KR100680620B1 - 용량가변 로터리압축기 - Google Patents

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성춘모
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Abstract

본 발명은 압축용량을 다양하게 변화시킬 수 있으며, 베인의 움직임을 제어하는 장치를 종래보다 단순화할 수 있는 용량가변 로터리압축기를 개시한다.
본 발명에 따른 용량가변 로터리압축기는 상호 구획된 제1 및 제2압축실과, 상기 제 1 및 제2압축실에 각각 설치되어 회전하는 제 1 및 제2롤러와, 상기 제1롤러의 반경방향으로 진퇴하여 상기 제1압축실을 구획하는 제1베인과, 상기 제2롤러의 반경방향으로 진퇴하여 상기 제2압축실을 구획하며 상호 슬라이딩 가능하게 지지된 제2베인 및 제3베인과, 상기 제 3베인의 일부가 삽입되어 밀폐공간을 형성함으로써 상기 제 3베인을 구속 및 해제하여 압축용량을 가변하는 베인제어장치를 포함한다.

Description

용량가변 로터리압축기{VARIABLE CAPACITY ROTARY COMPRESSOR}
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 용량가변 로터리압축기의 구성을 나타낸 단면도로, 제2압축실에서 압축동작이 이루어지는 상태를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ'선에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 용량가변 로터리압축기의 구성을 나타낸 단면도로, 제2압축실에서 공회전이 이루어지는 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 용량가변 로터리압축기의 베인제어장치를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제3실시 예에 따른 용량가변 로터리압축기의 베인제어장치를 나타낸 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10: 밀폐용기 20: 구동기구부
21: 회전축 30: 압축기구부
31: 제1압축실 32: 제2압축실
42: 제1롤러 43: 제1베인
52: 제2롤러 53: 제2베인
54: 제3베인 54a: 삽입부
70: 베인제어장치 71: 베인제어부
71a: 포켓 71b: 결합홀
71c: 오리피스홀
본 발명은 용량가변 로터리압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베인의 제어를 통해 압축용량을 가변시킬 수 있는 용량가변 로터리압축기에 관한 것이다.
대한민국 공개특허공보 10-2004-0021140호에는 베인의 진퇴동작 제어에 의해 압축용량을 가변시키는 용량가변 로터리압축기가 개시되어 있다. 이 로터리압축기는 원통형의 압축실이 형성된 하우징, 하우징의 압축실 내에서 편심 회전하는 롤러, 롤러의 반경방향으로 진퇴하는 베인을 구비한다. 베인은 상호 분리된 상부의 제1베인과 하부의 제2베인으로 이루어져 있고, 제1베인 쪽에는 필요에 따라 제1베인을 롤러의 외면으로 이격시킬 수 있도록 제1베인을 구속하는 구속수단이 설치되어 있다. 이 회전압축기는 구속수단에 의해 제1베인이 구속될 때 공회전을 하고 구속수단에 의해 제1베인이 구속되지 않을 때 압축동작을 수행한다. 따라서 필요에 따라 제1베인을 구속하거나 구속 해제하는 것을 통해 압축용량을 가변시킬 수 있다.
그러나, 상기 로터리압축기에서는 하나의 압축실만을 구비하는 것이고, 구속 수단의 제어에 의해 압축동작 또는 공회전동작을 조절함으로써 압축용량을 가변시키는 것이기 때문에 보다 다양한 범위로 압축용량을 가변시키는데 한계가 있었다.
또한, 제 1실시 예에서와 같이 피스톤으로 제어하는 경우는 별도의 밀폐된 공간을 구성하기 위해 압축기 주요 부품을 복잡하게 구성하여야 했으며, 제 2실시 예에서와 같이 구속핀과 구속홈으로 제어하는 경우는 구속 및 구속해제의 반복과 같은 물리적 접촉으로 인한 마모로 압축기를 장기간 사용시에 용량가변에 있어 신뢰성이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 압축용량의 가변범위를 종래보다 확대할 수 있고, 압축용량을 다양하게 변화시킬 수 있도록 하는 용량가변 로터리압축기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 베인의 움직임을 제어하는 장치를 종래보다 단순화할 수 있도록 하는 용량가변 로터리압축기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 용량가변 로터리압축기는 상호 구획된 제1 및 제2압축실과, 상기 제 1 및 제2압축실에 각각 설치되어 회전하는 제 1 및 제2롤러와, 상기 제1롤러의 반경방향으로 진퇴하여 상기 제1압축실을 구획하는 제1베인과, 상기 제2롤러의 반경방향으로 진퇴하여 상기 제2압축실을 구획하며 상호 슬라이딩 가능하게 지지된 제2베인 및 제3베인과, 상기 제 3베인의 일부가 삽입되어 밀폐공간을 형성함으로써 상기 제 3베인을 구속 및 해제하여 압축용량을 가변하는 베인제어장치를 포함한다.
또한, 상기 베인제어장치는 상기 제3베인의 후단 쪽에 설치된 베인제어부와 상기 베인제어부와 연통된 제1유로와, 상기 압축기의 토출측과 상기 제1유로를 연결하는 제2유로와, 상기 압축기의 흡입측과 상기 제1유로를 연결하는 제3유로와, 상기 제1, 제2, 제3유로가 상호 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브를 포함한다.
또한, 상기 베인제어부는 상기 제 1유로와 연통된 결합홀과 상기 제3베인의 후단이 삽입되는 포켓과 상기 결합홀과 포켓 사이의 급격한 유동을 방지하는 오리피스홀을 포함한다.
또한, 상기 제3베인의 후단에는 상기 포켓에 삽입되는 삽입부가 형성되어 있으며, 상기 삽입부 단면적은 상기 제3베인의 단면적보다 크다.
또한, 상기 제2베인과 제3베인은 일체로 형성된다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 용량가변 로터리압축기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 용량가변 로터리압축기를 나타낸 것이다.
제 1실시 예에 따른 용량가변 로터리압축기는 도 1에 도시한 바와 같이, 밀폐용기(10)의 내측 상부에 설치된 구동기구부(20)와 밀폐용기(10)의 내측 하부에 설치되며 상기 구동기구부(20)의 구동에 의해 냉매를 압축하는 압축기구부(30)를 구비한다.
구동기구부(20)는 밀폐용기(10)의 내면에 고정되는 원통형의 고정자(22), 고정자(22)의 내부에 회전 가능하게 설치되며 중심부에 회전축(21)이 삽입 결합된 회전자(23)를 포함한다. 이러한 구동기구부(20)는 전원인가에 따라 회전자(23)가 회전하고, 회전자(23)가 회전축(21)을 회전시킴으로써 압축기구부(30)를 구동시킨다.
압축기구부(30)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상호 구획된 제1압축실(31)과 제2압축실(32)을 갖춘 하우징과, 가스의 압축을 수행하도록 제1 및 제2압축실(31,32) 내에 각각 마련되는 제1 및 제2압축장치(40,50)을 구비한다.
하우징은 원통형의 제1압축실(31)이 형성된 상부의 제1실린더(33), 원통형의 제2압축실(32)이 형성되며 제1실린더(33)의 하부에 설치된 제2실린더(34), 제1압축실(31)과 제2압축실(32)을 구획하기 위해 제1 및 제2실린더(33,34) 사이에 개재된 구획판(35), 제1압축실(31)의 상측 개구와 제2압축실(32)의 하측 개구를 폐쇄함과 동시에 회전축(21)을 지지하도록 제1실린더(33)의 상부와 제2실린더(34)의 하부에 각각 장착된 제1 및 제2플랜지(36,37)를 포함한다. 회전축(21)은 제1 및 제2압축실(31,32) 내부의 압축장치들(40,50)을 동작시킬 수 있도록 제1 및 2압축실(31,32)의 중심을 관통한다.
제1 및 제2압축장치(40,50)는 각 압축실(31,32)의 회전축(21) 외면에 마련된 제1 및 제2편심캠(41,51)과, 각 압축실(31,32)의 내면과 접하여 회전하도록 제1 및 제2편심캠(41,51)의 외면에 각각 회전 가능하게 결합된 제1 및 제2롤러(42,52)를 포함한다. 회전축(21)의 외면에 마련되는 제1편심캠(41)과 제2편심캠(51)은 회전축(21)이 회전할 때 회전토크의 변화를 최소화하고 진동발생을 줄이기 위해 서로 반 대방향으로 편심된다.
또 제1압축장치(40)는 제1롤러(42)의 회전에 따라 제1압축실(31)의 반경방향으로 진퇴하면서 제1압축실(31)을 구획하는 제1베인(43)과, 제1베인(43)을 제1롤러(42) 쪽으로 가압하는 제1탄성부재(44)를 포함한다.
또한 제2압축장치(50)는 제2롤러(52)의 회전에 따라 제2압축실(32)의 반경방향으로 진퇴하면서 제2압축실(32)을 구획하며 상호 접하는 면이 슬라이딩 가능하게 지지된 제2베인(53) 및 제3베인(54)과, 제2베인(53)을 제2롤러(52) 쪽으로 가압하는 제2탄성부재(55)를 포함한다. 따라서 제2압축실(32)은 상대적으로 폭이 큰 하부의 제2베인(53)과 상대적으로 폭이 작은 상부의 제3베인(54)에 의하여 구획된다. 그리고 제3베인(54)은 제3베인(54)을 구속하거나 구속 해제함으로써 압축용량을 가변시키는 베인제어장치(70)에 의해 진퇴가 제어된다. 베인제어장치(70)의 구체적인 구성에 대해서는 후술한다.
제1 및 제2실린더(33,34)에는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2압축실(31,32) 내부로 가스가 유입되는 제1 및 제2흡입구(61,62)가 각각 형성되고, 이들 흡입구(61,62)에는 제1 및 제2흡입관(15,16)이 각각 연결된다. 제1 및 제2흡입관(15,16)은 도 1에 도시한 바와 같이, 어큐뮬레이터(13)로부터 연장된 냉매흡입배관(14)으로부터 분기된다. 그리고 상부의 제1플랜지(36)와 하부의 제2플랜지(37)에는 각 압축실(31,32)에서 가압된 가스의 토출을 위해 각각 제1토출구(63)와 제2토출구(64)가 형성된다. 따라서 압축기가 가동될 때 밀폐용기(10) 내부는 제1 및 제2토출구(63,64)를 통해 배출되는 압축가스에 의해 고압으로 유지되고, 밀폐용기 (10) 내부의 압축가스는 밀폐용기(10) 상부에 마련된 토출배관(12)을 통해 외부로 안내된다.
베인제어장치(70)는 도 1과 도 3에 도시한 바와 같이, 제3베인(54)의 후단 쪽에 설치된 베인제어부(71)와 베인제어부(71)의 내부와 연통하는 제1유로(73)를 형성하도록 베인제어부(71)의 후단에 연결된 제1압력조절관(73a)과, 압축기의 토출측과 제1유로(73)를 연통시키는 제2유로(74)를 형성하도록 토출배관(12)으로부터 분기되며 제1압력조절관(73a)에 연결되는 제2압력조절관(74a)과, 압축기의 흡입측과 제1유로(73)를 연통시키는 제3유로(75)를 형성하도록 냉매흡입배관(14)으로부터 분기되며 제1압력조절관(73a)에 연결되는 제3압력조절관(75a)과, 제1, 제2, 제3압력조절관(73a,74a,75a)이 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브(76)를 포함한다. 유로가변밸브(76)는 전기적인 제어신호에 의해 동작하는 통상의 삼방밸브로 이루어질 수 있다.
또한, 베인제어부(71)는 제3베인(54) 후단에 형성된 삽입부(54a)가 삽입되어 밀폐된 공간을 형성하는 포켓(71a)과 제 1압력조절관(73a)이 결합하는 결합홀(71b) 및 상기 포켓(71a)과 결합홀(71b) 사이에 형성되어 포켓(71a)과 결합홀(71b) 사이에 급격한 유동이 발생하는 것을 방지하는 오리피스홀(71c)을 포함한다. 오리피스홀(71c)의 단면적은 포켓(71a)의 단면적보다 작게 형성됨으로써, 삽입부(54a)가 더 이상 삽입되는 것을 막는 스토퍼 역할도 하게 된다.
포켓(71a)에 일부가 삽입되는 제3베인(54)의 제어력을 향상시키기 위하여 제3베인(54)의 후단에 형성되는 삽입부(54a)의 단면적을 제3베인(54)의 단면적보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 포켓(71a)은 제3베인(54)의 삽입부(54a)의 단면과 동일한 형상으로 마련되며 삽입부(54a)가 삽입될 때 포켓(71a)의 측면에 간섭받지 않도록 약간의 공차를 가지는 것이 바람직하다.
다음은 상기 용량가변 로터리압축기의 동작에 관하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 유로가변밸브(76)의 동작에 의해 제2유로(74)가 제1유로(73)와 연통된 상태에서 압축기의 동작이 이루어지면, 베인제어장치(70)의 베인제어부(71) 내에 토출 측의 압력이 작용하므로 제3베인(54)의 삽입부(54a)를 가압한다. 따라서 제3베인(54)은 제2롤러(52)의 회전에 따라 제2롤러(52)의 외면과 접한 상태로 진퇴한다. 또 제1베인(43)은 제1탄성부재(44)에 의해 가압되므로 제1롤러(42)의 회전에 따라 진퇴하면서 제1압축실(31)을 구획하고, 제2베인(53)은 제2탄성부재(55)에 의해 가압되므로 제3베인(54)과 함께 진퇴하면서 제2압축실(32)을 구획한다. 따라서 이때는 제1압축실(31)과 제2압축실(32) 모두에서 압축동작이 이루어지므로 압축용량이 최대가 된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 유로가변밸브(76)의 동작에 의해 제3유로(75)가 제1유로(73)와 연통된 상태에서 압축기의 동작이 이루어지면, 베인제어장치(70)의 베인제어부(71) 내에 흡입측의 압력이 작용하므로 제3베인(54)의 삽입부(54a)가 흡입력을 받아 포켓(71a)에 삽입됨으로써 베인(54)은 후퇴하고, 삽입부(54a)의 후퇴에 의해 제3베인(54)의 선단이 제2롤러(52)의 외면으로부터 이격된 상태를 유지하여, 압축공간과 토출공간 사이에 연결통로(65)가 형성된다. 따라서 이때는 제2압축실(32)의 공회전이 이루어지므로 압축용량이 감소한다.
이때, 제1압축실(31)의 용적과 제2압축실(32)의 용적을 다르게 할 경우 압축용량의 가변범위를 다르게 할 수 있다. 즉 제1압축실(31) 용적과 제2압축실(32) 용적의 비를 40:60으로 하고 제2압축실(32)의 공회전이 이루어지도록 하면, 압축용량은 최대 압축용량 대비 40%가 되고, 제1압축실(31)과 제2압축실(32)의 용적비를 30:70으로 하고 제2압축실(32)의 공회전이 이루어지도록 하면, 압축용량은 최대 압축용량 대비 30%가 된다.
도 5는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 용량가변 로터리압축기의 베인제어장치를 나타낸 것이다.
제 2실시 예는 제 1실시 예와는 달리 베인제어장치(70)의 베인제어부(71')에 삽입되는 제3베인(54') 후단의 삽입부(54a')의 단면적이 제3베인(54')의 단면적과 동일하도록 하며, 그 형상은 제3베인(54')의 단면형상인 직사각형과 대응하도록 가공한다. 또한, 베인제어부(71')의 포켓(71a')의 단면적도 제3베인(54')의 단면적과 대응되도록 형성하며, 그 단면형상도 직사각형으로 구성한다. 그 밖의 구성은 제1실시 예와 동일하다.
이와 같이, 제3베인(54')의 후단의 삽입부(54a')의 단면적을 제3베인(54')의 단면적과 동일하도록 형성함으로써, 제3베인(54')의 형상을 단순화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 3실시 예에 따른 용량가변 로터리압축기의 베인제어장치를 나타낸 것이다.
제 3실시 예는 제 1실시 예에서 베인이 제 2베인(53)과 제 3베인(54)으로 분리되어 있는 것과 달리 일체형 베인(80)으로 형성되어 있다. 즉, 베인(80)의 하부 는 제 2탄성부재(55)에 의해 탄성 지지되며 베인(80)의 상부는 베인제어부(71)에 의해 제어를 받도록 형성되어 있다. 이와 같이 베인(80)을 일체로 형성함으로써 베인(80)의 구조를 단순화할 수 있으며, 제 1압축실(31)에서만 압축되도록 제어할 경우, 제 2압축실(32)의 압축공간과 토출공간을 연결하는 연결통로(65')가 더 크게 형성되어 제 2압축실(32)이 확실하게 공회전할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용량가변 회전압축기는 제1압축실에서 압축동작이 이루어지는 가운데 베인제어장치를 통해 제3베인의 진퇴를 제어함으로써 제2압축실의 압축동작 또는 공회전동작을 조절할 수 있기 때문에 압축용량의 가변범위를 종래보다 확대할 수 있고 압축용량을 연속적으로 다양하게 변화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 피스톤과 같이 밀폐된 공간을 구성하기 위한 별도의 부품이 필요없기 때문에 종래보다 베인의 움직임을 제어하는 장치의 구성을 단순화할 수 있으며, 베인제어장치에 있어 물리적 접촉이 없기 때문에 마모로 인해 용량가변의 신뢰성이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다.

Claims (5)

  1. 상호 구획된 제 1 및 제 2압축실과, 상기 제 1 및 제 2압축실에 각각 설치되어 회전하는 제 1 및 제 2롤러와, 상기 제 1롤러의 반경 방향으로 진퇴하여 상기 제 1압축실을 구획하는 제 1베인과, 상기 제 2롤러의 반경 방향으로 진퇴하여 상기 제 2압축실을 구획하며 상호 슬라이딩 가능하게 지지된 제 2베인 및 제 3베인과, 상기 제 3베인의 후단이 삽입되어 밀폐공간을 형성함으로써 상기 제 3베인을 구속 및 해제하여 압축 용량을 가변하는 베인제어장치를 포함하고, 상기 베인제어장치는 상기 제 3베인의 후단 쪽에 설치된 베인제어부와 상기 베인제어부와 연통된 제 1유로와, 상기 압축기의 토출측과 상기 제 1유로를 연결하는 제 2유로와, 상기 압축기의 흡입측과 상기 제 1유로를 연결하는 제 3유로와, 상기 제 1, 제 2, 제 3 유로가 상호 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브를 포함하고, 상기 베인제어부는 상기 제 1유로와 연통된 결합홀과 상기 제 3베인의 후단이 삽입되는 포켓과 상기 결합홀과 포켓 사이의 급격한 유동을 방지하는 오리피스홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 가변 로터리압축기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제3베인의 후단에는 상기 포켓에 삽입되는 삽입부가 형성되어 있으며, 상기 삽입부 단면적은 상기 제3베인의 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 용량가변 로터리압축기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2베인과 제3베인은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 용량가변 로터리압축기.
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