KR100506902B1 - 용량가변 회전압축기 - Google Patents

Abstract

각 압축실 내부에서 발생하는 압력변화에 기인하여 특정구간에서 편심부시가 회전축보다 더 빠른 속도로 회전되는 것을 방지하는 용량가변 회전압축기를 제공한다. 이 회전압축기는 내용적이 다른 상하부 압축실, 회전축, 회전축에 동일방향으로 편심 설치되는 상하부 편심캠, 상하부 편심캠의 외주면에 최대 편심부가 서로 대향되게 배치되며 그 사이에 슬롯이 형성된 상하부 편심부시, 상하부 편심부시를 선택적으로 최대 편심회전 위치로 전환시키는 걸림핀, 상부 편심부시에 설치된 볼과 탄성부재를 구비한다. 탄성부재는 볼을 상부 편심부시에 형성된 그루브에 밀착시켜서 상부 및 하부 편심부시가 슬립 회전되지 않도록 구속한다.

Description

용량가변 회전압축기{Variable Capacity Rotary Compressor}

본 발명은 회전압축기에 관한 것으로, 더 상세하게는 회전축에 배치되는 편심장치에 의해 내용적이 다른 두 개의 압축실 중의 어느 하나에서 선택적으로 압축동작이 이루어지도록 하여 용량을 가변시킬 수 있는 회전압축기에 관한 것이다.

공기조화기와 냉장고 등과 같이 냉동사이클을 이용하여 특정공간을 냉각시키는 냉각장치에는 냉동사이클의 폐회로를 순환하는 냉매를 압축하기 위한 압축기가 설치된다. 이러한 냉각장치의 냉각능력은 통상적으로 압축기의 압축용량에 따라 정해지게 되며, 따라서 압축기의 압축용량을 가변시킬 수 있도록 구성하게 되면 실제온도와 설정온도의 차이와 같은 주변상황에 따라 냉각장치를 최적의 상태에서 운전되도록 하여 특정공간을 적절하게 냉각시킬 수 있게 됨과 동시에, 에너지를 절감할 수 있게 된다.

냉각장치에 사용되는 압축기로는 회전압축기와 왕복동 압축기 등이 있는데, 본 출원인은 대한민국 특허출원 10-2002-0061462호를 통해 내용적이 다른 두 개의 압축실 중에서 어느 한 쪽의 압축실에서만 선택적으로 압축동작이 이루어지도록 하여 용량을 가변시키는 용량가변 회전압축기를 출원한 바 있다.

이 용량가변 회전압축기의 각 압축실 내에는 회전축의 회전방향에 따라 어느 하나의 압축실에서만 압축동작이 이루어지게 하는 편심장치가 배치되어 있다. 이 편심장치는 압축실들을 관통하는 회전축의 외면에 마련되는 두 개의 편심캠과, 상기 각 편심캠의 외면에 회전 가능하게 배치되는 두 개의 편심부시와, 상기 각 편심부시의 외면에 회전 가능하게 배치되어 냉매가스를 압축하는 두 개의 롤러와, 회전축이 회전하는 방향에 따라 하나의 편심부시는 회전축의 중심선에 대해 편심 위치로 전환되게 하고 다른 하나의 편심부시는 동심 위치로 전환되게 하도록 설치된 걸림핀을 포함하여 구성된다.

따라서 회전축이 정방향 또는 역방향으로 회전하게 되면 상기와 같이 구성된 편심장치에 의해 내용적이 다른 두 개의 압축실 중에서 어느 하나에서만 압축동작이 이루어지게 됨으로써 압축기의 용량을 가변시킬 수 있게 되는 것이다.

그러나, 이러한 용량가변 회전압축기는 각 편심부시가 각 편심캠 외주면에 배치된 상태에서 회전축에서 돌출한 걸림핀에 의해 걸려져서 회전축과 함께 회전하는 구조를 갖기 때문에, 압축동작을 수행하는 과정에서 압축작용이 이루어지는 압축실 내부의 압력변화에 의해 특정구간에서 편심부시들이 순간적으로 회전축의 회전속도보다 빠르게 회전하여 각 편심캠과 편심부시 사이에 슬립현상이 발생하게 되며, 특정구간을 벗어나게 되면 다시 회전축의 걸림핀이 편심부시에 걸려지는 과정에서 편심부시와 충돌하여 소음이 발생하게 되는 문제가 있었다.

더 구체적으로 설명하면, 슬립현상은 압축작용이 이루어지는 압축실에 배치된 편심부시의 최대 편심부가 그 압축실에 마련된 토출구와 베인 사이를 지나는 시점에서 토출구로 배출된 압축가스의 일부가 압축실 내부로 역류하여 재팽창하는 과정에서 그 편심부시에 회전방향으로 힘을 가하여 그 편심부시를 대응하는 편심캠보다 순간적으로 빠른 속도로 회전시키게 되면서 발생하게 되며, 충돌현상은 슬립이 발생한 후 편심부시의 회전력이 소멸되면서 회전축의 걸림핀이 그 편심부시에 다시 부딪히게 됨으로써 발생하게 되는 것이다.

종래의 용량가변 회전압축기는 이러한 슬립현상과 충돌현상에 의해 소음이 발생하게 될 뿐만 아니라, 충돌부분에서 마모 또는 손상이 발생되어 신뢰성과 내구성이 떨어지게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 회전축이 회전함에 따라 각 압축실 내부에서 발생하는 압력변화에 기인하여특정구간에서 편심부시가 회전축보다 더 빠른 속도로 회전되지 않도록 하는 용량가변 회전압축기를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용량가변 회전압축기는,

서로 다른 내용적으로 구획된 상부 및 하부 압축실과, 상기 상부 및 하부 압축실을 관통하는 회전축과, 상기 회전축에 마련된 상부 및 하부 편심캠과, 각각 상기 상부 및 하부 편심캠의 외주면에 배치되는 상부 및 하부 편심부시와, 상기 상부 및 하부 편심부시 사이에 마련된 슬롯과, 상기 슬롯과 작용하여 상기 상부 및 하부 편심부시를 선택적으로 최대 편심위치로 전환시키는 걸림핀과, 상기 상부 편심캠과 하부 편심캠 중의 적어도 어느 하나에 설치되며 탄성부재와 볼을 구비하여 상기 상부 편심부시와 하부 편심부시가 슬립 회전되지 않도록 구속하는 구속장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 탄성부재와 볼은 상기 상부 편심캠에 횡방향으로 형성된 수용홀에 배치되어 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 상기 볼이 상기 상부 편심부시에 구속력을 작용시키게 된다.

상기 수용홀은 상기 상부 편심캠에서 상기 걸림핀과 90도의 위상차를 이루는 각위치에 형성된다.

또한, 상기 상부 편심부시의 내주면에서 상기 슬롯의 제 1 단과 제 2 단에 대해 90도의 위상차를 이루는 각위치에는 오목하게 형성된 제 1 및 제 2 그루브가 마련되어서, 상기 걸림핀이 상기 슬롯의 제 1 단 또는 제 2 단에 걸려진 위치에서 상기 볼이 상기 제 1 그루브 또는 상기 제 2 그루브에 안치된 상태에서 상기 탄성부재의 탄성력을 받게 됨으로써 상기 상부 및 하부 편심부시를 슬립 회전됨이 없이 구속시키게 된다.

바람직하게, 상기 탄성부재는 코일스프링으로 이루어지고, 상기 코일스프링의 탄성력은 상기 볼이 상기 상부 편심부시에 작용시키는 구속력이 상기 상부 및 하부 편심부시의 슬립 회전력보다는 크게 되고 상기 회전축의 회전 구동력보다는 작게 되도록 설정된다.

상기 수용홀에는 하우징이 끼워져서 고정되어서, 상기 탄성부재와 상기 볼은 상기 하우징에 수용된 상태에서 상기 상부 편심부시의 내주면에 구속력을 작용시키게 된다.

또한, 상기 걸림핀은 상기 상부 편심캠과 상기 하부 편심캠 사이에서 상기 회전축으로부터 돌출하고, 상기 슬롯은 상기 상부 편심부시와 하부 편심부시 사이에 형성되어 상기 걸림핀이 수용되도록 하되 상기 슬롯은 상기 제 1 단과 제 2 단이 180도의 각도를 이루는 길이로 형성된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 용량가변 회전압축기의 대략적인 내부구조를 보인 종단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용량가변 회전압축기는 밀폐용기(10)의 내부에 설치되어 회전력을 발생시키는 구동부(20)와, 상기 구동부(20)의 회전력에 의해 기체를 압축하는 압축부(30)를 구비한다. 구동부(20)는 밀폐용기(10)의 내면에 고정되는 원통형의 고정자(22)와, 상기 고정자(22)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 회전자(23)와, 상기 회전자(23)의 중심부로부터 연장하도록 설치되어 회전자(23)와 함께 정회전(제 1 회전방향) 또는 역회전(제 2 회전방향)하게 되는 회전축(21)으로 구성된다.

압축부(30)는 상부와 하부에 각각 내용적이 다른 원통형의 상부 압축실(31)과 하부 압축실(32)이 마련되어 있는 하우징(33)과, 상기 하우징(33)의 상단과 하단에 배치되어 회전축(21)을 회전 가능하게 지지하는 상부 플랜지(35) 및 하부 플랜지(36)와, 상기 상부 압축실(31)과 하부 압축실(32) 사이에 배치되어 상부 압축실(31)과 하부 압축실(32)이 서로 구획되도록 하는 중간판(34)을 포함한다.

상부 압축실(31)의 높이는 하부 압축실(32)의 높이보다 더 크게 형성되어서 상부 압축실(31)의 내용적이 하부 압축실(32)의 내용적보다 더 크게 되며, 이에 따라 상부 압축실(31)에서는 하부 압축실(32)에 비해 더 많은 유량의 기체를 압축할 수 있게 됨으로써 본 발명에 따른 회전 압축기가 가변용량을 갖게 되는 것이다.

물론, 하부 압축실(32)의 높이를 상부 압축실(31)의 높이보다 더 크게 하면 하부 압축실(32)에서 더 많은 유량의 기체를 압축할 수 있도록 하부 압축실(32)의 내용적이 상부 압축실(31)의 내용적보다 더 크게 된다.

상부 압축실(31)과 하부 압축실(32)의 내부에는 회전축(21)의 회전방향에 따라 상부 압축실(31)과 하부 압축실(32) 중에서 어느 하나에서만 선택적으로 압축동작이 이루어질 수 있도록 하는 편심장치(40)가 배치되며, 상기 편심장치(40)에는 이 편심장치(40)가 슬립 회전됨이 없이 원활하게 동작하도록 하기 위한 본 발명에 따른 구속장치(80)가 설치되게 되는데, 이 편심장치(40)와 구속장치(80)의 구조와 동작에 대해서는 도 2 내지 도 8을 참조하여 후술할 것이다.

상부 압축실(31)과 하부 압축실(32)에는 또한 각각 상기 편심장치(40)의 외주면에 회전 가능하게 배치되는 상부 롤러(37)와 하부 롤러(38)가 설치되고, 하우징(33)에는 각각 상부 압축실(31)과 하부 압축실(32)과 연통하도록 배치된 상하부 흡입구(63)(64)와 상하부 토출구(65)(66)(도 3 및 도 6 참조)가 형성되어 있다.

상부 흡입구(63)와 상부 토출구(65) 사이에는 상부 베인(61)이 지지스프링(61a)에 의해 상부 롤러(37)와 밀착된 상태로 반경방향으로 배치되어 있으며(도 3 참조), 하부 흡입구(64)와 하부 토출구(66) 사이에는 하부 베인(62)이 지지스프링(62a)에 의해 하부 롤러(38)와 밀착된 상태로 반경방향으로 배치되어 있다(도 6 참조).

또한, 액냉매를 분리하여 가스냉매만 압축기로 유입되도록 하는 어큐뮬레이터(69)의 출구관(69a)에는 하우징(33)에 형성된 상부 및 하부 흡입구(63)(64) 중에서 압축동작이 이루어지는 흡입구 측으로만 가스냉매가 공급되도록 각 흡입유로(67)(68)를 선택적으로 개폐시키는 유로 전환장치(70)가 설치된다. 상기 유로 전환장치(70)의 내부에는 상부 흡입구(63)와 연결된 흡입유로(67)와 하부 흡입구(64)와 연결된 흡입유로(68)의 압력차에 의해 이 흡입유로(67)(68)들 중에서 어느 하나만을 개방하여 냉매가스가 공급되도록 하는 밸브장치(71)가 좌우이동 가능하게 배치되어 있다.

다음에는 본 발명의 특징적인 구성을 이루는 회전축과 편심장치의 구조를 도 2를 참조하여 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 편심장치가 회전축으로부터 분리된 상태를 보인 사시도이다. 이에 도시된 바와 같이, 편심장치(40)는 회전축(21)에서 각각 상부 압축실(31)과 하부 압축실(32)에 대응하는 위치에 마련된 상부 편심캠(41)과 하부 편심캠(42), 각각 상기 상부 편심캠(41)과 하부 편심캠(42)의 외주면에 배치되는 상부 편심부시(51)와 하부 편심부시(52), 상부 편심캠(41)과 하부 편심캠(42) 사이에 설치된 걸림핀(43), 상기 걸림핀(43)이 걸려지도록 상부 편심부시(51)와 하부 편심부시(52) 사이에 일정길이로 마련된 슬롯(53), 그리고 상부 편심부시(51)와 하부 편심부시(52)가 특정구간에서 각각 상부 편심캠(41)과 하부 편심캠(42)에 대해 슬립 회전되지 않도록 하는 구속장치(80)를 구비하여 이루어진다.

상부 편심캠(41)과 하부 편심캠(42)은 회전축(21)의 외주면으로부터 횡방향으로 일체로 돌출하여 회전축(21)의 중심선(C1-C1)에 대해 편심된 상태로 수직하게 배치된다. 또한, 상부 및 하부 편심캠(41)(42)은 회전축(21)으로부터 최대로 돌출한 상부 및 하부 편심캠(41)(42)의 각 최대 편심부와 회전축(21)으로부터 최소로 돌출한 상부 및 하부 편심캠(41)(42)의 각 최소 편심부를 연결하는 상부 편심선(L1-L1)과 하부 편심선(L2-L2)이 서로 일치되도록 배치된다.

걸림핀(43)은 나사산이 형성된 몸통부(44)와, 이 몸통부(44)의 선단에서 몸통부(44)보다 약간 더 큰 직경으로 형성된 머리부(45)로 이루어져서, 상부 편심캠(41)과 하부 편심캠(42) 사이의 회전축(21)에서 상기 편심선(L1-L1)(L2-L2)들과 대략 90도 각도를 이루도록 하는 위치에 형성된 나사홀(46)에 상기 몸통부(44)가 나사 결합됨으로써 회전축(21)에 체결된다.

상부 편심부시(51)와 하부 편심부시(52)는 그들 사이를 연결하는 연결부(54)에 의해 연결되어 일체로 형성되며, 걸림핀(43)의 머리부(45)의 직경보다 약간 큰 폭을 가진 상기 슬롯(53)은 연결부(54)에 원주방향으로 형성된다.

따라서, 연결부(54)에 의해 일체로 연결되어 형성된 상부 편심부시(51)와 하부 편심부시(52)를 회전축(21)에 끼우고 슬롯(53)을 통해 걸림핀(43)을 회전축(21)의 나사홀(46)에 체결하면 걸림핀(43)이 슬롯(53)에 끼워진 상태로 회전축(21)에 설치되게 된다.

이러한 상태에서 회전축(21)이 정회전 또는 역회전함에 따라 걸림핀(43)이 슬롯(53)의 제 1 단(53a) 또는 제 2 단(53b)에 걸리게 되면 상부 편심부시(51)와 하부 편심부시(52)가 회전축(21)과 함께 정회전 또는 역회전하게 된다.

한편, 상부 편심부시(51)의 최대 편심부와 최소 편심부를 연결하는 편심선(L3-L3)과 슬롯(53)의 제 1 단(53a)과 연결부(54)의 중심을 잇는 선 사이의 각도는 대략 90도를 이루도록 형성되고, 하부 편심부시(52)의 최대 편심부와 최소 편심부를 연결하는 편심선(L4-L4)과 슬롯(53)의 제 2 단(53b)과 연결부(54)의 중심을 잇는 선 사이의 각도도 마찬가지로 대략 90도를 이루도록 형성된다.

또한, 상부 편심부시(51)의 편심선(L3-L3)과 하부 편심부시(52)의 편심선(L4-L4)은 서로 동일 평면상에 위치하되 상부 편심부시(51)의 최대 편심부와 하부 편심부시(52)의 최대 편심부는 서로 반대측을 향하도록 편심 배치되며, 연결부(54)에 원주방향을 따라 형성된 슬롯(53)의 제 1 단(53a)과 제 2 단(53b)을 연결하는 선도 180도의 각도를 이루도록 형성된다.

상기와 같은 배치구조에 의해 걸림핀(43)이 슬롯(53)의 제 1 단(53a)에 걸려져서 상부 편심부시(51)가 회전축(21)과 함께 제 1 회전방향으로 회전(물론, 하부 편심부시도 함께 회전하게 됨)하게 되는 각위치에서 상부 편심부시(51)는 상부 편심캠(41)의 최대 편심부와 상부 편심부시(51)의 최대 편심부가 서로 맞닿게 되어 회전축(21)과 최대로 편심된 상태로 정회전하게 되는 반면에(도 3 참조), 하부 편심부시(52)는 하부 편심캠(42)의 최대 편심부와 하부 편심부시(52)의 최소 편심부가 서로 맞닿게 되어 회전축(21)과 동심을 이룬 상태로 정회전하게 된다(도 4 참조).

상기와 반대로, 걸림핀(43)이 슬롯(53)의 제 2 단(53b)에 걸려져서 하부 편심부시(52)가 회전축(21)과 함께 제 2 회전방향으로 회전하게 되는 각위치에서 하부 편심부시(52)는 하부 편심캠(42)의 최대 편심부와 하부 편심부시(52)의 최대 편심부가 서로 맞닿게 되어 회전축(21)과 최대로 편심된 상태로 역회전하게 되는 반면에(도 6 참조), 상부 편심부시(51)는 상부 편심캠(41)의 최대 편심부와 상부 편심부시(51)의 최소 편심부가 서로 맞닿게 되어 회전축과 동심을 이룬 상태로 역회전하게 된다(도 7 참조).

상기와 같이 구성된 편심장치(40)에서 상부 편심부시(51)와 하부 편심부시(52)가 슬립 회전됨이 없이 회전축(21)과 동일한 속도로 회전되도록 하기 위한 구속장치(80)는 상부 편심캠(41)에 설치된다.

상기 구속장치(80)는 하우징(81)과, 상기 하우징(81)에 수용되는 탄성부재(82)와 볼(83)을 구비한다. 상기 하우징(81)의 내부에 탄성부재(82)와 볼(83)이 수용된 상태에서 상기 탄성부재(82)는 압축되어 상기 볼(83)에 탄성력을 가하게 되며, 상기 볼(83)의 일부는 하우징(81)의 외측으로 돌출하여 위치하게 된다.

상기 하우징(81)을 상부 편심캠(41)에 설치하기 위해 상부 편심캠(41)에는 일정 깊이로 형성된 수용홀(84)이 마련되어 있다. 하우징(81)의 외주면과 수용홀(84)의 내주면에는 나사산이 형성되어서 하우징(81)이 수용홀(84)에 나사 결합되어 고정되게 된다. 물론, 상기 하우징(81)은 다른 방식으로 수용홀(84)에 고정될 수도 있다. 또한, 상기 하우징(81)이 없이 상기 탄성부재(82)와 볼(83)이 직접 수용홀(84)에 수용되는 구조로 이루어질 수도 있다.

상기 수용홀(84)은 상부 편심캠(41)에서 걸림핀(43)과 90도의 위상차를 이루는 각위치에, 더 정확하게는 회전축(21)이 제 1 방향(반시계방향)으로 회전하는 것을 기준으로 하여 걸림핀(43)보다 90도의 위상차로 앞서는 각위치에 형성된다. 물론, 수용홀(84)을 걸림핀(43)보다 90도의 위상차로 뒤쳐지는 각위치에 형성될 수도 있다.

또한, 상기 구속장치(80)는 수용홀(84)이 위치하는 높이와 대응하는 높이에서 상부 편심부시(51)의 내주면에 마련되는 제 1 그루브(85)와 제 2 그루브(86)를 더 구비한다.

상기 제 1 및 제 2 그루브(85)(86)는 상부 편심부시(51)의 내주면에서 슬롯(53)의 제 1 단(53a)과 제 2 단(53b)에 대해 90도의 위상차를이루는 각위치에서 오목하게 형성된다. 더 구체적으로는 상기 제 1 그루브(85)는 회전축(21)의 제 1 회전방향을 기준으로 슬롯(53)의 제 1 단(53a)에 대해 90도의 위상차로 앞서는 각위치에 형성되고, 상기 제 2 그루브(86)는 회전축(21)의 제 1 회전방향을 기준으로 슬롯(53)의 제 1 단(53a)에 대해 90도의 위상차로 뒤쳐지는 각위치에 형성된다.

수용홀(84)과 제 1 및 제 2 그루브(85)(86)가 상기와 같은 각위치에 배치됨으로써 걸림핀(43)이 슬롯(53)의 제 1 단(53a)에 걸려진 위치에서는 상기 볼(83)이 제 1 그루브(85)에 안치되어 상부 편심부시(51)에 탄성력을 작용시키게 되며, 걸림핀(43)이 슬롯(53)의 제 2 단(53b)에 걸려진 위치에서는 상기 볼(53)이 제 2 그루브(86)에 안치되어 상부 편심부시(51)에 탄성력을 작용시키게 되는 것이다.

상기 탄성부재(82)는 코일스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 탄성부재(82)의 탄성력은 상기 볼(83)이 상부 편심부시(51)에 작용시키는 구속력(Fr)이 상부 및 하부 편심부시(51)(52)의 슬립 회전력(Fs)(도 5 참조)보다는 크게 되고 회전축(21)의 회전 구동력보다는 작게 되도록 설정된다. 이러한 탄성부재(82)의 탄성범위에 의해 회전축(21) 또는 상부 및 하부 편심캠(41)(42)은 상부 및 하부 편심부시(51)(52)에 대해 상대적인 회전이 가능하게 되는 반면에, 상부 및 하부 편심부시(51)(52)는 회전축(21) 또는 상부 및 하부 편심캠(41)(42)에 대해 상대적인 회전이 가능하지 않게 되어 슬립 회전이 발생하지 않게 되는 것이다.

이하에서는 도 3 내지 도 8을 참조하여 상기와 같이 구성된 편심장치에 의해 상부 압축실 또는 하부 압축실에서 선택적으로 냉매가스가 압축되는 동작에 대해 설명하고자 한다.

도 3은 회전축이 제 1 회전방향으로 회전하여 본 발명에 따른 편심장치에 의해 상부 압축실에서 슬립이 발생하지 않는 상태로 압축작용이 이루어지는 것을 보인 것이고, 도 4는 도 3에 대응하는 도면으로서, 회전축이 제 1 회전방향으로 회전하여 본 발명에 따른 편심장치에 의해 하부 압축실에서 압축작용이 이루어지지 않는 것을 보인 것이며, 도 5는 회전축이 제 1 회전방향으로 회전할 때 본 발명에 따른 편심장치에 의해 상부 회전부시가 슬립 회전되지 않게 되는 것을 보인 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 회전축(21)이 제 1 회전방향(도 3에서는 반시계방향)으로 회전하여 회전축(21)에서 돌출한 걸림핀(43)이 상부 편심부시(51)와 하부 편심부시(52) 사이에 형성된 슬롯(53)에 끼워진 상태로 일정각도 회동하게 되면 걸림핀(43)이 슬롯(53)의 제 1 단(53a)에 걸려져서 상부 편심부시(51)가 회전축(21)과 함께 회전하게 된다. 이 때, 하부 편심부시(52)도 연결부(54)에 의해 상부 편심부시(51)와 일체로 연결되어 형성되기 때문에 상부 편심부시(51)와 일체로 회전하게 된다.

걸림핀(43)이 슬롯(53)의 제 1 단(53a)에 걸려진 상태에서는 전술한 바와 같이, 상부 편심캠(41)의 최대 편심부가 상부 편심부시(51)의 최대 편심부와 맞닿게 되어 상부 편심부시(51)가 회전축(21)의 중심선(C1-C1)에 대해 최대 편심위치로 전환된 상태에서 회전하게 되며, 이에 따라 상부 롤러(37)가 상부 압축실(31)을 형성하는 하우징(33)의 내주면과 접촉한 상태로 회전하게 되면서 압축동작을 수행하게 된다.

이와 동시에, 도 4에 도시된 바와 같이 하부 편심캠(42)의 최대 편심부는 하부 편심부시(52)의 최소 편심부에 맞닿게 되어 하부 편심부시(52)가 회전축(21)의 중심선(C1-C1)에 대해 동심을 이루는 위치로 전환된 상태에서 회전하게 되며, 이에 따라 하부 롤러(38)가 하부 압축실(32)을 형성하는 하우징(33)의 내주면과 일정간격으로 이격된 채로 회전하게 되면서 압축동작이 이루어지지 않게 된다.

상기와 같은 위치에서 구속장치(80)의 볼(83)은 상부 편심부시(51)에 마련된 제 1 그루브(85)에 위치되어 상부 편심부시(51)에 구속력을 작용시키게 된다.

따라서 회전축(21)이 제 1 회전방향으로 회전하게 되면 상대적으로 내용적이 큰 상부 압축실(31)에서는 상부 롤러(37)에 의해 상부 흡입구(63)로 유입된 냉매가스가 압축되어 상부 토출구(65)를 통해 배출되게 되고, 상대적으로 내용적이 작은 하부 압축실(32)에서는 압축동작이 이루어지지 않게 되어서, 회전 압축기는 압축용량이 큰 상태로 가변되어 작동하게 되는 것이다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 롤러(37)가 상부 베인(61)에 맞닿게 되어서 냉매가스의 압축동작이 완료됨과 동시에 냉매가스의 흡입동작이 시작되는 시점에서는 상부 토출구(65)를 통해 미쳐 빠져나가지 못한 일부의 압축가스가 다시 상부 압축실(31)로 유입되어 재팽창되면서 상부 롤러(37)와 상부 편심부시(51)에 회전축(21)이 회전하는 방향으로 압력을 가하게 되어서 순간적으로 상부 편심부시(51)가 회전축(21)보다 더 빠른 속도로 회전하게 됨으로써 상부 편심부시(51)가 상부 편심캠(41)으로부터 미끄러지는 슬립현상이 발생하게 된다.

또한, 상기와 같은 상태에서 회전축(21)이 더 회전하게 되면 다시 걸림핀(43)이 슬롯(53)의 제 1 단(53a)에 충돌하게 되면서 상부 편심부시(51)가 회전축(21)과 동일한 속도로 회전하게 되며, 이러한 충돌과정에서 소음이 발생하게 되고 접촉부위에서 손상이 발생하게 될 가능성이 있게 된다.

상기와 같이 상부 롤러(37)가 상부 베인(61)에 맞닿게 되는 회전 위치에서 상부 편심부시(51)에는 상부 토출구(65)로부터 냉매가스의 일부가 역류하여 재팽창할 때 발생하는 가스압력에 의해 회전축(21)이 회전하는 방향(제 1 회전방향)으로 힘이 작용하게 되어 상부 편심부시(51)에서 슬립현상이 일어나게 되지만, 상부 편심캠(41)에 설치된 본 발명에 따른 구속장치(80)에 의해 상부 편심부시(51)가 슬립 회전되는 방향과 반대방향으로 마찰력이 발생하게 되어 슬립 회전이 발생하지 않게 된다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 구속장치(80)의 볼(83)이 탄성부재(82)에 의해 상부 편심부시(51)의 제 1 그루브(85)에 밀착되어 반경방향으로 탄성부재(82)의 탄성력을 작용시키게 되며, 이러한 탄성부재(82)의 탄성력에 의해 볼(83)과 상부 편심부시(51)의 내주면 사이에는 상부 편심부시(51)의 회전방향과 반대되는 방향으로 마찰력 또는 구속력(Fr)이 발생하게 된다.

상기 마찰력(Fr)은 회전축(21)의 고속회전에 의해 발생하는 원심력이 더해짐에 따라 더욱 커지게 되어서 상부 편심부시(51)의 슬립 회전력(Fs)을 충분히 상쇄시키게 되며, 이에 따라 상부 편심부시(51)는 편심 회전됨이 없이 회전축(21)과 동일한 속도로 회전하게 되는 것이다.

본 발명에 따른 편심장치(40)에 의해 상부 압축실(31)에서 상부 편심부시(51)가 슬립 회전됨이 없이 압축작용을 끝내고 나서 하부 압축실(32)에서 압축작용이 이루어지도록 하기 위해서는 회전축(21)이 정지한 후에 다시 제 2 회전방향으로 방향전환하는 동작이 이루어지게 되는데, 다음에는 도 6 내지 도 8을 참조하여 하부 압축실(32)에서 압축작용이 이루어지는 동작에 대해서 설명한다.

도 6은 회전축이 제 2 회전방향으로 회전하여 본 발명에 따른 편심장치에 의해 하부 압축실에서 슬립이 발생되지 않는 상태로 압축작용이 이루어지는 것을 보인 것이고, 도 7은 도 6에 대응하는 도면으로서 회전축이 제 2 회전방향으로 회전하여 본 발명에 따른 편심장치에 의해 상부 압축실에서 압축작용이 이루어지지 않는 것을 보인 것이며, 도 8은 회전축이 제 2 회전방향으로 회전할 때 본 발명에 따른 편심장치에 의해 하부 회전부시가 슬립 회전되지 않게 되는 것을 보인 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 회전축(21)이 제 2 회전방향(도 6에서는 시계방향)으로 회전하게 되면 도 3과 도 4에서와 같이 상부 압축실(31)에서만 압축작용이 이루어지는 동작과 반대로 동작하게 되어 하부 압축실(32)에서만 압축작용이 이루어지게 된다.

즉, 회전축(21)이 제 2 회전방향으로 저속으로 방향전환하게 되면 회전축(21)의 회전 구동력이 구속장치(80)에 의해 상부 편심캠(41)과 상부 편심부시(51) 사이에 작용하는 마찰력 또는 구속력을 능가하게 되어서, 회전축(21)에서 돌출한 걸림핀(43)이 슬롯(53)의 제 2 단(53b)에 걸려지게 된다.

이러한 전환동작에 의해 하부 편심캠(42)의 최대 편심부가 하부 편심부시(52)의 최대 편심부와 맞닿게 되어 하부 편심부시(52)가 회전축(21)의 중심선(C1-C1)에 대해 최대로 편심된 상태로 전환되어 회전축(21)과 함께 회전하게 되고, 이에 따라 하부 롤러(38)가 하부 압축실(32)을 형성하는 하우징(33)의 내주면과 접촉한 상태로 회전하게 되면서 압축동작을 수행하게 된다.

이와 동시에, 도 7에 도시된 바와 같이 상부 편심캠(41)의 최대 편심부는 상부 편심부시(51)의 최소 편심부와 맞닿게 되어 상부 편심부시(51)는 회전축(21)의 중심선(C1-C1)에 대해 동심을 이루는 상태로 전환되어 회전하게 되며, 이에 따라 상부 롤러(37)가 상부 압축실(31)을 형성하는 하우징(33)의 내주면과 일정간격으로 이격된 채로 회전하게 되면서 압축동작이 이루어지지 않게 된다.

상기와 같은 위치에서 구속장치(80)의 볼(83)은 상부 편심부시(51)에 마련된 제 2 그루브(86)에 위치되어 상부 편심부시(51)에 구속력을 작용시키게 된다.

따라서 상대적으로 내용적이 작은 하부 압축실(32)에서는 하부 롤러(38)에 의해 하부 흡입구(64)로 유입된 냉매가스가 압축되어 하부 토출구(66)를 통해 배출되게 되고, 상대적으로 내용적이 큰 상부 압축실(31)에서는 압축동작이 이루어지지 않게 되어서, 회전 압축기는 압축용량이 작은 상태로 가변되어 작동하게 되는 것이다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 롤러(38)가 하부 베인(62)에 맞닿게 되어서 냉매가스의 압축동작이 완료됨과 동시에 냉매가스의 흡입동작이 시작되는 시점에서는 하부 토출구(66)를 통해 미쳐 빠져나가지 못한 일부의 압축가스가 다시 하부 압축실(32)로 유입되어 재팽창되면서 하부 롤러(38)와 하부 편심부시(52)에 회전축(21)이 회전하는 방향으로 압력을 가하게 되어서 순간적으로 하부 편심부시(52)가 회전축(21)보다 더 빠른 속도로 회전하게 됨으로써 하부 편심부시(52)가 하부 편심캠(42)으로부터 미끄러지는 슬립현상이 발생하게 된다.

또한, 상기와 같은 상태에서 회전축(21)이 더 회전하게 되면 다시 걸림핀(43)이 슬롯(53)의 제 2 단(53b)에 충돌하게 되면서 하부 편심부시(52)가 회전축(21)과 동일한 속도로 회전하게 되며, 이러한 충돌과정에서 소음이 발생하게 되고 충돌부위에서 손상이 발생하게 될 가능성이 있게 된다.

그러나, 이러한 슬립현상과 충돌현상은 전술한 바와 같이 구속장치(80)가 회전축(21)이 제 1 회전방향으로 회전할 때 상부 편심부시(51)에 마찰력 또는 구속력을 작용시켜서 상부 편심부시(51)가 슬립 회전되는 것을 방지하는 방식과 동일하게 작용하여서 일어나지 않게 된다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 구속장치(80)의 볼(83)이 회전축(21)의 고속회전에 따른 원심력과 함께 작용하는 탄성부재(82)의 탄성력에 의해 상부 편심부시(51)의 내주면에 밀착되게 되며, 이 원심력과 탄성력에 의해 볼(83)과 상부 편심부시(51)의 제 2 그루브(86) 사이에는 하부 편심부시(52)의 회전방향과 반대되는 방향으로 마찰력 또는 구속력(Fr)이 발생하게 되어 하부 편심부시(52)의 슬립 회전력(Fs)을 상쇄시키게 된다. 따라서 하부 편심부시(51)는 상기 마찰력 또는 구속력(Fr)에 의해 편심 회전됨이 없이 회전축(21)과 동일한 속도로 회전하게 되는 것이다.

상기와 같이 회전축(21)이 제 1 회전방향 또는 제 2 회전방향으로 회전하게되면서 상부 편심부시(51)와 하부 편심부시(52)는 본 발명에 따른 구속장치(80)에 의해 슬립 회전됨이 없이 각각 상부 압축실(31)과 하부 압축실(32)에서 압축작용이 이루어지도록 하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 구속장치가 상부 편심캠에 설치된 것으로 예시하였지만, 이에 한정되지 않고 구속장치가 하부 편심캠에 설치되거나 상부 편심캠과 하부 편심캠 모두에 설치되어 구성될 수도 있다. 또한, 상부 편심캠이나 하부 편심캠에서 복수의 구속장치가 설치되어 구성될 수도 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용량가변 회전압축기는 서로 다른 내용적을 가진 상부 압축실과 하부 압축실에서 정방향 또는 역방향으로 회전하는 편심장치에 의해 압축용량을 가변시킬 수 있는 구조로 이루어져서 주위공간을 적절하게 냉각시킬 수 있음과 동시에, 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명에 따른 용량가변 압축기는 상부 편심캠에 설치된 구속장치에 의해 편심장치가 정방향 또는 역방향으로 회전하는 과정에서 상부 또는 하부 압축실에서의 압력변화에 기인하여 상부 편심부시 또는 하부 편심부시가 슬립되는 현상이 발생하지 않게 되어서 상부 및 하부 편심부시가 원활하게 회전하게 되는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 용량가변 회전압축기의 대략적인 내부구조를 보인 종단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 편심장치가 회전축에서 분리된 상태를 보인 사시도이다.

도 3은 회전축이 제 1 회전방향으로 회전하여 본 발명에 따른 편심장치에 의해 상부 압축실에서 슬립이 발생하지 않는 상태로 압축작용이 이루어지는 것을 보인 도면이다.

도 4는 도 3에 대응하는 도면으로서, 회전축이 제 1 회전방향으로 회전하여 본 발명에 따른 편심장치에 의해 하부 압축실에서 압축작용이 이루어지지 않는 것을 보인 도면이다.

도 5는 회전축이 제 1 회전방향으로 회전할 때 본 발명에 따른 편심장치에 의해 상부 회전부시가 슬립 회전되지 않게 되는 것을 보인 도면이다.

도 6은 회전축이 제 2 회전방향으로 회전하여 본 발명에 따른 편심장치에 의해 하부 압축실에서 슬립이 발생되지 않는 상태로 압축작용이 이루어지는 것을 보인 도면이다.

도 7은 도 6에 대응하는 도면으로서, 회전축이 제 2 회전방향으로 회전하여 본 발명에 따른 편심장치에 의해 상부 압축실에서 압축작용이 이루어지지 않는 것을 보인 도면이다.

도 8은 회전축이 제 2 회전방향으로 회전할 때 본 발명에 따른 편심장치에 의해 하부 회전부시가 슬립 회전되지 않게 되는 것을 보인 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

21: 회전축 31: 상부 압축실

32: 하부 압축실 40: 편심장치

41: 상부 편심캠 42: 하부 편심캠

43: 걸림핀 51: 상부 편심부시

52: 하부 편심부시 53: 슬롯

80: 구속장치 81: 하우징

82: 탄성부재 83: 볼

85: 제 1 그루브 86: 제 2 그루브

Claims (7)

1. 서로 다른 내용적으로 구획된 상부 및 하부 압축실과, 상기 상부 및 하부 압축실을 관통하는 회전축과, 상기 회전축에 마련된 상부 및 하부 편심캠과, 각각 상기 상부 및 하부 편심캠의 외주면에 배치되는 상부 및 하부 편심부시와, 상기 상부 및 하부 편심부시 사이에 마련된 슬롯과, 상기 슬롯과 작용하여 상기 상부 및 하부 편심부시를 선택적으로 최대 편심위치로 전환시키는 걸림핀과, 상기 상부 편심캠과 하부 편심캠 중의 적어도 어느 하나에 설치되며 탄성부재와 볼을 구비하여 상기 상부 편심부시와 하부 편심부시가 슬립 회전되지 않도록 구속하는 구속장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성부재와 볼은 상기 상부 편심캠에 횡방향으로 형성된 수용홀에 배치되어 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 상기 볼이 상기 상부 편심부시에 구속력을 작용시키게 되는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 수용홀은 상기 상부 편심캠에서 상기 걸림핀과 90도의 위상차를 이루는 각위치에 형성된 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 상부 편심부시의 내주면에서 상기 슬롯의 제 1 단과 제 2 단에 대해 90도의 위상차를 이루는 각위치에는 오목하게 형성된 제 1 및 제 2 그루브가 마련되어서, 상기 걸림핀이 상기 슬롯의 제 1 단 또는 제 2 단에 걸려진 위치에서 상기 볼이 상기 제 1 그루브 또는 상기 제 2 그루브에 안치된 상태에서 상기 탄성부재의 탄성력을 받게 됨으로써 상기 상부 및 하부 편심부시를 슬립 회전됨이 없이 구속시키게 되는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성부재는 코일스프링으로 이루어지고, 상기 코일스프링의 탄성력은 상기 볼이 상기 상부 편심부시에 작용시키는 구속력이 상기 상부 및 하부 편심부시의 슬립 회전력보다는 크게 되고 상기 회전축의 회전 구동력보다는 작게 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 수용홀에는 하우징이 끼워져서 고정되어서, 상기 탄성부재와 상기 볼은 상기 하우징에 수용된 상태에서 상기 상부 편심부시의 내주면에 구속력을 작용시키는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 걸림핀은 상기 상부 편심캠과 상기 하부 편심캠 사이에서 상기 회전축으로부터 돌출하고, 상기 슬롯은 상기 상부 편심부시와 하부 편심부시 사이에 형성되어 상기 걸림핀이 수용되도록 하되 상기 슬롯은 상기 제 1 단과 제 2 단이 180도의 각도를 이루는 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.