KR100189001B1 - 롤링피스톤식 팽창기 - Google Patents

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가즈오 사이토
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도시오 오타카
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Abstract

본 발명은 보조모터를 이용하지 않고 팽창기의 운전개시를 가능하게 하여 소형, 경량화를 도모하는 롤링피스톤식 팽창기에 관한 것으로서,
흡입관(3) 및 토출관(5)을 가진 밀페케이스(7)내에 설치된 실린더(13)와, 실린더(13)내에 편심 회전 자유롭게 설치되며, 흡입포트(47) 및 토출포트(55)와 연통 가능한 팽창실(39)을 형성하는 롤러(31)와, 상기 롤러(31)를 편심 회전 자유롭게 지지하는 축(19)과, 팽창실(39)로 보내지는 흡입가스의 유입 타이밍을 제어하는 유입 타이밍 제어수단(51)과, 유입 타이밍 제어수단(51)에 의한 유입 타이밍이 닫혔을때 팽창실(39)로 고압가스를 공급하는 가스공급수단(103)를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

롤링피스톤식 팽창기
제1도는 본 발명에 따른 롤링피스톤식 팽창기의 개요 절단면도.
제2도는 제1도의 A-A선 단면도.
제3도는 제1도의 B-B선 단면도.
제4도는 제1실린더측의 흡입 포트의 설명도.
제5도는 제2실린더측의 흡입 포트의 설명도.
제6도는 회전각과 흡입가스 유입 타이밍을 나타낸 설명도.
제7도는 롤링 피스톤식 팽창기의 사이클선도.
제8도는 제2실시형태를 나타낸 제1도와 같은 개요 절단면도.
제9도는 제8도의 C-C선 단면도.
제10도는 제8도의 D-D선 단면도.
제11도는 편심축부의 외부둘레면에 바이패스 통로를 설치한 주축의 평면도.
제12도는 제11도의 E-E선 단면도.
제13도는 제11도의 F-F선 단면도.
제14도는 흡입 포트를 설치한 주축의 평면도.
제15도는 제14도의 G-G선 단면도.
제16도는 롤러의 내부둘레 벽면에 바이패스 통로를 설치한 사시도.
제17도는 샤프트 유입구를 가진 주축의 평면도.
제18도는 주베어링부재의 내부둘레 벽면에 바이패스 통로를 설치한 설명도.
제19도는 부베어링부재의 내부둘레 벽면에 바이패스 통로를 설치한 설명도.
제20도는 주축에 바이패스 통로를 설치한 평면도.
제21도는 제20도의 H-H선 단면도.
제22도는 제20도의 I-I선 단면도.
제23도는 회전각과 바이패스 개구 타이밍의 설명도.
제24도는 랜킨사이클의 동작도.
제25도는 바이패스통로에 개폐제어밸브를 설치한 제1도와 같은 개요 절단면도.
제26도는 제25도의 J-J선 절단면도.
제27도는 제25도의 K-K선 절단면도.
제28도는 바이패스통로에 개폐제어밸브를 설치한 사이클선도.
제29도는 바이패스통로에 개폐제어밸브를 설치한 절단면도.
제30도는 제29도의 개방상태인 주요부의 설명도.
제31도는 제29도 태양의 개폐제어밸브를 설치한 사이클선도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 흡입관 5 : 토출관
7 : 밀폐 케이스 13,15 : 실린더
19 : 주축 31,33 : 롤러
39 : 팽창실 51 : 유입 타이밍 제어수단
103 : 바이패스통로(가스공급수단)
본 발명은 롤링피스톤식 팽창기에 관한 것이다.
종래의 일반적인 롤링피스톤식 팽창기의 개요는 흡입포트와 토출포트를 가진 실린더내를 축이 관통하고, 축은 기동시에 있어서 보조모터에 의해 회전동력이 부여되도록 되어 있다. 축에는 양측에 각각 베어링으로 지지되는 주축부 및 부축부가 설치되어 있다. 또한, 상기 실린더내에 롤러가 설치되며, 이것에 편심회전을 주는 편심축부(크랭크부)가 주축부 및 부축부와 일체적으로 설치되어 있다. 그리고, 롤러의 편심 회전에 의해 흡입포트로부터 고압가스의 흡입이 개시되며, 홉입개시→흡입종료→팽창개시→팽창종료가 되어 다시 흡입 개시로 되돌아가도록 된다.
랜킨사이클(Rankine cycle) 운전을 실시하는 롤링피스톤식 팽창기는 운전정지시에 있어서 흡입포트는 유입 타이밍 제어수단에 의해서 닫힌 상태가 되며, 고압가스의 공급은 정지상태로 놓여진다. 이 때문에 운전개시시에는 초기 구동을 실시하여 고압가스를 팽창실내로 보내는 초기 운전 개시용 보조 모터를 필요로 하여 장치 전체의 대형화를 초래했다.
또한 보조 모터를 설치함으로써 장치 전체의 구조도 복잡해짐과 동시에 조립, 부착, 비용의 면에 있어서도 바람직하지 않다.
따라서, 본 발명은 운전개시시에 있어서, 초기 운전개시용 보조 모터가 없어도 운전을 실시할 수 있는 롤링피스톤식 팽창기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 첫번째로 흡입관 및 토출관을 가진 밀폐케이스내에 설치된 실린더와, 실린더 내에 편심회전 자유롭게 설치되며, 흡입포트 및 토출포트와 연통 가능한 팽창실을 형성하는 롤러와, 상기 롤러를 편심회전 자유롭게 지지하는 축과, 팽창실내로 보내는 흡입가스의 유입 타이밍을 제어하는 유입 타이밍 제어수단과, 유입 타이밍제어수단에 의한 유입 타이밍이 닫혀질때, 팽창실내로 고압가스를 공급하는 가스공급수단을 구비하고 있다.
두번째로, 흡입관 및 토출관을 가진 밀폐케이스내에 설치되며, 다실린더를 구성하는 복수의 실린더와, 각 실린더내에 편심회전 자유롭게 설치되며, 흡입포트 및 토출포트와 연통 가능한 팽창실을 형성하는 각 롤러와, 각 롤러를 편심 회전 자유롭게 지지하는 축과, 각 팽창실내로 보내지는 흡입가스의 유입 타이밍을 제어하는 유입 타이밍 제어수단과, 유입 타이밍 제어수단에 의한 유입 타이밍이 닫혀질 때, 어느 한쪽 팽창실내로 고압가스를 공급하는 가스공급수단을 구비하고 있다.
가스공급수단은 2개의 실린더인 경우에는 각 팽창실의 흡입가스 유입개구각을 180도 이상으로 조합한다(3개인 경우는 120도 이상의 개구각도로 좋다 ).
또는, 유입 타이밍 제어수단에 의한 유입 타이밍이 닫혀질 때 팽창실내로 고압가스를 유도하는 바이패스 통로로 한다.
바이패스 통로를 설치하는 장소로서는 롤러에 편심회전을 주는 편심축부의 외부둘레면상에 설치하는 경우, 또는 편심축부에 의해서 편심회전이 전해지는 롤러의 내부둘레 벽면에 설치하는 경우, 또는 축의 외부둘레면상에 설치하는 경우, 또는 축을 회전 자유롭게 지지하는 베어링부재의 외부둘레면상에 설치하는 경우가 있다.
그리고, 바람직한 실시형태로서, 바이패스 통로를 개폐하는 개폐수단을 구비하며, 개폐수단은 팽창기 운전 검지수단으로부터의 검지신호에 의거하여 바이패스통로를 닫는다.
이와같은 롤링 피스톤식 팽창기에 의하면, 롤러의 편심회전에 의해 고압가스는 흡입포트로부터 흡입되며, 흡입개시→흡입종료→팽창개시→팽창종료가 되며, 다시 흡입 개시로 되돌아가게 된다.
한편, 운전을 정지하면, 흡입포트는 유입 타이밍 제어수단에 의해 폐쇄상태에 놓여진다. 이때, 다실린더의 타입에 있어서는 흡입가스 유입 개구각이 180도 이상의 차이를 가지면서 조합되어 있기 때문에 어떤 위치에서 정지해도 한쪽 팽창실에는 고압가스가 보내지는 흡입통로가 확보된다. 한편, 흡입가스 유입 개구각 180도 이하의 조합, 또는 싱글타입에 있어서는 운전개시시에, 운전개시시의 고압가스는 바이패스 통로를 통하여 팽창실내로 보내지며, 고압가스의 흡입개시→흡입종료→팽창개시→팽창종료의 행정이 실시된다. 그리고, 운전이 안정상태로 들어가면 바이패스 통로는 개폐수단에 의해 폐쇄상태가 된다.
이하, 제1도 내지 제7도의 도면을 참조하면서 본 발명을 구체적으로 설명한다.
제1도에 있어서는, 도면부호 1 은 롤링 피스톤식 팽창기를 나타내고 있다. 롤링 피스톤식 팽창기(1)는 흡입관(3)과 토출관(5)을 가진 밀폐케이스(7)내의 우측에 팽창기(9)가 좌측에 압축기(11)가 각각 배치되며, 냉동사이클을 구성하는 압축기(11)측과 랜킨 사이클을 구성하는 팽창기(9)측에서 작동가스가 동일한 1유체방식 대응으로 되어 있다.
팽창기(9)는 제1실린더(13)와 제2실린더(15)로 이루어진 트윈타입으로 되어 있다. 제1, 제2실린더(13,15)는 밀폐케이스(7)의 내벽면에 직접 고정 지지됨과 동시에 중간 간막이판(17)에 의해서 각각 독립하도록 간막이되며, 양 실린더(13,15)에는 축(19)이 관통되어 있다.
팽창기(9)의 축(19)은 주축부(19a) 및 부축부(19b) 및 중앙부위의 편심축부가 되는 크랭크부(19c)로 이루어지며, 주베어링부재(21)와 부베어링부재(23)에 의해서 회전 자유롭게 양단이 지지되어 있다. 축(19)에는 후술하는 가스흡입통로(25)와, 상기 제1실린더(13) 및 제2실린더(15)에 대응하는 부분에 서로 180도 위상을 어긋나게 한 편심축부(27,29)가 설치되며, 이 편심축부(27,29)에는 상기 제1, 제2실린더(13,15)내에 배치된 제1롤러(31) 및 제2롤러(33)가 끼워맞춰져 있다.
이것에 의해, 각 롤러(31,33)는 편심축부(27,29)의 회전에 의해 180도 위상이 어긋난 편심회전이 전해지게 된다.
제1, 제2롤러(31,33)의 외부둘레면에는 배압 또는 스프링등에 의한 부세수단(35)에 의해서 항상 서로 접촉하는 블레이드(37)가 설치되며, 각 롤러(31,33) 및 블레이드(37)에 의해 팽창실(39)이 각각 만들어지도록 되어 있다.
축(19)에 설치된 가스흡입통로(25)는 축(19)의 축 단부로부터 중심축선을 따라 좌우 편심축부(27,29)의 영역까지 연장되어 있다. 가스흡입통로(25)의 한쪽 흡입구(25a)는 케이싱(41)을 통하여 상기 홉입관(3)과 연통하고 있다. 케이싱(41)은 주베어링부재(21)의 베어링부(21a)에 장착되며, 그 장착면과, 케이싱(41)의 내부의 주축 외부둘레면 및 상기 베어링부 내부둘레면과의 사이는 시일재(42,43)에 의해 밀봉되어 있다.
장착면측의 시일재(42)는 O링으로 되어 있으며, 주축외부둘레면 및 베어링부 내부둘레면과의 사이를 밀봉하는 시일재(43)는 링 형상으로 형성되며, 부세 스프링(45)에 의해 밀착방향의 부세력이 부여되며, 흡입관(3)으로부터의 고압가스가 밀폐케이스(7)의 내부 또는 실린더(13)내로 새는것을 방지하고 있다.
가스흡입통로(25)의 다른쪽은 제4도, 제5도에 나타낸 바와 같이 각 편심베어링부(27,29)의 외부둘레면에 180도의 위상차를 가지고 설치된 흡입포트(47)와 연통되며, 흡입포트(47)는 각 롤러(31,33)에 설치된 연통포트(49)를 통하여 각 팽창실(39,39)과 연통 가능하게 되어 있다.
흡입포트(47) 및 연통포트(49)는 편심축부(27,29)가 약 180도 회전하고, 흡입포트(47)와 연통포트(49)가 서로 연통하여 합쳐져서 고압가스가 팽창실(39)내로 보내지는 유입 타이밍 제어수단(51)을 구성하고 있다.
각 실린더(13,15)의 흡입포트(47)는 제4도, 제5도에 나타낸 바와 같이 흡입가스 유입 개구각(θ)이 180도 이상으로 설정되며, 운전 정지시에 어떤 한쪽의 실린더(13,15)측의 흡입포트(47)가 연통포트(49)와 서로 연통하여 합쳐지는 조합구성으로 되어 있다.
이것에 의해, 제6도에 나타낸 바와 같이, 각 흡입포트(47)가 어떤 각도 위치에서 정지해도 흡입포트(47)와 연통포트(49)와의 연통상태가 확보되게 되어 있다.
한편, 제1, 제2실린더(13,15)에는 토출포트(55)를 각각 가지며, 제1실린더(13)측의 토출포트(55)에 있어서는 주베어링부재(21)측에, 제2실린더(15)측의 토출포트(55)에 있어서는 부베어링부재(23)측에 각각 설치되어 있다.
제1실린더(13)측의 토출포트(55)는 머플러실(57)내를 향해, 머플러실(57)로부터 밀폐케이스(7)내를 통해 상기 토출관(5)과 연통하고 있다.
제2실린더(15)측의 토출포트(55)는 제2실린더(15), 중간 간막이판(17), 제1실린더(13)를 관통한 관통구멍(5a)을 통하여 머플러실(57)내를 향해 머플러실(57)로부터 밀폐케이스(7)내를 통해 상기 토출관(5)과 연통하고 있다.
압축기(11)는 1개의 실린더(61)를 가진 싱글타입으로 되어 있다. 실린더(61)는 밀폐케이스(7)의 내벽면에 직접 고정지지되며, 실린더(61)에는 축(63)이 관통되어 있다.
압축기(11)의 축(63)은 팽창기(9)의 축(19)과 일체로 결합되고 또한, 밀폐케이스(7)의 내벽면에 직접 고정지지된 주베어링부재(65) 및 부베어링부재(66)에 의해서 회전 자유롭게 축으로 지지되어 있다. 축(63)에는 상기 실린더(61)내에 대응하는 부분에 편심축부(67)가 설치되고, 편심축부(67)에는 상기 실린더(61)내에 배치된 롤러(69)가 끼워맞춰져 있다.
이것에 의해 롤러(69)에는 편심축부(67)의 회전에 의해 편심회전이 부여되게 된다.
주베어링부재(65)에는 밀폐밸브(70)를 가진 토출포트(71)가 설치되어 있다. 토출포트(71)는 머플러실(72), 밀폐케이스(7)의 내부 공간을 통하여 상기 토출관(5)과 연통하고 있다.
또한, 실린더(61)에는 흡입관(70)과 서로 연통되는 흡입포트(72)와, 상기 롤러(69)의 내부둘레면과 배압 또는 스프링 등에 의한 부세수단에 의해서 항상 서로 접촉되는 블레이드(73)가 설치되며, 롤러(69) 및 블레이드(73)에 의해 압축실(75)이 만들어지도록 되어 있다.
압축기(11)측의 부베어링부재(66)와, 상기한 팽창기(9)측의 부베어링부재(23) 사이에는 윤활용 편심회전펌프(75)가 설치되며, 편심회전포트(76)의 흡입측에는 하부 기름저장부(77)내에 연장된 기름도입관(79)이 설치되어 있다. 편심회전펌프(76)의 토출측에는 각 롤러(31,33,69)및 베어링면으로 상기 기름저장부(77)의 윤활유를 유도하는 윤활유 공급관(도시하지 않음)이 접속되어 있다.
제7도는 압축기(11) 및 팽창기(9)를 가진 전체 사이클 계통도를 나타내고 있다.
도면에 있어서, 도면부호 7 은 압축기(11) 및 팽창기(9)가 조립된 밀폐케이스를 나타내고 있으며, 압축기(11)를 통과하는 냉동사이클(81)과, 팽창기(9)를 통과하는 랜킨 사이클(83)이 구성되도록 되어 있다.
랜킨 사이클(83)은 밀폐케이스(7)의 토출관(5)으로부터 토출된 작동가스가 열회수부(85)→콘덴서 등의 열교환기(87)→리퀴드(Liquid)탱크(89)로 흐른다.
리퀴드탱크(89)로부터 고압펌프(91)→ 열회수부(85)→가열장치부착 증발기(93)→4방향 밸브(95)를 통하여 팽창기(9)의 흡입관(3)으로 되돌아가는 순환을 반복하게 된다. 이 랜킨 사이클(83)에 있어서, 작동가스는 고압펌프(91)를 통과하여 고압이 되며, 고압가스는 열회수부(85) 및 증발기(93)를 통과할 때, 열이 전해져 팽창기(9)의 흡입관(3)으로 보내지게 된다.
냉동사이클(81)은 밀폐케이스(7)의 토출관(5)으로부터 토출된 작동가스가 열회수부(85)→콘덴서 등의 열교환기(87)→리퀴드 탱크(89)로 흐른다. 리퀴드 탱크(89)까지는 랜킨 사이클(83)과 동일한 흐름이 된다.
리퀴드 탱크(89)로부터 팽창밸브(97)→이베퍼레이터 등의 열교환기(99)→4방향 밸브(95)→어큐믈레이터(101)를 통하여 압축기(11)의 흡입관(70)으로 되돌아가는 순환을 반복하게 된다. 이 냉동사이클(81)에 있어서, 공기가 이베퍼레이터 등의 열교환기(99)를 통과할 때 열교환되어 냉각되게 된다.
이와같이 구성된 로터리 피스톤식 팽창기(1)에 의하면, 팽창기(9)의 각 롤러(31,33)의 편심회전에 의해 고압가스는 흡입포트(47)로부터 흡입되며, 흡입개시→흡입종료→팽창개시→팽창종료가 되며, 배기행정을 거쳐 다시 흡입개시로 되돌아가는 행정을 반복하게 된다. 이때, 팽창기측와 축(19)에 전해진 회전동력은 압축기(11)의 주축(63)을 구동하고, 압축기(11)의 롤러(69)에 편심회전을 부여한다. 이것에 의해 흡입포트(72)로부터 보내진 작동가스는 압축되며, 토출관(5)으로부터 토출된 후, 흡입관(70)으로 되돌아가는 냉동사이클을 반복하게 된다.
한편, 운전을 정지하면, 팽창기(9)측의 각 흡입포트(47)는 흡입 가스 유입 개구각(θ)이 180도 이상의 차이를 가진 조합으로 되어 있기 때문에 어떤 각도 위치에서 흡입포트(47)가 정지해도, 흡입포트(47)와 팽창실(39)과의 연통상태가 확보된다. 따라서 보조모터가 없어도 운전개시와 동시에 고압가스는 팽창실(39)내로 보내지며, 흡입개시→흡입종료→팽창개시→팽창종료의 사이클이 실시되게 된다.
제8도로부터 제24도는 운전 정지시에 있어서, 흡입포트(47)가 닫힐때, 흡입포트(47)와 팽창실(39)의 연통을 도모하는 제2실시형태를 나타낸 것이다.
또한, 제8도에 있어서, 제1실시형태와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호를 이용하고 있다. 즉, 롤링 피스톤식 팽창기(1)는 흡입관(3)과 토출관(5)을 가진 밀폐케이스(7)내의 우측에 팽창기(9)가 좌측에 압축기(11)가 각각 배치되며, 냉동 사이클을 구성하는 압축기(11)측과 랜킨 사이클을 구성하는 팽창기(9)측에서 작동가스가 동일한 1 유체방식 대응으로 되어 있다.
팽창기(9)는 제1실린더(13)와 제2실린더(15)로 이루어진 트윈 타입으로 되어 있다. 제1, 제2실린더(13,15)는 밀폐케이스(7)의 내벽면에 직접 고정지지됨과 동시에 중간 간막이판(17)에 의해서 각각 독립하도록 간막이되며, 양 실린더(13,15)에는 축(19)이 관통되어 있다.
팽창기(9)의 축(19)은 주베어링부재(21)와 부베어링부재(23)에 의해서 회전자유롭게 양단 지지되어 있다. 축(19)에는 후술하는 가스흡입통로(25)와, 상기 제1실린더(13) 및 제2실린더(15)에 대응하는 부분에 서로 180도 위상을 어긋나게 한 편심축부(27,29)가 설치되며, 이 편심축부(27,29)에는 상기 제1, 제2실린더(13,15)내에 배치된 제1롤러(31) 및 제2롤러(33)가 끼워 맞춰져 있다. 이것에 의해 각 롤러(31,33)에는 편심축부(27,29)의 회전에 의해 180도 위상이 어긋난 편심회전이 부여되게 된다.
제1, 제2롤러(31,33)의 외부둘레면에는 배압 또는 스프링 등에 의한 부세수단(35)에 의해서 항상 서로 접촉하는 블레이드(37)가 설치되며, 각 롤러(31,33) 및 블레이드(37)에 의해 팽창실(39)이 각각 만들어지도록 되어 있다.
축(19)에 설치된 가스 흡입 통로(25)는 축(19)의 축 단부로부터 중심축선을 따라 좌우 편심축부(27,29)의 영역까지 연장되어 있다. 가스흡입통로(25)의 한쪽 흡입구(25a)는 케이싱(41)을 통하여 상기 흡입관(3)과 연통하고 있다. 케이싱(41)은 주베어링부재(21)의 베어링부(21a)에 장착되며, 그 장착면과 케이싱(41)의 내부의 주축 외부둘레면 및 상기 베어링부 내부둘레면과의 사이는 시일재(42,43)에 의해 밀봉되어 있다. 장착면측의 시일재(42)는 O링으로 되어 있으며, 주축 외부둘레면 및 베어링부 내부둘레면과의 사이를 밀봉하는 시일재(43)는 링 형상으로 형성되며, 부세스프링(45)에 의해 밀착방향의 부세력이 부여되며, 흡입관(3)으로부터의 고압가스가 밀폐케이스(7)의 내부 또는 실린더(13)내로 새는 것을 방지하고 있다.
가스흡입통로(25)의 다른쪽은 제9도에 도시한 바와 같이 편심축부(27,29)의 외부둘레면에 180도의 위상차를 가지고 설치된 흡입포트(47)와 연통되며, 흡입포트(47)는 각 롤러(31,33)에 설치된 연동포트(49)를 통하여 각 팽창실(39,39)과 연통 가능하게 되어 있다.
흡입포트(47) 및 연통포트(49)는 편심축부(27,29)가 회전하며 , 흡입포트(47)와 연통포트(49)가 서로 대향하여 합쳐져서 고압가스가 팽창실(39)내로 보내지는 유입 타이밍 제거수단(51)을 구성하고 있다.
각 흡입포트(47)는 운전 정지시에 있어서, 연통포트(49)에 대해 소정각도의 위치로 어긋나서 닫혔을때, 바이패스 통로(103)와 연통하고 있다.
바이패스통로(103)는 주베어링부재(21)측과 부베어링부재(23)측에 각각 설치되고 바이패스통로(103)의 한쪽은 팽창실(39)내와 연통하고, 다른쪽은 상기 가스흡입통로(25)와 연통하고 있다.
이것에 의해 각 흡입포트(47)가 어느 한쪽의 각도위치에서 정지해도 팽창실(39)과 가스흡입통로(25)와의 연통상태가 확보되어 있다.
제11도에서 제13도는 편심축부(27,29)의 외부둘레면상에 바이패스통로(105)를 설치한 롤러카트방식의 실시형태를 나타낸 것이다. 제1실린더(13)측이 되는 편심축부(27)에 설치된 바이패스통로(105)는 중심축선을 0로 하여 소정각도 θ S1편위한 위치의 흡입포트(47)로부터 흡입영역이 거의 180도가 되도록 소정각도 θ S3의 영역에 걸쳐 설치되어 있다.
제2실린더(15)측이 되는 편심축부(29)에 설치된 바이패스통로(105)는 제1실린더(13)측의 바이패스통로(105)와 180도 벗어난 위치에서 중심축선을 0로 하고 소정각도 θS4편위한 위치의 흡입포트(47)로부터 흡입영역이 거의 180도가 되도록 소정각도 θ S6의 영역에 걸쳐 설치되어 있다. 이것에 의해 제23도에 나타낸 바와 같이 흡입포트(47)가 어느 한쪽의 각도위치에서 정지해도 팽창실(39)과 가스흡입통로(25)와의 연통상태가 확보되고 고압가스의 흡입이 가능하게 된다.
이 경우 제14도에서 제16도에 나타낸 바와 같이 편심축부(27,29)사이에 끼워 맞춰지고 편심축부(27,29)에 의해 편심회전이 부여되는 각 롤러(31,33)의 내부둘레 벽면에 바이패스통로(105)를 설치해도 좋다.
각 바이패스통로(105)는 180도의 위상차를 가지고 연통포트(49)로부터 거의 180도의 영역에 따라 설치되어 있다. 이에 따라 어느 한쪽 위치에서 정지해도 바이패스통로(105)를 통해 흡입포트(47)와 연통포트(49)와의 연통상태가 확보되게 되어 있다.
제17도에서 제19도는 주베어링부재(21) 및 부베어링부재(23)의 내부둘레벽면에 바이패스통로(107)를 설치한 새도우카트방식의 실시형태를 나타낸 것이다. 바이패스통로(107)는 한쪽이 축(19)에 설치된 연결구(109)를 통해 가스흡입통로(25)와 연통하고, 다른쪽은 팽창실(39)내와 서로 연통하여 합쳐지는 흡입구(111)를 통해(39)와 연통하고 있다.
주베어링부재(21)측의 바이패스통로(107)와, 부베어링부재(23)측의 바이패스통로(107)는 유입구(111)로부터 180도 위상차를 가지며, 각 바이패스통로(107)의 흡입영역이 거의 180도가 되도록 설정되어 있다.
이 경우 제20도에서 제22도에 나타낸 바와 같이 주베어링부재(21) 및 부베어링부재(23)사이에 끼워 맞춰지는 축(19)측에 바이패스통로(107)를 설치하도록 해도 좋다.
이 실시형태의 바이패스통로(107)에 있어서는 한쪽은 새도우유입구(113)를 통해 가스흡입통로(25)와 연통하고 있다. 다른쪽은 제18도, 제19도에 나타낸 바와 같이 주베어링부재(21) 및 부베어링부재(23)에 설치된 유입구(111)를 통해 팽창실(39)과 연통해서 합쳐지는 형상으로 되어 있다.
한편, 제1, 제2실린더(13,15)는 토출포트(55)를 각각 가지며, 제1실린더(13)측의 토출포트(55)에 있어서는 주베어링릭부재(21)측에 제2실린더(15)측의 토출포트(55)에 있어서는 부베어링부재(23)측에 각각 설치되어 있다.
제1실린더(13)측의 토출포트(55)는 머플러실(57)내로 향하고 머플러실(57)로부터 밀폐케이스(7)내를 통하여 상기 토출관(5)과 연통하고 있다. 제2실린더(15)측의 토출포트(55)는 제2실린더(15), 중간칸막이(17), 제1실린더(13)를 관통한 관통구멍(59)을 통해 머플러실(57)내로 향하고, 머플러실(57)로부터 밀폐케이스내를 통해 상기 토출관(5)과 연통하고 있다.
압축기(11)는 상기 제1실시형태와 동일하기 때문에 동일부호를 달아 상세한 설명을 생략한다.
이러한 실시형태의 롤링 피스톤식 팽창기(1)에 의하면 팽창기(9)의 각 롤러(31,33)의 편심회전에 의해 고압가스는 흡입포트(47)로부터 흡입되고 제24도에 나타낸 바와 같이 흡입개시→흡입종료→팽창개시→팽창종료가 되고 배기행정을 통해 다시 흡입개시로 돌아가는 행정을 반복하게 된다. 이 때 축(19)에 부여된 회전동력은 압축기(11)의 주축(63)를 구동하고, 압축기(11)의 롤러(69)에 편심회전을 부여한다. 이것에 의해 흡입포트(47)로부터 보내진 작동가스는 압축되고, 토출관(5)으로부터 토출된 후, 흡입관(70)으로 돌아오는 냉동사이클을 반복되게 된다.
한편, 운전을 정지하면 팽창기(9)측의 각 흡입포트(47)는 연통포트(49)와 위치가 벗어난 닫힌 상태에 놓이지만 바이패스통로(103)를 통해 흡입포트(47)와 팽창실(39)과의 연통상태가 확보된다.
따라서, 보조모터가 없어도 운전개시와 동시에 고압가스는 팽창실(39)내로 보내지고 흡입개시→흡입종료→팽창개시→팽창종료의 행정이 실시되게 된다.
제25도에서 제31도는 운전개시 일정시간경과 후에 바이패스통로(103)를 닫는 실시형태를 나타낸 것이다.
이 실시형태에 있어서는 한쪽이 가스흡입통로(25)와, 다른쪽이 팽창실(39)내와 연통하는 바이패스통로(103)를 주베어링부재(21) 및 부베어링부재(23)측에 각각 설치된 것이다.
바이패스통로(103)가 설치된 주베어링부재(21)측과 부베어링부재(23)측에는 상기 바이패스통로(103)를 개폐하는 개폐제어밸브(117)가 설치되어 있다.
개폐제어밸브(117)는 제28도에 나타낸 바와 같이 팽창기운전검지수단(119)로부터의 검지신호에 의거 작동제어된다. 즉, 팽창기운전검지수단(119)는 작동가스의 온도를 검지하는 온도센서로부터의 신호, 또는 작동가스의 압력을 검지하는 압력센서로부터의 신호, 또는 팽창기(9)의 회전수 검지센서로부터의 신호, 또는 팽창기(9)측 또는 압축기(11)측의 작동가스의 압력을 검지하는 압력검지센서로부터의 신호가 있고, 검지신호에 의거 개폐제어 밸브(117)를 닫도록 기능한다.
그외에 예를들면 제29도, 제30도, 제31도에 나타낸 바와 같이 개폐제어밸브(117)에 토출관(5)이 유도되는 작동가스의 온도로 변화하는 형상기억합금으로 된 부세스프링(121)을 장착하고, 일정시간 운전경과후에 작동가스의 온도로 부세스프링(121)이 작동하고, 바이패스통로(103)를 개폐제어밸브(117)에 의해 닫도록 하는 수단으로 해도 좋다.
이 경우, 형상기억합금의 부세스프링(121)과 함께, 온도에 의해 작동변화하는 바이메탈대응의 부세스프링으로 하는 수단으로 하는 것도 가능하다.
또한, 제28도, 제30도는 팽창기 운전검지수단(119)을 구비한 전체의 사이클선도를 나타낸 것으로, 제7도의 사이클선도와, 동일구성요소에는 동일부호를 달아 설명한다.
도면에 있어서, (7)이 압축기(11) 및 팽창기(9)가 조립되어 넣어지는 밀폐케이스를 나타내고 있고, 압축기(11)를 통하는 냉동사이클(81)과, 팽창기(9)를 통하는 랜킨사이클(83)이 구성되도록 되어 있다.
랜킨사이클(83)은 밀폐케이스(7)의 토출관(5)으로부터 토출된 작동가스가 열회수부(85)→콘덴서 등의 열교환기(87)→리퀴드탱크(89)로 보낸다.
리퀴드탱크(89)로부터 고압펌프(91)→열회수부(85)→가열장치부착 증발기(93)→4방향밸브(95)를 통해 팽창기(9)의 흡입관(3)으로 돌아오는 순환을 반복하게 된다. 이 랜킨사이클(83)에 있어서 작동가스는 고압펌프(91)를 통과함으로써 고압이 되고 고압가스는 열회수부(85) 및 증발기(93)를 통과할 때 열이 부여되게 된다. 또한, 가열장치부착 증발기(93)의 출구측에는 고압가스가 열회수부(85)로 돌아가는 제1, 제2개폐제어밸브(123,125)가 설치되어 있다.
냉동사이클(81)은 밀폐케이스(7)의 토출관(5)으로부터 토출된 작동가스가 열회수부(85)→콘덴서 등의 열교환기(87)→리퀴드탱크(89)로 흐른다.
리퀴드탱크(89)까지는 랜킨사이클(83)과 동일한 흐름이 된다. 리퀴드탱크(89)로부터 팽창밸브(97)→이베퍼레이터 등의 열교환기(99)→4방향밸브(95)→어큐믈레이터(101)를 통해 압축기(11)의 흡입관(70)으로 돌아오는 순환을 반복하게 된다. 이 냉동사이클(81)에 있어서 공기가 이베퍼레이터 등의 열교환기(99)를 통과할 때에 열교환되고, 냉각되게 된다.
또한, 4방향밸브(95)의 출구측에는 냉동사이클과 랜킨사이클간을 연결하는 통로(127)내에 제3개폐제어밸브(129)가 설치되어 있다.
개폐제어밸브(117) 및 제1, 제2, 제3개페제어 브(123,125,129)의 동작을 제31도에 나타낸 플로우차트에 의거 설명한다.
스타트(스텝 S1)으로부터 동작모드(1)에 들어간다(스텝 S2). 동작모드(1)에서는 개폐제어밸브(117)와, 제2, 제3 개폐제어 밸브(125,129)를 닫고, 제1개폐제어밸브(123)를 개방하고, 고압펌프(91)를 온으로 한다(스텝 S3). 고압펌프(91)의 온에 의해 증발기(93)를 통과하는 출구측의 작동가스의 출구압력 PO와 설정압 P를 비교한다(스텝 S4).
스텝 S4에 있어서, 설정압력 P보다 출구압력이 높다고 판단되면 다음의 동작모드(2)에 들어간다(스텝 S5). 동작모드(2)에서는 개폐제어밸브(117)와 제2개페제어밸브(125)를 개방하고, 제1개폐제어밸브(123)와 제3 개폐제어밸브(129)를 닫는다. 이것에 의해 고압가스는 바이패스통로(103)을 통해 팽창실(39)내로 흐르고 흡입개시→흡입종료→팽창개시→팽창종료가 되는 배기행정을 거쳐 흡입개시로 돌아가는 사이클을 반복하는 운전으로 들어간다. 운전이 안정운전에 들어가고 예를들면 팽창기(9)의 회전수 N을 검지센서가 검지하고, 소정의 회전수에 도달했다고 판단(스텝 S6)되면 동작모드(3)로 들어간다(스텝 S7). 동작모드(3)에서는 개폐제어밸브(117)와 제1, 제3개폐제어밸브(123,129)를 닫고, 제2개폐제어밸브(125)를 개방하고, 바이패스통로(103)가 닫힌 상태의 정격운전으로 들어(스텝 S8)가도록 된다.
따라서, 이 실시형태에 의하면 초기운전개시용의 바이패스통로(103)는 일정시간 운전후에 닫기 때문에 안정된 팽창기의 운전상태를 얻을 수 있다.
이상, 설명한 바와같이 본 발명의 롤링 피스톤식 팽창기에 의하면 보조모터를 사용하지 않고 팽창기의 초기운전이 실시되도록 된다. 따라서 장치 전체의 소형, 경량화가 도모됨과 동시에 조립성, 비용면에서 대단히 바람직한 것이 된다. 또한, 초기운전개시용의 바이패스통로를 닫을 수 있기 때문에 안정된 팽창기의 운전이 실시되게 된다.

Claims (10)

  1. 흡입관 및 토출관을 가진 밀폐케이스내에 설치된 실린더; 상기 실린더 내에 편심회전 자유롭게 설치되며, 흡입포트 및 토출포트와 연통 가능한 팽창실을 형성하는 롤러; 상기 롤러를 편심회전자유롭게 지지하는 축; 팽창실내로 보내지는 흡입가스의 유입 타이밍을 제어하는 유입 타이밍 제어수단 ; 및 상기 유입 타이밍 제어수단에 의한 유입 타이밍이 닫힐 때 팽창실내로 고압가스를 공급하는 가스공급수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 롤링 피스톤식 팽창기.
  2. 흡입관 및 토출관을 가진 밀폐케이스내에 설치되며, 다 실린더를 구성하는 복수의 실린더; 상기 각 실린더내에 편심 회전 자유롭게 설치되며, 흡입포트 및 토출포트와 연통 가능한 팽창실을 형성하는 각 롤러; 상기 각 롤러를 편심 회전 자유롭게 지지하는 축; 상기 각 팽창실내로 보내지는 흡입가스의 유입 타이밍을 제어하는 유입 타이밍 제어수단; 및 상기 유입 타이밍제어 수단에 의한 유입 타이밍이 닫혔을때, 어떤 한쪽의 팽창실내로 고압가스를 공급하는 가스공급수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤식 팽창기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가스공급수단은 각 팽창실의 흡입가스 유입 개구각을 180도 이상을 가지고 조합시키는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤식 팽창기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스공급수단은 유입 타이밍 제어수단에 의한 유입 타이밍이 닫혔을때, 팽창실내로 고압가스를 유도하는 바이패스통로인 것을 특징으로 하는 롤링피스톤식 압축기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 바이패스 통로는 롤러에 편심 회전을 부여하는 편심축부의 외부둘레면상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤식 팽창기.
  6. 제4항에 있어서, 상기 바이패스 통로는 편심축부에 의해서 편심회전이 부여되는 롤러의 내부둘레 벽면에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 롤링피스론식 팽창기.
  7. 제4항에 있어서, 상기 바이패스 통로는 축의 외부둘레면상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤식 팽창기.
  8. 제4항에 있어서, 상기 바이패스 통로는 축을 회전 자유롭게 지지하는 베어링부재의 외부둘레면상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤식 팽창기.
  9. 제4항에 있어서, 상기 바이패스 통로는 바이패스 통로를 개폐하는 개폐수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤식 팽창기.
  10. 바이패스통로를 개폐하는 개폐수단은 팽창기 운전 검지수단으로부터의 검지신호에 의거하여 바이패스통로를 닫게 하는 것을 특징으로 하는 롤링피스톤식 팽창기.
KR1019960033649A 1995-08-14 1996-08-14 롤링피스톤식 팽창기 KR100189001B1 (ko)

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