KR20070030026A - 용량가변 회전압축기 - Google Patents

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Abstract

롤러 외면의 이상마모를 방지할 수 있도록 한 용량가변 회전압축기를 개시한다. 이 용량가변 회전압축기는 상호 구획된 제1 및 제2압축실을 갖춘 하우징과, 제1 및 제2압축실 내에 각각 설치된 제1 및 제2롤러와, 제1롤러의 반경방향으로 진퇴하면서 제1압축실을 구획하는 제1베인과, 제2롤러의 반경방향으로 진퇴하면서 제2압축실을 구획하며 상호 슬라이딩 가능하게 지지된 제2베인 및 제3베인과, 압축용량 제어를 위해 제3베인을 구속하거나 구속 해제하는 베인제어장치를 포함하며, 제2베인은 제3베인의 선단을 덮도록 연장된 연장부를 포함한다.

Description

용량가변 회전압축기{VARIABLE CAPACITY ROTARY COMPRESSOR}
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 용량가변 회전압축기의 구성을 나타낸 단면도로, 제2압축실에서 압축동작이 이루어지는 상태를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ'선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 용량가변 회전압축기의 구성을 나타낸 단면도로, 제2압축실에서 공회전이 이루어지는 상태를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 용량가변 회전압축기의 제2베인과 제3베인의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 용량가변 회전압축기의 구성을 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 밀폐용기, 20: 전동기구부,
21: 회전축, 30: 압축기구부,
31: 제1압축실, 32: 제2압축실,
42: 제1롤러, 43: 제1베인,
52: 제2롤러, 53: 제2베인,
53a: 연장부, 54: 제3베인,
70: 베인제어장치, 71: 실린더,
72: 피스톤, 76: 유로가변밸브.
본 발명은 용량가변 회전압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베인의 진퇴동작 제어를 통해 압축용량을 가변시킬 수 있는 용량가변 회전압축기에 관한 것이다.
대한민국 공개특허공보 10-2004-0021140호에는 베인의 진퇴동작 제어를 통해 압축용량을 가변시킬 수 있는 용량가변 회전압축기가 개시되어 있다. 이 회전압축기는 원통형의 압축실이 형성된 하우징, 하우징의 압축실 내에서 편심 회전하는 롤러, 롤러의 반경방향으로 진퇴하는 베인을 구비한다. 베인은 상호 분리된 상부의 제1베인과 하부의 제2베인으로 이루어져 있고, 제1베인 쪽에는 필요에 따라 제1베인을 롤러의 외면으로 이격시킬 수 있도록 제1베인을 구속하는 구속수단이 설치되어 있다. 이 회전압축기는 구속수단에 의해 제1베인이 구속될 때 공회전을 하고 구속수단에 의해 제1베인이 구속되지 않을 때 압축동작을 수행한다. 따라서 필요에 따라 제1베인을 구속하거나 구속 해제하는 것을 통해 압축용량을 가변시킬 수 있다.
그러나 이 회전압축기는 롤러와 접하는 베인이 제1베인과 제2베인으로 분리 된 구조이기 때문에 장기간 사용시 제1베인과 제2베인의 경계부와 접하는 롤러의 외면에 이상마모가 생길 수 있었다.
본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 롤러 외면의 이상마모를 방지할 수 있도록 하는 용량가변 회전압축기를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용량가변 회전압축기는 상호 구획된 제1 및 제2압축실을 갖춘 하우징과, 상기 제1 및 제2압축실 내에 각각 설치된 제1 및 제2롤러와, 상기 제1롤러의 반경방향으로 진퇴하면서 상기 제1압축실을 구획하는 제1베인과, 상기 제2롤러의 반경방향으로 진퇴하면서 상기 제2압축실을 구획하며 상호 슬라이딩 가능하게 지지된 제2베인 및 제3베인과, 압축용량 제어를 위해 상기 제3베인을 구속하거나 구속 해제하는 베인제어장치를 포함하며, 상기 제2베인은 상기 제3베인의 선단을 덮도록 연장된 연장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2베인의 선단은 상기 제2롤러의 외면에 접촉하며 상기 제2롤러의 높이에 대응하는 폭을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3베인의 선단은 상기 연장부의 후단에 밀착되며 상기 연장부의 후단과 대응하는 폭을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 베인제어장치는 상기 제3베인 쪽의 상기 하우징에 설치된 실린더와, 상 기 실린더 내에 진퇴 가능하게 설치되며 상기 제3베인과 연결된 피스톤과, 상기 실린더 내부와 연통된 제1유로와, 상기 압축기의 토출측과 상기 제1유로를 연결하는 제2유로와, 상기 압축기의 흡입측과 상기 제1유로를 연결하는 제3유로와, 상기 제1, 제2, 제3유로가 상호 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3베인의 폭이 상기 제2베인의 폭보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 용량가변 회전압축기는 압축실을 갖춘 하우징과, 상기 압축실 내에 설치된 롤러와, 상기 롤러의 반경방향으로 진퇴하면서 상기 압축실을 구획하며 상호 슬라이딩 가능하게 지지된 제1베인 및 제2베인과, 압축용량 제어를 위해 상기 제2베인을 구속하거나 구속 해제하는 베인제어장치를 포함하며, 상기 제1베인은 상기 제2베인의 선단을 덮도록 연장된 연장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 용량가변 회전압축기를 나타낸 것이다. 제1실시 예의 용량가변 회전압축기는 도 1에 도시한 바와 같이, 밀폐용기(10)의 내측 상부에 설치된 전동기구부(20), 밀폐용기(10)의 내측 하부에 설치되며 전동기구부(20)와 회전축(21)을 통해 연결된 압축기구부(30)를 구비한다.
전동기구부(20)는 밀폐용기(10)의 내면에 고정되는 원통형의 고정자(22), 고정자(22)의 내부에 회전 가능하게 설치되며 중심부가 회전축(21)과 결합된 회전 자(23)를 포함한다. 이러한 전동기구부(20)는 전원인가에 따라 회전자(23)가 회전하고, 회전자(23)가 회전축(21)을 회전시킴으로써 압축기구부(30)를 구동시킨다.
압축기구부(30)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상호 구획된 제1압축실(31)과 제2압축실(32)을 갖춘 하우징과, 가스의 압축을 수행하도록 제1 및 제2압축실(31,32) 내에 각각 마련되는 제1 및 제2압축장치(40,50)을 구비한다.
하우징은 원통형의 제1압축실(31)이 형성된 상부의 제1바디(33), 원통형의 제2압축실(32)이 형성되며 제1바디(33)의 하부에 설치된 제2바디(34), 제1압축실(31)과 제2압축실(32)을 구획하기 위해 제1 및 제2바디(33,34) 사이에 개재된 중간판(35), 제1압축실(31)의 상측 개구와 제2압축실(32)의 하측 개구를 폐쇄함과 동시에 회전축(21)을 지지하도록 제1바디(33)의 상부와 제2바디(34)의 하부에 각각 장착된 제1 및 제2플랜지(36,37)를 포함한다. 회전축(21)은 제1 및 제2압축실(31,32) 내부의 압축장치들(40,50)을 동작시킬 수 있도록 제1 및 제2압축실(31,32)의 중심을 관통한다.
제1 및 제2압축장치(40,50)는 각 압축실(31,32)의 회전축(21) 외면에 마련된 제1 및 제2편심부(41,51)와, 각 압축실(31,32)의 내면과 접하여 회전하도록 제1 및 제2편심부(41,51)의 외면에 각각 회전 가능하게 결합된 제1 및 제2롤러(42,52)를 포함한다. 회전축(21)의 외면에 마련되는 제1편심부(41)와 제2편심부(51)는 상호 반대방향으로 편심된다. 이는 양측이 균형을 유지함으로써 회전축(21)이 회전할 때 회전토크의 변화를 최소화하고 진동발생을 줄이기 위함이다.
또 제1압축장치(40)는 제1롤러(42)의 회전에 따라 제1압축실(31)의 반경방향 으로 진퇴하면서 제1압축실(31)을 구획하는 제1베인(43)과, 제1베인(43)을 제1롤러(42) 쪽으로 가압하는 제1베인스프링(44)을 포함한다.
또 제2압축장치(50)는 제2롤러(52)의 회전에 따라 제2압축실(32)의 반경방향으로 진퇴하면서 제2압축실(32)을 구획하며 상호 접하는 면이 슬라이딩 가능하게 지지된 제2베인(53) 및 제3베인(54)과, 제2베인(53)을 제2롤러(52) 쪽으로 가압하는 제2베인스프링(55)을 포함한다. 따라서 제2압축실(32)은 상대적으로 폭이 큰 하부의 제2베인(53)과 상대적으로 폭이 작은 상부의 제3베인(54)에 의하여 구획된다. 그리고 제3베인(54)은 제3베인(54)을 구속하거나 구속 해제함으로써 압축용량을 가변시키는 베인제어장치(70)에 의해 진퇴가 제어된다. 베인제어장치(70)의 구체적인 구성에 대해서는 후술한다.
또한 제2베인(53)은 도 1 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제3베인(54)의 선단이 제2롤러(52)의 외면과 접촉하지 않도록 하기 위해 그 선단의 상부로부터 제3베인(54)의 선단을 덮도록 연장된 연장부(53a)를 구비한다. 따라서 제2베인(53)의 선단은 제2롤러(52)의 높이에 대응하는 상하 폭을 가지게 되므로 제2베인(53)의 선단만이 제2롤러(52)의 외면에 접촉하게 된다. 그리고 제3베인(54)의 선단은 제2베인(53)의 연장부(53a) 후단에 밀착되어 기밀이 유지될 수 있도록 연장부(53a)의 후단과 대응하는 상하 폭을 구비한다. 이는 압축동작이 이루어지는 과정에서 제2롤러(52)의 외면이 연장부(53a)를 갖춘 제2베인(53)의 선단과 전체적으로 균일하게 접촉하도록 함으로써 제2롤러(52) 외면의 이상마모를 방지할 수 있도록 한 것이다.
또한 용량가변 제어를 위해 제3베인(54)을 구속하거나 구속 해제하는 과정에 서 제3베인(54)의 선단이 제2롤러(52)와 접촉하지 않도록 함으로써 충돌소음을 방지할 수 있도록 한 것이다.
제1 및 제2바디(33,34)에는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2압축실(31,32) 내부로 가스가 유입되는 제1 및 제2흡입구(61,62)가 각각 형성되고, 이들 흡입구(61,62)에는 제1 및 제2흡입관(15,16)이 각각 연결된다. 제1 및 제2흡입관(15,16)은 도 1에 도시한 바와 같이, 어큐뮬레이터(13)로부터 연장된 냉매흡입배관(14)으로부터 분기된다. 그리고 상부의 제1플랜지(36)와 하부의 제2플랜지(37)에는 각 압축실(31,32)에서 가압된 가스의 토출을 위해 각각 제1토출구(63)와 제2토출구(64)가 형성된다. 따라서 압축기가 가동될 때 밀폐용기(10) 내부는 제1 및 제2토출구(63,64)를 통해 배출되는 압축가스에 의해 고압으로 유지되고, 밀폐용기(10) 내부의 압축가스는 밀폐용기(10) 상부에 마련된 토출배관(12)을 통해 외부로 안내된다.
베인제어장치(70)는 도 1과 도 3에 도시한 바와 같이, 제3베인(54)의 후단 쪽에 설치된 실린더(71)와, 제3베인(54)의 진퇴방향으로 진퇴하도록 실린더(71)의 내에 설치되며 제3베인(54)의 후단과 연결된 피스톤(72)을 구비한다. 또 베인제어장치(70)는 실린더(71)의 내부와 연통하는 제1유로(73)를 형성하도록 실린더(71)의 후단에 연결된 제1압력조절관(73a)과, 압축기의 토출측과 제1유로(73)를 연통시키는 제2유로(74)를 형성하도록 토출배관(12)으로부터 분기되며 제1압력조절관(73a)에 연결되는 제2압력조절관(74a)과, 압축기의 흡입측과 제1유로(73)를 연통시키는 제3유로(75)를 형성하도록 냉매흡입배관(14)으로부터 분리되며 제1압력조절관(73a) 에 연결되는 제3압력조절관(75a)과, 제1, 제2, 제3압력조절관(73a,74a,75a)이 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브(76)를 포함한다. 유로가변밸브(76)는 전기적인 제어신호에 의해 동작하는 통상의 삼방밸브로 이루어질 수 있다.
다음은 이러한 용량가변 회전압축기의 동작에 관하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 유로가변밸브(76)의 동작에 의해 제2유로(74)가 제1유로(73)와 연통된 상태에서 압축기의 동작이 이루어지면, 베인제어장치(70)의 실린더(71) 내에 토출 측의 압력이 작용하므로 피스톤(72)이 제3베인(54)을 가압한다. 따라서 제3베인(54)의 선단은 제2베인(53)의 연장부(53a) 후단에 밀착된다.
또 제1베인(43)은 제1베인스프링(44)에 의해 가압되므로 제1롤러(42)의 회전에 따라 진퇴하면서 제1압축실(31)을 구획하고, 제2베인(53)은 제2베인스프링(55)에 의해 가압되므로 제3베인(54)과 함께 진퇴하면서 제2압축실(32)을 구획한다. 따라서 이때는 제1압축실(31)과 제2압축실(32) 모두에서 압축동작이 이루어지므로 압축용량이 최대가 된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 유로가변밸브(76)의 동작에 의해 제3유로(75)가 제1유로(73)와 연통된 상태에서 압축기의 동작이 이루어지면, 베인제어장치(70)의 실린더(71) 내에 흡입측의 압력이 작용하므로 피스톤(72)이 후퇴하고, 피스톤(72)의 후퇴에 의해 제3베인(54)의 선단이 제2베인(53)의 연장부(53a) 후단으로부터 이격된다. 즉 이때는 제2베인(53)만 진퇴하고 제3베인(54)은 베인제어장치(70)에 의해 구속되어 후방에서 멈춘 상태를 유지한다. 따라서 제2베인(53)의 연장부(53a)와 제3베인(54)의 선단 사이에 이격된 공간이 생겨 제2압축실(32)의 공회전이 이루어 지고 압축용량은 감소한다. 제1압축실(31)의 용적과 제2압축실(32)의 용적이 같을 경우 제2압축실(32)에서 압축이 이루어지지 않으므로 압축용량은 최대 압축용량 대비 50%가 된다.
또 본 발명은 제1압축실(31)의 용적과 제2압축실(32)의 용적을 다르게 할 경우 압축용량의 가변범위를 다르게 할 수 있다. 즉 제1압축실(31) 용적과 제2압축실(32) 용적의 비를 40:60으로 하고 제2압축실(32)의 공회전이 이루어지도록 하면, 압축용량은 최대 압축용량 대비 40%가 된다. 제1압축실(31)과 제2압축실(32)의 용적비를 30:70으로 하고 제2압축실(32)의 공회전이 이루어지도록 하면, 압축용량은 최대 압축용량 대비 30%가 된다.
또한 본 발명은 베인제어장치(70)의 동작사이클을 제어함으로써 최소로부터 최대까지의 압축용량 가변범위를 더욱 다양화 할 수 있다. 즉 제3베인(54)의 구속 및 구속해제를 반복함으로써 제2압축실(32) 쪽에서 압축동작과 공회전동작이 반복되도록 하면 압축용량의 가변범위를 더욱 다양화 할 수 있다.
예를 들어, 제1압축실(31)과 제2압축실(32)의 용적비가 50:50인 경우에 제3베인(54)의 구속을 50%로 설정하면, 압축용량은 최대 압축용량 대비 75%가 되고, 같은 경우에 제3베인(54)의 구속을 80%로 설정하면 압축용량은 최대 압축용량 대비 60%가 된다.
또 제1압축실(31)과 제2압축실(32)의 용적비가 30:70인 경우에 제3베인(54)의 구속을 50%로 설정하면 압축용량은 최대 압축용량 대비 65%가 되고, 같은 경우에 제3베인(54)의 구속을 80%로 설정하면 압축용량은 최대 압축용량 대비 44%가 된 다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 용량가변 회전압축기를 나타낸 것이다. 제2실시 예는 압축실이 하나인 베인제어형 용량가변 회전압축기이다. 제2실시 예에서 압축기구부(100)는 하나의 압축실(101)을 구비하는 하우징, 회전축(102)의 회전에 의해 압축실(101) 내에서 편심 회전하는 롤러(103), 롤러(103)의 반경방향으로 진퇴하면서 압축실(101)을 구획하며 상호 슬라이딩 가능하게 지지된 제1베인(110)과 제2베인(120)을 포함한다. 또 압축용량의 제어를 위해 제2베인(120)을 구속하거나 구속해제 하는 베인제어장치(130)를 구비한다.
제2실시 예의 제1베인(110)은 제2베인(120)이 롤러(103)의 외면과 접촉하는 것을 방지할 수 있도록 그 선단의 상부로부터 제2베인(120)의 선단을 덮도록 연장된 연장부(111)를 구비한다. 따라서 제1베인(110)의 선단은 롤러(103)의 높이에 대응하는 상하 폭을 가지게 되므로, 제1베인(110)의 선단만이 롤러(103)의 외면에 접촉한다. 그리고 제2베인(120)의 선단은 제1베인(110)의 연장부(111) 후단에 밀착될 수 있도록 연장부(111)의 후단과 대응하는 상하 폭을 구비한다. 이러한 베인들(110,120)은 상술한 제1실시 예에서의 제2베인(53)과 제3베인(54)의 구조와 동일하게 이루어진다. 따라서 이러한 베인들(110,120)의 구성을 통해 롤러(103)의 이상마모 및 충돌소음을 방지할 수 있다.
베인제어장치(130)는 제2베인(120) 쪽의 하우징에 설치된 실린더(131), 실린더(131) 내에 진퇴 가능하게 설치되며 제2베인(120)과 연결된 피스톤(132)을 구비한다. 또 실린더(131) 내부와 연통된 제1유로(133), 압축기의 토출측과 제1유로 (133)를 연결하는 제2유로(134), 압축기의 흡입측과 제1유로(133)를 연결하는 제3유로(135), 제1, 제2, 제3유로(133,134,135)가 상호 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브(136)를 포함한다. 이러한 베인제어장치(130)는 제1실시 예의 베인제어장치(70)와 실질적으로 동일하다. 따라서 이에 대한 더 구체적인 설명은 생략한다.
제2실시 예의 용량가변동작은 베인제어장치(130)의 제어를 통해 제2베인(120)을 구속하거나 구속 해제함으로써 압축동작과 공회전동작이 반복되도록 한다. 즉 제2베인(120)의 구속을 50%로 설정하면, 압축용량은 최대 압축용량 대비 50%가 되고, 제2베인(120)의 구속을 70%로 설정하면 압축용량은 최대 압축용량 대비 30%가 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용량가변 회전압축기는 제2베인이 제3베인의 선단을 덮도록 연장된 연장부를 구비하여 제3베인의 선단이 롤러에 접촉하는 것을 방지할 수 있기 때문에 롤러 외면의 이상마모를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 상호 구획된 제1 및 제2압축실을 갖춘 하우징과, 상기 제1 및 제2압축실 내에 각각 설치된 제1 및 제2롤러와, 상기 제1롤러의 반경방향으로 진퇴하면서 상기 제1압축실을 구획하는 제1베인과, 상기 제2롤러의 반경방향으로 진퇴하면서 상기 제2압축실을 구획하며 상호 슬라이딩 가능하게 지지된 제2베인 및 제3베인과, 압축용량 제어를 위해 상기 제3베인을 구속하거나 구속 해제하는 베인제어장치를 포함하며, 상기 제2베인은 상기 제3베인의 선단을 덮도록 연장된 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2베인의 선단은 상기 제2롤러의 외면에 접촉하며 상기 제2롤러의 높이에 대응하는 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3베인의 선단은 상기 연장부의 후단에 밀착되며 상기 연장부의 후단과 대응하는 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베인제어장치는 상기 제3베인 쪽의 상기 하우징에 설치된 실린더와, 상 기 실린더 내에 진퇴 가능하게 설치되며 상기 제3베인과 연결된 피스톤과, 상기 실린더 내부와 연통된 제1유로와, 상기 압축기의 토출측과 상기 제1유로를 연결하는 제2유로와, 상기 압축기의 흡입측과 상기 제1유로를 연결하는 제3유로와, 상기 제1, 제2, 제3유로가 상호 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3베인의 폭이 상기 제2베인의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
  6. 압축실을 갖춘 하우징과, 상기 압축실 내에 설치된 롤러와, 상기 롤러의 반경방향으로 진퇴하면서 상기 압축실을 구획하며 상호 슬라이딩 가능하게 지지된 제1베인 및 제2베인과, 압축용량 제어를 위해 상기 제2베인을 구속하거나 구속 해제하는 베인제어장치를 포함하며, 상기 제1베인은 상기 제2베인의 선단을 덮도록 연장된 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1베인의 선단은 상기 롤러의 외면에 접촉하며 상기 롤러의 높이에 대응하는 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2베인의 선단은 상기 연장부의 후단에 밀착되며 상기 연장부의 후단과 대응하는 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 베인제어장치는 상기 제2베인 쪽의 상기 하우징에 설치된 실린더와, 상기 실린더 내에 진퇴 가능하게 설치되며 상기 제2베인과 연결된 피스톤과, 상기 실린더 내부와 연통된 제1유로와, 상기 압축기의 토출측과 상기 제1유로를 연결하는 제2유로와, 상기 압축기의 흡입측과 상기 제1유로를 연결하는 제3유로와, 상기 제1, 제2, 제3유로가 상호 연결되는 지점에 설치된 유로가변밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변 회전압축기.
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