KR102596318B1 - 사판식 압축기 - Google Patents

Abstract

사판식 압축기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 사판식 압축기는, 압축대상인 작동유체가 흡입되는 공간인 흡입 공간이 마련되어 작동유체가 흡입되는 흡입실 및 흡입실에 이웃하게 마련되어 작동유체가 외부로 토출되는 토출실을 구비하여 작동유체가 유동가능하게 마련되는 작동유체 유동유닛; 작동유체 유동유닛에 이웃하여 작동유체 유동유닛의 내부 압력을 조절가능하게 마련되는 제어밸브; 및 흡입실에 인접하게 배치되어 작동유체 유동유닛으로 흡입되는 작동유체인 흡입 작동유체와 열교환 가능하게 마련되되 제어밸브를 제어하는 제어유닛;을 포함하는 사판식 압축기가 제공된다.

Description

사판식 압축기{SWASHPLATE TYPE COMPRESSOR}

본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 사판식 압축기에 포함되는 제어유닛이 압축대상인 작동유체와 열교환 가능하게 마련되는 사판식 압축기에 관한 것이다.

통상적으로 차량용 공조장치에는 냉난방을 제공하기 위한 냉매압축 사이클 장치가 구비된다. 이와 같은 냉매압축 사이클 장치는 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기가 구비되는 것이 일반적이다. 또한, 차량용 냉매 압축 사이클 장치에 구비되는 압축기는 열부하에 따라 구동축에 설치된 사판의 경사각이 가변되도록 구성된 가변용량형 사판식 압축기가 널리 사용되고 있다.

이러한 가변용량형 사판식 압축기는 열부하에 따라 구동축에 설치된 사판의 경사각이 하우징에 대하여 상대 조정 가능하게 마련된다. 다시 말해, 가변용량형 사판식 압축기의 사판은 하우징에 대하여 상대 조정가능한 각도인 경사각을 갖고 회전한다.

따라서 가변용량형 사판식 압축기의 피스톤은 가변용량형 사판식 압축기의 사판이 하우징에 대하여 조정된 경사각에 의해서 스트로크가 조절될 수 있도록 구성된다.

전술한 사판의 경사각은 가변용량형 사판식 압축기의 크랭크실 내부 압력과 흡입실 내부 압력 차이에 의해 조정될 수 있다. 즉, 냉매를 토출시키는 토출실 내부의 고압 냉매를 크랭크실로 유입시켜서 크랭크실 내부의 압력을 높이면 사판의 경사각이 주축에 대하여 수직하게 기립 배치되어 피스톤의 스트로크는 감소하게 되며, 냉매의 토출 유량이 감소하게 된다. 반대로, 크랭크실의 내부 압력을 감소 시키면 사판이 주축에 대하여 경사지게 되면서 경사각을 이루게 된다. 따라서 피스톤의 스트로크가 증가하고, 냉매의 토출 유량도 증가하게 된다.

크랭크실은 흡입실과 상시 연통되어 있으며, 크랭크실과 토출실을 연결하여 토출실로부터의 고압냉매 유량을 제어하는 제어밸브가 사판식 압축기에 구비되게 된다. 토출실로부터의 고압냉매 유량을 제어하는 제어밸브는 그 작동방식에 따라서 기계식 제어밸브와 전자식 제어밸브로 구분될 수 있는데, 기계식 제어밸브의 경우 외부에서 별도로 제어하지 않아도 흡입실, 크랭크실 및 토출실에서의 압력차에 의해 작동된다. 이러한 기계식 제어밸브는 소위 "내부제어방식 가변 압축기"와 함께 작동되며, 증발기 출구의 온도를 1 ~ 2℃로 유지되도록 제어되어야 하므로 온도제어의 폭이 적고, 압축기의 on/off를 위한 클러치를 별도로 구비해야하는 단점이 있다.

반면에, 전자식 제어밸브는 소위 "외부제어방식 가변 압축기"와 함께 사용되는 것으로서, 내부에 솔레노이드 등의 전자식 액츄에이터에 의해 구동되는 작동 로드를 포함하고 있다. 전자식 액츄에이터에 의해 구동되는 작동 로드는 솔레노이드의 on/off에 따라서 밸브 몸체들을 이동시키고, 그에 따라 토출실, 크랭크실 및 흡입실이 선택적으로 연통될 수 있을 뿐만 아니라 그 개도도 조절될 수 있다. 이로 인해서, 외부제어방식 가변 압축기는 증발기의 출구 온도를 1 ~ 12℃의 범위로 조절할 수 있어, 냉방 부하에 맞게 최적화된 운전이 가능하여 전력 소모량을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 클러치 없이 동작이 가능하기 때문에 제조비용도 절감할 수 있는 장점을 갖는다.

여기서, 전술한 전자식 제어밸브를 제어하기 위한 제어부가 차량의 공조 시스템에 구비되게 된다. 전자식 제어밸브를 제어하기 위한 제어부는 사용자가 설정한 실내 온도와 외부 환경조건 등을 고려하여 전술한 밸브의 개도를 조절한다. 즉, 제어부는, 밸브의 개도를 조절할 수 있고, 밸브의 개도를 조절하여 피스톤의 스트로크를 변경시킬 수 있으며, 피스톤의 스크로크를 변경시켜 미리 설정된 온도로 실내 공간을 유지시킬 수 있도록 제어할 수 있다.

한편, 냉매압축 사이클 장치의 압축기를 독립 제어하기 위해서는, 전술한 제어밸브를 제어하는 제어유닛을 압축기에 배치하여야 한다. 그러나 냉매압축 사이클 장치의 압축기는 고온에서 작동하므로, 제어밸브를 제어하는 제어유닛을 압축기에 배치시킨 경우 별도의 열교환 등의 장치가 구비되지 않으면, 고온에 의한 제어유닛의 손상 및 성능저하의 문제가 발생할 수 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 사판식 압축기에 포함되는 제어유닛이 저온 상태에 있는 압축대상인 작동유체와 열교환 가능하게 마련되어, 안정적으로 독립제어 할 수 있는 사판식 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 압축대상인 작동유체가 흡입되는 공간인 흡입 공간이 마련되어 상기 작동유체가 흡입되는 흡입실 및 상기 흡입실에 이웃하게 마련되어 상기 작동유체가 외부로 토출되는 토출실을 구비하여 상기 작동유체가 유동가능하게 마련되는 작동유체 유동유닛; 상기 작동유체 유동유닛에 이웃하여 상기 작동유체 유동유닛의 내부 압력을 조절가능하게 마련되는 제어밸브; 및 상기 흡입실에 인접하게 배치되어 상기 작동유체 유동유닛으로 흡입되는 작동유체인 흡입 작동유체와 열교환 가능하게 마련되되 상기 제어밸브를 제어하는 제어유닛;을 포함하는 사판식 압축기가 제공될 수 있다.

상기 흡입실 및 상기 토출실을 격벽으로 분리하는 후방 하우징을 더 포함할 수 있다.

상기 제어유닛은, 상기 후방 하우징의 상기 흡입실 측에 연결되어 상기 흡입 작동유체와 열교환 가능하게 마련될 수 있다.

상기 후방 하우징 상의 상기 흡입 공간에 이웃하는 영역에서 상기 제어유닛을 지지하는 제어유닛 하우징; 및 상기 제어유닛 하우징과 연결되어 상기 제어유닛과 상기 흡입 작동유체의 열교환이 가능하게 마련되는 냉각유닛;을 더 포함할 수 있다.

상기 후방 하우징과 상기 제어유닛 하우징 사이에 상기 흡입 작동유체가 유입가능하게 형성되어 상기 제어유닛과 열교환 가능하게 마련되는 냉각용 작동유체 유입실을 포함할 수 있다.

상기 냉각유닛은, 상기 흡입실과 상기 냉각용 작동유체 유입실 사이에서 상기 흡입실과 상기 냉각용 작동유체 유입실이 연통되도록 형성되어 상기 흡입 작동유체가 상기 냉각용 작동유체 유입실로 유입가능하게 마련되는 흡입 작동유체 연통로; 및 상기 흡입 작동유체 유입실과 상기 제어유닛 하우징을 연결시키되 상기 냉각용 작동유체의 누출을 방지하는 누출 방지용 가스켓;을 포함할 수 있다.

상기 후방 하우징에 연결되어 상기 흡입실의 압력인 흡입압을 측정하는 흡입압 센서;를 더 포함할 수 있다.

상기 제어유닛 하우징에 일체로 연결되는 흡입압 센서 하우징;을 더 포함하며, 상기 흡입압 센서는, 상기 제어유닛 하우징에 일체로 연결되는 흡입압 센서 하우징의 내부에 마련될 수 있다.

상기 흡입압 센서는, 상기 제어유닛 하우징에 이격되어 상기 후방 하우징을 관통하여 상기 흡입실에 연결될 수 있다.

상기 흡입압 센서는, 상기 흡입압 센서 하우징 및 상기 후방 하우징을 관통하여 상기 흡입실로 연결될 수 있다.

상기 흡입압 센서로 부터 측정된 값과 미리 결정된 설정 온도에 기초하여 목표 흡입압을 결정하는 밸브 제어부; 및 상기 흡입실의 압력이 상기 밸브 제어부로부터 결정된 상기 목표 흡입압이 되도도록 상기 제어밸브를 제어하는 밸브 구동부;를 더 포함할 수 있다.

차량의 공기조화기 제어시스템으로부터 외기 상태 및 미리 설정된 증발기 출구 온도에 대한 정보가 상기 밸브 제어부로 제공될 수 있다.

상기 밸브 제어부는 냉방 제공이 필요할 경우 상기 목표 흡입압을 측정된 흡입압보다 낮게 설정될 수 있다.

차량의 공기조화기 제어시스템과 유선 또는 무선으로 연결되어 신호를 주고받기 위한 송수신부를 더 포함하고, 상기 밸브 제어부 및 상기 밸브 구동부가 상기 차량의 공기조화기 제어시스템과 별도로 구비될 수 있다.

상기 밸브 제어부 및 상기 밸브 구동부는 차량의 공기조화기 제어시스템에 통합되어 구비될 수 있다.

전술한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 사판식 압축기에 포함되는 제어유닛이 흡입실에 인접하게 마련되어, 흡입실 내부의 저온 상태인 작동유체와 효율적으로 열교환 가능하게 하므로, 압축기의 고온 상태에 의한 제어유닛의 손상 및 효율 저하 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다. 다시 말해, 본 발명에 따르면 압축대상인 작동유체가 압축되어 고온의 상태에 도달하기 전인 흡입 시 저온 상태의 작동유체와 제어유닛의 열교환을 효율적으로 이루어 질 수 있도록 하여 안정적으로 독립제어될 수 있고, 효율성을 극대화 시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사판식 압축기의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사판식 압축기의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사판식 압축기의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 사판식 압축기의 작동을 제어하기 위한 제어장치를 구비하는 차량용 공기의 제어시스템을 개략적으로 도시한 블럭이다.
도 5는 도 1 내지 도 3에 도시된 사판식 압축기의 작동을 제어하기 위한 제어유닛의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사판식 압축기의 내부 구조를 도시한 단면도이다.

도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 사판식 압축기(1)는 작동유체 유동유닛(70)과, 제어 밸브(100)와, 제어유닛(400)과, 후방 하우징(30)과, 제어유닛 하우징(80)과, 냉각유닛(500)과, 흡입압 센서(401)을 포함한다.

한편, 본 실시예에 따른 사판식 압축기(1)에는 실린더 하우징(10) 중앙을 관통하여 센터보어(11)가 형성되고, 센터보어(11)를 방사상으로 둘러서 실린더를 관통하도록 다수 개의 실린더보어(13)가 형성된다. 실린더보어(13)의 내부에는 피스톤(15)이 이동 가능하게 설치되어, 실린더보어(13) 내에서 냉매를 압축시킨다.

실린더 하우징(10)의 일단에는 전방 하우징(20)이 설치된다. 전방 하우징(20)은 실린더 하우징(10)과 협력하여 내부에 크랭크실(21)을 형성한다.

그리고, 실린더 하우징(10)의 타단, 즉 전방 하우징(20)이 설치된 위치의 반대측 영역에는 후방 하우징(30)이 설치된다. 후방 하우징(30)에는 실린더보어(13)와 선택적으로 연통되게 작동유체 유동유닛(70)이 마련되며, 작동유체 유동유닛(7)은 흡입실(71)과, 토출실(73)을 구비한다.

흡입실(71)은 실린더보어(13) 내부로 압출될 냉매를 전달하는 역할을 한다. 토출실(73)은 작동유체 유동유닛(70)의 일측에 후방 하우징(30) 중 실린더 하우징(10)과 마주보는 면의 외측에 해당하는 영역에 형성된다. 토출실(73)은 실린더보어(13)에서 압축된 냉매가 토출되어 임시로 머무르는 곳이다.

다시 말해, 작동유체 유동유닛(70)에는 압축대상인 작동유체가 흡입되는 공간인 흡입 공간이 마련되어 작동유체가 흡입되는 흡입실(71) 및 흡입실(71)에 이웃하게 마련되어 작동유체가 외부로 토출되는 토출실(73)이 구비되며, 작동유체가 유동가능하게 마련된다.

또한, 후방 하우징(30)의 일측에는 제어밸브(100)가 구비된다. 제어밸브(100)는 작동유체 유동유닛(70)에 이웃하여 작동유체 유동유닛(70)의 내부 압력을 조절가능하게 마련된다. 제어밸브(100)는 크랭크실(21)과 흡입실(71) 사이의 유로 및 토출실(73)과 크랭크실(21) 사이 유로의 개도를 조절하여 사판(48)의 각도를 조절하는 역할을 한다.

그리고 본 실시예에 따른 사판식 압축기(1)에는, 도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 실리더 하우징(10)의 센터보어(11)와 전방 하우징(20)의 축공(23)을 관통하여 회전 가능하게 회전축(40)이 설치된다. 회전축(40)은 엔진에서 전달되는 구동력에 의해 회전한다. 회전축(40)은 실린더 하우징(10)과 전방 하우징(20)에 베어링(42)에 의해 회전 가능하게 설치된다.

이에 더하여, 회전축(40)은 전방 하우징(20)의 중앙을 관통하고, 크랭크실(21)에는 회전축(40)과 일체로 회전하는 로터(44)가 설치된다. 이때, 로터(44)는 대략 원판상으로 회전축(40)에 고정되어 설치되고, 로터(44)의 일면에는 힌지아암(미도시)이 돌출형성된다.

회전축(40)에는 사판(48)이 로터(44)와 힌지 결합되어 함께 회전하도록 설치된다. 사판(48)은 압축기의 토출용량에 따라 회전축(40)에 대하여 각도가 가변되게 설치된다. 즉, 회전축(40)의 길이 방향에 대해 직교한 상태 또는 회전축(40)에 대하 소정의 각도로 기울어진 상태 사이에 있도록 된다. 사판(48)은 그 가장자리가 피스토(15)들과 슈(미도시)를 통해 연결된다. 즉, 피스톤(15)의 연결부(17)에 사판(48)의 가장자리가 슈를 통해 연결되어 사판(48)의 회전에 의해 피스톤(15)이 실린더보어(13)에서 직선 왕복운동하도록 한다.

한편, 로터(44)와 사판(48) 사이에는 탄성력을 제공하는 반경사스프링(미도시)이 설치된다. 반경사스프링은 회전축(40)의 외면을 둘러 설치되는 것으로, 사판(48)의 경사각이 작아지는 방향으로 탄성력을 제공한다. 사판(48)의 일면에는 사판스토퍼(58)가 돌출 형성된다. 사판스토퍼(58)는 사판(48)이 회전축(40)에 대해 경사지게 기울어지는 정도를 규제하는 역할을 한다.

그리고, 회전축(40)의 일측 단부에 풀리 조립체(60)가 장착된다. 풀리조립체(60)는 차량의 엔진과 다른 동력원과 벨트를 통해 회전동력을 전달받도록 장착된다. 그리고, 풀리 조립체(60)에 클러치 조립체(62)가 설치되는데, 클러치 조립체(62)는 풀리 조립체(60)의 내부에 설치되는 코일 및 코어(62a)와 풀리 조립체(60)의 외측에 설치되는 디스크(62b)를 포함한다.

여기서, 클러치 조립체(62)는 통상적으로 알려진 임의의 형태의 것을 채용할 수 있으므로 그 상세에 대해서는 설명을 생략하도록 한다. 어느 경우든, 클러치 조립체(62)는 코일 및 코어(62a)에 인가되는 전류에 따라서 디스크가 밀착되고, 그에 따라서 풀리 조립체(60)로 전달되는 회전동력이 회전축(40)에도 전달되게 된다. 인가되는 전류가 클수록 디스크가 밀착되는 정도도 커진다. 디스크가 밀착되는 정도가 커지면, 풀리 조립체(60)로 전달되는 회전동력의 손실이 적어지고, 회전동력의 손실이 최소되어 회전축(40)으로 전달된다. 그러나 코일 및 코어(62a)에 인가되는전류가 낮으면 풀리 조립체(60)로 전달되는 회전동력의 손실이 커지고 회전동력의 일부만이 회전축(40)으로 전달된다. 이와 같은 원리를 활용하여, 전류의 인가 정도를 제어하여 사판식 압축기(1)를 구동하는 회전축(40)에 가해지는 회전동력, 또는 토크를 제어할 수 있다.

클러치 조립체(62)에 전류가 인가되지 않는 경우에는 풀리 조립체(60)만이 회전할 뿐 회전축(40)은 회전하지 않는다. 따라서, 불필요한 사판식 압축기(1)의 동작을 방지할 수 있고 사판식 압축기(1)의 효율 향상에 도움을 줄 수 있다. 아울러, 사판(48)의 회전축(40)에 대한 경사각이 커지고 그에 따라 피스톤(15)의 스크로크가 커지면 요구되는 토크도 상승하게 되고, 사판(48)의 회전축(40)에 대한 경사각이 작아지므로, 피스톤(15)의 스트로트가 작아지면 요구되는 토크도 작아지게 된다. 따라서, 사판(48)의 경사각에 따라 전달되는 토크를 적절히 제어하여 사판식 압축기(1)에서 소모하는 동력을 최소화할 수 있고, 이는 차량 전체의 효율 상승으로 이어지게 된다.

후방 하우징(30)은 흡입실(71) 및 토출실(73)을 격벽으로 분리한다. 그리고 제어유닛(400)은 흡입실(71)에 인접하게 배치되어 작동유체 유동유닛(70)으로 흡입되는 작동유체인 흡입 작동유체와 열교환 가능하게 마련되되 제어밸브(100)를 제어한다. 본 실시예에 따른 제어유닛(400)은 후방 하우징(30)의 흡입실(71) 측에 연결되어 흡입 작동유체와 열교환 가능하게 마련된다. 즉 흡입실(71)에 흡입되는 저온상태 흡입 작동유체와 제어유닛(400)의 열교환을 하여 제어유닛(400)의 안정성 및 효율성을 높인다.

한편, 후방 하우징(30) 상의 흡입 공간에 이웃하는 영역에서 제어유닛(400)을 지지하는 제어유닛 하우징(80)이 마련되어 제어유닛(400)을 안정적으로 지지할 수 있다. 또한, 냉각유닛(500)은 제어유닛 하우징(80)과 연결되어 제어유닛(400)과 흡입 작동유체의 열교환이 효율적으로 가능하게 마련된다.

흡입압 센서(401)는 후방 하우징(30)에 연결되어 상기 흡입실의 압력인 흡입압을 측정하는 한다. 본 실시예에 따른 흡입압 센서(401)는, 제어유닛 하우징(80)에 이격되어 후방 하우징(30)을 관통하여 흡입실(71)에 연결된다. 따라서 흡입실(71)의 온도를 효율적으로 측정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사판식 압축기의 내부 구조를 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하여 본 발명의 전술한 실시예와 다른 부분만을 설명하고 동일한 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.

도 2에 자세히 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 사판식 압축기(2)는 흡입압 센서 하우징(90)을 더 포함하는 것에 전술한 실시예와 차이가 있다.

본 실시예에 따른 흡입압 센서 하우징(90)는 제어유닛 하우징(80)에 일체로 연결되어 유지 및 보수의 효율성을 높일 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 흡입압 센서(401)는, 제어유닛 하우징(80)에 일체로 연결되는 흡입압 센서 하우징(90)의 내부에 마련되므로 안정성을 높이는 효과가 있다. 그리고 본 실시예에 따른 흡입압 센서(401)는, 흡입압 센서 하우징(90) 및 후방 하우징(30)을 관통하여 흡입실(71)로 연결되므로 흡입실(71)의 온도를 효율적으로 측정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사판식 압축기의 내부 구조를 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하여 본 발명의 전술한 실시예들과 다른 부분만을 설명하고 동일한 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.

도 3에 자세히 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 사판식 압축기(3)는 냉각유닛(500)이 냉각용 작동유체 유입실(510)과, 흡입 작동유체 연통로(520)와, 누출방지용 가스켓(530)을 포함하는 것에 전술한 실시예들과 차이가 있다.

본 실시예에 따른 냉각유닛(500)은, 도 3에 자세히 도시된 바와 같이, 후방 하우징(30)과 제어유닛 하우징(80) 사이에 흡입 작동유체가 유입가능하게 형성된다. 즉, 본 실시예에 따른 냉각유닛(500)은 제어유닛(80)과 흡입 작동유체의 온도차이에 의한 열교환이 효율적으로 이루어지도록 마련되는 냉각용 작동유체 유입실(510)을 포함한다.

또한, 본 실시예에 따른 냉각유닛(500)은 흡입 작동유체 연통로(520)와, 누출 방지용 가스켓(530)을 더 포함한다.

흡입 작동유체 연통로(520)는, 흡입실(71)과 냉각용 작동유체 유입실(510) 사이에서 흡입실(71)과 냉각용 작동유체 유입실(510)이 연통되도록 형성된다. 즉 흡입 작동유체가 냉각용 작동유체 유입실로 효율적으로 유입가능하게 마련되어 흡입 작동유체와 제어유닛(400)의 효과적인 열교환을 유도한다.

그리고 누출 방지용 가스켓(530)은 냉각용 작동유체 유입실(510)과 제어유닛 하우징(80)을 연결시키되 냉각용 작동유체의 누출을 방지하여 안정성을 높이는 효과가 있다.

도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 사판식 압축기의 작동을 제어하기 위한 제어장치를 구비하는 차량용 공기의 제어시스템을 개략적으로 도시한 블럭도이며, 도 5는 도 1 내지 도 3에 도시된 사판식 압축기의 작동을 제어하기 위한 제어유닛의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.

도 4를 참조하면, 공기조화기의 제어부(200)은 사용자가 희망하는 온도를 설정할 수 있도록 하는 설정온도 입력부(201)와, 외기의 온도를 측정하는 외기 온도센서(202)와, 공기조화기에 구비되는 냉각사이클 중 증발기의 출구온도를 측정하는 증발기 출구 온도센서(203)과, 차량의 실내온도를 측정하는 내기 온도센서(204) 및 직사광선에 의한 부하를 측정하는 일사량 센서(205)를 포함하고, 이들로부터 측정되거나 입력된 인자들을 기초로 공기조화기의 동작을 제어한다.

그리고, 공기조화기의 제어부(200)는 공기조화 시스템(220)의 내부에 구비되는 온도조절 도어를 작동시키기 위한 액츄에이터 모터(222)를 제어하기 위한 공조기 도어 구동부(210)를 추가적으로 구비한다. 따라서, 공기조화기의 제어부(200)는 미리 결정된 입력값 및 각종 측정값에 기초하여 공기조화기에 구비되는 온도조절도어를 조절하여 차량의 실내가 입력된 설정온도로 유지되도록 제어하게 된다. 이외에도, 공기조화기의 제어부(200)는 차량에 탑재되는 엔진 제어부(300)로 부터도 신호를 주고받을 수 있도록 유선 또는 무선의 통신수단으로 연결되어 통신가능하도록 구성된다.

엔진 제어부(300)는 엔진(310) 및 가속페달이 눌리는 정도를 측정하는 페달 센서(312)와 연결되어 페달 센서(312)에 의해 측정되고 생성된 신호에 따라서 엔진의 작동을 제어하게 된다. 이 과정에서 엔진으로부터 발생되는 열은 냉각수 순환회로(미도시)에 의해 실내 온도를 조절하는데 이용될 수 있다.

한편, 전술한 복수의 실시예에 따른 사판식 압축기(1, 2, 3)를 제어하기 위한 제어유닛(400)이 공기 조화기의 제어부(200)와 별개로 구비된다. 다시 말해 전술한 바와 같이 제어유닛(400)이 흡입실(71)에 인접하게 배치되어 흡입 작동유체와 열교환 가능하게 마련되어, 고온에 의한 제어유닛(400)의 손상 및 효율성 저하 없이, 독립적으로 사판식 압축기를 제어할 수 있다. 제어유닛(400)은 공기조화기 제어부(200) 및 엔진 제어부(300)와 유선 또는 무선으로 연결되어 서로 신호를 주고 받을 수 있도록 구성되고, 이를 통해 각각으로부터 제공되는 측정값에 기초하여 사판식 압축기의 동작을 제어하게 된다.

구체적으로 제어유닛(400)은 압축기를 통해 토출되는 냉매의 흡입 압력을 제어하기 위한 밸브 제어부(410)와, 사판식 압축기에 구비되는 클러치의 동작을 제어하기 위한 클러치 제어부(420)와, 클러치를 통해서 압축기로 전달되는 토크를 제어하기 위한 압축기 토크 관리부(430) 및 압축기의 동작 상황을 점검하는 이상 검출부(440)를 포함한다.

그리고 이들로부터 제공된 신호를 근거로 하여 제어밸브(100)를 제어하는 밸브 구동부(450) 및 클러치를 작동시키기 위한 클러치 구동부(460)를 추가적으로 포함한다. 밸브 구동부(450)는 제어밸브(100)에 구비되는 전자기 액츄에이터에 인가되는 전류를 제어한다. 클러치 구동부(460)는 클러치 조립체에 구비되는 코일에 인가되는 전류를 사판식 압축기의 회전축(40)에 전달되는 토크만큼 클러치 조립체에서 전자기력을 유지할 수 있도록 제어한다.

이때, 밸브 구동부(450) 및 클러치 구동부(460)는 제어유닛(400)에 구비되는 각종 제어부 및 관리부로부터 전달되는 정보들을 종합적으로 고려하여 사판식 압축기의 작동을 제어한다. 각각의 제어부 및 관리부는 사판식 압축기에 구비되는 흡입압 센서(401)와, 토출압 센서(402)와, 압축기의 속도 및 스트로크 센서(403)을 이용하여 측정되는 값을 기초로 사판식 압축기의 작동을 제어한다.

여기서, 전술한 센서들을 통해 측정되는 값들은 흡입압 및 토출압을 모두 포함하지만, 피스톤(15)의 스트로크를 제어하는 데에는 흡입압이 이용된다. 즉 측정된 흡입압과 목표로 하는 흡입압의 차이에 따라서 피스톤(15)의 스트로크가 조절된다.

밸브 제어부(410)는 전술한 바와 같이 측정된 흡입압과 목표로 하는 흡입압의 차이에 기초하여 토출량, 다시 말해서 피스톤의 스트로크를 결정하고, 밸브 구동부(450')는 결정된 스트로크에 맞게 제어밸브(100)에 구비되는 전자기 액츄에이터의 동작을 제어하게 된다. 이 과정에서, 목표로 하는 흡입압은 공기조화기 제어부(200)로부터 전달되는 설정 온도 및 외기 온도 등의 정보를 근거로 산출된다.

한편, 흡입압이 제어되는 과정을 살펴보면, 제어가 시작되는 공기조화기 제어부에 의해 내기 온도(Tp)를 측정한다. 측정된 내기 온도(Tp)가 미리 설정된 설정온도(Ts)와 동일한 지의 여부를 판단한 후 동일한 경우 소정 시간이 경과된 후에 다시 내기 온도(Tp)를 측정한다. 만일, 측정된 내기 온도(Tp)가 설정온도(Ts)와 다른 경우에는 내기 온도(Tp)의 조절이 필요한 상황인 것으로 판단하게 된다.

이때, 내기 온도(Tp)가 설정온도(Ts)와 차이가 나게 된 원인을 파악하여, 사용자의 입력이 원인으로 판단되면, 입력된 온도를 새로운 설정온도(Ts)를 설정한다. 만일, 사용자의 입력이 없었음에도 불구하고 설정온도(Ts)와 내기 온도(Tp)에 차이가 발생하였다면, 외부 원인으로 인한 변동으로 판단한다.

그 후, 설정온도(Ts)와 내기 온도(Tp)를 비교한다. 만일, 내기 온도(Tp)가 설정온도(Ts)보다 크다면 냉방이 필요한 상황이므로 목표로 하는 흡입압(Ps)를 보다 낮은 값으로 재설정한다. 만일, 내기 온도(Tp)가 설정온도(Ts)보다 작다면, 과도하게 냉방이 이루어지고 있는 것이므로 압축기의 냉매 토출량을 줄일 필요가 있다. 따라서, 이 경우에는 목표로 하는 흡입압(Ps)를 보다 큰 값으로 재설정한다.

이렇게 목표 흡입압(Ps)를 재설정한 후 실제 흡입압(Ps)와 비교한다. 목표 흡입압(Ps)가 측정된 실제 흡입압(Ps)보다 큰 경우에는 흡입압(Ps)를 보다 높게 조절해야 하므로 제어밸브(100)를 적절하게 제어한다.

이렇게 제어밸브(100)를 제어한 후 실제 흡입압(Ps)를 재측정하고 목표값에 도달하였는 지를 확인한다. 여전히 양자에 차이가 발생하는 경우 상기 과정을 반복하고, 동일하면 제어를 종료하게 된다.

압축기 토크 관리부(430)는 흡입압, 토출압, 압축기의 운전속도 및 피스톤의 스트로크 정보를 근거로 하여 현재의 압축기 토크를 연산한다. 이때, 토크는 다음과 같은 식에 의해 연산될 수 있다.

[수학식 1]

이렇게 연산된 토크값은 엔진 제어부(300)로 전달되어, 압축기 토크에 대한 엔진부하를 정밀하게 제어하게 된다. 또한, 토크값은 클러치의 제어에 이용될 수 있다. 즉, [수학식 1]에 의하여 연산된 토크값에 근거하여 클러치에 인가되는 전류를 조절할 수 있으므로 클러치 소비전력을 압축기 토크에 맞게 제어한다. 압축기 토크 계산을 통해 정밀하게 엔진 부하를 제어하여 엔진 효율을 높이고, 압축기 토크에 맞게 클러치 인가 전류를 제어하여 클러치 소비전력을 줄일 수 있다

한편, 이상 검출부(440)는 외부의 명령 또는 사전에 설정된 빈도로 작동될 수 있으며, 토크 연산부와 같이 흡입압, 토출압, 압축기 운전속도 및 피스톤의 스트로크 등의 값을 근거로 이상 유무를 검출하게 된다. 이때 생성된 데이터는 엔진 제어부로 전달되어 엔진 의 작동에 사용될 수도 있다.

전술한 각각의 데이터를 근거로 사판식 압축기에 구비되는 제어밸브(100) 또는 클러치 등 의 이상유무를 확인할 수 있으며, 확인 결과 문제가 감지되면 해당 요소에 이상이 있음을 엔진 제어부(300) 또는 차량의 다른 제어부에 전달하여 사용자로 하여금 적절한 조치가 이루어지도록 할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어, 목표 흡입압은 압축기의 제어장치 뿐만 아니라, 자동차 에어컨을제어하는 시스템 어디에서나 결정할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 사판식 압축기에 포함되는 제어유닛이 흡입실에 인접하게 마련되어, 흡입실 내부의 저온 상태인 작동유체와 효율적으로 열교환 가능하게 하므로, 압축기의 고온 상태에 의한 제어유닛의 손상 및 효율 저하 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다. 다시 말해, 본 발명에 따르면 압축대상인 작동유체가 압축되어 고온의 상태에 도달하기 전인 흡입 시 저온 상태의 작동유체와 제어유닛의 열교환을 효율적으로 이루어 질 수 있도록 하여 안정적으로 독립제어될 수 있고, 효율성을 극대화 시키는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (15)

1. 압축대상인 작동유체가 흡입되는 공간인 흡입 공간이 마련되어 상기 작동유체가 흡입되는 흡입실 및 상기 흡입실에 이웃하게 마련되어 상기 작동유체가 외부로 토출되는 토출실을 구비하여 상기 작동유체가 유동가능하게 마련되는 작동유체 유동유닛;
   상기 작동유체 유동유닛에 이웃하여 상기 작동유체 유동유닛의 내부 압력을 조절가능하게 마련되는 제어밸브;
   상기 흡입실에 인접하게 배치되어 상기 작동유체 유동유닛으로 흡입되는 작동유체인 흡입 작동유체와 열교환 가능하게 마련되되 상기 제어밸브를 제어하는 제어유닛;
   상기 흡입실 및 상기 토출실을 격벽으로 분리하는 후방 하우징;
   상기 후방 하우징 상의 상기 흡입 공간에 이웃하는 영역에서 상기 제어유닛을 지지하는 제어유닛 하우징; 및
   상기 제어유닛 하우징과 연결되어 상기 제어유닛과 상기 흡입 작동유체의 열교환이 가능하게 마련되는 냉각유닛;을 포함하며,
   상기 냉각유닛은,
   상기 후방 하우징과 상기 제어유닛 하우징 사이에 상기 흡입 작동유체가 유입가능하게 형성되어 상기 제어유닛과 열교환 가능하게 마련되는 냉각용 작동유체 유입실을 포함하는 사판식 압축기.
   
2. 압축대상인 작동유체가 흡입되는 공간인 흡입 공간이 마련되어 상기 작동유체가 흡입되는 흡입실 및 상기 흡입실에 이웃하게 마련되어 상기 작동유체가 외부로 토출되는 토출실을 구비하여 상기 작동유체가 유동가능하게 마련되는 작동유체 유동유닛;
   상기 작동유체 유동유닛에 이웃하여 상기 작동유체 유동유닛의 내부 압력을 조절가능하게 마련되는 제어밸브;
   상기 흡입실에 인접하게 배치되어 상기 작동유체 유동유닛으로 흡입되는 작동유체인 흡입 작동유체와 열교환 가능하게 마련되되 상기 제어밸브를 제어하는 제어유닛;
   상기 흡입실 및 상기 토출실을 격벽으로 분리하는 후방 하우징;
   상기 후방 하우징 상의 상기 흡입 공간에 이웃하는 영역에서 상기 제어유닛을 지지하는 제어유닛 하우징;
   상기 후방 하우징에 연결되어 상기 흡입실의 압력인 흡입압을 측정하는 흡입압 센서; 및
   상기 제어유닛 하우징에 일체로 연결되는 흡입압 센서 하우징;을 포함하며,
   상기 흡입압 센서는, 상기 제어유닛 하우징에 일체로 연결되는 흡입압 센서 하우징의 내부에 마련되는 사판식 압축기.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 냉각유닛은,
   상기 흡입실과 상기 냉각용 작동유체 유입실 사이에서 상기 흡입실과 상기 냉각용 작동유체 유입실이 연통되도록 형성되어 상기 흡입 작동유체가 상기 냉각용 작동유체 유입실로 유입가능하게 마련되는 흡입 작동유체 연통로; 및
   상기 냉각용 작동유체 유입실과 상기 제어유닛 하우징을 연결시키되 상기 흡입 작동유체의 누출을 방지하는 누출 방지용 가스켓;을 더 포함하는 사판식 압축기.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 후방 하우징에 연결되어 상기 흡입실의 압력인 흡입압을 측정하는 흡입압 센서;를 더 포함하는 사판식 압축기.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 흡입압 센서는, 상기 제어유닛 하우징에 이격되어 상기 후방 하우징을 관통하여 상기 흡입실에 연결되는 사판식 압축기.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 제어유닛 하우징에 일체로 연결되는 흡입압 센서 하우징;을 더 포함하며,
   상기 흡입압 센서는, 상기 제어유닛 하우징에 일체로 연결되는 흡입압 센서 하우징의 내부에 마련되는 사판식 압축기.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 흡입압 센서는, 상기 흡입압 센서 하우징 및 상기 후방 하우징을 관통하여 상기 흡입실로 연결되는 사판식 압축기.
    
11. 제7항에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 흡입압 센서로부터 측정된 흡입압과 차량의 내기 온도 및 미리 설정된 설정 온도에 기초하여 목표 흡입압을 결정하는 밸브 제어부; 및
    상기 흡입실의 압력이 상기 밸브 제어부로부터 결정된 상기 목표 흡입압이 되도록 상기 제어밸브를 제어하는 밸브 구동부;를 포함하는 사판식 압축기.
    
12. 제11항에 있어서,
    공기조화기 제어부로부터 상기 내기 온도 및 상기 설정 온도에 대한 정보가 상기 밸브 제어부로 제공되는 사판식 압축기.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 밸브 제어부는 냉방 제공이 필요할 경우 상기 목표 흡입압을 측정된 흡입압보다 낮게 설정하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
    
14. 제11항에 있어서,
    공기조화기 제어부와 상기 제어유닛은 유선 또는 무선으로 연결되어 서로 신호를 주고받고,
    상기 밸브 제어부 및 상기 밸브 구동부가 상기 공기조화기 제어부와 별도로 구비되는 사판식 압축기.
    
15. 제11항에 있어서,
    상기 밸브 제어부 및 상기 밸브 구동부는 공기조화기 제어부에 통합되어 구비되는 사판식 압축기.
    

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