KR100690893B1 - 이중용량 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 이중용량 왕복동식 압축기는, 정,역회전이 가능한 전동기구부; 상기 전동기구부에 의해 회전하고 그 회전중심과 편심되도록 편심부를 구비하는 크랭크축; 상기 크랭크축의 편심부에 회전 가능하도록 편심지게 결합되고 원주방향을 따라 복수의 걸림단이 구비되는 편심슬리브; 상기 크랭크축의 편심부에 설치되어 상기 크랭크축의 회전방향에 따라 상기 편심슬리브의 걸림단을 선택적으로 걸어 그 편심슬리브의 회전운동을 유도하는 래칭핀; 및 상기 편심슬리브에 연결되어 그 편심슬리브의 회전방향에 따라 실린더내에서의 행정거리가 가변되는 피스톤;을 포함하며, 상기 편심슬리브에 구비되는 복수의 걸림단이 180°미만의 간격을 두고 형성됨으로써, 피스톤의 왕복운동이 과도하게 증가하여 거동이 불안정하게 되는 것을 미연에 방지하고 이를 통해 압축기의 진동을 줄여 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

이중용량 왕복동식 압축기{DOUBLE VOLUME RECIPROCATING COMPRESSOR}

도 1은 종래 이중용량 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 종래 이중용량 왕복동식 압축기에서 편심슬리브를 보인 사시도,

도 3은 종래 이중용량 왕복동식 압축기에서 압축기구부를 보인 평면도,

도 4는 본 발명 편심슬리브를 구비한 이중용량 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 5는 본 발명 이중용량 왕복동식 압축기에서 편심슬리브를 보인 사시도,

도 6은 본 발명 이중용량 왕복동식 압축기에서 압축기구부를 보인 평면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 밀폐용기 120 : 전동기구부

130,140 : 제1,제2 압축기구부 131,141 : 제1,제2 실린더

132 : 슬리브 142 : 편심슬리브

142b : 제1 걸림단 142c : 제2 걸림단

143 : 래칭핀 133,144 : 제1,제2 케넥팅로드

134,145 : 제1,제2 피스톤 135,146 : 제1,제2 밸브조립체

e1 : 편심부의 편심량 e2 : 편심슬리브의 편심량

본 발명은 이중용량 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 피스톤의 행정거리를 크랭크축의 편심량과 같게 하여 압축기의 거동을 안정화시키고자 하는 이중용량 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 커넥팅로드에 의해 크랭크축에 연결된 피스톤이 실린더에서 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 것으로, 최근에는 냉동부하의 크기에 따라 압축용량을 조절할 수 있도록 하는 이중용량 왕복동식 압축기(이하, "이중용량 압축기"라고 약칭함)가 소개되고 있다. 이중용량 왕복동식 압축기는 크랭크축의 회전방향에 따라 피스톤의 행정거리가 변하면서 압축용량이 달라지는 것으로, 도 1은 종래 이중용량 압축기를 보인 종단면도이고, 도 2는 종래 이중용량 왕복동식 압축기에서 편심슬리브를 보인 사시도이며, 도 3은 종래 이중용량 왕복동식 압축기에서 압축기구부를 보인 평면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 종래의 이중용량 압축기는 밀폐용기(1)에 설치하여 요구되는 동력을 발생하여 전달하는 전동기구부(2)와, 전동기구부(2)의 상측 또는 하측(도면에선 상측)에 설치하여 그 전동기구부(2)에서 공급된 동력을 이용하여 작동유체의 압축을 수행하도록 축방향에 대해 상하 양측에 위치하는 복수의 제1 압축기구부(10)와 제2 압축기구부(20)로 이루어져 있다.

전동기구부(2)는 밀폐용기(1)의 내부에서 프레임(3)에 고정하여 지지스프링(4)으로 탄력 지지하는 고정자(2a)와, 고정자(2a)의 내부에 정회전과 역회전이 가능하게 설치하여 회전력을 발생하는 회전자(2b)와, 회전자(2b)의 중심에 결합하여 회전력을 양쪽 압축기구부(10)(20)로 전달하는 크랭크축(2c)으로 이루어져 있다. 크랭크축(2c)은 그 상단에 후술할 각각의 커넥팅로드(13)(23)를 통해 제1 피스톤(14)과 제2 피스톤(24)에 왕복운동력을 발생하도록 제1 편심부(2d)와 제2 편심부(2e)를 일체로 형성하되, 제1 편심부(2d)와 제2 편심부(2e)는 제1 피스톤(14)과 제2 피스톤(24)이 180°의 위상차를 가지면서 왕복운동을 하도록 각각의 회전중심이 축중심의 좌우 양측에 위치하도록 형성하고 있다.

제1 압축기구부(10)는 제1 압축공간을 구비하여 밀폐용기(1)의 내부에 횡방향으로 배치하는 제1 실린더(11)와, 크랭크축(2c)의 제1 편심부(2d)에 회전 가능하게 삽입하는 슬리브(12)와, 슬리브(12)의 외주면에 반경방향으로 결합하여 크랭크축(2c)의 회전운동을 후술할 제1 피스톤(14)의 왕복운동으로 변환하는 제1 커넥팅로드(13)와, 제1 커넥팅로드(13)의 타단에 결합하여 제1 실린더(11)의 제1 압축공간 내부에서 크랭크축(2c)의 반경방향으로 왕복운동을 하는 제1 피스톤(14)과, 제1 실린더(11)의 토출측에 설치하여 냉매가스의 흡입과 토출을 조절하는 제1 밸브조립체(15)와, 밸브조립체(15)의 토출측에 연통하도록 고정하는 제1 토출커버(16)로 이루어져 있다.

제2 압축기구부(20)는 제1 실린더(11)의 상측에서 제2 압축공간을 구비하여 제1 실린더(11)에 일체로 형성하는 제2 실린더(21)와, 크랭크축(2c)의 제2 편심부 (2e)에 회전 가능하게 삽입하는 편심슬리브(22)와, 크랭크축(2c)의 제2 편심부(2e)와 편심슬리브(22) 사이에 설치하여 상기 크랭크축(2c)의 회전방향에 따라 그 크랭크축(2c)의 회전중심에 대한 편심슬리브(22)의 편심량을 가변하는 래칭핀(23)과, 편심슬리브(22)의 외주면에 반경방향으로 결합하여 크랭크축(2c)의 회전운동을 후술할 제2 피스톤(25)의 왕복운동으로 변환하는 제2 커넥팅로드(24)와, 제2 커넥팅로드(24)의 타단에 결합하여 제2 실린더(21)의 제2 압축공간 내부에서 크랭크축(2c)의 반경방향으로 왕복운동을 하는 제2 피스톤(25)과, 제2 실린더(21)의 토출측에 설치하여 냉매가스의 흡입과 토출을 조절하는 제2 밸브조립체(26)와, 밸브조립체(26)의 토출측에 연통하도록 고정하는 제2 토출커버(27)로 이루어져 있다.

편심슬리브(22)는 도 2 및 도 3에서와 같이 크랭크축(24)의 제2 편심부(2e)가 삽입되는 관통공(22a)의 주변에 상기한 래칭핀(23)이 걸려 크랭크축(2)의 회전방향에 따라 편심슬리브(22)의 편심량을 가변할 수 있도록 제1 걸림단(22b)과 제2 걸림단(22c)을 형성하고 있다. 제1 걸림단(22b)과 제2 걸림단(22c) 사이의 간격(θ1)은 편심부(2e)의 편심량(e1)과 편심슬리브(22)의 편심량(e2)이 동일하도록 180°의 위상차로 형성하고 있다.

상기와 같은 종래 이중용량 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 전동기구부(2)에 전원이 인가되어 회전자(2b)가 회전을 하면, 그 회전력을 크랭크축(2c)이 제1 압축기구부(10)와 제2 압축기구부(20)에 각각 전달하여 냉매가스를 순차적으로 압축하는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 압축기가 정상운전(파워운전)을 하는 경우에는 제2 압축기구부는 크 랭크축(2c)이 정회전을 하면서 래칭핀(23)이 편심슬리브(22)의 제1 걸림단(22b)에 걸려 제2 편심부(2e)의 편심량(e1)과 편심슬리브(22)의 편심량(e2)을 합한 총편심량이 최대가 되고, 이로 인해 제2 피스톤(24)이 상사점에서 하사점까지 정상적으로 왕복운동을 하면서 압축기는 100%의 냉동능력을 발휘한다.

반면, 압축기가 절약운전(세이빙운전)을 하는 경우에 제2 압축기구부(20)는 크랭크축(2c)이 역회전을 하면서 래칭핀(미도시)이 편심슬리브(22)의 제2 걸림단(22c)에 걸려 제2 편심부(2e)의 편심량(e1)과 편심슬리브(22)의 편심량(-e2)을 합한 총편심량이 0이 되고, 이로 인해 크랭크축(2c)은 회전을 하더라도 편심슬리브(22)의 회전중심과 축중심이 일치함에 따라 제2 피스톤(24)이 정지하여 일을 하지 않으면서 압축기는 제1 압축기구부(10)의 용량만큼만 냉동능력을 발휘하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 이중용량 압축기에 있어서는, 편심슬리브(22)의 회전각도(θ1)가 180°를 이루는 형상이기 때문에 정회전시 제2 피스톤(25)의 행정거리는 크랭크축(2)의 편심량(e1)에 비해 2배가 되면서 편심슬리브(22)의 무게에 의한 불균형 거동이 발생하여 압축기 진동이 가중되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 이중용량 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 정상운전을 위한 크랭크축의 정회전시 편심슬리브의 무게에 의한 불균형 거동을 줄여 압축기 진동을 저감할 수 있는 이중용량 왕복동식 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 정,역회전이 가능한 전동기구부; 상기 전동기구부에 의해 회전하고 그 회전중심과 편심되도록 편심부를 구비하는 크랭크축; 상기 크랭크축의 편심부에 회전 가능하도록 편심지게 결합되고 원주방향을 따라 복수의 걸림단이 구비되는 편심슬리브; 상기 크랭크축의 편심부에 설치되어 상기 크랭크축의 회전방향에 따라 상기 편심슬리브의 걸림단을 선택적으로 걸어 그 편심슬리브의 회전운동을 유도하는 래칭핀; 및 상기 편심슬리브에 연결되어 그 편심슬리브의 회전방향에 따라 실린더내에서의 행정거리가 가변되는 피스톤;을 포함하며, 상기 편심슬리브에 구비되는 복수의 걸림단이 180°미만의 간격을 두고 형성되는 이중용량 왕복동식 압축기를 제공한다.

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이하, 본 발명에 의한 이중용량 왕복동식 압축기를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 편심슬리브를 구비한 이중용량 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 5는 본 발명 이중용량 왕복동식 압축기에서 편심슬리브를 보인 사시도이며, 도 6은 이중용량 왕복동식 압축기에서 압축기구부를 보인 평면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 이중용량 압축기는, 밀폐용기(110)의 내측에 설치하여 외부에서 공급하는 전원에 의해 회전력을 발생하는 전동기구부(120)와, 전동기구부(120)의 상측에 좌우로 설치하여 그 전동기구부(120)의 회전력을 전달받아 냉매를 함께 압축하거나 어느 한 쪽에서만 압축하는 제1 압축기구부(130) 및 제2 압축기구부(140)로 구성한다.

전동기구부(120)는 정회전과 역회전이 가능한 정속 모터로서 밀폐용기(110)의 내부에 프레임으로 지지하여 탄력 설치하는 고정자(121)와, 고정자(121)의 안쪽에 회전 가능하게 설치하는 회전자(122)와, 회전자(122)의 중심에 고정 결합하여 회전력을 각 압축기구부(130)(140)에 전달하는 크랭크축(123)으로 이루어진다. 크랭크축(123)은 그 상단에 후술할 각각의 커넥팅로드(133)(144)에 의해 제1 피스톤(134)과 제2 피스톤(145)에 왕복운동력을 발생하도록 동일 축선상에 한 개의 편심부(123a)를 형성하되, 편심부(123a)는 도 4에서와 같이 축중심에 대해 소정의 편심량을 가지도록 편심지게 형성한다.

제1 압축기구부(130)는 제1 압축공간(S1)을 반경방향 일측(도 3에서 우측)에 구비하도록 프레임의 일측에 형성하는 제1 실린더(131)와, 크랭크축(123)의 편심부 (123a) 하단에 회전 가능하게 삽입하는 슬리브(132)와, 슬리브(132)의 외주면에 반경방향으로 결합하여 크랭크축(123)의 회전운동을 후술할 제1 피스톤(134)의 왕복운동으로 변환하는 제1 커넥팅로드(133)와, 제1 커넥팅로드(133)의 타단에 결합하여 제1 실린더(131)의 제1 압축공간 내부에서 크랭크축(123)의 반경방향으로 왕복운동을 하는 제1 피스톤(134)과, 제1 실린더(131)의 토출측에 설치하여 냉매가스의 흡입과 토출을 조절하는 제1 밸브조립체(135)와, 밸브조립체(135)의 토출측에 연통하도록 고정하는 제1 토출커버(136)로 이루어진다.

제2 압축기구부(140)는 제1 실린더(131)의 하측에 구비하여 밀폐용기(110)의 내부에 횡방향으로 배치하고 그 일 측에 제2 압축공간(S2)을 반경방향으로 형성하는 제2 실린더(141)와, 크랭크축(123)의 편심부(123a) 상단에 회전 가능하게 삽입하는 편심슬리브(142)와, 크랭크축(123)의 편심부(123a)와 편심슬리브(142) 사이에 설치하여 상기 크랭크축(123)의 회전방향에 따라 그 크랭크축(123)의 회전중심에 대한 편심슬리브(142)의 편심량을 가변하는 래칭핀(143)과, 편심슬리브(142)의 외주면에 반경방향으로 결합하여 크랭크축(123)의 회전운동을 후술할 제2 피스톤(145)의 왕복운동으로 변환하는 제2 커넥팅로드(144)와, 제2 커넥팅로드(144)의 타단에 결합하여 제2 실린더(141)의 제2 압축공간 내부에서 크랭크축(123)의 반경방향으로 왕복운동을 하는 제2 피스톤(145)과, 제2 실린더(141)의 토출측에 설치하여 냉매가스의 흡입과 토출을 조절하는 제2 밸브조립체(146)와, 제2 밸브조립체(146)의 토출측에 연통하도록 고정하는 제2 토출커버(147)로 이루어진다.

편심슬리브(142)에는 도 5에서와 같이 크랭크축(123)의 편심부(123a)가 상대 회전 가능하도록 관통공(142a)을 형성하고, 그 관통공(142a)의 주변에는 상기 래칭핀(143)이 걸려 편심슬리브(142)의 편심량을 가변할 수 있도록 하는 제1 걸림단(142b)과 제2 걸림단(142c)을 원주방향으로 소정의 간격을 두고 반대방향으로 형성한다.

제1 걸림단(142b)은 크랭크축(123)이 정상운전, 즉 정회전할 때 걸리는 걸림단으로서 그 제1 걸림단(142b)의 위치는 역회전시 래칭핀(143)이 걸리는 제2 걸림단(142c)으로부터 180°미만의 위치, 보다 정확하게는 도 5에서와 같이 편심부(123a)의 중심과 편심슬리브(142)의 외경 중심을 잇는 가상선상에 위치하여 크랭크축(123)의 역회전시 래칭핀(143)이 걸리는 제2 걸림단(142c)을 0°라고 했을 때 그 제2 걸림단(142c)으로부터 대략 60°내외의 회전각도(θ2)를 갖는 위치에 상기한 제1 걸림단(142b)을 형성한다.

제2 걸림단(142c)은 앞서 언급한 바와 같이 크랭크축(123)의 편심부(123a) 중심과 편심슬리브(142)의 외경 중심을 잇는 가상선 상에 형성하는 것이 불필요한 모터의 입력손실을 줄일 수 있어 바람직하나, 경우에 따라서는 제2 피스톤(145)이 압축행정을 실시하지 않을 정도에 형성할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명 이중용량 왕복동식 압축기는 다음과 같은 작용효과를 갖는다.

즉, 전동기구부(120)의 고정자(121)에 전원을 인가하면, 그 고정자(121)와 회전자(122)의 상호작용력에 의해 회전자(122)가 크랭크축(123)과 함께 회전을 하고, 크랭크축(123)의 편심부(123a) 하단과 상단에 각각 삽입한 슬리브(132)와 편심 슬리브(142)가 선회운동을 하면서 각각의 커넥팅로드(133)(144)가 제1 피스톤(134) 및 제2 피스톤(145)과 함께 직선으로 왕복운동을 하여 압축기의 운전모드에 따라 양쪽 압축기구부(130)(140)에서 180°의 위상차를 두고 냉매를 함께 압축하거나 또는 제1 압축기구부(130)에서만 압축하여 냉동사이클의 응축기로 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 압축기가 정상운전(파워운전)을 하는 경우에 제2 압축기구부는 크랭크축이 정회전(시계방향)을 하면서 래칭핀(143)이 편심슬리브(142)의 제1 걸림단(142b)을 걸어 그 편심슬리브(142)를 총편심량 만큼의 궤적을 따라 선회운동을 시킨다. 이때, 총편심량은 편심부(123a)의 편심량(e1)과 편심슬리브(142)의 편심량(e2)을 합한 양이 되나, 회전중심 대비 편심부(123a)의 편심량(e1)과 편심슬리브(142)의 편심량(e2)이 각각 종래 대비 1/2이 되므로 결국 제2 피스톤(145)의 행정거리는 종래 대비 1/2 정도로 감소하면서 압축기의 거동이 안정된다. 특히, 도 4에서와 같이 제1 압축기구부(130)와 제2 압축기구부(140)를 좌우 양측에 배치하고 그 중 제2 압축기구부(140)를 용량가변형으로 구성할 경우 제1 압축기구부(130)의 행정거리가 짧아질 수 있으나, 본원발명과 같이 제2 압축기구부(140)의 행정거리를 줄일 경우 제1 압축기구부(130)와 행정거리가 좌우 대칭되어 압축기의 진동을 크게 줄일 수 있다.

다만, 이 경우 제2 피스톤(145)의 행정거리가 짧아짐에 따라 그만큼 압축공간의 체적이 좁아지므로 제2 실린더(141)의 단면적을 대략 종래 대비 2배 정도로 넓혀 압축공간의 체적을 유지하도록 함으로써 흡입손실을 보상하는 것이 바람직하 다.

반면, 압축기가 절약운전(세이빙운전)을 하는 경우에 제2 압축기구부는 크랭크축(123)이 역회전(반시계방향)을 하면서 래칭핀(143)이 편심슬리브(142)의 제2 걸림단(142c)을 걸어 그 편심슬리브(142)를 선회운동시키려고 한다. 하지만, 편심부(123a)의 편심량(e1)과 편심슬리브(142)의 편심량(e2)을 합한 총편심량이 0이 되어 크랭크축(123)은 회전을 하더라도 편심슬리브(142)의 회전중심과 축중심이 일치함에 따라 제2 압축기구부(140)는 일을 하지 않는다.

한편, 전술한 일실예에서는 복수의 압축기구부를 갖는 경우에 대하여 살펴보았으나, 이외에도 용량가변이 가능한 단수의 압축기구부를 갖는 경우에도 동일하게 적용하여 피스톤의 거동을 안정시킬 수 있다.

본 발명에 의한 이중용량 왕복동식 압축기는, 정상운전시 피스톤의 행정거리를 크랭크축의 축중심 대비 편심부의 편심량과 동일하게 함으로써, 피스톤의 왕복운동이 과도하게 증가하여 거동이 불안정하게 되는 것을 미연에 방지하고 이를 통해 압축기의 진동을 줄여 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims (8)

1. 정,역회전이 가능한 전동기구부;

   상기 전동기구부에 의해 회전하고 그 회전중심과 편심되도록 편심부를 구비하는 크랭크축;

   상기 크랭크축의 편심부에 회전 가능하도록 편심지게 결합되고 원주방향을 따라 복수의 걸림단이 구비되는 편심슬리브;

   상기 크랭크축의 편심부에 설치되어 상기 크랭크축의 회전방향에 따라 상기 편심슬리브의 걸림단을 선택적으로 걸어 그 편심슬리브의 회전운동을 유도하는 래칭핀; 및

   상기 편심슬리브에 연결되어 그 편심슬리브의 회전방향에 따라 실린더내에서의 행정거리가 가변되는 피스톤;을 포함하며,

   상기 편심슬리브에 구비되는 복수의 걸림단이 180°미만의 간격을 두고 형성되는 이중용량 왕복동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 걸림단은 60°간격으로 형성되는 이중용량 왕복동식 압축기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 걸림단은 편심부의 편심량과 편심슬리브의 편심량을 합한 편심량이 편심부의 최대 편심량과 편심슬리브의 최대 편심량을 합한 최대 편심량 대비 1/2이 되는 간격으로 형성되는 이중용량 왕복동식 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 걸림단 중에서 역회전시 래칭핀이 걸리는 걸림단은 상기 크랭크축의 편심부 중심과 편심슬리브의 외경 중심을 잇는 가상선 상에 형성되는 이중용량 왕복동식 압축기.
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