KR20000021810A - 용량 가변형 로터리 압축기 - Google Patents

Abstract

개시된 냉매 압축량을 다단계로 제어하기 위한 용량 가변형 로터리 압축기에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 로터리 압축기의 압축부를 서로 용적이 다른 주압축부와 보조압축부로 구성하되 주압축부와 보조압축부가 단면에서 보아 서로 대칭 형상을 이루도록 하고, 이를 구동하기 위한 모터로서 정/역회전이 가능한 극변환 모터를 사용함을 특징으로 하며,

이에 따라, 실내 환경의 변화 또는 사용자의 다양한 욕구를 충족시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

용량 가변형 로터리 압축기

본 발명은 용량 가변형 로터리 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내 환경 변화에 따른 사용자들의 다양한 욕구를 충족시키기 위하여 냉매의 압축 용량을 가변하도록 한 로터리 압축기의 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 로터리 압축기는 압축부와 모터부로 구성되어 모터부에서 발생된 동력을 이용하여 압축부를 구동, 냉매를 압축하는 압축기로서, 도 1 에 제시된 장치를 종래의 로터리 압축기의 한 예로서 설명한다.

이 로터리 압축기는 크게 냉매 압축 역할을 하는 압축부와, 이를 구동하는 모터부로 구성되며, 그 사이는 크랭크축(3)으로 연결된다.

상기 모터부는 전원이 인가되면 자력을 발생시키는 고정자(1)와, 고정자(1)와의 상호 유도 작용에 의해 회전하는 회전자(2)로 구성되며, 압축부와 모터부를 연결하는 크랭크축(3)은 그 상단부가 회전자(2)에 압입되어 회전자(2)의 회전에 따라 회전하게 된다.

상기 압축부는 크랭크축(3)의 하단부에 편심 축설되어 크랭크축(3)의 회전에 따라 일정한 편심 궤적을 그리면서 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 롤러(4)와, 롤러(4)의 작용공간을 이루는 실린더(5)와, 실린더(5)의 상/하부에서 이를 지지하는 메인 베어링(6) 및 서브 베어링(7)과, 롤러(4)의 회전에 따라 실린더(5)의 소정부위에 형성된 슬롯(8) 내를 상하 왕복하면서 흡입실(9)과 압축실(10)을 구분해주는 베인(11)과, 롤러(4)의 회전에 따라 냉매가 흡입되는 통로로서 실린더(5)의 흡입실(9)측에 형성되어 있는 흡입구(12)와, 롤러(4)의 회전에 따라 압축된 냉매가 토출되는 통로로서 실린더(5)의 압축실(10)측에 형성되어 있는 토출구(13)로 구성된다.

상기한 모터부 및 압축부는 소정 용적의 밀폐용기(14) 내에 형성되며, 밀폐용기(14)의 상부 소정부위에는 압축 냉매를 시스템의 타요소로 토출시키기 위한 토출파이프(15)가 구비된다.

이와 같이 구성된 종래의 기술에 따른 로터리 압축기의 동작을 아래에서 상세히 설명한다.

먼저, 로터리 압축기에 전원이 인가되면 고정자(1)가 자화되고, 회전자(2)는 고정자(1)와의 상호 유도작용에 의해 회전하게 되며, 회전자(2)에 압입되어 있는 크랭크축(3)은 회전자(2)의 회전에 따라 회전자(2)와 같이 회전하게 된다.

크랭크축(3)의 회전에 따라 크랭크축(3) 하단부에 편심 축설된 롤러(4)가 실린더(5)의 내주면을 따라 자전 및 공전운동을 하게 되는데, 이때 베인(11)은 롤러(4)의 회전에 따라 실린더(5)의 슬롯(8) 내를 상, 하 왕복운동하면서 흡입실(9)과 압축실(10)을 분리하게 된다.

한편, 롤러(4)가 회전하기 시작하면 실린더(5) 내측으로 흡입력이 발생하여 냉매가 실린더(5)의 흡입구(12)를 통해 실린더(5) 내로 유입되고(흡입행정), 롤러(4)가 일정각 이상으로 회전하게 되면 냉매의 압축이 시작되며(압축행정), 롤러(4)의 회전각이 약 200°근방에 왔을 때 압축실(10)내의 압력이 토출압과 같거나 커지게 되어 토출구(13) 전방의 도면상에 도시되지 않은 밸브가 열리게 되고, 토출구(13)를 통해 토출이 이루어지게 된다(토출행정).

일반적으로 이와 같은 로터리 압축기의 흡입행정, 압축행정, 토출행정의 1 사이클의 주기는 50∼60㎐ 정도에서 형성된다.

그러나 이러한 종래 구조의 로터리 압축기는 싱글 로터리 탑재형으로서, 모터부의 회전방향 및 회전수가 항상 일정하게 고정되어 있고, 이에 따라 구동되는 실린더의 용적 역시 일정하게 고정되어 있으므로 로터리 압축기의 1 사이클인 50∼60㎐ 정도의 주기로 항상 일정량의 냉매만을 압축하게 된다. 즉 냉매 압축량이 일정하게 고정되어 있는 것이다.

이에 따라 이러한 구조의 로터리 압축기를 에어콘에 적용시에는 항상 일정한 풍량만을 취출하게 되므로 실내의 환경 변화에 따라 요구되는 다양한 욕구를 충족시키지 못하게 되며, 따라서 냉매 압축 용량을 가변할 수 있는 구조의 로터리 압축기가 필요하게 되었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 인버터 압축기를 적용하게 되면 주위의 온도에 따라 다단계로 압축 용량을 가변할 수 있어 에어콘의 제어에 대응할 수 있는 장점이 있는 반면 가격이 비싸기 때문에 제조원가의 상승을 초래하는 문제를 내재하고 있다.

따라서, 본 발명에 의한 로터리 압축기는 종래 구조에 비해 가격이 많이 추가되지 않는 방향에서 냉매의 압축 용량을 가변할 수 있는 구조의 로터리 압축기를 구현함이 바람직하다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 주위의 온도 또는 환경 변화에 따라 압축기의 냉매 압축 용량을 다단계로 제어하여 사용자의 다양한 욕구를 충족시키는 데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래 로터리 압축기의 구성도로서,

(가)는 종단면도.

(나)는 압축부 상세도.

도 2 는 본 발명에 의한 로터리 압축기의 구성도로서,

(가)는 종단면도.

(나)는 주압축부 상세도.

(다)는 보조압축부 상세도.

도 3 은 본 발명에 의한 로터리 압축기의 냉매 압축량 비교도로서,

(가)는 정회전시.

(나)는 역회전시.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

101 : 주압축부 102 : 보조압축부

1 : 고정자 2 : 회전자

3 : 크랭크축 4, 4' : 롤러

5, 5' : 실린더 12, 12' : 흡입구

13, 13' : 토출구

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 용량가변형 로터리 압축기는, 고정자와 회전자로 구성되어 전기 에너지를 회전 에너지로 변환하는 모터부와, 상기 모터부로부터 발생된 회전력을 축을 통해 전달받아 냉매를 압축하는 압축부로 구성된 로터리 압축기에 있어서:

상기 압축부는 소정 용적을 가진 주압축부와, 상기 주압축부 보다 용적이 작은 보조압축부로 구성되며;

상기 모터부는 주압축부 또는 보조압축부를 선택적으로 구동시키기 위하여 정회전 및 역회전이 가능한 극변환 모터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 주압축부가 운전될 시에 보조압축부는 공회전을 하고, 보조압축부가 운전될 시에는 주압축부는 공회전을 하도록 상기 주압축부와 보조압축부가 단면상에서 서로 대칭을 이루는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 하면, 모터부가 정회전 또는 역회전함에 따라 주압축부 또는 보조압축부 하나만 운전될 수 있다.

즉, 주압축부가 운전될 시에는 보조압축부는 공회전을 하게 되고, 보조압축부가 운전될 시에는 주압축부가 공회전하게 되는 것이다.

그 결과, 주압축부의 용적이 보조압축부의 용적보다 크게 구성되므로 풍량을 다단계, 상세히는 2단계로 운전시킬 수 있는 이점이 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 로터리 압축기의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

또한, 본 발명의 기술은 베인형 로터리 압축기 및 스윙 로터리 압축기에 모두 적용할 수 있다.

따라서, 설명에 사용되는 도 2 는 특정한 로터리 압축기를 나타낸 도면이 아니고 일반적인 로터리 압축기에서 냉매 압축 용량을 가변할 수 있는 점에 착안한 도면이다.

또한, 설명에 사용되는 도면에 있어서, 도 1 과 같은 구성성분에 대해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.

도 2 는 본 발명에 따른 용량가변형 로터리 압축기의 설명에 제공되는 실시예를 나타내는 도면으로서, (가)는 전체 구성도이고, (나)는 주압축부 상세도이며, (다)는 보조압축부 상세도이다.

본 실시 예에 따른 용량가변형 로터리 압축기는, 도 2 의 (가)에 도시된 바와 같이 전체적인 구성면에서는 종래 구조와 동일하지만 압축부를 구성함에 있어서는 종래 구조와는 현저한 차이가 있다.

즉, 도 2 의 (나) 및 (다)와 같이 압축부를 구성함에 있어 이 압축기를 에어콘에 적용시 풍량의 다단계 제어를 위해 용적이 다른 2개의 압축부(주압축부와 보조압축부)를 구비한 것이다.

이때, 주압축부(101)의 용적을 보조압축부(102)의 용적보다 크게 구성함이 바람직하며, 주압축부(101)가 운전될 시에는 보조압축부(102)가 공회전하고, 반대로 보조압축부(102)가 운전될 시에는 주압축부(101)가 공회전할 수 있도록 주압축부(101)와 보조압축부(102)가 단면상에서 볼 때 서로 대칭 형상을 이루도록 해야 한다.

또한, 이를 위해 모터부(1, 2)로는 극변환을 통해 정/역회전이 가능하도록 극변환 모터를 사용함이 바람직하다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 로터리 압축기는 모터부(1, 2)에 정회전이 가능하도록 전원이 인가되면 고정자(1)와 회전자(2) 간의 유도작용에 의해 회전자(2)가 정회전을 하게 되고, 회전자(2)의 회전에 따라 회전자(2)에 압입되어 있는 크랭크축(3)은 회전자(2)와 같이 회전하면서 이 회전력을 주압축부(101) 및 보조압축부(102)의 롤러(4)(4')에 전달한다.

크랭크축(3)으로부터 회전력을 전달받은 주롤러(4) 및 보조롤러(4')는 주실린더(5) 및 보조실린더(5') 내주면을 따라 편심 회전하게 되는데, 주실린더(5)의 내주면을 따라 편심 회전하는 주롤러(4)는 정회전을 하게 되므로 이에 의해 주실린더(5) 내측으로 흡입력이 발생되어 냉매가 주흡입구(12)를 통해 주실린더(5) 내로 유입되고(흡입행정), 주롤러(4)가 일정각 이상으로 회전하게 되면 냉매의 압축이 시작되며(압축행정), 주롤러(4)의 회전각이 약 200°근방에 왔을 때 주압축실 내의 압력이 토출압과 같거나 커지게 되어 주토출구(13) 전방의 도면상에 도시되지 않은 주토출밸브가 열리게 되고, 주토출구(13)를 통해 토출이 이루어지게 된다(토출행정).

이 경우 보조압축부(102)는 주압축부(101)와 대칭형상을 이루므로(흡입구와 토출구의 위치가 주실린더와는 반대방향에 형성됨) 보조실린더(5')에서의 압축력이 보조흡입구(12')측으로 작용되어 냉매를 흡입할 수 없으므로 공회전을 하게 된다. 물론 이때 보조토출구(13')측으로 흡입력이 작용되나 보조토출구(13')가 그 전방의 보조토출밸브(도면상에는 도시되지 않음)에 의해 막힌 상태가 되므로 역류 현상은 발생하지 않는다.

반대로, 전원인가부에서 전원의 극을 변환하여 모터부(1, 2)가 역회전이 가능하도록 전원을 인가시키게 되면 모터부(1, 2)는 역회전을 하게 되고, 이 회전력이 크랭크축(3)을 통해 주압축부(101) 및 보조압축부(102)의 롤러(4)(4')에 전달된다.

크랭크축(3)을 통해 회전력을 전달받은 주롤러(4) 및 보조롤러(4')는 역시 주실린더(5) 및 보조실린더(5')의 내주면을 따라 편심 회전을 하게 되는데, 주실린더(5)에서의 주롤러(4)는 역회전을 하게 되므로 압축력이 주흡입구(12)측으로 작용되어 냉매를 흡입할 수 없어 공회전을 하게 된다. 물론 이때에도 주토출구(13)측으로 흡입력이 작용되나 주토출구(13)가 그 전방의 주토출밸브에 의해 막힌 상태가 되므로 역시 역류 현상은 발생하지 않는다.

이 경우 보조압축부(102)는 보조실린더(5') 내주면을 따라 회전하는 보조롤러(4')의 회전방향이 역방향이 되고 그 형상이 주압축부(101)와는 대칭을 이루므로 보조실린더(5')측으로 흡입력이 발생되어 냉매를 흡입할 수 있고, 주압축부(101)의 냉매 압축 및 토출과 동일한 과정으로 냉매를 압축, 토출할 수 있게 된다.

이와 같이, 모터부(1, 2)가 정회전하게 되면 주압축부(101)에서만 냉매의 흡입, 압축, 토출 작용이 이루어지고 보조압축부(102)는 공회전하게 되며, 모터부(1, 2)가 역회전하게 되면 그 반대 작용을 하게 된다.

여기서, 주압축부(101)의 용적이 보조압축부(102)의 용적보다 크게 구성되므로 모터부(1, 2)의 정/역회전 제어를 통해 압축기의 냉매 압축량을 다단계로 제어할 수 있으며, 나아가서 이를 에어콘에 적용시 풍량도 또한 다단계로 제어할 수 있는 것이다.

즉, 도 3 의 (가)와 같이 모터부(1, 2)가 정회전하게 되면 주압축부(101)만 운전되고 보조압축부(102)는 공회전하게 되며, 이때 주압축부(101)의 용적이 크므로 압축동력은 증가되나 냉매 압축량은 많아지는 결과를 나타낸다.

반대로, 도 3 의 (나)와 같이 모터부(1, 2)가 역회전하게 되면 주압축부(101)는 공회전하게 되고 보조압축부(102)만 운전되며, 이때 보조압축부(102)의 용적이 주압축부(101)의 용적보다 작으므로 주압축부(101) 운전시보다 압축동력은 작아지나 냉매 압축량도 따라서 작아지는 결과를 나타내는 것이다.

한편, 비교 예로서 종래의 기술, 즉 다시 말해서 로터리 압축기에 하나의 실린더만을 사용하여 다단계 제어가 불가능한 것과 달리, 본 발명은 실내 환경의 변화 또는 사용자의 기호에 따라 다단계 제어가 가능하게 됨을 알 수 있다.

또한, 이 적용례에 의하면, 로터리 압축기에 실린더만을 추가하여 종래 인버터 모터를 사용한 것과 동일한 효과를 낼 수 있으므로 제조원가를 절감할 수 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

상술한 설명으로부터 분명한 것은, 로터리 압축기에 주압축부 및 보조압축부를 구비하여 냉매 압축량을 다단계로 제어할 수 있어 실내 환경 변화나 사용자의 기호를 충족시킬 수 있으며, 인버터 모터를 사용한 것과 비교하여 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다는 것이다.

Claims (2)

1. 고정자와 회전자로 구성되어 전기 에너지를 회전 에너지로 변환하는 모터부와, 상기 모터부로부터 발생된 회전력을 축을 통해 전달받아 냉매를 압축하는 압축부로 구성된 로터리 압축기에 있어서:

   상기 압축부는 소정 용적을 가진 주압축부와, 상기 주압축부 보다 용적이 작은 보조압축부로 구성되며;

   상기 모터부는 주압축부 또는 보조압축부를 선택적으로 구동시키기 위하여 정회전 및 역회전이 가능한 극변환 모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 로터리 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 주압축부가 운전될 시에 보조압축부는 공회전을 하고, 보조압축부가 운전될 시에는 주압축부는 공회전을 하도록 상기 주압축부와 보조압축부가 단면상에서 서로 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 용량가변형 로터리 압축기.