축기(10)에 있어서: 상기 밀폐케이스(11)의 내부에서 실린더(13)의 외부를 감싸는 다수의 증발부(21)를 설치하고, 상기 증발부(21)의 상부를 하나로 통합한 곳에 응축부(22)를 연결하여 밀폐케이스(11)의 상측 외부로 인출하고, 상기 응축부(22)의 표면에는 다수의 전열휜(22a)을 설치하여; 상기 증발부(21) 및 응축부(22)가 소정의 히트파이프(20)를 구성하고 실린더(13)에서 발생하는 압축열을 방열하는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 압축기 냉각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 히트파이프(20)의 증발부(21)는 실린더(13)의 외측에 감는 대신, 상기 실린더(13)의 벽속으로 삽입시켜 설치하는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 압축기 냉각장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 히트파이프(20)는 열전도율이 좋은 재질을 이용하여 완전히 밀폐되는 구조로 성형되는 동관(31)과, 상기 동관(31)의 내측으로 미소한 틈새를 유지하며 장착되는 메쉬구조의 내측관(32)과, 상기 동관(31) 내부에 충전되는 작동유체(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 압축기 냉각장치.