KR100719873B1

KR100719873B1 - 2단 왕복 컴프레서, 이것을 이용한 냉장고 및 ｈｖａｃ장치

Info

Publication number: KR100719873B1
Application number: KR1020007008163A
Authority: KR
Inventors: 데이비드티 몽크; 조 티 힐; 필립씨 와그너; 죠셉에프 롭렛; 마이클알 영; 찰스에이 싱글테리
Original assignee: 브리스톨 콤프레서즈 인코포레이션
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2007-05-18
Also published as: BR9907750A; DE69909968D1; EP1051571A3; US6217287B1; DE69909968T2; IL137486A0; WO1999037920A3; IL137486A; EP1051571B1; EP1051571A2; CN1129714C; KR20010034401A; CN1300348A; WO1999037920A2; US6099259A; AU2471299A

Abstract

2단 왕복 컴프레서가 제공된다. 이 컴프레서에는 크랭크 샤프트를 회동하는 가역 모터가 구비된다. 상기 크랭크 샤프트는 기계 장치에 의해 피스톤에 결합된다. 상기 기계 장치는 모터가 정방향으로 동작할 때는 하사점과 상사점 사이의 최대 행정으로 피스톤을 구동하고, 모터가 역방향으로 동작할때에는 중간지점과 상사점 사이의 감소된 행정으로 피스톤을 구동한다. 또한 컴프레서는 모터를 선택적으로 미리 선택된 제1의 고정 속도로 전방으로 또는 미리 선택된 제2의 고정 속도로 역방향으로 가동시키는 제어장치도 포함하고 있다.

크랭크핀, 컴프레서, 2단 왕복

Description

2단 왕복 컴프레서, 이것을 이용한 냉장고 및 ＨＶＡＣ장치{A two stage reciprocating compressor, refrigerator appliance and HVAC including the same}

본 발명은 조절 가능한 크랭크핀 낙차 구조를 갖는 가변 용량형 컴프레서에 관한 것으로서, 1998년 1월 26일자로 출원된 미국 출원번호 09/013,154호의 부분 연속(continuation-in-part) 출원이다.

본 발명은 가변 용량형 컴프레서와, 진공 펌프 또는 그 밖의 펌프 내지, 기계장치에 관한 것으로, 특히 미국 특허 제 4,838,769호의 스카치 요크 컴프레서와 같은 기계장치를 포함하는 냉각, 냉난방 또는 열 펌프 또는 그와 유사한 것들에 관한 것이다. 특히, 냉각 부하 요구에 따라 컴프레서의 출력을 변화시키기에 적합한 즉, 용량 조절되는 컴프레서에 관한 것이다.

상기한 용량 조절로 인해 소음을 감소시키고 신뢰도를 높이며 향상된 효율을 제공하여 공기 노이즈의 감소, 양호한 제습, 열 펌프 모드에서 더 따듯한 공기 또는 이와 유사한 것들중 하나 또는 그 이상을 강화하면서 효율면에서 큰 장점을 나타내게 된다.

상기한 용량조절이 되는 컴프레서로 인해 초래되는 효율면에서의 장점은 다양한 상업적인 제품에 유용한 바, 예컨대, 대부분의 가정용 냉장고는 현재 단일 용량의 컴프레서를 사용하고 냉각칸에 특정 온도를 유지하기 위하여 컴프레서의 작동과 휴지가 반복된다.

일반적인 작동중에, 냉장고의 온도는 냉장고를 둘러싼 따듯한 주변 공기로 인해 또는 냉장고 문이 열리거나 냉장고 안으로 냉각칸 온도보다 높은 온도의 식품이 수납될 때 냉장고의 온도가 높아진다. 이때 만약 온도가 미리 설정된 한계치를 초과하게 되면, 컴프레서가 가동되어 냉각칸을 냉각시키게 된다. 문이 개방되고 식품이 냉각칸 안으로 유입되면 더 높은 부하 조건를 부과하기 위하여 컴프레서는 주변 조건속에서 특정 온도를 유지시킬때 요구되는 최소치보다 더 큰 냉각 용량이 필요하게 된다.

이러한 견지에서, 상기 컴프레서는 가변하는 부하 조건에 부합하여 여러번의 동작의 개시와 휴지를 겪게 된다. 이렇게 동작의 개시와 휴지의 횟수가 증가하게 되면 컴프레서의 수명을 단축시키게 될 것이고, 또한 최소 부하 기간중에도 최대 용량으로 컴프레서가 작동되는 것은 효율적이지도 않다.

컴프레서를 조절하기 위한 시도 중 하나는 행정 길이 즉, 하나 이상의 왕복 피스톤의 행정을 전환하여 실린더의 용적 용량을 변화시키는 것이였다. 이러한 컴프레서에서, 피스톤의 왕복 운동은 크랭크핀 즉, 크랭크 샤프트 편심기의 궤적 선회에 의해 영향을 받는데, 이 크랭크핀은 회전가능하게 장착된 베어링을 구비한 로드 수단에 의해 피스톤에 부착된다.

행정에 변화를 주는 기술로 공개된 이미 제안된 기계장치는 상기 크랭크 샤프트 편심상에 장착된 캠 부싱을 사용하는데, 여기서 부싱은 편심기 상에서 회전될 때 커넥팅 로드 베어링의 궤적 축을 방사방향으로 크랭크 샤프트의 회전축에 대해서 평행하게 이동시키게 되므로, 로드 베어링 궤적 반경을 축소 또는 확대시키게 된다. 이에 따라, 피스톤의 행정도 변화된다.

이러한 캠 작동 장치에서 피스톤은 감소된 행정에서는 실린더 내에서 완전한 또는 기본 행정의 상사점(TDC)에 다다를 수 없다. 이러한 설계는 압축을 저해하여 단지 부분적으로 압축된 냉각제가 상당량 재팽창하게 되므로 컴프레서의 효율성이 현저하게 손상된다.

몇몇 종래 캠 장치들이 미국 특허 4,479,419호와 4,236,874호, 4,494,447호, 4,245,966호 및 4,248,053호에 도시되고 기재된 바, 이 특허에 기재된 일반적인 컴프레서의 구조와 실린더, 피스톤, 크랭크 샤프트, 크랭크핀 및 낙차거리 이동 장치는 그 전체가 본 건에 참조로 병합되어진다.

크랭크핀 저널에 관한 특허는 내부 편심형상의 한 개의 저널과 하나 이상의 편심된 형상의 외부 저널을 구비하고, 상기 내부 저널은 크랭크핀 또는 편심의 외면이고, 외부 저널(들)은 상기 특허들에서 "편심 캠 또는 링"이란 용어로 기술된다. 외부 저널들은 회전가능하게 내부 저널에 장착 또는 올려져 있다. 커넥팅 로드의 베어링은 회전가능하게 최외곽 저널의 외면에 장착된다.

상기 특허들에서, 크랭크 샤프트로부터 커넥팅 로드쪽으로 이동가능한 낙차 피스톤의 결합 구조물 또는 동력 전달 트레인의 모든 저널과 베어링 표면은 종래와 마찬가지로 원형이다.

특히, 미국 특허 제 4,245,966호에 따르면, 피스톤의 상사점(TDC) 위치에는 캠의 위치를 정하도록 멈추개가 구비된 2개의 편심링을 사용하여 도달하게 되는데, 이러한 구조물은 매우 복잡할 뿐만 아니라 상업적인 견지에서 제조와 조립이 난해할 뿐만아니라, 상기 특허의 4번째 칼럼 32번째줄 내지 38번째줄에 기술한 바와 같이 상사점에 도달하기 위한 2개의 편심의 작동이 본질적으로 우연한 것이며, 마치 피스톤 밸브 판 충돌을 초래하는 것과 같은 것이다.

이에, 본 발명은 행정 변화에 무관하게 피스톤이 항상 본래의 상사점 위치에 도달하게 되는 단일 또는 다중 실린더 컴프레서용 크랭크핀 낙차 이동 장치의 향상된 결합 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 향상된 결합 구조물을 포함하는 단일 또는 다중 컴프레서의 향상된 상업적인 제품을 제공하기 위한 것으로, 전술하였거나 또는 기타 다른 목적은 후술하는 본 발명의 상세한 설명과 특허 청구항을 통해 명확해 질 것이다.

본 발명의 하나의 특징은 커넥팅 로드 베어링과 크랭크핀을 기능적으로 결합하는 독특하고 단순하며 신뢰할만한 결합 구조에 관한 것이다. 이러한 구조는 행정의 변화의 무관하게 상승 행정중에 피스톤의 기본 상사점 위치에 항상 영향을 미치면서 피스톤의 기본 행정을 변화시키게 된다.

본 발명의 다른 특징은, 여기서 광범위하게 기술하고 구현한 바와 같이 2단 왕복 컴프레서에 관한 것으로, 상기 컴프레서는 정방향과 후방향으로 회전하는 가역모터와, 결합된 단일 압축 챔버와 단일 피스톤 및 단일 실린더를 갖춘 블록을 포함한다. 또한, 기계장치가 모터의 정방향 회전 작동사 상사점과 하사점 사이에서 완전한 행정으로 피스톤을 구동시키고, 모터가 역방향으로 동작할 때 중간 위치와 상사점 위치 사이의 감소된 행정으로 피스톤을 구동하도록 단일 피스톤과 모터사이에 구비된다.

여기에 추가로 제1의 미리 선택된 고정된 속도로 정방향으로 또는 제2의 미리 선택된 고정된 속도로 역방향으로 상기 모터가 선택적으로 동작하도록 제어하기 위해 제어 장치가 추가로 구비된다.

또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 전기 모터와, 결합된 단일 압축 챔버와 단일 피스톤을 갖춘 단일 실린더를 구비하는 2단 왕복 컴프레서를 포함하는 냉장고 제품에 관한 것이다. 상기 컴프레서는 제1단에서 제1용량으로, 또는 제2단에서 감소된 제2용량으로 작동 가능하다.

본 발명의 또 다른 특징은, 밀봉된 공간내의 공기를 조절하는 난방, 통기 및 냉난방("HVAC") 장치에 관한 것으로, 상기 HVAC 장치는 결합된 압축 챔버와 단일 피스톤을 갖춘 단일 실린더와 전기 모터를 구비하는 2단의 왕복 컴프레서를 포함한다. 상기 컴프레서는 제1단에서 제1용량으로 또는 제2단에서 감소된 제2용량으로 작동 가능하다.

또 다른 본 발명의 특징은, 난방 및/또는 공기 조절 장치의 모터 구동 요소 동력 장치에 관한 것으로, 이 동력 장치는 제1단에서는 정방향으로 제2단에서는 역방으로 회전하도록 모터를 제어하는 회로와 스타트 와인딩 및 런 와인딩을 구비한 유도모터를 포함한다. 상기 회로는 동력선에 연결하는 제1 단자와 동력선에 연결하는 제2 단자, 모터가 제1단일때는 캐퍼시터를 스타트 와인딩과 직렬로 배치하고 메인 와인딩으로서 런 와인딩을 사용하며, 모터가 제2 단일때에는 캐퍼시터를 스타트 와인딩과 직렬로 배치하고 메인 와인딩으로 스타트 와인딩을 사용하도록 하는 전환장치가 포함된다.

이하 자세히 상술할 바와 같이, 본 발명은 요청되는 임의의 컴프레서 용량 변화를 제공할 수 있는 구조적으로 단순한 결합 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 상기한 결합 장치는 다중 실린더 컴프레서의 2개이상의 피스톤에 대해 상이한 행정을 제공하는데 활용가능하며, 상당한 용적 공차 즉, 상사점에서 피스톤 상부와 밸브판사이의 공차를 통해 컴프레서의 효율을 저감시키지 않고도 컴프레서 용량의 광범위한 변화를 제공할수 있게 된다. 또한 본 발명은 본 컴프레서와 사용되어 상당히 향상된 전체적인 작동 효율을 달성할수 있는 모터 제어 회로도 포함한다.

일반적으로 기술한 전술한 설명과 후술하는 상세한 설명은 단지 예시일뿐이며, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

본 발명은 이하 등척으로 도시하지는 않은 도면들을 통해 보다 명확해질 것이며, 특정 구조적인 부분은 명확한 이해를 돕기 위해 확대 도시하였다.

도 1은 본 발명에 따른 결합 구조를 도시하기 위한 난방장치, 통풍장치 및 공기 조절("HVAC") 장치용 단 왕복 컴프레서의의 단면도,

도2a 내지 도2b는 본 발명에 따른 피스톤에 가역 모터를 연결하기위한 기계 장치의 사시도,

도 3a는 본 발명에 따른 크랭크 샤프트의 횡단면도,

도 3b는 도 3a의 크랭크 샤프트의 종단부를 도시한 평면도,

도 4a는 본 발명에 따른 편심 캠의 사시도,

도 4b는 도 4a의 편심 캠의 횡단면도,

도 4c는 도 4a의 편심 캠의 제2 사시도,

도 5a는 본 발명에 따른 커넥팅 로드의 사시도,

도 5b는 도 5a의 커넥팅 로드의 정면도,

도 5c는 도 5a도의 커넥팅 로드의 횡단면도,

도 6a는 편심 캠의 제2 실시예를 도시한 정면도,

도 6b는 커넥팅 로드의 제2 실시예를 도시한 평면도,

도 7은 냉각제 컴프레서의 일부를 도시한 부분 횡단면도,

도 8은 도 7의 2-2선을 따라 취한 크랭크핀과 크랭크 샤프트의 단면도,

도 9는 멈추개 장치의 변형을 도시한 도 7의 부분 확대도,

도 10은 멈추개 장치의 변형을 도시하는, 화살표 방향으로 도 11의 4-4선을 따라 취한 도 7의 확대도,

도 11은 도면의 지면이 이루는 평면에서 90도 회전되고, 화살표 방향으로 도 10의 5-5선을 따라 취한 횡단면도,

도 12는 도 11에 도시된 캠 부싱만을 도기한 단면도,

도 13a 내지 13e는 완전 행정 모드에서 기계적인 장치의 동작을 도시하는 본 발명에 따른 기계적인 장치의 일련의 정면도,

도 14a 내지14e는 반 행정 모드에서의 기계 장치의 동작을 도시하는 본 발명에 따른 기계 장치의 일련의 배면도,

도 15a는 컴프레서가 완전 행정 모드로 작동할 때 안정화 장치를 도시하는 가역 모터에 피스톤을 결합하는 기계 장치의 정면도,

도 15b는 컴프레서가 반행정 모드일 때 안정화 장치를 도시하는 가역 모터를 피스톤에 결합하는 기계 장치의 배면도,

도 16은 최대 용량의 컴프레서 작동을 위한 모터 제어의 개략도,

도 17은 모터가 역방향이고 용량이 감소된 컴프레서 작동을 위한 모터 제어의 개략도,

도 18은 냉각 사이클의 개략 다이아그램,

도 19는 난방장치, 통기 장치 및 공기 조절장치("HVAC")의 개략 다이아그램, 및

도 20은 냉장고 제품의 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다. 동일한 참조번호는 전체 도면에 걸쳐 동일한 부분을 지칭하는데 사용된다.

본 발명은 향상된 2단의 가역(정역) 가능한 왕복 컴프레서 및 이러한 컴프레서가 포함된 냉각장치 제품에 관한 것으로, 냉각 가전제품 및 난방장치, 통기장치 및 공기 조절장치("HVAC")를 들 수 있지만 이것들로 한정되는 것은 아니다.

상기 컴프레서는 모터의 회전 방향이 역방향일 때 적어도 하나의 피스톤의 행정을 변화시키는 기계적인 장치를 포함한다. 상기 모터가 정방향으로 동작할 때는 상기 피스톤은 각 실린더 내에서 완전한 행정에 걸쳐서 주행하게 된다. 한편 상기 모터가 역방향으로 동작할때는 상기 피스톤은 실린더 내에서 감소된 행정으로 주행하게 된다.

기계적인 장치는 즉, 기구 시스템은 바람직하기로 상기 피스톤이 완전 행정시에나 감소된 행정의 동작 모드 모두 실린더 내의 상사점 위치에 도달할 수 있도록 한다. 예로 도시한 실시예에서, 기계적인 장치는 단일 압축 챔버와 피스톤을 갖는 컴프레서로 도시되었다. 그러나 본 발명은 상기 기계적인 장치가 다중의 압축 챔버와 피스톤들을 구비한 컴프레서에 사용될 수도 있다.

2단 왕복 컴프레서의 일실시예가 도 1에 도시되고 참조번호 80으로 표기하였다. 도시된 바와 같이 컴프레서(80)는 실린더(9)와 함께 형성된 블록(82)을 포함하고, 상기 실린더(9)는 미끄럼식으로 피스톤(8)을 수용하여 실린더내에서 왕복 운동을 하게 된다.

피스톤(8)은 블록(82)내에 장착된 회전가능한 크랭크 샤프트(15)에 결합되고, 가역 모터(86)는 크랭크 샤프트(15)를 선택적으로 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 피스톤(8)의 운동에 영향을 미치게 된다.

본 발명에 따르면, 상기 피스톤과 회전가능한 크랭크 샤프트를 결합하는 기계적인 장치가 구비되는데, 이 기계적인 장치는 모터가 정방향으로 동작할 때, 하사점과 상사점 사이에 전체 행정에 걸쳐 피스톤을 구동하고, 모터가 역방향으로 동작할때에는 상사점과 중간 위치사이의 절반의 행정에 걸쳐서만 피스톤을 구동하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기구 시스템(84)은 편심 크랭크핀(14)과 편심 캠(16), 및 커넥팅 로드(27)를 구비한다. 도 3a 내지 도3b에 도시된 바와 같이, 편심 크랭크핀(14)은 크랭크 샤프트(15)의 일부로 형성되고 편심(18)를 갖는다. 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이 크랭크핀(14)은 편심 캠(16)이 회전 가능하게 배치되는 개구부(92)를 구비한다.

도 2a와 도 2b에 도시한 바와 같이 커넥팅 로드(27)는 리스트 핀(wrist pin)에 의해 피스톤(8)에 결합되고, 이러한 결합으로 이해 커넥팅 로드(27)가 피스톤(28)에 대해서 선회하게 되는바, 당해 분야의 전문가라면 이와는 다른 유사한 결합 장치를 고려해볼 수 있을 것이다.

상기 기구 시스템은 모터가 크랭크 샤프트를 정방향으로 회전할 때 크랭크핀 주위로 편심 캠의 상대 회전을 제한하는 제1 멈추개 장치와, 모터가 크랭크 샤프트를 역방향으로 회전할 때 커넥팅 로드에 대한 편심 캠의 상대 회전을 제한하는 제2 멈추개 장치를 구비한다.

따라서 모터가 정방향으로 가동될 때는 편심 캠이 제1 멈추개 장치에 의해 제1 위치에서 크랭크핀에 고정되고, 편심 캠은 커넥팅 로드에 대해 회전하게 된다. 한편 모터의 회전 방향이 역방향이 되면, 편심 캠은 제1 위치로부터 제2 멈추개가 캠을 커넥팅 로드에 결합하게 되는 제2 위치로 회전된다. 바람직한 실시예에서는, 상기 제2 위치에서 크랭크핀은 편심 캠 내에서 회전한다.

일 실시예에 따르면, 도 3a와 도3b에 도시한 바와 같이 제1 멈추개 장치는 편심 크랭크핀(14)에 인접하여 크랭크 샤프트(15)에 위치된 멈추개(110)를 포함한다. 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이 편심 캠(16)은 면(104)에서 종결되는 제1경사돌출부(102)를 포함한다. 크랭크 샤프트(15)가 정방향으로 회전할 때 상기 멈추개(110)은 면(104)와 맞닿아서 편심캠(16)은 편심 크랭크핀(14)에 대해 구속 고정된다.

크랭크 샤프트(15)가 역방향으로 회전될 때는 멈추개(110)가 상기 제1경사돌출부(102)를 타고 올라가고, 이에 편심 캠(16)이 크랭크핀(14)을 따라 멈추개(110)가 면(104)에 떨어지게 될 때까지 미끄러지게 된다 따라서, 상기 크랭크 샤프트(15)가 역방향으로 회전할 때 편심 크랭크핀(14)은 편심캠(16) 내에서 자유롭게 회전한다.

바람직하기로 상기 제1 멈추개 장치의 구성요소들은 크랭크 샤프트(15)와 편심 캠(16)상에 배치되어 크랭크 샤프트(15)가 제1 방향으로 회전되거나 편심 캠이 크랭크핀에 대해 고정될 때 크랭크핀(14)의 편심(18)은 편심 캠(16)의 편심(19)과 정렬된다.

도 13a 내지 도13e는 완전 행정 모드에서 결합 구조의 작동을 도시한 것이다. 크랭크핀(14)은 화살표(114)로 도시된 제1 방향으로 회전하고, 도 13a에 도시한 바와 같이 크랭크핀(14)이 그 회전의 하사점에 있을 때 결합된 편심캠(16)과 크랭크핀(14)은 커넥팅 로드(27)와 결합된 피스톤을 하사점 위치로 이동시킨다. 마찬가지로 도 13c에 도시한 바와 같이 크랭크핀(14)가 회전의 상사점에 위치할때는 결합된 편심 캠(16)과 크랭크핀(14)은 커넥팅 로드(27)와 결합된 피스톤을 상사점으로 이동시킨다.

도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 제2 멈추개 장치는 캠(16)상에 바람직하기로, 제1경사돌출부(102)로부터 편심 캠의 반대면에 제2경사돌출부(106)를 포함한다. 이 제2경사돌출부(106)는 면(108)에서 종결된다. 도 5a 내지 5c에 도시한 바와 같이, 커넥팅 로드(27)는 개구부(92)를 지나 연장되는 L자 형상의 연장부를 형성하는 2개의 지지부재(96,98)를 갖는 멈추개(94)를 포함한다. 지지부재(98)에는 2개의 면(100,103)이 구비되어 있다.

상기 크랭크 샤프트(15)가 정방향으로 회전할 때, 제1 멈추개 장치는 편심캠(16)을 크랭크핀(14)에 고정시키고, 동시에 편심캠은 커넥팅 로드(27)내에서 회전하게 된다. 상기 편심캠(16)이 커넥팅 로드(27)내에서 회전함에 따라서, 멈추개(94)의 면(103)은 제2경사돌출부(106)를 따라 올라가게 되며, 이로 인해 상기 편심캠(16)이 크랭크핀(14)을 따라 미끄러지게 된다.

결국, 멈추개(94)의 면(103)은 제2경사돌출부(106)의 면(108)을 지나 이동하게 되고, 회전의 방향이 역으로 되면 제1 멈추개 장치가 풀리고 크랭크핀(14)은 편심캠(16) 내에서 자유롭게 회전하게 된다. 이에 상기 편심캠은 이 편심캠(16)상의 제2경사돌출부(106)의 면(108)이 커넥팅 로드(27)상의 멈추개(94)와 결합될 때 까지 커넥팅 로드(27)에 대해 역방향으로 회전하게 된다.

이러한 결합은 크랭크 샤프트가 역방향으로 회전할 때 커넥팅 로드에 대한 편심캠의 회전을 제한하게 된다.

바람직하기로, 도 2a 와 도 2b에 도시된 바와 같이, 스프링(88)과, 고리(89)는 크랭크 샤프트(15)상에 위치된다. 스프링(88)과 고리(89)는 크랭크 샤프트(15)에 대해 회전하고, 스프링(88)은 고리(89)를 통하여 크랭크핀(14)을 따라 편심 캠(16)의 치우침(바이어스)를 인가한다.

크랭크 샤프트(15)의 회전 방향이 전환될 때, 이러한 스프링의 작용으로 인해 편심캠(16)상의 면(104)와 (108)은 서로 정렬되어지게 되며, 크랭크 샤프트(15)와 커넥팅 로드(27)상의 각 멈추개(110,94)를 결합시킨다. 기계 장치의 구성 요소의 크기와 공차는 모터가 역방향으로 동작할 때 발생하는 가속력이 제1과 제2 멈추개 장치가 커넥팅 로드와 크랭크 샤프트 상의 각 멈추개를 여전히 결합할 수 있도록 하고 스프링(88)과 고리(89)가 빠질 정도면 된다.

도 14a 내지 도 14e는 줄어든 행정 모드에서 결합 구조의 작동을 도시한 것이다. 크랭크핀(15)은 화살표(115)로 도시된 방향으로 역방향으로 회전한다. 도 14a 내지 도 14e에 도시한 것은 도 13a 내지 도 13e 에 도시한 결합 구조의 맞은편임을 알 수 있을 것이다. 따라서, 각 세트의 도면에서 반시계 방향으로 크랭크핀(15)의 회전을 도시하였지만 실제 크랭크핀의 방향은 반대 방향이다.

바람직하기로, 제2 멈추개 장치의 구성요소는 편심 캠(16)과 커넥팅 로드(27)상에에 배치되어 크랭크 샤프트(15)가 역방향으로 회전할 때, 편심 캠(16)의 편심(18)는 커넥팅 로드(27)의 축(23)과 정렬된다. 따라서, 크랭크핀의 편심(19)는 크랭크핀(14)이 회전의 상부지점에 있을때에만 편심 캠의 편심(18)와 정렬된다.

도 14c에 도시한 바와 같이 이러한 정렬은 반행정 모드로 동작할 때 피스톤이 상사점에 이르도록 한다. 도 14a 와 도 14e에 도시한 바와 같이, 크랭크핀(14)이 회전의 하부에 있을때에는 편심 캠(16)은 편심 크랭크핀(14)의 반대편에 위치하므로, 피스톤이 중간 위치로만 이동할뿐 바닥위치로는 이동하지 않게 된다.

이는 행정 동작의 행정 길이의 감소로 편심 캠과 크랭크핀의 각 편심(18,19)를 변화시킴으로써 변화될 수 있다.

당해 분야의 전문가라면 본 발명의 제1 과 제2 멈추개 장치의 변화를 고려해 볼 수 있는데, 에컨대, 도 6a 와 도 6b에 도시한 바와 같이, 편심 캠(16)은 면(122)를 갖는 돌출부(120)를 구비할 수도 있다. 커넥팅 로드(27)는 멈추개(124)에서 종결하는 경사돌출부(123)를 포함할 수도 있다. 이에 크랭크 샤프트(15)가 정방향으로 회전할 때 편심캠상의 돌출부(120)는 커넥팅 로드(27)상의 경사돌출부(123)를 따라 올라가게 될 것이다.

반면, 크랭크 샤프트의 회전 방향이 역으로 되면, 편심 캠의 면(122)은 커넥팅 로드(27)상의 멈추개(124)와 결합하게 되어 편심 캠이 커넥팅 로드에 대해 회전하는 것을 방지하게 된다.

도 7과 도 8은 제1과 제2 멈춤 장치의 다른 실시예를 도시한 것으로, 이 실시예에 따른 결합 구조는 일반적으로 참조 번호 12로 도시되며, 실린더(9)내에 장착된 피스톤(8)과, 관통하는 방출포트(11)를 구비한 밸프판(10)에 장착된 리드 타입 방출 밸브(21)를 갖춘 냉장고 컴프레서와 결합된 것으로 도시된다.

제 1 멈추개 수단(20)은 편심 캠(16)상에 핀(30)과 같은 숄더 수단과 크랭크핀(14)안으로 가공된 숄더(32)를 포함하고, 상기 제2 멈추개 수단(24)은 편심 로드(27)상의 핀(34)과 같은 숄더 수단과, 편심 캠(16) 안으로 가공되는 숄더(36)를 포함한다. 상기 핀(30,34)은 압축 스프링(40)에 의해 그 소켓(38)으로부터 방사방향 안쪽으로 계속 가압된다.

도 9에 도시한 다른 멈추개 장치에서는 리프(leaf)-타입 스프링 또는 이와 유사한 구조물(42)은 스크류(44) 또는 동종물에 의하여 커넥팅 로드(27)에 가공된 슬롯(43)내에 부착되고, 편심 캠(16)에 가공된 슬롯(46)안으로 감겨지게 된다. 편심 캠(16)이 반시계 방향으로 회전함에 따라서, 스프링(42)은 슬롯(43)안으로 방사상 외부로 구부려진다.

여기서, 상기 스프링(42)과 슬롯(46)은 스프링이 크랭크핀과 편심 캠의 각 반시계 방향의 궤적에 의해 슬롯 바닥(48)에 부딪히지 않고 불쾌한 긁는 소음을 유발하지 않는 크기로 만들어질 수 있다. 또한 이러한 견지에서, 슬롯(46)으로부터 출구의 반경(50)은 편심 캠과 스프링(42)이 접촉함으로써 어떠한 소음도 창출되지 않도록 하거나 감소시키게 된다. 이러한 구조는 크랭크핀을 편심 캠에 결합하는데에도 활용할 수 있다.

도 10 내지 도 12에는 회전 구조물과 멈추개의 불필요한 접촉을 제거하는 브레이크-다운 결합을 통해 작동가능한 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에 있어서는 편심 캠과 커넥팅 로드에 적용된 바와 같이, 참조 번호 52로 도시한 멈추개 아암이 편심 캠(16)의 면(55)에 형성된 요홈(54)내의 크랭크핀(14)상에 회전 가능하게 장착된 슬리브(53)에 부착된다.

상기 아암(52)은 슬리브(53)에 부착된 내부(56)와 멈추개 말부(59)를 제공하는 외멈추개 부(58)로 구성된다. 상기 내부와 외부(56,58)는 선회가능하게 피봇핀(60)에 결합된다.

행정의 감소를 위해 시계 방향으로 회전하는 크랭크 샤프트와 모터를 구비하고 여기서 단지 크랭크핀 만이 시계 방향으로 궤적 운동하는 도 10 내지 도 12에 도시한 멈추개 기계 장치의 작동 중에는 상기 크랭크핀은 편심 캠(16)도 역시 시계방향으로 견인해서 그 요홈 단부(68)를 멈추개 아암(52)과 결합시키고 도 10에 점선으로된 도시된 중립 위치(70)로부터 작동의 멈춤 위치(72)쪽으로 이동시키고 직선으로 펴게되는데, 여기서 상기 단부(59)는 소켓(74)안에 장착된다.

이러한 작동으로 편심 캠(16)의 편심이 커넥팅 로드의 행정축(23)과 정렬되어 상사점에 도달하게 하는 정확한 위치에서서 편심캠(16)을 커넥팅 로드에 끼우게된다. 내부와 외부중 하나의 상부에 부착되고 다른 하나 부분위로 미끄럼 이동 가능한 작은 스프링(76)은 외부(58)를 하방(도면에서 보았을때)으로 가압하여 소켓(74)안으로의 삽입을 조력하게 된다. 피봇핀(60)의 연장부 위에 장착된 토션 스프링과 같은 다른 스프링도 사용가능하다.

전체 행정 즉, 완전한 행정중에 모터와 크랭크 샤프트의 동작 방향이 반시계 방향으로 반전되면, 편심 캠(16)이 회전하도록 도 10에서 아암의 내외부(56,58)의 점선으로 도시한 위치(70)로 지시된 바와 같이 그 요홈의 단부(78)를 아암(52)과 결합하게 하고, 스프링(76)력을 용이하게 극복하도록 한다.

정확한 위치(70)에서 이러한 동작은 편심 캠(16)과 크랭크핀(14)의 편심이 상사점에 도달하도록 동시에 궤적를 선회하도록 크랭크핀(14)과 편심 캠(16)을 작동적으로 결합하는 멈추개 수단과 공조하여 정렬된 상태를 유지하게 된다.

크랭크 핀(14)이 감소된 행정중에 그 궤적을 통해 단독으로 이동함에 따라서, 캠 편심(19)는 피스톤 행정 축(25)의 각 측면에 대해 후위와 전방으로 왔다 갔다 하게 되지만 비슷한 점선(23)으로 도시한 바와 같이 캠 편심은 커넥팅 로드 축(23)과 정렬된 상태를 유지하게 된다.

넓은 관점에서 본 발명은 특정 형태의 멈추개 구조물의 사용으로 한정되는 것은 아니며, 여기서 도시한 멈추개의 구성요소들은 거꾸로 장착될 수도 있는바, 예컨대, 스프링(40)과 핀(34)이 베어링 안으로 절단된 숄더와 캠 부싱내에 장착될수도 있다.

설명을 위한 실시예에서, 편심 캠과 크랭크핀의 편심들은 서로 실질적으로 동일하여 실린더 용량은 크랭크 샤프트의 회전이 전도됨에 따라서 완전한 전체 용량으로부터 절반의 용량으로 전환 가능하다.

특히, 제1 과 제2 멈추개 수단 및 멈추개 장치는 2개의 편심이 완전한 행정용으로 정렬되어 있는 한, 각각 크랭크핀과 편심 캠 둘레와, 편심 캠과 커넥팅 로드 둘레에 소정 각위치로 배치되고, 부싱의 편심은 감소된 행정을 위해 커넥팅 로드 행정축과 실질적으로 일직선 정렬된다.

도 15a와 도 15b에 도시한 바와 같이, 제1 멈추개 장치(130)와 제2 멈추개 장치(132)는 커넥팅 로드 축(23)으로부터 옵셋(offset)시키는 것이 바람직하다. 완전한 행정 모드를 위해 크랭크 샤프트가 정방향으로 회전할 때, 제1 멈추개 장치는 피스톤이 상사점을 통과한 바로 직후에 불안정하게 되는 경향을 가지게 되는데, 이렇게 제 1 멈추개 장치(130)가 도 15a에 도시된 바와 같이 옵셋되어 있다면 불안정함을 창출하는 힘이 편심 캠(16)상에 작용하게 되어 편심캠이 크랭크 샤프트의 멈추개와 결합되도록 이동시켜서 불안정성을 제거하게 된다.

크랭크 샤프트가 역방향으로 회전하고 피스톤이 반 행정에 걸쳐 이동하도록 할 때는 본 장치는 불안정해질 경향을 갖지 않는다. 그러나 일시적으로는 불안정이 존재할수 있다. 따라서, 제2 멈추개 장치(132)는 도 15b에 도시한 바와 같이 선행되어 어떠한 불안정한 조건도 방지하게 되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 독특한 전기 회로가 가역 모터를 제어하는데 활용되고, 도 16과 도 17에 개략 도시한 바와 같은 회로와, 단일 실린더 컴프레서와 더불어 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용된다.

도 16으로 도시한 제어도는 미리 결정된 동력 공급을 사용하는 산업상의 종래 PSC(영구 분열 용량) 와이어 제어도와 동일하다. 선(I)은 모터 보호 장치안으로 유도하는 모터 공통 단자(C)로 이어지고, 모터 보호 장치를 벗어난 후에 전류는 분열되어 스타트(S)와 메인, 즉 모터 고 용량(M HIGH)이 닫혀진 런(R) 와인딩을 경유하여 진행한다.

이 단계는 런 와인딩을 메인 와인딩으로 사용하고 런 캐퍼시터를 스타트 와인딩과 직렬로 배치하여 피스톤의 완전한 기동으로 즉, 전용량 동작으로 회전하는 기준 모터를 구성하게 된다.

도 17에 도시한 바와 같은 본 발명의 독특한 제어도는 활용에 따라 예정된 동력 공급을 사용하게 된다. 1라인은 모터 보호 장치로 이끄는 공통 단자(C)를 통과하여 이어지고, 모터 보호 장치를 벗어난 후에 전류는 저 모터 접촉기에 전류가 인가된 상태로 원래 스타트와 원래의 메인 와인딩을 통해 진행하게 된다. 상기 컴프레서는 메인 와인딩으로 스타트 와인딩을 사용하고 런 캐퍼시터를 원래의 메인 와인딩과 직렬로 배치하게 된다.

런 캐퍼시터를 전술한 상태로 배치시킴으로써 모터와 기계적인 회전이 변화되고 이와 동시에 감소된 피스톤 행정을 초래하게 되는 모터의 강도를 줄여 주는게 용이하여 감소된 부하에 대해 모터의 효율을 극대화 시키게 된다. 이는 특히 특정 용품에 대해서 감소된 컴프레서 용량 모드에서 모터가 작동 속도를 얻고난후에 원래 메인 와인딩과 스타트 캐퍼시터가 원심 스위치 또는 이와 유사한 것에 의해 오프라인 상태가 되도록 할 수도 있다.

본 발명의 "전환 수단"으로 사용되기에 적합한 예컨대 솔레노이드 작동 접촉기 또는 스위치가 General Electric사의 제품 정보 브로셔 GEA-115408 4/87 ISM 1800으로 "명확한 목적의 제어"라는 제목으로 23페이지에 도시되고 게재된바, 그 게시물을 본 발명의 참조로 사용한다.

후술하는 단일 실린더 컴프레서 함께 사용하는 것으로 가장 잘 알려진 동력 유닛은 다음의 구조와 작동 특성을 가진다.

모터 - 역방향 가동 가능, 스퀴럴 케이지 유도(squirrel cage), PSC, 1-3 hp;

보호장치 - 양 부하 모드에서 과부하를 방지하고 T^。와 전류를 감지;

런 캐퍼시터 - 35μF/370VAC;

속도(정격부하) - 3550rpm;

모터 강도 - 252 oz. ft. Max/90 oz.ft. 정격부하

동력 공급 - 예컨대 230V-60Hz 단일 위상 또는 460V-60Hz 3위상 같은 임의의 진동수 또는 전압의 단일 또는 3위상;

전환 장치 - 부하 요구에 응답하여 솔레노이드 접촉기를 작동시키고 런 캐퍼시터를 부하 요구에 따라 스타트 와인딩과 메인 와인딩 둘중 하나와 직렬로 배치하는 제어 회로;

컴프레서는 실질적으로 후술하는 구조와 작동 특성을 갖는다.

크기(용량) -------------------------- 3톤;

실린더 수 -------------------------- 1;

완전한 낙차시 실린더의 변위 ----------- 3.34 in³/rev;

완전 행정 길이 ---------------------- 0.805 in.;

완전 행정 모드에서 평균 작동압 범위 ---- 77 내지 297 Psig.

본 발명에 따르면, 전술한 바와 같은 2단의 왕복 컴프레서와 제어 장치가 냉각 사이클을 사용하는 다양한 상업적인 용품에 사용 가능한 바, 냉각 사이클의 일례가 도 18에 참조번호 143으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 냉각 사이클(143)는 컨덴서(148)과 팽창 장치(146), 건조기(152) 및 2단의 왕복 컴프레서(150)를 포함한다. 냉각제는 냉각 사이클 전체에 걸쳐 순환한다.

종래 공지된 바와 같이, 컴프레서(150)의 용량은 건조기내의 냉각제에 의해 제공되는 냉각양에 직접적인 영향을 준다. 상기 2단 왕복 컴프레서가 완전 행정 모드로 동작할 때, 컴프레서(150)는 전체 용량으로 작동하며 건조기에 최대 냉각을 제공하게 된다. 2단의 왕복 컴프레서가 감소된 행정 모드로 동작할때는 건조기쪽으로 공급되는 냉각양은 마찬가지로 감소된다.

본 발명에 따른 2단 왕복 컴프레서는 다양한 상업적인 용품에 활용가능한 바, 예컨대, 도 19에 도시된 바와 같이, 냉각 사이클(143)은 난방과, 통기 및 공기 조절("HVAC") 장치에 사용될 수 있다. 상기 HVAC 장치는 밀봉된 공간(156)내의 공기를 조절하는데 사용되는데, HVAC 유닛(154)을 통해 공급관(160) 및 복귀관(166)을 통과하여 송풍기(164)에 의해 공기가 순환된다.

송풍기(164)는 냉각 사이클의 건조기를 지나 공기를 전달하여 공기가 실내로 유입되기 전에 공기를 냉각시키게 된다. 상기 구내의 온도가 미리 설정된 한계 이상으로 상승한 것을 센서(158)가 감지하면, 이 센서(158)은 감지된 공기의 온도에 따라서 완전한 전체 행정 모드 또는 감소된 행정 모드 둘중 하나로 컴프레서를 기동시키게 된다. 실내의 현상태에 따라 적절한 용량으로 컴프레서를 작동시키게 되므로 장치의 전체적인 효율이 증진된다. 또한 본 발명은 열 펌프 또는 이와 유사한 것과 같은 다른 공기 조절 장치에도 사용가능하다.

냉각 사이클은 냉각 제품에도 활용가능한 바, 도 20에 도시한 바와 같이 냉장고(140)에는 적어도 하나의 격리된 냉각실(144)이 구비된다. 온도 센서(142)는 냉각실(144) 내부에 위치하며, 냉각실(144)의 온도에 따라 컴프레서는 완전 행정모드 또는 감소된 행정 모드로 동작할수 있게 된다. 상기 컴프레서는 문을 열때나, 비교적 따듯한 식품이 담기는 경우와 같이 냉각 요구가 커지기 전까지는 계속해서 감소된 행정 모드로 작동하는 것이 바람직하다.

냉각실(144)의 온도 상승에의해 센서(142)에 의해 감지되는 냉각 요구가 커질때에는 상기 컴프레서는 완전 행정 모드로 전환하여 증가된 냉각요구에 부응하게된다. 이러한 방식으로 냉장고(140)의 냉각실(144)은 효과적으로 또 신뢰할만하게 냉각 상태를 유지하게 된다.

당해 분야의 전문가라면 이상의 기술을 고찰함으로써, 본 발명의 다른 실시예를 고려해 볼 수도 있을 것인바, 본 발명의 범주와 영역은 예로 기술한 실시예나 상세한 설명으로 한정되지 않으며, 후술하는 청구 범위에 기재되는 바와 같다.

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
실린더와 이 실린더내에 조합되는 압축 챔버 및 피스톤(8)을 갖는 블럭(82)와, 정방향 및 역방향으로 회전하는 가역 모터(86)와, 상기 모터(86)와 피스톤(8)간에 배열되는 기구 시스템(84)로 구성되되, 상기 기구 시스템(84)는 상기 가역모터(86)와 연결되어 정방향 및 역방향으로 회전되는 크랭크샤프트(15)와, 상기 크랭크샤프트(15)상에 형성된 편심의 크랭크핀(14)과, 상기 피스톤(8)과 연결된 커넥팅 로드(27)를 포함하는 2단 왕복 컴프레서에 있어서,

상기 기구 시스템(84)은 편심된 두 위치를 가진 구조로서, 상기 크랭크핀(14)에 회전 가능하게 장착되는 동시에 상기 커넥팅 로드(27)와 크랭크핀(14)을 연결하는 캠(16)을 더 포함하고,

상기 크랭크샤프트(15)가 하사점 및 상사점간의 전체 스트로크를 따라 상기 피스톤(8)을 구동시킬 수 있도록 정방향으로 회전하게 되면, 상기 캠(16)은 크랭크핀(14)과 함께 회전되도록 결합되고,

상기 크랭크샤프트(15)가 중간 위치 및 상사점간의 감소된 스트로크를 따라 상기 피스톤(8)을 구동시킬 수 있도록 역방향으로 회전하게 되면, 상기 캠(16)은 커넥팅 로드(27)와 결합되는 것을 특징으로 하는 2단 왕복 컴프레서.
청구항 39에 있어서,

상기 모터가 미리 선택된 제1의 고정속도로 정방향 회전되거나, 미리 선택된 제2의 고정속도로 역방향 회전되게 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 왕복 컴프레서.
청구항 39에 있어서,

상기 크랭크핀(14) 및 캠(16)의 편심율은 상기 모터(86)가 정방향으로 회전 작동할 때 피스톤(8)의 전체 스트로크 이송이 이루어지게 하고, 역방향으로 회전 작동할 때 피스톤(8)이 상기 감소된 스트로크 만큼 이송될 수 있게 형성된 것을 특징으로 하는 2단 왕복 컴프레서.
청구항 39에 있어서,

상기 캠(16)은 크랭크핀(14)에 슬라이드 가능하게 장착되고, 상기 캠(16)은 크랭크핀(14)과 커넥팅 로드(27)중 어느 하나와 결합되도록 상기 크랭크핀(14)을 따라 축방향으로 슬라이드되는 것을 특징으로 하는 2단 왕복 컴프레서.
청구항 39에 있어서,

상기 캠(16)은 제1면(104)을 갖는 제1경사돌출부(102) 및 제2면(108)을 갖는 제2경사돌출부(106)를 포함하고, 상기 제1면(104)은 크랭크샤프트(15)가 정방향으로 회전할 때 상기 크랭크핀(14)과 결합되게 형성되고, 상기 제2면(108)은 크랭크샤프트(15)가 역방향으로 회전할 때 상기 커넥팅 로드(27)와 결합되게 형성된 것을 특징으로 하는 2단 왕복 컴프레서.
청구항 43에 있어서,

상기 크랭크핀(14)은 멈추개(110)를 포함하고, 상기 커넥팅로드(27)도 멈추개(94)를 포함하며, 상기 크랭크핀(14)에 대한 상기 캠(16)의 상대적인 회전을 제한할 수 있도록 상기 제1면(104)이 상기 크랭크핀(14)의 멈추개(110)에 구속되고, 상기 크랭크샤프트(15)가 역방향으로 회전할 때 상기 커넥팅 로드(27)에 대한 상기 캠(16)의 회전을 제한할 수 있도록 상기 제2면이 상기 커넥팅 로드(27)상의 멈추개(94)에 구속되는 것을 특징으로 하는 2단 왕복 컴프레서.
청구항 44에 있어서,

상기 제1 및 제2경사돌출부(102,106)와, 상기 크랭크핀(14)의 멈추개(110) 및 상기 커넥팅 로드(27)의 멈추개(94)를 정렬시킬 수 있도록 상기 캠(16)이 크랭크핀(14)의 축방향을 따라 치우치게 하는 스프링(88)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 왕복 컴프레서.
청구항 39에 있어서,

상기 캠 및 크랭크핀(14)의 편심율은 컴프레서의 용량이 모터(86)의 역회전에 의하여 전체에서 절반까지 스위칭될 정도로 선택된 것을 특징으로 하는 2단 왕복 컴프레서.
청구항 39에 따른 컴프레서를 포함하는 냉장고(140).
청구항 39에 따른 컴프레서를 포함하는 밀봉공간내의 에어를 조절하기 위한 HVAC 장치.
청구항 42에 따른 컴프레서를 포함하는 냉장고(140).
청구항 42에 따른 컴프레서를 포함하는 밀봉공간내의 에어를 조절하기 위한 HVAC 장치.
청구항 45에 따른 컴프레서를 포함하는 냉장고(140)
청구항 45에 따른 컴프레서를 포함하는 밀봉공간내의 에어를 조절하기 위한 HVAC 장치.
청구항 46에 따른 컴프레서를 포함하는 냉장고(140).
청구항 46에 따른 컴프레서를 포함하는 밀봉공간내의 에어를 조절하기 위한 HVAC 장치.