KR100493320B1

KR100493320B1 - 로터리 압축기

Info

Publication number: KR100493320B1
Application number: KR10-2003-0030311A
Authority: KR
Inventors: 노철기; 김종봉; 박경준; 장창용; 배지영; 고영환
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2005-06-07
Also published as: KR20040097825A

Abstract

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는 서로 다른 압축 용량을 위한 운전이 가능하도록 함과 더불어 각 압축 용량별 각종 구성 부품의 정확한 위치 변경이 이루어질 수 있도록 한 구조를 제공하고자 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 압축실을 형성하며, 압축 공간과 흡입 공간을 구획하도록 베인을 가지는 실린더부; 상기 실린더부의 상하측에 각각 구비되며, 상기 압축실을 밀폐하는 상부 베어링 및 하부 베어링; 상기 실린더부와 상기 상부 베어링 및 하부 베어링을 관통하여 설치되며, 둘레면에는 편심부를 가지는 크랭크축; 상기 편심부에 장착되어 상기 압축실 내부를 공전하면서 냉매를 압축하는 롤러; 상기 압축실 내부와 연통되도록 형성되며, 압축된 냉매가 토출되는 적어도 하나 이상의 토출포트; 상기 압축실 내부의 서로 다른 두 위치를 통해 선택적으로 냉매를 제공하는 적어도 하나 이상의 흡입포트를 가지는 밸브 어셈블리; 그리고, 상기 밸브 어셈블리의 동작을 보조하는 동작 보조 수단:을 포함하는 로터리 압축기가 제공된다.

Description

로터리 압축기{rotary compressor}

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는 서로 다른 압축 용량을 위한 운전이 가능하도록 함과 더불어 각 압축 용량별 각종 구성 부품의 정확한 위치 변경이 이루어질 수 있도록 한 로터리 압축기의 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 압축기는 전기모터나 터빈 등의 동력 발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 특수 가스에 압축일을 가함으로써, 작동유체의 압력을 높여주는 기계이다. 이러한 압축기는 공기조화기 분야나 냉장고 분야 등의 일반적인 가전제품에서부터 플랜트 산업에까지 널리 사용된다.

이러한 압축기는 압축을 이루는 방식에 따라 용적형 압축기(positive displacement compressor)와 터보형 압축기(dynamic compressor or turbo compressor)로 분류된다.

이 중에서도, 산업 현장에 널리 쓰이는 것은 용적형 압축기으로서, 체적의 감소를 통해 압력을 증가시키는 압축방식을 갖는다. 상기 용적용 압축기는 다시 왕복동식 압축기(reciprocating compressor)와 로터리 압축기(rotary compressor)로 분류된다.

상기 왕복동식 압축기는 실린더 내부를 직선 왕복운동하는 피스톤에 의해 작동유체를 압축하는 것으로서, 비교적 간단한 기계요소로 높은 압축효율을 생산하는 장점이 있다. 그 반면에, 상기 왕복동식 압축기는 피스톤의 관성으로 인해 회전속도에 한계가 있으며, 관성력으로 인해 상당한 진동이 발생하는 단점이 있다.

상기 로터리 압축기는 실린더 내부를 편심된 채로 공전하는 롤러에 의해 작동유체를 압축하는 것으로서, 상기 왕복동식 압축기에 비해 저속으로 높은 압축효율을 생산할 수 있다. 따라서, 상기 로터리 압축기는 진동과 소음이 적게 발생하는 장점이 있다.

그러나, 종래 로터리 압축기는 전술한 장점을 가짐에도 불구하고, 구조적인 한계로 인해 상기 롤러가 양 방향으로 공전하는 것이 불가능하였다. 즉, 종래 로터리 압축기는 실린더와 통하는 흡입포트와 토출포트가 각각 하나씩만 형성되어 있으며, 상기 롤러는 흡입구측에서 토출구측으로 상기 실린더의 내주면을 따라 구름 운동하면서 작동유체(예컨대, 냉매)를 압축한다. 따라서, 상기 롤러가 반대방향으로(토출구측에서 흡입구측으로) 구름 운동할 경우, 작동유체의 압축이 불가능할 수 밖에 없었다.

또한, 종래 로터리 압축기는 전술한 구조로 인해 압축용량을 가변하는 것이 불가능하였다. 최근에, 공기조화기 등의 다양한 운전조건에 대응하기 위해 압축용량을 가변할 수 있는 압축기가 등장하고 있다. 그러나, 종래 로터리 압축기는 하나의 압축용량을 가질 수 밖에 없기 때문에, 그 적용폭이 상당히 좁을 수 밖에 없었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 서로 다른 압축 용량을 위한 운전이 가능하도록 한 로터리 압축기를 제공함과 더불어 각 압축 용량별 운전 모드로의 전환시 그 전환에 관련된 부품의 정확한 동작이 이루어질 수 있도록 한 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 압축실을 형성하며, 압축 공간과 흡입 공간을 구획하도록 베인을 가지는 실린더부; 상기 실린더부의 상하측에 각각 구비되며, 상기 압축실을 밀폐하는 상부 베어링 및 하부 베어링; 상기 실린더부와 상기 상부 베어링 및 하부 베어링을 관통하여 설치되며, 둘레면에는 편심부를 가지는 크랭크축; 상기 편심부에 장착되어 상기 압축실 내부를 공전하면서 냉매를 압축하는 롤러; 상기 압축실 내부와 연통되도록 형성되며, 압축된 냉매가 토출되는 적어도 하나 이상의 토출포트; 상기 압축실 내부의 서로 다른 두 위치를 통해 선택적으로 냉매를 제공하는 적어도 하나 이상의 흡입포트를 가지는 밸브 어셈블리; 그리고, 상기 밸브 어셈블리의 동작을 보조하는 동작 보조 수단:을 포함하여 구성된 로터리 압축기를 제시한다.

이하, 도시한 도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명에 따른 로터리 압축기의 각 실시예를 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

먼저, 본 발명의 각 실시예에 따른 압축기는 외관을 이루는 케이스(도시는 생략됨) 내에 실린더부(100)와, 상부 베어링(210) 및 하부 베어링(220)과, 크랭크축(300)과, 롤러(400)와, 토출포트와, 밸브 어셈블리와, 동작 보조 수단이 포함되어 구성된다.

여기서, 상기 실린더부(100)는 냉매의 압축이 이루어지는 압축실(101)을 형성하며, 그 내주면에는 베인(110)이 내향 돌출 가능하게 탄력 설치된다.

이 때, 상기 베인(110)은 항상 롤러(400)의 외주면에 접촉됨으로써 상기 실린더부(100)의 압축실(101) 내부에서의 냉매 압축시 상기 냉매의 압축되는 공간과 압축 대상 냉매가 흡입되는 공간이 서로 구획될 수 있도록 동작된다.

그리고, 상기 상부 베어링(210) 및 하부 베어링(220)은 상기 실린더부(100)의 상하측에 각각 구비되며, 상기 압축실(101)을 외부로부터 밀폐함과 더불어 크랭크축(300)을 지지한다.

이 때, 상기 하부 베어링(220)의 면상에는 제1연통공(221) 및 제2연통공(222)이 각각 관통 형성되며, 도시된 바와 같이 상기 제1연통공(221) 및 제2연통공(222)은 실린더부(100)에 장착되는 베인(110)의 설치 위치를 기준으로 좌측편 및 우측편 공간상에 각각 형성된다.

특히, 상기 제1연통공(221)은 상기 베인(110)의 일측편(도면상 좌측편) 공간 중 상기 베인(110)과 인접된 위치에 형성되고, 상기 제2연통공(222)은 상기 베인의 타측편(도면상 우측편) 공간 중 상기 베인(110)으로부터 임의의 위상차를 가지도록 형성된다.

여기서, 상기 베인(110)과 각각의 연통공(221,222)간 위상차는 해당 압축기가 요구하는 냉매 압축비에 따라 달라진다.

예컨대, 대용량 압축비에 대한 운전이 베인(110)에 가장 근접된 상기 제1연통공(221)을 통해 이루어진다고 가정할 때, 상기 대용량 압축비로의 운전 및 상기 대용량 압축비의 1/2 보다는 큰 압축비로의 운전을 동시에 수행될 수 있는 압축기를 원할 경우 상기 베인(110)으로부터 제2연통공(222)에 이르기까지의 위상차는 대략 180°이내가 되고, 상기 대용량 압축비로의 운전 및 상기 대용량 압축비의 1/2 보다는 작은 소용량 압축비로의 운전을 동시에 수행될 수 있는 압축기를 원할 경우 베인(110)으로부터 제2연통공(222)에 이르기까지의 위상차는 대략 180°를 초과하도록 형성된다.

또한, 상기한 하부 베어링(220)의 저부에는 상기 각 연통공(221,222)과 연통된 상태로 임의의 냉매 가스 저장 공간을 가지는 냉매 저장부(500)가 구비된다.

여기서, 상기 냉매 저장부(500)는 압축기의 외부 예컨대, 어큐뮬레이터(도시되지는 않음)로부터 냉매관(11)을 통해 유입된 냉매가 저장된다.

이 때, 상기 냉매관(11)은 실린더(100)의 측부로부터 상기 실린더(100)의 저면을 관통하도록 형성된 제1관통홀(102) 및 상기 하부 베어링(220)의 둘레부위를 관통하여 형성된 제2관통홀(224)을 통해 상기 냉매 저장부(500)와 연통된다.

물론, 도시하지는 않았지만 상기한 냉매 저장부(500)를 별도로 형성하지 않고 어큐물레이터로부터 냉매가 유입되는 냉매관이 상기 하부 베어링(220)의 각 연통공(221,222) 혹은, 밸브 어셈블리 등에 직접 연결되도록 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 크랭크축(300)은 상기 실린더부(100)와 상기 상부 베어링(210) 및 하부 베어링(220)을 관통하여 설치되며, 둘레면에는 상기 압축실(101) 내부에서 편심 회전하는 편심부(310)가 형성된다.

그리고, 상기 롤러(400)는 상기 편심부(310)의 둘레면에 장착되며, 상기 편심부(310)에 의한 편심 회전을 수행하면서 상기 압축실(101) 내부의 냉매를 압축한다.

그리고, 상기 토출포트는 상기 압축실(101) 내부와 연통되도록 형성되어 압축된 냉매가 압축실(101) 외부로 토출되도록 유동을 안내하며, 실린더부(100)의 내벽면상에 적어도 하나 이상 형성된다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 토출포트(610,620)가 두 개로 형성되며, 베인(110)에 의해 구획된 두 공간 중 상기 베인(110)과는 최대한 인접된 위치에 각각 형성되도록 한다.

이 때, 상기 각 토출포트(610,620)은 소용량 냉매 압축비로 압축된 냉매가 토출되는 제1토출포트(610)와, 대용량 냉매 압축비로 압축된 냉매가 토출되는 제2토출포트(620)가 포함된다.

또한, 상기의 각 토출포트(610,620)에는 개폐밸브(611,621)가 각각 구비되며, 상기 각 개폐밸브(611,621)는 각 토출포트(610,620)를 통해 토출되는 냉매의 압력이 설정된 압력 이상일 경우에만 개방되도록 구비된다.

그리고, 상기 밸브 어셈블리는 상기 실린더부(100)와 상기 상부 베어링(210) 혹은, 상기 실린더부(100)와 상기 하부 베어링(220) 사이에 구비되어 각 모드별(예컨대, 대용량 압축비로의 운전을 위한 모드 및 소용량 압축비로의 운전을 위한 모드 등)로 서로 다른 양의 냉매를 압축하기 위해 냉매가 흡입되는 제1흡입포트(710)를 가진다.

이러한 밸브 어셈블리는 크게 판상의 고정 밸브(810)와 회전 밸브(820)가 포함된다.

이 때, 상기 고정 밸브(810)는 상기 실린더부(100)와 상기 하부 베어링(220) 사이의 외측에 고정되고, 그 내주면의 임의 부위에는 수용홈(811)이 요입 형성되며, 상기 수용홈(811)은 상기 회전 밸브(820)의 회전거리를 제한하게 된다.

또한, 상기 회전 밸브(820)는 상기 실린더부(100)와 상기 하부 베어링(220) 사이의 내측인 상기 고정 밸브(810)의 내측에 회전 가능하게 구비되며, 그 외주면의 임의 부위에는 상기 고정 밸브(810)의 수용홈(811)에 수용되는 돌출턱(821)이 돌출 형성된다.

이 때, 제1흡입포트(710)는 상기 회전 밸브(820)의 면상을 관통하도록 형성되며, 상기 제1흡입포트(710)는 상기 하부 베어링(220)의 제1연통공(221) 및 제2연통공(222)과 선택적으로 연통된다.

예컨대, 상기한 제1흡입포트(710)는 대용량 압축비로의 운전을 위한 모드시 상기 하부 베어링(220)의 제1연통공(221)과 연통되고, 소용량 압축비로의 운전을 위한 모드시 상기 하부 베어링(220)의 제2연통공(222)과 연통되는 위치에 형성된다.

여기서, 상기 고정 밸브(810)에 형성되는 수용홈(811)의 형성 위치 및 형성 길이는 도면상 상기 회전 밸브(820)가 반시계방향으로 회전(대용량 압축비로의 모드로 운전)될 경우 상기 회전 밸브(820)의 제1흡입포트(710)가 하부 베어링(220)의 제1연통공(221)과 연통된 위치에 고정될 수 있도록 설정됨과 더불어 상기 회전 밸브(820)가 시계방향으로 회전(소용량 압축비로의 운전을 위한 모드로 운전)될 경우 상기 회전 밸브(820)의 제1흡입포트(710)가 하부 베어링(220)의 제2연통공(222)과 연통된 위치에 고정될 수 있도록 설정된다.

물론, 도시하지는 않았지만 상기 회전 밸브(820)의 외주면에 수용홈을 형성함과 동시에 상기 고정 밸브(810)의 내주면에는 상기 수용홈에 수용되는 돌출턱을 형성할 수도 있다.

또한, 상기한 회전 밸브(820)는 롤러(400)의 편심 회전이 이루어질 경우 상기 롤러(400)의 저면과 상기 회전 밸브(820)의 상면 사이에 존재하는 오일과의 점성력에 의해 상기 롤러(400)의 회전방향으로 회전되도록 장착된다.

하지만, 상기 롤러(400)와 상기 회전 밸브(820) 사이의 점성력이 상기 회전 밸브(820)와 하부 베어링(220) 사이의 점성력에 비해 작다면 상기 롤러(400)의 회전에도 불구하고 상기 회전 밸브(820)의 회전이 이루어지지 않을 수 있다.

특히, 상기 회전 밸브(820)의 회전 거리가 길게 이루어짐을 고려한다면 오작동 즉, 회전 밸브(820)가 완전히 회전되지 못하여 제1흡입포트(710)가 폐쇄되거나 혹은, 일부만 개방될 수 있다는 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 롤러(400)의 회전이 시작될 경우 상기 회전 밸브(820)를 강제 회전시키기 위해 동작 보조 수단을 제공하고 있으며, 상기 동작 보조 수단은 회전 밸브(820)의 상면에 별도로 형성된 걸림홈(822)에 선택적으로 삽입될 수 있도록 구성된다.

여기서, 상기 걸림홈(822)은 상기 회전 밸브(820)의 상면 중 상기 편심부(310)의 회전 경로(혹은, 상기 편심부와 접촉되는 부위)를 따라 적어도 하나 이상 형성됨과 더불어 상기 동작 보조 수단은 상기 편심부(310)에 제공된다.

이 때, 상기 동작 보조 수단은 상기 편심부(310)의 상단에서부터 그 저면을 관통하여 형성된 장착홀(311)과, 상기 장착홀(311) 내에 이동 가능하게 삽입된 걸림키(312)가 포함된다.

상기 장착홀(311)은 상기 편심부(310)의 상측으로 갈수록 외향 경사지게 형성되며, 상기 걸림키(312)는 상기 장착홀(311) 내에 구비된 탄성 부재(313)에 의해 탄력 장착된다.

특히, 상기 걸림키(312)의 끝단(저면) 모서리 부위는 내향 경사지게 형성되거나 라운드지게 형성되어 회전 밸브(820)가 원하는 위치로의 회전이 이루어졌을 경우 계속적인 마찰에 의한 상기 회전 밸브(820)의 손상됨이 최대한 방지되도록 한다.

이하, 전술한 바와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 동작 과정을 도시한 도 2a 내지 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

이 때, 본 발명의 로터리 압축기는 고용량의 냉매 압축을 수행하는 운전 모드와, 저용량의 냉매 압축을 수행하는 운전 모드를 선택적으로 수행할 수 있으며, 이러한 각 운전 모드별 동작 과정에 대하여 각각 설명하기로 한다.

먼저, 로터리 압축기가 고용량의 냉매 압축을 위해 사용된다면 도시한 도 2a 내지 도 4와 같이 크랭크축(300)을 반시계방향으로 회전시킴으로써 고용량의 냉매 압축을 위한 운전 모드로 운전된다.

이 때, 동작 보조 수단을 이루는 걸림키(312)는 도시한 도 2a와 같이 자체 중량에 의해 편심부(310)의 장착홀(311)을 관통하여 회전 밸브(820)의 걸림홈(822) 내에 걸려있는 상태이기 때문에 상기 회전 밸브(820)는 상기 걸림키(312)에 의해 상기 크랭크축(300)이 회전되는 방향과 동일한 방향으로 회전된다.

그리고, 상기 회전 밸브(820)가 회전되는 과정에서 상기 회전 밸브(820)의 둘레면에 형성된 돌출턱(821)은 고정 밸브(810)의 수용홈(811)을 따라 회전되며, 상기 돌출턱(821)이 상기 수용홈(811)의 일측 끝단(반시계방향측의 끝부분)에 도달된다면 상기 회전 밸브(820)의 회전은 정지된다.

이 때, 상기 걸림키(312)는 계속적인 편심부(310)의 회전에 의해 회전되려고 하지만 회전 밸브(820)가 고정된 상태를 이루기 때문에 장착홀(311) 내의 탄성 부재(313)를 가압하면서 상향 이동된다. 이의 상태는 도시한 도 2c와 같다.

만일, 상기 편심부(310)가 1회전하여 상기 걸림키(312)가 상기 걸림홈(822)의 위치에 도달된다면 탄성 부재(313)의 복원력에 의해 다시 하향 이동되며, 이러한 과정은 상기 걸림키(312)가 원심력을 적용받을 때 까지 반복적으로 이루어진다.

그리고, 전술한 과정의 반복에 의해 상기 걸림키(312)가 원심력의 적용을 받게 된다면 장착홀(311)의 상부로 점차 상향 이동된다.

이 때, 장착홀(311)은 상측으로 갈수록 외향 경사지게 형성되어 있기 때문에 상기 걸림키(312)는 보다 빨리 원심력을 적용 받아 상승된다.

그리고, 전술한 바와 같이 회전 밸브(820)가 반시계 방향으로 회동되었을 경우 상기 회전 밸브(820)에 형성된 제1흡입포트(710)는 도시한 도 4와 같이 하부 베어링(220)에 형성된 제1연통공(221)의 위치와 일치되면서 상기 하부 베어링(220) 저부의 냉매 저장부(500)와 연통된다.

이 때, 하부 베어링(220)의 제2연통공(222)은 폐쇄된 상태이다.

따라서, 냉매 저장부(500)에 저장되어 있던 냉매는 압축실(101) 내부와의 압력 차이로 인해 상기 제1흡입포트(710)를 통해 상기 압축실(101) 내부로 유입되고, 계속해서 롤러(400)가 크랭크축(300) 및 편심부(310)의 회전과 함께 편심회전되면서 도시한 도 3a 내지 도 3c와 같이 상기 유입된 냉매를 점차 압축하게 된다.

이의 과정에서, 상기 도 3c와 같이 상기 냉매의 압축이 완전히 이루어진다면 도면상 베인(110)의 우측편에 위치된 제2토출포트(620)의 개방이 이루어지면서 상기 압축된 냉매가 압축실(101) 외부로 토출된다. 이 때, 상기 베인(110)의 좌측편에 위치된 제1토출포트(610)는 계속적으로 폐쇄된 상태를 유지한다.

전술한 일련의 과정은 압축기의 동작이 정지되거나 크랭크축(300)의 역방향 회전이 이루어지기 전까지 계속적으로 이루어진다.

만일, 전술한 고용량의 냉매 압축을 위한 운전 모드로 운전되는 도중 혹은, 정지된 상태에서 사용자의 필요나 별도의 제어에 의해 저용량의 냉매 압축을 위한 운전 모드로 운전된다면 크랭크축(300)은 시계방향으로 회전된다.

이 때, 동작 보조 수단을 이루는 걸림키(312)는 도시한 도 5a와 같이 자체 중량에 의해 편심부(310)의 장착홀(311)을 관통하여 회전 밸브(820)의 걸림홈(822) 내에 걸려있기 때문에 상기 회전 밸브(820)는 상기 걸림키(312)에 의해 상기 크랭크축(300)이 회전되는 방향과 동일한 방향으로 회전된다.

그리고, 상기 회전 밸브(820)가 회전되는 과정에서 상기 회전 밸브(820)의 둘레면에 형성된 돌출턱(821)은 고정 밸브(810)의 수용홈(811)을 따라 회전되며, 상기 돌출턱(821)이 상기 수용홈(811)의 타측 끝단(시계방향측의 끝부분)에 도달될 경우 회전 밸브(820)의 회전이 정지된다.

이 때, 상기 걸림키(312)는 장착홀(311) 내의 탄성 부재(313)를 가압하면서 상향 및 하향 이동됨을 반복한다. 이와 함께, 계속적인 크랭크축의 회전에 의해 상기 걸림키(312)는 원심력을 적용받으면서 도시한 도 5c와 같이 상향 이동된다.

그리고, 전술한 바와 같이 회전 밸브(820)가 시계 방향으로 회동되었을 경우 상기 회전 밸브(820)에 형성된 제1흡입포트(710)는 도시한 도 7과 같이 하부 베어링(220)에 형성된 제2연통공(222)의 위치와 일치되면서 상기 하부 베어링(220) 저부의 냉매 저장부(500)와 연통된다.

이 때, 상기 하부 베어링(220)의 제1연통공(221)은 폐쇄된 상태를 이룬다.

따라서, 도시한 도 6a와 같이 상기 제1흡입포트(710)를 통해 냉매 저장부(500)에 저장되어 있던 냉매가 압축실(101) 내부로 유입되고, 계속해서 롤러(400)의 측면이 상기 제1흡입포트(710)를 지나는 시점에서부터 상기 압축실(101) 내부로 유입된 냉매의 실질적인 압축이 시작된다.

이 때, 상기 롤러(400)는 크랭크축(300) 및 편심부(310)의 회전과 함께 편심회전되면서 도 6b 및 도 6c와 같이 상기 유입된 냉매를 점차 압축하게 된다.

이의 과정에서, 상기 도 6c와 같이 상기 냉매의 압축이 완전히 이루어진다면 도면상 베인(110)의 좌측편에 위치된 제1토출포트(610)의 개방이 이루어지면서 상기 압축된 냉매가 압축실(101) 외부로 토출된다. 이 때, 상기 베인(110)의 우측편에 위치된 제2토출포트(620)는 계속적으로 폐쇄된 상태를 유지한다.

한편, 본 발명의 로터리 압축기는 전술한 제1실시예와 같이 회전 밸브(820)에 형성되는 흡입포트의 개수가 단지 하나인 형태로만 한정되지는 않는다.

즉, 본 발명의 제2실시예로 제시되고 있는 도시한 도 8a 내지 도 11과 같이 상기 흡입포트는 2개로 형성될 수도 있다.

이 때, 상기 어느 한 흡입포트(이하, 제2흡입포트라 한다)(720)는 하부 베어링(220)의 제1연통공(221)과 선택적으로 연통되고, 다른 하나의 흡입포트(이하, 제3흡입포트라 한다)(730)는 상기 하부 베어링(220)의 제2연통공(222)과 선택적으로 연통되도록 형성된다.

이러한 구성은 각 흡입포트(720,730)와 각 연통공(221,222)간의 선택적 연통을 위한 회전 밸브(820)의 이동거리가 최대한 짧게 이루어질 수 있도록 함으로써 상기 회전 밸브(820)의 동작불량 즉, 상기 회전 밸브(820)의 원활한 회전이 이루어지지 않아 각 흡입포트(720,730)와 그에 대응하는 각각의 연통공(221,222) 간이 서로 연통되지 않음을 최대한 방지할 수 있도록 한 것이다.

특히, 상기 제2흡입포트(720)가 제1연통공(221)과 연통되어 있을 경우 상기 제3흡입포트(730)는 폐쇄되고, 이와 동시에 회전 밸브(820)가 회전되어 상기 제2흡입포트(720)가 상기 제1연통공(221)을 벗어나게 되면 상기 제3흡입포트(730)는 제2연통공(222)과 최대한 빨리 연통되는 위치에 형성됨이 가장 바람직하다.

이를 위해, 고정 밸브(810)에 형성되는 수용홈(811)의 형성 위치 및 형성 길이는 도면상 상기 회전 밸브(820)가 반시계방향으로 회전될 경우 상기 제2흡입포트(720)와 제1연통공(221)은 서로 연통됨과 더불어 제3흡입포트(730)와 제2연통공(222)은 서로 차단되고, 상기 회전 밸브(820)가 시계방향으로 회전될 경우 상기 제3흡입포트(730)와 제2연통공(222)은 서로 연통됨과 더불어 상기 제2흡입포트(720)와 제1연통공(221)은 서로 차단되도록 설정된다.

이하, 상기한 본 발명 제2실시예의 구성을 이용한 고용량의 냉매 압축을 수행하는 운전 모드와, 저용량의 냉매 압축을 수행하는 운전 모드에 대한 동작 과정을 상기 각 운전 모드별로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 제2실시예가 적용된 로터리 압축기가 고용량의 냉매 압축을 위한 운전 모드로 운전된다면 크랭크축(300)은 반시계방향으로 회전된다.

이 때, 실린더(100)의 저부에 위치된 회전 밸브(820)는 상기 크랭크축(300)의 편심부(310)에 구비된 동작 보조 수단에 의해 도시한 도 8a와 같이 상기 크랭크축(300)의 회전 방향(반시계방향)으로 회전된다.

그리고, 상기 회전 밸브(820)가 회전되는 과정에서 상기 회전 밸브(820)의 둘레면에 형성된 돌출턱(821)은 도시한 도 9와 같이 고정 밸브(810)의 내주면에 형성된 수용홈(811)의 안내를 받아 임의의 거리(수용홈의 일측 끝단)까지 회전된 후 정지된다.

이의 경우, 상기 제2흡입포트(720)는 하부 베어링(220)의 제1연통공(221)과 연통되기 때문에 냉매 저장부(500)로부터 상기 제2흡입포트(720)를 통한 냉매 유입이 이루어지고, 제3흡입포트(730) 및 제2연통공(222)은 폐쇄되기 때문에 냉매 유입이 차단된다.

따라서, 도시한 도 8a와 같이 압축실(101) 내부로는 최대한 많은 양의 냉매가 유입된 상태를 이루며, 이렇게 유입된 냉매는 크랭크축(300)과는 편심되어 회전되는 롤러(400)에 의해 도시한 도 8b와 같이 반시계방향을 향하여 점차 압축된다.

이의 과정에서 도시한 도 8c와 같이 상기 냉매의 압축이 완전히 이루어진다면 도면상 베인(110)의 우측편에 위치된 제2토출포트(620)의 개방이 이루어지면서 상기 압축된 냉매가 압축실(101) 외부로 토출된다. 이 때, 상기 베인(110)의 좌측편에 위치된 제1토출포트(610)는 계속적으로 폐쇄된 상태를 유지한다.

만일, 전술한 고용량의 냉매 압축을 위한 운전 모드로 운전되는 도중 혹은, 압축기의 구동이 정지된 상태에서 사용자의 필요나 별도의 제어에 의해 저용량의 냉매 압축을 위한 운전 모드의 선택이 이루어진다면 도시한 10a 내지 도 10c와 같이 크랭크축(300)은 시계방향으로 회전된다.

이 때, 회전 밸브(820)는 전술한 동작 보조 수단에 의해 상기 크랭크축(300)과 동일한 방향(시계방향)으로 회전된다.

이 때, 상기 걸림키(312)는 장착홀(311) 내의 탄성 부재(313)를 가압하면서 상향 및 하향 이동됨을 반복한다. 이와 함께, 계속적인 크랭크축의 회전에 의한 원심력을 적용받으면서 상기 걸림키(312)는 점차 상향 이동된다.

그리고, 전술한 바와 같이 회전 밸브(820)가 시계 방향으로 회동되었을 경우, 상기 제3흡입포트(730)는 도시한 도 11과 같이 하부 베어링(220)의 제2연통공(222)과 연통되기 때문에 냉매 저장부(500)로부터 상기 제3흡입포트(730)를 통한 냉매 유입이 이루어지고, 제2흡입포트(720) 및 제1연통공(221)은 폐쇄되기 때문에 냉매 유입이 차단된다.

이 때, 상기 압축실(101) 내부로 유입된 냉매는 크랭크축(300)이 반시계 방향으로 회전될 경우에서 보다 상대적으로 적은 양이다.

따라서, 이러한 운전 모드는 소용량의 압축된 냉매를 필요로 할 때 주로 사용되고, 계속해서 롤러(400)의 측면이 상기 제3흡입포트(730)를 지나는 시점에서부터 도시한 도 10b와 같이 상기 압축실(101) 내부로 유입된 냉매의 실질적인 압축이 시작된다.

이후, 도시한 도 10c와 같이 냉매의 완전한 압축이 이루어진다면 도면상 베인(110)의 좌측편에 위치된 제1토출포트(610)의 개방이 이루어지면서 상기 압축된 냉매가 압축실(101) 외부로 토출된다. 이 때, 상기 베인(110)의 우측편에 위치된 제2토출포트(620)는 계속적으로 폐쇄된 상태를 유지한다.

한편, 도시한 도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 제3실시예를 나타내고 있다.

이러한 제3실시예는 전술한 본 발명의 제2실시예에 따른 구조와 전반적으로 동일하게 형성하되, 하부 베어링(220)에 냉매 저장부(500)와 연통되는 제3연통공(223)을 더 형성함이 제시된다.

이 때, 상기 제3연통공(223)은 압축기가 저용량 냉매 압축 모드로 운전될 경우 회전 밸브(820)의 제2흡입포트(720)가 상기 제3연통공(223)과 연통되도록 한 구조이다.

물론, 상기 저용량 냉매 압축을 위한 운전 모드에서는 회전 밸브(820)의 제3흡입포트(730)와 하부 베어링(220)의 제2연통공(222)은 서로 연통되며, 상기 하부 베어링(220)의 제1연통공(221)은 폐쇄된다.

상기한 제3실시예에 따른 구성은 압축실(101) 내의 임의 공간이 진공됨에 따른 소음 발생 및 압축 효율의 저하를 방지하기 위함이다.

즉, 저용량 냉매 압축을 위한 운전 모드일 경우 제1토출포트(720)를 통해 압축된 냉매가 완전히 배출되었음에도 불구하고 계속적인 롤러(400)의 편심 회전이 이루어지기 때문에 상기 롤러(400)가 상기 제3흡입포트(730)에 이르기전까지 즉, 새로운 냉매가 압축실(101) 내부로 유입되기 전까지 베인(110)에서부터 상기 제3흡입포트(730) 사이의 공간이 진공 상태가 된다.

이에 따라, 본 발명의 제3실시예에서는 상기 롤러(400)가 상기 베인(110)을 거쳐 상기 제3흡입포트(730)로 이동되는 도중 진공이 이루어지는 공간 내부에 일정량의 냉매가 제공되도록 함으로써 진공에 의해 발생되는 문제점이 해소될 수 있도록 한 것이다.

물론, 크랭크축(300)이 반시계방향으로 회전될 경우에는 압축실(101) 내로의 냉매 유입이 베인(110)과 인접한 부위로부터 이루어지기 때문에 전술한 진공에 따른 문제점 발생이 최소화된다.

한편, 본 발명의 제4실시예는 전술한 각 실시예에 적용되는 동작 보조 수단이 편심부(301)가 아닌 도시한 도 13과 같이 롤러(400)에 적용됨을 제시하고 있다.

이의 경우, 회전 밸브(820)의 상면에 형성되는 걸림홈(822)은 상기 롤러(400)의 편심 회전이 이루어지는 경로 즉, 상기 롤러(400)와 접촉이 이루어지는 부위에 형성된다.

이와 함께, 상기 동작 보조 수단의 걸림키(402)는 롤러(400)에 형성한 장착홀(401) 내에 탄력 장착한다.

물론, 이 때에도 상기 장착홀(401)은 상기 롤러(400)의 상측으로 갈수록 외향 경사지게 형성되고, 상기 걸림키(402)의 끝단 모서리 부위는 내향 경사지거나 혹은, 라운드지게 형성됨으로써 기동시 상기 걸림키(402)에 의한 회전 밸브(820)의 손상이 최소화될 수 있도록 한다.

따라서, 크랭크축(300)이 시계방향 혹은, 반시계방향으로 회전될 경우 롤러(400)의 장착홀(401) 내에 장착된 걸림키(402)에 의해 회전 밸브(820)는 상기 크랭크축(300)의 회전 방향과 동일한 방향으로 강제 회전되고, 상기 롤러(400)의 회전에 의해 상기 걸림키(402)가 원심력을 적용받게 되면 상기 걸림키(402)는 상향 이동된 상태로써 상기 회전 밸브(820)는 상기 걸림키(402)로부터 자유로운 상태가 된다.

물론, 상기 걸림키(402)가 충분한 원심력을 발생하지 못하여 회전 밸브(820)의 걸림홈(822) 내에 걸린다 하더라도 상기 걸림키(402)는 탄성 부재(403)에 의해 탄력적으로 상승되면서 그 파손이 방지될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 각 실시예에 따른 압축기의 구조는 후술하는 각종 효과를 가진다.

첫째, 본 발명의 각 실시예에 따른 압축기의 구조로 인해 사용 목적에 따라 선택적으로 서로 다른 냉매 압축 용량을 얻도록 구동될 수 있게 된 효과를 가진다.

둘째, 본 발명의 각 실시예에 따른 동작 보조 수단으로 인해 각 압축 모드별 각 흡입포트의 위치 전환이 정확히 이루어질 수 있게 됨으로써 안정적인 사용이 가능하게 된 효과를 가진다.

도 1 은 본 발명의 제1실시예에 따른 로터리 압축기의 냉매 압축이 이루어지는 압축부에 대한 결합 관계를 나타낸 분해 사시도

도 2a 내지 도 2c 는 본 발명 제1실시예에 따른 로터리 압축기의 고용량 냉매 압축 과정을 설명하기 위한 요부 확대 종단면도

도 3a 는 도 2a의 Ⅰ-Ⅰ단면도

도 3b 는 도 2b의 Ⅱ-Ⅱ단면도

도 3c 는 도 2c의 Ⅲ-Ⅲ단면도

도 4 는 도 3c 상태의 밸브 어셈블리와 하부 베어링 간의 동작 상태를 나타낸 평면도

도 5a 내지 도 5c 는 본 발명 제1실시예에 따른 로터리 압축기의 저용량 냉매 압축 과정을 설명하기 위한 요부 확대 종단면도

도 6a 는 도 5a의 Ⅳ-Ⅳ단면도

도 6b 는 도 5b의 Ⅴ-Ⅴ단면도

도 6c 는 도 5c의 Ⅵ-Ⅵ단면도

도 7 은 도 6c 상태의 밸브 어셈블리와 하부 베어링 간의 동작 상태를 나타낸 평면도

도 8a 내지 도 8c 는 본 발명 제2실시예에 따른 로터리 압축기의 고용량 냉매 압축 과정을 설명하기 위한 요부 확대 횡단면도

도 9 는 도 8c 상태의 밸브 어셈블리와 하부 베어링 간의 동작 상태를 나타낸 평면도

도 10a 내지 도 10c 는 본 발명 제2실시예에 따른 로터리 압축기의 저용량 냉매 압축 과정을 설명하기 위한 요부 확대 횡단면도

도 11 은 도 10c 상태의 밸브 어셈블리와 하부 베어링 간의 동작 상태를 나타낸 평면도

도 12a 및 도 12b 는 본 발명 제3실시예에 따른 로터리 압축기의 저용량 냉매 압축 과정을 설명하기 위한 밸브 어셈블리와 하부 베어링 간의 동작 상태를 나타낸 평면도

도 13 은 본 발명 제4실시예에 따른 로터리 압축기의 압축부에 대한 구조를 나타낸 요부 확대 종단면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100. 실린더부 101. 압축실

102. 제1관통홀 110. 베인

210. 상부 베어링 220. 하부 베어링

221. 제1연통공 222. 제2연통공

223. 제3연통공 224. 제2관통홀

300. 크랭크축 310. 편심부

311,401. 장착홀 312,402. 걸림키

313,403. 탄성부재 400. 롤러

500. 냉매 저장부 610. 제1토출포트

620. 제2토출포트 710. 제1흡입포트

720. 제2흡입포트 730. 제3흡입포트

810. 고정 밸브 811. 수용홈

820. 회전 밸브 821. 돌출턱

822. 걸림홈

Claims

압축실을 형성하며, 압축 공간과 흡입 공간을 구획하도록 베인을 가지는 실린더부;

상기 실린더부의 상하측에 각각 구비되며, 상기 압축실을 밀폐하는 상부 베어링 및 하부 베어링;

상기 실린더부와 상기 상부 베어링 및 하부 베어링을 관통하여 설치되며, 둘레면에는 편심부를 가지는 크랭크축;

상기 편심부에 장착되어 상기 압축실 내부를 공전하면서 냉매를 압축하는 롤러;

상기 압축실 내부와 연통되도록 형성되며, 압축된 냉매가 토출되는 적어도 하나 이상의 토출포트;

상기 압축실 내부의 서로 다른 두 위치를 통해 선택적으로 냉매를 제공하는 적어도 하나 이상의 흡입포트를 가지는 밸브 어셈블리; 그리고,

상기 밸브 어셈블리의 동작을 보조하는 동작 보조 수단:을 포함하여 구성된 로터리 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 토출 포트는 2개임을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 2 항에 있어서,

상기 각 토출포트는 베인에 의해 구획된 두 공간상에 각각 제공됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 밸브 어셈블리는 상기 실린더부와 상기 상부 베어링 혹은, 상기 실린더부와 상기 하부 베어링 사이에 제공됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 밸브 어셈블리는 상기 실린더부와 상기 하부 베어링 사이의 내측에 회전 가능하게 구비된 회전 밸브와, 상기 회전 밸브의 외측에 구비되어 상기 회전 밸브의 회전 거리를 제한하는 고정 밸브가 포함됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 5 항에 있어서,

상기 회전 밸브의 외주면에는 돌출턱이 형성되고, 상기 고정 밸브의 내주면에는 상기 돌출턱이 수용되는 수용홈이 형성되어 상기 고정 밸브가 상기 회전 밸브의 회전 거리를 제한하도록 구성됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 5 항에 있어서,

상기 회전 밸브의 상면에는 적어도 하나 이상의 걸림홈이 형성되고,

상기 동작 보조 수단은 상기 걸림홈 내에 선택적으로 삽입되도록 구성됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 7 항에 있어서,

상기 걸림홈은 상기 회전 밸브의 상면 중 상기 편심부가 회전되는 경로 상에형성됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 8 항에 있어서,

상기 걸림홈은 상기 편심부의 회전 방향을 따라 길게 형성됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 7 항에 있어서,

상기 동작 보조 수단은 크랭크축의 편심부에 형성된 장착홀과,

상기 장착홀 내에 이동 가능하게 삽입된 걸림키가 포함됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 10 항에 있어서,

상기 장착홀은 상기 편심부의 상측으로 갈수록 외향 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 10 항에 있어서,

상기 걸림키는 상기 장착홀 내에 탄력 장착됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 10 항에 있어서,

상기 걸림키의 끝단 모서리 부위는 내향 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 10 항에 있어서,

상기 걸림키의 끝단 모서리 부위는 라운드지게 형성됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 7 항에 있어서,

상기 걸림홈은 상기 회전 밸브의 상면 중 상기 롤러의 이동 경로상에 형성됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 15 항에 있어서,

동작 보조 수단은 상기 걸림홈에 대향되도록 장착되고,

롤러에 형성된 장착홀과, 상기 장착홀 내에 이동 가능하게 삽입된 걸림키가 포함됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 16 항에 있어서,

상기 장착홀은 상기 롤러의 상측으로 갈수록 외향 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 16 항에 있어서,

상기 걸림키는 상기 장착홀 내에 탄력 장착됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 16 항에 있어서,

상기 걸림키의 끝단 모서리 부위는 내향 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 16 항에 있어서,

상기 걸림키의 끝단 모서리 부위는 라운드지게 형성됨을 특징으로 하는 로터리 압축기.