KR100504022B1 - 능력가변 회전압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능력가변 회전압축기에 관한 것으로, 특히 베인의 구속 및 구속해제가 용이하여 능력가변을 손쉽게 수행할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 능력가변 회전압축기는, 내부에 원통형의 압축실이 형성된 하우징, 상기 압축실 내에서 회전하는 편심부를 갖춘 회전축, 외면이 상기 압축실의 내면과 접한 상태로 상기 편심부 외면에 회전 가능하게 설치된 링 피스톤, 상기 링 피스톤의 회전에 의해 상기 압축실의 반경방향으로 진퇴하면서 상기 압축실을 구획하도록 설치되되 그 진퇴하는 방향으로 상호 분리되어 개별적으로 동작할 수 있도록 된 제1베인과 제2베인, 상기 하우징 외측에서 상기 제1베인을 걸어서 구속하거나 구속 해제하는 베인구속장치를 포함하며, 상기 베인구속장치는 상기 하우징의 외측에 결합되는 실린더와, 압축기의 흡입 측과 토출 측의 압력에 의해 상기 실린더 내에서 진퇴하는 피스톤과, 일단이 상기 피스톤에 회동가능하게 결합되고 외면에 경사면이 마련되며 그 타단에 상기 제1베인을 구속하는 걸림부가 형성된 걸림부재와, 상기 피스톤과 함께 상기 걸림부재가 진퇴할 때 상기 제1베인의 구속 및 구속해제를 위한 상기 걸림부재의 회동을 유발하도록 상기 걸림부재의 경사면과 접하는 위치에 고정된 지지핀을 포함한다.

Description

능력가변 회전압축기{VARIABLE CAPACITY ROTARY COMPRESSOR}

본 발명은 회전압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매의 압축능력을 가변시킬 수 있는 능력가변 회전압축기에 관한 것이다.

최근의 공조화기나 냉장고에 적용되는 냉각장치는 냉각능력이 가변되게 하여 요구조건에 부합하는 최적의 냉각을 수행할 수 있도록 함과 동시에, 에너지절감을 꽤할 목적으로 냉매 압축능력의 가변이 가능한 능력가변 압축기를 채용하고 있다.

이러한 능력가변 압축기에 관한 것으로 미국특허 4,397,618호에 개시된 종래의 회전압축기는 도 1에 도시한 바와 같다. 이 회전압축기는 내부에 원통형의 압축실(2)이 형성된 케이싱(1)을 구비하고, 케이싱(1)의 압축실(2) 내에서 편심 회전하도록 설치된 롤링피스톤(3)을 구비한다. 또 케이싱(1)에는 롤링피스톤(3)의 외면에 접한 상태로 반경방향으로 진퇴하는 베인(4, 원문에는 "슬라이드"라 표현됨)이 설치되어 있고, 이러한 베인(4)의 측방에는 베인(4)의 동작을 구속하거나 해제하여 회전압축기의 능력이 가변될 수 있도록 하는 것으로 레칫볼트(5a), 아마츄어(5b), 솔레노이드(5c)를 포함하는 구속장치(5)가 설치되어 있다. 이는 솔레노이드(5c)에 의해 레칫볼트(5a)가 진퇴하면서 베인(4)의 동작을 구속하거나 구속 해제할 수 있도록 함으로써 회전압축기의 능력을 가변시킬 수 있게 한 것이다.

그러나 이러한 능력가변 회전압축기는 베인(4)의 운동을 구속하는 레칫볼트(5a)가 베인(4)의 측면으로부터 베인(4)에 형성된 걸림홈(6)에 진입하여 걸리는 구조이기 때문에, 압축기의 동작시 고속으로 진퇴하는 베인(4)을 구속하기가 쉽지 않아 신뢰성이 떨어지는 문제가 있었다.

또한 이러한 능력가변 회전압축기는 레칫볼트(5a)가 베인(4)을 구속한 상태에서 베인(4)에 큰 압력이 작용하기 때문에 솔레노이드(5c)가 레칫볼트(5a)를 큰 힘으로 당겨주지 않을 경우 베인(4)의 구속해제가 쉽지 않은 결점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 베인의 구속 및 구속해제가 용이하여 능력가변을 손쉽게 수행할 수 있도록 하는 능력가변 회전압축기를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 능력가변 회전압축기는, 내부에 원통형의 압축실이 형성된 하우징, 상기 압축실 내에서 회전하는 편심부를 갖춘 회전축, 외면이 상기 압축실의 내면과 접한 상태로 상기 편심부 외면에 회전 가능하게 설치된 링 피스톤, 상기 링 피스톤의 회전에 의해 상기 압축실의 반경방향으로 진퇴하면서 상기 압축실을 구획하도록 설치되되 그 진퇴하는 방향으로 상호 분리되어 개별적으로 동작할 수 있도록 된 제1베인과 제2베인, 상기 하우징 외측에서 상기 제1베인을 걸어서 구속하거나 구속 해제하는 베인구속장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 베인구속장치는 상기 하우징의 외측에 결합되는 실린더와, 압축기의 흡입 측과 토출 측의 압력에 의해 상기 실린더 내에서 진퇴하는 피스톤과, 일단이 상기 피스톤에 회동가능하게 결합되고 외면에 경사면이 마련되며 그 타단에 상기 제1베인을 구속하는 걸림부가 형성된 걸림부재와, 상기 피스톤과 함께 상기 걸림부재가 진퇴할 때 상기 제1베인의 구속 및 구속해제를 위한 상기 걸림부재의 회동을 유발하도록 상기 걸림부재의 경사면과 접하는 위치에 고정된 지지핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 걸림부재에는 상기 경사면이 상기 지지핀과 접촉상태를 유지하도록 상기 걸림부재를 가압하는 가압스프링이 설치된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 베인구속장치는 상기 실린더의 내부와 연통하는 제1유로와, 압축기의 토출 측과 상기 제1유로를 연결하는 제2유로와, 압축기의 흡입 측과 상기 제1유로를 연결하는 제3유로와, 상기 제1, 제2, 제3유로가 상호 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 유로가변밸브는 상기 제1유로가 상기 제2유로와 상기 제3유로 중 하나에 선택적으로 연통되도록 하는 삼방밸브인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1베인의 외면에는 상기 걸림부재의 걸림부가 걸리거나 걸림 해제되는 걸림홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 실린더의 내부에는 상기 피스톤을 상기 제1베인 쪽으로 가압하는 스프링이 설치된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 제1베인의 폭이 상기 제2베인의 폭보다 작게 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 제1베인과 상기 제2베인을 각각 상기 링 피스톤 쪽으로 가압하는 제1베인스프링과 제2베인스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 능력가변 회전압축기는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 밀폐용기(10)의 내부에 설치되는 것으로 회전력을 발생시키는 구동부(20)와, 이 구동부(20)와 회전축(21)을 통해 연결되는 압축부(30)를 구비한다.

구동부(20)는 밀폐용기(10)의 내면에 고정되는 원통형의 고정자(22)와, 고정자(22)의 내부에 회전 가능하게 설치되며 그 중심부의 회전축(21)에 결합되는 회전자(23)로 구성된다. 압축부(30)는 중앙에 원통형의 압축실(32)이 형성되며 외면이 밀폐용기(10)의 내면에 고정되는 하우징(31)과, 압축실(32)의 개방된 상부와 하부를 폐쇄함과 동시에 회전축(21)을 회전 가능하게 지지하도록 하우징(31)의 상부와 하부에 각각 결합되며 축결합부(33a,34a)를 구비한 두 플랜지(33,34)를 포함한다.

압축실(32) 내부의 회전축(21)에는 편심부(35)가 마련되고, 이 편심부(35)의 외면에는 원통형의 링 피스톤(36)이 회전 가능하게 결합된다. 편심 회전을 하는 링 피스톤(36)은 외면이 압축실(32)의 내면과 접한 상태로 회전하도록 구성된다.

또 하우징(31)의 일측에는 내부의 압축실(32)과 연통하는 흡입구(37)가 형성되고, 이 흡입구(37)에는 통상적인 냉각장치의 증발기 쪽 저온 저압의 냉매가 흡입구(37)로 유입될 수 있도록 냉매흡입관(11)이 연결된다. 도면에서 부호 13은 냉매흡입관(11)의 중도에 설치되는 어큐뮬레이터이다.

또 상측의 플랜지(33)에는 압축실(32)이 밀폐용기(10)의 내부와 연통되도록 하는 토출구(38)가 형성되고, 토출구(38)의 출구 측에는 토출밸브(39)가 설치된다. 그리고 밀폐용기(10)의 상부에는 밀폐용기(10) 내의 압축된 냉매가 통상적인 냉각장치의 응축기 쪽으로 토출될 수 있도록 냉매토출관(12)이 설치된다.

또한 본 발명은 링 피스톤(36)이 회전할 때 압축실(32)의 반경방향으로 진퇴하면서 압축실(32)의 내부를 흡입구(37)와 연통되는 흡입공간(32a)과 토출구(38)와 연통되는 토출공간(32b)으로 구획할 수 있도록 미끄럼 가능하게 장착되는 베인(40)을 구비하며, 하우징(31)에는 이러한 베인(40)이 진퇴할 수 있는 공간인 베인수용부(43)가 형성된다.

이러한 구성들은 회전축(21)의 편심부(35)가 회전을 할 때 링 피스톤(36)이 압축실(32) 내에서 편심회전을 하면서 흡입구(37) 쪽의 냉매를 흡입하여 토출구(38) 쪽으로 가압 토출시킬 수 있도록 한 것이다.

또한 본 발명에 따른 회전압축기는 베인(40)이 상호 분리된 상부의 제1베인(41)과 하부의 제2베인(42)으로 구성되며, 하우징(31)의 외측에는 압축기가 동작할 때 제1베인(41)을 구속하거나 구속해제 함으로써 압축기의 능력을 가변시킬 수 있도록 하는 베인구속장치(50)가 설치된다.

제1베인(41)과 제2베인(42)은 개별적으로 하우징(31)의 반경방향으로 진퇴할 수 있도록 하우징(31)의 반경방향으로 길게 연장되며, 제1베인(41)의 폭이 제2베인(42)의 폭보다 작게 형성된다. 그리고 제1베인(41)의 후단부 외면에는 제1베인(41)이 베인구속장치(50)의 동작에 의해 걸려서 구속되거나 구속해제될 수 있도록 하는 걸림홈(44)이 형성된다. 이러한 구성은 제1베인(41)의 폭이 작게 형성되고 제1베인(41)의 후단에 걸림홈(44)이 형성됨으로써 베인구속장치(50)를 통해 제1베인(41)을 작은 힘으로도 손쉽게 구속할 수 있도록 한 것이다. 두 베인(41,42)의 후단부에는 두 베인(41,42)을 각각 링 피스톤(36) 쪽으로 가압하는 제1베인스프링(45)과 제2베인스프링(46)이 설치된다.

베인구속장치(50)는 제1베인(41)이 설치된 쪽의 밀폐용기(10) 외면에 결합되는 원통형의 실린더(51), 실린더(51)의 내부에 진퇴하도록 설치되는 피스톤(52), 실린더(51) 내에서 피스톤(52)을 지지하는 완충스프링(53), 피스톤(52)의 진퇴동작에 따라 제1베인(41)을 걸어서 구속하거나 구속해제 할 수 있도록 피스톤(52) 선단에 회동 가능하게 결합되며 제1베인(41) 쪽으로 길게 연장되는 걸림부재(54)를 포함한다. 또 걸림부재(54)는 힌지결합부와 인접하는 외면에 형성되는 경사면(54a)과, 제1베인(41)의 걸림홈(44)에 걸리도록 자유단에 형성되는 걸림부(54b)를 구비한다. 또한 베인구속장치(50)는 걸림부재(54)가 피스톤(52)과 함께 진퇴할 때 걸림부재(54)의 회동을 유발하도록 실린더(51)의 입구 쪽의 걸림부재(54) 경사면(54a)과 접하는 위치에 고정되는 지지핀(55)을 구비하며, 걸림부재(54)의 경사면(54a)이 항상 지지핀(55)의 외면과 접촉상태를 유지하도록 걸림부재(54)를 가압하는 상태로 설치되는 가압스프링(56)을 포함한다.

이러한 베인구속장치(50)의 구성은 도 2에 도시한 바와 같이, 피스톤(52)이 후퇴할 때 걸림부재(54)가 하부로 회동하여 걸림부(54b)가 제1베인(41)을 구속할 수 있도록 한 것이고, 도 4에 도시한 바와 같이, 피스톤(52)이 전진할 때 걸림부재(54)의 경사면(54a)이 지지핀(55)과 접하면서 걸림부재(54)가 상부로 회동함으로써 걸림부(54b)의 구속이 해제될 수 있도록 한 것이다.

또한 베인구속장치(50)는 압축기의 흡입측과 토출측의 압력에 의해 피스톤을 진퇴동작이 이루어지도록 하는 것으로, 실린더(51)의 내부와 연통하는 제1유로(61a)를 형성하는 제1연결관(61)과, 압축기의 토출 측과 제1유로(61a)가 연통하는 제2유로(62a)를 형성하도록 냉매토출관(12)으로부터 분기되어 제1연결관(61)에 연결되는 제2연결관(62)과, 압축기의 흡입 측과 제1유로(61a)가 연통하는 제3유로(63a)를 형성하도록 냉매흡입관(11)으로부터 분기되어 제1연결관(61)과 제2연결관(62)이 연결되는 지점에 연결되는 제3연결관(63)을 구비한다. 그리고 제1연결관, 제2연결관, 제3연결관(61,62,63)이 상호 연결되는 지점에는 제1유로(61a)가 제2유로(62a)와 제3유로 (63a)중 하나에 선택적으로 연통되도록 하는 유로가변밸브(70)가 설치된다. 이때 유로가변밸브(70)는 전기적인 제어신호에 의해 동작하는 통상의 삼방밸브로 구성된다.

이러한 구성은 도 4에 도시한 바와 같이, 유로가변밸브(70)의 동작으로 제1유로(61a)와 제2유로(62a)가 연통되어 피스톤(52)에 냉매토출관(12) 쪽의 압력이 작용할 때 피스톤(52)이 토출 측의 높은 압력에 의해 제1베인(41) 쪽으로 밀리도록 한 것이고, 이를 통해 걸림부재(54)의 회동을 유발하여 걸림부재(54)의 걸림이 해제될 수 있도록 한 것이다. 그리고 도 2에 도시한 바와 같이, 유로가변밸브(70)의 동작으로 제1유로(61a)와 제2유로(62a)가 연통되어 피스톤(52)에 냉매흡입관(11) 쪽의 압력이 작용할 때에는 피스톤(52)이 흡입 측의 낮은 압력에 의해 상술한 경우와 반대방향으로 이동하면서 걸림부재(54)가 하방으로 회동하도록 함으로써 걸림부재(54)의 걸림부(54b)가 제1베인(41)을 구속할 수 있도록 한 것이다.

다음은 이러한 구성의 본 발명에 따른 능력가변 회전압축기의 전체적인 동작을 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 유로가변밸브(70)의 동작에 의해 압축기의 토출 측과 연계되는 제2유로(62a)가 제1유로(61a)와 연통되는 경우에는 냉매토출관(12)을 통해 토출되는 고압의 냉매가 제2유로(62a)를 통해 실린더(51)의 내부로 유입되어 피스톤(52)을 가압하게 되어 피스톤(52)이 제1베인(41) 쪽으로 밀린다. 이때 피스톤(52)의 선단에 결합된 걸림부재(54)는 경사면(54a)이 지지핀(55)과 접하면서 그 선단의 걸림부(54b)가 소정구간 상승하면서 회동하게 되므로, 제1베인(41)의 구속이 해제된다.

이 상태에서는 압축실(32) 내부의 링 피스톤(36)이 편심회전을 할 때 제1베인(41)과 제2베인(42)이 함께 반경방향으로 진퇴하게 된다. 또 압축실(32)의 내부는 회전하는 링 피스톤(36)과 두 베인(41,42)의 동작에 의해 흡입공간(32a)의 용적과 토출공간(32b)의 용적이 상반되도록 변화하는 현상이 반복되면서 흡입구(37)를 통해 흡입되는 저압의 냉매가 토출구(38) 쪽으로 가압 토출된다. 즉 냉매의 압축동작이 이루어진다.

한편 도 2에 도시한 바와 같이, 유로가변밸브(70)의 동작에 의해 압축기의 흡입측과 연결되는 제3유로(63a)가 제1유로(61a)와 연통되는 경우에는 실린더(51)의 내부가 제3유로(63a)를 통해 저압의 흡입 측과 연계되면서 피스톤(52)이 상술한 경우와 반대방향으로 이동한다. 따라서 이때는 걸림부재(54)의 경사면(54a)이 지지핀(55)과 접촉하지 않게 되므로 걸림부재(54) 선단의 걸림부(54b)가 하부로 회동하여 제1베인(41)을 구속할 수 있는 상태로 된다. 또한 이때 걸림부재(54)는 가압스프링(56)에 의해 가압된 상태이므로 하부로 회동하려하게 된다.

이 상태에서 링 피스톤(36)의 편심 회전동작이 이루어지면서 제1베인(41)과 제2베인(42)이 반경방향으로 진퇴하게 되면, 제1베인(41)의 걸림홈(44)이 걸림부재(54)의 걸림부(54b)에 걸리게 되므로 제1베인(41)의 구속이 이루어지고, 제2베인(42)만 계속 진퇴하게 된다. 이처럼 제1베인(41)이 구속된 경우에는 링 피스톤(36)이 회전하는 동안 실린더 내의 흡입측과 토출측이 연통된 상태로 유지되어 링피스톤(36)이 압축동작 없이 공회전을 하게 되므로 냉매의 가압토출이 이루어지지 않는다.

이처럼 본 발명의 회전압축기는 유로가변밸브(70)의 동작에 의해 베인구속장치(50)가 동작하여 제1베인(41)을 구속하거나 구속해제 할 수 있고, 이를 통해 압축기의 압축동작이 이루어지거나 압축동작이 이루어지지 않도록 제어할 수 있기 때문에 압축기의 능력을 손쉽게 가변시킬 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 능력가변 회전압축기는 베인구속장치의 피스톤이 진퇴하는 동작에 따라 걸림부재가 소정구간 회동하면서 제1베인을 손쉽게 구속하거나 구속해제 할 수 있기 때문에 압축능력의 가변이 손쉽게 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 종래 능력가변 회전압축기의 구성을 보인 횡방향 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 능력가변 회전압축기의 구성을 보인 종방향 단면도로, 제1베인이 구속된 상태를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 능력가변 회전압축기의 횡방향 단면도로, 제1베인이 구속된 상태를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 능력가변 회전압축기의 종방향 단면도로, 제1베인의 구속이 해제된 상태를 도시한 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 밀폐용기, 11: 냉매흡입관,

12: 냉매토출관, 20: 구동부,

21: 회전축, 22: 고정자,

23: 회전자, 30: 압축부,

31: 하우징, 32: 압축실,

33,34: 플랜지, 35: 편심부,

36: 링 피스톤, 37: 흡입구,

38: 토출구, 41: 제1베인,

42: 제2베인, 43: 베인수용부,

44: 제1베인걸림홈, 50: 베인구속장치, 51: 실린더, 52: 피스톤,54: 걸림부재, 54a: 걸림부재의 경사면, 54b: 걸림부재의 걸림부, 55: 지지핀, 56: 가압스프링, 61: 제1연결관, 62: 제2연결관, 63: 제3연결관, 70: 유로가변밸브.

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Claims (9)

1. 내부에 원통형의 압축실이 형성된 하우징, 상기 압축실 내에서 회전하는 편심부를 갖춘 회전축, 외면이 상기 압축실의 내면과 접한 상태로 상기 편심부 외면에 회전 가능하게 설치된 링 피스톤, 상기 링 피스톤의 회전에 의해 상기 압축실의 반경방향으로 진퇴하면서 상기 압축실을 구획하도록 설치되되 그 진퇴하는 방향으로 상호 분리되어 개별적으로 동작할 수 있도록 된 제1베인과 제2베인, 상기 하우징 외측에서 상기 제1베인을 걸어서 구속하거나 구속 해제하는 베인구속장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 능력가변 회전압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 베인구속장치는 상기 하우징의 외측에 결합되는 실린더와, 압축기의 흡입측과 토출측의 압력에 의해 상기 실린더 내에서 진퇴하는 피스톤과, 일단이 상기 피스톤에 회동가능하게 결합되고 외면에 경사면이 마련되며 그 타단에 상기 제1베인을 구속하는 걸림부가 형성된 걸림부재와, 상기 피스톤과 함께 상기 걸림부재가 진퇴할 때 상기 제1베인의 구속 및 구속해제를 위한 상기 걸림부재의 회동을 유발하도록 상기 걸림부재의 경사면과 접하는 위치에 고정된 지지핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 능력가변 회전압축기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 걸림부재에는 상기 경사면이 상기 지지핀과 접촉상태를 유지하도록 가압하는 가압스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 능력가변 회전압축기.
4. 제2항에 있어서,

   상기 베인구속장치는 상기 실린더의 내부와 연통하는 제1유로와, 압축기의 토출 측과 상기 제1유로를 연결하는 제2유로와, 압축기의 흡입 측과 상기 제1유로를 연결하는 제3유로와, 상기 제1, 제2, 제3유로가 상호 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능력가변 회전압축기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 유로가변밸브는 상기 제1유로가 상기 제2유로와 상기 제3유로 중 하나에 선택적으로 연통되도록 하는 삼방밸브인 것을 특징으로 하는 능력가변 회전압축기.
6. 제2항에 있어서,

   상기 제1베인의 외면에는 상기 걸림부재의 걸림부가 걸리거나 걸림 해제되는 걸림홈이 형성된 것을 특징으로 하는 능력가변 회전압축기.
7. 제2항에 있어서,

   상기 실린더의 내부에는 상기 피스톤을 상기 제1베인 쪽으로 가압하는 스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 능력가변 회전압축기.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제1베인의 폭이 상기 제2베인의 폭보다 작게 마련되는 것을 특징으로 하는 능력가변 회전압축기.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제1베인과 상기 제2베인을 각각 상기 링 피스톤 쪽으로 가압하는 제1베인스프링과 제2베인스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 능력가변 회전압축기.