KR900003796B1 - 로타리 컴프레사용 액체 분사 냉각 장치 - Google Patents

로타리 컴프레사용 액체 분사 냉각 장치 Download PDF

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듀안 프라이 임마뉴엘
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테쿰세 프로덕츠 캄파니
우레드 디.랜달
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Abstract

내용 없음.

Description

로타리 컴프레사용 액체 분사 냉각 장치
제 1 도는 본 발명에 의한 액체 분사 냉각 라인을 보여주는 냉동 시스템의 개략도이다.
제 2 도는 제 1 도에 도시된 컴프레사의 종단면도이다.
제 3 도는 제 2 도 3-3선에 따른 컴프레사의 횡단면도이다.
제 4 도는 압축실로 이어지는 액체 냉매라인, 흡입통로 및 오리피스를 보여주는 제 2 도 컴프레사의 부분확대 단면도이다.
제5a-5d 도는 로울러의 회전과 배인의 관계 및 오리피스의 위치 등을 보여주는 압축 실린더의 부분 확대 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 컴프레사 12 : 콘덴사
16 : 팽창기 20 : 축압기
22 : 흡입관 24 : 냉매분할라인
26 : 조정기 28 : 냉매라인
38 : 모우터 40 : 고정자
42 : 회전자 44 : 권선
48 : 크랭크축 52 : 배출관
62 : 실린더 64 : 압축실
65 : 고압실 67 : 저압실
72 : 편심부 78 : 축수부
82 : 평면부 88 : 하부축수부
92 : 개구부 94 : 평면부
106 : 배출 머플러 112 : 구멍
114 : 슬로트 116 : 베인
118 : 로울러 126,128,130,132,134 : 구멍
136 : 오리피스
본 발명은 로타리 검프레사용 액체 분사 냉각 장치에 관계되는 것이다. 특히 본 발명은 액체 냉매 라인이 냉동 시스템의 고압측으로부터 압축 실린더에 형성된 액체 냉매 흡입통로까지 연결된 액체 냉매 분사 장치에 관한 것이다. 액체 냉매의 흡입 통로는 압축실린더에 형성되었고 압축실 속으로 이어지는 오리피스와 연통되어 있다. 흡입 통로는 액체 분사 라인으로부터 오리피스로 갈수록 그 단면적이 감소되게 형성되었다.
액체 분사 방법은 컴프레사 모우터의 권선과 윤활유를 냉각시키기 위하여 종래의 로타리 컴프레사에도 이용되어 왔다. 이러한 냉각 방법은 콘덴사로부터 냉매를 뽑아내고 컴포레사 외측에 있는 모세관을 사용하여 콘덴사로부터 컴프레사 실린더에 이르는 동안 그 사이에서 압력 강하를 유도하므로서 달성되었다. 컴프레사로 울러가 컴프레사 압축실에 있는 분사공을 고압에 노출되게 할 때, 액체 분사공 내의 냉매와 분사공으로부터 모세관에 이르는 통로내의 냉매는 압축되게 된다. 그 다음 로울러가 압축된 냉매를 방출하기 위하여 회동하고 그 결과 냉매가 흡입구로부터 압축실 속으로 흐르도록 압축실 내에 저압상태를 이룰 때 액체 분사공 및 분사공과 모세관 사이의 흡입 통로내에 있는 냉매는 팽창한다. 이와같은 냉매의 주기적인 압축 및 팽창은 작업 즉 일을 필요로한다. 따라서 이러한 일은 컴프레사 모우터에 의하여 일어나게 되므로 종래의 액체분사 방법에서는 컴프레사의 전체 효율이 떨어졌다.
종래에는 전술한 압축 및 재팽창의 일 손실(1ost work)을 방지하기 위하여 액체 냉매를 압축실로 보내는 분사공이 압축실내의 압력이 분사공내의 냉매 압력보다 커지기 직전에 로울러에 의하여 폐쇄되도록 분사공 위치를 선정하였다. 그렇지만 냉동 시스템의 압력은 가변성의 대기 및 부하 조건에 따라 변화하므로 압축실에 연통된 분사공을 압축실내의 압력이 대기 및 부하조건의 변수하에서 분사공내의 압력을 초과하기 직전에 폐쇄 될 수 있도록 압축 실린더에 위치하도록 하여야 하였다. 결과적으로 액체 분사 시스템에 의하여 나타나는 냉각 정도는 냉매가 단시간내에 압축실 속으로 주입되어야 하는 이유 때문에 극히 제한되었다. 이러한 상태는 모든 대기 및 부하 조건하에서 압축 및 재팽창을 방지하도록 컴프레사 실린더의 특정점에 분사공이 위치하도록 하는데서 기인한 것이다. 환원하면 특정 대기 및 부하 조건하에서 압축실내의 압력은 로울러가분사공 위치 후방으로 통과할 때 까지 분사공내의 냉매 압력보다 더 커지지 않았다. 따라서, 이러한 조건하에서는 모우터 권선과 윤활유에 대한 효과적인 액체 냉매의 분사냉각이 달성되지 않았다. 그러므로 로타리 컴프레사 모우터는 고온하에 작동되게 되어 냉동 시스템의 전체 효율이 떨어졌다.
압축실내의 압력이 액체 냉매 분사공내의 냉매 압력을 초과하지 않도록 사공내의 냉매 압력을 변경시킬수 있는 또 하나의 조건은 냉동 시스템의 고압측으로부터 액체 냉매 분사공에 이르는 액체 냉매 라인에서의 압력 강하이다. 액체 냉매 라인의 길이, 직경, 및 내주면에 따라 압축실에 연통된 액체 냉매 분사공에 나타나는 압력은 변하게 된다.
더구나 냉동 시스템의 제작과정에서는 다양한 컴프레사 실린더와 액체 냉매 라인이 사용되므로 액체 냉매 분사공에 이르는 냉매의 압력을 변화할 수 있다. 따라서 액체 분사 시스템의 설계에는 액체 냉매 흡입로에서 액체 냉매의 압축 팽창중에 냉각 작용이 달성되도록 액체 냉매에 충분한 압력이 가하여 지도록하여야 하고 분사공이 노출될 때 액체 냉매의 압력이 컴프레사 실린더내의 압력을 초과하지 않도록 초과하지 않도록 액체 냉매 라인에 압력강하가 나타나도록 하여야 한다. 종래에는 이러한 목적을 달성하기 위하여 분사공이 개방되었을 때 압축실내의 압력이 특정 액체 냉매 라인에 연결된 냉매의 압력보다 항상 크도록 분사공의 위치를 이동시켰다. 전술한 바와같이 이러한 구성은 더 큰 압력을 유발하는 냉매 라인을 사용할 때 모우터에 대한 냉각 효율을 감소시키고 그 결과 냉동시스템의 전체 효율을 떨어뜨리는 결과를 가져왔다.
종래의 액체 분사 방법에서 나타나는 또 다른 문제점은 필요한 압력 강하를 가져오기 위하여 사용된 모세관이 냉동 시스템의 생산비를 높힌다는 것이다.
본 발명의 목적은 전술한 종래의 액체 분산 방법에서 나타나는 결점을 해소하는 것이다. 특히 본 발명의 목적은 액체 분사 흡입로 내에서 일어나는 팽창량과 압축실에 연결된 분사공에서 일어나는 팽창량을 감소시키므로서 컴프레사가 가능한 최대의 냉각 효과를 나타내도록 하는 것이다. 또한 압력 강하용 모세관의 필요성도 제거하는 것이 필요하다.
본 발명의 목적은 냉동 시스템의 고압측에 연결된 액체 냉매 라인에 흡입통로를 연결하므로서 달성된다. 흡입통로는 압출실에 연통된 오리피스에 연결된다. 흡입 통로의 폭은 액체 냉매 라인으로부터 오리피스로갈수록 그 단면적이 점차 좁아진다. 냉매가 흡입 통로를 지나 갈 때는 액체 상태로 유지된다. 그러나 냉매는 컴프레사 실린더의 높은 온도에 의하여 가열된다. 오리피스는 분사 냉각 장치에서 유일한 조정기로서의 역할을 함과 동시에 압력 강하를 유도하여 액체 냉매 흡입 통로에서의 냉매 압축과 재팽창을 방지한다. 오리피스의 크기는 오리피스와 흡입 통로에서 최소한의 압축과 재팽창이 일어나도록 하는 크기로 만든다. 압축실의 출구 측에만 조정기를 설치하므로서 압축 및 재팽창은 감소되고 컴프레사의 효율은 증가한다. 더구나 모세관이 필요없게 된다.
전술한 바와같이 흡입 통로와 오리피스를 형성하므로서 더욱 효과적인 액체 분사 냉각이 이루어진다.
이러한 사실은 오리피스가 전술한 종래의 장치에서보다 가장 적당한 압축실에 위치되게 할 수 있다는대 기인한다. 오리피스는 가장 통상적인 대기압, 부하 및 마찰 저항하에서 최고의 효율이 달성되도록 위치시킬수 있다.
전술한 구조는 오리피스와 액체 냉매 라인내에서 일어나는 압축 및 재팽창의 양을 최소로 줄이기 때문에 일 손실량이 사실상 감소된다. 더구나 이상적인 조건하에서 유리한 오리피스에 의하여 로울러가 더 먼 거리를 회전하는 동안 액체 분사 냉각이 이루어진다. 그러므로 본 발명은 압축 및 재팽창의 극소화와 액체 분사냉각의 극대화에 의하여 냉동 시스템의 효율이 증가하도록 하는 액체 냉각 분사 장치를 제공한다.
본 발명의 일 형태에서는 냉동 시스템의 냉매를 압축하는 압축 실린더에 압축실을 형성한다. 오리피스는 압축실에 냉매를 주입하기 위하여 압축실 속으로 연통되게 형성된다. 압축 실린더에 형성된 액체 냉매 흡입통로는 액체 냉매를 오리스프로 유도하도록 하기 위하여 형성한다.
본 발명의 일 형태는 실린더 실이 상부 평면부와 하부 평면부를 갖는 압축실을 포함하는 압축실린더에 의하여 구획되는 분사 냉각 장치를 제공한다. 로울러는 압축실내에 편심으로 회전할 수 있게 설치된다.
압축실린더에는 베인 슬로트(vane slot)가 형성되고 슬로트내에는 슬라이딩 베인이 삽설된다. 슬로트내에는 베인을 로울러측으로 탄접시키는 탄지 창치를 설치하여 베인과 로울러가 밀착되게 하므로서 압축실 내부에 고압실과 저압실이 구분되게 되었다. 고압실측의 하부 평면부에는 오리피스가 형성되어 하부평면부를 따라 회전 슬라이딩하는 로울러에 의하여 개폐되게 되었다. 액체흡입 통로는 오리피스에 액체 냉매를 공급하기 위하여 형성되었고 이 흡입 통로의 단면적은 액체 냉매 라인으로부터 오리피스로 갈수록 협소하게 형성되었다.
본 발명의 또 하나의 형태는 압축 실린더와 실린더 내에서 편심회전하도록 설치된 로울러를 포함하는 기밀성 로타리 컴프레사를 제공한다. 실린더와 로울러는 압축실을 형성한다. 압축 실린더에서 방사상으로 된 베인 슬로트가 형성되었고 슬로트 내에는 슬라이딩 베인이 슬라이드 되게 설치되었다. 슬로트내에는 베인을 로울러 측으로 밀어 베인과 로울러가 탄접되게 하므로서 압축실이 로울러에 의하여 고압실과 저압실로 구획되게 하는 탄지장치가 설치된다. 액체 분사 냉각 장치는 액체 냉매 라인이 콘덴사 후방에 있는 냉동 시스템의 고압측에 연결되도록 형성된다. 액체 냉매 라인은 3개의 직열로 연통된 구멍들로 구성되는 액체 냉매 흡입 통로에 연결된다. 구멍들은 액체 냉매라인에 연결되는 바, 냉매라인측에 직경이 큰 구멍이 연결되고 오리피스에는 직경이 가장 적은 구멍이 연결되어 고압실에 연통된다.
이하 본 발명을 첨부 도면에 의하여 상세하게 설명하는 바, 도면에 예시된 실시형태에 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
제 1 도는 냉동시스템의 개략도인 바, 로타리 컴프레사(10)는 고압 배출라인(14)을 통하여 콘덴사(12)에 연결되었다. 냉매의 통로는 팽창기(16), 증발기(18) 및 축압기(20)을 거쳐 흡입관(22)을 통하여 로타리 컴프레사(10)으로 순환되게 구성되었다.
로타리 컴프레사(10)의 압축열을 감소시키기 위하여 냉매의 일부를 액체 냉매 분할 라인(24), 액체 냉매조정기(26) 및 액체 냉매 라인(28)으로 돌려서 로타리 컴프레사의 압축실 속으로 주입한다.
제 2 도 내지 4도에 따르면, 로타리 컴프레사(10)는 상부 하우징(30), 중간부 하우징(32) 및 하부 하우징(34)으로 구성되었다. 이 3개의 하우징 부분들은 용접에 의하여 밀폐 결함된다. 하부 하우징(34)의 저면에는 도시되지 아니한 외부 구조물에 컴프레사를 설치하는데 필요한 플랜지(36)가 용접되어 있다. 밀폐 하우징내에는 고정자(40)와 회전자(42)를 갖는 모우터(38)가 설치된다. 고정자(40)는 권선(44)을 구비하고 있으며 이 고정자는 수축 고정 방식과 같은 협지 고정 방식에 의하여 중간부 하우징(32)에 고정된다. 회전자(42)는 중앙공(46)을 갖고 있고 이 중앙공(46)을 갖고 있고 이 중앙공(46) 내에는 협지 고정방식 등에 의하여 크랭크축(48)이 고정된다.
상부 하우징(30)에는 컴프레사 모우터(38)를 전원에 연결하기 위한 단자(50)가 부착되었다.
냉매 배출관(52)은 상부 하우징(30)에 관접되어 제 2 도에 도시된 바와같이 그 단부가 컴프레사의 내부로 연설되었다. 냉매 배출관(52)은 고압 배출라인(14)에 연결되는 바, 이 냉매 배출관(52)은 상부 하우징(30)에 용접부(56)에서 밀봉 용접된다.
흡입관(22)은 중간부 하우징(32)의 내측으로 도입되어 제 2 도에 도시된 바와같이 밀봉 연결된다. 흡입관(22)은 실린더(62)의 벽에 형성된 구멍(60)속으로 연장되는 단부(58)을 갖고 있다. 이 흡입관(22)은 실린더(62)의 원통상 요홈(68)에 감삽된 O-링(66)에 의하여 개구부(60)내에 밀봉 접촉한다. 관상 고정 플랜지(70)는 흡입관(22)을 중간부 하우징(32)에 고정한다. 흡입관(22)의 외단부는 제 2 도에 도시된 바와같이 축압기(20)에 연결된다.
크랭크 축(48)은 편심부(72)를 갖고 있는 바, 이 편심부(72)는 크랭크축(48)이 모우터(42)가 회전하면 크랭크축(48)의 축심 주위를 회전하도록 되었다.
크랭크측(48)은 원통형 연결부(80)와 평면부(82)를 갖는 축수부(78)에 결합된다. 평면부(82)는 제 3 도에 도시된 바와같이 3개의 플랜지(86)를 중간 하우징(32)에 용접하므로서 3개의 용접부(84)에서 중간부 하우징(32)에 고정된다.
제 2 결합부 즉 하부 축수부(88)는 외측 축수부로서 하부 하우징(34)내에 설치된다. 하부축수부(88)는 개구부(92)가 형성된 결합부(90)와 평면부(94)로 구성된다. 크랭크축(48)은 제 2 도에 도시된 바와같이 하부축수부(88)의 결합부(90)에 결합되는 하단부(96)를 갖고 있다.
컴프레사 실린더(62)는 주 축수부(78)와 하부 축수부(88)사이에 위치한다. 주 축수부(78), 컴프레사 실린더(62) 및 하부 축수부(88)는 6개의 볼트(98)에 의하여 일체로 결착되는 바, 제 2 도에는 그 중 하나의 볼트를 사용한 결착 상태가 도시되어 있다. 제 3 도에 의하면 축수부(78) 하부축수부(88) 및 실린더(62)를 결착고정시키기 위한 다수의 구멍(100)들이 컴프레사 실린더(62)에 형성되어 있음을 알 수 있다. 볼트(98)는 주축수부(78)의 구멍(102)과 실린더(62)의 구멍(100)을 통하여 하부 축수부(88)의 구멍(104)속으로 나삽된다. 배출 머플러(106)는 제 2 도에 도시된 바와같이 볼트(98)에 의하여 주 축수부(78)에 고정된다.
압축된 냉매 가스는 릴리이프(relief)(108)를 통하여 배출 머플러(106)와 평면부(82)의 상면 사이에 형성된 배출 공간부(110) 속으로 배출되고 배출 공간부(110)속으로 들어온 냉매는 구멍(112)를 통하여 중간부하우징(32) 속으로 배출된다. 제 2 도에는 구멍(112) 중의 하나가 도시되어 있다.
제 3 도에 의하면 컴프레사 실린더(62)의 축벽에는 슬라이딩 베인(vane)(116)을 받아 들이게 된 베인 슬로트(114)가 형성되어 있다.
주 축수부(78)의 평면부(82)와 하부 축수부(88)의 평면부(94) 사이에는 로울러(118)가 설치되어 있는 바, 이 로울러(118)는 크랭크 축(48)의 편심부(72)를 둘러싸고 있으면서 편심부(72)의 회동시 크랭크 축(48)의 축심 주위를 회동한다. 슬라이딩 베인(116)은 스프링 수장실(124)내의 스프링(122)에 의하여 로울러(118)에 계속 탄접된 상태이므로 슬라이딩 베인(116)의 단부(120)는 로울러(118)에 계속하여 접속하게 된다. 압축실(64)의 내부는 제 5a-5d 도에 도시된 바와같이 베인(116), 로울러(118), 평면부(82)(94)에 의하여 구획되는 고압실(65)과 저압실(67)로 나누어지게 된다.
제 2 도 내지 제 3 도에 의하면 로울러(118)가 압축실(64)내에서 제 3 도 화살표(A) 방향으로 회동하면 로울러(118), 슬라이딩 베인(116) 및 평면부(82),(94)에 의하여 구획되는 고압실(65)은 그 크기가 점차 적어지게 된다. 그에 따라 고압실(65)내의 냉매는 압축되게 되고 압축 실린더(62)의 릴리이프(108)을 통하여 배출되게 된다. 주 축수부(78)에 형성된 배출밸브(도시하지 않았음)는 냉매가 배출 공간부(110) 속으로 배출되도록 한다. 그 다음 냉매는 배출 공간부(110)로부터 배출 구멍(112)을 통하여 밀폐된 로타리 컴프레사의 하우징과 모우터 권선(44)속으로 유입되면서 권선들을 냉각하게 된다.
제 5a-5d 도에는 압축 과정이 설명되어 있다. 제 5a 도는 로울러(118)가 베인(116)과 직선 상태로 놓여 있을 때를 보여주는 바, 이때 오리피스(136)는 폐쇄되고 냉매는 압축실(64)내로 유입될 수 없다. 제 5b 도와 같이 로울러(118)가 베인(116)으로부터 시계 반대 방향으로 90°회전 하였을 때는 베인(116) 양측의 압축실(64)내에 고압실(65)과 저압실(67)이 형성되게 되고 오리피스(136)는 고압실(65)에 연통되게 되므로 액체냉매가 고압실(65) 속으로 유입되어 팽창하면서 압축열을 강하시키게 된다.
로울러(118)가 제 5c 도에서와 같이 시계 반대 방향으로 180°회전할 때 까지도 냉매는 계속하여 고압실(65)내로 유입된다. 최종적으로 로울러(118)가 베인(116)으로부터 시계 반대 방향으로 270°회전하면 오리피스(136)가 폐쇄되어 냉매가 고압실(65)내로 유입되지 못하게 되고 고압실 내의 냉매 압력이 액체 냉매 라인내의 압력보다 더 커지면 냉매가 오리피스(136) 및 액체 냉매 라인속으로 역류되는 것이 방지되게 된다.
제 4 도에는 제 1 도의 배관도에 따라서 콘덴사(12)에 연결되어 콘덴사(12)로부터 냉매를 받아 들이는 액체냉매 라인(28)이 도시되어 있는 바, 이 냉매 라인(28)은 구멍(126)에서 중간부 하우징(32)에 연결되고 용접 고정되어 컴프레사(10)에 결합된다. 냉매라인(28)의 내단부는 하우징(32)내측으로 연장되어 컴프레사 실린더(62)의 구멍(128)에 삽입되고 용접 등의 적당한 방법으로 밀봉 고정된다.
따라서 오리피스(136)가 로울러(118)에 의하여 폐쇄되지 아니하고 고압실(65)내의 압력이 구멍(134)내의 냉매 압력보다 낮은 상태에서는 냉매가 라인(28), 구멍(130),(132),(134) 및 오리피스(136)을 거쳐 압축실(64)내로 유입되게 된다.
오리피스(136)은 평면부(94)에 형성되어 있어서 고압실(65)내의 압력이 구멍(134)내의 냉매 압력과 같아지기 직전에 로울러(118)에 의하여 폐쇄되게 되었다. 오리피스(136)의 위치는 냉동 시스템이 적용되는 가장일반적인 부하와 압력 조건중에서 오리피스(134)내에 적용되는 냉매 압력에 의하여 졀정된다. 고압실(65)내의 압력은 압축실(64)내에서 편심으로 회전하는 로울러(118)의 위치 함수이다. 더구나 구멍(134)내의 냉매압력은 냉각 부하와 대기압 조건에 따라서 변동하는 콘덴서 내의 냉매 압력의 함수이다. 구멍(134)내의 냉매 압력은 냉매 라인(24), 조정기(26) 및 라인(28) 및 라인(28)내에서의 마찰저항 또는 압력강하의 함수이다. 마찰저항은 라인(24)조정기(26) 및 라인의 직경, 길이 및 내연상태에 따라 변경된다.
따라서, 냉동 시스템에 대한 가장 통상적인 부하 조건이 결정되면 이들 조건에 대한 오리피스(136)내의 압력이 결정되고 그에 따라서 로울러(118)에 관계되는 가장 이상적인 조건중에서 고압실(65)내의 압력이 오리피스(136)내의 냉매 압력과 일치되는 점이 결정된다. 그런 연후에 오리피스(136)은 전수한 가장 통상적인 조건하에서 고압실(65)내의 압력이 구멍(134)내의 압력보다 약간 크게되기 직전에 로울러(118)에 의하여 폐쇄되도록 평면부(94)에 형성된다.
액체 냉매 구멍(134)으로부터 실린더 압축실 사이에서 적절한 압력강하가 이루어지도록 선택하고 오리피스(136)의 직경을 선택하고 가장 통상적인 대기압, 부하 및 마찰 저항 조건에 관련하혀 전술한 바와같이 오리피스(136)의 위치를 선정하므로서 컴프레서의 효휼이 향상됨을 알게 되었다.
더구나 제 4 도에 도시된 바와같이 컴프레사의 효휼은 액체 냉매가 액체 냉매라인(28)을 통하여 로타리 컴프레사(10)속으로 유입되고 오리피스(136)에 도달하는 액체 냉매용 주입 통로의 폭을 연속적으로 감소시키므로서 상승됨을 알게 되었다. 즉 구멍(130)의 내경을 액체 냉매 라인(28)의 내경보다 약간 적게 형성되었다.
실린더(62)와 평면부(94)에 하향 형성된 구멍(132)는 구멍(130)보다 약간 적고 평면부(94)에 형성된 구멍(134)의 내경은 구멍(132)의 내경보다 적지만 오리피스(136)의 내경보다는 크게 형성되었다.
액체 냉매 주입통로의 단면적을 계속 감소시키고 전술한 바와같은 크기로 오리피스(136)를 형성하며 오리피스(136)를 가장 통상적인 부하 조건에 관계되도록 위치하게 하므로서 컴프레사의 효율은 현저하게 향상된다.
또한 컴프레사의 효율은 통상 모세관으로 알려진 조정기(26)을 제거하여 오리피스(136)가 액체 냉매 순환로에서 조정기로서의 역할을 하도록 하므로서 향상될 수도 있다.
컴프레사의 효율 향상은 분사 냉각 장치에 이용되는 냉각 시스템에서 일어날 수 있는 세개의 상황을 고려하므로서 가장 잘 이해될 수 있을 것이다. 제 1의 상황은 고압실(65)내의 압력이 구멍(134)내의 냉매 압력과 일치하거나 또는 초과하기 직전에 오리피스(136)가 폐쇄되도록 하는 가장 통상적인 대기압, 부하 및 마찰 저항 조건이 나타날 때이다. 이러한 1차 상황하에서는 오리피스(136)와 주입통로 내에서 냉매의 압축과재팽창이 일어나는 최종 순간까지 냉매가 압축실(64)속으로 흐르게 될 것이 분명하다. 그렇지만 이러한 1차 상황하에서는 고압실(65)내의 압력이 구멍(134)내의 냉매 압력보다 커지기 직전에 로울러(118)에 의하여 오리피스(136)가 폐쇄되므로 압축과 재팽창은 일어나지 않는다.
따라서 모우터 권선(44)이 최대 한도로 냉각될 때 까지는 오리피스(136)내에 있는 냉매가 압축 및 재팽창하는 일이 완결되지 않게 된다. 결과적으로 모우터(38)는 저온에서 가동되게 되고 보다 적은 전력만을 사용하므로 컴프레사는 보다 효율적으로 되게 되는 것이다.
2차 가능 상황은 대기압, 부하 및 마찰저항 조건이 고압실(65)내의 압력이 로울러(118)에 의한 오리피스(136)의 폐쇄시까지 오리피스(136)내의 냉매 압력을 초과하여 증가하지 않도록 대기압, 부하 및 마찰 저항조건에 설정되었을 때 나타난다.
이러한 상황하에서는 고압실(65)내의 압력이 오리피스(136)내의 냉매 압력에 일치되는 압축 사이클 직후까지 냉매가 고압실(65)내로 분사된다.
제 2 상황 중에 나타나는 최대 액체 분사 냉각은 이용할 수 없는 것이고 그에 따라서 액체 분사 오리피스가 압축 사이클 중의 최 장시간 동안 열려 있도록 위치하는 경우 컴프레사는 냉각이 가능한 만큼 작동하지 않게 된다. 그렇지만 본 발명의 구조와 오리피스 위치에 따르면 냉각의 손실을 무시할 정도이다. 이러한 현상은 오리피스(136)이 전술한 바와같이 종래의 컴프레사 구조에서 보다 장시간 개방되고 방해받지 않은 점에 위치한다는 데서 기인한다.
제 3의 상황은 고압실(65)내의 압력이 로울러(118)에 의하여 폐쇄되기 직전의 오리피스(136)내의 냉매 압력보다 크게되도록 대기압, 부하 및 마찰 저항 조건이 이루어졌을 때 나타난다.
이러한 제 3의 상황하에서는 오리피스(136) 및 주입통로 내의 냉매가 고압실(65)내에 나타나는 보다 큰압력에 의하여 압축되게 되고 구멍이 폐쇄될 때 재팽창되게 된다. 비록 이러한 제 3의 상황하에서는 고압실(65)내의 압력이 오리피스(136)내의 냉매 압력에 일치하는 최종 순간까지 액체 냉매가 고압실 내로 분사되지만 오리피스(136)와 액체 냉매 주입 통로 내에 있는 냉매의 일정한 압축 및 재팽창은 힘의 작용을 요구하게 되고 그 결과는 컴프레사의 효율을 감소시킨다.
그렇지만 본 발명에 의한 오리피스(136) 및 주입통로는 제 3의 상황하에서 나타나는 압축 및 재팽창을 감소시킨다.
오리피스(136)가 압축실(64)과 점차적으로 직경이 감소되도록 형성된 주입 통로에 직접 연결되어 있어서 압축실(64)에 들어갈 때는 압력이 조정되게 된다. 따라서 오리피스를 가로지르는 압력 강하를 압축 및 재팽창을 방지하게 되는 것이다. 더구나 오리피스의 직경이 적으므로 오리피스(136) 및 주입통로 내에서의 압축 및 재팽창의 발생에 따라 소량의 냉매만이 짧은 거리를 이동하게 된다. 따라서 전체 작업 및 압축과 재팽창에 의하여 소모된 에너지는 종래의 컴프레사에 비하여 현저하게 감소된다.
만약 오리피스(136)가 개구부와 같은 크기로 형성되면 압축 및 재팽창에 노출되는 냉매는 냉매가 이동하는 거리만큼 증가하게 된다. 따라서 냉매 양의 증가와 그 이동 거리의 증가는 더 많은 힘의 작용을 필요로 하게되고 그 결과 전체 컴프레사의 효율이 감소되게 된다
또한 개구부는 액체 냉매가 팽창함이 없이 압축실(64)로 분사 되게하고 그 결과 팽창열과 컴프레사의 전체 가동 온도를 감소시키는데 실패하게 된다. 더구나 오리피스(136)이 너무 적으면 불충분한 량의 냉매가분사되어 냉각이 불충분하게 된다.
오리피스의 크기는 컴프레사 실린더를 냉각하는데 필요한 냉매의 양에 따라서 좌우된다. 오리피스에서의 압력 강하는 매스 플로우의 함수이다. 따라서 오리피스의 크기를 산출하기 위하여는 선택된 사양 조건하에서의 컴프레사의 전체 매스 플로우로부터 시작하여야 한다. 액체 분사용 냉매의 매스 플로우가 컴프레사의 전체 냉매 매스 플로우의 8%와 20% 사이라고 가정할 때 예를들어 "유량계" 응용편 11, 제 6 판(1971)의ASME INTERIM SUPPLEMENT 19.5에 의한 표준 계산 방식으로 필요한 오리피스의 직경을 계산하여보면 다음과 같이 계산된다.
Figure kpo00001
상기식에서 있어서, d=오리피스 직경(인치), ∂ =유체 밀도 파운드/f3, P=차압(Psi)
1778.38은 다음 사항에 기초한 정수임
구역 열팽창인자, -배출인자의 계수, -팽창 인자, -유량 계수 인자
예를들면 컴프레사의 매스 플로우가 요구하는 조건 하에서 180파운드/시간 이라면 15%의 액체 분사율에 필요한 매스 플로우는 15×180=27파운드/시간이고 P=80 Psi(오리 피스에서), ∂ =4.83파운드/f3(프레온 표에서).
따라서,
Figure kpo00002
그 의에도 오리피스(136)에 이르는 액체 냉매 주입통로의 단면적을 순차적으로 감소시키고 모세관으로 알려진 조정기(26)을 제거하므로서 오리피스(136)에서 나타나는 압력을 극대화할 수 있으며 그에 따라 압축실(64)내에서의 파동 압력에 의한 압축 및 팽창이 제 3의 상황하에서 감소된다.
즉 오리피스(136)내에 있는 냉매의 압축은 압축실(64)내의 압력이 오리피스(136)내의 냉매 압력보다 큰경우에만 일어날 수 있다. 오리피스(136)내에 있는 냉매에 가능한한 최대량의 압력이 부과되도록 하므로서 압축실(64)내의 압력이 오리피스(136)내의 냉매 압력보다 크게되는 순간까지는 냉매의 압축이 일어나지 않게 된다. 즉 제 3의 상황하에서는 오리피스(136)내의 냉매 압력이 주입통로를 거치는 동안 극대화되므로 오리피스(136) 및 주입통로내에서의 냉매 압축 및 재팽창은 극소화된다.
압축실(64)내의 압력이 오리피스(136)내의 냉매 압력과 일치되는 시점은 압축 사이클 직후에 나타나게 되고 그 결과 압축과 재팽창도 극소화되게 되는 것이다.
냉매의 압축 및 재팽창에 의하여 달성되는 작업은 단시간내에 일어나게 되고 그에 따라 전체 일은 감소된다. 결과적으로 주입 통로의 단면적을 점차 감소시키므로서 오리피스(136)내에서의 냉매 압축과 재팽창은감소되고 로타리 컴프레사(10)의 효율은 증가한다.
또한 전술한 효율의 증가는 모세관으로 알려진 액체 냉매 조정기(26)을 제거하여도 달성되는 바, 조정기의 제거는 냉동 시스템의 제작 비용을 감소시키는 결과를 가져온다.
본 발명은 특정한 예를들어 설명한 것이므로 더 개량될 수도 있다. 본 발명은 그 발명의 요지를 벗어나지않는 한 변경된 것에도 적용되며 그 용도를 달리할 수도 있다.

Claims (5)

  1. 냉매를 압축하기 위한 압축시린더(62)에 형성된 압축실(64)과 전기한 압축실(64)내에서 작동하는 로울러(118)로 구성된 냉동 시스템의 로타리 컴프레사용 분사 냉각 장치에 있어서, 전기한 압축 실린더(62)에 액체 냉매를 압축실(64)로 주입하기 위한 압축실(64)에 연통되는 오리피스(136)와 전기한 오리피스(136)에 액체 냉매를 공급하기 위한 액체 냉매 흡입 통로(130)(132)(134)를 형성하여서 된 로타리 컴프레사용 액체 분사 냉각장치.
  2. 청구범위 1항에서, 전기한 오리피스(136)는 냉동시스템의 통상적인 부하 조건하에서 압축실(64)내의 압력이 전기한 흡입통로내의 냉매 압력을 초과하기 직전에 폐쇄되도록 하는 위치에 형성되었음을 특징으로 하는 장치.
  3. 청구범위 1항에서, 이 분사 냉각 장치가 일단이 냉동 시스템의 고압측에 연결 되고 타단이 전기한 흡입통로에 연결된 액체 냉매 라인(28)을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  4. 청구범위 1항에서, 압축실(64)이 상부 평면부(82)와 하부 평면부(94)에 의하여 형성되고 이 상하부 평면부들은 전기한 압축실에 수직으로 되게 배치되었으며, 주입 통로는 액체 냉매 라인(28)에 연통된 냉매라인(28)보다 직경이 적은 제 1 구멍(128), 압축 실린더를 통하여 하부 평면부(94)속으로 연설되어 제 1 구멍(128)과 연통되게 형성된 제 1 구멍(128)보다 직경이 적은 제 2 구멍(132) 및 제 2 구멍(132) 및 오리피스(136)에 연통되고 제 2 구멍(132)보다 직경이 적으면서 오리피스(136)보다는 직경이 큰 제 3 구멍(134)으로 구성되었음을 특징으로 하는 장치.
  5. 청구범위 4항에서, 오리피스(136)는 냉동 시스템의 통상적인 부하 조건하에서 압축실(64)내의 압력이 오리피스(136)내의 냉매 압력을 초과하기 직전에 압축실(64)내의 로울러(118)에 의하여 폐쇄되도록 된 위치에 형성되었음을 특징으로 하는 장치.
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