KR100577200B1 - 이중용량 로터리 압축기 - Google Patents

이중용량 로터리 압축기 Download PDF

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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 이중용량 로터리 압축기에 관한 것으로, 상하로 2개의 압축부를 구비하는 로터리 압축기에 있어서, 간단한 구성으로 시스템의 부하에 따른 냉력 가변이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 서로 다른 크기의 내부 체적을 갖는 상부 실린더 및 하부 실린더와; 상기 상부 실린더 및 하부 실린더의 중심과 동심상으로 설치되어 회전하는 구동축과; 상기 구동축에 구동축과 일정량 편심되게 형성되어, 상기 구동축의 회전에 의해 자전함과 동시에 상,하부 실린더의 내주면을 따라 공전하면서 상,하부 실린더의 내주면과 함께 유체 흡입 및 압축을 위한 유체챔버를 형성하는 상,하부 편심롤러부와; 상기 상,하부 실린더의 흡입구와 토출구 사이의 내주부에 형성되는 홈 내에 탄성적으로 설치되어, 상기 상,하부 편심롤러부의 외주면과 계속적으로 접촉하는 상,하부 베인과; 상기 상,하부 베인이 상부 실린더의 홈 내측으로 완전히 인입되었을 때 상,하부 베인의 위치를 선택적으로 고정하는 상,하부 베인 구속장치를 포함하여 구성된 이중용량 로터리 압축기를 제공한다.
이중용량, 로터리, 압축기, 베인, 구속장치

Description

이중용량 로터리 압축기{Rotary Type Compressor Having Dual Capacity}
도 1은 본 발명에 따른 이중용량 로터리 압축기의 전체 구성을 나타낸 요부 단면도
도 2a와 도 2b는 각각 도 1의 이중용량 로터리 압축기의 파워모드에서의 상부 압축부와 하부 압축부의 상태를 나타낸 요부 횡단면도
도 3a와 도 3b는 각각 도 1의 이중용량 로터리 압축기의 세이빙모드에서의 상부 압축부와 하부 압축부의 상태를 나타낸 요부 횡단면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
13 : 구동축 20 : 상,하부 압축부
21 : 상부 실린더 211 : 흡입구
212 : 토출구 24 : 상부 편심캠
25 : 상부 롤러 26 : 상부 베인
261 : 고정홈 27 : 압축스프링
28 : 고정바아 29 : 솔레노이드
31 : 하부 실린더 211 : 흡입구
212 : 토출구 34 : 하부 편심캠
35 : 하부 롤러 36 : 하부 베인
361 : 고정홈 37 : 압축스프링
38 : 고정바아 39 : 솔레노이드
본 발명은 이중용량 압축기에 관한 것으로, 특히 상하로 배치된 2개의 압축부에서 압축이 선택적으로 이루어질 수 있도록 함으로써 시스템의 부하에 대응한 냉력 가변이 가능하도록 한 이중용량 로터리 압축기에 관한 것이다.
일반적으로, 압축기는 전기모터나 터빈 등의 동력 발생장치로부터 동력을 전달받아 공기, 냉매등과 같은 작동유체에 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 있는 반면에, 피스톤의 관성으로 인해 회전속도에 한계가 있으며, 관성력으로 인해 상당한 진동이 발생하는 단점이 있다. 상기 로터리 압축기는 실린더 내부를 편심된 채로 공전하는 롤러에 의해 작동유체를 압축하며, 상기 왕복동식 압축기에 비해 저속으로 높은 압축효율을 생산할 수 있다. 따라서, 상기 로터리 압축기는 진동과 소음이 적게 발생하는 장점을 더 갖는다.
종래에 이러한 로터리 압축기 중 하나로서 냉매가 압축되는 공간인 실린더가 상하로 2개로 설치되고, 이 실린더 내부에 하나의 구동축에 의해 편심회전하며 냉매를 압축시키는 2개의 편심롤러가 각각 상호 180°의 위상차를 갖도록 설치되어, 상,하부에서 연속적인 냉매 압축이 일어나면서 압축기의 효율을 향상시키고 진동 특성을 더욱 향상시킨 트윈(twin) 로터리 압축기가 개발되어 사용되고 있다.
그러나, 상기 트윈 로터리 압축기는 2개의 압축부에서 연속적인 냉매 압축이 발생하기는 하지만 압축 용량, 즉 냉력이 항상 일정한 특성을 가지고 있는 바, 요구되는 시스템의 부하의 크기에 따라 압축 용량을 가변할 수 없기 때문에 시스템의 작동 효율을 향상시키는데 한계가 있는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상하로 2개의 압축부를 구비하는 로터리 압축기에 있어서, 간단한 구성으로 시스템의 부하에 따른 냉력 가변이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 이중용량 로터리 압축기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 작동유체가 각각 흡입 및 토출되는 흡입구 및 토출구가 형성되며, 서로 다른 크기의 내부 체적을 갖는 상부 실린더 및 하부 실린더와; 상기 상부 실린더 및 하부 실린더의 중심과 동심상으로 설치되어 회전하는 구동축과; 상기 구동축을 회전시키는 구동모터와; 상기 구동축에 구동축과 일정량 편심되게 형성되어, 상기 구동축의 회전에 의해 자전함과 동시에 상,하부 실린더의 내주면을 따라 공전하면서 상,하부 실린더의 내주면과 함께 유체 흡입 및 압축을 위한 유체챔버를 형성하는 상,하부 편심롤러부와; 상기 상,하부 실린더의 흡입구와 토출구 사이의 내주부에 형성되는 홈 내에 탄성적으로 설치되어, 상기 상,하부 편심롤러부의 외주면과 계속적으로 접촉하는 상,하부 베인과; 상기 상부 베인이 상부 실린더의 홈 내측으로 완전히 인입되었을 때 상부 베인의 위치를 고정하는 상부 베인 구속장치와; 상기 하부 베인이 하부 실린더의 홈 내측으로 완전히 인입되었을 때 하부 베인의 위치를 고정하는 하부 베인 구속장치를 포함하여 구성된 이중용량 로터리 압축기를 제공한다.
이하, 첨부된 도면의 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 이중용량 로터리 압축기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3b는 본 발명에 따른 본 발명의 이중용량 로터리 압축기의 일 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 케이스(1)와 상기 케이스(1)의 내부에 위치하는 동력발생부(10)와 상,하부 압축부(20, 30)로 이루어진다.
상기 케이스(1)의 상부와 하부에는 각각 상부캡(3)과 하부캡(5)이 설치되어 밀폐된 내부공간을 형성한다. 상기 케이스(1)의 일측에는 어큐뮬레이터(8)로부터 상기 상,하부 압축부(20)로 작동유체를 공급하는 2개의 흡입관(7)이 연결된다.
그리고, 상기 상부캡(3)의 중심에는 압축된 유체가 토출되는 토출관(9)이 설치되며, 상기 하부캡(5)에는 마찰 운동하는 부재의 윤활 및 냉각을 위해 일정량의 윤활유가 채워진다.
상기 동력발생부(10)는 상기 케이스(1)에 고정되는 스테이터(11)와, 상기 스테이터(11)의 내부에 회전 가능하게 지지되는 로터(12)와, 상기 로터(12)에 압입되는 구동축(13)으로 구성된다. 상기 로터(12)는 전자기력에 의해 회전하며, 상기 구동축(13)은 로터(12)의 회전력을 상기 상,하부 압축부(20, 30)에 전달한다. 상기 스테이터(20)에 외부 전원을 공급하기 위해 상기 상부캡(3)에 터미널(4)이 설치된다. 상기 구동축(13)의 하단부는 윤활유에 잠겨져 있다.
상기 상,하부 압축부(20, 30)는 크게 상기 케이스(1)에 상하로 배치되며 작동유체가 압축되는 내부 체적을 형성하는 상,하부 실린더(21, 31)와, 상기 상,하부 실린더(21, 31)의 내부에 위치되어 작동유체를 압축시키는 상,하부 롤러(25, 35) 및 상,하부 편심캠(24, 34)으로 구성된다. 상기 상,하부 편심캠(24, 34)은 그 중심이 구동축(13) 중심으로부터 일정거리 이격된 일종의 편심된 캠으로서, 상기 상,하부 롤러(25, 35)는 상기 편심캠(24, 34) 외주부에 압입되어 결합된다.
또한, 상기 상,하부 실린더(21, 31)의 상,하부에는 상,하부 실린더(21, 31)의 상,하부면을 각각 밀폐하면서 상기 구동축(13)을 회전가능하게 지지하는 상,하부 베어링부(41, 42)가 설치된다.
상기 상,하부 실린더(21, 31)는 서로 다른 압축용량을 생성하기 위하여 서로 다른 크기의 내부체적을 갖는데, 이 실시예에서는 상기 상부 실린더(21)의 내부 체적이 상기 하부 실린더(31)의 내부체적보다 큰 것으로 하여 설명한다.
또한, 상기 상,하부 실린더(21, 31)에는 각각 상기 흡입관(7)과 연결되어 작동유체를 공급받는 흡입구(211, 311)가 형성되고, 상기 흡입구(211, 311)의 인근에 실린더 내부에서 압축된 냉매가 토출되는 토출구(212, 312)가 형성된다.
상,하부 실린더(21, 31)의 흡입구(211, 311)와 토출구(212, 312) 사이의 위치에 그의 내주부로부터 일정 깊이로 연장되는 홈(213, 313)이 형성된다. 상기 홈(213, 313)에는 상기 상,하부 롤러(25, 35)의 외주면과 지속적으로 탄성 접촉하면서 상,하부 실린더(21, 31) 내부체적을 작동유체가 흡입되는 공간과 작동유체가 압축되는 공간으로 구획하는 상,하부 베인(26, 36)이 설치된다. 상기 홈(213, 313)은 상기 상,하부 베인(26, 36)을 완전히 수용하도록 충분한 길이를 가지며, 홈(213, 313) 내에는 상기 상,하부 베인(26, 36)을 탄성적으로 지지하도록 압축스프링(27, 37)이 수용된다.
한편, 상기 상,하부 베인(26, 36)의 일측부에 고정홈(261, 361)이 형성된다. 그리고, 상기 상,하부 실린더(21, 31)의 각 홈(213, 313)의 일측에 이 홈(213, 313)으로 연통되는 슬라이드홈(281, 381)이 형성되며, 이 슬라이드홈(281, 381) 내에는 상기 홈(213, 313) 내측으로 인입 및 인출되면서 그 끝단부가 상,하부 베인(26, 36)의 고정홈(261, 361)에 삽입 및 탈거되는 고정바아(28, 38)가 설치된다.
상기 각 고정바아(28, 38)는 외부의 제어신호에 의해 작동하는 솔레노이드(29, 39)에 의해 슬라이드홈(281, 381)을 따라 측방으로 일정 거리 왕복 이동하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예의 이중용량 로터리 압축기의 작동을 도 2a 내지 도 3b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 큰 압축용량을 구현하는 파워모드(power mode) 운전시, 상부 압축부(20)는 도 2a에 도시된 것과 같이 고정바아(28)가 슬라이드홈(281) 내측으로 인입된 상태로 상부 베인(26)이 홈(213) 내에서 자유롭게 움직일 수 있는 상태이다.
이 상태에서 구동축(13)이 일방향으로 회전하게 되면, 상기 상부 롤러(25)가 구동축(13)과 함께 회전하면서 상부 실린더(21)의 내주면을 따라 공전하게 된다. 이 때, 상기 상부 롤러(25)가 흡입구(211) 위치를 지날때 순간적으로 진공압이 형성되면서 흡입구(211)를 통해 작동유체가 흡입되고, 흡입된 작동유체는 토출구(212) 쪽으로 유동하면서 압축되어 토출구(212)를 통해 토출된다.
반면에, 파워모드로 가동시 도 2b에 도시된 것과 같이 하부 압축부(30)는 상기 솔레노이드(39)에 파워모드에 따른 제어신호가 인가되면서 고정바아(38)가 슬라이드홈(381)을 따라 홈(313) 내측으로 쪽으로 이동하여 그 끝단부가 하부 베인(36)의 측면부에 밀착된다.
이와 동시에 구동축(13)이 회전하여 하부 롤러(35)의 상사점이 하부 베인(36)과 일치하는 위치에 도달하면 하부 베인(36)이 홈(313) 내측으로 완전히 인입됨과 동시에 고정바아(38)의 끝단부가 고정홈(361)에 삽입되고, 이로써 하부 베인(36)이 홈(313) 내에서 고정된다.
따라서, 이 상태에서는 구동축(13)이 계속 회전하게 되더라도 실린더(31) 내부에 밀폐된 공간이 형성되지 않으므로 작동유체의 압축이 발생하지 않게 되고, 결국 하부 롤러(35)는 하부 실린더(31) 내에서 공회전하게 되는 것이다.
이와 같이 파워모드에서는 상부 실린더(21)에서만 압축이 일어나고 하부 실린더(31)에서는 압축이 일어나지 않는다.
한편, 작은 압축 용량을 구현하는 세이빙모드(saving mode)로 전환시, 전술한 것과는 반대로 하부 실린더(31)에서만 압축이 일어나고 상부 실린더(21)에서는 압축이 일어나지 않게 된다.
즉, 세이빙모드로 전환시 도 3a에 도시된 것처럼 상부 압축부(20)의 솔레노이드(29)에 제어신호가 인가되면서 고정바아(28)가 슬라이드홈(281)을 따라 홈(213) 내측으로 이동하여 그 끝단부가 상부 베인(26)의 측면부에 밀착된다.
이와 동시에, 구동축(13)이 회전하여 상부 롤러(25)의 상사점이 상부 베인(26)과 일치하는 위치에 도달하면 상부 베인(26)이 홈(213) 내측으로 완전히 인입되면서 고정바아(28)의 끝단부가 고정홈(261)에 삽입되어 상부 베인(26)이 홈(213) 내에서 위치 고정된다.
따라서, 상부 압축부(20)의 상부 실린더(21) 내에서 압축이 발생하지 않고, 상부 롤러(25)는 상부 실린더(21) 내에서 공회전하게 된다.
반면에, 세이빙모드로 전환하게 되면, 도 3b에 도시된 것과 같이 하부 압축부(30)의 솔레노이드(39)는 고정바아(38)를 홈(313) 외측으로 이동시킨다. 이에 따 라 하부 베인(36)의 구속이 해제되어 하부 베인이 홈(313) 내에서 자유롭게 이동할 수 있게 된다.
이 상태에서 구동축(13)이 회전하게 되면, 상기 하부 롤러(35)가 구동축(13)과 함께 회전하면서 하부 실린더(31)의 내주면을 따라 공전하게 된다. 이 때, 상기 하부 롤러(35)가 흡입구(311) 위치를 지날때 순간적으로 진공압이 형성되면서 흡입구(311)를 통해 작동유체가 흡입되고, 흡입된 작동유체는 토출구(312) 쪽으로 유동하면서 압축되어 토출구(312)를 통해 토출된다.
전술한 바와 같이, 파워모드에서는 하부 압축부(30)의 하부 베인(36)이 홈(313) 내에서 고정되어 압축이 발생하지 않게 되고, 상대적으로 용량이 큰 상부 압축부(20)에서만 압축이 발생하게 된다. 이와 반대로 세이빙모드에서는 상부 압축부(20)의 상부 베인(26)이 홈(213) 내에서 고정되어 압축이 발생하지 않게 되고, 상대적으로 용량이 작은 하부 압축부(30)에서만 압축이 발생하게 된다.
따라서, 파워모드에서는 큰 압축 용량을 구현할 수 있고, 세이빙모드에서는 작은 압축 용량을 구현할 수 있게 되는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 운전 모드에 따라 상대적으로 큰 압축 용량을 갖는 압축부와 상대적으로 작은 압축 용량을 갖는 압축부 중 어느 하나의 압축부에서만 압축이 발생하게 되므로, 압축기가 적용되는 시스템의 냉각 부하에 대응하여 압축기의 냉력을 용이하게 가변시켜 운전할 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 작동유체가 각각 흡입 및 토출되는 흡입구 및 토출구가 형성되며, 서로 다른 크기의 내부 체적을 갖는 상부 실린더 및 하부 실린더와;
    상기 상부 실린더 및 하부 실린더의 중심과 동심상으로 설치되어 회전하는 구동축과;
    상기 구동축을 회전시키는 구동모터와;
    상기 구동축에 구동축과 일정량 편심되게 형성되어, 상기 구동축의 회전에 의해 자전함과 동시에 상,하부 실린더의 내주면을 따라 공전하면서 상,하부 실린더의 내주면과 함께 유체 흡입 및 압축을 위한 유체챔버를 형성하는 상,하부 편심롤러부와;
    상기 상,하부 실린더의 흡입구와 토출구 사이의 내주부에 형성되는 홈 내에 탄성적으로 설치되어, 상기 상,하부 편심롤러부의 외주면과 계속적으로 접촉하는 상,하부 베인과;
    상기 상부 베인이 상부 실린더의 홈 내측으로 완전히 인입되었을 때 상부 베인의 위치를 고정하는 상부 베인 구속장치와;
    상기 하부 베인이 하부 실린더의 홈 내측으로 완전히 인입되었을 때 하부 베인의 위치를 고정하는 하부 베인 구속장치를 포함하여 구성된 이중용량 로터리 압축기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 상부 베인 구속장치는 상부 베인의 일측면부에 형성되는 고정홈과, 상기 상부 실린더에 상기 홈 내부로 인입출 가능하게 설치되어 일단부가 상기 고정홈 내에 삽입 및 인출되면서 상부 베인을 고정 및 해제하는 고정바아와, 외부에서 인가되는 제어신호에 의해 상기 고정바아를 이동시키는 솔레노이드로 구성된 것을 특징으로 하는 이중용량 로터리 압축기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 하부 베인 구속장치는 하부 베인의 일측면부에 형성되는 고정홈과, 상기 하부 실린더에 상기 홈 내부로 인입출 가능하게 설치되어 일단부가 상기 고정홈 내에 삽입 및 인출되면서 하부 베인을 고정 및 해제하는 고정바아와, 외부에서 인가되는 제어신호에 의해 상기 고정바아를 이동시키는 솔레노이드로 구성된 것을 특징으로 하는 이중용량 로터리 압축기.
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