KR20030011221A - 막혀진 흡입용량 조절을 가진 압축기 - Google Patents

Abstract

용량제어시스템은 멀티실린더 압축기에서 하나 이상의 실린더로의 입구를 폐쇄하는 밸브를 가지고 있다. 밸브는 입구를 폐쇄하도록 피스톤에 대하여 반작용하는 방출압력에서 유체에 의해 작동된다. 오리피스는 충격부하를 줄이고 그리고 신뢰성을 증진하도록 피스톤의 속도를 제어하기위해 방출압력에서 유체의 흐름내에 위치한다.

Description

막혀진 흡입용량 조절을 가진 압축기{COMPRESSOR WITH BLOCKED SUCTION CAPACITY MODULATION}

본 발명은 전체적으로 냉동압축기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 막혀진 흡입의 사용에 의해 용량조절이 통합되는 왕복피스톤타입 냉동압축기에 관한 것이다.

냉동 및 에어콘시스템은 환경조건을 변화시키므로 인해 광범위한 부하조건하에서 통상 작동된다. 이러한 변화하는 조건하에서 원하는 냉각을 효과적으로 그리고 효율적으로 달성하기 위해서, 시스템에서 냉동압축기의 용량을 변경하는 시스템을 통합하는 것이 유리하다.

용량조절을 달성하기위해서 다양한 시스템이 개발되었다. 냉동압축기를 위한 종래에 있었던 언로딩 및 용량제어의 여러가지 타입 모두는 여러가지 단점 및/또는 내구성의 문제가 있었다. 이들 종래의 시스템중 일부는 만족스럽게 작동되지만 수송동안의 손상 및/또는 설치후 가능한 사고손상을 입을 수 있는 외부의 튜브 또는 다른 부품의 상당한 양이 필요하다. 더욱이, 이들 외부 시스템의 설치와 유지에 필요한 현장 노동은 실수하여 실제적인 작동동안에 문제를 야기하고 그리고 현장 노동비용을 증가시킨다.

용량조절시스템을 위한 다른 설계는 압축기의 제작동안에 설치된다. 이들 설계는 압축기의 예상수명동안에 수리를 필요로 하는 전형적으로 단지 하나의 요소인 단일부품을 제외하고 압축기 자체의 내부에 모든 주요부품을 가지고 있다.

이러한 단일의 외부부품은 수리를 위해 쉽게 접근가능하면서 사고손상의 위험성을 제한하는 위치에 있도록 구성되어 있다.

종래기술의 내부시스템은 만족스럽게 작동되는 것이 증명되었지만, 이들 용량조절시스템의 신뢰성과 내구성 양자를 개선할 필요가 여전히 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용량조절시스템에 통합된 3-뱅크 래디얼 왕복 압축기의 부분단면 정면도;

도 2는 완전용량위치에서 도 1에 도시된 인터널 언로더 밸브의 확대단면도;

도 3은 언로더 밸브가 감소된 용량위치에 있는 상태에서 도 2에 도시된 인터널 언로더 밸브의 확대 단면도;

도 4는 언로더 밸브가 완전용량위치에 있는 상태에서 본 발명의 다른 실시예에 따라서 인터널 언로더 밸브의 확대 단면도;

도 5는 언로더 밸브가 감소된 용량위치에 있는 상태에서 도 4에 도시된 인터널 언로더 밸브의 확대 단면도;

본 발명은 이러한 종래기술에 압축기의 용량을 줄이도록 흡입입구를 막기위해 피스톤을 사용하는 용량조절시스템을 구비한다. 작동동안에 피스톤에 공급되는 고압가스는 피스톤 충격속도를 줄이기 위해서 스로틀작용을 한다. 피스톤 충격속도의 감소는 피스톤, 피스톤 시일(seal) 및 피스톤 시트의 신뢰성과 내구성을 증진시킨다.

본 발명의 응용의 다른 분야는 이하 제공되는 상세한 설명으로부터 나타날 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는, 상세한 설명 및 특정 실시예는 단지 예시의 목적이고 그리고 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.

(바람직한 실시예의 상세한 설명)

본 발명은 아래 설명과 첨부 도면으로부터 더 완전히 이해될 것이다.

바람직한 실시예의 다음 설명은 단지 예시적인 것이고 그리고 본 발명과, 그 응용 또는 사용에 제한하려는 것은 아니다. 여러가지 도면을 통해서 유사한 참조번호는 유사한 또는 대응 부분을 나타내는 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 멀티실린더 냉동압축기의 바디 또는 실린더블럭이 도 1에 도시되어 있고 그리고 전체적으로 참조번호 10으로 표시되어 있다. 압축기(10)는 3개의 실린더뱅크(12,14,16)를 예시하고 있다. 단지 실린더뱅크(14,16)만이 예시되어 있지만, 각각의 실린더뱅크는 하나, 둘 또는 그 이상의 실린더를 포함할 수 있고 그리고 예시된 구조는 알려진 상업적으로 이용되는 전형적인 것이고 그리고 압축기 자체에 관한한 단지 예시적으로 되어 있다.

각각의 실린더뱅크(12,14,16)는 피스톤(22)이 미끄럼가능하게 안에 배치되는압축 실린더(20)를 형성하고 있다. 실린더뱅크(14)는 용량제어시스템(24)을 가지고 예시되어 있는 한편, 실린더뱅크(16)는 용량제어시스템(24)없이 예시되어 있다. 아래에서 상세히 설명하는 바와같이, 하나이상의 실린더뱅크(12,14,16)는 용량제어시스템(24)을 포함할 수 있다. 실린더뱅크(16)는 실린더(20)를 폐쇄하고 그리고 흡입챔버(28)와 방출챔버(30)를 형성하는 실린더헤드(26)를 포함하고 있다. 흡입밸브(32)는 흡입챔버(28)와 실린더(20)사이의 연통을 제어하고 그리고 방출밸브(34)는 방출챔버(30)와 실린더(20)사이의 연통을 제어한다. 흡입통로(36)는 압축기(10)의 공통 흡입챔버(도시생략)와 흡입챔버(30)사이에서 연통을 제어하는데 이것은 차례로 압축기의 입구로 개방되어 있다. 방출챔버(30)는 방출통로(도시생략)를 통해서 압축기(10)의 출구와 연통한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 실린더뱅크(14)는 용량제어시스템(24)과 통합되어 예시되어 있다. 용량제어시스템(24)은 실린더헤드(40), 제어피스톤조립체(42) 및 솔레노이드밸브조립체(44)를 포함하고 있다. 실린더헤드(40)는 실린더(20)를 폐쇄하고 그리고 흡입챔버(46)와 방출챔버(48)를 형성한다. 흡입밸브(32)는 흡입챔버(46)와 실린더(20)사이의 연통을 제어하고 그리고 방출밸브(34)는 방출챔버(48)와 실린더(20)사이의 연통을 제어한다. 흡입통로(50)는 압축기(10)의 공통흡입통로와 흡입챔버(46)사이에서 뻗어있다. 방출챔버(30)는 방출통로(도시생략)를 통해서 압축기(10)의 출구와 연통한다. 실린더헤드(40)는 방출챔버(48)와 솔레노이드밸브조립체(44)사이에 뻗어있는 방출압력통로(52), 흡입챔버(46)와 솔레노이드밸브조립체(44)사이에 뻗어있는 흡입압력통로(54) 그리고솔레노이드밸브조립체(44)와 실린더헤드(40)에 의해 형성된 제어챔버(58)사이에 뻗어있는 제어통로(56)를 형성한다.

제어 피스톤조립체(42)는 제어챔버(58)내에 미끄럼가능하게 배치되고 그리고 밸브보디 또는 피스톤(60) 그리고 가압스프링(62)을 포함하고 있다. 피스톤(60)은 피스톤(60)과 제어챔버(58)사이에 시일이 배치된 상태로 제어챔버(58)내에 미끄럼가능하게 배치되어 있다. 가압스프링(62)은 시일(64)이 피스톤(60)에 부착한 상태로 피스톤(60)과 실린더뱅크(14)사이에 배치되어 있다. 시일(64)은 피스톤조립체(42)가 폐쇄된 위치에 있을 때 흡입통로(50)를 막도록 실린더뱅크(14)와 결합된다. 가압스프링(62)은 피스톤조립체(42)를 개방위치로 가압한다.

솔레노이드밸브조립체(44)는 밸브블럭(66)과 솔레노이드밸브(68)를 포함하고 있다. 밸브블럭(66)은 실린더헤드(40)에 체결되고 그리고 방출압력통로(52)와 연통하는 방출제어통로(70), 흡입압력통로(54)와 연통하는 흡입제어통로(72), 그리고 제어통로(56)와 연통하는 공통제어통로(74)를 형성한다. 방출밸브시트(76)는 방출제어통로(70)와 공통제어통로(74)사이에 배치되고 그리고 흡입밸브시트(78)는 흡입제어통로(72)와 공통제어통로(74)사이에 배치되어 있다.

솔레노이드밸브(68)는 솔레노이드코일(80)과 니들밸브(82)를 포함하고 있다. 니들밸브(82)는 밸브시트(76,78)사이에 배치되고 그리고 제 1 위치와 제 2 위치사이에서 움직인다. 제 1 위치에서, 방출제어통로(70)와 공통제어통로(74)사이의 연통은 막히지만 흡입제어통로(72)와 공통제어통로(74)사이의 연통은 허용된다. 제 2 위치에서, 방출제어통로(70)와 공통제어통로(74)사이의 연통은 허용되지만 흡입제어통로(72)와 공통제어통로(74)사이의 연통은 방지된다. 니들밸브(82) 그리고 솔레노이드밸브(68)는 압축기(10)의 완전용량을 허용하는 가압부재(84)에 의해 제 1 위치로 통상 가압된다. 솔레노이드코일(80)의 작동은 니들밸브(82)를 움직이고 그러므로 솔레노이드밸브(68)를 제 2 위치로 움직이게 하는데 이것은 압축기(10)의 작용을 감소된 용량에 있게 한다.

도 2를 참조하면, 용량제어시스템(24)은 완전용량 즉 제 1 위치에 있는 것으로 예시되어 있다. 이 위치에서, 솔레노이드코일(80)은 비여자(de-energized)되어 있고 그리고 니들밸브(82)는 방출밸브시트(76)에 대하여 가압되어 있다. 방출밸브시트(76)에 대한 니들밸브(82)의 가압은 방출제어통로(70)를 폐쇄시키고 그리고 흡입제어통로(72)를 개방시킨다. 그러므로, 제어챔버(58)는 공통제어통로(74), 흡입밸브시트(78), 흡입제어통로(72) 및 흡입압력통로(54)를 통해서 압축기(10)의 공통흡입챔버와 연통한다. 흡입압력에서 유체는 피스톤(60)의 상부 및 하부면 양자에 대하여 반작용하고 그리고 피스톤(60)은 가압스프링(62)에 의해 실린더뱅크(14)로부터 멀리 가압된다. 실린더뱅크(14)로부터 먼쪽으로의 피스톤(60)의 운동은 흡입통로(50)를 흡입챔버(46)와 연통하게 하여 흡입가스의 자유로운 흐름을 허용하고 그리고 실린더뱅크(14)의 완전용량 작동을 허용한다.

도 3을 참조하면, 용량제어시스템(24)은 그 감소된 위치 즉 제 2 위치에 있는 것을 예시하고 있다. 이러한 위치에서, 솔레노이드코일(80)은 여자되고, 그리고 니들밸브(82)는 흡입밸브시트(78)에 대하여 가압되어 있다. 흡입밸브시트(78)에 대한 니들밸브(82)의 가압은 흡입제어통로(72)를 폐쇄하고 그리고방출제어통로(70)를 개방한다. 그러므로, 제어챔버(58)은 공통제어통로(74), 방출밸브시트(76), 방출제어통로(70) 그리고 방출압력통로(52)를 통해서 압축기(10)의 출구로부터 방출압력과 연통한다. 방출압력에서 유체는 가압스프링(62)에 의해 산출된 힘에 대하여 실린더뱅크(14)와 결합하도록 피스톤(60)을 가압하기위해 피스톤(60)의 상부면에 대하여 반작용하고 있다. 피스톤(60)과 시일(64)의 실린더뱅크(14)와의 결합은 흡입압력에서 유체가 흡입챔버(46)로 들어가는 것을 막는 흡입통로(50)를 폐쇄한다. 실린더뱅크(14)의 용량은 근본적으로 0으로 감소한다. 방출제어통로(70)는 제어통로(70)로부터 제어챔버(58)까지 방출압력에서 유체의 흐름을 제한하는 오리피스(90)로 구비되어 있다. 제어챔버(58)내로의 방출압력에서 유체의 흐름을 제한하므로써, 피스톤(60)의 속도는 감소되는데 이것은 피스톤(60)과 실린더뱅크(14)사이에서 충격력을 감소시킨다. 충격력의 감소는 실린더뱅크(14)에서 시트, 시일(64), 및 피스톤(60)의 마모 및 손상을 감소시킨다. 이것은 차례로, 압축기(10)의 신뢰성을 상당히 증진시킨다.

바람직한 실시예에서, 피스톤(80)은 약 1인치의 직경을 가지고 있고 그리고 약 0.310인치의 행정을 가지고 있다. 이들 치수로, 오리피스(90)에 대한 바람직한 직경은 0.020인치와 0.060인치 사이에 있고 더욱 바람직하게는 0.030인치와 0.050인치 사이에 있다.

본 발명은 단지 실린더뱅크(14)가 용량제어시스템(24)에 통합된 것으로 설명하였지만, 방출 가압유체가 피스톤(60)의 운동을 위해 필요하기 때문에 모든 실린더블럭은 아니지만 하나이상의 실린더뱅크에 용량제어시스템을 포함시키는 것도 본발명의 범위에 속한다. 3개의 실린더뱅크를 가진 본 발명으로, 하나의 용량제어시스템의 통합은 압축기(10)의 용량이 2/3용량 내지 완전용량 사이에서 변하게 한다. 2개의 용량제어시스템(24)의 통합은 압축기(10)의 용량이 1/3용량과 완전용량 사이에서 변하게 한다.

솔레노이드코일(80)은 니들밸브(82)가 완전용량을 제공하는 제 1 위치에 있도록 비여자되고 그리고 니들밸브(82)가 감소된 용량을 제공하는 제 2 위치에 있도록 여자되는 것으로 설명하였다. 완전히 감소된 용량과 완전용량사이에서 극소수의 용량을 제공하기 위해서 솔레노이드코일(80)을 펄스폭 조절모드로 작동시키는 것은 본 발명의 범위내에 있다. 이러한 방식에서 그리고 실린더블럭중에 2개에 용량제어시스템(24)을 통합하므로써, 압축기(10)의 용량은 1/3용량과 완전용량 사이에서 임의의 용량에서 선택될 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 용량제어시스템(124)이 예시되어 있다. 용량제어시스템(124)은 오리피스(90)가 방출제어통로(70)로부터 실린더헤드(40)와 밸브블럭(66)사이에 배치된 가스켓(92)으로 재위치된 것을 제외하고 용량제어시스템(24)과 동일하다. 용량제어시스템(124)의 작동과 기능은 용량제어시스템(24)에서 상기 설명한 것과 동일하다. 도 4는 완전용량에서 용량제어시스템(124)을 예시하고 있고 그리고 도 5는 감소된 용량에서 용량제어시스템(124)을 예시하고 있다.

본 발명의 설명은 단지 예시적인 것이고, 그러므로, 본 발명의 주제로부터 벗어나지않는 변화는 본 발명의 범위내에 있는 것이다. 이러한 변화는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지않는다.

상기한 바와같이, 본 발명의 구성에 의하면, 피스톤, 피스톤 시일 및 피스톤 시트의 신뢰성과 내구성을 증진시킨다.

Claims (15)

1. 복수의 실린더를 형성하고 있고, 그리고 실린더헤드, 모든 실린더와 전도성 연통압력의 실린더헤드에서의 방출챔버 및 적어도 하나의 실린더와 전도성 연통압력의 실린더헤드에서의 흡입챔버, 압축기입구를 상기 흡입챔버에 연결하는 통로, 언로더밸브를 폐쇄시키기위해 방출압력에서 유체에 의해 한방향으로 가동되고 그리고 상기 언로더밸브를 개방시키기위해 흡입압력에서 유체에 의해 반대방향으로 가동되는 피스톤을 가진 실린더헤드에서의 언로딩밸브, 상기 언로딩밸브를 작동시키기위해서 그리고 상기 적어도 하나의 실린더에 부하를 주고자 할 때 상기 언로딩밸브를 개방하도록 유체가 흡입압력에 있는 것을 허용하기위해 상기 언로더밸브를 흡입챔버에 연결하기위하여 실린더헤드에 장착되는 서보밸브, 상기 방출챔버와 상기 언로더밸브사이에 배치된 흐름제한 오리피스를 가진 통로, 그리고 신뢰성을 증가시키고 내구성을 증가시키기위하여 상기 언로더밸브가 폐쇄될 때 충격을 감소시키고 그리고 피스톤 속도를 감소시키도록 상기 서보실린더로의 흐름을 충분하게 제한하는 상기 오리피스를 가지고 있는 실린더블럭을 갖춘 것을 특징으로하는 냉동압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 밸브를 개방하기위한 솔레노이드밸브를 더 포함하는 것을 특징으로하는 냉동압축기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 솔레노이드밸브는 상기 제 2 밸브를 개방하는 것을 특징으로하는 냉동압축기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 밸브는 상기 제 2 밸브가 폐쇄될 때 개방되고 그리고 상기 제 1 밸브는 상기 제 2 밸브가 개방될 때 폐쇄되는 것을 특징으로하는 냉동압축기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 밸브를 상기 개방위치내로 가압하기 위한 가압부재를 더 포함하는 것을 특징으로하는 냉동압축기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 가압부재는 상기 제 2 밸브를 상기 폐쇄위치내로 가압하는 것을 특징으로하는 냉동압축기.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브보디를 상기 제 1 위치내로 가압하기위한 가압부재를 더 포함하는 것을 특징으로하는 냉동압축기.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 밸브는 공통 니들밸브를 포함하는 것을 특징으로하는 냉동압축기.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 용량제어시스템은 밸브블럭을 더 포함하고 있고, 상기 오리피스는 상기 밸브블럭을 통해 뻗어있는 통로내에 배치되어 있는 것을 특징으로하는 냉동압축기.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 용량제어시스템은 실린더헤드, 밸브블럭 및 가스켓을 더 포함하고 있고; 상기 실린더헤드는 상기 실린더뱅크에 체결되고 그리고 상기 제어챔버를 형성하며, 상기 밸브블럭은 상기 실린더헤드에 체결되고, 상기 가스켓은 상기 실린더헤드와 상기 밸브블럭사이에 배치되어 있으며, 상기 오리피스는 상기 가스켓에 의해 형성되는 것을 특징으로하는 냉동압축기.
11. 모든 실린더를 위한 공통 입구, 모든 실린더와 전도성 연통압력의 방출챔버, 적어도 하나의 실린더와 상기 입구사이에서 흐름라인에 있는 입구챔버, 그리고 상기 입구와 상기 입구챔버챔버 사이에서 연통을 개폐하도록 움직이는 언로더밸브를 가진 멀티실린더 냉동압축기에 있어서, 유체모터, 상기 유체모터와 상기 방출챔버사이에서 연통을 개폐하도록 움직이는 서보밸브, 그리고 상기 방출챔버와 상기 유체모터사이에서 배치된 오리피스를 포함하고 있는 상기 언로더밸브를 위한 액추에이터를 조합하여 포함하고 있고, 상기 서보밸브는 방출챔버로 또는 상기 입구챔버로 유체모터를 택일적으로 연결하는 셔틀밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티실린더 냉동압축기.
12. 모든 실린더를 위한 공통 입구, 모든 실린더와 전도성 연통압력의 방출챔버,적어도 하나의 실린더와 상기 입구사이에서 흐름라인에 있는 입구챔버, 그리고 상기 입구와 상기 입구챔버챔버 사이에서 연통을 개폐하도록 움직이는 언로더밸브를 가진 멀티실린더 냉동압축기에 있어서, 유체모터, 상기 유체모터와 상기 방출챔버사이에서 연통을 개폐하도록 움직이는 서보밸브, 그리고 상기 방출챔버와 상기 유체모터사이에서 배치된 오리피스를 포함하고 있는 상기 언로더밸브를 위한 액추에이터를 조합하여 포함하고 있고, 상기 서보밸브는 방출챔버로 또는 상기 입구챔버로 유체모터를 택일적으로 연결하는 셔틀밸브를 포함하고, 유체모터와 서보밸브 양자는 상기 방출챔버로부터 구동되는 유체압력 및 서보밸브를 위한 전기적으로 작동가능한 제어기에 의해 작동가능한 것을 특징으로 하는 멀티실린더 냉동압축기.
13. 복수의 실린더를 형성하고 있고, 그리고 실린더헤드, 모든 실린더와 전도성 연통압력의 실린더헤드에서의 방출챔버 및 적어도 하나의 실린더와 전도성 연통압력의 실린더헤드에서의 흡입챔버, 압축기입구를 상기 흡입챔버에 연결하기위한 통로, 상기 입구와 흡입챔버 사이에서 통로를 개폐하도록 움직이는 실린더헤드에서의 언로딩밸브, 실린더헤드에서의 유체 서보실린더, 상기 언로딩밸브를 작동시키기위해 상기 서보실린더에 있는 피스톤, 상기 서보실린더를 방출챔버 또는 흡입챔버에 연결하기 위해 실린더헤드에서 외부에 장착된 서보 셔틀밸브, 그리고 상기 방출챔버와 상기 유체 서보 실린더 사이에 배치된 오리피스를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 냉동압축기.
14. 제 1 항에 기재된 냉각시스템으로서, 실린더블럭과 실린더헤드사이에 배치된 가스켓을 더 포함하고 있고, 상기 오리피스는 상기 가스켓에서 구멍으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
15. 제 1 항에 기재된 냉각시스템으로서, 상기 서보밸브는 밸브시트부재를 가지고 있고, 상기 통로는 상기 밸브시트부재를 통해서 부분적으로 뻗어있고, 상기 오리피스는 상기 밸브시트부재로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.