KR100635819B1 - 선회베인 압축기의 용량가변장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선회베인 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 밸브의 조작만으로 내측 압축실 또는 외측 압축실에서만 압축이 일어나게 하여 모드 변환에 따른 압축기의 용량을 가변시킬 수 있도록 한 선회베인 압축기의 용량가변장치에 관한 것으로서, 상기 선회베인 압축기의 실린더와 서브 프레임의 사이에, 구동수단에 의한 정.역회전에 의해서 실린더의 흡입구와 실린더 내.외측 토출구 사이의 연통유로를 형성하거나 차단하는 원형 스마트밸브가 구비됨으로써 압축기 사용의 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 기존에 압축기를 온/오프 동작시킴에 따른 전력 낭비와 관련 장치 및 부품의 수명단축을 방지할 수 있어 기기의 품질 및 신뢰성 향상을 기할 수 있는 효과를 갖게 된다.
원형 스마트밸브, 밸브 작동홈, 밸브 회전판, 실린더, 흡입구

Description

선회베인 압축기의 용량가변장치{The capacity variable device of orbiter compressor}
도 1은 일반적인 선회베인 압축기의 구성을 나타낸 종단면도.
도 2는 도 1의 압축과정을 나타낸 작동상태도.
도 3은 본 발명의 구성을 나타낸 분해사시도.
도 4a,도 4b는 본 발명의 작동상태를 나타낸 것으로서,
도 4a는 정상운전 상태를 나타낸 평면도.
도 4b는 공회전 상태를 나타낸 평면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110:밸브 작동홈 110a,110b:실린더 내.외측 흡입공
120:밸브 회전판 121:내측 밸브흡입구
122:내측 밸브토출구 123:외측 연통흡입구
124:외측 연통토출구 125:외측 연통유로
126:내측 연통흡입구 127:내측 연통토출구
128:내측 연통유로 129:외측 밸브흡입구
130:외측 밸브토출구
본 발명은 선회베인 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 밸브의 조작만으로 내측 압축실 또는 외측 압축실에서만 압축이 일어나게 하여 모드 변환에 따른 압축기의 용량을 가변시킬 수 있도록 한 선회베인 압축기의 용량가변장치에 관한 것이다.
일반적으로 선회베인 압축기는 흡입구를 갖는 실린더의 내부에서 선회베인가 선회운동을 하여 상기 실린더의 내부로 흡입된 냉매가스를 압축할 수 있도록 구성되어 있는 것이며, 그 형태에 따라 여러가지 타입의 선회베인 압축기가 제안된 바 있다.
도 1은 일반적인 로터리 타입 선회베인 압축기를 나타낸 종단면도로서, 이는 는 상부측 모터부(D)와 하부측 압축부(P)가 하나의 쉘(1) 내부에 밀폐된 형태를 이루고, 상기 모터부(D)와 압축부(P)는 수직의 크랭크축(6)에 의해서 상호 연결되며, 상기 크랭크축(6)은 편심부(6a)를 포함한다.
상기 모터부(D)는 쉘(1)의 내부에 고정되는 스테이터(2)와, 상기 스테이터(2)의 내부에 구비되어 인가된 전원에 의해서 수직으로 관통하는 크랭크축(6)을 회전시키는 로터(3)로 구성된다.
상기 압축부(P)는 크랭크축(6)의 편심부(6a)에 의해서 실린더(5)의 내부에서 선회베인(orbiter)(4)가 선회운동을 하여 흡입구(51)를 통해 실린더(5)의 내부로 흡입된 냉매가스를 압축할 수 있도록 구성된 것으로서, 상기 실린더(5)는 내측링(52)을 가지며, 상기 내측링(52)과 실린더(5)의 내벽 사이에 환형의 작동공간(53)이 형성되어 상기 선회베인(4)의 랩(wrap)(40)이 상기 작동공간(53) 내부에서 선회운동을 함으로써 랩(40)의 내.외측으로 압축실이 형성되도록 구성한 것이다.
그리고, 상기 압축부(P)의 상.하부에는 메인 프레임(7) 및 서브 프레임(7a)이 구비되어 크랭크축(6)에 대한 양단 지지가 이루어질 수 있도록 구성되어 있으며, 상기 서브 프레임(7a)에는 머플러(8)에 의해서 토출실(8a)이 형성되고, 상기 토출실(8a)은 압축부(P) 및 메인 프레임(7)을 수직으로 관통하는 파이프 형태의 토출유로(9)와 연결되어 상기 토출유로(9)를 통하여 압축된 냉매가스가 쉘(1)의 내부로 토출될 수 있도록 구성한 것이다.
여기서, 미설명 부호 11은 흡입튜브이고, 12는 토출튜브이며, 10a는 자전방지기구인 올담링이다.
이와같이 구성된 상기 로터리 타입 선회베인 압축기는 인가된 전원에 의해서 모터부(D)의 로터(3)가 구동되어 상기 로터(3)에 수직으로 결합된 크랭크축(6)을 회전시키게 되고, 상기 크랭크축(6)의 회전에 의해서 크랭크축(6)의 편심부(6a)에 결합된 선회베인(4)가 선회운동을 하게 된다.
이에 따라, 실린더(5)의 작동공간(53) 내부에서 상기 선회베인(4)의 랩(40)이 선회운동을 하면서 흡입구(51)를 통하여 실린더(5)의 내부로 흡입된 냉매가스를 상기 랩(40)의 양 압축실에서 압축하게 되고, 이 압축된 냉매가스는 실린더(5) 및 서브 프레임(7a)의 내.외측 토출구(미도시됨)를 통하여 토출실(8a)로 토출되는 것 이며, 이 토출된 고압의 냉매가스는 다시 토출유로(9)를 통하여 쉘(1)의 내부로 토출됨으로써 토출튜브(11)를 통한 압축 냉매가스의 송출이 이루어지게 되는 것이다.
도 2는 도 1의 압축과정을 나타낸 작동상태도이다.
이에 도시된 바와같이 상기 압축부(P)는 선회베인(4)의 랩(40)이 작동공간(53)의 내부에서 화살표와 같이 선회운동을 하여 흡입구(51)를 통하여 상기 작동공간(53)의 내부로 흡입된 냉매가스를 압축하도록 되어 있는 것으로서, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
즉, 최초의 작동상태(0°)에서는 상기 흡입구(51) 및 랩(40)의 내측 흡입실(A1)을 통한 냉매가스의 흡입이 진행되고, 랩(40)의 외측 압축실(B2)은 흡입구(51)와 외측 토출구(53b)가 차단된 상태에서 압축이 시작되며, 내측 압축실(A2)은 냉매가스에 대한 압축과 토출이 동시에 이루어진다.
90°회전된 상태에서는 랩(40)의 외측 압축실(B2)에 대한 압축이 계속 진행중이며, 랩(40)의 내측 압축실(A2)은 내측 토출구(53a)를 통한 압축 냉매가스의 토출이 거의 완료된 상태가 되고, 전 단계에서 존재하지 않았던 외측 흡입실(B1)이 생성되어 흡입구(51)를 통해 냉매가스의 흡입이 이루어진다.
180°회전된 상태에서는 전 단계에서 존재하던 내측 흡입실(A1)은 사라지고, 그 대신 상기 내측 흡입실(A1)이 내측 압축실(A2)로 되어 압축을 시작하게 되는 것이며, 외측 흡입실(B1)은 외측 토출구(53b)와 통하게 되어 압축된 냉매가스에 대한 토출이 진행된다.
270°회전된 상태에서 랩의 외측 압축실(B2)은 외측 토출구(53b)를 통한 압 축된 냉매가스에 대한 토출을 진행하게 되며, 내측 압축실(A2)도 압축을 계속 진행하고, 외측 흡입실(B1)에 대한 압축이 시작되는 것으로서, 이 상태에서 90°더 회전하면 전 단계에서 존재하던 외측 흡입실(B1)이 외측 압축실(B2)로 되어 상기 외측 압축실(B2)에 대한 압축을 진행하면서 최초의 상태로 돌아가게 됨으로써 크랭크축의 1회전을 기준으로 한 사이클이 연속 반복적으로 이루어지게 되는 것이다.
여기서, 미설명 부호 55는 고압부와 저압부 사이를 밀봉하기 위한 슬라이더이다.
한편, 냉장고 또는 에어컨 등과 같은 냉장 또는 냉방장치에서 절약운전은 고내 또는 실내의 온도가 설정온도에 도달하면 압축기의 운전을 정지시키고, 설정온도의 이상으로 고내 또는 실내의 온도가 상승하면 다시 압축기를 기동시키는 식으로 반복적인 압축기의 온/오프 작동에 의해서 이루어지는 것으로서, 통상 압축기는 정상적으로 운전할 때 보다 기동시 전력이 많이 소모되고, 갑작스런 운전 정지 및 초기 기동에 따른 내부 압축가스의 부하 및 부품들간의 간섭으로 인하여 부품의 조기 마모를 초래하게 됨으로써 압축기의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
따라서, 상기한 바와같이 압축기의 반복적인 온/오프 작동없이 압축기의 용량을 가변시킬 수 있는 것이 요구되는 것으로서, 이같이 압축기의 용량을 가변시킬 수 있는 방법으로는 구동부, 즉 모터의 회전수를 제어하여 용량을 가변시킬 수 있는 인버터 방식이 있으나, 이는 고가의 관련 전기 회로 제어장치 및 부품등에 의해서 생산단가의 상승을 가져와 제품의 가격 경쟁력 저하를 초래하는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 바와같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 실린더의 내부에서 선회베인이 선회운동을 하여 상기 선회베인의 내.외측에 압축실이 형성되는 선회베인 압축기에서, 간단한 밸브의 조작만으로 내측 압축실 또는 외측 압축실에서만 압축이 일어나게 하여 모드 변환에 따른 압축기의 용량을 가변시킬 수 있도록 하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 흡입구와 실린더 내.외측 토출구을 갖는 실린더 내부의 작동공간에서 크랭크축에 의하여 오비터의 랩이 선회운동을 하여 상기 랩의 내.외측으로 압축실이 형성되고, 상기 크랭크축은 서브베어링 내.외측 토출구를 갖는 서브 프레임에 의해서 지지되는 선회베인 압축기에 있어서, 상기 실린더와 서브 프레임의 사이에, 구동수단에 의한 정.역회전에 의해서 실린더의 흡입구와 실린더 내.외측 토출구 사이의 연통유로를 형성하거나 차단하는 원형 스마트밸브가 구비된 것을 특징으로 한 선회베인 압축기의 용량가변장치가 제공된다.
또한, 상기 원형 스마트밸브는 실린더의 상.하 일측면에 형성되고, 상기 실린더의 흡입구와 통하는 실린더 내.외측 흡입공 및 실린더 내.외측 토출구를 포함하는 밸브 작동홈과; 상기 밸브 작동홈과 동일한 형상을 이루고, 실린더 내.외측 흡입공과 일치하는 내측 밸브흡입구 및 외측 연통흡입구와 내측 연통흡입구 및 외측 밸브흡입구가 형성되며, 실린더 내.외측 토출구와 일치하는 내측 밸브토출구 및 외측 연통토출구와 내측 연통토출구 및 외측 밸브토출구가 형성되고, 상기 외측 연통흡입구 및 외측 연통토출구와 내측 연통흡입구 및 내측 연통토출구는 각각 서로 외측 연통유로 및 내측 연통유로를 형성하는 밸브 회전판;으로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구성을 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명 일 실시예의 구성을 나타낸 분해사시도이다.
이에 도시된 바와같이 본 발명은 실린더(5)의 하면(도면상에서는 상면)에 밸브 작동홈(110)이 형성되는 것으로서, 상기 밸브 작동홈(110)은 상기 실린더(5)의 측방향 흡입구(51)와 통하는 실린더 내.외측 흡입공(110a)(110b)과 실린더(5) 내부의 내.외측 압축실과 통하는 실린더 내.외측 토출구(53a)(53b)를 포함하며, 그 위에 상기 밸브 작동홈(110)과 동일 형상을 이루는 밸브 회전판(120)이 회전 가능하게 안착된다.
또한, 상기 밸브 회전판(120)은 밸브 작동홈(110)의 실린더 내.외측 흡입공(110a)(110b)과 일치되는 내측 밸브흡입구(121) 및 외측 연통흡입구(123)와, 내측 연통흡입구(126) 및 외측 밸브흡입구(129)가 형성되고, 상기 실린더 내.외측 토출구(53a)(53b)와 일치되는 내측 밸브토출구(122) 및 외측 연통토출구(124)와, 내측 연통토출구(127) 및 외측 밸브토출구(130)를 포함한다.
상기 외측 연통흡입구(123)와 외측 연통토출구(124)는 상부개방형의 홈 형태를 이루는 외측 연통유로(125)에 의하여 서로 연이어 통할 수 있도록 구성되고, 상기 내측 연통흡입구(126)와 내측 연통토출구(127) 역시 내측 연통유로(128)에 의하여 서로 연통할 수 있도록 구성되어 있으며, 상기 내측 밸브흡입구(121) 및 내측 밸브토출구(122)와, 외측 밸브흡입구(129) 및 외측 밸브토출구(130)는 각각 외측 연통유로(125) 및 내측 연통유로(128)와 차단되도록 구성된다.
상기 밸브 회전판(120)은 스텝모터 또는 액츄에이터 등과 같은 통상의 구동수단을 이용하여 회전되는 것으로서, 크랭크축이 한 방향으로 회전할 경우, 또는 정역회전하는 경우 모두에 적용할 수 있고, 정역회전일 경우에는 모터의 설계를 양방향 각각의 부하에 따른 설계가 가능하여 모터를 최적화할 수 있는 장점이 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명 일 실시예의 작동상태를 나타낸 것으로서, 도 4a는 내측 압축실만 압축되는 상태를 나타낸 평면도이다.
크랭크축의 회전방향이 일방향 또는 양방향의 정회전시, 실린더 내.외측 흡입공(110a)(110b)과 밸브 회전판(120)의 내측 밸브흡입구(121) 및 외측 연통흡입구(123)가 일치하고, 실린더 내.외측 토출구(53a)(53b)와 밸브 회전판(120)의 내측 밸브토출구(122) 및 외측 연통토출구(124)가 일치하나, 내측 연통흡입구(126) 및 내측 연통토출구(127)와 외측 밸브흡입구(129) 및 외측 밸브토출구(130)는 불일치하게 된다.
그리고, 상기 외측 연통흡입구(123)와 외측 연통토출구(124)는 외측 연통유로(125)에 의해서 서로 연통되고, 내측 밸브흡입구(121) 및 내측 밸브토출구(122)는 상기 외측 연통유로(125)에 의해서 서로 연통되는 외측 연통흡입구(123) 및 외측 연통토출구(124)와 차단되어 폐쇄된다.
이에 따라 실린더(5)의 내측 압축실에서 압축된 냉매가스는 실린더 내측 토출구(53a)와 밸브 회전판(120)의 내측 밸브토출구(122) 및 서브베어링 내측 토출구 (7b)를 통하여 실린더(5)의 외부로 토출됨으로써 압축이 이루어지는데 반해, 실린더(5)의 외측 압축실에서 압축된 냉매가스는 실린더 외측 토출구(53b)와 밸브 회전판(120)의 외측 연통토출구(124) 및 외측 연통유로(125)를 통하여 다시 외측 연통흡입구(123)측으로 흡입되어 연통됨으로써 공회전이 이루어지게 되는 것이다.
그러나, 도 4b에 도시된 바와같이 크랭크축의 회전방향이 일방향 또는 양방향의 역회전에 의해서 밸브 회전판(120)이 화살표 방향으로 회전하게 되면, 실린더 내.외측 흡입공(110a)(110b)과 밸브 회전판(120)의 내측 연통흡입구(126) 및 외측 밸브흡입구(129)가 일치하고, 실린더 내.외측 토출구(53a)(53b)와 밸브 회전판(120)의 내측 연통토출구(127) 및 외측 밸브토출구(130)가 일치하나, 내측 밸브흡입구(121) 및 내측 밸브토출구(122)와 외측 연통흡입구(123) 및 외측 연통토출구(124)는 불일치하게 된다.
그리고, 상기 내측 연통흡입구(126)와 내측 연통토출구(127)는 내측 연통유로(128)에 의해서 서로 연통되고, 외측 밸브흡입구(129) 및 외측 밸브토출구(130)는 상기 내측 연통유로(128)에 의해서 서로 연통되는 내측 연통흡입구(126) 및 내측 연통토출구(127)와 차단되어 폐쇄된다.
이에 따라 실린더(5)의 외측 압축실에서 압축된 냉매가스는 실린더 외측 토출구()와 밸브 회전판(120)의 외측 밸브토출구(130) 및 서브베어링 외측 토출구(7c)를 통하여 실린더(5)의 외부로 토출됨으로써 압축이 이루어지는데 반해, 실린더(5)의 내측 압축실에서 압축된 냉매가스는 실린더 내측 토출구(53a)와 밸브 회전판(120)의 내측 연통토출구(127) 및 내측 연통유로(128)를 통해 다시 내측 연통흡 입구(126)측으로 흡입되어 연통됨으로써 공회전이 이루어지게 되는 것이다.
상술한 바와같이 본 발명은 실린더의 내부에서 선회베인이 선회운동을 하여 상기 선회베인의 내.외측에 압축실이 형성되는 선회베인 압축기에서, 간단한 밸브의 조작만으로 내측 압축실 또는 외측 압축실에서만 압축이 일어나게 하여 모드 변환에 따른 압축기의 용량을 가변시킬 수 있도록 함으로써 압축기 사용의 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 기존에 압축기를 온/오프 동작시킴에 따른 전력 낭비와 관련 장치 및 부품의 수명단축을 방지할 수 있어 기기의 품질 및 신뢰성 향상을 기할 수 있는 효과를 갖게 된다.

Claims (2)

  1. 흡입구와 실린더 내.외측 토출구을 갖는 실린더 내부의 작동공간에서 크랭크축에 의하여 오비터의 랩이 선회운동을 하여 상기 랩의 내.외측으로 압축실이 형성되고, 상기 크랭크축은 서브베어링 내.외측 토출구를 갖는 서브 프레임에 의해서 지지되는 선회베인 압축기에 있어서,
    상기 실린더와 서브 프레임의 사이에, 구동수단에 의한 정.역회전에 의해서 실린더의 흡입구와 실린더 내.외측 토출구 사이의 연통유로를 형성하거나 차단하는 원형 스마트밸브가 구비된 것을 특징으로 한 선회베인 압축기의 용량가변장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원형 스마트밸브는 실린더의 상.하 일측면에 형성되고, 상기 실린더의 흡입구와 통하는 실린더 내.외측 흡입공 및 실린더 내.외측 토출구를 포함하는 밸브 작동홈과;
    상기 밸브 작동홈과 동일한 형상을 이루고, 실린더 내.외측 흡입공과 일치하는 내측 밸브흡입구 및 외측 연통흡입구와 내측 연통흡입구 및 외측 밸브흡입구가 형성되며, 실린더 내.외측 토출구와 일치하는 내측 밸브토출구 및 외측 연통토출구와 내측 연통토출구 및 외측 밸브토출구가 형성되고, 상기 외측 연통흡입구 및 외측 연통토출구와 내측 연통흡입구 및 내측 연통토출구는 각각 서로 외측 연통유로 및 내측 연통유로를 형성하는 밸브 회전판;으로 구성된 것을 특징으로 한 선회베인 압축기의 용량가변장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62126290A (ja) 1985-11-25 1987-06-08 Toshiba Corp 可逆回転式圧縮機

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