KR100764783B1 - Reciprocating compressor and refrigerating system with this and sopercritical refrigerating system with this - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 왕복동식 압축기를 적용한 냉동시스템의 일례를 보인 계통도,1 is a system diagram showing an example of a refrigeration system to which a conventional reciprocating compressor is applied;
도 2는 본 발명 왕복동식 압축기를 적용한 냉동시스템 또는 히트펌프시스템의 일례를 보인 계통도,2 is a system diagram showing an example of a refrigeration system or a heat pump system to which the reciprocating compressor of the present invention is applied;
도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도,3 is a cross-sectional view showing an example of the reciprocating compressor of the present invention;
도 4 및 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기의 압축과정을 보인 단면도,4 and 5 are cross-sectional view showing a compression process of the reciprocating compressor of the present invention,
도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 각 실린더의 체적비에 따른 성적계수를 보인 그래프,Figure 6 is a graph showing the coefficient of performance according to the volume ratio of each cylinder in the reciprocating compressor of the present invention,
도 7은 본 발명 왕복동식 압축기의 다른 실시예를 보인 단면도,7 is a cross-sectional view showing another embodiment of the reciprocating compressor of the present invention;
도 8은 본 발명 왕복동식 압축기를 적용한 냉동시스템 또는 히트펌프시스템의 일실시예를 보인 계통도,8 is a system diagram showing an embodiment of a refrigeration system or a heat pump system to which the present invention reciprocating compressor is applied.
도 9는 본 발명 왕복동식 압축기를 적용한 냉동시스템 또는 히트펌프시스템 의 다른 실시예를 보인 계통도, 9 is a schematic diagram showing another embodiment of a refrigeration system or a heat pump system to which the present invention reciprocating compressor is applied.
도 10은 본 발명 왕복동식 압축기를 적용한 냉동시스템 또는 히트펌프시스템의 다른 실시예를 보인 계통도,10 is a schematic diagram showing another embodiment of a refrigeration system or a heat pump system to which the present invention reciprocating compressor is applied.
도 11은 본 발명 왕복동식 압축기를 적용한 냉동시스템 또는 히트펌프시스템의 다른 실시예를 보인 계통도,11 is a schematic diagram showing another embodiment of a refrigeration system or a heat pump system to which the present invention reciprocating compressor is applied;
도 12은 본 발명 왕복동식 압축기를 적용한 냉동시스템 또는 히트펌프시스템의 다른 실시예를 보인 계통도,12 is a system diagram showing another embodiment of a refrigeration system or a heat pump system to which the present invention reciprocating compressor is applied;
도 13은 본 발명 왕복동식 압축기를 적용한 냉동시스템 또는 히트펌프시스템의 다른 실시예를 보인 계통도.13 is a schematic diagram showing another embodiment of a refrigeration system or a heat pump system to which the present invention reciprocating compressor is applied.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
10 : 압축기 20 : 응축기 또는 가스쿨러10
30 : 제1 팽창변 40 : 제1 증발기30: first expansion valve 40: first evaporator
50 : 제2 팽창변 60 : 내부 열교환기50: second expansion valve 60: internal heat exchanger
70 : 기액 분리기 80 : 제2 증발기70 gas-
90 : 중간 열교환기 110 : 케이싱90: intermediate heat exchanger 110: casing
111 : 내부공간 120 : 왕복동모터111: internal space 120: reciprocating motor
121 : 외측고정자 122 : 내측고정자121: outer stator 122: inner stator
123 : 가동자 124,125 : 고정프레임123: mover 124,125: fixed frame
130 : 제1 압축유닛 131 : 제1 실린더130: first compression unit 131: first cylinder
132 : 제1 피스톤 133 : 연결로드132: first piston 133: connecting rod
134 : 밸브조립체 135 : 헤드커버134: valve assembly 135: head cover
140 : 제2 압축유닛 141 : 제2 실린더140: second compression unit 141: second cylinder
142 : 제2 피스톤 143 : 흡입밸브142: second piston 143: suction valve
144 : 토출밸브 145 : 밸브스프링144: discharge valve 145: valve spring
146 : 토출커버 150 : 공진스프링유닛146: discharge cover 150: resonant spring unit
151 : 스프링서포터 152,153 : 공진스프링151: spring supporter 152,153: resonant spring
SP : 냉매흡입관 DP : 냉매토출관SP: Refrigerant suction pipe DP: Refrigerant discharge pipe
FP : 냉매순환관 BP : 냉매 바이패스관FP: Refrigerant circulation tube BP: Refrigerant bypass tube
본 발명은 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동시스템 및 이산화탄소(CO2)를 이용한 초임계 냉동시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a reciprocating compressor, a refrigeration system using the same, and a supercritical refrigeration system using carbon dioxide (CO 2 ).
일반적으로 왕복동식 압축기는 냉매를 압축하는 압축실이 하나이기 때문에 그 압축실로 흡입된 냉매가 압축되어 토출될 때까지는 1단 압축만이 가능하다. 따라서 냉동시스템의 효율을 향상시키기 위하여는 내부열교환기(또는, Suction Line Heat Exchanger)를 사용하여 냉력을 증가시키고 있다. 즉, 도 1에서와 같이 증발기(4)를 통과한 저온의 기체냉매를 이용하여 응축기(2)에서 나오는 고온의 액체냉매를 과냉시킬 수 있도록 열교환기(5)가 구비된 냉동사이클을 구성하고 있다. 이러한 냉동사이클은 압축기(1)로 흡입되는 냉매의 비체적이 다소 상승하더라도 그 압축기 입구에서의 냉매온도를 높여 최종적으로는 압축기(1)에 액냉매가 유입되는 것을 막을 수 있다. In general, since a reciprocating compressor has only one compression chamber for compressing a refrigerant, only one stage compression is possible until the refrigerant sucked into the compression chamber is compressed and discharged. Therefore, in order to improve the efficiency of the refrigeration system, an internal heat exchanger (or a suction line heat exchanger) is used to increase the cooling power. That is, as shown in FIG. 1, a refrigeration cycle having a
이는 상기 압축기(1)의 실린더로 액체냉매가 유입되는 경우 그 액체냉매가 실린더를 윤활하는 오일을 씻어내려 피스톤과의 마모를 촉진시킬 수 있을 뿐만 아니라 과압축으로 인해 밸브의 손상을 야기할 수 있으므로 가급적 액냉매가 실린더로 유입되는 것을 미연에 차단하는 것이 흡입되는 냉매의 비체적이 상승하여 발생되는 흡입손실 보다는 압축기의 신뢰성 측면에서는 더 유리하기 때문이다. When the liquid refrigerant flows into the cylinder of the compressor (1), the liquid refrigerant may wash away the oil lubricating the cylinder to promote wear with the piston and cause damage to the valve due to overcompression. This is because blocking the liquid refrigerant from entering the cylinder in advance is more advantageous in terms of the reliability of the compressor than the suction loss caused by the increase in the specific volume of the refrigerant to be sucked.
또 다른 이유로는, 팽창밸브(3) 입구단에서 과냉도를 증가시켜서 팽창밸브 통과 후 증발기(4) 입구의 엔탈피를 낮추므로 증발기의 냉동능력이 향상되고, 이에 따라 냉동시스템의 능력을 향상시킬 수 있기 때문이다.Another reason is that by increasing the supercooling at the inlet end of the expansion valve (3) to lower the enthalpy of the inlet of the evaporator (4) after passing through the expansion valve, the freezing capacity of the evaporator can be improved, thereby improving the capacity of the refrigeration system. Because there is.
그러나, 상기와 같은 종래 냉동사이클은, 실린더로 흡입되는 냉매의 온도가 높아짐에 따라 토출온도가 함께 상승하게 되어 오일 탄화 등 시스템의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.However, in the conventional refrigeration cycle as described above, as the temperature of the refrigerant sucked into the cylinder is increased, the discharge temperature is increased together, there is a problem that the reliability of the system, such as oil carbonization is reduced.
또, 1단 압축 사이클에서는 증발 온도가 다른 2개의 증발기를 동시에 구성할 수 없기 때문에 냉장실과 냉동실의 증발온도가 다를 때 효율이 높아지는 냉장고와 같은 시스템에 1단 압축 사이클만 적용하면 냉동시스템의 효율이 높지 않게 되는 문제점도 있었다.In addition, in the first stage compression cycle, two evaporators with different evaporation temperatures cannot be configured at the same time. Therefore, if the first stage compression cycle is applied only to a system such as a refrigerator, which becomes more efficient when the evaporation temperature of the refrigerating compartment and the freezing compartment is different, the efficiency of the refrigerating system is improved. There was also a problem of not being high.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 냉동사이클이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 1단 압축후에 중간 열교환기를 구성해서 토출온도가 적정온도 이상으로 상승하는 것을 막아 오일 탄화 등으로 인한 시스템의 신뢰성 저하를 미연에 방지할 수 있는 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동시스템 또는 히트펌프시스템 및 이산화탄소(CO2)를 이용한 초임계 냉동시스템 또는 히트펌프시스템을 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.The present invention has been made in view of the problems of the conventional refrigeration cycle as described above, and constitutes an intermediate heat exchanger after the first stage compression to prevent the discharge temperature from rising above an appropriate temperature, thereby reducing the reliability of the system due to oil carbonization. It is an object of the present invention to provide a reciprocating compressor which can be prevented in advance, and a refrigerating system or heat pump system using the same and a supercritical refrigeration system or heat pump system using carbon dioxide (CO 2 ).
또, 이를 이용하여 2단 압축 사이클을 구성할 경우 1단 압축후에 인젝션을 적용하면 제2 압축실로 흡입되는 냉매의 온도를 낮출수가 있으므로 제2 압축실에서 토출되는 토출가스의 온도가 낮아지고 시스템의 능력은 증가되어 시스템 효율과 신뢰성이 높은 2단 압축 사이클을 구성할 수 있는 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동시스템 또는 히트펌프시스템 및 이산화탄소(CO2)를 이용한 초임계 냉동시스템 또는 히트펌프시스템을 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.In addition, in the case of using a two-stage compression cycle by using this, if the injection is applied after the first stage compression, the temperature of the refrigerant sucked into the second compression chamber can be lowered, so that the temperature of the discharge gas discharged from the second compression chamber is lowered and It is to provide a reciprocating compressor that can increase the capacity and configure a two-stage compression cycle with high system efficiency and reliability, and a refrigeration system or heat pump system and a supercritical refrigeration system or heat pump system using carbon dioxide (CO 2 ) using the same. There is also an object of the present invention.
또, 상기 압축기를 이용하여 압축 사이클을 구성할 경우 냉장고와 같이 냉장실과 냉동실의 증발 온도가 다를 때 효율이 향상되는 냉동시스템에 증발 온도가 다른 2개의 증발기를 동시에 구성할 수 있기 때문에 냉동시스템의 효율이 높은 2단 압축 사이클을 구성할 수 있는 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동시스템 또는 히트펌프시스템 및 이산화탄소(CO2)를 이용한 초임계 냉동시스템 또는 히트펌프시스템을 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.In addition, when the compression cycle is configured by using the compressor, since two evaporators having different evaporation temperatures can be simultaneously configured in a refrigeration system that improves efficiency when the evaporation temperatures of the refrigerating compartment and the freezing compartment are different, such as a refrigerator, the efficiency of the refrigerating system is improved. Another object of the present invention is to provide a reciprocating compressor capable of constructing a high two-stage compression cycle, a refrigeration system or a heat pump system using the same, and a supercritical refrigeration system or a heat pump system using carbon dioxide (CO 2 ).
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 밀폐공간에 설치되어 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터; 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제1 피스톤이 제1 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉동시스템 또는 히트펌프시스템에서 냉매를 흡입하여 중간압으로 압축하는 제1 압축유닛; 및 상기 제1 압축유닛의 제1 피스톤과 함께 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제2 피스톤이 제2 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 상기 제1 압축유닛에서 중간압으로 압축된 냉매를 토출압으로 압축하여 냉동시스템 또는 히트펌프시스템으로 토출하는 제2 압축유닛;을 포함한 왕복동식 압축기가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention, the casing having a closed space; A reciprocating motor which is installed in a closed space of the casing and the mover reciprocates in a straight line; A first compression unit configured to suck refrigerant from a refrigeration system or a heat pump system and compress it to an intermediate pressure while the first piston coupled to the mover of the reciprocating motor linearly reciprocates in the first cylinder; And a second piston coupled to the mover of the reciprocating motor together with the first piston of the first compression unit reciprocates linearly in the second cylinder while discharging the refrigerant compressed to medium pressure in the first compression unit. It is provided with a reciprocating compressor including a; a second compression unit for compressing to discharge to the refrigeration system or heat pump system.
또, 밀폐공간을 가지는 케이싱과, 상기 케이싱의 밀폐공간에 설치되어 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제1 피스톤이 제1 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 냉동시스템 또는 히트펌프시스템에서 흡입하여 중간압으로 압축하는 제1 압축유닛과, 상기 제1 압축유닛의 제1 피스톤과 함께 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제2 피스톤이 제2 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 상기 제1 압축유닛에서 중간압으로 압축된 냉매를 토출압으로 압축하여 냉동시스템으로 토출하는 제2 압축유닛을 포함한 왕복동식 압축기; 상기 왕복동식 압축기에서 배출되는 냉매를 냉각하는 응축기; 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 팽창시키는 팽창기구; 및 상기 팽창기구를 거친 냉매를 증발시키는 증발기;를 포함한 냉동시스템이 제공된다.In addition, a casing having a closed space, a reciprocating motor installed in the closed space of the casing and reciprocating the linear movement of the mover, and a first piston coupled to the mover of the reciprocating motor, reciprocating linearly in the first cylinder. The first compression unit for sucking the refrigerant in the refrigeration system or the heat pump system and compresses the medium pressure, and the second piston coupled to the mover of the reciprocating motor together with the first piston of the first compression unit A reciprocating compressor including a second compression unit configured to discharge the refrigerant compressed to medium pressure in the first compression unit with a discharge pressure while linearly reciprocating in a cylinder; A condenser for cooling the refrigerant discharged from the reciprocating compressor; An expansion mechanism for expanding the refrigerant discharged from the condenser; And an evaporator for evaporating the refrigerant having passed through the expansion mechanism.
또, 밀폐공간을 가지는 케이싱과, 상기 케이싱의 밀폐공간에 설치되어 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제1 피스톤이 제1 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 냉동시스템 또는 히트펌프시스템에서 흡입하여 중간압으로 압축하는 제1 압축유닛과, 상기 제1 압축유닛의 제1 피스톤과 함께 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제2 피스톤이 제2 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 상기 제1 압축유닛에서 중간압으로 압 축된 냉매를 토출압으로 압축하여 냉동시스템 또는 히트펌프시스템으로 토출하는 제2 압축유닛을 포함한 왕복동식 압축기; 상기 왕복동식 압축기에서 배출되는 냉매를 냉각하는 응축기; 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 팽창시키는 팽창기구; 상기 팽창기구를 거친 냉매를 증발시키는 증발기; 및 상기 왕복동식 압축기의 제1 압축유닛에서 압축된 중간압의 냉매를 냉각시켜서 상기 제2 압축유닛으로 안내하는 중간 열교환기;를 포함한 냉동시스템이 제공된다.In addition, a casing having a closed space, a reciprocating motor installed in the closed space of the casing and reciprocating the linear movement of the mover, and a first piston coupled to the mover of the reciprocating motor, reciprocating linearly in the first cylinder. The first compression unit for sucking the refrigerant in the refrigeration system or the heat pump system and compresses the medium pressure, and the second piston coupled to the mover of the reciprocating motor together with the first piston of the first compression unit A reciprocating compressor including a second compression unit which reciprocates in a cylinder in a straight line and compresses the refrigerant compressed at an intermediate pressure in the first compression unit to a discharge pressure and discharges the refrigerant to a refrigeration system or a heat pump system; A condenser for cooling the refrigerant discharged from the reciprocating compressor; An expansion mechanism for expanding the refrigerant discharged from the condenser; An evaporator for evaporating the refrigerant passing through the expansion mechanism; And an intermediate heat exchanger for cooling the medium pressure refrigerant compressed in the first compression unit of the reciprocating compressor to guide the second compression unit.
또, 밀폐공간을 가지는 케이싱과, 상기 케이싱의 밀폐공간에 설치되어 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제1 피스톤이 제1 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 냉동시스템 또는 히트펌프시스템에서 흡입하여 중간압으로 압축하는 제1 압축유닛과, 상기 제1 압축유닛의 제1 피스톤과 함께 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제2 피스톤이 제2 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 상기 제1 압축유닛에서 중간압으로 압축된 냉매를 토출압으로 압축하여 냉동시스템 또는 히트펌프시스템으로 토출하는 제2 압축유닛을 포함한 왕복동식 압축기; 상기 왕복동식 압축기에서 배출되는 냉매를 냉각하는 응축기; 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 팽창시키는 복수의 팽창기구; 상기 팽창기구를 거친 냉매를 증발시키는 증발기; 상기 왕복동식 압축기의 제2 압축유닛에서 토출되어 응축기를 거친 냉매의 일부는 제1 팽창기구를 통해 토출압에서 흡입압으로 감압하고 증발기로 유도되어 상기 왕복동식 압축기의 제1 압축유닛으로 안내하는 반면, 상기 응축기를 거친 냉매의 일부는 제2 팽창기구를 통해 토출압에서 중간압으로 감압되고 그 중간압의 냉매를 제1 압축유닛에 의해 압축된 토 출가스와 혼합되어 제1 압축유닛의 토출가스 온도를 낮추고, 유량을 증가시켜서 상기 제2 압축유닛으로 안내되도록 하는 인젝터;를 포함한 냉동시스템이 제공된다.In addition, a casing having a closed space, a reciprocating motor installed in the closed space of the casing and reciprocating the linear movement of the mover, and a first piston coupled to the mover of the reciprocating motor, reciprocating linearly in the first cylinder. The first compression unit for sucking the refrigerant in the refrigeration system or the heat pump system and compresses the medium pressure, and the second piston coupled to the mover of the reciprocating motor together with the first piston of the first compression unit A reciprocating compressor including a second compression unit which reciprocates in a cylinder in a straight line and compresses the refrigerant compressed to medium pressure in the first compression unit to a discharge pressure and discharges the refrigerant to a refrigeration system or a heat pump system; A condenser for cooling the refrigerant discharged from the reciprocating compressor; A plurality of expansion mechanisms for expanding the refrigerant discharged from the condenser; An evaporator for evaporating the refrigerant passing through the expansion mechanism; Some of the refrigerant discharged from the second compression unit of the reciprocating compressor and passed through the condenser are decompressed from the discharge pressure to the suction pressure through the first expansion mechanism and guided to the evaporator to guide the first compression unit of the reciprocating compressor. And a portion of the refrigerant passing through the condenser is reduced from the discharge pressure to the medium pressure through the second expansion mechanism, and the medium pressure refrigerant is mixed with the discharge gas compressed by the first compression unit to discharge the temperature of the first compression unit. It is provided a refrigeration system including a; injector to lower the, increase the flow rate to be guided to the second compression unit.
또, 밀폐공간을 가지는 케이싱과, 상기 케이싱의 밀폐공간에 설치되어 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제1 피스톤이 제1 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 냉동시스템 또는 히트펌프시스템에서 흡입하여 중간압으로 압축하는 제1 압축유닛과, 상기 제1 압축유닛의 제1 피스톤과 함께 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제2 피스톤이 제2 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 상기 제1 압축유닛에서 중간압으로 압축된 냉매를 토출압으로 압축하여 냉동시스템 또는 히트펌프시스템으로 토출하는 제2 압축유닛을 포함한 왕복동식 압축기; 상기 왕복동식 압축기에서 배출되는 냉매를 냉각시키는 응축기; 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 팽창시키는 복수의 팽창기구; 상기 팽창기구를 거친 냉매를 증발시키는 복수의 증발기; 상기 왕복동식 압축기의 제2 압축유닛에서 토출되어 응축기를 거친 냉매의 일부를 제1 팽창기구를 통해 토출압에서 흡입압으로 감압하여 제1 증발기로 유도하는 반면, 상기 왕복동식 압축기의 제2 압축유닛에서 토출되어 응축기를 거친 냉매의 일부를 제2 팽창기구를 통해 토출압에서 중간압으로 감압하여 제2 증발기로 유도하는 복수개의 증발기수단으로 구성되어, 상기 제2 증발기를 통과한 냉매는 상기 제1 압축유닛에 의해 압축된 토출가스와 혼합하여 상기 제2 압축유닛으로 안내되도록 하는 인젝터;를 포함한 냉동시스템이 제공된다.In addition, a casing having a closed space, a reciprocating motor installed in the closed space of the casing and reciprocating the linear movement of the mover, and a first piston coupled to the mover of the reciprocating motor, reciprocating linearly in the first cylinder. The first compression unit for sucking the refrigerant in the refrigeration system or the heat pump system and compresses the medium pressure, and the second piston coupled to the mover of the reciprocating motor together with the first piston of the first compression unit A reciprocating compressor including a second compression unit which reciprocates in a cylinder in a straight line and compresses the refrigerant compressed to medium pressure in the first compression unit to a discharge pressure and discharges the refrigerant to a refrigeration system or a heat pump system; A condenser for cooling the refrigerant discharged from the reciprocating compressor; A plurality of expansion mechanisms for expanding the refrigerant discharged from the condenser; A plurality of evaporators for evaporating the refrigerant passing through the expansion mechanism; While a portion of the refrigerant discharged from the second compression unit of the reciprocating compressor and passed through the condenser is reduced from the discharge pressure to the suction pressure through the first expansion mechanism to guide the first evaporator, while the second compression unit of the reciprocating compressor And a plurality of evaporator means for depressing a portion of the refrigerant discharged through the condenser from the discharge pressure to the intermediate pressure through the second expansion mechanism to guide the second evaporator, wherein the refrigerant passing through the second evaporator is the first evaporator. It is provided with a refrigeration system including; an injector to be mixed with the discharge gas compressed by the compression unit to be guided to the second compression unit.
또, 밀폐공간을 가지는 케이싱과, 상기 케이싱의 밀폐공간에 설치되어 가동 자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제1 피스톤이 제1 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 냉동시스템 또는 히트펌프시스템에서 흡입하여 중간압으로 압축하는 제1 압축유닛과, 상기 제1 압축유닛의 제1 피스톤과 함께 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제2 피스톤이 제2 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 상기 제1 압축유닛에서 중간압으로 압축된 냉매를 토출압으로 압축하여 냉동시스템 또는 히트펌프시스템으로 토출하는 제2 압축유닛으로 구성되어 냉매인 이산화탄소(CO2)를 초임계 상태로 압축하는 왕복동식 압축기; 상기 왕복동식 압축기에서 배출되는 냉매를 냉각하는 가스쿨러; 상기 가스쿨러에서 배출되는 냉매를 팽창시키는 팽창기구; 및 상기 팽창기구를 거친 냉매를 증발시키는 증발기;를 포함한 이산화탄소(CO2)를 이용하는 초임계 냉동시스템이 제공된다.In addition, a casing having a closed space, a reciprocating motor installed in the closed space of the casing and reciprocating in a linear manner, and a first piston coupled to the movable body of the reciprocating motor, reciprocating linearly in the first cylinder. The first compression unit for sucking the refrigerant in the refrigeration system or the heat pump system and compresses the medium pressure, and the second piston coupled to the mover of the reciprocating motor together with the first piston of the first compression unit Compressing the medium compressed by the medium pressure in the first compression unit to the discharge pressure while reciprocating in a straight line in the cylinder is composed of a second compression unit for discharging to the refrigeration system or the heat pump system to cool the carbon dioxide (CO 2 ) A reciprocating compressor for compressing to a supercritical state; A gas cooler for cooling the refrigerant discharged from the reciprocating compressor; An expansion mechanism for expanding the refrigerant discharged from the gas cooler; A supercritical refrigeration system using carbon dioxide (CO 2 ) comprising a; and an evaporator for evaporating the refrigerant passing through the expansion mechanism.
또, 밀폐공간을 가지는 케이싱과, 상기 케이싱의 밀폐공간에 설치되어 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제1 피스톤이 제1 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 냉동시스템 또는 히트펌프시스템에서 흡입하여 중간압으로 압축하는 제1 압축유닛과, 상기 제1 압축유닛의 제1 피스톤과 함께 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제2 피스톤이 제2 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 상기 제1 압축유닛에서 중간압으로 압축된 냉매를 토출압으로 압축하여 냉동시스템 또는 히트펌프시스템으로 토출하는 제2 압축유닛으로 구성되어 냉매인 이산화탄소(CO2)를 초임계 상태로 압축하는 왕복 동식 압축기; 상기 왕복동식 압축기에서 배출되는 냉매를 냉각하는 가스쿨러; 상기 가스쿨러에서 배출되는 냉매를 팽창시키는 팽창기구; 상기 팽창기구를 거친 냉매를 증발시키는 증발기; 및 상기 왕복동식 압축기의 제1 압축유닛에서 압축된 중간압의 냉매를 냉각시켜서 상기 제2 압축유닛으로 안내되도록 하는 중간 열교환기;를 포함한 이산화탄소(CO2)를 이용하는 초임계 냉동시스템이 제공된다.In addition, a casing having a closed space, a reciprocating motor installed in the closed space of the casing and reciprocating the linear movement of the mover, and a first piston coupled to the mover of the reciprocating motor, reciprocating linearly in the first cylinder. The first compression unit for sucking the refrigerant in the refrigeration system or the heat pump system and compresses the medium pressure, and the second piston coupled to the mover of the reciprocating motor together with the first piston of the first compression unit Compressing the medium compressed by the medium pressure in the first compression unit to the discharge pressure while reciprocating in a straight line in the cylinder is composed of a second compression unit for discharging to the refrigeration system or the heat pump system to cool the carbon dioxide (CO 2 ) A reciprocating compressor that compresses to a supercritical state; A gas cooler for cooling the refrigerant discharged from the reciprocating compressor; An expansion mechanism for expanding the refrigerant discharged from the gas cooler; An evaporator for evaporating the refrigerant passing through the expansion mechanism; And an intermediate heat exchanger configured to cool the medium pressure refrigerant compressed in the first compression unit of the reciprocating compressor to be guided to the second compression unit. The supercritical refrigeration system including carbon dioxide (CO 2 ) is provided.
또, 밀폐공간을 가지는 케이싱과, 상기 케이싱의 밀폐공간에 설치되어 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제1 피스톤이 제1 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 냉동시스템 또는 히트펌프시스템에서 흡입하여 중간압으로 압축하는 제1 압축유닛과, 상기 제1 압축유닛의 제1 피스톤과 함께 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제2 피스톤이 제2 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 상기 제1 압축유닛에서 중간압으로 압축된 냉매를 토출압으로 압축하여 냉동시스템 또는 히트펌프시스템으로 토출하는 제2 압축유닛으로 구성되어 냉매인 이산화탄소(CO2)를 초임계 상태로 압축하는 왕복동식 압축기; 상기 왕복동식 압축기에서 배출되는 냉매를 냉각하는 가스쿨러; 상기 가스쿨러에서 배출되는 냉매를 팽창시키는 복수의 팽창기구; 상기 팽창기구를 거친 냉매를 증발시키는 증발기; 상기 왕복동식 압축기의 제2 압축유닛에서 토출되어 가스쿨러를 거친 냉매의 일부는 제1 팽창기구를 통해 토출압에서 흡입압으로 감압하고 증발기로 유도되어 상기 왕복동식 압축기의 제1 압축유닛으로 안내하는 반면, 상기 가스쿨러를 거친 냉매의 일부는 제2 팽창기구를 통해 토출압에서 중간압으로 감압되고 그 중간압의 냉매를 제1 압축유닛에 의해 압축된 토출가스와 혼합되어 상기 제2 압축유닛으로 안내되도록 하는 인젝터;를 포함한 이산화탄소(CO2)를 이용하는 초임계 냉동시스템이 제공된다.In addition, a casing having a closed space, a reciprocating motor installed in the closed space of the casing and reciprocating the linear movement of the mover, and a first piston coupled to the mover of the reciprocating motor, reciprocating linearly in the first cylinder. The first compression unit for sucking the refrigerant in the refrigeration system or the heat pump system and compresses the medium pressure, and the second piston coupled to the mover of the reciprocating motor together with the first piston of the first compression unit Compressing the medium compressed by the medium pressure in the first compression unit to the discharge pressure while reciprocating in a straight line in the cylinder is composed of a second compression unit for discharging to the refrigeration system or the heat pump system to cool the carbon dioxide (CO 2 ) A reciprocating compressor for compressing to a supercritical state; A gas cooler for cooling the refrigerant discharged from the reciprocating compressor; A plurality of expansion mechanisms for expanding the refrigerant discharged from the gas cooler; An evaporator for evaporating the refrigerant passing through the expansion mechanism; A portion of the refrigerant discharged from the second compression unit of the reciprocating compressor and passed through the gas cooler is decompressed from the discharge pressure to the suction pressure through the first expansion mechanism and guided to the evaporator to guide the first compression unit of the reciprocating compressor. On the other hand, a part of the refrigerant that has passed through the gas cooler is reduced from the discharge pressure to the medium pressure through the second expansion mechanism, and the medium pressure refrigerant is mixed with the discharge gas compressed by the first compression unit to the second compression unit. Provided is a supercritical refrigeration system using carbon dioxide (CO 2 ) comprising an injector to be guided.
또, 밀폐공간을 가지는 케이싱과, 상기 케이싱의 밀폐공간에 설치되어 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제1 피스톤이 제1 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 냉동시스템 또는 히트펌프시스템에서 흡입하여 중간압으로 압축하는 제1 압축유닛과, 상기 제1 압축유닛의 제1 피스톤과 함께 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되는 제2 피스톤이 제2 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하면서 상기 제1 압축유닛에서 중간압으로 압축된 냉매를 토출압으로 압축하여 냉동시스템 또는 히트펌프시스템으로 토출하는 제2 압축유닛으로 구성되어 냉매인 이산화탄소(CO2)를 초임계 상태로 압축하는 왕복동식 압축기; 상기 왕복동식 압축기에서 배출되는 냉매를 냉각하는 가스쿨러; 상기 가스쿨러에서 배출되는 냉매를 팽창시키는 복수의 팽창기구; 상기 팽창기구를 거친 냉매를 증발시키는 복수의 증발기; 및 상기 왕복동식 압축기의 제2 압축유닛에서 토출되어 가스쿨러를 거친 냉매의 일부를 제1 팽창기구를 통해 토출압에서 흡입압으로 감압하여 제1 증발기로 유도하는 반면, 상기 왕복동식 압축기의 제2 압축유닛에서 토출되어 응축기를 거친 냉매의 일부를 제2 팽창기구를 통해 토출압에서 중간압으로 감압하여 제2 증발기로 유도하고 상기 제2 증발기를 통과한 냉매는 상기 제1 압축유닛에 의해 압축된 토출가스와 혼합하여 상기 제2 압축유닛으로 안내되도록 하는 인젝터;로 이루어지는 이산화탄소(CO2)를 이용하는 초임계 냉동시스템이 제공된다.In addition, a casing having a closed space, a reciprocating motor installed in the closed space of the casing and reciprocating the linear movement of the mover, and a first piston coupled to the mover of the reciprocating motor, reciprocating linearly in the first cylinder. The first compression unit for sucking the refrigerant in the refrigeration system or the heat pump system and compresses the medium pressure, and the second piston coupled to the mover of the reciprocating motor together with the first piston of the first compression unit Compressing the medium compressed by the medium pressure in the first compression unit to the discharge pressure while reciprocating in a straight line in the cylinder is composed of a second compression unit for discharging to the refrigeration system or the heat pump system to cool the carbon dioxide (CO 2 ) A reciprocating compressor for compressing to a supercritical state; A gas cooler for cooling the refrigerant discharged from the reciprocating compressor; A plurality of expansion mechanisms for expanding the refrigerant discharged from the gas cooler; A plurality of evaporators for evaporating the refrigerant passing through the expansion mechanism; And a portion of the refrigerant discharged from the second compression unit of the reciprocating compressor, which has passed through the gas cooler, is reduced from the discharge pressure to the suction pressure through the first expansion mechanism to guide the first evaporator, while the second of the reciprocating compressor A portion of the refrigerant discharged from the compression unit and passed through the condenser is decompressed from the discharge pressure to the intermediate pressure through the second expansion mechanism to guide the second evaporator, and the refrigerant passing through the second evaporator is compressed by the first compression unit. Provided is a supercritical refrigeration system using carbon dioxide (CO 2 ) consisting of an injector to be mixed with the discharge gas to be guided to the second compression unit.
이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동시스템 및 초임계 냉동시스템을 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a reciprocating compressor according to the present invention, a refrigeration system and a supercritical refrigeration system using the same will be described in detail based on an embodiment shown in the accompanying drawings.
도 2는 본 발명 왕복동식 압축기를 적용한 냉동시스템 또의 일례를 보인 계통도이고, 도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기의 압축과정을 보인 단면도이고, 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 각 실린더의 체적비에 따른 성적계수를 보인 그래프이며, 도 7은 본 발명 왕복동식 압축기의 다른 실시예를 보인 단면도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing another example of a refrigeration system to which the present invention reciprocating compressor, Figure 3 is a cross-sectional view showing an example of the reciprocating compressor of the present invention, Figures 4 and 5 is a compression process of the reciprocating compressor of the present invention 6 is a graph showing the coefficient of performance according to the volume ratio of each cylinder in the reciprocating compressor of the present invention, Figure 7 is a cross-sectional view showing another embodiment of the reciprocating compressor of the present invention.
이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기(10)는, 밀폐된 내부공간(111)이 형성되는 케이싱(110)과, 상기 케이싱(110)의 내부에 설치되고 그 가동자(230)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터(120)와, 상기 왕복동모터(120)의 가동자(230)에 제1 피스톤(320)이 결합되어 함께 왕복운동을 하면서 냉매를 중간압(Pb)으로 압축하는 제1 압축유닛(130)과, 상기 왕복동모터(120)의 가동자(230)에 결합되어 상기한 제1 피스톤(320)과 반대방향으로 왕복운동을 하면서 중간압(Pb)의 냉매를 다시 토출압(Pd)으로 압축하는 제2 압축유닛(140)과, 상기 제1 압축유닛(130)의 제1 피스톤(320)과 제2 압축유닛(140)의 제2 피스톤(142)이 함께 공진운동을 하도록 유도하는 공진스프링유닛(150)이 포함된다.As shown in the figure, the reciprocating
상기 케이싱(110)에는 냉동시스템의 증발기(40) 출구와 후술할 제1 압축유 닛(130)의 헤드커버(135)의 흡입실(135a)에 냉매흡입관(SP)이 직접 연결되고, 상기 헤드커버(135)의 토출실(135b)과 케이싱(110)의 내부공간(111)은 냉매순환관(FP)으로 연결되며, 상기 제2 압축유닛(140)의 토출측인 토출커버(146)는 상기 케이싱(110)을 관통하여 냉동시스템의 응축기(20) 입구에 냉매토출관(DP)으로 연결된다.The
상기 냉매순환관(FP)은 제1 압축유닛(130)에서 압축되는 냉매의 압력은 유지하면서 온도를 낮출 수 있도록 상기 케이싱(110)의 외부로 인출하였다가 케이싱(110)의 내부공간(111)에 연결하여 이루어진다. The refrigerant circulation pipe FP is drawn out to the outside of the
상기 왕복동모터(120)는 권선코일(C)이 결합되어 케이싱(110)에 지지되는 외측고정자(121)와, 상기 외측고정자(121)의 내측에 소정의 간격을 두고 고정 설치되는 내측고정자(122)와, 상기 외측고정자(121)와 내측고정자(122) 사이의 공극에 마그네트(M)가 배치되어 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(230)로 이루어진다.The
상기 외측고정자(121)와 내측고정자(122)는 축방향 양측에 배치되어 볼트로 조여지는 각각의 고정프레임(124)(125)으로 지지되어 상기 케이싱(110)의 내부공간(111)에 설치되고, 상기 내측고정자(122)는 전방측에 위치하는 고정프레임(이하, 제1 고정프레임으로 통칭함)(124)의 외주면에 압입되어 고정 결합된다. 또, 상기 가동자(230)는 외측고정자(121)와 내측고정자(122) 사이에 배치되는 복수의 마그네트(M)가 원통모양으로 된 가동프레임(123a)의 외주면에 고정 결합되어 이루어진다. 상기 가동프레임(123a)은 양측이 개구된 원통모양으로 형성되고, 그 중 후방측은 중심쪽으로 절곡되어 후술할 제1 압축유닛(130)의 제1 피스톤(320)에 볼트로 체결 된다.The
또, 상기 왕복동모터(120)는 그 외측고정자(121)가 별도의 지지스프링(미도시)에 의해 상기 케이싱에 탄력 지지될 수도 있으나, 상기 케이싱(110)의 내주면에 압입되어 고정 결합될 수도 있다.In addition, the
상기 제1 압축유닛(130)은 왕복동모터(120)의 외측고정자(121)를 후방측에서 지지하는 제2 고정프레임(125)에 결합되어 제1 압축실(P1)이 형성되는 제1 실린더(131)와, 상기 제1 실린더(131)에 미끄러지게 삽입되어 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 중간압(Pb)으로 압축하는 는 제1 피스톤(320)과, 상기 제1 피스톤(320)을 후술할 제2 피스톤(142)과 연결하여 그 제1 피스톤(320)이 제2 피스톤(142)과 반대방향으로 왕복운동을 하도록 왕복동모터(120)의 동력을 전달하는 연결로드(133)와, 상기 제1 실린더(131)의 토출측에 설치되어 냉매의 흡입과 토출을 조절하는 밸브조립체(134)와, 상기 밸브조립체(134)를 수용하여 제1 실린더(131)에 결합되는 헤드커버(135)로 이루어진다.The
상기 실린더(131)는 환형으로 형성되어 그 중앙에 상기 제1 압축실(P1)이 관통 형성되고, 상기 제1 실린더(131)의 내측면 외주연에 상기한 제2 고정프레임(125)이 결합되며, 그 제2 고정프레임(125)의 안쪽에 해당하는 제1 실린더(131)의 내측면에는 후술할 제2 공진스프링(152)(153)의 후방단이 고정 설치된다.The
상기 제1 피스톤(320)은 제1 압축실(P1)에 대응되는 선단면(132a)이 막힌 중공체 모양으로 형성되고, 상기 제1 피스톤(320)의 선단측 내측면에는 상기한 연결로드(133)의 구형돌부(133b)가 회전 가능하게 결합되도록 구형홈부(132b)가 형성된 다.The first piston 320 is formed in a hollow body shape in which the
상기 연결로드(133)는 그 일단이 후술할 제2 피스톤(142)의 중심에 결합되어 왕복동모터(120)의 동력을 전달하도록 긴 봉 형상으로 형성되는 프레임부(133a)와, 상기 프레임부(133a)의 끝단에 구형모양으로 형성되어 상기 제1 피스톤(320)의 구형홈부(132b)에 회전 가능하게 결합되는 구형돌부(133b)로 이루어진다.The connecting
상기 밸브조립체(134)는 제1 실린더(131)의 제1 압축실(P1)에 수용되는 동시에 상기 헤드커버(135)의 흡입실(135a)에 수용되는 흡입측밸브부(134a)와 상기 제1 실린더(131)의 제1 압축실(P1)에 수용되는 동시에 상기 헤드커버(135)의 토출실(135b)에 수용되는 토출측밸브부(134b)가 구비된 밸브판이 포함되어 이루어진다.The valve assembly 134 is accommodated in the first compression chamber P1 of the
상기 헤드커버(135)는 그 내부에 냉매흡입관(SP)이 직접 연결되는 흡입실(135a)과 케이싱(110)의 내부공간(111)과 냉매순환관(FP)으로 연통되는 토출실(135b)이 격판(135c)에 의해 구획되어 이루어진다.The
상기 제2 압축유닛(140)은 제1 고정프레임(124)에 삽입되어 고정되고 그 내부에 제2 압축실(P2)이 형성되는 원통모양의 제2 실린더(141)와, 상기 왕복동모터(120)의 가동자(230)에 결합되어 제2 실린더(141)의 제2 압축실(P2)에서 왕복운동을 하면서 냉매를 중간압(Pb)으로 압축하는 제2 피스톤(142)과, 상기 제2 피스톤(142)의 선단에 장착되어 그 제2 피스톤(142)의 제2 흡입유로(141a)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(143)와, 상기 제2 실린더(141)의 토출측에 장착되어 제2 압축실(P2)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브(144)와, 상기 토출밸브(144)를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(145)과, 상기 토출밸브(144)와 밸브스프링(145)을 수용하도록 상기 제2 실린더(141)의 토출측을 복개하여 상기 제1 고정프레임(124)에 결합되는 토출커버(146)로 이루어진다.The
상기 제2 피스톤(142)은 그 내부에 케이싱(110)의 내부공간(111)과 연통되도록 흡입유로(141a)가 형성되고, 그 후방단에는 상기 왕복동모터(120)의 가동자(230)와 결합되도록 연결부(미부호)가 플랜지 형상으로 형성되며, 상기 연결부에는 후술할 제1 공진스프링(152)과 제2 공진스프링(153)을 지지하도록 스프링서포터(151)가 결합된다. 또, 상기 제2 피스톤(142)의 후방단에는 그 제2 피스톤(142)과 후술할 제2 압축유닛(140)의 제2 피스톤(142)을 연결하도록 상기한 제1 압축유닛(130)의 연결로드(133)가 일체로 결합된다.The
상기 흡입밸브(143)는 그 중앙에 고정부(미부호)가 절개 형성되어 상기 제2 피스톤(142)의 선단면에 체결 고정되고, 상기 고정부의 바깥쪽에는 그 고정부를 중심으로 휘어졌다 펴지면서 상기 제2 피스톤(142)의 제2 흡입유로(141a)를 개폐하도록 개폐부(미부호)가 절개 형성된다.The
상기 토출밸브(144)는 피크(peek)와 같은 엔지니어플라스틱 재질로 형성되어 그 압축면은 상기 제2 실린더(141)의 선단면에 착탈되면서 개폐되는 반면 그 압축배면은 반구모양으로 형성된다.The
상기 밸브스프링(145)은 원통형 또는 원추형의 압축코일스프링으로 이루어져 그 일단은 상기 토출밸브(144)의 압축배면에 고정되는 반면 타단은 상기 토출커버(146)의 내측면에 고정된다. 상기 밸브스프링(145)이 원추형인 경우에는 상대적으로 넓은 쪽이 토출커버(146)에 고정되도록 설치되는 것이 토출밸브(144)의 안정 성 측면에서 바람직하다.The
상기 토출커버(146)는 도면에서와 같이 단일의 토출실(146a)으로 형성될 수도 있고 도면으로 제시하지는 않았으나 복수의 토출실으로 형성될 수도 있다.The
상기 공진스프링유닛(150)은 상기 왕복동모터(120)의 가동자(230)에 결합되는 스프링서포터(151)와, 상기 스프링서포터(151)의 전후 양측에 각각 지지되는 전방측 공진스프링(152)과 후방측 공진스프링(153)으로 이루어진다.The
상기 전방측 공진스프링(152)과 후방측 공진스프링(153)은 모두 압축코일스프링으로 이루어지고 그 중 전방측에 배치되는 공진스프링(이하, 제1 공진스프링으로 통칭함)(152)의 일단은 상기 스프링서포터(151)의 전방측에 고정되는 반면 타단은 상기 내측고정자(122)의 후방측을 지지하는 고정프레임(이하, 제2 고정프레임으로 통칭함)(125)에 고정되며, 후방측에 배치되는 공진스프링(이하, 제2 공진스프링으로 통칭함)(153)의 일단은 상기 스프링서포터(151)의 후방측에 고정되는 반면 타단은 상기한 제1 실린더(131)의 내측면에 고정된다.One end of the front
도면중 미설명 부호인 133c는 가스통공이다.
상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.The reciprocating compressor of the present invention as described above has the following effects.
즉, 상기 왕복동모터(120)의 외측고정자(121)에 설치된 권선코일(C)에 전원을 인가하면, 그 왕복동모터(120)의 가동자(123)가 제1 피스톤(320) 및 제2 피스톤(142)과 함께 양측 공진스프링(152)(153)에 의해 권선코일(C)의 플럭스 방향에 따라 직선 왕복운동을 하고, 상기 제1 피스톤(320)이 제1 실린더(131)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 함과 동시에 상기 제2 피스톤(142)는 제1 피스톤(320)과 180 °의 위상차를 두고 제2 실린더(141)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하며, 이 과정에서 냉매가스가 제1 실린더(131)의 제1 압축실(311)으로 흡입되었다가 1단 압축된 후 다시 제2 실린더(141)의 제2 압축실(411)에서 2단 압축되는 일련의 과정을 반복한다.That is, when power is applied to the winding coil C installed in the
이를 단계적으로 살펴보면, 먼저 도 4에서와 같이 상기 제1 피스톤(320)이 전진운동을 하게 되면 제1 압축실(311)에 채워진 냉매가 중간압(Pb)으로 압축되고, 이 냉매는 상기 밸브조립체(134)의 토출측밸브부(134b)를 통해 헤드커버(135)의 토출실(135b)으로 토출되며, 이 냉매는 상기 냉매순환관(FP)을 통해 케이싱(110)의 외부로 안내되었다가 다시 상기 케이싱(110)의 내부공간(111)으로 유입되어 그 케이싱(110)의 내부공간(111)이 중간압(Pb)의 냉매로 채워지게 된다. 이때, 상기 제2 피스톤(142)은 후진운동을 하면서 케이싱(110) 내부공간(111)에 채워진 냉매를 제2 압축실(311)으로 흡입하게 된다.Looking at this step by step, as shown in FIG. 4, when the first piston 320 moves forward, the refrigerant filled in the first compression chamber 311 is compressed to medium pressure Pb, and the refrigerant is the valve assembly. The discharge is discharged to the
다음으로, 도 5에서와 같이 냉매가 상기 제2 피스톤(142)의 흡입유로(141a)로 안내되어 상기 흡입밸브(143)를 통해 제2 압축실(411)으로 흡입되고, 이 냉매는 상기 제2 피스톤(142)의 전진운동시 토출압(Pd)으로 압축되어 토출밸브(144)를 통해 토출커버(146)로 토출되며, 이 냉매는 냉매토출관(DP)을 통해 냉동시스템으로 토출된다. 이때, 상기 제1 피스톤(320)은 후진운동을 하면서 냉매가 상기 냉매흡입관(SP)을 통해 냉동시스템에서 헤드커버(135)의 흡입실(135a)로 흡입되고, 이 냉매는 상기 밸브조립체(134)의 흡입측밸브부(134a)를 통해 제1 압축실(311)으로 흡입되는 것이다.Next, as shown in FIG. 5, the refrigerant is guided to the suction passage 141a of the
이렇게 하여, 한 개의 왕복동모터를 가지고도 냉매를 2단 압축할 수 있어 압축기 효율을 높일 수 있다. 특히, 상기 제2 압축유닛은 제1 압축유닛 대비 체적비가 55~75%로 형성되는 것이 압축기 효율을 높이는데 바람직하고, 그 중 도 6에서와 같이 체적비가 대략 63% 근방에서 압축기의 성적계수(COP)가 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있다. In this way, the refrigerant can be compressed in two stages even with one reciprocating motor, thereby increasing the compressor efficiency. In particular, it is preferable that the second compression unit has a volume ratio of 55 to 75% compared to the first compression unit to increase the efficiency of the compressor, and as shown in FIG. It can be seen that COP) is the highest.
또, 상기 제1 피스톤이 자동조심될 수 있도록 제2 피스톤과 볼조인트로 연결됨에 따라 상기 제1 실린더와 제2 실린더의 동심도가 약간 틀어지더라도 각 실린더와 피스톤 사이의 마멸을 방지할 수 있어 압축기의 수명과 신뢰성을 높일 수 있다.In addition, since the first piston is connected to the second piston and the ball joint so as to be self-aligning, even if the concentricity of the first cylinder and the second cylinder slightly distorted, it is possible to prevent abrasion between each cylinder and the piston It can increase the lifespan and reliability.
또, 상기 제1 피스톤과 제2 피스톤을 일체로 형성하여 동일한 방향으로 왕복운동을 하면서 흡입과 압축행정을 실시하도록 함으로써 상기 제1 피스톤과 제2 피스톤의 상사점을 용이하게 제어할 수 있어 2단 왕복동식 압축기의 성능을 더욱 높일 수 있다.In addition, by forming the first piston and the second piston integrally to perform the suction and compression stroke while reciprocating in the same direction, it is possible to easily control the top dead center of the first piston and the
한편, 전술한 일실시예에서는 상기 제1 압축유닛(130)의 흡입측이 냉동시스템에 직접 연결되고 상기 제2 압축유닛(140)의 흡입측이 케이싱(110)의 내부공간(111)에 간접 연결되도록 구성되어 있으나, 이는 상기 제1 압축유닛의 흡입측이 냉동시스템에 간접 연결되고 상기 제2 압축유닛의 흡입측이 제1 압축유닛의 토출측에 직접 연결되도록 구성될 수도 있다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the suction side of the
이를 위해, 도 7에서와 같이 상기 냉매흡입관(SP)은 케이싱(210)의 내부공간(211)에 연통되고, 상기 제1 압축유닛(230)의 토출커버(236)가 제2 압축유닛(240)의 헤드커버(245) 흡입실(245a)에 냉매순환관(FP)으로 직접 연결되며, 상기 제2 압축유닛(240)의 헤드커버(245)의 토출실(245b)이 냉매토출관(DP)으로 냉동시스템에 직접 연결되도록 구성된다.To this end, as shown in FIG. 7, the refrigerant suction pipe SP communicates with the
이 경우, 상기 케이싱(210)의 내부공간(211)이 흡입압(Ps)의 냉매로 채워짐에 따라 상기 왕복동모터(220)를 보다 효과적으로 냉각하여 압축기 효율을 높일 수 있고, 별도의 어큐뮬레이터를 설치하지 않고도 액냉매가 압축실로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.In this case, as the
여기서, 전술한 일실시예, 즉 도 3에 도시된 제1 압축유닛과 제2 압축유닛이 서로 바뀌어 구성되는 것으로 그 동작은 대동소이하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 제1 압축유닛(230)의 제1 압축실(P1)에서 중간압으로 압축되는 냉매가 상기 제2 압축유닛(240)의 제2 압축실(P2)으로 직접 흡입되는 점이 전술한 일실시예와 상이하다. 도면중 미설명 부호인 221은 외측고정자, 222는 내측고정자, 223은 가동자, 224 및 225는 고정프레임, 231 및 241은 제1 및 제2 실린더, 232 및 242는 제1 및 제2 피스톤, 232a는 흡입유로, 233은 흡입밸브, 234는 토출밸브, 235는 밸브스프링, 236a는 제1 토출실, 243은 연결로드, 244는 밸브조립체, 244a는 흡입측밸브부, 244b는 토출측밸브부, 250은 공진스프링유닛, 251은 스프링서포터, 252 및 253은 공진스프링이다.Here, the above-described embodiment, that is, the first compression unit and the second compression unit shown in FIG. 3 are configured to be interchanged with each other, so the detailed description thereof will be omitted. However, the aforementioned point is that the refrigerant compressed to the medium pressure in the first compression chamber P1 of the
한편, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기에서 상기 제1 압축유닛에서 중간압(Pb)으로 1단 압축된 냉매가 제2 압축유닛으로 흡입됨에 따라 그 제2 압축유닛으로 흡입되는 냉매의 압력은 중간압(Pb)으로 유지하면서 온도를 낮춰야 오일이 타거나 냉매의 흡입량이 감소되는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, in the reciprocating compressor according to the present invention, the refrigerant compressed into the second compression unit by the refrigerant compressed in the first compression unit to the intermediate pressure (Pb) in the second compression unit is the intermediate pressure Lowering the temperature while maintaining (Pb) can prevent the oil from burning or reducing the suction amount of the refrigerant.
이를 위해, 상기 제1 압축유닛의 토출실과 케이싱의 내부공간 사이를 연결하는 냉매순환관의 중간에 중간열교환기를 구성해서 제1 압축유닛에서 토출되는 토출가스의 온도를 낮추는 중간열교환기가 구비된다.To this end, an intermediate heat exchanger for lowering the temperature of the discharge gas discharged from the first compression unit is provided by forming an intermediate heat exchanger in the middle of the refrigerant circulation pipe connecting the discharge chamber of the first compression unit and the inner space of the casing.
도 8과 도 9는 그 중간열교환기 구성 유닛의 실시예들을 보인 계통도이다. 여기서, 왕복동식 압축기에 대한 구성은 전술한 일례와 동일하므로 이에 대한 도면부호는 도 3에 도시된 일례를 참고하고 그에 대한 설명은 생략한다.8 and 9 are schematic diagrams showing embodiments of the intermediate heat exchanger construction unit. Here, since the configuration of the reciprocating compressor is the same as the above-described example, reference numerals thereof refer to the example shown in FIG. 3 and the description thereof will be omitted.
도 8에서 토출가스의 온도를 낮추기 위해서 상기 왕복동식 압축기(10)의 제1 압축유닛과 제2 압축유닛 사이에 중간열교환기(90)를 설치해서 제1 압축유닛의 토출냉매를 냉각시키면 토출냉매의 온도가 낮아지고, 그 냉매가 제2 압축유닛으로 흡입되어 압축되면 제2 압축유닛에서 토출되는 토출가스의 온도가 낮아지는 것이다. 도 9는 응축기(20)와 팽창기구(30) 사이에 내부열교환기(60)를 구성해서 시스템의 능력을 향상시키는 경우에 해당하는데, 이러한 경우 토출가스의 온도가 더 많이 상승하기 때문에 상기 왕복동식 압축기(10)의 제1 압축유닛과 제2 압축유닛 사이에 중간 열교환기(90)를 설치해서 토출 가스의 온도를 저하시키고, 시스템의 신뢰성을 향상킬 수 있다.In FIG. 8, when the
상기 제2 압축유닛 토출온도를 낮추는 또 다른 방법으로는, 상기 제1 압축유닛의 토출실과 케이싱의 내부공간 사이를 연결하는 냉매순환관의 중간에 연결되어 냉동사이클을 순환하는 냉매의 일부를 주입함으로써 상기 제2 압축유닛으로 흡입되는 냉매의 온도를 낮추는 인젝션유닛이 구비된다.In another method of lowering the discharge temperature of the second compression unit, a portion of the refrigerant circulated in the refrigerant circulation pipe connecting between the discharge chamber of the first compression unit and the inner space of the casing is injected by An injection unit for lowering the temperature of the refrigerant sucked into the second compression unit is provided.
도 10과 도 11 그리고 도 12는 그 인젝션유닛의 실시예들을 보인 계통도이 다. 여기서, 왕복동식 압축기에 대한 구성은 전술한 일례와 동일하므로 이에 대한 도면부호는 도 3에 도시된 일례를 참고하고 그에 대한 설명은 생략한다.10, 11 and 12 are schematic diagrams showing embodiments of the injection unit. Here, since the configuration of the reciprocating compressor is the same as the above-described example, reference numerals thereof refer to the example shown in FIG. 3 and the description thereof will be omitted.
먼저, 도 10에 제시되는 인젝션유닛은 응축기(20)의 출구에 제1 팽창변(30)과 제2 팽창변(50)이 병렬로 연결되어 그 중 제1 팽창변(30)은 증발기(40)의 입구측에 연결되는 반면 상기 제2 팽창변(50)이 연결되는 바이패스관(BP)은 제2 압축유닛(140)의 입구측, 즉 냉매순환관(FP)의 중간에 연결되어 이루어진다. 여기서, 상기 제1 팽창변(30)의 용량이 제2 팽창변(50)의 용량 보다 크게 형성되어 증발기(40)로 유입되는 냉매의 양이 냉매순환관(FP)으로 주입되는 냉매의 양 보다 많게 한다.First, in the injection unit shown in FIG. 10, the
이렇게 하여, 상기 제1 팽창변(30)을 통과하는 냉매는 그 제1 팽창변(30)에서 팽창되어 저온저압의 액과 가스의 혼합상태로 변환되면서 증발기(40)로 유입되는 반면, 상기 제2 팽창변(50)을 통과하는 냉매는 그 제2 팽창변(50)에서 중간압(Pb)으로 낮아져서 액과 가스의 혼합 상태로 변환되어 상기 냉매순환관(FP)을 통해 제2 압축유닛(140)으로 주입되므로 제1 압축유닛의 토출냉매의 온도를 낮추어서 제2 압축유닛의 토출가스의 온도를 낮출수가 있다.In this way, the refrigerant passing through the
다음으로, 도 11에 제시되는 인젝션유닛은 응축기(20)의 출구에 제1 팽창변(30)과 제2 팽창변(50)이 직렬로 연결되고, 제1 팽창변과 제2 팽창변 사이에 기액분리기(70)가 구비된다. 상기 제1 팽창변(30)을 통해서 팽창한 냉매는 액체와 기체의 혼합 상태로 변환되는데, 이 혼합냉매는 기액분리기(70)에서 기체와 액체로 분리되어서 액체 냉매는 상기 제2 팽창변(50)으로 연결되어 팽창하고 상기 제2 팽 창변(50)의 출구는 증발기(40)에 연결되는 반면, 상기 기액분리기(70)에서 분리된 기체는 제2 압축유닛(140)로 바이패스 되도록 그 기액분리기(70)에서 냉매순환관(FP)의 중간으로 바이패스관(BP)이 연결된다. 이렇게 함으로써 시스템의 능력은 향상되고 제2 압축유닛의 토출가스 온도는 낮아져서 신뢰성이 향상된다.Next, in the injection unit shown in FIG. 11, the
다음으로, 도 12에 제시되는 인젝션유닛은 응축기(20)의 출구에 제1 팽창변(30)과 제2 팽창변(50)이 병렬로 연결되고, 상기 제1 팽창변(30)은 증발기(40)에 연결되는 반면 제2 팽창변(50)은 바이패스관(BP)을 통해 제2 압축유닛(140)의 입구측인 냉매순환관(FP)의 중간에 연결되며, 상기 제1 팽창변(30)의 입구측과 제2 팽창변(50)의 출구측에는 그 제1 팽창변(30)으로 유입되기 전의 냉매와 제2 팽창변(50)을 거친 냉매가 서로 열교환되도록 내부열교환기(60)가 설치되어 이루어진다. 여기서, 상기 제1 팽창변(30)의 용량이 제2 팽창변(50)의 용량 보다 크게 형성되어 증발기(40)로 유입되는 냉매의 양이 냉매순환관(FP)으로 주입되는 냉매의 양 보다 많게 한다.Next, in the injection unit shown in FIG. 12, the
이렇게 하여, 상기 제1 팽창변(30)쪽으로 이동하는 냉매는 그 제1 팽창변(30)에 도달하기 전에 내부열교환기(60)를 통과하게 되는 반면, 상기 제2 팽창변(40)으로 이동하는 냉매는 그 제2 팽창변(40)에서 팽창된 후 내부열교환기(60)를 통과하게 된다.In this way, the refrigerant moving toward the
상기와 같은 각 인젝션유닛이 구비됨에 따라 상기 제2 압축유닛으로 공급되는 냉매의 온도는 낮아져서 오일이 탄화되거나 냉매의 비체적이 과도하게 상승하는 것을 막아 냉매를 2단으로 압축하면서도 압축기의 효율과 신뢰성을 높일 수 있다.As each injection unit is provided, the temperature of the refrigerant supplied to the second compression unit is lowered to prevent oil from carbonizing or excessively increasing the specific volume of the refrigerant, thereby compressing the refrigerant in two stages while improving the efficiency and reliability of the compressor. It can increase.
한편, 냉동실과 냉장실을 동시에 갖춘 냉장고와 같이 증발 온도가 다른 두 개의 증발기를 동시에 구성할 때 시스템 효율이 향상된다. 도 13에서 팽창변 2개를 병렬로 구성하고 제1 팽창변(30)을 통과한 냉매는 토출압에서 흡입압으로 감압되어 제1 증발기(40)로 유입되고, 제2 팽변(50)을 통과한 냉매는 토출압에서 중간압으로 감압되어 제2 증발기(80)로 유입된 후에 제1 압축유닛의 토출냉매와 혼합되어 토출 온도를 낮춘 후 제2 압축유닛으로 흡입된다. 이렇게 함으로써 냉동시스템의 효율과 신뢰성을 향상 시킬 수 있다. Meanwhile, when two evaporators having different evaporation temperatures are configured at the same time, such as a refrigerator having a freezer compartment and a refrigerating compartment, system efficiency is improved. In FIG. 13, the two expansion valves are formed in parallel and the refrigerant passing through the
상기와 같은 본 발명의 왕복동식 압축기는 이산화탄소(CO2)를 냉매로 이용하는 초임계 냉동시스템에도 적용할 수 있다. 이산화탄소(CO2)를 냉매로 이용하는 초임계 냉동시스템은, 우수한 안정성, 무취성, 무독성, 비부식성, 비연소성 및 비폭발성을 갖고 오일과의 상용성이 우수하며 비체적이 작아 친환경적인 냉매인 이산화탄소(CO2)를 이용하는 장점이 있다. 초임계 상태로 압축하는 왕복동식 압축기(10)와 사이클의 각 구성요소는 도 8, 도 9, 도 10, 도 11, 도 12, 도 13의 구성요소와 동일하다.The reciprocating compressor of the present invention as described above can be applied to a supercritical refrigeration system using carbon dioxide (CO 2 ) as a refrigerant. Supercritical refrigeration system using carbon dioxide (CO 2 ) as a refrigerant, has excellent stability, odorless, non-toxic, non-corrosive, non-combustible and non-explosiveness, excellent compatibility with oil and small volume, carbon dioxide (environmentally friendly refrigerant) CO 2 ) has the advantage of using. Each component of the
상기 왕복동식 압축기(10)는 도 4에서와 같이 밀폐된 내부공간(111)을 가지는 케이싱(110)과, 상기 케이싱(110)의 내부공간(111)에 설치되어 가동자(123)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터(120)와, 상기 왕복동모터(120)의 가동자(123)에 결합되는 제1 피스톤(132)이 제1 실린더(131)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 냉동시스템에서 흡입하여 중간압(Pb)으로 압축하는 제1 압축유 닛(130)과, 상기 제1 압축유닛(130)의 제1 피스톤(132)과 함께 상기 왕복동모터(120)의 가동자(123)에 결합되는 제2 피스톤(142)이 제2 실린더(141)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 상기 제1 압축유닛(130)에서 중간압(Pb)으로 압축된 냉매를 토출압(Pd)으로 압축하여 냉동시스템으로 토출하는 제2 압축유닛(140)으로 이루어지는 것으로, 각 유닛의 구성과 작용은 전술한 일례와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The reciprocating
본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 피스톤의 왕복운동시 2단 압축실이 양쪽에 대칭되게 형성되도록 하여 피스톤의 스트로크를 용이하게 제어할 수 있으면서 진동을 줄일 수 있고, 상기 공진스프링이 실린더에 지지되도록 하여 2단 왕복동식 압축기의 구성을 간소화할 수 있으며, 한 쪽 피스톤이 자동조심 되도록 결합하여 조립성을 높이면서도 피스톤과 실린더 사이의 마모를 미연에 방지할 수 있다.In the reciprocating compressor according to the present invention, the two-stage compression chamber is formed symmetrically on both sides during the reciprocating motion of the piston, so that the stroke of the piston can be easily controlled and the vibration can be reduced, so that the resonance spring is supported by the cylinder. It is possible to simplify the configuration of the two-stage reciprocating compressor, and it is possible to prevent the wear between the piston and the cylinder while increasing the assemblability by combining one piston to be self-aligning.
또, 이러한 왕복동식 압축기를 적용한 냉동시스템 또는 이산화탄소(CO2)를 냉매로 이용하여 상기의 왕복동식 압축기를 적용한 초임계 냉동시스템은, 압축 사이클을 구성할 경우 제2 압축실로 흡입되는 냉매의 압력은 중간압으로 유지하면서도 흡입되는 냉매의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하여 냉동 시스템의 효율이 높은 2단 압축 사이클을 구성할 수 있다.In addition, in the refrigerating system to which the reciprocating compressor is applied or the supercritical refrigeration system to which the reciprocating compressor is applied using carbon dioxide (CO 2 ) as a refrigerant, the pressure of the refrigerant sucked into the second compression chamber is While maintaining the medium pressure it is possible to prevent the excessive rise of the temperature of the sucked refrigerant to configure a high efficiency two-stage compression cycle of the refrigeration system.
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