KR20040005336A - 용량가변형 회전압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용량가변형 회전압축기에 관한 것으로, 종래의 용량가변형 압축기보다 구성이 단순해지면서도 압축능력을 손쉽게 가변시킬 수 있도록 한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 용량가변형 회전압축기는 내부에 원통형의 압축실이 형성된 하우징과, 상기 압축실 내에서 회전하는 편심부를 갖춘 회전축과, 외면이 상기 압축실의 내면과 접한 상태로 상기 편심부 외면에 회전 가능하게 설치된 링 피스톤과, 상기 링 피스톤이 회전할 때 상기 압축실의 반경방향으로 진퇴하도록 상기 하우징에 설치된 베인과, 상기 베인과 연결되며 흡입측과 토출측의 압력에 의해 진퇴하면서 상기 베인의 진퇴범위를 조절하는 조절수단을 포함한다.

Description

용량가변형 회전압축기{VARIABLE CAPACITY ROTARY COMPRESSOR}
본 발명은 회전압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매의 압축능력을 가변시킬 수 있는 용량가변형 회전압축기에 관한 것이다.
최근의 공조화기나 냉장고에 적용되는 냉각장치는 냉각능력이 가변되도록 하여 요구조건에 부합하는 최적의 냉각을 수행함과 동시에 에너지절감을 꽤할 목적으로 냉매 압축능력의 가변이 가능한 용량가변형 압축기를 채용하고 있다.
이러한 것으로 미국특허 5,871,342호에 개시된 종래의 용량가변형 회전압축기는 도 1에 도시한 바와 같이, 내부에 원통형의 압축실(2)이 형성된 하우징(1)과, 하우징(1)의 압축실(2) 내에서 편심 회전하도록 설치되는 링 피스톤(3)을 구비한다. 또 하우징(1)에는 링 피스톤(3)의 외면에 접한상태로 반경방향으로 진퇴하는 복수의 외측베인(4)이 설치되어 있으며, 하우징(1)의 내부는 복수의 외측베인(4)을 통해 복수의 압축공간(2a,2b)으로 구획되도록 되어있다.
또한 외측베인(4)과 인접하는 하우징(1)에는 외측베인(4)의 동작을 구속하거나 구속해제하기 위한 복수의 구속장치(5)가 설치되어 있다. 이 구속장치(5)는 외측베인(4)이 후퇴한 상태에서 솔레노이드 구동부(5a)에 의해 진퇴하는 구속핀(5b)이 외측베인(4)에 형성된 구속홈(4a)에 걸리도록 하여 기능이 상실 되도록 함으로써 압축능력을 가변시킬 수 있게 되어있다.
그러나 이러한 종래 용량가변형 회전압축기는 외측베인(4)의 동작을 구속하기 위한 구속장치(5)가 하우징(1)에 장착된 솔레노이드 구동부(5a)에 의해 구속핀(5b)이 진퇴하면서 외측베인(4)을 구속하는 구조이기 때문에 구속장치(5)의 구성이 복잡하여 제조가 어려울 뿐 아니라 제조비용이 비싼 결점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 종래보다 구성이 단순해지면서도 압축기의 압축능력을 손쉽게 가변시킬 수 있을 뿐 아니라 제조가 용이한 용량가변형 회전압축기를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 용량가변형 회전압축기의 구성을 보인 횡방향 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 용량가변형 회전압축기의 구성을 보인 종방향 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 용량가변형 회전압축기의 횡방향 단면도로, 압축능력을 크게 한 상태를 보인 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 용량가변형 회전압축기의 횡방향 단면도로, 압축능력을 작게 한 상태를 보인 것이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 밀폐용기,11: 냉매흡입관,
12: 냉매토출관,20: 구동부,
21: 회전축,22: 고정자,
23: 회전자,30: 압축기부,
31: 하우징,32: 압축실,
33,34: 플랜지,35: 편심부,
36: 링 피스톤,37: 흡입구,
38: 토출구,40: 베인,
50: 조절수단,51: 조절실린더,
52: 조절피스톤,53: 연결부재,
54: 제1스프링,55: 제2스프링,
61: 제1조절관,62: 제2조절관,
63: 제3조절관,70: 유로가변밸브.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 원통형의 압축실이 형성된 하우징과, 상기 압축실 내에서 회전하는 편심부를 갖춘 회전축과, 외면이 상기 압축실의 내면과 접한 상태로 상기 편심부 외면에 회전 가능하게 설치된 링 피스톤과, 상기 링 피스톤이 회전할 때 상기 압축실의 반경방향으로 진퇴하도록 상기 하우징에 설치된 베인과, 상기 베인과 연결되며 흡입측과 토출측의 압력에 의해 진퇴하면서 상기 베인의 진퇴범위를 조절하는 조절수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 조절수단은 상기 하우징의 외측에 결합되며 그 내부에 상기 베인의 동작방향으로 진퇴하는 조절피스톤이 설치된 조절실린더와, 상기 베인과 상기 조절피스톤을 밀거나 당겨주도록 연결하는 연결부재와, 상기 조절실린더의 내부와 연통하도록 된 제1조절유로와, 토출 측과 상기 제1조절유로가 연통하도록 된 제2조절유로와, 흡입 측과 상기 제1조절유로가 연통하도록 된 제3조절유로와, 상기 제1· 제2· 제3조절유로가 상호 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 유로가변밸브는 상기 제1조절유로가 상기 제2조절유로와 상기 제3조절유로 중 하나에 선택적으로 연통되도록 하는 삼방밸브인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1조절유로가 상기 제2조절유로와 연통되어 상기 조절피스톤에 토출 측의 압력이 작용할 때 상기 베인의 단부가 상기 링 피스톤의 최소회전반경에 해당하는 외면과 접하고, 상기 제1조절유로가 상기 제3조절유로와 연통되어 상기 조절피스톤에 흡입측의 압력이 작용할 때 상기 베인의 단부가 상기 링 피스톤의 최소회전반경에 해당하는 외면으로부터 소정간격 이격되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 조절수단은 상기 베인을 상기 링 피스톤 쪽으로 가압하는 제1스프링과, 상기 조절피스톤을 상기 제1스프링이 가압하는 방향의 역방향으로 가압하는 제2스프링을 더 포함하며, 상기 제2스프링의 탄성이 상기 제1스프링의 탄성보다 크게 된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하우징이 밀폐용기에 내장되고, 상기 조절피스톤이 상기 밀폐용기의 외면에 결합되며, 상기 연결부재가 상기 밀폐용기를 관통하여 상기 베인과 상기조절피스톤에 연결되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 용량가변형 회전압축기는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 밀폐용기(10)의 내부에 설치되는 것으로, 회전력을 발생시키는 구동부(20)와, 이 구동부(20)와 회전축(21)을 통해 연결되는 압축기부(30)를 구비한다.
구동부(20)는 밀폐용기(10)의 내면에 고정되는 원통형의 고정자(22)와, 고정자(22)의 내부에 회전 가능하게 설치되며 그 중심부의 회전축(21)에 결합되는 회전자(23)로 구성된다. 그리고 압축기부(30)는 중앙에 원통형의 압축실(32)이 형성되며 외면이 밀폐용기(10)의 내면에 고정되는 하우징(31)과, 압축실(32)의 개방된 상부와 하부를 폐쇄함과 동시에 회전축(21)을 회전 가능하게 지지하도록 하우징(31)의 상부와 하부에 각각 결합되며 축결합부(33a,34a)를 구비한 두 플랜지(33,34)를 포함한다.
압축실(32) 내부의 회전축(21)에는 편심부(35)가 마련되고, 이 편심부(35)의 외면에는 원통형의 링 피스톤(36)이 회전 가능하게 결합된다. 이때 편심 회전하는 링 피스톤(36)은 외면이 압축실(32)의 내면에 접하여 회전하도록 구성된다.
또 하우징(31)의 일측에는 내부의 압축실(32)과 연통하는 흡입구(37)가 형성되고, 이 흡입구(37)에는 통상적인 냉각장치의 증발기 쪽 저온 저압의 냉매가 흡입구(37)로 유입되도록 안내하는 냉매흡입관(11)이 연결된다. 도면에서 부호 13은 냉매흡입관(11)의 중도에 설치되는 어큐뮬레이터이다.
또한 상측의 플랜지(33)에는 압축실(32)이 밀폐용기(10)의 내부와 연통되도록 하는 토출구(38)가 형성되고, 이 토출구(38)의 출구 측에는 토출밸브(39)가 설치된다. 그리고 밀폐용기(10)의 상부에는 밀폐용기(10) 내의 압축된 냉매가 통상적인 냉각장치의 응축기 쪽으로 토출되도록 안내하는 냉매토출관(12)이 설치된다.
또한 본 발명은 도 3에 도시한 바와 같이, 링 피스톤(36)이 회전할 때 압축실(32)의 반경방향으로 진퇴하면서 압축실(32)의 내부를 흡입구(37)와 연통되는 흡입공간(32a)과 토출구(38)와 연통되는 압축공간(32b)으로 구획할 수 있도록 미끄럼 가능하게 장착되는 베인(40)을 구비하며, 하우징(31)에는 이 베인(40)을 진퇴가능하게 지지하는 베인결합홈(41)이 형성된다.
이러한 구성들은 회전축(21)의 편심부(35)가 회전을 할 때 링 피스톤(36)이 압축실(32) 내에서 편심회전을 하면서 흡입구(37) 쪽의 냉매를 흡입하여 토출구(38) 쪽으로 가압 토출시킬 수 있도록 한 것이다.
또한 본 발명은 흡입구(37) 쪽의 압력과 토출구(38) 쪽의 압력차를 이용해 베인(40)의 진퇴범위를 가변시킴으로써 냉매의 압축능력을 조절할 수 있게 하는 조절수단(50)을 구비한다.
이 조절수단(50)은 베인(40)이 설치된 쪽의 밀폐용기(10) 외면에 결합되는 원통형의 조절실린더(51)와, 조절실린더(51)의 내부에 진퇴하도록 설치되는 조절피스톤(52), 그리고 조절피스톤(52)이 진퇴할 때 베인(40)을 밀어주거나 당겨줄 수 있도록 밀폐용기(10)를 관통하여 조절피스톤(52)과 베인(40) 사이를 연결하는 연결부재(53)를 포함한다. 또 밀폐용기(10) 내측에는 베인(40)을 링 피스톤(36) 쪽으로가압하기 위한 것으로 소정의 탄성을 구비한 제1스프링(54)이 설치되고, 밀폐용기(10) 외측의 조절실린더(51) 내에는 제1스프링(54)이 베인(40)을 가압하는 방향의 반대방향으로 조절피스톤(52)을 가압하는 제2스프링(55)이 설치된다.
또한 조절수단(50)은 조절실린더(51)의 내부와 연통하는 제1조절유로(61a)를 형성하는 것으로 조절실린더(51)에 결합되는 제1조절관(61)과, 압축기의 토출 측과 제1조절유로(61a)가 연통하는 제2조절유로(62a)를 형성하는 것으로 냉매토출관(12)으로부터 분기되어 제1조절관(61)에 연결되는 제2조절관(62)과, 압축기의 흡입 측과 제1조절유로(61a)가 연통하는 제3조절유로(63a)를 형성하는 것으로 냉매흡입관(11)으로부터 분기되어 제1조절관(61)과 제2조절관(62)이 연결되는 지점에 연결되는 제3조절관(63)을 구비한다. 그리고 제1조절관, 제2조절관, 제3조절관(61,62,63)이 상호 연결되는 지점에는 제1조절유로(61a)가 제2조절유로(62a)와 제3조절유로 (63a)중 하나에 선택적으로 연통되도록 하는 유로가변밸브(70)가 설치된다. 이때 유로가변밸브(70)는 전기적인 제어신호에 의해 동작하는 통상의 삼방밸브로 구성된다.
이러한 구성은 유로가변밸브(70)의 동작으로 제1조절유로(61a)와 제2조절유로(62a)가 연통되어 조절피스톤(52)에 냉매토출관(12) 쪽의 압력이 작용할 때 조절피스톤(52)이 토출 측의 높은 압력에 의해 베인(40) 쪽으로 이동하면서 베인(40)을 링 피스톤(36) 쪽으로 밀어줄 수 있도록 한 것이다. 그리고 유로가변밸브(70)의 동작으로 제1조절유로(61a)와 제2조절유로(62a)가 연통되어 조절피스톤(52)에 냉매흡입관(11) 쪽의 압력이 작용할 때에는 조절피스톤(52)이 흡입 측의 낮은 압력에 의해 상술한 경우와 반대방향으로 이동하면서 베인(40)을 링 피스톤(36)의 최소회전반경에 해당하는 외면으로부터 소정간격 이격시킴으로써 소정구간 링 피스톤(36)의 공회전이 이루어질 수 있도록 한 것이다. 이러한 동작을 위해는 제2스프링(55)의 탄성이 제1스프링(54)의 탄성보다 크도록 하는 것이 하는 것이 바람직하다.
이러한 구성의 본 발명에 따른 용량가변형 회전압축기의 동작을 설명하면 다음과 같다.
압축능력을 크게 할 때에는 도 3에 도시한 바와 같이, 유로가변밸브(70)의 동작에 의해 제2조절유로(62a)가 제1조절유로(61a)와 연통된다. 이 상태에서 압축기가 가동되면 회전축(21)이 회전되고, 회전축(21)의 편심부(35)를 통해 링 피스톤(36)이 압축실(32) 내에서 편심회전을 한다. 따라서 이때는 베인(40)이 반경방향으로 진퇴하게 되고, 압축실(32)의 내부는 회전하는 링 피스톤(36)과 베인(40)의 동작에 의해 흡입공간(32a)의 용적과 토출공간(32b)의 용적이 상반되도록 변화하는 현상이 반복되면서 흡입구(37)를 통해 흡입되는 저압의 냉매가 토출구(38) 쪽으로 가압 토출된다.
또한 이때는 냉매토출관(12)을 통해 토출되는 고압의 냉매가 제2조절유로(62a)를 통해 조절실린더(51)의 내부로 유입되어 조절피스톤(52)을 가압하게 되고, 조절피스톤(52)이 연결부재(53)를 통해 베인(40)을 가압하게 되므로, 링 피스톤(36) 쪽의 베인(40) 단부가 링 피스톤(36)의 외면에 접한 상태로 진퇴하면서 최대의 압축능력을 발휘하게 된다.
압축능력을 작게 할 때는 도 4에 도시한 바와 같이, 유로가변밸브(70)의 동작에 의해 제3조절유로(63a)가 제1조절유(61a)와 연통된다. 이때는 제2조절유로(62a)가 차단되고 조절실린더(51)의 내부가 제3조절유로(63a)를 통해 저압의 흡입 측과 연통됨과 동시에 제2스프링(55)의 탄성이 작용하기 때문에 조절피스톤(52)이 상술한 경우와 반대방향으로 이동한다. 따라서 이때는 연결부재(53)가 베인(40)을 당겨서 베인(40)의 단부가 링 피스톤(36)의 최소회전반경에 해당하는 외면으로부터 소정간격 이격되도록 하기 때문에, 소정구간동안 링 피스톤(36)의 공회전이 이루어지면서 압축능력이 낮아진다.
이때 베인(40)은 링 피스톤(36)의 최소회전반경에 해당하는 쪽 외면과는 이격되고, 링 피스톤(36)의 최대회전반경에 해당하는 쪽 외면과는 소정구간 접촉할 수 있는 범위에 위치하며, 베인(40)과 링 피스톤(40) 접촉하는 동안만 짧게 진퇴운동을 한다. 따라서 이때는 링 피스톤(36)이 1회전하는 동안, 베인(40)과 링 피스톤(36)이 이격되는 구간에서 링 피스톤(36)이 공회전을 하여 압축이 이루어지지 않고, 베인(40)과 링 피스톤(36)이 접촉하는 구간에서만 압축이 이루어지기 때문에 압축능력이 감소하게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용량가변형 회전압축기는 토출 측과 흡입 측의 압력에 의해 진퇴하는 조절피스톤에 의해 베인의 진퇴범위을 가변시키는 구조이기 때문에 종래보다 구성이 단순화되면서도 압축기의 압축능력을 손쉽게 가변시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 베인의 진퇴범위를 조절하는 조절수단이 종래의 베인구속장치보다 단순한 구성이기 때문에 제조가 용이할 뿐 아니라 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 내부에 원통형의 압축실이 형성된 하우징과, 상기 압축실 내에서 회전하는 편심부를 갖춘 회전축과, 외면이 상기 압축실의 내면과 접한 상태로 상기 편심부 외면에 회전 가능하게 설치된 링 피스톤과, 상기 링 피스톤이 회전할 때 상기 압축실의 반경방향으로 진퇴하도록 상기 하우징에 설치된 베인과, 상기 베인과 연결되며 흡입측과 토출측의 압력에 의해 진퇴하면서 상기 베인의 진퇴범위를 조절하는 조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변형 회전압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조절수단은 상기 하우징의 외측에 결합되며 그 내부에 상기 베인의 동작방향으로 진퇴하는 조절피스톤이 설치된 조절실린더와, 상기 베인과 상기 조절피스톤을 밀거나 당겨주도록 연결하는 연결부재와, 상기 조절실린더의 내부와 연통하도록 된 제1조절유로와, 토출 측과 상기 제1조절유로가 연통하도록 된 제2조절유로와, 흡입 측과 상기 제1조절유로가 연통하도록 된 제3조절유로와, 상기 제1· 제2· 제3조절유로가 상호 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변형 회전압축기.
  3. 제3항에 있어서,
    상기 유로가변밸브는 상기 제1조절유로가 상기 제2조절유로와 상기 제3조절유로 중 하나에 선택적으로 연통되도록 하는 삼방밸브인 것을 특징으로 하는 용량가변형 회전압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1조절유로가 상기 제2조절유로와 연통되어 상기 조절피스톤에 토출 측의 압력이 작용할 때 상기 베인의 단부가 상기 링 피스톤의 최소회전반경에 해당하는 외면과 접하고, 상기 제1조절유로가 상기 제3조절유로와 연통되어 상기 조절피스톤에 흡입측의 압력이 작용할 때 상기 베인의 단부가 상기 링 피스톤의 최소회전반경에 해당하는 외면으로부터 소정간격 이격되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 회전압축기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 조절수단은 상기 베인을 상기 링 피스톤 쪽으로 가압하는 제1스프링과, 상기 조절피스톤을 상기 제1스프링이 가압하는 방향의 역방향으로 가압하는 제2스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변형 회전압축기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2스프링의 탄성이 상기 제1스프링의 탄성보다 크게 된 것을 특징으로 하는 용량가변형 회전압축기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 하우징이 밀폐용기에 내장되고, 상기 조절피스톤이 상기 밀폐용기의 외면에 결합되며, 상기 연결부재가 상기 밀폐용기를 관통하여 상기 베인과 상기 조절피스톤에 연결되는 것을 특징으로 하는 용량가변형 회전압축기.
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